JP4296348B2

JP4296348B2 - 多回転検出器

Info

Publication number: JP4296348B2
Application number: JP2004016138A
Authority: JP
Inventors: 尚史三村
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: JP2005207948A

Description

本発明は、多回転検出器に関し、特に、一対のレゾルバの出力信号を二乗和し、この二乗和された各々の信号の比で多回転を検出することにより、温度特性による誤差発生の防止及び故障検出を可能とするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の多回転検出器としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されているように、１個のレゾルバを用い、このレゾルバのロータを保持する回転軸を、ねじを用いて軸方向に移動させ、この時のレゾルバステータとロータ間の変圧比を変化させることによって各回転毎の出力電圧レベルを検出し、多回転アブソリュート信号を得ていた。

特開２００３−２０２２４３号公報特開２００３−２０２２４４号公報

従来の多回転検出器は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、レゾルバとしては１台のみで構成しているため、レゾルバ自体の温度特性によって出力される電圧が変化し、この電圧の変化は多回転検出の誤差となっていた。そのために、検出精度に対する信頼性の低下となっていた。
また、レゾルバが１台であるが故に、その出力信号が正常であるか否かを検知することが不可能であった。

本発明による多回転検出器は、第１、第２レゾルバステータを軸方向に沿って並設したケーシングと、前記ケーシングの前部に形成されたねじ孔と、前記ねじ孔に螺入され前記第１、第２レゾルバステータに対応する１個又は複数のロータを有する回転軸とを備え、前記回転軸の回転により前記ロータが回転及び軸方向移動を行うように構成するとともに、前記第１、第２レゾルバステータの第１、第２出力巻線からの第１、第２出力信号を二乗和処理することで、前記第１出力信号（Ｊ・ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ，Ｊ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）から第１二乗和信号（Ｊｓｉｎ ^２ θ＋Ｊｃｏｓ ^２ θ）を得るとともに、前記第２出力信号（Ｋｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ，Ｋｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）から第２二乗和信号（Ｋｓｉｎ ^２ θ＋Ｋｃｏｓ ^２ θ）を得て、前記第１、第２二乗和信号の比で多回転を検出する構成である。

また、本発明による多回転検出器は、第１、第２レゾルバステータを軸方向に沿って並設したケーシングと、前記ケーシングの前部に形成されたねじ孔と、前記ねじ孔に螺入され前記第１、第２レゾルバステータに対応する１個又は複数のロータを有する回転軸とを備え、前記回転軸の回転により前記ロータが回転及び軸方向移動を行うように構成するとともに、前記第１レゾルバステータの第１出力巻線から出力される第１出力信号（Ｊ・ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ，Ｊ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）のＪｓｉｎθと、前記第２レゾルバステータの第２出力巻線から出力される第２出力信号（Ｋｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ，Ｋｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）のＫｓｉｎθとを加算して二乗するとともに、前記第１出力信号のＪｃｏｓθと前記第２出力信号のＫｃｏｓθとを加算して二乗し、これら（Ｊｓｉｎθ＋Ｋｓｉｎθ） ^２及び（Ｊｃｏｓθ＋Ｋｃｏｓθ） ^２を加算して得られる一定出力電圧を用いて前記第１、第２レゾルバステータを用いる第１、第２レゾルバの故障検出を行う構成である。

また、前記前部は前記ケーシングの前蓋よりなり、前記ケーシングの後部に設けられた回転直動案内部に前記回転軸の端部が回転及び直動自在に設けられている構成であり、また、前記ロータの周面の軸方向面は、前記回転軸の軸方向線と平行である構成である。

本発明による多回転検出器は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、２個のレゾルバを用い、各出力信号の比を用いて多回転検出を行うため、温度特性による電圧変化の影響を受けることがなく、安定した多回転検出が可能となる。
また、各レゾルバの出力信号の加算処理後の出力電圧が一定であることを利用して各レゾルバの故障検出を行うことができる。
また、一対のレゾルバのうち、一方が故障した場合でも、他方のレゾルバによって多回転検出が可能である。

本発明は、一対のレゾルバを用い、回転軸の回転によって軸方向に移動するロータを組合わせ、各レゾルバからの出力信号の二乗和信号の比を用い、温度特性に関係のない安定した高精度の多回転信号を得ることを目的とする。

図１は本発明の多回転検出器を示す断面図であり、符号１で示されるものはケーシングであり、このケーシング１にはこのケーシング１の一部である前蓋２がその前部３側に設けられている。
前記ケーシング１の内壁には、第１、第２ステータ巻線４、５を有する第１、第２レゾルバステータ６、７が軸方向に離間して並設されている。

前記ケーシング１の前部３すなわち前蓋２に形成されたねじ孔１０には、回転軸１１のねじ部１１ａが螺合しており、この回転軸１１の先端の端部１１ｂは、前記ケーシング１の後部１２内に設けられた長手筒形をなす周知のリニアブッシュ等からなる回転直動案内部１３内に回転及び直動自在に挿入されている。尚、この回転直動案内部１３はリニアブッシュに限らず、回転しつつ直動できる構成であればよい。

前記回転軸１１上には、前記各レゾルバステータ６、７の内面と対応することができるロータ２０が固定して設けられ、この回転軸１１を回転することによって、このロータ２０は回転しつつ軸方向線２１に沿って直動することができるように構成されている。

前記ロータ２０は、巻線を有しないコアのみで形成され、このロータ２０と各レゾルバステータ６、７とによって周知の可変リラクタンス型の第１、第２レゾルバ３０、３１を構成している。
前記ロータ２０は、図１では１個で形成されているが、一対構成とすることもでき、その周面の軸方向面３２は前記回転軸１１の軸方向線２１と平行に形成されている。
また、このロータ２０は、軸方向に沿って直動した場合に、各レゾルバステータ６、７に対する対応の度合いは連続的に変化するが（図１では等しい状態）、各レゾルバステータ６、７に対して対応する状態を維持している。

次に、前述の構成において実際に本発明の多回転検出器５０を作動させる場合について説明する。
すなわち、回転軸１１を回転することによりロータ２０が軸方向に移動しつつ回転するため、ロータ２０と各レゾルバステータ６、７との磁気的結合量が変化し、各ステータ巻線４、５の各出力巻線４ａ、５ａから出力された各々の第１、第２出力信号３０ａ、３１ａは図２及び図３に示されるように、一方が増加傾向、他方が減少傾向の角度θに比例したｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を出力する。

次に、前記各出力信号３０ａ、３０ｂを二乗和とすると、図５のブロック図に示されるように、ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２θとなり、この電圧はロータ２０と各レゾルバステータ６、７間の軸方向のずれに応じた電圧の変化として求めることができる。
前記各レゾルバ３０、３１の各出力信号３０ａ、３１ａを各二乗和処理部６０、６１で二乗和処理した第１二乗和信号６０ａ（Ｊｓｉｎ ^２ θ＋Ｊｃｏｓ ^２ θ）及び第２二乗和信号６１ａ（Ｋｓｉｎ ^２ θ＋Ｋｃｏｓ ^２ θ）は、図４で示されるように、中点（機械角零）で同出力となり、−側と＋側では各々異なった値となる。

前述の各二乗和信号６０ａ、６１ａの比を比計算部６５で処理することにより、多回転分の電圧出力６６が得られ、第１、第２ミキシング部６７、６８において、第１、第２デジタル角度計算部７０、７１からの角度データ７０ａ、７１ａと前記多回転分の電圧出力６６とがミキシングされ、一対の同一の多回転データ８０、８１が得られる。すなわち、多回転検出の多回転データ８０、８１は、第１レゾルバ３０のＪ系と第２レゾルバ３１のＫ系を用い、Ｋ／Ｊ又はＪ／Ｋの比の値に対する角度割り当てを行うことにより求めることができる。

前記各多回転データ８０、８１は、通常、故障等がない状態では、第１多回転データ８０を用いるが、例えば、比計算部６５、第１デジタル角度計算部７０及び第１ミキシング部６７の何れかが故障した場合に、第２多回転データ８１を用いる。

また、一対のレゾルバ３０、３１を用いているため、前述の多回転分の電圧出力６６の出力の他に、何れかの１系統が故障し、他の系統が正常動作している場合には、他の系統を用いることにより、冗長系としても利用することができる。

また、各レゾルバ３０、３１のｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を各々加算して二乗し、加算部８２で（Ｊｓｉｎθ＋Ｋｓｉｎθ） ^２及び（Ｊｃｏｓθ＋Ｋｃｏｓθ） ^２を加算（加算処理）することにより、各レゾルバ３０、３１の角度位置に関係なく、一定出力電圧８３が得られ、この一定出力電圧８３を用い、この一定出力電圧８３の変動の有無をみて各レゾルバ３０、３１の故障検出を常時行うことができる。
すなわち、図５に示されているように、第１出力信号３０ａのＪｓｉｎθと第２出力信号３１ａのＫｓｉｎθとを加算して二乗し、第１出力信号３０ａのＪｃｏｓθと第２出力信号３１ａのＫｃｏｓθとを加算して二乗し、これらを前記加算部８２で加算し、前記一定出力電圧８３を得ることができる。

本発明は温度特性に係わらない高精度の多回転データが得られるため、車両等だけではなく、工作機やロボット等の温度変化のある使用用途にも応用できる。

本発明による多回転検出装置を示す半断面図である。本発明の多回転検出装置の角度検出信号を示す特性図である。本発明の多回転検出装置の角度検出信号を示す特性図である。本発明の多回転検出装置の角度検出信号を示す特性図である。本発明の多回転検出装置の多回転データを得るための電気系を示すブロック図である。

１ケーシング
２前蓋
３前部
４第１ステータ巻線
４ａ第１出力巻線
５第２ステータ巻線
５ａ第２出力巻線
６第１レゾルバステータ
７第２レゾルバステータ
１０ねじ孔
１１回転軸
１１ｂ端部
１２後部
１３リニアブッシュ（回転直動案内部）
２０ロータ
２１軸方向線
３０第１レゾルバ
３０ａ、３１ａ第１、第２出力信号
３１第２レゾルバ
３２軸方向面
５０多回転検出器
８０、８１第１、第２多回転データ
８２加算部
８３一定出力電圧

Claims

第１、第２レゾルバステータ(6、7)を軸方向に沿って並設したケーシング(1)と、前記ケーシング(1)の前部(3)に形成されたねじ孔(10)と、前記ねじ孔(10)に螺入され前記第１、第２レゾルバステータ(6、7)に対応する１個又は複数のロータ(20)を有する回転軸(11)とを備え、前記回転軸(11)の回転により前記ロータ(20)が回転及び軸方向移動を行うように構成するとともに、
前記第１、第２レゾルバステータ(6、7)の第１、第２出力巻線(4a、5a)からの第１、第２出力信号(30a、31a)を二乗和処理することで、前記第１出力信号(30a)（Ｊ・ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ，Ｊ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）から第１二乗和信号(60a)（Ｊｓｉｎ ^２ θ＋Ｊｃｏｓ ^２ θ）を得るとともに、前記第２出力信号(3１a)（Ｋｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ，Ｋｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）から第２二乗和信号(61a)（Ｋｓｉｎ ^２ θ＋Ｋｃｏｓ ^２ θ）を得て、
前記第１、第２二乗和信号(60a、61a)の比で多回転を検出することを特徴とする多回転検出器。
第１、第２レゾルバステータ(6、7)を軸方向に沿って並設したケーシング(1)と、前記ケーシング(1)の前部(3)に形成されたねじ孔(10)と、前記ねじ孔(10)に螺入され前記第１、第２レゾルバステータ(6、7)に対応する１個又は複数のロータ(20)を有する回転軸(11)とを備え、前記回転軸(11)の回転により前記ロータ(20)が回転及び軸方向移動を行うように構成するとともに、
前記第１レゾルバステータ(6)の第１出力巻線(4a)から出力される第１出力信号(30a)（Ｊ・ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ，Ｊ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）のＪｓｉｎθと、前記第２レゾルバステータ(7)の第２出力巻線(5a)から出力される第２出力信号(31a)（Ｋｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ，Ｋｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）のＫｓｉｎθとを加算して二乗するとともに、前記第１出力信号(30a)のＪｃｏｓθと前記第２出力信号(31a)のＫｃｏｓθとを加算して二乗し、これら（Ｊｓｉｎθ＋Ｋｓｉｎθ） ^２及び（Ｊｃｏｓθ＋Ｋｃｏｓθ） ^２を加算して得られる一定出力電圧(80A)を用いて前記第１、第２レゾルバステータ(6、7)を用いる第１、第２レゾルバ(30、31)の故障検出を行う構成としたことを特徴とする多回転検出器。
前記前部(3)は前記ケーシング(1)の前蓋(2)よりなり、前記ケーシング(1)の後部(12)に設けられた回転直動案内部(13)に前記回転軸(11)の端部(11b)が回転及び直動自在に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多回転検出器。
前記ロータ(20)の周面の軸方向面(32)は、前記回転軸(11)の軸方向線(21)と平行であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の多回転検出器。