JP7118028B2

JP7118028B2 - レゾルバのステータの芯出し方法

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Publication number: JP7118028B2
Application number: JP2019085107A
Authority: JP
Inventors: 伸二柴田
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2022-08-15
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: JP2020180913A

Description

本開示は、レゾルバのステータの芯出し方法、特にレゾルバの出力する２相の検出信号により形成されるリサジュー図形を用いた芯出し方法に関する。

機械の回転部の角度位置を検出するレゾルバが知られている。レゾルバは、円周方向に沿って凹凸が配列されたロータプレートを有する検出ロータと、検出ロータの回転に伴ってロータプレートの凹凸に応じた正弦波の検出信号を出力するステータとを有する。検出信号は、ロータプレートの凹凸周期に対して９０°の位相差をもった２相の検出信号である。２相の検出信号の比の逆正接に基づき検出ロータの凹凸周期内の角度位置を得ることができる。２相の検出信号の出力値をそれぞれ直交座標系の２軸の座標とする点の軌跡がいわゆるリサジュー図形である。レゾルバの２相の検出信号は、振幅および角周波数は等しく、位相差は９０°であるので、リサジュー図形は基本的に円となる。以下、２相の検出信号の出力値を直交座標系の座標とする点を「リサジュー点」と記す。

レゾルバを製作する際、検出ロータとレゾルバの磁気的中心を一致させる芯出し作業が必要となる。下記特許文献１には、リサジュー図形を利用したレゾルバの芯出し方法が示されている。図５には、設計値によるリサジュー図形、この場合はリサジュー円が破線で示されている。検出ロータを停止した状態のリサジュー点が白丸「○」および黒丸「●」で示されている。これらのリサジュー点が設計値によるリサジュー円上になるように、ステータをロータに対して移動させることで芯出しが行われる。

特開２０１５－３６６４５号公報

上記特許文献１において芯出し過程で利用されるリサジュー円は設計値に基づくものであり、各部品の寸法精度のために現実のものとは差異がある。このため、リサジュー点を設計値によるリサジュー円上に合わせると、正確に芯出しがなされない場合がある。また、検出ロータの磁気的中心がその回転中心からずれていた場合、芯出しをした角度位置においてリサジュー点を設計値によるリサジュー円上に位置させたとしても、他の角度位置ではリサジュー円からずれてしまう場合がある。これらの理由から所定の検出精度が得られなかった場合、後工程である検出精度の検査工程で不具合が発見される。

本発明は、位置検出精度が所定の値に達しない製品をステータの芯出し工程で見つけ出すことを目的とする。

本発明に係るレゾルバのステータの芯出し方法においては、リサジュー図形を用いて位置検出精度を推定する。リサジュー図形は、レゾルバの２相の検出信号の出力値それぞれを直交座標系の２軸の座標とする点の軌跡である。前述のようにこの点が「リサジュー点」であり、リサジュー点と、この直交座標系の原点の距離を「リサジュー半径」と記す。

本発明の方法において、まず、検出ロータを停止した状態で、検出ロータとステータを相対的に並進移動させ、２相の検出信号の出力値が示すリサジュー半径が小さくなるようにステータの位置決めを行う。次に、検出ロータを回転させて、検出ロータの１回転分の２相の検出信号を取得し、この検出信号に基づき、リサジュー半径の１回転周期成分の振幅を算出する。そして、リサジュー半径のこの振幅に基づき芯出しの完了を判定する。振幅が所定の値以下であれば芯出しが完了したと判定し、所定の値を超えていれば再度芯出しが必要であると判断し、上述の作業を再度実行する。

芯出し完了の判定に用いる値は、リサジュー半径の１回転周期成分の振幅とレゾルバの位置検出精度の関係をあらかじめ求めて、定めることができる。

芯出し作業を所定回数繰り返しても、芯出しが完了しない場合、検出ロータの製品の不良と判定するようにできる。

位置検出精度と関係のあるリサジュー半径の１回転周期成分の振幅を用いることで、ステータの芯出しの工程で、このレゾルバの位置検出精度が推定でき、位置検出精度が所定の値に達しない製品をこの工程で見出すことができる。

レゾルバとレゾルバのステータの芯出し装置の構成を模式的に示す図である。リサジュー図形の説明図である。芯振れのない検出ロータのロータプレートと磁極の位置関係を示す図である。芯振れのある検出ロータのロータプレートと磁極の位置関係を示す図であり、特にステータの芯出し作業後の位置関係を示す図である。芯振れのある検出ロータのロータプレートと磁極の位置関係を示す図であり、特にロータプレートを図４に示す位置から１８０°回転させた状態を示す図である。リサジュー円の実例を示す図である。リサジュー半径の１回転周期成分の変動を示す図である。芯振れのある検出ロータのロータプレートと磁極の位置関係を示す図であり、特に、ロータプレートの位置が図４とは異なる場合のステータ芯出し作業後の位置関係を示す図である。芯振れのある検出ロータのロータプレートと磁極の位置関係を示す図であり、特にロータプレートを図８に示す位置から１８０°回転させた状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るレゾルバのステータの芯出し方法の実施の形態を説明する。図１は、レゾルバ１０と、レゾルバの芯出しのための装置（芯出し装置１２）を模式的に示す図である。レゾルバ１０は、回転角度の検出対象となる機械の回転部に取り付けられて、この回転部と一体に回転する検出ロータ１４と、検出対象の静止した部分に対して固定されるステータ１６と、軸受１８を介して検出ロータ１４を回転可能に支持するハウジング２０を含む。

検出ロータ１４は、軸受１８に支持される円柱形状のロータ軸部２２と、ロータ軸部２２に固定され、これと一体となって回転するロータプレート２４を含む。ロータ軸部２２は、ハウジング２０と軸受１８で規定される回転軸線Ａの周りに回転可能に支持される。ロータ軸部２２が、対象となる機械の回転部に結合される。ロータプレート２４は、概略円板形状であって回転軸線Ａに直交する平面内に配置され、その円板形状の円周に沿って、所定ピッチで凹凸が形成されている。以降、この凹凸の周期を「凹凸周期」と記す。

ステータ１６は、ロータプレート２４の外周に対向するように配置された磁極２６，２８を有するステータコア３０と、磁極２６，２８に巻回された励磁コイル（不図示）および検出コイル（不図示）を有する。磁極２６，２８は、周方向に、凹凸周期の四分の１の間隔をもって配置される。励磁コイルに交流電流を供給することにより、磁極２６，２８とロータプレート２４の間のギャップに応じた電流が検出コイルに誘導される。磁極２６，２８とロータプレート２４のギャップが大きいと検出コイルに流れる電流は小さくなり、ギャップが小さいと電流は大きくなる。ロータプレート２４の外周には凹凸が形成されているので、ロータプレート２４が回転すると、検出コイルに流れる電流は、凹凸の周期で変化する。よって、検出コイルからの出力は、ロータプレート２４の凹凸の周期に応じた検出信号として利用できる。また、磁極２６と磁極２８が凹凸周期の四分の１の間隔で配置されているため、これらの磁極２６，２８の検出コイルからの検出信号Ｓ，Ｃは、位相差が９０°となる。検出信号Ｓ，Ｃが正弦波状の信号であれば、検出信号Ｓ，Ｃの逆正接に基づき、その時の、検出ロータの凹凸周期内の角度位置を取得することができる。

ステータ１６は、回転軸線Ａに直交する平面内でハウジング２０に対して並進移動可能であり、任意の位置でハウジング２０に固定することができる。この並進移動により、検出ロータ１４とステータ１６の磁気的中心を一致させる。この作業がステータの芯出しである。

芯出し装置１２は、検出ロータ１４を回転させる回転機３２と、回転機３２が載置され、回転機３２を回転軸線Ａに直交する平面内で並進移動させるＸＹテーブル３４とを含む。回転機３２の出力軸に検出ロータ１４のロータ軸部２２が同時に固定されている。回転機３２がＸＹテーブル３４に並進移動されると、これに伴い検出ロータ１４およびハウジング２０が並進移動し、検出ロータ１４とステータ１６が回転軸線Ａに直交する平面内で相対移動する。ＸＹテーブル３４は、柱３６と共にベース３８上に配置される。柱３６の上端には、押さえ４０が固定されている。押さえ４０は、ゴム板４２を介してステータ１６をハウジング２０に向けて押圧する。芯出し装置１２は、さらに制御装置４４を備える。制御装置４４は、ステータ１６からの２相の検出信号Ｓ，Ｃを受け、後述するリサジュー図形を表示する。また、回転機３２の回転およびＸＹテーブル３４の並進移動を制御する。

図２は、リサジュー図形の説明図である。検出信号Ｓ，Ｃの出力値を、直交座標系の座標値とすると点Ｐを得る。この点Ｐが前述のリサジュー点である。リサジュー点Ｐと座標系の原点Ｏとの距離ｒが前述のリサジュー半径である。検出ロータ１４が回転するとリサジュー点Ｐも回転する。前述のように、検出信号Ｓ，Ｃは、周期および振幅が等しいので、リサジュー点Ｐの軌跡は原点Ｏを中心とする円となる。この円がリサジュー円である。あるリサジュー点Ｐと原点Ｏを結ぶ半径が横軸となす角φが、検出ロータ１４の角度位置に関連する。

ステータの芯出し工程の概略について説明する。ステータの芯出し工程は、検出ロータ１４の磁気的中心とステータ１６の磁気的中心を位置させる芯出し作業と、芯出し作業後のレゾルバ１０が所定の検出精度を得られるかを判定する判定作業を含む。芯出し作業では、まず、検出ロータ１４を回転させずに停止した状態で、ＸＹテーブル３４により検出ロータ１４およびハウジング２０を並進移動させてリサジュー半径ｒが小さくなるように、検出ロータ１４とステータ１６の相対位置を定める。具体的には、リサジュー点Ｐを表示装置に表示させて、リサジュー点Ｐが原点Ｏに最も近くなるように、ステータ１６に対する検出ロータ１４の位置を定める。この状態で、ステータ１６をハウジング２０にねじ留めする。

次に、判定作業が行われる。まず、回転機３２を駆動して検出ロータ１４を回転させて少なくとも検出ロータ１４の１回転分の検出信号Ｓ，Ｃを取得する。この検出信号Ｓ，Ｃから検出ロータ１４の１回転分のリサジュー半径ｒを得て、さらに検出ロータ１４の１回転を１周期とするリサジュー半径ｒの１周期成分を取得する。この成分を、リサジュー半径ｒの１回転周期成分と記す。リサジュー半径ｒの１回転周期成分は、理想的には変動しない。リサジュー半径ｒの１回転周期成分の振幅があらかじめ定められた基準値以下であれば、芯出し作業を終了する。基準値を超えていた場合、ステータ１６を留めていたねじを緩め、ハウジング２０に対して移動可能として、再度芯出し作業を行う。芯出し作業を所定回数繰り返しても、リサジュー半径ｒの１回転周期成分の振幅が基準値以下とならない場合、検出ロータ１４の不良を判定する。リサジュー半径ｒの１回転周期成分の変動（振幅）がレゾルバの検出精度と関連することが知られている。前記の基準値は、求める製品に要求される精度に基づきあらかじめ定めておくことができる。

検出ロータ１４は、ロータ軸部２２の中心軸線周りに回転する。ロータ軸部２２の中心軸線にロータプレート２４の中心軸線が一致していないと、検出ロータ１４が回転するときロータプレート２４は偏心して回転する。偏心があると、偏心のために磁極２６，２８とギャップが変動し、レゾルバの検出精度が低下する。上記の判定作業を行うことで、芯出し工程において、検出ロータ１４の寸法精度を把握することができ、レゾルバ製作過程の早い段階で製品不良を把握することができる。

芯出し工程について、より詳細に説明する。図３は、検出ロータ１４とステータ１６の回転軸線Ａに直交する平面内の位置関係を模式的に示す図である。検出ロータ１４は、外周の凹凸が省略されたロータプレート２４のみが示され、ステータ１６は、磁極２６のみが示されている。概略円形のロータプレート２４の中心Ｒは磁気的中心であり、また回転軸線Ａ、つまりロータ軸部２２の中心軸線に一致している。したがって、検出ロータ１４が回転するとき、ロータプレート２４は図３に示された位置からずれることなく回転する。磁極２６は、ロータプレート２４を挟んで互いに対向するように配置された２つの磁極２６Ａ，２６Ｂから構成される。ステータ１６の中心Ｍは、各磁極の先端を通る円の中心であり、また磁気的な中心である。図３は、ステータ１６の中心Ｍが、検出ロータの回転軸線Ａからずれた状態、つまり芯ずれした状態を示している。一方の磁極２６Ａから出力された信号に、他方の磁極２６Ｂから出力された信号の正負を逆転した信号を加算して検出信号が生成される。このように磁極２６を構成することで、芯ずれによって一方の磁極２６Ａの信号が小さくなっても、他方の磁極２６Ｂの信号が大きくなるので、加算された検出信号がギャップの変化による影響を受けにくくしている。ただし、ギャップに対する磁極２６Ａ，２６Ｂの出力は、ギャップが小さくなると急激に大きくなり、１次関数とならないため、芯ずれの影響は完全には相殺されない。加算された検出信号が最小となるのは、２つの磁極２６Ａ，２６Ｂのギャップが一致したときである。

前述のように芯出し作業を行うことによって、つまり検出ロータ１４が停止した状態でリサジュー半径ｒを小さくすることによって、対向配置される２つの磁極２６Ａ，２６Ｂのギャップは等しくなる。磁極２８に関しても同様であり、ステータ１６の芯ずれが解消される。

次に、検出ロータ１４に芯振れがある場合の芯出し工程について説明する。図４には、ロータ軸部２２の中心軸線、すなわち回転軸線Ａに対し、ロータプレートの中心Ｒがずれている、いわゆる芯振れのある検出ロータ１４と、ステータ、特に磁極２６の位置関係が模式的に示されている。ロータプレート２４の中心Ｒは、検出ロータ１４の回転軸線Ａからずれている。この中心Ｒが回転軸線Ａからずれている状態が芯振れである。芯振れのある検出ロータ１４に対し、芯出し作業を行うと、２つの磁極２６Ａ，２６Ｂは、ロータプレート２４に対してギャップが等しくなるように配置され、ロータプレート２４の中心Ｒとステータ１６の中心Ｍが一致する。この状態が図４に示されている。

判定作業のために、検出ロータ１４を回転させると、検出ロータを１８０°回転した位置において、図５に示すように磁極２８Ｂのギャップが狭くなる。前述のように、ギャップが狭くなるとその磁極が出力する信号が急激に大きくなり、反対側の磁極の出力する信号では増加分を相殺しきれない。このため、芯振れがある検出ロータ１４の場合、対向する２つの磁極の出力を加えた検出信号Ｓ，Ｃは検出ロータ１４の回転周期で変動し、この結果、リサジュー半径ｒが検出ロータ１４の回転周期と同じ周期で変動する。図６は、リサジュー円の一例であり、図７は、横軸が検出ロータ１４の角度位置、縦軸がリサジュー半径ｒであり、リサジュー半径ｒの１回転周期成分を示す図である。実線が検出ロータ１４に芯振れがある場合を示し、破線が芯振れがない場合を示す。検出ロータ１４の１回転当たりのリサジュー円の数は、ロータプレート２４の凹凸の数となる。検出ロータ１４に芯振れがある場合、リサジュー円は大きくなり、かつ検出ロータ１４が１回転する間に変動する。

リサジュー半径ｒの１回転周期成分の振幅から、検出ロータ１４の芯振れの量をある程度推定できる。リサジュー半径ｒの１回転周期成分が大きければ、検出ロータ１４の芯振れも大きい。芯振れが大きい場合、レゾルバ１０の検出精度が悪化することが知られており、リサジュー半径ｒの１回転周期成分に基づき、検出ロータ１４の芯振れに関する不良品を排除することができる。

リサジュー半径ｒの１回転周期成分の振幅は、芯出し作業における検出ロータ１４の停止した角度位置に影響を受ける。前述の図４に示される位置は、芯出し作業中、対向する磁極２６Ａ，２６Ｂを結ぶ直線上にロータプレート２４の中心Ｒがあり、この場合、リサジュー半径ｒの１回転周期成分の振幅が大きくなる。一方、図８は、ロータプレートの中心Ｒが、対向する磁極２６Ａ，２６Ｂを結ぶ直線に直交し、かつ回転軸線Ａを通る直線上に位置しており、この場合、図９に示すように、磁極２６Ｂのギャップは、図５に示す場合ほどには狭くならない。したがって、リサジュー半径ｒの１回転周期成分の振幅も図４，５に示す場合に比べて小さくなり、レゾルバの検出精度の要求が満たされる場合がある。このように、芯出し作業における検出ロータ１４の角度位置が異なると、リサジュー半径ｒの１回転周期成分の振幅が変化するので、１回の判定作業により、振幅が基準値を満たさなかったとしても、検出ロータ１４を異なる角度位置にして、再度芯出し作業、判定作業を行う。芯出し作業を所定回数行っても、振幅が基準値を満たさなかった場合、検出ロータ１４の不良を判定する。

このように、リサジュー図形、特にリサジュー半径ｒの１回転周期成分の振幅を利用することで、ステータの芯出し工程において、検出ロータ１４の不良を判定することができる。これにより、ステータの芯出し工程より後の工程となる位置検出精度の検査工程よりも早い段階で不良判定をすることができ、検査工程で不良となったために再度芯出し工程に戻るという組立工程の無駄を減らすことができる。

１０レゾルバ、１２芯出し装置、１４検出ロータ、１６ステータ、１８軸受、２０ハウジング、２２ロータ軸部、２４ロータプレート、２６，２８磁極、３０ステータコア、３２回転機、３４ＸＹテーブル、３６柱、３８ベース、４０押さえ、４２ゴム板、４４制御装置、ｒリサジュー半径、Ｐリサジュー点、Ａ回転軸線、Ｒロータプレートの中心（磁気的中心）、Ｍステータの中心（磁気的中心）。

Claims

外周に、円周方向に沿って凹凸が複数周期で配列されたロータプレートを有し、回転軸線周りに回転する検出ロータと、
前記ロータプレートの外周に対向して配置されたステータであって、それぞれが前記ロータプレートの外周とのギャップの大きさに応じた検出信号であり、前記凹凸の周期における９０°の位相差を有する２相の検出信号を出力するステータと、
を有するレゾルバにおける前記ステータの芯出し方法であって、
前記検出ロータを停止した状態で、当該検出ロータと前記ステータを相対的に並進移動させ、前記２相の検出信号の出力値が示すリサジュー半径が小さくなるように前記ステータを位置決めするステップと、
前記検出ロータを回転させて、１回転分の前記２相の検出信号を取得し、前記リサジュー半径の１回転周期成分の振幅を算出するステップと、
前記リサジュー半径の前記振幅に基づき芯出しの完了と再芯出し要の判定をするステップと、
を有する、ステータの芯出し方法。
請求項１に記載のレゾルバのステータの芯出し方法であって、芯出しの完了と再芯出し要の判定をする前記ステップにおいて、前記リサジュー半径の前記振幅は、前記リサジュー半径の１周期成分の振幅と当該レゾルバの検出精度の関係に基づきあらかじめ定められている判定基準値と比較される、方法。
請求項１または２に記載のレゾルバのステータの芯出し方法であって、再芯出しを所定回数行っても芯出しが完了しない場合、前記検出ロータの製品不良を判定する、方法。