JPH01140018A - 位置・速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は磁気レゾルバを用いて位置と速度を検出する装
置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 従来、このような位置・速度検出装置として、例えば第
３図に示すものがあった。

この装置はモータのステータとロータコアを用いた多極
のレゾルバである。

図で、Ｌ、、Ｌ２　、Ｌ、はステータの突極に巻かれた
３相コイル、１はコイルＬ＋　、Ｌ２　、Ｌ３の一端に
Ｅｓ１ｎωｔなる電圧（Ｅは振幅、ωは角速度、ｔは時
間）を印加する電圧源、Ａ１゜Ａ２　、ＡコはコイルＬ
１．Ｌ２　、Ｌ３の他端の電位差を増幅する増幅器、２
は増幅器ＡＩ　、　Ａ２　。

Ａ３の３相の出力ＶＡ、ｖＢ　、Ｖａをスコツト変換し
て２相の信号にするスコツト変換器、３はスコツト変換
器２の出力から回転角θをデジタル信号で出力するＲ／
Ｄ変換器である。

この装置で、ロータコアの回転角をθとすれば、各コイ
ルのインダクタンスは次式のように変化する。

Ｌ＋　＝Ｌｃ　　（１＋Ｍｓ　ｉ　ｎθ）Ｌ２　＝Ｌｃ
　　（１＋Ｍｓ　ｉ　ｎ　（θ＋１２０）ＩＬ３　＝Ｌ
ｃ　　（１＋Ｍｓ　ｉ　ｎ　（θ−１２０）ＩＬｃ、Ｍ
：定数 この式では、コイルＬ＋　、’Ｌ２　、Ｌ３のインダク
タンスも同一符号で表わす。

電圧源１により各コイルをＥｓ１ｎωｔなる電圧をかけ
て駆動し、増幅器Ａ、〜Ａ３で各コイルの電位差Ｖ、、
Ｖ２．Ｖコをとると、次のようになる。

Ｖ、＝Ｖ、ｓｉｎθｓｉｎωｔ Ｖ２＝Ｖｏｓ　ｉ　ｎ　（θ＋１２０）　ｓ　ｉ　ｎω
ｔＶ、＝Ｖ。ｓｉｎ　（θ−１２０）ｓｉｎωｔＶｏ：
電圧の振幅 これらの電圧をスコツト変換すると、 ｓｉｎθｓｉｎωｔとｃｏｓθＳｉｎωしの信号が取り
出される。これらの信号をＲ／Ｄ変換器３に与えると、
回転角θがデジタル信号として得られる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この装置では、信号処理回路にＲ／Ｄ変換器を
必要としているが、Ｒ／Ｄ変換器は１台数万円もする高
価なものである。また、位置分解能を変えるにはＲ／Ｄ
変換器を交換しなければならない。このようにＲ／Ｄ変
換器にかかわる各種の問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のであり、Ｒ／Ｄ変換器を用いずに磁気゛レゾルバによ
り位置・速度検出装置を実現することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、 先端に一定ピッチで歯が形成されたｋｎ個の突ｉ（ｋ、
ｎは整数）を有し、突極の配列順に従って歯の位相が（
（１／ｋ）＋ｍｌ　ｐずつずれている（ｍは整数、ｐは
歯のピッチ）ステータと、このステータの歯と対向して
いてしかもこの歯とほぼ同一ピッチの歯が形成されたロ
ータと、前記突極に巻かれていて、同一位相の歯が形成
された突極に巻かれたものにより１相をなすに相のコイ
ルと、 これら各相のコイルにそれぞれ位相が （３６０／ｋ＞”異なるに相交流電圧またはに相交流電
流の信号を与える信号源と、 各相のコイルの電流または電圧を検出してこれらを加算
し、加算信号の位相から前記ロータの回転位置を求め、
周波数から前記ロータの回転速度を求める演算部、 を具備した位置・速度検出装置である。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明にかかる位置・速度検出装置の一実施例
の構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）図の
Ｘ−Ｘ部分の断面図である。

図で、１０は３枚の磁性体１１，１２．１３を間に非磁
性体１４．１５を挿入して積み重ねた構成のステータで
ある。各磁性体１１，１２．１３には３個の突極１１１
〜１１３，１２１〜１２゜１３、〜１３コが設けられ、
これらの突極の先端には歯１６が形成されている。

同一の磁性体上にある突極の歯どうしは同一位相で、磁
性体１１，１２．１３上にある突極の歯の位相はそれぞ
れ（（１／３）＋ｍ｝ｐずつ（ｐは歯のピッチ、ｍは整
数）ずれている。

各磁性体１１．１２．１３にはコイル１７．〜１７３．
１８１〜１８コ、１９１〜１９３がそれぞれ巻かれてい
る。

２０は磁性体材料で構成されていてステータ１０の外側
に配置されたロータである。ロータ２０には、歯１６に
対向していてしかもこの歯とほぼ同一ピッチの歯２１が
形成されている。

２２はコイル１７．〜１７ｉ、１８＋〜１８３゜１９１
〜１９コにそれぞれ、Ｖ、ｓｉｎωｔ１Ｖｏｓｉｎ（ω
ｔ＋１２０＞。

ＶＯｓ　ｉ　ｎ　（ωｔ−１２０＞なる正弦波電圧を印
加する３相発振器である。

２３はコイル１７１〜１７３，１８１〜１８コ。

１９、〜１９コに流れる電流をもとにロータ１０の回転
角と回転速度を算出する演算部である。各コイルに流れ
る電流の検出は、各コイルと直列に抵抗を接続し、この
抵抗の両端電圧を測定することによって行う。

なお、３相コイルを使用する場合は、突極の数は９個に
限らす３ｎ個（ｎは整数）設けられていればよい。

このような装置の回路図は第２図のようになる。

第２図で、２２＋　、２２２．２２３は１７．〜１７コ
、１８１〜１８３，１９１〜１９コにそれぞれＶ。ｓｉ
ｎωｊ、Ｖ、）ｓｉｎ（ωｔ＋１２０）、Ｖｏｓｉｎ（
ωｔ−１２０）なる正弦波電圧を印加する発振器である
。

ここで、請求範囲でいう信号源は発振器２２゜〜２２．
に相当する。

次に、このような装置の動作を説明する。

各コイル１７．〜１７３，１８１〜１８３゜１９、〜１
９３のインダクタンスＬ＋　？　ｌ　Ｌｌ　ｓ　＋Ｌ１
９は、それぞれのコイルの磁気抵抗Ｒ７７゜ＲＩ　Ｂ　
、Ｒ＋　ｇで決まり、次式のようになる。

Ｒ（、、ｒ：磁気抵抗値、ｎ：コイルの巻数３相９．振
器２２で各コイルを励磁すると、コイル１７１〜１７コ
　、１８１〜１８３，１９１　〜１９３に流れる電流ｒ
＋　７．１１８　、ｒ、９は次のようになる。

ａ、ｂ：定数 ここで、電流Ｉ、？　＋　　Ｉ＋　ｓ　＋　　Ｉ＋　ｅ
の和をとると、 ｌ５１ｐ１　＋　Ｉ、ｌ　＋ＩＩ。

−＝　Ｏ＝　（シーｗ　ｔ　十□（ｗｔ　＋１２Ｃ’）
キル二（＋、）ｔ−１２０）％＋貝・へ５へρが鴫ωｔ
＋蒜（θ十１ユ０）ム（Ｌ、！ｔ＋ｌユ□）；チラ（θ
−囚約−Ｑ齢（θ十嚇ｔ）士圓θ−Ｑ辷）−賦θ蜘ｔ　
＋２４０）　十明Ｍ−の−ｃ＃（θ＋ｗ’ｃ−４０）”
５となり、■式は回転角θで位相変調されるレゾルバの
出力信号の式と同じになるため、Ｒ／Ｄ変換器は不要と
なる。

■式から回転角θを求める。また、θ＝ｖｔで（Ｖはロ
ータの回転角速度）であるため、θの周波数をもとにロ
ータの回転速度を算出する。

第３図は本発明にかかる位置・速度検出装置を用いた計
数回路の構成例を示した図である。

図で、３０は本発明にかかる位置・速度検出装置、３１
は位置・速度検出装置３０の出力信号を波形整形する波
形整形手段、３２は整形した信号の周期を数えるカウン
タ、３３は周期カウンタ３２のカウントをデータとして
回転角θを求めるマイクロプロセッサである。

例えば、ロータが静止しているときの位置・速度検出装
置３０の出力信号の周波数を３ｋＨｚ、周期カウンタ３
２がカウントする周波数を３　Ｍ　Ｈｚとすると、マイ
クロプロセッサ３３は次式から回転角度θを算出する。

θ＝Σ（Ｄａｔａ−１０００） Ｄａｔａ：周期カウンタ３２のカウントなお、突極に巻
くコイルは３相コイルに限らすに相コイル（ｋは整数）
であってもよい。この場合は突極はｋｎ個設ける。

また、実施例では電圧によりコイルを駆動し、コイルに
流れる電流から回転角を算出する場合について説明した
が、これに限らず電流によりコイルを駆動し、コイルに
ががる電圧から回転角を倹出してもよい。

［効果］ 本発明によれば、次の効果が得られる。

■Ｒ／Ｄ変換器が不要であるため、コストが安くなる。

■ロータの円周方向に沿って複数個配列したコイルで検
出した信号の和により回転角を算出しているなめ、ロー
タの偏心による誤差が生じない。

■内部に電気回路が設けられていないため、耐熱性がよ
い。

■モータの構造と同じであるため、組立て、調整が容易
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる位置・速度検出装置の一実施例
の構成図、第２図は第１図の装置の回路図、第３図は本
発明にかかる装置を使用した計数回路の構成例を示した
図、第４図は従来における位置検出装置の一例の構成図
である。 １０・・・ステータ、１１〜１３・・・磁性体、１１１
〜１１：＋、１２＋　　〜１２コ　、１３１〜１３コ・
・・突極、１４．１５・・・非磁性体、１６．２１・・
・歯、１７、〜１７コ　、　１８．〜１８コ　、　１９
１〜１９コ・・・コイル、２０・・・ロータ、２２・・
・発振器、２３・・・演算部。 第　　２　図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 先端に一定ピッチで歯が形成されたｋｎ個の突極（ｋ、
   ｎは整数）を有し、突極の配列順に従って歯の位相が｛
   （１／ｋ）＋ｍ｝ｐずつずれている（ｍは整数、ｐは歯
   のピッチ）ステータと、このステータの歯と対向してい
   てしかもこの歯とほぼ同一ピッチの歯が形成されたロー
   タと、前記突極に巻かれていて、同一位相の歯が形成さ
   れた突極に巻かれたものにより１相をなすに相のコイル
   と、 これら各相のコイルにそれぞれ位相が （３６０／ｋ）°異なるｋ相交流電圧またはｋ相交流電
   流の信号を与える信号源と、 各相のコイルの電流または電圧を検出してこれらを加算
   し、加算信号の位相から前記ロータの回転位置を求め、
   周波数から前記ロータの回転速度を求める演算部、 を具備した位置・速度検出装置。