JPH04236323A - 磁気レゾルバ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボット駆動等に用いら
れるモ―タの絶対回転位置を検出する磁気レゾルバの改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気レゾルバでアブソリュ―トエ
ンコ―ダを構成したものとしては、例えば、本出願人に
よる特願昭６３−２０５９７１号の出願明細書に記載さ
れた偏心形の磁気レゾルバがあった。図１０はこの磁気
レゾルバの概略的構成図である。　　図１０において、
１はロ―タ、２はステ―タである。ロ―タ１はステ―タ
２の中心Ｏを回転中心にして回転する。この回転中心Ｏ
は、ロ―タ自身の本来の中心Ｏ　１からΔｇだけ偏心し
ている。このような偏心形の磁気レゾルバでは、ロ―タ
とステ―タのギャップが、ロ―タの１回転について１周
期の割合で変化することを利用してロ―タの回転を検出
する。しかし、図１０の磁気レゾルバでは、ロ―タとス
テ―タのギャップ変化をもとに回転位置を検出している
ため、ギャップに影響を与える外的要因、例えば、温度
変化、ロ―タにかかるモ―メント負荷等によって検出誤
差が出やすいという問題点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、温度変化、
モ―メント負荷等の外的要因に対しても検出誤差が出に
くい磁気レゾルバを実現することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は次のとおりの構
成になった磁気レゾルバである。 （１）回転可能なロ―タコアと、位置固定されたステ―
タコアと、前記ステ―タコアに巻かれたコイルと、この
コイルを励磁する励磁手段を有し、前記コイルにかかる
電圧を検出し、この検出電圧をもとに、コイルのインダ
クタンスが前記ロ―タコアの回転位置に応じて変わるこ
とを利用してロ―タコアの回転位置を検出する磁気レゾ
ルバにおいて、前記ロ―タコアは、リング形状になって
いて、リング幅はリングの１周分について１周期変化す
るものであり、前記ステ―タコアは、ロ―タコアを軸方
向に挟んで配置されていて、重なる部分の面積はロ―タ
コアの回転に応じて周期的に変化するものであるととも
に、前記コイルにかかる電圧を検出し、この検出電圧を
もとに、コイルのインダクタンスがロ―タコアとステ―
タコアの軸方向に重なる部分の面積に応じて変化するこ
とを利用してロ―タコアの絶対回転位置を求める演算部
を具備したことを特徴とする磁気レゾルバ。 （２）回転可能なロ―タコアと、位置固定されたステ―
タコアと、前記ステ―タコアに巻かれたコイルと、この
コイルを励磁する励磁手段を有し、前記コイルにかかる
電圧を検出し、この検出電圧をもとに、コイルのインダ
クタンスが前記ロ―タコアの回転位置に応じて変わるこ
とを利用してロ―タコアの回転位置を検出する磁気レゾ
ルバにおいて、前記ロ―タコアは、リング形状になって
いて、リング幅はリングの１周分について１周期変化す
るものであり、前記ステ―タコアは、前記ロ―タコアを
径方向に挟んでリングの内側と外側に配置されていて、
内側ステ―タコアとロ―タコアのギャップ及び外側ステ
―タコアとロ―タコアのギャップの合成磁気抵抗がロ―
タコアの回転に応じて周期的に変化するものであり、ロ
―タコアの径方向のずれによるギャップ部分の磁気抵抗
変化を前記合成磁気抵抗が吸収する構成になっていると
ともに、前記コイルにかかる電圧を検出し、この検出電
圧をもとに、コイルのインダクタンスがロ―タコアとス
テ―タコアの径方向のギャップに応じて変化することを
利用してロ―タコアの絶対回転位置を求める演算部を具
備したことを特徴とする磁気レゾルバ。

【０００５】

【作用】このような本発明では、ロ―タコアとステ―タ
コアの重複部分の面積がロ―タコアの回転に応じて変化
することを利用して回転を検出する。また、ロ―タコア
の外側と内側にステ―タコアを配置し、これらのコアに
よって形成される２つのギャップの磁気抵抗は、ロ―タ
コアが径方向にずれたときに、一方のギャップでは磁気
抵抗が増加し、他方のギャップでは磁気抵抗が同量だけ
減少することによって、ずれによるギャップ部分の磁気
抵抗変化を吸収する。

【０００６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を説明する。図１
は本発明の一実施例の構成図である。図１で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は縦断面図である。図１において、１０
はロ―タコアであり、リング形状になっていて、リング
幅が１周について１周期分変化する。このような形状は
、中心がＯにあって半径がＲの破線で示す円に対して、
中心Ｏに関して１８０°異なる方向に偏心させた半径の
異なる２つの円を外周線と内周線にすることによって描
くことができる。２０　１〜２０　４はロ―タコア１０
の円周部に沿って９０°おきに配置されたステ―タコア
である。これらのステ―タコアは断面がコ字形になって
いて、２本の腕でロ―タコア１０を軸方向に挟み込んで
いる。ロ―タコア１０が回転してステ―タコアに挟み込
まれる部分が変わることによって、ロ―タコアとステ―
タコアが軸方向に重なる部分の面積が変化する。２１　
１〜２１　４はステ―タコア２０　１〜２０　４にそれ
ぞれ巻かれたコイルである。なお、ステ―タコアとコイ
ルの部分は図２に示す構成になっていてもよい。３０は
励磁手段であり、コイル２１　１と２１　３をＥｃｏｓ
ωｔなる交流電圧（Ｅ：電圧の振幅，ω：角速度，ｔ：
時間）で励磁し、コイル２１　２と２１　４をＥｓｉｎ
ωｔなる交流電圧で励磁する。４０はコイル２１　１〜
２１　４の誘起電圧からロ―タコア１０の絶対回転位置
を算出する演算部である。

【０００７】次に、このような磁気レゾルバの動作を説
明する。ロ―タコア１０のリング幅すなわちコア幅Ｗは
次式のとおり変化する。 Ｗ＝ｗ　０＋Δｗｓｉｎθ θ：ロ―タコアの回転位置を与える位相ｗ　０：初期値
，Δｗ：コア幅の変化を与える振幅ロ―タコアとステ―
タコアの対向面積は、コア幅Ｗにステ―タコアの幅（一
定値）をかけたものであるため、次式で与えられる。 Ｓ＝Ｓ　０＋ΔＳ・ｓｉｎθ Ｓ　０：初期値，ΔＳ：面積の変化を与える振幅９０°
ずつ角度を隔てて配置されたステ―タコア２１　１，２
１　２，２１　３，２１　４における対向面積Ｓ　１，
Ｓ　２，Ｓ　３，Ｓ　４はそれぞれ次式で与えられる。 　　Ｓ　１＝Ｓ　０＋ΔＳ・ｓｉｎθ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…（１）　　Ｓ　２＝Ｓ　０＋ΔＳ・ｃｏｓθ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　…（２）　　Ｓ　３＝Ｓ　０−Δ
Ｓ・ｓｉｎθ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　…（３）　　Ｓ　
４＝Ｓ　０−ΔＳ・ｃｏｓθ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…
（４）ロ―タコアとの対向面積がＳ　１，Ｓ　２，Ｓ　
３，Ｓ　４になったステ―タコアに巻かれたコイルをそ
れぞれｓｉｎ０相，ｃｏｓ０相，ｓｉｎ１８０相，ｃｏ
ｓ１８０相のコイルとする。

【０００８】磁気レゾルバの図３で示す部分の磁気抵抗
Ｒｋ　は次式で与えられる。 　　Ｒｋ　＝｛ｌ／μ　０（Ｓｃ　−Ｓｋ　）｝＋ｌ／
μｉ　Ｓｋ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　＋（ｇａ　＋ｇｂ　）／μ　０
Ｓｃ　　　　　　　　　…（５）ｋ＝１〜４，ｌ：ロ―
タコアの厚さ，ｇａ　，ｇｂ　：ギャップの厚さ Ｓｃ　：ステ―タコアのロ―タコアと対向する部分の面
積Ｓｋ　：ロ―タコアのステ―タコアと対向する部分の
面積μ　０：ロ―タコアとステ―タコアのギャップ部分
の透磁率 μｉ　：ロ―タコア材の透磁率 コイルのインダクタンスＬ＝Ｎ　２／Ｒｋ　になること
から（Ｎはコイルの巻数）、（１）〜（５）式よりｓｉ
ｎ０相，ｃｏｓ０相，ｓｉｎ１８０相，ｃｏｓ１８０相
のコイルのインダクタンスＬ　１，Ｌ　２，Ｌ　３，Ｌ
　４は次式で与えられる。 Ｌ　１＝Ｌ　０＋ΔＬｓｉｎθ Ｌ　２＝Ｌ　０＋ΔＬｃｏｓθ Ｌ　３＝Ｌ　０−ΔＬｓｉｎθ Ｌ　４＝Ｌ　０−ΔＬｃｏｓθ 励磁手段３０は、ｓｉｎ０相コイルとｓｉｎ１８０相コ
イルをＥｃｏｓωｔなる交流電圧で励磁し、ｃｏｓ０相
コイルとｃｏｓ１８０相コイルをＥｓｉｎωｔなる交流
電圧で励磁するため、ｓｉｎ０相，ｃｏｓ０相，ｓｉｎ
１８０相，ｃｏｓ１８０相のコイルに表われる電圧信号
Ｖ　１，Ｖ　２，Ｖ　３，Ｖ　４は次式で与えられる。 Ｖ　１＝ａｓｉｎθｃｏｓωｔ Ｖ　２＝ｂｃｏｓθｓｉｎωｔ Ｖ　３＝−ｃｓｉｎθｃｏｓωｔ Ｖ　４＝−ｄｃｏｓθｓｉｎωｔ ａ，ｂ，ｃ，ｄ：定数

【０００９】ここで、演算部４０は、例えば図４に示す
構成になっている。図４において、演算部４０は、アン
プＡ　１〜Ａ　３により各コイルに表われる電圧信号Ｖ
　１〜Ｖ　４について次式の演算を行なう。 Ｖ＝（Ｖ　１−Ｖ　３）＋（Ｖ　２−Ｖ４）＝Ａｃｏｓ
（ωｔ−φ−θ） φ＝ａｒｃｔａｎ｛（ｂ＋ｄ）／（ａ＋ｃ）｝Ａ：定数 このようにして求めた信号Ｖは、ロ―パスフィルタ４１
で低周波成分が抽出され、コンパレ―タ４２で波形整形
される。また、励磁手段３０が発生する励磁信号Ｅｃｏ
ｓωｔもコンパレ―タ４３により波形整形される。位相
差カウンタ４４はコンパレ―タ４２からの位相変調信号
とコンパレ―タ４３からの位相変調されない基準信号の
位相差−φ−θをカウントする。これによって、ロ―タ
コアの回転位置を与える位相θを求めることができる。 位相θはロ―タコアが１回転すると３６０°変化するも
のであるため、位相θは絶対回転位置を与える位相にな
る。

【００１０】図５及び図６は本発明の他の実施例の要部
構成図である。図５はロ―タ部分の構成図であり、（ａ
）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。　　図５におい
て、５０はロ―タコアであり、図１のロ―タコア１０と
同様な形状になっている。５１はロ―タコア５０を保持
するコア保持部材である。図６はステ―タ部分の構成図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。 図６において、６０はコア保持部材であり、外周面には
９０°おきに外側ステ―タコア６１　１〜６１　４が配
置され、内周面には外側ステ―タコア６１　１〜６１４
と対向する位置に内側ステ―タコア６２　１〜６２　４
が配置されている。６３　１〜６３　４及び６４　１〜
６４　４は外側ステ―タコア６１　１〜６１　４及び内
側ステ―タコア６２　１〜６２　４に巻かれたコイルで
ある。図５に示すロ―タと図６に示すステ―タを重ね合
わせることによって、図７に示すように、ロ―タコア５
０は外側ステ―タコア６１と内側ステ―タコア６３の間
に配置される。これを縦断面図で示すと図８のとおりに
なる。

【００１１】このようなコア構成の磁気レゾルバにおい
ても図１の磁気レゾルバと同様にして回転位置を検出す
る。この磁気レゾルバは、ロ―タコアの外側と内側にス
テ―タコアを配置し、これらのステ―タコアによって、
ロ―タコアが軸ずれにより径方向に位置がずれたときに
、ずれによる磁気抵抗の変化を吸収するものである。 以下、この動作について説明する。図９はコア部分の構
成図である。図９において、長さｌ　１の磁路の磁気抵
抗Ｒは次式で与えられる。図９で図３と同一の符号につ
いては説明を省略する。 　　　　Ｒ＝（ｇ　１／μ　０Ｓｅ　）＋（Ｗ／μｉ　
Ｓａ　）＋（ｇ　２／μ　０Ｓｅ　）　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　…（６）ｇ　１，ｇ　２：ギャップの厚さ
，Ｗ：ロ―タコアの幅Ｓｅ　：ステ―タコアのロ―タコ
アと対向する部分の面積Ｓａ　：ロ―タコアのステ―タ
コアと対向する部分の面積ここで、ロ―タコア５０が軸
ずれによりステ―タコアに対して相対的にδだけずれる
と、ｌ　１の部分の磁路の抵抗は、 　　　　（ｇ　１−δ）／μ　０Ｓｅ　＋（Ｗ／μｉ　
Ｓａ　）＋（ｇ　２＋δ）／μ　０Ｓｅ　　　＝（ｇ　
１／μ　０Ｓｅ　）＋（Ｗ／μｉ　Ｓａ　）＋（ｇ　２
／μ　０Ｓｅ　）　　＝Ｒ となり、ずれによる磁気抵抗の変化分は吸収される。こ
れによって、検出信号はロ―タコアの軸ずれの影響を受
けなくなる。この磁気レゾルバでは、ロ―タコアの回転
により、外側ステ―タコアと内側ステ―タコアの間で、
コア部分が占める割合と空隙部分が占める割合が変化す
ることを利用してロ―タコアの回転位置を検出する。

【００１２】なお、実施例ではｓｉｎ０相コイルとｓｉ
ｎ１８０相コイルからなるペアと、ｃｏｓ０相コイルと
ｃｏｓ１８０相コイルからなるペアを１組ずつ設けた場
合について説明したが、これらのペアを複数組ずつ設け
てもよい。コイルのペアを複数組み設けてステ―タコア
の円周上に配置し、同相のコイルに表われる電圧信号ど
うしを平均化すると、ステ―タコアの歪みによる検出誤
差を低減できる。また、ロ―タコアのコア幅はｓｉｎ関
数で表わされるものに限らず、コアの１周について１周
期分コア幅が変化するものであればよい。

【００１３】

【効果】本発明によれば次の効果が得られる。■従来例
として取り挙げた偏心形の磁気レゾルバでは、ギャップ
変化をもとにロ―タコアの回転位置を検出している。こ
れに対して、本発明にかかるレゾルバでは、面積変化を
もとに回転位置を検出しているため、従来例に比べて、
温度変化、モ―メント負荷等による検出誤差が生じにく
くなる。これによって、信号の変調度を大きくとって、
高精度に検出することが可能になる。また、ギャップを
広くとることなどにより、熱変形に対する検出誤差を軽
減できる。■ロ―タコアを外側ステ―タコアと内側ステ
―タコアで挟み込んだコア構成にした磁気レゾルバでは
、ロ―タコアの軸ずれによる検出誤差を除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】コア部分の他の構成例を示した図である。

【図３】図１の要部構成図である。

【図４】演算部の具体的構成例を示した図である。

【図５】本発明の他の実施例の要部構成図である。

【図６】本発明の他の実施例の要部構成図である。

【図７】本発明の他の実施例の要部構成図である。

【図８】本発明の他の実施例の要部構成図である。

【図９】他の実施例の動作説明図である。

【図１０】従来における磁気レゾルバの構成例を示した
図である。

【符号の説明】

１０，５０　　ロ―タコア ２０　１〜２０　４　　ステ―タコア ２１　１〜２１４　，６３　１〜６３４　，６４　１〜
６４４　　　コイル ３０　　励磁手段 ４０　　演算部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転可能なロ―タコアと、位置固定さ
   れたステ―タコアと、前記ステ―タコアに巻かれたコイ
   ルと、このコイルを励磁する励磁手段を有し、前記コイ
   ルにかかる電圧を検出し、この検出電圧をもとに、コイ
   ルのインダクタンスが前記ロ―タコアの回転位置に応じ
   て変わることを利用してロ―タコアの回転位置を検出す
   る磁気レゾルバにおいて、前記ロ―タコアは、リング形
   状になっていて、リング幅はリングの１周分について１
   周期変化するものであり、前記ステ―タコアは、ロ―タ
   コアを軸方向に挟んで配置されていて、重なる部分の面
   積はロ―タコアの回転に応じて周期的に変化するもので
   あるとともに、前記コイルにかかる電圧を検出し、この
   検出電圧をもとに、コイルのインダクタンスがロ―タコ
   アとステ―タコアの軸方向に重なる部分の面積に応じて
   変化することを利用してロ―タコアの絶対回転位置を求
   める演算部を具備したことを特徴とする磁気レゾルバ。
2. 【請求項２】　　回転可能なロ―タコアと、位置固定さ
   れたステ―タコアと、前記ステ―タコアに巻かれたコイ
   ルと、このコイルを励磁する励磁手段を有し、前記コイ
   ルにかかる電圧を検出し、この検出電圧をもとに、コイ
   ルのインダクタンスが前記ロ―タコアの回転位置に応じ
   て変わることを利用してロ―タコアの回転位置を検出す
   る磁気レゾルバにおいて、前記ロ―タコアは、リング形
   状になっていて、リング幅はリングの１周分について１
   周期変化するものであり、前記ステ―タコアは、前記ロ
   ―タコアを径方向に挟んでリングの内側と外側に配置さ
   れていて、内側ステ―タコアとロ―タコアのギャップ及
   び外側ステ―タコアとロ―タコアのギャップの合成磁気
   抵抗がロ―タコアの回転に応じて周期的に変化するもの
   であり、ロ―タコアの径方向のずれによるギャップ部分
   の磁気抵抗変化を前記合成磁気抵抗が吸収する構成にな
   っているとともに、前記コイルにかかる電圧を検出し、
   この検出電圧をもとに、コイルのインダクタンスがロ―
   タコアとステ―タコアの径方向のギャップに応じて変化
   することを利用してロ―タコアの絶対回転位置を求める
   演算部を具備したことを特徴とする磁気レゾルバ。