JPH0630556B2 - 回転位置検出器組込型モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回転位置検出器組込型モータに関し、一層詳
細には互いに軸倍角の相違する複速形の回転位置検出器
をモータの回転軸に軸着してこの回転軸の回転角を精緻
に検出することが可能な回転位置検出器組込型モータに
関する。

［従来の技術］ 従来から、ロボット等に含まれる機械軸等の１回転内の
絶対回転位置を検出する方法として複速形レゾルバが用
いられている。第１図は、軸倍角1X（１倍）とNX（Ｎ
倍、Ｎ≧３）のレゾルバを組合せたこの種の複速式回転
位置検出装置の１例の構成を示したものである。この実
施例において、レゾルバ10および12を同軸的に軸支する
回転軸14は、カップリング16を介してモータ18の回転軸
20に連結している。この場合、前記レゾルバ10は軸倍角
1X（１倍）であり、また、レゾルバ12は軸倍角3X（３
倍）のものを選択している。

このような構成において、第２図は、第１図に示す軸14
の回転位置とレゾルバ10および12の出力分割値との関係
を示している。横軸は軸14の回転位置を回転角θ（０°
〜360°）で示し、縦軸は各レゾルバ10、12の出力分割
値を示す。この場合、各レゾルバ10、12の出力は夫々０
から999〜1000個の分割値に精分割されている。

理想的な軸倍角3Xのレゾルバ12の出力分割値は、軸14の
回転角θが０°から120°の間は０から999まで単調に増
加するが（第０周期）、回転角θが120°になると再び
０になる。さらに回転角θが120°から240°の間、出力
分割値は再び０から999まで単調に増加し（第１周
期）、回転角θが240°において０となる。回転角θが2
40°から360°の間も出力分割値は同様に単調に増加し
（第２周期）、360°で０に復する。すなわち、理想的
な軸倍角3Xのレゾルバ12の出力分割値は、軸14の回転角
θに対し、120°を周期とする鋸波形を有している。

一方、軸倍角1Xのレゾルバ10の出力分割値は、軸14の回
転角θが０°から360°の間、０から999まで単調に増加
し、回転角θが360°において０に復する。すなわち、
軸倍角1Xのレゾルバの出力分割値は、軸14の回転角θに
対し360°を周期とする鋸波形を有している。

従って、上述の理想的な検出装置においては軸倍角1Xの
レゾルバ10の出力分割値が０〜333内の時、軸倍角3Xの
レゾルバ12は第０周期にある。また、軸倍角1Xのレゾル
バ10の出力分割値が334〜666内の時、軸倍角3Xのレゾル
バ12は第１周期にあり、さらに軸倍角1Xのレゾルバの出
力分割値が667から999内の時、軸倍角3Xのレゾルバ12は
第２周期にあることが諒解されよう。このように軸倍角
1Xのレゾルバ10の出力分割値から軸倍角3Xのレゾルバ12
の周期が判別できる。

一方、軸倍角3Xのレゾルバ12の出力は、回転角θの各12
0°の区間で1000個の分割値に精分割されている。従っ
て、軸倍角1Xのレゾルバ10の出力分割値による周期判別
と組み合わせることにより、軸14の回転位置０°〜360
°を０〜2999の3000個の分割値に精分割した絶対位置が
検出できるのである。これが複速型レゾルバを用いて回
転機器の回転角度を精密に検出するための基本的原理で
ある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、レゾルバの出力の位相および周期は、温度の
変化に伴い変動する。この温度変化に伴う出力位相や周
期の変化の大部分は、レゾルバ内に含まれる電気的部品
の特性の変化による電機回路定数の変動分によるもので
ある。従って、温度変化に伴うレゾルバの機械角変化は
その軸倍角に反比例する。例えば、軸倍角1Xのレゾルバ
で１°の時、軸倍角10Xのレゾルバでは0.1°となる。従
って、従来の軸倍角1XとNX（Ｎ≧３）のレゾルバの組合
せを用いる複速形回転位置検出装置は、温度変化により
誤った相判別をしてしまう危険が大きいという不都合が
あった。

一方、図示の通り、従来技術ではレゾルバ10および12の
回転軸14とモータ18の回転軸20との間はカップリング16
により連結される構造を採用している。従って、現在広
汎に採用されている多関節ロボットのサーボモータ等に
この種のレゾルバ10、12を組み込んで回転位置制御を図
ろうとするとカップリング16の存在自体がモータの外形
寸法を大きくし、しかもこのカップリング16が剛性の低
下を招来する等の不都合が出てくる。

そこで、本発明者等は、前記の問題点を解消するために
鋭意考究並びに試作を重ねた結果、モータの回転軸から
軸を若干延在させこの軸に少なくとも軸倍角が所定数の
第１のレゾルバと前記第１レゾルバの軸倍角の数よりも
一定数だけ大きい軸倍角の第２のレゾルバとを組み込め
ば、温度変化によって誤った相判別をする虞がなく、し
かも小型化に適すると共に剛性にも優れた回転位置検出
が達成される回転位置検出器組込型モータが得られ前記
の問題点が一掃されることが判った。

従って、本発明の目的は、温度変化等の環境変化に依存
することがなく正確に回転位置検出が可能なしかも小型
化に適すると共に強度に優れた回転位置検出器組込型モ
ータを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は、０°から360
°に亘る回転角を回転角度域Ｎ・ｎ（Ｎ、ｎは１以上の
整数）に分割し、前記回転角度域Ｎ・ｎの周期毎に第１
の出力を生起する第１の回転角度検出器と、０°から36
0°に亘る回転角を回転角度域（Ｎ＋１）・ｎに分割
し、こ回転角度域（Ｎ＋１）・ｎの周期毎に第２の出力
を生起する第２の回転角度検出器とをモータの回転軸ま
たはこのモータの回転軸から延在する軸に直列且つ一体
に装着して、前記第１回転角度検出器の第１の出力と前
記第２回転角度検出器の第２の出力とにより前記モータ
の回転位置を検出するよう構成することを特徴とする。

［作用］ 本発明の回転位置検出器組込型モータでは、回転角度域
の周期がＮ・ｎ（Ｎ、ｎは１以上の整数）である第１の
回転角度検出器と、回転角度域の周期が（Ｎ＋１）・ｎ
である第２の回転角度検出器とを回転軸に一体に組付け
ることにより、温度変化等の環境変化が生じた場合にも
充分な許容誤差範囲内で正確に位置検出を行うことがで
きるとともに、回転位置の検出機能を有するモータの小
型化を達成することができる。

［実施例］ 次に、本発明に係る回転位置検出器組込型モータについ
て好適な実施例を挙げ添付の図面を参照して以下詳細に
説明する。

第３図において、参照符号30は、モータを示し、前記モ
ータ30は、それを構成するケーシング32の内部にステー
タ34配設している。前記ケーシング32の軸方向中心に回
転軸36が軸受38、40を介して回転自在に軸支され且つス
テータ34に対応するロータ42固着している。一方、参照
符号44は、前記モータ30に一体的に装着された複速形レ
ゾルバを示す。すなわち、この複速形レゾルバ44を構成
するケーシング46は、前記モータ30のケーシング32に環
状突部43、45を介して一体的に組み込まれこのケーシン
グ46の一側部は蓋部材47から前記環状突部43を経てケー
シング32に螺入するボルト49を介して閉塞され、ケーシ
ング46自体は密閉的に構成される。

次に、前記ケーシング32から前記ケーシング46の内部に
若干突出する回転軸36にそれよりも小径の回転軸48を同
軸的に延在させ、これに軸倍角Ｎを構成するレゾルバ50
のロータ52と前記レゾルバ50の軸倍角Ｎよりも１多い軸
倍角Ｎ＋１を有するレゾルバ54のロータ56を互いに近接
して軸支する。この場合、説明の便宜上レゾルバ50の軸
倍角Ｎは２に選択し、従って、レゾルバ54の軸倍角Ｎ＋
１は３になるよう選択している。なお、図中、参照符号
58はレゾルバ50のステータを示し、また、参照符号60は
レゾルバ54のステータを示す。

そこで、以上のように構成される本実施例の複速形レゾ
ルバ44に対し、計算器、周期判別器、回転角演算器等が
接続される（第４図参照）。すなわち、計算器62は、前
記第１レゾルバ50および第２レゾルバ54の出力側に接続
される。周期判別器64は、前記計算器62の出力側に接続
され、さらに、回転角演算器66は、前記周期判別器64お
よび第２レゾルバ54の出力側に接続されてなるものであ
る。

次に、第３図および第４図に示す装置の作用について第
５図を参照しながら説明する。第５図において、横軸は
軸36、すなわち、軸48の回転角θを示し、縦軸は出力分
割値を示す。第１のレゾルバ50の出力値ａおよび第２レ
ゾルバ54の出力値ｂは、０から999までの1000個の分割
値に精分割されたディジタル値を採る。

軸倍角3Xのレゾルバ54が出力する３倍角の分割値ｂは、
０°から120°の間の回転角度域においては回転角θに
比例して０から単調に999に至る値を示す（第０周
期）。軸36の回転角θが120°の時、レゾルバ54の出力
分割値ｂは０に復し、120°から240°まで間の回転角度
域においても同様に０から単調に増加し999に至る値を
示す（第１周期）。さらに回転角度θが240°の時、こ
の出力分割値は再び０に復し、240°〜360°までの間の
回転角度域においてまた単調に増加し999に至る値を示
す（第２周期）。すなわち、第２レゾルバ54の出力する
３倍角の分割値ｂは回転角度域０°から360°において1
20°の周期を有しており各周期において０から999まで
単調に増加する。

一方、軸倍角2Xの第１レゾルバ50の出力する２倍角の分
割値ａは１８０°の周期を有し、各周期において０から
999まで単調に増加する。すなわち、軸36の回転角θが
０°から180°の間、第１レゾルバ50の出力分割値ａ
は、回転角θに比例して０から単調に増加し999に至る
（第０周期）。回転角θが180°の時、この出力分割値
ａは、０に復し、180°から360°の間の回転角度域にお
いて999まで再び単調に増加する（第１周期）。

第１レゾルバ50および第２レゾルバ54から出力される出
力分割値ａおよびｂが入力される計算器62は、先ず、両
者の差ｃ＝ｂ−ａを演算する。この差ｃは−999から＋9
99までの数値となる。次に、出力分割値ｂの周期（０〜
３）を判別するため、計算器62はこの差ｃから補正１倍
角分割値ｄを演算する。ここにｄは回転角θに対し次の
条件により定められる値を採る。すなわち、ｃが０また
正の値にある回転角度域においてはｃに等しく、ｃが負
の値を採る回転角度域においてはｃ＋1000に等しい値で
ある。すなわち、 ｄ＝ｃ （ｃ≧０） ｄ＝ｃ＋1000 （ｃ＜０） 容易に諒解されるように、この補正１倍角分割値ｄは、
０°から360°の間の回転角度域において回転角度θに
比例し０から999まで単調に増加するものである。

従って、回転角θが０から120°の間の回転角度域で
は、この補正１倍角分割値ｄは、０から333の値を採
り、120°から240°の間の回転角度域では334から666の
値を採り、さらに240°から360°の間の回転角度域では
667から999の値を採る。上述の補正１倍角分割値ｄを演
算した計算器62はこれを周期判別器64に出力する。

計算器62からの補正１倍角分割値ｄを入力された周期判
別器64は、先ず、３倍角分割値ｂが何番目の周期にある
かを判別する。すなわち、補正１倍角分割値ｄが０乃至
333の時に、３倍角分割値ｂは第０周期にあると判別す
る。また分割値ｄが334乃至666の時には、分割値ｂは第
１周期に、さらに分割値ｂが667乃至999の時には第２周
期にあると判別するのである。つまり、周期判別器64の
出力である判別周期数ｆは、 ｆ＝ＩＦＩＸ［ｄ／（1000/3）］ として求められる。なお、ＩＦＩＸ［］は、演算結果の
整数化処理を意味する。

これから、 ０≦ｄ≦333の時 ｆ＝０ 334≦ｄ≦666の時 ｆ＝１ 667≦ｄ≦999の時 ｆ＝２ となる。周期判別器64は、このようにして得た判別周期
数ｆを回転角演算器66に出力する。

周期判別器64からの判別周期数ｆおよび第２レゾルバ54
からの３倍角分割値ｂを入力された回転角演算器66は、
これらの値から次式で与えられる回転角分割値ｇを演算
する。

ｇ＝ｂ＋1000ｆ （但し：０≦ｇ＜3000） ここに右辺のｆの係数1000は第２レゾルバ54の出力分割
値ｂの分割数であって、ｇは０から2999の3000個の分割
値を採る。従って、回転角演算器66の出力分割値ｇは、
第１および第２レゾルバ50、54の出力分割値ａおよびｂ
の分割数1000と、回転角０°〜360°に含まれる第２レ
ゾルバ54の出力分割値ｂの周期の数３の積3000とが軸36
の回転角度域０°〜360°を精分割した軸36の検出絶対
回転位置を表示する値となることが容易に諒解されよ
う。

なお、以上の実施例の説明においては、第１レゾルバ5
0、第２レゾルバ54とも理想的検出器であり誤差は無い
ものと仮定して説明した。しかし、現実の２倍角レゾル
バ、３倍角レゾルバは夫々厳密に180°、120°の周期を
有しているとは限らず、温度変化等の環境変化により変
動する場合がある。そこで、次に、その変動の許容範囲
について説明する。

第６図は、第１レゾルバ50の出力分割値ａおよび第２レ
ゾルバ54の出力分割値ｂがともに誤差を含む場合におい
て、前記第２レゾルバ54を基準とした補正１倍角分割値
ｄの許容誤差δの範囲および出力分割値ａの許容位相誤
差ｅの範囲を示す。この場合、第２レゾルバ54の軸倍角
をＮ＋１とすると、補正１倍角分割値ｄの許容誤差δ
を、前記第２レゾルバ54の１周期に対応する範囲(1000/
(N+1))内で正負両方向を考慮し、 ｜δ｜＜IFIX[1000/((N+1)×2)] と制限することで第２レゾルバ54の周期を判別すること
ができる。これから、第１レゾルバ50の出力分割値ａの
許容位相誤差ｅは、 ｅ＜δ／1000×360°／(N+1) と制限されることになる。例えば、第１レゾルバ50の軸
倍角が２×、第２レゾルバ54の軸倍角が３×の場合、上
記の式を用いて、 ｜δ｜≦１６６ ｜ｅ｜≦１９．９２° の範囲であれば（第６図中、一点鎖線および点線で示
す）、第２レゾルバ54の周期を判別できることになる。

次に、前記第１レゾルバ50および第２レゾルバ54が夫
々、ｎＮＸ、ｎ（Ｎ＋１）Ｘの軸倍角を有する場合につ
いて説明する。

そこで、ｎ＝２、Ｎ＝１とした場合、第１レゾルバ50、
第２レゾルバ54は、夫々、軸倍角2X、軸倍角4Xとなるこ
とが容易に諒解されよう。第７図に示すように軸倍角2X
からなる第１レゾルバ50により第２レゾルバ54の周期を
判別する。然しながら、第０周期と第１周期、および第
２周期と第３周期の判別は可能であるものの第０周期と
第２周期の判別あるいは第１周期と第３周期の判別をす
ることはできない。すなわち、第７図においてＡ点とＣ
点の判別は可能であったにせよＡ点とＢ点との判別は困
難である。従って、このような軸倍角を有する複速形レ
ゾルバではモータ30の１／２回転（180°）以内の絶対
位置を検出するために好適である。

さらに、ｎ＝３、Ｎ＝１とした場合、第１レゾルバ50、
第２レゾルバ54が、夫々、軸倍角3X、軸倍角6Xである時
の応用例を第８図に示す。前記の通り、第１レゾルバ50
は、その軸倍角3Xにより第２レゾルバ54の周期を精緻に
判別する。然しながら、第７図に示す応用例と同様に、
軸倍角6Xの第２レゾルバ54が第１周期にあるかまたは第
２周期にあるかを判別することはできない。すなわち、
第８図において、Ａ点とＣ点の判別は可能であるがＡ点
とＢ点の判別は困難である。

従って、このような軸倍角を有する複速形レゾルバでは
モータ30の１／３回転（120°）以内の絶対位置を検出
するのに好適に用いることができる。

次に、ｎ＝２、Ｎ＝２とした時、第１レゾルバ50、第２
レゾルバ54が、夫々、軸倍角4X、軸倍角6Xである場合の
応用例を第９図に示す。

前記と同様に、第１レゾルバ50は、その軸倍角4Xにより
第２レゾルバ54の周期を判別する。然し、軸倍角6Xの第
２レゾルバ54が何周期目にあるかを判別することはでき
ない。すなわち、第９図において、Ａ点とＣ点の区別は
可能であってもＡ点とＢ点の判別は不可能である。

従って、この種の複速形レゾルバではモータ30の１／２
回転（180°）以内の絶対位置の検出に好適と謂える。

さらにまた、ｎ＝３、Ｎ＝３とした時、第１レゾルバ5
0、第２レゾルバ54が、夫々、軸倍角6X、軸倍角9Xであ
る場合の応用例を第10図に示す。

この応用例においても第１レゾルバ50は、その軸倍角6X
により第２レゾルバ54の周期を判別する。然しながら、
この場合も第２レゾルバ54が何周期目にあるかを判別す
ることは困難である。すなわち、第10図に示す波形図に
おいて、補正１倍角が示す分割値でＡ点とＣ点の区別が
可能であったにせよＡ点とＢ点の判別は不可能だからで
ある。

このため、この種の複速形レゾルバではモータ30の１／
３回転（120°）以内の絶対位置の検出に好適である。

［発明の効果］ 本発明によれば、以上のようにモータの回転軸に直列且
つ一体に複速形のレゾルバをビルトインし、しかも夫々
のレゾルバの軸倍角をＮ・ｎ（Ｎ、ｎは１以上の整数）
および（Ｎ＋１）・ｎに選択している。従って、軸倍角
が増すことにより機械角変化は反比例的に減少するので
周期判別の際のミスが極めて少なくなる。また、モータ
と検出器とを接続するカップリングも不要となるために
小型化が達成され、しかも剛性の向上が促進できる利点
がある。

また、特に同期モータを高精度で速度制御並びに位置決
め制御する時、モータを構成するロータの絶対位置を検
出しなければならない。一般的に同期モータは、２極、
４極、６極構成のものが広汎に普及しており、これらの
極数のモータの回転位置を正確に検出するには４極の場
合には１／２回転（180°）、６極では１／３回転（120
°）の範囲内で絶対位置を得ればよい。従って、このよ
うな極数のモータに対応的に本発明に係る回転位置検出
器を組み込むことが可能であるために一層精緻にその回
転角度を検出できる効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
本発明はこの実施例に限定されるものではなく、例え
ば、前記のように同期モータに代えて誘導モータにも同
様の理由で好適に活用できる等本発明の要旨を逸脱しな
い範囲において種々の改良並びに設計変更が可能である
ことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術に係るモータと複速形回転位置検出
器の組合せ状態を示す概略説明図、 第２図は、第１図に示す複速形回転位置検出器の夫々の
出力分割値を示す波形図、 第３図は、本発明に係る回転位置検出器組込型モータの
概略構成説明図、 第４図は、第３図に示すモータに組み込まれた回転位置
検出器の出力信号を処理するための電気回路図、 第５図は、回転位置検出器を構成する一組の理想的レゾ
ルバが軸倍角2Xおよび軸倍角3Xである場合の出力分割値
を示す波形図、 第６図は、一組のレゾルバのうち軸倍角3Xのレゾルバを
基準とし、軸倍角2Xのレゾルバが誤差を含む出力を導出
する場合の夫々のレゾルバの出力分割値を示す波形図、 第７図および第８図は、回転位置検出装置を構成する一
組のレゾルバが夫々軸倍角2X、軸倍角4Xおよび軸倍角3
X、軸倍角6Xである場合の出力分割値を示す波形図、 第９図および第10図は、回転位置検出装置を構成する一
組のレゾルバが夫々軸倍角4X、軸倍角6Xおよび軸倍角6
X、9Xである場合の出力分割値を示す波形図である。 30…モータ、３２…ケーシング 34…ステータ、36…回転軸 38、40…軸受、42…ロータ 44…レゾルバ、46…ケーシング 48…回転軸、50、54…レゾルバ 52、56…ロータ、58、60…ステータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】０°から360°に亘る回転角を回転角度域
   Ｎ・ｎ（Ｎ、ｎは１以上の整数）に分割し、前記回転角
   度域Ｎ・ｎの周期毎に第１の出力を生起する第１の回転
   角度検出器と、０°から360°に亘る回転角を回転角度
   域（Ｎ＋１）・ｎに分割し、この回転角度域（Ｎ＋１）
   ・ｎの周期毎に第２の出力を生起する第２の回転角度検
   出器とをモータの回転軸またはこのモータの回転軸から
   延在する軸に直列且つ一体に装着して、前記第１回転角
   度検出器の第１の出力と前記第２回転角度検出器の第２
   の出力とにより前記モータの回転位置を検出するよう構
   成することを特徴とする回転位置検出器組込型モータ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のモータにおい
   て、第１および第２回転角度検出器は、夫々、軸倍角が
   Ｎ・ｎおよび（Ｎ＋１）・ｎであるレゾルバからなる回
   転位置検出器組込型モータ。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載のモータにおい
   て、モータは、同期モータからなる回転位置検出器組込
   型モータ。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載のモータにおい
   て、モータは、誘導モータからなる回転位置検出器組込
   型モータ。