JPH0648201B2 - Position / speed detector - Google Patents

Position / speed detector

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JPH0648201B2
JPH0648201B2 JP11071288A JP11071288A JPH0648201B2 JP H0648201 B2 JPH0648201 B2 JP H0648201B2 JP 11071288 A JP11071288 A JP 11071288A JP 11071288 A JP11071288 A JP 11071288A JP H0648201 B2 JPH0648201 B2 JP H0648201B2
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光宏 二階堂
裕 小野
利宏 金原
理太郎 佐野
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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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to an improvement of a device for detecting a position and a velocity using a magnetic resolver.

[従来の技術] 従来、磁気レゾルバを用いた位置・速度検出装置として
は、例えば第5図に示す2相励磁のレゾルバ移相器を用
いたものがあった。
[Prior Art] Conventionally, as a position / speed detecting device using a magnetic resolver, for example, there has been one using a two-phase excitation resolver phase shifter shown in FIG.

図で、S〜Sはステータ側に設けられた1次側コイ
ル、EとEはコイルS,SとS,Sを駆動
する信号源、Sはロータ側に設けられた2次側コイル
である。
In the figure, S 1 to S 4 are primary coils provided on the stator side, E 1 and E 2 are signal sources for driving the coils S 1 , S 3 and S 2 , S 4 , and S 0 is a rotor side. It is a secondary coil provided.

このような装置で、信号源EとEが、 VsinωtとVcosωtなる交流電圧(Vは交流電
圧の振幅、ωは角速度、tは時間)でコイルS,S
とS,Sを駆動すると、2次側コイルSには次に
示す電圧Eが発生する。
In such a device, the signal sources E 1 and E 2 generate the coils S 1 , S 3 with an AC voltage (V is the amplitude of the AC voltage, ω is the angular velocity, t is the time) of Vsinωt and Vcosωt.
When S 2 and S 4 are driven, the following voltage E 0 is generated in the secondary coil S 0 .

=K(Vsinωtcosθ +Vcosωtsinθ) =KVsin(ωt+θ) K:変化比、θ:ロータの回転角度 この式に示すように2次側コイルにはロータの回転角θ
だけ位相がずれた電圧が検出される。
E 0 = K 0 (Vsinωtcosθ + Vcosωtsinθ) = K 0 Vsin (ωt + θ) K 0 : Change ratio, θ: Rotation angle of rotor As shown in this equation, the rotation angle θ of the rotor in the secondary coil
Voltages which are out of phase with each other are detected.

[発明が解決しようとする課題] ところが、このようにして2次側コイルで検出された電
圧には高調波成分が含まれているため、検出信号の検出
波形は誤差を多く含んでいて角度検出の直線性が悪いと
いう問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, since the voltage detected by the secondary coil in this way contains harmonic components, the detection waveform of the detection signal contains many errors and the angle detection is performed. There was a problem that the linearity of was poor.

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、角度検出信号に含まれる高調波成分が少な
く、角度検出の直線性が良好な位置・速度検出装置を実
現することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to realize a position / speed detection device that has few harmonic components included in an angle detection signal and has good linearity of angle detection. And

[課題を解決するための手段] 本発明は、 ピッチPγで歯が形成されたロータと、 Mの倍数個(Mは整数)の突極が形成されていて、この
突極の先端には前記ロータの歯と対向していてピッチが (Pγ/kns) ns:1突極内の歯の数 k:Mが偶数のとき3の倍数 Mが3の倍数のとき偶数 だけロータの歯と異なる歯が設けられていて、隣合う突
極どうしでは歯の位相がPγ/Mずつずれているステー
タと、 同一位相の歯が形成された突極に巻かれたコイルを1相
とするM相のコイル、 とからなり、前記ロータとステータは2個ずつ設けられ
ていて、ロータの歯は同一位相にして積み重ねられ、ス
テータの歯はPγ/4だけ位相をずらして積み重ねられ
たコア部と、 前記2個のステータのコイルにそれぞれ VcosωtとVsinωtなる交流電圧を与える信号
源と、 前記各相のコイルの両端電圧を加減算し、加減算信号の
位相から前記ロータの回転位置を、周波数から回転速度
をそれぞれ算出する演算部、 を具備した位置・速度検出装置である。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a rotor having teeth formed at a pitch Pγ and salient poles that are multiples of M (M is an integer) are formed. The pitch is (Pγ / kns) ns facing the rotor teeth, ns: the number of teeth in the salient pole k: a multiple of 3 when M is an even number, and an even number when M is a multiple of 3 And a stator in which the teeth of adjacent salient poles are out of phase with each other by Pγ / M, and an M-phase coil in which a coil wound around a salient pole with teeth of the same phase is one phase , Two rotors and two stators are provided, the rotor teeth are stacked in the same phase, and the stator teeth are stacked by shifting the phase by Pγ / 4, and The coil of each stator has Vcosωt and Vsinωt Position / velocity detection provided with a signal source for providing an AC voltage, and an arithmetic unit for adding / subtracting the voltages across the coils of the respective phases and calculating the rotational position of the rotor from the phase of the addition / subtraction signal and the rotational speed from the frequency. It is a device.

[実施例] 以下、図面を用いて本発明を説明する。[Examples] The present invention will be described below with reference to the drawings.

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)は平面図、(b)は(a)図の
X−X部分の断面図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a position / speed detection device according to the present invention, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along the line XX in (a).

図で、1は円筒形状で内周に一定ピッチPγの歯2が形
成されたロータであり、1と1の2個が重ねて設け
られている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a rotor having a cylindrical shape and teeth 2 having a constant pitch Pγ formed on the inner periphery thereof, and two rotors 1 1 and 1 2 are provided in an overlapping manner.

3はロータ1の内側に配置されたステータである。ステ
ータ3には4N個(Nは整数)例えば16個の突極4
〜416が設けられている。これらの突極の先端には歯
2と対向する歯5が設けられている。また、各突極には
コイル6〜616が巻かれている。図では突極4
巻かれたコイル6のみを示している。
Reference numeral 3 denotes a stator arranged inside the rotor 1. The stator 3 has 4N (N is an integer), for example, 16 salient poles 4 1
To 4 16 is provided. Teeth 5 facing the teeth 2 are provided at the tips of these salient poles. The coil 61 through 16 are wound on each salient pole. In the figure, only the coil 6 1 wound around the salient pole 4 1 is shown.

このようなステータ3は3と3の2個が絶縁部材7
を介して重ね合せて設けられている。
Two such stators 3 1 and 3 2 are insulating members 7
Are provided so as to overlap each other.

また、ロータ1とステータ3は鋼板を積層して構成した
ものである。
The rotor 1 and the stator 3 are formed by laminating steel plates.

と8はステータ3と3のコイルに、Ec=V
cosωtとEs=Vsinωtなる交流電圧(Vは電
圧振幅)を与える信号源である。
8 1 and 8 2 are coils of the stators 3 1 and 3 2 , and Ec = V
It is a signal source that gives an alternating voltage (V is a voltage amplitude) such that cos ωt and Es = Vsin ωt.

ロータとステータの詳細な構成を第2図に示す。The detailed structure of the rotor and the stator is shown in FIG.

この図はロータとステータを展開して示してものであ
る。
This figure is an exploded view of the rotor and the stator.

図で、1つの突極内にはns個の歯が形成されている
(図の場合はns=4)。また、突極4,4
,4はロータ1の歯2に対して、それぞれ位相が
0,(1/4)Pγ, (2/4)Pγ,(3/4)Pγずつずれている。
In the figure, ns teeth are formed in one salient pole (ns = 4 in the case of the figure). In addition, salient poles 4 1 , 4 2 ,
The phases of 4 3 and 4 4 are shifted from the teeth 2 of the rotor 1 by 0, (1/4) Pγ, (2/4) Pγ, and (3/4) Pγ, respectively.

突極は全部で16個設けられ、各位相の突極は4個ずつ
設けられている。そして、同一位相にある突極に巻かれ
たコイルで1相を形成する。
A total of 16 salient poles are provided, and four salient poles of each phase are provided. Then, one phase is formed by the coils wound on the salient poles having the same phase.

位相のずれが0,(1/4)Pγ, (2/4)Pγ,(3/4)Pγの突極に巻かれたコイ
ルをそれぞれA相,B相,C相,D相のコイルとする。
突極の歯5のピッチPsは、 Ps=Pγ−(Pγ/3ns) になっている。これによって、突極の歯5は、配列方向
に従ってPγ/3nsずつ位相がずれていく。このた
め、歯5をバーニアとして用いることができる。
The coils wound on the salient poles having a phase shift of 0, (1/4) Pγ, (2/4) Pγ, (3/4) Pγ are referred to as A-phase, B-phase, C-phase, and D-phase coils, respectively. To do.
The pitch Ps of the teeth 5 of the salient poles is Ps = Pγ− (Pγ / 3ns). As a result, the teeth 5 of the salient poles are shifted in phase by Pγ / 3 ns according to the arrangement direction. Therefore, the tooth 5 can be used as a vernier.

ロータ1と1は歯2の位相を同一位相にして重ね合
せられている。また、ステータ3と3は歯5の位相
をPγ/4ずらして重ね合せられている。
Rotor 1 1 and 1 2 are superposed with a phase of the teeth 2 in the same phase. The stators 3 1 and 3 2 are overlapped with each other by shifting the phase of the tooth 5 by Pγ / 4.

ステータの各コイルは第3図に示すように接続されてい
る。
The coils of the stator are connected as shown in FIG.

第3図で、LはA相とB相のコイルを直列接続したコ
イル、LはC相とD相のコイルを直列接続したコイル
である。これらのコイルにステータ3ではVcosω
tが、ステータ3ではVsinωtなる電圧が印加さ
れている。
In FIG. 3, L 1 is a coil in which A-phase and B-phase coils are connected in series, and L 2 is a coil in which C-phase and D-phase coils are connected in series. These coils have Vcosω in the stator 3 1 .
t is, the stator 3, 2 Vsinomegati becomes voltage is applied.

そして、コイルに発生する電圧が抵抗、アンプ及び減算
器を介して検出される。
Then, the voltage generated in the coil is detected via the resistor, the amplifier and the subtractor.

次に、このような装置の動作を説明する。Next, the operation of such a device will be described.

A相、B相、C相、D相のコイルにそれぞれ発生する電
圧s,s,s,sは次のようになる。
The voltages s 1 , s 2 , s 3 , and s 4 generated in the A-phase, B-phase, C-phase, and D-phase coils are as follows.

l:歯の順番、E:振幅電圧 m,m,…m:定数 これらの電圧を加減算した電圧 s+s−s−sは次のようになる。 l: order of teeth, E: amplitude voltage m 1 , m 2 , ... M n : constant voltage s 1 + s 2 −s 3 −s 4 obtained by adding or subtracting these voltages is as follows.

式から、2n次と3n次(n,nは整数)の
高調波成分が除去される。5次以上の高調波は影響が少
ないため、無視できる。従って、検出電圧は次のように
なる。
From the formula, the 2n 1st- order and 3n 2nd- order (n 1 and n 2 are integers) harmonic components are removed. The fifth and higher harmonics have little effect and can be ignored. Therefore, the detected voltage is as follows.

+s−s−s=Asin(θ+) ここで、Aは定数、は初期位相で、式の に相当する。s 1 + s 2 −s 3 −s 4 = A 0 sin (θ +) where A 0 is a constant and is an initial phase. Equivalent to.

第4図に各電圧s〜sのベクトル図を示す。この図
に示すように、電圧sとsの合成ベクトルと電圧s
とsの合成ベクトルの差をとって2次高調波成分を
消去し、突極に設けられた歯をバーニアにして3次の高
調波成分を消去している。
FIG. 4 shows a vector diagram of each voltage s 1 to s 4 . As shown in this figure, the combined vector of the voltages s 1 and s 2 and the voltage s
The second harmonic component is eliminated by taking the difference between the combined vector of 3 and s 4 , and the tooth provided on the salient pole is used as a vernier to eliminate the third harmonic component.

これによって、ステータ3で検出される電圧は、 Vs=Ec(s+s−s−s) =Vcosωt・Asin(θ+) となる。第3図の検出信号vsとvsは、それぞれ
+sとs+sに相当する。
Accordingly, the voltage detected by the stator 3 1 becomes Vs = Ec (s 1 + s 2 −s 3 −s 4 ) = Vcosωt · Asin (θ +). The detection signals vs 1 and vs 2 in FIG. 3 correspond to s 1 + s 2 and s 3 + s 4 , respectively.

また、ステータ3で検出される電圧は、 Vs=Es(s+s−s−s) =Vsinωt・Acos(θ+) となる。第3図の検出信号vcとvcは、 s+sとs+sに相当する。Also, the voltage detected by the stator 3 2 becomes Vs = Es (s 1 + s 2 -s 3 -s 4) = Vsinωt · Acos (θ +). The detection signals vc 1 and vc 2 in FIG. 3 correspond to s 1 + s 2 and s 3 + s 4 .

このことより、第3図の回路で検出される信号は、 V=Vs−Vc =Vcosωt・Asin(θ+) −Vsinωt・Acos(θ+) =AVsin(θ+−ωt) となり、ロータの回転角度θによって検出信号の位相が
変調される。よって、この位相を読み取れば回転角度を
検出できる。
From this, the signal detected by the circuit of FIG. 3 is, V T = Vs-Vc = Vcosωt · Asin (θ +) -Vsinωt · Acos (θ +) = AVsin (θ + -ωt) , and the rotation angle of the rotor theta The phase of the detection signal is modulated by. Therefore, the rotation angle can be detected by reading this phase.

なお、実施例では4相コイルを用いた場合を説明した
が、コイルの相数はこれ以外であってもよい。例えば3
相コイルを用いた場合は、隣合う突極の歯の位相はロー
タの歯に対してPγ/3ずつずらして3次の高調波成分
を除去し、突極の歯はロータのピッチに対してPγ/2
nsずらしたバーニア構成にして2次の高調波成分を除
去する。
In addition, although the case where the four-phase coil is used has been described in the embodiment, the number of phases of the coil may be other than this. Eg 3
When a phase coil is used, the phase of the teeth of the adjacent salient poles is shifted by Pγ / 3 with respect to the teeth of the rotor to remove the third harmonic component, and the teeth of the salient poles with respect to the pitch of the rotor. Pγ / 2
The vernier structure shifted by ns is used to remove the second harmonic component.

また、実施例ではステータ3と3の両方でs+s
−s−sの信号を検出して高調波成分を除去する
場合について説明したが、これ以外の加減算で高調波成
分を除去してもよい。例えば、ステータ3ではs
−s−sで高調波成分を除去し、ステータ3
では s+s−s−sで高調波を除去してもよい。こ
の場合は、ステータ3では、B相とC相のコイルを直
列接続するとともに、A相とD相のコイルを直列接続す
る。
Further, in the embodiment, s 1 + s is applied to both the stators 3 1 and 3 2.
Although the case where the 2- s 3 -s 4 signal is detected and the harmonic component is removed has been described, the harmonic component may be removed by addition or subtraction other than this. For example, in the stator 3 1 , s 1 +
s harmonic components were removed 2 -s 3 -s 4, the stator 3 2
Then, the harmonics may be removed by s 2 + s 3 −s 4 −s 1 . In this case, the stator 3 2, with the coils of the B-phase and C-phase are connected in series, the coils of the A-phase and D-phase are connected in series.

また、突極の歯のピッチは Pγ−(Pγ/3ns)に限らず Pγ+(Pγ/3ns)であってもよい。Further, the tooth pitch of the salient pole is not limited to Pγ- (Pγ / 3ns) and may be Pγ + (Pγ / 3ns).

また、ステータ3の突極の歯はステータ3の突極の
歯と同位相でもよい。
Further, the teeth of the stator 3 2 salient poles may be teeth and the same phase of the stator 3 1 of salient poles.

[効果] 本発明によれば、多相コイルと、ステータの歯に対して
バーニアになった突極の歯を用いて、コイルの検出電圧
に発生する2次高調波と3次高調波を除去しているた
め、検出信号の誤差が少なくなり、角度検出の直線性が
良好になる。
[Effect] According to the present invention, the multi-phase coil and the teeth of the salient poles that are vernier with respect to the teeth of the stator are used to remove the second harmonic and the third harmonic generated in the detection voltage of the coil. Therefore, the error of the detection signal is reduced and the linearity of the angle detection is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明にかかる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図の要部構成
図、第3図は第1図の装置の検出回路の構成図、第4図
は第1図の装置のコイル電圧のベクトル図、第5図は従
来における位置・速度検出装置の構成例を示した図であ
る。 1,1,1……ロータ、2,5……歯、3,3
……ステータ、4〜416……突極、6……コイ
ル、8,8……信号源。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a position / speed detecting device according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a main part of FIG. 1, and FIG. 3 is a detection circuit of the device of FIG. FIG. 4 is a vector diagram of the coil voltage of the device of FIG. 1, and FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional position / speed detecting device. 1,1 1, 1 2 ...... rotor, 2,5 ...... teeth, 3,3 1,
3 2 ... Stator, 4 1 to 4 16 ... Salient pole, 6 ... Coil, 8 1 , 8 2 ... Signal source.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 理太郎 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−144018(JP,A) 特開 昭62−144017(JP,A) 実開 昭57−92108(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Ritaro Sano 2-9-32 Nakamachi, Musashino City, Tokyo Yokogawa Electric Co., Ltd. (56) Reference JP 62-144018 (JP, A) JP Sho 62-144017 (JP, A) Actually developed 57-92108 (JP, U)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ピッチPγで歯が形成されたロータと、 Mの倍数個(Mは整数)の突極が形成されていて、この
突極の先端には前記ロータの歯と対向していてピッチが (Pγ/kns) ns:1突極内の歯の数 k:Mが偶数のとき3の倍数 Mが3の倍数のとき偶数 だけロータの歯と異なる歯が設けられていて、隣合う突
極どうしでは歯の位相がPγ/Mずつずれているステー
タと、 同一位相の歯が形成された突極に巻かれたコイルを1相
とするM相のコイル、 とからなり、前記ロータとステータは2個ずつ設けられ
ていて、ロータの歯は同一位相にして積み重ねられ、ス
テータの歯はPγ/4だけ位相をずらして積み重ねられ
たコア部と、 前記2個のステータのコイルにそれぞれ VcosωtとVsinωtなる交流電圧を与える信号
源と、 前記各相のコイルの両端電圧を加減算し、加減算信号の
位相から前記ロータの回転位置を、周波数から回転速度
をそれぞれ算出する演算部、 を具備した位置・速度検出装置。
1. A rotor having teeth formed at a pitch Pγ and salient poles that are multiples of M (M is an integer) are formed, and the tips of the salient poles face the teeth of the rotor. Pitch is (Pγ / kns) ns: Number of teeth in salient pole k: Multiple of 3 when M is an even number When M is a multiple of 3 Even number of teeth different from the rotor teeth are provided and they are adjacent to each other The salient poles are composed of a stator whose teeth are out of phase with each other by Pγ / M, and an M-phase coil whose one phase is a coil wound around a salient pole having teeth of the same phase. Two stators are provided, the teeth of the rotor are stacked in the same phase, the teeth of the stator are stacked by shifting the phase by Pγ / 4, and the core parts are stacked by Vcosωt. And a signal source that gives an AC voltage of Vsinωt, A position / speed detection device comprising: a calculation unit that adds / subtracts the voltage across the coils of each phase and calculates the rotational position of the rotor from the phase of the addition / subtraction signal and the rotational speed from the frequency.
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