JPS60152251A - 回転位置検出器組込型モ−タ - Google Patents

回転位置検出器組込型モ−タ

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JPS60152251A
JPS60152251A JP59008951A JP895184A JPS60152251A JP S60152251 A JPS60152251 A JP S60152251A JP 59008951 A JP59008951 A JP 59008951A JP 895184 A JP895184 A JP 895184A JP S60152251 A JPS60152251 A JP S60152251A
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rotation angle
motor
angle
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Yoshitami Hakata
博田 能民
Yoshinori Nakanishi
中西 義典
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Toshiba Machine Co Ltd
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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】 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ζこの回転軸の回転角を精緻
に検出することが可清な回転位置検出器組込型モータに
関する。
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)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IO
は軸倍角IX(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1
4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9
99の1000個の分割値に精分側されている。
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Oo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O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Oから999まで単
調に増加しく第1周期)、回転角θが240°において
0となる。回転角θが240″から360°の間も出力
分割値は同様に単調に増加しく第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
°を周期とする制波形を有している。
一方、軸倍角IXのレゾルバ10の出力分割値は、軸1
4の回転角θがOo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IXのレゾルバの出力分割値は、
軸14の回転角θに対し360°を周期とする制波形を
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IOの出力分割値がO〜332内の時、軸倍
角3Xのレゾルバ12は第O周期にある。また、軸倍角
1xのレゾルバ10の出力分割値が333〜666内の
時、軸倍角3Xのレゾルバ12ば第1周期にあり、さら
に軸倍角1χのレゾルバの出力分割値が667から99
9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
IO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120°の区間で1000個の分割値に精分側されて
いる。従って、軸倍角IX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O°〜360°を0〜2999の3000個の分
割値に精分側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。
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気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IX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IXとNXのレゾルバの組
合せを用いる複速式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存在するという不都
合があった。
さらに、第1図に示すように、従来技術によれば、レゾ
ルバ10は軸倍角IX(1倍)のものであり、一方、レ
ゾルバ12ば軸倍角NX(N倍)のものが採用されてい
る。この場合、特に、軸倍角IX(1倍)のレゾルバ1
0ではロータの偏心を利用して回転位置を検出するよう
構成されており、従って、前記ロータに対峙するステー
ク側の偏心量が大きいと他方のレゾルバ12の相判別が
不可能となる難点があった。すなわち、軸倍角IX(1
倍)のレゾルバ10に特に厳密な機械的精度が要求され
ていた。
さらにまた、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
はカンブリング16により連結される構造を採用してい
る。従って、現在法尻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
J1ツブリング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ルゾルバの軸倍角の数よりも大
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のない、しかもレゾルバ
を構成するロータあるいはステータの偏心度合に左右さ
れることがない、さらに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通ずると
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。
前記の目的を達成するために、本発明は、0゜から36
0°に亘る回転角を所定の周期を有する回転角度域(N
)とし前記回転角度域(N)の周期毎にff1lの出力
を生起する第1の回転角度検出器と0°から360″に
亘る回転角を前記回転角度域(N)に1を加算した周期
の回転角度域(N−1−1)に分割しこの回転角度域(
N4−1)の周期毎に第2の出力をη二起J−る第2の
l1JJ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結的に装着しζ、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z:(の第2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。
次に、本発明に係る回転(3/置検出Z:(組込型モー
タに]いて好適な実施例を挙げ添イ1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、それを構成するゲージング32の内部に
ステータ34を配設しζ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を
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
、i:1記モータ30Q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
の一側部は蓋部拐47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、ゲ
ージング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
部に老−下突出する回転軸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はレゾルハ54のステー
タを示す。
そこで、以上のように構成される本発明装置の複速形レ
ゾルバ44に関し、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)ずなわち、′計算器62
は、前記第ルゾルバ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66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、横軸ば
軸36、ずなわち、軸48の回転角θを示し、縦軸は出
力分割値を示す。第ルゾルハ50の出力値aおよび第2
レゾルバ54の出力値すは、0から999までの100
0個の分割値に相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倍角の分割値す
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tR調に999に至る値を示す(
第O周期)。軸36の回転角θが120°の時、レゾル
バ54の出力分割値すは0に復し、120°から240
°までの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°から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
すは回転角度域0°〜360°において120°の周期
を有しており各周期においてOから999まで単調に増
加する。
一方、軸倍角2Xの第ルゾルハ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まで小開に増加する。すなわち、軸36の回転
角θがOoから180°の間、第ルゾルハ50の出力分
割値aは、回転角θに比例してOから単調に増加し99
9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2レゾルバ54および第2レゾルバ54かう出力され
る出力分割値aおよびbが入力されるδ1算器62ば、
先ず、両者の差c−=t+−aを演算する。ごの差Cは
−999から−1999までの間でその値がわかる。次
に、n11算器62はこの差Cがら補正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または正の値に
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c4−1000に等しい値であ
る。ずなわら、 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ば、0°から36
o°の間の回転角度域において回転角度θに比例しOか
ら999までili 調に増加するものである。
従って、回転角θがO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332の値を採
り、120°から240°の間の回転角度域では333
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。 1 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倍角分割値すが何番目の周期に
あるかを判別する。すなわち、?iii iE 1倍角
分割値dがO乃至332の時に、3倍角分割値すは第0
周期にあると判別する。また分割値dが333乃至66
6の時には、分割値すは第1周期に、さらに分割値すが
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、計算器62からの入力分割値dに対し次の値を
採る。
0≦d≦332の時 f=Q 332≦d≦666の時 f=1 667≦d≦999の時 f=2 周期判別器64は、このようにして得た判別周期数「を
回転角演算器66に出力する。
周期ヤ1別器64からの判別周期数rおよび第2レゾル
バ54からの3倍角分割値す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 4−100Of (但し二〇≦g < 30(10) ここに右辺のfの係数1000は第2レゾルバ54の出
力分割値すの分割数であって、gは0から2999の3
000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の出力分割値す
の周期の数3の積3000とが軸36の回転角度域0°
〜360°を精分側した軸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、第ルゾルハ50
、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ない。これらの周期の誤差が
許容限度を超えると補正1倍角出力分割値dが単調に増
加せず、分割値dを示す曲線が回転角0°〜360°に
おいて、変曲点を有するようになる。
このような場合には、判別器64による第2レヅルバ5
4の出力分割値すの周期の判別が不可能となってしまう
第6図の各曲線は、第3図および第4図の装置において
、第2レヅルバ54を理想検出器とし、第ルゾルハ50
の周期の誤差が許容限度を超えた場合の各分割値a、b
、c、dを示す。第2レゾルバ54の出力分割値すは第
5図の対応値すと同一である。しかし、第ルゾルバ50
の出力分割値aの第0周期は回転角度0”から第2レゾ
ルバ54の出力分割値すの第1周期120°〜240°
を超えてその第2周期240°〜360°中の回転角度
Δ°に達しその第1周期はAoがら360°の回転角度
域を占める。
従って、割算器62の計算する分割値すとaとの差Cは
第6図に示されるような変化を示し、これから計算され
た補正1倍角分割値dは単調には増加せず、分割値dを
示す曲線は、変曲点を有する。このため第2レゾルバ5
4の出力分割値すの周期判別は不可能となっている。
一方、第2レゾルバ54を理想検出器とした場合、第ル
ゾルハ50の出力分割値aの第0同期が回転角度O°か
ら第2レゾルバ54の出力分割値すの第1周期の終端で
ある240°に到達しない場合も変曲点があるため同様
に第2レゾルバ54の出力分割値すの周期判別は不可能
となる。
前記の説明から容易に諒解されるように、第2レゾルバ
50の理想的周期180°と現実の周期A°との誤差に
’ =A’ −180°の許容限度は360°/ (2
x3 ) =60°となる。すなわち、K’<5Q°と
なる必要がある。一般に、第2レゾルバ54を理想検出
器とした場合、第ルゾルバ50の軸倍角をN1第2レゾ
ルバ54の軸倍角をN + 1とすれば誤差に°の許容
限度は360°/ (N (N+1))である。すなわ
ち、K’ < 360°/ (N (N+1) 1でな
ければならない。
第ルゾルハ50、第2レゾルバ54が両者ともに周期誤
差に°を含むことを考慮すれば実際には誤差に°は、第
4図の実施例においてに’ <59’ ・ (1/P) 但しP (P>1)は安全係数 となる必要がある。また第2レゾルバ50の軸倍角をN
、第2レゾルバ54の軸倍角をN+1とする一般の場合
の周期誤差に°は に’<[360°/ fN (N−1−1)) ] (
1/P)但しI)(1’>1)は安全係数 でなLJればならない。
次に、前記第ルゾルハ50および第2レゾルバ54が夫
々、nNX、n (N+l)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=]とした場合、第2レゾルバ54
、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)Wされよう。第7図
に示すように軸倍角2xからなる第ルゾルハ50により
第2レゾルバ54の周期を判別する。
然しなから、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0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、第ルゾルハ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、第ルゾルハ50は、その軸倍角3xにより
第2レヅルハ54の周期を精緻に判別する。然しなから
、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0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、第ルゾルバ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、第ルゾルバ50は、その軸倍角4χ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0点の区別は可能であってもA点とB点の1
′す別は不可能である。
従って、この種の複速形レゾルバでばモータ30の1/
4回転(90°)以内の絶対位置の検出になf適と謂え
る。
さらにまた、n = 3、N=2とした時、第ルゾルハ
50、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−ども第ルゾルハ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0
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
/6回転(60“)以内の絶対位置の検出に好適である
。 一 本発明によれば、以上のようにモータの回転軸に直結し
一ζ複速形のレゾルバをビルドインし、しかも夫々のレ
ゾルバの軸倍角を所定数以上に選択している。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、
ロータ偏心を利用しない位置検出が可能となるために従
来問題となっていたレゾルバのロータとステータ間のギ
ヤツブ積度による位相誤差を生しることが少ない。さら
に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
出しなげればならない。一般的に同期モータは、2極、
4極、6極構成のものが広/ltに許及しており、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1X2回転(180°)、6極では1X3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オ
′h緻にその回転角度を検Ill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、−組の
レゾルバのうち軸倍角3Xのレゾルバは理想的レゾルバ
であり、軸倍角2Xのレゾルバは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3x、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6X、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・・ステーク 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 ・ステータ特許出願人 東芝機械株式会社 −一刊卜0 bb 1)Zl ol −m−づ謝り m−〉e

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)0°から360°に亘る回転角を所定の周期を有
    する回転角度域(N)とし前記回転角度域(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Oo
    から360°に亘る回転角を前記回転角度域(N)に1
    を加算した周期の回転角度域(N−1−1)に分割しこ
    の回転角度域(N+1)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結的に装着して、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、特許請求の範囲第1項記載の装置において、第1
    および第2出力は、互いに等しい個数の分割値に分割さ
    れたディジタル値である回転位置検出器。 (3) 特許請求の範囲第1項記載の装置において、第
    1および第2角度検出器は、夫々、軸倍角が所定数Nお
    よび前記の所定数Nより1大きな数N+1であるレゾル
    バからなる回転位置検出器。 (4) 特許請求の範囲第3項記載の装置において、第
    1および第2角度検出器は、夫々、モータの有する極数
    に対応して軸倍角が1以上の所定数Nの整数倍n(但し
    nは2以上)および前記所定数Nより1大きな数(N+
    1)の整数倍n(但しnは2以上)であるレゾルバから
    なる回転位置検出器。 (5) 特許請求の範囲第3項記載の装置において、第
    1および第2角度検出器は、夫々、モータの有する極数
    に対応して軸倍角が2以上の所定数Nの整数倍nおよび
    前記所定数Nより1大きな数N+1の整数倍nであるレ
    ゾルバからなる回転位置検出器。 (6)特許請求の範囲第1項記載の装置において、モー
    タは、同期モータからなる回転位置検出器。 (7)特許請求の範囲第1項記載の装置において、モー
    タは、誘導モータからなる回転位置検出器。
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