JPS62144017A - 磁極位置検出器 - 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］ この発明は、パルスモータのサーボ制御等に使用して好
適な磁極位置検出器に関する。

こ従来の技術］ パルスモータのサーボ制御を行うには、モータの磁極位
置と同期させて、モータ電流を供給する必要がある。こ
のため、磁極位置、あるいはモータの回転位置を正確に
検出する検出器が必須とｔろ。

この種の検出器としては、従来、レゾルバと呼ばイする
角度検出器が広く用いられている。これは、直交する二
つの励磁巻線を有する固定子と、回転子の磁極に巻回さ
れた検出巻線とからなるしので、回転子の回転角度をθ
、励６Ｍ、ひ線に（Ｊ＋：給される２相の直交励磁信号
（すなわち、正弦波と余弦波）の周波数をｒ、検出巻線
の出力をＸとずろと、Ｘ　＝　Ａ　５ｉｎ（２ｙｒ　Ｉ
Ｉ＋θ）−−（１）となることが知られている。

従って、２πｆｔ＝２π毎にサンプリンタ゛すれば、Ｘ
　＝　Ａ　ｓｉｎθかえられ、２ｙｒｆｔ−（２π＝、
　π／２）毎に出力Ｘをサンプリングすれば、Ｘ　＝　
Ａ　ｃｏｓθかｉｕられ、回転子の回転ｌＴ１１度が検
出できる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来のレゾルバでは、２泪の直交励
磁信号（正弦波）を必要とする。このため、これら２相
の正弦波の振幅誤差による誤差の他、２相の位相差（位
相差９０°からのずれ）による誤差が避けられない。ま
た、位相差が９０°の、極めて精度の高い２相の正弦波
を発生する回路は、必然的に高価となる。

一方、２相の矩形波で励磁する方式も考えられるが、こ
の場合は、励磁信号の高調波成分を除去するためのフィ
ルタが必要となり、その出力Ｘａは、 Ｘ　ａ＝　Ａ　５ｉｎ（２πｒｔ＋θ＋φ）・・・・・
・（２）という形となり、出力Ｘａには、フィルタによ
る遅れ分φが含まれてしまう。よって、上と同様の手法
では、実際の回転角Ｏからφだけずれた信号、Ｘ　ａ＝
　Ａ　５ｉｎ（θ十φ）、またはＸ　ａ＝　Ａ　ｃｏｓ
（θ＋φ）しか得られず、位相ずれが生じてしまう不都
合があった。

この発明は、このような背景の下になされたらので、精
度の高い２相励磁信号が要らず、かつ、サンプリング等
の二次的な検出回路も不要で、直接的に磁極位置を検出
できる磁極位置検出器を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、微小空隙を隔
てて対向する固定子と移動子であって、その一方には極
歯が連続的に形成されるとともに、その他方には一定の
間隔で磁極か形成され、かつこれらの磁極には前記極歯
に対向する極歯が前記磁極毎に一定位相ずつずらして形
成されたものと、前記磁極に巻回された励磁コイルと、
前記励磁コイルに矩形波状のキャリア信号を供給する信
号発生手段と、前記各励磁コイルに流れる電流を検出す
る検出手段と、該検出手段の出力を整流する整流手段と
、前記整流手段の出力端に接続されたローパスフィルタ
とを具備することを特徴とする。

Ｃ作用］ 上記構成において、各磁極に形成された極歯と、これら
に対向する極歯とが相対的に移動すると、これらの極歯
間の磁気抵抗が変化し、励磁コイルのインピーダンスが
極歯ピッチに応じて変化する。

従って、励磁コイルに供給されるキャリア信号はインピ
ーダンス変化に応じて変調され、励磁コイルには、この
変調されたキャリア信号に対応する電流が流れることと
なる。この場合、極歯の位相は、磁極毎に一定位相ずつ
ずれているため、各磁極に巻回された励磁コイルのイン
ピーダンス変化、つまり上記変調波に一定の位相ずれが
ある。よって、励磁コイルに流れる電流を検出し、整流
手段とローパスフィルタとによって、励磁コイルに流れ
ろ電流の基本波成分（これは上記インピーダンス変化に
対応する）を抽出すれば、これらの基本波成分の位１目
差から、磁極位置を検出できろ。

この場合、励磁コイルには、Ｉ系統のキャリア信号（矩
形波信号）を同時に供給すれば足りるから、２川の正弦
波信号が不要となる。また、励磁コイルに流れる電流の
基本波成分は簡単な回路で抽出できるから、構成の簡単
化を図ることができろ。

「実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の一実施例による、アウタロータ型
の磁極位置検出器の内部構成を示す側面図である。図に
おいて、ｌは突極形のステータであり、ステータ１の外
周には、円筒状のロータ２か回転自在に配設されている
。

上記ロータ２の内周には、一定のピッチＰ（ラジアンま
たは度）で多数の極歯２ａが形成されている。一方、ス
テータＩは８極の磁極１１〜Ｉ８からなり、各磁極１１
〜１８の先端には、ロータ２の極ｍ　２　ａと微小な空
隙を隔てて、上記ピッチＰて題ｃａ　ｌ　ａが形成され
ている。

ここで、第１図に示すように、磁極１１の極歯Ｉａとロ
ータ２の極ｍ　２　ａとを同相の位置にそろえた場合、
磁極Ｉ２の曙歯１ａと極歯２ａとは位を目が９０°ずれ
、磁（函１３の極歯１ａと極歯２ａとは位相が＋８０°
ずれ、磁極１４の極歯１ａと極歯２ａとは位相か２７０
°ずれるようになっている。また、磁極１１〜１４と各
々＋８０°ずれた位置にある磁極１５．１６，１７．１
８の各極歯１ａは、極歯２ａと、０°　、９０°　、　
ｌ　８０°　、２７０°　位相がずれている。つまり、
＋８０°ずれた位置にある磁極１１と１５．１２と１６
．１３と１７．１４と１８の各極歯１ａは、極歯２ａに
対して同一位相となる。

上記磁極１１−１８には、励磁コイルｌｌａ〜１８ａが
巻回され、励磁コイルＩｌａと１５ａ、１２ａと１６ａ
、１３ａと１７ａ、１４ａと１８ａが各々直列に接続さ
れ、第２図に示す励磁コイル２１〜２４を形成している
。

第２図は、上記励磁コイル２１〜２４の接続状態を示す
図である。図において、各々の励磁コイル２１〜２４に
は、４つのシャント抵抗Ｒ（検出手段）が直列接続され
、４つの直列接続回路の各端が各々共通接続され、一方
の共通接続端にキャリア信号Ｓｃが供給され、他方の共
通接続端か接地されている。このキャリア信号Ｓｃは、
例えば、周波数ｆ＝５ｋＨｚの交流矩形波であり、信号
発生器３１から供給されている。

また、励磁コイル２１〜２４とンヤント抵抗Ｒとの接続
部からは、励磁コイル２１〜２４に流れろ電流に比例す
る電圧（ンヤント電圧）Ｖｌ〜Ｖ４が取り出される。ン
ヤント電圧Ｖｌ−Ｖ４は、ロータ２が回転するときに、
極（＠ｌａ、２ａ間の磁気抵抗変化によって生じるもの
である。すなわち、この磁気抵抗変化によって励磁コイ
ル２１〜２４のインピーダンスが変化し、これによって
キャリア信号Ｓｃが変調される。このため、ンヤント抵
抗Ｒには、ピッチＰに対応して周期的に変化する、周波
数Ｆｈ４１００Ｈｚ程度の変調波によって変調されたキ
ャリア信号が得られ、これがシャント電圧Ｖ１〜Ｖ４と
して出力される。

上記シャント電圧Ｖ１〜Ｖ４の内、一対の逆位相のシャ
ント電圧Ｖ１とＶ３とは、第３図に示すように、絶対値
回路３２．３３に供給され、全波整流される。ここで、
絶対値回路３２．３３の出力は、周波数が上記変調波の
２倍、つまり周波数２Ｆの全波整流波形となる。絶対値
回路３２．３３の出力は、ローパスフィルタ３４．３５
に供給され、キャリア信号Ｓｃ等、前記出力に含まれる
高周波成分が除去され、ピッチＰに対応する基本波（周
波数２Ｆ）と直流分とが重畳された信号が出力される。

そして、ローパスフィルタ３４．３５の出力が減算器３
６に供給され、上記直流分が減算によって除かれるとと
もに、逆位相の基本波が加算され、周波数が２Ｆの正弦
波Ｓａとして出力される。この場合、ローパスフィルタ
３４．３５は、周波数５ＫＨｚのキャリア信号Ｓｃを遮
断できればよく、従って、その遮断周波数は上記基本波
の周波数である１ｏＯＨｚｆＨ度よりはるかに高いので
、この基本波の位相が遅れることはない。

なお、ンヤント電圧Ｖ２．Ｖ４についても同様の回路構
成により、同様の処理が行なわれ、上記正弦波Ｓａと９
０°位相がずれた正弦波ｓｂが出力されろ。

このような構成において、ロータ２が別の回転体（例え
ば、パルスモータ）に連結されて回転されると、この回
転体の回転角度が、本磁極位置検出器によって検出され
る。

すなわち、ロータ２が回転すると、ステータＩのｖｉＡ
歯１ａとロータ２の極歯２ａとの対向面積が、極歯１ａ
、２ａのピッチＰに対応して周期的に変化し、各磁極１
１−１８の極歯１ａとロータ２の極歯２　ａとの間の磁
気抵抗が、９０°ずつ位相のずれた形で変化する。この
ため、磁Ｆｉｌｌ−１８に巻回された励磁コイルｌ１ａ
−１８ａのインピーダンスが変化し、各々の励磁コイル
１１ａ＝Ｉ８ａに、位相が９０°ずれた電流変化が生じ
、この電流変化によってキャリア信号Ｓｃが変調される
。変調されたキャリア信号は、励磁コイル２１〜２　ｌ
Ｉと直列に接続されたノヤント抵抗Ｒの一端から、ンヤ
ント電圧ｖ１〜■４として取り出される。つまり、ノヤ
ント電圧Ｖ１〜■４は、周期かピッチＰに対応し、かつ
、位相が９０°ずつずれた変調信号によってキャリア信
号Ｓｃを変調した形となっている。

これらのシャント電圧■１〜Ｖ・１の内、逆位相のンヤ
ント電圧Ｖ　１　、Ｖ　３は、第３図に示すように、絶
対値回路３２．３３およびローパスフ、ｆルタ３４，３
５を通し、整流されて高周波成分を除去された後、減算
器３６で直流分を除かれ、極歯２ａが１ピツチＰ移動す
る毎に振動を２回繰り返す正弦波Ｓａとなることは既に
述べた。また、逆位相のンヤント電圧Ｖ　２　、Ｖ　４
についても同様の処理がなされ、上記正弦波Ｓａと、位
相が９０゜異なる正弦波ｓｂが得られる。

これら２相の正弦波Ｓａ、Ｓｂは、第１図と同様の極構
造を持つ２相パルスモータの磁極位置信号として用いる
ことができる。

なお、上記実施例は、アウタロータ型のものについて説
明したが、インナロータ型についても同様に適用するこ
とが可能である。この場合、巻線は、外側のステータ内
に設けるようにする。また、リニアパルスモータにも適
用できる。この場合は、スライダ（移動子）側に磁極を
設け、この磁極に巻線を巻回するようにすればよい。

更に、３相の場合は、各磁極の極歯が６０°ずっずれた
ものを用いればよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、微小空隙を隔てて対
向する固定子と移動子てあって、その一方には極歯が連
続的に形成されるとともに、その曲刃には一定の間隔で
磁極が形成され、かつこれらの磁極には前記極歯に対向
する極歯か面記磁睡毎に一定位相ずつずらして形成され
たものと、前記磁極に巻回された励磁コイルと、前記励
磁コイルに矩形波状のキャリア信号を供給する信号発生
手段と、前記各励磁コイルに流れる電流を検出する検出
手段と、該検出手段の出力を整流ずろ整流手段と、前記
整流手段の出力端に接続されたローパスフィルタとを具
備するので、構造が簡単になるｆｉ１点が得られる。す
なわち、従来のレゾルバのような２棺正弦波励磁信号か
不要となり、簡単な矩形波状の励磁信号と簡単な信号処
理回路とによって、磁極位置に対応した信号を直接的に
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による磁極位置検出器の内
部構造を示す側面図、第２図は同実施例の励磁コイル２
１〜２４の接続状態を示す回路図、第３図はシャント電
圧Ｖｌ、Ｖ３から磁極位置信号Ｓａを得るための構成を
示すブロック図である。 １・・・・・・ステータ（固定子）、Ｉａ・・・・・・
ステータ側極歯、２　・・・・ロータ（移動子）、２ａ
・・・・・ロータ側極歯、ｌｌ−１８・・・・・・磁極
、１１ａ＝１８ａ・・・・・・励磁コイル、２１〜２４
・・・・・・励磁コイル、３Ｉ・・・・・・信号発生器
、３２．３３・・・・・・絶対値回路、３４．３５・・
　・ローパスフィルタ、Ｒ・・・・・・シャント抵抗（
検出手段）、Ｖｌ−Ｖ−１・・・・・・ンヤント電圧。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 微小空隙を隔てて対向する固定子と移動子であって、そ
   の一方には極歯が連続的に形成されるとともに、その他
   方には一定の間隔で磁極が形成され、かつこれらの磁極
   には前記極歯に対向する極歯が前記磁極毎に一定位相ず
   つずらして形成されたものと、前記磁極に巻回された励
   磁コイルと、前記励磁コイルに矩形波状のキャリア信号
   を供給する信号発生手段と、前記各励磁コイルに流れる
   電流を検出する検出手段と、該検出手段の出力を整流す
   る整流手段と、前記整流手段の出力端に接続されたロー
   パスフィルタとを具備することを特徴とする磁極位置検
   出器。