JPS63238465A - 回転機の速度検出装置 - 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〕 本発明は２回転検出器であるレゾルバの回転検出方式に
係わり、特に工作機主軸等の速度制御範囲が広く、かつ
速度制度を要求される電動機の速度検出器に最適な回転
機の速度検出装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図にレゾルバの構造を示す。固定子１に交゛流電圧
を流し、回転磁界を発生させる。この回転磁界が回転子
２の巻線と鎖交することで誘起電圧が発生する。この誘
起電圧を回転トランス３で取り出し、速度検出用の信号
として用いる。

従来方式での速度検出方法を以下具体的に述べる。第３
図に固定子の巻線と回転子の巻線の位置関係を示す。固
定子巻線ａにＥａ、固定子巻線すにＥｂなる電圧を印加
したときに回転子巻線Ｃに誘起する電圧Ｅｃは、固定子
巻線ａと回転子巻線Ｃの作る電気角をθとすると次式で
表わされる。

Ｅｃ＝Ｋ　（Ｅａ　ｓ　ｉ　ｎθ＋Ｅｂｃｏｓθ）・・
・但し、には、固定子巻線と回転子巻線の結合係数であ
る。ＥａとしてＥｓｉｎｗｔなる電圧を、ＥｂとしてＥ
　ｃ　ｏ　ｓ　ｗｔなる電圧を与えると（１ン式は Ｅｃ＝ＫＥｓｉｎ　　　（ｗｅ　　＋　θ）　　　　　
　−（２）と表わされる。θと機械角θ′との関係は、
固定子巻線の極対数をｐとすると θ＝Ｐθ′　　・・・（３） と表わされる。（２）、（３）式より、回転子に誘起さ
れる電圧は、固定子に印加した電圧に対し回転子と固定
子の機械的な位置に比例した位相差を持った電圧といえ
る。例えば、ｐ＝１の場合は。

第５図に示す様に固定子に印加した電圧Ｅａと回転子の
誘起電圧Ｅｃの位相差θが固定子と回転子の機械的な位
置関係を表わしている。

従って、レゾルバへの入出力電圧の位相差を検出すれば
、回転子の位置を検出できる。

速度は、位置の微分として求めることが出来る。

ある時刻ｔでの入出力電圧の位相差をθ、ある時刻して
の位相差をθとすると速度は次式で求められる。

Ｖ＝　　（θ２−θ／）　　／　　（ｔｚ　　ｔ＋）　
　　　・・・　（４）一般に行なわれている位相差の求
め方は、第６図に示す様に入力電圧の零クロス点Ａで基
準クロックのパルス数のカウントを始める。次に出力電
圧の零クロス点Ｂでカウンタの値を取込む。

クロックパルスの周期をＴｃ、入力電圧の周期をＴｅカ
ウンタ値をｎとすると１位相差は次式で求められる。

θ＝２πＸニー　・・・（５） 速度は、位相差θのサンプリング間隔をＴｓ、１回目の
サンプリングでのカウント値をｎ、次のサンプリングで
のカウント値をｎｚとするとから（４）式より となる。また、速度の最小検出単位Ｒｎはカウジタ値の
差（ｎｚ　　ｎｌ）が１のときであるから、度検出方法
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来方式で述べた様に、速度の最小検出単位（以下、速
度分解能と称す）は次式で表わされる。

Ｒｎ＝ゴニ　　（ｒｐｓ）　　　　　・・・（７）１・
１ クロックの周波数をｆ　ｃ　（＝１／Ｔｃ）＋入力電圧
の周波数（以下、励磁周波数と称す）をｆｅ（＝１／Ｔ
ｅ）とすれば、（７）式は、とかける。（８）式より、
レゾルバの速度分解能はｆｅを小さくすることで小さく
できることがわかる。

一方、レゾルバの出力電圧Ｅ７は、入力電圧Ｅ、１次、
２次の巻線比をＫ、回転周波数をｆｒとすると。

Ｅ２＝　Ｋ・（＋−ｆ−！−汗、・−・（９）ｆｅ と表わされる。（９）式より、ｆｒがｆｅに近づくほど
Ｅ２は小さくなり、ｆｒ＝ｆｅのとき出力電圧は、零で
速度の検出は不可能となる。つまり。

少なくともｆｅは、ｆｒより大きくなければ、速度検出
は出来ないと言える。また、　Ｅｓがあまり小さな値で
あるとノイズの影響を受けやすいため。

ノイズマージンも考慮して１通常は、ｆｅは、ｆｒの２
〜３倍の値となる様に選ぶ。従って、高速回転になり、
ｆｒが大きくなる程ｆｅも大きくする必要があり、　（
８）式より、Ｒｎが太きくなることがわかる。

Ｒｎが大きくなると速度及びトルクリップルが大きくな
り、工作機に用いた場合は、加工面が波うつなど精度上
の問題を引き起す。

以上より、従来のレゾルバの速度検出方式では速度検出
範囲の増加に伴ない速度分解能も粗くなる問題点を有し
、高速化に限界があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、高速化に伴なう速度分解能の低下を解決す
るために、レゾルバの出力電圧−回転数特性に着目し、
モータの回転方向に応じてレゾルバの励磁電圧の相回転
を切替える方式を採用し、速度分解能の低下を抑えた。

第７図にｆ　ｒ＝ｆ　ｅとしたときのレゾルバの出力電
圧−回転周波数の関係を示す。最大回転周波数をｆｒｍ
ａｘ、逆転時のそれを−ｆｒｍａｘとすると、出力電圧
Ｅｓは、ｆｒｍａｘで零。

ｆｒｍａｘで最大となる。従来方式では、ｆｒｍａｘで
出力電圧Ｅ、＝　Ｏとなり、速度検出は不可能である。

そこで、破線で示す。相回転が逆の場合の出力に着目す
るとｆｒｍａｘでＥが最大となっている。そこで、正転
と逆転とで励磁電源の相回転を切替えれば第８図で示す
ような出力電圧Ｅｉを用いることができるため入力電圧
の周波数ｆｅ＜回転周波数ｆｒでも十分速度検出が可能
となる。

Ｃ作用〕 レゾルバの出力電圧は（９）式で示される様に、励磁と
回転軸の回転方向が等しい場合は、励磁周波数ｆｅ＝回
転周波数ｆｒのとき零となる。逆に、励磁と回転軸の回
転方向が逆の場合は、回転軸の回転数が高くなるほど出
力電圧も高くなる。レゾルバを用いた速度検出の場合、
重要なのは、入出力電圧の位相差であるが、その検出の
ためには。

当然あるレベル以上の電圧値を必要とする。従って、従
来方式では、通常、励磁周波数ｆｅを回転周波数ｆｒの
２〜３倍以上とする必要がある。しかし、出力電圧が高
くとれる回転軸と励磁電圧の回転方向が異なる領域のみ
での運転を考えれば、ｆ　ｓ　＜ｌｆ　ｒｌでも十分な
出力電圧値を得られるため、速度検出が可能となる。

そこで励磁電圧の相回転をモータの回転方向に応じて切
替え、出力電圧の高い領域のみを切替で用いれば、正逆
運転も可能となる０以上の手段をとることにより、広い
速度検出範囲に対しても、励磁周波数を低く抑えること
が出゛来るため、速度分解能Ｒｎが粗くなるのを防ぐこ
とが出来る。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。励磁
電源９で、レゾルバ７の固定子巻線に与える２相交流Ｅ
　ｓ　ｉ　ｎｗｔおよびＥｃｏｓｗｔが作られる。２相
のうちの１相１例えば本実施例では、Ｅｃ　ｏ　ｓ　ｗ
ｔを反転器５によって１反転した電圧、−Ｅｃｏｓｗｔ
を作り、切替回路６にて、Ｅｃ　ｏ　ｓ　ｗ　ｔあるい
は、−Ｅｃｏｓｗｔのどちらか一方を選択し、レゾルバ
４に与える。つまり、レゾルバ４には、Ｅｓｉｎｗｔと
ＥｃｏｓｗｔかＥｓｉｎｗｔと−Ｅｃｏｓｗｔの２種類
の組合せの励磁電圧が与えられ、これにより固定子巻線
で作られる回転磁界の回転方向を変えることができる。

レゾルバ４の出力及び励磁電圧の１相分は、波形成形回
路７において矩形波に変換され速度演算回路８に送られ
る。速度演算回路１は、クロックパルス発生器１０より
送られるクロックパルスをカウントするカウンター、レ
ゾルバ４の出力電圧及び励磁電圧の零クロス点を基準に
カウンタ値を取り込むラッチ回路、ラッチしたデータに
基づき速度を演算する演算回路より構成される。さて、
次に、レゾルバ４の励磁電圧の１相分の電圧とその極性
を反転した電圧を切替えるタイミングを切替回路６に与
える切替信号発生器１１について説明する。レゾルバ４
の出力電圧の振幅は、第７図に示す様にモータの回転数
と共に変化する。従って、レゾルバ固定子で作られる回
転磁界の極性を反転する回転数におけるレゾルバの出力
電圧をあらかじめ切替信号発生器１１に設定しておき、
これと実際のレゾルバ出力電圧の振幅と比較し、これら
が一致したときに切替信号を発生する様に構成すればよ
いことになる。

本実施例によれば、レゾルバ固定子回転磁界の回転方向
をモータの回転方向に応じて切替えることにより、従来
方式に比べ、回転周波数に対する励磁周波数の値を下げ
ることができるためレゾルバ４の速度分解能を上げるこ
とが可能で、速度やトルクの変動が少ない速度制御が行
なえる。また。

従来方式と同一の速度分解能とすれば、より広い範囲で
の速度制御が可能である。

第２、第３図により、本発明のもう一つの実施例を示す
。

回転機の同一軸上に２つの固定鉄心１、回転鉄心２、回
転トランス３を設けた構造となっている。

第３図は本発明に基づく速度検出方式の一実施例である
。相回転の異なる２つのレゾルバ４，１２固定鉄心は、
励磁電源９よりＥｓｉｎｗｔ、Ｅｃｏｓｗｔの２相電源
を供給され回転磁界を発生する。

この回転磁界が回転鉄心の巻線と鎖交することにより誘
起される出力電圧は、切替回路６によってどちらかが選
択される。切替のタイミングは、切替信号発生器１１の
出力を用いて行なう６第６図、第７図に示す様に本実施
例でも回転軸の回転方向と回転磁界の方向が異なるとき
のレゾルバ出力を選択することでレゾルバの出力電圧の
高い領域で速度検出を行なう。従って、レゾルバ出力の
切替は回転数が零のときに行なわれる６回転数が零のと
きは、相回転の異なる２つのレゾルバの出力電圧値の差
は理想的に零となる。この性質を利用し、２つのレゾル
バ出力電圧を切替信号発生器１１により比較し、２つの
出力電圧値が等しくなったときに切替回路６でレゾルバ
出力の選択を行なう。

切替回路６で選択された出力電圧は、波形整形回路で矩
形波に変換される。一方、励磁電圧の１相分も同様に矩
形波に変換され速度演算回路８に送られる。′速度演算
回路は、クロックパルス発生器１ｏより送られるクロッ
クパルスをカウントするカウンタ、レゾルバの出力電圧
及び励磁電圧の零クロス点を基準にカウンタ値を取り込
むラッチ回路、ラッチしたデータに基づき速度を演算す
る演算回路より構成される。

なお、前記２つの実施例においては、レゾルバの出力電
圧の大きさを監視するこにとにより、切替回路６の動作
タイミングを得ていたが、これは、レゾルバと同軸上に
回転方向を判別できる検出器（例えばＡ、Ｂ相が得られ
るエンコーダ）が取り付けられている場合は、この検出
信号を利用することができる。さらに上位のコントロー
ラによりレゾルバを取り付けた電動機の回転方向が決め
られる場合は、この上位コントローラの指令信号も利用
して、切替回路６の切替動作を行なうこともできる。

本発明は、前述の第１の実施例では励磁電圧の１相の極
性を反転させてレゾルバ固定子の相回転を変えたのに対
し、初めから、相回転の異なる２つのレゾルバを使用し
、前述の実施例と同等の効果が得られるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来方式と比べ次の利点がある。

（１）従来方式と同一回転数範囲において、速度分解能
を上げることができる。この結果、速度やトルクのリッ
プルの少ない、高精度な速度制御系が実現可能となる。

（２）従来方式と同一分解能とすれば、速度の検出範囲
をより広くとれる。この結果、回転機の高速化に対応可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく一つの実施例の速度検出回路を
説明するためのブロック図、第２図は他の実施例のモー
タ構造を示す図、第３図は他の実施例を説明するブロッ
ク図、第４図は一般的なレゾルバの構造を示す図、第５
図はレゾルバの巻線構成を示す図、第６図はレゾルバの
入出力波形を示す図、第７図、第８図はそれぞれレゾル
バの出力電圧と回転周波数との関連を説明するための図
である。 １・・・レゾルバの固定子、２・・・レゾルバの回転子
、３・・・回転トランス、４・・・レゾルバ、５・・・
反転器、６・・・切替回路、７・・・波形整形回路、８
・・・速度演算回路、９・・・励磁電源、１０・・・ク
ロックパルス発生回路、１１・・・切替信号発生回路、
１２・・・相回転の異なるレゾルバ。 ＄　１　　図 ４；　レゾルバ′　　　　５；及転各 ６；ψ沓回発　　　７；彼形勢形可各 ８ｉ速崖膚Ｅｉｌ目冶　９；励磁電老 １０’）　りυツクノＶルス予む生菌７シ／／；Ｏμ寄
処う゛発生回路 ＄　３　閏 第　５　図 勇シ　　乙　　　図 θ 第７図 茅８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転機の回転軸に機械的に締結され、回転軸と共に
   回転する巻線を施した回転鉄心と、前記回転鉄心の外周
   に、ある空隙を介して固定された、巻線を施した固定鉄
   心から構成され、前記固定鉄心の巻線を励磁することに
   より発生する磁界が、前記回転鉄心の巻線と鎖交するこ
   とによって発生する電圧に基づき速度を求めるレゾルバ
   による速度検出装置において、固定鉄心の巻線による回
   転磁界の方向を切替える切替回路を設けたことを特徴と
   する回転機の速度検出装置。