JP4261945B2 - 角度位置検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数のＶＲ型レゾルバを組み込んだ角度位置検出装置に関し、特に、高精度な角度位置検出精度を実現しつつ、ダイレクトドライブモータの小型化・薄型化に好適な改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
減速器を用いずに負荷を直接駆動するダイレクトドライブモータは、バックラッシュ、ロストモーションのない高精度な位置決めが可能であるため、ＮＣ工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどの各種の用途に用いられており、より小型で高精度な位置決めを可能とするダイレクトドライブモータの開発が望まれている。特開平６−４６５５２号公報（特許文献１）では、ダイレクトドライブモータのモータハウジング内に組み込まれる単極レゾルバと多極レゾルバとの間に磁束を通しにくい遮蔽部材を配置することにより、一方のレゾルバからの漏れ磁束が他方のレゾルバに磁気的干渉を与えないように構成することで、高精度な位置決めを可能にした改良技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−４６５５２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レゾルバ相互間の空隙に遮蔽部材を介在させると、モータハウジング内にレゾルバを組み込むために必要となる室内空間の容積が大きくなるため、ダイレクトドライブモータの小型化・薄型化が困難となる。その一方で、遮蔽部材を除去すれば、ダイレクトドライブモータの小型化・薄型化を可能にできるものの、近接配置された複数のレゾルバ相互間の漏れ磁束の影響で位置検出精度が低下する。
【０００４】
そこで、本発明は高精度な角度位置検出精度を確保しつつ、角度位置検出装置の小型化・薄型化を可能とする改良技術を提案することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の角度位置検出装置は、回転軸の回転に同期してリラクタンスが変化するように組み込まれた複数のＶＲ型レゾルバと、励磁信号を出力する発信器と、前記複数のＶＲ型レゾルバの中から択一的に選択されたＶＲ型レゾルバに前記励磁信号を供給するように前記発信器から前記複数のＶＲ型レゾルバへ供給される励磁信号の供給経路を切り換える切換手段と、前記ＶＲ型レゾルバの出力信号から前記回転軸の角度位置を検出する検出手段を備える。
【０００６】
かかる構成により、複数のレゾルバが同時に励磁されることのないように励磁信号の供給経路を切り換えることができるため、一方のレゾルバからの漏れ磁束が他方のレゾルバへ磁気的な干渉を及ぼすことがない。従って、複数のＶＲレゾルバ相互間の対向距離を極限まで短縮して角度位置検出装置の小型化・薄型化を可能にできるとともに、高精度な位置検出を可能にできる。
【０００７】
好ましくは、前記検出手段は、前記複数のＶＲ型レゾルバの各々から出力される電流信号をレゾルバ信号に変換する単一の電流／電圧変換器を含む。かかる構成により、複数のＶＲ型レゾルバの電流／電圧変換器を単一の電流／電圧変換器に共用できるため、ハードウエア構成を簡略化できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［発明の実施形態１］
以下、各図を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図３は本実施形態のダイレクトドライブモータの断面図である。同図に示すように、ダイレクトドライブモータ１０は、中空筒型のインナハウジング１１の外周側面に固設された軸受１３を介して回転軸１２が回転自在に軸支されている。回転軸１２はその内部にインナハウジング１１を重装できるように中空円筒体として構成されている。
【０００９】
回転軸１２は筒壁の肉厚が凹凸状に変化しており、インナハウジング１１との間隙に単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０を収容するための室内空間１と、モータ部１６を収容するための室内空間２を画成している。これらの室内空間１及び２は軸受１３によって分離画成されており、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないようにある程度の距離をおいて隔てられている。室内空間１及び２の間に軸受１３などが介在せず、両者が近接している場合には、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないように遮蔽部材を設けるのが望ましい。
【００１０】
モータ部１６は回転子１４と固定子１５から構成されるアウタロータ式のＰＭモータである。回転子１４は回転軸１２の内壁において円周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に固着された永久磁石から成る。固定子１５は薄い鉄板を複数積層して成るモータコアであり、微小のエアギャップをおいて回転子１４と対向するようにインナハウジング１１の外壁に固定されている。ここでは、モータ部１６として、アウタロータ式のＰＭモータを例示するが、インナロータ式のＰＭモータを採用してもよい。また、モータ部１６として、ＰＭモータ以外の各種のモータを採用できる。例えば、回転子１４として永久磁石の代わりに薄い鉄板を積層して成り、内歯状又は外歯状の極歯を所定数備えるものであってもよい。
【００１１】
一方、単極レゾルバ２０は、回転軸１２の内周面に固定された環状のレゾルバロータ２１と、このレゾルバロータ２１に対向するようにインナハウジング１１の外周壁に固定されたレゾルバステータ２２とを備えて構成されている。同様に多極レゾルバ３０は、回転軸１２の内周面に固定された環状のレゾルバロータ３１と、このレゾルバロータ３１に対向するようにインナハウジング１１の外壁に固定されたレゾルバステータ３２とを備えて構成されている。
【００１２】
単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０はロータ間座１８とステータ間座１９とを介して上下二段の積層構造となるように室内空間１内において微小な空隙をおいて固定されている。すなわち、回転軸１２の内周壁に複数のボルト１８ａにより固定されるレゾルバロータ２１及び３１の間にはロータ間座１８が介装される一方で、インナハウジング１１の外周壁にボルト１９ａにより固定されるレゾルバステータ２２及び３２の間にはステータ間座１９が介装されている。
【００１３】
室内空間１を画成するインナハウジング１１及び回転軸１２と、室内空間１内に装着されるロータ間座１８及びステータ間座１９はそれぞれ非磁性体で構成するのが好ましい。室内空間１を画成するこれらの部材を非磁性体で構成することにより、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないように構成することができる。
【００１４】
図８は単極レゾルバ２０の平面図である。同図に示すように、単極レゾルバ２０は、レゾルバロータ２１とレゾルバステータ２２との間隙のリラクタンスがレゾルバロータ２１の回転角度位置により変化し、レゾルバロータ２１の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が１周期となるように構成された３相ＶＲ型レゾルバである。すなわち、レゾルバステータ２２の外径中心、内径中心、及びレゾルバロータ２１の外径中心はダイレクトドライブモータの回転中心Ｏ₁と一致するが、レゾルバロータ２１の内径中心Ｏ₂は回転中心Ｏ₁に対してΔｘだけ偏心するように、レゾルバロータ２１の径方向の肉厚を連続的に変化させている。
【００１５】
レゾルバステータ２２の外周には１２０°間隔でＡ相、Ｂ相及びＣ相を構成する計１８個のステータポール２３が等間隔に外歯状に凸設されている。各々のステータポール２３にはステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈を巻回したコイルボビン２４が装着されている。コイルボビン２４の材質として、適度な弾力性のある非磁性体であれば、特に限定されるものではなく、例えば、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性樹脂であれば、射出成形が容易である。
【００１６】
ステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈の共通端子に励磁信号が印加されると、レゾルバロータ２１が１回転する間にＡ相、Ｂ相及びＣ相の各ステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈からは１２０°位相がずれた１サイクルの電流信号が各々出力される。単極レゾルバ２０から出力される単極レゾルバ信号により絶対的な回転角度位置を検出することができる。
【００１７】
図５は単極レゾルバ２０のステータポール２３に巻回された各々のステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈の結線図である。共通端子ＣＯＭ１に励磁信号が印加されると、Ａ相、Ｂ相及びＣ相を構成するステータコイルＣ₁〜Ｃ₆，Ｃ₇〜Ｃ₁₂，Ｃ₁₃〜Ｃ₁₈を流れる電流信号の各々は検出抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃から成る電流／電圧変換器４１ａによって電圧信号に変換される。この電圧信号は単極レゾルバ信号（ＡＢＳ信号）として後述する３／２相変換器４２ａに供給される。
【００１８】
図９は多極レゾルバ３０の平面図である。同図に示すように、レゾルバロータ３１の内径中心Ｏはレゾルバステータ３２の内径中心Ｏと一致しており、レゾルバロータ３１とレゾルバステータ３２との間隙のリラクタンスがレゾルバロータ３１の回転角度位置により変化し、レゾルバロータ３１の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が複数周期となる構造を備えている。レゾルバロータ３１の内周面には等間隔に径方向に向けて内歯状に凸設された極歯３５が計２４個形成されている。レゾルバステータ３２の外周面にはＡ相、Ｂ相及びＣ相が１２０°の電気角でずれるように計１８個のステータポール３３が等間隔に径方向に向けて外歯状に凸設されている。
【００１９】
各々のステータポール３３には、予めステータコイルＣ_A〜Ｃ_Cが巻回されたコイルボビン３４が装着されている。ステータコイルＣ_A〜Ｃ_Cの共通線に励磁信号が供給されると、レゾルバロータ３１が１回転する間に各相毎に２４サイクルの交流信号が出力される。多極レゾルバ３０から出力される多極レゾルバ信号により相対的な回転角度位置を検出することができる。
【００２０】
図６は多極レゾルバ３０のステータポール３３に巻回された各々のステータコイルＣ_A〜Ｃ_Cの結線図である。共通端子ＣＯＭ２に励磁信号が印加されると、Ａ相、Ｂ相及びＣ相を構成するステータコイルＣ_a，Ｃ_b，Ｃ_cを流れるレゾルバ信号の各々は検出抵抗Ｒ_a，Ｒ_b，Ｒ_cから成る電流／電圧変換器４１ｂによって電圧信号に変換される。この電圧信号は多極レゾルバ信号（ＩＮＣ信号）として後述する３／２相変換器４２ｂに供給される。
【００２１】
尚、ステータポール３２の数は相数（この例では３）の倍数であればよく、１８個に限定されるものではない。また、この例では、極歯３５が２４個形成されているが、この極歯３５の数は２４に限定されるものではない。また、極歯３５をさらに電気的に細分割することにより、多極レゾルバ３０の分解能をさらに向上させることもできる。また、上記の説明では、単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０のステータポールを外歯とし、レゾルバステータの外側にレゾルバロータが配される構成を例示したが、これに限らず、ステータポールを内歯とし、レゾルバステータの内側にレゾルバロータが配される構成としてもよい。また、レゾルバ信号の相数についても、３相レゾルバに限らず、２相レゾルバ、４相レゾルバ、６相レゾルバなどを用いることもできる。
【００２２】
図１は本実施形態の角度位置検出装置を含むブロック構成図である。角度位置検出装置は、ダイレクトドライブモータ１０に組み込まれた単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０と、これらを制御するドライブユニット６０の一部から構成される。ドライブユニット６０は、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０の何れか一方に励磁信号を供給してレゾルバ信号を取り込み、デジタル角度信号φを出力するサーボドライバ５０と、デジタル角度信号φから回転角度位置信号を生成し、パワーアンプ６２を介してダイレクトドライブモータ１０に電力を供給するＣＰＵ６１とを備えて構成されている。ドライブユニット６０と単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０はレゾルバケーブル７１で結線されており、同ユニット６０とモータ部１６はモータケーブル７２で結線されている。
【００２３】
サーボドライバ５０は、発信器５１から出力される励磁信号を増幅器５２にて適度な信号レベルに増幅し、切換スイッチ５３を介して単極レゾルバ２０の共通端子ＣＯＭ１と、多極レゾルバ３０の共通端子ＣＯＭ２の何れか一方に励磁信号の供給経路を切り換えて励磁信号を供給する。切換スイッチ５３は発信器５１から単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０への励磁信号供給経路上に配されて、これらのレゾルバへの励磁信号の供給経路を切り換える切換手段である。共通端子ＣＯＭ１及びＣＯＭ２への切換スイッチ５３の接続切換はＣＰＵ６１から出力されるスイッチ切換信号によって制御される。
【００２４】
電源が投入されてシステムが起動した直後においては、ＣＰＵ６１は切換スイッチ５３を共通端子ＣＯＭ１に切換接続することにより、励磁信号を単極レゾルバ２０に供給する。単極レゾルバ２０から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ａによってＡＢＳ信号に変換された後、３／２相変換器４２ａによって２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換されてアナログスイッチ４３に供給される。
【００２５】
ここで、発信器５１の発信角周波数をωとし、高次成分を無視すると、電流／電圧変換器４１ａで得られる各相のレゾルバ信号は下記の（１）式〜（３）式に示す通りとなる。ここでは、説明の便宜上、A相を基準としてB相及びC相の位相がそれぞれ１２０度遅れる場合を例示する。また、３／２相変換器４２ａで得られる２相信号を（４）式〜（５）式に示す。（５）式において、ｓｑｒ（ｘ）は引数ｘの平方根を返す関数とする。
【００２６】
φA＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎθ）・ｓｉｎωｔ …（１）
φＢ＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（２）
φＣ＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（３）
ｓｉｎ信号＝φA−（φＢ＋φＣ）／２ …（４）
ｃｏｓ信号＝ｓｑｒ（３／４）・（φＢ−φＣ） …（５）
【００２７】
一方、ＣＰＵ６１がＡＢＳ信号からデジタル角度信号φの値（後述するａｂｓ）を取得した後には、ＣＰＵ６１は切換スイッチ５３を共通端子ＣＯＭ２に切換接続することにより、励磁信号を多極レゾルバ３０に供給する。多極レゾルバ３０から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ｂによってＩＮＣ信号に変換された後、３／２相変換器４２ｂによって２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換されてアナログスイッチ４３に供給される。
【００２８】
アナログスイッチ４３はＣＰＵ６１からのＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号によって切り換え制御されるスイッチ素子であり、２相のＡＢＳ信号と２相のＩＮＣ信号の何れか一方を選択的に通過させてＲＤＣ（レゾルバ・デジタル・コンバータ）４４へ供給する。アナログスイッチ４３を通過する信号が２相のＡＢＳ信号から２相のＩＮＣ信号へ切り換わるタイミングと、切換スイッチ５３の接続先がＣＯＭ１からＣＯＭ２へ切り換わるタイミングとがほぼ同期するように、ＣＰＵ６１からアナログスイッチ４３へＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号が出力される。
【００２９】
移相器４５は発信器５１から出力される励磁信号の位相を遅らせ、２相に変換されたＡＢＳ信号又はＩＮＣ信号のｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のうちのキャリア信号の位相と同期させたＲｅｆ信号をＲＤＣ４４に供給する。ＲＤＣ４４はアナログスイッチ４３から供給される２相信号をデジタル化し、ＣＰＵ６１にデジタル角度信号φを出力する。ＲＤＣ４４からは発信器５１の発振角周波数による同期整流後のアナログ速度信号が出力される。
【００３０】
尚、上述の説明においては、単極レゾルバ２０として３相レゾルバを用いる構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、単極レゾルバ２０として６相レゾルバを用いることもできる。６相レゾルバを用いる場合には、レゾルバ信号として、上述の（１）式〜（３）式に替えて下記の（６）式〜（１１）式が用いられるので、図７に示すように、電流／電圧変換器４１ａと３／２相変換器４２ａとの間に減算器４６ａを介在させればよい。減算器４６ａは各相のレゾルバ信号の差分ｄＡ，ｄＢ，ｄＣを演算して６相レゾルバ信号を（１２）式〜（１４）式の３相レゾルバ信号に変換する。同式の３相レゾルバ信号は３／２相変換器４２ａによって２相信号に変換される。
【００３１】
φA＋＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎθ）・ｓｉｎωｔ …（６）
φA−＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎ（θ−π））・ｓｉｎωｔ …（７）
φＢ＋＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（８）
φＢ−＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３−π）｝・ｓｉｎωｔ …（９）
φＣ＋＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（１０）
φＣ−＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３−π）｝・ｓｉｎωｔ …（１１）
ｄＡ＝２Ａ₂ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ …（１２）
ｄＢ＝２Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）・ｓｉｎωｔ …（１３）
ｄＣ＝２Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）・ｓｉｎωｔ …（１４）
【００３２】
さらに、例えば、２相レゾルバ、４相レゾルバなどの他の種類のレゾルバを用いる場合には、それぞれの場合に合わせて適宜検出回路部４０の構成を変更すればよい。
【００３３】
図４はデジタル変換されたレゾルバ信号のグラフである。ＲＤＣ４４として１２ビット仕様の変換器を用いると、２相のＡＢＳ信号は同図（Ｂ）に示すように、レゾルバロータ１回転あたり４０９６（＝２¹²）パルスのデジタル角度信号φに変換される。つまり、ＡＢＳ信号は単極レゾルバ２０が一回転する間に、０から４０９５までカウントアップされたデジタル値となる。一方、２相のＩＮＣ信号は同図（Ａ）に示すように、レゾルバロータ１回転あたり４０９６×２４（極歯３５の総数）＝９８３０４パルスのデジタル角度信号φに変換される。つまり、ＩＮＣ信号は、多極レゾルバ３０が一回転する間に、０から４０９５までのカウントアップが２４回繰り返されたデジタル値となる。
【００３４】
同図において、ｏｆｆｓｅｔ値とは、ＡＢＳ信号の基本成分波の始点に相当する回転角０度を基準とした場合に、ＩＮＣ信号の２４周期の基本波成分のうち一つの基本波成分とのずれの値のことである。
【００３５】
ＣＰＵ６１はこれらのデジタル角度信号φを取り込み、ダイレクトドライブモータ１０の回転角度位置を演算する。２相のＡＢＳ信号がＲＤＣ４４でデジタル信号に変換されたデジタル角度信号φの値をａｂｓとし、２相のＩＮＣ信号がＲＤＣ４４でデジタル信号に変換されたデジタル角度信号φの値をｉｎｃとすれば、回転角度位置は、ａｂｓ×２４＋（２０４８−ｉｎｃ）＋ｏｆｆｓｅｔ値の演算により求めることができる。ＣＰＵ６１は回転角度位置からパワーアンプ６２を介してダイレクトドライブモータ１０に電力を供給する。
【００３６】
尚、レゾルバ信号からデジタル角度信号φを得るためには、必ずしもハードウエア（３／２相変換器、ＲＤＣなど）で処理する必要はなく、レゾルバ信号をＡ／Ｄ変換し、ソフトウエアによる情報処理でデジタル角度信号φを得るように構成してもよい。
【００３７】
図２はＣＰＵ６１の位置検出処理ルーチンを記述したフローチャートである。同図を参照しつつ、ＣＰＵ６１の制御処理を中心に上述の説明を再述する。ＣＰＵ６１は、システム停止時において、電源投入を検知すると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、切換スイッチ５３を共通端子ＣＯＭ１に接続するようにスイッチ切換信号を出力する（ステップＳ２）。すると、発信器５１から出力される励磁信号は共通端子ＣＯＭ１から単極レゾルバ２０に供給され、回転角度位置に対応したリラクタンス変化が電流信号として検出回路部４０に供給される。
【００３８】
検出回路部４０ではこの電流信号を電流／電圧変換器４１ａで電圧信号に変換した後、３／２相変換器４２ａによって２相信号に変換し、アナログスイッチ４３に供給する。ＣＰＵ６１はアナログスイッチ４３を通過すべき信号として２相のＡＢＳ信号を選択するようにＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号を出力する（ステップＳ３）。
【００３９】
２相のＡＢＳ信号はアナログスイッチ４３を通過してＲＤＣ４４でデジタル信号に変換され、デジタル角度信号φとしてＣＰＵ６１に供給される。ＣＰＵ６１はこのデジタル角度信号φの値をａｂｓとして取得する（ステップＳ４）。
【００４０】
次いで、ＣＰＵ６１は、切換スイッチ５３を共通端子ＣＯＭ２に接続するようにスイッチ切換信号を出力する（ステップＳ５）。すると、発信器５１から出力される励磁信号は共通端子ＣＯＭ２から多極レゾルバ３０に供給され、回転角度位置に対応したリラクタンス変化が電流信号として検出回路部４０に供給される。
【００４１】
検出回路部４０ではこの電流信号を電流／電圧変換器４１ｂで電圧信号に変換した後、３／２相変換器４２ｂによって２相信号に変換し、アナログスイッチ４３に供給する。ＣＰＵ６１はアナログスイッチ４３を通過すべき信号として２相のＩＮＣ信号を選択するようにＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号を出力する（ステップＳ６）。
【００４２】
２相のＩＮＣ信号はアナログスイッチ４３を通過してＲＤＣ４４でデジタル信号に変換され、デジタル角度信号φとしてＣＰＵ６１に供給される。ＣＰＵ６１はこのデジタル角度信号φの値をｉｎｃとして取得する（ステップＳ７）。
【００４３】
電源がＯＦＦになるまでは、ＣＰＵ６１は切換スイッチ５３が共通端子ＣＯＭ２に接続したままの状態になるよう制御する一方で、アナログスイッチ４３を通過する信号が２相のＩＮＣ信号に維持されるように制御する（ステップＳ８；ＮＯ）。ＣＰＵ６１は電源ＯＦＦを検知すると（ステップＳ８；ＹＥＳ）、本制御ルーチンを終了する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０が同時に励磁されることのないように何れか一方にのみ励磁信号を供給する構成であるため、一方のレゾルバの漏れ磁束が他方のレゾルバに磁気的な干渉を及ぼすことがない。このため、高精度な位置検出を可能にできる上に、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０の対向距離を極限まで、つまり、単極レゾルバ２０のステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈と多極レゾルバ３０のステータコイルＣ_A〜Ｃ_Cがほぼ接する程度まで短くすることができ、ダイレクトドライブモータ１０の小型化・薄型化が可能となる。本実施形態の構造はＮＣ工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどに用いられる小型で高精度な位置決めを可能とするダイレクトドライブモータに好適である。また、上述した遮蔽部材を省略することが可能となるため、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０との対向距離を短くできることに加え、部品点数を減らしてコスト低下を実現できる。
【００４５】
また、本実施形態は、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０の何れか一方に励磁信号を供給する構成であるため、両方のレゾルバに励磁信号を供給する従来の構成と比較して消費電力をおよそ半分に低減することが可能となる。さらに、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０の各々から出力される電流信号がレゾルバケーブル７１内でクロストークすることがないため、位置検出精度を高めることができる。
【００４６】
尚、上記の説明では、ダイレクトドライブモータ１０に組み込まれるレゾルバとして、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０を備える構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、任意の異種レゾルバをダイレクトドライブモータ１０に組み込む場合にも適用できる。２種類の多極レゾルバを組み合わせた構成例を以下に例示する。
【００４７】
（組み合わせ例１）
本組み合わせ例は、ＰＭモータのロータ位置検出機能を実装するタイプであり、ＰＭモータの極数と同数の極数（例えば、２０歯）を備えるレゾルバを第１レゾルバとし、高分解能位置検出用レゾルバ（例えば、１２０歯）を第２レゾルバとしている。例えば、電源投入時にまず第１レゾルバによるデジタル角度信号の読み取りを行い、次いで第２レゾルバに切り換えてそのデジタル角度信号の読み取りを行うことによって、ＰＭモータとの位相差からロータの回転位置を検知できるため、以後は第２レゾルバからの信号に基づき回転角度位置とともにＰＭモータの励磁タイミングを認識できる。つまり、第１レゾルバはＵＶＷセンサ（例えば、ホール素子）の代わりとして機能するため、ＵＶＷセンサを省略できる。
【００４８】
（組み合わせ例２）
本組み合わせ例は、回転軸１２の絶対角度位置を検出するタイプであり、（Ｎ＋１）極レゾルバを第１レゾルバとし、Ｎ極レゾルバを第２レゾルバとしている。但し、Ｎは２以上の整数である。第１レゾルバと第２レゾルバの極数の差は１であるから、両者のデジタル角度信号φ₁，φ₂の差から回転軸１２の絶対角度位置を検出できる。これらのレゾルバの励磁切換タイミングとしては、例えば、システムの電源が投入された時点で第１レゾルバを励磁してデジタル角度信号φ₁を読み取り、次いで、第２レゾルバを励磁するのが望ましい。電源ＯＦＦとなるまでは第２レゾルバの励磁状態を保持することで、システム起動時に読み取ったデジタル角度信号φ₁と、その後に第２レゾルバが検出するデジタル角度信号φ₂から回転軸１２の絶対角度位置を検出できる。
【００４９】
（組み合わせ例３）
本組み合わせ例は、所定の角度範囲で回転軸１２の絶対角度位置を検出するタイプであり、３６０度／Ｍの角度範囲で絶対角度位置を検出するには、Ｍ極レゾルバを第１レゾルバとし、高分解能のレゾルバ（例えば、極数１２０）を第２レゾルバとしている。但し、Ｍは２以上の整数である。多極レゾルバをこのように組み合わせることで、例えば、ロボットアームを１８０度、１２０度、９０度等の予め定められた所定の角度範囲内で旋回させる用途に好適である。第１レゾルバのロータ形状は、レゾルバロータとレゾルバステータのギャップが周期的に変化する構成であれば、特に制限はなく、各種の形状を採用できる。例えば、極数２の第１レゾルバを製作するのであれば、レゾルバロータの形状を楕円形状、ヒョウタン形状、歯形状などの各種の形状を採用できる。
【００５０】
［発明の実施形態２］
図１０は本発明の第２実施形態に係わる角度位置検出装置のブロック構成図である。基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、図１と同符号のブロックは同一ブロックであるとしてその詳細な説明を省略する。単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０から出力される電流レベルが著しく異なる場合は、ＡＢＳ信号とＩＮＣ信号を適正に検出するために第１実施形態のようにそれぞれのレゾルバに専用の信号変換に必要な構成、例えば、電流／電圧変換器４１ａ，４１ｂと３／２相変換器４２ａ，４２ｂを用意し、さらにアナログスイッチ４３を設ける必要がある。これに対し、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０から出力される電流レベルがほぼ同程度であれば、電流／電圧変換器４１ａ，４１ｂと３／２相変換器４２ａ，４２ｂを共用化し、さらにアナログスイッチ４３を省略することができる。
【００５１】
同図に示すように、検出回路部４０は、共用化された電流／電圧変換器４１及び３／２相変換器４２に加え、上述の第１実施形態と同様にＲＤＣ４４と移相器４５を具備した構成となっており、上述の第１実施形態と比較すると、ハードウエア構成が大幅に簡素化されている。単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１によってＡＢＳ信号又はＩＮＣ信号に変換され、さらに、３／２相変換器４２によって２相信号に変換される。単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０への励磁信号の供給は切換スイッチ５３を介して択一的に行われるため、両者は少なくとも同時に励磁されることがない。かかる構成により電流／電圧変換器４１には何れか一方のレゾルバからの電流信号の供給が可能となり、電流／電圧変換器４１の共用を実現できる。
【００５２】
尚、本実施形態においても、２種類の多極レゾルバの各種組み合わせ（上述の組み合わせ例１〜３を含む）を適用することができる。また、レゾルバについても３相レゾルバに限らず、例えば、２相レゾルバ、４相レゾルバ、６相レゾルバなどの各種のレゾルバを用いることができる。
【００５３】
［発明の実施形態３］
図１１は本発明の第３実施形態に係わる角度位置検出装置のブロック構成図である。基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、図１と同符号のブロックは同一ブロックであるとしてその詳細な説明を省略する。本実施形態においては、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０に替えて、複数のレゾルバをダイレクトライブモータ１０に組み込んでいる。ここでは、同モータ１０の回転軸に３種類のレゾルバ８１〜８３を組み込み、切換スイッチ５３の切換制御によって、少なくとも２以上のレゾルバに励磁信号を同時に供給しないように励磁信号を供給している。
【００５４】
同図に示すように、検出回路部４０は、電流／電圧変換器４１ａ〜４１ｃと、３／２相変換器４２ａ〜４２ｃと、アナログスイッチ４３と、ＲＤＣ４４と、移相器４５を備えて構成されている。切換スイッチ５３はＣＰＵ６１の切換制御によって択一的に選択された第１レゾルバ８１〜第３レゾルバ８３の共通端子ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３に励磁信号を分配する。各々のレゾルバ８１〜８３から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ａ〜４１ｃによってレゾルバ信号に変換され、３／２相変換器４２ａ〜４２ｃによって２相信号に変換される。アナログスイッチ４３はこれら３種類の２相信号を選択的に通過させ、ＲＤＣ４４に供給する。第１レゾルバ８１〜第３レゾルバ８３の組み合わせ例として、例えば、以下に示す例が好適である。
【００５５】
（組み合わせ例１）
本組み合わせ例は、ＰＭモータのロータ位置検出機能と絶対位置検機能を実装するタイプであり、ＰＭモータの極数と同数の極数（例えば、２０歯）を備えるレゾルバを第１レゾルバ８１とし、高分解能位置検出用レゾルバ（例えば、１２０歯）を第２レゾルバ８２とし、単極レゾルバを第３レゾルバとしている。本組み合わせにより、第１実施形態の組み合わせ例１の効果に加えて、ダイレクトドライブモータ１０の絶対角度位置を検出できる。
【００５６】
（組み合わせ例２）
本組み合わせ例は、絶対位置検出誤差を修正できるタイプであり、単極レゾルバを第１レゾルバ８１とし、１８極レゾルバを第２レゾルバ８２とし、１３２極レゾルバを第３レゾルバ８３としている。第１レゾルバ８１から得られた絶対角度位置の誤差を第２レゾルバ８２で修正することで、回転角度位置の検出精度を高めることができる。
【００５７】
［発明の実施形態４］
図１２は本発明の第４実施形態に係わる角度位置検出装置のブロック構成図である。基本的な構成は第３実施形態と同様であるため、図１１と同符号のブロックは同一ブロックであるとしてその詳細な説明を省略する。同図に示すように、検出回路部４０は、共用化された電流／電圧変換器４１及び３／２相変換器４２に加え、上述の第３実施形態と同様にＲＤＣ４４と移相器４５を具備した構成となっており、上述の第３実施形態と比較すると、ハードウエア構成が大幅に簡素化されている。
【００５８】
第１レゾルバ８１〜第３レゾルバ８３のうち少なくとも二以上のレゾルバは同時に励磁されることがないように切換スイッチ５３を介して共通端子ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３に励磁信号が供給されるため、第１レゾルバ８１〜第３レゾルバ８３から出力される電流レベルが同程度の場合には、電流／電圧変換器４１によって各々のレゾルバ８１〜８３から出力される電流信号をレゾルバ信号に変換することが可能となる。第１レゾルバ８１〜第３レゾルバ８３の具体的な組み合わせは上述の第３実施形態の組み合わせ例を採用できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のＶＲ型レゾルバは同時に励磁されることがないため、ＶＲレゾルバ間の対向距離を短縮することができ、角度位置検出装置の小型化・薄型化を実現できる。また、一方のレゾルバの漏れ磁束が他方のレゾルバへ磁気的に干渉することがないため、高精度な位置検出精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の角度位置検出装置のブロック構成図である。
【図２】 角度位置検出処理ルーチンのフローチャートである。
【図３】 ダイレクトドライブモータの断面図である。
【図４】 デジタル変換されたレゾルバ信号のグラフである。
【図５】 単極レゾルバのステータコイルの結線図である。
【図６】 多極レゾルバのステータコイルの結線図である。
【図７】 検出回路部のハードウエア構成の一部である。
【図８】 単極レゾルバの平面図である。
【図９】 多極レゾルバの平面図である。
【図１０】 第２実施形態の角度位置検出装置のブロック構成図である。
【図１１】 第３実施形態の角度位置検出装置のブロック構成図である。
【図１２】 第４実施形態の角度位置検出装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１０…ＤＤモータ ２０…単極レゾルバ ３０…多極レゾルバ ４０…検出回路部 ４１…電流／電圧変換器 ４２…３／２相変換器 ４３…アナログスイッチ４４…ＲＤＣ ４５…移相器 ５０…サーボドライバ ５３…切換スイッチ ６０…ドライブユニット ６１…ＣＰＵ

Claims (5)

1. 回転軸の回転に同期してリラクタンスが変化するように組み込まれた複数のＶＲ型レゾルバと、
   励磁信号を出力する発信器と、
   前記複数のＶＲ型レゾルバの中から択一的に選択されたＶＲ型レゾルバに前記励磁信号を供給するように前記発信器から前記複数のＶＲ型レゾルバへ供給される励磁信号の供給経路を切り換える切換手段と、
   前記ＶＲ型レゾルバの出力信号から前記回転軸の角度位置を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記複数のＶＲ型レゾルバは、少なくとも単極レゾルバ及び多極レゾルバを含み、
   前記切換手段は、電源が投入されたときには、前記励磁信号が前記単極レゾルバに供給されるように前記供給経路を切り換え、前記検出手段によって前記単極レゾルバの出力信号から前記回転軸の角度位置が検出された後には、前記励磁信号が前記多極レゾルバに供給されるように前記供給経路を切り換える、角度位置検出装置。
2. 前記検出手段は、前記複数のＶＲ型レゾルバの各々から出力される電流信号をレゾルバ信号に変換する単一の電流／電圧変換器を含む、請求項１に記載の角度位置検出装置。
3. 前記検出手段は、前記複数のＶＲ型レゾルバからそれぞれ出力される電流信号をレゾルバ信号に変換する複数の電流／電圧変換器を含む、請求項１に記載の角度位置検出装置。
4. 前記検出手段は、前記複数の電流／電圧変換器においてそれぞれ変換された複数のレゾルバ信号の中から択一的に選択されたレゾルバ信号を出力するように、前記複数のレゾルバ信号の伝送経路を切り替えるアナログスイッチをさらに備える、請求項３に記載の角度位置検出装置。
5. 前記複数のＶＲ型レゾルバは、ＰＭモータの極数と同数の極数を有するレゾルバをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の角度位置検出装置。

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