JPH0429308B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固定子と回転子との歯数が異るレゾ
ルバにおいて、固定子に一次及び二次巻線を設
け、その一方の巻線を励磁電極から励磁すること
により他方の巻線から回転子の回転位置を検出す
るレゾルバに関する。

従来形のバーニヤレゾルバにおいては、固定子
は円筒状の積層鉄心で内側にN_s個の歯を等分ピ
ツチに切つてあり、回定子は円状の同様な積層
鉄心で、外側にN_r個の歯を等分ピツチで切つて
ある。

そして、N_s＝N_r±N_pのように固定子歯数N_sと
回転子歯数N_rを選び、N_pは小さな整数で歯数N_s
やN_rの数分の１であるからN_{s r}であることがそ
の特徴である。

しかしこのバーニヤレゾルバは歯形やスキユー
形状などを調整して、波形改善を計るのに限度が
あるので、巻線のピツチやターン数を調整するた
め、巻線が複雑になるきらいがある。

また、従来の誘導子レゾルバは、m₁を一次巻
線の相数としたとき、N_s＝2m₁N_rとしN_s／N_r＝
2m₁でバーニヤを利用していない。

したがつて誘導子レゾルバは、さきのバーニヤ
レゾルバとは逆に、巻線の調整の自由度がなく困
難のため、回転子歯の形状を調整して波形の改善
を計るが、そのためコア形状が複雑になる難点が
ある。

ここにおいて本発明は、従来装置の欠点を克服
したバーニヤ形誘導子レゾルバを提供すること
を、その目的とする。

本発明になるバーニヤ形誘導子レゾルバは、回
転子歯および二次巻線の調整がどちらも可能であ
るため、波形の改善が容易であり、また一次巻線
の多相化も従来形と比べると容易である。

すなわち、本発明の基本的思想は、 固定子歯数N_s、 回転子歯数N_r、 一次巻線の相数m₁、 １以上の整数N_p との間に、 N_s＝2m₁（N_r±N_p） の関係がなされるバーニヤ形誘導子レゾルバと呼
称すべきレゾルバである。

因みに、 従来のバーニヤレゾルバは、 N_s＝N_r±N_p であり、 従来の誘導子レゾルバは、 N_s＝2m₁Nr である。

ここで本発明の原理を述べる。

バーニアレゾルバで、整数N_p＝２とした時の
空隙のパーミアンス（Permeance透磁率）は第
１図のように表わされる。

Ａ、A′点では固定子と回転子の歯が一致し、
Ｂ、B′点では食違うからＡ、A′点のパーミアン
スは最大、Ｂ、B′点では最小である。そのこと
を仮想突極をもつ回転子１００で表わしている。
なお、２００は固定子である。ここで一次巻線の
相数m₁＝１の本発明のバーニヤ形誘導子レゾル
バにするため、固定子歯数N_sを２倍にするとと
もに、固定子歯を隣接する歯が互いに逆極性にな
るように巻線して、直列に接続することで一次単
相コイルを形成する。

第２図は、この一次コイルの正極性起磁力に対
する空隙パーミアンスλ_Fと逆極性起磁力に対する
空隙パーミアンスλ_Rを夫々仮想突極回転子１０
０，１００′で表わした説明図である。正極性起
磁力に対するパーミアンスλ_Fが最大の所で、逆極
性起磁力に対する空〓パーミアンスλ_Rは最小とい
うように全く逆の関係になる。

一次コイルを交流で励磁し、二次コイルを固定
子に４極の分布巻きで施してあるとすると、 空隙磁束φの分布は（λ_F−λ_R）F₁＝φ ところで λ_F＝λ₀＋λcos2θ λ_R＝λ₀＋λcos2θ であるから φ＝F₁・2λcos2θ したがつて、二次コイルの誘導電圧e₂は、θ＝
＋ηとして e₂∝∫⁺〓_-〓φn₂cos2ηdη ∝∫⁺〓_-〓cos2（＋η）cos2ηdη ∝cos2 ここに は回転子仮想突極軸AA′から測つた二次コイ
ル軸の電気角、 θは変数、 ηはη＝θ−で二次コイル軸CC′から測つた
電気角（変数）、 F₁は一次コイルの超磁力、 λ₀は空隙パーミアンスの一定成分、 λは空隙パーミアンスの変動成分片振幅、 である。

次に本発明の基本磁気構造について述べる。

本発明の固定子は円筒状の積層鉄心でその内測
にはN_s個の歯が等分ピツチで形成されており、
回転子も同様な積層鉄心で外側にN_r個の歯が等
分ピツチで切つてあり、固定子内に空隙を介して
挿入されている。

N_s＝N_r±N_pとすれば、N_p＝１であると相対す
る固定子と回転子の歯は１個所でしか揃い整列す
るところはない。N_p＝２であれば180°離れた所
で２個所、N_p＝３であれば120°ずつ離れた所で
３個所において固定子と回転子の歯が整列する。
従つてN_p個では360°／N_pずつ離れた所でN_p個の
歯が完全に揃う。

固定子と回転子の歯が揃うところはパーミアン
スが最大で、完全に食違うところはパーミアンス
が最小である。

このため空隙パーミアンスはN_p個の仮想突極
を持つと言つて良い。

回転子が360°／N_r（１ピツチ角）回転すると、
磁路は元の状態に戻るが、空隙パーミアンス波、
即ち仮想突極は360°／N_p（１突極ピツチ角）回転
する。従つて、回転子に対しパーミアンス波は
N_r／N_p倍に増速されていることがわかる。

360°／N_sに対し360°／N_rはパーニヤ目盛に相当
し、360°／（N_s〜N_r）ごとに目盛が一致する。
このためバーニヤレゾルバと呼ばれる。

ここで固定子歯N_sを２倍にしてみる。今まで
＃１、＃２、……、＃N_sの歯があつたとし、こ
の中間に＃1′、＃2′、……、＃N_s′を次のように
挿入する。

＃１、＃1′、＃２、＃2′、……、＃（N_s−１）、
＃（N_s−１）′、＃N_s、＃N_s′、＃10＃１〜＃N_s
から見た空隙パーミアンス波λ_pに対し、＃1′〜
＃N_s′から見た空隙パーミアンス波λ_p′は360°／
（2N_p）だけ進んだ位置にある。N_p＝２の例を第
３図に示す。これは、＃１〜＃N_sの歯が回転子
と一致したところ（第４図）では＃1′〜＃N_s′の
歯は食違い、＃１〜＃N_sが食違つたところ（第
５図）では＃1′〜＃N_s′が一致すると言う、逆の
関係になるから直感的に理解できることである。

ここで＃１〜＃N_sを右巻き、＃1′〜＃N_s′を左
巻きに巻線を施し、これを直列に接続した励磁コ
イルを交流で励磁したとする。空隙には2N_s極の
交番磁界が生ずるが、できる磁束の大きさはパー
ミアンス波で変調されたものとなる。

N_p＝２の例で、固定子に４極多相の分布巻線
を施すと、この空隙には λ_p−λ_p′＝λcos2θ−（−cos2θ）＝2λcos2θ の磁束が生じているので、一次１相／二次多相の
レゾルバが構成できる。

次に、更に固定子歯数を倍にし、4N_sとし、第
６図のようにk₁、k₁′で１相、k₂、k₂′でもう１相
のコイルを形成する。このようにするとk₁、
k₁′相に対するパーミアンス波λ_p1に対し、k₂、
k₂′相に対するパーミアンス波λ_p2は電気角で90°進
んでいる。

このようにして、一般に2m₁N_sに固定子歯数を
ふやせば、k₁k₁′、k₂k₂′、……、k_n1k_n1′相を形
成することができる。

歯数の選定と磁路のバランスについてはこうで
ある。

一次m₁相、二次m₂相のレゾルバを考えると、
N_s＝2m₁（N_r±N_p）で固定子歯数N_sはN_p×2m₂
で割り切れる必要がある。

ｎを整数とすると ｎ＝N_s／（N_p×2m₂）＝（m₁／m₂）（N_r±N_p
）／N_p＝（m₁／m₂）（N_r／N_p±１） したがつて（N_r／N_p±１）／m₂を整数とすれ
ば良い。

一次２相、二次２相レゾルバで整数N_p＝１な
れば、 （N_r±１）12＝ｎつまりN_r±１＝2n したがつて回転子歯数N_rは奇数になる。

二次相数m₂＝１で整数N_p＝１ならば、回転子
歯数N_rは自由に選べる。

回転子歯数N_r＝４ 一次相数m₁＝２ ならば、固定子歯数N_sは N_s＝２×２（４±１）＝20／12 一次相数m₁２ならば、整数N_p＝１としても
磁路はバランスする。整数N_pを大きくすると二
次巻線の毎極毎相の溝数ｑが減るので、磁路のバ
ランスはよいが巻線の自由度が下がる。精度を高
くする構造は整数N_pを適当に選ぶことにある。

では、本発明の一実施例について説明する。

ブラシレスDCサーボモータのポールセンサと
して８極の一次２相、二次１相のレゾルバを例に
ある。

回転子歯数N_r＝４ 整数N_p＝１ 固定子歯数N_s＝２×２（４±１）＝20／12 この固定子歯数N_s＝12の説明図を第７図に表
わす。

一次巻線として、 ａ相は（１、−1′、２、−2′、３、−3′） とし、 ｂ相は（−１、−1′、−２、−2′、−３、−3′） にそれぞれ巻回する。

二次巻線としては、12のスロツトを自由に使つ
て単相の２極巻線を分布巻きする。

例えば（−3′、−１）、（−2′、−２）n₁ターン （−3′、1′）、（−３、２）n₂ターン （−３、−1′）n₃ターン とすればよい。

第８図は固定子歯数N_s＝20の説明図である。

一次巻線として、 ａ相は（１、−1′、２、−2′、３、−3′、４、−4
′、
５、−5′）とし、 ｂ相は（１、−1′、２、−2′、３、−3′４、−
4′、５、−5′）にそれぞれ巻回する。

二次巻線としては、20のスロツトを自由に使つ
て単相２極の巻線を分布巻きする。

第７図、第８図いずれの構造も二次を２相化す
るのは容易である。直交する巻線を巻き込めば良
い。

さらにACサーボの速度およびNC工作機の機
械角を検出する72極一次１相、二次２相レゾルバ
を考えよう。

回転子歯数N_r＝36 整数N_p＝２ 固定子歯数N_s＝２×１（36±２）＝76／68 あるいは 回転子歯数N_r＝36 整数N_p＝４ 固定子歯数N_s＝２×１（36±４）＝80／64 各種のものが考えられるが固定子歯数N_s＝64
に選べば N_s／（N_p×2m₂）＝64／（４×２×２）＝４ でこれは毎極、毎相溝数ｑに相当する。

以上のようにして、多くの構造が可能である。

かくして、本発明によれば次の効果が認められ
る。

○ア 二次巻線が2N_p極の多相分布巻きにできると
ころが大きな特長となる。このため高調波成分
を低減する巻線の自由度が高く、従つて精度の
高いレゾルバにできる。

○イ 二次巻線も多相化できるので、この信号をパ
ルス化する際に処理が容易になる。

○ウ この種のレゾルバの応用範囲はＮ／Ｃ工作
機、ロボツトをはじめサーポアクチエータの速
度、位置制御をすべてカバーするもので、この
信頼性、精度が高くコストの低い構造が探究さ
れて来たが、本発明は構造が簡単で精度を高く
し、多相信号を得られるという多くの自由度を
備えているので、将来性の大きいレゾルバであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の原理を表わす空隙パ
ーミアンスの説明図、第３図〜第６図は本発明の
動作説明図、第７図は本発明の一実施例の断面
図、第８図は本発明の他の実施例の断面図であ
る。 １００……回転子、２００……固定子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定子は円筒状の軟磁性体で内側にN_s個の
   歯を等分ピツチに形成し、回転子は円状の軟磁
   性体で外側にN_r個の歯を等分ピツチに形成する
   とともに、 m₁は一次巻線の相数で、N_pは１以上の整数と
   するとき N_s＝2m₁（N_r±N_p） の関係をもち、 一次巻線は各相とも固定子歯を（m₁−１）個
   おきに極性を交代しつつ巻回したコイルを直列接
   続して形成し、二次巻線は固定子に2N_p極の分布
   巻きを施してm₂相を形成し、 前記回転子を前記固定子内に均等な空隙を介し
   て挿入することにより、 一次側がm₁相でかつ二次側がm₂相の2N_r極レ
   ゾルバを構成することを特徴とするバーニヤ形誘
   導子レゾルバ。