JPH0648201B2 - 位置・速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は磁気レゾルバを用いて位置と速度を検出する装
置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 従来、磁気レゾルバを用いた位置・速度検出装置として
は、例えば第５図に示す２相励磁のレゾルバ移相器を用
いたものがあった。

図で、Ｓ_１〜Ｓ_４はステータ側に設けられた１次側コイ
ル、Ｅ_１とＥ_２はコイルＳ_１，Ｓ_３とＳ_２，Ｓ_４を駆動
する信号源、Ｓ_０はロータ側に設けられた２次側コイル
である。

このような装置で、信号源Ｅ_１とＥ_２が、 ＶｓｉｎωｔとＶｃｏｓωｔなる交流電圧（Ｖは交流電
圧の振幅、ωは角速度、ｔは時間）でコイルＳ_１，Ｓ_３
とＳ_２，Ｓ_４を駆動すると、２次側コイルＳ_０には次に
示す電圧Ｅ_０が発生する。

Ｅ_０＝Ｋ_０（Ｖｓｉｎωｔｃｏｓθ ＋Ｖｃｏｓωｔｓｉｎθ） ＝Ｋ_０Ｖｓｉｎ（ωｔ＋θ） Ｋ_０：変化比、θ：ロータの回転角度 この式に示すように２次側コイルにはロータの回転角θ
だけ位相がずれた電圧が検出される。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このようにして２次側コイルで検出された電
圧には高調波成分が含まれているため、検出信号の検出
波形は誤差を多く含んでいて角度検出の直線性が悪いと
いう問題点があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のであり、角度検出信号に含まれる高調波成分が少な
く、角度検出の直線性が良好な位置・速度検出装置を実
現することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、 ピッチＰγで歯が形成されたロータと、 Ｍの倍数個（Ｍは整数）の突極が形成されていて、この
突極の先端には前記ロータの歯と対向していてピッチが （Ｐγ／ｋｎｓ） ｎｓ：１突極内の歯の数 ｋ：Ｍが偶数のとき３の倍数 Ｍが３の倍数のとき偶数 だけロータの歯と異なる歯が設けられていて、隣合う突
極どうしでは歯の位相がＰγ／Ｍずつずれているステー
タと、 同一位相の歯が形成された突極に巻かれたコイルを１相
とするＭ相のコイル、 とからなり、前記ロータとステータは２個ずつ設けられ
ていて、ロータの歯は同一位相にして積み重ねられ、ス
テータの歯はＰγ／４だけ位相をずらして積み重ねられ
たコア部と、 前記２個のステータのコイルにそれぞれ ＶｃｏｓωｔとＶｓｉｎωｔなる交流電圧を与える信号
源と、 前記各相のコイルの両端電圧を加減算し、加減算信号の
位相から前記ロータの回転位置を、周波数から回転速度
をそれぞれ算出する演算部、 を具備した位置・速度検出装置である。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明にかかる位置・速度検出装置の一実施例
の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）図の
Ｘ−Ｘ部分の断面図である。

図で、１は円筒形状で内周に一定ピッチＰγの歯２が形
成されたロータであり、１_１と１_２の２個が重ねて設け
られている。

３はロータ１の内側に配置されたステータである。ステ
ータ３には４Ｎ個（Ｎは整数）例えば１６個の突極４_１
〜４_１６が設けられている。これらの突極の先端には歯
２と対向する歯５が設けられている。また、各突極には
コイル６_１〜６_１６が巻かれている。図では突極４_１に
巻かれたコイル６_１のみを示している。

このようなステータ３は３_１と３_２の２個が絶縁部材７
を介して重ね合せて設けられている。

また、ロータ１とステータ３は鋼板を積層して構成した
ものである。

８_１と８_２はステータ３_１と３_２のコイルに、Ｅｃ＝Ｖ
ｃｏｓωｔとＥｓ＝Ｖｓｉｎωｔなる交流電圧（Ｖは電
圧振幅）を与える信号源である。

ロータとステータの詳細な構成を第２図に示す。

この図はロータとステータを展開して示してものであ
る。

図で、１つの突極内にはｎｓ個の歯が形成されている
（図の場合はｎｓ＝４）。また、突極４_１，４_２，
４_３，４_４はロータ１の歯２に対して、それぞれ位相が
０，（１／４）Ｐγ， （２／４）Ｐγ，（３／４）Ｐγずつずれている。

突極は全部で１６個設けられ、各位相の突極は４個ずつ
設けられている。そして、同一位相にある突極に巻かれ
たコイルで１相を形成する。

位相のずれが０，（１／４）Ｐγ， （２／４）Ｐγ，（３／４）Ｐγの突極に巻かれたコイ
ルをそれぞれＡ相，Ｂ相，Ｃ相，Ｄ相のコイルとする。
突極の歯５のピッチＰｓは、 Ｐｓ＝Ｐγ−（Ｐγ／３ｎｓ） になっている。これによって、突極の歯５は、配列方向
に従ってＰγ／３ｎｓずつ位相がずれていく。このた
め、歯５をバーニアとして用いることができる。

ロータ１_１と１_２は歯２の位相を同一位相にして重ね合
せられている。また、ステータ３_１と３_２は歯５の位相
をＰγ／４ずらして重ね合せられている。

ステータの各コイルは第３図に示すように接続されてい
る。

第３図で、Ｌ_１はＡ相とＢ相のコイルを直列接続したコ
イル、Ｌ_２はＣ相とＤ相のコイルを直列接続したコイル
である。これらのコイルにステータ３_１ではＶｃｏｓω
ｔが、ステータ３_２ではＶｓｉｎωｔなる電圧が印加さ
れている。

そして、コイルに発生する電圧が抵抗、アンプ及び減算
器を介して検出される。

次に、このような装置の動作を説明する。

Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相のコイルにそれぞれ発生する電
圧ｓ_１，ｓ_２，ｓ_３，ｓ_４は次のようになる。

ｌ：歯の順番、Ｅ：振幅電圧 ｍ_１，ｍ_２，…ｍ_ｎ：定数 これらの電圧を加減算した電圧 ｓ_１＋ｓ_２−ｓ_３−ｓ_４は次のようになる。

式から、２ｎ_１次と３ｎ_２次（ｎ_１，ｎ_２は整数）の
高調波成分が除去される。５次以上の高調波は影響が少
ないため、無視できる。従って、検出電圧は次のように
なる。

ｓ_１＋ｓ_２−ｓ_３−ｓ_４＝Ａ_０ｓｉｎ（θ＋） ここで、Ａ_０は定数、は初期位相で、式の に相当する。

第４図に各電圧ｓ_１〜ｓ_４のベクトル図を示す。この図
に示すように、電圧ｓ_１とｓ_２の合成ベクトルと電圧ｓ
_３とｓ_４の合成ベクトルの差をとって２次高調波成分を
消去し、突極に設けられた歯をバーニアにして３次の高
調波成分を消去している。

これによって、ステータ３_１で検出される電圧は、 Ｖｓ＝Ｅｃ（ｓ_１＋ｓ_２−ｓ_３−ｓ_４） ＝Ｖｃｏｓωｔ・Ａｓｉｎ（θ＋） となる。第３図の検出信号ｖｓ_１とｖｓ_２は、それぞれ
ｓ_１＋ｓ_２とｓ_３＋ｓ_４に相当する。

また、ステータ３_２で検出される電圧は、 Ｖｓ＝Ｅｓ（ｓ_１＋ｓ_２−ｓ_３−ｓ_４） ＝Ｖｓｉｎωｔ・Ａｃｏｓ（θ＋） となる。第３図の検出信号ｖｃ_１とｖｃ_２は、 ｓ_１＋ｓ_２とｓ_３＋ｓ_４に相当する。

このことより、第３図の回路で検出される信号は、 Ｖ_Ｔ＝Ｖｓ−Ｖｃ ＝Ｖｃｏｓωｔ・Ａｓｉｎ（θ＋） −Ｖｓｉｎωｔ・Ａｃｏｓ（θ＋） ＝ＡＶｓｉｎ（θ＋−ωｔ） となり、ロータの回転角度θによって検出信号の位相が
変調される。よって、この位相を読み取れば回転角度を
検出できる。

なお、実施例では４相コイルを用いた場合を説明した
が、コイルの相数はこれ以外であってもよい。例えば３
相コイルを用いた場合は、隣合う突極の歯の位相はロー
タの歯に対してＰγ／３ずつずらして３次の高調波成分
を除去し、突極の歯はロータのピッチに対してＰγ／２
ｎｓずらしたバーニア構成にして２次の高調波成分を除
去する。

また、実施例ではステータ３_１と３_２の両方でｓ_１＋ｓ
_２−ｓ_３−ｓ_４の信号を検出して高調波成分を除去する
場合について説明したが、これ以外の加減算で高調波成
分を除去してもよい。例えば、ステータ３_１ではｓ_１＋
ｓ_２−ｓ_３−ｓ_４で高調波成分を除去し、ステータ３_２
では ｓ_２＋ｓ_３−ｓ_４−ｓ_１で高調波を除去してもよい。こ
の場合は、ステータ３_２では、Ｂ相とＣ相のコイルを直
列接続するとともに、Ａ相とＤ相のコイルを直列接続す
る。

また、突極の歯のピッチは Ｐγ−（Ｐγ／３ｎｓ）に限らず Ｐγ＋（Ｐγ／３ｎｓ）であってもよい。

また、ステータ３_２の突極の歯はステータ３_１の突極の
歯と同位相でもよい。

［効果］ 本発明によれば、多相コイルと、ステータの歯に対して
バーニアになった突極の歯を用いて、コイルの検出電圧
に発生する２次高調波と３次高調波を除去しているた
め、検出信号の誤差が少なくなり、角度検出の直線性が
良好になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる本発明にかかる位置・速度検出
装置の一実施例の構成図、第２図は第１図の要部構成
図、第３図は第１図の装置の検出回路の構成図、第４図
は第１図の装置のコイル電圧のベクトル図、第５図は従
来における位置・速度検出装置の構成例を示した図であ
る。 １，１_１，１_２……ロータ、２，５……歯、３，３_１，
３_２……ステータ、４_１〜４_１６……突極、６……コイ
ル、８_１，８_２……信号源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 理太郎 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−144018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−144017（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−92108（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピッチＰγで歯が形成されたロータと、 Ｍの倍数個（Ｍは整数）の突極が形成されていて、この
   突極の先端には前記ロータの歯と対向していてピッチが （Ｐγ／ｋｎｓ） ｎｓ：１突極内の歯の数 ｋ：Ｍが偶数のとき３の倍数 Ｍが３の倍数のとき偶数 だけロータの歯と異なる歯が設けられていて、隣合う突
   極どうしでは歯の位相がＰγ／Ｍずつずれているステー
   タと、 同一位相の歯が形成された突極に巻かれたコイルを１相
   とするＭ相のコイル、 とからなり、前記ロータとステータは２個ずつ設けられ
   ていて、ロータの歯は同一位相にして積み重ねられ、ス
   テータの歯はＰγ／４だけ位相をずらして積み重ねられ
   たコア部と、 前記２個のステータのコイルにそれぞれ ＶｃｏｓωｔとＶｓｉｎωｔなる交流電圧を与える信号
   源と、 前記各相のコイルの両端電圧を加減算し、加減算信号の
   位相から前記ロータの回転位置を、周波数から回転速度
   をそれぞれ算出する演算部、 を具備した位置・速度検出装置。