JP2007114090A

JP2007114090A - レゾルバ

Info

Publication number: JP2007114090A
Application number: JP2005306914A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nishiyama; 雅章西山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】同軸上で回転方向の変位とアキシャル方向の変位を同時に検出できる安価なセンサを提供する。
【解決手段】レゾルバステータ１０２と、相似形で２つ以上のスケールの異なるロータコアを、同軸上に角度を揃えてアキシャル方向に重ねたレゾルバロータ１０１とを備え、レゾルバステータ１０２のレゾルバ出力から各層の変圧比を求めることでアキシャル方向の位置を検出し、回転方向についてはトラッキングコンバータによって変圧比に関係なく角度情報を検出する１相励磁２相出力タイプのＶＲレゾルバである。
【選択図】図１

Description

本発明は、同軸上で回転方向の変位とアキシャル方向の変位を同時に検出できるレゾルバに関する。

ＦＡ機器等に使用されるサーボアクチュエータには回転式のサーボモータと直動型のリニアサーボがあり、使用する機器の構成によって使い分けて用いられている。また、回転式のサーボモータには位置センサとしてエンコーダやレゾルバが用いられており、直動型のリニアモータにはリニアスケールやＬＶＤＴが用いられている。

ここで、回転方向の位置変位を検出する従来のＶＲレゾルバの構成について、図４を用いて説明する。ＶＲレゾルバは、レゾルバロータ４０１とレゾルバステータ４０２から構成され、一次巻線に入力された励磁信号に対し、レゾルバロータには突極が設けられており、この従来例では３極の突極が設けられ、出力巻線は２相となっているため、レゾルバロータが一回転した場合、３周期のｓｉｎ、ｃｏｓ信号が発生する。

次に、従来のレゾルバの変換回路について図５を用いて説明する。トラッキング方式によるレゾルバ／デジタル変換回路が一般的に用いられており、構成は図２のように、励磁回路２１２から一定周波数、一定振幅Ａの正弦波励磁信号Ａｓｉｎωｔをレゾルバ２０１及び復調器２０７に出力し、レゾルバ２０１からはレゾルバの変圧比及びレゾルバのロータ角度θに応じた、ＫＡｓｉｎθ・ｓｉｎωｔおよびＫＡｃｏｓθ・ｓｉｎωｔが出力され、増幅器２０２、２０３によって増幅される。

ここでＫはレゾルバの変圧比である。コンバータ内部によって生成されたｓｉｎφを乗算器２０４によってＫＡｓｉｎθ・ｓｉｎωｔに、ｃｏｓφを乗算器２０５によってＫＡｃｏｓθ・ｓｉｎωｔに乗じ、それらの減算器２０６によって減算を行うことで、ＫＡｓｉｎ（θ―φ）・ｓｉｎωｔが計算され、復調器２０７によって励磁成分であるｓｉｎωｔが除去され、ローパスフィルタ２０８を通過することで高調波成分が除去されθ―φが生成される。

そして、そのθ―φは電圧制御型発振器２０９に入力され、電圧制御型発振器２０９は入力電圧に応じたパルスを発生させ、そのパルスはＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ２１０に入力される。カウンタ２１０のカウンタ値を番地とするＳＩＮ、ＣＯＳテーブル２１１を参照することで、ｓｉｎφ、ｃｏｓφを生成し、そのｓｉｎφ、ｃｏｓφを乗算器２０４、２０５へフードバックされる、一種のＰＬＬサーボループが構成され、θ−φが０に向って動作することで、θ−φ＝０のとき、角度データφを求めることができる構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

一方、機器によっては、例えばワークをある位置に移動させ、さらに角度を制御して配置する必要がある場合、回転系と直動系の動作が必要になってくる。従来であれば回転系のサーボモータと直動型のリニアサーボを組み合わせて構成することになるが、組み合わせるための機構にはボールネジやベルト、プーリ等が用いられ、機器の構成が大きくなり、コストも高くなってしまう。また一般的にリニアスケールを採用するとコストさらに高くなってしまう。
特開昭６３−７１６１８号公報

解決しようとする問題点は、同軸上で回転方向の変位とアキシャル方向の変位を同時に検出できるセンサがない点である。すなわち、回転系と直動系を同軸上で一体化してアクチュエータを構成する場合、回転方向とアキシャル方向の位置変化を同時に検出するには両者を組み合わせて使用することとなり、回転系の位置検出にはエンコーダやレゾルバが用いられ、直動系の位置検出にはリニアスケールやＬＶＤＴが用いられる。しかしながら、構成が大きくなるのとコストが高くなってしまい、一体型するメリットが少なかった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、同軸上で回転方向の変位とアキシャル方向の変位を同時に検出できる安価なセンサを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明は、相似形で２つ以上のスケールの異なるロータコアを、角度を揃えてアキシャル方向に重ねたレゾルバロータを有する１相励磁２相出力タイプのＶＲレゾルバの出力から回転方向の変位とアキシャル方向の変位を同時に検出する。

本発明によれば、回転系と直動系の位置センサを一体で構成でき、同軸上の回転方向およびアキシャル方向の変位を同時に検出できる。このため、回転系と直動系を同軸上で一体構成するアクチュエータの構成を簡素化できる。

相似形で２つ以上のスケールの異なるロータコアを、角度を揃えてアキシャル方向に重ねたレゾルバロータを有する１相励磁２相出力タイプのＶＲレゾルバ出力から回転角度θに応じたｓｉｎθに振幅変調されたレゾルバ出力信号に変換回路内部で生成されたｓｉｎφを乗ずる第三の乗算器と、ｃｏｓθに振幅変調されたレゾルバ出力信号に変換回路内部で生成されたｃｏｓφを乗ずる第四の乗算器と、第三、第四の乗算器の演算結果を加算する加算器と、第三、第四の乗算器、加算器にて演算された信号から励磁信号成分を除去する第二の復調器と、第二の復調器から出力された信号から励磁信号の振幅成分を除去する除算器とで構成されるレゾルバ変圧比検出手段を備え、レゾルバの変圧比を割り出しその変圧比情報からレゾルバのアキシャル変位を求め、回転方向の変位は従来と同様トラッキングコンバータにより検出する。

実施例１のレゾルバは、１相励磁２相出力タイプのＶＲレゾルバであり、同軸上で回転方向およびアキシャル方向の位置を検出するため、レゾルバロータは、相似形で２つ以上のスケールの異なるロータコアを、角度を揃えてアキシャル方向に重ねて構成している。レゾルバ出力からトラッキングコンバータによって回転方向の位置を検出し、アキシャル方向の変位（位置）は各層の変圧比を求めることで検出する。

図１において、１相励磁２相出力のＶＲレゾルバのロータ１０１とステータ１０２より構成され、ロータ１０１は３段の相似形のスケール違いで角度を合わせて構成する。このレゾルバは、軸倍角３Ｘの例である。

一方、図２において、励磁回路１１２より、一定周波数、一定振幅の励磁信号Ａｓｉｎωｔと入力することでレゾルバ１０１より出力信号ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔとｃｏｓθ・ｓｉｎωｔを得て、それぞれの出力信号に変換回路内部で生成された角度φから生成されたｃｏｓφ、ｓｉｎφを乗算器１０４、１０５、また乗算器１１４、１１５によって、ＫＡ（ｓｉｎθ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθ・ｓｉｎφ）・ｓｉｎωｔ及びＫＡ（ｓｉｎθ・ｓｉｎ
φ＋ｃｏｓθ・ｃｏｓφ）・ｓｉｎωｔが演算される。

信号ＫＡ（ｓｉｎθ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθ・ｓｉｎφ）・ｓｉｎωｔから励磁信号成分を取り除く復調器１０７、復調器１０７からの出力信号の高調波成分を除去するローパスフィルタ１０８、ローパスフィルタ１０８から出力される信号に比例したパルスを生成する電圧制御型発振器１０９、また、電圧制御型発振器１０９から出力されたパルスをカウントするＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１１０、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタのカウントデータを番地とするｓｉｎφ、ｃｏｓφを参照するＳＩＮ、ＣＯＳテーブル１１１、信号ＫＡ（ｓｉｎθ・ｓｉｎφ＋ｃｏｓθ・ｃｏｓφ）・ｓｉｎωｔから励磁信号成分を取り除く復調器１１７、復調器から出力されたＫＡから励磁信号の振幅値を除するための除算器１１８から構成される。

除算器１１８から出力されたレゾルバの変圧比情報は、ＣＰＵ１１３へ出力され、ＣＰＵ１１３にて演算処理後、レゾルバ励磁回路１１２において励磁アンプのゲイン調整用のコントロール信号として使用される。また、レゾルバの変圧比情報はＣＰＵ１１３を介して不揮発性記憶手段１１９へ保存され、本システムが搭載された、例えばサーボアンプ等の起動時にレゾルバの変圧比情報を保存し、次回の起動時からは本変圧比情報を用いてレゾルバロータのアキシャル変位を求めることができる。

ここで、レゾルバ出力信号の振幅すなわち変圧比と位置情報の関係を図３に示す。図３において、レゾルバロータのアキシャル位置がＺ１の場合、レゾルバ出力信号の振幅はＡ１となり、Ａ１の振幅と励磁電圧情報から変圧比を求め、あらかじめ不揮発性記憶手段２１９によって記憶された変圧比と位置情報との相関データによりアキシャル位置が確定する。振幅Ａ２、Ａ３についても同様にして位置データを確定することができる。回転方向については従来のトラッキングコンバータによって変圧比に関係なく角度情報を得ることができる。

本発明のレゾルバは、同軸上で回転方向およびアキシャル方向の変位を同時に検出する必要があるアクチュエータに有用である。

本発明の実施例１におけるＶＲレゾルバの構成図本発明の実施例１におけるレゾルバ／デジタル変換回路のブロック図本発明のレゾルバロータのアキシャル変位とレゾルバ出力（振幅）の説明図従来のＶＲレゾルバの構成図従来のレゾルバ／デジタル変換回路のブロック図

符号の説明

１０１、４０１レゾルバロータ
１０２、４０２レゾルバステータ
２０１、５０１レゾルバ
２０２、５０２第一の増幅器
２０３、５０３第二の増幅器
２０４、５０４第一の乗算器
２０５、５０５第二の乗算器
２０６、５０６減算器
２０７、５０７第一の復調器
２０８、５０８ローパスフィルタ
２０９、５０９電圧制御型発振器
２１０、５１０ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ
２１１、５１１ＳＩＮ、ＣＯＳテーブル
２１２、５１２励磁回路
２１３、５１３ＣＰＵ
２１４第三の乗算器
２１５第四の乗算器
２１６加算器
２１７第二の復調器
２１８除算器
２１９不揮発性記憶手段

Claims

単一構成のレゾルバロータにより同軸上で回転方向の変位とアキシャル方向の変位を同時に検出することを特徴とするレゾルバ。
レゾルバロータは、相似形で２つ以上のスケールの異なるロータコアを、角度を揃えてアキシャル方向に重ねた１相励磁２相出力タイプのＶＲレゾルバである請求項１に記載のレゾルバ。
請求項２のレゾルバ出力信号の振幅からレゾルバのアキシャル方向の変位を演算により求めることを特徴としたレゾルバ／デジタル変換回路。
アキシャル方向の変位を求めるためのレゾルバ信号の振幅を検出する手段として、振幅Ａの励磁信号Ａｓｉｎωｔを、１相励磁２相出力タイプの変圧比請求項２のレゾルバに入力する励磁回路と、前記レゾルバの回転角度θに応じたｓｉｎθに振幅変調されたレゾルバ出力信号であるＫＡｓｉｎθ・ｓｉｎωｔに変換回路内部で生成されたｃｏｓφを乗ずる第一の乗算器、及び前記レゾルバの回転角度θに応じたもう一方の出力信号であるＫＡｃｏｓθ・ｓｉｎωｔに変換回路内部で生成されたｓｉｎφを乗ずる第二の乗算器と、第一と第二の乗算器の演算結果を除算する減算器と、前記第一、第二の乗算器、減算器にて演算された演算結果から励磁信号成分を除去する復調器と、前記復調器から出力された信号から高調波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過した信号を入力信号としてパルスを出力する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力パルスをカウントするカウンタ及びカウンタ値を番地とするｓｉｎ、ｃｏｓ参照ＲＯＭを備えたトラッキング方式のレゾルバ／デジタル変換回路において、レゾルバから出力される回転角度θに応じたｓｉｎθに振幅変調されたレゾルバ出力信号に変換回路内部で生成されたｓｉｎφを乗ずる第三の乗算器と、ｃｏｓθに振幅変調されたレゾルバ出力信号に変換回路内部で生成されたｃｏｓφを乗ずる第四の乗算器と、第三、第四の乗算器の演算結果を加算する加算器と、第三、第四の乗算器、加算器にて演算された信号から励磁信号成分を除去する第二の復調器と、第二の復調器から出力された信号から励磁信号の振幅成分を除去する除算器とで構成されるレゾルバ変圧比検出手段を備え、レゾルバの変圧比を割り出し、その変圧比情報によりレゾルバのアキシャル変位を検出することを特徴としたレゾルバ／デジタル変換回路。
請求項１または請求項２に記載のレゾルバを搭載したアクチュエータ。