JP2014010051A - レゾルバおよび多回転検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部磁界と回転検出部の磁気的干渉を避けて、アブソリュート位置検出を精度良く行うことができるレゾルバまたは多回転検出器を提供する。
【解決手段】ステータ６５は、電磁鋼板を積層して形成されたコアと、コアに設けられた極歯に巻装された励磁コイルおよび検出コイルとを含む。コアは、ロータ３２を囲むように配置された周囲部と、周囲部の内側に配置され、両辺部分が１相を構成する対をなす極歯１ａ，１ｂとなるＵ字形の検出部と、を有する。コアを構成する各々の電磁鋼板には、積層されたときに周囲部となる部分と検出部となる部分が含まれる。検出部は、そのＵ字形の底辺部分にて周囲部と繋がり、底辺部分の極歯の根元に当たる部分では、周囲部との間に隙間１ｃ，１ｄが設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、レゾルバおよび複数のレゾルバからなる多回転検出器に関する。

レゾルバは、回転軸と共に回転するロータと、ロータの周囲に配置されるステータを含む。ロータは、偏心円板や楕円など、回転中心からロータ表面の距離が、角度位置によって異なる形状を有する。したがって、ロータが回転すると、固定されたある位置において、ステータとの間隙（ギャップ）が変化する。ステータには、この間隙を検出する検出器が備えられる。検出器は、コイルを含み、ロータとステータの間隙の変化により生じる磁束密度の変化を測定して、間隙の測定を行う。

レゾルバは、ロータが取り付けられた回転軸の１回の回転における角度位置を検出することができるが、単体では、複数回の回転にわたる角度位置（アブソリュート角度位置）を検出することはできない。複数回の回転にわたって角度位置を検出する多回転検出器が知られている。多回転検出器は、回転軸と、この回転軸の回転速度を減速させた単一または複数の減速軸と、この減速軸の１回転中の回転角を検出可能なレゾルバとを備えることによって、回転軸の角度位置を複数の回転回数、たとえば数百回転にわたって検出することができる。

図５は、従来の多回転検出器の例であるリラクタンス型レゾルバの軸直角方向の断面図である。図６は図５に示すＡ−Ａ部の断面図である。図７は図５に示すＢ−Ｂ部の断面図である。

図５のリラクタンス型レゾルバは、同一平面上に３つのレゾルバが配置されている。各レゾルバのロータ３２,２７,２５の回転中心は、二等辺三角形の各角部に位置するように配置されている。そして、各ロータ３２,２７,２５の周囲に、４つの極歯１〜４、５〜８、９〜１２がそれぞれ設けられている。これらの極歯には各極歯ごとにボビンを介して励磁巻線と検出巻線が巻装され、その巻線はコネクタ１４の各ピンに配線されている。また、コネクタ１４は、図示しない信号処理回路のコネクタに接続される。極歯を支持するステータ６６はスペーサ１７，１８を介してケーシング１６，１９に支持されている。入力軸３１は軸受け４０，４５を介してケーシング１６，１９に支持されている。非磁性体の歯車３４とロータ３２が入力軸３１に嵌着されている。軸１３は軸受け４１，４２を介してケーシング１６，１９に支持されている。非磁性体の歯車３０と非磁性体の歯車１５が軸１３に嵌着されている。非磁性体の歯車５４とロータ２７は軸受け２８を介して軸２１に取付けられている。非磁性体の歯車５０とロータ２５は軸受け２６を介して軸２２に取付けられている。

歯車３４と歯車３０、歯車１５と歯車５４、歯車１５と歯車５０のかみ合いによって減速歯車機構が構成されている。歯車５４とロータ２７、歯車５０とロータ２５は接着されており、前記減速機構により、入力軸３１が２４回転するとロータ２７が１回転し、入力軸３１が２５回転するとロータ２５が１回転するようになっている。

コネクタ１４の励磁用のピン間にパルス電圧を印加することで、ロータの角度位置に応じた電圧が、コネクタ１４の検出用のピン間に発生し、この電圧を内挿演算することで、各レゾルバのロータの角度位置を検出することができる。極歯１〜４とロータ３２からなるレゾルバでは、入力軸３１の１回転のアブソリュート位置、極歯５〜８とロータ２７からなるレゾルバでは、入力軸３１の２５回転までについてのアブソリュート位置、極歯９〜１２とロータ２５からなるレゾルバでは、入力軸３１の２４回転までについてのアブソリュート位置をそれぞれ検出できる。これら３つのレゾルバによる３つのアブソリュートの位置検出値をさらに数値処理することで入力軸３１の６００回転までを高精度に位置検出することができる。

特開２０１１−１３５６８２号公報

前述の従来のレゾルバおよび多回転検出器においては、レゾルバの１相が１つの極歯で構成されているため、外部からの磁界ノイズの影響を受けやすく、ノイズ源を遠ざけるか、または磁気シールドを検出器外部に配置する等の対策が必要であった。

図８は図５のロータ３２周辺の拡大図である。ロータ角度位置の検出のために励磁された磁束は図８の線６８に示すように、極歯１から出た磁束線はロータ３２内、極歯２または極歯４、ステータ６６の極歯支持部内を通って極歯１に戻る。以下、この励磁された磁束を磁束６８と記す。極歯３から出た磁束線も同様にロータ３２内、極歯２または極歯４、ステータ６６の極歯支持部内を通って極歯３に戻る。ここで、外部から磁界ノイズによる磁束６７が入るとステータ６６の極歯支持部内でロータ角度位置の検出に用いる磁束６８とノイズ磁束６７が磁気的に干渉し、アブソリュート位置検出に誤差が発生する。また、同一平面上に複数のレゾルバが配置されている場合、ノイズ磁束の入り込む方向によって、磁気的な干渉量が変化して複雑化するため、補正が困難であった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、モータ動力線の周辺等のノイズ磁界環境下においても、ノイズ源を遠ざける対策や、磁気シールドを検出器外部に配置する対策を必要としない、ノイズ耐性が高く高精度なレゾルバおよび多回転検出器の提供を目的とする。

本発明のレゾルバは、ある角度位置におけるロータと極歯の間隙を測定する検出部を、つまりレゾルバの１相をＵ字形のコアを用いて構成し、このＵ字形のコアとロータとで閉じた磁路を構成し、この磁路におけるリラクタンスの変化に基づき、軸の回転位置を検出する。つまり、本発明のレゾルバは、回転するロータと、ロータ周囲に配置されたステータを有するレゾルバであって、そのステータは、電磁鋼板を積層して形成されたコアと、コアに設けられた極歯に巻装された励磁コイルおよび検出コイルとを含む。そして、ステータのコアは、ロータを囲むように配置された周囲部と、周囲部の内側に配置され、両辺部分が１相を構成する対をなす極歯となるＵ字形の検出部と、を有し、コアを構成する各々の電磁鋼板には、積層されたときに周囲部となる部分と検出部となる部分が含まれ、検出部は、そのＵ字形の底辺部分にて周囲部と繋がり、底辺部分の極歯の根元に当たる部分では、周囲部との間に隙間が設けられている。

コアの検出部がＵ字形の底辺部分にてコアの周囲部と繋がり、底辺部分の極歯の根元に当たる部分では、周囲部との間に隙間が設けられていることで、コアの検出部と周囲部を繋ぐ部分が小さくなり、これらの間の磁気的な影響を小さくしている。したがって、コアの検出部を通り角度位置の検出に用いられる励磁磁束と、外部からの磁界ノイズにより周囲部を通る磁束とを分離して、外部からの磁界ノイズによる磁束が励磁磁束に干渉することが防止される。

また、ステータのコアは、検出部と周囲部を一体として構成されており、部品点数を削減することができる。

上記のレゾルバを複数有し、各レゾルバのロータを所定の回転速度比で回転するように接続して多回転検出器とすることができる。

上記の多回転検出器において、少なくとも二つのレゾルバを同一平面上に配置することができ、これらのレゾルバのコアを同一の電磁鋼板により形成するようにできる。

本発明のレゾルバ、および多回転検出器は、検出器内部に外部からの磁界ノイズの影響を低減する構造を取り入れたため、モータ動力線の周辺等のノイズ磁界環境下においても、ノイズ源を遠ざける対策や、磁気シールドを検出器外部に配置する対策が不要となる。したがって、ノイズ源のモータ動力線の引き回し変更等による対策に掛ける設計費、作業費、磁気シールドなどのノイズ対策用部品費の掛からない、ノイズ耐性が高く高精度な多回転検出器を提供することができる。

本発明の実施の形態におけるリラクタンス型レゾルバの断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のロータ３２周辺の拡大図である。 従来のリラクタンス型レゾルバの断面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 図５のロータ３２周辺の拡大図である。

以下、発明にかかる多回転検出器の好適な実施の形態(以下、実施形態と記す)であるリラクタンス型レゾルバについて図面に従って説明する。

図１は本発明の実施形態におけるリラクタンス型レゾルバの軸直交断面図である。図２は図１に示すＡ−Ａ部の断面図である。図３は図１に示すＢ−Ｂ部の断面図である。図４は図１に示すロータ３２周辺の拡大図である。図５，６，７，８に示す従来の装置と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１のリラクタンス型レゾルバは、同一平面上に３つのレゾルバが配置されている。そして、各ロータ３２,２７,２５の周囲に、それぞれ８つの極歯１ａ〜４ｂ、５ａ〜８ｂ、９ａ〜１２ｂが設けられている。各ロータ３２，２７，２５は円形であり、偏心して歯車６４，５４，５０と軸受け３３，２８，２６の外輪に固定され、軸２０，２１，２２を中心に回転する。ステータ６５は、電磁鋼板を積層したステータコアと、ステータコアの一部に巻装されたコイルを含む。ステータコアは、各ロータの周囲を取り囲むように配置される周囲部と、この周囲部の内側にロータに隣接して配置される検出部とを有する。検出部に励磁コイルおよび検出コイルが巻装される。検出部はＵ字形であり、Ｕ字形の底部または底辺において周囲部と繋がっている。Ｕ字形の左右の辺は、ロータに向かって延び、この二辺が対をなす極歯（例えば、極歯１ａ，１ｂ）となる。他の検出部も同様である。

３つのレゾルバの周囲部は一体に形成され、また検出部も周囲部と一体に形成される。
ステータのコアを形成する電磁鋼板も、１枚の電磁鋼板の中に周囲部となる部分と検出部となる部分とを有する。１枚の電磁鋼板の形状は、図１に示される断面形状であり、これを積層してコアが形成される。

対をなす二つの極歯１ａ，１ｂには互いに逆巻きに巻き線がなされ、レゾルバの１相を構成している。また、２ａ〜１２ｂについても同様に隣接する２つの極歯に互いに逆巻きに巻き線がなされ、隣接する２つの極歯の組でレゾルバの１相を構成している。図４に示すように、極歯１ａ，１ｂの根元には、ステータの周辺部との間に隙間１ｃ,１ｄが設けられており、２ａ〜１２ｂについても同様に極歯の根元に隙間が設けられている。つまり、Ｕ字形の検出部は、底辺の中央付近でのみコアの周囲部と繋がり、周囲部によって支持されている。これらの極歯を支持するステータ６５は穴６０，６１，６２を用いてボルトによりケーシング１６に取付けられている。

図示しない入力軸に嵌着された歯車と図２の歯車３０が噛み合い、これにより軸１３とこれに固定された歯車１５とが駆動される。歯車１５は歯車６４，５０と噛み合い、ロータ３２，２５を駆動する。歯車６４は歯車５４と噛み合い、ロータ２７を駆動する。このように歯車を組み合わせて減速機構を構成することにより、図示しない入力軸が５回転すると軸１３が２回転し、軸１３が６４回転するとロータ３２が１５回転し、ロータ３２が２７回転するとロータ２７が３２回転し、軸１３が１０回転するとロータ２５が３回転するようになっている。これら３つのレゾルバのアブソリュート位置検出値を数値処理することで図示しない入力軸の７２００回転までを高い精度に位置検出することができる。

図４の線７０に示すように極歯１ａで励磁された磁束はロータ３２内、極歯１ｂ、極歯１ａ，１ｂの支持部（Ｕ字の底辺）内を通って極歯１ａに戻る。以下、この励磁された磁束を磁束７０と記す。極歯１ｂ〜１２ｂについても同様に励磁された磁束線は、各極歯の支持部内またはロータ内、各極歯の組となる極歯、各極歯の支持部内またはロータ内を通って励磁した元の極歯に戻る。つまり、励磁された磁束線の大部分は、コアのＵ字形検出部とロータにより形成された閉じた磁路を通り、コアの周囲部へ向かわない。

ステータ６５に外部からの磁界ノイズによる磁束６９が入るとレゾルバ内、特に検知部に入り込むことなく極歯支持部の外側を通り抜けていくため、ロータ角度位置の検出に用いる磁束７０との磁気的な干渉が低減される。これにより、本実施形態の同一平面上に３つのレゾルバが配置される場合で外部からの磁界ノイズによる磁束の入り込む方向によってステータ６５内を通るノイズ磁束が複雑に変化する場合においても、高精度なアブソリュート位置検出をすることができる。

なお、上記実施形態においては、３つのレゾルバを同一平面上に配置した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、必ずしも全てのレゾルバが同一平面上に配置されることを要しない。また、上記実施形態では、ケーシングに固定された軸に軸受けを介してロータが回転するように構成しているが、ロータを軸に固定し、軸とケーシングの間に軸受けを設けて、ロータが軸と共に回転するように構成してもよい。

多回転検出器の好適な態様を以下に記す。
（１）減速機構により、ロータが入力軸の回転に対して、それぞれ異なる回転を行う複数のレゾルバから成る多回転検出器であって、
前記ロータの周囲に配置されるステータの１相が２つの極歯で構成され、かつ、前記２つの極歯には互いに逆向きに巻線がなされ、かつ、前記２つの極歯の根元に隙間が設けられていることを特徴とする多回転検出器。
（２）上記（１）に記載の多回転検出器であって、
前記複数のレゾルバのうち少なくとも２つ以上は、同一平面内に配置されていることを特徴とする多回転検出器。

１，１ａ，１ｂ，２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ，４，４ａ，４ｂ，５，５ａ，５ｂ，６，６ａ，６ｂ，７，７ａ，７ｂ，８，８ａ，８ｂ，９，９ａ，９ｂ，１０，１０ａ，１０ｂ，１１，１１ａ，１１ｂ，１２，１２ａ，１２ｂ 極歯、１ｃ，１ｄ，２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄ 隙間、１３，２０，２１，２２，３１ 軸、１４ コネクタ、１５，３０，３４，５０，５４，６４ 歯車、１６，１９ ケーシング、１７，１８ スペーサ、２５，２７，３２ ロータ、２６，２８，３３，４０，４１，４２，４５ 軸受け、６０，６１，６２ 穴、６５，６６ ステータ、６７，６９ 外部からの磁界ノイズによる磁束、６８，７０ 励磁磁束。

Claims (3)

1. 回転するロータと、ロータ周囲に配置されたステータを有するレゾルバであって、
   ステータは、電磁鋼板を積層して形成されたコアと、コアに設けられた極歯に巻装された励磁コイルおよび検出コイルとを含み、
   コアは、ロータを囲むように配置された周囲部と、周囲部の内側に配置され、両辺部分が１相を構成する対をなす極歯となるＵ字形の検出部と、を有し、コアを構成する各々の電磁鋼板には、積層されたときに周囲部となる部分と検出部となる部分が含まれ、
   検出部は、そのＵ字形の底辺部分にて周囲部と繋がり、底辺部分の極歯の根元に当たる部分では、周囲部との間に隙間が設けられている、
   レゾルバ。
2. 請求項１に記載のレゾルバを複数有し、各レゾルバのロータが所定の回転速度比で回転するように接続された多回転検出器。
3. 請求項２に記載の多回転検出器であって、少なくとも二つのレゾルバが同一平面上に配置され、これらのレゾルバのコアは同一の電磁鋼板により形成される、多回転検出器。

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