JP2018189464A - 並列巻線レゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、レゾルバの各巻線の巻き数をスペースの限り大きくすることができ、また、検出電圧ゲインを増加させることができ、さらに、巻線間の電圧比のアンバランスや相互干渉を無くすことができ、さらにまた、巻き数を整数化する際に有利化誤差を発生させないことができる。【解決手段】励磁巻線４２は、各ティース４０に対してそれぞれ同一の巻き数に巻回され、且つ前記ティース４０のうち基準となる前記ティース４０から数えて奇数番目の前記ティース４０と偶数番目の前記ティース４０とで巻線方向が逆になるように巻回されている。検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４は、互いに並列に信号処理部８に接続されている。前記信号処理部８は、アナログ回路又はディジタル回路で構成されており、前記検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４からの出力信号にもとづいて、ロータ６の角度位置を検出する。【選択図】図２

Description

この発明は並列巻線レゾルバに関し、特に、並列に信号処理回路に接続されたコイルを備える並列巻線レゾルバに関する。

従来のレゾルバの構造としては、例えば輪状ステータの内側との間にギャップパーミアンスの変化を形成するように成形されたロータを備えるＶＲ型レゾルバの構成を、以下の特許文献１に記載された構成に適用したレゾルバを、図３として挙げることができる。すなわち、従来のレゾルバ１には、誘起される電圧がｓｉｎ波形となるように定義された巻き数を持つ複数の巻線からなるｓｉｎ巻線２と、誘起される電圧がｃｏｓ波形となるように定義された巻き数を持つ複数の巻線からなるｃｏｓ巻線３とが輪状ステータ４の各ティースに巻回され、励磁巻線５により前記ｓｉｎ巻線２と前記ｃｏｓ巻線３に誘起される電圧比から、ロータ６の角度を検出する。

特開２００１−１６５７０３号公報

上記のような従来のレゾルバでは、前記ｓｉｎ巻線２及び前記ｃｏｓ巻線３を構成する、各ティースに巻回された各巻線の巻き数は、前記ｓｉｎ巻線２及び前記ｃｏｓ巻線３に誘起される電圧を正弦波状に変化させるように、各ティースの位置に応じて決定されている。そのため、ティースの位置によっては巻き数が非常に少なくなるように決定された巻線が存在することとなり、該ティース位置における巻線は導線の巻回のためのスペースがあっても巻き数を大きくすることができず、また、電圧検出に利用できないという問題点があった。

また、前記ｓｉｎ巻線２と前記ｃｏｓ巻線３とは独立に巻回されるので、前記ｓｉｎ巻線２と前記ｃｏｓ巻線３との巻線順序により巻線間の電圧比のアンバランスや相互干渉が発生するという問題点があった。さらに、前記前記ｓｉｎ巻線２と前記ｃｏｓ巻線３との理想的な巻き数はティースの位置から決定される実数として求められるが、現実に各巻線の巻き数は整数でしか定義できないので、巻き数を整数化する際に論理的な有利化誤差が発生するという問題点があった。

この発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、特に、各ティースに個々に巻回された複数の検出巻線と、前記複数の検出巻線から出力される信号に基づいて前記ロータの角度位置を検出する信号処理部とを備え、前記複数の検出巻線は互いに並列に前記信号処理部に接続されており、前記信号処理部は、前記各検出巻線の位置に応じた係数を前記各検出巻線の信号に乗算するので、各巻線の巻き数をスペースの限り大きくすることができ、また、検出電圧ゲインを増加させることができ、さらに、巻線間の電圧比のアンバランスや相互干渉を無くすことができ、さらにまた、巻き数を整数化する際に有利化誤差を発生させないことができる。

この発明に係るレゾルバは、ロータと、周方向に等間隔で配置されるとともに前記ロータに向かって突出された複数のティースを有する輪状ステータと、前記各ティースに個々に巻回された複数の検出巻線と、前記複数の検出巻線から出力される信号に基づいて前記ロータの角度位置を検出する信号処理部とを備え、前記複数の検出巻線は、互いに並列に前記信号処理部に接続されており、前記信号処理部は、前記各検出巻線の位置に応じた係数を各検出巻線の信号に乗算し、また、前記係数は、ｓｉｎ信号生成用係数と、ｃｏｓ信号生成用係数とが含まれており、また、基準位置からｍ番目の前記ティースの信号に乗算される前記ｓｉｎ信号生成用係数Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）は、Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）＝ｐ・Ｎ_Ｍ・Ｋ_ｍ・ｓｉｎ（θ_ｍ＋αｗ）で表され、但し、ｐはｍが奇数の時に＋１となりｍが偶数のときに−１となる係数であり、Ｎ_Ｍは前記信号の最大値を調整する係数であり、Ｋ_ｍはｍ番目の前記ティースの巻き数であり、θ_ｍは１番目のティースとｍ番目の前記ティースとの間の角度であり、αｗはオフセット角度であり、また、基準位置からｍ番目の前記ティースの信号に乗算される前記ｃｏｓ信号生成用係数Ｎ_ｃｏｓ（ｍ）は、Ｎ_ｃｏｓ（ｍ）＝ｐ・Ｎ_Ｍ・Ｋ_ｍ・ｃｏｓ（θ_ｍ＋αｗ）で表され、但し、ｐはｍが奇数の時に＋１となりｍが偶数のときに−１となる係数であり、Ｎ_Ｍは前記信号の最大値を調整する係数であり、Ｋ_ｍはｍ番目の前記ティースの巻き数であり、θ_ｍは１番目のティースとｍ番目の前記ティースとの間の角度であり、αｗはオフセット角度である。

本発明に係るレゾルバによれば、この発明に係るレゾルバは、ロータと、周方向に等間隔で配置されるとともに前記ロータに向かって突出された複数のティースを有する輪状ステータと、前記各ティースに個々に巻回された複数の検出巻線と、前記複数の検出巻線から出力される信号に基づいて前記ロータの角度位置を検出する信号処理部とを備え、前記複数の検出巻線は、互いに並列に前記信号処理部に接続されており、前記信号処理部は、各検出巻線の位置に応じた係数を各検出巻線の信号に乗算するので、部分巻線の巻き数をスペースの限り大きくすることができ、また、検出電圧ゲインを増加させることができ、また、巻線間の電圧比のアンバランスや相互干渉を無くすことができ、また、巻き数を整数化する際に有利化誤差を発生させないことができる。

この発明の実施の形態に係るレゾルバの概略図である。 図１に示すレゾルバの回路構成の説明図である。 従来のレゾルバの概略図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図２に基づいて説明する。なお、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１は、この発明の実施の形態に係るレゾルバ構造の概略図である。レゾルバ１０は、ＶＲ型レゾルバと呼ばれるレゾルバであり、輪状ステータ４と、電磁鋼板等の強磁性体で成形され前記輪状ステータ４の内側で回転軸７を中心に回転自在であるロータ６が設けられている。前記ロータ６は、前記輪状ステータ４の内側との間にギャップパーミアンスの変化を形成するように成形されている。

前記輪状ステータ４には、周方向に等間隔で配置されるとともに、径方向Ａの内側すなわち前記ロータ６に向かって突出した複数のティース４０が設けられている。前記ティース４０は、輪状絶縁カバー４１に覆われており、前記輪状絶縁カバー４１を介して励磁巻線４２及び検出巻線４３が前記各ティース４０に個々に巻回されている。前記励磁巻線４２は、前記各ティース４０に対してそれぞれ同一の巻き数に巻回され、且つ前記ティース４０のうち基準となる前記ティース４０から数えて奇数番目の前記ティース４０と偶数番目の前記ティース４０とで巻線方向が逆になるように巻回されている。

図２は、図１に示した前記レゾルバ１０の回路構成の説明図であり、前記輪状ステータ４に前記ティース４０が４つ設けられている場合の前記レゾルバ１０が記載されている。この場合は、前記ティース４０として、ティース４０１，４０２，４０３，４０４が設けられている。そして、前記ティース４０１，４０２，４０３，４０４には、前記検出巻線４３として検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４がそれぞれ巻回されている。また、前記励磁巻線４２は省略されており図示されていない。

前記検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４は、互いに並列に信号処理部８に接続されている。前記信号処理部８は、アナログ回路又はディジタル回路で構成されており、前記検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４からの出力信号にもとづいて、前記輪状ステータ４に対する前記ロータ６の角度、すなわち前記ロータ６の角度位置を検出する。

ここで、前記ティース４０１を、前記レゾルバ１０における前記ティース４０のうち、基準となる１番目とする。また、前記ティース４０２，４０３，４０４を、それぞれ２番目、３番目、４番目とする。前記信号処理部８では、ｍ番目のティースからの出力信号に対するｓｉｎ信号用の係数として式（１）に示すＮ_ｓｉｎ（ｍ）を計算する。

また、前記信号処理部８では、ｍ番目のティースからの出力信号に対するｃｏｓ信号用の係数として式（２）に示すＮ_ｃｏｓ（ｍ）を計算する。

但し、ｐはｍが奇数の時に＋１となりｍが偶数のときに−１となる係数であり、Ｎ_Ｍは前記信号の最大値を調整する係数であり、Ｋ_ｍはｍ番目の前記ティースの巻き数であり、θ_ｍは１番目のティースとｍ番目の前記ティースとの間の角度であり、αｗはオフセット角度である。

次に、前記信号処理部８により、係数Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）及びＮ_ｃｏｓ（ｍ）が前記検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４の出力値に乗算される。次に、前記ロータ６の角度位置がθ_ｒであるときに、励磁電流の変化率に応じて、ｓｉｎ信号電圧振幅のＥ_ｓｉｎ（θ_ｒ）と、ｃｏｓ信号電圧振幅のＥ_ｃｏｓ（θ_ｒ）が、以下の式（３）及び式（４）を満足するように前記信号処理部８で生成される。

次に、Ｅ_ｓｉｎ（θ_ｒ）とＥ_ｃｏｓ（θ_ｒ）との比を前記信号処理部８が計算することにより、前記ロータ６の角度位置θ_ｒを決定することができる。

このように、この発明の実施の形態に係るレゾルバでは、前記ロータ６と、周方向に等間隔で配置されるとともに前記ロータ６に向かって突出された複数の前記ティース４０１，４０２，４０３，４０４を有する前記輪状ステータ４と、前記各ティース４０１，４０２，４０３，４０４に個々に巻回された複数の前記検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４と、前記複数の検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４から出力される信号に基づいて前記ロータ６の角度位置θ_ｒを検出する前記信号処理部８とを備え、前記複数の検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４は、互いに並列に前記信号処理部８に接続されており、前記信号処理部８は、前記各検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４の位置に応じた係数を前記各検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４の信号に乗算し、また、前記係数はｓｉｎ信号生成用係数と、ｃｏｓ信号生成用係数とが含まれており、基準位置からｍ番目の前記ティース４０１，４０２，４０３，４０４の信号に乗算される前記ｓｉｎ信号生成用係数Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）は、式（１）に示され、基準位置からｍ番目の前記ティースの信号に乗算される前記ｃｏｓ信号生成用係数Ｎ_ｃｏｓ（ｍ）は、式（２）に示されるので、前記各検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４の巻き数をスペースの限り大きくすることができ、また、検出電圧ゲインを増加させることができ、また、前記各検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４間の電圧比のアンバランスや相互干渉を無くすことができ、また、巻き数を整数化する際に有利化誤差を発生させないことができる。

また、この実施の形態では、１８０度対向した前記ティース４０１と前記ティース４０３とに誘起される電圧の差を、前記信号処理部８で検出することで、前記レゾルバ１０の偏心誤差を補正することができる。さらに、同じように１８０度対向した前記ティース４０２と前記ティース４０４とに誘起される電圧の差を、前記信号処理部８で検出することで、前記レゾルバ１０の偏心誤差を補正することができる。

なお、この実施の形態では前記ティース４０及び前記検出巻線４３が４つずつ設けられている場合について説明したが、４つ以外の任意の前記ティース４０及び前記検出巻線４３が設けられていてもよく、その場合でも全ての前記各検出巻線４３は互いに並列に前記信号処理部８に接続される。その場合においても、ｓｉｎ信号用の係数Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）と、ｃｏｓ信号用の係数Ｎ_ｃｏｓ（ｍ）と、ｓｉｎ信号振幅のＥ_ｓｉｎ（θ_ｒ）と、ｃｏｓ信号振幅のＥ_ｃｏｓ（θ_ｒ）とが前記信号処理部８において計算され、前記ロータ６の角度位置θ_ｒを決定することができる。

また、この実施の形態における前記レゾルバ１０はＶＲ型レゾルバであったが、前記検出巻線４３から正弦波形を出力するレゾルバであれば、例えば前記ロータ６に励磁巻線を設けたレゾルバや、前記ロータ６に永久磁石を設けたレゾルバや、アキシャル型のレゾルバや、リニア型のレゾルバ等の、任意の構成のレゾルバであってもよい。さらに、前記ロータ６の回転軸７は、前記輪状ステータ４に対して同心の状態で設けられていてもよいし、偏心の状態で設けられていてもよい。さらにまた、前記ロータ６は軸倍角が６Ｘであるように成形されていたが、他の軸倍角であるロータであってもよい。

なお、本発明によるレゾルバの要旨としては、以下の通りである、すなわち、前記ロータ６と、周方向に等間隔で配置されるとともに前記ロータ６に向かって突出された複数の前記ティース４０１，４０２，４０３，４０４を有する前記輪状ステータ４と、前記各ティース４０１，４０２，４０３，４０４に個々に巻回された複数の前記検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４と、前記複数の検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４から出力される信号に基づいて前記ロータ６の角度位置を検出する前記信号処理部８とを備え、前記複数の検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４は、互いに並列に前記信号処理部８に接続されており、前記信号処理部８は、前記各検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４の位置に応じた係数を前記各検出巻線４３１，４３２，４３３，４３４の信号に乗算し、また、前記係数はｓｉｎ信号生成用係数と、ｃｏｓ信号生成用係数とが含まれており、基準位置からｍ番目の前記ティース４０１，４０２，４０３，４０４の信号に乗算される前記ｓｉｎ信号生成用係数Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）は、前記ｓｉｎ信号生成用係数Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）は、Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）＝ｐ・Ｎ_Ｍ・Ｋ_ｍ・ｓｉｎ（θ_ｍ＋αｗ）で表され、但し、ｐはｍが奇数の時に＋１となりｍが偶数のときに−１となる係数であり、Ｎ_Ｍは前記信号の最大値を調整する係数であり、Ｋ_ｍはｍ番目の前記ティースの巻き数であり、θ_ｍは１番目のティースとｍ番目の前記ティースとの間の角度であり、αｗはオフセット角度であり、また、基準位置からｍ番目の前記ティース４０１，４０２，４０３，４０４の信号に乗算される前記ｃｏｓ信号生成用係数Ｎ_ｃｏｓ（ｍ）は、Ｎ_ｃｏｓ（ｍ）＝ｐ・Ｎ_Ｍ・Ｋ_ｍ・ｃｏｓ（θｍ＋αｗ）で表され、但し、ｐはｍが奇数の時に＋１となりｍが偶数のときに−１となる係数であり、Ｎ_Ｍは前記信号の最大値を調整する係数であり、Ｋ_ｍはｍ番目の前記ティースの巻き数であり、θ_ｍは１番目のティースとｍ番目の前記ティースとの間の角度であり、αｗはオフセット角度である。

本発明によるレゾルバは、ロータと、周方向に等間隔で配置されるとともにロータに向かって突出された複数のティースを有する輪状ステータと、各ティースに個々に巻回された複数の検出巻線と、複数の検出巻線から出力される信号に基づいてロータの角度位置を検出する信号処理部とを備え、複数の検出巻線は、互いに並列に信号処理部に接続されており、信号処理部は、各検出巻線の位置に応じた係数を各検出巻線の信号に乗算するので、各検出巻線の巻き数をスペースの限り大きくすることができ、また、検出電圧ゲインを増加させることができ、さらに、巻線間の電圧比のアンバランスや相互干渉を無くすことができ、さらにまた、巻き数を整数化する際に有利化誤差を発生させないことができる。

４ 輪状ステータ
６ ロータ
８ 信号処理部
１０ レゾルバ
４０，４０１，４０２，４０３，４０４ ティース
４３，４３１，４３２，４３３，４３４ 検出巻線
Ｎ_ｓｉｎ（ｍ） ｓｉｎ信号用の係数
Ｎ_ｃｏｓ（ｍ） ｃｏｓ信号用の係数

Claims (4)

1. ロータ（６）と、
   周方向に等間隔で配置されるとともに前記ロータ（６）に向かって突出された複数のティース（４０，４０１，４０２，４０３，４０４）を有する輪状ステータ（４）と、
   前記各ティース（４０，４０１，４０２，４０３，４０４）に個々に巻回された複数の検出巻線（４３，４３１，４３２，４３３，４３４）と、
   前記複数の検出巻線（４３，４３１，４３２，４３３，４３４）から出力される信号に基づいて前記ロータ（６）の角度位置を検出する信号処理部（８）と
   を備え、
   前記複数の検出巻線（４３，４３１，４３２，４３３，４３４）は、互いに並列に前記信号処理部（８）に接続されており、
   前記信号処理部（８）は、前記各検出巻線（４３，４３１，４３２，４３３，４３４）の位置に応じた係数を前記各検出巻線（４３，４３１，４３２，４３３，４３４）の信号に乗算する
   ことを特徴とするレゾルバ。
2. 前記係数は、ｓｉｎ信号生成用係数と、ｃｏｓ信号生成用係数とが含まれていることを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
3. 基準位置からｍ番目の前記ティース（４０，４０１，４０２，４０３，４０４）の信号に乗算される前記ｓｉｎ信号生成用係数Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）は、
   Ｎ_ｓｉｎ（ｍ）＝ｐ・Ｎ_Ｍ・Ｋ_ｍ・ｓｉｎ（θ_ｍ＋αｗ）
   で表されることを特徴とする請求項２記載のレゾルバ。
   但し、ｐはｍが奇数の時に＋１となりｍが偶数のときに−１となる係数であり、Ｎ_Ｍは前記信号の最大値を調整する係数であり、Ｋ_ｍはｍ番目の前記ティース（４０，４０１，４０２，４０３，４０４）の巻き数であり、θ_ｍは１番目の前記ティース（４０，４０１，４０２，４０３，４０４）とｍ番目の前記ティースとの間の角度であり、αｗはオフセット角度である。
4. 基準位置からｍ番目の前記ティース（４０，４０１，４０２，４０３，４０４）の信号に乗算される前記ｃｏｓ信号生成用係数Ｎ_ｃｏｓ（ｍ）は、
   Ｎ_ｃｏｓ（ｍ）＝ｐ・Ｎ_Ｍ・Ｋ_ｍ・ｃｏｓ（θ_ｍ＋αｗ）
   で表されることを特徴とする請求項２又は３に記載のレゾルバ。
   但し、ｐはｍが奇数の時に＋１となりｍが偶数のときに−１となる係数であり、Ｎ_Ｍは前記信号の最大値を調整する係数であり、Ｋ_ｍはｍ番目の前記ティースの巻き数であり、θ_ｍは１番目のティース（４０，４０１，４０２，４０３，４０４）とｍ番目の前記ティース（４０，４０１，４０２，４０３，４０４）との間の角度であり、αｗはオフセット角度である。

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