JP2015159705A - レゾルバ装置、モータ及びアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上したレゾルバ装置、モータ及びアクチュエータを提供する。【解決手段】レゾルバ装置は、ステータコア１１と、ステータコア１１に対して回転自在に支持され、かつステータコア１１との相対的な角度位置に応じてステータコア１１との間隙のリラクタンス成分が変化するロータコア１２とを含む。ステータコア１１は、ステータ主極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１及びＣ２と、ステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１及びＩＣ２とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、レゾルバ装置、モータ及びアクチュエータに関する。

回転運動の回転数又は回転角度を検出するために、モータのロータの回転角度位置等を磁気的に高分解能で検出する検出器として、レゾルバ装置が知られている。例えば、特許文献１には、ロータ鉄心とステータ歯間の空隙中のリラクタンスがロータ鉄心位置により変化し、ロータ鉄心の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が１周期となる構造のステータとロータを持ち、前記リラクタンス変化を検出することにより回転角度位置又は回転速度を検出する２極バリアブルリラクタンス形レゾルバにおいて、３相交流励磁巻線と出力巻線を夫々別に持つ３個のステータ歯を１２０゜間隔で設け、前記各相ステータ歯の１８０゜対称位置に前記３相交流励磁巻線と同様の励磁巻線と、前記出力巻線に対して巻方向を逆向きにした出力巻線を持つ３個のステータ歯を設けてＡ組のステータ歯とし、これらの６個のＡ組のステータ歯に対し各々９０゜ずれた位置に６個のＡ組と同様な巻線を持つＢ組のステータ歯を設け、各出力巻線の出力を合成したレゾルバが記載されている。

特許第２６２４７４７号公報

ところで、特許文献１に記載のレゾルバは、２次高調波を抑制できる。しかしながら、特許文献１に記載のレゾルバは、３次高調波の抑制に限界があり、検出の信頼性が低下する可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、３次高調波を抑制し、信頼性を向上したレゾルバ装置、モータ及びアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のレゾルバ装置は、ステータコアと、前記ステータコアに対して回転自在に支持され、かつ前記ステータコアとの相対的な角度位置に応じて前記ステータコアとの間隙のリラクタンス成分が変化するロータコアとを含むレゾルバ装置であって、前記ステータコアは、相数３の偶数倍の主極数を備え、１相励磁の入力信号を受けて巻回された各励磁コイルが電気角＋１２０度又は電気角−１２０度ずれた３相の出力信号を出力するように環状ステータ基部の円周方向に沿って配置されるステータ主極と、巻回された各励磁コイルに１相の前記入力信号が入力され、かつ環状ステータ基部の円周方向に沿って各相毎の前記出力信号に対して２次高調波を抑制する位置に配置される各相毎のステータ補極と、を備え、前記各相毎のステータ補極は、対応する各相毎のステータ主極の前記出力信号に、前記各相毎のステータ補極に巻回された各励磁コイルの出力を加えて合成した３相レゾルバ信号とし、前記３相レゾルバ信号を３相２相変換して２相レゾルバ信号を得ることを特徴とする。

本発明のレゾルバ装置は、ステータ主極及びステータ補極により２次高調波を抑制することができる。そして、本発明のレゾルバ装置は、３相２相変換で２相に変換した上で角度の情報を求めることにより、３次高調波をキャンセルすることができる。その結果、角度の情報の精度が高まり、信頼性が向上する。

本発明の望ましい態様として、前記各相毎のステータ補極は、対応する各相毎のステータ主極の少なくとも１つに対して電気角＋９０度又は電気角−９０度ずれた位置に配置されていることが好ましい。この構造により、レゾルバ装置は、２次高調波を抑制することができる。

本発明の望ましい態様として、前記ロータコアは、前記ステータコアに対向する側に突出する複数のロータ歯を備え、前記主極数をＰとして、前記ロータ歯の数であるロータ歯数をｑとした場合、下記式（１）を満たすことが好ましい。

Ｐ＝（ｑ／（Ｍ＋（Ｎ±１）／Ｎ）・・・（１）

但し、Ｎは相数の３であり、Ｍは、式（１）を満たす整数の変数である。

この構造により、ロータ歯数の自由度を高めることができる。

本発明の望ましい態様として、前記各相毎のステータ補極は、対応する各相毎のステータ主極の少なくとも１つに対して機械角＋９０度又は機械角−９０度ずれた位置に配置されていることが好ましい。この構造により、ロータコアが１回転すると、レゾルバ装置は、１周期を検出できるので、絶対角度を算出しやすい。

本発明の望ましい態様として、前記ロータコアは、内径の中心が外形の中心からずれており、ロータコア１回転で１周期の前記出力信号を出力することが好ましい。この構造により、ロータコアが１回転すると、レゾルバ装置は、１周期を検出できるので、絶対角度を算出しやすい。

本発明の望ましい態様として、モータは、上述したレゾルバ装置を含み、前記ロータコアがモータロータと連動して回転し、前記レゾルバ装置が前記モータロータの回転を検出することが好ましい。この構造により、３次高調波を抑制し、信頼性を向上したモータを得ることができる。

本発明の望ましい態様として、モータは、レゾルバ装置を含み、前記ロータコアがモータロータと連動して回転し、前記レゾルバ装置により前記モータロータの回転を検出することが可能であって、前記ロータコアの歯数ｑと同じ極対数を備えることが好ましい。この構造により、レゾルバ装置のロータコアの一回転当りの電気的サイクル数とモータの極対数を一致させることができ、モータ駆動電流制御のためのコミテーションが容易となる。

本発明の望ましい態様として、アクチュエータは、上述したレゾルバ装置を含み、前記レゾルバ装置が検出可能な回転運動を伝達可能であることが好ましい。この構造により、３次高調波を抑制し、信頼性を向上したアクチュエータを得ることができる。

本発明によれば、３次高調波を抑制し、信頼性を向上したレゾルバ装置、モータ及びアクチュエータを提供することができる。

図１は、実施形態１に係るレゾルバ装置を有するモータ装置の構成図である。 図２は、図１の軸方向に直交する仮想平面で切った実施形態１のレゾルバ装置の断面図である。 図３は、レゾルバ装置の励磁コイルの結線図である。 図４は、モータ回転角度検出装置を示すブロック図である。 図５は、電流電圧変換器で得られるＣ相のレゾルバ電圧信号の一例を示す説明図である。 図６は、図５に示す電流電圧変換器で得られるＣ相のレゾルバ電圧信号を、基本波、２次高調波、３次高調波に分波して説明する説明図である。 図７は、図５に示す電流電圧変換器で得られるＣ相のレゾルバ電圧信号のうち２次高調波が抑制された状態を、基本波、３次高調波に分波して説明する説明図である。 図８は、実施形態１に係るレゾルバ装置の角度誤差を説明する説明図である。 図９は、実施形態１に係るレゾルバ装置の角度演算を説明するリサージュ波形の説明図である。 図１０は、図１の軸方向に直交する仮想平面で切った実施形態２のレゾルバ装置の断面図である。 図１１は、図１の軸方向に直交する仮想平面で切った実施形態３のレゾルバ装置の断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、実施形態１に係るレゾルバ装置を有するモータ装置の構成図である。図２は、図１の軸方向に直交する仮想平面で切ったレゾルバ装置の断面図である。図３は、レゾルバ装置の励磁コイルの結線図である。図４は、モータ回転角度検出装置を示すブロック図である。実施形態１に係るレゾルバ装置１及びモータ１００について、図１から図４を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に示すモータ１００は、駆動対象に直接回転力を伝達するダイレクトドライブモータと呼ばれるモータ装置である。ダイレクトドライブモータは、駆動対象に直接回転力を伝達するため、摩擦損失が少なく回転効率を高めることができる。モータ１００は、モータ本体部２と、レゾルバ装置１と、を含んでいる。

図１に示すように、モータ本体部２は、ハウジング２５と、モータステータコア２３と、励磁コイル２４と、マグネット２２と、モータロータ２１とを備えている。モータ本体部２は、モータロータ２１がハウジング２５に対して回転中心軸Ｚｒを中心に回転自在となるように、軸受３で支持されている。ハウジング２５は、回転中心軸Ｚｒを中心とした中空円筒の筒形状であり、外周にモータステータコア２３及び軸受３の内輪を固定している。なお、ハウジング２５を形成する材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等、アルミニウム等が適用できる。

モータステータコア２３は、絶縁性のインシュレータを介して、励磁コイル２４が巻き付けられている。モータステータコア２３は、電磁鋼板、冷間圧延鋼板などの薄板を、接着、ボス、カシメなどの手段により積層して製造されている円筒状の筒体である。励磁コイル２４は、線状の電線であり、モータケーブルＭＣからの電力供給を受けて、モータステータコア２３を励磁して回転磁界を生じさせることができる。モータステータコア２３及び励磁コイル２４は、モータ本体部２のいわゆる固定子である。

モータロータ２１は、回転中心軸Ｚｒを中心とした円筒の筒形状であり、ハウジング２５の外周を覆うように２重筒構造となっている。モータロータ２１は、内周側にマグネット２２及び軸受３の外輪を固定している。なお、モータロータ２１を形成する材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等、アルミニウム等が適用できる。モータロータ２１は、マグネット２２がモータロータ２１の径方向内側の内周表面に沿って貼り付けられ、円周方向に複数設けられている。マグネット２２は、永久磁石であり、Ｓ極及びＮ極がモータロータ２１の円周方向に交互に等間隔で配置される。このようなモータロータ２１は、ＰＭ（Permanent Magnet）型の回転子とよばれる。Ｓ極及びＮ極が一対であり、回転子の極対数は極数の半分となる。モータロータ２１は、励磁コイル２４がモータステータコア２３のティースに励磁した回転磁界に応じて回転する。

図１に示すように、レゾルバ装置１は、軸方向（回転中心と平行な方向）のモータ本体部２の端部に位置している。レゾルバ装置１は、レゾルバロータ１４と、レゾルバステータ１３と、を備えている。レゾルバロータ１４は、ボルト１５でモータロータ２１に固定されている。レゾルバステータ１３は、モータ本体部２のハウジング２５にボルト１６を介して固定されている。レゾルバロータ１４には、モータ本体部２とは反対側の端面に、駆動対象物を固定可能な固定部３３として、ねじ穴を有している。レゾルバロータ１４には、モータ本体部２とは反対側の端面に、防塵のためのカバー部材３１を備えていてもよい。カバー部材３１は、ボルト３２などによりレゾルバロータ１４に固定されている。

レゾルバ装置１は、レゾルバロータ１４がレゾルバステータ１３に対して回転中心軸Ｚｒを中心に回転自在となるように、軸受３で支持されている。レゾルバステータ１３は、ハウジング２５と同径であって、回転中心軸Ｚｒを中心とした中空円筒の筒形状であり、外周で軸受３の内輪を固定している。なお、レゾルバステータ１３を形成する材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等、アルミニウム等が適用できる。

レゾルバロータ１４は、回転中心軸Ｚｒを中心とした円筒の筒形状であり、レゾルバステータ１３の外周を覆うように２重筒構造となっている。レゾルバロータ１４は、内周側で軸受３の外輪を固定している。なお、モータロータ２１を形成する材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等、アルミニウム等が適用できる。この構造により、モータステータコア２３の励磁コイル２４が励磁され、モータロータ２１が回転駆動すると、レゾルバロータ１４がレゾルバステータ１３に対して同時に回転駆動する。その結果、モータ１００は、レゾルバロータ１４の回転に応じて固定部３３に固定された駆動対象物を回転することができる。

なお、レゾルバ装置１とモータ本体部２との間に磁気遮蔽のための遮蔽板を設けてもよい。遮蔽板により、レゾルバ装置１は、モータ本体部２からの磁束の変化の影響をより受けにくくなる。

レゾルバロータ１４は、図１に示すように、円環状のロータコア１２を有しており、端面にボルト１８でロータコア１２を固定している。

レゾルバステータ１３は、複数の磁極が円周方向に等間隔に形成された円環状のステータコア１１を有し、各磁極にレゾルバコイルが巻回されている。ステータコア１１は、ボルト１７でレゾルバステータ１３の端面に固定されている。各レゾルバコイルには、励磁信号が入力される配線及びレゾルバ電流信号を出力する配線がレゾルバケーブルＲＣを介して接続されている。

ロータコア１２は、ステータコア１１の外周を囲み、ステータコア１１が配置される回転中心軸Ｚｒと直交する同一平面上に配置されている。ロータコア１２は、ステータコア１１の周りを回転すると、特定の磁極における先端位置でのステータコア１１と、ロータコア１２との空隙の距離が変化する。その結果、ロータコア１２の回転は、ロータコア１２とステータコア１１との間のリラクタンスを変化させる。このロータコア１２とステータコア１１との間に作用するリラクタンスの変化を利用して回転位置を検出するレゾルバ装置１は、バリアブルリラクタンス形レゾルバという。実施形態１のレゾルバ装置１は、ロータコア１２のステータコア１１に対向する側に突出する複数のロータ歯が１０歯であり、ロータコア１２の１回転で基本波成分が１０周期となる。なお、ロータコア１２は、アウターロータに限られず、ステータコア１１との相対的な角度位置に応じてステータコア１１との間隙のリラクタンス成分が変化すればよい。ロータコア１２は、ステータコア１１がロータコア１２の外周を囲むインナーロータであってもよい。

ロータコア１２の内径中心は、後述するレゾルバステータ１３のステータコア１１の内径中心と一致している。ロータコア１２が回転すると、所定位置でのレゾルバステータ１３のステータコア１１の内径と、ロータコア１２の外径との距離が変化する。これにより、ロータコア１２の外径とステータコア１１との空隙が変化する。その結果、ロータコア１２の回転は、ロータコア１２とステータコア１１とのリラクタンスを変化させる。このロータコア１２と、ステータコア１１とのリラクタンスの変化を利用して回転位置を検出するレゾルバ装置は、バリアブルリラクタンス形レゾルバという。

ステータコア１１は、環状ステータ基部の円周方向に沿ってロータコア１２側に突出する突極である、複数のステータ主極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１及びＣ２と、複数のステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１及びＩＣ２とを備えている。

ステータコア１１は、巻回された各励磁コイルＬ２、Ｌ１０及びＬ６が環状ステータ基部の円周方向に沿って電気角で１２０°間隔で配置されたＡ相、Ｂ相及びＣ相の３相のステータ主極（主磁極）Ａ１、Ｂ１及びＣ１を有している。励磁コイルＬ２、Ｌ１０及びＬ６は、ステータ主極Ａ１、ステータ主極Ｂ１及びステータ主極Ｃ１に巻回される方向は同じ方向である。また、ステータコア１１は、Ａ相、Ｂ相及びＣ相の３相のステータ主極Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に対して電気角で各１８０°ずれた所に配置されたＡ相、Ｂ相及びＣ相のステータ主極Ａ２、Ｂ２及びＣ２が配置されている。ステータ主極Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２の主極数は、相数３の偶数倍の６である。励磁コイルＬ２は、ステータ主極Ａ１に巻回され、励磁コイルＬ８は、ステータ主極Ａ２に、励磁コイルＬ２と同方向に巻回される。励磁コイルＬ１０は、ステータ主極Ｂ１に巻回され、励磁コイルＬ４は、ステータ主極Ｂ２に、励磁コイルＬ１０と同方向に巻回される。励磁コイルＬ６は、ステータ主極Ｃ１に巻回され、励磁コイルＬ１２は、ステータ主極Ｃ２に、励磁コイルＬ６と同方向に巻回される。

Ａ相のステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２は、対応するＡ相のステータ主極Ａ１、Ａ２の少なくとも１つに対して電気角＋９０度又は電気角−９０度ずれた位置に配置されている。励磁コイルＬ１は、励磁コイルＬ２と逆巻きかつステータ補極ＩＡ１に巻回される。また、励磁コイルＬ７は、ステータ補極ＩＡ２に、励磁コイルＬ１と同方向でかつ励磁コイルＬ８と逆巻きに巻回される。ステータコア１１は、ステータ補極ＩＡ１に対して電気角で各１８０°ずれた所にステータ補極ＩＡ２が配置されている。

Ｂ相のステータ補極ＩＢ１、ＩＢ２は、対応するＢ相のステータ主極Ｂ１、Ｂ２の少なくとも１つに対して電気角＋９０度又は電気角−９０度ずれた位置に配置されている。励磁コイルＬ９は、励磁コイルＬ１０と逆巻きかつステータ補極ＩＢ１に巻回される。また、励磁コイルＬ３は、ステータ補極ＩＢ２に、励磁コイルＬ９と同方向であって、励磁コイルＬ４と逆巻きに巻回される。ステータコア１１は、ステータ補極ＩＢ１に対して電気角で各１８０°ずれた所にステータ補極ＩＢ２が配置されている。

Ｃ相のステータ補極ＩＣ１、ＩＣ２は、対応するＣ相のステータ主極Ｃ１、Ｃ２の少なくとも１つに対して電気角＋９０度又は電気角−９０度ずれた位置に配置されている。励磁コイルＬ５は、励磁コイルＬ６と逆巻きかつステータ補極ＩＣ１に巻回される。また、励磁コイルＬ１１は、ステータ補極ＩＣ２に、励磁コイルＬ５と同方向であって、励磁コイルＬ１２と逆巻きに巻回される。ステータコア１１は、ステータ補極ＩＣ１に対して電気角で各１８０°ずれた所にステータ補極ＩＣ２が配置されている。

図３は、励磁コイルの結線図である。図３に示すように、各励磁コイルＬ２、Ｌ６及びＬ１０には、１相励磁の入力信号が共通端子ＣＯＭから周波数の正弦波の励磁信号として印加される。各励磁コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１及びＬ１２のレゾルバ電流信号は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相毎に直列接続され、電流検出用抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に接続される。例えば、Ａ相の励磁コイルＬ２、Ｌ１、Ｌ８及びＬ７は、直列に接続されている。また、Ｂ相の励磁コイルＬ１０、Ｌ９、Ｌ４及びＬ３は、直列に接続されている。さらに、Ｃ相の励磁コイルＬ６、Ｌ５、Ｌ１２及びＬ１１は、直列に接続されている。そして、Ａ相の励磁コイルＬ７は、電流検出用抵抗Ｒ１の一端に接続されている。また、Ｂ相の励磁コイルＬ３は、電流検出用抵抗Ｒ２の一端に接続されている。また、Ｃ相の励磁コイルＬ１１は、電流検出用抵抗Ｒ３の一端に接続されている。なお、電流検出用抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の各他端は内部でアースされている。

レゾルバ装置４は、共通端子ＣＯＭにある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、ロータ１２が回転してロータ歯１つ分の移動により生じる電気角度θにおいて、１サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号が電流電圧変換器４１に出力される。

図４は、モータ装置を示すブロック図である。例えば図４に示すように、モータ装置１０は、レゾルバ装置１と、モータ本体部２と、ドライブユニット６０とを含んでいる。また、ドライブユニット６０と、モータ１００のレゾルバ装置１とは、レゾルバケーブルＲＣで接続されている。また、ドライブユニット６０と、モータ１００のモータ本体部２とは、モータケーブルＭＣで接続されている。

ドライブユニット６０は、レゾルバ装置１に励磁信号を供給するレゾルバ励磁回路５０及び発振回路５１と、応答するレゾルバ電流信号を取り込み、デジタル角度信号Ｒｓを出力する検出回路部４０と、デジタル角度信号Ｒｓから回転角度位置信号を生成する演算装置６１と、演算装置６１の指令Ｓｆｂに基づきモータ本体部２に電力を供給するパワーアンプ６２と、を有している。

発振回路５１は、基準信号を発振する回路である。基準信号は、例えば正弦波である。レゾルバ励磁回路５０は、増幅器５２を含んでいる。レゾルバ励磁回路５０は、発振回路５１から出力される基準信号を増幅器５２により適度な信号レベルに増幅し励磁信号を発生させる。励磁信号は、例えば正弦波のアナログ信号である。レゾルバ励磁回路５０は、共通端子ＣＯＭへ励磁信号を出力する。

共通端子ＣＯＭは、励磁信号をレゾルバケーブルＲＣを介して、レゾルバ装置１へ出力する。レゾルバ装置１では、図３に示すように、共通端子ＣＯＭが各励磁コイルＬ２、Ｌ６及びＬ１０の一端に励磁信号を入力信号として供給している。

励磁信号の入力信号がレゾルバ装置１に供給されると、図３に示す各励磁コイルＬ３、Ｌ７及びＬ１１の各他端からレゾルバ電流信号がレゾルバケーブルＲＣを介して検出回路部４０へ供給される。

レゾルバ装置１は、共通端子ＣＯＭにある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、ロータコア１２が１回転する間に、各励磁コイルＬ１、Ｌ７からは、Ａ相の１サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号が電流電圧変換器４１に出力される。

また、レゾルバ装置１は、共通端子ＣＯＭにある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、ロータコア１２が１回転する間に、各励磁コイルＬ３、Ｌ９からは、Ｂ相の１サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号が電流電圧変換器４１に出力される。

また、レゾルバ装置１は、共通端子ＣＯＭにある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、ロータコア１２が１回転する間に、各励磁コイルＬ１１、Ｌ５からは、Ｃ相の１サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号が電流電圧変換器４１に出力される。

Ａ相の１サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号は、Ｂ相及びＣ相の１サイクルの交流信号であって、リラクタンスの変化に応じて電流値が変化したレゾルバ電流信号に対して電気角で１２０°位相がずれている。

検出回路部４０の電流電圧変換器４１は、レゾルバ電流信号をレゾルバ電圧信号へ変換する。変換されたレゾルバ電圧信号は、３相２相変換器４２へ供給される。

３相２相変換器４２は、供給されたレゾルバ電圧信号を２相信号（ｓｉｎ信号Ｓｓｉｎ、ｃｏｓ信号Ｓｃｏｓ）に変換する。

例えば、電流電圧変換器４１で得られる各相のレゾルバ電圧信号には高次成分が含まれる可能性がある。図５は、電流電圧変換器で得られるＣ相のレゾルバ電圧信号の一例を示す説明図である。縦軸は、電圧であり、横軸は基本波成分の回転角度である。図６は、図５に示す電流電圧変換器で得られるＣ相のレゾルバ電圧信号を、基本波、２次高調波、３次高調波に分波して説明する説明図である。図６に示すように、基本波ｈｗｓ１は、ｓｉｎθ曲線であり、２次高調波ｈｗｓ２は、ｃｏｓ２θ曲線であり、３次高調波ｈｗｓ３は、ｓｉｎ３θ曲線である。

複数のステータ主極Ｃ１及びＣ２は、下記２次高調波が重畳している場合、式（２）に示されるＣ相のレゾルバ電圧信号の主極信号ＳＭを出力する。

この場合、ステータ補極ＩＣ１及びＩＣ２は、同じ２次高調波が重畳している場合、式（３）に示されるＣ相のレゾルバ電圧信号の補極信号ＳＩを出力する。

従って、Ｃ相のレゾルバ電圧信号の主極信号ＳＭ及び補極信号ＳＩは、合成成分のＣ相レゾルバ信号Ｓを得ると、下記式（４）に示すように、２次高調波がキャンセルされる。

以上、Ｃ相について説明したが、Ｂ相及びＡ相についても２次高調波がキャンセルされる。図７は、図５に示す電流電圧変換器で得られるＣ相のレゾルバ電圧信号のうち２次高調波が抑制された状態を、Ｃ相レゾルバ信号の合成波、３次高調波に分波して説明する説明図である。実施形態１に係るレゾルバ装置１のＣ相のレゾルバ電圧信号は、図６に示す基本波ｈｗｓ１、２次高調波ｈｗｓ２及び３次高調波ｈｗｓ３の代わりに、図７に示すＣ相レゾルバ信号Ｓの合成波ＨＷに３次高調波が重畳されるようになる。

実施形態１に係るレゾルバ装置１は、Ｃ相を基準としてＢ相及びＡ相の位相がそれぞれ１２０度ずつ遅れている。上述したように、図７に示すＣ相レゾルバ信号Ｓの合成波ＨＷに３次高調波が重畳される場合において、３次高調波が重畳されている３相のレゾルバ信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣを下記式（５）、式（６）及び式（７）で示すことができる。

３相２相変換器４２で得られる２相信号のうち、ｃｏｓ信号Ｓｃｏｓは、式（５）、式（６）及び式（７）に基づいて式（８）で、得ることができる。

ここで、下記式（９）から式（１２）までを参照すると、式（８）は、下記式（１３）のように求められる。

式（１３）より明らかなように、ｃｏｓ信号Ｓｃｏｓは、３次高調波がキャンセルされている。

同様に、上述した式（９）から式（１２）までを参照して、３相２相変換器４２で得られる２相信号のうち、ｓｉｎ信号Ｓｓｉｎは、式（１４）より明らかなように、３次高調波がキャンセルされている。

図４に示すように、３相２相変換器４２によって変換された２相信号（ｓｉｎ信号Ｓｓｉｎ、ｃｏｓ信号Ｓｃｏｓ）は、ＲＤＣ（レゾルバ・デジタル・コンバータ）４４に供給される。移相器４５は発振回路５１から出力される基準信号の位相と同期させた参照信号（Ｒｅｆ信号）をＲＤＣ４４に供給する。ＲＤＣ４４は２相信号（ｓｉｎ信号Ｓｓｉｎ、ｃｏｓ信号Ｓｃｏｓ）をデジタル化し、演算装置６１に出力する。

演算装置６１は、コンピュータであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、内部記憶部と、入力インターフェースと、出力インターフェースと、を含んでいる。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び内部記憶部は、内部バスで接続されている。ＲＯＭには、ＢＩＯＳ等のプログラムが記憶されている。内部記憶部は、例えばＨＤＤ（Hard disk drive）やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵは、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながらＲＯＭ又は内部記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。

演算装置６１はこれらのデジタル角度信号Ｒｓを取り込み、モータ本体部２の回転角度位置を演算する。演算装置６１は、３相２相変換器４２によって変換された２相信号（ｓｉｎ信号Ｓｓｉｎ、ｃｏｓ信号Ｓｃｏｓ）のアークタンジェント（逆正接関数）を求めることにより角度θを得ることができる。図８は、実施形態１に係るレゾルバ装置の角度誤差を説明する説明図である。図８に示すように、実施形態１に係るレゾルバ装置１は、２次高調波及び３次高調波がキャンセルされているため、角度θの角度誤差を非常に小さくすることができる。図９は、実施形態１に係るレゾルバ装置の角度演算を説明するリサージュ波形の説明図である。このように、ＲＤＣ４４は、３相２相変換器４２によって変換された２相信号（ｓｉｎ信号Ｓｓｉｎ、ｃｏｓ信号Ｓｃｏｓ）のアークタンジェント（逆正接関数）を求めることで、図９に示すリサージュ波形の角度θを求めることができる。演算装置６１は、角度θの情報に基づいて、パワーアンプ６２に対してモータ本体部２に電力を供給するように指令Ｓｆｂを送信する。

なお、レゾルバ信号からデジタル角度信号Ｒｓを得るためには、必ずしもハードウエア回路（ＲＤＣ４４）で処理する必要はなく、演算装置６１がレゾルバ信号をＡ／Ｄ変換し、ソフトウエアによる情報処理で角度θの情報を得るようにしてもよい。

以上説明したように、レゾルバ装置１は、ステータコア１１と、ステータコア１１に対して回転自在に軸受３で支持され、かつステータコア１１との相対的な角度位置に応じてステータコア１１との間隙のリラクタンス成分が変化するロータコア１２とを含む。ステータコア１１は、ステータ主極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１及びＣ２と、ステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１及びＩＣ２とを備えている。ステータ主極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１及びＣ２は、相数３の偶数倍の６つの主極数であり、１相励磁の入力信号を受けて巻回された各励磁コイルが電気角＋１２０度又は電気角−１２０度ずれた３相の出力信号を出力するように環状ステータ基部の円周方向に沿って配置される。ステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１及びＩＣ２は、巻回された各励磁コイルに１相の前記入力信号が入力され、かつ環状ステータ基部の円周方向に沿って各相毎の前記出力信号に対して２次高調波を抑制する位置、つまり対応する各相毎のステータ主極の少なくとも１つに対して電気角＋９０度又は電気角−９０度ずれた位置に配置される。各相毎のステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１及びＩＣ２は、対応する各相毎のステータ主極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１及びＣ２の前記出力信号に、各相毎のステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１及びＩＣ２の巻回された各励磁コイルの出力を加えて合成した３相レゾルバ信号ＳＡ、ＳＢ及びＳＣとし、３相レゾルバ信号ＳＡ、ＳＢ及びＳＣを３相２相変換して２相レゾルバ信号であるｓｉｎ信号Ｓｓｉｎ及びｃｏｓ信号Ｓｃｏｓを得る。

ロータコア１２は、図２に示すように、ステータコア１１に対向する側に突出する複数のロータ歯Ｑ１からＱ１０を備え、主極数Ｐが６として、ロータ歯数ｑが１０とした場合、下記式（１５）を満たしている。

Ｐ＝（ｑ／（Ｍ＋（Ｎ±１）／Ｎ））・・・（１５）

但し、Ｎは相数の３であり、Ｍは、式（１５）を満たす整数の変数であり、例えば１である。

以上説明したように、３相レゾルバを構成するステータ主極の数である主極数は、３の倍数で偶数である。主極数が必ず偶数になる理由は、ステータ主極がステータ補極と合わせ、各励磁コイルへの巻線の巻き方向が各ステータ主極と、各ステータ補極との交互にＣＷ（時計巻き）、ＣＣＷ（反時計巻き）、ＣＷ、ＣＣＷ……と交互になるためである。そして、レゾルバステータの隣合うステータ主極同士の位相が±１２０°（±１／３ピッチ）でなければならなず、かつレゾルバステータの隣合うステータ主極とステータ補極との位相が±９０°（±１／４ピッチ）でなければならない。このような条件の下で、主極数Ｐと、ロータ歯数ｑとを上述した式（１５）とする。これにより、実施形態１のレゾルバ装置１は、ロータ歯数の自由度を高め、主極数を限界まで増やすことなく、位置決め精度の向上が可能になる。レゾルバ装置１のリップルは、ロータの加減速時、一定速度時に発生する振動に影響を与える可能性があるが、レゾルバ装置１の検出精度を向上させたことにより、リップルの発生が抑制できる。これにより、レゾルバ装置１及びモータ１００の低振動化が達成できる。さらに、モータ１００は、高精度化により検出誤差に起因するモータ駆動時の騒音が低減できる。また、レゾルバ装置１は、ステータコアの主極数及び補極数を減らすことができる。これによれば、レゾルバ巻線方法の簡素化もでき、均一な巻線により、レゾルバ装置１は、レゾルバ信号の３相のバランスの崩れも最小限に抑制できる。

実施形態１のレゾルバ装置１はＮＣ工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどに用いられる小型で高精度な位置決めを可能とするモータ１００を有する制御機器に好適である。モータ１００は、レゾルバ装置１のロータコア１２がモータロータ２１と連動して回転するので、レゾルバ装置１によりモータロータ２１の回転が検出される。レゾルバ装置１のロータ歯数ｑが１０であるので、モータ１００の極対数が１０であることがより好ましい。この構造により、レゾルバ装置１のロータコア１２の一回転当りの電気的サイクル数とモータの極対数を一致させることができ、モータ駆動電流制御のためのコミテーションが容易となる。

実施形態１のモータ１００は、ダイレクトドライブモータを例に説明したが、実施形態１に係るレゾルバ装置１は、回転を直線運動にするボールねじ機構などの伝達機構を介して、被駆動機構を動作させるアクチュエータにおいて、駆動機構の回転検出に適用することができる。また、モータ本体部２のモータロータ２１の回転数を変更するギア機構などの伝達機構を介して、被駆動機構を動作させるアクチュエータにおいて、駆動機構の回転検出に適用することができる。

（実施形態２）
図１０は、図１の軸方向に直交する仮想平面で切った実施形態２のレゾルバ装置の断面図である。なお、上述した実施形態１と同じ構成には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態２のレゾルバ装置は、実施形態１のレゾルバ装置１とロータコア１２のロータ歯数が異なる。

ロータコア１２は、図１０に示すように、ステータコアに対向する側に突出する複数のロータ歯Ｑ１からＱ１６を備え、主極数Ｐが６として、ロータ歯数ｑが１６とした場合、下記式（１６）を満たしている。

Ｐ＝（ｑ／（Ｍ＋（Ｎ±１）／Ｎ））・・・（１６）

但し、Ｎは相数の３であり、Ｍは、式（１６）を満たす整数の変数であり、例えば２である。

主極数Ｐと、ロータ歯数ｑとを上述した式（１６）とすることで、ロータ歯数の自由度を高めることができる。

実施形態２のレゾルバ装置はＮＣ工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどに用いられる小型で高精度な位置決めを可能とするモータ１００を有する制御機器に好適である。モータ１００は、レゾルバ装置１のロータコア１２がモータロータ２１と連動して回転するので、レゾルバ装置１によりモータロータ２１の回転が検出される。レゾルバ装置１のロータ歯数ｑが１６であるので、モータ１００の極対数が１６であることがより好ましい。この構造により、レゾルバ装置１のロータコア１２の一回転当りの電気的サイクル数とモータの極対数を一致させることができ、モータ駆動電流制御のためのコミテーションが容易となる。

（実施形態３）
図１１は、図１の軸方向に直交する仮想平面で切った実施形態３のレゾルバ装置の断面図である。なお、上述した実施形態１と同じ構成には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態３のレゾルバ装置は、実施形態１のレゾルバ装置１とロータコア１２のロータ歯数が異なる。

ロータコア１２Ａは、図１１に示すように、内径１２ｉの中心Ｑｒが外形１２ｐの中心ＺｒからΔＱ分ずれている。この構造により、ロータコア１２Ａの外径とステータコア１１との空隙が変化する。その結果、ロータコア１２Ａの回転は、ロータコア１２Ａとステータコア１１とのリラクタンスを変化させる。実施形態３のレゾルバ装置１は、ロータコア１２Ａの１回転で基本波成分が１周期となり、ロータ歯数ｑが１相当になる。

ロータコア１２の内径中心は、後述するレゾルバステータ１３のステータコア１１の内径中心と一致している。ロータコア１２が回転すると、所定位置でのレゾルバステータ１３のステータコア１１の内径と、ロータコア１２の外径との距離が変化する。これにより、ロータコア１２の外径とステータコア１１との空隙が変化する。その結果、ロータコア１２の回転は、ロータコア１２とステータコア１１とのリラクタンスを変化させる。このロータコア１２と、ステータコア１１とのリラクタンスの変化を利用して回転位置を検出するレゾルバ装置は、バリアブルリラクタンス形レゾルバという。

ステータコア１１は、環状ステータ基部の円周方向に沿ってロータコア１２側に突出する突極である、複数のステータ主極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１及びＣ２と、複数のステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１及びＩＣ２とを備えている。以下、図３及び図１１を参照しつつ、実施形態３のレゾルバ装置について説明する。

ステータコア１１は、巻回された各励磁コイルＬ２、Ｌ１０及びＬ６が環状ステータ基部の円周方向に沿って機械角で１２０°間隔で配置されたＡ相、Ｂ相及びＣ相の３相のステータ主極（主磁極）Ａ１、Ｂ１及びＣ１を有している。励磁コイルＬ２、Ｌ１０及びＬ６は、ステータ主極Ａ１、ステータ主極Ｂ１及びステータ主極Ｃ１に巻回される方向は同じ方向である。また、ステータコア１１は、Ａ相、Ｂ相及びＣ相の３相のステータ主極Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に対して機械角で各１８０°ずれた所に配置されたＡ相、Ｂ相及びＣ相のステータ主極Ａ２、Ｂ２及びＣ２が配置されている。ステータ主極Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２の主極数は、相数３の偶数倍の６である。励磁コイルＬ２は、ステータ主極Ａ１に巻回され、励磁コイルＬ８は、ステータ主極Ａ２に、励磁コイルＬ２と同方向に巻回される。励磁コイルＬ１０は、ステータ主極Ｂ１に巻回され、励磁コイルＬ４は、ステータ主極Ｂ２に、励磁コイルＬ１０と同方向に巻回される。励磁コイルＬ６は、ステータ主極Ｃ１に巻回され、励磁コイルＬ１２は、ステータ主極Ｃ２に、励磁コイルＬ６と同方向に巻回される。

Ａ相のステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２は、対応するＡ相のステータ主極Ａ１、Ａ２の少なくとも１つに対して機械角＋９０度又は機械角−９０度ずれた位置に配置されている。上述したように、ロータコア１２Ａの１回転で基本波成分が１周期となり、ロータ歯数ｑが１相当になるため、Ａ相のステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２は、対応するＡ相のステータ主極Ａ１、Ａ２の少なくとも１つに対して機械角＋９０度又は機械角−９０度ずれた位置に配置される。励磁コイルＬ１は、励磁コイルＬ２と逆巻きかつステータ補極ＩＡ１に巻回される。また、励磁コイルＬ７は、ステータ補極ＩＡ２に、励磁コイルＬ１と同方向でかつ励磁コイルＬ８と逆巻きに巻回される。ステータコア１１は、ステータ補極ＩＡ１に対して機械角で各１８０°ずれた所にステータ補極ＩＡ２が配置されている。

Ｂ相のステータ補極ＩＢ１、ＩＢ２は、対応するＢ相のステータ主極Ｂ１、Ｂ２の少なくとも１つに対して機械角＋９０度又は機械角−９０度ずれた位置に配置されている。上述したように、ロータコア１２Ａの１回転で基本波成分が１周期となり、ロータ歯数ｑが１相当になるため、Ｂ相のステータ補極ＩＢ１、ＩＢ２は、対応するＢ相のステータ主極Ｂ１、Ｂ２の少なくとも１つに対して機械角＋９０度又は機械角−９０度ずれた位置に配置される。励磁コイルＬ９は、励磁コイルＬ１０と逆巻きかつステータ補極ＩＢ１に巻回される。また、励磁コイルＬ３は、ステータ補極ＩＢ２に、励磁コイルＬ９と同方向であって、励磁コイルＬ４と逆巻きに巻回される。ステータコア１１は、ステータ補極ＩＢ１に対して機械角で各１８０°ずれた所にステータ補極ＩＢ２が配置されている。

Ｃ相のステータ補極ＩＣ１、ＩＣ２は、対応するＣ相のステータ主極Ｃ１、Ｃ２の少なくとも１つに対して機械角＋９０度又は機械角−９０度ずれた位置に配置されている。上述したように、ロータコア１２Ａの１回転で基本波成分が１周期となり、ロータ歯数ｑが１相当になるため、Ｃ相のステータ補極ＩＣ１、ＩＣ２は、対応するＣ相のステータ主極Ｃ１、Ｃ２の少なくとも１つに対して機械角＋９０度又は機械角−９０度ずれた位置に配置される。励磁コイルＬ５は、励磁コイルＬ６と逆巻きかつステータ補極ＩＣ１に巻回される。また、励磁コイルＬ１１は、ステータ補極ＩＣ２に、励磁コイルＬ５と同方向であって、励磁コイルＬ１２と逆巻きに巻回される。ステータコア１１は、ステータ補極ＩＣ１に対して機械角で各１８０°ずれた所にステータ補極ＩＣ２が配置されている。

実施形態３のレゾルバ装置１は、実施形態１のレゾルバ装置１と同様に、ステータ主極Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２及びステータ補極ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１、ＩＣ２により２次高調波を抑制することができる。そして、実施形態３のレゾルバ装置１は、実施形態１のレゾルバ装置１と同様に、３相２相変換で２相に変換した上で角度の情報を求めることにより、３次高調波をキャンセルすることができる。その結果、実施形態３のレゾルバ装置１は、角度の情報の精度が高まり、信頼性が向上する。

実施形態３のレゾルバ装置はＮＣ工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどに用いられる小型で高精度な位置決めを可能とするモータ１００を有する制御機器に好適である。モータ１００は、レゾルバ装置１のロータコア１２Ａがモータロータ２１と連動して回転する。ロータコア１２Ａが１回転すると、レゾルバ装置１は、モータロータ２１の１周期を検出できるので、絶対角度を算出しやすい。

１ レゾルバ装置
２ モータ本体部
３ 軸受
１０ モータ装置
１１ ステータコア
１２、１２Ａ ロータコア
１３ レゾルバステータ
１４ レゾルバロータ
１５ ボルト
１６ ボルト
２１ モータロータ
２２ マグネット
２３ モータステータコア
２４ 励磁コイル
２５ ハウジング
３１ カバー部材
３２ ボルト
３３ 固定部
４０ 検出回路部
４１ 電流電圧変換器
４２ ３相２相変換器
４５ 移相器
５０ レゾルバ励磁回路
５１ 発振回路
５２ 増幅器
６０ ドライブユニット
６１ 演算装置
６２ パワーアンプ
１００ モータ
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２ ステータ主極
ＣＯＭ 共通端子
ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＣ１、ＩＣ２ ステータ補極
Ｌ１〜Ｌ１２ 励磁コイル
ＭＣ モータケーブル
Ｐ 主極数
ｑ ロータ歯数
Ｑ１〜Ｑ１６ ロータ歯
ＳＩ 補極信号
ＳＭ 主極信号

Claims (8)

1. ステータコアと、前記ステータコアに対して回転自在に支持され、かつ前記ステータコアとの相対的な角度位置に応じて前記ステータコアとの間隙のリラクタンス成分が変化するロータコアとを含むレゾルバ装置であって、
   前記ステータコアは、
   相数３の偶数倍の主極数を備え、１相励磁の入力信号を受けて巻回された各励磁コイルが電気角＋１２０度又は電気角−１２０度ずれた３相の出力信号を出力するように環状ステータ基部の円周方向に沿って配置されるステータ主極と、
   巻回された各励磁コイルに１相の前記入力信号が入力され、かつ環状ステータ基部の円周方向に沿って各相毎の前記出力信号に対して２次高調波を抑制する位置に配置される各相毎のステータ補極と、
   を備え、
   前記各相毎のステータ補極は、対応する各相毎のステータ主極の前記出力信号に、前記各相毎のステータ補極に巻回された各励磁コイルの出力を加えて合成した３相レゾルバ信号とし、
   前記３相レゾルバ信号を３相２相変換して２相レゾルバ信号を得ることを特徴とするレゾルバ装置。
2. 前記各相毎のステータ補極は、対応する各相毎のステータ主極の少なくとも１つに対して電気角＋９０度又は電気角−９０度ずれた位置に配置されている、請求項１に記載のレゾルバ装置。
3. 前記ロータコアは、前記ステータコアに対向する側に突出する複数のロータ歯を備え、
   前記主極数をＰとして、前記ロータ歯の数であるロータ歯数をｑとした場合、下記式（１）を満たす、請求項１又は２に記載のレゾルバ装置。
   Ｐ＝（ｑ／（Ｍ＋（Ｎ±１）／Ｎ））・・・（１）
   但し、Ｎは相数の３であり、Ｍは、式（１）を満たす整数の変数である。
4. 前記各相毎のステータ補極は、対応する各相毎のステータ主極の少なくとも１つに対して機械角＋９０度又は機械角−９０度ずれた位置に配置されている、請求項１に記載のレゾルバ装置。
5. 前記ロータコアは、内径の中心が外形の中心からずれており、ロータコア１回転で１周期の前記出力信号を出力する、請求項１又は４に記載のレゾルバ装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のレゾルバ装置を含み、
   前記ロータコアがモータロータと連動して回転し、前記レゾルバ装置が前記モータロータの回転を検出することが可能なことを特徴とするモータ。
7. 請求項３に記載のレゾルバ装置を含み、
   前記ロータコアがモータロータと連動して回転し、前記レゾルバ装置が前記モータロータの回転を検出することが可能であって、
   前記ロータコアの歯数ｑと同じ極対数を備えることを特徴とするモータ。
8. 請求項１から５のいずれか１つに記載のレゾルバ装置を含み、前記レゾルバ装置が検出可能な回転運動を伝達可能なアクチュエータ。

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