JP2015186369A - 可変リラクタンス型レゾルバ、モータ及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】角度位置検出誤差を小さくする。【解決手段】ティースに励磁コイル、cos相検出コイル及びsin相検出コイルが設けられるステータを備える可変リラクタンス型レゾルバであって、ステータのスロット数が軸倍角数の４倍であり、ステータの各ティースにcos相検出コイルとsin相検出コイルとが交互に設けられ、cos相検出コイルの巻方向がティース毎に交互に逆方向となると共に、sin相検出コイルの巻方向がティース毎に交互に逆方向であり、cos相検出コイル及びsin相検出コイルの巻数が同じである【選択図】図１

Description

本発明は、可変リラクタンス型レゾルバ、モータ及びロボットに関する。

下記特許文献１には、レゾルバにおける巻線の巻線方法であって、追加の部品あるいは追加の作業工数を必要とせずに、漏洩する磁束がレゾルバの固定子に干渉することを低減し、角度検出精度の低下を抑制できるレゾルバにおける巻線の巻線方法が開示されている。上記巻線方法は、固定磁極に巻回した巻線群を直列接続して得られる磁束分布が２Ｐ極の正弦波分布となるように１相分巻線群を構成し、さらに、複数の１相分巻線群を用いることによりｎ相分巻線群を構成して、２Ｐ極かつｎ相の正弦波磁束を得るように構成する検出器用巻線の巻線方法において、１相分巻線群における固定磁極間の渡り線を、全体の半分の数の渡り線と残りの半分の数の渡り線が固定子コアの円周方向に沿って互いに反対向き、かつ長さの合計が同じになるように形成する。

特開２０１０−６３３０９号公報

ところで、上記従来技術では、可変リラクタンス型レゾルバにおけるステータの２種類の検出コイル（cos相検出コイル及びsin相検出コイル）のそれぞれの巻数にかたよりが生じているため、検出電圧に振幅差を生じ、角度位置検出誤差が大きくなっていた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、角度位置検出誤差を小さくする、ことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、可変リラクタンス型レゾルバに係る解決手段として、ティースに励磁コイル、cos相検出コイル及びsin相検出コイルが設けられるステータを備える可変リラクタンス型レゾルバであって、前記ステータのスロット数が軸倍角数の４倍であり、前記ステータの各ティースに前記cos相検出コイルと前記sin相検出コイルとが交互に設けられ、前記cos相検出コイルの巻方向がティース毎に交互に逆方向となると共に、前記sin相検出コイルの巻方向がティース毎に交互に逆方向であり、前記cos相検出コイル及び前記sin相検出コイルの巻数が同じである、という手段を採用する。
本発明によれば、cos相検出コイル及びsin相検出コイルの巻数に偏りをなくすことができるので、角度位置検出誤差を小さくすることができる。

本発明では、モータに係る解決手段として、上記解決手段を採用する可変リラクタンス型レゾルバを備え、該可変リラクタンス型レゾルバによって回転が検出される、という手段を採用する。
本発明によれば、cos相検出コイル及びsin相検出コイルの巻数に偏りをなくすことができるので、角度位置検出誤差を小さくすることができる。

本発明では、ロボットに係る解決手段として、上記解決手段を採用するモータを備え、該モータによって駆動される、という手段を採用する。
本発明によれば、cos相検出コイル及びsin相検出コイルの巻数に偏りをなくすことができるので、角度位置検出誤差を小さくすることができる。

本発明の実施形態に係る可変リラクタンス型レゾルバＡの断面図である。 本発明の実施形態に係る可変リラクタンス型レゾルバＡの励磁コイル２２は、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４の巻数を示す図である。 本発明の実施形態に係る可変リラクタンス型レゾルバＡの検出電圧を示す図である。 従来、可変リラクタンス型レゾルバＡの例えばティースが１０個である場合の励磁コイル２２は、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４の巻数を示す図である。 従来、可変リラクタンス型レゾルバＡの例えばティースが１０個である場合の励磁コイル２２は、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４の検出電圧を示す図である。 本発明の実施形態に係るモータＭの断面図である。 本発明の実施形態に係るロボットＲｂの斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る可変リラクタンス型レゾルバＡは、耐久性に優れ、車両内等の厳しい環境条件でも使用可能な回転センサであり、例えば、車両に搭載されたモータの回転を検出する。可変リラクタンス型レゾルバＡは、図１に示すように、ロータ１、ステータ２及び回転軸３から構成されている。

ロータ１は、例えばケイ素鋼板を複数枚長さ方向に積層して構成され、周方向に４つの突起部１１が等間隔に配置されている。つまり、ロータ１の周方向の外形の輪郭線は、一定の径ではなく、周期的に変化する径によって形成されている。

また、ロータ１は、図示しない軸受によって回転自在に支持された回転軸３に固定されている。つまり、ロータ１は、その中心軸に設けられた貫通孔に回転軸３が圧入され、固定されている。

ステータ２は、ステータコア２１、励磁コイル２２、cos相検出コイル２３、sin相検出コイル２４から構成されている。
ステータコア２１は、例えばケイ素鋼板を複数枚長さ方向に積層して構成され、ロータ１の外周面に対向するようにロータ１の周囲を覆う形状となっている。また、ステータコア２１は、円環状のヨーク２１ａから内周側に突設された１６個のティース２１ｂを等角度間隔に備えている。なお、一般的に、ステータ２は、図示しない固定部材によってケース等に固定されている。

励磁コイル２２は、入力された電力に基づいて励磁するためのコイルであり、１６個のティース２１ｂ各々に同数（例えば２０巻）で巻き回されており、モールド剤によってティース２１ｂに固定されている。

cos相検出コイル２３は、検出したcos波を出力するコイルであり、sin相検出コイル２４と１６個のティース２１ｂ各々に交互に設けられている。つまり、cos相検出コイル２３は、１６個のティース２１ｂのうちの８つのティース２１ｂに、励磁コイル２２と共にモールド剤によって固定されている。また、cos相検出コイル２３の巻方向は、ティース２１ｂ毎に交互に逆方向となっている。

sin相検出コイル２４は、検出したsin波を出力するコイルであり、cos相検出コイル２３と１６個のティース２１ｂ各々に交互に設けられている。つまり、sin相検出コイル２４は、１６個のティース２１ｂのうちの８つのティース２１ｂに、励磁コイル２２と共にモールド剤によって固定されている。また、sin相検出コイル２４の巻方向は、ティース２１ｂ毎に交互に逆方向となっている。

次に、このように構成された可変リラクタンス型レゾルバＡの作用について説明する。
本可変リラクタンス型レゾルバＡは、ティース２１ｂに励磁コイル２２、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４が設けられるステータ２を備えるものであり、ステータ２のスロット数が軸倍角数の４倍である。また、本可変リラクタンス型レゾルバＡは、ステータ２の各ティース２１ｂにcos相検出コイル２３とsin相検出コイル２４とが交互に設けられ、cos相検出コイル２３の巻方向がティース２１ｂ毎に交互に逆方向となると共に、sin相検出コイル２４の巻方向がティース２１ｂ毎に交互に逆方向であり、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４の巻数が同じである。

本可変リラクタンス型レゾルバＡは、軸倍角数４の４倍である１６スロットのものであるが、図２に示すように、１６個の各ティース２１ｂに、励磁コイル２２、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４それぞれが巻き回されている。なお、図２に示すＣＷは時計回りの巻方向を示し、ＣＣＷは反時計回りの巻方向を示している。

このような巻数は、アフィン変換に基づいて以下の式（１）、（２）によって設計時に求められたものである。

cos相検出コイル巻数割合Ｕｃ=｛cos（元位置角度）×cos（回転角度）｝ ＋｛sin（元位置角度）×−sin（回転角度）｝…（１）

sin相検出コイル巻数割合Ｕｓ=｛cos（元位置角度）×sin（回転角度）｝ ＋｛sin（元位置角度）×cos（回転角度）｝…（２）

上記式（１）、（２）による結果、各ティース２１ｂに対するcos相検出コイル巻数割合Ｕｃ及びsin相検出コイル巻数割合Ｕｓが算出される。
この結果、本可変リラクタンス型レゾルバＡは、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４の巻数に偏りがないため、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４による検出電圧に振幅差が生じない。

一方、例えば、図４に示すように、スロット数が１０である場合、cos相検出コイル及びsin相検出コイルのそれぞれの巻数にかたよりが生じているため、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４による検出電圧に振幅差を生じる。この結果、角度位置検出誤差が大きくなってしまう（図５参照）。

このような本実施形態によれば、ティース２１ｂに励磁コイル２２、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４が設けられるステータ２を備えるものであり、ステータ２のスロット数が軸倍角数の４倍である。また、本可変リラクタンス型レゾルバＡは、ステータ２の各ティース２１ｂにcos相検出コイル２３とsin相検出コイル２４とが交互に設けられ、cos相検出コイル２３の巻方向がティース２１ｂ毎に交互に逆方向となると共に、sin相検出コイル２４の巻方向がティース２１ｂ毎に交互に逆方向であり、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４の巻数が同じであることによって、cos相検出コイル及びsin相検出コイルの巻数に偏りがないので、角度位置検出誤差を小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、軸倍角数４の４倍である１６スロットであるが、本発明はこれに限定されない。例えば、軸倍角数が２である場合には、８スロットにし、軸倍角数３である場合には、１２スロットにすればよい。つまり、本発明は、ティース２１ｂに励磁コイル２２、cos相検出コイル２３及びsin相検出コイル２４が設けられるステータ２を備えるものであり、ステータ２のスロット数が軸倍角数の４倍のものであればよい。

（２）本発明は、上記可変リラクタンス型レゾルバＡに限定されず、該可変リラクタンス型レゾルバＡを備え、該可変リラクタンス型レゾルバＡによって回転が検出されるモータＭや、該モータＭを備え、該モータＭによって駆動されるロボットＲｂであってもよい。

上記モータＭは、モータＭの回転を検出するための可変リラクタンス型レゾルバＡを備える。また、モータＭは、図６に示すように、例えば、励磁コイルＲｃとは独立した動作検出用コイルＤｃをモータＭの回転軸３の周囲に配置して、モータＭのモータロータＲ（磁石Ｇ）の変位による磁界の変化を検知する。また、上記モータＭの回転軸３またはこの回転軸３に追動する他の回転軸にモータＭとは独立して永久磁石を取り付け、この永久磁石回転による磁界の変化を周囲に配置する別の動作検出用コイルによって検知してもよい。

また、ロボットＲｂは、図７に示すように、例えば、基台Ｋ、第１リンクＬ１、第１モータユニットＭ１、第２リンクＬ２、第２モータユニットＭ２、コントロールボックスＣｂから構成される水平多関節ロボットであり、外部電源から供給される電力によって稼動する。
基台Ｋは、第１リンクＬ１を回動させる駆動部としての第１モータユニットＭ１などを内蔵し、床等に水平に設置される。

第１リンクＬ１は、一方の端部が基台１の上端部において第１モータユニットＭ１の駆動軸によって連結され、鉛直方向に沿う軸心を中心にして水平方向に回動する。
第２リンクＬ２は、駆動部としての第２モータユニットＭ２等を内蔵している。また、第２リンク２０の一方の端部は、第１リンクＬ１の他方の端部と第２モータユニットＭ２の駆動軸によって連結され、鉛直方向に沿う軸心を中心にして水平方向に回動する。

第１モータユニットＭ１は、モータＭを備えている。
第２モータユニットＭ２は、モータＭを備えている。
コントロールボックスＣｂには、電源及び電源制御部などを内蔵している。

１…ロータ、２…ステータ、１１…突起部、２…ステータ、２１…ステータコア、２２…励磁コイル、２３…cos相検出コイル、２４…sin相検出コイル、２１ａ…ヨーク、２１ｂ…ティース、Ａ…可変リラクタンス型レゾルバ、Ｍ…モータ、Ｒｂ…ロボット、Ｒｃ…励磁コイル、Ｄｃ…動作検出用コイル、Ｒ…モータロータ、Ｇ…磁石、Ｋ…基台、Ｌ１…第１リンク、Ｍ１…第１モータユニット、Ｌ２…第２リンク、Ｍ２…第２モータユニット、Ｃｂ…コントロールボックス

Claims (3)

1. ティースに励磁コイル、cos相検出コイル及びsin相検出コイルが設けられるステータを備える可変リラクタンス型レゾルバであって、
   前記ステータのスロット数が軸倍角数の４倍であり、
   前記ステータの各ティースに前記cos相検出コイルと前記sin相検出コイルとが交互に設けられ、前記cos相検出コイルの巻方向がティース毎に交互に逆方向となると共に、前記sin相検出コイルの巻方向がティース毎に交互に逆方向であり、前記cos相検出コイル及び前記sin相検出コイルの巻数が同じであることを特徴とする可変リラクタンス型レゾルバ。
2. 請求項１に記載の可変リラクタンス型レゾルバを備え、該可変リラクタンス型レゾルバによって回転が検出されることを特徴とするモータ。
3. 請求項２に記載のモータを備え、該モータによって駆動されることを特徴とするロボット。