JP2556383B2 - 磁気レゾルバ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は偏心型の磁気レゾルバの検出精度の向上に関
するものである。

＜従来の技術＞ 磁気レゾルバには、ロータの回転中心をステータの中
心に対してずらし、ロータ・ステータ間のギャップがロ
ータの回転によって変化することを利用して回転を検出
する偏心型の磁気レゾルバがある。

このような偏心型の磁気レゾルバとして、例えば、本
出願人による特願昭63−205971号の出願明細書に記載さ
れたものがある。

偏心型の磁気レゾルバは、ロータの回転中心をステー
タの中心に対して偏心させ、ロータの１回転によってロ
ータ・ステータ間のギャップが１周期分変化することを
利用して絶対回転位置を検出する。ギャップの検出は、
ステータまたはロータに巻線をほどこし、電気的に検出
する。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、偏心型の磁気レゾルバでは、ロータ・ステー
タ間のギャップは、磁気レゾルバにかかる荷重、加工の
誤差、磁気レゾルバの熱変形等のロータとステータの同
軸度に誤差を与える要因に対して非常に敏感であるた
め、実用上問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされた
ものであり、同軸度の誤差要因が生じても高い検出精度
が得られる磁気レゾルバを実現することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、 4n個（ｎは整数）の突極が設けられていて、ｎ個の突
極のかたまり毎に、それぞれ０゜突極、90゜突極、180
゜突極および270゜突極をなしているステータコアを２
枚有し、これら２枚のステータコアは、０゜突極と180
゜突極どうし、90゜突極と270゜突極どうしを重ね合わ
せて積み重ねられたステータと、 前記２枚のステータコアとそれぞれ対向して配置され
た２枚のロータコアを積み重ねて構成し、一方のロータ
コアの回転中心はステータの中心から一定量ずれてい
て、他方のロータコアの回転中心はステータの中心に関
して前記一方のロータコアがずれている方向と180゜異
なる方向に一方のロータコアと同量だけずれているロー
タと、 前記２枚のステータコアの０゜突極に巻かれたコイル
を直列接続した第１相コイル、２枚のステータコアの90
゜突極に巻かれたコイルを直列接続した第２相コイル、
２枚のステータコアの180゜突極に巻かれたコイルを直
列接続した第３相コイル及び２枚のステータコアの270
゜突極に巻かれたコイルを直列接続した第４相コイルか
らなる４相コイルと、 前記第１相コイルと第３相コイルには正弦波励磁信号
を与え、前記第２相コイルと第４相コイルには余弦波励
磁信号を与える信号源と、 正弦波励磁信号が与えられたコイルに生じる電圧と、
余弦波励磁信号が与えられたコイルに生じる電圧をもと
に位相変調型のロータの回転検出信号を算出する演算回
路、 を具備した磁気レゾルバである。

＜作用＞ このような本発明では、ロータコアを２枚設け、これ
らのロータコアをステータの中心に関して互いに180゜
異なる方向に同量だけ偏心させ、この偏心を利用してロ
ータとステータの同軸誤差を電気的に除去する。

＜実施例＞ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明にかかる磁気レゾルバの一実施例の構
成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）図のＺ−
Ｚ部分の断面図である。

図で、10はステータ、20はロータである。

ステータ10で、11は円環形状のステータリング、12,1
3はステータリング11に固定されたステータコアであ
る。ステータコア12には一定ピッチで4n個（ｎは整
数）、例えば24個の突極が形成されている。形成された
突極は、６個ずつ、０゜突極121₁〜121₆,90゜突極122₁
〜122₆,180゜突極123₁〜123₆,270゜突極124₁〜124₆に分
割されている。

分割された６個に巻かれたコイル125₁〜125₆,126₁〜1
26₆,127₁〜127₆,128₁〜128₆はそれぞれ直列に接続され
ている。

ステータコア13もステータコア12と同一形状をしてい
る。これらのステータコア12と13の突極の位相を一致さ
せて重ね合わされている。この場合、０゜突極と、180
゜突極どうし、90゜突極と270゜突極どうしが重ね合わ
されている。図示していないが、ステータコア13の０゜
突極,90゜突極,180゜突極,270゜突極にはそれぞれコイ
ル135₁〜135₆,136₁〜136₆,137₁〜137₆,138₁〜138₆が巻
かれている。

ロータ20で、21は円環形状のロータリング、22,23は
ロータリング21に固定されたロータコアである。ロータ
リング21の中心Ｏはステータリング11の中心と一致して
いる。ロータコア22の中心O₁は、中心ＯからΔｇだけ偏
心している。ロータコア23の中心O₂は、中心Ｏに関して
中心O₁と180゜異なる方向にΔｇだけ偏心している。

このような偏心により、ステータコア12と13の突極先
端とロータコアの内周面の間のギャップは、ロータが１
回転すると正弦波状に１周期分変化する。この正弦波状
態の変化はロータコア22と23で180゜位相が異なる。

この磁気レゾルバではロータと突極には歯は形成され
ていない。

30は各突極に巻かれたコイルを交流信号により駆動す
る信号源、40は各コイルに流れる電流をもとにロータの
回転を検出する演算部である。

信号源30の具体的構成を第２図に示す。

図で、各コイルは次のとおりのものである。

L₀:ステータコア12の０゜突極に巻かれたコイルを直列
接続したコイル L₀′：ステータコア13の０゜突極に巻かれたコイルを直
列接続したコイル L₉₀:ステータコア12の90゜突極に巻かれたコイルを直列
接続したコイル L₉₀′：ステータコア13の90゜突極に巻かれたコイルを
直列接続したコイル L₁₈₀:ステータコア12の180゜突極に巻かれたコイルを直
列接続したコイル L₁₈₀′：ステータコア13の180゜突極に巻かれたコイル
を直列接続したコイル L₂₇₀:ステータコア12の270゜突極に巻かれたコイルを直
列接続したコイル L₂₇₀′：ステータコア13の270゜突極に巻かれたコイル
を直列接続したコイル 図に示すように、ステータコア12と13で、０゜突極に
巻かれたコイルどうし、90゜突極に巻かれたコイルどう
し、180゜突極に巻かれたコイルどうし、270゜突極に巻
かれたコイルどうしがそれぞれ直列接続されている。直
列接続されたコイルで、０゜突極に巻かれたものと、18
0゜突極に巻かれたものは信号源31によりEsinωｔなる
交流電圧（E:電圧の振幅，ω：角速度,t:時間）で励磁
される。また、90゜突極に巻かれたものと270゜突極に
巻かれたものは信号源32によりEcosωｔなる電圧で励磁
される。

コイルの励磁により流れる電流から４個の抵抗Ｒには
それぞれV₁〜V₄なる電圧が発生する。

第３図は演算部40の具体的構成を示した図である。

図で、各コイルは次のとおりのものである。

L₁:コイルL₀とL₀′を直列接続したコイル L₂:コイルL₉₀とL₉₀′を直列接続したコイル L₃:コイルL₁₈₀とL₁₈₀′を直列接続したコイル L₄:コイルL₂₇₀とL₂₇₀′を直列接続したコイル このような回路では、次式の演算により位相変調信号
Ｖを得る。

Ｖ＝V₁−V₃＋V₂−V₄ Ｃは位相差カウンタであり、位相変調信号Ｖと位相が
変調されていない励磁信号Esinωｔの位相差をクロック
CLKで計数する。

このように構成した磁気レゾルバの動作を説明する。

ステータの中心とロータの中心の間に同軸誤差がない
場合、すなわちステータリングの中心とロータリングの
中心が点Ｏにある場合は、ステータコアとロータコアの
ギャップは、次式で与えられる。

g₁＝g₀＋Δgsinθ＝g₁′ g₂＝g₀＋Δgsin（θ＋90゜） ＝g₂′ g₃＝g₀＋Δgsin（θ＋180゜） ＝g₃′ g₄＝g₀＋Δgsin（θ＋270゜） ＝g₄′ θ：ロータの回転角 ここで、g₁,g₂,g₃,g₄は、それぞれステータコア12の
０゜突極,90゜突極,180゜突極,270゜突極とロータコア
とのギャップである。g₁′,g₂′,g₃′,g₄′は、それぞ
れステータコア13の０゜突極,90゜突極,180゜突極,270
゜突極とロータコアとのギャップである。

一般には、第４図に示すようにステータリング11の中
心O_Sとロータリング21の中心O_Rに同軸誤差がある。同軸
誤差のうち、第１図のO₁−O₂方向への成分をα、O₁−O₂
方向と直交する方向の成分をβとすると、ステータコア
とロータコアの間のギャップは次のとおりになる。

g₁＝g₀＋Δgsinθ＋α g₁′＝g₀＋Δgsinθ−α g₂＝g₀＋Δgsin（θ＋90゜）＋β g₂′＝g₀＋Δgsin（θ−90゜）−β g₃＝g₀＋Δgsin（θ＋180゜）−α g₃′＝g₀＋Δgsin（θ＋180゜）＋α g₄＝g₀＋Δgsin（θ＋270゜）−β g₄′＝g₀＋Δgsin（θ＋270゜）＋β このとき、コイルのインダクタンスは次のとおりにな
る。

L₀＝L_A（１＋msinθ）＋Ｌ_α L₀′＝L_A（１＋msinθ）−Ｌ_α L₉₀＝L_A｛１＋msin（θ＋90゜）｝＋Ｌ_β L₉₀′＝L_A｛１＋msin（θ＋90゜）｝−Ｌ_β L₁₈₀＝L_A｛１＋msin（θ＋180゜）｝−Ｌ_α L₁₈₀′＝L_A｛１＋msin（θ＋180゜）｝＋Ｌ_α L₂₇₀＝L_A｛１＋msin（θ＋270゜）｝−Ｌ_β L₂₇₀′＝L_A｛１＋msin（θ＋270゜）｝＋Ｌ_β L_A:定数 Ｌ_α：同軸誤差αによるインダクタンスの変化分 Ｌ_β：同軸誤差βによるインダクタンスの変化分 ここで、コイルL₀とL₀′,L₉₀とL₉₀′,L₁₈₀とL₁₈₀′,L
₂₇₀とL₂₇₀′は直列接続されているため、４相コイルL₁
〜L₄のインダクタンスは次式で与えられる。

L₁＝L₀＋L₀′ ＝2L_A（１＋msinθ） L₂＝L₉₀＋L₉₀′ ＝2L_A（１＋msin（θ＋90゜）｝ ＝2L_A（１＋mcosθ） L₃＝L₁₈₀＋L₁₈₀′ ＝2L_A｛１＋msin（θ＋180゜）｝ ＝2L_A（１−msinθ） L₄＝L₂₇₀＋L₂₇₀′ ＝2L_A｛１＋msin（θ＋270゜）｝ ＝2L_A（１−mcosθ） これによって、同軸誤差αとβによるインダクタンス
Ｌ_αとＬ_βの影響が除去される。

信号源30により、第１相コイルL₁と第３相コイルL₃は
励磁信号Esinωｔで励磁され、第２相コイルL₂と第４相
コイルL₄は励磁信号Ecosωｔで駆動されているため、各
相のコイルL₁〜L₄に接続された抵抗に生じる電圧V₁〜V₄
は次のとおりになる。

V₁＝Ｋ（１＋msinθ）sinωｔ V₂＝Ｋ（１＋mcosθ）cosωｔ V₃＝Ｋ（１−msinθ）sinωｔ V₄＝Ｋ（１−mcosθ）cosωｔ K:定数 演算部40はこれらの電圧について次の演算を行う。

（V₁−V₃）＋（V₂−V₄） ＝2mKsinθsinωｔ ＋2mKcosθcosωｔ ＝2mKsin（ωｔ−θ＋90゜） 式で与えられる信号はロータが１回転すると位相が
360゜変調されるため、第３図の位相差カウンタＣで位
相変調されない励磁信号Esinωｔとの位相差を計測すれ
ば１回転中の絶対角度を検出できる。また、位相の変動
速度を計測すれば回転速度を検出できる。

なお、実施例ではアウタロータ型の磁気レゾルバの例
を示したが、磁気レゾルバはインナロータ型であっても
よい。

＜効果＞ 本発明によれば次の効果が得られる。

ステータコアを１枚しか設けない場合は、検出信号は
次式のインダクタンスから求められた値になる。

L₀−L₁₈₀＋L₉₀−L₂₇₀ ＝L_A（１＋msinθ）＋Ｌ_α −［L_A｛１＋msin（θ＋180゜）｝−Ｌ_α］ ＋L_A｛１＋msin（θ＋90゜）｝＋Ｌ_β −［L_A｛１＋msin（θ＋270゜）｝−Ｌ_β］ ＝2L_Am（sinθ＋cosθ）＋２（Ｌ_α＋Ｌ_β） 上式に示すように同軸誤差α，βの影響がインダクタ
ンスにＬ_α,L_βとして含まれてしまう。

一方、本発明にかかる磁気レゾルバのようにステータ
コアを２枚設けたものでは、180゜偏心方向が異なる２
枚のステータコアのコイルを直列接続していたため、検
出信号は次式のインダクタンスから求められた値にな
る。

（L₀＋L₀′）−（L₁₈₀＋L₁₈₀′） ＋（L₉₀＋L₉₀′）−（L₂₇₀＋L₂₇₀′） ＝2L_Am（sinθ＋cosθ） この式に示すように同軸誤差α，βの影響は除去され
ている。

すなわち、本発明にかかる磁気レゾルバでは、180゜
異なる方向に偏心した２枚のコアから得られた信号の和
をとることにより、ロータとステータの同軸ずれの影響
を除去できる。これによって、磁気レゾルバにかかる荷
重、熱変形等の同軸度の誤差要因が生じても検出信号の
誤差を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる磁気レゾルバの一実施例の構成
図、第２図および第３図は第１図の磁気レゾルバの信号
源と演算部の具体的構成を示した図、第４図は第１図の
磁気レゾルバの動作説明図である。 10……ロータ、12,13……ステータコア、121₁〜121₆,12
2₁〜122₆,123₁123₆,124₁〜124₆……突極、125₁〜125₆,1
26₁〜126₆,127₁〜127₆,128₁〜128₆……コイル、20……
ロータ、22,23……ロータコア、30……信号源、40……
演算部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−43718（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−276017（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−282419（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−284712（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57915（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】4n個（ｎは整数）の突極が設けられてい
   て、ｎ個の突極のかたまり毎に、それぞれ０゜突極、90
   ゜突極、180゜突極および270゜突極をなしているステー
   タコアを２枚有し、これら２枚のステータコアは、０゜
   突極と180゜突極どうし、90゜突極と270゜突極どうしを
   重ね合わせて積み重ねられたステータと、 前記２枚のステータコアとそれぞれ対向して配置された
   ２枚のロータコアを積み重ねて構成し、一方のロータコ
   アの回転中心はステータの中心から一定量ずれていて、
   他方のロータコアの回転中心はステータの中心に関して
   前記一方のロータコアがずれている方向と180゜異なる
   方向に一方のロータコアと同量だけずれているロータ
   と、 前記２枚のステータコアの０゜突極に巻かれたコイルを
   直列接続した第１相コイル、２枚のステータコアの90゜
   突極に巻かれたコイルを直列接続した第２相コイル、２
   枚のステータコアの180゜突極に巻かれたコイルを直列
   接続した第３相コイル及び２枚のステータコアの270゜
   突極に巻かれたコイルを直列接続した第４相コイルから
   なる４相コイルと、 前記第１相コイルと第３相コイルには正弦波励磁信号を
   与え、前記第２相コイルと第４相コイルには余弦波励磁
   信号を与える信号源と、 正弦波励磁信号が与えられたコイルに生じる電圧と、余
   弦波励磁信号が与えられたコイルに生じる電圧をもとに
   位相変調型のロータの回転検出信号を算出する演算回
   路、 を具備した磁気レゾルバ。