JP3047231B1 - レゾルバ - Google Patents
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Abstract
現するとともに、併せて検出精度の高度化を実現する。 【解決手段】励磁信号が入力する励磁巻線2x,2y及
び検出信号が出力する検出巻線3を有し、励磁巻線2
x,2y又は検出巻線3を設けた受動体4の変位量に応
じて変化する検出信号に基づいて受動体4の変位量を検
出するレゾルバ1を構成するに際し、励磁巻線2x,2
yに、励磁信号Sx,Syにより高周波信号Scを変調
した変調信号Smx,Smyを入力するとともに、検出
巻線3から出力する変調信号Smoを復調して検出信号
Sdを得るようにした。
Description
線を有し、励磁巻線又は検出巻線を設けた受動体の変位
量を検出するレゾルバに関する。
を検出する際に用いるレゾルバは、特公昭59−177
81号公報及び特開昭62−144021号公報等で広
く知られている。
を異ならせた空間位置に固定して設けた励磁信号が入力
する二相の励磁巻線と、回転軸に設けた検出信号が出力
する検出巻線とを有し、励磁信号と検出信号の位相差か
ら回転軸の回転角を検出することができる。即ち、回転
軸の回転角をΦとすると、励磁巻線の一方の相はsin
Φ,他方の相はcosΦとなる。今、励磁巻線に位相が
90゜異なる励磁信号V・sinωtとV・cosωt
をそれぞれ付与すると、検出巻線から出力する検出信号
は、E=(V・sinωt・cosΦ)+(V・cos
ωt・sinΦ)=V・sin(ωt+Φ)となり、回
転軸の回転角に対応して位相が変化する検出信号を得
る。よって、励磁信号と検出信号の位相差から回転軸の
回転角Φを求めることができる。
の検出精度が要求されるため、正確な関数が成立するよ
う設計上の多くの配慮がなされている。例えば、回転軸
の1回転が2極構造である場合、回転軸の1回転の角度
変化が入力周波数の1周期の位相変化と一致するため、
通常は多極構造とすることにより角度分割精度を高めて
いる。また、励磁巻線を設けるステータ及び検出巻線を
設けるロータ鉄心(回転軸)には、多くの巻線スロット
を形成した積層珪素鋼板を用いるため、精密な機械加工
と正確な巻線手法によって、磁気回路上のギャップやピ
ッチの均一性を確保している。
目的として精密な機械加工と正確な巻線手法を採用して
も、自ずと限界があるとともに、これに伴う大幅なコス
トアップも無視できない。
線数を少なくすることができる。このような角度検出器
は、一般にインダクトシンとして知られており、通常、
数十〜数百〔KHz〕の高周波信号を用いることにより
巻数を少なくしている。しかし、この原理をレゾルバに
適用しても、周波数が高いゆえに回転軸の回転角を読取
処理する際の電気回路の構成が精度面,コスト面及び安
定性の面で実用化が困難となる。したがって、一般的な
高精度のレゾルバに用いる周波数は、数〔KHz〕に設
定されている。
り、かつ精度が要求されることから、小型コンパクト化
と軽量化において限界があり、また、部品(材料)コス
トと製造コストが大きくなる難点があるとともに、この
ような実情に基づく妥協的な見地から検出精度の高度化
を実現できない問題があった。
題を解決したものであり、小型コンパクト化,軽量化及
び低コスト化を実現するとともに、併せて検出精度の高
度化を実現できるレゾルバの提供を目的とする。
は、励磁信号が入力する励磁巻線2x,2y及び検出信
号が出力する検出巻線3を有し、励磁巻線2x,2y又
は検出巻線3を設けた受動体4の変位量に応じて変化す
る検出信号に基づいて受動体4の変位量を検出するレゾ
ルバ1を構成するに際して、励磁巻線2x,2y及び検
出巻線3に、それぞれシートコイル5,6を使用すると
ともに、励磁巻線2x,2yに、励磁信号Sx,Syに
より高周波信号Shを振幅変調し、かつ高周波信号Sh
の極性を励磁信号Sx,Syの極性反転位置tx…,t
y…で反転させた変調信号Smx,Smyを入力させ、
検出巻線3から出力する変調信号Smoを復調して検出
信号Sdを得ることを特徴とする。
体4を回転軸4rとし、この回転軸4rの回転角Φを検
出できる。この際、励磁巻線2x,2yを固定するとと
もに、検出巻線3を回転軸4rに設け、励磁信号Sx,
Syと検出信号Sdの位相差から回転角Φを検出する。
また、受動体4を直進移動体4sとし、この直進移動体
4sの移動量を検出することもできる。さらに、レゾル
バ1には、励磁信号Sx,Syと検出信号Sd間に発生
する位相誤差を補正する位相補正回路7を設けることが
望ましい。
高周波信号Shが振幅変調され、得られた変調信号Sm
x,Smyは励磁巻線2x,2yに付与されるため、励
磁巻線2x,2y及び検出巻線3の巻数を少なくするこ
とができる。この結果、シートコイル5,6の使用が可
能となり、シートコイル5,6の使用に基づく、小型コ
ンパクト化,軽量化及び低コスト化が実現される。ま
た、シートコイル5,6を用いたことに伴う高精度の巻
線形成と多極構造化が実現されるとともに、励磁信号S
x,Syの低周波化による復調処理後における信号処理
の容易化と安定化により、検出精度の高度化が実現され
る。なお、高周波信号Shの極性を励磁信号Sx,Sy
の極性反転位置tx…,ty…で反転させる理由は、検
出巻線3の出力Eに、E=V・sin(ω2t+Φ)×
(│±│sinω1t)〔ただし、Vは最大電圧,ω1は
高周波信号Shの角速度,ω2は励磁信号Sx…の角速
度,Φは回転軸4rを用いた場合の回転角〕を得るため
である。
面に基づき詳細に説明する。
ついて、図1〜図6を参照して説明する。
細な構造を図5及び図6に示す。レゾルバ本体部10
は、仮想線で示すケーシング11に固定されたステータ
12と当該ケーシング11の中心に回動自在に支持され
たロータ13を備える。
たドーナツ形のベース部14を有し、このベース部14
の中心寄りに、出力トランス15(図1)を構成する二
次巻線15bを設けるとともに、ベース部14の外周寄
りに位置する一面に、ドーナツ形の鉄心16を固定し、
さらに、鉄心16の面上に、励磁側のシートコイル基板
(プリント基板)17を固定する。シートコイル基板1
7は図6に示すように、ドーナツ形の絶縁板18と、こ
の絶縁板18の表面に形成したシートコイル5を有す
る。このシートコイル5には、変調信号Smx,Smy
(励磁信号Sx,Sy)がそれぞれ入力する励磁巻線2
x,2yを含み、励磁巻線2xと励磁巻線2yは絶縁さ
れている。また、励磁巻線2xと励磁巻線2yは、空間
的に電気角で90゜位相が異なる。
4)と、この回転軸4rに固定した回転板21と、出力
トランス15(図1)を構成する一次巻線15aを有す
る。回転板21は、その一面にドーナツ形の鉄心22を
固定し、さらに、鉄心22の面上に、上記シートコイル
5に対向する検出側のシートコイル基板(プリント基
板)23を固定する。シートコイル基板23は、ドーナ
ツ形の絶縁板24とこの絶縁板24の表面に形成したシ
ートコイル6を有する。このシートコイル6の端部は一
次巻線15aに接続する。このシートコイル6は、変調
信号Smo(検出信号Sd)が出力する検出巻線3とな
り、シートコイル基板23(シートコイル6)は、図6
に示す励磁側のシートコイル基板17(シートコイル
5)から励磁巻線2x(又は2y)を除去した形態と実
質的に一致する。
す電気回路部30を接続する。30iは入力側回路であ
り、この入力側回路30iは、水晶発振器を用いてクロ
ック信号Scを生成する発振部31、この発振部31か
ら出力するクロック信号Scに基づいてカウンタパルス
Spを生成するカウンタパルス回路32、このカウンタ
パルス回路32から出力するカウンタパルスSpに基づ
いて周波数が1〔MHz〕程度の高周波信号Shを生成
する高周波信号生成回路33、この高周波信号生成回路
33から出力する高周波信号Shに基づいて周波数が1
〔KHz〕程度の励磁信号Sx,Syを生成する励磁信
号生成回路34、この励磁信号生成回路34から出力す
る一方の励磁信号Sxが入力し、かつ励磁信号Sxの極
性反転位置で、高周波信号生成回路33から得る高周波
信号Shの極性を反転させて出力する極性反転回路3
5、この極性反転回路35から出力する高周波信号Sh
を励磁信号Sxにより変調する変調回路36、この変調
回路36から出力する変調信号Smxを一方の励磁巻線
2xに供給する出力回路37、励磁信号生成回路34か
ら出力する他方の励磁信号Syが入力し、かつ励磁信号
Syの極性反転位置で、高周波信号生成回路33から得
る高周波信号Shの極性を反転させて出力する極性反転
回路38、この極性反転回路38から出力する高周波信
号Shを励磁信号Syにより変調する変調回路39、こ
の変調回路39から出力する変調信号Smyを他方の励
磁巻線2yに供給する出力回路40を備える。
力側回路30oは、出力トランス15の二次巻線15b
に接続することにより当該二次巻線15bから出力する
変調信号Smoを復調して検出信号Sdを得る出力処理
回路51、この出力処理回路51から出力する検出信号
Sdが入力する角度検出回路52を備える。
Sd間に発生する位相誤差を補正する位相補正回路であ
り、この位相補正回路7は、温度ドリフトに基づく補正
信号Seを生成する温度補正信号生成部53、温度補正
信号生成部53から出力する補正信号Seによりカウタ
パルス回路32から出力するカウタパルスSpを補正す
る補正回路54を備える。この場合、温度補正信号生成
部53は図3に示すように、二次巻線15b(出力処理
回路51)から出力する変調信号Smoから高周波信号
成分を分離する高周波信号分離回路55、この高周波信
号分離回路55から出力する高周波信号成分とカウンタ
パルス回路32から出力するカウンタパルスSpと高周
波信号生成回路58から出力する高周波信号に基づいて
当該高周波信号成分の温度ドリフトによる誤差成分を検
出する温度ドリフト検出回路56、この温度ドリフト検
出回路56から出力する誤差成分に基づいて上記補正信
号Seを生成する補正信号生成回路57を備える。そし
て、補正回路54から出力する補正されたカウンタパル
スSpeは、当該カウンタパルスSpeに基づいて高周
波信号Sheを生成する高周波信号生成回路58に付与
され、さらに高周波信号生成回路58から出力する高周
波信号Sheは参照信号生成回路59に付与されるとと
もに、この参照信号生成回路59により生成された参照
信号Ssは角度検出回路52に入力する。
係るレゾルバ1の動作について、各図を参照して説明す
る。
が出力し、このクロック信号Scはカウンタパルス回路
32に付与される。このカウンタパルス回路32ではク
ロック信号Scに基づいてカウンタパルスSp(図2
(g)参照)が生成され、このカウンタパルスSpは高
周波信号生成回路33の入力側,温度補正信号生成部5
3の温度ドリフト検出回路56の入力側及び補正回路5
4の入力側にそれぞれ付与される。高周波信号生成回路
33ではカウンタパルスSpに基づいて周波数が1〔M
Hz〕程度の高周波信号Shが生成され、この高周波信
号Shは励磁信号生成回路34の入力側に付与される。
励磁信号生成回路34では高周波信号Shに基づいて周
波数が1〔KHz〕程度の励磁信号Sx,Syが生成さ
れる。
は、V・sinω2t(図2(a)の仮想線で示す包絡
線)となり、この励磁信号Sxは変調回路36及び極性
反転回路35にそれぞれ付与される。これにより、変調
回路36では、極性反転回路35から付与される高周波
信号Shが励磁信号生成回路34から付与される励磁信
号Sxにより振幅変調され、得られた変調信号Smxは
出力回路37を介して励磁巻線2xに付与される。この
際、極性反転回路35により高周波信号生成回路33か
ら付与される高周波信号Shの極性は、励磁信号Sxの
極性反転位置tx…毎に反転せしめられ、この反転処理
された高周波信号Shが変調回路36に付与される。そ
して、励磁巻線2xに付与される変調信号Smxは、図
2(a)に仮想線で示すようになり、この変調信号Sm
xの電圧は、高周波信号Shの角速度をω1とすると、
Vx=(V・sinω2t)×(±sinω1t)とな
る。
他方の励磁信号Syは、最大電圧をV〔V〕,角速度を
ω2とすると、V・cosω2t(図2(b)の仮想線で
示す包絡線)となり、この励磁信号Syは変調回路39
及び極性反転回路38にそれぞれ付与される。これによ
り、変調回路39では、極性反転回路38から付与され
る高周波信号Shが励磁信号生成回路34から付与され
る励磁信号Syにより振幅変調され、得られた変調信号
Smyは出力回路40を介して励磁巻線2yに付与され
る。この際、極性反転回路38により高周波信号生成回
路33から付与される高周波信号Shの極性は、励磁信
号Syの極性反転位置ty…毎に反転せしめられ、この
反転処理された高周波信号Shが変調回路39に付与さ
れる。そして、励磁巻線2yに付与される変調信号Sm
yは、図2(b)に仮想線で示すようになり、この変調
信号Smyの電圧は、Vy=(V・cosω2t)×
(±sinω1t)となる。
た場合を想定する。この場合、励磁信号Sxに基づいて
検出巻線3に誘起する図2(a)に実線で示す電圧Ex
=(V・sinω2t)×cos│45゜│と、励磁信
号Syに基づいて検出巻線3に誘起する図2(b)に実
線で示す電圧Ey=(V・cosω2t)×sin│4
5゜│の合成電圧Eo=Ex+Ey=(V・sinω2
t)×cos│45゜│+(V・cosω2t)×si
n│45゜│が検出巻線3から出力し、この出力が変調
信号Smoとなる。そして、この変調信号Smoは出力
トランス15を介して出力処理回路51に付与されると
ともに、この変調信号Smoは高周波信号分離回路55
に付与される。出力処理回路51では変調信号Smoが
復調(検波)され、図2(d)に示す検出信号Sdが得
られるとともに、この検出信号Sdは角度検出回路52
に付与される。
号Smoから高周波信号成分が分離され、分離された高
周波信号成分は温度ドリフト検出回路56に付与され
る。温度ドリフト検出回路56では、高周波信号分離回
路55から得る高周波信号成分とカウンタパルス回路3
2から得るカウンタパルスSpと高周波信号生成回路5
8から得る高周波信号に基づいて当該高周波信号成分の
温度ドリフトによる誤差成分が検出され、この誤差成分
は補正信号生成回路57に付与される。さらに、補正信
号生成回路57では当該誤差成分に基づいて補正信号S
eが生成され、この補正信号Seは補正回路54に付与
される。そして、補正回路54ではカウンタパルス回路
32から付与されるカウタパルスSpが、当該補正信号
Seにより補正される。
して高周波信号Shの位相が変化しない点を利用して温
度補正が行われる。この補正原理について言及すれば、
次のとおりである。通常、温度変化により位相が変化す
る原因の中で、電気的要因によるものは巻線抵抗や磁気
回路の透磁率の変化等による回路定数の変化に起因す
る。回路定数の変化は、流れる電流が高周波信号のた
め、入出力時における高周波信号の「位相ズレ」となっ
て現れる。高周波信号は回転軸4rの回転の影響を受け
ないため、高周波信号の「位相ズレ」を検出し、補正を
加えることにより電気的要因を排除できる。具体的に
は、回転角が零のときに、高周波信号分離回路55から
の高周波信号成分から得る出力パルスPoが図4(a)
に仮想線を含む位置にある場合、この出力パルスPoと
図4(b)に示すカウンタパルス回路32からのカウタ
パルスSpから得る入力パルスPiから、図4(a)の
仮想線で示す誤差成分Poeに相当する図4(c)に示
すカウタパルスSpeを補正信号Seとして求め、この
補正信号Seにより補正回路54に入力するカウタパル
ス回路32からのカウタパルスSpを補正する。これに
より、温度ドリフトによる誤差成分が排除される。
ウンタパルスSpeは、高周波信号生成回路58に付与
され、当該カウンタパルスSpeに基づいて高周波信号
Sheが生成される。高周波信号生成回路58から得る
高周波信号Sheは参照信号生成回路59に付与され、
当該高周波信号Sheに基づいて図2(d)に示す参照
信号Ssが生成され、この参照信号Ssは角度検出回路
52に付与される。そして、角度検出回路52では参照
信号Ssから図2(e)に示す参照パルスPsを生成す
るとともに、検出信号Sdから図2(f)に示す検出パ
ルスPdを生成する。また、この参照パルスPsの立上
がりと検出パルスPdの立上がり間でカウンタパルスS
pをカウントし、このカウント値を角度に変換して回転
軸4rの回転角を求める。具体的には、カウント値と回
転角の関係を予めデータベース化し、データベースから
カウント値に対応する回転角を読み出してもよいし、予
め設定した関数式を用いることにより演算により求めて
もよい。実施例では、結果として45゜の回転角が得ら
れることになる。
よれば、各励磁巻線2x,2yは変調信号Smx,Sm
yにより励磁される。この際、各励磁巻線2x,2y及
び検出巻線3には変調信号Smx,Smy,Smoによ
る高周波電流が流れるため、巻数の少ないシートコイル
5,6であっても検出巻線3には十分な電圧が誘起され
る。したがって、シートコイル5,6の使用に基づく、
レゾルバ1の小型コンパクト化,軽量化及び低コスト化
を実現できるとともに、シートコイル5,6を用いたこ
とに伴う高精度の巻線形成と多極構造化を実現できる。
しかも、励磁信号Sx,Syの低周波化による復調処理
後における信号処理の容易化と安定化により、検出精度
の高度化を実現できる。
1について、図7を参照して説明する。
移動体4sとしたものであり、この直進移動体4sの直
進方向Hの移動量を検出できる。図7はレゾルバ本体部
10を示し、不図示のケーシングに固定されたステータ
12と当該ケーシングにより直進方向Hに移動自在に支
持されたロータ13を備える。ステータ12は、平坦な
鉄心16を有し、この鉄心16の面上に、励磁側のシー
トコイル基板(プリント基板)17を固定する。シート
コイル基板17は、絶縁板18とこの絶縁板18の表面
に形成したシートコイル5を有する。このシートコイル
5には、変調信号Smx,Smy(励磁信号Sx,S
y)がそれぞれ入力する励磁巻線2x,2yを含み、励
磁巻線2xと励磁巻線2yは絶縁されている。また、励
磁巻線2xと励磁巻線2yは、空間的に電気角で90゜
位相が異なる。一方、ロータ13は、平坦な鉄心22
(直進移動体4s)を有し、この鉄心22の面上に、上
記シートコイル5に対向する検出側のシートコイル基板
(プリント基板)23を固定する。シートコイル基板2
3は、絶縁板24とこの絶縁板24の表面に形成したシ
ートコイル6を有する。このシートコイル6は、変調信
号Smo(検出信号Sd)が出力する検出巻線3とな
る。
には、図1に示した電気回路部30と同様の電気回路部
が接続される。そして、図1〜図6に示すレゾルバ1は
ロータリタイプであり、これに対して図7に示すレゾル
バ1はリニアタイプである点を除き、基本的な原理は同
じとなる。したがって、図7において、図5及び図6と
同一原理に基づく機能部分には同一符号を付し、その構
成を明確にするとともに、詳細な説明は省略する。
本発明はこのような実施例及び変更実施例に限定される
ものではなく、細部の構成,形状,数量(相数等),数
値等において本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変
更,追加,削除することができる。例えば、検出巻線3
に変調信号を入力し、かつ励磁巻線2x,2yから出力
を得ることにより、sinΦとcosΦの出力電圧比に
より角度を求めてもよい。
する励磁巻線及び検出信号が出力する検出巻線を有し、
励磁巻線又は検出巻線を設けた受動体の変位量に応じて
変化する検出信号に基づいて受動体の変位量を検出する
レゾルバにおいて、励磁巻線及び検出巻線に、それぞれ
シートコイルを使用するとともに、励磁巻線に、励磁信
号により高周波信号を振幅変調し、かつ高周波信号の極
性を励磁信号の極性反転位置で反転させた変調信号を入
力させ、検出巻線から出力する変調信号を復調して検出
信号を得るようにしたため、次のような顕著な効果を奏
する。
よる高周波電流が流れるため、巻数の少ないシートコイ
ルであっても検出巻線には十分な電圧が誘起される。し
たがって、シートコイルの使用に基づく、レゾルバの小
型コンパクト化,軽量化及び低コスト化を実現できる。
度の巻線形成と多極構造化を実現できるとともに、励磁
信号の低周波化による復調処理後における信号処理の容
易化と安定化により、検出精度の高度化を実現できる。
ク構成図、
ト、
成図、
ト、
図、
出して示す正面図、
本体部を示す分解斜視図、
Claims (5)
- 【請求項1】 励磁信号が入力する励磁巻線及び検出信
号が出力する検出巻線を有し、前記励磁巻線又は前記検
出巻線を設けた受動体の変位量に応じて変化する前記検
出信号に基づいて前記変位量を検出するレゾルバにおい
て、前記励磁巻線及び前記検出巻線に、それぞれシート
コイルを使用するとともに、前記励磁巻線に、前記励磁
信号により高周波信号を振幅変調し、かつ当該高周波信
号の極性を前記励磁信号の極性反転位置で反転させた変
調信号を入力させ、前記検出巻線から出力する変調信号
を復調して前記検出信号を得ることを特徴とするレゾル
バ。 - 【請求項2】 前記受動体を回転軸とし、この回転軸の
回転角を検出することを特徴とするレゾルバ。 - 【請求項3】 前記励磁巻線を固定するとともに、前記
検出巻線を回転軸に設け、前記励磁信号と前記検出信号
の位相差から前記回転軸の回転角を検出することを特徴
とする請求項1又は2記載のレゾルバ。 - 【請求項4】 前記受動体を直進移動体とし、この直進
移動体の移動量を検出することを特徴とする請求項1記
載のレゾルバ。 - 【請求項5】 前記励磁信号と前記検出信号間に発生す
る位相誤差を補正する位相補正回路を備えることを特徴
とする請求項1記載のレゾルバ。
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