JP4967932B2 - 直動回転レゾルバ - Google Patents
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Description
本発明は、１つのアクチュエータで直動Ｘ方向と回転θ方向の２つのモーションを精密に行う直動回転アクチュエータに用いる、出力軸のＸ方向位置とθ方向位置を直接検出することができる直動回転レゾルバに関する。
従来の直動回転アクチュエータは、回転モータとリニアモータの電機子巻線を同軸上に配置し、出力軸に推力とトルクを直接伝達し直動動作と回転動作を行っている。出力軸のＸ方向位置とθ方向位置の位置検出には、リニアエンコーダと回転エンコーダ、または、直動レゾルバと回転レゾルバの組み合わせにより実現されている。
一般的なレゾルバには磁気抵抗の変化を利用して検出するリラクタンス形があり、例えば以下の（１）〜（５）のようなリラクタンス形の直動レゾルバがある。
（１） 固定子は直動Ｘ方向にギャップ長が変化するように凸凹形状が形成された磁性体から構成され、可動子は磁性体のティースに励磁巻線と検出巻線が巻回されて構成されている。さらに、可動子前後両端部で起こる磁気抵抗の不均一性を補正するため、その前後両端部に補正用ティースが付加されている。ギャップ長とともに変化する検出巻線の出力電圧から、可動子のＸ方向位置を検出する。さらに、補正用ティースが付加されていることにより、Ｘ方向位置を高精度に検出することができる（特許文献１参照）。
（２） 可動子は円筒状の磁性体が直動Ｘ方向に等間隔に配置されており、固定子は円筒状の磁性体の周囲に同じく円筒状の励磁巻線と検出巻線が配置されて構成されている。可動子の磁性体の有無によって変化する検出巻線の出力電圧から、可動子のＸ方向位置を検出する。
また、リラクタンス形の回転レゾルバには以下のようなものがある。
（３） 回転子は周方向に凸凹形状が形成された磁性体から構成され、固定子は磁性体のティースに励磁巻線と検出巻線が巻回されて構成されている。直動レゾルバ（１）と同様に、ギャップ長とともに変化する検出巻線の出力電圧から、回転子のθ方向位置を検出する。
（４） 回転子は周方向にギャップ長が変化するように凸凹形状に形成された磁性体から構成され、固定子は磁性体のティースに励磁巻線のみ巻回されて構成されている。ギャップ長とともに変化する励磁巻線の電圧と電流の位相差から、回転子のθ方向位置を検出する（特許文献２参照）。
（５） 直動回転アクチュエータで、可動子が固定子に対してＸ方向とθ方向へ移動可能であって、θ電機子巻線に電流を流せば界磁部の磁界作用で可動子に回転トルクを発生し、Ｘ電機子に電流を流せば可動子に推力を発生し、この場合の位置検出は、可動子の移動によって直動・回転スケールが回転・直動すると回転検出部と直動検出部が直動・回転スケールにレーザ光を照射して、光学式エンコーダにより回転角度θと直動位置Ｘを読み取る、というものである。（特許文献３参照）。
特開平６−３００５８３号公報（第４頁、図１）
特開平８−１６３８４７号公報（第２頁、図１）
特開２００７−１４３３８５号公報（第８頁、図１）
一般的なレゾルバには磁気抵抗の変化を利用して検出するリラクタンス形があり、例えば以下の（１）〜（５）のようなリラクタンス形の直動レゾルバがある。
（１） 固定子は直動Ｘ方向にギャップ長が変化するように凸凹形状が形成された磁性体から構成され、可動子は磁性体のティースに励磁巻線と検出巻線が巻回されて構成されている。さらに、可動子前後両端部で起こる磁気抵抗の不均一性を補正するため、その前後両端部に補正用ティースが付加されている。ギャップ長とともに変化する検出巻線の出力電圧から、可動子のＸ方向位置を検出する。さらに、補正用ティースが付加されていることにより、Ｘ方向位置を高精度に検出することができる（特許文献１参照）。
（２） 可動子は円筒状の磁性体が直動Ｘ方向に等間隔に配置されており、固定子は円筒状の磁性体の周囲に同じく円筒状の励磁巻線と検出巻線が配置されて構成されている。可動子の磁性体の有無によって変化する検出巻線の出力電圧から、可動子のＸ方向位置を検出する。
また、リラクタンス形の回転レゾルバには以下のようなものがある。
（３） 回転子は周方向に凸凹形状が形成された磁性体から構成され、固定子は磁性体のティースに励磁巻線と検出巻線が巻回されて構成されている。直動レゾルバ（１）と同様に、ギャップ長とともに変化する検出巻線の出力電圧から、回転子のθ方向位置を検出する。
（４） 回転子は周方向にギャップ長が変化するように凸凹形状に形成された磁性体から構成され、固定子は磁性体のティースに励磁巻線のみ巻回されて構成されている。ギャップ長とともに変化する励磁巻線の電圧と電流の位相差から、回転子のθ方向位置を検出する（特許文献２参照）。
（５） 直動回転アクチュエータで、可動子が固定子に対してＸ方向とθ方向へ移動可能であって、θ電機子巻線に電流を流せば界磁部の磁界作用で可動子に回転トルクを発生し、Ｘ電機子に電流を流せば可動子に推力を発生し、この場合の位置検出は、可動子の移動によって直動・回転スケールが回転・直動すると回転検出部と直動検出部が直動・回転スケールにレーザ光を照射して、光学式エンコーダにより回転角度θと直動位置Ｘを読み取る、というものである。（特許文献３参照）。
しかしながら、従来の特許文献１に挙げたような直動レゾルバと、特許文献２のような回転レゾルバを出力軸に直接取り付けて複合型の直動回転アクチュエータを構成しようとした場合、そのままでは出力軸が回転動作すると直動レゾルバの可動子（以下、Ｘ可動子と呼ぶ）も回転することでＸ方向位置の検出が不能となり、出力軸が直動動作すると回転レゾルバの回転子（以下、θ可動子と呼ぶ）も直動することでθ方向位置の検出が不能となった。
このような従来の直動レゾルバと回転レゾルバを用いて出力軸のＸ方向位置とθ方向位置を検出可能とするには、直動レゾルバのＸ可動子が出力軸の回転動作が起きても回転しないように拘束し、回転レゾルバのθ可動子が出力軸の直動動作が起きても直動しないように拘束することが考えられる。このように測定方向と異なる方向を拘束するには、出力軸に直動支持機構と回転支持機構を取り付け、それら支持機構の固定側にＸ可動子やθ可動子を取り付ければ良い。しかし、このような構成とすると回転レゾルバと直動レゾルバが検出するＸ方向位置やθ方向位置は出力軸の位置を直接検出したものでなく、支持機構を介して検出したものになる。その結果、検出された位置は支持機構の組立誤差や、がたを含むものとなり、極めて検出精度が悪いものになった。
その上、直動支持機構、回転支持機構、直動レゾルバ、回転レゾルバが複雑に組み合わされた構成となるため、組立の複雑化と部品点数の増加によって、小形で安価な構成にはならなかった。
一方、特許文献３のように直動レゾルバと回転レゾルバの複合型では、固定子側は電機子と、θ電機子巻線とＸ電機子巻線を同心円状に設けて、可動子は出力軸と界磁部で構成され、出力軸は固定子に対してθ方向とＸ方向に移動可能で、モータ上部には出力軸に直動・回転スケールを取り付け、光学的に測定する直動・回転検出器によりθ方向の回転角度とＸ方向の位置を検出できるようになっているが、モーターの構造とは別に光学的検出部を屋上屋を重ねるように追加しているので、この場合も組立の複雑化と部品点数の増加によって、小型で安価な構成とはならないと言う問題があった。
このような従来の直動レゾルバと回転レゾルバを用いて出力軸のＸ方向位置とθ方向位置を検出可能とするには、直動レゾルバのＸ可動子が出力軸の回転動作が起きても回転しないように拘束し、回転レゾルバのθ可動子が出力軸の直動動作が起きても直動しないように拘束することが考えられる。このように測定方向と異なる方向を拘束するには、出力軸に直動支持機構と回転支持機構を取り付け、それら支持機構の固定側にＸ可動子やθ可動子を取り付ければ良い。しかし、このような構成とすると回転レゾルバと直動レゾルバが検出するＸ方向位置やθ方向位置は出力軸の位置を直接検出したものでなく、支持機構を介して検出したものになる。その結果、検出された位置は支持機構の組立誤差や、がたを含むものとなり、極めて検出精度が悪いものになった。
その上、直動支持機構、回転支持機構、直動レゾルバ、回転レゾルバが複雑に組み合わされた構成となるため、組立の複雑化と部品点数の増加によって、小形で安価な構成にはならなかった。
一方、特許文献３のように直動レゾルバと回転レゾルバの複合型では、固定子側は電機子と、θ電機子巻線とＸ電機子巻線を同心円状に設けて、可動子は出力軸と界磁部で構成され、出力軸は固定子に対してθ方向とＸ方向に移動可能で、モータ上部には出力軸に直動・回転スケールを取り付け、光学的に測定する直動・回転検出器によりθ方向の回転角度とＸ方向の位置を検出できるようになっているが、モーターの構造とは別に光学的検出部を屋上屋を重ねるように追加しているので、この場合も組立の複雑化と部品点数の増加によって、小型で安価な構成とはならないと言う問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、精密な直動Ｘ方向とθ方向の位置を検出することができる小形で安価な直動回転レゾルバを提供することを目的としている。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、直動Ｘ方向にギャップ長が周期的に変化する形状（以下、凸凹形状と呼ぶ）を有する磁性体から構成されたＸ可動子と、回転θ方向に凸凹形状を有する磁性体から構成されたθ可動子と、Ｘ励磁巻線とＸ検出巻線を備えたＸ固定子と、θ励磁巻線とθ検出巻線を備えたθ固定子と、前記Ｘ検出巻線から得られるＸ検出信号と前記θ検出巻線から得られるθ検出信号から前記Ｘ可動子のＸ方向位置と前記θ可動子のθ方向位置を検出する直動回転レゾルバにおいて、前記Ｘ可動子の凸凹形状をθ方向全周に形成するとともに、前記Ｘ可動子のＸ方向測定最大長をＬX、前記Ｘ可動子のＸ方向長さをＬＭX、前記Ｘ固定子のＸ方向長さをＬＳX、前記θ可動子のＸ方向長さをＬＭθ、前記θ固定子のＸ方向長さをＬＳθとしたとき、
ＬX＋ＬＳX ≦ ＬＭX かつ、ＬX＋ＬＳθ ≦ ＬＭθ
もしくは、
ＬX＋ＬＭX ≦ ＬＳX かつ、ＬX＋ＬＭθ ≦ ＬＳθ
とし、
前記Ｘ可動子と前記θ可動子が一体となって直動Ｘ方向と回転θ方向の両方向に動作できるように、前記Ｘ可動子と前記θ可動子を締結し、
前記Ｘ励磁巻線、前記Ｘ検出巻線、前記θ励磁巻線、前記θ検出巻線を、それぞれ複数の集中巻コイルにより構成し、
前記θ励磁巻線と前記θ検出巻線の集中巻コイルを回転θ方向に等間隔φごとに配置し、前記Ｘ励磁巻線と前記Ｘ検出巻線の集中巻コイルを直動Ｘ方向に等間隔ξ、かつ、回転θ方向に等間隔φごとに配置したことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記θ励磁巻線と前記θ検出巻線の集中巻コイルを直動Ｘ方向にも等間隔ξごとにずらして配置し、前記θ固定子と前記Ｘ固定子を同じ構成としたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記Ｘ固定子及び/又は前記θ固定子を各々２台設け、２台の前記Ｘ固定子、前記θ固定子を直動Ｘ方向にそれぞれλ／２×Ｍ（λは前記Ｘ可動子に形成された凸凹形状の１周期分の長さ、Ｍは奇数）ずらして配置したことを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記Ｘ可動子と前記θ可動子を、直動Ｘ方向にずらして配置したことを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記Ｘ可動子と前記θ可動子のどちらか一方を同心円の内周側に配置し、もう一方を外周側に配置したことを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、前記Ｘ可動子とθ可動子の磁性体の形状を、ギャップ長さが滑らかに変化する凹凸形状の他にギャップ長さが矩形波状または台形波状としたことを特徴としている。
請求項１に記載の発明は、直動Ｘ方向にギャップ長が周期的に変化する形状（以下、凸凹形状と呼ぶ）を有する磁性体から構成されたＸ可動子と、回転θ方向に凸凹形状を有する磁性体から構成されたθ可動子と、Ｘ励磁巻線とＸ検出巻線を備えたＸ固定子と、θ励磁巻線とθ検出巻線を備えたθ固定子と、前記Ｘ検出巻線から得られるＸ検出信号と前記θ検出巻線から得られるθ検出信号から前記Ｘ可動子のＸ方向位置と前記θ可動子のθ方向位置を検出する直動回転レゾルバにおいて、前記Ｘ可動子の凸凹形状をθ方向全周に形成するとともに、前記Ｘ可動子のＸ方向測定最大長をＬX、前記Ｘ可動子のＸ方向長さをＬＭX、前記Ｘ固定子のＸ方向長さをＬＳX、前記θ可動子のＸ方向長さをＬＭθ、前記θ固定子のＸ方向長さをＬＳθとしたとき、
ＬX＋ＬＳX ≦ ＬＭX かつ、ＬX＋ＬＳθ ≦ ＬＭθ
もしくは、
ＬX＋ＬＭX ≦ ＬＳX かつ、ＬX＋ＬＭθ ≦ ＬＳθ
とし、
前記Ｘ可動子と前記θ可動子が一体となって直動Ｘ方向と回転θ方向の両方向に動作できるように、前記Ｘ可動子と前記θ可動子を締結し、
前記Ｘ励磁巻線、前記Ｘ検出巻線、前記θ励磁巻線、前記θ検出巻線を、それぞれ複数の集中巻コイルにより構成し、
前記θ励磁巻線と前記θ検出巻線の集中巻コイルを回転θ方向に等間隔φごとに配置し、前記Ｘ励磁巻線と前記Ｘ検出巻線の集中巻コイルを直動Ｘ方向に等間隔ξ、かつ、回転θ方向に等間隔φごとに配置したことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記θ励磁巻線と前記θ検出巻線の集中巻コイルを直動Ｘ方向にも等間隔ξごとにずらして配置し、前記θ固定子と前記Ｘ固定子を同じ構成としたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記Ｘ固定子及び/又は前記θ固定子を各々２台設け、２台の前記Ｘ固定子、前記θ固定子を直動Ｘ方向にそれぞれλ／２×Ｍ（λは前記Ｘ可動子に形成された凸凹形状の１周期分の長さ、Ｍは奇数）ずらして配置したことを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記Ｘ可動子と前記θ可動子を、直動Ｘ方向にずらして配置したことを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記Ｘ可動子と前記θ可動子のどちらか一方を同心円の内周側に配置し、もう一方を外周側に配置したことを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、前記Ｘ可動子とθ可動子の磁性体の形状を、ギャップ長さが滑らかに変化する凹凸形状の他にギャップ長さが矩形波状または台形波状としたことを特徴としている。
本発明の請求項１記載の発明によると、Ｘ可動子はギャップ長の変化をもたらす磁性体の凸凹形状を回転θ方向全周に設け、θ可動子は直動Ｘ方向にＸ方向測定最大長だけ拡張している。さらに、出力軸にＸ可動子とθ可動子を取り付けられており、出力軸が直動Ｘ方向と回転θ方向の両方向に動作しても、Ｘ可動子には常にＸ固定子が対向し、θ可動子にも常にθ固定子が対向するようになっている。つまり、直動Ｘ方向と回転θ方向の位置が干渉することなく検出されるようになっている。よって、従来のような支持機構による組立誤差やがたがなく、極めて高精度に位置を検出することができる。また、組立が容易になり、部品点数も減少しているので、安価にすることができる。
また、Ｘ励磁巻線、Ｘ検出巻線、θ励磁巻線、θ検出巻線を集中巻コイルにより構成しているので、巻線作業を容易にすることができ、安価にすることができる。
また、請求項１又は２記載の発明によると、Ｘ固定子とθ固定子の集中巻コイルの配置を共通化しているので、巻線作業を更に容易にすることができ、安価にすることができる。
また、請求項３記載の発明によると、Ｘ固定子やθ固定子を２台設け、その２台を直動Ｘ方向にλ／２×Ｍ、つまり、電気角９０×Ｍ度ずらして配置している。１台のＸ固定子やθ固定子の検出電圧には、固定子前後両端部の磁気抵抗不均一性により誤差成分が生じる。しかし、２台ずらして配置することで検出電圧誤差成分を相殺することができる。よって、高精度に位置を検出することができる。
また、請求項４記載の発明によると、Ｘ可動子とθ可動子を直動Ｘ方向にずらして配置しているので、直動回転レゾルバを径方向に小さくすることができる。
また、請求項５記載の発明によると、Ｘ可動子とθ可動子を同心円の外周側と内周側に配置しているので、直動回転レゾルバを軸方向に小さくすることができる。
また、請求項６に記載の発明によると、Ｘ可動子とθ可動子の磁性体の形状を、ギャップ長さが滑らかに変化する凹凸形状の他にギャップ長さが矩形波状または台形波状としたので、通常の部品加工で済むのでコストを低減できる。
また、Ｘ励磁巻線、Ｘ検出巻線、θ励磁巻線、θ検出巻線を集中巻コイルにより構成しているので、巻線作業を容易にすることができ、安価にすることができる。
また、請求項１又は２記載の発明によると、Ｘ固定子とθ固定子の集中巻コイルの配置を共通化しているので、巻線作業を更に容易にすることができ、安価にすることができる。
また、請求項３記載の発明によると、Ｘ固定子やθ固定子を２台設け、その２台を直動Ｘ方向にλ／２×Ｍ、つまり、電気角９０×Ｍ度ずらして配置している。１台のＸ固定子やθ固定子の検出電圧には、固定子前後両端部の磁気抵抗不均一性により誤差成分が生じる。しかし、２台ずらして配置することで検出電圧誤差成分を相殺することができる。よって、高精度に位置を検出することができる。
また、請求項４記載の発明によると、Ｘ可動子とθ可動子を直動Ｘ方向にずらして配置しているので、直動回転レゾルバを径方向に小さくすることができる。
また、請求項５記載の発明によると、Ｘ可動子とθ可動子を同心円の外周側と内周側に配置しているので、直動回転レゾルバを軸方向に小さくすることができる。
また、請求項６に記載の発明によると、Ｘ可動子とθ可動子の磁性体の形状を、ギャップ長さが滑らかに変化する凹凸形状の他にギャップ長さが矩形波状または台形波状としたので、通常の部品加工で済むのでコストを低減できる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の実施例１に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
図２は図１に示す直動回転レゾルバにおけるＡ〜Ｇ部の断面図である。
図３は図１に示す直動回転レゾルバのスロット配置図である。
図４は図１に示す直動回転レゾルバの巻線結線図である。
図２は図１に示す直動回転レゾルバにおけるＡ〜Ｇ部の断面図である。
図３は図１に示す直動回転レゾルバのスロット配置図である。
図４は図１に示す直動回転レゾルバの巻線結線図である。
図１において、可動子１００は出力軸１０１、Ｘ可動子１１０、θ可動子１２０から構成されている。Ｘ可動子１１０は円筒状を成し、その外周に直動Ｘ方向にギャップ長が滑らかに変化する凸凹形状が形成された磁性体により構成されている。θ可動子１２０は外周に回転θ方向にギャップ長が滑らかに変化する凸凹形状が形成された磁性体により構成されている。Ｘ可動子１１０の凸凹形状の１周期長はλ（＝電気角３６０度）となっており、θ可動子１２０の凸凹形状の１周期角度は１８０度（＝電気角３６０度）となっている。
固定子２００はフレーム２０１、Ｘ固定子２１０、θ固定子２２０から構成されている。Ｘ固定子２１０は、図２のＡ〜Ｄ断面に示すような２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄの４つのＸ小固定子から構成されている。Ｘ小固定子２１０ａ〜２１０ｄはすべて、ヨーク２１１とティース２１２を有する磁性体、Ｘ励磁巻線２１３、Ｘ検出巻線２１４から構成されている。Ｘ小固定子２１０ａ〜２１０ｄは直動Ｘ方向に間隔ξごとに配置されているが、さらに、回転θ方向にも間隔φごとにずらして配置されている。
各Ｘ小固定子２１０ａ〜２１０ｄは、ティース２１２、Ｘ励磁巻線２１３、Ｘ検出巻線２１４を１つの磁極として、回転θ方向に１８０度ずれた箇所にも磁極が配置され、２つの磁極を備えている。Ｘ固定子２１０のＸ方向長さＬＳXはＬＳX＝λに設定されているので、間隔ξはξ＝λ／４（＝電気角９０度）となっている。また、間隔φはφ＝１８０度／４（＝電気角９０度）となっている。
図３のＡ断面に示すとおり、Ｘ固定子２１０は軸方向から見ると＃１〜＃８の８個のスロットを有している。＃１〜＃８のスロットに巻回されるＸ励磁巻線２１３とＸ検出巻線２１４は図４に示すようになっており、Ｘ励磁巻線２１３が１相のΘ相、Ｘ検出巻線２１４が２相のα相、β相に構成されている。Ｘ励磁巻線２１３のΘ相は８個の集中巻コイル、Ｘ検出巻線２１４のα相とβ相はそれぞれ４個の集中巻コイルで構成されている。さらに、Ｘ検出巻線２１４のα相とβ相は直動Ｘ方向にξ（＝電気角９０度）ずらして配置されている。
各Ｘ小固定子２１０ａ〜２１０ｄは、ティース２１２、Ｘ励磁巻線２１３、Ｘ検出巻線２１４を１つの磁極として、回転θ方向に１８０度ずれた箇所にも磁極が配置され、２つの磁極を備えている。Ｘ固定子２１０のＸ方向長さＬＳXはＬＳX＝λに設定されているので、間隔ξはξ＝λ／４（＝電気角９０度）となっている。また、間隔φはφ＝１８０度／４（＝電気角９０度）となっている。
図３のＡ断面に示すとおり、Ｘ固定子２１０は軸方向から見ると＃１〜＃８の８個のスロットを有している。＃１〜＃８のスロットに巻回されるＸ励磁巻線２１３とＸ検出巻線２１４は図４に示すようになっており、Ｘ励磁巻線２１３が１相のΘ相、Ｘ検出巻線２１４が２相のα相、β相に構成されている。Ｘ励磁巻線２１３のΘ相は８個の集中巻コイル、Ｘ検出巻線２１４のα相とβ相はそれぞれ４個の集中巻コイルで構成されている。さらに、Ｘ検出巻線２１４のα相とβ相は直動Ｘ方向にξ（＝電気角９０度）ずらして配置されている。
一方、θ固定子２２０は、ヨーク２２１とティース２２２を有する磁性体、θ励磁巻線２２３、θ検出巻線２２４から構成されている。θ固定子２２０は、ティース２２２、θ励磁巻線２２３、θ検出巻線２２４を１組として回転θ方向に間隔φ＝１８０度／４（＝電気角９０度）ごとに配置されている。図３のＧ断面に示すとおり、θ固定子２２０は軸方向から見ると＃１〜＃８の８個のスロットを有しており、＃１〜＃８のスロットに巻回されるθ励磁巻線２２３とθ検出巻線２２４は図４に示すようになっている。
つまり、θ励磁巻線２２３とθ検出巻線２２４はＸ励磁巻線２１３とＸ検出巻線２１４とまったく同じように構成されている。
つまり、θ励磁巻線２２３とθ検出巻線２２４はＸ励磁巻線２１３とＸ検出巻線２１４とまったく同じように構成されている。
このような構成において、直動回転レゾルバのＸ方向測定最大長をＬX、Ｘ可動子１１０のＸ方向長さをＬＭX、Ｘ固定子２１０のＸ方向長さをＬＳX、θ可動子１２０のＸ方向長さをＬＭθ、θ固定子２２０のＸ方向長さをＬＳθとした場合、
ＬX＋ＬＳX ≦ ＬＭX かつ、 ＬX＋ＬＳθ ≦ ＬＭθ
を満たす関係になっている。
ＬX＋ＬＳX ≦ ＬＭX かつ、 ＬX＋ＬＳθ ≦ ＬＭθ
を満たす関係になっている。
次に、直動回転レゾルバのＸ方向位置とθ方向位置の検出原理について説明する。まず、Ｘ励磁巻線２１３には高周波電圧が印加され、ティース２１２とＸ可動子１１０を通る高周波磁束をＸ検出巻線２１４が鎖交することで、Ｘ検出巻線２１４には検出電圧が発生する。Ｘ可動子１１０には直動Ｘ方向に凸凹形状が形成されているため、Ｘ検出巻線２１４はギャップ長に応じて変化する検出電圧を得ることができる。
図５にＸ方向位置の検出信号の振幅を示す。
検出信号波形は正弦波状となり、α相とβ相はλ／２の位相差となる。同様に、θ励磁巻線２２３にも高周波電圧が印加されると、θ検出巻線２２４にはθ回転子１２０のθ方向位置に応じて振幅変化する検出電圧が得られる。図６にθ方向位置の検出信号の振幅を示す。θ方向位置は、１回転３６０度に２周期の正弦波状の検出信号として得られる。
図５にＸ方向位置の検出信号の振幅を示す。
検出信号波形は正弦波状となり、α相とβ相はλ／２の位相差となる。同様に、θ励磁巻線２２３にも高周波電圧が印加されると、θ検出巻線２２４にはθ回転子１２０のθ方向位置に応じて振幅変化する検出電圧が得られる。図６にθ方向位置の検出信号の振幅を示す。θ方向位置は、１回転３６０度に２周期の正弦波状の検出信号として得られる。
ここで、可動子１００が回転動作した場合、可動子１００と一体になったＸ可動子１１０も回転動作することになる。しかし、Ｘ可動子１１０は円筒状となっているため、その外周に配置されたＸ固定子２１０のＸ検出巻線２１４が鎖交する磁束には変化がなく、検出電圧にも変化が現れない。
また、可動子１００が直動動作した場合、可動子１００と一体になったθ可動子１２０も直動動作することになる。しかし、θ可動子１２０のＸ方向長さがθ固定子２２０のＸ方向長さとＸ方向測定最大長の和よりも大きくなっているため、θ固定子２２０のθ検出巻線２２４が鎖交する磁束には変化がなく、検出電圧にも変化が現れない。
このように、可動子１００が直動動作や回転動作しても、Ｘ固定子２１０とθ固定子２２０は干渉せずに各検出方向の位置を検出することができる。
また、可動子１００が直動動作した場合、可動子１００と一体になったθ可動子１２０も直動動作することになる。しかし、θ可動子１２０のＸ方向長さがθ固定子２２０のＸ方向長さとＸ方向測定最大長の和よりも大きくなっているため、θ固定子２２０のθ検出巻線２２４が鎖交する磁束には変化がなく、検出電圧にも変化が現れない。
このように、可動子１００が直動動作や回転動作しても、Ｘ固定子２１０とθ固定子２２０は干渉せずに各検出方向の位置を検出することができる。
このように構成された直動回転レゾルバは、従来のような支持機構を介さずに構成され、光学的検出手段等に比較してコンパクトな構成で、出力軸のＸ方向位置とθ方向位置を直接検出することができ、組立誤差や、がたのない高精度な位置を検出することができる。
また、組立が容易で、部品点数も減少し、さらにはＸ固定子とθ固定子の集中巻コイルの配置や結線も共通化されているので、安価にすることができる。
また、Ｘ可動子とθ可動子を直動Ｘ方向にずらして配置しているので、直動回転レゾルバを径方向に小さくすることができる。
また、組立が容易で、部品点数も減少し、さらにはＸ固定子とθ固定子の集中巻コイルの配置や結線も共通化されているので、安価にすることができる。
また、Ｘ可動子とθ可動子を直動Ｘ方向にずらして配置しているので、直動回転レゾルバを径方向に小さくすることができる。
次に、本発明の実施例２について説明する。
図７は本発明の実施例２に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
図８は図７におけるＡ〜Ｊ部の断面図である。
本実施例が実施例１と異なる点は、θ固定子２２０をＸ固定子２１０とまったく同じ構成としたことである。θ固定子２２０は、Ｘ固定子２１０同様に、図８のＧ〜Ｊ断面に示す２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄの４つのθ小固定子から構成されており、θ励磁巻線２２３とθ検出巻線２２４も、Ｘ励磁巻線２１３とＸ検出巻線２１４と同様の構成となっている。θ小固定子２２０ａ〜２２０ｄは直動Ｘ方向に間隔ξごとにずれて配置されているものの、θ励磁巻線２２３とθ検出巻線２２４の集中巻コイルの配置は、実施例１と同じように回転θ方向に間隔φごとにずらして配置されている。つまり、回転動作によって、実施例１同様にθ方向位置を検出することができる。
このように構成された直動回転レゾルバは、Ｘ固定子とθ固定子がまったく同じ構成となっているので、部品と組立の共通化により、更に安価にすることができる。
図７は本発明の実施例２に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
図８は図７におけるＡ〜Ｊ部の断面図である。
本実施例が実施例１と異なる点は、θ固定子２２０をＸ固定子２１０とまったく同じ構成としたことである。θ固定子２２０は、Ｘ固定子２１０同様に、図８のＧ〜Ｊ断面に示す２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄの４つのθ小固定子から構成されており、θ励磁巻線２２３とθ検出巻線２２４も、Ｘ励磁巻線２１３とＸ検出巻線２１４と同様の構成となっている。θ小固定子２２０ａ〜２２０ｄは直動Ｘ方向に間隔ξごとにずれて配置されているものの、θ励磁巻線２２３とθ検出巻線２２４の集中巻コイルの配置は、実施例１と同じように回転θ方向に間隔φごとにずらして配置されている。つまり、回転動作によって、実施例１同様にθ方向位置を検出することができる。
このように構成された直動回転レゾルバは、Ｘ固定子とθ固定子がまったく同じ構成となっているので、部品と組立の共通化により、更に安価にすることができる。
次に、本発明の実施例３について説明する。
図９は本発明の実施例３に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
図１０は図９におけるＡ〜Ｆ部の断面図である。
実施例３が実施例１および２と異なる点は、半円筒に構成したＸ固定子２１０を２台設け、その２台を直動Ｘ方向にずらして配置した点である。Ｘ固定子２１０の１台は、Ａ〜Ｄ断面に示す２１０ｈ、２１０ｉ、２１０ｊ、２１０ｋの４つのＸ小固定子から構成されており、実施例１と同様にＸ励磁巻線２１３とＸ検出巻線２１４が巻回されている。Ｘ固定子２１０のもう１台は、Ｃ〜Ｆ断面に示す２１０ｌ、２１０ｍ、２１０ｎ、２１０ｏの４つのＸ小固定子から構成されている。
さらに、Ｘ小固定子２１０ｈ〜２１０ｋとＸ小固定子２１０ｌ〜２１０ｏは、直動Ｘ方向にλ／２×Ｍ（Ｍは奇数で、ここではＭ＝１に設定）だけずらして配置されている。なお、同断面上のＸ小固定子、例えばＣ断面の２１０ｊと２１０ｌやＤ断面の２１０ｋと２１０ｍのＸ検出巻線２１４は同相になっている。同じく、直動Ｘ方向にλずれた断面のＸ小固定子、例えばＡ断面の２１０ｈとＥ断面の２１０ｎやＢ断面の２１０ｉとＦ断面の２１０ｏのＸ検出巻線２１４も同相になっている。つまり、Ｘ小固定子２１０ｈ〜２１０ｋのＸ検出巻線２１４は前端が正方向巻きα相、後端が正方向巻きβ相であるのに対し、Ｘ小固定子２１０ｌ〜２１０ｏのＸ検出巻線２１４は前端が逆方向巻きα相、後端が逆方向巻きβ相になっている。
このように構成された直動回転レゾルバは、Ｘ検出巻線２１４の正／逆方向巻きα相と正／逆方向巻きβ相がＸ固定子の前後両端に配置されることになり、Ｘ固定子前後両端での磁気的な磁気抵抗不均一性により発生する検出電圧誤差成分を相殺することができる。 その結果、Ｘ方向位置を高精度に検出することができる。
図９は本発明の実施例３に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
図１０は図９におけるＡ〜Ｆ部の断面図である。
実施例３が実施例１および２と異なる点は、半円筒に構成したＸ固定子２１０を２台設け、その２台を直動Ｘ方向にずらして配置した点である。Ｘ固定子２１０の１台は、Ａ〜Ｄ断面に示す２１０ｈ、２１０ｉ、２１０ｊ、２１０ｋの４つのＸ小固定子から構成されており、実施例１と同様にＸ励磁巻線２１３とＸ検出巻線２１４が巻回されている。Ｘ固定子２１０のもう１台は、Ｃ〜Ｆ断面に示す２１０ｌ、２１０ｍ、２１０ｎ、２１０ｏの４つのＸ小固定子から構成されている。
さらに、Ｘ小固定子２１０ｈ〜２１０ｋとＸ小固定子２１０ｌ〜２１０ｏは、直動Ｘ方向にλ／２×Ｍ（Ｍは奇数で、ここではＭ＝１に設定）だけずらして配置されている。なお、同断面上のＸ小固定子、例えばＣ断面の２１０ｊと２１０ｌやＤ断面の２１０ｋと２１０ｍのＸ検出巻線２１４は同相になっている。同じく、直動Ｘ方向にλずれた断面のＸ小固定子、例えばＡ断面の２１０ｈとＥ断面の２１０ｎやＢ断面の２１０ｉとＦ断面の２１０ｏのＸ検出巻線２１４も同相になっている。つまり、Ｘ小固定子２１０ｈ〜２１０ｋのＸ検出巻線２１４は前端が正方向巻きα相、後端が正方向巻きβ相であるのに対し、Ｘ小固定子２１０ｌ〜２１０ｏのＸ検出巻線２１４は前端が逆方向巻きα相、後端が逆方向巻きβ相になっている。
このように構成された直動回転レゾルバは、Ｘ検出巻線２１４の正／逆方向巻きα相と正／逆方向巻きβ相がＸ固定子の前後両端に配置されることになり、Ｘ固定子前後両端での磁気的な磁気抵抗不均一性により発生する検出電圧誤差成分を相殺することができる。 その結果、Ｘ方向位置を高精度に検出することができる。
次に、本発明の実施例４について説明する。
図１１は本発明の実施例４に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
実施例４が実施例１〜３と異なる点は、同心円の外側にＸ固定子６１０とＸ可動子５１０、内側にθ固定子６２０とθ可動子５２０を配置した点である。可動子５００はカップ状フレーム５０１の外側にＸ可動子５１０、内側にθ可動子５２０が配置され、Ｘ可動子５１０と対向する外側にＸ固定子６１０、θ可動子５２０と対向する内側にθ固定子６２０が配置されている。
Ｘ可動子５１０とＸ固定子６１０は、実施例１に対し径方向に拡張して構成されている。
θ可動子５２０とθ固定子６２０は、実施例１に対し可動子と固定子の内外の位置が反対に構成されている。Ｘ励磁巻線、Ｘ検出巻線、θ励磁巻線、θ検出巻線はすべて実施例１と同じように構成されている。
また、Ｘ可動子５１０、Ｘ固定子６１０、θ可動子５２０、θ固定子６２０のＸ方向長さも、実施例１に示したものと同じように設定されている。
このように構成された直動回転レゾルバは、Ｘ可動子とθ可動子を同心円の外周側と内周側に配置しているので、直動回転レゾルバを軸方向に小さくすることができる。
図１１は本発明の実施例４に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
実施例４が実施例１〜３と異なる点は、同心円の外側にＸ固定子６１０とＸ可動子５１０、内側にθ固定子６２０とθ可動子５２０を配置した点である。可動子５００はカップ状フレーム５０１の外側にＸ可動子５１０、内側にθ可動子５２０が配置され、Ｘ可動子５１０と対向する外側にＸ固定子６１０、θ可動子５２０と対向する内側にθ固定子６２０が配置されている。
Ｘ可動子５１０とＸ固定子６１０は、実施例１に対し径方向に拡張して構成されている。
θ可動子５２０とθ固定子６２０は、実施例１に対し可動子と固定子の内外の位置が反対に構成されている。Ｘ励磁巻線、Ｘ検出巻線、θ励磁巻線、θ検出巻線はすべて実施例１と同じように構成されている。
また、Ｘ可動子５１０、Ｘ固定子６１０、θ可動子５２０、θ固定子６２０のＸ方向長さも、実施例１に示したものと同じように設定されている。
このように構成された直動回転レゾルバは、Ｘ可動子とθ可動子を同心円の外周側と内周側に配置しているので、直動回転レゾルバを軸方向に小さくすることができる。
次に、本発明の実施例５について説明する。
図１２は本発明の実施例５に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
実施例５が実施例１〜４と異なる点は、Ｘ固定子とθ固定子のＸ方向長さをＸ可動子とθ可動子のＸ方向長さよりも長くして構成した点である。Ｘ固定子２１０はＸ小固定子２１０ａ〜２１０ｄを１組とし３組つなげた構成となっており、Ｘ方向長さＬＳXがＸ可動子１１０のＸ方向長さＬＭXよりも長く、
ＬX＋ＬＭX ≦ ＬＳX
に設定されている。また、θ固定子２２０のＸ方向長さＬＳθもθ可動子１２０のＸ方向長さＬＭθよりも長く、
ＬX＋ＬＭθ ≦ ＬＳθ
に設定されている。
このように構成された直動回転レゾルバは、Ｘ固定子とＸ可動子のＸ方向長さ、θ固定子とθ可動子のＸ方向長さの関係が実施例１〜４と異なるものの、同様の効果を得ることができる。
図１２は本発明の実施例５に係る直動回転レゾルバを側面から見た断面図である。
実施例５が実施例１〜４と異なる点は、Ｘ固定子とθ固定子のＸ方向長さをＸ可動子とθ可動子のＸ方向長さよりも長くして構成した点である。Ｘ固定子２１０はＸ小固定子２１０ａ〜２１０ｄを１組とし３組つなげた構成となっており、Ｘ方向長さＬＳXがＸ可動子１１０のＸ方向長さＬＭXよりも長く、
ＬX＋ＬＭX ≦ ＬＳX
に設定されている。また、θ固定子２２０のＸ方向長さＬＳθもθ可動子１２０のＸ方向長さＬＭθよりも長く、
ＬX＋ＬＭθ ≦ ＬＳθ
に設定されている。
このように構成された直動回転レゾルバは、Ｘ固定子とＸ可動子のＸ方向長さ、θ固定子とθ可動子のＸ方向長さの関係が実施例１〜４と異なるものの、同様の効果を得ることができる。
なお、実施例１〜５では、Ｘ励磁巻線やＸ検出巻線をθ励磁巻線やθ検出巻線と同じになるように構成したもので説明したが、Ｘ励磁巻線やＸ検出巻線をＸ可動子の外周を包含するように円筒状コイルによって構成しても、本発明が示す同様の効果が得られることは言うまでもない。
また、巻線を固定子に配置する構成として説明したが、可動子と固定子を入れ替え、出力軸側に巻線を配置する構成としても良い。
また、断面形状が異なるＸ小固定子の磁性体を一体に形成しても良い。
また、Ｘ小固定子は１組もしくは２組の磁極を備えたものとして説明したが、それ以上の磁極を備えても良い。
また、θ可動子とθ固定子は１８０度（＝電気角３６０度）とした軸倍角２の構成として説明したが、それ以外の軸倍角であっても構成できることは言うまでもない。
また、実施例３ではＸ固定子のみ２台設け、それらをずらして配置する構成としたが、θ固定子も同様の構成として良い。
また、Ｘ可動子とθ可動子の磁性体の形状をギャップ長が滑らかに変化する凸凹形状として説明したが、ギャップ長が矩形波状または台形波状に変化する形状としても良い。
また、巻線を固定子に配置する構成として説明したが、可動子と固定子を入れ替え、出力軸側に巻線を配置する構成としても良い。
また、断面形状が異なるＸ小固定子の磁性体を一体に形成しても良い。
また、Ｘ小固定子は１組もしくは２組の磁極を備えたものとして説明したが、それ以上の磁極を備えても良い。
また、θ可動子とθ固定子は１８０度（＝電気角３６０度）とした軸倍角２の構成として説明したが、それ以外の軸倍角であっても構成できることは言うまでもない。
また、実施例３ではＸ固定子のみ２台設け、それらをずらして配置する構成としたが、θ固定子も同様の構成として良い。
また、Ｘ可動子とθ可動子の磁性体の形状をギャップ長が滑らかに変化する凸凹形状として説明したが、ギャップ長が矩形波状または台形波状に変化する形状としても良い。
本発明は、精密なＸ方向位置とθ方向位置を検出することができ、小形で安価な直動回転レゾルバを提供することができる。よって、直動と回転の２自由度動作が要求されるチップマウンタ装置のマウンタヘッドや各種検査装置の検査ヘッドなどの用途に好適に適用することができる。
１００、５００ 可動子
１０１ 出力軸
５０１ カップ状フレーム
１１０、５１０ Ｘ可動子
１２０、５２０ θ可動子
２００、６００ 固定子
２０１、６０１ フレーム
２１０、６１０ Ｘ固定子
２１０ａ〜２１０ｄ、２１０ｈ〜２１０ｏ、６１０ａ〜６１０ｄ Ｘ小固定子
２２０、６２０ θ固定子
２２０ａ〜２２０ｄ θ小固定子
２１１、２２１ ヨーク
２１２、２２２ ティース
２１３ Ｘ励磁巻線
２１４ Ｘ検出巻線
２２３ θ励磁巻線
２２４ θ検出巻線
１０１ 出力軸
５０１ カップ状フレーム
１１０、５１０ Ｘ可動子
１２０、５２０ θ可動子
２００、６００ 固定子
２０１、６０１ フレーム
２１０、６１０ Ｘ固定子
２１０ａ〜２１０ｄ、２１０ｈ〜２１０ｏ、６１０ａ〜６１０ｄ Ｘ小固定子
２２０、６２０ θ固定子
２２０ａ〜２２０ｄ θ小固定子
２１１、２２１ ヨーク
２１２、２２２ ティース
２１３ Ｘ励磁巻線
２１４ Ｘ検出巻線
２２３ θ励磁巻線
２２４ θ検出巻線
Claims (6)
- 直動Ｘ方向にギャップ長が周期的に変化する形状（以下、凸凹形状と呼ぶ）を有する磁性体から構成されたＸ可動子と、回転θ方向に凸凹形状を有する磁性体から構成されたθ可動子と、Ｘ励磁巻線とＸ検出巻線を備えたＸ固定子と、θ励磁巻線とθ検出巻線を備えたθ固定子と、前記Ｘ検出巻線から得られるＸ検出信号と前記θ検出巻線から得られるθ検出信号から前記Ｘ可動子のＸ方向位置と前記θ可動子のθ方向位置を検出する直動回転レゾルバにおいて、
前記Ｘ可動子の凸凹形状をθ方向全周に形成するとともに、
前記Ｘ可動子のＸ方向測定最大長をＬX、前記Ｘ可動子のＸ方向長さをＬＭX、前記Ｘ固定子のＸ方向長さをＬＳX、前記θ可動子のＸ方向長さをＬＭθ、前記θ固定子のＸ方向長さをＬＳθとしたとき、
ＬX＋ＬＳX ≦ ＬＭX かつ、ＬX＋ＬＳθ ≦ ＬＭθ
もしくは、
ＬX＋ＬＭX ≦ ＬＳX かつ、ＬX＋ＬＭθ ≦ ＬＳθ
とし、
前記Ｘ可動子と前記θ可動子が一体となって直動Ｘ方向と回転θ方向の両方向に動作できるように、前記Ｘ可動子と前記θ可動子を締結し、
前記Ｘ励磁巻線、前記Ｘ検出巻線、前記θ励磁巻線、前記θ検出巻線を、それぞれ複数の集中巻コイルにより構成し、
前記θ励磁巻線と前記θ検出巻線の集中巻コイルを回転θ方向に等間隔φごとに配置し、前記Ｘ励磁巻線と前記Ｘ検出巻線の集中巻コイルを直動Ｘ方向に等間隔ξ、かつ、回転θ方向に等間隔φごとに配置したことを特徴とする直動回転レゾルバ。 - 前記θ励磁巻線と前記θ検出巻線の集中巻コイルを直動Ｘ方向にも等間隔ξごとにずらして配置し、前記θ固定子と前記Ｘ固定子を同じ構成としたことを特徴とする請求項１記載の直動回転レゾルバ。
- 前記Ｘ固定子及び/又は前記θ固定子を各々２台設け、２台の前記Ｘ固定子、前記θ固定子を直動Ｘ方向にそれぞれλ／２×Ｍ（λは前記Ｘ可動子に形成された凸凹形状の１周期分の長さ、Ｍは奇数）ずらして配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の直動回転レゾルバ。
- 前記Ｘ可動子と前記θ可動子を、直動Ｘ方向にずらして配置したことを特徴とする請求項１〜３記載のいずれか１項記載の直動回転レゾルバ。
- 前記Ｘ可動子と前記θ可動子のどちらか一方を同心円の内周側に配置し、もう一方を外周側に配置したことを特徴とする請求項１〜４記載のいずれか１項記載の直動回転レゾルバ。
- 前記Ｘ可動子とθ可動子の磁性体の形状を、ギャップ長さが滑らかに変化する凹凸形状の他にギャップ長さが矩形波状または台形波状としたことを特徴とする請求項１〜５記載のいずれか１項記載の直動回転レゾルバ。
Priority Applications (1)
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| JP2007225813A JP4967932B2 (ja) | 2007-08-31 | 2007-08-31 | 直動回転レゾルバ |
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| JP2007225813A JP4967932B2 (ja) | 2007-08-31 | 2007-08-31 | 直動回転レゾルバ |
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Family Applications (1)
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