JPH06129873A - Position detecting apparatus - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide a high precision position detecting apparatus with simple structure wherein the position detecting apparatus is widely used for machines which are needed high precision of positioning of a parabolic antenna, a robot, an index table, etc. CONSTITUTION:A position detecting apparatus consists of a stator core 10 having Z1 pieces of slots and a rotator core 11 having Z2 pieces of slots wherein Z2=Z1+P or Z2=Z1-P and P stands for the number of polars. A monophase or a two-phase exciting coil with polar number P and a two-phase or a three- phase or a monophase output coil are stored in a slot of the stator and the rotator is so composed as to have no coil.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、通信用パラボラアンテ
ナ、ロボット、インデックステーブル等の高精度の位置
決めを必要とする機械装置に広く利用される、構造簡単
で保守の不要な、検出精度の高い位置検出装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is widely used in mechanical devices such as communication parabolic antennas, robots and index tables that require highly accurate positioning, has a simple structure, requires no maintenance, and has high detection accuracy. The present invention relates to a position detection device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から上記用途には、多極レゾルバが
用いられてきた。多極レゾルバは固定子及び回転子に多
数の巻線を有するため製造コストが高価となり、また連
続的に回転する用途の場合には、回転子巻線に電流を供
給するためにスリップリングとブラシを用いる必要があ
るので、構造が複雑になり、保守上の問題も生ずる。一
方、従来のＶＲ形レゾルバあるいはバーニア形レゾルバ
は、各歯ごとに集中巻線を有する構造で、高調波磁束成
分による誤差を生じやすいという欠点がある。2. Description of the Related Art Multipolar resolvers have been used for the above-mentioned applications. A multi-pole resolver has many windings on the stator and rotor, which makes it expensive to manufacture, and for continuous rotation applications, slip rings and brushes to supply current to the rotor windings. Is required, the structure becomes complicated and maintenance problems occur. On the other hand, the conventional VR-type resolver or vernier-type resolver has a structure in which a concentrated winding is provided for each tooth and has a drawback that an error due to a harmonic magnetic flux component is likely to occur.

【０００３】本発明は上記の問題に鑑み、歯に集中した
巻線ではなく、励磁巻線及び出力巻線をいずれも極数Ｐ
の分布巻線とするとともに、Ｚ₁ 個のスロットを有する
固定子鉄心と、Ｚ₂ ＝Ｚ₁ ±Ｐ個のスロットを有する回
転子鉄心からなり、回転子には巻線を有しない構造とす
るとともに、出力巻線の誘導電圧に含まれる高調波成分
を最小とすることによって、高精度の位置検出の可能な
位置検出装置を供給することを目的とする。In view of the above problems, the present invention has the number of poles P for both the excitation winding and the output winding, not the winding concentrated on the teeth.
With the distribution winding, a stator core having a Z ₁ slots, consists rotor core having a Z ₂ = Z ₁ ± P slots, the rotor and a structure having no winding At the same time, it is an object of the present invention to provide a position detection device capable of highly accurate position detection by minimizing the harmonic component contained in the induced voltage of the output winding.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、精度の
高い多極レゾルバは構造が複雑で高価であり、他方構造
が簡単で安価なＶＲ形レゾルバあるいはバーニア形レゾ
ルバは高調波成分のために精度において問題がある。従
って回転子に巻線を有しない構造の簡単なレゾルバにお
いて、いかに精度を向上するかということが解決すべき
最も重要な課題である。本発明はこれらの課題を解決し
ようとするものである。As described above, a highly accurate multi-pole resolver has a complicated structure and is expensive, while a VR type resolver or a vernier type resolver having a simple structure and low cost is due to its harmonic components. There is a problem in accuracy. Therefore, how to improve the accuracy is the most important issue to be solved in a resolver having a simple structure having no winding on the rotor. The present invention is intended to solve these problems.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】従来のバーニア形レゾル
バにおける上記の問題点は、励磁巻線及び出力巻線がと
もに歯に巻かれた集中巻線であるために生ずることに鑑
み、本発明はこれらの巻線を、通常の回転機と同様な極
数Ｐの分布巻線とし、かつ短節巻の効果を有する巻線と
するとともに、固定子及び回転子のスロット数と極数と
の関係をＺ₂ ＝Ｚ₁ ±Ｐとすることによって、回転子の
１スロットピッチの動きを１周期とするｃｏｓ及びｓｉ
ｎ関数に比例した電圧を出力巻線に誘導することを特徴
とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the fact that the above-mentioned problems in the conventional vernier resolver occur because the excitation winding and the output winding are both concentrated windings wound on the teeth, the present invention provides These windings are distributed windings having the same number of poles P as in a normal rotating machine, and are windings having the effect of short pitch winding, and the relationship between the number of slots of the stator and the rotor and the number of poles. By Z ₂ = Z ₁ ± P, the cos and si for making one slot pitch movement of the rotor one cycle
It is characterized in that a voltage proportional to the n function is induced in the output winding.

【０００６】バーニア形レゾルバにおいては、スロット
数を多くするほど位置検出精度が高くなるが、そのため
に巻線を納める固定子スロットを多くすることは、巻線
の数が多くなり、コスト高となるので、歯に小スロット
を設けることによって、巻線の数を増加することなく、
回転子スロット数を増加して、安価で高精度なレゾルバ
を実現することを特徴とする。In the vernier type resolver, the position detection accuracy increases as the number of slots increases. Therefore, increasing the number of stator slots in which the windings are housed increases the number of windings and increases the cost. So by providing a small slot in the tooth, without increasing the number of windings,
The number of rotor slots is increased to realize an inexpensive and highly accurate resolver.

【０００７】有力な検出誤差は出力巻線の誘導電圧に含
まれる高調波成分によって生ずるので、本発明では次に
述べるように出力電圧のｃｏｓ及びｓｉｎ波形に含まれ
る高調波成分を最小にするための手段を理論解析に基づ
いて確立した。まず、本発明は回転子スロットによるギ
ャップパーミアンス脈動を利用しているが、誘導電圧に
含まれる高調波成分に対して最も影響があるのは、回転
子スロットの形状である。そこで、回転子歯の中央を原
点として回転子外周の位置を表す空間角をθ₂とすると
き、回転子スロットによるギャップパーミアンス脈動が
ｃｏｓ（Ｚ₂ ・θ₂ ）となるようなスロット形状とした
ことを特徴とする。Since a possible detection error is caused by the harmonic components contained in the induced voltage of the output winding, the present invention aims to minimize the harmonic components contained in the cos and sin waveforms of the output voltage, as described below. The means of was established based on theoretical analysis. First, the present invention utilizes the gap permeance pulsation due to the rotor slot, but it is the shape of the rotor slot that has the greatest effect on the harmonic components contained in the induced voltage. Therefore, when the spatial angle representing the position of the outer circumference of the rotor is θ ₂ with the center of the rotor tooth as the origin, the slot shape is such that the gap permeance pulsation due to the rotor slot becomes cos (Z ₂ · θ ₂ ). It is characterized by

【０００８】通常の単相巻線に電流を流したときに生ず
る起磁力にも、また単相巻線の誘電電圧にもすべての奇
数次の高調波成分を含んでいて、これらのうち低次高調
波成分が出力巻線の誘電電圧に高調波成分を生ずる有力
な原因の一つである。そこで、本発明では３の整数倍の
次数の高調波成分を除去するために、単相及び２相巻線
においては３相巻線の２相分を１相の巻線として用いる
とともに、分布巻でかつ短節巻として低次高調波成分に
対する巻線係数が小さくなる巻線方式とすることを特徴
とする。The magnetomotive force generated when a current is passed through a normal single-phase winding and the dielectric voltage of the single-phase winding also include all odd-order harmonic components, and the low-order harmonic component The harmonic component is one of the leading causes of the harmonic component in the dielectric voltage of the output winding. Therefore, in the present invention, in order to remove a harmonic component of an order of an integer multiple of 3, in the single-phase and two-phase windings, two phases of the three-phase winding are used as one-phase winding, and the distributed winding In addition, it is characterized by adopting a winding method in which the winding coefficient for the low-order harmonic component is small as the short-pitch winding.

【０００９】通常、短節巻は２層巻によって実施され、
単層巻では不可能とされているが、一般に２層巻の場合
に使用されるダイアモンドコイルは、鉄心外に突出する
コイル端の寸法が長くなる欠点があり、これは極数の小
さい場合に特に著しい。これに対し、同心コイルを使用
する単層巻では、極数の小さい場合でもコイル端の寸法
を短くすることができる。本発明では２層分を単層巻と
する場合には、単層巻でも短節巻と同じ巻線係数を有す
る巻線方式とすることができることを理論的に明らかに
し、コイル端の寸法を短縮して、バーニア形レゾルバの
外形を小形化することを特徴とする。Usually, the short-pitch winding is implemented by two-layer winding,
Although not possible with single-layer winding, the diamond coil used in the case of double-layer winding generally has the drawback that the coil end projecting outside the iron core becomes long, which is the case when the number of poles is small. Especially remarkable. On the other hand, in the single-layer winding using the concentric coil, the dimension of the coil end can be shortened even when the number of poles is small. In the present invention, when two layers are wound in a single layer, it is theoretically clarified that even a single layer winding can have a winding method having the same winding coefficient as the short pitch winding, and the dimension of the coil end is determined. It is characterized by shortening and downsizing the outer shape of the vernier resolver.

【００１０】以上は回転体の角度位置の検出を目的とす
るものであるが、同じ原理で直線的な移動に対する位置
検出を行うことができる。上記の固定子鉄心を１個所で
切断して直線状にしたものと、固定子鉄心より長い移動
子がエアギャップを介して対向する構造とし、移動子に
おいて固定子鉄心のＰ極間隔と等しい寸法の中に存在す
るスロット数Ｚ₁ と固定子鉄心のＰ極間隔に含まれるス
ロット数Ｚ₂ との間に Ｚ₂ ＝Ｚ₁ ±Ｐ の関係が成り立つようにすることによって、直線位置を
高精度に検出することを特徴とする。Although the above is intended to detect the angular position of the rotating body, the position detection for linear movement can be performed by the same principle. The stator core is cut at one location to form a straight line, and the mover longer than the stator core is opposed via an air gap. The mover has a size equal to the P pole interval of the stator core. The linear position with high accuracy by establishing the relationship of Z ₂ = Z ₁ ± P between the number of slots Z ₁ existing in the space and the number of slots Z ₂ included in the P pole spacing of the stator core. It is characterized in that it is detected.

【００１１】[0011]

【作用】巻線の極数Ｐと、固定子及び回転子のスロット
数Ｚ₁ 及びＺ₂ との間に Ｚ₂ ＝Ｚ₁ ±Ｐ の関係がある場合には、極数Ｐの単相励磁巻線に流れる
電流によって生ずるギャップ磁束密度には、回転子の１
スロットピッチ分回転子が移動するとき、１極間隔移動
する成分が含まれることを利用して、電気角で９０°空
間的に離れた巻線軸を有する２相巻線を出力巻線として
固定子に設けることによって、回転子の１スロットピッ
チの回転子の移動に対して１周期となるｃｏｓ及びｓｉ
ｎ波形の電圧を誘導することができるので、この信号を
Ｒ／Ｄ変換器で処理することによって高精度の位置検出
を行うことができる。この場合出力巻線として３相巻線
を固定子に設け、その出力電圧をスコットトランスによ
って２相に変換することによっても同じ結果を得ること
ができる。When the number of poles P of the winding and the numbers of slots Z ₁ and Z ₂ of the stator and rotor are Z ₂ = Z ₁ ± P, single-phase excitation with the number of poles P is performed. The gap magnetic flux density generated by the current flowing in the winding is 1
By utilizing the fact that when the rotor moves by the slot pitch, a component that moves by one pole is included, the stator uses the two-phase winding having the winding axes spatially separated by 90 ° in electrical angle as the output winding. By providing the cos and si for one cycle with respect to the movement of the rotor having one slot pitch of the rotor,
Since an n-waveform voltage can be induced, highly accurate position detection can be performed by processing this signal with the R / D converter. In this case, the same result can be obtained by providing a stator with a three-phase winding as an output winding and converting the output voltage thereof into two phases with a Scott transformer.

【００１２】また逆に励磁巻線を２相巻線とした場合に
は、単相の出力巻線に誘導される電圧は回転子の位置に
よって位相が変化し、その位相は回転子の１スロットピ
ッチの動きに対して２π変化することを利用して、この
信号をＲ／Ｄ変換器で処理することによって高精度の位
置検出を行うことができる。回転子には巻線を設けなく
ても良いので、構造簡単で安価とすることができるが、
検出誤差を少なくする対策が必要である。本発明では以
下の実施例に示すように検出電圧のｃｏｓ及びｓｉｎ波
形に含まれる高調波成分を最小にするための手段を理論
解析に基づいて確立した。On the contrary, when the excitation winding is a two-phase winding, the phase of the voltage induced in the single-phase output winding changes depending on the position of the rotor, and the phase is one slot of the rotor. It is possible to perform highly accurate position detection by processing this signal by the R / D converter by utilizing the change of 2π with respect to the pitch movement. Since it is not necessary to provide windings on the rotor, the structure can be simple and inexpensive,
It is necessary to take measures to reduce the detection error. In the present invention, means for minimizing the harmonic components included in the cos and sin waveforms of the detected voltage are established based on theoretical analysis as shown in the following examples.

【００１３】この高精度な回転角度位置の検出の原理
は、固定子鉄心を直線状とし、回転子の代わりに長い移
動子を用いることによって、直線位置の高精度な検出に
も適用することができる。This principle of highly accurate detection of the rotational angle position can be applied to the highly accurate detection of the linear position by using a linear stator iron core and using a long moving element instead of the rotor. it can.

【００１４】[0014]

【実施例】図１ないし図８を参照して本発明の実施例を
原理とともに説明する。図１は固定子１０及び回転子１
１を示している。図１において、固定子にはその内周全
体に等間隔にスロット１０ａが形成される（図にはスロ
ットの一部のみが示されている）。このスロットには極
数Ｐの励磁巻線とその巻線軸と同一及び電気角で９０°
離れた位置に巻線軸を有する２組の極数Ｐの出力巻線が
いずれも分布巻として納められている。また回転子には
その外周全体に等間隔にスロット１１ａが形成されてい
る。固定子のスロット数をＺ₁ とするとき、回転子スロ
ット数Ｚ₂を Ｚ₂ ＝Ｚ₁ ＋Ｐ （１） または Ｚ₂ ＝Ｚ₁ −Ｐ （２） のいずれかを満足するように選ぶと、ギャップパーミア
ンス係数はDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described together with its principle with reference to FIGS. FIG. 1 shows a stator 10 and a rotor 1.
1 is shown. In FIG. 1, slots 10a are formed on the entire inner circumference of the stator at equal intervals (only a part of the slots is shown in the drawing). This slot has the same number of excitation windings as the number of poles P and its winding axis, and an electrical angle of 90 °.
Two sets of output windings with the number of poles P having winding axes at distant positions are all housed as distributed windings. Further, slots 11a are formed on the entire outer circumference of the rotor at equal intervals. When the number of slots of the stator is Z _1, and the number of rotor slots Z ₂ is selected so as to satisfy either Z ₂ = Z ₁ + P (1) or Z ₂ = Z ₁ -P (2), The gap permeance coefficient is

【００１５】[0015]

【数１】 [Equation 1]

【００１６】として表される。ここでα及びγは０を含
む正、負の整数を表すものとし、θ₁は一つの極の励磁
巻線を構成するコイル辺全体の中央を原点として固定子
内周の任意の点の位置を空間角で示す座標であり、θ₂
はｔ＝０の瞬間にθ₁ の原点に最も近い位置にある回転
子歯の中央を原点として回転子に固定された座標であっ
て、θ₁ と同様に空間角で表される。回転子が静止して
いる場合に、θ₂ とθ₁の両原点の間の空間角をξφ₂
とすれば θ₂ ＝θ₁ −ξφ₂ （４） の関係がある。ここでφ₂ は回転子スロットピッチでφ
₂ ＝２π／Ｚ₂ であり、ξは上記のθ₂ の原点について
の定義から明らかなように −０．５≦ξ≦０．５ （５） の範囲内の値をとる。（４）式を（３）式に代入する
と、Is expressed as Here, α and γ represent positive and negative integers including 0, and θ ₁ is the position of an arbitrary point on the inner circumference of the stator with the center of the entire coil side forming the excitation winding of one pole as the origin. Is a coordinate indicating the space angle, and θ ₂
Is the coordinate fixed to the rotor with the center of the rotor tooth at the position closest to the origin of θ ₁ at the instant of t = 0 as the origin, and is represented by the spatial angle similarly to θ ₁ . When the rotor is stationary, the spatial angle between the origins of θ ₂ and θ ₁ is ξφ ₂
Then, there is a relation of θ ₂ = θ ₁ −ξφ ₂ (4). Where φ ₂ is the rotor slot pitch φ
₂ = 2π / Z ₂ , and ξ takes a value within the range of −0.5 ≦ ξ ≦ 0.5 (5) as is clear from the definition of the origin of θ ₂ above. Substituting equation (4) into equation (3),

【００１７】[0017]

【数２】 [Equation 2]

【００１８】となる。励磁巻線に流れる電流の実効値を
Ｉ₁ とし、角周波数をωとすると、この電流による基本
波起磁力は[0018] If the effective value of the current flowing in the excitation winding is I ₁ and the angular frequency is ω, the fundamental wave magnetomotive force due to this current is

【００１９】[0019]

【数３】 [Equation 3]

【００２０】として表される。ここでＷｅは励磁巻線の
巻数、ｐは極対数、ｋ_W1は基本波成分に対する巻線係数
である。（７）式と（６）式との積として磁束密度が求
められIs expressed as Here, We is the number of turns of the excitation winding, p is the number of pole pairs, and k _W1 is the winding coefficient for the fundamental wave component. The magnetic flux density is calculated as the product of equations (7) and (6).

【００２１】[0021]

【数４】 [Equation 4]

【００２２】となる。ここでIt becomes here

【００２３】[0023]

【数５】 [Equation 5]

【００２４】はＰｒαをハーモニック・パーミアンス係
数の形で表したものである。ここで磁束密度の次数（ｐ
＋αＺ₁ ＋γＺ₂ ）について検討してみる。α＝γ＝０
の場合に（ｐ＋αＺ₁ ＋γＺ₂ ）＝ｐとなるが、このほ
かに（１）式が満足される場合には、α＝１，γ＝−１
のときに、また（２）式が満足される場合にはα＝−
１，γ＝１のときに、（ｐ＋αＺ₁ ＋γＺ₂ ）＝−ｐと
なる。従って基本波磁束密度は（１）式が満足される場
合にはRepresents Prα in the form of a harmonic permeance coefficient. Where the order of magnetic flux density (p
Let us consider + αZ ₁ + γZ ₂ ). α = γ = 0
In the case of, (p + αZ ₁ + γZ ₂ ) = p, but in addition to this, when the formula (1) is satisfied, α = 1, γ = −1
And when the expression (2) is satisfied, α = −
When 1, γ = 1, (p + αZ ₁ + γZ ₂ ) = − p. Therefore, if the fundamental wave magnetic flux density satisfies equation (1),

【００２５】[0025]

【数６】 [Equation 6]

【００２６】として、また（２）式が満足される場合に
はIf, and if the expression (2) is satisfied,

【００２７】[0027]

【数７】 [Equation 7]

【００２８】として表される。（９）及び（１０）式の
第２項に注目すると、Ｚ₂ φ＝２πであるので、ξが−
０．５から＋０．５まで変化するとき、すなわち回転子
が１スロットピッチ動くとき、基本波磁束密度のピーク
値の位置は１極対動くことを示している。従って励磁巻
線と同一極数の出力巻線を固定子スロットに設けておけ
ば、出力巻線との鎖交磁束の大きさが回転子スロットの
位置によって変化するので、出力巻線の誘導電圧の大き
さによって回転子位置を検出することができる。具体的
には二つの出力巻線を固定子スロットに設ける。Is represented as Focusing on the second term of equations (9) and (10), since Z ₂ φ = 2π, ξ is −
It shows that the position of the peak value of the fundamental wave magnetic flux density moves by one pole pair when changing from 0.5 to +0.5, that is, when the rotor moves by one slot pitch. Therefore, if an output winding with the same number of poles as the excitation winding is provided in the stator slot, the magnitude of the flux linkage with the output winding will change depending on the position of the rotor slot. The rotor position can be detected by the size of the. Specifically, two output windings are provided in the stator slot.

【００２９】すなわち一つは励磁巻線と同一の巻線軸の
位置に、他の一つは励磁巻線の巻線軸から電気角で９０
°離れた位置に設ける。前者を出力巻線１、後者を出力
巻線２ということとする。ただし、ここに示した出力巻
線の配置は説明の便宜のためであって、必ずしも出力巻
線１を励磁巻線と同一の位置に設けなくてもよい。２組
の出力巻線が電気角で９０°離れた位置であれば、これ
らは固定子スロットの任意の位置に配置することができ
る。That is, one is located at the same winding axis position as the excitation winding, and the other is 90 electrical degrees from the winding axis of the excitation winding.
° Provide at a distant position. The former is called the output winding 1 and the latter is called the output winding 2. However, the arrangement of the output windings shown here is for convenience of description, and the output winding 1 does not necessarily have to be provided at the same position as the excitation winding. The two sets of output windings can be placed anywhere in the stator slots provided they are 90 ° apart in electrical angle.

【００３０】（９）または（１０）式の磁束密度によっ
て、出力巻線１にはAccording to the magnetic flux density of the equation (9) or (10), the output winding 1 has

【００３１】[0031]

【数８】 [Equation 8]

【００３２】の電圧が誘導され、出力巻線２にはThe voltage of

【００３３】[0033]

【数９】 [Equation 9]

【００３４】の電圧が誘導される。従って上記の２組の
出力巻線には回転子がその１スロットピッチ移動したと
きに１周期となるｃｏｓ及びｓｉｎ関数に比例した電圧
が誘導される。この電圧は、従来の多極レゾルバにおい
て回転子がその１極ピッチ移動したときに出力巻線に誘
導する電圧と同一であるので、Ｒ／Ｄ変換器で処理する
ことによって位置検出を行うことができる。これが本発
明の基本原理である。A voltage of is induced. Therefore, a voltage proportional to the cos and sin functions, which becomes one cycle when the rotor moves by one slot pitch, is induced in the above two sets of output windings. Since this voltage is the same as the voltage induced in the output winding when the rotor moves by one pole pitch in the conventional multipole resolver, the position detection can be performed by processing with the R / D converter. it can. This is the basic principle of the present invention.

【００３５】この場合Ｚ₂ を増加して回転子のスロット
ピッチを小さくするほど、１周期の電圧を発生する回転
子の移動距離が小さくなるので、検出精度が上がること
は明らかである。しかし（１）または（２）式の関係を
満足しなくてはならないので、Ｚ₁ も増加することが必
要である。すべての固定子スロットに巻線を納める通常
の方式では、Ｚ₁ を増加するとコイル数も増加してコス
ト高となる。そこで、第２図のように固定子の歯部に巻
線スロット１０ａのほかに巻線を納めない小スロット１
０ｂを設け、巻線スロットと小スロットとの合計のＺ₁
と回転子スロット数Ｚ₂ との間に（１）または（２）式
が成り立つようにすれば、コイル数を増加することなく
Ｚ₂ を増加して検出精度を向上することができる。In this case, as Z ₂ is increased to decrease the rotor slot pitch, the moving distance of the rotor that generates a voltage of one cycle becomes shorter, and it is clear that the detection accuracy increases. However, since the relation of the equation (1) or (2) must be satisfied, it is necessary to increase Z ₁ . In the usual method in which the windings are housed in all the stator slots, increasing Z ₁ increases the number of coils and increases the cost. Therefore, as shown in FIG. 2, in addition to the winding slot 10a, the small slot 1 in which the winding is not housed in the tooth portion of the stator
0b is provided and the total Z _{1 of the} winding slot and the small slot is Z ₁
If the equation (1) or (2) is satisfied between the number of rotor slots and the number of rotor slots Z ₂ , it is possible to increase Z ₂ without increasing the number of coils and improve the detection accuracy.

【００３６】出力巻線の誘導電圧をＲ／Ｄ変換器で処理
して位置検出を行う場合に、検出誤差を最小にするに
は、電圧波形に含まれる高調波成分を最小とし、できる
だけ完全なｃｏｓ及びｓｉｎ波形とすることが必要であ
る。これまでは原理の説明のために、基本波のみを考慮
した理論を述べてきたが、本発明における検出誤差を最
小にするための手段を以下の実施例について述べる。When the induced voltage of the output winding is processed by the R / D converter to detect the position, in order to minimize the detection error, the harmonic component contained in the voltage waveform should be minimized to obtain a perfect waveform. It is necessary to have cos and sin waveforms. Up to now, the theory considering only the fundamental wave has been described for the explanation of the principle, but means for minimizing the detection error in the present invention will be described in the following embodiments.

【００３７】電圧波形に含まれる高調波成分を最小にす
るためには、まず起磁力に含まれる高調波成分を最小に
する必要がある。起磁力を示す（７）式は基本波成分の
みを示すが、一般にはすべての奇数次の高調波成分を含
む。しかし励磁巻線として３相巻線の２相分を単相巻線
として用いることによって、起磁力に３の整数倍の次数
を含まないようにすることができる。この場合ｍを零及
び正、負の整数とし、ｎ＝１＋６ｍとすれば起磁力の一
般式はIn order to minimize the harmonic components contained in the voltage waveform, it is first necessary to minimize the harmonic components contained in the magnetomotive force. The equation (7) showing the magnetomotive force shows only the fundamental wave component, but generally includes all odd harmonic components. However, by using two phases of the three-phase winding as the single-phase winding as the excitation winding, it is possible to prevent the magnetomotive force from including the order of an integral multiple of three. In this case, if m is zero, positive and negative integers, and n = 1 + 6m, the general equation of magnetomotive force is

【００３８】[0038]

【数１０】 [Equation 10]

【００３９】となる。この起磁力によって生ずるギャッ
プ磁束密度分布はIt becomes The gap magnetic flux density distribution generated by this magnetomotive force is

【００４０】[0040]

【数１１】 [Equation 11]

【００４１】として表される。ここでｎ´は磁束密度の
空間分布の次数でIs represented as Where n ′ is the order of the spatial distribution of magnetic flux density

【００４２】[0042]

【数１２】 [Equation 12]

【００４３】である。３相巻線としては分数スロットと
することもできるが、ここでは整数スロットとして考え
ると、ｄを正の整数とすれば、 Ｚ₁ ＝６ｄｐ （１６） として表される。また（１）及び（２）式の関係から Ｚ₂ ＝（６ｄ±２）ｐ （１７） となる。（１５）式に（１６）及び（１７）式の関係を
代入すれば ｎ´＝１±２γ＋６｛ｍ＋ｄ（α＋γ）｝ （１８） となる。It is The three-phase winding may be a fractional slot, but here, when it is considered as an integer slot, if d is a positive integer, it is expressed as Z ₁ = 6dp (16). Further, from the relationship of the equations (1) and (2), Z ₂ = (6d ± 2) p (17). Substituting the relations of the equations (16) and (17) into the equation (15) gives n '= 1 ± 2γ + 6 {m + d (α + γ)} (18).

【００４４】この磁束密度によって出力巻線１に誘導さ
れる電圧はThe voltage induced in the output winding 1 by this magnetic flux density is

【００４５】[0045]

【数１３】 [Equation 13]

【００４６】として、また検出巻線２に誘導される電圧
はAs for the voltage induced in the detection winding 2,

【００４７】[0047]

【数１４】 [Equation 14]

【００４８】として表される。これらの式から明らかな
ようにγ＝±１の場合が有効成分で、これ以外の項は含
まれないことが望ましい。 γ＝０の場合は ｅ_d10 ＝√２・Ｅ_d10 ｓｉｎ（ωｔ） （２１） 及び ｅ_d20 ＝０ （２２） となり、出力巻線１にのみ回転子位置に無関係の一定電
圧を誘導するが、これは誤差の原因とはならず、回路処
理によって除去することができるので問題はない。Is represented as As is clear from these equations, the case where γ = ± 1 is the active ingredient, and it is desirable that no other terms be included. When γ = 0, e _d10 = √2 · E _d10 sin (ωt) (21) and e _d20 = 0 (22), and only a constant voltage is induced in the output winding 1 regardless of the rotor position. This does not cause an error and can be removed by circuit processing, so that there is no problem.

【００４９】γ＝２以上の値の場合には、奇数次の高調
波磁束密度成分によって出力巻線に電圧が誘導され、検
出誤差の原因になる。本発明では、以下の実施例に示す
ような方法によってこの誘導電圧を最小にしている。ま
ず、出力巻線として３相巻線の２相分を用いることによ
って、３の整数倍の次数の磁束密度による誘導電圧を零
とすることができる。また、特に有害な次数の巻線係数
を小さくすることを目的として、分布巻でかつ適切なコ
イルピッチの短節巻とすることによって、これらの高調
波磁束密度による導電圧を極力小さくするような巻線方
式とする。When γ = 2 or more, a voltage is induced in the output winding by the odd harmonic harmonic magnetic flux density component, which causes a detection error. In the present invention, this induced voltage is minimized by the method shown in the following example. First, by using two phases of the three-phase winding as the output winding, the induced voltage due to the magnetic flux density of an integer multiple of 3 can be made zero. Moreover, in order to reduce the winding coefficient of a particularly harmful order, the conductive pressure due to these harmonic magnetic flux densities is minimized by using distributed winding and short pitch winding with an appropriate coil pitch. Use the winding method.

【００５０】巻線方式の１例を図３ないし図６に示す。
この例では励磁巻線、出力巻線１及び２のいずれも３相
巻線のＵ相のコイル１２とＶ相のコイル１３を図３のよ
うに接続して用いるものとし、毎極毎相のスロット数が
２の分布巻で、５／６の短節巻としてスロットに納めら
れた状態を展開図の形で図４に示す。図４においてスロ
ット番号１から１２までが１極対である。この図４に示
されるように、励磁巻線はスロットの開口部に最も近
く、出力巻線１は中間部に、また出力巻線２はスロット
底部に納められている。このような短節巻は通常図５の
ような２層巻としてダイヤモンド形コイルが用いられる
が、コイル端の寸法が長くなるという欠点がある。An example of the winding method is shown in FIGS.
In this example, the U-phase coil 12 and the V-phase coil 13 of the three-phase winding are connected and used as shown in FIG. FIG. 4 is a developed view showing a state in which the distributed winding with the number of slots is 2 and it is accommodated in the slots as a short winding of 5/6. In FIG. 4, slot numbers 1 to 12 are one pole pair. As shown in FIG. 4, the excitation winding is closest to the slot opening, the output winding 1 is in the middle and the output winding 2 is in the bottom of the slot. A diamond coil is usually used for such short pitch winding as a two-layer winding as shown in FIG. 5, but it has a drawback that the dimension of the coil end becomes long.

【００５１】そこでスロット内のコイル辺の配置はその
ままとして、図６のように同心形コイルとしても巻線係
数は図５の巻線と同一であることを理論的に明らかにし
た。図６の場合にはコイル端の寸法を小さくして、機器
を小型にすることができる。図５及び図６は励磁巻線に
ついて示したが、出力巻線１及び２についても全く同様
である。Therefore, it was theoretically clarified that the winding coefficient is the same as that of the winding shown in FIG. 5 even if the coil side is arranged in the slot as it is and the concentric coil is formed as shown in FIG. In the case of FIG. 6, the size of the coil end can be reduced to make the device compact. Although FIGS. 5 and 6 show the excitation winding, the same applies to the output windings 1 and 2.

【００５２】さらに、回転子スロットによるパーミアン
ス脈動は、γ＝２以上の項を含まないスロット形状とす
ることによって、検出誤差を最小とすることを実現する
ことができる。このためには、回転子スロットによるギ
ャップパーミアンス係数を Ｐ₀₀＋Ｐ₀₁ｃｏｓ（Ｚ₂ ・θ₂ ） （２３） とすることが必要で、これを実現するスロット形状につ
いて理論的に研究した結果、座標θ₂ の位置における回
転子鉄心の外周と中心との距離ｒθ２をFurther, the permeance pulsation due to the rotor slot can be minimized in detection error by adopting a slot shape that does not include a term of γ = 2 or more. For this purpose, it is necessary to set the gap permeance coefficient due to the rotor slot to P ₀₀ + P ₀₁ cos (Z ₂ · θ ₂ ) (23). As a result of theoretical research on the slot shape that realizes this, the coordinates The distance rθ2 between the outer circumference and the center of the rotor core at the position of θ ₂

【００５３】[0053]

【数１５】 [Equation 15]

【００５４】とすればよいことが明らかになった。図７
にその１例を示すが、ｒ₁ は固定子鉄心の内周の半径で
ある。またｈを０からＺ₂ −１の整数とすると、δ₁ は
θ₂ ＝２ｈπ／Ｚ₂ におけるギャップ長で、最小ギャッ
プ長に相当する。またδ₀ は θ₂ ＝（１＋２ｈ）π／２Ｚ₂ におけるギャップ長である。従って、δ₀ 及びδ₁ の寸
法を決めれば回転子外周の形状、すなわちスロット形状
を確定することができる。この場合のギャップパーミア
ンス係数はIt became clear that Figure 7
An example is shown in Fig. ₁ , where r ₁ is the radius of the inner circumference of the stator core. Further, when h is an integer from 0 to Z ₂ -1, δ ₁ is the gap length in θ ₂ = 2hπ / Z ₂ and corresponds to the minimum gap length. Further, δ ₀ is the gap length in θ ₂ = (1 + 2h) π / 2Z ₂ . Therefore, if the dimensions of δ ₀ and δ ₁ are determined, the shape of the rotor outer circumference, that is, the slot shape can be determined. The gap permeance coefficient in this case is

【００５５】[0055]

【数１６】 [Equation 16]

【００５６】となる。この式から明らかなように、Ｐ₀₀
はδ₀ によって決まり、Ｐ₀₁／Ｐ₀₀はδ₀ ／δ₁ によっ
て決まって、ギャップパーミアンス係数は（２３）式で
表される。ただし、（２４）式を導出した理論は、磁束
線が半径方向に通るという仮定のもとに展開されている
ので、ギャップパーミアンス係数にγ＝２以上の項を含
む場合がある。これが有害な大きさになる場合には、
（２４）式の回転子形状を基本として、有限要素法等の
磁界解析結果に基づいて回転子形状を修正し、ギャップ
パーミアンス係数が（２３）式となるようにする。この
ようにしてγ＝２以上の項をギャップパーミアンス係数
から完全に除去できれば、（１９）式及び（２０）式は
γ＝０及びγ＝１に対応するもののみとなり、検出誤差
を零とすることができる。It becomes As is clear from this equation, P ₀₀
Is determined by δ ₀ , P ₀₁ / P ₀₀ is determined by δ ₀ / δ ₁ , and the gap permeance coefficient is expressed by equation (23). However, since the theory that derives the equation (24) is developed on the assumption that the magnetic flux lines pass in the radial direction, the gap permeance coefficient may include a term of γ = 2 or more. If this becomes a harmful size,
Based on the rotor shape of the equation (24), the rotor shape is corrected based on the magnetic field analysis result such as the finite element method so that the gap permeance coefficient becomes the equation (23). In this way, if the terms of γ = 2 or more can be completely removed from the gap permeance coefficient, the equations (19) and (20) only correspond to γ = 0 and γ = 1, and the detection error is zero. be able to.

【００５７】これまでは回転角度位置を高精度に検出す
るレゾルバについて説明してきたが、固定子鉄心を極の
境目の１個所で切断して直線状に展開した形を考える
と、その断面は図８のようになる。図８において、２０
は固定子鉄心２０ａはスロットである。この実施例にお
いては端効果の影響を避けるために両端にはコイルを嵌
め込まれていない鉄心を有するとともに、出力巻線は端
効果の影響を受けない位置に配置されている。前述の回
転子鉄心に対応するものとして、図８に示すように固定
子鉄心より長い鉄心が移動子２１として固定子鉄心に対
向して設けられ、一定のエアギャップを保って移動し得
るようになっている。Up to now, the resolver for detecting the rotational angle position with high accuracy has been described. However, considering a shape in which the stator iron core is cut at one position of the pole boundary and is linearly developed, its cross section is as shown in FIG. It becomes like 8. In FIG. 8, 20
The stator core 20a is a slot. In this embodiment, in order to avoid the influence of the end effect, both ends have iron cores in which coils are not fitted, and the output winding is arranged at a position where the end effect is not affected. As a rotor core corresponding to the above-mentioned rotor core, as shown in FIG. 8, an iron core longer than the stator core is provided as a mover 21 so as to face the stator core so that it can move with a constant air gap. Has become.

【００５８】この移動子には一定の間隔でスロット２１
ａが設けられているが、そのスロットピッチは１極間隔
の固定子鉄心に含まれるスロット数をｚ₁ とするとき、
固定子スロットピッチのｚ₁ ／（ｚ₁ ±１）倍となるよ
うにしてある。この場合には必ずしもＰ極全部を設ける
必要はないが、固定子鉄心Ｐ極間隔分の固定子スロット
数をＺ₁ 、これと同一寸法の移動子鉄心表面に設けられ
ているスロット数をＺ ₂ とするとＺ₂ ＝Ｚ₁ ±Ｐとな
り、両者の間には（１）式または（２）式の関係が成り
立つので、上記の回転角度位置検出のレゾルバに関する
理論はこの構造の場合にも全く同様に成立することにな
り、直線位置を高精度に検出することができる。Slots 21 are provided at regular intervals in this moving element.
a is provided, but the slot pitch is one pole interval
Z is the number of slots included in the stator core of₁ When
Z of stator slot pitch₁ / (Z₁ It will be ± 1) times
I have it. In this case, all P poles are necessarily provided.
It is not necessary, but the stator slot for the P pole interval of the stator core
The number Z₁ , Provided on the surface of the slider core of the same size as
The number of slots ₂ Then Z₂ = Z₁ ± P
Therefore, the relationship of equation (1) or equation (2) is established between the two.
Since it stands, it is related to the above resolver for detecting the rotational angle position.
The theory holds for this structure as well.
Therefore, the linear position can be detected with high accuracy.

【００５９】以上の説明は単相の励磁巻線と２相の出力
巻線の場合について述べたが、出力巻線を３相として、
その出力電圧をスコットトランスによって２相に変換す
ることによっても同じ結果を得ることができる。また逆
に励磁巻線を２相巻線とした場合には、単相の出力巻線
に誘導される電圧は回転子の位置によって位相が変化
し、その位相は回転子の１スロットピッチの動きに対し
て２π変化することを利用して、この信号をＲ／Ｄ変換
器で処理することによっても、高精度の位置検出を行う
ことができる。Although the above description has been made on the case of the single-phase excitation winding and the two-phase output winding, the output winding is assumed to be three-phase.
The same result can be obtained by converting the output voltage into two phases by a Scott transformer. On the contrary, when the exciting winding is a two-phase winding, the phase of the voltage induced in the single-phase output winding changes depending on the position of the rotor, and the phase is the movement of one slot pitch of the rotor. It is also possible to perform highly accurate position detection by processing this signal by the R / D converter by utilizing the fact that it changes by 2π.

【００６０】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は励磁巻線
及び出力巻線をすべて固定子に設け、回転子は小スロッ
トを有する鉄心のみの簡単な構造で、回転子の１スロッ
トピッチの動きに対して高調波成分を殆ど含まないｃｏ
ｓ及びｓｉｎの信号を得ることができるので、安価で高
精度のレゾルバを実現することが可能となった。As described above, according to the present invention, the excitation winding and the output winding are all provided on the stator, and the rotor has a simple structure of only the iron core having the small slots, and the rotor has one slot pitch. Co that contains almost no harmonic components with respect to motion
Since the s and sin signals can be obtained, an inexpensive and highly accurate resolver can be realized.

【００６１】従来の多極レゾルバは高精度であるが高価
であり、一方、ＶＲ形レゾルバは精度に問題があるた
め、本発明による安価で高精度なレゾルバの実現は、精
度の高い位置制御の性能を有するロボットやＦＡ機器を
経済的に実用化し、産業設備の高度化に貢献するもので
ある。The conventional multi-pole resolver is highly accurate but expensive, while the VR resolver has a problem in accuracy. Therefore, the realization of an inexpensive and highly accurate resolver according to the present invention requires accurate position control. It will contribute to the sophistication of industrial equipment by economically commercializing high-performance robots and FA equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の鉄心断面図FIG. 1 is a sectional view of an iron core of the present invention.

【図２】本発明の固定子鉄心に小スロットを設けた場合
の鉄心の一部の断面図FIG. 2 is a sectional view of a part of the stator core of the present invention in which a small slot is provided.

【図３】本発明の巻線構成の基本的考え方を示した説明
図FIG. 3 is an explanatory diagram showing the basic idea of the winding structure of the present invention.

【図４】本発明による励磁巻線、出力巻線１及び２のス
ロット内の配置の１例を示した説明図FIG. 4 is an explanatory view showing an example of arrangement of exciting windings and output windings 1 and 2 in slots according to the present invention.

【図５】本発明で２相巻とした励磁巻線の１例を示した
説明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of an excitation winding that is a two-phase winding according to the present invention.

【図６】本発明で単相巻とした励磁巻線の１例を示した
説明図FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of an excitation winding that is a single-phase winding according to the present invention.

【図７】本発明で高調波成分を低減する回転子スロット
形状の１例を示した説明図FIG. 7 is an explanatory view showing an example of a rotor slot shape for reducing harmonic components in the present invention.

【図８】本発明による直線位置検出用レゾルバの１実施
例を示した断面図FIG. 8 is a sectional view showing an embodiment of a linear position detecting resolver according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０：固定子鉄心 １０ａ：巻線スロット １０ｂ：小スロット １１：回転子鉄心 １１ａ：回転子スロット １２：Ｕ相巻線 １３：Ｖ相巻線 ２０：直線状固定子鉄心 ２０ａ：直線状固定子スロット ２１：移動子 ２１ａ：移動子スロット 10: Stator core 10a: Winding slot 10b: Small slot 11: Rotor core 11a: Rotor slot 12: U-phase winding 13: V-phase winding 20: Linear stator core 20a: Linear stator slot 21: mover 21a: mover slot

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】極数をＰとするとき、Ｚ₁ 個のスロットを
有する固定子鉄心と、Ｚ₂ ＝Ｚ₁ ＋Ｐ個またはＺ₂ ＝Ｚ
₁ −Ｐ個のスロットを有する回転子鉄心からなり、固定
子のスロットには極数Ｐの単相または２相の励磁巻線
と、極数Ｐの２相、３相または単相の出力巻線が納めら
れ、回転子には巻線を有しないことを特徴とする位置検
出装置。1. A stator core having Z ₁ slots and Z ₂ = Z ₁ + P or Z ₂ = Z, where P is the number of poles.
_It consists of a rotor core having _{1 to} P slots, and a stator slot has a single-phase or two-phase excitation winding with P poles and a two-phase, three-phase or single-phase output winding with P poles. A position detecting device in which the wire is housed and the rotor has no winding. 【請求項２】請求項１記載の位置検出装置に於いて、固
定子鉄心には巻線用スロットの他に歯部にも等間隔に巻
線を有しない小スロットを設け、これらの両スロットの
総数をＺ₁ とし、回転子スロット数をＺ₂ ＝Ｚ₁ ＋Ｐま
たはＺ₂ ＝Ｚ₁ −Ｐとすることを特徴とする位置検出装
置。2. The position detecting device according to claim 1, wherein the stator iron core is provided with small slots not having windings at equal intervals in the tooth portion in addition to winding slots. Is set to Z _1, and the number of rotor slots is set to Z ₂ = Z ₁ + P or Z ₂ = Z ₁ -P. 【請求項３】請求項１又は２記載の位置検出装置に於い
て、回転子スロットの中央を原点として回転子外周の位
置を表す空間角をθ₂ とするとき、回転子スロットによ
るギャップパーミアンス脈動がｃｏｓ（Ｚ₂ ・θ₂ ）と
なるようなスロット形状またはこれに近似したスロット
形状としたことを特徴とする位置検出装置。3. The position detecting device according to claim 1, wherein when the spatial angle representing the position of the outer circumference of the rotor is θ ₂ with the center of the rotor slot as the origin, the gap permeance pulsation due to the rotor slot. A position detecting device having a slot shape such that is cos (Z ₂ · θ ₂ ), or a slot shape similar thereto. 【請求項４】請求項１，２又は３記載の位置検出装置に
於いて、励磁電流による超磁力に３の整数倍の次数の高
調波成分を含まない励磁巻線と、３の整数倍の次数のギ
ャップ磁束密度による誘導電圧を生じない出力巻線を有
するとともに、励磁巻線並びに出力巻線を、第５及び第
７高調波に対する短節係数が小さくなる巻線方式とする
ことを特徴とする位置検出装置。4. The position detecting device according to claim 1, 2 or 3, wherein the supermagnetism due to the exciting current does not include a harmonic component of an order of an integer multiple of 3 and an exciting winding of an integral multiple of 3. It has an output winding that does not generate an induced voltage due to the gap magnetic flux density of the order, and the excitation winding and the output winding are of a winding system in which the fractional coefficient for the fifth and seventh harmonics is small. Position detection device. 【請求項５】請求項１，２，３又は４記載の位置検出装
置に於いて、励磁巻線及び出力巻線を２層巻と同一の短
節係数を有する単層巻としたことを特徴とする位置検出
装置。5. The position detecting device according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the excitation winding and the output winding are single-layer windings having the same short-section coefficient as two-layer windings. Position detection device. 【請求項６】請求項１，２，３，４又は５記載の位置検
出装置に於いて、断面が長方形の固定子鉄心に設けられ
た一定間隔のスロットに納められた励磁巻線及び出力巻
線を有し、そのスロットの面に対向し、一定のエアギャ
ップを保って直線的に移動し得る一定間隔のスロットを
有する鉄心を移動子とし、固定子鉄心の１極間隔に含ま
れるスロット数をｚ₁ とするとき、移動子のスロットピ
ッチを固定子スロットピッチのｚ₁ ／（ｚ₁ ＋１）倍ま
たはｚ₁ ／（ｚ₁ −１）倍とすることを特徴とする直線
位置の検出に使用可能とした位置検出装置。6. The position detecting device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein an exciting winding and an output winding are housed in slots at regular intervals provided in a stator core having a rectangular cross section. The number of slots included in one pole interval of the stator iron core is a core having a line and facing the surface of the slot, and having slots at a constant interval that can move linearly while maintaining a constant air gap. when to z _1, the detection of the linear position, characterized in that the slot pitch of the moving element and z ₁ / (z ₁ +1) times or z ₁ / (z ₁ -1) times the stator slot pitch Position detection device that can be used.