(57)【要約】【課題】  配線構造が簡素で、位置検出信号の精度を向上し、各系統ごとに正確な位置検出信号を得ることができる多重系回転センサを提供する。【解決手段】  レゾルバ３０は、複数の相のそれぞれに対応して複数のステータポールが形成されかつ各相のステータポールに巻き付けた第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22により電機子巻線が形成されたレゾルバステータ２０と、レゾルバステータ２０のステータポールに対向して円周方向に複数の歯が形成されたレゾルバロータ１８と、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22にそれぞれ励磁信号を供給する発振器５０とを備える。【選択図】図２
2010002205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極が形成されかつ前記各極に巻き付けたコイルにより電機子巻線が形成されたステータと、前記ステータの極に対向して円周方向に複数の歯が形成されたロータとを備え、前記ロータと前記ステータとの間のリラクタンスが前記ロータの位置により変化する多重系回転センサであって、
前記コイルは、第１系統のコイルと、前記第１系統のコイルとは電気的に独立の第２系統のコイルとを有し、
前記第１系統のコイルおよび前記第２系統のコイルにそれぞれ励磁信号を供給する励磁信号供給手段を備えることを特徴とする多重系回転センサ。
【請求項２】
複数の相のそれぞれに対応して複数の極が形成されかつ前記各相の極に巻き付けたコイルにより電機子巻線が形成されたステータと、前記ステータの極に対向して円周方向に複数の歯が形成されたロータとを備え、前記ロータと前記ステータとの間のリラクタンスが前記ロータの位置により変化する多重系回転センサであって、
前記コイルは、第１系統のコイルと、前記第１系統のコイルとは電気的に独立の第２系統のコイルとを有し、
相数をＮ、前記第１系統および前記第２系統のそれぞれに対応する前記ステータの極数をｎsp、前記ロータの歯数をｎrtとし、下式のいずれかを満たすように前記ステータの極数および前記ロータの歯数が設定されており、
前記第１系統のコイルおよび前記第２系統のコイルは、それぞれ各相ごとにｎsp／Ｎ個のコイルからなり、所定数のコイルごとに円周上に均等な間隔で交互に配置されていることを特徴とする多重系回転センサ。
ｎsp＝ｎrt／｛Ｍ＋１／Ｎ｝／２
ｎsp＝ｎrt／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝／２
ただし、ｎspはＮの倍数かつ偶数であり、Ｍは０または１以上の整数である。
【請求項３】
請求項２において、
Ｎ＝３であることを特徴とする多重系回転センサ。
【請求項４】
複数の極が形成されかつ前記各極に巻き付けたコイルにより電機子巻線が形成されたステータと、前記ステータの内周または外周に回転自在に配置されたロータとを備え、前記ロータと前記ステータとの間のリラクタンスが前記ロータの位置により変化する多重系回転センサであって、
前記コイルは、第１系統のコイルと、前記第１系統のコイルとは電気的に独立の第２系統のコイルとを有し、
前記第１系統のコイルおよび前記第２系統のコイルは、所定数のコイルごとに３６０°／Ｎ間隔で交互に配置されていることを特徴とする多重系回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化する多重系回転センサに係り、特に、配線構造が簡素で、位置検出信号の精度を向上し、各系統ごとに正確な位置検出信号を得ることができる多重系回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多重系回転センサとしては、例えば、特許文献１記載の技術が知られている。
特許文献１記載の技術は、励磁コイルと出力コイルからなるレゾルバコイルを有する輪状ステータと、輪状ステータの内側に回転自在に配設されたロータとを備えたレゾルバにおいて、レゾルバコイルは１個の輪状ステータに設けた第１、第２系統目レゾルバコイルとからなる２重系とした構成である。
【特許文献１】特開２０００−１８９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の技術にあっては、レゾルバコイルが励磁コイルと出力コイルとからなるため、コイルの種類が多く、配線構造が複雑になるという問題があった。
また、第１系統目レゾルバコイルおよび第２系統目レゾルバコイルが任意の配置では、ロータの形状やピッチ誤差、偏心誤差により位置検出信号の精度が低下するという問題があった。
【０００４】
また、第１系統目レゾルバコイルおよび第２系統目レゾルバコイルが輪状ステータ上において４５°または１８０°ごとに区切られて設けられているため、第１系統目レゾルバコイルではsinθまたはsin(θ±１８０°)、第２系統目レゾルバコイルではcosθまたはcos(θ±１８０°)のレゾルバ信号しか得られない。したがって、各系統ごとに正確な位置検出信号を得ることは難しい。
【０００５】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、配線構造が簡素で、位置検出信号の精度を向上し、各系統ごとに正確な位置検出信号を得ることができる多重系回転センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の多重系回転センサは、複数の極が形成されかつ前記各極に巻き付けたコイルにより電機子巻線が形成されたステータと、前記ステータの極に対向して円周方向に複数の歯が形成されたロータとを備え、前記ロータと前記ステータとの間のリラクタンスが前記ロータの位置により変化する多重系回転センサであって、前記コイルは、第１系統のコイルと、前記第１系統のコイルとは電気的に独立の第２系統のコイルとを有し、前記第１系統のコイルおよび前記第２系統のコイルにそれぞれ励磁信号を供給する励磁信号供給手段を備える。
【０００７】
このような構成であれば、ロータが回転すると、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルにより、リラクタンスの変化に応じたセンサ信号がそれぞれ検出される。ここで、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが１つのステータに巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができる。
【０００８】
また、励磁信号供給手段から励磁信号の供給を受けて第１系統のコイルおよび第２系統のコイルによりセンサ信号が検出されるので、励磁用コイルを設ける必要がなく、配線構造が簡素となる。
【０００９】
〔発明２〕  さらに、発明２の多重系回転センサは、複数の相のそれぞれに対応して複数の極が形成されかつ前記各相の極に巻き付けたコイルにより電機子巻線が形成されたステータと、前記ステータの極に対向して円周方向に複数の歯が形成されたロータとを備え、前記ロータと前記ステータとの間のリラクタンスが前記ロータの位置により変化する多重系回転センサであって、前記コイルは、第１系統のコイルと、前記第１系統のコイルとは電気的に独立の第２系統のコイルとを有し、相数をＮ、前記第１系統および前記第２系統のそれぞれに対応する前記ステータの極数をｎsp、前記ロータの歯数をｎrtとし、下式のいずれかを満たすように前記ステータの極数および前記ロータの歯数が設定されており、前記第１系統のコイルおよび前記第２系統のコイルは、それぞれ各相ごとにｎsp／Ｎ個のコイルからなり、所定数のコイルごとに円周上に均等な間隔で交互に配置されている。
【００１０】
ｎsp＝ｎrt／｛Ｍ＋１／Ｎ｝／２
ｎsp＝ｎrt／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝／２
ただし、ｎspはＮの倍数かつ偶数であり、Ｍは０または１以上の整数である。
このような構成であれば、ロータが回転すると、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルにより、リラクタンスの変化に応じたセンサ信号がそれぞれ検出される。ここで、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが１つのステータに巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができる。
【００１１】
また、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが円周上に均等な間隔で交互に配置されているので、第１系統のコイルまたは第２系統のコイルを円周上の一部の領域に集中して配置する場合に比して、ロータの形状やピッチ誤差、偏心誤差によって位置検出信号の精度が低下するのを抑制することができる。
【００１２】
〔発明３〕  さらに、発明３の多重系回転センサは、発明２の多重系回転センサにおいて、Ｎ＝３である。
【００１３】
〔発明４〕  さらに、発明４の多重系回転センサは、複数の極が形成されかつ前記各極に巻き付けたコイルにより電機子巻線が形成されたステータと、前記ステータの内周または外周に回転自在に配置されたロータとを備え、前記ロータと前記ステータとの間のリラクタンスが前記ロータの位置により変化する多重系回転センサであって、前記コイルは、第１系統のコイルと、前記第１系統のコイルとは電気的に独立の第２系統のコイルとを有し、前記第１系統のコイルおよび前記第２系統のコイルは、所定数のコイルごとに３６０°／Ｎ間隔で交互に配置されている。
【００１４】
このような構成であれば、ロータが回転すると、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルにより、リラクタンスの変化に応じたセンサ信号がそれぞれ検出される。ここで、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが１つのステータに巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができる。
【００１５】
また、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが３６０°／Ｎ間隔で交互に配置されているので、各系統ごとにsinおよびcosのセンサ信号が得られる。したがって、単極レゾルバに適用した場合は、正確な位置検出信号を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、発明１の多重系回転センサによれば、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが１つのステータに巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができるという効果が得られる。また、励磁信号供給手段から励磁信号の供給を受けて第１系統のコイルおよび第２系統のコイルによりセンサ信号が検出されるので、励磁用コイルを設ける必要がなく、配線構造が簡素となるという効果も得られる。
【００１７】
さらに、発明２の多重系回転センサによれば、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが１つのステータに巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができるという効果が得られる。また、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが円周上に均等な間隔で交互に配置されているので、第１系統のコイルまたは第２系統のコイルを円周上の一部の領域に集中して配置する場合に比して、ロータの形状やピッチ誤差、偏心誤差によって位置検出信号の精度が低下するのを抑制することができるという効果も得られる。
【００１８】
さらに、発明３の多重系回転センサによれば、１系統を３相で構成することにより、３つの相のうち１つの相に異常が生じても、残りの２つの相から角度演算する構成も可能となり、信頼性を高めることができるという効果が得られる。
さらに、発明４の多重系回転センサによれば、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが１つのステータに巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができるという効果が得られる。また、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルが３６０°／Ｎ間隔で交互に配置されているので、単極レゾルバに適用した場合は、正確な位置検出信号を得ることができるという効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図３は、本発明に係る多重系回転センサの第１の実施の形態を示す図である。
まず、本実施の形態に係るレゾルバ装置１００の構成を説明する。
図１は、レゾルバ装置１００の軸方向の断面図である。
【００２０】
レゾルバ装置１００は、図１に示すように、固定子であるステータ２２と、回転子であるロータ１２と、ロータ１２とステータ２２の間に介在してロータ１２を回転可能に支持するクロスローラ軸受１４と、ロータ１２の回転角度位置を検出するレゾルバ３０とを有して構成されている。ここで、レゾルバ３０およびクロスローラ軸受１４は、径方向内側からその順序で径方向の同一平面上に配置されている。
【００２１】
ステータ２２には、軸方向上方（図１の上方向）に突出した円環状の内壁体２２ａが形成され、内壁体２２ａよりも径方向外側には、軸方向上方に突出した円環状の外壁体２２ｂが形成されている。一方、ロータ１２には、軸方向下方（図１の下方向）に突出した円環状の内壁体１２ａが形成され、内壁体１２ａよりも径方向外側には、軸方向下方に突出した円環状の外壁体１２ｂが形成されている。そして、ステータ２２およびロータ１２は、ステータ２２の内壁体２２ａがロータ１２の内壁体１２ａと外壁体１２ｂの間に、ロータ１２の外壁体１２ｂがステータ２２の内壁体２２ａと外壁体２２ｂの間に位置するように互いに跨って配置されている。
【００２２】
クロスローラ軸受１４は、内輪１４ａと、外輪１４ｂと、内輪１４ａおよび外輪１４ｂの間で転動可能に設けられた複数のクロスローラ（ころ）１４ｃとを有して構成されている。クロスローラ１４ｃは、直径が長さよりわずかに大きな略円筒状で、軌道上偶数番目の回転軸と、軌道上奇数番目の回転軸が互いに９０°傾斜している。
内輪１４ａは、ステータ２２の内壁体２２ａに軸方向に押圧された状態で固定されている。具体的には、ステータ２２の内壁体２２ａの上端を内輪１４ａの下面に当接させ、内輪押え２６の押圧部２６ｂを内輪１４ａの上面に接触させ、内輪押え２６をボルト２６ａでステータ２２の内壁体２２ａに締結することにより固定される。
【００２３】
外輪１４ｂは、ロータ１２の外壁体１２ｂに軸方向に押圧された状態で固定されている。具体的には、ロータ１２の外壁体１２ｂの下端を外輪１４ｂの上面に当接させ、外輪押え２８の押圧部２８ｂを外輪１４ｂの下面に接触させ、外輪押え２８をボルト２８ａでロータ１２の外壁体１２ｂに締結することにより固定される。
なお、ステータ２２は、ボルト２４ａにより固定板２４に固定され、ロータ１２は、モータ（後述）の回転軸の外周面に嵌合している。
【００２４】
レゾルバ３０は、ＩＮＣ（Increment）型のインナーロータ式レゾルバであって、環状の成層鉄心からなるレゾルバロータ１８と、レゾルバロータ１８と所定間隔をもって対向して配置された環状の成層鉄心からなるレゾルバステータ２０とを有して構成されている。レゾルバロータ１８には、突極状の複数の歯が円周方向に等間隔に形成され、レゾルバステータ２０には、複数のステータポールが円周方向に等間隔に形成されている。そのため、レゾルバロータ１８の１回転につきリラクタンス変化の基本波成分が多周期となる多極レゾルバ信号を出力する。
【００２５】
レゾルバロータ１８は、ボルト１８ｂによりロータ１２の内壁体１２ａの外周面に取り付けられている。一方、レゾルバステータ２０は、ボルト２０ｂにより内輪押え２６の内周面に取り付けられ、内輪押え２６と一体にステータ２２の内壁体２２ａの内周面側に固定されている。
【００２６】
次に、レゾルバステータ２０の配線構造を説明する。
図２は、１相励磁３相出力の２重系を構成するレゾルバステータ２０のコイルの配線構造を示す回路図である。
レゾルバステータ２０は、環状部材の内周に等間隔で複数のステータポールが形成されたステータコアと、各ステータポールに巻き付けたコイルにより形成される電機子巻線とを有して構成されている。
【００２７】
ステータコアには、図２に示すように、Ａ相、Ｂ相およびＣ相のそれぞれについて、第１系統用の２つのステータポールと、第１系統のコイルとは電気的に独立の第２系統用の２つのステータポールとが形成されている。
第１系統用のステータポールには、Ａ相については２つのコイルＬA11、ＬA12が、Ｂ相については２つのコイルＬB11、ＬB12が、Ｃ相については２つのコイルＬC11、ＬC12が第１系統のコイルとして巻き付けられている。そして、各相ごとに当該相のコイルが直列接続されている。
【００２８】
第２系統用のステータポールには、Ａ相については２つのコイルＬA21、ＬA22が、Ｂ相については２つのコイルＬB21、ＬB22が、Ｃ相については２つのコイルＬC21、ＬC22が第２系統のコイルとして巻き付けられている。そして、各相ごとに当該相のコイルが直列接続されている。
第１系統のコイルＬA11、ＬB11、ＬC11および第２系統のコイルＬA21、ＬB21、ＬC21には、正弦波からなる励磁信号がそれぞれ入力されるので、第１系統および第２系統のいずれも、下式に示すように、互いに位相が１２０°異なる３相の多極レゾルバ信号を得ることができる。
【００２９】
Ａ相：sinθ
Ｂ相：sin(θ＋120°)
Ｃ相：sin(θ＋240°)
このように電気系統を多重化することにより、一方の系統に断線等の障害が生じても、系統を切り換えることで他方の系統で動作を維持することができるので、信頼性を向上することができる。
【００３０】
また、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22が１つのレゾルバステータ２０に巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく信頼性を向上することができる。
また、発振器（後述）から励磁信号の供給を受けて第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22により多極レゾルバ信号が検出されるので、励磁用コイルを設ける必要がなく、配線構造が簡素となる。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る制御システムの構成を説明する。
図３は、制御システムの構成を示すブロック図である。
制御システムは、図３に示すように、モータ３１０と、モータ３１０の回転軸の外周面に嵌合するレゾルバ装置１００と、レゾルバ装置１００からの多極レゾルバ信号に基づいて回転角度位置を検出する中継装置２００と、中継装置２００で検出した回転角度位置に基づいてモータ３１０を制御するモータ制御装置３００とを有して構成されている。
【００３２】
中継装置２００は、発振器５０と、発振器５０から出力される励磁信号を適度な信号レベルに増幅する増幅器５２と、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統ＬA21〜ＬC22のコイルのいずれかに増幅器５２からの励磁信号を供給する切換スイッチ５４とを有して構成されている。
切換スイッチ５４は、与えられたスイッチ切換信号に基づいて、増幅器５２と第１系統のコイルＬA11〜ＬC12の共通端子ＣＯＭ１とを接続する接続状態、および増幅器５２と第２系統のコイルＬA21〜ＬC22の共通端子ＣＯＭ２とを接続する接続状態のいずれかに切り換える。
【００３３】
中継装置２００は、さらに、電流／電圧変換器５６ａ、５６ｂ、３／２相変換器５８ａ、５８ｂ、アナログスイッチ６０、移相器６２およびＲＤＣ（Resolver Digital Converter）６４を有して構成されている。
第１系統のコイルＬA11〜ＬC12からは、３相の多極レゾルバ信号が検出される。３相の多極レゾルバ信号は、電流／電圧変換器５６ａにより電流／電圧変換され、３／２相変換器５８ａにより２相の多極レゾルバ信号（sin信号、cos信号）に変換される。そして、２相の多極レゾルバ信号は、アナログスイッチ６０に出力される。
【００３４】
一方、第２系統のコイルＬA21〜ＬC22からは、３相の多極レゾルバ信号が検出される。３相の多極レゾルバ信号は、電流／電圧変換器５６ｂにより電流／電圧変換され、３／２相変換器５８ｂにより２相の多極レゾルバ信号（sin信号、cos信号）に変換される。そして、２相の多極レゾルバ信号は、アナログスイッチ６０に出力される。
アナログスイッチ６０は、与えられた系統切換信号に基づいて、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12からの多極レゾルバ信号および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22からの多極レゾルバ信号のいずれかを通過させてＲＤＣ６４に供給する。
【００３５】
移相器６２は、発振器５０から出力される励磁信号の位相を遅らせ、２相の多極レゾルバ信号のうちのキャリア信号の位相と同期させたＲｅｆ信号をＲＤＣ６４に供給する。
ＲＤＣ６４は、移相器６２からのＲｅｆ信号に基づいて、アナログスイッチ６０からの多極レゾルバ信号を所定周期でサンプリングし、サンプリングして得られた信号値をデジタル角度信号φとして出力する。
【００３６】
中継装置２００は、さらに、補正データを記憶するメモリ６６と、ＲＤＣ６４からのデジタル角度信号φに基づいて回転角度位置を検出するＣＰＵ６８と、モータ制御装置３００との間で通信を行う制御信号入出力部７０、位置検出信号出力部７２および異常検出信号出力部７４とを有して構成されている。
ＣＰＵ６８は、第１系統が正常であるときは、第１系統で動作させるため、切換スイッチ５４にスイッチ切換信号を、アナログスイッチ６０に系統切換信号をそれぞれ出力することにより、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12に励磁信号を供給し、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12により検出された多極レゾルバ信号のデジタル角度信号φをＲＤＣ６４から入力する。一方、第１系統に異常が発生したときは、第２系統に切り換えて動作させるため、切換スイッチ５４にスイッチ切換信号を、アナログスイッチ６０に系統切換信号をそれぞれ出力することにより、第２系統のコイルＬA21〜ＬC22に励磁信号を供給し、第２系統のコイルＬA21〜ＬC22により検出された多極レゾルバ信号のデジタル角度信号φをＲＤＣ６４から入力する。
【００３７】
メモリ６６には、多極レゾルバ信号のデジタル角度信号値を補正するための補正データが記憶されている。補正データは、レゾルバ３０の機械角全周にわたってレゾルバ３０から出力される多極レゾルバ信号をＲＤＣ６４のサンプリング周期でサンプリングし、サンプリングして得られた信号値と理想値との差分として作成する。
ＣＰＵ６８は、多極レゾルバ信号のデジタル角度信号値からメモリ６６の補正データを減算することにより回転角度位置を算出し、算出した回転角度位置を示す回転角度位置検出データを生成する。
【００３８】
ＣＰＵ６８は、位置検出信号出力部７２を介して、回転角度位置検出データを示す回転角度位置検出信号をモータ制御装置３００に出力する。また、制御信号入出力部７０を介してモータ制御装置３００との間で制御信号を入出力し、異常検出信号出力部７４を介して異常検出信号をモータ制御装置３００に出力する。
【００３９】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
第１系統が正常であるときは、スイッチ５４、６０が切り換えられ、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12に励磁信号が供給され、第１系統で動作する。この状態でモータ３１０が回転すると、ロータ１２に回転トルクが付与され、ロータ１２が回転する。そして、レゾルバ３０により、ロータ１２と一体に回転するレゾルバロータ１８との間のリラクタンス変化が検出され、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12により多極レゾルバ信号が検出される。
【００４０】
中継装置２００では、電流／電圧変換器５６ａ、５６ｂ、３／２相変換器５８ａ、５８ｂおよびアナログスイッチ６０を介して多極レゾルバ信号がＲＤＣ６４に入力される。そして、ＲＤＣ６４により、多極レゾルバ信号が所定周期でサンプリングされ、サンプリングして得られた信号値がデジタル角度信号として出力される。
中継装置２００では、サンプリングタイミングになると、ＣＰＵ６８により、多極レゾルバ信号のデジタル角度信号値が取得され、取得されたデジタル角度信号値およびメモリ６６の補正データに基づいて回転角度位置が算出される。そして、算出された回転角度位置を示す回転角度位置検出データが出力される。
【００４１】
モータ制御装置３００では、回転角度位置検出データに基づいてモータ３１０が制御される。
一方、第１系統に異常が発生したときは、スイッチ５４、６０が切り換えられ、第２系統のコイルＬA21〜ＬC22に励磁信号が供給され、第２系統で動作する。この状態でモータ３１０が回転すると、ロータ１２が回転し、第２系統のコイルＬA21〜ＬC22により多極レゾルバ信号が検出される。その後の信号処理は、第１系統の場合と同様である。
【００４２】
一方、レゾルバ装置１００にモーメント荷重が加わると、レゾルバ装置１００がクロスローラ軸受１４を中心として傾くが、レゾルバ３０がクロスローラ軸受１４と径方向同一平面上に配置されているので、レゾルバ３０のギャップ変化を小さくすることができる。
また、レゾルバ３０およびクロスローラ軸受１４が径方向同一平面上に配置されているので、レゾルバ装置１００の高さ（軸方向の厚さ）を小さくすることができる。
【００４３】
さらに、クロスローラ軸受１４の予圧を高くする等の方法を採用した場合は、ギャップ変化を抑制できる半面、クロスローラ軸受１４の寿命が短くなるという不具合を伴うところ、本実施の形態では、ギャップ変化が小さい位置にレゾルバ３０を配置することによりギャップ変化を低減するので、クロスローラ軸受１４の長寿命化を図ることができる。
このようにして、本実施の形態では、レゾルバ３０は、複数の相のそれぞれに対応して複数のステータポールが形成されかつ各相のステータポールに巻き付けた第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22により電機子巻線が形成されたレゾルバステータ２０と、レゾルバステータ２０のステータポールに対向して円周方向に複数の歯が形成されたレゾルバロータ１８と、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22にそれぞれ励磁信号を供給する発振器５０とを備える。
【００４４】
これにより、第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22が１つのレゾルバステータ２０に巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができる。また、発振器５０から励磁信号の供給を受けて第１系統のコイルＬA11〜ＬC12および第２系統のコイルＬA21〜ＬC22により多極レゾルバ信号が検出されるので、励磁用コイルを設ける必要がなく、配線構造が簡素となる。
【００４５】
上記第１の実施の形態において、レゾルバロータ１８は、発明１のロータに対応し、レゾルバステータ２０は、発明１のステータに対応し、発振器５０は、発明１の励磁信号供給手段に対応している。
【００４６】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態に対して、１相励磁４相出力の２重系を構成した点が異なる。以下、上記第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
図４は、１相励磁４相出力の２重系を構成するレゾルバステータ２０のコイルの配線構造を示す回路図である。
ステータコアには、図４に示すように、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相およびＤ相のそれぞれについて、第１系統用の２つのステータポールと、第２系統用の２つのステータポールとが形成されている。
【００４７】
第１系統用のステータポールには、Ａ相については２つのコイルＬA11、ＬA12が、Ｂ相については２つのコイルＬB11、ＬB12が、Ｃ相については２つのコイルＬC11、ＬC12が、Ｄ相については２つのコイルＬD11、ＬD12が第１系統のコイルとして巻き付けられている。そして、各相ごとに当該相のコイルが直列接続されている。
第２系統用のステータポールには、Ａ相については２つのコイルＬA21、ＬA22が、Ｂ相については２つのコイルＬB21、ＬB22が、Ｃ相については２つのコイルＬC21、ＬC22が、Ｄ相については２つのコイルＬD21、ＬD22が第２系統のコイルとして巻き付けられている。そして、各相ごとに当該相のコイルが直列接続されている。
【００４８】
第１系統のコイルＬA11、ＬB11、ＬC11および第２系統のコイルＬA21、ＬB21、ＬC21には、正弦波からなる励磁信号がそれぞれ入力されるので、第１系統および第２系統のいずれも、下式に示すように、互いに位相が９０°異なる４相の多極レゾルバ信号を得ることができる。
Ａ相：sinθ
Ｂ相：sin(θ＋90°)
Ｃ相：sin(θ＋180°)
Ｄ相：sin(θ＋270°)
この４相の場合の制御システムは、図３の構成に対して、３／２相変換器５８ａ、５８ｂが４／２相変換器になるのみであり、それ以外は図３と同様に構成することができる。
【００４９】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図５ないし図７は、本発明に係る多重系回転センサの第３の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態に対して、レゾルバ３０の外側が回転するアウターロータ式で構成した点が異なる。以下、上記第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５０】
図５は、レゾルバステータ２０の平面図である。
ステータコアには、図５に示すように、Ａ相、Ｂ相およびＣ相のそれぞれについて、第１系統用のステータポールおよび第２系統用のステータポールが形成されている。ここで、第１系統用または第２系統用のステータポール数ｎspおよびレゾルバロータ１８の歯数ｎrtは、下式（１）、（２）のいずれかを満たすように設定する。下式（１）、（２）においてＮは相数を示す。
ｎsp＝ｎrt／｛Ｍ＋１／Ｎ｝／２  …（１）
ｎsp＝ｎrt／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝／２  …（２）
ただし、ｎspはＮの倍数かつ偶数であり、Ｍは０または１以上の整数である。
【００５１】
図５の例では、Ｎ＝３、ｎrt＝８、Ｍ＝０とした場合、上式（１）によりｎsp＝１２が得られるので、第１系統用のステータポールおよび第２系統用のステータポール数は、それぞれ１２個となり、合計で２４個形成されている。また、Ｎ＝３、ｎrt＝１６、Ｍ＝０とした場合、上式（２）によってもｎsp＝１２が得られる。
【００５２】
第１系統のＡ相のステータポールは、円周上に６つおきに等間隔で形成されている。同様に、Ｂ相のステータポールは、Ａ相のステータポールの時計回り右隣でかつ６つおきに形成され、Ｃ相のステータポールは、Ｂ相のステータポールの時計回り右隣でかつ６つおきに形成されている。
また、第２系統のＡ相のステータポールは、第１系統のＣ相のステータポールの時計回り右隣でかつ６つおきに等間隔で形成されている。同様に、Ｂ相のステータポールは、Ａ相のステータポールの時計回り右隣でかつ６つおきに形成され、Ｃ相のステータポールは、Ｂ相のステータポールの時計回り右隣でかつ６つおきに形成されている。
【００５３】
したがって、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルは、Ｎ個（３つ）のコイルごとに円周上に均等な間隔で交互に配置される。
図６は、１相励磁３相出力の２重系を構成するレゾルバステータ２０のコイルの配線構造を示す回路図である。
第１系統用のステータポールには、図６に示すように、Ａ相については４つのコイルＬA11〜ＬA14が、Ｂ相については４つのコイルＬB11〜ＬB14が、Ｃ相については４つのコイルＬC11〜ＬC14が第１系統のコイルとして巻き付けられている。そして、各相ごとに当該相のコイルが直列接続されている。
【００５４】
第２系統用のステータポールには、Ａ相については４つのコイルＬA21〜ＬA24が、Ｂ相については４つのコイルＬB21〜ＬB24が、Ｃ相については４つのコイルＬC21〜ＬC24が第２系統のコイルとして巻き付けられている。そして、各相ごとに当該相のコイルが直列接続されている。
第１系統のコイルＬA11、ＬB11、ＬC11および第２系統のコイルＬA21、ＬB21、ＬC21には、正弦波からなる励磁信号がそれぞれ入力されるので、第１系統および第２系統のいずれも、下式に示すように、互いに位相が１２０°異なる３相の多極レゾルバ信号を得ることができる。
【００５５】
Ａ相：sinθ
Ｂ相：sin(θ＋120°)
Ｃ相：sin(θ＋240°)
このようにして、本実施の形態では、レゾルバ３０は、複数の相のそれぞれに対応して複数のステータポールが形成されかつ各相のステータポールに巻き付けた第１系統のコイルＬA11〜ＬC14および第２系統のコイルＬA21〜ＬC24により電機子巻線が形成されたレゾルバステータ２０と、レゾルバステータ２０のステータポールに対向して円周方向に複数の歯が形成されたレゾルバロータ１８とを備え、第１系統用または第２系統用のステータポール数ｎspおよびレゾルバロータ１８の歯数ｎrtを上式（１）、（２）のいずれかを満たすように設定し、第１系統のコイルＬA11〜ＬC14および第２系統のコイルＬA21〜ＬC24を、Ｎ個のコイルごとに円周上に均等な間隔で交互に配置した。
【００５６】
これにより、第１系統のコイルＬA11〜ＬC14および第２系統のコイルＬA21〜ＬC24が１つのレゾルバステータ２０に巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができる。また、第１系統のコイルＬA11〜ＬC14および第２系統のコイルＬA21〜ＬC24が円周上に均等な間隔で交互に配置されているので、第１系統のコイルまたは第２系統のコイルを円周上の一部の領域に集中して配置する場合（図７）に比して、レゾルバロータ１８の形状やピッチ誤差、偏心誤差によって回転角度位置検出信号の精度が低下するのを抑制することができる。
【００５７】
図７は、レゾルバステータ２０の半周に第１系統のコイルを、残りの半周に第２系統のコイルを配置した図である。
上記第３の実施の形態において、レゾルバロータ１８は、発明２のロータに対応し、レゾルバステータ２０は、発明２のステータに対応している。
【００５８】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００５９】
本実施の形態は、上記第２の実施の形態に対して、レゾルバ３０をアウターロータ式で構成した点が異なる。以下、上記第２の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
図８は、レゾルバステータ２０の平面図である。
ステータコアには、図８に示すように、Ａ相、Ｂ相およびＣ相のそれぞれについて、第１系統用のステータポールおよび第２系統用のステータポールが形成されている。ここで、第１系統用または第２系統用のステータポール数ｎspおよびレゾルバロータ１８の歯数ｎrtは、下式（１）、（２）のいずれかを満たすように設定する。上式（１）、（２）においてＮは相数を示す。
【００６０】
図８の例では、Ｎ＝４、ｎrt＝４、Ｍ＝０とした場合、上式（１）によりｎsp＝８が得られるので、第１系統用のステータポールおよび第２系統用のステータポール数は、それぞれ８個となり、合計で１６個形成されている。
第１系統のＡ相のステータポールは、円周上に８つおきに等間隔で形成されている。同様に、Ｂ相のステータポールは、Ａ相のステータポールの時計回り右隣でかつ８つおきに形成され、Ｃ相のステータポールは、Ｂ相のステータポールの時計回り右隣でかつ８つおきに形成されている。
【００６１】
また、第２系統のＡ相のステータポールは、第１系統のＣ相のステータポールの時計回り右隣でかつ８つおきに等間隔で形成されている。同様に、Ｂ相のステータポールは、Ａ相のステータポールの時計回り右隣でかつ８つおきに形成され、Ｃ相のステータポールは、Ｂ相のステータポールの時計回り右隣でかつ８つおきに形成されている。
したがって、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルは、Ｎ個（４つ）のコイルごとに円周上に均等な間隔で交互に配置される。なお、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルの配線構造は図４と同様である。
【００６２】
このような構成であれば、上記第３の実施の形態と同等の効果が得られる。
上記第４の実施の形態において、レゾルバロータ１８は、発明２のロータに対応し、レゾルバステータ２０は、発明２のステータに対応している。
【００６３】
〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
本実施の形態は、上記第３の実施の形態に対して、レゾルバ３０を単極レゾルバとして構成した点、並びに第１系統のコイルおよび第２系統のコイルの配置が異なる。以下、上記第３の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６４】
まず、レゾルバ３０の構成を説明する。
レゾルバ３０は、ＡＢＳ（Absolute）型のアウターロータ式レゾルバであって、環状の成層鉄心からなるレゾルバロータ１８と、レゾルバロータ１８と所定間隔をもって対向して配置された環状の成層鉄心からなるレゾルバステータ２０とを有して構成されている。レゾルバロータ１８は、クロスローラ軸受１４の軸心に対して偏心させた外周を有し、レゾルバステータ２０には、複数のステータポールが円周方向に等間隔に形成されている。そのため、レゾルバロータ１８の１回転につきリラクタンス変化の基本波成分が１周期となる単極レゾルバ信号を出力する。
【００６５】
次に、レゾルバステータ２０の配線構造を説明する。
図９は、レゾルバステータ２０の平面図である。
ステータコアには、図９に示すように、Ａ相、Ｂ相およびＣ相のそれぞれについて、第１系統用の４つのステータポールと、第２系統用の４つのステータポールとが形成されている。
【００６６】
第１系統のＡ相のステータポールは、円周上に４つ連続で形成されている。Ｂ相のステータポールは、Ａ相のステータポールに対して時計回り１２０°の間隔をあけて４つ連続で形成されている。Ｃ相のステータポールは、Ｂ相のステータポールに対して時計回り１２０°の間隔をあけて４つ連続で形成されている。
また、第２系統のＡ相のステータポールは、第１系統のＢ相のステータポールの時計回り右隣でかつ４つ連続で形成されている。Ｂ相のステータポールは、Ａ相のステータポールに対して時計回り１２０°の間隔をあけて４つ連続で形成されている。Ｃ相のステータポールは、Ｂ相のステータポールに対して時計回り１２０°の間隔をあけて４つ連続で形成されている。
【００６７】
したがって、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルは、４つのコイルごとに３６０°／Ｎ間隔で交互に配置される。なお、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルの配線構造は図６と同様である。
このようにして、本実施の形態では、レゾルバ３０は、複数の相のそれぞれに対応して複数のステータポールが形成されかつ各相のステータポールに巻き付けた第１系統のコイルＬA11〜ＬC14および第２系統のコイルＬA21〜ＬC24により電機子巻線が形成されたレゾルバステータ２０と、レゾルバステータ２０の外周に回転自在に配置されたレゾルバロータ１８とを備え、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルを、４つコイルごとに３６０°／Ｎ間隔で交互に配置した。
【００６８】
これにより、第１系統のコイルＬA11〜ＬC14および第２系統のコイルＬA21〜ＬC24が１つのレゾルバステータ２０に巻き付けられているので、軸方向の厚さを増すことなく、多重化により信頼性を向上することができる。また、第１系統のコイルＬA11〜ＬC14および第２系統のコイルＬA21〜ＬC24がそれぞれ３６０°／Ｎ間隔で交互に配置されているので、各系統ごとにsinおよびcosのレゾルバ信号が得られ、正確な回転角度位置検出信号を得ることができる。
上記第５の実施の形態において、レゾルバロータ１８は、発明４のロータに対応し、レゾルバステータ２０は、発明４のステータに対応している。
【００６９】
〔第６の実施の形態〕
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。
本実施の形態は、上記第４の実施の形態に対して、レゾルバ３０を単極レゾルバとして構成した点、並びに第１系統のコイルおよび第２系統のコイルの配置が異なる。以下、上記第４の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７０】
まず、レゾルバ３０の構成を説明する。
レゾルバ３０は、ＡＢＳ型のアウターロータ式レゾルバであって、環状の成層鉄心からなるレゾルバロータ１８と、レゾルバロータ１８と所定間隔をもって対向して配置された環状の成層鉄心からなるレゾルバステータ２０とを有して構成されている。レゾルバロータ１８は、クロスローラ軸受１４の軸心に対して偏心させた外周を有し、レゾルバステータ２０には、複数のステータポールが円周方向に等間隔に形成されている。そのため、レゾルバロータ１８の１回転につきリラクタンス変化の基本波成分が１周期となる単極レゾルバ信号を出力する。
【００７１】
次に、レゾルバステータ２０の配線構造を説明する。
図１０は、レゾルバステータ２０の平面図である。
ステータコアには、図１０に示すように、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相およびＤ相のそれぞれについて、第１系統用の３つのステータポールと、第２系統用の３つのステータポールとが形成されている。
【００７２】
第１系統のＡ相のステータポールは、円周上に３つ連続で形成されている。Ｂ相のステータポールは、Ａ相のステータポールに対して時計回り９０°の間隔をあけて３つ連続で形成されている。Ｃ相のステータポールは、Ｂ相のステータポールに対して時計回り９０°の間隔をあけて３つ連続で形成されている。Ｄ相のステータポールは、Ｃ相のステータポールに対して時計回り９０°の間隔をあけて３つ連続で形成されている。
【００７３】
また、第２系統のＡ相のステータポールは、第１系統のＢ相のステータポールの時計回り右隣でかつ３つ連続で形成されている。Ｂ相のステータポールは、Ａ相のステータポールに対して時計回り９０°の間隔をあけて３つ連続で形成されている。Ｃ相のステータポールは、Ｂ相のステータポールに対して時計回り９０°の間隔をあけて３つ連続で形成されている。Ｄ相のステータポールは、Ｃ相のステータポールに対して時計回り９０°の間隔をあけて３つ連続で形成されている。
【００７４】
したがって、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルは、３つのコイルごとに３６０°／Ｎ間隔で交互に配置される。なお、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルの配線構造は図４と同様である。
このような構成であれば、上記第５の実施の形態と同等の効果が得られる。
上記第６の実施の形態において、レゾルバロータ１８は、発明４のロータに対応し、レゾルバステータ２０は、発明４のステータに対応している。
【００７５】
なお、上記第３の実施の形態においては、Ｎ＝３、ｎrt＝８または１６、Ｍ＝０、ｎsp＝１２とした場合を説明したが、これに限らず、ステータポール数ｎspおよびレゾルバロータ１８の歯数を図１１に示すような組み合わせとすることもできる。
図１１は、ステータポール数とレゾルバロータ歯数の関係を示す表である。
また、上記第４の実施の形態においては、Ｎ＝４、ｎrt＝４、Ｍ＝０、ｎsp＝８とした場合を説明したが、これに限らず、ステータポール数ｎspおよびレゾルバロータ１８の歯数を図１２に示すような組み合わせとすることもできる。
【００７６】
図１２は、ステータポール数とレゾルバロータ歯数の関係を示す表である。
また、上記第５および第６の実施の形態においては、レゾルバ３０を単極レゾルバとして構成したが、これに限らず、多極レゾルバとして構成することもできる。この場合、ステータポール数ｎspおよびレゾルバロータ１８の歯数は、上記第３および第４の実施の形態、並びに図１１、１２に示すような組み合わせとすることができる。なお、図１１および図１２は一例であり、上式（１）、（２）を満たす構成であれば、設計に応じて図１１および図１２以外の選定も可能である。
【００７７】
また、上記第１ないし第６の実施の形態においては、図３に示すように、切換スイッチ５４およびアナログスイッチ６０で系統を切り換えるように構成したが、これに限らず、例えば、図１３および図１４に示すような構成を採用することもできる。
図１３は、ＲＤＣを系統ごとに設けた場合の制御システムの構成を示すブロック図である。
【００７８】
中継装置２００は、図１３に示すように、発振器５０、増幅器５２、移相器６２およびＣＰＵ６８を有し、各系統ごとに、電流／電圧変換器５６ａ、５６ｂ、異常信号検出器５７ａ、５７ｂ、３／２相変換器５８ａ、５８ｂおよびＲＤＣ６４ａ、６４ｂを有して構成されている。
ＣＰＵ６８は、異常信号検出器５７ａ、５７ｂからの異常信号に基づいて第１系統および第２系統を監視する。
【００７９】
図１４は、ＲＤＣ、発振器等を系統ごとに設けた場合の制御システムの構成を示すブロック図である。
中継装置２００は、図１４に示すように、ＣＰＵ６８を有し、各系統ごとに、発振器５０ａ、５０ｂ、増幅器５２ａ、５２ｂ、移相器６２ａ、６２ｂ、電流／電圧変換器５６ａ、５６ｂ、異常信号検出器５７ａ、５７ｂ、３／２相変換器５８ａ、５８ｂおよびＲＤＣ６４ａ、６４ｂを有して構成されている。
【００８０】
ＣＰＵ６８は、異常信号検出器５７ａ、５７ｂからの異常信号に基づいて第１系統および第２系統を監視する。
また、上記第１ないし第６の実施の形態においては、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルにそれぞれ励磁信号を供給する１つの発振器５０を設けたが、これに限らず、第１系統のコイルおよび第２系統のコイルにそれぞれ励磁信号を供給する２つの発振器を設けてもよい。
【００８１】
また、上記第１ないし第６の実施の形態においては、電気系統を２重系としたが、これに限らず、３重以上の系統とするとさらによい。
また、上記第１および第２の実施の形態においては、レゾルバ３０の内側が回転するインナーロータ式で構成したが、これに限らず、レゾルバ３０をアウターロータ式で構成することもできる。
【００８２】
また、上記第３ないし第６の実施の形態においては、レゾルバ３０をアウターロータ式で構成したが、これに限らず、インナーロータ式で構成することもできる。
また、上記第１ないし第６の実施の形態においては、レゾルバ３０に適用したが、これに限らず、トルクセンサ等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】レゾルバ装置１００の軸方向の断面図である。
【図２】１相励磁３相出力の２重系を構成するレゾルバステータ２０のコイルの配線構造を示す回路図である。
【図３】制御システムの構成を示すブロック図である。
【図４】１相励磁４相出力の２重系を構成するレゾルバステータ２０のコイルの配線構造を示す回路図である。
【図５】レゾルバステータ２０の平面図である。
【図６】１相励磁３相出力の２重系を構成するレゾルバステータ２０のコイルの配線構造を示す回路図である。
【図７】レゾルバステータ２０の半周に第１系統のコイルを、残りの半周に第２系統のコイルを配置した図である。
【図８】レゾルバステータ２０の平面図である。
【図９】レゾルバステータ２０の平面図である。
【図１０】レゾルバステータ２０の平面図である。
【図１１】ステータポール数とレゾルバロータ歯数の関係を示す表である。
【図１２】ステータポール数とレゾルバロータ歯数の関係を示す表である。
【図１３】ＲＤＣを系統ごとに設けた場合の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】ＲＤＣ、発振器等を系統ごとに設けた場合の制御システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００                      レゾルバ装置
１２                        ロータ
１４                        クロスローラ軸受
１４ａ                      内輪
１４ｂ                      外輪
１４ｃ                      クロスローラ
３０                        レゾルバ
１８                        レゾルバロータ
２０                        レゾルバステータ
２２                        ステータ
１２ａ、２２ａ              内壁体
１２ｂ、２２ｂ              外壁体
２６                        内輪押え
２８                        外輪押え
２００                      中継装置
５０、５０ａ、５０ｂ        発振器
５２、５２ａ、５２ｂ        増幅器
５４                        切換スイッチ
５６ａ、５６ｂ              電流／電圧変換器
５７ａ、５７ｂ              異常信号検出器
５８ａ、５８ｂ              ３／２相変換器
６０                        アナログスイッチ
６２、６２ａ、６２ｂ        移相器
６４、６４ａ、６４ｂ        ＲＤＣ
６６                        メモリ
６８                        ＣＰＵ
７０                        制御信号入出力部
７２                        位置検出信号出力部
７４                        異常検出信号出力部
３００                      モータ制御装置
３１０                      モータ
【図１】
2010002205.tif 000003
【図２】
2010002205.tif 000004
【図３】
2010002205.tif 000005
【図４】
2010002205.tif 000006
【図５】
2010002205.tif 000007
【図６】
2010002205.tif 000008
【図７】
2010002205.tif 000009
【図８】
2010002205.tif 000010
【図９】
2010002205.tif 000011
【図１０】
2010002205.tif 000012
【図１１】
2010002205.tif 000013
【図１２】
2010002205.tif 000014
【図１３】
2010002205.tif 000015
【図１４】
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