(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に固定子巻線を配置し前記固定子巻線に対して所定の励磁周波数によって励磁する一方、回転体の軸に接続される回転子に二相回転子巻線を前記固定子巻線により発生するそれぞれの磁束と鎖交して第１の誘導電圧と第２の誘導電圧を発生するように配置し、前記第１の誘導電圧と前記第２の誘導電圧に応じて前記回転体の位置検出をするレゾルバにおいて、
前記第１の誘導電圧が所定のしきい値以上のとき第１比較信号を出力する第１比較手段と、
前記第２の誘導電圧が所定のしきい値以上のとき第２比較信号を出力する第２比較手段と、
前記第１比較信号と前記第２比較信号との論理和信号を出力する論理和演算手段と、
前記論理和信号の出力時間を計測し、該第１の計測時間が第１の所定の時間以上となったときのみリセット信号を出力する第１限時手段と、
時間の計測をして第２の所定の時間内に前記リセット信号が入力されたとき第２の計測時間をリセットする一方、前記第２の計測時間が前記第２の所定の時間以上となると、故障信号を外部へ出力する第２限時手段を備えたことを特徴とするレゾルバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転機械の速度制御等のための位置検出等に用いるレゾルバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、誘導機や同期機等の回転機械では、各種機械を駆動したり、電力を発生したりするために、回転体の回転速度制御やトルク制御等が行われる。このような制御のとき、回転体の位置や速度の検出が不可欠で、一般に、レゾルバが用いられる。レゾルバは、シンクロ電機の一種で、巻線形の誘導機と同様の構造となっており、固定子に９０°位相のずれた二相巻線を配置し、回転子と共に回転する回転子巻線の誘導電圧の位相により位置検出を行うようになっている。
【０００３】
この種のレゾルバの動作原理について図６を参照して説明する。
【０００４】
レゾルバは、固定子１に固定子巻線１ａが施され、回転子２に電気的に９０°ずれた回転子巻線２ａと回転子巻線２ｂとが互いに配置されている。固定子１の固定子巻線１ａは所定の周波数によって励磁電圧が印加されている一方、回転子巻線２ａの出力端子Ｒ１と出力端子Ｒ３から誘導電圧Ｅｒ１が取出され、回転子巻線２ｂの出力端子Ｒ２と出力端子Ｒ４とから誘導電圧Ｅｒ２が取り出される。
【０００５】
上記誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２の値は、一般に、固定子巻線１ａへ加えられる電圧の振幅と、回転子２の角度θによって決まる固定子巻線１ａと回転子巻線２ａと回転子巻線２ｂ間の磁気的結合度によって決まる。すなわち、誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２の値は、回転子巻線２ａと回転子巻線２ｂとの位置によって固定子巻線１ａの磁束と回転子巻線２ａと回転子巻線２ｂとの鎖交磁束により定まり、回転子２の角度に応じてｓｉｎ，ｃｏｓに比例する。
【０００６】
例えば、図６に示す関係のように、回転子２のロータ角度θ（軸端側より見て反時計方向をとる）を定めると、誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２は次の式（１）および（２）で示される。
【０００７】
Ｅｒ１＝ＫＥｓｃｏｓθ−−−−（１）
Ｅｒ２＝ＫＥｓｓｉｎθ−−−−（２）
【０００８】
ここで、Ｅｓ：固定子の励磁電圧
Ｋ：結合係数
【０００９】
上記式（１）および（２）を電気的ベクトルを用いて表示すると、図７に示すようにレゾルバの固定子１の固定子巻線１ａの励磁電圧Ｅｓを直交座標に分解することができる。
【００１０】
ところで、一般に、レゾルバは図８に原理図を示す二相巻線励磁−二相巻線出力によるものが用いられる。このレゾルバは、図６に示したレゾルバの原理図に固定子１の固定子巻線１ａに９０°位相角を有する固定子巻線１ｂとを配置したもので、図９に示すように電気的ベクトルの表示することができる。
【００１１】
従って、誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２とは図９からすれば、次の式（３）および（４）によって示される。
【００１２】
Ｅｒ１＝Ｋ（Ｅｓ１ｃｏｓθ＋Ｅｓ２ｓｉｎθ）−−−−（３）
Ｅｒ２＝Ｋ（Ｅｓ２ｃｏｓθ−Ｅｓ１ｓｉｎθ）−−−−（４）
【００１３】
ここで、Ｅｓ１＝固定子巻線１ａの励磁電圧
Ｅｓ２＝固定子巻線１ｂの励磁電圧
Ｋ＝最大結合係数
θ＝軸端側から反時計方向の角度（図９）
【００１４】
上記式（３）および（４）上で最大結合係数Ｋと固定子巻線１ａの励磁電圧Ｅｓ１と固定子巻線１ｂの励磁電圧Ｅｓ２と回転子巻線２ａの第１の誘導電圧Ｅｒ１と回転子巻線２ｂの第２の誘導電圧Ｅｒ２とは判るから、これらを演算処理すれば角度θが求められ、回転体の軸端側からの角度、つまり、回転体の位置が求められる。
【００１５】
なお、一般に、固定子巻線１ａと固定子巻線１ｂの励磁周波数は、１ＫＨｚ程度が用いられ、回転体が２０Ｈｚ前後とすれば、上記（３），（４）で表される回転子２のロータ角度θの近傍における波形は、固定子巻線１ａと固定子巻線１ｂの励磁周波数の波形に近似したものとなり、所定の位相差を有して出力される。
【００１６】
また、誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２は、ブラシを介して外部へ取出されるが、近年ブラシを介さないで、ブラシレスで取出す手段も用いられるようになっている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レゾルバの故障により回転体等が暴走しても従来のレゾルバはレゾルバが故障の原因であることが直ちに判らなかった。
【００１８】
すなわち、上記レゾルバの固定子巻線１ａと固定子巻線１ｂ、回転子巻線２ａと回転子巻線２ｂ等が断線したり、ブラシの接触異常、さらに、レゾルバと取出接続部間等との接続不良等により正常な位置信号が出力されないことがある。
【００１９】
レゾルバが故障すると、回転体の位置や速度が実際のものと異なるために、制御装置が異常となり、駆動源が電動機であれば、過電流や過速度（暴走）をひき起こす。このような場合、従来、レゾルバを含めて装置全体のどこに原因があるのか調べるが、大型装置では、原因追求の箇所も多くどこに原因があるのか調べるのに多くの時間と労力を要した。
【００２０】
そこで、本発明は、レゾルバの故障を直ちに検出することができるレゾルバを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固定子に固定子巻線を配置し前記固定子巻線に対して所定の励磁周波数によって励磁する一方、回転体の軸に接続される回転子に二相回転子巻線を前記固定子巻線により発生するそれぞれの磁束と鎖交して第１の誘導電圧と第２の誘導電圧を発生するように配置し、前記第１の誘導電圧と前記第２の誘導電圧に応じて前記回転体の位置検出をするレゾルバにおいて、前記第１の誘導電圧が所定のしきい値以上のとき第１比較信号を出力する第１比較手段と、前記第２の誘導電圧が所定のしきい値以上のとき第２比較信号を出力する第２比較手段と、前記第１比較信号と前記第２比較信号との論理和信号を出力する論理和演算手段と、前記論理和信号の出力時間を計測し、該第１の計測時間が第１の所定の時間以上となったときのみリセット信号を出力する第１限時手段と、時間の計測をして第２の所定の時間内に前記リセット信号が入力されたとき第２の計測時間をリセットする一方、前記第２の計測時間が前記第２の所定の時間以上となると、故障信号を外部へ出力する第２限時手段を備えたものである。
【００２３】
【作用】
したがって、レゾルバが故障すれば、直ちにレゾルバの故障が判るから回転体を停止し、対応措置を講ずることができる。また、レゾルバに起因する故障が直ちに判るからレゾルバが故障のとき、他の関連する部所を調べる必要がなく、また、装置に故障が発生したときレゾルバに故障がないときレゾルバを除外して原因追求が迅速にされ、装置に故障があったとき、原因追求の労力と時間の削減をすることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第一実施例を示すレゾルバの構成図である。
【００２８】
レゾルバ１０は、発信部１１と変換部１２と故障検出部１３とから構成されている。発信部１１は、図８で説明した二相巻線励磁−二相電圧出力型のもので、固定子１には固定子巻線１ａと固定子巻線１ｂとが９０°位相差をもって配置され、回転子２には図示しない回転体に接続する回転子巻線２ａと回転子巻線２ｂとが互いに９０°の位相差を有し回転体と連動して回転するようになっている。
【００２９】
変換部１２は、発信部１１に設ける固定子１の固定子巻線１ａと固定子巻線１ｂとへ印加されるそれぞれの励磁電圧Ｅｓ１，Ｅｓ２を取込み、さらに、回転子２から回転子巻線２ａと回転子巻線２ｂとの誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２とを取込んで所定演算をして回転体の角度θを位置信号として出力する。
【００３０】
故障検出部１３は、誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２とを入力して、後述するように回転子２の誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２との出力レベルの低下を把えて故障が発生したとき故障信号を出力する。
【００３１】
図２は、上記する故障検出部１３の詳細な構成を示し、故障検出部１３は、第１比較手段１３ａと第２比較手段１３ｂと論理和演算手段１３ｃと第１限時手段１３ｄと第２限時手段１３ｅとから構成されている。
【００３２】
第１比較手段１３ａは、誘導電圧Ｅｒ１が所定のしきい値以上のとき、第１比較信号を出力するものである。第２比較手段１３ｂは、誘導電圧Ｅｒ２が所定のしきい値以上のとき第２比較信号を出力するものである。論理和演算手段１３ｃは、第１比較信号と第２比較信号との論理和が成立すると論理和信号を出力するものである。第１限時手段１３ｄは、論理和信号の出力時間を計測し、計測時間が所定の時間以上のときリセット信号を出力するものである。第２限時手段１３ｅは、時間の計測をして所定の時間内にリセット信号を入力すると計測時間をリセットする一方、計測時間が所定の時間外となると、故障信号を外部へ出力するものである。
【００３３】
以上の構成で、発信部１１に設ける固定子１の固定子巻線１ａと固定子巻線１ｂとへそれぞれ励磁電圧Ｅｓ１と励磁電圧Ｅｓ２とを印加して回転子２が角度θの位置にあるとする。この場合、従来例で説明した式（３）および（４）による誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２とが所定の位相差で約１Ｋｚ程度の周期をもって出力され角度θに応じて出力波形が変化する。
【００３４】
ここで、まず、図３を参照して説明すると、上記誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２とが、図２に示すそれぞれの第１比較手段１３ａと第２比較手段１３ｂとへ入力され、時刻ｔ１に第１比較手段１３ａと第２比較手段１３ｂに設定される所定のしきい値ＬＣと比較される。この比較により、誘導電圧Ｅｒ２が所定のしきい値ＬＣより大きいとき、第１比較手段１３ａよりその時間幅のＯＮ信号ＣＲ１が出力され、誘導電圧Ｅｒ１が所定のしきい値ＬＣより大きいとき、第２比較手段１３ｂよりその時間幅のＯＮ信号ＣＲ２が出力される。
【００３５】
このＯＮ信号ＣＲ１とＯＮ信号ＣＲ２とが論理和演算手段１３ｃへ入力されて論理和演算手段１３ｃがＯＮ信号ＯＲを出力する。このＯＮ信号ＯＲが第１限時手段１３ｄへ入力されると、第１限時手段１３ｄが時間を計測し、その計測時間である出力信号ＴＤ１が所定のしきい値Ｌ１に向かって徐々に増加される。このとき、第２限時手段１３ｅが時間を計測し、その計測時間である出力信号ＴＤ２を徐々に増加させ所定のしきい値Ｌ２に向かって行く。
【００３６】
これによって、時刻ｔ２になると、出力信号ＴＤ１が所定のしきい値ＬＣを超えて第１限時手段１３ｄがリセット信号Ｔ１を出力する。リセット信号Ｔ１が第２限時手段１３ｅへ入力されると、リセット信号Ｔ１によって第２限時手段１３ｅがリセットされる。
【００３７】
同様に時刻ｔ３と時刻ｔ４にリセット信号Ｔ１が出力され、第２限時手段１３ｅの計測時間がリセットされる。この場合、所定のしきい値Ｌ１，所定のしきい値Ｌ２を適宜の大きさに設定することにより、発信部１１が正常に動作している限り故障信号が外部へ出力されない。
【００３８】
次に、図４に示すように、固定子１の固定子巻線１ｂが断線した場合、図５に示す作用をする。
【００３９】
図５は、角度約θ＝４５°のときに固定子巻線１ａが断線した瞬時の状態で、かつ、角度θの近傍を示すもので、時刻ｔ１から時刻ｔ２間が正常で時刻ｔ３に断線したとする。
【００４０】
この場合に、固定子巻線１ｂの断線によって誘導電圧Ｅｒ１の最大量が大幅にに低下し、誘導電圧Ｅｒ２がほぼ零に近い値に低下する。この結果、時刻ｔ３以降に第２比較手段１３ｂからＯＮ信号ＣＲ２が出力されない。このため第１限時手段１３ｄから第２限時手段１３ｅへリセット信号が時刻ｔ２に出力された後に出力されない。これにより、時刻ｔ４に第２限時手段１３ｅの出力信号ＴＤ２が所定のしきい値Ｌ２を超えて故障信号Ｔ２が出力される。
【００４１】
このように誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２とが正常のとき、ＯＮ信号ＣＲ１としての第１比較信号とＯＮ信号ＣＲ２としての第２比較信号が正常に出力されて、論理和演算手段１３ｃから論理和信号が出力される。そして、第１限時手段１３ｄの計測時間が所定の値以上となり、リセット信号が出力される。リセット信号の入力により、第２限時手段１３ｅの計測時間がリセットされ故障信号が出力されることが禁止される。一方、レゾルバが故障すると、誘導電圧Ｅｒ１または誘導電圧Ｅｒ２あるいは誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２の双方のレベルが低下する。このため、第１比較信号と第２比較信号の双方またはいずれかの信号が異常となり、状況に応じて時間幅の短い論理和信号が出力される。これにより、第１限時手段１３ｄの計測時間が短くなり、計測時間が所定の時間に達しなくなり、リセット信号が出力されなくなる。このとき、リセット信号が出力されないから第２限時手段１３ｅの計測時間が所定時間を越えて、故障信号が出力される。
【００４２】
従って、レゾルバが故障すれば、直ちにレゾルバの故障が判るから回転体を停止し、対応措置を講ずることができる。また、レゾルバに起因する故障が直ちに判るからレゾルバが故障のとき、他の関連する部所を調べる必要がなく、また、装置に故障が発生したときレゾルバに故障がないときレゾルバを除外して原因追求ができるから原因追求が迅速にされ、装置に故障があったとき、原因追求の労力と時間の削減をすることができる。
【００４３】
なお、本実施例では、固定子巻線１ａと固定子巻線１ｂのいずれか、一方の断線について説明したが固定子巻線１ａと固定子巻線１ｂとが一緒に断線したり、接触不良を起こしたりしても誘導電圧Ｅｒ１と誘導電圧Ｅｒ２の出力レベルが低下するから故障を検出できる。
【００４４】
また、回転子巻線２ａと回転子巻線２ｂに故障が発生しても検出できる。さらに、図６に示した二相巻線励磁−一相巻線出力にも適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固定子に固定子巻線を配置し前記固定子巻線に対して所定の励磁周波数によって励磁する一方、回転体の軸に接続される回転子に二相回転子巻線を前記固定子巻線により発生するそれぞれの磁束と鎖交して第１の誘導電圧と第２の誘導電圧を発生するように配置し、前記第１の誘導電圧と前記第２の誘導電圧に応じて前記回転体の位置検出をするレゾルバにおいて、前記第１の誘導電圧が所定のしきい値以上のとき第１比較信号を出力する第１比較手段と、前記第２の誘導電圧が所定のしきい値以上のとき第２比較信号を出力する第２比較手段と、前記第１比較信号と前記第２比較信号との論理和信号を出力する論理和演算手段と、前記論理和信号の出力時間を計測し、該第１の計測時間が第１の所定の時間以上となったときのみリセット信号を出力する第１限時手段と、時間の計測をして第２の所定の時間内に前記リセット信号が入力されたとき第２の計測時間をリセットする一方、前記第２の計測時間が前記第２の所定の時間以上となると、故障信号を外部へ出力する第２限時手段を備えたので、レゾルバが故障すれば、直ちにレゾルバの故障が判るから回転体を停止し、対応措置を講ずることができるという効果を得る。また、レゾルバに起因する故障が直ちに判るからレゾルバが故障のとき、他の関連する部所を調べる必要がなく、また、装置に故障が発生したときレゾルバに故障がないときレゾルバを除外して原因追求が迅速にされ、装置に故障があったとき、原因追求の労力と時間の削減をすることができるという効果も得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示すレゾルバの構成図である。
【図２】図１のレゾルバに備える故障検出部の構成図である。
【図３】図２の故障検出部の第１の作用を示す説明図である。
【図４】図１のレゾルバに故障が発生したときの説明図である。
【図５】図２の故障検出部の第２の作用を示す説明図である。
【図６】二相巻線−一相巻線出力のレゾルバの原理図である。
【図７】図６のレゾルバの入出力を示すベクトル図である。
【図８】二相巻線−二相巻線出力のレゾルバの原理図である。
【図９】図８のレゾルバの入出力を示すベクトル図である。
【符号の説明】
１    固定子
１ａ，１ｂ    固定子巻線
２    回転子
２ａ，２ｂ    回転子巻線
１０    レゾルバ
１１    発信部
１２    変換部
１３    故障検出部
１３ａ    第１比較手段
１３ｂ    第２比較手段
１３ｃ    論理和演算手段
１３ｄ    第１限時手段
１３ｅ    第２限時手段
ＣＲ１    第１の比較手段のＯＮ信号
ＣＲ２    第２の比較手段のＯＮ信号
ＯＲ    論理和演算手段のＯＮ信号
ＴＤ１    第１限時手段の出力信号
ＴＤ２    第２限時手段の出力信号
Ｔ１    リセット信号
Ｔ２    故障信号
【図１】
0003588493.tif 000002
【図２】
0003588493.tif 000003
【図３】
0003588493.tif 000004
【図４】
0003588493.tif 000005
【図５】
0003588493.tif 000006
【図６】
0003588493.tif 000007
【図７】
0003588493.tif 000008
【図８】
0003588493.tif 000009
【図９】
0003588493.tif 000010