(57)【要約】【課題】Ｎ相ＶＲ型レゾルバのロータ歯数に対するステータの極数を選定することにより容易に製造できる高精度のＶＲ型レゾルバを提供する。【解決手段】先端部に複数の極片歯１１を有する極片１２を円周等分に複数有して固定支持され、各極片１２に相数Ｎのコイルを巻回してなる環状のステータ１０と、このステータの極片歯１１に対向して円周方向に形成された歯２１を有してステータ１０と同心に相対回転自在に支持された環状のロータ２０とを備えたＮ相ＶＲ型レゾルバにおいて、ロータ２０の歯数に対するステータ１０の極数を、全周精度を向上させるために、相数Ｎの倍数でなる偶数とし、且つ下記（１）式及び（２）式の何れかにより算出した極数としてＤＤモータに組込む。  ステータ極数＝ロータ歯数／（Ｍ＋１／Ｎ）          …………（１）  ステータ極数＝ロータ歯数／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝  …………（２）  但し、Ｍは１〜３の整数である。【選択図】    図１
2005283602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に複数の極片歯を有する極片を円周等分に複数有して固定支持されると共に各極片に相数Ｎのコイルを各相毎に直列に巻回してなる環状のステータと、このステータの前記極片歯に対向して円周方向に形成された歯列を有してステータと同心に配し相対回転自在に支持された環状のロータとを備えたＮ相ＶＲ型レゾルバにおいて、前記ロータの歯数に対するステータの極数を、全周精度を向上させるために、相数Ｎの倍数でなる偶数とし、且つ下記（１）式及び（２）式の何れかにより算出した極数とし、ＤＤモータに組込まれたことを特徴とする高精度ＶＲ型レゾルバ。
ステータ極数＝ロータ歯数／（Ｍ＋１／Ｎ） …………（１）
ステータ極数＝ロータ歯数／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝ …………（２）
但し、Ｍは１〜３の整数である。
【請求項２】
前記環状のステータのコイル相数Ｎ＝３、変数Ｍ＝３に設定すると共に、電気角＋１２０°毎のステータ極配置をする場合に、ロータ歯数を８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０及び３００の何れか１つに設定し、ステータ極数を、前記（１）式に従って算出して全周精度を向上させたことを特徴とする請求項１に記載の高精度ＶＲ型レゾルバ。
【請求項３】
前記環状のステータのコイル相数Ｎ＝３、変数Ｍ＝１に設定すると共に、電気角−１２０°毎のステータ極配置をする場合に、ロータ歯数を８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０及び３００の何れか１つに設定し、ステータ極数を、前記（２）式に従って算出して全周精度を向上させたことを特徴とする請求項１に記載の高精度ＶＲ型レゾルバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＶＲ型レゾルバに係り、特に、ダイレクトドライブモータ（ＤＤモータ）の位置検出器として好適な高精度のＶＲ型シンクロレゾルバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の位置検出器としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。このＶＲ型シンクロレゾルバは、図１５に示すように、環状のレゾルバステータ１０の内側に、環状のレゾルバロータ２０を組み合わせたインナロータタイプのもので、ステータ１０は先端部に複数の極片歯１１を有する極片（ポール）１２を円周方向に等間隔に複数（例えば１８ポール）設けると共に各極片１２にコイル１３を巻回して固定支持されている。前記ロータ２０は、ステータ１０の極片歯１１に対向して円周方向に極片歯と同じピッチで形成された多数の歯２１（例えば１５０歯）を有してステータ１０同心に配し相対回転自在に支持されている。そして、レゾルバステータ１０の各極片１２に巻かれたコイル巻線１３が、図１６に示すように電気的に１２０°位相を異ならせた３相交流のＡ相，Ｂ相，Ｃ相にそれぞれ接続され、モータのコイルの相に対応している。このレゾルバステータ１０の電気的に隣り合う極片１２，１２のそれぞれの位相が互いに１２０°となるように、レゾルバステータ１０の各極片歯１１は、レゾルバロータ２０の歯２１のピッチの整数倍から１／３ピッチずらされている。
【０００３】
いま、レゾルバロータ２０が図外のモータロータと同期回転すると、レゾルバロータ２０の歯２１とレゾルバステータ１０の極片歯１２との間の空隙（エアギャップ）中のリラクタンスがレゾルバロータ２０の位置の変化に応じて変化し、その変化に応じた電流がレゾルバステータ１０のコイル巻線１３に流れる。その電流を変調信号として検出することにより回転角度位置又は回転速度を検出する。レゾルバロータ２０がその１歯分回転すると、レゾルバステータ１０側では電気角３６０°相当の次のような変調信号が検出される。
Ａ相＝ａ・ｓｉｎ（θ）ｓｉｎ（ｗｔ）
Ｂ相＝ａ・ｓｉｎ（θ−１２０）ｓｉｎ（ｗｔ）
Ｃ相＝ａ・ｓｉｎ（θ−２４０）ｓｉｎ（ｗｔ）
【０００４】
例えば、レゾルバロータ２０の歯数が１５０の場合は、その１回転で上記Ａ，Ｂ，Ｃ相の信号が１５０サイクル得られる。得られた３相の信号を電気回路で２相変換してｃｏｓ信号とｓｉｎ信号としたものをＲＤＣ（レゾルバデジタルコンバータ）に入力して位置信号とし、これをＤＤモータにフィードバックすることにより、その回転速度や回転角度（位置）を正確に制御することができる。
【特許文献１】特公平７−４４８１３号公報（第１頁〜第５頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなＶＲ型レゾルバにあっては、高分解能を得るためにそのロータの歯数が１２０，１５０，１６０などと多くしてあり、しかもレゾルバのラミネーションの歯先形状はＶＲモータラミネーションと同様の角形状をしているために、レゾルバが小径であるほど加工精度が厳しくなって歯ピッチ誤差等が生じやすい。歯のピッチ誤差は累積して回転位置検出の全周累積精度を悪化させ、レゾルバの静止角度誤差の原因になる。
【０００６】
図１７は、上記従来のレゾルバロータ２０の歯数１５０、レゾルバステータ１０の極片１２の数（以下、単に極数という）を１８ポールとしたＶＲ型レゾルバにおける、ロータ１回転の全周（絶対）精度を、ロータリーエンコーダを使用して測定し、Ｘ−Ｙプロッタにて記録した例である。その精度は３１．６６秒すなわち約３２秒であった。この精度をより向上させる手段としては、円周等分に配設したレゾルバステータの極数を増やすことが考えられる。これにより、レゾルバロータの歯ピッチ誤差等の影響が平均化されて少なくなり、全周精度の一層の高精度化が達成される筈である。そこで、次の二点に留意して、上記ＶＲ型レゾルバにおけるレゾルバステータの極数（１８ポール）の増加の可否を検討してみる。
【０００７】
(1)３相レゾルバを構成するステータの極数は、３の倍数で且つ偶数である。必ず偶数になる理由は、ステータのコイル巻線の巻き方向が各極片毎にＣＷ（時計巻き），ＣＣＷ（反時計巻き），ＣＷ，ＣＣＷ……と交互になるためである。
(2)レゾルバステータの隣合う極片同士の位相が±１２０°（±１／３ピッチ）でなければならない。
レゾルバロータの歯数が１５０歯である場合に、この条件を満たし得るレゾルバステータの１８ポール以上のポール数と位相差との関係を、表１に示す。
【０００８】
【表１】
2005283602.tif 000003
【０００９】
表１から明らかなように、３相レゾルバが構成できるステータ極数は、１８ポールと９０ポールのみである。しかし９０ポールとすると、レゾルバステータの極片の幅がレゾルバロータの歯幅（１５０歯の歯幅は０．７８７ｍｍ）と同じ程度になってしまう結果、強度的に製造上の問題が生じて実現は難しい。すなわち、ＶＲ型レゾルバの検出精度をより一層向上させるのに、レゾルバステータの極数を増やすことが好ましいが、レゾルバロータの歯数如何により当該極数の増加に限界があり、高精度安定化が困難になるという問題点がある。
そこで本発明は、このような従来のＶＲ型レゾルバにおける一層の精度向上に関する未解決の課題を解決するためになされたものであり、Ｎ相ＶＲ型レゾルバのロータ歯数に対するステータの極数を選定することにより容易に製造できる高精度のＶＲ型レゾルバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る高精度ＶＲ型レゾルバの発明は、先端部に複数の極片歯を有する極片を円周等分に複数有して固定支持されると共に各極片に相数Ｎのコイルを各相毎に直列に巻回してなる環状のステータと、このステータの前記極片歯に対向して円周方向に形成された歯列を有してステータと同心に配し相対回転自在に支持された環状のロータとを備えＮ相ＶＲ型レゾルバにおいて、前記ロータの歯数に対するステータの極数を、全周精度を向上させるために、相数Ｎの倍数でなる偶数とし、且つ下記（１）式及び（２）式の何れかにより算出した極数とし、ＤＤモータに組込まれたことを特徴とする高精度ＶＲ型レゾルバ。
ステータ極数＝ロータ歯数／（Ｍ＋１／Ｎ） …………（１）
ステータ極数＝ロータ歯数／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝ …………（２）
但し、Ｍは１〜３の整数である。
【００１１】
また、請求項２に係る高精度ＶＲ型レゾルバは、請求項１に係る発明において、前記環状のステータのコイル相数Ｎ＝３、変数Ｍ＝３に設定すると共に、ロータ歯数を８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０及び３００の何れか１つに設定し、ステータ極数を、前記（１）式に従って算出して全周精度を向上させたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に係る高精度ＶＲ型レゾルバは、請求項１に係る発明において、前記環状のステータのコイル相数Ｎ＝３、変数Ｍ＝１に設定すると共に、ロータ歯数を８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０及び３００の何れか１つに設定し、ステータ極数を、前記（２）式に従って算出して全周精度を向上させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、Ｎ相ＶＲ型レゾルバにおいて、レゾルバロータの歯数に対するレゾルバステータの極数を、
ステータ極数＝ロータ歯数／（Ｍ＋１／Ｎ）          …………（１）
ステータ極数＝ロータ歯数／｛Ｍ＋（Ｎ−１）／Ｎ｝  …………（２）
但し、ステータ極数はＮの倍数で且つ偶数、Ｍは１〜３の整数である
の何れかの式により算出した極数としたことにより、レゾルバステータの極数を限界まで増やすことなく、絶対精度１０秒以下での位置決めが可能という極めて高精度のＶＲ型レゾルバが容易に得られるという効果を奏する。
【００１４】
また、ＶＲ型レゾルバのリップルは、その加減速時や一定速度時に発生する振動に影響するのであるが、レゾルバの精度を上記のように向上させたことにより、当該リップルの発生が抑制できて低振動化が達成できるという効果が得られる。
さらに、高精度が得られることから、検出器誤差に起因するモータ駆動時の騒音が大幅に低減できるという効果も得られる。
またさらに、レゾルバステータの極片歯数を減らすことができて、レゾルバ巻線方法の簡素化が可能になると共に、均一な巻線になるために３相のバランスの崩れも最小限に抑え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】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
いま、相数Ｎ＝３相とし、変数Ｍ＝３とした場合につき、上記（１）式を適用して求めたレゾルバステータの極数及びレゾルバロータ歯数を表２に示す。
【００１６】
【表２】
2005283602.tif 000004
【００１７】
この表２の値からロータ数及びステータ極数を選定することにより、高精度３相ＶＲ型レゾルバの構成が簡単に得られる。因みに、選定するロータ歯数が多いほど、ステータ極数が増加するためレゾルバの全周精度が向上する。図１に示すレゾルバロータ（アウタロータである）２０は、表２の値に基づいて選定した歯数１６０歯を有する。このロータ歯数１６０に対応するレゾルバステータ１０の極片１２の数（極数）は４８ポールである。このロータ２０とステータ１０との組み合わせ図である図１に示すように、ステータ１０の極片１２は、ロータ２０の歯数（３＋１／３）ケごとに１ポールづつ存在している。それらの各極片１２には、コイル巻線１３が巻かれるため、その巻線スペースを考慮したステータ１０の各極片１２には、１ポールにつき２ケずつの極片歯１１が突設されている。このように（１）式によるステータ極数とロータ歯数との関係を用いてステータ１０の極数を増やすことにより、隣合うステータの極片１２，１２同士の中心角度を小さくできるから、ＶＲ型レゾルバの多極化が容易に実現できる。なお、コイル巻線１３のスペースに問題がなければ、ステータ１０の各極片１２の極片歯１１の数は３ケであっても差し支えない。
【００１８】
この場合、ロータ２０の歯２１に対するステータ極片歯１１のピッチずれ量は、１／Ｎであり、それぞれ電気角０°で０／３歯（すなわち、ずれ無し）、電気角＋１２０°で１／３歯、電気角＋２４０°で２／３歯、電気角＋３６０°（すなわち、次の０°の始点）で３／３歯（１歯）となる。したがって、この３相ＶＲ型レゾルバでは、１／３ピッチで電気角＋１２０°（３６０／３）毎にずれた３相信号を検出する。
【００１９】
図１のレゾルバロータ２０の歯数１６０歯、レゾルバステータ１０の極数を４８ポールとした本実施の形態のＶＲ型レゾルバの全周精度をロータリーエンコーダを使用して測定し、Ｘ−Ｙプロッタにて記録した例を図２に示す。その精度は３．７７秒と極めて高精度であった。
また、上記実施形態においては、変数Ｍ＝３に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、変数Ｍ＝２に設定したときには、ロータ歯数１４０でステータ磁極数６０、ロータ歯数２８０でステータ磁極数１２０を設定することができ、変数Ｍ＝１に設定すると、下記表３に示すように条件を満足するロータ歯数８０、１２０、１６０、２００、２４０及び２８０でステータ磁極数を設定することができる。
【００２０】
【表３】
2005283602.tif 000005
【００２１】
さらに、上記実施形態においては、３相レゾルバで、電気角＋１２０°毎のステータ極配置をする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電気角−１２０°毎のステータ極配置をする場合も可能であり、この場合には、前述した（２）式を適用してステータ極数を決定する。
この場合、変数Ｍ＝３と設定した場合には、前述した表２におけるロータ歯数で、（２）式を満足し、ステータ極数がＮの倍数で且つ偶数であることの条件を満足するのは、ロータ歯数２２０のときのステータ磁極数６０のみであるが、変数Ｍ＝２と設定した場合には、ロータ歯数８０でステータ磁極数３０、ロータ歯数１６０でステータ磁極数６０、ロータ歯数２４０でステータ磁極数９０の３つを選択することが可能となり、さらに、変数Ｍ＝１と設定した場合には、下記表４に示すように全てのロータ歯数で条件を満足するステータ磁極数を決定することができる。
【００２２】
【表４】
2005283602.tif 000006
【００２３】
この場合、ロータ２０の歯２１に対するステータ極片歯１１のピッチずれ量は、−１／Ｎであり、それぞれ電気角０°で０／３歯（すなわち、ずれ無し）、電気角−１２０°で−１／３歯、電気角−２４０°で−２／３歯、電気角−３６０°（すなわち、次の０°の始点）で−３／３歯（−１歯）となる。したがって、この３相ＶＲ型レゾルバでは、−１／３ピッチで電気角−１２０°（−３６０／３）毎にずれた３相信号を検出する。
【００２４】
本発明のＮ相ＶＲ型レゾルバは、上述のように、±１／Ｎピッチで電気角（±３６０／Ｎ）°毎にずれたＮ相の信号を検出するものであり、３相以外の構成にも適用できる。例えば、４相レゾルバの場合は±１／４ピッチで電気角±９０°毎にずれた４相の信号を検出し、６相レゾルバの場合は±１／６ピッチで電気角±６０°毎にずれた６相の信号を検出する。かくして、本実施形態によれば、変数Ｍを小さくする程、ステータ磁極数を増加させて、レゾルバの全周精度を向上させることができる。
【００２５】
なお、前記実施の形態では、ＶＲ型レゾルバのロータ及びステータに、ＤＤモータのロータ及びステータと同一の積層板を用いているが、レゾルバロータとモータロータとの歯数が同一歯数であれば、特にレゾルバステータの積層板をモータステータの積層板と同一にする必要はない。
また、ロータ歯数としては、上記に限定されるものではなく、６８、１０４、１２４、１３２等の任意の歯数を選択することができ、前記（１）式又は（２）式で条件を満足するステータ磁極数を算出可能であればよい。
【００２６】
（実施例）
以下に、本発明の効果を明確にするために、実施例と比較例とを対比して説明する。
実施例１：図３〜図５に、本発明の第１の実施例を示す。
この実施例では、図３に示すレゾルバロータ２０の歯２１の歯数を１２０歯とした。これに対し、レゾルバステータ１０の極数は（１）式に基づいて３６ポールに設定し、その１ポール当たりの極片歯１１の歯数は３ケとした。こうして製作した極数３６ポールのレゾルバステータ１０の組立図を図４、その巻線結線図を図５に示す。
【００２７】
比較例１：一方、レゾルバステータ１０の極片１２の数が異なる比較例を製作して対比した。その比較例１のＶＲ型レゾルバは、レゾルバロータ２０の歯２１の歯数を上記第１の実施例のもの（図３）と同じく１２０歯としたが、レゾルバステータ１０の極数は１８ポールと少なくし、かつ１ポール当たりの極片歯１１の歯数を６ケとした。図６にそのレゾルバステータの組立図を、図７にその巻線結線図を示した。
【００２８】
本実施例１のＶＲ型レゾルバの全周精度をロータリーエンコーダを使用して測定し、Ｘ−Ｙプロッタにて記録した例を図８に示す。その精度は１６．５３秒と非常に高精度であった。これに対して、上記比較例１の場合の精度は図９に示す通り３９．０８秒となり、実施例１に比べて半分以下であった。
実施例２：レゾルバロータ２０は、実施例１と同じく歯数１２０歯とした。レゾルバステータ１０の方は、その極数は３６ポールであるが、ただし１ポール当たりの極片歯１１の歯数を２ケとしたものを、別に製作した。図１０にそのレゾルバステータ１０の組立図を、図１１にその巻線結線図を示した。
【００２９】
比較例２：これに対比する比較例２として、比較例１と同じく歯数１２０歯のアウタロータタイプのレゾルバロータ２０に、極数１８ポールで１ポール当たりの極片歯の歯数を６ケとしたレゾルバステータ１０を組み合わせた従来タイプのＶＲ型レゾルバを別に製作した。
本実施例２のＶＲ型レゾルバの全周精度をロータリーエンコーダを使用して測定し、Ｘ−Ｙプロッタにて記録したものを図１２に示す。その精度は８．２８秒と極めて高精度であった。これに対して、上記比較例２の場合の精度は図１３に示す通り３２．７８秒となり、実施例２の略１／４近くにすぎなかった。
【００３０】
以上、実施例１，２と比較例１，２とを比べてわかるように、例えば、３相ＶＲ型レゾルバを構成するのに、レゾルバ及びモータのロータ歯数を１２０とした時、レゾルバステータの極数を従来のように１８ポールとするよりも、本発明の前記（１）式を適用してレゾルバステータの極数を３６ポールとした方が、より高精度の全周精度を実現することができる。
【００３１】
ここで、本発明のＶＲ型レゾルバの製造上の利点を説明する。例えば上記実施例２のレゾルバステータ１０（１ポール当たりの極片歯１１の歯数を２ケとしたもの）の場合、図１４（ａ）に示すように、その極片１２の形状は、コイル巻線１３の整列型巻きの採用を可能にする。すなわち、形状にくびれがないので、型巻きされたコイル巻線１３（ボビン，空芯コイルなど）を差し込む形で構成することができ、巻線方法の簡素化が図れる。また、均一な巻線になるために、３相のバランスの崩れも最小限に抑えることができる。これに対し、図１４（ｂ）に示すような、極片１ポール当たりの極片歯１１の歯数の多い一般的なレゾルバステータの場合には、コイル巻線１３が極片１２の根元に直巻きされており、均一な巻線形状が出来にくい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態におけるレゾルバロータとステータとの組合せを説明する模式図である。
【図２】図１のＶＲ型レゾルバの全周精度測定結果を示すグラフである。
【図３】第１の実施例のレゾルバロータラミネーションの略図である。
【図４】そのレゾルバステータの組立図である。
【図５】図４の巻線結線図である。
【図６】比較例のレゾルバステータの組立図である。
【図７】その巻線結線図である。
【図８】第１の実施例の全周精度測定結果を示すグラフである。
【図９】その比較例の全周精度測定結果を示すグラフである。
【図１０】第２の実施例のレゾルバステータの組立図である。
【図１１】その巻線結線図である。
【図１２】第２の実施例の全周精度測定結果を示すグラフである。
【図１３】その比較例の全周精度測定結果を示すグラフである。
【図１４】レゾルバステータの巻線とステータ極片形状との関係を説明する模式図で、（ａ）は本発明の２歯極片、（ｂ）は一般的な多数歯極片である。
【図１５】従来のレゾルバロータとステータとの組合せを説明する模式図である。
【図１６】レゾルバロータの回転でレゾルバステータの巻線を流れるＡ，Ｂ，Ｃ相の変調信号を示す概要図である。
【図１７】従来のＶＲ型レゾルバの全周精度測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０    （レゾルバ）ステータ
１１    極片歯
１２    極片
１３    コイル巻線
２０    （レゾルバ）ロータ
２１    歯
【図１】
2005283602.tif 000007
【図２】
2005283602.tif 000008
【図３】
2005283602.tif 000009
【図４】
2005283602.tif 000010
【図５】
2005283602.tif 000011
【図６】
2005283602.tif 000012
【図７】
2005283602.tif 000013
【図８】
2005283602.tif 000014
【図９】
2005283602.tif 000015
【図１０】
2005283602.tif 000016
【図１１】
2005283602.tif 000017
【図１２】
2005283602.tif 000018
【図１３】
2005283602.tif 000019
【図１４】
2005283602.tif 000020
【図１５】
2005283602.tif 000021
【図１６】
2005283602.tif 000022
【図１７】
2005283602.tif 000023