(57)【要約】【課題】生産性が高く、製造コストが安い上に、外来ノイズに対して角度検出誤差の少ないレゾルバを実現する。【解決手段】二個の磁極歯を一体化したステータコア２をプリント基板５に設けられた孔に貫通させるとともに、プリント基板５のうち孔の周囲に巻き方向が互いに逆になったコイルパターン３を設ける。そして、ステータコア２およびプリント基板５を、この磁極歯が、回転軸４が偏心して取り付けられたロータ１に近接するように配置し、ロータ１の回転角度に応じて変化するコイル３のインダクタンス変化を用いて回転角度を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルのインダクタンスの変化を検出することによって、ロータの回転角度を検出するリラクタンス型レゾルバであって、
磁性材料により形成された円板であって、回転軸が当該円板の中心に対して偏心して取り付けられたロータと、
磁性材料からなり、前記ロータに近接配置される２つの磁極歯が一体形成されたステータコアと、
前記ステータコアの２つの磁極歯を貫通する２つの孔と、当該孔の周囲に銅箔パターンによって形成されるとともに巻き方向が互いに逆になるよう接続された二つのコイルと、を有するプリント基板と、
を備えることを特徴とするリラクタンス型レゾルバ。
【請求項２】
請求項１に記載のリラクタンス型レゾルバであって、
前記ステータコアの２つの磁極歯は、前記ロータの表面に近接して対向配置され、前記ロータの回転角度に応じて、前記磁極歯と前記ロータ表面との対向面積が変化することによってインダクタンスが変化する、ことを特徴とするリラクタンス型レゾルバ。
【請求項３】
請求項１に記載のリラクタンス型レゾルバであって、
前記ステータコアの２つの磁極歯は、前記ロータの側面に近接して対向配置され、前記ロータの回転角度に応じて、前記磁極歯と前記ロータ側面との間のエアギャップが変化することによってインダクタンスが変化する、ことを特徴とするリラクタンス型レゾルバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータ等の回転角度の検出に利用されるレゾルバに関するものであり、低コスト、かつ、外来ノイズに対して誤差が少なくできる構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景となる従来技術としては、図８に示すようなリラクタンス型レゾルバがある。図中のロータ１は、珪素鋼板等の磁性材料で形成された円板であって、回転中心に対して偏心して取り付けられている。磁性材料によって形成されたステータ２には、ロータ１に対向して４つの磁極歯が設けられており、この磁極歯にはそれぞれ、４つのコイル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（以下、４つのコイルを区別しない場合は単に「コイル３」と呼び、添え字アルファベットは省略する）が巻回されている。
【０００３】
ロータ１が回転すると磁極歯とロータとの間のエアギャップが変化するため、コイル３のインダクタンスが変化する。すなわち、ロータ１の回転角度をθとするとコイル３ａのインダクタンスＬａ（θ）は、
Ｌａ（θ）＝Ｌｍ・ｃｏｓ（θ）＋Ｌｎ  ・・・  式１
と表わされる。なお、Ｌｍ，Ｌｎは、ロータ１が最も磁極歯に近づいた時のインダクタンスをＬｐ、最も遠ざかった時のインダクタンスをＬｖとして以下のように表わされる。
Ｌｍ＝（Ｌｐ−Ｌｖ）／２・・・  式２
Ｌｎ＝（Ｌｐ＋Ｌｖ）／２・・・  式３
【０００４】
同様にコイル３ｂ、コイル３ｃ、コイル３ｄのインダクタンスは次のように表わされる。
Ｌｂ（θ）＝Ｌｍ・ｓｉｎ（θ）＋Ｌｎ・・・  式４
Ｌｃ（θ）＝−Ｌｍ・ｃｏｓ（θ）＋Ｌｎ・・・  式５
Ｌｄ（θ）＝−Ｌｍ・ｓｉｎ（θ）＋Ｌｎ・・・  式６
【０００５】
これらコイルに、周波数がωｔ、振幅がＩの正弦波電流ｉ（ｔ）を通電した時、それぞれのコイルに発生する電圧ｅａ（ｔ），ｅｂ（ｔ），ｅｃ（ｔ），ｅｄ（ｔ）は以下のように表わされる。
ｉ（ｔ）＝Ｉ・ｓｉｎ（ωｔ）・・・  式７
ｅａ（ｔ）＝ωＩ（Ｌｍ・ｃｏｓ（θ）＋Ｌｎ）ｃｏｓ（ωｔ）・・・  式８
ｅｂ（ｔ）＝ωＩ（Ｌｍ・ｓｉｎ（θ）＋Ｌｎ）ｃｏｓ（ωｔ）・・・  式９
ｅｃ（ｔ）＝ωＩ（−Ｌｍ・ｃｏｓ（θ）＋Ｌｎ）ｃｏｓ（ωｔ）・・・  式１０
ｅｄ（ｔ）＝ωＩ（−Ｌｍ・ｓｉｎ（θ）＋Ｌｎ）ｃｏｓ（ωｔ）・・・  式１１
【０００６】
これらの電圧を、演算回路を用いて下式のように演算すると、次の正弦波信号ｅｘ（ｔ），ｅｙ（ｔ）が得られる。
ｅｘ（ｔ）＝ｅａ（ｔ）−ｅｃ（ｔ）
＝２ωＩ・Ｌｍ・ｃｏｓ（θ）・ｃｏｓ（ωｔ）・・・  式１２
ｅｙ（ｔ）＝ｅｂ（ｔ）−ｅｄ（ｔ）
＝２ωＩ・Ｌｍ・ｓｉｎ（θ）・ｃｏｓ（ωｔ）・・・  式１３
【０００７】
サンプルホールド回路等を用いてｃｏｓ（ωｔ）＝１となるタイミングでｅｘ（ｔ），ｅｙ（ｔ）をサンプリングし、これらに次式の演算を施すことにより、ロータの回転角度θが算出される。
θ＝ｔａｎ−１（ｅｙ（ｔ）／ｅｘ（ｔ））・・・  式１４
【０００８】
本発明の背景となる他の技術として、特許文献１に示されるようなリラクタンス型レゾルバがある。このレゾルバは、図８のコイル３をプリント基板に置き換えたものであり、巻線作業が簡単化されるため製造コストが安い。また、レゾルバの形状を薄型化できるメリットもある。
【０００９】
さらに、本発明の背景となる他の技術として、特許文献２に示されるようなリラクタンス型レゾルバがある。この事例でもコイルをプリント基板によって構成しており、製造コストの安いレゾルバを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２３２５０７号公報
【特許文献２】特開２００７−２８５７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図８における従来のリラクタンス型レゾルバにおいては、以下のような二つの課題がある。その第一はコイルを巻線によって製造するため、生産性が低く、製造コストが高いという課題である。また、第二の課題は、外来のノイズ磁束に対して角度検出値に誤差を生じやすいという課題である。その理由を図９を用いて説明する。
【００１２】
図９は従来のリラクタンス型レゾルバに対して、外部からノイズ磁束φｄが与えられた場合の磁束の流れを示す図である。なお、ノイズ磁束の発生原因としては、近郊に設置された電力線の影響や、モータの漏れ磁束等が考えられる。図９において、コイル３ａとコイル３ｂを比較すると、ロータ１の偏心によってコイル３ａのエアギャップが小さいため、多くのノイズ磁束が通過する。同様にコイル３ｃとコイル３ｄの比較においてもコイル３ｄに多くのノイズ磁束が通過する。コイル３ａとコイル３ｃの出力電圧に均等に含まれるノイズ成分は、式１２で示したように引き算されるため、検出信号ｅｘ（ｔ）には現われないが、上述のように不均等なノイズ磁束が流れるため、結果として角度検出値に誤差が発生する。
【００１３】
特許文献１に示されたレゾルバは、コイルをプリント基板によって形成しており、生産性に関する課題は改善されている。しかしながら、ステータコアを複数の磁性体を組み立てることで構成しており、組立作業性による製造コストの課題は残る。さらに、上述した外来ノイズ磁束に関する課題は、図８のレゾルバと同様であり、角度検出値に誤差が発生するという課題がある。
【００１４】
特許文献２に示されたレゾルバについても、コイルをプリント基板によって形成しているので生産性の課題が改善されているが、ステータコアの構造が複雑であり、組立作業性による製造コストの課題がある。また、外来磁束ノイズによって角度検出誤差が発生するという課題も同様である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題は、コイルのインダクタンスの変化を検出することによって、ロータの回転角度を検出するリラクタンス型レゾルバであって、磁性材料により形成された円板であって、回転軸が当該円板の中心に対して偏心して取り付けられたロータと、磁性材料からなり、前記ロータに近接配置される２つの磁極歯が一体形成されたステータコアと、前記ステータコアの２つの磁極歯を貫通する２つの孔と、当該孔の周囲に銅箔パターンによって形成されるとともに巻き方向が互いに逆になるよう接続された２つのコイルと、を有するプリント基板と、を備えることを特徴とするリラクタンス型レゾルバによって解決される。
【００１６】
さらに詳細な手段としては、前記ステータコアの２つの磁極歯が、前記ロータの表面に近接して対向配置され、前記ロータの回転角度に応じて、前記磁極歯と前記ロータ表面との対向面積が変化することによってインダクタンスが変化するレゾルバとすることができる。
【００１７】
さらにまた、別の詳細手段としては、前記ステータコアの２つの磁極歯が、前記ロータの側面に近接して対向配置され、前記ロータの回転角度に応じて、前記磁極歯と前記ロータ側面との間のエアギャップが変化することによってインダクタンスが変化することを利用したレゾルバとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるリラクタンス型レゾルバによれば、コイルとして巻線を用いず、プリント基板による印刷パターンで構成しているので、生産性が高く、製造コストが安いという効果がある。また、コイルは巻き方向が逆の２つのコイルを近接して配置しているので、外来のノイズ磁束によって発生する誤差電圧をキャンセルする働きがあり、角度検出値の誤差が少ないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例によるリラクタンス型レゾルバの構造図である。
【図２】本発明の一実施例によるリラクタンス型レゾルバに使用しているプリント基板、ステータコア、コイルの実装形態を示す図である。
【図３】本発明の一実施例によるリラクタンス型レゾルバの動作を説明するための正面図である。
【図４】本発明の一実施例によるリラクタンス型レゾルバの側面図である。
【図５】本発明の別の実施例によるリラクタンス型レゾルバの動作を説明するための正面図である。
【図６】本発明の別の実施例によるリラクタンス型レゾルバの側面図である。
【図７】本発明によるリラクタンス型レゾルバを応用して多回転絶対位置検出器を構成した構造図である。
【図８】従来技術によるリラクタンス型レゾルバの構造図である。
【図９】従来技術によるリラクタンス型レゾルバにおいて、外来ノイズ磁束に対する動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に本発明の一実施例によるリラクタンス型レゾルバの構造図を示す。ロータ１は珪素鋼板等の磁性材料によって形成された円板であって、回転軸４に対して偏心して取り付けられている。そしてロータ１に対して近接してプリント基板５が配置されている。
【００２１】
プリント基板５の詳細構造について図２を用いて説明する。プリント基板５にはステータコア６の磁極歯が貫通する孔が設けられており、磁性材料によって形成されたステータコア６を図２の下面から接着等によって固定している。ステータコア６は２個の磁極歯を一体として形成されている。プリント基板上のステータコア６が貫通する孔の周囲には、銅箔の印刷パターンによってコイル３ａ、コイル３ｂ、コイル３ｃ、コイル３ｄが設けられている。各々のコイルは２個の磁極歯のそれぞれに巻き回された２つのコイルを直列接続した構成となっており、２つのコイルは互いに巻方向が逆になっている。
【００２２】
次に本発明によるレゾルバの動作原理を説明する。図３は本発明による一実施例の正面方向から見た模式図である。ロータ１は回転中心に対して偏心して取り付けられていて、ロータ１の外周部は図中の点線の軌跡を描いて回転する。今、ロータ１の位置が図３の状態にあるとすると、ステータコア６ｂはロータ１と向かい合う面積が最大となっている。この時、ステータコア６ｂに巻回されたコイル３ｂのインダクタンスは最大値（＝Ｌｐ）となっている。一方、ステータコア６ｄはロータ１と向かい合う面積が最小となり、この時、コイル３ｄのインダクタンスは最小となる。これらコイルのインダクタンスはロータ１の回転角度θによって変化し、その関係式は式１、式４、式５、式６に示した通りである。
【００２３】
図４は、図３の実施形態例を側面から見た図であり、ステータコア６とロータ１は極小さなエアギャップを介して近接して対向するよう配置されている。また、ステータコア６は磁極歯がプリント基板５を貫通するよう配置されている。
【００２４】
図５および図６は、本発明のもう１つの実施形態であるレゾルバの、正面から見た模式図および側面から見た図である。この実施例においては、ロータ１はステータコア６の内側に配置されており、図６に示すように、ステータコア６はロータ１の側面にエアギャップを介して近接するよう配置されている。この実施例においては、ロータ１の回転角度θに応じてステータコア６とロータ１の間のエアギャップが変化するため、コイルのインダクタンスが変化する。このインダクタンス変化と回転角度θの関係式は式１、式４、式５、式６に示した通りである。
【００２５】
本発明によるレゾルバの外来ノイズ磁束に対する挙動を説明する。図２に示したように２個の磁極歯に巻回された２つのコイルは互いに近接して配置されている。従って、外来ノイズ磁束が与えられた時、２つのコイルを通過するノイズ磁束はほぼ等しい量となる。しかも、２つのコイルは互いに逆方向になるよう直列接続されているため、ノイズ磁束によって発生したコイルの誘起電圧は、２つのコイル間で互いに相殺し、出力信号には現われない。この結果、外来ノイズ磁束の影響を受けない精度のよいレゾルバを実現することができる。
【００２６】
次に本発明によるリラクタンス型レゾルバを用いた応用例として、多回転絶対位置を検出する回転検出器の実施例を説明する。図７は、本発明によるレゾルバを３つ組み合わせて、それぞれのロータを、互いに減速比が異なるギアで結合したものである。例えば、ギア７とギア８の減速比を１０:１０、ギア７とギア９の減速比を１０:９、ギア７とギア１０の減速比を１０：７とすることによって、入力回転軸４が６３回転するまでの多回転において、ロータ１ａ，１ｂ，１ｃの位置関係は同位置にならない。よって３つのロータの検出位置データから６３回転中の絶対位置が検出できる。
【００２７】
本発明の実施例では、ロータ１を円板とし、ステータコア６が４つの例、すなわち２極レゾルバを示したが、ロータ形状によって多極のレゾルバを実現することも可能である。例えばロータ１は楕円形状とし、８つのステータコア６を配置することにより、１回転を２周期として検出する４極レゾルバを構成することができる。
【００２８】
図２に示した実施例では、ステータコア６は４つの独立した部品で示したが、製造コストの削減、組立作業性の改善のため、４つを一体とすることも可能である。この場合、４つのステータコアは互いの相対位置が精度よく実装されるため、結果として検出位置精度が向上する効果もある。
【符号の説明】
【００２９】
１  ロータ、２  ステータ、３  コイル、４  回転軸、５  プリント基板、６  ステータコア、７，８，９，１０  ギア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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