(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のロータの回転により、第１のロータと第１の環状ステータ間の間隙中のリラクタンスの基本波成分が１周期となる単極レゾルバと、第２のロータの回転により、第２のロータと第２の環状ステータ間の間隙中のリラクタンスの基本波成分が複数周期となる多極レゾルバとを備え、各々のレゾルバからの多相レゾルバ信号を出力するダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータから出力された多相レゾルバ信号に基づき前記ダイレクトドライブモータを駆動するための励磁電流を出力するドライブユニットと、前記ダイレクトドライブモータから出力される多相レゾルバ信号を前記ドライブユニットに伝送するレゾルバケーブルとから構成されるダイレクトドライブモータシステムにおいて、前記第１及び第２の環状ステータは、円周方向に周設された柱状の磁極を有し、コイルボビンに型巻きされたステータコイルを磁極に、自在に位置決め可能に挿着し、前記多相レゾルバ信号の各相のレゾルバ信号のバランスがとれるように、コイル位置を調整し接着してなる、ダイレクトドライブモータシステム。
【請求項２】
第１のロータの回転により、第１のロータと第１の環状ステータ間の間隙中のリラクタンスの基本波成分が１周期となる単極レゾルバと、第２のロータの回転により、第２のロータと第２の環状ステータ間の間隙中のリラクタンスの基本波成分が複数周期となる多極レゾルバとを備え、各々のレゾルバからの多相レゾルバ信号を出力するダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータから出力された多相レゾルバ信号に基づき前記ダイレクトドライブモータを駆動するための励磁電流を出力するドライブユニットと、前記ダイレクトドライブモータから出力される多相レゾルバ信号を前記ドライブユニットに伝送するレゾルバケーブルとから構成され、前記第１及び第２の環状ステータは、円周方向に周設された柱状の磁極を有し、前記磁極にコイルボビンに型巻きされたステータコイルを固定してなるダイレクトドライブモータシステムの製造方法であって、
前記磁極に前記ステータコイルを挿着する工程と、
前記多相レゾルバ信号の各相のレゾルバ信号のバランスがとれるように前記ステータコイルのコイル位置を調整する工程と、
前記磁極に前記ステータコイルを接着する工程と、
を有することを特徴とするダイレクトドライブモータシステムの製造方法。
【請求項３】
前記レゾルバケーブルは、多相レゾルバ信号の各相の信号線同士、及び各々の信号線と共通線との距離が略一定であることを特徴とする、請求項１に記載のダイレクトドライブモータシステム。
【請求項４】
前記単極レゾルバおよび前記多極レゾルバとは、それぞれ３相のレゾルバ信号を有し、
前記レゾルバケーブルは、
前記単極レゾルバの信号線である第１単極レゾルバ信号線、第２単極レゾルバ信号線および第３単極レゾルバ信号線と、
前記多極レゾルバの信号線である第１多極レゾルバ信号線、第２多極レゾルバ信号線および第３多極レゾルバ信号線と、を有し、
前記単極レゾルバの信号線と前記多極レゾルバの信号線とは、交互に配置され、かつ、これらの信号線の中心は、ほぼ等間隔に配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載のダイレクトドライブモータシステム。
【請求項５】
前記単極レゾルバおよび前記多極レゾルバとは、それぞれ３相のレゾルバ信号を有し、
前記レゾルバケーブルは、
前記単極レゾルバの信号線である第１単極レゾルバ信号線、第２単極レゾルバ信号線および第３単極レゾルバ信号線と、
前記多極レゾルバの信号線である第１多極レゾルバ信号線、第２多極レゾルバ信号線および第３多極レゾルバ信号線と、
６つの共通線を有し、
前記単極レゾルバの信号線と前記多極レゾルバの信号線とは、交互に配置され、かつ、これらの信号線は、それぞれ前記共通線とツイストペアケーブルを構成することを特徴とする、請求項１に記載のダイレクトドライブモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバリアブルリラクタンス型リゾルバを備えたダイレクトドライブモータシステムの改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
減速器を用いずに負荷を直接駆動するダイレクトドライブモータの回転角度位置を検出するための検出器として、特許第３０６０５２５号において、ロータ鉄心が１回転することにより、ロータ鉄心とステータ鉄心の空隙中のリラクタンスの基本波成分が１周期となる構造の単極レゾルバから得られる単極レゾルバ信号からロータとステータの絶対的な位置関係である回転角度位置を検出し、さらに、ロータ鉄心の１回転による上記リラクタンスの基本波成分が複数周期となる構造の多極レゾルバから得られる多極レゾルバ信号から高分解能な回転角度位置を検出することにより、高分解能でかつ絶対位置を検出可能なレゾルバ装置が提案されている。
【０００３】
従来のレゾルバ装置では、ステータに突設された略Ｔ字状の磁極に３相交流励磁巻線を直巻した構成を成しているため、多数の磁極に対して均一な巻線状態を実現するのは極めて困難であり、各相間のレゾルバ信号にばらつきが生じる。このため、従来では、ダイレクトドライブモータに設けられたレゾルバからの多相出力信号をドライブユニット内に設けられた相変換回路により２相出力信号（sin信号，cos信号）に変換した上で、上記ばらつきに起因する各相間のバランスの崩れを補正するための補正データを取り込み、レゾルバ・デジタル・コンバータによりデジタル位置信号を得ていた（特開平１２−２６２０８１）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ドライブユニットに実装される補正データはダイレクトドライブモータ個々によって異なる。特に、絶対位置検出用レゾルバと相対位置検出用レゾルバとを備えるダイレクトドライブモータにおいては、相対位置検出用レゾルバのばらつきは上述した補正データにより補正することが可能であるが、絶対位置検出用レゾルバのばらつきは上述の補正データで補正することができないため、従来ではこのようなダイレクトドライブモータのばらつきを補正することができなかった。それ故、故障、メンテナンス等の理由でダイレクトドライブモータ或いはドライブユニットを単体で交換する場合、製品間の互換性がないため、ダイレクトドライブモータ、ドライブユニット及び両者を結線するケーブル（レゾルバケーブル、モータケーブル）から成るダイレクトドライブモータシステム全体として、一体的に交換しなければならなかった。
【０００５】
また、従来ではレゾルバ信号をドライブユニットに伝送するためのレゾルバケーブルとして、信号検出に必要な本数をケーブル内で任意の位置に配置していたが、レゾルバケーブル内の各検出信号の位置関係が非対称であると、ケーブル長の変化に伴い、電気的に干渉を起こす問題が生じており、ダイレクトドライブモータシステムに使用するレゾルバケーブルについても互換性の確保が問題となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は絶対位置検出機能のあるダイレクトドライブモータに設けられたレゾルバのコイルのばらつきを補正するとともに、レゾルバ信号の相互干渉を防止するケーブル構造を採用することで、互換性のあるダイレクトドライブモータシステムを提案することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するべく、本発明のダイレクトドライブモータシステムは、第１のロータの回転により、第１のロータと第１の環状ステータ間の間隙中のリラクタンスの基本波成分が１周期となる単極レゾルバと、第２のロータの回転により、第２のロータと第２の環状ステータ間の間隙中のリラクタンスの基本波成分が複数周期となる多極レゾルバとを備え、各々のレゾルバからの多相レゾルバ信号を出力するダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータから出力された多相レゾルバ信号に基づき前記ダイレクトドライブモータを駆動するための励磁電流を出力するドライブユニットと、前記ダイレクトドライブモータから出力される多相レゾルバ信号を前記ドライブユニットに伝送するレゾルバケーブルとから構成されるダイレクトドライブモータシステムにおいて、前記第１及び第２の環状ステータは、円周方向に周設された柱状の磁極を有し、コイルボビンに型巻きされたステータコイルを磁極に挿着することにより、コイル位置を自在に位置決め可能に構成されたことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成により、レゾルバのコイル位置等のばらつきを補正することができ、互換性のあるダイレクトドライブモータシステムを提供することができる。また、ダイレクトドライブモータ等の交換についても、互換性が確保されているため、システムの修理、メンテナンス等において利便性に優れている。
【０００９】
また、本発明のダイレクトドライブモータシステムに使用されるレゾルバケーブルは、多相レゾルバ信号の各相の信号線同士、及び各々の信号線と共通線との距離が略一定であるように調整することが望ましい。かかる構成により、信号線の電気的な干渉を抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、各図を参照して本実の形態について説明する。
【００１１】
図１は本実施形態のダイレクトドライブモータシステムの構成図である。同システムは、回転軸１１を回転駆動するためのダイレクトドライブモータ１０、ダイレクトドライブモータ１０の駆動制御を行うドライブユニット２０、両者を結線するレゾルバケーブル４１、及びモータケーブル４２から構成される。ドライブユニット２０は、ダイレクトドライブモータ１０に内蔵されている絶対位置検出用レゾルバ及び相対位置検出用レゾルバへレゾルバケーブル４１及びレゾルバ用端子３１を介して励磁信号を供給するとともに、各々のレゾルバから出力される多相レゾルバ信号を取り込み、２相出力信号に変換し、補正ＲＯＭ２２に内蔵されている補正データを取り込んでＲ／Ｄ変換を行い、デジタル位置信号をコントローラ３０へ出力するコントローラ回路２１、コントローラ３０からのフィードバック制御により、ダイレクトドライブモータ１０の回転角度位置を正確に制御するため、モータケーブル４２を介してモータ端子３２へ励磁電流を供給するためのパワーアンプ回路２３を備えている。
【００１２】
図２はダイレクトドライブモータ１０の断面図である。同図に示すように、ダイレクトドライブモータ１０には中空筒型のハウジング１２内に収容された回転軸１１がクロスローラ軸受１９を介して回転自在に軸支されている。クロスローラ軸受１９はハウジング１２に位置する内輪１８、回転軸１１下端部内周面に位置する外輪１６、及び両者の間に配置された転動体１７から成る。内輪１８の外周面には互いに直交する第１傾斜軌道面と第２傾斜軌道面とから成る断面が直角二等辺三角形状の外方軌道凹溝が形成され、外輪１６の内周面には互いに直交する第３傾斜軌道面と第４軌道面とから成る断面が直角二等辺三角形状の内方軌道凹溝が形成されている。転動体１７は、第１傾斜軌道面と第４傾斜軌道面にそれぞれ転接する複数の第１の転動体１７と、隣り合う第１の転動体１７の間に位置して第２傾斜軌道面と第３傾斜軌道面に転接する第２の転動体１７から成る。
【００１３】
回転軸１１の下端部外周面には珪素鋼板を積層し、半径方向外側に向かって突出する複数の極歯を有する環状のモータロータ１５が嵌着固定されており、これと対向するハウジング１２内周面には珪素鋼板を積層し、半径方向内側に向かって突出する複数の磁極を備えるモータステータ１３が配置されている。当該磁極は略Ｔ字状の形状を成し、モータケーブル４２を介してパワーアンプ回路２３から供給される励磁電流により回転磁界を発生するためのステータコイル１４が巻回されるとともに、モータロータ１５の極歯と所定の間隙をおいて対峙する位置に多数の磁極歯が形成されている。
【００１４】
回転軸１１には、回転軸１１の絶対角度位置を検出するためのレゾルバ５０、及び相対角度位置を検出するためのレゾルバ６０が設けられている。レゾルバ５０は回転軸１１の内周面に固接された環状の成層鉄心からなるレゾルバロータ５５、ハウジング１２に固接されレゾルバロータ５５と対峙する環状の成層鉄心からなるレゾルバステータ５１、レゾルバステータ５１の磁極に巻回されたステータコイル５４から構成される単極レゾルバである。レゾルバ６０は回転軸１１の内周面に固接された環状の成層鉄心からなるレゾルバロータ６５、ハウジング１２に固接されレゾルバロータ６５と対峙する環状の成層鉄心からなるレゾルバステータ６１、レゾルバステータ６１の磁極に巻回されたステータコイル６４から構成される多極レゾルバである。
【００１５】
図３は絶対位置検出用レゾルバ５０の断面図である。同図に示すように、レゾルバ５０は３相バリアブルリラクタンス型レゾルバであり、レゾルバステータ５１とレゾルバロータ５５との間隙のリラクタンスがレゾルバロータ５５の回転角度位置により変化し、レゾルバロータ５５の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が１周期となる構造を備えている。つまり、レゾルバステータ５１の外径中心、内径中心、及びレゾルバロータ５５の外径中心はダイレクトドライブモータの回転中心Ｏ1と一致するが、レゾルバロータ５５の内径中心Ｏ2は回転中心Ｏ1に対してΔｘだけ偏心するように、レゾルバロータ５５の肉厚を連続的に変化させている。
【００１６】
レゾルバステータ５１には１２０°間隔でＡ相、Ｂ相及びＣ相を構成する各々６つの磁極５２、即ち、計１８個の磁極５２が配置されている。磁極５２には樹脂を成型して得られるコイルボビン５３に巻回されたステータコイル５４が固着されている。かかる構成により、ステータコイル５４の共通端子に励磁信号が印加されると、レゾルバロータ５５が１回転する間にＡ相、Ｂ相及びＣ相の各ステータコイル５４からは１２０°ずつ位相がずれた１サイクルの単極レゾルバ信号が、各々出力される。
【００１７】
図５に示すように、コイルボビン５３はステータコイル５４を巻回するための巻枠部５３ａと、巻枠部５３ａの上下外周から外方延出形成された２つの鍔部５３ｂからなり、巻枠部５３ａにはステータコイル５４が均一に巻回されている。磁極５２はレゾルバステータ５１の外周面に対して垂直に凸設された角柱体であり、長手方向に直立し、くびれのないストレート形状をなしている。ステータコイル５４が予め型巻きされたコイルボビン５３を磁極５２に挿着し、ステータコイル５４に所定の交流信号を印加した状態で各相のレゾルバ信号をオシロスコープで観察し、各相のレゾルバ信号のバランスがとれるようにコイルボビン５３の取り付け位置を調整することにより、ステータコイル５４の取り付け誤差等に起因するバランスの不整合を解消することができる。Ａ相、Ｂ相及びＣ相のうち少なくとも何れか一つについてバランス調整を確保できれば、全体的にバランスが良くなることが本発明者の実験により確認できている。
【００１８】
磁極５２は高さ方向にわたって幅が一定の形状をなしているため、コイルボビン５３を挿着した後でも上下方向に微調整が可能である。各相のバランスの整合性がとれた状態で、接着剤によりコイルボビン５３を磁極５２に固着すれば、製品間でばらつきのない、つまり、互換性のある絶対位置検出用レゾルバを得ることができる。従来のように型巻きされた空芯コイルを磁極５２に直接挿着固定すると、コイルと磁極５２との間に微小な間隙を生じ、コイルの取り付け精度を高めることが困難であるが、樹脂成型されたコイルボビン５３を用いれば、弾力性のある樹脂を介してコイルが磁極５２に巻回されるため、適度な圧着力により、かかる間隙の発生を抑止し、高精度な位置決めを可能にできる。
【００１９】
図４は相対位置検出用レゾルバ６０の断面図である。同図に示すように、レゾルバステータ６１の内径中心Ｏはレゾルバロータ６５の内径中心Ｏと一致しており、レゾルバステータ６１とレゾルバロータ６５との間隙のリラクタンスがレゾルバロータ６５の回転角度位置により変化し、レゾルバロータ６５の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が複数周期となる構造を備えている。レゾルバステータ６１の外周面にはＡ相、Ｂ相及びＣ相が１２０°の電気角でずれるように磁極６２が交互して等間隔に、この例では計１８個配置されており、各々の磁極６２にはコイルボビン６３を介してステータコイル６４が巻回されている。
【００２０】
尚、磁極６２の数は相数（この例では３）の倍数であればよく、１８個に限定されるものではない。また、この例では、レゾルバロータ６５の内周面には所定のピッチで形成された突極状の極歯が２４個形成されているが、この極歯の数はモータロータ１５の歯数の整数分の１に設定されていればよく、２４に限定されるものではない。また、上記極歯をさらに電気的に細分割することにより、相対位置検出用レゾルバ６０の分解能をさらに向上させることもできる。ステータコイル６４の共通端子に励磁信号が供給されると、レゾルバロータ６５が１回転する間に各相毎に２４サイクルの交流信号が多極レゾルバ信号として出力される。
【００２１】
ここで、磁極６２はレゾルバステータ６１の外周面に対して垂直に凸設された角柱体であり、くびれのないストレート形状をなしている点は上述した磁極５２の構成と同様である。故に、ステータコイル６４は、図５にて説明したのと同様に、樹脂成型されたコイルボビン６３を介して磁極６２に巻回されるため、高精度な位置決めを可能とし、製品間でばらつきのない、つまり、互換性のある相対位置検出用レゾルバ６０を得ることができる。
【００２２】
図６はレゾルバケーブル４１の断面構造図である。同図において、７１，７２，７３は相対位置検出用のレゾルバ６０の信号線であり、７１はＡ相の信号線、７２はＢ相の信号線、７３はＣ相の信号線である。また、７４，７５，７６は絶対位置検出用のレゾルバ５０の信号線であり、７４はＡ相の信号線、７５はＢ相の信号線、７６はＣ相の信号線である。このように、相対位置検出用レゾルバ６０の信号線と絶対位置検出用レゾルバ５０の信号線とを交互に配置することにより、信号線７１，７２，７３の中心Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3と、信号線７４，７５，７６の中心Ｃ4，Ｃ5，Ｃ6はそれぞれほぼ等間隔に調整されている。つまり、Ｃ1-Ｃ2-Ｃ3を結ぶ三角形は正三角形に近い形状である。同様に、Ｃ4-Ｃ5-Ｃ6を結ぶ三角形は正三角形に近い形状である。また、共通線７７を中心に配置したので、Ｃ1〜Ｃ6と共通線７７の中心点Ｃ7との距離も全てほぼ同間隔に調整されている。かかる構成により、各相のレゾルバ信号の電気的な干渉を抑えることができる。
【００２３】
図７はレゾルバケーブル４１の他の構成例を示す断面構造図である。同図において、８１，８２，８３は相対位置検出用のレゾルバ６０の信号線と共通線とをツイストペアにしたツイストペアケーブルであり、８１ａはＡ相の信号線、８２ａはＢ相の信号線、８３ａはＣ相の信号線、８１ｂ〜８３ｂは共通線である。また、８４，８５，８６は絶対位置検出用のレゾルバ５０の信号線と共通線とをツイストペアにしたツイストペアケーブルであり、８４ａはＡ相の信号線、８５ａはＢ相の信号線、８６ａはＣ相の信号線、８４ｂ〜８６ｂは共通線である。このように、相対位置検出用レゾルバ６０の信号線と絶対位置検出用レゾルバ５０の信号線とを交互に配置することにより、信号線８１，８２，８３の中心Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3と、信号線８４，８５，８６の中心Ｃ4，Ｃ5，Ｃ6はそれぞれほぼ等間隔に調整されている。つまり、Ｃ1-Ｃ2-Ｃ3を結ぶ三角形は正三角形に近い形状である。同様に、Ｃ4-Ｃ5-Ｃ6を結ぶ三角形は正三角形に近い形状である。また、それぞれがツイストペアケーブルなので、各々の信号線と共通線との距離を等しくとることができる。かかる構成により、各相のレゾルバ信号の電気的な干渉を抑えることができる。
【００２４】
尚、コイルボビンの位置調整に加え、例えば、各コイルに可変抵抗等を接続し、これによる微調整をできるようにしてもよい。また、コイルボビンの材質は樹脂に限らず、非磁性体で弾性に富み、適度な圧着力のある素材であれば他の素材でもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、環状ステータは円周方向に周設された柱状の磁極を有し、コイルボビンに型巻きされたステータコイルを磁極に挿着することにより、コイル位置を自在に位置決め可能に構成できるため、レゾルバのコイル位置を微調整することができ、ダイレクトドライブモータ間のばらつきを抑えることにより、互換性のあるダイレクトドライブモータシステムを提供することができる。また、レゾルバケーブルの信号線同士の距離及び信号線と共通線との距離を略一定にすることにより、レゾルバ信号の電気的な干渉を抑えることができ、互換性のあるダイレクトドライブモータシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイレクトドライブモータシステムの構成図である。
【図２】ダイレクトドライブモータの断面構造図である。
【図３】絶対位置検出用レゾルバの断面構造図である。
【図４】相対位置検出用レゾルバの断面構造図である。
【図５】ステータコイルの位置決めの説明図である。
【図６】レゾルバケーブルの断面構造図である。
【図７】レゾルバケーブルの断面構造図である。
【符号の説明】
１０…ダイレクトドライブモータ、１１…回転軸、２０…ドライブユニット、３０…コントローラ、４１…レゾルバケーブル、５０…絶対位置検出用レゾルバ、５１…レゾルバステータ、５２…磁極、５３…ボビン、５４…ステータコイル、６０…相対位置検出用レゾルバ、６１…レゾルバステータ、６２…磁極、６３…ボビン、６４…ステータコイル
【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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