(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受により回転自在に支持された回転軸、この回転軸に取付けられた回転子、この回転子を包囲するように設けられ、軸方向の両端部にて前記軸受を支持するブラケット、このブラケットに取付けられたフレーム及びこのフレームの内周面に取付けられた固定子からなるサーボモータと、
前記回転軸の一端に取付けられた円板状ロータ、この円板状ロータに対向する如く同軸的に配置され、前記ブラケットに固定されたステータ、このステータの前記円板状ロータに対向する面に周方向に等間隔に配置された複数の外側コイル及びこの複数の外側コイルの各々に対応する如く、前記円板状ロータに対向する面に周方向に等間隔に配置され、前記外側コイルの巻回数より少ない巻回数の複数の内側コイルからなるレゾルバと、
を具備し、
前記レゾルバは、外側コイル及び内側コイルからの振幅値の異なる２つの出力に基づいて、前記サーボモータの回転位置を検出することを特徴とするサーボモータ装置。
【請求項２】
前記レゾルバは、外側コイルとこの外側コイルとは周方向にずれた位置の前記内側コイルとを組にし、これらの外側コイル並びに内側コイルからの振幅値と位相の異なる２つの出力に基づいて前記サーボモータの回転位置を検出することを特徴とする請求項１記載のサーボモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転位置を検出するレゾルバを備えたサーボモータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば原子力発電所や病院の医療機器等から放射線を発生する環境下で、作業や機器操作を行うには、遠隔操作によりロボットやマニピュレータを制御している。
【０００３】
ところで、このようなロボットやマニピュレータの各駆動軸の駆動源としてサーボモータが用いられ、このサーボモータの回転位置を検出すると共に、その検出信号を中央制御装置に伝送して制御に必要な演算処理を行い、その演算結果に基づいてサーボモータを駆動するようにしている。
【０００４】
従来、サーボモータの回転位置を検出するには、放射線環境下では半導体による検出器が使用できないため、回転体に発光ダイオード等を設けて光学的に回転位置を検出するエンコーダ方式が考えられるが、このような回転位置検出器では光信号を伝送するための光ファイバーが必要となる。しかし、この光ファイバーは放射線が当たると変色する、所謂ブラウニング（browning）現象が発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、放射線による影響を受けないでサーボモータの回転位置が検出可能なものとして、ロータ側に回転トランスを備えた構成の誘導型の回転位置検出器の使用が考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この誘導型の回転位置検出器は回転トランスに鉄心が設けられているため、検出器の小型化が困難であり、超小型のサーボモータと一体化するには寸法の違いが大きく構造的に無理がある。
【０００７】
また、上記誘導型の回転位置検出器ではステータとロータとの間のギャップが回転位置に応じて変化することに基づき、回転位置に応じた磁気抵抗変化を出力信号としてその電気的位相角を検出している。このため、サーボモータの回転位置を位相方式で検出して同じ振幅値の２つの信号波形を遠方の中央制御装置に伝送すると、その検出信号が伝送路のインピーダンス等の影響を受けて位相ずれが生じると同時に、波形に歪みが生じて基準とすべき波形の認識が困難になり、検出精度の点で問題がある。
【０００８】
本発明は上記のような問題を解消するためなされたもので、その目的は空心コイルを用いた微弱な磁界で回転位置を高精度で検出可能なレゾルバをサーボモータに直結して一体化することにより、全体を小型化できると共に、使用環境に左右されることのないサーボモータ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段によりサーボモータ装置を構成するものである。
請求項１に対応する発明は、軸受により回転自在に支持された回転軸、この回転軸に取付けられた回転子、この回転子を包囲するように設けられ、軸方向の両端部にて前記軸受を支持するブラケット、このブラケットに取付けられたフレーム及びこのフレームの内周面に取付けられた固定子からなるサーボモータと、前記回転軸の一端に取付けられた円板状ロータ、この円板状ロータに対向する如く同軸的に配置され、前記ブラケットに固定されたステータ、このステータの前記円板状ロータに対向する面に周方向に等間隔に配置された複数の外側コイル及びこの複数の外側コイルの各々に対応する如く、前記円板状ロータに対向する面に周方向に等間隔に配置され、前記外側コイルの巻回数より少ない巻回数の複数の内側コイルからなるレゾルバとを具備し、前記レゾルバは、外側コイル及び内側コイルからの振幅値の異なる２つの出力に基づいて、前記サーボモータの回転位置を検出するものである。
【００１０】
従って、上記のような構成のサーボモータ装置にあっては、空心コイルを用いた微弱な磁界で回転位置を高精度で検出可能なレゾルバをサーボモータに直結して一体化するようにしたので、全体を小型化できると共に、製造コストが安価になる。
【００１１】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明のサーボモータ装置において、前記レゾルバは、外側コイルとこの外側コイルとは周方向にずれた位置の前記内側コイルとを組にし、これらの外側コイル並びに内側コイルからの振幅値と位相の異なる２つの出力に基づいて前記サーボモータの回転位置を検出するものである。
【００１２】
従って、上記のような構成のサーボモータ装置にあっては、サーボモータの回転位置に応じて振幅値と位相の異なる２つの信号波形を出力するレゾルバを用いているので、長距離伝送により両信号が歪んでも基準位相の認識が可能となり、その位相差を高精度で検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明によるサーボモータ装置の実施の形態の構成例を示す縦断面図である。図１において、１は小型のサーボモータで、このサーボモータ１は適宜離間して設けられた一対の軸受２により回転自在に支承された回転軸３、この回転軸３に取付けられた回転子４、この回転子４を包囲するように設けられ、軸方向の両端部に軸受２を支持するブラケット５に取付けられたフレーム６、このフレーム６の内周面に回転子３と微小ギャップを存するようにして取付けられた固定子７により構成されている。
【００１４】
一方、１０はサーボモータ１の回転軸３の一端に直結されたレゾルバで、このレゾルバ１０は複数個の空心コイルが配置されたステータ１１、このステータ１１の空心コイルに対面させて設けられたロータ１２とを備え、微弱な磁界でサーボモータ１の回転位置を検出可能に構成されている。この場合、ステータ１１はサーボモータ１のブラケット５部にアダプタ１３を介して止めネジ１４により固定され、またロータ１２の軸部はレゾルバ１０の回転軸１５に止めネジ１６により固定されて一体的に回転可能になっている。
【００１５】
図２はレゾルバ１０のステータ１１側のコイルの配置例とロータ１２との関係を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は軸方向断面図である。
図２に示すようにステータ１１の端面の円周方向に二重巻き構成の複数個の外側コイル１７が等間隔を存してそれぞれ取付けられ、またその内側に複数個の外側コイル１７より巻回数の少ない内側コイル１８が等間隔を存してそれぞれ取付けられている。
【００１６】
また、ロータ１２には径方向に適宜の長さを有する複数本のスリット１９が円周方向に等間隔を存してそれぞれ設けられている。
なお、図示していないがステータ側には内側コイル１８及び外側コイル１７と鎖交する磁束を発生させる励磁巻線が設けられている。
【００１７】
因みに、このレゾルバ１０は直径が２０mm〜１０mm程度の大きさに構成されている。
従って、このような構成の誘導型のレゾルバ１０においては、サーボモータ１の回転によりロータ１２が一体的に回転するとステータ１１の各外側コイル１７及び内側コイル１８にはロータ１２の回転位置に応じた起電力が発生し、この起電力を図２（ａ）に示すように外側コイル１７の例えばＡ位置のコイルとこれとは周方向にずれた内側コイル１８のＡ´位置のコイルとを組にして出力を取出すことにより、電気角で９０°位相差を持たせることができる。外側コイル１７と内側コイル１８の他の位置のコイルについても同様の関係に組分けしてそれぞれ出力を取出すことにより、同様の位相差を持たせることができる。
【００１８】
この場合、外側コイル１７からは起電力の大きな出力、即ち波高値の大きな出力が、また内側コイル１８からは起電力の小さい、即ち波高値の小さな出力を取出すことができる。また、ロータ１２には複数本の径方向のスリット１９が等間隔を存して設けられ、渦電流が流れないようにしているので、総合的に大きな起電力を得ることができる。
【００１９】
次にこのような構成のサーボモータ装置を例えばロボットの各駆動軸の駆動源として用い、これを遠方の中央制御装置により制御するシステムを図３により説明する。
【００２０】
レゾルバ１０によりサーボモータ１の回転位置を位相差方式で検出し、その検出信号を遠方の中央制御装置２０に伝送する。この中央制御装置２０ではその検出信号を演算処理して次の動作に必要な制御信号をサーボモータ１に与えて制御する。
【００２１】
この場合、レゾルバ１０は微弱な磁界でサーボモータ１の回転位置を波高値の大きな出力と波高値の小さな波高値の位相差信号として出力しているので、基準となる信号との位相差が明瞭になり、長距離伝送が可能となる。即ち、図４（ａ）に示すようにレゾルバ１０により検出されたサーボモータ１０の回転位置に応じて出力される２つの波高値の大きな信号波形Ｖａと波高値の小さな信号波形Ｖｂが遠く離れた中央制御装置２０に伝送されると、その波高値は伝送距離によって変化しても、２つの信号波形Ｖａ´，Ｖｂ´の波高値の相対的な比と両信号間の位相差は変化しないので、伝送距離によって両信号の振幅値が減衰してもその比は変化しないので、基準となる信号波形を確認できる。
【００２２】
従って、これらの信号の位相差からサーボモータ１０の回転位置を高精度に検出することができる。
これに対して、従来の回転トランスを用いた誘導型のレゾルバでは、図４（ｂ）に示すように回転位置に応じて同じ振幅値の２つの信号波形Ｖ１，Ｖ２を出力しているため、長距離伝送により波形の歪みが大きくなると、基準とすべき信号波形Ｖ１´，Ｖ２´の確認が困難である。
【００２３】
このように本実施の形態では、空心コイルを用いた微弱な磁界で回転位置を高精度で検出可能なレゾルバをサーボモータに直結して一体化するようにしたので、全体を小型化できると共に、製造コストが安価になる。
【００２４】
また、サーボモータの回転位置に応じて振幅値と位相の異なる２つの信号波形を出力するレゾルバを用いているので、長距離伝送により両信号が歪んでもその位相差を検出することができる。
【００２５】
因みに、従来では伝送距離が２０ｍ程度が限界であったが、本実施の形態では４０ｍ程度の伝送が可能である。
なお、上記の実施の形態では巻回数の異なる外側コイル及び内側コイルを図２に示すように配置した構成について述べたが、空心コイルを用いた微弱な磁界で回転位置を高精度で検出可能なものであれば、上記構成以外のものであっても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、空心コイルを用いた微弱な磁界で回転位置を高精度で検出可能なレゾルバをサーボモータに直結して一体化したので、全体を小型化できると共に、使用環境に左右されることのない安価なサーボモータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるサーボモータ装置の実施の形態の構成例を示す縦断面図。
【図２】同実施の形態のレゾルバのステータ側のコイルの配置例とロータとの関係を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は軸方向断面図。
【図３】本発明によるサーボモータ装置を例えばロボットの各駆動軸の駆動源として用い、これを遠方の中央制御装置により制御する場合に適用したシステム構成例を示す図。
【図４】同システムにおいて、レゾルバにより検出されるサーボモータの回転位置に応じた位相差方式の信号波形を従来と対比して示すもので、（ａ）は本発明の信号波形図、（ｂ）は従来の信号波形図。
【符号の説明】
１……小型サーボモータ
２……軸受
３……回転軸
４……回転子
５……ブラケット
６……フレーム
７……固定子
１０……レゾルバ
１１……ステータ
１２……ロータ
１３……アダプタ
１４，１６……止めネジ
１５……回転軸
１７……外側コイル
１８……内側コイル
１９……スリット
【図１】
0004070869.tif 000002
【図２】
0004070869.tif 000003
【図３】
0004070869.tif 000004
【図４】
0004070869.tif 000005