(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転トランスを併設してロータの電力を非接触で供給するブラシレス形多極レゾルバにおいて、
前記回転トランスの内部コア端面に固定された円板と、
前記ロータの回転方向に９０度を隔てて設けられるとともに、前記円板に対面するように前記回転トランスの外コア部に固定され、前記円板を被検出面として機能する２つのセンサと、を備え、
前記円板が回転すると、前記２つのセンサのうちの一方のセンサが１回転に１周期の正弦波を生成すると同時にもう一方のセンサが１回転に１周期の余弦波を生成し、前記ブラシレス形多極レゾルバの機能と併せて多回転の絶対角度検出と、回転方向の検出をすることを特徴とする複合形検出器。
【請求項２】
前記円板の表面は光を反射する反射部分と光を反射しない非反射部分が形成されていると共に、前記非反射部分の形状は円環状をしてその中心が前記ロータの中心から偏心しており、
前記２つのセンサは、発光して前記円板の表面に光を当てる発光部と、前記円板の表面で反射した前記光を受光する受光部とを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の複合形検出器。
【請求項３】
前記円板は、半径方向に着磁されて内側と外側が異極になった磁石であるとともに、内側と外側の磁極の境界が円をなしてその中心が前記ロータの中心から偏心しており、
前記２つのセンサは磁気センサである
ことを特徴とする請求項１に記載の複合形検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレス形多極レゾルバと多回転を検出する検出器で構造される複合形検出器において、多回転で高分解能の絶対角度が検出できる検出器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータなど回転機械の回転位置を検出する検出器として、従来はブラシレス形レゾルバがよく知られている。その構造は図４のようになっており、ブラシレスの役目をする回転トランス部とロータ部とステータ部で構成されている。
回転トランス部は、回転側のインナーコア３とインナーコイル３１、固定側のアウターコア４とアウターコイル４１で構成され、インナーコア３とアウターコア４は、微小なギャップを介して径方向に対向している。入出力リード７から交流電流が供給されると、インナーコア３とアウターコア４間のギャップを介してインナーコイル３１に交流電圧が印加される。インナーコア３は、フォローシャフト２２に固定されており、アウターコア４はフレーム８に固定されている。ロータ部は、ロータ５とロータコイル５１で構成され、ロータ５はフォローシャフト２２に固定されている。そして、インナーコイル３１とロータコイル５１は、内部で電気的に結線されている。ステータ部は、ステータ６とステータコイル６１で構成され、ステータ６がフレーム８に固定されている。フォローシャフト２２は図示しないモータのシャフト１に固定され、フレーム８は、モータのブラケット１１に固定されている。また、ロータ５とステータ６は、微小なギャップを介して径方向に対向している。
【０００３】
図５は、ブラシレス形レゾルバと、その信号を処理する制御回路の接続関係と、検出信号の波形を示している。ブラシレス形レゾルバ２と制御回路９１は、入出力リード７で結合されており、制御回路９１はＡ３ＳチャンネルとＢ３Ｓチャンネルの２つの信号を出力している。
モータのシャフト１が回転するとロータ５とステータ６間の電磁気結合状態が変化し、ステータコイル６１には回転角に比例した位相差を持つ電圧が誘起される。この位相差は制御回路９１によって正弦波のＡ３Ｓチャンネル信号と余弦波のＢ３Ｓチャンネル信号が取り出され位置検出信号が得られるようになっている。
【０００４】
レゾルバの種類としては、１回転に１サイクルの正弦波信号が得られる１Ｘレゾルバと１回転にｎ（ｎ＝２，３，・・）サイクルの正弦波が得られるｎＸ（以下多極と表記）レゾルバに分類されている。
図５は多極の３Ｘレゾルバの例を示しており、１回転に３サイクルの正弦波がＡ３Ｓチャンネルに出力され、余弦波がＢ３Ｓチャンネルに出力されることを示している。
１Ｘレゾルバは、１回転以内の絶対値角度を検出することができるが、ロータ部とステータ部の組立精度の限界から分解能が１０００分割程度までしか上げることができず、これ以上の高分解能化をすることができないという問題点がある。
多極レゾルバは、１回転以内の絶対角度を検出することはできないが、１回転でｎサイクルの信号が得られるため、ｎ倍の分解能（ｎ×１０００分割）が得られるという特徴がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、モータの位置決め用としてブラシレス形レゾルバを使用する場合、モータは多回転するのが一般的で、１個のレゾルバを用いていたのでは多回転の絶対値角度を検出することができないため、１Ｘレゾルバと多極レゾルバの２個のレゾルバを歯車で結合してモータに取り付けるというような形態がとられている。
これらの構造は、特開昭５９−１５４３１９号「多回転形アブソリュートエンコーダ」や特許第２７３３５０４号「多回転位置検出器」などの公報で開示されているが、レゾルバの構造が複雑でコストアップにもなるという問題があり、また、歯車を採用するため、歯車寿命や歯車から発生する騒音が問題になっている。
このため、ブラシレス形多極レゾルバでありながら、絶対値角度が検出でき、しかも構造が簡単なレゾルバが市場から要求されていた。
【０００６】
そこで、本発明は、従来の複数のレゾルバと歯車で構成するレゾルバに比べ、構造が簡単であり、ローコストで歯車寿命などの信頼性の問題もなく、多回転で高分解能の絶対角度が検出できる複合形検出器を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、回転トランスを併設してロータの電力を非接触で供給するブラシレス形レゾルバにおいて、前記回転トランスの内部コア端面に固定された円板と、前記ロータの回転方向に９０度を隔てて設けられるとともに、前記円板に対面するように前記回転トランスの外コア部に固定され、前記円板を被検出面として機能する２つのセンサと、を備え、前記円板が回転すると、前記２つのセンサのうちの一方のセンサが１回転に１周期の正弦波を生成すると同時にもう一方のセンサが１回転に１周期の余弦波を生成し、前記ブラシレス形多極レゾルバの機能と併せて多回転の絶対角度検出と、回転方向の検出をすることを特徴としている。
また本発明は、前記円板の表面は光を反射する反射部分と光を反射しない非反射部分が形成されていると共に、前記非反射部分の形状は円環状をしてその中心が前記ロータの中心から偏心しており、前記２つのセンサは、発光して前記円板の表面に光を当てる発光部と、前記円板の表面で反射した前記光を受光する受光部とを備えていることを特徴としている。
さらに本発明は、前記円板は、半径方向に着磁されて内側と外側が異極になった磁石であるとともに、内側と外側の磁極の境界が円をなしてその中心が前記ロータの中心から偏心しており、前記２つのセンサは磁気センサであることを特徴としている。
以上のようになっているので、構造が簡単であり、ローコストで歯車寿命などの信頼性の問題もなく、多回転で高分解能の絶対角度が検出できる複合形検出器を提供することができるのである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の複合形検出器の構造を示す図である。この図で、従来の複合形検出器を示す図４と異なっているのは、回転トランスを構成するインナーコア３とアウターコア４の部分だけであり、この部分に多回転と絶対角度を検出する検出器が付加されている。
多回転と絶対角度を検出する検出器として、光反射形センサが取り付けられており、反射形センサ１０Ａ、１０Ｂと反射板１０１で構成されている。
反射板１０１は偏心した円形の反射トラック部とハッチングを施した非反射部で構成されており、インナーコア３に貼付してある。
また、２個の反射形センサ１０Ａ、１０Ｂは、シャフト１の回転方向に９０度の角度をおいて配置されている。
反射形センサ１０Ａ、１０Ｂは発光素子と受光素子で構成されており、発光素子が反射トラック部に光を当てて、反射してきた光を受光素子が検出するようになっている。そして、反射トラック部が偏心した円形をしているため、シャフトが回転すると、検出信号は反射光の変化に応じて１回転に１サイクルのアナログ信号となる。従って、この信号を矩形波に整形してその矩形波を計数すれば、モータのシャフト１が何回転したかを検出することができる。
そして２個の反射形センサ１０Ａ，１０Ｂが９０度の角度をおいて配置されているので、シャフト１の回転方向も検出することができる。
また、１回転に１サイクルの変化をするため、１回転以内の絶対角度を検出することができる。これは、１Ｘレゾルバと同一の機能を有していることを示している。
【０００９】
図２は、本発明の複合形検出器すなわちブラシレスレゾルバ２と制御回路９の接続関係と、制御回路９の出力信号の波形を説明する図であり、ブラシレス形レゾルバ２と反射形センサ１０Ａ，１０Ｂによって検出された信号を入出力リード７を通じて制御回路９に入力すると、４つの信号を出力することが示されている。また、制御回路９の各検出信号と位相の関係も示されている。
本実施例の反射形センサ１０Ａ，１０Ｂの検出信号は、１Ｘレゾルバと同様のＡＳチャンネルの信号が得られるため、この信号を矩形波に整形して計数すれば、モータのシャフト１が何回転したかを検出できる。
また、同様にＢＳチャンネルの信号も得られるため、ＡＳチャンネルの信号と併せて使用すれば、回転方向の検出も可能となる。
ＡＳチャンネルの信号とＢＳチャンネルの信号は、１回転に１サイクルの変化をするため、１回転以内の絶対角度を検出することができ、１Ｘレゾルバと同一の機能を有している。
このようにして多回転と絶対角度を反射形センサで検出し、多極レゾルバで高分解能な角度検出をすれば、多回転で高分解能の回転角絶対値を検出することができるのである。
この実施例では、反射形センサと反射板を回転トランスのインナーコア３とアウターコア４に簡単に取り付けることができるので、複合形検出器の構造は簡単で小形となり、ローコストなものとすることができる。
具体的な使用方法として、ＡＳチャンネルとＢＳチャンネルの信号を出力する制御回路９の電源と、ＡＳチャンネルとＢＳチャンネルの信号を入力して多回転を計数する図示しない受け側回路の電源とを、バッテリーなどにして常時通電できるようにしておけば、商用電源の停電などの影響を受けることなく多回転量を検出することができる。
このような多回転検出部の回路を常時通電する方法は、特公平６−４１８５３号「多回転式絶対値エンコーダ」などで公知になっており、本発明の複合形検出器にも適用することはできる。
【００１０】
次に本発明の応用変形例として、図１の反射形センサに代えて磁気センサを使用することができるので、この構成を図３に示す。
オイルミストなどがある環境では、光反射形センサの信頼性が問題になるが、この応用変形例のように磁気センサを用いれば、その問題を回避して前記の実施例と同様の機能を得ることができる。
図３は、図１と比較すると反射形センサ１０Ａ、１０Ｂと反射板１０１のみが異なっており、残りは同じものである。
磁気センサ１１Ａ，１１Ｂには、１例としてホール素子を用いることができ、インナーコア３には、フェライトマグネット１１１の円板が貼付されている。この円板は径方向に着磁されて内径側と    おり、着磁された磁極のＮ極とＳ極の境界は  光反射形センサの場合と同様に偏心した円形をしている。そして  磁極（Ｎ，Ｓ極）が着磁されている。検出信号は、光反射形センサと同様に１回転に１サイクルのアナログ信号が得られる。
なお、インナーコア３には回転トランスを構成するための磁性体が使用されているので、フェライトマグネット１１１のヨークとしても機能することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ブラシレス形多極レゾルバと多回転を検出する検出器で構成された複合形検出器において、ブラシレス形多極レゾルバの回転トランス部を構成する内側のインナーコアと外側のアウターコアに多回転と絶対角度を検出する検出機能を付加したので、検出器の構成が簡素となって小形、ローコストとなり、多回転の絶対角度を高分解能に検出できて信頼性のある複合形検出器を提供出来るという効果がある。
なお、本発明の実施例として、光反射形センサと磁気センサの場合について述べたが、光透過形や、電磁気形、静電形など、１回転に１サイクルのアナログ信号が得られるセンサを取り付ければ、同様の機能が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合形検出器の構成を示す図
【図２】本発明の複合形検出器の出力信号を説明する図
【図３】別の複合形検出器の構成を示す図
【図４】従来のブラシレス形レゾルバの構成を示す図
【図５】従来のブラシレス形レゾルバの出力信号を説明する図
【符号の説明】
１  シャフト
１１  ブラケット
２  ブラシレス形レゾルバ
２２  フォローシャフト
３  インナーコア
３１  インナーコイル
４  アウターコア
４１  アウターコイル
５  ロータ
５１  ロータコイル
６  ステータ
６１  ステータコイル
７、７１  入出力リード
８  フレーム
９、９１  制御回路
１０Ａ，１０Ｂ  反射形センサ
１０１  反射板
１１Ａ，１１Ｂ  磁気センサ
１１１  フェライトマグネット
【図１】
0004161248.tif 000002
【図２】
0004161248.tif 000003
【図３】
0004161248.tif 000004
【図４】
0004161248.tif 000005
【図５】
0004161248.tif 000006