JP4692923B2 - レゾルバ装置及びレゾルバ装置を搭載したモータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気モータのロータ（回転子）の回転角度位置や回転速度を磁気的に検出するレゾルバを備えたレゾルバ装置、及び、このレゾルバ装置を搭載したモータ装置に関する。

従来、この種の電気モータでは、ロータの回転角度位置等を磁気的に高分解能で検出するため検出器として、レゾルバ装置を備えている。

このレゾルバ装置の一態様として、特許文献１に記載のものが知られている。同文献のレゾルバ装置は、その図１に示されるように、単極レゾルバ信号（ＡＢＳ信号）を検出する単極レゾルバ（アブソ・レゾルバとも呼ばれる）と、多極レゾルバ信号（ＩＮＣ信号）を検出する多極レゾルバ（インク・レゾルバとも呼ばれる）とを備えている。

この多極レゾルバ及び単極レゾルバは、この順に、モータステータ及びモータロータから成るモータ本体の軸方向の一端側に配置されている。多極レゾルバ及び単極レゾルバはそれぞれレゾルバステータとレゾルバロータとから成る。このため、モータステータの軸方向の一端側には、モータステータの隣に磁気的な第１の遮蔽板を介して多極レゾルバのレゾルバステータが位置し、この多極レゾルバのレゾルバステータの隣に更に別の第２の遮蔽板を介して単極レゾルバのレゾルバステータが位置している。２つのレゾルバステータ及び２つの遮蔽板は、モータのアウターハウジングに支持されている。

これにより、第１の遮蔽板はモータ励磁に因って発生する磁力線が多極レゾルバにノイズとして影響するのを抑制し、第２の遮蔽板は多極レゾルバと単極レゾルバとの間の磁気的な干渉を抑制するようになっている。

一方、多極レゾルバ及び単極レゾルバそれぞれのレゾルバロータは、対を成すレゾルバステータにモータの径方向にて所定間隔の空隙を介して対向し且つモータステータと一体で回転するように支持されている。
特開平６−４６５５２号公報

しかしながら、上述した公報記載のモータに組み込んだレゾルバ装置にあっては、モータへの電源投入時及び電源投入後の磁気的ノイズや磁気的な干渉による検出精度の低下を抑えるため、第１及び第２の２重の遮蔽板をそれぞれ用いた構造となっている。このため、レゾルバ装置の、モータの軸方向におけるサイズを小さくしようとしても、かかる２枚の遮蔽板が存在しているために、そのサイズ縮小にも限界があり、モータの全高（モータ軸方向の長さ）の一層の小形化が求められる中にあって、小形化の阻害要因の一つになっていた。

小形化を追求するあまり、かかる遮蔽板を介在させないという設計も考え得るものの、そのような設計にすると、モータステータが指令電流を受けて励磁されるときの漏れ磁束が、多極レゾルバが検出する位置信号にノイズとして重畳してしまう。このため、ダイレクトドライブモータとしての駆動させるときの位置決め不良、騒音の発生などの問題がある。

本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、レゾルバ装置の、モータ軸方向のサイズをより小形化できるとともに、モータ本体とレゾルバとの間、及び、２つのレゾルバ間の漏れ磁束や磁気的相互干渉の影響を回避することができるレゾルバ装置、及び、このレゾルバ装置を用いたモータ装置を提供することを、その目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係るレゾルバ装置によれば、モータロータとモータステータとを所定距離の空隙を介して対向配置させたモータに配設されたレゾルバであって、当該モータの電源投入時の前記モータロータの回転に応じた信号を検出する第１のレゾルバと、当該モータの電源を投入した後の駆動状態における前記モータロータの回転に応じた信号を検出する第２のレゾルバとを備え、前記第１のレゾルバのレゾルバステータは前記モータステータに空隙のみを介して隣接させるとともに、前記第２のレゾルバのレゾルバステータは前記第１のレゾルバのレゾルバステータに空隙のみを介して隣接させて配置し、前記電源投入時には前記第１のレゾルバに切り換えて当該第１のレゾルバを駆動するとともに、前記電源投入後には前記第２のレゾルバに切り換えて当該第２のレゾルバを駆動する駆動手段と、前記第１及び第２のレゾルバが検出した信号を処理して前記信号を得る処理手段と、を備えたことを特徴とする。

上記構成のレゾルバ装置において、前記第１のレゾルバは単極レゾルバであり、前記第２のレゾルバは多極レゾルバであってもよい。

本発明によれば、従来のような磁気的な遮蔽部材を用いずとも、レゾルバ装置の、モータ軸方向のサイズをより小形化できるとともに、モータ本体とレゾルバとの間、及び、２つのレゾルバ間の漏れ磁束や磁気的相互干渉の影響を回避することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施形態として説明する。

図１〜１２を参照して、本発明に係るモータの一実施形態を説明する。なお、このモータは、本発明に係るレゾルバ装置を一体に搭載した（組み込んだ）構成を有するもので、このモータの説明の中でレゾルバ装置の構成及び動作を併せて説明する。

図１に、本実施形態に係るダイレクトドライブモータとしての、交流のレゾルバ付きモータ１（以下、単にモータと呼ぶ）の機枠を中心とした、一部破断した外観を示す。同図に示すように、モータ１は、機構的な部分を一体的に組み付けて成る機枠２を備え、この機枠２の内部に収容されている電気系の駆動及び制御はドライブユニット６０によりなされる（図８参照）。モータ１及びドライブユニット６０により、本発明に係るモータ装置が構成される。

後述するように、機枠２には検出器としてのレゾルバが組み込まれており、またドライブユニット６０には、レゾルバを駆動することで当該レゾルバから出力された信号を処理してモータロータの回転位置及び回転速度を示すデータを生成するドライブユニットが含まれる。このため、本実施形態にあっては、レゾルバ及びドライブユニット６０の一部の構成（後述するサーボドライブ及びＣＰＵ）によりレゾルバ装置が形成されている。

モータ１は、主に、機枠２と、この機枠２内に組み込まれるモータ本体部３と、機枠２に組付けられる単極レゾルバ１４及び多極レゾルバ１５から成る検出器４とにより構成されている。

機枠２は、具体的には、ハウジングベース５にインナハウジング６とアウターハウジング７とが同芯にボルト８で固定して組付けられている。アウターハウジング７等の材質は価格低廉化のため鉄が選定されている。

モータ本体部３は、インナハウジング６とアウターハウジング７との間に、インナハウジング６の側に内部ステータ（固定子）９を、アウターハウジング７の側に外部ステータ（固定子）１０を組み付け、それら内部ステータ９と外部ステータ１０の間にロータ（回転子）１１が位置して回転自在に軸支されている点で従来公知のものと同様である（図２参照）。従って詳細な説明は省略する。

図３に示すように、単極レゾルバ１４はレゾルバロータ１２及びレゾルバステータ２０を備え、多極レゾルバ１５はレゾルバロータ１３及びレゾルバステータ２１を備える。ここで、モータ本体部３、単極レゾルバ１４、及び多極レゾルバ１５がこの順にモータ軸方向Ａのモータ端部側に向かって配設されている。つまり、従来とは異なり、単極レゾルバ１４と多極レゾルバ１５のモータ軸方向Ａにおける配置位置が反対になっており、モータ本体部３と多極レゾルバ１５との間に単極レゾルバ１４が配置されていることを特徴とする。

これらのレゾルバ１４、１５のレゾルバロータ１２、１３は、ロータ間座１８を介してボルト１９によりロータ１１に固定され、一方、それらのレゾルバ１４、１５のレゾルバステータ２０、２１は、レゾルバホルダ２２を介してボルト２３によりアウターハウジング７の内周面に固定されている。ロータ間座１８はＳＵＳ（ステンレス鋼）製の間座として形成されており、磁束を通しにくい非磁性体として機能している。このロータ間座１８の透磁率は、空気の透磁率と近い値を有する。単極レゾルバ１４のモータ本体部３の側の端部に対向するロータ１の部分には、けい素鋼板製の円板２４が設けられている。

レゾルバホルダ２２は、図３に示すように、アウターハウジング７のモータ本体部３とは反対側（図３における上側）の内周壁面７ａにその外周壁面２２ａが密着するような外径に形成され、且つ、上下２段にレゾルバステータ２１、２０を支持すべく上下に分割されている。２６、２７はレゾルバステータ載置用段部である。

レゾルバホルダ２２の一方の側を成す上方ホルダ２８の上方には多極レゾルバ１５を収容する部屋２９が天井カバー３０で端部を区画することにより画成されている。また、上方ホルダ１９の図中下方には、単極レゾルバ１４を収容する部屋３１が画成されている。

また、レゾルバホルダ２２は、それ自体で、単極レゾルバ１４及び多極レゾルバ１５の各ステータ２０、２１を支持する本来的な機能に加えて、各レゾルバ１４、１５の磁束が外部の鉄製アウターハウジング７に漏れるのを妨げる機能をも有する。

このように、単極レゾルバ１４及び多極レゾルバ１５から成る検出器の構造において、多極レゾルバ１５をモータ本体部３から遠ざけてモータ端部側に配置し、その代わりに、単極レゾルバ１４を多極レゾルバ１５とモータ本体部３との間に配置し、かつモータ本体部３に隣接させる。これにより、従来の構造とは異なり、単極及び多極レゾルバ１４及び１５の相互間に磁気遮蔽のための遮蔽板を設ける必要が無く、また、単極レゾルバ１４とモータ本体部３（すなわち、外部ステータ１０）との間にも磁気遮蔽のための遮蔽板を設ける必要が無い。このため、検出器の構造が簡素になるので、遮蔽板を設けるスペースが不要な分、検出器、すなわちモータ１の軸方向Ａにおけるサイズをよりコンパクトにできる。また、部品コストを減らす上でも有効である。この遮蔽板無しの簡素な構造は、単極レゾルバ１４及び多極レゾルバ１５を駆動する駆動方式（後述する）と相俟って実現できるもので、本発明に係るレゾルバ配置上の特徴を成す。

単極レゾルバ１４のレゾルバロータ１２とレゾルバステータ２０は、図４に示すように、３相バリアブルリラクタンス形レゾルバであり、ロータ鉄心１２ａとステータ鉄心２０ａの空隙３５がロータ鉄心１２ａの円周位置により変化し、ロータ鉄心１２ａの１回転でリラクタンス変化の基本波成分が１周期となる構造を有しているものである。即ち、ロータ１２の内径中心Ｏ₁はステータ２０の内径中心と一致しているが、ロータ１２の外径中心Ｏ₂がその内径中心Ｏ₁から一定の偏心量Ａだけ偏心するようにロータ鉄心１２ａの肉厚を変化させてあり、これによってリラクタンスがロータ鉄心１２ａの回転位置により変化する。

レゾルバステータ２０は、１２０°間隔で配置されたＡ相、Ｂ相及びＣ相の３相の磁極と、該Ａ相、Ｂ相及びＣ相に対して夫々１８０°ずれた所に配置されたＡバー相（Ａの頭部に水平線を付した相をいう）、Ｂバー相（Ｂの頭部に水平線を付した相をいう）及びＣバー相（Ｃの頭部に水平線を付した相をいう）の磁極とが配置されている。これら各相には、夫々３つの磁極が配置されており、全部で１８個の磁極３６₁〜３６₁₈がステータ２０に設けられている。各磁極３６₁〜３６₁₈には、１種類の巻線Ｃ₁〜Ｃ₁₈が巻回されている。Ａ相の３本の巻線Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃は、図５に示すように、直列に接続されており、他の各相の３本の巻線もＡ相と同様に直列に接続されている。また、Ａ相の３本の巻線Ｃ₁〜Ｃ₃は、共通端子３７と電流検出用抵抗Ｒ₁の一端との間に接続されている。他の各相の３本の巻線も、Ａ相と同様に共通端子３７と電流検出用抵抗Ｒ₂〜Ｒ₆の一端との間に夫々接続されている。Ｒ₁〜Ｒ₆の各他端は内部でアースされている。

上記構成を有する単極レゾルバ１４では、共通端子３７にある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、ロータ１２が１回転する間に、Ａ相、Ｂ相及びＣ相の各巻線からは、相毎に１２０°ずつ、位相のずれた１サイクルの交流信号であって、前記リラクタンス変化に応じて電流値が変化した単極レゾルバ信号が夫々出力され、一方、Ａバー相、Ｂバー相及びＣバー相の各巻線からは、Ａ相、Ｂ相及びＣ相の信号に対してそれぞれ１８０°だけ位相がずれた単極レゾルバ信号が夫々出力される。

多極レゾルバ１５のレゾルバロータ１３とレゾルバステータ２１は、図６に示すように、ロータ１３の外径中心がステータ２１の内径中心と一致している。ロータ１３の外周面には、多数（例えば１５０個）の突極状の歯１３ａが形成されている。ステータ２１の内周部には、Ａ相、Ｂ相及びＣ相の各磁極が所定の間隔で交互に配置されており、各相の磁極には巻線Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃが夫々巻回されている。ステータ２１の内周面には、各相の電気角が１２０°ずつ、ずれるように、多数（例えば、ロータ１３の歯１３ａが１５０個の場合には１４４個）の突極状の歯が形成されている。各相の巻線Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃは、図７に示すように、共通端子３８と電流検出用抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃの一端との間に夫々接続されている。Ｒａ,Ｒｂ，Ｒｃの他端はアースされている。

上記構成を有する多極レゾルバ１５では、共通端子３８にある周波数の正弦波が励磁信号として印加されると、ロータ１３が１回転する間に、３相の相毎に１５０サイクルの交流信号が多極レゾルバ信号として前記各巻線Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃから出力される。

図８に、レゾルバ装置の駆動処理側の構成をも備えたドライブユニット６０の構成を示す。

ドライブユニット６０は、単極レゾルバ１４と多極レゾルバ１５の何れか一方に励磁信号を供給してレゾルバ信号を取り込み、デジタル角度信号φを出力するサーボドライバ５０と、デジタル角度信号φから回転角度位置信号を生成し、パワーアンプ６２を介してダイレクトドライブ形のモータ１０のモニタ本体部３に電力を供給するＣＰＵ６１とを備えて構成されている。ドライブユニット６０と単極レゾルバ１４及び多極レゾルバ１５はレゾルバケーブル７１で結線されており、同ユニット６０とモータ本体部３はモータケーブル７２で結線されている。

サーボドライバ５０は、発信器５１から出力される励磁信号を増幅器５２にて適度な信号レベルに増幅し、切換スイッチ５３を介して単極レゾルバ１４の共通端子ＣＯＭ１と、多極レゾルバ１５の共通端子ＣＯＭ２の何れか一方に励磁信号の供給経路を切り換えて励磁信号を供給する。切換スイッチ５３は発信器５１から単極レゾルバ１４及び多極レゾルバ１５への励磁信号供給経路上に配されて、これらのレゾルバへの励磁信号の供給経路を切り換える切換手段である。共通端子ＣＯＭ１及びＣＯＭ２への切換スイッチ５３の接続切換はＣＰＵ６１から出力されるスイッチ切換信号によって制御される。

電源が投入されてシステムが起動した直後においては、ＣＰＵ６１は切換スイッチ５３を共通端子ＣＯＭ１に切換接続することにより、励磁信号を単極レゾルバ１４に供給する。単極レゾルバ１４から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ａによって単極レゾルバ信号（ＡＢＳ信号）に変換された後、３／２相変換器４２ａによって２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換されてアナログスイッチ４３に供給される。

ここで、発信器５１の発信角周波数をωとし、高次成分を無視すると、電流／電圧変換器４１ａで得られる各相のレゾルバ信号は下記の（１）式〜（３）式に示す通りとなる。ここでは、説明の便宜上、Ａ相を基準としてＢ相及びＣ相の位相がそれぞれ１２０度ずつ遅れる場合を例示する。また、３／２相変換器４２ａで得られる２相信号を（４）式〜（５）式に示す。（５）式において、ｓｑｒ（ｘ）は引数ｘの平方根を返す関数とする。
φＡ＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎθ）・ｓｉｎωｔ …（１）
φＢ＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（２）
φＣ＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（３）
ｓｉｎ信号＝φＡ−（φＢ＋φＣ）／２ …（４）
ｃｏｓ信号＝ｓｑｒ（３／４）・（φＢ−φＣ） …（５）

一方、ＣＰＵ６１が単極レゾルバ信号からデジタル角度信号φの値（後述するａｂｓ）を取得した後には、ＣＰＵ６１は切換スイッチ５３を共通端子ＣＯＭ２に切換接続する。これにより、励磁信号が多極レゾルバ１５に供給される。多極レゾルバ１５から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ｂによって多極レゾルバ信号（ＩＮＣ信号）に変換された後、３／２相変換器４２ｂによって２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換されてアナログスイッチ４３に供給される。

アナログスイッチ４３はＣＰＵ６１からのＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号によって切り換え制御されるスイッチ素子であり、２相のＡＢＳ信号と２相のＩＮＣ信号の何れか一方を選択的に通過させてＲＤＣ（レゾルバ・デジタル・コンバータ）４４へ供給する。アナログスイッチ４３を通過する信号が２相のＡＢＳ信号から２相のＩＮＣ信号へ切り換わるタイミングと、切換スイッチ５３の接続先がＣＯＭ１からＣＯＭ２へ切り換わるタイミングとがほぼ同期するように、ＣＰＵ６１からアナログスイッチ４３へＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号が出力される。

移相器４５は発信器５１から出力される励磁信号の位相を遅らせ、２相に変換されたＡＢＳ信号又はＩＮＣ信号のｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のうちのキャリア信号の位相と同期させた参照信号（Ｒｅｆ信号）をＲＤＣ４４に供給する。ＲＤＣ４４はアナログスイッチ４３から供給される２相信号をデジタル化し、ＣＰＵ６１にデジタル角度信号φを出力する。ＲＤＣ４４からは発信器５１の発振角周波数による同期整流後のアナログ速度信号が出力される。

尚、上述の説明においては、単極レゾルバ１４として３相レゾルバを用いる構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、単極レゾルバ１４として６相レゾルバを用いることもできる。６相レゾルバを用いる場合には、レゾルバ信号として、上述の（１）式〜（３）式に替えて下記の（６）式〜（１１）式が用いられるので、図９に示すように、電流／電圧変換器４１ａと３／２相変換器４２ａとの間に減算器４６ａを介在させればよい。減算器４６ａは各相のレゾルバ信号の差分ｄＡ，ｄＢ，ｄＣを演算して６相レゾルバ信号を（１２）式〜（１４）式の３相レゾルバ信号に変換する。同式の３相レゾルバ信号は３／２相変換器４２ａによって２相信号に変換される。
φＡ＋＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎθ）・ｓｉｎωｔ …（６）
φＡ−＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎ（θ−π））・ｓｉｎωｔ …（７）
φＢ＋＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（８）
φＢ−＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３−π）｝・ｓｉｎωｔ …（９）
φＣ＋＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（１０）
φＣ−＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３−π）｝・ｓｉｎωｔ …（１１）
ｄＡ＝２Ａ₂ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ …（１２）
ｄＢ＝２Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）・ｓｉｎωｔ …（１３）
ｄＣ＝２Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）・ｓｉｎωｔ …（１４）

さらに、例えば、２相レゾルバ、４相レゾルバなどの他の種類のレゾルバを用いる場合には、それぞれの場合に合わせて適宜、検出回路部４０の構成を変更すればよい。

図１０は、デジタル変換されたレゾルバ信号のグラフである。ＲＤＣ４４として１２ビット仕様の変換器を用いると、２相のＡＢＳ信号は同図（Ｂ）に示すように、レゾルバロータ１回転あたり４０９６（＝２¹²）パルスのデジタル角度信号φに変換される。つまり、単極レゾルバ信号（ＡＢＳ信号）は単極レゾルバ１４が一回転する間に、０から４０９５までカウントアップされたデジタル値となる。一方、２相の多極レゾルバ信号（ＩＮＣ信号）は同図（Ａ）に示すように、レゾルバロータ１回転あたり４０９６×２４（極歯３５の総数）＝９８３０４パルスのデジタル角度信号φに変換される。つまり、多極レゾルバ信号は、多極レゾルバ１５が一回転する間に、０から４０９５までのカウントアップが２４回繰り返されたデジタル値となる。

同図において、ｏｆｆｓｅｔ値とは、単極レゾルバ信号の基本成分波の始点に相当する回転角０度を基準とした場合に、多極レゾルバ信号の２４周期の基本波成分のうち一つの基本波成分とのずれの値のことである。

ＣＰＵ６１はこれらのデジタル角度信号φを取り込み、ダイレクトドライブモータ１の回転角度位置を演算する。２相の単極レゾルバ信号がＲＤＣ４４でデジタル信号に変換されたデジタル角度信号φの値をａｂｓとし、２相の多極レゾルバ信号がＲＤＣ４４でデジタル信号に変換されたデジタル角度信号φの値をｉｎｃとすれば、回転角度位置は、ａｂｓ×２４＋（２０４８−ｉｎｃ）＋ｏｆｆｓｅｔ値の演算により求めることができる。ＣＰＵ６１は、回転角度位置に基づいて、パワーアンプ６２に対してダイレクトドライブモータ１に電力を供給するように指令する。

尚、レゾルバ信号からデジタル角度信号φを得るためには、必ずしもハードウエア回路（３／２相変換器、ＲＤＣなど）で処理する必要はなく、レゾルバ信号をＡ／Ｄ変換し、ソフトウエアによる情報処理でデジタル角度信号φを得るように構成してもよい。

図１１はＣＰＵ６１の位置検出処理ルーチンを記述したフローチャートである。同図を参照しつつ、ＣＰＵ６１の制御処理を中心に上述の説明を再述する。ＣＰＵ６１は、システム停止時において、電源投入を検知すると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、切換スイッチ５３を共通端子ＣＯＭ１に接続するようにスイッチ切換信号を出力する（ステップＳ２）。これに応答して、発信器５１から出力される励磁信号は共通端子ＣＯＭ１から単極レゾルバ１４に供給され、回転角度位置に対応したリラクタンス変化が電流信号として検出回路部４０に供給される。

検出回路部４０では、この電流信号を電流／電圧変換器４１ａで電圧信号に変換した後、３／２相変換器４２ａによって２相信号に変換し、アナログスイッチ４３に供給する。ＣＰＵ６１はアナログスイッチ４３を通過すべき信号として２相の単極レゾルバ信号（ＡＢＳ信号）を選択するようにＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号を出力する（ステップＳ３）。

２相の単極レゾルバ信号はアナログスイッチ４３を通過してＲＤＣ４４でデジタル信号に変換され、デジタル角度信号φとしてＣＰＵ６１に供給される。ＣＰＵ６１はこのデジタル角度信号φの値をａｂｓとして取得する（ステップＳ４）。

次いで、ＣＰＵ６１は、切換スイッチ５３を共通端子ＣＯＭ２に接続するようにスイッチ切換信号を出力する（ステップＳ５）。これに応答して、発信器５１から出力される励磁信号は共通端子ＣＯＭ２から多極レゾルバ１５に供給され、回転角度位置に対応したリラクタンス変化が電流信号として検出回路部４０に供給される。

検出回路部４０では、この電流信号を電流／電圧変換器４１ｂで電圧信号に変換した後、３／２相変換器４２ｂによって２相信号に変換し、アナログスイッチ４３に供給する。ＣＰＵ６１はアナログスイッチ４３を通過すべき信号として２相の多極レゾルバ信号（ＩＮＣ信号）を選択するようにＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号を出力する（ステップＳ６）。

２相の多極レゾルバ信号はアナログスイッチ４３を通過してＲＤＣ４４でデジタル信号に変換され、デジタル角度信号φとしてＣＰＵ６１に供給される。ＣＰＵ６１はこのデジタル角度信号φの値をｉｎｃとして取得する（ステップＳ７）。

電源がＯＦＦになるまでは、ＣＰＵ６１は切換スイッチ５３が共通端子ＣＯＭ２に接続したままの状態になるよう制御する一方で、アナログスイッチ４３を通過する信号が２相の多極レゾルバ信号に維持されるように制御する（ステップＳ８；ＮＯ）。ＣＰＵ６１は電源ＯＦＦを検知すると（ステップＳ８；ＹＥＳ）、本制御ルーチンを終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、単極レゾルバ１４と多極レゾルバ１５が同時に励磁されることのないように何れか一方にのみに励磁信号が供給される。

これは、モータ１において、単極レゾルバ１４からの単極レゾルバ信号は電源投入時（通常、電源スイッチオンから０.５秒程度を言う）の絶対的な機械角度位置を求めるために必要であるが、電源投入以降のモータ回転運動状態にあっては、多極レゾルバ１５からの多極レゾルバ信号のみがあればよいからである。

電源投入時には、モータ本体部３は励磁はなされないため、単極レゾルバ１４はモータ本体部３から励磁ノイズの影響を受けることはない。このため、単極レゾルバ１４は、モータ本体部３からの漏れ磁束の影響を受けない状態で単極レゾルバ信号を出力し、この信号が前述の如くドライブユニット６０に送られ、モータ本体部３の駆動に使用される。このときに、単極レゾルバ信号は磁気ノイズの影響を受けていないため、かかる駆動も高精度に実行される。

検出器では、電源が投入された後の適宜なタイミングで、検出元が多極レゾルバ１５の側に切り替えられ、その多極レゾルバ信号を用いて位置決め制御などのモータ駆動制御が実行される。この運転状態にあっては、モータ本体部の励磁に伴って生じる漏れ磁束は、隣接する単極レゾルバ１４により代替的に遮蔽される。この遮蔽の様子を図１２に模式的に示す。

つまり、そのモータ運転状態のときには使用されていない単極レゾルバ１４が磁気遮蔽板として機能し、かかる漏れ磁束が更に隣の多極レゾルバ１５まで迂回することは殆ど無く、多極レゾルバ１５へのモータ本体部３からの磁気的な影響は殆ど無い。したがって、多極レゾルバ１５が出力する多極レゾルバ信号が磁気的な影響を受けて、位置検出性能が低下することも無いのである。

勿論、単極レゾルバ１４と多極レゾルバ１５を選択的に励磁することで、一方のレゾルバの漏れ磁束が他方のレゾルバに磁気的な干渉を及ぼすこともない。

このように、本実施形態に係る検出器によれば、モータ本体部３に対するレゾルバ配置の順を、単極レゾルバ１４及び多極レゾルバ１５の順にすること、その上で、両レゾルバ１４，１５を電源投入時とそれ以降とで選択的に励磁することにより、磁気ノイズの影響を回避して位置を高精度に検出できるとともに、従来構造で採用していた磁気遮蔽板を不要にすることができる。磁気遮蔽板が不要な分、モータ本体部３と単極レゾルバ１４との対向距離、及び、単極レゾルバ１４と多極レゾルバ１５との間の対向距離を許容される極限値まで従来よりも短縮できる。これにより、単極レゾルバ１４のステータコイルと多極レゾルバ１５のステータコイルがほぼ接する程度まで短くすることができ、ダイレクトドライブモータ１の小型化・薄型化が可能となる。

加えて、上述した２枚の遮蔽板部材を省略できるため、部品点数を減らしてコスト低下を実現できる。

本実施形態の構造はＮＣ工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどに用いられる小型で高精度な位置決めを可能とするダイレクトドライブモータに好適である。

また、本実施形態は、常に単極レゾルバ１４と多極レゾルバ１５の何れか一方に励磁信号を供給する構成であるため、両方のレゾルバに励磁信号を供給する従来の構成と比較して消費電力をおよそ半分に低減することが可能となる。さらに、単極レゾルバ１４と多極レゾルバ１５の各々から出力される電流信号がレゾルバケーブル７１内でクロストークすることがないため、位置検出精度を高めることができる。

尚、上記の説明では、ダイレクトドライブモータ１に組み込まれるレゾルバとして、単極レゾルバ１４と多極レゾルバ１５を備える構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、任意の異種レゾルバをダイレクトドライブモータ１に組み込む場合にも適用できる。２種類の多極レゾルバを組み合わせた構成例を以下に例示する。

（組み合わせ例１）
本組み合わせ例は、ＰＭモータのロータ位置検出機能を実装するタイプであり、ＰＭモータの極数と同数の極数（例えば、２０歯）を備えるレゾルバを第１レゾルバとし、高分解能位置検出用レゾルバ（例えば、１２０歯）を第２レゾルバとしている。例えば、電源投入時にまず第１レゾルバによるデジタル角度信号の読み取りを行い、次いで、第２レゾルバに切り換えてそのデジタル角度信号の読み取りを行うことによって、ＰＭモータとの位相差からロータの回転位置を検知できるため、以後は第２レゾルバからの信号に基づき回転角度位置とともにＰＭモータの励磁タイミングを認識できる。つまり、第１レゾルバはＵＶＷセンサ（例えば、ホール素子）の代わりとして機能するため、ＵＶＷセンサを省略できる。

（組み合わせ例２）
本組み合わせ例は、ロータ１１の絶対角度位置を検出するタイプであり、（Ｎ＋１）極レゾルバを第１レゾルバとし、Ｎ極レゾルバを第２レゾルバとしている。但し、Ｎは２以上の整数である。第１レゾルバと第２レゾルバの極数の差は１であるから、両者のデジタル角度信号φ₁，φ₂の差からロータ１１の絶対角度位置を検出できる。これらのレゾルバの励磁切換タイミングとしては、例えば、システムの電源が投入された時点で第１レゾルバを励磁してデジタル角度信号φ₁を読み取り、次いで、第２レゾルバを励磁するのが望ましい。電源ＯＦＦとなるまでは第２レゾルバの励磁状態を保持することで、システム起動時に読み取ったデジタル角度信号φ₁と、その後に第２レゾルバが検出するデジタル角度信号φ₂からロータ１１の絶対角度位置を検出できる。

（組み合わせ例３）
本組み合わせ例は、所定の角度範囲でロータ１１の絶対角度位置を検出するタイプであり、３６０度／Ｍの角度範囲で絶対角度位置を検出するには、Ｍ極レゾルバを第１レゾルバとし、高分解能のレゾルバ（例えば、極数１２０）を第２レゾルバとしている。但し、Ｍは２以上の整数である。多極レゾルバをこのように組み合わせることで、例えば、ロボットアームを１８０度、１２０度、９０度等の予め定められた所定の角度範囲内で旋回させる用途に好適である。第１レゾルバのロータ形状は、レゾルバロータとレゾルバステータのギャップが周期的に変化する構成であれば、特に制限はなく、各種の形状を採用できる。例えば、極数２の第１レゾルバを製作するのであれば、レゾルバロータの形状を楕円形状、ヒョウタン形状、歯形状などの各種の形状を採用できる。

なお、本発明は上述した実施形態及びその変形例に限定されることなく、当業者であれば、本発明の要旨の範囲内でさらに周知の構成と組み合わせて適宜に変形して実施することもできる。

本発明の一実施形態に係るレゾルバ装置を搭載したダイレクトドライブモータを一部破断して示す外観図。 実施形態に係るモータの一部を破断して示す側面図。 実施形態に係るレゾルバ装置の検出器の構成を示すためのモータの軸方向に沿った部分断面図。 実施形態で採用した単極レゾルバの構成を示すモータの軸方向に直交した断面図。 単極レゾルバのステータコイルの結線図。 実施形態で採用した多極レゾルバの構成を示すモータの軸方向に直交した断面図。 多極レゾルバのステータコイルの結線図。 レゾルバ装置のドライブユニットの構成を示すブロック図。 検出回路部の別の例に係るハードウエア構成の一部を示すブロック図。 デジタル変換されたレゾルバ信号を示すグラフ。 角度位置検出処理ルーチンを示すフローチャート。 モータ運転状態においてモータ本体部の励磁に伴う漏れ磁束を隣接する単極レゾルバに代替的に遮蔽させる様子を説明する図。

符号の説明

１…ダイレクトドライブ（ＤＤ）モータ ２…機枠 ３…モータ本体部 ６、７…ハウジング ９，１０…モータステータ １１…モータロータ １４…単極レゾルバ（第１のレゾルバ） １５…多極レゾルバ（第２のレゾルバ） １２，１３…レゾルバロータ １８…間座 ２０，２１…レゾルバステータ ２２…レゾルバホルダ
４０…検出回路部 ４１…電流／電圧変換器 ４２…３／２相変換器 ４３…アナログスイッチ ４４…ＲＤＣ ４５…移相器 ５０…サーボドライバ ５３…切換スイッチ ６０…ドライブユニット ６１…ＣＰＵ

Claims (2)

1. モータロータとモータステータとを所定距離の空隙を介して対向配置させたモータに配設されたレゾルバであって、当該モータの電源投入時の前記モータロータの回転に応じた信号を検出する第１のレゾルバと、当該モータの電源を投入した後の駆動状態における前記モータロータの回転に応じた信号を検出する第２のレゾルバとを備えたレゾルバ装置において、
   前記第１のレゾルバのレゾルバステータは前記モータステータに空隙のみを介して隣接させるとともに、前記第２のレゾルバのレゾルバステータは前記第１のレゾルバのレゾルバステータに空隙のみを介して隣接させて配置し、
   前記電源投入時には前記第１のレゾルバに切り換えて当該第１のレゾルバを駆動するとともに、前記電源投入後には前記第２のレゾルバに切り換えて当該第２のレゾルバを駆動する駆動手段と、
   前記第１及び第２のレゾルバが検出した信号を処理して前記信号を得る処理手段と、を備えたことを特徴とするレゾルバ装置。
2. 前記第１のレゾルバは単極レゾルバであり、前記第２のレゾルバは多極レゾルバである請求項１に記載のレゾルバ装置。

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