CN105850014A - 旋转变压器装置、电动机以及驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明的旋转变压器装置包括：定子铁芯（11）和转子铁芯（12），所述定子铁芯（11）具备：定子主极（A1～C2），其具有相数3的偶数倍的主极数，以卷绕的各励磁线圈接收1相励磁的输入信号而输出偏移电角度+120度或者电角度‑120度的3相的输出信号的方式，沿着环状定子基部的圆周方向配置；以及各相的定子附加极（IA1～IC2），其卷绕的各励磁线圈被输入1相的所述输入信号，并且沿着环状定子基部的圆周方向配置在对各相的所述输出信号抑制2次谐波的位置，所述各相的定子附加极（IA1～IC2）在对应的各相的定子主极（A1～C2）的所述输出信号上，叠加卷绕在所述各相的定子附加极的各励磁线圈的输出而作为合成出的3相旋转变压器信号，对所述3相旋转变压器信号进行3相2相变换来得到2相旋转变压器信号。

Description

旋转变压器装置、电动机以及驱动器

技术领域

本发明涉及旋转变压器装置、电动机以及驱动器。

背景技术

作为为了检测旋转运动的转速或者旋转角度，利用磁性高精度地检测电动机转子的旋转角度位置等的检测器，已知有旋转变压器装置。例如，在专利文献1中，记载了一种旋转变压器，其是2极可变磁阻式旋转变压器，其具有如下结构的定子和转子：转子铁心与定子齿之间的空隙中的磁阻根据转子铁心位置而变化，并且转子铁心旋转一周就磁阻变化的基波分量为一个周期，并且其通过检测上述磁阻变化来检测旋转角度位置或者转速，在上述2极可变磁阻式旋转变压器中，以120°间隔设置分别具有3相交流励磁绕组和输出绕组的三个定子齿，并在上述各相定子齿的180°对称的位置上设置具有与上述3相交流励磁绕组同样的励磁绕组、和与上述输出绕组卷绕方向相反的输出绕组的3个定子齿，而将他们作为A组定子齿，在相对于这六个A组定子齿分别错开90°的位置上设置六个具有与A组同样绕组的B组定子齿，合成各个输出绕组的输出。

专利文献1：日本专利第2624747号公报

发明内容

虽然，专利文献1所记载的旋转变压器能够抑制2次谐波。但是，专利文献1记载的旋转变压器难以抑制3次谐波，有可能降低检测的可靠性。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种旋转变压器装置、电动机以及驱动器，其抑制3次谐波来提高可靠性。

本发明的旋转变压器装置包括：定子铁芯；以及转子铁芯，其被支承为相对于上述定子铁芯自由旋转，并且根据与上述定子铁芯的相对角度位置其与上述定子铁芯的间隙的磁阻分量发生变化，上述定子铁芯具备：定子主极，其具有相数3的偶数倍的主极数，以卷绕的各励磁线圈接收1相励磁的输入信号而输出偏移电角度+120度或者电角度-120度的3相的输出信号的方式，沿着环状定子基部的圆周方向配置；以及各相的定子附加极，其卷绕的各励磁线圈被输入1相的上述输入信号，并且沿着环状定子基部的圆周方向配置在对各相的上述输出信号抑制2次谐波的位置，上述各相的定子附加极在对应的各相的定子主极的上述输出信号上，叠加卷绕在上述各相的定子附加极的各励磁线圈的输出而作为合成出的3相旋转变压器信号，对上述3相旋转变压器信号进行3相2相变换来得到2相旋转变压器信号。

本发明的旋转变压器装置能够通过定子主极以及定子附加极来抑制2次谐波。并且，本发明的旋转变压器装置在通过3相2相变换而变换成2相的基础上求出角度的信息，因此能够消除3次谐波。其结果，角度信息的精度提高而可靠性提高。

作为本发明的优选方式，上述各相的定子附加极配置在相对于对应的各相的定子主极中的至少一个偏移电角度+90度或者电角度-90度的位置。通过该结构，旋转变压器装置能够抑制2次谐波。

作为本发明的优选方式，上述转子铁芯具备在与上述定子铁芯对置的一侧突出的多个转子齿，在将上述主极数设为P、将上述转子齿的数量亦即转子齿数设为q的情况下，满足下述式(1)。

P＝(q/(M+(N±1)/N)···(1)

其中，N是相数3，M是满足式(1)的整数变量。

通过该结构，能够提高转子齿数的自由度。

作为本发明的优选方式，上述各相的定子附加极配置在相对于对应的各相的定子主极中的至少一个偏移机械角度+90度或者机械角度-90度的位置。通过该结构，在转子铁芯旋转一周时，旋转变压器装置能够检测一个周期，因此易于算出绝对角度。

作为本发明的优选方式，上述转子铁芯的内径的中心从外形的中心偏离，且转子铁芯旋转一周就输出一个周期的上述输出信号。通过该结构，在转子铁芯旋转一周时，旋转变压器装置能够检测一个周期，因此易于算出绝对角度。

作为本发明的优选方式，电动机包括上述旋转变压器装置，上述转子铁芯与电动机转子连动地旋转，上述旋转变压器装置能够检测上述电动机转子的旋转。通过该结构，能够得到抑制3次谐波而可靠性提高的电动机。

作为本发明的优选方式，电动机包括旋转变压器装置，上述转子铁芯与电动机转子连动地旋转，上述旋转变压器装置能够检测上述电动机转子的旋转，并且上述电动机具有与上述转子铁芯的齿数q相同的极对数。通过该结构，能够使旋转变压器装置的转子铁芯的每旋转一周的电周期数与电动机的极对数一致，以使用于电动机驱动电流控制的整流变得容易。

作为本发明的优选方式，驱动器包括上述旋转变压器装置，并且能够传递上述旋转变压器装置能够检测的旋转运动。通过该结构，能够得到抑制3次谐波而可靠性提高的驱动器。

根据本发明，能够提供一种旋转变压器装置、电动机以及驱动器，其抑制3次谐波来提高可靠性。

附图说明

图1是具有实施方式1涉及的旋转变压器装置的电动机装置的结构图。

图2是以与图1的轴向正交的虚拟平面剖开实施方式1的旋转变压器装置的截面图。

图3是旋转变压器装置的励磁线圈的接线图。

图4是表示电动机旋转角度检测装置的框图。

图5是表示通过电流电压转换器得到的C相的旋转变压器电压信号的一个示例的说明图。

图6是将图5所示的通过电流电压转换器得到的C相的旋转变压器电压信号分波成基波、2次谐波、3次谐波而说明的说明图。

图7是将图5所示的通过电流电压转换器得到的C相的旋转变压器电压信号中的2次谐波被抑制后的状态分波成基波和3次谐波而说明的说明图。

图8是说明实施方式1涉及的旋转变压器装置的角度误差的说明图。

图9是说明实施方式1涉及的旋转变压器装置的角度运算的李沙育(Lissajous)波形的说明图。

图10是以与图1的轴向正交的虚拟平面剖开实施方式2的旋转变压器装置的截面图。

图11是以与图1的轴向正交的虚拟平面剖开实施方式3的旋转变压器装置的截面图。

符号说明

1 旋转变压器装置

2 电动机主体部

3 轴承

10 电动机装置

11 定子铁芯

12、12A 转子铁芯

13 旋转变压器定子

14 旋转变压器转子

15 螺栓

16 螺栓

21 电动机转子

22 磁体

23 电动机定子铁芯

24 励磁线圈

25 壳体

31 罩部件

32 螺栓

33 固定部

40 检测电路部

41 电流电压转换器

423 相2相变换器

45 移相器

50 旋转变压器励磁电路

51 振荡电路

52 放大器

60 驱动单元

61 运算装置

62 功率放大器

100 电动机

A1、A2、B1、B2、C1、C2 定子主极

COM 共通端子

IA1、IA2、IB、IB2、IC1、IC2 定子附加极

L1～L12 励磁线圈

MC 电动机电缆

P 主极数

Q 转子齿数

Q1～Q16 转子齿

SI 附加极信号

SM 主极信号

具体实施方式

下面参照附图来详细地说明用于实施本发明的方式(实施方式)。本发明并不局限于以下实施方式所记载的内容。此外，以下记载的结构要素中包含本领域技术人员容易想到的结构要素、实质相同的结构要素。并且，以下记载的结构要素能够适当地组合。

图1是具有实施方式1涉及的旋转变压器装置的电动机装置的结构图。图2是以与图1的轴向正交的虚拟平面剖开旋转变压器装置的截面图。图3是旋转变压器装置的励磁线圈的接线图。图4是表示电动机旋转角度检测装置的框图。参照图1至图4来说明实施方式1涉及的旋转变压器装置1以及电动机100。

实施方式1

图1所示的电动机100是向驱动对象直接传递旋转力的被称为直接驱动电动机的电动机装置。直接驱动电动机由于向驱动对象直接传递旋转力，所以摩擦损失少，能够提高旋转效率。电动机100包含电动机主体部2和旋转变压器装置1。

如图1所示，电动机主体部2具备壳体25、电动机定子铁芯23、励磁线圈24、磁体22以及电动机转子21。电动机主体部2以电动机转子21能够相对于壳体25以旋转中心轴Zr为中心自由旋转的方式，被轴承3支承。壳体25是以旋转中心轴Zr为中心的中空圆筒的筒形状，并在外周固定有电动机定子铁芯23以及轴承3的内轮。另外，作为形成壳体25的材料，能够应用例如SPCC(SteelPlateColdCommercial，冷轧钢板)等一般的钢材、电磁软铁等、铝等。

电动机定子铁芯23隔着绝缘性的绝缘体，卷绕有励磁线圈24。电动机定子铁芯23是通过粘接、嵌合突起、铆接等方法层叠电磁钢板、冷轧钢板等薄板而制造出的圆筒状筒体。励磁线圈24是线状电线，能够接收来自电动机电缆MC的供电，使电动机定子铁芯23励磁来产生旋转磁场。电动机定子铁芯23以及励磁线圈24就是电动机主体部2的通常所说的定子。

电动机转子21是以旋转中心轴Zr为中心的圆筒的筒形状，以覆盖壳体25的外周的方式形成为双重筒结构。电动机转子21在内周侧固定有磁体22以及轴承3的外轮。另外，作为形成电动机转子21的材料，能够应用例如SPCC(SteelPlateColdCommercial，冷轧钢板)等一般的钢材、电磁软铁等、铝等。电动机转子21中，磁体22沿着电动机转子21的径向内侧的内周表面粘贴，并在圆周方向设有多个。磁体22是永久磁铁，其S极与N极沿电动机转子21的圆周方向等间隔地交替配置。这样的电动机转子21被称为PM(PermanentMagnet，永久磁铁)式旋转部件。S极与N极构成一对，旋转部件的极对数是极数的一半。电动机转子21根据励磁线圈24在电动机定子铁芯23的齿部励磁产生的旋转磁场而旋转。

如图1所示，旋转变压器装置1位于轴向(与旋转中心平行的方向)的电动机主体部2的端部。旋转变压器装置1具备旋转变压器转子14和旋转变压器定子13。旋转变压器转子14通过螺栓15固定于电动机转子21。旋转变压器定子13通过螺栓16固定于电动机主体部2的壳体25。旋转变压器转子14，在与电动机主体部2相反侧的端面，具有螺钉孔作为能够固定驱动对象物的固定部33。旋转变压器转子14，在与电动机主体部2相反侧的端面，也可以还具备用于防尘的罩部件31。罩部件31通过螺栓32等固定于旋转变压器转子14。

旋转变压器装置1以旋转变压器转子14能够相对于旋转变压器定子13以旋转中心轴Zr为中心自由旋转的方式，被轴承3支承。旋转变压器定子13与壳体25同径，是以旋转中心轴Zr为中心的中空圆筒的筒形状，在外周固定有轴承3的内轮。另外，作为形成旋转变压器定子13的材料，能够应用例如SPCC(SteelPlateColdCommercial，冷轧钢板)等一般的钢材、电磁软铁等、铝等。

旋转变压器转子14是以旋转中心轴Zr为中心的圆筒的筒形状，以覆盖旋转变压器定子13的外周的方式形成为双重筒结构。旋转变压器转子14在内周侧固定有轴承3的外轮。另外，作为形成电动机转子21的材料，能够应用例如SPCC(SteelPlateColdCommercial：冷轧钢板)等一般的钢材、电磁软铁等、铝等。通过该结构，电动机定子铁芯23的励磁线圈24被励磁，驱动电动机转子21旋转，则同时旋转变压器转子14相对于旋转变压器定子13旋转驱动。其结果，电动机100能够根据旋转变压器转子14的旋转，来使固定于固定部33的驱动对象物旋转。

另外，在旋转变压器装置1与电动机主体部2之间，可以设置用于磁屏蔽的屏蔽板。通过屏蔽板，旋转变压器装置1变得进一步难以受到来自电动机主体部2的磁通量的变化的影响。

旋转变压器转子14如图1所示，具有圆环状的转子铁芯12，在其端面通过螺栓18固定有转子铁芯12。

旋转变压器定子13具有多个磁极沿圆周方向等间隔地形成的圆环状的定子铁芯11，并在各磁极上卷绕有旋转变压器线圈。定子铁芯11通过螺栓17固定于旋转变压器定子13的端面。各旋转变压器线圈经由旋转变压器电缆RC与用于输入励磁信号的布线以及用于输出旋转变压器电流信号的布线连接。

转子铁芯12以包围定子铁芯11的外周的方式，被配置在与旋转中心轴Zr正交的配置有定子铁芯11的同一平面上。转子铁芯12当绕定子铁芯11旋转时，在特定的磁极的前端位置处的定子铁芯11与转子铁芯12的空隙距离发生变化。其结果，转子铁芯12的旋转使转子铁芯12与定子铁芯11之间的磁阻发生变化。利用该作用于转子铁芯12与定子铁芯11之间的磁阻的变化来检测旋转位置的旋转变压器装置1称为可变磁阻式旋转变压器。在实施方式1的旋转变压器装置1中，在转子铁芯12的与定子铁芯11对置的一侧突出的多个转子齿为10个齿，转子铁芯12旋转一周就基波分量是10个周期。另外，转子铁芯12不限于外转子，与定子铁芯11的间隙的磁阻分量根据与定子铁芯11的相对角度位置而变化即可。转子铁芯12也可以是定子铁芯11包围转子铁芯12外周的内转子。

转子铁芯12的内径中心与后述的旋转变压器定子13的定子铁芯11的内径中心一致。当转子铁芯12旋转时，在规定位置处的旋转变压器定子13的定子铁芯11的内径与转子铁芯12的外径之间的距离发生变化。由此，转子铁芯12的外径与定子铁芯11之间的空隙发生变化。其结果，转子铁芯12的旋转使转子铁芯12与定子铁芯11之间的磁阻发生变化。根据该转子铁芯12与定子铁芯11之间的磁阻的变化来检测旋转位置的旋转变压器装置称为可变磁阻式旋转变压器。

定子铁芯11具备：沿着环状定子基部的圆周方向、向转子铁芯12侧突出的凸极，亦即多个定子主极A1、A2、B1、B2、C1和C2；以及多个定子附加极IA1、IA2、IB1、IB2、IC1和IC2。

定子铁芯11具有卷绕的各励磁线圈L2、L10以及L6沿着环状定子基部的圆周方向以电角度120°间隔配置的A相、B相以及C相的3相定子主极(主磁极)A1、B1以及C1。励磁线圈L2、L10以及L6在定子主极A1、定子主极B1以及定子主极C1上的卷绕方向是相同方向。此外，定子铁芯11配置有A相、B相以及C相的定子主极A2、B2以及C2，该定子主极A2、B2以及C2配置在相对于A相、B相以及C相这3相的定子主极A1、B1、C1分别偏移电角度180°的位置。定子主极A1、B1、C1、A2、B2、C2的主极数是相数3的偶数倍的6。励磁线圈L2卷绕于定子主极A1，励磁线圈L8在定子主极A2、以与励磁线圈L2同方向卷绕。励磁线圈L10卷绕于定子主极B1，励磁线圈L4在定子主极B2、以与励磁线圈L10同方向卷绕。励磁线圈L6卷绕于定子主极C1，励磁线圈L12在定子主极C2、以与励磁线圈L6同方向卷绕。

A相的定子附加极IA1、IA2配置在相对于对应的A相定子主极A1、A2中的至少一个偏移电角度+90度或者电角度-90度的位置。励磁线圈L1与励磁线圈L2反绕并且卷绕于定子附加极IA1。此外，励磁线圈L7在定子附加极IA2、以与励磁线圈L1同方向、并且与励磁线圈L8反绕地卷绕。在定子铁芯11上，定子附加极IA2配置在相对于定子附加极IA1偏移电角度分别180°的位置。

B相的定子附加极IB1、IB2配置在相对于对应的B相定子主极B1、B2中的至少一个偏移电角度+90度或者电角度-90度的位置。励磁线圈L9与励磁线圈L10反绕并且卷绕于定子附加极IB1。此外，励磁线圈L3在定子附加极IB2、以与励磁线圈L9同方向、并且与励磁线圈L4反绕地卷绕。在定子铁芯11上，定子附加极IB2配置在相对于定子附加极IB1偏移电角度分别180°的位置。

C相的定子附加极IC1、IC2配置在相对于对应的C相定子主极C1、C2中的至少一个偏移电角度+90度或者电角度-90度的位置。励磁线圈L5与励磁线圈L6反绕并且卷绕于定子附加极IC1。此外，励磁线圈L11在定子附加极IC2、以与励磁线圈L5同方向、并且与励磁线圈L12反绕地卷绕。在定子铁芯11上，定子附加极IC2配置在相对于定子附加极IC1偏移电角度各180°的位置。

图3是励磁线圈的接线图。如图3所示，对各励磁线圈L2、L6以及L10，从共通端子COM施加1相励磁的输入信号作为频率的正弦波的励磁信号。各励磁线圈L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11及L12的旋转变压器电流信号按A相、B相、C相分别串联连接，且分别与电流检测用电阻R1、R2、R3连接。例如，A相的励磁线圈L2、L1、L8及L7串联连接。此外，B相的励磁线圈L10、L9、L4以及L3串联连接。并且，C相的励磁线圈L6、L5、L12以及L11串联连接。并且，A相的励磁线圈L7与电流检测用电阻R1的一端连接。此外，B相的励磁线圈L3与电流检测用电阻R2的一端连接。此外，C相的励磁线圈L11与电流检测用电阻R3的一端连接。另外，电流检测用电阻R1、R2以及R3各自的另一端在内部接地。

在旋转变压器装置1中，若共通端子COM被施加作为励磁信号的某一频率的正弦波，则转子铁芯12旋转，移动1个转子齿的量就产生电角度θ，1个周期的交流信号的、且电流值根据磁阻的变化而变化的旋转变压器电流信号被输出至电流电压转换器41。

图4是表示电动机装置的框图。例如如图4所示，电动机装置10包括旋转变压器装置1、电动机主体部2和驱动单元60。此外，驱动单元60和电动机100的旋转变压器装置1通过旋转变压器电缆RC连接。此外，驱动单元60和电动机100的电动机主体部2通过电动机电缆MC连接。

驱动单元60具有：对旋转变压器装置1提供励磁信号的旋转变压器励磁电路50以及振荡电路51；读取响应的旋转变压器电流信号，并输出数字角度信号Rs的检测电路部40；根据数字角度信号Rs来生成旋转角度位置信号的运算装置61；以及基于运算装置61的指令Sfb对电动机主体部2供电的功率放大器62。

振荡电路51是振荡出基准信号的电路。基准信号例如是正弦波。旋转变压器励磁电路50包含放大器52。旋转变压器励磁电路50通过放大器52将由振荡电路51输出的基准信号放大成适度的信号电平来产生励磁信号。励磁信号例如是正弦波的模拟信号。旋转变压器励磁电路50向共通端子COM输出励磁信号。

共通端子COM将励磁信号通过旋转变压器电缆RC输出至旋转变压器装置1。对于旋转变压器装置1，如图3所示，共通端子COM对各励磁线圈L2、L6以及L10的一端提供作为输入信号的励磁信号。

若励磁信号的输入信号被提供给旋转变压器装置1，则从图3所示的各励磁线圈L3、L7以及L11各自的另一端旋转变压器电流信号经由旋转变压器电缆RC提供给检测电路部40。

在旋转变压器装置1中，若共通端子COM被施加作为励磁信号的某一频率的正弦波，则在转子铁芯12旋转一周的期间，从各励磁线圈L1、L7，A相的1个周期的交流信号的、且电流值根据磁阻的变化而变化的旋转变压器电流信号被输出至电流电压转换器41。

此外，在旋转变压器装置1中，若共通端子COM被施加作为励磁信号的某一频率的正弦波，则在转子铁芯12旋转一周的期间，从各励磁线圈L3、L9，B相的1个周期的交流信号的、且电流值根据磁阻的变化而变化的旋转变压器电流信号被输出至电流电压转换器41。

此外，在旋转变压器装置1中，若共通端子COM被施加作为励磁信号的某一频率的正弦波，则在转子铁芯12旋转一周的期间，从各励磁线圈L11、L5，C相的1个周期的交流信号的、且电流值根据磁阻的变化而变化的旋转变压器电流信号被输出至电流电压转换器41。

A相的1个周期的交流信号的、且电流值根据磁阻的变化而变化的旋转变压器电流信号相对于B相以及C相的1个周期的交流信号的、且电流值根据磁阻的变化而变化的旋转变压器电流信号，相位偏移电角度120°。

检测电路部40的电流电压转换器41将旋转变压器电流信号转换成旋转变压器电压信号。转换后的旋转变压器电压信号被提供给3相2相变换器42。

3相2相变换器42将被提供的旋转变压器电压信号变换成2相信号(sin信号Ssin，cos信号Scos)。

例如，在由电流电压转换器41得到的各相旋转变压器电压信号中有可能包含高次分量。图5是表示由电流电压转换器得到的C相的旋转变压器电压信号的一个示例的说明图。纵轴是电压，横轴是基波分量的旋转角度。图6是将通过图5所示的由电流电压转换器得到的C相的旋转变压器电压信号分波成基波、2次谐波、3次谐波而说明的说明图。如图6所示，基波hws1是sinθ曲线，2次谐波hws2是cos2θ曲线，3次谐波hws3是sin3θ曲线。

多个定子主极即C1以及C2，在重叠有下述2次谐波的情况下，输出式(2)所示的C相的旋转变压器电压信号的主极信号SM。

SM＝sinθ-cos2θ …(2)

此时，定子附加极IC1以及IC2，在重叠有相同的2次谐波的情况下，输出式(3)所示的C相的旋转变压器电压信号的附加极信号SI。

$SI=\sin (\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2})-cos(\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2})...\left(3\right)$

因此，对于C相的旋转变压器电压信号的主极信号SM以及附加极信号SI，若得到合成分量的C相旋转变压器信号S，则如下述式(4)所示，2次谐波会被消除。

$\begin{array}{c}S=SM+SI\\ =\sin \mathrm{\θ}-\cos 2\mathrm{\θ}+\sin \left(\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)-\cos \left(\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\\ =\sin \mathrm{\θ}-\left(1-2{\sin }^2\mathrm{\θ}\right)-\cos \mathrm{\θ}-\left(2{\sin }^2\mathrm{\θ}-1\right)\\ =\sin \mathrm{\θ}-\cos \mathrm{\θ}\\ =\sqrt{2}\left(\sin \mathrm{\θ}\·\frac{1}{\sqrt{2}}-\cos \mathrm{\θ}\·\frac{1}{\sqrt{2}}\right)\\ =\sqrt{2}\left(\sin \mathrm{\θ}\cos \frac{\mathrm{\π}}{4}-\cos \mathrm{\θ}\sin \frac{\mathrm{\π}}{4}\right)\\ =\sqrt{2}\sin \left(\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{4}\right)\end{array}\mathrm{...}\left(4\right)$

以上，说明了C相，对于B相以及A相而言2次谐波也会被消除。图7是将图5所示的由电流电压转换器得到的C相的旋转变压器电压信号中的2次谐波被抑制后的状态分波成C相旋转变压器信号的合成波、3次谐波而说明的说明图。实施方式1涉及的旋转变压器装置1的C相的旋转变压器电压信号不是图6所示的基波hws1、2次谐波hws2以及3次谐波hws3，而是图7所示的C相旋转变压器信号S的合成波HW上重叠3次谐波。

实施方式1涉及的旋转变压器装置1以C相为基准，B相和A相的相位分别按120度滞后。如上述那样，在图7所示的C相旋转变压器信号S的合成波HW上重叠有3次谐波的情况下，重叠有3次谐波的3相的旋转变压器信号SA、SB、SC能够表示为下述式(5)、式(6)以及式(7)。

SC＝sinθ-cos3θ …(5)

$SB=\sin (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})-\sin 3(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})...\left(6\right)$

$SA=sin(\mathrm{\θ}-\frac{4}{3}\mathrm{\π})-\sin 3(\mathrm{\θ}-\frac{4}{3}\mathrm{\π})...\left(7\right)$

通过3相2相变换器42得到的2相信号中的cos信号Scos，能够基于式(5)、式(6)以及式(7)并利用式(8)得到。

$\begin{array}{c}Scos=SC-\frac{1}{2}\left(SB+SA\right)\\ =\left(\sin \mathrm{\θ}-\sin 3\mathrm{\θ}\right)-\frac{1}{2}\left\{\sin \left(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)-\sin 3\left(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)+\sin \left(\mathrm{\θ}-\frac{4}{3}\mathrm{\π}\right)-\sin 3\left(\mathrm{\θ}-\frac{4}{3}\mathrm{\π}\right)\right\}\end{array}...\left(8\right)$

在此，若参照下述式(9)至式(12)，则如下述式(13)那样求解式(8)。

$\sin (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})=-\frac{1}{2}\sin \mathrm{\θ}-\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \mathrm{\θ}...\left(9\right)$

$\sin (\mathrm{\θ}-\frac{4}{3}\mathrm{\π})=-\frac{1}{2}sin\mathrm{\θ}+\frac{\sqrt{3}}{2}cos\mathrm{\θ}...\left(10\right)$

$\sin 3(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})=sin(3\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π})=\sin 3\mathrm{\θ}...\left(11\right)$

$sin3(\mathrm{\θ}-\frac{4}{3}\mathrm{\π})=sin(3\mathrm{\θ}-4\mathrm{\π})=sin3\mathrm{\θ}...\left(12\right)$

$\begin{array}{c}S\cos =\left(\sin \mathrm{\θ}-\sin 3\mathrm{\θ}\right)\\ -\frac{1}{2}\left\{\left(-\frac{1}{2}\sin \mathrm{\θ}-\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \mathrm{\θ}-\sin 3\mathrm{\θ}\right)+\left(-\frac{1}{2}\sin \mathrm{\θ}+\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \mathrm{\θ}-\sin 3\mathrm{\θ}\right)\right\}\\ =\left(\sin \mathrm{\θ}-\sin 3\mathrm{\θ}\right)-\frac{1}{2}\left(-\sin \mathrm{\θ}-2\sin 3\mathrm{\θ}\right)\\ =\sin \mathrm{\θ}-\sin 3\mathrm{\θ}+\frac{1}{2}\sin \mathrm{\θ}+\sin 3\mathrm{\θ}\\ =\frac{3}{2}\sin \mathrm{\θ}\end{array}...\left(13\right)$

由式(13)可知，cos信号Scos中3次谐波被消除。

同样地，参照上述式(6)至式(12)，通过3相2相变换器42得到的2相信号中的sin信号Ssin，由式(14)可知，3次谐波被消除。

$\begin{array}{c}S\sin \frac{\sqrt{3}}{2}\left(SB-SA\right)\\ =\frac{\sqrt{3}}{2}\left\{\left(\sin \left(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)-\sin 3\left(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)\right)-\left(\sin \left(\mathrm{\θ}-\frac{4}{3}\mathrm{\π}\right)-\sin 3\mathrm{\θ}\left(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)\right)\right\}\\ =\frac{\sqrt{3}}{2}\left\{\left(-\frac{1}{2}\sin \mathrm{\θ}-\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \mathrm{\θ}-\sin 3\mathrm{\θ}\right)-\left(-\frac{1}{2}\sin \mathrm{\θ}+\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \mathrm{\θ}-\sin 3\mathrm{\θ}\right)\right\}\\ =\frac{\sqrt{3}}{2}\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \mathrm{\θ}-\frac{\sqrt{3}}{2}\cos \mathrm{\θ}\right)\\ =-\frac{3}{2}\cos \mathrm{\θ}\end{array}...\left(14\right)$

如图4所示，由3相2相变换器42变换后的2相信号(sin信号Ssin，cos信号Scos)被提供给RDC(旋转变压器-数字转换器)44。移相器45将与振荡电路51输出的基准信号的相位同步的参考信号(Ref信号)提供给RDC44。RDC44对2相信号(sin信号Ssin，cos信号Scos)进行数字化，并输出至运算装置61。

运算装置61是计算机，例如包含CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、ROM(ReadOnlyMemory，只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory，随机读取存储器)、内部存储部、输入接口和输出接口。CPU、ROM、RAM以及内部存储部通过内部总线连接。在ROM中存储BIOS等程序。内部存储部例如是HDD(Harddiskdrive，硬盘驱动器)、闪存等，存储有操作***程序、应用程序。CPU通过将RAM用作工作区域而执行在ROM或者内部存储部中存储的程序，来实现各种功能。

运算装置61读取这些数字角度信号Rs，来运算电动机主体部2的旋转角度位置。运算装置61能够通过求出由3相2相变换器42变换后的2相信号(sin信号Ssin，cos信号Scos)的反正切(反正切函数)来得到角度θ。图8是说明实施方式1涉及的旋转变压器装置的角度误差的说明图。如图8所示，实施方式1涉及的旋转变压器装置1消除了2次谐波以及3次谐波，因此能够将角度θ的角度误差变得非常小。图9是说明实施方式1涉及的旋转变压器装置的角度运算的李沙育波形的说明图。这样，RDC44能够通过求出由3相2相变换器42变换的2相信号(sin信号Ssin，cos信号Scos)的反正切(反正切函数)，来求出图9所示的李沙育波形的角度θ。运算装置61基于角度θ的信息，对功率放大器62发送指令Sfb使其对电动机主体部2供电。

另外，也无需为了根据旋转变压器信号得到数字角度信号Rs，而一定要利用硬件电路(RDC44)来处理，也可以是运算装置61对旋转变压器信号进行A/D变换，并利用基于软件的信息处理来得到角度θ的信息。

如以上说明的那样，旋转变压器装置1包括定子铁芯11和转子铁芯12，其中转子铁芯12由轴承3被支承为相对于定子铁芯11自由旋转，并且根据与定子铁芯11的相对角度位置其与定子铁芯11的间隙的磁阻分量发生变化。定子铁芯11具备定子主极A1、A2、B1、B2、C1和C2以及定子附加极IA1、IA2、IB1、IB2、IC1和IC2。定子主极A1、A2、B1、B2、C1以及C2的主极数为相数3的偶数倍的6，以卷绕的各励磁线圈接收1相励磁的输入信号而输出偏移电角度+120度或者电角度-120度的3相的输出信号的方式，沿着环状定子基部的圆周方向配置。定子附加极IA1、IA2、IB1、IB2、IC1以及IC2，其卷绕的各励磁线圈被输入1相的上述输入信号，并且沿着环状定子基部的圆周方向配置在对各相的上述输出信号抑制2次谐波的位置，即相对于对应的各相的定子主极中的至少一个偏移电角度+90度或者电角度-90度的位置。各相的定子附加极IA1、IA2、IB1、IB2、IC1以及IC2在对应的各相的定子主极A1、A2、B1、B2、C1以及C2的上述输出信号上，叠加卷绕在各相的定子附加极IA1、IA2、IB1、IB2、IC1以及IC2的各励磁线圈的输出而作为合成出的3相旋转变压器信号SA、SB以及SC，对3相旋转变压器信号SA、SB以及SC进行3相2相变换，来得到作为2相旋转变压器信号的sin信号Ssin以及cos信号Scos。

转子铁芯12如图2所示，具备在与定子铁芯11对置的一侧突出的多个转子齿Q1至Q10，在主极数P为6、转子齿数q为10的情况下，满足下述式(15)。

P＝(q/(M+(N±1)/N))···(15)

其中，N是相数的3，M是满足式(15)的整数变量，例如是1。

如以上说明那样，构成3相旋转变压器的定子主极的数量亦即主极数是3的倍数且偶数。主极数必须成为偶数的理由是，定子主极与定子附加极的各励磁线圈的绕组的卷绕方向，按照交替排列的各定子主极和各定子附加极，以CW(顺时针卷绕)、CCW(逆时针卷绕)、CW、CCW……的方式交替。另外，旋转变压器定子的相邻定子主极彼此的相位必须是±120°(±1/3间距)，并且旋转变压器定子的相邻定子主极与定子附加极的相位必须是±90°(±1/4间距)。在这样的条件下，将主极数P和转子齿数q以上述的式(15)表达。由此，实施方式1的旋转变压器装置1能够提高转子齿数的自由度，不用将主极数增加到极限，就能够提高定位精度。旋转变压器装置1的脉动有可能对在转子加速减速时和恒定速度时产生的振动造成影响，但是由于提高了旋转变压器装置1的检测精度，能够抑制脉动的产生。由此，能够实现旋转变压器装置1以及电动机100的低振动化。并且，电动机100通过高精度化能够降低由检测误差造成的电动机驱动时的噪音。此外，旋转变压器装置1能够降低定子铁芯的主极数以及附加极数。由此，还能够实现旋转变压器绕组方法的简单化，通过均匀的绕组，旋转变压器装置1能够将旋转变压器信号的3相的失衡抑制到最小限度。

实施方式1的旋转变压器装置1适用于用于NC工作机等的分度工作台、搬送装置、组装装置的机器人手臂等的、具有小型且进行高精度的定位的电动机100的控制设备。电动机100的旋转变压器装置1的转子铁芯12与电动机转子21连动地旋转，因此通过旋转变压器装置1能够检测电动机转子21的旋转。由于旋转变压器装置1的转子齿数q是10，更优选的是电动机100的极对数为10。通过该结构，能够使旋转变压器装置1的转子铁芯12的每一周旋转的电周期数与电动机的极对数一致，由此用于电动机驱动电流控制的整流变得容易。

对于实施方式1的电动机100以直接驱动电动机为例进行了说明，实施方式1涉及的旋转变压器装置1能够在通过将旋转变为直线运动的滚珠丝杠机构等传递机构来使被驱动机构动作的驱动器中，应用于驱动机构的旋转检测。此外，还能够在通过变更电动机主体部2的电动机转子21的转速的齿轮机构等传递机构来使被驱动机构进行动作的驱动器中，应用于驱动机构的旋转检测。

实施方式2

图10是以与图1的轴向正交的虚拟平面剖开的实施方式2的旋转变压器装置的截面图。另外，对于与上述实施方式1相同的要素标注同一符号而省略重复的说明。实施方式2的旋转变压器装置与实施方式1的旋转变压器装置1相比，转子铁芯12的转子齿数不同。

转子铁芯12如图10所示，具备在与定子铁芯对置的一侧突出的多个转子齿Q1至Q16，在主极数P为6、转子齿数q为16的情况下，满足下述式(16)。

P＝(q/(M+(N±1)/N))···(16)

其中，N是相数的3，M是满足式(16)的整数变量，例如是2。

通过将主极数P、转子齿数q以上述的式(16)表达，能够提高转子齿数的自由度。

实施方式2的旋转变压器装置适用于用于NC工作机等的分度工作台、搬送装置、组装装置的机器人手臂等的、具有小型且进行高精度的定位的电动机100的控制设备。电动机100的旋转变压器装置的转子铁芯12与电动机转子21连动地旋转，因此利用旋转变压器装置来检测电动机转子21的旋转。由于旋转变压器装置的转子齿数q是16，更优选的是电动机100的极对数为16。通过该结构，能够使旋转变压器装置的转子铁芯12的每一周旋转的电周期数与电动机的极对数一致，由此用于电动机驱动电流控制的整流变得容易。

实施方式3

图11是以与图1的轴向正交的虚拟平面剖开的实施方式3的旋转变压器装置的截面图。另外，对于与上述的实施方式1相同的要素标注同一符号而省略重复的说明。实施方式3的旋转变压器装置与实施方式1的旋转变压器装置1相比，转子铁芯12的转子齿数不同。

转子铁芯12A，如图11所示，内径12i的中心Qr从外形12p的中心Zr偏离ΔQ。通过该结构，转子铁芯12A的外径与定子铁芯11的空隙发生变化。其结果，转子铁芯12A的旋转使转子铁芯12A与定子铁芯11之间的磁阻发生变化。在实施方式3的旋转变压器装置1中，转子铁芯12A旋转一周就基波分量成为1个周期，即转子齿数q相当于1。

转子铁芯12A的内径中心与后述的旋转变压器定子13的定子铁芯11的内径中心一致。若转子铁芯12A旋转，则在规定位置处的旋转变压器定子13的定子铁芯11的内径与转子铁芯12A的外径的距离发生变化。由此，转子铁芯12A的外径与定子铁芯11之间的空隙发生变化。其结果，转子铁芯12的旋转使转子铁芯12A与定子铁芯11之间的磁阻发生变化。根据该转子铁芯12A与定子铁芯11之间的磁阻的变化来检测旋转位置的旋转变压器装置称为可变磁阻式旋转变压器。

定子铁芯11具备：沿着环状定子基部的圆周方向、向转子铁芯12侧突出的凸极，亦即多个定子主极A1、A2、B1、B2、C1和C2；以及多个定子附加极IA1、IA2、IB1、IB2、IC1和IC2。下面参照图3以及图11说明实施方式3的旋转变压器装置。

定子铁芯11具有卷绕的各励磁线圈L2、L10以及L6沿着环状定子基部的圆周方向以机械角度120°间隔配置的A相、B相以及C相的3相的定子主极(主磁极)A1、B1以及C1。励磁线圈L2、L10以及L6的在定子主极A1、定子主极B1以及定子主极C1上的卷绕方向是相同方向。此外，定子铁芯11配置有A相、B相以及C相的定子主极A2、B2以及C2，该定子主极A2、B2以及C2配置在相对于A相、B相以及C相这3相的定子主极A1、B1、C1分别偏移机械角度180°的位置。定子主极A1、B1、C1、A2、B2、C2的主极数是相数3的偶数倍的6。励磁线圈L2卷绕于定子主极A1，励磁线圈L8在定子主极A2、以与励磁线圈L2同方向卷绕。励磁线圈L10卷绕于定子主极B1，励磁线圈L4在定子主极B2、以与励磁线圈L10相同方向卷绕。励磁线圈L6卷绕于定子主极C1，励磁线圈L12在定子主极C2、以与励磁线圈L6同方向卷绕。

A相的定子附加极IA1、IA2配置在相对于对应的A相定子主极A1、A2中的至少一个偏移机械角度+90度或者机械角度-90度的位置。如上述那样，转子铁芯12A旋转一周就基波分量成为1个周期，即转子齿数q相当于1，因此A相的定子附加极IA1、IA2配置在相对于对应的A相定子主极A1、A2中的至少一个偏移机械角度+90度或者机械角度-90度的位置。励磁线圈L1与励磁线圈L2反绕并且卷绕于定子附加极IA1。此外，励磁线圈L7在定子附加极IA2、以与励磁线圈L1同方向、并且与励磁线圈L8反绕地卷绕。在定子铁芯11上，定子附加极IA2配置在相对于定子附加极IA1偏移机械角度分别180°的位置。

B相的定子附加极IB1、IB2配置在相对于对应的B相定子主极B1、B2中的至少一个偏移机械角度+90度或者机械角度-90度的位置。如上述那样，转子铁芯12A旋转一周就基波分量成为1个周期，即转子齿数q相当于1，因此B相的定子附加极IB1、IB2配置在相对于对应的B相定子主极B1、B2中的至少一个偏移机械角度+90度或者机械角度-90度的位置。励磁线圈L9与励磁线圈L10反绕并且卷绕于定子附加极IB1。此外，励磁线圈L3在定子附加极IB2、以与励磁线圈L9同方向、并且与励磁线圈L4反绕地卷绕。在定子铁芯11上，定子附加极IB2配置在相对于定子附加极IB1偏移机械角度各180°的位置。

C相的定子附加极IC1、IC2配置在相对于对应的C相定子主极C1、C2中的至少一个偏移机械角度+90度或者机械角度-90度的位置。如上述那样，转子铁芯12A旋转一周就基波分量成为1个周期，即转子齿数q相当于1，因此C相的定子附加极IC1、IC2配置在相对于对应的C相定子主极C1、C2中的至少一个偏移机械角度+90度或者机械角度-90度的位置。励磁线圈L5与励磁线圈L6反绕并且卷绕于定子附加极IC1。此外，励磁线圈L11在定子附加极IC2、以与励磁线圈L5同方向、并且与励磁线圈L12反绕地卷绕。在定子铁芯11上，定子附加极IC2配置在相对于定子附加极IC1偏移机械角度分别180°的位置。

实施方式3的旋转变压器装置与实施方式1的旋转变压器装置1同样地，能够通过定子主极A1、A2、B1、B2、C1、C2以及定子附加极IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2来抑制2次谐波。而且，实施方式3的旋转变压器装置与实施方式1的旋转变压器装置1同样地，在进行3相2相变换而变换成2相的基础上求出角度的信息，因此能够消除3次谐波。其结果，实施方式3的旋转变压器装置能够提高角度信息的精度，并且提高可靠性。

实施方式3的旋转变压器装置适用于用于NC工作机等的分度工作台、搬送装置、组装装置的机器人手臂等的、具有小型且进行高精度的定位的电动机100的控制设备。电动机100的旋转变压器装置的转子铁芯12A与电动机转子21连动旋转。在转子铁芯12A旋转一周时，旋转变压器装置能够检测电动机转子21的一个周期，易于算出绝对角度。

Claims (8)

1.一种旋转变压器装置，包括：定子铁芯；以及转子铁芯，其被支承为相对于所述定子铁芯自由旋转，并且根据与所述定子铁芯的相对角度位置其与所述定子铁芯的间隙的磁阻分量发生变化，所述旋转变压器的特征在于：

所述定子铁芯具备：

定子主极，其具有相数3的偶数倍的主极数，以卷绕的各励磁线圈接收1相励磁的输入信号而输出偏移电角度+120度或者电角度-120度的3相的输出信号的方式，沿着环状定子基部的圆周方向配置；以及

各相的定子附加极，其卷绕的各励磁线圈被输入1相的所述输入信号，并且沿着环状定子基部的圆周方向配置在对各相的所述输出信号抑制2次谐波的位置，

所述各相的定子附加极在对应的各相的定子主极的所述输出信号上，叠加卷绕在所述各相的定子附加极的各励磁线圈的输出而作为合成出的3相旋转变压器信号，

对所述3相旋转变压器信号进行3相2相变换来得到2相旋转变压器信号。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器装置，其特征在于：

所述各相的定子附加极配置在相对于对应的各相的定子主极中的至少一个偏移电角度+90度或者电角度-90度的位置。

3.根据权利要求1或者2所述的旋转变压器装置，其特征在于：

所述转子铁芯具备在与所述定子铁芯对置的一侧突出的多个转子齿，

在将所述主极数设为P、将所述转子齿的数量亦即转子齿数设为q的情况下，满足下述式（1），

P=（q/（M+（N±1）/N））・・・（1）

其中，N是相数3，M是满足式（1）的整数变量。

4.根据权利要求1所述的旋转变压器装置，其特征在于：

所述各相的定子附加极配置在相对于对应的各相的定子主极中的至少一个偏移机械角度+90度或者机械角度-90度的位置。

5.根据权利要求1或者4所述的旋转变压器装置，其特征在于：

所述转子铁芯的内径的中心从外形的中心偏离，且转子铁芯旋转一周就输出一个周期的所述输出信号。

6.一种电动机，其特征在于，包括：

权利要求1至5中任一项所述的旋转变压器装置，

所述转子铁芯与电动机转子连动地旋转，所述旋转变压器装置能够检测所述电动机转子的旋转。

7.一种电动机，其特征在于，包括：

权利要求3所述的旋转变压器装置，

所述转子铁芯与电动机转子连动地旋转，所述旋转变压器装置能够检测所述电动机转子的旋转，并且

所述电动机具有与所述转子铁芯的齿数q相同的极对数。

8.一种驱动器，其特征在于，包括：

权利要求1至5中任一项所述的旋转变压器装置，并且

能够传递所述旋转变压器装置能够检测的旋转运动。