JP4418475B2 - 回転角度センサー - Google Patents

Description

本発明は、軸倍角１Ｘ（１倍角）のバリアブルリラクタンスレゾルバ（以下、「ＶＲレゾルバ」という）と軸倍角ｎＸ（ｎ倍角）（但し、ｎは２以上の整数）のＶＲレゾルバを備えた回転角度センサーに関する。

従来、位置検出装置としては、軸倍角が１Ｘのレゾルバ等が主に用いられている。前記軸倍角とは、検出装置の入力機械角に対する出力電気角の比をいい、例えば、ｎ×機械角θ１＝電気角θ２の場合、軸倍角はｎＸ（ｎ倍角）と表す。

まず、従来のレゾルバの構成を示す。図５は従来のレゾルバの代表的な構成図である。図５（ａ）は従来のレゾルバの上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の側面図である。

図５のステータ巻線１０１は、ステータヨーク１０２上に設けた各磁極に渡り部ツメ部分１０３を介して順次連続的に形成される。前記ステータ巻線１０１の端部は、コネクタ部１０４にまとめて結線される。ロータ１０５の突極は、ステータ巻線１０１の出力信号の振幅がロータ１０５の位置に応じて全円周を７周期とするＳＩＮ波形で変化するように、ギャップパーミアンスの円周方向の位置に対する変化が適切になるような形状に構成されている。ロータ１０５の突極はこの例では７ある。

前記位置検出装置としては、下記特許文献１に以下の問題点を有するものとして示されている。

軸倍角１Ｘのレゾルバでは、軸の１回転が１周期で９０°位相のずれた正弦波状に変化する２相信号を、Ｒ／Ｄ変換（レゾルバ／デジタル変換）することによって、角度検出、磁極検出および原点検出が同時に可能になる。しかしながら、高分解能を得ようとすると、ＲＤ変換器の分解能を上げなければならずコストが高くなる。絶対位置検出が可能であるが検出精度がレゾルバの電気精度に左右される。即ち、全ての回転角度においてレゾルバの製造誤差、温度誤差等がそのままの値で電気精度として効いてくる。また、レゾルバの検出精度を上げるにはアナログ信号の精度を上げる必要があるが、信号に含まれる巻線精度等の影響により、高精度の角度位置検出が難しく、一般的なレゾルバに比べ高価になり採用が困難になるという問題がある。

さらにまた、軸倍角を大きくすると、例えば、軸倍角１００Ｘにすると、信号精度が同じであれば、１００倍の精度が得られることになるが、実装の用途が例えば、回転子磁極数が１００の多極モータ等に限定されることになる。

一方、汎用性のある極数の少ないモータ等に用途を絞ると、軸倍角の小さな位置検出器と、軸倍角の大きな位置検出器とを組み合わせて高精度の位置検出を行うものが提案されている。

図６は従来の複速度レゾルバシステムを説明する図である。図６（ａ）は従来の複速度レゾルバシステムの概略図、図６（ｂ）は２重化レゾルバの出力信号の関係を説明する説明図、図６（ｃ）は複速度レゾルバにおける回転角度を求める方法を説明する説明図である。

図６（ａ）に示すように、複速度レゾルバシステムはレゾルバ１１０とデジタル変換器１１４とからなる。用途により、前記デジタル変換器１１４の代わりにアナログ変換器でもよい。レゾルバ１１０では、回転軸１１１に直結された軸倍角ｎＸ（任意軸倍角ｎＸ）レゾルバ１１２の出力は軸倍角ｎＸレゾルバ信号となり、前記回転軸１１１にギヤ機構等の機械的手段を介して結合された軸倍角１Ｘレゾルバ１１３の出力は軸倍角１Ｘレゾルバ信号となる。デジタル変換器１１４では以下の処理を行う。予め、前記軸倍角ｎＸレゾルバ信号はＲ／Ｄコンバータ（レゾルバ・デジタルコンバータ）１１５を介して図６（ｃ）の下側のノコギリ波信号に変換され、前記軸倍角１Ｘレゾルバ信号はＲ／Ｄコンバータ１１６を介して図６（ｃ）の上側の１つの三角波信号に変換され、前記両信号は合成回路１１７に記憶される。次に、測定時点での両レゾルバ信号を取込み、軸倍角１Ｘレゾルバ信号Ａｋに基づき図６（ｃ）の上側の三角波信号から角度θｋを求め、その角度θｋに対応する軸倍角ｎＸレゾルバ信号のノコギリ波信号の極（１つの三角波信号）ＴＢＫから測定した軸倍角ｎＸレゾルバ信号Ｂｋに対応する回転角Ｂａｋを求める。

前記各レゾルバ信号を例示すると図６（ｂ）のようになる。図６（ｂ）は、入力軸ｎ回転（機械角）に対するレゾルバ出力、この場合はＳＩＮ波出力を表し、軸倍角１ＸレゾルバのＳＩＮ信号波形と軸倍角ｎＸレゾルバ（ｎ＝２の場合）のＳＩＮ信号の関係を示す。

図６（ａ）のレゾルバを２個用いるものは、収納空間がその分大きくなる問題があると共に、ギヤ結合部を有するため、機械加工誤差が必ず発生し、また、軸の繋ぎ目にギヤ結合部が設けられるので、その分だけ必ず軸方向長さが長くなる問題がある。

そこで、軸倍角の同じ２個のレゾルバを用いるのではなくて、軸倍角の小さな位置検出器と、軸倍角の大きな位置検出器とを組み合わせて高精度の位置検出を行うものがあるが、磁気や光を用いた位置検出装置なので、一般に長い周期のｓｉｎ波信号を得ることは困難である。また、差動トランス形のレゾルバにおいては、小さい軸倍角は製作容易であるが、軸倍角の大きなものを製作するのは、巻線極数が増えてしまい、製作が困難で形状も大きくなってしまう問題があった。

これら前記特許文献１に示されている問題点を解消し高い検出分解能を得る目的で、同じ特許文献１に、図７に示す多極の複速度レゾルバが開示されている。

図７は従来の多極の複速度レゾルバの構成図である。
図７では、回転子小歯を５０設けた軸倍角５０Ｘの回転子鉄心１２１を備えた第１レゾルバ１２２と、回転子小歯を４９設けた軸倍角４９Ｘの回転子鉄心１２３を備えた第２レゾルバ１２４とを回転軸に並設し、第１レゾルバ１２２の５０周期の位置検出値Ｊから第２レゾルバ１２４の４９周期の位置検出値Ｋを引いた値Ｌを求め、前記Ｌの値に以下の判別条件から得られる値Ｍを加えた値Ｎ、即ち、軸倍角１Ｘの位置検出値Ｎを得る例が示されている。

Ｎ＝Ｌ×Ｍ 但し、Ｌ≧０のとき、Ｅ＝０；Ｌ＜０のとき、Ｅ＝３６０°

特開２００１−１８３１６９号公報

上記特許文献１では、それぞれの回転子にそれぞれ４９と５０の小歯を正確に且つ位置合わせして設けなければ成らず、それぞれの小歯の数に基づく軸倍角の差をとって軸倍角１Ｘの出力信号を作成するための処理回路を必要とし、回転子の小歯に対応して固定子にも小歯を多数形成しなければならず、製作が困難となっていた。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ロータ自体およびステータ自体に軸倍角が相互に異なる領域を構造簡単に形成し、軸倍角の異なる出力を絶対値位置情報として出力できる回転角度センサーを提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、以下の解決手段を採用する。

レゾルバ内の１つのロータおよびステータに異なる軸倍角のレゾルバ部分を設け、両レゾルバ部分の出力を絶対値位置情報を作るために取り出せるように構成した点に特徴を有する。具体的には、以下のようになる。
（１）回転角度センサーは、ステータ巻線を備えた複数のステータ磁極を円周方向に有するステータヨークを備えたステータと、前記ステータとの間のギャップパーミアンスが回転角θに対して正弦波状に変化する突極形状を円周方向に有するロータと、からなるバリアブルリラクタンスレゾルバを備えた回転角度センサーにおいて、前記ステータヨークと、前記ロータとに、前記ロータの軸中心を中心とする中心角が１８０度未満の所定中心角範囲を、前記ロータの軸中心に関して対称になるようにしてそれぞれ２個所形成し、２個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにするとともに、２個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにし、前記ロータは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する前記突極形状を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された１個の一体ロータの中に有するものとして構成し、前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極は、前記一体ロータの前記突極形状に対応して配置したことを特徴とする。
（２）上記（１）記載の回転角度センサーは、前記所定中心角を９０度とし、前記異なる軸倍角の内の１つを１倍角とし、前記異なる軸倍角の内の他を２倍角以上にしたことを特徴とする。
（３）上記（２）記載の回転角度センサーにおいて、前記ロータは、その突極形状として、測定領域には、その軸中心を中心とする中心角０°を中心として±４５°の前記所定中心角範囲に軸倍角１Ｘに対応する前記突極形状を設け、中心角１８０°を中心として±４５°の前記所定中心角範囲に軸倍角ｎＸに対応する前記突極形状を設け、測定準備領域には、中心角４５°から中心角９０°までの範囲と中心角−４５°から中心角−９０°までの範囲に前記軸倍角１Ｘに対応する前記突極形状の連続する１/２の突極形状を設け、中心角９０°から中心角１３５°までの範囲と中心角−９０°から中心角−１３５°までの範囲に前記軸倍角ｎＸに対応する前記突極形状の連続する１/２の突極形状を設けて構成したことを特徴とする。
（４）上記（１）乃至（３）のいずれか１項記載の回転角度センサーにおいて、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された１個の一体ステータヨークの中に有するものとして構成したことを特徴とする。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の回転角度センサーにおいて、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極の数を、軸倍角ｎＸとして、４ｎ極としたことを特徴とする。

本発明の回転角度センサーの効果を、以下、詳述する。
（１）中心角が１８０度未満の所定中心角範囲に含まれるロータの突極形状およびステータヨークにおけるステータ巻線を備えた複数のステータ磁極の配置形状を、前記中心角範囲毎に軸倍角が異なる構成とし、前記ロータは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する前記突極形状を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された１個の一体ロータの中に有するものとして構成し、前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極は、前記一体ロータの前記突極形状に対応して配置したので、１つのレゾルバにより絶対回転位置を精度高く検出することが可能になる。また、軸倍角の異なる複速度の回転角度センサーを少ない構成要素によって軽薄短小に作ることが可能になる。
（２）上記（１）記載の構成を備え、前記所定中心角を９０度とし、前記異なる軸倍角の内の１つを１Ｘとし、前記異なる軸倍角の内の他を２倍角以上に構成したことにより、上記（１）記載の効果の他に、ステータ磁極を配置する領域が中心角で９０°領域に限定でき、測定に使用しないステータ磁極を省略することが可能になる効果を奏する。
（３）上記（２）記載の構成を備え、前記ロータは、その突極形状として、測定領域には、その軸中心を中心とする中心角０°を中心として±４５°の前記所定中心角範囲に軸倍角１Ｘに対応する前記突極形状を設け、中心角１８０°を中心として±４５°の前記所定中心角範囲に軸倍角ｎＸに対応する前記突極形状を設け、測定準備領域には、中心角４５°から中心角９０°までの範囲と中心角−４５°から中心角−９０°までの範囲に前記軸倍角１Ｘに対応する前記突極形状の連続する１/２の突極形状を設け、中心角９０°から中心角１３５°までの範囲と中心角−９０°から中心角−１３５°までの範囲に前記軸倍角ｎＸに対応する前記突極形状の連続する１/２の突極形状を設けて構成したことにより、測定範囲からの開始点と終了点を画定することが容易になり、また、例えば、測定準備範囲の突極パターン（突極Ａ１と突極Ａ４。図２参照）を測定範囲の突極パターンと同じに形成することにより、製造容易に構成できると共に、測定対象のギャップパーミアンスの変化パターンを軸倍角１Ｘタイプと軸倍角２Ｘタイプの２種類だけに特定でき、軸倍角ｎＸの突極形状のパターンとそれ以外のパターンとの領域比較のステップを低減することができる。
（４）上記（１）乃至（３）のいずれか１項記載の構成を備え、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された１個の一体ステータヨークの中に有するものとして構成したので、上記（３）記載の効果の他に、軸倍角の異なる複速度の回転角度センサーをさらに少ない構成要素によってさらに軽薄短小に作ることが可能になる。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の構成を備え、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極の数を、軸倍角ｎＸとして、４ｎ極としたので、 図１に示されている１ＸレゾルバのＳＩＮ信号のとおり、前記ステータ磁極の出力電圧が機械角で−４５°、−２２．５°、０°、＋２２．５°、＋４５°の位相差を持って、０、０．５、１．０、０．５、０と周期的に変化させることができ、前記ロータの角度位置を正確に測定することができる。

ステータ巻線を備えた複数のステータ磁極を円周方向に有するステータヨークを備えたステータと、前記ステータとの間のギャップパーミアンスが回転角θに対して正弦波状に変化する突極形状を円周方向に有するロータと、からなるバリアブルリラクタンスレゾルバを備えた回転角度センサーにおいて、前記ステータヨークと、前記ロータとに、前記ロータの軸中心を中心とする中心角が１８０度未満の所定中心角範囲を、前記ロータの軸中心に関して対称になるようにしてそれぞれ２個所形成し、２個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにするとともに、２個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにする。

また、前記ロータは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する前記突極形状を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された１個の一体ロータの中に有するものとして構成し、前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された１個の一体ステータヨークの中に有するものとして構成し、前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極は、前記一体ロータの前記突極形状に対応して配置するようにする。

ここで、前記所定中心角を９０度とし、前記異なる軸倍角の内の１つを１倍角とし、前記異なる軸倍角の内の他を２倍角以上にする。

本発明は、基本的に、軸倍角の相互に異なる複数の測定（突極）領域を軸中心対称に重ならずに、即ち、中心角で１８０°未満で設けたロータとステータからなるレゾルバを用いた回転角度センサーに関し、好ましくは、軸倍角１Ｘと軸倍角ｎＸをそれぞれ中心角９０°の測定領域に設けたレゾルバに関する。

以下、ロータとステータからなるレゾルバを用いた回転角度センサーに関し、本発明の実施の形態として、以下の事項を説明する。
（１）軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するロータ形状のうち、
（１−１）まず、一体形について説明し、
（１−２）次に、複数個の分割ロータを組合わせた結合形について説明する。
（２）軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するステータ形状のうち、
（２−１）まず、一体形について説明し、
（２−２）次に、組合せ形について説明する。
（３）機械角で９０°範囲領域あると測定が可能になる理由を説明し、
（４）前記ロータと前記ステータからなるレゾルバを用いた回転角度センサーが、絶対位置測定を可能にする理由を説明する。

図１は、本発明の軸倍角が互いに異なるロータとステータを組み合わせたレゾルバの説明図である。図１（ａ）は、本発明のレゾルバの構成図、図１（ｂ）は、本発明における２次巻線のＲ／Ｄコンバータ出力を示すグラフを説明する説明図である。

図２は、本発明の一体形ロータを示す図である。図中の軸中心から垂直に上げた線を０度（基準点）として時計回りを＋表示、反時計回りを−表示したものである。図２（ａ）は、上部に軸倍角１Ｘの突極を設け、下部に軸倍角２Ｘの突極を設けた１Ｘ／２Ｘ一体形ロータを示し、図２（ｂ）は、前記図２（ａ）のロータの斜め側面図を示し、図２（ｃ）は、上部に軸倍角１Ｘの突極を設け、下部に軸倍角４Ｘの突極を設けた１Ｘ／４Ｘ一体形ロータを示す図である。

図３は、複数個の分割ロータからなる組み合わせロータを示す図である。図３（ａ）は、上半分に軸倍角１Ｘの突極を設けた分割ロータを示し、図３（ｂ）は、下半分に軸倍角２Ｘの突極を設けた分割ロータを示し、図３（ｃ）は、図３（ａ）の分割ロータと図３（ｂ）の分割ロータを突極領域が重ならないように組み合わせて一体化した結合形ロータを示す図である。

図４は、本発明の異なる軸倍角のロータと組み合わせて用いられるステータを示す図である。図４（ａ）は、対向する中心角９０°角度範囲のそれぞれに軸倍角１Ｘと軸倍角２Ｘのステータ巻線を備えるステータ磁極配置領域を有する１体形ステータを示し、図４（ｂ）は、対向する中心角９０°角度範囲に軸倍角１Ｘと軸倍角２Ｘのステータ巻線を備えるステータ磁極配置領域をそれぞれ別個のステータヨークとして有し、それらを１体に組み合わせる組み合わせ形ステータを示す図である。ステータ巻線は、励磁巻線と出力用の２次巻線を含む。

これらの構成を前提として、前記実施の形態（１）〜（４）を説明する。
（Ａ）：前記（１）軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するロータ形状のうち、（１−１）一体形について説明する。

図２（ａ）の一体形ロータ１４の突極形状は、軸中心Ｏを境にして、上半分（＋９０°〜０°〜−９０°）を軸倍角１Ｘ領域Ａ（但し、Ａは中心角４５°毎にＡ１〜Ａ４に分けられている）にし、下半分（＋９０°〜１８０°（−１８０°）〜−９０°）を軸倍角２Ｘ領域Ｂ（但し、Ｂは中心角４５°毎にＢ１〜Ｂ４に分けられている）に形成してある。

前記軸倍角の相互に異なる複数の測定（突極）領域は、基本的に、軸中心Ｏを中心にして対称の位置に重ならずに、換言すると、軸中心Ｏを中心とした対称な領域で且つそれぞれ中心角で１８０°未満の領域に設けた一体形ロータ１４の突極とステータのステータ巻線から構成することが可能である。特に、前記測定領域は中心角で９０°の領域に設定することが好ましい。以下、順次説明する。

軸倍角１Ｘは、ステータの２次巻線の出力が軸の１回転の間に１周期を有することを意味し、ロータの突極とステータ巻線を備えるステータ磁極との間のギャップパーミアンスが１回転の間に１周期変化する関係を有する。従って、ステータ磁極が円周上に配置される場合には、ロータの突極形状が前記パーミアンス変化の１周期を作るような特殊な弧状に形成されている。

突極Ａ１と突極Ａ３は外側面の弧の形状が同じに形成され、突極Ａ２と突極Ａ４は外側面の弧の形状が同じに形成されている。各弧の形状は軸中心Ｏを通る垂線イロを中心にして左右対称に形成されている。突極は基本的に同じ形状を呈し、例えば、突極Ａ１に示すように、軸中心Ｏを通る直線上の線分ａ１ａ２と、点ａ２から半径ｒの円の円周上の点ａ３までの前記弧形状により形成される。突極Ａ２は軸中心Ｏを通る直線ハニを中心として突極Ａ１を折り返すことにより形成できる。突極Ａ４は軸中心Ｏを通る垂線イロを中心として突極Ａ１を折り返すことにより形成できる。また、突極Ａ３は軸中心Ｏを通る垂線イロを中心として突極Ａ２を折り返すことにより形成できる。

軸倍角１Ｘ領域は、ギャップパーミアンス出力に不連続点が無いように、０点（０°）を中心として、突極Ａ２と突極Ａ３を連続形成した領域、即ち、０点を中心とした中心角±４５°の測定範囲領域、合計で直角（９０°）分の範囲領域があれば、ギャップパーミアンス出力の変化を測定して正弦波１周期分を形成できる。即ち、ステータ巻線の正弦波出力が１周期分形成でき、軸倍角１Ｘの出力信号を動作特性上過不足無く取得できる。

一方、軸倍角１Ｘ領域のうちの突極Ａ１と突極Ａ４は、前記突極Ａ２と突極Ａ３からなる測定範囲領域の前後に測定準備領域として分けて設けられている。これら突極Ａ１と突極Ａ４の測定準備領域を設ける理由は、
（１）前記測定範囲（突極Ａ２と突極Ａ３）からの開始点と終了点を画定する。
（２）突極Ａ１と突極Ａ４を測定範囲の突極パターンと同じに形成することにより、製造容易に構成できると共に、測定対象のギャップパーミアンスの変化パターンを軸倍角１Ｘタイプと軸倍角２Ｘタイプの２種類だけに特定できる。換言すると、突極Ａ１と突極Ａ４が図２（ａ）のように特殊な弧状に形成されていないと、例えば、軸中心Ｏから半径ｒの円の部分円弧に形成されていれば、これら部分円弧は測定範囲の開始点ａ３および終了点ａ４と同じ半径ｒ上の値をとることになり、従ってギャップパーミアンスの値が同じになり、開始点ａ３および終了点ａ４の予測が困難になり、また、軸倍角１Ｘの突極形状のパターンや軸倍角２Ｘの突極形状のパターン以外のパターンを領域比較することになり、比較ステップが増加することになる。

軸倍角２Ｘ領域は、軸中心Ｏを含む水平線ホヘから下側の部分を意味し、４極の突極形状を有する。各突極Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４の形状は、それぞれ軸倍角１Ｘの出力が出るように構成され、好ましくは同じ特殊な弧状に形成される。

軸倍角２Ｘの測定領域は突極Ｂ２と突極Ｂ３により構成する。突極Ｂ１と突極Ｂ４は測定準備領域として構成される。この突極Ｂ１と突極Ｂ４は、測定準備領域としては、前記突極Ａ１および突極Ａ４の存在理由や機能と同じであるので、ここでは説明を省略する。

この各突極Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４とステータ巻線を備えたステータ磁極の間には、前記ギャップパーミアンスの変化に相当する、即ち、正弦波のステータ２次巻線出力が生じる関係が形成されている。

図２（ａ）の一体形ロータ１４は、軸中心Ｏを通る直線ハニと直線トチにより画定される、突極Ａ２と突極Ａ３からなる軸倍角１Ｘの突極Ａ領域、および、突極Ｂ２と突極Ｂ３からなる軸倍角２Ｘの突極Ｂ領域を、軸中心Ｏ対称に設ける。

前記両直線により形成される中心角は、図２（ａ）の例では９０°に設定されている。軸倍角ｎＸが多角になると、領域内に配置するヨーク磁極の数が多くなるため、軸倍角ｎＸの領域は中心角が大きい方が都合がよい。しかし、対向する軸倍角１Ｘの領域は測定領域（図２（ａ）では突極Ａ２と突極Ａ３）の前後に測定準備領域（突極Ａ１と突極Ａ４）を設けると、測定準備領域は１／４になり、軸倍角の異なる領域が２つあるので、１８０°未満の角度の１／４を限度とすると、各測定準備領域は中心角４５°が最大限度となる。このため、軸倍角１Ｘを含む異なる軸倍角領域を有するロータの場合、各軸倍角領域は９０°範囲領域の設定が好ましいものとなる。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の一体形ロータ１４の斜め側面図である。一体形ロータ１４は、所定の厚みを有する。

図２（ｃ）の一体形ロータ１４’は、上半分を前記図２（ａ）の軸倍角１Ｘの領域と同じ突極形状に構成し、下半分は前記図２（ａ）の軸倍角２Ｘの代わりに軸倍角４Ｘの突極形状に形成した例である。軸倍角４Ｘの領域には、それぞれ軸倍角１Ｘのギャップパーミアンス特性を構成する特殊な形状の突極Ｃ１〜Ｃ８が均等配置されている。突極Ｃ３〜Ｃ６は、測定領域の突極形状を構成し、好ましくは同じ形状にする。突極Ｃ３〜Ｃ６の形状を同じにすると測定パターンが同じになり処理が容易になる。突極Ｃ１および突極Ｃ２と突極Ｃ７および突極Ｃ８の領域は、測定準備領域を構成し、その存在理由および機能は、前記図２（ａ）の突極Ａ１と突極Ａ４の説明で述べたものと同じになるので、ここでは説明を省略する。
（Ｂ）：前記（１）軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するロータ形状のうち、（１−２）複数個の分割ロータを組み合わせた結合形について説明する。

図３は、分割ロータ１５、１５’から形成する結合形ロータ１６の説明図であり、図３（ａ）は、上半分に軸倍角１Ｘの突極を形成した分割ロータ１５、図３（ｂ）は、下半分に軸倍角２Ｘの突極を形成した分割ロータ１５’、図３（ｃ）は、図３（ａ）の分割ロータ１５と図３（ｂ）の分割ロータ１５’を互いの軸倍角領域が重ならないように組み合わせて一体化した結合形ロータ１６を示す図である。

図３に示すロータは、図３（ａ）と図３（ｂ）の分割ロータ１５、１５’を組み合わせた図３（ｃ）の結合形ロータ１６が１個のロータ完成品を構成する。

図３（ａ）の分割ロータ１５は、上半分に、前記図２（ａ）の軸倍角１Ｘ領域の突極を設け、下半分に、半径ｒ１と半径ｒ２の半円弧により画定される半割リングＲが形成される。

図３（ｂ）の分割ロータ１５’は、下半分に、前記図２（ａ）の軸倍角２Ｘ領域の突極を設け、上半分に、半径ｒ１と半径ｒ２の半円弧により画定される半割リングＲが形成される。前記軸倍角は前記２Ｘの代わりに３Ｘ以上の任意の値を選択することが可能である。

図３（ｃ）の結合形ロータ１６は、図３（ａ）の分割ロータ１５と図３（ｂ）の分割ロータ１５’を互いの突極領域が中心角でみて重ならないように組み合わせて一体化する。

このように、結合形ロータ１６は、相互に異なる任意の軸倍角の分割ロータを組み合わせて構成するので、軸倍角の選択により、自由に任意軸倍角の組合せロータを形成できる。
（Ｃ）：前記（２）軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するステータ形状のうち、（２−１）一体形について説明する。

図４は、本発明の異なる軸倍角のロータと組み合わせて用いられるステータを示す図である。図４（ａ）は、対向する中心角９０°範囲領域に、軸倍角１Ｘのステータ巻線を備えたステータ磁極と軸倍角２Ｘのステータ巻線を備えたステータ磁極を配置した一体形ステータ１７を示している。

図４（ａ）のステータヨーク１３におけるステータ磁極配置領域となる中心角９０°領域（ａ−ｂ領域、ｃ−ｄ領域）は、前記ロータの測定領域に合わせて形成される。ステータヨーク１３の軸倍角１Ｘ領域（ａ−ｂ領域）には、ステータ巻線１１を備えたステータ磁極１２が等間隔に４極設けられている。ステータヨーク１３の軸倍角２Ｘ領域（ｃ−ｄ領域）には、ステータ巻線１１’を備えたステータ磁極１２’が等間隔に８極設けられている。つまり、軸倍角ｎＸ領域には、それぞれのステータ巻線を備えたステータ磁極が等間隔に４ｎ極設けられている。

ステータヨーク１３の各ステータ磁極配置領域は、ロータの形状と組み合わされて構成されるが、基本的に、任意の軸倍角に対応する複数のステータ磁極を配置することが可能である。

ステータヨーク１３の各ステータ磁極配置領域は、前記ロータの測定範囲の説明で述べた理由により軸中心角９０°範囲とすることが好ましい。

ステータヨーク１３のｂ−ｃ領域およびｄ−ａ領域にはステータ磁極が設けられていない空間ができるので、自動巻線機による前記ステータ巻線の巻回が容易になる。

また、軸倍角の異なる回転位置出力を得ることができるので、絶対位置測定が可能になる。
（Ｄ）：前記（２）軸倍角が相互に異なる領域を簡単に形成するステータ形状のうち、（２−２）組合せ形について説明する。
図４（ｂ）は、対向する中心角９０°範囲領域に、軸倍角１Ｘのステータ巻線１１を備えたステータ磁極１２と軸倍角２Ｘのステータ巻線１１’を備えたステータ磁極１２’を配置した両分割ステータヨークＹｄ１とＹｄ２を結合ステータヨークＹｂ１とＹｂ２により結合した組合せ形ステータ１８を示している。

図４（ｂ）の組合せ形ステータ１８は、軸中心Ｏを中心にして対称に設けられた分割ステータヨークＹｄ１および分割ステータヨークＹｄ２と結合ステータヨークＹｂ１および結合ステータヨークＹｂ２をＹｄ１−Ｙｂ１−Ｙｄ２−Ｙｂ２の順に組み合わせて構成する。前記各ヨークは、軸中心角９０°分に対応する領域、例えば、ステータヨークのｅ−ｆ領域、ｆ−ｇ領域、ｇ−ｈ領域、ｈ−ｅ領域毎に分離して形成される。ステータヨーク１３のｅ−ｆ領域には軸倍角１Ｘの出力を取り出すためのヨーク巻線を備えるステータ磁極が４極均等配置されている。同じくｇ−ｈ領域には軸倍角２Ｘの出力を取り出すためのヨーク巻線を備えるステータ磁極が８極均等配置されている。結合ステータヨークＹｂ１およびＹｂ２は、分割ステータヨークＹｄ１およびＹｄ２と同じ強磁性体材料の他に透磁率の高い材料を用いることができる。分割ステータヨークＹｄ１およびＹｄ２と結合ステータヨークＹｂ１およびＹｂ２の固着手段としては、ボルト等の取り外しできる固着手段、接着剤を用いる固着手段や溶着手段等が用いられる。

組合せ形ステータ１８のステータヨークを、測定に供する分割ステータヨークＹｄ１およびＹｄ２と、分割ステータヨークＹｄ１およびＹｄ２以外の部分を補完する結合ステータヨークＹｂ１およびＹｂ２に分割して形成し、これらを組み合わせて１個のステータを形成するので、分割ステータヨークＹｄ１およびＹｄ２の軸倍角を任意のものの組み合わせとすることができるようになる。
（Ｅ）：前記（３）機械角で９０°範囲領域あれば測定が可能になる理由を説明する。

ロータは、その突極形状として、測定領域には、測定用の０°を中心として中心角±４５°の領域に軸倍角１Ｘに対応する突極形状（突極Ａ２と突極Ａ３）と、前記軸倍角１Ｘに対応する突極形状（突極Ａ２と突極Ａ３）に対し軸中心対称に軸倍角ｎＸ（ｎ≧２）に対応する突極形状、即ち、１８０°を中心として中心角±４５°の領域に軸倍角ｎＸに対応する突極形状（例えば、ｎ＝２、突極Ｂ２と突極Ｂ３）を設け、測定領域以外の測定準備領域には、中心角４５°から中心角９０°までの領域と中心角−４５°から中心角−９０°までの領域に前記軸倍角１Ｘに対応する突極形状（突極Ａ２と突極Ａ３）の連続する１／２の突極形状（突極Ａ４と突極Ａ１）を設け、中心角９０°から中心角１３５°までの領域と中心角−９０°から中心角−１３５°までの領域に前記軸倍角ｎＸに対応する突極形状（例えば、ｎ＝２、突極Ｂ２と突極Ｂ３）の連続する１／２の突極形状（例えば、ｎ＝２、突極Ｂ４と突極Ｂ１）を設けて構成する。

ステータは、前記ロータの測定領域となる突極形状に応じて、ステータ巻線を備えたステータ磁極を配置して測定領域を構成する。

前記ロータと前記ステータを組み合わせたレゾルバは、例えば図１（ａ）の構成をとり、出力巻線から図１（ｂ）に示す出力電圧特性を出力する。図１（ａ）のレゾルバは、図２（ａ）の一体形ロータ１４と、図４（ａ）の一体形ステータ１７から構成されている。

前記出力電圧特性を図２の本発明の一体形ロータ、特に図２（ａ）の上部に軸倍角１Ｘの突極を設け、下部に軸倍角２Ｘの突極を設けた１Ｘ／２Ｘ一体形ロータ１４に基づいて説明する。なお、図２（ｃ）の一体形ロータ１４’および図３（ｃ）の結合形ロータ１６の場合も同様に考えることができる。

まず、一体形ロータ１４における軸倍角１Ｘの突極（図２（ａ）の突極Ａ２と突極Ａ３）領域により、回転に伴って、出力電圧０（機械角−４５°） → 出力電圧１（機械角０°） → 出力電圧０（機械角＋４５°）と変化する１ＸレゾルバのＳＩＮ信号を発生する。

一方、同時に動作するレゾルバを軸倍角ｎＸのレゾルバで考えることが可能であるが、ｎ＝２の図２（ａ）の実施例の場合、一体形ロータ１４における軸倍角２Ｘの突極（図２（ａ）の突極Ｂ２と突極Ｂ３）領域により、回転に伴って、出力電圧０（機械角−４５°） → 出力電圧０．５（機械角−３３．７５°） → 出力電圧１．０（機械角−２２．５°） → 出力電圧０．５（機械角−１１．２５°） → 出力電圧０（機械角０°） → 出力電圧０．５（機械角＋１１．２５°） → 出力電圧１．０（機械角＋２２．５°） → 出力電圧０．５（機械角＋３３．７５°） → 出力電圧０（機械角＋４５°）と変化するｎＸレゾルバのＳＩＮ信号（ｎ＝２の例）を発生する。

上で述べたように、一体形ロータ１４の軸倍角１Ｘの突極を０°を中心にして±４５°の領域に設けたので、この突極によって１周期の出力電圧を発生させ、この出力電圧に基づきＲ／Ｄコンバータを介して９０°の角度領域に渡り１個の三角波（ノコギリ波）を発生することが可能になる。これにより、精度は多少落ちるが、上記角度領域において絶対回転位置を検出することが可能になる。

次に、一体形ロータ１４の軸倍角２Ｘ（ｎ＝２の実施例の場合）の突極を１８０°を中心にして±４５°の領域に設けたので、この突極によって２周期の出力電圧を発生させ、この出力電圧に基づきＲ／Ｄコンバータを介して９０°の角度領域に渡り２個の三角波（ノコギリ波）を発生することが可能になる。これにより、分解能を上げることができ、上記角度領域において絶対回転位置を高精度で検出することが可能になる。
（Ｆ）：前記（４）前記ロータと前記ステータからなるレゾルバを用いた回転角度センサーが、絶対位置測定を可能にする理由を説明する。

回転角度センサーは、軸倍角の異なる突極を中心角９０°範囲領域単位で２カ所軸中心対称に設けた特殊なロータと、このロータの前記突極に対応してステータ磁極を設けた特殊なステータとからなるレゾルバを用いて構成したセンサーで、絶対回転位置を前記０°を中心にして±４５°の範囲で測定可能としたものである。

このレゾルバのそれぞれの出力信号をデジタル変換器を介して処理すると絶対位置信号出力を得ることができる。具体的に説明する。

本発明の回転角度センサーは、図６（ａ）に示した従来のシステムと同じくデジタル変換器に接続される。デジタル変換器の入力は、本発明の回転角度センサーの場合、従来の図６（ａ）の例と異なり、レゾルバ出力の取得範囲に制限が生じる。

回転角度センサーシステムは、本発明のレゾルバとデジタル変換器から構成される。レゾルバは、軸倍角１Ｘと軸倍角ｎＸ（ｎ＝２）の突極を有するロータと、その突極に対応するステータ巻線を配置したステータとからなる軸倍角１Ｘレゾルバ部分と軸倍角ｎＸレゾルバ部分から構成される。

デジタル変換器は、Ｒ／Ｄ（レゾルバ−デジタル）コンバータおよび合成回路により構成される。

軸倍角１ＸのＶＲレゾルバ部分、即ち、ステータ側の出力巻線から基準信号が入力された状態でロータが回転されると、出力巻線からはロータの回転角、即ち、（図示しない）励磁磁極とロータとの間隙によりその位置が決定される０°を中心として±４５°を１周期とするＳＩＮ波信号、ＣＯＳ波信号が出力される。

このＳＩＮ波信号は、Ｒ／Ｄコンバータによって直線状の出力データ（三角波信号：ノコギリ波信号）に変換される。

また、軸倍角ｎＸ（多極）レゾルバ部分のステータ側の出力巻線に基準信号が入力された状態でロータが回転されると、出力巻線からはロータの回転角、即ちロータの突極と（図示しない）励磁磁極との位置関係によりその位置が決定される１極当たりの回転角を０°を中心として±４５°をｎ周期とするＳＩＮ波信号、ＣＯＳ波信号が出力される。軸倍角２Ｘの場合、２周期のＳＩＮ波信号、ＣＯＳ波信号が出力される。このＳＩＮ波信号はＲ／Ｄコンバータにより各極に対応する複数の直線状の出力データ（極：三角波信号：ノコギリ波信号）に変換される。

システムの動作は、図６（ｃ）に示すものと同じく、まず初期位置θｋに対応する１ＸレゾルバおよびｎＸレゾルバの初期位置データＡｋ、Ｂｋを取り込む。次に、１Ｘレゾルバの初期位置（θｋ）データＡｋからｎＸレゾルバの初期極（直線状の出力データ）ＴＢｋが算出される。この初期極ＴＢＫとｎＸレゾルバの初期位置データＢｋとでアブソリュートデジタル回転位置データＢａｋが算出される。

以後、所定時間経過する毎に、多極レゾルバの出力データＢｋが取り込まれ、上記演算が行われてその時々の回転位置データが求められる。

本発明は、以上述べた回転角度センサーとしての効果の他に、特殊なロータ構成および特殊なステータ構成を組み合わせた軽薄短小のレゾルバとして所定角度範囲の角度位置を正確に測定することができる。

本発明の軸倍角が互いに異なるロータとステータを組み合わせたレゾルバの説明図である。図１（ａ）は本発明のレゾルバの構成図、図１（ｂ）は本発明における２次巻線のＲ／Ｄコンバータ出力を示すグラフを説明する説明図である。 本発明の一体形ロータを示す図である。図２（ａ）は上部に軸倍角１Ｘの突極を設け、下部に軸倍角２Ｘの突極を設けた１Ｘ／２Ｘ一体形ロータを示し、図２（ｂ）は前記図２（ａ）のロータの斜め側面図を示し、図２（ｃ）は上部に軸倍角１Ｘの突極を設け、下部に軸倍角４Ｘの突極を設けた１Ｘ／４Ｘ一体形ロータを示す図である。 本発明の複数個の分割ロータからなる結合形ロータを示す図である。図３（ａ）は上半分に軸倍角１Ｘの突極を設けた分割ロータを示し、図３（ｂ）は下半分に軸倍角２Ｘの突極を設けた分割ロータを示し、図３（ｃ）は図３（ａ）の分割ロータと図３（ｂ）の分割ロータを突極領域が重ならないように組み合わせて一体化した結合形ロータを示す図である。 本発明の異なる軸倍角のロータと組み合わせて用いられるステータを示す図である。図４（ａ）は対向する中心角９０°角度範囲のそれぞれに軸倍角１Ｘと軸倍角２Ｘのステータ巻線を備えるステータ磁極配置領域を有する１体形ステータを示し、図４（ｂ）は対向する中心角９０°範囲領域に、軸倍角１Ｘのステータ巻線を備えたステータ磁極と軸倍角２Ｘのステータ巻線を備えたステータ磁極を配置した両分割ステータヨークを結合ステータヨークにより結合したステータを示す図である。 従来のレゾルバの代表的な構成図である。図５（ａ）は従来のレゾルバの上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の側面図である。 従来の複速度レゾルバシステムを説明する図である。図６（ａ）は従来の複速度レゾルバシステムの構成図、図６（ｂ）はレゾルバの出力信号の関係を説明する説明図、図６（ｃ）は複速度レゾルバにおける回転角度を求める方法を説明する説明図である。 従来の多極の複速度レゾルバの構成図である。

符号の説明

Ａ、Ａ１，Ａ２、Ａ３，Ａ４ 軸倍角１Ｘ領域
Ｂ、Ｂ１，Ｂ２、Ｂ３，Ｂ４ 軸倍角２Ｘ領域
Ｃ、Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３，Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８ 軸倍角４Ｘ領域
ａ、ａ１，ａ２，ａ３，ａ４、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ 点
Ｏ 軸中心
１１、１１’ ステータ巻線
１２、１２’ ステータ磁極
１３ ステータヨーク
１４、１４’ 一体形ロータ
１５、１５’ 分割ロータ
１６ 結合形ロータ
１７ 一体形ステータ
１８ 組合せ形ステータ
Ｙｄ１、Ｙｄ２ 分割ステータヨーク
Ｙｂ１、Ｙｂ２ 結合ステータヨーク

Claims (5)

1. ステータ巻線を備えた複数のステータ磁極を円周方向に有するステータヨークを備えたステータと、前記ステータとの間のギャップパーミアンスが回転角θに対して正弦波状に変化する突極形状を円周方向に有するロータと、からなるバリアブルリラクタンスレゾルバを備えた回転角度センサーにおいて、
   前記ステータヨークと、前記ロータとに、前記ロータの軸中心を中心とする中心角が１８０度未満の所定中心角範囲を、前記ロータの軸中心に関して対称になるようにしてそれぞれ２個所形成し、
   ２個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ロータの前記突極形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにするとともに、
   ２個所の前記所定中心角範囲の内の一方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状と、他方の所定中心角範囲に含まれる前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極の配置形状とを、それらの軸倍角が互いに異なるものとなるようにし、
   前記ロータは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する前記突極形状を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された１個の一体ロータの中に有するものとして構成し、
   前記ステータヨークの複数の前記ステータ磁極は、前記一体ロータの前記突極形状に対応して配置した
   ことを特徴とする回転角度センサー。
2. 前記所定中心角を９０度とし、前記異なる軸倍角の内の１つを１倍角とし、前記異なる軸倍角の内の他を２倍角以上にしたことを特徴とする請求項１記載の回転角度センサー。
3. 前記ロータは、その突極形状として、
   測定領域には、その軸中心を中心とする中心角０°を中心として±４５°の前記所定中心角範囲に軸倍角１Ｘに対応する前記突極形状を設け、中心角１８０°を中心として±４５°の前記所定中心角範囲に軸倍角ｎＸに対応する前記突極形状を設け、
   測定準備領域には、中心角４５°から中心角９０°までの範囲と中心角−４５°から中心角−９０°までの範囲に前記軸倍角１Ｘに対応する前記突極形状の連続する１/２の突極形状を設け、中心角９０°から中心角１３５°までの範囲と中心角−９０°から中心角−１３５°までの範囲に前記軸倍角ｎＸに対応する前記突極形状の連続する１/２の突極形状を設けて構成した
   ことを特徴とする請求項２記載の回転角度センサー。
4. 前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極を含む前記所定中心角範囲を、単体として製作された１個の一体ステータヨークの中に有するものとして構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の回転角度センサー。
5. 前記ステータヨークは、前記異なる軸倍角それぞれに対応する複数の前記ステータ磁極の数を、軸倍角ｎＸとして、４ｎ極としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の回転角度センサー。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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