CN116568994B - 旋转变压器 - Google Patents

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Abstract

本公开的旋转变压器(1)具备：正弦线圈(21、87)及余弦线圈(22、88)，它们在配置于转子(2)或定子(3)的片状的励磁线圈(21、22)及检测线圈(23、87、88)中的任一方中传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号；以及对置线圈(23)或导体(89)，它们在励磁线圈(21、22)及检测线圈(23、87、88)中的另一方中与正弦线圈(21、87)及余弦线圈(22、88)对置地配置。另外，在旋转变压器的轴向观察下，正弦线圈(21、87)及余弦线圈(22、88)各自与对置线圈(23)或导体(89)重叠的部分的面积(S)伴随于转子(2)的旋转呈正弦波状地变化。

Description

旋转变压器
技术领域
本发明涉及对转子相对于定子的旋转角进行检测的旋转变压器。
背景技术
以往，在对转子相对于定子的旋转角进行检测的旋转变压器中，已知有将具有90度电角度的相位差的二相的片状线圈沿周向相邻配置而成的构造。例如，已知有将与单相的励磁线圈对置配置的二相的检测线圈(sin相线圈图案，cos相线圈图案)配置在同一平面上而成的构造的旋转变压器。通过这样的构造，二相的检测线圈相对于励磁线圈的距离大致相同，角度检测精度得到改善(参照日本专利第5342963号公报)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5342963号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在将二相的检测线圈相邻配置的情况下，有时，由各检测线圈感应的电压的大小在使转子旋转时发生骤变，从而信号波形的形状歪斜(变形)。对于这样的课题，存在通过根据转子的旋转角使线圈的匝数发生变化，而使感应的电压的大小逐渐发生变化的手法。然而，由于线圈的匝数只能以自然数的单位发生变化，因此在检测线圈感应的电压呈阶段性地发生变化，从而难以平滑地调整信号波形。另外，构造由于使线圈的匝数增加而复杂化，从而旋转变压器的小型化、轻量化变得困难。
本发明的目的之一在于提供一种旋转变压器，该旋转变压器是参照上述那样的课题而做出的，能够以简单的结构实现良好的信号波形。需要说明的是，并不局限于该目的，起到由后述的“具体实施方式”所示的各结构带来的作用效果、且是通过以往的技术无法得到的作用效果也能够作为本案的另一目的。
用于解决课题的方案
本公开的旋转变压器是对转子相对于定子的旋转角进行检测的旋转变压器，其具备：正弦线圈及余弦线圈，它们在配置于所述转子或所述定子的片状的励磁线圈及检测线圈中的任一方中传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号；以及对置线圈或导体，它们在所述励磁线圈及所述检测线圈中的另一方中与所述正弦线圈及所述余弦线圈对置地配置。另外，在所述旋转变压器的轴向观察下，所述正弦线圈及所述余弦线圈各自与所述对置线圈或所述导体重叠的部分的面积伴随于所述转子的旋转呈正弦波状地变化。
发明效果
根据本公开的旋转变压器，能够以简单的结构实现良好的信号波形。
附图说明
图1是示出作为第一实施例的旋转变压器的构造的示意图。
图2是例示出励磁线圈的构造的示意性的电路图。
图3是例示出检测线圈的构造的示意性的电路图。
图4的(A)是利用极坐标表现出励磁线圈的形状的图表，图4的(B)是利用极坐标表现出检测线圈的形状的图表。
图5是用于利用数式对励磁线圈的形状进行说明的图表。
图6的(A)～(D)是用于对励磁线圈的具体例进行说明的示意图。
图7的(A)是用于对作为变形例的励磁线圈的构造进行说明的示意图，图7的(B)是利用极坐标表现出该励磁线圈的形状的图表。
图8的(A)是用于对作为变形例的励磁线圈的构造进行说明的示意图，图8的(B)是利用极坐标表现出该励磁线圈的形状的图表。
图9是示出作为变形例的旋转变压器的构造的示意图。
图10的(A)是示出作为变形例的励磁线圈的构造的示意性的电路图，图10的(B)是示出作为变形例的检测线圈的构造的示意性的电路图。
图11是示出作为第一实施例的旋转变压器的构造的示意图。
图12的(A)是示出导体的构造的示意图，图12的(B)是示出检测线圈的构造的示意性的电路图。
具体实施方式
[1.第一实施例]
[A.结构]
(a).概要
图1是示出作为第一实施例的旋转变压器1的构造的示意图。该旋转变压器1是二相励磁单相输出型的旋转变压器1，是输入振幅调制后的交流信号并使用该交流信号而根据相位调制后的信号对旋转角进行检测的调制波旋转变压器。旋转变压器1具备转子2(转动体)、定子3(固定体)和控制装置4。转子2是被轴支承为能够相对于定子3旋转的圆盘状的构件。另外，定子3是相对于未图示的外壳固定的圆盘状的构件。在转子2、定子3分别设置有多个形成为片状的片状线圈。
控制装置4对转子2相对于定子3的旋转角进行运算并将其输出。在控制装置4内置有生成向片状线圈供给的交流信号的信号生成电路5、以及基于从片状线圈送回的输出信号输出与旋转角相对应的角度信息的信号处理电路6。在信号生成电路5生成的交流信号通过电磁感应从定子3侧被传递到转子2侧后，从转子2侧被送回到定子3侧并被输入到信号处理电路6。基于输入到信号处理电路6的信号来掌握转子2相对于定子3的旋转角。
在图1所示的旋转变压器1的转子2以及定子3设置有第一线圈组10和第二线圈组20。第一线圈组10是包括轴倍角为nX的励磁线圈以及检测线圈的线圈组。换言之，第一线圈组10的励磁线圈以及检测线圈为多极线圈，磁极对(N极以及S极)形成为n个。与此相对地，第二线圈组20是包括轴倍角为1X的励磁线圈以及检测线圈的线圈组。第二线圈组20的励磁线圈以及检测线圈中的磁极对(N极以及S极)的数量在各线圈所存在的平面上分别具有1个。
通过并用经由第一线圈组10被送回信号处理电路6的信号、以及经由第二线圈组20被送回信号处理电路6的信号，能够确定转子2相对于定子3的旋转角(绝对角)，并且使角度分辨率上升。需要说明的是，由于在旋转变压器1的线圈流动的电流为交流，因此这里所说的磁极对的极性(N极、S极)以与交流的频率相对应的频率翻转。因此，磁极对的极性并非是始终固定的。换言之，存在在某一瞬间作为N极发挥功能的部位和作为S极发挥功能的部位，各个部位的极性随着时间的经过而发生变动。
(b).第一线圈组
在第一线圈组10中包括第一正弦励磁线圈11、第一余弦励磁线圈12、第一检测线圈13、第一发送天线线圈14、第一接收天线线圈15。在这些线圈11～15中，至少第一正弦励磁线圈11、第一余弦励磁线圈12、第一检测线圈13的轴倍角被设定为nX。如图1所示，第一正弦励磁线圈11、第一余弦励磁线圈12、第一接收天线线圈15设置于定子3侧。另外，第一检测线圈13、第一发送天线线圈14设置于转子2侧。
第一正弦励磁线圈11以及第一余弦励磁线圈12是用于使转子2侧的第一检测线圈13感应与转子角相应的电压的片状的线圈。在无需对它们进行区分的情况下，将它们一并称呼为第一励磁线圈11、12也没有问题。向第一励磁线圈11、12分别输入电角度的相位彼此相差90度的交流信号。该交流信号在信号生成电路5中生成后，被分别向第一正弦励磁线圈11、第一余弦励磁线圈12供给。作为交流信号的具体例子，例如可以列举出以使几十千赫～几兆赫的高频信号的振幅周期性地增减的方式调制出的调制波。
第一检测线圈13(检测线圈)是在转子2以及定子3的对置面中配置在相对于第一正弦励磁线圈11、第一余弦励磁线圈12而在转子2的轴向上对置的位置的片状的线圈。利用通过对第一正弦励磁线圈11以及第一余弦励磁线圈12进行励磁而产生的磁通的交链在第一检测线圈13感应电压。在第一检测线圈13中产生的感应电压、励磁电流(交流信号)也作用于第一发送天线线圈14。
第一发送天线线圈14是用于将第一检测线圈13中产生的交流信号送回到定子3侧的绕组(线圈)，其设置于转子2。对于第一发送天线线圈14而言，其两端与第一检测线圈13的两端连接而形成闭合电路。另外，第一发送天线线圈14例如在第一检测线圈13的内侧形成为以在转子2的旋转轴C的周围呈螺旋状回旋的方式布设导体而成的形状。
第一接收天线线圈15设置于定子3，且配置于相对于第一发送天线线圈14而在转子2的轴向上对置的位置。另外，第一接收天线线圈15例如在第一正弦励磁线圈11、第一余弦励磁线圈12的内侧形成为以在转子2的旋转轴C的周围呈螺旋状回旋的方式布设导体而成的形状。传递到第一接收天线线圈15的交流信号被输入到信号处理电路6，在转子2相对于定子3的旋转角的运算中使用。
(c).第二线圈组
在第二线圈组20中包括第二正弦励磁线圈21、第二余弦励磁线圈22、第二检测线圈23、第二发送天线线圈24、第二接收天线线圈25。在这些线圈21～25中，至少第二正弦励磁线圈21、第二余弦励磁线圈22、第二检测线圈23的轴倍角被设定为1X。如图1所示，第二正弦励磁线圈21、第二余弦励磁线圈22、第二接收天线线圈25设置于定子3侧。另外，第二检测线圈23、第二发送天线线圈24设置于转子2侧。
第二正弦励磁线圈21以及第二余弦励磁线圈22(励磁线圈)是用于使转子2侧的第二检测线圈23感应与转子角相应的电压的片状的线圈。在无需对它们进行区分的情况下，将它们一并称呼为第二励磁线圈21、22也没有问题。向第二励磁线圈21、22分别输入电角度的相位彼此相差90度的交流信号(在信号生成电路5中生成的交流信号)。对于第二励磁线圈21、22的布局而言，能够在被以转子2的旋转轴C为中心且半径为r1的外圆和半径为r2的内圆夹着的圆环区域中仿照呈四次旋转对称的花瓣形状。
如图2所示，第二正弦励磁线圈21形成为将用于生成磁极对(N极以及S极)的一方的去路线圈21A(图2中的sin+)和用于生成磁极对的另一方的回路线圈21B(图2中的sin-)相连的形状。去路线圈21A以生成与回路线圈21B相反的朝向的磁通的方式发挥功能。例如，以如下方式连接上述的线圈21A、21B：在图2中，在去路线圈21A中流过顺时针的电流的瞬间，在回路线圈21B中流过逆时针的电流。去路线圈21A以及回路线圈21B以相互不重叠的方式配置在同一平面上。
第二检测线圈23(检测线圈、对置线圈)是在转子2以及定子3的对置面中配置在相对于第二正弦励磁线圈21、第二余弦励磁线圈22而在转子2的轴向上对置的位置的片状的线圈。利用通过对第二正弦励磁线圈21以及第二余弦励磁线圈22进行励磁而产生的磁通的交链在第二检测线圈23感应电压。在第二检测线圈23中产生的感应电压、励磁电流(交流信号)也作用于第二发送天线线圈24。第二检测线圈23的整体形状被设为与转子2的旋转轴C同轴的圆环状。
另外，第二检测线圈23形成为将去路线圈23A和回路线圈23B相连的形状。这些形状以能够接受去路线圈21A、22A以及回路线圈21B、22B各自的磁通而生成感应电压的方式形成为与被分割成两部分的圆环区域分别对应的形状。去路线圈23A的卷绕方向被设定为与回路线圈23B的卷绕方向相反的方向。图3所例示的去路线圈23A以及回路线圈23B形成为与将被半径为r1的外圆和半径为r2的内圆夹着的圆环区域(环型)分割成两部分而得到的半圆环区域相对应的形状。
在此，在旋转变压器1的轴向观察下，对第二正弦励磁线圈21以及第二余弦励磁线圈22与第二检测线圈23重叠的部分的面积S进行详述。以该面积S伴随于转子2的旋转而呈正弦波状地变化的方式设定第二正弦励磁线圈21、第二余弦励磁线圈22、第二检测线圈23的各形状。换言之，在以转子2的旋转轴C为基准的极坐标平面中，以使重叠部分的面积S相对于偏角θ呈正弦波状地变化的方式设定第二正弦励磁线圈21以及第二余弦励磁线圈22与第二检测线圈23的重叠状态。需要说明的是，这里所说的“正弦波状”意味着，在使用图表来表现面积S相对于偏角θ的关系时，该图表成为与正弦波的一部分相对应的形状，将其称为“余弦波状”也没有问题。
作为第二正弦励磁线圈21与第二检测线圈23重叠的部分的具体例，可以列举出去路线圈21A与去路线圈23A的重叠部分、去路线圈21A与回路线圈23B的重叠部分、回路线圈21B与去路线圈23A的重叠部分、回路线圈21B与回路线圈23B分重叠部分。同样地，作为第二余弦励磁线圈22与第二检测线圈23重叠的部分的具体例，可以列举出去路线圈22A与去路线圈23A的重叠部分、去路线圈22A与回路线圈23B的重叠部分、回路线圈22B与去路线圈23A的重叠部分、回路线圈22B与回路线圈23B的重叠部分。上述各重叠部分的面积S伴随于转子2的旋转呈正弦波状地变化。
另外，去路线圈21A以及回路线圈21B分别在以转子2的旋转轴C为基准的极坐标平面中形成为使半径方向上的宽度f(θ)相对于偏角θ呈正弦波状地变化的形状。例如，去路线圈21A的形状在图4的(A)所示的极坐标图表中形成为与位于0≤θ≤π的范围内的“sin+区域”相对应的形状。另外，回路线圈21B的形状形成为与位于π≤θ≤2π的范围内的“sin-区域”相对应的形状。“sin-区域”与使图4的(A)中的“sin+区域”沿水平方向移动了π而得到的区域相同，它们实质上为相同的形状。
在此，使用图5对“sin+区域”的形状进行详述。相当于图5所示的“sin+”区域的上端边的曲线在以转子2的旋转轴C为基准的极坐标平面中由以下的式1来表示。另外，相当于下端边的曲线由以下的式2来表示。并且，“sin+”区域的半径方向上的宽度f(θ)能够表现为式1与式2的差值，由以下的式3来表示。另外，第二检测线圈23的形状由以下的式4来表示。面积S是式3与式4的重叠的面积，由式5所示的卷积积分来表示。第二正弦励磁线圈21与第二检测线圈23重叠的部分的面积S呈正弦波状(余弦波状)发生变化。
式1
式2
式3
式4
式5
r1：外径 r2：内径 r：距原点的距离 θ：偏角 W：半径方向上的宽度 S：面积
式1～式5中的r1是第二正弦励磁线圈21的外切圆(中心为旋转轴C的圆中的、在第二正弦励磁线圈21的外侧与第二正弦励磁线圈21接触的圆)的半径，是相当于第二正弦励磁线圈21的外径的尺寸。另外，式1～式5中的r2是第二正弦励磁线圈21的内切圆(中心为旋转轴C的圆中的、在第二正弦励磁线圈21的内侧与第二正弦励磁线圈21接触的圆)的半径，是相当于第二正弦励磁线圈21的内径的尺寸。
对于第二余弦励磁线圈22而言也是同样的。如图2所示，第二余弦励磁线圈22形成为将去路线圈22A(图2中的cos-)和回路线圈22B(图2中的cos+)相连的形状。去路线圈22A以生成与回路线圈22B相反的朝向的磁通的方式发挥功能。另外，去路线圈22A以及回路线圈22B以相互不重叠的方式配置在同一平面上。并且，去路线圈22A以及回路线圈22B分别在以转子2的旋转轴C为基准的极坐标平面中形成为使半径方向上的宽度W相对于偏角θ呈正弦波状地变化的形状，并且形成为使与第二检测线圈23重叠的部分的面积S也呈正弦波状地变化的形状。
例如，去路线圈22A的形状在图4的(A)所示的极坐标图表中形成为与位于π/2≤θ≤3π/2的范围内的“cos-区域”相对应的形状。另外，回路线圈22B的形状形成为与位于3π/2≤θ≤5π/2的范围内的“cos+区域”相对应的形状。“cos-区域”与使图4的(A)中的“sin+区域”沿水平方向移动了π/2而得到的区域相同，它们实质上为相同的形状。
另外，如图2所示，在第一实施例的旋转变压器1中，去路线圈21A、22A以及回路线圈21B、22B以在半径方向上无间隙地彼此相邻的方式配置。例如，第二正弦励磁线圈21的去路线圈21A与第二余弦励磁线圈22的回路线圈22B的相邻部位处的半径方向上的间隙能够确保绝缘，并且以制造上可能的范围接近。另外，第二余弦励磁线圈22的回路线圈22B与第二正弦励磁线圈21的回路线圈21B的相邻部位处的半径方向上的间隙也能够确保绝缘，并且以制造上可能的范围接近。
同样地，第二正弦励磁线圈21的回路线圈21B与第二余弦励磁线圈22的去路线圈22A的相邻部位也实质上没有间隙，第二余弦励磁线圈22的去路线圈22A与第二正弦励磁线圈21的去路线圈21A的相邻部位也实质上没有间隙。像这样，通过消除第二励磁线圈21、22的间隙，与存在间隙的情况相比，生成磁通的区域的面积变大，从而向第二检测线圈23的信号传递效率得到改善。
需要说明的是，关于去路线圈21A、22A以及回路线圈21B、22B的相邻部位处的半径方向上的间隙，为了使生成磁通的区域的面积最大化，考虑将间隙尺寸设定得尽可能小。另一方面，考虑到导体的图案形成精度、施工精度等，确保规定的间隙尺寸也是重要的。
去路线圈23A的形状在以转子2的旋转轴C为基准的极坐标平面中以与在0≤θ≤π的范围内覆盖r2≤r≤r1的范围的四边形相对应的方式形成。或者，形成为与比该四边形稍大的四边形相对应的形状。例如，在图4的(B)所示的极坐标图表中，以与在0≤θ≤π的范围内覆盖r2-a≤r≤r1+a(a为规定值)的范围的四边形相对应的方式设定去路线圈23A的形状。同样地，回路线圈23B的形状在图4的(B)所示的极坐标图表中形成为与在π≤θ≤2π的范围内覆盖r2-a≤r≤r1+a的范围的四边形相对应的形状。
第二发送天线线圈24是用于将第二检测线圈23中产生的交流信号送回到定子3侧的绕组(线圈)，其设置于转子2。对于第二发送天线线圈24而言，其两端与第二检测线圈23的两端连接而形成闭合电路。另外，第二发送天线线圈24例如在第二检测线圈23的内侧形成为以在转子2的旋转轴C的周围呈螺旋状回旋的方式布设导体而成的形状。
[B.作用、效果]
(1)在上述的旋转变压器1中，第二正弦励磁线圈21以及第二余弦励磁线圈22分别与第二检测线圈23重叠的部分的面积S以伴随于转子2的旋转而呈正弦波状地变化的方式形成。通过这样的线圈设定，能够使承担从第二励磁线圈21、22向第二检测线圈23的信号传递的磁通的面积连续地(顺畅地)发生变动，从而能够使在第二检测线圈23中产生的交流信号的波形成为平滑的曲线状。因此，能够以简单的结构实现良好的信号波形。
(2)在上述的旋转变压器1中，第二正弦励磁线圈21以及第二余弦励磁线圈22分别在以转子2的旋转轴C为基准的极坐标平面中具有使半径方向上的宽度W相对于偏角θ呈正弦波状地变化的形状。通过这样的形状的设定，能够容易实现与第二检测线圈23重叠的重叠部分的面积S呈正弦波状地变化的构造。另外，即使第二检测线圈23的形状为简单的形状，也能够使面积S呈正弦波状地变化。例如，如图4的(B)所示，通过使用半径方向上的宽度为一定以上的第二检测线圈23，能够使面积S呈正弦波状地变化，从而能够实现良好的信号波形。
(3)在上述的旋转变压器1中，第二检测线圈23形成为与转子的旋转轴同轴的圆环状。通过使用这样的第二检测线圈23，能够以简单的形状实现良好的信号波形并确保性能。另外，由于第二检测线圈23的构造简单，因此能够削减旋转变压器1的制造所需的成本、工夫。
(4)在上述的第二正弦励磁线圈21中，去路线圈21A以及回路线圈21B分别以相互不重叠的方式配置在同一平面上。另外，对于第二余弦励磁线圈22而言也是同样地，去路线圈22A以及回路线圈22B分别以相互不重叠的方式配置在同一平面上。通过这样的构造，对于去路线圈21A、22A以及回路线圈21B、22B各自而言，能够使距第二检测线圈23的距离相同，从而能够使信号强度一致。因此，能够以简单的结构实现良好的信号波形。另外，能够将去路线圈21A、22A以及回路线圈21B、22B形成于同一层，从而能够使第二正弦励磁线圈21的构造简化(轻薄化)。
(5)在上述的旋转变压器1中，去路线圈21A、22A以及回路线圈21B、22B以在半径方向上无间隙地彼此相邻的方式配置。像这样，通过采用没有第二励磁线圈21、22的间隙的布局，与存在间隙的情况相比，能够增大生成磁通的区域的面积，从而能够改善向第二检测线圈23的信号传递效率。另外，通过使间隙的尺寸一致为一定的值，能够利用各去路线圈21A、22A以及回路线圈21B、22B使生成磁通的区域的面积最大化，并且能够抑制信号的紊乱，从而能够以简单的结构实现良好的信号波形。
(6)在上述的旋转变压器1中，第二正弦励磁线圈21(去路线圈21A、回路线圈21B)以及第二余弦励磁线圈22(去路线圈22A、回路线圈22B)分别形成为与被由式1、式2表示的曲线围成的区域相对应的形状。通过这样的结构，能够容易地形成半径方向上的宽度W为呈正弦波状地变化、且与相邻的线圈的边界线成为平滑的曲线状的形状。因此，能够以简单的结构实现良好的信号波形。
[C.变形例]
上述的第一实施例只不过是例示，并不意在将未在本实施例中明确示出的各种变形、技术应用排除在外。本实施方式的各结构能够在不脱离它们的主旨的范围内进行各种变形而实施。另外，本实施例的各结构能够根据需要进行取舍选择，或者能够与公知技术所包含的各种结构适当地进行组合。
在上述的实施例中，例示出了使第二励磁线圈21、22的线圈图案形成为图2所示那样的花瓣形状的情况，但具体的线圈图案并不限定于此。图6的(A)～(D)是示出使式1、式2中的外径r1与内径r2的比率发生变化时的线圈图案的示意图。在任一线圈图案中，第二正弦励磁线圈21以及第二余弦励磁线圈22各自都是使半径方向上的宽度W相对于偏角θ呈正弦波状地变化的形状。因此，能够使在第二检测线圈23中产生的交流信号的波形呈平滑的曲线状发生变化，从而能够形成良好的信号波形。
图7的(A)是示出第二励磁线圈21、22的内侧成为完全的圆形的线圈图案的示意图，图7的(B)是利用极坐标表现出各线圈形状的图表。图7的(B)所示的区域形成为半径方向上的宽度W相对于偏角θ呈正弦波状地变化的形状。另外，在相当于图7的(B)所示的区域的下端边的线中，0≤θ≤π/2的范围为直线状，π/2≤θ≤π的范围为正弦波状。并且，在相当于图7的(B)所示的区域的上端边的线中，0≤θ≤π/2的范围为正弦波状，π/2≤θ≤π的范围为与0≤θ≤π/2的范围不同的波形状(将两个正弦波合成而成的波形状)。
在这样的线圈图案中，也能够形成良好的信号波形。但是，相当于将图7的(B)所示的区域包围的上端边、下端边的线成为在θ＝π/2处尖锐的形状(拐点)，线圈图案稍微歪斜(变形)。另外，在旋转轴在转子2侧和定子3侧偏移了的情况下，拐点可能会成为噪声产生的原因。鉴于这样的情况，与图7的(A)所示那样的线圈图案相比，优选图2、图6的(A)～(D)所示那样的线圈图案。
图8的(B)是例示出将第二励磁线圈21、22的线圈形状在极坐标中设为将直线(虚线)和正弦波合成而得到的形状的情况的图表，图8的(A)是示出该线圈图案的示意图。图8的(B)所示的区域形成为半径方向上的宽度W相对于偏角θ呈正弦波状地变化的形状。因此，在这样的线圈图案中，也能够形成良好的信号波形。但是，在图8的(A)所示的线圈图案中，会在各线圈之间产生间隙，向第二检测线圈23的信号传递效率稍微降低。鉴于这样的情况，与图8的(A)所示那样的线圈图案相比，优选图2、图6的(A)～(D)所示那样的线圈图案。
另外，在上述的实施例中例示出了二相励磁单相输出型的旋转变压器1，但在图9所示那样的单相励磁二相输出型的旋转变压器31中也可以应用同样的构造。在该旋转变压器31设置有转子32、定子33和控制装置34。在控制装置34内置有信号生成电路35和信号处理电路36。另外，在旋转变压器31的转子32以及定子33设置有第一线圈组40和第二线圈组50。
在第一线圈组40中包括第一正弦检测线圈41、第一余弦检测线圈42、第一励磁线圈43、第一接收天线线圈44、第一发送天线线圈45。同样地，在第二线圈组50中包括第二正弦检测线圈51、第二余弦检测线圈52、第二励磁线圈53、第二接收天线线圈54、第二发送天线线圈55。在这些线圈组40、50所包括的线圈中，第一正弦检测线圈41、第一余弦检测线圈42、第一励磁线圈43的轴倍角被设定为nX，第二正弦检测线圈51、第二余弦检测线圈52、第二励磁线圈53的轴倍角被设定为1X。
第一励磁线圈43、第一接收天线线圈44、第二励磁线圈53、第二接收天线线圈54设置于转子32侧。另一方面，第一正弦检测线圈41、第一余弦检测线圈42、第一发送天线线圈45、第二正弦检测线圈51、第二余弦检测线圈52、第二发送天线线圈55设置于定子33侧。在信号生成电路35生成的交流信号传递到第一发送天线线圈45以及第二发送天线线圈55后，向第一接收天线线圈44以及第二接收天线线圈54传递。
接收到该交流信号，第一励磁线圈43以及第二励磁线圈53被励磁。然后，第一正弦检测线圈41、第一余弦检测线圈42、第二正弦检测线圈51、第二余弦检测线圈52输出与转子2相对于定子3的旋转角相对应的交流信号，该信号被传递到信号处理电路36。信号处理电路36并用经由两个系统的线圈而得到的交流信号算出转子2相对于定子3的旋转角，并将该角度信息输出。在这样的旋转变压器31中，也可以将第二正弦检测线圈51以及第二余弦检测线圈52分别形成为使半径方向上的宽度相对于偏角呈正弦波状地变化的形状。这样的结构能够带来与上述的实施例相同的作用、效果。
另外，在上述的实施例中，例示出了转子2侧的第二检测线圈23形成为圆环状且定子3侧的第二励磁线圈21、22形成为花瓣形状的旋转变压器1，但也可以使它们的形状相反。例如，如图10的(A)所示，也可以将定子3侧的励磁线圈21′配置在圆环区域内。该励磁线圈21′形成为将去路线圈21A′和回路线圈21B′相连的形状。上述形状形成为与被分割成两部分的圆环区域分别对应的形状。
另一方面，与其对置配置的转子2侧的第二检测线圈23′的形状如图10的(B)所示那样形成为花瓣形状。图10的(B)中的第二检测线圈23′形成为将去路线圈23A′和回路线圈23B′相连的形状。在这样的构造中，在旋转变压器1的轴向观察下，第二励磁线圈21′与第二检测线圈23′的重叠部分的面积S也伴随于转子2的旋转而呈正弦波状地变化。因此，能够获得与上述的实施例相同的作用、效果，从而能够以简单的结构实现良好的信号波形。
需要说明的是，在上述的实施例、变形例中，对圆环形状的区域与花瓣形状的区域的重叠部分的面积S伴随于转子2的旋转呈正弦波状地变化的情况进行了说明，但用于形成重叠部分的励磁线圈以及检测线圈的具体的形状并不限定于圆环形状、花瓣形状。例如，即使缩小上述的实施例中的第二检测线圈23的内径侧、或增大外径侧，重叠部分的面积也不会发生变化，能够实现良好的信号波形。因此，也可以将内径侧的轮廓形状设为比半径r２的内圆小的多边形，也可以将外径侧的轮廓形状设为比半径r1的外圆大的多边形。通过至少将第二励磁线圈21、22与第二检测线圈23的重叠部分的面积S设定为伴随于转子2的旋转呈正弦波状地变化，能够获得与上述的实施例相同的作用、效果。
[2.第二实施例]
图11是示出作为第二实施例的旋转变压器71的构造的示意图。该旋转变压器71是单相励磁二相输出型的旋转变压器71，是输入交流信号并且根据振幅调制后的信号对旋转角进行检测的电感型旋转变压器(电感传感器)。旋转变压器71具备转子72(转动体)、定子73(固定体)和控制装置74。转子72是被轴支承为能够相对于定子73旋转的圆盘状的构件。定子73是相对于未图示的外壳固定的圆盘状的构件。在定子73设置有励磁线圈81、86或检测线圈82、83、87、88。另一方面，在转子72不设置有线圈而设置有薄膜状的导体84、89。
控制装置74对转子72相对于定子73的旋转角进行运算并将其输出。在控制装置74内置有生成向励磁线圈81、86供给的交流信号的信号生成电路75、以及基于从检测线圈82、83、87、88送回的信号输出与旋转角相对应的角度信息的信号处理电路76。在信号生成电路75生成的交流信号向励磁线圈81、86传递，在定子73形成规定的磁场。受其影响，在转子72的导体84、89的内部流过涡流，生成抵消定子73的磁场的磁场(去磁场)，从而屏蔽磁场。并且，转子72的导体84、89的位置根据旋转角而发生变化。因此，向定子73侧的检测线圈82、83、87、88送回根据旋转角而进行了振幅调制的信号。该信号被输入到信号处理电路76。
在图11所示的旋转变压器71的转子72以及定子73设置有第一线圈组80和第二线圈组85。第一线圈组80是包括轴倍角为nX的励磁线圈以及检测线圈的线圈组。与此相对地，第二线圈组85是包括轴倍角为1X的励磁线圈以及检测线圈的线圈组。第一线圈组80以及第二线圈组85设置于在径向上互不相同的位置。
励磁线圈81、86(第一励磁线圈81、第二励磁线圈86)是使轴向上的磁场产生在第一励磁线圈81、第二励磁线圈86之间的线圈。与定子73在轴向上对置的转子72侧的导体84、89(第一导体84、第二导体89)受到励磁线圈81、86的磁场而在内部产生涡流，从而产生抵消励磁线圈81、86的磁场的去磁场。因此，导体84、89屏蔽励磁线圈81、86的磁场的一部分。向励磁线圈81、86例如输入规定振幅的交流信号。向励磁线圈81、86输入的交流信号的振幅能够根据控制装置74的指示变更。在此，将向励磁线圈81、86输入的交流信号的电压值表现为“sinωct”。ωct为交流信号的角速度。
检测线圈82、83、87、88对励磁线圈81、86的磁场进行检测。在轴向上对置的转子72侧的导体84、89伴随于转子72的旋转而沿周向移动，因此导体84、89屏蔽励磁线圈81、86的磁场的部分根据转子角而发生变化。因此，检测线圈82、83、87、88所检测的磁场也根据转子角而发生变化。
在第一线圈组80的检测线圈82、83中包括第一正弦检测线圈82和第一余弦检测线圈83。同样地，在第二线圈组85的检测线圈87、88中包括第二正弦检测线圈87和第二余弦检测线圈88。第一正弦检测线圈82以及第二正弦检测线圈87对转子角的正弦进行检测，第一余弦检测线圈83以及第二余弦检测线圈88对转子角的余弦进行检测。
在此，若将转子角设为θ，则由轴倍角为nX的第一正弦检测线圈82得到的交流信号的电压值被表现为“sin(nθ)·sinωct”，由第一余弦检测线圈83得到的交流信号的电压值被表现为“cos(nθ)·sinωct”。同样地，由轴倍角为1X的第二正弦检测线圈87得到的交流信号的电压值被表现为“sinθ·sinωct”，由第二余弦检测线圈88得到的交流信号的电压值被表现为“cosθ·sinωct”。像这样，由检测线圈82、83、87、88分别得到的调制波的振幅根据转子角的变化而发生变化，因此能够基于这些振幅来确定转子角θ。由检测线圈82、83、87、88分别检测出的信号被输入到控制装置74。
导体84、89形成为受到在励磁线圈81、86产生的磁场的影响的面积根据转子72的旋转角而发生变化的形状。具体而言，形成为沿周向将圆环分割为多个部分、并且将该分割后的多个部分的圆盘片沿周向交替地删除而成的形状(通过间隔地去除圆盘片而使剩余的圆盘片也间隔地配置的形状)。图12的(A)所示的第二导体89的形状是轴倍角为1X的第二线圈组85中的导体的形状例。第二导体89形成为沿周向将圆环二等分而成的半圆环形状。轴倍角为nX的第一线圈组80中的导体的形状为沿周向将圆环2n等分后沿周向交替地将这些圆环片去除而成的形状。需要说明的是，各导体84、89的形状也可以不是图12的(A)所示那样的“涂抹状”，例如也可以是“仅将外周包围的闭合的环形状”。
图12的(B)是示出第二正弦检测线圈87以及第二余弦检测线圈88的构造的示意性的电路图。第二正弦检测线圈87形成为将用于生成磁极对(N极以及S极)的一方的去路线圈87A〔图12(B)中的sin+〕与用于生成磁极对的另一方的回路线圈87B〔图12(B)中的sin-〕相连的形状。去路线圈87A以生成与回路线圈87B相反的朝向的磁通的方式发挥功能。另外，去路线圈87A以及回路线圈87B以相互不重叠的方式配置在同一平面上。第二余弦检测线圈88也具有同样的去路线圈88A以及回路线圈88B。第二正弦检测线圈87以及第二余弦检测线圈88的布局对应于第一实施例中的第二正弦励磁线圈21以及第二余弦励磁线圈22的布局。
另外，在旋转变压器71的轴向观察下，将第二正弦检测线圈87以及第二余弦检测线圈88与导体89重叠的部分的面积设为S。在第二实施例中，以使面积S伴随于转子72的旋转呈正弦波状地变化的方式设定第二正弦检测线圈87、第二余弦检测线圈88、导体89的各形状。换言之，在以转子72的旋转轴C为基准的极坐标平面中，以使重叠的部分的面积S相对于偏角θ呈正弦波状地变化的方式设定第二正弦检测线圈87以及第二余弦检测线圈88与导体89的重叠状态。
通过这样的线圈设定，能够使承担从导体89向检测线圈87、88的信号传递的磁通的面积连续地(顺畅地)发生变动，从而能够使在检测线圈87、88中产生的交流信号的波形成为平滑的曲线状。因此，能够以简单的结构实现良好的信号波形，从而能够获得与上述的实施方式相同的效果。需要说明的是，在设定第二正弦检测线圈87以及第二余弦检测线圈88的线圈形状时，也可以应用图6的(A)～(D)、图7、图8所示那样的线圈形状。
附图标记说明
1、71 旋转变压器
2、72 转子
3、73 定子
4、74 控制装置
5、75 信号生成电路
6、76 信号生成电路
20 第二线圈组
21 第二正弦励磁线圈(励磁线圈、正弦线圈)
21A 去路线圈
21B 回路线圈
22 第二余弦励磁线圈(励磁线圈、余弦线圈)
22A 去路线圈
22B 回路线圈
23第二检测线圈(检测线圈、对置线圈)
23A去路线圈
23B回路线圈
24第二发送天线线圈
25第二接收天线线圈
85第二线圈组
86励磁线圈
87正弦检测线圈
87A去路线圈
87B回路线圈
88余弦检测线圈
88A去路线圈
88B回路线圈
89导体
C旋转轴
W宽度
θ偏角。

Claims (9)

1.一种旋转变压器，其对转子相对于定子的旋转角进行检测，所述旋转变压器的特征在于，
所述旋转变压器具备：
正弦线圈及余弦线圈，它们在配置于所述转子或所述定子的片状的励磁线圈及检测线圈中的任一方中传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号；以及
对置线圈或导体，它们在所述励磁线圈及所述检测线圈中的另一方中与所述正弦线圈及所述余弦线圈对置地配置，
在所述旋转变压器的轴向观察下，所述正弦线圈及所述余弦线圈各自与所述对置线圈或所述导体重叠的部分的面积伴随于所述转子的旋转呈正弦波状地变化，
所述正弦线圈及所述余弦线圈各自在以所述转子的旋转轴为基准的极坐标平面中具有使半径方向上的宽度相对于偏角呈正弦波状地变化的形状，
所述正弦线圈及所述余弦线圈各自在以所述转子的旋转轴为基准的极坐标平面中形成为与被由以下的式1及式2表示的曲线围成的区域相对应的形状，
式1
式2
R1：外径R2：内径r：距原点的距离θ：偏角。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于，
所述对置线圈形成为与所述转子的旋转轴同轴的圆环状。
3.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于，
所述励磁线圈及所述检测线圈一起设置于所述定子，并且，
所述转子具有以与所述旋转角相应的大小在抵消所述励磁线圈的磁场的方向上生成去磁场的导体。
4.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于，
所述励磁线圈配置于所述转子及所述定子中的一方，
所述检测线圈配置于所述转子及所述定子中的另一方，
所述励磁线圈与所述检测线圈对置地配置。
5.根据权利要求2所述的旋转变压器，其特征在于，
所述励磁线圈及所述检测线圈一起设置于所述定子，并且，
所述转子具有以与所述旋转角相应的大小在抵消所述励磁线圈的磁场的方向上生成去磁场的导体。
6.根据权利要求2所述的旋转变压器，其特征在于，
所述励磁线圈配置于所述转子及所述定子中的一方，
所述检测线圈配置于所述转子及所述定子中的另一方，
所述励磁线圈与所述检测线圈对置地配置。
7.一种旋转变压器，其对转子相对于定子的旋转角进行检测，所述旋转变压器的特征在于，
所述旋转变压器具备：
正弦线圈及余弦线圈，它们在配置于所述转子或所述定子的片状的励磁线圈及检测线圈中的任一方中传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号；以及
对置线圈或导体，它们在所述励磁线圈及所述检测线圈中的另一方中与所述正弦线圈及所述余弦线圈对置地配置，
在所述旋转变压器的轴向观察下，所述正弦线圈及所述余弦线圈各自与所述对置线圈或所述导体重叠的部分的面积伴随于所述转子的旋转呈正弦波状地变化，
所述正弦线圈及所述余弦线圈各自在以所述转子的旋转轴为基准的极坐标平面中具有使半径方向上的宽度相对于偏角呈正弦波状地变化的形状，
所述正弦线圈及所述余弦线圈各自具有用于生成磁极对的一方的去路线圈、及用于生成所述磁极对的另一方的回路线圈，
所述去路线圈及所述回路线圈各自以相互不重叠的方式配置在同一平面上，
所述去路线圈及所述回路线圈以在半径方向上无间隙地彼此相邻的方式配置。
8.根据权利要求7所述的旋转变压器，其特征在于，
所述励磁线圈及所述检测线圈一起设置于所述定子，并且，
所述转子具有以与所述旋转角相应的大小在抵消所述励磁线圈的磁场的方向上生成去磁场的导体。
9.根据权利要求7所述的旋转变压器，其特征在于，
所述励磁线圈配置于所述转子及所述定子中的一方，
所述检测线圈配置于所述转子及所述定子中的另一方，
所述励磁线圈与所述检测线圈对置地配置。
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