CN116648599B - 旋转变压器 - Google Patents

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Abstract

本公开的旋转变压器(1)具备：传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号的正弦励磁线圈(11)及余弦励磁线圈(12)、设置于转子(2)且与正弦励磁线圈(11)以及余弦励磁线圈(12)对置配置的检测线圈(13)、与检测线圈(13)一起在转子(2)侧形成闭合电路的励磁线圈(23)、以及设置于定子(3)并与励磁线圈(23)对置配置且传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号的正弦检测线圈(21)及余弦检测线圈(22)。所述正弦检测线圈(21)、所述余弦检测线圈(22)、所述励磁线圈(23)的轴倍角与所述正弦励磁线圈(11)、所述余弦励磁线圈(12)、所述检测线圈(13)的轴倍角不同。

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，已知有一种旋转变压器，向配置于定子侧的两个励磁线圈施加电角度的相位相差90度的交流电压，并且利用配置于转子侧的检测线圈取得将两个交流电压相加而得到的信号。这样的旋转变压器被称为二相励磁单相输出型的旋转变压器。在由检测线圈得到的信号中，以施加于励磁线圈的交流电压为基准而产生与转子的旋转角相应的相位差。因此，能够基于该相位差来求取转子的旋转角(参照日本特开2017-90431号公报)。另外，也已知有一种旋转变压器，向配置于定子侧的一个励磁线圈施加交流电压，并且利用配置于转子侧的两个检测线圈取得信号。这样的旋转变压器被称为单相励磁二相输出型的旋转变压器(参照日本特开2014-25757号公报)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-90431号公报
专利文献2：日本特开2014-25757号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1记载的旋转变压器中，由检测线圈得到的信号经由天线线圈而从转子侧向定子侧传递。例如在专利文献1记载的技术中，与检测绕组42(检测线圈)连接的一次绕组45设置于转子侧，并且与其对置的二次绕组49设置于定子侧，这些绕组45、49作为天线线圈而发挥功能。另一方面，天线线圈配置于不与励磁线圈、检测线圈发生干扰的位置，因此存在容易成为旋转变压器的小型化的障碍这样的课题。
另外，为了提高角度分辨率，也考虑如专利文献2记载的那样将低轴倍角的旋转变压器与高轴倍角的旋转变压器组合而构成。但是在该情况下，励磁线圈或检测线圈、天线线圈的数量增加，装置变得大型且复杂。另外，需要分别向低轴倍角的旋转变压器和高轴倍角的旋转变压器输入励磁信号，而必需设置两个系统的励磁电路，因此部件件数增加，并且装置会进一步大型化。
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，能够提高角度分辨率并且容易以简单的结构实现空间的有效活用。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：正弦励磁线圈及余弦励磁线圈，它们设置于定子，传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号；检测线圈，其设置于转子，与正弦励磁线圈以及余弦励磁线圈对置地配置；励磁线圈，其与检测线圈一起在转子侧形成闭合电路；以及正弦检测线圈及余弦检测线圈，它们设置于定子，与励磁线圈对置地配置，并且传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号。另外，正弦检测线圈、余弦检测线圈、励磁线圈的轴倍角与正弦励磁线圈、余弦励磁线圈、检测线圈的轴倍角不同。
发明效果
根据本公开的旋转变压器，能够提供一种旋转变压器，该旋转变压器能够提高角度分辨率并且容易以简单的结构实现空间的有效活用。
附图说明
图1是示出作为实施例的旋转变压器的构造的示意图。
图2是用于对图1所示的旋转变压器中的角度信息的算出方法进行说明的示意图。
图3是例示出定子侧的具体的电路构造的分解立体图。
图4是从正面观察图3所示的电路构造时的示意图。
图5是用于对局部圆环区域进行说明的示意图。
图6是例示出转子侧的具体的电路构造的分解立体图。
图7是从正面观察图6所示的电路构造时的示意图。
图8的(A)、(B)是示出检测线圈与励磁线圈的对应关系的示意图。
图9是示出作为变形例的励磁线圈的构造的电路图。
具体实施方式
[1.结构]
[1-1.概要]
图1是示出作为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。本实施例示出在柔性基板(FPC，Flexible Printed Circuits)形成线圈的例子，但也可以使用利用环氧树脂固定玻璃布而成的玻璃环氧基板那样的刚性基板。
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生成的交流信号在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是承担从转子2侧向定子3侧的信息传递的线圈组，包括轴倍角为nX的励磁线圈以及检测线圈。第一线圈组10的励磁线圈以及检测线圈为多极线圈。与此相对地，第二线圈组20是承担从定子3侧向转子2侧的信息传递的线圈组，包括轴倍角不同于第一线圈组10的励磁线圈以及检测线圈。第二线圈组20所包括的励磁线圈以及检测线圈的轴倍角例如为1X。
在第一线圈组10设置有正弦励磁线圈11、余弦励磁线圈12、检测线圈13。正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12是用于使转子2侧的检测线圈13感应与转子角相应的电压的片状的线圈，其设置于定子3。向上述励磁线圈11、12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，分别向正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈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。另外，检测线圈13设置于转子2，是与正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12对置配置的片状的线圈。利用通过对正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12进行励磁而产生的磁通的交链在检测线圈13感应交流电压信号。
在第二线圈组20设置有正弦检测线圈21、余弦检测线圈22、励磁线圈23。励磁线圈23是与检测线圈13一起在转子2侧形成闭合电路的片状的线圈。如图1所示，励磁线圈23的两端与检测线圈13的两端连接。在检测线圈13产生的感应电压作用于励磁线圈23。另外，正弦检测线圈21以及余弦检测线圈22是接受在转子2侧的励磁线圈23产生的磁通并感应与转子角相应的交流电压信号的片状的线圈，其设置于定子3侧。向上述检测线圈21、22传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号。由检测线圈21、22得到的各交流信号为了算出转子2相对于定子3的旋转角而向信号处理电路6传递。
在此，如图2所示，将向正弦励磁线圈11输入的电压波形设为sinωt。ω表示振动的电压的角频率[rad/s](角速度)，t表示时间[s]。此时，对于向余弦励磁线圈12输入的电压波形而言，由于电角度的相位与sinωt相差90度(2/π[rad])，因此能够表现为例如cosωt。另一方面，利用在上述励磁线圈11、12产生的磁通而在检测线圈13侧感应的电压波形能够表现为sin(ωt+θnX)。
角度θnx是相当于正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12与检测线圈13的实际的角度的偏移的参数[rad]。上述线圈11～13的轴倍角为nX，因此在转子2相对于定子3旋转一次的期间，正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12与检测线圈13的相对位置有n次都实质上相同。角度θnX成为在反复变化的相对位置的一个周期的范围内(2π[rad]/n的范围内)表示转子2的旋转角位于哪个位置(高分辨率位置信息)的角度。
另外，向励磁线圈23传递的电压波形与检测线圈13相同，能够表现为sin(ωt+θnX)。另一方面，利用在励磁线圈23产生的磁通而在正弦检测线圈21侧感应的电压波形能够表现为sin(ωt+θnX)·sinθ1x。另外，在余弦检测线圈22侧感应的电压波形能够表现为sin(ωt+θnX)·cosθ1X。角度θ1X是相当于正弦检测线圈21以及余弦检测线圈22与检测线圈13的实际的角度的偏移的参数[rad]。上述线圈21～23的轴倍角为1X，因此角度θ1X成为在转子2的一次旋转的范围内(2π[rad]的范围内)表示转子2的旋转角位于哪个位置的角度。需要说明的是，如前所述，转子2的高分辨率位置信息由角度θnX赋予。因此，对于角度θ1X而谋求的精度只要为能够掌握在2π[rad]的范围等分为n个而得到的区间中，转子2的旋转角进入哪个区间(位置)的程度的精度即可。
在正弦检测线圈21以及余弦检测线圈22分别感应的电压波形被输入到信号处理电路6。在信号处理电路6中，各电压波形经由放大器电路而被增幅。然后，经由检波电路而被实施同步检波处理，并且经由积分电路而算出相当于规定区间量的电压的积分值的值(磁通量相当值)。这里算出的一方的积分值用于提取相对于基准时钟的相位，另一方的积分值用于提取信号水平(振幅)。前者的相位信息被转换为角度θnX的信息。另外，后者的信号水平信息被转换为角度θ1X的信息。基于这些角度信息，求取转子2相对于定子3的旋转角。
[1-2.定子侧的线圈]
图3是例示出定子3侧的具体的电路构造的分解立体图，图4是从正面观察该电路构造时的示意图。在转子2以及定子3的对置面中，在定子3侧设置有正弦励磁线圈11、余弦励磁线圈12、正弦检测线圈21和余弦检测线圈22。正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12在与转子2侧的检测线圈13对置的位置以沿周向交替地相邻的方式配置。另外，正弦检测线圈21以及余弦检测线圈22在与转子2侧的励磁线圈23对置的位置呈环状配置。
分别配置有正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12的区域的形状被设为与图5所示那样的局部圆环区域65相对应的形状。局部圆环区域65是指由以转子2的旋转轴C为中心的内圆61及外圆62和通过旋转轴C的两直线63、64围成的区域。在图5所示的例子中，两直线63、64所成的角度为45度，能够沿着周向使八个局部圆环区域65相邻配置。在想要使m个局部圆环区域65相邻配置的情况下，将两直线63、64所成的角度设定为360度/m即可。
在本实施例中，在将转子2以及定子3的对置面等分为偶数个(图4中为8个)的区域中，正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12交替地相邻配置。由此，正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12的数量成为相同的数量。需要说明的是，也可以是，正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12在以转子2的磁极间距为基准而各线圈11、12的相位一致的前提下而在同一平面上以相对于转子2的旋转轴C成为旋转对称形状的方式布设。在图4所示的例子中，在将相邻的正弦励磁线圈11与余弦励磁线圈12各1个组合为1组进行考虑时，导体的布局相对于旋转轴C以成为四次旋转对称形状的方式形成。
在此，对正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12的对数(组数)进行补充说明。在将组数设定为1组或2组的情况下，在图4中配置有励磁线圈11、12的圆环状的区域中，左半面和右半面的平衡容易变差，作为检测器的耐用性降低。因此，组数优选为3组以上。另外，在将组数设定为奇数的情况下，在左半面和右半面中，正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12各自的数量也容易不同。因此，更优选的是组数为偶数。但是，若使组数过多增加，则会被励磁线圈11、12彼此的间隙占据较多的空间，尤其在小径的旋转变压器1中变得不利。考虑到这些点，图4所示的正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12的组数被设定为4组。
需要说明的是，也可以将正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12错开地配置在电角度的相位相同的位置。例如，也可以将上述励磁线圈11、12从成为旋转对称的位置错开地配置在沿周向相差360度电角度(即1极对的量的机械角)的位置。像这样，通过使励磁线圈11、12的位置沿周向移动N个周期的电角度(具体而言，移动一个周期的电角度、或两个周期的电角度)，能够扩宽励磁线圈11、12间的间隙G(参照图4)，从而容易通过该间隙G将来自内周侧的引出线布设在同一平面内。间隙G的尺寸至少被设定为相当于180度电角度(即0.5极对的量的机械角、一个磁极的量)的尺寸以上。需要说明的是，各励磁线圈11、12未必一定要相等地配置。
另外，图5所示那样的一个局部圆环区域65中所包含的励磁线圈11、12的周向上的长度最小为能够供一个磁极对(N极以及S极)形成的长度即可。在局部圆环区域65的数量为m个的情况下，正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12的组数能够表现为m/2组。因此，一个励磁线圈11、12所包括的磁极对的数量最多为轴倍角的值n除以组数得到的数量(2n/m个)，最少为一个。
正弦励磁线圈11形成为将去路线圈11A和回路线圈11B相连的形状。向去路线圈11A输入的电流的朝向被设定为与向回路线圈11B输入的电流的朝向相反的方向。因此，当在去路线圈11A中生成的磁极的朝向为例如图4中的从纸面近前侧朝向里侧的方向时，在回路线圈11B中生成的磁极的朝向成为图4中的从纸面里侧朝向近前侧的方向。上述去路线圈11A以及回路线圈11B在图5所示那样的局部圆环区域65内以相互不重叠的方式配置在同一平面上。对于去路线圈11A而言，至少一部分由波形状的线圈构成。
这里所说的“波形状”中包括在与转子2的旋转轴C垂直且以该旋转轴C为原点的极坐标平面中，径向上的距离相对于偏角的变化以恒定的周期发生变化的重复形状。另外，包括模仿该重复形状的形状、或与该重复形状类似的形状。例如，虽然不能说与该重复形状完全相同但在不会对旋转变压器1的性能造成障碍的范围内使该重复形状变形而得到的形状、或可以说实质上等同于该重复形状的形状被包括在这里所说的“波形状”中。若列举具体的例子，则“波形状”中包括矩形波形状、正弦波形状、三角波形状。另外，也包括去掉了这些形状的角的波形状(对矩形、三角形的角进行了倒圆角而得到的形状)。
图4所示的去路线圈11A沿着与转子2的旋转轴C同轴的圆的圆周配置矩形波，并且形成为沿着该矩形波的内周侧布设导体而成的形状。换言之，以成为与转子2的旋转轴C同轴地配置的齿轮的轮廓的方式布设导体，并且形成为沿着该齿轮的内周侧布设导体而成的形状。换言之，去路线圈11A形成为齿向外的梳形，形成为以成为使齿从图5所示的内圆61侧的圆弧朝向外圆62侧的圆弧延伸的梳形轮廓的方式布设导体而成的形状。
与此相对地，回路线圈11B沿着与转子2的旋转轴C同轴的圆的圆周配置矩形波，并且形成为沿着该矩形波的外周侧布设导体而成的形状。换言之，以成为与转子2的旋转轴C同轴地配置的齿轮的轮廓的方式布设导体，并且形成为沿着该齿轮的外周侧布设导体而成的形状。换言之，回路线圈11B形成为齿向内的梳形，形成为以成为使齿从图5所示的外圆62侧的圆弧朝向内圆61侧的圆弧延伸的梳形轮廓的方式布设导体而成的形状。
与正弦励磁线圈11同样地，余弦励磁线圈12形成为将去路线圈12A和回路线圈12B以相互不重叠的方式相连的形状。如图4所示，去路线圈12A形成为以成为使齿从圆弧向外延伸的梳形轮廓的方式布设导体而成的形状。另外，回路线圈12B形成为以成为使齿从圆弧向内延伸的梳形轮廓的方式布设导体而成的形状。
需要说明的是，对于图4所示那样的形成为梳型的励磁线圈11、12而言，配置于内侧的去路线圈11A、12A与配置于外侧的回路线圈11B、12B的形状略有不同。因此，其中分别生成的磁场的强度也略有不同，这成为产生角度误差的主要原因之一。另一方面，如图4所示，正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12中的磁极的朝向的布局(由于交流的励磁信号而在某一瞬间生成的磁通的朝向的布局)形成为每隔一组各线圈11、12而反转。使用图8的(A)、(B)对该布局进行说明。
图8的(A)、(B)是用于对励磁线圈11、12与转子2侧的检测线圈13的关系进行说明的示意图。正弦励磁线圈11、余弦励磁线圈12各自的数量实际上如图4所示那样分别为四个，但在图8的(A)、(B)中将它们省略而分别示出两个。图中的左右方向相当于旋转角(偏角)方向，图中的上下方向相当于半径向(上方为外径侧，下方为内径侧)。
在正弦励磁线圈11、余弦励磁线圈12各自中，在以转子2的磁极间距为基准而各线圈11、12的相位一致的前提下，包括有相同数量的励磁的磁通的朝向互不相同的旋转对称形状的线圈。例如，若着眼于图8的(A)中的左侧的正弦励磁线圈11，在某一瞬间通过对去路线圈11A进行励磁而生成的磁通的朝向是从纸面近前朝向里侧的方向。另一方面，对于图8的(A)中的右侧的正弦励磁线圈11中的去路线圈11A而言，在某一瞬间通过对去路线圈11A进行励磁而生成的磁通的朝向形成为从纸面里侧朝向近前的方向。也就是说，这些正弦励磁线圈11的去路线圈11A在以转子2的磁极间距为基准而各线圈11、12的相位一致的前提下为旋转对称形状，且形成为励磁的磁通的朝向互不相同。
对于正弦励磁线圈11的回路线圈11B而言也是同样的，图8的(A)中的左侧的正弦励磁线圈11中的回路线圈11B在某一瞬间生成从纸面里侧朝向近前的方向的磁通。另一方面，图8的(A)中的右侧的正弦励磁线圈11中的回路线圈11B在某一瞬间生成从纸面近前朝向里侧的方向的磁通。在此，若使在正弦励磁线圈11生成的磁通与检测线圈13重叠，则作用于去路线圈13A的磁场与作用于回路线圈13B的磁场之差变小。因此，同相内的线圈形状(梳形的朝向)所引起的磁通差被平均化，旋转变压器1的角度检测精度进一步提高。
需要说明的是，在余弦励磁线圈12中生成的磁通的峰值位置为相对于在正弦励磁线圈11中生成的磁通的峰值位置错开了90度电角度的位置。因此，在图8的(A)所示的状态下，在余弦励磁线圈12中生成的磁通不与检测线圈13交链。
图8的(B)是表示转子2从图8的(A)所示的状态起旋转了90度电角度后的状态的示意图。不仅是正弦励磁线圈11，在余弦励磁线圈12中，也在以转子2的磁极间距为基准而各线圈11、12的相位一致的前提下，包括有相同数量的励磁的磁通的朝向互不相同的旋转对称形状的线圈。通过这样的构造，在余弦励磁线圈12生成的磁场中的、作用于去路线圈13A的磁场与作用于回路线圈13B的磁场之差变小，线圈形状(梳形的朝向)所引起的磁通差被平均化。因此，旋转变压器1的角度检测精度进一步提高。
在图4中，正弦检测线圈21是配置于正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12的内侧的线圈，形成为将去路线圈21A和回路线圈21B相连的形状(参照图3)。去路线圈21A在布设有正弦检测线圈21的平面中，在被通过转子2的旋转轴C的直线P分割成两部分的圆环区域的一方中形成为呈涡旋状布设导体而成的形状。另外，回路线圈21B在被直线P分割成两部分的圆环区域的另一方中形成为呈涡旋状布设导体而成的形状。去路线圈21A以生成磁极对的一方的方式发挥功能，回路线圈21B以生成磁极对的另一方的方式发挥功能。
余弦检测线圈22具有与正弦检测线圈21相同的构造。例如，余弦检测线圈22形成为将去路线圈22A和回路线圈22B相连的形状(参照图3)。去路线圈22A在布设有余弦检测线圈22的平面中，在被直线Q分割成两部分的圆环区域的一方中形成为呈涡旋状布设导体而成的形状。另外，回路线圈22B在被直线Q分割成两部分的圆环区域的另一方中形成为呈涡旋状布设导体而成的形状。
正弦检测线圈21以及余弦检测线圈22的匝数、卷绕形状被设定为使在检测线圈21、22产生的磁场的强度随着转子2相对于定子3的旋转角发生变化而呈正弦波状发生变化。例如，匝数在与转子2的旋转轴C垂直且以该旋转轴C为原点的极坐标平面中被设定为随着使偏角发生变动而阶段性地发生变化。在图4所示的例子中，以如下方式设定线圈的卷绕形状：在偏角为90度(在时钟位置中为12点钟方向)以及270度(6点钟方向)时匝数为0，在偏角为0度(3点钟方向)以及180度(9点钟方向)时匝数为最大。另外，匝数为最大的偏角的大小被设定为使正弦检测线圈21和余弦检测线圈22相差90度。例如，在正弦检测线圈21的匝数为最大的偏角为90度以及270度时，余弦检测线圈22的匝数为最大的偏角为0度以及180度。
[1-3.转子侧的线圈]
图6是例示出转子2侧的具体的电路构造的分解立体图，图7是从正面观察该电路构造时的示意图。在转子2以及定子3的对置面中，在转子2侧设置有检测线圈13和励磁线圈23。励磁线圈23配置于检测线圈13的内侧。检测线圈13与定子3侧的正弦励磁线圈11、余弦励磁线圈12对置地呈环状配置。同样地，励磁线圈23与定子3侧的正弦检测线圈21、余弦检测线圈22对置地呈环状配置。
检测线圈13具有与正弦励磁线圈11、余弦励磁线圈12相同的构造，在与正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12对置的位置呈环状配置。例如，检测线圈13具有沿周向相邻地配置多个磁极而成的圆环状的磁极组。另外，检测线圈13形成为将去路线圈13A和回路线圈13B相连的形状。例如如图7所示，这些去路线圈13A以及回路线圈13B在圆环状的区域内以相互不重叠的方式配置。去路线圈13A沿着与转子2的旋转轴C同轴的圆的圆周配置矩形波，并且形成为沿着该矩形波的外周侧布设导体而成的形状。另外，回路线圈13B沿着与转子2的旋转轴C同轴的圆的圆周配置矩形波，并且形成为沿着该矩形波的内周侧布设导体而成的形状。
与检测线圈21、22同样地，也可以使检测线圈13的匝数根据偏角而成正弦波状发生变化。例如，也可以以使在检测线圈13产生的磁场的强度随着转子2相对于定子3的旋转角发生变化而呈正弦波状发生变化的方式设定匝数、卷绕形状。需要说明的是，存在如下倾向：随着线圈的轴倍角变大，磁通容易在相邻的磁极间发生短路，获得得到磁场的波形的角且大小自然地呈正弦波状发生变化的磁场。具体的磁场分布形状依赖于磁极间距离、气隙、匝数、线圈形状等而发生变化。
励磁线圈23形成为将去路线圈23A和回路线圈23B相连的形状。去路线圈23A以及回路线圈23B在各自布设的平面中，在被通过转子2的旋转轴C的任意的直线R分割成两部分的各圆环区域中形成为呈环状布设导体而成的形状。卷绕在两个半圆环区域的绕组相互连接。另外，卷绕在一方的半圆环区域的绕组的卷绕方向被设定为与卷绕在另一方的半圆环区域的绕组的卷绕方向相反的方向。
[2.作用、效果]
(1)在上述的旋转变压器1中，省略了用于将由检测线圈13得到的信号直接向定子3侧传递的天线线圈。另外，设置轴倍角为nX的第一线圈组10和轴倍角为1X的第二线圈组20，两方的线圈组10、20在信号传递路径中串联地配置。例如，信号生成电路5中生成的交流信号在经由第一线圈组10被传递到转子2侧后，经由第二线圈组20被再次送回定子3侧并被输入到信号处理电路6。也就是说，在交流信号从定子3向转子2传递的过程中利用第一线圈组10，在该交流信号从转子2向定子3传递的过程中利用第二线圈组20。
通过这样的构造，与在信号生成电路5中生成的交流信号在第一线圈组10和第二线圈组20中独立地传递的现有构造的旋转变压器相比，能够削减线圈数，从而能够增大旋转变压器1的内径侧。因此，能够实现空间的有效活用。另外，由于与现有构造相比省略了天线线圈，因此能够削减布设线圈的导体的层数，从而能够简化电路构造。并且，能够将RDC(Resolver Digital Converter，旋转变压器数字转换器)的励磁用放大器数量从两个系统削减为一个系统，从而能够削减旋转变压器1的部件件数，进而能够削减制造成本。因此，能够提供容易以简单的结构实现小型化的旋转变压器1。
(2)在上述的旋转变压器1中，正弦励磁线圈11和余弦励磁线圈12在同一平面上沿周向交替地相邻配置。像这样，通过将正弦励磁线圈11和余弦励磁线圈12形成于同一层，能够使从正弦励磁线圈11到检测线圈13的距离、或从余弦励磁线圈12到检测线圈13的距离大致恒定，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。
(3)在上述的旋转变压器1中，在正弦励磁线圈11、余弦励磁线圈12、检测线圈13分别设置有去路线圈11A～13A和回路线圈11B～13B。这些去路线圈11A～13A以及回路线圈11B～13B以相互不重叠的方式配置在同一平面上。通过这样的构造，能够利用一层实现各正弦励磁线圈11、余弦励磁线圈12、检测线圈13，从而能够使构造简化、轻薄化。
(4)在上述的旋转变压器1中，第一线圈组10所包括的线圈的轴倍角为nX，第二线圈组20所包括的线圈的轴倍角为1X。通过这样的结构，能够使在正弦检测线圈21以及余弦检测线圈22分别感应的电压波形的相位以及信号水平(振幅)与角度θnX以及角度θ1X的信息相对应。因此，能够容易且高精度地求取转子2相对于定子3的旋转角。
[3.变形例]
上述的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，为了将正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12配置在同一平面上而将它们配置为与局部圆环区域65相对应的形状，但这些线圈11、12也可以不配置在同一平面上，配置的区域的形状也可以不是局部圆环区域65的形状。例如，也能够将正弦励磁线圈11以及余弦励磁线圈12分别形成为与完全的圆环的区域相对应的形状，并将它们分别配置于基板的不同层。
另外，例如，在上述的实施例中，对第二线圈组20所包括的线圈的轴倍角为1X的情况进行了详述，但也可使用轴倍角为(n-1)X的线圈以进行代替。在这样的情况下，也能够基于从轴倍角为nX的线圈得到的信号和从轴倍角为(n-1)X的线圈得到的信号而利用游标的原理算出相当于轴倍角1X的角度，从而能够确定转子2相对于定子3的旋转角，并且能够获得与上述的实施例相同的作用、效果。
另外，在上述的实施例中，例示出了对轴倍角为nX的正弦励磁线圈11和余弦励磁线圈12进行励磁且利用轴倍角为1X的正弦检测线圈21和余弦检测线圈22来检测信号的构造的旋转变压器1，但也可以使输入输出的关系相反。例如，也可以是，将第一线圈组10所包括的线圈的轴倍角设为1X，将第二线圈组20所包括的线圈的轴倍角设为nX。在该情况下，轴倍角为nX的第二线圈组20承担信号的相位调制，轴倍角为1X的第一线圈组10承担信号的振幅调制。在这样的构造中，也能够获得与上述的实施例相同的作用、效果。
另外，在上述的实施例中，例示出了图3、图6所示那样的形状的第二线圈组20(正弦检测线圈21、余弦检测线圈22、励磁线圈23)，但具体的线圈形状并不限定于此。例如，也可以是，在以转子2的旋转轴C为基准的极坐标平面中，以使检测线圈21、22与励磁线圈23重叠的部分的面积S相对于偏角θ呈正弦波状发生变化的方式设定检测线圈21、22以及励磁线圈23的形状。
图9所示的正弦检测线圈21形成为将去路线圈21A(图9中的“sin+”)和回路线圈21B(图9中的“sin-”)相连的形状。另外，余弦检测线圈22也形成为将去路线圈22A(图9中的“cos-”)与回路线圈22B(图9中的“cos+”)相连的形状。这些线圈21A、21B、22A、22B以相互不重叠的方式配置在同一平面上。
另外，对于线圈21A、21B、22A、22B各自的形状而言，相当于外周侧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例如由以下的式1来表示，相当于内周侧端边的曲线例如由以下的式2来表示。在该情况下，正弦检测线圈21、余弦检测线圈22分别与励磁线圈23重叠的部分的面积S由以下的式3来表示。
【数学式1】
式1
式2
式3
r1：外径 r2：内径 r：距原点的距离 θ：偏角 S：面积
像这样，通过以使检测线圈21、22与励磁线圈23的重叠部分的面积S呈正弦波状发生变化的方式设定各线圈21、22、23的形状，能够使在励磁线圈23与检测线圈21、22之间承担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21、22产生的交流信号的波形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。
附图标记说明
1 旋转变压器
2 转子
3 定子
4 控制装置
5 信号生成电路
6 信号处理电路
10 第一线圈组
11 正弦励磁线圈
11A 去路线圈
11B 回路线圈
12 余弦励磁线圈
12A 去路线圈
12B 回路线圈
13 检测线圈
13A 去路线圈
13B 回路线圈
20 第二线圈组
21 正弦检测线圈
21A 去路线圈
21B 回路线圈
22 余弦检测线圈
22A 去路线圈
22B 回路线圈
23 励磁线圈
23A 去路线圈
23B 回路线圈。

Claims (5)

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：
正弦励磁线圈及余弦励磁线圈，它们设置于所述定子，传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号；
检测线圈，其设置于所述转子，与所述正弦励磁线圈及所述余弦励磁线圈对置地配置；
励磁线圈，其与所述检测线圈一起在所述转子侧形成闭合电路；以及
正弦检测线圈及余弦检测线圈，它们设置于所述定子，与所述励磁线圈对置地配置，并且传递电角度的相位彼此相差90度的交流信号，
所述正弦检测线圈、所述余弦检测线圈、所述励磁线圈的轴倍角与所述正弦励磁线圈、所述余弦励磁线圈、所述检测线圈的轴倍角不同。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于，
由以所述转子的旋转轴为中心的内圆及外圆和通过所述旋转轴的两直线围成的区域被定义为局部圆环区域，
所述正弦励磁线圈及所述余弦励磁线圈在同一平面上沿周向交替地相邻配置，
所述正弦励磁线圈及所述余弦励磁线圈分别具有将相互连接的一对梳型闭合线圈在所述局部圆环区域内以不重叠的方式配置而成的构造，并且，
所述一对梳型闭合线圈具有：第一梳型闭合线圈，其以成为使齿从所述外圆侧的圆弧朝向所述内圆侧的圆弧延伸的梳形轮廓的方式布设导体而成；以及第二梳型闭合线圈，其以成为使齿从所述内圆侧的圆弧朝向所述外圆侧的圆弧延伸的梳形轮廓的方式布设导体而成。
3.根据权利要求1或2所述的旋转变压器，其特征在于，
所述正弦励磁线圈、所述余弦励磁线圈、所述正弦检测线圈、所述余弦检测线圈分别具有用于生成磁极对的一方的去路线圈、以及用于生成所述磁极对的另一方的回路线圈，
所述去路线圈以及所述回路线圈分别以相互不重叠的方式配置在同一平面上。
4.根据权利要求1或2所述的旋转变压器，其特征在于，
所述正弦检测线圈、所述余弦检测线圈、所述励磁线圈的轴倍角为nX，
所述正弦励磁线圈、所述余弦励磁线圈、所述检测线圈的轴倍角为1X。
5.根据权利要求1或2所述的旋转变压器，其特征在于，
所述正弦检测线圈、所述余弦检测线圈、所述励磁线圈的轴倍角为nX，
所述正弦励磁线圈、所述余弦励磁线圈、所述检测线圈的轴倍角为(n-1)X。
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