JP2001012969A

JP2001012969A - 複合レゾルバ

Info

Publication number: JP2001012969A
Application number: JP18400699A
Authority: JP
Inventors: Makoto Naruse; 誠成瀬; Takao Kano; 孝雄加納; Yuji Maruyama; 裕児丸山
Original assignee: Sumtak Corp
Current assignee: Sumtak Corp
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】パワーステアリング等の複数箇所の回転位置
検出に対応でき、制御システム全体の簡素化、製造コス
トおよび重量やスペースの低減が可能な複合レゾルバを
提供する。【解決手段】複数の磁極が形成された固定子１と、こ
の固定子１の外側を回動する外側回転子３と、前記固定
子１の内側を回動する内側回転子２とを有し、前記固定
子１には内側回転子２と外側回転子３のそれぞれに対応
した磁極１２，１３が形成されているとともに、これら
の磁極１２，１３には内側回転子２と外側回転子３のそ
れぞれに対応した励磁巻線と出力巻線とがそれぞれ独立
に巻回されている構成の複合レゾルバとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動パワーステア
リング装置などの変位量の測定に好適に用いることので
きる複合レゾルバに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ステアリングハンドルの操舵力を
軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステ
アリング装置が多く用いられている。図３は、従来の電
動パワーステアリング装置の一例を示す概略構成図であ
って、ステアリングホイール１０１は、ステアリングシ
ャフト１０２の上端部に連結され、このステアリングシ
ャフト１０２は図示しない固定部に支持されて下方に延
長され、その下端部にピニオン１０３が装着されてい
る。

【０００３】このピニオン１０３は、車両幅方向に水平
に延長するラック軸１０４に噛合して、ステアリングギ
ヤを構成し、ステアリングホイール１０１からステアリ
ングシャフト１０２回りの回転運動が、ラック軸１０４
の直進運動（並進運動）に変換される。

【０００４】そして、水平に延在するラック軸１０４の
両端部は、それぞれタイロッド１０５を介してナックル
及び転舵輪１０６に接続され、ラック軸１０４が水平方
向移動（並進運動）することで左右の転舵輪１０６が転
舵される。なお、前記ステアリングホイール１０１，ス
テアリングシャフト１０２，ピニオン１０３，ラック軸
１０４によって、操舵系を構成している。

【０００５】また、ステアリングシャフト１０２におけ
るピニオン１０３の上部には、減速機を構成するリング
ギア１１１が同軸に固定され、このリングギア１１１に
操舵補助モータ（電動機）１０８の駆動軸１０９に連結
されたリングギヤ１１０が噛合され、操舵補助モータ１
０８が、コントロールユニット７から出力されるデュー
ティ制御されたパルス電流によって操舵トルクに応じた
操舵補助力を発生するように制御される。

【０００６】さらに、ステアリングシャフト１０２にお
けるリングギヤ１１１の上部にトルク検出機構１１２が
設けられている。このトルク検出機構１１２は、ステア
リングシャフト１０２の下端部とピニオン１０３の上端
部とを連結する図示されないトーションバーと、その外
周に配置された操舵トルクセンサとから構成されてい
る。操舵トルクセンサは、前記トーションバーの捩じれ
量から操舵トルクを検出し、操舵トルクの大きさに応じ
た且つステアリングホイール１０１の右切り（ピニオン
１０３からの入力に対しては左回り）で正値，ステアリ
ングホイール１０１の左切り（ピニオン１０３からの入
力に対しては右回り）で負値の電圧信号であるトルク検
出値Ｔを、制御手段１０７に供給する。

【０００７】このようなステアリングシステムにおい
て、トルク検出機構には種々の位置検出手段が用いられ
ているが、なかでもレゾルバを用いたものが位置検出精
度や、耐環境性等の点で優れている。

【０００８】ところが、レゾルバを用いてトルク検出を
行おうとすると、ステアリングシャフト１０２のステア
リングホイール１０１側に１つと、トーションバーを介
したピニオン１０３側に１つそれぞれレゾルバが必要と
なる。これは、ピニオン１０３側の切れ角と、ステアリ
ングホイール１０１側の舵角との差を検出し、その差を
制御信号として出力する必要があるためである。

【０００９】このため、一つのステアリングシステムに
最低２個のレゾルバが必要となり、パワーステアリング
システムのコストを低減する上で大きな障害となってい
た。また、レゾルバの数を減らすことができれば、重量
やスペースの点でも有利となり、特に環境問題等の面か
らも重量の軽減による燃費の向上等のメリットは大き
い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、パ
ワーステアリング等の複数箇所の回転位置検出に対応で
き、制御システム全体の簡素化、製造コストおよび重量
やスペースの低減が可能な複合レゾルバを提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
により達成される。（１）複数の磁極12,13が形成された固定子1と、この
固定子1の外側を回動する外側回転子3と、前記固定子1
の内側を回動する内側回転子2とを有し、前記固定子1に
は内側回転子2と外側回転子3のそれぞれに対応した磁極
12,13が形成されているとともに、これらの磁極12,13に
は内側回転子2と外側回転子3のそれぞれに対応した励磁
巻線と出力巻線とがそれぞれ独立に巻回されている複合
レゾルバ。（２）前記外側回転子3と、内側回転子2とはそれぞれ
異なった系統の回転体が接続される上記（１）のレゾル
バ。（３）少なくとも前記外側回転子3および内側回転子2
のいずれかは、励磁巻線と出力巻線の極対数の和または
差に等しい整数Ｎ個の突極の回転体である上記（１）ま
たは（２）の複合レゾルバ。（４）少なくとも前記外側回転子3および内側回転子2
のいずれかは、突極の中央を原点として回転子円周の位
置を表す空間角をθ₂とするとき、回転子形状によるギ
ャップパーミアンス脈動がｃｏｓ（Ｎθ₂)となるよう
な形状となっている上記（１）〜（３）のいずれかの複
合レゾルバ。（５）少なくとも前記外側回転子3および内側回転子2
のいずれかは、突極の中央を原点として、回転子円周の
位置を表す空間角をθ₂とするとき、突極中央の最小エ
アギャプ長をδ₁とし、ｋが１と２の間の値を取ると
き、前記空間角θ ₂の位置におけるエアギャップ長が

【００１２】

【数２】

【００１３】となるような回転子形状とした上記（１）
〜（４）のいずれかの複合レゾルバ。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の複合レゾルバは、複数の
磁極が形成された固定子と、この固定子の外側を回動す
る外側回転子と、前記固定子の内側を回動する内側回転
子とを有し、前記固定子には内側回転子と外側回転子の
それぞれに対応した磁極が形成されているとともに、こ
れらの磁極には内側回転子と外側回転子のそれぞれに対
応した励磁巻線と出力巻線とがそれぞれ独立に巻回され
ているものである。

【００１５】このように、固定子の内側と外側に回転子
を配置し、固定子にはこの回転子に対応する磁極を形成
することにより、２つのレゾルバを一体として同一のケ
ース内に納めることができ、レゾルバ１つ分のスペース
や費用を低減することができる。

【００１６】本発明の複合レゾルバは、例えば図１，２
に示すように、概ね円筒状であって、複数の磁極１２，
１３が形成された固定子１と、この固定子１の内側と外
側にそれぞれ配置されている円筒状の内側回転子２およ
び外側回転子３を有する。なお、図２は図１のＡ−Ａ’
断面矢視図であり、図１は図２のＢ−Ｂ’の断面矢視図
に相当する。なお、図示例では、内側回転子２と外側回
転子３と、固定子１との間のギャップが一定のように見
えるが、実際には後述するように所定の出力信号が得ら
れるような凹凸が、内側回転子２と外側回転子３とに形
成され、ギャップが変化するようになっている。

【００１７】固定子１には内側回転子２と外側回転子３
のそれぞれ外側面、内側面と対向する位置に磁極１２，
１３が形成されている。この磁極１２，１３は、後述す
るように、内側回転子２、外側回転子３の回転動作によ
り、通常のレゾルバと同様に所定の周期で信号が出力さ
れるように極数が決定されている。磁極１２，１３は、
それぞれ内側回転子２、外側回転子３と対向する部分が
円筒の一部、あるいは所定の曲率を有する平滑な面とし
て形成され、その中央に形成されている概ね円筒状の固
定子本体から突出した形状を有し、その胴部は丁度コイ
ルのボビン状に括れている。

【００１８】この固定子１に形成されている磁極１２，
１３には、通常のレゾルバと同様に励磁巻線または出力
巻線となる巻線１２ａ，１３ａがそれぞれ巻回されてい
る。これらの巻線と、磁極との関係の詳細については後
述する。また、固定子１は、断面Ｌ字状の端部により側
部カバーを形成されるとともに、カバー１１と嵌合して
いて、レゾルバ全体を保護する機能も有している。この
固定子１は、図示しないネジ孔などにより被測定物の本
体などに固定される。

【００１９】内側回転子２および外側回転子３は、それ
ぞれ、その外側面・内側面と、固定子１の各磁極１２，
１３とのギャップが回転動作により変化し、励磁巻線、
出力巻線により回転変位量に応じた出力信号が得られる
ように形成されている。この場合、内側回転子２は、そ
の外形が上記形状となり、外側回転子３は、その内形が
上記形状となる。これらの形状は、その中心軸が固定子
の中心軸とずれた円盤状、あるいは円筒状の回転体とし
てもよいが、後述のように、高調波歪を除去するため
に、所定の局数の突部を有する形状とすることが好まし
い。

【００２０】内側回転子、外側回転子、固定子を構成す
る材料としては、磁性材料であれば特に限定されるもの
ではなく、通常のレゾルバに使用されている材料を用い
ることが可能であるが、なかでもケイ素鋼板、電磁軟鉄
等が好ましく、特にケイ素鋼板が好ましい。

【００２１】内側回転子２および外側回転子３は、回転
体接続部２ａ，３ａを有する。この内側回転子２の回転
体接続部２ａと、外側回転子３の回転体接続部３ａとに
は、それぞれ異なった系統の回転体（回転軸）が接続さ
れるようになっている。このため、通常回転体接続部２
ａ、３ａは円筒状に形成され、回転軸などと係合、嵌合
しやすいようになっている。

【００２２】より具体的には、例えばパワーステアリン
グにおいてステアリングシャフトのステアリングホイー
ル側（アッパーアーム）と、トーションバーを介したピ
ニオン側（ロアアーム）とがそれぞれ係合する。この回
転体接続部２ａ，３ａには、例えばアッパーアーム、ロ
アアームとの係合を確保するために、スプライン等を介
して係合するようにするとよい。

【００２３】なお、外側回転子３は、肉薄の連結部３ｂ
を介して肉厚の軸受けブロック３ｃと一体形成され、こ
の肉厚の軸受けブロック３ｃに回転体接続部３ａが形成
されている。また、内側回転子２は回転子と軸受けブロ
ックとが一体となっていて、回転子のほぼ中心に回転体
接続部２ａが形成されている。また、固定子の各巻線
は、配線引き出し部１５により取り出され、制御手段等
のＲ／Ｄ変換手段などと接続されるようになっている。

【００２４】次に、内側回転子２および外側回転子３の
より詳細な形状について説明する。内側回転子２および
外側回転子３の形状は、通常のレゾルバの回転子の形状
を決定する手法を用いることができるが、好ましくは、
特許第２６９８０１３号に記載されている手法を用い
る。

【００２５】具体的には、励磁巻線の極対数をｐ₁、出
力巻線の極対数をｐ₂として、内側回転子２および外側
回転子３はＮ個の突極を有する磁性材で巻線を設けない
構造において、ｐ₁＋ｐ₂＝Ｎまたはｐ₁−ｐ₂＝±Ｎ
とすることによって、励磁巻線の電流によって生ずる起
磁力と突極によるギャップパーミアンスの変動との作用
で、極対数ｐ₂のギャップ磁束密度を生じ、回転子が全
円周の１／Ｎ動くときに、その磁束密度のピーク値の空
間的位置は全円周の１／ｐ₂動くことを利用する。

【００２６】この磁束密度による出力巻線への誘導電圧
は、励磁巻線を単相とし、出力巻線を２相または３相と
した場合には、外側、または内側回転子（以下単に回転
子と称する）の全円周の１／Ｎの動きを１周期とする正
弦波形の２相または３相電圧となり、励磁巻線を２相と
し、出力巻線を単相とした場合には、回転子が全円周の
１／Ｎ動くときに位相が２π変化する正弦波電圧とな
る。これらの電圧と回転子位置との関係は、現在使用さ
れているレゾルバあるいはシンクロの場合と同一である
ので、この出力電圧をＲ／Ｄ変換手段で処理することに
よって、構造簡単で安価なレゾルバあるいはシンクロと
して使用することができる。

【００２７】この方式においては、誤差の原因となる出
力巻線の誘導電圧に含まれる高調波成分を最小にするこ
とが重要である。本発明では、Ｎ個の突極によるギャッ
プパーミアンス係数の回転子位置θ₂による変動がｃｏ
ｓ（Ｎθ₂)に比例する値となり、これに対する高調波
成分が極めて小さくなるような突極形状とすることによ
って、これを実現できる。

【００２８】一般にＮが１以外の整数の場合には、全円
周の１／Ｎの範囲内の位置を検出することは出来るが、
絶対位置を特定するためには何らかの補助的手段を用い
ることが必要である。これに対してＮが１の場合には、
出力巻線には回転子の１回転で１周期の電圧が誘導され
るので、絶対位置の検出が可能となる。通常の回転機で
は突極の数は偶数であるが、一般には突極の数は奇数と
することも可能である。一つの直径の両端の一方が最小
ギャップで、他方が最大ギャップとなるような回転子形
状によって、Ｎが１に等しい場合を実現することができ
るが、この場合もギャップパーミアンス係数の回転子位
置による変動がｃｏｓ（θ₂)に比例した値となるよう
な回転子形状とすることによって誤差を最小にすること
ができる。この場合には、極対数の代わりに１極対の間
隔を用いて表すと、励磁巻線と出力巻線の１極対の間隔
で長いほうをＴ₁、短いほうをＴ₂とするとき、Ｔ＝Ｔ
₁・Ｔ₂/（Ｔ₁＋Ｔ₂)、又はＴ＝Ｔ₁・Ｔ₂/（Ｔ₁−
Ｔ₂)の間隔に１個の突出部を等間隔で移動子に設ける
ことが、上記の回転位置検出におけるｐ₁＋ｐ₂＝Ｎま
たはｐ₁−ｐ₂＝±Ｎの関係に相当するので、移動子が
Ｔに等しい距離だけ動いたときに、出力巻線に１周期の
正弦波電圧を誘導することになり、これを利用して位置
検出を行うことができる。

【００２９】例えば、図１および２において、固定子１
の内側回転子２，外側回転子３と対向する磁極１２，１
３には、それぞれ極対数ｐ₁の励磁巻線と極対数ｐ₂ の
出力巻線が巻回されている。回転子にはその外周にＮ個
の突極が形成され、上記の極対数と突極の個数はｐ₁＋ｐ₂＝Ｎ（１）またはｐ₁−ｐ₂＝±Ｎ（２）のいずれかの関係が満足されるように選ばれている。一
般に固定子鉄心にＺ1個のスロットを有し、回転子鉄心
にＮ個の突極を有する場合のギャップパーミアンス係数
は

【００３０】

【数３】

【００３１】として表される。ここで、α及びγは０を
含む正、負の整数を表すものとし、θ ₁は一つの極の励
磁巻線を構成するコイル全体の中央を原点として、固定
子内周の任意点の位置を空間角で示す座標であり、θ₂
はｔ＝０の瞬間にθ₁の原点に最も近い位置にある回転
子の突極の中央を原点として回転子に固定された座標で
あって、θ₁と同様に空間角で表される。回転子突極の
１極ピッチに相当する空間角をψとし、回転子が静止し
ているときのθ₁とθ₂の両原点の間の空間角をξψと
すれば θ₂＝θ₁−ξψ（４）の関係があり、ξは−０．５≦ξ≦０．５の値をとる。
（４）式を（３）式に代入すると、ギャップパーミアン
ス係数は次式となる。

【００３２】

【数４】

【００３３】励磁巻線に流れる電流の実効値をＩとし、
角周波数をωとすると、この電流による基本波起磁力
は、

【００３４】

【数５】

【００３５】として表される。ここでＷ_eは励磁巻線の
巻数、ｐ₁は励磁巻線の極対数、ｋw1は基本波成分に対
する巻線係数である。ここでは原理を示すために、固定
子スロットによるギャップパーミアンス脈動を無視する
と、（５）式においてα＝０の場合を考えれば良く

【００３６】

【数６】

【００３７】となる。磁束密度は（６）式と（７）式と
の積として求められ、

【００３８】

【数７】

【００３９】として表される。ここで磁束密度の次数
（ｐ₁＋γＮ）について検討してみると、γ＝０のとき
には（ｐ₁＋γＮ）＝ｐ₁であるが、γ＝±１に対して
は、（１）式が満足される場合にはγ＝−１のときに
（ｐ₁＋γＮ）＝−ｐ₂、γ＝１のときに（ｐ₁＋γ
Ｎ）＝（２ｐ₁＋ｐ₂) 、また（２）式が満足される場
合には

【００４０】

【数８】

【００４１】のときに（ｐ₁＋γＮ）＝ｐ₂、γ＝±１
のときに（ｐ₁＋γＮ）＝（２ｐ₁−ｐ₂)となる。従
ってギャップ磁束密度には極対数がｐ₁，ｐ₂および
（２ｐ₁＋ｐ₂)の成分が存在することになる。従って磁
束密度は、（１）式または（２）式が満足される場合に
対して、それぞれ（９）式または（１０）式で表され
る。

【００４２】

【数９】

【００４３】

【数１０】

【００４４】（９）および（１０）式の第２項に注目す
ると、Ｎψ＝２πであるので、ξが−０．５から＋０．
５まで変化するとき、すなわち回転子が突極の１極ピッ
チ動くとき、極対数ｐ₂の磁束密度のピーク値の位置が
１極対動くことを示している。従って、この磁束と固定
子スロットに納められた極対数ｐ₂の出力巻線との鎖交
磁束の大きさは、回転子突極の位置によって変化するの
で、出力巻線の誘導電圧の大きさも回転子によって変化
する。出力巻線の一つは励磁巻線と同一の巻線軸の位置
に、他の一つは励磁巻線の巻線軸から電気角で９０度離
れた位置に設ける。前者を出力巻線１、後者を出力巻線
２ということとする。（９）式または（１０）式の磁束
密度によってこれらの出力巻線に誘導される電圧は巻線
を構成する各コイルの鎖交磁束の和を求め、これを時間
微分する事によって得られ、その結果を示すと次のよう
になる。即ち（９）または（１０）式の第２項の磁束密
度によって、出力巻線１および２に誘導される電圧は次
に示す（１１）式および（１２）式で表される。

【００４５】

【数１１】

【００４６】

【数１２】

【００４７】ここで、（１２）式の符号はｐ₁＋ｐ₂＝
Ｎ及びｐ₁−ｐ₂＝Ｎの場合にマイナスをとり、ｐ₁−
ｐ₂＝−Ｎの場合にプラスをとる。極対数ｐ₂の出力巻
線には、空間分布の次数がｐ₂の奇数倍の磁束密度によ
ってのみ電圧が誘導されるので、（２ｐ₁±ｐ₂) がｐ
₂の奇数倍の場合には、（９）及び（１０）式の第３項
によっても出力巻線に電圧が誘導される。この電圧によ
っては（１１）および（１２）式の電圧の実効値Ｅ₁が
変化するだけで、式の形は変化しない。同様にｐ ₁がｐ
₂の奇数倍の場合には、（９）および（１０）式の第１
項によって、出力巻線１に回転子位置に無関係な一定電
圧が誘導されるが、この電圧は回路処理によって除去す
ることができる。しかし、このような回路処理を必要と
しないほうが望ましいので、ｐ₁とｐ₂との組合わせの
適切な選定によって、第１項による電圧を誘導しないよ
うにすることができる。出力巻線を３相巻線とした場合
には、空間分布の次数がｐ₂の奇数倍であっても、３の
整数倍の次数の磁束密度成分は出力巻線に電圧を誘導し
ない。

【００４８】単相又は２相巻線の場合でも、３相巻線の
二つの相の巻線２２、２３を図４のように接続して一つ
の相の巻線として用いれば、３相巻線の場合と同様に３
の整数倍の次数の磁束密度成分による誘導電圧を生じな
い。この場合には、（９）及び（１０）式の第１項によ
る誘導電圧を生じないようにするためのｐ₁とｐ₂との
組合わせの選定が容易になる。従って上記の２組の出力
巻線に誘導される、回転子が突極の１極ピッチ移動した
ときに１周期となるｃｏｓ及びｓｉｎ関数に比例した電
圧は、従来のレゾルバにおいて回転子がその１極ピッチ
移動したとき入出力巻線に誘導される電圧と同一である
ので、Ｒ／Ｄ変換手段で処理することによって位置検出
を行うことができる。

【００４９】これまでの説明においては、出力巻線１を
励磁巻線と同一の位置に配置してあるが、これは説明の
便宜のためであって、必ずしもこの配置にこだわること
はない。２相の場合には、２組の出力巻線を電気角で９
０度離れた位置に保つようにすれば、これらを固定子ス
ロットの任意の位置に配置することができる。励磁巻線
は上記と同様に単相であるが、出力巻線を３相巻線とす
れば、回転子が突極の１極ピッチ移動したときに１周期
となる３相電圧が誘導されるので、従来のシンクロ電機
と同様な使用が可能である。この場合にも、その１相を
励磁巻線と同一の位置に配置する場合が多いが、この配
置にこだわることはなく、３組の出力巻線は電気角で１
２０度ずつ離れた位置を保つようにすれば、固定子スロ
ットの任意の位置に配置することができる。励磁巻線を
２相とし、出力巻線を単相とした場合には、出力巻線の
誘導電圧は回転子位置によって位相が変化し、その位相
は回転子の１極ピッチの動きに対して２π変化すること
も、従来のレゾルバと同じであるので、この場合も出力
信号をＲ／Ｄ変換器で処理することによって位置検出を
行うことができる。これまでは原理の説明のために、基
本波起磁力のみを考慮し、かつα＝０で、γ＝±１の場
合について述べたが、起磁力の高調波成分及び固定子ス
ロットによるギャップパーミアンス係数としてαが整数
値の場合を考慮すると、ギャップ磁束密度は

【００５０】

【数１３】

【００５１】となる。この磁束密度の式の各項におい
て、θ₁の係数（ｎｐ₁＋αＺ₁＋γＮ）がｐ₂の奇数
倍の成分によってのみ出力巻線に電圧が誘導され、また
図４の接続の場合には更に３の整数倍を除いた次数の成
分によってのみ出力巻線に電圧が誘導される。これらの
ことを考慮して、出力巻線１及び２に誘導される電圧を
求めると、それぞれ（１４）及び（１５）式として表さ
れる。

【００５２】

【数１４】

【００５３】この式において、γ＝０の場合には、θ₁
の係数は（ｎｐ₁＋αＺ₁)となるが、整数スロットの
場合にはＺ₁もｐ₁の整数倍となるので、ｐ₁とｐ₂と
の組合わせを適切に選定することによって、出力巻線に
はこの項による電圧を誘導しないようにすることができ
る。次にγ＝±１に相当する項によって出力巻線に誘導
される電圧は（１１）及び（１２）式と同じ形で表され
るが、電圧を誘導する高調波磁束密度成分が増えるの
で、電圧実効値Ｅ1 の大きさが変化する。しかし式の形
は変らないので、２組の出力巻線には回転子が突極の１
極ピッチ移動したときに１周期となるｃｏｓ及びｓｉｎ
関数に比例した電圧が誘導されることにも変わりはな
い。γ＝±２に対しては、（ｎｐ₁＋αＺ₁−２Ｎ）が
ｐ₂の奇数倍（図４の巻線の場合は３の整数倍を除く）
の項が存在する場合には、出力巻線にｃｏｓ（２ξＮ
ψ）及びｓｉｎ（２ξＮψ）に比例する電圧が誘導され
ることになる。これは（１１）及び（１２）式として表
されている、位置検出に有効なｃｏｓ（ξＮψ）及びｓ
ｉｎ（ξＮψ）に比例する電圧成分に対して高調波成分
となる。従ってγの絶対値が２以上に対応する項は、位
置検出において誤差を生ずる電圧成分となるので、高精
度の位置検出を行うためには、これらの成分を最小にす
ることが必要である。ギャップ磁束密度においてγに対
応する項は、回転子突極によるギャップパーミアンス脈
動によるものであることに鑑み、本発明では、この脈動
を表すギャップパーミアンス係数が次に示す（１６）式
として表されるような突極形状とすることが好ましい。

【００５４】

【数１５】

【００５５】この場合には、磁束密度中にγの絶対値の
２以上に対応する項が存在しないので、出力巻線の誘導
電圧が（１１）及び（１２）式で表される項のみとな
り、位置検出の誤差を最小にできる。この突極形状を具
体的に示すと、座標θ₂の位置における回転子鉄心の外
周と中心との距離Ｒθ₂を次に示す（１７）式とすれば
よいことを理論的に明らかにした。

【００５６】

【数１６】

【００５７】ここで、ｋ＝δ₀/ δ₁と置くと（１７）
式は

【００５８】

【数１７】

【００５９】またｈを０からＮ−１の整数とすると、δ
₁はθ₂＝２ｈπ／Ｎにおけるギャップ長で、最小ギャ
ップ長に相当する。従って、δ₁の寸法およびｋの値を
決めれば、回転子外周形状すなわち突極形状を確定する
ことができる。この場合のギャップパーミアンス係数は
δ₁とδ₀＝ｋδ₁を用いると次に示す（１９）式とな
る。

【００６０】

【数１８】

【００６１】この（１９）式から明らかなように、Ｐ₀₀
はδ₀によって決まり、Ｐ₀₁ /Ｐ₀₀はδ₀/δ₁によっ
て決まって、ギャップパーミアンス係数は（１６）式で
表される。ここで、ｋ＝２のときを考えると、θ₂＝ｈ
π／Ｎにおいて、（１８）式右辺第二項が無限大となる
ので、ｋは２より小さい値でなくてはならない。またｋ
＝１のときは（１９）式の第二式から明らかなようにＰ
₀₁＝０となり、（１６）式の脈動成分が存在しなくな
る。従ってｋの値は１＜ｋ＜２の範囲内の値とする必要
がある。ただし（１７）式を導出した理論は、磁束線が
半径方向に通るという仮定のもとに展開されているの
で、ギャップパーミアンス係数においてγが２以上の項
を含む場合がある。これが有害な大きさになる場合に
は、（１７）式の回転子形状を基本として、有限要素法
などの磁界解析結果に基づいて突極形状を修正し、ギャ
ップパーミアンス係数においてγが２以上の項が最小に
なるようにする。この場合ギャップパーミアンス係数
は、殆どγ＝０及びγ＝±１に対応するもののみとな
り、γの絶対値が２以上に相当する項は無視できる程度
になるので、出力巻線の誘導電圧をほぼ完全な正弦波及
び余弦波とすることができる。以上の説明はＮが任意の
整数値をとる一般的な場合であるが、実用上最も重要な
のは、絶対位置が決定可能なＮが１に等しい場合であ
る。

【００６２】次に、レゾルバから得られた信号を処理す
るためのＲ／Ｄ変換手段について説明する。

【００６３】レゾルバは、回転式のトランスと考えるこ
とができ、最小単位として、例えば図５に示すように、
２個の出力巻線３１ｂ，３１ｃと、１個の励磁巻線３１
ａを備えたモデルで考えることができる。

【００６４】励磁巻線には、発信器３２から加えられる
所定の交流リファレンス信号により例示される。従っ
て、出力巻線の結合の振幅は、回転子の位置と固定子の
相対位置との関数として現れることになる。

【００６５】このため、レゾルバからの出力は、軸角度
のサイン（sin）コサイン（cos）で変調された２種類の
出力電圧（S3-S1,S2-S4）が得られる。下記にレゾルバ
形式の信号の出力形式を示す。Ｓ３−Ｓ１＝Ｅ₀ＳＩＮωｔ・ＳＩＮθ Ｓ２−Ｓ４＝Ｅ₀ＳＩＮωｔ・ＣＯＳθ ここで、 θ：軸角度ＳＩＮωｔ：出力巻線励起周波数Ｅ₀：出力巻線励起振幅である。

【００６６】各出力巻線３１ｂ、３１ｃから得られた出
力電圧（S3-S1,S2-S4）は、Ｒ／Ｄ変換手段に入力さ
れ、回転子の回転角・変位量に応じたインクリメンタル
信号、あるいは絶対位置データとして出力される。

【００６７】このインクリメンタル信号、あるいは絶対
位置データは、例えば、制御手段３４に入力され、ハン
ドルの切れ角に応じた信号、あるいはピニオン側の舵角
として処理される。

【００６８】ここで、Ｒ／Ｄ変換手段３３は、通常１個
のＩＣとして構成されており、その内部にはバッファア
ンプ、サイン・コサイン乗算器、誤差アンプ、ＰＳＤ・
周波数シェービング回路、ＶＣＯ、アップダウンカウン
タ、デコード論理回路、ラッチ回路、シリアルインター
フェース回路等を備えている。このＲ／Ｄ変換手段３３
は、１個のＩＣとして構成されているものが一般的であ
るが、その構成要素毎にアナログ回路、デジタル回路、
プロセッサ等を用いて構成することもできる。

【００６９】なお、上記例では主に本発明の複合レゾル
バをパワーステアリングに応用した例に関して説明した
が、本発明の複合レゾルバの用途はこのようなステアリ
ングの変位量検出に限定されるものではなく、１または
２系統の異なる回転量を検出するものであればその応用
範囲はいかなる用途であってもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、パワース
テアリング等の複数箇所の回転位置検出に対応でき、制
御システム全体の簡素化、製造コストおよび重量やスペ
ースの低減が可能な複合レゾルバを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合レゾルバの具体的な構成例を示す
平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。

【図３】パワーステアリングシステムの概要を示すブロ
ック構成図である。

【図４】出力巻線の構成例を示す回路図である。

【図５】レゾルバとＲ／Ｄ変換手段の構成例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１固定子２内側回転子２ａ回転体接続部３外側回転子３ａ回転体接続部１２磁極１３磁極１２ａ巻線１３ａ巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸山裕児東京都調布市調布ヶ丘３丁目６番地２サムタク株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA35 AA36 BA08 EA03 GA22 GA33 LA01 LA19 2F077 AA43 FF34 TT21 TT38 3D033 CA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の磁極(12,13)が形成された固定子
(1)と、この固定子(1)の外側を回動する外側回転子(3)
と、前記固定子(1)の内側を回動する内側回転子(2)とを
有し、前記固定子(1)には内側回転子(2)と外側回転子(3)のそ
れぞれに対応した磁極(12,13)が形成されているととも
に、これらの磁極(12,13)には内側回転子(2)と外側回転
子(3)のそれぞれに対応した励磁巻線と出力巻線とがそ
れぞれ独立に巻回されている複合レゾルバ。
【請求項２】前記外側回転子(3)と、内側回転子(2)と
はそれぞれ異なった系統の回転体が接続される請求項１
のレゾルバ。
【請求項３】少なくとも前記外側回転子(3)および内
側回転子(2)のいずれかは、励磁巻線と出力巻線の極対
数の和または差に等しい整数Ｎ個の突極の回転体である
請求項１または２の複合レゾルバ。
【請求項４】少なくとも前記外側回転子(3)および内
側回転子(2)のいずれかは、突極の中央を原点として回
転子円周の位置を表す空間角をθ₂とするとき、回転子
形状によるギャップパーミアンス脈動がｃｏｓ（Ｎ
θ₂)となるような形状となっている請求項１〜３のい
ずれかの複合レゾルバ。
【請求項５】少なくとも前記外側回転子(3)および内
側回転子(2)のいずれかは、突極の中央を原点として、
回転子円周の位置を表す空間角をθ₂とするとき、突極
中央の最小エアギャプ長をδ₁とし、ｋが１と２の間の
値を取るとき、前記空間角θ₂の位置におけるエアギャ
ップ長が【数１】となるような回転子形状とした請求項１〜４のいずれか
の複合レゾルバ。