JP2003194584A - 回転角度検出装置、それを用いた永久磁石型回転電機、及び、永久磁石型回転電機を用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によ
って発生する検出位置誤差を補正して、精度のよい回転
角度検出装置を得る。 【解決手段】 １相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設
けた固定子１２と、突極を有する回転子１３とを備えた
回転角度検出装置であって、固定子１２が複数のティー
ス１１を有し、２相の出力巻線は複数のティースに巻き
回されており、複数のティースが、出力巻線の巻数がＮ
であるティースと、出力巻線の巻数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは
正の整数でＮ＞ｍとする。）であるティース及び巻数が
ｍであるティースの少なくともいずれか一方とを含んで
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転角度検出装
置に関し、特に、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を設
けた固定子と突極を有する回転子とからなる回転角度検
出装置に関する。また、この発明は、当該回転角度検出
装置を用いた永久磁石型回転電機及び電動パワーステア
リング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転角度検出装置として、光学式エンコ
ーダが従来より用いられているが、光学式エンコーダ
は、使用温度環境が制限されるとともに、構造が複雑で
高価であるという欠点がある。これに対して、構造が簡
単で安価であり、かつ、高温度環境にも耐え得るものと
して、回転子と固定子間のギャップのパーミアンスの変
化を利用した回転角度検出装置が考案されている。例え
ば、特公昭６２−５８４４５号公報には、２相の励磁巻
線と１相の出力巻線を有する回転角度検出装置の例が記
載されている。また、特開昭４９−１２４５０８号公報
には、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を有する例が記
載されている。いずれの従来例も、回転子の形状は突極
を有するものになっているため、回転子の角度によっ
て、出力巻線に現れる電圧の位相あるいは振幅が変化
し、その変化を読み取ることによって回転子の位置を知
ることができるというものである。また、これらの従来
例においては出力巻線の巻数が各ティースにおいて全て
同じになった構成である。

【０００３】これらの従来例においては、工作誤差がな
い理想的な場合においては、検出位置誤差は小さく、精
度の良い回転角度検出装置が得られるが、実際には工作
誤差が発生してしまうため、検出位置誤差は増大し、所
望の精度が得られないことがあるという問題点がある。
例えば、巻線の配置の誤差や、固定子鉄心を打抜くとき
に用いる金型の精度の悪さなどが原因となり、固定子の
内径の真円度が悪化した場合には検出位置誤差が大きく
なってしまう。

【０００４】図２４に従来例として、軸倍角が２の回転
角度検出装置を示す。図２４の従来例は、具体的には、
特開昭４９−１２４５０８号公報に記載された回転子形
状が２つの突極を有している場合のものに相当する。図
２４において、１００−１および１００−２は２相の出
力巻線（以下、出力巻線（１）および出力巻線（２）と
する。）である。また、１０１はティースであり、１０
２はそれらティース１０１を８個有した固定子である。
図中の数字１〜８は、ティース１０１のティース番号を
示している。１０３は回転子であり、１０４はティース
１０１に巻き回された巻数Ｎの出力巻線、１０５は回転
子１０３の回転軸である。

【０００５】図２４に示すように、この従来例における
回転角度検出装置は、８個のティース１０１を有する固
定子１０２と、２つの突極を有し、固定子と空隙面との
パーミアンスの変動が脈動し機械角３６０度で２山の脈
動成分をもった構造とした回転子１０３とからなり、固
定子１０２には、図には示していないが、励磁巻線が各
ティース１０１に集中的に巻き回されており、隣り合う
ティース１０１で極性が逆になるように巻かれている。
また、２相の出力巻線１００は、それぞれ４つのティー
ス１０１（具体的には、出力巻線（１）はティース番号
１，３，５，７のティース、出力巻線（２）はティース
番号２，４，６，８のティース）に同じ巻数Ｎだけ巻き
回されている。ただし極性は互い違いになるようになっ
ている。出力巻線（１）は、図２４に示すように、ティ
ース番号１，３，５，７に巻き回され、その極性は互い
違いになるように、すなわち、ティース番号１と５で同
じ極性、３と７で同じ極性、かつ、ティース番号１と３
で極性が逆になるように巻き回されている。出力巻線
（２）は、図２４に示すように、ティース番号２，４，
６，８に巻き回され、その極性は互い違いになるよう
に、すなわち、ティース番号２と６で同じ極性、４と８
で同じ極性、かつ、ティース番号２と４で極性が逆にな
るように巻き回されている。またこれら４つの巻線１０
４は直列に接続されている。図２５に、各ティースにお
ける出力巻線の巻数を示す。このように、図２４に示す
従来例では、出力巻線の巻数は出力巻線が巻き回された
各ティースにおいて同じＮとなっている。このとき、工
作誤差がない理想的な場合においては、検出位置誤差は
小さく、精度の良い回転角度検出装置として動作する。

【０００６】しかしながら、すでに述べたように、実際
には工作誤差が発生するため、検出位置誤差は増大し、
所望の精度が得られないことある。例えば、固定子鉄心
を打抜くときに用いる金型の精度の悪さなどが原因とな
り、固定子の内径の真円度が悪化した場合には検出位置
誤差が大きくなることがある。

【０００７】工作誤差により検出位置誤差が増大するこ
とを、具体例を挙げて説明する。軸倍角が２である固定
子内径２０ｍｍの回転角度検出装置を設計した場合を例
とする。なお、巻線仕様は先に述べた従来例と同様であ
るとする。

【０００８】固定子の内径の真円度が悪化し、楕円状に
変形した場合を考える。真円から５０μｍだけずれて変
形した場合と、工作誤差がなく固定子内径の形状が真円
である理想的な状態の検出位置誤差を図３１に示す。横
軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸には検出位置誤
差を機械角で示す。この図から固定子の内径が真円から
僅かに変形することによって検出位置誤差が増大するこ
とがわかる。さらに、検出位置誤差の周期が機械角１８
０度でありこれは電気角に直すと３６０度であることが
分かる。ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた値と
している。また、この電気角３６０度周期の誤差の位相
は生じている工作誤差によって様々な値に変化する。

【０００９】次に、固定子の内径の真円度が悪化し、四
角形状に変形した場合を考える。真円から２０μｍだけ
ずれて変形した場合と、工作誤差がなく固定子内径の形
状が真円である理想的な状態の検出位置誤差を図２６に
示す。横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸には検
出位置誤差を機械角で示す。この図から固定子の内径が
真円から僅かに変形することによって検出位置誤差が増
大することがわかる。さらに、検出位置誤差の周期が機
械角９０度でありこれは電気角に直すと１８０度である
ことが分かる。ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じ
た値としている。また、この電気角１８０度周期の誤差
の位相は生じている工作誤差によって様々な値に変化す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の回転角度検出装置においては、工作誤差がない理想的
な場合においては、検出位置誤差は小さく、精度の良い
回転角度検出装置として動作するように設計されている
が、実際には、巻線の配置の誤差や、固定子鉄心を打抜
くときに用いる金型の精度の悪さ等が原因となって、ど
うしても工作誤差が発生してしまうため、検出位置誤差
が増大し、所望の精度が得られないことあるという問題
点があった。

【００１１】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、１相の励磁巻線と２相の出力巻線
を設けた固定子と突極を有する回転子とからなる回転角
度検出装置において、出力巻線の巻数を工夫することに
よって、工作誤差に起因して発生する検出位置誤差を補
正し、精度の良い回転角度検出装置を得ることを目的と
している。また、当該回転角度検出装置を用いた永久磁
石型回転電機及び電動パワーステアリング装置を得るこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、１相の励磁
巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有す
る回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固
定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上
記複数のティースに巻き回されており、上記複数のティ
ースが、上記出力巻線の巻数がＮであるティースと、上
記出力巻線の巻数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍ
とする。）であるティース及び巻数がｍであるティース
の少なくともいずれか一方とを含んでいる回転角度検出
装置である。

【００１３】また、この発明は、１相の励磁巻線と２相
の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子と
を備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数
のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のテ
ィースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうち
の所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、
Ｎ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとす
る。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り
返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻線
のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻
数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパ
ターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度
検出装置である。

【００１４】また、この発明は、１相の励磁巻線と２相
の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子と
を備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数
のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のテ
ィースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうち
の所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、
Ｎ、０、Ｎ±ｍ₁、０（Ｎ，ｍ₁は正の整数でＮ＞ｍ₁と
する。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰
り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻
線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける
巻数が、０、Ｎ±ｍ₂、０、Ｎ（Ｎ，ｍ₂は正の整数でＮ
＞ｍ₂とする。）となるか、あるいは、この巻数のパタ
ーンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検
出装置である。

【００１５】また、この発明は、１相の励磁巻線と２相
の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子と
を備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数
のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のテ
ィースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうち
の所定の１相の出力巻線において、当該出力巻線の各テ
ィースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，
ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるパターンが少な
くとも１つ含まれ、かつ、上記２相の出力巻線のうちの
他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、
０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターン
が繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装
置である。

【００１６】また、この発明は、１相の励磁巻線と２相
の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子と
を備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数
のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のテ
ィースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうち
の所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、
Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍと
する。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰
り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻
線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける
巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数の
パターンが繰り返されるように巻き回されている回転角
度検出装置である。

【００１７】また、上記ｍをｍ＝０とした巻線仕様の場
合に、検出位置誤差が電気角でε［ｒａｄ］だけ発生す
る回転角度検出装置であって、上記誤差を補正するため
に、ｍ／２Ｎとεとをほぼ等しく、望ましくは、ｍ／２
Ｎ＝εとする。

【００１８】また、上記回転子の回転軸の中心を原点と
し、回転子外周の位置を表す角度をθとするとき、前記
角度θの位置における空隙長が１／｛Ａ＋Ｂｃｏｓ（Ｍ
θ）｝（ただし、Ａ、Ｂは正の定数でＡ＞Ｂ、Ｍは回転
角度検出装置の軸倍角）となる回転子を備えている。

【００１９】また、この発明は、上述した回転角度検出
装置のいずれかを備えた永久磁石型回転電機である。

【００２０】また、この発明は、当該永久磁石型回転電
機を駆動源として用いる電動パワーステアリング装置で
ある。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本実施の
形態における回転角度検出装置の構成を示した構成図で
ある。図１において、１１はティースであり、１２はそ
れらティース１１を８個有した固定子である。図中の数
字１〜８は、ティース１１のティース番号を示してい
る。１３は回転子であり、１４ａ及び１４ｂはティース
１１に巻き回された出力巻線である。巻数は、それぞ
れ、出力巻線１４ａ（ティース番号３，７のティースに
巻き回された出力巻線）がＮ±ｍ、出力巻線１４ｂ（テ
ィース番号１，５のティースに巻き回された出力巻線）
がＮとなっている。また、１５は回転子１３の回転軸で
ある。なお、本実施の形態においては、出力巻線は実際
には２相設けられているが、図１においては、そのうち
の１相分だけ（出力巻線（１）のみ）示している。図２
は、各ティースにおける出力巻線の巻数を示したもので
あり、出力巻線（１）については上述した通りであるが
（但し、ティース番号３，７に関し、Ｎ＋ｍのみ記載、
Ｎ−ｍは省略）、出力巻線（２）においては、ティース
番号２，４，６，８のティースに巻き回された出力巻線
の巻数がＮ、ティース番号３，７のティースに巻き回さ
れた出力巻線の巻数がｍとなっている。

【００２２】図２４の従来例を用いて説明したように、
上述した図３１のグラフに示されるように、検出位置誤
差の周期は、機械角１８０度であり、これは電気角に直
すと３６０度である。ただし、電気角は機械角に軸倍角
を乗じた値とする。また、この電気角３６０度周期の誤
差の位相は、生じている工作誤差によって様々な値に変
化する。

【００２３】このことから、本発明の実施の形態１にお
いては、電気角３６０度周期の誤差を補正できるように
出力巻線の仕様を、図２４に示す従来例から工夫して変
更すれば、固定子形状の工作誤差によって生じる検出位
置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置を得ること
ができると考える。また、固定子鉄心を打抜くための金
型の精度によってこのような誤差が生じるのであれば、
同じ金型を使う限り同じような傾向の検出位置誤差が発
生すると考えられ、量産時にも誤差を補正する巻線仕様
を個々の回転角度検出装置において変更しなければなら
ない可能性は小さいと思われる。

【００２４】そこで、出力巻線を工夫することにより電
気角３６０度周期の誤差を意図的に発生させる手法を考
察することにする。その第一段階として、電気角３６０
度周期の誤差の原因を考える。上記構造の回転角度検出
装置において、励磁巻線に交流電流を通電しつつ、回転
子の位置を変化させていくと２相の出力巻線に生ずる電
圧は正弦波状に変化し、その変化する位相が２相の出力
巻線で互いに電気角９０度ずれている。したがって、２
相の出力巻線に生じる電圧の振幅を各回転子位置におい
てプロットしていくと、図２７のようなグラフを得るこ
とができる。ただし、出力巻線の電圧の振幅が負である
とは振幅が正であるときと位相が反転していることを示
している。このように、出力巻線に生じる電圧が回転角
度に対して理想的に正弦波状に変化するならば、その振
幅を２相の出力巻線、出力巻線１および２でそれぞれｅ
１、ｅ２とし、回転子の回転角度（機械角）をψ［ｒａ
ｄ］とすれば、上記構造の回転角度検出装置は軸倍角が
２であるから、

【００２５】

【数１】

【００２６】と表すことができる。ただし、電圧の振幅
は最大値を１とし規格化している。図２７の波形は理想
的には正弦波であるが、実際には高調波成分を含んでい
る。出力電圧の振幅の変化に振幅αｑの第ｑ高調波が含
まれた場合の２相の出力巻線の電圧の振幅をｅ１’、ｅ
２’とすれば、

【００２７】

【数２】

【００２８】と書ける。ここで、

【００２９】

【数３】

【００３０】とおくと、検出位置誤差ε［ｒａｄ］（電
気角）は式（１）〜（６）から

【００３１】

【数４】

【００３２】となる。αｑ＜＜１とすれば、式（７）は
次式のように近似できる。

【００３３】

【数５】

【００３４】また、εが十分小さい場合は

【００３５】

【数６】

【００３６】が成り立つから、検出位置誤差εは

【００３７】

【数７】

【００３８】となる。以上により出力巻線の電圧変化に
含まれる高調波成分と検出位置誤差の周期の関係が明ら
かになった。

【００３９】式（９）からｑ＝０のとき、すなわち出力
巻線の電圧変化に直流成分が含まれるときに機械角１８
０度周期（電気角３６０度周期）の誤差が発生すること
が分かる。したがって、意図的に出力巻線の電圧変化に
直流成分を含ませるような巻線仕様にすれば、電気角３
６０度周期の検出位置誤差を発生させることができ、う
まく位相を設定すれば工作誤差による誤差を補正し、検
出位置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置を得る
ことができると考えられる。ただし、ここで言う直流成
分とは、図２７のグラフでの直流成分であり、回転子の
位置に依存せず、出力電圧の振幅と位相が一定となる成
分のことを示していることに注意されたい。

【００４０】次に、意図的に出力巻線の電圧変化に直流
成分を含ませる方法を考察する。上記構造の軸倍角２の
回転角度検出装置においては、励磁巻線は各ティースに
集中的に巻き回されており、隣り合うティースで極性が
逆になるように巻かれているから、励磁巻線に流れる電
流が作る起磁力は８極の成分すなわち空間４次の成分と
なる。一方、回転子は２つの突極を有し、パーミアンス
脈動の成分として空間２次の成分を持つことになる。し
たがって、空隙に発生する磁束の空間次数はこれら起磁
力の次数とパーミアンスの次数の和と差の成分、４＋２
＝６と４−２＝２が主な成分となり、さらに励磁巻線の
電流が作る起磁力と同じ成分すなわち空間４次の成分も
多く含まれると考察できる。起磁力の次数とパーミアン
スの次数の和と差の成分、すなわちここでは空間２次と
６次成分は回転子の位置によって変化し、出力巻線がこ
れらの磁束の変化を拾うことで回転角度検出装置として
の動作をする。一方、励磁巻線の電流が作る起磁力と同
じ成分、すなわち、ここでは空間４次の成分は回転子の
位置によってほとんど変化することなくほぼ一定であ
る。また、図２５に示す従来例の出力巻線の巻線仕様で
はこの空間４次成分の磁束を拾わないことが図３０によ
り理解できる。図３０は従来例の出力巻線１０４−１，
１０４−３，１０４−５，１０４−７（以下、まとめて
１０４とする）と空間４次の磁束１０８を模式的に表現
したものである。出力巻線１０４が巻き回されている各
ティース１０１の巻数が同じＮで、極性が互い違いにな
るような構成となっており、４つのティース１０１の鎖
交磁束の和がゼロになることが理解できる。ところが、
各ティース１０１の巻数を少し変化させるか、巻線１０
４が施されていない隣のティース１０１にも若干の巻数
の巻線を施せば、空間４次成分の磁束１０６を拾うこと
ができ、かつ、この磁束１０８は回転子１０３の位置に
よって変化しないため、結果として出力巻線１０４の電
圧変化に直流成分を含ませることが可能となる。すなわ
ち、出力巻線１０４の巻数がＮであるティース１０１を
有し、さらに、巻数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞
ｍとする）であるティース１０１か巻数がｍであるティ
ース１０１のいずれか一方あるいは両方とで構成される
ようにすれば、出力巻線１０４の電圧変化に直流成分を
含ませることが可能となり、電気角３６０度周期の検出
位置誤差を意図的に発生させることができる。この誤差
が工作誤差による検出位置誤差を補正するものであれ
ば、検出位置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置
を得ることができる。

【００４１】そこで、本実施の形態は、図１及び図２に
示す巻線仕様の構成とする。ここでは、Ｎ＝１５８、ｍ
＝１としている。図３に検出位置誤差の波形を示す。図
３においては、図２４の従来の巻線仕様（図２５でＮ＝
１５８とした場合）のときの検出位置誤差の波形（図の
破線）と、図１の巻線仕様とした場合の波形（図の実
線）とを示す。従来例の巻線仕様では、理想的な状態で
は図３１の実線ですでに示したように検出位置誤差は小
さく、十分精度が出るが、実際は工作誤差が原因で機械
角１８０度すなわち電気角３６０度周期の誤差が見られ
る。本発明の巻線仕様ではこの誤差は低減されており、
高精度な回転角度検出装置を得ることができたと言え
る。

【００４２】ここでは、巻数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは正の整
数でＮ＞ｍとする。）であるティースと巻数がｍである
ティースとの両方で構成される例を示したが、いずれか
一方で構成される場合においても、すでに述べたように
電気角３６０度の誤差を意図的に発生させることがで
き、これにより、工作誤差によって発生した電気角３６
０度の誤差を補正することができる。また、本実施の形
態では、軸倍角が２のものについて示したが、軸倍角が
１あるいは３以上のものについても同様に考えることが
可能である。

【００４３】以上のように、１相の励磁巻線と２相の出
力巻線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからな
る回転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固
定子の複数のティースに巻き回されており、出力巻線の
巻数がＮであるティースを有し、さらに巻数がＮ±ｍ
（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）であるティース
か巻数がｍであるティースのいずれか一方あるいは両方
とで構成されるようにしたので、工作誤差により発生し
た検出位置誤差を低減することができ、高精度な回転角
度検出装置を得ることができるという効果がある。

【００４４】実施の形態２．上述の実施の形態１におい
ては出力巻線の巻数を図２４の従来例から変更すること
によって、工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を補
正する手法を述べた。巻線仕様を工夫し、出力巻線の電
圧変化に直流成分を含ませることによって電気角３６０
度の検出位置誤差を意図的に発生するような巻線とし、
工作誤差が原因で発生する誤差を補正した。

【００４５】本実施の形態においては、回転角度検出装
置の構成を、出力巻線は固定子の複数のティースに巻き
回されており、ある１相の出力巻線は各ティースにおけ
る巻数がＮ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍは正の整数で Ｎ
＞ｍとする）となるか、あるいは、この巻数のパターン
が繰り返されるように巻き回され、もう１相の出力巻線
は各ティースにおける巻数が０、Ｎ、０、Ｎとなるか、
あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻
き回された構成とすることにより、意図的に発生する誤
差の位相と振幅をある程度制御し、検出位置誤差をより
効果的に低減できることを説明する。なお、ここでも、
実施の形態１と同様、軸倍角２の例について考える。

【００４６】図４は、本実施の形態における回転角度検
出装置の構成を示した構成図である。図４において、１
１はティースであり、１２はそれらティース１１を８個
有した固定子である。図中の数字１〜８は、ティース１
１のティース番号を示している。１３は回転子であり、
１５は回転子１３の回転軸である。２４ａ，２４ｂ，２
４ｃ，２４ｄは、ティース１１に巻き回された出力巻線
である。２４ａ及び２４ｂが出力巻線（１）（図中、符
号２１）であり、２４ｃ及び２４ｄが出力巻線（２）
（図中、符号２２）である。巻数は、出力巻線（１）に
おいては、出力巻線２４ａ（ティース番号３，７のティ
ースに巻き回された出力巻線）がＮ、出力巻線２４ｂ
（ティース番号１，５のティースに巻き回された出力巻
線）がＮ±ｍとなっている。また、出力巻線（２）にお
いては、出力巻線２４ｃ（ティース番号２，６のティー
スに巻き回された出力巻線）及び出力巻線２４ｄ（ティ
ース番号４，８のティースに巻き回された出力巻線）の
いずれもＮとなっている。図５は、図４の各ティースに
おける出力巻線の巻数を示したものである。

【００４７】実施の形態１において、各ティースの出力
巻線の巻数を変化させることにより、空間４次の磁束を
拾うことが可能となり、出力巻線の電圧の変化に直流成
分を加え、電気角３６０度の誤差を意図的に発生させる
ことができることを述べた。そこで、回転子位置による
各出力巻線の電圧の振幅の変化（規格化した値）をそれ
ぞれ、

【００４８】

【数８】

【００４９】とする。ここで、α₁とα₂はそれぞれ出力
巻線（１）と出力巻線（２）の電圧変化の直流成分であ
り、その絶対値は１より十分小さい値とする。実施の形
態１で述べたように検出位置誤差ε［ｒａｄ］（電気
角）を求めると、

【００５０】

【数９】

【００５１】と近似できる。ただし、

【００５２】

【数１０】

【００５３】である。式（１２）、（１３）から、α₁
とα₂をうまく設定することにより効果的に誤差を低減
できると考えられる。

【００５４】図４及び図５を用いて、本実施の形態の出
力巻線について説明する。ただし、励磁巻線については
図では省略しているが、実施の形態１と同様に、各ティ
ースに集中的に巻き回されており、隣り合うティースで
極性が逆になるように巻かれている。上述したように、
出力巻線（１）２１の巻数がティース番号１，２，３，
４，５，６，７，８の順にＮ±ｍ、０、Ｎ、０、Ｎ±
ｍ、０、Ｎ、０となっており、出力巻線（２）２２の巻
数がティース番号１，２，３，４，５，６，７，８の順
に０、Ｎ、０、Ｎ、０、Ｎ、０、Ｎとなっている。ま
た、実施の形態１で述べたように、巻線の極性は互い違
いになっており、出力巻線（１）２１はティース番号１
と５で同じ、３と７で同じ、かつ、ティース番号１と３
で逆極性になるように巻き回されていて、出力巻線
（２）２２はティース番号２と６で同じ、４と８で同
じ、かつ、ティース番号２と４で逆極性になるように巻
き回されている。

【００５５】なお、図５は出力巻線（１）２１の巻数を
従来例から変化させ、出力巻線（２）２２は従来例と同
等にした場合、すなわち、図４の巻線仕様を表にしたも
のであるが、図６はその逆で、すなわち、出力巻線
（２）２２の巻数を従来例から変化させ、出力巻線
（１）２１は従来例と同等にした場合である。ただし、
図５の出力巻線（１）２１において、ティース番号１と
５において複合同順であり、図６の出力巻線（２）２２
において、ティース番号２と６において複合同順であ
る。このように巻数を設定することにより、式（１２）
のα₁とα₂を正、負、ゼロと変化させることが可能とな
る。なぜなら、出力巻線（１）２１および出力巻線
（２）２２の巻線仕様が従来例と同様であればα₁、α₂
はゼロとなり、巻数がＮ±ｍのティースが含まれると、
すでに説明したように出力巻線が空間４次成分を拾い、
α₁とα₂がゼロでなくなり、その符号が巻数をＮ＋ｍと
するかＮ−ｍにするかで符号が逆転するからである。符
号の逆転をもう少し詳細に説明しておく。巻数をＮ＋ｍ
とするかＮ−ｍにするかによって出力巻線の振幅変化に
現れる直流成分となる空間４次成分の鎖交磁束の位相が
反転する。この位相の反転によってα₁、α₂の符号が変
わる。

【００５６】上記のように巻線仕様を工夫することによ
り、α₁、α₂をゼロに設定したり、符号を変化できるこ
とが分かった。具体的には、図５の巻線によりα₂＝０
とした上で、α₁を正か負になるように設定でき、図６
の巻線によりα₁＝０とした上で、α₂を正か負になるよ
うに設定できる。図７に本実施の形態にて可能なα₁、
α₂の組み合わせと式（１２）のβすなわち意図的に発
生させる検出位置誤差の位相を示す。図７から検出位置
誤差の位相を電気角９０度間隔で設定することが可能で
あることが分かる。またｍを変化させることにより、出
力巻線が比拾う空間４次成分の磁束の量を調節できるた
め、意図的に発生させる検出位置誤差の振幅についても
制御できることが分かる。ただし、Ｎ＞ｍでないと意図
的に発生させる誤差の振幅が大きくなりすぎるので不適
切である。また、図５の出力巻線（１）においてのティ
ース番号１，５の巻数をＮ、ティース番号３，７の巻数
をＮ±ｍとしたものおよび図６の出力巻線（２）におい
てティース番号２，６の巻数をＮ、ティース番号４，８
の巻数をＮ±ｍとしたものも原理的には同等であること
は言うまでもない。

【００５７】以上の考察から、工作誤差が原因で発生す
る検出位置誤差の振幅、位相を把握し、適切な巻数を選
定することによって工作誤差が原因で発生する検出位置
誤差を補正し、高精度な回転角度検出装置を得ることが
できる。

【００５８】具体例として、図６でＮ＝１５８、ｍ＝２
とし符号は＋を選択した場合の巻線仕様について示す。
図８に固定子内径の真円度が悪化した場合の検出位置誤
差を示す。横軸は回転子の回転角度を機械角で示し、縦
軸は検出位置誤差を機械角で示す。従来例のように出力
巻線の巻数を設定した場合（図の破線）では、機械角１
８０度すなわち電気角３６０度の周期を持った検出位置
誤差が生じている。その誤差の振幅は機械角で約０．７
度である。一方、本実施の形態に従った巻数にした場合
（図の実線）には、誤差を低減できており、その振幅は
約０．４度となって、従来例より高精度な回転角度検出
装置として機能していることが分かる。また、本実施の
形態においては、向かい合うティースの出力巻線の巻数
が同じとなるため、回転子の偏心の影響を受けにくいと
いう効果がある。

【００５９】本実施の形態においては、軸倍角が２の例
について述べたが、軸倍角が１の場合はティースが４本
になるため、巻数を例えば出力巻線１ではティース番号
１，２，３，４の順にＮ±ｍ、０、Ｎ、０とし、出力巻
線２ではティース番号１，２，３，４の順に０、Ｎ、
０、Ｎとすればよい。また、軸倍角が３以上のものにつ
いても同様に考えることができ、例えば出力巻線１では
巻数をＮ±ｍ、０、Ｎ、０のパターンを軸倍角たけ繰り
返し、出力巻線２では巻数を０、Ｎ、０、Ｎのパターン
を軸倍角だけ繰り返せばよい。

【００６０】以上より、１相の励磁巻線と２相の出力巻
線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからなる回
転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固定子
の複数のティースに巻き回されており、ある１相の出力
巻線は各ティースにおける巻数がＮ±ｍ、０、Ｎ、０
（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする）となるか、あるい
はこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回さ
れ、もう１相の出力巻線は各ティースにおける巻数が
０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターン
が繰り返されるように巻き回された構成としたので、工
作誤差によって発生する検出位置誤差を低減することが
でき、さらにこの検出位置誤差を補正するために意図的
に発生させる検出位置誤差の位相を電気角９０度間隔で
制御でき、さらに振幅も制御できるため、効果的に検出
位置誤差を低減することができ、高精度な回転角度検出
装置を得ることができるという効果がある。

【００６１】実施の形態３．本実施の形態においては、
回転角度検出装置の構成を、出力巻線は固定子の複数の
ティースに巻き回されており、ある１相の出力巻線は各
ティースにおける巻数がＮ、０、Ｎ±ｍ₁、０（Ｎ，ｍ₁
は正の整数でＮ＞ｍ₁とする。）となるか、あるいはこ
の巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、も
う１相の出力巻線は各ティースにおける巻数が０、Ｎ±
ｍ₂、０、Ｎ（Ｎ，ｍ₂は正の整数でＮ＞ｍ₂とする）と
なるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるよ
うに巻き回された構成とすることにより、検出位置誤差
を実施の形態２よりもさらに効果的に低減できることを
説明する。

【００６２】実施の形態２で、工作誤差によって発生す
る検出位置誤差を補正することを目的として、意図的に
発生しようとする検出位置誤差の位相を電気角９０度単
位で変化させることができる上、その振幅も制御可能で
あることを述べた。しかしながら、式（１２）（１３）
からα₁、α₂を任意の値に調整できれば、意図的に発生
しようとする検出位置誤差の位相および振幅を任意に制
御できる、さらに効果的に検出位置誤差の低減が可能に
なる。

【００６３】図９は、本実施の形態における回転角度検
出装置の構成を示した構成図である。図９において、１
２はティース１１を８個有した固定子である。図中の数
字１〜８は、ティース１１のティース番号を示してい
る。３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、ティース１１
に巻き回された出力巻線である。３４ａ及び３４ｂが出
力巻線（１）（図中、符号２１）であり、３４ｃ及び３
４ｄが出力巻線（２）（図中、符号２２）である。巻数
は、出力巻線（１）においては、出力巻線３４ａ（ティ
ース番号３，７のティースに巻き回された出力巻線）が
Ｎ±ｍ₁、出力巻線３４ｂ（ティース番号１，５のティ
ースに巻き回された出力巻線）がＮとなっている。ま
た、出力巻線（２）においては、出力巻線３４ｃ（ティ
ース番号２，６のティースに巻き回された出力巻線）が
Ｎ±ｍ₂、出力巻線３４ｄ（ティース番号４，８のティ
ースに巻き回された出力巻線）のいずれもＮとなってい
る。図１０は、図９の各ティースにおける出力巻線の巻
数を示したものである。

【００６４】図９及び図１０を用いて本実施の形態につ
いて説明する。ここでも、これまで同様、軸倍角２の回
転角度検出装置について考える。図９では励磁巻線につ
いては図では省略しているが、実施の形態１，２と同様
に、各ティースに集中的に巻き回されており、隣り合う
ティースで極性が逆になるように巻かれている。ここで
は、出力巻線（１）２１の巻数がティース番号１，２，
３，４，５，６，７，８の順にＮ、０、Ｎ±ｍ₁、０、
Ｎ、０、Ｎ±ｍ₁、０となっており、出力巻線（２）２
２の巻数がティース番号１，２，３，４，５，６，７，
８の順に０、Ｎ±ｍ₂、０、Ｎ、０、Ｎ±ｍ₂、０、Ｎと
なっている。ここで、Ｎ，ｍ₁、ｍ₂は正の整数でＮ＞ｍ
₁、Ｎ＞ｍ₂とする。また、実施の形態１で述べたよう
に、巻線の極性は互い違いになっており、出力巻線
（１）２１はティース番号１と５で同じ、３と７で同
じ、かつ、ティース番号１と３で逆極性になるように巻
き回されていて、出力巻線（２）２２はティース番号２
と６で同じ、４と８で同じ、かつ、ティース番号２と４
で逆極性になるように巻き回されている。このように構
成された出力巻線が、空間４次成分の磁束をどのように
拾うか考えてみると、各ティースにおいて巻線の巻数１
あたりに鎖交する空間４次成分の磁束をΦとする。この
とき、出力巻線１に鎖交する空間４次成分の磁束は、テ
ィース番号１，３，５，７の巻線の極性と巻数を考慮す
れば、

【００６５】

【数１１】

【００６６】と書け、出力巻線２についても同様に、巻
数、極性を考慮し、空間４次成分の磁束の位相が出力巻
線１の施されたティースの位置とは位相が反転している
ことに注意すれば、

【００６７】

【数１２】

【００６８】となる。だたし、式（１４）（１５）それ
ぞれの中では複合同順であるが、巻線仕様により、必ず
しも式（１４）（１５）両方で複合同順とならない。こ
れらの磁束と出力巻線の電圧の振幅変化に含まれる直流
成分とが比例関係にある、すなわち式（１０）（１１）
の右辺とα₁、α₂とはそれぞれ比例関係にあることにな
るので式（１３）は

【００６９】

【数１３】

【００７０】と書きかえることができる。但し、複合同
順である。この式から、ｍ₁、ｍ₂を変化させることによ
り、工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を補正する
ために、意図的に発生させようとする検出位置誤差の位
相を任意に設定できることが分かる。さらに、その振幅
は式（１２）より、

【００７１】

【数１４】

【００７２】となるので、意図的に発生させようとする
検出位置誤差の振幅も任意に設定できることが分かる。
図９では、出力巻線（１）２１においてティース番号
１，５での巻数がＮ±ｍ₁とし、ティース番号３，７で
巻数をＮとした例を示したが、ティース番号１，５での
巻数がＮとし、ティース番号３，７で巻数をＮ±ｍ₁と
しとした場合でもよい。なぜなら、出力巻線（１）２１
の鎖交する空間４次成分の磁束は式（１４）の右辺の符
号が逆転するたけで、意図的に発生させようとする検出
位置誤差の位相、振幅ともに調整できるという点で同じ
だからである。同様に、出力巻線（２）２２についても
同様で、ティース番号２，６での巻数がＮとし、ティー
ス番号４，８で巻数をＮ±ｍ₂とした場合でもよいこと
が言える。工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を補
正することを目的として意図的に発生させる検出位置誤
差の位相と振幅を任意に設定できることから、実施の形
態２より効果的に誤差の補正が可能となり、高精度な回
転角度検出装置を得ることができることが分かった。

【００７３】本実施の形態の具体例として、図１０にお
いて、Ｎ＝１５８、ｍ₁＝１、ｍ₂＝１とし、符号はいず
れも＋を選択した場合について工作誤差による検出位置
誤差を低減できることを示す。図１１に固定子内径の真
円度が悪化した場合の検出位置誤差を示す。横軸は回転
子の回転角度を機械角で示し、縦軸は検出位置誤差を機
械角で示す。従来例のように出力巻線の巻数を設定した
場合（図の破線）では、機械角１８０度すなわち電気角
３６０度の周期を持った検出位置誤差が生じている。そ
の誤差の振幅は機械角で約０．６度である。一方、本実
施の形態に従った巻数にした場合（図の実線）には、誤
差を大幅に低減できておりその振幅は約０．２度となっ
て、従来例より高精度な回転角度検出装置として機能し
ていることが分かる。また、本実施の形態においては、
向かい合うティースの出力巻線の巻数が同じとなるた
め、回転子の偏心の影響を受けにくいという効果があ
る。

【００７４】本実施の形態においては、軸倍角が２の例
について述べたが、軸倍角が１の場合はティースが４本
になるため、巻数を例えば出力巻線１ではティース番号
１，２，３，４の順にＮ±ｍ₁、０、Ｎ、０とし、出力
巻線２ではティース番号１，２，３，４の順に０、Ｎ±
ｍ₂、０、Ｎとすればよい。また、軸倍角が３以上のも
のについても同様に考えることができ、例えば出力巻線
１では巻数Ｎ±ｍ₁、０、Ｎ、０のパターンを軸倍角た
け繰り返し、出力巻線２では巻数０、Ｎ±ｍ₂、０、Ｎ
のパターンを軸倍角たけ繰り返せばよい。

【００７５】以上より、１相の励磁巻線と２相の出力巻
線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからなる回
転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固定子
の複数のティースに巻き回されており、ある１相の出力
巻線は各ティースにおける巻数がＮ±ｍ₁、０、Ｎ、０
（Ｎ，ｍ₁は正の整数でＮ＞ｍ₁とする。）となるか、あ
るいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回
され、もう１相の出力巻線は各ティースにおける巻数が
０、Ｎ±ｍ₂、０、Ｎ（Ｎ，ｍ₂は正の整数でＮ＞ｍ₂と
する。）となるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り
返されるように巻き回された構成とすることにより、工
作誤差によって発生する検出位置誤差を低減することが
でき、さらにこの検出位置誤差を補正するために意図的
に発生させる検出位置誤差の位相を任意に制御でき、さ
らに振幅も任意に制御できるため、効果的に検出位置誤
差を低減することができ、高精度な回転角度検出装置を
得ることができるという効果がある。

【００７６】実施の形態４．図１２は、本実施の形態に
おける回転角度検出装置の構成を示した構成図である。
図１２において、１１はティースであり、１２はそれら
ティース１１を８個有した固定子である。図中の数字１
〜８は、ティース１１のティース番号を示している。１
３は回転子であり、４４ａはティース１１に巻き回され
た出力巻線（１）、４４ｂおよび４４ｃはティース１１
に巻き回された出力巻線（２）である。巻数は、それぞ
れ、出力巻線４４ａ（ティース番号１，３，５，７のテ
ィースに巻き回された出力巻線）がＮ、出力巻線４４ｂ
（ティース番号２，４のティースに巻き回された出力巻
線）がＮ＋ｍ、出力巻線４４ｃ（ティース番号６，８の
ティースに巻き回された出力巻線）がＮとなっている。
また、１５は回転子１３の回転軸である。図１３は、上
述した各ティースにおける出力巻線の巻数をまとめたも
のである。

【００７７】図２４の従来例を用いて説明したように、
上述した図２６のグラフに示されるように、固定子の内
径が真円から２０μｍだけずれて四角形状に変形した場
合の検出位置誤差の周期は、機械角９０度であり、これ
は電気角に直すと１８０度である。ただし、電気角は機
械角に軸倍角を乗じた値とする。また、この電気角１８
０度周期の誤差の位相は、生じている工作誤差によって
様々な値に変化する。

【００７８】このことから、本実施の形態においては、
電気角１８０度周期の誤差を補正できるように出力巻線
の仕様を、図２４に示す従来例から工夫して変更すれ
ば、固定子形状の工作誤差によって生じる検出位置誤差
を低減し、高精度な回転角度検出装置を得ることができ
ると考える。また、上述の実施の形態１においても述べ
たように、固定子鉄心を打抜くための金型の精度によっ
てこのような誤差が生じるのであれば、同じ金型を使う
限り同じような傾向の検出位置誤差が発生すると考えら
れ、量産時にも誤差を補正する巻線仕様を個々の回転角
度検出装置において変更しなければならない可能性は小
さいと思われる。

【００７９】そこで、出力巻線を工夫することにより電
気角１８０度周期の誤差を意図的に発生させる手法を考
察することにする。その第一段階として、電気角１８０
度周期の誤差の原因を考える。上記構造の回転角度検出
装置において、励磁巻線に交流電流を通電しつつ、回転
子の位置を変化させていくと２相の出力巻線に生ずる電
圧は正弦波状に変化し、その変化する位相が２相の出力
巻線で互いに電気角９０度ずれている。したがって、２
相の出力巻線に生じる電圧の振幅を各回転子位置におい
てプロットしていくと、図２７のようなグラフを得るこ
とができる。ただし、出力巻線の電圧の振幅が負である
ときは、振幅が正であるときと位相が反転していること
を示している。このように、出力巻線に生じる電圧が回
転角度に対して理想的に正弦波状に変化するならば、そ
の振幅を２相の出力巻線、出力巻線（１）および（２）
でそれぞれｅ１、ｅ２とし、回転子の回転角度（機械
角）をψ［ｒａｄ］とすれば、上記構造の回転角度検出
装置は軸倍角が２であるから、

【００８０】

【数１５】

【００８１】と表すことができる。ただし、電圧の振幅
は最大値を１とし規格化している。図２７の波形は理想
的には、振幅の等しい正弦波であるが、実際には工作誤
差などが原因で２相の出力巻線にて振幅が異なっている
場合がある。出力電圧の振幅が異なり、出力巻線（２）
の出力電圧の振幅が出力巻線（１）のそれの１＋α倍と
なった場合、２相の出力巻線の電圧の振幅をｅ１’、ｅ
２’とすれば、

【００８２】

【数１６】

【００８３】と書ける。ここで、

【００８４】

【数１７】

【００８５】とおくと、検出位置誤差ε［ｒａｄ］（電
気角）は式（１８）〜（２３）から

【００８６】

【数１８】

【００８７】となる。α＜＜１とすれば、式（２４）は
次式のように近似できる。

【００８８】

【数１９】

【００８９】また、εが十分小さい場合は

【００９０】

【数２０】

【００９１】が成り立つから、検出位置誤差εは

【００９２】

【数２１】

【００９３】となる。以上により、２相の出力巻線の電
圧の違いが検出位置誤差に与える影響が明らかになっ
た。

【００９４】例えば、図２４の従来の回転角度検出装置
において、固定子１０２の内径が四角形状に変形した場
合、１相の出力巻線の巻き回されているティース１０１
が回転子１０３側に近づき、他方は回転子１０３から離
れるので２相の出力巻線に鎖交する磁束に差が生じる。
したがって、上記の考察から電気角１８０度周期の誤差
が発生することになる。しかしながら、巻線を工夫し、
工作誤差のない理想的な状態において２相の出力巻線の
電圧に差が生じるようにしていれば、内径の変形によっ
て発生する検出位置誤差を補正し、低減することができ
る。

【００９５】以下、電気角１８０度周期の誤差を低減す
る出力巻線、すなわち工作誤差のない理想的な状態にお
いて２相の出力巻線の電圧に差が生じるような出力巻線
について考察する。図２４の軸倍角２の従来の回転角度
検出装置においては、励磁巻線（図示省略）は各ティー
ス１０１に集中的に巻きまわされており、隣合うティー
ス１０１で極性が逆になるように巻かれているから、励
磁巻線に流れる電流が作る起磁力は８極の成分、すなわ
ち空間４次の成分となる。

【００９６】一方、回転子１０３は２つの突極を有し、
パーミアンス脈動の成分として空間２次の成分を持つこ
とになる。したがって、空隙に発生する磁束の空間次数
はこれらの起磁力の次数とパーミアンスの次数の和と差
の成分、４＋２＝６と４−２＝２が主な成分となり、さ
らに、励磁巻線の電流が作る起磁力と同じ成分すなわち
空間４次の成分も多く含まれると考察できる。起磁力の
次数とパーミアンスの次数の和と差の成分、すなわちこ
こでは空間２次と６次の成分か回転子１０３の位置によ
って変化し、出力巻線がこれらの磁束の変化を拾うこと
で回転角度検出装置としての動作をする。一方、励磁巻
線の電流が作る起磁力と同じ成分、すなわちここでは空
間４次の成分は回転子の位置によってほとんど変化する
ことなくほぼ一定である。

【００９７】工作誤差のない理想的な状態において２相
の出力巻線の電圧に差が生じるような出力巻線を実現す
るためには、２相の出力巻線はいずれも空間４次の磁束
を拾わず、空間２次と４次の磁束に関しては２相の出力
巻線で差が出るようにしなければならない。そこで、出
力巻線の鎖交磁束を空間２次、６次、４次の成分につい
て考える。図２８は、空間２次の磁束が出力巻線にどの
ように鎖交するかを説明するための図である。巻線は出
力巻線（１）（符号１００−１）のみを示す。空間２次
の磁束を楕円状の実線で示している。図２９は空間６
次、図３０は空間４次についての図である。ここでは、
図２４のティース番号１〜８までの巻数をそれぞれＮ_１
〜Ｎ_８とする。空隙磁束密度の空間２次、６次、４次の
成分をそれぞれ、φ_２ ，φ_６，φ_４ とすると出力巻
線１に鎖交する空間２次、６次、４次の磁束をΦ_２１，
Φ_６１，Φ_４１とすれば、図２８，２９，３０を参考に
して巻線の極性に注意すれば、

【００９８】

【数２２】

【００９９】となることが理解できる。出力巻線（２）
についても同様で、出力巻線（１）に鎖交する空間２
次、６次、４次の磁束をΦ_２２，Φ_６２，Φ_４２とすれ
ば

【０１００】

【数２３】

【０１０１】となる。図１３に示したように従来例の巻
線仕様ではＮ_１〜Ｎ_８は全てＮに等しいので、式（２
７）〜（３２）より

【０１０２】

【数２４】

【０１０３】となり、従来の巻線仕様では空間２次、４
次を拾いその振幅は２相の出力巻線で等しく、さらに空
間４次の磁束は拾わない。ところが、本発明において
は、図１４のように出力巻線２のティース２，４の巻数
を変化させてＮ＋ｍ（ｍは正の整数でＮ＞ｍ）にした場
合には、上式（２７）〜（３２）から

【０１０４】

【数２５】

【０１０５】となり、回転子位置を知るために必要な空
間２次、６次の磁束成分に関して差が生じ、空間４次に
ついては従来例と同じく拾わない。以上により、出力巻
線（１）と（２）で出力電圧に差を生じさせることがで
き、意図的に電気角１８０度周期の誤差を発生させるこ
とができるのである。

【０１０６】式（３４）（３５）から出力巻線の鎖交磁
束の比、すなわち出力電圧の比が分かる。出力巻線
（１）の電圧で規格化すれば、出力巻線（２）の電圧は
式（３４）（３５）より、出力巻線（１）の

【０１０７】

【数２６】

【０１０８】倍になることが明らかである。これは式
（２１）でα＝ｍ／２Ｎとした場合に相当し、意図的に
発生させようとする誤差εは

【０１０９】

【数２７】

【０１１０】となる。したがって、Ｎとｍを適切に選ぶ
ことにより工作誤差によって発生する電気角１８０度周
期の誤差を補正し、低減することができることが理解で
きた。

【０１１１】本発明の具体的例として図１３においてＮ
＝１５８、ｍ＝２とした場合について述べる。図１４に
検出位置誤差の波形を示す。従来の巻線仕様（図２５で
Ｎ＝１５８）とした場合には図２６の実線で示したよう
に検出位置誤差は小さい。ところが工作誤差により図１
４の破線で示したように機械角９０度周期すなわち電気
角１８０度周期の検出位置誤差が増大する。そこで、本
発明の巻線仕様（図１３においてＮ＝１５８、ｍ＝２と
した場合）は実線で示したように電気角１８０度周期の
検出位置誤差が低減され、高精度な回転角度検出装置と
して動作していると言える。

【０１１２】ここでは出力巻線（２）のティース番号
２，４の巻数をＮ＋ｍに変化させた場合について述べた
が、工作誤差による検出位誤差の位相が逆転してるとき
はＮ−ｍとすれば同様に誤差を低減できることは式（３
７）から分かる。また、ティース番号２，４の巻数を変
化させるのではなくティース番号６，８やティース番号
４，６を変化した場合でも同様の効果があることは言う
までもない。また、出力巻線（２）の巻数を変化させた
場合について述べたが、出力巻線（２）は従来例と同じ
で出力巻線（１）の巻数を変化させた場合についても同
様の効果が得られることは言うまでもない。また、図１
３においては、一方の出力巻線が、Ｎ＋ｍ，０，Ｎ＋
ｍ，０のパターンを少なくとも１つ有する例について述
べたが、一方の出力巻線が、Ｎ−ｍ，０，Ｎ−ｍ，０の
パターンを少なくとも１つ有する場合においても、同様
の効果が得られることは言うまでもない。さらに、今回
は軸倍角２の回転角度検出装置について述べたが、軸倍
角１の場合はティースが４本になるので、例えば出力巻
線（１）の巻数をティース１〜４の順にＮ±ｍ，０，Ｎ
±ｍ，０（複合同順）、出力巻線（２）の巻数を０，
Ｎ，０，Ｎなどとすれば同様の効果が得られる。また、
軸倍角が３以上のものについても、出力巻線の一方は従
来例と同じとし、一方にＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０（複合
同順）なるパターンを少なくとも１回設けることにより
同様の検出位置誤差低減の効果があることは言うまでも
ない。

【０１１３】以上のように、１相の励磁巻線と２相の出
力巻線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからな
る回転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固
定子の複数のティースに巻き回されており、一方の出力
巻線において巻数がＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０（複合同
順）のパターンを少なくとも１つ有し（Ｎ，ｍは正の整
数でＮ＞ｍ）、もう一方の出力巻線は０，Ｎ，０，Ｎと
なるかこのパターンの繰り返しで構成することにより、
固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生す
る検出位置誤差を補正することができるため、検出位置
誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得
ることができるという効果がある。

【０１１４】実施の形態５．上述の実施の形態４では、
図１３に示すように出力巻線の巻数の一部を変更し、Ｎ
±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０（複合同順）なるパターンを少な
くとも１つ有する場合について述べたが、本実施の形態
では、２相あるうちの１相の出力巻線を全てＮ±ｍ，
０，Ｎ±ｍ，０（複合同順）のパターンの繰り返しとし
た場合を考える。

【０１１５】図１５は本実施の形態の回転角度検出装置
である。図１５において、１１はティースであり、１２
はそれらティース１１を８個有した固定子である。図中
の数字１〜８は、ティース１１のティース番号を示して
いる。１３は回転子であり、５４ａはティース１１に巻
き回された出力巻線（１）、５４ｂはティース１１に巻
き回された出力巻線（２）である。巻数は、それぞれ、
出力巻線５４ａ（ティース番号１，３，５，７のティー
スに巻き回された出力巻線）がＮ、出力巻線５４ｂ（テ
ィース番号２，４、６，８のティースに巻き回された出
力巻線）がＮ−ｍとなっている。また、１５は回転子１
３の回転軸である。図１６は、上述した各ティースにお
ける出力巻線の巻数をまとめたものである。

【０１１６】出力巻線（１）は従来例と同じ巻数Ｎと
し、出力巻線（２）についてはすべてＮ±ｍとしてい
る。このとき、Φ_２１，Φ_６１，Φ_４１ ，Φ_２２，Φ
_６２，Φ _４２を求めると

【０１１７】

【数２８】

【０１１８】となる。このとき、出力巻線（１）と
（２）の出力電圧の比を求めると、

【０１１９】

【数２９】

【０１２０】となり、これは式（２１）においてα＝±
ｍ／Ｎとした場合に相当する。よって、意図的に発生し
ようとする誤差ε［ｒａｄ］（電気角）は

【０１２１】

【数３０】

【０１２２】となる。また、出力巻線（２）は従来例と
同じ巻数Ｎとし、出力巻線（１）についてはすべてＮ±
ｍとした場合には同様に、

【０１２３】

【数３１】

【０１２４】となるから、このとき、出力巻線（１）と
（２）の出力電圧の比を求めると、

【０１２５】

【数３２】

【０１２６】となり、これは式（２１）においてα＝±
ｍ／Ｎとした場合に相当する（ただしｍ＜＜Ｎとし
た）。よって、意図的に発生しようとする誤差ε［ｒａ
ｄ］（電気角）は

【０１２７】

【数３３】

【０１２８】となる。

【０１２９】そこで具体例として図１６の巻線仕様にて
Ｎ＝１５８、ｍ＝１とした場合について検出位置誤差を
磁界解析によって求めた。図１８にその結果を示す。従
来の巻線では振幅が機械角０．１９度程度（電気角で
０．３８度）の電気角１８０度周期の誤差が見られた
が、図１６の巻線仕様ではこの誤差が低減されて、高精
度な回転角度検出装置として動作していることが分か
る。

【０１３０】なお、図１６は出力巻線（１）２１の巻数
は従来例と同等にし、出力巻線（２）２２の巻数を従来
例から変化させた場合、すなわち、図１５の巻線仕様を
表にしたものであるが、図１７はその逆で、すなわち、
出力巻線（１）２１の巻数を従来例から変化させ、出力
巻線（２）２２は従来例と同等にした場合である。ただ
し、図１６においては、各ティースにおいて、変化させ
た巻数がＮ−ｍと記載したが、図１７においては、各テ
ィースにおいて、変化させた巻数がＮ＋ｍと記載されて
いる。しかしながら、これは、記載された例に限定され
るものではなく、本実施の形態においては、一方の出力
巻線において巻数がＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０となるか、
あるいは、Ｎ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０のパターンの繰り返
しで構成され（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍ）、かつ、も
う一方の出力巻線は０，Ｎ，０，Ｎとなるか、このパタ
ーンの繰り返しで構成されていればよいものとする。

【０１３１】図１７の巻線仕様にてＮ＝１５８、ｍ＝１
とした場合についても、図１９に示す。この場合も従来
の巻線では振幅が機械角０．１９度程度（電気角で０．
３８度）の電気角１８０度周期の誤差が見られたが、図
１７の巻線仕様ではこの誤差が低減されて、高精度な回
転角度検出装置として動作していることが分かる。

【０１３２】ここでは軸倍角が２の回転角度検出装置に
ついて述べたが、軸倍角が３以上についても同様のこと
が言える。例えば軸倍角が３の場合であれば、例えば１
２本のティースにおいて出力巻線（１）は巻数はＮ±
ｍ，０，Ｎ±ｍ，０のパターンを３回繰り返した仕様と
して、出力巻線（２）については０，Ｎ，０，Ｎのパタ
ーンを３回繰り返した仕様とすれば同様の効果が得られ
る。さらに軸倍角によって式（４１）（４５）は変化し
ないことも明らかであり軸倍角によらず、検出位置誤差
の低減という効果が得られる。

【０１３３】以上により、１相の励磁巻線と２相の出力
巻線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからなる
回転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固定
子の複数のティースに巻き回されており、一方の出力巻
線において巻数がＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０となるかある
いはＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０のパターンの繰り返しで構
成され（ｍは正の整数でＮ＞ｍ）、かつ、もう一方の出
力巻線は０，Ｎ，０，Ｎとなるかこのパターンの繰り返
しで構成することにより、固定子内径の真円度の悪化等
の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正するこ
とができるため、検出位置誤差の小さいすなわち精度の
よい回転角度検出装置を得ることができるという効果が
ある。さらに、実施の形態４においては、一方の出力巻
線の巻数が周方向にアンバランスになっていたが、本実
施の形態ではアンバランスが生じず、周方向で対称性を
もっている。したがって偏心に対して誤差があまり増大
しないという効果もある。

【０１３４】実施の形態６．これまで、出力巻線の巻数
を従来例から変化させて、工作誤差によって発生する検
出位置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置を得る
手法を述べた。本実施の形態においては、より巻数をう
まく調整することにより、さらに効果的に検出位置誤差
を低減する手法について述べる。

【０１３５】工作誤差によって発生する検出位置誤差を
補正するため、意図的に発生させる検出位置誤差と出力
巻線の巻数との関係は既に導出したように式（４１）
（２８）で表される。これは、実施の形態５の巻線仕様
において工作誤差のない理想的な状態において電気角１
８０度周期の検出位置誤差を振幅ｍ／２Ｎで意図的に発
生させることができることを示している。すなわち、工
作誤差がある状態で、従来の巻線仕様で発生する検出位
置誤差の振幅εとこの意図的に発生させる誤差の振幅が
一致するようにＮおよびｍを選定すれば、より効果的に
誤差を低減することができるのである。

【０１３６】具体的な例として、図２５に示した従来の
巻線仕様でＮ＝１５８としたときに電気角０．３８度す
なわち０．００６６［ｒａｄ］の振幅の誤差が生じてい
る場合に対し、ｍ＝２とし、

【０１３７】

【数３４】

【０１３８】のように意図的に発生する検出位置誤差の
振幅と工作誤差による検出位置誤差の振幅をほぼ一致さ
せた場合についてその効果を見る。本実施の形態におけ
る巻線仕様は、図２０でＮ＝１５８、ｍ＝２とした場合
に相当する。このときの検出位置誤差のグラフを図２１
に示す。これまでの実施の形態に比べて、より効果的に
検出位置誤差を低減し、さらに高精度な回転角度検出装
置を得ることができたといえる。ここではｍ／２Ｎとε
がほぼ等しい場合について示したが、

【０１３９】

【数３５】

【０１４０】とした場合にはさらに誤差を低減できると
いうことは言うまでもない。

【０１４１】以上により、従来例の巻線仕様の場合に検
出位置誤差が電気角でε［ｒａｄ］発生する回転角度検
出装置において、上記誤差を補正するため、ｍ／２Ｎと
εをほぼ等しく、望ましくは、ｍ／２Ｎ＝εとなるよう
にＮとｍを選定したことにより、固定子内径の真円度の
悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正
することができるため、誤差低減のため意図的に発生さ
せる誤差と工作誤差によって発生している誤差の振幅が
ほぼ等しくあるいは等しくできるため、より効果的に検
出位置誤差を低減でき、高精度な回転角度検出装置を得
ることができるという効果がある。

【０１４２】実施の形態７．これまでは、回転子の形状
については特に限定しなかったが、本発明の巻線によっ
て工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を低減できた
としても、回転子の形状が適切でないと検出位置誤差が
大きくなってしまう場合がある。本発明では、回転子の
形状によって生じるパーミアンスの変動成分を利用した
回転角度検出装置に関するものであり、上記パーミアン
スの変動成分が正弦波状であれば検出位置誤差が小さ
く、高精度になる。

【０１４３】したがって、回転子の回転軸中心を原点と
し回転子外周の位置を表す角度θとするとき、固定子内
周と回転子の外周の間のパーミアンスを角度θにおい
て、直流成分も含めて

【０１４４】

【数３６】

【０１４５】となれば、高精度な回転角度検出装置とし
て機能する。ただし、Ａ、Ｂは正の定数でＡ＞Ｂ、Ｍは
回転角度検出装置の軸倍角とする。空隙長はパーミアン
スに逆比例することと式（３１）とから、前記角度θの
位置における空隙長が

【０１４６】

【数３７】

【０１４７】となるような回転子形状とすれば、空隙の
パーミアンスの脈動成分が正弦波状となり高精度な回転
角度検出装置を得ることができる。

【０１４８】したがって、出力巻線の巻数を実施の形態
１〜６で述べたいずれかのように設定し、さらに回転子
を式（４９）によって決まる形状としたことで検出位置
誤差をさらに低減することができ、高精度な回転角度検
出装置を得ることができるという効果がある。

【０１４９】実施の形態８．図２２に、上述した本発明
の回転角度検出装置を具備した永久磁石型回転電機を示
す。図２２において、１４０は永久磁石型回転電機、１
４１は回転電機１４０の固定子、１４２は当該固定子１
４１を構成している電機子鉄心、１４３は同じく固定子
１４１を構成している電機子巻線、１４４は回転電機１
４０の回転子、１４５は当該回転子１４４を構成してい
る回転子鉄心、１４６は同じく回転子１４４を構成して
いる永久磁石、１４７は回転子鉄心１４５が固定されて
いるシャフトである。なお、１２，１３，１４は上述し
たものと同じであり、すなわち、それぞれ、回転角度検
出装置の固定子、回転子、出力巻線である。なお、出力
巻線については、実施の形態１における符号１４を用い
ているが、この場合に限らず、上述の実施の形態のいず
れのものでもよいものとする。また、１６は回転角度検
出装置の励磁巻線である。

【０１５０】この永久磁石型回転電機１４０は、電機子
鉄心１４２と電機子鉄心１４２に納められた電機子巻線
１４３によって構成される固定子１４１と、回転子鉄心
１４５と永久磁石１４６とで構成される回転子１４４を
具備している。回転子１４４はシャフト１４７に固定さ
れている。回転子１４４は軸受け１４８によって自由自
在に回転できる。

【０１５１】実施の形態１〜７で述べた回転角度検出装
置はシャフト１４７にその回転子１４４が例えば圧入に
よって固定されており、回転子１４４の回りに固定子１
４１が囲うような位置で永久磁石型回転電機１４０の固
定子１４１側に固定されている。回転角度検出装置の回
転子１３は、永久磁石型回転電機１４０の回転子１４４
とともに回転する。回転角度検出装置の励磁巻線に励磁
電流を加えると出力巻線に電圧が生じ、その電圧の変化
を読み取り回転角度を検出する。

【０１５２】実施の形態１〜７では工作誤差が原因で発
生する検出位置誤差を補正し、回転角度検出装置を高精
度化する手法について説明した。本発明の技術を適用し
た回転角度検出装置を図２２に示したように、永久磁石
型回転電機１４０の回転子１４４の回転角度を検出する
用途に用いたとすれば、上記回転角度検出装置は、工作
誤差が原因で発生する検出位置誤差を低減し、高精度化
されているため永久磁石型回転電機１４０の回転子１４
４の位置決め精度が向上するという効果がある。

【０１５３】また、検出位置誤差が大きいと、永久磁石
型回転電機１４０の回転子１４４の位置を正確に把握で
きないため、電流の位相が通電すべき位相からずれるた
め、トルク指令値と実際に発生するトルクとの間に差が
生じる。これまでの例で分かるように、回転角度検出装
置の検出位置誤差は回転角によって周期的に変化するた
め、トルク値もそれに伴い脈動する。すなわち、回転角
度検出装置の検出位置誤差が大きいとトルク脈動が大き
くなり、永久磁石型回転電機１４０の性能を低下させる
ことになるのである。そこで、実施の形態１〜７で述べ
た回転角度検出装置を用いれば、検出位置誤差が低減さ
れているので、トルク脈動が小さく永久磁石型回転電機
を駆動することができるという効果がある。また、構造
が複雑で高価な光学式エンコーダなどを用いないので、
構造が簡単で安価であり、かつ耐環境性にすぐれた永久
磁石型回転電機を得ることができるという効果もある。

【０１５４】本実施の形態では回転角度検出装置を永久
磁石型回転電機の負荷側に配置した例を示したが、負荷
とは逆方向に回転角度検出装置を配置した場合や回転電
機の内部に配置した場合にも同様の効果が得られること
は言うまでもない。

【０１５５】実施の形態９．また、電動パワーステアリ
ング装置のように、駆動源として用いる電動機のトルク
脈動を小さくする必要がある用途には、実施の形態８で
述べた永久磁石型回転電機が適していると言える。図２
３に電動パワーステアリング装置の概念図を示す。図２
３において、１４０は実施の形態８で示した永久磁石型
回転電機である。また、１５１はステアリングホイー
ル、１５２はコラムシャフト、１５３はウォームギヤ、
１５４はハンドルジョイント、１５５はステアリングギ
ヤ、１５６はラックである。

【０１５６】操舵力はステアリングホイール１５１から
コラムシャフト１５２を介しウォームギヤ１５３（図で
は詳細は省略し、ギヤボックスのみ示している）に伝わ
る。このウォームギヤ１５３は電動機出力（トルク、回
転数）を回転方向を直角に変えながら伝達し、同時に減
速し、アシストトルクを増加させる。さらに操舵力はハ
ンドルジョイントを伝わり、方向も変えられる。ステア
リングギヤ１５５（図では詳細は省略し、ギヤボックス
のみ示している）はコラムシャフト１５２の回転を減速
し、同時にラック１５６の直線運動に変換し、所要の変
位を得る。このラック１５６の直線運動により車輪を動
かし、車両の方向転換等を可能とする。

【０１５７】上記のような電動パワーステアリング装置
では電動機にて発生するトルクの脈動がウォームギヤ１
５３とコラムシャフト１５２を介して、ステアリングホ
イール１５１に伝達される。従って、電動機が大きなト
ルク脈動を発生する場合、滑らかなステアリング感覚を
得ることが出来ない。また、構造が複雑で高価な光学式
エンコーダなどを用いないので、構造が簡単で安価であ
り、かつ耐環境性にすぐれた電動パワーステアリング装
置を得ることができるという効果もある。

【０１５８】また、本実施の形態ではコラムシャフトを
電動機のトルクによってアシストするコラムアシスト式
の電動パワーステアリング装置を示したが、ラックを電
動機のトルクによってアシストするラックアシスト式の
場合でもよいことは言うまでもない。

【０１５９】したがって、実施の形態８で述べた永久磁
石型回転電機を駆動源とした電動パワーステアリング装
置は、トルクの脈動が小さく滑らかなステアリング感覚
を得ることができるという効果がある。

【０１６０】

【発明の効果】この発明は、１相の励磁巻線と２相の出
力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備
えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のテ
ィースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティー
スに巻き回されており、上記複数のティースが、上記出
力巻線の巻数がＮであるティースと、上記出力巻線の巻
数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）であ
るティース及び巻数がｍであるティースの少なくともい
ずれか一方とを含んでいる回転角度検出装置であるの
で、このような構成とすることにより、固定子内径の真
円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差
を補正することができるため、検出位置誤差の小さいす
なわち精度のよい回転角度検出装置を得ることができる
という効果がある。

【０１６１】また、この発明は、１相の励磁巻線と２相
の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子と
を備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数
のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のテ
ィースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうち
の所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、
Ｎ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとす
る。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り
返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻線
のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻
数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパ
ターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度
検出装置であるので、このような構成とすることによ
り、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発
生する検出位置誤差を補正することができるため、検出
位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置
を得ることができるという効果がある。さらに、誤差を
補整するため意図的に発生させる検出位置誤差の位相、
振幅を制御できるため効果的に検出位置誤差を低減する
ことができ、高精度な回転角度検出装置を得ることがで
きるという効果がある。

【０１６２】また、この発明は、１相の励磁巻線と２相
の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子と
を備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数
のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のテ
ィースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうち
の所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、
Ｎ、０、Ｎ±ｍ₁、０（Ｎ，ｍ₁は正の整数でＮ＞ｍ₁と
する。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰
り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻
線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける
巻数が、０、Ｎ±ｍ₂、０、Ｎ（Ｎ，ｍ₂は正の整数でＮ
＞ｍ₂とする。）となるか、あるいは、この巻数のパタ
ーンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検
出装置であるので、このような構成とすることにより、
固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生す
る検出位置誤差を補正することができるため、検出位置
誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得
ることができるという効果がある。さらに、誤差を補整
するため意図的に発生させる検出位置誤差の位相、振幅
を任意に制御できるため効果的に検出位置誤差を低減す
ることができ、高精度な回転角度検出装置を得ることが
できるという効果がある。

【０１６３】また、この発明は、１相の励磁巻線と２相
の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子と
を備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数
のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のテ
ィースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうち
の所定の１相の出力巻線において、当該出力巻線の各テ
ィースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，
ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるパターンが少な
くとも１つ含まれ、かつ、上記２相の出力巻線のうちの
他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、
０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターン
が繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装
置であるので、このような構成とすることにより、固定
子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検
出位置誤差を補正することができるため、検出位置誤差
の小さい、すなわち、精度のよい回転角度検出装置を得
ることができるという効果がある。

【０１６４】また、この発明は、１相の励磁巻線と２相
の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子と
を備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数
のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のテ
ィースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうち
の所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、
Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍと
する。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰
り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻
線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける
巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数の
パターンが繰り返されるように巻き回されている回転角
度検出装置であるので、このような構成とすることによ
り、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発
生する検出位置誤差を補正することができるため、検出
位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置
を得ることができるという効果がある。さらに、偏心に
対して誤差があまり増大しないという効果がある。

【０１６５】また、上記ｍをｍ＝０とした巻線仕様の場
合に、検出位置誤差が電気角でε［ｒａｄ］だけ発生す
る回転角度検出装置であって、上記誤差を補正するため
に、ｍ／２Ｎとεとをほぼ等しく、望ましくは、ｍ／２
Ｎ＝εとするので、このような構成とすることにより、
固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生す
る検出位置誤差を補正することができるため、検出位置
誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得
ることができるという効果がある。さらに、誤差低減の
ため意図的に発生させる誤差と工作誤差によって発生し
ている誤差の振幅がほぼ等しく、あるいは等しくできる
ため、より効果的に検出位置誤差を低減できるという効
果がある。

【０１６６】また、上記回転子の回転軸の中心を原点と
し、回転子外周の位置を表す角度をθとするとき、前記
角度θの位置における空隙長が１／｛Ａ＋Ｂｃｏｓ（Ｍ
θ）｝（ただし、Ａ、Ｂは正の定数でＡ＞Ｂ、Ｍは回転
角度検出装置の軸倍角）となる回転子を備えているの
で、このような回転子を具備することにより、空隙のパ
ーミアンス変化が正弦波状となり高精度な回転角度検出
装置を得ることができるという効果がある。

【０１６７】また、この発明は、上述した回転角度検出
装置のいずれかを備えた永久磁石型回転電機であるの
で、固定子内径の真円度の悪化やティースの位置ずれ等
の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正するこ
とにより、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回
転角度検出装置を永久磁石型回転電機の回転位置センサ
として用いることにより、位置決め精度が向上する効果
がある。また、検出位置誤差に起因するトルク脈動を低
減することができるため、滑らかなトルク波形を得るこ
とができるという効果がある。構造が複雑で高価な光学
式エンコーダなどを用いないので、構造が簡単で安価で
あり、かつ、耐環境性にすぐれた永久磁石型回転電機を
得ることができるという効果もある。

【０１６８】また、この発明は、固定子内径の真円度の
悪化やティースの位置ずれ等の工作誤差によって発生す
る検出位置誤差を補正することにより、検出位置誤差の
小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を用いた当
該永久磁石型回転電機を駆動源として用いる電動パワー
ステアリング装置であるので、このような永久磁石型回
転電機はトルク脈動が小さいため、滑らかなステアリン
グ感覚を得ることができるという効果がある。また、構
造が複雑で高価な光学式エンコーダなどを用いないの
で、構造が簡単で安価であり、かつ、耐環境性にすぐれ
た電動パワーステアリング装置を得ることができるとい
う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１における回転角度検出
装置の巻線仕様を示した構成図である。

【図２】 本発明の実施の形態１における回転角度検出
装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。

【図３】 従来例と本発明の実施の形態１との検出位置
誤差の比較をグラフにより示した説明図である。

【図４】 本発明の実施の形態２における回転角度検出
装置の巻線仕様を示した構成図である。

【図５】 本発明の実施の形態２における回転角度検出
装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。

【図６】 本発明の実施の形態２における回転角度検出
装置の巻線仕様の変形例を表形式で示した説明図であ
る。

【図７】 本発明の実施の形態２における２相の出力巻
線の電圧変化の直流成分α１、α２の組み合わせと意図
的に発生させる検出位置誤差βの位相の関係を表形式で
示した説明図である。

【図８】 従来例と本発明の実施の形態２との検出位置
誤差の比較をグラフにより示した説明図である。

【図９】 本発明の実施の形態３における回転角度検出
装置の巻線仕様を示した構成図である。

【図１０】 本発明の実施の形態３における回転角度検
出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。

【図１１】 従来例と本発明の実施の形態３との検出位
置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。

【図１２】 本発明の実施の形態４における回転角度検
出装置の巻線仕様を示した構成図である。

【図１３】 本発明の実施の形態４における回転角度検
出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。

【図１４】 従来例と本発明の実施の形態４との検出位
置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。

【図１５】 本発明の実施の形態５における回転角度検
出装置の巻線仕様を示した構成図である。

【図１６】 本発明の実施の形態５における回転角度検
出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。

【図１７】 本発明の実施の形態５における回転角度検
出装置の巻線仕様の変形例を表形式で示した説明図であ
る。

【図１８】 従来例と本発明の実施の形態５との検出位
置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。

【図１９】 従来例と本発明の実施の形態５の変形例と
の検出位置誤差の比較をグラフにより示した説明図であ
る。

【図２０】 本発明の実施の形態６における回転角度検
出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。

【図２１】 従来例と本発明の実施の形態６との検出位
置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。

【図２２】 本発明の実施の形態８における永久磁石型
回転電機の構成を示した概略構成図である。

【図２３】 本発明の実施の形態９における電動パワー
ステアリングの構成を示した概略構成図である。

【図２４】 従来の回転角度検出装置の巻線仕様を示し
た構成図である。

【図２５】 従来の回転角度検出装置の巻線仕様を表形
式で示した説明図である。

【図２６】 固定子巻線内径が四角形状に変形して真円
から２０μｍずれた場合の検出位置誤差の変化をグラフ
により示した説明図である。

【図２７】 ２相の出力巻線の電圧の変化（軸倍角２の
場合）をグラフにより示した説明図である。

【図２８】 空間２次の磁束がどのように出力巻線に鎖
交するかを示した説明図である。

【図２９】 空間６次の磁束がどのように出力巻線に鎖
交するかを示した説明図である。

【図３０】 空間４次の磁束がどのように出力巻線に鎖
交するかを示した説明図である。

【図３１】 固定子巻線内径が楕円形状に変形して真円
から５０μｍずれた場合の検出位置誤差の変化をグラフ
により示した説明図である。

【符号の説明】

１１，１０１ ティース、１２，１０２ 固定子、１
３，１０３ 回転子、２１，１００−１ 出力巻線
（１）、２２，１００−２ 出力巻線（２）、１４ａ，
１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，３４ａ，３
４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５４
ａ，５４ｂ，１０４ 出力巻線、１５，１０５回転軸、
１６ 励磁巻線、１０４−１，１０４−３，１０４−
５，１０４−７出力巻線、１０６ 空間２次の磁束、１
０７ 空間６次の磁束、１０８ 空間４次の磁束、１４
０ 永久磁石型回転電機、１４１ 固定子、１４２ 電
機子鉄心、１４３ 電機子巻線、１４４ 回転子、１４
５ 回転子鉄心、１４６ 永久磁石、１４７ シャフ
ト、１４８ 軸受け、１５１ ステアリングホイール、
１５２ コラムシャフト、１５３ ウォームギヤ、１５
４ ハンドルジョイント、１５５ ステアリングギヤ、
１５６ ラック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿久津 悟 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F077 AA47 CC02 PP26 UU07 3D033 CA03 CA29

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設
   けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度
   検出装置であって、 上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻
   線は上記複数のティースに巻き回されており、 上記複数のティースが、 上記出力巻線の巻数がＮであるティースと、 上記出力巻線の巻数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞
   ｍとする。）であるティース及び巻数がｍであるティー
   スの少なくともいずれか一方とを含んでいることを特徴
   とする回転角度検出装置。
2. 【請求項２】 １相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設
   けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度
   検出装置であって、 上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻
   線は上記複数のティースに巻き回されており、 上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各
   ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍ
   は正の整数でＮ＞ｍとする。）となるか、あるいは、こ
   の巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、か
   つ、 上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各
   ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あ
   るいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回
   されていることを特徴とする回転角度検出装置。
3. 【請求項３】 １相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設
   けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度
   検出装置であって、 上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻
   線は上記複数のティースに巻き回されており、 上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各
   ティースにおける巻数が、Ｎ、０、Ｎ±ｍ₁、０（Ｎ，
   ｍ₁は正の整数でＮ＞ｍ₁とする。）となるか、あるい
   は、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回さ
   れ、かつ、 上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各
   ティースにおける巻数が、０、Ｎ±ｍ₂、０、Ｎ（Ｎ，
   ｍ₂は正の整数でＮ＞ｍ₂とする。）となるか、あるい
   は、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回さ
   れていることを特徴とする回転角度検出装置。
4. 【請求項４】 １相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設
   けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度
   検出装置であって、 上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻
   線は上記複数のティースに巻き回されており、 上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線にお
   いて、当該出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±
   ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとす
   る。）となるパターンが少なくとも１つ含まれ、かつ、 上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各
   ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あ
   るいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回
   されていることを特徴とする回転角度検出装置。
5. 【請求項５】 １相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設
   けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度
   検出装置であって、 上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻
   線は上記複数のティースに巻き回されており、 上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各
   ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０
   （Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるか、ある
   いは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回
   され、かつ、 上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各
   ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あ
   るいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回
   されていることを特徴とする回転角度検出装置。
6. 【請求項６】 上記ｍをｍ＝０とした巻線仕様の場合
   に、検出位置誤差が電気角でε［ｒａｄ］だけ発生する
   回転角度検出装置であって、 上記誤差を補正するために、ｍ／２Ｎとεとをほぼ等し
   く、望ましくは、ｍ／２Ｎ＝εとすることを特徴とする
   請求項５に記載の回転角度検出装置。
7. 【請求項７】 上記回転子の回転軸の中心を原点とし、
   回転子外周の位置を表す角度をθとするとき、前記角度
   θの位置における空隙長が １／｛Ａ＋Ｂｃｏｓ（Ｍθ）｝ （ただし、Ａ、Ｂは正の定数でＡ＞Ｂ、Ｍは回転角度検
   出装置の軸倍角）となる回転子を備えていることを特徴
   とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転角度検
   出装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の回
   転角度検出装置を備えていることを特徴とする永久磁石
   型回転電機。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の永久磁石型回転電機を
   駆動源として用いることを特徴とする電動パワーステア
   リング装置。