JP2007192640A - 磁気レゾルバ - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度の検出分解能及び検出精度を効率的に高めることができる磁気レゾルバの提供を目的とする。
【解決手段】本発明による磁気レゾルバ１０は、円環プレート上に設けられる複数の円柱状のコア２２と、前記円柱状のコアまわりに設けられるコイル３４と、前記円環プレートの中心を回転軸として前記円柱状コアの上面に平行な面内で回転し、波形の外形輪郭線を持つ円環状のロータ４０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータの回転角を検出する磁気レゾルバに関する。

従来から、回転可能なロ―タコアと、ロ―タコアを上下から挟み込む２枚のステ―タ板からなり、凸型形状をした突極が円周方向に沿って配列されたステ―タコアと、ステ―タコアの各突極に巻かれるフィルム状コイルと、を備え、コイルのインダクタンスが前記ロ―タコアの回転角度に応じて変わることを利用してロ―タコアの回転角度を検出する磁気レゾルバが知られている（例えば、特許文献１参照）。
実開平５−３９２１号公報

ところで、この種のＶＲ型（可変リラクタンス）レゾルバでは、ロータ回転に伴う磁束抵抗の変化幅が大きく、且つ、ロータ回転に伴う磁束抵抗の変化態様が滑らかで安定的であることが、回転角度の検出分解能及び検出精度を効率的に高める上で重要な要素となる。このロータ回転に伴う磁束抵抗の変化態様は、主に、ロ―タコアの構成やステ―タコアの突起状コアの構成（相対的な関係を含む）に依存する。

この点、上記の特許文献１には、ロ―タコアの外形輪郭形状に関する具体的な構成が開示されているものの、突極の形状、突極の形状とロ―タコアの外形輪郭形状との関係や、突極とロ―タコア該周縁部の位置関係の具体的な構成が開示されておらず、回転角度の検出分解能及び検出精度を効率的に高める上で不十分な側面がある。

そこで、本発明は、回転角度の検出分解能及び検出精度を効率的に高めることができる磁気レゾルバの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る磁気レゾルバは、円環プレート上に設けられる複数の円柱状のコアと、
前記円柱状のコアまわりに設けられるコイルと、
前記円環プレートの中心を回転軸として前記円柱状コアの上面に平行な面内で回転し、波形の外形輪郭線を持つ円環状のロータと、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る磁気レゾルバにおいて、
前記ロータの径方向の幅は、ロータの回転角を変数とし軸倍角により周期が定まる正弦波関数に従って、変化することを特徴とする。これにより、円柱状コアの上面（円形面）に対して、適切な態様でロータの径方向の幅を変化させることができる。

第３の発明は、第１又は２の発明に係る磁気レゾルバにおいて、
前記ロータにおける径方向の幅が変化する輪郭変化領域の位置は、前記円環プレートにおける円柱状コアの位置と径方向で対応することを特徴とする。これにより、ロータ回転に伴う磁束抵抗の変化幅を最大限に大きくすることができる。

第４の発明は、第１〜３の何れかの発明に係る磁気レゾルバにおいて、
前記正弦波関数の振幅は、円柱状コアの円柱の径ｒに応じて決定されることを特徴とする。これにより、円柱状コアの形状に適合した変化態様でロータの径方向の幅を変化させることができる。

第５の発明は、第１〜４の何れかの発明に係る磁気レゾルバにおいて、
前記正弦波関数の振幅は、円柱状コアの円柱の径ｒに略一致し、
前記ロータにおける径方向の幅が変化する輪郭変化領域の径方向の中心位置は、前記円環プレートにおける前記円柱状コアの円柱中心位置に対して径方向外側にオフセットされることを特徴とする。これにより、ロータの最小外径の部分がコアの周縁に最も近接する回転位置において、ロータの最小外径の部分とコアの周縁との間にギャップが形成されるので、組み付け誤差等に起因した当該回転位置周辺でのコイル出力波形の乱れを防止することができる。

第６の発明は、第５の発明に係る磁気レゾルバにおいて、
オフセット量は、径方向で０．３〜１．２ｍｍの範囲内であることを特徴とする。これにより、適切な大きさのギャップが径方向に設定されるので、ロータ回転に伴う磁束抵抗の変化幅を略最大限に維持しつつ、ロータの最小外径の部分がコアの周縁に最も近接する回転位置でのコイル出力波形の乱れを防止することができる。

第７の発明は、第１〜４の何れかの発明に係る磁気レゾルバにおいて、
前記ロータにおける径方向の幅が変化する輪郭変化領域の径方向の中心位置は、前記円環プレートにおける前記円柱状コアの円柱中心位置と径方向で一致し、
前記正弦波関数の振幅は、前記円柱状コアの円柱の径ｒの０．８〜０．９倍の範囲内であることを特徴とする。これにより、ロータの最小外径の部分がコアの周縁に最も近接する回転位置や、ロータの最大外径の部分がコアの周縁に最も近接する回転位置において、組み付け誤差等に起因して、当該回転位置周辺でコイル出力波形に乱れが生じてしまうことを確実に防止することができる。

本発明によれば、回転角度の検出分解能及び検出精度を効率的に高めることができる磁気レゾルバが得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による磁気レゾルバの一実施例を示す分解斜視図である。尚、本明細書において、「上方」とは、磁気レゾルバの設置状態での鉛直方向上方を指すのではなく、磁気レゾルバの設置状態の如何に拘らず、ロータ回転軸に沿って、ステータ部に対してロータ部が存在する側を指す。

本実施例の磁気レゾルバ１０は、ＶＲ型（可変リラクタンス）レゾルバであり、図１に示すように、コア部が形成されるベースプレート２０と、コイル部が形成される基板３０（以下、「コイル基板３０」という）と、ロータ部を構成するロータ板４０とを備える。ベースプレート２０、コイル基板３０及びロータ板４０は共に、図１に示すように、磁気レゾルバ１０の薄型化を実現すべく、厚みの小さい板状に形成される。また、ベースプレート２０、コイル基板３０及びロータ板４０は共に、略同一の外形(略同一の最大外径)を有する。

ベースプレート２０は、鉄系の磁性材料からなり、円環状の形状を有する。ベースプレート２０は、典型的には、電磁鋼板（例えば珪素鉄）の積層体からなる。ベースプレート２０の円環形状は、ロータ部の回転軸４２に対して中心が合わせされる。

ベースプレート２０には、突起状のコア２２が形成される。コア２２は、ベースプレート２０と同様、鉄系の磁性材料（例えば珪素鉄）からなり、例えば機械加工やエッチング等によりベースプレート２０と一体的に形成されてよいし、別体で構成した円柱状の積層体をベースプレート２０上に載置してもよい。

各コア２２は、すべて同一形状であり、本例では、半径ｒの円形状の突起（即ち円柱突起）である。各コア２２は、円環状のベースプレート２０に円周方向に沿って規則的に配置される。即ち、各コア２２の中心（円形の中心）は、ロータ部の回転軸４２を中心として同一径の円周上に、一定角度ずつ離間した角度位置に設定される。図示の例では、コア２２は、３６度間隔で１０個(１０極)形成されている。

コイル基板３０は、円環状の絶縁基板からなり、その表面（上方側の表面）には、各コア２２が挿通される貫通孔３２が形成される。各貫通孔３２は、コア２２の形状に対応する円形形状であり、具体的にはコア２２の半径と同一又はそれよりも僅かに大きい半径の円形である。各貫通孔３２は、円環状のコイル基板３０に円周方向に沿って規則的に配置される。即ち、各貫通孔３２の中心（円形の中心）は、ロータ部の回転軸４２を中心として同一径の円周上に、一定角度ずつ離間した角度位置に設定される。図示の例では、貫通孔３２は、各コア２２に対応して、３６度間隔で１０個個(１０極)形成されている。

各貫通孔３２の周りには、渦巻状のコイルパターン３４がプリントされる。コイルパターン３４は、絶縁基板に例えば銅のような電導性材料をプリントすることにより形成される。コイルパターン３４は、互いに直列に接続される。このコイルパターン３４同士の接続についても、絶縁基板上に接続線（導体膜）をプリントすることにより実現されてよい。この場合、コイルパターン３４同士の接続ためのプリントは、コイルパターン３４のプリント工程の際に並行的に実行されてよく、これにより、コイル基板３０における各コイルパターン３４の形成とそれらの電気的な接続を効率的に実現することができる。

コイル基板３０の各貫通孔３２には、ベースプレート２０の上にコイル基板３０が積層された際に、各突起状のコア２２が挿通されることになる。これにより、一の貫通孔３２まわりには、対応する一のコイルパターン３４と、対応する一のコア２２とにより、一の極のコイル部が形成される。

コイル基板３０は、好ましくは、コイルパターン３４をプリントした絶縁基板を複数枚積層（貼り合わせ）して形成される。この場合、各層のコイルパターン３４は、同一極同士がスルーホールにより電気的に直列に接続される。これにより、円環状のコイル基板３０の径方向の幅を必要以上に大きくすること無く、各極に必要なコイル巻き数を効率的に得ることができる。

コイル基板３０には、コネクタ接続部３６が設けられる。コネクタ接続部３６は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート:Polybutylene terephthalate）からなる本体部３６ａと、例えば黄銅からなるコネクタ端子３６ｂを備える。コネクタ接続部３６は、例えばＰＢＴと黄銅のインサート射出成形により製造される。図示の例では、コイル基板３０を構成する絶縁基板に径方向外側に突出する凸部が形成され、当該凸部にコネクタ接続部３６の本体部３６ａが接合される。コイル基板３０上の直列で接続されたコイルパターン３４は、コネクタ接続部３６に接続される相手コネクタ(図示せず)を介して、後述の如く図示しない交流電源や信号処理装置(コイル部からの出力電圧の処理回路)に接続される。

コイル基板３０は、好ましくは、相毎（本例では１相入力/２相出力）に別々に設定される。図示の例は、励磁相として機能するコイル基板３０（以下、「励磁用コイル基板３０ａ」ともいう）と、ｃｏｓ相の出力コイルとして機能するコイル基板３０（以下、「ｃｏｓ相用コイル基板３０ｂ」ともいう）と、ｓｉｎ相の出力コイルとして機能するコイル基板３０（以下、「ｓｉｎ相用コイル基板３０ｃ」ともいう）とが、それぞれ別々のコイル基板として設定される。このように相毎に別々にコイル基板３０を形成することで、各相のコイルパターン３４の構成の変更(巻き線数や巻き方向等の調整や変更)を、他の相のコイル基板３０の変更を伴うことなく行うことができ、汎用性も向上する。また、相の追加・変更にも機動的に対応可能となる。また、同様の観点から、調整用のコイルパターン３４を形成したコイル基板３０を追加して、各相の全体としてのコイル特性を変更・調整することも容易である。

尚、本例では、励磁用コイル基板３０ａは、コイルパターン３４をプリントした絶縁基板２層で積層してなり、ｓｉｎ相用コイル基板３０ｃ及びｃｏｓ相用コイル基板３０ｂは、それぞれ、コイルパターン３４をプリントした絶縁基板を６層で積層してなる。尚、各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおける各極のコイルパターン３４（巻き数及び巻き方向）は、所望のｓｉｎ相出力及びｃｏｓ相出力が後述の如くロータ板４０の回転に伴って（それによるコア２２とロータ板４０との遮蔽面積の変化に伴って）誘導されるように決定される。

このようにして相毎に別々に形成された各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、互いに分離した状態でベースプレート２０上に積層して組み付けられてもよいし、互いに貼り合わせして一体にしてからベースプレート２０上に積層して組み付けられてもよい。この際、各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、各極の貫通孔３２に、対応する極のコア２２に挿通される。なお、図示の例では、ベースプレート２０上に、励磁用コイル基板３０ａ、ｃｏｓ相用コイル基板３０ｂ、ｓｉｎ相用コイル基板３０ｃの順に積層しているが、各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃの積層順については任意である。

各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、それぞれのコネクタ接続部３６を有してもよいし、図示のように、各コイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃのうちの１つがコネクタ接続部３６を有してもよい。後者の場合、コネクタ接続部３６を有するコイル基板３０上に、他のコイル基板３０上に形成されたコイルパターン３４をスルーホールを介してコネクタ接続部３６まで引き出せばよい。この場合、各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、互いに貼り合わせしてスルーホールを介した接続を行い、その後ベースプレート２０上に積層することで組み付けられる。このように各コイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃを予め一体化して組み付ける場合には、生産効率や組み付け精度が更に向上する。

上述の如くベースプレート２０上に積層された最も上層のコイル基板３０(本例ではｓｉｎ相用コイル基板３０ｃ)の上側には、カバー７０が積層される。カバー７０は、例えばＰＢＴのような樹脂材料を射出成形して製造される。コイル基板３０に対応した円環形状を有する。カバー７０には、コイル基板３０と同様、各コア２２が挿通される貫通孔７４が形成される。各貫通孔７４は、コア２２の形状に対応する円形形状であり、具体的にはコア２２の半径と同一又はそれよりも僅かに大きい半径の円形である。各貫通孔７４は、円環状のカバー７０に円周方向に沿って規則的に配置される。カバー７０の外縁には、保持爪７２が形成される。保持爪７２は、ベースプレート２０の外縁部に先端部が係止される(引っ掛かる)ように構成されている。

ロータ板４０は、鉄系の磁性材料からなり、円環状の形状を有する。ロータ板４０は、典型的には、電磁鋼板（例えば珪素鉄）の積層体からなる。ロータ板４０の外形輪郭線は、一定の径ではなく、周期的に変化する径により画成される(外形輪郭線の詳細については後述する)。径の変化周期を定めるＮ(Ｎは軸倍角)は、必要な分解能に応じて適宜決定されてよい。

ロータ板４０は、回転軸４２に回転不能に装着される。回転軸４２は、磁気レゾルバ１０によりその回転角度が検出される対象となる軸であり、例えばモータの出力軸であってよい。ロータ板４０の中心孔４４の周縁には、位置決め用の凸部４４ａが形成され、回転軸４２の外周面には、凸部４４ａに対応する溝４２ａが軸方向に沿って形成される。ロータ板４０には、凸部４４ａが溝４２ａに嵌合される角度関係で、回転軸４２が挿通される。これにより、ロータ板４０は、回転軸４２に回転不能に保持される。尚、回転軸４２に対するロータ板４０の回転不能な装着態様は任意である。また、回転軸４２に対するロータ板４０の軸方向に沿った移動を規制する手段が設定されてもよい。

図２は、組み付け状態(但し、ロータ板４０は存在しない状態)の磁気レゾルバ１０を示す斜視図である。図２に示すように、上述の如くベースプレート２０上に積層された各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、カバー７０の保持爪７２によりベースプレート２０に対して保持される。これにより、ベースプレート２０と各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃとが一体となった組立体が形成される。この組立体において、各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、各極のコア２２と、各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃ上の各極のコイルパターン３４とにより、各相において各極のコイル部がそれぞれ形成される。また、各極のコア２２の先端部（上面）は、コイル基板３０の各貫通孔３２及びカバー７０の各貫通孔７４を介して、カバー７０から露出した状態となる。尚、各極のコア２２の上面は、カバー７０の上面と略同一の高さであってよい。

このように、本実施例では、一方向（上方から）のみからの積層による組み付けにより、かかる組立体が形成されるので、製造が非常に容易である。また、各極のコア２２が、対応する極の各貫通孔３２と協働して、位置決め機能を果たすので、簡易な組み付けにより、組み付け後の調整なしで精度の高い組み付けを実現することができる。また、コイルパターン３４がプリントされたコイル基板３０を積層することで、コアに巻かれた巻き線と同様のコイル部が実現されるので、巻き線をコアに巻く作業も不要となる。また、各ベースプレート２０、各相のコイル基板３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及びカバー７０を板状に積層することで、厚みの少ない組立体を得ることができる。

尚、使用時には、この円環形状の組立体には、その中心孔に、ロータ板４０が装着された回転軸４２が挿通されることになる。このとき、ロータ板４０は、コア２２の上面に対して平行に且つ上方から距離を置いて対向する。この状態が磁気レゾルバ１０の使用可能な状態(即ち角度検出可能な状態)である。

図３は、上述の如く形成される本実施例の磁気レゾルバ１０の等価回路を示す。

励磁用コイル基板３０ａ上に上述の如く形成される励磁用コイル（励磁用コイル基板３０ａ上で直列に接続された各コイルパターン３４の全体を指す）の一端は、コネクタ８０を介してグランドに接続され、他端は、コネクタ８０を介して、交流電源に接続される。動作時、交流電源は、例えば４Ｖの交流の入力電圧を、励磁用コイル基板３０ａ上に形成される励磁用コイルの両端に印加する。

ｓｉｎ相用コイル基板３０ｃ上に上述の如く形成されるｓｉｎ相コイル（ｓｉｎ相用コイル基板３０ｃ上で直列に接続された各コイルパターン３４の全体を指す）の一端は、コネクタ８０を介してグランドに接続され、他端は、コネクタ８０を介して図示しない信号処理装置に接続される。これにより、上述の信号処理装置には、ｓｉｎ相の出力電圧（誘起電圧）が入力される。本例では、１０極の各極に発生する電圧の和がｓｉｎ相の出力電圧として入力される。

同様に、ｃｏｓ相用コイル基板３０ｂ上に上述の如く形成されるｃｏｓ相コイル（ｃｏｓ相用コイル基板３０ｂ上で直列に接続された各コイルパターン３４の全体を指す）の一端は、コネクタ８０を介してグランドに接続され、他端は、コネクタ８０を介して図示しない信号処理装置に接続される。これにより、上述の信号処理装置には、ｃｏｓ相の出力電圧（誘起電圧）が入力される。本例では、１０極の各極に発生する電圧の和がｃｏｓ相の出力電圧として入力される。

信号処理装置は、ｓｉｎ相の出力電圧とｃｏｓ相の出力電圧とに基づいて、次式を用いて、ロータ板４０の回転角θ（回転軸４２の回転角度θ）を検出する。
θ＝１／Ｎ・ｔａｎ−１（Ｅ_{ＣＯＳ−ＧＮＤ}／Ｅ_{ＳＩＮ−ＧＮＤ}）
ここで、Ｅ_{ＣＯＳ−ＧＮＤ}は、ｃｏｓ相の出力電圧を表し、Ｅ_{ＳＩＮ−ＧＮＤ}は、ｓｉｎ相の出力電圧を表す。

図４は、本実施例の磁気レゾルバ１０における磁束形成状態を概念的に示す図である。図４には、３つの極における磁束形成状態が部分的に示されている。交流電源から励磁用コイルに励磁電圧が入力されると、図４に示すように、隣接する２つの円柱状のコア２２を１組として、各組のコア２２間に閉磁路が形成される。具体的には、各組において、一方のコア２２を通り、当該コア２２の上面と重なるロータ板４０の領域(遮蔽領域)から、他方のコア２２の上面と重なるロータ板４０の領域(遮蔽領域)まで、ロータ板４０内を通り、他方のコア２２を通り、当該２つのコア２２間のベースプレート２０内の領域を通り、一方のコア２２に帰還する閉磁路が形成される。本実施例では、ベースプレート２０は、上述の如く磁性材料により形成されているので、ベースプレートを絶縁材料等のような非磁性材料により形成した場合に比べて、磁気抵抗の小さい磁路を形成することができる。これにより、入力電圧に対する出力電圧の比（変圧比）が高くなるので、回転角度の検出分解能を高めることが可能となる。

図５は、本実施例の磁気レゾルバ１０における磁気抵抗の変化原理を概念的に示す図である。図５には、１つの極における磁束形成状態が部分的に示されている。図５（Ａ）は、ロータ板４０の外周部とコア２２の上面との遮蔽幅Ａ(又は遮蔽面積)が小さいときの磁束形成状態を示し、図５（Ｂ）は、同遮蔽幅Ａが大きいときの磁束形成状態を示す。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、ロータ板４０の外周部とコア２２の上面との遮蔽幅Ａが変化すると、コア２２を通る磁束が遮へいされる幅が変化するので、それに伴って、磁束抵抗が変化して、当該コア２２まわりのコイル部に誘起される電流（出力電圧）が変化する。この遮蔽幅Ａは、回転軸４２の回転に伴うロータ板４０の外径の変化に依存して変化する。本実施例の磁気レゾルバ１０では、ロータ回転に伴う磁束抵抗の変化を利用してロータ板４０の回転角度（回転軸４２の回転角度）を検出する。

ところで、この種のＶＲ型（可変リラクタンス）レゾルバでは、ロータ回転に伴う磁束抵抗の変化幅が大きく、且つ、ロータ回転に伴う磁束抵抗の変化態様が滑らかで安定的であることが、回転角度の検出分解能及び検出精度を効率的に高める上で重要な要素となる。

以下では、回転角度の検出分解能及び回転角度の検出精度を効率的に高めることが可能な構成について、幾つかの実施例に分けて説明する。

図６は、ロータ板４０の平面図である。図６には、外形輪郭線の形状変化周期(３６０／Ｎ°)半分の角度（１８０／Ｎ°）回転したときのロータ板４０の状態を、破線にて示している。

ここで、実施例１によるロータ板４０の外形輪郭線（外形線）を表す関数Ｙについて説明する。先ず、ロータ板４０（回転軸４２）の回転中心を通って径方向に延びる任意の基準軸を想定する。ここでは、基準軸は、図６の一点鎖線とする。尚、図６には、ロータ板４０の最大外径の部位が基準軸上に来るときのロータ板４０の状態が実線で示され、最小外径の部位が基準軸上に来るときのロータ板４０の状態が破線で示されている。ロータ板４０の軸倍角をＮとすると、基準軸上においては、ロータ板４０の最大外径と最小外径とは、ロータ板４０の回転角度が１８０／Ｎ°変化する毎に周期的に現れる。

関数Ｙは、図６に示すように、基準軸上のロータ最小外径の位置を原点に設定したとき、回転角θにおけるロータ板４０の外形輪郭線の基準軸上の位置として表される。即ち、Ｙは、前記基準軸上における、回転角θのときのロータ板４０の外径と、ロータ最小外径との寸法差、即ち基準軸上におけるロータ板４０の外形輪郭線の位置の変化態様を表す。

実施例１では、関数Ｙは、Ｙ＝ａ［ｓｉｎＮ｛θ―（９０°／Ｎ）｝＋１］で表される。ここで、Ｎは軸倍角であり、ａは振幅を表す。振幅ａは、好ましくは、コア２２の半径ｒと等しい。この場合、この式から明らかなように、基準軸上のロータ板４０の外形輪郭線の位置は、回転角θの変化に伴って振幅ｒのサインカーブで変化する。即ち、ロータ板４０の外形輪郭線の径方向の変化幅２ｒは、コア２２の直径２ｒに一致する。尚、本例では、ｒ＝４[ｍｍ]、Ｎ＝７の７Ｘレゾルバであるので、
Ｙ＝４［ｓｉｎ７｛θ―（９０°／７）｝＋１］で表される。

以下、説明の都合上、ａが半径ｒと等しい好ましい実施例について説明する。また、ロータ板４０における最大外径と最小外径との間の領域（径方向の幅が２ｒの領域）を、「輪郭変化領域」と称し、（最小外径＋ｒ）を径とする円を、「輪郭変化領域の中心円」と称する。

本実施例では、ロータ板４０とコア２２との関係は、ロータ板４０の外周部の輪郭変化領域がコア２２に上方から対向し、上面視でコア２２の上面に輪郭変化領域が重なるように設定される。この際、輪郭変化領域の中心円は、各極のコア２２の中心を通る円（以下、「コア中心ピッチ円」という）と略一致するような関係に設定される。以下、上面視でコア２２の上面の円形領域(コア投影円)に重なる輪郭変化領域内の領域を、「遮蔽領域」という。

かかるロータ板４０とコア２２との関係によれば、上述のロータ板４０の外形輪郭線の特徴に起因して、ロータ板４０の回転時、遮蔽領域の径方向の幅(以下、「遮蔽幅」という)が、略２ｒの振幅で変化する（尚、上面視で輪郭変化領域の中心円がコア中心ピッチ円と完全に一致する場合には、遮蔽幅は２ｒの振幅で変化する）。この遮蔽幅は、遮蔽領域の面積(以下、「遮蔽面積」という)の大きさを決定する。即ち、ロータ板４０の回転時における遮蔽幅の振幅(変化幅)が大きいほど遮蔽面積の振幅(変化幅)が大きくなる。

図７は、ロータ板４０の回転時における遮蔽面積の変化態様を示し、図８は、ロータ板４０の回転時におけるｓｉｎ相コイル及びｃｏｓ相コイルの各出力電圧の波形を示す。

尚、本例では、軸倍角Ｎは７であり、従って、ロータ板４０の回転時における遮蔽面積は、周期２π／７（ｒａｄ）のサインカーブを描く。同様に、ｓｉｎ相コイル及びｃｏｓ相コイルの各出力電圧は、ロータ板４０の回転角θの変化に伴って、互いに位相がπ／２ずれた周期２π／７（ｒａｄ）のサインカーブを描く。

遮蔽面積の変化は、図５に関連して説明したように、磁束抵抗の変化を引き起こすので、ロータ板４０の回転時における遮蔽面積の変化幅が大きいほど、ロータ板４０の回転時における磁束抵抗の変化幅が大きくなり、それに伴って、ロータ板４０の回転時における各相のコイル（ｓｉｎ相コイル及びｃｏｓ相コイル）の出力電圧の変化幅(サインカーブの振幅)が大きくなる。

本実施例では、輪郭変化領域の中心円とコア中心ピッチ円とが略一致するような関係に設定しているので、遮蔽幅は、上述の如くコア２２の直径２ｒに対応した略２ｒの振幅で変化する。従って、本実施例では、角度検出に必要なコイル出力電圧の変化を、当該コア２２の径における最大の変化量で得ることができる。これにより、回転角度の検出分解能を高めることが可能となり、検出精度が向上する。これに対して、仮に、ロータ板４０の外形輪郭線の径方向の変化幅が２ｒよりも有意に大きい場合には、回転角度の変化に対する遮蔽面積の変化率が小さくなるので（例えばロータ板４０による磁束の遮蔽度合いが変化しない角度範囲が生ずるので）、回転角度の検出分解能や回転角度の検出精度を高めることが困難となる。

図９は、より好ましいロータ板４０とコア２２との関係を示す図であり、ある１つの極のコア２２に着目した部分図である(図９の説明では、当該１つのコア２２のみに着目した説明を行う。)。図９（Ａ）は、コア２２の上面が輪郭変化領域に最大限覆われるときの状態を示し、図９（Ｂ）は、ロータ板４０が図９（Ａ）の回転位置に対して１８０／Ｎ°だけ回転したときの状態を示す。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、コア中心ピッチ円が実線により示され、ロータ板４０の最大外径と最小外径(ロータ回転時の軌跡）が点線にて示されている。

図９に示す例では、輪郭変化領域の中心円がコア中心ピッチ円に完全に一致せず、輪郭変化領域の中心円の径が、コア中心ピッチ円の径よりも僅かに小さい。従って、この分だけ、ロータ板４０の最小外径よりもコア中心ピッチ円の径が大きくなる。このため、図９（Ｂ）に示すように、ロータ板４０の最小外径の部分がコア２２の中心に対応する角度位置に来ると、上面視でコア２２とロータ板４０との間にギャップ(隙間)が生まれる。即ち、図９（Ｂ）に示す回転位置では、ロータ板４０の外形輪郭線は、上面視でコア２２の上面の円形（投影円）に交わることは無く、コア２２の投影円の周縁に対して離間している。ギャップの大きさは、コア２２の構成（例えば径ｒ）等に依存するが、好ましくは、径方向で０．３〜１．２ｍｍの範囲内である。

図９（Ｂ）に示す回転位置では、ギャップが存在するので、ロータ板４０がコア２２の周縁の磁束を遮蔽することが無く、当該回転位置での磁束抵抗を最大化することができる。また、かかるギャップを設定することで、回転軸４２やロータ板４０の加工・組み付け精度誤差の影響により、当該回転位置でロータ板４０がコア２２の周縁に遮断してしまうことが防止され、個体差に影響を受け難いロバストな出力波形を得ることができる。このように、ロータ板４０の最小外径の部分がコア２２の周縁に最も近接する位置において、図９（Ｂ）に示すようにギャップを設定することで、コイル出力電圧の変化幅を最大限に維持しつつ、各種加工・組み付け精度誤差の影響を受けない安定したコイル出力電圧の波形を得ることができる。これにより、乱れの少ない滑らかなコイル出力電圧の波形を安定して得られ、角度検出精度が大きく向上する。尚、このギャップは、特に本例の７のように軸倍角が１より大きく、ロータ板４０の輪郭形状の変化が大きいときに特に有用である。

図１０は、図８におけるコイル出力電圧の波形の頂上付近の領域Ｘを拡大した図であり、図１０（Ａ）は、上述の如くロータ板４０の外形輪郭線をＹ＝ｒ［ｓｉｎＸ｛θ―（９０°／Ｘ）｝＋１］で表される曲線から構成した場合の出力波形を示し、図１０（Ｂ）は、ロータ板４０の外形輪郭線をＹ＝ａ［ｓｉｎＸ｛θ―（９０°／Ｘ）｝＋１］（但し、ａ＞ｒ）で表される曲線から構成した場合の出力波形を示す。

ロータ板４０の外形輪郭線をＹ＝ｒ［ｓｉｎＸ｛θ―（９０°／Ｘ）｝＋１］で表される曲線から構成し、且つ、上述の如くギャップを設けた場合、図１０（Ａ）に示すように、コイル出力電圧の波形の頂上付近で乱れが少なく、滑らかなコイル出力電圧の波形が安定して得られることが分かる。

これに対して、ロータ板４０の外形輪郭線をＹ＝ａ［ｓｉｎＸ｛θ―（９０°／Ｘ）｝＋１］（但し、ａ＞ｒ）で表される曲線から構成した場合、外形輪郭線をＹ＝ｒ［ｓｉｎＸ｛θ―（９０°／Ｘ）｝＋１］で表される曲線から構成した場合に比べて、コイル出力電圧の変化幅は同等に留まる一方で、コイル出力電圧の波形の頂上付近で乱れが生じてしまうことが分かる。即ち、ロータ板４０の最大外径の部分がコア２２の中心に対応する角度位置付近に来た際に、コイル出力電圧の波形に乱れが生じる。

このように、ロータ板４０の外形輪郭線を画成する関数Ｙについて、コア２２の半径ｒと振幅を同一にし、且つ、ギャップを設定した場合には、コイル出力電圧の波形の頂上付近で乱れが少ない滑らかなコイル出力波形が得られる。

実施例２は、上述の実施例１に対して、ロータ板４０の外形輪郭線の細部等が異なる。以下、上述の実施例１と異なる実施例２特有の構成について重点的に説明し、各種用語については、新たに定義しない限り、上述の実施例１での定義に従って用いられるものとする。

実施例２では、関数Ｙは、Ｙ＝Ａ・ｒ［ｓｉｎＮ｛θ―（９０°／Ｎ）｝＋１］で表される。ここで、Ａは係数であり、好ましくは後述のように０．８〜０．９の範囲で設定される。この式から明らかなように、基準軸上のロータ板４０の外形輪郭線の位置は、回転角θの変化に伴って、コア２２の半径ｒより僅かに小さい振幅Ａ・ｒのサインカーブで変化する。即ち、ロータ板４０の外形輪郭線の径方向の変化幅２Ａ・ｒは、コア２２の直径２ｒより小さく設定される。尚、本例では、ｒ＝４[ｍｍ]、Ｎ＝７の７Ｘレゾルバであるので、
Ｙ＝４Ａ［ｓｉｎ７｛θ―（９０°／７）｝＋１］で表される。

以下、説明の都合上、ロータ板４０における最大外径と最小外径との間の領域（径方向の幅が２Ａ・ｒの領域）を、「輪郭変化領域」と称し、（最小外径＋Ａ・ｒ）を径とする円を、「輪郭変化領域の中心円」と称する。実施例２では、輪郭変化領域の中心円は、コア中心ピッチ円と略一致するような関係に設定される。

図１１は、実施例２によるロータ板４０とコア２２との関係を示す図であり、ある１つの極のコア２２に着目した部分図である(図１１の説明では、当該１つのコア２２のみに着目した説明を行う。)。図１１は、コア２２の上面が輪郭変化領域に最大限覆われるときの状態を示す。

図１１に示す例では、輪郭変化領域の中心円がコア中心ピッチ円に完全に一致している。従って、ロータ板４０の最大外径の部分がコア２２の中心に対応する角度位置に来たときは、図１１に示すように、上面視で、コア２２の周縁の方がロータ板４０の最大外径の部分よりもｒ・（１−Ａ）だけ径方向外側に位置する。同様に、ロータ板４０の最小外径の部分がコア２２の中心に対応する角度位置に来たときは、図示しないが、上面視で、コア２２の周縁の方がロータ板４０の最小外径の部分よりもｒ・（１−Ａ）だけ径方向内側に位置する。

このように本実施例２によれば、径方向に長さｒ・（１−Ａ）の余裕代を設定することで、その分だけコイル出力電圧の変化幅が小さくなるものの、ロータ板４０の最大外径の部分及び最小外径の部分がコア２２の周縁部にかかるときのコイル出力波形の乱れ（図１０（Ｂ）参照）を、確実に防止することができる。また、径方向内側及び外側の双方に同様の余裕代を設定することで、回転軸４２やロータ板４０の加工・組み付け精度誤差の効率的な吸収が可能となり、個体差の影響を受け難いロバストな出力波形を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、完全な円環状のコイル板３０を用いているが、１層の円環状の基板は、複数の分割要素からなってもよい。例えば、半月状の２つの基板にコイル部をプリントし、それら２つの基板を接合して最終的に完全な円環状のコイル板３０を構成することも可能である。

また、上述の実施例では、コイルパターン３４を絶縁基板上にプリントしているが、導体膜（薄膜）で形成されたコイルパターン３４を形成するものであれば如何なる方法でコイルパターン３４を形成してもよい。例えば、フィルム転写等の他の印刷技術を用いて実現されてもよいし、同様のコイルパターンが形成されたフィルムを基板上に配置・接着してもよいし、プレスや蒸着等により形成してもよい。或いは、組み付け性や薄型化の観点から不利となるが、巻き線を用いてコア２２まわりにコイルパターン３４を形成してもよい。

また、上述の実施例では、１相入力/２相出力の構成であったが、１相入力/１相出力であってもよいし、相の態様は任意である。

以上のとおり本発明は、パワーステアリング装置におけるシャフトの回転角度を検出する回転角センサを始めとして、回転体の回転角の検出が必要なあらゆる装置において利用することができる。

本発明による磁気レゾルバの一実施例を示す分解斜視図である。 組み付け状態の磁気レゾルバ１０を示す斜視図である。 本実施例の磁気レゾルバ１０の等価回路を示す。 本実施例の磁気レゾルバ１０における磁束形成状態を概念的に示す図である。 本実施例の磁気レゾルバ１０における磁気抵抗の変化原理を概念的に示す図である。 ロータ板４０の平面図である。 ロータ板４０の回転時における遮蔽面積の変化態様を示す図である。 ロータ板４０の回転時におけるｓｉｎ相コイル及びｃｏｓ相コイルの各出力電圧の波形を示す図である。 ギャップを示す平面図である。 コイル出力電圧の波形の頂上付近を拡大した図である。 実施例２によるロータ板４０とコア２２との関係を示す図である。

符号の説明

１０ 磁気レゾルバ
２０ ベースプレート
２２ コア
３０ コイル基板
３２ 貫通孔
３４ コイルパターン
３６ コネクタ接続部
４０ ロータ板
４２ 回転軸
４４ 中心孔
７０ カバー
７２ 保持爪
７４ 貫通孔

Claims (7)

1. 円環プレート上に設けられる複数の円柱状のコアと、
   前記円柱状のコアまわりに設けられるコイルと、
   前記円環プレートの中心を回転軸として前記円柱状コアの上面に平行な面内で回転し、波形の外形輪郭線を持つ円環状のロータと、を備えることを特徴とする磁気レゾルバ。
2. 前記ロータの径方向の幅は、ロータの回転角を変数とし軸倍角により周期が定まる正弦波関数に従って、変化する、請求項１に記載の磁気レゾルバ。
3. 前記ロータにおける径方向の幅が変化する輪郭変化領域の位置は、前記円環プレートにおける円柱状コアの位置と径方向で対応する、請求項１又は２に記載の磁気レゾルバ。
4. 前記正弦波関数の振幅は、円柱状コアの円柱の径ｒに応じて決定される、請求項１〜３のいずれかに記載の磁気レゾルバ。
5. 前記正弦波関数の振幅は、円柱状コアの円柱の径ｒに略一致し、
   前記ロータにおける径方向の幅が変化する輪郭変化領域の径方向の中心位置は、前記円環プレートにおける前記円柱状コアの円柱中心位置に対して径方向外側にオフセットされる、請求項１〜４のいずれかに記載の磁気レゾルバ。
6. オフセット量は、径方向で０．３〜１．２ｍｍの範囲内である、請求項５に記載の磁気レゾルバ。
7. 前記ロータにおける径方向の幅が変化する輪郭変化領域の径方向の中心位置は、前記円環プレートにおける前記円柱状コアの円柱中心位置と径方向で一致し、
   前記正弦波関数の振幅は、前記円柱状コアの円柱の径ｒの０．８〜０．９倍の範囲内である、請求項１〜４のいずれかに記載の磁気レゾルバ。

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