JP2017083191A

JP2017083191A - レゾルバ

Info

Publication number: JP2017083191A
Application number: JP2015208731A
Authority: JP
Inventors: 憲一中里; Kenichi Nakazato
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: JP6525846B2

Abstract

【課題】レゾルバからＲＤコンバータへ励磁信号あるいは励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号を供給可能なレゾルバを提供する。【解決手段】１相励磁／２相出力のレゾルバ１００であって、励磁信号または当該励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号（同位相信号）が、余弦相巻線１４０に連なる一対の信号線（余弦相信号線）３４０の一方と正弦相巻線１５０に連なる一対の信号線（正弦相信号線）３５０の一方とにまたがって印加される。同位相信号が印加される場合に、励磁巻線１３０が巻かれているティースのうち少なくとも一つのティースに巻かれている検出巻線１６０を含み、同位相信号は、検出巻線１６０によって検出される。【選択図】図１

Description

本発明は、回転角センサの一種である１相励磁／２相出力のレゾルバに関わり、より詳しくは、レゾルバの出力信号線を利用して励磁信号あるいは励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号が出力されるレゾルバに関する。

１相励磁／２相出力のレゾルバの二つの出力信号（以下、レゾルバ信号と呼称する）のうち一方は、レゾルバに供給される励磁信号（励磁信号は交流信号であり、その周波数は例えば10kHz程度である）がロータの回転角度に応じて余弦波状に変化する情報で振幅変調された信号であり、その他方は、当該励磁信号が当該回転角度に応じて正弦波状に変化する情報で振幅変調された信号であり、当該回転角度を知るためには、二つのレゾルバ信号からディジタル角度情報を生成するレゾルバ-ディジタル変換器（以下、ＲＤコンバータと呼称する）が必要である。このため、レゾルバとＲＤコンバータとの組み合わせによってディジタル回転角センサが構成される。

ところで、レゾルバはその機械構造ゆえに高温、振動や衝撃などが想定される悪環境に対して比較的良好な耐性を持つが、ＲＤコンバータは信号処理を行うのでそのような悪環境に対して十分な耐性を持たない。このため、レゾルバが悪環境で使用される場合、ＲＤコンバータはそのような悪環境から離れた場所に設置される。また、二つのレゾルバ信号からディジタル角度情報を生成する過程で例えば同期検波を行う構成をＲＤコンバータが持つ場合、ＲＤコンバータは励磁信号と同期した信号を必要とする。このため、一般的に、励磁信号生成部からＲＤコンバータへ励磁信号が直接的に供給される。

このようなレゾルバとＲＤコンバータとの従来の組み合わせの概略構成を、図６を参照して説明する。なお、このような概略構成に関する先行技術文献として特許文献１〜３を例示できる。

１相励磁／２相出力のレゾルバ９００は、図６に示すように、ロータ１１０と、励磁信号が供給されるＲ₁-Ｒ₂相の巻線１３０（以下、励磁巻線と呼称する）と、二つのレゾルバ信号のうち一方（以下、余弦相被変調信号と呼称する）を検出するためのＳ₁-Ｓ₃相の巻線１４０（以下、余弦相巻線と呼称する）と、二つのレゾルバ信号のうち他方（以下、正弦相被変調信号と呼称する）を検出するためのＳ₂-Ｓ₄相の巻線１５０（以下、正弦相巻線と呼称する）を含む。ＲＤコンバータ２３０は電気回路基板８００に実装されている。この電気回路基板８００にはさらに励磁信号を生成する励磁信号生成部５０と二つの差動増幅回路２４０、２５０が実装されている。励磁信号生成部５０は一対の励磁信号線３３０を介して励磁巻線１３０に接続されており、一方の差動増幅回路２４０は一対の余弦相信号線３４０を介して余弦相巻線１４０に接続されており、他方の差動増幅回路２５０は一対の正弦相信号線３５０を介して正弦相巻線１５０に接続されている。

励磁信号生成部５０によって生成された励磁信号は、励磁巻線１３０とＲＤコンバータ２３０に供給される。励磁巻線１３０に励磁信号が供給されると、ロータ１１０の基準位置からの回転角度に応じて余弦波状に変化する情報と励磁信号との積に比例した電圧が余弦相巻線１４０に生じ、当該回転角度に応じて正弦波状に変化する情報と励磁信号との積に比例した電圧が正弦相巻線１５０に生じる。このため、余弦相巻線１４０に連なる一対の余弦相信号線３４０の両端電圧が差動増幅回路２４０によって増幅されて、余弦相被変調信号が増幅された信号が得られ、正弦相巻線１５０に連なる一対の正弦相信号線３５０の両端電圧が差動増幅回路２５０によって増幅されて、正弦相被変調信号が増幅された信号が得られる。

ＲＤコンバータ２３０は、二つのレゾルバ信号（余弦相被変調信号と正弦相被変調信号）からロータ１１０の基準位置からの回転角度を表すディジタル角度情報を生成する。この方法の一例としてトラッキングループ方式が知られている。トラッキングループ方式によると、負帰還制御によってレゾルバ信号からディジタル角度情報が得られる。より詳しくは、トラッキングループ方式を採用したＲＤコンバータは、ディジタル角度情報が示す回転角度の余弦値と正弦相被変調信号との積と、当該回転角度の正弦値と余弦相被変調信号との積と、の差である制御偏差を生成し、さらに、励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号と制御偏差とを用いて同期検波し、この同期検波で得られた信号がゼロとなるような制御を行う。

特開2007-139502号公報特開2003-344108号公報特開平11-271009号公報

このような従来の構成によると、励磁信号生成部５０からＲＤコンバータ２３０への励磁信号の供給の観点から、励磁信号生成部５０はＲＤコンバータ２３０の近傍に配置されることが必然的であった。

しかし、励磁信号生成部５０のための駆動電源の電圧とＲＤコンバータ２３０のための駆動電源の電圧は一般的に異なり、また、悪環境に対する励磁信号生成部５０の耐性もＲＤコンバータ２３０のそれよりも悪くはない。このような考察は、励磁信号生成部５０がＲＤコンバータ２３０の近傍に配置されるという従来の技術常識あるいは技術慣例に対して疑問を投げかけるものである。励磁信号生成部５０をＲＤコンバータ２３０の近傍に配置しなければレゾルバとＲＤコンバータを用いる回転角センサの設計の自由度が向上することを期待できる。さらに、“励磁信号生成部５０から励磁信号を出力する信号線とＲＤコンバータ２３０に当該励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号を入力する信号線とが接続されていない構成”であれば設計の自由度がさらに向上することを望める。しかし、“励磁信号生成部５０から励磁信号を出力する信号線とＲＤコンバータ２３０に当該励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号を入力する信号線とが接続されていない構成”としただけでは、ＲＤコンバータ２３０が励磁信号を用いた検波をすることができない。

このような考察から、本発明は、レゾルバからＲＤコンバータへ励磁信号あるいは励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号を供給可能なレゾルバを提供することを目的とする。

第１の発明のレゾルバは、１相励磁／２相出力のレゾルバであって、励磁信号または当該励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号（以下、同位相信号と呼称する）が、余弦相巻線に連なる一対の信号線（以下、余弦相信号線と呼称する）の一方と正弦相巻線に連なる一対の信号線（以下、正弦相信号線と呼称する）の一方とにまたがって印加される。

第２の発明のレゾルバは、第１の発明のレゾルバにおいて、同位相信号が印加される場合に、励磁巻線が巻かれているティースのうち少なくとも一つのティースに巻かれている検出巻線を含み、同位相信号が検出巻線によって検出される。

第３の発明のレゾルバは、第１の発明のレゾルバにおいて、励磁信号が印加される場合に、余弦相信号線の一方にて励磁信号が印加される部位と正弦相信号線の一方にて励磁信号が印加される部位で、励磁巻線に励磁信号が印加される。

第４の発明のレゾルバは、第１から第３の発明のレゾルバのうちいずれかのレゾルバにおいて、励磁信号を生成する励磁信号生成部が、余弦相信号線のアナログ信号と正弦相信号線のアナログ信号とからディジタル角度情報を生成するＲＤコンバータが実装されている電気回路基板から分離されており、励磁信号生成部から励磁信号を出力する信号線とＲＤコンバータに同位相信号を入力する信号線とが接続されていない。

本発明によれば、レゾルバの出力信号線を利用して励磁信号あるいは励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号が出力されるから、レゾルバからＲＤコンバータへ励磁信号あるいは励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号を供給できる。

第１実施形態のレゾルバと従来のＲＤコンバータとの組み合わせの概略構成を示す図。第１実施形態のレゾルバの構成を説明するための図。励磁信号と、ティースに巻かれた出力相巻線の両端電圧と、当該出力相の出力電圧との関係を示す図。(a)励磁信号、(b)ティースに巻かれた出力相巻線の両端電圧、(c)別のティースに巻かれた出力相巻線の両端電圧、(d)出力相の出力電圧。第２実施形態のレゾルバと従来のＲＤコンバータとの組み合わせの概略構成を示す図。第２実施形態のレゾルバの構成を説明するための図。レゾルバとＲＤコンバータとの従来の組み合わせの概略構成を示す図。

[第１実施形態]
まず、図１を参照して第１実施形態のレゾルバ１００と従来のＲＤコンバータ２３０との組み合わせの概略構成とその機能を概説する。図６を参照して説明した従来の概略構成に含まれる構成要素と同じ構成要素には同じ符号を附し、第１実施形態に係る概略構成と従来の概略構成との相違点を説明する。レゾルバ１００の回転角センサとしての原理は、従来の概略構成におけるそれと同じであるから、従来の概略構成の説明あるいは後述の《詳説-第１実施形態》を参照されたい。

《概説-第１実施形態》
１相励磁／２相出力のレゾルバ１００は、図１に示すように、ロータ１１０と、励磁巻線１３０と、余弦相巻線１４０と、正弦相巻線１５０と、さらに励磁信号成分を検出するためのＳ_a-Ｓ_b相の巻線１６０（以下、検出巻線と呼称する）を含む。検出巻線１６０の両端部のうち一方は一対の余弦相信号線３４０の一方に電気的に接続されており、検出巻線１６０の両端部のうち他方は一対の正弦相信号線３５０の一方に電気的に接続されている。このため、検出巻線１６０が検出した信号（つまり後述する同位相信号）は、一対の余弦相信号線３４０の一方と一対の正弦相信号線３５０の一方とにまたがって印加される。

電気回路基板２００には、ＲＤコンバータ２３０と、二つの差動増幅回路２４０、２５０と、さらにもう一つの差動増幅回路２６０が実装されている。しかし、この電気回路基板２００には、電気回路基板８００と異なり、励磁信号生成部５０は実装されていない。第１実施形態では、励磁信号生成部５０はレゾルバ１００に含まれる。差動増幅回路２６０の一方の入力端は一対の余弦相信号線３４０の一方（ただし、検出巻線１６０の両端部のうち一方が電気的に接続されている信号線）に接続されており、差動増幅回路２６０の他方の入力端は一対の正弦相信号線３５０の一方（ただし、検出巻線１６０の両端部のうち他方が電気的に接続されている信号線）に接続されている。

励磁信号生成部５０によって生成された励磁信号は、励磁巻線１３０に供給される。励磁巻線１３０に励磁信号が供給されると、ロータ１１０の基準位置からの回転角度に応じて余弦波状または正弦波状に変化する情報と励磁信号との積に比例した電圧が検出巻線１６０に生じる。このため、差動増幅回路２６０の入力両端電圧が差動増幅回路２６０によって増幅されて、励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号（以下、同位相信号と呼称する）が得られる。この同位相信号はＲＤコンバータ２３０に入力されＲＤコンバータ２３０での検波に使用できる。

このように、第１実施形態のレゾルバ１００によると、励磁信号生成部５０から励磁信号を出力する信号線とＲＤコンバータ２３０に当該励磁信号を入力する信号線とが接続されていない構成であるが、レゾルバ１００の出力信号線を利用してレゾルバ１００からＲＤコンバータ２３０に同位相信号が供給されるので、ＲＤコンバータ２３０が実装されている電気回路基板２００に励磁信号生成部５０が実装される必要がない。このため、電気回路基板２００の小型化が可能である。励磁信号生成部５０は、レゾルバ１００の構成要素である必要もなく、レゾルバ１００と電気回路基板２００以外の部品の構成要素であってもよいが、レゾルバ１００の構成要素である場合、レゾルバ１００と電気回路基板２００との間に架かる一対の励磁信号線３３０が不要でありコストが低減される。

《詳説-第１実施形態》
次に、１相励磁／２相出力のバリアブルリラクタンス型レゾルバを例にして第１実施形態のレゾルバ１００を詳説する。１相励磁／２相出力のバリアブルリラクタンス型レゾルバは、１相の励磁信号が入力されたときに、磁性体で構成されたステータの内側に設けられている複数のティースと磁性体で構成されたロータとの間のエアギャップパーミアンスの変化を利用してロータの物理的な回転角に応じた２相のアナログ信号を出力するレゾルバである。

＜レゾルバ構造＞
例示するバリアブルリラクタンス型レゾルバ１００は、図２に示すように、円筒状のステータ１０と、柱状のロータ１１０とを含んでいる。図示されるバリアブルリラクタンス型レゾルバ１００では、実際には使用されるが本発明の実施形態の説明と理解において非本質的な構成要素が省略されている。

円筒状のステータ１０の内壁には、複数のティース１１が一周するように等間隔で配列されている。この配列を含む断面領域において、複数のティース１１のロータ１１０に向かう端面１１ａによって仮想円筒３０の壁面が構成されるように、各ティース１１がステータ１０の内壁から突出している。以下、仮想円筒３０の中心軸線を、ステータ１０の中心軸線１２あるいは単に中心軸線１２と呼称する。図２では、見易さを考慮して、一部のティースと一部の端面にのみ符号を附している。図２に示す例ではティース１１の数は１６個である。

この例では、ロータ１１０は、電動機や発電機などの回転機械に含まれる部品の回転運動と連動して回転するシャフト（図示せず）と連結されており、回転軸線２１を中心として回転する。ロータ１１０は、ステータ１０の内部空間であってティース１１と対向する位置に、（１）各ティース１１と接触しないように、且つ、（２）ロータ１１０の回転軸線２１がステータ１０の中心軸線１２に一致するように、配置されている。このように、バリアブルリラクタンス型レゾルバ１００は、ステータ１０の内部空間でロータ１１０が自由に回転できる構成を有している。

ロータ１１０の外周形状は、（１）ロータ１１０が回転したときに各ティース１１とロータ１１０が互いに接触せず、かつ、（２）バリアブルリラクタンス型レゾルバ１００の軸倍角をm_xとしたときに、ロータ１１０の外周形状が、ロータ１１０の外周の一周の範囲で、ティース１１とロータ１１０との間のエアギャップパーミアンスに、m_xサイクルの正弦波状あるいは余弦波状の変化を与える、ような形状である。具体的には、ロータ１１０の回転軸線２１の方向に沿った任意の位置でのロータ１１０の垂直断面において、便宜的に、ロータ１１０の回転軸線２１が特異点（直交座標系における原点に相当する）を通る円座標系の動径ｒによって、回転軸線２１からロータ１１０の外周上の任意の点までの距離を表すとし、偏角σによって、円座標系上で任意に固定された半直線（始線）と動径ｒとが成す特異点回りの角度を表すとすると、ロータ１１０の外周形状は式（１）で与えられる。ただし、m_xは軸倍角（つまり、ロータの極対数）、ｒ₀は基準半径、δ₀はσ=π/2m_x[rad]における仮想円筒３０とロータ１１０とのエアギャップの幅、δ₁はσ=0[rad]における仮想円筒３０とロータ１１０とのエアギャップの幅、α=(δ₀/δ₁)-1（ただし、0＜|α|＜1である）はエアギャップ変化率を表す。なお、基準半径ｒ₀は、ロータの外周を規定する半径であり、δ₀/(1-|α|)よりもある程度大きく設定され、通常は、ロータ１１０の回転軸線２１からティース１１の端面１１ａまでの距離（つまり、仮想円筒３０の半径）とされる。図２に示すロータ１１０は、m_x=2の場合のロータである。

＜磁気回路のためのコイル構成＞
各ティース１１には励磁巻線１３０ａが所定の巻数と巻き方向で巻かれており、これらの励磁巻線１３０ａは直列接続されている。《概説-第１実施形態》で述べた励磁巻線１３０は、直列接続されたこれら励磁巻線１３０ａの全体に相当する。励磁巻線１３０ａの直列接続で構成される励磁巻線１３０に、励磁電源（図示せず）からの交流電圧Ｖ_eが印加される。各ティース１１での励磁巻線１３０ａの巻数と巻き方向は、前記交流電圧Ｖ_eが印加されたときに正弦波状または余弦波状の励磁磁束分布を得られるような巻数と巻き方向である。なお、歪が少ない良好な励磁磁束分布を得るために、隣り合うティース１１で励磁巻線１３０ａの巻き方向は互いに逆になっていることが好ましい。具体的には、励磁巻線１３０ａが作る磁束分布における極対数をm_eとし、励磁巻線１３０ａのそれぞれの基準巻数をT_Emaxとし、複数のティース１１のうち任意に定められた基準となるティース１１（以下、基準ティース１１Ｓと呼称する）と任意のティース１１とが成す中心軸線１２周りの角度（以下、機械角と呼称する）をξで表すとすると、i番目のティース（機械角ξ_i）に巻かれている励磁巻線１３０ａの巻数と巻き方向は式（２）のT_e,iで与えられる。つまり、巻数は|T_e,i|であり、巻き方向は、T_e,iの極性が正であれば時計回り、T_e,iの極性が負であれば反時計回りである。ここで、「時計回り」と「反時計回り」はそれぞれ、例えば、中心軸線１２からティース１１を見たときに定まる方向である（以下、同様である）。ただし、|T_e,i|=0は巻数ゼロで励磁巻線１３０ａがティース１１に巻かれることを意味するから、正確を期すと、|T_e,i|=0となるときの機械角ξ_iに対応するティース１１には励磁巻線１３０ａは巻かれていない。なお、基準ティース１１Ｓの位置が機械角ξ=0[rad]である。また、ティース１１の総数をNとするとm_e=N/2である。θ₁は励磁巻線の初期位相である。図２では、見易さを考慮して、一部の励磁巻線にのみ符号を附している。

さらに、各ティース１１には２相の出力用巻線が巻かれている。一方の出力用巻線が余弦相巻線１４０ａであり、他方の出力用巻線が正弦相巻線１５０ａである。これらの余弦相巻線１４０ａは直列接続されており、これらの正弦相巻線１５０ａも直列接続されている。《概説-第１実施形態》で述べた余弦相巻線１４０は、直列接続されたこれら余弦相巻線１４０ａの全体に相当し、《概説-第１実施形態》で述べた正弦相巻線１５０は、直列接続されたこれら正弦相巻線１５０ａの全体に相当する。なお、図２では区別を容易にするため、各ティース１１にて、励磁巻線１３０ａと余弦相巻線１４０ａと正弦相巻線１５０ａがティース１１の突出方向に沿って並ぶようにティース１１に巻かれている様子が図示されているが、実際には、各ティース１１にて、例えば、ティース１１に励磁巻線１３０ａが巻かれ、励磁巻線１３０ａの周りに余弦相巻線１４０ａが巻かれ、余弦相巻線１４０ａの周りに正弦相巻線１５０ａが巻かれている。

各ティース１１には、各励磁巻線１３０ａの極性に基づいて、“余弦相巻線１４０ａの直列接続で構成される余弦相巻線１４０にステータ１０の内周の一周（つまり、機械角で0[rad]から2π[rad]の範囲）でm_xサイクルの余弦波状出力電圧が生じるような巻数と巻き方向”で、余弦相巻線１４０ａが巻かれている。具体的には、i番目のティース（機械角ξ_i）に巻かれている励磁巻線１３０ａの巻数と巻き方向を式（２）で表されるT_e,iとし、出力用巻線が作る磁束分布における極対数をm_sとし、出力用巻線のそれぞれの基準巻数をT_Smaxとすると、i番目のティース（機械角ξ_i）に巻かれている余弦相巻線１４０ａの巻数と巻き方向は式（３）のT_c,iで与えられる。つまり、巻数は|T_c,i|であり、巻き方向は、T_c,iの極性が正であれば時計回り、T_c,iの極性が負であれば反時計回りである。ただし、|T_c,i|=0は巻数ゼロで余弦相巻線１４０ａがティース１１に巻かれることを意味するから、正確を期すと、|T_c,i|=0となるときの機械角ξ_iに対応するティース１１には余弦相巻線１４０ａは巻かれていない。θ₂は出力用巻線の初期位相である。図２では、見易さを考慮して、一部の余弦相巻線にのみ符号を附している。

また、各ティース１１には、各励磁巻線１３０ａの極性に基づいて、“正弦相巻線１５０ａの直列接続で構成される正弦相巻線１５０にステータ１０の内周の一周（つまり、機械角で0[rad]から2π[rad]の範囲）でm_xサイクルの正弦波状出力電圧が生じるような巻数と巻き方向”で、正弦相巻線１５０ａが巻かれている。具体的には、i番目のティース（機械角ξ_i）に巻かれている励磁巻線１３０ａの巻数と巻き方向を式（２）で表されるT_e,iとし、出力用巻線が作る磁束分布における極対数をm_sとし、出力用巻線のそれぞれの基準巻数をT_Smaxとすると、i番目のティース（機械角ξ_i）に巻かれている正弦相巻線１５０ａの巻数と巻き方向は式（４）のT_s,iで与えられる。つまり、巻数は|T_s,i|であり、巻き方向は、T_s,iの極性が正であれば時計回り、T_s,iの極性が負であれば反時計回りである。ただし、|T_s,i|=0は巻数ゼロで正弦相巻線１５０ａがティース１１に巻かれることを意味するから、正確を期すと、|T_s,i|=0となるときの機械角ξ_iに対応するティース１１には正弦相巻線１５０ａは巻かれていない。θ₂は出力用巻線の初期位相である。図２では、見易さを考慮して、一部の正弦相巻線にのみ符号を附している。

なお、バリアブルリラクタンス型レゾルバ１００では、ロータ１１０はコイルを備えていない。

上述の構成では、ロータ１１０の回転角がθ[rad]のときに、i番目のティース１１に巻かれている余弦相巻線１４０ａに発生する余弦相出力電圧V_cos,iは以下の式（５）で表される。
V_e：励磁電圧
K：エアギャップパーミアンスの平均値などによって決定される定数
m_x：軸倍角
α：エアギャップ変化率

同様に、ロータ１１０の回転角がθ[rad]のときに、i番目のティース１１に巻かれている正弦相巻線１５０ａに発生する正弦相出力電圧V_sin,iは以下の式（６）で表される。

よって、m_s±m_e±m_x=0（つまり、m_s+m_e+m_x=0、m_s+m_e-m_x=0、m_s-m_e+m_x=0、m_s-m_e-m_x=0のうちいずれか一つ）、|m_e｜≠|m_s|、|m_x｜≠|2m_e|、|m_s｜≠0、|m_e|≠0、且つ、|m_x|≠0の場合（ただし、記号|・|は絶対値を表す）、Nが偶数であることに注意すると、余弦相出力電圧V_cosと正弦相出力電圧V_sinは以下の式（７）で表される。

このように、励磁巻線１３０に流れる交流電流によって誘導される変動磁界においてロータ１１０が回転すると、ロータ１１０の基準位置からの回転角度θに応じて余弦波状に変化する情報cos(m_xθ±θ₁±θ₂)と励磁電圧V_eとの積に比例した電圧が余弦相巻線１４０に生じ、当該回転角度θに応じて正弦波状に変化する情報sin(m_xθ±θ₁±θ₂)と励磁電圧V_eとの積に比例した電圧が正弦相巻線１５０に生じる。

＜検出巻線＞
検出巻線１６０は、励磁巻線１３０ａが巻かれているティース１１のうち少なくとも一つのティースに巻かれている。図２に示すバリアブルリラクタンス型レゾルバ１００の例では、検出巻線１６０は、励磁巻線１３０ａが巻かれているティース１１のうち一つのティースに巻かれている。この場合、励磁巻線１３０ａが巻かれているティース１１をj番目のティースとすると、j番目のティースに巻かれている検出巻線１６０に発生する出力電圧V_detは、ロータ１１０の基準位置からの回転角度θに応じて余弦波状または正弦波状に変化する情報（式（５）と式（６）に示す例では余弦波状に変化する情報{1+αcos(m_x(θ+ξ_j)}である)と励磁電圧V_eとの積に比例した電圧である。すなわち、検出巻線１６０の巻数（ただし、ここでの“巻数”は正の値とする）をT_Dとし、巻き方向を表す極性をΔ（ただし、時計回りであればΔ=1、反時計回りであればΔ=-1とする）とすると、出力電圧V_detは式（８）で表される。

エアギャップ変化率αが0＜|α|＜1を満たすこと並びにΔとcos(m_eξ_i+θ₁)との積の極性を考慮すると、出力電圧V_detの位相は、励磁電圧V_eの位相と常に同じであるか、あるいは、常に180度ずれている。図３(a)に励磁巻線１３０に印加される励磁電圧V_e（励磁巻線１３０の両端電圧）の例を示し、図３(b)と図３(c)にN=4，m_e=2，m_s=1，m_x=1，α=0.25としたときの余弦相と正弦相のいずれか一方（以下、出力相と呼称する）における、中心軸線１２に関して点対称の位置にある二つのティースの巻線のそれぞれの両端電圧を示し（ただし、図３(b)と図３(c)では、一定の角速度（2msで一回転）でロータ１１０を回転させたときの電圧変化を示している）、図３(d)に当該出力相の出力電圧（つまり、図３(b)と図３(c)のそれぞれの波形を加算した波形）を示す。図３から明らかなように、出力相の出力電圧の位相は回転角度によって励磁電圧V_eの位相と同じ場合（図３(d)の例では0msから1msまでの範囲つまり回転角度θが0度から180度までの範囲）と180度ずれる場合（図３(d)の例では1msから2msまでの範囲つまり回転角度θが180度から360度までの範囲）があるが、図３(b)に示す波形は励磁電圧V_eの位相と常に同じであり、図３(c)に示す波形は励磁電圧V_eの位相と常に180度ずれている。したがって、検出巻線１６０を励磁巻線１３０ａが巻かれているティース１１のうち一つのティースに巻くことによって、0度から360度までの回転角度θの範囲で常に同位相信号を得ることが可能である（注：180度のずれがある場合には、180度の移相によって常に同位相信号を得ることが可能である）。なお、例えば、式（２）のT_e,iの極性と同じ極性による巻き方向でi番目のティースに検出巻線１６０を巻けば180度の移相は不要である。

＜電気回路のための接続構造＞
再び図２を参照して説明する。第１実施形態では、励磁信号生成部５０は電気回路基板６０に実装されており、この電気回路基板６０には二つの端子（図２にて全ての端子は符号を附されていない○で描写されている）が取り付けられている。励磁巻線１３０の両端部はこの二つの端子に接続されており、励磁信号生成部５０からの一対の励磁信号線もこの二つの端子に接続されている。電気回路基板６０は端子固定具７０に固定されており、この端子固定具７０にはさらに４個の端子が取り付けられている。４個の端子は２個の端子を一対として二つの組に分けられる。一方の組に属する一対の端子には一対の余弦相信号線３４０と余弦相巻線１４０が接続されており、さらに、一方の組に属する一対の端子の一方には、検出巻線１６０の両端部のうち一方が接続されている。他方の組に属する一対の端子には一対の正弦相信号線３５０と正弦相巻線１５０が接続されており、さらに、他方の組に属する一対の端子の一方には、検出巻線１６０の両端部のうち他方が接続されている。端子固定具７０は例えばステータ１０に固定されている。

[第２実施形態]
図４を参照して第２実施形態のレゾルバ１００ａと従来のＲＤコンバータ２３０との組み合わせの概略構成とその機能を概説する。図６を参照して説明した従来の概略構成に含まれる構成要素と同じ構成要素には同じ符号を附し、第２実施形態に係る概略構成と従来の概略構成との相違点を説明する。レゾルバ１００の回転角センサとしての原理と動作は、従来の概略構成におけるそれらと同じであるから、従来の概略構成の説明あるいは後述の《詳説-第２実施形態》を参照されたい。

《概説-第２実施形態》
１相励磁／２相出力のレゾルバ１００ａは、図４に示すように、ロータ１１０と、励磁巻線１３０と、余弦相巻線１４０と、正弦相巻線１５０を含む。レゾルバ１００ａは、励磁巻線１３０に印加される励磁信号が、さらに、一対の余弦相信号線３４０の一方と一対の正弦相信号線３５０の一方とにまたがって印加される構成を持つ。

電気回路基板２００には、ＲＤコンバータ２３０と、二つの差動増幅回路２４０、２５０と、さらにもう一つの差動増幅回路２６０が実装されている。しかし、この電気回路基板２００には、電気回路基板８００と異なり、励磁信号生成部５０は実装されていない。第２実施形態では、励磁信号生成部５０はレゾルバ１００ａに含まれる。差動増幅回路２６０の一方の入力端は一対の余弦相信号線３４０の一方（ただし、励磁巻線１３０の両端部のうち一方あるいは一対の励磁信号線のうち一方が電気的に接続されている信号線）に接続されており、差動増幅回路２６０の他方の入力端は一対の正弦相信号線３５０の一方（ただし、励磁巻線１３０の両端部のうち他方あるいは一対の励磁信号線のうち他方が電気的に接続されている信号線）に接続されている。

励磁信号生成部５０によって生成された励磁信号は、励磁巻線１３０に供給される。励磁巻線１３０に励磁信号が供給されると、この励磁信号は一対の余弦相信号線３４０の一方と一対の正弦相信号線３５０の一方とにまたがって印加される。このため、差動増幅回路２６０の入力両端電圧が差動増幅回路２６０によって増幅されて、励磁信号が得られる。この得られた励磁信号はＲＤコンバータ２３０に入力されＲＤコンバータ２３０での検波に使用できる。

このように、第２実施形態のレゾルバ１００ａによると、励磁信号生成部５０から励磁信号を出力する信号線とＲＤコンバータ２３０に当該励磁信号を入力する信号線とが接続されていない構成であるが、レゾルバ１００ａの出力信号線を利用してレゾルバ１００ａからＲＤコンバータ２３０に励磁信号が供給されるので、ＲＤコンバータ２３０が実装されている電気回路基板２００に励磁信号生成部５０が実装される必要がない。このため、電気回路基板２００の小型化が可能である。励磁信号生成部５０は、レゾルバ１００ａの構成要素である必要もなく、レゾルバ１００ａと電気回路基板２００以外の部品の構成要素であってもよいが、レゾルバ１００ａの構成要素である場合、レゾルバ１００ａと電気回路基板２００との間に架かる一対の励磁信号線３３０が不要でありコストが低減される。

《詳説-第２実施形態》
１相励磁／２相出力のバリアブルリラクタンス型レゾルバを例にして第２実施形態のレゾルバ１００ａを詳説する。＜検出巻線＞と＜電気回路のための接続構造＞の説明以外は第１実施形態で説明した《詳説-第１実施形態》と同じであるから重複説明を省略する。第２実施形態のレゾルバ１００ａは検出巻線１６０を含まないので、第１実施形態の《詳説-第１実施形態》で説明した＜検出巻線＞の説明は第２実施形態において不要である。このため、バリアブルリラクタンス型レゾルバ１００ａについて＜電気回路のための接続構造＞を説明する。

＜電気回路のための接続構造＞
図５を参照して説明する。第２実施形態では、励磁信号生成部５０は電気回路基板６０に実装されており、この電気回路基板６０には二つの端子（図５にて全ての端子は符号を附されていない○で描写されている）が取り付けられている。この二つの端子には、励磁巻線１３０の両端部が接続されており、また、励磁信号生成部５０からの一対の励磁信号線も接続されている。さらに、この二つの端子の一方には一対の余弦相信号線３４０の一方と余弦相巻線１４０の両端部のうち一方が接続されており、この二つの端子の他方には一対の正弦相信号線３５０の一方と正弦相巻線１５０の両端部のうち一方が接続されている。電気回路基板６０は端子固定具７０に固定されており、この端子固定具７０にはさらに二つの端子が取り付けられている。この二つの端子の一方には一対の余弦相信号線３４０の他方と余弦相巻線１４０の両端部のうち他方が接続されており、この二つの端子の他方には一対の正弦相信号線３５０と正弦相巻線１５０の両端部のうち他方が接続されている。端子固定具７０は例えばステータ１０に固定されている。

このように、余弦相信号線３４０の一方が接続されている端子（つまり励磁信号が印加される部位）と正弦相信号線３５０の一方が接続されている端子（つまり励磁信号が印加される部位）に励磁巻線１３０が接続されているため、励磁巻線１３０に励磁信号を供給するためだけの端子が不要になる。

[変形例等]
本発明の要諦は、レゾルバの出力信号線を利用してレゾルバからＲＤコンバータに励磁信号あるいは励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号が供給されることにあり、このような機構は、バリアブルリラクタンス型レゾルバに限らず、ブラシレスレゾルバなど一般的な１相励磁／２相出力のレゾルバに適用できる。

また、励磁信号生成部として、発振回路に限らず、余弦波状あるいは正弦波状に変化する磁束によって誘起される電圧変化を利用して励磁信号を生成する電磁気的構成を採用することもでき、この場合、励磁信号生成部をロータ上で構成してもよい。

また、本発明を適用可能なレゾルバに含まれるステータとロータのそれぞれの形状に限定はない。ステータの形状は、上述の円筒状ではなく、例えば、平座金のような形状でもよい。この場合であっても、形状以外の構造に係る前記技術事項（例えばティースの配列やティースの構成など）が妥当する。また、ロータの形状は、上述の柱状ではなく、薄い板状でもよい。この場合であっても、形状以外の構造に係る前記技術事項（例えばロータの外周形状やステータ内部におけるロータの配置など）が妥当する。この他、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１０ステータ１１ティース
１１ａティース端面１１Ｓ基準ティース
１２中心軸線２１回転軸線
３０仮想円筒５０励磁信号生成部
６０電気回路基板７０端子固定具
１００レゾルバ１００ａレゾルバ
１１０ロータ１３０励磁巻線
１３０ａ励磁巻線１４０余弦相巻線
１４０ａ余弦相巻線１５０正弦相巻線
１５０ａ正弦相巻線１６０検出巻線
２００電気回路基板２３０ＲＤコンバータ
２４０差動増幅回路２５０差動増幅回路
２６０差動増幅回路３３０励磁信号線
３４０余弦相信号線３５０正弦相信号線
８００電気回路基板９００レゾルバ

Claims

１相励磁／２相出力のレゾルバであって、
励磁信号または当該励磁信号の位相と同じ位相を持つ信号（以下、同位相信号と呼称する）が、余弦相巻線に連なる一対の信号線（以下、余弦相信号線と呼称する）の一方と正弦相巻線に連なる一対の信号線（以下、正弦相信号線と呼称する）の一方とにまたがって印加される
レゾルバ。
請求項１に記載のレゾルバであって、
前記同位相信号が印加される場合に、
励磁巻線が巻かれているティースのうち少なくとも一つのティースに巻かれている検出巻線を含み、
前記同位相信号は、前記検出巻線によって検出される
ことを特徴とするレゾルバ。
請求項１に記載のレゾルバであって、
前記励磁信号が印加される場合に、
前記余弦相信号線の前記一方にて前記励磁信号が印加される部位と前記正弦相信号線の前記一方にて前記励磁信号が印加される部位で、励磁巻線に前記励磁信号が印加される
ことを特徴とするレゾルバ。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のレゾルバであって、
前記励磁信号を生成する励磁信号生成部が、前記余弦相信号線のアナログ信号と前記正弦相信号線のアナログ信号とからディジタル角度情報を生成するＲＤコンバータが実装されている電気回路基板から分離されており、
前記励磁信号生成部から前記励磁信号を出力する信号線と前記ＲＤコンバータに前記同位相信号を入力する信号線とが接続されていない
ことを特徴とするレゾルバ。