JP2022092918A - レゾルバ - Google Patents

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Abstract

Figure 2022092918000001
【課題】レゾルバに関し、構成が簡素で小型化が容易なレゾルバを提供する。
【解決手段】開示のレゾルバ１は、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２と、ロータ２に設けられ、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２に対向配置される検出コイル１３と、検出コイル１３とともにロータ２側で閉回路を形成する励磁コイル２３と、ステータ３に設けられ、励磁コイル２３に対向配置されるとともに、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦検出コイル２２および余弦検出コイル２３と、を備える。前記正弦検出コイル２１，前記余弦検出コイル２２，前記励磁コイル２３の軸倍角は、前記正弦励磁コイル１１，前記余弦励磁コイル１２，前記検出コイル１３の軸倍角と相違する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータに対するロータの回転角を検出するレゾルバに関する。
従来、ステータに対するロータの回転角を検出するレゾルバにおいて、ステータ側に配置される二つの励磁コイルに電気角の位相が９０度相違する交流電圧を印加するとともに、ロータ側に配置される検出コイルで二つの交流電圧が加算された信号を取得するものが知られている。このようなレゾルバは、二相励磁単相出力型のレゾルバと呼ばれている。検出コイルで得られる信号には、励磁コイルに印加された交流電圧を基準として、ロータの回転角に応じた位相差が生じる。したがって、その位相差に基づいてロータの回転角を求めることができる（特許文献１参照）。また、ステータ側に配置される一つの励磁コイルに交流電圧を印加するとともに、ロータ側に配置される二つの検出コイルで信号を取得するものも知られている。このようなレゾルバは、単相励磁二相出力型のレゾルバと呼ばれる（特許文献２参照）。
特開2017-90431号公報 特開2014-25757号公報
特許文献１に記載のレゾルバにおいて、検出コイルで得られた信号は、アンテナコイルを介してロータ側からステータ側へと伝達される。例えば特許文献１に記載の技術では、検出巻線４２（検出コイル）に接続された一次巻線４５がロータ側に設けられるとともに、これに対向する二次巻線４９がステータ側に設けられ、これらの巻線４５，４９がアンテナコイルとして機能している。一方、アンテナコイルは励磁コイルや検出コイルと干渉しない位置に配置されるため、レゾルバの小型化の障害になりやすいという課題がある。
また、角度分解能を高めるべく、特許文献２に記載されたように低軸倍角のレゾルバと高軸倍角のレゾルバとを組み合わせて構成することも考えられる。しかしこの場合、励磁コイルや検出コイル，アンテナコイルの数が増加し、装置が大型かつ複雑になる。また、低軸倍角のレゾルバと高軸倍角のレゾルバとの各々に励磁信号を入力する必要があり、二系統の励磁回路を設けなければならないため、部品点数が増加するとともに、装置がさらに大型化してしまう。
本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、角度分解能が高められ、かつ、構成が簡素でスペースの有効活用が容易なレゾルバを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
開示のレゾルバは、ロータのステータに対する回転角を検出するレゾルバであって、ステータに設けられ、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦励磁コイルおよび余弦励磁コイルと、ロータに設けられ、正弦励磁コイルおよび余弦励磁コイルに対向配置される検出コイルと、検出コイルとともにロータ側で閉回路を形成する励磁コイルと、ステータに設けられ、励磁コイルに対向配置されるとともに、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦検出コイルおよび余弦検出コイルと、を備える。また、正弦検出コイル，余弦検出コイル，励磁コイルの軸倍角が、正弦励磁コイル，余弦励磁コイル，検出コイルの軸倍角と相違する。
開示のレゾルバによれば、角度分解能が高められ、かつ、構成が簡素でスペースの有効活用が容易なレゾルバを提供することができる。
実施例としてのレゾルバの構造を示す模式図である。 図１に示すレゾルバでの角度情報の算出手法を説明するための模式図である。 ステータ側の具体的な回路構造を例示する分解斜視図である。 図３に示す回路構造を正面から見たときの模式図である。 部分円環領域を説明するための模式図である。 ロータ側の具体的な回路構造を例示する分解斜視図である。 図６に示す回路構造を正面から見たときの模式図である。 (A)，(B)は検出コイルと励磁コイルとの対応関係を示す模式図である。 変形例としての励磁コイルの構造を示す回路図である。
［1. 構成］
［1-1. 概要］
図１は実施例としてのレゾルバ１の構造を示す模式図である。このレゾルバ１は、振幅変調された交流信号を入力し、それを用いて位相変調された信号から回転角を検出する変調波レゾルバである。レゾルバ１は、ロータ２（回転子）とステータ３（固定子）と制御装置４とを備える。ロータ２は、ステータ３に対して回転可能に軸支される円盤状の部材である。また、ステータ３は、図示しないケーシングに対して固定される円盤状の部材である。ロータ２，ステータ３の各々には、シート状に形成された複数のシートコイルが設けられる。本実施例はフレキシブル基板（FPC，Flexible Printed Circuits）にコイルを形成した例を示すが、ガラス布をエポキシ樹脂で固めたガラスエポキシ基板のようなリジット基板を用いてもよい。
制御装置４は、ロータ２のステータ３に対する回転角を演算して出力するものである。制御装置４には、シートコイルに供給される交流信号を生成する信号生成回路５と、シートコイルから返送される出力信号に基づき、回転角に対応する角度情報を出力する信号処理回路６とが内蔵される。信号生成回路５で生成された交流信号は、電磁誘導によりステータ３側からロータ２側へと伝達された後、ロータ２側からステータ３側へと返送されて信号処理回路６へと入力される。信号処理回路６に入力された信号に基づき、ロータ２のステータ３に対する回転角が把握される。
図１に示すレゾルバ１のロータ２およびステータ３には、第一コイル群１０と第二コイル群２０とが設けられる。第一コイル群１０は、ロータ２側からステータ３側への情報伝達を担うコイル群であり、軸倍角がｎＸの励磁コイルおよび検出コイルを含む。第一コイル群１０の励磁コイルおよび検出コイルは多極コイルである。これに対して、第二コイル群２０は、ステータ３側からロータ２側への情報伝達を担うコイル群であり、第一コイル群１０とは軸倍角が相違する励磁コイルおよび検出コイルを含む。第二コイル群２０に含まれる励磁コイルおよび検出コイルの軸倍角は、例えば１Ｘである。
第一コイル群１０には、正弦励磁コイル１１，余弦励磁コイル１２，検出コイル１３が設けられる。正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２は、ロータ２側の検出コイル１３に対して、ロータ角に応じた電圧を誘起させるためのシート状のコイルであり、ステータ３に設けられる。これらの励磁コイル１１，１２には、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号が入力される。この交流信号は、信号生成回路５で生成されて、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２の各々に供給される。
交流信号の具体例としては、例えば数十キロヘルツ～数メガヘルツの高周波信号の振幅を周期的に増減するように変調させた変調波が挙げられる。また、検出コイル１３はロータ２に設けられて、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２に対向配置されるシート状のコイルである。検出コイル１３には、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２を励磁することで発生した磁束の鎖交によって交流電圧信号が誘起される。
第二コイル群２０には、正弦検出コイル２１，余弦検出コイル２２，励磁コイル２３が設けられる。励磁コイル２３は、検出コイル１３とともにロータ２側で閉回路を形成するシート状のコイルである。図１に示すように、励磁コイル２３の両端は検出コイル１３の両端に接続される。検出コイル１３に生じた誘起電圧は、励磁コイル２３に作用する。また、正弦検出コイル２１および余弦検出コイル２２は、ロータ２側の励磁コイル２３に発生した磁束を受けて、ロータ角に応じた交流電圧信号が誘起されるシート状のコイルであり、ステータ３側に設けられる。これらの検出コイル２１，２２には、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号が伝達される。検出コイル２１，２２で得られた各々の交流信号は、ロータ２のステータ３に対する回転角を算出すべく信号処理回路６へと伝達される。
ここで、図２に示すように、正弦励磁コイル１１に入力される電圧波形をsinωtとおく。ωは振動する電圧の角振動数[rad/s]（角速度）を表し、tは時間[s]を表す。このとき、余弦励磁コイル１２に入力される電圧波形は、電気角の位相がsinωtとは９０度（2/π[rad]）相違することから、例えばcosωtと表現できる。一方、これらの励磁コイル１１，１２で発生した磁束によって検出コイル１３側に誘起される電圧波形は、sin(ωt+θnX)と表現できる。
角度θnXは、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２と検出コイル１３との実際の角度のずれに相当するパラメータ[rad]である。これらのコイル１１～１３の軸倍角はｎＸであることから、ステータ３に対してロータ２が一回転する間に、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２と検出コイル１３との相対位置がｎ回は実質的に同一となる。角度θnXは、繰り返し変化する相対位置の一周期の範囲内（2π[rad]/ｎの範囲内）において、ロータ２の回転角がどこに位置するのか（高分解能位置情報）を表す角度となる。
また、励磁コイル２３に伝達される電圧波形は、検出コイル１３と同一であり、sin(ωt+θnX)と表現できる。一方、励磁コイル２３で発生した磁束によって正弦検出コイル２１側に誘起される電圧波形は、sin(ωt+θnX)・sinθ1Xと表現できる。また、余弦検出コイル２２側に誘起される電圧波形は、sin(ωt+θnX)・cosθ1Xと表現できる。角度θ1Xは、正弦検出コイル２１および余弦検出コイル２２と検出コイル１３との実際の角度のずれに相当するパラメータ[rad]である。これらのコイル２１～２３の軸倍角は１Ｘであることから、角度θ1Xは、ロータ２の一回転の範囲内（2π[rad]の範囲内）において、ロータ２の回転角がどこに位置するのかを表す角度となる。なお、前述の通り、ロータ２の高分解能位置情報は角度θnXで与えられる。したがって、角度θ1Xに求められる精度は、2π[rad]の範囲をｎ個に等分した区間のうち、ロータ２の回転角がどの区間（位置）に入っているかを把握できる程度の精度があればよい。
正弦検出コイル２１および余弦検出コイル２２の各々に誘起された電圧波形は、信号処理回路６に入力される。信号処理回路６では、各々の電圧波形がアンプ回路を介して増幅される。その後、検波回路を介して同期検波処理が施されるとともに、積分回路を介して所定区間分の電圧の積分値に相当する値（磁束量相当値）が算出される。ここで算出された一方の積分値は、基準クロックに対する位相を抽出するのに用いられ、他方の積分値は、信号レベル（振幅）を抽出するのに用いられる。前者の位相情報は、角度θnXの情報に変換される。また、後者の信号レベル情報は、角度θ1Xの情報に変換される。これらの角度情報に基づき、ロータ２のステータ３に対する回転角が求められる。
［1-2. ステータ側のコイル］
図３は、ステータ３側の具体的な回路構造を例示する分解斜視図であり、図４はその回路構造を正面から見たときの模式図である。ロータ２およびステータ３の対向面において、ステータ３側には正弦励磁コイル１１と余弦励磁コイル１２と正弦検出コイル２１と余弦検出コイル２２とが設けられる。正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２は、ロータ２側の検出コイル１３と対向する位置において、周方向に交互に隣接するように配置される。また、正弦検出コイル２１および余弦検出コイル２２は、ロータ２側の励磁コイル２３と対向する位置において環状に配置される。
正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２の各々が配置される領域の形状は、図５に示すような部分円環領域６５に対応する形状とされる。部分円環領域６５とは、ロータ２の回転軸Ｃを中心とした内円６１および外円６２と回転軸Ｃを通る二直線６３，６４とで囲まれる領域である。図５に示す例では、二直線６３，６４のなす角度が４５度であり、周方向に八つの部分円環領域６５を隣接配置させることが可能である。ｍ個の部分円環領域６５を隣接配置させたい場合には、二直線６３，６４のなす角度を３６０度／ｍに設定すればよい。
本実施例では、ロータ２およびステータ３の対向面を偶数個（図４中では８個）に等分した領域において、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２が交互に隣接配置される。これにより、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２の数が同数となる。なお、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２は、ロータ２の磁極ピッチを基準として各コイル１１，１２の位相が一致することを前提として、同一平面上において、ロータ２の回転軸Ｃに対して回転対称形状をなすように配索されてもよい。図４に示す例では、導体のレイアウトが回転軸Ｃに対して、隣接する正弦励磁コイル１１と余弦励磁コイル１２のそれぞれ１つを合わせて１組と考えるとき、四回の回転対称形状になるように形成されている。
ここで、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２のペアの数（組数）について補足的に説明する。組数を１組または２組に設定した場合には、図４中で励磁コイル１１，１２が配置される円環状の領域において、左半面と右半面とのバランスが悪くなりやすく、検出器としてのロバスト性が低下する。したがって、組数は好ましくは３組以上とされる。また、組数を奇数に設定した場合にも、左半面と右半面とで正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２の各々の数が相違することになってしまう。したがって、より好ましくは組数が偶数とされる。ただし、組数を増加させすぎると、励磁コイル１１，１２同士の隙間に多くのスペースを取られてしまい、特に小径のレゾルバ１では不利となる。これらの点を考慮して、図４に示す正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２の組数は、４組に設定されている。
なお、電気角の位相が同一となるような位置に、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２をずらして配置してもよい。例えば、回転対称となる位置から、電気角で３６０度分（すなわち１極対分の機械角）だけ周方向に相違する位置にこれらの励磁コイル１１，１２をずらして配置してもよい。このように、励磁コイル１１，１２の位置を周方向に、電気角でＮ周期分移動させる（具体的にいえば、電気角で一周期分や二周期分移動させる）ことで、励磁コイル１１，１２間の隙間Ｇ（図４参照）を広げることができ、内周側からの引き出し線をその隙間Ｇに通して同一平面内で配索することが容易となる。隙間Ｇの寸法は、少なくとも電気角で１８０度分（すなわち０．５極対分の機械角であって、一つの磁極分）に相当する寸法以上に設定される。なお、各励磁コイル１１，１２は必ずしも等しく配置されなくてよい。
また、図５に示すような一つの部分円環領域６５に含まれる励磁コイル１１，１２の周方向の長さは、最小限で一つの磁極対（Ｎ極およびＳ極）が形成されうる長さがあればよい。部分円環領域６５の数がｍ個である場合、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２の組数はｍ／２組と表現できる。したがって、一つの励磁コイル１１，１２に含まれる磁極対の数は最大で、軸倍角の値ｎを組数で除した数（２ｎ／ｍ個）となり、最小で一個となる。
正弦励磁コイル１１は、往路コイル１１Ａと復路コイル１１Ｂとを繋いだ形状に形成される。往路コイル１１Ａに入力される電流の向きは、復路コイル１１Ｂに入力される電流の向きとは逆方向に設定される。したがって、往路コイル１１Ａに生成される磁極の向きが例えば図４中の紙面手前側から奥側へ向かう方向であるとき、復路コイル１１Ｂに生成される磁極の向きは、図４中の紙面奥側から手前側へ向かう方向となる。これらの往路コイル１１Ａおよび復路コイル１１Ｂは、図５に示すような部分円環領域６５内において、互いに重ならないように同一平面上に配置される。往路コイル１１Ａは、少なくとも一部が波形状のコイルで構成される。
ここでいう「波形状」には、ロータ２の回転軸Ｃに垂直でその回転軸Ｃを原点とした極座標平面において、偏角の変化に対して径方向の距離が一定の周期で変化する反復形状が含まれる。また、その反復形状を模した形状や、その反復形状に類似した形状が含まれる。例えば、その反復形状と完全に同一であるとはいえないものの、レゾルバ１の性能に支障をきたさない程度にその反復形状を変形させた形状や、実質的にその反復形状と同等であるといえる形状は、ここでいう「波形状」に含まれる。具体例を挙げれば、「波形状」には矩形波形状や正弦波形状や三角波形状が含まれる。また、これらの形状の角が取れた波形状（矩形や三角形の角を丸く鈍した形状）も含まれる。
図４に示す往路コイル１１Ａは、ロータ２の回転軸Ｃと同軸である円の円周に沿って矩形波を配置するとともに、その矩形波の内周側に沿って導体を配索した形状に形成される。別言すれば、ロータ２の回転軸Ｃと同軸に配置された歯車の輪郭をなすように導体を配索するとともに、その歯車の内周側に沿って導体を配索した形状に形成される。言い換えれば、往路コイル１１Ａは外向き歯のくし形に形成され、図５に示す内円６１側の円弧から外円６２側の円弧に向かって歯を延ばしたくしの輪郭をなすように導体を配索した形状に形成される。
これに対して復路コイル１１Ｂは、ロータ２の回転軸Ｃと同軸である円の円周に沿って矩形波を配置するとともに、その矩形波の外周側に沿って導体を配索した形状に形成される。別言すれば、ロータ２の回転軸Ｃと同軸に配置された歯車の輪郭をなすように導体を配索するとともに、その歯車の外周側に沿って導体を配索した形状に形成される。言い換えれば、復路コイル１１Ｂは内向き歯のくし形に形成され、図５に示す外円６２側の円弧から内円６１側の円弧に向かって歯を延ばしたくしの輪郭をなすように導体を配索した形状に形成される。
正弦励磁コイル１１と同様に、余弦励磁コイル１２は、往路コイル１２Ａと復路コイル１２Ｂとを互いに重ならないように繋いだ形状に形成される。図４に示すように、往路コイル１２Ａは、円弧から外向きに歯を延ばしたくしの輪郭をなすように導体を配索した形状に形成される。また、復路コイル１２Ｂは、円弧から内向きに歯を延ばしたくしの輪郭をなすように導体を配索した形状に形成される。
なお、図４に示すようなくし型に形成された励磁コイル１１，１２は、内側に配置される往路コイル１１Ａ，１２Ａと外側に配置される復路コイル１１Ｂ，１２Ｂとの形状が若干異なる。それゆえ、各々で生成される磁界の強度も若干相違することになり、これが角度誤差を発生させる要因のひとつとなっている。一方、図４に示すように、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２における磁極の向きのレイアウト（交流の励磁信号によってある瞬間に生成される磁束の向きのレイアウト）は、各コイル１１，１２の一群おきに反転するように形成される。このレイアウトについて、図８(A)，(B)を用いて説明する。
図８(A)，(B)は、励磁コイル１１，１２とロータ２側の検出コイル１３との関係を説明するための模式図である。正弦励磁コイル１１，余弦励磁コイル１２の各々の数は、実際には図４に示すように四つずつであるが、図８(A)，(B)ではこれを省略して二つずつ示している。図中の左右方向は回転角（偏角）方向に相当し、図中の上下方向は半径方向（上が外径側，下が内径側）に相当する。
正弦励磁コイル１１，余弦励磁コイル１２の各々には、ロータ２の磁極ピッチを基準として各コイル１１，１２の位相が一致することを前提として、励磁による磁束の向きが互いに相違する回転対称形状のコイルが同数含まれる。例えば、図８(A)中の左側の正弦励磁コイル１１に着目すると、ある瞬間に往路コイル１１Ａを励磁することで生成される磁束の向きが紙面手前から奥へ向かう方向であるとする。一方、図８(A)中の右側の正弦励磁コイル１１における往路コイル１１Ａについて、ある瞬間に往路コイル１１Ａを励磁することで生成される磁束の向きは、紙面奥から手前へ向かう方向になるように形成される。つまり、これらの正弦励磁コイル１１の往路コイル１１Ａは、ロータ２の磁極ピッチを基準として各コイル１１，１２の位相が一致することを前提として、回転対称形状であって、励磁による磁束の向きが互いに相違するように形成される。
正弦励磁コイル１１の復路コイル１１Ｂについても同様であり、図８(A)中の左側の正弦励磁コイル１１における復路コイル１１Ｂは、ある瞬間に紙面奥から手前へ向かう方向への磁束を生成する。一方、図８(A)中の右側の正弦励磁コイル１１における復路コイル１１Ｂは、ある瞬間に紙面手前から奥へ向かう方向への磁束を生成する。ここで、正弦励磁コイル１１で生成される磁束を検出コイル１３に重ね合わせてみると、往路コイル１３Ａに作用する磁界と復路コイル１３Ｂに作用する磁界との差が小さくなる。したがって、同相内でのコイル形状（くしの向き）による磁束差が平均化され、レゾルバ１の角度検出精度がさらに向上する。
なお、余弦励磁コイル１２で生成される磁束のピーク位置は、正弦励磁コイル１１で生成される磁束のピーク位置に対して電気角で９０°ずれた位置になる。したがって、図８(A)に示す状態では、余弦励磁コイル１２で生成される磁束は検出コイル１３に鎖交しない。
図８(B)は、図８(A)に示す状態からロータ２が電気角で90°回転した状態を表す模式図である。正弦励磁コイル１１だけでなく、余弦励磁コイル１２においても、ロータ２の磁極ピッチを基準として各コイル１１，１２の位相が一致することを前提として、励磁による磁束の向きが互いに相違する回転対称形状のコイルが同数含まれる。このような構造により、余弦励磁コイル１２で生成された磁界のうち、往路コイル１３Ａに作用する磁界と復路コイル１３Ｂに作用する磁界との差が小さくなり、コイル形状（くしの向き）による磁束差が平均化される。したがって、レゾルバ１の角度検出精度がさらに向上する。
図４において、正弦検出コイル２１は、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２の内側に配置されるコイルであり、往路コイル２１Ａと復路コイル２１Ｂとを繋いだ形状に形成される（図３参照）。往路コイル２１Ａは、正弦検出コイル２１が配索される平面で、ロータ２の回転軸Ｃを通る直線Ｐによって二分割された円環領域の一方において、渦巻状に導体を配索した形状に形成される。また、復路コイル２１Ｂは、直線Ｐによって二分割された円環領域の他方において、渦巻状に導体を配索した形状に形成される。往路コイル２１Ａは磁極対の一方を生成するように機能し、復路コイル２１Ｂは磁極対の他方を生成するように機能する。
余弦検出コイル２２は、正弦検出コイル２１と同様の構造を持つ。例えば、余弦検出コイル２２は、往路コイル２２Ａと復路コイル２２Ｂとを繋いだ形状に形成される（図３参照）。往路コイル２２Ａは、余弦検出コイル２２が配索される平面で、直線Ｑによって二分割された円環領域の一方において、渦巻状に導体を配索した形状に形成される。また、復路コイル２２Ｂは、直線Ｑによって二分割された円環領域の他方において、渦巻状に導体を配索した形状に形成される。
正弦検出コイル２１および余弦検出コイル２２の巻数や巻き形状は、ロータ２のステータ３に対する回転角が変化するにつれて、検出コイル２１，２２に生じる磁界の強さが正弦波状に変化するように設定される。例えば、ロータ２の回転軸Ｃに垂直でその回転軸Ｃを原点とした極座標平面において、偏角を変動させるにつれて巻数が段階的に変化するように設定される。図４に示す例では、偏角が９０度（クロックポジションで１２時方向）および２７０度（６時方向）であるときに巻数が０であり、偏角が０度（３時方向）および１８０度（９時方向）であるときに巻数が最大となるように、コイルの巻き形状が設定されている。また、巻数が最大となる偏角の大きさは、正弦検出コイル２１と余弦検出コイル２２とで９０度相違するように設定される。例えば、正弦検出コイル２１の巻数が最大となる偏角が９０度および２７０度であるとき、余弦検出コイル２２の巻数が最大となる偏角は０度および１８０度となる。
［1-3. ロータ側のコイル］
図６は、ロータ２側の具体的な回路構造を例示する分解斜視図であり、図７はその回路構造を正面から見たときの模式図である。ロータ２およびステータ３の対向面において、ロータ２側には検出コイル１３と励磁コイル２３とが設けられる。励磁コイル２３は、検出コイル１３の内側に配置される。検出コイル１３は、ステータ３側の正弦励磁コイル１１や余弦励磁コイル１２に対向して環状に配置される。同様に、励磁コイル２３は、ステータ３側の正弦検出コイル２１や余弦検出コイル２２に対向して環状に配置される。
検出コイル１３は、正弦励磁コイル１１や余弦励磁コイル１２と同様の構造を持ち、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２と対向する位置において環状に配置される。例えば、検出コイル１３は、複数の磁極を周方向に隣接配置してなる円環状の磁極群を有する。また、検出コイル１３は、往路コイル１３Ａと復路コイル１３Ｂとを繋いだ形状に形成される。これらの往路コイル１３Ａおよび復路コイル１３Ｂは、例えば図７に示すように、円環状の領域内において互いに重ならないように配置される。往路コイル１３Ａは、ロータ２の回転軸Ｃと同軸である円の円周に沿って矩形波を配置するとともに、その矩形波の外周側に沿って導体を配索した形状に形成される。また、復路コイル１３Ｂは、ロータ２の回転軸Ｃと同軸である円の円周に沿って矩形波を配置するとともに、その矩形波の内周側に沿って導体を配索した形状に形成される。
検出コイル２１，２２と同様に、検出コイル１３の巻数を偏角に応じて正弦波状に変化させてもよい。例えば、ロータ２のステータ３に対する回転角が変化するにつれて、検出コイル１３に生じる磁界の強さが正弦波状に変化するように、巻数や巻き形状を設定してもよい。なお、コイルの軸倍角が大きくなるにつれて、隣接する磁極間で磁束がショートしやすくなり、磁界の波形の角がとれて自ずと正弦波状に大きさが変化する磁界が得られるという傾向がある。具体的な磁界分布形状は、磁極間距離，エアギャップ，巻数，コイル形状などに依存して変化する。
励磁コイル２３は、往路コイル２３Ａと復路コイル２３Ｂとを繋いだ形状に形成される。往路コイル２３Ａおよび復路コイル２３Ｂは、各々が配索される平面で、ロータ２の回転軸Ｃを通る任意の直線Ｒによって二分割された円環領域の各々において、環状に導体を配索した形状に形成される。二つの半円環領域に巻回される巻線は互いに接続されている。また、一方の半円環領域に巻回される巻線の巻き方向は、他方の半円環領域に巻回される巻線の巻き方向とは逆方向に設定されている。
［2. 作用, 効果］
（１）上記のレゾルバ１では、検出コイル１３で得られた信号をそのままステータ３側へと伝達するためのアンテナコイルが省略されている。また、軸倍角がｎＸの第一コイル群１０と軸倍角が１Ｘの第二コイル群２０とが設けられ、両方のコイル群１０，２０が信号伝達経路において直列に配置されている。例えば、信号生成回路５で生成された交流信号は、第一コイル群１０を介してロータ２側へと伝達された後、第二コイル群２０を介して再びステータ３側に返送されて信号処理回路６へと入力される。つまり、交流信号がステータ３からロータ２へと伝達される過程では第一コイル群１０が利用され、その交流信号がロータ２からステータ３へと伝達される過程では第二コイル群２０が利用される。
このような構造により、信号生成回路５で生成された交流信号が第一コイル群１０と第二コイル群２０とに独立して伝達される従来構造のものと比較して、コイル数を削減することができ、レゾルバ１の内径側を大きくすることができる。したがって、スペースの有効活用を図ることができる。また、従来構造のものと比べてアンテナコイルが省略されているため、コイルの導体が配索される層数を削減することができ、回路構造を簡素にすることができる。さらに、ＲＤＣ（Resolver Digital Converter，レゾルバデジタルコンバータ）の励磁用アンプ数を２系統から１系統へと削減することができ、レゾルバ１の部品点数を削減することができ、製造コストをカットすることができる。したがって、構成が簡素で小型化が容易なレゾルバ１を提供することができる。
（２）上記のレゾルバ１では、正弦励磁コイル１１と余弦励磁コイル１２とが同一平面上で周方向に交互に隣接配置される。このように、正弦励磁コイル１１と余弦励磁コイル１２とを同一層に形成することで、正弦励磁コイル１１から検出コイル１３までの距離や、余弦励磁コイル１２から検出コイル１３までの距離をほぼ一定にすることができ、信号強度を揃えることができる。 したがって、簡素な構成で良好な信号波形を実現することができる。
（３）上記のレゾルバ１では、正弦励磁コイル１１，余弦励磁コイル１２，検出コイル１３の各々に、往路コイル１１Ａ～１３Ａと復路コイルと１１Ｂ～１３Ｂとが設けられる。これらの往路コイル１１Ａ～１３Ａおよび復路コイル１１Ｂ～１３Ｂは、互いに重ならないように同一平面上に配置される。このような構造により、正弦励磁コイル１１，余弦励磁コイル１２，検出コイル１３の各々を１層で実現することができ、構造を簡素化，軽薄化することができる。
（４）上記のレゾルバ１では、第一コイル群１０に含まれるコイルの軸倍角がｎＸであり、第二コイル群２０に含まれるコイルの軸倍角が１Ｘになっている。このような構成により、正弦検出コイル２１および余弦検出コイル２２の各々に誘起された電圧波形の位相および信号レベル（振幅）を角度θnXおよび角度θ1Xの情報に対応させることができる。したがって、ロータ２のステータ３に対する回転角を容易に精度よく求めることができる。
［3. 変形例］
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、本実施例の各構成は必要に応じて取捨選択でき、あるいは、公知技術に含まれる各種構成と適宜組み合わせることができる。
上記の実施例では、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２を同一平面上に配置するために部分円環領域６５に対応する形状に配置したが、これらのコイル１１，１２は同一平面上に配置されていなくてもよいし、配置される領域の形状が部分円環領域６５の形状でなくてもよい。例えば、正弦励磁コイル１１および余弦励磁コイル１２をそれぞれ完全な円環の領域に対応する形状に形成し、それぞれを基板の別層に配置することもできる。
また、例えば、上記の実施例では、第二コイル群２０に含まれるコイルの軸倍角が１Ｘである場合について詳述したが、これに代えて、軸倍角が（ｎ―１）Ｘのコイルを用いてもよい。このような場合であっても、軸倍角ｎＸのコイルから得られる信号と軸倍角（ｎー１）Ｘのコイルから得られる信号とに基づき、バーニヤの原理を用いて軸倍角１Ｘに相当する角度を算出することができ、ロータ２のステータ３に対する回転角を特定することができるとともに、上記の実施例と同様の作用，効果を獲得することができる。
また、上記の実施例では、軸倍角がｎＸの正弦励磁コイル１１と余弦励磁コイル１２とを励磁するとともに、軸倍角が１Ｘの正弦検出コイル２１と余弦検出コイル２２とで信号を検出する構造のレゾルバ１を例示したが、入出力の関係を逆にしてもよい。例えば、第一コイル群１０に含まれるコイルの軸倍角を１Ｘとし、第二コイル群２０に含まれるコイルの軸倍角をｎＸとしてもよい。この場合、軸倍角がｎＸの第二コイル群２０が信号の位相変調を担い、軸倍角が１Ｘの第一コイル群１０が信号の振幅変調を担うものとなる。このような構造においても、上記の実施例と同様の作用，効果を獲得することができる。
また、上記の実施例では、図３，図６に示すような形状の第二コイル群２０（正弦検出コイル２１，余弦検出コイル２２，励磁コイル２３）を例示したが、具体的なコイル形状はこれに限定されない。例えば、ロータ２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、検出コイル２１，２２と励磁コイル２３とが重なり合う部分の面積Ｓが偏角θに対して正弦波状に変化するように、検出コイル２１，２２及び励磁コイル２３の形状を設定してもよい。
図９に示す正弦検出コイル２１は、往路コイル２１Ａ（図９中の「sin+」）と復路コイル２１Ｂ（図９中の「sin-」）とを繋いだ形状に形成される。また、余弦検出コイル２２も、往路コイル２２Ａ（図９中の「cos-」）と復路コイル２２Ｂ（図９中の「cos+」）とを繋いだ形状に形成される。これらのコイル２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂは、互いに重ならないように同一平面上に配置される。
また、コイル２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの各々の形状に関して、外周側端辺に相当する曲線は、ロータ２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、例えば以下の式１で表され、内周側端辺に相当する曲線は、例えば以下の式２で表される。この場合、正弦検出コイル２１，余弦検出コイル２２の各々と励磁コイル２３とが重なり合う部分の面積Ｓは、以下の式３で表される。
Figure 2022092918000002
このように、検出コイル２１，２２と励磁コイル２３との重畳部分の面積Ｓが正弦波状に変化するように、各コイル２１，２２，２３の形状を設定することで、励磁コイル２３と検出コイル２１，２２との間で信号伝達を担う磁束の面積を連続的に（スムーズに）変動させることができ、検出コイル２１，２２に生じる交流信号の波形を滑らかな曲線状にすることができる。したがって、簡素な構成で良好な信号波形を実現することができる。
１ レゾルバ
２ ロータ
３ ステータ
４ 制御装置
５ 信号生成回路
６ 信号処理回路
１０ 第一コイル群
１１ 正弦励磁コイル
１１Ａ 往路コイル
１１Ｂ 復路コイル
１２ 余弦励磁コイル
１２Ａ 往路コイル
１２Ｂ 復路コイル
１３ 検出コイル
１３Ａ 往路コイル
１３Ｂ 復路コイル
２０ 第二コイル群
２１ 正弦検出コイル
２１Ａ 往路コイル
２１Ｂ 復路コイル
２２ 余弦検出コイル
２２Ａ 往路コイル
２２Ｂ 復路コイル
２３ 励磁コイル
２３Ａ 往路コイル
２３Ｂ 復路コイル

Claims (5)

  1. ロータのステータに対する回転角を検出するレゾルバであって、
    前記ステータに設けられ、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦励磁コイルおよび余弦励磁コイルと、
    前記ロータに設けられ、前記正弦励磁コイルおよび前記余弦励磁コイルに対向配置される検出コイルと、
    前記検出コイルとともに前記ロータ側で閉回路を形成する励磁コイルと、
    前記ステータに設けられ、前記励磁コイルに対向配置されるとともに、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦検出コイルおよび余弦検出コイルと、
    を備え、
    前記正弦検出コイル，前記余弦検出コイル，前記励磁コイルの軸倍角が、前記正弦励磁コイル，前記余弦励磁コイル，前記検出コイルの軸倍角と相違する
    ことを特徴とする、レゾルバ。
  2. 前記正弦励磁コイルおよび前記余弦励磁コイルが、同一平面上で周方向に交互に隣接配置され、
    前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、互いに接続された一対のくし型閉コイルを前記部分円環領域内で重ならないように配置した構造を備えるとともに、
    前記一対のくし型閉コイルが、前記外円側の円弧から前記内円側の円弧に向かって歯を延ばしたくしの輪郭をなすように導体を配索してなる第一くし型閉コイルと、前記内円側の円弧から前記外円側の円弧に向かって歯を延ばしたくしの輪郭をなすように導体を配索してなる第二くし型閉コイルとを有する
    ことを特徴とする、請求項１記載のレゾルバ。
  3. 前記正弦励磁コイル，前記余弦励磁コイル，前記正弦検出コイル，前記余弦検出コイルの各々が、磁極対の一方を生成するための往路コイルと前記磁極対の他方を生成するための復路コイルとを有し、
    前記往路コイルおよび前記復路コイルの各々が、互いに重ならないように同一平面上に配置される
    ことを特徴とする、請求項１または２記載のレゾルバ。
  4. 前記正弦検出コイル，前記余弦検出コイル，前記励磁コイルの軸倍角がｎＸであり、
    前記正弦励磁コイル，前記余弦励磁コイル，前記検出コイルの軸倍角が１Ｘである
    ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のレゾルバ。
  5. 前記正弦検出コイル，前記余弦検出コイル，前記励磁コイルの軸倍角がｎＸであり、
    前記正弦励磁コイル，前記余弦励磁コイル，前記検出コイルの軸倍角が（ｎ－１）Ｘである
    ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のレゾルバ。
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