JP5470552B2 - レゾルバ及びレゾルバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レゾルバ及びレゾルバの製造方法に関する。

従来、この種のレゾルバは、ステータ及びロータを有し、ステータに対するロータの回転位置によってステータとロータとの間の相互インダクタンスが変化することを利用して、ステータに対するロータの回転角度に応じた検出信号を出力する。

図１８に、従来のレゾルバの構成例を示す。図１８は、レゾルバのステータ構造のみを表す。

従来のレゾルバのステータ９００は、多層状の鉄心９０２の内側に多数の歯部９０４とスロット９０６とを有し、歯部９０４とスロット９０６とが円周方向に交互に形成されている。各歯部９０４には、絶縁キャップ９０８を介してステータ巻線９１０が巻回されており、ステータ巻線９１０と鉄心９０２と各歯部９０４とは電気的に絶縁されている。絶縁キャップ９０８の一端には、鉄心９０２の端面に沿って延設された絶縁延長部９１２が一体に形成され、この絶縁延長部９１２には複数の端子ピン９１４が植設されている。端子ピン９１４には、コネクタ９１６を有するリード線９１８が接続されると共に、各端子ピン９１４にはステータ巻線９１０の端線が接続されている。

そして、ステータ巻線は、例えば励磁用の励磁巻線と２相の検出巻線により構成され、励磁巻線により励磁された状態で、図示しないロータが回転すると、このロータとステータとの間のギャップパーミアンスが回転角度θに対して正弦波状に変化するようになっている。回転角度θに対応して２相の検出巻線の電圧が変化するため、この電圧変化に基づいて回転角度が検出される。

そして、このレゾルバからの検出信号をＲ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を出力して後段の制御処理に供していた。

特開平１０−３０９０６７号公報

ところで、レゾルバにおいては、回転角度の検出精度を高めるためには、励磁巻線や検出巻線を精度良く巻回する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されたレゾルバでは、歯部が内側に向けて設けられているため、励磁巻線や検出巻線を精度良く巻回することができず、検出精度の向上の大きな障害となっていた。

また、従来のレゾルバでは、巻線磁芯の外側に導線を巻回させていたため、励磁用の巻線部材や検出用の巻線部材のインダクタンスのばらつきを、ある程度許容せざるを得ず、回転角度の検出精度のより一層の向上には限界があった。

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、回転角度の検出精度をより一層向上させることが可能なレゾルバ及びレゾルバの製造方法等を提供することにある。

（１）本発明の一態様は、レゾルバが、磁性材料からなり、環状の平板面に対して複数のステータティースが交差するように設けられたステータと、前記複数のステータティースの各ステータティースの外側に巻回されるように、前記平板面に搭載される基板に形成される複数のステータ巻線と、磁性材料からなり、所与の回転軸回りの回転により前記各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するように前記ステータに対して回転可能に設けられたロータとを含み、前記基板に、前記複数のステータ巻線の少なくとも１つと電気的に接続され励磁信号又は検出信号が伝送される配線が形成される。

本態様によれば、巻線部材として、予めコイルや配線等の所定の導電体パターンを形成した基板を採用することで、巻線を規格通りに精度良く形成することが可能となり、巻線のインダクタンスのばらつきを極めて小さくすることができるようになる。また、ステータ巻線同士を接続する配線の蛇行部分を確実に排除でき、不要なノイズの混入を確実に防止できるようになる。これらの結果、検出精度を向上させることが可能なレゾルバを提供できるようになる。更に、このような基板を平板の上方から搭載することでステータ巻線を設けることができるので、ステータの内側の狭い空間で各ステータティースにステータ巻線を巻回させる必要がなくなる。そのため、レゾルバの製造工程を簡素化できる上に、検出精度をより向上させることができるようになる。

（２）本発明の他の態様では、前記基板は、スルーホールを介して電気的に接続可能な複数の層が積層されてなる多層基板であり、前記ステータ巻線を構成する励磁用コイル、前記ステータ巻線を構成する検出用コイル、及び前記配線が、前記多層基板を構成する複数の層に分けて形成される。

本態様によれば、基板を多層基板で構成するようにしたので、コイルや配線が形成される領域を小さくでき、ノイズの混入をできるだけ小さくし、かつ、基板の面積を小さくできるようになる。

（３）本発明の他の態様では、前記複数のステータ巻線及び前記配線の材質が、アルミニウムを主成分とする材質である。

本態様によれば、銅材料でコイルや配線等を形成する場合に比べて、比重の軽いアルミニウム材料を採用することで、レゾルバの軽量化及び低コスト化を図ることができる。

（４）本発明の他の態様では、前記ロータの回転により、前記ロータの外径側と前記各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するインナーロータ型である。

本態様によれば、検出精度のより一層の向上が可能なインナーロータ型のレゾルバを提供できるようになる。

（５）本発明の他の態様では、前記ロータの回転により、前記ロータの内径側と前記各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するアウターロータ型である。

本態様によれば、検出精度のより一層の向上が可能なアウターロータ型のレゾルバを提供できるようになる。

（６）本発明の他の態様では、前記ステータの材質は、１枚の電磁鋼板、普通鋼であるＳＰＣＣ、機械構造用炭素鋼であるＳ４５Ｃ又はＳ１０Ｃである。

本態様によれば、曲げによる加工精度や信頼性を維持しやすい１枚の電磁鋼板、ＳＰＣＣ、Ｓ４５Ｃ又はＳ１０Ｃをステータの材質として採用することで、上記の効果に加えて、安価な材料でステータを用意し、低コスト且つ信頼性の高いレゾルバを提供できるようになる。

（７）本発明の他の態様では、前記ステータに対する前記ロータの回転角に応じた前記ステータ巻線からの検出信号に対応したデジタル信号を出力する変換器を含む。

本態様によれば、変換器を内蔵することで、ステータ巻線からの検出信号へのノイズの混入を最小限に抑え、検出精度を向上させたレゾルバを提供できるようになる。

（８）本発明の他の態様は、レゾルバの製造方法が、磁性材料からなる環状の平板の縁部に形成されたステータの複数のステータティースを起こすように折り曲げ加工する折り曲げ工程と、前記複数のステータティースの各ステータティースを巻線磁芯として励磁用及び検出用の複数のステータ巻線と、前記複数のステータ巻線の少なくとも１つと電気的に接続され励磁信号又は検出信号が伝送される配線とが形成された基板を、前記平板に搭載する巻線部材取り付け工程と、磁性材料からなり、回転軸回りの回転により前記各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するように前記ステータに対して回転可能にロータを取り付けるロータ取り付け工程とを含む。

本態様によれば、製造工程を簡素化し、かつ、検出精度をより向上させるレゾルバの製造方法を提供できるようになる。

（９）本発明の他の態様では、前記基板は、スルーホールを介して電気的に接続可能な複数の層が積層されてなる多層基板であり、前記ステータ巻線を構成する励磁用コイル、前記ステータ巻線を構成する検出用コイル、及び前記配線が、前記多層基板を構成する複数の層に分けて形成される。

本態様によれば、基板を多層基板で構成するようにしたので、コイルや配線が形成される領域を小さくでき、ノイズの混入をできるだけ小さくし、かつ、基板の面積を小さくできるレゾルバの製造方法を提供できるようになる。

（１０）本発明の他の態様では、前記複数のステータ巻線及び前記配線の材質が、アルミニウムを主成分とする材質である。

本態様によれば、銅材料でコイルや配線等を形成する場合に比べて、比重の軽いアルミニウム材料を採用することで、軽量化及び低コスト化を図るレゾルバの製造方法を提供することができるようになる。

本発明に係る実施形態１におけるレゾルバの構成例の斜視図。 図１のステータの分解斜視図。 図１又は図２のプリント基板の斜視図の一例を示す図。 プリント基板に設けられた挿入孔に挿入されるステータティースの説明図。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）はプリント基板に形成されるコイルの説明図。 図１のレゾルバの上面図。 実施形態１におけるプリント基板の断面構造を模式的に示す図。 実施形態１におけるレゾルバの製造方法の一例のフロー図。 折り曲げプレス加工前の実施形態１におけるステータを構成する平板の斜視図。 本発明に係る実施形態２におけるレゾルバの構成例の斜視図。 実施形態２における折り曲げプレス加工工程後のステータを構成する平板の斜視図の一例を示す図。 実施形態２におけるステータティースの形状の説明図。 本発明に係る実施形態３におけるレゾルバの構成例の斜視図。 実施形態３における折り曲げプレス加工工程後のステータを構成する平板の斜視図の一例を示す図。 実施形態３におけるステータティースの形状の説明図。 いずれかの実施形態におけるレゾルバが適用された角度検出システムの構成例の機能ブロック図。 図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は、いずれかの実施形態におけるレゾルバが適用されるシステムの具体的な構成例を示す図。 従来のレゾルバの構成例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成のすべてが本発明の課題を解決するために必須の構成要件であるとは限らない。

〔実施形態１〕
図１に、本発明に係る実施形態１におけるレゾルバの構成例の斜視図を示す。なお、図１では、ステータ巻線等の配線を模式的に表している。また、図１では、レゾルバ１００が、８個のステータティースを有し、１相励磁２相出力型のレゾルバである例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２に、図１のステータの分解斜視図を示す。図２において、図１と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

レゾルバ１００は、ステータ（固定子）２００と、ロータ（回転子）３００とを含む。レゾルバ１００は、いわゆるインナーロータ型の角度検出装置である。即ち、ステータ２００の内側にロータ３００が設けられ、ステータ２００がロータ３００の外周側（外径側）の側面と対向した状態で、ロータ３００の回転角度に応じて、ステータ２００に設けられたステータ巻線を構成する検出巻線からの信号が変化するようになっている。

ステータ２００は、磁性材料からなる環（リング）状の平板２５０を用いて構成され、この平板２５０に複数のステータティースが設けられている。これらのステータティースは、平板２５０の平板面に対して交差するように設けられている。図１では、ステータ２００は、折り曲げ加工等により平板面に対して同一面側に略垂直に起こされた８個のステータティース（突極部）２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ、２１０ｇ、２１０ｈを有する。ステータティース２１０ａ〜２１０ｈは、プレス加工により予め平板２５０に形成された後に、折り曲げプレス加工（広義には折り曲げ加工）により、平板２５０の面に対して略垂直となるように起こされている。これらのステータティースは、環状の平板２５０の内側（内径側）の縁部に形成され、各ステータティースの面のうち少なくともロータ３００と対向する面は平面ではなく、ロータ３００の回転軸の方向に沿って見たときに、環状の平板２５０の内径側に位置する点を中心とする円弧の一部となるように形成されている。

ロータ３００は、磁性材料からなり、ステータ２００に対して回転自在に設けられている。より具体的には、ロータ３００は、ロータ３００の回転軸回りの回転によりステータ２００の各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するようにステータ２００に対して回転可能に設けられる。例えば、ロータ３００の軸倍角が「３」であり、所与の半径の円周線を基準に、該円周線の１周につき、平面視において外径側の外形輪郭線を３周期で変化する形状を有している。そして、平板２５０に対して起こされたステータティースの内側（内径側、内周側）の面と対向するロータ３００の外周側の面が、ロータ３００の１回転につき３周期でギャップパーミアンスが変化するようになっている。

また、ステータ２００には、平板２５０に搭載可能に構成されたプリント基板４００が搭載される。プリント基板４００には、ステータティース２１０ａ〜２１０ｈの各ステータティースを巻線磁芯としてその外側に巻回するように設けられるシート状のコイルと、各コイルを電気的に接続する導電層である配線とが形成される。そして、このプリント基板４００をステータ２００に搭載することで、励磁用のコイルで励磁した状態で、ロータ３００の回転角度に対応した検出信号を取得することができる。ここで、プリント基板４００に形成された挿入孔の向きは、ロータ３００の回転軸の向きである。

図３に、図１又は図２のプリント基板４００の斜視図の一例を示す。図３において、図１又は図２と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

プリント基板４００には、ステータ２００のステータティース２１０ａ〜２１０ｈの位置に合わせてステータティースの挿入孔４１０ａ〜４１０ｈが設けられ、これらの挿入孔のそれぞれの外側に巻回するようにコイル４２０ａ〜４２０ｈが形成されている。コイル４２０ａ〜４２０ｈの各コイルは、渦巻き状の導電層が挿入孔の周囲に形成されたものであり、プリント基板４００をステータ２００に搭載したとき、挿入孔に挿入されたステータティースが巻線磁芯として機能するようになっている。

またプリント基板４００は、コネクタ部４５０を有する。コネクタ部４５０には、端子ピン挿入孔４６１〜４６６が設けられており、端子ピン挿入孔４６１〜４６６には、ステータ巻線と電気的に接続される導電材からなる端子ピン４７１〜４７６がそれぞれ挿入される。ステータ巻線であるコイル４２０ａ〜４２０ｈには、端子ピン４７１〜４７６のいずれかを介して外部から励磁信号が印加されると共に、端子ピン４７１〜４７６のいずれかを介して外部に検出信号を出力する。

そして、プリント基板４００には、端子ピン４７１〜７４６のいずれかとコイル４２０ａ〜４２０ｈのいずれかとを電気的に接続する配線が、アルミニウム材料（広義にはアルミニウムを主成分とする導電材料）で形成される。ここで、コイル４２０ａ〜４２０ｈもまた、アルミニウム材料で形成されることが望ましい。即ち、ステータ巻線及び配線の材質が、アルミニウムを主成分とする材質であることが望ましい。

これにより、銅材料（広義には銅を主成分とする導電材料）でコイル（ステータ巻線）や配線を形成する場合に比べて、比重の軽いアルミニウム材料を採用することで、レゾルバの軽量化及び低コスト化を図ることができる。

図４に、プリント基板４００に設けられた挿入孔４１０ａに挿入されるステータティース２１０ａの説明図を示す。図４において、図１〜図３と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。図４は、挿入孔４１０ａを通り、ロータ３００の回転軸を中心とした所与の円周方向のステータティース２１０ａの断面構造を模式的に表す。図４は、ステータティース２１０ａの断面図を表すが、ステータティース２１０ｂ〜２１０ｈも同様の構造を有している。

平板２５０に対して起こされたステータティース２１０ａが、プリント基板４００に設けられた挿入孔４１０ａに挿入される。この結果、該挿入孔４１０ａの周囲に配置されたコイル４２０ａが、ステータティース２１０ａを巻線磁芯とするステータ巻線として機能する。

ここで、ロータ３００（の外周側の側面）と対向するステータティース２１０ａの面の形状（外形輪郭線の形状）が、平板面からステータティース２１０ａの先端部まで、平板面と平行で、かつ、ロータ３００の回転軸を中心とした円周方向Ｄ１の幅が一定である矩形形状を有している。ここで、方向Ｄ１は、ロータ３００の回転方向ということができる。即ち、図４において、平板面におけるステータティース２１０ａの方向Ｄ１の幅ｄ１と、ステータティース２１０ａの先端部の方向Ｄ１の幅ｄ２とが一致している形状を有している。このような形状を有することで、ステータティース２１０ａには多くの磁束を通ることになり、検出信号の出力レベルが上がり、レゾルバ１００の変圧比を上げることができるようになる。

ここで、ロータ３００の回転によって検出巻線から出力される検出信号を取り出すためのコイルについて説明する。コイルは、ステータ巻線として、励磁用コイル（励磁巻線）と検出用コイル（検出巻線）とから構成される。レゾルバ１００においては、励磁用コイルにより励磁した状態で、ステータ２００に対するロータ３００の回転により、検出用コイルの信号が変化する。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）に、プリント基板４００に形成されるコイルの説明図を示す。図５（Ａ）は、励磁用コイルの説明図を表す。図５（Ｂ）は、検出用コイルの説明図を表す。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、図１のロータ３００の回転軸方向にレゾルバ１００を見た平面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。図５（Ａ）では、励磁用コイルの巻き方向を模式的に示し、図５（Ｂ）では、検出用コイルの巻き方向を模式的に示す。実際には、各コイルは、プリント基板上に形成されている。

励磁用コイルは、励磁巻線として、図５（Ａ）に示すように、隣接するステータティースの巻線方向が互いに反対方向となるように設けられる。このような励磁用コイルと電気的に接続される端子ピンＲ１、Ｒ２間に、励磁信号が与えられる。端子ピンＲ１、Ｒ２は、図１又は図２の端子ピン４７１〜４７６のいずれかに割り当てられる。

また、図５（Ｂ）に示すように、２相の検出信号を得るために、検出用コイルは、検出巻線として、２組の検出用コイルからなる。２相の検出信号の第１相（例えばＳＩＮ相）の検出信号を得るための検出用コイルは、例えばステータティース２１０ａから反時計回りにステータティース２１０ｇまで、１つおきに各ステータティースに巻回される。一方、２相の検出信号の第２相（例えばＣＯＳ相）の検出信号を得るための検出用コイルは、例えばステータティース２１０ｂから反時計回りにステータティース２１０ｈまで、１つおきに各ステータティースに巻回される。第１相の検出信号は、端子ピンＳ１、Ｓ３間の信号として検出され、第２相の検出信号は、端子ピンＳ２、Ｓ４間の信号として検出される。端子ピンＳ１〜Ｓ４は、図１又は図２の端子ピン４７１〜４７６のいずれかに割り当てられる。

このように、ステータティース２１０ａ、２１０ｃ、２１０ｅ、２１０ｇが挿入されるプリント基板４００の挿入孔４１０ａ、４１０ｃ、４１０ｅ、４１０ｇの周囲には、コイル４２０ａ、４２０ｃ、４２０ｅ、４２０ｇとして励磁用コイル及び第１相（ＳＩＮ相）の検出用コイルが形成される。また、ステータティース２１０ｂ、２１０ｄ、２１０ｆ、２１０ｈが挿入されるプリント基板４００の挿入孔４１０ｂ、４１０ｄ、４１０ｆ、４１０ｈの周囲には、コイル４２０ｂ、４２０ｄ、４２０ｆ、４２０ｈとして励磁用コイル及び第２相（ＣＯＳ相）の検出用コイルが形成される。

なお、実施形態１では、励磁用コイルの巻き方向は、図５（Ａ）に示す方向に限定されるものではない。また、実施形態１では、検出用コイルの巻き方向は、図５（Ｂ）に示す方向に限定されるものではない。

以上のような構成を有するレゾルバ１００では、ステータ２００に対するロータ３００の回転によって、次のような磁気回路が形成される。

図６に、図１のレゾルバ１００の上面図を示す。図６は、図１のロータ３００の回転軸方向にレゾルバ１００を見た平面図であり、図１又は図２と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。なお、図６では、説明の便宜上、プリント基板４００の図示を省略すると共に、ステータ２００に対してロータ３００が回転状態のときのある時刻における磁束の向きを模式的に示している。また、図６において、巻線磁芯としての各ステータティースを通る磁束の向きを模式的に示している。

ステータ２００にプリント基板４００を搭載することにより、ステータ２００に設けられるステータティース２１０ａ〜２１０ｈにコイルが設けられ、ロータ３００が回転すると、ロータ３００を介して隣接するステータティース間で磁気回路が形成される。実施形態１では、図６に示すように、隣接するステータティースを通る磁束の向きが反対方向となるようにコイルが設けられているため、ロータ３００の回転によって、各ステータティースとの間のギャップパーミアンスの変化に応じて、各ステータティースに巻回されるステータ巻線としてのコイルに発生する電流もまた変化し、例えば検出用コイルに発生する電流波形を正弦波状にすることができる。

このような励磁用コイル及び検出用コイルをプリント基板４００に形成するために、プリント基板４００は、多層基板で構成されることが望ましい。

図７に、実施形態１におけるプリント基板４００の断面構造を模式的に示す。図７は、プリント基板４００の複数の挿入孔を通る断面線における断面図を表す。

プリント基板４００には、ステータティース２１０ａ〜２１０ｈが挿入される挿入孔４１０ａ〜４１０ｈが設けられる。図７では、挿入孔４１０ａ〜４１０ｈのうち、隣接する３つの挿入孔４８１、４８２、４８３が示されている。そして、プリント基板４００は、励磁用コイルの形成層４９０、検出用コイルの形成層４９２、各コイル間を接続する配線の形成層４９４、４９６、コイルと端子ピン４７１〜４７６を接続する配線の形成層４９８からなる多層基板であり、各層は、スルーホールを介して電気的に接続可能に構成される。

励磁用コイルの形成層４９０には、例えば図５（Ａ）に示すようにステータティース２１０ａ〜２１０ｈに対応してコイルが形成される。例えば図７では、導電層４９１が挿入孔４８１の周囲に形成されることで、励磁用コイルが実現される。

検出用コイルの形成層４９２には、例えば図５（Ｂ）に示すようにステータティース２１０ａ〜２１０ｈに対応してコイルが形成される。例えば図７では、導電層４９３が挿入孔４８１の周囲に形成されることで、検出用コイルが実現される。なお、検出用コイルの形成層は、例えば図５（Ｂ）に示すようにステータティース２１０ａ、２１０ｃ、２１０ｅ、２１０ｇに対応してコイルが形成される層と、ステータティース２１０ｂ、２１０ｄ、２１０ｆ、２１０ｈに対応してコイルが形成される層とから構成されてもよい。

各コイル間を接続する配線の形成層４９４には、励磁用コイルの形成層４９０の導電層とスルーホールを介して電気的に接続された導電層が形成される。各コイル間を接続する配線の形成層４９６には、検出用コイルの形成層４９２の導電層とスルーホールを介して電気的に接続された導電層が形成される。そして、コイルと端子ピン４７１〜４７６を接続する配線の形成層４９８には、最上層において導電層４９９が形成され、形成層４９４、４９６とスルーホールを介して電気的に接続される。

このような多層基板を構成する各層は、互いに絶縁層４８５を介して電気的に遮断されて積層される。プリント基板４００を多層基板で構成することにより、コイルや配線が形成される領域を小さくでき、ノイズの混入をできるだけ小さくし、かつ、プリント基板４００の面積を小さくできるようになる。

なお、プリント基板４００は、図７に示す構成に限定されるものではなく、コイル及び配線が形成されていればよい。

ところで、実施形態１におけるレゾルバ１００において、磁性材料からなるステータ２００の平板２５０及びロータ３００の材質は、積層電磁鋼板よりも、１枚の電磁鋼板、普通鋼であるＳＰＣＣ（１枚の鋼板）、機械構造用炭素鋼であるＳ４５Ｃ又はＳ１０Ｃ（１枚の鋼板）であることが望ましい。ＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）は、ＪＩＳ Ｇ３１４１に規定される冷間圧延鋼板及び鋼帯である。Ｓ４５Ｃは、ＪＩＳ Ｇ ４０５１で規定される機械構造用炭素鋼鋼材で、０．４５％程度の炭素を含有している。Ｓ１０Ｃは、ＪＩＳ Ｇ ４０５１で規定される機械構造用炭素鋼鋼材で、０．１０％程度の炭素を含有している。

これにより、材料費として高価である上に折り曲げプレス加工による曲げに弱く、曲げによる加工精度や信頼性を維持できにくい積層電磁鋼板を採用する場合に比べて、１枚の電磁鋼板、ＳＰＣＣ、Ｓ４５Ｃ又はＳ１０Ｃを採用することで、低コストで、曲げによる加工精度や信頼性を維持できるようになる。

次に、実施形態１におけるレゾルバ１００の製造方法について説明する。

図８に、実施形態１におけるレゾルバ１００の製造方法の一例のフロー図を示す。
図９に、折り曲げプレス加工前の実施形態１におけるステータ２００を構成する平板２５０の斜視図を示す。図９において、図１又は図２と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

実施形態１におけるレゾルバ１００を製造するために、まず、ステータ形状加工工程においてステータ２００の形状を加工した（ステップＳ１０）後に、折り曲げプレス加工工程（折り曲げ工程）において、平板状のステータ２００のステータティースを折り曲げて、複数のステータティースが平板面に対して起こされる（ステップＳ１２）。その結果、図２に示すように、平板２５０に対してステータティース２１０ａ〜２１０ｈが起こされる。

即ち、ステップＳ１０のステータ形状加工工程では、ステップＳ１２の折り曲げプレス加工を行うために、図９に示すように、プレス加工により、１枚の電磁鋼板、普通鋼であるＳＰＣＣ、機械構造用炭素鋼であるＳ４５Ｃ又はＳ１０Ｃを材質とする環状の磁性材料からなる平板の内径側の縁部にステータティースが形成されて、ステータ２００の形状が形成される。このとき、図４で説明したように、ステータティース２１０ａ〜２１０ｈの各ステータティースが折り曲げ加工後にロータ３００（の外周側の側面）と対向する面の形状が、平板２５０の内径側の縁部から先端部に向かうまで、ロータ３００の回転軸回りの円周方向の幅が一定になるように形成される。

そして、ステップＳ１２では、図２に示すように、折り曲げプレス加工により、ステップＳ１０において形成された複数のステータティースを起こすように加工される。この結果、ステータティース２１０ａ〜２１０ｈは、ステータ２００の平板面に対してほぼ垂直となるように起こされる。

続いて、巻線部材取り付け工程として、予めコイル及び配線が形成されたプリント基板４００の挿入孔に、ステップＳ１２で起こされたステータティースを挿入して、プリント基板４００を平板２５０に搭載する（ステップＳ１４）。これにより、ステップＳ１２で起こされたステータティース２１０ａ〜２１０ｈの各ステータティースが巻線磁芯として、各ステータティースの外側にステータ巻線が設けられるようになる。こうして起こされたステータティースのそれぞれの周囲に、励磁用コイル及び検出用コイルが設けられる。

次に、別工程で、ロータ３００がプレス加工により形成される。実施形態１では、ロータ３００は、環状の平板であるが、平面視において外径側の外形輪郭線が３周期で変化する形状を有している。そして、ロータ取り付け工程として、ロータ３００が、ステータ２００に対して回転自在となるように、ステータ２００の内径側に設けられる（ステップＳ１６）。より具体的には、ロータ取り付け工程において、ロータ３００は、ロータ３００の回転軸回りの回転によりロータ３００の外側の側面とステータ２００の各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するようにステータ２００に対して回転可能に設けられる。以上のように、実施形態１におけるレゾルバ１００が製造される。

以上説明したように、実施形態１によれば、巻線部材としてプリント基板４００を採用することで、予め所定の導電体パターンを形成しておくことができ、巻線を規格通りに精度良く形成することが可能となり、巻線のインダクタンスのばらつきを極めて小さくすることができるようになる。また、ステータ巻線同士を接続する配線の蛇行部分を確実に排除でき、不要なノイズの混入を確実に防止できるようになる。これらの結果、検出精度を向上させることが可能となる。

そして、コイル及び配線が形成されたプリント基板４００を平板２５０の上方から搭載することでステータ巻線を設けることができるので、ステータ２００の内側の狭い空間で各ステータティースにステータ巻線を巻回させる必要がなくなる。そのため、レゾルバ１００の製造工程を簡素化できる上に、検出精度をより向上させることができるようになる。

〔実施形態２〕
実施形態１では、ロータ３００と対向するステータティースの面の形状について、ロータ３００の回転方向の幅が一定である矩形形状であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１０に、本発明に係る実施形態２におけるレゾルバの構成例の斜視図を示す。なお、図１０では、ステータ巻線等の配線を模式的に表している。図１０において、図１と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。また、図１０では、レゾルバ５００が、８個のステータティースを有し、１相励磁２相出力型のレゾルバである例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１１に、実施形態２における折り曲げプレス加工工程後のステータを構成する平板の斜視図の一例を示す。
図１２に、実施形態２におけるステータティースの形状の説明図を示す。図１２は、実施形態２におけるステータティースの断面構造を模式的に表す。図１２において、図４と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

実施形態２におけるレゾルバ５００が実施形態１におけるレゾルバ１００と異なる点は、ロータ３００と対向するステータティースの面の形状である。即ち、レゾルバ５００は、ステータ６００と、ロータ３００とを有し、ステータ６００には、プリント基板４００が搭載される。ステータ６００は、磁性材料からなる環（リング）状の平板６５０を用いて構成され、この平板６５０の平板面に対して交差するようにステータティース６１０ａ〜６１０ｈ設けられている。そして、ロータ３００と対向するステータティース６１０ａ〜６１０ｈの面の形状が、台形の形状を有している。このステータティース６１０ａ〜６１０ｈの面の形状を除き、実施形態１と同様の構成を有している。

即ち、実施形態２では、図１１又は図１２に示すように、ロータ３００（の外周側の側面）と対向するステータティース６１０ａの面の形状（外形輪郭線の形状）が、平板面に近いほど、平板面と平行で、かつ、ロータ３００の回転軸を中心とした円周方向Ｄ１の幅が広くなる形状を有している。例えば、図１２において、平板面におけるステータティース６１０ａの方向Ｄ１の幅ｆ１、ステータティース６１０ａの先端部の方向Ｄ１の幅ｆ２について、ｆ１＞ｆ２の関係を有する。

なお、図１２において、ステータティース６１０ａの形状は、いわゆる対称台形であることが望ましく、ｆ１＝ｆ２＋ｅ１＋ｅ２とすると、ｅ１＝ｅ２であることが望ましい。

図１０に示すように、図１１、図１２に示す平板６５０のステータティース６１０ａ〜６１０ｈは、図３に示すプリント基板４００に形成された挿入孔４１０ａ〜４１０ｈにそれぞれ挿入されることになる。

このような形状を有することで、実施形態１のように変圧比を向上させることができる。また、このような形状を有することで、ステータティースの幅をある程度広くできるため、検出信号のレベルが上がり変圧比を向上させることができる。また、ステータティースの幅が狭いほど検出信号から高調波成分を除去できることに着目し、ある程度の変圧比を保ちつつ、検出信号から高調波成分を除去でき、ロータの外径形状だけで除去できない高調波成分をステータの形状により除去することが可能となる。この結果、検出精度をより一層向上させることができるようになる。

〔実施形態３〕
実施形態２では、図１２に示すように、ロータ３００と対向するステータティース６１０ａの面の形状（外形輪郭線の形状）が、平板面に近いほどロータ３００の回転方向Ｄ１の幅が広くなる形状を有していたが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１３に、本発明に係る実施形態３におけるレゾルバの構成例の斜視図を示す。なお、図１３では、ステータ巻線等の配線を模式的に表している。図１３において、図１０と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。また、図１３では、レゾルバ７００が、８個のステータティースを有し、１相励磁２相出力型のレゾルバである例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１４に、実施形態３における折り曲げプレス加工工程後のステータを構成する平板の斜視図の一例を示す。
図１５に、実施形態３におけるステータティースの形状の説明図を示す。図１５は、実施形態３におけるステータティースの断面構造を模式的に表す。図１５において、図４又は図１２と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。

実施形態３におけるレゾルバ７００が実施形態２におけるレゾルバ５００と異なる点は、ロータ３００と対向するステータティースの面の形状である。即ち、レゾルバ７００は、ステータ８００と、ロータ３００とを有し、ステータ８００には、プリント基板４００が搭載される。ステータ８００は、磁性材料からなる環（リング）状の平板８５０を用いて構成され、この平板８５０の平板面に対して交差するようにステータティース８１０ａ〜８１０ｈ設けられている。このステータティース８１０ａ〜８１０ｈの面の形状を除き、実施形態２と同様の構成を有している。

実施形態３では、図１４又は図１５に示すように、ロータ３００（の外周側の側面）と対向するステータティース８１０ａの面の形状（外形輪郭線の形状）が、平板面から所定の高さまでロータ３００の回転方向Ｄ１の幅が一定で、所定の高さ以上では、先端部に向かうほど方向Ｄ１の幅が狭くなる形状を有している。例えば、図１５において、平板面におけるステータティース８１０ａの方向Ｄ１の幅ｇ１、平板面から所定の高さまでの方向Ｄ１の幅ｇ２、ステータティース８１０ａの先端部の方向Ｄ１の幅ｇ３について、ｇ１＝ｇ２＞ｇ３の関係を有する。

なお、図１５において、ステータティース８１０ａの形状は、ｇ１＝ｇ２＝ｇ３＋ｈ１＋ｈ２とすると、ｈ１＝ｈ２であることが望ましい。

図１３に示すように、図１４、図１５に示す平板８５０のステータティース８１０ａ〜８１０ｈは、図３に示すプリント基板４００に形成された挿入孔４１０ａ〜４１０ｈにそれぞれ挿入されることになる。

このような形状を有することで、実施形態２に比べてステータティースの幅を広くできるため、巻線磁芯として通る磁束を増やすことができるので、実施形態２と比較して変圧比を向上させることができるようになる。その一方で、高調波成分を減少させることができ、コギングを減少させる効果が得られるようになる。

〔角度検出システム〕
ところで、上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバが適用された角度検出システムでは、レゾルバからの２相の検出信号に基づいて、回転角度に対応したデジタルデータを出力することができる。

図１６に、上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバが適用された角度検出システムの構成例の機能ブロック図を示す。なお、図１６では、角度検出システムが実施形態１におけるレゾルバ１００を含む例を示すが、実施形態２又は実施形態３におけるレゾルバを含んでもよい。また、図１６では、レゾルバ１００の外部にＲ／Ｄ変換器が設けられているが、レゾルバ１００がＲ／Ｄ変換器を内蔵してもよい。

角度検出システム１０００は、レゾルバ１００と、Ｒ／Ｄ変換器（広義には変換器、変換装置）１１００とを含む。レゾルバ１００は、ステータ及び該ステータに対して回転可能に設けられたロータを含み、１相の励磁信号Ｒ１、Ｒ２により励磁された状態で、ステータに対するロータの回転角度に応じた２相の検出信号Ｓ１〜Ｓ４を出力する。Ｒ／Ｄ変換器１１００には、シリアルクロックＳＣＫが入力され、Ｒ／Ｄ変換器１１００は、レゾルバ１００に対する励磁信号Ｒ１、Ｒ２を生成すると共に、レゾルバ１００からの２相の検出信号Ｓ１〜Ｓ４に対応したデジタル信号を生成し、シリアルクロックＳＣＫに同期してシリアルデータ又はパラレルデータとして出力する。

従って、後段の処理において、Ｒ／Ｄ変換器１１００からのシリアルデータ又はパラレルデータに基づいて所与の処理を行うことで、レゾルバ１００が検出した回転角度に対応した制御処理を実現することができる。

〔具体的なシステム構成例〕
上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバは、例えば、車載用のモーター又は発電機の角度検出器として搭載されたり、産業機器用のモーター又は発電機の角度検出器として搭載されたりする。以下では、このような角度検出器として上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバが適用される角度検出システムの具体的な構成例について説明する。

図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に、上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバが適用されるシステムの具体的な構成例を示す。図１７（Ａ）は、ハイブリッド車両のモーター及び発電機の回転位置を検出するハイブリッドエンジンシステムの構成例を表す。図１７（Ｂ）は、車両の操舵装置におけるステアリング操作を補助する電動式のパワーステアリングシステムの構成例を表す。

図１７（Ａ）に示すハイブリッドエンジンシステム１２００は、エンジン１２１０、モーター１２２０、発電機１２３０、バッテリー１２４０、インバーター装置１２５０、動力分配装置１２６０、ディファレンシャルギヤ１２７０及び駆動輪１２８０、１２９０を有し、図示しない制御システムによって制御される。エンジン１２１０は、ガソリンエンジンであり、クランク軸１２１２を回転駆動する。モーター１２２０及び発電機１２３０には、インバーター装置１２５０を介してバッテリー１２４０が接続されており、バッテリー１２４０からの電力供給を受けて駆動軸１２２２を回転駆動する。一方、発電機１２３０は、回転軸１２３２の回転により発生させた起電力をインバーター装置１２５０を介してバッテリー１２４０に充電することができる。動力分配装置１２６０には、クランク軸１２１２、駆動軸１２２２及び回転軸１２３２が機械的に結合されている。動力分配装置１２６０は、これら３軸のうちの２軸の動力に応じて残りの１軸の回転数、トルクが決定される特性を有し、例えばクランク軸１２１２の動力を、回転軸１２３２に出力する動力やモーター１２２０との間でやり取りされる動力に分配する。

動力分配装置１２６０からの動力が伝達され、駆動軸１２２２に結合される動力伝達ギヤ１２７２は、ディファレンシャルギヤ１２７０に結合されており、動力伝達ギヤ１２７２からの動力は、駆動軸１２８２を介して駆動輪１２８０、１２９０に伝達される。

このようなハイブリッドエンジンシステム１２００において、モーター１２２０の駆動軸１２２２にロータが取り付けられるレゾルバ１２０２と、発電機１２３０の回転軸１２３２にロータが取り付けられるレゾルバ１２０４とが設けられる。レゾルバ１２０２は、モーター１２２０の駆動軸１２２２の回転位置（回転角度）を検出し、その検出結果を図示しない制御システムに出力する。レゾルバ１２０４は、発電機１２３０の回転軸１２３２の回転位置（回転角度）を検出し、その検出結果を図示しない制御システムに出力する。図示しない制御システムは、レゾルバ１２０２、１２０４からの検出結果に基づいて、例えばエンジン１２１０の回転角加速度を決定してエンジン１２１０を制御する。

レゾルバ１２０２、１２０４の少なくとも１つは、上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバが採用される。

これによって、例えばハイブリッド車両が低速時及び停止時には、エンジン１２１０を停止し、バッテリー１２４０、インバーター装置１２５０及びモーター１２２０により駆動輪１２８０、１２９０に動力を伝達させ、それ以外ではエンジン１２１０及びモーター１２２０の両方で駆動輪１２８０、１２９０に動力を伝達させることができる。そして、減速時や制御時には、駆動輪が１２８０、１２９０の駆動によって発電機１２３０の回転軸を回転させて制動エネルギーを電力に変換して、インバーター装置１２５０を介してバッテリー１２４０に充電させる。

なお、ハイブリッドエンジンシステム１２００の構成は、図１７（Ａ）に示す構成に限定されるものではなく、上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバは種々の構成のハイブリッドエンジンシステムに適用できる。

図１７（Ｂ）に示す電動式パワーステアリングシステム１３００は、ステアリングホイール１３１０、ステアリング軸１３２０、ジョイント１３３０、ピニオン軸１３４０、操舵軸１３５０、モーター１３６０を有する。ステアリング軸１３２０の先端に固定されたステアリングホイール１３１０を回転させると、ジョイント１３３０を介してピニオン軸１３４０を回転させる。ピニオン軸１３４０の回転力は、操舵軸１３５０の軸線方向の往復動に変換され、図示しない操舵輪の転蛇角を変化させる。この操舵軸１３５０にはモーター１３６０が同軸状に結合されており、ステアリングホイール１３１０の回転による操舵軸１３５０の往復動を補助するようにモーター１３６０が駆動力を与えるようになっている。

このような電動式パワーステアリングシステム１３００において、モーター１３６０の駆動軸にロータが取り付けられるレゾルバ１３７０が設けられる。レゾルバ１３７０は、モーター１３６０の駆動軸の回転位置（回転角度）を検出し、その検出結果を図示しない制御システムに出力する。図示しない制御システムは、レゾルバ１３７０からの検出結果に基づいて、例えばステアリングホイール１３１０の回転方向を検出し、その方向の回転力を補助するようにモーター１３６０を制御する。

レゾルバ１３７０は、上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバが採用される。

なお、電動式パワーステアリングシステム１３００の構成は、図１７（Ｂ）に示す構成に限定されるものではなく、上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバは種々の構成の電動式パワーステアリングシステムに適用できる。

また、上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバは、上記のシステムに適用されるものに限定されず、産業機器やその他の種々のシステムに適用できることは言うまでもない。

以上、本発明に係るレゾルバ及びレゾルバの製造方法を本実施形態又はその変形例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記のいずれかの実施形態では、本発明に係るレゾルバが、１相励磁２相出力型であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記のいずれかの実施形態におけるレゾルバが、励磁信号が１相以外の相を有する信号であったり、検出信号が２相以外の相を有する信号であったりしてもよい。

（２）上記のいずれかの実施形態では、磁性材料からなるステータの材質が１枚の電磁鋼板、普通鋼又は機械構造用炭素鋼鋼材であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

（３）上記のいずれかの実施形態では、ステータが８個のステータティースを有するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ステータが有するステータティースが、１０個、１２個又は１４個であってもよい。

（４）上記のいずれかの実施形態では、いわゆるインナーロータ型の角度検出装置としてのレゾルバを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明に係るレゾルバが、いわゆるアウターロータ型であってもよい。この場合、ステータティースの外側（外径側、外周側）の面と対向するロータの内周側の面が、ロータの１回転につき所与の周期でギャップパーミアンスが変化する。

（５）上記のいずれかの実施形態では、軸倍角「３」のロータを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば軸倍角「５」のロータであってもよい。この場合、環状の平板であるロータの形状が、所与の半径の円周線を基準に、該円周線の１周につき、平面視において外径側の外形輪郭線を５周期で変化する形状とするようにしてもよい。

１００，５００，７００…レゾルバ、 ２００，６００，８００…ステータ、
２１０ａ〜２１０ｈ，６１０ａ〜６１０ｈ，８１０ａ〜８１０ｈ…ステータティース、
２５０，６５０，８５０…平板、 ３００…ロータ、 ４００…プリント基板、
４２０ａ〜４２０ｈ…コイル、 ４５０…コネクタ部、
４６１〜４６６…端子ピン挿入孔、 ４７１〜４７６…端子ピン、
１０００…角度検出システム、 １１００…Ｒ／Ｄ変換器、
１２００…ハイブリッドエンジンシステム、 １２１０…エンジン、
１２１２…クランク軸、 １２２０，１３６０…モーター、
１２２２，１２８２…駆動軸、 １２３０…発電機、 １２３２…回転軸、
１２４０…バッテリー、 １２５０…インバーター装置、 １２６０…動力分配装置、
１２７０…ディファレンシャルギヤ、 １２７２…動力伝達ギヤ、
１２８０，１２９０…駆動輪、 １３００…電動式パワーステアリングシステム、
１３１０…ステアリングホイール、 １３２０…ステアリング軸、
１３３０…ジョイント、 １３４０…ピニオン軸、 １３５０…操舵軸

Claims (10)

1. 磁性材料からなり、環状の平板面に対して複数のステータティースが交差するように設けられたステータと、
   前記複数のステータティースの各ステータティースの外側に巻回されるように、前記平板面に搭載される基板に形成される複数のステータ巻線と、
   磁性材料からなり、所与の回転軸回りの回転により前記各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するように前記ステータに対して回転可能に設けられたロータとを含み、
   前記ロータと対向する前記各ステータティースの面は、
   前記平板面から所定の高さまで前記ロータの回転方向の幅が一定で、前記所定の高さ以上ではその先端部に向かうほど前記回転方向の幅が狭くなる形状を有し、
   前記基板に、前記複数のステータ巻線の少なくとも１つと電気的に接続され励磁信号又は検出信号が伝送される配線が形成されることを特徴とするレゾルバ。
2. 請求項１において、
   前記基板は、
   スルーホールを介して電気的に接続可能な複数の層が積層されてなる多層基板であり、
   前記ステータ巻線を構成する励磁用コイル、前記ステータ巻線を構成する検出用コイル、及び前記配線が、前記多層基板を構成する複数の層に分けて形成されることを特徴とするレゾルバ。
3. 請求項１又は２において、
   前記複数のステータ巻線及び前記配線の材質が、
   アルミニウムを主成分とする材質であることを特徴とするレゾルバ。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記ロータの回転により、前記ロータの外径側と前記各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するインナーロータ型であることを特徴とするレゾルバ。
5. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記ロータの回転により、前記ロータの内径側と前記各ステータティースとの間のギャ
   ップパーミアンスが変化するアウターロータ型であることを特徴とするレゾルバ。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記ステータの材質は、１枚の電磁鋼板、普通鋼であるＳＰＣＣ、機械構造用炭素鋼であるＳ４５Ｃ又はＳ１０Ｃであることを特徴とするレゾルバ。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記ステータに対する前記ロータの回転角に応じた前記ステータ巻線からの検出信号に対応したデジタル信号を出力する変換器を含むことを特徴とするレゾルバ。
8. 磁性材料からなる環状の平板の縁部に形成されたステータの複数のステータティースを起こすように折り曲げ加工する折り曲げ工程と、
   前記複数のステータティースの各ステータティースを巻線磁芯として励磁用及び検出用の複数のステータ巻線と、前記複数のステータ巻線の少なくとも１つと電気的に接続され励磁信号又は検出信号が伝送される配線とが形成された基板を、前記平板に搭載する巻線部材取り付け工程と、
   磁性材料からなり、回転軸回りの回転により前記各ステータティースとの間のギャップパーミアンスが変化するように前記ステータに対して回転可能にロータを取り付けるロータ取り付け工程とを含み、
   前記ロータと対向する前記各ステータティースの面は、
   前記平板の面から所定の高さまで前記ロータの回転方向の幅が一定で、前記所定の高さ以上ではその先端部に向かうほど前記回転方向の幅が狭くなる形状を有することを特徴とするレゾルバの製造方法。
9. 請求項８において、
   前記基板は、
   スルーホールを介して電気的に接続可能な複数の層が積層されてなる多層基板であり、
   前記ステータ巻線を構成する励磁用コイル、前記ステータ巻線を構成する検出用コイル、及び前記配線が、前記多層基板を構成する複数の層に分けて形成されることを特徴とするレゾルバの製造方法。
10. 請求項８又は９において、
    前記複数のステータ巻線及び前記配線の材質が、
    アルミニウムを主成分とする材質であることを特徴とするレゾルバの製造方法。

Images