JPH0682207A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡易な構成で回転角度検出装置の検出
位相誤差を低減し、信頼性を向上させる。 【構成】 各励磁突極を、１周期を励磁極数で等分した
位相差を持つ励磁極数個の交流信号によって各励磁極別
に励磁するとともに、上記励磁信号の位相差に対応する
機械角で上記各励磁極を５極以上配設してなり、これに
より上記検出コイルから上記ロータの回転角度に対応す
る位相ずれの生じた交流信号を、高精度で出力するよう
にしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁路のリラクタンスを
回転角度に応じて変化させることによって、回転角度の
検出を行うようにした可変リラクタンス形の回転角度検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特公昭６２−５８４４５号公報等に記載
されている従来の可変リラクタンス形の回転角度検出装
置では、励磁コイル（１次巻線）及び検出コイル（２次
巻線）が巻回されたステータ（鉄心）と、このステータ
に対して適宜のギヤップをあけて対峙するロータ（鉄
心）とが組合わされて、電磁式の検出装置が構成されて
いる。そして印加される励磁用交流信号と、上記検出コ
イルを通して得られる出力信号との間で、ロータの回転
角度に対応する位相ずれ検出信号を得ている。

【０００３】例えば、図５に示されているように円筒形
の偏心ロータを用いるものにおいては、中空円筒状をな
すステータ１の内部で回転駆動される円筒形のロータ２
が、当該ロータ２自身の形状中心から所定量ずらした位
置を回転中心とするように偏心配置されている。そして
この円筒形の偏心ロータ２の円周側面と、上記ステータ
１に設けられた４つの各励磁突極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの先端
面との間の空隙距離すなわち磁気抵抗が、前記ロータ２
の回転に伴って変化されるように構成されている。この
場合における磁気抵抗の変化は、ロータ２の回転角の関
数となり、それが回転位置情報として電気信号に変換さ
れるようになっている。

【０００４】このとき上記ステータ１の各励磁突極Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄには、２系統の励磁コイル（１次巻線）３，
３がそれぞれ差動的に巻回されているとともに、検出コ
イル（２次巻線）４が、直列接続されるようにして巻回
されている。そして全体の検出電圧Ｖ_out は、各極の誘
起電圧ｅ_A 〜ｅ_D の和で与えられる。すなわち図６の等
価回路によっても明らかなように、励磁コイル５及び検
出コイル７の各巻数を各々Ｎ₁ ，Ｎ₂ とするとき、２相
の励磁用交流信号ｉ_a ＝Ｉsin ωｔ及びｉ_b ＝Ｉcos ω
ｔに対して上記検出電圧Ｖ_out は、次式で表される。 Ｖ_out ＝Ｋ sin（ωｔ−θ）

【０００５】このように従来の可変リラクタンス位相変
化型レゾルバでは、０°，９０°，１８０°，２７０°
の位相差を持つ正弦波を励磁信号にし、これらの励磁信
号で励磁されたコイルを機械角で０°，９０°，１８０
°，２７０°の位置に設置しており、この励磁コイルに
囲まれた磁場内で偏心した円形ロータを回転させ回転位
置を源信号に対する位相差として取り出している。ゆえ
にこのレゾルバは、偏心ロータ型レゾルバとも呼ばれ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の可変
リラクタンス型レゾルバでは、その原理的特性から数十
分の検出誤差は免れないという問題点がある。より詳細
には、まず検出角の誤差は、ロータ半径及び偏心量、並
びに励磁突極の先端配置内径及び回転中心に対して突極
先端が張る角度（以下、突極幅という）に依存する。も
しこの磁気回路系に線形スケール則が適用できるとすれ
ば、角度以外の各パラメータは突極の内径で規格化する
ことができる（詳細は省略する）。その結果独立変数
は、ロータの偏心量（以下、δとする）、半径（以下、
ｒとする）及び突極幅（以下、θとする）になる。

【０００７】さらに検出誤差（以下、εとする）を小さ
くするためには、δを小さく、ｒを大きく、θを適切な
値にしなければならない。上記θは、数値計算によって
正確な値を求めることができるが、通常約３０°であ
る。しかしδは、出力信号の振幅にも寄与し一定のＳ／
Ｎ比を確保しなければならないことからすれば、δをむ
やみに小さくすることはできない。したがって位置検出
誤差を低減し得るパラメータはｒとθのみである。

【０００８】さてこのようにｒをできるだけ大きくし、
θを適切な値にすることでεを小さくすることはできる
が、０にすることはできない。これは、偏心ロータ型レ
ゾルバではパーミアンスの変化が正弦関数にならず、し
たがって検出コイルを流れる磁束密度の変化が正弦波に
ならないことから検出信号に高調波歪として含まれてし
まうためである。数値計算上はεを数分のオーダにまで
減少させるｒとθの組み合わせを見つけることは可能だ
が、現実的には難しく、εは数十分のオーダになる。

【０００９】そこで本発明は、検出位相誤差を低減し、
高精度な位置検出を行うことができるようにした回転角
度検出装置を提出することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、励磁コイルを巻回し励磁突極を、円周方向に
所定の角度間隔で複数個有するとともに、上記各励磁突
極による誘導電圧を取り出すように直列接続された検出
コイルを有するステータと、このステータの励磁突極を
通る磁路のリラクタンスを回転角度に応じて変化させる
形状を有する偏心ロータと、を備えてなる回転角度検出
装置において、上記各励磁突極を、１周期を励磁極数で
等分した位相差を持つ励磁極数個の交流信号によって各
励磁極別に励磁するとともに、上記励磁信号の位相差に
対応する機械角で上記各励磁極を５極以上配設してな
り、これにより上記検出コイルから上記ロータの回転角
度に対応する位相ずれの生じた交流信号を出力する構成
を有している。

【００１１】

【作用】このような構成を有する手段においては、励磁
突極数に対応した倍率の検出精度が得られるようになっ
ている。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１に示された実施例における回転角度検
出装置では、中空円筒状をなすステータ（鉄心）１１の
内壁部に、円筒中心Ｏに向かって六方から６つの励磁突
極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが突出するように形成されて
いる。これらの各励磁突極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、
円周方向に６０度の間隔でそれぞれ配置されており、半
径方向に対向する２つの励磁突極Ａ及びＤが１つの対を
なすとともに、励磁突極Ｂ及びＥがもう１つの対をな
し、さらに他の励磁突極Ｃ及びＦが対をなしている。こ
のとき上記各励磁突極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの先端部
は、前記ステータ中心Ｏの同心円として形成された一定
の円周上に配置されている。

【００１３】これら各励磁突極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ
の配置円の内部側領域には、中実円筒形のロータ（鉄
心）１２が、回転可能に配置されている。このロータ１
２の回転中心は、上記ステータ配置円周の中心すなわち
ステータ中心Ｏに設定されているが、当該ロータ１２の
円筒形状の中心は、上記回転中心Ｏから所定距離だけず
らされた位置に設定されている。すなわちその距離だけ
偏心した配置関係になされている。

【００１４】上記ステータ１１における励磁突極対Ａ及
びＤ（またはＢ及びＥ、Ｃ及びＦ）には、励磁コイル
（１次巻線）１３Ａ及び１３Ｄ（または１３Ｂ及び１３
Ｅ、１３Ｃ及び１３Ｆ）がそれぞれ差動的に巻回されて
いるとともに、検出コイル（２次巻線）１４Ａ及び１４
Ｄ（または１４Ｂ及び１４Ｅ、１４Ｃ及び１４Ｆ）が直
列接続されるようにして巻回されている。

【００１５】この場合、上記各励磁突極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
において内端側に向う磁束の方向を正相とするとき、励
磁コイル１３Ａ及び１３Ｄ（または１３Ｂ及び１３Ｅ、
１３Ｃ及び１３Ｆ）は、当該励磁コイルによって生じる
磁束が互いに逆相となるように巻回されている。より詳
しくは、励磁コイル１３Ａによって励磁突極Ａに矢印ｘ
に示すように極端部から出る方向に磁束が生ぜしめられ
るとき、それと対を成す励磁突極Ｄには、励磁コイル１
３Ｄによって矢印ｘ’に示すように極端部に入る方向に
磁束が形成されるように、上記励磁コイル１３Ａ及び１
３Ｄが差動的に巻回されている。したがって励磁突極対
Ａ及びＤには、ステータ１１の中心空間に配されたロー
タ１２を介して同方向の磁束の流れが形成される。他の
励磁突極対Ｂ及びＥ、Ｃ及びＦに関しても、同様に励磁
コイル１３Ｂ及び１３Ｅ、１３Ｃ及び１３Ｆが差動的に
巻回されている。このように励磁突極対Ａ及びＤ（また
はＢ及びＥ、Ｃ及びＦ）に励磁コイルを差動的に巻回す
る理由は、後述のように各励磁突極対Ａ及びＤ、Ｂ及び
Ｅ、Ｃ及びＦが異なる交流信号によって励磁されるため
であり、同一の交流信号によって励磁される極どうし
（ＡとＤ、ＢとＥ、ＣとＦ）で磁束の流れを保証するた
めである。

【００１６】各励磁突極Ａ〜Ｆの端部に対して適宜のギ
ャップを介在させて対峙するロータ１２は、回転軸と一
体に回転される。この回転軸は、上記回転中心Ｏと同軸
に設けられるものであって、検出対象である回転角度θ
が与えられる。また上述したようにロータ１２は、回転
軸の回転中心Ｏに対して偏心して取り付けられた円筒形
状をなしており、ステータ１１の各励磁突極Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを通る磁路のリラクタンスを回転角度θ
に応じて変化させるように構成されている。そしてこの
偏心配置された円筒形状のロータ２の回転駆動によっ
て、当該ロータ１２の円筒側面と各励磁突極Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの先端部との間に介在するギャップの距
離が、回転角度θに応じて変化される。そしてこのギャ
ップの変化によって、ロータ１２の１回転につき１周期
分のリラクタンス変化が各励磁突極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅ，Ｆにもたらされる。

【００１７】一方励磁突極対Ａ及びＤと、励磁突極対Ｂ
及びＥと、励磁突極対Ｃ及びＦとは、６０°（＝π／
３）づつ位相のずれた交流信号によって別々に励磁され
る。本実施例では、励磁突極対Ａ及びＤに対応する励磁
コイル１３Ａ及び１３Ｄが直列接続されており、その途
中に配置された発振器１５から正弦波信号ｉ_a ＝Ｉsin
ωｔが印加される。また励磁突極対Ｂ及びＥの励磁コイ
ル３Ｂ及び３Ｅが直列接続されており、その途中に配置
された発振器１６から正弦波信号ｉ_b ＝Ｉsin （ωｔ＋
π／３）が印加される。さらに励磁突極対Ｃ及びＦが直
列接続されており、その途中に配置された発振器１７か
らｉ_c ＝Ｉsin （ωｔ＋２π／３）が印加される。励磁
コイル３Ａ及び３Ｄだけを抜き出してみると、両者は同
相直列接続のように見えるが、両者が巻回された励磁突
極対Ａ及びＤの向き、すなわち両者によって発生される
磁束の向きを考慮すると、両者は実質的に逆相直列接続
されている。換言すれば、両者が差動的に巻回されてお
り、励磁突極Ｄにはｉ_d ＝−Ｉsin ωｔ、励磁突極Ｅに
はｉ_e ＝−Ｉsin （ωｔ＋π／３）、励磁突極Ｆには、
ｉ_f ＝−Ｉsin （ωｔ＋２π／３）が印加されている。

【００１８】さらに前記検出コイル（２次巻線）１４
は、各励磁突極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆによって夫々誘
起される電圧を取り出すために巻回されている。本実施
例では、励磁突極Ａ及びＤに対して検出コイル１４Ａ及
び１４Ｄが夫々同相で巻回されているとともに、励磁突
極Ｂ及びＥに対して検出コイル１４Ｂ及び１４Ｅが夫々
同相で巻回されており、また励磁突極Ｃ及びＦに対して
検出コイル１４Ｃ及び１４Ｆが夫々同相で巻回されてい
る。これら検出コイル１４Ａ〜１４Ｆは直列接続されて
おり、各励磁突極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆにおいて夫々
誘起された電圧の合成信号Ｅが取り出されるように構成
されている。この出力信号Ｅは、励磁信号に対してロー
タ１２の回転角度θに対応する位相ずれが生じた交流信
号となる。この点について以下説明する。

【００１９】図２はロータを９０°回転させた時の検出
コイルの出力波形を得たものであるが、励磁信号の周期
をＴとすると、ゼロクロス点はＴ／４から３Ｔ／４へ移
動しており、これは電気角の９０°から２７０°に相当
する。スタートの位置を修正すれば、機械角０°〜１８
０°に対して電気角０°〜３６０°を割り当てることが
できる。すなわち電気的な検出角は、機械角の２倍にな
っている。

【００２０】したがって従来の電気分解回路で２¹³から
２¹⁴分割すなわち約１００００分割するとすれば、従来
は機械角３６０°が１００００分割されていたことにな
るが、本構成では１８０°が１００００分割されること
になる。したがって機械角３６０°が２００００分割さ
れることになるから、従来例の２倍の精度を得ることが
できる。

【００２１】次の図３は８極励磁の場合であるが、この
場合もロータは９０°しか回転していない。この場合に
は、検出信号電圧が正から負へゼロクロスする点を追っ
ていくと、０Ｔ／４から３Ｔ／４へ移動していることが
わかる。これを電気角に変換すると０°から２７０°へ
の移動となる。したがって８極励磁の場合は機械角が３
倍されることになる。

【００２２】また図４に示す１６極励磁の場合には、同
様にして機械角は７倍される。すなわち一般的に、Ｎ極
で励磁し、各極に検出コイルを設け、各検出コイルを直
列に接続すると、機械角はＮ／２−１倍される。したが
って、以上のように多極・多相励磁・多極検出にすれ
ば、簡単に機械角を整数倍することができ、従来の電気
分割方式で容易に検出角度の精度を高めることができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明の回転角度検出
装置によれば、検出位相誤差を低減して高精度な位置検
出を行うことができ、回転角度検出装置の信頼性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における回転角度検出装置を
表した横断面説明図である。

【図２】６突極の場合における検出コイルの出力波形を
表わした線図である。

【図３】８突極の場合における検出コイルの出力波形を
表わした線図である。

【図４】１６突極の場合における検出コイルの出力波形
を表わした線図である。

【図５】一般の回転角度検出装置を表わした横断面説明
図である。

【図６】図５に表わした装置における磁気回路の等価回
路を表わした図である。

【符号の説明】

１ ステータ ２ ロータ Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ 励磁突極 ３ 励磁コイル ４ 検出コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁コイルを巻回し励磁突極を、円周方
   向に所定の角度間隔で複数個有するとともに、上記各励
   磁突極による誘導電圧を取り出すように直列接続された
   検出コイルを有するステータと、このステータの励磁突
   極を通る磁路のリラクタンスを回転角度に応じて変化さ
   せる形状を有する偏心ロータと、を備えてなる回転角度
   検出装置において、 上記各励磁突極を、１周期を励磁極数で等分した位相差
   を持つ励磁極数個の交流信号によって各励磁極別に励磁
   するとともに、上記励磁信号の位相差に対応する機械角
   で上記各励磁極を５極以上配設してなり、これにより上
   記検出コイルから上記ロータの回転角度に対応する位相
   ずれの生じた交流信号を出力することを特徴とする回転
   角度検出装置。