WO2003087728A1

WO2003087728A1 - Capteur d'angle de rotation et machine electrique rotative comportant ce capteur

Info

Publication number: WO2003087728A1
Application number: PCT/JP2003/004779
Authority: WO
Inventors: Masatsugu Nakano; Shinji Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2003-10-23
Also published as: EP1498699A4; JP3926664B2; JP2003307436A; EP1498699A1; US20050093538A1; US7268537B2; CN1646882A; CN1333235C; EP1498699B1

Description

明細書回転角度検出装置およびそれを用いた回転電機技術分野

この発明は回転角度検出装置およびそれを用いた回転電機に関する。背景技術

使用温度環境が制限され、かつ、構造が複雑で高価な光学式のエンコーダに対して、構造が簡単で安価であり、力つ、高温度環境にも耐え得るものとして、従来から回転子と固定子間のギヤップのパーミアンスの変化を利用した回転角度検出装置が考案されている。例えば、特公昭 6 2 - 5 8 4 4 5号公報には 2相の励磁卷線と 1相の出力卷線を有する回転角度検出装置の例が記載されている。また、特開昭 4 9一 1 2 4 5 0 8号公報には 1相の励磁卷線と 2相の出力卷線を有する例が記載されている。いずれの例も、回転子の形状は突極を有するものになっているため、回転子の角度によって、出力卷線に現れる電圧の位相あるいは振幅が変化し、その変化を読み取ることによって回転子の位置を知ることができるというものである。また、特許第 2 6 2 4 7 4 7号公報には励磁卷線が 3相の回転角度検出装置が開示されている。さらに、特許第 3 1 0 3 4 8 7号公報、特許第 3

1 8 2 4 9 3号公報には固定子のティースに集中的に卷線を卷き、正弦波状に卷数を変化させた例が開示されている。

図 7 3及び図 7 4に、従来の回転角度検出装置の構成の一例を示す。図 7 3は、従来例として、特開昭 4 9 - 1 2 4 5 0 8号公報に開示されているものと同様の軸倍角 1で固定子のティースの数が 4の例を示している。一方、図 7 4は、軸倍角 4で固定子のティースの数が 1 6の例を示している。これらの図において、 1

0 0は固定子、 1 0 1は回転子、 1 0 2は固定子 1 0 0に設けられた 4本のティース、 1 0 3はティース 1 0 2に卷き回された卷線である。図 7 3の方式では、軸倍角が増えるに従い、ティースの数も比例して増える。例えば、軸倍角が 4になった場合には、図 7 4のような構成となり、ティースの数は 1 6にも達し、卷線作業性が低下するため量産には向かない構成であるといえる。

上記の従来例には以下のような問題点がある。特公昭 6 2— 5 8 4 4 5号公報および特開昭 4 9一 1 2 4 5 0 8号公報のような卷線構造をしていると、上述したように、軸倍角が大きくなつた場合に固定子のティースの数も比例して大きくなり、卷線性、工作性が低下するという問題点がある。

これらの特公昭 6 2 - 5 8 4 4 5号公報および特開昭 4 9— 1 2 4 5 0 8号公報では、いずれも、軸倍角が 1の場合であり、固定子のティースの数は 4である。例えば軸倍角を 2にした場合にはティースの数は 8となり、軸倍角が 4の場合はティースの数は 1 6、軸倍角 8の場合はティースの数は 3 2にも達する。多極のモータなどでは軸倍角の大きな回転角度検出装置が必要となる場合があるが、このような従来例におヽては軸倍角の大きなものになると量産性の面で非現実的な構造となる。

特許第 2 6 2 4 7 4 7号公報のような構造では、卷線は出力が 1相、励磁が 3 相と相数が多く、巻線に時間がかかるという生産性の問題や励磁卷線の電源が高価になるという問題点がある。

特許第 3 1 0 3 4 8 7号公報および特許第 3 1 8 2 4 9 3号公報の例では、固定子のティースに集中的に卷線を卷いているため、機械による自動巻きが可能な構成である。し力しながら、卷数を正弦波状に変化させるために僅かし力巻数を施さないティースが存在する。ほんの僅かしか卷線をほどこさないティースに自動卷きの巻線機のノズルが移動しなければならず、ノズルの位置決めに時間を要するため卷線作業の効率がよくないという問題点がある。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、製造工程の容易な回転角度検出装置およびそれを用いた回転電機を得ることを目的とする。発明の開示

この発明は、 1相の励磁卷線と 2相の出力卷線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とから構成された回転角度検出装置であって、上記 2相の出力卷線は上記固定子の複数のティ一スに卷き回されており、上記 2相の出力卷線の各々の卷数は、予め定義された m相の卷線（mは 3以上の整数）を用いて、その m相の卷線の卷数を 2相に変換することによって得られるものである。

このように、この発明によれば、 2相の出力卷線の各々の卷数は、予め定義された m相の卷線（mは 3以上の整数）を用いて、その m相の卷線の卷数を 2相に変換することによつて得られるものであるため、 m相から 2相に相数が減るので、構造が簡単で、製造工程が容易になる。

図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実 ί包の形態 1に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。

図 2は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における空間 1次の磁束に対するベタトル図である。

図 3は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における空間 9次の磁束に対するベタトル図である。

図 4は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における空間 5次の磁束に対するベタトル図である。

図 5は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における 5相卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 6は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における 5相 2相変換後の卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 7は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例（巻数に小数も許す場合）を表形式で示した説明図である。

図 8は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例（卷数を整数とした場合）を表形式で示した説明図である。

図 9は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形（図 7の卷線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。

図 1 0は、この発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形（図 8の卷線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。

図 1 1は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。

図 1 2は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における空間 1次の磁束に対するべクトル図である。

図 1 3は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における空間 7次の磁束に対するべクトル図である。

図 1 4は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における空間 3次の磁束に対するべクトル図である。

図 1 5は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における 3相卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 1 6は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 1 7は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（卷数に小数も許す場合）を表形式で示した説明図である。

図 1 8は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（卷数を整数とした場合）を表形式で示した説明図である。

図 1 9は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形（図 1 7の卷線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。図 2 0は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形（図 1 8の卷線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。図 2 1は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置の構成の変形例を示した構成図である。

図 2 2は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置（図 2 1 ) における軸倍角 2、スロット数 9の一例を表形式で示した説明図である。

図 2 3は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置（図 2 1 ) における 3相 2相変換後の卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 2 4は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置（図 2 1 ) における具体的な卷線の一例（卷数に小数も許す場合）を表形式で示した説明図である。図 2 5は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置（図 2 1 ) における具体的な卷線の一例（卷数を整数とした場合）を表形式で示した説明図である。図 2 6は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形（図 2 4の卷線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。図 2 7は、この発明の実施の形態 2に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形（図 2 5の巻線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。図 2 8は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。

図 2 9は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置における 3相卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 3 0は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 3 1は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 3 2は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。

図 3 3は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置の構成の変形例を示した構成図である。

図 3 4は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置における 3相卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 3 5は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。

図 3 6は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 3 7は、この発明の実施の形態 3に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形をダラフ形式で示した説明図である。

図 3 8は、この発明の実施の形態 4に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。

図 3 9は、この発明の実施の形態 4に係る回転角度検出装置における 3相卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 4 0は、この発明の実施の形態 4に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 4 1は、この発明の実施の形態 4に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 4 2は、この発明の実施の形態 4に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。

図 4 3は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。

図 4 4は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置における 3相卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 4 5は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。

図 4 6は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 4 7は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。

図 4 8は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置の構成の変形例を示した構成図である。

図 4 9は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置（図 4 8 ) における 3相卷線の一例を表形式で示した説明図である。

図 5 0は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置（図 4 8 ) における 3相 2相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。

図 5 1は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置（図 4 8 ) における具体的な巻線の一例を表形式で示した説明図である。

図 5 2は、この発明の実施の形態 5に係る回転角度検出装置（図 4 8 ) における 2相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。

図 5 3は、この発明の実施の形態 6に係る回転角度検出装置における軸倍角と同じ次数の磁束が発生する例を示した説明図である。

図 5 4は、この発明の実施の形態 6に係る回転角度検出装置における空間 4次の磁束に対するべクトル図である。図 5 5は、この発明の実施の形態 6に係る回転角度検出装置における 3相卷線の一例（軸倍角と同じ次数の磁束を拾わない卷線の一例）を表形式で示した説明図である。

図 5 6は、この発明の実施の形態 6に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の卷線の一例（軸倍角と同じ次数の磁束を拾わない卷線の一例）を表形式で示した説明図である。

図 5 7は、この発明の実施の形態 6に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例（軸倍角と同じ次数の磁束を拾わない卷線の一例）を表形式で示した説明図である。

図 5 8は、この発明の実施の形態 6に係る回転角度検出装置における 2相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。

図 5 9は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。

図 6 0は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における空間 2次の磁束に対するべクトル図である。

図 6 1は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における空間 4次の磁束に対するベタトル図である。

図 6 2は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における 3相卷線 (その 1 ) を表形式で示した説明図である。

図 6 3は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における 3相巻線 (その 2 ) を表形式で示した説明図である。

図 6 4は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における 3相巻線 (その 3 ) を表形式で示した説明図である。

図 6 5は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の卷線の一例（その 1 ) を表形式で示した説明図である。

図 6 6は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の卷線の一例（その 2 ) を表形式で示した説明図である。

図 6 7は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における 3相 2相変換後の卷線の一例（その 3 ) を表形式で示した説明図である。図 6 8は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例（その 1 ) を表形式で示した説明図である。

図 6 9は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における具体的な卷線の一例（その 2 ) を表形式で示した説明図である。

図 7 0は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（その 3 ) を表形式で示した説明図である。

図 7 1は、この発明の実施の形態 8に係る回転角度検出装置における偏心の有無による検出位置誤差の変化をグラフ形式で示した説明図である。

図 7 2は、この発明の実施の形態 1〜 8に係る回転角度検出装置を爪形の界磁鉄心を持つ発電機に適用した実施の形態 9の構成を示した構成図である。

図 7 3は、従来の回転角度検出装置の構成の一例について示した構成図である。図 7 4は、従来の回転角度検出装置の構成の他の例について示した構成図である。発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1 .

ここでは、実施の形態として軸倍角 4 (ティースの数 1 0、 5相 2相変換）の回転角度検出装置の例を示す。図 7 3及び図 7 4に示した従来例においては、上述したように、軸倍角が増えるに従いティースの数も比例して増え、例えば、図 7 4の例のように、軸倍角が 4になった場合、ティースの数は 1 6にも達し、巻線作業性が低下するため量産には向かない構成である。

しかしながら、本発明によれば、軸倍角が大きくなつても、上述の従来例と比ベて、ティースの数を小さくして、回転角度検出装置を構成することができる。以下に、その構成について説明する。

図 1に、軸倍角 4、固定子のティースの数が 1 0本の本発明の実施の形態 1に係る回転角度検出装置を示す。図 1において、 1は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 1 0本のティース、 4は固定子 1の鉄心、 5はティース 3に巻き回された卷線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6に設けられた 4つの突極、 1 0は回転角度検出装置である。図 1に示すように、固定子 1は 1 0本のティース 3を有する鉄心 4と 1相励磁卷線 5と 2相の出力卷線（図示省略）から構成される。また、回転子 2は軸倍角 4の回転角度検出装置 1 0として機能するように 4つの突極 7を有する鉄心 6で構成され、固定子 1に対して回転自在となっている。

次に、 1相の励磁卷線 5と 2相の出力卷線をどのように構成するかについて述ベる。励磁卷線 5はティース番号 1〜1 0のティース 3のそれぞれに集中的に卷き回されている。また、その極性は隣り合うティース 3で逆になるように卷き回されている。すなわち、 1 0極の磁極が構成できるような卷線が施されている。このときに、出力卷線をどのように巻けばよいかについて考察する。回転角度検出装置として機能するためには、空隙に出来る磁束のうち

(励磁の極対数） ± (軸倍角）

に等しい空間次数の磁束を拾う必要がある。ここでは励磁の極対数が 5、軸倍角が 4であるから

5 ±4 = 1、 9

となり、空間 1次か 9次の磁束を拾う必要がある（ただし、空間 1次とは機械角 3 6 0度を 1周期とする次数）。また、励磁の極対数とあるいはその整数倍の空間次数の磁束を拾ってはいけないから、回転角度検出装置として機能するための 2相の出力巻線に必要な条件を整理すれば

( 1 ) 空間 1次か空間 9次の磁束を拾う。

( 2 ) 空間 5次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。

となる。この条件を満足するために、まず、 5相の出力卷線を仮想的に考え、その 5相卷線を 2相に変換することによって _S i n出力、 c o s出力の 2相巻線 (以下では相、相巻線）とする。

まず、（1 ) の条件をみたす 5相卷線を考える。そこで、ベクトル図を用いて考えることにする。空間 1次、 9次の磁束が各ティースに卷き回された卷線がどのような位相で鎖交するかを図 2 , 3に示す。各べクトルの番号はティース番号を表し、それぞれのティース番号に卷き回された卷線が鎖交する磁束の位相を示している。位相は左まわりが進む向きであるとする。このベクトル図からティース番号 1， 5 , 7に卷線を施し、かつ、ティース番号 5， 7の極性をティース 1 のそれと逆にすれば、空間 1次と 9次の両方の磁束を拾うことができる。この卷線と電気角 7 2度ずつずれた卷線を残り 4相分構成すれば、回転角度検出装置として成立するための空間 1次と 9次の磁束を拾い、かつ、電気角 7 2度ずつずた 5相の卷線を構成できる（ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた角度であるとする。）。すなわち、図 5の表のような卷線仕様となる。ここで、卷数は規格化するために ± 1 . 0で表し、符号の違いは極性の違いを表すものとする。また、 0 . 0のところには卷線を施さないことを示す。

これが条件（1 ) をみたす 5相の出力卷線である。 5相のままでは条件（2 ) も満たしていない上、仮に回転角度検出装置として機能しても処理回路が複雑かつ高価になる。そこで、 5相卷線を 2相巻線（α相、 Β相）に変換するため次式 ( 1 ) のような 5相 2相変換を定義する。ノ 9,πへ

+— ) N₂

8TT N₃ +―)

^J 5 ノ I

N ^V 5.ノ

•0) ここで、 kは定数であり、 N_n、 N₈は出力卷線ひ相、 ]3相の巻数、 N i ( i = 1 , · · ·， 5 ) は 5相の出力卷線第 i相の巻数を表す。また、 γは任意の角度である。

式（1 ) で表される 5相 2相変換によって、各ティースの卷数を決定すれば、卷線に鎖交する磁束も 5相 2相変換される。また、この 5相 2相変換によって条件（2 ) がみたされる。なぜなら、空間 5次の磁束に対するベクトル図（図 4 ) によれば、 5相の巻線において同じ位相となり、この場合、式（1 ) によってキヤンセルされることは明らかである。よって 5相 2相変換で条件（2 ) がみたされることになり、 2相の出力卷線は回転角度検出装置として機能する卷線仕様となっていることがわかる。そこで、具体的に式（1 ) において y = 0、 k = lとし、図 5を 5相 2相変換したときの例を図 6に示す。ただし、小数点 5桁以下は四捨五入している。図 6を基に具体的に現実的な卷数を決定したものを図 7、図 8に示す。図 6における卷数に励磁卷線は 5 0、出力卷線は 1 0 0を乗じた値を示している。また、図 7は卷数に小数を許す場合（理想的な場合）。図 8は小数点以下四捨五入したものである。

卷線仕様を図 7、図 8のようにして、励磁卷線を交流電流で励磁したときに 2 相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図 9、図 1 0のグラフに示す。これらの図において、 2 0はひ相巻線、 2 1は j3相卷線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力卷線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 9 0度ずれているため、回転角度検出装置として動作することが確認できた。

以上により、出力巻線を仮想的に 5相の卷線を定義してその後 5相 2相変換することにより 2相の出力卷線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認、できた。このような構成にすることにより励磁が 3相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が 4の場合、固定子のティースの数が 1 6であったが、本発明によれば、ティースの数が 1 0でよレヽ。すなわち、軸倍角が大きくなつても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に卷数を変化させた場合があった力 \ この場合、ほんの僅かの卷数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動卷きの卷線機のノズルの位置決めをする必要があつたので卷線作業効率が低下するという課題があつたが、本発明では図 6， 7 , 8からも明らかなように、出力卷線を施さなくともよいティースが複数存在するため、卷線作業効率を向上することができるという効果もある。

ここでは、 5相 2相について述べたが一般に m相（mは 3以上の整数）を 2相に変換することによつても回転角度検出装置として動作する出力卷線を得ることができる。その場合、 m相 2相変換を以下のように定義してやればよい。 N^ k^ cosir + ^^-^…… (2)

；,=] m

Ν_βι = ^Ν„ή {γ + ^^-π)…… (3)

ただし、式（2 ) 、 ( 3 ) において γは任意の定数、 kは零でない任意の定数であり、添字の iはティースの番号を示し、ひ、 /3は変換後の 2相卷線、 nは変換前の第 n相を示す。すなわち、 N_{a i} , Nfj iはそれぞれ i番目のティースにおける a相、 ]3相巻線の巻数、 N _{n i}は ί番目のティースの第 n相卷線の卷数を表す。このように m相の卷線を 2相に変換して構成した卷線も同様の効果が得られることはいうまでもない。また、本発明における回転角度検出装置の各ティースの巻数は m相 2相変換によって決定される卷数と厳密に一致している必要はない。例えば、図 9および図 1 0のように、小数点以下四捨五入しても、しなくても回転角度検出装置として問題なく動作することは既に述べたとおりである。さらに、例えば m相 2相変換によって決定される卷数から 1 0 %程度卷数がずれたとしても、図 1 0の正弦波が 1 0 %程度ずれるだけで、上記効果が損なわれることはない上、回転角度検出装置として動作することはいうまでもなレ、。実施の形態 2 .

上述の実施の形態 1では 5相 2相変換についての具体例と一般の m相の卷線を 2相に変換する手法について述べたが、本実施の形態においては、 3相 2相変換を用いて卷線を構成する例を挙げる。

図 1 1に軸倍角 4、ティースの数 9の回転角度検出装置を示す。本実施の形態においては、ティースの個数が 3 n ( nは自然数、ここでは n = 3 ) となっている。図 1 1において、 1は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 9本のティース、 4は固定子 1の鉄心、 5はティース 3に卷き回された卷線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6に設けられた 4つの突極、 1 0は回転角度検出装置である。固定子 1は 9本のティース 3を有する鉄心 4と 1相の励磁卷線 5と 2相の出力卷線（図示省略）力ら構成される。また、回転子 2は軸倍角 4の回転角度検出装置 1 0として動作するように 4つの突極 7を有する鉄心 6で構成され、固定子 1に対して回転自在となっている。

次に、 1相の励磁卷線 5と 2相の出力卷線がどのように構成されているかについて説明する。励磁卷線 5はティース番号 1〜 9のティース 3のそれぞれに集中的に卷き回されており、その極性は 6極の磁極が構成できるような卷線がされている。このときに、出力卷線をどのように巻けばよいかについて考察する。回転角度検出装置として機能するためには、空隙に出来る磁束のうち

(励磁の極対数） ± (軸倍角） .

に等しい空間次数の磁束を拾う必要がある。ここでは励磁の極対数が 3、軸倍角 ' が 4であるから

4 ± 3 = 1、 7

となり、空間 1次か 7次の磁束を拾う必要がある（ただし、空間 1次とは機械角 3 6 0度を 1周期とする次数）。また、励磁の極対数とあるいはその整数倍の空間次数の磁束を拾ってはいけないから、回転角度検出装置として機能するための 2相の出力巻線に必要な条件を整理すれば

( 1 ) 空間 1次か空間 7次の磁束を拾う。

( 2 ) 空間 3次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。

となる。この条件を満足するために、まず、 3相の出力卷線（U相、 V相、 W 相）を仮想的に考え、その 3相卷線を 2相に変換することによって s i 11出力、 c o s出力の 2相巻線（以下では相、 ]3相卷線）とする。

まず、（1 ) の条件をみたす 3相卷線を考える。そこで、ベクトル図を用いて考えることにする。空間 1次、 7次の磁束が各ティースに巻き回された卷線がどのような位相で鎖交するかを図 1 2 , 1 3に示す。各べクトルの番号はティース番号を表し、それぞれのティース番号に卷き回された卷線が鎖交する磁束の位相を示している。位相は左まわりが進む向きであるとする。このベクトル図からティース番号 1， 5， 6に卷線を施し、かつティース番号 5， 6の極性をティース 1のそれと逆にすれば、空間 1次の磁束を拾うことができる。この巻線と電気角 1 2 0度ずつずれた卷線を残り 3相分構成すれば、回転角度検出装置として成立するための空間 1次か 7次の磁束を拾い、かつ電気角 120度ずつずれた 3相の卷線を構成できる（ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた角度であるとする。）。すなわち、図 15に示す表のような卷線仕様となる。ここで、卷数は規格化するために ±1. 0で表し、符号の違いは極性の違いを表すものとする。また、 0. 0のところには卷 f泉を施さないことを示す。

これが条件（1) をみたす 3相の出力卷線である。 3相のままでは条件（2) もみたしていない上、仮に回転角度検出装置として機能しても処理回路が複雑かつ高価になる。そこで、 3相卷線を 2相卷線（ひ相、相）に変換するため次式 (4) のような 3相 2相変換を定義する。

式（4) で示される 3相 2相変換によって各ティースの卷数を決定すれば、巻線に鎖交する磁束も 3相 2相変換される。また、この 3相 2相変換によって条件

(2) がみたされる。なぜなら、空間 3次の磁束に対するベクトル図（図 14) によれば、 3相の卷線において同じ位相になり、この場合、式（4) によってキヤンセルされることは明らかである。よって、 3相 2相変換により条件（4) がみたされることとなり、 2相の出力卷線は回転角度検出装置として機能する巻線仕様となっていることがわかる。そこで、具体的に式（4) において γ = 0、 k = (2/3) ^1/2とし、 3相卷線図 15を 3相 2相変換したときの例を図 16に示す。ただし、小数点 5桁以下は四捨五入している。図 16を基に具体的に現実的な卷数を決定したものを図 1 7、図 18に示す。図 16における卷数に励磁卷線は 50、出力卷線は 150を乗じた値を示している。また、図 17は卷数に小数を許す場合（理想的な場合）。図 18は小数点以下四捨五入したものである。卷線仕様を図 17、図 1 8のようにして、励磁卷線を交流電流で励磁したときに 2相の出力卷線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図 1 9 , 図 2 0のグラフに示す。これらの図において、 2 0はひ相卷線、 2 1は J3 相卷線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力卷線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁卷線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 9 0度（機械角 2 2 . 5度）ずれているため、軸倍角 4の回転角度検出装置として動作することが確認できた。

以上により、出力卷線を仮想的に 3相の卷線を定義してその後 3相 2相変換することにより 2相の出力卷線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認、できた。このような構成にすることにより励磁が 3相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が 4の場合、固定子のティースの数が 1 6であつたが、本発明によれば、ティースの数が 9でよい。すなわち、軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため卷線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があつたが、この場合、ほんの僅かの卷数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動卷きの卷線機のノズルの位置決めをする必要があつたので巻線作業効率が低下するという課題があつたが、本発明では図 1 7 , 1 8からも明らかなように、出力卷線を施さなくともよいティースが複数存在するため、卷線作業効率を向上することができるという効果もある。また、 2相の出力卷線を構成する際に仮想的に構成する多相卷線を 3相で構成できるので出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。

ここでは軸倍角 4についてのみ述べたが、他の軸倍角も同じような手順で構成できる。図 2 1に軸倍角 2、ティースの数 9の例を示す。図 2 1において、 1は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 9本のティース、 4は固定子 1 の鉄心、 5はティース 3に卷き回された巻線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6 に設けられた 2つの突極、 1 0は回転角度検出装置である。励磁卷線の極数を 6 極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が 2であることに注意して ( 1 ) 空間 1次か空間 5次の磁束を拾う。

( 2 ) 空間 3次あるいはその整数倍の磁束を拾わなレ、。

となる。条件（1 ) をみたす 3相卷線の一例を図 2 2に示す。これを式（4 ) に従い 3相 2相変換を施し条件（2 ) をみたすようにしたものを図 2 3に示す。ただし、 γ = 0、 k = ( 2 / 3 ) ¹ノ ²とした。ただし、小数点 5桁以下は四捨五入している。図 2 3を基に具体的に現実的な卷数を決定したものを図 2 4、図 2 5 に示す。図 2 3における卷数に励磁卷線は 5 0、出力卷線は 1 5 0を乗じた値を示している。また、図 2 4は卷数に小数を許す場合（理想的な場合）であり、図 2 5は小数点以下四捨五入したものである。巻線仕様を図 2 4、図 2 5のようにして、励磁卷線を交流電流で励磁したときに 2相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図 2 6 , 図 2 7のグラフに示す。これらの図において、 2 0はひ相卷線、 2 1は相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力卷線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁卷線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 9 0度（機械角 4 5度）ずれているため、軸倍角 2の回転角度検出装置として動作することが確認できた。以上により、出力卷線を仮想的に 3相の巻線を定義してその後 3相 2相変換することにより 2相の出力卷線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が 3相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例で正弦波状に卷数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動卷きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので卷線作業効率が低下するという課題があつたが、本発明では図 2 3 , 2 4， 2 5からも明らかなように、出力卷線を施さなくともよいティースが複数存在するため、卷線作業効率を向上することができるという効果もある。また、 2相の出力卷線を構成する際に仮想的に構成する多相卷線を 3相で構成できるので出力卷線の仕様を容易に決定できるという効果がある。

また、本実施の形態において固定子ティースの数は奇数である。従来例はティースの数が偶数であり、かつ励磁卷線は隣り合うティースで極性が逆になるように卷き回されていた。すなわち固定子ティースの数と励磁巻線の数が一致していた。ところが従来の励磁卷線の巻き方では、ティースの数が奇数の場合このような卷線のパターンでは隣り合う卷線の極性が一致するところが 1ケ所できるため、バランスのいい励磁巻線ではなく、検出位置誤差の増大につながるという課題があった。しかしながら、本実施の形態の励磁卷線の構成は従来例とは異なり、 3 本のティースで 1パターンを形成するように卷き回されている。すなわち図 4 1 のように、ティース番号 1では 5 0ターン、ティース番号 2、 3では一2 5ターン（極性がティース番号 1と逆）となっている。このパターンを 3回、すなわち、ティースの個数 9の値の約数の値と同じ回数だけ繰り返している（なお、 9の約数は 1と 3である力 S、ここでは 1以外の約数の値を約数と呼ぶこととする。）。このような構成にすることで、同じパターンの卷線を繰り返すのでバランスよく励磁卷線を卷き回すことが可能となる。一般的には、ティースの数が奇数のときでも、ティースの数の約数回だけ同じパターンの卷線を繰り返すことで、バランスのよい励磁卷線を構成することができる。これにより、励磁卷線の起磁力がバランスよく発生するため検出位置誤差が増大することがないという効果がある。さらに、図 4 1ではティース番号 1では 5 0ターン、ティース番号 2、 3では - 2 5ターンとパターンの中で巻数の合計（極性も考えて合計）すると 5 0— 2 5—2 5 = 0となる。このように合計を 0になるような卷数としていれば、励磁卷線に電流が流れたときに空間 0次の起磁力が発生しない。このため空隙に必要のない次数の磁束が発生せず検出位置誤差の増大を防ぐことができるという効果がある。実施の形態 3 .

図 2 8に軸倍角 4、ティースの数 6の例を示す。本実施の形態においては、ティースの個数が 3 n ( nは自然数、ここでは n == 2 ) となっている。図 2 8において、 1は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 6本のティース、 4 は固定子 1の鉄心、 5はティース 3に巻き回された卷線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6に設けられた 4つの突極、 1 0は回転角度検出装置である。励磁卷線 5の極数を 6極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が 4であることに注意して

( 1 ) 空間 1次か空間 7次の磁束を拾う。

(2) 空間 3次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。

となる。条件（1) をみたす 3相卷線の一例を図 29に示す。これを式（4) に従い 3相 2相変換を施し条件（2) をみたすようにしたものを図 30に示す。ただし、 γ = 0、 k= (2/3) ^1/2とした。ただし、小数点 5桁以下は四捨五入している。図 30を基に具体的に現実的な卷数を決定したものを図 31に示す。図 30における卷数に励磁卷線は 50、出力卷線は 150を乗じた値を示している。なお、図 3 1は小数点以下四捨五入したものである。卷線仕様を図 31のようにして、励磁卷線を交流電流で励磁したときに 2相の出力卷線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図 32のグラフに示す。この図において、 20は0；相卷線、 21は相卷線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力卷線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁卷線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 90度（機械角 22. 5度）ずれているため、軸倍角 4の回転角度検出装置として動作することが確認できた。また、図 33に軸倍角 8、ティースの数 6の例を示す。図 33において、 1は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 6本のティース、 4は固定子 1 の鉄心、 5はティース 3に巻き回された巻線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6 に設けられた 8つの突極、 10は回転角度検出装置である。

励磁巻線の極数を 6極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が 8であることに注意して

( 1 ) 空間 5次か空間 1 1次の磁束を拾う。

(2) 空間 3次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。

となる。条件（1) をみたす 3相卷線の一例を図 34に示す。これを式（4) に従い 3相 2相変換を施し条件（2) をみたすようにしたものを図 35に示す。ただし、 γ = 0、 k二 (2/3) ^1/2とした。ただし、小数点 5桁以下は四捨五入している。図 35を基に具体的に現実的な卷数を決定したものを図 36に示す。図 3 5における卷数に励磁卷線は 5 0、出力卷線は 1 5 0を乗じた値を示している。なお、図 3 6は小数点以下四捨五入したものである。卷線仕様を図 3 8のようにして、励磁卷線を交流電流で励磁したときに 2相の出力卷線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図 3 7のグラフに示す。この図において、 2 0は0；相卷線、 2 1は ]3相卷線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁卷線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 9 0度（機械角 1 1 . 2 5度）ずれているため、軸倍角 8の回転角度検出装置として動作することが確認できた。なお、ここに挙げた卷線は一例にすぎない。条件（1 ) をみたす卷線は他にもある上、 kによっても卷数を変化させることができるからである。

以上により、出力巻線を仮想的に 3相の巻線を定義してその後 3相 2相変換することにより 2相の出力巻線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が 3相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が 4の場合、固定子のティースの数が 1 6、軸倍角が 8の場合、固定子のティースの数が 3 2であつたが、本発明によれば、ティースの数が 6でよい。すなわち、軸倍角が大きくなつても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため卷線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に卷数を変化させた場合があつたが、この場合、ほんの僅かの卷数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの卷線機のノズ^/の位置決めをする必要があつたので卷線作業効率が低下するという課題があつたが、本発明では図 3 1， 3 6からも明らかなように、出力卷線を施さなくともよいティースが複数存在するため、卷線作業効率を向上することができるという効果もある。また、 2相の出力卷線を構成する際に仮想的に構成する多相卷線を 3相で構成できるので出力卷線の仕様を容易に決定できるという効果がある。実施の形態 4 .

図 3 8に軸倍角 8、ティースの数 9の例を示す。図 3 8において、 1は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 9本のティース、 4は固定子 1の鉄心、 5はティース 3に卷き回された卷線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6に設けられた 8つの突極、 1 0は回転角度検出装置である。

励磁卷線の極数を 6極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が 8であることに注意して

( 1 ) 空間 5次か空間 1 1次の磁束を拾う。

( 2 ) 空間 3次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。

となる。条件（1 ) をみたす 3相巻線の一例を図 3 9に示す。これを式（4 ) に従い 3相 2相変換を施し条件（2 ) をみたすようにしたものを図 4 0に示す。ただし、 γ = 0、 k = ( 2 / 3 ) ^{1 / 2}とした。ただし、小数点 5桁以下は四捨五入している。図 4 0を基に具体的に現実的な卷数を決定したものを図 4 1に示す。図 4 0における卷数に励磁巻線は 5 0、出力卷線は 1 5 0を乗じた値を示している。なお、図 4 1は小数点以下四捨五入したものである。巻線仕様を図 4 1のようにして、励磁卷線を交流電流で励磁したときに 2相の出力卷線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図 4 2のグラフに示す。この図において、 2 0は "相卷線、 2 1は相卷線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁卷線の電流に対し位相が反転していることを示している。、ずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 9 0度（機械角 1 1 . 2 5度）ずれているため、軸倍角 8の回転角度検出装置として動作することが確認できた。なお、ここに挙げた卷線は一例にすぎない。条件（1 ) をみたす卷線は他にもある上、 y、 kによっても卷数を変化させることができるからである。

以上により、出力卷線を仮想的に 3相の卷線を定義してその後 3相 2相変換することにより 2相の出力卷線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確^ ^できた。このような構成にすることにより励磁が 3相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が 8の場合、固定子のティースの数が 3 2であったが、本発明によれば、ティースの数が 9でよい。すなわち、軸倍角が大きくなつても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため卷線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に卷数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの卷数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの卷線機のノズルの位置決めをする必要があつたので卷線作業効率が低下するという課題があつたが、本発明では図 4 1からも明らかなように、出力卷線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。また、 2相の出力卷線を構成する際に仮想的に構成する多相卷線を 3相で構成'できるので出力卷線の仕様を容易に決定できるという効果がある。実施の形態 5 .

図 4 3に軸倍角 4、ティースの数 1 2の例を示す。図 4 3において、 1は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 1 2本のティース、 4は固定子 1の鉄心、 5はティース 3に巻き回された巻線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6に設けられた 4つの突極、 1 0は回転角度検出装置である。

励磁巻線の極数を 6極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が 4であることに注意して

( 1 ) 空間 1次か空間 7次の磁束を拾う。

( 2 ) 空間 3次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。

となる。条件（1 ) をみたす 3相巻線の一例を図 4 4に示す。これを式（4 ) に従い 3相 2相変換を施し条件（2 ) をみたすようにしたものを図 4 5に示す。ただし、 γ = 0、 k = ( 2 / 3 ) ^{1 / 2}とした。ただし、小数点 5桁以下は四捨五入している。図 4 5を基に具体的に現実的な卷数を決定したものを図 4 6に示す。図 4 5における卷数に励磁卷線は 5 0、出力卷 f泉は 1 5 0を乗じた値を示している。なお、図 4 6は小数点以下四捨五入したものである。卷線仕様を図 4 6のようにして、励磁卷線を交流電流で励磁したときに 2相の出力卷線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図 4 7のグラフに示す。この図において、 2 0はひ相卷線、 2 1は ]3相卷線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力卷線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁卷線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 9 0度（機械角 2 2 . 5度）ずれているため、軸倍角 4の回転角度検出装置として動作することが確認できた。また、図 4 8に軸倍角 8、ティースの数 1 2の例を示す。図 4 8において、 1 は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 1 2本のティース、 4は固定子 1の鉄心、 5はティース 3に巻き回された卷線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6に設けられた 8つの突極、 1 0は回転角度検出装置である。

( 1 ) 空間 5次か空間 1 1次の磁束を拾う。

( 2 ) 空間 3次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。

となる。条件（1 ) をみたす 3相卷線の一例を図 4 9に示す。これを式（4 ) に従い 3相 2相変換を施し条件（2 ) をみたすようにしたものを図 5 0に示す。ただし、 γ = 0、 k = ( 2 / 3 ) ^{1 / 2}とした。ただし、小数点 5桁以下は四捨五入している。図 5 0を基に具体的に現実的な卷数を決定したものを図 5 1に示す。図 5 0における卷数に励磁卷線は 5 0、出力卷線は 1 5 0を乗じた値を示している。なお、図 5 1は小数点以下四捨五入したものである。卷線仕様を図 5 1のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに 2相の出力卷線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図 5 2のグラフに示す。この図において、 2 0は0；相巻線、 2 1は相卷線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 9 0度（機械角 1 1 . 2 5度）ずれているため、軸倍角 8の回転角度検出装置として動作することが確認できた。

なお、ここに挙げた卷線は一例にすぎない。条件（1 ) をみたす卷線は他にもある上、 y、 kによっても卷数を変化させることができるからである。

以上により、出力卷線を仮想的に 3相の卷線を定義してその後 3相 2相変換することにより 2相の出力卷線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が 3相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が 4の場合、固定子のティースの数が 1 6、軸倍角が 8の場合、固定子のティースの数が 3 2であつたが、本発明によれば、ティースの数が 1 2でよい。すなわち、軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため卷線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に卷数を変化させた場合があつたが、この場合、ほんの僅かの卷数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの卷線機のノズルの位置決めをする必要があつたので卷線作業効率が低下するという課題があつたが、本発明では図 4 6， 5 1からも明らかなように、出力卷線を施さなくともよいティースが複数存在するため、卷線作業効率を向上することができるという効果もある。また、 2相の出力卷線を構成する際に仮想的に構成する多相卷線を 3相で構成できるので出力卷線の仕様を容易に決定できるとレ、う効果がある。実施の形態 6 .

本発明の回転角度検出装置は卷線が固定子と回転子の空隙に発生する磁束を拾うことによって動作するが、外からのノイズの影響を受けることがある。中でも、空間 0次の起磁力によって発生する磁束が悪影響を及ぼすことがある。この磁束の空間次数は回転子の軸倍角と一致する。例えば、軸倍角 4の回転角度検出装置では空間 4次の磁束が発生する。これについて図 5 3を用いて説明する。図 5 3 において、 3 0は回転子 2の軸の周りを流れる電流（の向き）、 3 1は、電流 3 0により発生する起磁力（の向き）、 3 2は、起磁力 3 1により発生する軸倍角と同じ次数の磁束である。例えば、図 5 3のように、回転子 2の軸の周りを流れる電流 3 0があれば、起磁力 3 1は、固定子 2の軸に平行な向きに発生し、結果として、回転角度検出装置 1 0の回転子 2と固定子 1間に空間 0次の起磁力が発生することになる。一方、回転子 2は軸倍角と同数の突極を持っているため、パ：の次数で変化するから空間 0次の起磁力によつて軸倍角と同じ次数の磁束が空隙に発生する。また、空間 0次の磁束も発生する。この磁束を固定子 1に備えられた卷線が拾うと検出位置誤差が増大し、正しく角度を検出できなくなつてしまうという問題点が従来の回転角度検出装置においてはあった。そこで、本実施の形態では、回転子のパーミアンスの変化の空間次数と同じ空間次数の磁束や空間 0次の起磁力によつて発生する磁束を拾わないように出力巻線を構成し、検出位置誤差の増大を防ぐというものである。

具体例として、上述した図 1 1の軸倍角 4、ティースの数 9を挙げる。この場合、空間 0次の起磁力によって空間 4次の磁束が発生するから、これを拾わないように卷線を構成すればよいことになる。図 5 4に空間 4次に対するべクトル図を示す。まず、仮想的に 3相卷線を構成するが、そのときに空間 4次に対するべクトルの和を零になるようにすればよい。図 1 5では U相卷線はティース番号 1 , 5， 6に施し、かつ極性が 1と 5 , 6で逆になるようにしているが、ここでさらにティース番号 5， 6の巻数を 1のそれと変化させることで、空間 4次の磁束を拾わなくすることが可能となる。具体的には、ティース番号 5 , 6の巻数 N ₅ = N ₆とティース番号 1の卷数 N jに

-2cos— N,…… (5)

Q ⁰ リ

なる関係があればよい。 V相、 W相も同様にして、電気角 1 2 0度ずれた位置関係にすれば 3相の卷線仕様を決定できる。図 5 5にその卷線の一例を示す。さらにこれを 3相 2相変換したものが図 5 6であり、具体的な卷数を図 5 7のようにした。また、図 5 7の卷線では出力卷線各相の巻数の合計は極性も考盧すれば 0 になる。よって空間 0次の磁束も拾わない。このとき回転子位置によって出力電圧がどのように変化するかを図 5 8のグラフに示す。この図において、 2 0は相卷線、 2 1は ]3相卷線である。電圧は正弦波状の波形で互いに電気角 9 0度 (機械角 2 2 . 5度）ずれているため、軸倍角 4の回転角度検出装置として動作することが確認できた。

また、ここでは軸倍角 4、ティースの数 9について述べたが、ベクトル図を用いて例えば軸倍角と同じ空間次数の磁束を拾わないようにすればよいから、軸倍角やティースの数によらず同様の効果を得ることができる。

以上により、出力卷線を仮想的に 3相の卷線を定義してその後 3相 2相変換することにより 2相の出力卷線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が 3相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が 4の場合、固定子のティースの数が 1 6本であつたが、本発明によれば、ティースの数が 9でよい。すなわち、軸倍角が大きくなつても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため卷線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に卷数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの卷数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの卷線機のノズルの位置決めをする必要があつたので卷線作業効率が低下するという課題があつたが、本発明では図 5 7からも明らかなように、出力卷線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。また、 2相の出力卷線を構成する際に仮想的に構成する多相卷線を 3相で構成できるので出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。

また、さらに、本実施の形態では、 2相の出力卷線が、回転子のパーミアンスの変化の空間次数と同じ空間次数の磁束や空間 0次の起磁力によって発生する磁束の特定成分を拾わないように出力卷線を構成したので、検出位置誤差の増大を防ぐという効果もある。実施の形態 7 .

これまでは、回転子の形状については特に限定しなかったが、回転子の形状が適切でないと検出位置誤差が大きくなってしまう場合がある。本実施の形態では、回転子の形状によって生じるパーミアンスの変動成分を利用した回転角度検出装置に関するものであり、上記パーミアンスの変動成分が正弦波状であれば検出位置誤差が小さく、高精度になる。

したがって、回転子の回転軸中心を原点とし回転子外周の位置を表す角度 Θとするとき、固定子内周と回転子の外周のパーミアンス角度 Θにおいて、直流成分も含めて ■

A + Bcos(M0) (6)

となれば、高精度な回転角度検出装置として機能する。ただし、 A、 Bは正の定数で A > B、 Mは回転角度検出装置の軸倍角とする。空隙長はパーミアンスに逆比例することと式（6 ) と力ら、前記角度 6の位置における空隙長が

•(7)

A + B∞s(M0)

となるような回転子形状とすれば、空隙のパーミアンスの脈動成分が正弦波状となり高精度な回転角度検出装置を得ることができる。

したがって、本実施の形態によれば、上述の実施の形態 1 ~ 6と同様の効果が得られるとともに、さらに、出力卷線の卷数を実施の形態 1 ~ 6で述べたように設定し、回転子を式（7 ) によって決まる形状としたことで、検出位置誤差をさらに低減することができ、高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。実施の形態 8 .

本発明の回転角度検出装置は卷線が回転子と固定子の空隙に生じる磁束を拾うことによって動作するが、回転子の回転軸と固定子中心がずれたとき、あるいは回転子中心と回転軸がずれたとき、すなわち、偏心や軸ずれが生じたときには、特定次数の磁束成分の影響を受けて検出位置誤差が増大するという可能性がある。偏心や軸ずれによって生じる磁束の次数は、例えば次のようなものがある。

(励磁の起磁力の次数） ± 1

励磁の起磁力の次数とは励磁卷線に流れる電流によって発生する起磁力の空間次数である。例えば、励磁が 6極であれば、励磁の起磁力の次数が 3となる。このとき、上式より

3 ± 1 = 2 , 4

となるから、空間 2次、 4次の磁束が発生する。従来例ではこのように偏心によつて生じる次数の磁束を出力卷線が拾うことがあり検出位置誤差の増大を招くという課題を抱えていた。そこで、本実施の形態ではこのような偏心や軸ずれによつて発生する磁束の特定成分を拾わない巻線仕様の構成について述べる。

図 5 9に固定子のティースの数 1 2、軸倍角 8の例を示す。図 5 9において、 1は固定子、 2は回転子、 3は固定子 1に設けられた 1 2本のティース、 4は固定子 1の鉄心、 5はティース 3に巻き回された卷線、 6は回転子 2の鉄心、 7は鉄心 6に設けられた 8つの突極、 1 0は回転角度検出装置である。実施の形態 5 と同様に励磁卷線は 6極となるように施されている。このとき、既に述べたように、励磁卷線が 6極の場合、偏心や軸ずれによって空隙に空間 2次、 4次の磁束が発生する。この 2つの成分を拾わない出力卷線の構成をべクトル図を用いて考える。空間 2次、 4次に対するべクトル図を図 6 0、 6 1にそれぞれ示す。 1 2 本のティースのそれぞれに施された卷線が空間 2次、 4次の磁束をどの位相で鎮交するかについて示している。このベクトル図から読み取れることは、例えばティース番号 1 , 3， 5のように、 n， n + 2 , n + 4 ( n = l， 2 , 3， · · ·）なる関係で表されるティースに施された巻線に鎖交する磁束のベタトルは互いに電気角 1 2 0度ずれていてその和は 0になるということである。仮想的に 3相卷線を構成する際に、このように空間 2次、 4次の磁束のべクトル和が 0になる組み合わせを選択すれば、 3相 2相変換によって得られる 2相の出力巻線も空間 2次、 4次の磁束を拾わないことになる。すなわち、偏心や軸ずれが起こっても、それに伴い生じる磁束の特定成分を拾わないので検出位置誤差の増大が防ぐことができると考えられる。

ここで、具体的な卷線仕様の例を挙げておく。図 62, 63, 64に仮 ¾|的に構成した 3相卷線の例を示す。 U相 V相 W相はそれぞれ電気角 120度ずつずれた位置関係にあり、さらに各相の巻線は既に述べたように、ティース番号 1， 3, 5のように、 n， n+2, n + 4 (n = 1, 2， 3 - ■ · ) なる関係で表されるティース番号に卷線を施すことにより構成されている。図 62では U相はティース番号 1， 3, 5で構成され、図 63では U相はティース番号 1, 3, 5と 2， 4, 6で構成され、図 64ではティース番号 1， 3， 5と 8， 10, 12で構成されている。 V相、 W相については U相と電気角 ±1 20度ずれた位置関係になるように構成されている。これらを 3相 2相変換によって 2相の出力巻線に変換したものを図 65, 66, 67、に示す。さらに具体的な卷数の例を図 68， 69, 70に示した。

これら 3通りの巻線仕様（そのその 2、その 3) の回転角度検出装置において、回転子と固定子の間に 0. 1 Ommの偏心が生じた場合と偏心のない理想的な場合について検出位置誤差を示したのが図 71である。比較のために従来の巻線仕様の結果も示している。この結果から、従来の卷線仕様では偏心によって検出位置誤差が著しく増大していたが、本実施の形態の巻線仕様では、偏心が生じても検出位置誤差がほとんど変化せず、従来例よりはるかに高精度な回転角度検出装置として機能していることが一目瞭然である。

ここでは、固定子のティースの数が 12、軸倍角が 8の例について述べたが、ここで示した以外の巻数によっても同様の効果が得られる卷線仕様があり、また他のティースの数、軸倍角でも偏心や軸ずれによって発生する空隙磁束の特定次数成分を拾わないように出力卷線を構成すれば同様の効果が得られることはいうまでもない。

以上のように、本実施の形態においては、上述の実施の形態 1〜 7と同様の効果が得られるとともに、さらに、出力卷線の構成を本実施の形態で述べたような構成にすることで、回転子の回転軸と固定子中心がずれたとき、すなわち偏心や' 軸ずれが生じたときに発生する磁束密度の特定成分を拾わないので検出位置誤差の増大を防ぐことができる。また、取りつけ位置誤差や偏心、軸ずれなどによつて検出位置誤差が大きくならないことにより、取りつけ位置精度向上に掛かるコストを低減することができるという効果もある。また、ここで述べた卷線仕様は軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もあることはいうまでもない。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があつたが、この場合、ほんの僅かの卷数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの卷線機のノズルの位置決めをする必要があつたので卷線作業効率が低下するという課題があつたが、本発明では図 6 8， 6 9， 7 0からも明らかなように、出力卷線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効^:もあることはいうまでもない。実施の形態 9 .

本実施の形態においては、上述の実施の形態 1 ~ 8で説明した本発明の回転角度検出装置を発電機やモータ等の種々の回転電機に用いた場合について説明する。上述の実施の形態 1〜 8では多相 2相変換を用いて巻線を構成することにより、軸倍角が増えても従来例より固定子のティースの数が少なくてすみ、量産性に優れた回転角度検出装置を得ることができると述べた。このような回転角度検出装置は光学式エンコーダに比べて安価で耐環境性に優れているので、モータや発電機などの回転電機に設けられた回転角度センサとして用いれば、安価で耐環境性にすぐれたシステムを構築することができるという効果がある。例えば車両用べノレト,駆動式 I S G ( I n t e g r a t e d S t a r t e r G e n e r a t o r ) に本発明の回転角度検出装置を組み込むことが考えられる。

図 7 2に爪形状の界磁鉄心を有する発電機に本発明の回転角度検出装置を組み込んだ図を示す。図 7 2において、 1は回転角度検出装置 1 0の固定子、 2は回転角度検出装置 1 0の回転子、 5はティース 3に卷き回された励磁卷線、 8は出力巻線、 4 0は発電機（あるいは、モータ）、 4 1は発電機 4 0の界磁鉄心、 4 2は軸、 4 3は軸受け、 4 4は界磁卷線（界磁電流が流れる）、 4 5は発電機 4 0の固定子である。ベルト駆動式 I S Gのシステムでは発電機（モータとしても動作する）はェンジンルームに配置されるため、高温になり光学式エンコーダは適していない。またシステムとして高価になってしまう。そこで、鉄心と巻線で構成される本発明の回転角度検出装置を用いれば、耐環境性に優れ、安価で、精巧なシステムを構築することができる。また、上述したように、本発明の回転角度検出装置は製造工程が容易であるため、それを用いた回転電機の製造工程も少なくともその分だけ容易になる。

さらに、爪形状の界磁鉄心を有するモータあるいは発電機は、界磁電流が図 5 3に示したように流れ、回転角度検出装置の空隙に空間 0次の起磁力を発生させてしまう。従って、空隙に軸倍角と同じ空間次数の磁束が発生し、従来の技術では出力卷線がこの成分を拾ってしまい、検出位置誤差の増大につながった。しかしながら、本発明の実施の形態 6で述べたように、軸倍角と同じ次数の磁束を拾わないように巻線を構成しておけば検出位置誤差の増大を防ぐことができるという効果が得られる。

また、ここでは爪形状の界磁鉄心を具備したモータあるいは発電機にっレ、てのみ述べたが、一般のモータゃ宪電機においても空間 0次の起磁力が発生してしまうことがあるので、本発明の回転角度検出装置を用いることで検出位置誤差の増大を防ぐことができるということはいうまでもない。

また、取りつけ位置誤差などの工作誤差により回転子の偏心が生じることがあるが、実施の形態 8で述べたように偏心や軸ずれによって発生する空隙磁束の特定次数成分を出力卷線が拾わないように構成されているため、偏心や軸ずれによる検出位置誤差の増大が防ぐことができるという効果がある。さらに、取りつけ位置誤差や偏心、軸ずれなどによって検出位置誤差が大きくならないことにより、取りつけ位置精度向上に掛かるコストを低減することができるという効果もある。なお、上記の実施の形態 1〜 9においては、予め仮想的に定義した多相の卷数を 2相に変換することによって卷数が得られる 2相の出力卷数の固定子を有する回転角度検出装置を例に挙げて説明したが、その場合に限らず、多相の卷数は、仮想的にではなく、実際に定義されるものでもよく、また、いかなる別の方法で得られるものでもよいものとし、その場合も上記と同様の効果を得ることができる' 産業上の利用可能性

以上のように、この発明に係る回転角度検出装置は、車両用ベルト駆動式 I S G (I n e g r a t e d S t r t e r G e n e r a t o r) のみならず、種々の他のモータにも幅広く活用できる回転角度検出器として有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 1相の励磁卷線と 2相の出力卷線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とから構成された回転角度検出装置であって、

上記 2相の出力卷線は上記固定子の複数のティースに卷き回されており、上記 2相の出力巻線の各々の卷数は、予め定義された m相の巻線（mは 3以上の整数）を用いて、その m相の卷線の卷数を 2相に変換することによって得られることを特徴とする回転角度検出装置。

2 . 上記 m相の卷線（mは 3以上の整数）の巻数を 2相に変換するとき、

"' っ 77― \~)

=1 m

2(" - 1) 、

m は任意の定数、 kは零でない任意の定数、添字の iはティースの番号、ひ、 /3は変換後の 2相卷線、 nは変換前の第 n相を示す。すなわち、 N_{a i}， N_{6 i} , はそれぞれ i番目のティースにおける 'a相、 |3相巻線の卷数、 N _{n i}は i番目のティースの第 n相卷線の卷数を表す。 ) なる変換式によって変換する

ことを特徴とする請求項 1に記載の回転角度検出装置。

3 . 上記固定子のティースの個数を 3 n ( nは自然数）としたことを特徴とする請求項 1または 2に記載の回転角度検出装置。

4 . 上記固定子のティースの個数が奇数個の場合、上記励磁卷線の卷線パターンは、上記ティースの個数の約数の値と同じ数の回数だけ繰り返したパターンとなっていることを特徴とする請求項 1または 2に記載の回転角度検出装置。

5 . 上記固定子のティースの個数を 9とし、軸倍角を 4あるいは 8のいずれか一方としたことを特徴とする請求項 3または 4に記載の回転角度検出装置。

6 . 固定子のティースの個数を 1 2とし、軸倍角を 4あるいは 8のいずれか一方としたことを特徴とする請求項 3に記載の回転角度検出装置。

7 . 上記 2相の出力卷線は、上記回転子のパーミアンスの変化の空間次数と同じ空間次数の磁束や空間 0次の磁束を拾わないように卷数を調整することを特徴とする請求項 1ないし 6のいずれかに記載の回転角度検出装置。

8 . 上記 2相の出力卷線が、回転子の回転軸と固定子の中心がずれたとき、あるいは、上記回転子の中心と回転軸とがずれたときに発生する空隙磁束の特定成分を拾わないように卷数を調整したことを特徴とする請求項 1ないし 7のいずれかに記載の回転角度検出装置。

9 - 請求項 1ないし 8のいずれかに記載の回転角度検出装置を備えたことを特徴とする回転電機。