(57)【要約】  装置全体を薄型化できるだけでなく、回転軸を中心とする装置全体の外径を小とすることができ、小型の電動モータ等に容易に取付けることができるようにした回転角度検出装置、および回転角度検出装置付き電動モータを提供する。  固定体に固着したベース７に、励磁巻線を付設した第１シートコイル２１を設け、回転軸５に固着した回転板８のベース対向面に、検出巻線を付設した第２シートコイル２４を設け、回転板８のカバー対向面に、回転板８を貫通する接続手段３７を介して、検出巻線に接続した、出力トランス２５における一次巻線を付設した第３シートコイル２７を設け、カバー９の回転板対向面に、出力トランス２５における二次巻線を付設した第４シートコイル２９を設ける。
2018011915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体に回転可能として設けられた回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
前記回転軸に固着された回転板と、
前記回転板と対向するようにして、前記固定体に設けられたベースと、
前記回転板を覆うようにして前記固定体に固着されたカバーと、
前記回転板に対向するベースの対向面に設けられ、かつ励磁巻線が付設されている第１シートコイルと、
前記回転板におけるベース対向面に設けられ、かつ前記励磁巻線に対向する検出巻線が付設されている第２シートコイルと、
前記回転板におけるカバー対向面に設けられ、かつ前記回転板を貫通する接続手段を介して前記検出巻線に接続された出力トランスにおける一次巻線が付設されている第３シートコイルと、
前記回転板に対向する前記カバーの対向面に設けられ、かつ前記出力トランスにおける一次巻線に対向する二次巻線が付設されている第４シートコイル
とを備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記接続手段が、前記回転板を貫通する前記回転軸の外周面に、前記回転板の両側方に跨がるように設けられた、前記回転軸の軸線方向を向く１または複数の導体片と、前記第２シートコイルにおける検出巻線の端末に接続され、かつ前記導体片に接触する接触片と、前記第３シートコイルにおける一次巻線の端末に接続され、かつ前記導体片に接触する接触片とを備えていることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記回転板が、円板部と、この円板部の中央孔に嵌合した筒軸部とを備えており、かつ前記接続手段が、前記筒軸部の外周面に、前記円板部の両側方に跨がるように設けられた、前記筒軸部の軸線方向を向く１または複数の導体片と、前記第２シートコイルにおける検出巻線の端末に接続され、かつ前記導体片に接触する接触片と、前記第３シートコイルにおける一次巻線の端末に接続され、かつ前記導体片に接触する接触片とを備えていることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記各接触片を、前記回転板の軸線方向に弾性変形しうる弾性舌片としたことを特徴とする請求項２または３記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記導体片と前記各接触片とを互いに固着したことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記接続手段を、前記回転板を貫通して、前記第２シートコイルにおける検出巻線の端末と、前記第３シートコイルにおける一次巻線の端末とを接続する導線としたことを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記ベースと前記第１シートコイルとの間、前記回転板のベース対向面と前記第２シートコイルとの間、前記回転板のカバー対向面と前記第３シートコイルとの間、および前記カバーと前記第４シートコイルとの間に、ドーナツ状のコアをそれぞれ配設したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
前記励磁巻線および検出巻線を、複数の半径方向を向く部分の内端部同士および外端部同士を、前記巻線の内径部分および外径部分において、円弧状の部分によって結合したものとし、前記ベースに設けたコアの内径は、前記励磁巻線の円弧状の部分が存在する内径部分より大とし、かつ前記ベースに設けたコアの外径は、前記励磁巻線の円弧状の部分が存在する外径部分より小とし、さらに、前記回転板のベース対向面に設けたコアの内径は、前記検出巻線の円弧状の部分が存在する内径部分より大とし、かつ前記回転板のベース対向面に設けたコアの外径は、前記検出巻線の円弧状の部分が存在する外径部分より小とした請求項７記載の回転角度検出装置。
【請求項９】
前記励磁巻線が、絶縁シートを挟んでその表裏に、互いに電気角での位相を異ならせてそれぞれ付設した第１励磁巻線と第２励磁巻線とを備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項１０】
前記第１励磁巻線および第２励磁巻線を、それぞれ１８０°の位置で位相を反転させた極性反転励磁巻線としたことを特徴とする請求項９記載の回転角度検出装置。
【請求項１１】
モータハウジングの一端から、回転軸の一端部が突出するようにした電動モータと、
前記モータハウジングに前記ベースが固着され、かつ前記電動モータの回転軸に前記回転板が固着された、請求項１〜１０のいずれかに記載の回転角度検出装置とを備えることを特徴とする回転角度検出装置付き電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置、およびそれを備える回転角度検出装置付き電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転角度検出装置には、リング状のステータコアから求心方向を向く複数の突極を突設し、かつこれらの突極にコイルを巻回したステータ内に、磁性材料により構成されたロータを配設したものがある(例えば特許文献１または２参照)。
しかし、このような従来の回転角度検出装置においては、ロータの軸線と直交する方向を向く突極にコイルを巻回するため、ロータの軸線方向の装置全体の厚さが大となる。【０００３】
そのため、ステータのベース部に設けた励磁コイルと、それに対向するようにロータの回転軸に固着した回転板に設けた検出巻線とを、シートコイルによって形成し、かつロータの外周面に設けた一次巻線と、それに対向するようにステータのベース部の内周面に設けた二次巻線とにより、出力トランスを形成することによって、回転角度検出装置全体を薄型化しうるようにしたものがある(例えば特許文献３参照)。【０００４】
しかし、このシートコイルを用いたものにおいては、出力トランスを形成する一次巻線と二次巻線とを、ロータの外周面とステータのベース部の内周面とに配設し、さらにその外側に、励磁コイルと検出巻線とを、互いに対向するようにして配設してあるため、回転軸を中心とする回転角度検出装置全体の外径が大となるという問題がある。【０００５】
また、本発明者は、特許文献３における出力トランスを形成する一次巻線と二次巻線をもシートコイルにより形成し、それらを、シートコイルとした励磁コイルと検出巻線との内側において、ステータのベース部と、それに対向する回転板との対向面に設けることにより、より回転角度検出装置全体の薄型化を図ったものを提供している(ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／８２０４７およびその日本への移行出願である特願２０１６−５０９２０９参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３９７７８８号公報
【特許文献２】特開２０１３−５１８２５号公報
【特許文献３】特許第３０４７２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３および上記ＰＣＴ出願の明細書および図面に記載されている回転角度検出装置は、全体を薄型化できる反面、出力トランスを形成する一次巻線と二次巻線との対と、励磁コイルと検出巻線との対とを、回転軸を中心とする内外二重のドーナツ板状に配設してあるため、回転軸を中心とする装置全体の外径が大となるという問題がある。【０００８】
本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑みてなされたもので、装置全体を薄型化できるだけでなく、回転軸を中心とする装置全体の外径を小とすることができ、小型の電動モータ等に容易に取付けることができるようにした回転角度検出装置、およびそれを備える回転角度検出装置付き電動モータを提供することを目的としている。
また、本発明は、回転軸が貫通する回転板の両側面に設けたシートコイルの巻線同士を、簡単かつ確実に接続すること、および励磁巻線に生じるノイズをキャンセルして、検出精度を高めることをも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）固定体に回転可能として設けられた回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置において、前記回転軸に固着された回転板と、前記回転板と対向するようにして、前記固定体に設けられたベースと、前記回転板を覆うようにして前記固定体に固着されたカバーと、前記回転板に対向するベースの対向面に設けられ、かつ励磁巻線が付設されている第１シートコイルと、前記回転板におけるベース対向面に設けられ、かつ前記励磁巻線に対向する検出巻線が付設されている第２シートコイルと、前記回転板におけるカバー対向面に設けられ、かつ前記回転板を貫通する接続手段を介して前記検出巻線に接続された出力トランスにおける一次巻線が付設されている第３シートコイルと、前記回転板に対向する前記カバーの対向面に設けられ、かつ前記出力トランスにおける一次巻線に対向する二次巻線が付設されている第４シートコイルとを備えるものとする。【００１０】
このような構成によると、出力トランスを形成する一次巻線と二次巻線との対と、励磁巻線と検出巻線との対とを、回転軸の軸線方向に並べて配設してあるので、回転軸を中心とする装置全体の外径を小とすることができるだけでなく、各巻線はすべてシートコイルとしてあるので、装置全体の薄型化をも図ることができる。
もって、小型の電動モータだけでなく、回転軸とその軸受部との間、ロボットの関節アーム部、軸を中心として回転または回動する部材等に容易に取付けることができ、それらの回転または回動部材の回転角度または回動角度を正確に検出することができる。【００１１】
（２）上記(１)項において、前記接続手段が、前記回転板を貫通する前記回転軸の外周面に、前記回転板の両側方に跨がるように設けられた、前記回転軸の軸線方向を向く１または複数の導体片と、前記第２シートコイルにおける検出巻線の端末に接続され、かつ前記導体片に接触する接触片と、前記第３シートコイルにおける一次巻線の端末に接続され、かつ前記導体片に接触する接触片とを備えているものとする。【００１２】
このような構成によると、回転板の両側方より、第２シートコイルおよび第３シートコイルを、それらの接触片が回転軸の外周面に設けた導体片に整合するように位置決めして取付けることにより、各接触片がそれぞれ導体片に接触し、検出巻線と一次巻線とが、導体片を介して、簡単かつ確実に電気的に接続される。
しかも、第２シートコイルと第３シートコイルとの電気的な接続を回転軸に近い部位で行うことができるので、回転板の外周部でそれらの接続を行うものより、動的アンバランスを生じ難くいという利点がある。【００１３】
（３）上記(１)項において、前記回転板が、円板部と、この円板部の中央孔に嵌合した筒軸部とを備えており、かつ前記接続手段が、前記筒軸部の外周面に、前記円板部の両側方に跨がるように設けられた、前記筒軸部の軸線方向を向く１または複数の導体片と、前記第２シートコイルにおける検出巻線の端末に接続され、かつ前記導体片に接触する接触片と、前記第３シートコイルにおける一次巻線の端末に接続され、かつ前記導体片に接触する接触片とを備えているものとする。【００１４】
このような構成によると、上記(２)項の発明と同様の作用効果を奏しうるだけでなく、直接回転軸に導体片を取付けるための加工を施す必要がなく、回転板内で第２シートコイルと第３シートコイルとの接続を図ることができる。【００１５】
（４）上記(２)または(３)項において、前記各接触片を、前記回転板の軸線方向に弾性変形しうる弾性舌片とする。【００１６】
このような構成によると、第２シートコイルおよび第３シートコイルを、回転板の各側面に位置決めして取付ける際に、各接触片が、回転板の軸線方向に弾性変形して、導体片に自然に圧接するので、回転板への第２シートコイルおよび第３シートコイルの取付作業が楽になるだけでなく、その後においても、各接触片は、その弾性復元力により、導体片に圧接するので、各接触片と導体片との電気的な接続が外れることがない。【００１７】
（５）上記(２)〜(４)項のいずれかにおいて、前記導体片と前記各接触片とを互いに固着する。【００１８】
このような構成によると、各接触片と導体片との電気的な接続がより強固になるだけでなく、回転軸に対する回転板の軸線方向の位置ずれ、または回転板における筒軸部に対する円板部の位置ずれを防止することができ、回転軸に対する回転板の固着手段、または回転板における筒軸部に対する円板部の固着手段を省略することができる。【００１９】
（６）上記(１)項において、前記接続手段を、前記回転板を貫通して、前記第２シートコイルにおける検出巻線の端末と、前記第３シートコイルにおける一次巻線の端末とを接続する導線とする。【００２０】
このような構成によると、接続手段を著しく簡素化することができる。【００２１】
（７）上記(１)〜(６)項のいずれかにおいて、前記ベースと前記第１シートコイルとの間、前記回転板のベース対向面と前記第２シートコイルとの間、前記回転板のカバー対向面と前記第３シートコイルとの間、および前記カバーと前記第４シートコイルとの間に、ドーナツ状のコアをそれぞれ配設する。【００２２】
このような構成によると、各巻線を通る電流によって生じる磁力線密度を高め、検出出力を高めることができる。【００２３】
（８）上記(７)項において、前記励磁巻線および検出巻線を、複数の半径方向を向く部分の内端部同士および外端部同士を、前記巻線の内径部分および外径部分において、円弧状の部分によって結合したものとし、前記ベースに設けたコアの内径は、前記励磁巻線の円弧状の部分が存在する内径部分より大とし、かつ前記ベースに設けたコアの外径は、前記励磁巻線の円弧状の部分が存在する外径部分より小とし、さらに、前記回転板のベース対向面に設けたコアの内径は、前記検出巻線の円弧状の部分が存在する内径部分より大とし、かつ前記回転板のベース対向面に設けたコアの外径は、前記検出巻線の円弧状の部分が存在する外径部分より小とする。【００２４】
このような構成によると、励磁巻線および検出巻線の半径方向を向く部分のみに、磁界を形成する各コアが対向し、それらの巻線における円弧状の部分による磁気的影響を排除し、Ｓ／Ｎ比、すなわち信号対ノイズの割合を向上させることができる。
ひいては、励磁電力を小さくし、かつ各巻線を小型化して、装置全体を小型化することができる。【００２５】
（９）上記(１)〜(８)項のいずれかにおいて、励磁巻線が、絶縁シートを挟んでその表裏に、互いに電気角での位相を異ならせてそれぞれ付設した第１励磁巻線と第２励磁巻線とを備えているものとする。【００２６】
このような構成によると、装置全体の小型化および薄型化を維持したままで、検出精度を高めることができる。【００２７】
（１０）上記(９)項において、第１励磁巻線および第２励磁巻線を、それぞれ１８０°の位置で位相を反転させた極性反転励磁巻線とする。【００２８】
このような構成によると、励磁側のノイズをキャンセルすることができ、検出精度を高めることができる。【００２９】
（１１）回転角度検出装置付き電動モータにおいて、モータハウジングの一端から、回転軸の一端部が突出するようにした電動モータと、前記モータハウジングに前記ベースが固着され、かつ前記電動モータの回転軸に前記回転板が固着された、上記(１)〜(１０)項のいずれかの回転角度検出装置とを備えるものとする。【００３０】
このような構成によると、回転角度検出装置全体を小型化および薄型化した、小型の回転角度検出装置付き電動モータを提供することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、装置全体を薄型化できるだけでなく、回転軸を中心とする装置全体の外径を小とすることができ、小型の電動モータ等に容易に取付けることができるようにした回転角度検出装置、およびそれを備える回転角度検出装置付き電動モータを提供することができる。
また、回転軸が貫通する回転板の両側面に設けたシートコイルの巻線同士を、簡単かつ確実に接続することができる。
さらに、励磁巻線に生じるノイズをキャンセルして、検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の回転角度検出装置付き電動モータの第１の実施形態における回転角度検出装置を取付けた端部の縦断正面図である。
【図２】同じく、分解斜視図である。
【図３】同じく、第１〜第４シートコイルの各巻線を模式的に示した分解斜視図である。
【図４】同じく、第２シートコイルと第３シートコイルとの巻線の接続部分の拡大横断平面図である。
【図５】同じく、制御装置のブロック図である。
【図６】本発明の回転角度検出装置の第２の実施形態における、図４と同様の部分の拡大横断平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、本発明の回転角度検出装置、およびそれを備える回転角度検出装置付き電動モータの第１の実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。
図１および図２に示すように、この回転角度検出装置付き電動モータ１は、小型直流モータとした電動モータ２と、その一端部に設けられた回転角度検出装置３とを備えている。
【００３４】
電動モータ２は、一端部に縮径段部４ａが設けられ、かつその端面を閉塞する端板４ｂの中央にボス部４ｃが設けられた横向き円筒形のモータハウジング４を備えており、ボス部４ｃには、回転軸５が、その一端部がモータハウジング４の外側方に突出するようにして、回転自在に枢支されている。
電動モータ２のその他の構成は、公知の小型直流モータの構成と同様であり、それらについては、本発明には直接関係しないため、図示および詳細な説明は省略する。
【００３５】
回転角度検出装置３は、電動モータ２における固定体であるモータハウジング４に対する回転軸５の回転角度を検出するためのものであって、モータハウジング４の縮径段部４ａに外嵌して固着された円筒形の取付台座６と、この取付台座６の外端面に固着されたドーナツ形状のベース７と、ベース７に対向するようにして、回転軸５に固着された回転板８と、回転板８を覆うようにして、ベース７に固着された横向き有底円筒形のカバー９とを備えている。
【００３６】
回転板８は、円板部８ａとその中央孔８ｂを貫通する筒軸部８ｃとからなっている。
筒軸部８ｃの外周面には、図２および図４に示すように、円板部８ａの両側方に跨がる軸線方向を向く２条の凹溝１０、１０が設けられており、各凹溝１０には、導体片１１がそれぞれ嵌合されている。この導体片１１は、導線または導電性金属片とすることができる。
円板部８ａは、筒軸部８ｃの外周面における各凹溝１０に導体片１１を嵌合した後、中央孔８ｂを筒軸部８ｃに外嵌し、筒軸部８ｃの中間位置において、必要に応じて筒軸部８ｃに接着剤等をもって固着するのが好ましい。
【００３７】
モータハウジング４におけるボス部４ｃより突出する回転軸５の先端部には、図２に示すように、軸部１２ａの基端部に拡径フランジ１２ｂが設けられ、かつ軸部１２ａの先端中央に雌ねじ孔１２ｃが設けられたねじ孔付きキャップ１２における基端中央に設けた軸孔１２ｄ(図１参照)が圧嵌され、固着されている。
【００３８】
このねじ孔付きキャップ１２における軸部１２ａに回転板８における筒軸部８ｃを嵌合し、その外側からワッシャ１３を介して、ボルト１４の雄ねじ部１４ａを、ねじ孔付きキャップ１２の雌ねじ孔１２ｃに螺合して締め付けることにより、回転板８は、ねじ孔付きキャップ１２の拡径フランジ１２ｂとワッシャ１３との間に挾圧把持されて、回転軸５に強固に固着されている。
【００３９】
図１および図２に示すように、ベース７における回転板８に対向する面には、円形の浅いシートコイル収容凹部１５と、それより小径でかつ深い円形のコア収容凹部１６とが、同心円状に設けられている。
【００４０】
ベース７における回転板８に対向する面にシートコイル収容凹部１５を設けたことによりベース７の中央に形成された短寸のボス部１７の外周面には、複数の位置決め突起１８、１８が設けられている。
ボス部１７の外周面における両位置決め突起１８、１８の間隔は、１８０°以外の間隔、例えば１７０°と１９０°との間隔となるように定めるのが好ましい。シートコイル収容凹部１５に、後述するシートコイルを収容する際に、その表裏を誤って収容しないようにするためである。
【００４１】
ベース７におけるコア収容凹部１６には、珪素鋼板等の透磁率の高い材料よりなるドーナツ板状のコア１９が、同じくシートコイル収容凹部１５には、励磁巻線２０(図３参照)が付設されている第１シートコイル２１が、回転板８に対向するようにして設けられている。
【００４２】
第１シートコイル２１の外周部には、ベース７における位置決め突起１８、１８と対応する位置に、位置決め凹部２２、２２が設けられており、これらを位置決め突起１８、１８に係合させることにより、第１シートコイル２１は、表裏を誤ることなく、ベース７におけるシートコイル収容凹部１５に、適正に収容することができる。
【００４３】
回転板８の円板部８ａにおけるベース対向面およびカバー対向面、並びにカバー９における回転板８に対向する面には、ベース７におけるシートコイル収容凹部１５およびコア収容凹部１６と同様の円形の浅いシートコイル収容凹部１５と、それより小径でかつ深い円形のコア収容凹部１６とが、同心円状にそれぞれ設けられている。
なお、各面に設けたシートコイル収容凹部１５およびコア収容凹部１６は、形状が若干相違するものもあるが、説明を簡略化するため、同一の符号をもって図示してある。また、各シートコイル収容凹部１５の内周縁には、ベース７におけるシートコイル収容凹部１５の内周縁に設けられている位置決め突起１８、１８と同様の位置決め突起１８、１８(その一部は図示略)が設けられているが、それらについても同一の符号をもって図示してある。
【００４４】
回転板８の円板部８ａにおけるベース対向面およびカバー対向面、並びにカバー９における回転板８に対向する面に設けられたコア収容凹部１６には、ベース７におけるコア収容凹部１６に設けられているのと同様の珪素鋼板等よりなるドーナツ板状のコア１９がそれぞれ設けられている。
このように、回転板８における円板部８ａの両面に、透磁率の高いコア１９、１９を配設したことにより、円板部８ａの材質を、透磁率の低い、例えば合成樹脂材料、アルミニウム軽合金、ステンレス鋼等とすることができる。
【００４５】
回転板８の円板部８ａにおけるベース対向面に設けられたシートコイル収容凹部１５には、励磁巻線２０に対向する検出巻線２３(図３参照)が付設されている第２シートコイル２４が、回転板８の円板部８ａにおけるカバー対向面に設けられたシートコイル収容凹部１５には、出力トランス２５における一次巻線２６(図３参照)が付設されている第３シートコイル２７が、さらに、カバー９における回転板８に対向する面に設けられたシートコイル収容凹部１５には、出力トランス２５における一次巻線２６に対向する二次巻線２８が付設されている第４シートコイル２９が、それぞれ設けられている。
【００４６】
第２シートコイル２４、第３シートコイル２７および第４シートコイル２９の外周部には、第１シートコイル２１の外周部に設けられた位置決め凹部２２、２２と同様の位置決め凹部２２、２２がそれぞれ設けられ、これらを、互いに対応する位置決め突起１８、１８に係合させることにより、第２シートコイル２４、第３シートコイル２７および第４シートコイル２９は、表裏を誤ることなく、対応する各シートコイル収容凹部１５に、適正に収容することができる。
【００４７】
次に、図３を参照して、第１〜第４シートコイル２１、２４、２７、２９におけるそれぞれの巻線について説明する。
第１シートコイル２１における励磁巻線２０は、プリプラグ等よりなる絶縁シート３０を挟んでその表裏に、互いに電気角での位相を、例えば９０°異ならせてそれぞれ付設した第１励磁巻線３１と第２励磁巻線３２とを備えており、第１励磁巻線３１および第２励磁巻線３２は、それぞれ１８０°の位置で位相を反転させた極性反転励磁巻線としてある。
【００４８】
図３においては、理解を容易にするため、第１励磁巻線３１は、平歯車の外形をトレースしたような、内外方向に蛇行する環状巻線３１ａの前後に、口出線３１ｂ、３１ｃを、互いに１８０°の関係をなすようにして接続したものとし、第２励磁巻線３２は、環状巻線３１ａと同様の形状とした環状巻線３２ａの上下に、口出線３２ｂ、３２ｃを、互いに１８０°の関係をなすようにして接続したものとして、模式的に示してあるが、このようなパターンに限定されるものではなく、実際には、幾多のパターンが考えられる。
【００４９】
第１励磁巻線３１の口出線３１ｂと口出線３１ｃとには、図５に示す制御装置５０における検出器制御回路５１の第１励磁回路５２により、高周波電圧が印加され、また、第２励磁巻線３２の口出線３２ｂと口出線３２ｃとには、同じく検出器制御回路５１の第２励磁回路５３により、高周波電圧が印加される。
【００５０】
第２シートコイル２４における検出巻線２３は、上記第１励磁巻線３１の環状巻線３１ａと同様に、平歯車の外形をトレースしたような、内外方向に蛇行する環状巻線２３ａを前部において切断し、その両端末２３ｂ、２３ｃを上下に離間させたものを、絶縁シート３０と同様の絶縁シート３３の片面に(両面に形成することもある)形成したものとしてある。
【００５１】
環状巻線２３ａの両端末２３ｂ、２３ｃには、求心方向を向く導電性金属片からなる弾性舌片状の接触片３４がそれぞれ接続されている。
各接触片３４は、図４に示すように、回転板８における筒軸部８ｃの軸線方向に弾性変形することにより、各導体片１１に圧接するようになっている。
【００５２】
第３シートコイル２７における一次巻線２６は、渦巻状巻線部２６ａを、絶縁シート３３と同様の絶縁シート３５の片面に(両面に形成することもある)形成したものとしてある。
【００５３】
渦巻状巻線部２６ａの両端末２６ｂ、２６ｃには、接触片３４と同様の、求心方向を向く導電性金属片からなる弾性舌片状の接触片３６がそれぞれ接続されている。
各接触片３６も、図４に示すように、回転板８における筒軸部８ｃの軸線方向に弾性変形することにより、各導体片１１に圧接するようになっている。
【００５４】
回転板８の筒軸部８ｃの外周面に設けた各凹溝１０に嵌合した導体片１１と、第２シートコイル２４における接触片３４と、第３シートコイル２７における接触片３６とにより、第２シートコイル２４における検出巻線２３と、第３シートコイル２７における一次巻線２６とを、回転板８の円板部８ａを貫通して互いに電気的に接続する接続手段３７が形成されている。
【００５５】
第２シートコイル２４における接触片３４および第３シートコイル２７における接触片３６は、筒軸部８ｃの外周面に設けた各導体片１１に、ハンダ付け等により固着するのが好ましい。
それによって、各接触片３４、３６と導体片１１との電気的な接続がより強固になるだけでなく、回転板８における筒軸部８ｃに対する円板部８ａの位置ずれを防止することができ、回転板８における筒軸部８ｃに対する円板部８ａの固着手段を省略することができる。
さらに、各接触片３４、３６のハンダ付け部分は、回転板８における円板部８ａより外側方に露呈しているので、そのハンダ付け部分を外部から視認することができ、ハンダ付けをし忘れるおそれをなくすことができる。
【００５６】
第４シートコイル２９の二次巻線２８は、一次巻線２６と同様に、渦巻状巻線部２８ａを、絶縁シート３３と同様の絶縁シート３８の片面に(両面に形成することもある)形成したものとしてある。
渦巻状巻線部２８ａの両端末２８ｂ、２８ｃは、図５に示す出力処理回路５４に接続されている。
【００５７】
図３においては、理解を容易にするため、第１〜第４シートコイル２１、２４、２７、２９における各巻線２０(３１、３２)、２３、２６、２８は、それぞれの絶縁シート３０、３３、３５、３８から分離して、模式的に示してあるが、実際には、絶縁シート３０、３３、３５、３８にプリント配線されているので、その厚さは著しく薄いものである。
しかも、第１〜第４シートコイル２１、２４、２７、２９における各巻線２０(３１、３２)、２３、２６、２８は、一平面内に１本(２本以上とすることもある)としてあるので、回転角度検出装置３を、著しく薄型化することができる。
【００５８】
以上の構成において、励磁巻線２０を備える第１シートコイル２１と、検出巻線２３を備える第２シートコイル２４との対の外側に、ベース７に設けたコア１９と、回転板８の円板部８ａのベース対向面に設けたコア１９とを配設して、それらの間で磁界を形成し、かつ出力トランス２５の一次巻線２６を備える第３シートコイル２７と、同じく二次巻線２８を備える第４シートコイル２９との対の外側に、回転板８の円板部８ａのカバー対向面に設けたコア１９と、カバー９に設けたコア１９とを配設して、それらの間で磁界を形成し、回転板８の円板部８ａにおいて、その左右に形成される上記両磁界の相互の関係を遮断したことにより、第１〜第４シートコイル２１、２４、２７、２９を、回転軸５の軸線方向に並べて配設することが可能になったのである。
【００５９】
また、第１シートコイル２１における第１励磁巻線３１および第２励磁巻線３２、並びに第２シートコイル２４における検出巻線２３は、複数の半径方向を向く部分の内端部同士および外端部同士を、各巻線の内径部分および外径部分において、円弧状の部分によって結合したものとし、ベース７に設けたコア１９の内径は、第１シートコイル２１における第１励磁巻線３１および第２励磁巻線３２の円弧状の部分が存在する内径部分より大とし、かつベース７に設けたコア１９の外径は、第１シートコイル２１における第１励磁巻線３１および第２励磁巻線３２の円弧状の部分が存在する外径部分より小とし、さらに、回転板８の円板部８ａのベース対向面に設けたコア１９の内径は、第２シートコイル２４における検出巻線２３の円弧状の部分が存在する内径部分より大とし、かつ回転板８の円板部８ａのベース対向面に設けたコア１９の外径は、第２シートコイル２４における検出巻線２３の円弧状の部分が存在する外径部分より小とするのが好ましい。
このようにすることによって、第１励磁巻線３１、第２励磁巻線３２および検出巻線２３の半径方向を向く部分のみに、磁界を形成する各コア１９が対向し、それらの巻線における半径方向を向く部分同士を結合する円弧状の部分による磁気的影響を排除し、Ｓ／Ｎ比、すなわち信号対ノイズの割合を向上させることができる。
ひいては、励磁電力を小さくし、かつ各巻線を小型化して、装置全体を小型化することができる。
【００６０】
次に、図５に示すブロック図を参照して、制御装置５０の構成と作用について説明する。
図５に示すように、回転角度検出装置３における回転板８側の検出巻線２３と出力トランス２５の一次巻線２６とは、接続手段３７を介して、互いに直列接続されて、閉ループ状をなしている。
【００６１】
回転角度検出装置３におけるステータであるベース７側の第１励磁巻線３１と第２励磁巻線３２とは、検出器制御回路５１における第１励磁回路５２と第２励磁回路５３とに接続され、第１励磁巻線３１には、第１励磁回路５２から、高周波信号を振幅変調して得られた変調信号Ｓ１が付与され、第２励磁巻線３２には、第２励磁回路５３から、変調信号Ｓ１に対して電気角が、例えば９０°異なるようにして高周波信号を振幅変調して得られた変調信号Ｓ２が付与されるようになっている。
【００６２】
第１励磁巻線３１の口出線３１ｂと口出線３１ｃとに供給される励磁電流、および第２励磁巻線３２の口出線３２ｂと口出線３２ｃとに供給される励磁電流は、交番電流であるので、電流の向きは、口出線３１ｂ→口出線３１ｃ、口出線３２ｂ→口出線３２ｃから、口出線３１ｂ←口出線３１ｃ、口出線３２ｂ←口出線３２ｃへと周期的に変わる。
【００６３】
この例では、口出線３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３２ｃの配置を上記のように定めてあるので、口出線３１ｂを＋ｓｉｎ相の出力信号を出力するための＋ｓｉｎ相口出線とすると、口出線３１ｃは、−ｓｉｎ相の出力信号を出力するための−ｓｉｎ相口出線、口出線３２ｂは、＋ｃｏｓ相の出力信号を出力するための＋ｃｏｓ相口出線、口出線３２ｃは、−ｃｏｓ相の出力信号を出力するための−ｃｏｓ相口出線となる。
【００６４】
また、第１励磁巻線３１および第２励磁巻線３２は、上記のように、それぞれ１８０°の位置で位相を反転させた極性反転励磁巻線となっているので、それらの出力信号にノイズが生じたとしても、互いに打ち消しあって、ノイズキャンセル効果を発揮することができる。
因みに、上記特許文献３(特許第３０４７２３１号公報)においては、レゾルバの制御回路内に極性反転回路を設けているが、本発明のこの実施形態においては、検出器制御回路５１に極性反転回路を設けることなく、第１励磁巻線３１および第２励磁巻線３２の巻線パターンをもって極性を反転し、ノイズキャンセル効果を得ることができるようになっている。
【００６５】
第１励磁巻線３１に変調信号Ｓ１が付与され、かつ第２励磁巻線３２に変調信号Ｓ２が付与された状態で、回転板８が、電動モータ２における回転軸５とともに回転すると、検出巻線２３には、変調信号Ｓ１と変調信号Ｓ２とによって誘起された合成電圧が出力信号ＳＯとして発生し、この出力信号ＳＯは、一次巻線２６と二次巻線２８とからなる出力トランス２５を介して、出力処理回路５４に付与される。
【００６６】
出力処理回路５４においては、出力信号ＳＯは、高周波信号分離回路(図示略)において復調され、かつ補正回路(図示略)において温度補正等がなされた後、角度検出信号ＳＡとして出力され、その角度検出信号ＳＡは、Ａ／Ｄ変換器５５を介して、モータ制御回路５６における角度制御回路５７に付与される。
【００６７】
第１励磁回路５２および第２励磁回路５３において、変調信号Ｓ１および変調信号Ｓ２を生成したり、出力処理回路５４において、出力信号ＳＯを復調したり、補正したりする具体的な装置や方法は、例えば上記特許文献３等において公知であり、しかも、本発明には直接関係しないため、図示および詳細な説明は省略する。
【００６８】
モータ制御回路５６における角度制御回路５７においては、検出器制御回路５１における出力処理回路５４から付与された角度検出信号ＳＡに基づいて、モータ操作装置５８によって設定された条件に従って、角度制御信号ＳＡｃが割り出され、その角度制御信号ＳＡｃは、モータ作動回路５９に付与される。
【００６９】
モータ作動回路５９は、モータ操作装置５８の操作に基づいて、電動モータ２をＯＮ、ＯＦＦ制御するとともに、角度制御信号ＳＡｃに基づいて、電動モータ２の作動を停止させたり、回転速度を変更させたりする。
【００７０】
本発明の第１の実施形態は、以上のように、励磁巻線２０と検出巻線２３との対と、出力トランス２５を形成する一次巻線２６と二次巻線２８との対とを、回転軸５の軸線方向に並べて配設してあるので、回転軸５を中心とする装置全体の外径を小とすることができるだけでなく、各巻線２０、２３、２６、２８はすべてシートコイルとしてあるので、装置全体の薄型化をも図ることができる。
もって、小型の電動モータ２だけでなく、回転軸とその軸受部との間、ロボットの関節アーム部、軸を中心として回転または回動する部材等に容易に取付けることができ、それらの回転または回動部材の回転角度または回動角度を正確に検出することができる。
【００７１】
また、接続手段３７が、回転板８を貫通する回転軸５の外周面に、回転板８の両側方に跨がるように設けられた、回転軸５の軸線方向を向く１または複数の導体片１１と、第２シートコイル２４における検出巻線２３の端末に接続され、かつ導体片１１に接触する接触片３４、３４と、第３シートコイル２７における一次巻線２６の端末に接続され、かつ導体片１１に接触する接触片３６、３６とを備えているので、回転板８の両側方より、第２シートコイル２４および第３シートコイル２７を、それらの接触片３４、３６が回転軸８の外周面に設けた導体片１１に整合するように位置決めして取付けることにより、各接触片３４、３６がそれぞれ導体片１１に接触し、検出巻線２３と一次巻線２６とを、導体片１１を介して、簡単かつ確実に電気的に接続することができる。
しかも、第２シートコイル２４と第３シートコイル２７との電気的な接続を回転軸５に近い部位で行うことができるので、回転板８の外周部でそれらの接続を行うものより、動的アンバランスを生じ難くい。
【００７２】
回転板８が、円板部８ａと、この円板部８ａの中央孔８ｂに嵌合した筒軸部８ｃとを備えており、かつ接続手段３７が、筒軸部８ｃの外周面に、円板部８ａの両側方に跨がるように設けられた、筒軸部８ｃの軸線方向を向く１または複数の導体片１１と、第２シートコイル２４における検出巻線２３の端末に接続され、かつ導体片１１に接触する接触片３４と、第３シートコイル２７における一次巻線２６の端末に接続され、かつ導体片１１に接触する接触片３６とを備えているので、直接回転軸５に導体片１１を取付けるための加工を施す必要がなく、回転板８内で第２シートコイル２４と第３シートコイル２７との接続を図ることができる。
【００７３】
各接触片３４、３６を、回転板８の軸線方向に弾性変形しうる弾性舌片としてあるので、第２シートコイル２４および第３シートコイル２７を、回転板８の各側面に位置決めして取付ける際に、各接触片３４、３６が、回転板８の軸線方向に弾性変形して、導体片１１に自然に圧接するので、回転板８への第２シートコイル２４および第３シートコイル２７の取付作業が楽になるだけでなく、その後においても、各接触片３４、３６は、その弾性復元力により、導体片１１に圧接するので、各接触片３４、３６と導体片１１との電気的な接続が外れることがない。
【００７４】
ベース７と第１シートコイル２１との間、回転板８のベース対向面と第２シートコイル２４との間、回転板８のカバー対向面と第３シートコイル２７との間、およびカバー９と第４シートコイル２９との間に、ドーナツ板状のコア１９をそれぞれ配設してあるので、各巻線２０、２３、２６、２８を通る電流によって生じる磁力線密度を高め、検出出力を高めることができる。
【００７５】
励磁巻線２０が、絶縁シート３０を挟んでその表裏に、互いに電気角での位相を異ならせてそれぞれ付設した第１励磁巻線３１と第２励磁巻線３２とを備えているので、装置全体の小型化および薄型化を維持したままで、検出精度を高めることができる。
【００７６】
第１励磁巻線３１および第２励磁巻線３２を、それぞれ１８０°の位置で位相を反転させた極性反転励磁巻線としてあるので、励磁側のノイズをキャンセルすることができ、検出精度を高めることができる。
【００７７】
小型化および薄型化できるようにした回転角度検出装置３を、電動モータ２に取り付けたことにより、小型の回転角度検出装置付き電動モータ１を提供することができる。
【００７８】
図６は、本発明の回転角度検出装置の第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態におけるのと同一または類似の部材には、同一の符号を付して図示するに止め、それらについての詳細な説明は省略する。
この第２の実施形態においては、単なる円板状とした回転板８の中央孔８ｂを貫通する回転軸５の先端部の外周面に、回転軸５の軸線方向を向く１または複数の凹溝１０を設け、各凹溝１０に、導体片１１を、回転板８の両側方に跨がるように設け、回転板８のベース対向面に設けた第２シートコイル２４における検出巻線２３の端末に接続した各接触片３４を、対応する導体片１１に圧接させて、ハンダ付け等により固着し、かつ回転板８のカバー対向面に設けた第３シートコイル２７における一次巻線２６の端末に接続した各接触片３６を、対応する導体片１１に圧接させて、ハンダ付け等により固着してある。
【００７９】
すなわち、第２の実施形態においては、接続手段３７が、回転板８を貫通する回転軸５の外周面に、回転板８の両側方に跨がるように設けられた、回転軸５の軸線方向を向く１または複数の導体片１１と、第２シートコイル２４における検出巻線２３の端末に接続され、かつ導体片１１に接触する接触片３４と、第３シートコイル２７における一次巻線２６の端末に接続され、かつ導体片１１に接触する接触片３６とを備えるものとしてある。
その他の構成は、第１の実施形態におけるのと同一としてある。
【００８０】
この第２の実施形態の構成とすると、回転板８の両側方より、第２シートコイル２４および第３シートコイル２７を、それらの接触片３４、３６が回転軸５の外周面に設けた導体片１１に整合するように位置決めして取付けることにより、各接触片３４、３６がそれぞれ導体片１１に接触し、検出巻線２３と一次巻線２６とが、導体片１１を介して、簡単かつ確実に電気的に接続される。
しかも、第２シートコイル２４と第３シートコイル２７との電気的な接続を回転軸５に近い部位で行うことができるので、回転板８の外周部でそれらの接続を行うものより、動的アンバランスを生じ難くい。
さらに、第１の実施形態においては、回転板８を円板部８ａと、筒軸部８ｃとの２部材からなるものとしなければならないが、第２の実施形態においては、回転板８を、一部材の単なる円板状のものとすることができる。
また、接触片３４、３６を導体片１１に固着することにより、各接触片３４、３６と導体片１１との電気的な接続がより強固になるだけでなく、回転軸５に対する回転板８の軸線方向の位置ずれおよび相対回転を防止することができ、回転軸５に対する回転板８の固着手段を省略することができる。
【００８１】
本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱することなく、例えば、次のような幾多の変形した態様での実施が可能である。
(１)  ベース７とカバー９との位置関係を入れ替える。
すなわち、カバー９をベース７とし、ベース７をカバー９として、回転角度検出装置３を、図１における左右の向きを反転させて、電動モータ２に取り付ける。
(２)  接続手段３７を、回転板８を貫通して、第２シートコイル２４における検出巻線２３の端末と、第３シートコイル２７における一次巻線２６の端末とを接続する単なる導線とする。
このような構成によると、接続手段３７を著しく簡素化することができる。
(３)第１の実施形態における回転板８の筒軸部８ｃを、回転軸５に直接圧入して、固着する。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の回転角度検出装置は、電動モータに取付けるだけでなく、回転軸とその軸受部との間、ロボットの関節アーム部、軸を中心として回転または回動する部材等に容易に取付けることができ、それらの回転または回動部材の回転角度または回動角度を正確に検出することができる。
また、本発明の回転角度検出装置付き電動モータは、小型化が可能であるので、ロボットや車両における微小な回転および回動部材の駆動に使用することにより、それらの微小部材の正確な角度制御が可能となる。
【符号の説明】
【００８３】
１  回転角度検出装置付き電動モータ
２  電動モータ
３  回転角度検出装置
４  モータハウジング
４ａ縮径段部
４ｂ端板
４ｃボス部
５  回転軸
６  取付台座
７  ベース
８  回転板
８ａ円板部
８ｂ中央孔
８ｃ筒軸部
９  カバー
１０  凹溝
１１  導体片
１２  ねじ孔付きキャップ
１２ａ軸部
１２ｂ拡径フランジ
１２ｃ雌ねじ孔
１２ｄ軸孔
１３  ワッシャ
１４  ボルト
１４ａ雄ねじ部
１５  シートコイル収容凹部
１６  コア収容凹部
１７  ボス部
１８  位置決め突起
１９  コア
２０  励磁巻線
２１  第１シートコイル
２２  位置決め凹部
２３  検出巻線
２３ａ環状巻線
２３ｂ、２３ｃ  端末
２４  第２シートコイル
２５  出力トランス
２６  一次巻線
２６ａ渦巻状巻線部
２６ｂ、２６ｃ  端末
２７  第３シートコイル
２８  二次巻線
２８ａ渦巻状巻線部
２８ｂ、２８ｃ  端末
２９  第４シートコイル
３０  絶縁シート
３１  第１励磁巻線
３１ａ環状巻線
３１ｂ、３１ｃ  口出線
３２  第２励磁巻線
３２ａ環状巻線
３２ｂ、３２ｃ  口出線
３３  絶縁シート
３４  接触片
３５  絶縁シート
３６  接触片
３７  接続手段
３８  絶縁シート
５０  制御装置
５１  検出器制御回路
５２  第１励磁回路
５３  第２励磁回路
５４  出力処理回路
５５  Ａ／Ｄ変換器
５６  モータ制御回路
５７  角度制御回路
５８  モータ操作装置
５９  モータ作動回路
Ｓ１、Ｓ２  変調信号
ＳＯ  出力信号
ＳＡ  角度検出信号
ＳＡｃ角度制御信号 
【図１】
2018011915.tif 000003
【図２】
2018011915.tif 000004
【図３】
2018011915.tif 000005
【図４】
2018011915.tif 000006
【図５】
2018011915.tif 000007
【図６】
2018011915.tif 000008
【国際調査報告】
2018011915.tif 000009
2018011915.tif 000010