(57)【要約】【課題】ノイズや偏心の影響を受けにくく、かつ精度の高い検出をすることができる回転角度検出装置を提供することである。【解決手段】周方向に間隔をおいて形成された複数個の固定子突極５および各固定子突極５毎にそれぞれ導線を巻回して形成された複数個の励磁用のコイル７を有する固定子６と、固定子に対向して周方向に間隔をおいて形成された複数個の回転子突極８を有する回転子９とを備え、各固定子突極５のコイル７どうしが、少なくとも３個以上直列に接続されてコイル群１３が複数個形成されているものである。【選択図】図２
2006125995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に間隔をおいて形成された複数個の固定子突極および各前記固定子突極毎にそれぞれ導線を巻回して形成された複数個の励磁用のコイルを有する固定子と、
前記固定子に対向して周方向に間隔をおいて形成された複数個の回転子突極を有する回転子と
を備え、
各前記固定子突極の前記コイルどうしが、少なくとも３個以上直列に接続されてコイル群が複数個形成されていること
を特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記コイル群は、全ての隣接する前記固定子突極の前記コイルどうしを接続して形成されてい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。
【請求項３】
前記コイル群は、一本の導線を連続的に巻回して形成されることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記回転子突極の数をＭとしたとき、前記コイル群を構成する各々の前記コイルの導線の巻回数の分布を表す曲線が、空間Ｎ次の正弦波と空間｜Ｎ±Ｍ｜次（ただし、｜｜は絶対値を表す記号）の正弦波との和あるいは差として表されることを特徴とした請求項１から請求項３の何れか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記回転子突極の数をＭ、前記固定子突極の数をＮｓとしたとき、ある一つの前記固定子突極の最外周にある前記コイルを基準とすると、基準のコイルから周方向にｊ番目の前記固定子突極に巻回された前記コイルであって、内径側にｉ番目の前記コイルの導線の巻き数Ｎｉｊは、次式（１）
【数１】
2006125995.tif 000007
で表されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
各前記コイル群は、前記コイル群どうしの位相が１８０°ずれて直列に接続され、かつ前記コイル群どうしの位相が９０°ずれて並列に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記回転子突極の一つの頂点と前記回転子の回転軸の中心とを通る直線を基準線とし、前記基準線、および前記基準線に最近接した前記固定子突極の頂点と前記回転軸の中心とを通る直線のなす角であって、前記回転子突極の頂点側の角度が角度θであるとき、前記角度θにおける前記固定子突極の頂点と前記回転子との空隙長Ｌは、次式（２）
Ｌ＝１／｛Ａ＋Ｂｃｏｓ（Ｍθ）｝・・・（２）
（ここで、Ａ、Ｂは正の定数でＡ＞Ｂ、Ｍは回転角度検出装置の軸倍角）
で表されることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
回転電機の軸の端部に、前記回転子が取り付けられることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の前記回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータなどの回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転角度検出装置は、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、かつ高温度環境にも耐えうるものとして実用化されており、回転子と固定子の空隙のパーミアンスの変化を利用して回転角度を検出するものである。
これらの回転角度検出装置の原理は、回転子および固定子が突極を有する形状となっており、回転子の角度によって、固定子の突極に巻回された巻き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回転角度を知ることができるというものである。
【０００３】
従来の回転角度検出装置は、特許文献１（特に図１および図３）に示されるように、励磁コイルを有する固定子と回転角度によってインダクタンスを変化させる回転子から構成されている。この回転角度検出装置は、各励磁突極にコイルが設けられ、各励磁コイルＬ１〜Ｌ８のうち、Ｌ１とＬ３が直列に接続されコイル対を形成している。同様にＬ２とＬ４、Ｌ７とＬ５、Ｌ８とＬ６がそれぞれコイル対を形成している。すなわち、各コイルはある１個の突極磁極に巻回されているだけであり、さらに上記コイルを２つだけ直列に接続してコイル対を形成している（詳細については、特許文献１参照）。
しかしながら、上記の構成では、ノイズが発生したときや、回転子の偏心が生じたときに、各コイルが直接影響を受けるため、回転角の検出精度が悪くなる。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０１４９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の回転角度検出装置では、ノイズが発生したときやロータに偏心が生じたときに各コイルが直接ノイズや偏心の影響を受ける。さらにコイルを２個のみ直列接続してコイル対を形成しているため、回転角度検出信号にノイズや偏心の影響が出やすく、結果的に検出位置精度が悪くなるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、ノイズや偏心の影響を受けにくく、かつ精度の高い検出をすることができる回転角度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る回転角度検出装置は、周方向に間隔をおいて形成された複数個の固定子突極および各固定子突極毎にそれぞれ導線を巻回して形成された複数個の励磁用のコイルを有する固定子と、固定子に対向して周方向に間隔をおいて形成された複数個の回転子突極を有する回転子とを備え、各固定子突極のコイルどうしが、少なくとも３個以上直列に接続されてコイル群が複数個形成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の回転角度検出装置によれば、３つ以上のコイルを直列に接続してコイル群を構成としたことにより、各コイルが互いに電圧の変化を相殺するので、回転子に偏心が生じたときに、コイル群の電圧変化を低減することができる。
すなわち、回転子の偏心の影響を受けにくくなるため、高精度な回転角度検出装置を得ることが出来る。
また、同様の原理で電動機やインバータ等が発生する磁束など外部からのノイズに対する影響を受けにくくなるため、高精度な回転角度検出装置を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置が取り付けられる、例えば爪形状の界磁鉄心を有する発電機の断面図である。
図１において、この車両用交流発電機は、発電機回転子３の回転角度を検出する回転角度検出装置１と、一端部に回転角度検出装置１の回転子９が固定された軸２と、この軸２に固定された発電機回転子３と、この発電機回転子３を包囲するように回転電機のケース１７に固定された発電機固定子４とを備えている。
【００１０】
図２は、図１に示した回転角度検出装置１の構造図である。ここでは、固定子突極数６、軸倍角４の回転角度検出装置１の例を示す。
図２において、この回転角度検出装置１は、内向して周方向に配置された固定子突極５を有する固定子６と、固定子突極５に対向する回転子突極８を有する回転子９とを有している。また、固定子６の固定子突極５には、導線が巻回されたコイル７が設けられている。
また、この回転角度検出装置１は、コイル７に励磁電圧を印可する励磁電源１０と、コイル群（後述する）の電圧を検出する第１電圧検出部１１と、同じくコイル群の電圧を検出する第２電圧検出部１２とを備えている。
【００１１】
また、この回転角度検出装置１は軸倍角が４であるので回転子９には４個の回転子突極８が形成されている。固定子６は固定子突極５を有し、ここでは、６個の固定子突極５が周方向に配置されている。また、各固定子突極５には６個のコイル７が設けられており、固定子突極５は６個あるので計３６個のコイル７が形成されている。
ここで、固定子突極５のある頂点部を基準に、固定子突極５の番号を時計回りに固定子突極５ａ、５ｂ・・・５ｆと表す。同様に回転子突極８のある頂点部を基準に、回転子突極８の番号を時計回りに回転子突極８ａ、８ｂ・・・８ｄと表す。
また、ｍ番目の固定子突極５の外側から内径側にｎ番目のコイル７をコイル７（ｍ、ｎ）と表す。
【００１２】
これらのコイル７のうち、例えばコイル７（ａ、１）、７（ｂ、１）、７（ｃ、１）、７（ｄ、１）、７（ｅ、１）および７（ｆ、１）はそれぞれ導線が各固定子突極５に巻回されてコイル７となり、さらに各コイル７が直列に接続されてコイル群１３を構成している。
ここで、ある固定子突極５の外側から内径側にｎ番目のコイル群１３を１３（ｎ）と表す。
コイル群１３（１）の詳細な構成を、図３および図４に示す。
【００１３】
同様に他のコイル７も直列に接続されて合計６個のコイル群１３を構成している。
すなわち、コイル７（ａ、２）、７（ｂ、２）、７（ｃ、２）、７（ｄ、２）、７（ｅ、２）および７（ｆ、２）を直列に接続してコイル群１３（２）を構成し、コイル７（ａ、３）、７（ｂ、３）、７（ｃ、３）、７（ｄ、３）、７（ｅ、３）および７（ｆ、３）を直列に接続してコイル群１３（３）を構成している。
また、コイル７（ａ、４）、７（ｂ、４）、７（ｃ、４）、７（ｄ、４）、７（ｅ、４）および７（ｆ、４）を直列に接続してコイル群１３（４）を構成し、コイル７（ａ、５）、７（ｂ、５）、７（ｃ、５）、７（ｄ、５）、７（ｅ、５）および７（ｆ、５）を直列に接続してコイル群１３（５）を構成し、コイル７（ａ、６）、７（ｂ、６）、７（ｃ、６）、７（ｄ、６）、７（ｅ、６）および７（ｆ、６）を直列に接続してコイル群１３（６）を構成している。
【００１４】
図５は、図１に示した回転角度検出装置１のコイル群１３の接続を示す回路図である。
図５において、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）およびコイル群１３（５）とコイル群１３（６）はそれぞれ直列に接続され、コイル群１３を２個直列に接続したものは３個並列に接続して、それぞれ励磁電源１０に接続されている。
また、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）およびコイル群１３（３）とコイル群１３（４）の間には、第１電圧検出部１１が接続されており、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）およびコイル群１３（５）とコイル群１３（６）の間には、第２電圧検出部１２が接続されている。
【００１５】
なお、コイル７どうしを電気的に接続する渡り線は、固定子６のコアバック部分を渡る構成としてもよい。
また、図４においてコイル群１３を構成する際、６個のコイル７を直列接続した構成としたが、必ずしも全ての突極のコイル７を直列に接続する必要はなく、３個以上のコイル７を接続するのであれば、図６に示すようにコイル７（ａ、１）、７（ｃ、１）、７（ｄ、１）、および７（ｆ、１）のように４個の場合でもよい。
【００１６】
各コイル７の導線の巻き数の例を図７に示す。例えば、図７においてコイル群１３（１）の突極５ｂの巻き数（=−３３）はコイル７（ｂ、１）の巻き数であることを示している。巻き数が負のときは巻き方向が逆方向であることを示す。
【００１７】
以下、上記構成の回転角度検出装置１についての動作を説明する。
例えば、励磁電源１０によって回路に１０ｋＨｚ程度の交流電圧が印加されると交流電流が各コイル７に流れる。
コイル７に電流が流れることにより、空隙部分に磁束が発生する。回転子９は突極を有しているため、その回転位置によって磁束は変化し、コイル７およびコイル群１３のインダクタンスが変化する。このとき、電圧検出部の電圧は回転子９の回転角度によって変化するため回転角度を検出することが可能となる。
【００１８】
図８に第１電圧検出部１１と第２電圧検出部１２で検出された出力電圧の波形を示す。横軸は回転子９の回転角度であり、縦軸は電圧値を示す。この図において電圧が負であるということは位相が反転することを示している。
図８より、電圧は回転角度に応じて正弦波状に変化しているのがわかる。この２相の出力電圧波形は位相がずれているので、回転角度の検出が可能となる。
さらに、回転角度が９０°変化すると出力電圧の波形は１周期変化することから、軸倍角４の回転角度検出装置１として動作することが確認できる。
【００１９】
この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置１によれば、３個以上の複数のコイル７を直列に接続してコイル群１３を構成したので、ノイズや回転子９の偏心が生じた場合でも、コイル群１３を構成する複数のコイル７がノイズや回転子９の偏心の影響をキャンセルすることができる。
したがって、電圧検出部で出力電圧を検出するときに、ノイズや回転子９の偏心の影響を受けにくく、精度の高い回転角度検出をすることができる。
【００２０】
なお、これまでは、コイル群１３が６個の場合で、コイル群１３を２つ直列に接続したものを３つ並列に接続した例を示したが、この構成に限られるものではない。
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１の、コイル群１３の数が８個の場合の構成図である。
図１０は、図９に示した回転角度検出装置１のコイル群１３の接続を示す回路図である。
図９および図１０において、８個のコイル群１３（１）〜１３（８）を構成して、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）およびコイル群１３（５）とコイル群１３（６）、コイル群１３（７）とコイル群１３（８）をそれぞれ直列に接続したものを４個並列に接続して、それぞれ励磁電源１０に接続されている。
また、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）およびコイル群１３（３）とコイル群１３（４）の間には、第１電圧検出部１１が接続されており、コイル群１３（５）とコイル群１３（６）およびコイル群１３（７）とコイル群１３（８）の間には、第２電圧検出部１２が接続されている。
ここで、励磁電源１０により電圧を印加して、第１電圧検出部１１と第２電圧検出部１２の２箇所で電圧を検出して回転子９の回転角度を検出する。
【００２１】
各コイル７の導線の巻き数の例を図１１に示す。例えば、図１１においてコイル群１３（１）の突極５ｂの巻き数（=−３３）はコイル７（ｂ、１）の巻き数であることを示している。巻き数が負のときは巻き方向が逆方向であることを示す。
このように構成したときも、コイル群１３の数が６個のときと同様に、回転角度検出装置１として動作することが確認できる。
【００２２】
実施の形態２．
図１２は、この発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置１の構造図である。ここでは、固定子突極数１０、軸倍角４の回転角度検出装置１の例を示す。
図１２において、回転子９は、回転子９の回転軸の中心を通る基準線をとり、基準線からの回転子９の外周の位置を表す角度をθとするとき、角度θの位置における空隙長が、次式（３）で表される形状となっている。
１／｛Ａ＋Ｂｃｏｓ（Ｍθ）｝・・・（３）
（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）
【００２３】
ここでは、回転角度検出装置１の精度をより向上することを目的として、各コイル７の巻き数について考える。
そこで、空隙に発生する磁束の中で、特定の空間次数（空間次数とは、空間１次は機械角３６０°を１周期とし、空間ｎ次は機械角３６０°をｎ周期とする次数のことである）の成分をコイル７が拾うような構成にすれば、ノイズや偏心の影響を受けにくくなり、より高精度な回転位置検出が可能になると考えられる。
【００２４】
各コイル７に流れる電流によって空隙部分に発生する起磁力の空間次数をＮとし、回転子突極８の数をＭとしたとき、空隙部分に発生する磁束密度には空間｜Ｎ±Ｍ｜次（ただし、｜｜は絶対値を表す記号）の成分が発生する。
したがって、固定子６の各突極に設けたコイル７の巻き数の分布を空間｜Ｎ＋Ｍ｜次あるいは空間｜Ｎ−Ｍ｜次、あるいはその両方を拾うようにすればよいことになる。また、一方、起磁力の空間次数である、空間Ｎ次の成分を含む必要がある。
【００２５】
よって、各コイル群１３を構成するコイル７の巻き数の分布が、空間Ｎ次の正弦波と空間
｜Ｎ＋Ｍ｜次の正弦波との和あるいは差として表されればよいことがわかる。
その他にも空間Ｎ次の正弦波と空間｜Ｎ−Ｍ｜次の正弦波との和あるいは差として表されればよい。また、空間Ｎ次の正弦波と空間｜Ｎ＋Ｍ｜次の正弦波と空間｜Ｎ−Ｍ｜次の正弦波との和あるいは差として表されていてもよい。
【００２６】
以上の考察から回転子９の突極の数をＭとし、固定子６の突極の数をＮｓとしたとき、ｉ番目の固定子突極５の外側からｊ番目のコイル７の導線の巻き数をＮｉｊとすると、Ｎｉｊは次式（４）のように定めることができる。
【００２７】
【数１】
2006125995.tif 000003
ここで、Ｎは上記起磁力の空間次数である。
【００２８】
図１２において、具体的な例として、固定子６の突極数Ｎｓ=１０、回転子９の突極の数Ｍ=４とした場合について示す。固定子６には１０個の突極があり各々の突極に導線が巻回されてコイル７が形成されている。
コイル７（ａ、１）、７（ｂ、１）、７（ｃ、１）、７（ｄ、１）、７（ｅ、１）、７（ｆ、１）、７（ｇ、１）、７（ｈ、１）、７（ｉ、１）および７（ｊ、１）は直列に接続されコイル群１３（１）を構成する。また、図５に示すように、６個のコイル群１３が接続されて回路を構成している。また、回転子９は４個の突極を有する。
【００２９】
各コイル７の巻き数を式（４）に基づき決定した例を図１３に示す。ただし、Ｎｆ=５、Ｎ１=２０、Ｎ２=０、小数点以下は四捨五入した。
αｉｊについてはα１ｊ=０、α２ｊ=１８０°、α３ｊ=９０°、α４ｊ=２７０°、α５ｊ=１８０°、α６ｊ=０°としβｉｊは任意とした。
また、図１３において、巻き数が負のときは巻き方向が逆方向であることを示す。例えば図１３においてコイル群１３（１）の突極５ｂの巻き数（=１１）はコイル７（ｂ、１）の巻き数であることを示している。
【００３０】
このときの出力電圧の波形を図１４に示す。横軸は回転角度、縦軸は出力電圧の波形を示す。回転角度９０°で出力電圧波形は１周期となるので軸倍角４の回転角度検出装置１として動作しているのが確認できる。
また、図９に示したコイル群１３が８個の構成としても同様に回転角度検出装置１として動作する。
【００３１】
この発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置１によれば、空隙に発生する磁束の中で、特定の空間次数の成分をコイル７が拾うような構成としたので、ノイズや回転子９の偏心が生じた場合でも、コイル群１３を構成する複数のコイル７がノイズや回転子９の偏心の影響をキャンセルすることができる。高精度な回転角度検出装置１を得ることができる。
なお、各コイル群１３を構成するコイル７の導線の巻き数の分布は、厳密に正弦波である必要はなく、それに近い関数で表現される場合についても同様の効果が得られる。
【００３２】
また、上記回転子９の回転軸の中心を原点とし、回転子９外周の位置を表す角度をθとするとき、前記角度θの位置における空隙長が式（３）で表される回転子９を備えているので、空隙のパーミアンス変化が正弦波状となり高精度な回転角度検出装置１を得ることができる。
【００３３】
なお、巻き数の分布は厳密に式（４）で表される関数である必要はなく、それに近い関数で表現される場合についても同様の効果が得られる。また、式（４）に厳密に従うと巻き数が小数になる場合もあるが、少数点以下を切り捨てた整数にするか小数点以下を四捨五入した整数で表した場合も同様の効果が得られる。
【００３４】
ここで、αｉｊ、βｉｊの決定方法とコイル７の接続方法について述べる。
図５のようにコイル群１３が６個で構成される場合、回転角度検出装置１として動作させるためには、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）とは互いに１８０°位相がずれるように、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）とは互いに１８０°位相がずれるように、コイル群１３（５）とコイル群１３（６）とは互いに１８０°位相がずれるように導線の巻数を設定する必要がある。すなわち直列接続された２個のコイル群１３の位相は１８０°ずれる。さらに、並列接続されるコイル群１３が互いに９０°位相がずれる必要がある。
【００３５】
したがって、図４の構成では、例えば
コイル群１３（１）においては、α１１、β１１を任意の定数とし、
α１１＝α１２＝α１３＝…＝α１Ｎｓ
β１１＝β１２＝β１３＝…＝β１Ｎｓ
コイル群１３（２）においては、
α２１＝α２２＝α２３＝…＝α２Ｎｓ=α１１+π
β２１＝β２２＝β２３＝…＝β２Ｎｓ=β１１+π
コイル群１３（３）においては、
α３１＝α３２＝α３３＝…＝α３Ｎｓ=α１１+π/２
β３１＝β３２＝β３３＝…＝β３Ｎｓ=β１１+π/２
コイル群１３（４）においては
α４１＝α４２＝α４３＝…＝α４Ｎｓ=α１１+３π/２
β４１＝β４２＝β４３＝…＝β４Ｎｓ=β１１+３π/２
コイル群１３（５）においては
α５１＝α５２＝α５３＝…＝α５Ｎｓ=α１１+π
β５１＝β５２＝β５３＝…＝β５Ｎｓ=β１１+π
コイル群１３（６）においては
α６１＝α６２＝α６３＝…＝α６Ｎｓ=α１１
β６１＝β６２＝β６３＝…＝β６Ｎｓ=β１１
とすればよい。
ただし、例えばα１１+π/２はα１１+π/２＋２ｍπ（ｍは任意の整数）と等価であるので上で示した式に必ずしも従わなくてもよい。
【００３６】
なお、コイル群１３の接続の方法は、例えば、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）とを直列接続し、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）とを直列接続し、コイル群１３（５）とコイル群１３（６）とを直列接続する。
また、コイル群１３（１）の他端と、コイル群１３（３）の他端と、コイル群１３（５）の他端を全て接続してこれを第１の励磁入力端とする。
また、コイル群１３（２）の他端と、コイル群１３（４）の他端と、コイル群１３（６）の他端を全て接続してこれを第２の励磁入力端とする。
また、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）との接続点を第１の出力端とし、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）との接続点を第２の出力端とし、コイル群１３（５）とコイル群１３（６）との接続点を第３の出力端とし、第１の出力端と第２の出力端の電圧差を第１の出力信号、第２の出力端と第３の出力端の電圧差を第２の出力信号とすればよい。
【００３７】
図７の８個のコイル群１３で構成される場合は、コイル群１３（１）とコイル群１３（３）とは互いに１８０°位相がずれるように、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）とは互いに１８０°位相がずれるように、コイル群１３（５）とコイル群１３（６）とは互いに１８０°位相がずれるように、コイル群１３（７）とコイル群１３（８）とは互いに１８０°位相がずれるように導線の巻数が設定される。すなわち直列接続された２個のコイル群１３の位相は１８０°ずれる。
また、並列接続されるコイル群１３はコイル群１３（１）、１３（２）とコイル群１３（３）、１３（４）とは互いに１８０°位相がずれ、コイル群１３（５）、１３（６）とコイル群１３（７）、１３（８）とは互いに１８０°位相がずれ、さらに、コイル群１３（１）、１３（２）とコイル群１３（５）、１３（６）とは互いに９０°位相がずれる必要がある。
【００３８】
したがって、図７の構成では、例えば、
コイル群１３（１）において、α１１、β１１を任意の定数とし、
α１１＝α１２＝α１３＝…＝α１Ｎｓ
β１１＝β１２＝β１３＝…＝β１Ｎｓ
コイル群１３（２）において、
α２１＝α２２＝α２３＝…＝α２Ｎｓ=α１１+π
β２１＝β２２＝β２３＝…＝β２Ｎｓ=β１１+π
コイル群１３（３）において、
α３１＝α３２＝α３３＝…＝α３Ｎｓ=α１１+π
β３１＝β３２＝β３３＝…＝β３Ｎｓ=β１１+π
コイル群１３（４）において、
α４１＝α４２＝α４３＝…＝α４Ｎｓ=α１１
β４１＝β４２＝β４３＝…＝β４Ｎｓ=β１１
コイル群１３（５）において、
α５１＝α５２＝α５３＝…＝α５Ｎｓ=α１１+π/２
β５１＝β５２＝β５３＝…＝β５Ｎｓ=β１１+π/２
コイル群１３（６）において、
α６１＝α６２＝α６３＝…＝α６Ｎｓ=α１１+３π/２
β６１＝β６２＝β６３＝…＝β６Ｎｓ=β１１+３π/２
コイル群１３（７）において、
α７１＝α７２＝α７３＝…＝α７Ｎｓ=α１１+３π/２
β７１＝β７２＝β７３＝…＝β７Ｎｓ=β１１+３π/２
コイル群１３（８）において、
α８１＝α８２＝α８３＝…＝α８Ｎｓ=α１１+π/２
β８１＝β８２＝β８３＝…＝β８Ｎｓ=β１１+π/２
とすればよい。
ただし、例えばα１１+π/２はα１１+π/２＋２ｍπ（ｍは任意の整数）と等価であるので、上で示した式に必ずしも従わなくてもよい。
【００３９】
なお、コイル群１３の接続の方法については、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）とを直列接続し、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）とを直列接続し、コイル群１３（５）とコイル群１３（６）とを直列接続し、コイル群１３（７）とコイル群１３（８）とを直列接続する。
また、コイル群１３（１）の他端と、コイル群１３（３）の他端と、コイル群１３（５）の他端と、コイル群１３（７）の他端を全て接続してこれを第１の励磁入力端とする。
また、コイル群１３（２）の他端と、コイル群１３（４）の他端と、コイル群１３（６）の他端と、コイル群１３（８）の他端を全て接続してこれを第２の励磁入力端とする。
また、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）との接続点を第１の出力端とし、コイル群１３（３）とコイル群１３（４）との接続点を第２の出力端とし、コイル群１３（５）とコイル群１３（６）との接続点を第３の出力端とし、コイル群１３（７）とコイル群１３（８）との接続点を第４の出力端とし、第１の出力端と第２の出力端の電圧差を第１の出力信号、第３の出力端と第４の出力端の電圧差を第２の出力信号とすればよい。
【００４０】
実施の形態３．
図１５は、この発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置１の構造図である。ここでは、固定子突極数１０、軸倍角２、コイル群１３の数が６の回転角度検出装置１の例を示す。
図１５において、コイル群１３を形成するコイル７の結線部分は省略して示している。固定子６には固定子突極５が１０個配置され、各々の固定子突極５には導線が巻回されてコイル７を形成している。また、各コイル７はコイル群１３を形成し、さらにコイル群１３は図４のように接続されている。
なお、図１５において各コイル７が径方向に６つ並んでいる構成を示しているが、各コイル７が重ねて巻回されている構成でもよい。一方、回転子９は軸倍角が２であるため回転子９は２個の突極を有する構造となっている。
【００４１】
なお、コイル７の巻き数は式（４）にてＮ=５、Ｍ=２、Ｎｓ=１０、Ｎ２=０とした次式（５）に従うものとして設定した。
【００４２】
【数２】
2006125995.tif 000004
【００４３】
図１６に回転子９の回転角度に対する出力電圧の波形（包絡線のみ）を示す。機械角１８０°で１周期の波形を描いており、軸倍角２の回転角度検出装置１として動作しているこことが確認できる。
【００４４】
この発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置１によれば、空隙に発生する磁束の中で、特定の空間次数の成分をコイル７が拾うような構成としたので、ノイズや回転子９の偏心が生じた場合でも、コイル群１３を構成する複数のコイル７がノイズや回転子９の偏心の影響をキャンセルすることができる。高精度な回転角度検出装置１を得ることができるという効果がある。
【００４５】
実施の形態４．
図１７は、この発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置１の構造図である。ここでは、固定子突極数１０、軸倍角３、コイル群１３の数が６の回転角度検出装置１の例を示す。
図１７において、コイル群１３を形成するコイル７の結線部分は省略して示している。固定子６には固定子突極５が１０個配置され、導線が巻回されてコイル７を形成している。また、各コイル７はコイル群１３を形成し、さらにコイル群１３は図４のように接続されている。
また、図１７において各コイル７が径方向に６つ並んでいる構成を示しているが、各コイル７が重ねて巻回されている構成でもよい。一方、回転子９は軸倍角が３であるため回転子９は３個の突極を有する構造となっている。
【００４６】
なお、コイル７の巻き数は式（４）にてＮ=５、Ｍ=３、Ｎｓ=１０、Ｎ２=０とした次式（６）に従うものとして設定した。
【００４７】
【数３】
2006125995.tif 000005
【００４８】
図１８に回転子９の回転角度に対する出力電圧の波形（包絡線のみ）を示す。機械角１２０°で１周期の波形を描いており、軸倍角３の回転角度検出装置１として動作しているこことが確認できる。
【００４９】
この発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置１によれば、空隙に発生する磁束の中で、特定の空間次数の成分をコイル７が拾うような構成としたので、ノイズや回転子９の偏心が生じた場合でも、コイル群１３を構成する複数のコイル７がノイズや回転子９の偏心の影響をキャンセルすることができる。高精度な回転角度検出装置１を得ることができるという効果がある。
【００５０】
実施の形態５．
図１９は、この発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置１の構造図である。ここでは、固定子突極数１０、軸倍角８、コイル群１３の数が６の回転角度検出装置１の例を示す。
図１９において、コイル群１３を形成するコイル７の結線部分は省略して示している。固定子６には固定子突極５が１０個配置され、導線が巻回されてコイル７を形成している。また、各コイル７はコイル群１３を形成し、さらにコイル群１３は図４のように接続されている。
また、図１９において各コイル７が径方向に６つ並んでいる構成を示しているが、各コイル７が重ねて巻回されている構成でもよい。一方、回転子９は軸倍角が８であるため回転子９は８個の突極を有する構造となっている。
【００５１】
なお、コイル７の巻き数は式（４）にてＮ=５、Ｍ=８、Ｎｓ=１０、Ｎ２=０とした次式（７）に従うものとして設定した。
【００５２】
【数４】
2006125995.tif 000006
【００５３】
図２０に回転子９の回転角度に対する出力電圧の波形（包絡線のみ）を示す。機械角４５°で１周期の波形を描いており、軸倍角８の回転角度検出装置１として動作しているこことが確認できる。
【００５４】
この発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置１によれば、空隙に発生する磁束の中で、特定の空間次数の成分をコイル７が拾うような構成としたので、ノイズや回転子９の偏心が生じた場合でも、コイル群１３を構成する複数のコイル７がノイズや回転子９の偏心の影響をキャンセルすることができる。高精度な回転角度検出装置１を得ることができるという効果がある。
【００５５】
実施の形態６．
図２１は、この発明の実施の形態６に係るコイル群１３の他の接続例を示す回路図である。
図２１において、コイル群１３（１）、コイル群１３（２）およびコイル群１３（３）は、互いに１２０°位相がずれるように、またコイル群１３（４）、コイル群１３（５）およびコイル群１３（６）は、互いに１２０°位相がずれるように導線の巻数が設定されて、直列に接続されている。
また、それぞれ直列に接続されたコイル群１３（１）、１３（２）、１３（３）とコイル群１３（４）、１３（５）、１３（６）とは、互いに１８０°位相がずれるように並列に接続されて、それぞれ励磁電源１０に接続されている。
また、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）およびコイル群１３（４）とコイル群１３（５）の間には、第１電圧検出部１１が接続されており、コイル群１３（２）とコイル群１３（３）およびコイル群１３（５）とコイル群１３（６）の間には、第２電圧検出部１２が接続されている。
【００５６】
これまでは複数のコイル７から構成されるコイル群１３を２つ直列に接続し、さらに２つ直列に接続された回路を並列に接続する構成について述べた。しかし、本発明の回路構成はそれに限られたものではない。
図２１に示すようにコイル群１３を３つ直列に接続し、さらに３つ直列に接続されたコイル群１３を並列に２つ接続した例を示している。
このような構成でも第１電圧検出部１１、第２電圧検出部１２の電圧波形により回転角度の検出が可能となる。
【００５７】
なお、接続されるコイル７の位相の関係は上記に限られたものではなく、以下のように接続してもよい。
例えば、図２１において、コイル群１３（１）とコイル群１３（２）とは、互いに９０°位相がずれるように、またコイル群１３（２）とコイル群１３（３）とは、互いに１３５°位相がずれるように導線の巻数が設定されて、直列に接続されている。
また、コイル群１３（４）とコイル群１３（５）とは、互いに９０°位相がずれるように、またコイル群１３（５）とコイル群１３（６）とは、互いに１３５°位相がずれるように導線の巻数が設定されて、直列に接続されている。
そして、コイル群１３（１）、１３（２）、１３（３）とコイル群１３（４）、１３（５）、１３（６）とは、互いに１８０°位相がずれるように並列に接続されていている。
【００５８】
実施の形態７．
図２２は、この発明の実施の形態７に係る回転角度検出装置１の構造図である。ここでは、固定子突極数１２、軸倍角５の回転角度検出装置１の例を示す。
図２３は、この発明の実施の形態７に係る回転角度検出装置１の構造図である。ここでは、固定子突極数１２、軸倍角７の回転角度検出装置１の例を示す。
図２２および図２３において、固定子突極５の数が１２、軸倍角がそれぞれ５および７である。
このように構成したときも、これまでの実施の形態で説明したものと同様に、回転角度検出装置１として動作することが確認できる。
この場合、それぞれ１０極の電動機、１４極の電動機の回転角度を検出するのに特に有用である。
【００５９】
実施の形態８．
これまで述べてきたような回転角度検出装置１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角度センサとして用いれば、安価で耐環境性に優れたシステムを構築することができる。
例えば車両用ベルト駆動式ＭＧ（Ｍｏｔｏｒ  Ａｎｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に本発明の回転角度検出装置１を組み込むことが考えられる。
ベルト駆動式ＭＧのシステムでは発電機（モータとしても動作する）はエ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１を用いれば、耐環境性に優れ、安価なシステムを構築することができる。
【００６０】
図１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１を組み込んだ図を示す。この構成は実施の形態１で示したので、説明は省略する。
【００６１】
図２４は、この発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置１を爪形状の界磁鉄心を有する発電機に適用した際の、界磁巻線の起磁力を示す説明図である。
図２４において、爪形状の界磁鉄心を有する発電機は、軸２の周方向に流れる界磁電流１４によって、軸２に起磁力１５が生じ、この起磁力１５によって回転角度検出装置１の固定子突極５と回転子突極８との空隙に空間０次の起磁力が発生する。
したがって、空隙に軸倍角と同じ空間次数の磁束１６が発生し、従来の技術では出力巻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ていた。
しかしながら、本発明の実施の形態２で示したように、本発明においては特定の次数成分しか拾わないように巻線が構成されているので検出位置誤差の増大を防ぐことができる。
【００６２】
図２５に、電動機の空間０次の起磁力が出力電圧に及ぼす影響について、従来例と本発明とを比較して示す。従来例では波形が乱れているが、本発明では正弦波状の包絡線を描いている。これは本発明が従来例よりも、電動機の界磁巻線の起磁力１５の影響を受けにくく、高精度な回転角度検出装置１として動作していることを示している。
また、図２６に、回転子９に偏心が生じたときの検出位置誤差を示す。図２６から、従来例よりも本発明の方が検出位置誤差が少なく、高精度な回転角度検出装置１として動作していることがわかる。
【００６３】
この発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置１によれば、空隙に発生する磁束１６の中で、特定の空間次数の成分をコイル７が拾うような構成としたので、動機の界磁巻線の起磁力の影響を受けにくく、検出位置誤差の増大を防ぎ、高精度な回転角度検出装置１を得ることができる。
また、回転子９の偏心が生じた場合でも、コイル群１３を構成する複数のコイル７がノイズや回転子９の偏心の影響をキャンセルすることができる。
【００６４】
ここでは爪形状の界磁鉄心を具備した回転電機である発電機について述べたが、他の回転電機である一般のモータや発電機においても空間０次の起磁力が発生することがあるので、本発明の回転角度検出装置１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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置が取り付けられる、例えば爪形状の界磁鉄心を有する発電機の断面図である。
【図２】図１に示した回転角度検出装置の構造図である。ここでは、固定子突極数６、軸倍角４、コイル群の数が６個の回転角度検出装置の例を示す。
【図３】図２に示した回転角度検出装置のコイル群を構成するコイルを抜粋し、他のコイルは省略して示す説明図である。
【図４】図３に示したコイル群のみを抜粋して示す説明図である。
【図５】図１に示した回転角度検出装置のコイル群の接続を示す回路図である。
【図６】図１に示した回転角度検出装置において、４個のコイルを直列に接続して、コイル群を構成することを示す説明図である。
【図７】図２に示した回転角度検出装置のコイルと導線の巻き数の関係を示す関係図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置の測定結果を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置の、コイル群の数が８個の場合の構成図である。
【図１０】図９に示した回転角度検出装置のコイル群の接続を示す回路図である。
【図１１】図９に示した回転角度検出装置のコイルと導線の巻き数の関係を示す関係図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置の構造図である。ここでは、固定子突極数１０、軸倍角４の回転角度検出装置の例を示す。
【図１３】図１２に示したコイルと導線の巻き数の関係を示す関係図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置の測定結果を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置の構造図である。ここでは、固定子突極数１０、軸倍角２、コイル群の数が６個の回転角度検出装置の例を示す。
【図１６】この発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置の測定結果を示す説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置の構造図である。ここでは、固定子突極数１０、軸倍角３、コイル群の数が６個の回転角度検出装置の例を示す。
【図１８】この発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置の測定結果を示す説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置の構造図である。ここでは、固定子突極数１０、軸倍角８、コイル群の数が６個の回転角度検出装置の例を示す。
【図２０】この発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置の測定結果を示す説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態６に係るコイル群の他の接続例を示す回路図である。
【図２２】この発明の実施の形態７に係る回転角度検出装置の構造図である。ここでは、固定子突極数１２、軸倍角５の回転角度検出装置の例を示す。
【図２３】この発明の実施の形態７に係る回転角度検出装置の構造図である。ここでは、固定子突極数１２、軸倍角７の回転角度検出装置の例を示す。
【図２４】この発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置を爪形状の界磁鉄心を有する発電機に適用した際の、界磁巻線の起磁力を示す説明図である。
【図２５】この発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置を爪形状の界磁鉄心を有する発電機に適用した際の、起磁力が出力電圧に及ぼす影響を、従来例と比較して示す説明図である。
【図２６】この発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置を爪形状の界磁鉄心を有する発電機に適用した際の、回転子９の偏心が検出位置の誤差に与える影響を、従来例と比較して示す説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  回転角度検出装置、２  軸、５  固定子突極、６  固定子、７  コイル、８  回転子突極、９  回転子、１３  コイル群。
【図１】
2006125995.tif 000008
【図２】
2006125995.tif 000009
【図３】
2006125995.tif 000010
【図４】
2006125995.tif 000011
【図５】
2006125995.tif 000012
【図６】
2006125995.tif 000013
【図７】
2006125995.tif 000014
【図８】
2006125995.tif 000015
【図９】
2006125995.tif 000016
【図１０】
2006125995.tif 000017
【図１１】
2006125995.tif 000018
【図１２】
2006125995.tif 000019
【図１３】
2006125995.tif 000020
【図１４】
2006125995.tif 000021
【図１５】
2006125995.tif 000022
【図１６】
2006125995.tif 000023
【図１７】
2006125995.tif 000024
【図１８】
2006125995.tif 000025
【図１９】
2006125995.tif 000026
【図２０】
2006125995.tif 000027
【図２１】
2006125995.tif 000028
【図２２】
2006125995.tif 000029
【図２３】
2006125995.tif 000030
【図２４】
2006125995.tif 000031
【図２５】
2006125995.tif 000032
【図２６】
2006125995.tif 000033