(57)【要約】【課題】  ロータリィトランスコイルを用いることなく、軸心方向の長さを短くした回転角センサを提供すること。【解決手段】  励磁信号が入力される励磁コイルＦと検出信号を出力する検出コイル（正弦波コイルＳと余弦波コイルＣ）とを備えるレゾルバステータ１３と、レゾルバステータ１３に対向した位置にあって回転するレゾルバロータ１２と、を有する回転角センサであって、レゾルバロータ１２が平板状のロータ平板であること、レゾルバステータ１３は、ステータ平板Ｅと、ステータ平板Ｅ上に周方向に一定間隔で形成された複数の凸部Ｂを有すること、ステータ平板Ｅの外周部に、励磁用導線が巻回されて励磁コイルＦが形成されていること、凸部Ｂに順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する正弦波コイルＳが、凸部Ｂに形成されていること、凸部Ｂに順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する余弦波コイルＣが、凸部Ｂに形成されていること、を特徴とする。【選択図】        図４
2011220851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁信号が入力される励磁コイルと検出信号を出力する検出コイルとを備えるステータと、前記ステータに対向した位置にあって回転するロータと、を有する回転角センサにおいて、
前記ロータが平板状のロータ平板であること、
前記ステータは、ステータ平板と、前記ステータ平板上に周方向に一定間隔で形成された複数の凸部を有すること、
前記ステータ平板の外周または前記凸部に、励磁用導線が巻回されて前記励磁コイルが形成されていること、
前記凸部に順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する検出用正弦波コイルが、前記凸部に形成されていること、
前記凸部に順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する検出用余弦波コイルが、前記凸部に形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。
【請求項２】
請求項１に記載する回転角センサにおいて、
前記ロータ平板が非磁性導電体で形成されていること、
前記ロータ平板に、所定の周期で切欠部が形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。
【請求項３】
請求項１に記載する回転角センサにおいて、
前記ロータ平板が非磁性導電体で形成されていること、
前記ロータ平板に、所定の周期で磁性体部が形成されていることを特徴とする回転角センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、
前記検出用正弦波コイルが、各前記凸部に各別に巻回されていること、
前記検出用余弦波コイルが、各前記凸部に各別に巻回されていること、
を特徴とする回転角センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、
前記検出用正弦波コイルが、複数の前記凸部を巻回していること、
前記検出用余弦波コイルが、複数の前記凸部を巻回していること、
を特徴とする回転角センサ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、
前記励磁コイルの導線の巻数及び巻き方向が同じであり、円周方向に単一極性に配置されていること、
を特徴とする回転角センサ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、
前記ステータ平板と前記凸部が、ナイロンを材質として一体に形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。
【請求項８】
請求項７に記載する回転角センサにおいて、
前記凸部の中心位置に磁性体金属を埋め込んでいること、
を特徴とする回転角センサ。
【請求項９】
励磁信号が入力される励磁コイルを備えるステータと、前記ステータに対向した位置にあって回転し、検出信号を出力する検出コイルを備えるロータと、を有する回転角センサにおいて、
前記ステータは、ステータ平板と、前記ステータ平板上に周方向に一定間隔で形成された複数の凸部を有すること、
前記凸部に順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する励磁用正弦波コイルが、前記凸部に形成されていること、
前記凸部に順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する励磁用余弦波コイルが、前記凸部に形成されていること、
を特徴とする回転角センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励磁信号が入力する励磁コイルと検出信号を出力する検出コイルとを備えるステータと、前記ステータに対向した位置にあって回転するロータと、を有する回転角センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットのハンド等において、高出力の小型ブラシレスモータが使用されている。ロボットの小型ブラシレスモータを制御するためには、モータの出力軸の回転位置を正確に把握する必要がある。ステータの各コイルへの通電切り替えを制御するには、ロータの回転位置を正確に把握している必要があるからである。特に、ロボットのハンドにおいては、高い位置精度が要求される場合があるため、通電切り替えを正確に行いたいという要望が強い。
ロボットのハンドを移動させるモータ軸の位置検出には、小型化が可能なレゾルバが使用されている。レゾルバは、モータの内部に組み込まれて、モータのロータ軸に直接取り付けられている。
【０００３】
例えば、特許文献１のレゾルバでは、金属製のレゾルバロータの外周に、レゾルバステータを配置している。レゾルバステータは、内周方向に突出したティースに導線を巻いて形成したコイルが、順次配置されている。この形式のＶＲ型レゾルバにおいては、ロータとステータとのギャップを、周期的に変化させる必要がある。そうしないと、全周に配置されたコイルの出力が互いに打ち消しあい、適切な検出出力を得ることができないからである。特許文献１のレゾルバでは、ロータとステータとのギャップを、正弦波カーブとなるように、ロータを構成している。
特許文献1のレゾルバは、通常、８〜１０ｋＨｚの周波数領域の励磁信号を使用しているため、コイルの巻線数が多く、コイルの外径寸法が大きくなり、レゾルバ自体の直径方向寸法が大きくなると共に、レゾルバロータの軸心方向における長さも長くなる問題があった。ロボットのハンド駆動用のモータ軸に使用する場合に、モータが大きくなり、問題となっていた。
また、特許文献１の技術は、８〜１０ｋＨｚの周波数領域で励磁しているので、モータからの外乱電磁ノイズ（例えば、モータの回転数１８０００ｒｐｍ、ＮＳ極４対、６次モータの場合には、７．２ｋＨｚの周波数のノイズ）の影響を受けやすく、レゾルバ角度検出精度が低下する問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、本出願人は、特許文献２において、（１）３００〜５００ｋＨｚの高周波の励磁信号を用いて、コイルの巻線数を減らすこと、（２）レゾルバステータ平板上に励磁コイルを印刷により形成し、レゾルバロータ平板上に検出コイルを印刷により形成し、レゾルバステータ平板とレゾルバロータ平板とを対向させて配置することを提案している。これにより、レゾルバの径方向寸法を小さくすると共に、レゾルバのロータの軸心方向の長さも短くでき、モータ軸に取り付けたときに、モータ全体の大きさを小さくできる効果を奏する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-99519号公報
【特許文献２】特開2008-256486号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の特許文献１、２の技術には、次のような問題があった。
（１）特許文献２の技術では、レゾルバステータ平板上に励磁コイルを形成し、レゾルバロータ平板上に検出コイルを形成し、両方の平板上にロータリィトランスコイルを形成している。一対のロータリィトランスコイルは、検出コイルで発生した検出信号をレゾルバステータ側に伝達する機能を有している。しかし、ロータリィトランスコイルを用いて検出信号を伝達させると、信号の伝達効率が、１／１００程度まで低下する問題があった。これにより、Ｓ／Ｎが低下する問題があった。
特許文献１の技術では、レゾルバステータ側に励磁コイルと検出コイルとが形成され、レゾルバロータ側には、磁性体金属の歯が形成されているだけであり、ロータリィトランスコイルを使用していないため、この問題はないが、前述したように、レゾルバの直径方向の寸法が大きくなると共に、レゾルバの軸心方向の長さも長くなるという問題が残っている。
【０００７】
また、ロータの外径寸法を、例えば正弦波カーブのように周期的に変化させる必要があり、ロータの製造コストが高い問題がある。
また、特許文献１の技術は、８〜１０ｋＨｚの周波数領域で励磁しているので、モータからの外乱電磁ノイズの影響を受けやすく、レゾルバ角度検出精度が低下する問題があった。
ここで、特許文献２と特許文献１を組み合わせようとする場合、レゾルバステータ平板上に励磁コイルと検出コイルとを形成する。一方、磁性体金属製のレゾルバロータ平板上に凹凸を形成して、周期的なギャップを形成する必要があり、コストアップする問題がある。
【０００８】
（２）特許文献２においては、レゾルバステータ平板上に励磁コイルを印刷により形成し、レゾルバロータ平板上に検出コイルを印刷により形成しているが、印刷により高い精度で検出コイルを形成しようとすると、高精度の印刷装置を必要とし、生産数によっては、コストアップとなる場合もあり、問題であった。また、精度の劣る印刷装置を用いると信頼性に欠ける問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ロータリィトランスコイルを用いることなく、外径寸法が小さく、軸心方向の長さも短いレゾルバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る回転角センサは、次の構成を有している。
（１）励磁信号が入力される励磁コイルと検出信号を出力する検出コイルとを備えるステータと、ステータに対向した位置にあって回転するロータと、を有する回転角センサであって、ロータが平板状のロータ平板であること、ステータは、ステータ平板と、ステータ平板上に周方向に一定間隔で形成された複数の凸部を有すること、前記ステータ平板の外周または前記凸部に、励磁用導線が巻回されて励磁コイルが形成されていること、凸部に順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する検出用正弦波コイルが、凸部に形成されていること、凸部に順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する検出用余弦波コイルが、凸部に形成されていること、を特徴とする。
【００１１】
（２）（１）に記載する回転角センサにおいて、前記ロータ平板が非磁性導電体で形成されていること、前記ロータ平板に、所定の周期で切欠部が形成されていること、を特徴とする。
（３）（１）に記載する回転角センサにおいて、前記ロータ平板が非磁性導電体で形成されていること、前記ロータ平板に、所定の周期で磁性体部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
（４）（１）乃至（３）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記検出用正弦波コイルが、各前記凸部に各別に巻回されていること、前記検出用余弦波コイルが、各前記凸部に各別に巻回されていること、を特徴とする。
（５）（１）乃至（３）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記検出用正弦波コイルが、複数の前記凸部を巻回していること、前記検出用余弦波コイルが、複数の前記凸部を巻回していること、を特徴とする。
【００１３】
（６）（１）乃至（５）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記励磁コイルの導線の巻数及び巻き方向が同じであり、円周方向に単一極性に配置されていること、を特徴とする。
を特徴とするので、円周方向の全ての箇所において、励磁信号を均一な条件で励磁することができる。
（７）（１）乃至（６）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記ステータ平板と前記凸部が、ナイロンを材質として一体に形成されていること、を特徴とする。
（８）（７）に記載する回転角センサにおいて、前記凸部の中心位置に磁性体金属を埋め込んでいることを特徴とする。
【００１４】
（９）励磁信号が入力される励磁コイルを備えるステータと、前記ステータに対向した位置にあって回転し、検出信号を出力する検出コイルを備えるロータと、を有する回転角センサであって、ステータは、ステータ平板と、ステータ平板上に周方向に一定間隔で形成された複数の凸部を有すること、凸部に順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する励磁用正弦波コイルが、凸部に形成されていること、凸部に順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する励磁用余弦波コイルが、凸部に形成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回転角センサの作用及び効果について説明する。
（１）励磁信号が入力される励磁コイルと検出信号を出力する検出コイルとを備えるステータと、ステータに対向した位置にあって回転するロータと、を有する回転角センサであって、ロータが平板状のロータ平板であること、ステータは、ステータ平板と、ステータ平板上に周方向に一定間隔で形成された複数の凸部を有すること、前記ステータ平板の外周または前記凸部に、励磁用導線が巻回されて励磁コイルが形成されていること、凸部に順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する検出用正弦波コイルが、凸部に形成されていること、凸部に順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する検出用余弦波コイルが、凸部に形成されていること、を特徴とするので、ロータ平板上に凹凸を形成せずに、検出コイル全体として、適切な検出信号を得ることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１６】
すなわち、特許文献１のようなＶＲ型レゾルバにおいては、全周で同時に信号を得るために、全周において、レゾルバロータとレゾルバステータとの間のギャップを周期的に変化させる必要があった。しかし、本発明では、検出コイルの巻線位置自体を、同じ方向を向いた一定量の磁束が作用したときに、磁束通過する範囲の変化により、前記検出用正弦波コイルの出力信号が正弦波状に変化し、かつ前記検出用余弦波コイルの出力信号が余弦波状に変化するため、レゾルバロータとレゾルバステータとの間のギャップが一定であっても、検出用正弦波コイル及び検出用余弦波コイルで発生する電流が打ち消しあうことがないため、レゾルバロータの表面に凹凸を形成する必要がない。
【００１７】
（２）（１）に記載する回転角センサにおいて、前記ロータ平板が非磁性導電体で形成されていること、前記ロータ平板に、所定の周期で切欠部が形成されていること、を特徴とするので、直径方向の寸法を小さくすることができる。また、ロータ平板上に凹凸を形成する必要がないため、コストを低減することができる。
励磁コイル、及び検出用コイル（検出用正弦波コイルと検出用余弦波コイル）が、ロータの切欠部に対向しているときには、検出用コイルに誘起電流が流れるが、励磁コイル・検出用コイルが、ロータの非磁性導電体部に対向しているときには、検出用コイルに誘起電流がほとんど流れないため、検出用コイルを流れる誘起電流である検出電流値により、回転角度を検出することができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１８】
すなわち、励磁コイルに励磁信号（正弦波信号）が入力されると、励磁コイルで正方向の所定量の磁束が発生する。本出願では、励磁コイルに正弦波信号が入力されたときに励磁コイルで発生する磁束ＩＡの方向を、正方向とする。
励磁コイル・検出用コイルに対して切欠部が対向している位置においては、励磁コイルで発生する磁束ＩＡが検出コイルを通過して、検出コイルで誘導電流が発生する。
一方、ロータの非磁性導電体部が対向している検出用コイルでは、検出電流はほとんど流れない。その理由は、励磁コイルで発生した磁束ＩＡにより非磁性導電体部では、表面に渦電流が発生する。そして、発生した渦電流により、負方向（正方向と逆方向）の磁束ＩＢが発生する。励磁コイルで発生した正方向の磁束ＩＡと、渦電流により発生した負方向の磁束ＩＢとが打ち消しあうため、検出コイルに電流が流れないのである。
【００１９】
（２）の発明の特別な技術的特徴は、レゾルバロータを非磁性導電体部と切欠部とを、励磁コイル・検出コイルに対向して、交互に配置した点にあり、非磁性導電体部に発生する渦電流による磁束が、励磁コイルで発生した磁束と打ち消しあう点にある。特許文献１等の従来技術においては、ステータの隣り合うティースが逆極性に励磁されており、レゾルバロータにより磁束が通過する磁路を構成するために、レゾルバロータを磁性体により構成しており、非磁性導電体でレゾルバロータを構成することは、全く考慮されてこなかったのである。
【００２０】
また、本発明の回転角センサにおいては、前記非磁性導電体がＳＵＳ３０５であることを特徴とするので、プレス成形した場合でも、磁性体に変化することがない。すなわち、ステンレス鋼のうち、ＳＵＳ３０４等は、曲げたり絞ったりすると、マルテンサイト化し、磁性を帯びることがあるが、ＳＵＳ３０５は、プレス成形してもマルテンサイト化しにくく、非磁性を保持できるため、本発明を実施するのに適した材質である。ここで、ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３０５は、共にオーステナイト系ステンレスである。ＳＵＳ３０４の代表的成分は、Ｎｉ（８〜１０．５％）、Ｃｒ（１８〜２０％）である。また、ＳＵＳ３０５の代表的成分は、Ｎｉ（１０．５〜１３％）、Ｃｒ（１７〜１９％）である。
【００２１】
（３）（１）に記載する回転角センサにおいて、前記ロータ平板が非磁性導電体で形成されていること、前記ロータ平板に、所定の周期で磁性体部が形成されていることを特徴とするので、直径方向の寸法を小さくすることができる。また、ロータ平板上に凹凸を形成する必要がないため、コストを低減することができる。
励磁コイル、及び検出用コイル（検出用正弦波コイルと検出用余弦波コイル）が、ロータの磁性体部に対向しているときには、検出用コイルに誘起電流が流れるが、励磁コイル・検出用コイルが、ロータの非磁性導電体部に対向しているときには、検出用コイルに誘起電流がほとんど流れないため、検出用コイルを流れる誘起電流である検出電流値により、回転角度を検出することができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２２】
すなわち、励磁コイルに励磁信号（正弦波信号）が入力されると、励磁コイルで正方向の所定量の磁束が発生する。本出願では、励磁コイルに正弦波信号が入力されたときに励磁コイルで発生する磁束ＩＡの方向を、正方向とする。
励磁コイル・検出用コイルに対して磁性体部が対向している位置においては、励磁コイルで発生する磁束ＩＡが検出コイルを通過して、検出コイルで誘導電流が発生する。
一方、ロータの非磁性導電体部が対向している検出用コイルでは、検出電流はほとんど流れない。その理由は、励磁コイルで発生した磁束ＩＡにより非磁性導電体部では、表面に渦電流が発生する。そして、発生した渦電流により、負方向（正方向と逆方向）の磁束ＩＢが発生する。励磁コイルで発生した正方向の磁束ＩＡと、渦電流により発生した負方向の磁束ＩＢとが打ち消しあうため、検出コイルに電流が流れないのである。
【００２３】
（４）（１）乃至（３）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記検出用正弦波コイルが、各前記凸部に各別に巻回されていること、前記検出用余弦波コイルが、各前記凸部に各別に巻回されていること、を特徴とするので、各別に巻数を容易に変化させることができる。
（５）（１）乃至（３）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記検出用正弦波コイルが、複数の前記凸部を巻回していること、前記検出用余弦波コイルが、複数の前記凸部を巻回していること、を特徴とするので、巻線機によりコイルを巻回する回数を軽減でき、生産効率を高くすることができる。
【００２４】
（６）（１）乃至（５）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記励磁コイルの導線の巻数及び巻き方向が同じであり、円周方向に単一極性に配置されていること、を特徴とするので、円周方向の全ての箇所において、励磁信号を均一な条件で励磁することができる。
（７）（１）乃至（６）に記載する回転角センサのいずれか１つにおいて、前記ステータ平板と前記凸部が、ナイロンを材質として一体に形成されていること、を特徴とするので、材料費が安く、一体成形すれば追加工も必要ないので、製造コストを低減できる。
（８）（７）に記載する回転角センサにおいて、前記凸部の中心位置に磁性体金属を埋め込んでいることを特徴とするので、漏れ磁束を減少することができるため、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２５】
（９）励磁信号が入力される励磁コイルを備えるステータと、前記ステータに対向した位置にあって回転し、検出信号を出力する検出コイルを備えるロータと、を有する回転角センサであって、ステータは、ステータ平板と、ステータ平板上に周方向に一定間隔で形成された複数の凸部を有すること、凸部に順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する励磁用正弦波コイルが、凸部に形成されていること、凸部に順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する励磁用余弦波コイルが、凸部に形成されていること、を特徴とするので、構造がシンプルであり、多巻化しやすく、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態であるレゾルバ付きモータの一端部を示す断面図である。
【図２】レゾルバロータ１２の形状を示す図である。
【図３】レゾルバ１１の制御構成を示すブロック図である。
【図４】レゾルバステータ１３の構成を示す斜視図である。
【図５】レゾルバステータ１３の構成を示す分解図である。
【図６】レゾルバステータ１３の正弦波コイルＳの特性を示す図である。
【図７】レゾルバステータ１３の余弦波コイルＣの特性を示す図である。
【図８】レゾルバステータ１３の巻線の第１変形例を示す図である。
【図９】レゾルバステータ１３の巻線の第２変形例を示す図である。
【図１０】レゾルバステータ１３の巻線の第３変形例を示す図である。
【図１１】レゾルバロータ１２の変形例を示す図である。
【図１２】図１４のうち、レゾルバロータの非磁性導電体部がある部分の作用を示す説明図である。
【図１３】図１４のうち、レゾルバロータの切欠部がある部分の作用を示す説明図である。
【図１４】レゾルバ１１の作用を示す説明図である。
【図１５】レゾルバロータ１２が回転したときのレゾルバの作用を示す説明図である。
【図１６】レゾルバロータ１２が回転したときのレゾルバの作用を示す第２説明図である。
【図１７】レゾルバロータ１２が回転したときのレゾルバの作用を示す第３説明図である。
【図１８】本発明の効果を示すデータ図である。
【図１９】別発明のレゾルバロータ１２の構造を示す斜視図である。
【図２０】別発明のレゾルバステータ１３の構造を示す斜視図である。
【図２１】図４のレゾルバステータ１３の第４変形例を示す図である。
【図２２】図５（ｃ）の変形例を示す図である。
【図２３】図５（ｃ）の別な変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の回転角センサであるレゾルバを具体化した第１実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、レゾルバ付きモータ（以下、単に「モータ」と言う。）１の一端部を断面図により示す。図１に示すように、モータ１は、本体ベース板６、中空状のモータケース２、モータケース２の中空部に設けられたモータステータ３及びモータロータ４と、モータロータ４の中心に一体に設けられたモータシャフト５とを含む。モータシャフト５の一端部は、モータケース２の外部へ突出している。
【００２８】
モータステータ３は、モータケース２の内面に固定されている。モータステータ３は、図示しないステータコアとコイルを含む。モータロータ４は、モータステータ３の内側に配置される。モータロータ４は、図示しない永久磁石を保持している。モータシャフト５は、本体ベース板６に設けられたベアリング１０と、モータケース２の端部に設けられたベアリング９とにより回転可能に両端が支持されている。
モータ１は、モータステータ３の励磁コイルを励磁することにより、永久磁石が磁力を受けて、モータロータ４がモータシャフト５と一体に回転するようになっている。
図１に示すように、レゾルバ１１は、モータケース２の内側において、モータロータ４と本体ベース板６との間に配置される。レゾルバ１１は、レゾルバロータ１２と、レゾルバロータ１２に所定の隙間を介し対向して配置されたレゾルバステータ１３とを含む。
【００２９】
図３に、レゾルバの位置検出制御をブロック図で示す。
レゾルバ１１は、大きく回路部６３とセンサ部６２に分けられる。回路部６３において、基準クロック発生器５５は、分周回路５６に接続している。また、分周回路５６は、カウンタ５７に接続している。また、カウンタ５７は、Ｄ／Ａコンバータ５８と分周回路５９に接続している。また、Ｄ／Ａコンバータ５８は、励磁コイルＦに接続している。また、カウンタ５７は、分周回路５９に接続している。
また、分周回路５９は、正弦波用の同期検波器５１、及び余弦波用の同期検波器５２に接続している。また、同期検波器５１は、積分回路５３に接続している。また、同期検波器５２は、積分回路５４に接続している。また、積分回路５３と積分回路５４は、演算機６０に接続している。
センサ部６２において、正弦波コイルＳは、同期検波器５１に接続している。また、余弦波コイルＣは、同期検波器５２に接続している。励磁コイルＦは、Ｄ／Ａコンバータに接続している。レゾルバロータ１２は、電気的接続を有していない。
【００３０】
次に、正弦波コイルＳ、余弦波コイルＣ、及び励磁コイルＦの構造について、詳細に説明する。図４に、レゾルバステータ１３の構造を斜視図で示す。
図４に示すように、最下層には、中空円盤状のステータベース平板Ｅが配置されている。ステータベース平板Ｅの上には、等中心角（１５度）で２４個の凸部Ｂ１〜Ｂ２４が形成されている。ステータベース平板Ｅの材質は、工業用ナイロンを使用しており、凸部Ｂ１〜Ｂ２４は、切削加工により形成している。
ナイロンを材質としているのは、本実施例では、３００ＫＨｚ以上の高周波信号で励磁しているため、金属では渦電流が発生してしまい、磁束がほとんど通らないからである。ナイロンならば、渦電流が発生しないため、磁束が通ると共に、機械的な強度も確保できる。
図４の構成を３組に分けた説明図を、図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図５（ａ）〜（ｃ）においては、見やすくするために、図４の円周上に配置されたコイルを直線上で表現している。
【００３１】
図５（ａ）は、検出コイルの一部である正弦波コイルＳ１〜Ｓ２４の構成を示している。
第１凸部Ｂ１には、導線が図４を上から見て時計回りの方向（以下、順方向という。）に３回巻かれたコイルである第１正弦波コイルＳ１が巻回されている。第２凸部Ｂ２には、導線が順方向に８回巻かれたコイルである第２正弦波コイルＳ２が巻回されている。第３凸部Ｂ３には、導線が順方向に１１回巻かれたコイルである第３正弦波コイルＳ３が巻回されている。第４凸部Ｂ４には、導線が順方向に１１回巻かれたコイルである第４正弦波コイルＳ４が巻回されている。第５凸部Ｂ５には、導線が順方向に８回巻かれたコイルである第５正弦波コイルＳ５が巻回されている。第６凸部Ｂ６には、導線が順方向に３回巻かれたコイルである第６正弦波コイルＳ６が巻回されている。
【００３２】
さらに、第７凸部Ｂ７には、導線が図４を上から見て反時計回りの方向（以下、逆方向という。）に３回巻かれたコイルである第７正弦波コイルＳ７が巻回されている。第８凸部Ｂ８には、導線が逆方向に８回巻かれたコイルである第８正弦波コイルＳ８が巻回されている。第９凸部Ｂ９には、導線が逆方向に１１回巻かれたコイルである第９正弦波コイルＳ９が巻回されている。第１０凸部Ｂ１０には、導線が逆方向に１１回巻かれたコイルである第１０正弦波コイルＳ１０が巻回されている。第１１凸部Ｂ１１には、導線が逆方向に８回巻かれたコイルである第１１正弦波コイルＳ１１が巻回されている。第１２凸部Ｂ１２には、導線が逆方向に３回巻かれたコイルである第１２正弦波コイルＳ１２が巻回されている。
【００３３】
図５（ｂ）は、検出コイルの一部である余弦波コイルＣ１〜Ｃ２４を示している。
第１凸部Ｂ１には、導線が図４を上から見て時計回りの方向（以下、順方向という。）に１１回巻かれたコイルである第１余弦波コイルＣ１が巻回されている。第１余弦波コイルＣ１は、第１正弦波コイルＳ１と同じ箇所に巻回されている。以下、同様である。
第２凸部Ｂ２には、導線が順方向に８回巻かれたコイルである第２余弦波コイルＣ２が巻回されている。第３凸部Ｂ３には、導線が順方向に３回巻かれたコイルである第３余弦波コイルＣ３が巻回されている。第４凸部Ｂ４には、導線が逆方向に３回巻かれたコイルである第４余弦波コイルＣ４が巻回されている。第５凸部Ｂ５には、導線が逆方向に８回巻かれたコイルである第５余弦波コイルＣ５が巻回されている。第６凸部Ｂ６には、導線が逆方向に１１巻かれたコイルである第６余弦波コイルＣ６が巻回されている。
【００３４】
さらに、第７凸部Ｂ７には、導線が逆方向に１１回巻かれたコイルである第７余弦波コイルＣ７が巻回されている。第８凸部Ｂ８には、導線が逆方向に８回巻かれたコイルである第８余弦波コイルＣ８が巻回されている。第９凸部Ｂ９には、導線が逆方向に３回巻かれたコイルである第９余弦波コイルＣ９が巻回されている。第１０凸部Ｂ１０には、導線が順方向に３回巻かれたコイルである第１０余弦波コイルＣ１０が巻回されている。第１１凸部Ｂ１１には、導線が順方向に８回巻かれたコイルである第１１余弦波コイルＣ１１が巻回されている。第１２凸部Ｂ１２には、導線が順方向に１１回巻かれたコイルである第１２余弦波コイルＣ１２が巻回されている。
【００３５】
図５（ｃ）は、励磁コイルＦを示している。
ステータ平板Ｅの外周部を取り囲んで、励磁コイルＦが巻回されている。ステータ平板Ｅの外周部に励磁コイルＦを巻回しているのは、全ての検出コイル（正弦波コイルＳ、余弦波コイルＣ）に対して、同一方向かつ均一な磁束を付与するためである。
本実施例では、ステータ平板Ｅの外周部に励磁コイルＦを巻回しているが、図２２に示すように、全ての凸部Ｂの外周部に励磁コイルＦを巻回しても良い。また、図２３に示すように、全ての凸部の各々に対して、各別に励磁コイルＦを同一方向に同じ巻き数となるように巻回しても良い。また、全周に配置された凸部Ｂを４分割等して、分割した凸部Ｂの外周に励磁コイルＦを巻回しても良い。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、電気角で０度から３６０度（機械角で０度から１８０度）の部分について説明したが、本回転角センサは、２Ｘタイプであり、電気角で３６０度から７２０度（機械角で１８０度から３６０度）の部分については、電気角で０度から３６０度（機械角で０度から１８０度）の部分の繰り返しである。
【００３６】
４個の励磁コイルＦ１〜Ｆ４は、導線が全て順方向に巻回されているため、導線に励磁電流を通電すると、全周において、同じ方向に均一に磁束が発生する。
図６に、全周において同じ方向に均一な磁束を受けたときに、正弦波コイルＳ１からＳ１２で発生する検出電流ＡＳを示す。図に示すように、正弦波コイルＳの導線の巻数と巻方向とを、Ｓ１〜Ｓ１２で順次変化させているため、検出電流ＡＳは、正弦波となる。すなわち、正弦波コイルＳ１で発生する検出電流ＡＳ１の大きさは、検出電流ＡＳの正弦波曲線と一致する大きさにしている。同様に、正弦波コイルＳ２〜Ｓ１２で発生する検出電流ＡＳ２〜ＡＳ１２の大きさは、検出電流ＡＳの正弦波曲線と一致する大きさにしている。
【００３７】
図７に、全周において同じ方向に均一な磁束を受けたときに、余弦波コイルＣ１からＣ１２で発生する検出電流ＡＣを示す。図に示すように、余弦波コイルＣの導線の巻数と巻方向とを、Ｃ１〜Ｃ１２で順次変化させているため、検出電流ＡＣは、正弦波と９０度位相のずれを有する余弦波となる。すなわち、余弦波コイルＣ１で発生する検出電流ＡＣ１の大きさは、検出電流ＡＣの正弦波曲線と一致する大きさにしている。同様に、正弦波コイルＣ２〜Ｃ１２で発生する検出電流ＡＣ２〜ＡＣ１２の大きさは、検出電流ＡＣの正弦波曲線と一致する大きさにしている。
【００３８】
次に、レゾルバロータ１２の構造について図２を用いて説明する。
レゾルバロータ１２は、非磁性導電体金属であるＳＵＳ３０５を材料として、円形平板の２箇所に切欠部１２ｂが形成され、２箇所の非磁性導電体部１２ａを備えている。２箇所の切欠部１２ｂと、２箇所の非磁性導電体部１２ａは、各々が９０度の角度で形成されている。
レゾルバロータ１２には、平板部の中央にプレス絞り加工で形成された中空状の凸部が形成されている。レゾルバロータ１２は、凸部１２ｃの中空部により、シャフト５の外周に圧入固定されている。凸部と平板部との直角度は精度良く形成しているので、レゾルバロータ１２の平板部と、レゾルバステータ１３の平板との平行度は精度良く構成されているため、両者の間隔も一定にされている。
レゾルバロータ１２は、本実施例では、ＳＵＳ３０５を使用しているが、非磁性体金属であれば、ＳＵＳ３０４、アルミニウム、真鍮等を用いても良い。
レゾルバロータ１２は、９０度で４分割した箇所のうち、対向する２箇所に切欠部１２ｂと非磁性導電体部１２ａが形成されており、正弦波コイルＳと余弦波コイルＣが、９０度で分割した４箇所に分割コイルを有するので、２Ｘの検出コイルを構成している。
【００３９】
次に、上記構成を有するレゾルバ１１の作用について説明する。
図３に示す制御回路において、基準クロック発生器５５は、３２ＭＨｚの高周波の基準クロックを生成する。分周回路５６は、周波数分割回路とも呼ばれ、基準クロック発生器５５で生成した高い周波数のクロックを、低周波のクロックに変換する回路である。分周回路５６は、３２ＭＨｚの基準クロックを５００ｋＨｚの周波数に分周する。カウンタ５７は、６４個のパルスをカウントし、Ｄ／Ａコンバータ５８に対して、６４個のパルスを１周期として出力する。
Ｄ／Ａコンバータ５８は６４個のパルスを１周期として、振幅変調させることにより、５００ｋＨｚ／６４＝７．８１２５ｋＨｚの正弦波励磁信号を作成し、励磁コイルＦを励磁する。励磁コイルＦに正弦波励磁信号が通電されることにより、磁界が発生し、検出コイルである正弦波コイルＳと余弦波コイルＣに誘起電流である検出電流が流れる。この作用については、後で詳細に説明する。
【００４０】
分周回路５９は、カウンタ５７のカウント値を受けて、必要な検出タイミングで、同期検波器５１、５２に、検出タイミング信号を入力する。
同期検波回路５１は、分周回路５９のタイミングで、正弦波コイルＳから入力された検出信号を読み出し、つまり、同期検波し、積分回路５３に送る。積分回路５３は、同期検波器５１の出力を平滑化する。積分回路５３の出力は、演算機６０に送られる。
ここで、同期検波及び積分を行っている理由は、本実施の形態では、５００ｋＨｚの搬送波を振幅変調して、７．８１２５ｋＨｚの信号波としているので、検出信号には搬送波の周波数成分が含まれる。検出信号から搬送波の周波数成分を諸居するため、同期検波及び積分を行っているのである。
【００４１】
同様に、余弦波用の同期検波回路５２は、分周回路５９のタイミングで、余弦波コイルＣから入力された検出信号を読み出し、つまり、同期検波して、積分回路５４に送る。積分回路５４は、同期検波器５１の出力を平滑化する。積分回路５４の機能は、積分回路５３と同じである。積分回路５４の出力は、演算機６０に送られる。
演算機６０は、積分回路５３から入力した正弦波コイルＳの積分回路出力と、積分回路５４から入力した余弦波コイルＣの積分回路出力との比を求め、その比を角度データ６１として、出力する。振幅式レゾルバでは、ある瞬間の電気角における、正弦波コイルＳの積分回路出力と、余弦波コイルＣの積分回路出力との比は、電気角と一義的に対応しているため、その比を角度データとして得れば、現在のレゾルバロータ１２の角度を測定することができる。
【００４２】
次に、励磁コイルＦ、レゾルバロータ１２、正弦波コイルＳ、及び余弦波コイルＣの作用を説明する。
図１４（ａ）に、ある時間におけるレゾルバステータ１３（ステータベース平板３０、励磁コイルＦ、正弦波コイルＳ、余弦波コイルＣ）と、レゾルバロータ１２（切欠部１２ｂ、非磁性導電体部１２ａ）の位置関係を示す。実際は、円形状のグラフとなるのであるが、見やすいように直線上のグラフとしている。
横軸にとった電気角は３６０度（２Ｘコイルなので機械角は１８０度）である。レゾルバステータ１３は、ステータベース平板３０の上に、励磁コイルＦ、正弦波コイルＳ、及び余弦波コイルＣが形成されている。レゾルバロータ１２は、２箇所に、各々電気角で１８０度分（２Ｘコイルなので機械角は９０度）の範囲に切欠部１２ｂと非磁性導電体部１２ａが交互に形成されている。
【００４３】
図１２に、図１４（ａ）のうち、レゾルバロータ１２の切欠部１２ｂがある部分における断面を示す。
励磁コイルＦに、Ｄ／Ａコンバータ５８から、５００ｋＨｚの搬送波により、振幅変調された７．８１２５ｋＨｚの信号波が入力すると、その電流値に応じて、正方向（励磁コイルで発生する磁束の方向を言う。）の磁束ＩＡが発生する。磁束ＩＡの発生により、正弦波コイルＳ及び余弦波コイルＣに誘起電圧が発生する。
【００４４】
一方、図１３は、レゾルバロータ１２の非磁性導電体部１２ａ部分における断面を示している。
レゾルバロータ１２では、非磁性導電体部１２ａが、正弦波コイルＳと余弦波コイルＣに対向している。励磁コイルＦに、Ｄ／Ａコンバータ５８から、５００ｋＨｚの搬送波により、振幅変調された７．８１２５ｋＨｚの信号波が入力すると、その電流値に応じて、正方向（励磁コイルで発生する磁束の方向を言う。）の磁束ＩＡが発生する。
しかし、非磁性体金属である非磁性導電体部１２ａに磁束ＩＡが入ると、非磁性導電体部１２ａの表面に渦電流が発生する。そして、発生した渦電流により、負方向（励磁信号で発生する磁束の方向に対して逆方向を言う。）の磁束ＩＢが発生する。この磁束ＩＢにより、励磁コイルＦで発生した正方向の磁束ＩＡが打ち消されるため、全体としての磁束は、図１２の場合と比較して、ほとんど無くなってしまう。
したがって、図１４（ａ）の状態では、切欠部１２ｂと重なる領域（電気角１６０度から３４０度まで）のみ磁束ＩＡが発生するとみなすことができる。
【００４５】
正弦波コイルＳにおいては、図６に示すように、正弦波コイルＳ１〜Ｓ１２で各々誘起電圧が発生する。したがって、正弦波コイルＳに発生する誘起電圧は、各誘起電圧が積分されたものであり、図１４（ａ）に示す誘起電圧Ｓ´となる。
同様に、余弦波コイルＣにおいては、図７に示すように、余弦波コイルＣ１〜Ｃ１２で各々誘起電圧が発生する。したがって、正弦波コイルＣに発生する誘起電圧は、各誘起電圧が積分されたものであり、図１４（ａ）に示す誘起電圧Ｃ´となる。
【００４６】
図１４（ｂ）に、磁束ＩＡにより、正弦波コイルＳで発生する誘起電圧（検出電圧）ＭＡ、余弦波コイルＣで発生する誘起電圧（検出電圧）ＭＢを示す。
図１４（ｃ）に、（ａ）の波形Ｓ´のみを取り出して表す。電気角１６０度から１８０度までの範囲では、ＭＳＡ１で示す面積のプラスの誘起電圧（＋ＭＳＡ１）が発生し、電気角１８０度から３４０度までの範囲では、ＭＳＡ２で示すマイナスの誘起電圧（−ＭＳＡ２）が発生する。したがって、正弦波コイルＳで発生する誘起電圧ＭＡ＝＋ＭＳＡ１−ＭＳＡ２である。これを図１４（ｂ）に示す。
【００４７】
一方、図１４（ｄ）に、（ａ）の波形Ｃ´のみを取り出して表す。電気角１６０度から２７０度までの範囲では、ＭＳＢ１で示す面積のマイナスの誘起電圧（−ＭＳＢ１）が発生し、電気角２７０度から３４０度までの範囲では、ＭＳＢ２で示すプラスの誘起電圧（＋ＭＳＢ２）が発生する。したがって、余弦波コイルＣで発生する誘起電圧の総量ＭＢ＝＋ＭＳＢ２−ＭＳＢ１である。これを図１４（ｂ）に示す。図１０（ｂ）に示す誘起電圧ＭＡ、誘起電圧ＭＢは、電圧計で計測される実際の計測値である。
次に、正弦波コイルＳで発生する誘起電圧ＭＡについて、積分回路５３により高周波成分をなまして、ＭＡＡを求める。また、余弦波コイルＣで発生する誘起電圧ＭＢについて、積分回路５４により高周波成分をなまして、ＭＢＢを求める。
上記では、磁束ＩＡの発生により、正弦波コイルＳ及び余弦波コイルＣに誘起電圧ＭＡ、ＭＢが発生することを説明したが、励磁コイルＦに入力される励磁信号の位相に応じて、磁束ＩＡの向き及び大きさは周期的に変化する。これにより、正弦波コイルＳ及び余弦波コイルＣに発生する誘起電圧（検出信号）も周期的に変動する。ここで、同期検波器５１、５２及び積分回路５３、５４にて、検出信号に含まれる上記周波数成分のうち、搬送波の成分を除去し、平滑化する。そして、演算気６０が積分回路５３と積分回路５４の書く出力の比（誘起電圧の比  ＭＡ／ＭＢに等しい）を算出する。この比により、レゾルバステータ１３に対するレゾルバロータ１２の角度変位を求めることができる。演算器６０は、上記比を角度データ６１として出力する。
【００４８】
レゾルバロータ１２が回転したときのレゾルバ１１の作用を図１５に示す。図１５のグラフは、横軸が電気角（−９０度〜３６０度）と機械角（−４５度〜１８０度）であり、縦軸が、所定の方向の磁束ＩＡが発生したときの正弦波コイルＳ及び余弦波コイルＣの出力値である。本実施の形態のレゾルバ１１は、２Ｘのものなので、電気角は機械角の２倍となっている。ＳＡが正弦波コイルＳの出力カーブであり、ＳＢが余弦波コイルＣの出力カーブである。
図１６（ａ）に、ロータ角度Ｔ１における、正弦波コイルＳと非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）との位置関係を示し、（ｂ）に余弦波コイルＣと非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）との位置関係を示す。
ロータ角度Ｔ１においては、正弦波コイルＳの２４個の正弦波コイルＳ１〜Ｓ２４のうち、Ｓ２２〜Ｓ３、Ｓ１０〜Ｓ１５の全ての領域が、レゾルバロータ１２の切欠部１２ｂに対向している。そして、Ｓ４〜Ｓ９、Ｓ１６〜Ｓ２１の全ての領域が、非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）に対向している。
【００４９】
励磁コイルＦにより発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、正弦波コイルＳ１〜Ｓ３と正弦波コイルＳ１０〜Ｓ１２では、絶対値の等しい逆向きの誘起電圧が発生する。同様に、正弦波コイルＳ１３〜Ｓ１５と正弦波コイルＳ２２〜Ｓ２４では、絶対値の等しい逆向きの誘起電圧が発生する。
一方、非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、正弦波コイルＳ４〜Ｓ９、及びＳ１６〜Ｓ２１に誘起電圧が発生しない。そのため、正弦波コイルＳで発生する誘起電圧はゼロ（ＳＡＴ１）となる。
本実施の形態では、正弦波コイルＳの誘起電圧値を得るために、図３に示す同期検波器５１及び積分回路５３により、誘起電圧の搬送波成分を除去し、信号を平滑化している。
【００５０】
一方、ロータ角度Ｔ１においては、余弦波コイルＣの２４個の余弦波コイルＣ１〜Ｃ２４のうち、Ｃ２２〜Ｃ３、及びＣ１０〜Ｃ１５の全ての領域が、レゾルバロータ１２の切欠部１２ｂ（１２ｂＡ、１２ｂＢ）に対向している。そして、Ｃ４〜Ｃ９、及びＣ１６〜Ｃ２１の全ての領域が、非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）に対向している。
励磁コイルＦにより発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、正弦波コイルＣ２２〜Ｃ３では、最大の誘起電圧が発生する。同様に、余弦波コイルＣ１０〜Ｃ１５では、最大の誘起電圧が発生する。
一方、非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、余弦波コイルＣ４〜Ｃ９、及びＣ１６〜Ｃ２２では、誘起電圧は発生しない。そのため、余弦波コイルＣで発生する誘起電圧は最大（ＳＢＴ１）となる。
本実施の形態では、余弦波コイルＣの誘起電圧値を得るために、図４に示す同期検波器５２及び積分回路５４により、誘起電圧の搬送波成分を除去し、信号を平滑化している。
【００５１】
図１７（ａ）に、ロータ角度Ｔ２における、正弦波コイルＳと非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）との位置関係を示し、（ｂ）に余弦波コイルＣと非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）との位置関係を示す。ロータ角度Ｔ１から図１７に示す矢印Ｐの方向に図示しないレゾルバロータ１２が電気角で２４０度（機械角で１２０度）回転した状態である。
ロータ角度Ｔ２においては、正弦波コイルＳの２４個の正弦波コイルＳ１〜Ｓ２４のうち、Ｓ６〜Ｓ１１、及びＳ１８〜Ｓ２３の全ての領域が、レゾルバロータ１２の切欠部１２ｂに対向している。そして、Ｓ１２〜Ｓ１７、及びＳ２４〜Ｓ５の全ての領域が、非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）に対向している。
励磁コイルＦにより発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、正弦波コイルＳ６〜Ｓ１１と正弦波コイルＳ１８〜Ｓ２３では、逆向きの誘起電圧が発生する。
一方、非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、正弦波コイルＳに誘起電圧が発生しない。そのため、正弦波コイルＳの出力値は、それらの演算値（ＳＡＴ２）となる。
【００５２】
ロータ角度Ｔ２においては、余弦波コイルＣの２４個の余弦波コイルＣ１〜Ｃ２４のうち、Ｃ６〜Ｃ１１、及びＣ１８〜Ｃ２３の全ての領域が、レゾルバロータ１２の切欠部１２ｂに対向している。そして、Ｃ１２〜Ｃ１７、及びＣ２４〜Ｃ５の全ての領域が、非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）に対向している。
励磁コイルＦにより発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、余弦波コイルＣ６〜Ｃ１１と余弦波コイルＣ１８〜Ｃ２３では、逆向きの誘起電圧が発生する。
一方、非磁性導電体部１２ａ（１２ａＡ、１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、余弦波コイルＣに誘起電圧が発生しない。そのため、余弦波コイルＣの出力値は、それらの演算値（ＳＢＴ２）となる。
【００５３】
ロータ角度Ｔ１において、演算機６０が、正弦波コイルＳに発生した誘起電圧の積分値ＳＡＴ１、及び余弦波コイルＣで発生した誘起電圧の積分値ＳＢＴ１の比（ＳＡＴ１／ＳＢＴ１）を算出する。ＳＡＴ１／ＳＢＴ１より、ロータ角度Ｔ１におけるレゾルバステータ１３に対するレゾルバロータ１２の角度変位を求めることができる。
演算機６０は、ＳＡＴ１／ＳＢＴ１を角度データ６１として、出力する。
同様に、ロータ角度Ｔ２において、演算機６０が、正弦波コイルＳに発生した誘起電圧の積分値ＳＡＴ２、及び余弦波コイルＣで発生した誘起電圧の積分値ＳＢＴ２の比（ＳＡＴ２／ＳＢＴ２）を算出する。ＳＡＴ２／ＳＢＴ２より、ロータ角度Ｔ２におけるレゾルバステータ１３に対するレゾルバロータ１２の角度変位を求めることができる。
演算機６０は、ＳＡＴ２／ＳＢＴ２を角度データ６１として、出力する。
【００５４】
図１８に、本実施例のレゾルバ１１の実験データを示す。横軸に、本実施例のレゾルバ１１と、比較例のレゾルバをとり、縦軸に、出力電圧とＳ／Ｎ比をとっている。比較例のレゾルバは、レゾルバロータとして、磁性導電体材料を用いて、レゾルバ１１と同じ切欠部を形成したものである。
本実施例のレゾルバ１１では、出力電圧Ａ１が２５０ｍＶ、ノイズＡ２が４．５ｍＶであり、Ｓ／Ｎ比Ａ３は、約５５である。比較例のレゾルバでは、出力電圧Ｂ１が１５０ｍＶ、ノイズＢ２が１９ｍＶであり、Ｓ／Ｎ比Ｂ３は、約８である。
上記実験により、レゾルバロータとして磁性導電性材料を用いた比較例のレゾルバにおいても、回転角センサとして実用可能であることが確認でき、同時に、レゾルバロータとして、非磁性導電体材料を用いたレゾルバ１１では、Ｓ／Ｎ比が非常に高く、回転角センサとして優れた特性を有することが確認できた。
【００５５】
図８に、図５で示した正弦波コイルＳと余弦波コイルＣの巻回方法の第１変形例を示す。図８には、正弦波コイルＳを示す。
第１凸部Ｂ１、第２凸部Ｂ２、第３凸部Ｂ３、第４凸部Ｂ４、第５凸部Ｂ５、第６凸部Ｂ６を全て回って、３巻の導線ＳＡ１が巻回されている。第２凸部Ｂ２、第３凸部Ｂ３、第４凸部Ｂ４、第５凸部Ｂ５を回って、５巻の導線ＳＡ２が巻回されている。第３凸部Ｂ３と第４凸部Ｂ４を回って、３巻の導線ＳＡ３が巻回されている。
これにより、第１凸部Ｂ１を巻回する導線の巻き数は３巻であり、第２凸部Ｂ２を巻回する導線の巻き数は８巻であり、第３凸部Ｂ３を巻回する導線の巻き数は１１巻であり、第４凸部Ｂ４を巻回する導線の巻き数は１１巻であり、第５凸部Ｂ５を巻回する導線の巻き数は８巻であり、第６凸部Ｂ６を巻回する導線の巻き数は６巻である。
【００５６】
図９に、図５で示した正弦波コイルＳと余弦波コイルＣの巻回方法の第２変形例を示す。図９には、正弦波コイルＳを示す。
第１凸部Ｂ１、第２凸部Ｂ２、第３凸部Ｂ３を回って、３巻の導線ＳＢ１が巻回されている。第４凸部Ｂ４、第５凸部Ｂ５、第６凸部Ｂ６を回って、３巻の導線ＳＢ２が巻回されている。第２凸部Ｂ２と第３凸部Ｂ３を回って、５巻の導線ＳＢ３が巻回されている。第４凸部Ｂ４と第５凸部Ｂ５を回って、５巻の導線ＳＢ４が巻回されている。第３凸部Ｂ３には、３巻の導線ＳＢ５が巻回されている。第４凸部Ｂ４には、３巻の導線ＳＢ６が巻回されている。
これにより、第１凸部Ｂ１を巻回する導線の巻き数は３巻であり、第２凸部Ｂ２を巻回する導線の巻き数は８巻であり、第３凸部Ｂ３を巻回する導線の巻き数は１１巻であり、第４凸部Ｂ４を巻回する導線の巻き数は１１巻であり、第５凸部Ｂ５を巻回する導線の巻き数は８巻であり、第６凸部Ｂ６を巻回する導線の巻き数は６巻である。
【００５７】
図１０に、図５で示した正弦波コイルＳと余弦波コイルＣの巻回方法の第１変形例を示す。図１０には、正弦波コイルＳを示す。
第１凸部Ｂ１と第２凸部Ｂ２を回って、３巻の導線ＳＣ１が巻回されている。第３凸部Ｂ３と第４凸部Ｂ４を回って、３巻の導線ＳＣ２が巻回されている。第５凸部Ｂ５、第６凸部Ｂ６を回って、３巻の導線ＳＣ３が巻回されている。
第２凸部Ｂ２と第３凸部Ｂ３を回って、５巻の導線ＳＣ４が巻回されている。第４凸部Ｂ４と第５凸部Ｂ５を回って、５巻の導線ＳＣ５が巻回されている。第３凸部Ｂ３と第４凸部Ｂ４を回って、３巻の導線ＳＣ６が巻回されている。
これにより、第１凸部Ｂ１を巻回する導線の巻き数は３巻であり、第２凸部Ｂ２を巻回する導線の巻き数は８巻であり、第３凸部Ｂ３を巻回する導線の巻き数は１１巻であり、第４凸部Ｂ４を巻回する導線の巻き数は１１巻であり、第５凸部Ｂ５を巻回する導線の巻き数は８巻であり、第６凸部Ｂ６を巻回する導線の巻き数は６巻である。
【００５８】
図１１に、レゾルバロータ１２の変形例を示す。図１１のレゾルバロータ１２は、図２に示す切欠部１２ｂの代わりに、非磁性金属であるＳＵＳ３０５の表面に、磁性体粉末を塗布乾燥させて磁性体部１２ｄＡ、１２ｄＢを形成している。これにより、非磁性金属部１２ｃＡ、１２ｃＢと磁性体部１２ｄＡ、１２ｄＢとが、９０度ずつ交互に形成されている。
磁性体部１２ｄＡ、１２ｄＢの作用は、切欠部１２ｂＡ、１２ｂＢと同じなので、詳細な説明を割愛する。
【００５９】
以上詳細に説明したように、本実施例のレゾルバ１１によれば、励磁信号が入力される励磁コイルＦと検出信号を出力する検出コイル（正弦波コイルＳと余弦波コイルＣ）とを備えるレゾルバステータ１３と、レゾルバステータ１３に対向した位置にあって回転するレゾルバロータ１２と、を有する回転角センサであって、レゾルバロータ１２が平板状のロータ平板であること、レゾルバステータ１３は、ステータ平板Ｅと、ステータ平板Ｅ上に周方向に一定間隔で形成された複数の凸部Ｂを有すること、ステータ平板Ｅの外周部に、励磁用導線が巻回されて励磁コイルＦが形成されていること、凸部Ｂに順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する正弦波コイルＳが、凸部Ｂに形成されていること、凸部Ｂに順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する余弦波コイルＣが、凸部Ｂに形成されていること、を特徴とするので、ロータ平板上に凹凸を形成せずに、検出コイル全体として、適切な検出信号を得ることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
特許文献２の技術と比較して、ロータリィトランスを必要としないため、Ｓ／Ｎ比を高くできる。特許文献２の技術では、Ｓ／Ｎ比が４程度であったのを、本実施の形態では、Ｓ／Ｎ比を５０以上とすることができた。
【００６０】
すなわち、特許文献１のようなＶＲ型レゾルバにおいては、全周で同時に信号を得るために、全周において、レゾルバロータとレゾルバステータとの間のギャップを周期的に変化させる必要があった。しかし、本実施例では、検出コイルＳ、Ｃの巻線位置自体を、同じ方向を向いた一定量の磁束が作用したときに、磁束通過する範囲の変化により、正弦波コイルＳの出力信号が正弦波状に変化し、かつ余弦波コイルＣの出力信号が余弦波状に変化するため、レゾルバロータ１２とレゾルバステータ１３との間のギャップが一定であっても、正弦波コイルＳ及び余弦波コイルＣで発生する電流が打ち消しあうことがないため、レゾルバロータ１２の表面に凹凸を形成する必要がない。
【００６１】
また、ロータ平板が非磁性導電体で形成されていること、ロータ平板に、所定の周期で切欠部１２ｂＡ、１２ｂＢが形成されていること、を特徴とするので、直径方向の寸法を小さくすることができる。また、ロータ平板上に凹凸を形成する必要がないため、コストを低減することができる。
励磁コイルＦ、及び検出用コイル（正弦波コイルＳと余弦波コイルＣ）が、ロータの切欠部１２ｂＡ、１２ｂＢに対向しているときには、検出用コイルＳ、Ｃに誘起電圧が発生するが、励磁コイルＦ・検出用コイルＳ、Ｃが、ロータの非磁性導電体部１２ａＡ、１２ａＢに対向しているときには、検出用コイルＳ、Ｃに誘起電圧ほとんど発生しないため、検出用コイルＳ、Ｃで発生する誘起電圧値により、回転角度を検出することができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００６２】
すなわち、励磁コイルに励磁信号（正弦波信号）が入力されると、励磁コイルで正方向の所定量の磁束が発生する。本出願では、励磁コイルに正弦波信号が入力されたときに励磁コイルＦで発生する磁束ＩＡの方向を、正方向とする。
励磁コイルＦ・検出用コイルＳ、Ｃに対して切欠部１２ｂＡ、１２ｂＢが対向している位置においては、励磁コイルＦで発生する磁束ＩＡが検出コイルＳ、Ｃを通過して、検出コイルＳ、Ｃで誘導電圧が発生する。
一方、ロータの非磁性導電体部１２ａＡ、１２ａＢが対向している検出用コイルＳ、Ｃでは、検出電圧は流はほとんど発生しない。その理由は、励磁コイルＦで発生した磁束ＩＡにより非磁性導電体部１２ａＡ、１２ａＢでは、表面に渦電流が発生する。そして、発生した渦電流により、負方向（正方向と逆方向）の磁束ＩＢが発生する。励磁コイルで発生した正方向の磁束ＩＡと、渦電流により発生した負方向の磁束ＩＢとが打ち消しあうため、検出コイルＳ、Ｃに誘起電圧が発生しないのである。
【００６３】
また、本実施の形態では、５００ｋＨｚの搬送波を振幅変調して、７．８１２５ｋＨｚの信号波を作成し、その信号波により角度検出を行っており、搬送波による誘起電流値を積分しているので、モータノイズ（１０ｋＨｚ付近が多い）の影響を、搬送波が受けにくいため、Ｓ／Ｎ比を高くできる。
また、５００ｋＨｚの高周波を使用しているため、検出コイルの巻き数を少なくでき、平板形状にできるため、特許文献１の技術と比較して、レゾルバの軸心方向の寸法を短くすることができる。
また、本実施の形態では、検出コイルを２Ｘ化（偶数極化）しているため、アキシャル方向のギャップで使用する場合に、軸の傾きにより発生する出力信号の誤差を平準化できる。
【００６４】
本実施例のレゾルバ１１は、５００ｋＨｚという高周波を搬送波として、５００ｋＨｚ／６４＝７．８１２５ｋＨｚの信号波を使用しているため、検出コイルの巻数を７巻きという少ない巻数にすることができている。そして、７巻きと巻数が少ないので、平板上に渦巻状にコイル導線を形成できるため、各導線コイルの位置を、同じ方向を向いた均一な磁束が作用したときに、レゾルバロータ１２の角度に応じて、磁束の通過する範囲を変えることにより、正弦波状あるいは余弦波状の検出信号を出力するように配置できたのである。また、レゾルバステータ１３とレゾルバロータ１２とを、各々平板状に形成し、平行な位置に対向させて配置できたのである。
そして、（Ａ）検出コイル（正弦波コイルＳ、余弦波コイルＣ）の巻線（コイル導線）位置自体を、同じ方向を向いた均一な磁束が作用したときに、レゾルバロータ１２の角度に応じて、磁束の通過する範囲を変えることにより、正弦波状あるいは余弦波状の検出信号を出力するように配置でき、（Ｂ）励磁信号として同じ方向のみの磁束を発生させ、（Ｃ）レゾルバステータ１３の励磁コイルＦと、検出コイル（正弦波コイルＳ、余弦波コイルＣ）と、レゾルバロータ１２とを、対向して配置しているので、レゾルバロータとレゾルバステータとの間のギャップが一定であっても、検出コイル（正弦波コイルＳ、余弦波コイルＣ）で発生する電流が打ち消しあうことがないため、レゾルバロータ１２の表面に凹凸を形成する必要がない。
従来、特許文献１のようなＶＲ型レゾルバでは、レゾルバロータの外周を、正弦波カーブに成形することにコストがかかり問題となっていた。本実施例では、レゾルバロータ１２に正弦波カーブを形成する必要がないため、大きなコストダウンを実現することができた。
【００６５】
次に、参考例を示す。図１９にレゾルバステータ１３を示す。レゾルバステータ１３の構成は、図４に示す、正弦波コイルＳと余弦波コイルＣの構成と同じである。本参考例では、正弦波コイルＳと余弦波コイルＣとで２励磁の励磁コイル（励磁正弦波コイルＦＳと励磁余弦波コイルＦＣ）を構成している。検出用コイルは、レゾルバステータ１３には、形成されていない。レゾルバステータ１３の中心孔近くには、円筒状の凸部ＢＬ１が形成され、凸部ＢＬ１の外周面に導線が巻回され、ロータリィトランスＬ１を形成している。
図１９にレゾルバロータ１２を示す。レゾルバロータ１２の表面には、機械角で９０度毎に４個の凸部ＦＦ１〜ＦＦ４が形成され、各凸部ＦＦ１〜ＦＦ４の外周に、検出用コイルである、検出コイルＫ１〜Ｋ４が同じ方向に同じ巻数で巻回されている。また、中心孔近くには、円筒状の凸部ＢＬ２が形成され、凸部ＢＬ２の外周面に導線が巻回され、ロータリィトランスＬ２を形成している。
【００６６】
このレゾルバロータ１２とレゾルバステータ１３の作用を説明する。励磁正弦波コイルＦＳと励磁余弦波コイルＦＣに励磁電流が流されると、正弦波状の磁束密度を有する磁束と、余弦波状の磁束密度を有する磁束とが発生する。
これらの磁束により、検出コイルＫ１〜Ｋ４においては、回転しているレゾルバロータ１２の回転位置に応じて、所定の誘起電流が発生する。
この誘起電流の大きさを測定することにより、レゾルバロータ１２の位置を測定することができる。
【００６７】
上記参考例によれば、レゾルバステータ１３の、励磁正弦波コイルＦＳと励磁余弦波コイルＦＣとを、巻線コイルで形成することができるため、コストダウンを図ることができる。
すなわち、励磁信号が入力される励磁正弦波コイルＦＳと励磁余弦波コイルＦＣを備えるレゾルバステータ１３と、レゾルバステータ１３に対向した位置にあって回転し、検出信号を出力する検出コイルＫ１〜Ｋ４を備えるレゾルバロータ１２と、を有する回転角センサであって、レゾルバステータ１３は、ステータ平板Ｅと、ステータ平板上Ｅに周方向に一定間隔で形成された複数の凸部Ｂ１〜Ｂ２４を有すること、凸部Ｂ１〜Ｂ２４に順次巻回される巻数が、正弦波状に変化する励磁正弦波コイルＦＳが、凸部Ｂ１〜Ｂ２４に形成されていること、凸部Ｂ１〜Ｂ２４に順次巻回される巻数が、余弦波状に変化する励磁余弦波コイルＦＣが、凸部Ｂ１〜Ｂ２４に形成されていること、を特徴とするので、構造がシンプルであり、多巻化しやすく、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００６８】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することができる。
例えば、本実施の形態では、機械角３６０度を２４個の凸部により構成したが、３６個やそれ以上に分割しても良い。その方がより精度の良い回転角センサを得ることができる。
また、本実施の形態では、振幅式のレゾルバについて説明したが、本発明はレゾルバの構造に関するものであり、位相差式レゾルバに適用することもできる。
また、実施の形態では、レゾルバステータ１３をナイロン製としているが、凸部Ｂ１〜Ｂ２４の中心位置に、磁性金属ＢＢ１〜ＢＢ２４が埋め込んでも良い。ただし、磁性金属としては、ニッケル・亜鉛フェライト等の渦電流の発生しにくいものを使用する必要がある。
【符号の説明】
【００６９】
１１    レゾルバ
１２    レゾルバロータ
１２ａ  非磁性導電体部
１２ｂ  切欠部
１３    レゾルバステータ
Ｓ    正弦波コイル
Ｃ    余弦波コイル
Ｆ    励磁コイル
３０    ステータベース平板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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