(57)【要約】【解決手段】リラクタンス型センサ用の磁束エンハンサシステム及びそれを有する電磁角度センサを提供する。電磁角度センサは、ステータ（２１０）と、回転軸に回転可能にステータに支持されると共にステータから間隙により分離されたロータ（１１５）を有する。ステータは、ロータとの間隙を越えて延びる磁束分布を生成するよう構成された少なくとも１個の磁場発生手段（２２０）を有する。磁場発生手段（２２０）は、ロータの回転により生ずる磁束分布の変化を検出するよう構成される。電磁角度センサは、磁場発生手段の一面に配置されるよう構成された磁束エンハンサ（２３０）を具備する。磁場発生手段は、ロータに対面し、回転軸にほぼ直交する放射方向に沿って間隙を越えて生じた磁束分布を集中させる。
2014531185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（２１０）及びロータを有し、前記ロータは、回転軸に回転可能に前記ステータに支持されると共に前記ステータから間隙により分離され、前記ステータは、前記間隙を越えて延びる磁束分布を生成するよう構成された少なくとも１個の磁場発生手段（２２０）を有し、少なくとも１個の磁場検出手段が、前記ロータの回転により生ずる前記磁束分布の変化を検出するよう構成される電磁角度センサであって、
前記電磁角度センサは、
前記ロータに対面する前記少なくとも１個の磁場発生手段の一面に配置され、前記回転軸にほぼ直交する放射方向に沿って前記間隙を越えて発生した前記磁束分布を集中させるよう構成された磁束エンハンサ（２３０）を具備することを特徴とする電磁角度センサ。
【請求項２】
前記ステータは、前記少なくとも１個の磁場発生手段及び前記磁束エンハンサを配列するために前記放射方向に沿った少なくとも１個の突起（２１５）を具備することを特徴とする請求項１記載の電磁角度センサ。
【請求項３】
前記磁束エンハンサは、前記ロータに対面する前記磁場発生手段の縁（２６）を実質的に覆うように寸法が設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁角度センサ。
【請求項４】
前記少なくとも１個の磁場発生手段は、前記突起に嵌るよう構成された個別ボビンに設けられ、
磁束エンハンサは、前記ボビンの放射方向の変位を回避するよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項記載の電磁角度センサ。
【請求項５】
前記少なくとも１個の磁場発生手段及び前記少なくとも１個の磁場検出手段の双方は、所定の巻線配置に従って同一の前記ボビンに設けられていることを特徴とする請求項４記載の電磁角度センサ。
【請求項６】
前記磁束エンハンサは、前記突起にスナップ係合するよう構成された磁性クリップであることを特徴とする請求項２ないし５のうちいずれか１項記載の電磁角度センサ。
【請求項７】
前記磁束エンハンサは、前記突起に取外し可能にスナップ係合することを可能にするよう構成された開放端（２７０）を有することを特徴とする請求項２ないし６のうちいずれか１項記載の電磁角度センサ。
【請求項８】
前記磁束エンハンサは磁性材料製であることを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項記載の電磁角度センサ。
【請求項９】
前記磁性材料は、アルニコ及びパーマノームのうちの一方であることを特徴とする請求項８記載の電磁角度センサ。
【請求項１０】
前記ロータは、強磁性体材料製のセレーションが形成されたロータ、又は半磁性ロータであることを特徴とする請求項１記載の電磁角度センサ。
【請求項１１】
前記少なくとも１個の磁場発生手段及び前記少なくとも１個の磁場検出手段は、同じ前記突起に設けられ、
前記磁束エンハンサは、前記ロータ、前記磁場発生手段及び前記磁場検出手段の間に配置されていることを特徴とする請求項２ないし１０のうちいずれか１項記載の電磁角度センサ。
【請求項１２】
前記ステータは、前記少なくとも１個の磁場検出手段を配列するための、前記放射方向に沿った第２突起を具備し、
前記電磁角度センサは、前記第２突起に配置されると共に前記磁場検出手段及び前記ロータ間に配置された第２磁束エンハンサをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の電磁角度センサ。
【請求項１３】
複数の磁場発生手段及び複数の磁束エンハンサを具備し、
前記磁束エンハンサの各々は、前記ロータに対面する各磁場発生手段の一面に配置されると共に、前記放射方向に沿って前記磁場発生手段の各々が生じた磁束分布を集中させるよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし１２のうちいずれか１項記載の電磁角度センサ。
【請求項１４】
ステータと、回転軸に回転可能に前記ステータに支持されると共に前記ステータから間隙により分離されたロータとを有し、前記ステータは、前記間隙を越えて延びる磁束分布を生成し、前記ロータの回転により生ずる前記磁束分布の変化を検出するよう構成されたリラクタンス型センサ用の磁束エンハンサシステムであって、
前記ロータに対面する前記ステータの磁場発生手段の一面に配置されると共に、前記回転軸にほぼ直交する放射方向に沿って前記間隙を越えて生じた磁束分布を集中させるよう構成された磁束エンハンサを具備することを特徴とする磁束エンハンサシステム。
【請求項１５】
前記場発生手段は、前記ロータに向かって放射方向に突出する突起に配置された個別ボビンであり、
前記磁束エンハンサは、前記突起にスナップ係合すると共に前記ボビンの放射方向の変位を回避するよう構成された磁性クリップであることを特徴とする請求項１４記載の磁束エンハンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータコイルに対するロータの回転により生ずる磁気抵抗又は起電力の変化の検出に基づき、ロータ部の角速度や角度位置を検出するリラクタンス型センサに関し、より具体的には、ステータ及びロータ間に存在する残留間隙及び暫定磁極間隙による分岐磁束の損失を低減することにより、ステータ及びロータ間の磁束を強化する磁束エンハンサシステム、及びそれを有する電磁角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
レゾルバ及びシンクロレゾルバ等のロータ又はロータシャフトの角度位置や角速度を決定するために用いられるリラクタンス型センサは、当業界で周知である。これらのタイプのセンサは、用途により、異なる形態や設計を採用している。
【０００３】
一般に用いられているタイプは、ステータと、ステータに対して同心軸の周りに回転可能であり、空隙によりステータから分離されたロータとを具備する。ステータは、空隙を越えてロータまで延びる磁束分布を発生させるために励起コイル又は磁極を具備する。空隙内での磁束強度は、励起されたステータに対してロータが回転する際に変化する。磁束の変化は、例えば巻線すなわちコイルを検知することにより検出可能な、計測可能位相制御された電磁力を誘導する。ステータに対する（回転軸を有する）ロータの角度位置は、検出された信号の位相を分析することにより得られる。
【０００４】
このタイプの角度センサの下では、励起コイル及び検知コイルの双方が所定の巻線配置（winding scheme）に従ってステータに巻回されたいわゆる受動リラクタンスレゾルバが含まれる。磁束変化は、例えばステータに対面する表面上の丸い突起又は刻みが設けられた非正規外形を有する軟磁性材料製のロータを用いることにより達成される。ロータが回転すると、空隙の返送及びその後のロータ及び対向するステータ間の磁気抵抗の変化が生ずる。特定の巻線配置により、励起コイル及び検知コイルが異なった影響を受けることができる結果、この変化により誘導される起電力からロータの角度位置が導かれる。
【０００５】
図１は、従来のシンクロレゾルバの分解図である。シンクロレゾルバ１００は、枠（図示せず）等の実装構造物に実装されるよう構成されたフランジ１１０を有する。ロータ本体１２０とロータ本体１２０がしっかりと取り付けられた軸１２５との組立体により形成されるロータ１１５は、ロータシャフト１２５の一側に設けられたスペーサリング１３０、止め輪１３５、ベアリング１４０及びＥクリップ１５０と、反対側に設けられた第２ベアリング１４０とを有して所定位置に保持される。ロータシャフト１２５は原動機（図示せず）と係合する。作動中、フォロワとも称されるロータシャフト１２５は、原動機と共に回転軸Ｚの周りを回転する。内カバー１６０は、ロータ１１５を封止し、高圧であっても侵入する液体の漏出や浸透に対する保護を提供することにより、封止手段として機能する。
【０００６】
シンクロレゾルバ１００は、ロータに生ずる必要がある磁力に依り、Ｎ個の磁極１７５（図示の例ではＮ＝１２）を含む積層により従来から形成されたステータ１７０をさらに具備する。
【０００７】
外カバー１８０は、リラクタンス型センサ１００の性能に影響を与えるかもしれない全ての外部環境要因の影響からの気密シーリングを提供する。
【０００８】
ステータ磁極１７５は、ステータの内周の長さに沿った正規の空間で与えられ、ロータ軸Ｚに向かって放射方向内向側に突出する。磁場を発生する励起コイル又は巻線、及びロータの回転により誘導される電磁力を検出する検知コイルは、磁極１７５（図示せず）上に巻回される。各磁極の巻線は、所定の巻線配置に従って適切に行われる。
【０００９】
巻線数及び巻線配置は、シンクロレゾルバの所望の分解能、検出される角速度の範囲等の具体的用途に依存し、出力起電力がロータシャフトの角度位置に対応する正弦波及び余弦波に分解されるように行われる。ロータの角度位置を検出するための具体的な巻線配置の例は、国際公開第２０１０／１３０５５０号に記載されているので、ここでは詳細に説明しない。
【００１０】
国際公開第２０１０／０４３５８６号は、磁束変動が正規形状のロータの磁気質量の分布により生成される受動リラクタンス型センサの別の例を記述する。いわゆる半磁性ロータは、半分が軟磁性材料製である磁性半体と、別の半分が非磁性材料製である釣り合わせ半体とからなる本体を有する。磁性半体及び釣り合わせ半体は、ロータの回転軸に対して傾斜する平面で結合されるように設計される。磁気質量の分布は、ロータの回転時に磁束の正弦曲線変化が生成されるように設定される。
【００１１】
双方のロータの変動に関し、励起ステータは、空隙を越えてロータまで延びると共にロータ上に分布する磁場を発生する。このため、ロータに作用する磁力は、リラクタンス型センサの角度計測の正確さの決定的要因の一つである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、ロータが相互作用する磁場の励起をステータが発生する際に、ロータ及びステータ間に存在する残留間隙及び暫定磁極間隙のため用いられないかなりの量の磁束がある。特に、生成された磁束の量は、ロータ端部、磁極間隙等の周囲の分岐磁場として失われ、その結果、磁束線の分岐によりロータに作用する有効磁力の損失となる。さらに、自己誘導により、ステータの各磁極の周囲の渦電流を形成してしまうおそれがある。
【００１３】
次に、ロータ表面上の分岐磁場及び隅及び磁極間隙にわたる漏出により磁束の損失に対して補償するシステムがないので、ロータに作動する生成磁束の大きさは制限される。
【００１４】
高密度の磁束を生成するためにステータコイルに大電流を流すが、必要な出力を発生させるためにより多くのエネルギーが消費されるという不利益がある。さらに、ステータコイルのアンペアターンの増加により到達する改善は、分岐磁束の損失に釣り合わせるために他の機構が用いられない場合、取るに足らないかもしれない。
【００１５】
これらの要因は、ロータに作用する有効磁力の損失を招く。このため、ステータの各磁極及びロータ表面の周囲に分岐磁場、渦電流等が形成されるためロータに作用する有効磁力が損失することを低減できる技術に対するニーズがある。
【００１６】
ロータ磁場のステータ磁場との相互作用の結果の磁場ベクトルの分解能を増大することと同様に、ステータの励起に要するエネルギーを最小にするように、発生した磁束を効果的に用いる技術を案出する準備が整った。
【００１７】
本発明は、従来技術の不利益及び欠点を克服し、ステータの各磁極及びロータ表面の周囲の分岐磁場及び渦電流の形成によるステータに発生する磁力の損失を効果的に低減する、電磁角度センサ用の磁束エンハンサシステム、及びそれを有するする電磁角度センサ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】
【００１８】
この目的は、特許請求の範囲の独立請求項により達成される。本発明の利点のある実施形態は、従属請求項に規定される。
【００１９】
本発明によれば、以下のステータ及びロータを有する電磁角度センサが提供される。すなわち、ロータは、回転軸に回転可能にステータに支持されると共にステータから間隙により分離され、ステータは、間隙を越えて延びる磁束分布を生成するよう構成された少なくとも１個の磁場発生手段を有し、少なくとも１個の磁場検出手段は、ロータの回転により生ずる磁束分布の変化を検出するよう構成される。電磁角度センサは、ロータに対面する少なくとも１個の磁場発生手段の一面に配置され、回転軸にほぼ直交する放射方向に沿って間隙を越えて生じた磁束分布を集中させるよう構成された磁束エンハンサを具備する。
【００２０】
また、本発明は、以下のステータ及びロータを有する電磁角度センサ用の磁束エンハンサシステムを提供する。すなわち、ロータは、回転軸に回転可能にステータに支持されると共にステータから間隙により分離され、ステータは、間隙を越えて延びる磁束分布を生成し、ロータの回転により生ずる磁束分布の変化を検出するよう構成される。磁束エンハンサシステムは、ロータに対面するステータの磁場発生手段の一面に配置され、回転軸にほぼ直交する放射方向に沿って間隙を越えて生じた磁束分布を集中させるよう構成された磁束エンハンサを具備する。
【００２１】
ステータの磁極に磁性材料の磁束エンハンサを用いることにより、本発明は、各磁極の周囲に磁束線を順に並べることを可能にする。各磁極における磁束の合計は、発生した磁場及びロータ領域の周囲の集中した磁束の良好な調和という結果となり、ロータに作用する有効磁力を強化する。
【００２２】
添付図面は、本発明の原理を説明する目的のために明細書に組み込まれると共に明細書の一部を形成する。図面は、本発明を図示されたもののみに限定するものとして解釈すべきでなく、本発明がそのようになされ使用されるかを説明する例を記述するものである。
【００２３】
更なる特徴及び利点は、添付図面に例示された本発明の以下のより特定の説明から明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術のシンクロレゾルバの分解図である。
【図２】本発明に係る磁束エンハンサシステムを有する電磁角度センサの分解図である。
【図３】本発明に係る磁束エンハンサシステムと共に実装されるステータの詳細を示す図である。
【図４】本発明に係る電磁角度センサの巻線配置を概略的に示す図である。
【図５】図２に示された組立完了後の電磁角度センサの、ロータの回転軸Ｚに沿った断面図（左側のイメージ）である。セレーションが設けられたロータの正面図は右側のイメージである。
【図６】本発明に係る磁束エンハンサシステム及び半磁性ロータを有する電磁角度センサの回転軸に沿った断面図（左側のイメージ）である。半磁性ロータの正面図は右側のイメージである。
【図７】ステータ磁極での磁力線の分岐による磁力の損失がない理想的な電磁角度センサについて、回転角の関数として検知コイルでの誘導電圧の変動のグラフである。
【図８】丸め誤差を補償するのに役立つ、本発明の磁束エンハンサのないもの（左側のグラフ）及びあるもの（右側のグラフ）の実際の電磁角度センサについて達成した磁極の巻線の丸めによる角度誤差の比較を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成された磁束エンハンサシステム及びそれを有する電磁角度センサの利点のある実施形態を詳細に説明する。
【００２６】
図２は、本発明に係る電磁角度センサの分解図である。
【００２７】
図１を参照して説明された従来技術のシンクロレゾルバ１００と同様に、電磁角度センサ２００は、枠（図示せず）に実装されるフランジ１１０を有する。ロータ本体１２０は、原動機（図示せず）に接続されるロータシャフト１２５に実装された、セレーションが形成されたハブである。ロータ本体１２０及びロータシャフト１２５は、スペーサリング１３０、止め輪１３５、２個のベアリング１４０及びＥクリップ１５０を有して所定位置に保持される。内カバー１６０は、ロータを封止すると共に、110barの高圧であっても（ＳＫＹＤＯＬ(商標)等の）腐食性液体の漏出に対して保護する。
【００２８】
ステータは、複数（又は少なくとも１個）の突起すなわち磁極２１５（図示の実施形態では１２磁極）を含む積層２１０により形成される。
【００２９】
本発明によれば、積層部分の各磁極２１５は、巻線を担持するボビン２２０と、磁束エンハンサとして作用する磁性クリップ２３０とを有して実装される。
【００３０】
しかし、分離したボビン２２０をとして設ける代わりに、励起コイル及び検知コイルがステータ磁極２１５に直接巻回された構成も想像できる。この場合、磁束エンハンサは、各励起巻線や検知巻線をロータに対面する磁極２１５の面２４０で終端するよう配置される。
【００３１】
ボビン２２０は、間隙を越えて延びロータに作用する磁束分布を発生するための磁場発生手段、すなわち励起コイルとして機能する。さらに又は代わりに、ボビン２２０は、ロータの回転により生ずる磁束分布の変化を検出するための磁場検出手段、すなわち検知コイルとして機能する。
【００３２】
ロータが原動機と共に回転すると、ロータの回転による起電力の発生のため、ボビン２２０が励起される。ロータ及びステータは、ロータの相対回転運動により生ずる起電力の変調がロータの角度位置の正弦及び余弦に対応する出力電圧を得るよう分解される（resolved）。発生した信号は、原動機軸の角度位置を得るようプロットすることができる。
【００３３】
本発明の技術は、ロータ上に生じた磁力を集中させるよう、ボビン２２０又は励起コイルにより粗油ずる残留磁束を補償することにある。
【００３４】
ボビン２２０及び各磁極２２１５上の本発明に係る磁性クリップ２３０が実装されたステータの詳細は、図３に概略的に表される。
【００３５】
各ボビン２２０は、ステータ磁極２１５に嵌るよう形状が設定された個別支持部２５０に巻回される。これにより、ステータの放射方向に沿って、すなわちロータの回転軸Ｚに対してほぼ直交する方向に沿ってボビン２２０の縦軸に整列させる。
【００３６】
ステータ磁極２１５上にコイルを直接巻回する代わりにボビン２２０を使用することは、巻線数に関わりなく、狭窄領域に巻線を収容するのに役立ち、各磁極面２４０における磁性クリップ２３０の位置決めを容易にする。
【００３７】
磁性クリップ２３０は、放射方向に沿って間隙を越えて生じた磁束分布を集中させるように、磁極面２４０に、すなわちロータ１２０（図示せず）に対面するボビン２２０の側面に配置される。特に、磁性クリップ２３０は、ロータに対面するボビン２２０の縁２６０をほぼ覆い、ボビンの縁２６０の周辺に沿って少なくとも部分的に延びるように寸法が設定される。この結果、ボビン２２０から発せられる磁束線を集中させることにより、磁極２１５の放射方向に沿った磁束密度を増大させることができる磁性リングを提供する。
【００３８】
好ましくは、磁性クリップ２３０は、磁極面２４０の外形にならって磁極面２４０或いはロータに対面する磁極２１５の端部にスナップ係合するように、及びボビン２２０の放射方向の変位を防止するように寸法が設定された湾曲したループ形状に設計される。次に、磁性クリップ２３０は、ボビン２２０を所定位置に保つための固定手段としても機能する。磁性クリップ２３０は、その柔軟性を増大させるように開放端２７０を有した形状に設定されることが好ましく、必要なら磁性クリップ２３０を容易に除去可能にすることができると同様に、磁極面２４０における所定位置への挿入を容易にする。磁性クリップ２３０及び磁極２１５又は磁極面２４０の端部間の所定距離は、組立の安定性を増大させるために残されてもよい。
【００３９】
磁性クリップ２３０は、アルニコ製又は任意の等価な磁性材料製である。磁性クリップ２３０の厚さは、選択された磁性材料、所望の磁束強化の程度、及び角度センサの特定構成に基づいて選択される。
【００４０】
磁性クリップ２３０は、各磁極面２４０上の全ての分岐磁束を順に並べることにより、各ステータ磁極２１５から発すると共に各ステータ磁極２１５を通過する全ての磁束線を合せることにより、磁束エンハンサとして作用する。このため、分岐磁束の損失を回避することができ、ロータに作用する有効磁力の大きさを強化することができる。
【００４１】
また、磁性クリップ２３０は、自己誘導のため渦電流により生ずる浮遊磁場を吸収するのに役立つ。これにより、磁極面における残留ノイズ及び損失を回避する。一方法において、浮遊磁場を順に並べることにより生成される全磁束を効果的に絞り、浮遊磁場をなくす。
【００４２】
図示の実施形態において、個別ボビン２２０は、ステータの各磁極２１５に嵌る。しかし、１個のみ又は一群の利用可能な磁極２１５がボビンに設けられる他の構成も想像できる。
【００４３】
さらに、ボビン２２０は、同じボビン２２０に相互に結合された、磁場を発生するための励起コイルと、信号回復のための検知コイルとの双方を都合よく具備してもよい。
【００４４】
ボビン２２０間の電気接続部は、予め決定された巻線配置に従う。
【００４５】
図４は、ステータのループに沿ってボビン２２０の巻線を電気接続する配置を示す。
【００４６】
図示された接続配置によれば、磁極１におけるボビン２２０−１の励起巻線４１０は、磁極２における隣接するボビン２２０−２の励起巻線４１５と直列接続される。この結果、励起巻線４１０の端部は、近隣磁極における励起巻線４１５の始端に接続され、この状態が続く。これにより、自己によりステータの周囲のＮ個の磁極（図示の例では１２個の磁極）のループが完成する。同様に、ボビン２２０−１の検知巻線４２０は、磁極２におけるボビン２２０−２の隣接する検知コイル４２５と直列配線される。この隣接する検知コイル自体は、ステータの周囲の他の検知コイルに直列接続される。
【００４７】
角度センサのニーズ及び特定用途に依り、異なる巻線配置が想像できる。例えば、励起コイル及び検知コイルは、特定のセンサ設計に依りステータの異なる磁極２１４上に配列されるように、個別ボビンに設けられる。さらに、励起コイルや検知コイルの数は異なっていてもよい。特に、ステータの各磁極２１５が励起コイルや検知コイルを有するボビン２２０に設けられていない構成も想像できる。
【００４８】
本発明に係る磁束エンハンサシステムは、上述した同じ作動原理に基づき、他の構成のステータやロータを有する他の構成のリラクタンス型レゾルバに都合よく適用できる。
【００４９】
個別ボビン２２０の巻線間の電気接続は、各ボビン２２０の各ワイヤが通過する孔、特定接続配置に従って隣接するボビンを相互に接続するための孔間の電気接続経路の特定設計や、電源供給及び計測デバイスを有する電気接続円盤を用いて行われる。
【００５０】
本発明は、上述したステータに対面する表面にセレーションを有する単一のハブ１２０等の、ロータ本体がステータに対面する非正規形状の外面を有する変形ロータや、図５及び図６にそれぞれ概略的に表された磁性半体１２０ａ及び釣り合わせ半体１２０ｂを有する半磁性ロータを有する変形ロータを有する電磁角度センサに都合よく用いることができる。にもかかわらず、本発明に係る磁束エンハンサシステムは、本明細書に図示されたもの以外の変形ロータやステータ形状に都合よく用いてもよい。
【００５１】
磁性クリップ２３０用の磁性材料としてアルニコ８及びパーマノーム（Permenorm）を用いたロータに作用する磁力のシミュレーション研究が行われた。このシミュレーション研究に用いられる電磁角度センサの他の構成部品の材料は、ステータ積層についてはパーマノーム５０００ Ｈ２であり、軸、フランジ、外カバー及び内カバーについてはステンレス鋼であった。釣り合わせ半体用に選定された材料がステンレス鋼である変形半磁性ロータについても同様の結果が得られた。このシミュレーション研究に用いられたツールは、デザインディスカバリー・バージョン１４であった。
【００５２】
表１は、磁性クリップ２３０用の磁性材料としてアルニコ８を用いた、ＡＷＧ２５番線で1000アンペア回転の想定磁場に対して得られたシミュレーション結果を示す。
【表１】
2014531185.tif 000003
【００５３】
磁極あたりの磁力、総磁力、並びに励起コイルの巻線数及び励起電流により定義される利得は、磁性クリップがない場合と同様に、ロータ及び磁性クリップの異なる相対位置についてシミュレーションが行われた。
【００５４】
相対位置に関し、「平行」の用語は磁場のＳ極を指し、「直交」の用語は磁場のＮ極を指す。
【００５５】
表１及び表２の磁力の負の値は、定量的な影響を有するものではなく、磁束エンハンサクリップが所定位置にない場合の向きと逆向きに沿った磁束ベクトルの整列を指すだけである。
【００５６】
表２は、磁性クリップ用の磁性材料としてパーマノーム５０００ Ｈ２を、電磁角度センサの他の構成部品には表１のシミュレーション結果と同じ材料を用いて得られたシミュレーション結果を示す。表２に見られるように、磁極あたりの磁力、総磁力及び利得について得られた結果は、アルニコ８製の磁性クリップを用いて得られた結果と比較可能である。
【表２】
2014531185.tif 000004
【００５７】
このため、磁性クリップ２３０用の磁性材料の選択は、具体的な用途に依存する。パーマノームは、剛性の他に、延性、一部品としての機械加工性及び製造可能性の観点で、変形アルニコ磁石よりも柔軟性を提供する。このため、パーマノームは、柔軟性が重要な役割を果たす用途では好適な材料である。磁性クリップはステータ磁極上に挿入されることになっているので、パーマノームを用いて容易な組立が可能である。さらに、必要な場合、磁性クリップを容易に取り外すことを可能にする。
【００５８】
典型的なステータ磁極用途に必要な寸法を有する変形アルニコクリップの製造は、パーマノームと比較するとコスト高である。というのは、磁性クリップは、複雑なキャスティング法、焼結法やボンディング法により処理する必要があるからである。これは、（剛性及び脆性が高いため）取扱い技術に関連する製造上の懸念となる。しかし、Ｂ−Ｈ（磁気ヒステリシス）ループ及び磁性特性評価の比較の結果、或る用途ではアルニコが理想的材料であることを示した。
【００５９】
例えば、変形アルニコ磁性クリップは、角度センサへの温度変動が小さい高精度用途には有利であるかもしれない。
【００６０】
ロータに作用する磁束の大きさの結果、並びに表１及び表２に示された磁束エンハンサシステムで得られた利得の比較は、磁束エンハンサシステムとして磁性クリップを使用することはロータに作用する有効力においてかなりの利得になることを示している。さらに、利得はステータコイル上の磁極数に比例するので、各磁極における磁束の損失の減少は、磁束全体の大きさのかなりの利得となる。磁力の利得に対するわずかな磁気ベクトルの一体化の寄与は、ロータ上の力の強化で明確に見られる。これにより、従来技術と同じ出力では、電流消費が低くなり、アンペアターンが低減することになる。ロータ領域の周囲の均一な集中磁束と共にステータ及びロータ間の間隙での連続した滑らかなＮ−Ｓ磁場では、正確さが増大する。
【００６１】
ワイヤの数及び巻線配置は、リラクタンス型シンクロ及びレゾルバにおける精確な角度位置の計測を達成する際に重要な役割を果たす。分岐磁場による磁力やステータ磁極での誘導渦電流の損失がない理想的リラクタンス型レゾルバにおいて、電気的角度の関数として検知コイルでの誘導電圧の変動は、図７に示されたような完全な正弦曲線をたどる。
【００６２】
理想的な場合において、検知コイルで誘導される信号の正弦成分Ｖ（Ｅ−Ｆ）及び余弦成分Ｖ（Ｃ−Ｄ）は入力電圧Ｖ（Ａ−Ｂ）に依存し、変換比ＴＲ及び計測角度φは以下の式に従う。
【数１】
2014531185.tif 000005
【数２】
2014531185.tif 000006
【００６３】
しかし、理想的なレゾルバ及びシンクロにおいて、各ステータ磁極の丸めたワイヤ数は、角度計測の誤差となるおそれがある。これらの丸め誤差は、検知コイルに誘導された波形のピークの損失、並びに正弦波形及び余弦波形の非精確領域に計測曲線がシフトすることになる。
【００６４】
本発明に係る磁束エンハンサシステム技術により、図８に示されるようにこのような誤差の発生を防止又は最小にすることができる。図８は、磁束エンハンサシステムのない実際の電磁角度センサ（左側のグラフ）及び磁束エンハンサシステムを有する実際の電磁角度センサ（右側のグラフ）についての角度誤差（ターン数vs角度位置）の比較を示す。
【００６５】
図８の左側のグラフから見られるように、正弦成分及び余弦成分の最大ピーク８１０及び最小ピーク８２０は、各正弦成分及び各余弦成分の最大値及び最小値が生ずる角度あたりの10°の範囲内でカットオフされる。この範囲に入る２つの角度計測は分解することが不可能である。
【００６６】
対照的に、図８の右側のグラフは、磁束エンハンサの使用によってこの角度誤差の分布を矯正することが可能になる。すなわち、正弦成分及び余弦成分は、それらの最大ピーク値８３０及び最小ピーク値８４０で最早カットオフされない。このため、これらの角度値における角度計測の正確さを著しく向上させることができる。
【００６７】
要約すると、Ｎ個の磁極を有する電磁積層と、角度計測をプロットするためにステータコイルに要する起電力を発生する磁極上の巻線（又はボビン）とからなる最適化されたコイル設計において、励起中の磁力はロータ軸に作用する。ボビンの寸法に設定され、各磁極面に適切に配置された磁性材料製のクリップを使用することにより、各ボビンに発生した分岐磁束を合計することが可能であり、磁場強度の増強、及びロータに作用する磁力の強化という結果になる。
【００６８】
ステータの磁極に磁性クリップを使用することにより、分岐磁束線の実質部分を集め、それらを順に並べ、ロータ間隙に集められた統合エネルギーにそれを集中することが可能になる。これは、励起巻線の所与のアンペアターンに対してより大きな上向きの力を与える。次に、本発明に係る磁束エンハンサシステムは、従来技術を凌駕するいくつもの利点を有する。そのうちいくつかを列挙すると、
・コイルのアンペアターンが減少し、コイルが嵩張らなくなり、銅の使用量及び抵抗値が減り、低コストになる。
・コイルの応力及び温度上昇が低減されるため、コイルの絶縁が最適化され、デバイスの性能が高くなる。
・達成される利得又は増幅により、ステータ巻線による電流消費が小さくなる。
・コアの間隙及び磁束発生が最適化される。
・ロータ及びステータ間の間隙に連続した滑らかなＮ−Ｓ磁場が確保され、角度計測の正確さが向上する。
・ステータコイルの各磁極を通って発せされ各磁極を通過する全磁束線が合計される。
【００６９】
磁束線の合計の結果、磁場が均一化され、ロータ領域の周囲の集中磁束及び（わずかな磁気ベクトルの一体化により）磁場強度の利得の増大という結果になる。また、渦電流により生ずる浮遊磁場を吸収する結果となり、これにより、磁極面における残留ノイズ及び損失が避けられる。これは、デバイスのベアリングに生ずる振動を低減する。
【００７０】
上述の利点を有するシンクロ及び同様のクラスのセンサ用の磁束エンハンサシステムは、アクチュエータ、リレー及び同様の電磁用途等、すなわち航空用途用のセンサにおいて、磁束の損失が重要である用途で都合よく実施され、それらの用途に適合する。
【符号の説明】
【００７１】
１１５    ロータ
２１０    ステータ
２１５    磁極（突起）
２２０    ボビン（磁場発生手段）
２３０    磁性クリップ（磁束エンハンサ）
２６０    縁
２７０    開放端
４１５    励起巻線（磁場発生手段）
４２５    検知コイル（磁場検出手段）
Ｚ        ロータ軸（回転軸）
【図１】
2014531185.tif 000007
【図２】
2014531185.tif 000008
【図３】
2014531185.tif 000009
【図４】
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【図５】
2014531185.tif 000011
【図６】
2014531185.tif 000012
【図７】
2014531185.tif 000013
【図８】
2014531185.tif 000014
【国際調査報告】
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