(57)【要約】【課題】本発明は、各ステータ電極間に回転自在に設けた誘電体ロータとステータ電極間に接続した電流プローブを用い、静電容量の差動検出による薄型で高精度及び高速応答の構成とした差動静電容量式レゾルバを得ることを目的とする。【解決手段】本発明による差動静電容量式レゾルバは、電磁シールド枠(1)の内面(10)に設けたステータ電極(12)間に誘電体ロータ(6)を設けると共に、ステータ電極(12)に接続した１個又は２個の電流プローブ(23)を設け、電流プローブ(23)を介して励磁電圧(Ex)の入力及び差動電圧出力(E0)を得る構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁シールド枠(1)の内面(10,11)に所定角度間隔で、かつ、互いに対向して配設された複数のステータ電極(12)と、前記各ステータ電極(12)間でかつ前記各ステータ電極(12)とは非接触の状態で回転自在に設けられ、前記各ステータ電極(12)の内周縁(12a)がなす円に対して偏芯あるいは半径を回転角度の正弦波状で変化させてなる誘電体ロータ(6)と、前記各ステータ電極(12)に接続された電流プローブ(23)と、を備え、
前記電流プローブ(23)を介して励磁電圧(Ex)を、互いに対向する前記各ステータ電極(12)間に供給し、前記各ステータ電極(12)と誘電体ロータ(6)との結合面積(S0,S180)の変化に比例して各ステータ電極(12)間に流れるステータ電極間差動電流が変化し、前記差動電流の変化を前記電流プローブ(23)により電圧に変換して差動電圧出力(E0)を出力するように構成したことを特徴とする差動静電容量式レゾルバ。
【請求項２】
前記電流プローブ(23)は、１個より構成され、前記電流プローブ(23)から前記差動電圧出力(E0)が出力されることを特徴とする請求項１記載の差動静電容量式レゾルバ。
【請求項３】
前記電流プローブ(23)は、２個より構成され、前記各電流プローブ(23)は互いに直列に接続されて前記差動電圧出力(E0)が出力されることを特徴とする請求項１記載の差動静電容量式レゾルバ。
【請求項４】
前記電流プローブ(23)は、鎖交電流検出方式の磁気リング(20)とコイル(21)とからなることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の差動静電容量式レゾルバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動静電容量式レゾルバに関し、特に、各ステータ電極間に回転自在に設けた誘電体ロータとステータ電極間に接続した電流プローブを用い、静電容量の差動検出による薄型で高精度及び高速応答の構成とするための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種の薄型レゾルバとしては、図５及び図６で示される回転トランスを用いた構成、及び、図７で示される特許文献１のバリアブルリラクタンス型のレゾルバの構成を挙げることができる。
すなわち、図５及び図６で示される従来構成のケーシング内には、レゾルバ部２と回転トランス部３とが軸方向に沿って重合して配設されている。
【０００３】
また、図７において示される他の従来構成のレゾルバ部２は、輪状でレゾルバステータコイル４を有するステータ５と、前記ステータ５内に設けられコイルを有しない輪状のロータ６が回転自在に内設されている。
【０００４】
また、前述の図５、図６及び図７におけるレゾルバの巻線の配線図は図９で示されるように構成され、励磁巻線Ｒ１，Ｒ２は１相よりなり、検出側の出力巻線Ｓ１〜Ｓ４は２相で構成されている。
また、前記各出力巻線Ｓ１〜Ｓ４による出力電圧曲線及び出力電圧方程式は図８で示される。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５９２０１３５号明細書
【非特許文献１】電子技術２００２年３月号５３頁〜５７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の薄型のレゾルバは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図５及び図６に開示された従来構成においては、レゾルバ部と回転トランス部とが軸方向に重合されているため、レゾルバ自体の厚さが厚く（１６ｍｍが最小）なり、より扁平な形状とすることは極めて困難であった。
また、図７の他の従来構成においては、コイルとしてはレゾルバステータコイルのみで済むが、ステータに巻回したレゾルバステータコイルがステータの両面に突出するため、このレゾルバステータコイルの絶縁用の絶縁カバー及びコイルカバー等を必要とし、これらのステータへの装置によって厚さが厚く（１０ｍｍが最小）なり、前述と同様に、扁平状に構成することが極めて困難であった。また、ロータにコイルを有していないため、検出精度には限界があった。
また、従来構成においては、ロータの外周とステータの各磁極の内周とのギャップパーミアンスの変化により回転検出を行うため、回転軸振れが発生すると空隙変動に影響していた。
また、固定子が一体構造であるため、励磁巻線により発生する磁界分布が検出用回転子極の機械的な位置により影響を受けていた。
また、前述の非特許文献１の電子技術に開示された静電型レゾルバは、静電容量変化自体を用いているため、温度等による容量変動が大きく、かつ、信号処理回路も複雑となり、実用化が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による差動静電容量式レゾルバは、電磁シールド枠の内面に所定角度間隔で、かつ、互いに対向して配設された複数のステータ電極と、前記各ステータ電極間でかつ前記各ステータ電極とは非接触の状態で回転自在に設けられ、前記各ステータ電極の内周縁がなす円に対して偏芯あるいは半径を回転角度の正弦波状で変化させてなる誘電体ロータと、前記各ステータ電極に接続された電流プローブと、を備え、前記電流プローブを介して励磁電圧を、互いに対向する前記各ステータ電極間に供給し、前記各ステータ電極と誘電体ロータとの結合面積の変化に比例して各ステータ電極間に流れるステータ電極間差動電流が変化し、前記差動電流の変化を前記電流プローブにより電圧に変換して差動電圧出力を出力するようにした構成であり、また、前記電流プローブは、１個より構成され、前記電流プローブから前記差動電圧出力が出力される構成であり、また、前記電流プローブは、２個より構成され、前記各電流プローブは互いに直列に接続されて前記差動電圧出力が出力される構成であり、また、前記電流プローブは、鎖交電流検出方式の磁気リングとコイルとからなる構成である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による差動静電容量式レゾルバは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、各ステータ電極間に誘電体ロータを設け、電流プローブを介して各ステータ電極間に供給した励磁入力に基づく鎖交電流変化の検出を電流プローブで検出して差動電圧出力を得ているため、薄型であると共に、高精度かつ高速応答の回転検出信号を得ることができる。
また、従来の磁気式検出方式に比べて高周波特性に優れている。
また、鎖交電流検出方式と差動容量検出方式を併用することにより、誤差精度低減を実現することができる。
また、誘電体ロータを偏芯又はその形状を半径方向に沿って回転角度の正弦に沿って変化させることにより、１ＸからｎＸまで検出ができる。
また、鎖交電流検出を電流プローブで実現したことにより、信号処理用の電子回路の簡素化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、各ステータ電極間に回転自在に設けた誘電体ロータとステータ電極間に接続した電流プローブを用い、静電容量の差動検出による薄型で高精度および高速応答の構成とした差動静電容量式レゾルバを提供することを目的とする。
【実施例】
【００１０】
以下、図面と共に本発明による差動静電容量式レゾルバの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を用いて説明する。
図１及び図２において、符号１で示されるものは全体が円（又は四角状）の箱形状をなし電磁シールド材料からなる電磁シールド枠であり、この電磁シールド枠１の互いに対向する内面１０，１１には、一対のステータ電極１２が互いに対向すると共に離間した状態で配設されている。
【００１１】
前記各ステータ電極１２は、平面的にみると、例えば、９０度毎の回転角度位置に配設され、各ステータ電極１２にほぼ扇形をなすと共に、その内周縁１２ａ及び外周縁１２ｂを各々連続して結ぶ線は、図示していないが互いに直径の異なる真円となるように構成されている。
【００１２】
前記各ステータ電極１２間の空隙１３内には、例えば、ポリエチレン等の誘電材料からなる真円状の円板からなる誘電体ロータ６が、軸６Ａを偏芯させた状態で回転自在に設けられ、この誘電体ロータ６が偏芯回転することにより、図１及び図２で示されるように、そのロータ外周縁６ａはステータ電極１２内に出入して変化するように構成され、ステータ電極１２と誘電体ロータ６とが軸方向で重合する結合面積Ｓ０，Ｓ１８０が変化するように構成されている。
尚、前記結合面積Ｓ１８０における静電容量はＣ１８０＝ε・Ｓ１８０／ｄであり、結合面積Ｓ０における静電容量はＣ０＝ε・Ｓ０／ｄ（但し、ｄは各ステータ電極１２間の距離）である。
【００１３】
前記各ステータ電極１２には、励磁を行うための励磁入力（励磁電圧）Ｅｘ及び一対の磁気リング２０とコイル２１とからなる電流プローブ２３が接続されている。
【００１４】
前記各ステータ電極１２に接続される電流プローブ２３は、図１及び図４のように２個用いる場合、図３のように１個用いる場合がある。
まず、図３のように電流プローブ２３が１個の場合、励磁入力（励磁電圧）Ｅｘ（Ｅｘ＝ｓｉｎωｔ）は、電流プローブ２３を経て各ステータ電極１２に供給され、この電流プローブ２３からは差動電圧出力Ｅ０〔Ｅ０＝ｍ・（Ｉ１８０−Ｉ０）〕が出力されるように構成されている。
【００１５】
次に、差動電圧出力Ｅ０を出力する場合について説明する。
まず、図３の１個の電流プローブ２３を用いて鎖交電流検出を行う差動容量検出方式レゾルバの場合、次の数１の（１）式から（６）式で示される。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
ここにＥｘは励磁電圧（励磁入力）、ωは励磁電源の角速度である。
（５），（６）式のω，ε，ｄ，Ｅｘは定数であるからＩ０，Ｉ１８０はＳ０，Ｓ１８０に比例して変化する。
従ってＳ０，Ｓ１８０の差動面積が誘電体ロータ６の回転角度θの正弦関数で変化すればＩ０，Ｉ１８０の差動電流も回転角度θの正弦関数で変化する。
Ｉ０，Ｉ１８０の差動電流を得るために図３，図４のように電流プローブを用いてＩ０，Ｉ１８０の差動電流を電圧に変換して差動出力電圧を得る。
図１ではＩ０，Ｉ１８０を１個の電流プローブに互いに逆位相で挿入しＩ０，Ｉ１８０の差動電流を差動電圧に変換して出力を得ている。
図２ではＩ０，Ｉ１８０をそれぞれ直列に逆位相で接続された２個の電流部ローブを用いて電圧Ｖ０，Ｖ１８０に変換し、差動電圧を得ている。
【００１８】
次に、前述の結合面積Ｓ０，Ｓ１８０が誘電体ロータ６の回転角度θの正弦関数で変化させる場合、次の二方法がある。
まず、前述のように、誘電体ロータ６の回転中心を偏芯させる構成の場合、０°と１８０°の位置に設置されたステータ電極１２と誘電体ロータ６の結合差動面積差は回転角度の正弦波状で変化する。
従って、図１から図４の構成を用いることにより、周知の１Ｘのレゾルバを実現することができる。
【００１９】
また、前述のように、誘電体ロータ６の半径を回転角度の正弦波状で変化させる場合、誘電体ロータ６の半径を回転角度の正弦波状で変化させて、例えば、ハート、クローバ等の非真円の形状とし、レゾルバの０°と１８０°の位置に設けたステータ電極１２を用い、ステータ電極１２の展開角度Ｄｔは次の７式の通りである。
Ｄｔ＝π／ｎ・・・・  (7)
但し、ｎはレゾルバの極数である。
前述の誘電体ロータ６と各ステータ電極１２により、０°と１８０°の位置に設置されたステータ電極１２と誘電体ロータ６の結合差動面積差は回転角度の正弦波状で変化し、１Ｘ〜ｎＸのレゾルバを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による差動静電容量式レゾルバを示す構成図である。
【図２】図１の要部の断面図である。
【図３】１個の電流プローブを用いた場合の構成図である。
【図４】２個の電流プローブを用いた場合の構成図である。
【図５】従来のレゾルバを示す半断面図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】他の従来例を示す断面図である。
【図８】従来のレゾルバの出力電圧曲線及び出力電圧方程式を示す説明図である。
【図９】従来のレゾルバの配線図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    電磁シールド枠
６    誘電体ロータ
６ａ    ロータ外周縁
１０，１１    内面
１２    ステータ電極
１２ａ    内周縁
１２ｂ    外周縁
１３    空隙
２０    磁気リング
２１    コイル
２３    電流プローブ
Ｓ０，Ｓ１８０    結合面積
【図１】
2008051633.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008051633.tif 000008
【図６】
2008051633.tif 000009
【図７】
2008051633.tif 000010
【図８】
2008051633.tif 000011
【図９】
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