(57)【要約】【課題】従来の可変リラクタンス型のレゾルバよりも回転角の検出精度を向上させることができる可変リラクタンス型の回転角検出装置を提供する。【解決手段】磁性材料からなり円周方向に沿って周期的に変化する少なくとも一個の山形部を有するロータと、磁気間隙を残して前記ロータの外周領域の一部を両側から挟み込んだ複数個のステータとを有する。このステータは、上部固定子板および下部固定子板と、これらを連結する巻線磁芯と、この巻線磁芯の外側に巻装された励磁巻線および出力巻線とからなり、前記上部固定子板および前記下部固定子板の先端の対向する内側の面に突起部を形成してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなり円周方向に沿って周期的に変化する少なくとも一個の山形部を有するロータと、磁気間隙を残して前記ロータの外周領域の一部を両側から挟み込んだ複数個のステータと、これらのステータを固定保持する環状の固定子枠とからなり、
前記ステータは、上部固定子板および下部固定子板と、前記上部固定子板および前記下部固定子板を連結する巻線磁芯と、この巻線磁芯の外側に巻装された励磁巻線および出力巻線とからなり、前記上部固定子板および前記下部固定子板の先端の対向する内側の面に突起部を形成したことを特徴とする、可変リラクタンス型の回転角検出装置。
【請求項２】
前記ロータが偏心円盤であることを特徴とする請求項１に記載の可変リラクタンス型の回転角検出装置。
【請求項３】
前記ロータが楕円形の円盤であることを特徴とする請求項１に記載の可変リラクタンス型の回転角検出装置。
【請求項４】
前記ロータがほぼ三角形状の円盤であることを特徴とする請求項１に記載の可変リラクタンス型の回転角検出装置。
【請求項５】
前記ロータがほぼ十字形状の円盤であることを特徴とする請求項１に記載の可変リラクタンス型の回転角検出装置。
【請求項６】
前記固定子枠は、上側固定子枠と下側固定子枠とからなり、前記上側固定子枠および前記下側固定子枠の間に複数個のステータを挟持したことを特徴とする請求項１に記載の可変リラクタンス型の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変リラクタンス型の回転角検出装置に関する。特に周期的に変化する山形部を外周部に備えたロータの外周領域の一部を、磁気間隙を介して複数個の固定子で挟み、検出対象としての回転体の回転角に対応した出力電圧の変化を検出するようにした可変リラクタンス型の回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に回転体の回転軸の回転角度を測定する機器としてレゾルバが知られている。このレゾルバは、ステータとロータとから構成され、回転軸の回転位置によってステータとロータとの間の相互インダクタンスが正弦波状に変化する現象を利用して回転角度を検出するようにした電子機器である。
【０００３】
この種のレゾルバのうち回転体の回転角度に対応して、磁路中に設けたギャップの変動によりトランスの効率が変化することを利用して回転角度を測定するレゾルバとして、可変リラクタンス型レゾルバが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３４９７４９号公報
【０００５】
この従来の可変リラクタンス型レゾルバは、励磁巻線と出力巻線とを固定子に設け、この固定子の内側にロータを回転可能に組み込んでいる。このロータは、固定子との間のギャップパーミアンスが回転角度に対して正弦波状に変化するように、偏心円盤として構成するか、あるいは外周領域に周期的に変化する複数個の山形部を備えている。
【０００６】
この種のレゾルバはロータの側に巻線を設ける必要がないので、構造が簡単になるという利点を備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の可変リラクタンス型のレゾルバにおいては、回転軸の軸振れによって、対向する磁極の検出部の磁路中の空隙の量に変動が生じるため、回転角の検出精度を向上させるのが容易ではないという問題があった。また、ステータ中に設けられた磁路を通る磁束の一部が外部に漏洩してしまうため、これによっても回転角の検出精度を向上させるのが容易ではないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、従来の可変リラクタンス型のレゾルバが有する問題点を解消し、従来の可変リラクタンス型のレゾルバよりも回転角の検出精度を向上させることができる可変リラクタンス型の回転角検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による可変リラクタンス型の回転角検出装置は、磁性材料からなり円周方向に沿って周期的に変化する少なくとも一個の山形部を有するロータと、磁気間隙を残して前記ロータの外周領域の一部を両側から挟み込んだ複数個のステータと、これらのステータを支持する環状の固定子枠とからなり、前記ステータは、矩形状の上部固定子板および下部固定子板と、前記上部固定子板および前記下部固定子板を連結する巻線磁芯と、この巻線磁芯の外側に巻装された励磁巻線および出力巻線とからなり、前記上部固定子板および前記下部固定子板の先端の対向する内側の面に突起部を形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、前記ロータは偏心円盤として構成することができる。
【００１１】
また、本発明の他の実施形態によれば、前記ロータは、円周方向に周期的に変化する少なくとも一個の山形部を備えることができる。この場合、山形部を２個備えたものは、楕円形の円盤であり、山形部を３個備えたものは三角形状の円盤であり、また、山形部を４個備えたものは十字形状の円盤である。
さらに、前記固定子枠は、同形同大の上側固定子枠と下側固定子枠とから構成され、これらの固定子枠の間に複数個のステータが挟持される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上部固定子板および下部固定子板の先端の対向する内面にそれぞれ突起部を形成したので、回転軸の軸振れによっても、対向する磁極の検出部の磁路中の空隙の量に変動が生じなくなるため、回転体の検出精度を向上させることができる。また、ステータ中に設けられた磁路を通る磁束の漏洩を少なくし磁束の集中を図ることができるため、これによっても回転角の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による可変リラクタンス型の回転角検出装置の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明による可変リラクタンス型の回転角検出装置の一実施形態を示した斜視図ある。図２は、下側固定子枠を示した斜視図である。図３は、４個のステータとロータとの配置関係を示した斜視図である。図４は、図１のＡ―Ａ 線に沿って切断して示した縦断面図である。図５は、下部固定子板と励磁巻線とを示した斜視図である。図６は、１つのステータと励磁巻線および出力巻線を示した斜視図である。図７は、巻線磁芯と励磁巻線および出力巻線を示した斜視図である。図８は、図１のＢ―Ｂ 線に沿って切断して示した縦断面図である。図９は、下側固定子枠と４個のステータとの組み立て状態を示した平面図である。
【００１５】
図１において、符号１は複数個のステータを固定保持する環（リング）状の固定子枠を示し、この固定子枠１は上側固定子枠２と下側固定子枠３とから構成されている。これらの上側固定子枠２および下側固定子枠３は、非磁性材料、例えば、ステンレス鋼やプラスチック材料で構成することが好ましい。
【００１６】
上側固定子枠２および下側固定子枠３は、同一形状同一寸法に形成されており、図２はそのうちの下側固定子枠３を示している。図２中には、詳細な構成を後述する４個のステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの一部が仮想線で図示されている。
【００１７】
下側固定子枠３は環状の形態を有し、その内側には、４個の矩形状の凹所５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが円周方向に等間隔をおいて形成されている。すなわち、これらの凹所５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、互いに円周方向に９０度の位相角をおいて配置されている。
なお、上側固定子枠２の構成は、下側固定子枠３の構成と同一であるので説明を省略する。
【００１８】
固定子枠１の内側には、図１から明らかなように、回転中心Ｏを中心として回転可能なロータ６が配置されている。このロータ６は、磁性材料あるいは複数枚の電磁鋼板を積層することによって構成することが好ましい。また、このロータ６は、円周方向に等しい間隔をおいて形成された４個の山形部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを有している。この実施形態における山形部は、円周方向に等間隔を置いて配置されているので位相角は９０度である。しかしながら、これらの山形部は、図示のように、４個に限定されるものではなく、円周方向に周期的に変化するものであれば、任意の数の山形部を備えることができる。
【００１９】
山形部が１個の場合には真円の回転中心を所定量ずらした偏心円盤として構成することができる。また、山形部が２個の場合には楕円形の円盤として構成することができる。
【００２０】
ステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄのそれぞれは、図３〜図９から明らかなように、間隔を置いて平行に配置された上部固定子板８と下部固定子板１０とを有し、これらは平面形状が矩形状に構成されている。上部固定子板８および下部固定子板１０の内側の面上の外周位置には、等しい大きさの直方体状の巻線磁芯１１および１２が一体的に突出して形成されている。上部固定子板８および下部固定子板１０は、互いの巻線磁芯１１および１２を突き合わせるようにしたうえで、複数個のビス１４によって互いに締め付け固定されている。上部固定子板８および下部固定子板１０は、磁性材料あるいは複数枚の電磁鋼板を積層することによって構成することもできるし、あるいは、珪素を含む鋼材を使ってモールド焼結により構成することもできる。
【００２１】
本発明にとって重要なことは、上部固定子板８および下部固定子板１０の先端部の相対向する内側の面にはそれぞれ突起部１５，１６が一体的に形成されていることである。このため、本発明によれば、回転軸の軸振れによっても、対向する磁極の検出部の磁路中の空隙の量に変動が生じなくなるため、回転角の検出精度を向上させることができる。また、ステータ内に形成される磁路を通る磁束が突起部１５および１６に集中して通りやすくなるため磁束の漏洩を少なくすることができ、これによっても、回転角の検出精度を向上させることができる。さらにまた、磁路を通る磁束が突起部１５および１６に集中して通りやすくなるため、出力電圧を高くすることができる。
【００２２】
巻線磁芯１１および巻線磁芯１２の外側には、図７から明らかなように、励磁巻線１７と出力巻線１８とが軸方向に重なり合うようにして巻装されている。励磁巻線１７には、１相の交流電圧が印加される一方、出力巻線１８からは１相の出力電圧が検出される。
【００２３】
ステータを構成する上部固定子板８および下部固定子板１０の突起部１５，１６は、板の先端部を二重に折り曲げて局部的に厚さを２倍にすることにより形成しても良いし、あるいは、固定子板の先端近くにダボを形成しておき、そこに別途用意された同一材料の磁極片をカシメ固定してすることにより形成しても良い。
【００２４】
本発明は上記のように構成されているので、回転軸の軸振れによっても、対向する磁極の検出部の磁路中の空隙の量に変動が生じなくなるため、回転体の検出精度を向上させることができる。また、ステータ中に設けられた磁路を通る磁束の漏洩を少なくし磁束の集中を図ることができるため、これによっても回転角の検出精度を向上させることができる。
【００２５】
なお、上記の実施形態では、例えばステータ４Ａ，４Ｃの出力巻線から取り出した出力信号とステータ４Ｂ，４Ｄの出力巻線から取り出した出力信号が同相である例を説明したが、本発明に係る可変リラクタンス型の回転角検出装置はこれに限定されるものではない。本発明に係る上記の実施形態の第１の変形例における可変リラクタンス型の回転角検出装置は、例えばステータ４Ａ，４Ｃの出力巻線から取り出した出力信号の位相（例えばＳＩＮ相）とステータ４Ｂ，４Ｄの出力巻線から取り出した出力信号の位相（例えばＣＯＳ相）とが異なる出力信号を出力でき、これらの出力信号に対する信号処理によって回転角の検出精度をより一層向上させることができるようになる。
【００２６】
図１０は、本実施形態の第１の変形例における可変リラクタンス型の回転角検出装置を示した斜視図である。図１０において、図１と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２７】
第１の変形例における回転角検出装置が上記の実施形態における回転角検出装置と異なる点は、ロータである。即ち、上記の実施形態における回転角検出装置ではロータ６が円周方向に等しい間隔をおいて形成された４個の山形部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを有していたが、第１の変形例における回転角検出装置ではロータ１０６が平面視において真円であり回転軸が回転中心Ｏからシフトした位置にある回転中心Ｏ´を中心として回転可能に設けられている（図１０参照。）。このロータ１０６もまた、ロータ６と同様に、磁性材料あるいは複数枚の電磁鋼板を積層することによって構成されることが好ましい。
【００２８】
このような構成を有する第１の変形例における回転角検出装置では、平面視において、ステータ４Ａがロータ１０６と重なる面積が大きくなると、ステータ４Ａと対をなすステータ４Ｃがロータ１０６と重なる面積が小さくなる。同様に、平面視において、ステータ４Ａがロータ１０６と重なる面積が小さくなると、ステータ４Ｃがロータ１０６と重なる面積が大きくなる。
【００２９】
更に、平面視において、ステータ４Ｂがロータ１０６と重なる面積が大きくなると、ステータ４Ｂと対をなすステータ４Ｄがロータ１０６と重なる面積が小さくなる。同様に、平面視において、ステータ４Ｂがロータ１０６と重なる面積が小さくなると、ステータ４Ｄがロータ１０６と重なる面積が大きくなる。
【００３０】
従って、回転中心Ｏ´を中心とするロータ１０６の回転により、ステータ４Ａ，４Ｃの出力巻線間の電圧と、ステータ４Ｂ，４Ｄの出力巻線間の電圧とがそれぞれ大きくなり、各相について出力信号の差分増幅等の信号処理を行うことで、ロータ１０６の回転角度に応じた出力信号を精度良く検出できるようになる。
【００３１】
更に、第１の変形例においても、上記の実施形態と同様に、上部固定子板８および下部固定子板１０の先端部の相対向する内側の面にはそれぞれ突起部１５，１６が一体的に形成されている。このため、第１の変形例によれば、回転軸の軸振れによっても、対向する磁極の検出部の磁路中の空隙の量に変動が生じなくなるため、回転角の検出精度を向上させることができる。また、ステータ内に形成される磁路を通る磁束が突起部１５および１６に集中して通りやすくなるため磁束の漏洩を少なくすることができ、これによっても、回転角の検出精度を向上させることができる。さらにまた、磁路を通る磁束が突起部１５および１６に集中して通りやすくなるため、出力電圧を高くすることができる。
【００３２】
なお、上記の実施形態及び第１の変形例では、円周方向に等間隔に４個のステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが配置される例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る上記の実施形態の第２の変形例における可変リラクタンス型の回転角検出装置は、例えばステータ４Ａ，４Ｃの出力巻線から取り出した出力信号の位相（例えばＳＩＮ相）とステータ４Ｂ，４Ｄの出力巻線から取り出した出力信号の位相（例えばＣＯＳ相）とが異なる出力信号を出力でき、これらの出力信号に対する信号処理によって回転角の検出精度をより一層向上させることができるようになる。
【００３３】
図１１は、本実施形態の第２の変形例における可変リラクタンス型の回転角検出装置を示した斜視図である。図１２は、第２の変形例における下側固定子枠を示した斜視図である。図１３は、第２の変形例における４個のステータとロータとの配置関係を示した斜視図である。図１４は、第２の変形例における下側固定子枠と４個のステータとの組み立て状態を示した平面図である。図１５は、第２の変形例におけるロータ６の回転角度と出力信号との関係を示した説明図である。図１１〜図１４において、図１〜図３、図９と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３４】
第２の変形例における回転角検出装置が上記の実施形態における回転角検出装置と異なる点は、４個のステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの位置関係である。即ち、上記の実施形態における回転角検出装置では４個のステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが互いに円周方向に９０度の配置角度をおいて等間隔に配置されている（図１参照。）のに対し、第２の変形例における回転角検出装置ではステータ４Ｃ、４Ｄが円周方向（時計回り）にθ（０＜θ＜９０）度の配置角度、ステータ４Ｄ、４Ａが円周方向（時計回り）にθ度の配置角度、ステータ４Ａ，４Ｂが円周方向（時計回り）にθ度の配置角度をそれぞれおいて配置されている（図１１参照。）。
【００３５】
より具体的には、第２の変形例における回転角検出装置は、複数個のステータを固定保持する環（リング）状の固定子枠２０１を有し、この固定子枠２０１は上側固定子枠２０２と下側固定子枠２０３とから構成されている。そして、図１２に示すように、下側固定子枠２０３は環状の形態を有し、その内側には、４個の矩形状の凹所２０５Ｃ，２０５Ｄが円周方向（時計回り）にθ度の配置角度、凹所２０５Ｄ，２０５Ａが円周方向（時計回り）にθ度の配置角度、凹所２０５Ａ，２０５Ｂが円周方向（時計回り）にθ度の配置角度をおいて形成されている。上側固定子枠２０２および下側固定子枠２０３は、同一形状同一寸法に形成されており上側固定子枠２０２の構成は、下側固定子枠２０３の構成と同一であるので説明を省略する。
【００３６】
固定子枠２０１の内側には、図１１に示すように、回転中心Ｏを中心として回転可能なロータ６が配置されている。このロータ６は、円周方向に等しい間隔をおいて形成された４個の山形部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを有している。この実施形態における山形部は、円周方向に等間隔を置いて配置されているので位相角は９０度である。
【００３７】
しかしながら、これらの山形部は、図示のように、４個に限定されるものではなく、円周方向に周期的に変化するものであれば、任意の数の山形部を備えることができる。この場合、山形部の数に対応した配置角度をおいてステータが配置される。
【００３８】
このような構成を有する第２の変形例における回転角検出装置では、平面視において、ステータ４Ａがロータ６の山形部と重なる面積が最大のときに、ステータ４Ａと対をなすステータ４Ｃがロータ６の山形部と重なる面積が最小となるように、ロータ６の輪郭形状に応じてステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが配置される。同様に、平面視において、ステータ４Ａがロータ６の山形部と重なる面積が最小のときに、ステータ４Ｃがロータ６の山形部と重なる面積が最大となるように、ロータ６の輪郭形状に応じてステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが配置される。
【００３９】
更に、平面視において、ステータ４Ｂがロータ６の山形部と重なる面積が最大のときに、ステータ４Ｂと対をなすステータ４Ｄがロータ６の山形部と重なる面積が最小となるように、ロータ６の輪郭形状に応じてステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが配置される。同様に、平面視において、ステータ４Ｂがロータ６の山形部と重なる面積が最小のときに、ステータ４Ｄがロータ６の山形部と重なる面積が最大となるように、ロータ６の輪郭形状に応じてステータ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが配置される。
【００４０】
従って、ロータ６の回転により、ステータ４Ａ，４Ｃの出力巻線間の電圧と、ステータ４Ｂ，４Ｄの出力巻線間の電圧とがそれぞれ最大となり、図１５に示すように、各相について出力信号の差分増幅等の信号処理を行うことで、ロータ６の回転角度に応じた出力信号を精度良く検出できるようになる。
【００４１】
更に、第２の変形例においても、上記の実施形態と同様に、上部固定子板８および下部固定子板１０の先端部の相対向する内側の面にはそれぞれ突起部１５，１６が一体的に形成されている。このため、第２の変形例によれば、回転軸の軸振れによっても、対向する磁極の検出部の磁路中の空隙の量に変動が生じなくなるため、回転角の検出精度を向上させることができる。また、ステータ内に形成される磁路を通る磁束が突起部１５および１６に集中して通りやすくなるため磁束の漏洩を少なくすることができ、これによっても、回転角の検出精度を向上させることができる。さらにまた、磁路を通る磁束が突起部１５および１６に集中して通りやすくなるため、出力電圧を高くすることができる。
【００４２】
以上、本発明の可変リラクタンス型の回転角検出装置を上記の実施形態、第１又は第２の変形例に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００４３】
（１）上記実施形態、第１又は第２の変形例においては、上部固定子板および下部固定子板の平面形状が矩形状である場合を例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上部固定子板および下部固定子板の平面形状が扇形状その他の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による可変リラクタンス型の回転角検出装置の一実施形態を示した斜視図。
【図２】下側固定子枠を示した斜視図。
【図３】４個のステータとロータとの配置関係を示した斜視図。
【図４】図１のＡ―Ａ 線に沿って切断して示した縦断面図。
【図５】下部固定子板と励磁巻線とを示した斜視図。
【図６】一つのステータと励磁巻線および出力巻線とを示した斜視図。
【図７】巻線磁芯と励磁巻線および出力巻線とを示した斜視図。
【図８】図１のＢ―Ｂ 線に沿って切断して示した縦断面図。
【図９】下側固定子枠と４個のステータとの組み立て状態を示した平面図。
【図１０】本実施形態の第１の変形例における可変リラクタンス型の回転角検出装置を示した斜視図。
【図１１】本実施形態の第２の変形例における可変リラクタンス型の回転角検出装置を示した斜視図。
【図１２】第２の変形例における下側固定子枠を示した斜視図。
【図１３】第２の変形例における４個のステータとロータとの配置関係を示した斜視図。
【図１４】第２の変形例における下側固定子枠と４個のステータとの組み立て状態を示した平面図。
【図１５】第２の変形例におけるロータの回転角度と出力信号との関係を示した説明図。
【符号の説明】
【００４５】
１，２０１…固定子枠、  ２，２０２…上側固定子枠、  ３，２０３…下側固定子枠、
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…ステータ、
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，２０５Ａ，２０５Ｂ，２０５Ｃ，２０５Ｄ…凹所、
６，１０６…ロータ、  ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…山形部、  ８…上部固定子板、
１０…下部固定子板、  １１，１２…巻線磁芯、  １５，１６…突起部、
１７…励磁巻線、  １８…出力巻線
【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１】
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【図１０】
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【図１１】
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