(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、
上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、
上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、
上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、
上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、
上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ、０、Ｎ±ｍ1、０（Ｎ，ｍ1は正の整数でＮ＞ｍ1とする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、
上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎ（Ｎ，ｍ2は正の整数でＮ＞ｍ2とする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項３】
１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、
上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、
上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線において、当該出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるパターンが少なくとも１つ含まれ、かつ、
上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、
上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、
上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、
上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項５】
上記ｍをｍ＝０とした巻線仕様の場合に、検出位置誤差が電気角でε［ｒａｄ］だけ発生する回転角度検出装置であって、
上記誤差を補正するために、ｍ／２Ｎとεとをほぼ等しく、望ましくは、ｍ／２Ｎ＝εとすることを特徴とする請求項４に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
上記回転子の回転軸の中心を原点とし、回転子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
１／｛Ａ＋Ｂｃｏｓ（Ｍθ）｝
（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）となる回転子を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の回転角度検出装置を備えていることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項８】
請求項７に記載の永久磁石型回転電機を駆動源として用いることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転角度検出装置に関し、特に、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を設けた固定子と突極を有する回転子とからなる回転角度検出装置に関する。また、この発明は、当該回転角度検出装置を用いた永久磁石型回転電機及び電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転角度検出装置として、光学式エンコーダが従来より用いられているが、光学式エンコーダは、使用温度環境が制限されるとともに、構造が複雑で高価であるという欠点がある。これに対して、構造が簡単で安価であり、かつ、高温度環境にも耐え得るものとして、回転子と固定子間のギャップのパーミアンスの変化を利用した回転角度検出装置が考案されている。例えば、特公昭６２−５８４４５号公報には、２相の励磁巻線と１相の出力巻線を有する回転角度検出装置の例が記載されている。また、特開昭４９−１２４５０８号公報には、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を有する例が記載されている。いずれの従来例も、回転子の形状は突極を有するものになっているため、回転子の角度によって、出力巻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位置を知ることができるというものである。また、これらの従来例においては出力巻線の巻数が各ティースにおいて全て同じになった構成である。
【０００３】
これらの従来例においては、工作誤差がない理想的な場合においては、検出位置誤差は小さく、精度の良い回転角度検出装置が得られるが、実際には工作誤差が発生してしまうため、検出位置誤差は増大し、所望の精度が得られないことがあるという問題点がある。例えば、巻線の配置の誤差や、固定子鉄心を打抜くときに用いる金型の精度の悪さなどが原因となり、固定子の内径の真円度が悪化した場合には検出位置誤差が大きくなってしまう。
【０００４】
図２４に従来例として、軸倍角が２の回転角度検出装置を示す。図２４の従来例は、具体的には、特開昭４９−１２４５０８号公報に記載された回転子形状が２つの突極を有している場合のものに相当する。図２４において、１００−１および１００−２は２相の出力巻線（以下、出力巻線（１）および出力巻線（２）とする。）である。また、１０１はティースであり、１０２はそれらティース１０１を８個有した固定子である。図中の数字１〜８は、ティース１０１のティース番号を示している。１０３は回転子であり、１０４はティース１０１に巻き回された巻数Ｎの出力巻線、１０５は回転子１０３の回転軸である。
【０００５】
図２４に示すように、この従来例における回転角度検出装置は、８個のティース１０１を有する固定子１０２と、２つの突極を有し、固定子と空隙面とのパーミアンスの変動が脈動し機械角３６０度で２山の脈動成分をもった構造とした回転子１０３とからなり、固定子１０２には、図には示していないが、励磁巻線が各ティース１０１に集中的に巻き回されており、隣り合うティース１０１で極性が逆になるように巻かれている。また、２相の出力巻線１００は、それぞれ４つのティース１０１（具体的には、出力巻線（１）はティース番号１，３，５，７のティース、出力巻線（２）はティース番号２，４，６，８のティース）に同じ巻数Ｎだけ巻き回されている。ただし極性は互い違いになるようになっている。出力巻線（１）は、図２４に示すように、ティース番号１，３，５，７に巻き回され、その極性は互い違いになるように、すなわち、ティース番号１と５で同じ極性、３と７で同じ極性、かつ、ティース番号１と３で極性が逆になるように巻き回されている。出力巻線（２）は、図２４に示すように、ティース番号２，４，６，８に巻き回され、その極性は互い違いになるように、すなわち、ティース番号２と６で同じ極性、４と８で同じ極性、かつ、ティース番号２と４で極性が逆になるように巻き回されている。またこれら４つの巻線１０４は直列に接続されている。図２５に、各ティースにおける出力巻線の巻数を示す。このように、図２４に示す従来例では、出力巻線の巻数は出力巻線が巻き回された各ティースにおいて同じＮとなっている。このとき、工作誤差がない理想的な場合においては、検出位置誤差は小さく、精度の良い回転角度検出装置として動作する。
【０００６】
しかしながら、すでに述べたように、実際には工作誤差が発生するため、検出位置誤差は増大し、所望の精度が得られないことある。例えば、固定子鉄心を打抜くときに用いる金型の精度の悪さなどが原因となり、固定子の内径の真円度が悪化した場合には検出位置誤差が大きくなることがある。
【０００７】
工作誤差により検出位置誤差が増大することを、具体例を挙げて説明する。軸倍角が２である固定子内径２０ｍｍの回転角度検出装置を設計した場合を例とする。なお、巻線仕様は先に述べた従来例と同様であるとする。
【０００８】
固定子の内径の真円度が悪化し、楕円状に変形した場合を考える。真円から５０μｍだけずれて変形した場合と、工作誤差がなく固定子内径の形状が真円である理想的な状態の検出位置誤差を図３１に示す。横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸には検出位置誤差を機械角で示す。この図から固定子の内径が真円から僅かに変形することによって検出位置誤差が増大することがわかる。さらに、検出位置誤差の周期が機械角１８０度でありこれは電気角に直すと３６０度であることが分かる。ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた値としている。また、この電気角３６０度周期の誤差の位相は生じている工作誤差によって様々な値に変化する。
【０００９】
次に、固定子の内径の真円度が悪化し、四角形状に変形した場合を考える。真円から２０μｍだけずれて変形した場合と、工作誤差がなく固定子内径の形状が真円である理想的な状態の検出位置誤差を図２６に示す。横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸には検出位置誤差を機械角で示す。この図から固定子の内径が真円から僅かに変形することによって検出位置誤差が増大することがわかる。さらに、検出位置誤差の周期が機械角９０度でありこれは電気角に直すと１８０度であることが分かる。ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた値としている。また、この電気角１８０度周期の誤差の位相は生じている工作誤差によって様々な値に変化する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の回転角度検出装置においては、工作誤差がない理想的な場合においては、検出位置誤差は小さく、精度の良い回転角度検出装置として動作するように設計されているが、実際には、巻線の配置の誤差や、固定子鉄心を打抜くときに用いる金型の精度の悪さ等が原因となって、どうしても工作誤差が発生してしまうため、検出位置誤差が増大し、所望の精度が得られないことあるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を設けた固定子と突極を有する回転子とからなる回転角度検出装置において、出力巻線の巻数を工夫することによって、工作誤差に起因して発生する検出位置誤差を補正し、精度の良い回転角度検出装置を得ることを目的としている。また、当該回転角度検出装置を用いた永久磁石型回転電機及び電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装置である。
【００１４】
また、この発明は、１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ、０、Ｎ±ｍ1、０（Ｎ，ｍ1は正の整数でＮ＞ｍ1とする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎ（Ｎ，ｍ2は正の整数でＮ＞ｍ2とする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装置である。
【００１５】
また、この発明は、１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線において、当該出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるパターンが少なくとも１つ含まれ、かつ、上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装置である。
【００１６】
また、この発明は、１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装置である。
【００１７】
また、上記ｍをｍ＝０とした巻線仕様の場合に、検出位置誤差が電気角でε［ｒａｄ］だけ発生する回転角度検出装置であって、上記誤差を補正するために、ｍ／２Ｎとεとをほぼ等しく、望ましくは、ｍ／２Ｎ＝εとする。
【００１８】
また、上記回転子の回転軸の中心を原点とし、回転子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１／｛Ａ＋Ｂｃｏｓ（Ｍθ）｝（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）となる回転子を備えている。
【００１９】
また、この発明は、上述した回転角度検出装置のいずれかを備えた永久磁石型回転電機である。
【００２０】
また、この発明は、当該永久磁石型回転電機を駆動源として用いる電動パワーステアリング装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における回転角度検出装置の構成を示した構成図である。図１において、１１はティースであり、１２はそれらティース１１を８個有した固定子である。図中の数字１〜８は、ティース１１のティース番号を示している。１３は回転子であり、１４ａ及び１４ｂはティース１１に巻き回された出力巻線である。巻数は、それぞれ、出力巻線１４ａ（ティース番号３，７のティースに巻き回された出力巻線）がＮ±ｍ、出力巻線１４ｂ（ティース番号１，５のティースに巻き回された出力巻線）がＮとなっている。また、１５は回転子１３の回転軸である。なお、本実施の形態においては、出力巻線は実際には２相設けられているが、図１においては、そのうちの１相分だけ（出力巻線（１）のみ）示している。図２は、各ティースにおける出力巻線の巻数を示したものであり、出力巻線（１）については上述した通りであるが（但し、ティース番号３，７に関し、Ｎ＋ｍのみ記載、Ｎ−ｍは省略）、出力巻線（２）においては、ティース番号２，４，６，８のティースに巻き回された出力巻線の巻数がＮ、ティース番号３，７のティースに巻き回された出力巻線の巻数がｍとなっている。
【００２２】
図２４の従来例を用いて説明したように、上述した図３１のグラフに示されるように、検出位置誤差の周期は、機械角１８０度であり、これは電気角に直すと３６０度である。ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた値とする。また、この電気角３６０度周期の誤差の位相は、生じている工作誤差によって様々な値に変化する。
【００２３】
このことから、本発明の実施の形態１においては、電気角３６０度周期の誤差を補正できるように出力巻線の仕様を、図２４に示す従来例から工夫して変更すれば、固定子形状の工作誤差によって生じる検出位置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置を得ることができると考える。また、固定子鉄心を打抜くための金型の精度によってこのような誤差が生じるのであれば、同じ金型を使う限り同じような傾向の検出位置誤差が発生すると考えられ、量産時にも誤差を補正する巻線仕様を個々の回転角度検出装置において変更しなければならない可能性は小さいと思われる。
【００２４】
そこで、出力巻線を工夫することにより電気角３６０度周期の誤差を意図的に発生させる手法を考察することにする。その第一段階として、電気角３６０度周期の誤差の原因を考える。上記構造の回転角度検出装置において、励磁巻線に交流電流を通電しつつ、回転子の位置を変化させていくと２相の出力巻線に生ずる電圧は正弦波状に変化し、その変化する位相が２相の出力巻線で互いに電気角９０度ずれている。したがって、２相の出力巻線に生じる電圧の振幅を各回転子位置においてプロットしていくと、図２７のようなグラフを得ることができる。ただし、出力巻線の電圧の振幅が負であるとは振幅が正であるときと位相が反転していることを示している。このように、出力巻線に生じる電圧が回転角度に対して理想的に正弦波状に変化するならば、その振幅を２相の出力巻線、出力巻線１および２でそれぞれｅ１、ｅ２とし、回転子の回転角度（機械角）をψ［ｒａｄ］とすれば、上記構造の回転角度検出装置は軸倍角が２であるから、
【００２５】
【数１】
0003938501.tif 000002
【００２６】
と表すことができる。ただし、電圧の振幅は最大値を１とし規格化している。図２７の波形は理想的には正弦波であるが、実際には高調波成分を含んでいる。出力電圧の振幅の変化に振幅αｑの第ｑ高調波が含まれた場合の２相の出力巻線の電圧の振幅をｅ１’、ｅ２’とすれば、
【００２７】
【数２】
0003938501.tif 000003
【００２８】
と書ける。ここで、
【００２９】
【数３】
0003938501.tif 000004
【００３０】
とおくと、検出位置誤差ε［ｒａｄ］（電気角）は式（１）〜（６）から
【００３１】
【数４】
0003938501.tif 000005
【００３２】
となる。αｑ＜＜１とすれば、式（７）は次式のように近似できる。
【００３３】
【数５】
0003938501.tif 000006
【００３４】
また、εが十分小さい場合は
【００３５】
【数６】
0003938501.tif 000007
【００３６】
が成り立つから、検出位置誤差εは
【００３７】
【数７】
0003938501.tif 000008
【００３８】
となる。以上により出力巻線の電圧変化に含まれる高調波成分と検出位置誤差の周期の関係が明らかになった。
【００３９】
式（９）からｑ＝０のとき、すなわち出力巻線の電圧変化に直流成分が含まれるときに機械角１８０度周期（電気角３６０度周期）の誤差が発生することが分かる。したがって、意図的に出力巻線の電圧変化に直流成分を含ませるような巻線仕様にすれば、電気角３６０度周期の検出位置誤差を発生させることができ、うまく位相を設定すれば工作誤差による誤差を補正し、検出位置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置を得ることができると考えられる。ただし、ここで言う直流成分とは、図２７のグラフでの直流成分であり、回転子の位置に依存せず、出力電圧の振幅と位相が一定となる成分のことを示していることに注意されたい。
【００４０】
次に、意図的に出力巻線の電圧変化に直流成分を含ませる方法を考察する。上記構造の軸倍角２の回転角度検出装置においては、励磁巻線は各ティースに集中的に巻き回されており、隣り合うティースで極性が逆になるように巻かれているから、励磁巻線に流れる電流が作る起磁力は８極の成分すなわち空間４次の成分となる。一方、回転子は２つの突極を有し、パーミアンス脈動の成分として空間２次の成分を持つことになる。したがって、空隙に発生する磁束の空間次数はこれら起磁力の次数とパーミアンスの次数の和と差の成分、４＋２＝６と４−２＝２が主な成分となり、さらに励磁巻線の電流が作る起磁力と同じ成分すなわち空間４次の成分も多く含まれると考察できる。起磁力の次数とパーミアンスの次数の和と差の成分、すなわちここでは空間２次と６次成分は回転子の位置によって変化し、出力巻線がこれらの磁束の変化を拾うことで回転角度検出装置としての動作をする。一方、励磁巻線の電流が作る起磁力と同じ成分、すなわち、ここでは空間４次の成分は回転子の位置によってほとんど変化することなくほぼ一定である。また、図２５に示す従来例の出力巻線の巻線仕様ではこの空間４次成分の磁束を拾わないことが図３０により理解できる。図３０は従来例の出力巻線１０４−１，１０４−３，１０４−５，１０４−７（以下、まとめて１０４とする）と空間４次の磁束１０８を模式的に表現したものである。出力巻線１０４が巻き回されている各ティース１０１の巻数が同じＮで、極性が互い違いになるような構成となっており、４つのティース１０１の鎖交磁束の和がゼロになることが理解できる。ところが、各ティース１０１の巻数を少し変化させるか、巻線１０４が施されていない隣のティース１０１にも若干の巻数の巻線を施せば、空間４次成分の磁束１０６を拾うことができ、かつ、この磁束１０８は回転子１０３の位置によって変化しないため、結果として出力巻線１０４の電圧変化に直流成分を含ませることが可能となる。すなわち、出力巻線１０４の巻数がＮであるティース１０１を有し、さらに、巻数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする）であるティース１０１か巻数がｍであるティース１０１のいずれか一方あるいは両方とで構成されるようにすれば、出力巻線１０４の電圧変化に直流成分を含ませることが可能となり、電気角３６０度周期の検出位置誤差を意図的に発生させることができる。この誤差が工作誤差による検出位置誤差を補正するものであれば、検出位置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置を得ることができる。
【００４１】
そこで、本実施の形態は、図１及び図２に示す巻線仕様の構成とする。ここでは、Ｎ＝１５８、ｍ＝１としている。図３に検出位置誤差の波形を示す。図３においては、図２４の従来の巻線仕様（図２５でＮ＝１５８とした場合）のときの検出位置誤差の波形（図の破線）と、図１の巻線仕様とした場合の波形（図の実線）とを示す。従来例の巻線仕様では、理想的な状態では図３１の実線ですでに示したように検出位置誤差は小さく、十分精度が出るが、実際は工作誤差が原因で機械角１８０度すなわち電気角３６０度周期の誤差が見られる。本発明の巻線仕様ではこの誤差は低減されており、高精度な回転角度検出装置を得ることができたと言える。
【００４２】
ここでは、巻数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）であるティースと巻数がｍであるティースとの両方で構成される例を示したが、いずれか一方で構成される場合においても、すでに述べたように電気角３６０度の誤差を意図的に発生させることができ、これにより、工作誤差によって発生した電気角３６０度の誤差を補正することができる。また、本実施の形態では、軸倍角が２のものについて示したが、軸倍角が１あるいは３以上のものについても同様に考えることが可能である。
【００４３】
以上のように、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからなる回転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固定子の複数のティースに巻き回されており、出力巻線の巻数がＮであるティースを有し、さらに巻数がＮ±ｍ（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）であるティースか巻数がｍであるティースのいずれか一方あるいは両方とで構成されるようにしたので、工作誤差により発生した検出位置誤差を低減することができ、高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【００４４】
実施の形態２．
上述の実施の形態１においては出力巻線の巻数を図２４の従来例から変更することによって、工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を補正する手法を述べた。巻線仕様を工夫し、出力巻線の電圧変化に直流成分を含ませることによって電気角３６０度の検出位置誤差を意図的に発生するような巻線とし、工作誤差が原因で発生する誤差を補正した。
【００４５】
本実施の形態においては、回転角度検出装置の構成を、出力巻線は固定子の複数のティースに巻き回されており、ある１相の出力巻線は各ティースにおける巻数がＮ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍは正の整数で  Ｎ＞ｍとする）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、もう１相の出力巻線は各ティースにおける巻数が０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回された構成とすることにより、意図的に発生する誤差の位相と振幅をある程度制御し、検出位置誤差をより効果的に低減できることを説明する。なお、ここでも、実施の形態１と同様、軸倍角２の例について考える。
【００４６】
図４は、本実施の形態における回転角度検出装置の構成を示した構成図である。図４において、１１はティースであり、１２はそれらティース１１を８個有した固定子である。図中の数字１〜８は、ティース１１のティース番号を示している。１３は回転子であり、１５は回転子１３の回転軸である。２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、ティース１１に巻き回された出力巻線である。２４ａ及び２４ｂが出力巻線（１）（図中、符号２１）であり、２４ｃ及び２４ｄが出力巻線（２）（図中、符号２２）である。巻数は、出力巻線（１）においては、出力巻線２４ａ（ティース番号３，７のティースに巻き回された出力巻線）がＮ、出力巻線２４ｂ（ティース番号１，５のティースに巻き回された出力巻線）がＮ±ｍとなっている。また、出力巻線（２）においては、出力巻線２４ｃ（ティース番号２，６のティースに巻き回された出力巻線）及び出力巻線２４ｄ（ティース番号４，８のティースに巻き回された出力巻線）のいずれもＮとなっている。図５は、図４の各ティースにおける出力巻線の巻数を示したものである。
【００４７】
実施の形態１において、各ティースの出力巻線の巻数を変化させることにより、空間４次の磁束を拾うことが可能となり、出力巻線の電圧の変化に直流成分を加え、電気角３６０度の誤差を意図的に発生させることができることを述べた。そこで、回転子位置による各出力巻線の電圧の振幅の変化（規格化した値）をそれぞれ、
【００４８】
【数８】
0003938501.tif 000009
【００４９】
とする。ここで、α1とα2はそれぞれ出力巻線（１）と出力巻線（２）の電圧変化の直流成分であり、その絶対値は１より十分小さい値とする。実施の形態１で述べたように検出位置誤差ε［ｒａｄ］（電気角）を求めると、
【００５０】
【数９】
0003938501.tif 000010
【００５１】
と近似できる。ただし、
【００５２】
【数１０】
0003938501.tif 000011
【００５３】
である。式（１２）、（１３）から、α1とα2をうまく設定することにより効果的に誤差を低減できると考えられる。
【００５４】
図４及び図５を用いて、本実施の形態の出力巻線について説明する。ただし、励磁巻線については図では省略しているが、実施の形態１と同様に、各ティースに集中的に巻き回されており、隣り合うティースで極性が逆になるように巻かれている。上述したように、出力巻線（１）２１の巻数がティース番号１，２，３，４，５，６，７，８の順にＮ±ｍ、０、Ｎ、０、Ｎ±ｍ、０、Ｎ、０となっており、出力巻線（２）２２の巻数がティース番号１，２，３，４，５，６，７，８の順に０、Ｎ、０、Ｎ、０、Ｎ、０、Ｎとなっている。また、実施の形態１で述べたように、巻線の極性は互い違いになっており、出力巻線（１）２１はティース番号１と５で同じ、３と７で同じ、かつ、ティース番号１と３で逆極性になるように巻き回されていて、出力巻線（２）２２はティース番号２と６で同じ、４と８で同じ、かつ、ティース番号２と４で逆極性になるように巻き回されている。
【００５５】
なお、図５は出力巻線（１）２１の巻数を従来例から変化させ、出力巻線（２）２２は従来例と同等にした場合、すなわち、図４の巻線仕様を表にしたものであるが、図６はその逆で、すなわち、出力巻線（２）２２の巻数を従来例から変化させ、出力巻線（１）２１は従来例と同等にした場合である。ただし、図５の出力巻線（１）２１において、ティース番号１と５において複合同順であり、図６の出力巻線（２）２２において、ティース番号２と６において複合同順である。このように巻数を設定することにより、式（１２）のα1とα2を正、負、ゼロと変化させることが可能となる。なぜなら、出力巻線（１）２１および出力巻線（２）２２の巻線仕様が従来例と同様であればα1、α2はゼロとなり、巻数がＮ±ｍのティースが含まれると、すでに説明したように出力巻線が空間４次成分を拾い、α1とα2がゼロでなくなり、その符号が巻数をＮ＋ｍとするかＮ−ｍにするかで符号が逆転するからである。符号の逆転をもう少し詳細に説明しておく。巻数をＮ＋ｍとするかＮ−ｍにするかによって出力巻線の振幅変化に現れる直流成分となる空間４次成分の鎖交磁束の位相が反転する。この位相の反転によってα1、α2の符号が変わる。
【００５６】
上記のように巻線仕様を工夫することにより、α1、α2をゼロに設定したり、符号を変化できることが分かった。具体的には、図５の巻線によりα2＝０とした上で、α1を正か負になるように設定でき、図６の巻線によりα1＝０とした上で、α2を正か負になるように設定できる。図７に本実施の形態にて可能なα1、α2の組み合わせと式（１２）のβすなわち意図的に発生させる検出位置誤差の位相を示す。図７から検出位置誤差の位相を電気角９０度間隔で設定することが可能であることが分かる。またｍを変化させることにより、出力巻線が比拾う空間４次成分の磁束の量を調節できるため、意図的に発生させる検出位置誤差の振幅についても制御できることが分かる。ただし、Ｎ＞ｍでないと意図的に発生させる誤差の振幅が大きくなりすぎるので不適切である。また、図５の出力巻線（１）においてのティース番号１，５の巻数をＮ、ティース番号３，７の巻数をＮ±ｍとしたものおよび図６の出力巻線（２）においてティース番号２，６の巻数をＮ、ティース番号４，８の巻数をＮ±ｍとしたものも原理的には同等であることは言うまでもない。
【００５７】
以上の考察から、工作誤差が原因で発生する検出位置誤差の振幅、位相を把握し、適切な巻数を選定することによって工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を補正し、高精度な回転角度検出装置を得ることができる。
【００５８】
具体例として、図６でＮ＝１５８、ｍ＝２とし符号は＋を選択した場合の巻線仕様について示す。図８に固定子内径の真円度が悪化した場合の検出位置誤差を示す。横軸は回転子の回転角度を機械角で示し、縦軸は検出位置誤差を機械角で示す。従来例のように出力巻線の巻数を設定した場合（図の破線）では、機械角１８０度すなわち電気角３６０度の周期を持った検出位置誤差が生じている。その誤差の振幅は機械角で約０．７度である。一方、本実施の形態に従った巻数にした場合（図の実線）には、誤差を低減できており、その振幅は約０．４度となって、従来例より高精度な回転角度検出装置として機能していることが分かる。また、本実施の形態においては、向かい合うティースの出力巻線の巻数が同じとなるため、回転子の偏心の影響を受けにくいという効果がある。
【００５９】
本実施の形態においては、軸倍角が２の例について述べたが、軸倍角が１の場合はティースが４本になるため、巻数を例えば出力巻線１ではティース番号１，２，３，４の順にＮ±ｍ、０、Ｎ、０とし、出力巻線２ではティース番号１，２，３，４の順に０、Ｎ、０、Ｎとすればよい。また、軸倍角が３以上のものについても同様に考えることができ、例えば出力巻線１では巻数をＮ±ｍ、０、Ｎ、０のパターンを軸倍角たけ繰り返し、出力巻線２では巻数を０、Ｎ、０、Ｎのパターンを軸倍角だけ繰り返せばよい。
【００６０】
以上より、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからなる回転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固定子の複数のティースに巻き回されており、ある１相の出力巻線は各ティースにおける巻数がＮ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする）となるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、もう１相の出力巻線は各ティースにおける巻数が０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回された構成としたので、工作誤差によって発生する検出位置誤差を低減することができ、さらにこの検出位置誤差を補正するために意図的に発生させる検出位置誤差の位相を電気角９０度間隔で制御でき、さらに振幅も制御できるため、効果的に検出位置誤差を低減することができ、高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【００６１】
実施の形態３．
本実施の形態においては、回転角度検出装置の構成を、出力巻線は固定子の複数のティースに巻き回されており、ある１相の出力巻線は各ティースにおける巻数がＮ、０、Ｎ±ｍ1、０（Ｎ，ｍ1は正の整数でＮ＞ｍ1とする。）となるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、もう１相の出力巻線は各ティースにおける巻数が０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎ（Ｎ，ｍ2は正の整数でＮ＞ｍ2とする）となるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回された構成とすることにより、検出位置誤差を実施の形態２よりもさらに効果的に低減できることを説明する。
【００６２】
実施の形態２で、工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することを目的として、意図的に発生しようとする検出位置誤差の位相を電気角９０度単位で変化させることができる上、その振幅も制御可能であることを述べた。しかしながら、式（１２）（１３）からα1、α2を任意の値に調整できれば、意図的に発生しようとする検出位置誤差の位相および振幅を任意に制御できる、さらに効果的に検出位置誤差の低減が可能になる。
【００６３】
図９は、本実施の形態における回転角度検出装置の構成を示した構成図である。図９において、１２はティース１１を８個有した固定子である。図中の数字１〜８は、ティース１１のティース番号を示している。３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、ティース１１に巻き回された出力巻線である。３４ａ及び３４ｂが出力巻線（１）（図中、符号２１）であり、３４ｃ及び３４ｄが出力巻線（２）（図中、符号２２）である。巻数は、出力巻線（１）においては、出力巻線３４ａ（ティース番号３，７のティースに巻き回された出力巻線）がＮ±ｍ1、出力巻線３４ｂ（ティース番号１，５のティースに巻き回された出力巻線）がＮとなっている。また、出力巻線（２）においては、出力巻線３４ｃ（ティース番号２，６のティースに巻き回された出力巻線）がＮ±ｍ2、出力巻線３４ｄ（ティース番号４，８のティースに巻き回された出力巻線）のいずれもＮとなっている。図１０は、図９の各ティースにおける出力巻線の巻数を示したものである。
【００６４】
図９及び図１０を用いて本実施の形態について説明する。ここでも、これまで同様、軸倍角２の回転角度検出装置について考える。図９では励磁巻線については図では省略しているが、実施の形態１，２と同様に、各ティースに集中的に巻き回されており、隣り合うティースで極性が逆になるように巻かれている。ここでは、出力巻線（１）２１の巻数がティース番号１，２，３，４，５，６，７，８の順にＮ、０、Ｎ±ｍ1、０、Ｎ、０、Ｎ±ｍ1、０となっており、出力巻線（２）２２の巻数がティース番号１，２，３，４，５，６，７，８の順に０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎ、０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎとなっている。ここで、Ｎ，ｍ1、ｍ2は正の整数でＮ＞ｍ1、Ｎ＞ｍ2とする。また、実施の形態１で述べたように、巻線の極性は互い違いになっており、出力巻線（１）２１はティース番号１と５で同じ、３と７で同じ、かつ、ティース番号１と３で逆極性になるように巻き回されていて、出力巻線（２）２２はティース番号２と６で同じ、４と８で同じ、かつ、ティース番号２と４で逆極性になるように巻き回されている。このように構成された出力巻線が、空間４次成分の磁束をどのように拾うか考えてみると、各ティースにおいて巻線の巻数１あたりに鎖交する空間４次成分の磁束をΦとする。このとき、出力巻線１に鎖交する空間４次成分の磁束は、ティース番号１，３，５，７の巻線の極性と巻数を考慮すれば、
【００６５】
【数１１】
0003938501.tif 000012
【００６６】
と書け、出力巻線２についても同様に、巻数、極性を考慮し、空間４次成分の磁束の位相が出力巻線１の施されたティースの位置とは位相が反転していることに注意すれば、
【００６７】
【数１２】
0003938501.tif 000013
【００６８】
となる。だたし、式（１４）（１５）それぞれの中では複合同順であるが、巻線仕様により、必ずしも式（１４）（１５）両方で複合同順とならない。これらの磁束と出力巻線の電圧の振幅変化に含まれる直流成分とが比例関係にある、すなわち式（１０）（１１）の右辺とα1、α2とはそれぞれ比例関係にあることになるので式（１３）は
【００６９】
【数１３】
0003938501.tif 000014
【００７０】
と書きかえることができる。但し、複合同順である。この式から、ｍ1、ｍ2を変化させることにより、工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を補正するために、意図的に発生させようとする検出位置誤差の位相を任意に設定できることが分かる。さらに、その振幅は式（１２）より、
【００７１】
【数１４】
0003938501.tif 000015
【００７２】
となるので、意図的に発生させようとする検出位置誤差の振幅も任意に設定できることが分かる。図９では、出力巻線（１）２１においてティース番号１，５での巻数がＮ±ｍ1とし、ティース番号３，７で巻数をＮとした例を示したが、ティース番号１，５での巻数がＮとし、ティース番号３，７で巻数をＮ±ｍ1としとした場合でもよい。なぜなら、出力巻線（１）２１の鎖交する空間４次成分の磁束は式（１４）の右辺の符号が逆転するたけで、意図的に発生させようとする検出位置誤差の位相、振幅ともに調整できるという点で同じだからである。同様に、出力巻線（２）２２についても同様で、ティース番号２，６での巻数がＮとし、ティース番号４，８で巻数をＮ±ｍ2とした場合でもよいことが言える。工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を補正することを目的として意図的に発生させる検出位置誤差の位相と振幅を任意に設定できることから、実施の形態２より効果的に誤差の補正が可能となり、高精度な回転角度検出装置を得ることができることが分かった。
【００７３】
本実施の形態の具体例として、図１０において、Ｎ＝１５８、ｍ1＝１、ｍ2＝１とし、符号はいずれも＋を選択した場合について工作誤差による検出位置誤差を低減できることを示す。図１１に固定子内径の真円度が悪化した場合の検出位置誤差を示す。横軸は回転子の回転角度を機械角で示し、縦軸は検出位置誤差を機械角で示す。従来例のように出力巻線の巻数を設定した場合（図の破線）では、機械角１８０度すなわち電気角３６０度の周期を持った検出位置誤差が生じている。その誤差の振幅は機械角で約０．６度である。一方、本実施の形態に従った巻数にした場合（図の実線）には、誤差を大幅に低減できておりその振幅は約０．２度となって、従来例より高精度な回転角度検出装置として機能していることが分かる。また、本実施の形態においては、向かい合うティースの出力巻線の巻数が同じとなるため、回転子の偏心の影響を受けにくいという効果がある。
【００７４】
本実施の形態においては、軸倍角が２の例について述べたが、軸倍角が１の場合はティースが４本になるため、巻数を例えば出力巻線１ではティース番号１，２，３，４の順にＮ±ｍ1、０、Ｎ、０とし、出力巻線２ではティース番号１，２，３，４の順に０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎとすればよい。また、軸倍角が３以上のものについても同様に考えることができ、例えば出力巻線１では巻数Ｎ±ｍ1、０、Ｎ、０のパターンを軸倍角たけ繰り返し、出力巻線２では巻数０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎのパターンを軸倍角たけ繰り返せばよい。
【００７５】
以上より、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからなる回転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固定子の複数のティースに巻き回されており、ある１相の出力巻線は各ティースにおける巻数がＮ±ｍ1、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍ1は正の整数でＮ＞ｍ1とする。）となるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、もう１相の出力巻線は各ティースにおける巻数が０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎ（Ｎ，ｍ2は正の整数でＮ＞ｍ2とする。）となるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回された構成とすることにより、工作誤差によって発生する検出位置誤差を低減することができ、さらにこの検出位置誤差を補正するために意図的に発生させる検出位置誤差の位相を任意に制御でき、さらに振幅も任意に制御できるため、効果的に検出位置誤差を低減することができ、高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【００７６】
実施の形態４．
図１２は、本実施の形態における回転角度検出装置の構成を示した構成図である。図１２において、１１はティースであり、１２はそれらティース１１を８個有した固定子である。図中の数字１〜８は、ティース１１のティース番号を示している。１３は回転子であり、４４ａはティース１１に巻き回された出力巻線（１）、４４ｂおよび４４ｃはティース１１に巻き回された出力巻線（２）である。巻数は、それぞれ、出力巻線４４ａ（ティース番号１，３，５，７のティースに巻き回された出力巻線）がＮ、出力巻線４４ｂ（ティース番号２，４のティースに巻き回された出力巻線）がＮ＋ｍ、出力巻線４４ｃ（ティース番号６，８のティースに巻き回された出力巻線）がＮとなっている。また、１５は回転子１３の回転軸である。図１３は、上述した各ティースにおける出力巻線の巻数をまとめたものである。
【００７７】
図２４の従来例を用いて説明したように、上述した図２６のグラフに示されるように、固定子の内径が真円から２０μｍだけずれて四角形状に変形した場合の検出位置誤差の周期は、機械角９０度であり、これは電気角に直すと１８０度である。ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた値とする。また、この電気角１８０度周期の誤差の位相は、生じている工作誤差によって様々な値に変化する。
【００７８】
このことから、本実施の形態においては、電気角１８０度周期の誤差を補正できるように出力巻線の仕様を、図２４に示す従来例から工夫して変更すれば、固定子形状の工作誤差によって生じる検出位置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置を得ることができると考える。また、上述の実施の形態１においても述べたように、固定子鉄心を打抜くための金型の精度によってこのような誤差が生じるのであれば、同じ金型を使う限り同じような傾向の検出位置誤差が発生すると考えられ、量産時にも誤差を補正する巻線仕様を個々の回転角度検出装置において変更しなければならない可能性は小さいと思われる。
【００７９】
そこで、出力巻線を工夫することにより電気角１８０度周期の誤差を意図的に発生させる手法を考察することにする。その第一段階として、電気角１８０度周期の誤差の原因を考える。上記構造の回転角度検出装置において、励磁巻線に交流電流を通電しつつ、回転子の位置を変化させていくと２相の出力巻線に生ずる電圧は正弦波状に変化し、その変化する位相が２相の出力巻線で互いに電気角９０度ずれている。したがって、２相の出力巻線に生じる電圧の振幅を各回転子位置においてプロットしていくと、図２７のようなグラフを得ることができる。ただし、出力巻線の電圧の振幅が負であるときは、振幅が正であるときと位相が反転していることを示している。このように、出力巻線に生じる電圧が回転角度に対して理想的に正弦波状に変化するならば、その振幅を２相の出力巻線、出力巻線（１）および（２）でそれぞれｅ１、ｅ２とし、回転子の回転角度（機械角）をψ［ｒａｄ］とすれば、上記構造の回転角度検出装置は軸倍角が２であるから、
【００８０】
【数１５】
0003938501.tif 000016
【００８１】
と表すことができる。ただし、電圧の振幅は最大値を１とし規格化している。図２７の波形は理想的には、振幅の等しい正弦波であるが、実際には工作誤差などが原因で２相の出力巻線にて振幅が異なっている場合がある。出力電圧の振幅が異なり、出力巻線（２）の出力電圧の振幅が出力巻線（１）のそれの１＋α倍となった場合、２相の出力巻線の電圧の振幅をｅ１’、ｅ２’とすれば、
【００８２】
【数１６】
0003938501.tif 000017
【００８３】
と書ける。ここで、
【００８４】
【数１７】
0003938501.tif 000018
【００８５】
とおくと、検出位置誤差ε［ｒａｄ］（電気角）は式（１８）〜（２３）から
【００８６】
【数１８】
0003938501.tif 000019
【００８７】
となる。α＜＜１とすれば、式（２４）は次式のように近似できる。
【００８８】
【数１９】
0003938501.tif 000020
【００８９】
また、εが十分小さい場合は
【００９０】
【数２０】
0003938501.tif 000021
【００９１】
が成り立つから、検出位置誤差εは
【００９２】
【数２１】
0003938501.tif 000022
【００９３】
となる。以上により、２相の出力巻線の電圧の違いが検出位置誤差に与える影響が明らかになった。
【００９４】
例えば、図２４の従来の回転角度検出装置において、固定子１０２の内径が四角形状に変形した場合、１相の出力巻線の巻き回されているティース１０１が回転子１０３側に近づき、他方は回転子１０３から離れるので２相の出力巻線に鎖交する磁束に差が生じる。したがって、上記の考察から電気角１８０度周期の誤差が発生することになる。しかしながら、巻線を工夫し、工作誤差のない理想的な状態において２相の出力巻線の電圧に差が生じるようにしていれば、内径の変形によって発生する検出位置誤差を補正し、低減することができる。
【００９５】
以下、電気角１８０度周期の誤差を低減する出力巻線、すなわち工作誤差のない理想的な状態において２相の出力巻線の電圧に差が生じるような出力巻線について考察する。図２４の軸倍角２の従来の回転角度検出装置においては、励磁巻線（図示省略）は各ティース１０１に集中的に巻きまわされており、隣合うティース１０１で極性が逆になるように巻かれているから、励磁巻線に流れる電流が作る起磁力は８極の成分、すなわち空間４次の成分となる。
【００９６】
一方、回転子１０３は２つの突極を有し、パーミアンス脈動の成分として空間２次の成分を持つことになる。したがって、空隙に発生する磁束の空間次数はこれらの起磁力の次数とパーミアンスの次数の和と差の成分、４＋２＝６と４−２＝２が主な成分となり、さらに、励磁巻線の電流が作る起磁力と同じ成分すなわち空間４次の成分も多く含まれると考察できる。起磁力の次数とパーミアンスの次数の和と差の成分、すなわちここでは空間２次と６次の成分か回転子１０３の位置によって変化し、出力巻線がこれらの磁束の変化を拾うことで回転角度検出装置としての動作をする。一方、励磁巻線の電流が作る起磁力と同じ成分、すなわちここでは空間４次の成分は回転子の位置によってほとんど変化することなくほぼ一定である。
【００９７】
工作誤差のない理想的な状態において２相の出力巻線の電圧に差が生じるような出力巻線を実現するためには、２相の出力巻線はいずれも空間４次の磁束を拾わず、空間２次と４次の磁束に関しては２相の出力巻線で差が出るようにしなければならない。そこで、出力巻線の鎖交磁束を空間２次、６次、４次の成分について考える。図２８は、空間２次の磁束が出力巻線にどのように鎖交するかを説明するための図である。巻線は出力巻線（１）（符号１００−１）のみを示す。空間２次の磁束を楕円状の実線で示している。図２９は空間６次、図３０は空間４次についての図である。ここでは、図２４のティース番号１〜８までの巻数をそれぞれＮ１〜Ｎ８とする。空隙磁束密度の空間２次、６次、４次の成分をそれぞれ、φ２  ，φ６，φ４  とすると出力巻線１に鎖交する空間２次、６次、４次の磁束をΦ２１，Φ６１，Φ４１とすれば、図２８，２９，３０を参考にして巻線の極性に注意すれば、
【００９８】
【数２２】
0003938501.tif 000023
【００９９】
となることが理解できる。出力巻線（２）についても同様で、出力巻線（１）に鎖交する空間２次、６次、４次の磁束をΦ２２，Φ６２，Φ４２とすれば
【０１００】
【数２３】
0003938501.tif 000024
【０１０１】
となる。図１３に示したように従来例の巻線仕様ではＮ１〜Ｎ８は全てＮに等しいので、式（２７）〜（３２）より
【０１０２】
【数２４】
0003938501.tif 000025
【０１０３】
となり、従来の巻線仕様では空間２次、４次を拾いその振幅は２相の出力巻線で等しく、さらに空間４次の磁束は拾わない。ところが、本発明においては、図１４のように出力巻線２のティース２，４の巻数を変化させてＮ＋ｍ（ｍは正の整数でＮ＞ｍ）にした場合には、上式（２７）〜（３２）から
【０１０４】
【数２５】
0003938501.tif 000026
【０１０５】
となり、回転子位置を知るために必要な空間２次、６次の磁束成分に関して差が生じ、空間４次については従来例と同じく拾わない。以上により、出力巻線（１）と（２）で出力電圧に差を生じさせることができ、意図的に電気角１８０度周期の誤差を発生させることができるのである。
【０１０６】
式（３４）（３５）から出力巻線の鎖交磁束の比、すなわち出力電圧の比が分かる。出力巻線（１）の電圧で規格化すれば、出力巻線（２）の電圧は式（３４）（３５）より、出力巻線（１）の
【０１０７】
【数２６】
0003938501.tif 000027
【０１０８】
倍になることが明らかである。これは式（２１）でα＝ｍ／２Ｎとした場合に相当し、意図的に発生させようとする誤差εは
【０１０９】
【数２７】
0003938501.tif 000028
【０１１０】
となる。したがって、Ｎとｍを適切に選ぶことにより工作誤差によって発生する電気角１８０度周期の誤差を補正し、低減することができることが理解できた。
【０１１１】
本発明の具体的例として図１３においてＮ＝１５８、ｍ＝２とした場合について述べる。図１４に検出位置誤差の波形を示す。従来の巻線仕様（図２５でＮ＝１５８）とした場合には図２６の実線で示したように検出位置誤差は小さい。ところが工作誤差により図１４の破線で示したように機械角９０度周期すなわち電気角１８０度周期の検出位置誤差が増大する。そこで、本発明の巻線仕様（図１３においてＮ＝１５８、ｍ＝２とした場合）は実線で示したように電気角１８０度周期の検出位置誤差が低減され、高精度な回転角度検出装置として動作していると言える。
【０１１２】
ここでは出力巻線（２）のティース番号２，４の巻数をＮ＋ｍに変化させた場合について述べたが、工作誤差による検出位誤差の位相が逆転してるときはＮ−ｍとすれば同様に誤差を低減できることは式（３７）から分かる。また、ティース番号２，４の巻数を変化させるのではなくティース番号６，８やティース番号４，６を変化した場合でも同様の効果があることは言うまでもない。また、出力巻線（２）の巻数を変化させた場合について述べたが、出力巻線（２）は従来例と同じで出力巻線（１）の巻数を変化させた場合についても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、図１３においては、一方の出力巻線が、Ｎ＋ｍ，０，Ｎ＋ｍ，０のパターンを少なくとも１つ有する例について述べたが、一方の出力巻線が、Ｎ−ｍ，０，Ｎ−ｍ，０のパターンを少なくとも１つ有する場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、今回は軸倍角２の回転角度検出装置について述べたが、軸倍角１の場合はティースが４本になるので、例えば出力巻線（１）の巻数をティース１〜４の順にＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０（複合同順）、出力巻線（２）の巻数を０，Ｎ，０，Ｎなどとすれば同様の効果が得られる。また、軸倍角が３以上のものについても、出力巻線の一方は従来例と同じとし、一方にＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０（複合同順）なるパターンを少なくとも１回設けることにより同様の検出位置誤差低減の効果があることは言うまでもない。
【０１１３】
以上のように、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからなる回転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固定子の複数のティースに巻き回されており、一方の出力巻線において巻数がＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０（複合同順）のパターンを少なくとも１つ有し（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍ）、もう一方の出力巻線は０，Ｎ，０，Ｎとなるかこのパターンの繰り返しで構成することにより、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することができるため、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【０１１４】
実施の形態５．
上述の実施の形態４では、図１３に示すように出力巻線の巻数の一部を変更し、Ｎ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０（複合同順）なるパターンを少なくとも１つ有する場合について述べたが、本実施の形態では、２相あるうちの１相の出力巻線を全てＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０（複合同順）のパターンの繰り返しとした場合を考える。
【０１１５】
図１５は本実施の形態の回転角度検出装置である。図１５において、１１はティースであり、１２はそれらティース１１を８個有した固定子である。図中の数字１〜８は、ティース１１のティース番号を示している。１３は回転子であり、５４ａはティース１１に巻き回された出力巻線（１）、５４ｂはティース１１に巻き回された出力巻線（２）である。巻数は、それぞれ、出力巻線５４ａ（ティース番号１，３，５，７のティースに巻き回された出力巻線）がＮ、出力巻線５４ｂ（ティース番号２，４、６，８のティースに巻き回された出力巻線）がＮ−ｍとなっている。また、１５は回転子１３の回転軸である。図１６は、上述した各ティースにおける出力巻線の巻数をまとめたものである。
【０１１６】
出力巻線（１）は従来例と同じ巻数Ｎとし、出力巻線（２）についてはすべてＮ±ｍとしている。このとき、Φ２１，Φ６１，Φ４１  ，Φ２２，Φ６２，Φ４２を求めると
【０１１７】
【数２８】
0003938501.tif 000029
【０１１８】
となる。このとき、出力巻線（１）と（２）の出力電圧の比を求めると、
【０１１９】
【数２９】
0003938501.tif 000030
【０１２０】
となり、これは式（２１）においてα＝±ｍ／Ｎとした場合に相当する。よって、意図的に発生しようとする誤差ε［ｒａｄ］（電気角）は
【０１２１】
【数３０】
0003938501.tif 000031
【０１２２】
となる。また、出力巻線（２）は従来例と同じ巻数Ｎとし、出力巻線（１）についてはすべてＮ±ｍとした場合には同様に、
【０１２３】
【数３１】
0003938501.tif 000032
【０１２４】
となるから、このとき、出力巻線（１）と（２）の出力電圧の比を求めると、
【０１２５】
【数３２】
0003938501.tif 000033
【０１２６】
となり、これは式（２１）においてα＝±ｍ／Ｎとした場合に相当する（ただしｍ＜＜Ｎとした）。よって、意図的に発生しようとする誤差ε［ｒａｄ］（電気角）は
【０１２７】
【数３３】
0003938501.tif 000034
【０１２８】
となる。
【０１２９】
そこで具体例として図１６の巻線仕様にてＮ＝１５８、ｍ＝１とした場合について検出位置誤差を磁界解析によって求めた。図１８にその結果を示す。従来の巻線では振幅が機械角０．１９度程度（電気角で０．３８度）の電気角１８０度周期の誤差が見られたが、図１６の巻線仕様ではこの誤差が低減されて、高精度な回転角度検出装置として動作していることが分かる。
【０１３０】
なお、図１６は出力巻線（１）２１の巻数は従来例と同等にし、出力巻線（２）２２の巻数を従来例から変化させた場合、すなわち、図１５の巻線仕様を表にしたものであるが、図１７はその逆で、すなわち、出力巻線（１）２１の巻数を従来例から変化させ、出力巻線（２）２２は従来例と同等にした場合である。ただし、図１６においては、各ティースにおいて、変化させた巻数がＮ−ｍと記載したが、図１７においては、各ティースにおいて、変化させた巻数がＮ＋ｍと記載されている。しかしながら、これは、記載された例に限定されるものではなく、本実施の形態においては、一方の出力巻線において巻数がＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０となるか、あるいは、Ｎ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０のパターンの繰り返しで構成され（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍ）、かつ、もう一方の出力巻線は０，Ｎ，０，Ｎとなるか、このパターンの繰り返しで構成されていればよいものとする。
【０１３１】
図１７の巻線仕様にてＮ＝１５８、ｍ＝１とした場合についても、図１９に示す。この場合も従来の巻線では振幅が機械角０．１９度程度（電気角で０．３８度）の電気角１８０度周期の誤差が見られたが、図１７の巻線仕様ではこの誤差が低減されて、高精度な回転角度検出装置として動作していることが分かる。
【０１３２】
ここでは軸倍角が２の回転角度検出装置について述べたが、軸倍角が３以上についても同様のことが言える。例えば軸倍角が３の場合であれば、例えば１２本のティースにおいて出力巻線（１）は巻数はＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０のパターンを３回繰り返した仕様として、出力巻線（２）については０，Ｎ，０，Ｎのパターンを３回繰り返した仕様とすれば同様の効果が得られる。さらに軸倍角によって式（４１）（４５）は変化しないことも明らかであり軸倍角によらず、検出位置誤差の低減という効果が得られる。
【０１３３】
以上により、１相の励磁巻線と２相の出力巻線を設けた固定子と、突極を有する回転子とからなる回転角度検出装置において、上記２相の出力巻線は固定子の複数のティースに巻き回されており、一方の出力巻線において巻数がＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０となるかあるいはＮ±ｍ，０，Ｎ±ｍ，０のパターンの繰り返しで構成され（ｍは正の整数でＮ＞ｍ）、かつ、もう一方の出力巻線は０，Ｎ，０，Ｎとなるかこのパターンの繰り返しで構成することにより、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することができるため、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。さらに、実施の形態４においては、一方の出力巻線の巻数が周方向にアンバランスになっていたが、本実施の形態ではアンバランスが生じず、周方向で対称性をもっている。したがって偏心に対して誤差があまり増大しないという効果もある。
【０１３４】
実施の形態６．
これまで、出力巻線の巻数を従来例から変化させて、工作誤差によって発生する検出位置誤差を低減し、高精度な回転角度検出装置を得る手法を述べた。本実施の形態においては、より巻数をうまく調整することにより、さらに効果的に検出位置誤差を低減する手法について述べる。
【０１３５】
工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正するため、意図的に発生させる検出位置誤差と出力巻線の巻数との関係は既に導出したように式（４１）（２８）で表される。これは、実施の形態５の巻線仕様において工作誤差のない理想的な状態において電気角１８０度周期の検出位置誤差を振幅ｍ／２Ｎで意図的に発生させることができることを示している。すなわち、工作誤差がある状態で、従来の巻線仕様で発生する検出位置誤差の振幅εとこの意図的に発生させる誤差の振幅が一致するようにＮおよびｍを選定すれば、より効果的に誤差を低減することができるのである。
【０１３６】
具体的な例として、図２５に示した従来の巻線仕様でＮ＝１５８としたときに電気角０．３８度すなわち０．００６６［ｒａｄ］の振幅の誤差が生じている場合に対し、ｍ＝２とし、
【０１３７】
【数３４】
0003938501.tif 000035
【０１３８】
のように意図的に発生する検出位置誤差の振幅と工作誤差による検出位置誤差の振幅をほぼ一致させた場合についてその効果を見る。本実施の形態における巻線仕様は、図２０でＮ＝１５８、ｍ＝２とした場合に相当する。このときの検出位置誤差のグラフを図２１に示す。これまでの実施の形態に比べて、より効果的に検出位置誤差を低減し、さらに高精度な回転角度検出装置を得ることができたといえる。ここではｍ／２Ｎとεがほぼ等しい場合について示したが、
【０１３９】
【数３５】
0003938501.tif 000036
【０１４０】
とした場合にはさらに誤差を低減できるということは言うまでもない。
【０１４１】
以上により、従来例の巻線仕様の場合に検出位置誤差が電気角でε［ｒａｄ］発生する回転角度検出装置において、上記誤差を補正するため、ｍ／２Ｎとεをほぼ等しく、望ましくは、ｍ／２Ｎ＝εとなるようにＮとｍを選定したことにより、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することができるため、誤差低減のため意図的に発生させる誤差と工作誤差によって発生している誤差の振幅がほぼ等しくあるいは等しくできるため、より効果的に検出位置誤差を低減でき、高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【０１４２】
実施の形態７．
これまでは、回転子の形状については特に限定しなかったが、本発明の巻線によって工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を低減できたとしても、回転子の形状が適切でないと検出位置誤差が大きくなってしまう場合がある。本発明では、回転子の形状によって生じるパーミアンスの変動成分を利用した回転角度検出装置に関するものであり、上記パーミアンスの変動成分が正弦波状であれば検出位置誤差が小さく、高精度になる。
【０１４３】
したがって、回転子の回転軸中心を原点とし回転子外周の位置を表す角度θとするとき、固定子内周と回転子の外周の間のパーミアンスを角度θにおいて、直流成分も含めて
【０１４４】
【数３６】
0003938501.tif 000037
【０１４５】
となれば、高精度な回転角度検出装置として機能する。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とする。空隙長はパーミアンスに逆比例することと式（３１）とから、前記角度θの位置における空隙長が
【０１４６】
【数３７】
0003938501.tif 000038
【０１４７】
となるような回転子形状とすれば、空隙のパーミアンスの脈動成分が正弦波状となり高精度な回転角度検出装置を得ることができる。
【０１４８】
したがって、出力巻線の巻数を実施の形態１〜６で述べたいずれかのように設定し、さらに回転子を式（４９）によって決まる形状としたことで検出位置誤差をさらに低減することができ、高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【０１４９】
実施の形態８．
図２２に、上述した本発明の回転角度検出装置を具備した永久磁石型回転電機を示す。図２２において、１４０は永久磁石型回転電機、１４１は回転電機１４０の固定子、１４２は当該固定子１４１を構成している電機子鉄心、１４３は同じく固定子１４１を構成している電機子巻線、１４４は回転電機１４０の回転子、１４５は当該回転子１４４を構成している回転子鉄心、１４６は同じく回転子１４４を構成している永久磁石、１４７は回転子鉄心１４５が固定されているシャフトである。なお、１２，１３，１４は上述したものと同じであり、すなわち、それぞれ、回転角度検出装置の固定子、回転子、出力巻線である。なお、出力巻線については、実施の形態１における符号１４を用いているが、この場合に限らず、上述の実施の形態のいずれのものでもよいものとする。また、１６は回転角度検出装置の励磁巻線である。
【０１５０】
この永久磁石型回転電機１４０は、電機子鉄心１４２と電機子鉄心１４２に納められた電機子巻線１４３によって構成される固定子１４１と、回転子鉄心１４５と永久磁石１４６とで構成される回転子１４４を具備している。回転子１４４はシャフト１４７に固定されている。回転子１４４は軸受け１４８によって自由自在に回転できる。
【０１５１】
実施の形態１〜７で述べた回転角度検出装置はシャフト１４７にその回転子１４４が例えば圧入によって固定されており、回転子１４４の回りに固定子１４１が囲うような位置で永久磁石型回転電機１４０の固定子１４１側に固定されている。回転角度検出装置の回転子１３は、永久磁石型回転電機１４０の回転子１４４とともに回転する。回転角度検出装置の励磁巻線に励磁電流を加えると出力巻線に電圧が生じ、その電圧の変化を読み取り回転角度を検出する。
【０１５２】
実施の形態１〜７では工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を補正し、回転角度検出装置を高精度化する手法について説明した。本発明の技術を適用した回転角度検出装置を図２２に示したように、永久磁石型回転電機１４０の回転子１４４の回転角度を検出する用途に用いたとすれば、上記回転角度検出装置は、工作誤差が原因で発生する検出位置誤差を低減し、高精度化されているため永久磁石型回転電機１４０の回転子１４４の位置決め精度が向上するという効果がある。
【０１５３】
また、検出位置誤差が大きいと、永久磁石型回転電機１４０の回転子１４４の位置を正確に把握できないため、電流の位相が通電すべき位相からずれるため、トルク指令値と実際に発生するトルクとの間に差が生じる。これまでの例で分かるように、回転角度検出装置の検出位置誤差は回転角によって周期的に変化するため、トルク値もそれに伴い脈動する。すなわち、回転角度検出装置の検出位置誤差が大きいとトルク脈動が大きくなり、永久磁石型回転電機１４０の性能を低下させることになるのである。そこで、実施の形態１〜７で述べた回転角度検出装置を用いれば、検出位置誤差が低減されているので、トルク脈動が小さく永久磁石型回転電機を駆動することができるという効果がある。また、構造が複雑で高価な光学式エンコーダなどを用いないので、構造が簡単で安価であり、かつ耐環境性にすぐれた永久磁石型回転電機を得ることができるという効果もある。
【０１５４】
本実施の形態では回転角度検出装置を永久磁石型回転電機の負荷側に配置した例を示したが、負荷とは逆方向に回転角度検出装置を配置した場合や回転電機の内部に配置した場合にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１５５】
実施の形態９．
また、電動パワーステアリング装置のように、駆動源として用いる電動機のトルク脈動を小さくする必要がある用途には、実施の形態８で述べた永久磁石型回転電機が適していると言える。図２３に電動パワーステアリング装置の概念図を示す。図２３において、１４０は実施の形態８で示した永久磁石型回転電機である。また、１５１はステアリングホイール、１５２はコラムシャフト、１５３はウォームギヤ、１５４はハンドルジョイント、１５５はステアリングギヤ、１５６はラックである。
【０１５６】
操舵力はステアリングホイール１５１からコラムシャフト１５２を介しウォームギヤ１５３（図では詳細は省略し、ギヤボックスのみ示している）に伝わる。このウォームギヤ１５３は電動機出力（トルク、回転数）を回転方向を直角に変えながら伝達し、同時に減速し、アシストトルクを増加させる。さらに操舵力はハンドルジョイントを伝わり、方向も変えられる。ステアリングギヤ１５５（図では詳細は省略し、ギヤボックスのみ示している）はコラムシャフト１５２の回転を減速し、同時にラック１５６の直線運動に変換し、所要の変位を得る。このラック１５６の直線運動により車輪を動かし、車両の方向転換等を可能とする。
【０１５７】
上記のような電動パワーステアリング装置では電動機にて発生するトルクの脈動がウォームギヤ１５３とコラムシャフト１５２を介して、ステアリングホイール１５１に伝達される。従って、電動機が大きなトルク脈動を発生する場合、滑らかなステアリング感覚を得ることが出来ない。また、構造が複雑で高価な光学式エンコーダなどを用いないので、構造が簡単で安価であり、かつ耐環境性にすぐれた電動パワーステアリング装置を得ることができるという効果もある。
【０１５８】
また、本実施の形態ではコラムシャフトを電動機のトルクによってアシストするコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置を示したが、ラックを電動機のトルクによってアシストするラックアシスト式の場合でもよいことは言うまでもない。
【０１５９】
したがって、実施の形態８で述べた永久磁石型回転電機を駆動源とした電動パワーステアリング装置は、トルクの脈動が小さく滑らかなステアリング感覚を得ることができるという効果がある。
【０１６０】
【発明の効果】
この発明は、１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装置であるので、このような構成とすることにより、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することができるため、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。さらに、誤差を補整するため意図的に発生させる検出位置誤差の位相、振幅を制御できるため効果的に検出位置誤差を低減することができ、高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【０１６２】
また、この発明は、１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ、０、Ｎ±ｍ1、０（Ｎ，ｍ1は正の整数でＮ＞ｍ1とする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ±ｍ2、０、Ｎ（Ｎ，ｍ2は正の整数でＮ＞ｍ2とする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装置であるので、このような構成とすることにより、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することができるため、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。さらに、誤差を補整するため意図的に発生させる検出位置誤差の位相、振幅を任意に制御できるため効果的に検出位置誤差を低減することができ、高精度な回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【０１６３】
また、この発明は、１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線において、当該出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるパターンが少なくとも１つ含まれ、かつ、上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装置であるので、このような構成とすることにより、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することができるため、検出位置誤差の小さい、すなわち、精度のよい回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。
【０１６４】
また、この発明は、１相の励磁巻線と２相の出力巻線とを設けた固定子と、突極を有する回転子とを備えた回転角度検出装置であって、上記固定子が複数のティースを有し、上記２相の出力巻線は上記複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線のうちの所定の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、Ｎ±ｍ、０、Ｎ±ｍ、０（Ｎ，ｍは正の整数でＮ＞ｍとする。）となるか、あるいは、この巻数のパターンが繰り返されるように巻き回され、かつ、上記２相の出力巻線のうちの他方の１相の出力巻線の各ティースにおける巻数が、０、Ｎ、０、Ｎとなるか、あるいはこの巻数のパターンが繰り返されるように巻き回されている回転角度検出装置であるので、このような構成とすることにより、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することができるため、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。さらに、偏心に対して誤差があまり増大しないという効果がある。
【０１６５】
また、上記ｍをｍ＝０とした巻線仕様の場合に、検出位置誤差が電気角でε［ｒａｄ］だけ発生する回転角度検出装置であって、上記誤差を補正するために、ｍ／２Ｎとεとをほぼ等しく、望ましくは、ｍ／２Ｎ＝εとするので、このような構成とすることにより、固定子内径の真円度の悪化等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することができるため、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を得ることができるという効果がある。さらに、誤差低減のため意図的に発生させる誤差と工作誤差によって発生している誤差の振幅がほぼ等しく、あるいは等しくできるため、より効果的に検出位置誤差を低減できるという効果がある。
【０１６６】
また、上記回転子の回転軸の中心を原点とし、回転子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１／｛Ａ＋Ｂｃｏｓ（Ｍθ）｝（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）となる回転子を備えているので、このような回転子を具備することにより、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を得ることができるという効果がある。
【０１６７】
また、この発明は、上述した回転角度検出装置のいずれかを備えた永久磁石型回転電機であるので、固定子内径の真円度の悪化やティースの位置ずれ等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することにより、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を永久磁石型回転電機の回転位置センサとして用いることにより、位置決め精度が向上する効果がある。また、検出位置誤差に起因するトルク脈動を低減することができるため、滑らかなトルク波形を得ることができるという効果がある。構造が複雑で高価な光学式エンコーダなどを用いないので、構造が簡単で安価であり、かつ、耐環境性にすぐれた永久磁石型回転電機を得ることができるという効果もある。
【０１６８】
また、この発明は、固定子内径の真円度の悪化やティースの位置ずれ等の工作誤差によって発生する検出位置誤差を補正することにより、検出位置誤差の小さいすなわち精度のよい回転角度検出装置を用いた当該永久磁石型回転電機を駆動源として用いる電動パワーステアリング装置であるので、このような永久磁石型回転電機はトルク脈動が小さいため、滑らかなステアリング感覚を得ることができるという効果がある。また、構造が複雑で高価な光学式エンコーダなどを用いないので、構造が簡単で安価であり、かつ、耐環境性にすぐれた電動パワーステアリング装置を得ることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の巻線仕様を示した構成図である。
【図２】  本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。
【図３】  従来例と本発明の実施の形態１との検出位置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。
【図４】  本発明の実施の形態２における回転角度検出装置の巻線仕様を示した構成図である。
【図５】  本発明の実施の形態２における回転角度検出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。
【図６】  本発明の実施の形態２における回転角度検出装置の巻線仕様の変形例を表形式で示した説明図である。
【図７】  本発明の実施の形態２における２相の出力巻線の電圧変化の直流成分α１、α２の組み合わせと意図的に発生させる検出位置誤差βの位相の関係を表形式で示した説明図である。
【図８】  従来例と本発明の実施の形態２との検出位置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。
【図９】  本発明の実施の形態３における回転角度検出装置の巻線仕様を示した構成図である。
【図１０】  本発明の実施の形態３における回転角度検出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。
【図１１】  従来例と本発明の実施の形態３との検出位置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。
【図１２】  本発明の実施の形態４における回転角度検出装置の巻線仕様を示した構成図である。
【図１３】  本発明の実施の形態４における回転角度検出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。
【図１４】  従来例と本発明の実施の形態４との検出位置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。
【図１５】  本発明の実施の形態５における回転角度検出装置の巻線仕様を示した構成図である。
【図１６】  本発明の実施の形態５における回転角度検出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。
【図１７】  本発明の実施の形態５における回転角度検出装置の巻線仕様の変形例を表形式で示した説明図である。
【図１８】  従来例と本発明の実施の形態５との検出位置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。
【図１９】  従来例と本発明の実施の形態５の変形例との検出位置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。
【図２０】  本発明の実施の形態６における回転角度検出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。
【図２１】  従来例と本発明の実施の形態６との検出位置誤差の比較をグラフにより示した説明図である。
【図２２】  本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の構成を示した概略構成図である。
【図２３】  本発明の実施の形態９における電動パワーステアリングの構成を示した概略構成図である。
【図２４】  従来の回転角度検出装置の巻線仕様を示した構成図である。
【図２５】  従来の回転角度検出装置の巻線仕様を表形式で示した説明図である。
【図２６】  固定子巻線内径が四角形状に変形して真円から２０μｍずれた場合の検出位置誤差の変化をグラフにより示した説明図である。
【図２７】  ２相の出力巻線の電圧の変化（軸倍角２の場合）をグラフにより示した説明図である。
【図２８】  空間２次の磁束がどのように出力巻線に鎖交するかを示した説明図である。
【図２９】  空間６次の磁束がどのように出力巻線に鎖交するかを示した説明図である。
【図３０】  空間４次の磁束がどのように出力巻線に鎖交するかを示した説明図である。
【図３１】  固定子巻線内径が楕円形状に変形して真円から５０μｍずれた場合の検出位置誤差の変化をグラフにより示した説明図である。
【符号の説明】
１１，１０１  ティース、１２，１０２  固定子、１３，１０３  回転子、２１，１００−１  出力巻線（１）、２２，１００−２  出力巻線（２）、１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５４ａ，５４ｂ，１０４  出力巻線、１５，１０５回転軸、１６  励磁巻線、１０４−１，１０４−３，１０４−５，１０４−７出力巻線、１０６  空間２次の磁束、１０７  空間６次の磁束、１０８  空間４次の磁束、１４０  永久磁石型回転電機、１４１  固定子、１４２  電機子鉄心、１４３  電機子巻線、１４４  回転子、１４５  回転子鉄心、１４６  永久磁石、１４７  シャフト、１４８  軸受け、１５１  ステアリングホイール、１５２  コラムシャフト、１５３  ウォームギヤ、１５４  ハンドルジョイント、１５５  ステアリングギヤ、１５６  ラック。
【図１】
0003938501.tif 000039
【図２】
0003938501.tif 000040
【図３】
0003938501.tif 000041
【図４】
0003938501.tif 000042
【図５】
0003938501.tif 000043
【図６】
0003938501.tif 000044
【図７】
0003938501.tif 000045
【図８】
0003938501.tif 000046
【図９】
0003938501.tif 000047
【図１０】
0003938501.tif 000048
【図１１】
0003938501.tif 000049
【図１２】
0003938501.tif 000050
【図１３】
0003938501.tif 000051
【図１４】
0003938501.tif 000052
【図１５】
0003938501.tif 000053
【図１６】
0003938501.tif 000054
【図１７】
0003938501.tif 000055
【図１８】
0003938501.tif 000056
【図１９】
0003938501.tif 000057
【図２０】
0003938501.tif 000058
【図２１】
0003938501.tif 000059
【図２２】
0003938501.tif 000060
【図２３】
0003938501.tif 000061
【図２４】
0003938501.tif 000062
【図２５】
0003938501.tif 000063
【図２６】
0003938501.tif 000064
【図２７】
0003938501.tif 000065
【図２８】
0003938501.tif 000066
【図２９】
0003938501.tif 000067
【図３０】
0003938501.tif 000068
【図３１】
0003938501.tif 000069