(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から構成された回転角度検出装置であって、
上記２相の出力巻線は上記固定子の複数のティースに巻き回されており、
上記２相の出力巻線の各々の巻数は、予め定義されたｍ相の巻線（ｍは３以上の整数）を用いて、そのｍ相の巻線の巻数を２相に変換することによって得られる
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
上記ｍ相の巻線（ｍは３以上の整数）の巻数を２相に変換するとき、
【数１】
0003926664.tif 000010
（γは任意の定数、ｋは零でない任意の定数、添字のｉはティースの番号、α、βは変換後の２相巻線、ｎは変換前の第ｎ相を示す。すなわち、Ｎαｉ，Ｎβｉ，はそれぞれｉ番目のティースにおけるα相、β相巻線の巻数、Ｎｎｉはｉ番目のティースの第ｎ相巻線の巻数を表す。）なる変換式によって変換する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
上記固定子のティースの個数を３ｎ（ｎは自然数）としたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
上記固定子のティースの個数が奇数個の場合、上記励磁巻線の巻線パターンは、上記ティースの個数の約数の値と同じ数の回数だけ繰り返したパターンとなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
上記固定子のティースの個数を９とし、軸倍角を４あるいは８のいずれか一方としたことを特徴とする請求項３または４に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
固定子のティースの個数を１２とし、軸倍角を４あるいは８のいずれか一方としたことを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
上記２相の出力巻線は、上記回転子のパーミアンスの変化の空間次数と同じ空間次数の磁束や空間０次の磁束を拾わないように巻数を調整することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
上記２相の出力巻線が、回転子の回転軸と固定子の中心がずれたとき、あるいは、上記回転子の中心と回転軸とがずれたときに発生する空隙磁束の特定成分を拾わないように巻数を調整したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の回転角度検出装置を備えたことを特徴とする回転電機。
【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およびそれを用いた回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用温度環境が制限され、かつ、構造が複雑で高価な光学式のエンコーダに対して、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、従来から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、特許第２６２４７４７号公報には励磁巻線が３相の回転角度検出装置が開示されている。さらに、特許第３１０３４８７号公報、特許第３１８２４９３号公報には固定子のティースに集中的に巻線を巻き、正弦波状に巻数を変化させた例が開示されている。
【０００３】
図７３及び図７４に、従来の回転角度検出装置の構成の一例を示す。図７３は、従来例として、特開昭４９−１２４５０８号公報に開示されているものと同様の軸倍角１で固定子のティースの数が４の例を示している。一方、図７４は、軸倍角４で固定子のティースの数が１６の例を示している。これらの図において、１００は固定子、１０１は回転子、１０２は固定子１００に設けられた４本のティース、１０３はティース１０２に巻き回された巻線である。図７３の方式では、軸倍角が増えるに従い、ティースの数も比例して増える。例えば、軸倍角が４になった場合には、図７４のような構成となり、ティースの数は１６にも達し、巻線作業性が低下するため量産には向かない構成であるといえる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例には以下のような問題点がある。特公昭６２−５８４４５号公報および特開昭４９−１２４５０８号公報のような巻線構造をしていると、上述したように、軸倍角が大きくなった場合に固定子のティースの数も比例して大きくなり、巻線性、工作性が低下するという問題点がある。
【０００５】
これらの特公昭６２−５８４４５号公報および特開昭４９−１２４５０８号公報では、いずれも、軸倍角が１の場合であり、固定子のティースの数は４である。例えば軸倍角を２にした場合にはティースの数は８となり、軸倍角が４の場合はティースの数は１６、軸倍角８の場合はティースの数は３２にも達する。多極のモータなどでは軸倍角の大きな回転角度検出装置が必要となる場合があるが、このような従来例においては軸倍角の大きなものになると量産性の面で非現実的な構造となる。
【０００６】
特許第２６２４７４７号公報のような構造では、巻線は出力が１相、励磁が３相と相数が多く、巻線に時間がかかるという生産性の問題や励磁巻線の電源が高価になるという問題点がある。
【０００７】
特許第３１０３４８７号公報および特許第３１８２４９３号公報の例では、固定子のティースに集中的に巻線を巻いているため、機械による自動巻きが可能な構成である。しかしながら、巻数を正弦波状に変化させるために僅かしか巻数を施さないティースが存在する。ほんの僅かしか巻線をほどこさないティースに自動巻きの巻線機のノズルが移動しなければならず、ノズルの位置決めに時間を要するため巻線作業の効率がよくないという問題点がある。
【０００８】
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、製造工程の容易な回転角度検出装置およびそれを用いた回転電機を得ることを目的とする。
【０００９】
【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から構成された回転角度検出装置であって、上記２相の出力巻線は上記固定子の複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線の各々の巻数は、予め定義されたｍ相の巻線（ｍは３以上の整数）を用いて、そのｍ相の巻線の巻数を２相に変換することによって得られるものである。
【００１０】
また、上記ｍ相巻線（ｍは３以上の整数）の巻数を２相に変換するとき、
【数２】
0003926664.tif 000002
（γは任意の定数、ｋは零でない任意の定数、添字のｉはティースの番号、α、βは変換後の２相巻線、ｎは変換前の第ｎ相を示す。すなわち、Ｎαｉ，Ｎβｉ，はそれぞれｉ番目のティースにおけるα相、β相巻線の巻数、Ｎｎｉはｉ番目のティースの第ｎ相巻線の巻数を表す。）なる変換式によって変換する。
【００１１】
また、上記固定子のティースの個数を３ｎ（ｎは自然数）とした。
【００１２】
また、上記固定子のティースの個数が奇数個の場合、上記励磁巻線の巻線パターンは、上記ティースの個数の約数の値と同じ数の回数だけ繰り返したパターンとなっている。
【００１３】
また、上記固定子のティースの個数を９とし、軸倍角を４あるいは８のいずれか一方とした。
【００１４】
また、固定子のティースの個数を１２とし、軸倍角を４あるいは８のいずれか一方とした。
【００１５】
また、上記２相の出力巻線は、上記回転子のパーミアンスの変化の空間次数と同じ空間次数の磁束や空間０次の磁束を拾わないように巻数を調整する。
【００１６】
また、上記２相の出力巻線が、回転子の回転軸と固定子の中心がずれたとき、あるいは、上記回転子の中心と回転軸とがずれたときに発生する空隙磁束の特定成分を拾わないように巻数を調整する。
【００１７】
また、この発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の回転角度検出装置を備えた回転電機である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
ここでは、実施の形態として軸倍角４（ティースの数１０、５相２相変換）の回転角度検出装置の例を示す。図７３及び図７４に示した従来例においては、上述したように、軸倍角が増えるに従いティースの数も比例して増え、例えば、図７４の例のように、軸倍角が４になった場合、ティースの数は１６にも達し、巻線作業性が低下するため量産には向かない構成である。
【００１９】
しかしながら、本発明によれば、軸倍角が大きくなっても、上述の従来例と比べて、ティースの数を小さくして、回転角度検出装置を構成することができる。以下に、その構成について説明する。
【００２０】
図１に、軸倍角４、固定子のティースの数が１０本の本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置を示す。図１において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた１０本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた４つの突極、１０は回転角度検出装置である。図１に示すように、固定子１は１０本のティース３を有する鉄心４と１相励磁巻線５と２相の出力巻線（図示省略）から構成される。また、回転子２は軸倍角４の回転角度検出装置１０として機能するように４つの突極７を有する鉄心６で構成され、固定子１に対して回転自在となっている。
【００２１】
次に、１相の励磁巻線５と２相の出力巻線をどのように構成するかについて述べる。励磁巻線５はティース番号１〜１０のティース３のそれぞれに集中的に巻き回されている。また、その極性は隣り合うティース３で逆になるように巻き回されている。すなわち、１０極の磁極が構成できるような巻線が施されている。このときに、出力巻線をどのように巻けばよいかについて考察する。回転角度検出装置として機能するためには、空隙に出来る磁束のうち
（励磁の極対数）  ±  （軸倍角）
に等しい空間次数の磁束を拾う必要がある。ここでは励磁の極対数が５、軸倍角が４であるから
５±４＝１、９
となり、空間１次か９次の磁束を拾う必要がある（ただし、空間１次とは機械角３６０度を１周期とする次数）。また、励磁の極対数とあるいはその整数倍の空間次数の磁束を拾ってはいけないから、回転角度検出装置として機能するための２相の出力巻線に必要な条件を整理すれば
（１）空間１次か空間９次の磁束を拾う。
（２）空間５次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。
となる。この条件を満足するために、まず、５相の出力巻線を仮想的に考え、その５相巻線を２相に変換することによってｓｉｎ出力、ｃｏｓ出力の２相巻線（以下ではα相、β相巻線）とする。
【００２２】
まず、（１）の条件をみたす５相巻線を考える。そこで、ベクトル図を用いて考えることにする。空間１次、９次の磁束が各ティースに巻き回された巻線がどのような位相で鎖交するかを図２，３に示す。各ベクトルの番号はティース番号を表し、それぞれのティース番号に巻き回された巻線が鎖交する磁束の位相を示している。位相は左まわりが進む向きであるとする。このベクトル図からティース番号１，５，７に巻線を施し、かつ、ティース番号５，７の極性をティース１のそれと逆にすれば、空間１次と９次の両方の磁束を拾うことができる。この巻線と電気角７２度ずつずれた巻線を残り４相分構成すれば、回転角度検出装置として成立するための空間１次と９次の磁束を拾い、かつ、電気角７２度ずつずれた５相の巻線を構成できる（ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた角度であるとする。）。すなわち、図５の表のような巻線仕様となる。ここで、巻数は規格化するために±１．０で表し、符号の違いは極性の違いを表すものとする。また、０．０のところには巻線を施さないことを示す。
【００２３】
これが条件（１）をみたす５相の出力巻線である。５相のままでは条件（２）も満たしていない上、仮に回転角度検出装置として機能しても処理回路が複雑かつ高価になる。そこで、５相巻線を２相巻線（α相、β相）に変換するため次式（１）のような５相２相変換を定義する。
【００２４】
【数３】
0003926664.tif 000003
【００２５】
ここで、ｋは定数であり、Ｎα、Ｎβは出力巻線α相、β相の巻数、Ｎｉ（ｉ＝１，・・・，５）は５相の出力巻線第ｉ相の巻数を表す。また、γは任意の角度である。
【００２６】
式（１）で表される５相２相変換によって、各ティースの巻数を決定すれば、巻線に鎖交する磁束も５相２相変換される。また、この５相２相変換によって条件（２）がみたされる。なぜなら、空間５次の磁束に対するベクトル図（図４）によれば、５相の巻線において同じ位相となり、この場合、式（１）によってキャンセルされることは明らかである。よって５相２相変換で条件（２）がみたされることになり、２相の出力巻線は回転角度検出装置として機能する巻線仕様となっていることがわかる。そこで、具体的に式（１）においてγ＝０、ｋ＝１とし、図５を５相２相変換したときの例を図６に示す。ただし、小数点５桁以下は四捨五入している。図６を基に具体的に現実的な巻数を決定したものを図７、図８に示す。図６における巻数に励磁巻線は５０、出力巻線は１００を乗じた値を示している。また、図７は巻数に小数を許す場合（理想的な場合）。図８は小数点以下四捨五入したものである。
【００２７】
巻線仕様を図７、図８のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに２相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図９、図１０のグラフに示す。これらの図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度ずれているため、回転角度検出装置として動作することが確認できた。
【００２８】
以上により、出力巻線を仮想的に５相の巻線を定義してその後５相２相変換することにより２相の出力巻線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が３相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が４の場合、固定子のティースの数が１６であったが、本発明によれば、ティースの数が１０でよい。すなわち、軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので巻線作業効率が低下するという課題があったが、本発明では図６，７，８からも明らかなように、出力巻線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。
【００２９】
ここでは、５相２相について述べたが一般にｍ相（ｍは３以上の整数）を２相に変換することによっても回転角度検出装置として動作する出力巻線を得ることができる。その場合、ｍ相２相変換を以下のように定義してやればよい。
【００３０】
【数４】
0003926664.tif 000004
【００３１】
ただし、式（２）、（３）においてγは任意の定数、ｋは零でない任意の定数であり、添字のｉはティースの番号を示し、α、βは変換後の２相巻線、ｎは変換前の第ｎ相を示す。すなわち、Ｎαｉ，Ｎβｉはそれぞれｉ番目のティースにおけるα相、β相巻線の巻数、Ｎｎｉはｉ番目のティースの第ｎ相巻線の巻数を表す。このようにｍ相の巻線を２相に変換して構成した巻線も同様の効果が得られることはいうまでもない。また、本発明における回転角度検出装置の各ティースの巻数はｍ相２相変換によって決定される巻数と厳密に一致している必要はない。例えば、図９および図１０のように、小数点以下四捨五入しても、しなくても回転角度検出装置として問題なく動作することは既に述べたとおりである。さらに、例えばｍ相２相変換によって決定される巻数から１０％程度巻数がずれたとしても、図１０の正弦波が１０％程度ずれるだけで、上記効果が損なわれることなない上、回転角度検出装置として動作することはいうまでもない。
【００３２】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では５相２相変換についての具体例と一般のｍ相の巻線を２相に変換する手法について述べたが、本実施の形態においては、３相２相変換を用いて巻線を構成する例を挙げる。
【００３３】
図１１に軸倍角４、ティースの数９の回転角度検出装置を示す。本実施の形態においては、ティースの個数が３ｎ（ｎは自然数、ここではｎ＝３）となっている。図１１において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた９本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた４つの突極、１０は回転角度検出装置である。固定子１は９本のティース３を有する鉄心４と１相の励磁巻線５と２相の出力巻線（図示省略）から構成される。また、回転子２は軸倍角４の回転角度検出装置１０として動作するように４つの突極７を有する鉄心６で構成され、固定子１に対して回転自在となっている。
【００３４】
次に、１相の励磁巻線５と２相の出力巻線がどのように構成されているかについて説明する。励磁巻線５はティース番号１〜９のティース３のそれぞれに集中的に巻き回されており、その極性は６極の磁極が構成できるような巻線がされている。このときに、出力巻線をどのように巻けばよいかについて考察する。回転角度検出装置として機能するためには、空隙に出来る磁束のうち
（励磁の極対数）  ±  （軸倍角）
に等しい空間次数の磁束を拾う必要がある。ここでは励磁の極対数が３、軸倍角が４であるから
４±３＝１、７
となり、空間１次か７次の磁束を拾う必要がある（ただし、空間１次とは機械角３６０度を１周期とする次数）。また、励磁の極対数とあるいはその整数倍の空間次数の磁束を拾ってはいけないから、回転角度検出装置として機能するための２相の出力巻線に必要な条件を整理すれば
（１）  空間１次か空間７次の磁束を拾う。
（２）  空間３次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。
となる。この条件を満足するために、まず、３相の出力巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を仮想的に考え、その３相巻線を２相に変換することによってｓｉｎ出力、ｃｏｓ出力の２相巻線（以下ではα相、β相巻線）とする。
【００３５】
まず、（１）の条件をみたす３相巻線を考える。そこで、ベクトル図を用いて考えることにする。空間１次、７次の磁束が各ティースに巻き回された巻線がどのような位相で鎖交するかを図１２，１３に示す。各ベクトルの番号はティース番号を表し、それぞれのティース番号に巻き回された巻線が鎖交する磁束の位相を示している。位相は左まわりが進む向きであるとする。このベクトル図からティース番号１，５，６に巻線を施し、かつティース番号５，６の極性をティース１のそれと逆にすれば、空間１次の磁束を拾うことができる。この巻線と電気角１２０度ずつずれた巻線を残り３相分構成すれば、回転角度検出装置として成立するための空間１次か７次の磁束を拾い、かつ電気角１２０度ずつずれた３相の巻線を構成できる（ただし、電気角は機械角に軸倍角を乗じた角度であるとする。）。すなわち、図１５に示す表のような巻線仕様となる。ここで、巻数は規格化するために±１．０で表し、符号の違いは極性の違いを表すものとする。また、０．０のところには巻線を施さないことを示す。
【００３６】
これが条件（１）をみたす３相の出力巻線である。３相のままでは条件（２）もみたしていない上、仮に回転角度検出装置として機能しても処理回路が複雑かつ高価になる。そこで、３相巻線を２相巻線（α相、β相）に変換するため次式（４）のような３相２相変換を定義する。
【００３７】
【数５】
0003926664.tif 000005
【００３８】
式（４）で示される３相２相変換によって各ティースの巻数を決定すれば、巻線に鎖交する磁束も３相２相変換される。また、この３相２相変換によって条件（２）がみたされる。なぜなら、空間３次の磁束に対するベクトル図（図１４）によれば、３相の巻線において同じ位相になり、この場合、式（４）によってキャンセルされることは明らかである。よって、３相２相変換により条件（４）がみたされることとなり、２相の出力巻線は回転角度検出装置として機能する巻線仕様となっていることがわかる。そこで、具体的に式（４）においてγ＝０、ｋ＝（２／３）１／２とし、３相巻線図１５を３相２相変換したときの例を図１６に示す。ただし、小数点５桁以下は四捨五入している。図１６を基に具体的に現実的な巻数を決定したものを図１７、図１８に示す。図１６における巻数に励磁巻線は５０、出力巻線は１５０を乗じた値を示している。また、図１７は巻数に小数を許す場合（理想的な場合）。図１８は小数点以下四捨五入したものである。
【００３９】
巻線仕様を図１７、図１８のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに２相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図１９，図２０のグラフに示す。これらの図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度（機械角２２．５度）ずれているため、軸倍角４の回転角度検出装置として動作することが確認できた。
【００４０】
以上により、出力巻線を仮想的に３相の巻線を定義してその後３相２相変換することにより２相の出力巻線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が３相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が４の場合、固定子のティースの数が１６であったが、本発明によれば、ティースの数が９でよい。すなわち、軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので巻線作業効率が低下するという課題があったが、本発明では図１７，１８からも明らかなように、出力巻線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。また、２相の出力巻線を構成する際に仮想的に構成する多相巻線を３相で構成できるので出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。
【００４１】
ここでは軸倍角４についてのみ述べたが、他の軸倍角も同じような手順で構成できる。図２１に軸倍角２、ティースの数９の例を示す。図２１において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた９本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた２つの突極、１０は回転角度検出装置である。励磁巻線の極数を６極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が２であることに注意して
（１）  空間１次か空間５次の磁束を拾う。
（２）  空間３次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。
となる。条件（１）をみたす３相巻線の一例を図２２に示す。これを式（４）に従い３相２相変換を施し条件（２）をみたすようにしたものを図２３に示す。ただし、γ＝０、ｋ＝（２／３）１／２とした。ただし、小数点５桁以下は四捨五入している。図２３を基に具体的に現実的な巻数を決定したものを図２４、図２５に示す。図２３における巻数に励磁巻線は５０、出力巻線は１５０を乗じた値を示している。また、図２４は巻数に小数を許す場合（理想的な場合）であり、図２５は小数点以下四捨五入したものである。巻線仕様を図２４、図２５のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに２相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図２６，図２７のグラフに示す。これらの図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度（機械角４５度）ずれているため、軸倍角２の回転角度検出装置として動作することが確認できた。
【００４２】
以上により、出力巻線を仮想的に３相の巻線を定義してその後３相２相変換することにより２相の出力巻線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が３相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので巻線作業効率が低下するという課題があったが、本発明では図２３，２４，２５からも明らかなように、出力巻線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。また、２相の出力巻線を構成する際に仮想的に構成する多相巻線を３相で構成できるので出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。
【００４３】
また、本実施の形態において固定子ティースの数は奇数である。従来例はティースの数が偶数であり、かつ励磁巻線は隣り合うティースで極性が逆になるように巻き回されていた。すなわち固定子ティースの数と励磁巻線の数が一致していた。ところが従来の励磁巻線の巻き方では、ティースの数が奇数の場合このような巻線のパターンでは隣り合う巻線の極性が一致するところが１ヶ所できるため、バランスのいい励磁巻線ではなく、検出位置誤差の増大につながるという課題があった。しかしながら、本実施の形態の励磁巻線の構成は従来例とは異なり、３本のティースで１パターンを形成するように巻き回されている。すなわち図４１のように、ティース番号１では５０ターン、ティース番号２、３では−２５ターン（極性がティース番号１と逆）となっている。このパターンを３回、すなわち、ティースの個数９の値の約数の値と同じ回数だけ繰り返している（なお、９の約数は１と３であるが、ここでは１以外の約数の値を約数と呼ぶこととする。）。このような構成にすることで、同じパターンの巻線を繰り返すのでバランスよく励磁巻線を巻き回すことが可能となる。一般的には、ティースの数が奇数のときでも、ティースの数の約数回だけ同じパターンの巻線を繰り返すことで、バランスのよい励磁巻線を構成することができる。これにより、励磁巻線の起磁力がバランスよく発生するため検出位置誤差が増大することがないという効果がある。
【００４４】
さらに、図４１ではティース番号１では５０ターン、ティース番号２、３では−２５ターンとパターンの中で巻数の合計（極性も考えて合計）すると５０−２５−２５＝０となる。このように合計を０になるような巻数としていれば、励磁巻線に電流が流れたときに空間０次の起磁力が発生しない。このため空隙に必要のない次数の磁束が発生せず検出位置誤差の増大を防ぐことができるという効果がある。
【００４５】
実施の形態３．
図２８に軸倍角４、ティースの数６の例を示す。本実施の形態においては、ティースの個数が３ｎ（ｎは自然数、ここではｎ＝２）となっている。図２８において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた６本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた４つの突極、１０は回転角度検出装置である。
【００４６】
励磁巻線５の極数を６極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が４であることに注意して
（１）  空間１次か空間７次の磁束を拾う。
（２）  空間３次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。
となる。条件（１）をみたす３相巻線の一例を図２９に示す。これを式（４）に従い３相２相変換を施し条件（２）をみたすようにしたものを図３０に示す。ただし、γ＝０、ｋ＝（２／３）１／２とした。ただし、小数点５桁以下は四捨五入している。図３０を基に具体的に現実的な巻数を決定したものを図３１に示す。図３０における巻数に励磁巻線は５０、出力巻線は１５０を乗じた値を示している。なお、図３１は小数点以下四捨五入したものである。巻線仕様を図３１のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに２相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図３２のグラフに示す。この図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度（機械角２２．５度）ずれているため、軸倍角４の回転角度検出装置として動作することが確認できた。
【００４７】
また、図３３に軸倍角８、ティースの数６の例を示す。図３３において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた６本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた８つの突極、１０は回転角度検出装置である。
【００４８】
励磁巻線の極数を６極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が８であることに注意して
（１）  空間５次か空間１１次の磁束を拾う。
（２）  空間３次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。
となる。条件（１）をみたす３相巻線の一例を図３４に示す。これを式（４）に従い３相２相変換を施し条件（２）をみたすようにしたものを図３５に示す。ただし、γ＝０、ｋ＝（２／３）１／２とした。ただし、小数点５桁以下は四捨五入している。図３５を基に具体的に現実的な巻数を決定したものを図３６に示す。図３５における巻数に励磁巻線は５０、出力巻線は１５０を乗じた値を示している。なお、図３６は小数点以下四捨五入したものである。巻線仕様を図３８のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに２相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図３７のグラフに示す。この図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度（機械角１１．２５度）ずれているため、軸倍角８の回転角度検出装置として動作することが確認できた。なお、ここに挙げた巻線は一例にすぎない。条件（１）をみたす巻線は他にもある上、γ、ｋによっても巻数を変化させることができるからである。
【００４９】
以上により、出力巻線を仮想的に３相の巻線を定義してその後３相２相変換することにより２相の出力巻線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が３相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が４の場合、固定子のティースの数が１６、軸倍角が８の場合、固定子のティースの数が３２であったが、本発明によれば、ティースの数が６でよい。すなわち、軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので巻線作業効率が低下するという課題があったが、本発明では図３１，３６からも明らかなように、出力巻線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。また、２相の出力巻線を構成する際に仮想的に構成する多相巻線を３相で構成できるので出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。
【００５０】
実施の形態４．
図３８に軸倍角８、ティースの数９の例を示す。図３８において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた９本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた８つの突極、１０は回転角度検出装置である。
【００５１】
励磁巻線の極数を６極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が８であることに注意して
（１）  空間５次か空間１１次の磁束を拾う。
（２）  空間３次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。
となる。条件（１）をみたす３相巻線の一例を図３９に示す。これを式（４）に従い３相２相変換を施し条件（２）をみたすようにしたものを図４０に示す。ただし、γ＝０、ｋ＝（２／３）１／２とした。ただし、小数点５桁以下は四捨五入している。図４０を基に具体的に現実的な巻数を決定したものを図４１に示す。図４０における巻数に励磁巻線は５０、出力巻線は１５０を乗じた値を示している。なお、図４１は小数点以下四捨五入したものである。巻線仕様を図４１のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに２相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図４２のグラフに示す。この図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度（機械角１１．２５度）ずれているため、軸倍角８の回転角度検出装置として動作することが確認できた。
【００５２】
なお、ここに挙げた巻線は一例にすぎない。条件（１）をみたす巻線は他にもある上、γ、ｋによっても巻数を変化させることができるからである。
【００５３】
以上により、出力巻線を仮想的に３相の巻線を定義してその後３相２相変換することにより２相の出力巻線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が３相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が８の場合、固定子のティースの数が３２であったが、本発明によれば、ティースの数が９でよい。すなわち、軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので巻線作業効率が低下するという課題があったが、本発明では図４１からも明らかなように、出力巻線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。また、２相の出力巻線を構成する際に仮想的に構成する多相巻線を３相で構成できるので出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。
【００５４】
実施の形態５．
図４３に軸倍角４、ティースの数１２の例を示す。図４３において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた１２本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた４つの突極、１０は回転角度検出装置である。
【００５５】
励磁巻線の極数を６極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が４であることに注意して
（１）  空間１次か空間７次の磁束を拾う。
（２）  空間３次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。
となる。条件（１）をみたす３相巻線の一例を図４４に示す。これを式（４）に従い３相２相変換を施し条件（２）をみたすようにしたものを図４５に示す。ただし、γ＝０、ｋ＝（２／３）１／２とした。ただし、小数点５桁以下は四捨五入している。図４５を基に具体的に現実的な巻数を決定したものを図４６に示す。図４５における巻数に励磁巻線は５０、出力巻線は１５０を乗じた値を示している。なお、図４６は小数点以下四捨五入したものである。巻線仕様を図４６のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに２相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図４７のグラフに示す。この図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。いずれの場合も、電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度（機械角２２．５度）ずれているため、軸倍角４の回転角度検出装置として動作することが確認できた。
【００５６】
また、図４８に軸倍角８、ティースの数１２の例を示す。図４８において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた１２本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた８つの突極、１０は回転角度検出装置である。
【００５７】
励磁巻線の極数を６極とすれば、同様に回転角度検出装置として動作するための条件を求めると、軸倍角が８であることに注意して
（１）  空間５次か空間１１次の磁束を拾う。
（２）  空間３次あるいはその整数倍の磁束を拾わない。
となる。条件（１）をみたす３相巻線の一例を図４９に示す。これを式（４）に従い３相２相変換を施し条件（２）をみたすようにしたものを図５０に示す。ただし、γ＝０、ｋ＝（２／３）１／２とした。ただし、小数点５桁以下は四捨五入している。図５０を基に具体的に現実的な巻数を決定したものを図５１に示す。図５０における巻数に励磁巻線は５０、出力巻線は１５０を乗じた値を示している。なお、図５１は小数点以下四捨五入したものである。巻線仕様を図５１のようにして、励磁巻線を交流電流で励磁したときに２相の出力巻線に現れる電圧を回転子位置によってどのように変化するかを図５２のグラフに示す。この図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。また、横軸は回転子の位置を機械角で示し、縦軸は出力巻線に発生する電圧を示す。ただし、電圧の符号が負であるのは励磁巻線の電流に対し位相が反転していることを示している。電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度（機械角１１．２５度）ずれているため、軸倍角８の回転角度検出装置として動作することが確認できた。
【００５８】
なお、ここに挙げた巻線は一例にすぎない。条件（１）をみたす巻線は他にもある上、γ、ｋによっても巻数を変化させることができるからである。
【００５９】
以上により、出力巻線を仮想的に３相の巻線を定義してその後３相２相変換することにより２相の出力巻線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が３相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が４の場合、固定子のティースの数が１６、軸倍角が８の場合、固定子のティースの数が３２であったが、本発明によれば、ティースの数が１２でよい。すなわち、軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので巻線作業効率が低下するという課題があったが、本発明では図４６，５１からも明らかなように、出力巻線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。また、２相の出力巻線を構成する際に仮想的に構成する多相巻線を３相で構成できるので出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。
【００６０】
実施の形態６．
本発明の回転角度検出装置は巻線が固定子と回転子の空隙に発生する磁束を拾うことによって動作するが、外からのノイズの影響を受けることがある。中でも、空間０次の起磁力によって発生する磁束が悪影響を及ぼすことがある。この磁束の空間次数は回転子の軸倍角と一致する。例えば、軸倍角４の回転角度検出装置では空間４次の磁束が発生する。これについて図５３を用いて説明する。図５３において、３０は回転子２の軸の周りを流れる電流（の向き）、３１は、電流３０により発生する起磁力（の向き）、３２は、起磁力３１により発生する軸倍角と同じ次数の磁束である。例えば、図５３のように、回転子２の軸の周りを流れる電流３０があれば、起磁力３１は、固定子２の軸に平行な向きに発生し、結果として、回転角度検出装置１０の回転子２と固定子１間に空間０次の起磁力が発生することになる。一方、回転子２は軸倍角と同数の突極を持っているため、パーミアンスもこの次数で変化するから空間０次の起磁力によって軸倍角と同じ次数の磁束が空隙に発生する。また、空間０次の磁束も発生する。この磁束を固定子１に備えられた巻線が拾うと検出位置誤差が増大し、正しく角度を検出できなくなってしまうという問題点が従来の回転角度検出装置においてはあった。そこで、本実施の形態では、回転子のパーミアンスの変化の空間次数と同じ空間次数の磁束や空間０次の起磁力によって発生する磁束を拾わないように出力巻線を構成し、検出位置誤差の増大を防ぐというものである。
【００６１】
具体例として、上述した図１１の軸倍角４、ティースの数９を挙げる。この場合、空間０次の起磁力によって空間４次の磁束が発生するから、これを拾わないように巻線を構成すればよいことになる。図５４に空間４次に対するベクトル図を示す。まず、仮想的に３相巻線を構成するが、そのときに空間４次に対するベクトルの和を零になるようにすればよい。図１５ではＵ相巻線はティース番号１，５，６に施し、かつ極性が１と５，６で逆になるようにしているが、ここでさらにティース番号５，６の巻数を１のそれと変化させることで、空間４次の磁束を拾わなくすることが可能となる。具体的には、ティース番号５，６の巻数Ｎ５＝Ｎ６とティース番号１の巻数Ｎ１に
【００６２】
【数６】
0003926664.tif 000006
【００６３】
なる関係があればよい。Ｖ相、Ｗ相も同様にして、電気角１２０度ずれた位置関係にすれば３相の巻線仕様を決定できる。図５５にその巻線の一例を示す。さらにこれを３相２相変換したものが図５６であり、具体的な巻数を図５７のようにした。また、図５７の巻線では出力巻線各相の巻数の合計は極性も考慮すれば０になる。よって空間０次の磁束も拾わない。このとき回転子位置によって出力電圧がどのように変化するかを図５８のグラフに示す。この図において、２０はα相巻線、２１はβ相巻線である。電圧は正弦波状の波形で互いに電気角９０度（機械角２２．５度）ずれているため、軸倍角４の回転角度検出装置として動作することが確認できた。
【００６４】
また、ここでは軸倍角４、ティースの数９について述べたが、ベクトル図を用いて例えば軸倍角と同じ空間次数の磁束を拾わないようにすればよいから、軸倍角やティースの数によらず同様の効果を得ることができる。
【００６５】
以上により、出力巻線を仮想的に３相の巻線を定義してその後３相２相変換することにより２相の出力巻線を得た。これにより、回転角度検出装置として動作することを確認できた。このような構成にすることにより励磁が３相で構成される回転角度検出装置に比べて相数が減るため、構造が簡単になり、製造工程が容易になるという効果がある。さらに、従来例であれば軸倍角が４の場合、固定子のティースの数が１６本であったが、本発明によれば、ティースの数が９でよい。すなわち、軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もある。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので巻線作業効率が低下するという課題があったが、本発明では図５７からも明らかなように、出力巻線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もある。また、２相の出力巻線を構成する際に仮想的に構成する多相巻線を３相で構成できるので出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。
【００６６】
また、さらに、本実施の形態では、２相の出力巻線が、回転子のパーミアンスの変化の空間次数と同じ空間次数の磁束や空間０次の起磁力によって発生する磁束の特定成分を拾わないように出力巻線を構成したので、検出位置誤差の増大を防ぐという効果もある。
【００６７】
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、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。本実施の形態では、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。
【００６８】
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パーミアンス角度θにおいて、直流成分も含めて
【００６９】
【数７】
0003926664.tif 000007
【００７０】
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
【００７１】
【数８】
0003926664.tif 000008
【００７２】
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。
【００７３】
したがって、本実施の形態によれば、上述の実施の形態１〜６と同様の効果が得られるとともに、さらに、出力巻線の巻数を実施の形態１〜６で述べたように設定し、回転子を式（７）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。
【００７４】
実施の形態８．
本発明の回転角度検出装置は巻線が回転子と固定子の空隙に生じる磁束を拾うことによって動作するが、回転子の回転軸と固定子中心がずれたとき、あるいは回転子中心と回転軸がずれたとき、すなわち、偏心や軸ずれが生じたときには、特定次数の磁束成分の影響を受けて検出位置誤差が増大するという可能性がある。偏心や軸ずれによって生じる磁束の次数は、例えば次のようなものがある。
（励磁の起磁力の次数）±１
励磁の起磁力の次数とは励磁巻線に流れる電流によって発生する起磁力の空間次数である。例えば、励磁が６極であれば、励磁の起磁力の次数が３となる。このとき、上式より
３±１＝２，４
となるから、空間２次、４次の磁束が発生する。従来例ではこのように偏心によって生じる次数の磁束を出力巻線が拾うことがあり検出位置誤差の増大を招くという課題を抱えていた。そこで、本実施の形態ではこのような偏心や軸ずれによって発生する磁束の特定成分を拾わない巻線仕様の構成について述べる。
【００７５】
図５９に固定子のティースの数１２、軸倍角８の例を示す。図５９において、１は固定子、２は回転子、３は固定子１に設けられた１２本のティース、４は固定子１の鉄心、５はティース３に巻き回された巻線、６は回転子２の鉄心、７は鉄心６に設けられた８つの突極、１０は回転角度検出装置である。実施の形態５と同様に励磁巻線は６極となるように施されている。このとき、既に述べたように、励磁巻線が６極の場合、偏心や軸ずれによって空隙に空間２次、４次の磁束が発生する。この２つの成分を拾わない出力巻線の構成をベクトル図を用いて考える。空間２次、４次に対するベクトル図を図６０、６１にそれぞれ示す。１２本のティースのそれぞれに施された巻線が空間２次、４次の磁束をどの位相で鎖交するかについて示している。このベクトル図から読み取れることは、例えばティース番号１，３，５のように、ｎ，ｎ＋２，ｎ＋４（ｎ＝１，２，３，・・・）なる関係で表されるティースに施された巻線に鎖交する磁束のベクトルは互いに電気角１２０度ずれていてその和は０になるということである。仮想的に３相巻線を構成する際に、このように空間２次、４次の磁束のベクトル和が０になる組み合わせを選択すれば、３相２相変換によって得られる２相の出力巻線も空間２次、４次の磁束を拾わないことになる。すなわち、偏心や軸ずれが起こっても、それに伴い生じる磁束の特定成分を拾わないので検出位置誤差の増大が防ぐことができると考えられる。
【００７６】
ここで、具体的な巻線仕様の例を挙げておく。図６２，６３，６４に仮想的に構成した３相巻線の例を示す。Ｕ相Ｖ相Ｗ相はそれぞれ電気角１２０度ずつずれた位置関係にあり、さらに各相の巻線は既に述べたように、ティース番号１，３，５のように、ｎ，ｎ＋２，ｎ＋４（ｎ＝１，２，３・・・）なる関係で表されるティース番号に巻線を施すことにより構成されている。図６２ではＵ相はティース番号１，３，５で構成され、図６３ではＵ相はティース番号１，３，５と２，４，６で構成され、図６４ではティース番号１，３，５と８，１０，１２で構成されている。Ｖ相、Ｗ相についてはＵ相と電気角±１２０度ずれた位置関係になるように構成されている。これらを３相２相変換によって２相の出力巻線に変換したものを図６５，６６，６７に示す。さらに具体的な巻数の例を図６８，６９，７０に示した。
【００７７】
これら３通りの巻線仕様（その１、その２、その３）の回転角度検出装置において、回転子と固定子の間に０．１０ｍｍの偏心が生じた場合と偏心のない理想的な場合について検出位置誤差を示したのが図７１である。比較のために従来の巻線仕様の結果も示している。この結果から、従来の巻線仕様では偏心によって検出位置誤差が著しく増大していたが、本実施の形態の巻線仕様では、偏心が生じても検出位置誤差がほとんど変化せず、従来例よりはるかに高精度な回転角度検出装置として機能していることが一目瞭然である。
【００７８】
ここでは、固定子のティースの数が１２、軸倍角が８の例について述べたが、ここで示した以外の巻数によっても同様の効果が得られる巻線仕様があり、また他のティースの数、軸倍角でも偏心や軸ずれによって発生する空隙磁束の特定次数成分を拾わないように出力巻線を構成すれば同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００７９】
以上のように、本実施の形態においては、上述の実施の形態１〜７と同様の効果が得られるとともに、さらに、出力巻線の構成を本実施の形態で述べたような構成にすることで、回転子の回転軸と固定子中心がずれたとき、すなわち偏心や軸ずれが生じたときに発生する磁束密度の特定成分を拾わないので検出位置誤差の増大を防ぐことができる。また、取りつけ位置誤差や偏心、軸ずれなどによって検出位置誤差が大きくならないことにより、取りつけ位置精度向上に掛かるコストを低減することができるという効果もある。また、ここで述べた巻線仕様は軸倍角が大きくなっても従来例より固定子のティースの数を少なくして回転角度検出装置を構成できるため巻線性、工作性がよく量産性に優れているという効果もあることはいうまでもない。さらに、従来例で正弦波状に巻数を変化させた場合があったが、この場合、ほんの僅かの巻数を施すティースがあり、そのティースのために時間の要する自動巻きの巻線機のノズルの位置決めをする必要があったので巻線作業効率が低下するという課題があったが、本発明では図６８，６９，７０からも明らかなように、出力巻線を施さなくともよいティースが複数存在するため、巻線作業効率を向上することができるという効果もあることはいうまでもない。
【００８０】
実施の形態９．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１〜８で説明した本発明の回転角度検出装置を発電機やモータ等の種々の回転電機に用いた場合について説明する。上述の実施の形態１〜８では多相２相変換を用いて巻線を構成することにより、軸倍角が増えても従来例より固定子のティースの数が少なくてすみ、量産性に優れた回転角度検出装置を得ることができると述べた。このような回転角度検出装置は光学式エンコーダに比べて安価で耐環境性に優れているので、モータや発電機などの回転電機に設けられた回転角度センサとして用いれば、安価で耐環境性にすぐれたシステムを構築することができるという効果がある。例えば車両用ベルト駆動式ＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に本発明の回転角度検出装置を組み込むことが考えられる。
【００８１】
図７２に爪形状の界磁鉄心を有する発電機に本発明の回転角度検出装置を組み込んだ図を示す。図７２において、１は回転角度検出装置１０の固定子、２は回転角度検出装置１０の回転子、５はティース３に巻き回された励磁巻線、８は出力巻線、４０は発電機（あるいは、モータ）、４１は発電機４０の界磁鉄心、４２は軸、４３は軸受け、４４は界磁巻線（界磁電流が流れる）、４５は発電機４０の固定子である。
【００８２】
ベルト駆動式ＩＳＧのシステムでは発電機（モータとしても動作する）はエンジンルームに配置されるため、高温になり光学式エンコーダは適していない。またシステムとして高価になってしまう。そこで、鉄心と巻線で構成される本発明の回転角度検出装置を用いれば、耐環境性に優れ、安価で、精巧なシステムを構築することができる。また、上述したように、本発明の回転角度検出装置は製造工程が容易であるため、それを用いた回転電機の製造工程も少なくともその分だけ容易になる。
【００８３】
さらに、爪形状の界磁鉄心を有するモータあるいは発電機は、界磁電流が図５３に示したように流れ、回転角度検出装置の空隙に空間０次の起磁力を発生させてしまう。従って、空隙に軸倍角と同じ空間次数の磁束が発生し、従来の技術では出力巻線がこの成分を拾ってしまい、検出位置誤差の増大につながった。しかしながら、本発明の実施の形態６で述べたように、軸倍角と同じ次数の磁束を拾わないように巻線を構成しておけば検出位置誤差の増大を防ぐことができるという効果が得られる。
【００８４】
また、ここでは爪形状の界磁鉄心を具備したモータあるいは発電機についてのみ述べたが、一般のモータや発電機においても空間０次の起磁力が発生してしまうことがあるので、本発明の回転角度検出装置を用いることで検出位置誤差の増大を防ぐことができるということはいうまでもない。
【００８５】
また、取りつけ位置誤差などの工作誤差により回転子の偏心が生じることがあるが、実施の形態８で述べたように偏心や軸ずれによって発生する空隙磁束の特定次数成分を出力巻線が拾わないように構成されているため、偏心や軸ずれによる検出位置誤差の増大が防ぐことができるという効果がある。さらに、取りつけ位置誤差や偏心、軸ずれなどによって検出位置誤差が大きくならないことにより、取りつけ位置精度向上に掛かるコストを低減することができるという効果もある。
【００８６】
なお、上記の実施の形態１〜９においては、予め仮想的に定義した多相の巻数を２相に変換することによって巻数が得られる２相の出力巻数の固定子を有する回転角度検出装置を例に挙げて説明したが、その場合に限らず、多相の巻数は、仮想的にではなく、実際に定義されるものでもよく、また、いかなる別の方法で得られるものでもよいものとし、その場合も上記と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
【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から構成された回転角度検出装置であって、上記２相の出力巻線は上記固定子の複数のティースに巻き回されており、上記２相の出力巻線の各々の巻数は、予め定義されたｍ相の巻線（ｍは３以上の整数）を用いて、そのｍ相の巻線の巻数を２相に変換することによって得られるものであるため、ｍ相から２相に相数が減るので、構造が簡単で、製造工程が容易になる。
【００８８】
また、上記ｍ相巻線（ｍは３以上の整数）の巻数を２相に変換するとき、
【数９】
0003926664.tif 000009
（γは任意の定数、ｋは零でない任意の定数、添字のｉはティースの番号、α、βは変換後の２相巻線、ｎは変換前の第ｎ相を示す。すなわち、Ｎαｉ，Ｎβｉ，はそれぞれｉ番目のティースにおけるα相、β相巻線の巻数、Ｎｎｉはｉ番目のティースの第ｎ相巻線の巻数を表す。）なる変換式によって変換するようにしたので、構造が簡単で、製造工程が容易である。
【００８９】
また、上記固定子のティースの個数を３ｎ（ｎは自然数）としたので、２相の出力巻線を構成する際に仮想的に構成する多相巻線を３相で構成できるので、製造工程が容易であるとともに、出力巻線の仕様を容易に決定できるという効果がある。
【００９０】
また、上記固定子のティースの個数が奇数個の場合、上記励磁巻線の巻線パターンは、上記ティースの個数の約数の値と同じ数の回数だけ繰り返したパターンとなっているので、ティースの数が奇数のときでもバランスよく励磁巻線を巻くことができ、励磁巻線の起磁力がバランスよく発生するため検出位置誤差が増大することがないという効果がある。
【００９１】
また、上記固定子のティースの個数を９とし、軸倍角を４あるいは８のいずれか一方としたので、軸倍角が４あるいは８でも固定子のティースの数を従来例より少なく構成できるため、構造が簡単で量産性に優れているという効果がある。また、出力巻線を施さなくてもよいティースが存在するので巻線作業効率を向上できるという効果もある。
【００９２】
また、固定子のティースの個数を１２とし、軸倍角を４あるいは８のいずれか一方としたので、軸倍角が４あるいは８でも固定子のティースの数を従来例より少なく構成できるため、構造が簡単で量産性に優れているという効果がある。また、出力巻線を施さなくてもよいティースが存在するので巻線作業効率を向上できるという効果もある。
【００９３】
また、上記２相の出力巻線は、上記回転子のパーミアンスの変化の空間次数と同じ空間次数の磁束や空間０次の磁束を拾わないように巻数を調整するようにしたので、製造工程が容易で、かつ、回転角度検出装置の回転子と固定子の間に一様な起磁力（空間０次の起磁力）が加わる場合に発生する空隙磁束の特定成分を出力巻線が拾わないため、検出位置誤差が増大することなく回転子の位置を検出することができるという効果がある。
【００９４】
また、上記２相の出力巻線が、回転子の回転軸と固定子の中心がずれたとき、あるいは、上記回転子の中心と回転軸とがずれたときに発生する空隙磁束の特定成分を拾わないように巻数を調整するようにしたので、製造工程が容易で、かつ、回転角度検出装置の取りつけ位置誤差や回転子の偏心、軸ずれなどによって検出位置誤差が増大することを防ぐことができるという効果がある。また、取りつけ位置誤差や偏心、軸ずれなどによって検出位置誤差が大きくならないことにより、取りつけ位置精度向上に掛かるコストを低減することができるという効果もある。
【００９５】
また、この発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の回転角度検出装置を備えた回転電機であるので、製造工程が容易で、かつ、高価な光学式エンコーダを用いることなく、回転電機の回転子位置を精度よく検出できるため、安価なシステムを構築することができるという効果がある。また、鉄心と巻線で構成された回転角度検出装置を用いることで光学式エンコーダに比べて耐環境性に優れたシステムを構築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に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。
【図２】  本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置における空間１次の磁束に対するベクトル図である。
【図３】  本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置における空間９次の磁束に対するベクトル図である。
【図４】  本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置における空間５次の磁束に対するベクトル図である。
【図５】  本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置における５相巻線の一例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１に係る回転角度検出装置における５相２相変換後の巻線の一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１に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（巻数に小数も許す場合）を表形式で示した説明図である。
【図８】  本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（巻数を整数とした場合）を表形式で示した説明図である。
【図９】  本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形（図７の巻線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。
【図１０】  本発明の実施の形態１に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形（図８の巻線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。
【図１１】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。
【図１２】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における空間１次の磁束に対するベクトル図である。
【図１３】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における空間７次の磁束に対するベクトル図である。
【図１４】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における空間３次の磁束に対するベクトル図である。
【図１５】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における３相巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図１６】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例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２に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（巻数に小数も許す場合）を表形式で示した説明図である。
【図１８】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（巻数を整数とした場合）を表形式で示した説明図である。
【図１９】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形（図１７の巻線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。
【図２０】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形（図１８の巻線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。
【図２１】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置の構成の変形例を示した構成図である。
【図２２】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置（図２１）における軸倍角２、スロット数９の一例を表形式で示した説明図である。
【図２３】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置（図２１）における３相２相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図２４】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置（図２１）における具体的な巻線の一例（巻数に小数も許す場合）を表形式で示した説明図である。
【図２５】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置（図２１）における具体的な巻線の一例（巻数を整数とした場合）を表形式で示した説明図である。
【図２６】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形（図２４の巻線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。
【図２７】  本発明の実施の形態２に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形（図２５の巻線仕様のとき）をグラフ形式で示した説明図である。
【図２８】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。
【図２９】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置における３相巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図３０】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図３１】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図３２】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。
【図３３】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置の構成の変形例を示した構成図である。
【図３４】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置における３相巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図３５】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図３６】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図３７】  本発明の実施の形態３に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。
【図３８】  本発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。
【図３９】  本発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置における３相巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図４０】  本発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図４１】  本発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図４２】  本発明の実施の形態４に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。
【図４３】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。
【図４４】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置における３相巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図４５】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図４６】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図４７】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。
【図４８】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置の構成の変形例を示した構成図である。
【図４９】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置（図４８）における３相巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図５０】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置（図４８）における３相２相変換後の巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図５１】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置（図４８）における具体的な巻線の一例を表形式で示した説明図である。
【図５２】  本発明の実施の形態５に係る回転角度検出装置（図４８）における２相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。
【図５３】  本発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置における軸倍角と同じ次数の磁束が発生する例を示した説明図である。
【図５４】  本発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置における空間４次の磁束に対するベクトル図である。
【図５５】  本発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置における３相巻線の一例（軸倍角と同じ次数の磁束を拾わない巻線の一例）を表形式で示した説明図である。
【図５６】  本発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例（軸倍角と同じ次数の磁束を拾わない巻線の一例）を表形式で示した説明図である。
【図５７】  本発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（軸倍角と同じ次数の磁束を拾わない巻線の一例）を表形式で示した説明図である。
【図５８】  本発明の実施の形態６に係る回転角度検出装置における２相の出力電圧波形をグラフ形式で示した説明図である。
【図５９】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置の構成を示した構成図である。
【図６０】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における空間２次の磁束に対するベクトル図である。
【図６１】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における空間４次の磁束に対するベクトル図である。
【図６２】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における３相巻線（その１）を表形式で示した説明図である。
【図６３】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における３相巻線（その２）を表形式で示した説明図である。
【図６４】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における３相巻線（その３）を表形式で示した説明図である。
【図６５】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例（その１）を表形式で示した説明図である。
【図６６】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例（その２）を表形式で示した説明図である。
【図６７】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における３相２相変換後の巻線の一例（その３）を表形式で示した説明図である。
【図６８】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（その１）を表形式で示した説明図である。
【図６９】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（その２）を表形式で示した説明図である。
【図７０】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における具体的な巻線の一例（その３）を表形式で示した説明図である。
【図７１】  本発明の実施の形態８に係る回転角度検出装置における偏心の有無による検出位置誤差の変化をグラフ形式で示した説明図である。
【図７２】  本発明の実施の形態１〜８に係る回転角度検出装置を爪形の界磁鉄心を持つ発電機に適用した実施の形態９の構成を示した構成図である。
【図７３】  従来の回転角度検出装置の構成の一例について示した構成図である。
【図７４】  従来の回転角度検出装置の構成の他の例について示した構成図である。
【符号の説明】
１  固定子、２  回転子、３  ティース、４  鉄心、５  （励磁）巻線、６  鉄心、７  突極、８  出力巻線、１０  回転角度検出装置、２０  α相巻線、２１  β相巻線、３０  電流、３１  起磁力、３２  起磁力により発生する軸倍角と同じ次数の磁束、４０  発電機、４１  発電機の界磁鉄心、４２  軸、４３  軸受け、４４  界磁巻線、４５  発電機の固定子、１００  固定子、１０１  回転子、１０２  ティース、１０３  巻線。
【図１】
0003926664.tif 000011
【図２】
0003926664.tif 000012
【図３】
0003926664.tif 000013
【図４】
0003926664.tif 000014
【図５】
0003926664.tif 000015
【図６】
0003926664.tif 000016
【図７】
0003926664.tif 000017
【図８】
0003926664.tif 000018
【図９】
0003926664.tif 000019
【図１０】
0003926664.tif 000020
【図１１】
0003926664.tif 000021
【図１２】
0003926664.tif 000022
【図１３】
0003926664.tif 000023
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003926664.tif 000026
【図１７】
0003926664.tif 000027
【図１８】
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【図１９】
0003926664.tif 000029
【図２０】
0003926664.tif 000030
【図２１】
0003926664.tif 000031
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
0003926664.tif 000055
【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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