(57)【要約】      （修正有）【課題】トランス部を取り除くことができ、薄型化することのできるブラシレスレゾルバを提供する。【解決手段】ブラシレスレゾルバ１０は、対向配置された励磁側ステータ１および出力側ステータ２と、両ステータ１、２間に設けられるロータ３とからなり、励磁側ステータ１は基板４上に巻線５が配置されてなり、出力側ステータ２は基板６上に空芯コイル７が配置されてなり、ロータ３は外周が略正弦波形状により形成されている構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された励磁側ステータおよび出力側ステータと、両ステータ間に設けられるロータとからなるブラシレスレゾルバであって、該励磁側ステータは基板上に巻線が配置されてなり、該出力側ステータは基板上に空芯コイルが配置されてなり、該ロータは外周が略正弦波形状により形成されていることを特徴とする、ブラシレスレゾルバ。
【請求項２】
前記ロータの回転により、正弦波状に変化する磁束が空芯コイルに鎖交可能であり、ステータトランスおよびロータトランスを要することなく角度検出を行うことを特徴とする、請求項１に記載のブラシレスレゾルバ。
【請求項３】
前記励磁側ステータ、出力側ステータおよびロータはいずれも板状であり、該励磁側ステータは基板上に円状に巻線が配置されてなり、該出力側ステータは基板上に２個以上の空芯コイルが軸周り上に配置されてなり、かかる構成により該出力側ステータにおいて正弦波状の電圧が出力されることを特徴とする、請求項１または２に記載のブラシレスレゾルバ。
【請求項４】
前記空芯コイルは等間隔に周状に配置されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のブラシレスレゾルバ。
【請求項５】
前記空芯コイルは８個設けられ、前記ロータの略正弦波形が５個設けられていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のブラシレスレゾルバ。
【請求項６】
信号数を増やすためのバッファ回路と信号レベルを上げるための増幅回路と、出力信号を生成するための加算回路を備え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ブラシレスレゾルバ。
【請求項７】
前記増幅回路および加算回路は前記出力側ステータに設けられることを特徴とする、請求項６に記載のブラシレスレゾルバ。
【請求項８】
前記増幅回路は前記空芯コイル数の２倍以上の信号を発生することを特徴とする、請求項６または７に記載のブラシレスレゾルバ。
【請求項９】
前記加算回路による出力信号からＳＩＮ信号およびＣＯＳ信号を発生することを特徴とする、請求項６ないし８のいずれかに記載のブラシレスレゾルバ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載のブラシレスレゾルバに用いるための板状ロータ。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれかに記載のブラシレスレゾルバに用いるための板状ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブラシレスレゾルバ、板状ロータおよび板状ステータに係り、特に、薄型化されたブラシレスレゾルバ等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転位置検出器の一つであるレゾルバは、励磁側巻線を交流電圧により励磁すると回転角度によって出力側巻線において誘起される交流の出力電圧の位相もしくは振幅が変化することを利用して、回転機器の回転角度を検出するものである。動作原理はトランスと共通するが、トランスにおける鉄心がロータとステータに分かれている点が異なる。レゾルバは、高温、高振動等の環境下でも使用でき、故障しにくく、さらにノイズにも強いため、高度な信頼性を要求される機器の検出器として広く用いられている。なお、レゾルバのうちブラシレスレゾルバでは、ロータに信号を伝達する手段として、従前のブラシおよびスリップリングの代わりに、回転トランスを用いるのが一般的である。
【０００３】
図８は、従来のブラシレスレゾルバの構造を示す半断面図である。図示するように従来のブラシレスレゾルバは、ステータ鉄心１３１ならびにステータ巻線１３２からなるステータと、および、ロータ鉄心１４１ならびにロータ巻線１４２からなるロータとにより構成される検出部（レゾルバ部）と、ステータトランス１５１ならびにステータトランス巻線１５２からなるステータトランスと、および、ロータトランス１６１ならびにロータトランス巻線１６２からなるロータトランスとにより構成される回転トランス（トランス部）とから、主として構成される。
【０００４】
つまりブラシレスレゾルバは、回転角に応じた電圧が得られるレゾルバ部と、ロータへの信号伝達を目的とするトランス部とを主たる構成としている。機能面からみるとブラシレスレゾルバは、ステータトランス、ロータトランス、ロータ鉄心、ステータ鉄心によって磁気回路を構成し、ステータトランスおよびロータトランスからなるトランス部は、ステータ側からロータ側へレゾルバ励磁信号を非接触で伝達する機能のみを担う。一方、ロータ鉄心およびレゾルバ鉄心からなるレゾルバ部は、回転角に応じたレゾルバ励磁信号の変調というレゾルバ本来の機能を担う。
【０００５】
レゾルバについては従来、技術的な提案も多くなされている。たとえば後掲特許文献１には、薄型で高精度のレゾルバとして、励磁信号が入力する励磁コイルと検出信号を出力する検出コイルを有し、これらを設けた受動体の変位量に応じて検出信号が変化することで受動体の変位量を検出するレゾルバにおいて、両コイルのうち径方向の内側の形成される内側コイルと、外側に形成される外側コイルとのコイル面積を均しくし、かつ内側コイルに対して外側コイルの位相を半周期ずらすという構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１７１６９号公報「レゾルバ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さて、上述したように従来のブラシレスレゾルバは、構成部品としてステータトランス、ロータトランス、ロータ鉄心、ステータ鉄心を有しており、それぞれに巻線がなされている。すなわち、ステータトランス巻線、ロータトランス巻線、ロータ巻線、ステータ巻線と、多くの巻線を必要とし、したがってブラシレスレゾルバは、かかる構造による厚さを必然的に有したものとなっている。
【０００８】
ブラシレスレゾルバの構造中、ロータ鉄心およびステータ鉄心によるレゾルバ部は、レゾルバ本来の機能を担うものであり、レゾルバとして欠かせない。一方、トランス部は、ステータ側からロータ側へレゾルバ励磁信号を非接触で伝達する機能のみを担うものであり、レゾルバ本来の機能に寄与するものではない。つまり、本来、角度検出する際にステータトランス、ロータトランスは不要である。
【０００９】
ところで、レゾルバの応用範囲は広範であり、これが搭載されるモータ全体の小型化の要請に対応するには、レゾルバの薄型化が求められている。したがって、従来のブラシレスレゾルバにおけるトランス部を取り除いた新たな方式を実現することができれば、その分省スペース化となり、レゾルバを薄型化し、それによりモータ寸法を小さくすることができる。
【００１０】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、新方式によって従来のトランス部を取り除くことができ、これによって薄型化することのできるブラシレスレゾルバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者は上記課題について検討した結果、対向配置された励磁側ステータおよび出力側ステータと、両ステータ間に設けられるロータとからなる新方式のブラシレスレゾルバを考案した。そして、励磁側ステータの巻線は同心円状の巻線とし、出力側ステータには最低２個の空芯コイルを空間的に９０°ずれた位置に配置し、検出コイルで正弦波状の電圧を出力するために、ロータは正弦波形状の遮蔽構造とすることによって課題解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【００１２】
〔１〕  対向配置された励磁側ステータおよび出力側ステータと、両ステータ間に設けられるロータとからなるブラシレスレゾルバであって、該励磁側ステータは基板上に巻線が配置されてなり、該出力側ステータは基板上に空芯コイルが配置されてなり、該ロータは外周が略正弦波形状により形成されていることを特徴とする、ブラシレスレゾルバ。
〔２〕  前記ロータの回転により、正弦波状に変化する磁束が空芯コイルに鎖交可能であり、ステータトランスおよびロータトランスを要することなく角度検出を行うことを特徴とする、〔１〕に記載のブラシレスレゾルバ。
〔３〕  前記励磁側ステータ、出力側ステータおよびロータはいずれも板状であり、該励磁側ステータは基板上に円状に巻線が配置されてなり、該出力側ステータは基板上に２個以上の空芯コイルが軸周り上に配置されてなり、かかる構成により該出力側ステータにおいて正弦波状の電圧が出力されることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載のブラシレスレゾルバ。
【００１３】
〔４〕  前記空芯コイルは等間隔に周状に配置されていることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載のブラシレスレゾルバ。
〔５〕  前記空芯コイルは８個設けられ、前記ロータの略正弦波形が５個設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載のブラシレスレゾルバ。
〔６〕  信号数を増やすためのバッファ回路と信号レベルを上げるための増幅回路と、出力信号を生成するための加算回路を備えることを特徴とする、〔１〕ないし〔５〕のいずれかに記載のブラシレスレゾルバ。
〔７〕  前記増幅回路および加算回路は前記出力側ステータに設けられることを特徴とする、〔６〕に記載のブラシレスレゾルバ。
【００１４】
〔８〕  前記増幅回路は前記空芯コイル数の２倍以上の信号を発生することを特徴とする、〔６〕または〔７〕に記載のブラシレスレゾルバ。
〔９〕  前記加算回路による出力信号からＳＩＮ信号およびＣＯＳ信号を発生することを特徴とする、〔６〕ないし〔８〕のいずれかに記載のブラシレスレゾルバ。
〔１０〕  〔１〕ないし〔９〕のいずれかに記載のブラシレスレゾルバに用いるための板状ロータ。
〔１１〕  〔１〕ないし〔９〕のいずれかに記載のブラシレスレゾルバに用いるための板状ステータ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のブラシレスレゾルバ、板状ロータおよび板状ステータは上述のように構成されるため、これらによれば、従来のブラシレスレゾルバに設けられていたトランス部を取り除くことができ、これによって薄型ブラシレスレゾルバを提供することができる。それにより、ブラシレスレゾルバが搭載されるモータ全体の寸法を小さくすることができ、装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明ブラシレスレゾルバの基本構成を示す概念的説明図である。
【図１−２】本発明ブラシレスレゾルバのロータの外周上における形状を示した説明図である。
【図２】従来のブラシレスレゾルバの基本構成を示す概念的説明図である。
【図３】本発明ブラシレスレゾルバの構成例を示す説明図である。
【図４】本発明ブラシレスレゾルバの別の構成例を示す説明図である。
【図５】図４の例における空芯コイルの各ＣＯＳ出力を示すグラフである。
【図６】図４の例における空芯コイルの各ＳＩＮ出力を示すグラフである。
【図７】図５、６における各信号を加算した結果を示すグラフである。
【図８】従来のブラシレスレゾルバの構造を示す半断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明ブラシレスレゾルバの基本構成を示す概念的説明図である。また、図１−２は、本発明ブラシレスレゾルバのロータの外周上における形状を示した説明図である。これらに図示するように本ブラシレスレゾルバ１０は、対向配置された励磁側ステータ１および出力側ステータ２と、両ステータ１、２間に設けられるロータ３とからなり、励磁側ステータ１は基板４上に巻線５が配置されてなり、出力側ステータ２は基板６上に空芯コイル７が配置されてなり、ロータ３は外周８が略正弦波形状により形成されていることを、主たる構成とする。
【００１８】
さらに、励磁側ステータ１、出力側ステータ２およびロータ３の形状はいずれも板状とし、励磁側ステータ１は基板４上に円状に巻線５が配置されてなり、出力側ステータ２は基板６上に２個以上の空芯コイル７が軸周り上に配置された構成とすることができる。
【００１９】
ロータ３は、外周８が略正弦波形状により形成されているため、中央部から複数の曲線状の凸部が複数突出した、いわば放射状または花びら形状を呈する。ロータ３の形状はすなわち、鎖交させる磁束を遮蔽して正弦波状に変化させるためのものであり、材料としては、たとえば磁性材料または非鉄金属を好適に用いることができる。
【００２０】
かかる構成により本発明ブラシレスレゾルバ１０では、励磁側ステータ１の円状の巻線５から磁束が１方向に、つまり出力側ステータ２方向に鎖交するが、この状態で両ステータ１、２間に設けられたロータ３が回転することにより、出力側ステータ２の空芯コイル７には正弦波状に変化する磁束が鎖交することになり、出力側ステータ２において正弦波状の電圧が出力される。したがって、従来のようなトランス部、すなわちステータトランスおよびロータトランスを要することなく、角度検出がなされる。
【００２１】
かかる本発明ブラシレスレゾルバ１０が従来と比較して薄型であることを、再度従来技術を図示しつつ説明する。
図２は、従来のブラシレスレゾルバの基本構成を示す概念的説明図である。従来のブラシレスレゾルバ２１０は、ステータ鉄心ＳＲからなるステータおよびロータ鉄心ＲＲからなるロータとにより構成される検出部（レゾルバ部）と、ステータトランスＳＴおよびロータトランスＲＴとにより構成される回転トランス（トランス部）とから構成されている。ステータ鉄心ＳＲ、ロータ鉄心ＲＲ、ステータトランスＳＴ、ロータトランスＲＴにはいずれも巻線がなされている。
【００２２】
これと、前掲図１に示した本発明の基本構成とを対比すると、本発明ブラシレスレゾルバ１０における励磁側ステータ１が、従来のブラシレスレゾルバ２１０における回転トランス（トランス部  ステータトランスＳＴおよびロータトランスＲＴとにより構成）に機能的に該当し、ロータ３および出力側ステータ２が、従来のブラシレスレゾルバ２１０における検出部（レゾルバ部  ステータ鉄心ＳＲおよびロータ鉄心とにより構成）に機能的に該当する。この対比からも、本発明ブラシレスレゾルバ１０において、相当程度の薄型化が可能であることが認められる。
【００２３】
図３は、本発明ブラシレスレゾルバの構成例を示す説明図である。図示するように本ブラシレスレゾルバ３１０は、  出力側ステータ３２に設ける空芯コイル３７について、これを最低２個用い、かつ空間的に９０°ずれた位置に配置する構成とすることができる。最低限かかる構成をとることにより、正弦波形状の外周３８を有するロータ３３の回転に伴って、空芯コイル３７に正弦波状に変化する磁束を鎖交させることができ、出力側ステータ３２において正弦波状の電圧が出力されるため、本発明の作用効果を得ることができる。
【００２４】
図４は、本発明ブラシレスレゾルバの別の構成例を示す説明図である。本ブラシレスレゾルバ４１０は、  出力側ステータ４２に設ける空芯コイル４７を等間隔に周状に配置するものとすることができる。図３に示した例でも本発明作用効果はもちろん得られるが、空芯コイル４７の等間隔での周状配置によって、より効果的に出力信号を得ることができる。特に図示するように、出力側ステータ４２の同心円の円周上に配置する構成とすることが好ましい。
【００２５】
本発明ブラシレスレゾルバにおける空芯コイルの設置数やロータの具体的形状などは特に限定されるものではないが、図では、空芯コイル４７を８個設け、ロータの略正弦波形を５個設けた構成のブラシレスレゾルバ４１０を例示している。本例に即して、改めて本発明を説明する。同心円状に並べた空芯コイル４７から構成される出力側ステータ４２に対して、磁束を１方向に鎖交させることのできる円形の巻線（同心円状に巻いたコイル）４５から構成された励磁側ステータ４１を対向させる。
【００２６】
さらに、鎖交させる磁束を正弦波状に変化させるための形状であるところの、放射型ないしは花びら型の外周形状を備えた磁性材料または非鉄金属製のロータ４３を両ステータ４１、４２間に配置する。このように構成したブラシレスレゾルバ４１０において、同心円状に巻いた巻線４５から出力される磁束を、対向させた空芯コイル４７に鎖交させるが、この状態でロータ４３を回転させると、磁束に対するロータ４３の遮蔽作用によって磁束は正弦波状に変化し、空芯コイル４７には正弦波状に変化する磁束を鎖交させることができ、出力側ステータ４２において正弦波状の電圧が出力される。したがって本発明によれば、従来のブラシレスレゾルバに用いられていたトランスは不要となる。
【００２７】
図３（および図４）に示すように本発明ブラシレスレゾルバ３１０（４１０）は、信号数を増やすためのバッファ回路、信号レベルを上げるための増幅回路、および、出力信号を生成するための加算回路を備えるものとすることができる。図では、バッファ回路はバッファアンプ３Ｂ（４Ｂ）、また、加算回路はＣＯＳ信号用としてＣＯＳ出力加算回路３Ｃ（４Ｃ）、ＳＩＮ信号用としてＳＩＮ出力加算回路３Ｓ（４Ｓ）が設けられている。
【００２８】
図示するように、これらの回路を空芯コイル３７（４７）に接続することにより、軸角度に応じて正弦波状に変化する９０°位相がずれた２相の電圧を出力することが可能となる。また、各回路は、出力側ステータ３２（４２）または励磁側ステータ３１（４１）のいずれかと一体に構成することにより、本発明ブラシレスレゾルバ３１０（４１）の薄さを十分に確保することができる。なお各回路は、空芯コイル３７（４７）と接続するため、図示するように出力側ステータ３２（４２）側と一体に設けることが、より好ましい。
【００２９】
本発明ブラシレスレゾルバ３１０（４１０）において、増幅回路では、設ける空芯コイル３７（４７）の数の２倍以上の信号を発生することができ、信号が十分に増幅されたものとなる。図４に示す例では、バッファアンプ４Ｂにより、８個の空芯コイル４７から、その２倍の１６個の信号を発生させることができる。また、各加算回路３Ｃ（４Ｃ）、３Ｓ（４Ｓ）による出力信号から、ＣＯＳ信号およびＳＩＮ信号が発生する。
【００３０】
図４の例におけるバッファアンプ４Ｂによる信号増幅について説明する。本来、１箇所にＣＯＳ出力用空芯コイル１個とＳＩＮ出力用空芯コイル１個を配置し、かかる配置を８箇所設けること、すなわち、計１６個の空芯コイルを用いることによって、各８個のＣＯＳ出力とＳＩＮ出力を発生させることができる。
【００３１】
しかし、かかる構成では、その分設置スペースや配線数を要するため、本例のようにバッファアンプ４Ｂを用いることにより、信号を分岐させて、設ける空芯コイル４７の数を減らし、省スペース化し、配線数を削減することができる。そして、ＣＯＳ出力用、ＳＩＮ出力用の各加算回路４Ｃ、４Ｓにて、それぞれ８個の出力信号を加算することにより、ＳＩＮ出力とＣＯＳ出力を発生させることができる。
【００３２】
図５は、図４の例における空芯コイルの各ＣＯＳ出力を示すグラフである。また図６は、図４の例における空芯コイルの各ＳＩＮ出力を示すグラフである。いずれのグラフも、軸角度による出力電圧を表している。これらに示す通り、全８個の空芯コイル４７の信号は、軸角度によってそれぞれ変化している。
【００３３】
図７は、図５、６における各信号を加算した結果を示すグラフである。各図に示した各信号を、加算回路によって加算することにより、図７に示すとおり、ＣＯＳ出力とＳＩＮ出力を発生させることができる。つまり、本発明のブラシレスレゾルバは、全ての空芯コイルは巻線にて直列に接続されていないため、回路上で加算回路を組むことにより、ＳＩＮ出力とＣＯＳ出力を発生させるものである。
【００３４】
なお、以上説明した本発明ブラシレスレゾルバに用いるための板状ロータや板状ステータもまた、本発明の範囲内である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のブラシレスレゾルバ、板状ロータおよび板状ステータによれば、従来のブラシレスレゾルバに設けられていたトランス部を取り除くことができ、薄型ブラシレスレゾルバを提供することができる。それにより、ブラシレスレゾルバが搭載されるモータ全体の寸法を小さくでき、装置を小型化できる。したがって、レゾルバ・モータ製造分野、使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００３６】
１、３１、４１…励磁側ステータ
２、３２、４２…出力側ステータ
３、３３、４３…ロータ
４、３４、４４…基板
５、３５、４５…巻線
６、３６、４６…基板
７、３７、４７…空芯コイル
８、３８…ロータ外周
１０、３１０、４１０…ブラシレスレゾルバ
３０、４０…励磁電源
３Ｂ、４Ｂ…バッファアンプ
３Ｃ、４Ｃ…ＣＯＳ出力加算回路
３Ｓ、４Ｓ…ＳＩＮ出力加算回路
Ｘ…軸
【００３７】
１３１…ステータ鉄心
１３２…ステータ巻線
１４１…ロータ鉄心
１４２…ロータ巻線
１５１…ステータトランス
１５２…ステータトランス巻線
１６１…ロータトランス
１６２…ロータトランス巻線
２１０…ブラシレスレゾルバ
ＳＲ…ステータ鉄心
ＲＲ…ロータ鉄心
ＳＴ…ステータトランス
ＲＴ…ロータトランス
２Ｘ…軸
【図１】
2017111104.tif 000003
【図１−２】
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【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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