特許 7454071 レゾルバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-12

(45)【発行日】2024-03-21

(54)【発明の名称】レゾルバ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/20 20060101AFI20240313BHJP

【ＦＩ】

G01D5/20 110E

G01D5/20 110F

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022568361

(86)(22)【出願日】2021-12-10

(86)【国際出願番号】 JP2021045686

(87)【国際公開番号】W WO2022124414

(87)【国際公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-05-09

(31)【優先権主張番号】P 2020205914

(32)【優先日】2020-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000113791

【氏名又は名称】マブチモーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003649

【氏名又は名称】弁理士法人真田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱崎 康平

【審査官】平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－２９２０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３３１５４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／２０，５／２４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータのステータに対する回転角を検出するレゾルバであって、
前記ロータおよび前記ステータに配置されるシート状の励磁コイルおよび検出コイルのいずれか一方において、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦コイルおよび余弦コイルと、
前記励磁コイルおよび前記検出コイルのいずれか他方において、前記正弦コイルおよび前記余弦コイルに対向配置される対向コイルと、を備え、
前記レゾルバの軸方向視において前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々と前記対向コイルとが重なり合う部分の面積が、前記ロータの回転に伴い正弦波状に変化し、
前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、前記ロータの回転軸を基準とする極座標平面において半径方向の幅を偏角に対して正弦波状に変化させる形状を有し、さらに磁極対の一方を生成するための往路コイルと前記磁極対の他方を生成するための復路コイルとを有し、
前記往路コイルおよび前記復路コイルの各々が、互いに重ならないように同一平面上に配置され、
前記往路コイルおよび前記復路コイルが、半径方向に隙間なく互いに隣接するように配置される
ことを特徴とするレゾルバ。

【請求項2】

前記対向コイルが、前記ロータの回転軸と同軸の円環状に形成される
ことを特徴とする、請求項１記載のレゾルバ。

【請求項3】

前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、前記ロータの回転軸を基準とする極座標平面において、以下の式１および式２で表される曲線で囲まれた領域に対応する形状に形成される
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のレゾルバ。

【数1】

【請求項4】

ロータのステータに対する回転角を検出するレゾルバであって、
前記ロータおよび前記ステータに配置されるシート状の励磁コイルおよび検出コイルのいずれか一方において、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦コイルおよび余弦コイルと、
前記励磁コイルおよび前記検出コイルのいずれか他方において、前記正弦コイルおよび前記余弦コイルに対向配置される対向コイルと、を備え、
前記レゾルバの軸方向視において前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々と前記対向コイルとが重なり合う部分の面積が、前記ロータの回転に伴い正弦波状に変化し、
前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、前記ロータの回転軸を基準とする極座標平面において半径方向の幅を偏角に対して正弦波状に変化させる形状を有し、
前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、前記ロータの回転軸を基準とする極座標平面において、以下の式１および式２で表される曲線で囲まれた領域に対応する形状に形成される
ことを特徴とするレゾルバ。

【数2】

【請求項5】

前記対向コイルが、前記ロータの回転軸と同軸の円環状に形成される
ことを特徴とする、請求項４に記載のレゾルバ。

【請求項6】

前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、磁極対の一方を生成するための往路コイルと前記磁極対の他方を生成するための復路コイルとを有し、
前記往路コイルおよび前記復路コイルの各々が、互いに重ならないように同一平面上に配置され、
前記往路コイルおよび前記復路コイルが、半径方向に隙間なく互いに隣接するように配置される
ことを特徴とする、請求項４または５に記載のレゾルバ。

【請求項7】

ロータのステータに対する回転角を検出するレゾルバであって、
前記ロータおよび前記ステータのいずれか一方に配置されるシート状の励磁コイルおよび検出コイルと、
前記ロータおよび前記ステータのいずれか他方に配置されて前記励磁コイルおよび前記検出コイルと軸方向に対向する導体と、
前記励磁コイルおよび前記検出コイルのいずれか一方において、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦コイルおよび余弦コイルと、
前記励磁コイルおよび前記検出コイルのいずれか他方である他方コイルと、を備え、
前記レゾルバの軸方向視において前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々と前記導体とが重なり合う部分の面積が、前記ロータの回転に伴い正弦波状に変化し、
前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、前記ロータの回転軸を基準とする極座標平面において半径方向の幅を偏角に対して正弦波状に変化させる形状を有し、さらに磁極対の一方を生成するための往路コイルと前記磁極対の他方を生成するための復路コイルとを有し、
前記往路コイルおよび前記復路コイルの各々が、互いに重ならないように同一平面上に配置され、
前記往路コイルおよび前記復路コイルが、半径方向に隙間なく互いに隣接するように配置される
ことを特徴とするレゾルバ。

【請求項8】

ロータのステータに対する回転角を検出するレゾルバであって、
前記ロータおよび前記ステータのいずれか一方に配置されるシート状の励磁コイルおよび検出コイルと、
前記ロータおよび前記ステータのいずれか他方に配置されて前記励磁コイルおよび前記検出コイルと軸方向に対向する導体と、
前記励磁コイルおよび前記検出コイルのいずれか一方において、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦コイルおよび余弦コイルと、
前記励磁コイルおよび前記検出コイルのいずれか他方である他方コイルと、を備え、
前記レゾルバの軸方向視において前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々と前記導体とが重なり合う部分の面積が、前記ロータの回転に伴い正弦波状に変化し、
前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、前記ロータの回転軸を基準とする極座標平面において半径方向の幅を偏角に対して正弦波状に変化させる形状を有し、
前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々が、前記ロータの回転軸を基準とする極座標平面において、以下の式１および式２で表される曲線で囲まれた領域に対応する形状に形成される
ことを特徴とするレゾルバ。

【数3】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステータに対するロータの回転角を検出するレゾルバに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ステータに対するロータの回転角を検出するレゾルバにおいて、電気角で９０度の位相差を持つ二相のシートコイルを周方向に隣接配置した構造が知られている。例えば、単相の励磁コイルに対向配置される二相の検出コイル（sin相コイルパターン，cos相コイルパターン）を同一平面上に配置した構造のレゾルバが知られている。このような構造により、励磁コイルに対する二相の検出コイルの距離がほぼ同一となり、角度検出精度が改善されうる（日本特許第5342963号公報参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第5342963号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

二相の検出コイルを隣接配置した場合、ロータを回転させたときに各々の検出コイルに誘起される電圧の大きさが急変し、信号波形の形状が歪（いびつ）になることがある。このような課題に対し、ロータの回転角に応じてコイルの巻数を変化させることで、誘起される電圧の大きさを徐々に変化させる手法が存在する。しかしながら、コイルの巻数は自然数の単位で変化させることしかできないため、検出コイルに誘起される電圧が階段状に変化することになり、信号波形を滑らかに整えることは難しい。また、コイルの巻数を増加させることで構造が複雑化し、レゾルバの小型化や軽量化が困難となる。

【0005】

本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成で良好な信号波形を実現できるようにしたレゾルバを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

開示のレゾルバは、ロータのステータに対する回転角を検出するレゾルバであって、前記ロータまたは前記ステータに配置されるシート状の励磁コイルおよび検出コイルのいずれか一方において、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号を伝達する正弦コイルおよび余弦コイルと、前記励磁コイルおよび前記検出コイルのいずれか他方において、前記正弦コイルおよび前記余弦コイルに対向配置される対向コイルまたは導体と、を備える。また、前記レゾルバの軸方向視において前記正弦コイルおよび前記余弦コイルの各々と前記対向コイルまたは前記導体とが重なり合う部分の面積が、前記ロータの回転に伴い正弦波状に変化する。

【発明の効果】

【0007】

開示のレゾルバによれば、簡素な構成で良好な信号波形を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第一実施例としてのレゾルバの構造を示す模式図である。

【図2】励磁コイルの構造を例示する模式的な回路図である。

【図3】検出コイルの構造を例示する模式的な回路図である。

【図4】（Ａ）は励磁コイルの形状を極座標で表現したグラフであり、（Ｂ）は検出コイルの形状を極座標で表現したグラフである。

【図5】励磁コイルの形状を数式で説明するためのグラフである。

【図6】（Ａ）～（Ｄ）は励磁コイルの具体例を説明するための模式図である。

【図7】（Ａ）は変形例としての励磁コイルの構造を説明するための模式図であり、（Ｂ）はその励磁コイルの形状を極座標で表現したグラフである。

【図8】（Ａ）は変形例としての励磁コイルの構造を説明するための模式図であり、（Ｂ）はその励磁コイルの形状を極座標で表現したグラフである。

【図9】変形例としてのレゾルバの構造を示す模式図である。

【図10】（Ａ）は変形例としての励磁コイルの構造を示す模式的な回路図であり、（Ｂ）は変形例としての検出コイルの構造を示す模式的な回路図である。

【図11】第一実施例としてのレゾルバの構造を示す模式図である。

【図12】（Ａ）は導体の構造を示す模式図であり、（Ｂ）は検出コイルの構造を示す模式的な回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［１．第一実施例］
［Ａ．構成］
（ア）．概要
図１は第一実施例としてのレゾルバ１の構造を示す模式図である。このレゾルバ１は二相励磁単相出力型のレゾルバ１であって、振幅変調された交流信号を入力し、それを用いて位相変調された信号から回転角を検出する変調波レゾルバである。レゾルバ１は、ロータ２（回転子）とステータ３（固定子）と制御装置４とを備える。ロータ２は、ステータ３に対して回転可能に軸支される円盤状の部材である。また、ステータ３は、図示しないケーシングに対して固定される円盤状の部材である。ロータ２，ステータ３の各々には、シート状に形成された複数のシートコイルが設けられる。

【0010】

制御装置４は、ロータ２のステータ３に対する回転角を演算して出力するものである。制御装置４には、シートコイルに供給される交流信号を生成する信号生成回路５と、シートコイルから返送される出力信号に基づき、回転角に対応する角度情報を出力する信号処理回路６とが内蔵される。信号生成回路５で生成された交流信号は、電磁誘導によりステータ３側からロータ２側へと伝達された後、ロータ２側からステータ３側へと返送されて信号処理回路６へと入力される。信号処理回路６に入力された信号に基づき、ロータ２のステータ３に対する回転角が把握される。

【0011】

図１に示すレゾルバ１のロータ２およびステータ３には、第一コイル群１０と第二コイル群２０とが設けられる。第一コイル群１０は、軸倍角がｎＸの励磁コイルおよび検出コイルを含むコイル群である。言い換えれば、第一コイル群１０の励磁コイルおよび検出コイルは多極コイルであり、磁極対（Ｎ極およびＳ極）がｎ個形成される。これに対して、第二コイル群２０は、軸倍角が１Ｘの励磁コイルおよび検出コイルを含むコイル群である。第二コイル群２０の励磁コイルおよび検出コイルにおける磁極対（Ｎ極およびＳ極）の数は、各々のコイルが存在する平面上で１個ずつである。

【0012】

第一コイル群１０を介して信号処理回路６に返送される信号と、第二コイル群２０を介して信号処理回路６に返送される信号とを併用することで、ロータ２のステータ３に対する回転角（絶対角）を特定しつつ、角度分解能を上昇させることができる。なお、レゾルバ１のコイルを流れる電流は交流であることから、ここでいう磁極対の極性（Ｎ極，Ｓ極）は交流の周波数に応じた頻度で反転する。したがって、磁極対の極性は常に固定されている訳ではない。言い換えれば、ある瞬間にＮ極として機能する部位とＳ極として機能する部位とが存在し、各々の部位の極性が時間経過とともに変動する。

【0013】

（イ）．第一コイル群
第一コイル群１０には、第一正弦励磁コイル１１，第一余弦励磁コイル１２，第一検出コイル１３，第一送信アンテナコイル１４，第一受信アンテナコイル１５が含まれる。これらのコイル１１～１５のうち、少なくとも第一正弦励磁コイル１１，第一余弦励磁コイル１２，第一検出コイル１３の軸倍角がｎＸに設定される。図１に示すように、第一正弦励磁コイル１１，第一余弦励磁コイル１２，第一受信アンテナコイル１５は、ステータ３側に設けられる。また、第一検出コイル１３，第一送信アンテナコイル１４は、ロータ２側に設けられる。

【0014】

第一正弦励磁コイル１１および第一余弦励磁コイル１２は、ロータ２側の第一検出コイル１３に対して、ロータ角に応じた電圧を誘起させるためのシート状のコイルである。これらを区別する必要がない場合には、これらをまとめて第一励磁コイル１１，１２と呼称しても差し支えない。第一励磁コイル１１，１２の各々には、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号が入力される。この交流信号は、信号生成回路５で生成された後に、第一正弦励磁コイル１１，第一余弦励磁コイル１２の各々に供給される。交流信号の具体例としては、例えば数十キロヘルツ～数メガヘルツの高周波信号の振幅を周期的に増減するように変調させた変調波が挙げられる。

【0015】

第一検出コイル１３（検出コイル）は、ロータ２およびステータ３の対向面において、第一正弦励磁コイル１１，第一余弦励磁コイル１２に対してロータ２の軸方向に対向する位置に配置されるシート状のコイルである。第一検出コイル１３には、第一正弦励磁コイル１１および第一余弦励磁コイル１２を励磁することで発生した磁束の鎖交によって電圧が誘起される。第一検出コイル１３に生じた誘起電圧や励磁電流（交流信号）は、第一送信アンテナコイル１４にも作用する。

【0016】

第一送信アンテナコイル１４は、第一検出コイル１３に生じた交流信号をステータ３側へと返送するための巻線（コイル）であり、ロータ２に設けられる。第一送信アンテナコイル１４は、その両端が第一検出コイル１３の両端に接続されて閉回路を形成する。また、第一送信アンテナコイル１４は、例えば第一検出コイル１３の内側において、ロータ２の回転軸Ｃの周囲を螺旋状に旋回するように導体を配索した形状に形成される。

【0017】

第一受信アンテナコイル１５は、ステータ３に設けられ、第一送信アンテナコイル１４に対してロータ２の軸方向に対向する位置に配置される。また、第一受信アンテナコイル１５は、例えば第一正弦励磁コイル１１や第一余弦励磁コイル１２の内側において、ロータ２の回転軸Ｃの周囲を螺旋状に旋回するように導体を配索した形状に形成される。第一受信アンテナコイル１５に伝達された交流信号は信号処理回路６へと入力され、ロータ２のステータ３に対する回転角の演算に用いられる。

【0018】

（ウ）．第二コイル群
第二コイル群２０には、第二正弦励磁コイル２１，第二余弦励磁コイル２２，第二検出コイル２３，第二送信アンテナコイル２４，第二受信アンテナコイル２５が含まれる。これらのコイル２１～２５のうち、少なくとも第二正弦励磁コイル２１，第二余弦励磁コイル２２，第二検出コイル２３の軸倍角が１Ｘに設定される。図１に示すように、第二正弦励磁コイル２１，第二余弦励磁コイル２２，第二受信アンテナコイル２５は、ステータ３側に設けられる。また、第二検出コイル２３，第二送信アンテナコイル２４は、ロータ２側に設けられる。

【0019】

第二正弦励磁コイル２１および第二余弦励磁コイル２２（励磁コイル）は、ロータ２側の第二検出コイル２３に対して、ロータ角に応じた電圧を誘起させるためのシート状のコイルである。これらを区別する必要がない場合には、これらをまとめて第二励磁コイル２１，２２と呼称しても差し支えない。第二励磁コイル２１，２２の各々には、電気角の位相が互いに９０度相違する交流信号（信号生成回路５で生成された交流信号）が入力される。第二励磁コイル２１，２２のレイアウトは、ロータ２の回転軸Ｃを中心とした半径がｒ_１の外円と半径がｒ_２の内円とに挟まれた円環領域において、四回の回転対称をなす花弁形状に準えることができる。

【0020】

図２に示すように、第二正弦励磁コイル２１は、磁極対（Ｎ極およびＳ極）の一方を生成するための往路コイル２１Ａ（図２中のsin+）と磁極対の他方を生成するための復路コイル２１Ｂ（図２中のsin-）とを繋いだ形状に形成される。往路コイル２１Ａは、復路コイル２１Ｂとは逆向きの磁束を生成するように機能する。例えば、図２中で往路コイル２１Ａに時計回りの電流が流れている瞬間には、復路コイル２１Ｂに反時計回りの電流が流れるように、これらのコイル２１Ａ，２１Ｂが接続されている。往路コイル２１Ａおよび復路コイル２１Ｂは、互いに重ならないように同一平面上に配置される。

【0021】

第二検出コイル２３（検出コイル，対向コイル）は、ロータ２およびステータ３の対向面において、第二正弦励磁コイル２１，第二余弦励磁コイル２２に対してロータ２の軸方向に対向する位置に配置されるシート状のコイルである。第二検出コイル２３には、第二正弦励磁コイル２１および第二余弦励磁コイル２２を励磁することで発生した磁束の鎖交によって電圧が誘起される。第二検出コイル２３に生じた誘起電圧や励磁電流（交流信号）は、第二送信アンテナコイル２４にも作用する。第二検出コイル２３の全体形状は、ロータ２の回転軸Ｃと同軸の円環状とされる。

【0022】

また、第二検出コイル２３は、往路コイル２３Ａと復路コイル２３Ｂとを繋いだ形状に形成される 。これらの形状は、往路コイル２１Ａ，２２Ａおよび復路コイル２１Ｂ，２２Ｂの各々の磁束を受けて誘起電圧を生成できるように、二分割された円環領域の各々に対応する形状に形成される。往路コイル２３Ａの巻き方向は、復路コイル２３Ｂの巻き方向とは逆方向に設定される。図３に例示する往路コイル２３Ａおよび復路コイル２３Ｂは、半径がｒ_１の外円と半径がｒ_２の内円とに挟まれた円環領域（ドーナツ型）を二分割した半円環領域に対応する形状に形成されている。

【0023】

ここで、レゾルバ１の軸方向視において、第二正弦励磁コイル２１および第二余弦励磁コイル２２と第二検出コイル２３とが重なり合う部分の面積Ｓについて詳述する。この面積Ｓは、ロータ２の回転に伴い正弦波状に変化するように、第二正弦励磁コイル２１，第二余弦励磁コイル２２，第二検出コイル２３の各形状が設定される。言い換えると、ロータ２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、重なり合う部分の面積Ｓが偏角θに対して正弦波状に変化するように、第二正弦励磁コイル２１および第二余弦励磁コイル２２と第二検出コイル２３との重畳状態が設定される。なお、ここでいう「正弦波状」とは、偏角θに対する面積Ｓの関係をグラフで表現したときに、そのグラフが正弦波の一部分に対応する形状になることを意味し、「余弦波状」と呼んでも差し支えない。

【0024】

第二正弦励磁コイル２１と第二検出コイル２３とが重なり合う部分の具体例としては、往路コイル２１Ａと往路コイル２３Ａとの重畳部分や、往路コイル２１Ａと復路コイル２３Ｂとの重畳部分、復路コイル２１Ｂと往路コイル２３Ａとの重畳部分、復路コイル２１Ｂと復路コイル２３Ｂとの重畳部分が挙げられる。同様に、第二余弦励磁コイル２２と第二検出コイル２３とが重なり合う部分の具体例としては、往路コイル２２Ａと往路コイル２３Ａとの重畳部分や、往路コイル２２Ａと復路コイル２３Ｂとの重畳部分、復路コイル２２Ｂと往路コイル２３Ａとの重畳部分、復路コイル２２Ｂと復路コイル２３Ｂとの重畳部分が挙げられる。これら各々の重畳部分の面積Ｓが、ロータ２の回転に伴って正弦波状に変化する。

【0025】

また、往路コイル２１Ａおよび復路コイル２１Ｂの各々は、ロータ２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、半径方向の幅ｆ（θ）を偏角θに対して正弦波状に変化させる形状に形成される。例えば、往路コイル２１Ａの形状は、図４（Ａ）に示す極座標グラフにおいて、０≦θ≦πの範囲内に位置する「sin+領域」に対応する形状に形成される。また、復路コイル２１Ｂの形状は、π≦θ≦２πの範囲内に位置する「sin-領域」に対応する形状に形成される。「sin-領域」は、図４（Ａ）中の「sin+領域」を水平方向にπ分移動させたものと同一であり、これらは実質的に同一形状である。

【0026】

ここで、図５を用いて「sin+領域」の形状について詳述する。図５に示す「sin+」領域の上端辺に相当する曲線は、ロータ２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、以下の式１で表される。また、下端辺に相当する曲線は、以下の式２で表される。さらに、「sin+」領域の半径方向の幅ｆ（θ）は、式１と式２との差分として表現することができ、以下の式３で表される。また、第二検出コイル２３の形状は、以下の式４で表される。面積Ｓは、式３と式４との重なる面積であって式５に示す畳込積分で表される。第二正弦励磁コイル２１と第二検出コイル２３とが重なり合う部分の面積Ｓは、正弦波状（余弦波状）に変化する。

【0027】

【数1】

【0028】

式１～式５中のｒ_１は、第二正弦励磁コイル２１の外接円（中心が回転軸Ｃである円のうち、第二正弦励磁コイル２１の外側で第二正弦励磁コイル２１に接触する円）の半径であって、第二正弦励磁コイル２１の外径に相当する寸法である。また、式１～式５中のｒ_２は、第二正弦励磁コイル２１の内接円（中心が回転軸Ｃである円のうち、第二正弦励磁コイル２１の内側で第二正弦励磁コイル２１に接触する円）の半径であって、第二正弦励磁コイル２１の内径に相当する寸法である。

【0029】

第二余弦励磁コイル２２についても同様である。図２に示すように、第二余弦励磁コイル２２は、往路コイル２２Ａ（図２中のcos-）と復路コイル２２Ｂ（図２中のcos+）とを繋いだ形状に形成される。往路コイル２２Ａは、復路コイル２２Ｂとは逆向きの磁束を生成するように機能する。また、往路コイル２２Ａおよび復路コイル２２Ｂは、互いに重ならないように同一平面上に配置される。さらに、往路コイル２２Ａおよび復路コイル２２Ｂの各々は、ロータ２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、半径方向の幅Ｗを偏角θに対して正弦波状に変化させる形状に形成されるとともに、第二検出コイル２３と重なり合う部分の面積Ｓについても正弦波状に変化する形状に形成される。

【0030】

例えば、往路コイル２２Ａの形状は、図４（Ａ）に示す極座標グラフにおいて、π／２≦θ≦３π／２の範囲内に位置する「cos-領域」に対応する形状に形成される。また、復路コイル２２Ｂの形状は、３π／２≦θ≦５π／２の範囲内に位置する「cos+領域」に対応する形状に形成される。「cos-領域」は、図４（Ａ）中の「sin+領域」を水平方向にπ／２分移動させたものと同一であり、これらは実質的に同一形状である。

【0031】

また、第一実施例のレゾルバ１は、図２に示すように、往路コイル２１Ａ，２２Ａおよび復路コイル２１Ｂ，２２Ｂが、半径方向に隙間なく互いに隣接するように配置されている。例えば、第二正弦励磁コイル２１の往路コイル２１Ａと第二余弦励磁コイル２２の復路コイル２２Ｂとの隣接箇所における半径方向の隙間は、絶縁が確保でき、かつ製造上可能な範囲で近接させてある。また、第二余弦励磁コイル２２の復路コイル２２Ｂと第二正弦励磁コイル２１の復路コイル２１Ｂとの隣接箇所における半径方向の隙間も、絶縁が確保でき、かつ製造上可能な範囲で近接させてある。

【0032】

同様に、第二正弦励磁コイル２１の復路コイル２１Ｂと第二余弦励磁コイル２２の往路コイル２２Ａとの隣接箇所にも実質的に隙間がなく、第二余弦励磁コイル２２の往路コイル２２Ａと第二正弦励磁コイル２１の往路コイル２１Ａとの隣接箇所にも実質的に隙間がない。このように、第二励磁コイル２１，２２の隙間をなくすことで、隙間がある場合と比較して磁束が生成される領域の面積が大きくなり、第二検出コイル２３への信号伝達効率が改善される。

【0033】

なお、往路コイル２１Ａ，２２Ａおよび復路コイル２１Ｂ，２２Ｂの隣接箇所における半径方向の隙間に関して、磁束が生成される領域の面積を最大化するには、隙間寸法をできるだけ小さく設定することが考えられる。一方、導体のパターン形成精度や施工精度などを考慮して、所定の隙間寸法を確保することも重要である。

【0034】

往路コイル２３Ａの形状は、ロータ２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、０≦θ≦πの範囲で ｒ_２≦ｒ≦ｒ_１の範囲をカバーする四角形に対応するように形成される。あるいは、その四角形よりもやや大きな四角形に対応する形状に形成される。例えば、図４（Ｂ）に示す極座標グラフにおいて、０≦θ≦πの範囲でｒ_２－ａ≦ｒ≦ｒ_１＋ａ（ａは所定値）の範囲をカバーする四角形に対応するように、往路コイル２３Ａの形状が設定される。同様に、復路コイル２３Ｂの形状は、図４（Ｂ）に示す極座標グラフにおいて、π≦θ≦２πの範囲でｒ_２－ａ≦ｒ≦ｒ_１＋ａの範囲をカバーする四角形に対応する形状に形成される。

【0035】

第二送信アンテナコイル２４は、第二検出コイル２３に生じた交流信号をステータ３側へと返送するための巻線（コイル）であり、ロータ２に設けられる。第二送信アンテナコイル２４は、その両端が第二検出コイル２３の両端に接続されて閉回路を形成する。また、第二送信アンテナコイル２４は、例えば第二検出コイル２３の内側において、ロータ２の回転軸Ｃの周囲を螺旋状に旋回するように導体を配索した形状に形成される。

【0036】

［Ｂ．作用，効果］
（１）上記のレゾルバ１では、第二正弦励磁コイル２１および第二余弦励磁コイル２２の各々と第二検出コイル２３とが重なり合う部分の面積Ｓが、ロータ２の回転に伴い正弦波状に変化するように形成される。このようなコイル設定により、第二励磁コイル２１，２２から第二検出コイル２３への信号伝達を担う磁束の面積を連続的に（スムーズに）変動させることができ、第二検出コイル２３に生じる交流信号の波形を滑らかな曲線状にすることができる。したがって、簡素な構成で良好な信号波形を実現することができる。

【0037】

（２）上記のレゾルバ１では、第二正弦励磁コイル２１および第二余弦励磁コイル２２の各々が、ロータ２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、半径方向の幅Ｗを偏角θに対して正弦波状に変化させる形状を有している。このような形状の設定により、第二検出コイル２３との重畳部分の面積Ｓが正弦波状に変化する構造を容易に実現することができる。また、第二検出コイル２３の形状が簡素なものであっても、面積Ｓを正弦波状に変化させることができる。例えば、図４（Ｂ）に示すように、半径方向の幅が一定以上の第二検出コイル２３を用いることで、面積Ｓを正弦波状に変化させることができ、良好な信号波形を実現することができる。

【0038】

（３）上記のレゾルバ１では、第二検出コイル２３がロータの回転軸と同軸の円環状に形成されている。このような第二検出コイル２３を用いることで、シンプルな形状で良好な信号波形を実現して性能を確保することができる。また、第二検出コイル２３の構造が簡素であることから、レゾルバ１の製造にかかるコストや手間を削減することができる。

【0039】

（４）上記の第二正弦励磁コイル２１では、往路コイル２１Ａおよび復路コイル２１Ｂの各々が、互いに重ならないように同一平面上に配置されている。また、第二余弦励磁コイル２２についても、往路コイル２２Ａおよび復路コイル２２Ｂの各々が、互いに重ならないように同一平面上に配置されている。このような構造により、往路コイル２１Ａ，２２Ａおよび復路コイル２１Ｂ，２２Ｂの各々について、第二検出コイル２３までの距離を同一にすることができ、信号強度を揃えることができる。したがって、簡素な構成で良好な信号波形を実現することができる。また、往路コイル２１Ａ，２２Ａおよび復路コイル２１Ｂ，２２Ｂを同一層に形成することができ、第二正弦励磁コイル２１の構造を簡素化（軽薄化）することができる。

【0040】

（５）上記のレゾルバ１では、往路コイル２１Ａ，２２Ａおよび復路コイル２１Ｂ，２２Ｂが、半径方向に隙間なく互いに隣接するように配置されている。このように、第二励磁コイル２１，２２の隙間がないレイアウトを採用することで、隙間がある場合と比較して磁束が生成される領域の面積を大きくすることができ、第二検出コイル２３への信号伝達効率を改善することができる。また、隙間の寸法を一定の値に揃えることで、往路コイル２１Ａ，２２Ａおよび復路コイル２１Ｂ，２２Ｂの各々で磁束が生成される領域の面積を最大化しつつ、信号の乱れを抑えることができ、簡素な構成で良好な信号波形を実現することができる。

【0041】

（６）上記のレゾルバ１では、第二正弦励磁コイル２１（往路コイル２１Ａ，復路コイル２１Ｂ）および第二余弦励磁コイル２２（往路コイル２２Ａ，復路コイル２２Ｂ）の各々が、式１，式２で表される曲線で囲まれた領域に対応する形状に形成される。このような構成により、半径方向の幅Ｗが正弦波状に変化する形状であって、隣接するコイルとの境界線が滑らかな曲線状となる形状を容易に形成することができる。したがって、簡素な構成で良好な信号波形を実現することができる。

【0042】

［Ｃ．変形例］
上記の第一実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、本実施例の各構成は必要に応じて取捨選択でき、あるいは、公知技術に含まれる各種構成と適宜組み合わせることができる。

【0043】

上記の実施例では、第二励磁コイル２１，２２のコイルパターンを図２に示すような花弁形状にしたものを例示したが、具体的なコイルパターンはこれに限定されない。図６（Ａ）～（Ｄ）は、式１，式２中の外径ｒ_１と内径ｒ_２との比率を変化させたときのコイルパターンを示す模式図である。いずれのコイルパターンにおいても、第二正弦励磁コイル２１および第二余弦励磁コイル２２の各々は、半径方向の幅Ｗを偏角θに対して正弦波状に変化させる形状である。したがって、第二検出コイル２３に生じる交流信号の波形を滑らかな曲線状に変化させることができ、良好な信号波形を形成することができる。

【0044】

図７（Ａ）は、第二励磁コイル２１，２２の内側が完全な円形になるようにしたコイルパターンを示す模式図であり、図７（Ｂ）は各コイル形状を極座標で表現したグラフである。図７（Ｂ）に示す領域は、半径方向の幅Ｗが偏角θに対して正弦波状に変化する形状に形成されている。また、図７（Ｂ）に示す領域の下端辺に相当する線のうち、０≦θ≦π／２の範囲は直線状であり、π／２≦θ≦πの範囲は正弦波状である。さらに、図７（Ｂ）に示す領域の上端辺に相当する線のうち、０≦θ≦π／２の範囲は正弦波状であり、π／２≦θ≦πの範囲は０≦θ≦π／２の範囲とは異なる波形状（二つの正弦波を合成した波形状）である。

【0045】

このようなコイルパターンにおいても、良好な信号波形を形成することができる。ただし、図７（Ｂ）に示す領域を囲む上端辺，下端辺に相当する線は、θ=π／２で尖った形状（変曲点）になり、コイルパターンがやや歪（いびつ）になる。また、ロータ２側とステータ３側とで回転軸がずれた場合には、変曲点がノイズ発生の原因となりうる。このような点を踏まえると、図７（Ａ）に示すようなコイルパターンよりも、図２，図６（Ａ）～（Ｄ）に示すようなコイルパターンが好ましい。

【0046】

図８（Ｂ）は、第二励磁コイル２１，２２のコイル形状を極座標で直線（破線）と正弦波とを合成した形状にした場合を例示するグラフであり、図８（Ａ）はそのコイルパターンを示す模式図である。図８（Ｂ）に示す領域は、半径方向の幅Ｗが偏角θに対して正弦波状に変化する形状に形成されている。したがって、このようなコイルパターンにおいても、良好な信号波形を形成することができる。ただし、図８（Ａ）に示すコイルパターンでは、各コイルの間に隙間ができてしまい、第二検出コイル２３への信号伝達効率がやや低下してしまう。このような点を踏まえると、図８（Ａ）に示すようなコイルパターンよりも、図２，図６（Ａ）～（Ｄ）に示すようなコイルパターンが好ましい。

【0047】

また、上記の実施例では二相励磁単相出力型のレゾルバ１を例示したが、図９に示すような単相励磁二相出力型のレゾルバ３１に同様の構造を適用してもよい。このレゾルバ３１には、ロータ３２とステータ３３と制御装置３４とが設けられる。制御装置３４には、信号生成回路３５と信号処理回路３６とが内蔵される。また、レゾルバ３１のロータ３２およびステータ３３には、第一コイル群４０と第二コイル群５０とが設けられる。

【0048】

第一コイル群４０には、第一正弦検出コイル４１，第一余弦検出コイル４２，第一励磁コイル４３，第一受信アンテナコイル４４，第一送信アンテナコイル４５が含まれる。同様に、第二コイル群５０には、第二正弦検出コイル５１，第二余弦検出コイル５２，第二励磁コイル５３，第二受信アンテナコイル５４，第二送信アンテナコイル５５が含まれる。これらのコイル群４０，５０に含まれるコイルのうち、第一正弦検出コイル４１，第一余弦検出コイル４２，第一励磁コイル４３の軸倍角はｎＸに設定され、第二正弦検出コイル５１，第二余弦検出コイル５２，第二励磁コイル５３の軸倍角は１Ｘに設定される。

【0049】

第一励磁コイル４３，第一受信アンテナコイル４４，第二励磁コイル５３，第二受信アンテナコイル５４は、ロータ３２側に設けられる。一方、第一正弦検出コイル４１，第一余弦検出コイル４２，第一送信アンテナコイル４５，第二正弦検出コイル５１，第二余弦検出コイル５２，第二送信アンテナコイル５５は、ステータ３３側に設けられる。信号生成回路３５で生成された交流信号は、第一送信アンテナコイル４５および第二送信アンテナコイル５５に伝達された後に、第一受信アンテナコイル４４および第二受信アンテナコイル５４へと伝達される。

【0050】

この交流信号を受けて第一励磁コイル４３および第二励磁コイル５３が励磁される。その後、第一正弦検出コイル４１，第一余弦検出コイル４２，第二正弦検出コイル５１，第二余弦検出コイル５２がステータ３に対するロータ２の回転角に応じた交流信号を出力し、その信号が信号処理回路３６に伝達される。信号処理回路３６は、二系統のコイルを経由して得られる交流信号を併用してロータ２のステータ３に対する回転角を算出し、その角度情報を出力する。このようなレゾルバ３１において、第二正弦検出コイル５１および第二余弦検出コイル５２の各々を、半径方向の幅を偏角に対して正弦波状に変化させる形状に形成してもよい。このような構成は、上記の実施例と同様の作用，効果をもたらすものとなる。

【0051】

また、上記の実施例では、ロータ２側の第二検出コイル２３が円環状に形成されるとともに、ステータ３側の第二励磁コイル２１，２２が花弁形状に形成されたレゾルバ１を例示したが、これらの形状を逆にしてもよい。例えば、図１０（Ａ）に示すように、ステータ３側の励磁コイル２１′を円環領域内に配置してもよい。この励磁コイル２１′は、往路コイル２１Ａ′と復路コイル２１Ｂ′とを繋いだ形状に形成される。これらの形状は、二分割された円環領域の各々に対応する形状に形成される。

【0052】

一方、これに対向配置されるロータ２側の第二検出コイル２３′の形状は、図１０（Ｂ）に示すように花弁形状に形成する。図１０（Ｂ）中の第二検出コイル２３′は、往路コイル２３Ａ′と復路コイル２３Ｂ′とを繋いだ形状に形成される 。このような構造においても、レゾルバ１の軸方向視において、第二励磁コイル２１′と第二検出コイル２３′との重畳部分の面積Ｓがロータ２の回転に伴い正弦波状に変化する。したがって、上記の実施例と同様の作用，効果を獲得することができ、簡素な構成で良好な信号波形を実現できる。

【0053】

なお、上記の実施例や変形例では、円環形状の領域と花弁形状の領域との重畳部分の面積Ｓがロータ２の回転に伴い正弦波状に変化するものを説明したが、重畳部分を形成するための励磁コイルおよび検出コイルの具体的な形状は円環形状や花弁形状に限定されない。例えば、上記の実施例における第二検出コイル２３の内径側を小さくしたり、外径側を大きくしたりしても、重畳部分の面積は変化せず、良好な信号波形を実現しうる。したがって、内径側の輪郭形状を半径ｒ_２の内円よりも小さな多角形にしてもよいし、外径側の輪郭形状を半径ｒ_１の外円よりも大きな多角形にしてもよい。少なくとも第二励磁コイル２１，２２と第二検出コイル２３との重畳部分の面積Ｓを、ロータ２の回転に付随して正弦波状に変化するように設定することで、上記の実施例と同様の作用，効果を獲得することができる。

【0054】

［２．第二実施例］
図１１は第二実施例としてのレゾルバ７１の構造を示す模式図である。このレゾルバ７１は単相励磁二相出力型のレゾルバ７１であって、交流信号を入力するとともに振幅変調された信号から回転角を検出するインダクティブ型レゾルバ（インダクティブセンサ）である。レゾルバ７１は、ロータ７２（回転子）とステータ７３（固定子）と制御装置７４とを備える。ロータ７２は、ステータ７３に対して回転可能に軸支される円盤状の部材である。ステータ７３は、図示しないケーシングに対して固定される円盤状の部材である。ステータ７３には、励磁コイル８１，８６や検出コイル８２，８３，８７，８８が設けられる。一方、ロータ７２にはコイルが設けられず、薄膜状の導体８４，８９が設けられる。

【0055】

制御装置７４は、ロータ７２のステータ７３に対する回転角を演算して出力するものである。制御装置７４には、励磁コイル８１，８６に供給される交流信号を生成する信号生成回路７５と、検出コイル８２，８３，８７，８８から返送される信号に基づき、回転角に対応する角度情報を出力する信号処理回路７６とが内蔵される。信号生成回路７５で生成された交流信号は、励磁コイル８１，８６に伝達され、ステータ７３に所定の磁場が形成される。これを受けて、ロータ７２の導体８４，８９の内部には渦電流が流れ、ステータ７３の磁場を打ち消す磁場（反磁界）が生成され、磁場を遮蔽する。そしてロータ７２の導体８４，８９の位置は回転角に応じて変化する。そのため、ステータ７３側の検出コイル８２，８３，８７，８８には、回転角に応じて振幅変調された信号が返送される。この信号は信号処理回路７６へと入力される。

【0056】

図１１に示すレゾルバ７１のロータ７２およびステータ７３には、第一コイル群８０と第二コイル群８５とが設けられる。第一コイル群８０は、軸倍角がｎＸの励磁コイルおよび検出コイルを含むコイル群である。これに対して、第二コイル群８５は、軸倍角が１Ｘの励磁コイルおよび検出コイルを含むコイル群である。第一コイル群８０および第二コイル群８５は、径方向に互いに異なる位置に設けられる。

【0057】

励磁コイル８１，８６（第一励磁コイル８１，第二励磁コイル８６）は、第一励磁コイル８１，第二励磁コイル８６の間に軸方向の磁界を生じさせるコイルである。ステータ７３と軸方向に対向するロータ７２側の導体８４，８９（第一導体８４，第二導体８９）は励磁コイル８１，８６の磁界を受け、内部に渦電流を生じて励磁コイル８１，８６の磁界を打ち消す反磁界を生じる。このため導体８４，８９は励磁コイル８１，８６の磁界の一部を遮蔽する。励磁コイル８１，８６には、例えば所定振幅の交流信号が入力される。励磁コイル８１，８６に入力される交流信号の振幅は、制御装置７４の指示により変更可能とされる。ここで、励磁コイル８１，８６に入力される交流信号の電圧値を「sinω_ct」と表現する。ω_ctは交流信号の角速度である。

【0058】

検出コイル８２，８３，８７，８８は、励磁コイル８１，８６の磁界を検出する。軸方向に対向するロータ７２側の導体８４，８９はロータ７２の回転に伴って周方向に移動するため、導体８４，８９が励磁コイル８１，８６の磁界を遮蔽する部分はロータ角に応じて変化する。したがって、検出コイル８２，８３，８７，８８が検出する磁界もロータ角に応じて変化する。

【0059】

第一コイル群８０の検出コイル８２，８３には、第一正弦検出コイル８２と第一余弦検出コイル８３とが含まれる。同様に、第二コイル群８５の検出コイル８７，８８には、第二正弦検出コイル８７と第二余弦検出コイル８８とが含まれる。第一正弦検出コイル８２および第二正弦検出コイル８７はロータ角の正弦を検出し、第一余弦検出コイル８３および第二余弦検出コイル８８はロータ角の余弦を検出する。

【0060】

ここで、ロータ角をθとおけば、軸倍角がｎＸである第一正弦検出コイル８２で得られる交流信号の電圧値は「sin(ｎθ)・sinω_ct」と表現され、第一余弦検出コイル８３で得られる交流信号の電圧値は「cos(ｎθ)・sinω_ct」と表現される。同様に、軸倍角が１Ｘである第二正弦検出コイル８７で得られる交流信号の電圧値は「sinθ・sinω_ct」と表現され、第二余弦検出コイル８８で得られる交流信号の電圧値は「cosθ・sinω_ct」と表現される。このように、ロータ角の変化に応じて検出コイル８２，８３，８７，８８の各々で得られる変調波の振幅が変化するため、これらの振幅に基づいてロータ角θを特定可能である。検出コイル８２，８３，８７，８８の各々で検出された信号は、制御装置７４に入力される。

【0061】

導体８４，８９は、ロータ７２の回転角に応じて、励磁コイル８１，８６で生じた磁場の影響を受ける面積が変化する形状に形成される。具体的には、円環を周方向に多分割するとともに、その多分割された円盤片を周方向に沿って交互に削除したような形状（一つ飛ばしで円盤片を取り除くことによって、残った円盤片も一つ飛ばしで配置される形状）に形成される。図１２（Ａ）に示す第二導体８９の形状は、軸倍角が１Ｘである第二コイル群８５における導体の形状例である。第二導体８９は、円環を周方向に２等分してなる半円環形状に形成される。軸倍角がｎＸである第一コイル群８０における導体の形状は、円環を周方向に２ｎ等分したのち、それらの円環片を周方向に交互に取り除いたような形状とされる。なお、各導体８４，８９の形状は、図１２（Ａ）に示すような「塗りつぶし状」でなくてもよく、例えば「外周のみを囲った閉じた環形状」であってもよい。

【0062】

図１２（Ｂ）は、第二正弦検出コイル８７および第二余弦検出コイル８８の構造を示す模式的な回路図である。第二正弦検出コイル８７は、磁極対（Ｎ極およびＳ極）の一方を生成するための往路コイル８７Ａ〔図１２（Ｂ）中のsin+〕と磁極対の他方を生成するための復路コイル８７Ｂ〔図１２（Ｂ）中のsin-〕とを繋いだ形状に形成される。往路コイル８７Ａは、復路コイル８７Ｂとは逆向きの磁束を生成するように機能する。また、往路コイル８７Ａおよび復路コイル８７Ｂは、互いに重ならないように同一平面上に配置される。第二余弦検出コイル８８も、同様の往路コイル８８Ａおよび復路コイル８８Ｂを有する。第二正弦検出コイル８７および第二余弦検出コイル８８のレイアウトは、第一実施例における第二正弦励磁コイル２１および第二余弦励磁コイル２２のレイアウトに対応する。

【0063】

また、レゾルバ７１の軸方向視において、第二正弦検出コイル８７および第二余弦検出コイル８８と導体８９とが重なり合う部分の面積をＳとおく。第二実施例では、面積Ｓがロータ７２の回転に伴い正弦波状に変化するように、第二正弦検出コイル８７，第二余弦検出コイル８８，導体８９の各形状が設定される。言い換えると、ロータ７２の回転軸Ｃを基準とする極座標平面において、重なり合う部分の面積Ｓが偏角θに対して正弦波状に変化するように、第二正弦検出コイル８７および第二余弦検出コイル８８と導体８９との重畳状態が設定される。

【0064】

このようなコイル設定により、導体８９から検出コイル８７，８８への信号伝達を担う磁束の面積を連続的に（スムーズに）変動させることができ、検出コイル８７，８８に生じる交流信号の波形を滑らかな曲線状にすることができる。したがって、簡素な構成で良好な信号波形を実現することができ、上述の実施形態と同様の効果を獲得することができる。なお、第二正弦検出コイル８７および第二余弦検出コイル８８のコイル形状の設定に際し、図６（Ａ）～（Ｄ），図７，図８に示すようなコイル形状を適用してもよい。

【符号の説明】

【0065】

１，７１ レゾルバ
２，７２ ロータ
３，７３ ステータ
４，７４ 制御装置
５，７５ 信号生成回路
６，７６ 信号処理回路
２０ 第二コイル群
２１ 第二正弦励磁コイル（励磁コイル，正弦コイル）
２１Ａ 往路コイル
２１Ｂ 復路コイル
２２ 第二余弦励磁コイル（励磁コイル，余弦コイル）
２２Ａ 往路コイル
２２Ｂ 復路コイル
２３ 第二検出コイル（検出コイル，対向コイル）
２３Ａ 往路コイル
２３Ｂ 復路コイル
２４ 第二送信アンテナコイル
２５ 第二受信アンテナコイル
８５ 第二コイル群
８６ 励磁コイル
８７ 正弦検出コイル
８７Ａ 往路コイル
８７Ｂ 復路コイル
８８ 余弦検出コイル
８８Ａ 往路コイル
８８Ｂ 復路コイル
８９ 導体
Ｃ 回転軸
Ｗ 幅
θ 偏角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】