モータロータ及びモータ
【課題】回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータの全体構成の部品点数と工数を削減すること。
【解決手段】回転検出器付きモータ１は、回転軸５と、回転軸５の周りに配置され、軸方向に延びる複数の貫通孔６ａが設けられる鉄心部６と、複数の貫通孔６ａにそれぞれ収容される複数の永久磁石７と、複数の貫通孔６ａの開口を塞ぐように鉄心部６の両端に設けられる一対の端板８Ａ，８Ｂと、コイル３ａを含むモータステータ３とを備える。両端板８Ａ，８Ｂは、非磁性体で構成され、一方の端板８Ａの軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられる。モータロータ４の端板８Ａの軸方向外面に設けられた凹凸に対向する位置には、高周波信号が入力される励磁コイルを備えたセンサステータ１３が設けられる。
【解決手段】回転検出器付きモータ１は、回転軸５と、回転軸５の周りに配置され、軸方向に延びる複数の貫通孔６ａが設けられる鉄心部６と、複数の貫通孔６ａにそれぞれ収容される複数の永久磁石７と、複数の貫通孔６ａの開口を塞ぐように鉄心部６の両端に設けられる一対の端板８Ａ，８Ｂと、コイル３ａを含むモータステータ３とを備える。両端板８Ａ，８Ｂは、非磁性体で構成され、一方の端板８Ａの軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられる。モータロータ４の端板８Ａの軸方向外面に設けられた凹凸に対向する位置には、高周波信号が入力される励磁コイルを備えたセンサステータ１３が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転検出器を備えたモータに使用されるモータロータ及びそのモータロータを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されるブラシレスモータが知られている。このブラシレスモータは、モータロータとモータステータとを備え、それらとは別に、回転検出器としてのレゾルバを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４８７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載のブラシレスモータでは、モータロータ及びモータステータとは別にレゾルバを設けなければならず、レゾルバを構成するロータ及びステータが必要になる。このため、レゾルバの構成部品の数だけ全体構成のための部品点数が増えることとなり、部品の組み付け工数も増えることとなった。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータの全体構成の部品点数と工数を削減することを可能としたモータロータ及びモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転軸と、回転軸の周りに配置され、軸方向に延びる複数の貫通孔が設けられる鉄心部と、複数の貫通孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、複数の貫通孔の開口を塞ぐように鉄心部の両端に設けられる一対の端板とを備えたモータロータであって、端板は、非磁性体で構成されており、一対の端板の少なくとも一方の軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられることを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、モータロータを構成する鉄心部の両端に設けられる端板のうち、少なくとも一方の軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられるので、凹凸を有する角度検出用の部材を別途設ける必要がない。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータロータと、コイルを含むモータステータとを備えたモータであって、モータロータの端板の軸方向外面に設けられた凹凸に対向する位置に、高周波信号が入力される励磁コイルを備えた検出器が設けられることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、モータロータの端板の軸方向外面に設けられた角度検出用の凹凸に対向する位置に、高周波が入力される励磁コイルを備えた検出器が設けられるので、凹凸を有する端板と検出器により、モータロータ及び回転軸の回転を検出する回転検出器が構成される。また、モータロータの非磁性体で構成される端板は、磁束の漏れを防ぐことができ、検出器の励磁コイルに入力される高周波信号の磁束を打ち消す機能がある。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、検出器は、検出コイルを更に備え、検出コイルは、励磁コイルに高周波信号が入力されることにより、凹凸の位置にて変動する磁束の変化を起電力として出力するものであることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、検出器の励磁コイルに高周波信号が入力されることにより、検出コイルから、端板の凹凸の位置にて変動する磁束の変化の起電力が発生して出力される。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、励磁コイル及び検出コイルは、平面状に巻き回されたものであることを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、励磁コイル及び検出コイルが、高周波信号を用いるものであることから、少ない巻き数で済む。また、励磁コイル及び検出コイルが、平面状に巻き回されるのでそれらコイルが嵩張らない。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、凹凸は、円周面と円周方向に垂直な面により構成され、検出コイルは、順方向に巻き回される順方向コイルと、逆方向に巻き回される逆方向コイルが周方向に隣り合って配置されるものであり、順方向コイルの幅と逆方向コイルの幅の合計が凹凸の１周期に略一致し、順方向コイル及び逆方向コイルは、それぞれ複数回巻き回されるものであり、巻き数が正弦波状に増減するように周方向に分布して配置されることを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、検出コイルが出力する起電力の強弱が、順方向コイル及び逆方向コイルの巻き数の周方向における分布により実現されるので、凹凸が設けられる端板の形状を単純化することが可能となる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、端板の凹凸は、励磁コイルとの距離が周期的に変動するように構成され、検出器は、励磁コイルのインダクタンス変化により角度を検出するものであることを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、端板の凹凸は、励磁コイルとの距離が周期的に変動するように構成され、検出器は、励磁コイルのインダクタンス変化により角度を検出するように構成されるので、検出器の構成が単純化される。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータの全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータの全体構成の部品点数と工数を削減することができる。また、センサロータにつき、高周波信号が励磁される励磁コイルを含む回転検出器との相性を良くすることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、センサロータにつき、高周波信号が励磁される励磁コイルを含む検出器との相性を良くすることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、回転検出器の軸方向の寸法を小さくすることができ、回転検出器をコンパクト化にすることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、凹凸を有する端板の加工を容易にすることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、回転検出器の構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係り、回転検出器付きモータを示す断面図。
【図２】同実施形態に係り、ロータコアの端面を示す側面図。
【図３】同実施形態に係り、回転検出器の電気的構成を示すブロック図。
【図４】同実施形態に係り、センサステータを示す分解斜視図。
【図５】同実施形態に係り、図４の構成要素の一部を拡大して示す分解斜視図。
【図６】同実施形態に係り、（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図５に示す構成要素の一部を分解してそれぞれ示す平面図。
【図７】同実施形態に係り、センサロータを示す斜視図。
【図８】同実施形態に係り、センサロータを示す平面図。
【図９】同実施形態に係り、（ａ）〜（ｄ）は、回転検出器の作用と特性を示すグラフ。
【図１０】同実施形態に係り、図９（ａ）のうちセンサロータの凹部がある部分の作用を示す断面図。
【図１１】同実施形態に係り、図９（ａ）のうちセンサロータの凸部がある部分の作用を示す断面図。
【図１２】同実施形態に係り、（ａ）に正弦波コイルの一例を、（ｂ）に余弦波コイルの一例をそれぞれ示す平面図。
【図１３】同実施形態に係り、（ａ）に正弦波コイルの全体で発生し得る誘起電圧の大きさを、（ｂ）に余弦波コイルの全体で発生し得る誘起電圧の大きさを、それぞれ波形により示すグラフ。
【図１４】同実施形態に係り、電気角及び機械角と、所定方向の磁束が発生したときの正弦波コイル及び余弦波コイルの各出力値との関係を示すグラフ。
【図１５】同実施形態に係り、（ａ）に図１４のロータ角度Ｔ１における正弦波コイルと凸部との位置関係を、（ｂ）に余弦波コイルと凸部との位置関係を、それぞれ示す平面図。
【図１６】同実施形態に係り、（ａ）に図１４のロータ角度Ｔ２における正弦波コイルと凸部との位置関係を、（ｂ）に余弦波コイルと凸部との位置関係を、それぞれ示すグラフ。
【図１７】同実施形態に係り、回転検出器の出力電圧に係る実験データを示すグラフ。
【図１８】第２実施形態に係り、センサステータを示す平面図。
【図１９】同実施形態に係り、（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１８の構成要素の一部を分解してそれぞれ示す平面図。
【図２０】同実施形態に係り、センサロータを示す斜視図。
【図２１】同実施形態に係り、センサロータを示す平面図。
【図２２】第３実施形態に係り、回転検出器の構成を展開して示すイメージ図。
【図２３】同実施形態に係り、回転検出器の回路構成を示すブロック図。
【図２４】第４実施形態に係り、回転検出器付きモータを示す断面図。
【図２５】同実施形態に係り、回転検出器を拡大して示す断面図。
【図２６】同実施形態に係り、ベアリングを拡大して示す斜視図。
【図２７】第５実施形態に係り、回転検出器付きモータを示す断面図。
【図２８】第６実施形態に係り、回転検出器付きモータを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第１実施形態につき図１〜図１７を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１に、回転検出器付きモータ（以下、単に「モータ」と言う。）１を断面図により示す。図１に示すように、モータ１は、モータケース２と、モータケース２の中に設けられたモータステータ３及びモータロータ４と、モータロータ４の中心に一体に設けられた回転軸としてのモータシャフト５とを含む。モータシャフト５の両端部は、モータケース２の外部へ突出している。
【００２７】
モータステータ３は、モータケース２の内周面に固定される。モータステータ３は、ステータコア（図示略）とコイル３ａを含む。モータロータ４は、モータステータ３の内側に配置される。モータロータ４は、モータシャフト５の周りに配置され、軸方向に延びる複数の貫通孔６ａが設けられる鉄心部としてのロータコア６と、複数の貫通孔６ａにそれぞれ収容される複数の永久磁石７と、複数の貫通孔６ａの開口を塞ぐようにロータコア６の両端に設けられる一対の端板としての第１及び第２のエンドプレート８Ａ，８Ｂとを備える。第１及び第２のエンドプレート８Ａ，８Ｂは、非磁性体としての非磁性導電材料により構成される。
【００２８】
図２に、ロータコア６の端面を側面図により示す。円柱形状をなすロータコア６の外周寄り部分には、複数の貫通孔６ａがモータシャフト５を中心に等角度間隔に形成され、それら貫通孔６ａのそれぞれに永久磁石７が収容される。モータシャフト５は、モータケース２の両端部に設けられたベアリング９，１０により回転可能に支持される。
【００２９】
このモータ１は、モータステータ３のコイルが励磁され、モータロータ４の永久磁石７が磁力を受けることにより、モータロータ４がモータシャフト５と一体に回転するようになっている。
【００３０】
図１に示すように、モータケース２の内側において、モータロータ４の一端（図面右端）に対応して、回転検出器１１が設けられる。この回転検出器１１は、センサロータ１２とセンサステータ１３を含む。この実施形態では、センサロータ１２は、モータロータ４の第１のエンドプレート８Ａにより構成される。検出器としてのセンサステータ１３は、モータケース２の内側に固定される。センサステータ１３は、センサロータ１２の軸方向外面と所定の隙間を介して対向して配置される。
【００３１】
図３に、回転検出器１１の電気的構成をブロック図により示す。回転検出器１１は、概略的には、回路部４１と、センサ部４２とを備える。図３に示すように、回路部４１は、各種回路等５１〜６０を含む。すなわち、基準クロック発生器５５は、分周回路５６に接続される。分周回路５６は、カウンタ５７に接続される。カウンタ５７は、Ｄ／Ａコンバータ５８と、別の分周回路５９に接続される。別の分周回路５９は、正弦波用の同期検波器５１と、余弦波用の同期検波器５２に接続される。正弦波用の同期検波器５１は、正弦波用の積分回路５３に接続される。余弦波用の同期検波器５２は、余弦波用の積分回路５４に接続される。これら積分回路５３，５４は、それぞれ演算器６０に接続される。演算器６０の演算結果は、角度データ６１として出力されるようになっている。
【００３２】
図３に示すように、センサ部４２は、センサロータ１２と、センサステータ１３とを備える。センサステータ１３は、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２及び励磁コイル２３を含む。正弦波コイル２１は、回路部４１の正弦波用の同期検波器５１に接続される。余弦波コイル２２は、回路部４１の余弦波用の同期検波器５２に接続される。励磁コイル２３は、回路部４１のＤ／Ａコンバータ５８に接続される。センサロータ１２は、他の回路と電気的に接続されていない。
【００３３】
次に、センサステータ１３の構成について詳細に説明する。図４に、センサステータ１３を分解斜視図により示す。図５に、図４の構成要素の一部を拡大して分解斜視図により示す。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に、図５に示す構成要素の一部を分解してそれぞれ平面図により示す。
【００３４】
図４に示すように、センサステータ１３は、互いに積層されるベース平板３０、絶縁層３１、励磁コイル２３、第１の検出コイル３２、絶縁層３３、第２の検出コイル３４及び絶縁層３５を備える。最下層に位置するベース平板３０は、略円環板状をなし、外周に突出した複数の取付部３０ａを有する。ベース平板３０の上には、略円環状をなす絶縁層３１が形成される。絶縁層３１の上には、励磁コイル２３と第１の検出コイル３２が同一の層として形成される。励磁コイル２３及び第１の検出コイル３２の上には、略円環状をなす絶縁層３３が形成される。更に、絶縁層３３の上には、第２の検出コイル３４が形成される。そして、第２の検出コイル３４の上には、略円環状をなす絶縁層３５が形成される。
【００３５】
図４及び図５に示すように、第１の検出コイル３２と第２の検出コイル３４は、絶縁層３３を挟んで２層に分かれて配置され、これら検出コイル３２，３４により一つの検出コイルが構成される。これら検出コイル３２，３４は、平面状に巻き回され、巻き方向が順方向の平面コイルパターンと逆方向の平面コイルパターンとを含み、それら順方向の平面コイルパターンと逆方向の平面コイルパターンとが円周方向に順に配置される。
【００３６】
すなわち、図５に示すように、第１の検出コイル３２は、４５度ずつに分割された、平面コイルパターンとしての、８個の分割コイル２１Ａ，２２Ｂ，２１Ｃ，２２Ｄ，２１Ｅ，２２Ｆ，２１Ｇ，２２Ｈを含む。すなわち、第１の検出コイル３２は、順次に配置された正弦波分割コイル２１Ａ、余弦波分割コイル２２Ｂ、正弦波分割コイル２１Ｃ、余弦波分割コイル２２Ｄ、正弦波分割コイル２１Ｅ、余弦波分割コイル２２Ｆ、正弦波分割コイル２１Ｇ及び余弦波分割コイル２２Ｈを含む。また、絶縁層３３には、８個の透孔３３ａが等角度間隔に形成される。
【００３７】
図５に示すように、第２の検出コイル３４は、４５度ずつに分割された、平面コイルパターンとしての、８個の分割コイル２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｃ，２１Ｄ，２２Ｅ，２１Ｆ，２２Ｇ，２１Ｈを含む。すなわち、第２の検出コイル３４は、第１の検出コイル３２の正弦波分割コイル２１Ａに対応する位置に余弦波分割コイル２２Ａが配置され、第１の検出コイル３２の余弦波分割コイル２２Ｂに対応する位置に正弦波分割コイル２１Ｂが配置される。同様にして、順次、余弦波分割コイル２２Ｃ、正弦波分割コイル２１Ｄ、余弦波分割コイル２２Ｅ、正弦波分割コイル２１Ｆ、余弦波分割コイル２２Ｇ及び正弦波分割コイル２１Ｈが配置される。
【００３８】
このように第１及び第２の検出コイル３２，３４の８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈは、絶縁層３３の透孔３３ａを介して互いに接続され、第１の検出コイル３２と第２の検出コイル３４を交互に往復しながら、図６（ｃ）に示す１つの正弦波コイル２１を構成する。ここで、２つの正弦波分割コイル２１Ｂ，２１Ｃにより、第１の正弦波コイル２１ＢＣが構成され、２つの正弦波分割コイル２１Ｄ，２１Ｅにより、第２の正弦波コイル２１ＤＥが構成され、２つの正弦波分割コイル２１Ｆ，２１Ｇより、第３の正弦波コイル２１ＦＧが構成され、２つの正弦波分割コイル２１Ｈ，２１Ａにより、第４の正弦波コイル２１ＨＡが構成される。第１の正弦波コイル２１ＢＣ及び第３の正弦波コイル２１ＦＧと、第２の正弦波コイル２１ＤＥ及び第４の正弦波コイル２１ＨＡとは、巻き方向が逆であり、同方向の磁束に対して逆向きの誘起電流を発生させるようになっている。
【００３９】
同様に、第１及び第２の検出コイル３２，３４の８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈは、絶縁層３３の透孔３３ａを介して互いに接続され、第１の検出コイル３２と第２の検出コイル３４を交互に往復しながら、図６（ｂ）に示す１つの余弦波コイル２２を構成する。ここで、２つの余弦波分割コイル２２Ａ，２２Ｂにより、第１の余弦波コイル２２ＡＢが構成され、２つの余弦波分割コイル２２Ｃ，２２Ｄにより、第２の余弦波コイル２２ＣＤが構成され、２つの余弦波分割コイル２２Ｅ，２２Ｆより、第３の余弦波コイル２２ＥＦが構成され、２つの余弦波分割コイル２２Ｇ，２２Ｈにより、第４の余弦波コイル２２ＧＨが構成される。第１の余弦波コイル２２ＡＢ及び第３の余弦波コイル２２ＥＦと、第２の余弦波コイル２２ＣＤ及び第４の余弦波コイル２２ＧＨとは、巻き方向が逆であり、正方向の磁束に対して逆向きの誘起電流を発生させるようになっている。上記の構成により、正弦波コイル２１と余弦波コイル２２とが、４５度角度をずらして形成される。
【００４０】
図５に示すように、励磁コイル２３は、第１の検出コイル３２の、すなわち順方向の平面コイルパターン及び逆方向の平面コイルパターンの、外周を取り囲む平面状に巻き回された平面コイルパターンにより構成される。励磁コイル２３は、コイル導線を環状に多重に巻き回すことで構成される。第１の検出コイル３２と励磁コイル２３は、２つの絶縁層３１，３３の間の同一の層に形成される。すなわち、この実施形態では、励磁コイル２３と検出コイル３２，３４とがベース平板３０の上に積層して形成される。また、励磁コイル２３と、検出コイルの一部である第１検出コイル３２とが同一の層に形成される。励磁コイル２３には、高周波信号が入力される。
【００４１】
次に、センサロータ１２の構成について説明する。図７に、センサロータ１２を斜視図により示す。図８に、センサロータ１２を平面図により示す。第１のエンドプレート８Ａより構成されるセンサロータ１２は、非磁性導電材料として、例えば「ＳＵＳ３０５」により形成される。センサロータ１２は、その軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられる。この凹凸は、センサロータ１２の円周面と円周方向に垂直な面により構成される。すなわち、センサロータ１２は、円形平板の外面の２箇所に凸部１２ａＡ，１２ａＢを、他の２箇所に凹部１２ｂＡ，１２ｂＢをそれぞれ備える。２箇所の凸部１２ａＡ，１２ａＢと、２箇所の凹部１２ｂＡ，１２ｂＢは、各々が９０度の角度間隔をもって配置される。すなわち、センサロータ１２において、凹部１２ｂＡ，１２ｂＢは、円周方向に所定の角度間隔（この場合「１８０度」の角度間隔）により形成される。ここで、センサロータ１２の最大厚みを、例えば「１０ｍｍ」とすると、凸部１２ａＡ，１２ａＢの高さは、例えば「２〜３ｍｍ」程度に設定することができる。
【００４２】
センサロータ１２は、９０度で４分割した箇所のうち、対向する２箇所に凹部１２ｂＡ，１２ｂＢと凸部１２ａＡ，１２ａＢが配置される。また、センサステータ１３の正弦波コイル２１と余弦波コイル２２は、４５度で８分割した箇所に分割コイル２１Ａ〜２１Ｈ，２２Ａ〜２２Ｈが配置される。これにより、２Ｘの検出コイルが構成される。
【００４３】
センサロータ１２は、中央に形成された中心孔１２ｃにてモータシャフト５の外周に圧入されると共に、第１のエンドプレート８Ａとしてロータコア６の端面に固定される。
【００４４】
この実施形態では、センサロータ１２の材料として「ＳＵＳ３０５」が使用されるが、非磁性導電材料であればよく、例えば「ＳＵＳ３０４」、「アルミニウム」及び「真鍮」等を使用してもよい。
【００４５】
上記構成において、センサステータ１３の検出コイル３２，３４は、励磁コイル２３に高周波信号が入力されることにより、センサロータ１２の凹凸の位置にて変動する磁束の変化を起電力として出力するようになっている。また、センサステータ１３の検出コイル３２，３４は、平面状に巻き回され、巻き方向が順方向の平面コイルパターンである順方向コイルと、巻き方向が逆方向の平面コイルパターンである逆方向コイルとを含む。これら順方向コイルと逆方向コイルとが円周方向に隣り合って順に配置される。そして、順方向コイルの幅と逆方向コイルの幅の合計がセンサロータ１２の凹凸の１周期に略一致する。順方向コイル及び逆方向コイルは、それぞれ複数回巻き回されるものであり、巻き数が正弦波状に増減するように周方向に分布して配置される。更に、センサロータ１２の凹凸は、センサステータ１３の励磁コイル２３との距離が正弦波状に変動するように構成される。そして、センサステータ１３は、励磁コイル２３のインダクタンス変化により、モータロータ４及びモータシャフト５の回転角度を検出するようになっている。
【００４６】
次に、回転検出器１１の作用について説明する。図３において、基準クロック発生器５５は、「３２ＭＨｚ」の高周波の基準クロックを生成する。分周回路５６は、周波数分割回路とも呼ばれ、基準クロック発生器５５で生成した高い周波数のクロックを低周波のクロックに変換する。分周回路５６は、「３２ＭＨｚ」の基準クロックを「５００ｋＨｚ」の周波数に分周する。カウンタ５７は、６４個のパルスをカウントし、Ｄ／Ａコンバータ５８に対して、６４個のパルスを１周期として出力する。Ｄ／Ａコンバータ５８は、６４個のパルスを１周期として振幅変調させることにより、「５００ｋＨｚ／６４＝７．８１２５ｋＨｚ」の正弦波励磁信号を作成して、励磁コイル２３を励磁する。そして、励磁コイル２３に正弦波励磁信号が通電されることにより、励磁コイル２３に磁界が発生し、検出コイルである正弦波コイル２１と余弦波コイル２２に誘起電圧である検出信号が発生する。この作用については、後で詳細に説明する。
【００４７】
図３において、別の分周回路５９は、カウンタ５７のカウント値を受けて、必要な検出タイミングで、二つの同期検波器５１，５２に、検出タイミング信号を入力する。そして、正弦波用の同期検波器５１は、分周回路５９のタイミングで、正弦波コイル２１から入力された検出信号を読み出し、つまり、同期検波し、積分回路５３に送る。この積分回路５３は、同期検波器５１の出力を平滑化する。積分回路５３の出力は、演算器６０に送られる。ここで、同期検波及び積分を行っている理由は、本実施形態では、「５００ｋＨｚ」の搬送波を振幅変調して、「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波としているので、検出信号には搬送波の周波数成分が含まれる。検出信号から搬送波の周波数成分を除去するため、同期検波及び積分を行っているのである。
【００４８】
同様に、図３において、余弦波用の同期検波器５２は、分周回路５９のタイミングで、余弦波コイル２２から入力された検出信号を読み出し、つまり、同期検波し、積分回路５４に送る。この積分回路５４は、同期検波器５２の出力を平滑化する。積分回路５４の機能は、積分回路５３と同じである。積分回路５４の出力は、演算器６０に送られる。
【００４９】
そして、図３において、演算器６０は、積分回路５３から入力した正弦波コイル２１に係る出力と、積分回路５４から入力した余弦波コイル２２に係る出力との比を求め、その比を角度データ６１として出力する。振幅式回転検出器では、ある瞬間の電気角における、正弦波コイル２１に係る積分回路５３からの出力と、余弦波コイル２２に係る積分回路５４からの出力との比は、電気角と一義的に対応する。そのため、その比を角度データ６１として得れば、現在のセンサロータ１２の回転角度を測定することができる。
【００５０】
次に、励磁コイル２３、センサロータ１２、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２の作用について説明する。図９（ａ）〜（ｄ）に、回転検出器１１の作用と特性をグラフにより示す。図９（ａ）に、ある時間におけるセンサステータ１３（ベース平板３０、励磁コイル２３、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２）と、センサロータ１２（凸部１２ａＡ，１２ａＢ、凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ）との位置関係をグラフにより示す。実際には、円形状のグラフとなるが、図９（ａ）では、見やすいように直線状のグラフとする。
【００５１】
図９（ａ）において、横軸にとった電気角は３６０度（２Ｘコイルなので機械角は１８０度）である。また、便宜上、正弦波コイル２１と余弦波コイル２２を一つの層に示し、励磁コイル２３を別の層に示す。すなわち、図９（ａ）において、センサステータ１３は、ベース平板３０の上に励磁コイル２３を示し、その上に正弦波コイル２１と余弦波コイル２２を示す。センサロータ１２は、２箇所に、各々電気角で１８０度分（２Ｘコイルなので機械角は９０度）の範囲で凹部１２ｂと凸部１２ａが交互に形成される。
【００５２】
図１０に、図９（ａ）のうち、センサロータ１２の凹部１２ｂがある部分の作用を断面図により示す。図１０でも、便宜上、励磁コイル２３を独立した層に示す。図１０において、励磁コイル２３に、Ｄ／Ａコンバータ５８から、「５００ｋＨｚ」の搬送波を「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波により振幅変調した形の励磁信号が入力すると、その電流値に応じて、励磁コイル２３において磁束ＩＡが発生する。この磁束ＩＡの発生により、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２に誘起電圧が発生する。
【００５３】
一方、図１１に、図９（ａ）のうち、センサロータ１２の凸部１２ａがある部分の作用を断面図により示す。図１１でも、便宜上、励磁コイル２３を独立した層に示す。図１１において、センサロータ１２の凸部１２ａが、センサステータ１３の正弦波コイル２１と余弦波コイル２２に対向している。励磁コイル２３に、Ｄ／Ａコンバータ５８から、「５００ｋＨｚ」の搬送波を「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波により振幅変調した形の励磁信号が入力すると、その電流値に応じて、励磁コイル２３において磁束ＩＡが発生する。
【００５４】
しかし、非磁性導電材料である凸部１２ａに磁束ＩＡが入ると、凸部１２ａの表面に渦電流が発生する。その発生した渦電流により、図１１に示すように、磁束ＩＡに対して逆方向の磁束ＩＢが発生する。この磁束ＩＢにより、励磁コイル２３で発生した正方向の磁束ＩＡが打ち消される。このため、全体としての磁束は、図１０の場合と比較して、ほとんど無くなってしまう。
【００５５】
従って、図９（ａ）の状態では、凹部１２ｂと重なる領域（電気角１６０度から３４０度まで）のみ磁束ＩＡが発生するとみなすことができる。
【００５６】
ここで、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２について説明する。図１２（ａ）に、正弦波コイル２１の一例を平面図により示す。ここでは、見やすくするために、正弦波コイル２１の全体を同一平面上に表現する。図１２（ａ）に示すように、４個の正弦波コイル２１は、７組のコイル導線２１ａ−２１ｎ，２１ｂ−２１ｍ，２１ｃ−２１ｌ，２１ｄ−２１ｋ，２１ｅ−２１ｊ，２１ｆ−２１ｉ，２１ｇ−２１ｈから構成される。
【００５７】
同様に、図１２（ｂ）に、余弦波コイル２２の一例を平面図により示す。ここでも、見やすくするために、余弦波コイル２２の全体を同一平面上に表現する。図１２（ｂ）に示すように、４個の余弦波コイル２２は、７組のコイル導線２２ａ−２２ｎ，２２ｂ−２２ｍ，２２ｃ−２２ｌ，２２ｄ−２２ｋ，２２ｅ−２２ｊ，２２ｆ−２２ｉ，２２ｇ−２２ｈから構成される。
【００５８】
図１３（ａ）に、正弦波コイル２１に同じ方向の均一な磁束が発生したときの、各組のコイル導線２１ａ−２１ｎ，２１ｂ−２１ｍ，２１ｃ−２１ｌ，２１ｄ−２１ｋ，２１ｅ−２１ｊ，２１ｆ−２１ｉ，２１ｇ−２１ｈにより発生し得る誘起電圧の大きさを、それぞれ矩形２１'ａ−２１'ｎ，２１'ｂ−２１'ｍ，２１'ｃ−２１'ｌ，２１'ｄ−２１'ｋ，２１'ｅ−２１'ｊ，２１'ｆ−２１'ｉ，２１'ｇ−２１'ｈを含むグラフにより示す。図１３（ａ）において、正弦波コイル２１の全体で発生し得る誘起電圧の大きさを、波形２１’により示す。このように、正弦波コイル２１を７組のコイル導線２１ａ−２１ｎ，２１ｂ−２１ｍ，２１ｃ−２１ｌ，２１ｄ−２１ｋ，２１ｅ−２１ｊ，２１ｆ−２１ｉ，２１ｇ−２１ｈで構成することにより、正弦波コイル２１に発生する誘起電圧を、正弦波カーブの磁束が通過する範囲における積分値で表すことができる。
【００５９】
図１３（ｂ）に、余弦波コイル２２に同じ方向に均一な磁束が発生したときの、各組のコイル導線２２ａ−２２ｎ，２２ｂ−２２ｍ，２２ｃ−２２ｌ，２２ｄ−２２ｋ，２２ｅ−２２ｊ，２２ｆ−２２ｉ，２２ｇ−２２ｈにより発生し得る誘起電圧の大きさを、それぞれ矩形２２'ａ−２２'ｎ，２２'ｂ−２２'ｍ，２２'ｃ−２２'ｌ，２２'ｄ−２２'ｋ，２２'ｅ−２２'ｊ，２２'ｆ−２２'ｉ，２２'ｇ−２２'ｈを含むグラフにより示す。図１３（ｂ）において、余弦波コイル２２の全体で発生し得る誘起電圧の大きさを、波形２２'により示す。このように、余弦波コイル２２を７組のコイル導線２２ａ−２２ｎ，２２ｂ−２２ｍ，２２ｃ−２２ｌ，２２ｄ−２２ｋ，２２ｅ−２２ｊ，２２ｆ−２２ｉ，２２ｇ−２２ｈで構成することにより、余弦波コイル２２に発生する誘起電圧を、余弦波カーブの磁束が通過する範囲における積分値で表すことができる。
【００６０】
図９（ｂ）に、磁束ＩＡの発生により、正弦波コイル２１で発生する誘起電圧ＭＡ及び余弦波コイル２２で発生する誘起電圧ＭＢをグラフにより示す。図９（ｃ）に、図９（ａ）における波形２１'のみを取り出してグラフにより示す。電気角１６０度から１８０度までの範囲では、ＭＳＡ１で示す面積のプラスの誘起電圧（＋ＭＳＡ１）が発生し、電気角１８０度から３４０度までの範囲では、ＭＳＡ２の面積で示すマイナスの誘起電圧（−ＭＳＡ２）が発生する。従って、正弦波コイル２１で発生する誘起電圧ＭＡは、「ＭＡ＝＋ＭＳＡ１−ＭＳＡ２」となる。これを図９（ｂ）にグラフにより示す。
【００６１】
一方、図９（ｄ）に、図９（ａ）における波形２２'のみを取り出してグラフにより示す。電気角１６０度から２７０度までの範囲では、ＭＳＢ１で示す面積のマイナスの誘起電圧（−ＭＳＢ１）が発生し、電気角２７０度から３４０度までの範囲では、ＭＳＢ２で示すプラスの誘起電圧（＋ＭＳＢ２）が発生する。従って、余弦波コイル２２で発生する誘起電圧ＭＢの総量は、「ＭＢ＝＋ＭＳＢ２−ＭＳＢ１」となる。これを図９（ｂ）にグラフにより示す。
【００６２】
上記では、磁束ＩＡの発生により、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２に誘起電圧ＭＡ，ＭＢが発生することを説明したが、励磁コイル２３に入力される励磁信号の位相に応じて、磁束ＩＡの向き及び大きさは周期的に変動する。これにより、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２に発生する誘起電圧（検出信号）も周期的に変動する。ここで、図３に示す回路部４１において、同期検波器５１，５２及び積分回路５３，５４にて、検出信号に含まれる上記周期成分のうち、搬送波の成分を除去し、平滑化する。そして、演算器６０が積分回路５３と積分回路５４の各出力の比（誘起電圧の比ＭＡ／ＭＢに等しい）を算出する。この比により、センサステータ１３に対するセンサロータ１２の角度変位を求めることができる。演算器６０は上記比を角度データ６１として出力する。
【００６３】
次に、センサロータ１２が回転したときの回転検出器１１の作用を図１４〜１６を参照して説明する。
【００６４】
図１４に、電気角（−９０度〜３６０度）及び機械角（−４５度〜１８０度）と、所定の方向の磁束ＩＡが発生したときの正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２の各出力値との関係をグラフにより示す。本実施形態の回転検出器１１は、２Ｘのものなので、電気角は機械角の２倍となっている。図１４において、「ＳＡ」は、正弦波コイル２１の出力カーブを示し、「ＳＢ」は、余弦波コイル２２の出力カーブを示す。
【００６５】
図１５（ａ）に、図１４のロータ角度Ｔ１における、正弦波コイル２１と凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）との位置関係を、図１５（ｂ）に、余弦波コイル２２と凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）との位置関係をそれぞれ平面図により示す。見やすくするために、図１５（ａ），（ｂ）では、図５とは異なり、図６（ｂ），（ｃ）と同様に、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２を各々一つの面に表現している。
【００６６】
図１６（ａ）に、図１４のロータ角度Ｔ２における、正弦波コイル２１と凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）との位置関係を、図１６（ｂ）に、余弦波コイル２２と凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）との位置関係をそれぞれグラフにより示す。見やすくするために、図１６（ａ），（ｂ）では、図５とは異なり、図６（ｂ），（ｃ）と同様に、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２を各々一つの面に表現している。また、図１６（ａ），（ｂ）は、図１５（ａ），（ｂ）に示す状態から、矢印Ｐの方向へ、センサロータ１２が電気角で２４０度（機械角で１２０度）回転した状態を示す。
【００６７】
図１４のロータ角度Ｔ１においては、図１５（ａ）に示すように、正弦波コイル２１の８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈのうち、正弦波分割コイル２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｇ，２１Ｈの全ての領域が、センサロータ１２の凹部１２ｂに対向している。そして、正弦波分割コイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｅ，２１Ｆの全ての領域が、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）に対向している。
【００６８】
励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、第１の正弦波コイル２１ＢＣと第２の正弦波コイル２１ＤＥでは、絶対値の等しい逆向きの誘起電圧が発生する。同様に、第３の正弦波コイル２１ＦＧと第４の正弦波コイル２１ＨＡでは、絶対値の等しい逆向きの誘起電圧が発生する。
【００６９】
一方、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、正弦波コイル２１に誘起電圧が発生しない。このため、正弦波コイル２１の出力値は、図１４に示すゼロ（ＳＡＴ１）となる。
【００７０】
一方、図１４のロータ角度Ｔ１においては、図１５（ｂ）に示すように、余弦波コイル２２の８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈのうち、余弦波分割コイル２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｇ，２２Ｈの全ての領域が、センサロータ１２の凹部１２ｂ（１２ｂＡ，１２ｂＢ）に対向している。そして、余弦波分割コイル２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｅ，２２Ｆの全ての領域が、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）に対向している。そして、励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、第２の余弦波コイル２２ＣＤでは、最大の誘起電圧が発生する。同様に、第４の余弦波コイル２２ＧＨでは、最大の誘起電圧が発生する。
【００７１】
一方、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、余弦波コイル２２のうち第１の余弦波コイル２２ＡＢと第３の余弦波コイル２２ＥＦでは誘起電圧が発生しない。このため、余弦波コイル２２の出力値は、図１４に示す最大（ＳＢＴ１）となる。
【００７２】
図１４のロータ角度Ｔ２においては、図１６（ａ）に示すように、正弦波コイル２１の８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈのうち、正弦波分割コイル２１Ｅ，２１Ａの全ての領域、及び正弦波分割コイル２１Ｄ，２１Ｆ，２１Ｈ，２１Ｂの一部の領域が、センサロータ１２の凹部１２ｂに対向している。そして、正弦波分割コイル２１Ｇ，２１Ｃの全ての領域、及び正弦波分割コイル２１Ｄ，２１Ｆ，２１Ｈ，２１Ｂの一部の領域が、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）に対向している。励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、第２の正弦波コイル２１ＤＥと第３の正弦波コイルＦＧでは、逆向きの誘起電圧が発生する。同様に、第４の正弦波コイル２１ＨＡと第１正弦波コイルＢＣでは、逆向きの誘起電圧が発生する。
【００７３】
一方、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、正弦波コイル２１では誘起電圧が発生しない。このため、正弦波コイル２１の出力値は、図１４に示すように、それらの演算値（ＳＡＴ２）となる。
【００７４】
図１４のロータ角度Ｔ２においては、図１６（ｂ）に示すように、余弦波コイル２２の８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈのうち、余弦波分割コイル２２Ｅ，２２Ａの全ての領域、及び余弦波分割コイル２２Ｄ，２２Ｆ，２２Ｈ，２２Ｂの一部の領域が、センサロータ１２の凹部１２ｂに対向している。そして、余弦波分割コイル２２Ｇ，２２Ｃの全ての領域、及び余弦波分割コイル２２Ｄ，２２Ｆ，２２Ｈ，２２Ｂの一部の領域が、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）に対向している。励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、第２の余弦波コイル２２ＣＤと第３の余弦波コイル２２ＥＦでは、逆向きの誘起電圧が発生する。同様に、第４の余弦波コイル２２ＧＨと第１の余弦波コイル２２ＡＢでは、逆向きの誘起電圧が発生する。
【００７５】
一方、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、余弦波コイル２２に誘起電圧が発生しない。このため、余弦波コイル２２の出力値は、図１４に示すように、それらの演算値（ＳＢＴ２）となる。
【００７６】
図１４のロータ角度Ｔ１において、図３に示す演算器６０が、正弦波コイル２１の出力値ＳＡＴ１、及び余弦波コイル２２の出力値ＳＢＴ１の比（ＳＡＴ１／ＳＢＴ１）を算出する。この比（ＳＡＴ１／ＳＢＴ１）より、ロータ角度Ｔ１におけるセンサステータ１３に対するセンサロータ１２の角度変位を求めることができる。演算器６０は、比（ＳＡＴ１／ＳＢＴ１）を角度データ６１として、出力する。
【００７７】
同様に、図１４のロータ角度Ｔ２において、図３の演算器６０が、正弦波コイル２１の出力値ＳＡＴ２、及び余弦波コイル２２の出力値ＳＢＴ２の比（ＳＡＴ２／ＳＢＴ２）を算出する。この比（ＳＡＴ２／ＳＢＴ２）より、ロータ角度Ｔ２におけるセンサステータ１３に対するセンサロータ１２の角度変位を求めることができる。演算器６０は、比（ＳＡＴ２／ＳＢＴ２）を角度データ６１として、出力する。
【００７８】
図１７に、この実施形態の回転検出器１１の出力電圧に係る実験データをグラフにより示す。このグラフは、横軸に、本実施例の回転検出器１１と、比較例の回転検出器をとり、縦軸に、出力電圧とＳ／Ｎ比をとっている。比較例の回転検出器は、センサロータとして、磁性導電材料を用いて、回転検出器１１と同じ凹部を形成したものである。
【００７９】
図１７に示すように、本実施例の回転検出器１１では、出力電圧Ａ１が「２５０ｍＶ」、ノイズＡ２が「４．５ｍＶ」であり、Ｓ／Ｎ比Ａ３が「約５５」である。比較例の回転検出器では、出力電圧Ｂ１が「１５０ｍＶ」、ノイズＢ２が「１９ｍＶ」であり、Ｓ／Ｎ比Ｂ３が「約８」である。
【００８０】
上記実験により、センサロータとして磁性導電材料を用いた比較例の回転検出器においても、回転角センサとして実用可能であることが確認でき、同時に、センサロータとして、非磁性導電材料を用いたこの実施形態の回転検出器１１では、Ｓ／Ｎ比が非常に高く、回転角センサとして優れた特性を有することが確認できた。
【００８１】
以上説明したこの実施形態の回転検出器１１によれば、励磁信号が入力される励磁コイル２３と、検出信号を出力する検出コイル３２，３４（正弦波コイル２１、余弦波コイル２２）とを含むセンサステータ１３と、そのセンサステータ１３と軸方向に対向する位置に配置されて回転するセンサロータ１２とを備える。また、平板なセンサステータ１３と平板なセンサロータ１２とが互いに平行に対向している。このため、回転検出器１１の軸方向の寸法を小さくすることができ、その意味で回転検出器１１をコンパクトにすることができる。
【００８２】
特に、この実施形態では、センサステータ１３を構成す励磁コイル２３及び検出コイル３２，３４が、高周波信号を用いるものであることから、少ない巻き数で済む。また、励磁コイル２３及び検出コイル３２，３４のそれぞれが平面状に巻き回された平面コイルパターンにより構成されるので、これらコイル２３，３２，３４が嵩張らない。このため、回転検出器１１の軸方向の寸法を小さくすることができ、回転検出器１１をコンパクトにすることができる。
【００８３】
ここで、上記したように検出コイル３２，３４を平面コイルパターンにできるのは、励磁コイル２３のために「５００ｋＨｚ」の高周波を搬送波として使用しているからであり、これによって検出コイル３２，３４の巻き数を少なくできるからである。すなわち、「５００ｋＨｚ」という高周波の搬送波を使用することで、「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波を使用することになる。このため、検出コイル３２，３４を７巻きという少ない巻き数にすることができる。これにより、ベース平板３０上に、検出コイル３２，３４のコイル導線を渦巻状に配置して平面コイルパターンにできるのである。このため、検出コイル３２，３４のコイル導線を、同じ方向を向いた均一な磁束が作用したときに、センサロータ１２の回転角度に応じて、磁束の通過範囲を変えることにより、正弦波状あるいは余弦波状の検出信号を出力できるように配置できるのである。
【００８４】
また、この実施形態では、励磁コイル２３と一つの検出コイルの一部である第１の検出コイル３２とが、同一の層に形成されるので、それらが別々の層に形成される場合と比べて構成要素の積層数が減る。このため、センサステータ１３の厚みを小さくすることができる。この意味でも、回転検出器１１の軸方向の寸法を小さくすることができ、回転検出器１１をコンパクトにすることができる。また、構成要素の積層数が減る分だけ回転検出器１１の製造コストを抑えることができる。
【００８５】
この実施形態の回転検出器１１では、非磁性導電材料からなるセンサロータ１２が、円周方向に所定の角度間隔により一対の凹部１２ｂＡ，１２ｂＢを有する。従って、励磁コイル２３により磁界（磁束ＩＡ）が発生するときに、センサロータ１２の凹部１２ｂＡ，１２ｂＢと重なる領域でのみ、励磁コイル２３の磁界（磁束ＩＡ）が検出コイル３２，３４を通過し、検出コイル３２，３４に起電力（誘起電圧）が発生する。一方、励磁コイル２３により磁界（磁束ＩＡ）が発生するときに、凹部１２ｂＡ，１２ｂＢと重ならない領域、すなわち凸部１２ａＡ，１２ａＢと重なる領域では、磁界（磁束ＩＡ）がセンサロータ１２に当たり、センサロータ１２の表面に渦電流が発生する。この渦電流により、励磁コイル２３の磁界（磁束ＩＡ）と逆方向の磁界（磁束ＩＢ）が発生し、それら両方向の磁界（磁束ＩＡ，ＩＢ）が互いに打ち消し合うことで、検出コイル３２，３４に誘導電流が発生しない。このような作用の連続により、検出コイル３２，３４の全体から適切な検出信号を得ることができる。このようにして、回転検出器１１としての回転角度検出を達成することができる。この結果、センサロータ１２の製造コストを抑えることができ、延いては、回転検出器１１の製造コストを抑えることができる。
【００８６】
この実施形態の回転検出器１１では、センサステータ１３に励磁コイル２３と検出コイル３２，３４の両方が設けられる。このため、励磁コイル２３と検出コイル３２，３４がセンサステータ１３とセンサロータ１２に分かれて設けられる場合とは異なり、検出コイル３２，３４による検出信号をセンサロータ１２とセンサステータ１３との間でやりとりする必要がなく、信号やりとりのためのロータリィトランスコイルが不要となる。この結果、回転検出器１１からロータリィトランスコイルを省略することができ、回転検出器１１の構成を簡略化することができ、この意味で回転検出器１１をコンパクトにすることができる。
【００８７】
また、この実施形態の回転検出器１１では、ロータリィトランスコイルを省略できることから、検出信号のゲインを増大させることができ、そのＳ／Ｎ比を高くすることができる。例えば、ロータリィトランスコイルを有する回転検出器では、Ｓ／Ｎ比が「４」程度であるのに対し、この実施形態では、Ｓ／Ｎ比を「５０」以上にすることができる。
【００８８】
この実施形態では、検出コイル３２，３４（正弦波コイル２１、余弦波コイル２２）が、順次連続する８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈと、順次連続する８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈとを備える。また、正弦波分割コイル２１Ａ，２１Ｃ，２１Ｅ，２１Ｇと、余弦波分割コイル２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｆ，２２Ｈとが同一の層に形成される。また、正弦波分割コイル２１Ｂ，２１Ｄ，２１Ｆ，２１Ｈと、余弦波分割コイル２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｅ，２２Ｇとが別の同一の層に形成され、それら両層が重なって形成される。従って、回転検出器１１をモータ１に取り付けたときに、センサステータ１３とセンサロータ１２との間の隙間が多少変化しても、正弦波コイル２１とセンサロータ１２の位置関係と、余弦波コイル２２とセンサロータ１２の位置関係とを、常に一定に保つことができる。このため、回転検出器１１の取り付け誤差に起因する、回転角度の検出誤差を低減することができる。
【００８９】
また、この実施形態では、検出コイル３２，３４を構成する順方向の平面コイルパターン（順方向コイル）及び逆方向の平面コイルパターン（逆方向コイル）の外周側が、励磁コイル２３を構成する平面コイルパターンにより取り囲まれる。従って、検出コイル３２，３４の外周側全体に励磁コイル２３から連続した均一な磁界がかけられる。特に、この実施形態では、励磁コイル２３が、コイル導線を環状に多重に巻き回すことで構成されるので、励磁コイル２３の全周にわたって均一な磁界を発生させることができる。このため、検出コイル３２，３４の周方向に連続して均一に励磁信号を供給することができ、この意味で、回転検出器１１による回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００９０】
この実施形態では、回転検出器 ロータ１２が、非磁性導電材料で構成されるので、センサロータ１２の表面に発生する渦電流が増加し、励磁コイル２３で発生する磁束を打ち消す効率が上がる。このため、Ｓ／Ｎ比が大きく（ノイズが小さく）なり、回転検出器１１による回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００９１】
また、この実施形態の回転検出器１１では、励磁コイル２３のために「５００ｋＨｚ」の搬送波を「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波で振幅変調した形式の励磁信号を用いて角度検出を行っている。このため、搬送波がモータノイズ（「１０ｋＨｚ」付近が多い）の影響を受け難くなる。この意味でも、検出コイル３２，３４での検出信号のＳ／Ｎ比を高くすることができる。
【００９２】
また、この実施形態では、検出コイル３２，３４につき、正弦波コイル２１を形成する７組のコイル導線２１ａ−２１ｎ，２１ｂ−２１ｍ，２１ｃ−２１ｌ，２１ｄ−２１ｋ，２１ｅ−２１ｊ，２１ｆ−２１ｉ，２１ｇ−２１ｈが、正弦波コイル２１に発生する誘起電流が、磁束が通過する範囲における正弦波カーブの積分値に相当するように配置される。また、余弦波コイル２２を形成する７組のコイル導線２２ａ−２２ｎ，２２ｂ−２２ｍ，２２ｃ−２２ｌ，２２ｄ−２２ｋ，２２ｅ−２２ｊ，２２ｆ−２２ｉ，２２ｇ−２２ｈが、余弦波コイル２２に発生する誘起電流が、磁束が通過する範囲における余弦波カーブの積分値に相当するように配置される。このため、センサロータ１２に凹部１２ｂを設けることで、検出コイル３２，３４の全体から適切な検出信号を得ることができる。
【００９３】
更に、この実施形態のモータロータ４によれば、モータロータ４を構成するロータコア６の両端に設けられるエンドプレート８Ａ，８Ｂのうち、第１のエンドプレート８Ａの軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）が設けられ、そのエンドプレート８Ａによりセンサロータ１２が構成される。従って、凹凸を有する角度検出用のセンサロータをモータロータ４に別途設ける必要がない。このため、回転検出器１１の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータ１の全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【００９４】
この実施形態のモータ１によれば、モータロータ４を構成する第１のエンドプレート８Ａの軸方向外面に角度検出用の凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）が設けられ、そのエンドプレート８Ａによりセンサロータ１２が構成される。また、そのセンサロータ１２の凹凸に対向する位置に、高周波が入力される励磁コイル２３を備えたセンサステータ１３が設けられる。従って、凹凸を有するセンサロータ１２とセンサステータ１３により、モータロータ４及びモータシャフト５の回転を検出する回転検出器１１が構成される。このため、回転検出器１１の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータ１の全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【００９５】
また、この実施形態では、非磁性導電材料により構成される第１のエンドプレート８Ａ（センサロータ１２）は、磁束の漏れを防ぐことができ、センサステータ１３の励磁コイル２３に入力される高周波信号の磁束を打ち消す機能がある。このため、センサロータ１２につき、高周波信号が励磁される励磁コイル２３を含むセンサステータ１３との相性を良くすることができる。
【００９６】
この実施形態のモータ１によれば、センサステータ１３の励磁コイル２３に高周波信号が入力されることにより、検出コイル３２，３４から、第１のエンドプレート８Ａの凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）の位置にて変動する磁束変化の起電力が発生して出力される。このため、モータシャフト５等の回転角度に係る検出信号をセンサステータ１３から出力させることができ、モータシャフト５等の回転角度を検出することができる。
【００９７】
この実施形態のモータ１によれば、励磁コイル２３及び検出コイル３２，３４が、高周波信号を用いるものであることから、少ない巻き数で済む。また、励磁コイル２３及び検出コイル３２，３４が、平面状に巻き回され、それらコイル２３，３２，３４が嵩張らない。このため、回転検出器１１の軸方向の寸法を小さくすることができ、回転検出器１１をコンパクト化することができる。
【００９８】
この実施形態のモータ１によれば、センサステータ１３の検出コイル３２，３４から出力される起電力の強弱が、順方向コイル及び逆方向コイルの巻き数の周方向における分布により実現される。従って、凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）が設けられる第１のエンドプレート８Ａ（センサロータ１２）の形状が単純化される。このため、凹凸を有する第１のエンドプレート８Ａ（センサロータ１２）の加工を容易にすることができる。
【００９９】
この実施形態のモータ１によれば、第１のエンドプレート８Ａ（センサロータ１２）の凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）は、センサステータ１３の励磁コイル２３との距離が正弦波状に変動するように構成される。そして、センサステータ１３は、励磁コイル２３のインダクタンス変化により回転角度を検出するように構成されるので、センサステータ１３としての構成が単純化される。このため、回転検出器１１としての構成を簡略化することができる。
【０１００】
＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第２実施形態につき図１８〜図２１を参照して詳細に説明する。
【０１０１】
なお、以下の説明において前記第１実施形態と同等又はそれに準ずる構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なったてんを中心に説明する。
【０１０２】
この実施形態では、回転検出器の構成の点で、第１実施形態と異なる。先ず、センサステータの構成について説明する。図１８に、この実施形態のセンサステータ１５を平面図により示す。図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）に、図１８の構成要素の一部を分解してそれぞれ平面図により示す。この実施形態では、センサステータ１５が、第１実施形態のセンサステータ１３のほぼ四分の一の大きさに形成される。すなわち、図１８に示すように、ベース平板３０が扇状に形成され、そのベース平板３０の上に検出コイル３７と励磁コイル２３が積層されて設けられる。図１９（ａ），（ｂ）に、検出コイル３７を構成する正弦波コイル２１と余弦波コイル２２を平面図により示す。図１９（ｃ）に、励磁コイル２３を平面図により示す。このセンサステータ１５は、第１実施形態と同様、モータケース２の内側に取り付けられる。
【０１０３】
次に、センサロータの構成について説明する。図２０に、センサロータ１６を斜視図により示す。図２１に、センサロータ１６を平面図により示す。第１のエンドプレート８Ａより構成されるセンサロータ１６は、非磁性体としての非磁性導電材料である「ＳＵＳ３０５」により形成される。センサロータ１６は、その軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられる。この凹凸は、センサロータ１６の円周面と円周方向に垂直な面により構成される。すなわち、センサロータ１６は、円形平板の外面の６箇所に凸部１６ａＡ，１６ａＢ，１６ａＣ，１６ａＤ，１６ａＥ，１６ａＦを、他の６箇所に凹部１６ｂＡ，１６ｂＢ，１６ｂＣ，１６ｂＤ，１６ｂＥ，１６ｂＦをそれぞれ備える。６箇所の凸部１６ａＡ〜１６ａＦと、６箇所の凹部１６ｂＡ〜１６ｂＦは、各々が３０度の角度間隔をもって配置される。すなわち、センサロータ１６において、各凹部１６ｂＡ〜１６ｂＦは、円周方向に所定の角度間隔（この場合「６０度」の角度間隔）により形成される。ここで、センサロータ１６の最大厚みを、例えば「１０ｍｍ」とすると、凸部１６ａＡ〜１６ａＦの高さは、例えば「２〜３ｍｍ」程度に設定することができる。
【０１０４】
センサロータ１６は、３０度で１２分割した箇所のうち、対向する６箇所に凹部１６ｂＡ〜１６ｂＦと凸部１６ａＡ〜１６ａＦが配置される。また、センサステータ１５の正弦波コイル２１と余弦波コイル２２は、３０度で２分割されており、これによって６Ｘの検出コイル３７が構成される。
【０１０５】
センサロータ１６は、中央に形成された中心孔１６ｃにてモータシャフト５の外周に圧入されると共に、第１のエンドプレート８Ａとしてロータコア６の端面に固定される。
【０１０６】
この実施形態では、センサロータ１６の材料として「ＳＵＳ３０５」が使用されるが、非磁性導電材料であればよく、例えば「ＳＵＳ３０４」、「アルミニウム」及び「真鍮」等を使用してもよい。
【０１０７】
従って、この実施形態のモータロータ４によれば、モータロータ４を構成するロータコア６の一端に設けられる第１のエンドプレート８Ａの軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸（凹部１６ｂＡ〜１６ｂＦ、凸部１６ａＡ〜１６ａＦ）が設けられ、そのエンドプレート８Ａによりセンサロータ１６が構成される。従って、凹凸を有する角度検出用のセンサロータをモータロータ４に別途設ける必要がない。このため、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータ１の全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【０１０８】
また、この実施形態では、センサステータ１５が、第１実施形態のセンサステータ１３のほぼ四分の一の大きさであることから、その分だけモータケース２に対する取り付け性を向上させることができ、回転検出器の全体をコンパクト化することができる。
【０１０９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第３実施形態につき図２２及び図２３を参照して詳細に説明する。
【０１１０】
この実施形態では、回転検出器の構成の点で、第１実施形態と異なる。図２２に、回転検出器１１の構成を展開したイメージ図により示す。この実施形態では、センサステータ１３から検出コイルを省略し、励磁コイル２３のみを設けた点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、図２２に示すように、センサロータ１２と対向して配置されたセンサステータ１３は、ベース平板３０と、そのベース平板３０の上に形成された励磁コイル２３とを備える。励磁コイル２３は、第１ＳＩＮ相コイル２３ａ、第１ＣＯＳ相コイル２３ｂ、第２ＳＩＮ相コイル２３ｃ及び第２ＣＯＳ相コイル２３ｄにより構成される。各コイル２３ａ〜２３ｄは、互いに同じ構成を有する。隣り合う各コイル２３ａ〜２３ｄは「９０°」の位相差を有する。一方、センサロータ１２は、その表面の凹凸が、励磁コイル２３との距離が連続的かつ周期的に変動するように構成される。そして、センサステータ１３は、モータロータ４と共にセンサロータ１２が回転することに伴う、励磁コイル２３のインダクタンス変化により、そのモータロータ４及びモータシャフト５の回転角度を検出するようになっている。
【０１１１】
図２３に、回転検出器１１の回路構成をブロック図により示す。励磁回路７０から、それぞれコンデンサ７１ａ，７１ｂに直列に接続される第１ＳＩＮ相コイル２３ａ及び第１ＣＯＳ相コイル２３ｂに交流電圧が印加されることにより、各コイル２３ａ，２３ｂのインダクタンス変化に応じて異なる信号Ｓ１，Ｓ２が出力される。出力された信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ第１増幅器７２及び第２増幅器７３により増幅される。これら信号Ｓ１，Ｓ２は、出力振幅が変動すると共に、位相が１８０°異なる。そして、各増幅器７２，７３により増幅された信号は、それぞれ第１包絡線検波器７４及び第２包絡線検波器７５により検波され、異なる検波信号Ｓ１１，Ｓ２１として出力される。出力された検波信号Ｓ１１，Ｓ２１が差動増幅器７６により増幅されることにより、全波信号Ｓ３として出力される。この全波信号Ｓ３に基づき、モータシャフト５の回転角度を検出することができる。
【０１１２】
従って、この実施形態では、センサステータ１３から検出コイルを省略できることから、第１実施形態の作用効果に対して、センサステータ１３の構成を一層簡略化することができる。
【０１１３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第４実施形態につき図２４〜図２６を参照して詳細に説明する。
【０１１４】
この実施形態では、回転検出器の構成の点で、前記各実施形態と異なる。図２４に、回転検出器付きモータ１を断面図により示す。図２５に、回転検出器１１を拡大して断面図により示す。図２６に、ベアリング９を拡大して斜視図により示す。図２４に示すように、この実施形態では、一方のベアリング９に対応して回転検出器１１が設けられる。すなわち、センサロータ１２は、ベアリング９と一体に設けられる。センサステータ１３は、センサロータ１２と所定の隙間を介して対向するように、モータケース２に取り付けられる。モータケース２には、ベアリング９とモータシャフト５に対応した中心孔２ａが形成される。センサステータ１３は、この中心孔２ａの段部２ｂに固定される。この実施形態で、モータシャフト５は、これらセンサロータ１２及びセンサステータ１３を貫通して設けられる。
【０１１５】
図２５及び図２６に示すように、センサロータ１２は、ベアリング９の構成部品と一体に形成される。ベアリング９は、アウターリング８１と、インナーリング８２と、両リング８１，８２の間に設けられた複数のボール８３とを備える。センサロータ１２は、このインナーリング８２の一端部にてフランジ状に一体に形成される。従って、ベアリング９のインナーリング８２が、モータシャフト５と一体に回転することにより、センサロータ１２も一体に回転する。このセンサロータ１２の回転が、センサステータ１３により検出されることとなる。
【０１１６】
図２５及び図２６に示すように、センサロータ１２には、第１実施形態のそれと同様、その軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられる。この凹凸は、センサロータ１２の円周面と円周方向に垂直な面により構成される。すなわち、センサロータ１２は、円形平板の外面の２箇所に凸部１２ａＡ，１２ａＢを、他の２箇所に凹部１２ｂＡ，１２ｂＢをそれぞれ備える。２箇所の凸部１２ａＡ，１２ａＢと、２箇所の凹部１２ｂＡ，１２ｂＢは、各々が９０度の角度間隔をもって配置される。すなわち、センサロータ１２において、凹部１２ｂＡ，１２ｂＢは、円周方向に所定の角度間隔（この場合「１８０度」の角度間隔）により形成される。
【０１１７】
従って、この実施形態のモータ１によれば、ベアリング９を構成するインナーリング８２の一端にセンサロータ１２が一体に設けられ、その軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）が設けられるので、凹凸を有する角度検出用のセンサロータをモータ１に別途設ける必要がない。このため、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータ１の全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【０１１８】
＜第５実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第５実施形態につき図２７を参照して詳細に説明する。
【０１１９】
この実施形態では、回転検出器１１とモータシャフト５の関係の点で、第４実施形態と構成が異なる。図２７に、回転検出器付きモータ１を断面図により示す。この実施形態で、モータシャフト５が、センサロータ１２及びセンサステータ１３を貫通しないように設けられる。すなわち、センサロータ１２及びセンサステータ１３には、それぞれ中心孔が形成されておらず、モータシャフト５の一端部は、ベアリング９のインナーリング８２の内側に収容される。
【０１２０】
この実施形態では、モータシャフト５がモータケース２の一端側のみに突出するタイプのモータ１に有効に適用することができる。
【０１２１】
＜第６実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第６実施形態につき図２８を参照して詳細に説明する。
【０１２２】
この実施形態では、センサステータ１３とモータケース２との関係の点で、第５実施形態と構成が異なる。図２８に、回転検出器付きモータ１を断面図により示す。この実施形態で、モータケース２の一端には、ベアリング９に対応した中心凹部２ｃが形成される。そして、センサステータ１３は、この中心凹部２ｃの中に収容され、その底壁に固定される。
【０１２３】
この実施形態では、回転検出器１１を、モータケース２の一端側が閉塞するタイプのモータ１に有効に適用することができる。
【０１２４】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
この発明は、回転検出器付きモータの製造に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１ モータ
３ モータステータ
３ａ コイル
４ モータロータ
５ モータシャフト（回転軸）
６ ロータコア（鉄心部）
６ａ 貫通孔
７ 永久磁石
８Ａ 第１のエンドプレート（端板）
８Ｂ 第２のエンドプレート（端板）
１１ 回転検出器
１２ センサロータ
１２ａ 凸部
１２ｂ 凹部
１２ａＡ 凸部
１２ａＢ 凸部
１２ｂＡ 凹部
１２ｂＢ 凹部
１３ センサステータ
１５ センサステータ
１６ センサロータ
１６ａＡ 凸部
１６ａＢ 凸部
１６ａＣ 凸部
１６ａＤ 凸部
１６ａＥ 凸部
１６ａＦ 凸部
１６ｂＡ 凹部
１６ｂＢ 凹部
１６ｂＣ 凹部
１６ｂＤ 凹部
１６ｂＥ 凹部
１６ｂＦ 凹部
２３ 励磁コイル
３２ 第１の検出コイル
３４ 第２の検出コイル
３７ 検出コイル
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転検出器を備えたモータに使用されるモータロータ及びそのモータロータを備えたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されるブラシレスモータが知られている。このブラシレスモータは、モータロータとモータステータとを備え、それらとは別に、回転検出器としてのレゾルバを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４８７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載のブラシレスモータでは、モータロータ及びモータステータとは別にレゾルバを設けなければならず、レゾルバを構成するロータ及びステータが必要になる。このため、レゾルバの構成部品の数だけ全体構成のための部品点数が増えることとなり、部品の組み付け工数も増えることとなった。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータの全体構成の部品点数と工数を削減することを可能としたモータロータ及びモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転軸と、回転軸の周りに配置され、軸方向に延びる複数の貫通孔が設けられる鉄心部と、複数の貫通孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、複数の貫通孔の開口を塞ぐように鉄心部の両端に設けられる一対の端板とを備えたモータロータであって、端板は、非磁性体で構成されており、一対の端板の少なくとも一方の軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられることを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、モータロータを構成する鉄心部の両端に設けられる端板のうち、少なくとも一方の軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられるので、凹凸を有する角度検出用の部材を別途設ける必要がない。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータロータと、コイルを含むモータステータとを備えたモータであって、モータロータの端板の軸方向外面に設けられた凹凸に対向する位置に、高周波信号が入力される励磁コイルを備えた検出器が設けられることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、モータロータの端板の軸方向外面に設けられた角度検出用の凹凸に対向する位置に、高周波が入力される励磁コイルを備えた検出器が設けられるので、凹凸を有する端板と検出器により、モータロータ及び回転軸の回転を検出する回転検出器が構成される。また、モータロータの非磁性体で構成される端板は、磁束の漏れを防ぐことができ、検出器の励磁コイルに入力される高周波信号の磁束を打ち消す機能がある。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、検出器は、検出コイルを更に備え、検出コイルは、励磁コイルに高周波信号が入力されることにより、凹凸の位置にて変動する磁束の変化を起電力として出力するものであることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、検出器の励磁コイルに高周波信号が入力されることにより、検出コイルから、端板の凹凸の位置にて変動する磁束の変化の起電力が発生して出力される。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、励磁コイル及び検出コイルは、平面状に巻き回されたものであることを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、励磁コイル及び検出コイルが、高周波信号を用いるものであることから、少ない巻き数で済む。また、励磁コイル及び検出コイルが、平面状に巻き回されるのでそれらコイルが嵩張らない。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、凹凸は、円周面と円周方向に垂直な面により構成され、検出コイルは、順方向に巻き回される順方向コイルと、逆方向に巻き回される逆方向コイルが周方向に隣り合って配置されるものであり、順方向コイルの幅と逆方向コイルの幅の合計が凹凸の１周期に略一致し、順方向コイル及び逆方向コイルは、それぞれ複数回巻き回されるものであり、巻き数が正弦波状に増減するように周方向に分布して配置されることを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、検出コイルが出力する起電力の強弱が、順方向コイル及び逆方向コイルの巻き数の周方向における分布により実現されるので、凹凸が設けられる端板の形状を単純化することが可能となる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、端板の凹凸は、励磁コイルとの距離が周期的に変動するように構成され、検出器は、励磁コイルのインダクタンス変化により角度を検出するものであることを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、端板の凹凸は、励磁コイルとの距離が周期的に変動するように構成され、検出器は、励磁コイルのインダクタンス変化により角度を検出するように構成されるので、検出器の構成が単純化される。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータの全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータの全体構成の部品点数と工数を削減することができる。また、センサロータにつき、高周波信号が励磁される励磁コイルを含む回転検出器との相性を良くすることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、センサロータにつき、高周波信号が励磁される励磁コイルを含む検出器との相性を良くすることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、回転検出器の軸方向の寸法を小さくすることができ、回転検出器をコンパクト化にすることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、凹凸を有する端板の加工を容易にすることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、回転検出器の構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係り、回転検出器付きモータを示す断面図。
【図２】同実施形態に係り、ロータコアの端面を示す側面図。
【図３】同実施形態に係り、回転検出器の電気的構成を示すブロック図。
【図４】同実施形態に係り、センサステータを示す分解斜視図。
【図５】同実施形態に係り、図４の構成要素の一部を拡大して示す分解斜視図。
【図６】同実施形態に係り、（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図５に示す構成要素の一部を分解してそれぞれ示す平面図。
【図７】同実施形態に係り、センサロータを示す斜視図。
【図８】同実施形態に係り、センサロータを示す平面図。
【図９】同実施形態に係り、（ａ）〜（ｄ）は、回転検出器の作用と特性を示すグラフ。
【図１０】同実施形態に係り、図９（ａ）のうちセンサロータの凹部がある部分の作用を示す断面図。
【図１１】同実施形態に係り、図９（ａ）のうちセンサロータの凸部がある部分の作用を示す断面図。
【図１２】同実施形態に係り、（ａ）に正弦波コイルの一例を、（ｂ）に余弦波コイルの一例をそれぞれ示す平面図。
【図１３】同実施形態に係り、（ａ）に正弦波コイルの全体で発生し得る誘起電圧の大きさを、（ｂ）に余弦波コイルの全体で発生し得る誘起電圧の大きさを、それぞれ波形により示すグラフ。
【図１４】同実施形態に係り、電気角及び機械角と、所定方向の磁束が発生したときの正弦波コイル及び余弦波コイルの各出力値との関係を示すグラフ。
【図１５】同実施形態に係り、（ａ）に図１４のロータ角度Ｔ１における正弦波コイルと凸部との位置関係を、（ｂ）に余弦波コイルと凸部との位置関係を、それぞれ示す平面図。
【図１６】同実施形態に係り、（ａ）に図１４のロータ角度Ｔ２における正弦波コイルと凸部との位置関係を、（ｂ）に余弦波コイルと凸部との位置関係を、それぞれ示すグラフ。
【図１７】同実施形態に係り、回転検出器の出力電圧に係る実験データを示すグラフ。
【図１８】第２実施形態に係り、センサステータを示す平面図。
【図１９】同実施形態に係り、（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１８の構成要素の一部を分解してそれぞれ示す平面図。
【図２０】同実施形態に係り、センサロータを示す斜視図。
【図２１】同実施形態に係り、センサロータを示す平面図。
【図２２】第３実施形態に係り、回転検出器の構成を展開して示すイメージ図。
【図２３】同実施形態に係り、回転検出器の回路構成を示すブロック図。
【図２４】第４実施形態に係り、回転検出器付きモータを示す断面図。
【図２５】同実施形態に係り、回転検出器を拡大して示す断面図。
【図２６】同実施形態に係り、ベアリングを拡大して示す斜視図。
【図２７】第５実施形態に係り、回転検出器付きモータを示す断面図。
【図２８】第６実施形態に係り、回転検出器付きモータを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第１実施形態につき図１〜図１７を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１に、回転検出器付きモータ（以下、単に「モータ」と言う。）１を断面図により示す。図１に示すように、モータ１は、モータケース２と、モータケース２の中に設けられたモータステータ３及びモータロータ４と、モータロータ４の中心に一体に設けられた回転軸としてのモータシャフト５とを含む。モータシャフト５の両端部は、モータケース２の外部へ突出している。
【００２７】
モータステータ３は、モータケース２の内周面に固定される。モータステータ３は、ステータコア（図示略）とコイル３ａを含む。モータロータ４は、モータステータ３の内側に配置される。モータロータ４は、モータシャフト５の周りに配置され、軸方向に延びる複数の貫通孔６ａが設けられる鉄心部としてのロータコア６と、複数の貫通孔６ａにそれぞれ収容される複数の永久磁石７と、複数の貫通孔６ａの開口を塞ぐようにロータコア６の両端に設けられる一対の端板としての第１及び第２のエンドプレート８Ａ，８Ｂとを備える。第１及び第２のエンドプレート８Ａ，８Ｂは、非磁性体としての非磁性導電材料により構成される。
【００２８】
図２に、ロータコア６の端面を側面図により示す。円柱形状をなすロータコア６の外周寄り部分には、複数の貫通孔６ａがモータシャフト５を中心に等角度間隔に形成され、それら貫通孔６ａのそれぞれに永久磁石７が収容される。モータシャフト５は、モータケース２の両端部に設けられたベアリング９，１０により回転可能に支持される。
【００２９】
このモータ１は、モータステータ３のコイルが励磁され、モータロータ４の永久磁石７が磁力を受けることにより、モータロータ４がモータシャフト５と一体に回転するようになっている。
【００３０】
図１に示すように、モータケース２の内側において、モータロータ４の一端（図面右端）に対応して、回転検出器１１が設けられる。この回転検出器１１は、センサロータ１２とセンサステータ１３を含む。この実施形態では、センサロータ１２は、モータロータ４の第１のエンドプレート８Ａにより構成される。検出器としてのセンサステータ１３は、モータケース２の内側に固定される。センサステータ１３は、センサロータ１２の軸方向外面と所定の隙間を介して対向して配置される。
【００３１】
図３に、回転検出器１１の電気的構成をブロック図により示す。回転検出器１１は、概略的には、回路部４１と、センサ部４２とを備える。図３に示すように、回路部４１は、各種回路等５１〜６０を含む。すなわち、基準クロック発生器５５は、分周回路５６に接続される。分周回路５６は、カウンタ５７に接続される。カウンタ５７は、Ｄ／Ａコンバータ５８と、別の分周回路５９に接続される。別の分周回路５９は、正弦波用の同期検波器５１と、余弦波用の同期検波器５２に接続される。正弦波用の同期検波器５１は、正弦波用の積分回路５３に接続される。余弦波用の同期検波器５２は、余弦波用の積分回路５４に接続される。これら積分回路５３，５４は、それぞれ演算器６０に接続される。演算器６０の演算結果は、角度データ６１として出力されるようになっている。
【００３２】
図３に示すように、センサ部４２は、センサロータ１２と、センサステータ１３とを備える。センサステータ１３は、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２及び励磁コイル２３を含む。正弦波コイル２１は、回路部４１の正弦波用の同期検波器５１に接続される。余弦波コイル２２は、回路部４１の余弦波用の同期検波器５２に接続される。励磁コイル２３は、回路部４１のＤ／Ａコンバータ５８に接続される。センサロータ１２は、他の回路と電気的に接続されていない。
【００３３】
次に、センサステータ１３の構成について詳細に説明する。図４に、センサステータ１３を分解斜視図により示す。図５に、図４の構成要素の一部を拡大して分解斜視図により示す。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に、図５に示す構成要素の一部を分解してそれぞれ平面図により示す。
【００３４】
図４に示すように、センサステータ１３は、互いに積層されるベース平板３０、絶縁層３１、励磁コイル２３、第１の検出コイル３２、絶縁層３３、第２の検出コイル３４及び絶縁層３５を備える。最下層に位置するベース平板３０は、略円環板状をなし、外周に突出した複数の取付部３０ａを有する。ベース平板３０の上には、略円環状をなす絶縁層３１が形成される。絶縁層３１の上には、励磁コイル２３と第１の検出コイル３２が同一の層として形成される。励磁コイル２３及び第１の検出コイル３２の上には、略円環状をなす絶縁層３３が形成される。更に、絶縁層３３の上には、第２の検出コイル３４が形成される。そして、第２の検出コイル３４の上には、略円環状をなす絶縁層３５が形成される。
【００３５】
図４及び図５に示すように、第１の検出コイル３２と第２の検出コイル３４は、絶縁層３３を挟んで２層に分かれて配置され、これら検出コイル３２，３４により一つの検出コイルが構成される。これら検出コイル３２，３４は、平面状に巻き回され、巻き方向が順方向の平面コイルパターンと逆方向の平面コイルパターンとを含み、それら順方向の平面コイルパターンと逆方向の平面コイルパターンとが円周方向に順に配置される。
【００３６】
すなわち、図５に示すように、第１の検出コイル３２は、４５度ずつに分割された、平面コイルパターンとしての、８個の分割コイル２１Ａ，２２Ｂ，２１Ｃ，２２Ｄ，２１Ｅ，２２Ｆ，２１Ｇ，２２Ｈを含む。すなわち、第１の検出コイル３２は、順次に配置された正弦波分割コイル２１Ａ、余弦波分割コイル２２Ｂ、正弦波分割コイル２１Ｃ、余弦波分割コイル２２Ｄ、正弦波分割コイル２１Ｅ、余弦波分割コイル２２Ｆ、正弦波分割コイル２１Ｇ及び余弦波分割コイル２２Ｈを含む。また、絶縁層３３には、８個の透孔３３ａが等角度間隔に形成される。
【００３７】
図５に示すように、第２の検出コイル３４は、４５度ずつに分割された、平面コイルパターンとしての、８個の分割コイル２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｃ，２１Ｄ，２２Ｅ，２１Ｆ，２２Ｇ，２１Ｈを含む。すなわち、第２の検出コイル３４は、第１の検出コイル３２の正弦波分割コイル２１Ａに対応する位置に余弦波分割コイル２２Ａが配置され、第１の検出コイル３２の余弦波分割コイル２２Ｂに対応する位置に正弦波分割コイル２１Ｂが配置される。同様にして、順次、余弦波分割コイル２２Ｃ、正弦波分割コイル２１Ｄ、余弦波分割コイル２２Ｅ、正弦波分割コイル２１Ｆ、余弦波分割コイル２２Ｇ及び正弦波分割コイル２１Ｈが配置される。
【００３８】
このように第１及び第２の検出コイル３２，３４の８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈは、絶縁層３３の透孔３３ａを介して互いに接続され、第１の検出コイル３２と第２の検出コイル３４を交互に往復しながら、図６（ｃ）に示す１つの正弦波コイル２１を構成する。ここで、２つの正弦波分割コイル２１Ｂ，２１Ｃにより、第１の正弦波コイル２１ＢＣが構成され、２つの正弦波分割コイル２１Ｄ，２１Ｅにより、第２の正弦波コイル２１ＤＥが構成され、２つの正弦波分割コイル２１Ｆ，２１Ｇより、第３の正弦波コイル２１ＦＧが構成され、２つの正弦波分割コイル２１Ｈ，２１Ａにより、第４の正弦波コイル２１ＨＡが構成される。第１の正弦波コイル２１ＢＣ及び第３の正弦波コイル２１ＦＧと、第２の正弦波コイル２１ＤＥ及び第４の正弦波コイル２１ＨＡとは、巻き方向が逆であり、同方向の磁束に対して逆向きの誘起電流を発生させるようになっている。
【００３９】
同様に、第１及び第２の検出コイル３２，３４の８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈは、絶縁層３３の透孔３３ａを介して互いに接続され、第１の検出コイル３２と第２の検出コイル３４を交互に往復しながら、図６（ｂ）に示す１つの余弦波コイル２２を構成する。ここで、２つの余弦波分割コイル２２Ａ，２２Ｂにより、第１の余弦波コイル２２ＡＢが構成され、２つの余弦波分割コイル２２Ｃ，２２Ｄにより、第２の余弦波コイル２２ＣＤが構成され、２つの余弦波分割コイル２２Ｅ，２２Ｆより、第３の余弦波コイル２２ＥＦが構成され、２つの余弦波分割コイル２２Ｇ，２２Ｈにより、第４の余弦波コイル２２ＧＨが構成される。第１の余弦波コイル２２ＡＢ及び第３の余弦波コイル２２ＥＦと、第２の余弦波コイル２２ＣＤ及び第４の余弦波コイル２２ＧＨとは、巻き方向が逆であり、正方向の磁束に対して逆向きの誘起電流を発生させるようになっている。上記の構成により、正弦波コイル２１と余弦波コイル２２とが、４５度角度をずらして形成される。
【００４０】
図５に示すように、励磁コイル２３は、第１の検出コイル３２の、すなわち順方向の平面コイルパターン及び逆方向の平面コイルパターンの、外周を取り囲む平面状に巻き回された平面コイルパターンにより構成される。励磁コイル２３は、コイル導線を環状に多重に巻き回すことで構成される。第１の検出コイル３２と励磁コイル２３は、２つの絶縁層３１，３３の間の同一の層に形成される。すなわち、この実施形態では、励磁コイル２３と検出コイル３２，３４とがベース平板３０の上に積層して形成される。また、励磁コイル２３と、検出コイルの一部である第１検出コイル３２とが同一の層に形成される。励磁コイル２３には、高周波信号が入力される。
【００４１】
次に、センサロータ１２の構成について説明する。図７に、センサロータ１２を斜視図により示す。図８に、センサロータ１２を平面図により示す。第１のエンドプレート８Ａより構成されるセンサロータ１２は、非磁性導電材料として、例えば「ＳＵＳ３０５」により形成される。センサロータ１２は、その軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられる。この凹凸は、センサロータ１２の円周面と円周方向に垂直な面により構成される。すなわち、センサロータ１２は、円形平板の外面の２箇所に凸部１２ａＡ，１２ａＢを、他の２箇所に凹部１２ｂＡ，１２ｂＢをそれぞれ備える。２箇所の凸部１２ａＡ，１２ａＢと、２箇所の凹部１２ｂＡ，１２ｂＢは、各々が９０度の角度間隔をもって配置される。すなわち、センサロータ１２において、凹部１２ｂＡ，１２ｂＢは、円周方向に所定の角度間隔（この場合「１８０度」の角度間隔）により形成される。ここで、センサロータ１２の最大厚みを、例えば「１０ｍｍ」とすると、凸部１２ａＡ，１２ａＢの高さは、例えば「２〜３ｍｍ」程度に設定することができる。
【００４２】
センサロータ１２は、９０度で４分割した箇所のうち、対向する２箇所に凹部１２ｂＡ，１２ｂＢと凸部１２ａＡ，１２ａＢが配置される。また、センサステータ１３の正弦波コイル２１と余弦波コイル２２は、４５度で８分割した箇所に分割コイル２１Ａ〜２１Ｈ，２２Ａ〜２２Ｈが配置される。これにより、２Ｘの検出コイルが構成される。
【００４３】
センサロータ１２は、中央に形成された中心孔１２ｃにてモータシャフト５の外周に圧入されると共に、第１のエンドプレート８Ａとしてロータコア６の端面に固定される。
【００４４】
この実施形態では、センサロータ１２の材料として「ＳＵＳ３０５」が使用されるが、非磁性導電材料であればよく、例えば「ＳＵＳ３０４」、「アルミニウム」及び「真鍮」等を使用してもよい。
【００４５】
上記構成において、センサステータ１３の検出コイル３２，３４は、励磁コイル２３に高周波信号が入力されることにより、センサロータ１２の凹凸の位置にて変動する磁束の変化を起電力として出力するようになっている。また、センサステータ１３の検出コイル３２，３４は、平面状に巻き回され、巻き方向が順方向の平面コイルパターンである順方向コイルと、巻き方向が逆方向の平面コイルパターンである逆方向コイルとを含む。これら順方向コイルと逆方向コイルとが円周方向に隣り合って順に配置される。そして、順方向コイルの幅と逆方向コイルの幅の合計がセンサロータ１２の凹凸の１周期に略一致する。順方向コイル及び逆方向コイルは、それぞれ複数回巻き回されるものであり、巻き数が正弦波状に増減するように周方向に分布して配置される。更に、センサロータ１２の凹凸は、センサステータ１３の励磁コイル２３との距離が正弦波状に変動するように構成される。そして、センサステータ１３は、励磁コイル２３のインダクタンス変化により、モータロータ４及びモータシャフト５の回転角度を検出するようになっている。
【００４６】
次に、回転検出器１１の作用について説明する。図３において、基準クロック発生器５５は、「３２ＭＨｚ」の高周波の基準クロックを生成する。分周回路５６は、周波数分割回路とも呼ばれ、基準クロック発生器５５で生成した高い周波数のクロックを低周波のクロックに変換する。分周回路５６は、「３２ＭＨｚ」の基準クロックを「５００ｋＨｚ」の周波数に分周する。カウンタ５７は、６４個のパルスをカウントし、Ｄ／Ａコンバータ５８に対して、６４個のパルスを１周期として出力する。Ｄ／Ａコンバータ５８は、６４個のパルスを１周期として振幅変調させることにより、「５００ｋＨｚ／６４＝７．８１２５ｋＨｚ」の正弦波励磁信号を作成して、励磁コイル２３を励磁する。そして、励磁コイル２３に正弦波励磁信号が通電されることにより、励磁コイル２３に磁界が発生し、検出コイルである正弦波コイル２１と余弦波コイル２２に誘起電圧である検出信号が発生する。この作用については、後で詳細に説明する。
【００４７】
図３において、別の分周回路５９は、カウンタ５７のカウント値を受けて、必要な検出タイミングで、二つの同期検波器５１，５２に、検出タイミング信号を入力する。そして、正弦波用の同期検波器５１は、分周回路５９のタイミングで、正弦波コイル２１から入力された検出信号を読み出し、つまり、同期検波し、積分回路５３に送る。この積分回路５３は、同期検波器５１の出力を平滑化する。積分回路５３の出力は、演算器６０に送られる。ここで、同期検波及び積分を行っている理由は、本実施形態では、「５００ｋＨｚ」の搬送波を振幅変調して、「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波としているので、検出信号には搬送波の周波数成分が含まれる。検出信号から搬送波の周波数成分を除去するため、同期検波及び積分を行っているのである。
【００４８】
同様に、図３において、余弦波用の同期検波器５２は、分周回路５９のタイミングで、余弦波コイル２２から入力された検出信号を読み出し、つまり、同期検波し、積分回路５４に送る。この積分回路５４は、同期検波器５２の出力を平滑化する。積分回路５４の機能は、積分回路５３と同じである。積分回路５４の出力は、演算器６０に送られる。
【００４９】
そして、図３において、演算器６０は、積分回路５３から入力した正弦波コイル２１に係る出力と、積分回路５４から入力した余弦波コイル２２に係る出力との比を求め、その比を角度データ６１として出力する。振幅式回転検出器では、ある瞬間の電気角における、正弦波コイル２１に係る積分回路５３からの出力と、余弦波コイル２２に係る積分回路５４からの出力との比は、電気角と一義的に対応する。そのため、その比を角度データ６１として得れば、現在のセンサロータ１２の回転角度を測定することができる。
【００５０】
次に、励磁コイル２３、センサロータ１２、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２の作用について説明する。図９（ａ）〜（ｄ）に、回転検出器１１の作用と特性をグラフにより示す。図９（ａ）に、ある時間におけるセンサステータ１３（ベース平板３０、励磁コイル２３、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２）と、センサロータ１２（凸部１２ａＡ，１２ａＢ、凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ）との位置関係をグラフにより示す。実際には、円形状のグラフとなるが、図９（ａ）では、見やすいように直線状のグラフとする。
【００５１】
図９（ａ）において、横軸にとった電気角は３６０度（２Ｘコイルなので機械角は１８０度）である。また、便宜上、正弦波コイル２１と余弦波コイル２２を一つの層に示し、励磁コイル２３を別の層に示す。すなわち、図９（ａ）において、センサステータ１３は、ベース平板３０の上に励磁コイル２３を示し、その上に正弦波コイル２１と余弦波コイル２２を示す。センサロータ１２は、２箇所に、各々電気角で１８０度分（２Ｘコイルなので機械角は９０度）の範囲で凹部１２ｂと凸部１２ａが交互に形成される。
【００５２】
図１０に、図９（ａ）のうち、センサロータ１２の凹部１２ｂがある部分の作用を断面図により示す。図１０でも、便宜上、励磁コイル２３を独立した層に示す。図１０において、励磁コイル２３に、Ｄ／Ａコンバータ５８から、「５００ｋＨｚ」の搬送波を「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波により振幅変調した形の励磁信号が入力すると、その電流値に応じて、励磁コイル２３において磁束ＩＡが発生する。この磁束ＩＡの発生により、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２に誘起電圧が発生する。
【００５３】
一方、図１１に、図９（ａ）のうち、センサロータ１２の凸部１２ａがある部分の作用を断面図により示す。図１１でも、便宜上、励磁コイル２３を独立した層に示す。図１１において、センサロータ１２の凸部１２ａが、センサステータ１３の正弦波コイル２１と余弦波コイル２２に対向している。励磁コイル２３に、Ｄ／Ａコンバータ５８から、「５００ｋＨｚ」の搬送波を「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波により振幅変調した形の励磁信号が入力すると、その電流値に応じて、励磁コイル２３において磁束ＩＡが発生する。
【００５４】
しかし、非磁性導電材料である凸部１２ａに磁束ＩＡが入ると、凸部１２ａの表面に渦電流が発生する。その発生した渦電流により、図１１に示すように、磁束ＩＡに対して逆方向の磁束ＩＢが発生する。この磁束ＩＢにより、励磁コイル２３で発生した正方向の磁束ＩＡが打ち消される。このため、全体としての磁束は、図１０の場合と比較して、ほとんど無くなってしまう。
【００５５】
従って、図９（ａ）の状態では、凹部１２ｂと重なる領域（電気角１６０度から３４０度まで）のみ磁束ＩＡが発生するとみなすことができる。
【００５６】
ここで、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２について説明する。図１２（ａ）に、正弦波コイル２１の一例を平面図により示す。ここでは、見やすくするために、正弦波コイル２１の全体を同一平面上に表現する。図１２（ａ）に示すように、４個の正弦波コイル２１は、７組のコイル導線２１ａ−２１ｎ，２１ｂ−２１ｍ，２１ｃ−２１ｌ，２１ｄ−２１ｋ，２１ｅ−２１ｊ，２１ｆ−２１ｉ，２１ｇ−２１ｈから構成される。
【００５７】
同様に、図１２（ｂ）に、余弦波コイル２２の一例を平面図により示す。ここでも、見やすくするために、余弦波コイル２２の全体を同一平面上に表現する。図１２（ｂ）に示すように、４個の余弦波コイル２２は、７組のコイル導線２２ａ−２２ｎ，２２ｂ−２２ｍ，２２ｃ−２２ｌ，２２ｄ−２２ｋ，２２ｅ−２２ｊ，２２ｆ−２２ｉ，２２ｇ−２２ｈから構成される。
【００５８】
図１３（ａ）に、正弦波コイル２１に同じ方向の均一な磁束が発生したときの、各組のコイル導線２１ａ−２１ｎ，２１ｂ−２１ｍ，２１ｃ−２１ｌ，２１ｄ−２１ｋ，２１ｅ−２１ｊ，２１ｆ−２１ｉ，２１ｇ−２１ｈにより発生し得る誘起電圧の大きさを、それぞれ矩形２１'ａ−２１'ｎ，２１'ｂ−２１'ｍ，２１'ｃ−２１'ｌ，２１'ｄ−２１'ｋ，２１'ｅ−２１'ｊ，２１'ｆ−２１'ｉ，２１'ｇ−２１'ｈを含むグラフにより示す。図１３（ａ）において、正弦波コイル２１の全体で発生し得る誘起電圧の大きさを、波形２１’により示す。このように、正弦波コイル２１を７組のコイル導線２１ａ−２１ｎ，２１ｂ−２１ｍ，２１ｃ−２１ｌ，２１ｄ−２１ｋ，２１ｅ−２１ｊ，２１ｆ−２１ｉ，２１ｇ−２１ｈで構成することにより、正弦波コイル２１に発生する誘起電圧を、正弦波カーブの磁束が通過する範囲における積分値で表すことができる。
【００５９】
図１３（ｂ）に、余弦波コイル２２に同じ方向に均一な磁束が発生したときの、各組のコイル導線２２ａ−２２ｎ，２２ｂ−２２ｍ，２２ｃ−２２ｌ，２２ｄ−２２ｋ，２２ｅ−２２ｊ，２２ｆ−２２ｉ，２２ｇ−２２ｈにより発生し得る誘起電圧の大きさを、それぞれ矩形２２'ａ−２２'ｎ，２２'ｂ−２２'ｍ，２２'ｃ−２２'ｌ，２２'ｄ−２２'ｋ，２２'ｅ−２２'ｊ，２２'ｆ−２２'ｉ，２２'ｇ−２２'ｈを含むグラフにより示す。図１３（ｂ）において、余弦波コイル２２の全体で発生し得る誘起電圧の大きさを、波形２２'により示す。このように、余弦波コイル２２を７組のコイル導線２２ａ−２２ｎ，２２ｂ−２２ｍ，２２ｃ−２２ｌ，２２ｄ−２２ｋ，２２ｅ−２２ｊ，２２ｆ−２２ｉ，２２ｇ−２２ｈで構成することにより、余弦波コイル２２に発生する誘起電圧を、余弦波カーブの磁束が通過する範囲における積分値で表すことができる。
【００６０】
図９（ｂ）に、磁束ＩＡの発生により、正弦波コイル２１で発生する誘起電圧ＭＡ及び余弦波コイル２２で発生する誘起電圧ＭＢをグラフにより示す。図９（ｃ）に、図９（ａ）における波形２１'のみを取り出してグラフにより示す。電気角１６０度から１８０度までの範囲では、ＭＳＡ１で示す面積のプラスの誘起電圧（＋ＭＳＡ１）が発生し、電気角１８０度から３４０度までの範囲では、ＭＳＡ２の面積で示すマイナスの誘起電圧（−ＭＳＡ２）が発生する。従って、正弦波コイル２１で発生する誘起電圧ＭＡは、「ＭＡ＝＋ＭＳＡ１−ＭＳＡ２」となる。これを図９（ｂ）にグラフにより示す。
【００６１】
一方、図９（ｄ）に、図９（ａ）における波形２２'のみを取り出してグラフにより示す。電気角１６０度から２７０度までの範囲では、ＭＳＢ１で示す面積のマイナスの誘起電圧（−ＭＳＢ１）が発生し、電気角２７０度から３４０度までの範囲では、ＭＳＢ２で示すプラスの誘起電圧（＋ＭＳＢ２）が発生する。従って、余弦波コイル２２で発生する誘起電圧ＭＢの総量は、「ＭＢ＝＋ＭＳＢ２−ＭＳＢ１」となる。これを図９（ｂ）にグラフにより示す。
【００６２】
上記では、磁束ＩＡの発生により、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２に誘起電圧ＭＡ，ＭＢが発生することを説明したが、励磁コイル２３に入力される励磁信号の位相に応じて、磁束ＩＡの向き及び大きさは周期的に変動する。これにより、正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２に発生する誘起電圧（検出信号）も周期的に変動する。ここで、図３に示す回路部４１において、同期検波器５１，５２及び積分回路５３，５４にて、検出信号に含まれる上記周期成分のうち、搬送波の成分を除去し、平滑化する。そして、演算器６０が積分回路５３と積分回路５４の各出力の比（誘起電圧の比ＭＡ／ＭＢに等しい）を算出する。この比により、センサステータ１３に対するセンサロータ１２の角度変位を求めることができる。演算器６０は上記比を角度データ６１として出力する。
【００６３】
次に、センサロータ１２が回転したときの回転検出器１１の作用を図１４〜１６を参照して説明する。
【００６４】
図１４に、電気角（−９０度〜３６０度）及び機械角（−４５度〜１８０度）と、所定の方向の磁束ＩＡが発生したときの正弦波コイル２１及び余弦波コイル２２の各出力値との関係をグラフにより示す。本実施形態の回転検出器１１は、２Ｘのものなので、電気角は機械角の２倍となっている。図１４において、「ＳＡ」は、正弦波コイル２１の出力カーブを示し、「ＳＢ」は、余弦波コイル２２の出力カーブを示す。
【００６５】
図１５（ａ）に、図１４のロータ角度Ｔ１における、正弦波コイル２１と凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）との位置関係を、図１５（ｂ）に、余弦波コイル２２と凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）との位置関係をそれぞれ平面図により示す。見やすくするために、図１５（ａ），（ｂ）では、図５とは異なり、図６（ｂ），（ｃ）と同様に、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２を各々一つの面に表現している。
【００６６】
図１６（ａ）に、図１４のロータ角度Ｔ２における、正弦波コイル２１と凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）との位置関係を、図１６（ｂ）に、余弦波コイル２２と凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）との位置関係をそれぞれグラフにより示す。見やすくするために、図１６（ａ），（ｂ）では、図５とは異なり、図６（ｂ），（ｃ）と同様に、正弦波コイル２１、余弦波コイル２２を各々一つの面に表現している。また、図１６（ａ），（ｂ）は、図１５（ａ），（ｂ）に示す状態から、矢印Ｐの方向へ、センサロータ１２が電気角で２４０度（機械角で１２０度）回転した状態を示す。
【００６７】
図１４のロータ角度Ｔ１においては、図１５（ａ）に示すように、正弦波コイル２１の８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈのうち、正弦波分割コイル２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｇ，２１Ｈの全ての領域が、センサロータ１２の凹部１２ｂに対向している。そして、正弦波分割コイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｅ，２１Ｆの全ての領域が、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）に対向している。
【００６８】
励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、第１の正弦波コイル２１ＢＣと第２の正弦波コイル２１ＤＥでは、絶対値の等しい逆向きの誘起電圧が発生する。同様に、第３の正弦波コイル２１ＦＧと第４の正弦波コイル２１ＨＡでは、絶対値の等しい逆向きの誘起電圧が発生する。
【００６９】
一方、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、正弦波コイル２１に誘起電圧が発生しない。このため、正弦波コイル２１の出力値は、図１４に示すゼロ（ＳＡＴ１）となる。
【００７０】
一方、図１４のロータ角度Ｔ１においては、図１５（ｂ）に示すように、余弦波コイル２２の８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈのうち、余弦波分割コイル２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｇ，２２Ｈの全ての領域が、センサロータ１２の凹部１２ｂ（１２ｂＡ，１２ｂＢ）に対向している。そして、余弦波分割コイル２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｅ，２２Ｆの全ての領域が、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）に対向している。そして、励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、第２の余弦波コイル２２ＣＤでは、最大の誘起電圧が発生する。同様に、第４の余弦波コイル２２ＧＨでは、最大の誘起電圧が発生する。
【００７１】
一方、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、余弦波コイル２２のうち第１の余弦波コイル２２ＡＢと第３の余弦波コイル２２ＥＦでは誘起電圧が発生しない。このため、余弦波コイル２２の出力値は、図１４に示す最大（ＳＢＴ１）となる。
【００７２】
図１４のロータ角度Ｔ２においては、図１６（ａ）に示すように、正弦波コイル２１の８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈのうち、正弦波分割コイル２１Ｅ，２１Ａの全ての領域、及び正弦波分割コイル２１Ｄ，２１Ｆ，２１Ｈ，２１Ｂの一部の領域が、センサロータ１２の凹部１２ｂに対向している。そして、正弦波分割コイル２１Ｇ，２１Ｃの全ての領域、及び正弦波分割コイル２１Ｄ，２１Ｆ，２１Ｈ，２１Ｂの一部の領域が、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）に対向している。励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、第２の正弦波コイル２１ＤＥと第３の正弦波コイルＦＧでは、逆向きの誘起電圧が発生する。同様に、第４の正弦波コイル２１ＨＡと第１正弦波コイルＢＣでは、逆向きの誘起電圧が発生する。
【００７３】
一方、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、正弦波コイル２１では誘起電圧が発生しない。このため、正弦波コイル２１の出力値は、図１４に示すように、それらの演算値（ＳＡＴ２）となる。
【００７４】
図１４のロータ角度Ｔ２においては、図１６（ｂ）に示すように、余弦波コイル２２の８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈのうち、余弦波分割コイル２２Ｅ，２２Ａの全ての領域、及び余弦波分割コイル２２Ｄ，２２Ｆ，２２Ｈ，２２Ｂの一部の領域が、センサロータ１２の凹部１２ｂに対向している。そして、余弦波分割コイル２２Ｇ，２２Ｃの全ての領域、及び余弦波分割コイル２２Ｄ，２２Ｆ，２２Ｈ，２２Ｂの一部の領域が、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）に対向している。励磁コイル２３により発生する磁束ＩＡは、全ての領域で同じ方向で均一なので、第２の余弦波コイル２２ＣＤと第３の余弦波コイル２２ＥＦでは、逆向きの誘起電圧が発生する。同様に、第４の余弦波コイル２２ＧＨと第１の余弦波コイル２２ＡＢでは、逆向きの誘起電圧が発生する。
【００７５】
一方、凸部１２ａ（１２ａＡ，１２ａＢ）の領域では、磁束ＩＡが、渦電流により発生する磁束ＩＢで打ち消されるため、余弦波コイル２２に誘起電圧が発生しない。このため、余弦波コイル２２の出力値は、図１４に示すように、それらの演算値（ＳＢＴ２）となる。
【００７６】
図１４のロータ角度Ｔ１において、図３に示す演算器６０が、正弦波コイル２１の出力値ＳＡＴ１、及び余弦波コイル２２の出力値ＳＢＴ１の比（ＳＡＴ１／ＳＢＴ１）を算出する。この比（ＳＡＴ１／ＳＢＴ１）より、ロータ角度Ｔ１におけるセンサステータ１３に対するセンサロータ１２の角度変位を求めることができる。演算器６０は、比（ＳＡＴ１／ＳＢＴ１）を角度データ６１として、出力する。
【００７７】
同様に、図１４のロータ角度Ｔ２において、図３の演算器６０が、正弦波コイル２１の出力値ＳＡＴ２、及び余弦波コイル２２の出力値ＳＢＴ２の比（ＳＡＴ２／ＳＢＴ２）を算出する。この比（ＳＡＴ２／ＳＢＴ２）より、ロータ角度Ｔ２におけるセンサステータ１３に対するセンサロータ１２の角度変位を求めることができる。演算器６０は、比（ＳＡＴ２／ＳＢＴ２）を角度データ６１として、出力する。
【００７８】
図１７に、この実施形態の回転検出器１１の出力電圧に係る実験データをグラフにより示す。このグラフは、横軸に、本実施例の回転検出器１１と、比較例の回転検出器をとり、縦軸に、出力電圧とＳ／Ｎ比をとっている。比較例の回転検出器は、センサロータとして、磁性導電材料を用いて、回転検出器１１と同じ凹部を形成したものである。
【００７９】
図１７に示すように、本実施例の回転検出器１１では、出力電圧Ａ１が「２５０ｍＶ」、ノイズＡ２が「４．５ｍＶ」であり、Ｓ／Ｎ比Ａ３が「約５５」である。比較例の回転検出器では、出力電圧Ｂ１が「１５０ｍＶ」、ノイズＢ２が「１９ｍＶ」であり、Ｓ／Ｎ比Ｂ３が「約８」である。
【００８０】
上記実験により、センサロータとして磁性導電材料を用いた比較例の回転検出器においても、回転角センサとして実用可能であることが確認でき、同時に、センサロータとして、非磁性導電材料を用いたこの実施形態の回転検出器１１では、Ｓ／Ｎ比が非常に高く、回転角センサとして優れた特性を有することが確認できた。
【００８１】
以上説明したこの実施形態の回転検出器１１によれば、励磁信号が入力される励磁コイル２３と、検出信号を出力する検出コイル３２，３４（正弦波コイル２１、余弦波コイル２２）とを含むセンサステータ１３と、そのセンサステータ１３と軸方向に対向する位置に配置されて回転するセンサロータ１２とを備える。また、平板なセンサステータ１３と平板なセンサロータ１２とが互いに平行に対向している。このため、回転検出器１１の軸方向の寸法を小さくすることができ、その意味で回転検出器１１をコンパクトにすることができる。
【００８２】
特に、この実施形態では、センサステータ１３を構成す励磁コイル２３及び検出コイル３２，３４が、高周波信号を用いるものであることから、少ない巻き数で済む。また、励磁コイル２３及び検出コイル３２，３４のそれぞれが平面状に巻き回された平面コイルパターンにより構成されるので、これらコイル２３，３２，３４が嵩張らない。このため、回転検出器１１の軸方向の寸法を小さくすることができ、回転検出器１１をコンパクトにすることができる。
【００８３】
ここで、上記したように検出コイル３２，３４を平面コイルパターンにできるのは、励磁コイル２３のために「５００ｋＨｚ」の高周波を搬送波として使用しているからであり、これによって検出コイル３２，３４の巻き数を少なくできるからである。すなわち、「５００ｋＨｚ」という高周波の搬送波を使用することで、「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波を使用することになる。このため、検出コイル３２，３４を７巻きという少ない巻き数にすることができる。これにより、ベース平板３０上に、検出コイル３２，３４のコイル導線を渦巻状に配置して平面コイルパターンにできるのである。このため、検出コイル３２，３４のコイル導線を、同じ方向を向いた均一な磁束が作用したときに、センサロータ１２の回転角度に応じて、磁束の通過範囲を変えることにより、正弦波状あるいは余弦波状の検出信号を出力できるように配置できるのである。
【００８４】
また、この実施形態では、励磁コイル２３と一つの検出コイルの一部である第１の検出コイル３２とが、同一の層に形成されるので、それらが別々の層に形成される場合と比べて構成要素の積層数が減る。このため、センサステータ１３の厚みを小さくすることができる。この意味でも、回転検出器１１の軸方向の寸法を小さくすることができ、回転検出器１１をコンパクトにすることができる。また、構成要素の積層数が減る分だけ回転検出器１１の製造コストを抑えることができる。
【００８５】
この実施形態の回転検出器１１では、非磁性導電材料からなるセンサロータ１２が、円周方向に所定の角度間隔により一対の凹部１２ｂＡ，１２ｂＢを有する。従って、励磁コイル２３により磁界（磁束ＩＡ）が発生するときに、センサロータ１２の凹部１２ｂＡ，１２ｂＢと重なる領域でのみ、励磁コイル２３の磁界（磁束ＩＡ）が検出コイル３２，３４を通過し、検出コイル３２，３４に起電力（誘起電圧）が発生する。一方、励磁コイル２３により磁界（磁束ＩＡ）が発生するときに、凹部１２ｂＡ，１２ｂＢと重ならない領域、すなわち凸部１２ａＡ，１２ａＢと重なる領域では、磁界（磁束ＩＡ）がセンサロータ１２に当たり、センサロータ１２の表面に渦電流が発生する。この渦電流により、励磁コイル２３の磁界（磁束ＩＡ）と逆方向の磁界（磁束ＩＢ）が発生し、それら両方向の磁界（磁束ＩＡ，ＩＢ）が互いに打ち消し合うことで、検出コイル３２，３４に誘導電流が発生しない。このような作用の連続により、検出コイル３２，３４の全体から適切な検出信号を得ることができる。このようにして、回転検出器１１としての回転角度検出を達成することができる。この結果、センサロータ１２の製造コストを抑えることができ、延いては、回転検出器１１の製造コストを抑えることができる。
【００８６】
この実施形態の回転検出器１１では、センサステータ１３に励磁コイル２３と検出コイル３２，３４の両方が設けられる。このため、励磁コイル２３と検出コイル３２，３４がセンサステータ１３とセンサロータ１２に分かれて設けられる場合とは異なり、検出コイル３２，３４による検出信号をセンサロータ１２とセンサステータ１３との間でやりとりする必要がなく、信号やりとりのためのロータリィトランスコイルが不要となる。この結果、回転検出器１１からロータリィトランスコイルを省略することができ、回転検出器１１の構成を簡略化することができ、この意味で回転検出器１１をコンパクトにすることができる。
【００８７】
また、この実施形態の回転検出器１１では、ロータリィトランスコイルを省略できることから、検出信号のゲインを増大させることができ、そのＳ／Ｎ比を高くすることができる。例えば、ロータリィトランスコイルを有する回転検出器では、Ｓ／Ｎ比が「４」程度であるのに対し、この実施形態では、Ｓ／Ｎ比を「５０」以上にすることができる。
【００８８】
この実施形態では、検出コイル３２，３４（正弦波コイル２１、余弦波コイル２２）が、順次連続する８個の正弦波分割コイル２１Ａ〜２１Ｈと、順次連続する８個の余弦波分割コイル２２Ａ〜２２Ｈとを備える。また、正弦波分割コイル２１Ａ，２１Ｃ，２１Ｅ，２１Ｇと、余弦波分割コイル２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｆ，２２Ｈとが同一の層に形成される。また、正弦波分割コイル２１Ｂ，２１Ｄ，２１Ｆ，２１Ｈと、余弦波分割コイル２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｅ，２２Ｇとが別の同一の層に形成され、それら両層が重なって形成される。従って、回転検出器１１をモータ１に取り付けたときに、センサステータ１３とセンサロータ１２との間の隙間が多少変化しても、正弦波コイル２１とセンサロータ１２の位置関係と、余弦波コイル２２とセンサロータ１２の位置関係とを、常に一定に保つことができる。このため、回転検出器１１の取り付け誤差に起因する、回転角度の検出誤差を低減することができる。
【００８９】
また、この実施形態では、検出コイル３２，３４を構成する順方向の平面コイルパターン（順方向コイル）及び逆方向の平面コイルパターン（逆方向コイル）の外周側が、励磁コイル２３を構成する平面コイルパターンにより取り囲まれる。従って、検出コイル３２，３４の外周側全体に励磁コイル２３から連続した均一な磁界がかけられる。特に、この実施形態では、励磁コイル２３が、コイル導線を環状に多重に巻き回すことで構成されるので、励磁コイル２３の全周にわたって均一な磁界を発生させることができる。このため、検出コイル３２，３４の周方向に連続して均一に励磁信号を供給することができ、この意味で、回転検出器１１による回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００９０】
この実施形態では、回転検出器 ロータ１２が、非磁性導電材料で構成されるので、センサロータ１２の表面に発生する渦電流が増加し、励磁コイル２３で発生する磁束を打ち消す効率が上がる。このため、Ｓ／Ｎ比が大きく（ノイズが小さく）なり、回転検出器１１による回転角度の検出精度を向上させることができる。
【００９１】
また、この実施形態の回転検出器１１では、励磁コイル２３のために「５００ｋＨｚ」の搬送波を「７．８１２５ｋＨｚ」の信号波で振幅変調した形式の励磁信号を用いて角度検出を行っている。このため、搬送波がモータノイズ（「１０ｋＨｚ」付近が多い）の影響を受け難くなる。この意味でも、検出コイル３２，３４での検出信号のＳ／Ｎ比を高くすることができる。
【００９２】
また、この実施形態では、検出コイル３２，３４につき、正弦波コイル２１を形成する７組のコイル導線２１ａ−２１ｎ，２１ｂ−２１ｍ，２１ｃ−２１ｌ，２１ｄ−２１ｋ，２１ｅ−２１ｊ，２１ｆ−２１ｉ，２１ｇ−２１ｈが、正弦波コイル２１に発生する誘起電流が、磁束が通過する範囲における正弦波カーブの積分値に相当するように配置される。また、余弦波コイル２２を形成する７組のコイル導線２２ａ−２２ｎ，２２ｂ−２２ｍ，２２ｃ−２２ｌ，２２ｄ−２２ｋ，２２ｅ−２２ｊ，２２ｆ−２２ｉ，２２ｇ−２２ｈが、余弦波コイル２２に発生する誘起電流が、磁束が通過する範囲における余弦波カーブの積分値に相当するように配置される。このため、センサロータ１２に凹部１２ｂを設けることで、検出コイル３２，３４の全体から適切な検出信号を得ることができる。
【００９３】
更に、この実施形態のモータロータ４によれば、モータロータ４を構成するロータコア６の両端に設けられるエンドプレート８Ａ，８Ｂのうち、第１のエンドプレート８Ａの軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）が設けられ、そのエンドプレート８Ａによりセンサロータ１２が構成される。従って、凹凸を有する角度検出用のセンサロータをモータロータ４に別途設ける必要がない。このため、回転検出器１１の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータ１の全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【００９４】
この実施形態のモータ１によれば、モータロータ４を構成する第１のエンドプレート８Ａの軸方向外面に角度検出用の凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）が設けられ、そのエンドプレート８Ａによりセンサロータ１２が構成される。また、そのセンサロータ１２の凹凸に対向する位置に、高周波が入力される励磁コイル２３を備えたセンサステータ１３が設けられる。従って、凹凸を有するセンサロータ１２とセンサステータ１３により、モータロータ４及びモータシャフト５の回転を検出する回転検出器１１が構成される。このため、回転検出器１１の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータ１の全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【００９５】
また、この実施形態では、非磁性導電材料により構成される第１のエンドプレート８Ａ（センサロータ１２）は、磁束の漏れを防ぐことができ、センサステータ１３の励磁コイル２３に入力される高周波信号の磁束を打ち消す機能がある。このため、センサロータ１２につき、高周波信号が励磁される励磁コイル２３を含むセンサステータ１３との相性を良くすることができる。
【００９６】
この実施形態のモータ１によれば、センサステータ１３の励磁コイル２３に高周波信号が入力されることにより、検出コイル３２，３４から、第１のエンドプレート８Ａの凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）の位置にて変動する磁束変化の起電力が発生して出力される。このため、モータシャフト５等の回転角度に係る検出信号をセンサステータ１３から出力させることができ、モータシャフト５等の回転角度を検出することができる。
【００９７】
この実施形態のモータ１によれば、励磁コイル２３及び検出コイル３２，３４が、高周波信号を用いるものであることから、少ない巻き数で済む。また、励磁コイル２３及び検出コイル３２，３４が、平面状に巻き回され、それらコイル２３，３２，３４が嵩張らない。このため、回転検出器１１の軸方向の寸法を小さくすることができ、回転検出器１１をコンパクト化することができる。
【００９８】
この実施形態のモータ１によれば、センサステータ１３の検出コイル３２，３４から出力される起電力の強弱が、順方向コイル及び逆方向コイルの巻き数の周方向における分布により実現される。従って、凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）が設けられる第１のエンドプレート８Ａ（センサロータ１２）の形状が単純化される。このため、凹凸を有する第１のエンドプレート８Ａ（センサロータ１２）の加工を容易にすることができる。
【００９９】
この実施形態のモータ１によれば、第１のエンドプレート８Ａ（センサロータ１２）の凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）は、センサステータ１３の励磁コイル２３との距離が正弦波状に変動するように構成される。そして、センサステータ１３は、励磁コイル２３のインダクタンス変化により回転角度を検出するように構成されるので、センサステータ１３としての構成が単純化される。このため、回転検出器１１としての構成を簡略化することができる。
【０１００】
＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第２実施形態につき図１８〜図２１を参照して詳細に説明する。
【０１０１】
なお、以下の説明において前記第１実施形態と同等又はそれに準ずる構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なったてんを中心に説明する。
【０１０２】
この実施形態では、回転検出器の構成の点で、第１実施形態と異なる。先ず、センサステータの構成について説明する。図１８に、この実施形態のセンサステータ１５を平面図により示す。図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）に、図１８の構成要素の一部を分解してそれぞれ平面図により示す。この実施形態では、センサステータ１５が、第１実施形態のセンサステータ１３のほぼ四分の一の大きさに形成される。すなわち、図１８に示すように、ベース平板３０が扇状に形成され、そのベース平板３０の上に検出コイル３７と励磁コイル２３が積層されて設けられる。図１９（ａ），（ｂ）に、検出コイル３７を構成する正弦波コイル２１と余弦波コイル２２を平面図により示す。図１９（ｃ）に、励磁コイル２３を平面図により示す。このセンサステータ１５は、第１実施形態と同様、モータケース２の内側に取り付けられる。
【０１０３】
次に、センサロータの構成について説明する。図２０に、センサロータ１６を斜視図により示す。図２１に、センサロータ１６を平面図により示す。第１のエンドプレート８Ａより構成されるセンサロータ１６は、非磁性体としての非磁性導電材料である「ＳＵＳ３０５」により形成される。センサロータ１６は、その軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられる。この凹凸は、センサロータ１６の円周面と円周方向に垂直な面により構成される。すなわち、センサロータ１６は、円形平板の外面の６箇所に凸部１６ａＡ，１６ａＢ，１６ａＣ，１６ａＤ，１６ａＥ，１６ａＦを、他の６箇所に凹部１６ｂＡ，１６ｂＢ，１６ｂＣ，１６ｂＤ，１６ｂＥ，１６ｂＦをそれぞれ備える。６箇所の凸部１６ａＡ〜１６ａＦと、６箇所の凹部１６ｂＡ〜１６ｂＦは、各々が３０度の角度間隔をもって配置される。すなわち、センサロータ１６において、各凹部１６ｂＡ〜１６ｂＦは、円周方向に所定の角度間隔（この場合「６０度」の角度間隔）により形成される。ここで、センサロータ１６の最大厚みを、例えば「１０ｍｍ」とすると、凸部１６ａＡ〜１６ａＦの高さは、例えば「２〜３ｍｍ」程度に設定することができる。
【０１０４】
センサロータ１６は、３０度で１２分割した箇所のうち、対向する６箇所に凹部１６ｂＡ〜１６ｂＦと凸部１６ａＡ〜１６ａＦが配置される。また、センサステータ１５の正弦波コイル２１と余弦波コイル２２は、３０度で２分割されており、これによって６Ｘの検出コイル３７が構成される。
【０１０５】
センサロータ１６は、中央に形成された中心孔１６ｃにてモータシャフト５の外周に圧入されると共に、第１のエンドプレート８Ａとしてロータコア６の端面に固定される。
【０１０６】
この実施形態では、センサロータ１６の材料として「ＳＵＳ３０５」が使用されるが、非磁性導電材料であればよく、例えば「ＳＵＳ３０４」、「アルミニウム」及び「真鍮」等を使用してもよい。
【０１０７】
従って、この実施形態のモータロータ４によれば、モータロータ４を構成するロータコア６の一端に設けられる第１のエンドプレート８Ａの軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸（凹部１６ｂＡ〜１６ｂＦ、凸部１６ａＡ〜１６ａＦ）が設けられ、そのエンドプレート８Ａによりセンサロータ１６が構成される。従って、凹凸を有する角度検出用のセンサロータをモータロータ４に別途設ける必要がない。このため、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータ１の全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【０１０８】
また、この実施形態では、センサステータ１５が、第１実施形態のセンサステータ１３のほぼ四分の一の大きさであることから、その分だけモータケース２に対する取り付け性を向上させることができ、回転検出器の全体をコンパクト化することができる。
【０１０９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第３実施形態につき図２２及び図２３を参照して詳細に説明する。
【０１１０】
この実施形態では、回転検出器の構成の点で、第１実施形態と異なる。図２２に、回転検出器１１の構成を展開したイメージ図により示す。この実施形態では、センサステータ１３から検出コイルを省略し、励磁コイル２３のみを設けた点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、図２２に示すように、センサロータ１２と対向して配置されたセンサステータ１３は、ベース平板３０と、そのベース平板３０の上に形成された励磁コイル２３とを備える。励磁コイル２３は、第１ＳＩＮ相コイル２３ａ、第１ＣＯＳ相コイル２３ｂ、第２ＳＩＮ相コイル２３ｃ及び第２ＣＯＳ相コイル２３ｄにより構成される。各コイル２３ａ〜２３ｄは、互いに同じ構成を有する。隣り合う各コイル２３ａ〜２３ｄは「９０°」の位相差を有する。一方、センサロータ１２は、その表面の凹凸が、励磁コイル２３との距離が連続的かつ周期的に変動するように構成される。そして、センサステータ１３は、モータロータ４と共にセンサロータ１２が回転することに伴う、励磁コイル２３のインダクタンス変化により、そのモータロータ４及びモータシャフト５の回転角度を検出するようになっている。
【０１１１】
図２３に、回転検出器１１の回路構成をブロック図により示す。励磁回路７０から、それぞれコンデンサ７１ａ，７１ｂに直列に接続される第１ＳＩＮ相コイル２３ａ及び第１ＣＯＳ相コイル２３ｂに交流電圧が印加されることにより、各コイル２３ａ，２３ｂのインダクタンス変化に応じて異なる信号Ｓ１，Ｓ２が出力される。出力された信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ第１増幅器７２及び第２増幅器７３により増幅される。これら信号Ｓ１，Ｓ２は、出力振幅が変動すると共に、位相が１８０°異なる。そして、各増幅器７２，７３により増幅された信号は、それぞれ第１包絡線検波器７４及び第２包絡線検波器７５により検波され、異なる検波信号Ｓ１１，Ｓ２１として出力される。出力された検波信号Ｓ１１，Ｓ２１が差動増幅器７６により増幅されることにより、全波信号Ｓ３として出力される。この全波信号Ｓ３に基づき、モータシャフト５の回転角度を検出することができる。
【０１１２】
従って、この実施形態では、センサステータ１３から検出コイルを省略できることから、第１実施形態の作用効果に対して、センサステータ１３の構成を一層簡略化することができる。
【０１１３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第４実施形態につき図２４〜図２６を参照して詳細に説明する。
【０１１４】
この実施形態では、回転検出器の構成の点で、前記各実施形態と異なる。図２４に、回転検出器付きモータ１を断面図により示す。図２５に、回転検出器１１を拡大して断面図により示す。図２６に、ベアリング９を拡大して斜視図により示す。図２４に示すように、この実施形態では、一方のベアリング９に対応して回転検出器１１が設けられる。すなわち、センサロータ１２は、ベアリング９と一体に設けられる。センサステータ１３は、センサロータ１２と所定の隙間を介して対向するように、モータケース２に取り付けられる。モータケース２には、ベアリング９とモータシャフト５に対応した中心孔２ａが形成される。センサステータ１３は、この中心孔２ａの段部２ｂに固定される。この実施形態で、モータシャフト５は、これらセンサロータ１２及びセンサステータ１３を貫通して設けられる。
【０１１５】
図２５及び図２６に示すように、センサロータ１２は、ベアリング９の構成部品と一体に形成される。ベアリング９は、アウターリング８１と、インナーリング８２と、両リング８１，８２の間に設けられた複数のボール８３とを備える。センサロータ１２は、このインナーリング８２の一端部にてフランジ状に一体に形成される。従って、ベアリング９のインナーリング８２が、モータシャフト５と一体に回転することにより、センサロータ１２も一体に回転する。このセンサロータ１２の回転が、センサステータ１３により検出されることとなる。
【０１１６】
図２５及び図２６に示すように、センサロータ１２には、第１実施形態のそれと同様、その軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられる。この凹凸は、センサロータ１２の円周面と円周方向に垂直な面により構成される。すなわち、センサロータ１２は、円形平板の外面の２箇所に凸部１２ａＡ，１２ａＢを、他の２箇所に凹部１２ｂＡ，１２ｂＢをそれぞれ備える。２箇所の凸部１２ａＡ，１２ａＢと、２箇所の凹部１２ｂＡ，１２ｂＢは、各々が９０度の角度間隔をもって配置される。すなわち、センサロータ１２において、凹部１２ｂＡ，１２ｂＢは、円周方向に所定の角度間隔（この場合「１８０度」の角度間隔）により形成される。
【０１１７】
従って、この実施形態のモータ１によれば、ベアリング９を構成するインナーリング８２の一端にセンサロータ１２が一体に設けられ、その軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸（凹部１２ｂＡ，１２ｂＢ、凸部１２ａＡ，１２ａＢ）が設けられるので、凹凸を有する角度検出用のセンサロータをモータ１に別途設ける必要がない。このため、回転検出器の構成部品の一部を省略して回転検出器付きモータ１の全体構成の部品点数と工数を削減することができる。
【０１１８】
＜第５実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第５実施形態につき図２７を参照して詳細に説明する。
【０１１９】
この実施形態では、回転検出器１１とモータシャフト５の関係の点で、第４実施形態と構成が異なる。図２７に、回転検出器付きモータ１を断面図により示す。この実施形態で、モータシャフト５が、センサロータ１２及びセンサステータ１３を貫通しないように設けられる。すなわち、センサロータ１２及びセンサステータ１３には、それぞれ中心孔が形成されておらず、モータシャフト５の一端部は、ベアリング９のインナーリング８２の内側に収容される。
【０１２０】
この実施形態では、モータシャフト５がモータケース２の一端側のみに突出するタイプのモータ１に有効に適用することができる。
【０１２１】
＜第６実施形態＞
次に、本発明におけるモータロータ及びモータを具体化した第６実施形態につき図２８を参照して詳細に説明する。
【０１２２】
この実施形態では、センサステータ１３とモータケース２との関係の点で、第５実施形態と構成が異なる。図２８に、回転検出器付きモータ１を断面図により示す。この実施形態で、モータケース２の一端には、ベアリング９に対応した中心凹部２ｃが形成される。そして、センサステータ１３は、この中心凹部２ｃの中に収容され、その底壁に固定される。
【０１２３】
この実施形態では、回転検出器１１を、モータケース２の一端側が閉塞するタイプのモータ１に有効に適用することができる。
【０１２４】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
この発明は、回転検出器付きモータの製造に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１ モータ
３ モータステータ
３ａ コイル
４ モータロータ
５ モータシャフト（回転軸）
６ ロータコア（鉄心部）
６ａ 貫通孔
７ 永久磁石
８Ａ 第１のエンドプレート（端板）
８Ｂ 第２のエンドプレート（端板）
１１ 回転検出器
１２ センサロータ
１２ａ 凸部
１２ｂ 凹部
１２ａＡ 凸部
１２ａＢ 凸部
１２ｂＡ 凹部
１２ｂＢ 凹部
１３ センサステータ
１５ センサステータ
１６ センサロータ
１６ａＡ 凸部
１６ａＢ 凸部
１６ａＣ 凸部
１６ａＤ 凸部
１６ａＥ 凸部
１６ａＦ 凸部
１６ｂＡ 凹部
１６ｂＢ 凹部
１６ｂＣ 凹部
１６ｂＤ 凹部
１６ｂＥ 凹部
１６ｂＦ 凹部
２３ 励磁コイル
３２ 第１の検出コイル
３４ 第２の検出コイル
３７ 検出コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の周りに配置され、軸方向に延びる複数の貫通孔が設けられる鉄心部と、
前記複数の貫通孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、
前記複数の貫通孔の開口を塞ぐように前記鉄心部の両端に設けられる一対の端板と
を備えたモータロータであって、
前記端板は、非磁性体で構成されており、前記一対の端板の少なくとも一方の軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられることを特徴とするモータロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータロータと、
コイルを含むモータステータと
を備えたモータであって、
前記モータロータの前記端板の軸方向外面に設けられた前記凹凸に対向する位置に、高周波信号が入力される励磁コイルを備えた検出器が設けられることを特徴とするモータ。
【請求項３】
前記検出器は、検出コイルを更に備え、前記検出コイルは、前記励磁コイルに高周波信号が入力されることにより、前記凹凸の位置にて変動する磁束の変化を起電力として出力するものであることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記励磁コイル及び前記検出コイルは、平面状に巻き回されたものであることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記凹凸は、円周面と円周方向に垂直な面により構成され、前記検出コイルは、順方向に巻き回される順方向コイルと、逆方向に巻き回される逆方向コイルが周方向に隣り合って配置されるものであり、前記順方向コイルの幅と前記逆方向コイルの幅の合計が前記凹凸の１周期に略一致し、前記順方向コイル及び前記逆方向コイルは、それぞれ複数回巻き回されるものであり、巻き数が正弦波状に増減するように周方向に分布して配置されることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記端板の前記凹凸は、前記励磁コイルとの距離が周期的に変動するように構成され、前記検出器は、前記励磁コイルのインダクタンス変化により角度を検出するものであることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の周りに配置され、軸方向に延びる複数の貫通孔が設けられる鉄心部と、
前記複数の貫通孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、
前記複数の貫通孔の開口を塞ぐように前記鉄心部の両端に設けられる一対の端板と
を備えたモータロータであって、
前記端板は、非磁性体で構成されており、前記一対の端板の少なくとも一方の軸方向外面に、周方向に交互に配置された角度検出用の凹凸が設けられることを特徴とするモータロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータロータと、
コイルを含むモータステータと
を備えたモータであって、
前記モータロータの前記端板の軸方向外面に設けられた前記凹凸に対向する位置に、高周波信号が入力される励磁コイルを備えた検出器が設けられることを特徴とするモータ。
【請求項３】
前記検出器は、検出コイルを更に備え、前記検出コイルは、前記励磁コイルに高周波信号が入力されることにより、前記凹凸の位置にて変動する磁束の変化を起電力として出力するものであることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記励磁コイル及び前記検出コイルは、平面状に巻き回されたものであることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記凹凸は、円周面と円周方向に垂直な面により構成され、前記検出コイルは、順方向に巻き回される順方向コイルと、逆方向に巻き回される逆方向コイルが周方向に隣り合って配置されるものであり、前記順方向コイルの幅と前記逆方向コイルの幅の合計が前記凹凸の１周期に略一致し、前記順方向コイル及び前記逆方向コイルは、それぞれ複数回巻き回されるものであり、巻き数が正弦波状に増減するように周方向に分布して配置されることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記端板の前記凹凸は、前記励磁コイルとの距離が周期的に変動するように構成され、前記検出器は、前記励磁コイルのインダクタンス変化により角度を検出するものであることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−２３１６４８（Ｐ２０１２−２３１６４８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９８０４（Ｐ２０１１−９９８０４）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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