レゾルバ
【課題】 シートコイル部の狭幅化によるレゾルバ全体の小型コンパクト化及び低コスト化を図る。
【解決手段】 励磁信号Ｓｘ，Ｓｙが入力するシートコイル部Ｃｍにより形成した励磁巻線２ｘ，２ｙ又は検出信号Ｓｄが出力するシートコイル部Ｃｄにより形成した検出巻線３の一方を固定し、かつ他方を回転部４に設けて構成したレゾルバ本体１０と、回転部４の回転角Φに応じて変化する検出信号Ｓｄと励磁信号Ｓｘ，Ｓｙの位相差から回転角Φを検出する信号処理回路３０を備えるレゾルバ１を構成するに際して、励磁巻線２ｘ，２ｙにおける各磁極Ｍｎ…，Ｍｓ…を構成する複数の導線部Ｌ…をそれぞれ一又は二以上に区分し、各区分Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ…同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部Ｌ…の位置ｘａ…又は各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ…を設定する。
【解決手段】 励磁信号Ｓｘ，Ｓｙが入力するシートコイル部Ｃｍにより形成した励磁巻線２ｘ，２ｙ又は検出信号Ｓｄが出力するシートコイル部Ｃｄにより形成した検出巻線３の一方を固定し、かつ他方を回転部４に設けて構成したレゾルバ本体１０と、回転部４の回転角Φに応じて変化する検出信号Ｓｄと励磁信号Ｓｘ，Ｓｙの位相差から回転角Φを検出する信号処理回路３０を備えるレゾルバ１を構成するに際して、励磁巻線２ｘ，２ｙにおける各磁極Ｍｎ…，Ｍｓ…を構成する複数の導線部Ｌ…をそれぞれ一又は二以上に区分し、各区分Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ…同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部Ｌ…の位置ｘａ…又は各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ…を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転部の回転角に応じて変化する検出巻線の検出信号と励磁巻線の励磁信号の位相差から回転角を検出するレゾルバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転部の回転角を検出するレゾルバは知られている。この種のレゾルバは、電気角で９０゜位置を異ならせた空間位置に固定して設けた励磁信号が入力する二相の励磁巻線と、回転部に設けた検出信号が出力する検出巻線とを有し、励磁信号と検出信号の位相差から回転部の回転角を検出できる。即ち、回転部の回転角をΦとすると、励磁巻線の一方の相はｓｉｎΦ，他方の相はｃｏｓΦとなる。今、励磁巻線に位相が９０゜異なる励磁信号Ｖ・ｓｉｎωｔとＶ・ｃｏｓωｔをそれぞれ付与すると、検出巻線から出力する検出信号は、Ｅ＝（Ｖ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓΦ）＋（Ｖ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎΦ）＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ＋Φ）となり、回転部の回転角に対応して位相が変化する検出信号を得る。よって、励磁信号と検出信号の位相差から回転部の回転角Φを求めることができる。
【０００３】
ところで、このようなレゾルバは、回転角の検出精度が要求されるため、正確な関数が成立するよう設計上の多くの配慮がなされている。例えば、回転部の１回転が２極構造である場合、回転部の１回転の角度変化が入力周波数の１周期の位相変化と一致するため、通常は多極構造とすることにより角度分割精度を高めている。また、励磁巻線を設けるステータ及び検出巻線を設けるロータ鉄心（回転部）には、多くの巻線スロットを形成した積層珪素鋼板を用いるため、精密な機械加工と正確な巻線手法によって、磁気回路上のギャップやピッチの均一性を確保している。しかし、回転角の検出精度を高めることを目的として精密な機械加工と正確な巻線手法を採用しても、自ずと限界があるとともに、これに伴う大幅なコストアップも無視できない。
【０００４】
一方、励磁信号の周波数を高くすれば、巻線数を少なくすることができる。このような角度検出器は、一般にインダクトシンとして知られており、通常、数十〜数百〔ＫＨｚ〕の高周波信号を用いることにより巻数を少なくしている。しかし、この原理をレゾルバに適用しても、周波数が高いゆえに回転部の回転角を読取処理する際の電気回路の構成が精度面，コスト面及び安定性の面で実用化が困難となる。したがって、一般的な高精度のレゾルバに用いる周波数は、数〔ＫＨｚ〕に設定されている。
【０００５】
結局、従来のレゾルバでは、巻線数が多くなり、かつ精度が要求されることから、小型コンパクト化と軽量化において限界があり、また、部品（材料）コストと製造コストが大きくなる難点があるとともに、このような実情に基づく妥協的な見地から検出精度の高度化を実現できない問題があった。
【０００６】
そこで、この問題を解決するため、本出願人は、既に、シートコイルを利用することにより、レゾルバの小型コンパクト化，軽量化及び低コスト化を実現するとともに、復調処理後における信号処理の容易化と安定化，検出精度の高度化を図ったレゾルバを、特許文献１により提案した。このレゾルバは、励磁信号が入力する励磁巻線及び検出信号が出力する検出巻線を有し、励磁巻線又は検出巻線を設けた受動体の変位量に応じて変化する検出信号に基づいて変位量を検出するレゾルバにおいて、特に、シートコイルにより形成した励磁巻線に、励磁信号により高周波信号を変調した変調信号を入力するとともに、シートコイルにより形成した検出巻線から出力する変調信号を復調して検出信号を得れるようにしたものである。
【特許文献１】特開２０００−２９２２０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１で開示されるレゾルバは、次のような更なる改善の余地が存在した。
【０００８】
即ち、フレキシブルプリント基板等によりシートコイルを形成する場合、基本的には、一般的なワイヤを巻回したコイルを模して形成するため、巻線パターンは、一本の導体ラインを一枚の基板面に這わして形成する。したがって、有効磁束を発生しない導線部分（渡り線）を考慮した場合、多極構造とすれば、渡り線は少なくできるものの、少ない極数で正確な正弦波磁束分布を得ようとする場合、導線部の本数に応じた本数の渡り線が必要となる。結局、渡り線の本数が増大し、シートコイルの広幅化によるレゾルバ本体の大型化、更にはコストアップを招き、特に、小型ロボット等の高精度かつ超小型のレゾルバの要求に応えることができないという解決すべき課題が存在した。
【０００９】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したレゾルバの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するため、励磁信号Ｓｘ，Ｓｙが入力するシートコイル部Ｃｍにより形成した励磁巻線２ｘ，２ｙ又は検出信号Ｓｄが出力するシートコイル部Ｃｄにより形成した検出巻線３の一方を固定し、かつ他方を回転部４に設けて構成したレゾルバ本体１０と、回転部４の回転角Φに応じて変化する検出信号Ｓｄと励磁信号Ｓｘ，Ｓｙの位相差から回転角Φを検出する信号処理回路３０を備えるレゾルバ１を構成するに際して、少なくとも、励磁巻線２ｘ，２ｙにおける各磁極Ｍｎ…，Ｍｓ…を構成する複数の導線部Ｌ…をそれぞれ一又は二以上に区分し、各区分Ｚ，Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ，Ｚ…同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部Ｌ…の位置ｘａ，ｘｂ，ｘｃ…又は各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を設定してなることを特徴とする。
【００１１】
この場合、発明の好適な態様により、信号処理回路３０には、励磁巻線２ｘ，２ｙに対して励磁信号Ｓｘ，Ｓｙにより高周波信号Ｓｃを変調した変調信号Ｓｍｘ，Ｓｍｙを入力するとともに、検出巻線３から出力する変調信号Ｓｍｏを復調して検出信号Ｓｄを得る機能を設けることができる。また、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄは、回転部４に対して導線部Ｌ…が直角になるように配してもよいし、回転部４に対して導線部Ｌ…が平行になるように配してもよい。さらに、電気抵抗ｒａ…は、各導線部Ｌ…に対する異ならせた幅寸法により設定してもよいし、各導線部Ｌ…に直列接続した抵抗素子Ｒａ…により設定してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成を有する本発明に係るレゾルバ１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１３】
（１） 励磁巻線２ｘ，２ｙにおける各磁極Ｍｎ…，Ｍｓ…を構成する複数の導線部Ｌ…をそれぞれ一又は二以上に区分し、各区分Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ…同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部Ｌ…の位置ｘａ…又は各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ…を設定したため、有効磁束を発生しない導線部分（渡り線）の本数を可及的に少なくすることができ、シートコイル部Ｃｍの狭幅化によるレゾルバ全体の小型コンパクト化、更には低コスト化を図ることができる。したがって、小型ロボット等の高精度かつ超小型のレゾルバが要求される分野に用いて最適となる。
【００１４】
（２） 好適な態様により、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄを、回転部４に対して導線部Ｌ…が直角になるように配すれば、薄形化（偏平化）したレゾルバ１を比較的容易に構成できるとともに、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄを、回転部４に対して導線部Ｌ…が平行になるように配すれば、小径化したレゾルバ１を比較的容易に構成でき、用途に適した形態を臨機応変に構築できる。
【００１５】
（３） 好適な態様により、各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ…を異ならせれば、各導線部Ｌ…同士の間隔を均等化することができ、導線部Ｌ…の全体の密度（本数）を高めることができるとともに、特に、各導線部Ｌ…に対する異ならせた幅寸法により電気抵抗ｒａ…を設定すれば、導線部Ｌ…のみで異なる電気抵抗ｒａ…を容易に設定できるとともに、各導線部Ｌ…に直列接続した抵抗素子Ｒａ…により電気抵抗ｒａ…を設定すれば、様々な電気抵抗ｒａ…を広範囲かつ正確に設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
まず、本実施形態に係るレゾルバ１の構成について、図１〜図５及び図７を参照して説明する。
【００１８】
図５中、１０はレゾルバ本体であり、詳細な構造を図１〜図４に示す。レゾルバ本体１０は、図２に示すように、仮想線で示すケーシング１１に固定されたステータ部１２と当該ケーシング１１の中心に回動自在に支持されたロータ部１３を備える。
【００１９】
ステータ部１２は、ケーシング１１に固定したドーナツ形のベース部１４を有し、このベース部１４の中心寄りに、出力トランス１５（図５）を構成する二次巻線１５ｂを設けるとともに、ベース部１４の外周寄りに位置する一面に、ドーナツ形の鉄心１６を固定し、さらに、鉄心１６の面上に、励磁側（固定側）のシートコイル部Ｃｍを貼付等により取付ける。シートコイル部Ｃｍは、図１〜図３に示すように、全体をフレキシブルプリント基板等により形成し、ドーナツ形の絶縁シート１７と、この絶縁シート１７の表面（おもて面）に形成した一方の励磁巻線２ｘと、この絶縁シート１７の裏面に形成した他方の励磁巻線２ｙを有する。したがって、励磁巻線２ｘと励磁巻線２ｙは絶縁シート１７により絶縁される。
【００２０】
励磁巻線２ｘ，２ｙの具体的な巻線パターンを図３（図１）に示す。図３（ａ）は励磁巻線２ｘを示すとともに、図３（ｂ）は励磁巻線２ｙを示す。同図に示すように、励磁巻線２ｘと２ｙは、基本的な構成が同一であり、電気角で９０゜位置を異ならせて配する。例示の励磁巻線２ｘ（励磁巻線２ｙも同じ）は、３６０゜を二分割した１８０゜範囲にそれぞれ第一巻線部２ｘｎと第二巻線部２ｘｓを配して構成し、磁極Ｍｎ（Ｎ極）と磁極Ｍｓ（Ｓ極）の二極を発生させることができる。第一巻線部２ｘｎ（第二巻線部２ｘｓも同じ）は、十八本の導線部Ｌ…を有する。そして、この十八本の導線部Ｌ…を順次六つに区分し、各区分Ｚ…内における三本の導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ…同士を渡り線Ｌｗ…により順次直列接続する。この接続系統を図７に展開して示す。これにより、三ターンの巻数を有する第一巻線部２ｘｎを構成できる。
【００２１】
また、各導線部Ｌ…の周方向における位置ｘａ，ｘｂ，ｘｃ…は、正弦波磁束分布を生じさせることができるように選定（設定）する。即ち、図１に示すように、各導線部Ｌ…間の角度（間隔）Ｑａ，Ｑｂ…をそれぞれ異ならせることにより、正弦波磁束分布を生じさせる。このような巻線パターンを構成することにより、導線部Ｌ…の数が十八本であっても渡り線Ｌｗ…の数は五本（図７参照）で足りることになる。因に、図１に示す巻線パターンの形態において、各区分Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続しない場合には、導線部Ｌ…の本数だけ、即ち、十八本必要になり、この結果、有効磁束を発生しない導線部分（渡り線）の本数が増大し、全体長も長くなる。しかし、本実施形態に係るレゾルバ１では、励磁巻線２ｘ，２ｙにおける各磁極Ｍｎ，Ｍｓを構成する十八本の導線部Ｌ…をそれぞれ六つに区分し、各区分Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ…同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部Ｌ…の位置ｘａ…を異ならせたため、有効磁束を発生しない導線部分（渡り線）の本数を可及的に少なくすることができ、シートコイル部Ｃｍの狭幅化によるレゾルバ全体の小型コンパクト化、更には低コスト化を図ることができる。なお、Ｔ…は、各巻線パターンの端部における接続部を示す。
【００２２】
一方、ロータ部１３は回転部４を構成し、回転軸２１と、この回転軸２１に固定した回転板２２と、出力トランス１５（図５）を構成する一次巻線１５ａを有する。回転板２２は、その一面にドーナツ形の鉄心２３を固定し、さらに、鉄心２３の面上に、上記シートコイル部Ｃｍに対向する検出側（回転側）のシートコイル部Ｃｄを貼付等により取付ける。シートコイル部Ｃｄは、ドーナツ形の絶縁シート２４とこの絶縁シート２４の表面に形成した検出巻線３を有する。そして、検出巻線３の両端部は一次巻線１５ａの両端部にそれぞれ接続する。
【００２３】
検出巻線３の具体的な巻線パターンを図４に示す。例示の検出巻線３は、３６０゜を二分割した１８０゜の範囲にそれぞれ第一巻線部３ｎと第二巻線部３ｓを配する。第一巻線部３ｎ（第二巻線部３ｓも同じ）は、１８０゜対向位置に二本の導線部Ｌ…をそれぞれ有する。そして、これらの導線部Ｌ…を渡り線Ｌｗ…により交互に接続する。このような構成を有するレゾルバ本体１０は、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄの導線部Ｌ…が回転部４に対して直角になるため、薄形化（偏平化）したレゾルバ本体１０を比較的容易に構成できる利点がある。
【００２４】
他方、レゾルバ本体１０には、図５に示す信号処理回路３０を接続する。３０ｉは入力側回路であり、この入力側回路３０ｉは、水晶発振器を用いてクロック信号Ｓｃを生成する発振部３１、この発振部３１から出力するクロック信号Ｓｃに基づいてカウンタパルスＳｐを生成するカウンタパルス回路３２、このカウンタパルス回路３２から出力するカウンタパルスＳｐに基づいて周波数が１〔ＭＨｚ〕程度の高周波信号Ｓｈを生成する高周波信号生成回路３３、この高周波信号生成回路３３から出力する高周波信号Ｓｈに基づいて周波数が１〔ＫＨｚ〕程度の励磁信号Ｓｘ，Ｓｙを生成する励磁信号生成回路３４、この励磁信号生成回路３４から出力する一方の励磁信号Ｓｘが入力し、かつ励磁信号Ｓｘの極性反転位置で、高周波信号生成回路３３から得る高周波信号Ｓｈの極性を反転させて出力する極性反転回路３５、この極性反転回路３５から出力する高周波信号Ｓｈを励磁信号Ｓｘにより変調する変調回路３６、この変調回路３６から出力する変調信号Ｓｍｘを一方の励磁巻線２ｘに供給する出力回路３７、励磁信号生成回路３４から出力する他方の励磁信号Ｓｙが入力し、かつ励磁信号Ｓｙの極性反転位置で、高周波信号生成回路３３から得る高周波信号Ｓｈの極性を反転させて出力する極性反転回路３８、この極性反転回路３８から出力する高周波信号Ｓｈを励磁信号Ｓｙにより変調する変調回路３９、この変調回路３９から出力する変調信号Ｓｍｙを他方の励磁巻線２ｙに供給する出力回路４０を備えて構成する。
【００２５】
一方、３０ｏは出力側回路であり、この出力側回路３０ｏは、出力トランス１５の二次巻線１５ｂに接続することにより当該二次巻線１５ｂから出力する変調信号Ｓｍｏを復調して検出信号Ｓｄを得る出力処理回路５１、この出力処理回路５１から出力する検出信号Ｓｄが入力する角度検出回路５２を備える。また、６０は励磁信号Ｓｘ，Ｓｙと検出信号Ｓｄ間に発生する位相誤差を補正する位相補正回路であり、この位相補正回路６０は、温度ドリフトに基づく補正信号Ｓｅを生成する温度補正信号生成部５３、温度補正信号生成部５３から出力する補正信号Ｓｅによりカウンタパルス回路３２から出力するカウンタパルスＳｐを補正する補正回路５４を備える。なお、５５は高周波信号を出力する高周波信号生成回路を示すとともに、５６は参照信号Ｓｓを生成する参照信号生成回路を示す。
【００２６】
次に、このような構成を有する本実施形態に係るレゾルバ１の動作について、各図を参照して説明する。
【００２７】
まず、発振部３１からはクロック信号Ｓｃが出力し、このクロック信号Ｓｃはカウンタパルス回路３２に付与される。このカウンタパルス回路３２ではクロック信号Ｓｃに基づいてカウンタパルスＳｐ（図６（ｆ）参照）が生成され、このカウンタパルスＳｐは高周波信号生成回路３３の入力側，温度補正信号生成部５３の入力側及び補正回路５４の入力側にそれぞれ付与される。高周波信号生成回路３３ではカウンタパルスＳｐに基づいて周波数が１〔ＭＨｚ〕程度の高周波信号Ｓｈが生成され、この高周波信号Ｓｈは励磁信号生成回路３４の入力側に付与される。励磁信号生成回路３４では高周波信号Ｓｈに基づいて周波数が１〔ＫＨｚ〕程度の励磁信号Ｓｘ，Ｓｙが生成される。
【００２８】
この場合、生成される一方の励磁信号Ｓｘは、Ｖ・ｓｉｎω2ｔ（図６（ａ）の仮想線で示す包絡線）となり、この励磁信号Ｓｘは変調回路３６及び極性反転回路３５にそれぞれ付与される。これにより、変調回路３６では、極性反転回路３５から付与される高周波信号Ｓｈが励磁信号生成回路３４から付与される励磁信号Ｓｘにより振幅変調され、得られた変調信号Ｓｍｘは出力回路３７を介して励磁巻線２ｘに付与される。この際、極性反転回路３５により高周波信号生成回路３３から付与される高周波信号Ｓｈの極性は、励磁信号Ｓｘの極性反転位置ｔｘ…毎に反転せしめられ、この反転処理された高周波信号Ｓｈが変調回路３６に付与される。そして、励磁巻線２ｘに付与される変調信号Ｓｍｘは、図６（ａ）に仮想線で示すようになり、この変調信号Ｓｍｘの電圧は、高周波信号Ｓｃの角速度をω1とすると、Ｖｘ＝（Ｖ・ｓｉｎω2ｔ）×（±ｓｉｎω1ｔ）となる。
【００２９】
また、励磁信号生成回路３４で生成される他方の励磁信号Ｓｙは、最大電圧をＶ〔Ｖ〕，角速度をω2とすると、Ｖ・ｃｏｓω2ｔ（図６（ｂ）の仮想線で示す包絡線）となり、この励磁信号Ｓｙは変調回路３９及び極性反転回路３８にそれぞれ付与される。これにより、変調回路３９では、極性反転回路３８から付与される高周波信号Ｓｈが励磁信号生成回路３４から付与される励磁信号Ｓｙにより振幅変調され、得られた変調信号Ｓｍｙは出力回路４０を介して励磁巻線２ｙに付与される。この際、極性反転回路３８により高周波信号生成回路３３から付与される高周波信号Ｓｈの極性は、励磁信号Ｓｙの極性反転位置ｔｙ…毎に反転せしめられ、この反転処理された高周波信号Ｓｈが変調回路３９に付与される。そして、励磁巻線２ｙに付与される変調信号Ｓｍｙは、図６（ｂ）に仮想線で示すようになり、この変調信号Ｓｍｙの電圧は、Ｖｙ＝（Ｖ・ｃｏｓω2ｔ）×（±ｓｉｎω1ｔ）となる。
【００３０】
今、一例として回転部４ｒが４５゜回転した場合を想定する。この場合、励磁信号Ｓｘに基づいて検出巻線３に誘起する図６（ａ）に実線で示す電圧Ｅｘ＝（Ｖ・ｓｉｎω2ｔ）×ｃｏｓ│４５゜│と、励磁信号Ｓｙに基づいて検出巻線３に誘起する図６（ｂ）に実線で示す電圧Ｅｙ＝（Ｖ・ｃｏｓω2ｔ）×ｓｉｎ│４５゜│の合成電圧Ｅｏ＝Ｅｘ＋Ｅｙ＝（Ｖ・ｓｉｎω2ｔ）×ｃｏｓ│４５゜│＋（Ｖ・ｃｏｓω2ｔ）×ｓｉｎ│４５゜│が検出巻線３から出力し、この出力が変調信号Ｓｍｏとなる。そして、この変調信号Ｓｍｏは出力トランス１５を介して出力処理回路５１に付与されるとともに、この変調信号Ｓｍｏは温度補正信号生成部５３に付与される。出力処理回路５１では変調信号Ｓｍｏが復調（検波）され、図６（ｃ）に示す検出信号Ｓｄが得られるとともに、この検出信号Ｓｄは角度検出回路５２に付与される。
【００３１】
また、温度補正信号生成部５３では変調信号Ｓｍｏから高周波信号成分が分離され、分離された高周波信号成分とカウンタパルス回路３２から得るカウンタパルスＳｐと高周波信号生成回路５５から得る高周波信号に基づいて当該高周波信号成分の温度ドリフトによる誤差成分が検出され、さらに、この誤差成分に基づいて補正信号Ｓｅが生成される。そして、この補正信号Ｓｅは補正回路５４に付与される。そして、補正回路５４ではカウンタパルス回路３２から付与されるカウンタパルスＳｐが、当該補正信号Ｓｅにより補正される。
【００３２】
一方、補正回路５４から得る補正されたカウンタパルスＳｐｅは、高周波信号生成回路５５に付与され、当該カウンタパルスＳｐｅに基づいて高周波信号Ｓｈｅが生成される。高周波信号生成回路５５から得る高周波信号Ｓｈｅは参照信号生成回路５６に付与され、当該高周波信号Ｓｈｅに基づいて図６（ｃ）に示す参照信号Ｓｓが生成され、この参照信号Ｓｓは角度検出回路５２に付与される。そして、角度検出回路５２では参照信号Ｓｓから図６（ｄ）に示す参照パルスＰｓを生成するとともに、検出信号Ｓｄから図６（ｅ）に示す検出パルスＰｄを生成する。また、この参照パルスＰｓの立上がりと検出パルスＰｄの立上がり間でカウンタパルスＳｐをカウントし、このカウント値を角度に変換して回転軸２１（ロータ部１３）の回転角を求める。具体的には、カウント値と回転角の関係を予めデータベース化し、データベースからカウント値に対応する回転角を読み出してもよいし、予め設定した関数式を用いることにより演算により求めてもよい。実施例では、結果として４５゜の回転角が得られることになる。
【００３３】
次に、本発明の変更実施形態に係るレゾルバ１について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００３４】
まず、図８に示す変更実施形態は、各導線部Ｌ…の接続態様を変更したものである。レゾルバ１は、基本構成として、各区分Ｚ，Ｚ…内の各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ，Ｚ…同士を順次直列接続する構成を備えている。図８の接続態様は、区分Ｚ…の数を二つとして、図１の接続態様よりも少なくするとともに、各区分Ｚ…における並列接続する導線部Ｌ…の数を五本として、図１の接続態様よりも多くしたものである。したがって、図８の接続態様は、渡り線Ｌｗの本数に着目すれば、渡り線Ｌｗの本数をより少なくできる利点があり、このような接続態様は、性能設定や用途等に応じて任意に選択することができる。
【００３５】
また、図９に示す変更実施形態は、正弦波磁束分布を生じさせるに際し、各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を異ならせたものである。したがって、この場合には、各導線部Ｌ…同士の間隔を均等化することができ、導線部Ｌ…の全体の密度（本数）を高めることができる利点がある。そして、図９（ａ）は、各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を設定するに際し、各導線部Ｌ…の幅寸法を異ならせたものである。即ち、第一の導線部Ｌの幅寸法を最も狭い寸法Ｄａに設定し、第二の導線部Ｌの幅寸法を寸法Ｄａよりも広い寸法Ｄｂに設定し、第三の導線部Ｌの幅寸法を寸法Ｄｂよりも広い寸法Ｄｃに設定したものである。したがって、図９（ａ）の場合は、導線部Ｌ…のみで異なる電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を容易に設定できる利点がある。また、図９（ｂ）は、各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を設定するに際し、各導線部Ｌ…に直列接続した抵抗素子Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ…により設定したものである。したがって、図９（ｂ）の場合には、様々な電気抵抗ｒａ…を広範囲かつ正確に設定できる利点がある。
【００３６】
さらに、図１０に示す変更実施形態は、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄの導線部Ｌ…を、回転部４に対して平行に配したものである。即ち、ステータ部１２を偏平な円筒形に形成し、内周面１２ｉに、シートコイル部Ｃｍを貼付等により取付けるとともに、ロータ部１３を偏平な円柱形に形成し、外周面１３ｆに、シートコイル部Ｃｄを貼付等により取付ける。なお、図１〜図４に示したシートコイル部Ｃｍは、絶縁シート１７の表裏面に励磁巻線２ｘ，２ｙをそれぞれ形成した場合を示したが、図１０に示すシートコイル部Ｃｍは、絶縁シート１７ｘの片面に励磁巻線２ｘを形成した第一シート部Ｃｍｘと、絶縁シート１７ｙの片面に励磁巻線２ｙを形成した第二シート部Ｃｍｙを用意し、第一シート部Ｃｍｘと第二シート部Ｃｍｙを貼合わせて構成した場合を示す。この場合、第一シート部Ｃｍｘと第二シート部Ｃｍｙは、電気角で９０゜位置が異なる。一方、図１０に示すシートコイル部Ｃｄも同様に構成する。この場合、第一シート部Ｃｄｘと第二シート部Ｃｄｙは、所定角度（例示は、６０゜）位相を異ならせ、無用な干渉作用を防止している。また、図１０に示すステータ部１２及びロータ部１３は、複数の珪素鋼板１２ｐ…，１３ｐ…を積層して構成した。よって、図１０に示す変更実施形態の場合には、小径化したレゾルバ１を比較的容易に構成できる。このように、本実施形態に係るレゾルバ１は、図１〜図４に示した実施形態と合わせ、用途に適した形態を臨機応変に構築できる利点がある。
【００３７】
なお、図８〜図１０において、図１〜図７と同一機能部分には同一符号を付し、その構成を明確にするとともに、詳細な説明は省略する。
【００３８】
以上、最良の実施形態及び変更実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量（相数等），数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、検出巻線３に変調信号を入力し、かつ励磁巻線２ｘ，２ｙから出力を得ることにより、ｓｉｎΦとｃｏｓΦの出力電圧比により角度を求めてもよい。また、変調信号Ｓｍｘ，Ｓｍｙは励磁信号Ｓｘ，Ｓｙにより高周波信号Ｓｈを振幅変調した場合を示したが、位相変調等の他の変調方式の採用を妨げるものではない。なお、本発明に係るレゾルバ１は、特に、小型ロボット（介護用ロボット，家庭用ロボット等）や産業機械などをはじめ、高精度かつ超小型のレゾルバ（センサ）が要求される各種分野に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の最良の実施形態に係るレゾルバに備えるレゾルバ本体の横断面図（図２中Ａ−Ａ線断面）、
【図２】同レゾルバに備えるレゾルバ本体の縦断側面図、
【図３】同レゾルバに備えるレゾルバ本体の励磁巻線の巻線パターン図、
【図４】同レゾルバに備えるレゾルバ本体の検出巻線の巻線パターン図、
【図５】同レゾルバのブロック構成図、
【図６】同レゾルバの各部における信号のタイムチャート、
【図７】同レゾルバのレゾルバ本体の励磁巻線における巻線パターンの展開図、
【図８】本発明の変更実施形態に係るレゾルバのレゾルバ本体の励磁巻線における巻線パターン図、
【図９】本発明の他の変更実施形態に係るレゾルバのレゾルバ本体の励磁巻線の部分抽出拡大図を含む巻線パターン図、
【図１０】本発明の他の変更実施形態に係るレゾルバのレゾルバ本体の構成を示す分解説明図、
【符号の説明】
【００４０】
１：レゾルバ，２ｘ：励磁巻線，２ｙ：励磁巻線，３：検出巻線，４：回転部，１０：レゾルバ本体，３０：信号処理回路，Ｃｍ：シートコイル部，Ｃｄ：シートコイル部，Ｓｘ：励磁信号，Ｓｙ：励磁信号，Ｓｄ：検出信号，Ｓｃ：高周波信号，Ｓｍｘ：変調信号，Ｓｍｙ：変調信号，Ｓｍｏ：変調信号，Ｍｎ…：磁極，Ｍｓ…：磁極，Ｌ…：導線部，Ｚ…：区分，ｘａ…：導線部の位置，ｒａ…：導線部の電気抵抗，Ｒａ…：抵抗素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転部の回転角に応じて変化する検出巻線の検出信号と励磁巻線の励磁信号の位相差から回転角を検出するレゾルバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転部の回転角を検出するレゾルバは知られている。この種のレゾルバは、電気角で９０゜位置を異ならせた空間位置に固定して設けた励磁信号が入力する二相の励磁巻線と、回転部に設けた検出信号が出力する検出巻線とを有し、励磁信号と検出信号の位相差から回転部の回転角を検出できる。即ち、回転部の回転角をΦとすると、励磁巻線の一方の相はｓｉｎΦ，他方の相はｃｏｓΦとなる。今、励磁巻線に位相が９０゜異なる励磁信号Ｖ・ｓｉｎωｔとＶ・ｃｏｓωｔをそれぞれ付与すると、検出巻線から出力する検出信号は、Ｅ＝（Ｖ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓΦ）＋（Ｖ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎΦ）＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ＋Φ）となり、回転部の回転角に対応して位相が変化する検出信号を得る。よって、励磁信号と検出信号の位相差から回転部の回転角Φを求めることができる。
【０００３】
ところで、このようなレゾルバは、回転角の検出精度が要求されるため、正確な関数が成立するよう設計上の多くの配慮がなされている。例えば、回転部の１回転が２極構造である場合、回転部の１回転の角度変化が入力周波数の１周期の位相変化と一致するため、通常は多極構造とすることにより角度分割精度を高めている。また、励磁巻線を設けるステータ及び検出巻線を設けるロータ鉄心（回転部）には、多くの巻線スロットを形成した積層珪素鋼板を用いるため、精密な機械加工と正確な巻線手法によって、磁気回路上のギャップやピッチの均一性を確保している。しかし、回転角の検出精度を高めることを目的として精密な機械加工と正確な巻線手法を採用しても、自ずと限界があるとともに、これに伴う大幅なコストアップも無視できない。
【０００４】
一方、励磁信号の周波数を高くすれば、巻線数を少なくすることができる。このような角度検出器は、一般にインダクトシンとして知られており、通常、数十〜数百〔ＫＨｚ〕の高周波信号を用いることにより巻数を少なくしている。しかし、この原理をレゾルバに適用しても、周波数が高いゆえに回転部の回転角を読取処理する際の電気回路の構成が精度面，コスト面及び安定性の面で実用化が困難となる。したがって、一般的な高精度のレゾルバに用いる周波数は、数〔ＫＨｚ〕に設定されている。
【０００５】
結局、従来のレゾルバでは、巻線数が多くなり、かつ精度が要求されることから、小型コンパクト化と軽量化において限界があり、また、部品（材料）コストと製造コストが大きくなる難点があるとともに、このような実情に基づく妥協的な見地から検出精度の高度化を実現できない問題があった。
【０００６】
そこで、この問題を解決するため、本出願人は、既に、シートコイルを利用することにより、レゾルバの小型コンパクト化，軽量化及び低コスト化を実現するとともに、復調処理後における信号処理の容易化と安定化，検出精度の高度化を図ったレゾルバを、特許文献１により提案した。このレゾルバは、励磁信号が入力する励磁巻線及び検出信号が出力する検出巻線を有し、励磁巻線又は検出巻線を設けた受動体の変位量に応じて変化する検出信号に基づいて変位量を検出するレゾルバにおいて、特に、シートコイルにより形成した励磁巻線に、励磁信号により高周波信号を変調した変調信号を入力するとともに、シートコイルにより形成した検出巻線から出力する変調信号を復調して検出信号を得れるようにしたものである。
【特許文献１】特開２０００−２９２２０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１で開示されるレゾルバは、次のような更なる改善の余地が存在した。
【０００８】
即ち、フレキシブルプリント基板等によりシートコイルを形成する場合、基本的には、一般的なワイヤを巻回したコイルを模して形成するため、巻線パターンは、一本の導体ラインを一枚の基板面に這わして形成する。したがって、有効磁束を発生しない導線部分（渡り線）を考慮した場合、多極構造とすれば、渡り線は少なくできるものの、少ない極数で正確な正弦波磁束分布を得ようとする場合、導線部の本数に応じた本数の渡り線が必要となる。結局、渡り線の本数が増大し、シートコイルの広幅化によるレゾルバ本体の大型化、更にはコストアップを招き、特に、小型ロボット等の高精度かつ超小型のレゾルバの要求に応えることができないという解決すべき課題が存在した。
【０００９】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したレゾルバの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するため、励磁信号Ｓｘ，Ｓｙが入力するシートコイル部Ｃｍにより形成した励磁巻線２ｘ，２ｙ又は検出信号Ｓｄが出力するシートコイル部Ｃｄにより形成した検出巻線３の一方を固定し、かつ他方を回転部４に設けて構成したレゾルバ本体１０と、回転部４の回転角Φに応じて変化する検出信号Ｓｄと励磁信号Ｓｘ，Ｓｙの位相差から回転角Φを検出する信号処理回路３０を備えるレゾルバ１を構成するに際して、少なくとも、励磁巻線２ｘ，２ｙにおける各磁極Ｍｎ…，Ｍｓ…を構成する複数の導線部Ｌ…をそれぞれ一又は二以上に区分し、各区分Ｚ，Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ，Ｚ…同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部Ｌ…の位置ｘａ，ｘｂ，ｘｃ…又は各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を設定してなることを特徴とする。
【００１１】
この場合、発明の好適な態様により、信号処理回路３０には、励磁巻線２ｘ，２ｙに対して励磁信号Ｓｘ，Ｓｙにより高周波信号Ｓｃを変調した変調信号Ｓｍｘ，Ｓｍｙを入力するとともに、検出巻線３から出力する変調信号Ｓｍｏを復調して検出信号Ｓｄを得る機能を設けることができる。また、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄは、回転部４に対して導線部Ｌ…が直角になるように配してもよいし、回転部４に対して導線部Ｌ…が平行になるように配してもよい。さらに、電気抵抗ｒａ…は、各導線部Ｌ…に対する異ならせた幅寸法により設定してもよいし、各導線部Ｌ…に直列接続した抵抗素子Ｒａ…により設定してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成を有する本発明に係るレゾルバ１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１３】
（１） 励磁巻線２ｘ，２ｙにおける各磁極Ｍｎ…，Ｍｓ…を構成する複数の導線部Ｌ…をそれぞれ一又は二以上に区分し、各区分Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ…同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部Ｌ…の位置ｘａ…又は各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ…を設定したため、有効磁束を発生しない導線部分（渡り線）の本数を可及的に少なくすることができ、シートコイル部Ｃｍの狭幅化によるレゾルバ全体の小型コンパクト化、更には低コスト化を図ることができる。したがって、小型ロボット等の高精度かつ超小型のレゾルバが要求される分野に用いて最適となる。
【００１４】
（２） 好適な態様により、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄを、回転部４に対して導線部Ｌ…が直角になるように配すれば、薄形化（偏平化）したレゾルバ１を比較的容易に構成できるとともに、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄを、回転部４に対して導線部Ｌ…が平行になるように配すれば、小径化したレゾルバ１を比較的容易に構成でき、用途に適した形態を臨機応変に構築できる。
【００１５】
（３） 好適な態様により、各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ…を異ならせれば、各導線部Ｌ…同士の間隔を均等化することができ、導線部Ｌ…の全体の密度（本数）を高めることができるとともに、特に、各導線部Ｌ…に対する異ならせた幅寸法により電気抵抗ｒａ…を設定すれば、導線部Ｌ…のみで異なる電気抵抗ｒａ…を容易に設定できるとともに、各導線部Ｌ…に直列接続した抵抗素子Ｒａ…により電気抵抗ｒａ…を設定すれば、様々な電気抵抗ｒａ…を広範囲かつ正確に設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
まず、本実施形態に係るレゾルバ１の構成について、図１〜図５及び図７を参照して説明する。
【００１８】
図５中、１０はレゾルバ本体であり、詳細な構造を図１〜図４に示す。レゾルバ本体１０は、図２に示すように、仮想線で示すケーシング１１に固定されたステータ部１２と当該ケーシング１１の中心に回動自在に支持されたロータ部１３を備える。
【００１９】
ステータ部１２は、ケーシング１１に固定したドーナツ形のベース部１４を有し、このベース部１４の中心寄りに、出力トランス１５（図５）を構成する二次巻線１５ｂを設けるとともに、ベース部１４の外周寄りに位置する一面に、ドーナツ形の鉄心１６を固定し、さらに、鉄心１６の面上に、励磁側（固定側）のシートコイル部Ｃｍを貼付等により取付ける。シートコイル部Ｃｍは、図１〜図３に示すように、全体をフレキシブルプリント基板等により形成し、ドーナツ形の絶縁シート１７と、この絶縁シート１７の表面（おもて面）に形成した一方の励磁巻線２ｘと、この絶縁シート１７の裏面に形成した他方の励磁巻線２ｙを有する。したがって、励磁巻線２ｘと励磁巻線２ｙは絶縁シート１７により絶縁される。
【００２０】
励磁巻線２ｘ，２ｙの具体的な巻線パターンを図３（図１）に示す。図３（ａ）は励磁巻線２ｘを示すとともに、図３（ｂ）は励磁巻線２ｙを示す。同図に示すように、励磁巻線２ｘと２ｙは、基本的な構成が同一であり、電気角で９０゜位置を異ならせて配する。例示の励磁巻線２ｘ（励磁巻線２ｙも同じ）は、３６０゜を二分割した１８０゜範囲にそれぞれ第一巻線部２ｘｎと第二巻線部２ｘｓを配して構成し、磁極Ｍｎ（Ｎ極）と磁極Ｍｓ（Ｓ極）の二極を発生させることができる。第一巻線部２ｘｎ（第二巻線部２ｘｓも同じ）は、十八本の導線部Ｌ…を有する。そして、この十八本の導線部Ｌ…を順次六つに区分し、各区分Ｚ…内における三本の導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ…同士を渡り線Ｌｗ…により順次直列接続する。この接続系統を図７に展開して示す。これにより、三ターンの巻数を有する第一巻線部２ｘｎを構成できる。
【００２１】
また、各導線部Ｌ…の周方向における位置ｘａ，ｘｂ，ｘｃ…は、正弦波磁束分布を生じさせることができるように選定（設定）する。即ち、図１に示すように、各導線部Ｌ…間の角度（間隔）Ｑａ，Ｑｂ…をそれぞれ異ならせることにより、正弦波磁束分布を生じさせる。このような巻線パターンを構成することにより、導線部Ｌ…の数が十八本であっても渡り線Ｌｗ…の数は五本（図７参照）で足りることになる。因に、図１に示す巻線パターンの形態において、各区分Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続しない場合には、導線部Ｌ…の本数だけ、即ち、十八本必要になり、この結果、有効磁束を発生しない導線部分（渡り線）の本数が増大し、全体長も長くなる。しかし、本実施形態に係るレゾルバ１では、励磁巻線２ｘ，２ｙにおける各磁極Ｍｎ，Ｍｓを構成する十八本の導線部Ｌ…をそれぞれ六つに区分し、各区分Ｚ…内における各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ…同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部Ｌ…の位置ｘａ…を異ならせたため、有効磁束を発生しない導線部分（渡り線）の本数を可及的に少なくすることができ、シートコイル部Ｃｍの狭幅化によるレゾルバ全体の小型コンパクト化、更には低コスト化を図ることができる。なお、Ｔ…は、各巻線パターンの端部における接続部を示す。
【００２２】
一方、ロータ部１３は回転部４を構成し、回転軸２１と、この回転軸２１に固定した回転板２２と、出力トランス１５（図５）を構成する一次巻線１５ａを有する。回転板２２は、その一面にドーナツ形の鉄心２３を固定し、さらに、鉄心２３の面上に、上記シートコイル部Ｃｍに対向する検出側（回転側）のシートコイル部Ｃｄを貼付等により取付ける。シートコイル部Ｃｄは、ドーナツ形の絶縁シート２４とこの絶縁シート２４の表面に形成した検出巻線３を有する。そして、検出巻線３の両端部は一次巻線１５ａの両端部にそれぞれ接続する。
【００２３】
検出巻線３の具体的な巻線パターンを図４に示す。例示の検出巻線３は、３６０゜を二分割した１８０゜の範囲にそれぞれ第一巻線部３ｎと第二巻線部３ｓを配する。第一巻線部３ｎ（第二巻線部３ｓも同じ）は、１８０゜対向位置に二本の導線部Ｌ…をそれぞれ有する。そして、これらの導線部Ｌ…を渡り線Ｌｗ…により交互に接続する。このような構成を有するレゾルバ本体１０は、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄの導線部Ｌ…が回転部４に対して直角になるため、薄形化（偏平化）したレゾルバ本体１０を比較的容易に構成できる利点がある。
【００２４】
他方、レゾルバ本体１０には、図５に示す信号処理回路３０を接続する。３０ｉは入力側回路であり、この入力側回路３０ｉは、水晶発振器を用いてクロック信号Ｓｃを生成する発振部３１、この発振部３１から出力するクロック信号Ｓｃに基づいてカウンタパルスＳｐを生成するカウンタパルス回路３２、このカウンタパルス回路３２から出力するカウンタパルスＳｐに基づいて周波数が１〔ＭＨｚ〕程度の高周波信号Ｓｈを生成する高周波信号生成回路３３、この高周波信号生成回路３３から出力する高周波信号Ｓｈに基づいて周波数が１〔ＫＨｚ〕程度の励磁信号Ｓｘ，Ｓｙを生成する励磁信号生成回路３４、この励磁信号生成回路３４から出力する一方の励磁信号Ｓｘが入力し、かつ励磁信号Ｓｘの極性反転位置で、高周波信号生成回路３３から得る高周波信号Ｓｈの極性を反転させて出力する極性反転回路３５、この極性反転回路３５から出力する高周波信号Ｓｈを励磁信号Ｓｘにより変調する変調回路３６、この変調回路３６から出力する変調信号Ｓｍｘを一方の励磁巻線２ｘに供給する出力回路３７、励磁信号生成回路３４から出力する他方の励磁信号Ｓｙが入力し、かつ励磁信号Ｓｙの極性反転位置で、高周波信号生成回路３３から得る高周波信号Ｓｈの極性を反転させて出力する極性反転回路３８、この極性反転回路３８から出力する高周波信号Ｓｈを励磁信号Ｓｙにより変調する変調回路３９、この変調回路３９から出力する変調信号Ｓｍｙを他方の励磁巻線２ｙに供給する出力回路４０を備えて構成する。
【００２５】
一方、３０ｏは出力側回路であり、この出力側回路３０ｏは、出力トランス１５の二次巻線１５ｂに接続することにより当該二次巻線１５ｂから出力する変調信号Ｓｍｏを復調して検出信号Ｓｄを得る出力処理回路５１、この出力処理回路５１から出力する検出信号Ｓｄが入力する角度検出回路５２を備える。また、６０は励磁信号Ｓｘ，Ｓｙと検出信号Ｓｄ間に発生する位相誤差を補正する位相補正回路であり、この位相補正回路６０は、温度ドリフトに基づく補正信号Ｓｅを生成する温度補正信号生成部５３、温度補正信号生成部５３から出力する補正信号Ｓｅによりカウンタパルス回路３２から出力するカウンタパルスＳｐを補正する補正回路５４を備える。なお、５５は高周波信号を出力する高周波信号生成回路を示すとともに、５６は参照信号Ｓｓを生成する参照信号生成回路を示す。
【００２６】
次に、このような構成を有する本実施形態に係るレゾルバ１の動作について、各図を参照して説明する。
【００２７】
まず、発振部３１からはクロック信号Ｓｃが出力し、このクロック信号Ｓｃはカウンタパルス回路３２に付与される。このカウンタパルス回路３２ではクロック信号Ｓｃに基づいてカウンタパルスＳｐ（図６（ｆ）参照）が生成され、このカウンタパルスＳｐは高周波信号生成回路３３の入力側，温度補正信号生成部５３の入力側及び補正回路５４の入力側にそれぞれ付与される。高周波信号生成回路３３ではカウンタパルスＳｐに基づいて周波数が１〔ＭＨｚ〕程度の高周波信号Ｓｈが生成され、この高周波信号Ｓｈは励磁信号生成回路３４の入力側に付与される。励磁信号生成回路３４では高周波信号Ｓｈに基づいて周波数が１〔ＫＨｚ〕程度の励磁信号Ｓｘ，Ｓｙが生成される。
【００２８】
この場合、生成される一方の励磁信号Ｓｘは、Ｖ・ｓｉｎω2ｔ（図６（ａ）の仮想線で示す包絡線）となり、この励磁信号Ｓｘは変調回路３６及び極性反転回路３５にそれぞれ付与される。これにより、変調回路３６では、極性反転回路３５から付与される高周波信号Ｓｈが励磁信号生成回路３４から付与される励磁信号Ｓｘにより振幅変調され、得られた変調信号Ｓｍｘは出力回路３７を介して励磁巻線２ｘに付与される。この際、極性反転回路３５により高周波信号生成回路３３から付与される高周波信号Ｓｈの極性は、励磁信号Ｓｘの極性反転位置ｔｘ…毎に反転せしめられ、この反転処理された高周波信号Ｓｈが変調回路３６に付与される。そして、励磁巻線２ｘに付与される変調信号Ｓｍｘは、図６（ａ）に仮想線で示すようになり、この変調信号Ｓｍｘの電圧は、高周波信号Ｓｃの角速度をω1とすると、Ｖｘ＝（Ｖ・ｓｉｎω2ｔ）×（±ｓｉｎω1ｔ）となる。
【００２９】
また、励磁信号生成回路３４で生成される他方の励磁信号Ｓｙは、最大電圧をＶ〔Ｖ〕，角速度をω2とすると、Ｖ・ｃｏｓω2ｔ（図６（ｂ）の仮想線で示す包絡線）となり、この励磁信号Ｓｙは変調回路３９及び極性反転回路３８にそれぞれ付与される。これにより、変調回路３９では、極性反転回路３８から付与される高周波信号Ｓｈが励磁信号生成回路３４から付与される励磁信号Ｓｙにより振幅変調され、得られた変調信号Ｓｍｙは出力回路４０を介して励磁巻線２ｙに付与される。この際、極性反転回路３８により高周波信号生成回路３３から付与される高周波信号Ｓｈの極性は、励磁信号Ｓｙの極性反転位置ｔｙ…毎に反転せしめられ、この反転処理された高周波信号Ｓｈが変調回路３９に付与される。そして、励磁巻線２ｙに付与される変調信号Ｓｍｙは、図６（ｂ）に仮想線で示すようになり、この変調信号Ｓｍｙの電圧は、Ｖｙ＝（Ｖ・ｃｏｓω2ｔ）×（±ｓｉｎω1ｔ）となる。
【００３０】
今、一例として回転部４ｒが４５゜回転した場合を想定する。この場合、励磁信号Ｓｘに基づいて検出巻線３に誘起する図６（ａ）に実線で示す電圧Ｅｘ＝（Ｖ・ｓｉｎω2ｔ）×ｃｏｓ│４５゜│と、励磁信号Ｓｙに基づいて検出巻線３に誘起する図６（ｂ）に実線で示す電圧Ｅｙ＝（Ｖ・ｃｏｓω2ｔ）×ｓｉｎ│４５゜│の合成電圧Ｅｏ＝Ｅｘ＋Ｅｙ＝（Ｖ・ｓｉｎω2ｔ）×ｃｏｓ│４５゜│＋（Ｖ・ｃｏｓω2ｔ）×ｓｉｎ│４５゜│が検出巻線３から出力し、この出力が変調信号Ｓｍｏとなる。そして、この変調信号Ｓｍｏは出力トランス１５を介して出力処理回路５１に付与されるとともに、この変調信号Ｓｍｏは温度補正信号生成部５３に付与される。出力処理回路５１では変調信号Ｓｍｏが復調（検波）され、図６（ｃ）に示す検出信号Ｓｄが得られるとともに、この検出信号Ｓｄは角度検出回路５２に付与される。
【００３１】
また、温度補正信号生成部５３では変調信号Ｓｍｏから高周波信号成分が分離され、分離された高周波信号成分とカウンタパルス回路３２から得るカウンタパルスＳｐと高周波信号生成回路５５から得る高周波信号に基づいて当該高周波信号成分の温度ドリフトによる誤差成分が検出され、さらに、この誤差成分に基づいて補正信号Ｓｅが生成される。そして、この補正信号Ｓｅは補正回路５４に付与される。そして、補正回路５４ではカウンタパルス回路３２から付与されるカウンタパルスＳｐが、当該補正信号Ｓｅにより補正される。
【００３２】
一方、補正回路５４から得る補正されたカウンタパルスＳｐｅは、高周波信号生成回路５５に付与され、当該カウンタパルスＳｐｅに基づいて高周波信号Ｓｈｅが生成される。高周波信号生成回路５５から得る高周波信号Ｓｈｅは参照信号生成回路５６に付与され、当該高周波信号Ｓｈｅに基づいて図６（ｃ）に示す参照信号Ｓｓが生成され、この参照信号Ｓｓは角度検出回路５２に付与される。そして、角度検出回路５２では参照信号Ｓｓから図６（ｄ）に示す参照パルスＰｓを生成するとともに、検出信号Ｓｄから図６（ｅ）に示す検出パルスＰｄを生成する。また、この参照パルスＰｓの立上がりと検出パルスＰｄの立上がり間でカウンタパルスＳｐをカウントし、このカウント値を角度に変換して回転軸２１（ロータ部１３）の回転角を求める。具体的には、カウント値と回転角の関係を予めデータベース化し、データベースからカウント値に対応する回転角を読み出してもよいし、予め設定した関数式を用いることにより演算により求めてもよい。実施例では、結果として４５゜の回転角が得られることになる。
【００３３】
次に、本発明の変更実施形態に係るレゾルバ１について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００３４】
まず、図８に示す変更実施形態は、各導線部Ｌ…の接続態様を変更したものである。レゾルバ１は、基本構成として、各区分Ｚ，Ｚ…内の各導線部Ｌ…を並列接続するとともに、各区分Ｚ，Ｚ…同士を順次直列接続する構成を備えている。図８の接続態様は、区分Ｚ…の数を二つとして、図１の接続態様よりも少なくするとともに、各区分Ｚ…における並列接続する導線部Ｌ…の数を五本として、図１の接続態様よりも多くしたものである。したがって、図８の接続態様は、渡り線Ｌｗの本数に着目すれば、渡り線Ｌｗの本数をより少なくできる利点があり、このような接続態様は、性能設定や用途等に応じて任意に選択することができる。
【００３５】
また、図９に示す変更実施形態は、正弦波磁束分布を生じさせるに際し、各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を異ならせたものである。したがって、この場合には、各導線部Ｌ…同士の間隔を均等化することができ、導線部Ｌ…の全体の密度（本数）を高めることができる利点がある。そして、図９（ａ）は、各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を設定するに際し、各導線部Ｌ…の幅寸法を異ならせたものである。即ち、第一の導線部Ｌの幅寸法を最も狭い寸法Ｄａに設定し、第二の導線部Ｌの幅寸法を寸法Ｄａよりも広い寸法Ｄｂに設定し、第三の導線部Ｌの幅寸法を寸法Ｄｂよりも広い寸法Ｄｃに設定したものである。したがって、図９（ａ）の場合は、導線部Ｌ…のみで異なる電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を容易に設定できる利点がある。また、図９（ｂ）は、各導線部Ｌ…の電気抵抗ｒａ，ｒｂ，ｒｃ…を設定するに際し、各導線部Ｌ…に直列接続した抵抗素子Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ…により設定したものである。したがって、図９（ｂ）の場合には、様々な電気抵抗ｒａ…を広範囲かつ正確に設定できる利点がある。
【００３６】
さらに、図１０に示す変更実施形態は、シートコイル部Ｃｍ，Ｃｄの導線部Ｌ…を、回転部４に対して平行に配したものである。即ち、ステータ部１２を偏平な円筒形に形成し、内周面１２ｉに、シートコイル部Ｃｍを貼付等により取付けるとともに、ロータ部１３を偏平な円柱形に形成し、外周面１３ｆに、シートコイル部Ｃｄを貼付等により取付ける。なお、図１〜図４に示したシートコイル部Ｃｍは、絶縁シート１７の表裏面に励磁巻線２ｘ，２ｙをそれぞれ形成した場合を示したが、図１０に示すシートコイル部Ｃｍは、絶縁シート１７ｘの片面に励磁巻線２ｘを形成した第一シート部Ｃｍｘと、絶縁シート１７ｙの片面に励磁巻線２ｙを形成した第二シート部Ｃｍｙを用意し、第一シート部Ｃｍｘと第二シート部Ｃｍｙを貼合わせて構成した場合を示す。この場合、第一シート部Ｃｍｘと第二シート部Ｃｍｙは、電気角で９０゜位置が異なる。一方、図１０に示すシートコイル部Ｃｄも同様に構成する。この場合、第一シート部Ｃｄｘと第二シート部Ｃｄｙは、所定角度（例示は、６０゜）位相を異ならせ、無用な干渉作用を防止している。また、図１０に示すステータ部１２及びロータ部１３は、複数の珪素鋼板１２ｐ…，１３ｐ…を積層して構成した。よって、図１０に示す変更実施形態の場合には、小径化したレゾルバ１を比較的容易に構成できる。このように、本実施形態に係るレゾルバ１は、図１〜図４に示した実施形態と合わせ、用途に適した形態を臨機応変に構築できる利点がある。
【００３７】
なお、図８〜図１０において、図１〜図７と同一機能部分には同一符号を付し、その構成を明確にするとともに、詳細な説明は省略する。
【００３８】
以上、最良の実施形態及び変更実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量（相数等），数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、検出巻線３に変調信号を入力し、かつ励磁巻線２ｘ，２ｙから出力を得ることにより、ｓｉｎΦとｃｏｓΦの出力電圧比により角度を求めてもよい。また、変調信号Ｓｍｘ，Ｓｍｙは励磁信号Ｓｘ，Ｓｙにより高周波信号Ｓｈを振幅変調した場合を示したが、位相変調等の他の変調方式の採用を妨げるものではない。なお、本発明に係るレゾルバ１は、特に、小型ロボット（介護用ロボット，家庭用ロボット等）や産業機械などをはじめ、高精度かつ超小型のレゾルバ（センサ）が要求される各種分野に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の最良の実施形態に係るレゾルバに備えるレゾルバ本体の横断面図（図２中Ａ−Ａ線断面）、
【図２】同レゾルバに備えるレゾルバ本体の縦断側面図、
【図３】同レゾルバに備えるレゾルバ本体の励磁巻線の巻線パターン図、
【図４】同レゾルバに備えるレゾルバ本体の検出巻線の巻線パターン図、
【図５】同レゾルバのブロック構成図、
【図６】同レゾルバの各部における信号のタイムチャート、
【図７】同レゾルバのレゾルバ本体の励磁巻線における巻線パターンの展開図、
【図８】本発明の変更実施形態に係るレゾルバのレゾルバ本体の励磁巻線における巻線パターン図、
【図９】本発明の他の変更実施形態に係るレゾルバのレゾルバ本体の励磁巻線の部分抽出拡大図を含む巻線パターン図、
【図１０】本発明の他の変更実施形態に係るレゾルバのレゾルバ本体の構成を示す分解説明図、
【符号の説明】
【００４０】
１：レゾルバ，２ｘ：励磁巻線，２ｙ：励磁巻線，３：検出巻線，４：回転部，１０：レゾルバ本体，３０：信号処理回路，Ｃｍ：シートコイル部，Ｃｄ：シートコイル部，Ｓｘ：励磁信号，Ｓｙ：励磁信号，Ｓｄ：検出信号，Ｓｃ：高周波信号，Ｓｍｘ：変調信号，Ｓｍｙ：変調信号，Ｓｍｏ：変調信号，Ｍｎ…：磁極，Ｍｓ…：磁極，Ｌ…：導線部，Ｚ…：区分，ｘａ…：導線部の位置，ｒａ…：導線部の電気抵抗，Ｒａ…：抵抗素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁信号が入力するシートコイル部により形成した励磁巻線又は検出信号が出力するシートコイル部により形成した検出巻線の一方を固定し、かつ他方を回転部に設けて構成したレゾルバ本体と、前記回転部の回転角に応じて変化する検出信号と前記励磁信号の位相差から前記回転角を検出する信号処理回路を備えるレゾルバにおいて、少なくとも、前記励磁巻線における各磁極を構成する複数の導線部をそれぞれ一又は二以上に区分し、各区分内における各導線部を並列接続するとともに、各区分同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部の位置又は各導線部の電気抵抗を設定してなることを特徴とするレゾルバ。
【請求項２】
前記信号処理回路は、前記励磁巻線に対して前記励磁信号により高周波信号を変調した変調信号を入力するとともに、前記検出巻線から出力する変調信号を復調して前記検出信号を得る機能を備えることを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
【請求項３】
前記シートコイル部は、前記回転部に対して前記導線部が直角又は平行になるように配することを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
【請求項４】
前記電気抵抗は、各導線部に対する異ならせた幅寸法により、又は各導線部に直列接続した抵抗素子により設定することを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
【請求項１】
励磁信号が入力するシートコイル部により形成した励磁巻線又は検出信号が出力するシートコイル部により形成した検出巻線の一方を固定し、かつ他方を回転部に設けて構成したレゾルバ本体と、前記回転部の回転角に応じて変化する検出信号と前記励磁信号の位相差から前記回転角を検出する信号処理回路を備えるレゾルバにおいて、少なくとも、前記励磁巻線における各磁極を構成する複数の導線部をそれぞれ一又は二以上に区分し、各区分内における各導線部を並列接続するとともに、各区分同士を順次直列接続し、かつ正弦波磁束分布を生じさせるように各導線部の位置又は各導線部の電気抵抗を設定してなることを特徴とするレゾルバ。
【請求項２】
前記信号処理回路は、前記励磁巻線に対して前記励磁信号により高周波信号を変調した変調信号を入力するとともに、前記検出巻線から出力する変調信号を復調して前記検出信号を得る機能を備えることを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
【請求項３】
前記シートコイル部は、前記回転部に対して前記導線部が直角又は平行になるように配することを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
【請求項４】
前記電気抵抗は、各導線部に対する異ならせた幅寸法により、又は各導線部に直列接続した抵抗素子により設定することを特徴とする請求項１記載のレゾルバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１４３７４（Ｐ２００９−１４３７４Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７３８１６（Ｐ２００７−１７３８１６）
【出願日】平成１９年７月２日（２００７．７．２）
【出願人】（５９６１３０２７７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２日（２００７．７．２）
【出願人】（５９６１３０２７７）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]