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JP4862118B2 - 角度検出器 - Google Patents

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Description

本発明は、角度検出器に関し、特に、輪状固定子板上にスロットを介して配設された複数の固定子に固定子巻線を設け、この固定子に対し空隙を介して輪状回転子板を回転自在に面対向させて設け、輪状回転子板の回転による空隙の変化により角度信号を検出し、超薄型の構成とするための新規な改良に関する。
従来、用いられていたこの種の薄型のレゾルバとしては、図４及び図５で示される回転トランスを用いた構成、および、図６で示される特許文献１のバリアブルリラクタンス型のレゾルバの構成を挙げることができる。
すなわち、図４及び図５で示される従来構成のケーシング１内には、レゾルバ部２と回転トランス部３とが軸方向に沿って重合して配設されている。
また、図６において示される他の従来構成のレゾルバ部２は、輪状でレゾルバステータコイル４を有するステータ５と、前記ステータ５内に設けられコイルを有しない輪状のロータ６が回転自在に内設されている。
また、前述の図４、図５及び図６におけるレゾルバの巻線の配線図は図８で示されるように構成され、励磁巻線Ｒ１，Ｒ２は１相よりなり、検出側の出力巻線Ｓ１〜Ｓ４は２相で構成されている。
また、前記各出力巻線Ｓ１〜Ｓ４による出力電圧曲線及び出力電圧方程式は図７で示される。
米国特許第５９２０１３５号明細書
従来の薄型のレゾルバは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図４及び図５に開示された従来構成においては、レゾルバ部と回転トランス部とが軸方向に重合されているため、レゾルバ自体の厚さが厚く（１６ｍｍが最小）なり、より扁平な形状とすることは極めて困難であった。
また、図６の他の従来構成においては、コイルとしてはレゾルバステータコイルのみで済むが、ステータに巻回したレゾルバステータコイルがステータの両面に突出するため、このレゾルバステータコイルの絶縁用の絶縁カバー及びコイルカバー等を必要とし、これらのステータへの装置によって厚さが厚く（１０ｍｍが最小）なり、前述と同様に、扁平状に構成することが極めて困難であった。また、ロータにコイルを有していないため、検出精度には限界があった。
また、従来構成においては、ロータの外周とステータの各磁極の内周とのギャップパーミアンスの変化により回転検出を行うため、回転軸振れが発生すると空隙変動に影響していた。
また、固定子が一体構造であるため、励磁巻線により発生する磁界分布が検出用回転子極の機械的な位置により影響を受けていた。
本発明による角度検出器は、非磁性材からなる輪状固定子板と、前記輪状固定子板上に設けられ互いに独立すると共に周期的あるいは非周期的にスロットを形成する複数の固定子と、前記各固定子の面上に突出して形成された巻線磁芯と、前記巻線磁芯の周囲に形成された励磁巻線及び出力巻線からなる固定子巻線と、前記固定子の面上に突出して設けられ前記固定子巻線の内側又は外側に設けられた磁束帰路台と、前記磁束帰路台上でかつ前記固定子巻線と非接触に対向して回転自在に設けられた輪状回転子板と、前記輪状回転子板の内面に設けられ波状に突出状態が変化する板内面を有する空隙形成板と、を備え、前記輪状回転子板の回転により、前記巻線磁芯と前記空隙形成板の板内面との間の空隙が変化するようにした構成であり、また、前記空隙形成板の板内面は、正弦波状に変化する曲面が回転方向に沿って形成されている構成であり、また、前記固定子巻線は、シートコイル、プリント基板コイル、整列巻線の何れかよりなる構成であり、また、前記空隙形成板の曲面が、複数の周期で形成されている構成であり、また、前記輪状回転子板の内部又は前記板内面には、永久磁石が設けられている構成であり、また、請求項１ないし５の何れかの前記角度検出器が軸方向に複数個重合して配設されている構成である。
本発明による角度検出器は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、輪状固定子板上にスロットを介して独立して配設された複数の固定子に巻線磁芯を有する固定子巻線を設け、この固定子に対して空隙を介して輪状回転子板を回転自在に面対向させて設け、輪状回転子板の回転による空隙の変化により角度信号を検出しているため、面対向による薄型の角度検出器を得ることができる。
また、各固定子が分割されているため、隣接する固定子巻線との磁気的干渉も少なく、検出精度を向上させることができる。
また、固定子に磁束帰路台が設けられているため、各固定子毎の磁束分布が安定化し、検出精殿向上に寄与することができる。
本発明は、輪状固定子板上にスロットを介して配設された複数の固定子に固定子巻線を設け、この固定子に対し空隙を介して輪状回転子を回転自在に面対向させて設け、輪状回転子板の回転による空隙の変化により角度信号を検出し、超薄型とした角度検出器を提供することを目的とする。
以下、図面と共に本発明による角度検出器の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において符号１で示されるものは非磁性材よりなる輪状固定子板であり、この輪状固定子板１の面上には、周期的あるいは非周期的にスロット１０を形成する複数の独立した固定子５が設けられている。
前記各固定子５には、磁性材からなる巻線磁芯１１が突出して形成され、この巻線磁芯１１の周囲には、周知のシートコイル、プリント基板コイル、整列巻線等の何れかよりなると共に、励磁巻線４ａ及び出力巻線４ｂを二層状等で有する固定子巻線４が設けられている。
前記各固定子５は、スリット１０を介して独立していると共に、全体形状が扇形又は四角形状をなし、その固定子巻線４の内側位置には輪状で突条形状の磁性材からなる磁束帰路台１２が各々軸方向に所定の高さを有して設けられ、磁束帰路の役割をなし、磁束のクロストークを防止し検出精度の向上に寄与している。
尚、この磁束帰路台１２は、固定子５上の内側に設けられているが、前記固定子巻線４の外側位置に配設しても前述と同様の作用を有している。
前記磁束帰路台１２の面上には、これに摺動する状態で、かつ、固定子巻線４と非接触で輪状回転子板６が回転自在に設けられており、この輪状回転子板６の内面６ａに設けられた輪状の空隙形成板１３の板内面１３ａには、正弦波状をなす波形の曲面(図示せず)が回転方向に沿って単周期又は複数周期で形成され、この波状の突出形状が変化する輪状の空隙１４が空隙形成板１３の板内面１３ａと固定子５の巻線磁芯１１との間に形成されている。尚、前記輪状回転子板６の内部又は対向面に永久磁石(図示せず)を設けると、検出感度を一層向上させることができる。
次に、前述の構成において、４個の各励磁巻線４ａに励磁信号を供給した状態で、輪状回転子板６を回転させると、前記固定子５の巻線磁芯１１に対面した前記板内面１３ａの波状の突出形状が変化（周知のバリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバにおけるギャップパーミアンスの変化と同様の磁気作用）することにより、この変化に応じた正弦波状の電圧変化が出力信号（レゾルバ出力）として出力巻線４ｂより得られる。
尚、この固定子５の数（極数ｍ）及び板内面１３ａの曲面の周期の数（周期ｎ）は、角度検出器の用途等に応じて設定できる。
また、前述の図１の角度検出器２０の軸方向の厚さｔは、実験のプロトタイプにおいても４ｍｍであり、従来構成に比較すると、約１／４であり、超薄型の角度検出器を得ることができる。
また、前述の図１及び図３では、輪状回転子板６を一部断面にして示しているが、説明を容易とするためで、実際には完全な輪状に形成されている。
本発明による角度検出器を示す一部切欠きを含む斜視図である。 図１の各固定子を示す斜視図である。 図１の輪状回転子板を示す一部切欠きを含む斜視図である。 従来のレゾルバを示す半断面図である。 図４の平面図である。 従来のＶＲ型レゾルバの断面図である。 レゾルバの出力電圧曲線及び出力電圧方程式である。 レゾルバの結線を示す配線図である。
符号の説明
１ 輪状固定子板
４ 固定子巻線
４ａ 励磁巻線
４ｂ 出力巻線
５ 固定子
６ 輪状回転子板
６ａ 内面
１０ スロット
１１ 巻線磁芯
１２ 磁束帰路台
１３ 空隙形成板
１３ａ 板内面（曲面）
２０ 角度検出器

Claims (6)

  1. 非磁性材からなる輪状固定子板(1)と、前記輪状固定子板(1)上に設けられ互いに独立すると共に周期的あるいは非周期的にスロット(10)を形成する複数の固定子(5)と、前記各固定子(5)の面上に突出して形成された巻線磁芯(11)と、前記巻線磁芯(11)の周囲に形成された励磁巻線(4a)及び出力巻線(4b)からなる固定子巻線(4)と、前記固定子(5)の面上に突出して設けられ前記固定子巻線(4)の内側又は外側に設けられた磁束帰路台(12)と、前記磁束帰路台(12)上でかつ前記固定子巻線(4)と非接触に対向して回転自在に設けられた輪状回転子板(6)と、前記輪状回転子板(6)の内面(6a)に設けられ波状に突出状態が変化する板内面(13a)を有する空隙形成板(13)と、を備え、
    前記輪状回転子板(6)の回転により、前記巻線磁芯(11)と前記空隙形成板(13)の板内面(13a)との間の空隙(14)が変化するようにしたことを特徴とする角度検出器。
  2. 前記空隙形成板(13)の板内面(13a)は、正弦波状に変化する曲面が回転方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１記載の角度検出器。
  3. 前記固定子巻線(4)は、シートコイル、プリント基板コイル、整列巻線の何れかよりなることを特徴とする請求項１又は２記載の角度検出器。
  4. 前記空隙形成板(13)の曲面が、複数の周期で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の角度検出器。
  5. 前記輪状回転子板(6)の内部又は前記板内面(13a)には、永久磁石が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の角度検出器。
  6. 請求項１ないし５の何れかの前記角度検出器(20)が軸方向に複数個重合して配設されていることを特徴とする角度検出器。
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