专利名称：旋转角度检测装置及使用该装置的旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转角度检测装置及使用该装置的旋转电机。
背景技术：
与受到使用温度环境限制、而且结构复杂价格昂贵的光学式编码器相比，作为一种结构简单价格便宜、而且还能承受高温环境的装置，一直以来在考虑利用转子与定子间的气隙磁导率变化的旋转角度检测装置方案。例如，特公昭62-58445号公报中叙述了具有2相励磁绕组及1相输出绕组的旋转角度检测装置的例子。另外，在特开昭49-124508号公报中叙述了具有1相励磁绕组及2相输出绕组的例子。无论哪一个例子，都是由于转子形状具有凸极，因此随转子的角度不同，输出绕组中出现的电压的相位或振幅就变化，通过读取该变化，就能够知道转子的位置。另外，在专利第2624747号公报中揭示了励磁绕组为3相的旋转角度检测装置。再有，在专利第3103487号公报及专利第3182493号公报中揭示在定子的T形铁心上集中卷绕绕组、使匝数按正弦波形变化的例子。
在图73及图74中所示为以往的旋转角度检测装置构成的一个例子。图73所示的以往例子是与特开昭49-124508号公报所揭示的装置相同的轴倍角为1、定子的T形铁心数为4的例子。另外，图74所示为轴倍角为4、定子的T形铁心数为16的例子。在这些图中，100为定子，101为转子，102为设置在定子100上的4条T形铁心，103为卷绕在T形铁心102上的绕组。在图73的方式中，随着轴倍角增加，T形铁心数也成正比增加。例如，轴倍角为4时，成为图74那样的结构，T形铁心数竟达到16，由于绕组加工性降低，因此可以说是不适于批量生产的结构。
上述的以往例中存在以下那样的问题。若采用特公昭62-58445号公报及特开昭49-124508号公报那样的绕组结构，则如上所述，在轴倍角增大时，定子的T形铁心数也成正比增大，存在卷绕性及加工性降低的问题。
在这些特公昭62-58445号公报及特开昭49-124508号公报中都相同，在轴倍角为1时，定子的T形铁心数为4。例如，在使轴倍角为2时，T形铁心数变为8，轴倍角为4时，T形铁心数达到16，轴倍角为8时，T形铁心数竟达到32。在多极电动机等情况下，有时必须要轴倍角大的旋转角度检测装置，在这样的以往例中，若形成轴倍角大的装置，则在批量生产性方面成为不现实的结构。
在专利第2624747号公报那样的结构中，输出绕组为1相，励磁绕组为3相，这样相数多，为了绕组需花费时间，存在生产率的的问题，还有励磁绕组的电源价格昂贵的问题。
在专利第3103487号公报及专利第3182493号公报的例子中，由于在定子的T形铁心上集中卷绕绕组，因此是能够利用机械进行自动卷绕的结构。但是，由于使匝数按正弦波形状变化，因此存在只绕很少匝数的T形铁心。存在的问题是，自动卷绕的绕线机的导管必须向仅卷绕真正很少匝数的绕组的T形铁心移动，由于导管定位需要时间，因此卷绕作业的效率不高。
本发明是为解决这样的问题而提出的，其目的在于得到制造工序容易的旋转角度检测装置及使用它的旋转电机。
发明内容
本发明是由设置1相励磁绕组及2相输出绕组的定子、以及具有凸极的转子构成的旋转角度检测装置，上述2相输出绕组卷绕在上述定子的多个T形铁心上，上述2相输出绕组的各匝数是通过采用预先定义的m相绕组(m为3及3以上的整数)、并将该m相绕组的匝数变换为2相而得到的。
这样，根据本发明，2相输出绕组的各匝数由于是通过采用预先定义的m相绕组(m为3及3以上的整数)、并将该m相绕组的匝数变换为2相而得到的，因此相数从m相减少为2相，所以结构简单，制造工序容易。
图1所示为本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置构成的构成图。
图2为本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中相对于空间1次的磁通的矢量图。
图3为本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中相对于空间9次的磁通的矢量图。
图4为本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中相对于空间5次的磁通的矢量图。
图5为用表格形式表示本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中的5相绕组一个例子的说明图。
图6为用表格形式表示本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中的5相2相变换后的绕组一个例子的说明图。
图7为用表格形式表示本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子(匝数也允许小数的情况)的说明图。
图8为用表格形式表示本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子(匝数取整数的情况)的说明图。
图9为用曲线形式表示本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形(图7的绕组规格时)的说明图。
图10为用曲线形式表示本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形(图8的绕组规格时)的说明图。
图11所示为本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置构成的构成图。
图12为本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中相对于空间1次的磁通的矢量图。
图13为本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中相对于空间7次的磁通的矢量图。
图14为本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中相对于空间3次的磁通的矢量图。
图15为用表格形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中的3相绕组一个例子的说明图。
图16为用表格形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子的说明图。
图17为用表格形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子(匝数也允许小数的情况)的说明图。
图18为用表格形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子(匝数取整数的情况)的说明图。
图19为用曲线形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形(图17的绕组规格时)的说明图。
图20为用曲线形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形(图18的绕组规格时)的说明图。
图21所示为本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置构成变形例的构成图。
图22为用表格形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置(图21)中的轴倍角为2、槽数9的一个例子的说明图。
图23为用表格形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置(图21)中的3相2相变换后的绕组一个例子的说明图。
图24为用表格形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置(图21)中的具体绕组一个例子(匝数也允许小数的情况)的说明图。
图25为用表格形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置(图21)中的具体绕组一个例子(匝数取整数的情况)的说明图。
图26为用曲线形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形(图24的绕组规格时)的说明图。
图27为用曲线形式表示本发明实施形态2有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形(图25的绕组规格时)的说明图。
图28所示为本发明实施形态3有关的旋转角度检测装置构成的构成图。
图29为用表格形式表示本发明实施形态3有关的旋转角度检测装置中的3相绕组一个例子的说明图。
图30为用表格形式表示本发明实施形态3有关的旋转角度检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子的说明图。
图31为用表格形式表示本发明实施形态3有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子的说明图。
图32为用曲线形式表示本发明实施形态3有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形的说明图。
图33所示为本发明实施形态3有关的旋转角度检测装置构成变形例的构成例。
图34为用表格形式表示本发明实施形态3有关的旋转角检测装置中的3相绕组一个例子的说明图。
图35为用表格形式表示本发明实施形态3有关的旋转角检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子的说明图。
图36为用表格形式表示本发明实施形态3有关的旋转角检测装置中的具体绕组一个例子的说明图。
图37为用曲线形式表示本发明实施形态3有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形的说明图。
图38所示为本发明实施形态4有关的旋转角度检测装置构成的构成图。
图39为用表格形式表示本发明实施形态4有关的旋转角度检测装置中的3相绕组一个例子的说明图。
图40为用表格形式表示本发明实施形态4有关的旋转角度检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子的说明图。
图41为用表格形式表示本发明实施形态4有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子的说明图。
图42为用曲线形式表示本发明实施形态4有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形的说明图。
图43所示为本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置构成的构成图。
图44为用表格形式表示本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置中的3相绕组一个例子的说明图。
图45为用表格形式表示本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子的说明图。
图46为用表格形式表示本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子的说明图。
图47为用曲线形式表示本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形的说明图。
图48所示为本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置构成变形例的构成图。
图49为用表格形式表示本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置(图48)中的3相绕组一个例子的说明图。
图50为用表格形式表示本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置(图48)中的3相2相变换后的绕组一个例子的说明图。
图51为用表格形式表示本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置(图48)中的具体绕组一个例子的说明图。
图52为用曲线形式表示本发明实施形态5有关的旋转角度检测装置(图48)中的2相输出电压波形的说明图。
图53所示为本发明实施形态6有关的旋转角度检测装置中的轴倍角与相同次数的磁通发生例子的说明图。
图54为本发明实施形态6有关的旋转角度检测装置中的相对于空间4次的磁通的矢量图。
图55为用表格形式表示本发明实施形态6有关的旋转角度检测装置中的3相绕组一个例子(获取与轴倍角相同次数的磁通的绕组一个例子)的说明图。
图56为用表格形式表示本发明实施形态6有关的旋转角度检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子(获取与轴倍角相同次数的磁通的绕组一个例子)的说明图。
图57为用表格形式表示本发明实施形态6有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子(获取与轴倍角相同次数的磁通的绕组一个例子)的说明图。
图58为用曲线形式表示本发明实施形态6有关的旋转角度检测装置中的2相输出电压波形的说明图。
图59所示为本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置构成的构成图。
图60为本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中相对于空间2次的磁通的矢量图。
图61为本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中相对于空间4次的磁通的矢量图。
图62为用表格形式表示本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中的3相绕组(之1)的说明图。
图63为用表格形式表示本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中的3相绕组(之2)的说明图。
图64为用表格形式表示本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中的3相绕组(之3)的说明图。
图65为用表格形式表示本发明实施形态8有的旋转角度检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子(之1)的说明图。
图66为用表格形式表示本发明实施形态8有的旋转角度检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子(之2)的说明图。
图67为用表格形式表示本发明实施形态8有的旋转角度检测装置中的3相2相变换后的绕组一个例子(之3)的说明图。
图68为用表格形式表示本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子(之1)的说明图。
图69为用表格形式表示本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子(之2)的说明图。
图70为用表格形式表示本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中的具体绕组一个例子(之3)的说明图。
图71为用曲线形式表示本发明实施形态8有关的旋转角度检测装置中的取决于有无偏心而引起的检测位置误差变化的说明图。
图72所示为将本发明实施形态1~8有关的旋转角度检测装置用于具有爪形励磁铁心的发电机的实施形态9构成的构成图。
图73所示为已有的旋转角度检测装置构成之一例的构成图。
图74所示为以往的旋转角度检测装置构成其它例子的构成图。
具体实施例方式
实施形态1这里作为实施形态所示的是轴倍角为4(T形铁心数为10，5相2相变换)的旋转角度检测装置的例子。在图73及图74所示的以往例中，如上所述，随着轴倍角增加，T形铁心数也成正比增加，例如如图74的例子所述，在轴倍角为4时，T形铁心数竟达到16，由于绕组加工性降低，因此是不适合批量生产的结构。
但是，根据本发明，即使轴倍角增大，与上述的以往例相比，能够减小T形铁心数，而构成旋转角度检测装置。关于其结构则说明如下。
图1所示为轴倍角为4、定子的T形铁心数为10的本发明实施形态1有关的旋转角度检测装置。在图1中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的10个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组，6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的4个凸极，10为旋转角度检测装置。如图1所示，定子1由具有10个T形铁心3的铁心4及1相励磁绕组5和2相输出绕组(图示省略)构成。另外，转子2用具有4个凸极7的铁心6构成，相对于定子1可自由旋转，使其起到作为轴倍角4的旋转角度检测装置10的功能。
下面叙述1相励磁绕组5及2相输出绕组是怎样构成的。励磁绕组5集中卷绕在T形铁心标号1~10的T形铁心3的各T形铁心上。另外，是这样卷绕的，使得其极性在相邻的T形铁心3上相反。即，能够构成10个极的磁极那样进行绕线。这时，来研究一下最好怎样卷绕输出绕组。为了起到作为旋转角度检测装置的功能，在气隙中产生的磁通中，必须获取与(励磁的极对数)±(轴倍角)相等的空间次数的磁通。这里，由于励磁的极对数为5，轴倍角为4，因此成为5±4＝1，9必须获取空间1次或9次磁通(这里，所谓空间1次是将机械角度360度作为1个周期的次数)。另外，由于不能获取励磁的极对数或其整倍数的空间次数的磁通，因此若对起到作为旋转角度检测装置的功能用的2相输出绕组所必需的条件进行整理，则有(1)获取空间1次或空间9次的磁通。
(2)不获取空间5次或其整数倍的磁通。
为了满足该条件，首先假想考虑5相的输出绕组，通过将该5相绕组变换为2相，就作为sin输出及cos输出的2相绕组(以下称为α相及β相绕组)。
首先，考虑满足条件(1)的5相绕组。于是，决定采用矢量图来考虑。图2及图3所示为空间1次及9次的磁通与各T形铁心上卷绕的绕组以怎样的相位交链的情况。各矢量的标号表示T形铁心标号，所示为各T心铁心标号所卷绕的绕组交链的磁通相位。设相位沿逆时针是向着前进的方向。根据该矢量图，若在T形标号1、5、7加上绕组，而且使T形铁心标号5及7的极性与T形铁心1的极性相反，则能够获取空间1次及9次的2种磁通。若将与该绕组每个偏离电角度72度的绕组形成剩下的4相部分的结构，则能获取作为旋转角度检测装置成立用的空间1次及9次磁通，而且构成每相偏离电角度72度的5相绕组(这里，设电角度为机械角度乘以轴倍角的角度)。即，构成图5的表格所示的绕组规格。图中，匝数由于进行了归一化，所以用±1.0表示，符号的不同表示极性的不同。另外，0.0的地方表示不加上绕组。
这是满足条件(1)的5相输出绕组。若保持5相不变的形态，则不满足条件(2)，而且假设即使起到作为旋转角度检测装置的功能，但处理电路也复杂，并且价格昂贵。因此，为了将5相绕组变换为2相绕组(α相、β相)，定义下式(1)那样的5相2相变换。
NαNβ]]>=kcosγcos(γ+2π5)cos(γ+4π5)cos(γ+6π5)cos(γ+8π5)sinγsin(γ+2π5)sin(γ+4π5)sin(γ+6π5)sin(γ+8π5)N1N2N3N4N5···(1)]]>式中，k表示常数，Nα及Nβ表示输出绕组α相及β相的匝数，Ni(i＝1，...，5)表示5相输出绕组第i组的匝数。另外，γ为任意的角度。
若根据式(1)表示的5相2相变换来决定各T形铁心的匝数，则与绕组交链的磁通也进行5相2相变换。另外，根据该5相2相变换，将满足条件(2)。其原因是，若根据相对于空间5次磁通的矢量图(图4)，在5相绕组中处于相同相位，这种情况下很明显，根据式(1)将取消。因而可以知道，采用5相2相变换会满足条件(2)，α相输出绕组构成起到作为旋转角度检测装置的功能的绕组规格。因此，具体来说在式(1)中设γ＝0，k＝1，图6所示为将图5相2相变换时的例子。图中，小数点5位以下进行四舍五入。图7及图8所示为根据图6具体决定实际匝数的例子。励磁绕组表示对图6的匝数乘以50的值，输出绕组表示对图6的匝数乘以100的值。另外，图7是对匝数允许小数的情况(理想情况)。图8是小数点以下进行四舍五入的情况。
图9及图10的曲线所示为绕组规格采用图7及图8那样的规格、并在用交流电流将励磁绕组进行励磁时2相输出绕组中出现的电压随转子位置如何变化的情况。在这些图中，20为α相绕组，21为β相绕组。另外，横轴用机械角度表示转子位置，纵轴表示输出绕组中产生的电压。图中电压符号为负是表示相对于励磁绕组的电流其相位反相。在任何情况下，由于电压都是正弦波形状，互相偏移电角度90度，因此能够确认是作为旋转角度检测装置在动作。
根据上述，是假想将输出绕组定义为5相绕组，然后进行5相2相变换，通过这样得到2相输出绕组。这样，能够确认是作为旋转角度检测装置在动作。通过采用这样的结构，与励磁用3相构成的旋转角度检测装置相比，由于相数减少，因此具有结构简单、制造工序容易的效果。再有，若是以往例，在轴倍角为4时，定子的T形铁心为16，而根据本发明，T形铁心铁数只要10即可。即，即使轴倍角增大，与以往例相比，也由于能够减少定子的T形铁心数而构成旋转角度检测装置，因此还具有卷绕性、加工性好而且批量生产性好的效果。再有，在以往例中有时使匝数按正弦波形状变化，在这种情况下存在的问题是，具有仅卷绕真正很少匝数的T形铁心，为了该T形铁心，由于必须进行很花时间的自动卷绕的卷绕机的导管定位，因此绕组作业效率降低，而在本发明中，根据图6、7、8可知，由于存在多个不加上输出绕组也可以的T形铁心，因此还具有能够提高绕组作业效率的效果。
这里是对于5相2相进行了叙述，但一般通过将m相(m为3及3以上的整数)变换为2相，也能够得到作为旋转角度检测装置而动作的输出绕组。在这种情况下，只要加以下那样定义m相2相变换即可。
Nαi=kΣn=1mNnicos(γ+2(n-1)mπ)······(2)]]>Nαi=kΣn=1mNnicos(γ+2(n-1)mπ)······(2)]]>这里，在式(2)及(3)中，γ为任意常数，k为不为零的任意常数，下标的i表示T形铁心标号，α及β表示变换后的2相绕组，n表示变换前的第n相。即，Nαi及Nβi分别表示第i个T形铁心的α相及β相绕组的匝数，Nni表示第i个T形铁心的第n相绕组的匝数。这样，将m相绕组变换为2相而构成的绕组当然也能得到同样的效果。另外，本发明的旋转角度检测装置的各T形铁心的匝数不需要与m相2相变换所决定的匝数严格一致。例如如前所述，如图9及图10所示，无论小数点以下四舍五入或者不四舍五入，作为旋转角度检测装置的动作都没有问题。再有，即使假设例如从利用m相2相变换所决定的匝数偏离10％左右的匝数，图10的正弦波也仅偏离10％左右，当然不损害上述效果，而且作为旋转角度检测装置在动作。
实施形态2在上述实施形态1中，叙述的是关于5相2相变换的具体例及将一般的m相绕组变换为2相的方法，而在本实施形态中，所举的采用3相2相变换而构成绕组的例子。
图11所示为轴倍角为4、T形铁心数为9的旋转角度检测装置。在本实施形态中，T形铁心个数为3n(n为自然数，这是n＝3)。在图11中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的9个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组、6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的4个凸极，10为旋转角度检测装置。定子1由具有9个T形铁心3的铁心4及1相励磁绕组5和2相输出绕组(图示省略)构成。另外，转子2用具有4个凸极7的铁心6构成，相对于定子1可自由旋转，使其作为轴倍角4的旋转角度检测装置10而动作。
下面叙述1相励磁绕组5及2相输出绕组是怎样构成的。励磁绕组5集中卷绕在T形铁心标号1~9的T形铁心3的各T形铁心上。另外，其极性能够构成6个极的磁极那样进行绕线。这时，来研究一下最好怎样卷绕输出绕组。为了起到作为旋转角度检测装置的功能，在气隙中产生的磁通中，必须获取与(励磁的极对数)±(轴倍角)相等的空间次数的磁通。这里，由于励磁的极对数为3，轴倍角为4，因此成为4±3＝1，7必须获取空间1次或7次磁通(这里，所谓空间1次是将机械角度360度作为1个周期的次数)。另外，由于不能获取励磁的极对数或其整倍数的空间次数的磁通，因此若对起到作为旋转角度检测装置的功能用的2相输出绕组所必需的条件进行整理，则有(1)获取空间1次或空间7次的磁通。
(2)不获取空间3次或其整数倍的磁通。
为了满足该条件，首先假想考虑3相的输出绕组(U相、V相、W相)，通过将该3相绕组变换为2相，就作为sin输出及cos输出的2相绕组(以下称为α相及β相绕组)。
首先，考虑满足条件(1)的3相绕组。于是，决定采用矢量图来考虑。图12及图13所示为空间1次及7次的磁通与各T形铁心上卷绕的绕组以怎样的相位交链的情况。各矢量的标号表示T形铁心标号，所示为各T形铁心标号所卷绕的绕组交链的磁通相位。设相位沿逆时针是向着超前的方向。根据该矢量图，若在T形标号1、5、6加上绕组，而且使T形铁心标号5及6的极性与T形铁心1的极性相反，则能够获取空间1次的磁通。若将与该绕组每个偏离电角度120度的绕组形成剩下的3相部分的结构，则能获取作为旋转角度检测装置成立用的空间1次及7次磁通，而且构成每相偏离电角度120度的3相绕组(这里，设电角度为机械角度乘以轴倍角的角度)。即，构成图15的表格所示的绕组规格。在这里，匝数由于进行了归一化，所以用±1.0表示，符号的不同表示极性的不同。另外，0.0的地方表示不加上绕组。
这是满足条件(1)的3相输出绕组。若保持3相不变的形态，则不满足条件(2)，而且假设即使起到作为旋转角度检测装置的功能，但处理电路也复杂，并且价格昂贵。因此，为了将3相绕组变换为2相绕组(α相、β相)，定义下式(4)那样的3相2相变换。
NαNβ=kcosγcos(γ+2π3)cos(γ-2π3)sinγsin(γ+2π3)sin(γ-2π3)NUNVNW······(4)]]>若根据式(4)表示的3相2相变换来决定各T形铁心的匝数，则与绕组交链的磁通也进行3相2相变换。另外，根据该3相2相变换，将满足条件(2)。其原因是，若根据相对于空间3次磁通的矢量图(图14)，在3相绕组中处于相同相位，这种情况下很明显，根据式(4)将抵消。因而可以知道，采用3相2相变换会满足条件(2)，2相输出绕组构成起到作为旋转角度检测装置的功能的绕组规格。因此，具体来说在式(4)中设γ＝0，k＝(2/3)1/2，图16所示为将图15的3相绕组进行3相2相变换时的例子。图中，小数点5位以下进行四舍五入。图17及图18所示为根据图16具体决定实际匝数的例子，励磁绕组表示对图16的匝数乘以50的值，输出绕组表示对图16的匝数乘以150的值。另外，图17是对匝数允许小数的情况(理想情况)。图18是小数点以下进行四舍五入的情况。
图19及图20的曲线所示为绕组规格采用图17及图18那样的规格、并在用交流电流将励磁绕组进行励磁时2相输出绕组中出现的电压随转子位置如何变化的情况。在这些图中，20为α相绕组，21为β相绕组。另外，横轴用机械角度表示转子位置，纵轴表示输出绕组中产生的电压。图中电压符号为负是表示相对于励磁绕组的电流其相位反相。在任何情况下，由于电压都是正弦波形状，互相偏移电角度90度(机械角度22.5度)，因此能够确认是作为轴倍角为4的旋转角度检测装置在动作。
根据上述，是假想将输出绕组定义为3相绕组，然后进行3相2相变换，通过这样得到2相输出绕组。这样，能够确认是作为旋转角度检测装置在动作。通过采用这样的结构，与励磁用3相构成的旋转角度检测装置相比，由于相数减少，因此具有结构简单的效果。再有，若是以往例，在轴倍角为4时，定子的T形铁心为16，而根据本发明，T形铁心铁数只要9即可。即，即使轴倍角增大，与以往例相比，也由于能够减少定子的T形铁心数而构成旋转角度检测装置，因此还具有卷绕性、加工性好而且批量生产性好的效果。再有，在以往例中有时使匝数按正弦波形状变化，在这种情况下存在的问题是，具有仅卷绕真正很少匝数的T形铁心，为了该T形铁心，由于必须进行很花时间的自动卷绕的卷绕机的导管定位，因此绕组作业效率降低，而在本发明中，根据图17、18可知，由于存在多个不加上输出绕组也可以的T形铁心，因此还具有能够提高绕组作业效率的效果。另外，在构成2相输出绕组时，由于能够以3相构成假想构成的多相绕组，因此具有能够容易决定输出绕组规格的效果。
这里是仅对于轴倍角为4进行了叙述，但其它的轴倍角也能够以同样的步骤构成。图21所示为轴倍角为2、定子的T形铁心数为9的例子。在图21中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的9个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组，6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的2个凸极，10为旋转角度检测装置。若取励磁绕组的极数为6极，则同样求出作为旋转角度检测装置而动作用的条件，注意轴倍角为2，该条件为(1)获取空间1次或空间5次的磁通。
(2)不获取空间3次或其整数倍的磁通。
图22所示为满足条件(1)的3相绕组的一个例子。图23所示为将它按照式(4)进行3相2相变换以使得满足条件(2)的一个例子。式中，设γ＝0，k＝(2/3)1/2。图中，小数点5位以下进行四舍五入。图24及图25所示为根据图23具体决定实际匝数的例子。励磁绕组表示图23的匝数乘以50的值，输出绕组表示对图23的匝数乘以150的值。另外，图24是对匝数允许小数的情况(理想情况)。图25是小数点以下进行四舍五入的情况。图26及图27的曲线所示为绕组规格采用图24及图25那样的规格、并在用交流电流将励磁绕组进行励磁时2相输出绕组中出现的电压随转子位置如何变化的情况。在这些图中，20为α相绕组，21为β相绕组。另外，横轴用机械角度表示转子位置，纵轴表示输出绕组中产生的电压。图中电压符号为负是表示相对于励磁绕组的电流其相位反相。在任何情况下，由于电压都是正弦波形状，互相偏移电角度90度(机械角度45度)，因此能够确认是作为轴倍角为2的旋转角度检测装置在动作。
根据上述，是假想将输出绕组定义为3相绕组，然后进行3相2相变换，通过这样得到2相输出绕组。这样，能够确认是作为旋转角度检测装置在动作。通过采用这样的结构，与励磁用3相构成的旋转角度检测装置相比，由于相数减少，因此具有结构简单、制造工序容易的效果。再有，在以往例中有时使匝数按正弦波形状变化，在这种情况下存在的问题是，具有仅卷绕真正很少匝数的T形铁心，为了该T形铁心，由于必须进行很花时间的自动卷绕的卷绕机的导管定位，因此绕组作业效率降低，而在本发明中，根据图23、24、25可知，由于存在多个不加上输出绕组也可以的T形铁心，因此还具有能够提高绕组作业效率的效果。另外，在构成2相输出绕组时，由于能够以3相构成假设构成的多相绕组，因此具有能够容易决定输出绕组规格的效果。
另外，在本实施形态中，定子T形铁心数为奇数。以往例的T形铁心数为偶数，而且励磁绕组这样卷绕，使得在相邻的T形铁心其极性相反。即，定子T形铁心数与励磁绕组数一致。但是，以往的励磁绕组的卷绕方法中，由于对于T形铁心数为奇数这样的绕组模式，会出现一处相邻绕组的极性一致的地方，因此存在的问题是，励磁绕组的平衡性不好，导致检测位置误差增大。但是，本实施形态的励磁绕组的结构与以往例不同，它卷绕成以3个T形铁心形成1个模式。即如图41所示，T形铁心标号1为50匝，T形铁心标号2及3为-25匝(极性与T形铁心标号1相反)。将该模式重复3次，即重复与T形铁心个数9的值的约数值相同的次数(另外，9的约数虽是1及3，但这里将1以外的约数值称为约数)。通过采用这样的结构，由于重复相同模式的绕组，因此能够卷绕平衡性好的励磁绕组。一般，即使T形铁心数为奇数时，通过将相同模式的绕组重复T形铁心数的约数次，也能够构成平衡性好的励磁绕组。通过这样，由于励磁绕组产生的磁通势平衡性好，因此具有检测位置误差不会增大的效果。
再有，在图41中，T形铁心标号1为50匝，T形铁心标号2及3为-25匝，若在这样的模式中求匝数合计(还考虑极性进行合计)，则为50-25-25＝0。若采用这样合计为0的匝数，则在励磁绕组中电流流过时不产生空间0次磁通势。因此具有的效果是，在气隙中不产生不需要次数的磁通，能够防止检测位置误差增大。
实施形态3图28所示为轴倍角为4、T形铁心数为6的例子。在本实施形态中，T形铁心个数为3n(n为自然数，这里n＝2)。在图28中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的6个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组，6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的4个凸极，10为旋转角度检测装置。
若取励磁绕组5的极数为6极，则同样求出作为旋转角度检测装置而动作用的条件，注意轴倍角为4，该条件为(1)获取空间1次或空间7次的磁通。
(2)不获取空间3次或其整数倍的磁通。
图29所示为满足条件(1)的3相绕组的一个例子。图30所示为将它按照式(4)进行3相2相变换以使得满足条件(2)的一个例子。式中，设γ＝0，k＝(2/3)1/2。图中，小数点5位以下进行四舍五入。图31为根据图30具体决定实际匝数的例子。励磁绕组表示图30的匝数乘以50的值，输出绕组表示对图30的匝数乘以150的值。另外，图31是小数点以下进行四舍五入的情况。图32曲线所示为绕组规格采用图31那样的规格、并在用交流电流将励磁绕组进行励磁时2相输出绕组中出现的电压随转子位置如何变化的情况。在该图中，20为α相绕组，21为β相绕组。另外，横轴用机械角度表示转子位置，纵轴表示输出绕组中产生的电压。图中电压符号为负是表示相对于励磁绕组的电流其相位反相。在任何情况下，由于电压都是正弦波形状，互相偏移电角度90度(机械角度为22.5度)，因此能够确认是作为轴倍角为4的旋转角度检测装置在动作。
另外，图33所示为轴倍角为8、T形铁心数为6的例子，在图33中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的6个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组，6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的8个凸极，10为旋转角度检测装置。
若取励磁绕组的极数为6极，则同样求出作为旋转角度检测装置而动作用的条件，注意轴倍角为8，该条件为(1)获取空间5次或空间11次的磁通。
(2)不获取空间3次或其整数倍的磁通。
图34所示为满足条件(1)的3相绕组的一个例子。图35所示为将它按照式(4)进行3相2相变换以使得满足条件(2)的一个例子。式中，设γ＝0，k＝(2/3)1/2。图中，小数点5位以下进行四舍五入。图36所示为根据图35具体决定实际匝数的例子。励磁绕组表示图35的匝数乘以50的值，输出绕组表示对图35的匝数乘以150的值。另外，图36是小数点以下进行四舍五入的情况。图37曲线所示为绕组规格采用图36那样的规格、并在用交流电流将励磁绕组进行励磁时2相输出绕组中出现的电压随转子位置如何变化的情况。在该图中，20为α相绕组，21为β相绕组。另外，横轴用机械角度表示转子位置，纵轴表示输出绕组中产生的电压。图中电压符号为负是表示相对于励磁绕组的电流其相位反相。在任何情况下，由于电压都是正弦波形状，互相偏移电角度90度(机械角度为11.25度)，因此能够确认是作为轴倍角为8的旋转角度检测装置在动作。另外，这里所举的绕组不过是一个例子。这是因为，满足条件(1)的绕组除此以外还有，而且还可以利用γ及k使匝数变化。
根据上述，是假想将输出绕组定义为3相绕组，然后进行3相2相变换，通过这样得到2相输出绕组。这样，能够确认是作为旋转角度检测装置在动作。通过采用这样的结构，与励磁用3相构成的旋转角度检测装置相比，由于相数减少，因此具有结构简单、制造工序容易的效果。再有，若是以往例，在轴倍角为4时，定子的T形铁心为16，轴倍角为8时，定子的T形铁心数为32，而根据本发明，T形铁心铁数只要6即可。即，即使轴倍角增大，与以往例相比，也由于能够减少定子的T形铁心数而构成旋转角度检测装置，因此还具有卷绕性、加工性好而且批量生产性好的效果。再有，在以往例中有时使匝数按正弦波形状变化，在这种情况下存在的问题是，具有仅卷绕真正很少匝数的T形铁心，为了该T形铁心，由于必须进行很花时间的自动卷绕的卷绕机的导管定位，因此绕组作业效率降低，而在本发明中，根据图31、36可知，由于存在多个不加上输出绕组也可以的T形铁心，因此还具有能够提高绕组作业效率的效果。另外，在构成2相输出绕组时，由于能够以3相构成假想构成的多相绕组，因此具有能够容易决定输出绕组规格的效果。
实施形态4图38所示为轴倍角为8、T形铁心数为9的例子，在图38中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的9个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组，6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的8个凸极，10为旋转角度检测装置。
若取励磁绕组的极数为6极，则同样求出作为旋转角度检测装置而动作的条件，注意轴倍角为8，该条件为(1)获取空间5次或空间11次的磁通。
(2)不获取空间3次或其整数倍的磁通。
图39所示为满足条件(1)的3相绕组的一个例子。图40所示为将它按照式(4)进行3相2相变换以使得满足条件(2)的一个例子。式中，设γ＝0，k＝(2/3)1/2。图中，小数点5位以下进行四舍五入。图41所示为根据图40具体决定实际匝数的例子。励磁绕组表示图40的匝数乘以50的值，输出绕组表示对图35的匝数乘以150的值。另外，图41是小数点以下进行四舍五入的情况。
图42曲线所示为绕组规格采用图41那样的规格、并在用交流电流将励磁绕组进行励磁时2相输出绕组中出现的电压随转子位置如何变化的情况。在该图中，20为α相绕组，21为β相绕组。另外，横轴用机械角度表示转子位置，纵轴表示输出绕组中产生的电压。图中电压符号为负是表示相对于励磁绕组的电流其相位反相。在任何情况下，由于电压都是正弦波形状，互相偏移电角度90度(机械角度为11.25度)，因此能够确认是作为轴倍角为8的旋转角度检测装置在动作。
另外，这里所举的绕组不过是一个例子。这是因为，满足条件(1)的绕组除此以外还有，而且还可以利用γ及k使匝数变化。
根据上述，是假想将输出绕组定义为3相绕组，然后进行3相2相变换，通过样得到2相输出绕组。这样，能够确认是作为旋转角度检测装置在动作。通过采用这样的结构，与励磁用3相构成的旋转角度检测装置相比，由于相数减少，因此具有结构简单、制造工序容易的效果。再有，若是以往例，在轴倍角为8时，定子的T形铁心数为32，而根据本发明，T形铁心数只要9即可。即，即使轴倍角增大，与以往例相比，也由于能够减少定子的T形铁心数而构成旋转角度检测装置，因此还具有卷绕组、加工性好而且批量生产性好的效果。再有，在以往例中有时使匝数按正弦波形状变化，在这种情况下存在的问题是，具有仅卷绕真正很少匝数的T形铁心，为了该T形铁心，由于必须进行很花时间的自动卷绕的卷绕机的导管定位，因此绕组作业效率降低，而在本发明中，根据图41可知，由于存在多个不加上输出绕组也可以的T形铁心，因此还具有能够提高绕组作业效率的效果。另外，在构成2相输出绕组时，由于能够以3相构成假想构成的多相绕组，因此具有能够容易决定输出绕组规格的效果。
实施形态5图43所示为轴倍角为4、T形铁心数为12的例子。在图43中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的12个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组，6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的4个凸极，10为旋转角度检测装置。
若取励磁绕组的极数为6极，则同样求出作为旋转角度检测装置而动作用的条件，注意轴倍角为4，该条件为(1)获取空间1次或空间7次的磁通。
(2)不获取空间3次或其整数倍的磁通。
图44所示为满足条件(1)的3相绕组的一个例子。图45所示为将它按照式(4)进行3相2相变换以使得满足条件(2)的一个例子。式中，设γ＝0，k＝(2/3)1/2。图中，小数点5位以下进行四舍五入。图46为根据图45具体决定实际匝数的例子。励磁绕组表示图45的匝数乘以50的值，输出绕组表示对图45的匝数乘以150的值。另外，图46是小数点以下进行四舍五入的情况。图47曲线所示为绕组规格采用图46那样的规格、并在用交流电流将励磁绕组进行励磁时2相输出绕组中出现的电压随转子位置如何变化的情况。在该图中，20为α相绕组，21为β相绕组。另外，横轴用机械角度表示转子位置，纵轴表示输出绕组中产生的电压。图中电压符号为负是表示相对于励磁绕组的电流其相位反相。在任何情况下，由于电压都是正弦波形状，互相偏移电角度90度(机械角度为22.5度)，因此能够确认是作为轴倍角为4的旋转角度检测装置在动作。
另外，图48所示为轴倍角为8、T形铁心数为12的例子。在图48中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的12个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组，6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的4个凸极，10为旋转角度检测装置。
若取励磁绕组的极数为6极，则同样求出作为旋转角度检测装置而动作用的条件，注意轴倍角为8，该条件为(1)获取空间5次或空间11次的磁通。
(2)不获取空间3次或其整数倍的磁通。
图49所示为满足条件(1)的3相绕组的一个例子。图50所示为将它按照式(4)进行3相2相变换以使得满足条件(2)的一个例子。式中，设γ＝0，k＝(2/3)1/2。图中，小数点5位以下进行四舍五入。图51为根据图50具体决定实际匝数的例子。励磁绕组表示图50的匝数乘以50的值，输出绕组表示对图50的匝数乘以150的值。另外，图51是小数点以下进行四舍五入的情况。图52曲线所示为绕组规格采用图51那样的规格、并在用交流电流将励磁绕组进行励磁时2相输出绕组中出现的电压随转子位置如何变化的情况。在该图中，20为α相绕组，21为β相绕组。另外，横轴用机械角度表示转子位置，纵轴表示输出绕组中产生的电压。图中电压符号为负是表示相对于励磁绕组的电流其相位反相。在任何情况下，由于电压都是正弦波形状，互相偏移电角度90度(机械角度为11.25度)，因此能够确认是作为轴倍角为8的旋转角度检测装置在动作。
另外，这里所举的绕组不过是一个例子。这是因为，满足条件(1)的绕组除此以外还有，而且还可以利用γ及k使匝数变化。
根据上述，是假想将输出绕组定义为3相绕组，然后进行3相2相变换，通过这样得到2相输出绕组。这样，能够确认是作为旋转角度检测装置在动作。通过采用这样的结构，与励磁用3相构成的旋转角度检测装置相比，由于相数减少，因此具有结构简单、制造工序容易的效果。再有，若是以往例，在轴倍角为4时，定子的T形铁心为16，在轴倍角为8时，定子的T形铁心数为32，而根据本发明，T形铁心铁数只要12即可。即，即使轴倍角增大，与以往例相比，也由于能够减少定子的T形铁心数而构成旋转角度检测装置，因此还具有卷绕性、加工性好而且批量生产性好的效果。再有，在以往例中有时使匝数按正弦波形状变化，在这种情况下存在的问题是，具有仅卷绕真正很少匝数的T形铁心，为了该T形铁心，由于必须进行很花时间的自动卷绕的卷绕机的导管定位，因此绕组作业效率降低，而在本发明中，根据图46、51可知，由于存在多个不加上输出绕组也可以的T形铁心，因此还具有能够提高绕组作业效率的效果。另外，在构成2相输出绕组时，由于能够以3相构成假设构成的多相绕组，因此具有能够容易决定输出绕组规格的效果。
实施形态6本发明的旋转角度检测装置是利用绕组获取在定子与转子的气隙中产生的磁通而动作的，有时会受到外来干扰的影响。其中，有时因空间0次磁通势而产生的磁通会产生恶劣影响。该磁通的空间次数与转子的轴倍角一致。例如，在轴倍角为4的旋转角度检测装置中产生空间4次磁通。关于这一点，下面用图53加以说明。在图53中，30为绕转子2的轴流动的电流(的方向)，31为电流30产生的磁通势(的方向)，32为由磁通势31而产生的与轴倍角相同次数的磁通。例如，如图53所示，若有绕轴子2的轴流动的电流30，则磁通势31沿与定子2的轴平行的方向产生，结果就在旋转角度检测装置10的转子2与定子1之间产生空间0次的磁通势。另外，由于转子2具有与轴倍角相同数量的凸极，因此磁导率也以该次数变化，所以由空间0次的磁通势在气隙中产生与轴倍角相同次数的磁通。另外，还产生空间0次的磁通。若定子1具有的绕组获取该磁通，则检测位置误差增大，不能正确检测角度，这样的问题在以往的旋转角度检测装置中存在。因此，在本实施形态中，是这样构成输出绕组，使其不获取与转子磁导率变化的空间次数相同的空间次数的磁通及由空间0次的磁通势产生的磁通，以防止检测位置误差增大。
作为具体例子，举出上述图11的轴倍角为4、T形铁心数为9的例子。在这种情况下，由于由空间0次的磁通势产生空间4次的磁通，因此只要构成不获取该磁通的绕组即可。图54所示为相对于空间4次的矢量图。首先，假设构成3相绕组，但这时只要使相对于空间4次的矢量和为零即可。在图15中，U相绕组加在T形铁心标号1、5、6上，而且1与5、6的极性相反，这里再使T形铁心标号5及6的匝数变为T形铁心标号1的匝数，通过这样能够不获取空间4次的磁通，具体来说，只要T形铁心标号5及6的匝数N5＝N6与T形铁心标号1的匝数N1具有下述关系即可。
N1=-2cos4π9N5=-2cos4π9N6······(5)]]>V相及W相也同样，若形成电角度偏移120度的位置关系，则能够决定3相绕组规格。图55所示为其绕组的一个例子。图56为再将它进行3相2相变换的例子，图57所示为具体的匝数。另外，在图57的绕组中，输出绕组各相匝数的合计若还考虑极性，则为0。这样，也不获取空间0次的磁通。图58的曲线所示为这时输出电压随转子位置如何变化的情况。在该图中，20为α相绕组，21为β相绕组。由于电压是正弦波形状，互相偏移电角度90度(机械角度22.5度)，因此能够确认是作为轴倍角为4的旋转角度检测装置在动作。
另外，这里叙述的是轴倍角为4、T形铁心数为9的情况，但由于只要用矢量图不获取例如与轴倍角相同空间次数的磁通即可，因此可以与轴倍角及T形铁心数无关，能够得到同样的效果。
根据上述，是假设将输出绕组定义为3相绕组，然后进行3相2相变换，通过这样得到2相输出绕组。这样，能够确认是作为旋转角度检测装置在动作。通过采用这样的结构，与励磁用3相构成的旋转角度检测装置相比，由于相数减少，因此具有结构简单、制造工序容易的效果。再有，若是已有技术例，在轴倍角为4时，定子的T形铁心为16，而根据本发明，T形铁心铁数只要9即可。即，即使轴倍角增大，与以往例相比，也由于能够减少定子的T形铁心数而构成旋转角度检测装置，因此还具有卷绕性、加工性好而且批量生产性好的效果。再有，在以往例中有时使匝数按正弦波形状变化，在这种情况下存在的问题是，具有仅卷绕真正很少匝数的T形铁心，为了该T形铁心，由于必须进行很花时间的自动卷绕的卷绕机的导管定位，因此绕组作业效率降低，而在本发明中，根据图57可知，由于存在多个不加上输出绕组也可以的T形铁心，因此还具有能够提高绕组作业效率的效果。另外，在构成2相输出绕组时，由于能够以3相构成假设构成的多相绕组，因此具有能够容易决定输出绕组规格的效果。
另外，进一步在本实施形态中，由于这样构成输出绕组，使得2相输出绕组不获取与转子磁导率变化的空间次数相同的空间次数的磁通及由空间0次磁通势产生的磁通的特定分量，因此还具有防止检测位置误差增大的效果。
实施形态7到此为止对于转子的形状无特别限定，但有的情况若转子的形状不适当，则检测位置误差增大。在本实施形态中，是涉及利用因转子形状而产生的磁导率变化分量的旋转角度检测装置，若上述磁导率的变化分量是正弦波形状，则检测位置误差减�。忍岣�。
因而，在设转子的转轴中心为原点、表示转子外周的位置为角度θ时，若定子内周与转子外周的磁导率角度θ中还包含直流分量，成为A+Bcos(Mθ)……(6)则起到作为高精度旋转角度检测装置的功能。式中，A及B为正常数，设A＞B，M作为旋转角度检测装置的轴倍角。由于气隙长与磁导率成反比，则根据式(6)，若采用前述角度θ的位置处的气隙长为1A+Bcos(Mθ)······(7)]]>那样的转子形状，则气隙的磁导率脉动分量为正弦波形状，能够得到高精度的旋转角度检测装置。
因而，根据本实施形态，能够得到与上述实施形态1~6同样的效果，同时还如实施形态1~6所述的那样设定输出绕组的匝数，并且将转子采用由式(7)所决定的形状，通过这样具有的效果是，能够进一步减小检测位置误差，能够得到高精度的旋转角度检测装置。
实施形态8本发明的旋转角度检测装置是利用绕组获取转子与定子的气隙中产生的磁通而动作的，但在转子的转轴与定子中心偏移时，或转子中心与转轴偏移时，即产生偏心或轴偏时，就有可能受到特定次数磁通分量的影响，因而检测位置误差增大。因偏心或轴偏心产生的磁通次数例如有下述那样的次数，即(励磁的磁通势的次数)±1所谓励磁的磁通势的次数是由流过励磁绕组的电流而产生的磁通势的空间次数。例如，若励磁为6极，则励磁的磁通势的次数则为3。这时，根据上式，由于成为3±1＝2，4因此产生空间2次及4次磁通。在以往例中具有的问题是，往往输出绕组获取这样因偏心而产生的次数的磁通，导致检测位置误差增大。因此，在本实施形态中，叙述关于不获取因这样的偏心或轴偏而产生的磁通特定分量的绕组规格结构。
图59所示为定子的T形铁心数为12、轴倍角为8的例子。在图59中，1为定子，2为转子，3为定子1上设置的12个T形铁心，4为定子1的铁心，5为卷绕在T形铁心3上的绕组，6为转子2的铁心，7为铁心6上设置的8个凸极，10为旋转角度检测装置。与实施形态5相同，加上励磁绕组，使其形成6极。这时，如前所述，在励磁绕组为6极时，因偏心或轴偏而产生空间2次及4次磁通。下面用矢量图来考虑不获得该2个分量的输出绕组的结构。图60及61分别表示相对于空间2次及4次的矢量图。表示12个T形铁心的各T形铁心上所加的绕组以怎样的相位与空间2次及4次磁通交链。从该矢量图可理解，例如像T形铁心标号1、3、5那样，与用n、n+2、n+4(n＝1、2、3...)的关系表示的T形铁心所加的绕组交链的磁通矢量互相偏移电角度120度，其和为0。在假设构成3相绕组时，若选择这样空间2次及4次磁通矢量和为0的组合，则利用3相2相变换而得到的2相输出绕组也就不获取空间2次及4次磁通。即认为，即使产生偏心或轴偏，也由于不获取与之相应而产生的磁通特定分量，因此能够防止检测位置误差增大。
这里，举出具体的绕组规格的例子。图62、63、64所示为假想构成的3相绕组的例子。U相、V相、W相处于分别偏移电角度120度的位置关系，再进一步各相绕组如前所述，像T形铁心标号1、3、5那样，通过对用n、n+2、n+4(n＝1、2、3...)的关系表示的T形铁心标号加上绕组而构成。在图62中，U相用T形铁心标号1、3、5构成，在图63中，U相用T形铁心标号1、3、5及2、4、6构成，在图64中，用T形铁心标号1、3、5及8、10、12构成。关于V相及W相，使其与U相形成偏移电角度±120度的位置关系而构成。图65、66、67所示为通过将它们进行3相2相变换而变换为2相输出绕组的例子。进一步图68、69、70所示为具体的匝数的例子。
图71所示为在这样3种绕组规格(之1、之2、之3)的旋转角度检测装置中转子与定子之间产生0.10mm偏心的情况及没有偏心的理想情况的检测位置误差。为了比较起见，还给出以往的绕组规格的结果。根据该结果则一目了然，对于以往的绕组规格，因偏心而产生的检测位置误差显著增大，而对于本实施形态的绕组规格，即使产生偏心，检测位置误差也几乎不变，与以往例相比，起到作为极高精度的旋转角度检测装置的功能。
这里，是对于定子的T形铁心数为12、轴倍角为8的例子进行了叙述，但有的绕组规格即使采用这里所示的以外的匝数，也能得到同样的效果，另外即使是其它的T形铁心数或轴倍角，若构成输出绕组，使其不获取因偏心或轴偏而产生的气隙磁通的特定次数分量，当然也能得到同样的效果。
如上所述，在本实施形态中，能够得到与上述实施形态1~7同样的效果，同时还进一步通过将输出绕组的结构采用本实施形态所述那样的结构，由于不获取在转子的转轴与定子中心偏移时，即偏心或轴偏产生时所产生的磁通密度的特定分量，因此能够防止检测位置误差增大。另外，因安装位置误差或偏心、轴偏等不增大检测位置误差，从而还具有能够降低为了提高安装位置精度所花成本的效果。另外，这里所述的绕组规格，即使轴倍角增大，与以往例相比，也由于能够减少定子的T形铁心数，而构成旋转角度检测装置，因此还具有卷绕性、加工性好而且批量生产性好的效果。再有，在以往例中有时使匝数按正弦波形状变化，在这种情况下存在的问题是，具有仅卷绕真正很少匝数的T形铁心，为了该T形铁心，由于必须进行很花时间的自动卷绕的卷绕机的导管定位，因此绕组作业效率降低，而在本发明中，根据图68、69、70可知，由于存在多个不加上输出绕组也可以的T形铁心，因此当然还具有能够提高绕组作业效率的效果。
实施形态9在本实施形态中，说明将上述实施形态1~8中说明的本发明的旋转角度检测装置用于发电机或电动机等各种旋转电机的情况。在上述实施形态1~8中叙述了通过采用多相2相变换来构成绕组，即使轴倍角增加，与以往例相比，定子的T形铁心数也只要较少数量即可，能够得到批量生产性好的旋转角度检测装置。这样的旋转角度检测装置与光学式编码器相比，由于价格便宜，环境适应性好，因此若用作为电动机或发电机等旋转电机上设置的旋转角度传感器，则具有能够构筑价廉、环境适应性出色的系统的效果。例如可以考虑在车辆用皮带驱动式ISG(Integrated Starter Generator，一体化起动发电机)中安装本发明的旋转角度检测装置。
图72所示为在具有爪形励磁铁心的发电机中安装本发明的旋转角度检测装置的结构图。在图72中，1为旋转角度检测装置10的定子，2为旋转角度检测装置10的转子，5为卷绕在T形铁心3上的励磁绕组，8为输出绕组，40为发电机(或电动机)，41为发电机40的励磁铁心，42为轴，43的轴承，44为励磁绕组(流过励磁电流)，45为发电机40的定子。
在皮带驱动式ISG的系统中，由于发电机(也作为电动机动作)配置在发动机舱中，因此承受高温，光学式编码器不适合。另外，作为系统其价格昂贵。因此，若采用由铁心及绕组构成的本发明的旋转角度检测装置，则能够构筑环境适应性好、价廉、精巧的系统。另外，如上所述，由于本发明的旋转角度检测装置的制造工序容易，所以采用它的旋转电机的制造工序也至少因此而容易。
再有，具有爪形励磁铁心的电动机或发电机的励磁电流如图53所示流动，在旋转角度检测装置的气隙产生空间0次的磁通势。因而，在气隙中产生与轴倍角相同的空间次数的磁通，若用以往的技术，输出绕组会获取该分量，导致了检测位置误差增大。但是，如本发明实施形态6所述那样，若构成绕组使其不获取与轴倍角相同次数的磁通，则得到能够防止检测位置误差增大的效果。
另外，这里仅叙述了具备爪形励磁铁心的电动机或发电机，但在一般的电动机或发动机中，由于往往也产生空间0次的磁通势，因此通过采用本发明的旋转角度检测装置，当然也能够防止检测位置误差增大。
另外，虽往往因安装位置误差等工作误差产生转子偏心，但如实施形态8所述那样，由于使输出绕组不获取因偏心或轴偏而产生的气隙磁通的特定次数分量而构成，因此具有能够防止因偏心或轴偏而引起的检测位置误差增大的效果。再有，因安装位置误差或偏心、轴偏等不增大检测位置误差，从而还具有能够降低为了提高安装位置精度所花成本的效果。
另外，在上述实施形态1~9中，是将预先假想定义的多相绕组变换为2相，以具有这样通过变换而得到匝数的2相输出绕组的定子的旋转角度检测装置为例进行说明，但不限于这种情况，多相绕组也可以不是假想的，而是实际定义的，另外也可以是用任何别的方法得到的，在那种情况下也能够得到与上述同样的效果。
如上所述，本发明有关的旋转角度检测装置不仅可适用于车辆用皮带驱动方式ISG(Integrated Starter Generator)，也可用作为能够广泛适用于各种其它电动机的旋转角度检测器。
权利要求
1.一种旋转角度检测装置，其特征在于，是由设置1相励磁绕组及2组输出绕组的定子、以及具有凸极的转子构成的旋转角度检测装置，所述2相输出绕组卷绕在所述定子的多个T形铁心上，所述2相输出绕组的各匝数是通过采用预先定义的m相绕组(m为3及3以上的整数)、并将该m相绕组的匝数变换为2相而得到的。
2.如权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于，在将所述m相绕组(m为3及3以上的整数)的匝数变换为2相时，利用Nαi=kΣn=1mNnicos(γ+2(n-1)mπ)]]>Nβi=kΣn=1mNnisin(γ+2(n-1)mπ)]]>(γ表示任意常数，k表示不为零的任意常数，下标i表示T形铁心标号，α及β表示变换后的2相绕组，n表示变换前的第n相。即，Nαi及Nβi分别表示第i个T形铁心的α相及β相绕组的匝数，Nni表示第i个T形铁心的第n相绕组的匝数)的变换式进行变换。
3.如权利要求1或2所述的旋转角度检测装置，其特征在于，取所述定子的T形铁心个数为3n(n为自然数)。
4.如权利要求1或2所述的旋转角度检测装置，其特征在于，在所述定子的T形铁心个数为奇数个时，所述励磁绕组的绕组模式形成重复与所述T形铁心个数的约数值相同数目的次数的模式。
5.如权利要求3或4所述的旋转角度检测装置，其特征在于，取所述定子的T形铁心个数为9，轴倍角为4或8的任一个量。
6.如权利要求3所述的旋转角度检测装置，其特征在于，取定子的T形铁心个数为12，轴倍角为4或8的任一个量。
7.如权利要求1至6的任一项所述的旋转角度检测装置，其特征在于，所述2相输出绕组调整匝数，使得不获取与所述转子磁导率变化的空间次数相同的空间次数的磁通及空间0次的磁通。
8.如权利要求1至7的任一项所述的旋转角度检测装置，其特征在于，所述2相输出绕组调整匝数，使得不获取在转子的转轴与定子中心偏移时、或转子中心与转轴偏移时产生的气隙磁通的特定分量。
9.一种旋转电机，其特征在于，具有权利要求1或8的任一项所述的旋转角度检测装置。
全文摘要
本发明是由设置1相励磁绕组及2相输出绕组的定子、以及具有凸极的转子构成的旋转角度检测装置及使用它的旋转电机，由于上述2相输出绕组卷绕在上述定子的多个T形铁心上，上述2相输出绕组的各匝数是通过假想定义m相绕组(m为3及3以上的整数)、并将该m相绕组的匝数变换为2相而得到的匝数，因此与用m相构成的情况相比，因相数减少，所以结构简单，制造工序容易。
文档编号G01D5/20GK1646882SQ03808440
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月15日 优先权日2002年4月15日
发明者中野正嗣, 西村慎二 申请人:三菱电机株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
