WO2019123836A1 - 回転角度センサ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a variable reluctance type rotation angle sensor, and more particularly to a rotation angle sensor that can be miniaturized.
- a variable reluctance type rotation angle sensor As a rotation angle sensor for detecting a rotation angle of a motor or the like, a variable reluctance type rotation angle sensor is widely used in many fields.
- a plurality of magnetic poles are provided on the inner peripheral side of an annular stator yoke, and excitation and detection windings are wound around each magnetic pole as a stator winding, and inside the stator, A core-type rotor is disposed via a gap.
- a SIN winding for detection and a COS winding out of phase by 90.degree. Are wound as a detection winding.
- the rotation angle sensor generates an SIN signal and a COS signal corresponding to the rotation angle of the rotor in the output SIN winding and the COS winding by supplying alternating current to the excitation winding and outputs the SIN signal and the COS signal.
- the SIN signal and the COS signal are R / D converted, and rotational angle data and absolute angle data of the rotor are calculated from the converted digital data.
- the rotor of the conventional variable reactance type rotation angle sensor is usually formed of a large number of magnetic steel plates formed in a shape in which a plurality of salient poles are protruded on the outer peripheral portion, as described in Patent Document 1 below, for example. Since the rotors are stacked in the axial direction, their shape is increased. Furthermore, in order to provide a redundant function to the rotation angle sensor, when a plurality of rotors are disposed in the axial direction and a plurality of stators are disposed corresponding to each rotor, the rotation angle sensor is further enlarged. .
- the present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor that can be miniaturized and manufactured inexpensively.
- the rotation angle sensor is A first stator in which an excitation winding and an output winding are wound around a plurality of first stator poles arranged in an annular shape;
- a second stator in which an excitation winding and an output winding are wound around a plurality of second stator poles arranged in an annular shape;
- a rotor rotatably disposed via a gap on the inner side or the outer side of the first stator and the second stator; Equipped with
- a belt-like main body of magnetic steel plate is formed in a cylindrical shape with the thickness direction of the belt-like main body as a radial direction, and the first concavo-convex portion has a substantially constant pitch at one arc-shaped edge of the belt While being provided, the second uneven portion is provided at a substantially constant pitch at the other arc-shaped edge portion
- In the first stator a plurality of first stator magnetic poles are juxtaposed at regular intervals in the circumferential direction so as to face the inner peripheral surface
- the magnetic steel sheet is a high permeability material that generates a magnetic flux or magnetic flux density necessary to detect the rotational angle of the rotor when a magnetic field is applied, and is a non-oriented electrical steel sheet, a directional electromagnetic steel sheet, a non-oriented silicon steel sheet, a direction Magnetic steel sheet, stainless steel, structural carbon steel, soft magnetic alloy such as Fe-Ni alloy, permendur such as Fe-Al alloy, Fe-Co alloy, amorphous metal, and ferrite such as FeO, CoO, ZnO etc. Can be illustrated.
- the cylindrical band-like main body is formed by bending, die-forming, casting, cutting or the like of a plate material.
- the belt-like main body of the rotor forms the first concavo-convex portion and the second concavo-convex portion at both side edges of the belt-like magnetic steel plate and bends only cylindrically or As it can be formed only by processing, it can be manufactured very cheaply.
- the overall shape of the rotor can be made smaller, and the rotation angle sensor can be made smaller. Furthermore, since the first stator and the second stator are provided, when one of the stators is erroneously detected due to a failure or the like, a redundant function can be provided by using a detection signal from the other stator.
- the belt-like main body of the rotor is formed by cylindrically forming a magnetic steel plate of one layer, the outer peripheral surface of the belt-like main body faces the outside of the rotor, and the inner peripheral surface of the belt-like main body is the rotor. It can be formed to face inward.
- a plurality of laminated magnetic steel plates can be bent into a cylindrical shape.
- the first uneven portion and the second uneven portion have a substantially sinusoidal shape. According to this, it is possible to obtain a good SIN wave signal or a COS wave signal from each of the output windings of the first stator pole and the second stator pole.
- the pitches of the first uneven portion and the second uneven portion be different from each other, and the pitch of the first uneven portion and the pitch of the second uneven portion be formed corresponding to different axial double angles. .
- a synthetic resin annular ring can be fitted on the outer periphery of the rotation shaft, and a band-shaped main body can be attached to the outer peripheral portion of the synthetic resin annular ring. According to this, the belt-like main body of the rotor can be easily mounted at the correct position.
- FIG. 1 It is a perspective view of a rotation angle sensor which shows a 1st embodiment of the present invention.
- a and B are perspective views of the rotor of the same rotation angle sensor. It is an expanded view of the strip
- A is a longitudinal sectional view of the rotation angle sensor according to the fourth embodiment, and B is a partial perspective view of the rotor body.
- A is a perspective view of a rotor main body having an annular recess formed on the outer peripheral surface
- B is a perspective view of a rotor main body having an annular recess formed on the inner peripheral surface
- C is a perspective view of the rotor main body having an annular protrusion formed on the outer peripheral surface is there.
- It is a wave form diagram of the output voltage signal to the mechanical angle of a rotor. It is a graph which shows the detection angle error with respect to a mechanical angle.
- the rotation angle sensor includes a first stator 3 in which an excitation winding and an output winding are wound around a plurality of first stator poles 11 disposed in an annular shape, and a plurality of second stator poles disposed in an annular shape.
- 16 comprises a second stator 4 on which an excitation winding and an output winding are wound, and a rotor 2 rotatably disposed via a gap inside the first stator 3 and the second stator 4 Be done.
- the rotor 2 is formed by bending a band-shaped main body 31 of a magnetic steel plate into a cylindrical shape with the thickness direction of the band-shaped main body 31 as a radial direction (radial direction). That is, one flat surface of the strip-like main body 31 is turned inward and the other flat surface is turned outward, and it is bent in a cylindrical shape and the both end portions are connected by welding or the like to form a cylindrical shape.
- the outer peripheral surface 31 a of the band-shaped main body 31 faces the outside of the rotor 2
- the inner peripheral surface 31 b faces the inside of the rotor 2.
- the first concavo-convex portion 32 is provided at a constant pitch at one arc-shaped edge of the strip-like main body 31, and the second concavo-convex portion 33 is fixed at the other arc-shaped edge. Provided at the pitch.
- the magnetic steel plate of the belt-shaped main body 31 is a non-oriented electrical steel plate, a directional electromagnetic steel plate, a non-directional silicon steel, a non-directional silicon steel of high permeability material generating magnetic flux or magnetic flux density necessary for detecting rotation angle of the rotor 2 when magnetic field is applied.
- Steel plates, oriented silicon steel plates, and iron alloys such as Fe—Al alloys and Fe—Co alloys can be used.
- a sine wave shaped portion is formed as the first concavo-convex portion 32 in the upper portion of the strip-shaped main body 31, and a rotor with a shaft double angle "5X" is formed in the upper portion.
- a sine wave shaped portion is formed as the second concavo-convex portion 33 in the lower portion of the strip-shaped main body 31, and six rotor magnetic poles are formed in a convex shape so as to form a rotor with a shaft double angle "6X" in the lower portion.
- the shapes of the first uneven portion 32 and the second uneven portion 33 are substantially sine wave shape, rectangular pulse shape, sawtooth pulse shape, or arc waveform. It can also be done.
- the respective concavities and convexities are formed at a constant pitch P1 and pitch P2, and the first concavo-convex part 32 and the second concavo-convex part 33 are formed at pitches P1 and P2 corresponding to their respective axis double angles. It can be formed.
- the pitches P1 and P2 of the first uneven portion 32 and the second uneven portion 33 may be approximately constant pitches, and may not be physically strictly constant.
- a plurality of magnetic steel plates may be stacked to form a strip-shaped main body 31.
- the rotor 2 composed of such a band-shaped main body 31 is attached to the rotating shaft 9 through a synthetic resin ring portion 34.
- the cylindrical rotor 2 can be closely attached to the outer peripheral surface of the molded synthetic resin annular ring portion 34, or when injection molding of the synthetic resin annular ring portion 34, the rotor 2 is in the mold And insert molding. Therefore, the mounting operation of the rotor 2 can be easily performed, and the rotor 2 can be mounted on the rotating shaft 9 with accurate positioning. Further, since the rotor 2 has a cylindrical outer shape, the outer shape of the rotor 2 can be necessarily miniaturized as compared with the conventional rotor having a convex shape in the radial direction.
- the stator 1 arranges the annular first stator 3 and the second stator 4 in parallel along the axial direction of the rotation shaft 9 at a slight interval, and does not fix Fixed to
- the first stator magnetic pole 11 of the first stator 3 and the second stator magnetic pole 16 of the second stator 4 each have, for example, 14 poles, and the first stator magnetic pole 11 and the second stator magnetic pole 16 consisting of 14 poles are each The magnetic poles are disposed facing inward at equal intervals.
- the stator core 12 of each magnetic pole is provided so as to protrude inside the annular stator yoke, and the stator winding 13 is provided for each of the convex stator cores 12 of each magnetic pole. It is constituted by winding.
- the second stator magnetic pole 16 has the stator core 17 of each magnetic pole protruding inside the annular stator yoke, and the stator winding 18 is wound around the convex stator core 17 of each magnetic pole. Is configured.
- Each of the stator windings 13 and 18 of each magnetic pole comprises an output winding for detection comprising SIN and COS windings out of phase with each other, and an excitation winding for excitation, and the first stator magnetic pole
- Each terminal of the stator winding 13 of each magnetic pole 11 is drawn from the terminal portion to the upper side of FIG. 1 as shown in FIG. 1, and each terminal of the stator winding 18 of each magnetic pole of the second stator pole 16 is a terminal It is pulled down from the department.
- the excitation windings of the stator windings 13 and 18 are connected to an excitation power supply circuit that supplies an alternating current of, for example, about 10 kHz.
- the excitation current and voltage may be, for example, currents and voltages of about 0.2 Arms and 7 Vrms, which are used in ordinary rotation angle sensors.
- the plate thickness of the belt-like main body 31 of the rotor 2 may be thin, for example, about 0.5 mm. Even in this case, the magnetic path and magnetic flux density necessary for angle detection may be formed in the rotor 2 The eddy current loss due to excitation does not affect the angle detection operation, and an excitation power source used in a normal rotation angle sensor can be used.
- stator core 12 of the first stator pole 11 of the first stator 3 is disposed at a position such that its inner end faces the first uneven portion 32 of the rotor 2, and the second stator
- the stator core 17 of the fourth stator pole 16 is disposed at a position where the inner end thereof faces the second uneven portion 33 of the rotor 2.
- a rotation angle sensor capable of outputting detection signals of shaft double angles “5 ⁇ ” and shaft double angles “6 ⁇ ” different from each other with only a single rotor 2 and having a common rotor It becomes possible.
- the rotor 2 is simply formed by bending the belt-shaped main body 31 into a cylindrical shape and has a small size, so the occupied space occupied by the rotor 2 becomes very small, and the entire rotation angle sensor can be miniaturized. .
- the signal processing circuit 20 is mainly composed of a CPU 23 that executes arithmetic processing of an angle signal based on program data stored in advance in the memory 25, and is provided on the input side of the signal processing circuit 20.
- two R / D converters 21 and 22 are connected.
- Each of the R / D converters 21 and 22 converts, for example, a sinusoidal detection signal sent from the output winding of the stator windings 13 and 18 into a triangular wave signal of the same cycle, and samples the triangular wave signal to obtain a digital signal Convert to and output.
- the detection signal output from the first stator 3 opposed to the first uneven portion 32 of the rotor 2 is, for example, an angle signal ⁇ 2 of the shaft double angle “5X”.
- the detection signal output from the two stators 4 is, for example, an angle signal ⁇ 1 of the shaft double angle “6 ⁇ ”, and the absolute angle ⁇ a of the rotor 2, that is, the rotation shaft 9 is calculated from these two types of detection signals (angle signals). .
- the CPU 23 of the signal processing circuit 20 determines the angle signal ⁇ 1 of the shaft double angle “6X” output from the second stator 4 and the angle of the shaft double angle “5X” output from the first stator 3 From the relationship of the signal ⁇ 2, the absolute angle ⁇ a of the rotor 2, that is, the rotation shaft 9 is calculated. As shown in FIG. 6, the CPU 23 of the signal processing circuit 20 stores data of the calculated absolute angle and the like in the memory 25 and outputs the data through the input / output circuit 24 to the outside.
- the portion of the first uneven portion 32 of the shaft double angle “5X” formed at the upper edge portion of the rotor 2 that rotates with the rotation shaft 9 passes through the respective first stator magnetic poles 11 of the first stator 3,
- the portion of the second concavo-convex portion 33 of the shaft double angle “6X” formed at the lower edge portion passes the second stator magnetic pole 16.
- the magnetic flux generated by each first stator pole 11 of the first stator 3 is affected by the first uneven portion 32 in the upper part of the rotor 2 facing there, and each second stator pole 16 of the second stator 4
- the magnetic flux generated by this is influenced by the second uneven portion 33 in the lower part of the rotor 2 facing there.
- an output signal of the first stator pole 11 of the first stator 3 outputs an angle signal indicating a detection angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X”, and an output coil of the second stator pole 16
- An angle signal indicating the detected angle ⁇ 1 of “6X” is output.
- the angle signals indicating the detected angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are sent to the R / D converters 21 and 22.
- the R / D converters 21 and 22 convert the angle signals into triangular waves and perform sampling to obtain digital signals.
- the signal is converted to a signal and output to the signal processing circuit 20.
- step 100 the CPU 23 takes in an angle data signal indicating the detection angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X” of the first stator magnetic pole 11 sent from the R / D converters 21 and 22
- step 110 an angle data signal indicating the detected angle ⁇ 1 of the shaft double angle “6X” of the second stator pole 16 is fetched.
- the CPU 23 determines in step 120 whether or not the detected angle ⁇ 1 of the axis double angle “6X” taken in is equal to or greater than the detected angle ⁇ 2 of the axis double angle “5X”, and detects the axis double angle “6X”. If the angle ⁇ 1 is equal to or greater than the detection angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X”, the process proceeds to step 130 where the detection angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X” is subtracted from the detection angle ⁇ 1 of the shaft double angle “6X” Calculate ⁇ a.
- step 120 determines in step 120 that the detection angle ⁇ 1 of the shaft double angle “6X” is smaller than the detection angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X”, the CPU proceeds to step 140 and detects the shaft double angle “6X”
- the absolute angle ⁇ a of the rotor 2 is calculated by adding 360 degrees to the value obtained by subtracting the detection angle ⁇ 2 of the shaft multiple angle “5X” from the above.
- the output windings of the first stator magnetic pole 11 of the first stator 3 and the second stator magnetic pole 16 of the second stator 4 output two types of output signals having different shaft double angles, and these signals are R
- the absolute angle of the rotor 2 can be obtained relatively easily by performing / D conversion.
- FIG. 13 shows an error of the detection angle with respect to the rotation angle (mechanical angle) of the rotor 2 when the rotation angle sensor of the above configuration is produced as a prototype and the performance test is performed.
- the detection angle error periodically changes according to the first uneven portion 32 and the second uneven portion 33 with respect to each mechanical angle
- the error range is a range that causes no problem in actual use. It is.
- the first uneven portion 32 corresponding to the shaft double angle “5X” is formed at one edge of the rotor 2 and the other edge corresponds to the shaft double angle “6X” having a different pitch.
- the second uneven portion 33 is formed to detect the absolute angle ⁇ a of the rotor 2 from the detection angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X” and the detection angle ⁇ 1 of the shaft double angle “6X”, but both edges of the rotor.
- FIGS. 9 to 11 show the rotation angle sensor of the second embodiment.
- this rotation angle sensor has a rotor 2 and a second stator 4 similar to the above embodiment, and the second stator 4 is disposed outside the rotor 2 via a gap.
- the first stator 40 is disposed inside the rotor 2.
- the rotation angle sensor of this embodiment is an outer rotor type in which the rotor 2 is disposed outside the first stator 40 and is also an inner rotor type in which the rotor 2 is disposed inside the second stator 4.
- the rotary shaft 9 is rotatably supported via the bearing 37 inside the casing 38 which is a fixed member, and the first uneven portion 32 is provided on the upper edge portion of the belt-shaped main body 31 of the rotor 2.
- the second uneven portion 33 is provided at the lower edge portion thereof.
- the cylindrical rotor 2 is attached near the corner of the large diameter portion of the rotating shaft 9 through a synthetic resin annular ring portion 35 and rotates.
- the second stator 4 of the stator is fixed to the inside of the casing 38 via the gap outside the rotor 2 and the second stator pole 16 of the second stator 4 is at the lower edge of the rotor 2 It arrange
- the first stator 40 is disposed inside the rotor 2 and is fixed to a fixing member extending inward from the casing 38.
- the first stator magnetic pole 41 of the first stator 40 is disposed to face the inside of the first uneven portion 32 at the upper edge of the rotor 2 via a gap.
- a synthetic resin annular ring portion 36 is attached to the outside of the upper edge portion of the rotor 2, and the rotor 2 is stably held on the rotating shaft 9.
- the first stator magnetic pole 41 of the first stator 40 has, for example, 12 poles, and the first stator magnetic poles 41 consisting of 12 poles are arranged with the magnetic poles facing the outer rotor 2 at equal intervals. .
- the first stator magnetic pole 41 has a stator core of each magnetic pole protruding outward of an annular stator yoke, and a stator winding is wound around a convex stator core of each magnetic pole.
- the operation of the rotation angle sensor is the same as that of the above embodiment, and alternating excitation current is supplied to the first stator magnetic pole 41 of the first stator 40 and the second stator magnetic pole 16 of the second stator 42 when the rotation shaft 9 rotates.
- An alternating magnetic field is generated in each of the first stator magnetic pole 41 and the second stator magnetic pole 16.
- the portion of the first uneven portion 32 of the shaft double angle “5X” formed on the upper edge portion of the rotor 2 rotating with the rotation shaft 9 passes through the respective first stator magnetic poles 41 of the first stator 40,
- the portion of the second concavo-convex portion 33 of the shaft double angle “6X” formed at the lower edge portion passes the second stator magnetic pole 16.
- the magnetic flux generated by each first stator magnetic pole 41 of the first stator 40 is affected by the first uneven portion 32 in the upper part of the rotor 2 opposed thereto, and each second stator magnetic pole 16 of the second stator 4
- the magnetic flux generated by this is influenced by the second uneven portion 33 in the lower part of the rotor 2 facing there.
- an output signal of the first stator pole 41 of the first stator 40 outputs an angle signal indicating the detection angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X”, and an output coil of the second stator pole 16 An angle signal indicating the detected angle ⁇ 1 of “6X” is output.
- FIG. 12 shows the rotation angle sensor of the outer rotor type according to the third embodiment.
- the rotation angle sensor has a rotor 2 outside the stator, a first stator 40 is disposed inside the rotor 2, and a second stator 42 is disposed below the first stator 40.
- the first stator 40 and the second stator 42 are fixed to the fixed member, and the rotor 2 rotates the cup-shaped rotating member so as to cover the outside of the first stator 40 and the second stator 42 It arranges possible, and it is made to hold the rotor 2 inside the rotation member.
- the rotor 2 is provided with a large diameter portion at a part of the rotation shaft, and a synthetic resin cup-shaped portion is fixed to the upper edge portion of the large diameter portion.
- the main body 31 is fixed.
- a first uneven portion 32 is provided on the upper edge portion of the band-shaped main body 31 of the cylindrical rotor 2, and a second uneven portion 33 is provided on the lower edge portion thereof.
- the rotation shaft of the rotor 2 is rotatably supported inside the casing via a bearing, and the first stator 40 and the second stator 42 are fixed to fixing members provided inside the casing.
- the first stator magnetic pole 41 of the first stator 40 faces the first uneven portion 32 of the strip-shaped main body 31, and the second stator magnetic pole 43 of the second stator 42 faces the second uneven portion 33. Will be placed.
- first stator magnetic pole 41 is opposed to the inner side of the first concavo-convex portion 32 at the upper edge of the rotor 2 with a gap therebetween, and the second stator 42 is the rotor 2 below the first stator 40.
- the second stator magnetic pole 43 of the second stator 42 is disposed to face the second uneven portion 33 provided on the lower edge portion of the rotor 2 via a gap.
- the first stator magnetic pole 41 of the first stator 40 has, for example, 12 poles, and the first stator magnetic poles 41 consisting of 12 poles are arranged with the magnetic poles facing the outer rotor 2 at equal intervals. .
- the first stator magnetic pole 41 has a stator core of each magnetic pole protruding outward of an annular stator yoke, and a stator winding is wound around a convex stator core of each magnetic pole.
- the second stator magnetic pole 43 of the second stator 42 is also configured with, for example, 12 poles, and the second stator magnetic pole 43 composed of 12 poles is arranged such that each magnetic pole faces the outer rotor 2 at equal intervals. It will be set up.
- the second stator magnetic pole 43 has a stator core of each magnetic pole protruding outward of an annular stator yoke, and a stator winding is wound around a convex stator core of each magnetic pole.
- the operation of the rotation angle sensor is the same as that of the above embodiment, and alternating excitation current is supplied to the first stator pole 41 of the first stator 40 and the second stator pole 43 of the second stator 42 when the rotor 2 rotates.
- An alternating magnetic field is generated in each of the first stator magnetic pole 41 and the second stator magnetic pole 43.
- the portion of the first uneven portion 32 of the shaft double angle “5X” formed on the upper edge portion of the rotating rotor 2 passes through the respective first stator magnetic poles 41 of the first stator 40, to the lower edge portion.
- the portion of the second uneven portion 33 of the formed shaft double angle “6X” passes through the second stator magnetic pole 43.
- the magnetic flux generated by each first stator magnetic pole 41 of the first stator 40 is affected by the first uneven portion 32 in the upper part of the rotor 2 opposed thereto, and each second stator magnetic pole 43 of the second stator 42 The magnetic flux generated by this is influenced by the second uneven portion 33 in the lower part of the rotor 2 facing there.
- an output signal of the first stator pole 41 of the first stator 40 outputs an angle signal indicating the detected angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X”, and an output coil of the second stator pole 43 An angle signal indicating the detected angle ⁇ 1 of “6X” is output.
- FIG. 14 to 17 show the rotation angle sensor of the fourth embodiment.
- This rotation angle sensor is, as shown in FIG. 14, arranged in an annular shape with a first stator 53 in which an excitation winding and an output winding are wound around a plurality of first stator magnetic poles 61 arranged in an annular shape.
- An excitation winding and an output winding are wound on a second stator 54 in which an excitation winding and an output winding are wound around a plurality of second stator magnetic poles 66, and a plurality of third stator poles 71 arranged in an annular shape.
- the fourth stator 56 in which the excitation winding and the output winding are wound around the mounted third stator 55 and the plurality of fourth stator magnetic poles 76 annularly arranged, and the first stator 53 and the second stator 54 And an outer side of the third stator 55 and the fourth stator 56, and a rotor 52 rotatably disposed via a gap.
- the first stator 53 and the second stator 54 are disposed on the outer circumferential side of the rotor 52, and the similar third stator 55 and the fourth stator 56 are disposed on the inner circumferential side of the rotor 52.
- a first annular recess 101 and a second annular recess 111 are provided on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the rotor main body 57.
- the first uneven portion 102 is provided at one edge of the first annular recess 101, and the second uneven portion 103 is provided at the other edge.
- first uneven portion 112 is provided at one edge of the second annular recess 111
- second uneven portion 113 is provided at the other edge.
- the first uneven portion 102 of the first annular recess 101 has the same pitch as the first uneven portion 112 of the second annular recess 111
- the second uneven portion 103 of the first annular recess 101 has the second uneven portion of the second annular recess 111. It is formed at the same pitch as the portion 113.
- the same angle detection signal can be output from the first stator magnetic pole 61 of the first stator 53 and the third stator magnetic pole 71 of the third stator 55.
- the same angle detection signal can be output from the stator magnetic pole 66 and the fourth stator magnetic pole 76 of the fourth stator 56.
- the rotation angle sensor can be provided with a redundant function by using the angle detection signal output from the stator magnetic pole of the other stator.
- the first annular recess 101 having a uniform depth is formed continuously in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotor main body 57 formed by forming magnetic steel into a cylindrical shape. Ru. Further, the second annular recess 111 having a uniform depth is formed continuously on the inner circumferential surface in the circumferential direction.
- the depths of the first annular recess 101 and the second annular recess 111 are, for example, about 0.5 mm.
- the first concavo-convex portion 102 is provided at a constant pitch on one arc-shaped edge of the first annular recess 101 provided on the outer peripheral surface of the rotor main body 57, and the other arc-shaped edge In the portion, the second uneven portion 103 is provided at a constant pitch.
- the first concavo-convex portion 112 is provided at a constant pitch at one arc-shaped edge of the second annular recess 111 provided on the inner peripheral surface of the rotor main body 57, and at the other arc-shaped edge
- the second uneven portion 113 is provided at a constant pitch.
- the pitch of the first uneven portion 102 of the first annular recess 101 and the pitch of the first uneven portion 112 of the second annular recess 111 are the same, and the pitch of the second uneven portion 103 of the first annular recess 101 and the second annular recess 111 The pitch of the second uneven portion 113 is the same.
- the magnetic steel material of the rotor 52 including the rotor main body 57 is a non-oriented electrical steel sheet, a directional electrical steel sheet, a non-directional material of high permeability material in which magnetic flux or magnetic flux density necessary for detecting the rotation angle of the rotor 52 is generated when a magnetic field is applied.
- Silicon steel plates, oriented silicon steel plates, and iron alloys such as Fe-Al alloy and Fe-Co alloy are used.
- a sine wave-shaped portion is formed as the first concavo-convex portion 102 in the upper part of the first annular recess 101, and five rotors of the shaft double angle “5X” are formed in the upper part.
- the rotor magnetic pole is formed in a convex shape.
- a sine wave-shaped portion is formed as the second uneven portion 103 in the lower part of the first annular recess 101, and six rotor magnetic poles are formed in a convex shape so as to form a rotor with a shaft double angle "6X" in the lower part. Be done.
- a sine wave shaped part is formed as the first concavo-convex part 112, and five rotor magnetic poles are formed so as to form a rotor with a shaft double angle "5X" in the upper part. It is formed in a convex shape.
- a sine wave-shaped portion is formed as the second uneven portion 113 in the lower part of the second annular recess 111, and six rotor magnetic poles are formed in a convex shape so as to form a rotor having a shaft double angle "6X" in the lower part. Be done.
- the shapes of the first concavo-convex part 102, 112 and the second concavo-convex part 103, 113 are not only physically correct sine wave (cosine wave) shape but also substantially sine wave shape, rectangular pulse shape, sawtooth pulse shape or arc waveform It can also be done.
- the rotor 52 provided with the first annular concave portion 101 and the second annular concave portion 111 in the rotor main body 57 is formed in a part of the rotary shaft 69 or fixed to the outer peripheral portion of the rotary shaft 69.
- the first annular recess 101 and the second annular recess 111 can be formed on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the rotor main body 57 by cutting, etching, forging, casting or the like.
- FIG. 15C it can replace with the rotor main body 57, and can use the rotor main body 60 in which the cyclic
- the annular convex portion 87 is continuously formed, for example, as a convex portion having a thickness of about 0.5 mm in the outer peripheral direction of the rotor main body 60 with a constant thickness.
- the first concavo-convex portion 88 is provided at a constant pitch at one arc-shaped edge portion
- the second concavo-convex portion 89 is provided at the other arc-shaped edge portion. It is provided at a constant pitch.
- such an annular convex part can also be formed in the inner peripheral surface of a rotor main body similarly to FIG. 15B.
- the stator 51 arranges the annular first stator 53 and the second stator 54 on the outer peripheral side of the rotor 52, and the third stator 55 and the fourth stator 56 on the inner periphery of the rotor 52. Arranged on the side.
- the first stator 53, the second stator 54, the third stator 55, and the fourth stator 56 are disposed in parallel at a slight distance along the axial direction of the rotation shaft 69, and fixed to the fixing portion 51a.
- the first stator magnetic pole 61 of the first stator 53 and the second stator magnetic pole 66 of the second stator 54 are each constituted of, for example, 14 poles, and the first stator magnetic pole 61 and the second stator magnetic pole 66 consisting of 14 poles are each The respective magnetic poles are disposed facing inward at equal intervals in the circumferential direction, and are disposed so as to face the first annular recess 101 of the rotor main body 57 with a slight gap.
- the configurations of the third stator magnetic pole 71 of the third stator 55 and the fourth stator magnetic pole 76 of the fourth stator 56 are also the same as described above.
- the stator core 62 of each magnetic pole is provided so as to protrude inside the annular stator yoke, and the stator winding 63 is provided for the convex stator core 62 of each magnetic pole. It is constituted by winding.
- the second stator magnetic pole 66 has the stator core 67 of each magnetic pole protruding inside the annular stator yoke, and the stator winding 68 is wound around the convex stator core 67 of each magnetic pole. Is configured.
- the stator windings 63 and 68 of each magnetic pole are respectively composed of a detection output winding composed of SIN and COS windings out of phase with each other, and an excitation winding for excitation, and the first stator pole
- Each terminal of the stator winding 63 of each magnetic pole 61 is drawn out from the terminal portion.
- the excitation windings of the stator windings 63 and 68 are connected to an excitation power supply circuit that supplies an alternating current of, for example, about 10 kHz.
- the SIN and COS windings of the output windings of the stator windings 63 and 68 output a SIN output signal and a COS output signal as the rotor 52 rotates, and the output terminals of these are respectively R / D converter Connected to the input side.
- the third stator pole 71 of the third stator 55 and the fourth stator pole 76 of the fourth stator 56 each have, for example, 14 poles, and the 14th stator pole 71 and the fourth stator pole 76 are composed of 14 poles. Are respectively disposed facing outward at equal intervals.
- the third stator magnetic pole 71 of the third stator 55 and the fourth stator magnetic pole 76 of the fourth stator 56 disposed inside the rotor body 57 are used, for example, as a spare at the time of failure.
- the third stator magnetic pole 71 has the stator core 72 of each magnetic pole protruding from the inside of the annular stator yoke, and the stator winding 73 is provided for each of the convex stator cores 72 of each magnetic pole. It is constituted by winding.
- the fourth stator magnetic pole 76 has the stator core 77 of each magnetic pole protruding inside the annular stator yoke, and the stator winding 78 is wound around the convex stator core 77 of each magnetic pole. Is configured.
- the stator windings 73 and 78 of each magnetic pole are each composed of a detection output winding composed of SIN and COS windings out of phase with each other, and an excitation winding for excitation, and a third stator pole Each terminal of the stator winding 73 of each magnetic pole 71 is drawn out from the terminal portion.
- the excitation windings of the stator windings 73 and 78 are connected to an excitation power supply circuit that supplies an alternating current of, for example, about 10 kHz.
- the SIN and COS windings of the output windings of the stator windings 73 and 78 output a SIN output signal and a COS output signal as the rotor 52 rotates, and the output terminals of these are respectively R / D converter Connected to the input side.
- the stator core 62 of the first stator pole 61 of the first stator 53 is disposed at a position such that the inner end thereof faces the first uneven portion 102 of the rotor 52.
- the stator core 77 of the second stator pole 66 is disposed at a position where the inner end thereof faces the second uneven portion 103 of the rotor 52.
- the first uneven portion 102 and the second uneven portion 103 move in the circumferential direction, and the stator core 62 of the first stator magnetic pole 61 of the first stator 53 and the first uneven portion
- the area of polymerization through the gap between 102 changes as well as the change in conventional gap permeance.
- the overlapping area of the second stator magnetic pole 66 of the second stator 54 via the gap between the stator core 67 and the second concavo-convex portion 103 changes in the same manner as the conventional change in gap permeance.
- the third stator 55 and the fourth stator 56 are configured in the same manner as the first stator 53 and the second stator 54 as described above, and the stator core 72 of the third stator pole 71 of the third stator 55 is the outer end thereof Is disposed at a position facing the first uneven portion 112 of the second annular recess 111 of the rotor 52.
- the stator core 77 of the fourth stator pole 76 of the fourth stator 56 is disposed at a position where its outer end faces the second uneven portion 113 of the rotor 52, and the third stator 55 and the fourth stator 56 fail, etc.
- the portion of the first concavo-convex portion 102 of the shaft double angle “5X” formed on the upper edge portion of the first annular recess 101 of the rotor main body 57 passes through the respective first stator magnetic poles 61 of the first stator 53.
- a portion of the second concavo-convex portion 103 of the shaft double angle “6X” formed at the lower edge portion passes the second stator magnetic pole 66.
- the magnetic flux generated by each of the first stator magnetic poles 61 of the first stator 53 is affected by the first uneven portion 102 in the upper portion of the first annular recess 101 of the rotor main body 57 opposed thereto, and the second stator
- the magnetic flux generated by each of the second stator poles 66 of 54 is influenced by the second uneven portion 103 in the lower portion of the first annular recess 101 opposed thereto.
- an output signal of the first stator pole 61 of the first stator 53 that is, the SIN and COS windings thereof produces an angle signal indicating the detection angle ⁇ 2 of the shaft double angle “5X”.
- An output voltage signal indicating the detection angle ⁇ 1 of the shaft double angle “6X” is output from the SIN winding and the COS winding of the second stator magnetic pole 66.
- the SIN output voltage signal and the COS output voltage signal corresponding to the mechanical angle of the rotor 52 are output as effective detection signals.
- Angle signals indicating the detected angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are sent to the R / D converter, and the R / D converter converts those angle signals into triangular waves and further performs sampling as in the first embodiment.
- the signal is converted to a digital signal and output to the signal processing circuit.
- the signal processing circuit calculates the absolute angle of the rotor 52 in accordance with the detection angles ⁇ 1 and ⁇ 2 as in the first embodiment.
- FIG. 17 shows an error of the detection angle with respect to the rotation angle (mechanical angle) of the rotor 52 when the rotation angle sensor of the fourth embodiment is made as a prototype and the performance test is performed.
- the error range is a range that causes no problem in actual use.
- stator 2 rotor 3 first stator 4 second stator 9 rotary shaft 11 first stator magnetic pole 12 stator core 13 stator winding 16 second stator magnetic pole 17 stator core 18 stator winding 20 signal processing circuit 21 R / D converter 23 CPU 24 input / output circuit 25 memory 31 band-shaped main body 31a outer peripheral surface 31b inner peripheral surface 32 first uneven portion 33 second uneven portion 34 synthetic resin annular portion 35 synthetic resin annular portion 36 synthetic resin annular portion 37 bearing 38 Casing 40 first stator 41 first stator pole 42 second stator 43 second stator pole
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Abstract
回転角度センサのロータ(2)は、磁性鋼板の帯状本体(31)を、帯状本体(31)の厚さ方向をラジアル方向として円筒状に形成される。帯状本体(31)の一方の円弧状の縁部に第1凹凸部(32)が略一定のピッチで設けられるとともに、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部(33)が略一定のピッチで設けられる。ロータ(2)の帯状本体(31)の第1凹凸部(32)に対向して、第1ステータ(3)が配設され、第2凹凸部(33)に対向して、第2ステータ(4)が配設される。
Description
本発明は、可変リラクタンス型の回転角度センサに関し、特に小型化を図ることが可能な回転角度センサに関する。
モータなどの回転角を検出する回転角度センサとして、可変リラクタンス型の回転角度センサが、多くの分野で広く使用されている。この種の回転角度センサは、円環状のステータヨークの内周側に、複数の磁極を設け、各磁極にステータ巻線として励磁巻線及び検出用巻線を巻装し、ステータの内側に、ギャップを介してコア型のロータを配設して構成される。ステータの各磁極に、90°位相の相違した検出用のSIN巻線とCOS巻線が検出用巻線として巻装される。
この回転角度センサは、励磁巻線への交番電流の供給により、ロータの回転角度に応じたSIN信号とCOS信号を、出力用のSIN巻線とCOS巻線に生じさせ、出力する。このSIN信号とCOS信号をR/D変換して、変換されたデジタルデータから、ロータの回転角度データや絶対角度データが算出される。
しかし、従来の可変リアクタンス型の回転角度センサのロータは、例えば下記特許文献1に記載されるように、通常、複数の突極を外周部に突設する形状に形成された多数の磁性鋼板を、ロータの軸方向に積層して構成されるため、その形状が大型化する。さらに、回転角度センサに冗長機能を持たせるために、軸方向に複数のロータを配設するとともに、各ロータに対応して複数のステータを配設した場合、回転角度センサが一層大型化していた。
また、従来の回転角度センサは、ロータの回転に応じて、ステータの出力巻線から適正な正弦波が得られるように、ロータ外周部の各突極の外形形状が適正に形成されるものの、多数の磁性鋼板を積層して構成されるため、やはり回転角度センサ全体の形状が、大型化する課題があった。
本発明は、上述の課題を解決するものであり、小型化することができるとともに、安価に製造することができる回転角度センサを提供することを目的とする。
本発明に係る回転角度センサは、
円環状に配置された複数の第1ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第1ステータと、
円環状に配置された複数の第2ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第2ステータと、
該第1ステータ及び該第2ステータの内側または外側に、ギャップを介して回転可能に配置されたロータと、
を備え、
該ロータは、磁性鋼板の帯状本体が、該帯状本体の厚さ方向をラジアル方向として円筒状に形成され、該帯状本体の一方の円弧状の縁部に第1凹凸部が略一定のピッチで設けられるとともに、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部が略一定のピッチで設けられ、
該第1ステータは、該帯状本体の該第1凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第1ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設され、
該第2ステータは、該ロータの該帯状本体の第2凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第2ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設されたことを特徴とする。
円環状に配置された複数の第1ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第1ステータと、
円環状に配置された複数の第2ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第2ステータと、
該第1ステータ及び該第2ステータの内側または外側に、ギャップを介して回転可能に配置されたロータと、
を備え、
該ロータは、磁性鋼板の帯状本体が、該帯状本体の厚さ方向をラジアル方向として円筒状に形成され、該帯状本体の一方の円弧状の縁部に第1凹凸部が略一定のピッチで設けられるとともに、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部が略一定のピッチで設けられ、
該第1ステータは、該帯状本体の該第1凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第1ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設され、
該第2ステータは、該ロータの該帯状本体の第2凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第2ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設されたことを特徴とする。
上記磁性鋼板は、磁界を印加した時、ロータの回転角度検出に必要な磁束または磁束密度が生じる高透磁率材料であり、無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、無方向性珪素鋼板、方向性珪素鋼板、ステンレス鋼、構造用炭素鋼、Fe-Ni合金等の軟質磁性合金、Fe―Al合金,Fe-Co合金等のパーメンジュール、アモルファス金属、及びFeO、CoO、ZnO等のフェライト等を例示することができる。また、円筒状の帯状本体は、板材の曲げ加工、型成形、鋳造、切削等により成形される。
この発明の回転角度センサによれば、ロータの帯状本体が、帯状の磁性鋼板の両側縁部に、第1凹凸部と第2凹凸部を形成し、円筒状に曲げるのみ、或いは型成形等の加工のみで形成することができるため、非常に安価に製造することができる。
また、ラジアル方向(放射方向)に突出した突極を有した従来のロータに比して、ロータの全体形状を小型にすることができ、回転角度センサを小型化することができる。さらに、第1ステータと第2ステータを備えるため、何れか一方のステータが故障などにより誤検出した場合、他方のステータからの検出信号を使用することにより、冗長機能を持たせることができる。
ここで、上記ロータの帯状本体は、1層の磁性鋼板を円筒状に成形して形成され、該帯状本体の外周面が該ロータの外側を向き、該帯状本体の内周面が該ロータの内側を向くように形成することができる。また、複数枚積層された磁性鋼板を円筒状に曲げて形成することもできる。
またここで、上記第1凹凸部と第2凹凸部は、略正弦波形状とすることが好ましい。これによれば、第1ステータ磁極と第2ステータ磁極の各出力巻線から、良好なSIN波信号またはCOS波信号を得ることができる。
また、上記第1凹凸部と第2凹凸部のピッチは相違して形成され、該第1凹凸部のピッチと該第2凹凸部のピッチは、異なる軸倍角に対応して形成することが好ましい。これによれば、ロータに軸倍角の相違した部分を簡単に形成し、第1ステータ磁極と第2ステータ磁極の各出力巻線に特別な巻線形態を施すことなく、第1ステータ磁極と第2ステータ磁極の各出力巻線から軸倍角の相違した2種類の出力信号を出力させ、それらの信号をR/D変換して、比較的簡単に絶対回転角度信号を得ることができる。
前記ロータは、回転軸の外周に、合成樹脂製円環部を外嵌させ、該合成樹脂製円環部の外周部に、帯状本体を装着することができる。これによれば、ロータの帯状本体を正確な位置に、簡単に装着することができる。
この発明の回転角度センサによれば、小型化することができるとともに、安価に製造することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1~図5は第1実施形態の回転角度センサを示している。この回転角度センサは、円環状に配置された複数の第1ステータ磁極11に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第1ステータ3と、円環状に配置された複数の第2ステータ磁極16に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第2ステータ4と、第1ステータ3、第2ステータ4の内側に、ギャップを介して回転可能に配置されたロータ2とを備えて構成される。
ロータ2は、図2に示すように、磁性鋼板の帯状本体31を、帯状本体31の厚さ方向をラジアル方向(放射方向)として、円筒状に曲げて形成される。つまり、帯状本体31の一方の平面を内側に、他方の平面を外側にして、円筒状に丸く折り曲げ、その両側端部を溶接などで連結して筒状に構成される。これにより、帯状本体31の外周面31aがロータ2の外側を向き、その内周面31bがロータ2の内側を向くことになる。図3に示すように、帯状本体31の一方の円弧状の縁部に、第1凹凸部32が一定のピッチで設けられ、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部33が一定のピッチで設けられる。
なお、帯状本体31の磁性鋼板は、磁界の印加時、ロータ2の回転角度検出に必要な磁束または磁束密度が生じる高透磁率材料の無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、無方向性珪素鋼板、方向性珪素鋼板、及びFe―Al合金,Fe-Co合金等の鉄合金等を使用することができる。
ここでは、図3に示す如く、帯状本体31の上部に、第1凹凸部32として正弦波形状部が形成され、上部に軸倍角「5X」のロータを形成するように、5個のロータ磁極が凸状に形成される。また、帯状本体31の下部にも、第2凹凸部33として正弦波形状部が形成され、下部に軸倍角「6X」のロータを形成するように、6個のロータ磁極が凸状に形成される。軸倍角は回転角度センサの入力機械角に対する出力電気角の比であり、n×機械角θ1=電気角θ2の場合、軸倍角は「nX」で表す。nは自然数である。
なお、第1凹凸部32と第2凹凸部33の形状は、物理的に正確な正弦波(余弦波)形状のほか、略正弦波形状、矩形パルス形状、鋸歯パルス形状或いは円弧状波形とすることもできる。
また、図3に示すように、各々の凹凸を、一定のピッチP1とピッチP2で形成し、第1凹凸部32と第2凹凸部33は、各々の軸倍角に対応したピッチP1,P2で形成することができる。また、第1凹凸部32と第2凹凸部33のピッチP1,P2は、略一定のピッチであればよく、物理的厳密に一定でなくてもかまわない。また、図2Bのように、磁性鋼板を2枚或いは3枚以上、複数枚積層して帯状本体31とすることもできる。
このような帯状本体31からなるロータ2は、回転軸9に対し、図5に示すように、合成樹脂製円環部34を介して取り付けられる。円筒状のロータ2は、成形された合成樹脂製円環部34の外周面に、密着して取り付けることができ、或いは合成樹脂製円環部34を射出成形する際、ロータ2を成形型内に挿入して、インサート成形することもできる。このため、ロータ2の取付作業は、簡単に行うことができ、且つ正確に位置決めしてロータ2を回転軸9に取り付けることができる。また、外形形状が円筒状のロータ2となるため、ラジアル方向に凸形状とした従来のロータに比して、必然的にロータ2の外形を小型化することができる。
図1、図4に示すように、ステータ1は、円環状の第1ステータ3と第2ステータ4を、回転軸9の軸方向に沿って僅かな間隔で平行に配置し、図示しない固定部に固定して構成される。第1ステータ3の第1ステータ磁極11と第2ステータ4の第2ステータ磁極16は、各々、例えば14極で構成され、14極からなる第1ステータ磁極11と第2ステータ磁極16は、各々、各磁極を等間隔で内側を向いて配設される。
図4に示すように、第1ステータ磁極11は、円環状のステータヨークの内側に、各磁極のステータコア12を突設し、各磁極の凸状のステータコア12に対し、各々、ステータ巻線13を巻装して構成される。同様に、第2ステータ磁極16は、円環状のステータヨークの内側に、各磁極のステータコア17を突設し、各磁極の凸状のステータコア17に対し、各々、ステータ巻線18を巻装して構成される。
各磁極のステータ巻線13、18は、各々、相互に位相をずらしたSIN巻線及びCOS巻線からなる検出用の出力巻線と、励磁用の励磁巻線とからなり、第1ステータ磁極11の各磁極のステータ巻線13の各端子は、図1に示す如く、ターミナル部から図1の上側に引き出され、第2ステータ磁極16の各磁極のステータ巻線18の各端子は、ターミナル部から下側に引き出される。各ステータ巻線13,18の励磁巻線は、例えば10kHz程度の交番電流を供給する励磁用電源回路に接続される。ステータ巻線13,18の出力巻線のSIN巻線及びCOS巻線は、ロータ2の回転に伴いSIN出力信号、COS出力信号を出力し、それらの出力端子は、図6に示すように、各々、R/Dコンバータ21,22の入力側に接続される。
なお、励磁電流・電圧は、通常の回転角度センサで使用される、例えば0.2Arms、7Vrms程度の電流・電圧でかまわない。また、ロータ2の帯状本体31の板厚は、例えば0.5mm程度と薄くし形成してもよく、この場合でも、角度検出に必要な磁路・磁束密度を、ロータ2に形成することができ、励磁による渦電流損などは角度検出動作に影響せず、通常の回転角度センサで使用される励磁用電源を使用することができる。
図1、図4に示すように、上記第1ステータ3の第1ステータ磁極11のステータコア12は、その内側端部がロータ2の第1凹凸部32に対向する位置に配置され、第2ステータ4の第2ステータ磁極16のステータコア17は、その内側端部がロータ2の第2凹凸部33に対向する位置に配置される。
これにより、ロータ2の回転時、その第1凹凸部32と第2凹凸部33が円周方向に移動することに伴い、第1ステータ3の第1ステータ磁極11のステータコア12と第1凹凸部32間のギャップを介した重合面積が、従来のギャップパーミアンスの変化と同様に変化する。また、同様に、第2ステータ4の第2ステータ磁極16のステータコア17と第2凹凸部33間のギャップを介した重合面積が、従来のギャップパーミアンスの変化と同様に変化する。
このような構成により、単一のロータ2のみで、ロータを共通としつつ、軸倍角「5X」と軸倍角「6X」の相互に異なる軸倍角の検出信号を出力可能な回転角度センサを構成することが可能となる。これにより、ロータ2は、帯状本体31を筒状に単純に曲げ形成されて、小型形状となるため、ロータ2の占める占有空間が非常に小さくなり、回転角度センサ全体を小型化することができる。
また、図3に示すように、ロータ2の上側の第1凹凸部32のピッチP1と下側の第2凹凸部33の凹凸のピッチP2が異なる軸倍角で形成されるので、簡単なステータ1の構成に関わらず、第1ステータ磁極11と第2ステータ磁極16から得られる2種の軸倍角の出力(検出)信号から、回転軸9の絶対角度位置を検出することができるようになっている。
信号処理回路20は、図6に示すように、予めメモリ25に記憶されたプログラムデータに基づき、角度信号の演算処理動作を実行するCPU23を主要部として構成され、信号処理回路20の入力側に、2個のR/Dコンバータ21,22が接続される。各R/Dコンバータ21,22は、ステータ巻線13,18の出力巻線から送られる、例えば正弦波状の検出信号を、同じ周期の三角波信号に変換し、その三角波信号をサンプリングしてデジタル信号に変換し、出力する。
図7に示す如く、ロータ2の第1凹凸部32に対向する第1ステータ3から出力される検出信号は、例えば軸倍角「5X」の角度信号θ2となり、第2凹凸部33に対向する第2ステータ4から出力される検出信号は、例えば軸倍角「6X」の角度信号θ1となり、これらの2種の検出信号(角度信号)から、ロータ2つまり回転軸9の絶対角度θaが算出される。
つまり、信号処理回路20のCPU23は、図8に示す如く、第2ステータ4から出力される軸倍角「6X」の角度信号θ1と、第1ステータ3から出力される軸倍角「5X」の角度信号θ2の関係から、ロータ2つまり回転軸9の絶対角度θaを算出する。信号処理回路20のCPU23は、図6に示すように、算出された絶対角度のデータ等をメモリ25に格納し、入出力回路24を通して外部に出力する。
次に、上記構成の回転角度センサの動作を、図7、図8を参照して説明する。回転軸9の回転時、第1ステータ3の第1ステータ磁極11と第2ステータ4の第2ステータ磁極16に、交番励磁電流が供給され、各第1ステータ磁極11、第2ステータ磁極16には交番磁界が発生する。
このとき、回転軸9とともに回転するロータ2の、上縁部に形成される軸倍角「5X」の第1凹凸部32の部分が、第1ステータ3の各第1ステータ磁極11を通過し、下縁部に形成される軸倍角「6X」の第2凹凸部33の部分が、第2ステータ磁極16を通過する。このとき、第1ステータ3の各第1ステータ磁極11によって発生する磁束が、そこに対向するロータ2の上部の第1凹凸部32の影響を受け、第2ステータ4の各第2ステータ磁極16によって発生する磁束が、そこに対向するロータ2の下部の第2凹凸部33の影響を受ける。
このため、第1ステータ3の第1ステータ磁極11の出力巻線から、軸倍角「5X」の検出角度θ2を示す角度信号が出力され、第2ステータ磁極16の出力巻線から、軸倍角「6X」の検出角度θ1を示す角度信号が出力される。これらの検出角度θ1、θ2を示す角度信号は、R/Dコンバータ21,22に送られ、R/Dコンバータ21,22は、それらの角度信号を三角波信号に変換し、さらにサンプリングを行ってデジタル信号に変換し、信号処理回路20に出力する。
図8に示すように、CPU23は、先ず、ステップ100で、R/Dコンバータ21,22から送られる、第1ステータ磁極11の軸倍角「5X」の検出角度θ2を示す角度データ信号を取り込み、ステップ110で、第2ステータ磁極16の軸倍角「6X」の検出角度θ1を示す角度データ信号を取り込む。
次に、CPU23は、ステップ120で、取り込んだ軸倍角「6X」の検出角度θ1が、軸倍角「5X」の検出角度θ2以上であるか否かを判定し、軸倍角「6X」の検出角度θ1が、軸倍角「5X」の検出角度θ2以上である場合、ステップ130に進み、軸倍角「6X」の検出角度θ1から軸倍角「5X」の検出角度θ2を減算し、ロータ2の絶対角度θaを算出する。
一方、CPU23は、ステップ120で、軸倍角「6X」の検出角度θ1が、軸倍角「5X」の検出角度θ2より小さいと判定した場合、ステップ140に進み、軸倍角「6X」の検出角度θ1から軸倍角「5X」の検出角度θ2を減算した値に、360度を加算して、ロータ2の絶対角度θaを算出する。
このように、第1ステータ3の第1ステータ磁極11と第2ステータ4の第2ステータ磁極16の各出力巻線から軸倍角の相違した2種類の出力信号を出力させ、それらの信号をR/D変換して、比較的簡単にロータ2の絶対角度を得ることができる。
図13は、上記構成の回転角度センサを試作し性能試験を行った際の、ロータ2の回転角(機械角)に対する検出角度の誤差を示している。この図13に示すように、検出角度誤差は、各機械角に対し第1凹凸部32と第2凹凸部33に応じて周期的に変化するものの、誤差範囲は実際の使用に際し問題のない範囲である。
なお、上記実施形態では、ロータ2の一方の縁部に、軸倍角「5X」に対応した第1凹凸部32を形成し、他方の縁部に、ピッチの異なる軸倍角「6X」に対応した第2凹凸部33を形成し、軸倍角「5X」の検出角度θ2と軸倍角「6X」の検出角度θ1からロータ2の絶対角度θaを検出するように構成したが、ロータの両方の縁部に、同じ軸倍角の凹凸部つまり同じピッチの凹凸部を形成することもできる。
ロータの両方の縁部に、同じ軸倍角の凹凸部つまり同じピッチの凹凸部を形成した場合、第1ステータの第1ステータ磁極と第2ステータの第2ステータ磁極から同じ角度検出信号が出力される。したがって、ロータの両方の縁部に、同じ軸倍角の凹凸部つまり同じピッチの凹凸部を形成し、一方のステータが故障したような場合、他方のステータのステータ磁極から出力される角度検出信号を使用することにより、回転角度センサに冗長機能を持たせて使用することができる。
図9~図11は、第2実施形態の回転角度センサを示している。この回転角度センサは、図9に示すように、上記実施形態と同様のロータ2及び第2ステータ4を有し、ロータ2の外側に、ギャップを介して第2ステータ4が配置される。一方、第1ステータ40はロータ2の内側に配置される。上記実施形態と同じ部分について、上記と同じ符号を図9~図11に付してその説明は省略する。
この実施形態の回転角度センサは、第1ステータ40の外側にロータ2が配設されるアウタロータ型であり、且つ第2ステータ4の内側にロータ2が配設されるインナロータ型でもある。図10に示すように、固定部材であるケーシング38の内側に、軸受37を介して回転軸9が回転自在に支持され、ロータ2の帯状本体31の上縁部に第1凹凸部32が設けられ、その下縁部に第2凹凸部33が設けられる。円筒状のロータ2は、回転軸9の大径部の角部近傍に、合成樹脂製円環部35を介して取り付けられ、回転する。
図10に示す如く、ステータの第2ステータ4は、ロータ2の外側でギャップを介して、ケーシング38の内側に固定され、第2ステータ4の第2ステータ磁極16は、ロータ2の下縁部に設けた第2凹凸部33に対向して、配置される。一方、第1ステータ40は、ロータ2の内側に配設され、ケーシング38から内側に延設された固定部材に、固定される。第1ステータ40の第1ステータ磁極41は、ロータ2の上縁部の第1凹凸部32の内側にギャップを介して対向し、配置される。また、ロータ2の上縁部の外側に、合成樹脂製円環部36が取り付けられ、ロータ2は回転軸9上で安定して保持される。
第1ステータ40の第1ステータ磁極41は、例えば12極で構成され、12極からなる第1ステータ磁極41は、各々、各磁極を等間隔で外側のロータ2側を向いて配設される。第1ステータ磁極41は、円環状のステータヨークの外側に、各磁極のステータコアを突設し、各磁極の凸状のステータコアに対し、各々、ステータ巻線を巻装して構成される。
回転角度センサの動作は、上記実施形態と同様であり、回転軸9の回転時、第1ステータ40の第1ステータ磁極41と第2ステータ42の第2ステータ磁極16に、交番励磁電流が供給され、各第1ステータ磁極41、第2ステータ磁極16には交番磁界が発生する。
このとき、回転軸9とともに回転するロータ2の、上縁部に形成される軸倍角「5X」の第1凹凸部32の部分が、第1ステータ40の各第1ステータ磁極41を通過し、下縁部に形成される軸倍角「6X」の第2凹凸部33の部分が、第2ステータ磁極16を通過する。このとき、第1ステータ40の各第1ステータ磁極41によって発生する磁束が、そこに対向するロータ2の上部の第1凹凸部32の影響を受け、第2ステータ4の各第2ステータ磁極16によって発生する磁束が、そこに対向するロータ2の下部の第2凹凸部33の影響を受ける。
このため、第1ステータ40の第1ステータ磁極41の出力巻線から、軸倍角「5X」の検出角度θ2を示す角度信号が出力され、第2ステータ磁極16の出力巻線から、軸倍角「6X」の検出角度θ1を示す角度信号が出力される。
図12は、第3実施形態のアウタロータ型の回転角度センサを示している。この回転角度センサは、ステータの外側にロータ2を有し、ロータ2の内側に、第1ステータ40が配置され、第1ステータ40の下側に、第2ステータ42が配置される。図示は省略されているが、第1ステータ40及び第2ステータ42は固定部材に固定され、ロータ2は、第1ステータ40及び第2ステータ42の外側を覆うようにカップ状の回転部材を回転可能に配置し、その回転部材の内側にロータ2を保持させて構成される。
ロータ2は、図10で示した例と同様に、回転軸の一部に大径部を設け、大径部の上縁部に合成樹脂製のカップ状部を固着し、カップ状部に帯状本体31を固定して構成される。円筒状のロータ2の帯状本体31の上縁部に、第1凹凸部32が設けられ、その下縁部に第2凹凸部33が設けられる。ロータ2の回転軸はケーシングの内側に軸受を介して回転可能に支持され、ケーシングの内側に設けた固定部材に、第1ステータ40及び第2ステータ42が固定される。図12に示すように、第1ステータ40の第1ステータ磁極41が帯状本体31の第1凹凸部32と対向し、第2ステータ42の第2ステータ磁極43が第2凹凸部33と対向して配置される。
つまり、第1ステータ磁極41は、ロータ2の上縁部の第1凹凸部32の内側にギャップを介して対向し、配置され、第2ステータ42は、第1ステータ40の下側でロータ2の内側にギャップを介して配置され、第2ステータ42の第2ステータ磁極43は、ロータ2の下縁部に設けた第2凹凸部33に対向して、配置される。
第1ステータ40の第1ステータ磁極41は、例えば12極で構成され、12極からなる第1ステータ磁極41は、各々、各磁極を等間隔で外側のロータ2側を向いて配設される。第1ステータ磁極41は、円環状のステータヨークの外側に、各磁極のステータコアを突設し、各磁極の凸状のステータコアに対し、各々、ステータ巻線を巻装して構成される。
同様に、第2ステータ42の第2ステータ磁極43も、例えば12極で構成され、12極からなる第2ステータ磁極43は、各々、各磁極を等間隔で外側のロータ2側を向いて配設される。第2ステータ磁極43は、円環状のステータヨークの外側に、各磁極のステータコアを突設し、各磁極の凸状のステータコアに対し、各々、ステータ巻線を巻装して構成される。
回転角度センサの動作は、上記実施形態と同様であり、ロータ2の回転時、第1ステータ40の第1ステータ磁極41と第2ステータ42の第2ステータ磁極43に、交番励磁電流が供給され、各第1ステータ磁極41、第2ステータ磁極43には交番磁界が発生する。
このとき、回転するロータ2の、上縁部に形成される軸倍角「5X」の第1凹凸部32の部分が、第1ステータ40の各第1ステータ磁極41を通過し、下縁部に形成される軸倍角「6X」の第2凹凸部33の部分が、第2ステータ磁極43を通過する。このとき、第1ステータ40の各第1ステータ磁極41によって発生する磁束が、そこに対向するロータ2の上部の第1凹凸部32の影響を受け、第2ステータ42の各第2ステータ磁極43によって発生する磁束が、そこに対向するロータ2の下部の第2凹凸部33の影響を受ける。
このため、第1ステータ40の第1ステータ磁極41の出力巻線から、軸倍角「5X」の検出角度θ2を示す角度信号が出力され、第2ステータ磁極43の出力巻線から、軸倍角「6X」の検出角度θ1を示す角度信号が出力される。
図14~図17は第4実施形態の回転角度センサを示している。この回転角度センサは、図14に示す如く、円環状に配置された複数の第1ステータ磁極61に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第1ステータ53と、円環状に配置された複数の第2ステータ磁極66に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第2ステータ54と、円環状に配置された複数の第3ステータ磁極71に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第3ステータ55と、円環状に配置された複数の第4ステータ磁極76に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第4ステータ56と、第1ステータ53及び第2ステータ54の内側で、第3ステータ55及び第4ステータ56の外側に、ギャップを介して回転可能に配置されたロータ52と、を備えて構成される。
図14Aに示す如く、ロータ52の外周側に第1ステータ53と第2ステータ54が配置され、ロータ52の内周側に同様の第3ステータ55と第4ステータ56が配置される。ロータ本体57の外周面と内周面には、第1環状凹部101と第2環状凹部111が設けられる。第1環状凹部101の一方の縁部に第1凹凸部102が設けられ、他方の縁部に第2凹凸部103が設けられる。
さらに、第2環状凹部111の一方の縁部に第1凹凸部112が設けられ、他方の縁部に第2凹凸部113が設けられる。第1環状凹部101の第1凹凸部102は、第2環状凹部111の第1凹凸部112と同じピッチ、第1環状凹部101の第2凹凸部103は、第2環状凹部111の第2凹凸部113と同じピッチで形成される。
このような構成の回転角度センサでは、第1ステータ53の第1ステータ磁極61と第3ステータ55の第3ステータ磁極71から同じ角度検出信号を出力することができ、第2ステータ54の第2ステータ磁極66と第4ステータ56の第4ステータ磁極76から同じ角度検出信号を出力することができる。
このため、実際の回転角度センサの使用に際し、第1ステータ53と第2ステータ54或いは第3ステータ55と第4ステータ56の何れか一方のみを使用する。これにより、一方のステータが故障したような場合、他方のステータのステータ磁極から出力される角度検出信号を使用することにより、回転角度センサに冗長機能を持たせることができる。
ロータ52は、図14Bに示すように、磁性鋼材を円筒型に成形して形成されたロータ本体57の外周面に、周方向に連続して均一な深さの第1環状凹部101が形成される。またその内周面に、周方向に連続して均一な深さの第2環状凹部111が形成される。第1環状凹部101及び第2環状凹部111の深さは、例えば約0.5mm程度である。
図14Bに示すように、ロータ本体57の外周面に設けた第1環状凹部101の一方の円弧状の縁部に、第1凹凸部102が一定のピッチで設けられ、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部103が一定のピッチで設けられる。同様に、ロータ本体57の内周面に設けた第2環状凹部111の一方の円弧状の縁部に、第1凹凸部112が一定のピッチで設けられ、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部113が一定のピッチで設けられる。第1環状凹部101の第1凹凸部102のピッチと第2環状凹部111の第1凹凸部112のピッチは同一、第1環状凹部101の第2凹凸部103のピッチと第2環状凹部111の第2凹凸部113のピッチは同一である。
ロータ本体57を含むロータ52の磁性鋼材は、磁界の印加時、ロータ52の回転角度検出に必要な磁束または磁束密度が生じる高透磁率材料の無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、無方向性珪素鋼板、方向性珪素鋼板、及びFe―Al合金,Fe-Co合金等の鉄合金等が使用される。
図14Bに示す如く、第1環状凹部101の上部に、第1凹凸部102として、例えば、正弦波形状部が形成され、上部に軸倍角「5X」のロータを形成するように、5個のロータ磁極が凸状に形成される。また、第1環状凹部101の下部に、第2凹凸部103として正弦波形状部が形成され、下部に軸倍角「6X」のロータを形成するように、6個のロータ磁極が凸状に形成される。
同様に、第2環状凹部111の上部に、第1凹凸部112として、例えば、正弦波形状部が形成され、上部に軸倍角「5X」のロータを形成するように、5個のロータ磁極が凸状に形成される。また、第2環状凹部111の下部に、第2凹凸部113として正弦波形状部が形成され、下部に軸倍角「6X」のロータを形成するように、6個のロータ磁極が凸状に形成される。
第1凹凸部102、112と第2凹凸部103、113の形状は、物理的に正確な正弦波(余弦波)形状のほか、略正弦波形状、矩形パルス形状、鋸歯パルス形状或いは円弧状波形とすることもできる。
このような、第1環状凹部101、第2環状凹部111をロータ本体57に設けたロータ52は、回転軸69の一部に形成され、或いは回転軸69の外周部に固定される。第1環状凹部101及び第2環状凹部111は、切削加工、エッチング、鍛造、或いは鋳造などにより、ロータ本体57の外周面或いは内周面に形成することができる。
なお、冗長機能を設けない回転角度センサの場合、ロータ本体57に代えて、図15Aに示す如く、ロータ本体58の外周面にのみ、環状凹部81を形成したロータ本体58を使用することができる。この場合、上記と同様に、環状凹部81の一方の円弧状の縁部に、第1凹凸部82が一定のピッチで設けられ、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部83が一定のピッチで設けられる。また、同様に、図15Bに示す如く、ロータ本体59の内周面にのみ、環状凹部84を形成したロータ本体59を使用することができる。この場合、上記と同様に、一方の円弧状の縁部に、第1凹凸部85が一定のピッチで設けられ、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部86が一定のピッチで設けられる。
さらに、図15Cに示すように、ロータ本体57に代えて、ロータ本体60の外周面に、環状凸部87を形成したロータ本体60を使用することができる。この場合、環状凸部87は、例えば、厚さ約0.5mm程度の凸部として、ロータ本体60の外周方向に、一定の厚さを有して連続して形成される。この環状凸部87には、上記と同様に、一方の円弧状の縁部に、第1凹凸部88が一定のピッチで設けられ、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部89が一定のピッチで設けられる。また、このような環状凸部は、図15Bと同様に、ロータ本体の内周面に形成することもできる。
図14Aに示すように、ステータ51は、円環状の第1ステータ53と第2ステータ54を、ロータ52の外周側に配置し、第3ステータ55と第4ステータ56を、ロータ52の内周側に配置して構成される。第1ステータ53と第2ステータ54及び第3ステータ55と第4ステータ56は、各々、回転軸69の軸方向に沿って僅かな間隔で平行に配置し、固定部51aに固定される。
第1ステータ53の第1ステータ磁極61と第2ステータ54の第2ステータ磁極66は、各々、例えば14極で構成され、14極からなる第1ステータ磁極61と第2ステータ磁極66は、各々、各磁極を円周方向に等間隔で内側を向いて配置し、ロータ本体57の第1環状凹部101に対し僅かな隙間を介して対向し配設される。第3ステータ55の第3ステータ磁極71と第4ステータ56の第4ステータ磁極76の構成も、上記と同様である。
図14Aに示すように、第1ステータ磁極61は、円環状のステータヨークの内側に、各磁極のステータコア62を突設し、各磁極の凸状のステータコア62に対し、各々、ステータ巻線63を巻装して構成される。同様に、第2ステータ磁極66は、円環状のステータヨークの内側に、各磁極のステータコア67を突設し、各磁極の凸状のステータコア67に対し、各々、ステータ巻線68を巻装して構成される。
各磁極のステータ巻線63、68は、各々、相互に位相をずらしたSIN巻線及びCOS巻線からなる検出用の出力巻線と、励磁用の励磁巻線とからなり、第1ステータ磁極61の各磁極のステータ巻線63の各端子は、各々、ターミナル部から引き出される。各ステータ巻線63,68の励磁巻線は、例えば10kHz程度の交番電流を供給する励磁用電源回路に接続される。ステータ巻線63,68の出力巻線のSIN巻線及びCOS巻線は、ロータ52の回転に伴いSIN出力信号、COS出力信号を出力し、それらの出力端子は、各々、R/Dコンバータの入力側に接続される。
同様に、第3ステータ55の第3ステータ磁極71と第4ステータ56の第4ステータ磁極76は、各々、例えば14極で構成され、14極からなる第3ステータ磁極71と第4ステータ磁極76は、各々、各磁極を等間隔で外側を向いて配設される。ロータ本体57の内側に配置される第3ステータ55の第3ステータ磁極71と第4ステータ56の第4ステータ磁極76は、例えば、故障時の予備として使用される。
図14Aに示すように、第3ステータ磁極71は、円環状のステータヨークの内側に、各磁極のステータコア72を突設し、各磁極の凸状のステータコア72に対し、各々、ステータ巻線73を巻装して構成される。同様に、第4ステータ磁極76は、円環状のステータヨークの内側に、各磁極のステータコア77を突設し、各磁極の凸状のステータコア77に対し、各々、ステータ巻線78を巻装して構成される。
各磁極のステータ巻線73、78は、各々、相互に位相をずらしたSIN巻線及びCOS巻線からなる検出用の出力巻線と、励磁用の励磁巻線とからなり、第3ステータ磁極71の各磁極のステータ巻線73の各端子は、各々、ターミナル部から引き出される。各ステータ巻線73,78の励磁巻線は、例えば10kHz程度の交番電流を供給する励磁用電源回路に接続される。ステータ巻線73,78の出力巻線のSIN巻線及びCOS巻線は、ロータ52の回転に伴いSIN出力信号、COS出力信号を出力し、それらの出力端子は、各々、R/Dコンバータの入力側に接続される。
図14A、図14Bに示すように、第1ステータ53の第1ステータ磁極61のステータコア62は、その内側端部がロータ52の第1凹凸部102に対向する位置に配置され、第2ステータ54の第2ステータ磁極66のステータコア77は、その内側端部がロータ52の第2凹凸部103に対向する位置に配置される。
これにより、ロータ52の回転時、その第1凹凸部102と第2凹凸部103が円周方向に移動することに伴い、第1ステータ53の第1ステータ磁極61のステータコア62と第1凹凸部102間のギャップを介した重合面積が、従来のギャップパーミアンスの変化と同様に変化する。また、同様に、第2ステータ54の第2ステータ磁極66のステータコア67と第2凹凸部103間のギャップを介した重合面積が、従来のギャップパーミアンスの変化と同様に変化する。
このような構成により、単一のロータ52のみで、ロータを共通としつつ、軸倍角「5X」と軸倍角「6X」の相互に異なる軸倍角の検出信号を出力可能な回転角度センサを構成することが可能となる。
第3ステータ55と第4ステータ56は、上記のように、第1ステータ53、第2ステータ54と同様に構成され、第3ステータ55の第3ステータ磁極71のステータコア72は、その外側端部がロータ52の第2環状凹部111の第1凹凸部112に対向する位置に配置される。第4ステータ56の第4ステータ磁極76のステータコア77は、その外側端部がロータ52の第2凹凸部113に対向する位置に配置され、第3ステータ55と第4ステータ56は、故障時などの予備として設置される。これにより、ロータ52は、冗長機能を回転角度センサに設けた場合でも、従来に比して、ロータ52の占める占有空間が非常に小さくなり、回転角度センサ全体を小型化することができる。
次に、上記構成の回転角度センサの動作を説明すると、回転軸69及びロータ52の回転時、第1ステータ53の第1ステータ磁極61と第2ステータ54の第2ステータ磁極66に、交番励磁電流が供給され、各第1ステータ磁極61、第2ステータ磁極66には交番磁界が発生する。
このとき、ロータ本体57の第1環状凹部101の上縁部に形成される、軸倍角「5X」の第1凹凸部102の部分が、第1ステータ53の各第1ステータ磁極61を通過し、下縁部に形成される軸倍角「6X」の第2凹凸部103の部分が、第2ステータ磁極66を通過する。このとき、第1ステータ53の各第1ステータ磁極61によって発生する磁束が、そこに対向するロータ本体57の第1環状凹部101の、上部の第1凹凸部102の影響を受け、第2ステータ54の各第2ステータ磁極66によって発生する磁束が、そこに対向する第1環状凹部101の下部の第2凹凸部103の影響を受ける。
このため、ロータ52の回転に伴い、第1ステータ53の第1ステータ磁極61の出力巻線、つまりそのSIN巻線及びCOS巻線から、軸倍角「5X」の検出角度θ2を示す角度信号が出力され、第2ステータ磁極66のSIN巻線及びCOS巻線から、軸倍角「6X」の検出角度θ1を示す出力電圧信号が出力される。このとき出力される出力電圧信号は、図16に示す如く、ロータ52の機械角に対応した、SIN出力電圧信号及びCOS出力電圧信号が、有効な検出信号として出力される。
これらの検出角度θ1、θ2を示す角度信号は、R/Dコンバータに送られ、R/Dコンバータは、上記第1実施形態と同様に、それらの角度信号を三角波信号に変換し、さらにサンプリングを行ってデジタル信号に変換し、信号処理回路に当該信号を出力する。そして、信号処理回路は、上記実施形態1と同様に、検出角度θ1、θ2に応じて、ロータ52の絶対角度を算出する。
図17は、上記第4実施形態の回転角度センサを試作し性能試験を行った際の、ロータ52の回転角(機械角)に対する検出角度の誤差を示している。この図17に示すように、検出角度誤差はロータの機械角に対応して周期的に変化するものの、誤差範囲は実際の使用に際し問題のない範囲である。
1 ステータ
2 ロータ
3 第1ステータ
4 第2ステータ
9 回転軸
11 第1ステータ磁極
12 ステータコア
13 ステータ巻線
16 第2ステータ磁極
17 ステータコア
18 ステータ巻線
20 信号処理回路
21 R/Dコンバータ
23 CPU
24 入出力回路
25 メモリ
31 帯状本体
31a 外周面
31b 内周面
32 第1凹凸部
33 第2凹凸部
34 合成樹脂製円環部
35 合成樹脂製円環部
36 合成樹脂製円環部
37 軸受
38 ケーシング
40 第1ステータ
41 第1ステータ磁極
42 第2ステータ
43 第2ステータ磁極
2 ロータ
3 第1ステータ
4 第2ステータ
9 回転軸
11 第1ステータ磁極
12 ステータコア
13 ステータ巻線
16 第2ステータ磁極
17 ステータコア
18 ステータ巻線
20 信号処理回路
21 R/Dコンバータ
23 CPU
24 入出力回路
25 メモリ
31 帯状本体
31a 外周面
31b 内周面
32 第1凹凸部
33 第2凹凸部
34 合成樹脂製円環部
35 合成樹脂製円環部
36 合成樹脂製円環部
37 軸受
38 ケーシング
40 第1ステータ
41 第1ステータ磁極
42 第2ステータ
43 第2ステータ磁極
Claims (12)
- 円環状に配置された複数の第1ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第1ステータと、
円環状に配置された複数の第2ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第2ステータと、
該第1ステータ及び該第2ステータの内側または外側に、ギャップを介して回転可能に配置されたロータと、
を備え、
該ロータは、磁性鋼板の帯状本体が、該帯状本体の厚さ方向をラジアル方向として円筒状に形成され、該帯状本体の一方の円弧状の縁部に第1凹凸部が略一定のピッチで設けられるとともに、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部が略一定のピッチで設けられ、
該第1ステータは、該帯状本体の該第1凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第1ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設され、
該第2ステータは、該ロータの該帯状本体の第2凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第2ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設されたことを特徴とする回転角度センサ。 - 前記ロータの帯状本体は、1層の磁性鋼板を円筒状に曲げて形成され、該帯状本体の外周面が該ロータの外側を向き、該帯状本体の内周面が該ロータの内側を向くように形成されたことを特徴とする請求項1記載の回転角度センサ。
- 前記ロータの帯状本体は、複数枚積層された磁性鋼板を円筒状に曲げて形成されたことを特徴とする請求項1記載の回転角度センサ。
- 前記第1凹凸部と第2凹凸部は、略正弦波形状に形成されたことを特徴とする請求項1記載の回転角度センサ。
- 前記第1凹凸部と第2凹凸部のピッチは、各々、相違するとともに、異なる軸倍角に対応して形成されたことを特徴とする請求項1記載の回転角度センサ。
- 前記ロータは、回転軸の外周に、合成樹脂製円環部を外嵌させ、該合成樹脂製円環部の外周部に、前記帯状本体を装着して構成されたことを特徴とする請求項1記載の回転角度センサ。
- 前記第1ステータ及び第2ステータが前記ロータの外側にギャップを介して配置されたことを特徴とする請求項6記載の回転角度センサ。
- 前記第1ステータが前記ロータの内側にギャップを介して配置され、前記第2ステータが該ロータの外側にギャップを介して配置されたことを特徴とする請求項6記載の回転角度センサ。
- 円筒状の前記ロータは、前記第1ステータ及び第2ステータの外側に回転可能に配置され、該第1ステータ及び第2ステータが該ロータの内側にギャップを介して配置されたことを特徴とする請求項1記載の回転角度センサ。
- 円環状に配置された複数の第1ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第1ステータと、
円環状に配置された複数の第2ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第2ステータと、
該第1ステータ及び該第2ステータの内側または外側に、ギャップを介して回転可能に配置されたロータと、
を備え、
該ロータは、ロータ本体が磁性鋼材により円筒型に形成され、該ロータ本体の外周面または内周面に、周方向に連続して均一な深さの環状凹部が形成され、該環状凹部の一方の円弧状の縁部に第1凹凸部が略一定のピッチで設けられるとともに、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部が略一定のピッチで設けられ、
該第1ステータは、該環状凹部の該第1凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第1ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設され、
該第2ステータは、該環状凹部の第2凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第2ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設されたことを特徴とする回転角度センサ。 - 円環状に配置された複数の第1ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第1ステータと、
円環状に配置された複数の第2ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第2ステータと、
該第1ステータ及び該第2ステータの内側または外側に、ギャップを介して回転可能に配置されたロータと、
を備え、
該ロータは、ロータ本体が磁性鋼材により円筒型に形成され、該ロータ本体の外周面または内周面に、周方向に連続して均一な厚さの環状凸部が形成され、該環状凸部の一方の円弧状の縁部に第1凹凸部が略一定のピッチで設けられるとともに、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部が略一定のピッチで設けられ、
該第1ステータは、該環状凸部の該第1凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第1ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設され、
該第2ステータは、該環状凸部の第2凹凸部の内周面または外周面に対向して、複数の第2ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設されたことを特徴とする回転角度センサ。 - 円環状に配置された複数の第1ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第1ステータと、
円環状に配置された複数の第2ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第2ステータと、
円環状に配置された複数の第3ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第3ステータと、
円環状に配置された複数の第4ステータ磁極に、励磁巻線と出力巻線を巻装した第4ステータと、
該第1ステータ及び該第2ステータの内側で、且つ該第3ステータ及び該第4ステータの外側に、ギャップを介して回転可能に配置されたロータと、
を備え、
該ロータは、ロータ本体が磁性鋼材により円筒型に形成され、該ロータ本体の外周面に、周方向に連続して均一な深さの第1環状凹部が形成され、該ロータ本体の内周面に、周方向に連続して均一な深さの第2環状凹部が形成され、該第1環状凹部の一方の円弧状の縁部に、第1凹凸部が略一定のピッチで設けられるとともに、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部が略一定のピッチで設けられ、該第2環状凹部の一方の円弧状の縁部に、第1凹凸部が略一定のピッチで設けられるとともに、他方の円弧状の縁部に、第2凹凸部が略一定のピッチで設けられ、
該第1ステータは、該第1環状凹部の該第1凹凸部の外周面に対向して、複数の第1ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設され、
該第2ステータは、該第1環状凹部の第2凹凸部の外周面に対向して、複数の第2ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設され、
該第3ステータは、該第2環状凹部の該第1凹凸部の外周面に対向して、複数の第3ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設され、
該第4ステータは、該第2環状凹部の第2凹凸部の外周面に対向して、複数の第4ステータ磁極が、円周方向に一定の間隔をあけて並設されたことを特徴とする回転角度センサ。
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