JP2000352501A

JP2000352501A - 磁気誘導式回転位置センサ

Info

Publication number: JP2000352501A
Application number: JP11163326A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ito; 善規伊藤; Tadatoshi Goto; 忠敏後藤; Shuichi Tanaka; 秀一田中
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc; Amitec Corp
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc; Amitec Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変化に起因する検出誤差を除去して、精
度の高い検出を行うことのできる磁気誘導式回転位置セ
ンサを提案すること。【解決手段】磁気誘導式回転位置センサ１０は、ステ
ータ１１に、アブソリュート信号出力用の二次側誘導コ
イル１４（ｎ）と、回転位置信号発生用の第２の二次側
誘導コイル１７（ｍ）が配列され、これらのコイルに対
峙した状態に、磁性部分を備えたロータ１８が配置さ
れ、このロータ１８は環状磁性板２０と非磁性体からな
る保持板１９から構成されている。ステータ１１とロー
タ１８とは線膨張係数が実質的に同一とされている。ま
た、環状磁性板２０と保持板１９の線膨張係数も実質的
に同一されている。さらに、磁性板２０は温度による透
磁率変化が小さい素材から形成されている。温度変化に
起因する検出信号の変動を抑制できるので、精度の高い
位置検出を行うことが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の回転位置
を精度良く検出可能な磁気誘導式の回転位置センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転体の回転位置を磁気誘導を利用して
検出する回転位置センサとしては、図６に示す構成のも
のが、例えば本願人の一人である株式会社アミテックに
より製造販売されている。

【０００３】この形式の回転位置センサ１は、円板形状
のステータ２の表面に同心円状に４本の磁極ピン３
（ｎ）（ｎ＝１〜４）が取付けられ、各磁極ピン３
（ｎ）の根元側には一次側（励磁）コイル４（ｎ）が巻
き付けられ、各磁極ピン３（ｎ）の先端側には二次側
（誘導）コイル５（ｎ）が巻き付けられている。先端側
の二次コイル５（ｎ）に対峙した状態に、磁性体からな
るロータ６が配置されている。このロータ６はハート形
の輪郭形状をした板である。このロータ６には回転シャ
フト７が固着され、この回転シャフト７はロータ６を貫
通して延びている。

【０００４】ここで、一次コイル４（ｎ）は巻き方向が
同一であり、直列接続されている。これに対して、二次
コイル５（ｎ）の側においては、直径方向に対峙してい
る一組の二次コイル５（１）、５（３）は巻き方向が逆
であり、相互に直列接続されている。同様に、残りの１
組の二次コイル５（２）、５（４）も、巻き方向が逆で
あり、相互に直列接続されている。

【０００５】また、図７（Ａ）に示すように、ハート形
のロータ６が正立状態では、二次コイル５（１）、５
（３）のうち下側の二次コイル５（３）のみが完全にロ
ータ６に重なり、上側の二次コイル５（１）はロータ６
とは全く重ならないようになっている。

【０００６】逆に、図７（Ｂ）に示すように、ロータ６
が１８０度回転した状態、すなわち、ハート形のロータ
６が倒立状態では、上側の二次コイル５（１）のみが完
全にロータ６に重なり、下側の二次コイル５（３）はロ
ータ６とは全く重ならないようになっている。さらに、
これらの何れの状態においても、左右の１組の二次コイ
ル５（２）、５（４）では丁度半分の部分がロータ６と
重なるようになっている。

【０００７】このようにハート形のロータ６の回転に伴
ってロータ６と各二次コイル５（ｎ）との重なり量がサ
イン波状に変化する。この結果、励磁コイルにｓｉｎω
ｔの励磁電圧を加えると、ロータの回転角θに応じて１
組の二次コイル５（１）、５（３）からは、ｓｉｎθ・
ｓｉｎωｔの電圧が得られ、残りの１組の二次コイル５
（２）、５（４）からはｃｏｓθ・ｓｉｎωｔの電圧が
得られる。

【０００８】従って、これらの２組の誘導電圧に基づ
き、不図示の信号処理回路によって、ロータ６の回転位
置を示す信号を生成できる。すなわち、ロータ６の回転
シャフト７が取付けられた回転体の回転位置を示す信号
を得ることができる。

【０００９】一方、かかる構成の磁気誘導型回転センサ
における検出精度を改善するために、同心円上に配置さ
れている複数の二次側コイルにおける回転方向のインダ
クタンス分布を所望の状態に設定したセンサが、特開平
９−５３９０９号公報において提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】磁気誘導式回転位置セ
ンサでは、ロータが回転するとコイルを通過する磁束量
が変化し、この磁束量の変化に基づきロータ回転位置が
検出される。しかしながら、従来の磁気誘導式回転位置
センサにおいては、ロータが回転しない場合は磁束量が
変化しないので位置情報も一定のはずであるが、実際に
はセンサ温度が変化すると位置情報が変化してしまう。
このために、回転位置の検出を高精度で行うことができ
ないという問題点がある。

【００１１】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
高精度で検出を行うことのできる磁気誘導式回転位置セ
ンサを提案することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、磁気誘導式
回転位置センサについて各種の実験を行うことにより、
温度変化に起因する検出精度の低下の理由を見出し、こ
れに基づき、本発明を想到するに到ったのである。

【００１３】検出精度低下の第１の理由は、コイルの径
方向位置とロータとの相対位置ずれによる位置情報の変
動である。コイルを保持しているステータ（コイルボビ
ン）は絶縁性および磁気特性の点から樹脂製品を用いて
いる。これに対してロータは磁性材とする必要があるの
で一般に金属製品とされる。樹脂と金属の線膨張係数は
１桁以上異なるので、温度が変化すると、ロータに対し
て、ステータに取り付けられているコイルが径方向に移
動し、コイル出力信号値は、恰もロータが回転したかの
ように変化してしまう。

【００１４】本発明は、かかる知見に基づき、ステータ
と、ロータと、前記ステータに配置された一次側励磁コ
イルおよび二次側誘導コイルとを有し、前記ロータは、
回転位置に応じて、前記ステータの前記一次側励磁コイ
ルおよび二次側誘導コイル間の磁気結合を変化させるよ
うに構成されている磁気誘導式回転位置センサにおい
て、前記ステータと前記ロータを、実用温度範囲におけ
る線膨張係数が実質的に同一の素材から形成する構成を
採用したことを特徴としている。

【００１５】検出精度低下の第２の理由は、磁性材料の
透磁率が温度によって変化することによる位置情報の変
動である。ロータに用いる磁性材料の透磁率が温度によ
って変化すると、コイルに誘起される信号値が変化し、
位置情報が変動してしまう。また、二次側誘導コイルの
磁極ピンの透磁率が温度によって変化しても同様な弊害
が発生する。

【００１６】この弊害を回避するために、本発明は、ス
テータと、ロータと、前記ステータに配置された一次側
励磁コイルおよび二次側誘導コイルとを有し、前記ロー
タは、回転位置に応じて、前記ステータの前記一次側励
磁コイルおよび二次側誘導コイル間の磁気結合を変化さ
せるように構成されている磁気誘導式回転位置センサに
おいて、前記ロータを実用温度範囲における透磁率変化
が小さな素材から形成するようにしている。また、磁極
ピンを実用温度範囲における透磁率変化が小さな素材か
ら形成するようにしている。例えば、パーマロイ等の磁
性材料には実用温度領域での温度変化が極めて小さな材
料が存在するので、このような素材を用いればよい。こ
れに加えて、本発明では、ロータおよび磁極ピンの温度
に対する透磁率変化を逆の特性となるように設定して、
それぞれの変化を補完できるようにしている。

【００１７】ここで、前記ロータを、所定の輪郭形状を
した環状磁性板と、この環状磁性板が表面に積層固定さ
れている保持板から構成することができる。かかる構成
のロータを備えた磁気誘導式回転位置センサにおける検
出精度低下の理由は、上記の第１および第２の理由の他
に、第３の理由として、保持板の特性に起因する位置情
報の変動がある。

【００１８】このようなロータ保持板に起因する弊害を
回避するために、本発明では、実用温度範囲における前
記保持板の線膨張係数を前記環状磁性板の線膨張係数と
実質的に同一とした構成を採用している。この場合、前
記保持板を非磁性材料から形成することが望ましい。ま
た、前記保持板を、導電性があり、実用温度範囲におけ
る抵抗変化が少ない素材から形成することが望ましい。

【００１９】一方、本発明は、一次側あるいは二次側コ
イルの回転方向におけるインダクタンス分布を所望の状
態に設定することにより、検出精度の線形性等を改善し
た構成の磁気誘導式回転位置センサに対しても同様に適
用することができる。

【００２０】すなわち、本発明は、所定の回転位置範囲
に亘って分散して配置された複数の前記二次側誘導コイ
ルからなる二次巻線群を少なくとも一つは含んでおり、
当該二次巻線群に含まれている各二次側誘導コイルは前
記所定の回転位置範囲において予め設定されたインダク
タンス分布を示すように、それぞれのインダクタンス設
定がなされており、前記一次側励磁コイルを少なくとも
前記二次巻線群に対応して１相で励磁することにより得
られる当該二次巻線群に含まれる各二次側誘導コイル出
力を合計して、１つの出力信号を生成するように構成さ
れた磁気誘導式回転位置センサに対しても同様に適用す
ることができる。

【００２１】また、所定の回転位置範囲に亘って予め設
定されたインダクタンス分布を示すように、前記一次側
励磁コイルおよび二次側誘導コイルのうちの少なくとも
一方が分布巻きされた巻線群を少なくとも一つは有して
いる構成の磁気誘導式回転位置センサに対しても同様に
適用できる。

【００２２】さらには、前記ステータの前記一次側励磁
コイルが複数相で励磁されるようになっており、所定の
回転位置範囲に亘って分散して配置された複数の前記一
次側励磁コイルからなる一次巻線群が、各励磁相に対応
した数だけ配置されており、一つの前記一次巻線群に含
まれている各一次側励磁コイルは前記所定の回転位置範
囲において予め設定されたインダクタンス分布を示すよ
うにそれぞれのインダクタンス設置がなされており、こ
のインダクタンス分布は各一次巻線群の間で所定の機械
角だけずれている構成の磁気誘導式回転位置センサに対
しても同様に適用することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用した磁気誘導式回転位置センサについて説明す
る。

【００２４】（第１の実施例）図１（Ａ）〜（Ｃ）は、
本例の磁気誘導式回転位置センサを側方から見た場合の
概略構成図、二次側誘導コイルの配列状態を示す説明
図、および、二次側誘導コイルとハート形の輪郭形状が
備わっている環状磁性板を備えたロータとの配置関係を
示す説明図である。

【００２５】これらの図を参照して説明すると、本例の
磁気誘導式回転位置センサ１０は、ステータ（コイルボ
ビン）１１を有し、当該ステータ１１の表面には、同心
円状に等角度間隔で複数本の第１の磁極ピン１２（ｎ）
（ｎは正の整数であり、図示の例ではｎ＝４）が配列さ
れている。これらの第１の磁極ピン１２（ｎ）の根元側
には、一次側励磁コイル１３（ｎ）が巻き付けられ、そ
れらのピンの先端側には、第１の二次側誘導コイル１４
（ｎ）が巻き付けられている。

【００２６】また、ステータ１１の表面における第１の
磁極ピン１２（ｎ）の内側あるいは外側（図示の例では
外側）には、同心円状に複数本の第２の磁極ピン１５
（ｍ）（ｍは正の整数であり、図示の例ではｍ＝１２）
が配列されている。これらの第２の磁極ピン１５（ｍ）
の根元側には、一次側励磁コイル１６（ｍ）が巻き付け
られ、それらのピンの先端側には、第２の二次側誘導コ
イル１７（ｍ）が巻き付けられている。第１および第２
の磁極ピン１２（ｎ）、１５（ｍ）は高透磁率、かつ、
低導電率の素材から形成することが望ましい。

【００２７】これら第１および第２の二次側誘導コイル
１４（ｎ）、１７（ｍ）に対峙させて、複合ロータ１８
が配置されている。この複合ロータ１８は、非磁性体か
らなる円板状の保持板１９と、この表面に取り付けた環
状磁性板２０とからなる複合板である。環状磁性板２０
は、ハート形の輪郭形状をしたくり抜き部分２０ａを備
え、その外周輪郭形状は全体としてはおむすび形をして
いる。

【００２８】複合ロータ１８の保持板１９の中心には回
転シャフト２１が取付けられており、この回転シャフト
２１は回転自在の状態でステータ１１に支持されてい
る。

【００２９】内側に配列されている第１の二次側誘導コ
イル１４（ｎ）は、前述した図２、３における二次側誘
導コイルと同様であり、単極状態に形成され、ハート形
のくり抜き部分２０ａによって、ロータ１８の回転に伴
って各コイルと環状磁性板２０の重なり量がサイン波状
に変化して、サイン波状の誘起電圧が発生するようにな
っている。従って、これらの第１の二次側誘導コイル１
４（ｎ）から得られる誘起電圧に基づき、ロータ１回転
当たり１周期のアブソリュート出力を生成することがで
きる。

【００３０】これに対して、外側に配列されている第２
の二次誘導コイル１７（ｍ）は、図示の例では、１２個
配列されており、３極状態とされている。この第２の二
次誘導コイル１７（ｍ）において、回転する環状磁性板
１９との重なり量の変化に伴って、同一極の二次誘導コ
イルの誘起電圧がサイン波状に変化するように、環状磁
性板２０の外周側の輪郭形状２０ｂが設定されている。
この結果、一次側励磁コイル１５（ｍ）のサイン波状の
励磁電圧を印加すると、３極の二次誘導コイルからは、
位相が１２０度ずつずれた３相（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の誘起電
圧が得られる。これに基づき１回転３周期の回転位置検
出信号を生成することができる。このようにして１回転
多周期の検出信号を得ることにより、センサの分解能を
高めることができる。

【００３１】ここで、本例のセンサ１０のステータ１１
と環状磁性板２０は線膨張係数が実質的に同一の素材か
ら形成されている。ロータ２０は一般に珪素鋼板、パー
マロイから形成され、透磁率が高く、しかも、温度によ
る透磁率変化が小さな素材から形成することが望まし
い。詳細に説明すると、実用温度範囲での温度変化、透
磁率の変化が少ない素材から形成することが望ましい。

【００３２】保持板１９はプラスチック板、ステンレス
スチール等の非磁性金属板とされている。また、保持板
１９は、導電性があり、温度による抵抗変化が少ない素
材から形成することが望ましい。

【００３３】本発明者等の実験によれば、ステータ１１
の線膨張係数をロータ２０の線膨張係数と実質的に同一
なるように、これらの素材を選択した場合には、従来に
おける線膨張係数の異なる樹脂製ステータと金属製ロー
タ２０を用いる場合に比べて、温度変化に伴う検出誤差
の変化を、約１／７に低減できることが確認された。

【００３４】（第１の実施例の変形例）ここで、上記の
例において、一次側励磁コイル１３（ｎ）、１６（ｍ）
の代わりに１個の一次側励磁コイルを配置することもで
きる。この場合には、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、ステータ１１の外周側の部分において、二次側誘導
コイル１４（ｎ）、１７（ｍ）を取り囲むように一次側
励磁コイル２１を配置すればよい。

【００３５】この構成を採用した場合には、ステータ１
１における一次側励磁コイル２１に基づく磁界が１回転
の全周でそれぞれの二次極（二次側誘導コイル１４
（ｎ）、１７（ｍ））に対して均一に形成される。ま
た、各二次極における磁気結合効率も改善されるので、
全体として、検出精度の向上を期待できる。これに加え
て、一次側誘導コイルを配置するための構造が簡単にな
るという利点もある。

【００３６】なお、上記の例では、第１の磁極ピン１２
（ｎ）およびロータ２０は透磁率が高い素材から形成さ
れている。これらの温度による透磁率変化特性を相互に
補完するような特性とすれば、コイルを交差する磁束量
が温度変化により変動せずに、従って発生信号電圧の変
動も抑制できる。

【００３７】例えば、図２（Ｃ）に示すように、磁極ピ
ンの側を温度上昇に伴って透磁率が増加する素材から形
成し、逆に、ロータの側を温度上昇に伴って透磁率が減
少する素材から形成して、透磁率の合成値がほぼ一定と
なるようにすればよい。一例として、ロータにパーマロ
イを使用し、磁極ピンにフェライトを使用すればよい。
このようにすれば、温度変化に起因する検出誤差を抑制
できる。

【００３８】（第２の実施例）図３〜図５には、本発明
を適用した磁気誘導回転式位置センサの別の例を示して
ある。この例は、本発明を、前記の特開平９−５３９０
９号公報に開示されている磁気誘導回転式位置センサに
適用したものである。

【００３９】図３（Ａ）、（Ｂ）はそのセンサの正面図
およびＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。ステータ
３３においては、回転方向に沿って略６０度の間隔で分
散して配置された６つの極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆのそ
れぞれにおいて、２つの２次巻線３２Ａｓ，３２Ａｃ；
３２Ｂｓ，３２Ｂｃ；３２Ｃｓ，３２Ｃｃ；３２Ｄｓ，
３２Ｄｃ；３２Ｅｓ，３２Ｅｃ；３２Ｆｓ，３２Ｆｃが
重複して設けられている。これらの２次巻線は２つのグ
ループを構成しており、第１のグループの２次巻線３２
Ａｓ〜３２Ｆｓはサイン相に対応し、第２のグループの
２次巻線３２Ａｃ〜３２Ｆｃはコサイン相に対応してい
る。

【００４０】ここで、第１のグループ内における各２次
巻線３２Ａｓ〜３２Ｆｓは所定の回転位置範囲（この例
では１回転全域）において所望のインダクタンス分布
（この例ではサイン関数に対応する分布）を示すように
それぞれのインダクタンス設定がなされている。同様
に、第２のグループ内における各２次巻線３２Ａｃ〜３
２Ｆｃは所定の回転位置範囲（この例では１回転全域）
において所望のインダクタンス分布（この例ではコサイ
ン関数に対応する分布）を示すようにそれぞれのインダ
クタンス設定がなされている。

【００４１】所望のインダクタンス分布の一例を図５に
示す。この例では、各グループのＡ極の２次巻線３２Ａ
ｓ、３２Ａｃの配置が、回転位置の原点つまり回転角０
度の位置から略４５度離れた角度位置に設定されている
と仮定している。従って、この設定例では、２次巻線の
各極Ａ〜Ｆの配置は、機械角の４５度、１０５度、１６
５度、２２５度、２８５度、３４５度にそれぞれ対応し
ている。各２次巻線のインダクタンスは、該当するイン
ダクタンス分布関数における各巻線の機械的配置角度位
置に対応する値に設置される。

【００４２】すなわち、図５において、サイン関数に沿
って白抜き丸でプロットした関数値に対応して、サイン
相のグループに対応する各２次巻線３２Ａｓ、３２Ｂ
ｓ、３２Ｃｓ、３２Ｄｓ、３２Ｅｓ、３２Ｆｓのインダ
クタンスが設定される。また、コサイン関数に沿って黒
丸でプロットした関数値に対応して、コサイン相のグル
ープに対応する各２次巻線３２Ａｃ、３２Ｂｃ、３２Ｃ
ｃ、３２Ｄｃ、３２Ｅｃ、３２Ｆｃのインダクタンスが
設定される。

【００４３】例えば、それぞれの巻線の所望のインダク
タンス設定は、周知のようにコイルの巻数を設定するこ
とにより行なえる。従って、この設例の場合、各２次巻
線の基本的なインダクタンス値つまりコイル巻数は下記
の関数値を基に設定されることになる。

【００４４】サイン相の２次巻線：３２Ａｓ：ｓｉｎ４５° ３２Ｂｓ：ｓｉｎ１０５° ３２Ｃｓ：ｓｉｎ１６５° ３２Ｄｓ：ｓｉｎ２２５° ３２Ｅｓ：ｓｉｎ２８５° ３２Ｆｓ：ｓｉｎ３４５° コサイン相の２次巻線：３２Ａｃ：ｃｏｓ４５° ３２Ｂｃ：ｃｏｓ１０５° ３２Ｃｃ：ｃｏｓ１６５° ３２Ｄｃ：ｃｏｓ２２５° ３２Ｅｃ：ｃｏｓ２８５° ３２Ｆｃ：ｃｏｓ３４５° ここで、マイナス値に対応するインダクタンスは、巻線
の巻き方向を逆にすることにより設定される。従って、
サイン相の２次巻線グループは、順方向巻きの２次巻線
３２Ａｓ、３２Ｂｓ、３２Ｃｓからなるサブグループ
と、逆方向巻きの２次巻線３２Ｄｓ、３２Ｅｓ、３２Ｆ
ｓからなるサブグループとからなっているということが
でき、これらの１グループ内の２次巻線は図６に示すよ
うに直列接続されてその誘導出力が合計され、サイン相
の出力信号（交流成分をｓｉｎωｔとし、検出角度をθ
とすると、ｓｉｎθｓｉｎωｔ）を出力する。同様に、
コサイン相の２次巻線グループは、順方向巻きの２次巻
線３２Ａｃ、３２Ｅｃ、３２Ｆｃからなるサブグループ
と、逆方向巻きの２次巻線３２Ｂｃ、３２Ｃｃ、３２Ｄ
ｃからなるサブグループとからなっているということが
でき、これらの１グループ内の２次巻線は図６に示すよ
うに直列接続されてその誘導出力が合計され、コサイン
相の出力信号（ｃｏｓθｓｉｎωｔ）を出力する。

【００４５】ステータ３３における各巻線の取付け形態
について図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明すると、鉄
あるいはフェライト等からなるピン形状のコア３３Ｐを
１次巻線３１Ａ〜３１Ｆの各極及び２次巻線３２Ａｓ〜
３２Ｆｓ、３２Ａｃ〜３２Ｆｃの各極Ａ〜Ｆ毎に用意
し、それぞれのピン状コア３３Ｐに各１次巻線３１Ａ〜
３１Ｆ及び各極Ａ〜Ｆ毎の２次巻線３２Ａｓ〜３２Ｆ
ｓ、３２Ａｃ〜３２Ｆｃをセットし、これらの巻線セッ
ト済みピン状コア３３Ｐをステータベース３３Ｂに対し
てネジ３３Ｓ等の手段によって図３のような所定の配置
で固定する。

【００４６】次に、ロータ３４の構成例について説明す
ると、ロータ３４は、全体として面板状からなってお
り、検出対象の回転運動が伝達される回転軸３４Ｃに取
り付けられた基板３４Ｂ（ロータ保持板）と、該基板３
４Ｂ上に設けられた磁気結合変化部材３４Ａ（環状磁性
板）とを含むプラスチック、ステンレススチールなどの
非磁性板からなっているが、導電性があり、温度による
抵抗変化が少ない素材から形成することが望ましい。

【００４７】更には、部材３４Ａと実質的に線膨張係数
が同一であることが望ましい。

【００４８】ロータ３４の主要部である磁気結合変化部
材３４Ａは、その回転位置に応じてステータ３３の１次
及び２次巻線間の磁気結合を変化させるものであり、ス
テータ３３と線膨張係数が実質的に同一の素材から形成
されている。また、透磁率が高く、しかも、温度による
透磁率変化が少ない素材から形成されている。例えば、
珪素鋼版、パーマロイから形成されている。

【００４９】部材３４Ａの形状は、その外径輪郭とし
て、図３（Ａ）において３４Ａ’として示したように、
ステータ３３の外周寄りに設けられた１次巻線３１Ａ〜
３１Ｆの配列をカバーしうるサイズの真円輪郭を持ち、
その内径輪郭として、図３（Ａ）において４Ａ’’とし
て示したように、偏心した輪郭を持つものであり、すな
わち、中央が偏心して抜かれた、つば状の形状を成して
いる。このロータ３４の磁気結合変化部材３４Ａの内径
の偏心輪郭３４Ａ’’は、ステータ３３の内周寄りに設
けられた２次巻線配列における各磁極Ａ〜Ｆの端面に対
する該磁気結合変化部材３４Ａの対面面積が、ロータ３
４の回転位置に応じて変化する（１回転につき１サイク
ルの変化）ように、適切に形成されている。

【００５０】従って、ステータ３３の２次巻線の各極Ａ
〜Ｆにおける１次−２次巻線間の磁気結合が、ロータ３
４の回転位置に応じて１回転につき１サイクルの割合で
周期関数的に変化する。このようなロータ３４の偏倚形
状に基づく磁気結合変化は、レゾルバあるいはその他の
回転検出器で知られるように、機械角で９０度ずれた配
置の２つの２次巻線に対して、一方をサイン相とし、他
方をコサイン相とする変化を示すものである。ところ
で、ロータの形状に基づく磁気結合変化のみでは、よほ
どその形状をうまく設計しない限り、理想の関数的変化
を得ることができず、検出精度やリニアリティに難があ
る。これに対して、本例では、所定の回転位置範囲にお
ける各２次巻線３２Ａｓ〜３２Ｆｓ，３２Ａｃ〜３２Ｆ
ｃのインダクタンス分布を、所望の理想の関数的変化を
実現するように可変的に設定しているので、容易に検出
精度を上げることができるものである。

【００５１】すなわち、ロータ４が回転移動するとき、
各２次巻線３２Ａｓ〜３２Ｆｓ、３２Ａｃ〜３２Ｆｃに
おいてはそのロータ回転位置に応じて磁気結合の変化が
生じ、かつ個々の２次巻線３２Ａｓ〜３２Ｆｓ、３２Ａ
ｃ〜３２Ｆｃに誘導される電圧レベルは、前記インダク
タンス分布に従うものとなる。この現象を、ステータ３
３の或る一点（例えば原点）を基準にして検討してみる
と、その一点における磁気結合がロータ３４の回転位置
の関数として変化するのみならず、各グループのインダ
クタンス分布に応じた誘導電圧レベルがロータ３４の回
転位置の関数として各グループ内の２次巻線に生じるこ
とになる。従って、両現象の相加作用若しくは相乗作用
によって、各グループ内の各２次巻線出力を合計した出
力信号は、ロータ３４の回転位置の関数として精度の高
い、またリニアリティの良い、信号として得られること
になる。

【００５２】この構成の磁気誘導式回転位置センサにお
いても、前述した第１の実施例の場合と同様に、ステー
タ３３の線膨張係数をロータ３４の線膨張係数と実質的
に同一なるように、これらの素材を選択してあるので、
従来における線膨張係数の異なる樹脂製ステータと金属
製ロータを用いる場合に比べて、検出誤差を大幅に低減
することができる。

【００５３】また、本例では、ロータ３４における磁気
結合変化部材３４Ａの形状のみに依存して回転位置に応
じた誘導係数変化を得るものではないので、ロータ３４
における磁気結合変化部材３４Ａの形状設定や設計、加
工等が容易となり、また、小型化しても十分な検出精度
が得られるものとなる。また、出力信号は、所定の回転
位置範囲における所定のインダクタンス分布に従う各２
次巻線出力の合計として得られるので、一種の平均化が
施されることになり、ステータ及びロータの加工精度や
組立て精度に多少のくるいが仮にあったとしても、平均
化によって、出力誤差が生じにくいものとなり、極めて
良好である。すなわち、組立て、加工の負担を軽減する
ので、高精度でありながら、低コスト化及び小型化を促
進することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気誘導
式回転位置センサでは、コイルを保持しているステータ
の線膨張係数と、コイルに対峙しているロータの線膨張
係数を実質的に同一としてある。

【００５５】また、本発明では、ロータを，温度による
透磁率変化が少ない素材から形成してある。

【００５６】さらに、環状磁性板が保持板に取り付けら
れた構成のロータを備えた磁気誘導式回転位置センサに
おいて、保持板の線膨張係数と環状磁性板の線膨張係数
とを実質的に同一としてある。また、ロータ保持板を非
磁性材料から形成してある。これに加えて、ロータ保持
板を、導電性があり、温度による抵抗変化が少ない素材
から形成してある。

【００５７】このように構成した本発明の磁気誘導式回
転位置センサによれば、温度変化に起因する検出誤差の
発生を抑制することができるので、検出精度を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を適用した磁気誘導
型回転位置センサを側方から見た場合の概略構成図、二
次側誘導コイルの配列状態を示す説明図、および、二次
側誘導コイルとハート形の輪郭形状が備わっている磁性
体ロータとの配置関係を示す説明図である。

【図２】図１のセンサの変形例を示す図であり、（Ａ）
はその概略構成図であり、（Ｂ）は一次側および二次側
コイルの配列状態を示す説明図であり、（Ｃ）はロータ
と磁極ピンの透磁率特性の望ましい例を示すグラフであ
る。

【図３】本発明を適用した別の磁気誘導型回転位置セン
サを示す図であり、（Ａ）はその概略正面図であり、
（Ｂ）はそのＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した部分を示す概
略断面図である。

【図４】図３のセンサにおける二次側誘導コイルの２つ
のグループについて設定されるインダクタンス分布の例
を示すグラフである。

【図５】図３のセンサにおける一次側および二次側コイ
ルの接続例を示す配線図である。

【図６】従来の磁気誘導式回転位置センサの構成を示す
説明図である。

【図７】図６のセンサの動作を説明するための説明図で
ある。

【符号の説明】

１０誘導型回転位置センサ１１ステータ１２（ｎ）第１の磁極ピン１２１３（ｎ）一次側励磁コイル１４（ｎ）第１の二次側誘導コイル１５（ｍ）第２の磁極ピン１６（ｍ）一次側励磁コイル１７（ｍ）第２の二次側誘導コイル１８複合ロータ１９非磁性体ロータ２０磁性体ロータ２０ａ磁性体ロータのハート形の輪郭形状をしたくり
抜き部分２０ｂ磁性体ロータの外周側の輪郭形状３３ステータ３４ロータ３４Ａ磁気結合変化部材（環状磁性板）３４Ｂ基板（保持板）３１Ａ〜３１Ｆ一次側励磁コイル３２Ａｓ〜３２Ｆｓ、３２Ａｃ〜３２Ｆｃ二次側誘導
コイル３３Ｐピン状コア３４Ｃ回転軸

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月５日（１９９９．８．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図４】

【図５】

【図６】

【図３】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤忠敏東京都府中市新町１丁目77番２号 (72)発明者田中秀一東京都小平市小川西町５丁目20番６号第２田園荘221号Ｆターム(参考） 2F063 AA35 CB01 CB02 CC09 DA01 DD07 GA22 GA29 GA34 GA36 GA41 2F077 AA14 FF03 NN02 NN17 PP26 QQ03 UU16 VV02 VV12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータと、ロータと、前記ステータに
配置された一次側励磁コイルおよび二次側誘導コイルと
を有し、前記ロータは、回転位置に応じて、前記ステー
タの前記一次側励磁コイルおよび二次側誘導コイル間の
磁気結合を変化させるように構成されている磁気誘導式
回転位置センサにおいて、前記ステータと前記ロータは、実用温度範囲における線
膨張係数が実質的に同一の素材から形成されていること
を特徴とする磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項２】請求項１において、前記ロータは、実用温度範囲における透磁率変化が小さ
な素材から形成されていることを特徴とする磁気誘導式
回転位置センサ。
【請求項３】請求項１または２において、前記二次側誘導コイルが巻かれている磁極ピンは、実用
温度範囲における透磁率変化が小さな素材から形成され
ていることを特徴とする磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項４】請求項３において、前記ロータおよび前記磁極ピンの温度に対する透磁率変
化特性は逆となるように設定されていることを特徴とす
る磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項５】請求項１ないし４のうちの何れかの項に
おいて、前記ロータは、所定の輪郭形状をした環状磁性板と、こ
の環状磁性板が表面に積層固定されている保持板から構
成されており、実用温度範囲における前記保持板の線膨張係数は前記環
状磁性板の線膨張係数と実質的に同一であることを特徴
とする磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項６】請求項５において、前記保持板は非磁性材料から形成されていることを特徴
とする磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項７】請求項５または６において、前記保持板は、導電性があり、実用温度範囲における抵
抗変化が少ない素材から形成されていることを特徴とす
る磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項８】ステータと、ロータと、前記ステータに
配置された一次側励磁コイルおよび二次側誘導コイルと
を有し、前記ロータは、回転位置に応じて、前記ステー
タの前記一次側励磁コイルおよび二次側誘導コイル間の
磁気結合を変化させるように構成されている磁気誘導式
回転位置センサにおいて、前記ロータは実用温度範囲における透磁率変化が小さな
素材から形成されていることを特徴とする磁気誘導式回
転位置センサ。
【請求項９】請求項８において、前記二次側誘導コイルが巻かれている磁極ピンは、実用
温度範囲における透磁率変化が小さな素材から形成され
ていることを特徴とする磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項１０】請求項９において、前記ロータおよび前記磁極ピンの温度に対する透磁率変
化特性は逆となるように設定されていることを特徴とす
る磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項１１】ステータと、ロータと、前記ステータ
に配置された一次側励磁コイルおよび二次側誘導コイル
とを有し、前記ロータは、回転位置に応じて、前記ステ
ータの前記一次側励磁コイルおよび二次側誘導コイル間
の磁気結合を変化させるように構成されている磁気誘導
式回転位置センサにおいて、前記ロータは、所定の輪郭形状をした環状磁性板と、こ
の環状磁性板が表面に積層固定されている保持板から構
成されており、実用温度範囲における前記保持板の線膨張係数は前記環
状磁性板の線膨張係数と実質的に同一であることを特徴
とする磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項１２】請求項１１において、前記保持板は非磁性材料から形成されていることを特徴
とする磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項１３】請求項１１または１２において、前記保持板は、導電性があり、実用温度範囲における抵
抗変化が少ない素材から形成されていることを特徴とす
る磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項１４】請求項１ないし１３のうちの何れかの
項において、所定の回転位置範囲に亘って分散して配置された複数の
前記二次側誘導コイルからなる二次巻線群を少なくとも
一つは含んでおり、当該二次巻線群に含まれている各二
次側誘導コイルは前記所定の回転位置範囲において予め
設定されたインダクタンス分布を示すように、それぞれ
インダクタンス設定がなされており、前記一次側励磁コイルを少なくとも前記二次巻線群に対
応して１相で励磁することにより得られる当該二次巻線
群に含まれる各二次側誘導コイル出力を合計して、１つ
の出力信号を生成することを特徴とする磁気誘導式回転
位置センサ。
【請求項１５】請求項１ないし１３のうちの何れかの
項において、所定の回転位置範囲に亘って予め設定されたインダクタ
ンス分布を示すように、前記一次側励磁コイルおよび二
次側誘導コイルのうちの少なくとも一方が分布巻きされ
た巻線群を少なくとも一つは有していることを特徴とす
る磁気誘導式回転位置センサ。
【請求項１６】請求項１ないし１３のうちの何れかの
項において、前記ステータの前記一次側励磁コイルが複数相で励磁さ
れるようになっており、所定の回転位置範囲に亘って分散して配置された複数の
前記一次側励磁コイルからなる一次巻線群が、各励磁相
に対応した数だけ配置されており、一つの前記一次巻線群に含まれている各一次側励磁コイ
ルは前記所定の回転位置範囲において予め設定されたイ
ンダクタンス分布を示すようにそれぞれのインダクタン
ス設置がなされており、このインダクタンス分布は各一
次巻線群の間で所定の機械角だけずれていることを特徴
とする磁気誘導式回転位置センサ。