JP2008310564A - 回転型有限角度検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、輪状ステータの１８０度対称位置に突出磁極を設け、外周が凹凸状のロータを用いて一対のチャンネルセンサを構成し、各チャンネルセンサからの出力信号の和を用いて高精度信号を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明による回転型有限角度検出器は、輪状ステータ(1)の内面(1a)の１８０度対称位置に設けた第１、第２突出磁極(2,2A)と、外周に第１、第２凸部(4A,4B)を有するロータ(4)と、前記第１突出磁極(2)と第１凸部(4A)で形成される第１チャンネルセンサ(10)と、前記第２突出磁極(2A)と第２凸部(4B)で形成される第２チャンネルセンサ(11)とよりなり、各チャンネルセンサ(10,11)からの各出力信号の和を用いて角度検出する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転型有限角度検出器に関し、特に、輪状ステータの一対の１８０度対称位置で、巻線を有する突出磁極を所定の角度範囲のみに配設して一対のチャンネルセンサを形成し、各チャンネルセンサの出力信号の和を用いることにより、輪状ステータとロータ間の偏芯や傾きなどの取り付け誤差影響を低減するための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の回転型有限角度検出器としては、例えば、図２に示される構成を挙げることができるが、本出願人が社内で開発したのみで特許出願を行っていないため、ここでは、その構成を示す特許文献は開示していない。
図２において符号１で示されるものは、例えば、１００度の範囲の予め設定された有限角を有する有限角ステータであり、この有限角ステータ１の内面１ａには、複数の突出磁極２が所定角度間隔で配設されている。

前記各突出磁極２には、周知の励磁巻線３ａと出力巻線３ｂとからなる巻線３が巻回されている。
前記有限角ステータ１の内側には、有限角に形成された扇形のコア（鉄芯等）のみからなる有限角ロータ４が所定有限角の範囲で回転自在に設けられ、この有限角ロータ４の有限角回転に応じて、有限角ロータ４の回転角度位置を検出することができる。

従来の回転型有限角度検出器は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、１個の有限角ステータに対して１個の有限角ロータが組合せられた構成であるため、１チャンネルセンサしか構成されておらず、例えば、有限角ステータ又は有限角ロータに対して、取付けによる偏芯や傾きなどの取り付け誤差があった場合に、回転角度位置の誤差となり、有限角度検出器としての検出精度が著しく低下することになっていた。

本発明による回転型有限角度検出器は、輪状をなす輪状ステータと、前記輪状ステータの少なくとも所定の第１角度範囲に形成された複数の第１突出磁極と、前記輪状ステータの前記第１角度範囲と対向する少なくとも所定の第２角度範囲に形成された複数の第２突出磁極と、前記各第１突出磁極に巻回された第１チャンネル用の第１巻線と、前記各第２突出磁極に巻回された第２チャンネル用の第２巻線と、前記輪状ステータの内側に回転自在に設けられコアのみからなると共に外周が半径方向に沿って凹凸状に変化する少なくとも第１、第２凸部を有するロータと、を備え、前記各第１突出磁極と前記各第１巻線及び前記第１凸部により第１チャンネルセンサを形成し、前記各第２突出磁極と前記各第２巻線及び前記第２凸部により第２チャンネルセンサを形成し、前記輪状ステータとロータとは同一軸芯に配設され、前記各第１突出磁極と各第２突出磁極とは互いに１８０度対称に配置され、前記ロータの前記第１凸部と第２凸部とは互いに１８０度対称に配置され、前記ロータの有限角回転により前記第１、第２チャンネルセンサから得られる出力信号の和を用いて、前記ロータの有限角位置を検出する構成であり、また、前記輪状ステータの内面前記第１突出磁極と第２突出磁極との間には、突出磁極が形成されていない構成であり、また、前記輪状ステータの内面の前記第１突出磁極と第２突出磁極との間には、巻線を有しない複数の突出磁極が形成されている構成であり、また、前記第１突出磁極と第２突出磁極の数は同一とした構成であり、また、前記各第１巻線同志、及び、前記各第２巻線同志は、互いに直列接続されるか、又は、並列に接続されている構成である。

本発明による回転型有限角度検出器は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、輪状ステータの１８０度対称位置に巻線を有する複数の突出磁極を所定の角度範囲に配置して有限角度検出することで、半径方向の輪状ステータとロータの取り付け偏芯や傾きが発生した場合においても、各方向の出力信号である出力電圧は間隙が大きくなった方向で減少、ギャップが小さくなった方向で増加となる。
従って、一対のチャンネルセンサからの出力電圧の増減の和は偏芯等のない状態とほぼ一致した出力電圧になり、その結果、輪状ステータとロータの相対的な偏芯や傾きによる出力電圧変化を低減し、有限角の高精度検出を得ることができる。
また、輪状ステータは従来の有限角ステータと異なり輪状に形成されているため、輪状ステータの強度が高く取付剛性を上げることができ、車輌等に搭載する場合には高い信頼性を得ることができる。

本発明は、輪状ステータの一対の１８０度対称位置で、巻線を有する突出磁極を所定の角度範囲のみに配設して一対のチャンネルセンサを形成し、各チャンネルセンサの出力信号の和を用いることにより、輪状ステータとロータ間の偏芯や傾きなどの取付け誤差影響を低減するようにした回転型有限角度検出器を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による回転型有限角度検出器の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１において符号１で示されるものは全体形状が輪状をなす輪状ステータであり、この輪状ステータ１の内面１ａの所定の第１角度範囲θには、複数の第１突出磁極２が所定の角度間隔毎に内方へ向けて突出して形成されている。

前記輪状ステータ１の内面１ａの前記第１角度範囲θに対して１８０度対向する第２角度範囲θ’には、複数の第２突出磁極２Ａが所定の角度間隔毎に内方へ向けて突出して形成されている。
前記各第１突出磁極２と各第２突出磁極２Ａとは、直径方向線Ａからみて１８０度対称となるように構成されている。

前記各第１突出磁極２には、周知のバリアブルリラクタンス（ＶＲ）型のレゾルバと同様な巻線である励磁巻線３ａと出力巻線３ｂとからなる第１チャンネル用の第１巻線３が巻回されている。
また、前記各第２突出磁極２Ａには、前述と同様の励磁巻線３ａと出力巻線３ｂとからなる第２チャンネル用の第２巻線３Ａが巻回されている。

前記輪状ステータ１の内側には、その外周が半径方向に沿って凹凸状に変化する少なくとも第１、第２凸部４Ａ、４Ｂを有する周知のコアのみ（巻線を有しない）からなる輪状のロータ４が図示しない回転軸を介して前記輪状ステータ１と同一軸芯Ｐで回転自在に設けられている。
前記各第１突出磁極２と前記第１巻線３及び前記第１凸部４Ａにより有限角検出器としての第１チャンネルセンサ１０が形成され、前記各第２突出磁極２Ａと前記第２巻線３Ａ及び前記第２凸部４Ｂにより有限角検出器としての第２チャンネルセンサ１１が形成されている。

尚、前記輪状ステータ１の内面１ａにおいて、前記各第１突出磁極２と各第２突出磁極２Ａとの間の位置には、図１では、各突出磁極２、２Ａと同一等の突出磁極は何ら形成されていない構成としているが、例えば、プレス加工時各突出磁極２、２Ａを前記内面１ａの全周にわたり所定間隔で形成し、前記第１、第２角度範囲θ、θ’のみの各突出磁極２、２Ａに前記第１巻線３と第２巻線３Ａを巻回すると、図１に示される第１巻線３を有する各第１突出磁極２と、第２巻線３Ａを有する各第２突出磁極２Ａを形成することができる。

従って、前述の場合、前記内面１ａの各第１、第２突出磁極２、２Ａ間には巻線を有しない突出磁極が残ることになるが、有限角検出には何ら支障はなく、積層型の輪状ステータ１の場合、その積層時の転積が可能となる。

次に、前述の構成において、各励磁巻線３ａ、３ａに励磁信号を印加した状態で、前記ロータ４に接続された回転軸（図示せず）を所定の有限角に沿って回転させると、周知のバリアブルリラクタンス型のＶＲ型レゾルバの動作と同様に、輪状ステータ１とロータ４との間隙Ｄに沿うギャップパーミアンスの変化に従って、第１チャンネルセンサ１０と第２チャンネルセンサ１１における第１、第２巻線３、３Ａの各出力巻線３ｂ、３ｂから出力される有限角回転位置を示す各出力信号の和を取ることにより、半径方向の輪状ステータ１とロータ４の取り付け偏芯や傾きが発生した場合、ロータ４が回転する各回転方向の出力信号である出力電圧は、ロータ４の各凸部４Ａ、４Ｂと各突出磁極２、２Ａ間の間隙Ｄが大きくなった方向で減少、この間隙Ｄが小さくなった方向で増加となる。

従って、一対の各チャンネルセンサ１０、１１からの出力信号（出力電圧）の増減の和は、偏芯等のない状態で検出した出力信号とほぼ一致した出力信号になり、その結果、輪状ステータ１とロータ４の相対的な偏芯や傾きによる出力電圧変化を低減し、有限回転角度位置の高精度検出を得ることができる。
また、前記輪状ステータ１は、従来の有限角ステータとは異なって輪状に形成されているため、輪状ステータ１を他の装置に取付ける際の取付剛性を向上させることができ、さらに、ロータ４を回転させるだけでなく、ロータ４を固定側とし、輪状ステータ１を回転側とすることも可能である。

本発明による回転型有限角度検出器を示す平面図である。 従来の有限角度検出器を示す平面図である。

符号の説明

１ 輪状ステータ
１ａ 内面
２ 第１突出磁極
２Ａ 第２突出磁極
３ 第１巻線
３Ａ 第２巻線
３ａ 励磁巻線
３ｂ 出力巻線
４ ロータ
４Ａ 第１凸部
４Ｂ 第２凸部
１０ 第１チャンネルセンサ
１１ 第２チャンネルセンサ
θ 第１角度範囲
θ’ 第２角度範囲
Ｄ 間隙
Ａ 直径方向線
Ｐ 同一軸芯

Claims (5)

1. 輪状をなす輪状ステータ(1)と、前記輪状ステータ(1)の少なくとも所定の第１角度範囲(θ)に形成された複数の第１突出磁極(2)と、前記輪状ステータ(1)の前記第１角度範囲(θ)と対向する少なくとも所定の第２角度範囲(θ')に形成された複数の第２突出磁極(2A)と、前記各第１突出磁極(2)に巻回された第１チャンネル用の第１巻線(3)と、前記各第２突出磁極(2A)に巻回された第２チャンネル用の第２巻線(3A)と、前記輪状ステータ(1)の内側に回転自在に設けられコアのみからなると共に外周が半径方向に沿って凹凸状に変化する少なくとも第１、第２凸部(4A,4B)を有するロータ(4)と、を備え、
   前記各第１突出磁極(2)と前記各第１巻線(3)及び前記第１凸部(4A)により第１チャンネルセンサ(10)を形成し、
   前記各第２突出磁極(2A)と前記各第２巻線(3A)及び前記第２凸部(4B)により第２チャンネルセンサ(11)を形成し、
   前記輪状ステータ(1)とロータ(4)とは同一軸芯(P)に配設され、前記各第１突出磁極(2)と各前記第２突出磁極(2A)とは互いに１８０度対称に配置され、前記ロータ(4)の前記第１凸部(4A)と第２凸部(4B)とは互いに１８０度対称に配置され、
   前記ロータ(4)の有限角回転により前記第１、第２チャンネルセンサ(10,11)から得られる出力信号の和を用いて、前記ロータ(4)の有限角位置を検出することを特徴とする回転型有限角度検出器。
2. 前記輪状ステータ(1)の内面(1a)の前記第１突出磁極(2)と第２突出磁極(2A)との間には、突出磁極が形成されていないことを特徴とする請求項１記載の回転型有限角度検出器。
3. 前記輪状ステータ(1)の内面(1a)の前記第１突出磁極(2)と第２突出磁極(2A)との間には、巻線を有しない複数の突出磁極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転型有限角度検出器。
4. 前記第１突出磁極(2)と第２突出磁極(2A)の数は同一であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の回転型有限角度検出器。
5. 前記各第１巻線(3)同志、及び、前記各第２巻線(3A)同志は、互いに直列接続されているか、又は、並列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の回転型有限角度検出器。

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