CN102252602A

CN102252602A - 旋转角传感器

Info

Publication number: CN102252602A
Application number: CN2011100999765A
Authority: CN
Inventors: 井上智昭; 中村健英; 铃木真矢; 金光亮次郎
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: CN102252602B; JP2011226907A; JP5364031B2

Abstract

本发明提供一种旋转角传感器。该旋转角传感器确保机械强度，无论自电动机产生的交变磁场等是否存在都会提高S/N比。分解器包括设有励磁线圈图案的分解器定子、及设有检测线圈图案(34)的分解器转子(13)。分解器转子(13)包括转子基板(31)、形成在转子基板(31)上的检测线圈图案(34)、及配置在转子基板(31)与检测线圈图案(34)之间的第1磁芯(32c)。转子基板(31)由非磁性导体形成。分解器转子(13)还包括形成在转子基板(31)上的旋转变压器图案(35)、及配置在转子基板(31)与旋转变压器图案(35)之间的第2磁芯(32d)。在第1磁芯(32c)和第2磁芯(32d)之间设有狭缝(32d)。

Description

旋转角传感器

技术领域

本发明涉及一种包括设有励磁线圈的定子、及设有检测线圈的转子的旋转角传感器。

背景技术

以往，作为这种技术公知有例如下述专利文献1所述的分解器(resolver)。该分解器通过在树脂制的壳体上安装印刷电路板来构成定子和转子。即，该分解器构成为用于检测转子轴的旋转角度，其具有转子旋转板、定子板、分别与转子旋转板和定子板相对地配置且由印刷图案构成的一对旋转变压器(rotary transformer)、分别配置于转子旋转板和定子板且由印刷图案构成的励磁线圈和检测线圈。

专利文献1：日本特开2008-197046号公报

专利文献2：日本特开2000-292205号公报

专利文献3：日本特开平8-136211号公报

专利文献4：日本特开2006-162577号公报

但是，在专利文献1所述的分解器中，由于使用旋转变压器来传送检测信号，因此，令人担心信号的传送效率会降低。因此，在将该分解器安装于电动机的情况下，在由电动机产生的交变磁场的作用下，令人担心会使分解器的输出中的S/N比降低。

另外，在专利文献1所述的分解器中，由于转子旋转板和定子板由树脂构成，因此，难以确保机械强度。

发明内容

本发明即是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种确保机械强度，无论由电动机产生的交变磁场等是否存在都能够提高传感器输出中的S/N比的旋转角传感器。

为了达到上述目的，技术方案1所述的发明的旋转角传感器包括固定的定子、隔着间隙与定子相对并能够旋转地设置的转子、设置于定子和转子中的一者上的励磁线圈图案、及设置在定子和转子中的另一者上并隔着间隙地相对与励磁线圈图案配置的检测线圈图案，其主旨在于，转子包括转子基板、形成在转子基板上的检测线圈图案或励磁线圈图案、及配置在转子基板与检测线圈图案之间或转子基板与励磁线圈图案之间的第1磁芯，转子基板由非磁性导体形成。

采用上述发明的构造，由于构成转子的转子基板由非磁性导体形成，因此，自电动机泄漏的交变磁场在转子基板中成为涡流，被热消耗。因此，难以对传感器信号产生影响。并且，由于在转子基板与检测线圈图案之间或转子基板与励磁线圈图案之间配置有第1磁芯，因此，能够防止在励磁线圈图案中产生的磁通在由于非磁性导体构成的转子基板起作用而被消除。

为了达到上述目的，在技术方案1所述的发明中，技术方案2所述的发明的主旨在于，转子还包括形成在转子基板上的旋转变压器图案、及配置在转子基板与旋转变压器图案之间的第2磁芯，在第1磁芯与第2磁芯之间设有狭缝。

采用上述发明的构造，除技术方案1所述的发明作用之外，由于在转子基板与旋转变压器图案之间配置有第2磁芯，因此，能够防止在励磁线圈图案中产生的磁通在由于非磁性导体构成的转子基板起作用而被消除。另外，由于在第1磁芯与第2磁芯之间设有狭缝，因此，检测线圈图案和旋转变压器图案利用该狭缝使磁路分离，从而降低了相互干涉的影响。

为了实现上述目的，在技术方案1或2所述的发明中，技术方案3所述的发明的主旨在于，非磁性导体是非磁性不锈钢。

采用上述发明的构造，除技术方案1或2所述的发明作用之外，由于非磁性导体由非磁性不锈钢构成，因此，转子基板的刚性增加。

为了达到上述目的，在技术方案3所述的发明中，技术方案4所述的发明的主旨在于，非磁性不锈钢是SUS305(JIS标准)。

采用上述发明的构造，除技术方案3所述的发明作用之外，由于非磁性不锈钢使用SUS305(日本工业标准JIS标准)，因此，即使进行加工，也难以马氏体化(磁性化)。

采用技术方案1所述的发明，能够确保机械强度，无论自电动机产生的交变磁场等是否存在，都能够提高旋转角传感器输出中的S/N比。

采用技术方案2所述的发明，相对于技术方案1所述的发明效果，能够进一步提高旋转角传感器输出中的S/N比。

采用技术方案3所述的发明，除技术方案1或2所述的发明效果之外，能够确保转子的机械强度，从而能够提高旋转角传感器的可靠性。

采用技术方案4所述的发明，相对于技术方案3所述的发明效果，能够将转子基板永久地保持为非磁性，从而能够提高加工性。

附图说明

图1涉及一个实施方式，是表示带有分解器的电动机的剖视图。

图2涉及该实施方式，是表示分解器定子的分解立体图。

图3涉及该实施方式，是表示分解器转子的分解立体图。

图4涉及该实施方式，是概略表示分解器转子的构造的剖视图。

图5涉及该实施方式，是表示分解器的电构造的电路框图。

图6涉及该实施方式，是表示由转子基板的材料差异导致的分解器输出差异的坐标图。

图7涉及该实施方式，是表示由转子基板的材料差异导致的分解器输出的S/N比差异的坐标图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明将本发明的旋转角传感器具体化为2相励磁1相输出型的分解器的一个实施方式。

图1利用剖视图表示带有分解器的电动机(以下简称作“电动机”)1。如图1所示，电动机1包括底板2、中空状的电动机壳体3、设置在电动机壳体3的中空部的电动机定子4和电动机转子5、一体地设置于电动机转子5的电动机转轴6。电动机转轴6的一端部突出到电动机壳体3的外部。

电动机定子4固定在电动机壳体3的内表面。电动机定子4包括未图示的定子芯和线圈。电动机转子5配置在电动机定子4的内侧，保持有未图示的永磁铁。电动机转轴6借助设置在电动机壳体3的端部的轴承7、和设置于底板2的轴承8被支承得能够旋转。于是，电动机1以如下方式构成：由于电动机定子4的线圈励磁，电动机转子5的永磁铁受到磁力作用，从而电动机转子5与电动机转轴6一体地旋转。

如图1所示，在电动机壳体3的内侧，在电动机转子5和底板2之间配置有作为本发明的旋转角传感器的分解器11。该分解器11包括分解器定子12、及在旋转轴方向上隔着规定的间隙与该分解器定子12相对的位置处旋转的分解器转子13。

如图1所示，分解器定子12固定在底板2上。分解器转子13利用形成在中央的毂部12a固定在电动机转轴6的外周上，其能够与电动机转轴6一体地旋转。

接着，详细说明分解器定子12的构造。图2利用分解立体图表示分解器定子12。如图2所示，分解器定子12包括互相层叠的定子基板21、背面芯(back core)22、绝缘层23、含有励磁线圈图案24和旋转变压器图案25的层、及位于最上层的绝缘层26。

位于最下层的定子基板21由树脂形成，呈大致圆环板状，具有向外周突出的多个安装部21a。在定子基板21之上形成有呈大致圆环状的背面芯22。背面芯22利用镍锌类铁氧体成形，在中心孔22a的周围断续地形成有狭缝22b。在背面芯22之上形成有呈大致圆环状的绝缘层23。在绝缘层23之上，作为同一个层形成有励磁线圈图案24和旋转变压器图案25。励磁线圈图案24包含卷绕方向为正向的SIN信号励磁线圈图案24A和卷绕方向为反向的COS信号励磁线圈图案24B，这些励磁线圈图案24A、24B呈圆环状地在圆周方向上依次配置。旋转变压器图案25配置在励磁线圈图案24的内侧。在励磁线圈图案24和旋转变压器图案25之上形成有呈大致圆环状的绝缘层26。

接着，说明分解器转子13的构造。图3利用分解立体图表示分解器转子13。如图3所示，分解器转子13包括互相层叠的转子基板31、背面芯32、绝缘层33、含有检测线圈图案34和旋转变压器图案35的层、及绝缘层36。

位于最下层的转子基板31由非磁性导体形成，呈大致圆环板状。作为非磁性导体，可使用非磁性不锈钢、例如“SUS305”。在转子基板31之上形成有呈大致圆环状的背面芯32。背面芯32利用镍锌系铁氧体成形，在中心孔32a的周围形成有狭缝32b。利用该狭缝32b，背面芯32被分离成外侧的第1磁芯32c和内侧的第2磁芯32d地构成。即，在第1磁芯32c和第2磁芯32d之间形成有狭缝32b。在背面芯32之上形成有呈大致圆环状的绝缘层33。在绝缘层33之上，作为同一个层形成有检测线圈图案34和旋转变压器图案35。检测线圈图案34由呈圆环状地沿圆周方向配置的4个线圈部34a、34b、34c、34d构成。旋转变压器图案35配置在呈圆环状的检测线圈图案34的内侧。在检测线圈图案34和旋转变压器图案35之上形成有呈大致圆环状的绝缘层36。

图4利用剖视图概略地表示分解器转子13的构造。如图4所示，分解器转子13自下方依次层叠转子基板31、背面芯32、绝缘层33、含有检测线圈图案34和旋转变压器图案35的层、及绝缘层36而构成的。背面芯32的外侧的第1磁芯32c配置在与检测线圈图案34上下耦合的位置。背面芯32的内侧的第2磁芯32d配置在与旋转变压器图案35上下耦合的位置。

即，分解器转子13包括转子基板31、在转子基板31之上借助绝缘层33形成的检测线圈图案34、及借助绝缘层33配置在转子基板31和检测线圈图案34之间的第1磁芯32c。分解器转子13还包括借助绝缘层33形成在转子基板31之上的旋转变压器图案35、及借助绝缘层33配置在转子基板31和旋转变压器图案35之间的第2磁芯32d。第1磁芯32c和第2磁芯32d除一部分之外，都隔着狭缝32b分离地配置。即，在第1磁芯32c和第2磁芯32d之间，除一部分之外都设有狭缝32b。

图5利用电路框图表示该实施方式的分解器11的电构造。分解器11包括电路部41和传感器部42。传感器部42包括含有SIN信号励磁线圈图案24A和COS信号励磁线圈图案24B的励磁线圈图案24、检测线圈图案34、设置于转子基板31的旋转变压器图案35、及设置于定子基板21的旋转变压器图案25。SIN信号励磁线圈图案24A、COS信号励磁线圈图案24B和旋转变压器图案25设置于图1所示的分解器定子12。检测线圈图案34和旋转变压器图案35设置于图1所示的分解器转子13。电路部41包括SIN信号产生电路51、载波产生电路52、COS信号产生电路53、第1调制电路54、第2调制电路55、解调电路56和相位差检测电路57。

在传感器部42中，检测线圈图案34连接于转子侧的旋转变压器图案35。在传感器部42和电路部41之间，第1调制电路54连接于SIN信号励磁线圈图案24A，第2调制电路55连接于COS信号励磁线圈图案24B。定子侧的旋转变压器图案25连接于解调电路56。

在电路部41中，用于产生“7.2kHz”的SIN信号波的SIN信号产生电路51连接于第1调制电路54。用于产生“7.2kHz”的COS信号波的COS信号产生电路53连接于第2调制电路55。用于产生“360kHz”的高频的SIN载波的载波产生电路52分别连接于第1调制电路54和第2调制电路55。SIN信号产生电路51连接于相位差检测电路57。解调电路56连接于相位差检测电路57。第1调制电路54利用从SIN信号产生电路51输出的SIN信号波对从载波产生电路52输出的载波进行振幅调制，将其输出到SIN信号励磁线圈图案24A。第2调制电路55利用从COS信号产生电路53输出的COS信号波对从载波产生电路52输出的高频的载波进行振幅调制，将其输出到COS信号励磁线圈图案24B。解调电路56将从传感器部42输出的振幅调制波解调，将其输出到相位差检测电路57。相位差检测电路57根据分别解调后的SIN信号波和COS信号波的相位差计算出电动机转子5乃至于电动机转轴6的旋转角。输入有解调电路56的输出的相位差检测电路57对从解调电路56输出的经解调后的信号波的、相对于输入到解调电路56的振幅调制波的相位滞后进行校正。

采用以上说明的该实施方式的分解器11，由于构成分解器转子13的转子基板31由非磁性导体形成，因此，自电动机1泄漏的交变磁场在转子基板31中成为涡流，被热消耗。因此，来自电动机1的交变磁场等会被转子基板31屏蔽，能够排除交变磁场的影响。另外，由于转子基板31由非磁性导体形成，因此，能够在转子基板31中获得刚性。因此，能够确保分解器转子13的机械强度。特别是，由于分解器转子13与电动机转轴6一体地高速旋转，因此，由于能够确保分解器转子13的机械强度，从而能够提高分解器11的可靠性。并且，由于在转子基板31和检测线圈图案34之间配置有第1磁芯32c，因此，能够防止自分解器定子12的励磁线圈图案24产生的磁通在由非磁性导体构成的转子基板31的作用下被消除。因此，检测信号变大，无论自电动机1产生的交变磁场等是否存在，都能够提高分解器11的输出中的S/N比。

另外，在该实施方式中，由于在转子基板31和旋转变压器图案35之间配置有第2磁芯32d，因此，能够防止在分解器定子12的励磁线圈图案24中产生的磁通在由非磁性导体构成的转子基板31的作用下被消除。另外，由于在第1磁芯32c和第2磁芯32d之间设有狭缝32b，因此，检测线圈图案34和旋转变压器图案35借助狭缝32b在磁路上分离，从而减少相互干涉的影响。在这种意义下，无论自电动机1产生的交变磁场等是否存在，都能够进一步提高分解器11的输出中的S/N比。

在该实施方式中，由于形成转子基板31的非磁性导体由非磁性不锈钢构成，因此，转子基板31的刚性增加。在这种意义下，能够提高分解器转子13的机械强度，从而能够提高分解器11的可靠性。另外，作为该非磁性不锈钢使用SUS305，因此，即使进行加工，也难以马氏体化，即难以带有磁性。因此，能够将转子基板31永久地保持为非磁性，从而能够提高加工性。

在此，在图6中，将由转子基板的材料差异导致的分解器输出差异进行比较，并利用坐标图来表示。该测定通过将驱动频率设为“2MHz”和“500kHz”，对于励磁线圈图案的励磁电压设为“6V”，背面芯32的厚度设为“30μm”，背面芯32的狭缝32b的宽度设为“1.2mm”来进行。

另外，图7将由转子基板的材料差异导致的传感器输出的S/N比差异进行比较，并利用坐标图来表示。该测定通过将驱动频率设为“500kHz”，对于励磁线圈图案的励磁电压设为“6V”，背面芯32的厚度设为“30μm”，背面芯32的狭缝32b的宽度设为“1.2mm”来进行。

如图6所示，在使转子基板的材料为“树脂”，定子基板的材料为“树脂”，在分解器转子上设有背面芯的(A)的试验条件下，以“2MHz”的驱动频率获得“约1100mV”的传感器输出，以“500kHz”的驱动频率获得“约900mV”的传感器输出。但是，如图7所示，在来自电动机1的交变磁场的影响下导致S/N比恶化。

相对于此，如图6所示，在使转子基板的材料为“SUS”、定子基板的材料为“树脂”、在分解器转子上设有背面芯的(B)的试验条件下，以“2MHz”的驱动频率获得“约190mV”的传感器输出，以“500kHz”的驱动频率获得“约200mV”的传感器输出。这样，在转子基板使用“SUS”的情况下，传感器输出是(A)的情况下的约五分之一。这是由如下原因导致的，即，通过使转子基板的材料为“SUS”，在分解器定子的励磁线圈图案中产生的磁通在由作为非磁性导体的“SUS”构成的转子基板的作用下被消除。

相对于此，如图6所示，在使转子基板的材料为“SUS”、定子基板的材料为“树脂”、在分解器转子上设有背面芯的(C)的试验条件下，以“2MHz”的驱动频率获得“约1000mV”的传感器输出，以“500kHz”的驱动频率获得“约800mV”的传感器输出。可知该传感器输出的结果与(A)的情况大致相同。这样，即使在转子基板使用“SUS”的情况下，传感器输出的结果与(A)的情况大致相同，这是由于在转子基板31和检测线圈图案34之间配置有第1磁芯32c导致的。由于存在该第1磁芯32c，即使转子基板31的材料为“SUS”，也能够防止在分解器定子12的励磁线圈图案24中产生的磁通在转子基板31的作用下被消除。另外，如图7所示，来自电动机1的交变磁场的影响变小，与(A)的试验条件相比，S/N比提高到5倍以上。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，也能够在不脱离发明主旨的范围内适当地改变构造的一部分来实施。

例如，在上述实施方式中，在转子基板31和旋转变压器图案35之间配置有第2磁芯32d，但也可以将其省略。

另外，在上述实施方式中，将本发明具体化为1相励磁2相输出型的分解器11，但也可以将本发明具体化为2相励磁1相输出型的分解器。在这种情况下，优选在转子侧配置励磁线圈图案，在定子侧配置检测线圈图案，转子和定子的构造可以与上述实施方式相同。即，可以做成在由非磁性导体形成的转子基板上隔着磁芯配置励磁线圈图案，在定子基板上配置检测线圈图案的构造。

工业实用性

本发明例如能够安装于电动机，用于检测电动机转轴的旋转角。

Claims

1.一种旋转角传感器，该旋转角传感器包括被固定的定子、设置为隔着间隙与上述定子相对并能够旋转的转子、设置于上述定子和上述转子中的一者上的励磁线圈图案、及设置在上述定子和上述转子中的另一者上且隔着间隙与上述励磁线圈图案相对配置的检测线圈图案，其特征在于，

上述转子包括转子基板、形成在上述转子基板上的上述检测线圈图案或上述励磁线圈图案、及配置在上述转子基板与上述检测线圈图案之间或上述转子基板与上述励磁线圈图案之间的第1磁芯，上述转子基板由非磁性导体形成。

2.根据权利要求1所述的旋转角传感器，其特征在于，

上述转子还包括形成在上述转子基板上的旋转变压器图案、及配置在上述转子基板与上述旋转变压器图案之间的第2磁芯，在上述第1磁芯与上述第2磁芯之间设有狭缝。

3.根据权利要求1或2所述的旋转角传感器，其特征在于，

上述非磁性导体是非磁性不锈钢。

4.根据权利要求3所述的旋转角传感器，其特征在于，

上述非磁性不锈钢是日本工业标准JIS标准下的SUS305。