CN103512489A

CN103512489A - 角度传感器

Info

Publication number: CN103512489A
Application number: CN201310225155.0A
Authority: CN
Inventors: 金光亮次郎; 铃木真矢
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2014-01-15
Also published as: JP2014006175A; US20130342192A1

Abstract

本发明提供一种角度传感器。该角度传感器减小传感器定子的SIN相线圈及COS相线圈与旋转变压器线圈的两根连接线之间的磁耦合的影响，减小检测误差。角度传感器包括：传感器转子，其形成有平面线圈；传感器定子（6），其以与传感器转子之间隔开间隙的方式与传感器转子相对地配置，形成有平面线圈（32）。传感器定子的平面线圈包括呈圆环状的SIN相线圈（41A）和COS相线圈（41B）、以及配置在供两线圈（41A、41B）设置的区域的径向内侧的旋转变压器线圈图案（42）。旋转变压器线圈图案（42）包括用于与外部电路连接的两根连接线（45A、45B），两根连接线以跨越两线圈的方式配置。两根连接线在跨越两线圈的部分夹着绝缘膜上下重叠地配置。

Description

角度传感器

技术领域

本发明涉及一种设置于电动机、发动机的输出轴、用于检测该输出轴的旋转角度的角度传感器。

背景技术

以往，作为这种技术，例如公知有下述专利文献1所述的旋转变压器型解析器（日文：レゾルバ）。该解析器包括固定侧芯和与固定侧芯隔开间隙地相对配置的、与转轴一体地旋转的旋转侧芯。在固定侧芯上设有一次侧绕线，在旋转侧芯上设有二次侧绕线。由上述一次侧绕线和二次侧绕线构成旋转变压器部。另外，在旋转变压器部上设有励磁绕线，在固定侧芯上设有检测绕线。由上述励磁绕线和检测绕线构成信号产生部。在固定侧芯的与旋转侧芯的表面相对的表面上固定有将一次侧绕线和检测绕线形成为一体而成的固定侧片状线圈（sheet coil）。另外，在旋转侧芯的表面上固定有将二次侧绕线和励磁绕线形成为一体而成的旋转侧片状线圈。在此，构成旋转变压器部的一次侧绕线和二次侧绕线各自的两根引出线配置在片状线圈形成面的不同位置。

专利文献1：日本特开平8－136211号公报

但是，在专利文献1所述的解析器中，构成旋转变压器部的一次侧绕线和二次侧绕线各自的两根引出线配置在片状线圈形成面的不同位置。因此，两根引出线在跨越构成励磁绕线、检测绕线的SIN相线圈和COS相线圈的位置会模拟地形成闭合电路。其结果，重新了解到：SIN相线圈和COS相线圈与两根引出线的相互作用、即受到磁耦合的影响，在角度传感器中产生检测误差。可知：例如通过向旋转变压器部中通入交流信号，在两根引出线的闭合电路部分产生磁场变化，因该磁场变化而在SIN相线圈、COS相线圈中产生不需要的电动势（噪声），作为角度传感器其检测精度降低。

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角度传感器，该角度传感器能够减小传感器定子的SIN相线圈及COS相线圈与旋转变压器线圈的两根连接线之间的磁耦合的影响，能够减小检测误差。

为了达到上述目的，技术方案1所述的发明是一种角度传感器，其包括：传感器转子，其安装在旋转轴上，在表面形成有平面线圈；传感器定子，其表面与传感器转子的表面隔开间隙地相对配置，在该传感器定子的表面形成有平面线圈，传感器定子的平面线圈包括呈圆环状的SIN相线圈和COS相线圈、以及配置在供SIN相线圈和COS相线圈设置的区域的径向内侧的旋转变压器线圈，旋转变压器线圈包括用于与外部电路连接的两根连接线，两根连接线以跨越SIN相线圈和COS相线圈的方式配置，该角度传感器的主旨在于，旋转变压器线圈的两根连接线至少在跨越SIN相线圈和COS相线圈的部分上下重叠地配置。在此，“上下重叠地配置”这样的记载中的“上下”是指与SIN相线圈和COS相线圈所形成的面垂直的方向的意思。

采用上述发明的构成，旋转变压器线圈的两根连接线至少在跨越SIN相线圈和COS相线圈的部分上下重叠地配置。在此，在两根连接线中流动的电流互相为反向，在两根连接线的周围产生的磁场互相为反向。因而，在两根连接线之间，磁场会互相加强，但由于该互相加强的磁场的方向与SIN相线圈和COS相线圈平行，因此，与SIN相线圈和COS相线圈之间的磁耦合的影响变小。

为了达到上述目的，技术方案2所述的发明的主旨在于，在技术方案1所述的发明中，两根连接线夹着绝缘膜上下重叠地配置。

采用上述发明的构成，除了技术方案1所述的发明的作用之外，还能够保持两根连接线之间的绝缘性。

根据技术方案1所述的发明，能够减小传感器定子的SIN相线圈及COS相线圈与旋转变压器线圈的两根连接线之间的磁耦合的影响，能够减小角度传感器的检测误差。

根据技术方案2所述的发明，除了技术方案1所述的发明的作用之外，还能够防止角度传感器的短路故障于未然。

附图说明

图1涉及一实施方式，是表示角度传感器和安装有该角度传感器的电动机的主剖视图。

图2涉及该一实施方式，是表示构成角度传感器的传感器转子的俯视图。

图3涉及该一实施方式，是表示构成角度传感器的传感器定子的俯视图。

图4涉及该一实施方式，是仅表示传感器定子的平面线圈的俯视图。

图5涉及该一实施方式，是将图4所示的连接线的中间部分在铅垂方向上横向剖切而表示的放大剖视图。

图6涉及该一实施方式，是表示两根连接线、上述两根连接线的磁场及励磁线圈图案这三者之间的关系的示意图。

图7涉及该一实施方式的比较例，是表示传感器定子的平面线圈的俯视图。

图8涉及该一实施方式的比较例，是表示两根连接线、上述两根连接线的磁场及励磁线圈图案这三者之间的关系的示意图。

图9是表示本实施方式的误差和比较例的误差的差异的坐标图。

图10涉及该一实施方式，是表示1次误差、2次误差、4次误差及整体误差这四者之间的关系的坐标图。

图11涉及另一实施方式，是仅表示传感器定子的平面线圈的俯视图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明将本发明的角度传感器具体化的一实施方式。

图1利用主剖视图表示该实施方式的角度传感器1和安装有该角度传感器1的电动机2（以下，为了方便而将图1的朝向作为主视图。）。电动机2包括具有大致圆盘形状的外观的电动机外壳11、被包在电动机外壳11的内部且在该电动机外壳11的内侧中心处借助轴承12、13以能够旋转的方式被支承的旋转轴14、在电动机外壳11的内侧固定在旋转轴14的外周上的电动机转子15、以及在电动机转子15的外周侧隔着间隙5固定在电动机外壳11的内侧的电动机定子16。在电动机定子16上设有线圈17。

在图1中，在电动机外壳11的下侧与电动机外壳11成为一体地形成有用于收容角度传感器1的收容部11a。该收容部11a由以旋转轴14和轴承13为中心的大致圆环状的周壁构成。在收容部11a外周的一部分形成有与外部相连通的连通孔11b。

如图1所示，电动机2的旋转轴14呈大致圆筒形状，其包括大径部14a和小径部14b、以及作为大径部14a与小径部14b的交界的台阶部14c。大径部14a被一个轴承12支承，在该大径部14a的外周固定有电动机转子15。小径部14b被另一个轴承13支承，该小径部14b的顶端部自形成在收容部11a的底壁中的轴孔11c突出到外部。

如图1所示，角度传感器1包括传感器定子6和传感器转子7。传感器转子7在电动机外壳11的内侧被压入到旋转轴14的小径部14b的外周，并利用环状的止挡件8固定于该小径部14b的外周。另外，传感器定子6在电动机外壳11的收容部11a的内侧以旋转轴14为中心以与传感器转子7相对的方式配置，并利用多个螺栓9从电动机外壳11的外侧固定。在收容部11a的底壁中形成有供多个螺栓9贯穿的多个长孔11d。在该实施方式中，在多个螺栓9与收容部11a之间夹设有将多个螺栓9连结成一体的、呈大致圆环状的连结构件10。

图2利用俯视图表示构成该实施方式的角度传感器1的传感器转子7。如图1和图2所示，传感器转子7包括呈圆环平板状的树脂制的转子基板21、配置在该转子基板21的表面21a上的平面线圈22、以及与转子基板21成一体地设置在转子基板21的内周侧且为了将传感器转子7安装并固定在旋转轴14的外周而与旋转轴14接触的、呈大致圆环状的环状金属构件23。

转子基板21由PPS树脂等形成。环状金属构件23由SUS等形成。平面线圈22通过使用喷墨机等进行印刷而形成在转子基板21的表面21a上，在该平面线圈22之上形成有绝缘膜。如图2所示，环状金属构件23包括与环状金属构件23成一体地形成在其内周上的一个突起23a、以及与环状金属构件23成一体地形成在其外周上的、向半径方向突出的多个凸部23b。多个凸部23b以等角度间隔形成为放射状。环状金属构件23在包含上述凸部23b在内的外周部分处嵌入成形于转子基板21。

而且，如图1所示，传感器转子7以其转子基板21的表面21a侧与传感器定子6的表面侧相对的方式配置，传感器转子7安装在旋转轴14的小径部14b的外周。在此，传感器转子7在环状金属构件23的内周被压入到旋转轴14的小径部14b的外周而利用台阶部14c定位的状态下，利用环状的止挡件8防脱。另外，环状金属构件23的突起23a卡合于形成在小径部14b上的键槽（省略图示），传感器转子7相对于旋转轴14被止转。这样，传感器转子7以能够与旋转轴14一体地旋转的方式固定。

图3利用俯视图表示构成该实施方式的角度传感器1的传感器定子6。如图1和图3所示，传感器定子6由树脂形成为大致圆环平板状，其包括在表面31a上配置有平面线圈32的定子基板31、设置在定子基板31的背面的多个固定用凸部33、在定子基板31的背面侧沿着外周缘形成且在轴向上延伸的外周肋34、形成在定子基板31的中央部分且供旋转轴14贯通的通孔31b、在定子基板31的背面侧沿着通孔31b的内周缘形成且在轴向上延伸的内周肋35、以及自定子基板31朝向横向（水平方向）的一个连接器部36。外周肋34和多个固定用凸部33连续地一体地形成。如图3所示，配置在定子基板31的表面31a上的平面线圈32通过使用喷墨机等进行印刷而形成，在该平面线圈32之上形成有绝缘膜。

如图1所示，各固定用凸部33（图1仅图示了一个）呈圆柱形状，在该实施方式中，该固定用凸部33在定子基板31的背面沿着该定子基板31的外周等角度间隔地配置。在各固定用凸部33中设有具有螺孔37a的金属衬套37。该金属衬套37嵌入成形于固定用凸部33。为了将传感器定子6固定于电动机外壳11，在金属衬套37上紧固有螺栓9。

如图1所示，在连接器部36中嵌入成形有多个金属制端子39。各端子39以弯折成直角的方式形成，第1端部39a配置在连接器部36之中，第2端部39b配置于定子基板31。在配置于定子基板31的各第2端部39b上连接有构成平面线圈32的线圈绕线。

接着，详细说明传感器转子7的平面线圈22和传感器定子6的平面线圈32。如图2所示，传感器转子7的平面线圈22包括励磁线圈图案26和旋转变压器线圈图案27。励磁线圈图案26和旋转变压器线圈图案27形成为同一个层。励磁线圈图案26由以呈圆环状的方式沿周向配置的4个线圈部26a、26b、26c、26d构成。旋转变压器线圈图案27配置在供呈圆环状的励磁线圈图案26设置的区域的径向内侧。在励磁线圈图案26和旋转变压器线圈图案27的层之上形成有呈大致圆环状的绝缘膜（省略图示）。

图4利用俯视图仅表示传感器定子6的平面线圈32。如图3和图4所示，传感器定子6的平面线圈32包括检测线圈图案41和旋转变压器线圈图案42。检测线圈图案41和旋转变压器线圈图案42形成为同一个层。检测线圈图案41包括SIN相线圈图案41A和COS相线圈图案41B。上述线圈图案41A、41B以分别呈圆环状的方式以相位在圆周方向上错开电角度90°的状态配置。旋转变压器线圈图案42配置在供检测线圈图案41设置的区域的径向内侧。在检测线圈图案41和旋转变压器线圈图案42之上形成有呈大致圆环状的绝缘膜（省略图示）。SIN相线圈图案41A在其外周具有连接线43。在该连接线43的端部设有成对的端子43a、43b。同样，COS相线圈图案41B在其外周具有连接线44。在该连接线44的端部设有成对的端子44a、44b。另外，旋转变压器线圈图案42也具有连接线45，在该连接线45的端部设有一对端子45a、45b。各连接线43～45的端子43a、43b、44a、44b、45a、45b分别与设置于连接器部36的端子39连接，从而与外部电路连接。

如图4中用点划线椭圆S1包围而表示那样，旋转变压器线圈图案42的连接线45由两根连接线45A、45B构成。上述两根连接线45A、45B以跨越检测线圈图案41（SIN相线圈图案41A和COS相线圈图案41B）的方式配置。图5利用将图4所示的连接线45的中间部分在铅垂方向上横向剖切而成的放大剖视图表示该中间部分。如图5所示，两根连接线45A、45B在跨越检测线圈图案41的部分上下重叠地配置。两根连接线45A、45B以在两者之间夹着绝缘膜46的方式上下重叠地配置。在连接线45与检测线圈图案41之间也设有绝缘膜47。在此，“上下重叠地配置”这样的记载中的“上下”是指与SIN相线圈图案41A和COS相线圈图案41B所形成的面垂直的方向的意思。

在此，简单地说明上述角度传感器1的动作。在电动机2工作时，通过在预定的励磁信号产生电路中产生励磁信号，经由传感器定子6的连接线45A、45B和旋转变压器线圈图案42、传感器转子7的旋转变压器线圈图案27向传感器转子7的励磁线圈图案26供给励磁信号。利用该励磁信号的电流，在励磁线圈图案26中产生磁通量，利用该磁通量在传感器定子6的SIN相线圈图案41A和COS相线圈图案41B中产生电动势（SIN信号和COS信号）。并且，利用预定的检波电路分别对在上述SIN相线圈图案41A中产生的电动势（SIN信号）的振幅变动和在COS相线圈图案41B中产生的电动势（COS信号）的振幅变动进行检波，利用预定的运算电路解析上述检波后的信号，从而能够计算传感器转子7的旋转位置。这样，利用角度传感器1能够检测旋转轴14的旋转角度。

采用以上说明的该实施方式的角度传感器1，关于传感器定子6，旋转变压器线圈图案42的两根连接线45A、45B在跨越检测线圈图案41（SIN相线圈图案41A和COS相线圈图案41B）的部分上下重叠地配置。在此，如图6所示，在两根连接线45A、45B中流动的电流互相为反向，在两根连接线45A、45B的周围产生的磁场m1、m2互相为反向。因而，在两根连接线45A、45B之间，磁场m1、m2会互相加强，但如图6所示，该互相加强的磁场m1、m2的方向与检测线圈图案41（SIN相线圈图案41A和COS相线圈图案41B）平行，因此，与检测线圈图案41之间的磁耦合的影响减小。其结果，能够减小角度传感器1的检测误差。图6利用示意图表示两根连接线45A、45B、它们的磁场m1、m2及检测线圈图案41这三者之间的关系。

另外，在该实施方式中，由于两根连接线45A、45B以两者之间夹着绝缘膜46的方式上下重叠地配置，因此，能够保持两根连接线45A、45B之间的绝缘性。因此，能够防止角度传感器1的短路故障于未然。

图7涉及本实施方式的比较例，利用俯视图表示传感器定子6的平面线圈32。如图7中用点划线椭圆S2包围而表示那样，旋转变压器线圈图案42的连接线55包括以跨越检测线圈图案41（SIN相线圈图案41A和COS相线圈图案41B）的方式配置的两根连接线55A、55B，这两根连接线55A、55B左右并列地配置。采用该比较例的结构，如图8所示，在两根连接线55A、55B中流动的电流互相为反向，在两根连接线55A、55B的周围产生的磁场m1、m2互相为反向。因而，在两根连接线55A、55B之间，磁场m1、m2互相加强，该互相加强的磁场m1、m2的方向与检测线圈图案41垂直，因此，与检测线圈图案41之间的磁耦合的影响增大。其结果，存在角度传感器的检测误差增大的隐患。而在本实施方式中，检测线圈图案41与两根连接线45A、45B之间的磁耦合的影响变小，能够减小角度传感器1的检测误差。图8利用示意图表示两根连接线55A、55B、它们的磁场m1、m2及检测线圈图案41这三者之间的关系。

图9将本实施方式的误差和比较例的误差之间的差异表示在图表中。根据图9明确可知：对于2次误差和4次误差，在本实施方式和比较例之间几乎没有差异，对于1次误差，将本实施方式的误差减少到比较例的误差的约6成。在此，图10利用曲线图表示1次误差、2次误差、4次误差和整体误差这4者之间的关系。1次误差的意思是指电角度周期为360度的周期误差，2次误差的意思是指电角度周期为180度的周期误差，4次误差的意思是指电角度周期为90度的周期误差。

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变更构成的一部分而实施。

例如，在上述实施方式中，如图4所示，将旋转变压器线圈图案42的两根连接线45A、45B配置在检测线圈图案41的连接线43、44的端部之间，但也能够如图11所示那样将旋转变压器线圈图案42的两根连接线45A、45B配置在检测线圈图案41的连接线43、44的端部的单侧。

在上述实施方式中，是将旋转变压器线圈图案42的两根连接线45A、45B在其全长的部分上下重叠地配置，但也能够将上述两根连接线不在其全长的部分上下重叠地配置，而仅在上述两根连接线的跨越SIN相线圈和COS相线圈的部分上下重叠地配置。

本发明能够用于检测电动机、发动机的旋转角度。

附图标记说明

1、角度传感器；5、间隙；6、传感器定子；7、传感器转子；21、转子基板；21a、表面；22、平面线圈；26、励磁线圈图案；27、旋转变压器线圈图案；31、定子基板；31a、表面；32、平面线圈；41、检测线圈图案；1A、SIN相线圈图案；41B、COS相线圈图案；42、旋转变压器线圈图案；5、连接线；45A、连接线；45B、连接线；46、绝缘膜。

Claims

1.一种角度传感器，其包括：

传感器转子，其安装在旋转轴上，在表面形成有平面线圈；

传感器定子，其表面与上述传感器转子的上述表面隔开间隙地相对配置，在该传感器定子的上述表面形成有平面线圈，

上述传感器定子的平面线圈包括呈圆环状的SIN相线圈和COS相线圈、以及配置在供上述SIN相线圈和上述COS相线圈设置的区域的径向内侧的旋转变压器线圈，

上述旋转变压器线圈包括用于与外部电路连接的两根连接线，上述两根连接线以跨越上述SIN相线圈和上述COS相线圈的方式配置，

该角度传感器的特征在于，

上述旋转变压器线圈的上述两根连接线至少在跨越上述SIN相线圈和上述COS相线圈的部分上下重叠地配置。

2.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，

上述两根连接线夹着绝缘膜上下重叠地配置。