CN104819687B - 旋转角度检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不需要组装将励磁电流、励磁电压保持为一定的电路的廉价的旋转角度检测器。与卷绕有励磁用绕组(3)的定子(2)的齿部(2‑1)相对的周缘的一部分形成为曲率相等的圆弧状，在使转子(1)在曲率相等的圆弧状的周缘的范围内旋转的情况下，卷绕有励磁用绕组(3)的定子(2)的齿部(2‑1)与转子(1)的周缘之间的气隙被保持为一定。由此，不用想方设法将励磁电流、励磁电压保持为一定，能够根据由于转子(1)的旋转而产生的气隙的变化来对检测对象的旋转角度进行检测。

Description

旋转角度检测器

技术领域

本发明涉及一种根据由于转子的旋转而产生的转子与定子之间的气隙的变化来对检测对象的旋转角度进行检测的旋转角度检测器。

背景技术

以往，例如在电动阀门执行器的旋转角度的检测中采用电位计。一般的电位计的结构是由电阻体、轴、电极以及包住这些部件的外壳、罩子等构成，由于结构简单，所以价格便宜，由于在内部没有电子电路，所以具有耐噪声这样的特征。但是，电位计中，电阻体和电极总是接触、滑动，所以具有因老化而发生胡须状的噪声这样的缺陷。

相对于此，存在有被称为旋转变压器的旋转角度检测器(例如参照专利文献1)。在专利文献1所示的旋转变压器中，如图10所示，在圆环状的定子10的内周，沿周向排列形成有齿部(凸部)11，非正圆形状的转子20位于该定子10内，转子20以旋转中心O为中心进行旋转。而且，以90°间隔形成有四个齿部11，在这些齿部11上卷绕有未图示的励磁用绕组和检测用绕组。

定子10以及转子20由磁性体构成，转子20为不具有绕组的结构。而且，转子20的形状被构成为使定子10和转子20之间的气隙磁导率伴随着转子20的旋转而呈正弦波状地变化，由此可以对转子20的360°内的任意的旋转角度进行检测。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-164435号公报

专利文献2：日本特开平10-111145号公报

发明内容

发明要解决的课题

为了使输出信号在360゜的范围内呈正弦波状地变化，上述的旋转变压器的转子的形状为整周都由特殊的曲线形成，从而无法将卷绕了励磁用绕组的定子的齿部与转子的间隔保持为一定。因此，励磁放大器中组装了专利文献2所示那样的将励磁电流、励磁电压保持为一定的电路，价格较高。

本发明正是为了解决这样的问题而做出的，其目的在于提供一种不需要组装将励磁电流、励磁电压保持为一定的电路的廉价的旋转角度检测器。

用于解决问题的手段

为了达到这样的目的，本发明具有根据检测对象的角度变化而旋转的、由磁性体构成的转子；以及被设置为包围该转子的、由磁性体构成的定子，所述旋转角度检测器根据由于转子的旋转而产生的转子与定子之间的气隙的变化来对检测对象的旋转角度进行检测，所述旋转角度检测器的特征在于：定子具有包围该转子的环状部，在环状部的内周部设置有朝向转子的中心的三个以上的凸部，在其中一个凸部上卷绕有励磁用绕组，与卷绕有励磁用绕组的定子的凸部相对的转子的周缘的一部分形成为以转子的中心点为中心的曲率相等的圆弧状。

在本发明中，由于与卷绕有励磁用绕组的定子的凸部相对的转子周缘的一部分形成为曲率相等的圆弧状，所以在使转子在该曲率相等的圆弧状的周缘的范围内旋转的情况下，卷绕有励磁用绕组的定子的凸部与转子的周缘之间的气隙被保持为一定。由此，在本发明中，不用想方设法将励磁电流、励磁电压保持为一定，能够根据由于转子的旋转而产生的气隙的变化来对检测对象的旋转角度进行检测。

发明效果

根据本发明，由于将与卷绕有励磁用绕组的定子的凸部相对的转子周缘的一部分形成为曲率相等的圆弧状，所以不需要组装将励磁电流、励磁电压保持为一定的电路，能够谋求成本降低。

附图说明

图1是示出本发明所涉及的旋转角度检测器的一实施形态的主要部分的俯视图。

图2是示出该旋转角度检测器所采用的转子的俯视图以及截面图。

图3是对该转子的外形(周缘)的曲率进行说明的图。

图4是例示转子的旋转角度和输出电压V1以及V2的关系的图。

图5是示出将励磁用绕组以及检测用绕组做成空心线圈插入齿部的例子的立体图。

图6是示出将定子的环状部做成“コ”字状的例子的图。

图7是示出将定子的环状部做成圆环的例子的图。

图8是示出将曲率相等的转子的周缘的角度减小了的例子的图。

图9是示出将定子的环状部做成整周相连的四方形的环的例子的图。

图10是示出专利文献1所示的旋转变压器的主要部分的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施形态进行详细说明。图1是示出本发明所涉及的旋转角度检测器的一实施形态的主要部分的俯视图。

在图1中，1是根据检测对象的角度变化而旋转的由磁性体构成的转子(传感器碟盘)、2是被设置为包围该转子1的由磁性体构成的定子(拾取头)。

在转子1的中央部设置有与检测对象的旋转轴(未图示)嵌合的嵌合孔1a，以点O1为中心根据检测对象的角度变化而旋转。图2的(a)中示出转子1的俯视图，图2的(b)中示出图2的(a)中的I-I线截面图。

又，转子1的周面的曲率每120゜就发生改变。图3中示出对转子1的周面的曲率进行说明的图。如图3所示，相对于转子1设定以点O1为原点的x轴和y轴，在将从x轴向逆时针方向的角度设为θ的情况下，在-90゜≦θ≦30゜的120゜的范围T1中，转子1的周面(以下称为周缘T1)为半径r1＝(1140-2θ)/120的曲线1，在30゜≦θ≦150゜的120゜的范围T2中，转子1的周面(以下称为周缘T2)为半径r2＝9的曲线2，在150゜≦θ≦270゜的范围T3中，转子1的周面(以下称为周缘T3)为半径r3＝(780+2θ)/120的曲线3。另外，半径r1、r2、r3的单位都是mm，1/r1、1/r2、1/r3为周缘T1、T2、T3的曲率。

另一方面，定子2具有圆弧状的环状部2-0，该环状部2-0以在其局部设置有缺损的形态包围转子1的周围。即，在将定子2的环状部2-0做成了圆环的情况下，环状部2-0的一方的周端部2a与另一方的周端部2b是连接的，但没有进行该连接而设置成缺损。在本实施形态中，以环状部2-0的点O1为中心的圆弧的角度(中心角)被设为240゜，在周端部2a和周端部2b之间设置有将中心角设为120゜的圆弧状的缺损。

又，在定子2的环状部2-0的一方的周端部2a和另一方的周端部2b之间的内周部的中央，朝向转子1的中心O1的第一凸部被设置为齿部2-1。又，在定子2的一方的周端部2a以及另一方的周缘部2b的内周部，朝向转子1的中心O1的第二凸部以及第三凸部被设置为齿部2-2以及2-3。而且，在第一齿部2-1上卷绕有励磁用绕组3，在第2齿部2-2以及第3齿部2-3上卷绕有检测用绕组4-1以及4-2。

在该旋转角度检测器100中，在旋转角度0゜的位置上，转子1的被设为半径r2的曲线2的周缘T2(曲率1/r2的周缘T2)与定子2的卷绕有励磁用绕组3的齿部2-1相对，转子1的被设为半径r1的曲线1的周缘T1(曲率1/r1的周缘T1)与卷绕有检测用绕组4-1的齿部2-2相对，转子1的被设为半径r3的曲线3的周缘T3(曲率1/r3的周缘T3)与卷绕有检测用绕组4-2的齿部2-3相对。

在该旋转角度检测器100中，如果转子1在±60゜的范围内旋转的话，转子1的周缘T2的曲率为1/r2，且全都是相等的，因此在将定子2的齿部2-1与转子1的周缘T2之间的气隙保持为一定的状态下，定子2的齿部2-2与转子1的周缘T1之间的气隙以及定子2齿部2-3与转子1的周缘T3之间的气隙发生变化。

在该旋转角度检测器100中，励磁电流被供给至励磁用绕组3，从检测用绕组4-1以及4-2得到输出电压V1以及V2。图4中例示出转子1的旋转角度与从检测用绕组4-1以及4-2得到的输出电压V1以及V2的关系。

图1所示的状态是转子1的旋转角度为0゜的情况，从检测用绕组4-1以及4-2得到的输出电压V1以及V2相等。如果顺时针方向旋转转子1的话，即向+60゜的方向旋转转子1的话，从检测用绕组4-1得到的输出电压V1上升，从检测用绕组4-2得到的输出电压V2下降。相反地，使转子1逆时针方向旋转的话，即向-60゜的方向旋转转子1的话，从检测用绕组4-1得到的输出电压V1下降，从检测用绕组4-2得到的输出电压V2上升。

这样，从检测用绕组4-1以及4-2得到的输出电压V1以及V2相对于转子1的旋转中心(0゜)对称，因此通过得到该输出电压V1与V2的差分ΔV＝V1-V2，在±60゜的旋转角度范围中得到与检测对象的旋转角度相应的线性的差电压ΔV。在该情况下，在±60゜的旋转角度范围中，由于定子2的齿部2-1与转子1的周缘T2之间的气隙被保持为一定，所以不需要想方设法将励磁电流或励磁电压保持为一定。

在对球阀的阀芯进行旋转操作从而对通过球阀的流体的流量进行控制的电动阀门执行器中，作为对球阀的实际开度进行检测的实际开度传感器，其所需要的角度检测范围为0゜至超过90゜左右(例如105°、120°)。

本实施形态的旋转角度检测器100特殊化为这样的电动阀门执行器所需的角度检测范围，因此通过在定子2的环状部2-0的一方的周端部2a和另一方的周端部2b之间设置缺损，即由于定子2的外周的一部分不需要作为磁路而将环状部2-0做成局部具有缺损的圆弧状而不是圆环，可以使得定子2的外形变小，在谋求小型化的同时谋求结构的简单化。又，使转子1的周缘T2的曲率相等，不需要将励磁电流或励磁电压保持为一定的电路，谋求了旋转角度检测器100的成本降低。又，通过该旋转角度检测器100的小型化，也谋求将该旋转角度检测器100作为实际开度传感器搭载的电动阀门执行器自身的小型化。

另外，在本实施形态中，励磁用绕组3以及检测用绕组4-1、4-2是独立的，被直线地配置在定子2的齿部2-1以及2-2、2-3上，因此可以不直接卷绕在齿部2-1以及2-2、2-3上地将预先在外部制作的空心线圈插入齿部2-1以及2-2、2-3。

在图5中示出将励磁用绕组3以及检测用绕组4-1、4-2作为空心线圈插入齿部2-1以及2-2、2-3的例子。即使在作为空心线圈插入的情况下，也与励磁用绕组3以及检测用绕组4-1、4-2卷绕于齿部2-1以及2-2、2-3的情况没有差别。

又，在上述的实施形态中，将定子2的环状部2-0做成圆弧状，但也可以如图6所示那样做成“コ”字状。在做成“コ”字状的环状部2-0中，也在其一方的周端部2a和另一方的周端部2b之间设置有缺损，定子2的外形与该缺损相应地减小，从而谋求小型化。又，通过使转子1的周缘T2的曲率相等，在±60゜的旋转角度范围中，定子2的齿部2-1与转子1的周缘T2之间的气隙被保持为一定。

又，在上述的实施形态中，将定子2的环状部2-0做成圆弧状，但也可以如图7中的环状部2-0’所示那样做成圆环。在该情况下，定子2的外形变大，但由于转子1的周缘T2的曲率相等，所以在±60゜的旋转角度范围中，定子2的齿部2-1与转子1的周缘T2之间的气隙被保持为一定。因此，能够达到不需要将励磁电流、励磁电压保持为一定的电路，谋求旋转角度检测器100的成本降低这样的本来的目的。

又，在图7所示的例子中，定子2的齿部并不限定于三个，曲率相等的转子1的周缘T2的角度也不限定于120゜。例如，计测范围小的情况下，如图8所示，可以使转子1的周缘T2的角度变小，使齿部2-2、2-3的位置相对于齿部2-1靠近。又，如图9中的环状部2-0”所示，也可以不是圆环，而是整周相连的四边形的环。

又，本发明所涉及的静电电容式角度传感器并不限定于电动阀门执行器，其能够广泛地应用于适用温度范围比较广的、空间上没有宽余的装置。又，角度的检测部的结构简单，且气隙由一般的模具成型品的精度来保障，所以能减少个体差。

〔实施形态的扩展〕

以上，参照实施形态对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施形态。本发明的结构、细节可以在本发明的技术思想的范围内进行本领域技术人员能够理解的各种变更。

符号的说明

1…转子(传感器碟盘)、1a…嵌合孔、2…定子(拾取头)、2-0、2-0’、2-0”…环状部、2a…一方的周端部、2b…另一方的周端部、2-1、2-2、2-3…齿部(凸部)、3…励磁用绕组、4-1、4-2…检测用绕组。

Claims (5)

1.一种旋转角度检测器，其具有根据检测对象的角度变化而旋转的、由磁性体构成的转子；以及被设置为包围该转子的、由磁性体构成的定子，所述旋转角度检测器根据因所述转子的旋转而产生的所述转子与所述定子之间的气隙的变化对所述检测对象的旋转角度进行检测，所述旋转角度检测器的特征在于：

所述定子具有包围所述转子的环状部，

在所述环状部的内周部设置有朝向所述转子的中心的三个以上的凸部，

在其中一个所述凸部上卷绕有励磁用绕组，

与卷绕有励磁用绕组的所述定子的凸部相对的所述转子的周缘的一部分形成为以所述转子的中心点为中心的曲率相等的圆弧状。

2.如权利要求1所述的旋转角度检测器，其特征在于：

所述曲率相等的圆弧状的圆弧的中心角的大小是所述旋转角度检测器的最大测量角度。

3.如权利要求2所述的旋转角度检测器，其特征在于：

所述旋转角度检测器的最大测量角度为120゜。

4.如权利要求1～3中任一项所述的旋转角度检测器，其特征在于：

所述定子具有包围所述转子的整周的环状部，

在所述环状部的内周部设置有朝向所述转子的中心的第一凸部，

在所述环状部的内周部的夹着所述第一凸部的一方以及另一方设置有朝向所述转子的中心的第二凸部以及第三凸部，

在所述第一凸部上卷绕有励磁用绕组，

在所述第二凸部以及所述第三凸部上分别卷绕有检测用绕组。

5.如权利要求1～3中任一项所述的旋转角度检测器，其特征在于：

所述定子具有环状部，所述环状部局部具有缺损地包围所述转子的周围，

在所述环状部的一方的周端部与另一方的周端部之间的内周部设置有朝向所述转子的中心的第一凸部，

在所述环状部的一方的周端部以及另一方的周端部的内周部设置有朝向所述转子的中心的第二凸部以及第三凸部，

在所述第一凸部上卷绕有励磁用绕组，

在所述第二凸部以及所述第三凸部上分别卷绕有检测用绕组。