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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionssensor, der
eine Erregerspule und eine Erfassungsspule aufweist und zum Berechnen der
Position der Erfassungsspule auf der Grundlage eines Erregersignals
eingerichtet ist, das durch die Erfassungsspule erfasst wird.
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Bis
jetzt wurden bürstenlose Hochleistungsmotoren bei einem
elektrischen Hybridfahrzeug oder einem elektrischen Fahrzeug verwendet.
Um den bürstenlosen Motor bei dem elektrischen Hybridfahrzeug
zu steuern, ist es erforderlich, die Drehposition einer Abgabewelle
eines Motors genau zu erfassen. Dies ist dadurch begründet,
dass die Drehposition (der Drehwinkel) eines Rotors erfasst werden
muss, um ein Schalten einer Erregung der jeweiligen Spule zu steuern.
Bei Fahrzeugen kann insbesondere ein Versatz das Fahrverhalten verschlechtern,
und somit besteht ein Bedarf zum Reduzieren eines derartigen Versatzes.
Dazu wird ein genaues Schalten der Erregung gefordert.
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Zum
Erfassen der Position einer Motorwelle eines Fahrzeugs wird ein
Drehmelder aufgrund einer guten Hitzebeständigkeit, Störgrö ßenbeständigkeit, Schwingungsbeständigkeit,
Verwendbarkeit bei hoher Feuchtigkeit, etc. verwendet. Der Drehmelder
ist in dem Motor eingebaut und direkt an der Rotorwelle angebracht.
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Einer
von derartigen Drehmeldern ist ein Drehmelder mit variabler Reluktanz
(VR). Dieser VR-Drehmelder nutzt Änderungen des Wandlerwirkungsgrades,
die durch Änderungen eines Spalts in einem magnetischen
Pfad verursacht werden. Wenn die Form eines Rotors so gestaltet
ist, dass sich der Spalt gemäß der Drehposition
periodisch ändert, kann die Drehposition ohne Drähte
in einem Rotor erfasst werden.
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Der
gegenwärtig verfügbare VR-Drehmelder ist zum Beispiel
in
JP-H08-178610 A (1996)
und
JP-H06-229780
A (1994) offenbart. Bei dieser Konfiguration sind eine
Erregerspule und eine Erfassungsspule in einem entsprechenden Schlitz
in einer Schlitzteilung gewickelt. Dies ermöglicht unter
anderem eine Verwirklichung eines Synchro-Drehmelders mit mechanischer
Wicklung.
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Jedoch
haben die Positionssensoren, die in der
JP-H08-178610 A und
JP-H06-229780 A offenbart
sind, die folgenden Nachteile.
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Insbesondere
wird die Erregerspule, die ein Erregersignal erzeugt, durch Wickeln
einer Spule geschaffen, die schwierig herzustellen ist, eine geringe Zuverlässigkeit
aufweist und kostspielig ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend geschilderten
Umstände geschaffen und es ist ihre Aufgabe, einen Positionssensor
vorzusehen, der einfach herzustellen ist, eine hohe Zuverlässigkeit
hat und geringe Kosten verursacht.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind zum Teil in der folgenden
Beschreibung dargelegt und werden zum Teil aus der Beschreibung
offensichtlich oder können durch praktische Umsetzung der
Erfindung gelernt werden. Die Merkmale und Vorteile der Erfindung
können durch die Mittel und Kombinationen verwirklicht
und erreicht werden, die insbesondere in den beigefügten
Ansprüchen angeführt sind.
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Um
die Aufgabe der Erfindung zu lösen, ist ein Positionssensor
vorgesehen, mit: einer Erregerspule, die ein Erregersignal erzeugt;
einer Erfassungsspule, die das von der Erregerspule erzeugte Erregersignal
erfasst; und einer Positionsberechnungsvorrichtung, die eine Position
der Erfassungsspule auf der Grundlage des durch die Erfassungsspule
erfassten Erregersignals berechnet, wobei die Erregerspule ein plattenförmiger
Leiter ist, der Folgendes aufweist: Viele vertikal gebogene Segmente, die
als eine Spule funktionieren; und Verbindungsdrahtabschnitte, die
an beiden Seiten der Segmente vorgesehen sind, um die Segmente zu
verbinden.
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Gemäß dem
vorstehend beschriebenen Positionssensor ist die Erregerspule aus
einem plattenförmigen Element geschaffen, das durch Pressen (wie
zum Beispiel Stanzen) erhalten wird und keine Spulenwicklungen erfordert,
wodurch es einfach herzustellen ist, die Zuverlässigkeit
der Erregerspule erhöht und geringe Kosten erzeugt.
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Vorzugsweise
ist bei dem vorstehend beschriebenen Positionssensor die Erregerspule
aus je einer Sinusspule oder einer Kosinusspule gebildet, und die
Segmente haben unterschiedliche Breiten.
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Auch
wenn die Segmente eine gleiche Breite haben, aber mit unterschiedlicher
Teilung (in unterschiedlichen Intervallen) angeordnet sind, kann
eine Sinusspule und eine Kosinusspule ausgebildet werden. Jedoch
verursacht ein derartiger Fall wahrscheinlich ein Problem beim einstückigen
Montieren der Sinusspule und der Kosinusspule durch Einfügen der
vertikal gebogenen Segmente von einer der Spulen in gestanzten Löchern
der anderen Spule.
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Falls
die Segmente die gleiche Breite haben, aber in unterschiedlichen
Teilungen angeordnet sind, sind die gestanzten Löcher und
die darin einzufügenden Segmente wahrscheinlich nicht an
der korrekten Stelle positioniert. Dieser Defekt ist insbesondere
bei einem Positionssensor mit reduzierter Größe
problematisch. Daher muss der Positionssensor eine vergrößerte
Abmessung haben. Andererseits kann der Positionssensor gemäß der
Erfindung verwirklicht werden, der so konfiguriert ist, dass die
Segmente unterschiedliche Breiten haben, aber in gleichmäßigen
Teilungen in Abschnitten entsprechend einem Bereich um einer Basis
(ein Mittelpunkt zwischen einer Spitze und eines Bodens) einer Sinuskurve
und einer Kosinuskurve angeordnet sind, so dass die gestanzten Löcher
und die relevanten Segmente in einfacher Weise so an ihren Stellen
positioniert werden können, dass der kompakte Positionssensor
erzielt wird.
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Der
Positionssensor ist vorzugsweise so konfiguriert, dass die Sinusspule
und die Kosinusspule so aneinander platziert sind, dass distale
Enden der vertikal gebogenen Segmente auf dem selben Niveau positioniert
sind. Die Positionsgenauigkeit der vertikal gebogenen Segmente in
der Höhenrichtung bezüglich des Rotors wird direkt
einen Einfluss auf die Positionsgenauigkeit des Positionssensors
ausüben. Dementsprechend ist es bei der Montage der Sinusspule
und der Kosinusspule, die durch Pressen wie die Erregerspulen separat
hergestellt werden, wichtig, dass die vertikal gebogenen Segmente
der Sinusspule und die vertikal gebogenen Segmente der Kosinusspule
in ihren Höhen miteinander übereinstimmen.
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Darüber
hinaus ist der Positionssensor vorzugsweise so konfiguriert, dass
die Segmente und die Verbindungsdrahtabschnitte durch Pressen geschaffen
werden. Dementsprechend kann die Erregerspule in einfacher Weise
dadurch erregt werden, dass ein elektrischer Strom zu beiden Enden
der entsprechenden Spule (den Verbindungsdrahtabschnitten) hindurch
tritt. Anders gesagt ist keine Verdrahtung für die Segmente
erforderlich, und somit kann ein einfach herzustellender und preiswerter
Positionssensor verwirklicht werden.
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Bei
dem Positionssensor sind die Erregerspule und die Erfassungsspule
vorzugsweise jeweils mit einem Schleifenmuster zum Erfassen der
Drehposition der Erfassungsspule ausgebildet. Dementsprechend kann
der Positionssensor an einer Motorwelle eines elektrischen Hybridfahrzeugs
und anderem angebracht werden, und er kann als ein Drehpositionssensor
verwendet werden.
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Außerdem
hat der der Erregerspule zuzuführende Strom eine Kosinuswelle,
die durch eine Kosinuskurve ausgedrückt wird, oder eine
Sinuswelle, die durch eine Sinuskurve ausgedrückt wird,
die mit einer hohen Frequenz moduliert werden. Falls die Sinuswelle
oder die Kosinuswelle mit einigen kHz direkt in die plattenförmigen
Segmente eingespeist wird, die durch Pressen erhalten werden, kann
kein ausreichend starker magnetischer Fluss erzeugt werden. Jedoch
wurde die Sinuswelle oder die Kosinuswelle mit hoher Frequenz von
einigen Hundert kHz amplitudenmoduliert, so dass ein starker magnetischer Fluss
mit einer hohen Frequenz auch durch die plattenförmigen
Segmente erzeugt werden kann.
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Falls
der Positionssensor an einer Motorwelle eines elektrischen Hybridfahrzeugs
oder anderem angebracht ist, kann sich die Position des Positionssensors
in einer axialen Richtung der Motorwelle ändern. Gemäß dem
Positionssensor der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt
jedoch eine derartige Versetzung wahrscheinlich nicht die Genauigkeit
beim Erfassen einer Drehposition, auch wenn der Rotor in der axialen
Richtung versetzt wird.
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Die
beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung
bilden, stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar
und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern
der Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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In
den Zeichnungen zeigen
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1 eine
Ansicht von Gesamtkonfigurationen einer Kosinusspule und einer Sinusspule
und einer Stärke eines magnetischen Flusses, der durch die
entsprechende Spule erzeugt wird;
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2 eine
ausschnittartige Ansicht der Kosinusspule bei ihrem Herstellungsprozess;
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3 eine
ausschnittartige Ansicht der Kosinusspule;
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4 eine
ausschnittartige Ansicht der Sinusspule bei ihrem Herstellungsprozess;
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5 eine
ausschnittartige Ansicht der Sinusspule;
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6 eine
vergrößerte, ausschnittartige Ansicht der Kosinusspule
in der 2;
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7A bis 7C vergrößerte,
ausschnittartige Ansichten der Kosinusspule in der 3;
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8 eine
Ansicht einer Beziehung zwischen einem Segment und einem Verbindungsdrahtabschnitt;
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9 eine
mittlere Schnittansicht der Kosinusspule und der Sinusspule in der 10 in
einem montierten Zustand;
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10 eine
Ansicht der Kosinusspule und der Sinusspule in dem montierten Zustand;
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11 eine
perspektivische Ansicht der Kosinusspule und der Sinusspule in dem
montierten Zustand;
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12A eine Schnittansicht eines Körpers;
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12B eine Schnittansicht des Körpers entlang
einer Linie A-A in der 12A;
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13A und 13B Ansichten
der Kosinusspule und der Sinusspule in dem montierten Zustand;
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14 eine
Ansicht eines Zustandes, in dem die Kosinusspule und die Sinusspule
in dem Körper angebracht sind;
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15 eine
vergrößerte, ausschnittartige Ansicht, die zeigt,
dass die Kosinusspule in dem Körper angebracht ist;
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16 eine
perspektivische Ansicht eines Stators eines Drehmelders;
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17 eine
perspektivische Ansicht eines Rotors des Drehmelders;
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18 eine
Schnittansicht einer Positionsbeziehung zwischen dem Stator und
dem Rotor des Drehmelders; und
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19 eine
Blockdarstellung einer Positionserfassungssteuerung des Drehmelders.
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Eine
detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines 2X-Positionssensors wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
vorgesehen, der die vorliegende Erfindung ausführt. Die
Konfiguration einer Erregerspule und ihr Herstellungsverfahrens
werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
In der 1(a) zeigt der obere Teil die
Gesamtkonfiguration einer Kosinusspule 1, und ein unterer
Teil zeigt die Gesamtkonfiguration einer Sinusspule 2.
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Bei
einem Herstellungsprozess der Kosinusspule 1 und der Sinusspule 2 wird
zunächst eine Messingplatte mit einer Dicke von 0,3 mm
bei diesem Ausführungsbeispiel einer Pressstanzbearbeitung unterzogen.
Die 2 zeigt eine vergrößerte, ausschnittartige
Ansicht der Kosinusspule 1, die durch die Pressstanzbearbeitung
erhalten wird, und die 4 zeigt eine vergrößerte,
ausschnittartige Ansicht der Sinusspule 2, die auf die
gleiche Weise erhalten wird. Die Kosinusspule 1 ist an
beiden Seiten mit Verbindungsdrahtabschnitten 12A, 12B, 12C und 12D ausgebildet.
In der Kosinusspule 1 sind acht Paare (insgesamt sechzehn)
Segmente 11 ausgebildet, um die Verbindungsdrahtabschnitte 12A und 12B zu
verbinden. Die 6 zeigt eine vergrößerte, ausschnittartige
Ansicht der Kosinusspule 1 in der 2. Die acht
Segmente 11A bis 11H an einer Seite sind zu jenen
an der anderen Seite um die Mittellinie eines mittleren Lochs 18 symmetrisch.
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Zweitens
werden sechzehn Segmente 11A bis 11H durch Pressen
hinsichtlich des entsprechenden Verbindungsdrahtabschnitts 12A bis 12D vertikal gebogen.
Die durch eine derartige Pressbearbeitung erhaltene Kosinusspule 1 ist
in der 3 gezeigt. Die 7A bis 7C zeigen
die Kosinusspule 1 mit den vertikal gebogenen Segmenten
entsprechend einem Teil, der in der 6 gezeigt
ist. Insbesondere zeigt die 7A eine
Vorderansicht der Kosinusspule 1 entsprechend einem Teil,
der in der 3 gezeigt ist, die 7B zeigt
eine Bodenansicht und die 7C zeigt
eine linke Seitenansicht. Jedes Segment 11A bis 11H ist
im rechten Winkel an seinem Basisabschnitt gebogen, so dass es senkrecht
zu dem entsprechenden Verbindungsdrahtabschnitt 12A bis 12D steht.
Die 8 zeigt eine vergrößerte Ansicht
eines Zustands, in dem eines der Segmente 11A bis 11H (nachfolgend
auch als "11" bezeichnet) im rechten Winkel zu einem der
Verbindungsdrahtabschnitte 12A bis 12D gebogen
ist (nachfolgend auch als "12" bezeichnet).
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Die
distalen Enden der vertikal gebogenen Segmente 11 befinden
sich auf dem selben Niveau (der selben Höhe), wie dies
in der 7B gezeigt ist.
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Die 4 zeigt
die Form der Sinusspule 2, die durch die Presstanzbearbeitung
erhalten wird. Die Sinusspule 2 ist so ausgelegt, dass
sie eine größere Außenbreite hat als
die Kosinusspule 1. Die Sinusspule 2 ist mit Verbindungsdrahtabschnitten 16A, 16B, 16C und 16D an
beiden Seiten ausgebildet. In der Sinusspule 2 sind acht
Paare (insgesamt sechzehn) Segmente 15 (15A, 15B,
...) ausgebildet, um die Verbindungsdrahtabschnitte 16A und 16B zu
verbinden. Die Bezugszeichen für die Segmente 15 sind hauptsächlich
identisch zu jenen in der 2, und somit
werden in der 4 nur die Bezugszeichen 15A und 15B vorgesehen
und nachfolgend als "15" bezeichnet.
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Die
Höhe von jedem Segment 15 der Sinusspule 2 ist
so ausgelegt, dass sie höher ist als jene des entsprechenden
Segments 11 der Kosinusspule 1 und somit eine
breitere Teilung in Übereinstimmung mit der Höhe
des jeweiligen Segments 15 aufweist.
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Sechzehn
Segmente 15 werden durch Pressen in rechten Winkeln hinsichtlich
der entsprechenden Verbindungsdrahtabschnitte 16A bis 16D gebogen.
Die durch eine derartige Pressbearbeitung erhaltene Sinusspule 2 ist
in der 5 gezeigt.
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Wie
dies in der 1(a) gezeigt ist, sind
die Sinusspule 2 und die Kosinusspule 1 um einen
elektrischen Phasenwinkel von 90° voneinander versetzt.
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Die
Kosinusspule 1 hat ein Eingabeende 13 an einem
linken Ende und ein Abgabeende 14 an einem rechten Ende.
Dieses Eingabeende 13 und dieses Abgabeende 14 sind
durch die Verbindungsdrahtabschnitte 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G und 12H in
dieser Reihenfolge miteinander verbunden.
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Im
folgenden wird ein Fall angenommen, bei dem ein elektrischer Strom
von dem Verbindungsdrahtabschnitt 12A zu dem Verbindungsdrahtabschnitt 12B strömt.
Acht Segmente an jeder Seite der Mittellinie 23, das heißt
insgesamt sechzehn Segment 11A bis 11H sind symmetrisch
hinsichtlich der Mittellinie 23 ausgebildet. Wenn ein elektrischer Strom
in die Segmente 11 von unten nach oben gemäß der
Fig. strömt, wird ein magnetisches Feld um die Segmente 11 erzeugt.
Die Segmente 11 sind exakt an ihren Stellen positioniert.
Dementsprechend werden die magnetischen Felder aufsummiert, die
an sechzehn Stellen erzeugt werden, wobei das durch die Kosinusspule 1 erzeugte
magnetische Feld als eine obere Kosinuskurve C1 ausgedrückt
wird, die in der 1(b) gezeigt ist.
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Insbesondere
wird im folgenden ein Beispiel angenommen, bei dem der Strom durch
acht Segmente 11A bis 11H entsprechend der rechten
Hälfte der Ströme strömt, die von dem
Verbindungsdrahtabschnitt 12A zu dem Verbindungsdrahtabschnitt 12B strömen,
und dass der Strom durch acht Segmente 11A bis 11H entsprechend
der linken Hälfte der Ströme strömt,
die von dem Verbindungsdrahtabschnitt 12C zu dem Verbindungsdrahtabschnitt 12D strömen.
Diese Ströme bilden in Umfangsrichtung strömende
Ströme hinsichtlich eines Spalts 19A zwischen
den Segmenten 11H und 11H, die einander zugewandt
sind, und daher wird ein magnetischer Fluss (die Kosinuskurve C1)
erzeugt, der in einer Richtung gerichtet ist, die senkrecht zu der
Zeichenebene von vorn nach hinten verläuft.
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Darüber
hinaus wird im folgenden angenommen, dass der Strom durch acht Segmente 11A bis 11H entsprechend
der rechten Hälfte der Ströme strömt,
die von dem Verbindungsdrahtabschnitt 12C zu dem Verbindungsdrahtabschnitt 12D strömen, und
dass der Strom durch acht Segmente 11A bis 11H entsprechend
der linken Hälfte der Ströme strömt,
die von dem Verbindungsdrahtabschnitt 12E zu dem Verbindungsdrahtabschnitt 12F strömen. Diese
Ströme bilden in Umfangsrichtung strömende Ströme
hinsichtlich eines Spaltes 19B zwischen den einander zugewandten
Segmenten 11A und 11H, und daher wird ein magnetischer
Fluss (die Kosinuskurve C2) erzeugt, der in einer Richtung gerichtet
ist, die senkrecht zu der Zeichenebene von hinten nach vorn verläuft.
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Die
vorstehend beschriebenen magnetischen Flüsse können
einen Zyklus der Kosinuskurve definieren.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel werden die Formen der Kosinuskurven
C1 und C2 unter Verwendung der Segmente 11 mit unterschiedlichen
Breiten gleichgerichtet, anstatt dass die Segmente 11 in
unterschiedlichen Teilungen angeordnet werden.
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Die
Sinusspule 2 hat hauptsächlich eine identische
Konfiguration zu der Kosinusspule 1, außer dass
die Segmente 15 höher sind als bei der Kosinusspule 1 und
dass sie um 90° von der Phase der Segmente 11 der
Kosinusspule 1 versetzt sind. Die 10 zeigt
die Kosinusspule 1 und die Sinusspule 2 in einem
montierten Zustand. Die 9 zeigt eine Querschnittsansicht
der montierten Kosinusspule 1 und der Sinusspule 2,
die in der 9 gezeigt sind.
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Andererseits
muss die Sinusspule 2 so gestaltet sein, dass jedes Segment 15 höher
als jedes Segment 11 der Kosinusspule 1 ist, um die
Kosinusspule 1 und die Sinusspule 2 so zu montieren,
dass jedes Segment 15 der Sinusspule 2 in ein
gestanztes Loch eingefügt wird, dass in der Kosinusspule 1 ausgebildet
ist, wie dies in den 9 und 10 gezeigt ist.
Die Höhe von jedem Segment 15 der Sinusspule 2 und
die Höhe von jedem Segment 11 der Kosinusspule 1 müssen
in dem montierten Zustand nahezu gleich sein. Anders gesagt befinden
sich die distalen Enden der Segmente 15 und 11 auf
dem selben Niveau, wenn die Sinusspule 2 und die Kosinusspule 1 aneinander
platziert sind.
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Bei
einer derartigen Konfiguration können Luftspalte von dem
Rotor über dessen gesamten Umfang einheitlich sein. Dies
ermöglicht eine korrekte Messung der Drehwinkel, ohne dass
sie durch eine Schaltung kompensiert oder korrigiert werden müssen,
was den Bedarf an einer Kompensationsschaltung beseitigt und zu
reduzierten Kosten führt.
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Um
die Luftspalte auf einen vorbestimmten Wert aufrecht zu erhalten,
ist es daher erforderlich, die Segmente 11 der Kosinusspule 1 und
die Segmente 15 der Sinusspule 2 korrekt zu positionieren. Dazu
wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Kunststoffkörper 31 verwendet,
der in der 12A gezeigt ist. Die 12B zeigt eine Schnittansicht des Kunststoffkörpers 31 entlang
einer Linie A-A in der 12A.
Der Körper 31 ist mit einem Loch 31C ausgebildet,
in das die Segmente 11 und 15 eingefügt werden.
Der Körper 31 hat außerdem an beiden
Seiten des Lochs 31C Absatzabschnitte 31A zum
Positionieren der Verbindungsdrahtabschnitte 12 der Kosinusspule 1 und
Absatzabschnitte 31B zum Positionieren der Verbindungsdrahtabschnitte 16 der
Sinusspule 2. Die 13A und 13B zeigen die Kosinusspule 1 und die
Sinusspule 2, wie sie montiert an dem Körper 31 anzubringen
sind; insbesondere zeigt die 13B eine
Schnittansicht von ihnen entlang einer Linie A-A in der 13A. Die 14 zeigt
die Kosinusspule 1 und die Sinusspule 2, wie sie
in dem Körper 31 angebracht sind.
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Wie
dies in einer vergrößerten, ausschnittartigen
Ansicht in der 15 gezeigt ist, sind die Segmente 11 und 15 mit
Vorsprüngen 11a und 15a ausgebildet,
die mit Aussparungen in Eingriff gelangen, die in dem Körper 31 ausgebildet
sind, so dass die Höhe (Position) der distalen Enden der
Segmente 11 und 15 hinsichtlich des Körpers 31 fixiert
ist.
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Falls
die Segmente 11 der Kosinusspule 1 in unterschiedlichen
(ungleichmäßigen) Teilungen zum Gleichrichten
der Formen der Kosinuskurven C1 und C2 angeordnet sind und falls
außerdem die Segmente 15 der Sinusspule 2 in
unterschiedlichen (ungleichmäßigen) Teilungen
zum Gleichrichten der Formen der Sinuskurven S1 und S2 angeordnet
sind, können sich die Segmente 11 der Kosinusspule 1 und
die Segmente 15 der Sinusspule 2 miteinander überlagern,
wenn die Segmente 15 in die gestanzten Löcher
der Kosinusspule 1 beim Montieren der Kosinusspule 1 und
der Sinusspule 2 eingefügt werden. Um die Überlagerung
zu vermeiden, müssen die Kosinusspule 1 und die
Sinusspule 2 nur vergrößert werden, um
derartige Defekte zu vermeiden. Jedoch tritt ein anderes Problem
auf, dass die Gesamtgröße eines Positionssensors
vergrößert wird.
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Um
bei diesem Ausführungsbeispiel die vorstehend genannten
Probleme zu lösen, sind die Segmente 11 so ausgelegt,
dass sie von Segment zu Segment unterschiedliche Breiten "h" haben,
wie dies in der 6 gezeigt ist. Wenn die Breite
h des Segments 11 breiter ist, ist anders gesagt ein Widerstandswert
niedriger, was es ermöglicht, dass eine große
elektrische Stromstärke durch das Segment 11 hindurch
strömt. Wenn die Breite h enger ist, ist anderseits der
Widerstandswert größer, wodurch es möglich
ist, dass nur eine kleine elektrische Stromstärke durch
das Segment 11 hindurch strömt. Die Stärke
des erzeugten magnetischen Feldes ist proportional zu der elektrischen
Stromstärke, die durch das Segment 11 hindurch
strömt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die
Segmente 11 dementsprechend so ausgelegt, dass sie unterschiedliche
Breiten aufweisen, die in geeigneter Weise zum Gleichrichten der
Formen der Sinuskurven S1 und S2 und der Kosinuskurven C1 und C2
bestimmt sind.
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Es
ist zu beachten, dass die Segmentbreite "h" in der 6 als
h1, h2 und h3 für die Segmente 11A, 11B bzw. 11C gezeigt
ist. In dieser Figur scheinen die Breiten h1 bis h3 gleiche Breiten
zu sein, aber tatsächlich unterscheiden sie sich, da die
tatsächlichen Unterschiede zwischen ihnen zu klein sind,
um in der Fig. dargestellt zu werden.
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Im
Folgenden wird ein Drehmelder beschrieben, bei dem der Positionssensor
von diesem Ausführungsbeispiel eingebaut ist. Der Drehmelder
hat einen Stator, einen Rotor und eine Steuerschaltung.
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Die 17 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Drehmelders, bei dem ein Rotor 33 in
einen Stator 32 einschließlich der Kosinusspule 1 und
der Sinusspule 2 eingesetzt ist, die in dem Körper 31 angebracht
sind. Die 16 zeigt den Rotor 33,
der mit vier rechteckigen Erfassungsspulen 34 an dem äußeren
Umfang ausgebildet ist. Die Positionsbeziehung zwischen der Kosinusspule 1 und
der Sinusspule 2, die gemäß der 17 in
dem Stator 32 eingebaut sind, ist als eine perspektivische
Ansicht in der 11 gezeigt.
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Die 18 zeigt
eine Schnittansicht einer Positionsbeziehung zwischen der Kosinusspule 1 und
der Sinusspule 2, die die Erregerspulen des Stators 32 und
die Erfassungsspulen 34 des Rotors 33 sind. Die
Segmente 11 der Kosinusspule 1 und die Segmente 15 der
Sinusspule 2 sind so angeordnet, dass die jeweiligen distalen
Enden entlang der Innenfläche des Stators 32 in
Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Erfassungsspulen 34 sind
in dem Rotor 33 so platziert, dass sie den Segmenten 11 und 15 zugewandt
sind. Andererseits sind die Spulen 35 und 36,
die einen Drehwandler bilden, in dem Rotor 33 bzw. in dem
Stator 32 befestigt.
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Eine
Steuerkonfiguration des Drehmelders, bei dem der Positionssensor
von diesem Ausführungsbeispiel eingebaut ist, ist in der 19 gezeigt. Ein
Sinuskurvengenerator 41 zum Erzeugen einer Sinuskurve mit
7,2 kHz ist mit einem Modulator 44 verbunden. Ein Kosinuskurvengenerator 43 zum
Erzeugen einer Kosinuskurve mit 7,2 kHz ist mit einem Modulator 45 verbunden.
Ein Hochfrequenzgenerator 42 zum Erzeugen einer Sinuskurve
mit 360 kHz ist mit dem Modulator 45 verbunden. Der Modulator 44 ist
mit der Sinusspule 2 verbunden. Der Modulator 45 ist
mit der Kosinusspule 1 verbunden. Der Sinuskurvengenerator 41 und
der Kosinuskurvengenerator 43 sind mit einem Phasendifferenzdetektor 47 verbunden,
der als eine Positionsberechnungsvorrichtung dient.
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Andererseits
ist jede Erfassungsspule 34 mit der Drehwandlerspule 35 verbunden.
Die andere Drehwandlerspule 36 ist mit einem Wellendetektor 46 verbunden,
der mit dem Phasendifferenzdetektor 47 verbunden ist.
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Betriebe
des Drehmelders mit den vorstehend beschriebenen Konfigurationen
werden nachfolgend beschrieben.
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Eine
durch den Sinuskurvengenerator 41 erzeugte Sinuskurve wird
zum Beispiel einer symmetrischen Amplitudenmodulation (nachfolgend
als Amplitudenmodulation bezeichnet) mit hoher Frequenz in dem Modulator 44 unterzogen
und dann in die Sinusspule 2 eingespeist. Gleichzeitig
wird eine in den Kosinuskurvengenerator 43 erzeugte Kosinuskurve
einer Amplitudenmodulation mit hoher Frequenz unterzogen und dann
in die Kosinusspule 1 eingespeist.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird die Kosinuswelle, die mit
hoher Frequenz amplitudenmoduliert wurde, in die Kosinusspule 1 eingespeist,
und gleichzeitig wird die Sinuswelle, die mit hoher Frequenz amplitudenmoduliert
wurde, in die Sinusspule 1 eingespeist. Falls die Sinuswelle
und die Kosinuswelle mit jeweils 7,2 kHz direkt in die plattenförmigen Segmente 11 und 15 eingespeist
werden, die durch die Pressstanzbearbeitung erhalten werden, kann kein
ausreichend starker magnetischer Fluss erzeugt werden. Jedoch wurde
die Sinuswelle oder die Kosinuswelle mit hoher Frequenz amplitudenmoduliert, so
dass ein starker magnetischer Fluss mit hoher Frequenz auch durch
die plattenförmigen Segmente 11 und 15 erzeugt
werden kann.
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Folglich
kann die Kosinusspule 1 den magnetischen Fluss erzeugen,
der in einem oberen Bereich in der 1(b) gezeigt
ist, und außerdem kann die Sinusspule 2 den magnetischen
Fluss erzeugen, der in einem unteren Bereich in der 1(b) gezeigt ist.
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In
den Erregerspulen werden die Kosinuskurven C1 und C2 und die Sinuskurven
S1 und S2 erzeugt. Somit bilden sie eine überlagerte Kurve.
Diese überlagerte Kurve hat eine magnetische Flussstärke entsprechend
jedem Bereich des Stators 32. Die Drehposition (der Drehwinkel)
des Rotors 33 kann durch die Erfassungsspulen 34 genau
erfasst werden, die die magnetische Flussstärke erfassen.
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Insbesondere
strömt ein Induktionsstrom in den Erfassungsspulen 34 entsprechend
der magnetischen Flussstärke. Die Stärke des Induktionsstroms wird
zu dem Wellendetektor 46 über die Drehwandlerspulen 35 und 36 und
dann zu dem Phasendifferenzdetektor 47 übertragen.
Dieser Detektor 47 erfasst die Drehposition des Rotors 33 auf
der Grundlage der Stärke des Induktionsstroms, und er überträgt
ein Signal, das die Drehposition des Rotors 33 darstellt,
zu einer nicht gezeigten Steuervorrichtung.
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Der
Positionssensor des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels,
das vorstehend im einzelnen beschrieben ist, hat die Kosinusspule 1 und
die Sinusspule 2, die die Erregerspulen sind, welche Erregersignale
erzeugen, die Erfassungsspulen 34, die die durch die Kosinusspule 1 und
die Sinusspule 2 erzeugten Erregersignale erfassen, und
den Phasendifferenzdetektor 47, der als eine Positionsberechnungsvorrichtung
dient, die die Drehposition der Erregerspulen gemäß den
Erregersignalen berechnet, die durch die Erfassungsspule 34 erfasst
werden. Die Kosinusspule 1 und die Sinusspule 2 sind
plattenförmige Leiter, die jeweils durch die vertikal gebogenen Segmente 11 oder 15,
die als Spulen dienen, und durch die Verbindungsdrahtabschnitte 12 oder 16 gebildet
sind, die an beiden Seiten der Segmente 11 oder 15 für
eine Drahtverbindung vorgesehen sind. Die Erregerspule kann durch
das plattenförmige Element gebildet werden, das durch Pressen
erhalten wird, ohne dass eine Spulenwicklung erforderlich ist. Dies
ermöglicht es, die Herstellung einer hoch zuverlässigen
und preiswerten Erregerspule zu erleichtern.
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Bei
dem Positionssensor des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels
sind die Segmente 11 (15) so ausgelegt, dass sie
unterschiedliche Breiten haben, wodurch die Sinusspule 2 oder
die Kosinusspule 1 als die Erregerspulen ausgebildet werden.
Es ist möglich, diese Segmente 11 und 15 so
zu gestalten, dass sie die gleichen Breiten haben und dass sie in unterschiedlichen
Teilungen angeordnet werden, um die Sinusspule 2 und die
Kosinusspule 1 auszubilden. Jedoch kann eine derartige
Konfiguration ein Problem beim Montieren der Sinusspule 2 und
der Kosinusspule 1 durch Einfügen der vertikal
gebogenen Segmente 11 oder 15 entweder der Spule 1 oder 2 in
die gestanzten Löcher der anderen Spule verursachen.
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Falls
die Segmente 11 und 15 mit den selben Breiten
in unterschiedlichen Teilungen angeordnet werden, ist es genauer
gesagt schwierig, die gestanzten Löcher und die Segmente 11 oder 15 an
ihren Stellen zu positionieren. Ein derartiges Positionieren ist
insbesondere für einen Positionssensor mit reduzierter
Größe schwierig. Somit muss der Positionssensor
eine größere Größe haben.
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Wie
dies bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, haben die Segmente 11 und 15 andererseits
unterschiedliche Breiten, und sie sind in gleichmäßigen
Teilungen in den Abschnitten entsprechend einem Bereich um einer
Basis (einem Mittelpunkt zwischen einer Spitze und einem Boden)
der jeweiligen Sinuskurven S1 und S2 und der jeweiligen Kosinuskurven
C1 und C2 angeordnet. Dementsprechend können die Segmente
und die relevanten gestanzten Löcher in einfacher Weise
an ihren Stellen positioniert werden, und somit kann ein kompakter
Positionssensor erreicht werden.
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Bei
dem Positionssensor des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels
werden die Sinusspule 2 und die Kosinusspule 1 so
aneinander platziert, dass die jeweiligen distalen Enden der vertikal
gebogenen Abschnitte auf dem selben Niveau (Höhe) positioniert sind.
Die Positionsgenauigkeit der vertikal gebogenen Segmente 11 und 15 in
der Höhenrichtung bezüglich des Rotors 32 wird
einen direkten Einfluss auf die Positionsgenauigkeit des Positionssensors
ausüben. Daher ist es beim Montieren der Sinusspule 2 und
der Kosinusspule 1, die durch Pressen als die Erregerspulen
separat erzeugt werden, wichtig, dass die vertikal gebogenen Segmente 15 der
Sinusspule 2 und die vertikal gebogenen Segmente 11 der
Kosinusspule 1 in der Höhe miteinander übereinstimmen.
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Bei
dem Positionssensor des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels
werden die Segmente 11 und 15 und die Verbindungsdrahtabschnitte 12 und 16 durch
Pressen ausgebildet. Dementsprechend können die Erregerspulen
in einfacher Weise dadurch erregt werden, dass ein Strom zu Endabschnitten 13, 14, 17 und 18 der
Verbindungsdrahtabschnitte 12 und 16 hindurch
tritt. Anders gesagt ist für die Segmente 11 und 15 keine
Verdrahtung erforderlich, und somit kann ein einfach herzustellender
und preiswerter Positionssensor verwirklicht werden.
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Bei
dem Positionssensor des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels
werden die Kosinusspule 1 und die Sinusspule 2,
die die Erregerspulen und die Erfassungsspulen 34 sind,
jeweils mit einem Schleifenmuster ausgebildet, um die Drehpositionen
der Erfassungsspulen 34 zu erfassen. Dementsprechend kann
der Positionssensor an einer Motorwelle eines elektrischen Hybridfahrzeugs
und anderem angebracht werden, und er kann als ein Drehmelder verwendet
werden.
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Darüber
hinaus zeigen die Ströme, die in die Kosinusspule 1 und
die Sinusspule 2 einzuspeisen sind, eine Kosinuskurve oder
eine Sinuskurve, die mit hoher Frequenz amplitudenmoduliert wurden.
Falls die Sinuswelle oder die Kosinuswelle mit einigen kHz direkt
in die plattenförmigen Segmente 11 und 15 eingespeist
wird, die durch Pressstanzen erhalten werden, kann kein ausreichend
starker magnetischer Fluss erzeugt werden. Jedoch wurde die Sinuswelle oder
die Kosinuswelle mit hoher Frequenz von einigen Hundert kHz amplitudenmoduliert,
so dass ein starker magnetischer Fluss mit hoher Frequenz auch durch
die plattenförmigen Segmente 11 und 15 erzeugt
werden kann.
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Falls
der Positionssensor an einer Motorwelle eines elektrischen Hybridfahrzeugs
oder anderem angebracht wird, werden ein Rotor und ein Stator in einer
axialen Richtung der Motorwelle versetzt. Gemäß dem
Positionssensor des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels
ist es jedoch unwahrscheinlich, dass eine derartige Versetzung die
Genauigkeit beim Erfassen einer Drehposition beeinflusst, auch wenn die
Position des Rotors von dem Stator in der axialen Richtung verschoben
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel (die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele) beschränkt
und kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden,
ohne dass ihre wesentlichen Eigenschaften abgeändert werden.
Zum Beispiel stellt das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
den Fall dar, bei dem der Positionssensor für den Drehmelder
angewendet wird, der ein Drehdetektor ist. Als eine Alternative
kann die vorliegende Erfindung auf einen linearen Positionserfassungssensor
angewendet werden.
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Während
das gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben ist, ist klar,
dass diese Offenbarung dem Zwecke der Darstellung dient und dass
verschiedene Änderungen und Abwandlungen geschaffen werden
können, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird,
wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 08-178640
A [0005]
- - JP 06-229780 A [0005, 0006]
- - JP 08-178610 A [0006]