JP2001124590A - 位置検出器 - Google Patents

位置検出器

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JP2001124590A JP2000301051A JP2000301051A JP2001124590A JP 2001124590 A JP2001124590 A JP 2001124590A JP 2000301051 A JP2000301051 A JP 2000301051A JP 2000301051 A JP2000301051 A JP 2000301051A JP 2001124590 A JP2001124590 A JP 2001124590A
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    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/2006—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な制御回路を必要とせず、簡単で堅固な
構造を有する低コストな位置、速度、方向検出器を提供
する。 【解決手段】 連続基準要素(2)に対する位置、速度およ
び変位速度検出器は、連続基準要素(2)に向いた面に沿
って分布された縦方向の歯(10A,10B)を有する磁気板を
備える一対の磁極サーチ要素(1A,1B)によって構成され
る。磁極サーチ要素はさらに、予め確立された電流の給
電により磁界を発生する巻線(3A,3B)を含む。コイルに
生ずる電圧は磁極サーチ要素(1A,1B)によって測定され
る透磁率の関数であり、従って磁極サーチ要素の対の歯
間の相対的な位置の関数である。コイル電圧を読み、磁
極サーチ要素の対の歯と連続基準要素の歯の間の移動方
向と相対的変位速度を同定する装置を用いて、位置、方
向および変位速度が同定される。また、９０度だけずれ
た２つの正弦波信号を比較する検出システムも用いられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は新しい位置、速度、
方向検出器に関する。より明確に言えば、本発明は相対
的な回転運動あるいは直線運動をしている２つの要素の
間の絶対位置、速度、および方向の監視と同定のための
装置に関する。
【０００２】本装置はその主要特性として上述のパラメ
ータを正確に同定することができる低コストな装置であ
ることを特徴とする。
【０００３】
【従来の技術】当業者に知られているように、従来のシ
ステムは、レゾルバあるいはエンコーダのような光学式
あるいは電磁気式絶対位置検出器がパラメータの測定と
制御に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の装置は全てそれらの装置によって与えられる信号の変
換のために複雑で高価な電子回路が必要であるので装置
コストが高いという欠点を有する。従来のシステムのも
う１つの欠点は、責務の厳しい運転のために必要な堅固
さを有していないということである。
【０００５】従って、本発明の１つの目的は、複雑で高
価な制御回路を必要としない低コストな位置、速度、お
よび方向検出器を提供することである。本発明のもう１
つの目的は、簡単で堅固な構造を有する低コストな位
置、速度および方向検出器を提供することである。本発
明の更なる目的は、正確さ、堅固さ、および保守の容易
さを確保するように、特に電気機械の中に容易に組み込
むことができる装置を提供することであり、その電気機
械への適用は、ある場合には、機械の幾何学的な構成、
より明確に言えば回転子の歯あるいは磁極の配列を利用
することにより特に簡単化される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の上述およびその
他の目的や利点は、互いに相対的な運動をしている２つ
の要素間の位置、速度、および方向を検出する装置を用
いて、その装置によって測定される透磁率(magnetic pe
rmeability)を監視し、制御することによって達成され
る。
【０００７】この装置は一方の部分に取り付けられた少
なくとも１対の磁極サーチ要素(polar search element
s)と他方の部分に取り付けられた連続基準要素(continu
ous reference element)とから構成される。磁極サーチ
要素の対は、連続基準要素に向いたその面上に配置され
た少なくとも２つの縦方向の歯(longitudinal teeth)を
有する強磁性体板からなる鉄心を有し、その鉄心は駆動
コイルによって取り囲まれて構成される。
【０００８】磁極サーチ要素は歯の幅と間隔が連続基準
要素の歯の幅と間隔に正確に等しくなるように作られ
る。これらの磁極サーチ要素は電気的にも磁気的にも全
く互いに結合されていないが、１つの磁極サーチ要素の
歯の中央線を連続基準要素の歯の中央線と完全に位置を
合わせたとき、もう一方の磁極サーチ要素の歯が正確に
歯幅の半分だけ連続基準要素の歯の中央線からずれた中
央線を有するように互いに機械的に結合される。
【０００９】各磁極サーチ要素は少なくとも１つの駆動
コイルからなる巻線で取り囲まれている。駆動コイル
は、磁界を発生する予め確立された高周波電流源によっ
て個別に給電される。このコイルに生じる電圧は磁極サ
ーチ要素によって測定された透磁率の関数である。
【００１０】１つ以上のコイルが使用される場合、電流
源によって給電されないコイルは読み出しコイル(readi
ng coil)として使用され、その発生電圧は磁極サーチ要
素によって測定された透磁率の関数である。上述の連続
基準要素は機械の構成部分であり、今度は磁極サーチ要
素の対に向いたその面に沿って均一に分布した縦方向の
歯を有する強磁性体板からなる鉄心を備える。
【００１１】連続基準要素の歯の間の距離は歯幅の約２
〜２．５倍であるべきである。連続基準要素は可動部分
の一方に取り付けられた後、磁極サーチ要素の対はもう
一方の部分、好ましくは静止部分に取り付けられ、従っ
て、磁極サーチ要素の一方の歯が連続基準要素の歯の中
央線と完全に位置が合った中央線を有するとき、もう一
方の磁極サーチ要素の歯は連続基準要素の歯の中央線に
対して正確に歯幅の半分だけずれた中央線を有すべきで
ある。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の目的は、添付の図を参照
した以下の記述を考慮することにより最も良く理解され
よう。ただし、添付の図は図による説明のために示した
ものであって、本発明の適用範囲を制限するものではな
い。図１および２のとおり、本発明の主題のリラクタン
ス検出器(reluctance detector)は、１対の磁極サーチ
要素１Ａ，１Ｂから形成され、その各々はそれぞれ、連
続基準要素２の方に向いたその面上に配列された縦方向
の歯１０Ａ，１０Ｂを有する強磁性体板からなる鉄心を
備え、また巻線３Ａ，３Ｂを収納する溝を備えている。
【００１３】これらの巻線３Ａ，３Ｂは、この巻線が励
磁されるときはいつも磁極サーチ要素の対の歯の外側表
面に垂直な磁界を発生するように磁極サーチ要素の対１
Ａ，１Ｂの磁気材を取り囲む複数のコイルから構成され
る。リラクタンス検出器の機械側部分は、連続基準要素
２であり、今度はそれは磁極サーチ要素の対１Ａ，１Ｂ
の方に向いたその面に沿って均等に分布した縦方向の歯
２１を有する強磁性体の鉄心を備えており、歯２１は磁
極サーチ要素の対の歯の幅と間隔に等しい幅と間隔を有
する。連続基準要素２はその回転、速度および方向が検
出されるべき可動部分の近傍に配置されている。
【００１４】本発明のより良い理解のために、図３およ
び４に示されているような、磁極サーチ要素およびリニ
ア化された連続基準要素を参照して、リラクタンス検出
器の動作をより詳細に述べる。基本的動作形態において
は、ここに説明するように、連続基準要素２は可動部分
に取り付けられ、その角速度あるいは直線速度および回
転方向が検出され、決定される。磁極サーチ要素は今度
は固定された運動基準構造体に取り付けられる。特に、
例えば、モータの回転速度および回転方向を検出するた
めにこの検出器を利用する場合は、その磁極サーチ要素
はモータシェル(motor shell)に同一面上で取り付けら
れるのに対して、連続基準要素２はその回転子に取り付
けられる。
【００１５】図３では、磁極サーチ要素の対の一方１Ａ
の歯１０Ａが連続基準要素２の歯２１と位置が合わせら
れているのが観測される。さらに図３で、磁極サーチ要
素の対のもう一方１Ｂの歯１０Ｂの中央線が連続基準要
素２の歯２１の中央線に関して歯の半分だけずれている
ことが見られる。この位置で、コイル３ａ，３ｂが励磁
される、即ち、連続基準要素に浸透し、磁極サーチ要素
（の近く）に収束する磁界線の磁界が生成される。
【００１６】図５（横軸の点２）に観測されるように、
コイル３Ａに発生する電圧は最大であり、図６(横軸の
点２)に観測できるように、コイル３Ｂに発生する電圧
は最大値と最小値の間の中間値を有する。連続基準要素
の歯の変位 (displacement)により、２つのコイル３
Ａ，３Ｂに発生する電圧の値は磁極サーチ要素の歯によ
って検出される透磁率に比例する変化を受ける。
【００１７】得られた値はサイクリックで、連続基準要
素の歯の間隔毎に毎回繰り返される。図５および６に見
られるように、コイル３Ａ，３Ｂに発生する電圧の値の
各対に対しては、磁極サーチ要素の歯と連続基準要素の
歯との間の１つの相対的な位置のみが対応する。連続基
準要素の歯の１つの間隔以下の軌跡 (track)上で得られ
る２つの順次的読みの差によって、公知の方法で，上述
の要素の変位の方向を得ることができる。
【００１８】この差を得ることおよびこれらの２つの読
みの間の時間間隔を決定することによって、公知の数学
的な演算によって連続基準要素の直線速度あるいは角速
度を、従って、それらが取り付けられた電気モータの回
転子あるいは内燃エンジンのクランク軸のような可動要
素の直線速度や角速度も得ることができる。サブシンク
ロナス(sub-synchronous)リラクタンス検出器のための
構成モデルの幾つかを述べ、図示したが、本発明の考え
は磁極サーチ要素の対１Ａ，１Ｂのサーチ巻線３Ａ，３
Ｂあるいは読み出し要素５Ａ，５Ｂのためのいかなる種
類の構成や給電方法にも適用可能であることを理解すべ
きである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく位置検出装置のために規定され
るように構成された、駆動コイル３Ａ，３Ｂおよびコイ
ル供給電流源４Ａ，４Ｂを有する磁極サーチ要素対１
Ａ，１Ｂと連続基準要素２とを含む装置の概略断面図を
示す図である。
【図２】駆動コイル３Ａ，３Ｂと読み出しコイル５Ａ，
５Ｂを有する磁極サーチ要素対１Ａ，１Ｂの別の構成方
法を図式的に示す図である。
【図３】図１に対応するリニア化した要素を有する図の
概略を示す図である。
【図４】図２に対応するリニア化した要素を有する図の
概略を示す図である。
【図５】磁極サーチ要素１Ａの駆動コイル端子での電圧
波形のグラフを示す図である。
【図６】磁極サーチ要素１Ｂの駆動コイル端子での電圧
波形のグラフを示す図である。
【符号の説明】 １Ａ，１Ｂ…磁極サーチ要素の対 ２…連続基準要素 ３Ａ，３Ｂ…巻線（駆動コイル） ４Ａ，４Ｂ…コイル供給電流源 ５Ａ，５Ｂ…読み出しコイル １０Ａ，１０Ｂ…歯 ２１…歯

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透磁率を利用した位置検出器であって、
    前記位置検出器は連続基準要素（２）および少なくとも
    ２つの磁極サーチ要素（１Ａ，１Ｂ）からなり、前記磁
    極サーチ要素の各々は、磁気板からなる鉄心であって、
    前記磁極サーチ要素（１Ａ，１Ｂ）の対で突き出た縦方
    向の歯を備えた鉄心を備え、前記磁極サーチ要素がさら
    に巻線（３Ａ，３Ｂ）を収納することがきる複数の溝を
    具備し、前記巻線が、前記磁極サーチ要素（１Ａ，１
    Ｂ）の対の磁気材を均質に取り囲んだ複数のコイルから
    なることを特徴とする位置検出器。
  2. 【請求項２】 前記磁極サーチ要素（１Ａ，１Ｂ）の各
    々がただ１つのサーチコイルからなる前記巻線（３Ａ，
    ３Ｂ）を有することを特徴とする請求項１に記載の位置
    検出器。
  3. 【請求項３】 前記磁極サーチ要素（１Ａ，１Ｂ）の各
    々が１つのサーチコイルと１つの読み出しコイルからな
    る前記巻線（３Ａ，３Ｂ）を有することを特徴とする請
    求項１に記載の位置検出器。
  4. 【請求項４】 前記磁極サーチ要素（１Ａ，１Ｂ）と前
    記連続基準要素（２）の間の相対的な位置が前記巻線
    （３Ａ，３Ｂ）の各々における相対的電圧の読みによっ
    て決定されること、および前記磁極サーチ要素（１Ａ，
    １Ｂ）と前記連続基準要素（２）との間の相対的な変位
    速度が２つの時間的にずれた順次的な前記読みから得ら
    れることを特徴とする請求項１に記載の位置検出器。
  5. 【請求項５】 前記磁極サーチ要素（１Ａ，１Ｂ）の歯
    （１０Ａ，１０Ｂ）の寸法と間隔が、前記連続基準要素
    （２）の歯（２１）の寸法と間隔に等しいことを特徴と
    する請求項１に記載の位置検出器。
  6. 【請求項６】 第１の前記磁極サーチ要素（１Ａ）が第
    ２の前記磁極サーチ要素（１Ｂ）に対してずらして配置
    されることを特徴とする請求項１に記載の位置検出器。
  7. 【請求項７】 前記連続基準要素が円形あるいは直線形
    であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出器。
JP2000301051A 1999-09-30 2000-09-29 位置検出器 Pending JP2001124590A (ja)

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