JP2003042805A - 磁気誘導型回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束漏れなどに起因する検出誤差を低減し
て、精度の高い検出を行うことのできる磁気誘導式回転
位置検出装置を提案すること。 【解決手段】 磁気誘導式回転位置装置１０では、ステ
ータ１１に、二次側誘導コイル１７Ａｓ〜１７Ｈｓと、
一次側励磁コイル１８Ａ〜１８Ｈが配置されている。サ
イン相の二次側誘導コイル１７Ａｓ〜１７Ｈｓに対応す
る位置には補償コイル１９Ａｓ〜１９Ｈｓが配置され、
これら二次側誘導コイルおよび補償コイルが直列に結線
されている。コサイン相の側も同様に二次側誘導コイル
と補償コイルが直列に結線されている。補償コイルの巻
き方向および巻き数を適宜設定することにより、各相の
二次側誘導コイルから得られる検出信号に含まれる漏れ
磁束などに起因する誤差成分を低減することができ、こ
れにより、回転位置検出装置１０の絶対精度が改善され
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、回転体の回転位置
を精度良く検出可能な磁気誘導型回転位置検出装置に関
し、特に、可変磁気抵抗型のこの種の回転位置検出装置
における漏れ磁束等に起因する検出精度の低下を抑制す
るための機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転体の回転位置を磁気誘導を利用して
検出する回転位置検出装置としては、図４、５に示す構
成のものが知られている。この形式の回転位置センサ１
は、円板形状のステータ２の表面に同心円状に４本の磁
極ピン３（ｎ）（ｎ＝１〜４）が取付けられ、各磁極ピ
ン３（ｎ）の根元側には一次側（励磁）コイル４（ｎ）
が巻き付けられ、各磁極ピン３（ｎ）の先端側には二次
側（誘導）コイル５（ｎ）が巻き付けられている。先端
側の二次コイル５（ｎ）に対峙した状態に、磁性体から
なるロータ６が配置されている。このロータ６はハート
形の輪郭形状をした板である。このロータ６には回転シ
ャフト７が固着され、この回転シャフト７はロータ６を
貫通して延びている。

【０００３】一次コイル４（ｎ）は巻き方向が同一であ
り、直列接続されている。これに対して、二次コイル５
（ｎ）の側においては、直径方向に対峙している一組の
二次コイル５（１）、５（３）は巻き方向が逆であり、
相互に直列接続されている。同様に、残りの１組の二次
コイル５（２）、５（４）も、巻き方向が逆であり、相
互に直列接続されている。

【０００４】図５（ａ）から分かるように、ハート形の
ロータ６が正立状態では、二次コイル５（１）、５
（３）のうち下側の二次コイル５（３）のみが完全にロ
ータ６に重なり、上側の二次コイル５（１）はロータ６
とは全く重ならないようになっている。逆に、図５
（ｂ）に示すように、ロータ６が１８０度回転した状
態、すなわち、ハート形のロータ６が倒立状態では、上
側の二次コイル５（１）のみが完全にロータ６に重な
り、下側の二次コイル５（３）はロータ６とは全く重な
らないようになっている。さらに、これらの何れの状態
においても、左右の１組の二次コイル５（２）、５
（４）では丁度半分の部分がロータ６と重なるようにな
っている。

【０００５】このようにハート形のロータ６の回転に伴
ってロータ６と各二次コイル５（ｎ）との重なり量がサ
イン波状に変化する。この結果、励磁コイルにｓｉｎω
ｔの励磁電圧を加えると、ロータの回転角θに応じて１
組の二次コイル５（１）、５（３）からは、ｓｉｎθ・
ｓｉｎωｔの電圧が得られ、残りの１組の二次コイル５
（２）、５（４）からはｃｏｓθ・ｓｉｎωｔの電圧が
得られる。従って、これらの２組の誘導電圧に基づき、
不図示の信号処理回路によって、ロータ６の回転位置を
示す信号を生成できる。すなわち、ロータ６の回転シャ
フト７が取付けられた回転体の回転位置を示す信号を得
ることができる。

【０００６】一方、かかる構成の磁気誘導型回転センサ
における検出精度を改善するために、同心円上に配置さ
れている複数の二次側コイルにおける回転方向のインダ
クタンス分布を所望の状態に設定したセンサが、例え
ば、特開平９−５３９０９号公報において提案されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような磁気誘導型
回転位置検出装置では、ロータが回転するとコイルを通
過する磁束量が変化し、この磁束量の変化に基づきロー
タ回転位置が検出される。すなわち、ロータの回転停止
状態では検出信号の振幅が一定となり、ロータ回転角度
θに伴って信号レベルが変換する。しかしながら、回転
停止状態においても信号レベルが零になることがない。
この理由は、常に磁束の回り込みによる漏れ磁束が生じ
ているためである。

【０００８】ここで、２組の二次コイルから得られる検
出信号は、位相差９０度で信号のｐ−ｐレベルが等しい
ことが理想である。しかし、漏れ磁束に起因して、これ
らの検出信号の信号波形に歪が発生し、絶対誤差となっ
て現れ、検出の絶対精度の低下を招いてしまう。

【０００９】そこで、本発明の課題は、かかる漏れ磁束
等に起因する絶対精度の低下を抑制可能な磁気誘導型回
転位置検出装置を提案することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、複数の磁極突起が等しい角度間隔で同
心状に配置されているステータと、このステータに同軸
状態に対向配置されたロータと、前記ステータに配置さ
れた一次側励磁コイルと、前記ステータの各磁極突起に
それぞれ巻き付けられた二次側誘導コイルとを有し、前
記ロータは、回転位置に応じて、前記ステータの前記一
次側励磁コイルおよび二次側誘導コイル間の磁気結合を
変化させるように構成されている磁気誘導式回転位置検
出装置において、各二次側誘導コイルが巻かれている磁
極突起には、当該二次側誘導コイルに直列に接続された
補償コイルが所定の巻き方向で所定の巻き数分だけ巻き
付けられていることを特徴としている。

【００１１】本発明においては、補償コイルの巻き方向
および巻き数を調整することにより、漏れ磁束などに起
因した検出誤差の低下を抑制することができる。

【００１２】漏れ磁束に起因する絶対精度の低下を抑制
するためには、上記のように補助コイルを配置すると共
に、あるいはその代わりに、前記一次側励磁コイルに印
加される励磁信号電圧を分圧して、前記二次側誘導コイ
ルから出力される誘導電圧に印加するようにしてもよ
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用した磁気誘導型回転位置検出装置の例を説明す
る。

【００１４】図１は本例の磁気誘導型回転位置検出装置
１０を示す正面図およびｂ−ｂ線で切断した断面図であ
る。本例の磁気誘導型回転位置検出装置１０は、ステー
タ１１とこのステータ１１によって回転自在に支持され
ているロータ１２とを有し、これらが同軸状に並列配置
されている。ステータ１１は、円盤状の端板１３と、こ
の端板１３によって一方の開口端が封鎖されているリン
グ１４と、端板１３の表面から垂直に突出している複数
本の第１の磁極ピン１５および複数本の第２の磁極ピン
１６とを備えている。ロータ１２はステータ１１の各磁
極ピン１５、１６に対向配置されている。磁極ピン１
５、１６は鉄あるいはフェライトなどから形成されてい
る。

【００１５】本例のステータ１１においては、その端板
１３の表面に、円周方向に沿って４５度の角度間隔で同
心円上に８つの極ＡないしＨを構成している８本の第２
の磁極ピン１６が配置されている。各磁極ピン１６に
は、２つの２次側誘導コイル１７Ａｓおよび１７Ａｃ、
１７Ｂｓおよび１７Ｂｃ、１７Ｃｓおよび１７Ｃｃ、１
７Ｄｓおよび１７Ｄｃ、１７Ｅｓおよび１７Ｅｃ、１７
Ｆｓおよび１７Ｆｃ、１７Ｇｓおよび１７Ｇｃ、並びに
１７Ｈｓおよび１７Ｈｃが重複して巻き付けられてい
る。これらの２次側誘導コイルは２つのグループを構成
しており、第１のグループの２次側誘導コイル１７Ａｓ
〜１７Ｈｓはサイン相に対応し、第２のグループの２次
側誘導コイル１７Ａｃ〜１７Ｈｃはコサイン相に対応し
ている。

【００１６】一方、これらの第２の磁極ピン１６の外側
を取り囲む状態で、同じく４５度の角度間隔で８本の第
１の磁極ピン１５が同心円状に配置されており、各第１
の磁極ピン１５には、それぞれ一次側励磁コイル１８Ａ
〜１８Ｈが巻きつけられている。

【００１７】ここで、第２の磁極ピン１６のそれぞれに
は、その先端部分に、上記の二次側誘導コイル１７に加
えて、補償コイル１９Ａｓ〜１９Ｈｓ、および補償コイ
ル１９Ａｃ〜１９Ｈｃが巻き付けられている。

【００１８】本例では、各グループの２次側誘導コイル
から差動出力を得ることができるように、サイン相の２
次側誘導コイルのグループは、順方向巻きの２次巻線１
７Ａｓ、１７Ｂｓ、１７Ｃｓ、１７Ｄｓからなるサブグ
ループと、逆方向巻きの２次巻線１７Ｅｓ、１７Ｆｓ、
１７Ｇｓ、１７Ｈｓからなるサブグループとからなって
いる。

【００１９】図２（ａ）には、第１のグループ内の２次
側誘導コイル１７Ａｓ〜１７Ｈｓおよび補償コイル１９
Ａｓ〜１９Ｈｓの接続状態を示してある。この図に示す
ように、これらは直列接続されており、その誘導出力が
合計され、サイン相の出力信号（交流成分をｓｉｎωｔ
とし、検出角度をθとすると、ｓｉｎθｓｉｎωｔ）を
出力する。

【００２０】同様に、コサイン相の二次誘導コイルのグ
ループも、順方向巻きの４つの２次誘導コイルからなる
サブグループと、逆方向巻きの４つの２次誘導コイルか
らなるサブグループとからなっている。さらに、これら
の二次誘導コイル１７Ａｃ〜１７Ｈｃと、補償コイル１
９Ａｃ〜１９Ｈｃが直列接続された関係となっており、
コサイン相の出力信号（ｃｏｓθｓｉｎωｔ）を出力す
る。

【００２１】次に、ロータ１２の構成例について説明す
ると、ロータ１２は、全体として面板状からなってお
り、検出対象の回転運動が伝達される回転軸２１に取り
付けられた基板２２と、該基板２２上に設けられた磁気
結合変化部材２３とを含むプラスチック、ステンレスス
チールなどの非磁性板からなっている。ロータ１２の主
要部である磁気結合変化部材２３は、その回転位置に応
じてステータ１１の一次側励磁コイル１８および二次側
誘導コイル１７間の磁気結合を変化させるものであり、
例えば、珪素鋼版、パーマロイから形成されている。

【００２２】磁気結合変化部材２３では、図１（ａ）に
おいて点線２３Ａで示すように、その外形輪郭は、ステ
ータ１１の外周寄りに設けられた一次側励磁コイル１８
の配列を包含している大きさの真円であり、その内側輪
郭は、図１（ａ）において点線２３Ｂで示すように、偏
心した真円である。このロータ１２の磁気結合変化部材
２３の内側の偏心輪郭２３Ｂは、ステータ１１の中心側
に配置されている二次側誘導コイルにおける各磁極Ａ〜
Ｈの端面に対する該磁気結合変化部材２３の対峙面積
が、ロータ１２の回転位置に応じて変化するように、例
えば、１回転につき１サイクルで変化するように、形成
されている。

【００２３】従って、ステータ１１の二次側誘導コイル
の各極Ａ〜Ｈにおける一次および二次側コイル間の磁気
結合が、ロータ１２の回転位置に応じて１回転につき１
サイクルの割合で周期関数的に変化する。このようなロ
ータ１２の形状に基づく磁気結合変化は、レゾルバある
いはその他の回転検出器で知られるように、機械角で９
０度ずれた配置の２つの二次側誘導コイルに対して、一
方をサイン相とし、他方をコサイン相とする変化を示す
ものである。

【００２４】このように構成した本例の磁気誘導型回転
位置検出装置１０においては、補償コイル１９Ａｓ〜１
９Ｈｓ、および１９Ａｃ〜１９Ｈｃが備わっているの
で、各グループの二次側誘導コイルから得られる検出信
号に含まれる誤差が低減される。この補償コイルによる
誤差除去原理あるいは誤差低減の原理は次のように考え
られる。

【００２５】図３（ａ）に示すように、例えばサイン相
の二次側誘導コイルから得られる検出信号は、一次側誘
導コイルに印加される励磁信号ｓｉｎωｔの振幅変化に
より表される。回転停止状態では振幅が一定となり、回
転角度θに伴い信号レベルが変化する。このとき、信号
レベルが零になることはない。この理由は、本例の検出
装置のような磁気抵抗変化型のものでは常に磁束の回り
込みによる漏れ磁束が生じているからである。

【００２６】図３（ｂ）にはサイン相の二次側誘導コイ
ルにおける順方向巻きのものに発生する検出信号ｓｉｎ
＋および逆巻きのものから得られる検出信号ｓｉｎ−を
表してある。サイン相の検出信号は、これらを合成した
差動信号として得られる。この検出信号を図３（ｃ）に
示してある。ここで、検出信号ｓｉｎ＋と検出信号ｓｉ
ｎ−の漏れ磁束量が異なるので、合成波は接地レベル
（ＧＮＤレベル）に対してその差の分だけオフセット
し、この図に示すように、接地レベルから正側のピーク
までの出力レベル１と、負側のピークまでの出力レベル
２が等しくならない。コサイン相の検出信号の場合も同
様である。

【００２７】レゾルバの原理は、前述のように、サイン
相の信号とコサイン相の信号を合成し、合成波とを基準
波の位相差から回転角度を検出するものである。このた
め、ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の出力は位相差９０度で、
信号ｐ−ｐレベルが等しいのが理想であるが、各相の二
次側誘導コイルの出力のばらつきや、磁束漏れにより、
信号波形が歪む。これが絶対誤差となって現れてしま
う。

【００２８】本例では、上記のように、補償コイルの出
力を二次側誘導コイルの検出信号に加えることによっ
て、ｓｉｎおよびｃｏｓ信号の合成波それぞれのオフセ
ット量を減少させている。本発明者等の実験によれば、
各補償コイルの巻き数を適宜選択することにより、本例
の検出装置１０の絶対精度を改善できることが確認され
た。

【００２９】次に、温度による精度変化の要因はｓｉｎ
信号とｃｏｓ信号の個々の変化にある。信号変化は、出
力信号レベル（ｐ−ｐ値）の変化と、漏れ磁束による信
号オフセットに分けることができる。シミュレーション
の結果、信号レベルの変化は２周期、オフセット変化は
１周期の誤差となって現れることが分かっており、温度
ドリフトは１周期誤差が主なので、温度ドリフトの原因
は漏れ磁束による信号のオフセット変化と考えることが
できる。

【００３０】本例において、二次側誘導コイル１７の結
線（図２（ａ）参照）によれば、各補償コイルの角度信
号出力が相殺され、漏れ磁束が合成される。信号検出用
の二次側誘導コイルでは逆に角度信号が合成され、漏れ
磁束は相殺される。これらが直列に結線されているの
で、漏れ磁束変換が検出信号出力に足し合わされ、漏れ
磁束の温度変化による誤差が補償される。

【００３１】次に、図２（ｂ）には、二次側誘導コイル
および補償コイルの結線方法の別の例を示す結線図であ
る。図示の例では、直列に接続されている補償コイル
を、巻き方向が、交互に順方向巻きおよび逆方向巻きに
なるようにしてある。この場合には、各補償コイルの角
度信号出力および漏れ磁束による影響が共に相殺され、
補償コイル全体のアンバランスに起因する出力レベルが
得られる。このアンバランス量は二次側誘導コイル個々
のアンバランスに比例するので、二次側誘導コイルの合
成出力に、補償コイルの合成出力を合成することによ
り、温度によって生ずる検出信号全体のアンバランス変
化を補償できる。

【００３２】（その他の実施例）このように、上記構成
の磁気誘導型回転位置検出装置１０における絶対精度の
改善は、補償コイルの出力を二次側誘導コイルの検出信
号に加えることによって、ｓｉｎおよびｃｏｓ信号の合
成波それぞれのオフセット量が減少し、これが精度向上
に役立っていると考えられる。この点からすると、一次
側励磁コイルに印加される励磁信号をボリュームで分圧
し、分圧信号を各相の検出信号に直接加えるようにして
も、検出装置１０の絶対精度をさらに改善できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気誘導
式回転位置検出装置では、ステータに配置されている各
相の二次側誘導コイルの配置位置に補償コイルを配置
し、これらの補償コイルを各相の二次側誘導コイルに直
列接続した構成を採用している。各補償コイルの巻き方
向および巻き数を適宜設定することにより、各相の二次
側誘導コイルから得られる検出信号に含まれている漏れ
磁束等に起因する誤差成分を低減することができる。こ
れにより、検出装置の絶対精度を改善することができ
る。

【００３４】また、本発明では、一次側励磁コイルに印
加される励磁信号を分圧して、各相の二次側誘導コイル
から得られる検出信号に加えるようにしている。この構
成によっても、検出信号に含まれている漏れ磁束などに
起因する誤差成分を低減することができる。よって、検
出装置の絶対精度を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した磁気誘導型回転位置検出装置
を示す図であり、（ａ）はその概略正面図であり、
（ｂ）はそのｂ−ｂ線で切断した部分を示す概略断面図
である。

【図２】図１の回転位置検出装置におけるサイン相の二
次側誘導コイルおよび補償コイルの結線例を示す説明図
である。

【図３】漏れ磁束に起因する誤差の発生を説明するため
の図であり、（ａ）はサイン相の順方向巻きの二次側誘
導コイルから得られる検出信号を示す信号波形図、
（ｂ）はその順方向巻きおよび逆方向巻きの二次側誘導
コイルから得られる検出信号を示す信号波形図、および
（ｃ）はこれらの検出信号を合成した合成信号の信号波
形図である。

【図４】従来の磁気誘導式回転位置検出装置の構成を示
す説明図である。

【図５】図６の回転位置検出装置の動作を説明するため
の説明図である。

【符号の説明】

１０ 誘導型回転位置センサ １１ ステータ １２ ロータ １５ 第１の磁極ピン １６ 第２の磁極ピン １７Ａｓ〜１７Ｈｓ、１７Ａｃ〜１７Ｈｃ 二次側誘導
コイル １８Ａ〜１８Ｈ 一次側励磁コイル １９Ａｓ〜１９Ｈｓ、１９Ａｃ〜１９Ｈｃ 補償コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤村 康男 長野県南安曇郡穂高町大字牧1856−１ 株 式会社ハーモニック・ドライブ・システム ズ穂高工場内 (72)発明者 阿部 敏之 長野県南安曇郡穂高町大字牧1856−１ 株 式会社ハーモニック・ドライブ・システム ズ穂高工場内 Ｆターム(参考） 2F063 AA01 AA35 CA00 DA01 DC08 GA01 GA22 KA01 2F077 AA11 FF22 PP22 QQ05 TT06 TT83 UU07 VV31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁極突起が同心状に配置されてい
   るステータと、このステータに同軸状態に対向配置され
   たロータと、前記ステータに配置された一次側励磁コイ
   ルと、前記ステータの各磁極突起にそれぞれ巻き付けら
   れた二次側誘導コイルとを有し、前記ロータは、回転位
   置に応じて、前記ステータの前記一次側励磁コイルおよ
   び二次側誘導コイル間の磁気結合を変化させるように構
   成されている磁気誘導式回転位置検出装置において、 各二次側誘導コイルが巻かれている磁極突起には、当該
   二次側誘導コイルに直列に接続された補償コイルが所定
   の巻き方向で所定の巻き数分だけ巻き付けられているこ
   とを特徴とする磁気誘導型回転位置検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記一次側励磁コイルに印加される励磁信号電圧を分圧
   する分圧回路と、分圧された電圧を前記二次側誘導コイ
   ルの出力電圧に印加する信号合成回路とを有しているこ
   とを特徴とする磁気誘導型回転位置検出装置。
3. 【請求項３】 ステータと、このステータに同軸状態に
   対向配置されたロータと、前記ステータに配置された一
   次側励磁コイルおよび二次側誘導コイルとを有し、前記
   ロータは、回転位置に応じて、前記ステータの前記一次
   側励磁コイルおよび二次側誘導コイル間の磁気結合を変
   化させるように構成されている磁気誘導式回転位置検出
   装置において、 前記一次側励磁コイルに印加される励磁信号電圧を分圧
   する分圧回路と、分圧された電圧を前記二次側誘導コイ
   ルの出力電圧に印加する信号合成回路とを有しているこ
   とを特徴とする磁気誘導型回転位置検出装置。