JP2003097907A

JP2003097907A - 角度検出器

Info

Publication number: JP2003097907A
Application number: JP2001294037A
Authority: JP
Inventors: Shoji Oiwa; 昭二大岩; Satoshi Ogasawara; 悟司小笠原; Kazuo Onishi; 和夫大西; Yasuo Matsuda; 靖夫松田; Masashi Yamamoto; 昌史山本
Original assignee: Nidec Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP3505164B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の角度検出器においては、特性的に外径
寸法を小さくすることには限界があり、また一相当りの
固定子極歯の数が少なく検出精度が低い等の欠点があっ
た。【解決手段】本発明の角度検出器においては、回転子
外周の複数の小歯に、互いに軸方向に離間せしめた２組
の固定子の内周面に形成した複数の固定子極歯に空隙を
介して対向せしめ、上記２個の環状磁性体の外周部の軸
方向内端面を夫々上記環状固定子の軸方向外端面に磁気
的に連結し、その中間部に上記２組の固定子コイルを夫
々配置し、その内周部の軸方向内端面を夫々空隙を介し
て上記回転子の軸方向外端面に対向せしめる。また、上
記互いに軸方向に離間した２個の環状固定子で、その環
状固定子間に固定子コイルを挟持し、この固定子コイル
の外周面で上記２個の環状固定子間を磁性体によって磁
気的に連結せしめて１相分の固定子部組を形成し、回転
軸方向にこの固定子部組をｐ組積み重ねてｐ相の角度検
出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は角度検出器、特にモ
ータの磁極位置検出及び回転量検出が可能なバリアブル
リラクタンス（VR）型角度検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のVR型角度検出器を示し、１
は環状のケース、２はこのケース１の内周から半径方向
内方に突出する複数の例えば８個の固定子磁極、３はこ
の固定子磁極２の先端に形成した複数の極歯、４は上記
各固定子磁極２に巻回した固定子コイル、５は回転子、
６はこの回転子５の外周に形成したｎ個の小歯、７は回
転子軸である。

【０００３】このようなVR型角度検出器においては、固
定子磁極２に巻かれた固定子コイル４のインダクタンス
が変化することを利用して角度（位置）検出を行なう。

【０００４】インダクタンスＬ、固定子コイル巻き数
Ｎ、磁気回路の構成する磁気抵抗ＲとするとＬ＝Ｎ²／
Ｒと表され、インダクタンスＬは磁気抵抗Ｒで変化する
ことが分かる。また、磁気抵抗Ｒは固定子極歯と回転子
小歯のギャップで変化するため、インダクタンスＬには
固定分Ｌｏと変化分Ｌｖが存在し、変化分が正弦波状で
あれば、検出器軸の回転電気角をθとすれば、Ｌ＝Ｌｏ
＋Ｌｖｓｉｎθと表される。正弦波状の変化は、回転子
小歯と対向する固定子磁極の極歯間の空隙と歯形状を適
切に設計することで得られる。上記正弦波状変化分Ｌｖ
ｓｉｎθを検出することで角度検出を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】産業機械に使用される
モータは、限られたスペースに配置するため小径化が進
んでいる。然しながら上記のような従来の角度検出器に
おいては固定子コイル４を巻回するスペース分だけ固定
子磁極２が長くなり、角度検出器の小径化に限界がある
と共に、一相当りの回転子小歯の数が少なく、インダク
タンス変化分Ｌｖが微少であり、検出出力レベルが低い
ため、検出精度が悪い等の欠点があった。また、無理に
小径化した場合、固定子コイルの巻線の問題、各相の固
定子が同一平面上に存在し、環状の固定子により隣接す
る相間での干渉の問題が大きくなる。

【０００６】本発明は上記のような課題を解決するもの
で、特に一相を形成する固定子は一平面全体を使用し、
一相の極歯数を回転子小歯数と同数配置し、従来構造で
は小径化となって減少するインダクタンス変化分を逆に
増加させ、高精度化が可能な磁極位置検出器を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の角度検出器は、
外周に複数の小歯を形成した回転子と、この回転子小歯
に空隙を介して対向せしめた複数の固定子極歯をその内
周面に有する、互いに軸方向に離間せしめた２個の環状
固定子と、２個の固定子コイルと、２個の環状磁性体と
より成り、上記各環状磁性体の外周部の軸方向内端面が
夫々上記各環状固定子の軸方向外端面に磁気的に連結さ
れ、その中間部に上記固定子コイルが夫々配置されてお
り、その内周部の軸方向内端面が夫々空隙を介して上記
回転子の軸方向外端面に、対向せしめられていることを
特徴とする。

【０００８】また、本発明の角度検出器は、外周に複数
の小歯を形成した回転子と、この回転子小歯に空隙を介
して対向せしめた複数の固定子極歯をその内周面に有す
る、互いに軸方向に離間せしめた２個の環状固定子と、
２個の固定子コイルと、２個の環状磁性体とより成り、
上記各環状磁性体の外周部の軸方向内端面が夫々上記各
環状固定子の軸方向外端面に磁気的に連結され、その中
間部に上記固定子コイルが夫々配置されており、上記回
転子の内周部外端面に軸方向に延びる筒状部が形成さ
れ、この筒状部の外周面に上記環状磁性体の内周面が空
隙を介して対向されていることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の角度検出器は、外周に複数
の小歯を形成した回転子と、この回転子小歯に空隙を介
して対向せしめた複数の固定子極歯をその内周面に有す
る、互いに軸方向に離間せしめた２個の環状固定子の軸
方向のｐ組と、上記各組の２個の環状固定子間に夫々挟
持した固定子コイルと、上記各組の固定子コイルの外周
面と上記２個の環状固定子間を磁気的に連結せしめて１
相分の固定子部組を形成するための磁性体とより成るこ
とを特徴とする。

【００１０】また、本発明の角度検出器は、内周に複数
の小歯を形成した回転子と、この回転子小歯に空隙を介
して対向せしめた複数の固定子極歯をその外周面に有す
る、互いに軸方向に離間せしめた２個の環状固定子と、
２個の固定子コイルと、２個の環状磁性体とより成り、
上記各環状磁性体の内周部の軸方向内端面が夫々上記各
環状固定子の軸方向外端面に磁気的に連結され、その中
間部に上記固定子コイルが夫々配置されており、その外
周部の軸方向内端面が夫々空隙を介して上記回転子の軸
方向外端面に、対向せしめられていることを特徴とす
る。

【００１１】また、本発明の角度検出器は、内周に複数
の小歯を形成した回転子と、この回転子小歯に空隙を介
して対向せしめた複数の固定子極歯をその外周面に有す
る、互いに軸方向に離間せしめた２個の環状固定子と、
２個の固定子コイルと、２個の環状磁性体とより成り、
上記各環状磁性体の内周部の軸方向内端面が夫々上記各
環状固定子の軸方向外端面に磁気的に連結され、その中
間部に上記固定子コイルが夫々配置されており、上記回
転子の外周部外端面に軸方に延びる筒状部が形成され、
この筒状部の内周面に上記環状磁性体の外周面が空隙を
介して対向されていることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の角度検出器は、内周に複数
の小歯を形成した回転子と、この回転子小歯に空隙を介
して対向せしめた複数の固定子極歯をその外周面に有す
る、互いに軸方向に離間せしめた２個の環状固定子の軸
方向のｐ組と、上記各組の２個の環状固定子間に夫々挟
持した固定子コイルと、上記各組の固定子コイルの内周
面と上記２個の環状固定子間を磁気的に連結せしめて１
相分の固定子部組を形成するための磁性体とより成るこ
とを特徴とする。

【００１３】上記環状固定子間の上記磁性体の側面が部
分的開口部を有し、プリント配線基板に固着された上記
固定子コイルが上記開口部に連通する上記２個の環状固
定子間の空間に配置されていることを特徴とする。

【００１４】上記ｐ組の固定子コイルを固着した上記プ
リント配線基板が互いに連結されていることを特徴とす
る。

【００１５】また、上記環状固定子とこの環状固定子間
の磁性体が一体に形成されていることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図面によって本発明の実施例
を説明する。

【００１７】本発明の第１の実施例を図１に示す。本発
明においては内周面に複数の固定子極歯８を形成した環
状固定子９を軸方向に互いに離間して２個形成し、この
２個の固定子９の極歯８を夫々円周方向に電気角で90°
互いにずらすと共に、上記２個の固定子９を環状のケー
ス１によって連結し、回転子１０の外周に形成した、固
定子極歯８と同数の回転子小歯１１に上記固定子極歯８
を空隙を介して対向配置せしめる。

【００１８】また、上記各環状固定子９の軸方向外端面
に環状磁性体１２の外周部の軸方向内端面を夫々磁気的
に連結し、上記各環状磁性体１２の中央部には夫々固定
子コイル１３を配置し、上記各環状磁性体１２の内周部
の軸方向内端面を夫々空隙を介して上記回転子１０の軸
方向外端面に対向せしめる。

【００１９】本発明の第２の実施例においては、図１に
示すように回転子１０の内周部外端面に軸方向に延びる
筒状部１４を形成し、この筒状部１４の外周面に上記環
状磁性体１２の内周面を空隙を介して対向せしめる。

【００２０】本発明の上記第１及び第２の実施例におい
ては一方の固定子コイル１３をA相とし、他方の固定子
コイル１３をB相とし、この一方及び他方の固定子コイ
ル１３，１３を角周波数ωの定電流Ｉで励磁することで
発生する磁束が、環状磁性体１２の内周部から回転子１
０を軸方向に通して回転子小歯１１に、さらに固定子極
歯８を通して環状固定子９に流れ、環状磁性体１２の外
周部に戻るようにする。この結果各固定子コイル１３，
１３からA相、B相の電圧出力が得られる。その電圧をＶ
ｏとし、固定子コイルの抵抗分をｒ、励磁角周波数をω
とすると出力電圧信号ＶｏａとＶｏｂが得られる。

【００２１】Ｖｏａ＝Ｉｓｉｎωｔ（ｒ＋ωＬｏ＋ωＬｖｓｉｎθ）

【００２２】Ｖｏｂ＝Ｉｓｉｎωｔ（ｒ＋ωＬｏ＋ωＬｖｃｏｓθ）

【００２３】上記出力電圧信号を処理して、ｒ、ωＬｏ
を除去し、回転電気角θに対してｓｉｎとｃｏｓの２相
信号を得れば、回転電気角θが検出可能となる。

【００２４】本発明の第３の実施例においては、図２に
示すように上記２個の環状磁性体１２を用いず、代りに
２個の環状固定子９ａ，９ｂを軸方向に互いに分離し、
この各環状固定子９ａ，９ｂの間に空芯固定子コイル１
５を配置し、この固定子コイル１５の外周面と上記２個
の環状固定子９ａ，９ｂ間を環状磁性体１６によって磁
気的に連結せしめたユニットを軸方向に互いに離間して
２組形成し、この２組の固定子の磁極８を夫々円周方向
に電気角で90°互いにずらすと共に回転子１０の外周に
形成した、固定子極歯８と同数の回転子小歯１１に上記
固定子極歯８を空隙を介して対向配置せしめる。

【００２５】本発明の上記第３の実施例においては、一
方の空芯固定子コイル１５をA相とし、他方の空芯固定
子コイル１５をB相とし、この一方及び他方の空芯固定
子コイル１５，１５を一定周波数の定電流電源で励磁す
ることで発生する磁束が、磁性体１６、環状固定子９ａ
及びその固定子極歯８を通して、さらに回転子小歯１１
を軸方向に通して流れ、環状固定子９ｂ先端を通して空
芯固定子コイル１５の外周にある磁性体１６に戻るよう
にする。この結果各空芯固定子コイル１５，１５から、
A相、B相の電圧出力が得られ、信号処理回路により上記
実施例と同様に回転電気角θの検出が可能となる。ま
た、上記実施例３では磁気抵抗Ｒの変化が上記他の実施
例よりも大きく取れ、検出精度が良くなる。

【００２６】本発明の第４の実施例を図３に示す。この
実施例４においては、空芯固定子コイル１５，１５を夫
々フレキシブル基板１７に固着し、空芯固定子コイルの
引出線をフレキシブル基板１７の配線パターン上で半田
付けし、空芯固定子コイル１５，１５間の結線も同時に
行ない、これら２枚のフレキシブル基板１７を互いに一
体に連結し、また、環状磁性体１６とケース１の側面に
は、空芯固定子コイル１５を挿入可能な開口部１８を形
成する。

【００２７】この実施例４によれば作業性が向上するば
かりでなく、空芯固定子コイル挿入前に、積み重ねた固
定子内周の極歯の真円度向上のための内周の極歯の機械
加工を行うことが可能となり、検出器としての精度向上
が図れる。

【００２８】本発明の第５の実施例を図４に示す。図２
に示す上記第３の実施例がアウターロータ構造であるの
に対して、この第５の実施例はインナーロータ構造とし
たもので、回転子１０の小歯１１を回転子１０の内周に
設け、固定子極歯８を固定子９ａ，９ｂの外周に設け、
この固定子を支持する固定軸１９を固定板２０を介して
ケース１に取り付ける。

【００２９】この実施例５の特性は実施例３と同等であ
る。

【００３０】なお、同様にして図１に示す実施例のアウ
ターロータ構造をインナーロータ構造としても良いこと
は勿論である。

【００３１】更に、図１において環状固定子９と環状磁
性体１２を、また図２において環状固定子９ａ，９ｂと
磁性体１６を夫々磁性材料にて一体的に形成しても、上
記と同様の特性が得られる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の角度検出器は上記のような構成
であるため以下のような効果を得ることができる。

【００３３】１．固定子コイルが回転子小歯と固定子極
歯に対して同一平面上ではなく、軸方向に配置されるた
め小径化が可能である。

【００３４】２．各相コイルが同一平面上に配置されて
いないため、相コイル間の相互誘導作用による外乱が著
しく改善可能である。

【００３５】３．固定子内周又は外周に極歯を持ち１相
を形成するため、回転子の機械的振れや、回転子小歯、
固定子極歯の精度や、回転子と固定子間の空隙のバラツ
キ等を全て平均化することになり、誤差が非常に小さく
なる。

【００３６】４．ユニットの積み重ねにより多相化が容
易である。

【００３７】５．単独で巻線される空芯固定子コイルは
小形化が容易である。

【００３８】６．多相の空芯固定子コイルをフレキシブ
ル基板に固着し電気的結線を行うことで作業性を著しく
改善できる。

【００３９】７．事前にｐ組の固定子の仕上げ機械加工
が可能で、その後固定子コイルを軸に垂直な方向から挿
入することで、精度と作業性を改善できる。

【００４０】なお、本発明の上記実施例は何れも２相角
度検出装置の場合であるが、３相以上の多相角度位置検
出装置として使用できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角度検出器の第１及び第２の実施例説
明図である。

【図２】本発明の角度検出器の第３の実施例説明図であ
る。

【図３】本発明の角度検出器の第４の実施例説明図であ
る。

【図４】本発明の角度検出器の第５の実施例説明図であ
る。

【図５】従来の角度検出器の説明図である。

【符号の説明】

１環状のケース２固定子磁極３極歯４固定子コイル５回転子６小歯７回転子軸８固定子極歯９環状固定子９ａ環状固定子９ｂ環状固定子１０回転子１１回転子小歯１２環状磁性体１３固定子コイル１４筒状部１５空芯固定子コイル１６環状磁性体１７フレキシブル基板１８開口部１９固定軸２０固定板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大西和夫群馬県桐生市相生町３−93番地日本サーボ株式会社研究所内 (72)発明者松田靖夫群馬県桐生市相生町３−93番地日本サーボ株式会社研究所内 (72)発明者山本昌史埼玉県さいたま市円阿弥５−８−45番地日本サーボ株式会社研究所内Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA30 DA01 DC08 GA03 GA07 LA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周に複数の小歯を形成した回転子と、
この回転子小歯に空隙を介して対向せしめた複数の固定
子極歯をその内周面に有する、互いに軸方向に離間せし
めた２個の環状固定子と、２個の固定子コイルと、２個
の環状磁性体とより成り、上記各環状磁性体の外周部の
軸方向内端面が夫々上記各環状固定子の軸方向外端面に
磁気的に連結され、その中間部に上記固定子コイルが夫
々配置されており、その内周部の軸方向内端面が夫々空
隙を介して上記回転子の軸方向外端面に、対向せしめら
れていることを特徴とする角度検出器。
【請求項２】外周に複数の小歯を形成した回転子と、
この回転子小歯に空隙を介して対向せしめた複数の固定
子極歯をその内周面に有する、互いに軸方向に離間せし
めた２個の環状固定子と、２個の固定子コイルと、２個
の環状磁性体とより成り、上記各環状磁性体の外周部の
軸方向内端面が夫々上記各環状固定子の軸方向外端面に
磁気的に連結され、その中間部に上記固定子コイルが夫
々配置されており、上記回転子の内周部外端面に軸方向
に延びる筒状部が形成され、この筒状部の外周面に上記
環状磁性体の内周面が空隙を介して対向されていること
を特徴とする角度検出器。
【請求項３】外周に複数の小歯を形成した回転子と、
この回転子小歯に空隙を介して対向せしめた複数の固定
子極歯をその内周面に有する、互いに軸方向に離間せし
めた２個の環状固定子の軸方向のｐ組と、上記各組の２
個の環状固定子間に夫々挟持した固定子コイルと、上記
各組の固定子コイルの外周面と上記２個の環状固定子間
を磁気的に連結せしめて１相分の固定子部組を形成する
ための磁性体とより成ることを特徴とする角度検出器。
【請求項４】内周に複数の小歯を形成した回転子と、
この回転子小歯に空隙を介して対向せしめた複数の固定
子極歯をその外周面に有する、互いに軸方向に離間せし
めた２個の環状固定子と、２個の固定子コイルと、２個
の環状磁性体とより成り、上記各環状磁性体の内周部の
軸方向内端面が夫々上記各環状固定子の軸方向外端面に
磁気的に連結され、その中間部に上記固定子コイルが夫
々配置されており、その外周部の軸方向内端面が夫々空
隙を介して上記回転子の軸方向外端面に、対向せしめら
れていることを特徴とする角度検出器。
【請求項５】内周に複数の小歯を形成した回転子と、
この回転子小歯に空隙を介して対向せしめた複数の固定
子極歯をその外周面に有する、互いに軸方向に離間せし
めた２個の環状固定子と、２個の固定子コイルと、２個
の環状磁性体とより成り、上記各環状磁性体の内周部の
軸方向内端面が夫々上記各環状固定子の軸方向外端面に
磁気的に連結され、その中間部に上記固定子コイルが夫
々配置されており、上記回転子の外周部外端面に軸方向
に延びる筒状部が形成され、この筒状部の内周面に上記
環状磁性体の外周面が空隙を介して対向されていること
を特徴とする角度検出器。
【請求項６】内周に複数の小歯を形成した回転子と、
この回転子小歯に空隙を介して対向せしめた複数の固定
子極歯をその外周面に有する、互いに軸方向に離間せし
めた２個の環状固定子の軸方向のｐ組と、上記各組の２
個の環状固定子間に夫々挟持した固定子コイルと、上記
各組の固定子コイルの内周面と上記２個の環状固定子間
を磁気的に連結せしめて１相分の固定子部組を形成する
ための磁性体とより成ることを特徴とする角度検出器。
【請求項７】上記環状固定子間の上記磁性体の側面が
部分的開口部を有し、プリント配線基板に固着された上
記固定子コイルが上記開口部に連通する上記２個の環状
固定子間の空間に配置されていることを特徴とする請求
項３または６記載の角度検出器。
【請求項８】上記ｐ組の固定子コイルを固着した上記
プリント配線基板が互いに連結されていることを特徴と
する請求項７記載の角度検出器。
【請求項９】上記環状固定子とこの環状固定子間の磁
性体が一体に形成されていることを特徴とする請求項
１、２、３、４、５、６、７または８記載の角度検出
器。