JP2003161643A - 角度および角速度一体型検出装置 - Google Patents
角度および角速度一体型検出装置Info
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- JP2003161643A JP2003161643A JP2002268072A JP2002268072A JP2003161643A JP 2003161643 A JP2003161643 A JP 2003161643A JP 2002268072 A JP2002268072 A JP 2002268072A JP 2002268072 A JP2002268072 A JP 2002268072A JP 2003161643 A JP2003161643 A JP 2003161643A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型でコストが低く、ノイズの発生がない高
精度で高速応答の角度および角速度一体型検出装置を得
る。 【解決手段】 本発明の角度および角速度一体型検出装
置は、回転体１に固定された永久磁石２と、永久磁石に
空隙を介して対向し固定体に取り付けられた磁界検出素
子４と、リング状の磁性体で形成された固定体３と、固
定体に流れる磁束を検出するコイルと、磁界検出素子の
信号から角度を演算する処理回路と、磁界検出素子信号
とコイル誘起電圧信号から角速度を演算する処理回路と
を備えている。また、永久磁石は円板状に形成され、か
つ回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化されており、磁
界検出素子は、永久磁石の外周側に空隙を介して配置さ
れたものである。
精度で高速応答の角度および角速度一体型検出装置を得
る。 【解決手段】 本発明の角度および角速度一体型検出装
置は、回転体１に固定された永久磁石２と、永久磁石に
空隙を介して対向し固定体に取り付けられた磁界検出素
子４と、リング状の磁性体で形成された固定体３と、固
定体に流れる磁束を検出するコイルと、磁界検出素子の
信号から角度を演算する処理回路と、磁界検出素子信号
とコイル誘起電圧信号から角速度を演算する処理回路と
を備えている。また、永久磁石は円板状に形成され、か
つ回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化されており、磁
界検出素子は、永久磁石の外周側に空隙を介して配置さ
れたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の回転角度
および回転速度を同時に検出する装置に関する。
および回転速度を同時に検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】サーボモータの主たる制御量は角度、角
速度である。一般に、このような物理量を検出する検出
器として、図１２に示すような、角度センサにロータリ
ーエンコーダを、角速度センサにタコゼネを用いたもの
が採用されている（特許文献１参照）。また、角速度信
号については、図１３に示すようにエンコーダから出力
される角度信号を微分演算、あるいはパルス信号をFV変
換して求めている。
速度である。一般に、このような物理量を検出する検出
器として、図１２に示すような、角度センサにロータリ
ーエンコーダを、角速度センサにタコゼネを用いたもの
が採用されている（特許文献１参照）。また、角速度信
号については、図１３に示すようにエンコーダから出力
される角度信号を微分演算、あるいはパルス信号をFV変
換して求めている。
【０００３】
【特許文献１】特表平２−５０２５７２号公報（第１−
３頁、第２図）
３頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術で
は、回転角度センサ、回転速度センサをそれぞれ別個に
設けることになりコストが高くなるとともに、設置スペ
ースが広くなるなどの問題がある。 一方、エンコーダ
から出力される角度信号を微分演算、あるいはパルス信
号をFV変換して角速度信号を得る方法では、高周波ノイ
ズの発生や検出精度が問題となる。そこで、本発明は、
小型でコストが低く、ノイズの発生がない高精度で高速
応答の角度および角速度一体型検出装置を提供すること
を目的とする。
は、回転角度センサ、回転速度センサをそれぞれ別個に
設けることになりコストが高くなるとともに、設置スペ
ースが広くなるなどの問題がある。 一方、エンコーダ
から出力される角度信号を微分演算、あるいはパルス信
号をFV変換して角速度信号を得る方法では、高周波ノイ
ズの発生や検出精度が問題となる。そこで、本発明は、
小型でコストが低く、ノイズの発生がない高精度で高速
応答の角度および角速度一体型検出装置を提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はつぎの構成にしている。 (1) 回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空
隙を介して対向し固定体に取り付けられた磁界検出素子
と、リング状の磁性体で形成された前記固定体と前記固
定体に流れる磁束を検出するコイルと、前記磁界検出素
子の信号から角度を演算する処理回路と、前記磁界検出
素子信号と前記コイル誘起電圧信号から角速度を演算す
る処理回路を備えたものである。 (2) 前記永久磁石は円板状に形成され、かつ前記回転体
の軸と垂直方向の一方向に磁化されたものである。 (3) 前記磁界検出素子は、前記永久磁石の外周側に空隙
を介して配置したものである。 (4) 前記固定体は周方向に空隙を有し、前記空隙に前記
磁界検出素子を設けたものである。 (5) 前記磁界検出素子を、互いに電気角で１８０度位
相がずれる位置に配置した２個１対の磁界検出素子を、
互いに電気角が９０度位相がずれる位置に２対配置し、
前記角度信号処理回路は、互いに対向する磁界検出素子
間の差動信号を処理する差動アンプを設け、前記回転体
の位置の絶対値を検出するようにしたものである。 (6) 前記磁界検出素子を、互いに電気角で１８０度位相
がずれる位置に配置した２個１対の磁界検出素子を、互
いに電気角が１２０度位相がずれる位置に３対配置し、
前記角度信号処理回路は、互いに対向する磁界検出素子
間の差動信号を処理する差動アンプと、3対の磁界検出
素子から得られる3相信号を２相信号に変換する回路を
設け、前記回転体の位置の絶対値を検出するようにした
ものである。 (7) 前記コイルは検出される誘起電圧信号が電気角で９
０度位相が異なるように配置した２個一対のコイルから
なるものである。 (8) 前記コイルは巻回幅が電気角で１２０度であるよう
に形成したものである。 (9) 前記コイルは、検出される誘起電圧信号が前記磁界
検出素子の信号と同位相となる位置に配置したものであ
る。 (10) 前記コイルは、４個のコイルを固定体の周方向に
４等分割した位置に配置し、互いに対向するコイルの信
号が同位相になるように巻回し結合にしたものである。 (11)前記コイルは、６個のコイルを固定体の周方向に６
等分割した位置に配置し、互いに対向するコイルの信号
が同位相になるように巻回し結合したものである。 (12) 前記固定体は、薄板を積層、磁性粉で形成または
ソフトフェライト系材料で形成したものである。 (13) 前記磁界検出素子は、ホール効果素子または磁気
抵抗素子を用いたものである。 (14) 前記永久磁石は、直線異方性磁石とし、中空状し
たものである。
め、本発明はつぎの構成にしている。 (1) 回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空
隙を介して対向し固定体に取り付けられた磁界検出素子
と、リング状の磁性体で形成された前記固定体と前記固
定体に流れる磁束を検出するコイルと、前記磁界検出素
子の信号から角度を演算する処理回路と、前記磁界検出
素子信号と前記コイル誘起電圧信号から角速度を演算す
る処理回路を備えたものである。 (2) 前記永久磁石は円板状に形成され、かつ前記回転体
の軸と垂直方向の一方向に磁化されたものである。 (3) 前記磁界検出素子は、前記永久磁石の外周側に空隙
を介して配置したものである。 (4) 前記固定体は周方向に空隙を有し、前記空隙に前記
磁界検出素子を設けたものである。 (5) 前記磁界検出素子を、互いに電気角で１８０度位
相がずれる位置に配置した２個１対の磁界検出素子を、
互いに電気角が９０度位相がずれる位置に２対配置し、
前記角度信号処理回路は、互いに対向する磁界検出素子
間の差動信号を処理する差動アンプを設け、前記回転体
の位置の絶対値を検出するようにしたものである。 (6) 前記磁界検出素子を、互いに電気角で１８０度位相
がずれる位置に配置した２個１対の磁界検出素子を、互
いに電気角が１２０度位相がずれる位置に３対配置し、
前記角度信号処理回路は、互いに対向する磁界検出素子
間の差動信号を処理する差動アンプと、3対の磁界検出
素子から得られる3相信号を２相信号に変換する回路を
設け、前記回転体の位置の絶対値を検出するようにした
ものである。 (7) 前記コイルは検出される誘起電圧信号が電気角で９
０度位相が異なるように配置した２個一対のコイルから
なるものである。 (8) 前記コイルは巻回幅が電気角で１２０度であるよう
に形成したものである。 (9) 前記コイルは、検出される誘起電圧信号が前記磁界
検出素子の信号と同位相となる位置に配置したものであ
る。 (10) 前記コイルは、４個のコイルを固定体の周方向に
４等分割した位置に配置し、互いに対向するコイルの信
号が同位相になるように巻回し結合にしたものである。 (11)前記コイルは、６個のコイルを固定体の周方向に６
等分割した位置に配置し、互いに対向するコイルの信号
が同位相になるように巻回し結合したものである。 (12) 前記固定体は、薄板を積層、磁性粉で形成または
ソフトフェライト系材料で形成したものである。 (13) 前記磁界検出素子は、ホール効果素子または磁気
抵抗素子を用いたものである。 (14) 前記永久磁石は、直線異方性磁石とし、中空状し
たものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。 （第１実施例）図１は本発明の第１実施例を示す回転体
の角度および角速度を検出する角度および角速度一体型
検出装置の斜視図である。図において、１は回転体、２
は回転体１に回転軸を同一になるように固定された中空
円板状の永久磁石で、材質はフェライト系磁石、ＳｍＣ
ｏ系磁石、ＮｅＦｅＢ系磁石、または前記各種磁石を高
分子材料で結合した分散型複合磁石のいずれか一つによ
って形成し、回転体１の軸に垂直方向と平行に一方向に
磁化されN−Sの２極となっている。磁界検出素子４は、
４個のホール効果素子からなり、永久磁石２の外周面に
対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０度
位相をずらしてＡ1 相検出素子４１とＢ1 相検出素子４
２を設け、さらにＡ1 相検出素子４１に対して電気角で
１８０度位相をずらしてＡ2 相検出素子４３を、Ｂ1 相
検出素子４２に対して電気角で１８０度位相をずらして
Ｂ2 相検出素子４４を設けてある。また、固定体を通過
する磁束の時間的変化により発生する誘起電圧を検出す
るサーチコイル５１，５２，５３，５４を、誘起電圧信
号が磁界検出素子信号と同位相になるよう固定体に巻回
してある。つぎに動作について述べる。回転体１が回転
すると、永久磁石２の磁界の変化により、磁界検出素子
４からＡ1 、Ａ2 、Ｂ1 、Ｂ2 の各相の信号が出力され
る。この信号を信号処理回路に入力すると差動信号とな
り、さらに演算処理によって角度および角速度が検出さ
れる。信号処理回路を図２示す。図２は、信号処理回路
を示すブロック図で、(a)は角度検出用、(b)は角速度検
出用である。角度を検出する信号処理回路６は、磁界検
出素子４から出力されるＡ1 、Ａ2 、Ｂ1 、Ｂ2 の各相
信号を入力し処理するもので、Ａ1 相とＡ2 相の差動信
号Ｖa を出力する差動アンプ６１と、Ｂ1 相とＢ2 相の
差動信号Ｖb を出力する差動アンプ６２と、差動信号Ｖ
a とＶb とからａｒｃｔａｎ（Ｖb ／Ｖa ）の演算を行
って回転角度を演算する角度演算回路６３とを設けてあ
る。角速度を検出する信号処理回路７は、サーチコイル
５１と５３が発生する位相が１８０度異なる誘起電圧信
号Ea1、Ea2から差動信号Eaを出力する差動アンプ７１
と、同様にサーチコイル５２と５４が発生する誘起電圧
信号Eb1、Eb2から差動信号Eｂを出力する差動アンプ７
２と、磁界検出信号と誘起電圧信号の乗算を行う７３，
７４の乗算器と 乗算器の出力を加算する加算器７５を
設けてある。磁界検出素子からの出力波形を図３に示
す。図３は、出力波形を示す説明図で、(a)は磁界検出
素子の差動信号、(b)は誘起電圧の差動信号である。磁
界検出素子の差動信号Ｖa とＶbは、互いに９０度位相
がずれた二つの正弦波、すなわち、回転角をθとしたと
き、ｓｉｎθとｃｏｓθの波形である。 したがって、
Ａ、Ｂ相を入力とする角度演算回路５３によって、θ＝
ａｒｃｔａｎ（Ｖb ／Ｖa ）の演算が行われ、絶対位置
の回転角度が検出される。誘起電圧の差動信号Ea とEb
は、VaとVbと同位相の互いに９０度位相がずれた二つの
正弦波波形である。ここで磁界検出素子信号Va＝αB0ｃ
ｏｓθ, Vb＝αB0ｓｉｎθのとき、誘起電圧信号は次の
ようになる。サーチコイルの巻回数をN、回転角速度を
ωとすれば固定体を通過する磁束はφa=−φ0ｓｉｎθ,
φb=φ0ｃｏｓθであるので Ea=−N・ｄφa/ｄt= Nωφ0ｃｏｓθ Eb=−N・ｄφb/ｄt= Nωφ0ｓｉｎθ となる。なお検出信号VaとEa およびVbとEbの位相が同
一になるようにコイルを巻回、配置する。これら信号を
乗算し加算することにより、角速度ωに比例する信号が
得られる。 Va×Ea ＋ Vb×Eb = Nωφ0αB0（ｃｏｓ2θ＋ｓｉ
ｎ2θ） = βω
いて説明する。 （第１実施例）図１は本発明の第１実施例を示す回転体
の角度および角速度を検出する角度および角速度一体型
検出装置の斜視図である。図において、１は回転体、２
は回転体１に回転軸を同一になるように固定された中空
円板状の永久磁石で、材質はフェライト系磁石、ＳｍＣ
ｏ系磁石、ＮｅＦｅＢ系磁石、または前記各種磁石を高
分子材料で結合した分散型複合磁石のいずれか一つによ
って形成し、回転体１の軸に垂直方向と平行に一方向に
磁化されN−Sの２極となっている。磁界検出素子４は、
４個のホール効果素子からなり、永久磁石２の外周面に
対して空隙を介して対向し、かつ互いに電気角で９０度
位相をずらしてＡ1 相検出素子４１とＢ1 相検出素子４
２を設け、さらにＡ1 相検出素子４１に対して電気角で
１８０度位相をずらしてＡ2 相検出素子４３を、Ｂ1 相
検出素子４２に対して電気角で１８０度位相をずらして
Ｂ2 相検出素子４４を設けてある。また、固定体を通過
する磁束の時間的変化により発生する誘起電圧を検出す
るサーチコイル５１，５２，５３，５４を、誘起電圧信
号が磁界検出素子信号と同位相になるよう固定体に巻回
してある。つぎに動作について述べる。回転体１が回転
すると、永久磁石２の磁界の変化により、磁界検出素子
４からＡ1 、Ａ2 、Ｂ1 、Ｂ2 の各相の信号が出力され
る。この信号を信号処理回路に入力すると差動信号とな
り、さらに演算処理によって角度および角速度が検出さ
れる。信号処理回路を図２示す。図２は、信号処理回路
を示すブロック図で、(a)は角度検出用、(b)は角速度検
出用である。角度を検出する信号処理回路６は、磁界検
出素子４から出力されるＡ1 、Ａ2 、Ｂ1 、Ｂ2 の各相
信号を入力し処理するもので、Ａ1 相とＡ2 相の差動信
号Ｖa を出力する差動アンプ６１と、Ｂ1 相とＢ2 相の
差動信号Ｖb を出力する差動アンプ６２と、差動信号Ｖ
a とＶb とからａｒｃｔａｎ（Ｖb ／Ｖa ）の演算を行
って回転角度を演算する角度演算回路６３とを設けてあ
る。角速度を検出する信号処理回路７は、サーチコイル
５１と５３が発生する位相が１８０度異なる誘起電圧信
号Ea1、Ea2から差動信号Eaを出力する差動アンプ７１
と、同様にサーチコイル５２と５４が発生する誘起電圧
信号Eb1、Eb2から差動信号Eｂを出力する差動アンプ７
２と、磁界検出信号と誘起電圧信号の乗算を行う７３，
７４の乗算器と 乗算器の出力を加算する加算器７５を
設けてある。磁界検出素子からの出力波形を図３に示
す。図３は、出力波形を示す説明図で、(a)は磁界検出
素子の差動信号、(b)は誘起電圧の差動信号である。磁
界検出素子の差動信号Ｖa とＶbは、互いに９０度位相
がずれた二つの正弦波、すなわち、回転角をθとしたと
き、ｓｉｎθとｃｏｓθの波形である。 したがって、
Ａ、Ｂ相を入力とする角度演算回路５３によって、θ＝
ａｒｃｔａｎ（Ｖb ／Ｖa ）の演算が行われ、絶対位置
の回転角度が検出される。誘起電圧の差動信号Ea とEb
は、VaとVbと同位相の互いに９０度位相がずれた二つの
正弦波波形である。ここで磁界検出素子信号Va＝αB0ｃ
ｏｓθ, Vb＝αB0ｓｉｎθのとき、誘起電圧信号は次の
ようになる。サーチコイルの巻回数をN、回転角速度を
ωとすれば固定体を通過する磁束はφa=−φ0ｓｉｎθ,
φb=φ0ｃｏｓθであるので Ea=−N・ｄφa/ｄt= Nωφ0ｃｏｓθ Eb=−N・ｄφb/ｄt= Nωφ0ｓｉｎθ となる。なお検出信号VaとEa およびVbとEbの位相が同
一になるようにコイルを巻回、配置する。これら信号を
乗算し加算することにより、角速度ωに比例する信号が
得られる。 Va×Ea ＋ Vb×Eb = Nωφ0αB0（ｃｏｓ2θ＋ｓｉ
ｎ2θ） = βω
【０００７】つぎに本発明の角度一体型検出装置の性能
を評価した。本発明の角度一体型検出装置を用いた検出
角度を、基準となる高精度の基準エンコーダ（分解能１
００万パルス／回転）と比較した。その結果を図４に示
す。図４は、本発明の角度一体型検出装置の検出角度と
基準エンコーダとの誤差を示すグラフである。検出の最
大誤差は0.1であり、１回転を３６００分割した極めて
高い分解能を有する絶対値角度検出が得られることがわ
かる。また、角速度の出力電圧波形を調べた結果を図５
に示す。回転体を10000rpmで回転させ、検出された角速
度の出力電圧波形を示しており、回転速度リプルは0.5%
以下と良好な値であった。さらに、直線性について調べ
た結果を図６に示す。回転体を−100,000rpmから+100,0
00rpm回転させ、角速度出力電圧を調べた。その結果、
広い回転速度範囲にわたって、極めて直線性の良い信号
が得られた。なお、回転体１の偏心量が極めて小さい場
合は、磁界検出素子４を互いに周方向に９０度間隔で固
定されたA相検出素子とB相検出素子の２個の検出素子に
よってｓｉｎθとｃｏｓθの波形の検出信号を得るよう
にしても良い。また上記実施例では磁界検出素子をホー
ル効果素子を使用した例について説明したが、磁気抵抗
素子を使用しても同様の効果が得られる。また、上記実
施例では中空円板状の永久磁石２を用いた例について説
明したが、永久磁石２は中実の円板状に形成しても同様
の効果がある。またサーチコイル５１と５３、および５
２と５４が検出する誘起電圧信号が同位相になるように
コイルを巻回、結合することにより差動アンプ７１，７
２を省略しても良い。さらに永久磁石２が高速回転する
ときに、固定体３に発生する渦電流の影響にによる検出
精度の低下を防ぐために、固定体の電気抵抗を等価的に
大きくするように固定体を薄板を積層して形成、あるい
は磁性粉で形成、またはソフトフェライト系材料で形成
することで、回転体１の高速回転領域でも角度および角
速度を高精度で検出することができる。
を評価した。本発明の角度一体型検出装置を用いた検出
角度を、基準となる高精度の基準エンコーダ（分解能１
００万パルス／回転）と比較した。その結果を図４に示
す。図４は、本発明の角度一体型検出装置の検出角度と
基準エンコーダとの誤差を示すグラフである。検出の最
大誤差は0.1であり、１回転を３６００分割した極めて
高い分解能を有する絶対値角度検出が得られることがわ
かる。また、角速度の出力電圧波形を調べた結果を図５
に示す。回転体を10000rpmで回転させ、検出された角速
度の出力電圧波形を示しており、回転速度リプルは0.5%
以下と良好な値であった。さらに、直線性について調べ
た結果を図６に示す。回転体を−100,000rpmから+100,0
00rpm回転させ、角速度出力電圧を調べた。その結果、
広い回転速度範囲にわたって、極めて直線性の良い信号
が得られた。なお、回転体１の偏心量が極めて小さい場
合は、磁界検出素子４を互いに周方向に９０度間隔で固
定されたA相検出素子とB相検出素子の２個の検出素子に
よってｓｉｎθとｃｏｓθの波形の検出信号を得るよう
にしても良い。また上記実施例では磁界検出素子をホー
ル効果素子を使用した例について説明したが、磁気抵抗
素子を使用しても同様の効果が得られる。また、上記実
施例では中空円板状の永久磁石２を用いた例について説
明したが、永久磁石２は中実の円板状に形成しても同様
の効果がある。またサーチコイル５１と５３、および５
２と５４が検出する誘起電圧信号が同位相になるように
コイルを巻回、結合することにより差動アンプ７１，７
２を省略しても良い。さらに永久磁石２が高速回転する
ときに、固定体３に発生する渦電流の影響にによる検出
精度の低下を防ぐために、固定体の電気抵抗を等価的に
大きくするように固定体を薄板を積層して形成、あるい
は磁性粉で形成、またはソフトフェライト系材料で形成
することで、回転体１の高速回転領域でも角度および角
速度を高精度で検出することができる。
【０００８】（第２実施例）本発明の第2実施例を図７
に示す。図７は角度および角速度一体型検出装置の斜視
図である。本実施例は、リング上の固定体３が周方向に
４分割されその空隙部に磁界検出素子４を配置したもの
である。なお磁界検出信号と誘起電圧信号の位相を同相
にするため、サーチコイル５１，５３と５２，５４の配
置を実施例１の場合と入れ替えて配置している。他の構
造、角度検出方法および角速度検出方法は第１の実施例
と同じである。磁界検出素子は磁気抵抗素子を用いた。
なお回転体１の偏心量が極めて小さい場合は、第１の実
施例と同様に、固定体３には、周方向に９０度間隔で空
隙を２個設け、磁界検出素子４をこの空隙に配置しても
高精度な角度および角速度を検出できる。
に示す。図７は角度および角速度一体型検出装置の斜視
図である。本実施例は、リング上の固定体３が周方向に
４分割されその空隙部に磁界検出素子４を配置したもの
である。なお磁界検出信号と誘起電圧信号の位相を同相
にするため、サーチコイル５１，５３と５２，５４の配
置を実施例１の場合と入れ替えて配置している。他の構
造、角度検出方法および角速度検出方法は第１の実施例
と同じである。磁界検出素子は磁気抵抗素子を用いた。
なお回転体１の偏心量が極めて小さい場合は、第１の実
施例と同様に、固定体３には、周方向に９０度間隔で空
隙を２個設け、磁界検出素子４をこの空隙に配置しても
高精度な角度および角速度を検出できる。
【０００９】（第３実施例）本発明の第３実施例を図８
に示す。図８は角度および角速度一体型検出装置の斜視
図である。本実施例は、２個１対の磁界検出素子を、互
いに電気角で１２０度位相がずれる位置に３対配置し、
６個の誘起電圧検出コイルを固定体の周方向に６等分割
した位置に配置し、互いに対向するコイルの信号が同位
相になるように巻回し結合したものである。３対の磁界
検出素子からは、電気角で120度位相がシフトしたA相、
B相、C相の3相の出力信号が得られる。これら信号を3相
2相変換処理回路に入力し、90度位相が異なるVA、VBを
得る。また６個のコイルからは、電気角で120度位相が
シフトしたEA、EB、ECの3相の誘起電圧出力信号を得、
これら信号を3相2相変換処理回路に入力し、90度位相が
異なるEA、EBを得る。図９に角度検出信号処理回路およ
び角速度検出信号処理回路を示す。また他の構造は第１
の実施例と同じである。この構成手段をとることによ
り、磁界検出信号および誘起電圧信号に含まれる3次以
上の高調波歪が低減されるので、高精度な角度および角
速度を検出できる。
に示す。図８は角度および角速度一体型検出装置の斜視
図である。本実施例は、２個１対の磁界検出素子を、互
いに電気角で１２０度位相がずれる位置に３対配置し、
６個の誘起電圧検出コイルを固定体の周方向に６等分割
した位置に配置し、互いに対向するコイルの信号が同位
相になるように巻回し結合したものである。３対の磁界
検出素子からは、電気角で120度位相がシフトしたA相、
B相、C相の3相の出力信号が得られる。これら信号を3相
2相変換処理回路に入力し、90度位相が異なるVA、VBを
得る。また６個のコイルからは、電気角で120度位相が
シフトしたEA、EB、ECの3相の誘起電圧出力信号を得、
これら信号を3相2相変換処理回路に入力し、90度位相が
異なるEA、EBを得る。図９に角度検出信号処理回路およ
び角速度検出信号処理回路を示す。また他の構造は第１
の実施例と同じである。この構成手段をとることによ
り、磁界検出信号および誘起電圧信号に含まれる3次以
上の高調波歪が低減されるので、高精度な角度および角
速度を検出できる。
【００１０】（第4実施例）本発明の第４実施例を図１
０に示す。図１０は角度および角速度一体型検出装置の
斜視図である。本実施例は、互いに電気角で１８０度位
相がずれる位置に配置した２個１対の磁界検出素子を、
互いに電気角で１２０度位相がずれる位置に３対配置
し、４個の誘起電圧検出コイルを固定体の周方向に４等
分割した位置に配置し、互いに対向するコイルの信号が
同位相になるように巻回し結合したものである。また各
コイルの巻回幅を電気角で１２０度にしたものである。
角度および角速度を検出する信号処理回路を図１１に示
す。他の構造は第１の実施例と同じである。この構成手
段をとることにより、誘起電圧信号に含まれる3次以上
の高調波歪が低減されるので、高精度な角速度を検出で
きる。
０に示す。図１０は角度および角速度一体型検出装置の
斜視図である。本実施例は、互いに電気角で１８０度位
相がずれる位置に配置した２個１対の磁界検出素子を、
互いに電気角で１２０度位相がずれる位置に３対配置
し、４個の誘起電圧検出コイルを固定体の周方向に４等
分割した位置に配置し、互いに対向するコイルの信号が
同位相になるように巻回し結合したものである。また各
コイルの巻回幅を電気角で１２０度にしたものである。
角度および角速度を検出する信号処理回路を図１１に示
す。他の構造は第１の実施例と同じである。この構成手
段をとることにより、誘起電圧信号に含まれる3次以上
の高調波歪が低減されるので、高精度な角速度を検出で
きる。
【００１１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の角度および
角速度一体型検出装置は、磁界検出素子の信号から角度
を演算する処理回路と、磁界検出素子信号とコイル誘起
電圧信号から角速度を演算する処理回路を備えているの
で、つぎの効果がある。 （１）構造がシンプルな、回転角度および角速度を同時
に検出する小型、高精度、高速応答、低価格の検出装置
を提供できる。 （２）従来のように回転角度センサと角速度センサを別
個に用意する必要がなく、回転角度信号を微分処理して
角速度を算出する必要がないため、直接精度の高い速度
検出が可能であり、検出のダイナミックレンジも広い。
角速度一体型検出装置は、磁界検出素子の信号から角度
を演算する処理回路と、磁界検出素子信号とコイル誘起
電圧信号から角速度を演算する処理回路を備えているの
で、つぎの効果がある。 （１）構造がシンプルな、回転角度および角速度を同時
に検出する小型、高精度、高速応答、低価格の検出装置
を提供できる。 （２）従来のように回転角度センサと角速度センサを別
個に用意する必要がなく、回転角度信号を微分処理して
角速度を算出する必要がないため、直接精度の高い速度
検出が可能であり、検出のダイナミックレンジも広い。
【図１】 本発明の第１実施例を示す構造図である。
【図２】 本発明の実施例の信号処理回路を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】 本発明の実施例の回転角度、回転角速度の出
力を示す説明図である。
力を示す説明図である。
【図４】 本発明の実施例の回転角度の検出精度を示す
説明図である。
説明図である。
【図５】 本発明の実施例の角速度の出力波形を示す説
明図である。
明図である。
【図６】 本発明の実施例の角速度の出力電圧を示す説
明図である。
明図である。
【図７】 本発明の第２実施例を示す構造図である。
【図８】 本発明の第３実施例を示す構造図である。
【図９】 本発明の第３実施例の信号処理回路を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図１０】 本発明の第４実施例を示す構造図である。
【図１１】 本発明の第４実施例信号処理回路を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図１２】 従来のサーボモータの速度制御を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図１３】 従来の他のサーボモータの速度制御を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
１ 回転体
２ 永久磁石
３ 固定体
４ 磁界検出素子
４１ Ａ1 相検出素子
４２ Ｂ1 相検出素子
４３ Ａ2 相検出素子
４４ Ｂ2 相検出素子
４５ C１ 相検出素子
４６ C２ 相検出素子
５ サーチコイル
５１ 誘起電圧Ea1 検出コイル
５２ 誘起電圧Eb1 検出コイル
５３ 誘起電圧Ea2 検出コイル
５４ 誘起電圧Eb2 検出コイル
５５ 誘起電圧Ec1 検出コイル
５６ 誘起電圧Ec2 検出コイル
６ 角度検出信号処理回路
６１、６２ 差動アンプ
６３ 角度演算回路
７ 角速度検出信号処理回路
７１、７２ 差動アンプ
７３、７４ 乗算器
７５ 加算器
８１、８２、８３、８４、８５ 差動アンプ
８６ 直交化演算回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉武 博信
福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号
株式会社安川電機内
(72)発明者 永松 良之
福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号
株式会社安川電機内
Ｆターム(参考） 2F077 AA21 AA25 AA33 AA43 CC02
CC09 NN17 PP12 PP14 QQ05
TT42 VV02
Claims (17)
- 【請求項１】 回転体に固定された永久磁石と、前記永
久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられた磁
界検出素子と、リング状の磁性体で形成された前記固定
体と 前記固定体に流れる磁束を検出するコイルと、前
記磁界検出素子の信号から角度を演算する処理回路と、
前記磁界検出素子信号と前記コイル誘起電圧信号から角
速度を演算する処理回路とを備えた角度および角速度一
体型検出装置。 - 【請求項２】 前記永久磁石は円板状に形成され、かつ
前記回転体の軸と垂直方向の一方向に磁化されたことを
特徴とする請求項１記載の角度および角速度一体型検出
装置。 - 【請求項３】 前記磁界検出素子は、前記永久磁石の外
周側に空隙を介して配置したことを特徴とする請求項１
または２記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項４】 前記固定体は周方向に空隙を有し、前記
空隙に前記磁界検出素子を設けたことを特徴とする請求
項１または２記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項５】 前記磁界検出素子を、互いに電気角で１
８０度位相がずれる位置に配置した２個１対の磁界検出
素子を、互いに電気角が９０度位相がずれる位置に２対
配置し、前記角度信号処理回路は、互いに対向する磁界
検出素子間の差動信号を処理する差動アンプを設け、前
記回転体の位置の絶対値を検出するようにしたことを特
徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の角度お
よび角速度一体型検出装置。 - 【請求項６】 前記磁界検出素子を、互いに電気角で１
８０度位相がずれる位置に配置した２個１対の磁界検出
素子を、互いに電気角が１２０度位相がずれる位置に３
対配置し、前記角度信号処理回路は、互いに対向する磁
界検出素子間の差動信号を処理する差動アンプと、3対
の磁界検出素子から得られる3相信号を２相信号に変換
する回路を設け、前記回転体の位置の絶対値を検出する
ようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか
１項に記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項７】 前記コイルは検出される誘起電圧信号が
電気角で９０度位相が異なるように配置した２個一対の
コイルからなることを特徴とする請求項１から５のいず
れか１項に記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項８】 前記コイルは２個一対とし、各コイルの
巻回幅が電気角で１２０度であることを特徴とする請求
項１から７のいずれか１項に記載の角度および角速度一
体型検出装置。 - 【請求項９】 前記コイルは、検出される誘起電圧信号
が前記磁界検出素子の信号と同位相となる位置に配置し
たことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記
載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項１０】 前記コイルは、４個のコイルを固定体
の周方向に４等分割した位置に配置し、互いに対向する
コイルの信号が同位相になるように巻回し結合にしたこ
とを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の
角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項１１】 前記コイルは、６個のコイルを固定体
の周方向に６等分割した位置に配置し、互いに対向する
コイルの信号が同位相になるように巻回、結合したこと
を特徴とする請求項１から４、６、９のいずれか１項に
記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項１２】 前記固定体は、薄板を積層して形成し
たことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に
記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項１３】 前記固定体は、磁性粉で形成したこと
を特徴とする請求項請求項１から１２のいずれか１項に
記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項１４】 前記固定体は、ソフトフェライト系材
料で形成したことを特徴とする請求項１から１３のいず
れか１項に記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項１５】 前記磁界検出素子は、ホール効果素子
または磁気抵抗素子を用いたことを特徴とする請求項１
から１４のいずれか１項に記載の角度および角速度一体
型検出装置。 - 【請求項１６】 前記永久磁石は、直線異方性磁石であ
ることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に
記載の角度および角速度一体型検出装置。 - 【請求項１７】 前記永久磁石は、中空状であることを
特徴とする請求項１から１６までのいずれか１項に記載
の角度および角速度一体型検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002268072A JP4258831B2 (ja) | 2001-09-17 | 2002-09-13 | 角度および角速度一体型検出装置およびこれを用いたサーボモータ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-281282 | 2001-09-17 | ||
| JP2001281282 | 2001-09-17 | ||
| JP2002268072A JP4258831B2 (ja) | 2001-09-17 | 2002-09-13 | 角度および角速度一体型検出装置およびこれを用いたサーボモータ |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003161643A true JP2003161643A (ja) | 2003-06-06 |
| JP2003161643A5 JP2003161643A5 (ja) | 2005-11-04 |
| JP4258831B2 JP4258831B2 (ja) | 2009-04-30 |
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ID=26622316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002268072A Expired - Fee Related JP4258831B2 (ja) | 2001-09-17 | 2002-09-13 | 角度および角速度一体型検出装置およびこれを用いたサーボモータ |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4258831B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008504799A (ja) * | 2004-06-30 | 2008-02-14 | ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール | 回転電気装置のロータの位置を決定するための装置 |
| KR20120014568A (ko) * | 2009-04-23 | 2012-02-17 | 엘스터 미터링 리미티드 | 유량계 |
| JP2015108610A (ja) * | 2013-10-25 | 2015-06-11 | 株式会社リコー | 回転検知装置及び回転検知方法 |
| CN111521839A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-08-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于多对极磁钢及辅助定子绕组测速磁电编码器 |
| CN111521201A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-08-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种带端部辅助定子线圈的磁电编码器 |
-
2002
- 2002-09-13 JP JP2002268072A patent/JP4258831B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008504799A (ja) * | 2004-06-30 | 2008-02-14 | ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール | 回転電気装置のロータの位置を決定するための装置 |
| KR20120014568A (ko) * | 2009-04-23 | 2012-02-17 | 엘스터 미터링 리미티드 | 유량계 |
| KR101708953B1 (ko) * | 2009-04-23 | 2017-03-08 | 엘스터 워터 미터링 리미티드 | 유량계 |
| JP2015108610A (ja) * | 2013-10-25 | 2015-06-11 | 株式会社リコー | 回転検知装置及び回転検知方法 |
| CN111521839A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-08-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于多对极磁钢及辅助定子绕组测速磁电编码器 |
| CN111521201A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-08-11 | 哈尔滨理工大学 | 一种带端部辅助定子线圈的磁电编码器 |
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| JP4258831B2 (ja) | 2009-04-30 |
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