JP2005003620A - 磁気的位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】励磁コイルと検知コイルとを有して対象物の位置を磁気的に検出する検出部を複数用いる場合にそれら複数の検出部間における磁気的な干渉を抑制する。
【解決手段】設定周波数を有する励磁信号によって励磁コイル４６を励磁する一方、その励磁コイル４６の磁気力によって検知コイル４８，５０に起電される起電信号であってステータ４０とロータ４２との相対位置に応じて変化するものに基づいて回転部材２０の位置を検出するレゾルバ３４，３６を２個備えた磁気的位置検出装置において、励磁信号の設定周波数の高さをそれら２個のレゾルバ３４，３６間において互いに異ならせる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励磁コイルと検知コイルとを有する検出部によって対象物の位置を磁気的に検出する技術に関するものであり、特に、その検出部を複数用いる場合にそれら複数の検出部間における磁気的な干渉を抑制する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
対象物の位置を検出する技術として、設定周波数を有する励磁信号によって励磁コイルを励磁する一方、その励磁コイルの磁気力によって検知コイルに起電される起電信号であってステータと可動子との相対位置に応じて変化するものに基づいて可動子の位置を検出する技術が既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。位置を検出すべき対象物がその可動子に関連付けられ、それにより、その対象物の位置が上記技術を用いて検出されることとなる。
【０００３】
この特許文献１には、それら励磁コイルと検知コイルとを備えた検出部を複数用いる場合に、それら複数の検出部間における磁気的な干渉を抑制する技術が提案されている。具体的には、各検出部の検出信号に磁気的な干渉によって発生する誤差を予測し、その予測された誤差が除去されるように検出信号を補正する技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２５７４１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らは、検出信号を補正しなくても、磁気的な干渉の影響が検出信号に現れずに済む技術を研究し、その結果、複数の検出部間において励磁コイルの設定周波数を互いに異ならせれば、磁気的な干渉がそもそも発生せずに済むという知見を得た。
【０００６】
この知見に基づき、本発明は、励磁コイルと検知コイルとを有して対象物の位置を磁気的に検出する検出部を複数用いる場合にそれら複数の検出部間における磁気的な干渉を抑制することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本明細書に記載の技術的特徴のいくつかおよびそれらの組合せのいくつかの理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。
（１） 設定周波数を有する励磁信号によって励磁コイルを励磁する一方、その励磁コイルの磁気力によって検知コイルに起電される起電信号であってステータと可動子との相対位置に応じて変化するものに基づいて前記可動子の位置を検出する検出部を複数備えた磁気的位置検出装置であって、
前記設定周波数の高さが前記複数の検出部間において互いに異なる磁気的位置検出装置。
【０００８】
この装置によれば、励磁コイルに供給される励磁信号の周波数が、複数の検出部間において互いに異ならせられる。したがって、この装置によれば、各検出部は、他の検出部の励磁信号の影響（例えば、共振）を受けずに済み、他の検出部と共に使用されるにもかかわらず、検出精度を確保することが容易となる。
【０００９】
よって、この装置によれば、各検出部の検出信号に他の検出部との間における磁気的な干渉の影響が現れることを抑制するために、その検出信号を処理することが不可欠ではなくなる。
【００１０】
本項における「各検出部」は、直線方向に移動する可動子であるスライダの直線方向位置を検出する形式としたり、自転する可動子であるロータの回転位置（または回転角度）を検出する形式とすることが可能である。
【００１１】
さらに、本項における「複数の検出部」は、それらに共通の対象物の位置を検出するものとしたり、互いに異なる対象物の位置を検出するものとすることが可能である。
【００１２】
さらに、本項における「励磁コイルおよび検知コイル」は、例えば、共にステータに配置したり、共に可動子に配置することが可能である。
（２） 前記設定周波数の高さが前記複数の検出部間において互いに整数倍となる関係にはない（１）項に記載の磁気的位置検出装置。
【００１３】
この装置によれば、各検出部内の信号が、他の検出部の励磁信号によって部分的にであれ、共鳴させられずに済み、その結果、他の検出部との共存にもかかわらず、各検出部の検出精度を確保することが容易となる。
（３） 前記複数の検出部についての複数の設定周波数のうちの任意の２つの設定周波数の差が、それら２つの設定周波数のうち低いものより小さい（１）または（２）項に記載の磁気的位置検出装置。
（４） 前記検出部が、前記ステータと、前記可動子としてのロータとが互いに同軸にかつ相対回転可能に配置されて構成されたレゾルバである（１）ないし（３）項のいずれかに記載の磁気的位置検出装置。
（５） 前記励磁コイルと前記検知コイルとが共に、前記ステータに配置されている（４）項に記載の磁気的位置検出装置。
（６） 前記複数の検出部が、それらの前記励磁コイルと検知コイルとステータと可動子とを一緒に収容するハウジングをそれら複数の検出部に共通に備えている（１）ないし（５）項のいずれかに記載の磁気的位置検出装置。
【００１４】
複数の検出部が、それらの励磁コイルと検知コイルとステータと可動子とを一緒に収容するハウジングを共有する場合には、それら複数の検出部の複数の励磁コイルおよび検知コイルが互いに接近する傾向がある。この傾向は、それら検出部が相互に磁気的に干渉する傾向を生じさせる。
【００１５】
これに対し、本項に係る装置によれば、それら複数の検出部が、励磁コイルの周波数に関して互いに異ならせられているため、それら複数の検出部間における磁気的な干渉を配慮することなく、それら複数の検出部のレイアウトを決定することが可能となる。
【００１６】
したがって、この装置によれば、それの設計の自由度および複数の検出部を配置する自由度が向上するとともに、当該装置のコンパクト化が容易となる。
（７） 前記複数の検出部が、それらに共通の対象物の位置を検出する（１）ないし（６）項のいずれかに記載の磁気的位置検出装置。
（８） 前記複数の検出部が、それらに共通の対象物の位置を互いに冗長的に検出するものである（１）ないし（７）項のいずれかに記載の磁気的位置検出装置。
【００１７】
この装置によれば、対象物の位置を検出する信頼性を向上させる冗長設計のために複数の検出部を用いる場合に、それら複数の検出部間における磁気的な干渉に起因した検出精度の低下を懸念せずに済む。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１には、本発明の第１実施形態に従う磁気的位置検出装置（以下、単に「検出装置」という）１０が概略的に表されている。この検出装置１０は、車両において車輪を転舵させるステアリング装置１２と共に用いられる。
【００２０】
ステアリング装置１２は、モータ１４，１６と、それによって回転させられる回転部材２０と、その回転部材２０の回転運動をそれと同軸の直線運動部材（図示しない）の直線運動に変換する運動変換機構（図示しない）とを備えている。その運動変換機構の一例は、ボールねじ機構である。さらに、ステアリング装置１２は、その直線運動部材の直線運動を車輪（図示しない）に、それを操舵軸まわりに転舵させる向きに伝達するロッド等、伝達系を備えている。
【００２１】
このステアリング装置１２は、同じ回転部材２０を回転させるために２個のモータ１４，１６を同軸に備えている。これは、回転部材２０の駆動系について冗長設計を行うことにより、その駆動系のフォールトトレランスを向上させるためである。
【００２２】
本実施形態においては、検出装置１０が、レゾルバ装置３０と、信号処理装置３２とを含むように構成されている。
【００２３】
レゾルバ装置３０は、２個のレゾルバ３４，３６を同軸に備えている。それらレゾルバ３４，３６は、それらに共通のハウジング３８内に、互いに可及的に近接する状態で収容されている。その結果、レゾルバ装置３０が十分にコンパクト化されている。
【００２４】
各レゾルバ３４，３６は、よく知られているように、ステータ４０と、可動子としてのロータ４２とを備え、かつ、ロータ４２がステータ４０と同軸に、かつ、回転可能に設計されている。
【００２５】
図２には、各レゾルバ３４，３６の一部が横断面図で示されている。ロータ４２は回転部材２０と同軸にかつ一体的に回転可能となっている。このロータ４２を外周側から覆うようにステータ４０が配置されている。ステータ４０には、複数の歯４４がそれと同軸な一円周に沿って並んで配置されている。各歯４４には、コイル４６，４８，５０が巻き付けられている。
【００２６】
図３には、ステータ４０とロータ４２とが平面的に展開されて部分的に示されている。各歯４４には、励磁コイル４６と、第１の検知コイル４８と、第２の検知コイル５０とが巻き付けられている。励磁コイル４６によって励磁相、第１の検知コイル４８によってｓｉｎ相、第２の検知コイル５０によってｃｏｓ相がそれぞれ形成されている。
【００２７】
図３には、ステータ４０およびロータ４２が回転角が９０度である範囲内について示されている。図２に示すように、その角度範囲についてはステータ４０の歯４４の数が４個であり、図３には、それら４個の歯４４に関連付ける番号が１から４まで付されている。
【００２８】
図１および図４に示すように、信号処理装置３２は、２個のＲ／Ｄコンバータ６０，６２を備えており、各Ｒ／Ｄコンバータ６０，６２が各レゾルバ３４，３６に電気的に接続されている。各Ｒ／Ｄコンバータ６０，６２は、電源７０からの電気エネルギーを利用することにより、対応するレゾルバ３４，３６の励磁コイル４６に励磁信号を設定周波数で供給する。励磁コイル４６が励磁されてそれに磁気力が発生すると、それに伴い、第１および第２の検知コイル４８，５０が起電する。
【００２９】
一方、図２および図３に示すように、ロータ４２のうち、それがステータ４０の内周面に対面する外周面に凹凸が交互に形成されており、その結果、ステータ４０の各歯４４は、ロータ４２が一方向に回転するにつれて、ロータ４２との距離が周期的に変化する。各歯４４とロータ４２との距離が短いほど、各歯４４においては、励磁コイル４６の磁気力によって各検知コイル４８，５０に高い電圧が発生する。
【００３０】
このような現象に着目することにより、レゾルバ３４，３６は、ロータ４２の回転角すなわち回転部材２０の回転角を磁気的に検出する。図４に示すように、Ｒ／Ｄコンバータ６０，６２は、第１および第２の検知コイル４８，５０にも電気的に接続されており、各検知コイル４８，５０に起電した電圧Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓを検出してそれら２個の検出値を用いることによって回転角θを演算し、それを表すデジタル信号を出力する。
【００３１】
本実施形態においては、一方のＲ／Ｄコンバータ６０は、それに対応するレゾルバ３４の励磁コイル４６に５ｋＨｚの励磁信号を供給し、これに対し、他方のＲ／Ｄコンバータ６２は、それに対応するレゾルバ３６の励磁コイル４６に７ｋＨｚの励磁信号を供給する。その結果、それら２個のレゾルバ３４，３６間において励磁信号の周波数が互いに異なっている。
【００３２】
しかも、それら２個の周波数は互いに整数倍であるという関係にはないし、さらに、それら周波数の差は、いずれの周波数よりも小さいものに設定されている。
【００３３】
したがって、本実施形態によれば、２個のレゾルバ３４，３６がそれらに共通のハウジング３８内において互いに近接して配置されるにもかかわらず、それらレゾルバ３４，３６間において磁気的な干渉が発生せずに済む。
【００３４】
図１に示すように、前記ステアリング装置１２は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）８０を備えている。このＥＣＵ８０は、コンピュータを主体として構成されている。このＥＣＵ８０は、２個のＲ／Ｄコンバータ６０，６２のうち異常ではないものから供給されたデジタル信号により表される回転角θに基づき、２個のモータ１４，１６のうち異常ではないものを制御する。
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、２個のレゾルバ３４，３６が前記（１）項における「複数の検出部」の一例を構成し、回転部材２０が前記（７）または（８）項における「共通の対象物」の一例を構成しているのである。
【００３６】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態とレゾルバ装置３０は共通し、信号処理装置およびＥＣＵは異なるため、それら信号処理装置およびＥＣＵを詳細に説明し、レゾルバ装置３０については同一の符号または名称を使用して引用することによって詳細な説明を省略する。
【００３７】
図５に示すように、本実施形態においては、信号処理装置９８が、共に電源７０に電気的に接続された２個の発振回路１００，１０２と、２個のセンサ１１０，１１２とを含むように構成されている。
【００３８】
それら２個の発振回路１００，１０２は２個のレゾルバ３４，３６にぞれぞれ、励磁コイル４６において電気的に接続されている。それら２個の発振回路１００，１０２は、それら２個のレゾルバ３４，３６の励磁コイル４６に、互いに異なる周波数で励磁信号をそれぞれ供給する。
【００３９】
これに対し、２個のセンサ１１０，１１２は２個のレゾルバ３４，３６にそれぞれ、２個の検知コイル４８，５０において電気的に接続されている。それら２個のセンサ１１０，１１２は、各レゾルバ３４，３６ごとに、各検知コイル４８，５０に起電された電圧Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓを検出する。各センサ１１０，１１２は、例えば、各検知コイル４８，５０に流れる電流の値を電圧の値に変換する形式を採用することが可能である。
【００４０】
本実施形態においては、ＥＣＵ１２０が、２個のセンサ１１０，１１２の出力信号に基づいて回転角θを演算する機能を有している。この機能を果たすべく、ＥＣＵ１２０は、図６にフローチャートで概念的に表されている回転角演算プログラムをコンピュータに実行させる。
【００４１】
この回転角演算プログラムが実行されると、まず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。他のステップについても同じとする）において、２個のレゾルバ３４，３６のうち、作動が正常であるとして選択されたレゾルバの番号が１であるか否かが判定される。レゾルバ番号は、例えば、一方のレゾルバ３４には「１」、他方のレゾルバ３６には「２」が予め割り当てられている。
【００４２】
今回は、選択レゾルバの番号が１であると仮定すると、Ｓ１の判定がＹＥＳとなり、Ｓ２およびＳ３においてそれぞれ、２個のセンサ１１０，１１２のうち今回のレゾルバ３４に対応するものの出力信号に基づき、各検知コイル４８，５０に起電した電圧Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓが測定される。その後、Ｓ４において、それら測定された電圧Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓを、予め定義された式に代入するなどすることにより、回転角θが演算される。以上で、この回転角演算プログラムの一回の実行が終了する。
【００４３】
これに対し、今回は、選択レゾルバの番号が２であると仮定すると、Ｓ１の判定がＮＯとなり、その後、Ｓ５およびＳ６においてそれぞれ、２個のセンサ１１０，１１２のうち今回のレゾルバ３６に対応するものの出力信号に基づき、各検知コイル４８，５０に起電した電圧Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓが測定される。その後、Ｓ４において、それら測定された電圧Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓを、予め定義された式に代入するなどすることにより、回転角θが演算される。以上で、この回転角演算プログラムの一回の実行が終了する。
【００４４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、第１実施形態における２個のＲ／Ｄコンバータ６０，６２が２個の発振回路１００，１０２と２個のセンサ１１０，１１２とＥＣＵ１２０の回転角演算プログラムとの組合せによって置換されているのである。
【００４５】
以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［課題を解決するための手段および発明の効果］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に従う磁気的位置検出装置１０を概念的に表す系統図である。
【図２】図１におけるレゾルバ３４，３６の要部を示す横断面図である。
【図３】図１におけるレゾルバ３４，３６の要部を平面的に展開して示す横断面図である。
【図４】図１におけるレゾルバ３４，３６とＲ／Ｄコンバータ６０，６２との関係を説明するための回路図である。
【図５】本発明の第２実施形態に従う磁気的位置検出装置を概念的に表す系統図である。
【図６】図５におけるＥＣＵ１２０のコンピュータによって実行される回転角演算プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 磁気的位置検出装置
３０ レゾルバ装置
３２，９８ 信号処理装置
４０ ステータ
４２ ロータ
４６ 励磁コイル
４８ 第１の検知コイル
５０ 第２の検知コイル
６０，６２ Ｒ／Ｄコンバータ
１００，１０２ 発振回路
１１０，１１２ センサ

Claims (5)

1. 設定周波数を有する励磁信号によって励磁コイルを励磁する一方、その励磁コイルの磁気力によって検知コイルに起電される起電信号であってステータと可動子との相対位置に応じて変化するものに基づいて前記可動子の位置を検出する検出部を複数備えた磁気的位置検出装置であって、
   前記設定周波数の高さが前記複数の検出部間において互いに異なる磁気的位置検出装置。
2. 前記設定周波数の高さが前記複数の検出部間において互いに整数倍となる関係にはない請求項１に記載の磁気的位置検出装置。
3. 前記検出部が、前記ステータと、前記可動子としてのロータとが互いに同軸にかつ相対回転可能に配置されて構成されたレゾルバである請求項１または２に記載の磁気的位置検出装置。
4. 前記複数の検出部が、それらの前記励磁コイルと検知コイルとステータと可動子とを一緒に収容するハウジングをそれら複数の検出部に共通に備えている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気的位置検出装置。
5. 前記複数の検出部が、それらに共通の対象物の位置を互いに冗長的に検出するものである請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気的位置検出装置。

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