JP2005207748A - Magnetic induction type rotational position sensor - Google Patents
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Abstract
Description
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センサに関し、特に、二次側誘導コイルが巻かれている磁極ピンの改良に関するものである。 The present invention relates to a magnetic induction type rotational position sensor capable of accurately detecting the rotational position of a rotating body, and more particularly to an improvement of a magnetic pole pin around which a secondary induction coil is wound.
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センサは、下記の特許文献1、2、3に開示されているように公知である。かかる磁気誘導型回転位置センサでは、一次側励磁コイルによって発生する交流信号を磁路経由で二次側誘導コイルにて受け、磁路の透磁率が、ロータの回転位置で変化するように当該ロータの輪郭パターンが設定されている。一般には、ロータの輪郭パターンには正弦波形状が採用されており、二次側誘導コイルの芯には円形断面の磁極ピンが用いられている。
A rotational position sensor that detects the rotational position of a rotating body using magnetic induction is known as disclosed in
図1(a)はこの構成の磁気誘導型回転位置センサの構成例を示す説明図であり、図1(b)はロータと磁極ピンの重なり面積を示す説明図である。磁気誘導型回転位置センサ100は、円板形状のステータ101の表面に、同心円上に複数本の円形断面の磁極ピン102が取付けられ、各磁極ピン102に二次側誘導コイル103が巻きつけられている。例えば、4本の磁極ピン102が90度間隔で配置されており、直径方向に対峙している一組の二次側誘導コイル103は巻き方向が逆の状態で相互に直列接続されている。同様に、残りの一組の二次側誘導コイル103も、巻き方向が逆の状態で相互に直列接続されている。
FIG. 1A is an explanatory diagram showing a configuration example of the magnetic induction type rotational position sensor having this configuration, and FIG. 1B is an explanatory diagram showing an overlapping area of the rotor and the magnetic pin. In the magnetic induction type
ステータ101の側には、各磁極ピン102を取り囲む状態で一次側励磁コイル104が円環状に配置されている。また、ステータ101の表面に同軸状態で対峙した状態で円盤状のロータ105が配置されている。ロータ105のステータ側表面には、各磁極ピン102に対峙した状態で、磁性体からなるリング状の磁性板106が固定されている。ロータ105には回転シャフト(図示せず)が同軸状態で固着されている。ロータ105の磁性板106の内周縁107は、磁極ピン102が配列されている同心円108に沿って、正弦波状の凹凸パターンが繰り返される輪郭形状をしている。
On the
ロータ105が回転すると、その回転に伴って、ロータ105の磁性板106と各磁極ピン102との重なり面積(図1(b)における斜線部分の面積)が変化する。二次側誘導コイル103に発生する磁束量は重なり面積に概ね比例する。重なり面積が正弦波状に変化する場合には、一次側励磁コイル104にsinωtの励磁電圧を加えると、ロータ105の回転角θに応じて一組の二次側誘導コイル105からは、sinθ・sinωtの電圧が得られ、残りの一組の二次側誘導コイル105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102の回転位置を表す信号を生成できる。すなわち、ロータ105が取付けられている回転体の回転位置を示す信号を得ることができる。
しかしながら、従来においては円形断面の磁極ピンを用いているので、ロータの回転に伴う当該ロータ105と磁極ピンとの重なり面積の変化が正弦波状の変化から乖離している。したがって、ロータの回転に伴って発生するコイルを通過する磁束量の変化も正弦波状の変化から乖離する。このことが原因となって計測誤差が発生するおそれがある。
However, since the magnetic pole pin having a circular cross section is conventionally used, the change in the overlapping area of the
本発明の課題は、二次側誘導コイルが巻かれた磁極ピンと、正弦波状の凹凸パターンを備えたロータとの重なり面積を精度良く正弦波状に変化させることが可能な、高分解能化および高精度化に有利な磁気誘導型回転位置センサを提案することある。 It is an object of the present invention to provide a high resolution and high accuracy capable of accurately changing the overlapping area between a magnetic pole pin wound with a secondary induction coil and a rotor having a sinusoidal uneven pattern into a sinusoidal shape. In some cases, a magnetic induction type rotational position sensor is proposed which is advantageous for the realization.
上記の課題を解決するために、本発明の磁気誘導型回転位置センサは、
ステータと、
前記ステータに対して同軸状態で対向配置されたロータと、
前記ステータにおける前記ロータに対峙している表面に、前記ロータの回転中心を中心として同心状に配置された複数の磁極ピンと、
前記ステータあるいは各磁極ピンに配置された一次側励磁コイルと、
各磁極突起に配置された二次側誘導コイルとを有し、
各磁極ピンの断面形状は、前記回転中心を中心とする所定角度の扇形形状、または、前記回転中心を通る直径線に両辺が平行な矩形形状であり、
前記ロータは、前記磁極ピンが配列されている同心円に沿って、正弦波状に凹凸パターンが繰り返される輪郭形状をしており、
前記ロータと各磁極ピンの重なり面積の変化によって引き起こされる前記一次側励磁コイルと前記二次側誘導コイルの間の磁気結合状態の変化に基づき、前記ロータの回転位置が検出されることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a magnetic induction type rotational position sensor according to the present invention includes:
A stator,
A rotor disposed coaxially with the stator; and
A plurality of magnetic pole pins arranged concentrically about the rotation center of the rotor on the surface of the stator facing the rotor;
A primary excitation coil disposed on the stator or each magnetic pin;
A secondary induction coil arranged on each magnetic pole projection,
The cross-sectional shape of each magnetic pin is a sector shape with a predetermined angle around the rotation center, or a rectangular shape with both sides parallel to a diameter line passing through the rotation center,
The rotor has a contour shape in which a concavo-convex pattern is repeated in a sinusoidal shape along a concentric circle in which the magnetic pin is arranged,
The rotational position of the rotor is detected based on a change in the magnetic coupling state between the primary side excitation coil and the secondary side induction coil caused by a change in the overlapping area of the rotor and each magnetic pin. Yes.
本発明の磁気誘導型回転位置センサでは、二次側誘導コイルが巻き付けられている磁極ピンを扇形あるいは矩形の断面形状としてある。したがって、磁極ピンと、正弦波状の凹凸パターンが繰り返される輪郭を備えたロータとの重なり面積は、ロータの回転に伴って、ほぼ正弦波状に変化する。磁極ピンに誘導される磁束量はこの重なり面積に比例するので、精度良く正弦波状の出力信号を得ることができる。よって、本発明によれば、磁極ピンの断面形状を工夫するという簡単な構成により、高分解能化および高精度化に有利な磁気誘導型回転位置センサを実現できる。 In the magnetic induction type rotational position sensor of the present invention, the magnetic pole pin around which the secondary induction coil is wound has a fan-shaped or rectangular cross-sectional shape. Therefore, the overlapping area of the magnetic pole pin and the rotor having a contour in which the sinusoidal uneven pattern is repeated changes substantially in a sinusoidal manner as the rotor rotates. Since the amount of magnetic flux induced to the magnetic pin is proportional to the overlapping area, a sinusoidal output signal can be obtained with high accuracy. Therefore, according to the present invention, a magnetic induction type rotational position sensor advantageous for high resolution and high accuracy can be realized with a simple configuration in which the cross-sectional shape of the magnetic pole pin is devised.
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センサの例を説明する。 An example of a magnetic induction type rotational position sensor to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
本例の磁気誘導型回転位置センサの基本構成は、図1(a)に示す従来のものと同一であるので、その説明を省略する。図2には本例の磁気誘導型回転位置センサ1の磁極ピン2の断面形状を示してある。磁極ピン2は、ロータ105の回転中心105aを中心とする所定角度の扇形断面をしている。
The basic configuration of the magnetic induction type rotational position sensor of this example is the same as that of the conventional one shown in FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional shape of the
ここで、ロータ105の磁性板106内周縁に形成されている正弦波状の凹凸パターンは、磁極ピン2が配列されている同心円108に沿って形成されている。この同心円108の曲率による重なり面積への影響は小さく、無視することができるので、正弦波状の凹凸パターンの中心線が直線であると仮定し、また、磁極ピン2とロータ105の重なり面積が二次側誘導コイル103の出力に比例するものと仮定する。この場合、磁極ピン2の形状は、中心105aを通る直径線Lに左右両辺が平行な長方形となり、幅が一定であるので、図3のグラフにおける凹凸パターンを表す正弦波曲線yを、次のように、点x1からx2まで定積分すれば重なり面積Sが求まる(磁極ピンの幅=x2−x1)。
Here, the sinusoidal uneven pattern formed on the inner peripheral edge of the
したがって、重なり面積Sが完全な正弦波となり、二次側誘導コイル103の出力が完全な正弦波となることが分かる。上記のように、曲率を無視したことによる重なり面積Sへの影響は僅かであるので、扇形断面あるいは長方形断面の磁極ピン2を用いれば、二次側誘導コイルから精度良く正弦波出力を得ることができる。よって、扇形断面あるいは長方形断面の磁極ピンを用いるという簡単な構成により、高分解能化および高精度化に有利な磁気誘導型回転位置センサを実現できる。
Therefore, it can be seen that the overlapping area S becomes a perfect sine wave, and the output of the
また、従来の円形磁極ピンの場合には、一般に円筒状の磁極ピンを加工し、それを組立作業において位置決めしている。組立に使用する部品の寸法の組み合わせで位置決め精度が決まり、位置精度が悪くなる場合がある。これに対して、扇形断面の磁極ピンを用いる場合には、リング状に加工した後に、フライス加工で磁極ピンを成形すれば、単一の部品で磁極ピンの位置が決まるので、位置精度が向上し加工バラツキによる誤差精度も向上するという効果が得られる。また、磁路の一部も同時に加工できるので、部品点数の削減になるという効果も得られる。 In the case of a conventional circular magnetic pole pin, generally, a cylindrical magnetic pole pin is processed and positioned in an assembly operation. The positioning accuracy is determined by the combination of the dimensions of the parts used for assembly, and the positioning accuracy may deteriorate. On the other hand, when using a magnetic pin with a fan-shaped cross section, if the magnetic pin is formed by milling after being processed into a ring shape, the position of the magnetic pin is determined by a single component, thus improving the positional accuracy. The effect of improving the error accuracy due to machining variations can be obtained. In addition, since a part of the magnetic path can be processed at the same time, an effect of reducing the number of parts can be obtained.
1 磁気誘導型回転位置センサ
2 磁極ピン
101 ステータ
103 二次側誘導コイル
104 一次側励磁コイル
105 ロータ
105a 回転中心
106 磁性体
107 磁性体の内周縁
108 同心円
S 磁極ピンとロータの重なり面積
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ステータに対して同軸状態で対向配置されたロータと、
前記ステータにおける前記ロータに対峙している表面に、前記ロータの回転中心を中心として同心状に配置された複数の磁極ピンと、
前記ステータあるいは各磁極ピンに配置された一次側励磁コイルと、
各磁極突起に配置された二次側誘導コイルとを有し、
各磁極ピンの断面形状は、前記回転中心を中心とする所定角度の扇形形状、または、前記回転中心を通る直径線に両辺が平行な矩形形状であり、
前記ロータは、前記磁極ピンが配列されている同心円に沿って、正弦波状に凹凸パターンが繰り返される輪郭形状をしており、
前記ロータと各磁極ピンの重なり面積の変化によって引き起こされる前記一次側励磁コイルと前記二次側誘導コイルの間の磁気結合状態の変化に基づき、前記ロータの回転位置が検出される磁気誘導型回転位置センサ。 A stator,
A rotor disposed coaxially with the stator; and
A plurality of magnetic pole pins arranged concentrically about the rotation center of the rotor on the surface of the stator facing the rotor;
A primary excitation coil disposed on the stator or each magnetic pin;
A secondary induction coil arranged on each magnetic pole projection,
The cross-sectional shape of each magnetic pin is a sector shape with a predetermined angle around the rotation center, or a rectangular shape with both sides parallel to a diameter line passing through the rotation center,
The rotor has a contour shape in which a concavo-convex pattern is repeated in a sinusoidal shape along a concentric circle in which the magnetic pin is arranged,
Magnetic induction type rotation in which the rotational position of the rotor is detected based on a change in the magnetic coupling state between the primary side excitation coil and the secondary side induction coil caused by a change in the overlapping area of the rotor and each magnetic pin Position sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004011478A JP2005207748A (en) | 2004-01-20 | 2004-01-20 | Magnetic induction type rotational position sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004011478A JP2005207748A (en) | 2004-01-20 | 2004-01-20 | Magnetic induction type rotational position sensor |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2004011478A Pending JP2005207748A (en) | 2004-01-20 | 2004-01-20 | Magnetic induction type rotational position sensor |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2005207748A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011058936A (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-24 | Toyota Motor Corp | Magnetic resolver |
-
2004
- 2004-01-20 JP JP2004011478A patent/JP2005207748A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011058936A (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-24 | Toyota Motor Corp | Magnetic resolver |
US8519701B2 (en) | 2009-09-09 | 2013-08-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Magnetic resolver |
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