JP2009002750A

JP2009002750A - 冗長系回転型有限角度検出器

Info

Publication number: JP2009002750A
Application number: JP2007162958A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Mimura; 尚史三村
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2009-01-08

Abstract

【課題】本発明は、輪状ステータの内面の対向位置に第１、第２突出磁極を設け、ロータの外面に設けた第３、第４突出磁極を対面させて一対のチャンネルセンサを形成し、各出力信号を用いて冗長系を構成することを目的とする。
【解決手段】本発明による冗長系回転型有限角度検出器は、輪状ステータ(1)の内面に対称配置された第１、第２突出磁極(2,2A)と、ロータ(4)の外面に対向配置された第３、第４突出磁極(10,10A)とにより第１、第２チャンネルセンサ(20,30)を形成し、各チャンネルセンサ(20,30)を用いて二重冗長系の回転位置信号を得る構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、冗長系回転型有限角度検出器に関し、特に、輪状ステータのステータ内面の一対の１８０度対称位置で、巻線を有する突出磁極を所定の角度範囲のみに配設すると共に、ロータのロータ外面に一対の１８０度対称位置で巻線を有する突出磁極を所定の角度範囲のみに配設して、一対のチャンネルセンサを形成し、各チャンネルセンサからの同一の一対の出力信号を用いることにより、二重冗長系の有限角度検出を行うようにするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の回転型有限角度検出器としては、例えば、図２に示される構成を挙げることができるが、本出願人が社内で開発したのみで特許出願を行っていないため、ここでは、その構成を示す特許文献は開示していない。
図２において符号１で示されるものは、例えば、１００度の範囲の予め設定された有限角を有する円弧状の有限角ステータであり、この有限角ステータ１の内面１ａには、複数の第１突出磁極２が所定角度間隔で配設されている。

前記各第１突出磁極２には、第１巻線３が所定巻数巻回され、励磁又は出力が可能に構成されている。
前記有限角ステータ１の内側には、有限角で円弧状に形成された有限角ロータ４が所定有限角の範囲で回転自在に設けられ、この有限角ロータ４の外面４ａには、前記第１巻線３と同様に形成された第２巻線６を有する複数の第３突出磁極５が外方へ突出して設けられている。

従って、前記第１巻線３又は第２巻線６のうちの第１巻線３に励磁信号を印加した状態で、前記有限角ロータ４を有限角回転させると、この有限角ロータ４の第２巻線６に誘起される出力信号（出力圧力）が各突出磁極２、５間の磁気結合度の変化に応じて変化し、有限角ロータ４の回転角度（位置）を検出することができる。

従来の回転型有限角度検出器は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、１個の有限角ステータに対して１個の有限角ロータが組合せられた構成であるため、１チャンネルの有限角度の出力信号しか出力されず、冗長系を構成するためには、一対の有限角ステータを二段重ねとする必要もあるが、軸方向に厚さが大となり、実用上、種々の問題点があった。

本発明による回転型有限角度検出器は、輪状をなす輪状ステータと、前記輪状ステータの少なくとも所定の第１角度範囲に形成された複数の第１突出磁極と、前記輪状ステータの前記第１角度範囲と対向する少なくとも所定の第２角度範囲に形成された複数の第２突出磁極と、前記各第１突出磁極に巻回された第１チャンネル用の第１巻線と、前記各第２突出磁極に巻回された第２チャンネル用の第２巻線と、前記輪状ステータの内側に回転自在に設けられたロータと、前記ロータの外周で前記第１角度範囲に対応する第３角度範囲に形成された複数の第３突出磁極と、前記ロータの外周で前記第２角度範囲に対応する第４角度範囲に形成された複数の第４突出磁極と、前記各第３突出磁極に巻回された前記第１チャンネル用の第３巻線と、前記各第４突出磁極に巻回された前記第２チャンネル用の第４巻線と、を備え、前記各第１、第３突出磁極と各第１、第３巻線により第１チャンネルセンサを形成し、前記各第２、第４突出磁極と各第２、第４巻線により第２チャンネルセンサを形成し、前記各第１、第３突出磁極と各第２、第４突出磁極とは、互いに１８０度対称に配置され、前記ロータの有限角回転により前記第１チャンネルセンサから得られる第１出力信号と、前記第２チャンネルセンサから得られ前記第１出力信号と同一の第２出力信号と、を用いて二重冗長系をなす構成であり、また、前記輪状ステータのステータ内面の前記第１突出磁極と第２突出磁極との間及び前記ロータのロータ外面の前記第３突出磁極と第４突出磁極との間には、突出磁極が形成されていない構成であり、また、前記輪状ステータのステータ内面の前記第１突出磁極と第２突出磁極との間及び前記ロータのロータ外面の前記第３突出磁極と第４突出磁極との間には、巻線を有しない複数の突出磁極が形成されている構成であり、また、前記各第１と第２突出磁極の数及び第３と第４突出磁極の数は、同一である構成であり、また、前記各第１巻線同志、各第２巻線同志、各第３巻線同志、及び、各第４巻線同志は、互いに直列接続されているか、又は、並列に接続されている構成である。

本発明による冗長系回転型有限角度検出器は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、輪状ステータのステータ内面の１８０度対称位置に巻線を有する複数の突出磁極を配置することにより、一対のチャンネルセンサを形成し、各チャンネルセンサから出力される同一の有限回転角度を示す一対の出力信号（出力電圧）を用いることにより、信頼性の高い二重冗長系を容易に得ることができる。
また、輪状ステータは従来の有限角ステータと異なり輪状に形成されているため、輪状ステータの強度が高く、取付剛性を上げることができ、車輌等に搭載する場合には高い信頼性を得ることができる。
また、輪状ステータのステータ内面の第１、第２突出磁極間及びロータのロータ外面の第３、第４突出磁極間に突出磁極を有しない場合には、輪状ステータ及びロータの材料の節約をすることができる。
また、輪状ステータのステータ内面の第１、第２突出磁極間及びロータのロータ外面の第３、第４突出磁極間に、巻線を有しない突出磁極のみが形成されている場合には、輪状ステータ及びロータを積層して形成する場合、転積が可能となり、輪状ステータ及びロータの磁気的特性を向上できる。

本発明は、輪状ステータのステータ内面の一対の１８０度対称位置で、巻線を有する突出磁極を所定の角度範囲のみに配設すると共に、ロータのロータ外面に一対の１８０度対称位置で巻線を有する突出磁極を所定の角度範囲のみに配設して、一対のチャンネルセンサを形成し、各チャンネルセンサからの同一の一対の出力信号を用いることにより、二重冗長系の有限角度検出を行うようにした冗長系回転型有限角度検出器を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による冗長系回転型有限角度検出器の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１において符号１で示されるものは全体形状が輪状をなす輪状ステータであり、この輪状ステータ１のステータ内面１ａの所定の第１角度範囲θ_１には、複数の第１突出磁極２が所定の角度間隔毎に内方へ向けて突出して形成されている。

前記輪状ステータ１のステータ内面１ａの前記第１角度範囲θ_１に対して１８０度対向する第２角度範囲θ_２には、複数の第２突出磁極２Ａが所定の角度間隔毎に内方へ向けて突出して形成されている。
前記各第１突出磁極２と各第２突出磁極２Ａとは、図１に示す直径方向線Ａからみて１８０度対称となるように構成されている。

前記各第１突出磁極２及び各第２突出磁極２Ａには、第１チャンネル用の第１巻線３及び第２チャンネル用の第２巻線３Ａが巻回されおり、励磁用又は出力用に用いることができる。
前記輪状ステータ１の内側には、輪状に形成されたロータ４が図示しない回転軸等を介して回転自在に設けられている。

前記ロータ４のロータ外面４ａの前記第１角度範囲θ_１に対応する第３角度範囲θ_３には、複数の第３突出磁極１０が外方へ向けて突出して形成されている。
前記ロータ４のロータ外面４ａの前記第３角度範囲θ_３に対して１８０度対向する第４角度範囲θ_４には、複数の第４突出磁極１０Ａが所定の角度間隔毎に外方へ向けて突出して形成されている。
前記各第３突出磁極１０と各第４突出磁極１０Ａとは、図１に示す直径方向線Ａからみて１８０度対称となるように構成されている。

前記各第３突出磁極１０には、励磁用又は出力用としての第１チャンネル用の第３巻線６が巻回されていると共に、前記各第４突出磁極１０Ａには、励磁用又は出力用としての第２チャンネル用の第４巻線６Ａが巻回されている。
また、前記輪状ステータ１とロータ４とは、互いに同一軸芯Ｐで回転自在に配設されている。

前記各第１突出磁極２及び前記各第１巻線３と前記各第３突出磁極１０及び各第３巻線６とは、互いに対向して相対回転自在に配設されると共に、第１チャンネルセンサ２０を構成している。
また、前記各第２突出磁極５及び前記第２巻線３Ａと前記各第４突出磁極１０Ａ及び各第４巻線６Ａとは、互いに対向して相対回転自在に配設されると共に第２チャンネルセンサ３０を構成している。

前記輪状ステータ１のステータ内面１ａに形成された前記各第１突出磁極２と各第２突出磁極２Ａとは、互いに同一の数で形成され、前記ロータ４の各第３突出磁極１０と第４突出磁極１０Ａとは、互いに同一の数で形成されている。
また、前記各第１突出磁極２の数は前記各第３突出磁極１０の数よりも大であり、前記各第２突出磁極２Ａの数は前記各第４突出磁極１０Ａの数よりも大となるように構成されている。

前記輪状ステータ１のステータ内面１ａにおいて、前記各第１突出磁極２と各第２突出磁極２Ａとの間の位置、及び、前記ロータ４のロータ外面４ａの各第３突出磁極１０と第４突出磁極１０Ａとの間には、突出磁極が何ら形成されていないが、巻線を有しない突出磁極をプレス加工時に同時形成した場合には、輪状ステータ１及びロータ４を積層して形成する場合に、周知の転積による積層を行うことができ、輪状ステータ１及びロータ４の磁気的な特性を向上させることができる。

次に、前述の構成において、前記各第１、第２巻線３、３Ａ、又は、各第３、第４巻線６、６Ａに励磁信号を印加した状態で、前記ロータ４を回転させると、周知の巻線型レゾルバと同様に、輪状ステータ１とロータ４の各突出磁極２、２Ａと、１０、１０Ａ間の磁気的結合の変化によって、第１、第２巻線３、３Ａ又は第３、第４巻線６、６Ａから出力信号（出力電圧）が出力される。
尚、前述の場合、第１、第２巻線３、３Ａと第３、第４巻線１０、１０Ａは、励磁用及び出力用の何れにも適用可能である。

前述の場合、各チャンネルセンサ２０、３０から出力される一対の出力信号（出力電圧）は、同一の有限角を示す信号であるため、通常は、一方の出力信号を制御用等に用い、他方の出力信号は、前記一方の出力信号が不良（すなわち、何れかのチャンネルセンサ２０、３０が断線等で不良）となった場合に、他方の出力信号に切換えて用いることにより、二重冗長系を構成することができる。

尚、前述と逆に、前記ロータ４を固定側とし、輪状ステータ１を可動側とすることも可能である。
また、各第１巻線３同志、各第２巻線３Ａ同志、各第３巻線６同志、各第４巻線６Ａ同志は、互いに直列接続されるか、又は、並列に接続して用いることができる。

本発明による冗長系回転型有限角度検出器を示す平面図である。従来の有限角度検出器を示す平面図である。

符号の説明

１輪状ステータ
１ａステータ内面
２第１突出磁極
２Ａ第２突出磁極
３第１巻線
３Ａ第２巻線
４ロータ
４ａロータ外面
６第３巻線
６Ａ第４巻線
１０第３突出磁極
１０Ａ第４突出磁極
２０第１チャンネルセンサ
３０第２チャンネルセンサ
Ａ直径方向線
Ｐ同一軸芯
θ_１〜θ_４第１〜第４角度範囲

Claims

輪状をなす輪状ステータ(1)と、前記輪状ステータ(1)の少なくとも所定の第１角度範囲(θ_１)に形成された複数の第１突出磁極(2)と、前記輪状ステータ(1)の前記第１角度範囲(θ_１)と対向する少なくとも所定の第２角度範囲(θ_２)に形成された複数の第２突出磁極(2A)と、前記各第１突出磁極(2)に巻回された第１チャンネル用の第１巻線(3)と、前記各第２突出磁極(2A)に巻回された第２チャンネル用の第２巻線(3A)と、前記輪状ステータ(1)の内側に回転自在に設けられたロータ(4)と、前記ロータ(4)の外周で前記第１角度範囲(θ_１)に対応する第３角度範囲(θ_３)に形成された複数の第３突出磁極(10)と、前記ロータ(4)の外周で前記第２角度範囲(θ₂)に対応する第４角度範囲(θ₄)に形成された複数の第４突出磁極(10A)と、前記各第３突出磁極(10)に巻回された前記第１チャンネル用の第３巻線(6)と、前記各第４突出磁極(10A)に巻回された前記第２チャンネル用の第４巻線(6A)と、を備え、
前記各第１、第３突出磁極(2,10)と各第１、第３巻線(3,6)により第１チャンネルセンサ(20)を形成し、
前記各第２、第４突出磁極(2A,10A)と各第２、第４巻線(3A,6A)により第２チャンネルセンサ(30)を形成し、
前記各第１、第３突出磁極(2,10)と各第２、第４突出磁極(2A,10A)とは、互いに１８０度対称に配置され、前記ロータ(4)の有限角回転により前記第１チャンネルセンサ(20)から得られる第１出力信号と、前記第２チャンネルセンサ(30)から得られ前記第１出力信号と同一の第２出力信号と、を用いて二重冗長系を構成することを特徴とする冗長系回転型有限角度検出器。
前記輪状ステータ(1)のステータ内面(1a)の前記第１突出磁極(2)と第２突出磁極(2A)との間及び前記ロータ(4)のロータ外面(4a)の前記第３突出磁極(10)と第４突出磁極(10A)との間には、突出磁極が形成されていないことを特徴とする請求項１記載の冗長系回転型有限角度検出器。
前記輪状ステータ(1)のステータ内面(1a)の前記第１突出磁極(2)と第２突出磁極(2A)との間及び前記ロータ(4)のロータ外面(4a)の前記第３突出磁極(10)と第４突出磁極(10A)との間には、巻線を有しない複数の突出磁極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の冗長系回転型有限角度検出器。
前記各第１と第２突出磁極(2,2A)の数及び第３と第４突出磁極(10,10A)の数は、同一であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の冗長系回転型有限角度検出器。
前記各第１巻線(3)同志、各第２巻線(3A)同志、各第３巻線(6)同志、及び、各第４巻線(6A)同志は、互いに直列接続されているか、又は、並列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の冗長系回転型有限角度検出器。