JP2009109220A - 位置センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 製作が容易で信頼性が高く、低コストの位置センサを提供すること。
【解決手段】 励磁信号を発生する励磁コイルであるコサインコイル1及びサインコイル2と、コサインコイル1及びサインコイル2が発生した励磁信号を検出する検出コイル34と、検出コイル34が検出した励磁信号に応じて励磁コイルの位置を算出するコンバータである位相検出器47とを有する位置センサにおいて、コサインコイル1及びサインコイル2が板状導電体であり、コイル作用をする直角に立てられたセグメント11,15と、セグメント11,15を結線するために両側に設けられた渡り線部12,16とで構成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】 励磁信号を発生する励磁コイルであるコサインコイル1及びサインコイル2と、コサインコイル1及びサインコイル2が発生した励磁信号を検出する検出コイル34と、検出コイル34が検出した励磁信号に応じて励磁コイルの位置を算出するコンバータである位相検出器47とを有する位置センサにおいて、コサインコイル1及びサインコイル2が板状導電体であり、コイル作用をする直角に立てられたセグメント11,15と、セグメント11,15を結線するために両側に設けられた渡り線部12,16とで構成されている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、励磁コイルと検出コイルとを有し、検出コイルが検出した励磁信号に応じて検出コイルの位置を算出する位置センサに関するものである。
従来、ハイブリッド自動車や電気自動車において、高出力のブラシレスモータが使用されている。ハイブリッド自動車のブラシレスモータを制御するためには、モータの出力軸の回転位置を正確に把握する必要がある。ステータの各コイルへの通電切り替えを制御するには、ロータの回転位置を正確に把握している必要があるからである。特に、自動車においては、コギングがドライバビリティを悪くするので、コギングを減少させることが要望されているため、通電切替を正確に行いたいという要望が強い。
自動車のモータ軸の位置検出には、耐高温性、耐ノイズ性、耐振動性、耐高湿性等の機能を満足するために、レゾルバが使用されている。レゾルバは、モータの内部に組み込まれて、モータのロータ軸に直接取り付けられている。
この種のレゾルバとしては、可変リラクタンス型レゾルバ(VR型レゾルバ)が使用されている。VR型レゾルバとは、磁路中に設けたギャップの変動によりトランスの効率が変化することを利用したレゾルバである。ギャップが回転位置に対して周期的に変化するように、ロータの形状を設定することにより、回転子側の巻線無しで回転位置を検出することができる。
自動車のモータ軸の位置検出には、耐高温性、耐ノイズ性、耐振動性、耐高湿性等の機能を満足するために、レゾルバが使用されている。レゾルバは、モータの内部に組み込まれて、モータのロータ軸に直接取り付けられている。
この種のレゾルバとしては、可変リラクタンス型レゾルバ(VR型レゾルバ)が使用されている。VR型レゾルバとは、磁路中に設けたギャップの変動によりトランスの効率が変化することを利用したレゾルバである。ギャップが回転位置に対して周期的に変化するように、ロータの形状を設定することにより、回転子側の巻線無しで回転位置を検出することができる。
現在使用されているVR型レゾルバとして、特許文献1や特許文献2に開示されたものがある。励磁コイルと検出コイルとを、各スロットに対して1スロットピッチで巻き、機械巻きの実現及びレゾルバやシンクロ等の実現を可能とする構成である。
特開平08-178610号公報
特開平06-229780号公報
しかしながら、特許文献1や特許文献2に開示された位置センサには、次のような問題があった。
すなわち、励磁信号を発生する励磁コイルが、コイル線を巻く構造であるため、製作が難しく、信頼性が低いと共に、コストが高い問題があった。
すなわち、励磁信号を発生する励磁コイルが、コイル線を巻く構造であるため、製作が難しく、信頼性が低いと共に、コストが高い問題があった。
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、製作が容易で信頼性が高く、低コストの位置センサを提供することを目的とする。
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る位置センサは、次の構成を有している。
(1)励磁信号を発生する励磁コイルと、励磁コイルが発生した励磁信号を検出する検出コイルと、検出コイルが検出した励磁信号に応じて検出コイルの位置を算出する位置算出器とを有する位置センサであって、励磁コイルが板状導電体であり、コイル作用をする直角に立てられたセグメントと、セグメントを結線するために両側に設けられた渡り線部とで構成されている。
(2)(1)に記載する位置センサにおいて、前記セグメントの幅を変えることにより、前記励磁コイルとして、サインコイル、またはコサインコイルを構成することを特徴とする。
(1)励磁信号を発生する励磁コイルと、励磁コイルが発生した励磁信号を検出する検出コイルと、検出コイルが検出した励磁信号に応じて検出コイルの位置を算出する位置算出器とを有する位置センサであって、励磁コイルが板状導電体であり、コイル作用をする直角に立てられたセグメントと、セグメントを結線するために両側に設けられた渡り線部とで構成されている。
(2)(1)に記載する位置センサにおいて、前記セグメントの幅を変えることにより、前記励磁コイルとして、サインコイル、またはコサインコイルを構成することを特徴とする。
(3)(2)に記載する位置センサにおいて、前記サインコイルと前記コサインコイルとを、立てられた先端高さが一致するように、重ね合わせて構成されていることを特徴とする。
(4)(1)乃至(3)に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、前記セグメント及び前記渡り線部が、プレス加工により形成されたことを特徴とする。
(5)(1)乃至請求項(4)に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、前記励磁コイル及び前記検出コイルがループ形状であり、前記検出コイルの回転位置を検出することを特徴とする。
(6)(1)乃至(5)に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、前記励磁コイルに供給される電流が、高周波で変調されたcosカーブまたはsinカーブであることを特徴とする。
(4)(1)乃至(3)に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、前記セグメント及び前記渡り線部が、プレス加工により形成されたことを特徴とする。
(5)(1)乃至請求項(4)に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、前記励磁コイル及び前記検出コイルがループ形状であり、前記検出コイルの回転位置を検出することを特徴とする。
(6)(1)乃至(5)に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、前記励磁コイルに供給される電流が、高周波で変調されたcosカーブまたはsinカーブであることを特徴とする。
次に、上記構成を有する本発明の位置センサの作用及び効果について説明する。
本発明の位置センサは、励磁信号を発生する励磁コイルと、励磁コイルが発生した励磁信号を検出する検出コイルと、検出コイルが検出した励磁信号に応じて検出コイルの位置を算出する位置検出器とを有する位置センサにおいて、励磁コイルが板状導電体であり、コイル作用をする直角に立てられたセグメントと、セグメントを結線するために両側に設けられた渡り線部とで構成されているので、励磁コイルをプレス加工された板状部材で構成できるため、コイル巻線を必要とせず、製作が容易となり、励磁コイルの信頼性を高め、低コストを実現できる。
本発明の位置センサは、励磁信号を発生する励磁コイルと、励磁コイルが発生した励磁信号を検出する検出コイルと、検出コイルが検出した励磁信号に応じて検出コイルの位置を算出する位置検出器とを有する位置センサにおいて、励磁コイルが板状導電体であり、コイル作用をする直角に立てられたセグメントと、セグメントを結線するために両側に設けられた渡り線部とで構成されているので、励磁コイルをプレス加工された板状部材で構成できるため、コイル巻線を必要とせず、製作が容易となり、励磁コイルの信頼性を高め、低コストを実現できる。
また、本発明の位置センサは、セグメントの幅を変えることにより、励磁コイルとして、サインコイル、またはコサインコイルを構成する。セグメントの幅を一定として、セグメントの位置を変化させることによっても、サインコイルやコサインコイルを形成することは可能である。しかし、サインコイルとコサインコイルとを、一方の打ち抜かれた孔に他方の直角に立てられたセグメントを嵌め込んで一体化させようとするときに、問題が発生する。
すなわち、セグメントの幅を一定として、セグメントの位置を変化させた場合には、打ち抜かれた孔とセグメントの位置が一致させることが困難である。特に、全体を小型化しようとするときに、困難となる。そのため、位置センサの体格を大きくせざる得ない問題がある。それに対して、本発明のように、sinカーブ及びcosカーブの裾野の部分おいて、セグメントの幅を変化させて、セグメントの位置を一定としていれば、打ち抜かれた孔とセグメントの位置を容易に一致させることができ、位置センサを小型化することができる。
すなわち、セグメントの幅を一定として、セグメントの位置を変化させた場合には、打ち抜かれた孔とセグメントの位置が一致させることが困難である。特に、全体を小型化しようとするときに、困難となる。そのため、位置センサの体格を大きくせざる得ない問題がある。それに対して、本発明のように、sinカーブ及びcosカーブの裾野の部分おいて、セグメントの幅を変化させて、セグメントの位置を一定としていれば、打ち抜かれた孔とセグメントの位置を容易に一致させることができ、位置センサを小型化することができる。
また、本発明の位置センサは、サインコイルとコサインコイルとを、立てられた先端高さが一致するように、重ね合わせて構成されている。ロータに対して、直角に立てられたセグメントの高さ方向の位置精度が、直接位置センサの位置精度に影響を与える。従って、サインコイルとコサインコイルとを別々にプレス加工して、両者を組み合わせて励磁コイルを形成する時に、サインコイルの直角に立てられたセグメントと、コサインコイルの直角に立てられたセグメントの高さを一致させることは重要である。
また、本発明の位置センサは、セグメント及び渡り線部が、プレス加工により形成されているので、渡り線部の両端部に通電するだけで、励磁コイルを励磁できる。すなわち、セグメントに対して配線を必要としないため、製作が容易であり、低コストを実現できる。
また、本発明の位置センサは、励磁コイル及び検出コイルがループ形状であり、検出コイルの回転位置を検出するので、ハイブリッド自動車等のモータ軸に取り付けて、回転位置センサとして使用することができる。
また、励磁コイルに供給される電流が、高周波で変調されたcosカーブまたはsinカーブである。プレスで打ち抜いた板状のセグメントに、数kHzのsin波やcos波をそのまま流したのでは、磁束の発生が十分強くできないが、数百kHzの高周波で変調しているので、高周波により、板状のセグメントであっても、強い磁束を発生させることが可能である。
ハイブリッド自動車等のモータ軸に取り付ける場合、モータ軸の軸心方向での位置のばらつきが存在するが、本発明の位置センサによれば、軸心方向において、ロータの位置ずれが生じても、回転位置検出精度には、ほとんど影響を与えることがない。
また、本発明の位置センサは、励磁コイル及び検出コイルがループ形状であり、検出コイルの回転位置を検出するので、ハイブリッド自動車等のモータ軸に取り付けて、回転位置センサとして使用することができる。
また、励磁コイルに供給される電流が、高周波で変調されたcosカーブまたはsinカーブである。プレスで打ち抜いた板状のセグメントに、数kHzのsin波やcos波をそのまま流したのでは、磁束の発生が十分強くできないが、数百kHzの高周波で変調しているので、高周波により、板状のセグメントであっても、強い磁束を発生させることが可能である。
ハイブリッド自動車等のモータ軸に取り付ける場合、モータ軸の軸心方向での位置のばらつきが存在するが、本発明の位置センサによれば、軸心方向において、ロータの位置ずれが生じても、回転位置検出精度には、ほとんど影響を与えることがない。
以下、本発明の2Xの位置センサを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図1から図8に基づいて、励磁コイルの構成、及びその製造方法について説明する。図1の(a)の上段にコサインコイル1の全体構成を示し、下段にサインコイル2の全体構成を示す。
コサインコイル1、及びサインコイル2の製造工程においては、厚さ0.3mmの真鍮製板材を原材料として、始めにプレスで打ち抜き加工を行う。プレス加工で打ち抜かれた状態における、コサインコイル1の部分拡大図を図2に示し、サインコイル2の部分拡大図を図4示す。コサインコイル1は、両側に渡り線部12A,B,C,Dが形成され、渡り線部12Aと渡り線部12Bとを接続して、8対(計16個)のセグメント11が形成されている。図2の部分拡大図を図6に示す。片側8個のセグメント11A,11B,11C・・・は、中央孔18の中心線に対して、線対称に配置されている。
図1から図8に基づいて、励磁コイルの構成、及びその製造方法について説明する。図1の(a)の上段にコサインコイル1の全体構成を示し、下段にサインコイル2の全体構成を示す。
コサインコイル1、及びサインコイル2の製造工程においては、厚さ0.3mmの真鍮製板材を原材料として、始めにプレスで打ち抜き加工を行う。プレス加工で打ち抜かれた状態における、コサインコイル1の部分拡大図を図2に示し、サインコイル2の部分拡大図を図4示す。コサインコイル1は、両側に渡り線部12A,B,C,Dが形成され、渡り線部12Aと渡り線部12Bとを接続して、8対(計16個)のセグメント11が形成されている。図2の部分拡大図を図6に示す。片側8個のセグメント11A,11B,11C・・・は、中央孔18の中心線に対して、線対称に配置されている。
次に、16個のセグメント11を、渡り線部12に対して、直角に立ち上げた形状にプレス加工する。加工後の図を図3に示す。また、図6に対応したセグメントを直角に立ち上げたものを図7に示す。図7の(a)は、図3と同じ正面(平面)図であり、(b)は、底面図であり、(c)は、左側面図である。一対のセグメント11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11Hは、根元において直角に折り曲げられ、渡り線部12に対して直角に立てられている。図8に、1つのセグメント11を渡り線部12に対して、直角に折り曲げたときの状態を拡大図で示す。
そして、立てられたセグメント11の先端部は、図7の(c)に示すように,同じ高さを有している。
そして、立てられたセグメント11の先端部は、図7の(c)に示すように,同じ高さを有している。
プレスで打ち抜き加工した状態におけるサインコイル2の形状を図4に示す。サインコイル2の外側幅は、コサインコイル1と渡り線16の外側幅より大きくしている。また、サインコイル2は、両側に渡り線部16A,B,C,Dが形成され、渡り線部16Aと渡り線部16Bとを接続して、8対(計16個)のセグメント15が形成されている。セグメント15の符号は、15A,15Bのみを示し、基本的に図2と同じなので符号を省略している。
しかし、サインコイル2のセグメント15の高さは、コサインコイル1のセグメント11の高さよりも高く形成され、セグメント15の高さが高くなる分ピッチも長くなっている。
次に、16個のセグメント15を、渡り線部16に対して、直角に立ち上げた形状にプレス加工する。加工後の図を図5に示す。
しかし、サインコイル2のセグメント15の高さは、コサインコイル1のセグメント11の高さよりも高く形成され、セグメント15の高さが高くなる分ピッチも長くなっている。
次に、16個のセグメント15を、渡り線部16に対して、直角に立ち上げた形状にプレス加工する。加工後の図を図5に示す。
図1の(a)に示すように、サインコイル2とコサインコイル1とは、電気角で90度位相がずれて配置されている。
コサインコイル1は、左端に入力端13、右端に出力端14が形成されている。入力端13と出力端14とは、渡り線部12A,12B,12C,12D,12E,12F,12G,12Hを順に繋いで接続されている。
渡り線部12Aから渡り線部12Bに電流が流れる時を考える。中心線13に対して、線対称の位置に片側8箇所、計16箇所にセグメント11が形成されている。セグメント11を電流が、図中下から上向きに流れることにより、セグメント11の周りに磁界が発生する。セグメント11の位置は、正確に位置決めされているので、16箇所で発生した磁界を総計すると、コサインコイル1が発生する磁界は、図1(b)の上側に示すcosカーブC1となる。
コサインコイル1は、左端に入力端13、右端に出力端14が形成されている。入力端13と出力端14とは、渡り線部12A,12B,12C,12D,12E,12F,12G,12Hを順に繋いで接続されている。
渡り線部12Aから渡り線部12Bに電流が流れる時を考える。中心線13に対して、線対称の位置に片側8箇所、計16箇所にセグメント11が形成されている。セグメント11を電流が、図中下から上向きに流れることにより、セグメント11の周りに磁界が発生する。セグメント11の位置は、正確に位置決めされているので、16箇所で発生した磁界を総計すると、コサインコイル1が発生する磁界は、図1(b)の上側に示すcosカーブC1となる。
すなわち、例えば、渡り線部12Aから渡り線部12Bに流れる電流のうち、右半分の8個のセグメント11を流れる電流、及び渡り線部12Cから渡り線部12Dに流れる電流のうち、左半分を流れる電流について考える。これらの電流は、対向するセグメント11H、11Hの間の空間19Aに対して、円周上に流れる電流を形成するため、空間19Aに図面に垂直に、手前から奥向きに向かう磁束(cosカーブC1)を発生させる。
また、渡り線部12Cから渡り線部12Dに流れる電流のうち、右半分の8個のセグメント11を流れる電流、及び渡り線部12Eから渡り線部12Fに流れる電流のうち、左半分を流れる電流について考える。これらの電流は、対向するセグメント11H、11Hの間の空間19Bに対して、円周上に流れる電流を形成するため、空間19Bに図面に垂直に、奥側から手前向きに向かう磁束(cosカーブC2)を発生させる。
これらの磁束により、cosカーブの1サイクルができる。
ここで、cosカーブC1,C2の形状を整えるために、本実施例では、セグメント11の位置を変える代わりに、セグメント11の幅を変化させている。
また、渡り線部12Cから渡り線部12Dに流れる電流のうち、右半分の8個のセグメント11を流れる電流、及び渡り線部12Eから渡り線部12Fに流れる電流のうち、左半分を流れる電流について考える。これらの電流は、対向するセグメント11H、11Hの間の空間19Bに対して、円周上に流れる電流を形成するため、空間19Bに図面に垂直に、奥側から手前向きに向かう磁束(cosカーブC2)を発生させる。
これらの磁束により、cosカーブの1サイクルができる。
ここで、cosカーブC1,C2の形状を整えるために、本実施例では、セグメント11の位置を変える代わりに、セグメント11の幅を変化させている。
また、サインコイル2は、基本的構成は、コサインコイル1より、セグメント15の高さを高くした点、及び位相を90度ずらして配置した点が相違しているにすぎない。図10に、コサインコイル1とサインコイル2とを組み合わせた状態を示す。図9に、図10の中横断面図を示す。
一方、サインコイル2は、図9及び図10に示すように、コサインコイル1の打ち抜き孔に、サインコイル2のセグメント15を突入させて形成するため、サインコイル2のセグメント15の高さは、コサインコイル1のセグメント11の高さよりも高く形成する必要がある。サインコイル2のセグメント15の高さと、コサインコイル1のセグメント11の高さとは、最終的にほぼ等しくする必要がある。
その理由は、ロータとのエアギャップを全周において等しくすれば、回路による補正によらず、回転角度を正確に計測でき、補正回路が不要となり、コストを低減できる。
一方、サインコイル2は、図9及び図10に示すように、コサインコイル1の打ち抜き孔に、サインコイル2のセグメント15を突入させて形成するため、サインコイル2のセグメント15の高さは、コサインコイル1のセグメント11の高さよりも高く形成する必要がある。サインコイル2のセグメント15の高さと、コサインコイル1のセグメント11の高さとは、最終的にほぼ等しくする必要がある。
その理由は、ロータとのエアギャップを全周において等しくすれば、回路による補正によらず、回転角度を正確に計測でき、補正回路が不要となり、コストを低減できる。
エアギャップを所定値に維持させるため、コサインコイル1のセグメント11と、サインコイル2のセグメント15とを正確に位置決めする必要がある。本実施例では、図12に示す樹脂製のボディ31を用いている。ボディ31には、セグメント11、セグメント15を挿入する孔31cが形成され、孔31cの両側には、コサインコイル1の渡り線部12を位置決めするための段差部31a、サインコイル2の渡り線部16を位置決めするための段差部31bが形成されている。図13に、ボディ31に装着するコサインコイル1及びサインコイル2を示す。(b)は、(a)のAA断面図である。図14に、ボディ31にコサインコイル1とサインコイル2とを装着した状態を示す。(b)は、(a)のAA断面図である。
図15に部分拡大図で示すように、セグメント11,15に形成された引掛かり部11a,15aが引っかかることにより、セグメント11,15の高さが、ボディ31に対して、一定となる。
図15に部分拡大図で示すように、セグメント11,15に形成された引掛かり部11a,15aが引っかかることにより、セグメント11,15の高さが、ボディ31に対して、一定となる。
コサインコイル1の打ち抜き孔に、サインコイル2のセグメント15を突入させて装着する場合に、cosカーブC1,C2の形状を整えるために、コサインコイル1のセグメント11の位置を変化させ、一方、sinカーブS1,S2の形状を整えるために、サインコイル2のセグメント15の位置を変化させると、両者が干渉する場合がある。それを避けるためには、コサインコイル1,及びサインコイル2を大きくすれば良いが、位置センサ全体が大きくなり、問題である。
本実施例では、その問題を解決するために、図6に示す、セグメント11の幅hを各々のセグメント11により変化させている。すなわち、セグメント11の幅hを広くすると抵抗値が低くなり、流れる電流が多くなる。逆に、幅hを狭くすると抵抗値が高くなり、流れる電流が少なくなる。発生する磁界の強さは、セグメント11を流れる電流量に比例するので、本実施例では、セグメント11の幅を調整することにより、sinカーブS1,S2、及びcosカーブC1,C2の形状を整えている。
本実施例では、その問題を解決するために、図6に示す、セグメント11の幅hを各々のセグメント11により変化させている。すなわち、セグメント11の幅hを広くすると抵抗値が低くなり、流れる電流が多くなる。逆に、幅hを狭くすると抵抗値が高くなり、流れる電流が少なくなる。発生する磁界の強さは、セグメント11を流れる電流量に比例するので、本実施例では、セグメント11の幅を調整することにより、sinカーブS1,S2、及びcosカーブC1,C2の形状を整えている。
次に、本実施例の位置センサが組み込まれたレゾルバについて説明する。レゾルバは、ステータ、ロータ、及び制御回路を備えている。
図17に、コサインコイル1及びサインコイル2をボディ31に組み込んで形成したステータ32に、ロータ33を組み込んだレゾルバの斜視図を示す。図16に、外周に4つの矩形状の検出コイル34が形成されたロータ33を示す。図17の内部における、コサインコイル1とサインコイル2との位置関係を、図11に斜視図で示す。
図18に、ステータ32の励磁コイルであるコサインコイル1、サインコイル2と、ロータ33の検出コイル34との位置関係を、断面図で示す。コサインコイル1のセグメント11、サインコイル2のセグメント15の高さは、ステータの内周に沿って、円周を描くように配置されている。セグメント11(15)に対向して,ロータの検出コイル34が配置される。一方、ステータ32のロータリートランスコイル35、36が各々、ステータ32、ロータ33に固設されている。
図17に、コサインコイル1及びサインコイル2をボディ31に組み込んで形成したステータ32に、ロータ33を組み込んだレゾルバの斜視図を示す。図16に、外周に4つの矩形状の検出コイル34が形成されたロータ33を示す。図17の内部における、コサインコイル1とサインコイル2との位置関係を、図11に斜視図で示す。
図18に、ステータ32の励磁コイルであるコサインコイル1、サインコイル2と、ロータ33の検出コイル34との位置関係を、断面図で示す。コサインコイル1のセグメント11、サインコイル2のセグメント15の高さは、ステータの内周に沿って、円周を描くように配置されている。セグメント11(15)に対向して,ロータの検出コイル34が配置される。一方、ステータ32のロータリートランスコイル35、36が各々、ステータ32、ロータ33に固設されている。
次に、本実施例の位置センサが組み込まれたレゾルバの制御構成を図19に示す。7.2kHzのsinカーブを発生させるsinカーブ発生器41が変調器44に接続している。7.2kHzのcosカーブを発生させるcosカーブ発生器45が変調器45に接続している。また、360kHzのsinカーブを発生する高周波発生器42が、変調器44、変調器45に接続している。変調器44は、サインコイル2に接続している。変調器45は、コサインコイル1に接続している。また、sinカーブ発生器41とcosカーブ発生器43は、位置検出器である位相差検出器47に接続している。
一方、サーチコイル34は、ロータリトランスの一方35に接続している。ロータリトランスの他方36は、検波器46に接続している。検波器46は、位相差検出器47に接続している。
一方、サーチコイル34は、ロータリトランスの一方35に接続している。ロータリトランスの他方36は、検波器46に接続している。検波器46は、位相差検出器47に接続している。
次に、上記構成を有するレゾルバの作用について説明する。
sinカーブ発生器41で発生したsinカーブが、変調器44において、高周波により、例えばAM平衡変調(以下、AM変調と略す。)され、サインコイル2に流される。同時に、cosカーブ発生器43で発生したcosカーブが変調器45において、高周波によりAM変調され、コサインコイル1に流される。
コサインコイル1に高周波でAM変調されたコサイン波が流され、同時にサインコイル2に高周波でAM変調されたサイン波が流される。プレスで打ち抜いた板状のセグメント11,15に、7.2kHzのサイン波やコサイン波をそのまま流したのでは、磁束の発生が十分強くできないが、高周波でAM変調しているので、高周波により、板状のセグメント11,15であっても、強い磁束を発生させることが可能である。
その結果して、コサインコイル1に、図1の(b)の上段に示す磁束を発生させることができる。また、サインコイル2に、図1の(b)の下段に示す磁束を発生させることができる。
sinカーブ発生器41で発生したsinカーブが、変調器44において、高周波により、例えばAM平衡変調(以下、AM変調と略す。)され、サインコイル2に流される。同時に、cosカーブ発生器43で発生したcosカーブが変調器45において、高周波によりAM変調され、コサインコイル1に流される。
コサインコイル1に高周波でAM変調されたコサイン波が流され、同時にサインコイル2に高周波でAM変調されたサイン波が流される。プレスで打ち抜いた板状のセグメント11,15に、7.2kHzのサイン波やコサイン波をそのまま流したのでは、磁束の発生が十分強くできないが、高周波でAM変調しているので、高周波により、板状のセグメント11,15であっても、強い磁束を発生させることが可能である。
その結果して、コサインコイル1に、図1の(b)の上段に示す磁束を発生させることができる。また、サインコイル2に、図1の(b)の下段に示す磁束を発生させることができる。
励磁コイルにおいて、cosカーブC1,C2が発生し,sinカーブS1,S2が発生することにより、両者が重畳されたカーブとなる。その重畳されたカーブは、ステータ32の各位置に対応した磁束強度を有するため、検出コイル34により、磁束強度を検出することにより、ロータ33の位置を正確に検出することができる。
すなわち、磁束の強度に応じて、検出コイル34に誘起電流が流れる。その誘起電流の強さが、ロータリトランス35,36を介して、検波器46に伝達され、位相検出器47に伝達される。位相検出器47は、誘起電流の強度により、ロータ33の回転位置を正確に検出し、図示しないコントローラにロータ33の回転位置を送信する。
すなわち、磁束の強度に応じて、検出コイル34に誘起電流が流れる。その誘起電流の強さが、ロータリトランス35,36を介して、検波器46に伝達され、位相検出器47に伝達される。位相検出器47は、誘起電流の強度により、ロータ33の回転位置を正確に検出し、図示しないコントローラにロータ33の回転位置を送信する。
以上詳細に説明したように、本実施例の位置センサによれば、励磁信号を発生する励磁コイルであるコサインコイル1及びサインコイル2と、コサインコイル1及びサインコイル2が発生した励磁信号を検出する検出コイル34と、検出コイル34が検出した励磁信号に応じて励磁コイルの位置を算出するコンバータである位相検出器47とを有する位置センサにおいて、コサインコイル1及びサインコイル2が板状導電体であり、コイル作用をする直角に立てられたセグメント11,15と、セグメント11,15を結線するために両側に設けられた渡り線部12,16とで構成されているので、励磁コイルをプレス加工された板状部材で構成できるため、コイル巻線を必要とせず、製作が容易となり、励磁コイルの信頼性を高め、低コストを実現できる。
また、本実施例の位置センサは、セグメント11,15の幅を変えることにより、励磁コイルであるサインコイル2、またはコサインコイル1を構成する。セグメントの幅を一定として、セグメントの位置を変化させることによっても、サインコイル2やコサインコイル1を形成することは可能である。しかし、サインコイル2とコサインコイル1とを、一方の打ち抜かれた孔に他方の直角に立てられたセグメント11,15を嵌め込んで一体化させようとするときに、問題が発生する。
すなわち、セグメント11,15の幅を一定として、セグメント11,15の位置を変化させた場合には、打ち抜かれた孔とセグメント11,15の位置が一致させることが困難である。特に、全体を小型化しようとするときに、困難となる。そのため、位置センサの体格を大きくせざる得ない問題がある。それに対して、本実施例のように、sinカーブS1,S2及びcosカーブC1,C2の裾野の部分おいて、セグメント11,15の幅を変化させて、セグメント11,15の位置を一定としていれば、打ち抜かれた孔とセグメント11,15の位置を容易に一致させることができ、位置センサを小型化することができる。
すなわち、セグメント11,15の幅を一定として、セグメント11,15の位置を変化させた場合には、打ち抜かれた孔とセグメント11,15の位置が一致させることが困難である。特に、全体を小型化しようとするときに、困難となる。そのため、位置センサの体格を大きくせざる得ない問題がある。それに対して、本実施例のように、sinカーブS1,S2及びcosカーブC1,C2の裾野の部分おいて、セグメント11,15の幅を変化させて、セグメント11,15の位置を一定としていれば、打ち抜かれた孔とセグメント11,15の位置を容易に一致させることができ、位置センサを小型化することができる。
また、本実施例の位置センサは、サインコイル2とコサインコイル1とを、立てられた先端高さが一致するように、重ね合わせて構成されている。ロータ32に対して、直角に立てられたセグメント11,15の高さ方向の位置精度が、直接位置センサの位置精度に影響を与える。従って、サインコイル2とコサインコイル1とを別々にプレス加工して、両者を組み合わせて励磁コイルを形成する時に、サインコイル2の直角に立てられたセグメント15と、コサインコイル1の直角に立てられたセグメント11の高さを一致させることは重要である。
また、本実施例の位置センサは、セグメント11,15及び渡り線部12,16が、プレス加工により形成されているので、渡り線部12,16の両端部13,14,17,18に通電するだけで、励磁コイルを励磁できる。すなわち、セグメント11,15に対して配線を必要としないため、製作が容易であり、低コストを実現できる。
また、本実施例の位置センサは、励磁コイルであるコサインコイル1,サインコイル2、及び検出コイル34がループ形状であり、検出コイル34の回転位置を検出するので、ハイブリッド自動車等のモータ軸に取り付けて、レゾルバとして使用することができる。
また、コサインコイル1及びサインコイル2に供給される電流が、高周波でAM変調されたcosカーブまたはsinカーブである。プレスで打ち抜いた板状のセグメント11,15に、数kHzのサイン波やコサイン波をそのまま流したのでは、磁束の発生が十分強くできないが、数百kHzの高周波でAM変調しているので、高周波により、板状のセグメント11,15であっても、強い磁束を発生させることが可能である。
ハイブリッド自動車等のモータ軸に取り付ける場合、モータ軸の軸心方向での位置のばらつきが存在するが、本実施例の位置センサによれば、軸心方向において、ロータの位置ずれが生じても、回転位置検出精度には、ほとんど影響を与えることがない。
また、本実施例の位置センサは、励磁コイルであるコサインコイル1,サインコイル2、及び検出コイル34がループ形状であり、検出コイル34の回転位置を検出するので、ハイブリッド自動車等のモータ軸に取り付けて、レゾルバとして使用することができる。
また、コサインコイル1及びサインコイル2に供給される電流が、高周波でAM変調されたcosカーブまたはsinカーブである。プレスで打ち抜いた板状のセグメント11,15に、数kHzのサイン波やコサイン波をそのまま流したのでは、磁束の発生が十分強くできないが、数百kHzの高周波でAM変調しているので、高周波により、板状のセグメント11,15であっても、強い磁束を発生させることが可能である。
ハイブリッド自動車等のモータ軸に取り付ける場合、モータ軸の軸心方向での位置のばらつきが存在するが、本実施例の位置センサによれば、軸心方向において、ロータの位置ずれが生じても、回転位置検出精度には、ほとんど影響を与えることがない。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
例えば、上記した実施の形態では、位置センサを回転検出器であるレゾルバに使用した場合について説明したが、直線式の位置検出センサに使用しても同様である。
例えば、上記した実施の形態では、位置センサを回転検出器であるレゾルバに使用した場合について説明したが、直線式の位置検出センサに使用しても同様である。
1 コサインコイル
2 サインコイル
11 コサインコイルのセグメント
12 コサインコイルの渡り線部
15 サインコイルのセグメント
16 サインコイルの渡り線部
31 ボディ
32 ステータ
33 ロータ
34 検出コイル
47 位相差検出器
2 サインコイル
11 コサインコイルのセグメント
12 コサインコイルの渡り線部
15 サインコイルのセグメント
16 サインコイルの渡り線部
31 ボディ
32 ステータ
33 ロータ
34 検出コイル
47 位相差検出器
Claims (6)
- 励磁信号を発生する励磁コイルと、励磁コイルが発生した励磁信号を検出する検出コイルと、検出コイルが検出した励磁信号に応じて検出コイルの位置を算出する位置算出器とを有する位置センサにおいて、
前記励磁コイルが、板状導電体であり、コイル作用をする直角に立てられたセグメントと、前記セグメントを結線するために両側に設けられた渡り線部とで構成されていることを特徴とする位置センサ。 - 請求項1に記載する位置センサにおいて、
前記セグメントの幅を変えることにより、前記励磁コイルとして、サインコイル、またはコサインコイルを構成することを特徴とする位置センサ。 - 請求項2に記載する位置センサにおいて、
前記サインコイルと前記コサインコイルとを、立てられた先端高さが一致するように、重ね合わせて構成されていることを特徴とする位置センサ。 - 請求項1乃至3に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、
前記セグメント及び前記渡り線部が、プレス加工により形成されたことを特徴とする位置センサ。 - 請求項1乃至請求項4に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、
前記励磁コイル及び前記検出コイルがループ形状であり、前記検出コイルの回転位置を検出することを特徴とする位置センサ。 - 請求項1乃至請求項5に記載する位置センサのいずれか1つにおいて、
前記励磁コイルに供給される電流が、高周波で変調されたcosカーブまたはsinカーブであることを特徴とする位置センサ。
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