JP2011069811A - Rotation angle sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle sensor capable of preventing reduction of yields, abolishing the use of expensive and complicated coilers, and reducing the tact time by individually forming yokes, and suppressing output errors that occur while the sensor is driven by forming closed magnetic circuits. <P>SOLUTION: This rotation angle sensor 1 includes: a rotor 10, formed of a magnetic body around which no windings are wound, having N salient poles or a sinusoidal gap permeance of N cycles; and a plurality of magnetic pole units 20, each including a yoke 21 and an exciting coil 23 and either a first output coil 24a or a second output coil 24b wound around the yoke 21, disposed around the rotor 10. The magnetic units 20 form independent closed magnetic circuits. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は回転角度センサに関する。   The present invention relates to a rotation angle sensor.

磁性体ロータの外周を囲むように内側向きに3種類の巻き線が重ね巻きされた複数個のコイルを有するセンサを配置し、ロータ回転によるローターコイル間ギャップの変化をSIN状の電圧出力に変換するセンサにおいて、固定子に巻くコイル巻き数をSIN分布上に配するとともに、機械巻きを可能にした技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。   A sensor having a plurality of coils in which three types of windings are wound inward so as to surround the outer periphery of the magnetic rotor is arranged, and the change in the gap between the rotor coils due to the rotation of the rotor is converted into a SIN voltage output. In this sensor, a technique is disclosed in which the number of coil turns wound around the stator is arranged on the SIN distribution and mechanical winding is enabled (for example, see Patent Document 1).

また、特許文献1に対し、出力コイルの巻き数を同じにすることにより、巻線工程を単純化した技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。   Further, a technique is disclosed in which the winding process is simplified by making the number of turns of the output coil the same as in Patent Document 1 (see, for example, Patent Document 2).

特許第3103487号公報Japanese Patent No. 3104487 特開2004−251733号公報JP 2004-251733 A

しかしながら、従来技術の特許文献1と特許文献2では、1枚の電磁鋼板からプレスにより成形した固定子を複数枚重ねることにより、磁極ユニットを含む固定子を成形するため、ロータを配置する内周部の電磁鋼板は使用されず、歩留まりが低い問題があった。また、固定子の内周に位置する複数の突起に対し、それぞれコイルを巻かなければならないため、特殊な巻線機が必要になると同時に、複雑な巻線工程が必要なため、タクトタイムが長くなる問題があった。また、ロータの外側にある固定子が磁気的に結合するため、隣り合うコイル同士による磁場干渉が発生し、出力に誤差が生じる問題があった。   However, in Patent Document 1 and Patent Document 2 of the prior art, an inner circumference on which a rotor is arranged to form a stator including a magnetic pole unit by stacking a plurality of stators formed by pressing from one electromagnetic steel sheet. Part of the electrical steel sheet was not used, resulting in a low yield. In addition, since a coil must be wound around each of the plurality of protrusions located on the inner periphery of the stator, a special winding machine is required, and at the same time, a complicated winding process is required. There was a problem of becoming longer. Further, since the stator outside the rotor is magnetically coupled, there is a problem in that magnetic field interference occurs between adjacent coils, resulting in an error in output.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり電磁鋼板の歩留まりが高く、タクトタイムの短縮が可能で、磁場干渉を低減した回転角度センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor in which the yield of electromagnetic steel sheets is high, tact time can be shortened, and magnetic field interference is reduced.

上述の課題を解決するために講じた第一の課題解決手段は、N個の突極又はNサイクルの正弦波状ギャップパーミアンスを有し、磁性体で構成されるロータと、励磁コイルとCOS出力を得る第一出力コイルおよびSIN出力を得る第二出力コイルの少なくともいずれか一方とを直接的または間接的にヨークに巻き付け、前記ロータの周囲に複数個配置される磁極ユニットと、を備える回転角度センサであって、前記磁極ユニットは、独立した閉磁路を形成していることである。   The first problem-solving means taken in order to solve the above-mentioned problems is that there are N salient poles or N cycles of sinusoidal gap permeance, a rotor made of a magnetic material, an excitation coil, and a COS output. A rotation angle sensor comprising: a first output coil to be obtained and at least one of a second output coil to obtain a SIN output directly or indirectly wound around a yoke, and a plurality of magnetic pole units arranged around the rotor The magnetic pole unit forms an independent closed magnetic circuit.

第二の課題解決手段は、N個の突極又はNサイクルの正弦波状ギャップパーミアンスを有し、磁性体で構成されるロータと、励磁コイルとCOS出力を得る第一出力コイルおよびSIN出力を得る第二出力コイルの少なくともいずれか一方とを直接的または間接的にヨークに巻き付け、前記ロータの周囲に複数個配置される磁極ユニットと、を備える回転角度センサであって、前記磁極ユニットは、非磁性体に固定されることである。   The second problem solving means has N salient poles or N cycles of sinusoidal gap permeance, obtains a rotor made of a magnetic material, an excitation coil, a first output coil for obtaining COS output, and a SIN output. A rotation angle sensor including a plurality of magnetic pole units that are wound around the yoke directly or indirectly around at least one of the second output coils, and the magnetic pole unit is a non-rotating sensor. It is fixed to a magnetic body.

また、第三の課題解決手段は、前記ヨークは、U字型形状を呈することである。   A third problem solving means is that the yoke has a U-shape.

また、第四の課題解決手段は、前記磁極ユニットは、前記ヨークのU字型形状の開口部が前記ロータと対向するように配置されることである。   A fourth problem solving means is that the magnetic pole unit is arranged so that the U-shaped opening of the yoke faces the rotor.

また、第五の課題解決手段は、前記励磁コイルと前記第一出力コイルと前記第二出力コイルとは、前記ヨークのU字型形状の屈曲部に巻き付けられることである。   A fifth problem solving means is that the exciting coil, the first output coil, and the second output coil are wound around a U-shaped bent portion of the yoke.

また、第六の課題解決手段は、前記第一出力コイルおよび前記第二出力コイルの巻き数とが同数であることである。   The sixth problem solving means is that the number of turns of the first output coil and the second output coil is the same.

また、第七の課題解決手段は、前記磁極ユニットは、前記ロータの回転軸から一定の距離に配置されることである。   A seventh problem solving means is that the magnetic pole unit is arranged at a constant distance from the rotation axis of the rotor.

また、第八の課題解決手段は、前記ロータは、巻き線を持たない構成であり、前記磁極ユニットは、(N×Y)個配置されることである。   The eighth problem-solving means is that the rotor does not have a winding, and (N × Y) magnetic pole units are arranged.

本発明によれば、本発明の回転角度センサは複数の個別の磁極ユニットから構成されているため、この磁極ユニットを構成するヨークが構成される電磁鋼板の歩留まりを高めることができる。また、磁極ユニットが独立することで、各磁極ユニットが独立した閉磁路を形成し、隣り合う磁極ユニットへの磁場干渉が低減して、回転角度の検出精度が向上する。   According to the present invention, since the rotation angle sensor of the present invention is composed of a plurality of individual magnetic pole units, it is possible to increase the yield of the electrical steel sheet that constitutes the yoke that constitutes the magnetic pole unit. In addition, since the magnetic pole units are independent, each magnetic pole unit forms an independent closed magnetic path, magnetic field interference to adjacent magnetic pole units is reduced, and the rotation angle detection accuracy is improved.

また、複数の磁極ユニットを独立して設けることで、ヨークを構成する電磁鋼板の歩留まりを高めることができる。そして、磁極ユニットは、非磁性体に固定されるため、各磁極ユニットが独立した閉磁路を形成し、隣り合う磁極ユニットへの磁場干渉が低減して、回転角度の検出精度が向上する。   Moreover, the yield of the electromagnetic steel plate which comprises a yoke can be improved by providing several magnetic pole unit independently. Since the magnetic pole unit is fixed to the non-magnetic material, each magnetic pole unit forms an independent closed magnetic path, magnetic field interference to the adjacent magnetic pole unit is reduced, and the rotation angle detection accuracy is improved.

また、ヨークはU字型形状を呈するため、特殊な巻き線機を用いず、ヨークを回転して、励磁コイルと出力コイルを巻き取ることができる。また、巻線時のコイル線の供給テンションと軸方向の送りピッチを正確にでき、コイル占積率が安定する整列巻きが可能になる。そのため、コイル占積率のばらつきに起因する出力変動が低減し、回転角度の検出精度が向上する。   Further, since the yoke has a U-shape, the exciting coil and the output coil can be wound up by rotating the yoke without using a special winding machine. In addition, the coil wire supply tension and the feed pitch in the axial direction can be accurately set during winding, and aligned winding with stable coil space factor is possible. As a result, output fluctuations due to variations in the coil space factor are reduced, and the rotation angle detection accuracy is improved.

また、磁極ユニットは、ヨークのU字型形状の開口部がロータと対向するように配置されるため、U字型形状のヨークの両端部とロータとの間のギャップが変化して、第一出力コイルと第二出力コイルに発生するCOS波形とSIN波形の2出力を比較することで、ロータの角度の検出が可能になる。   Further, since the magnetic pole unit is disposed so that the U-shaped opening of the yoke faces the rotor, the gap between the both ends of the U-shaped yoke and the rotor changes, and the first The rotor angle can be detected by comparing the two outputs of the COS waveform and the SIN waveform generated in the output coil and the second output coil.

また、励磁コイルと第一出力コイルと第二出力コイルとは、ヨークのU字型形状の屈曲部に巻き付けられるため、特殊な巻き線機を用いず、ヨークを回転して、励磁コイルと第一出力コイルと第二出力コイルとを巻き取ることができる。また、巻線時のコイル線の供給テンションと軸方向の送りピッチを正確にでき、コイル占積率が安定する整列巻きが可能になる。そのため、回転角度センサの駆動時にコイルから発生するインピーダンスが低減して、出力が向上する。   Further, since the exciting coil, the first output coil, and the second output coil are wound around the U-shaped bent portion of the yoke, the yoke is rotated without using a special winding machine. One output coil and the second output coil can be wound up. In addition, the coil wire supply tension and the feed pitch in the axial direction can be accurately set during winding, and aligned winding with stable coil space factor is possible. Therefore, the impedance generated from the coil when the rotation angle sensor is driven is reduced, and the output is improved.

また、第一出力コイルおよび第二出力コイルの巻き数とが同数であるため、第一出力コイルが巻かれるヨークと第二出力コイルが巻かれるヨークとに対し同時に出力コイルを巻くことが可能で、タクトタイムが低減する。   In addition, since the number of turns of the first output coil and the second output coil is the same, it is possible to simultaneously wind the output coil around the yoke around which the first output coil is wound and the yoke around which the second output coil is wound. , Tact time is reduced.

また、ロータの回転軸から一定の距離に独立した磁極ユニットを複数個配置するため、電磁鋼板の歩留まりを高めることができる。また、磁極ユニットが独立することで、各磁極ユニットが独立した閉磁路を形成し、隣り合う磁極ユニットへの磁場干渉が低減して、回転角度の検出精度が向上する。   In addition, since a plurality of independent magnetic pole units are arranged at a certain distance from the rotation axis of the rotor, the yield of electromagnetic steel sheets can be increased. In addition, since the magnetic pole units are independent, each magnetic pole unit forms an independent closed magnetic path, magnetic field interference to adjacent magnetic pole units is reduced, and the rotation angle detection accuracy is improved.

また、前記ロータは、巻き線を持たない構成であり、前記磁極ユニットは、(N×Y)個配置されることで、電磁鋼板の歩留まりを高めることができる。また、磁極ユニットが独立することで、各磁極ユニットが独立した閉磁路を形成し、隣り合う磁極ユニットへの磁場干渉が低減して、回転角度の検出精度が向上する。   In addition, the rotor has no winding, and (N × Y) magnetic pole units are arranged to increase the yield of the electromagnetic steel sheet. In addition, since the magnetic pole units are independent, each magnetic pole unit forms an independent closed magnetic path, magnetic field interference to adjacent magnetic pole units is reduced, and the rotation angle detection accuracy is improved.

本発明における回転角度センサの構成図である。It is a block diagram of the rotation angle sensor in this invention. 本発明における磁極ユニットの構成図である。It is a block diagram of the magnetic pole unit in this invention. 本発明における磁極ユニットのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the magnetic pole unit in this invention. 本発明における各コイルの配線図である。It is a wiring diagram of each coil in the present invention. 本発明における回転角度センサの出力結果の一例である。It is an example of the output result of the rotation angle sensor in this invention. 従来構造における回転角度センサの構成図である。It is a block diagram of the rotation angle sensor in a conventional structure. 従来構造における回転角度センサに対し、磁場解析を行った結果のグラフである。It is a graph of the result of having performed magnetic field analysis to the rotation angle sensor in the conventional structure. 本発明における回転角度センサに対し、磁場解析を行った結果のグラフである。It is a graph of the result of having performed magnetic field analysis to the rotation angle sensor in the present invention.

以下、本実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明における回転角度センサ1の構成図である。本実施例にかかる回転角度センサ1は、N個の突極又は、Nサイクルの正弦波状ギャップパーミアンスを有し、磁性体で構成される楕円形状のロータ10と、励磁コイル23とCOS出力を得る第一出力コイル24aまたはSIN出力を得る第二出力コイル24bの少なくともいずれか一方のコイル22とをヨーク21に巻き付け、ロータ10の回転軸から一定の距離に(N×Y)個(Yは4以上の整数)配置される磁極ユニット20とを備えている。すなわち、磁極ユニット20はロータ10の周囲(ロータ10の外周外側)に配置されている。   FIG. 1 is a configuration diagram of a rotation angle sensor 1 according to the present invention. The rotation angle sensor 1 according to the present embodiment has N salient poles or N cycles of sinusoidal gap permeance, and obtains an elliptical rotor 10 made of a magnetic material, an excitation coil 23 and a COS output. At least one of the first output coil 24a and the second output coil 24b for obtaining the SIN output is wound around the yoke 21, and (N × Y) (Y is 4) at a fixed distance from the rotation axis of the rotor 10. The above-described integer) magnetic pole unit 20 is provided. That is, the magnetic pole unit 20 is disposed around the rotor 10 (outside of the outer periphery of the rotor 10).

本実施例では、N=2、Y=4としたため、配置する磁極ユニット20の数は8個となるが、NとYの数を変えることで、ロータ10の形状と磁極ユニット20の数を変えて設計することが可能である。また、Yの値が増加すれば磁極ユニットの数が増加するため、出力精度も向上する。また、ヨーク21に対し、巻き線を直接的に巻く場合でも、ヨーク21を樹脂材によるボビンで被ってボビンの外周に間接的に巻き線を巻く場合でも同様の効果が得られる。また、ヨーク21と励磁コイル23に対し、第一出力コイル24aと第二出力コイル24bとを両方巻回した場合、第一出力コイル24aのみを巻回した場合、第二出力コイル24bのみを巻回した場合でも同様の効果を得ることが可能である。なお、複数の磁極ユニット20は、ロータ10の円周外側であって、ロータ10の回転軸から一定の距離に着脱可能に配置されてもよいし、それぞれが固定した状態で配置されてもよい。また、止め具25の固定方法としては、穴部を用いてネジやナットを用いて固定する方法、固定する部材に止め具25をはめ込み固定する方法などが、用いられる。   In this embodiment, since N = 2 and Y = 4, the number of magnetic pole units 20 to be arranged is eight. However, by changing the number of N and Y, the shape of the rotor 10 and the number of magnetic pole units 20 can be changed. It is possible to design by changing. Moreover, since the number of magnetic pole units increases as the value of Y increases, the output accuracy also improves. The same effect can be obtained even when the winding is wound directly on the yoke 21 or when the winding is wound indirectly on the outer periphery of the bobbin by covering the yoke 21 with a bobbin made of a resin material. Further, when both the first output coil 24a and the second output coil 24b are wound around the yoke 21 and the exciting coil 23, when only the first output coil 24a is wound, only the second output coil 24b is wound. The same effect can be obtained even when turned. The plurality of magnetic pole units 20 may be arranged so as to be detachable at a certain distance from the rotation axis of the rotor 10 on the outer circumference of the rotor 10, or may be arranged in a fixed state. . In addition, as a fixing method of the stopper 25, a method of fixing with a screw or a nut using a hole, a method of fitting the stopper 25 into a member to be fixed, and the like are used.

図2は、本発明における磁極ユニット20の構成図である。本発明で用いる磁極ユニット20は、U字型形状をしたヨーク21と、ヨーク21の屈曲部27に巻回されるコイル22(励磁コイル23と第一出力コイル24a(または第二出力コイル24b))と、ヨーク21の端部に止め具25とを備えている。磁極ユニット20は、上述した止め具25の固定方法により、図4に示されるように、開口部26がロータ10と対向するように配置される。本実施例のヨーク21はプレスした電磁鋼板を12枚重ね、溶接などにより一体化した構成である。なお、本実施例ではヨーク21の形状をU字型形状と表現しているが、U字型形状にはC字型、コ字型、馬蹄形型などの形状を含む。   FIG. 2 is a configuration diagram of the magnetic pole unit 20 in the present invention. The magnetic pole unit 20 used in the present invention includes a U-shaped yoke 21 and a coil 22 (excitation coil 23 and first output coil 24a (or second output coil 24b) wound around a bent portion 27 of the yoke 21. ) And a stopper 25 at the end of the yoke 21. As shown in FIG. 4, the magnetic pole unit 20 is arranged so that the opening 26 faces the rotor 10 by the fixing method of the stopper 25 described above. The yoke 21 of this embodiment has a configuration in which twelve pressed electromagnetic steel plates are stacked and integrated by welding or the like. In this embodiment, the shape of the yoke 21 is expressed as a U-shape, but the U-shape includes shapes such as a C-shape, a U-shape, and a horseshoe shape.

図3は、本発明における磁極ユニット20のA−A断面図である。まず、ヨーク21の屈曲部27に励磁コイル23を巻き、その上に第一出力コイル24a(または第二出力コイル24b)が巻回される構造になっている。また、各ヨーク21に巻かれた励磁コイル23および第一出力コイル24a(または第二出力コイル24b)の巻き数、巻き方の例を表1に示す。   FIG. 3 is an AA cross-sectional view of the magnetic pole unit 20 in the present invention. First, the exciting coil 23 is wound around the bent portion 27 of the yoke 21, and the first output coil 24a (or the second output coil 24b) is wound thereon. Table 1 shows an example of the number of windings and the winding method of the exciting coil 23 and the first output coil 24a (or the second output coil 24b) wound around each yoke 21.

表1において、ヨーク名の(A)〜(H)については後述する図4における(A)〜(H)と対応する。表1におけるマイナス表記は、マイナス表記をしていない巻き数におけるコイルの巻き方向に対して逆巻きを意味している。表1における「出力コイル巻き数」の「COS」、「SIN」は、それぞれいわゆる「COS巻線」、「SIN巻線」を意味し、本実施形態においてはそれぞれ、COS出力を得る第一出力コイル24a、SIN出力を得る第二出力コイル24bに対応する。   In Table 1, the yoke names (A) to (H) correspond to (A) to (H) in FIG. The minus notation in Table 1 means reverse winding with respect to the winding direction of the coil at the number of turns not represented by minus. “COS” and “SIN” of “number of output coil turns” in Table 1 mean so-called “COS winding” and “SIN winding”, respectively. In this embodiment, the first output for obtaining COS output, respectively. The coil 24a corresponds to the second output coil 24b that obtains the SIN output.

なお、コイルの巻き数を、誘導起電圧分布が各々正弦波分布となるような分布巻き(そのコイルの巻き数も正弦波分布状となる)としてもよく、このような分布巻きにおいても、本実施例と同様の効果が得られる。

Figure 2011069811
Note that the number of turns of the coil may be distributed so that the induced electromotive force distribution is a sinusoidal distribution (the number of turns of the coil is also a sinusoidal distribution). The same effect as the embodiment can be obtained.
Figure 2011069811

図4は、本発明における励磁コイル23と第一出力コイル24aと第二出力コイル24bの配線図である。励磁コイル23は電気的に直列に接続されている。また、図4における複数の磁極ユニット20及びヨーク21のそれぞれに対して、図4に示すように(A)〜(H)の符号を付して説明する。ヨーク21(C)とヨーク21(E)とヨーク21(G)とヨーク21(A)のそれぞれに巻かれる第一出力コイル24aは、図4に示すように電気的に直列に接続される。同様に、ヨーク21(B)とヨーク21(D)とヨーク21(F)とヨーク21(H)のそれぞれに巻かれる第二出力コイル24bも図4に示すように電気的に直列に接続される。   FIG. 4 is a wiring diagram of the exciting coil 23, the first output coil 24a, and the second output coil 24b in the present invention. The exciting coil 23 is electrically connected in series. Further, each of the plurality of magnetic pole units 20 and the yoke 21 in FIG. 4 will be described with reference numerals (A) to (H) as shown in FIG. The first output coil 24a wound around each of the yoke 21 (C), the yoke 21 (E), the yoke 21 (G), and the yoke 21 (A) is electrically connected in series as shown in FIG. Similarly, the second output coil 24b wound around each of the yoke 21 (B), the yoke 21 (D), the yoke 21 (F) and the yoke 21 (H) is also electrically connected in series as shown in FIG. The

図5は本発明における回転角度センサの出力結果の一例である。図5(I)は第一出力コイル24aによる出力結果の一例、図5(II)は第二出力コイル24bによる出力結果の一例である。横軸は、ロータ10の回転角度θを表し、縦軸は第一出力コイル24aと第二出力コイル24bから得られる電圧値Vを示す。   FIG. 5 is an example of the output result of the rotation angle sensor in the present invention. FIG. 5 (I) shows an example of the output result by the first output coil 24a, and FIG. 5 (II) shows an example of the output result by the second output coil 24b. The horizontal axis represents the rotation angle θ of the rotor 10, and the vertical axis represents the voltage value V obtained from the first output coil 24a and the second output coil 24b.

次に本発明の動作について説明を行う。   Next, the operation of the present invention will be described.

上記の構成において、励磁コイル23には、例えば10kHz、10Vの正弦波電圧が励磁される。ロータ10が回転することで、ロータ10と、ロータ10の回転軸から一定の距離に配置されている磁極ユニット20のヨーク21と、の間のギャップが変化する。そうすると、ヨーク21の磁気抵抗が変化し、第一出力コイル24aと第二出力コイル24bに発生する出力電圧が正弦波状に変化する。第一出力コイル24aと第二出力コイル24bは、機械角で45°変化させて配置しているため、軸倍角2Xである本構造は、図5のように位相が90°変化して出力する。それにより、得られるCOS波形とSIN波形の2出力を比較することで、ロータ10の角度を検出が可能となる。   In the above configuration, a sine wave voltage of 10 kHz, 10 V, for example, is excited in the exciting coil 23. As the rotor 10 rotates, the gap between the rotor 10 and the yoke 21 of the magnetic pole unit 20 arranged at a certain distance from the rotation axis of the rotor 10 changes. Then, the magnetic resistance of the yoke 21 changes, and the output voltage generated in the first output coil 24a and the second output coil 24b changes in a sine wave shape. Since the first output coil 24a and the second output coil 24b are arranged with a 45 ° change in mechanical angle, this structure having a shaft angle multiplier of 2X outputs with a phase change of 90 ° as shown in FIG. . Thereby, the angle of the rotor 10 can be detected by comparing the two outputs of the obtained COS waveform and SIN waveform.

ここで、従来構造と本発明の磁場解析結果について説明する。   Here, the conventional structure and the magnetic field analysis result of the present invention will be described.

図6は、従来構造の回転角度センサ30である。ロータ40と固定子50と固定子50の内周に突起した14個の磁極ユニット51を備えている。それぞれの位置には(a)〜(n)の符号を付して説明する。また、磁極ユニット51は、励磁コイル53と第一出力コイル54aおよび第二出力コイル54bの少なくともいずれか一方とであるコイル52を備えている。   FIG. 6 shows a rotation angle sensor 30 having a conventional structure. The rotor 40, the stator 50, and 14 magnetic pole units 51 protruding from the inner periphery of the stator 50 are provided. Each position will be described with reference numerals (a) to (n). The magnetic pole unit 51 includes a coil 52 that is an excitation coil 53 and at least one of a first output coil 54a and a second output coil 54b.

図7は、図6の従来構造における回転角度センサ30に対し、磁場解析を行った結果のグラフである。解析は磁極ユニット51(g)にのみコイル52を巻いて実施した。横軸は磁極ユニット、縦軸は鎖交磁場を示す。磁極ユニット51は固定子50と磁気的に繋がっているため、磁極ユニット51(g)と隣り合う磁極ユニット51(f)と磁極ユニット51(h)に対し、それぞれ8%程度の磁束漏れがあった。また、磁極ユニット51(a)〜(n)全体では52.4%程度の磁束漏れがあった。   FIG. 7 is a graph showing a result of magnetic field analysis performed on the rotation angle sensor 30 in the conventional structure of FIG. The analysis was performed by winding the coil 52 only around the magnetic pole unit 51 (g). The horizontal axis indicates the magnetic pole unit, and the vertical axis indicates the interlinkage magnetic field. Since the magnetic pole unit 51 is magnetically connected to the stator 50, there is about 8% magnetic flux leakage with respect to the magnetic pole unit 51 (f) and the magnetic pole unit 51 (h) adjacent to the magnetic pole unit 51 (g). It was. Further, the magnetic pole units 51 (a) to (n) as a whole had a magnetic flux leakage of about 52.4%.

図8は、本発明における回転角度センサ1に対し、磁場解析を行った結果のグラフである。解析は図4における磁極ユニット20(D)にのみコイル22を巻いて実施した。横軸は磁極ユニット、縦軸は鎖交磁場を示す。磁極ユニット20は磁気的に独立しているため、磁極ユニット20(D)と隣り合う磁極ユニット20(C)と磁極ユニット20(E)に対し、それぞれ0.3%程度に磁束漏れを抑えることができた。また、磁極ユニット20(A)〜(H)全体では0.65%程度に磁束漏れを抑えることができた。   FIG. 8 is a graph showing a result of magnetic field analysis performed on the rotation angle sensor 1 according to the present invention. The analysis was performed by winding the coil 22 only on the magnetic pole unit 20 (D) in FIG. The horizontal axis indicates the magnetic pole unit, and the vertical axis indicates the interlinkage magnetic field. Since the magnetic pole unit 20 is magnetically independent, the magnetic flux leakage is suppressed to about 0.3% with respect to the magnetic pole unit 20 (C) and the magnetic pole unit 20 (E) adjacent to the magnetic pole unit 20 (D). I was able to. Moreover, the magnetic flux leakage could be suppressed to about 0.65% in the whole magnetic pole units 20 (A) to (H).

本実施例のように磁極ユニット20を独立させて成形することで、電磁鋼板の歩留まりが高まり、コスト低減が可能になる。また、ヨーク21はU字型形状を呈しているため、ヨーク21を回転させることでコイル22を巻くことができる。また、巻線時のコイル線の供給テンションと軸方向の送りピッチを正確にでき、コイル占積率が安定する整列巻きが可能になる。そのため、コイル占積率のばらつきに起因する出力変動が低減し、回転角度の検出精度が向上する。また、コイル22の巻き方は順方向と逆方向の2種類、巻き数が等しいことから、励磁コイル23と第一出力コイル24aまたは第二出力コイル24bの少なくともいずれか一方を複数のヨーク21に対して、同種の巻き方のコイルを同時に巻くことができるため、タクトタイムを短縮することが可能になる。   By forming the magnetic pole unit 20 independently as in this embodiment, the yield of the electromagnetic steel sheet is increased and the cost can be reduced. Further, since the yoke 21 has a U-shaped shape, the coil 22 can be wound by rotating the yoke 21. In addition, the coil wire supply tension and the feed pitch in the axial direction can be accurately set during winding, and aligned winding with stable coil space factor is possible. As a result, output fluctuations due to variations in the coil space factor are reduced, and the rotation angle detection accuracy is improved. In addition, since the winding method of the coil 22 is two types, the forward direction and the reverse direction, and the number of windings is the same, at least one of the exciting coil 23 and the first output coil 24a or the second output coil 24b is connected to the plurality of yokes 21. On the other hand, since the same type of coil can be wound at the same time, the tact time can be shortened.

また、複数ある磁極ユニット20を固定する部材として、アルミなどの非磁性体金属、または樹脂などの非磁性体の部材を用いることが可能である。上記のような非磁性体の部材に固定することにより、磁束の漏れを抑えることができ、磁極ユニット20はそれぞれが磁気的に独立するため、回転角度センサ1駆動時に発生する磁束漏れによる誤差を防止することが可能になる。   In addition, as a member for fixing the plurality of magnetic pole units 20, a nonmagnetic metal such as aluminum or a nonmagnetic member such as resin can be used. By fixing to a non-magnetic member as described above, leakage of magnetic flux can be suppressed, and each magnetic pole unit 20 is magnetically independent. It becomes possible to prevent.

また、磁極ユニット20は、ヨーク21のU字型形状の開口部26がロータ10と対向するように配置されており、U字型形状のヨーク21の両端部とロータ10との間のギャップが変化して、第一出力コイル24aと第二出力コイル24bとにそれぞれCOS波形とSIN波形との2出力が発生する。このCOS波形の信号とSIN波形の信号とを比較・処理等することで、ロータ10の回転角度の検出が可能になる。   In addition, the magnetic pole unit 20 is disposed so that the U-shaped opening 26 of the yoke 21 faces the rotor 10, and a gap between both ends of the U-shaped yoke 21 and the rotor 10 is provided. As a result, two outputs of a COS waveform and a SIN waveform are generated in the first output coil 24a and the second output coil 24b, respectively. The rotation angle of the rotor 10 can be detected by comparing and processing the COS waveform signal and the SIN waveform signal.

また、励磁コイル23、第一出力コイル24a、第二出力コイル24bは、上述したようにヨーク21のU字型形状の屈曲部27に巻き付けられるため、特殊な巻き線機を用いず、ヨーク21を回転させて励磁コイル23と第一出力コイル24aと第二出力コイル24bとを巻き取ることで、励磁コイル23、第一出力コイル24a、第二出力コイル24bをヨーク21へ巻回させることができる。   Further, since the exciting coil 23, the first output coil 24a, and the second output coil 24b are wound around the U-shaped bent portion 27 of the yoke 21, as described above, the yoke 21 is not used without using a special winding machine. Is rotated to wind up the exciting coil 23, the first output coil 24a, and the second output coil 24b, whereby the exciting coil 23, the first output coil 24a, and the second output coil 24b can be wound around the yoke 21. it can.

1・・・回転角度センサ
10・・・ロータ
20・・・磁極ユニット
21・・・ヨーク
23・・・励磁コイル
24a・・・第一出力コイル
24b・・・第二出力コイル
26・・・開口部
27・・・屈曲部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotation angle sensor 10 ... Rotor 20 ... Magnetic pole unit 21 ... Yoke 23 ... Excitation coil 24a ... First output coil 24b ... Second output coil 26 ... Opening Part 27 ... Bent part

Claims (8)

N個の突極又はNサイクルの正弦波状ギャップパーミアンスを有し、磁性体で構成されるロータと、
励磁コイルとCOS出力を得る第一出力コイルおよびSIN出力を得る第二出力コイルの少なくともいずれか一方とを直接的または間接的にヨークに巻き付け、前記ロータの周囲に複数個配置される磁極ユニットと、
を備える回転角度センサであって、
前記磁極ユニットは、独立した閉磁路を形成することを特徴とする回転角度センサ。
A rotor having N salient poles or N cycles of sinusoidal gap permeance and made of a magnetic material;
A magnetic pole unit that is arranged around the rotor, wherein the exciting coil and at least one of the first output coil that obtains the COS output and the second output coil that obtains the SIN output are directly or indirectly wound around the yoke; ,
A rotation angle sensor comprising:
The rotation angle sensor, wherein the magnetic pole unit forms an independent closed magnetic path.
N個の突極又はNサイクルの正弦波状ギャップパーミアンスを有し、磁性体で構成されるロータと、
励磁コイルとCOS出力を得る第一出力コイルおよびSIN出力を得る第二出力コイルの少なくともいずれか一方とを直接的または間接的にヨークに巻き付け、前記ロータの周囲に複数個配置される磁極ユニットと、
を備える回転角度センサであって、
前記磁極ユニットは、非磁性体に固定されることを特徴とする回転角度センサ。
A rotor having N salient poles or N cycles of sinusoidal gap permeance and made of a magnetic material;
A magnetic pole unit that is arranged around the rotor, wherein the exciting coil and at least one of the first output coil that obtains the COS output and the second output coil that obtains the SIN output are directly or indirectly wound around the yoke; ,
A rotation angle sensor comprising:
The rotation angle sensor, wherein the magnetic pole unit is fixed to a non-magnetic material.
前記ヨークは、U字型形状を呈することを特徴とする請求項1または2に記載の回転角度センサ。 The rotation angle sensor according to claim 1, wherein the yoke has a U shape. 前記磁極ユニットは、前記ヨークのU字型形状の開口部が前記ロータと対向するように配置されることを特徴とする請求項3に記載の回転角度センサ。 The rotation angle sensor according to claim 3, wherein the magnetic pole unit is disposed such that a U-shaped opening of the yoke faces the rotor. 前記励磁コイルと前記第一出力コイルと前記第二出力コイルとは、前記ヨークのU字型形状の屈曲部に巻き付けられることを特徴とする請求項3または4に記載の回転角度センサ。 5. The rotation angle sensor according to claim 3, wherein the excitation coil, the first output coil, and the second output coil are wound around a U-shaped bent portion of the yoke. 前記第一出力コイルおよび前記第二出力コイルの巻き数とが同数であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の回転角度センサ。 The rotation angle sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the first output coil and the second output coil have the same number of turns. 前記磁極ユニットは、前記ロータの回転軸から一定の距離に配置されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回転角度センサ。 The rotation angle sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the magnetic pole unit is disposed at a constant distance from a rotation axis of the rotor. 前記ロータは、巻き線を持たない構成で、
前記磁極ユニットは、(N×Y)個配置されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の回転角度センサ。
The rotor has a configuration without windings,
The rotation angle sensor according to claim 1, wherein (N × Y) magnetic pole units are arranged.
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