JP2012018090A - Rotation angle detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body.
近年、例えば自動車に搭載されるパワーステアリング装置やエアコンディショナなどでは、その駆動源となるモータとして、いわゆるブラシレスモータが使用されることが多い。このブラシレスモータは、一般に、永久磁石によって形成されるロータと、通電可能とされたコイルからなるステータとを有し、ステータに供給される電力に応じた電磁力をロータに作用させることでモータの回転軸を回転させるものである。そして、このブラシレスモータでは、通常、ロータの回転角度を検出する回転角度検出装置が設けられており、この回転角度検出装置を通じて検出されるロータの回転角度に基づいて上記ステータへの給電を制御し、これによってモータの回転軸の回転態様を制御するようにしている。 In recent years, for example, in a power steering device or an air conditioner mounted on an automobile, a so-called brushless motor is often used as a motor serving as a driving source. This brushless motor generally has a rotor formed of permanent magnets and a stator made of a coil that can be energized, and an electromagnetic force corresponding to the electric power supplied to the stator is applied to the rotor to cause the motor to move. The rotating shaft is rotated. The brushless motor is usually provided with a rotation angle detection device that detects the rotation angle of the rotor, and controls power feeding to the stator based on the rotation angle of the rotor detected through the rotation angle detection device. Thus, the rotation mode of the rotation shaft of the motor is controlled.
このようなロータ、あるいは回転軸等の回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置としては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この回転角度検出装置は、回転体と一体となって回転するパルスリングと、同パルスリングの外周面に対向して配置される励磁コイル、及び励磁コイルの内側に配置される検出コイルとを有している。ここで、パルスリングは磁性材料からなる部材であって、その回転方向に所定間隔で溝が形成されている。このように構成された回転角度検出装置では、励磁コイルによってパルスリングに渦電流を発生させ、当該渦電流により発生する磁束を検出コイルによって検出する。パルスリングには、所定間隔で溝が形成されているので、パルスリングが回転すると溝の有無によって渦電流に変化が生じる。この渦電流の変化に伴い、検出コイルで検出される磁束も変化する。この回転角度検出装置では、磁束の変化に応じて変化する検出コイルに誘起される電圧に基づいて、回転体の回転角度を算出している。
As such a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a rotor or a rotation body such as a rotation shaft, for example, the one described in
特許文献1の回転角度検出装置では、パルスリングが回転した際に、パルスリングに形成された溝の有無により変化する磁界を検出することによって、回転角度の角度検出を行っている。特許文献1では、この回転角度検出装置を軸受に利用しているため、回転体の軸ずれの想定はされていない。しかし、この構成の回転角度検出装置を軸ずれが起き得るもの、例えば、モータなどに適用した場合、励磁コイルとパルスリングとの距離、あるいは検出コイルとパルスリングとの距離が変化することが想定される。検出コイルに誘起される電圧は、励磁コイルとパルスリングとの距離、あるいは検出コイルとパルスリングとの距離が変化することによっても変化する。このような状況では、検出コイルに誘起される電圧の変化が、軸ずれによるものであるのか、パルスリングの回転に伴う溝の有無の検出によるものであるのかが不明となるおそれがある。従って、回転角度の算出の精度が低下するおそれがある。なお、回転角度検出装置として、ホールセンサ等の磁気センサと磁石とを使用したものも知られているが、この場合も同様の課題がある。
In the rotation angle detection device of
本発明は、こうした実状を鑑みてなされたものであり、その目的は、精度のよい角度検出を可能とする回転角度検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that enables accurate angle detection.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、検出対象と一体回転する円筒状の回転体の回転角度を検出対象の回転角度として検出する回転角度検出装置において、前記回転体は、その外周面に複数のマークが回転方向の全周に亘って間隔をおいて設けられた部分である溝回転体と、同じくマークが回転方向の全周に亘って設けられない部分である基準回転体と、を備え、前記回転体が回転したとき、マークの有無によって変化する前記回転体から発せられる磁界に応じた正弦信号を生成するセンサを溝回転体及び基準回転体の外周面にそれぞれ対向して設け、前記溝回転体に対向するセンサにより生成される正弦信号に基づき前記回転体の回転角度を求めるとともに、前記基準回転体に対向するセンサにより生成される信号に基づき前記回転体の軸ずれの有無を検出し、前記軸ずれが検出されるときには、前記溝回転体に対向するセンサにより生成される正弦信号を補正して、この補正後の信号に基づき回転体の回転角度を算出することを要旨とする。
In order to solve the above-described problem, the invention of
この回転角度検出装置では、回転体が回転することによる、磁界の変化を利用している。このような回転角度検出装置では、回転体の軸ずれが起きて、回転体とセンサとの距離が変化した場合であっても、磁界の変化が起こるので、この磁界の変化から回転体の回転角度が変化したと判断されるおそれがある。そこで、同構成によれば、その外周面が面一に形成された基準回転体を採用している。基準回転体は、回転した場合でも、マークが形成されてないので、基準回転体において磁界が変化することはない。換言すれば、基準回転体とセンサとの距離の変化の変化に伴う磁界の変化が検出されれば、位置ずれが起きていることを検出することができる。従って、回転体に基準回転体を採用することによって、磁界の変化が、回転体の回転に伴うマークの有無により生じるものであるのか、回転体の軸ずれによるものであるのかを検出することができる。磁界の変化が、回転体の軸ずれによるものであるときは、基準回転体に対向するセンサにより形成される正弦信号に基づき、溝回転体に対向するセンサにより生成される信号を、回転体の軸ずれに起因して変化した分だけ補正することにより、軸ずれ分のデータについて補正を行うことにより、回転体の回転角度を精度の良く検出することができる。 In this rotation angle detection device, a change in the magnetic field caused by the rotation of the rotating body is used. In such a rotation angle detection device, even when the axis of the rotating body is displaced and the distance between the rotating body and the sensor changes, the magnetic field changes. Therefore, the rotating body rotates from the change in the magnetic field. There is a risk that the angle has been changed. Therefore, according to the same configuration, a reference rotating body whose outer peripheral surface is formed flush with each other is adopted. Even when the reference rotator is rotated, no mark is formed, so that the magnetic field does not change in the reference rotator. In other words, if a change in the magnetic field accompanying a change in the distance between the reference rotator and the sensor is detected, it is possible to detect that a positional deviation has occurred. Therefore, by adopting the reference rotator as the rotator, it is possible to detect whether the change in the magnetic field is caused by the presence or absence of a mark accompanying the rotation of the rotator or due to the axis deviation of the rotator. it can. When the change in the magnetic field is due to the axial displacement of the rotating body, the signal generated by the sensor facing the groove rotating body is generated based on the sine signal formed by the sensor facing the reference rotating body. By correcting the amount of change due to the axis deviation, the rotation angle of the rotating body can be detected with high accuracy by correcting the data for the axis deviation.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の回転角度検出装置において、前記溝回転体は、前記複数のマークを所定間隔で備える第1溝回転体と、前記複数のマークを前記第1溝回転体と異なる所定間隔で備える第2溝回転体とを備えることを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to the first aspect, the groove rotator includes a first groove rotator including the plurality of marks at a predetermined interval, and the plurality of marks. The gist is to include a second groove rotating body provided at a predetermined interval different from the one groove rotating body.
同構成によれば、回転角度検出装置は、回転体が、マークの配置間隔が異なる第1溝回転体と第2溝回転体とを備えることにより、これらの双方から回転角度を検出することができる。これら第1溝回転体と第2溝回転体との双方から得られるデータから、この回転角度検出装置では、回転体の1周(360°)における絶対角の算出が可能になる。 According to the same configuration, the rotation angle detection device includes the first groove rotation body and the second groove rotation body having different arrangement intervals of the marks, so that the rotation angle can be detected from both of them. it can. From the data obtained from both the first groove rotator and the second groove rotator, the rotation angle detector can calculate an absolute angle in one rotation (360 °) of the rotator.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の回転角度検出装置において、前記回転体は、第1溝回転体と第2溝回転体との間に基準回転体が設けられてなることを要旨とする。
同構成によれば、回転角度検出装置は、基準回転体が第1溝回転体と第2溝回転体との間に設けられることにより、回転体が径方向へ変位する軸ずれを好適に検出することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to the second aspect, the rotating body is configured such that a reference rotating body is provided between the first groove rotating body and the second groove rotating body. Is the gist.
According to this configuration, the rotation angle detection device suitably detects an axial deviation in which the rotating body is displaced in the radial direction by providing the reference rotating body between the first groove rotating body and the second groove rotating body. can do.
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の回転角度検出装置において、前記回転体は、第1溝回転体及び第2溝回転体を基準回転体が挟む態様で設けられてなることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to the second aspect, the rotating body is provided in such a manner that a reference rotating body sandwiches the first groove rotating body and the second groove rotating body. Is the gist.
同構成によれば、回転角度検出装置は、基準回転体が両側にあることにより、回転体の軸ずれに伴う同回転体とセンサとの距離を検出することができる。これにより、回転角度検出装置は、回転体とセンサとの距離の変化から回転体が傾くことによる軸ずれ、回転体が径方向へ変位することによる軸ずれ、更に回転体が軸方向へ変位する軸ずれを検出することができる。 According to this configuration, the rotation angle detection device can detect the distance between the rotation body and the sensor due to the axial deviation of the rotation body because the reference rotation body is on both sides. As a result, the rotation angle detection device is configured such that the rotational body is tilted due to the change in the distance between the rotational body and the sensor, the axial displacement due to the rotational body being displaced in the radial direction, and the rotational body is further displaced in the axial direction. Axis deviation can be detected.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転角度検出装置において、前記回転体が導電性材料からなるとともに、前記マークが溝又は突部からなり、前記センサは、前記回転体の外周面に交番磁界を付与することにより同外周面に渦電流を発生させる励磁コイルと、前記回転体の外周面に発生した渦電流に起因して生じる磁界の変化を検出する検出コイルとを備え、前記検出コイルを通じて検出される磁界の変化に基づいて前記溝又は突部の近接を検知する渦電流探傷センサであることを要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to any one of the first to fourth aspects, the rotating body is made of a conductive material, the mark is made of a groove or a protrusion, The sensor includes an exciting coil that generates an eddy current on the outer peripheral surface of the rotating body by applying an alternating magnetic field to the outer peripheral surface of the rotating body, and a magnetic field change caused by the eddy current generated on the outer peripheral surface of the rotating body. The gist of the present invention is an eddy current flaw detection sensor that includes a detection coil for detection and detects the proximity of the groove or the protrusion based on a change in a magnetic field detected through the detection coil.
同構成によれば、円筒状の導電性材料に溝を形成するのみで、回転角度の検出に適した回転体を容易に構成することができる。 According to this configuration, it is possible to easily configure a rotating body suitable for detection of a rotation angle only by forming a groove in a cylindrical conductive material.
本発明では、精度のよい角度検出を可能とする回転角度検出装置を提供することができる。 In the present invention, it is possible to provide a rotation angle detection device that enables accurate angle detection.
以下、本発明をブラシレスモータに設けられる回転角度検出装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示されるように、ブラシレスモータ10のモータ軸11には、回転体20が一体回転可能に設けられている。この回転体20は導電性材料により円筒状に形成されている。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a rotation angle detection device provided in a brushless motor will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a rotating
回転体20は、3つの部分、すなわち基準回転体21と、第1及び第2溝回転体23,24とにより構成される。基準回転体21の外周面は面一に形成されている。第1溝回転体23の外周面には、回転方向において一定間隔で6本(60°毎に1本)の溝Dが形成されている。第2溝回転体24の外周面には、回転方向において一定間隔で5本(72°毎に1本)の溝Dが形成されている。各溝Dは、モータ軸11の軸線に沿って延びている。回転体20は、モータ10側(図示右側)から第1溝回転体23、基準回転体21、第2溝回転体24の順番で設けられている。
The
回転体20の外周側には、第1〜第3の渦電流探傷センサ30A,30B,30Cが設けられている。これら、渦電流探傷センサ30A,30B,30Cは、それぞれ制御装置12に接続されている。制御装置12は、渦電流探傷センサ30A,30B,30Cの検出信号に基づきモータ10を制御する。
First to third eddy current flaw detection sensors 30 </ b> A, 30 </ b> B, and 30 </ b> C are provided on the outer peripheral side of the
図2に示すように、第1渦電流探傷センサ30Aは、励磁コイル31Aと、3つの検出コイル32AK,32A1,32A2とから構成される。励磁コイル31Aは、基準回転体21、第1及び第2溝回転体23,24の外周面にまたがって対応する。3つの検出コイル32AK,32A1,32A2は、それぞれ基準回転体21、第1及び第2溝回転体23,24の外周面に対応する。3つの検出コイル32AK,32A1,32A2は、励磁コイル31Aの内部に設けられている。励磁コイル31Aと3つの検出コイル32AK,32A1,32A2とは、合成樹脂材料により一体成型されている。励磁コイル31Aは、交流電圧の供給に基づいて回転体20の外周面に対して交番磁界を印加して、回転体20、すなわち基準回転体21、第1及び第2溝回転体23,24のそれぞれの外周面にまたがるかたちで渦電流を発生させる。3つの検出コイル32AK,32A1,32A2は、励磁コイル31Aによって生じた渦電流に基づき、基準回転体21、及び第1溝回転体23,24のそれぞれに発生する交番磁界を検出する。3つの検出コイル32AK,32A1,32A2には、渦電流によって生じる交番磁界を受けて、交流電圧が誘起される。検出コイル32A1、32A2に誘起される交流電圧は、回転体20の回転に伴う溝Dの有無により変化する。検出コイル32AKに誘起される交流電圧は、基本的に回転体20が回転した場合でも一定の値となる。これは、検出コイル32AKが対応する基準回転体21の外周面が面一に構成されているからである。
As shown in FIG. 2, the first eddy current
第2渦電流探傷センサ30Bは、励磁コイル31Bと、2つの検出コイル32BK,32B1とから構成される。励磁コイル31Bは、基準回転体21、第1溝回転体23の外周面にまたがって対応する。2つの検出コイル32BK,32B1は、それぞれ基準回転体21、第1溝回転体23の外周面に対応する。2つの検出コイル32BK,32B1は、励磁コイル31Bの内部に設けられている。励磁コイル31Aと2つの検出コイル32BK,32B1とは、合成樹脂材料により一体成型されている。励磁コイル31Bは、基準回転体21及び第1溝回転体23の外周面に渦電流を発生させる。2つの検出コイル32BK,32B1は、励磁コイル31Bによって生じた渦電流に基づき第1溝回転体23及び基準回転体21に発生する磁束を検出する。2つの検出コイル32BK,32B1には、渦電流によって生じる交番磁界を受けて、交流電圧が誘起される。回転体20の回転に伴う検出コイル32BK,32B1に誘起される交流電圧の変化態様は、検出コイル32AK,32A1と同様である。
The second eddy current
第3渦電流探傷センサ30Cは、第2渦電流探傷センサ30Bと同様の構成とされている。第3渦電流探傷センサ30Cは、励磁コイル31Cと、2つの検出コイル32CK,32C2とから構成される。励磁コイル31Cは、基準回転体21及び第2溝回転体24の外周面にまたがって対応する。2つの検出コイル32CK,32C2は、それぞれ基準回転体21及び第2溝回転体24の外周面に対応する。励磁コイル31Cは、基準回転体21及び第2溝回転体24の外周面に渦電流を発生させる。2つの検出コイル32CK,32C2は、励磁コイル31Cによって生じた渦電流に基づく基準回転体21及び第2溝回転体24に発生する磁束を検出する。2つの検出コイル32CK,32C2には、渦電流によって生じる交番磁界を受けて、交流電圧が誘起される。回転体20の回転に伴う検出コイル32CK,32C2に誘起される交流電圧の変化態様は、検出コイル32AK,32A2と同様である。
The third eddy current
なお、第1〜第3渦電流探傷センサ30A,30B,30Cの各コイルは、それらの軸心が回転体20の回転中心軸に直交するように設けられる。このため、第1、第2及び第3の各励磁コイル31A,31B,31Cが回転体20に励磁する交番磁界の向きは、回転体20の径方向に沿った方向となる。なお、図2では、説明の便宜上、第2及び第3渦電流探傷センサ30B,30Cの軸方向を、第1渦電流探傷センサ30Aと同様にしたが、実際には、第2及び第3渦電流探傷センサ30B,30Cの軸方向は、回転体20の外周面に対し垂直となるように設けられている。
The coils of the first to third eddy current flaw detection sensors 30 </ b> A, 30 </ b> B, and 30 </ b> C are provided such that their axial centers are orthogonal to the rotation center axis of the
図3に示すように、第1渦電流探傷センサ30Aの位置を0°としたとき、第2渦電流探傷センサ30Bは、75°(60°+15°(60°の4分の1))ずれた位置に、第3渦電流探傷センサ30Cは、モータ軸11を中心に第1渦電流探傷センサ30Aから90°(72°+18°(72°の4分の1))ずれた位置に、それぞれ配置される。
As shown in FIG. 3, when the position of the first eddy current
制御装置12は、励磁コイル31A,31B,31Cへの給電制御を行う。また、制御装置12は、検出コイル32A1,32A2,32B1,32C2に誘起される交流電圧に基づき、回転体20、すなわち、モータ軸11の回転角度を検出する。制御装置12は、モータ軸11の回転角度に基づいてモータ10のロータ(図示省略)の回転角度、すなわち、ロータの磁極位置を検出する。
The
次に、第1〜第3渦電流探傷センサ30A,30B,30Cと回転体20との距離の検出原理、及び回転体20に設けられる溝Dの検出原理について説明する。ここでは、第1渦電流探傷センサ30Aについて代表的に説明する。
Next, the detection principle of the distance between the first to third eddy current
図4(a)に示すように、この渦電流探傷センサ30Aでは、一定の周波数の交流電圧の供給を通じて励磁コイル31Aが交番磁界を被検出体(ここでは、回転体20)に付与する。これによって回転体20の外周面の表面には渦電流Iwが発生する。3つの検出コイル32AK,32A1,32A2(ここでは、検出コイル32A1のみ図示する。)は、渦電流Iwによって誘起される交番磁界と、励磁コイル31Aに供給される交流電圧によって誘起される交番磁界との合成磁界により、交流電圧が誘起される。
As shown in FIG. 4A, in this eddy current
図4(a)に示すように、渦電流探傷センサ30Aの直下又はその近傍に溝Dが存在しない場合には、回転体20が回転した場合であっても、渦電流探傷センサ30Aと回転体20の外周面との距離は一定(基準距離)となる。このとき、検出コイル32A1には、図6(a)に示す交流電圧が誘起される。すなわち、検出コイル32A1に誘起される交流電圧(振幅)は渦電流探傷センサ30Aと回転体20の外周面との距離に応じた一定の値に保たれる。なお、本例では、基準回転体21に対応する検出コイル32AKに誘起される交流電圧は常に一定となる。
As shown in FIG. 4A, when the groove D does not exist directly below or in the vicinity of the eddy current
図5(a)に示すように、回転体20が軸ずれして、当該回転体20の外周面と渦電流探傷センサ30Aとの距離が基準距離よりも大きくなる場合には、図6(b)に示すように、検出コイル32A1に誘起される交流電圧(振幅)は、小さくなる。反対に、図5(b)に示すように、回転体20の外周面と渦電流探傷センサ30Aとの距離が基準距離よりも小さくなる場合には、図6(c)に示すように、検出コイル32A1に誘起される交流電圧(振幅)は、大きくなる。
As shown in FIG. 5A, when the
制御装置12は、検出コイル32A1が誘起される交流電圧の大きさによって、回転体20の外周面と検出コイル32A1との距離を検出して、回転体20の軸ずれを検出することができる。
The
また、検出コイル32A1に誘起される交流電圧の大きさは、溝Dの有無によっても変化する。図4(b)に示すように、回転体20が回転して渦電流探傷センサ30Aの直下又はその近傍に溝Dなどが存在している場合には、渦電流Iwの流れに変化が生じる。例えば、図4(a)に示す状態と比較すると、図4(b)に示す状態では、渦電流Iwの一部は溝Dによって遮断される。すなわち、渦電流Iwが好適に流れる面積が減少する。渦電流Iwによって生じる磁界の強さは、渦電流Iwが流れる面積の大きさに比例する。従って、図4(b)に示す状況では、検出コイル32A1に誘起される交流電圧(振幅)は、図6(b)に示すように小さくなる。
Further, the magnitude of the AC voltage induced in the detection coil 32A1 varies depending on the presence or absence of the groove D. As shown in FIG. 4B, when the
このように、渦電流探傷センサ30Aでは、溝Dの有無を、検出コイル32A1に誘起される交流電圧の変化によって検出することができる。
なお、回転体20の軸ずれの検出及び溝Dの有無は、第2、第3渦電流探傷センサ30B,30Cのいずれにおいても第1渦電流探傷センサ30Aと同様にして検出することが可能である。本例では、回転体20の軸ずれは、基準回転体21に対応する検出コイル32AK,32BK,32CKを利用して行う。回転体20の回転角度の検出は、検出コイル32A1,32A2,32B1,32C2を利用して行う。制御装置12は、検出コイル32AK,32BK,32CKに誘起される交流電圧に基づき、回転体20の軸ずれが検出された場合には、これら検出コイル32AK,32BK,32CKに誘起される交流電圧に基づいて、検出コイル32A1,32A2,32B1,32C2に誘起される交流電圧を補正する。制御装置12は、この補正を行った交流電圧に基づき、回転体20の回転角度を算出する。
Thus, in the eddy current
It should be noted that the detection of the axis deviation of the
次に、回転体20が回転したときの回転角度の検出態様について説明する。まず、回転体20の軸ずれが発生しないと仮定して説明する。
制御装置12から、図7(a)に示す波形の交流電圧が印加された各励磁コイル31A,31B,31Cは、各々が対応する回転体20の表面(外周面)に渦電流を発生させる。この場合において、第1渦電流探傷センサ30Aにおける検出コイル32AK,32A1,32A2に誘起される電圧の波形を、図7(b),図7(c),及び図7(d)にそれぞれ示す。基準回転体21には、溝が形成されていないので、図7(b)に示すように、その検出コイル32AKに誘起される電圧の波形は、図7(a)に示す励磁コイル31Aに印加される交流電圧の波形と一致する。第1溝回転体23には、60°毎に溝Dが形成されているため、検出コイル32A1に誘起される電圧の波形は、図7(c)に示すように、60°毎に振幅が著しく小さくなる(0に近似)。第2溝回転体24には、72°毎に溝Dが形成されているため、検出コイル32A2に誘起される電圧の波形は、図7(d)に示すように、72°毎に振幅が著しく小さくなる。
Next, a detection mode of the rotation angle when the
Each
次に、第2渦電流探傷センサ30Bにおける検出コイル32BK,32B1に誘起される電圧の波形を、図7(e)及び図7(f)に示す。基準回転体21には、溝Dが形成されていないので、図7(e)に示すように、検出コイル32BKに誘起される電圧の波形は、図7(a)に示す励磁コイル31Aに印加される交流電圧の波形と一致する。第1溝回転体23には、60°毎に溝が形成されているため、検出コイル32B1に誘起される電圧の波形は、図7(f)に示すように、60°毎に振幅が著しく小さくなる。ここで、検出コイル32B1(第2渦電流探傷センサ30B)が設けられる位置は、検出コイル32A1(第1渦電流探傷センサ30A)が設けられる位置から75°ずれている。つまり、検出コイル32B1に誘起される電圧の波形は、検出コイル32A1に誘起される電圧の波形から75°だけ位相がずれることになる。なお、検出コイル32B1が出力する波形は、検出コイル32A1が出力する波形に対し、位相が4分の1周期(15°)ずれたものとなる。
Next, waveforms of voltages induced in the detection coils 32BK and 32B1 in the second eddy current
次に、第3渦電流探傷センサ30Cにおける検出コイル32CK,32C2に誘起される電圧の波形を、図7(g)及び図7(h)に示す。基準回転体21には、溝Dが形成されていないので、図7(g)に示すように、検出コイル32CKが出力する波形は、図7(a)に示す励磁コイル31Aに印加される交流電圧の波形と一致する。一方、第2溝回転体24には、72°毎に溝が形成されているため、検出コイル32C2に誘起される電圧の波形は、図7(h)に示すように、72°毎に振幅が著しく小さくなる。ここで、検出コイル32C2(第3渦電流探傷センサ30C)が設けられる位置は、検出コイル32A2(第1渦電流探傷センサ30A)が設けられる位置から90°ずれている。つまり、検出コイル32C2に誘起される電圧の波形は、検出コイル32A2に誘起される電圧の波形から90°だけ位相がずれることになる。なお、検出コイル32C2が出力する波形は、検出コイル32A2が出力する波形に対し、位相が4分の1周期(18°)ずれたものとなる。
Next, waveforms of voltages induced in the detection coils 32CK and 32C2 in the third eddy current
次に、制御装置12は、検出コイル32A1,32B1並びに検出コイル32A2,32C2に誘起される電圧に基づき回転体20の回転角度を算出する。まず、制御装置12は、第1溝回転体23及び第2溝回転体24について、それらの回転方向において隣り合う2つの溝Dの間の角度範囲(60°,72°)における回転体20の回転角度θ1,θ2を算出する。
Next, the
本例では、検出コイル32A1,32B1は4分の1周期ずれた交流電圧(正弦波、余弦波)を出力する。制御装置12は、これらから得られる電圧値Vを式(1)に適用することにより、第1溝回転体23の回転方向において隣り合う2つの溝Dの間の角度範囲(60°)における回転体20の回転角度θ1を特定する。
In this example, the detection coils 32A1 and 32B1 output an alternating voltage (sine wave, cosine wave) shifted by a quarter cycle. The
θ=arctanV・・・(1)
検出コイル32A1,32B1に誘起される電圧の波形は、4分の1周期ずれているので、この周期のずれから角度θ1を正確に特定することができる。検出コイル32A2,32C2に誘起される電圧からも同様にして第2溝回転体24の回転方向において隣り合う2つの溝Dの角度範囲(72°)における回転体20の回転角度θ2が求められる。
θ = arctanV (1)
Since the waveform of the voltage induced in the detection coils 32A1 and 32B1 is shifted by a quarter period, the angle θ1 can be accurately specified from the shift of the period. Similarly, from the voltages induced in the detection coils 32A2 and 32C2, the rotation angle θ2 of the
制御装置12の記憶装置には、図8に示すような、角度対応表が格納されている。制御装置12は、検出コイル32A1,32A2,32B1,32C2に誘起される電圧に基づき特定された第1及び第2溝回転体23,24が示す角度θ1,θ2と、図8に示す角度対応表とから、回転体20、すなわち、モータ軸11の1回転(360°)中の回転角度θを絶対値で検出する。例えば、第1溝回転体23が示す角度θ1が36°、第2溝回転体24が示す角度θ2が24°であった場合には、モータ軸11の回転角度は96°である。このように、溝間隔のことなる2種類の第1及び第2溝回転体23,24を採用することにより、モータ軸11の回転角度(絶対値)を正確に算出することができる。
The storage device of the
次に、モータ軸11の軸ずれ(回転体20の位置ずれ)が起きた場合について説明する。本例では、第1と第2溝回転体24との間に、全周に亘って溝が形成されてない基準回転体21を設けている。回転体20の位置ずれが起きていない場合、励磁コイル31A,31B,31Cに交流電圧が印加されたとき、この印加された交流電圧の波形と、基準回転体21の表面に生じる渦電流によって検出コイル32AK,32BK,32CKに誘起される電圧の波形とが一致することは前述の通りである。このとき、例えば、モータ軸11のずれに伴い回転体20がずれた場合に、当該回転体20と渦電流探傷センサ30Aとの距離が変化したとする。回転体20と渦電流探傷センサ30Aとが離れた場合、検出コイル32AKに誘起される交流電圧(振幅)は、図6(b)に示すように、著しく小さくなる。一方、回転体20と渦電流探傷センサ30Aとが近づいた場合、検出コイル32AKに誘起される交流電圧(振幅)は、図6(c)に示すように、大きくなる。制御装置12は、この検出コイル32AKに誘起される電圧を監視することにより、モータ軸11の軸ずれを検知することができる。これにより、制御装置12は、各検出コイル32A1,32A2から出力される交流電圧の変化が、回転体20の軸ずれによるものであるのか、回転体20の回転に伴うものであるのかを正確に検出することができる。
Next, the case where the shaft deviation of the motor shaft 11 (positional deviation of the rotating body 20) occurs will be described. In this example, the reference | standard
制御装置12は、モータ軸11の軸ずれが起きた場合に、検出コイル32AKに誘起される交流電圧の波形を基にして、検出コイル32A1,32A2に誘起される交流電圧の波形を補正する。なお、これは、回転体20と渦電流探傷センサ30Aとの距離が変化した場合に限らず、回転体20と渦電流探傷センサ30B,30Cとの距離が変化した場合で合っても、同様である。従って、制御装置12は、補正後の各検出コイル32A1,32A2,32B1,32C2の交流電圧から、モータ軸11の軸ずれが起きた場合であっても、モータ軸11の回転角度を正確に検出することができる。
When the motor shaft 11 is misaligned, the
次に、制御装置12におけるモータ制御に係る一連の処理手順を図9に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローは、図示しない電源電圧が供給されて制御装置12が駆動されたときに実行される。
Next, a series of processing procedures related to motor control in the
図9に示すように、制御装置12は、モータ10に電源電圧を供給して、モータ軸11を回転させる(ステップS1)。次に、制御装置12は、渦電流探傷センサ30A,30B,30C(励磁コイル31A,31B,31C)に高周波の交流電圧を供給して、回転体20の表面に渦電流を発生させる(ステップS2)。制御装置12は、渦電流により誘起された検出コイル32AK,32A1,32A2,32BK,32B1,32CK、32C2の電圧を検出する(ステップS3)。
As shown in FIG. 9, the
制御装置12は、検出コイル32AK,32BK,32CKに誘起される交流電圧に基づき、軸ずれが起きたか否かを判断する(ステップS4)。軸ずれが起きてない旨が判断された場合には(ステップS4でNO)、制御装置12は、検出コイル32A1,32A2,32B1,32C2に誘起される交流電圧からモータ軸11の回転角度を演算する(ステップS5)。制御装置12は、ステップS5で得た演算結果、すなわち、ロータ位置に基づきステータ(図示省略)への通電を制御する。(ステップS6)。そして、この一連の処理を終了する。
The
ステップS4において、位置ずれが起きている旨が判断された場合には(ステップS4でYES)、制御装置12は、検出コイル32A1,32A2,32B1,32C2に誘起される交流電圧の値を補正し、この補正後の交流電圧を使用してモータ軸11の回転角度を演算する(ステップS7)。そして、制御装置12は、ステップS6に、その処理を移行する。この制御装置12における一連の処理は、制御装置12が駆動される間、繰り返し実行される。
If it is determined in step S4 that a positional deviation has occurred (YES in step S4), the
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)基準回転体21は、溝Dが形成されていないので、回転体20が回転しても、この基準回転体21に対応する検出コイル32AK,32BK,32CKに誘起される交流電圧の大きさは変化しない。換言すれば、基準回転体21と渦電流探傷センサ30A,30B,30Cとの距離の変化、すなわち検出コイル32AK,32BK,32CKに誘起される交流電圧の大きさの変化が検出されれば、回転体20の位置ずれ(軸ずれ)が起きていることを検出することができる。従って、回転体20に基準回転体21を設けることによって、回転体20の軸ずれを検知することができる。これにより、制御装置12は、各検出コイル32A1,32A2,32B1,32C2から出力される交流電圧の変化が、回転体20の軸ずれによるものであるのか、回転体20の回転に伴うものであるのかを正確に検出することができるので、回転体20の回転角度を精度良く検出することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the
(2)回転体20は、溝Dの配置間隔が異なる第1溝回転体23と第2溝回転体24とを備える。制御装置12は、第1溝回転体23に対応する検出コイル32A1,32B1と、第2溝回転体24に対応する検出コイル32A2,32C2との双方から、それぞれの溝Dの間隔に対応する角度範囲内で、回転体20の回転角度を検出することができる。これにより、制御装置12は、回転体20の1回転(360°)における回転角度を第1溝回転体23と第2溝回転体24との双方から得られる交流電圧の波形から絶対値で算出することができる。
(2) The
(3)その外周面に溝Dが形成されていない基準回転体21を第1溝回転体23と第2溝回転体24との間に設け、この基準回転体21の外周面には、これ対応する検出コイル32AK,32BK,32CKを配設するといった簡素な構成で、回転体20の径方向への軸ずれを好適に検出することができる。
(3) A
(4)基準回転体21を第1溝回転体23と第2溝回転体24との間に設け、この基準回転体21の外周面には、これと対応する検出コイル32AK(32BK,32CK)を配設する。また、第1溝回転体23と第2溝回転体24との外周面には、これと対応する検出コイル32A1,32A2(32B1,32C2)を配設する。検出コイル32AKが出力する交流電圧の波形に、検出コイル32A1が出力する交流電圧の波形のような傾向が見られる場合には、回転体20は図2の右側へ、検出コイル32AKが出力する交流電圧の波形に、検出コイル32A2が出力する交流電圧の波形のような傾向が見られる場合には、回転体20は図2の左側への軸ずれが発生していることがわかる。すなわち、回転体20の軸方向への軸ずれも検出することができる。
(4) The
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、基準回転体21は、第1溝回転体23と第2溝回転体24との間の1カ所に設けたが、設ける位置及び数はこれに限らない。例えば、図10(a)に示すように、回転体40は、2つの基準回転体21A,21Bで第1溝回転体23及び第2溝回転体24を挟む態様で形成されてもよい。この場合には、上記実施形態における渦電流探傷センサ30Aに代えて、上記実施形態における渦電流探傷センサ30B,30Cと同じ構成の2つの渦電流探傷センサ41A,41Bを採用する。すなわち、この渦電流探傷センサ41Aは、励磁コイル42A及び2つの検出コイル43AK,43A1から構成され、渦電流探傷センサ41Bは、励磁コイル42B及び2つの検出コイル43BK,43B2から構成される。この渦電流探傷センサ41A,41Bは、上記実施形態における渦電流探傷センサ30Aと同じ位置に回転体40の軸方向に並んで配置される。渦電流探傷センサ41Aは、基準回転体21A及び第1溝回転体23の外周面に、渦電流探傷センサ41Bは、基準回転体21B及び第2溝回転体24の外周面にそれぞれ対応する。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
-In above-mentioned embodiment, although the reference | standard
このように構成しても、制御装置12は、上記実施形態と同様に、渦電流探傷センサ30B,30C,41A,41Bと回転体40の外周面との距離が変化する軸ずれ、及び回転体40が軸方向に変位する軸ずれの双方を好適に検出することができる。また、制御装置12は、回転体40が傾いた場合であっても、これを検出することができる。例えば、図10(b)に示すような状況を想定する。この場合、右側の基準回転体21Aは、渦電流探傷センサ41Aから離れるため、検出コイル43AKに誘起される交流電圧の波形は、図6(b)に示すように、電圧が小さい波形になる。一方、左側の基準回転体21Bは、渦電流探傷センサ41Bに近づくため、検出コイル43BKに誘起される交流電圧の波形は、図6(c)に示す用に電圧が大きい波形になる。制御装置12は、右側と左側との検出コイル43AK,43BKに誘起される交流電圧の波形の電圧の差を検出することによって、回転体40の傾きを検出することができる。
Even if comprised in this way, the
このように、制御装置12は、渦電流探傷センサ30B,30C,41A,41Bと回転体40との距離の変化に基づく誘起電圧の変化から、回転体40の軸ずれ(近接、離間、傾き)を検出し、この検出結果にもとづいて、各検出コイル32B1,32C2,43A1,43B2に誘起される交流電圧の波形を補正する。
As described above, the
・上記実施形態では、回転体20(第1溝回転体23、第2溝回転体24)の外周面にマークとしての複数の溝Dを設けた上で、この溝Dの有無を検出することのできる回転角度検出手段としての複数の渦電流探傷センサ30A,30B,30Cを構成するようにした。しかし、これら代えて、溝Dに代えて磁石を、渦電流探傷センサ30A,30B,30Cに代えて例えばホールセンサやMRセンサなどの磁気センサを利用してもよい。このようにしても、回転体20の軸ずれに起因する検出精度の低下を抑制することができる。
In the above embodiment, a plurality of grooves D as marks are provided on the outer peripheral surface of the rotating body 20 (the first
・上記実施形態において、回転体20に形成される溝Dは、突部に置換してもよい。
・上記実施形態では、第1溝回転体23及び第2溝回転体24に形成される溝Dの間隔は、一定間隔としたが、必ずしも一定でなくてもよい。
In the above embodiment, the groove D formed in the
In the above embodiment, the interval between the grooves D formed in the first
・上記実施形態において、第1溝回転体23の外周には6本、第2溝回転体24の外周には5本の溝Dを形成したが、溝Dの本数はこれに限らない。例えば、溝Dの本数を増やすほど、回転角度を検出できる分解能が増加するため、回転体20の回転角度をより細かく検出することが可能となる。
In the above embodiment, six grooves D are formed on the outer periphery of the first
・上記実施形態において、この回転角度検出装置は、モータ軸11に設けられるものに限らない。例えば、何らかの回転軸、あるいは軸受など、回転するものであれば、本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the rotation angle detection device is not limited to that provided on the motor shaft 11. For example, the present invention can be applied to any rotating shaft or bearing that rotates.
・上記実施形態において、回転体20から、第1溝回転体23又は第2溝回転体24のどちらか一方を省略してもよい。例えば、第2溝回転体24を省略した場合、制御装置12は、第1溝回転体23の隣り合う2つの溝Dの間隔に対応する角度範囲(60°)における回転体20の回転角度を算出することが可能であるとともに、回転体20の軸ずれを検出することができる。
In the embodiment, either the first
・上記実施形態において、渦電流探傷センサ30Bは、渦電流探傷センサ30Aに対して72°、渦電流探傷センサ30Cは、渦電流探傷センサ30Aに対し90°、それぞれずれた位置に配置されたが、渦電流探傷センサ30B,30Cが配置される位置はこれに限らない。検出コイル32A1,32A2と検出コイル32B1,32C2とが出力する波形に位相差がでるように配置すれば問題ない。なお、上記実施形態で述べたように、検出コイル32B1,32C2に誘起される交流電圧の波形と、検出コイル32A1,32A2に誘起される交流電圧の波形とを4分の1周期分ずらすためには、検出コイル32B1では、検出コイル32A1から12°±60°×X(Xは整数)、検出コイル32C2では、検出コイル32A2から15°±75°×X(Xは整数)の位置に配置すればよい。
In the above embodiment, the eddy current
・上記実施形態において、渦電流探傷センサ30B,30Cは必ずしも設ける必要はない。この場合においても、制御装置12は、検出コイル32A1,32A2に誘起される交流電圧の波形から、回転体20の隣り合う2つの溝Dの間隔に対応する角度範囲における回転角度及び1回転における絶対角度を検出することが可能である。また、検出コイル32AKに誘起される交流電圧に基づき、回転体20の軸ずれの検出も可能である。
In the above embodiment, the eddy current
θ,θ1,θ2…回転角度、D…溝、V…電圧値、Iw…渦電流、10…ブラシレスモータ、11…モータ軸、12…制御装置、20,40…回転体、21,21A,21B…基準回転体、23…第1溝回転体、24…第2溝回転体、30A…第1渦電流探傷センサ、30B…第2渦電流探傷センサ、30C…第3渦電流探傷センサ、31A,31B,31C,42A,42B…励磁コイル、32A1,32A2,32AK,32B1,32BK,32C2,32CK,43A1,43AK,43B2,43BK…検出コイル、41A,41B…渦電流探傷センサ。 θ, θ1, θ2 ... rotation angle, D ... groove, V ... voltage value, Iw ... eddy current, 10 ... brushless motor, 11 ... motor shaft, 12 ... control device, 20, 40 ... rotating body, 21, 21A, 21B Reference rotating body, 23 ... 1st groove rotating body, 24 ... 2nd groove rotating body, 30A ... 1st eddy current flaw detection sensor, 30B ... 2nd eddy current flaw detection sensor, 30C ... 3rd eddy current flaw detection sensor, 31A, 31B, 31C, 42A, 42B ... excitation coil, 32A1, 32A2, 32AK, 32B1, 32BK, 32C2, 32CK, 43A1, 43AK, 43B2, 43BK ... detection coil, 41A, 41B ... eddy current flaw sensor.
Claims (5)
前記回転体は、その外周面に複数のマークが回転方向の全周に亘って間隔をおいて設けられた部分である溝回転体と、同じくマークが回転方向の全周に亘って設けられない部分である基準回転体と、を備え、
前記回転体が回転したとき、マークの有無によって変化する前記回転体から発せられる磁界に応じた正弦信号を生成するセンサを溝回転体及び基準回転体の外周面にそれぞれ対向して設け、
前記溝回転体に対向するセンサにより生成される正弦信号に基づき前記回転体の回転角度を求めるとともに、前記基準回転体に対向するセンサにより生成される信号に基づき前記回転体の軸ずれの有無を検出し、
前記軸ずれが検出されるときには、前記溝回転体に対向するセンサにより生成される正弦信号を補正して、この補正後の信号に基づき回転体の回転角度を算出する回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device that detects the rotation angle of the cylindrical rotating body that rotates integrally with the detection target as the rotation angle of the detection target,
The rotating body is a groove rotating body, which is a portion in which a plurality of marks are provided at intervals on the outer peripheral surface of the rotating body over the entire circumference in the rotation direction, and the mark is not provided over the entire circumference in the rotation direction. A reference rotating body that is a part,
When the rotating body rotates, a sensor that generates a sine signal corresponding to a magnetic field emitted from the rotating body that changes depending on the presence or absence of a mark is provided facing the outer peripheral surfaces of the groove rotating body and the reference rotating body,
A rotation angle of the rotating body is obtained based on a sine signal generated by a sensor facing the groove rotating body, and whether or not the rotating body is misaligned based on a signal generated by a sensor facing the reference rotating body. Detect
A rotation angle detecting device that corrects a sine signal generated by a sensor facing the groove rotating body and calculates a rotation angle of the rotating body based on the corrected signal when the axial deviation is detected.
前記溝回転体は、
前記複数のマークを所定間隔で備える第1溝回転体と、
前記複数のマークを前記第1溝回転体と異なる所定間隔で備える第2溝回転体とを備えることを特徴とする回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 1,
The groove rotating body is
A first groove rotating body provided with the plurality of marks at a predetermined interval;
A rotation angle detecting device comprising: a second groove rotating body provided with the plurality of marks at a predetermined interval different from that of the first groove rotating body.
前記回転体は、第1溝回転体と第2溝回転体との間に基準回転体が設けられてなることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 2,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation body is provided with a reference rotation body between the first groove rotation body and the second groove rotation body.
前記回転体は、第1溝回転体及び第2溝回転体を基準回転体が挟む態様で設けられてなることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 2,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation body is provided in such a manner that a reference rotation body sandwiches the first groove rotation body and the second groove rotation body.
前記回転体が導電性材料からなるとともに、前記マークが溝又は突部からなり、
前記センサは、前記回転体の外周面に交番磁界を付与することにより同外周面に渦電流を発生させる励磁コイルと、前記回転体の外周面に発生した渦電流に起因して生じる磁界の変化を検出する検出コイルとを備え、
前記検出コイルを通じて検出される磁界の変化に基づいて前記溝又は突部の近接を検知する渦電流探傷センサであることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection apparatus as described in any one of Claims 1-4,
The rotating body is made of a conductive material, and the mark is made of a groove or a protrusion.
The sensor includes an exciting coil that generates an eddy current on the outer peripheral surface of the rotating body by applying an alternating magnetic field to the outer peripheral surface of the rotating body, and a magnetic field change caused by the eddy current generated on the outer peripheral surface of the rotating body. And a detection coil for detecting
A rotation angle detection device, wherein the rotation angle detection device is an eddy current flaw detection sensor that detects the proximity of the groove or the protrusion based on a change in a magnetic field detected through the detection coil.
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