JP2013160734A - Position sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、可動子の動作位置を検出する為に使用されるものであって、固定子コイルが形成された固定子固定板と、固定子固定板と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられた可動子と、を有する位置センサに関するものである。 The present invention is used to detect an operating position of a mover, and can operate while facing a stator fixing plate on which a stator coil is formed and a stator fixing plate through a gap. The present invention relates to a position sensor having a movable element provided.
従来、この種の技術として、例えば、各分野で広く用いられている回転角センサを挙げることが出来る。自動車に搭載されるエンジンには、その回転速度や回転位相を検出する為に、回転角センサの1つであるクランク角センサが採用されている。 Conventionally, as this type of technology, for example, a rotation angle sensor widely used in each field can be cited. A crank angle sensor, which is one of rotation angle sensors, is employed in an engine mounted on an automobile in order to detect its rotation speed and rotation phase.
特許文献1には、リニアパルスモータの位置検出センサに関する技術が開示されている。可動子に励磁コイルと検出コイルが重ねて配置され、櫛歯状の磁性体で形成された固定子との位置変動を検出する。検出コイルからの出力変動で、可動子の位置を検出する位置センサである。
特許文献2には、レゾルバに関する技術が開示されている。位相差方式のレゾルバであり、励磁信号が入力する励磁コイル及び検出信号が検出する検出コイルを有し、励磁コイル又は検出コイルを設けた受動体の変位量に応じて変位する検出信号に基づいて変位量を検出するレゾルバにおいて、励磁コイルに励磁信号により高周波信号を変調した変調信号を復調して検出信号を得る方式を採用している。
特許文献3には、回転角度検出用センサに関する技術が開示されている。回転体と、回転体と共に回転可能に取り付けられた導体パターンとを有し、この導体パターンの幅寸法が周期的に変化するエンコーダ構造と、複数のインダクタンス素子とを有し、エンコーダ構造と間隔を有して対向配置されたセンサ本体とから回転角度検出用センサを構成している。 Patent Document 3 discloses a technique related to a rotation angle detection sensor. A rotating body, and a conductor pattern rotatably attached together with the rotating body, the encoder structure having a periodically changing width dimension of the conductor pattern, and a plurality of inductance elements. A rotation angle detection sensor is configured from the sensor body that is disposed opposite to the sensor body.
特許文献4には、回転角度検出センサシステム及び可動部の位置検出方法に関する技術が開示されている。機械の回転体の位置を検出する為に、回転体に取り付けられ回転体と共に移動可能であるエンコーダ構造を有している。エンコーダ構造は例えばサインカーブを描くエッジを有する金属体である。このエンコーダ構造の対向側に、位置を決定しうる少なくとも1つのセンサ信号を供給するセンサ信号を供給するセンサアセンブリを備える。センサアセンブリは第1のインダクタンス素子を備える。そして、インダクタンス素子がエンコーダ構造の動作に依存してインダクタンスの変化を生じさせるように、回転角度検出用センサシステムを構成している。 Patent Document 4 discloses a technique related to a rotation angle detection sensor system and a position detection method for a movable part. In order to detect the position of the rotating body of the machine, it has an encoder structure attached to the rotating body and movable together with the rotating body. The encoder structure is, for example, a metal body having an edge that draws a sine curve. A sensor assembly for supplying a sensor signal for supplying at least one sensor signal capable of determining a position is provided on the opposite side of the encoder structure. The sensor assembly includes a first inductance element. The rotational angle detection sensor system is configured such that the inductance element causes a change in inductance depending on the operation of the encoder structure.
しかしながら、特許文献1乃至特許文献4の技術を位置センサに用いるには、次のような課題がある。
However, using the techniques of
位置センサは特に車載するにあたっては小型化及び高精度化が求められている。しかしながら、特許文献3及び特許文献4に明示されるように、検出コイルには4つのコイルを用いるケースが多い。これは、ステータに180度位相をずらした検出コイルの組み合わせを2組、90度の位相差を設けて配置し、それぞれ差分を採ることで90度の位相差を持つ出力信号を検出し、角度を検出している為である。しかし、この手法では検出コイルは合計4つ必要となるため、検出コイルの幅が広くなってしまう。この点に関しては、特許文献1及び特許文献2にも言及が無い。
The position sensor is required to be downsized and highly accurate especially when mounted on the vehicle. However, as clearly shown in Patent Document 3 and Patent Document 4, there are many cases in which four coils are used as the detection coil. This is because two sets of detection coils with a phase difference of 180 degrees are arranged on the stator with a 90-degree phase difference, and an output signal having a 90-degree phase difference is detected by taking the difference between the two, It is because it is detected. However, since this method requires a total of four detection coils, the width of the detection coil becomes wide. In this regard,
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、位置センサの小型化が可能な位置センサを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a position sensor capable of reducing the size of the position sensor in order to solve such a problem.
前記目的を達成するために、本発明による位置センサは以下のような特徴を有する。
(1)平面状に形成された励磁コイル及び検出コイルを有する固定子と、前記固定子に対向して配置され、磁気特性の異なる領域が移動方向に周期的に配置された可動子と、を有する位置センサにおいて、前記検出コイルは、第1検出コイルパターンと第2検出コイルパターンと第3検出コイルパターンと、を備え、前記第1検出コイルパターンと前記第2検出コイルパターン、前記第2検出コイルパターンと前記第3検出コイルパターンは、それぞれ90度の位相差を設けて配置され、前記励磁コイルが励磁されることで得られる、前記第1検出コイルパターンからの出力信号と前記第2検出コイルパターンからの出力信号との差分、及び前記第2検出コイルパターンからの出力信号と前記第3検出コイルパターンからの出力信号との差分を用いて、90度位相差の2相の信号が形成されること、を特徴とする。
In order to achieve the above object, the position sensor according to the present invention has the following characteristics.
(1) A stator having an excitation coil and a detection coil formed in a planar shape, and a mover that is arranged opposite to the stator and in which regions having different magnetic properties are periodically arranged in the movement direction. In the position sensor, the detection coil includes a first detection coil pattern, a second detection coil pattern, and a third detection coil pattern, and the first detection coil pattern, the second detection coil pattern, and the second detection coil pattern. The coil pattern and the third detection coil pattern are arranged with a phase difference of 90 degrees, respectively, and the output signal from the first detection coil pattern and the second detection obtained by exciting the excitation coil The difference between the output signal from the coil pattern and the difference between the output signal from the second detection coil pattern and the output signal from the third detection coil pattern Used, characterized in that the 2-phase signal of the phase difference of 90 degrees is formed.
(2)(1)に記載の位置センサにおいて、前記第1検出コイルパターン、前記第2検出コイルパターン、及び前記第3検出コイルパターンからの出力信号をそれぞれ包絡線検波し、前記包絡線検波された出力信号を差動アンプに入力して差分を演算し、前記2相の信号が形成されること、を特徴とする。 (2) In the position sensor according to (1), output signals from the first detection coil pattern, the second detection coil pattern, and the third detection coil pattern are respectively envelope detected, and the envelope detection is performed. The output signal is input to a differential amplifier and the difference is calculated to form the two-phase signal.
(3)(1)又は(2)に記載の位置センサにおいて、前記可動子は、円柱状の回転体であり、前記回転体の径方向外周面に前記磁気特性の異なる領域が前記回転体の回転方向に対して周期的に配置され、前記回転体の軸方向の面にZ相用の磁性領域が設けられ、前記固定子は、前記回転体の前記径方向外周面に対向して、前記第1検出コイルパターン、前記第2検出コイルパターン、及び前記第3検出コイルパターンが配置され、前記回転体の軸方向の面に対向して、前記Z相用の磁性領域を検出する第4検出コイルパターンが配置されること、を特徴とする。 (3) In the position sensor according to (1) or (2), the mover is a columnar rotating body, and a region having a different magnetic property is provided on the outer peripheral surface in the radial direction of the rotating body. Periodically arranged in the rotational direction, a magnetic region for Z phase is provided on the axial surface of the rotating body, and the stator faces the radially outer peripheral surface of the rotating body, Fourth detection for detecting the magnetic region for the Z phase, wherein the first detection coil pattern, the second detection coil pattern, and the third detection coil pattern are arranged and face the surface in the axial direction of the rotating body. A coil pattern is arranged.
(4)(1)又は(2)に記載の位置センサにおいて、前記可動子は、非磁性金属の可動子基体の上に、前記非磁性金属とは透磁率の異なる領域が前記可動子の移動方向に周期的に配置されたものであり、前記透磁率の異なる領域は複数のパターンで構成され、前記複数のパターンのうちの一部をその他のパターンとは前記透磁率が異なるZ信号検出用のトリガー領域として形成すること、を特徴とする。 (4) In the position sensor according to (1) or (2), the mover moves on the mover base made of a nonmagnetic metal on a nonmagnetic metal movable region where the magnetic permeability is different from that of the nonmagnetic metal. The regions having different magnetic permeability are arranged in a direction, and are configured by a plurality of patterns, and a part of the plurality of patterns is different from the other patterns for Z signal detection. And forming as a trigger region.
このような特徴を有する本発明による位置センサにより、以下のような作用、効果が得られる。 With the position sensor according to the present invention having such characteristics, the following operations and effects can be obtained.
まず、(1)に記載の発明は、平面状に形成された励磁コイル及び検出コイルを有する固定子と、固定子に対向して配置され、磁気特性の異なる領域が移動方向に周期的に配置された可動子と、を有する位置センサにおいて、検出コイルは、第1検出コイルパターンと第2検出コイルパターンと第3検出コイルパターンと、を備え、第1検出コイルパターンと第2検出コイルパターン、第2検出コイルパターンと第3検出コイルパターンは、それぞれ90度の位相差を設けて配置され、励磁コイルが励磁されることで得られる、第1検出コイルパターンからの出力信号と第2検出コイルパターンからの出力信号との差分、及び第2検出コイルパターンからの出力信号と第3検出コイルパターンからの出力信号との差分を用いて、90度位相差の2相の信号が形成されるものである。 First, in the invention described in (1), a stator having an excitation coil and a detection coil formed in a planar shape, and an area that is opposed to the stator and that has different magnetic characteristics are periodically arranged in the moving direction. In the position sensor having the movable element, the detection coil includes a first detection coil pattern, a second detection coil pattern, and a third detection coil pattern, and the first detection coil pattern and the second detection coil pattern, The second detection coil pattern and the third detection coil pattern are arranged with a phase difference of 90 degrees, respectively, and the output signal from the first detection coil pattern and the second detection coil obtained by exciting the excitation coil 90 degree phase difference using difference between output signal from pattern and difference between output signal from second detection coil pattern and output signal from third detection coil pattern In which two-phase signals are formed.
その結果、位置センサの小型化が可能となる。これは、検出コイルが、第1検出コイルパターン、第2検出コイルパターン、及び第3検出コイルパターンの3つのコイルパターンで構成されるので、特許文献3及び特許文献4に示すような4つコイルを用いる方式に比べ、単純に大きさが3/4とすることができ、小型化が可能である。3つのコイルを用いた場合でも、第1検出コイルパターンと第2検出コイルパターン、第2検出コイルパターンと第3検出コイルパターンは、それぞれ90度の位相差を設けて配置され、第1検出コイルパターンからの出力信号と第2検出コイルパターンからの出力信号との差分、及び第2検出コイルパターンからの出力信号と第3検出コイルパターンからの出力信号との差分を用いて、90度位相差の2相の信号が形成されるため、位置センサの位置検出機能を損なうことがない。 As a result, the position sensor can be downsized. This is because the detection coil is composed of three coil patterns of a first detection coil pattern, a second detection coil pattern, and a third detection coil pattern, so that four coils as shown in Patent Document 3 and Patent Document 4 are used. Compared to the method using, the size can be simply reduced to 3/4 and the size can be reduced. Even when three coils are used, the first detection coil pattern and the second detection coil pattern, and the second detection coil pattern and the third detection coil pattern are arranged with a phase difference of 90 degrees, respectively. 90 degree phase difference using the difference between the output signal from the pattern and the output signal from the second detection coil pattern, and the difference between the output signal from the second detection coil pattern and the output signal from the third detection coil pattern Therefore, the position detection function of the position sensor is not impaired.
次に、(2)に記載の態様では、(1)に記載の位置センサにおいて、第1検出コイルパターン、第2検出コイルパターン、及び第3検出コイルパターンからの出力信号をそれぞれ包絡線検波し、包絡線検波された出力信号を差動アンプに入力して差分を演算し、2相の信号が形成されるものである。したがって、単純な回路構成で位置検出用信号が形成でき、コストを抑えることができる。 Next, in the aspect described in (2), in the position sensor described in (1), the output signals from the first detection coil pattern, the second detection coil pattern, and the third detection coil pattern are respectively envelope-detected. The output signal subjected to the envelope detection is input to the differential amplifier, and the difference is calculated to form a two-phase signal. Therefore, the position detection signal can be formed with a simple circuit configuration, and the cost can be reduced.
次に、(3)に記載の態様では、(1)又は(2)に記載の位置センサにおいて、可動子は、円柱状の回転体であり、回転体の径方向外周面に磁気特性の異なる領域が回転体の回転方向に対して周期的に配置され、回転体の軸方向の面にZ相用の磁性領域が設けられ、固定子は、回転体の径方向外周面に対向して、第1検出コイルパターン、第2検出コイルパターン、及び第3検出コイルパターンが配置され、回転体の軸方向の面に対向して、Z相用の磁性領域を検出する第4検出コイルパターンが配置されるものである。Z相用の信号をトリガーとして、検出コイル側の出力から絶対位置を検出することが可能となり、位置センサの精度向上に寄与する。又、このZ相用の磁性体領域が回転体の軸方向の面に設けられることで、位置センサの小型化が可能となる。 Next, in the aspect described in (3), in the position sensor described in (1) or (2), the mover is a columnar rotating body, and has different magnetic characteristics on the radially outer circumferential surface of the rotating body. The region is periodically arranged with respect to the rotating direction of the rotating body, a magnetic region for the Z phase is provided on the axial surface of the rotating body, and the stator is opposed to the radially outer peripheral surface of the rotating body, A first detection coil pattern, a second detection coil pattern, and a third detection coil pattern are arranged, and a fourth detection coil pattern that detects a magnetic region for the Z phase is arranged opposite to the axial surface of the rotating body. It is what is done. Using the Z-phase signal as a trigger, the absolute position can be detected from the output on the detection coil side, which contributes to improving the accuracy of the position sensor. In addition, since the Z-phase magnetic body region is provided on the axial surface of the rotating body, the position sensor can be downsized.
また、(4)に記載の態様では、(1)又は(2)に記載の位置センサにおいて、可動子は、非磁性金属の可動子基体の上に、非磁性金属とは透磁率の異なる領域が可動子の移動方向に周期的に配置されたものであり、透磁率の異なる領域は複数のパターンで構成され、複数のパターンのうちの一部をその他のパターンとは透磁率が異なるZ信号検出用のトリガー領域として形成することでトリガー領域を検出してZ信号を得るものである。ここで、複数のパターンのうちの一部とは、透磁率の異なる1つの領域を意味し、透磁率の異なる領域のうちの少なくとも1つを、Z信号検出用のトリガーに利用する。この結果、Z相用の信号をトリガーとして、検出コイル側の出力から絶対位置を検出することが可能となり、位置センサの精度向上に寄与する。また、Z相用のパターンを、A相、B相用のパターンと別の場所に設ける必要が無く、位置センサの小型化が可能となる。 Further, in the aspect described in (4), in the position sensor described in (1) or (2), the mover is a region on the nonmagnetic metal mover base having a permeability different from that of the nonmagnetic metal. Are periodically arranged in the moving direction of the mover, and regions having different magnetic permeability are composed of a plurality of patterns, and a part of the plurality of patterns has a different Z permeability from the other patterns. By forming as a trigger region for detection, the trigger region is detected and a Z signal is obtained. Here, a part of the plurality of patterns means one region having different magnetic permeability, and at least one of the regions having different magnetic permeability is used as a trigger for Z signal detection. As a result, it becomes possible to detect the absolute position from the output on the detection coil side using the signal for the Z phase as a trigger, which contributes to improving the accuracy of the position sensor. In addition, there is no need to provide a Z-phase pattern separately from the A-phase and B-phase patterns, and the position sensor can be downsized.
次に、本発明の第1の実施形態について、自動車のクランク軸に用意される回転角を検出する為のロータリーエンコーダに用いた具体例にて図面を参照しつつ説明する。 Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings using a specific example used in a rotary encoder for detecting a rotation angle prepared for a crankshaft of an automobile.
図1に、ロータリーエンコーダ8の構成について模式的な斜視図で示す。位置センサの一種であるロータリーエンコーダ8は、図示しない回転軸に取り付けられた可動子となるロータ10と、ロータ10の外周の一部に対向して固設された固定子となるステータ9より成る。ロータ10は非磁性導電体金属を用いることが好ましいので、本実施形態では非磁性のステンレスを用いた外径80mm、幅10mmの円筒形状体を用いている。材質は非磁性で導電性を有する金属であれば良いので、例えばアルミニウム等を用いることもできる。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of the rotary encoder 8. A rotary encoder 8 which is a kind of position sensor includes a
図2に、ステータ9の構成を斜視図に示す。図3に、検出コイル16と励磁コイル17及びロータパターン13の対応関係について模式図で示す。図5に、フレキシブルプリント基板23とバックヨーク15の構成について模式斜視図に示す。なお、ロータパターン13はロータ10の外周面に形成される。また、検出コイル16及び励磁コイル17についても、対応関係が分かるように平面に描かれている。ロータ10の構成は、非磁性導電領域を形成する非磁性金属と、フェライト等を用いた磁性材とが交互に配列される。磁性体部11は、フェライト等の磁性体粉末に樹脂バインダを混合したものを、スクリーン印刷によりロータ10の外周表面に塗布して形成される。一方、非磁性導電領域である非磁性体部12は磁性体部11が塗布されないロータ10の地金部分となる。つまり、磁性体部11が所定の間隔で所定の幅に形成されることで、ロータ10の外周表面にストライプのパターンとしてロータパターン13が形成される。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the
ステータ9の構成は、図2に示すように、ステータ本体26には、フランジ状の取付部材24が固設されている。又、ステータ本体26の上面には、回路部25が付設されている。なお、回路部25は製品としてはモールド材に覆われて外部より見えない構造と成っているが、説明のために図2ではモールド材を省いて描かれている。ステータ本体26の先端面には、フレキシブルプリント基板23が設けられている。フレキシブルプリント基板23の表面には検出コイル16と励磁コイル17が設けられている。また、図5に示すバックヨーク15が磁性体部11同様に磁性体粉末に樹脂バインダを混合したものを塗布し、検出コイル16の下にPIフィルム(polyimide film)30を介して備えられる。バックヨーク15は励磁コイル17をカバーするだけの幅で設けられている。図2には、励磁コイル17のコイルパターンが現れている。
As shown in FIG. 2, the
ステータ9のフレキシブルプリント基板23には、検出コイル16と励磁コイル17とが片面ずつに形成されている。図4に、フレキシブルプリント基板23とバックヨーク15の構成についての模式断面図を示す。フレキシブルプリント基板23には検出コイル16及び励磁コイル17がそれぞれ積層して設けられている。図4では、励磁コイル17はフレキシブルプリント基板23の上面に形成され、その上にPIフィルム30でラミネートされている。検出コイル16はフレキシブルプリント基板23の下面に形成され、PIフィルム30でラミネートされている。バックヨーク15はPIフィルム30によってラミネートされている。したがって、バックヨーク15と検出コイル16とステータ本体26とはそれぞれPIフィルム30によって隔てられた状態となっている。なお、図4では、説明のためにPIフィルム30とステータ本体26の間に隙間が設けられているが、実際は密着した状態である。
A
検出コイル16は、図3に示すように第1検出コイルパターン16aと第2検出コイルパターン16bと第3検出コイルパターン16cとを有している。第1検出コイルパターン16aと第2検出コイルパターン16bと第3検出コイルパターン16cとは等間隔に配置され、同じ方向で図3に示すように時計回りに巻回されたプリントコイルより成る。検出コイル16の配置間隔は、ロータパターン13の磁性体部11の幅に対して2.5倍の間隔が、検出コイル16のコイルパターン同士の中心間距離として設定されている。
As shown in FIG. 3, the
励磁コイル17は、第1励磁コイルパターン17aと第2励磁コイルパターン17bと第3励磁コイルパターン17cと第4励磁コイルパターン17dとを有している。第1励磁コイルパターン17aと第3励磁コイルパターン17cは反時計回りに、第2励磁コイルパターン17bと第4励磁コイルパターン17dは時計回りに巻回されて形成されたコイルパターンより成る。したがって、励磁コイル17は交互にコイルのターン方向が異なるコイルパターンより構成される。
The
また、第1励磁コイルパターン17aの巻き終わりと第2励磁コイルパターン17bの巻き始めは、接続部17abで接続される。第2励磁コイルパターン17bの巻き終わりと第3励磁コイルパターン17cの巻き始めは、接続部17bcで接続される。第3励磁コイルパターン17cの巻き終わりと第4励磁コイルパターン17dの巻き始めは、接続部17cdで接続される。第1励磁コイルパターン17a乃至第4励磁コイルパターン17dは等間隔に配置される。配置間隔は検出コイル16に準ずる。
Further, the winding end of the first
次に、検出コイル16と励磁コイル17との位置関係について説明する。第1検出コイルパターン16aは、第1励磁コイルパターン17aと第2励磁コイルパターン17bとの間に形成され、第1励磁コイルパターン17aの一辺と、第2励磁コイルパターン17bの一辺とに、第1検出コイルパターン16aのコイルパターンの配線がそれぞれ重なるように構成されている。
Next, the positional relationship between the
第2検出コイルパターン16bは、第2励磁コイルパターン17bと第3励磁コイルパターン17cとの間に形成され、第2励磁コイルパターン17bの一辺と、第3励磁コイルパターン17cの一辺とに、第2検出コイルパターン16bのコイルパターンの配線がそれぞれ重なるように構成されている。
The second
第3検出コイルパターン16cは、第3励磁コイルパターン17cと第4励磁コイルパターン17dとの間に形成され、第3励磁コイルパターン17cの一辺と、第4励磁コイルパターン17dの一辺とに、第3検出コイルパターン16cのコイルパターンの配線がそれぞれ重なるように構成されている。
The third
すなわち、検出コイル16は励磁コイル17のコイルパターンに配線の一部が重なるように構成されている。そして図3に示す通り、電流の流れる方向は第1励磁コイルパターン17aと第3励磁コイルパターン17cは検出コイル16と配線が重なる部分で電流が同じ方向に流れるよう設計されている。又、第2励磁コイルパターン17bと第4励磁コイルパターン17dは検出コイル16と配線が重なる部分で電流が逆に流れるように設計されている。
That is, the
図6に、ロータリーエンコーダ8の検出ブロック図を示す。励磁コイル17には、2MHz程度の高周波正弦波を入力している。これにより励磁コイル17の巻き線数を少なくすることが可能となる。第1検出コイルパターン16aの端子は差動アンプ31に接続されて信号S1を差動アンプ31に入力する。差動アンプ31では信号S1を差動増幅して信号S5を得る。第2検出コイルパターン16bの端子は差動アンプ32に接続されて信号S2を差動アンプ32に入力する。第3検出コイルパターン16cの端子は差動アンプ33に接続されて信号S3を差動アンプ33に入力する。それぞれで差動増幅され、差動アンプ32からは信号S6が、差動アンプ33からは信号S7が得られる。
FIG. 6 shows a detection block diagram of the rotary encoder 8. A high frequency sine wave of about 2 MHz is input to the
次に、差動アンプ31から得られた高周波信号S5の外側包絡線を、包絡線検波器41で包絡線検波して信号S8を得る。同様に差動アンプ32から得られた高周波信号S6及び差動アンプ33から得られた高周波信号S7は、それぞれ包絡線検波器42、包絡線検波器43に入力されて、信号S9及び信号S10を得る。包絡線検波器42の高周波信号S9は、包絡線検波器41の高周波信号S8に対して90度位相がずれている。包絡線検波器43の高周波信号S10は、包絡線検波器41の高周波信号S8に対して180度位相がずれている。これは、図3に示すように第1検出コイルパターン16aに対して第2検出コイルパターン16bが半周期ずらされて配置され、第3検出コイルパターン16cは更に半周期ずらされて配置されているためである。
Next, the envelope detection of the outer envelope of the high-frequency signal S5 obtained from the
包絡線検波器41の出力波形S8と、包絡線検波器42の出力波形S9とを差動アンプ34に入力して両者を差動増幅して、信号S11を得る。信号S11をコンパレータ51に入力してパルス信号S13を得る。包絡線検波器42の出力波形S9と、包絡線検波器43の出力波形S10とを差動アンプ35に入力して両者を差動増幅して、信号S12を得る。信号S12をコンパレータ52に入力してパルス信号S14を得る。パルス信号S13とパルス信号S14を用いてステータ9に対するロータ10の回転角度を算出することが出来る。
The output waveform S8 of the
図7に、波形を1つのグラフにまとめたものを示す。信号S8はSinθの波形を示し、信号S9はSin(θ+90)の波形を示し、信号S10はSin(θ+180)の波形を示す。差動アンプ34により信号S9と信号S8との差分を採ることで得られる信号S11は、Sin(θ+90)−Sinθとなり225度位相ズレの波形を得ることが出来る。一方、差動アンプ35により信号S10と信号S9との差分を採ることで得られる信号S12は、Sin(θ+180)−Sin(θ+90)となり135度位相ズレの波形を得ることができる。
FIG. 7 shows a summary of waveforms in one graph. The signal S8 shows the waveform of Sinθ, the signal S9 shows the waveform of Sin (θ + 90), and the signal S10 shows the waveform of Sin (θ + 180). The signal S11 obtained by taking the difference between the signal S9 and the signal S8 by the
図8(a)に、ロータ10とステータ9の位置関係を示す。図8(b)に(a)における出力波形Sを示す。図9(a)に、ロータ10とステータ9の位置関係を示す。図9(b)に(a)における出力波形Sを示す。図10(a)に、ロータ10とステータ9の位置関係を示す。図10(b)に(a)における出力波形Sを示す。図11(a)に、ロータ10とステータ9の位置関係を示す。図11(b)に(a)における出力波形Sを示す。図12に、励磁コイルと検出コイルに関する等価回路を示す。図8から図11にかけて、ロータ10が進角してロータパターン13が移動している。これに伴い、検出コイル16で得られる出力波形Sの状態が変化ずる。説明のためロータパターン13の磁性体部11及び非磁性体部12には、位置を示す符号をa〜hまで付してある。検出コイル16及び励磁コイル17との対応関係を図12と対応させて説明していく。
FIG. 8A shows the positional relationship between the
等価回路100は、図12に示すように第1検出コイルパターン16aが第1励磁コイルパターン17a、及び第2励磁コイルパターン17bに重なったときに生じる電流を示す為に構成された回路である。第1結合部C1は、第1励磁コイル右辺17arと第1検出コイル左辺16alとが対向して形成される。第2結合部C2は、第2励磁コイル左辺17blと第1検出コイル右辺16arとが対向して形成される。第3結合部C3は、回路短辺16a1と接続部17abとが対向して形成される。したがって、励磁コイル17に交流信号を入力した際、第1検出コイルパターン16aにおいて、第1結合部C1と第2結合部C2とは逆向きの起電力が発生するように接続され、第1結合部C1と第3結合部C3とは同じ向きの起電力が発生するように接続されている。つまり、第1結合部C1での起電力を起電力V1、第2結合部C2での起電力を起電力V2、第3結合部C3での起電力を起電力V3とすると、第1検出コイルパターン16aの出力V4は、(起電力V1)―(起電力V2)+(起電力V3)となる。
The
具体的には、まず、図8(a)の状態では、第1励磁コイル右辺17arは、磁性体部11cに重なっている。この状態で励磁コイル17に高周波正弦波信号が入力されると、磁束が発生する。第1励磁コイル右辺17arで発生する磁束は磁性体部11cを通過する。通過する磁束の変化により第1検出コイル左辺16alに大きな起電力が発生する。第2励磁コイル左辺17blは、非磁性体部12cに重なっている。よって、第2励磁コイル左辺17blで発生する磁束は、非磁性体部12cを通過する。非磁性体部12cでは、この磁束の変化を打ち消す方向の渦電流が発生する為、検出コイル16の第1検出コイル右辺16arに発生する起電力は小さくなる。図12に示す等価回路100で考えると、第1励磁コイル右辺17arと第1検出コイル左辺16alからなる第1結合部C1で発生する起電力V1は、磁性体部11cを通過するので大きくなり、第2励磁コイル左辺17blと第1検出コイル右辺16arからなる第2結合部C2で発生する起電力V2は、非磁性体部12cを通過するので小さくなる。よって、等価回路100には起電力V1と起電力V2の差で示される起電力が発生し振幅Am1は最大となる。そこに第3結合部C3の起電力V3が加えられて、図8(b)に示すようなオフセット幅Ofだけ基準電圧よりオフセットされた波形Saを得る。なお、回路短辺16a1と接続部17abとは直接重ならないように配置されている。
Specifically, first, in the state of FIG. 8A, the first excitation coil right side 17ar overlaps the
次に、図9(a)の状態では、ロータパターン13が回転することで移動し、第1励磁コイル右辺17arは、磁性体部11cと非磁性体部12bの境界部に位置する。第2励磁コイル左辺17blは、磁性体部11cと非磁性体部12cの境界部に位置する。図12に示す等価回路100で考えると、第1結合部C1で発生する起電力V1と第2結合部C2で発生する起電力V2が、非磁性体部12b、磁性体部11c、及び非磁性体部12cと重なる部分の関係で等しくなる。よって、等価回路100には起電力V1と起電力V2の差で示される起電力は0となるが起電力V3が加えられるので、図9(b)に示すような基準電圧よりオフセット幅Ofだけオフセットされた振幅Am2の波形Sbを得る。振幅Am2は振幅Am1より小さくなる。
Next, in the state of FIG. 9A, the
次に、図10(a)の状態では、さらにロータパターン13が回転することで移動し、第1励磁コイル右辺17arは、非磁性体部12bと重なる。一方、第2励磁コイル左辺17blは、磁性体部11cと重なる。図12に示す等価回路100で考えると、第1結合部C1で発生する起電力V1は、非磁性体部12bと重なって小さくなり、第2結合部C2で発生する起電力V2は、磁性体部11cと重なって大きくなる。よって、等価回路100には起電力V1と起電力V2の差で示される起電力はマイナスとなるが、起電力V3が加えられるので、図10(b)に示すような基準電圧よりオフセット幅Ofだけオフセットされた振幅Am3の波形Scを得る。振幅Am3は最小となる。この際に出力V4がマイナスにならないように第3結合部C3の結合の大きさが調整される。具体的には回路短辺16a1と接続部17abとの距離や、それぞれの長さによって調整される。
Next, in the state of FIG. 10A, the
次に、図11(a)の状態では、更にロータパターン13が回転することで移動し、第1励磁コイル右辺17arは、磁性体部11bと非磁性体部12bの境界部に位置する。一方、第2励磁コイル左辺17blは、磁性体部11cと非磁性体部12bの境界部に位置する。図12に示す等価回路100で考えると、第1結合部C1で発生する起電力V1と第2結合部C2で発生する起電力V2が、非磁性体部12b、磁性体部11c、及び非磁性体部12cと重なる部分の関係で等しくなる。よって、等価回路100には起電力V1と起電力V2の差で示される起電力は0となるが起電力V3が加えられるので、図11(b)に示すような基準電圧よりオフセット幅Ofだけオフセットされた振幅Am2の波形Sbを得る。
Next, in the state of FIG. 11A, the
なお、第1検出コイルパターン16aについて説明したが、第2検出コイルパターン16b及び第3検出コイルパターン16cについても同様に、対応する第2励磁コイルパターン17b、第3励磁コイルパターン17c及び第4励磁コイルパターン17dと、磁性体部11及び非磁性体部12との関係で、出力波形が得られる。ただし、第1検出コイルパターン16aとは、図7に示した出力波形S8と、出力波形S9及び出力波形S10との関係に示される様になる。これは、第1検出コイルパターン16aとの距離が磁性体部11のピッチに比べて2.5倍のピッチで配置されていることによる。なお、第2検出コイルパターン16bの回路短辺16b1と接続部17bc、第3検出コイルパターン16cの回路短辺16c1と接続部17cdが作用して、第2検出コイルパターン16bにも第3検出コイルパターン16cにも第1検出コイルパターン16aと同様にオフセットの効果が得られる。
Although the first
上述した様に、ロータパターン13の移動によって、検出コイル16で検出される起電力の波形が出力波形S8、出力波形S9及び出力波形S10の様に得られ、図6のブロック図で説明するようにA信号としてパルス信号S13が得られ、B信号としてパルス信号S14が得られる。これらの信号は前述した通り、225度位相ズレの信号と135度位相ズレの信号となっている。これらの信号を用いてロータ10の位置をステータ9によって検出することが可能となる。
As described above, the electromotive force waveform detected by the
第1実施形態の位置センサは、上記に説明した構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。 Since the position sensor according to the first embodiment has the configuration described above, the following effects and advantages are achieved.
まず、位置センサの小型化が可能となる点が効果として挙げられる。第1実施形態のロータリーエンコーダ8の構成は、平面状に形成された励磁コイル17及び検出コイル16を有するステータ9と、ステータ9に対向して配置され、磁性の異なる領域が移動方向に周期的に配置されたロータ10と、を有するロータリーエンコーダ8において、検出コイル16は、第1検出コイルパターン16aと第2検出コイルパターン16bと第3検出コイルパターン16cとを備えている。
First, an advantage is that the position sensor can be miniaturized. The configuration of the rotary encoder 8 according to the first embodiment is such that a
このように、検出コイル16は3つのコイルパターンで、第1検出コイルパターン16aと第2検出コイルパターン16b、第2検出コイルパターン16bと第3検出コイルパターン16cは、それぞれ90度の位相差を設けて配置され、励磁コイル17が励磁されることで得られる、第1検出コイルパターン16aからの出力信号と第2検出コイルパターン16bからの出力信号との差分、及び第2検出コイルパターン16bからの出力信号と第3検出コイルパターン16cからの出力信号との差分を用いて、90度位相差の2相の信号であるパルス信号S13とパルス信号S14が形成される。したがって、特許文献3及び特許文献4のように検出コイルを4つ用いる場合よりも、単純に大きさが3/4とすることができ小型化が可能である。また、検出コイルの数を減らせることで、コストダウンにも貢献することが可能である。
Thus, the
また、単純な回路構成で位置検出用信号が検出でき、コストを抑えることができるという効果が得られる。これは、第1検出コイルパターン16a、第2検出コイルパターン16b、及び第3検出コイルパターン16cからの出力信号をそれぞれ包絡線検波し、包絡線検波された出力信号を差動アンプに入力して差分を演算し、2相の信号が形成されている。詳しくは図6に示すような単純な回路構成となる。回路に用いるのは包絡線検波器41や差動アンプ31等の比較的安価に構成可能なものよりなり、構成自体も単純である。この結果、ロータリーエンコーダ8のコストダウンに貢献することができる。
Further, the position detection signal can be detected with a simple circuit configuration, and the cost can be reduced. This is because each of the output signals from the first
また、振幅比を大きくすることが可能な位置センサであるロータリーエンコーダ8を提供が可能である点が効果として挙げられる。第1実施形態のロータリーエンコーダ8の構成は、平面状に形成された励磁コイル17及び検出コイル16を有するステータ9と、ステータ9に対向して配置され、磁性体部11と非磁性体部12が移動方向に周期的に交互に配置されたロータ10を有するロータリーエンコーダ8において、励磁コイル17の第1励磁コイルパターン17aと隣接して形成される第2励磁コイルパターン17bとで、ロータ10の移動方向に挟まれるように検出コイル16の第1検出コイルパターン16aが配置される。そして、第1励磁コイルパターン17aに対して第2励磁コイルパターン17bは逆方向に励磁用電流が流れるように巻回されるものである。
Moreover, the point which can provide the rotary encoder 8 which is a position sensor which can enlarge an amplitude ratio is mentioned as an effect. The configuration of the rotary encoder 8 according to the first embodiment includes a
その結果、ロータリーエンコーダ8の検出精度を向上させることが可能となる。これは、次に示すような理由による。つまり、第1励磁コイルパターン17aと第2励磁コイルパターン17bに対して、第1検出コイルパターン16aがロータ10の回転方向に挟まれて設けられている。また同様に、第2励磁コイルパターン17bと第3励磁コイルパターン17cとに、第2検出コイルパターン16bが挟まれ、第3励磁コイルパターン17cと第4励磁コイルパターン17dとに、第3検出コイルパターン16cが挟まれて設けられている。
As a result, the detection accuracy of the rotary encoder 8 can be improved. This is because of the following reasons. In other words, the first
そして、第1励磁コイルパターン17aと第2励磁コイルパターン17b、第2励磁コイルパターン17bと第3励磁コイルパターン17c、第3励磁コイルパターン17cと第4励磁コイルパターン17dは、それぞれ図3に示すように隣り合うコイルパターンが逆方向に巻回されている。このため、励磁コイル17に例示されると、ロータ10の動きによって磁性体部11を通過する磁束密度は連続的に変化するが、例えば第1検出コイルパターン16aでは、第1励磁コイルパターン17aが発生する磁束と、第2励磁コイルパターン17b発生する磁束とでは磁束の方向が逆方向となる。このため、磁性体部11を通過する磁束が第1励磁コイルパターン17aの影響が支配的である場合と、第2励磁コイルパターン17bの影響が支配的である場合とでは、第1検出コイルパターン16aの回路内に生じる起電力の差が大きくなり、図8の波形Saに示すように振幅比を大きく採ることが可能となる。
The first
また、ロータリーエンコーダ8のS/N比を向上させることが可能となる点が効果として挙げられる。これは、第1励磁コイルパターン17aと第2励磁コイルパターン17bのそれぞれが有する、互いに向かい合う側の配線が、第1検出コイルパターン16aの有する配線の一部と、絶縁層を介して重なる位置に配置されている。このため、検出コイル16と励磁コイル17の距離を最短とすることができる。電界の強度は配線を中心に距離に反比例して弱くなるので、励磁コイル17と検出コイル16の距離が離れると条件が悪化してしまうが、検出コイル16と励磁コイル17の距離を近くすることで、検出コイル16で検出する電流の出力が大きくなり、その結果、位置コイルのS/N比を向上させることができる。
Another advantage is that the S / N ratio of the rotary encoder 8 can be improved. This is because the wirings on the sides facing each other of the first
また、オフセット効果によって回路構成を単純化することが可能となる点が効果として挙げられる。第1励磁コイルパターン17aと第2励磁コイルパターン17bとは、接続部17abで接続され、第2励磁コイルパターン17bと第3励磁コイルパターン17cとは接続部17bcで、第3励磁コイルパターン17cと第4励磁コイルパターン17dとは接続部17cdで接続されている。それに対応する第1検出コイルパターン16a乃至第3検出コイルパターン16cは、それぞれのコイルパターンの有する短辺が接続部17ab乃至接続部17cdとそれぞれ重なる。
Another advantage is that the circuit configuration can be simplified by the offset effect. The first
このため、励磁コイル17に電力を供給することで、接続部17ab乃至接続部17cdを通過する電力によっても磁束が発生し、磁性体部11で磁束密度が高められて検出コイル16で起電力を得て、出力波形Sをオフセットさせることに繋がる。図12の等価回路100で説明する起電力V3により、起電力V1と起電力V2の差の電力とに起電力V3を足すことでオフセットさせ、出力V4を得る。この結果、図8(b)乃至図11(b)で示すような波形Sa乃至波形Scの様な波形が得られる。波形Scは検出コイル16で検出される出力波形Sの振幅が最も低い状態である。この波形Scは波形Saと同じ周期の波形を示しているが、オフセットの効果が無いと波形が反転してしまう。
For this reason, by supplying electric power to the
しかし、オフセット効果によって波形Saと波形Scとは同じ周期の波形となっているので、補正回路を必要とせずに波形を比較してパルス信号S13やパルス信号S14の信号を取得することができる。よって、ロータリーエンコーダ8のコストダウンが可能となる。 However, because the waveform Sa and the waveform Sc have the same cycle due to the offset effect, the waveforms of the pulse signal S13 and the pulse signal S14 can be obtained by comparing the waveforms without the need for a correction circuit. Therefore, the cost of the rotary encoder 8 can be reduced.
また、効果としてバックヨーク15を設けることで位置センサの検出精度を向上させることができる点が挙げられる。励磁コイル17と検出コイル16とバックヨーク15とはPIフィルム30に隔てられて、図4に示すように積層されて形成されている。PIフィルム30は磁性材料で形成されたバックヨーク15をフレキシブルプリント基板23上に保持する機能も兼ねる。励磁コイル17で発生した磁束は磁性体部11等の磁性材料を通過することで磁束密度を高める効果が得られる。この結果、ロータリーエンコーダ8の検出精度を向上させることが可能である。
Moreover, the point which can improve the detection accuracy of a position sensor by providing the
また、バックヨーク15はPIフィルム30で抑えられていることで剥落を防ぐことができるので、バックヨーク15に用いる磁性材料に混入するバインダの量を減らすことが可能となる。バインダは磁性材料をフレキシブルプリント基板23の上に剥落せずに保持する機能を有するが、同時に磁性材料の密度を低下させる原因ともなる。したがって、PIフィルム30を用いてバックヨーク15を保持する事で、バックヨーク15に用いるバインダの量を減らすことが可能となる。図4及び図5に示される様に、バックヨーク15は2枚のPIフィルム30によって挟まれた状態となっている。このため、PIフィルム30を用いてバックヨーク15を保持することを可能とし、必要に応じてバックヨーク15の厚みを厚くすることも可能である。この結果、バックヨーク15が励磁コイル17の発生する磁束密度を高める効果をより高めることが可能となり、ロータリーエンコーダ8の検出精度の向上に繋がる。
Further, since the
次に、本発明の第2の実施形態について、第1実施形態と同様にロータリーエンコーダを用いた具体例について図面を参照しつつ説明する。 Next, as for the second embodiment of the present invention, a specific example using a rotary encoder as in the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図13に、第2実施形態のロータリーエンコーダ8の構成について模式図を示す。図13(a)が正面図であり、図13(b)が側面図である。第2実施形態のロータリーエンコーダ8の構成は第1実施形態の構成とほぼ同じであるが、ステータ9の形状が若干異なる。ステータ9には、図13(b)に示すようにサイドリブ9aが設けられている。ステータ9から縁設して設けられるサイドリブ9aは、ロータ10の側面の一部を覆う形でオーバーハングして設けられている。サイドリブ9aのロータ10に対向する面には図13(b)に示される様に、ロータ10の側面に設けられるZ相用の磁性領域となるZ相磁性体部20に対応して、Z相励磁コイル17e及びZ相検出コイル16dを備えている。なお、図面では省略されているがステータ9の形状は、図2に示したものと同等であり、ステータ本体26部分の形状が若干異なるものである。
In FIG. 13, the schematic diagram is shown about the structure of the rotary encoder 8 of 2nd Embodiment. FIG. 13A is a front view, and FIG. 13B is a side view. The configuration of the rotary encoder 8 of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but the shape of the
ロータ10とステータ9の対応関係については、ステータ9の先端であってフレキシブルプリント基板23がロータ10の外周面に沿って円弧状に設けられる面とロータ10の外周面、即ちロータパターン13が設けられる面とのギャップは寸法aとされている。これに対し、サイドリブ9aとロータ10の軸方向の面とのギャップは寸法bとされている。寸法aは0.2mm程度であり寸法bは数mm程度である。
Regarding the correspondence between the
ロータ10の回転によってサイドリブ9aに備えられたZ相励磁コイル17eにて発生した磁束がZ相磁性体部20によって磁束密度を高められ、Z相検出コイル16dによって検出される。Z相磁性体部20はロータ10に1つ設けられているので、ロータ10の1回転に1回だけZ相検出コイル16dで波形Sが検出される。したがって、Z相磁性体部20を設けることで、Z相検出コイル16dで検出される信号Sをトリガーとして用いることができる。
The magnetic flux generated in the Z-
図14に、ロータリーエンコーダの検出ブロック図を示す。図14は、図6に示す検出ブロック図にZ相の信号を検出するブロック図を加えたものである。Z相検出コイル16dに接続される端子18aより出力信号S15が得られる。出力信号S15は差動アンプ36に入力され、差動増幅されて信号S17を得る。また、Z相検出コイル16dに接続される端子18bにより得られる出力信号S16は差動アンプ37に入力され、差動増幅されて信号S18を得る。
FIG. 14 shows a detection block diagram of the rotary encoder. FIG. 14 is obtained by adding a block diagram for detecting a Z-phase signal to the detection block diagram shown in FIG. An output signal S15 is obtained from a terminal 18a connected to the Z-
差動アンプ36から得られた出力信号S17の外径包絡線を、包絡線検波器44で包絡線検波して信号S19を得る。差動アンプ37から得られた出力信号S18の外径包絡線を、包絡線検波器45で包絡線検波して信号S20を得る。包絡線検波器44の出力信号S19と、包絡線検波器45の出力信号S20とを差動アンプ38に入力して信号S21を得て、これをコンパレータ53に入力して、パルス信号S22を得る。このパルス信号S22をトリガーとして用いることで、検出コイル16側の出力から絶対位置を検出することが可能となる。
The envelope curve of the output signal S17 obtained from the
第2実施形態の位置センサは上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。 Since the position sensor according to the second embodiment has the above-described configuration, the following effects and advantages are achieved.
まず、ロータリーエンコーダ8の検出精度を向上させることが可能である。これは、回転体であるロータ10の軸方向の面にZ相磁性体部20が設けられ、Z相磁性体部20を検出するZ相検出コイル16dがZ相磁性体部20と対向して設けられることで、Z相検出コイル16dで検出した信号をトリガーとして用い、検出コイル16側の出力から絶対位置を検出することが可能となる。
First, the detection accuracy of the rotary encoder 8 can be improved. This is because the Z-phase
また、ロータリーエンコーダ8の厚みを抑えることが可能である。図15に、従来のロータにZ信号検出用パターンを設けた構成を示す。第2実施形態ではロータ10の軸方向の面にZ相磁性体部20が設けられているため、図15に示す構成のように、Z相磁性体部20をロータ10の外周面に、ロータ10の厚みを増して設ける場合に比べ、ロータ10の厚みそのものを薄くすることが可能である。ロータパターン13とZ相磁性体部20との間には所定の間隔が必要であるし、ロータパターン13もZ相磁性体部20もそれなりの面積を必要とする為、ロータ10自身の厚みを必要とする。しかし、Z相磁性体部20を設ける部分をロータ10の側面、軸方向の面に移したことで、ロータ10の厚みを薄くすることが可能である。
Further, the thickness of the rotary encoder 8 can be suppressed. FIG. 15 shows a configuration in which a Z signal detection pattern is provided on a conventional rotor. In the second embodiment, since the Z-phase
また、ロータリーエンコーダ8の生産性向上にも寄与することができる。サイドリブ9aはロータ10の軸方向の面に設けられているので、取付精度などを勘案すると、サイドリブ9aとロータ10とのクリアランスを寸法bだけ設ける必要がある。寸法bの寸法を大きくしクリアランスを大きく採れば、ステータ9やロータ10の組み付け精度を必要以上に高める必要が無くなる。ただし、寸法bを大きく採るとZ相検出コイル16dでの信号検出精度が悪くなり、信号の振れが発生する虞がある。
In addition, the productivity of the rotary encoder 8 can be improved. Since the
図16に、パルス信号S22と、パルス信号S13との関係についてグラフに示す。パルス信号S22がZ相検出コイル16dで検出される波形を処理したものであり、パルス信号S13が第1検出コイルパターン16aで検出される波形を処理したものである。このように、パルス信号S22の立ち上がりT1をトリガーとして検出コイル16の絶対位置の検出をすることができるが、図13に示される寸法bを大きくすると、パルス信号S22の信号遅延cの影響が大きくなり、寸法bのバラツキで立ち上がりT1にバラツキが生じる。しかし、例えば立ち上がりT1の次のパルス信号S13の立ち上がりT2を使ってトリガーとすることで、トリガーの精度を向上させることができる。このようなトリガーの精度の向上の手法があるため、Z相検出コイル16dでの信号検出精度は必要以上にシビアさを求められず、結果、寸法bを広く採ることが可能になる。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the pulse signal S22 and the pulse signal S13. The pulse signal S22 is obtained by processing the waveform detected by the Z-
サイドリブ9aとロータ10とのクリアランスである寸法bが広く採れることで、ロータ10及びステータ9の、ロータ10の軸方向に関する取付精度は寸法a程シビアである必要は無い。ロータ10の構造上、径方向よりも軸方向の取付精度の方が精度を出し難いため、このような構成を採ることでロータ10の厚みを薄くできると共に、必要以上に精度を高める必要が無いため、組み付け性を向上させることが可能である。このことは生産性の向上に繋がり、また、コストダウンに反映させることができる。
Since the dimension b, which is the clearance between the
次に、本発明の第3の実施形態について、第1実施形態と同様にロータリーエンコーダを用いた具体例について図面を参照しつつ説明する。第3実施形態のロータリーエンコーダ8の構成は第1実施形態の構成とほぼ同じであるが、ロータ10の構成が若干異なる。
Next, as for the third embodiment of the present invention, a specific example using a rotary encoder as in the first embodiment will be described with reference to the drawings. The configuration of the rotary encoder 8 of the third embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment, but the configuration of the
図17(a)に、第3実施形態の、ロータとステータの位置関係について示す。図17(b)に出力波形について示す。第3実施形態に用いられるロータ10は、第1実施形態とその構成はほぼ同じであるが、ロータ10の外周面上に形成される高透磁率領域にあたる磁性体部11のうち、少なくとも1つが透磁率の異なる素材が用いられ、トリガー領域となるZ信号磁性体部11d形成されている。透磁率を変える手法としては、異なる種類の磁性体材料を用いたり、磁性体材料の粒径や樹脂バインダとの混合比を変更したりといった方法が考えられる。ここでは、図17(a)に示すようにZ信号磁性体部11dが透磁率を他の磁性体部11よりも高く設定されているものとする。この結果、得られる波形Sdは、Z信号磁性体部11dによって振幅が大きくなった波形の得られる高透磁率領域w2と、他の磁性体部11で検出される波形の得られる低透磁率領域w1とから構成されることとなる。
FIG. 17A shows the positional relationship between the rotor and the stator in the third embodiment. FIG. 17B shows the output waveform. The
図18に、ロータリーエンコーダの検出ブロック図を示す。図18では図6に示した構成に、TDC検出用の回路を追加したものとなっている。具体的には、包絡線検波器41にコンパレータ54が接続され、コンパレータ54に入力される信号S8が基準電圧を超えた分だけを取り出してTDC信号として信号S26を得る構成となっている。なお、第3実施形態のロータリーエンコーダ8では第1検出コイルパターン16aに図17(b)に示した波形Sdが入力されて、包絡線検波器41から回路を分岐して信号を得る構成となっているが、包絡線検波器42または包絡線検波器43にコンパレータ54が接続されることを妨げない。
FIG. 18 shows a detection block diagram of the rotary encoder. In FIG. 18, a circuit for detecting TDC is added to the configuration shown in FIG. Specifically, a
第3実施形態の位置センサは、上記に説明した構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。 Since the position sensor according to the third embodiment has the above-described configuration, the following effects and advantages are achieved.
ロータリーエンコーダ8のロータ10の外周面上に形成されるロータパターン13の磁性体部11の内の1つの透磁率を他の磁性体部11と異ならせており、Z信号磁性体部11dにおいて、他の磁性体部11よりも透磁率を高くしている。このため、第1検出コイルパターン16aで検出する波形に図17(b)の波形Sdに示すような出力の高い部分が出てくる。この波形Sdは、第1検出コイルパターン16aで信号S1として入力され、差動アンプ31を介して高周波信号S5が得られる。その後、包絡線検波器41で包絡線検波されて出力波形S8を得る。
One magnetic permeability of the
出力波形S8はコンパレータ53に入力され、コンパレータ53の基準電圧が高く設定されていることでZ信号となるパルス信号S25を得る。コンパレータ53を介することで波形Sdの高透磁率領域w2の信号がパルス信号S26では1つの山として信号が得られ、これをZ信号とすることが可能である。こうすることで、第2実施形態のようにZ相検出コイル16d及びZ相磁性体部20を設けなくともトリガー信号が得られることとなり、検出コイル16側の出力から絶対位置を検出することが可能となる。
The output waveform S8 is input to the comparator 53, and a pulse signal S25 that becomes a Z signal is obtained by setting the reference voltage of the comparator 53 high. Through the comparator 53, the signal in the high permeability region w2 of the waveform Sd is obtained as one peak in the pulse signal S26, and this signal can be used as the Z signal. By doing so, a trigger signal can be obtained without providing the Z-
この結果、第2実施形態の場合同様にロータ10の厚みを増やさずにトリガー信号が得られ、ロータリーエンコーダ8の検出精度を高めることに貢献することができる。なお、第3実施形態のロータパターン13には1カ所にZ信号磁性体部11dを設けているが、複数の磁性体部11及び非磁性体部12に渡って透磁率を異ならせても良い。その場合でも、トリガー信号検出することが可能となるためである。また、ロータ10の側面にZ相磁性体部20を設ける必要も無く、ステータ9にZ相検出コイル16dを設ける必要も無いことは、ロータリーエンコーダ8の生産性向上に寄与し、ロータリーエンコーダ8のコストダウンに繋がる。
As a result, a trigger signal can be obtained without increasing the thickness of the
以上において、実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、例示した材料はその機能を果たす別の材料に置き換えることを妨げない。また、検出コイル16や励磁コイル17の製造方法はプリント基板で形成する場合の他に、インクジェットで描画して形成する方法など、他の製造方法で形成することを妨げない。また、例示した材料はその機能を果たす別の材料に置き換えることを妨げない。
While the present invention has been described with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and applied without departing from the scope of the invention. For example, the exemplified materials do not preclude replacement with another material that performs the function. Moreover, the manufacturing method of the
また、バックヨーク15に関してはステータ本体26に埋め込んだ状態で形成されていても良い。また、検出コイル16と励磁コイル17がフレキシブルプリント基板23の上に2層に形成された形態であっても良い。
Further, the
8 ロータリーエンコーダ
9 ステータ
10 ロータ
11 磁性体部
12 非磁性体部
13 ロータパターン
15 バックヨーク
16 検出コイル
16a 第1検出コイルパターン
16b 第2検出コイルパターン
16c 第3検出コイルパターン
17 励磁コイル
17a 第1励磁コイルパターン
17b 第2励磁コイルパターン
17c 第3励磁コイルパターン
17d 第4励磁コイルパターン
23 フレキシブルプリント基板
24 取付部材
25 回路部
26 ステータ本体
31、32、33、34、35 差動アンプ
41、42、43 包絡線検波器
51、52 コンパレータ
8
Claims (4)
前記検出コイルは、第1検出コイルパターンと第2検出コイルパターンと第3検出コイルパターンと、を備え、
前記第1検出コイルパターンと前記第2検出コイルパターン、前記第2検出コイルパターンと前記第3検出コイルパターンは、それぞれ90度の位相差を設けて配置され、
前記励磁コイルが励磁されることで得られる、前記第1検出コイルパターンからの出力信号と前記第2検出コイルパターンからの出力信号との差分、及び前記第2検出コイルパターンからの出力信号と前記第3検出コイルパターンからの出力信号との差分を用いて、90度位相差の2相の信号が形成されること、
を特徴とする位置センサ。 A position sensor having a stator having an excitation coil and a detection coil formed in a planar shape, and a mover arranged opposite to the stator and having regions having different magnetic characteristics periodically arranged in the movement direction In
The detection coil includes a first detection coil pattern, a second detection coil pattern, and a third detection coil pattern,
The first detection coil pattern and the second detection coil pattern, the second detection coil pattern and the third detection coil pattern are arranged with a phase difference of 90 degrees,
The difference between the output signal from the first detection coil pattern and the output signal from the second detection coil pattern obtained by exciting the excitation coil, and the output signal from the second detection coil pattern and the A two-phase signal having a phase difference of 90 degrees is formed using a difference from the output signal from the third detection coil pattern,
A position sensor characterized by.
前記第1検出コイルパターン、前記第2検出コイルパターン、及び前記第3検出コイルパターンからの出力信号をそれぞれ包絡線検波し、
前記包絡線検波された出力信号を差動アンプに入力して差分を演算し、前記2相の信号が形成されること、
を特徴とする位置センサ。 The position sensor according to claim 1,
Envelope detection is performed for output signals from the first detection coil pattern, the second detection coil pattern, and the third detection coil pattern,
The envelope-detected output signal is input to a differential amplifier to calculate a difference, and the two-phase signal is formed,
A position sensor characterized by.
前記可動子は、円柱状の回転体であり、
前記回転体の径方向外周面に前記磁気特性の異なる領域が前記回転体の回転方向に対して周期的に配置され、
前記回転体の軸方向の面にZ相用の磁性領域が設けられ、
前記固定子は、
前記回転体の前記径方向外周面に対向して、前記第1検出コイルパターン、前記第2検出コイルパターン、及び前記第3検出コイルパターンが配置され、
前記回転体の軸方向の面に対向して、前記Z相用の磁性領域を検出する第4検出コイルパターンが配置されること、
を特徴とする位置センサ。 The position sensor according to claim 1 or 2,
The mover is a cylindrical rotating body,
The regions having different magnetic properties are periodically arranged in the radial direction outer circumferential surface of the rotating body with respect to the rotating direction of the rotating body,
A magnetic region for Z phase is provided on the axial surface of the rotating body,
The stator is
The first detection coil pattern, the second detection coil pattern, and the third detection coil pattern are arranged facing the radially outer peripheral surface of the rotating body,
A fourth detection coil pattern for detecting the magnetic region for the Z phase is disposed opposite to the axial surface of the rotating body,
A position sensor characterized by.
前記可動子は、非磁性金属の可動子基体の上に、前記非磁性金属とは透磁率の異なる領域が前記可動子の移動方向に周期的に配置されたものであり、
前記透磁率の異なる領域は複数のパターンで構成され、前記複数のパターンのうちの一部をその他のパターンとは前記透磁率が異なるZ信号検出用のトリガー領域として形成すること、
を特徴とする位置センサ。
The position sensor according to claim 1 or 2,
The mover is a nonmagnetic metal mover base in which regions having different magnetic permeability from the nonmagnetic metal are periodically arranged in the moving direction of the mover.
The region having different magnetic permeability is configured by a plurality of patterns, and a part of the plurality of patterns is formed as a trigger region for Z signal detection having a different magnetic permeability from other patterns.
A position sensor characterized by.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017073280A1 (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | Tdk株式会社 | Magnetism-detecting device and moving-body-detecting device |
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