JP2015094720A - Position sensing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動物の位置を検出する位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device that detects the position of a movable object.
従来、励磁コイルから複数の検出コイルに磁界をかけておき、金属ロータの回転に応じて検出コイルにかかる磁界の変化を検出することにより、可動物の位置を演算する位置検出装置(渦電流センサ)が周知である(特許文献1等参照)。この種の位置検出装置は、励磁コイル及び検出コイルが電磁結合され、金属ロータの回動位置に応じて検出コイルに現れる誘導起電力が変化することにより、誘導起電力の変化から可動物の回動位置が検出される。 Conventionally, a position detection device (eddy current sensor) that calculates the position of a movable object by applying a magnetic field to a plurality of detection coils from an excitation coil and detecting a change in the magnetic field applied to the detection coil according to the rotation of the metal rotor. ) Is well known (see Patent Document 1). In this type of position detection device, the excitation coil and the detection coil are electromagnetically coupled, and the induced electromotive force appearing in the detection coil changes according to the rotation position of the metal rotor, so that the movement of the movable object is detected from the change in the induced electromotive force. A moving position is detected.
しかし、特許文献1の位置検出装置は、可動物の回動角度を検出するにあたり、ある特定の範囲の角度しか判定することができない問題があった。よって、可動物の回動位置を広範囲に亘り検出できる技術開発のニーズがあった。なお、検出対象とする位置は、前述の回動位置に限らず、例えば直線方向の位置など、種々の位置も含むこととする。 However, the position detection device of Patent Document 1 has a problem that only a certain range of angles can be determined when detecting the rotation angle of the movable object. Therefore, there has been a need for technology development that can detect the rotational position of the movable object over a wide range. Note that the position to be detected is not limited to the rotation position described above, and includes various positions such as a position in a linear direction.
本発明の目的は、可動物の位置を検出するにあたり、検出範囲を広くとることができる位置検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a position detection device capable of widening a detection range when detecting the position of a movable object.
前記問題点を解決する位置検出装置は、電流が流される励磁コイルと、当該励磁コイルから発生する磁界を検出可能な1以上の特定範囲角検出コイルと、位置検出の対象である可動物の位置に応じて前記特定範囲角検出コイルに付与される磁界を変化させる金属体とを備えた構成において、前記可動物の移動方向に並び配置された複数の巻線部を1組以上備えてなる第1絶対角検出コイルと、当該第1絶対角検出コイルと異なる位相の検出信号を出力する第2絶対角検出コイルと、前記第1絶対角検出コイルから出力される第1絶対角信号と前記第2絶対角検出コイルから出力される第2絶対角信号とから構築される組み合わせが、前記特定範囲角検出コイルから出力される交流波の特定範囲角信号に基づく位置検出の周期ごとに異なる組み合わせをとるように、前記第1絶対角検出コイル及び第2絶対角検出コイルに付与される磁界を変化させるべく前記金属体に形成された磁界変化付与部と、前記特定範囲角信号、第1絶対角信号及び第2絶対角信号の組み合わせにより、前記可動物の位置を演算する位置演算部とを備えた。 A position detection device that solves the above problems includes an exciting coil through which an electric current flows, one or more specific range angle detecting coils that can detect a magnetic field generated from the exciting coil, and the position of a movable object that is a position detection target. And a metal body that changes a magnetic field applied to the specific range angle detection coil in accordance with the first range, and includes a plurality of winding portions arranged in the moving direction of the movable object. A first absolute angle detection coil; a second absolute angle detection coil that outputs a detection signal having a phase different from that of the first absolute angle detection coil; a first absolute angle signal output from the first absolute angle detection coil; The combinations constructed from the second absolute angle signals output from the two absolute angle detection coils are different for each position detection cycle based on the specific range angle signals of the AC waves output from the specific range angle detection coils. The magnetic field change applying unit formed on the metal body to change the magnetic field applied to the first absolute angle detecting coil and the second absolute angle detecting coil, the specific range angle signal, And a position calculator that calculates the position of the movable object by a combination of an absolute angle signal and a second absolute angle signal.
本構成によれば、特定範囲角検出コイルの出力と第1絶対角検出コイルの出力と第2絶対各検出コイルの出力との組み合わせにより、可動物の位置を判定するので、例えば特定範囲角検出コイルの出力のみで位置検出する場合に比べて、可動物の位置を広い範囲で検出することが可能となる。よって、可動物の位置を検出するにあたり、検出範囲を広くとることが可能となる。 According to this configuration, the position of the movable object is determined by the combination of the output of the specific range angle detection coil, the output of the first absolute angle detection coil, and the output of the second absolute detection coil. Compared with the case where the position is detected only by the output of the coil, the position of the movable object can be detected in a wider range. Therefore, it is possible to widen the detection range when detecting the position of the movable object.
前記位置検出装置において、前記金属体は、回転する前記可動物と連動する金属ロータであり、同一組内の複数の前記巻線部は、前記金属ロータの回動方向に並び配置され、前記位置演算部は、前記可動物の回転位置を演算することが好ましい。この構成によれば、金属ロータの回動位置を広い範囲で検出することが可能となる。 In the position detection device, the metal body is a metal rotor that is interlocked with the rotating movable object, and the plurality of winding portions in the same set are arranged side by side in the rotation direction of the metal rotor, and the position It is preferable that the calculation unit calculates the rotational position of the movable object. According to this configuration, the rotational position of the metal rotor can be detected in a wide range.
前記位置検出装置において、前記巻線部の組は、前記金属ロータの径方向に複数組並び配置されていることが好ましい。この構成によれば、第1絶対角検出コイルから可動物の位置に応じた最適な信号を出力させ易くなるので、位置検出の精度確保に有利となる。 In the position detection device, it is preferable that a plurality of sets of the winding portions are arranged in the radial direction of the metal rotor. According to this configuration, an optimum signal corresponding to the position of the movable object can be easily output from the first absolute angle detection coil, which is advantageous for ensuring the accuracy of position detection.
前記位置検出装置において、前記磁界変化付与部は、前記第1絶対角検出コイルに付与される磁界を変化させる第1磁界変化付与部と、前記第2絶対角検出コイルに付与される磁界を変化させる第2磁界変化付与部とを備えることが好ましい。この構成によれば、磁界変化付与部を第1絶対角検出コイル及び第2絶対角検出コイルの各々に設けるので、第1絶対角検出コイル及び第2絶対角検出コイルに、それぞれ適した変化の磁界を付与させ易くなる。 In the position detection device, the magnetic field change applying unit changes a magnetic field applied to the first absolute angle detecting coil and a first magnetic field change applying unit that changes the magnetic field applied to the first absolute angle detecting coil. It is preferable to provide the 2nd magnetic field change provision part to be made. According to this configuration, since the magnetic field change imparting unit is provided in each of the first absolute angle detection coil and the second absolute angle detection coil, a change suitable for each of the first absolute angle detection coil and the second absolute angle detection coil. It becomes easy to apply a magnetic field.
前記位置検出装置において、前記第1磁界変化付与部は、金属ロータの金属部と、前記金属ロータの回動方向に並び配置された複数の凹部とを備え、複数の当該凹部は、前記金属ロータの回動方向においてサイズが順次変わっていくように凹設されていることが好ましい。この構成によれば、第1磁界変化付与部を設けるにあたり、金属ロータに金属部と凹部を設けるという簡素な構造で実現することが可能となる。 In the position detection device, the first magnetic field change applying unit includes a metal part of a metal rotor and a plurality of recesses arranged in a rotation direction of the metal rotor, and the plurality of recesses are the metal rotor. It is preferable that the concavity is recessed so that the size sequentially changes in the rotation direction. According to this configuration, when the first magnetic field change applying unit is provided, it can be realized with a simple structure in which the metal part is provided with the metal part and the concave part.
前記位置検出装置において、前記巻線部は、同一組において一対設けられるとともに、この組が前記金属ロータの径方向に並ぶように複数組設けられ、一対を複数組並び配置してなる前記巻線部は、前記金属ロータに形成される突片において、一方の側に並ぶものが当該突片の一方の側壁に沿うように配置され、他方の側に並ぶものが該突片の他方の側壁に沿うように配置されていることが好ましい。この構成によれば、どの巻線が金属部に覆われ、どの巻線が凹部に覆われるのかを、精度よく切り替えるのに有利となる。 In the position detection device, a pair of the winding portions are provided in the same set, and a plurality of sets are provided so that the sets are arranged in the radial direction of the metal rotor, and the winding is formed by arranging a plurality of pairs. The portions are arranged so that the protrusions formed on the metal rotor are arranged on one side along one side wall of the protrusion, and the ones arranged on the other side are arranged on the other side wall of the protrusion. It is preferable to arrange | position so that it may follow. According to this configuration, which winding is covered with the metal portion and which winding is covered with the concave portion is advantageous for accurately switching.
前記位置検出装置において、前記巻線部は、前記金属ロータの径方向外側に向かってコイル径が順に大きくなるように形成されていることが好ましい。この構成によれば、どの巻線が金属部に覆われ、どの巻線が凹部に覆われるのかを、精度よく切り替えるのに一層有利となる。 In the position detection device, it is preferable that the winding portion is formed so that a coil diameter sequentially increases toward a radially outer side of the metal rotor. According to this configuration, it is more advantageous to switch accurately which winding is covered with the metal part and which winding is covered with the recess.
前記位置検出装置において、前記第1絶対角検出コイル及び第2絶対角検出コイルは、前記金属ロータの径方向において前記励磁コイル及び特定範囲角検出コイルの内側に配置されていることが好ましい。この構成によれば、絶対角検出コイルを径サイズの小さなもので済ますことが可能となる。 In the position detection device, it is preferable that the first absolute angle detection coil and the second absolute angle detection coil are disposed inside the excitation coil and the specific range angle detection coil in a radial direction of the metal rotor. According to this configuration, the absolute angle detection coil can be made with a small diameter.
前記位置検出装置において、前記位置演算部は、複数の特定範囲角信号のうち、信号波形が直線状のものを2つ選択し、これら信号から前記可動物の位置を演算することが好ましい。この構成によれば、特定範囲角信号において直線的に変化する成分で位置検出することが可能となるので、可動物の位置を精度よく判定するのに有利となる。 In the position detection device, it is preferable that the position calculation unit selects two signals having a linear signal waveform from among the plurality of specific range angle signals, and calculates the position of the movable object from these signals. According to this configuration, it is possible to detect the position with a component that linearly changes in the specific range angle signal, which is advantageous for accurately determining the position of the movable object.
本発明によれば、可動物の位置を検出するにあたり、検出範囲を広くとることができる。 According to the present invention, it is possible to widen the detection range when detecting the position of the movable object.
以下、位置検出装置の一実施形態を図1〜図9に従って説明する。
図1に示すように、例えばスイッチ装置等の車載装置は、車載装置において動く可動物1の位置を検出可能な位置検出装置2を備える。位置検出装置2は、例えば回動する可動物1の回動位置を検出するものであることが好ましい。可動物1は、例えばスイッチやレバーなどが好ましい。
Hereinafter, an embodiment of the position detection device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, for example, a vehicle-mounted device such as a switch device includes a position detection device 2 that can detect the position of a movable object 1 that moves in the vehicle-mounted device. The position detection device 2 is preferably a device that detects the rotation position of the movable object 1 that rotates, for example. The movable object 1 is preferably a switch or a lever, for example.
位置検出装置2は、電流が印加される励磁コイル3と、励磁コイル3から発生する磁界を検出可能な1以上の特定範囲角検出コイル4と、位置検出の対象物である可動物1の位置に応じて特定範囲角検出コイル4に付与される磁界を変化させる金属体(以下、金属ロータ5と記す)とを備える。励磁コイル3及び特定範囲角検出コイル4は、可動物1が固定される側に設けられることが好ましい。金属ロータ5は、可動物1に設けられることが好ましい。 The position detection device 2 includes an excitation coil 3 to which a current is applied, one or more specific range angle detection coils 4 that can detect a magnetic field generated from the excitation coil 3, and the position of the movable object 1 that is a position detection target. And a metal body (hereinafter referred to as a metal rotor 5) that changes the magnetic field applied to the specific range angle detection coil 4. The excitation coil 3 and the specific range angle detection coil 4 are preferably provided on the side on which the movable object 1 is fixed. The metal rotor 5 is preferably provided on the movable object 1.
金属ロータ5は、可動物1と連動して回動中心P回りに回動することが好ましい。金属ロータ5の外周には、ロータ本体6から金属ロータ5の径方向外側に突出する突片7が複数形成されることが好ましい。複数の突片7は、金属ロータ5の回動方向(図1の矢印A方向)において等間隔に配置されるとよい。金属ロータ5の外周には、隣同士の突片7の間に凹部8が形成される。よって、金属ロータ5の外周には、金属ロータ5の回動方向に沿って突片7及び凹部8が交互に等間隔配置される。突片7は、例えば略扇形状に形成されることが好ましい。金属ロータ5は、可動物1と同一軸心上で回動することが好ましい。 The metal rotor 5 is preferably rotated around the rotation center P in conjunction with the movable object 1. It is preferable that a plurality of projecting pieces 7 projecting from the rotor body 6 to the radially outer side of the metal rotor 5 are formed on the outer periphery of the metal rotor 5. The plurality of projecting pieces 7 are preferably arranged at equal intervals in the rotation direction of the metal rotor 5 (the direction of arrow A in FIG. 1). On the outer periphery of the metal rotor 5, a recess 8 is formed between the adjacent projecting pieces 7. Therefore, on the outer periphery of the metal rotor 5, the projecting pieces 7 and the recesses 8 are alternately arranged at equal intervals along the rotation direction of the metal rotor 5. The projecting piece 7 is preferably formed in a substantially fan shape, for example. The metal rotor 5 is preferably rotated on the same axis as the movable object 1.
金属ロータ5の回動方向の平面をロータ回動方向平面(図1のX−Y軸平面)としたとき、突片7のロータ回動方向平面における設定角度R1と、凹部8のロータ回動方向平面における設定角度R2とは、同じ角度とすることが好ましい。なお、設定角度R1,R2は、金属ロータ5の回動中心Pから突片7の一方の側壁9に延ばした線Laと、金属ロータ5の回動中心Pから突片7の他方の側壁10に延ばした線Lbとがなす角度に相当する。設定角度R1,R2は、例えば「36°」であることが好ましい。 When the plane in the rotation direction of the metal rotor 5 is the rotor rotation direction plane (XY plane in FIG. 1), the set angle R1 in the rotor rotation direction plane of the projecting piece 7 and the rotor rotation of the recess 8 The set angle R2 in the direction plane is preferably the same angle. The set angles R1 and R2 are a line La extending from the rotation center P of the metal rotor 5 to one side wall 9 of the projecting piece 7, and the other side wall 10 of the projecting piece 7 from the rotation center P of the metal rotor 5. This corresponds to the angle formed by the line Lb extending to. The setting angles R1 and R2 are preferably “36 °”, for example.
特定範囲角検出コイル4は、例えば4a〜4cの3つ設けられることが好ましい。本例の場合、第1特定範囲角検出コイル4aを中央にして、その両側に第2特定範囲角検出コイル4b及び第3特定範囲角検出コイル4cが配置されるとする。特定範囲角検出コイル4の設定角度(以降、ループ角度Rkと記す)は、例えば1組の突片7及び凹部8の角度範囲に合わせ、「72°」であることが好ましい。つまり、1つあたりの特定範囲角検出コイル4では、0°〜72°の角度を検出することが可能である。 It is preferable that three specific range angle detection coils 4 are provided, for example, 4a to 4c. In the case of this example, it is assumed that the second specific range angle detection coil 4b and the third specific range angle detection coil 4c are arranged on both sides of the first specific range angle detection coil 4a. The set angle of the specific range angle detection coil 4 (hereinafter referred to as the loop angle Rk) is preferably “72 °” in accordance with the angular range of the pair of protrusions 7 and recesses 8, for example. In other words, the specific range angle detection coil 4 per one can detect an angle of 0 ° to 72 °.
特定範囲角検出コイル4a〜4cは、金属ロータ5の回動方向に並び配置されるとともに、金属ロータ5の軸方向(図1のZ軸方向)において所定量ずつ重ねて配置されることが好ましい。特定範囲角検出コイル4a〜4cは、例えば車載装置(位置検出装置2)の基板(図示略)に形成されることが好ましく、これらを基板上に重ねて配置するならば、例えば基板のスルーホール(図示略)を用いて、互いの電気絶縁を確保するように形成するとよい。第1特定範囲角検出コイル4aと第2特定範囲角検出コイル4bとの位相ずれは、例えば「24°」であることが好ましい。第1特定範囲角検出コイル4aと第3特定範囲角検出コイル4cとの位相ずれは、例えば「24°」であることが好ましい。 The specific range angle detection coils 4a to 4c are preferably arranged side by side in the rotational direction of the metal rotor 5 and are arranged by a predetermined amount in the axial direction of the metal rotor 5 (Z-axis direction in FIG. 1). . The specific range angle detection coils 4a to 4c are preferably formed on, for example, a substrate (not shown) of the in-vehicle device (position detection device 2). (Not shown) may be used to ensure mutual electrical insulation. The phase shift between the first specific range angle detection coil 4a and the second specific range angle detection coil 4b is preferably, for example, “24 °”. The phase shift between the first specific range angle detection coil 4a and the third specific range angle detection coil 4c is preferably, for example, “24 °”.
励磁コイル3は、例えば複数の特定範囲角検出コイル4a〜4cを全て覆うように形成されることが好ましい。励磁コイル3は、金属ロータ5の回動方向に沿って円弧状に並び配置された特定範囲角検出コイル4a〜4cの配置パターンに合わせ、円弧状に曲げ形成されることが好ましい。励磁コイル3は、特定範囲角検出コイル4a〜4cと同じ基板上に形成されるとよい。 The excitation coil 3 is preferably formed so as to cover all of the plurality of specific range angle detection coils 4a to 4c, for example. The exciting coil 3 is preferably bent in an arc shape in accordance with the arrangement pattern of the specific range angle detection coils 4 a to 4 c arranged in an arc shape along the rotation direction of the metal rotor 5. The excitation coil 3 may be formed on the same substrate as the specific range angle detection coils 4a to 4c.
位置検出装置2は、可動物1の移動方向に並び配置された複数の巻線部12を1組以上備えてなる第1絶対角検出コイル11と、第1絶対角検出コイル11と異なる位相の検出信号を出力する第2絶対角検出コイル13とを備える。また、位置検出装置2は、第1絶対角検出コイル11から出力される第1絶対角信号Saと第2絶対角検出コイル13から出力される第2絶対角信号Sbとから構築される組み合わせが、特定範囲角検出コイル4から出力される交流波の特定範囲角信号S1に基づく位置検出の周期ごとに異なる組み合わせをとるように、第1絶対角検出コイル11及び第2絶対角検出コイル13に付与される磁界を変化させるべく金属体(金属ロータ5)に形成された磁界変化付与部14を備える。 The position detection device 2 includes a first absolute angle detection coil 11 including one or more sets of a plurality of winding portions 12 arranged in the moving direction of the movable object 1 and a phase different from that of the first absolute angle detection coil 11. And a second absolute angle detection coil 13 for outputting a detection signal. The position detection device 2 has a combination constructed from the first absolute angle signal Sa output from the first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle signal Sb output from the second absolute angle detection coil 13. The first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13 have different combinations for each position detection cycle based on the specific range angle signal S1 of the AC wave output from the specific range angle detection coil 4. A magnetic field change applying unit 14 formed on a metal body (metal rotor 5) is provided to change the applied magnetic field.
同一組内の複数の巻線部12は、例えば金属ロータ5の回動方向(図1の矢印A方向)に並び配置されることが好ましい。巻線部12の組は、金属ロータ5の径方向に複数組並び配置されることが好ましい。本例の場合、巻線部12は、同一組内において例えば一対設けられ、かつ4組設けられている。つまり、巻線部12を2つ備える組を4組設けて、巻線部12を合計8つ備える。本例の場合、回動中心Pから最も遠い組を12a,12bとし、次に遠い組を12c,12dとし、その次に遠い組を12e,12fとし、回動中心Pに最も近い組を12g,12hとする。 The plurality of winding portions 12 in the same set are preferably arranged side by side in the rotation direction of the metal rotor 5 (the direction of arrow A in FIG. 1), for example. It is preferable that a plurality of sets of winding portions 12 are arranged side by side in the radial direction of the metal rotor 5. In the case of this example, for example, a pair of winding portions 12 are provided in the same set, and four sets are provided. That is, four sets each including two winding portions 12 are provided, and a total of eight winding portions 12 are provided. In this example, the group farthest from the rotation center P is 12a, 12b, the next farthest group is 12c, 12d, the next farthest group is 12e, 12f, and the group closest to the rotation center P is 12g. , 12h.
複数の巻線部12において一方の側(紙面左側)に配置された巻線部12a,12c,12e,12gは、金属ロータ5の径方向に沿って並び配置されることが好ましい。また、複数の巻線部12において他方の側(紙面右側)に配置された巻線部12b,12d,12f,12hも、金属ロータ5の径方向に沿って並び配置されることが好ましい。 The winding portions 12 a, 12 c, 12 e, and 12 g arranged on one side (the left side in the drawing) of the plurality of winding portions 12 are preferably arranged side by side along the radial direction of the metal rotor 5. In addition, the winding portions 12 b, 12 d, 12 f and 12 h arranged on the other side (the right side in the drawing) of the plurality of winding portions 12 are also preferably arranged side by side along the radial direction of the metal rotor 5.
磁界変化付与部14は、第1絶対角検出コイル11に付与される磁界を変化させる第1磁界変化付与部14aと、第2絶対角検出コイル13に付与される磁界を変化させる第2磁界変化付与部14bとを備えることが好ましい。なお、第2絶対角検出コイル13及び第2磁界変化付与部14bを必要とするのは、第1絶対角検出コイル11及び第1磁界変化付与部14aの組では検出できない範囲の角度があり、この範囲の角度を第2絶対角検出コイル13及び第2磁界変化付与部14bで判定するためである。 The magnetic field change applying unit 14 includes a first magnetic field change applying unit 14a that changes the magnetic field applied to the first absolute angle detection coil 11, and a second magnetic field change that changes the magnetic field applied to the second absolute angle detection coil 13. It is preferable to provide the provision part 14b. The second absolute angle detection coil 13 and the second magnetic field change applying unit 14b are required to have an angle in a range that cannot be detected by the first absolute angle detection coil 11 and the first magnetic field change applying unit 14a. This is because the angle in this range is determined by the second absolute angle detection coil 13 and the second magnetic field change applying unit 14b.
第1磁界変化付与部14aは、金属ロータ5の金属部15と、金属ロータ5の回動方向に並び配置された前述の複数の凹部8とを備えることが好ましい。金属部15は、例えば金属ロータ5の回動時において、第1絶対角検出コイル11と対向し得るロータ本体6の金属部分に相当する。金属部15(金属ロータ5)は、例えば磁性体から形成されることが好ましい。 The first magnetic field change applying unit 14 a preferably includes the metal part 15 of the metal rotor 5 and the above-described plurality of recesses 8 arranged in the rotation direction of the metal rotor 5. The metal portion 15 corresponds to a metal portion of the rotor body 6 that can face the first absolute angle detection coil 11 when the metal rotor 5 is rotated, for example. The metal part 15 (metal rotor 5) is preferably formed of a magnetic material, for example.
第1磁界変化付与部14aをなす凹部8は、5つの凹部8のうち1箇所を除く残りの4箇所を、深さを変えることによって形成されることが好ましい。つまり、第1磁界変化付与部14aをなす凹部8は、例えば凹部8の底を肉取りすることによって形成される切欠部であることが好ましい。複数の凹部8は、金属ロータ5の回動方向においてサイズが順に段階的に変わっていくように凹設されるとよい。なお、凹部8のサイズは、凹部8が切欠部であれば、切り欠きの深さに相当する。本例の場合、深さが浅い順に、第1凹部8a、第2凹部8b、第3凹部8c、第4凹部8dとする。ちなみに、凹部8は、切欠部に限らず、例えば孔や穴に変えてもよい。 The recesses 8 forming the first magnetic field change imparting portion 14a are preferably formed by changing the depths of the remaining four locations of the five recesses 8 except for one location. That is, it is preferable that the recessed part 8 which makes the 1st magnetic field change provision part 14a is a notch formed by, for example, removing the bottom of the recessed part 8. The plurality of recesses 8 are preferably provided so as to change in size step by step in the rotation direction of the metal rotor 5. The size of the recess 8 corresponds to the depth of the notch if the recess 8 is a notch. In the case of this example, the first concave portion 8a, the second concave portion 8b, the third concave portion 8c, and the fourth concave portion 8d are formed in order of increasing depth. Incidentally, the recess 8 is not limited to the notch, and may be changed to a hole or a hole, for example.
第2絶対角検出コイル13は、例えば1つの巻線部(コイル巻線)から形成されることが好ましい。第2絶対角検出コイル13は、金属ロータ5の径方向において第1絶対角検出コイル11よりも内側寄りの位置、すなわち回動中心P寄りの位置に配置されることが好ましい。第1絶対角検出コイル11及び第2絶対角検出コイル13は、金属ロータ5の径方向において励磁コイル3及び特定範囲角検出コイル4の内側に配置されることが好ましい。 The second absolute angle detection coil 13 is preferably formed from, for example, one winding part (coil winding). The second absolute angle detection coil 13 is preferably arranged at a position closer to the inner side than the first absolute angle detection coil 11 in the radial direction of the metal rotor 5, that is, a position closer to the rotation center P. The first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13 are preferably disposed inside the excitation coil 3 and the specific range angle detection coil 4 in the radial direction of the metal rotor 5.
第2磁界変化付与部14bは、金属ロータ5の金属部16と、金属ロータ5に形成された1つの凹部17とを備えることが好ましい。金属部16は、金属ロータ5の回動時において、第2絶対角検出コイル13と対向し得るロータ本体6の金属部分に相当する。金属部16(金属ロータ5)は、例えば磁性体から形成されることが好ましい。第2磁界変化付与部14bの凹部17は、例えば孔や穴であることが好ましい。例えば、凹部17は、金属ロータ5の径方向において第1絶対角検出コイル11よりも内側寄りの位置、すなわち回動中心P寄りの位置に配置されることが好ましい。 The second magnetic field change imparting portion 14 b preferably includes the metal portion 16 of the metal rotor 5 and one concave portion 17 formed in the metal rotor 5. The metal portion 16 corresponds to a metal portion of the rotor body 6 that can face the second absolute angle detection coil 13 when the metal rotor 5 rotates. The metal part 16 (metal rotor 5) is preferably formed of a magnetic material, for example. The concave portion 17 of the second magnetic field change imparting portion 14b is preferably a hole or a hole, for example. For example, the recess 17 is preferably arranged at a position closer to the inner side than the first absolute angle detection coil 11 in the radial direction of the metal rotor 5, that is, a position closer to the rotation center P.
図2に示すように、一対を複数組並び配置してなる巻線部12は、一方の側(紙面左側)に並ぶものが突片7の一方の側壁10に沿うように配置され、他方の側に並ぶもの(紙面右側)が突片7の他方の側壁9に沿うように配置されることが好ましい。具体的には、巻線部12a,12c,12e,12gが側壁10に沿うように配置され、巻線部12b,12d,12f,12hが側壁9に沿うように配置される。巻線部12a,12c,12e,12gと巻線部12b,12d,12f,12hとがなす設定角度Raは、突片7の設定角度R1に合わせ、例えば「36°」であることが好ましい。 As shown in FIG. 2, the winding portion 12 formed by arranging a plurality of pairs is arranged so that the one arranged on one side (the left side of the paper) is along one side wall 10 of the projecting piece 7, and the other side It is preferable that the ones arranged on the side (the right side of the drawing) are arranged along the other side wall 9 of the projecting piece 7. Specifically, the winding portions 12 a, 12 c, 12 e, and 12 g are arranged along the side wall 10, and the winding portions 12 b, 12 d, 12 f, and 12 h are arranged along the side wall 9. The setting angle Ra formed by the winding portions 12a, 12c, 12e, and 12g and the winding portions 12b, 12d, 12f, and 12h is preferably, for example, “36 °” in accordance with the setting angle R1 of the protruding piece 7.
図3に示すように、巻線部12a,12c,12e,12gのロータ回転平面における設定角度Rbは、例えば突片7(凹部8)の設定角度R1(R2)の1/3であることが好ましい。つまり、設定角度Rbは、例えば約「12°」であることが好ましい。巻線部12b,12d,12f,12hのロータ回転平面における設定角度Rcも、例えば突片7(凹部8)の設定角度R1(R2)の1/3であること(約「12°」)が好ましい。 As shown in FIG. 3, the setting angle Rb in the rotor rotation plane of the winding portions 12a, 12c, 12e, and 12g is, for example, 1/3 of the setting angle R1 (R2) of the projecting piece 7 (concave portion 8). preferable. That is, the set angle Rb is preferably about “12 °”, for example. The set angle Rc in the rotor rotation plane of the winding portions 12b, 12d, 12f, and 12h is, for example, 1/3 of the set angle R1 (R2) of the projecting piece 7 (recessed portion 8) (about “12 °”). preferable.
巻線部12a,12c,12e,12gは、金属ロータ5の径方向外側に向かってコイル径が順に大きくなるように形成されることが好ましい。同様に、巻線部12b,12d,12f,12hも、金属ロータ5の径方向外側に向かってコイル径が順に大きくなるように形成されることが好ましい。巻線部12a〜12hは、巻線が例えば略四角形状に巻き形成されることが好ましい。この形状の場合、金属ロータ5の回動中心Pから延ばした鋭角をなす一対の直線をL1,L2としたとき、巻線部12a,12c,12e,12gの一方の辺20が線L1上に乗り、これに対向する他方の辺21が線L2上に乗ることが好ましい。また、金属ロータ5の回動中心Pから延ばした鋭角をなす他の一対の直線をL3,L4としたとき、巻線部12b,12d,12f,12hの一方の辺22が線L3上に乗り、これに対向する他方の辺23が線L4上に乗ることが好ましい。 The winding portions 12 a, 12 c, 12 e, and 12 g are preferably formed such that the coil diameter increases in order toward the radially outer side of the metal rotor 5. Similarly, the winding portions 12 b, 12 d, 12 f, and 12 h are preferably formed so that the coil diameter sequentially increases toward the radially outer side of the metal rotor 5. In the winding portions 12a to 12h, the winding is preferably formed in a substantially square shape, for example. In the case of this shape, when L1 and L2 are a pair of straight lines that form an acute angle extending from the rotation center P of the metal rotor 5, one side 20 of the winding portions 12a, 12c, 12e, and 12g is on the line L1. It is preferable that the other side 21 opposite to this rides on the line L2. When another pair of straight lines having an acute angle extending from the rotation center P of the metal rotor 5 is L3 and L4, one side 22 of the winding portions 12b, 12d, 12f, and 12h is placed on the line L3. It is preferable that the other side 23 facing this is on the line L4.
第2絶対角検出コイル13は、金属ロータ5の回動方向において、第1絶対角検出コイル11に対して所定量ずれて配置されることが好ましい。第1絶対角検出コイル11と第2絶対角検出コイル13とがなす設定角度Rdは、例えば約「36°」程度であることが好ましい。絶対角検出コイル13のロータ回転平面における設定角度Reは、例えば突片7(凹部8)の設定角度R1(R2)の1/2であることが好ましい。つまり、設定角度Reは、例えば約「18°」であることが好ましい。凹部17のロータ回転方向における設定角度Rfは、例えば約「30°」程度であることが好ましい。 The second absolute angle detection coil 13 is preferably arranged with a predetermined amount of deviation from the first absolute angle detection coil 11 in the rotation direction of the metal rotor 5. The set angle Rd formed by the first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13 is preferably about “36 °”, for example. The set angle Re in the rotor rotation plane of the absolute angle detection coil 13 is preferably ½ of the set angle R1 (R2) of the projecting piece 7 (recess 8), for example. That is, the set angle Re is preferably about “18 °”, for example. The setting angle Rf of the concave portion 17 in the rotor rotation direction is preferably about “30 °”, for example.
図4に示すように、位置検出装置2は、特定範囲角検出コイル4a〜4c及び絶対角検出コイル11,13から入力する検出信号の組み合わせにより、可動物1の位置を演算する位置演算部24を備える。位置演算部24は、励磁回路25を介して励磁コイル3に接続されることが好ましい。励磁コイル3の電位の高い側には、電圧調整用の抵抗26が接続されるとよい。特定範囲角検出コイル4a〜4cは、それぞれ検出回路27〜29を介して位置演算部24に接続されることが好ましい。検出回路27〜29は、例えば増幅や変調等を行う回路であるとよい。 As illustrated in FIG. 4, the position detection device 2 includes a position calculation unit 24 that calculates the position of the movable object 1 based on a combination of detection signals input from the specific range angle detection coils 4 a to 4 c and the absolute angle detection coils 11 and 13. Is provided. The position calculation unit 24 is preferably connected to the excitation coil 3 via the excitation circuit 25. A voltage adjusting resistor 26 is preferably connected to the high potential side of the exciting coil 3. The specific range angle detection coils 4a to 4c are preferably connected to the position calculation unit 24 via detection circuits 27 to 29, respectively. The detection circuits 27 to 29 are preferably circuits that perform amplification or modulation, for example.
位置演算部24は、励磁コイル3に交流電圧を印加することにより、励磁コイル3から磁界(磁束)を発生させ、相互誘導作用により、特定範囲角検出コイル4a〜4cに誘導起電力を発生させる。このとき、位置演算部24は、検出回路27を通じて第1特定範囲角検出コイル4aから第1特定範囲角信号S1−aを入力し、検出回路28を通じて第2特定範囲角検出コイル4bから第2特定範囲角信号S1−bを入力し、検出回路29を通じて第3特定範囲角検出コイル4cから第3特定範囲角信号S1−cを入力する。 The position calculation unit 24 generates a magnetic field (magnetic flux) from the excitation coil 3 by applying an AC voltage to the excitation coil 3, and generates an induced electromotive force in the specific range angle detection coils 4a to 4c by mutual induction. . At this time, the position calculation unit 24 inputs the first specific range angle signal S1-a from the first specific range angle detection coil 4a through the detection circuit 27, and the second specific range angle detection coil 4b from the second specific range angle detection coil 4b through the detection circuit 28. The specific range angle signal S1-b is input, and the third specific range angle signal S1-c is input from the third specific range angle detection coil 4c through the detection circuit 29.
第1絶対角検出コイル11及び第2絶対角検出コイル13は、例えば自励式であることが好ましい。この場合、位置演算部24は、励磁回路30を介して、電圧調整用の抵抗31と巻線部12a〜12hとからなる直列回路に接続され、励磁回路32を介して、電圧調整用の抵抗33と第2絶対角検出コイル13とからなる直列回路に接続されることが好ましい。絶対角検出コイル11,13は、それぞれ検出回路34,35を介して、検出信号を位置演算部24に出力することが好ましい。検出回路34,35は、例えば増幅や変調等を行う回路であるとよい。 The first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13 are preferably self-excited, for example. In this case, the position calculation unit 24 is connected to a series circuit composed of the voltage adjustment resistor 31 and the winding portions 12a to 12h through the excitation circuit 30, and the voltage adjustment resistor through the excitation circuit 32. It is preferably connected to a series circuit composed of 33 and the second absolute angle detection coil 13. The absolute angle detection coils 11 and 13 preferably output detection signals to the position calculation unit 24 via detection circuits 34 and 35, respectively. The detection circuits 34 and 35 are preferably circuits that perform amplification and modulation, for example.
位置演算部24は、励磁コイル3に交流電圧を印加し、各絶対角検出コイル11,13において、金属ロータ5の回動位置に応じたインダクタンスの変化を発生させる。位置演算部24は、検出回路34を通じて第1絶対角検出コイル11から第1絶対角信号Saを入力し、検出回路35を通じて第2絶対角検出コイル13から第2絶対角信号Sbを入力する。 The position calculation unit 24 applies an AC voltage to the excitation coil 3 and causes the absolute angle detection coils 11 and 13 to change the inductance according to the rotational position of the metal rotor 5. The position calculation unit 24 inputs the first absolute angle signal Sa from the first absolute angle detection coil 11 through the detection circuit 34 and inputs the second absolute angle signal Sb from the second absolute angle detection coil 13 through the detection circuit 35.
位置演算部24は、特定範囲角信号S1−a,S1−b,S1−c及び絶対角信号Sa,Sbの組み合わせにより、可動物1の回動位置、すなわち金属ロータ5の回転角度(ロータ角度θ)を演算する。つまり、位置演算部24は、特定範囲角検出コイル4a〜4cの出力に基づく位置の検出結果と、絶対角検出コイル11,13の出力に基づく位置の検出結果とを組み合わせることにより、可動物1の回動位置を演算する。 The position calculation unit 24 determines the rotation position of the movable object 1, that is, the rotation angle of the metal rotor 5 (rotor angle) by combining the specific range angle signals S1-a, S1-b, S1-c and the absolute angle signals Sa, Sb. θ) is calculated. That is, the position calculation unit 24 combines the position detection result based on the outputs of the specific range angle detection coils 4 a to 4 c and the position detection result based on the outputs of the absolute angle detection coils 11 and 13, thereby moving the movable object 1. Is calculated.
次に、図5〜図9を用いて、位置検出装置2の動作を説明する。
[特定範囲角検出コイルによる角度検出の動作]
図5に示すように、励磁コイル3に交流電圧が印加されると、相互誘導作用によって3つの特定範囲角検出コイル4a〜4cに誘導起電力が発生する。この状態において金属ロータ5が回動中心P回りに回動すると、金属ロータ5の突片7の位置に応じて、各特定範囲角検出コイル4a〜4cの検出電圧(振幅)が交流波状(例えば正弦波状や三角波状)に変化する。つまり、第1特定範囲角検出コイル4aから出力される第1特定範囲角信号S1−aを基準としたとき、第2特定範囲角検出コイル4bから位相が「24°」遅れた第2特定範囲角信号S1−bが出力され、第3特定範囲角検出コイル4cから位相が「24°」早い第3特定範囲角信号S1−cが出力される。
Next, operation | movement of the position detection apparatus 2 is demonstrated using FIGS.
[Angle detection operation by specific range angle detection coil]
As shown in FIG. 5, when an AC voltage is applied to the excitation coil 3, induced electromotive forces are generated in the three specific range angle detection coils 4a to 4c by mutual induction. In this state, when the metal rotor 5 rotates around the rotation center P, the detection voltage (amplitude) of each of the specific range angle detection coils 4a to 4c varies depending on the position of the projecting piece 7 of the metal rotor 5 (for example, an AC waveform) It changes to a sine wave or triangular wave. That is, when the first specific range angle signal S1-a output from the first specific range angle detection coil 4a is used as a reference, the second specific range whose phase is delayed by “24 °” from the second specific range angle detection coil 4b. The angle signal S1-b is output, and the third specific range angle signal S1-c whose phase is “24 °” earlier is output from the third specific range angle detection coil 4c.
位置演算部24は、複数(本例は3つ)の特定範囲角信号S1−a,S1−b,S1−cのうち、信号波形が直線状のもの(領域Uに存在するもの)を2つ選択し、これら信号の例えば差や和をとって、可動物1の回動位置に応じた検出角度θrを演算する。例えば、ロータ角度θが6°〜18°のときには、S1−aとS1−bを使用し、ロータ角度θが18°〜30°のときには、S1−aとS1−cとを使用する。このようにして、位置演算部24は、1周期が72°の検出角度θrを演算できる。 The position calculation unit 24 uses two (three in this example) specific range angle signals S1-a, S1-b, S1-c whose signal waveform is linear (exists in the region U). The detected angle θr corresponding to the rotational position of the movable object 1 is calculated by taking, for example, the difference or sum of these signals. For example, when the rotor angle θ is 6 ° to 18 °, S1-a and S1-b are used, and when the rotor angle θ is 18 ° to 30 °, S1-a and S1-c are used. In this way, the position calculation unit 24 can calculate the detection angle θr in which one cycle is 72 °.
[0°≦θ<72°の角度検出の動作]
図6に示すように、同図の左端の位置検出装置2の図を基準の「0°」とし、この基準位置から金属ロータ5が回動したとする。0°≦θ<72°の範囲のとき、特定範囲角検出コイル4a〜4cから出力される検出電圧(特定範囲角信号S1−a〜S1−c)は、図5で図示した例と同じ規則性の電圧変化をとる。つまり、特定範囲角信号S1−a〜S1−cは、72°を1周期として、S1−aとS1−bとで位相が24°ずれ、S1−aとS1−cとで位相が24°ずれた信号で出力される。
[Angle detection operation of 0 ° ≦ θ <72 °]
As shown in FIG. 6, it is assumed that the position detection device 2 at the left end in FIG. 6 is set to “0 °” as a reference, and the metal rotor 5 is rotated from this reference position. When 0 ° ≦ θ <72 °, the detection voltages (specific range angle signals S1-a to S1-c) output from the specific range angle detection coils 4a to 4c are the same rule as in the example illustrated in FIG. Take the voltage change of sex. That is, the specific range angle signals S1-a to S1-c have a phase shift of 24 ° between S1-a and S1-b and a phase of 24 ° between S1-a and S1-c, with 72 ° being one cycle. Output as a shifted signal.
0°≦θ<72°の範囲のとき、第2絶対角検出コイル13は、0°〜18°の範囲で凹部17が離れて行き、金属ロータ5(金属部16)に徐々に覆われるようになる。このため、第2絶対角検出コイル13からは、0°から18°に亘って徐々に低くなっていき、その後一定となる検出電圧(第2絶対角信号Sb)が出力される。同範囲のとき、第1絶対角検出コイル11は、62°から72°の範囲で巻線部12aの対向位置に第1凹部8aが位置し、巻線部12aが金属ロータ5(金属部15)で覆われなくなる。このため、第1絶対角検出コイル11からは、最初は一定であるもの62°から72°に亘り徐々に高くなっていき、最終的にV1となる検出電圧(第1絶対角信号Sa)が出力される。 In the range of 0 ° ≦ θ <72 °, the second absolute angle detection coil 13 moves away from the concave portion 17 in the range of 0 ° to 18 °, and is gradually covered by the metal rotor 5 (metal portion 16). become. For this reason, the second absolute angle detection coil 13 outputs a detection voltage (second absolute angle signal Sb) that gradually decreases from 0 ° to 18 ° and thereafter becomes constant. In the same range, in the first absolute angle detection coil 11, the first recess 8a is located at a position facing the winding portion 12a in the range of 62 ° to 72 °, and the winding portion 12a is the metal rotor 5 (metal portion 15). ) Will not be covered. For this reason, the first absolute angle detection coil 11 gradually increases from 62 ° to 72 °, which is initially constant, and a detection voltage (first absolute angle signal Sa) that finally becomes V1. Is output.
位置演算部24は、特定範囲角信号S1−a〜S1−c及び絶対角信号Sa,Sbの組み合わせにより、0°≦θ<72°の範囲のロータ角度θを演算する。つまり、位置演算部24は、特定範囲角信号S1−a〜S1−cと、72°の周期ごとにユニークな値の組み合わせをとる絶対角信号Sa,Sbとにより、0°≦θ<72°の範囲のロータ角度θを演算する。 The position calculation unit 24 calculates the rotor angle θ in the range of 0 ° ≦ θ <72 ° by a combination of the specific range angle signals S1-a to S1-c and the absolute angle signals Sa and Sb. That is, the position calculation unit 24 uses 0 ° ≦ θ <72 ° by the specific range angle signals S1-a to S1-c and the absolute angle signals Sa and Sb that take a combination of unique values for each period of 72 °. The rotor angle θ in the range is calculated.
[72°≦θ<144°の角度検出の動作]
図7に示すように、金属ロータ5が72°≦θ<144°の範囲を回動したとする。同範囲のとき、特定範囲角検出コイル4a〜4cから出力される検出電圧(特定範囲角信号S1−a〜S1−c)は、図6と同じ電圧変化をとる。
[Angle detection operation of 72 ° ≦ θ <144 °]
As shown in FIG. 7, it is assumed that the metal rotor 5 is rotated in a range of 72 ° ≦ θ <144 °. In the same range, the detection voltages (specific range angle signals S1-a to S1-c) output from the specific range angle detection coils 4a to 4c have the same voltage change as in FIG.
72°≦θ<144°の範囲のとき、例えばθが98°を超えると、巻線部12aの一部分が金属ロータ5に覆われ始めるが、逆に今度は巻線部12bが金属ロータ5に覆われなくなっていくので、トータルで見て1巻線が金属ロータ5に覆われない状態が維持される。そして、第1絶対角検出コイル11は、134°〜144°の範囲で、巻線部12aに加え、さらにもう1つの巻線部12cが金属ロータ5(金属部15)で覆われなくなる。このため、第1絶対角検出コイル11からは、最初は一定のV1をとるものの134°から144°に亘り徐々に高くなっていき、最終的にV2となる検出電圧(第1絶対角信号Sa)が出力される。なお、同範囲のとき、第2絶対角検出コイル13は、金属ロータ5(金属部16)に覆われた状態が維持される。よって、同範囲においても、第2絶対角検出コイル13からは、0°≦θ<72°のときと同じ値の検出電圧(第2絶対角信号Sb)が出力され続ける。 In the range of 72 ° ≦ θ <144 °, for example, when θ exceeds 98 °, a part of the winding portion 12a begins to be covered by the metal rotor 5, but conversely, the winding portion 12b is now covered by the metal rotor 5. Since it is no longer covered, the state in which one winding is not covered with the metal rotor 5 is maintained as a whole. In the first absolute angle detection coil 11, in addition to the winding portion 12 a, another winding portion 12 c is not covered with the metal rotor 5 (metal portion 15) in the range of 134 ° to 144 °. For this reason, the first absolute angle detection coil 11 initially takes a constant V1, but gradually increases from 134 ° to 144 °, and finally becomes a detection voltage (first absolute angle signal Sa) that becomes V2. ) Is output. In the same range, the second absolute angle detection coil 13 is kept covered with the metal rotor 5 (metal part 16). Therefore, even in the same range, the second absolute angle detection coil 13 continues to output a detection voltage (second absolute angle signal Sb) having the same value as when 0 ° ≦ θ <72 °.
位置演算部24は、特定範囲角信号S1−a〜S1−c及び絶対角信号Sa,Sbの組み合わせにより、72°≦θ<144°の範囲のロータ角度θを演算する。つまり、位置演算部24は、特定範囲角信号S1−a〜S1−cと、72°の周期ごとにユニークな値の組み合わせをとる絶対角信号Sa,Sbとにより、72°≦θ<144°の範囲のロータ角度θを演算する。 The position calculation unit 24 calculates the rotor angle θ in the range of 72 ° ≦ θ <144 ° by a combination of the specific range angle signals S1-a to S1-c and the absolute angle signals Sa, Sb. That is, the position calculation unit 24 uses the specific range angle signals S1-a to S1-c and the absolute angle signals Sa and Sb that take a combination of unique values for each 72 ° period, so that 72 ° ≦ θ <144 °. The rotor angle θ in the range is calculated.
[144°≦θ<288°の角度検出の動作]
144°≦θ<288°の角度検出の動作は、前述した0°≦θ<72°の角度検出の動作や、72°≦θ<144°の角度検出の動作と基本的に同じであるので、説明を省略する。
[Angle detection operation of 144 ° ≦ θ <288 °]
The angle detection operation of 144 ° ≦ θ <288 ° is basically the same as the angle detection operation of 0 ° ≦ θ <72 ° and the angle detection operation of 72 ° ≦ θ <144 ° described above. The description is omitted.
[288°≦θ<360°の角度検出の動作]
図8に示すように、金属ロータ5が288°≦θ<360°の範囲を回動したとする。同範囲のときも、特定範囲角検出コイル4a〜4cから出力される検出電圧(特定範囲角信号S1−a〜S1−c)は、図6と同じ電圧変化をとる。
[Angle detection operation at 288 ° ≦ θ <360 °]
As shown in FIG. 8, it is assumed that the metal rotor 5 is rotated in a range of 288 ° ≦ θ <360 °. Even in the same range, the detection voltages (specific range angle signals S1-a to S1-c) output from the specific range angle detection coils 4a to 4c have the same voltage change as in FIG.
288°≦θ<360°の範囲のとき、第2絶対角検出コイル13は、330°〜348°の範囲で凹部17が対向に位置し、金属ロータ5(金属部16)で覆われなくなる。このため、第2絶対角検出コイル13からは、最初は一定であるものの330°から348°に亘り徐々に高くなっていく検出電圧(第2絶対角信号Sb)が出力される。そして、θが348°を超えると、第2絶対角信号Sbは一定値をとる。同範囲のとき、第1絶対角検出コイル11の全ての巻線部12a〜12hは、350°〜360°の範囲で金属ロータ5(金属部15)に覆われるようになる。このため、第1絶対角検出コイル11からは、最初は一定値をとるものの、350°から360°に亘り徐々に低くなっていく検出電圧(第1絶対角信号Sa)が出力される。 In the range of 288 ° ≦ θ <360 °, the second absolute angle detection coil 13 has the concave portion 17 opposed to the range of 330 ° to 348 ° and is not covered with the metal rotor 5 (metal portion 16). For this reason, the second absolute angle detection coil 13 outputs a detection voltage (second absolute angle signal Sb) that is initially constant but gradually increases from 330 ° to 348 °. When θ exceeds 348 °, the second absolute angle signal Sb takes a constant value. In the same range, all the winding portions 12a to 12h of the first absolute angle detection coil 11 are covered with the metal rotor 5 (metal portion 15) in the range of 350 ° to 360 °. For this reason, the first absolute angle detection coil 11 outputs a detection voltage (first absolute angle signal Sa) that gradually decreases from 350 ° to 360 °, although it initially takes a constant value.
位置演算部24は、特定範囲角信号S1−a〜S1−c及び絶対角信号Sa,Sbの組み合わせにより、288°≦θ<360°の範囲のロータ角度θを演算する。つまり、位置演算部24は、特定範囲角信号S1−a〜S1−cと、72°の周期ごとにユニークな値の組み合わせをとる絶対角信号Sa,Sbとにより、288°≦θ<360°の範囲のロータ角度θを演算する。 The position calculation unit 24 calculates the rotor angle θ in the range of 288 ° ≦ θ <360 ° by a combination of the specific range angle signals S1-a to S1-c and the absolute angle signals Sa, Sb. In other words, the position calculation unit 24 uses the specific range angle signals S1-a to S1-c and the absolute angle signals Sa and Sb that take a combination of unique values for each period of 72 °, so that 288 ° ≦ θ <360 °. The rotor angle θ in the range is calculated.
[0°〜360°の角度検出の動作のまとめ]
図9に、0°〜360°の角度検出のまとめを図示する。2つの絶対角検出コイル11,13の出力組み合わせは、「0°〜72°」、「72°〜144°」、「144°〜216°」、「216°〜288°」、「288°〜360°」ごとに、各々異なるパターンをとることが分かる。このため、3つの特定範囲角検出コイル4a〜4cの出力組み合わせが72°ごとの繰り返しとなる場合であっても、2つの絶対角検出コイル11,13の組み合わせを確認すれば、これらを識別することが可能である。よって、本例のように、3つの特定範囲角検出コイル4a〜4cと2つの絶対角検出コイル11,13とを使用して角度検出すれば、0〜360°の1回転を検出することが可能である。
[Summary of angle detection operation from 0 ° to 360 °]
FIG. 9 illustrates a summary of angle detection from 0 ° to 360 °. The output combinations of the two absolute angle detection coils 11 and 13 are “0 ° to 72 °”, “72 ° to 144 °”, “144 ° to 216 °”, “216 ° to 288 °”, “288 ° to” It can be seen that every 360 ° takes a different pattern. For this reason, even if the output combination of the three specific range angle detection coils 4a to 4c is repeated every 72 °, the combination of the two absolute angle detection coils 11 and 13 is identified to identify them. It is possible. Therefore, as in this example, if the angle is detected using the three specific range angle detection coils 4a to 4c and the two absolute angle detection coils 11 and 13, one rotation of 0 to 360 ° can be detected. Is possible.
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)例えば、第1絶対角検出コイル11及び第2絶対角検出コイル13を省略して、特定範囲角検出コイル4のみで可動物1の回動位置を検出する方式を考える。この場合、特定範囲角検出コイル4の検出範囲(ループ角度Rk)である0°〜72°でしか可動物1の角度を検出することができない。一方、本例の場合、位置検出装置2に第1絶対角検出コイル11及び第2絶対角検出コイル13を設けて、特定範囲角検出コイル4の出力と絶対角検出コイル11,12の出力との組み合わせにより、可動物1の回動位置を判定するので、特定範囲角検出コイル4だけのときよりも、可動物1の角度を広い範囲で検出することができる。よって、可動物1の位置を検出するにあたり、検出範囲を広くとることができる。
According to the configuration of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) For example, consider a method in which the first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13 are omitted, and the rotational position of the movable object 1 is detected only by the specific range angle detection coil 4. In this case, the angle of the movable object 1 can be detected only in the range of 0 ° to 72 ° which is the detection range (loop angle Rk) of the specific range angle detection coil 4. On the other hand, in the case of this example, the first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13 are provided in the position detection device 2, and the output of the specific range angle detection coil 4 and the output of the absolute angle detection coils 11 and 12 Thus, the rotational position of the movable object 1 is determined, so that the angle of the movable object 1 can be detected in a wider range than when only the specific range angle detection coil 4 is used. Therefore, when detecting the position of the movable object 1, the detection range can be widened.
(2)特定範囲角検出コイル4の1つひとつは、ループ角度Rkが72°の狭い角度のコイルである。本例の場合、このような狭い角度のコイルを使用しても、可動物1の位置を360°で検出することができる。 (2) Each specific range angle detection coil 4 is a coil having a narrow angle with a loop angle Rk of 72 °. In the case of this example, even when such a narrow-angle coil is used, the position of the movable object 1 can be detected at 360 °.
(3)位置検出の対象である金属体を金属ロータ5としたので、金属ロータ5の回動位置を広い範囲(0°〜360°)で検出することができる。
(4)巻線部12の組は、金属ロータ5の径方向に複数組並び配置されている。よって、第1絶対角検出コイル11から可動物1の回動位置に応じた最適な信号を出力させ易くなるので、位置検出の精度確保に有利となる。
(3) Since the metal body which is the object of position detection is the metal rotor 5, the rotation position of the metal rotor 5 can be detected in a wide range (0 ° to 360 °).
(4) A plurality of sets of winding portions 12 are arranged in the radial direction of the metal rotor 5. Therefore, since it becomes easy to output the optimal signal according to the rotation position of the movable object 1 from the first absolute angle detection coil 11, it is advantageous for ensuring the accuracy of position detection.
(5)磁界変化付与部14は、第1絶対角検出コイル11用の第1磁界変化付与部14aと、第2絶対角検出コイル13用の第2磁界変化付与部14bとを備える。このように、磁界変化付与部14を第1絶対角検出コイル11及び第2絶対角検出コイル13各々に設けるので、第1絶対角検出コイル11及び第2絶対角検出コイル13に、それぞれ適した変化の磁界を付与させ易くなる。 (5) The magnetic field change application unit 14 includes a first magnetic field change application unit 14a for the first absolute angle detection coil 11 and a second magnetic field change application unit 14b for the second absolute angle detection coil 13. As described above, since the magnetic field change applying unit 14 is provided in each of the first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13, it is suitable for the first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13, respectively. It becomes easy to apply a magnetic field of change.
(6)磁界変化付与部14は、金属ロータ5に設けた金属部15,16と凹部8,17とからなる。よって、磁界変化付与部14を金属ロータ5に設けるにあたり、金属ロータ5に金属部15,16と凹部8,17とを設けるという簡素な構造で実現することができる。 (6) The magnetic field change imparting portion 14 includes metal portions 15 and 16 provided on the metal rotor 5 and concave portions 8 and 17. Therefore, when the magnetic field change imparting portion 14 is provided in the metal rotor 5, it can be realized with a simple structure in which the metal portions 15 and 16 and the concave portions 8 and 17 are provided in the metal rotor 5.
(7)一対を複数組並び配置してなる巻線部12は、一方の側に並ぶもの(12a,12c,12e,12g)が突片7の一方の側壁10に沿うように配置され、他方の側に並ぶもの(12b,12d,12f,12h)が突片7の他方の側壁9に沿うように配置される。よって、どの巻線部12a〜12hが金属部15,16に覆われ、どの巻線部12a〜12hが凹部8,17に覆われるのかを、精度よく切り替えるのに有利となる。 (7) The winding portions 12 formed by arranging a plurality of pairs are arranged so that the ones (12a, 12c, 12e, 12g) arranged on one side are along one side wall 10 of the projecting piece 7, and the other (12b, 12d, 12f, 12h) that are arranged on the side of the projection 7 are arranged along the other side wall 9 of the projecting piece 7. Therefore, it is advantageous for switching which winding portions 12a to 12h are covered with the metal portions 15 and 16 and which winding portions 12a to 12h are covered with the concave portions 8 and 17 with high accuracy.
(8)複数の巻線部12は、金属ロータ5の径方向外側に向かってコイル径が順に大きくなるように形成される。よって、どの巻線部12a〜12hが金属部15,16に覆われ、どの巻線部12a〜12hが凹部8,17に覆われるのかを、精度よく切り替えるのに一層有利となる。 (8) The plurality of winding portions 12 are formed such that the coil diameter sequentially increases toward the radially outer side of the metal rotor 5. Therefore, it is more advantageous to switch which winding portions 12a to 12h are covered with the metal portions 15 and 16 and which winding portions 12a to 12h are covered with the recesses 8 and 17 with high accuracy.
(9)第1絶対角検出コイル11及び第2絶対角検出コイル13は、金属ロータ5の径方向において励磁コイル3及び特定範囲角検出コイル4の内側に配置される。よって、絶対角検出コイル11,13の径サイズを小さなもので済ますことができる。 (9) The first absolute angle detection coil 11 and the second absolute angle detection coil 13 are disposed inside the excitation coil 3 and the specific range angle detection coil 4 in the radial direction of the metal rotor 5. Therefore, the absolute angle detection coils 11 and 13 can be small in size.
(10)位置演算部24は、複数の特定範囲角信号S1−a〜S1−cのうち、信号波形が直線状をとるものを2つ選択し、これら信号から可動物1の位置を演算する。よって、特定範囲角信号S1−a〜S1−cにおいて直線的に変化する成分で位置検出することが可能となるので、可動物1の位置を精度よく判定するのに有利となる。 (10) The position calculation unit 24 selects two of the plurality of specific range angle signals S1-a to S1-c that have a linear signal waveform, and calculates the position of the movable object 1 from these signals. . Therefore, it is possible to detect the position with the component that linearly changes in the specific range angle signals S1-a to S1-c, which is advantageous for accurately determining the position of the movable object 1.
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・励磁コイル3は、特定範囲角検出コイル4を一部のみ覆う形状パターンをとってもよい。また、全く覆っていない形状パターンでもよい。
Note that the embodiment is not limited to the configuration described so far, and may be modified as follows.
The excitation coil 3 may take a shape pattern that covers only a part of the specific range angle detection coil 4. Moreover, the shape pattern which is not covered at all may be sufficient.
・励磁コイル3は、絶対角検出コイル11を覆う形状パターンをとってもよい。
・金属ロータ5の外周に複数の空隙部を切り欠き形成し、金属ロータ5の回動方向に等間隔に並ぶ突片7及び空隙部の有り無しにより、特定範囲角検出コイル4から所望の信号を出力させてもよい。
The excitation coil 3 may take a shape pattern that covers the absolute angle detection coil 11.
A plurality of gaps are formed in the outer periphery of the metal rotor 5, and a desired signal is output from the specific range angle detection coil 4 depending on the presence or absence of the projecting pieces 7 and the gaps arranged at equal intervals in the rotation direction of the metal rotor 5. May be output.
・凹部8,17は、金属ロータ5の外周を切り欠いて形成される形状に限定されない。例えば、凹部8a〜8dは、金属ロータ5の軸方向に貫設された孔でもよい。
・特定範囲角検出コイル4a〜4cは、基板の厚み方向にコイルパターンが重ねられていない形状でもよい。
-The recessed parts 8 and 17 are not limited to the shape formed by notching the outer periphery of the metal rotor 5. FIG. For example, the recesses 8 a to 8 d may be holes penetrating in the axial direction of the metal rotor 5.
The specific range angle detection coils 4a to 4c may have a shape in which the coil pattern is not overlapped in the thickness direction of the substrate.
・絶対角検出コイル11は、金属ロータ5の径方向において励磁コイル3及び特定範囲角検出コイル4の外側に配置されてもよい。
・特定範囲角検出コイル4及び絶対角検出コイル11の個数は、種々の個数に適宜変更可能である。
The absolute angle detection coil 11 may be arranged outside the excitation coil 3 and the specific range angle detection coil 4 in the radial direction of the metal rotor 5.
The number of the specific range angle detection coil 4 and the absolute angle detection coil 11 can be appropriately changed to various numbers.
・第1絶対角検出コイル11の巻線部12の組数は、4組に限定されず、これ以外の組数を採用してもよい。
・特定範囲角検出コイル4及び絶対角検出コイル11の形状やサイズは、実施形態に記載した以外の値に適宜変更可能である。
The number of sets of the winding portions 12 of the first absolute angle detection coil 11 is not limited to four sets, and other number of sets may be adopted.
The shape and size of the specific range angle detection coil 4 and the absolute angle detection coil 11 can be appropriately changed to values other than those described in the embodiment.
・特定範囲角信号S1及び絶対角信号Sa,Sbの周期は、実施形態に記載した以外の値に適宜変更可能である。
・磁界変化付与部14は、第1磁界変化付与部14a及び第2磁界変化付与部14bが集約された構造(形状)でもよい。
The period of the specific range angle signal S1 and the absolute angle signals Sa and Sb can be appropriately changed to values other than those described in the embodiment.
The magnetic field change applying unit 14 may have a structure (shape) in which the first magnetic field change applying unit 14a and the second magnetic field change applying unit 14b are integrated.
・絶対角検出コイル11は、自励式に限らず、他励式としてもよい。
・磁界変化付与部14は、絶対角検出コイル11,13に付与される磁界を変化させられるものであれば、種々の構造や形状が採用できる。
The absolute angle detection coil 11 is not limited to the self-excited type but may be a separately excited type.
The magnetic field change applying unit 14 can adopt various structures and shapes as long as the magnetic field applied to the absolute angle detection coils 11 and 13 can be changed.
・第1絶対角検出コイル11は、例えば巻線部12a,12c,12e,12gが1つの巻線部から形成され、巻線部12b,12d,12f,12hが1つの巻線部から形成されてもよい。 In the first absolute angle detection coil 11, for example, the winding portions 12a, 12c, 12e, and 12g are formed from one winding portion, and the winding portions 12b, 12d, 12f, and 12h are formed from one winding portion. May be.
・位置検出装置2は、直線移動する可動物1の位置を検出するものでもよい。
・位置検出装置2は、種々の機器や装置に適用可能である。
The position detection device 2 may detect the position of the movable object 1 that moves linearly.
The position detection device 2 can be applied to various devices and apparatuses.
1…可動物、2…位置検出装置、3…励磁コイル、4(4a〜4c)…特定範囲角検出コイル、5…金属体の一例である金属ロータ、7…突片、8,17…凹部、9,10…突片の側壁、11…第1絶対角検出コイル、12(12a〜12h)…巻線部、13…第2絶対角検出コイル、14…磁界変化付与部、14a…第1磁界変化付与部、14b…第2磁界変化付与部、15,16…金属部、24…位置演算部、S1…特定範囲角信号、Sa…第1絶対角信号、Sb…第2絶対角信号、A…可動物の移動方向の一例である金属ロータの回動方向。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Movable object, 2 ... Position detection apparatus, 3 ... Excitation coil, 4 (4a-4c) ... Specific range angle detection coil, 5 ... Metal rotor which is an example of a metal body, 7 ... Projection piece, 8, 17 ... Recessed part , 9, 10 ... side wall of the projecting piece, 11 ... first absolute angle detection coil, 12 (12a to 12h) ... winding part, 13 ... second absolute angle detection coil, 14 ... magnetic field change imparting part, 14a ... first Magnetic field change imparting section, 14b ... second magnetic field change imparting section, 15, 16 ... metal part, 24 ... position calculating section, S1 ... specific range angle signal, Sa ... first absolute angle signal, Sb ... second absolute angle signal, A: Turning direction of the metal rotor, which is an example of the moving direction of the movable object.
Claims (9)
前記可動物の移動方向に並び配置された複数の巻線部を1組以上備えてなる第1絶対角検出コイルと、
当該第1絶対角検出コイルと異なる位相の検出信号を出力する第2絶対角検出コイルと、
前記第1絶対角検出コイルから出力される第1絶対角信号と前記第2絶対角検出コイルから出力される第2絶対角信号とから構築される組み合わせが、前記特定範囲角検出コイルから出力される交流波の特定範囲角信号に基づく位置検出の周期ごとに異なる組み合わせをとるように、前記第1絶対角検出コイル及び第2絶対角検出コイルに付与される磁界を変化させるべく前記金属体に形成された磁界変化付与部と、
前記特定範囲角信号、第1絶対角信号及び第2絶対角信号の組み合わせにより、前記可動物の位置を演算する位置演算部と
を備えたことを特徴とする位置検出装置。 An excitation coil through which a current flows, one or more specific range angle detection coils capable of detecting a magnetic field generated from the excitation coil, and the specific range angle detection coil according to the position of a movable object that is a position detection target In a position detection device comprising a metal body that changes a magnetic field to be
A first absolute angle detection coil comprising at least one set of a plurality of winding portions arranged in the moving direction of the movable object;
A second absolute angle detection coil that outputs a detection signal having a phase different from that of the first absolute angle detection coil;
A combination constructed from the first absolute angle signal output from the first absolute angle detection coil and the second absolute angle signal output from the second absolute angle detection coil is output from the specific range angle detection coil. In order to change the magnetic field applied to the first absolute angle detection coil and the second absolute angle detection coil so as to take different combinations for each period of position detection based on the specific range angle signal of the AC wave Formed magnetic field change imparting portion;
A position detection apparatus comprising: a position calculation unit that calculates a position of the movable object by a combination of the specific range angle signal, the first absolute angle signal, and the second absolute angle signal.
ことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 The metal body is a metal rotor that interlocks with the rotating movable object, and the plurality of winding portions in the same set are arranged side by side in the rotation direction of the metal rotor, and the position calculation unit is the movable The position detection apparatus according to claim 1, wherein the rotation position of the animal is calculated.
ことを特徴とする請求項2に記載の位置検出装置。 The position detecting device according to claim 2, wherein a plurality of sets of the winding portions are arranged side by side in the radial direction of the metal rotor.
ことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。 The magnetic field change applying unit includes a first magnetic field change applying unit that changes a magnetic field applied to the first absolute angle detection coil, and a second magnetic field change application that changes a magnetic field applied to the second absolute angle detection coil. The position detecting device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a unit.
複数の当該凹部は、前記金属ロータの回動方向においてサイズが順次変わっていくように凹設されている
ことを特徴とする請求項4に記載の位置検出装置。 The first magnetic field change imparting unit includes a metal part of a metal rotor and a plurality of recesses arranged in a rotation direction of the metal rotor,
The position detecting device according to claim 4, wherein the plurality of concave portions are provided so as to sequentially change in size in the rotation direction of the metal rotor.
一対を複数組並び配置してなる前記巻線部は、前記金属ロータに形成される突片において、一方の側に並ぶものが当該突片の一方の側壁に沿うように配置され、他方の側に並ぶものが該突片の他方の側壁に沿うように配置されている
ことを特徴とする請求項5に記載の位置検出装置。 A pair of the winding portions are provided in the same set, and a plurality of sets are provided so that this set is aligned in the radial direction of the metal rotor,
The winding portions formed by arranging a plurality of pairs are arranged so that the protrusions formed on the metal rotor are arranged on one side along one side wall of the protrusion, and the other side. The position detecting device according to claim 5, wherein those arranged in a line are arranged along the other side wall of the protruding piece.
ことを特徴とする請求項3〜6のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。 The position detecting device according to any one of claims 3 to 6, wherein the winding portion is formed so that a coil diameter sequentially increases toward a radially outer side of the metal rotor. .
ことを特徴とする請求項2〜7のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。 The first absolute angle detection coil and the second absolute angle detection coil are arranged inside the excitation coil and the specific range angle detection coil in a radial direction of the metal rotor. The position detection apparatus as described in any one of them.
ことを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。 The position calculating unit selects two signals having a linear signal waveform from among a plurality of specific range angle signals, and calculates the position of the movable object from these signals. The position detection apparatus as described in any one of them.
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