JP2019109053A - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、磁界強度の変化を利用した回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device using a change in magnetic field strength.
従来、外周面に磁性体から構成された凹凸部を有する回転子と、凹凸部に対向して設けられた固定子とを備えた回転角度検出装置が知られている。固定子は、回転子の周方向に並べられた複数の磁束密度検出部を有している。また、固定子は、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部よりも外側に設けられ、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部に重ねられて周方向に延びて形成された磁石を有している。また、固定子は、周方向に磁石を挟む一対の磁性体部材を有している(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been known a rotation angle detection device including a rotor having an uneven portion made of a magnetic material on an outer peripheral surface, and a stator provided opposite to the uneven portion. The stator has a plurality of magnetic flux density detection units arranged in the circumferential direction of the rotor. In addition, the stator is provided outside the respective magnetic flux density detection portions in the radial direction, and has magnets formed so as to be superimposed on the respective magnetic flux density detection portions in the radial direction and extend in the circumferential direction. In addition, the stator has a pair of magnetic members that sandwich a magnet in the circumferential direction (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、回転子の周方向についての磁性体部材の寸法が小さい場合には、磁性体部材を通らない漏れ磁束が多くなる。これにより、複数の磁束密度検出部のそれぞれにおいて検出される磁束密度の振幅のばらつきが大きくなる。その結果、回転角度検出装置の検出精度が低くなる。回転子の周方向についての磁性体部材の寸法を大きくした場合には、回転角度検出装置の重量が増加するという課題があった。 However, when the dimension of the magnetic member in the circumferential direction of the rotor is small, the leakage flux which does not pass through the magnetic member increases. Thereby, the variation in the amplitude of the magnetic flux density detected in each of the plurality of magnetic flux density detection units becomes large. As a result, the detection accuracy of the rotation angle detection device is lowered. When the dimension of the magnetic member in the circumferential direction of the rotor is increased, there is a problem that the weight of the rotation angle detection device increases.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、重量の増加を抑制するとともに検出精度を向上させることができる回転角度検出装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a rotation angle detection device capable of suppressing an increase in weight and improving detection accuracy.
この発明に係る回転角度検出装置は、外周面に磁性体から構成された凹凸部を有する回転子と、凹凸部に対向して設けられ、バイアス磁界発生部および複数の磁束密度検出部を有する固定子と、回転子の径方向についてバイアス磁界発生部の外側に設けられた磁性体径方向外側部および回転子の周方向についてバイアス磁界発生部を挟む一対の磁性体周方向外側部を有する磁性体部材とを備え、凹凸部は、Xを1以上の整数とした場合に、周方向について機械角360度に対してX周期分変化するように形成され、複数の磁束密度検出部は、凹凸部に対して隙間を空けて対向し、周方向に沿って等間隔で凹凸部の1周期の間に設けられ、バイアス磁界発生部は、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部よりも外側に設けられ、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部に重ねられて周方向に延びて形成され、磁性体周方向外側部は、バイアス磁界発生部よりも径方向について内側に設けられ、周方向についてのバイアス磁界発生部の両端部と回転子の中心との間の角度の半分の角度をaとし、周方向についてのバイアス磁界発生部および磁性体周方向外側部の間の隙間の両端部と回転子の中心との間の角度をbとし、周方向についての磁性体周方向外側部の両端部と回転子の中心との間の角度をcとした場合に、a+b>180/X、およびa+b+c<360/Xを満たす。 The rotation angle detection device according to the present invention includes a rotor having a concavo-convex portion formed of a magnetic material on an outer peripheral surface, and a fixing provided opposite to the concavo-convex portion and having a bias magnetic field generation portion and a plurality of magnetic flux density detection portions. A magnetic body having a magnetic material radial direction outer portion provided outside the bias magnetic field generating portion in the radial direction of the rotor and a pair of magnetic body circumferential outer portions sandwiching the bias magnetic field generating portion in the circumferential direction of the rotor And the concavo-convex portion is formed to change by an X cycle with respect to a mechanical angle of 360 degrees in the circumferential direction when X is an integer of 1 or more, and the plurality of magnetic flux density detection portions The magnetic flux density detection portion is provided on the outer side of the respective magnetic flux density detection portions in the radial direction. , In the radial direction The magnetic flux density detection portion is overlapped with and formed in the circumferential direction, and the magnetic material circumferential direction outer side portion is provided radially inward of the bias magnetic field generation portion, and both ends of the bias magnetic field generation portion in the circumferential direction A half angle of the angle between the part and the center of the rotor is a, and between the both ends of the gap between the bias magnetic field generating part and the magnetic material circumferential direction outer part in the circumferential direction and the center of the rotor Assuming that the angle is b and the angle between the both ends of the outer circumferential portion of the magnetic material in the circumferential direction and the center of the rotor is c, a + b> 180 / X and a + b + c <360 / X are satisfied.
この発明に係る回転角度検出装置によれば、回転子の周方向についての磁性体周方向外側部の寸法の増加を抑制するとともに複数の磁束密度検出部のそれぞれにおいて検出される磁束密度の振幅のばらつきを低減させることができる。これにより、回転角度検出装置の重量の増加を抑制するとともに回転角度検出装置の検出精度を向上させることができる。 According to the rotation angle detection device according to the present invention, it is possible to suppress an increase in the size of the outer peripheral portion of the magnetic body in the circumferential direction of the rotor and to suppress the amplitude of the magnetic flux density detected in each of the plurality of magnetic flux density detectors. Variations can be reduced. Thus, it is possible to suppress an increase in the weight of the rotation angle detection device and to improve the detection accuracy of the rotation angle detection device.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る回転角度検出装置を示す平断面図、図2は、図1の回転角度検出装置のA部を示す拡大図である。実施の形態1に係る回転角度検出装置は、回転子1と、回転子1の径方向について回転子1の外側に設けられ、回転子1の周方向に延びる固定子2とを備えている。以下、径方向とは、回転子1についての径方向とし、周方向とは、回転子1についての周方向とし、軸方向とは、回転子1についての軸方向とする。
FIG. 1 is a plan sectional view showing a rotation angle detection device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing a portion A of the rotation angle detection device of FIG. The rotation angle detection device according to the first embodiment includes a
回転子1は、円柱形状の回転軸11と、径方向について回転軸11の外側に設けられた凹凸部12とを有している。凹凸部12は、回転子1の外周面に配置されている。凹凸部12は、磁性体から構成されている。凹凸部12は、Xを1以上の整数とした場合に、周方向についての機械角360度に対してX周期分変化するように形成されている。図1では、X=12の場合の凹凸部12を示している。
The
固定子2は、径方向について凹凸部12に対向して設けられている。固定子2は、1個のバイアス磁界発生部21と、複数の磁束密度検出部22とを有している。バイアス磁界発生部21は、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部22よりも外側に設けられている。また、バイアス磁界発生部21は、径方向についてそれぞれの磁束密度検出部22に重ねられて周方向に延びて形成されている。複数の磁束密度検出部22は、凹凸部12に対して隙間を空けて対向して配置されている。また、複数の磁束密度検出部22は、周方向に沿って等間隔で凹凸部12の1周期の間に設けられている。図2では、磁束密度検出部22の数が3個である場合の固定子2を示している。
The
図3は、図2の固定子2を示すブロック図である。固定子2は、複数の磁束密度検出部22で得られた複数の検出信号のそれぞれを用いて回転子1の回転角度を算出する回転角度演算処理部23をさらに有している。
FIG. 3 is a block diagram showing the
図1および図2に示すように、固定子2は、磁性体部材24をさらに有している。磁性体部材24は、磁性体から構成されている。磁性体部材24は、径方向についてバイアス磁界発生部21の外側に設けられた磁性体径方向外側部241を有している。磁性体径方向外側部241は、径方向についてバイアス磁界発生部21に重ねられて配置されている。磁性体径方向外側部241は、周方向に延びて配置されている。磁性体径方向外側部241は、周方向全領域に渡って、径方向についての寸法が一定となるように形成されている。磁性体径方向外側部241の周方向両端部は、バイアス磁界発生部21の周方向両端部よりも周方向について外側に突出している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、磁性体部材24は、周方向についてバイアス磁界発生部21を挟む一対の磁性体周方向外側部242を有している。径方向についての磁性体周方向外側部242の内側端部は、径方向についてのバイアス磁界発生部21の内側端部よりも径方向について内側に設けられている。一対の磁性体周方向外側部242は、周方向についての磁性体径方向外側部241の両端部に接続されている。
In addition, the
径方向についての磁性体径方向外側部241の外側面と、径方向についての磁性体周方向外側部242の外側面とは、回転子1の軸方向に視た場合に、回転子1の中心Oを中心とした同一円上に配置されている。
The outer surface of the magnetic material radial direction
周方向についてのバイアス磁界発生部21の両端部と回転子1の中心Oとの間の角度の半分の角度をaとする。周方向についてのバイアス磁界発生部21および磁性体周方向外側部242の間の隙間の両端部と回転子1の中心Oとの間の角度をbとする。周方向についての磁性体周方向外側部242の両端部と回転子1の中心Oとの間の角度をcとする。この場合に、a+b>180/X、およびa+b+c<360/Xを満たすように、固定子2が形成されている。
An angle half of the angle between the both ends of the bias magnetic
回転角度検出装置の検出精度を向上させるためには、3個の磁束密度検出部22のそれぞれで検出される磁束密度の振幅を等しくする必要がある。この条件を満たすためには、従来の回転角度検出装置では、磁性体周方向外側部は、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部22から周方向について180度/Xだけ外側の位置から少なくとも360度/Xだけ外側の位置までに渡って配置される必要があった。
In order to improve the detection accuracy of the rotation angle detection device, it is necessary to equalize the amplitudes of the magnetic flux density detected by each of the three magnetic flux
実施の形態1に係る回転角度検出装置では、周方向についての磁性体周方向外側部242の外側端部である磁性体突部外端243の位置は、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部22から周方向について360度/Xだけ外側の位置よりも周方向内側となる。また、実施の形態1に係る回転角度検出装置では、周方向についての磁性体周方向外側部242の内側端部である磁性体突部内端244の位置は、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部22から周方向について180度/Xだけ外側の位置よりも周方向外側となる。したがって、周方向についての磁性体周方向外側部242の寸法の増大が抑制される。その結果、回転角度検出装置の重量の増加が抑制される。
In the rotation angle detection device according to the first embodiment, the position of the magnetic material protrusion
磁性体突部外端243の位置が磁性体部材24における周方向の中央部に近づくにつれて、3個の磁束密度検出部22における周方向の中央側に配置された磁束密度検出部22が検出する磁束密度の振幅が小さくなる。一方、磁性体突部内端244の位置が磁性体部材24における周方向の中央部から遠ざかるにつれて、3個の磁束密度検出部22における磁性体周方向外側部242側に配置された磁束密度検出部22が検出する磁束密度の振幅が小さくなる。これにより、3個の磁束密度検出部22のそれぞれが検出する磁束密度の振幅のばらつきが低減される。その結果、回転角度検出装置の検出精度が向上する。
As the position of the magnetic material protrusion
以上説明したように、この発明の実施の形態1に係る回転角度検出装置によれば、a+b>180/X、およびa+b+c<360/Xを満たす。これにより、周方向についての磁性体周方向外側部242の寸法の増加を抑制するとともに複数の磁束密度検出部22のそれぞれにおいて検出される磁束密度の振幅のばらつきを低減させることができる。これにより、回転角度検出装置の重量の増加を抑制するとともに回転角度検出装置の検出精度を向上させることができる。
As described above, according to the rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention, a + b> 180 / X and a + b + c <360 / X are satisfied. Accordingly, it is possible to suppress an increase in the size of the magnetic material circumferential direction
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。実施の形態2に係る回転角度検出装置では、α=a+b−180/X、β=360/X−(a+b+c)とする。この場合に、α=βを満たすように固定子2が形成されている。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
Second Embodiment
FIG. 4 is a plan sectional view showing an essential part of a rotation angle detecting device according to
ここで、αは、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端244aおよび実施の形態2における磁性体突部内端244と回転子1の中心Oとの間の角度を示す。βは、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端243aおよび実施の形態2における磁性体突部外端243と回転子1の中心Oとの間の角度を示す。小型化しない場合の理想的な磁性体部材とは、磁性体突部内端244aの位置が、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部22から周方向について180度/Xだけ外側の位置となる磁性体部材である。また、小型化しない場合の理想的な磁性体部材とは、磁性体突部外端243aの位置が、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部22から周方向について360度/Xだけ外側の位置となる磁性体部材である。
Here, α represents the angle between the
ここで、小型化しない場合の理想的な磁性体部材について、詳しく説明する。バイアス磁界発生部21で発生した磁束は、磁性体径方向外側部241、磁性体周方向外側部242、磁性体周方向外側部242と回転子1との間のギャップ、回転子1、バイアス磁界発生部21と回転子1とのギャップの順に通過する。回転子1の回転にともなう磁性体部材24の磁気抵抗変化量は、磁性体周方向外側部242と回転子1との間のギャップの磁気抵抗変化量およびバイアス磁界発生部21と回転子1とのギャップの磁気抵抗変化量に比べて遥かに小さい。したがって、磁束密度検出部22の磁気抵抗変化量は、磁性体周方向外側部242と回転子1との間のギャップの変化量およびバイアス磁界発生部21と回転子1との間のギャップの変化量で規定される。
Here, an ideal magnetic member in the case where it is not miniaturized is described in detail. The magnetic flux generated by the bias magnetic
小型化しない場合の理想的な磁性体部材において、磁性体突部内端244aの位置が180/X度であり、磁性体突部外端243aの位置が360/X度である。これにより、回転子1の回転角度に依らず、回転子1の凸部が磁性体周方向外側部242に必ず対向する。したがって、磁性体周方向外側部242と回転子1との間のギャップ長が最小となる箇所が必ず存在する。これにより、磁性体周方向外側部242と回転子1との間のギャップの磁気抵抗は、回転子1の回転角度に依らずに一定となる。
In an ideal magnetic member not to be miniaturized, the position of the
3個の磁束密度検出部22における周方向の中央側に配置された磁束密度検出部22を中央側磁束密度検出部とする。3個の磁束密度検出部22における磁性体周方向外側部242側に配置された磁束密度検出部22を周方向外側磁束密度検出部とする。中央側磁束密度検出部22aが配置されたバイアス磁界発生部21の部分と回転子1との間のギャップ長についての回転子1が1回転する間の最大値は、周方向外側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部21の部分と回転子1との間にギャップ長についての回転子1が1回転する間の最大値と等しい。中央側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部21の部分と回転子1との間のギャップ長についての回転子1が1回転する間の最小値は、周方向外側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部21の部分と回転子1との間のギャップ長についての回転子1が1回転する間の最小値と等しい。したがって、中央側磁束密度検出部の磁気抵抗変化量は、周方向外側磁束密度検出部の磁気抵抗変化量と等しい。
The magnetic flux
3個の磁束密度検出部22のそれぞれが配置されたバイアス磁界発生部21の部分のそれぞれと回転子1と間のギャップ長の変化量は、互いに等しい。したがって、3個の磁束密度検出部22の磁気抵抗変化量は、互いに等しい。磁束密度検出部22で検出される磁束密度の振幅は、バイアス磁界発生部21の起磁力と磁束密度検出部22の磁気抵抗変化量との積で算出される。したがって、3個の磁束密度検出部22で検出される磁束密度の振幅は、互いに等しい。これにより、3個の磁束密度検出部22のそれぞれが検出する磁束密度の振幅のばらつきが除去される。その結果、回転角度検出装置の検出精度が向上する。
The amount of change in the gap length between each of the portions of the bias magnetic
一方、磁性体突部外端243の位置が360度/Xよりも大きい場合であって、中央側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部21の部分と回転子1との間のギャップ長が最小となる場合に、回転子1の凸部における磁性体周方向外側部242と対向する面が増加する。これにより、中央側磁束密度検出部の磁気抵抗の最大値が減少する。その結果、中央側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅が増加する。
On the other hand, when the position of the magnetic material protrusion
磁性体突部外端243の位置が360度/Xの場合であって、周方向外側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部21の部分と回転子1との間のギャップ長が最大または最小となる場合に、回転子1の凸部が磁性体周方向外側部242と対向する。一方、磁性体突部外端243の位置が360度/Xよりも大きい場合であって、周方向外側磁束密度検出部が配置されたバイアス磁界発生部21の部分と回転子1との間のギャップ長が最大または最小となる場合に、回転子1の凸部が磁性体周方向外側部242と対向する。したがって、磁性体突部外端243の位置を360度/Xから360度/Xよりも大きくした場合であっても、回転子1の凸部における磁性体周方向外側部242と対向する面が増加しない。回転子1の凹凸部12に対向する磁性体周方向外側部242が増加するため、回転子1が1回転する間に、周方向外側磁束密度検出部の磁気抵抗の最大値および最小値のそれぞれがわずかに減少する。したがって、周方向外側磁束密度検出部が検出する磁束密度の増加は微小である。
In the case where the position of the magnetic material protrusion
以上のことから、磁性体突部外端243の位置が360度/Xよりも大きい場合に、中央側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅は、周方向外側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅よりも大きくなる。これにより、3個の磁束密度検出部22のそれぞれが検出する磁束密度の振幅が異なる。その結果、回転角度検出装置の検出精度が悪化する。
From the above, when the position of the magnetic material protrusion
磁性体突部内端244の位置が180度/Xよりも小さい場合に、周方向外側磁束密度検出部の磁気抵抗の最大値が減少する。したがって、周方向外側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅が増加する。一方、中央側磁束密度検出部の磁気抵抗の最大値の減少および最小値の減少は、微小である。これにより、中央側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の増加は微小である。したがって、周方向外側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅は、中央側磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅よりも大きくなる。これにより、3個の磁束密度検出部22のそれぞれが検出する磁束密度の振幅が異なる。その結果、回転角度検出装置の検出精度が悪化する。したがって、磁性体突部内端244aの位置が180/X度であり、磁性体突部外端243aの位置が360/X度である場合が、小型化しない場合の理想的な磁性体部材となる。
When the position of the magnetic material protrusion
実施の形態2に係る回転角度検出装置では、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端243aの位置から磁性体突部外端243の位置への周方向内側に移動する角度と、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端244aの位置から磁性体突部内端244の位置への周方向外側に移動する角度とが等しい。これにより、3個の磁束密度検出部22における磁性体周方向外側部242側に配置された磁束密度検出部22が検出する磁束密度の振幅の減少値と、3個の磁束密度検出部22における周方向の中央側に配置された磁束密度検出部22が検出する磁束密度の振幅の減少値とが等しくなる。
In the rotation angle detection device according to the second embodiment, movement inward in the circumferential direction from the position of the magnetic material protrusion
以上説明したように、この発明の実施の形態2に係る回転角度検出装置によれば、α=a+b−180/X、β=360/X−(a+b+c)とした場合に、α=βを満たす。これにより、3個の磁束密度検出部22のそれぞれが検出する磁束密度の振幅のばらつきを低減させることができる。その結果、回転角度検出装置の検出精度を向上させるとともに回転角度検出装置の小型化および軽量化を図ることができる。
As described above, according to the rotation angle detection device according to the second embodiment of the present invention, when α = a + b−180 / X and β = 360 / X− (a + b + c), α = β is satisfied. . Thereby, the dispersion | variation in the amplitude of the magnetic flux density which each of the three magnetic flux
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。実施の形態3に係る回転角度検出装置では、α=a+b−180/X、β=360/X−(a+b+c)、γ=a−180/Xとする。この場合に、α>βおよびγ>0、または、α<βおよびγ<0を満たすように固定子2が形成されている。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
Third Embodiment
FIG. 5 is a plan sectional view showing an essential part of a rotation angle detecting device according to a third embodiment of the present invention. In the rotation angle detection device according to the third embodiment, α = a + b−180 / X, β = 360 / X− (a + b + c), and γ = a−180 / X. In this case, the
ここで、αは、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端244aおよび実施の形態3における磁性体突部内端244と回転子1の中心Oとの間の角度を示す。βは、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端243aおよび実施の形態3における磁性体突部外端243と回転子1の中心Oとの間の角度を示す。小型化しない場合の理想的な磁性体部材とは、磁性体突部内端244aの位置が、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部22から周方向について180度/Xだけ外側の位置となる磁性体部材である。また、小型化しない場合の理想的な磁性体部材とは、磁性体突部外端243aの位置が、周方向について中央側に配置された磁束密度検出部22から周方向について360度/Xだけ外側の位置となる磁性体部材である。
Here, α represents the angle between the
小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端243aの位置から磁性体突部外端243の位置への周方向内側に移動する角度は、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端244aの位置から磁性体突部内端244の位置への周方向外側に移動する角度よりも小さい。また、バイアス磁界発生部21における周方向の寸法は、小型化しない場合の理想的なバイアス磁界発生部における周方向についての寸法よりも大きい。これにより、3個の磁束密度検出部22における磁性体周方向外側部242側に配置された磁束密度検出部22が検出する磁束密度の振幅の減少分は、バイアス磁界発生部21の大型化によって補われる。
The angle of circumferential inward movement from the position of the magnetic material protrusion
図6は、α>β、γ>0の場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図7は、図6の3個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフ、図8は、図6の3個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。図6では、α=7度、β=6度、γ=1度となっている。図6から図8において、一対の周方向外側磁束密度検出部の一方をUとし、中央側磁束密度検出部をVとし、他方の周方向外側磁束密度検出部をWとしている。図8では、周方向外側磁束密度検出部Uが検出する磁束密度の振幅に対する各磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示している。図8に示すように、各磁束密度検出部22が検出する磁束密度の振幅は、互いに等しくなっている。
6 is a plan sectional view showing the main part of the rotation angle detection device in the case of α> β and γ> 0, and FIG. 7 is a graph showing the magnetic flux density detected by the three magnetic flux density detectors of FIG. FIG. 8 is a table showing the ratio of the amplitudes of the magnetic flux density detected by the three magnetic flux density detectors in FIG. In FIG. 6, α = 7 degrees, β = 6 degrees, and γ = 1 degrees. 6 to 8, one of the pair of circumferential outer magnetic flux density detectors is U, the central magnetic flux density detector is V, and the other circumferential outer magnetic flux density detector is W. FIG. 8 shows the ratio of the amplitude of the magnetic flux density detected by each magnetic flux density detection unit to the amplitude of the magnetic flux density detected by the circumferential outer magnetic flux density detection unit U. As shown in FIG. 8, the amplitudes of the magnetic flux densities detected by the respective magnetic flux
図9は、α<β、γ<0の場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図10は、図9の3個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフ、図11は、図9の3個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。図9では、α=0度、β=1度、γ=−1度となっている。図9から図11において、一対の周方向外側磁束密度検出部の一方をUとし、中央側磁束密度検出部をVとし、他方の周方向外側磁束密度検出部をWとしている。図11では、周方向外側磁束密度検出部Uが検出する磁束密度の振幅に対する各磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示している。図11に示すように、各磁束密度検出部22が検出する磁束密度の振幅は、互いに等しくなっている。
9 is a plan sectional view showing the main part of the rotation angle detection device in the case of α <β and γ <0, and FIG. 10 is a graph showing the magnetic flux density detected by the three magnetic flux density detectors of FIG. FIG. 11 is a table showing the ratio of the amplitudes of the magnetic flux density detected by the three magnetic flux density detectors in FIG. In FIG. 9, α = 0 degrees, β = 1 degrees, and γ = −1 degrees. 9 to 11, one of the pair of circumferential outer magnetic flux density detectors is U, the central magnetic flux density detector is V, and the other circumferential outer magnetic flux density detector is W. FIG. 11 shows the ratio of the amplitude of the magnetic flux density detected by each magnetic flux density detection unit to the amplitude of the magnetic flux density detected by the circumferential direction outer magnetic flux density detection unit U. As shown in FIG. 11, the amplitudes of the magnetic flux densities detected by the respective magnetic
図12は、α=βの場合の回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図13は、図12の3個の磁束密度検出部が検出する磁束密度を示すグラフ、図14は、図12の3個の磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示す表である。図12では、α=3度、β=3度となっている。図12から図14において、一対の周方向外側磁束密度検出部の一方をUとし、中央側磁束密度検出部をVとし、他方の周方向外側磁束密度検出部をWとしている。図14では、周方向外側磁束密度検出部Uが検出する磁束密度の振幅に対する各磁束密度検出部が検出する磁束密度の振幅の比を示している。図14に示すように、各磁束密度検出部22が検出する磁束密度の振幅は、互いに等しくなっている。
FIG. 12 is a plan sectional view showing the main part of the rotation angle detector when α = β, FIG. 13 is a graph showing the magnetic flux density detected by the three magnetic flux density detectors of FIG. It is a table | surface which shows the ratio of the amplitude of the magnetic flux density which three magnetic flux density detection parts of FIG. 12 detect. In FIG. 12, α = 3 degrees and β = 3 degrees. In FIG. 12 to FIG. 14, one of the pair of circumferential outer magnetic flux density detectors is U, the central magnetic flux density detector is V, and the other circumferential outer magnetic flux density detector is W. FIG. 14 shows the ratio of the amplitude of the magnetic flux density detected by each magnetic flux density detection unit to the amplitude of the magnetic flux density detected by the circumferential outer magnetic flux density detection unit U. As shown in FIG. 14, the amplitudes of the magnetic flux densities detected by the respective magnetic flux
以上説明したように、この発明の実施の形態3に係る回転角度検出装置によれば、α=a+b−180/X、β=360/X−(a+b+c)、γ=a−180/Xとした場合に、α>βおよびγ>0、または、α<βおよびγ<0を満たす。これにより、3個の磁束密度検出部22のそれぞれが検出する磁束密度の振幅のばらつきを低減させることができる。その結果、回転角度検出装置の検出精度を向上させるとともに回転角度検出装置の小型化および軽量化を図ることができる。
As described above, according to the rotation angle detection device according to the third embodiment of the present invention, α = a + b−180 / X, β = 360 / X− (a + b + c), and γ = a−180 / X. In some cases, α> β and γ> 0, or α <β and γ <0. Thereby, the dispersion | variation in the amplitude of the magnetic flux density which each of the three magnetic flux
また、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部外端243aの位置から磁性体突部外端243の位置への周方向内側に移動する角度が、小型化しない場合の理想的な磁性体部材における磁性体突部内端244aの位置から磁性体突部内端244の位置への周方向外側に移動する角度より小さくてよい。これにより、磁性体部材24の設計自由度を向上させることができる。
Further, the ideal in the case where the angle of moving inward in the circumferential direction from the position of the magnetic material protrusion
実施の形態4.
図15は、この発明の実施の形態4に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図16は、図15のB部を示す拡大図である。磁性体周方向外側部242は、磁性体径方向外側部241における径方向についての外側面から周方向について外側に延びる周方向延長面245を有している。また、磁性体周方向外側部242は、周方向について外側を向く周方向外側向面246を有している。また、磁性体周方向外側部242は、周方向延長面245における周方向についての外側の部分と周方向外側向面246における径方向について外側の部分とに接続された周方向斜面247を有している。磁性体周方向外側部242が周方向斜面247を有することによって、実施の形態4に係る磁性体周方向外側部242は、実施の形態1に係る磁性体周方向外側部242よりも小型化および軽量化が図られている。
Fourth Embodiment
FIG. 15 is a plan sectional view showing an essential part of a rotation angle detecting device according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 16 is an enlarged view showing a portion B of FIG. The magnetic body circumferential direction
周方向についての磁性体径方向外側部241の外側端部における径方向についての寸法をdとする。周方向についての周方向延長面245の寸法をeとする。径方向についての周方向外側向面246の寸法をfとする。この場合に、d≦e、およびf≦dを満たすように磁性体部材24が形成されている。
The dimension in the radial direction at the outer end of the magnetic material radial direction
磁性体部材24は、積層された複数の鋼板から構成されている。固定子2は、それぞれの磁性体周方向外側部242に設けられた一対の第1かしめ25を有している。第1かしめ25は、複数の鋼板のそれぞれを固定する。また、固定子2は、周方向についての磁性体径方向外側部241の中央部に設けられた第2かしめ26を有している。第2かしめ26は、複数の鋼板のそれぞれを固定する。その他の構成は、実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3と同様である。
The
磁性体径方向外側部241における磁性体周方向外側部242側の端部における磁束密度と、磁性体周方向外側部242における磁性体径方向外側部241側の端部における磁束密度とが同程度となるのは、d=eの場合である。磁性体周方向外側部242に設けられた第1かしめ25の位置を考慮すると、磁性体径方向外側部241における磁性体周方向外側部242側の端部における磁束密度と、磁性体周方向外側部242における磁性体径方向外側部241側の端部における磁束密度とが同程度となるのは、d≦eの場合である。
The magnetic flux density at the end of the magnetic material radial direction
磁性体周方向外側部242を通る磁束は、周方向外側向面246に達するまでに磁性体周方向外側部242と凹凸部12との間の隙間を渡って、凹凸部12を通る。したがって、f≦dでよい。
The magnetic flux passing through the magnetic material circumferential direction
以上説明したように、この発明の実施の形態4に係る回転角度検出装置によれば、d≦e、およびf≦dを満たす。これにより、回転角度検出装置の軽量化および低コスト化を図ることができる。また、回転角度検出装置の軽量化によって、振動に対する回転角度検出装置の耐久性を向上させることができる。また、磁性体部材24を小さくすることによって、回転角度検出装置の検出信号にモータなどの外部機器からのノイズが影響することを低減させることができる。また、磁性体部材24を通る磁束密度を小さくすることなく、磁性体部材24の軽量化を図ることができる。これにより、磁束密度検出部22の検出信号を小さくすることなく、磁性体部材24の軽量化を図ることができる。また、磁性体部材24を小さくすることによって、モータなどの外部機器からの伝熱を小さくすることができる。これにより、バイアス磁界発生部21の温度の上昇を抑制することができる。その結果、バイアス磁界発生部21の減磁を抑制することができる。バイアス磁界発生部21の減磁が発生する場合には、磁束密度検出部22の検出信号が小さくなる。したがって、バイアス磁界発生部21の減磁を抑制することによって、回転角度検出装置の検出精度を向上させることができる。
As described above, according to the rotation angle detection device of the fourth embodiment of the present invention, d ≦ e and f ≦ d are satisfied. Thereby, weight reduction and cost reduction of a rotation angle detection apparatus can be achieved. Further, by reducing the weight of the rotation angle detection device, the durability of the rotation angle detection device against vibration can be improved. In addition, by making the
実施の形態5.
図17は、この発明の実施の形態5に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図、図18は、図17のC部を示す拡大図、図19は、図17のD部を示す拡大図である。磁性体径方向外側部241は、磁性体狭小部248と、周方向について磁性体狭小部248よりも外側に設けられた磁性体広大部249とを有している。磁性体狭小部248は、磁性体径方向外側部241における周方向についての中央部と外側端部との間の部分に設けられている。径方向についての磁性体狭小部248の外側の面には、周方向に延びる凹部250が形成されている。径方向についての磁性体広大部249の寸法は、径方向についての磁性体狭小部248の寸法よりも大きい。
Embodiment 5
17 is a plan sectional view showing an essential part of a rotation angle detecting device according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 18 is an enlarged view showing a part C of FIG. 17 and FIG. 19 is a part D of FIG. It is an enlarged view which shows. The magnetic body radial direction
径方向についての磁性体広大部249の寸法をgとする。径方向についての磁性体狭小部248の寸法をhとする。周方向についてのバイアス磁界発生部21の寸法の半分をiとする。バイアス磁界発生部21における磁性体狭小部248に対向する部分における周方向についての寸法をjとする。この場合に、g≧h×(i/j)を満たすように固定子2が形成されている。径方向についての磁性体広大部249の寸法gは、周方向についての磁性体径方向外側部241の外側端部における径方向についての寸法dと同一となっている。その他の構成は、実施の形態4と同様である。
The dimension of the magnetic material
磁性体部材24が磁気飽和しないためには、径方向についての磁性体径方向外側部241の寸法は、周方向についてのバイアス磁界発生部21の長さに比例する長さが必要である。バイアス磁界発生部21の磁束密度をBとする。磁気飽和時の磁性体部材24の磁束密度をBsとする。この場合に、B×j≦Bs×hの関係によって、磁気飽和しない場合のhが算出される。磁束密度Bは、パーミアンスとバイアス磁界発生部21の起磁力との積により導出可能である。ここで用いられるパーミアンスは、磁性体部材24と回転子1とのギャップ長が最小の時のパーミアンスである。磁性体部材24が磁気飽和しない場合のgは、h、iおよびjにより算出される。
In order for the
バイアス磁界発生部21で発生した磁束は、バイアス磁界発生部21の磁束密度Bと、バイアス磁界発生部21における径方向外側を向く面の面積との積で表される。磁性体径方向外側部241に鎖交する磁束は、磁性体径方向外側部241の磁束密度B’と磁性体径方向外側部241における周方向を向く面の面積との積で表される。ここで、バイアス磁界発生部21の軸方向寸法と磁性体径方向外側部241の軸方向寸法とが等しいとする。この場合に、バイアス磁界発生部21で発生した磁束と磁性体径方向外側部241に鎖交する磁束とが等しいことから、B×j=B’×hが成り立つ。磁気飽和時の磁性体部材24の磁束密度をBsとすると、磁性体径方向外側部241の磁束密度B’は、磁性体径方向外側部241に磁気飽和が発生しないために、B’≦Bsとなる必要がある。したがって、磁性体部材24に磁気飽和が発生しない場合に径方向についての磁性体狭小部248の寸法hは、B×j≦Bs×hの関係によって算出される。
The magnetic flux generated by the bias magnetic
バイアス磁界発生部21で発生した磁束は、バイアス磁界発生部21の磁束密度Bとバイアス磁界発生部21における径方向外側を向く面の面積との積で表される。したがって、磁性体広大部249に鎖交する磁束は、磁性体狭小部248に鎖交する磁束よりも大きい。磁性体狭小部248の磁束密度B’は、B’=(B×j)/hを満たす。また、磁性体広大部249の磁束密度B’’は、B’’=(B×i)/gを満たす。磁性体広大部249の磁束密度B’’は、磁性体狭小部248の磁束密度B’よりも小さくなる必要がある。したがって、B’’≦B’が成り立つ。これにより、径方向についての磁性体広大部249の寸法gは、g≧h×(i/j)の関係によって算出される。
The magnetic flux generated by the bias magnetic
以上説明したように、この発明の実施の形態5に係る回転角度検出装置によれば、g≧h×(i/j)を満たす。これにより、回転角度検出装置の軽量化および低コスト化を図ることができる。また、回転角度検出装置の軽量化によって、振動に対する回転角度検出装置の耐久性を向上させることができる。また、磁性体部材24を小さくすることによって、回転角度検出装置の検出信号にモータなどの外部機器からのノイズが影響することを低減させることができる。また、磁性体部材24を通る磁束密度を小さくすることなく、磁性体部材24の軽量化を図ることができる。これにより、磁束密度検出部22の検出信号を小さくすることなく、磁性体部材24の軽量化を図ることができる。
As described above, according to the rotation angle detection device of the fifth embodiment of the present invention, ggh × (i / j) is satisfied. Thereby, weight reduction and cost reduction of a rotation angle detection apparatus can be achieved. Further, by reducing the weight of the rotation angle detection device, the durability of the rotation angle detection device against vibration can be improved. In addition, by making the
実施の形態6.
図20は、この発明の実施の形態6に係る回転角度検出装置の要部を示す平断面図である。磁性体部材24は、積層された複数の鋼板から構成されている。固定子2は、磁性体周方向外側部242に設けられ複数の鋼板のそれぞれを固定する第1かしめ25を有している。また、固定子2は、周方向についての磁性体径方向外側部241の中央部に設けられ複数の鋼板のそれぞれを固定する第2かしめ26をさらに有している。径方向についての磁性体径方向外側部241の外側の面には、周方向に延びる複数の凹部250が形成されている。第2かしめ26は、磁性体径方向外側部241における凹部250が形成されていない部分に配置されている。その他の構成は、実施の形態5と同様である。
Sixth Embodiment
FIG. 20 is a plan cross-sectional view showing the main parts of a rotation angle detection device according to Embodiment 6 of the present invention. The
以上説明したように、この発明の実施の形態6に係る回転角度検出装置によれば、固定子2は、磁性体周方向外側部242に設けられ複数の鋼板のそれぞれを固定する第1かしめ25を有している。これにより、回転角度検出装置の検出精度に影響することなく、積層された複数の鋼板のそれぞれを固定することができる。
As described above, according to the rotation angle detection device according to the sixth embodiment of the present invention, the
また、固定子2は、周方向についての磁性体径方向外側部241の中央部に設けられ複数の鋼板のそれぞれを固定する第2かしめ26を有している。これにより、回転角度検出装置の検出精度に影響することなく、積層された複数の鋼板のそれぞれを固定することができる。
Further, the
1 回転子、2 固定子、11 回転軸、12 凹凸部、21 バイアス磁界発生部、22 磁束密度検出部、23 回転角度演算処理部、24 磁性体部材、25 第1かしめ、26 第2かしめ、241 磁性体径方向外側部、242 磁性体周方向外側部、243 磁性体突部外端、244 磁性体突部内端、245 周方向延長面、246 周方向外側向面、247 周方向斜面、248 磁性体狭小部、249 磁性体広大部、250 凹部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記凹凸部に対向して設けられ、バイアス磁界発生部および複数の磁束密度検出部を有する固定子と、
前記回転子の径方向について前記バイアス磁界発生部の外側に設けられ前記径方向について前記バイアス磁界発生部に重ねられた磁性体径方向外側部および前記回転子の周方向について前記バイアス磁界発生部を挟む一対の磁性体周方向外側部を有する磁性体部材と
を備え、
前記凹凸部は、Xを1以上の整数とした場合に、前記周方向について機械角360度に対してX周期分変化するように形成され、
複数の前記磁束密度検出部は、前記凹凸部に対して隙間を空けて対向し、前記周方向に沿って等間隔で前記凹凸部の1周期の間に設けられ、
前記バイアス磁界発生部は、前記径方向についてそれぞれの前記磁束密度検出部よりも外側に設けられ、前記径方向についてそれぞれの前記磁束密度検出部に重ねられて前記周方向に延びて形成され、
前記径方向についての前記磁性体周方向外側部の内側端部は、前記径方向についての前記バイアス磁界発生部の内側端部よりも前記径方向について内側に設けられ、
前記周方向についての前記バイアス磁界発生部の両端部と前記回転子の中心との間の角度の半分の角度をaとし、前記周方向についての前記バイアス磁界発生部および前記磁性体周方向外側部の間の隙間の両端部と前記回転子の中心との間の角度をbとし、前記周方向についての前記磁性体周方向外側部の両端部と前記回転子の中心との間の角度をcとした場合に、
a+b>180/X、およびa+b+c<360/X
を満たす回転角度検出装置。 A rotor having an uneven portion made of a magnetic material on the outer peripheral surface;
A stator provided opposite to the uneven portion and having a bias magnetic field generation unit and a plurality of magnetic flux density detection units;
A magnetic material radial direction outer portion provided on the outer side of the bias magnetic field generation unit in the radial direction of the rotor and overlapped with the bias magnetic field generation unit in the radial direction and the bias magnetic field generation unit in the circumferential direction of the rotor And a magnetic member having a pair of magnetic outer circumferential portions sandwiching the magnetic members.
The uneven portion is formed to change by an X cycle with respect to a mechanical angle of 360 degrees in the circumferential direction, when X is an integer of 1 or more,
The plurality of magnetic flux density detection units are opposed to the concavo-convex portion with a gap therebetween, and are provided in one cycle of the concavo-convex portion at equal intervals along the circumferential direction,
The bias magnetic field generation unit is provided outside the respective magnetic flux density detection units in the radial direction, and is formed so as to overlap the respective magnetic flux density detection units in the radial direction and extend in the circumferential direction.
The inner end portion of the magnetic body circumferential direction outer side portion in the radial direction is provided inside the radial direction with respect to the inner end portion of the bias magnetic field generating portion in the radial direction.
An angle half of the angle between both ends of the bias magnetic field generation unit in the circumferential direction and the center of the rotor is a, and the bias magnetic field generation unit and the magnetic material circumferential direction outer side section in the circumferential direction The angle between the ends of the gap between the two and the center of the rotor is b, and the angle between the ends of the outer peripheral portion of the magnetic material in the circumferential direction and the center of the rotor is c If you
a + b> 180 / X, and a + b + c <360 / X
Rotation angle detection device that meets
α>βおよびγ>0、または、α<βおよびγ<0
を満たす請求項1に記載の回転角度検出装置。 When α = a + b−180 / X, β = 360 / X− (a + b + c), and γ = a−180 / X,
α> β and γ> 0, or α <β and γ <0
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein
α=β
を満たす請求項1に記載の回転角度検出装置。 When α = a + b−180 / X and β = 360 / X− (a + b + c),
α = β
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein
前記周方向についての前記磁性体径方向外側部の外側端部における前記径方向についての寸法をdとし、前記周方向についての前記周方向延長面の寸法をeとし、前記径方向についての前記周方向外側向面の寸法をfとした場合に、
d≦e、およびf≦d
を満たす請求項1から請求項3までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。 The magnetic body circumferential direction outer side portion includes: a circumferential direction extending surface extending in the circumferential direction from an outer side surface in the radial direction in the magnetic body radial direction outer side portion; and a circumferential direction outward surface facing the outer side in the circumferential direction Have
The dimension in the radial direction at the outer end of the magnetic material radial direction outer portion in the circumferential direction is d, the dimension of the circumferential extension surface in the circumferential direction is e, and the circumferential direction in the radial direction When the dimension of the direction outward facing surface is f,
d ≦ e and f ≦ d
The rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記径方向についての前記磁性体広大部の寸法をgとし、前記径方向についての前記磁性体狭小部の寸法をhとし、前記周方向についての前記バイアス磁界発生部の寸法の半分をiとし、前記バイアス磁界発生部21における前記磁性体狭小部に対向する部分における前記周方向についての寸法をjとした場合に、
g≧h×(i/j)
を満たす請求項1から請求項4までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。 The magnetic body radial direction outer side portion is provided in a portion between the central portion and the outer side end portion in the circumferential direction in the magnetic body radial direction outer side portion, and extends in the circumferential direction in the radial outer side surface. A magnetic material narrow portion in which a recess is formed, and a magnetic material which is provided outside the magnetic material narrow portion in the circumferential direction, and a dimension in the radial direction is larger than a dimension of the magnetic material narrow portion in the radial direction With the large part of the body,
Let g be the size of the magnetic body wide portion in the radial direction, h be the size of the magnetic body narrow portion in the radial direction, and i be half the size of the bias magnetic field generating portion in the circumferential direction. In the case where the dimension in the circumferential direction of the portion of the bias magnetic field generation unit 21 facing the magnetic material narrow portion is j,
g ≧ h × (i / j)
The rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein
前記固定子は、前記磁性体周方向外側部に設けられ複数の前記鋼板のそれぞれを固定する第1かしめをさらに有している請求項1から請求項5までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。 The magnetic member is composed of a plurality of stacked steel plates,
The rotation according to any one of claims 1 to 5, wherein the stator further has a first crimp provided at the circumferential outer portion of the magnetic body and fixing each of the plurality of steel plates. Angle detector.
前記固定子は、前記周方向についての前記磁性体径方向外側部の中央部に設けられ複数の前記鋼板のそれぞれを固定する第2かしめをさらに有している請求項1から請求項6までの何れか一項に記載の回転角度検出装置。 The magnetic member is composed of a plurality of stacked steel plates,
The stator according to any one of claims 1 to 6, further comprising a second crimp provided at a central portion of the magnetic material radial direction outer portion in the circumferential direction and fixing each of the plurality of steel plates. The rotation angle detection device according to any one of the preceding claims.
Priority Applications (2)
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