JP2019211331A - Rotation angle detector - Google Patents

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Abstract

To solve the problem that with a conventional rotation angle detector it is impossible to suppress the degradation of accuracy of detecting a change of eccentricity.SOLUTION: A rotation angle detector pertaining to the present application comprises: a rotor (1) having, as a rotation angle detection unit, an irregular part (12) composed of a magnetic substance on the outer circumferential surface; and a stator (2) provided facing the irregular part (12) and having a magnetic field generation part (22), a magnetic substance (24) and a magnetism detection part (23). The stator (2) and the rotor (1) are eccentric, and the irregular part (12) is an irregularity for N cycles (N=integer 1 or greater) with respect to a 360 degree machine angle in the circumferential direction of rotation of the rotor (1) and formed into an outer circumferential shape where angle errors at the time of maximum eccentricity in a prescribed direction and at the time of maximum eccentricity in a direction opposite the prescribed direction are equal.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本願は磁気強度の変化を利用した回転角度検出装置に関する。   The present application relates to a rotation angle detection device using a change in magnetic intensity.

回転角度検出装置とは、モータ等の回転軸に取り付けられ、回転軸の回転角度の検出に利用されるもので、この回転角度検出装置は、外周面に磁性体から構成された回転子と、この回転子に対向して設けられた固定子とを備え、回転子は、回転軸の中心に対して偏心していて、回転軸が回転することによって回転子と固定子とのギャップが変化するように構成され、複数の検出コイルによって、回転子の移動量を回転子と固定子との間のリラクタンスの変化として検出するように構成されている。   The rotation angle detection device is attached to a rotation shaft such as a motor and is used for detection of the rotation angle of the rotation shaft. The rotation angle detection device includes a rotor formed of a magnetic material on an outer peripheral surface; A stator provided opposite to the rotor, and the rotor is eccentric with respect to the center of the rotating shaft, and the gap between the rotor and the stator changes as the rotating shaft rotates. And the movement amount of the rotor is detected as a change in reluctance between the rotor and the stator by a plurality of detection coils.

この回転角度検出装置においては、検出コイルからの出力波形が理想の波形(正弦波あるいは余弦波)に高調波歪(パーミアンス誤差)を含んだ波形となることから、特許文献1では、回転子の外周形状を、検出波形のパーミアンス誤差を打ち消すように、真円に対して所定の偏心量よりも小さな複数個所の凹凸部を設ける構造として、この回転子に設けた凹凸部の形状の作用によって検出コイルの出力波形には基本波成分の振幅を増大させ、かつ、正弦波により近く、パーミアンス誤差を小さくするようにしている。   In this rotation angle detection device, the output waveform from the detection coil is an ideal waveform (sine wave or cosine wave) including a harmonic distortion (permeance error). The outer peripheral shape is detected by the effect of the shape of the uneven portion provided on this rotor as a structure with multiple uneven portions smaller than the predetermined eccentricity with respect to the perfect circle so as to cancel the permeance error of the detected waveform. In the output waveform of the coil, the amplitude of the fundamental wave component is increased, and it is closer to a sine wave to reduce the permeance error.

特開平8−163847号公報JP-A-8-163847

従来の技術では、偏心量の増加に対して検出精度の悪化を抑制できないという課題がある。所定の偏心量以外の取り付け誤差及び振動等によって発生する偏心が発生した場合に、正負どちらか一方の最大偏心時の角度誤差の最悪値が増加し、検出精度が悪化するという課題があった。
本願は、前述のような課題を解決するための技術を開示するものであり、検出精度の悪化を抑制した回転角度検出装置を提供することを目的とする。
In the conventional technology, there is a problem that deterioration in detection accuracy cannot be suppressed with respect to an increase in the eccentricity. When an eccentricity generated due to an attachment error other than a predetermined eccentricity amount or vibration occurs, the worst value of the angle error at the time of either the positive or negative maximum eccentricity increases, and the detection accuracy deteriorates.
This application discloses the technique for solving the above subjects, and it aims at providing the rotation angle detection apparatus which suppressed the deterioration of detection accuracy.

本願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、および前記凹凸部に対向して設けられ、磁界発生部と磁性体と磁気検出部とを有する固定子を備え、前記固定子と前記回転子とが偏心しており、前記凹凸部は、前記回転子の回転の周方向について機械角360度に対してN周期(Nは1以上の整数)分の凹凸であって、所定方向の最大偏心時と前記所定方向に対する反対方向の最大偏心時の角度誤差が等しい外周形状である回転角度検出部を備えたことを特徴とするものである。   The rotation angle detection device according to the present application is provided with a rotor having a concavo-convex portion made of a magnetic material on an outer peripheral surface, and a fixed member provided opposite to the concavo-convex portion and having a magnetic field generation unit, a magnetic body, and a magnetic detection unit. The stator and the rotor are eccentric, and the concavo-convex portion corresponds to N cycles (N is an integer of 1 or more) with respect to a mechanical angle of 360 degrees in the circumferential direction of rotation of the rotor. There is provided a rotation angle detection unit having an outer peripheral shape that is uneven and has the same angular error at the time of maximum eccentricity in a predetermined direction and at the time of maximum eccentricity in the opposite direction to the predetermined direction.

ある方向の最大偏心時とその反対側の最大偏心時の角度誤差を等しくすることで、どちらか一方に最大偏心した場合の角度誤差の最悪値を低減することができ、検出精度の悪化を抑制することが可能となる。   By equalizing the angle error at the time of maximum eccentricity in one direction and the maximum eccentricity on the opposite side, the worst value of the angle error when the maximum eccentricity is in either direction can be reduced, and deterioration of detection accuracy is suppressed. It becomes possible to do.

実施の形態1の回転角度検出装置の構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a rotation angle detection device according to a first embodiment. 実施の形態1による回転角度検出部の固定子と回転子の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a stator and a rotor of a rotation angle detection unit according to the first embodiment. 実施の形態1による回転角度検出装置の固定子と回転子の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a stator and a rotor of the rotation angle detection device according to the first embodiment. 実施の形態1による回転角度検出装置の固定子と回転子の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a stator and a rotor of the rotation angle detection device according to the first embodiment. 図1の偏心量と角度誤差の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the amount of eccentricity of FIG. 1, and an angle error. 実施の形態2による回転角度検出装置の固定子と回転子の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a stator and a rotor of a rotation angle detection device according to a second embodiment. 図5の回転子1回転に伴う高調波成分の打ち消しを示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing cancellation of harmonic components accompanying one rotation of the rotor in FIG. 5. 図5の磁気検出部の磁束密度の演算の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the calculation of the magnetic flux density of the magnetic detection part of FIG. 図5の磁気検出部の磁束密度の演算の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the calculation of the magnetic flux density of the magnetic detection part of FIG. 実施の形態2による回転角度検出装置の固定子と回転子の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a stator and a rotor of a rotation angle detection device according to a second embodiment. 実施の形態3による回転角度検出装置の固定子と回転子の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a stator and a rotor of a rotation angle detection device according to Embodiment 3. 実施の形態3による回転角度検出装置のA部の拡大図である。FIG. 10 is an enlarged view of part A of the rotation angle detection device according to the third embodiment. 実施の形態3の周方向位置におけるギャップ長を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a gap length at a circumferential position in the third embodiment.

実施の形態1.
図1は、回転角度検出装置の実施の形態1の要部の構成を示している。この回転角度検出装置は、回転角度検出部100と、プロセッサ200と、記憶装置300と、コントローラ400と、データバス500とからなる。回転角度検出部100は、プロセッサ200に接続され、プロセッサ200は、データバス500を通じてコントローラ400に接続され、回転角度検出部100によって検出された値に基づいて様々な制御を行う。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a configuration of a main part of the first embodiment of the rotation angle detection device. The rotation angle detection device includes a rotation angle detection unit 100, a processor 200, a storage device 300, a controller 400, and a data bus 500. The rotation angle detection unit 100 is connected to the processor 200, and the processor 200 is connected to the controller 400 through the data bus 500 and performs various controls based on values detected by the rotation angle detection unit 100.

記憶装置300の詳細については図示していないが、ランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置を備えている。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ200は、記憶装置300から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ200にプログラムが入力される。また、プロセッサ200は、演算結果などのデータを記憶装置300の揮発性記憶装置に出力しても良いし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。また、プロセッサ200は、プログラムを実行することによって得られた結果に基づいて、コントローラ400を動作させる。   Although details of the storage device 300 are not shown, the storage device 300 includes a volatile storage device such as a random access memory and a nonvolatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, an auxiliary storage device of a hard disk may be provided instead of the flash memory. The processor 200 executes a program input from the storage device 300. In this case, a program is input from the auxiliary storage device to the processor 200 via the volatile storage device. Further, the processor 200 may output data such as an operation result to the volatile storage device of the storage device 300, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device. Further, the processor 200 operates the controller 400 based on the result obtained by executing the program.

図2は、本願の実施の形態1に係る回転角度検出部100の回転子1と固定子2の構成を示す断面図であって、回転軸に対して垂直方向に切断した状態の回転子1と固定子2の関係を表している。実施の形態1に係る回転角度検出部100は、回転子1と、固定子2とを備え、固定子2は、回転子1の外周の径方向(図中の矢印Aの方向)に間隙を持って対向して外側の周方向(図中の矢印Bの方向)に延びている。   FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the rotor 1 and the stator 2 of the rotation angle detection unit 100 according to Embodiment 1 of the present application, and the rotor 1 in a state cut in a direction perpendicular to the rotation axis. And the relationship between the stator 2 and FIG. The rotation angle detection unit 100 according to Embodiment 1 includes a rotor 1 and a stator 2, and the stator 2 has a gap in the radial direction of the outer periphery of the rotor 1 (the direction of arrow A in the figure). It is opposed and extends in the outer circumferential direction (the direction of arrow B in the figure).

回転子1は、回転の中心軸11と、回転の中心軸11の径方向の外側に設けられた磁性体の凹凸部12とを備えている。凹凸部12は、N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N周期分変化するように形成されている。すなわち外周の形状として、N回周期の凹凸形状としている。図1に示した回転角度検出部100では、N=12の場合の凹凸部を示している。   The rotor 1 includes a rotation center axis 11 and a magnetic uneven portion 12 provided outside the rotation center axis 11 in the radial direction. The concavo-convex portion 12 is formed to change by N cycles with respect to a mechanical angle of 360 degrees in the circumferential direction when N is an integer of 1 or more. In other words, the shape of the outer periphery is an uneven shape with a period of N times. In the rotation angle detection unit 100 illustrated in FIG. 1, an uneven portion in the case of N = 12 is illustrated.

固定子2は、回転子1の凹凸部12に間隙を持って対向して設けられている。固定子2は、磁界発生部22と、この磁界発生部22の径方向の内側に設けられた一つまたは複数の磁気検出部23と、周方向に延びた磁性体24とを有している。磁界発生部22は、コイルまたは磁石で、バイアスとなる磁界を発生させるものである。磁気検出部23は、コイル、ホール素子または磁気抵抗素子(MR素子)である。磁界発生部22は、磁気検出部23の外側を覆うようにして周方向に延びている。磁気検出部23は、回転子1の凹凸部12に対向して設けられている。   The stator 2 is provided so as to face the uneven portion 12 of the rotor 1 with a gap. The stator 2 includes a magnetic field generation unit 22, one or a plurality of magnetic detection units 23 provided inside the magnetic field generation unit 22 in the radial direction, and a magnetic body 24 extending in the circumferential direction. . The magnetic field generator 22 is a coil or a magnet, and generates a magnetic field as a bias. The magnetic detection unit 23 is a coil, a Hall element, or a magnetoresistive element (MR element). The magnetic field generator 22 extends in the circumferential direction so as to cover the outside of the magnetic detector 23. The magnetic detection unit 23 is provided so as to face the concave and convex portion 12 of the rotor 1.

磁性体24は、磁界発生部22の径方向外側に設けられた磁性体径方向外側部241と磁界発生部22を挟む一対の磁性体周方向外側部242とを有している。磁性体径方向外側部241は、磁界発生部22に重なるように周方向に延びている。磁性体周方向外側部242は、磁界発生部22より径方向の内側に突出しており、周方向については磁性体径方向外側部241に接続している。   The magnetic body 24 includes a magnetic body radial outer portion 241 provided on the radial outer side of the magnetic field generator 22 and a pair of magnetic body circumferential outer portions 242 sandwiching the magnetic field generator 22. The magnetic body radial direction outer side portion 241 extends in the circumferential direction so as to overlap the magnetic field generating portion 22. The outer circumferential portion 242 of the magnetic body protrudes radially inward from the magnetic field generator 22 and is connected to the outer radial portion 241 in the circumferential direction.

固定子2の回転子1の凹凸部12に対向する磁性体周方向外側部242の内周面243の中心軸21は、回転子1の中心軸11と異なる。図2は、固定子2の中心軸21が回転子1の中心軸11に対して平面上の矢印C1の方向(すなわち図面の下側方向)に位置している。固定子2の中心軸21が回転子1の中心軸11に対して平面上の下側に位置しているため、回転子1の凹凸部12に対向する固定子2の面と凹凸部12のギャップ長は、固定子2の中心軸21と回転子1の中心軸11が同じ場合のギャップ長よりも短い。回転子1の凹凸部12は、凹凸部12に対向する固定子2の面と凹凸部12のギャップパーミアンスが、回転子1の回転角度に応じて正弦波状に変化する形状を有している。   The central axis 21 of the inner peripheral surface 243 of the magnetic body circumferential outer portion 242 facing the uneven portion 12 of the rotor 1 of the stator 2 is different from the central axis 11 of the rotor 1. In FIG. 2, the center axis 21 of the stator 2 is positioned in the direction of the arrow C <b> 1 on the plane with respect to the center axis 11 of the rotor 1 (that is, the lower direction in the drawing). Since the center axis 21 of the stator 2 is positioned on the lower side of the plane with respect to the center axis 11 of the rotor 1, the surface of the stator 2 that faces the uneven portion 12 of the rotor 1 and the uneven portion 12 The gap length is shorter than the gap length when the center axis 21 of the stator 2 and the center axis 11 of the rotor 1 are the same. The uneven portion 12 of the rotor 1 has a shape in which the gap permeance between the surface of the stator 2 facing the uneven portion 12 and the uneven portion 12 changes in a sine wave shape according to the rotation angle of the rotor 1.

図3は、固定子2の中心軸21が回転子1の中心軸11に対して平面上の上側(図中の矢印C3の方向)に位置している場合を示している。図2に示すように、固定子2の中心軸21が回転子の中心軸11に対して平面上の上側に位置しているため、回転子1の凹凸部12に対向する固定子2の面と凹凸部12のギャップ長は、固定子2の中心軸21と回転子1の中心軸11が同じ場合のギャップ長よりも長い。回転子1の凹凸部12は、凹凸部12に対向する固定子2の面と回転子1の凹凸部12のギャップパーミアンスが、回転子1の回転角度に応じて正弦波状に変化する形状を有している。   FIG. 3 shows a case where the center axis 21 of the stator 2 is located on the upper side (in the direction of the arrow C3 in the drawing) with respect to the center axis 11 of the rotor 1. As shown in FIG. 2, since the center axis 21 of the stator 2 is positioned on the upper side of the plane with respect to the center axis 11 of the rotor, the surface of the stator 2 that faces the uneven portion 12 of the rotor 1. The gap length of the concavo-convex portion 12 is longer than the gap length when the central axis 21 of the stator 2 and the central axis 11 of the rotor 1 are the same. The uneven portion 12 of the rotor 1 has a shape in which the gap permeance between the surface of the stator 2 facing the uneven portion 12 and the uneven portion 12 of the rotor 1 changes in a sine wave shape according to the rotation angle of the rotor 1. doing.

図4は、固定子2の中心軸21が回転子1の中心軸11に対して平面上の横方向(矢印C3の方向)に偏心した位置にある場合を示している。図4では、磁性体周方向外側部242の内周面243と回転子1の凹凸部12のギャップ長は、左右で異なる。回転子1の凹凸部12は、凹凸部12に対向する固定子2の面と凹凸部12のギャップパーミアンスが、回転子1の回転角度に応じて正弦波状に変化する形状を有している。
すなわち、図2、図3、図4に示したように、固定子2が部分円弧の場合、固定子2の中心軸21の位置と回転子1の中心軸11の位置とは、近付く、遠ざかる、横方向の3パターンがある。
FIG. 4 shows a case where the central axis 21 of the stator 2 is in a position eccentric in the lateral direction on the plane (direction of the arrow C3) with respect to the central axis 11 of the rotor 1. In FIG. 4, the gap length between the inner peripheral surface 243 of the magnetic body circumferential outer portion 242 and the uneven portion 12 of the rotor 1 is different on the left and right. The uneven portion 12 of the rotor 1 has a shape in which the gap permeance between the surface of the stator 2 facing the uneven portion 12 and the uneven portion 12 changes in a sine wave shape according to the rotation angle of the rotor 1.
That is, as shown in FIGS. 2, 3, and 4, when the stator 2 is a partial arc, the position of the center axis 21 of the stator 2 and the position of the center axis 11 of the rotor 1 approach and move away from each other. There are three patterns in the horizontal direction.

回転角度の検出精度を向上させるためには、回転子1の回転角度に応じて磁気検出部23で検出する磁束密度の高調波成分を減らす必要がある。磁束密度は、磁界発生部22の起磁力と固定子2の回転子1の凹凸部12に対向する面と回転子1の凹凸部12とのギャップパーミアンスの積で求められる。磁界発生部22の起磁力は一定であるため、磁束密度の変化量はギャップパーミアンスの変化量で規定される。磁束密度の高調波成分を減らすことと、ギャップパーミアンスの高調波成分を減らすこととは同義である。従来の回転角度検出部100では、固定子2の中心軸21と回転子1の中心軸11を一致させていたため、偏心発生時に角度誤差が増加するという課題が発生する。   In order to improve the detection accuracy of the rotation angle, it is necessary to reduce the harmonic component of the magnetic flux density detected by the magnetic detection unit 23 according to the rotation angle of the rotor 1. The magnetic flux density is determined by the product of the magnetomotive force of the magnetic field generator 22 and the gap permeance between the surface of the stator 2 facing the uneven portion 12 of the rotor 1 and the uneven portion 12 of the rotor 1. Since the magnetomotive force of the magnetic field generator 22 is constant, the amount of change in magnetic flux density is defined by the amount of change in gap permeance. Reducing the harmonic component of the magnetic flux density is synonymous with reducing the harmonic component of the gap permeance. In the conventional rotation angle detection unit 100, since the center axis 21 of the stator 2 and the center axis 11 of the rotor 1 are made to coincide with each other, there arises a problem that an angle error increases when an eccentricity occurs.

実施の形態1の回転角度検出部100では、回転子1の凹凸部12に対向する固定子2の磁性体周方向外側の内周面の中心軸21が、回転子1の中心軸11と異なる。このとき、回転子1の凹凸部12は、凹凸部12に対向する固定子2の面と回転子1の凹凸部12とのギャップパーミアンスが正弦波状になる形状を有している。予め、固定子2の中心軸21と回転子1の中心軸11が異なる偏心した位置で、固定子2と回転子1のギャップパーミアンスが正弦波になるように回転子1の凹凸部12を形成することで、偏心時の回転角度検出部100の検出精度を向上させることができる。   In the rotation angle detection unit 100 of the first embodiment, the central axis 21 of the inner peripheral surface on the outer side in the circumferential direction of the magnetic body of the stator 2 facing the concave and convex portion 12 of the rotor 1 is different from the central axis 11 of the rotor 1. . At this time, the uneven portion 12 of the rotor 1 has a shape in which the gap permeance between the surface of the stator 2 facing the uneven portion 12 and the uneven portion 12 of the rotor 1 is sinusoidal. The uneven portion 12 of the rotor 1 is formed in advance so that the gap permeance between the stator 2 and the rotor 1 becomes a sine wave at a position where the center axis 21 of the stator 2 and the center axis 11 of the rotor 1 are different from each other. By doing so, the detection accuracy of the rotation angle detection unit 100 at the time of eccentricity can be improved.

図2では、固定子の中心軸21が回転子の中心軸11に対して下側に位置している。図5は、偏心量と角度誤差の関係を示す。図5において、破線(1)は本願、実線(2)は従来技術の場合を示している。この図に示すように、固定子2と回転子1が遠ざかる場合(ギャップ長が大きくなる場合)と近付く場合(ギャップ長が短くなる場合)とを想定すると、ギャップ長が遠ざかる方向の場合に比べて固定子2と回転子1のギャップ長が近付く方向の場合の方が、偏心量に対するギャップパーミアンスの感度が高くなる。   In FIG. 2, the center axis 21 of the stator is located below the center axis 11 of the rotor. FIG. 5 shows the relationship between the amount of eccentricity and the angle error. In FIG. 5, the broken line (1) shows the case of the present application, and the solid line (2) shows the case of the prior art. As shown in this figure, assuming that the stator 2 and the rotor 1 are moved away (when the gap length is increased) and approached (when the gap length is decreased), it is compared with the case where the gap length is moved away. Thus, when the gap length between the stator 2 and the rotor 1 is closer, the sensitivity of the gap permeance with respect to the eccentricity is higher.

したがって、固定子2と回転子1のギャップ長が近付く場合の方が、偏心量に対して高調波成分が含まれる割合が高くなり、偏心量に対する角度誤差が大きくなる。従来の回転角度検出装置では、固定子の中心軸21と回転子1の中心軸11が同じ位置で、固定子2と回転子1のギャップパーミアンスが正弦波状になるように回転子1の凹凸部12を形成していたが、固定子2と回転子1が近付く方向に偏心した際の最大偏心量の位置において角度誤差が大きくなるという課題があることを示している。   Therefore, when the gap length between the stator 2 and the rotor 1 approaches, the ratio of the harmonic component to the eccentric amount becomes higher, and the angular error with respect to the eccentric amount becomes larger. In the conventional rotation angle detection device, the concave and convex portions of the rotor 1 so that the gap permeance between the stator 2 and the rotor 1 is sinusoidal at the same position of the center axis 21 of the stator and the center axis 11 of the rotor 1. 12 is shown, but there is a problem that the angular error becomes large at the position of the maximum eccentricity when the stator 2 and the rotor 1 are eccentric in the approaching direction.

図2の回転角度検出部100では、固定子2と回転子1のギャップ長が近付く位置で、固定子2と回転子1のギャップパーミアンスが正弦波状になるように回転子1の凹凸部12を形成している。回転子1の凹凸部12の形状は、ある方向の最大偏心時とその反対側の最大偏心時の角度誤差が等しくなるように変化する形状を有している。その結果、図5に示すように固定子2と回転子1が近付く方向に偏心した際の最大偏心量の位置において角度誤差を抑制することができる。その結果、最大偏心量の位置での検出精度の悪化を抑制することができる。   In the rotation angle detection unit 100 of FIG. 2, the uneven portion 12 of the rotor 1 is formed so that the gap permeance between the stator 2 and the rotor 1 becomes a sine wave at a position where the gap length between the stator 2 and the rotor 1 approaches. Forming. The shape of the concavo-convex portion 12 of the rotor 1 has a shape that changes so that the angle error between the maximum eccentricity in a certain direction and the maximum eccentricity on the opposite side becomes equal. As a result, as shown in FIG. 5, the angular error can be suppressed at the position of the maximum eccentricity when the stator 2 and the rotor 1 are eccentric in the approaching direction. As a result, it is possible to suppress deterioration in detection accuracy at the position of the maximum eccentricity.

なお、実施の形態1に係る回転角度検出部100では、回転子1に対して固定子2は、360度のうち所定範囲の角度の部分が対向している。すなわち、固定子2は、回転子1の周方向の一部にのみ対向している。また、固定子2の周方向の一部として構成している磁界発生部22を挟む磁性体周方向外側部の外端部244と外端部245とは所定範囲まで設けられているが、回転子1の全体に回り込んでいない。したがって、磁性体周方向外側部242の重量を最小限で抑制することができる。   In the rotation angle detection unit 100 according to the first embodiment, the stator 2 is opposed to the rotor 2 at an angle within a predetermined range of 360 degrees. In other words, the stator 2 faces only a part of the rotor 1 in the circumferential direction. Further, the outer end 244 and the outer end 245 on the outer circumferential side of the magnetic body sandwiching the magnetic field generating unit 22 configured as a part of the stator 2 in the circumferential direction are provided up to a predetermined range. It does not wrap around the whole child 1. Therefore, the weight of the magnetic body circumferential direction outer side portion 242 can be minimized.

実施の形態2.
図6は、実施の形態2に係る回転角度検出部100を示す断面図である。実施の形態2に係る回転角度検出部100では、実施の形態1と同じ固定子2が配置され、さらに、周方向の機械角180度に位置する対向面に第2の固定子3が配置されている。固定子2の磁性体周方向外側部242の内周面243と第2の固定子3の第2の磁性体周方向外側部の内周面343は同一円周上に位置している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the rotation angle detection unit 100 according to the second embodiment. In the rotation angle detection unit 100 according to the second embodiment, the same stator 2 as that of the first embodiment is arranged, and further, the second stator 3 is arranged on the facing surface located at a mechanical angle of 180 degrees in the circumferential direction. ing. The inner circumferential surface 243 of the magnetic body circumferential outer portion 242 of the stator 2 and the inner circumferential surface 343 of the second magnetic body circumferential outer portion of the second stator 3 are located on the same circumference.

図6は、固定子2の中心軸21が回転子1の中心軸11に対して平面上の上側(矢印C4の方向)に位置している。固定子2の中心軸21が回転子1の中心軸11に対して、上方向にずれる場合と下方向にずれる場合とは、同じ意義を持っている。回転子1の凹凸部12の形状は、凹凸部12に対向する固定子2の面と凹凸部12のギャップパーミアンスが、回転子1の回転角度に応じて正弦波状に変化する形状を有している。   In FIG. 6, the central axis 21 of the stator 2 is positioned on the upper side (in the direction of the arrow C <b> 4) on the plane with respect to the central axis 11 of the rotor 1. The case where the center axis 21 of the stator 2 is shifted upward with respect to the center axis 11 of the rotor 1 has the same significance. The shape of the concavo-convex portion 12 of the rotor 1 has a shape in which the gap permeance between the surface of the stator 2 facing the concavo-convex portion 12 and the concavo-convex portion 12 changes in a sine wave shape according to the rotation angle of the rotor 1. Yes.

その他の構成は、実施の形態1と同じである。実施の形態1と同様に、予め、固定子2の中心軸21と回転子1の中心軸11が偏心した位置で、固定子2と回転子1のギャップパーミアンスが正弦波になるように回転子1の凹凸部12を形成することで、偏心時の回転角度検出部100の検出精度を向上させる効果を得ることが可能である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment. As in the first embodiment, the rotor is arranged so that the gap permeance between the stator 2 and the rotor 1 becomes a sine wave at a position where the center axis 21 of the stator 2 and the center axis 11 of the rotor 1 are decentered in advance. By forming one uneven portion 12, it is possible to obtain an effect of improving the detection accuracy of the rotation angle detection unit 100 at the time of eccentricity.

機械角180度に位置する対向面に固定子2をもう一つ形成することで、回転子1が1回転したときに伴う高調波成分を打ち消すことが可能である。図7に固定子2の磁気検出部23と第2の磁気検出部33の磁束密度波形の内、回転子1における、回転に伴う高調波成分を示す。回転角度検出部100では、回転子1が1回転することに伴い、N周期の基本波の正弦波が得られる。検出精度を悪化させる成分として、図7に示すように回転子1の1回転に伴い1周期の正弦波が出現するが、磁気検出部23の磁束密度波形Aと第2の磁気検出部33の磁束密度波形Bは逆位相となるため、磁気検出部23の磁束密度波形Aと第2の磁気検出部33の磁束密度波形Bを足し合わせることで、打ち消すことが可能である。その結果、検出精度を向上させることができる。   By forming another stator 2 on the opposing surface located at a mechanical angle of 180 degrees, it is possible to cancel the harmonic components that accompany the rotor 1 making one revolution. FIG. 7 shows harmonic components accompanying the rotation in the rotor 1 in the magnetic flux density waveforms of the magnetic detection unit 23 and the second magnetic detection unit 33 of the stator 2. In the rotation angle detection unit 100, a sine wave of an N-cycle fundamental wave is obtained as the rotor 1 rotates once. As a component that deteriorates the detection accuracy, a sine wave of one cycle appears with one rotation of the rotor 1 as shown in FIG. 7, but the magnetic flux density waveform A of the magnetic detection unit 23 and the second magnetic detection unit 33 Since the magnetic flux density waveform B has an opposite phase, it can be canceled by adding the magnetic flux density waveform A of the magnetic detection unit 23 and the magnetic flux density waveform B of the second magnetic detection unit 33 together. As a result, detection accuracy can be improved.

図8に、固定子2の磁気検出部23の磁束密度と第2の磁気検出部33の磁束密度の演算を表すブロック図を示す。磁気検出部23と第2の磁気検出部33の複数個の磁束密度を足し合わせる演算を行う。図8は、それぞれ対応する位置の磁気検出部同士の検出値をそれぞれ足し合わせる演算を表している。この図8のように、検出値を足し合わせることによって、図7において説明したように、回転子1が1回転したときに伴う高調波成分を打ち消すことができる。なお、それぞれ3個の磁束密度のブロック図であるが、2個または3個以上の磁束密度でも同じである。また、複数個の磁束密度を演算処理した後に、足し合わせてもよい。例えば、図9に示すように第1と第2の磁気検出部の複数個の磁束密度をそれぞれでSINとCOSの磁束密度に変換し、SIN同士及びCOS同士で足し合わせてもよい。   FIG. 8 is a block diagram showing the calculation of the magnetic flux density of the magnetic detector 23 of the stator 2 and the magnetic flux density of the second magnetic detector 33. Calculation is performed to add a plurality of magnetic flux densities of the magnetic detection unit 23 and the second magnetic detection unit 33. FIG. 8 shows a calculation for adding the detection values of the magnetic detection units at the corresponding positions. As shown in FIG. 8, by adding the detected values, as described in FIG. 7, it is possible to cancel the harmonic component that accompanies when the rotor 1 makes one rotation. In addition, although each is a block diagram of three magnetic flux densities, it is the same also with two or three or more magnetic flux densities. Further, after a plurality of magnetic flux densities are processed, they may be added together. For example, as shown in FIG. 9, the plurality of magnetic flux densities of the first and second magnetic detectors may be converted into the magnetic flux densities of SIN and COS, respectively, and the SINs and COSs may be added together.

この演算処理は、図1に示したプロセッサ200において行われる。例えば、回転角度検出部100における磁気検出部23と第2の磁気検出部33の出力データを、プロセッサ200は、記憶装置300に収納されているプログラムに基づいて演算処理を実行する。   This arithmetic processing is performed in the processor 200 shown in FIG. For example, the processor 200 performs an arithmetic process on the output data of the magnetic detection unit 23 and the second magnetic detection unit 33 in the rotation angle detection unit 100 based on a program stored in the storage device 300.

図10は、固定子2の中心軸21が回転子1の中心軸11に対して平面上の横方向(矢印C3の方向)に位置している場合を示している。回転子1の凹凸部12は、凹凸部12に対向する固定子2の面との間でギャップパーミアンスが、回転子1の回転角度に応じて正弦波状に変化する形状を有する。図10の形状においても、図6の形状と同様の効果を得ることができる。   FIG. 10 shows a case where the center axis 21 of the stator 2 is positioned in the horizontal direction on the plane (the direction of the arrow C3) with respect to the center axis 11 of the rotor 1. The uneven portion 12 of the rotor 1 has a shape in which the gap permeance changes in a sine wave shape depending on the rotation angle of the rotor 1 between the surface of the stator 2 facing the uneven portion 12. Also in the shape of FIG. 10, the same effect as the shape of FIG. 6 can be obtained.

実施の形態3.
図11は、実施の形態3に係る回転角度検出部100を示す断面図である。図12は、図11の回転角度検出部100のA部を示す拡大図である。図11は、実施の形態1と同様に、固定子2の中心軸21が回転子1の中心軸11に対して矢印C4の方向に偏心した位置になっている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the rotation angle detection unit 100 according to the third embodiment. FIG. 12 is an enlarged view showing a part A of the rotation angle detection unit 100 of FIG. In FIG. 11, as in the first embodiment, the center axis 21 of the stator 2 is at a position decentered in the direction of the arrow C <b> 4 with respect to the center axis 11 of the rotor 1.

図12において、固定子2と回転子1の凹凸部12とのギャップ長をLgとし、固定子2と凹凸部12のギャップ長の最大値をLgmax、最小値をLgminとし、磁界発生部22の径方向の厚さをLmとし、磁界発生部22の比透磁率をμrとし、磁気検出部23に鎖交する磁束密度の0次成分の振幅をBoとし、1次成分の振幅をB1とし、固定子2と磁界発生部22の内径の差をL1とし、定数をAとする。固定子2の中心軸21と回転子1の中心軸11が異なるとき、回転子1の凹凸部12において、固定子2と回転子1のギャップ長が次の式(1)となる。   In FIG. 12, the gap length between the stator 2 and the uneven portion 12 of the rotor 1 is Lg, the maximum value of the gap length between the stator 2 and the uneven portion 12 is Lgmax, and the minimum value is Lgmin. The radial thickness is Lm, the relative permeability of the magnetic field generator 22 is μr, the amplitude of the zero-order component of the magnetic flux density linked to the magnetism detector 23 is Bo, the amplitude of the primary component is B1, The difference between the inner diameters of the stator 2 and the magnetic field generator 22 is L1, and the constant is A. When the center axis 21 of the stator 2 and the center axis 11 of the rotor 1 are different, the gap length between the stator 2 and the rotor 1 in the concavo-convex portion 12 of the rotor 1 is expressed by the following equation (1).

Figure 2019211331
Figure 2019211331

Figure 2019211331
Figure 2019211331

Figure 2019211331
Figure 2019211331

式(1)において、項Asin2Nθを除いたときの、回転子1の凹凸部12に対向する固定子2と回転子1の凹凸部12のギャップ長Lgは、固定子2の中心軸21と回転子1の中心軸11とが同じ場合における凹凸部12の形状を表す。よって、項Asin2Nθは、固定子2の中心軸21の位置と回転子1の中心軸11の位置とが異なる場合における補正項である。固定子2の中心軸21の位置と回転子1の中心軸11の位置とが異なる場合、ギャップパーミアンスの基本波成分に加えて、機械角1周期に対するギャップパーミアンスの2N次成分が発生する。したがって、回転子1の凹凸部12に対向する固定子2と凹凸部12のギャップ長Lgに、補正項Asin2Nθを加えることにより、ギャップパーミアンスを正弦波形状にすることが可能である。   In the formula (1), when the term Asin2Nθ is excluded, the gap length Lg between the stator 2 facing the concavo-convex portion 12 of the rotor 1 and the concavo-convex portion 12 of the rotor 1 is rotated with the central axis 21 of the stator 2. The shape of the uneven part 12 when the center axis 11 of the child 1 is the same is represented. Therefore, the term Asin2Nθ is a correction term when the position of the central axis 21 of the stator 2 and the position of the central axis 11 of the rotor 1 are different. When the position of the central axis 21 of the stator 2 and the position of the central axis 11 of the rotor 1 are different, in addition to the fundamental wave component of the gap permeance, a 2N order component of the gap permeance for one period of the mechanical angle is generated. Therefore, the gap permeance can be made sinusoidal by adding the correction term Asin2Nθ to the gap length Lg between the stator 2 and the concavo-convex portion 12 facing the concavo-convex portion 12 of the rotor 1.

式(2)および式(3)は、式(1)において、磁気検出部23に鎖交する磁束密度の0次成分の振幅B0と1次成分の振幅B1を算出する数式を表している。
式(1)において、定数をC、i、jとすると、凹凸部12おける回転子1と固定子2とのギャップ長が次の式(4)となるように変換できる。

Figure 2019211331

式(4)において、定数をC、i、jは、次の式(5)、(6)、(7)としている。 Equations (2) and (3) represent equations for calculating the zeroth-order component amplitude B0 and the first-order component amplitude B1 of the magnetic flux density linked to the magnetic detection unit 23 in the formula (1).
In Equation (1), if the constants are C, i, and j, the gap length between the rotor 1 and the stator 2 in the concavo-convex portion 12 can be converted to the following Equation (4).
Figure 2019211331

In Expression (4), constants C, i, and j are the following Expressions (5), (6), and (7).

Figure 2019211331
Figure 2019211331

Figure 2019211331
Figure 2019211331

Figure 2019211331
Figure 2019211331

固定子の中心軸21と回転子の中心軸11が異なる場合において、回転子1の凹凸部12の形状を式(4)で表す、すなわち、凹凸部12の形状が、固定子と回転子のギャップ長が式(4)となる寸法を有することで、偏心時でも検出精度が向上する回転角度検出部100を与えることができる。   When the center axis 21 of the stator is different from the center axis 11 of the rotor, the shape of the concavo-convex portion 12 of the rotor 1 is expressed by the formula (4), that is, the shape of the concavo-convex portion 12 is the same between the stator and the rotor. Since the gap length has the dimension of the formula (4), it is possible to provide the rotation angle detection unit 100 in which the detection accuracy is improved even when eccentric.

式(4)において第1項と第3項は、ギャップパーミアンスが正弦波となる成分である。第2項Asin2Nθは、高調波成分である。偏心が発生する前の状態において、高調波成分を重畳しておくことで、正負それぞれの最大偏心時の角度誤差を等しくし、最大偏心時の角度誤差の最悪値を低減することが可能である。   In Expression (4), the first term and the third term are components whose gap permeance is a sine wave. The second term Asin2Nθ is a harmonic component. By superimposing harmonic components in the state before eccentricity occurs, it is possible to equalize the angle error at the time of maximum eccentricity for both positive and negative, and to reduce the worst value of the angle error at the time of maximum eccentricity. .

図13は、回転子1の凹凸部12に対向する固定子2の内側の面と凹凸部12のギャップ長が周方向位置に対して点列となる様子を示した模式図である。製作においては、一定間隔の周方向間隔において、ギャップ長のサンプリングを行う。図13では、点列の間を直線で補間している。点列間の直線補間は簡易的に行うことができ、検出精度の悪化も抑制することが可能である。ギャップ長の点列補間はその他に、スプライン補間、ラグランジュ補間でも可能である。   FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a state in which the gap length between the inner surface of the stator 2 facing the concavo-convex portion 12 of the rotor 1 and the concavo-convex portion 12 is a point sequence with respect to the circumferential position. In production, the gap length is sampled at a constant circumferential interval. In FIG. 13, a straight line is interpolated between the point sequences. Linear interpolation between point sequences can be easily performed, and deterioration in detection accuracy can be suppressed. In addition, the gap length point sequence interpolation can also be performed by spline interpolation or Lagrange interpolation.

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although this disclosure describes various exemplary embodiments and examples, various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to a particular embodiment. The present invention is not limited to the application, and can be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Accordingly, countless variations that are not illustrated are envisaged within the scope of the technology disclosed herein. For example, the case where at least one component is deformed, the case where the component is added or omitted, and the case where the at least one component is extracted and combined with the component according to another embodiment are included.

1 回転子、2 固定子、3 第2の固定子、11 回転子の中心軸、
12 凹凸部、21 固定子の中心軸、22 磁界発生部、23 磁気検出部、24 磁性体、241 磁性体径方向外側部、242 磁性体周方向外側部、
243 内周面、244、245 外端部、33 第2の磁気検出部、
343 第2の磁性体周方向外側部の内周面、100 回転角度検出部、
200 プロセッサ、300 記憶装置、400 コントローラ、500 データバス
1 rotor, 2 stator, 3 second stator, 11 central axis of the rotor,
12 Concavity and convexity part, 21 Stator central axis, 22 Magnetic field generation part, 23 Magnetic detection part, 24 Magnetic body, 241 Magnetic body radial outer part, 242 Magnetic body circumferential outer part,
243 inner peripheral surface, 244, 245 outer end portion, 33 second magnetic detection portion,
343 inner circumferential surface of the second magnetic body circumferential outer side, 100 rotation angle detection unit,
200 processors, 300 storage devices, 400 controllers, 500 data buses

Claims (6)

外周面に磁性体から構成された凹凸部を有する回転子、および前記凹凸部に対向して設けられ、磁界発生部と磁性体と磁気検出部とを有する固定子を備え、前記固定子と前記回転子とが偏心しており、前記凹凸部は、前記回転子の回転の周方向について機械角360度に対してN周期(Nは1以上の整数)分の凹凸であって、所定方向の最大偏心時と前記所定方向に対して反対方向の最大偏心時の角度誤差が等しい外周形状である回転角度検出部を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。   A rotor having a concavo-convex portion made of a magnetic material on an outer peripheral surface; and a stator provided opposite to the concavo-convex portion and having a magnetic field generation unit, a magnetic body, and a magnetic detection unit, the stator and the The rotor is eccentric, and the concavo-convex portion is concavo-convex for N periods (N is an integer of 1 or more) with respect to a mechanical angle of 360 degrees in the circumferential direction of rotation of the rotor, and is the maximum in a predetermined direction. A rotation angle detection device comprising a rotation angle detection unit having an outer peripheral shape in which an angle error between an eccentricity and a maximum eccentricity in a direction opposite to the predetermined direction is equal. 前記固定子は前記回転子の周方向の一部に対向していることを特徴とする請求項1記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the stator faces a part of the rotor in the circumferential direction. 前記固定子と前記凹凸部のギャップ長が短くなる方向に前記固定子と前記回転子とが、偏心している場合に、前記凹凸部の外周形状が、前記固定子と前記回転子のギャップパーミアンスが回転角度に応じて正弦波状に変化する形状であることを特徴とする請求項2記載の回転角度検出装置。   When the stator and the rotor are decentered in the direction in which the gap length between the stator and the concavo-convex part is shortened, the outer peripheral shape of the concavo-convex part is the gap permeance between the stator and the rotor. 3. The rotation angle detection device according to claim 2, wherein the rotation angle detection device changes in a sinusoidal shape according to the rotation angle. 前記固定子と前記凹凸部のギャップ長が、偏心が発生する前の状態において、回転子の凹凸部と固定子とのギャップパーミアンスが正弦波となる成分に加えて機械角360度に対して2N次の正弦波となる成分を有することを特徴とする請求項1記載の回転角度検出装置。   The gap length between the stator and the concavo-convex portion is 2N with respect to a mechanical angle of 360 degrees in addition to a component in which the gap permeance between the concavo-convex portion of the rotor and the stator becomes a sine wave in a state before eccentricity occurs. The rotation angle detection device according to claim 1, further comprising a component that becomes a next sine wave. 前記回転子の凹凸部と前記固定子とのギャップ長をLgとし、定数をA、C、i、jとしたときに、前記凹凸部は、固定子と回転子のギャップ長が次の式となる寸法を有することを特徴とする請求項1記載の回転角度検出装置。
Figure 2019211331
When the gap length between the concavo-convex portion of the rotor and the stator is Lg and the constants are A, C, i, j, the concavo-convex portion has a gap length between the stator and the rotor of the following formula: The rotation angle detecting device according to claim 1, wherein
Figure 2019211331
前記固定子が設けられた位置に対して、前記回転子の周方向の機械角180度の位置に、第2の磁気検出部を有する第2の固定子が設けられ、前記磁気検出部の検出値と前記第2の磁気検出部の検出値を足し合わせる演算処理を行うことを特徴とする請求項1記載の回転角度検出装置。   A second stator having a second magnetic detector is provided at a mechanical angle of 180 degrees in the circumferential direction of the rotor with respect to the position where the stator is provided. 2. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein a calculation process for adding the value and the detection value of the second magnetic detection unit is performed.
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