JP2764521B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
回転角度検出装置Info
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- JP2764521B2 JP2764521B2 JP14537593A JP14537593A JP2764521B2 JP 2764521 B2 JP2764521 B2 JP 2764521B2 JP 14537593 A JP14537593 A JP 14537593A JP 14537593 A JP14537593 A JP 14537593A JP 2764521 B2 JP2764521 B2 JP 2764521B2
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- Japan
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- rotor
- coils
- rotation angle
- coil
- signal
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転体の回転角度を検
出する回転角度検出装置に関する。
出する回転角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転体の回転角度を検出するためのエン
コーダ等の回転角度検出装置は、インクリメンタル・タ
イプとアブソリュート・タイプとに大別される。前者は
単位回転角度毎に出力されるパルスの数を計数処理する
事で回転位置情報を得ている。これに対しアブソリュー
ト・タイプの回転角度検出装置は、計測器内の回転体自
体が何らかの手段により回転位置情報を有しているた
め、信号処理回路内のカウンタ等で計数データを記憶し
ておく必要がない。従って回転途中に停電等により回路
への電源供給が中断されても、１回転内の位置を見失う
事がなく、インクリメンタル・タイプに比べての優位性
を持っている。この様なアブソリュート・タイプの回転
角度検出装置の中でも、レゾルバは光式エンコーダ等の
他方式の検出装置に比べ機械的に堅牢で振動に対して強
く、また粉塵／油滴等の環境に対する耐性も強いという
特質を持つ事から、工作機械等へ盛んに使用されてい
る。
コーダ等の回転角度検出装置は、インクリメンタル・タ
イプとアブソリュート・タイプとに大別される。前者は
単位回転角度毎に出力されるパルスの数を計数処理する
事で回転位置情報を得ている。これに対しアブソリュー
ト・タイプの回転角度検出装置は、計測器内の回転体自
体が何らかの手段により回転位置情報を有しているた
め、信号処理回路内のカウンタ等で計数データを記憶し
ておく必要がない。従って回転途中に停電等により回路
への電源供給が中断されても、１回転内の位置を見失う
事がなく、インクリメンタル・タイプに比べての優位性
を持っている。この様なアブソリュート・タイプの回転
角度検出装置の中でも、レゾルバは光式エンコーダ等の
他方式の検出装置に比べ機械的に堅牢で振動に対して強
く、また粉塵／油滴等の環境に対する耐性も強いという
特質を持つ事から、工作機械等へ盛んに使用されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のレゾ
ルバは巻線構造が複雑で、装置を小型化（特に扁平化）
する事が容易ではなく、小型モータ等への応用に難があ
った。また信号処理用の回路も複雑で、コスト低減への
妨げとなっていた。そこで本発明は、堅牢で耐環境性に
優れるという従来のレゾルバの特質を備えつつ、構造が
簡単で小型（扁平）化、低コスト化に適した回転角度検
出装置を提供する事を目的とするものである。
ルバは巻線構造が複雑で、装置を小型化（特に扁平化）
する事が容易ではなく、小型モータ等への応用に難があ
った。また信号処理用の回路も複雑で、コスト低減への
妨げとなっていた。そこで本発明は、堅牢で耐環境性に
優れるという従来のレゾルバの特質を備えつつ、構造が
簡単で小型（扁平）化、低コスト化に適した回転角度検
出装置を提供する事を目的とするものである。
【０００４】
【問題を解決するための手段】本発明による回転角度検
出装置は、回転軸と一体で、該軸の中心から外周までの
径が半周毎に異なるロータと、該ロータと同心でロータ
の周囲に位置させた３つのコイルを軸方向に重ね、該３
つのコイルを軸方向から挟む様にリング状の４つの磁性
体ヨークを設けたステータとを有し、前記ヨークの内周
は前記コイルの内周よりも回転軸側に飛び出ており、そ
の飛び出し量を半周毎に異なる径に形成し、前記ヨーク
の重なり方が１つ毎に大小径を反転した構造にした事お
よび、前記３つのコイルのうち中央に位置するコイルを
交流信号で励磁し、上下のコイルからの誘起電圧をアナ
ログ／デジタル変換器によりデジタル信号に変換した
後、該２つのデジタル値の比を演算して回転角度検出信
号を得る信号処理回路を備えた事を特徴とする。
出装置は、回転軸と一体で、該軸の中心から外周までの
径が半周毎に異なるロータと、該ロータと同心でロータ
の周囲に位置させた３つのコイルを軸方向に重ね、該３
つのコイルを軸方向から挟む様にリング状の４つの磁性
体ヨークを設けたステータとを有し、前記ヨークの内周
は前記コイルの内周よりも回転軸側に飛び出ており、そ
の飛び出し量を半周毎に異なる径に形成し、前記ヨーク
の重なり方が１つ毎に大小径を反転した構造にした事お
よび、前記３つのコイルのうち中央に位置するコイルを
交流信号で励磁し、上下のコイルからの誘起電圧をアナ
ログ／デジタル変換器によりデジタル信号に変換した
後、該２つのデジタル値の比を演算して回転角度検出信
号を得る信号処理回路を備えた事を特徴とする。
【０００５】
【作用】この様な構成を有する装置に於いては、励磁コ
イルによって発生した磁束のうち、２つの検出コイルの
各々に鎖交する量はロータの回転位置に依存するため、
両検出コイルからの出力電圧がロータ角度の関数とな
る。この２つの検出電圧をＡ／Ｄ変換した後両者の比を
とる事で、電気的、磁気的なドリフトの影響が相殺さ
れ、ロータ角度依存した信号データを再現性良く得る事
ができる。このデータから、ロータ回転位置が求められ
る訳である。
イルによって発生した磁束のうち、２つの検出コイルの
各々に鎖交する量はロータの回転位置に依存するため、
両検出コイルからの出力電圧がロータ角度の関数とな
る。この２つの検出電圧をＡ／Ｄ変換した後両者の比を
とる事で、電気的、磁気的なドリフトの影響が相殺さ
れ、ロータ角度依存した信号データを再現性良く得る事
ができる。このデータから、ロータ回転位置が求められ
る訳である。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。図１に、本発明の一実施例の角度検出
装置の模式的な構造図を示す。全体構成は、図示しない
計測対象の回転体と共に回転するロータ８と、そのロー
タと同心でロータの周囲に離間対向したステータから成
る。ステータは、２つの検出コイル１、３に挟まれた１
つの励磁コイル２から成る３つのコイルで基本ユニット
が構成されロータ８と同心に配置されている。これら各
コイル１〜３を軸方向から挟む様にリング状のヨーク４
〜７が設けられており、該ヨークの内周はコイルの内周
よりも小径にして内側に飛び出ており、かつその飛び出
し量が大径部４ａ〜７ａ、小径部４ｂ〜７ｂと半周毎に
異なっていて、その凸凹具合が１つ毎に反転した構成に
なっている。ヨーク４〜７は磁性板で構成されている。
一方ロータ８は回転軸８ｃに固定してあって、外径が半
周毎に異なった小径部８ａ、大径部８ｂ（径の異なった
２つの半円８ａ、８ｂをくっつけた様な横断面形状）と
なっている。ロータ８と回転軸８ｃは一体成形品でもよ
い。
詳細に説明する。図１に、本発明の一実施例の角度検出
装置の模式的な構造図を示す。全体構成は、図示しない
計測対象の回転体と共に回転するロータ８と、そのロー
タと同心でロータの周囲に離間対向したステータから成
る。ステータは、２つの検出コイル１、３に挟まれた１
つの励磁コイル２から成る３つのコイルで基本ユニット
が構成されロータ８と同心に配置されている。これら各
コイル１〜３を軸方向から挟む様にリング状のヨーク４
〜７が設けられており、該ヨークの内周はコイルの内周
よりも小径にして内側に飛び出ており、かつその飛び出
し量が大径部４ａ〜７ａ、小径部４ｂ〜７ｂと半周毎に
異なっていて、その凸凹具合が１つ毎に反転した構成に
なっている。ヨーク４〜７は磁性板で構成されている。
一方ロータ８は回転軸８ｃに固定してあって、外径が半
周毎に異なった小径部８ａ、大径部８ｂ（径の異なった
２つの半円８ａ、８ｂをくっつけた様な横断面形状）と
なっている。ロータ８と回転軸８ｃは一体成形品でもよ
い。
【０００７】この様な構造の角度検出原理の概略を、図
２、３を用いて説明する。両図は、ロータ８外周とステ
ータのヨーク４〜７内周との位置関係を示す縦断面模式
図である。ロータ８の大径部８ｂがヨーク４の小径部４
ｂおよびヨーク６の小径部６ｂと対向している図２の状
態に於いては、励磁コイル２と検出コイル１とを磁気結
合させる磁路に対する磁気抵抗が最小（「空隙長／空隙
幅」が最小）となり、逆に励磁コイル２と検出コイル３
とを結合させる磁路に対しては磁気抵抗が最大となる。
従って、この状態では励磁コイル２と検出コイル１が密
結合、励磁コイル２と検出コイル３が粗結合となるの
で、図２中点線矢印で示した様に磁路が形成される。
２、３を用いて説明する。両図は、ロータ８外周とステ
ータのヨーク４〜７内周との位置関係を示す縦断面模式
図である。ロータ８の大径部８ｂがヨーク４の小径部４
ｂおよびヨーク６の小径部６ｂと対向している図２の状
態に於いては、励磁コイル２と検出コイル１とを磁気結
合させる磁路に対する磁気抵抗が最小（「空隙長／空隙
幅」が最小）となり、逆に励磁コイル２と検出コイル３
とを結合させる磁路に対しては磁気抵抗が最大となる。
従って、この状態では励磁コイル２と検出コイル１が密
結合、励磁コイル２と検出コイル３が粗結合となるの
で、図２中点線矢印で示した様に磁路が形成される。
【０００８】一方、ロータが半回転して図３の位置に来
た状態では上述の磁気抵抗の関係が入れ替わり、励磁コ
イル２と検出コイル３が密結合、励磁コイル２と検出コ
イル１が粗結合となるので、図３中点線矢印で示した様
に磁路が形成される。この様な励磁コイル−検出コイル
間の磁気結合の粗密状態のロータ角度依存性により、励
磁信号に対する検出コイル１、３からの各検出電圧がロ
ータ角度に依存して増減する事になり、図２・図３の２
つの状態から、互いにロータ角１／２回転分シフトした
２つの電圧パターン（検出電圧の角度依存性）が得られ
る。
た状態では上述の磁気抵抗の関係が入れ替わり、励磁コ
イル２と検出コイル３が密結合、励磁コイル２と検出コ
イル１が粗結合となるので、図３中点線矢印で示した様
に磁路が形成される。この様な励磁コイル−検出コイル
間の磁気結合の粗密状態のロータ角度依存性により、励
磁信号に対する検出コイル１、３からの各検出電圧がロ
ータ角度に依存して増減する事になり、図２・図３の２
つの状態から、互いにロータ角１／２回転分シフトした
２つの電圧パターン（検出電圧の角度依存性）が得られ
る。
【０００９】この電圧パターンの振る舞いを説明するた
めに、ロータとステータ・ヨークの位置関係を平面展開
して大径部８ｂと小径部４ｂ〜７ｂの重なり具合を模式
的に表した図を、図４に示す。検出コイル１、３の検出
電圧はパーミアンスに比例すると近似できるので、凸凹
差（ロータ、ステータ・ヨーク各々に於ける、径の変化
量）が十分大きく、ロータとステータ・ヨークの間隔長
が大小２つの値にステップ的に切り替わる場合には、ロ
ータ、ステータの凸部８ｂ、４ｂが対向する領域の幅に
よってパーミアンス値が決定される。従って、検出電圧
値は凸部の重なり領域（狭間隔領域）の長さに比例して
直線的な変化を呈する事になる。
めに、ロータとステータ・ヨークの位置関係を平面展開
して大径部８ｂと小径部４ｂ〜７ｂの重なり具合を模式
的に表した図を、図４に示す。検出コイル１、３の検出
電圧はパーミアンスに比例すると近似できるので、凸凹
差（ロータ、ステータ・ヨーク各々に於ける、径の変化
量）が十分大きく、ロータとステータ・ヨークの間隔長
が大小２つの値にステップ的に切り替わる場合には、ロ
ータ、ステータの凸部８ｂ、４ｂが対向する領域の幅に
よってパーミアンス値が決定される。従って、検出電圧
値は凸部の重なり領域（狭間隔領域）の長さに比例して
直線的な変化を呈する事になる。
【００１０】この２つの検出コイル１、３からの出力電
圧のロータ角度依存性を、図５に示す。各検出電圧（ｅ
1 、ｅ2 ）、及び両者の比（ｅ1 ／ｅ2 ）共に、ロータ
が１回転する間に同一の値を２度とり、角度−信号関係
が「２対１の対応」になっているが、これはθ＜１８０
゜ｏｒθ≧１８０゜を補完的な１Ｐ／Ｒエンコーダ等で
判別する事で「１対１対応」に修正できるので、これら
の値からロータ角度を読み取る事が可能となる。検出電
圧ｅ１、ｅ２の独立の値は温度特性等の電気（磁気）的
ドリフトの影響を直接受け再現性に劣るが、両者の比
（ｅ1 ／ｅ2 ）をとる事でこの変動効果がキャンセルさ
れ、再現性に優れた角度検出を行なう事ができる。
圧のロータ角度依存性を、図５に示す。各検出電圧（ｅ
1 、ｅ2 ）、及び両者の比（ｅ1 ／ｅ2 ）共に、ロータ
が１回転する間に同一の値を２度とり、角度−信号関係
が「２対１の対応」になっているが、これはθ＜１８０
゜ｏｒθ≧１８０゜を補完的な１Ｐ／Ｒエンコーダ等で
判別する事で「１対１対応」に修正できるので、これら
の値からロータ角度を読み取る事が可能となる。検出電
圧ｅ１、ｅ２の独立の値は温度特性等の電気（磁気）的
ドリフトの影響を直接受け再現性に劣るが、両者の比
（ｅ1 ／ｅ2 ）をとる事でこの変動効果がキャンセルさ
れ、再現性に優れた角度検出を行なう事ができる。
【００１１】但し、図５から判る様に比のパターンには
非線形性が現れてくる（角度依存性が直線的でなくなっ
てくる）ので、精度を上げるには補正のためのデータ処
理が必要となるが、データの再現性（安定度）が高いの
でＲＯＭ補正等の手段により容易に補正できる。
非線形性が現れてくる（角度依存性が直線的でなくなっ
てくる）ので、精度を上げるには補正のためのデータ処
理が必要となるが、データの再現性（安定度）が高いの
でＲＯＭ補正等の手段により容易に補正できる。
【００１２】上述の構成を用いた角度検出装置のシステ
ム概略構成を、図６に示す。２つの検出コイル１、３の
出力電圧をＡ／Ｄ変換したデータを割り算してその比を
とり（図７）、その後、角度判定用センサ９によるθ＜
１８０゜ｏｒθ≧１８０゜の判定結果から角度−信号関
係が「１対１の対応」になる様にデータ処理を加える構
成になっている。ここで「１８０゜前後判定」用に、本
実施例では低透磁率／高導電性の材料（ｅｘ．真鍮）で
ステータ・ヨークと同形状（厚さは異）のリングをコイ
ル・ユニットに隣接して設け、そのリングとロータ間の
容量変化を測定する方法を用いた。この真鍮リングの凸
凹位置（大小径部）を、ヨークの凸凹具合いと１／４回
転ずらす事で、コイル電圧比信号から１／４回転分シフ
トした角度依存パターンの容量信号が得られるので、そ
れらの信号を演算１部分で演算処理する事で「１対１対
応化（θ≧１８０゜の値を図８のように逆勾配に補
正）」が行なえ、演算２によって座標修正が行われる
（図９）。あとは必要に応じて、ＲＯＭ補正等のデータ
処理を追加すればよい。信号処理回路１０はほとんどが
デジタル回路となり、簡単に構成できる。
ム概略構成を、図６に示す。２つの検出コイル１、３の
出力電圧をＡ／Ｄ変換したデータを割り算してその比を
とり（図７）、その後、角度判定用センサ９によるθ＜
１８０゜ｏｒθ≧１８０゜の判定結果から角度−信号関
係が「１対１の対応」になる様にデータ処理を加える構
成になっている。ここで「１８０゜前後判定」用に、本
実施例では低透磁率／高導電性の材料（ｅｘ．真鍮）で
ステータ・ヨークと同形状（厚さは異）のリングをコイ
ル・ユニットに隣接して設け、そのリングとロータ間の
容量変化を測定する方法を用いた。この真鍮リングの凸
凹位置（大小径部）を、ヨークの凸凹具合いと１／４回
転ずらす事で、コイル電圧比信号から１／４回転分シフ
トした角度依存パターンの容量信号が得られるので、そ
れらの信号を演算１部分で演算処理する事で「１対１対
応化（θ≧１８０゜の値を図８のように逆勾配に補
正）」が行なえ、演算２によって座標修正が行われる
（図９）。あとは必要に応じて、ＲＯＭ補正等のデータ
処理を追加すればよい。信号処理回路１０はほとんどが
デジタル回路となり、簡単に構成できる。
【００１３】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明による回転角度
検出装置は既存のレゾルバ・システムに比べて、構造、
回路構成共に極めてシンプルであり、小型（扁平）化、
低コスト化への対応に優れている。
検出装置は既存のレゾルバ・システムに比べて、構造、
回路構成共に極めてシンプルであり、小型（扁平）化、
低コスト化への対応に優れている。
【図１】本発明の一実施例による回転数検出装置の構造
模式図である。
模式図である。
【図２】上記実施例に於けるロータ、ステータの位置関
係を示す説明図である。
係を示す説明図である。
【図３】上記実施例に於けるロータ、ステータの位置関
係を示す説明図である。
係を示す説明図である。
【図４】上記実施例に於けるロータ、ステータの大小径
部の重なり具合いを平面展開して示し、各位置での検出
電圧との関係を示す特性図である。
部の重なり具合いを平面展開して示し、各位置での検出
電圧との関係を示す特性図である。
【図５】上記実施例に於ける検出電圧のロータ角度依存
性を示す特性図である。
性を示す特性図である。
【図６】本発明の一実施例による回転数検出装置の模式
的なシステム構成を示したブロック図である。
的なシステム構成を示したブロック図である。
【図７】図６のＡ点に於ける出力信号のロータ角度依存
性を示す特性図である。
性を示す特性図である。
【図８】図６のＢ点に於ける出力信号のロータ角度依存
性を示す特性図である。
性を示す特性図である。
【図９】図６のＣ点に於ける出力信号のロータ角度依存
性を示す特性図である。
性を示す特性図である。
１、３ 検出コイル ２、 励磁コイル ４〜７ ヨーク ８ ロータ １０ 信号処理回路
Claims (2)
- 【請求項１】 回転軸と一体で、該軸の中心から外周ま
での径が半周毎に異なるロータと、該ロータと同心でロ
ータの周囲に位置させた３つのコイルを軸方向に重ね、
該３つのコイルを軸方向から挟む様にリング状の４つの
磁性体ヨークを設けたステータとを有し、前記ヨークの
内周は前記コイルの内周よりも回転軸側に飛び出てお
り、その飛び出し量を半周毎に異なる径に形成し、前記
ヨークの重なり方が１つ毎に大小径を反転した構造にし
た事を特徴とする回転角度検出装置。 - 【請求項２】 前記３つのコイルのうち中央に位置する
コイルを交流信号で励磁し、上下のコイルからの誘起電
圧をアナログ／デジタル変換器によりデジタル信号に変
換した後、該２つのデジタル値の比を演算して回転角度
検出信号を得る信号処理回路を備えた請求項１の回転角
度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14537593A JP2764521B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 回転角度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14537593A JP2764521B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 回転角度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06331306A JPH06331306A (ja) | 1994-12-02 |
| JP2764521B2 true JP2764521B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=15383781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14537593A Expired - Lifetime JP2764521B2 (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 回転角度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2764521B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002090177A (ja) * | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Tokyo Cosmos Electric Co Ltd | 無接点型変位検出装置 |
-
1993
- 1993-05-26 JP JP14537593A patent/JP2764521B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06331306A (ja) | 1994-12-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980224 |