JP3984213B2 - タンデム型回転検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回転角検出機構間の漏れ磁束の発生を効果的に防止し、常に精度の高い検出を行うことができるタンデム型回転検出装置に関する。
図５は、従来のタンデム型回転検出装置の側面断面図である。
図５に示すように、この種の従来のタンデム型回転検出装置（例えば、特許文献１参照）は、回転軸間の回転角検出を行うもので、円筒形状のハウジング１０１の中心部に回転軸１０４Ａと回転軸１０４Ｂとが直列に設けられ、ハウジング１０１の内側には回転軸１０４Ａの回転角を検出する第１の回転角検出機構１０２Ａと、回転軸１０４Ｂの回転角を検出する第２の回転角検出機構１０２Ｂとが設けられている。第１の回転角検出機構１０２Ａは、ハウジング１０１の内側に第１のアウタコア部１１０Ａと第１のステータコア部１３０Ａとが平行に設けられ、第１のアウタコア部１１０Ａに対応する内側の位置で第１のインナコア部１２０Ａが回転軸１０４Ａに取り付けられ、第１のステータコア部１３０Ａに対応する内側の位置で第１のロータコア部１４０Ａが回転軸１０４Ａに取り付けられている。
第１のアウタコア部１１０Ａは、巻線が巻かれコイル１１１Ａが形成され、コイル１１１Ａの端末は、それぞれ対応する２本のアウタコアピン１１２Ａ（水平方向に併設）に接続し交流電圧が印加される。第１のインナコア部１２０Ａは、巻線が巻かれコイル１２１Ａが形成されている。
第１のステータコア部１３０Ａは、環状方向に沿って設けられた複数のステータコア歯１３２Ａに巻線が巻かれコイル１３１Ａが形成され、Ｘ方向（水平方向）とＹ方向（垂直方向）ごとに互いに接続されたコイル１３１Ａの４本の端末は、それぞれ対応する４本のステータコアピン１３２Ａ（水平方向に併設）に接続している。第１のロータコア部１４０Ａは、回転軸１０４Ａの円周方向に沿って設けられた複数のロータコア歯１４２Ａに巻線が巻かれコイル１４１Ａが形成されている。
以上の構成により第１の回転角検出機構１０２Ａは、第１のアウタコア部１１０Ａのコイル１１１Ａに交流電圧が印加されると、第１のインナコア部１２０Ａと第１のロータコア部１４０Ａを介し、第１のステータコア部１３０Ａに回転軸１０４Ａの回転角に応じた電圧が誘起され、回転軸１０４Ａの回転角の検出が行われる。
また、第２の回転角検出機構１０２Ｂは、第１の回転角検出機構１０２Ａと同様に、第２のアウタコア部１１０Ｂと、第２のインナコア部１２０Ｂと、第２のステータコア部１３０Ｂと、第２のロータコア部１４０Ｂとで構成され、回転軸１０４Ｂの回転角の検出が行われ、回転軸１０４Ａと回転軸１０４Ｂの回転角の検出により、回転軸間の回転角検出を行っている。
特開２００３−９８０１９
しかしながら、従来のタンデム型回転検出装置には、次のような問題があった。
上記したごとく、従来のタンデム型回転検出装置は、回転軸１０４Ａと回転軸１０４Ｂの回転角の検出により、回転軸間の回転角検出を行っているが、第１の回転角検出機構１０２Ａより第２の回転角検出機構１０２Ｂに矢印で示すように磁束１０９Ａが漏れ、第２の回転角検出機構１０２Ｂは、漏れ磁束の影響を受け、回転軸１０４Ｂの回転角の検出性能に影響が発生することがある。同様に、第２の回転角検出機構１０２Ｂより第１の回転角検出機構１０２Ａにも磁束が漏れ、回転軸１０４Ａの回転角の検出性能に影響が発生することがある。また、第１の回転角検出機構１０２Ａと第２の回転角検出機構１０２Ｂとの間に遮蔽板を設けることが行われてはいるが漏れ磁束の防止としては不十分であり、依然として漏れ磁束により回転角の検出性能に影響が発生するという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転角検出機構間の漏れ磁束の発生を効果的に防止し、常に精度の高い検出を行うことができるタンデム型回転検出装置を提供することを目的とする。
本発明のタンデム型回転検出装置は、円筒形状のハウジングの中心部に挿入された回転軸の回転角を検出する第１の回転検出機構と、前記ハウジングの中心部に挿入された回転軸の回転角を検出する前記第１の回転検出機構に併設される第２の回転検出機構と、を有し、前記第１の回転検出機構には、磁束を発生させる円筒形状のハウジングの内側に設けられた第１のアウタコア部のコイルと、該磁束を受ける第１のアウタコア部のコイルと対峙する前記回転軸に固定された第１のインナコアのコイルと、第１のインナコアのコイルにより発生した電圧が与えられる前記回転軸に固定された第１のロータコアのコイルと、第１のロータコアのコイルからの磁束を受け電圧を発生する円筒形状のハウジングの内側に設けられた第１のステータコア部のコイルと、を含み、前記第２の回転検出機構には、磁束を発生させる円筒形状のハウジングの内側に設けられた第２のアウタコア部のコイルと、該磁束を受ける第２のアウタコア部のコイルと対峙する前記回転軸に固定された第２のインナコアのコイルと、第２のインナコアのコイルにより発生した電圧が与えられる前記回転軸に固定された第２のロータコアのコイルと、第２のロータコアのコイルからの磁束を受け電圧を発生する円筒形状のハウジングの内側に設けられた第２のステータコア部のコイルと、を含み、前記第１のアウタコア部と前記第２のアウタコア部のコイルから発生する磁束方向が互いに異なることとした。
また、前記第１のアウタコア部のコイルの巻線端末と、前記第２のアウタコア部のコイルの巻線端末は、コイル方向が互いに異なる巻線端末同士が結線され交流電圧が印加されることとした。
また、前記第１のアウタコア部と第２のアウタコア部は、巻線が互いに逆方向に巻き付けられてそれぞれコイルが形成され、前記巻線の巻初めの巻線端末と巻終わりの巻線端末同士が互いに結線され交流電圧が印加されることとした。
また、前記回転軸は、連続する１本の回転軸とし、前記第１の回転検出機構と前記第２の回転検出機構とにより回転角度差を検出して前記回転軸の回転トルクを検出することとした。
さらに、前記回転軸は、直列に設置された２本の回転軸とし、前記第１の回転検出機構と前記第２の回転検出機構とにより前記２本の回転軸の回転角度をそれぞれ検出することとした。
本発明のタンデム型回転検出装置は、円筒形状のハウジングの中心部に挿入された回転軸の回転角を検出する第１の回転検出機構と、前記ハウジングの中心部に挿入された回転軸の回転角を検出する前記第１の回転検出機構に併設される第２の回転検出機構と、を有し、前記第１の回転検出機構には、磁束を発生させる円筒形状のハウジングの内側に設けられた第１のアウタコア部のコイルと、該磁束を受ける第１のアウタコア部のコイルと対峙する前記回転軸に固定された第１のインナコアのコイルと、第１のインナコアのコイルにより発生した電圧が与えられる前記回転軸に固定された第１のロータコアのコイルと、第１のロータコアのコイルからの磁束を受け電圧を発生する円筒形状のハウジングの内側に設けられた第１のステータコア部のコイルと、を含み、前記第２の回転検出機構には、磁束を発生させる円筒形状のハウジングの内側に設けられた第２のアウタコア部のコイルと、該磁束を受ける第２のアウタコア部のコイルと対峙する前記回転軸に固定された第２のインナコアのコイルと、第２のインナコアのコイルにより発生した電圧が与えられる前記回転軸に固定された第２のロータコアのコイルと、第２のロータコアのコイルからの磁束を受け電圧を発生する円筒形状のハウジングの内側に設けられた第２のステータコア部のコイルと、を含み、前記第１のアウタコア部と前記第２のアウタコア部のコイルから発生する磁束方向が互いに異なることとしたため、回転角検出機構間の漏れ磁束の発生を効果的に防止し、常に精度の高い検出を行うことができる。
また、前記第１のアウタコア部のコイルの巻線端末と、前記第２のアウタコア部のコイルの巻線端末は、コイル方向が互いに異なる巻線端末同士が結線され交流電圧が印加されることとしたため、簡潔構成で、回転角検出機構間の漏れ磁束の発生を効果的に防止することができる。
また、前記第１のアウタコア部と第２のアウタコア部は、巻線が互いに逆方向に巻き付けられてそれぞれコイルが形成され、前記巻線の巻初めの巻線端末と巻終わりの巻線端末同士が互いに結線され交流電圧が印加されることとしたため、簡潔構成で、回転角検出機構間の漏れ磁束の発生を効果的に防止することができる。
また、前記回転軸は、連続する１本の回転軸とし、前記第１の回転検出機構と前記第２の回転検出機構とにより回転角度差を検出して前記回転軸の回転トルクを検出することとしたため、常に精度の高い回転トルクの検出を行うことができる。
さらに、前記回転軸は、直列に設置された２本の回転軸とし、前記第１の回転検出機構と前記第２の回転検出機構とにより前記２本の回転軸の回転角度をそれぞれ検出することとしたため、常に精度の高い２本の回転軸の回転角度の検出を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置における第１のアウタコア部１０Ａと第２のアウタコア部１０Ｂとの結線図である。
図１に示すように、第１のアウタコア部１０Ａは、巻線１７ａが巻線端末１３ａより巻線端末１３ｂまで図１の左側から見て右方向に巻かれコイル１１Ａが形成され、同じく第２のアウタコア部１０Ｂも、巻線１７ｂが巻線端末１４ａより巻線端末１４ｂまで右方向に巻かれコイル１１Ｂが形成されている。巻線端末１３ａと巻線端末１４ｂとは結線接続され、また、巻線端末１３ｂと巻線端末１４ａとも結線接続され、巻線端末からの巻線のコイル方向が互いに異なる巻線端末同士が結線接続されている。交流発振器１８よりの交流電圧は、巻線端末１３ａ、１４ｂと、巻線端末１３ｂ、１４ａとの間に与えられる。
巻線端末１３ｂ、１４ａに与えられる交流発振器１８よりの交流電圧が正電圧時には、第１のアウタコア部１０Ａには、矢印で示す電流Ｉａが巻線端末１３ｂから巻線端末１３ａに向け流れ、第２のアウタコア部１０Ｂには、矢印で示す電流Ｉｂ（電流値は電流Ｉａと同じ）が巻線端末１４ａより巻線端末１４ｂに向け流れる。また、巻線端末１３ｂ、１４ａに与えられる交流発振器１８よりの交流電圧が負電圧時には、第１のアウタコア部１０Ａには、矢印で示す電流Ｉａと逆方向の電流が巻線端末１３ａから巻線端末１３ｂに向け流れ、第２のアウタコア部１０Ｂには、矢印で示す電流Ｉｂと逆方向の電流が巻線端末１４ｂより巻線端末１４ａに向け流れる。
巻線端末１３ｂ、１４ａに与えられる交流電圧が正電圧時には、第１のアウタコア部１０Ａにより第２のアウタコア部１０Ｂに向け矢印で示すように磁束９Ａが発生し、また、第２のアウタコア部１０Ｂにより第１のアウタコア部１０Ａに向け矢印で示すように磁束９Ａとは逆方向で同一レベルの磁束９Ｂが発生する。巻線端末１３ｂ、１４ａに与えられる交流電圧が負電圧時には、磁束９Ａ、９Ｂと逆方向の磁束が第１のアウタコア部１０Ａと第２のアウタコア部１０Ｂとにより互いに発生する。
従って、第１のアウタコア部１０Ａにより発生する磁束９Ａと、第２のアウタコア部１０Ｂにより発生する磁束９Ｂは、互いに逆方向で同一レベルのため、第１のアウタコア部１０Ａと第２のアウタコア部１０Ｂとの中間で互いにうち消しが行われる。
図２は、本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置の側面断面図である。
図２に示すように、本発明の実施の形態の回転検出装置は、ハウジング１に回転軸４Ａと回転軸４Ｂとが直列に設けられ、ハウジング１の内側には回転軸４Ａの回転角を検出する第１の回転角検出機構２Ａと、回転軸４Ｂの回転角を検出する第２の回転角検出機構２Ｂとが設けられている。第１の回転角検出機構２Ａは、第１のアウタコア部１０Ａと第１のステータコア部３０Ａとが平行に設けられ、第１のアウタコア部１０Ａに対応する内側の位置で第１のインナコア部２０Ａが回転軸４Ａに取り付けられ、第１のステータコア部３０Ａに対応する内側の位置で第１のロータコア部４０Ａが回転軸４Ａに取り付けられている。
第１のアウタコア部１０Ａは、コイル１１Ａが形成され、コイル１１Ａの端末は、それぞれ対応する２本のアウタコアピン１２Ａ（水平方向に併設）に接続し交流電圧が印加される。第１のインナコア部２０Ａは、巻線が巻かれコイル２１Ａが形成されている。
第１のステータコア部３０Ａは、複数のステータコア歯３２Ａに巻線が巻かれコイル３１Ａが形成され、Ｘ方向（水平方向）とＹ方向（垂直方向）ごとに互いに接続されたコイル３１Ａの４本の端末は、それぞれ対応する４本のステータコアピン３２Ａ（水平方向に併設）に接続している。第１のロータコア部４０Ａは、複数のロータコア歯４２Ａに巻線が巻かれコイル４１Ａが形成されている。
第１の回転角検出機構２Ａは、第１のアウタコア部１０Ａに交流電圧が印加されると、第１のインナコア部２０Ａを介し発生した磁束による電圧が第１のロータコア部４０Ａに与えられ、第１のロータコア部４０Ａと第１のステータコア部３０Ａとは磁気結合し、第１のステータコア部３０Ａに回転軸４Ａの回転角に応じた電圧が誘起され回転軸４Ａの回転角の検出が行われる。また、第２の回転角検出機構２Ｂは、第１の回転角検出機構２Ａと同様に、第２のアウタコア部１０Ｂと、第２のインナコア部２０Ｂと、第２のステータコア部３０Ｂと、第２のロータコア部４０Ｂとで構成され、回転軸４Ｂの回転角の検出が行われ、回転軸４Ａと回転軸４Ｂの回転角の検出により、回転軸間の回転角検出が行われる。
本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置は、第１のアウタコア部１０Ａのコイル１１Ａと、第２のアウタコア部１０Ｂのコイル１１Ｂに交流電圧が印加され回転軸４Ａ、４Ｂの回転角の検出が行われるが、前記したごとく、第１のアウタコア部１０Ａにより発生する磁束９Ａと、第２のアウタコア部１０Ｂによりにより発生する磁束９Ｂとは逆方向で同一レベルのため、磁束９Ａと磁束９Ｂは、第１のアウタコア部１０Ａと第２のアウタコア部１０Ｂとの中間で互いにうち消され（磁束９Ａと磁束９Ｂと逆方向に発生する磁束も互いにうち消され）、第１の回転角検出機構２Ａと第２の回転角検出機構２Ｂとは磁束の進入を互いに阻止し、漏れ磁束の発生を効果的に防止することができる。
図３は、回転軸の回転角に対する検出誤差データの図である。
本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置は、回転軸４Ａ、４Ｂの回転角を第１、第２のステータコア部３０Ａ、３０Ｂより検出するが、その検出は電気角で検出し検出した２相の信号を合成するときに高周波成分が検出信号に混入するため位相誤差が生じる。
図３は、横軸に回転軸の回転角θ（度）を示し、縦軸に位相誤差による検出誤差Δθ（分）を示し、本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置の回転軸４Ａの誤差として検出誤差データΔθｉを示し、従来のタンデム型回転検出装置の回転の誤差として検出誤差データΔθｈを示す。
図３に示すように、本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置の回転軸４Ａの検出誤差データΔθｉは、従来のタンデム型回転検出装置の回転軸の検出誤差データΔθｈに対し全体的に低めで大幅に誤差が減少していることが分かる。回転軸４Ｂについても同様の検出誤差データを得ることができ、本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置は、精度の高い検出を行うことができることが分かる。
図４は、本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置における他の実施例の第１のアウタコア部５０Ａと第２のアウタコア部５０Ｂとの結線図である。
図４に示すように、第１のアウタコア部５０Ａは、巻線５７ａが巻線端末５５ａより巻線端末５５ｂまで図４の左側から見て左方向に巻かれコイル５１Ａが形成され、第２のアウタコア部５０Ｂは、巻線５７ｂが巻線端末５６ａより巻線端末５６ｂまで右方向に巻かれコイル５１Ｂが形成されている。巻線端末５５ａと巻線端末５６ａとは結線接続され、また、巻線端末５５ｂと巻線端末５６ｂとも結線接続され、巻線端末からの巻線のコイル方向が互いに異なる巻線端末同士が結線接続されている。交流発振器５８よりの交流電圧は、巻線端末５５ａ、５６ａと、巻線端末５５ｂ、５６ｂとの間に与えられる。
巻線端末５５ａ、５６ａに与えられる交流発振器５８よりの交流電圧が正電圧時には、第１のアウタコア部５０Ａには、矢印で示す電流Ｉａが巻線端末５５ａから巻線端末５５ｂに向け流れ、第２のアウタコア部５０Ｂには、矢印で示す電流Ｉｂ（電流値は電流Ｉａと同じ）が巻線端末５６ａより巻線端末５６ｂに向け流れる。また、巻線端末５５ａ、５６ａに与えられる交流発振器５８よりの交流電圧が負電圧時には、第１のアウタコア部５０Ａには、矢印で示す電流Ｉａと逆方向の電流が巻線端末５５ｂから巻線端末５５ａに向け流れ、第２のアウタコア部５０Ｂには、矢印で示す電流Ｉｂと逆方向の電流が巻線端末５６ｂより巻線端末５６ａに向け流れる。
巻線端末５５ａ、５６ａに与えられる交流電圧が正電圧時には、第１のアウタコア部５０Ａにより第２のアウタコア部５０Ｂに向け矢印で示すように磁束５９Ａが発生し、また、第２のアウタコア部５０Ｂにより第１のアウタコア部５０Ａに向け矢印で示すように磁束５９Ａとは逆方向で同一レベルの磁束９Ｂが発生する。巻線端末５５ａ、５６ａに与えられる交流電圧が負電圧時には、磁束５９Ａ、５９Ｂと逆方向の磁束が第１のアウタコア部５０Ａと第２のアウタコア部５０Ｂとにより互いに発生する。
従って、第１のアウタコア部５０Ａにより発生する磁束５９Ａと、第２のアウタコア部５０Ｂに発生する５９Ｂ磁束は、互いに逆方向で同一レベルのため、第１のアウタコア部５０Ａと第２のアウタコア部５０Ｂとの中間で互いにうち消しが行われ、漏れ磁束の発生を効果的に防止することができる。
なお、本発明の実施の形態では、回転軸４Ａと回転軸４Ｂとの回転角の検出を行う回転検出装置につき説明したが、これに限定することなく、２個の回転角検出機構により一本の回転軸のトルクの検出を行うものについても同様に本発明を実施することができる。
以上、本発明の実施の形態の回転検出装置は、回転角検出機構間の漏れ磁束の発生を効果的に防止し、常に精度の高い検出を行うことができる。
本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置における第１のアウタコア部と第２のアウタコア部との結線図である。 本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置の側面断面図である。 回転軸の回転角に対する検出誤差データの図である。 本発明の実施の形態のタンデム型回転検出装置における他の実施例の第１のアウタコア部と第２のアウタコア部との結線図である。 従来のタンデム型回転検出装置の側面断面図である。
符号の説明
１ ハウジング
４Ａ、４Ｂ 回転軸
２Ａ 第１の回転角検出機構
２Ｂ 第２の回転角検出機構
１０Ａ、５０Ａ 第１のアウタコア部
１０Ｂ、５０Ｂ 第２のアウタコア部
１７ａ、１７ｂ、５７ａ、５７ｂ 巻線、
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ 巻線端末
１１Ａ、１１Ｂ、２１Ａ、３１Ａ、４１Ａ、５１Ａ、５１Ｂ コイル
１８、５８ 交流発振器
２０Ａ 第１のインナコア部
２０Ｂ 第２のインナコア部
３０Ａ 第１のステータコア部
３０Ｂ 第２のステータコア部
４０Ａ 第１のロータコア部
４０Ｂ 第２のロータコア部

Claims (5)

  1. 円筒形状のハウジングの中心部に挿入された回転軸の回転角を検出する第１の回転検出機構と、
    前記ハウジングの中心部に挿入された回転軸の回転角を検出する前記第１の回転検出機構に併設される第２の回転検出機構と、
    を有し、

    前記第１の回転検出機構には、磁束を発生させる円筒形状のハウジングの内側に設けられた第１のアウタコア部のコイルと、
    該磁束を受ける第１のアウタコア部のコイルと対峙する前記回転軸に固定された第１のインナコアのコイルと、
    第１のインナコアのコイルにより発生した電圧が与えられる前記回転軸に固定された第１のロータコアのコイルと、
    第１のロータコアのコイルからの磁束を受け電圧を発生する円筒形状のハウジングの内側に設けられた第１のステータコア部のコイルと、を含み、

    前記第２の回転検出機構には、磁束を発生させる円筒形状のハウジングの内側に設けられた第２のアウタコア部のコイルと、
    該磁束を受ける第２のアウタコア部のコイルと対峙する前記回転軸に固定された第２のインナコアのコイルと、
    第２のインナコアのコイルにより発生した電圧が与えられる前記回転軸に固定された第２のロータコアのコイルと、
    第２のロータコアのコイルからの磁束を受け電圧を発生する円筒形状のハウジングの内側に設けられた第２のステータコア部のコイルと、を含み、

    前記第１のアウタコア部と前記第２のアウタコア部のコイルから発生する磁束方向が互いに異なることを特徴とするタンデム型回転検出装置。
  2. 前記第１のアウタコア部のコイルの巻線端末と、前記第２のアウタコア部のコイルの巻線端末は、コイル方向が互いに異なる巻線端末同士が結線され交流電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載のタンデム型回転検出装置。
  3. 前記第１のアウタコア部と第２のアウタコア部は、巻線が互いに逆方向に巻き付けられてそれぞれコイルが形成され、前記巻線の巻初めの巻線端末と巻終わりの巻線端末同士が互いに結線され交流電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載のタンデム型回転検出装置。
  4. 前記回転軸は、連続する１本の回転軸とし、前記第１の回転検出機構と前記第２の回転検出機構とにより回転角度差を検出して前記回転軸の回転トルクを検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタンデム型回転検出装置。
  5. 前記回転軸は、直列に設置された２本の回転軸とし、前記第１の回転検出機構と前記第２の回転検出機構とにより前記２本の回転軸の回転角度をそれぞれ検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタンデム型回転検出装置。
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