JP4549548B2 - 回転位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転体の回転位置を検出する回転位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の回転機器で使用される回転位置検出装置として、従来からよく知られたものに、エンコーダとレゾルバがある。
前者は、例えば、光学式の場合、ガラス板に多数のスリットを設け、これを挟んで発光部と受光部を設け、この受光の有無によりスリットの有無を検出する構成で、回転に伴って検出されるスリットの数をカウントすることで回転位置を検出するものである。
また、後者は、固定子側に設けられた巻線と回転子側の鉄心部分により磁気回路を構成し、これのインダクタンスが回転子位置により変化することを利用してこのインダクタンス値から回転位置を検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転位置検出装置、例えば、上掲前者のエンコーダでは、ガラス板などでスリット板を構成するため機械強度に劣る他、デジタル値として出力されるため、絶対位置を検出するためには、複数のスリット列とそれに対応する複数のセンサ（発受光部）を設け、これらの組み合わせで位置検出する必要があり装置が複雑となるという問題がある。
また、上掲後者のレゾルバでは、その検出の巻線自体が大きく装置が大形化するという問題がある。
【０００４】
この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、機械的に丈夫で信頼性が高く、小形で絶対位置の検出が可能な回転位置検出装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る回転位置検出装置は、回転中、常に互いに向き合うように、回転部と固定部とのいずれか一方に被検体を他方にセンサを取り付け、上記センサの出力を上記回転部の回転位置に変換する変換部を備えた回転位置検出装置において、
上記被検体は、環状に形成された、上記センサとの対向面の面粗さが上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、
上記センサは、上記被検体の対向面の面粗さに基づき、上記被検体の対向面との距離を検出するものである。
【０００６】
この発明の請求項２に係る回転位置検出装置は、上記被検体の上記センサとの対向面は、上記センサからの距離が上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、上記センサは、上記被検体の対向面との距離及び上記対向面の面粗さの双方に基づいて回転位置を検出するものである。
【０００７】
また、請求項３に係る回転位置検出装置は、上記センサを複数設けるとともに、１つの被検体が有する複数の面を対向面として、上記複数の対向面にはそれぞれ、上記回転部の全稼動域において、上記センサのうち各々異なるものが対向しているものである。
【０００８】
また、請求項４に係る回転位置検出装置は、上記複数の対向面は、２つないし３つの面からなり、そのうち１つの対向面は、回転部の回転軸と平行で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置され、他の対向面は、回転部の回転軸と直角で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置されているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における回転位置検出装置を装着したモータの断面図である。図において、１は回転軸２とこれに固着された回転コア３とからなる回転部としての回転子、４は固定子フレーム５とこれに固着された固定子コア６および固定子コイル７とからなる固定部としての固定子である。
８は回転軸２に取り付けられた被検体、９は被検体８と常に互いに向き合うように、固定子フレーム５に取り付けられたセンサで、この被検体８とセンサ９については更に後段で詳述する。１０はセンサ９の近傍に取り付けられた温度センサ、１１はセンサ９および温度センサ１０からの信号を入力して回転位置信号に変換する信号変換部である。
【００１０】
図２は被検体８の単体を示す斜視図である。中央の円筒状空洞部に回転軸２が貫通する。８Ａは被検体８の外周に環状に形成された、センサ９との対向面である。
【００１１】
図３は、この回転位置検出装置の動作を説明するため、被検体８とセンサ９とを回転軸２の方向から見た図である。ここで、被検体８は例えば鉄などの導電体で構成され、センサ９は高周波電源である高周波発振回路１２と被検体８に高周波磁界を印加する高周波コイル１３とからなる。そして、高周波コイル１３から見たインピーダンスが被検体８との距離に応じて変化する現象を利用し、センサ９はこのインピーダンスの変化から被検体８までの距離を検出する。
一方、被検体８の対向面８Ａは、ある基準角度位置Ｏからの機械角度θ（ｄｅｇ）に対して、半径（軸中心からの距離）Ｒ（θ）が（１）式となるよう加工されている。
Ｒ（θ）＝Ｒ０−ｋ・θ（ｍ） ・・・（１）
【００１２】
被検体８の回転中心位置からセンサ９までの距離をＲｓ（ｍ）とすると、回転子１が角度θだけ回転した位置における被検体８の対向面８Ａとセンサ９との距離ｄ（θ）（ｍ）は下記（２）式で表される。
ｄ（θ）＝Ｒｓ−Ｒ（θ）
＝（Ｒｓ−Ｒ０）＋ｋ・θ（ｍ） ・・・（２）
【００１３】
（２）式から回転位置θは下記（３）式で求まる。
θ＝ｄ（θ）／ｋ−（Ｒｓ−Ｒ０）／ｋ（ｄｅｇ） ・・・（３）
即ち、信号変換部１１は、上記（３）式に基づき、センサ９からの出力信号ｄ（θ）を回転位置信号θに変換して出力する。図４は両信号の関係を示す特性図である。なお、センサ９の出力には温度の影響が無視できない場合があるので、温度センサ１０がその温度を検出して、信号変換部１１においてセンサ９の出力の温度補正を行う。
【００１４】
以上のように、この実施の形態１における回転位置検出装置では、被検体８は金属導電材で構成すれば足り、丈夫で耐環境性にも優れ非接触式であること等から信頼性が高い。また、高周波コイル１３は従来のレゾルバ方式のものに比較して小型であり、装置全体として小型化が可能になるとともに安価で量産性に優れている。
【００１５】
なお、以上では、距離ｄが回転角度θの一次の関数となる、換言すれば、上記（１）式におけるｋを定数とした場合を示したが、回転角度θに対して距離ｄが一意に決定されるように構成すれば必ずしも一次の関数でなくてもよい。
【００１６】
また、図１では、被検体８の対向面８Ａが、回転子１の回転軸２と平行でかつ回転軸２と鎖交するように、被検体８を回転軸２に取り付け、センサ９は被検体８の対向面８Ａと向き合って回転軸２の径方向における対向面８Ａまでの距離を検出するよう固定子フレーム５に取り付けている。
しかし、被検体８およびセンサ９の位置関係は以上のものに限られるものではなく、被検体８を例えば図５に示す形状で製作し、これを図６に示すように、取り付ける構成としてもよい。即ち、被検体８の対向面８Ａが回転軸２と直角でかつ回転軸２と鎖交するように、被検体８を回転子１の回転コア３に取り付け、センサ９は被検体８の対向面８Ａと向き合って回転軸２の軸方向における対向面８Ａまでの距離を検出するよう固定子フレーム５に取り付けている。
【００１７】
更に、図示は省略するが、図６で被検体８とセンサ９との取付位置を入れ替えた構成としてもよい。即ち、図５で示す、被検体８の対向面８Ａが回転軸２と直角でかつ回転軸２と鎖交するように、被検体８を固定子４の固定子フレーム５に取り付け、センサ９は被検体８の対向面８Ａと向き合って回転軸２の軸方向における対向面８Ａまでの距離を検出するよう回転子１の回転コア３に取り付ける。但し、このケースでは、センサ９の出力は、例えば、スリップリング等を介して固定側に導出する必要がある。また、高周波発信回路１２の出力は一般に正弦波状のものが用いられるが、これを矩形波状としても同様に検出可能であることがわかった。すなわち、高周波発信回路１２の出力は正弦波状のものに限るのではなく、矩形波状のものを使用してもよい。
【００１８】
また、被検体８とセンサ９との設置位置は、上記各例で示した、モータの端部に限られるものではなく、例えばモータ中央部でもよいし、回転子１と連結された別体としてもよい。なお、実験の結果、過電流センサを用いた場合に、センサ対向面の面粗さが３μｍＲｍａｘ以下とすることで、安定したセンサ出力が得られることがわかった。また、高周波発振回路１２の出力は一般に正弦波状のものが用いられるが、これを矩形波状としても同様に検出可能であることがわかった。すなわち、高周波発振回路１２の出力は正弦波状のものに限るのではなく、矩形波状のものを使用してもよい。
【００１９】
実施の形態２．
先の実施の形態１においては、被検体８とセンサ９との距離は、回転子１の絶対位置（機械角）と対応していた。言い換えれば、回転子１の機械的な１回転３６０（ｄｅｇ）に対して、距離が一意に決定されるような構成となっている。ところで、例えばモータにおいて、速度やトルクを制御したいが、位置決定制御を行う必要はない場合には、回転子１の絶対位置情報は必要でなく、電気角の情報のみがあればよい。即ち、電気角３６０（ｄｅｇ）に相当する１極対ごとに信号を出力できればよい。これによって、機械角から電気角への変換部を省略することができる。
【００２０】
図７は、この実施の形態２における被検体８を回転軸２の軸方向から見た図で、同図（ａ）は４極（２極対）機の場合、同図（ｂ）は８極（４極対）機の場合に使用するものである。例えば、同図（ａ）の２極対の場合は、回転軸２の１／２回転分である区分回転の範囲で、被検体８の対向面８Ａからセンサ９までの距離が一意に決定されるよう形成されている。
【００２１】
また、この区分回転の範囲での対向面８Ａとセンサ９との距離を同一とすると、極対の増加とともにセンサ９の分解能が上昇する。即ち、モータの極対数をＰとすると、同一のセンサ性能の条件下で電気角の角度分解能が実施の形態１の場合に比べてＰ倍になる。
図８は、８極（４極対）機の場合の回転角度に対するセンサ９の出力信号を示したものである。
【００２２】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３における回転位置検出装置を装着したモータの断面図である。ここでは、被検体とセンサとの組を２つ用いることにより、精度を向上しつつ絶対位置の検出を可能としている。即ち、一方の被検体８１は図１０（ａ）に示すように、電気角検出用に構成され、他方の被検体８２は図１０（ｂ）に示すように、極対判別用に構成されている。この極対判別用のセンサ９２の出力信号特性を図１１に示す。
両センサ９１、９２は相互に干渉しないように取り付けられ、信号変換部１１は両センサ９１、９２の信号を入力することにより、精度（分解能）が高く絶対位置の検出が可能な回転位置検出装置を得ることができる。
なお、被検体とセンサとの組数は２つに限定されるものではなく、この組数を増やすことにより分解能を更に向上させることができる。
【００２３】
実施の形態４．
図１２は、この発明の実施の形態４における回転位置検出装置で採用する被検体８３を示す図である。
先の実施の形態１の図２（図３）で示す被検体８を使用した場合のセンサ９の出力信号特性は、図４に示すように、出力信号（センサと被検体との距離）が急変化する不連続点が存在し、この付近で位置情報が不安定になる可能性がある。この実施の形態４では、図１２に示す２種類の被検体８３、８４を使用し、この不連続点をなくして連続的に変化する出力信号特性を得ている。
【００２４】
即ち、一方の被検体８３には図１２（ａ）に示した構成のものを用いることで、図１３に示すような滑らかな（出力信号特性の微分係数が連続関数となる）信号波形が得られる。そして、絶対位置を検出するため、図１２（ｂ）に示す極対判別用の被検体８４を併用する。これによって不連続点がなくなり、安定した回転位置検出が可能となる。
【００２５】
実施の形態５．
図１４は、この発明の実施の形態５における回転位置検出装置において、先に例示した各種被検体と併用する被検体８５を示す図である。
先の実施の形態１では、温度変化による出力変動を、温度センサ１０を用いて補正していたが、出力変動要因としては、温度変化のほかに工作時の取り付け位置の誤差の影響も考えられ、これが回転位置検出誤差につながる恐れがある。この実施の形態５は、図１４に示す校正用被検体８５およびこれとの間の距離（ここでは、角度にかかわらず一定値となる）を検出する校正用センサ９５（図示省略）を、先の実施の形態例で説明した通常の被検体、センサの組とは別に設けることで、上記した誤差の補償を行うものである。
【００２６】
即ち、通常のセンサ９の出力を、
ｖａ＝ｖ１・ｆ（θ） ・・・（４）
と表現すると、実際には温度変化等による出力比例誤差係数ｋｔが係り、また、取り付け位置誤差等による出力オフセット誤差ｖｅｒｒが加算されるので、これら誤差を考慮した出力は下記（５）式で表されることになる。
ｖａ＝ｋｔ・（ｖ１・ｆ（θ）＋ｖｅｒｒ） ・・・（５）
【００２７】
これに対し、通常のセンサ９と同一仕様をもつ校正用センサ９５を用いて得られる出力ｖｂは、両組の被検体、センサ組が、その温度依存性および取り付け位置誤差が同等になるよう調整されているので、一定値ｖ２を用いて下記（６）式で表される。
ｖｂ＝ｋｔ・（ｖ２＋ｖｅｒｒ） ・・・（６）
ここで、ｖ２》ｖｅｒｒとなるように調整しておけば、下記（７）式で示す信号処理を行うことにより、温度誤差や取り付け位置誤差等に影響されない正確で安定した出力ｖｏｕｔが得られる。
ｖｏｕｔ＝（ｖａ−ｖｂ）／ｖｂ
≒（ｖ１／ｖ２）・ｆ（θ）−１ ・・・（７）
【００２８】
実施の形態６．
以下では、この発明に係る回転位置検出装置に使用するセンサの変形例について説明する。図１５はこの発明の実施の形態６における回転位置検出装置のセンサ９６の検出原理を示す図である。図において、１４は駆動回路、１５は半導体レーザ、１６は投光レンズ、１７は受光レンズ、１８は光位置検出素子、１９は信号増幅回路である。
半導体レーザ１５から出たレーザ光は、投光レンズ１６を経て被検体８の対向面８Ａで反射し、受光レンズ１７を通過して光位置検出素子１８の一点に焦点を結ぶ。
【００２９】
測定対象物である被検体８との距離が変化するごとにこの焦点も移動するので、その焦点位置を検出することにより距離が測定できる。
この方式の場合、センサ部の構成がやや複雑になるが、被検体は導電体に限定されず、その材料の選択範囲が広がる利点がある。例えば、樹脂成形品で構成すれば、高精度でかつ量産性の良い被検体が得られる。非接触であるため信頼性が高いことは実施の形態１の高周波磁界を利用した方式と同様である。
【００３０】
実施の形態７．
図１６は、この発明の実施の形態７における回転位置検出装置のセンサ９６の検出原理を示す図である。図において、２０は超音波発振部、２１は超音波受信部である。
超音波発振部２０から出た超音波が測定対象物である被検体８の対向面８Ａに反射して戻ってくるまでの時間を検出し、これと音速とから距離Ｌを測定する。 この方式の場合も実施の形態６と同様に、センサ部の構成がやや複雑になるという欠点があるが、被検体は導電体に限定されず、被検体の材料の選択範囲が広がる。また、非接触であるため信頼性が高いこと、温度による変動を補正するのが望ましいことは実施の形態１と同様である。
【００３１】
実施の形態８．
図１７は、この発明の実施の形態８における回転位置検出装置のセンサ９７を示す図、図１８はその検出原理を示す図である。図において、２２は１次コイル２３および２次コイル２４を有するトランス、２５は各コイル２３、２４の軸方向に移動可能に構成された可動鉄心部で、その一端はバネ部２６の張力により測定対象物である被検体８の対向面８Ａに常に当接するよう保たれている。
【００３２】
１次コイル２３に交流電圧を印加した場合、２次コイル２４のそれぞれに出力される電圧は、可動鉄心部２５の軸方向位置によって変化することから、この２つの２次コイル２４の電圧差出力から被検体８までの距離を検出することができる。
この方式の場合、可動式の接触部分が存在するため長期信頼性という点ではやや不利であるが、可動部の具体的な移動動作を観測するので、確実な測定が可能となる。
【００３３】
実施の形態９．
本実施の形態は、被検体の対向面での面粗さによって過電流センサの出力が変化することを利用し、図２に示した被検体８の対向面８Ａの粗さを工夫した例である。
【００３４】
例えば、センサと被検体８の対向面８Ａとの距離を設置スペースが狭いなどのために離すことができないような場合、距離が遠い部分での面粗さを粗くすることで過電流が流れにくくなり、センサ出力としては、距離が実際よりも離れているかのような信号が出力される。このように、被検体８の対向面８Ａの一部分における面粗さを変更することにより、出力信号の補正（リニアリティの向上など）を行うことができる。
【００３５】
さらに、物理的な空隙長が一定のままでも、面粗さを漸次変化させることにより、回転角の検出が可能である。例えば、図１４に示したような形状の被検体８５を用い、面粗さを周方向に漸次変化させることで、角度情報と面粗さ情報とが対応することになり、これを用いて角度情報を検出することができる。
【００３６】
本実施の形態においては、過電流センサを用いる例について示したが、それに限られるものではなく、例えばレーザ光を用い、被検体の対向面の面粗さによりレーザ光の反射率が変化することを利用して回転角度の検出が可能になる。
【００３７】
実施の形態１０．
図１９は、本発明の実施の形態１０における被検体を示す斜視図である。同図に示したように、本実施の形態は、被検体８６の対向面８６Ａを一面のみではなく複数面とした例であり、同図は３つの対向面８６Ａそれぞれのセンサとの距離が回転角度に応じて変化する例である。このような構成とした被検体８６に対し、例えば、上面および側面の２面に対して２つのセンサを配置し、この２つのセンサの出力信号を平均化処理することで、コンパクトな形状を保ちつつ、測定の信頼度を向上することができる。
【００３８】
図１９では、３つの対向面８６Ａをセンサの検出面とした場合に、いずれも回転角度に応じてセンサの出力信号が変化する例を示したが、例えば、図２に示した被検体８を用い、上面と側面をセンサの検出面とすれば、側面で回転角度信号を、上面で温度補償用の基準信号を得ることができ、１つの被検体８で両方の出力信号を得ることができる。
【００３９】
実施の形態１１．
図２０は、この発明の実施の形態１１における回転位置検出装置を装着したアクチュエータの断面図である。本実施の形態は、１回転以上であるが連続回転しない（例えば、２回転＝７２０゜しか回転しないなど）アクチュエータの絶対位置検出を行う例であり、図において、２７は回転子１の内径側に設けられたスクリュー型の雌ねじ、２８は雌ねじ２７と螺合するスクリュー型の雄ねじ２９が設けられた可動部、３０は可動部の端面、９８，９９は固定子４側のフレーム５内壁に取り付けられたセンサである。
【００４０】
本実施の形態の動作を図２０を用いて説明する。回転子１のスクリュー型の雌ねじ２７が回転すると、スクリュー型の雌ねじ２７と螺合するスクリュー型の雄ねじ２９が設けられた可動部２８が左右に移動する。このようなアクチュエータのような移動機構を駆動するモータは、連続して多数回を回り続けることはなく、数回転程度の限られた範囲で駆動される。この場合、アクチュエータの駆動範囲の全領域にわたり位置検出を行うため、２つのセンサ９８，９９を用いる。１回転の中での回転角度検出には、実施の形態１と同様の被検体８とセンサ９８を用いる。回転角度検出とは別に、アクチュエータが今何周目を回っているかを判断するための簡単な判断手段として、左右に移動する可動部２８の端面３０を被検体の対向面とし、可動部の端面３０と対向するセンサ９９を設け、端面３０とセンサ９９との距離により、回転回数を検出する。このように、２つのセンサ９８，９９の出力信号を組み合わせることによって、３６０゜以上の絶対角度検出が可能になる。
【００４１】
実施の形態１２．
図２１は、この発明の実施の形態１２における回転位置検出装置を装着したアクチュエータの断面図であり、図２２は、図２１の被検体を示す斜視図である。本実施の形態は、実施の形態１１と同様、１回転以上であるが連続回転しない（例えば、２回転＝７２０゜しか回転しないなど）アクチュエータの絶対位置検出を行う例であるが、センサを１つだけ設ける場合である。
【００４２】
センサを１つだけしか設けない場合、１回転までの範囲はこれまでに説明した方式で対応可能であるが、１回転を越える分については、それが何周目にあたるかが判別できないため、上掲の実施の形態１１では複数のセンサを設けた。
【００４３】
センサ１つで検出できるようにするため、図２１に示したように、被検体８６をアクチュエータの可動部２８に取り付け、センサ９を回転子１につながった回転部に取り付け、図２２に示したように、被検体８６をソフトクリームのような構造、すなわち、センサ９の回転に応じてセンサ９が対向する対向面８６Ａの軸方向位置が漸次変化するとともに、センサ９が対向する対向面８６Ａの高さ（センサとの距離）もセンサ９の回転に応じて変化する構造とした。この構造によれば、センサ９の回転角度と回転数に応じてセンサ９と対向面８６Ａとの距離が変化するので、実際にアクチュエータが回転する角度範囲ににわたって１つのセンサのみで３６０゜以上の絶対角度検出が可能になる。
【００４４】
実施の形態１３．
実施の形態１〜１２では、距離センサの出力特性（距離と出力信号との関係）が線形である場合を仮定して説明してきた。すなわち、センサの出力特性が線形ではないことが予め分かっている場合には、これを変換部側で補正して用いる場合の説明であった。
【００４５】
本実施の形態においては、距離センサの出力特性が非線形であることが分かっている場合に、あらかじめ被検体の形状を工夫することで出力特性を線形とした場合である。図２３に示したように、被検体とセンサの距離ｄ（ｍ）に対するセンサ出力電圧をｆ（ｄ）（Ｖ）とし、被検体の形状関数ｄ（θ）とこれに対するセンサ出力ｇ（θ）（Ｖ）の関係が下記（８）式となるような形状関数ｄ（θ）を求め、この関数に基づいて被検体の形状を決定し、加工する。
ｇ（θ）＝ｇ（ｆ（ｄ）、ｄ（θ））
＝Ａ・θ＋Ｂ（Ａ、Ｂは定数） ・・・（８）
ここで、θはある基準位置からの機械角度（ｄｅｇ）である。この被検体を用いた場合の角度θと出力電圧ｇ（θ）（Ｖ）の関係を図２４に示す。θに対してほぼ線形となり、変換部での非線形処理が不要となるため、安価なセンサを実現できる。また、高精度な角度検出が必要な場合には、変換部のメモリに補正項を設け、簡単な非線形処理を併用することで、センサの個体差を吸収することもできる。
【００４６】
なお、この発明の回転位置検出装置に採用するセンサとしては、上掲各実施の形態で説明した方式のものに限られるものではないことは当然である。更に、被検体の形状も、上掲のものに限られるものではない。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１に係る回転位置検出装置は、回転中、常に互いに向き合うように、回転部と固定部とのいずれか一方に被検体を他方にセンサを取り付け、上記センサの出力を上記回転部の回転位置に変換する変換部を備えた回転位置検出装置において、
上記被検体は、環状に形成された、上記センサとの対向面の面粗さが上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、
上記センサは、上記被検体の対向面の面粗さに基づき、上記被検体の対向面との距離を検出するので、小形で信頼性の高い回転位置検出装置を提供することができる。
【００４８】
また、請求項２に係る回転位置検出装置は、上記被検体の上記センサとの対向面は、上記センサからの距離が上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、上記センサは、上記被検体の対向面との距離及び上記対向面の面粗さの双方に基づいて回転位置を検出するので、小形で信頼性の高い回転位置検出装置を提供することができる。
【００４９】
また、請求項３に係る回転位置検出装置は、上記センサを複数設けるとともに、１つの被検体が有する複数の面を対向面として、上記複数の対向面にはそれぞれ、上記回転部の全稼動域において、上記センサのうち各々異なるものが対向しているものであるので、コンパクトな形状を保ちつつ、測定の信頼度を向上させることができる。
【００５０】
また、請求項４に係る回転位置検出装置は、上記複数の対向面は、２つないし３つの面からなり、そのうち１つの対向面は、回転部の回転軸と平行で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置され、他の対向面は、回転部の回転軸と直角で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置されているので、１つの被検体で回転角度信号及び温度補償用の基準信号を得ることができる。
【００５１】
また、請求項５に係る回転位置検出装置は、被検体は、回転部の１／Ｎ（Ｎは正の整数）回転分である区分回転の範囲で、センサからその対向面までの距離が一意に決定されるよう構成したので、モータ等へ適用した場合には、機械角から電気角への変換が不要となり、また、位置検出の分解能の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における回転位置検出装置を装着したモータの断面図である。
【図２】 図１の被検体８単体を示す斜視図である。
【図３】 図１の回転位置検出装置の検出動作を説明するための図である。
【図４】 図１の回転位置検出装置の出力信号特性を示す図である。
【図５】 被検体８の他の構成例を示す斜視図である。
【図６】 図５の被検体８を使用した回転位置検出装置を装置したモータの断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態２における回転位置検出装置の被検体８を示す図である。
【図８】 図７の被検体８を使用した回転位置検出装置の出力信号特性を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態３における回転位置検出装置を装着したモータの断面図である。
【図１０】 図９の回転位置検出装置に使用する被検体８１、８２を示す図である。
【図１１】 図１０の被検体８２を使用した回転位置検出装置の出力信号特性を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態４における回転位置検出装置に使用する被検体８３、８４を示す図である。
【図１３】 図１２の被検体８３を使用した回転位置検出装置の出力信号特性を示す図である。
【図１４】 この発明の実施の形態５における回転位置検出装置に使用する被検体８５を示す図である。
【図１５】 この発明の実施の形態６における回転位置検出装置に使用するセンサ９５を示す図である。
【図１６】 この発明の実施の形態７における回転位置検出装置に使用するセンサ９６を示す図である。
【図１７】 この発明の実施の形態８における回転位置検出装置に使用するセンサ９７を示す図である。
【図１８】 図１７のセンサ９７の動作を説明する図である。
【図１９】 この発明の実施の形態１０における回転位置検出装置の被検体を示す図である。
【図２０】 この発明の実施の形態１１における回転位置検出装置を装着したアクチュエータの断面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態１２における回転位置検出装置を装着したアクチュエータの断面図である。
【図２２】 図２１の被検体８６単体を示す斜視図である。
【図２３】 被検体とセンサとの距離に対するセンサ出力信号電圧と位置角度との関係を示す図である。
【図２４】 形状関数に基づいて決定した被検体を用いた場合の位置角度とセンサ出力信号電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 回転子、４ 固定子、
８，８１，８２，８３，８４，８５，８６ 被検体、
９，９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９ センサ、
１１ 信号変換部、１２ 高周波発振回路、１３ 高周波コイル、１５ 半導体レーザ、
１８ 光位置検出素子、２０ 超音波発振部、２１ 超音波受信部、２２ トランス、
２５ 可動鉄心部、２６ バネ部、２７ スクリュー型の雌ねじ、２８ 可動部、
２９ スクリュー型の雄ねじ、３０ 可動部の端面。
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転体の回転位置を検出する回転位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の回転機器で使用される回転位置検出装置として、従来からよく知られたものに、エンコーダとレゾルバがある。
前者は、例えば、光学式の場合、ガラス板に多数のスリットを設け、これを挟んで発光部と受光部を設け、この受光の有無によりスリットの有無を検出する構成で、回転に伴って検出されるスリットの数をカウントすることで回転位置を検出するものである。
また、後者は、固定子側に設けられた巻線と回転子側の鉄心部分により磁気回路を構成し、これのインダクタンスが回転子位置により変化することを利用してこのインダクタンス値から回転位置を検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転位置検出装置、例えば、上掲前者のエンコーダでは、ガラス板などでスリット板を構成するため機械強度に劣る他、デジタル値として出力されるため、絶対位置を検出するためには、複数のスリット列とそれに対応する複数のセンサ（発受光部）を設け、これらの組み合わせで位置検出する必要があり装置が複雑となるという問題がある。
また、上掲後者のレゾルバでは、その検出の巻線自体が大きく装置が大形化するという問題がある。
【０００４】
この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、機械的に丈夫で信頼性が高く、小形で絶対位置の検出が可能な回転位置検出装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る回転位置検出装置は、回転中、常に互いに向き合うように、回転部と固定部とのいずれか一方に被検体を他方にセンサを取り付け、上記センサの出力を上記回転部の回転位置に変換する変換部を備えた回転位置検出装置において、
上記被検体は、環状に形成された、上記センサとの対向面の面粗さが上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、
上記センサは、上記被検体の対向面の面粗さに基づき、上記被検体の対向面との距離を検出するものである。
【０００６】
この発明の請求項２に係る回転位置検出装置は、上記被検体の上記センサとの対向面は、上記センサからの距離が上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、上記センサは、上記被検体の対向面との距離及び上記対向面の面粗さの双方に基づいて回転位置を検出するものである。
【０００７】
また、請求項３に係る回転位置検出装置は、上記センサを複数設けるとともに、１つの被検体が有する複数の面を対向面として、上記複数の対向面にはそれぞれ、上記回転部の全稼動域において、上記センサのうち各々異なるものが対向しているものである。
【０００８】
また、請求項４に係る回転位置検出装置は、上記複数の対向面は、２つないし３つの面からなり、そのうち１つの対向面は、回転部の回転軸と平行で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置され、他の対向面は、回転部の回転軸と直角で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置されているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における回転位置検出装置を装着したモータの断面図である。図において、１は回転軸２とこれに固着された回転コア３とからなる回転部としての回転子、４は固定子フレーム５とこれに固着された固定子コア６および固定子コイル７とからなる固定部としての固定子である。
８は回転軸２に取り付けられた被検体、９は被検体８と常に互いに向き合うように、固定子フレーム５に取り付けられたセンサで、この被検体８とセンサ９については更に後段で詳述する。１０はセンサ９の近傍に取り付けられた温度センサ、１１はセンサ９および温度センサ１０からの信号を入力して回転位置信号に変換する信号変換部である。
【００１０】
図２は被検体８の単体を示す斜視図である。中央の円筒状空洞部に回転軸２が貫通する。８Ａは被検体８の外周に環状に形成された、センサ９との対向面である。
【００１１】
図３は、この回転位置検出装置の動作を説明するため、被検体８とセンサ９とを回転軸２の方向から見た図である。ここで、被検体８は例えば鉄などの導電体で構成され、センサ９は高周波電源である高周波発振回路１２と被検体８に高周波磁界を印加する高周波コイル１３とからなる。そして、高周波コイル１３から見たインピーダンスが被検体８との距離に応じて変化する現象を利用し、センサ９はこのインピーダンスの変化から被検体８までの距離を検出する。
一方、被検体８の対向面８Ａは、ある基準角度位置Ｏからの機械角度θ（ｄｅｇ）に対して、半径（軸中心からの距離）Ｒ（θ）が（１）式となるよう加工されている。
Ｒ（θ）＝Ｒ０−ｋ・θ（ｍ） ・・・（１）
【００１２】
被検体８の回転中心位置からセンサ９までの距離をＲｓ（ｍ）とすると、回転子１が角度θだけ回転した位置における被検体８の対向面８Ａとセンサ９との距離ｄ（θ）（ｍ）は下記（２）式で表される。
ｄ（θ）＝Ｒｓ−Ｒ（θ）
＝（Ｒｓ−Ｒ０）＋ｋ・θ（ｍ） ・・・（２）
【００１３】
（２）式から回転位置θは下記（３）式で求まる。
θ＝ｄ（θ）／ｋ−（Ｒｓ−Ｒ０）／ｋ（ｄｅｇ） ・・・（３）
即ち、信号変換部１１は、上記（３）式に基づき、センサ９からの出力信号ｄ（θ）を回転位置信号θに変換して出力する。図４は両信号の関係を示す特性図である。なお、センサ９の出力には温度の影響が無視できない場合があるので、温度センサ１０がその温度を検出して、信号変換部１１においてセンサ９の出力の温度補正を行う。
【００１４】
以上のように、この実施の形態１における回転位置検出装置では、被検体８は金属導電材で構成すれば足り、丈夫で耐環境性にも優れ非接触式であること等から信頼性が高い。また、高周波コイル１３は従来のレゾルバ方式のものに比較して小型であり、装置全体として小型化が可能になるとともに安価で量産性に優れている。
【００１５】
なお、以上では、距離ｄが回転角度θの一次の関数となる、換言すれば、上記（１）式におけるｋを定数とした場合を示したが、回転角度θに対して距離ｄが一意に決定されるように構成すれば必ずしも一次の関数でなくてもよい。
【００１６】
また、図１では、被検体８の対向面８Ａが、回転子１の回転軸２と平行でかつ回転軸２と鎖交するように、被検体８を回転軸２に取り付け、センサ９は被検体８の対向面８Ａと向き合って回転軸２の径方向における対向面８Ａまでの距離を検出するよう固定子フレーム５に取り付けている。
しかし、被検体８およびセンサ９の位置関係は以上のものに限られるものではなく、被検体８を例えば図５に示す形状で製作し、これを図６に示すように、取り付ける構成としてもよい。即ち、被検体８の対向面８Ａが回転軸２と直角でかつ回転軸２と鎖交するように、被検体８を回転子１の回転コア３に取り付け、センサ９は被検体８の対向面８Ａと向き合って回転軸２の軸方向における対向面８Ａまでの距離を検出するよう固定子フレーム５に取り付けている。
【００１７】
更に、図示は省略するが、図６で被検体８とセンサ９との取付位置を入れ替えた構成としてもよい。即ち、図５で示す、被検体８の対向面８Ａが回転軸２と直角でかつ回転軸２と鎖交するように、被検体８を固定子４の固定子フレーム５に取り付け、センサ９は被検体８の対向面８Ａと向き合って回転軸２の軸方向における対向面８Ａまでの距離を検出するよう回転子１の回転コア３に取り付ける。但し、このケースでは、センサ９の出力は、例えば、スリップリング等を介して固定側に導出する必要がある。また、高周波発信回路１２の出力は一般に正弦波状のものが用いられるが、これを矩形波状としても同様に検出可能であることがわかった。すなわち、高周波発信回路１２の出力は正弦波状のものに限るのではなく、矩形波状のものを使用してもよい。
【００１８】
また、被検体８とセンサ９との設置位置は、上記各例で示した、モータの端部に限られるものではなく、例えばモータ中央部でもよいし、回転子１と連結された別体としてもよい。なお、実験の結果、過電流センサを用いた場合に、センサ対向面の面粗さが３μｍＲｍａｘ以下とすることで、安定したセンサ出力が得られることがわかった。また、高周波発振回路１２の出力は一般に正弦波状のものが用いられるが、これを矩形波状としても同様に検出可能であることがわかった。すなわち、高周波発振回路１２の出力は正弦波状のものに限るのではなく、矩形波状のものを使用してもよい。
【００１９】
実施の形態２．
先の実施の形態１においては、被検体８とセンサ９との距離は、回転子１の絶対位置（機械角）と対応していた。言い換えれば、回転子１の機械的な１回転３６０（ｄｅｇ）に対して、距離が一意に決定されるような構成となっている。ところで、例えばモータにおいて、速度やトルクを制御したいが、位置決定制御を行う必要はない場合には、回転子１の絶対位置情報は必要でなく、電気角の情報のみがあればよい。即ち、電気角３６０（ｄｅｇ）に相当する１極対ごとに信号を出力できればよい。これによって、機械角から電気角への変換部を省略することができる。
【００２０】
図７は、この実施の形態２における被検体８を回転軸２の軸方向から見た図で、同図（ａ）は４極（２極対）機の場合、同図（ｂ）は８極（４極対）機の場合に使用するものである。例えば、同図（ａ）の２極対の場合は、回転軸２の１／２回転分である区分回転の範囲で、被検体８の対向面８Ａからセンサ９までの距離が一意に決定されるよう形成されている。
【００２１】
また、この区分回転の範囲での対向面８Ａとセンサ９との距離を同一とすると、極対の増加とともにセンサ９の分解能が上昇する。即ち、モータの極対数をＰとすると、同一のセンサ性能の条件下で電気角の角度分解能が実施の形態１の場合に比べてＰ倍になる。
図８は、８極（４極対）機の場合の回転角度に対するセンサ９の出力信号を示したものである。
【００２２】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３における回転位置検出装置を装着したモータの断面図である。ここでは、被検体とセンサとの組を２つ用いることにより、精度を向上しつつ絶対位置の検出を可能としている。即ち、一方の被検体８１は図１０（ａ）に示すように、電気角検出用に構成され、他方の被検体８２は図１０（ｂ）に示すように、極対判別用に構成されている。この極対判別用のセンサ９２の出力信号特性を図１１に示す。
両センサ９１、９２は相互に干渉しないように取り付けられ、信号変換部１１は両センサ９１、９２の信号を入力することにより、精度（分解能）が高く絶対位置の検出が可能な回転位置検出装置を得ることができる。
なお、被検体とセンサとの組数は２つに限定されるものではなく、この組数を増やすことにより分解能を更に向上させることができる。
【００２３】
実施の形態４．
図１２は、この発明の実施の形態４における回転位置検出装置で採用する被検体８３を示す図である。
先の実施の形態１の図２（図３）で示す被検体８を使用した場合のセンサ９の出力信号特性は、図４に示すように、出力信号（センサと被検体との距離）が急変化する不連続点が存在し、この付近で位置情報が不安定になる可能性がある。この実施の形態４では、図１２に示す２種類の被検体８３、８４を使用し、この不連続点をなくして連続的に変化する出力信号特性を得ている。
【００２４】
即ち、一方の被検体８３には図１２（ａ）に示した構成のものを用いることで、図１３に示すような滑らかな（出力信号特性の微分係数が連続関数となる）信号波形が得られる。そして、絶対位置を検出するため、図１２（ｂ）に示す極対判別用の被検体８４を併用する。これによって不連続点がなくなり、安定した回転位置検出が可能となる。
【００２５】
実施の形態５．
図１４は、この発明の実施の形態５における回転位置検出装置において、先に例示した各種被検体と併用する被検体８５を示す図である。
先の実施の形態１では、温度変化による出力変動を、温度センサ１０を用いて補正していたが、出力変動要因としては、温度変化のほかに工作時の取り付け位置の誤差の影響も考えられ、これが回転位置検出誤差につながる恐れがある。この実施の形態５は、図１４に示す校正用被検体８５およびこれとの間の距離（ここでは、角度にかかわらず一定値となる）を検出する校正用センサ９５（図示省略）を、先の実施の形態例で説明した通常の被検体、センサの組とは別に設けることで、上記した誤差の補償を行うものである。
【００２６】
即ち、通常のセンサ９の出力を、
ｖａ＝ｖ１・ｆ（θ） ・・・（４）
と表現すると、実際には温度変化等による出力比例誤差係数ｋｔが係り、また、取り付け位置誤差等による出力オフセット誤差ｖｅｒｒが加算されるので、これら誤差を考慮した出力は下記（５）式で表されることになる。
ｖａ＝ｋｔ・（ｖ１・ｆ（θ）＋ｖｅｒｒ） ・・・（５）
【００２７】
これに対し、通常のセンサ９と同一仕様をもつ校正用センサ９５を用いて得られる出力ｖｂは、両組の被検体、センサ組が、その温度依存性および取り付け位置誤差が同等になるよう調整されているので、一定値ｖ２を用いて下記（６）式で表される。
ｖｂ＝ｋｔ・（ｖ２＋ｖｅｒｒ） ・・・（６）
ここで、ｖ２》ｖｅｒｒとなるように調整しておけば、下記（７）式で示す信号処理を行うことにより、温度誤差や取り付け位置誤差等に影響されない正確で安定した出力ｖｏｕｔが得られる。
ｖｏｕｔ＝（ｖａ−ｖｂ）／ｖｂ
≒（ｖ１／ｖ２）・ｆ（θ）−１ ・・・（７）
【００２８】
実施の形態６．
以下では、この発明に係る回転位置検出装置に使用するセンサの変形例について説明する。図１５はこの発明の実施の形態６における回転位置検出装置のセンサ９６の検出原理を示す図である。図において、１４は駆動回路、１５は半導体レーザ、１６は投光レンズ、１７は受光レンズ、１８は光位置検出素子、１９は信号増幅回路である。
半導体レーザ１５から出たレーザ光は、投光レンズ１６を経て被検体８の対向面８Ａで反射し、受光レンズ１７を通過して光位置検出素子１８の一点に焦点を結ぶ。
【００２９】
測定対象物である被検体８との距離が変化するごとにこの焦点も移動するので、その焦点位置を検出することにより距離が測定できる。
この方式の場合、センサ部の構成がやや複雑になるが、被検体は導電体に限定されず、その材料の選択範囲が広がる利点がある。例えば、樹脂成形品で構成すれば、高精度でかつ量産性の良い被検体が得られる。非接触であるため信頼性が高いことは実施の形態１の高周波磁界を利用した方式と同様である。
【００３０】
実施の形態７．
図１６は、この発明の実施の形態７における回転位置検出装置のセンサ９６の検出原理を示す図である。図において、２０は超音波発振部、２１は超音波受信部である。
超音波発振部２０から出た超音波が測定対象物である被検体８の対向面８Ａに反射して戻ってくるまでの時間を検出し、これと音速とから距離Ｌを測定する。 この方式の場合も実施の形態６と同様に、センサ部の構成がやや複雑になるという欠点があるが、被検体は導電体に限定されず、被検体の材料の選択範囲が広がる。また、非接触であるため信頼性が高いこと、温度による変動を補正するのが望ましいことは実施の形態１と同様である。
【００３１】
実施の形態８．
図１７は、この発明の実施の形態８における回転位置検出装置のセンサ９７を示す図、図１８はその検出原理を示す図である。図において、２２は１次コイル２３および２次コイル２４を有するトランス、２５は各コイル２３、２４の軸方向に移動可能に構成された可動鉄心部で、その一端はバネ部２６の張力により測定対象物である被検体８の対向面８Ａに常に当接するよう保たれている。
【００３２】
１次コイル２３に交流電圧を印加した場合、２次コイル２４のそれぞれに出力される電圧は、可動鉄心部２５の軸方向位置によって変化することから、この２つの２次コイル２４の電圧差出力から被検体８までの距離を検出することができる。
この方式の場合、可動式の接触部分が存在するため長期信頼性という点ではやや不利であるが、可動部の具体的な移動動作を観測するので、確実な測定が可能となる。
【００３３】
実施の形態９．
本実施の形態は、被検体の対向面での面粗さによって過電流センサの出力が変化することを利用し、図２に示した被検体８の対向面８Ａの粗さを工夫した例である。
【００３４】
例えば、センサと被検体８の対向面８Ａとの距離を設置スペースが狭いなどのために離すことができないような場合、距離が遠い部分での面粗さを粗くすることで過電流が流れにくくなり、センサ出力としては、距離が実際よりも離れているかのような信号が出力される。このように、被検体８の対向面８Ａの一部分における面粗さを変更することにより、出力信号の補正（リニアリティの向上など）を行うことができる。
【００３５】
さらに、物理的な空隙長が一定のままでも、面粗さを漸次変化させることにより、回転角の検出が可能である。例えば、図１４に示したような形状の被検体８５を用い、面粗さを周方向に漸次変化させることで、角度情報と面粗さ情報とが対応することになり、これを用いて角度情報を検出することができる。
【００３６】
本実施の形態においては、過電流センサを用いる例について示したが、それに限られるものではなく、例えばレーザ光を用い、被検体の対向面の面粗さによりレーザ光の反射率が変化することを利用して回転角度の検出が可能になる。
【００３７】
実施の形態１０．
図１９は、本発明の実施の形態１０における被検体を示す斜視図である。同図に示したように、本実施の形態は、被検体８６の対向面８６Ａを一面のみではなく複数面とした例であり、同図は３つの対向面８６Ａそれぞれのセンサとの距離が回転角度に応じて変化する例である。このような構成とした被検体８６に対し、例えば、上面および側面の２面に対して２つのセンサを配置し、この２つのセンサの出力信号を平均化処理することで、コンパクトな形状を保ちつつ、測定の信頼度を向上することができる。
【００３８】
図１９では、３つの対向面８６Ａをセンサの検出面とした場合に、いずれも回転角度に応じてセンサの出力信号が変化する例を示したが、例えば、図２に示した被検体８を用い、上面と側面をセンサの検出面とすれば、側面で回転角度信号を、上面で温度補償用の基準信号を得ることができ、１つの被検体８で両方の出力信号を得ることができる。
【００３９】
実施の形態１１．
図２０は、この発明の実施の形態１１における回転位置検出装置を装着したアクチュエータの断面図である。本実施の形態は、１回転以上であるが連続回転しない（例えば、２回転＝７２０゜しか回転しないなど）アクチュエータの絶対位置検出を行う例であり、図において、２７は回転子１の内径側に設けられたスクリュー型の雌ねじ、２８は雌ねじ２７と螺合するスクリュー型の雄ねじ２９が設けられた可動部、３０は可動部の端面、９８，９９は固定子４側のフレーム５内壁に取り付けられたセンサである。
【００４０】
本実施の形態の動作を図２０を用いて説明する。回転子１のスクリュー型の雌ねじ２７が回転すると、スクリュー型の雌ねじ２７と螺合するスクリュー型の雄ねじ２９が設けられた可動部２８が左右に移動する。このようなアクチュエータのような移動機構を駆動するモータは、連続して多数回を回り続けることはなく、数回転程度の限られた範囲で駆動される。この場合、アクチュエータの駆動範囲の全領域にわたり位置検出を行うため、２つのセンサ９８，９９を用いる。１回転の中での回転角度検出には、実施の形態１と同様の被検体８とセンサ９８を用いる。回転角度検出とは別に、アクチュエータが今何周目を回っているかを判断するための簡単な判断手段として、左右に移動する可動部２８の端面３０を被検体の対向面とし、可動部の端面３０と対向するセンサ９９を設け、端面３０とセンサ９９との距離により、回転回数を検出する。このように、２つのセンサ９８，９９の出力信号を組み合わせることによって、３６０゜以上の絶対角度検出が可能になる。
【００４１】
実施の形態１２．
図２１は、この発明の実施の形態１２における回転位置検出装置を装着したアクチュエータの断面図であり、図２２は、図２１の被検体を示す斜視図である。本実施の形態は、実施の形態１１と同様、１回転以上であるが連続回転しない（例えば、２回転＝７２０゜しか回転しないなど）アクチュエータの絶対位置検出を行う例であるが、センサを１つだけ設ける場合である。
【００４２】
センサを１つだけしか設けない場合、１回転までの範囲はこれまでに説明した方式で対応可能であるが、１回転を越える分については、それが何周目にあたるかが判別できないため、上掲の実施の形態１１では複数のセンサを設けた。
【００４３】
センサ１つで検出できるようにするため、図２１に示したように、被検体８６をアクチュエータの可動部２８に取り付け、センサ９を回転子１につながった回転部に取り付け、図２２に示したように、被検体８６をソフトクリームのような構造、すなわち、センサ９の回転に応じてセンサ９が対向する対向面８６Ａの軸方向位置が漸次変化するとともに、センサ９が対向する対向面８６Ａの高さ（センサとの距離）もセンサ９の回転に応じて変化する構造とした。この構造によれば、センサ９の回転角度と回転数に応じてセンサ９と対向面８６Ａとの距離が変化するので、実際にアクチュエータが回転する角度範囲ににわたって１つのセンサのみで３６０゜以上の絶対角度検出が可能になる。
【００４４】
実施の形態１３．
実施の形態１〜１２では、距離センサの出力特性（距離と出力信号との関係）が線形である場合を仮定して説明してきた。すなわち、センサの出力特性が線形ではないことが予め分かっている場合には、これを変換部側で補正して用いる場合の説明であった。
【００４５】
本実施の形態においては、距離センサの出力特性が非線形であることが分かっている場合に、あらかじめ被検体の形状を工夫することで出力特性を線形とした場合である。図２３に示したように、被検体とセンサの距離ｄ（ｍ）に対するセンサ出力電圧をｆ（ｄ）（Ｖ）とし、被検体の形状関数ｄ（θ）とこれに対するセンサ出力ｇ（θ）（Ｖ）の関係が下記（８）式となるような形状関数ｄ（θ）を求め、この関数に基づいて被検体の形状を決定し、加工する。
ｇ（θ）＝ｇ（ｆ（ｄ）、ｄ（θ））
＝Ａ・θ＋Ｂ（Ａ、Ｂは定数） ・・・（８）
ここで、θはある基準位置からの機械角度（ｄｅｇ）である。この被検体を用いた場合の角度θと出力電圧ｇ（θ）（Ｖ）の関係を図２４に示す。θに対してほぼ線形となり、変換部での非線形処理が不要となるため、安価なセンサを実現できる。また、高精度な角度検出が必要な場合には、変換部のメモリに補正項を設け、簡単な非線形処理を併用することで、センサの個体差を吸収することもできる。
【００４６】
なお、この発明の回転位置検出装置に採用するセンサとしては、上掲各実施の形態で説明した方式のものに限られるものではないことは当然である。更に、被検体の形状も、上掲のものに限られるものではない。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１に係る回転位置検出装置は、回転中、常に互いに向き合うように、回転部と固定部とのいずれか一方に被検体を他方にセンサを取り付け、上記センサの出力を上記回転部の回転位置に変換する変換部を備えた回転位置検出装置において、
上記被検体は、環状に形成された、上記センサとの対向面の面粗さが上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、
上記センサは、上記被検体の対向面の面粗さに基づき、上記被検体の対向面との距離を検出するので、小形で信頼性の高い回転位置検出装置を提供することができる。
【００４８】
また、請求項２に係る回転位置検出装置は、上記被検体の上記センサとの対向面は、上記センサからの距離が上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、上記センサは、上記被検体の対向面との距離及び上記対向面の面粗さの双方に基づいて回転位置を検出するので、小形で信頼性の高い回転位置検出装置を提供することができる。
【００４９】
また、請求項３に係る回転位置検出装置は、上記センサを複数設けるとともに、１つの被検体が有する複数の面を対向面として、上記複数の対向面にはそれぞれ、上記回転部の全稼動域において、上記センサのうち各々異なるものが対向しているものであるので、コンパクトな形状を保ちつつ、測定の信頼度を向上させることができる。
【００５０】
また、請求項４に係る回転位置検出装置は、上記複数の対向面は、２つないし３つの面からなり、そのうち１つの対向面は、回転部の回転軸と平行で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置され、他の対向面は、回転部の回転軸と直角で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置されているので、１つの被検体で回転角度信号及び温度補償用の基準信号を得ることができる。
【００５１】
また、請求項５に係る回転位置検出装置は、被検体は、回転部の１／Ｎ（Ｎは正の整数）回転分である区分回転の範囲で、センサからその対向面までの距離が一意に決定されるよう構成したので、モータ等へ適用した場合には、機械角から電気角への変換が不要となり、また、位置検出の分解能の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における回転位置検出装置を装着したモータの断面図である。
【図２】 図１の被検体８単体を示す斜視図である。
【図３】 図１の回転位置検出装置の検出動作を説明するための図である。
【図４】 図１の回転位置検出装置の出力信号特性を示す図である。
【図５】 被検体８の他の構成例を示す斜視図である。
【図６】 図５の被検体８を使用した回転位置検出装置を装置したモータの断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態２における回転位置検出装置の被検体８を示す図である。
【図８】 図７の被検体８を使用した回転位置検出装置の出力信号特性を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態３における回転位置検出装置を装着したモータの断面図である。
【図１０】 図９の回転位置検出装置に使用する被検体８１、８２を示す図である。
【図１１】 図１０の被検体８２を使用した回転位置検出装置の出力信号特性を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態４における回転位置検出装置に使用する被検体８３、８４を示す図である。
【図１３】 図１２の被検体８３を使用した回転位置検出装置の出力信号特性を示す図である。
【図１４】 この発明の実施の形態５における回転位置検出装置に使用する被検体８５を示す図である。
【図１５】 この発明の実施の形態６における回転位置検出装置に使用するセンサ９５を示す図である。
【図１６】 この発明の実施の形態７における回転位置検出装置に使用するセンサ９６を示す図である。
【図１７】 この発明の実施の形態８における回転位置検出装置に使用するセンサ９７を示す図である。
【図１８】 図１７のセンサ９７の動作を説明する図である。
【図１９】 この発明の実施の形態１０における回転位置検出装置の被検体を示す図である。
【図２０】 この発明の実施の形態１１における回転位置検出装置を装着したアクチュエータの断面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態１２における回転位置検出装置を装着したアクチュエータの断面図である。
【図２２】 図２１の被検体８６単体を示す斜視図である。
【図２３】 被検体とセンサとの距離に対するセンサ出力信号電圧と位置角度との関係を示す図である。
【図２４】 形状関数に基づいて決定した被検体を用いた場合の位置角度とセンサ出力信号電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 回転子、４ 固定子、
８，８１，８２，８３，８４，８５，８６ 被検体、
９，９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９ センサ、
１１ 信号変換部、１２ 高周波発振回路、１３ 高周波コイル、１５ 半導体レーザ、
１８ 光位置検出素子、２０ 超音波発振部、２１ 超音波受信部、２２ トランス、
２５ 可動鉄心部、２６ バネ部、２７ スクリュー型の雌ねじ、２８ 可動部、
２９ スクリュー型の雄ねじ、３０ 可動部の端面。
Claims (4)
- 回転中、常に互いに向き合うように、回転部と固定部とのいずれか一方に被検体を他方にセンサを取り付け、上記センサの出力を上記回転部の回転位置に変換する変換部を備えた回転位置検出装置において、
上記被検体は、環状に形成された、上記センサとの対向面の面粗さが上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、
上記センサは、上記被検体の対向面の面粗さに基づき、上記被検体の対向面との距離を検出することを特徴とする回転位置検出装置。 - 上記被検体の上記センサとの対向面は、上記センサからの距離が上記回転部の回転位置に応じて変化する外形を有し、上記センサは、上記被検体の対向面との距離及び上記対向面の面粗さの双方に基づいて回転位置を検出することを特徴とする請求項１記載の回転位置検出装置。
- 上記センサを複数設けるとともに、１つの被検体が有する複数の面を対向面として、上記複数の対向面にはそれぞれ、上記回転部の全稼動域において、上記センサのうち各々異なるものが対向していることを特徴とする請求項１または２記載の回転位置検出装置。
- 上記複数の対向面は、２つないし３つの面からなり、そのうち１つの対向面は、回転部の回転軸と平行で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置され、他の対向面は、回転部の回転軸と直角で、かつ、上記回転軸と鎖交するように配置されていることを特徴とする請求項３記載の回転位置検出装置。
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