JP5620728B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body.
近年、例えば自動車に搭載されるパワーステアリング装置やエアコンディショナなどでは、その駆動源となるモータとして、いわゆるブラシレスモータが使用されることが多い。このブラシレスモータは、一般に、永久磁石によって形成されるロータと、通電可能とされたコイルからなるステータとを有し、ステータに供給される電力に応じた電磁力をロータに作用させることでモータの回転軸を回転させるものである。そして、このブラシレスモータでは、通常、ロータの回転角度を検出する回転角度検出装置が設けられており、この回転角度検出装置を通じて検出されるロータの回転角度に基づいて上記ステータへの給電を制御し、これによってモータの回転軸の回転態様を制御するようにしている。 In recent years, for example, in a power steering device or an air conditioner mounted on an automobile, a so-called brushless motor is often used as a motor serving as a driving source. This brushless motor generally has a rotor formed of permanent magnets and a stator made of a coil that can be energized, and an electromagnetic force corresponding to the electric power supplied to the stator is applied to the rotor to cause the motor to move. The rotating shaft is rotated. The brushless motor is usually provided with a rotation angle detection device that detects the rotation angle of the rotor, and controls power feeding to the stator based on the rotation angle of the rotor detected through the rotation angle detection device. Thus, the rotation mode of the rotation shaft of the motor is controlled.
このようなロータ、あるいは回転軸等の回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置としては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この回転角度検出装置は、回転体と一体となって回転するパルスリングと、同パルスリングの外周面に対向して配置される励磁コイル、及び励磁コイルの内側に配置される検出コイルとを有している。ここで、パルスリングは磁性材料からなる部材であって、その回転方向に所定間隔で溝が形成されている。このように構成された回転角度検出装置では、励磁コイルによってパルスリングに渦電流を発生させ、当該渦電流により発生する磁束を検出コイルによって検出する。パルスリングには、所定間隔で溝が形成されているので、パルスリングが回転すると溝の有無によって渦電流に変化が生じる。この渦電流の変化に伴い、検出コイルで検出される磁束も変化する。この回転角度検出装置では、磁束の変化に応じて変化する検出コイルに誘起される電圧に基づいて、回転体の回転角度を算出している。
As such a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a rotor or a rotation body such as a rotation shaft, for example, the one described in
特許文献1の回転角度検出装置では、パルスリングが回転した際に、パルスリングに形成された溝の有無により変化する磁界を検出することによって、回転角度の角度検出を行っている。特許文献1では、この回転角度検出装置を軸受に利用しているため、回転体の軸ずれの想定はされていない。しかし、この構成の回転角度検出装置を軸ずれが起き得るもの、例えば、モータなどに適用した場合、励磁コイルとパルスリングとの距離、あるいは検出コイルとパルスリングとの距離が変化することが想定される。検出コイルに誘起される電圧は、励磁コイルとパルスリングとの距離、あるいは検出コイルとパルスリングとの距離が変化することによっても変化する。このような状況では、検出コイルに誘起される電圧の変化が、軸ずれによるものであるのか、パルスリングの回転に伴う溝の有無の検出によるものであるのかが不明となるおそれがある。従って、これを解消するためには、回転体の軸ずれを検知する他のセンサを設ける必要があった。しかし、他のセンサを設けることは、部品点数の増加を招く。そこで、回転体の軸ずれを検出できる回転角度検出装置の開発が望まれていた。
In the rotation angle detection device of
本発明は、こうした実状を鑑みてなされたものであり、その目的は、回転角度の検出に用いる構成を利用して、回転体の軸ずれを検知可能とした回転角度検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device capable of detecting an axial deviation of a rotating body using a configuration used for detection of the rotation angle. is there.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、検出対象と一体回転する円盤状の回転体の回転角度を検出対象の回転角度として検出する回転角度検出装置において、前記回転体の円盤面には、当該円盤面の径方向へ延びる複数の溝をその回転方向に角度間隔をおいて設け、前記回転体が回転したとき、前記溝の有無によって変化する前記回転体から発せられる磁界に応じた信号を生成する複数のセンサを前記円盤面に対向して設け、前記センサにより生成される信号に基づき前記回転体の回転角度を求めるとともに、前記回転体の軸ずれの有無を検出することを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
同構成によれば、円盤面に対向する複数のセンサを設けることにより、同センサは、回転体の軸ずれを検出することができる。また、この円盤面には径方向へ延びる溝が形成されている。センサは、この溝の有無の検出によって回転体の回転角度を検出する。さらに、センサは、回転体が軸ずれした場合には、センサと溝との対向する位置関係が変化することにより、その軸ずれを検出することができる。すなわち、本構成によれば、回転体の回転角度を検出するのに必要な構成により、回転体の軸ずれを検出することができる。 According to this configuration, by providing a plurality of sensors facing the disk surface, the sensors can detect the axial deviation of the rotating body. Further, a groove extending in the radial direction is formed on the disk surface. The sensor detects the rotation angle of the rotating body by detecting the presence or absence of the groove . Further, the sensor can detect the axial deviation by changing the positional relationship between the sensor and the groove when the rotating body is misaligned. That is, according to this configuration, it is possible to detect the axial deviation of the rotating body with the configuration necessary for detecting the rotation angle of the rotating body.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の回転角度検出装置において、前記回転体の第1の円盤面には、複数の溝を第1の角度間隔で設け、前記第1の円盤面と反対側の第2の円盤面には、複数の溝を前記第1の角度間隔とは異なる第2角度間隔で設け、前記センサは、前記第1及び第2の円盤面にそれぞれ複数個が対向して設けられてなることを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the rotational angle detection device according to the first aspect, a plurality of grooves are provided at first angular intervals on the first disk surface of the rotating body, and the first circular surface is provided. The second disk surface opposite to the disk surface is provided with a plurality of grooves at a second angle interval different from the first angle interval, and a plurality of sensors are provided on each of the first and second disk surfaces. The gist is that they are provided opposite to each other.
同構成によれば、回転角度検出装置は、回転体の第1及び第2の円盤面に設けられる複数の溝の角度間隔が異なるため、双方から回転角度を検出することができる。このため、この回転角度検出装置では、回転体の1周(360°)における絶対角の算出が可能になる。 According to this configuration, the rotation angle detection device can detect the rotation angle from both sides because the angular intervals of the plurality of grooves provided on the first and second disk surfaces of the rotating body are different. For this reason, in this rotation angle detection device, it is possible to calculate an absolute angle in one rotation (360 °) of the rotating body.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の回転角度検出装置において、前記第1及び第2の円盤面に対向する前記センサは、それぞれ前記回転体の回転軸を挟んで互いに反対側に2つ設けられることを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the rotation angle detecting device according to the second aspect, the sensors facing the first and second disk surfaces are opposite to each other across the rotation axis of the rotating body. The gist is that two are provided.
同構成によれば、回転体の回転軸が傾く軸ずれの場合、一方のセンサと回転体とが近接するとき、他方のセンサと回転体とは離間する。従って、一方のセンサには強い磁界が付与され、他方のセンサには弱い磁界が付与されることとなる。すなわち、同じ円盤面に対向する2つのセンサに付与される磁界の強さが異なる。このように、同じ円盤面に対向する2つのセンサが、回転体の回転軸を挟んで反対側に設けることによって、回転体の回転軸が傾く場合における軸ずれを、容易に検出することがきできる。 According to the same configuration, when the rotational axis of the rotating body is tilted, when the one sensor and the rotating body are close to each other, the other sensor and the rotating body are separated from each other. Therefore, a strong magnetic field is applied to one sensor, and a weak magnetic field is applied to the other sensor. That is, the strengths of the magnetic fields applied to the two sensors facing the same disk surface are different. As described above, the two sensors facing the same disk surface are provided on the opposite sides of the rotating shaft of the rotating body, so that an axial deviation when the rotating shaft of the rotating body is tilted can be easily detected. .
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の回転角度検出装置において、前記回転体の回転軸を挟んで設けられる2つのセンサの角度間隔は、前記溝の角度間隔と異なることを要旨とする。 The invention according to claim 4 is the rotational angle detection device according to claim 3, wherein the angular interval between the two sensors provided across the rotational axis of the rotating body is different from the angular interval of the groove. And
2つのセンサから出力される信号が一致する場合、片方のセンサは、回転体の軸ずれのみを検出するセンサとなる。同構成によれば、2つのセンサから出力される信号には、ずれが生じる。すなわち、これにより、同一面に形成される溝から2通りの方法でもって回転体の回転角度を検出することができるので、回転体の角度を精度良く検出することができる。 When the signals output from the two sensors coincide with each other, one of the sensors is a sensor that detects only the axis deviation of the rotating body. According to the configuration, the signals output from the two sensors are displaced. In other words, the rotation angle of the rotating body can be detected from the grooves formed on the same surface by two methods, and therefore the angle of the rotating body can be detected with high accuracy.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転角度検出装置において、前記回転体は導電性材料からなり、前記センサは、前記回転体の円盤面に交番磁界を付与することにより同円盤面に渦電流を発生させる励磁コイルと、前記回転体の円盤面に発生した渦電流に起因して生じる磁界の変化を検出する検出コイルとを備え、前記検出コイルを通じて検出される磁界の変化に基づいて前記溝の近接を検知する渦電流探傷センサであることを要旨とする。
The invention described in claim 5, in the rotation angle detection apparatus according to
同構成によれば、円筒状の導電性材料に溝を形成するのみで、回転角度の検出に適した回転体を容易に構成することができる。 According to this configuration, it is possible to easily configure a rotating body suitable for detection of a rotation angle only by forming a groove in a cylindrical conductive material.
本発明では、回転角度の検出に用いる構成を利用して、回転体の軸ずれを検知可能とした回転角度検出装置を提供することができる。 In the present invention, it is possible to provide a rotation angle detection device that can detect the axial deviation of the rotating body by using the configuration used for detecting the rotation angle.
以下、本発明にかかる回転角度検出装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示されるように、ブラシレスモータ10のモータ軸11には、同モータ軸11と一体回転する回転体20が設けられている。この回転体20は導電性材料からなり円盤状をなす。図2(a)及び図2(b)に示すように、回転体20の左面(第1の円盤面)には、径方向に延びる5本の溝D(72°毎に1本)が、同じく右面(第2の円盤面)には、径方向に延びる6本の溝D(60°毎に1本)が、それぞれ形成されている。溝Dは、回転体20の左面及び右面において、回転方向に一定間隔をおいて設けられている。
Hereinafter, an embodiment of a rotation angle detection device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the motor shaft 11 of the
図1に示すように、回転体20の左方及び右方には、合計4つの渦電流探傷センサ30(30A,30B,30C,30D)が設けられている。渦電流探傷センサ30A,30Bは、回転体20の左面に、渦電流探傷センサ30C,30Dは、回転体20の右面にそれぞれ対向している。渦電流探傷センサ30A,30B及び渦電流探傷センサ30C,30Dは、モータ軸11を挟んで反対側に設けられている。
As shown in FIG. 1, a total of four eddy current flaw detection sensors 30 (30A, 30B, 30C, 30D) are provided on the left and right sides of the
渦電流探傷センサ30は、励磁コイル31とこれの内側に設けられる検出コイル32とにより構成され、それらの軸方向は、回転体20の円盤面(左面及び右面)に対して垂直方向(モータ軸11の軸方向と同一)となるように設けられている。励磁コイル31(31A,31B,31C,31D)は、交流電圧の供給に基づいて回転体20の円盤面に対して交番磁界を印加して、当該回転体20の表面(ここでは円盤面)に渦電流を発生させる。これに対して、検出コイル32(32A,32B,32C,32D)は、渦電流によって生じる磁界(交番磁界)に誘起されて交流電圧を出力する。検出コイル32が誘起される交流電圧は、回転体20の回転に伴う溝Dの有無により変化する。
The eddy current flaw detection sensor 30 includes an
各渦電流探傷センサ30は、制御装置12と電気的に接続されている。制御装置12は、各励磁コイル31への交流電圧の供給制御と、各検出コイル32に誘起される交流電圧に基づき、回転体20、すなわちモータ軸11の回転角度の検出を行う。また、制御装置12は、各検出コイル32の検出結果に基づき、回転体20の軸ずれの検出も行う。
Each eddy current flaw detection sensor 30 is electrically connected to the
図2(a)に示すように、励磁コイル31と検出コイル32とは、同心円状に設けられる。今、モータ軸11の上側に設けられる渦電流探傷センサ30Aの位置を回転体20の軸心(モータ軸11)に対して0°とすると、モータ軸11の下側の渦電流探傷センサ30Bは、162°(72°+72°+18°(=72°/4))の位置に設けられる。すなわち、渦電流探傷センサ30Bは、渦電流探傷センサ30Aに対して溝間隔(ここでは72°)から4分の1周期だけ時計方向へずらした位置(18°)に配置される。
As shown in FIG. 2A, the
一方、図2(b)に示すように、モータ軸11の上側に設けられる渦電流探傷センサ30Cの位置を回転体20の軸心に対して0°とすると、モータ軸11の下側の渦電流探傷センサ30Dは、195°(60°+60°+60°+15°(=60°/4))の位置に設けられる。すなわち、渦電流探傷センサ30Dは、渦電流探傷センサ30Cに対して溝間隔(ここでは60°)から4分の1周期だけ時計方向へずらした位置(15°)に配置される。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the position of the eddy current
次に、各渦電流探傷センサ30A,30B,30C,30Dと回転体20との距離の検出原理、及び回転体20に設けられる溝Dの検出原理について説明する。ここでは、渦電流探傷センサ30Aについて代表的に説明する。
In the following, the
図3(a)に示すように、この渦電流探傷センサ30Aでは、一定の周波数の交流電圧の供給を通じて励磁コイル31Aが交番磁界を被検出体(ここでは、回転体20)に付与する。これによって回転体20の外周面の表面には渦電流Iwが発生する。検出コイル32Aは、渦電流Iwによって誘起される交番磁界と、励磁コイル31Aに供給される交流電圧によって誘起される交番磁界との合成磁界により、交流電圧が誘起される。
As shown in FIG. 3A, in this eddy current
図3(a)に示すように、渦電流探傷センサ30Aの直下又はその近傍に溝Dが存在しない場合には、回転体20が回転した場合であっても、渦電流探傷センサ30Aと回転体20の外周面との距離は一定(基準距離)となる。励磁コイル31Aに交流電圧を印加すると、回転体20の表面に渦電流Iwが発生する。このとき、検出コイル32Aには、この渦電流Iwによって図5(a)に示す交流電圧が誘起される。すなわち、検出コイル32Aに誘起される交流電圧(振幅)は、渦電流探傷センサ30Aと回転体20の円盤面との距離に応じた一定の値に保たれる。
As shown in FIG. 3A, when the groove D does not exist immediately below or in the vicinity of the eddy current
図4(a)に示すように、回転体20が軸ずれして、当該回転体20の外周面と渦電流探傷センサ30Aとの距離が基準距離よりも大きくなる場合には、図5(b)に示すように、検出コイル32Aに誘起される交流電圧(振幅)は、小さくなる。反対に、図4(b)に示すように、回転体20の外周面と渦電流探傷センサ30Aとの距離が基準距離よりも小さくなる場合には、図5(c)に示すように、検出コイル32Aに誘起される交流電圧(振幅)は、大きくなる。
As shown in FIG. 4A, when the
制御装置12は、検出コイル32Aが誘起される交流電圧の大きさによって、回転体20の外周面と検出コイル32Aとの距離を検出して、回転体20の軸ずれを検出することができる。
The
また、検出コイル32Aに誘起される交流電圧の大きさは、溝Dの有無によっても変化する。図4(b)に示すように、回転体20が図示矢印方向に回転して、渦電流探傷センサ30Aの直下又はその近傍に溝Dなどが存在している場合には、渦電流Iwの流れに変化が生じる。例えば、図3(a)に示す状態と比較すると、図3(b)に示す状態では、渦電流Iwの一部は溝Dによって遮断される。すなわち、渦電流Iwが好適に流れる面積が減少する。渦電流Iwによって生じる磁界の強さは、渦電流Iwが流れる面積の大きさに比例する。従って、図3(b)に示す状況では、検出コイル32Aに誘起される交流電圧(振幅)は、図5(b)に示すように小さくなる。
Further, the magnitude of the AC voltage induced in the
このように、渦電流探傷センサ30Aでは、溝Dの有無を、検出コイル32Aに誘起される交流電圧の変化によって検出することができる。なお、回転体20の軸ずれの検出及び溝Dの有無の検出は、各渦電流探傷センサ30A,30B,30C,30Dのいずれにおいても可能である。
Thus, in the eddy current
次に、回転体20の軸ずれが起きない前提で、回転体20が回転したときの回転角度の検出態様について説明する。
制御装置12から、図6(a)に示す波形の交流電圧が印加された各励磁コイル31A,31B,31C,31Dは、各々が対おいする回転体20の表面(円盤面)に渦電流を発生させる。この場合において、検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の波形を、図6(b)、図6(c)、図6(d)、及び図6(e)にそれぞれ示す。
Next, a detection mode of the rotation angle when the
Each
回転体20の左面には、72°毎に溝Dが形成されているので、検出コイル32A,32Bに誘起される交流電圧の波形は、図6(b)及び図6(c)に示すように、72°毎に振幅が著しく小さくなる。また、検出コイル32Bは、検出コイル32Aに対して溝Dの間隔の4分の1周期だけずらして配置されているため、検出コイル32Bに誘起される交流電圧の波形は、検出コイル32Aに誘起される交流電圧の波形に対し、位相が4分の1周期分(18°)ずれたものとなる。
Since the groove D is formed on the left surface of the
回転体20の右面には、60°毎に溝Dが形成されているので、検出コイル32C,32Dに誘起される交流電圧の波形は、図6(d)及び図6(e)に示すように、60°毎に振幅が著しく小さくなる。また、検出コイル32Dは、検出コイル32Cに対して溝Dの間隔の4分の1周期だけずらして配置されているため、検出コイル32Dに誘起される交流電圧の波形は、検出コイル32Cに誘起される交流電圧の波形に対し、位相が4分の1周期分(15°)ずれたものとなる。
Since the groove D is formed on the right surface of the
制御装置12は、検出コイル32A,32B及び検出コイル32C,32Dに誘起された交流電圧の波形に基づき、回転体20の回転角度を算出する。制御装置12は、まず回転体20の左面及び右面において隣り合う2つの溝Dの間の角度範囲(72°,60°)における回転体20の回転角度θ1,θ2を算出する。
The
本例では、検出コイル32A,32Bは4分の1周期ずれた交流電圧(正弦波、余弦波)を出力する。制御装置12は、これらから得られる電圧値Vを式(1)に適用することにより、回転方向において隣り合う2つの溝Dの間の角度範囲(72°)における回転体20の回転角度θ1を特定する。
In this example, the detection coils 32A and 32B output an alternating voltage (sine wave, cosine wave) shifted by a quarter cycle. The
θ=arctanV・・・(1)
検出コイル32A,32Bに誘起される電圧の波形は、4分の1周期ずれているので、この周期のずれから角度θ1を正確に特定することができる。検出コイル32C,32Dに誘起される電圧からも同様にして回転体20の右面において隣り合う2つの溝Dの角度範囲(60°)における回転体20の回転角度θ2が求められる。
θ = arctanV (1)
Since the waveform of the voltage induced in the detection coils 32A and 32B is shifted by a quarter period, the angle θ1 can be accurately specified from the shift of the period. Similarly, from the voltages induced in the detection coils 32C and 32D, the rotation angle θ2 of the
制御装置12の記憶装置には、図7に示すような、角度対応表が格納されている。制御装置12は、検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の波形から特定された回転体20の左面及び右面における回転角度θ1,θ2と、図7に示す角度対応表とから、回転体20、すなわちモータ軸11の1回転(360°)中の回転角度θを絶対値で検出する。例えば、回転体20の左面における回転角度θ1が24°、回転体20の右面における回転角度θ2が36°であった場合には、モータ軸11の回転角度は96°である。このように、左面及び右面において溝間隔の異なる回転体20を採用することにより、モータ軸11の回転角度(絶対角)を正確に算出することができる。
The storage device of the
次に、モータ軸11の軸ずれ(回転体20の位置ずれ)が起きた場合について説明する。なお、図9(a)〜図9(f)に示す各グラフの横軸は回転角度を、縦軸は検出電圧をそれぞれ示す。 Next, the case where the shaft deviation of the motor shaft 11 (positional deviation of the rotating body 20) occurs will be described. 9A to 9F, the horizontal axis indicates the rotation angle, and the vertical axis indicates the detected voltage.
図8に示すように、回転体20が矢印A方向に変位した場合には、当該回転体20と渦電流探傷センサ30A,30Bとの距離が近くなり、回転体20と、渦電流探傷センサ30C,30Dとの距離が遠くなる。この場合、回転体20の左面には、励磁コイル31A,31Bから印加される磁界により誘起される渦電流Iwが通常よりも多く流れる。従って、図9(a)の左側2列に示すように、この渦電流Iwによって検出コイル32A,32Bに誘起される交流電圧の電圧値は高くなる。一方、回転体20の右面には、励磁コイル31C,31Dから印加される磁界により誘起される渦電流Iwが通常よりも少なく流れる。従って、図9(a)の右側2列に示すように、この渦電流Iwによって検出コイル32A,32Bに誘起される交流電圧の電圧値は低くなる。すなわち、制御装置12は、各検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の波形が図9(a)に示す波形となった場合に、回転体20が矢印A方向に変位(軸ずれ)したことを検出することができる。
As shown in FIG. 8, when the
一方、回転体20が矢印A方向とは反対の矢印B方向に変位した場合には、当該回転体20と渦電流探傷センサ30A,30Bとの距離が遠くなり、回転体20と渦電流探傷センサ30C,30Dとの距離が近くなる。すなわち、図9(b)に示すように、検出コイル32A,32Bに誘起される交流電圧の電圧値は低くなるとともに、検出コイル32C,32Dに誘起される交流電圧の電圧値は高くなる。従って、制御装置12は、各検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の波形が図9(b)に示す波形となった場合に、回転体20が矢印B方向に変位したことを検出することができる。
On the other hand, when the
図8に示すように、回転体20が矢印C方向に軸ずれ(傾斜)した場合には、当該回転体20と渦電流探傷センサ30B,30Cとの距離が近くなり、回転体20と、渦電流探傷センサ30A,30Dとの距離が遠くなる。すなわち、図9(c)に示すように、検出コイル32B,32Cに誘起される交流電圧の電圧値は低くなるとともに、検出コイル32A,32Dに誘起される交流電圧の電圧値は高くなる。従って、制御装置12は、各検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の波形が図9(c)に示す波形となった場合に、回転体20が矢印C方向に軸ずれしたことを検出することができる。
As shown in FIG. 8, when the
一方、回転体20が矢印C方向とは反対の矢印D方向に軸ずれした場合には、当該回転体20と渦電流探傷センサ30B,30Cとの距離が遠くなり、回転体20と渦電流探傷センサ30A,30Dとの距離が近くなる。すなわち、図9(d)に示すように、検出コイル32B,32Cに誘起される交流電圧の電圧値は低くなるとともに、検出コイル32A,32Dに誘起される交流電圧の電圧値は高くなる。従って、制御装置12は、各検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の波形が図9(d)に示す波形となった場合に、回転体20が矢印D方向に軸ずれしたことを検出することができる。
On the other hand, when the
図8に示すように、回転体20が矢印E方向(上方)及び矢印F方向(下方)に軸ずれ(変位)した場合には、励磁コイル31によって誘起される渦電流Iwが流れることのできる面積が変化する。例えば、回転体20の右面において、回転体20が矢印E方向に変位した場合、図10(a)に示すように、渦電流探傷センサ30Cと回転体20の軸(モータ軸11)との距離が近くなる一方、渦電流探傷センサ30Dと回転体20の軸(モータ軸11)との距離が遠くなる。また、回転体20が矢印F方向に変位した場合、図10(b)に示すように、渦電流探傷センサ30Cと回転体20の軸(モータ軸11)との距離が遠くなる一方、渦電流探傷センサ30Dと回転体20の軸(モータ軸11)との距離が近くなる。
As shown in FIG. 8, when the
回転体20の溝Dは、円盤の中心から径方向に放射状に延びるように形成されているので、渦電流探傷センサ30C,30Dが、回転体20の軸(モータ軸11)に近づくほど、渦電流Iwが流れる範囲が狭くなり、回転体20の軸から離れる(回転体20の縁部に近づく)ほど、渦電流Iwが流れる範囲が広くなる。すなわち、渦電流探傷センサ30C,30Dが、回転体20の軸に近づくほど、検出コイル32C,32Dに誘起される交流電圧の電圧値が低くなり、回転体20の軸から離れるほど、検出コイル32C,32Dに誘起される交流電圧の電圧値が高くなる。これは、回転体20の左面においても同様のことが言える。
Since the groove D of the
従って、回転体20が矢印E方向に軸ずれした場合には、図9(e)に示すように、検出コイル32A,32Cに誘起される交流電圧の電圧値は低くなるとともに、検出コイル32B,32Dに誘起される交流電圧の電圧値は高くなる。従って、制御装置12は、各検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の波形が図9(e)に示す波形となった場合に、回転体20が矢印E方向に軸ずれしたことを検出することができる。
Therefore, when the
一方、回転体20がE方向とは反対の矢印F方向へ軸ずれした場合には、各検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の増減傾向は、矢印E方向に軸ずれした場合とは、反対となる。すなわち、図9(f)に示すように、検出コイル32B,32Dに誘起される交流電圧の電圧値は低くなるとともに、検出コイル32A,32Cに誘起される交流電圧の電圧値は高くなる。従って、制御装置12は、各検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧の波形が図9(f)に示す波形となった場合に、回転体20が矢印F方向に軸ずれしたことを検出することができる。
On the other hand, when the
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)回転体20の左右両側の円盤面にそれぞれ異なる角度間隔を有し径方向に延びて形成される複数の溝Dと、この両円盤面にそれぞれ対向する2組の渦電流探傷センサ30A,30B及び渦電流探傷センサ30C,30Dとを備える。これら各渦電流探傷センサ30A,30B,30C,30Dを構成する各検出コイル32A,32B,32C,32Dに誘起される交流電圧に基づき、回転体20の回転角度を検出するとともに、回転体20の軸ずれも検知することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) A plurality of grooves D formed on the disk surfaces on both the left and right sides of the
(2)回転体20の円盤面に設けられる溝Dの角度間隔が左側の円盤面と右側の円盤面とで異なるため、回転体20の左側の円盤面に対向して設けられる検出コイル32A,32Bと、回転体20の右側の円盤面に対向して設けられる検出コイル32C,32Dとの双方に誘起される交流電圧から隣り合う溝Dの間における回転体20の回転角度を検出することができる。このため、この回転角度検出装置では、回転体の1周(360°)における絶対角の算出ができる。
(2) Since the angular interval of the groove D provided on the disk surface of the
(3)検出コイル32A,32Bは、回転体20の回転軸を挟んで設けられる。また、検出コイル32C,32Dも回転体20の回転軸を挟んで設けられる。このため、回転体20の回転軸が傾いた場合、一方の検出コイル32A(32C)に誘起される交流電圧の電圧値(振幅)の大きさが増大すれば、他方の検出コイル32B(32D)に誘起される交流電圧の電圧値の大きさは減少する。これにより、回転体20の回転軸の傾きを、容易に検出することがきできる。
(3) The detection coils 32 </ b> A and 32 </ b> B are provided with the rotating shaft of the
(4)渦電流探傷センサ30Bは、渦電流探傷センサ30Aが設けられる位置から162°ずれた位置に、渦電流探傷センサ30Dは、渦電流探傷センサ30Cが設けられる位置から195°ずれた位置にそれぞれ設けられる。渦電流探傷センサ30Bは、渦電流探傷センサ30Aに対し回転体20の左側の円盤面に形成される溝Dの角度間隔72°の4分の1周期だけずれて配置される。渦電流探傷センサ30Dは、渦電流探傷センサ30Cに対し回転体20の右側の円盤面に形成される溝Dの角度間隔60°の4分の1周期だけずれて配置される。このため、検出コイル32A,32Bに誘起される交流電圧の波形は、4分の1周期ずれる。また、検出コイル32C,32Dに誘起される交流電圧の波形は、4分の1周期ずれる。従って、制御装置12は、2組の渦電流探傷センサ30A,30B及び渦電流探傷センサ30C,30Dから、回転体20の左面及び右面において、隣り合う溝Dの間における回転体20の2つの回転角度を算出する。そして、制御装置12は、これら2つの回転角度を組み合わせて、回転体20の1周(360°)における絶対角を算出することができる。
(4) The eddy current
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change the said embodiment as follows .
・上記実施形態では、回転体20の両側の円盤面に形成される溝Dの間隔は、一定間隔としたが、必ずしも一定でなくてもよい。
In the above embodiment, the interval between the grooves D formed on the disk surfaces on both sides of the
・上記実施形態において、回転体20の左側の円盤面には5本、右側の円盤面には6本の溝Dを形成したが、溝Dの本数はこれに限らない。例えば、溝Dの本数を増やすほど、回転角度を検出できる分解能が増加するため、回転体20の回転角度をより細かく検出することが可能となる。
In the above embodiment, five grooves D are formed on the left disk surface of the
・上記実施形態において、この回転角度検出装置は、モータ軸11に設けられるものに限らない。例えば、軸受、その他回転軸など、回転するものであれば、本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the rotation angle detection device is not limited to that provided on the motor shaft 11. For example, the present invention can be applied as long as it rotates such as a bearing or other rotating shaft.
・上記実施形態において、回転体20の片側の円盤面を面一に形成してもよい。すなわち、溝Dを省略してもよい。この場合、面一に形成した円盤面と対向する渦電流探傷センサを省略してもよい。このように構成した場合であっても、制御装置12は、回転体20の隣り合う溝Dの間における回転角度及び軸ずれを検出することができる。
In the above embodiment, the disk surface on one side of the
・上記実施形態において、渦電流探傷センサ30Bは、渦電流探傷センサ30Aに対して162°、渦電流探傷センサ30Cは、渦電流探傷センサ30Aに対し195°、それぞれずれた位置に配置されたが、渦電流探傷センサ30B,30Cが配置される位置はこれに限らない。検出コイル32Aと検出コイル32B,32Cとが出力する波形に位相差がでるように配置すればよい。なお、上記実施形態で述べたように、検出コイル32B,32Cに誘起される交流電圧の波形と、検出コイル32Aに誘起される交流電圧の波形とを4分の1周期ずらすためには、検出コイル32Bは、検出コイル32Aから18°±72°×X(Xは整数)、検出コイル32Dは、検出コイル32Cから15°±60°×X(Xは整数)の位置に配置すればよい。
In the above embodiment, the eddy current
θ…回転角度(絶対角)、θ1,θ2…回転角度、D…溝、V…電圧値、Iw…渦電流、10…ブラシレスモータ、11…モータ軸、12…制御装置、20…回転体、30,30A,30B,30C,30D…渦電流探傷センサ、31,31A,31B,31C,31D…励磁コイル、32,32A,32B,32C,32D…検出コイル。 θ: rotation angle (absolute angle), θ1, θ2: rotation angle, D: groove, V: voltage value, Iw ... eddy current, 10 ... brushless motor, 11 ... motor shaft, 12 ... control device, 20 ... rotating body, 30, 30A, 30B, 30C, 30D ... Eddy current flaw detection sensor, 31, 31A, 31B, 31C, 31D ... Excitation coil, 32, 32A, 32B, 32C, 32D ... Detection coil.
Claims (5)
前記回転体の円盤面には、当該円盤面の径方向へ延びる複数の溝をその回転方向に角度間隔をおいて設け、
前記回転体が回転したとき、前記溝の有無によって変化する前記回転体から発せられる磁界に応じた信号を生成する複数のセンサを前記円盤面に対向して設け、
前記センサにより生成される信号に基づき前記回転体の回転角度を求めるとともに、前記回転体の軸ずれの有無を検出する回転角度検出装置。 In a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a disk-shaped rotating body that rotates integrally with a detection object as a rotation angle of the detection object,
The disk surface of the rotating body is provided with a plurality of grooves extending in the radial direction of the disk surface at angular intervals in the rotation direction,
When the rotating body rotates, a plurality of sensors that generate a signal corresponding to a magnetic field emitted from the rotating body that changes depending on the presence or absence of the groove are provided facing the disk surface,
A rotation angle detection device that obtains the rotation angle of the rotating body based on a signal generated by the sensor and detects the presence or absence of an axis deviation of the rotating body.
前記回転体の第1の円盤面には、複数の溝を第1の角度間隔で設け、
前記第1の円盤面と反対側の第2の円盤面には、複数の溝を前記第1の角度間隔とは異なる第2角度間隔で設け、
前記センサは、前記第1及び第2の円盤面にそれぞれ複数個が対向して設けられてなることを特徴とする回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 1,
The first disk surface of the rotating body is provided with a plurality of grooves at first angular intervals,
A second disk surface opposite to the first disk surface is provided with a plurality of grooves at a second angular interval different from the first angular interval,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein a plurality of the sensors are provided to face each of the first and second disk surfaces.
前記第1及び第2の円盤面に対向する前記センサは、それぞれ前記回転体の回転軸を挟んで互いに反対側に2つ設けられることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 2,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the two sensors facing the first and second disk surfaces are provided on opposite sides of the rotation axis of the rotating body.
前記回転体の回転軸を挟んで設けられる2つのセンサの角度間隔は、前記溝の角度間隔と異なることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 3,
The rotation angle detection device characterized in that an angle interval between two sensors provided across a rotation axis of the rotating body is different from an angle interval between the grooves .
前記回転体は、導電性材料からなり、
前記センサは、前記回転体の円盤面に交番磁界を付与することにより同円盤面に渦電流を発生させる励磁コイルと、前記回転体の円盤面に発生した渦電流に起因して生じる磁界の変化を検出する検出コイルとを備え、
前記検出コイルを通じて検出される磁界の変化に基づいて前記溝の近接を検知する渦電流探傷センサであることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection apparatus as described in any one of Claims 1-4,
The rotating body is electrically conductive materials or Rannahli,
The sensor includes an exciting coil that generates an eddy current on the disk surface by applying an alternating magnetic field to the disk surface of the rotating body, and a magnetic field change caused by the eddy current generated on the disk surface of the rotating body. And a detection coil for detecting
A rotation angle detection device, wherein the rotation angle detection device is an eddy current flaw detection sensor that detects proximity of the groove based on a change in a magnetic field detected through the detection coil.
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