JP6744607B2 - Angle detector - Google Patents
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Description
本発明は、バックヨークを備えた角度検出装置に関する。 The present invention relates to an angle detection device including a back yoke.
複雑な加工を必要とせず、非常に簡単な組立工程で、高感度に角度を検出することができる角度検出装置として、一軸磁気異方性を有する磁性体からなる円板体で形成され、円板体が中心点を中心として円板面内で回動するロータと、ロータの一方の板面に対向して略同一外形で配設され、扇状に複数に分割されており分割領域の外周に沿って励磁コイルまたは検出コイルが巻回されたステータと、ステータを挟んでロータが配設される面と反対側に、ステータの円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨークとを備えた角度検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As an angle detection device that can detect angles with high sensitivity in a very simple assembly process without requiring complicated processing, it is formed of a disk body made of a magnetic material having uniaxial magnetic anisotropy. The plate body is arranged in a disk having a substantially same outer shape facing one plate surface of the rotor, which is rotated in the disk plane about the center point, and is divided into a plurality of fan-shaped areas on the outer periphery of the divided area. A stator around which an exciting coil or a detection coil is wound, and a back yoke that is disposed on the opposite side of the surface on which the rotor is disposed with the stator sandwiched between the stator and the disk body of the stator having substantially the same outer shape. An angle detection device including and is known (for example, see Patent Document 1).
図1は特許文献1に記載の角度検出装置で、一軸磁気異方性を有する磁性体からなる円板体で形成され、枢軸6が接合する中心点5aを中心として円板面内で回動するロータ5(図1(C))と、ロータ5の一方の円板面に非接触状態で対向して配設された略同一外形のステータ3(図1(B))と、方向性を持たない(等方性の)磁性薄板をステータ3と略同一外形で形成し、ステータ3に接触または非接触状態でロータ5が配設される面と反対側の面に対向して配設されたバックヨーク2(図1(A))とを有する。ステータ3は半円状に分割(3a,3b)されており、その各領域3a,3bの側面部分には検出コイル4a(S1とする)と励磁コイル4b(P1とする)がそれぞれ巻回されている。ロータ5は、その面方向に一軸磁気異方性(図1(C)の矢印で示す方向)を有する磁性体板または磁性コンポジット板で形成され、中心点5aを枢軸6と同軸として接合されている。
FIG. 1 is an angle detection device described in
一軸磁気異方性を持つ磁性体では、磁性体が容易に磁化される容易軸方向と、それに直交する方向で磁化するのが困難な困難軸方向が存在する。図1の場合は、図の上下の方向が容易軸方向、左右の方向が困難軸方向となる。ここで、容易軸方向の透磁率は大きく、それに直交する困難軸方向では、透磁率は容易軸方向の透磁率の数分の1から十分の1程度、あるいはさらに小さい場合は真空と同程度となる。 In a magnetic body having uniaxial magnetic anisotropy, there are an easy axis direction in which the magnetic body is easily magnetized and a difficult axis direction in which it is difficult to magnetize in a direction orthogonal to the easy axis direction. In the case of FIG. 1, the vertical direction in the figure is the easy axis direction, and the left and right directions are the difficult axis directions. Here, the magnetic permeability in the easy axis direction is large, and in the hard axis direction orthogonal thereto, the magnetic permeability is a fraction of the magnetic permeability in the easy axis direction to about one tenth, or when it is smaller, it is about the same as vacuum. Become.
この構成では、ロータ5が回動すると、それに伴って磁気異方性の容易軸方向が変化する。この磁気異方性の容易軸方向の変化を利用して回転角度を検出することができる。以下、この回転角度の検出の原理を図1により説明する。 In this structure, when the rotor 5 rotates, the easy axis direction of the magnetic anisotropy changes accordingly. The rotation angle can be detected by utilizing the change of the magnetic anisotropy in the easy axis direction. The principle of detecting the rotation angle will be described below with reference to FIG.
まず、励磁コイル4bは、交流電源40に接続しており、交流電流が供給される。励磁コイル4bに交流電流が供給されることで、ステータ3の領域3b全体を平均的に見れば磁界は面方向に直交する方向に発生するが、この磁界はコイル銅線の近傍、特にその直下では、面に平行でコイル銅線に直交する方向に生じ、しかもその強度は他の場所の磁界(例えば領域3bの中程の磁界)に比べれば遙かに強い。つまり、検出コイル4aと励磁コイル4bが隣接している領域30においては、強い磁界が発生している。検出コイル4aには、励磁コイル4bにより励磁された磁界により、その磁界に応じた電圧が生じ、その電圧を検出コイル4bに接続された同期検波回路41で検出する。
First, the
ここで、ロータ5が回転すると、上述した容易軸方向が変化する。検出コイル4aには励磁コイル4bが生成する磁力による誘導電圧が生じるが、ロータ5の容易軸方向の影響を励磁コイル4bが生成する磁場が受けるので、検出コイル4aに誘起される電圧は、ロータ5の容易軸方向の影響を受ける。すなわち、ロータ5の角度位置により検出コイル4aに生じる電圧値が変化する。この原理により、検出コイル4aに生じる電圧からロータ5の角度位置(基準角度位置からの回転角度)を知ることができる。
Here, when the rotor 5 rotates, the above-mentioned easy axis direction changes. An induced voltage due to the magnetic force generated by the
上記バックヨーク2は、コイル電流が効率よく磁束を生成でき、かつ磁束の漏れを防ぐために配設されるもので、バックヨーク2があることによって出力電圧が上がるなど出力特性の向上が図られる。バックヨークは、角度情報には何の影響も与えないように等方的な磁気特性を持つことが望ましい。ところでこのようなバックヨークに圧延加工された磁性板を用いる場合、板の材料特性が等方的であっても圧延加工が方向性を持つので、そのバックヨークの磁気特性は方向性を有することになる。このため、圧延方向の透磁率と、それに直交する方向の透磁率間でわずかながら差が生じ、その結果、方向によって磁気特性にバラツキが生じる。透磁率が高い方が磁化容易軸であり、他方が磁化困難軸に相当する。このようにバックヨークに磁化容易軸が存在すると、特定の方向に磁束が通りやすくなり、結果として、ロータが持つ作用が正しく反映されなくなり、検出コイルの2相出力にオフセットが生じ、角度の検出値の誤差が大きくなるという問題がある。 The back yoke 2 is arranged so that the coil current can efficiently generate the magnetic flux and prevents the leakage of the magnetic flux. The presence of the back yoke 2 improves the output characteristics such as an increase in the output voltage. It is desirable that the back yoke has isotropic magnetic characteristics so that it does not affect the angle information. By the way, when a rolled magnetic plate is used for such a back yoke, the magnetic properties of the back yoke must be directional because the rolling process has directionality even if the material properties of the plate are isotropic. become. For this reason, there is a slight difference between the magnetic permeability in the rolling direction and the magnetic permeability in the direction orthogonal to the rolling direction, and as a result, magnetic characteristics vary depending on the direction. The higher magnetic permeability corresponds to the easy axis of magnetization, and the other corresponds to the hard axis of magnetization. If the easy axis of magnetization is present in the back yoke in this way, the magnetic flux will easily pass in a specific direction, and as a result, the action of the rotor will not be reflected correctly, offset will occur in the two-phase output of the detection coil, and the angle detection There is a problem that the value error becomes large.
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、バックヨークを備えることにより出力特性の向上が図られながら、検出コイルの出力に含まれるオフセットが改善されて角度の検出精度を向上させることができる角度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and by providing a back yoke to improve output characteristics, the offset included in the output of the detection coil is improved and the angle detection accuracy is improved. It is an object of the present invention to provide an angle detection device that can perform such an operation.
本発明の角度検出装置は、励磁コイルおよび検出コイルを備えたステータと、前記ステータの一方側に配設された方向性を有するロータと、前記ステータの他方側に配設された方向性を有するバックヨークと、を備えた角度検出装置であって、前記バックヨークの、磁化容易軸方向である一方向における磁気特性と、前記一方向に直交する方向における磁気特性とを互いに均等化させる磁気特性の調整がなされており、前記磁気特性の調整の手段は、前記一方向に対する断面積と、前記一方向に直交する方向に対する断面積との比を調整することを特徴とする。一方向に対する断面積とは、一方向を横断する方向に沿った断面の面積であり、一方向に直交する方向に対する断面積とは、一方向に直交する方向を横断する方向に沿った断面の断面積である。 An angle detection device of the present invention has a stator provided with an excitation coil and a detection coil, a rotor having a directional property arranged on one side of the stator, and a directional property arranged on the other side of the stator. An angle detector including a back yoke, wherein the back yoke has a magnetic characteristic in one direction that is an easy axis of magnetization and a magnetic characteristic in a direction orthogonal to the one direction. The adjustment of the magnetic characteristics is performed by adjusting the ratio of the cross-sectional area in the one direction and the cross-sectional area in the direction orthogonal to the one direction. The cross-sectional area for one direction is the area of the cross section along the direction crossing the one direction, and the cross-sectional area for the direction orthogonal to the one direction is the cross section along the direction crossing the direction orthogonal to the one direction. The cross-sectional area.
また、本発明の角度検出装置は、励磁コイルおよび検出コイルを備えたステータと、前記ステータの一方側に配設された方向性を有するロータと、前記ステータの他方側に配設された方向性を有するバックヨークと、を備えた角度検出装置であって、前記バックヨークの、磁化容易軸方向である一方向における磁気特性と、前記一方向に直交する方向における磁気特性とを互いに均等化させる磁気特性の調整がなされており、前記磁気特性の調整の手段は、前記バックヨーク内に磁気特性を変える改質層を形成することを特徴とする。本発明の改質層としては、打痕やレーザー照射等で生成することができる硬化層が挙げられる。 Further, the angle detecting device of the present invention includes a stator including an exciting coil and a detecting coil, a directional rotor disposed on one side of the stator, and a directional characteristic disposed on the other side of the stator. And a back yoke having a back yoke, the magnetic characteristic in one direction being the easy axis of magnetization of the back yoke and the magnetic characteristic in a direction orthogonal to the one direction being equalized to each other. The magnetic characteristic is adjusted, and the means for adjusting the magnetic characteristic is characterized in that a modifying layer for changing the magnetic characteristic is formed in the back yoke. Examples of the modified layer of the present invention include a hardened layer that can be formed by dents or laser irradiation.
本発明においては、前記方向性を有するバックヨークは、圧延加工して得られた板材、あるいは液体急冷法を用いて得られた板材である形態を含む。圧延加工した板材の場合には、圧延方向に方向性が付与される。液体急冷法を用いて得られる板材としては、例えば厚さ20μm程度のアモルファス合金からなる磁性薄帯等が挙げられる。液体急冷法では溶融された磁性金属を回転ロール上に射出して急冷し、長い薄帯様のものが製作できるが、磁性体の磁気歪み定数が正または負に応じて薄帯の長手方向かそれに直角方向の面内に磁気異方性が発生するからである。また、本発明は、前記磁気特性が透磁率である形態を含む。 In the present invention, the directional back yoke includes a plate material obtained by rolling or a plate material obtained by a liquid quenching method. In the case of a rolled plate material, directionality is imparted in the rolling direction. Examples of the plate material obtained by the liquid quenching method include a magnetic ribbon made of an amorphous alloy having a thickness of about 20 μm. In the liquid quenching method, melted magnetic metal is injected onto a rotating roll and rapidly cooled to produce long ribbon-like ones. This is because magnetic anisotropy occurs in the plane perpendicular to it. The invention also includes a mode in which the magnetic property is magnetic permeability.
断面積を調整する上記本発明においては、具体的には、前記バックヨークに切除部を設けることにより前記一方向(圧延加工されたものである場合には圧延方向)に対する断面積を前記一方向に直交する方向に対する断面積よりも減少させる手段であって、前記一方向における透磁率をμroll、前記一方向に直交する方向における透磁率をμcross、前記一方向に対する断面積をSroll、前記一方向に直交する方向に対する断面積をScrossとしたとき、μroll×Sroll≒μcross×Scrossとなるように、少なくとも前記一方向に対する断面積を減少させるといった手段が好適に採用される。 In the present invention for adjusting the cross-sectional area, specifically, the cross-sectional area for the one direction (the rolling direction in the case of being rolled) is provided by providing the cut portion on the back yoke. Means for reducing the cross-sectional area in the direction orthogonal to the direction .mu.roll, the magnetic permeability in the direction orthogonal to the one direction .mu.cross, the cross-sectional area in the direction orthogonal to the direction Sroll, the one direction A means for reducing at least the cross-sectional area in the one direction is preferably adopted so that when the cross-sectional area in the direction orthogonal to the direction is Scross, μroll×Sroll≈μcross×Scross.
本発明によれば、バックヨークを備えることにより出力特性の向上が図られながら、検出コイルの出力に含まれるオフセットが改善されて角度の検出精度を向上させることができるといった効果を奏する。 According to the present invention, by providing the back yoke, the output characteristic is improved, and the offset included in the output of the detection coil is improved, so that the angle detection accuracy can be improved.
以下、図面を参照して本発明が適用された一実施形態に係るレゾルバ(角度検出装置)を説明する。 Hereinafter, a resolver (angle detection device) according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[1]レゾルバの構成
図2に、本発明の一実施形態に係るレゾルバ100の構成を示す。レゾルバ100はアキシャル型レゾルバで、モータ200のシャフト(回転軸)60の角度の情報を検出する。レゾルバ100は、ステータ30、ロータ50およびバックヨーク20を有する。
[1] Configuration of Resolver FIG. 2 shows the configuration of the
ステータ30は、レゾルバ100の図示しない筐体に固定されている。ステータ30は、軸方向(シャフト60の延在方向)から見て略円形の円板形状を有している。ステータ30の中心には、シャフト60が回転可能な状態で貫通する開口が設けられている。ステータ30は、第1のステータ31と、第1のステータ31のロータ50側の面に積層された第2のステータ32とから構成されている。
The
図3は、ステータ30を構成する第1のステータ31と第2のステータ32とを、それぞれ軸方向から見た状態を示している。第1のステータ31と第2のステータ32は同じもので、コイルの位相が軸回りに互いに45°ずれた角度位置となる状態に積層され、貼り合わされている。第1のステータ31と第2のステータ32は同じものであるので、ここでは第1のステータ31について説明する。
FIG. 3 shows a state in which the
第1のステータ31は、円板状のPCB基板を基材とし、その表面に、90°に開いた同じ扇型形状の4つのコイルを有している。各コイルは、内周縁に沿った内周側1/4円周部と、外周縁に沿った外周側1/4円周部と、これら内周側1/4円周部と外周側1/4円周部の両端をつないで径方向に延びる2本の直線部とにより構成されている。4つのコイルは、2つの励磁コイルP11,P12および2つの検出コイルS11,S12であり、周方向に励磁コイルと検出コイルが交互に配されている。
The
第1のステータ31と同様に第2のステータ32は、2つの励磁コイルP21,P22および2つの検出コイルS21,S22を有している。各ステータ31,32においては、4つのコイルの各内周側1/4円周部の内側である中央部に、上記開口としてPCB基板に孔が設けられ、その孔にシャフト60が回転可能な状態で貫通している。
Like the
この例において、第1のステータ31の励磁コイルP1(P11,P12)の系統には、例えばsinω1tの励磁用の電流が入力され、第2のステータ32の励磁コイルP2(P21,P22)の系統には、例えばsinω2tの励磁用の電流が入力される。ここで、ω1とω2は相等しくあってはならず、一方が他方に対して周波数を1.1倍〜1.9倍程度とする。このとき、P1系統のsinω1tとP2系統のsinω2tとが混信しないように同期検波で両者を分離する。これにより、検出コイルS11,S12,S21,S22の検出信号からロータ30の角度情報が得られる。この技術の詳細は、上記「WO2012/002126 A1公報」に記載されている。
In this example, the exciting coil P1 (P11, P12) of the
バックヨーク20は、ステータ30と同様な円板形状を有し、ロータ50と反対側となる第2のステータ32の背面側に、ステータ30と同軸的に配設されている。図示例ではバックヨーク20はステータ32の下面に接合された状態であるが、ステータ32との間に一定のギャップが空いていてもよい。
The
バックヨーク20は、無方向性の材料(例えば無方向性ケイ素鋼板)を圧延加工して得られた所定厚さ(例えば0.3mm)を有する円板状の薄板である。図5に示すように、バックヨーク20の中心には、ステータ30と同様にシャフト60が回転可能な状態で貫通する孔201が形成されている。バックヨーク20は圧延加工されたことにより方向性を有するものとなっており、圧延方向が透磁率の比較的高い磁化容易軸であり、圧延方向に直交する方向が透磁率の比較的低い磁化困難軸となっている。
The
ロータ50は、ステータ30と同様な円板形状を有し、ステータ30に対して所定のギャップを隔てた状態で同軸的に配設されている。ロータ50は、その中心にモータ200の駆動軸であるシャフト60が貫通した状態で固定され、シャフト60と共に回転する。ロータ50は、板厚が約0.3mmで、透磁率が全体として一軸異方性を持つ円板状の方向性ケイ素鋼板から構成されている。
The
[2]レゾルバの基本機能
上記レゾルバ100においては、モータ200が回転すると、シャフト60に固定されたロータ50が回転する。ロータ50が回転すると、第1のステータ31、第2のステータ32の各励磁コイルP11,P12,P21,P22が生成する磁場が、一軸磁気異方性を有するロータ50の回転角度に応じて変調され、その影響が、第1のステータ31,第2のステータ32の各検出コイルS11,S12,S21,S22に誘起される電圧に現れる。すなわち、第1のステータ31、第2のステータ32の各検出コイルS11,S12,S21,S22に誘起される電圧は、ロータ50の角度位置による変調を受ける。具体的には、検出コイルS11,S12,S21,S22は、ロータ50の角度情報を含んだ周期信号であり、これら検出コイルS11,S12,S21,S22の検出信号を処理することで、ロータ50の回転角度が得られる。
[2] Basic Function of Resolver In the
[3]別形態
[3−1]ステータ
上記ステータ30は2層構造であるが、ステータとしては、図4に示す励磁コイルP1,P2、検出コイルS1,S2を1つのステータで構成したものであってもよい。このステータ30Bは、略同一外形の第1〜第4の扇状体3a,3b,3c,3dに4分割されており、円板体の中心点に関して対向する位置の扇状体の2つの組((3a,3c)と(3b,3d))のうち、第1の扇状体3aと第3の扇状体3cとで構成される組のそれぞれの外周に沿って巻回されたコイルが検出コイル4a,4c(S1,S2とする)であり、第2の扇状体3bと第4の扇状体3dとで構成される組のそれぞれの外周に沿って巻回されたコイルが励磁コイル4b,4d(P1,P2とする)である。各コイル4a,4b,4c,4dは、それぞれの扇状体3a,3b,3c,3dの外周に沿って100ターン程度巻回され、コイルの高さは2mm程度となる。
[3] Alternative Embodiment [3-1] Stator The
励磁コイルP1,P2は、ステータ30Bの面方向に対して直交する方向の磁束の向きが、相互に逆になる(一方がN極の場合、他方がS極となる)ように巻回されて接続されており、検出コイルS1,S2は、相互に巻き方向が逆となるように結線される。こうすることで、ロータ5の回転角度が0度の場合には、検出コイルS1と励磁コイルP1、および検出コイルS2と励磁コイルP2が、ロータ5の磁気異方性の容易軸方向に位置するため、強く結合する。逆に、検出コイルS1と励磁コイルP2、および検出コイルS2と励磁コイルP1は、ロータ5の磁気異方性の困難軸方向に位置するため、結合がほぼ0となる。なお、後述する図6、図7に示したレゾルバでは、図4に示すステータ30Bを採用している。
The exciting coils P1 and P2 are wound such that the directions of the magnetic fluxes in the directions orthogonal to the surface direction of the
[3−2]バックヨーク
バックヨーク20は円板状であるが、バックヨーク20は回転しないため、円板状に限定されず、他の形状であってもよい。
[3-2] Back Yoke The
[4]バックヨークの磁気特性の調整
バックヨーク20は、無方向性の材料を圧延加工して得た円板状の磁性薄板であるが、圧延加工によって方向性を有するものとなっている。このようなバックヨーク20は、圧延方向と圧延方向に直交する方向との間に磁気特性(透磁率)に差があり、このため、検出コイルの2相出力にオフセットが生じて角度検出値の誤差が大きくなるということは上述した通りである。そこで、バックヨーク20の圧延方向と圧延方向に直交する方向との間に生じる磁気特性とを均等化し、その差をできるだけ少なくするための調整(以下の説明で「磁気特性の調整」と言う)を、バックヨーク20に施す。以下、磁気特性の調整の手段の例を以下に挙げる。
[4] Adjustment of magnetic characteristics of back yoke The
[4−1]圧延方向に対する断面積を減少させる
磁気特性の調整を行う上で、まず、バックヨーク20の圧延方向と圧延方向に直交する方向のそれぞれにおける透磁率を測定する。図5に示すように、バックヨーク20の圧延方向の透磁率をμroll、それに直交する方向の透磁率をμcross、圧延方向に対するバックヨーク20の中心を通る直径の断面積(X−X断面の面積)をSroll、それに直交する方向に対する直径の断面積(Y−Y断面の面積)をScross、バックヨーク20の直径をD、シャフト挿通用の中心孔径をd、板厚をtとすると、圧延方向に対する断面積Sroll=(D−d)×t、圧延方向に直交する方向の断面積Scross=(D−d)×tである。
[4-1] Decrease the cross-sectional area in the rolling direction In adjusting the magnetic characteristics, first, the magnetic permeability in each of the rolling direction of the
一般に起磁力は励磁電流に比例し、それによる磁束は起磁力/磁気抵抗で与えられる。ここで、磁気抵抗=磁路長/(磁束が通る断面積×透磁率)である。磁路長はステータコイルの形状と、ステータコイルとロータ間のギャップの大きさおよびステータコイルとバックヨーク間のギャップの大きさで決まる。この磁気抵抗を、バックヨークの圧延方向と、それに直交する方向で均等化すれば、それら方向における磁気特性の差の発生を抑えることができる。すなわちそのためには、Sroll×μroll≒Scross×μcrossとなるように、Scrossに対してSrollを減少させてSroll:Scrossの比を調整すればよい。 Generally, the magnetomotive force is proportional to the exciting current, and the magnetic flux resulting therefrom is given by the magnetomotive force/magnetic resistance. Here, magnetic resistance=magnetic path length/(cross-sectional area through which magnetic flux passes×permeability). The magnetic path length is determined by the shape of the stator coil, the size of the gap between the stator coil and the rotor, and the size of the gap between the stator coil and the back yoke. If this magnetic resistance is equalized in the rolling direction of the back yoke and the direction orthogonal thereto, it is possible to suppress the occurrence of the difference in magnetic characteristics in those directions. That is, for that purpose, Sroll may be reduced with respect to Scross and the ratio of Sroll:Scross may be adjusted so that Sroll×μroll≈Scross×μcross.
図6では、μroll:μcross=1.2:1の場合において、バックヨーク20の外周部を圧延方向に沿って直線状にカットするDカット(切除部)202の部分を形成してSrollを減少させ、Sroll×μroll≒Scross×μcrossとしている。Dカット202は、図5のX−Xに直交している。図6ではDカット部分は一端側のみに形成しているが、図8(A)に示すように両側をDカットしてもよい。
In FIG. 6, in the case of μroll:μcross=1.2:1, the D-cut (removed portion) 202 that cuts the outer peripheral portion of the
図7は、中心の孔201の両側に圧延方向に直交する方向に延びるスリット(切除部)203を図5のX−Xに沿った状態に形成してSrollを減少させている。スリット203の幅は、磁気抵抗を大きくする上で例えば1〜2mm程度とされる。図7ではスリット203は中心の孔201に連通して両側に形成しているが、図8(B)に示すように孔201の一方側のみに形成してもよい。また、スリット203は、図8(C)に示すように孔201の両側において外周縁と内周縁の間に形成してもよく、さらに、図8(D)に示すように孔201の両側において外周縁に開放する状態に形成してもよい。
In FIG. 7, slits (cutting portions) 203 extending in the direction orthogonal to the rolling direction are formed on both sides of the
圧延方向に対する断面積の減少による磁気特性の調整は、上記Dカットやスリットの他に、貫通孔や凹み等の切除部をX−X上に形成することによっても可能である。 The magnetic characteristics can be adjusted by reducing the cross-sectional area with respect to the rolling direction, in addition to the above D-cuts and slits, cutouts such as through holes and dents can be formed on XX.
[4−2]改質層の形成
図9に示すように、バックヨーク20の内部において、圧延方向の磁束を通りにくくして透磁率を低下させることが可能な改質層210を形成することにより、磁気特性を調整することができる。改質層210は、図5のX−X断面の箇所に形成することが好ましく、改質層210により実質的に上記Srollの減少が図られる。透磁率を低下させる改質層210は、例えば残留応力を高めることによって形成することができ、具体的には打痕やレーザー照射等によって形成される硬化層等が有効である。
[4-2] Formation of Modified Layer As shown in FIG. 9, a modified
[5]効果
上記実施形態によれば、バックヨーク20を備えることから、コイル電流が効率よく磁束を生成でき、かつ磁束の漏れが抑えられるため、出力特性の向上が図られる。一方、圧延加工で形成されたバックヨーク20は方向性を有し、このようなバックヨークは、従来、検出信号の出力にオフセットを生じさせてしまうというデメリットがあった。しかし本実施形態では、上記のように磁気特性の調整を施すことにより、バックヨーク20の圧延方向における透磁率と、圧延方向に直交する方向における透磁率とを互いに均等化させることができ、このため、それら方向間に生じる透磁率の差を抑えることができる。したがって方向性を有するバックヨーク20を備えながら、検出コイルの2相出力にオフセットが生じることが抑えられ、結果として角度の検出精度を向上させることができる。
[5] Effects According to the above-described embodiment, since the
圧延加工で得られたバックヨークに上記磁気特性の調整を施した本発明の実施例のレゾルバの検出電流の出力波形(sin出力信号、cos出力信号)を、図10、図11に示す。図10は図6に示したDカット、図11は図7に示したスリットによる調整である。一方、圧延加工で得られたバックヨークに磁気特性の調整を施さない比較例のレゾルバの検出電流の出力波形を図12に示す。さらに、バックヨークを備えないレゾルバの検出電流の出力波形を図13に示す。 10 and 11 show output waveforms (sin output signal, cos output signal) of the detected current of the resolver of the embodiment of the present invention in which the magnetic characteristics are adjusted on the back yoke obtained by rolling. 10 shows the D cut shown in FIG. 6, and FIG. 11 shows the adjustment by the slit shown in FIG. On the other hand, FIG. 12 shows the output waveform of the detected current of the resolver of the comparative example in which the magnetic characteristics of the back yoke obtained by rolling are not adjusted. Further, FIG. 13 shows the output waveform of the detection current of the resolver not including the back yoke.
各レゾルバにおける励磁条件はすべて同じで、ロータの回転数は1400rpm、励磁コイルP1、P2に印加する励磁信号は混信しないように、励磁コイルP1に電圧2v、f1(第1の励磁信号)=14KHzのcos信号を印加し、励磁コイルP2に電圧2v、f2(第2の励磁信号)=20KHzのsin信号を印加した。励磁コイルP1,P2によって検出コイルS1,S2には誘起電圧が生じる。この誘起電圧にはf1,f2の周波数成分が含まれるため、同期検波回路で分離してsin信号成分とcos信号成分を取り出した。 The excitation conditions in each resolver are all the same, the rotation speed of the rotor is 1400 rpm, and the excitation coil P1 has a voltage of 2v and f1 (first excitation signal)=14 KHz so that the excitation signals applied to the excitation coils P1 and P2 do not interfere with each other. And a sin signal of voltage 2v, f2 (second excitation signal)=20 KHz was applied to the excitation coil P2. An induced voltage is generated in the detection coils S1 and S2 by the exciting coils P1 and P2. Since the induced voltage contains frequency components f1 and f2, the sin signal component and the cos signal component were extracted by the synchronous detection circuit.
まず、図13に示すように、バックヨークを備えない場合、sin出力信号、cos出力信号ともに、正の振幅と負の振幅は略同じ値を示し、出力波形におけるオフセットは生じていないことが分かる。ただし、出力波形における出力電圧値は低い。 First, as shown in FIG. 13, in the case where the back yoke is not provided, both the sin output signal and the cos output signal have substantially the same positive and negative amplitude values, and it can be seen that no offset occurs in the output waveform. .. However, the output voltage value in the output waveform is low.
次に、図12に示すように、磁気特性の調整を施していない方向性を有するバックヨークを用いた場合には、バックヨークを備えているため、バックヨークを備えない図13の場合に比べて出力波形の出力電圧値は大きい。出力波形を見ると、正の振幅と負の振幅では大きさが異なり、特にcos出力信号では大きくオフセットしている。 Next, as shown in FIG. 12, in the case of using a directional back yoke in which the magnetic characteristics are not adjusted, the back yoke is provided, so that compared to the case of FIG. 13 in which the back yoke is not provided. The output voltage value of the output waveform is large. Looking at the output waveform, the magnitude is different between the positive amplitude and the negative amplitude, and particularly the cos output signal is greatly offset.
一方、図11に示すバックヨークにスリットを形成した実施例によれば、図12に示す出力波形に比べて、正の振幅と負の振幅の大きさの差が減少し、cos出力信号におけるオフセットが低減している。また、図10に示すバックヨークをDカットした実施例では、図12に示す出力波形に比べて、正の振幅と負の振幅の大きさの差が大きく減少し、特にcos出力信号におけるオフセットが低減している。 On the other hand, according to the embodiment in which the slit is formed in the back yoke shown in FIG. 11, the difference between the positive amplitude and the negative amplitude is reduced as compared with the output waveform shown in FIG. 12, and the offset in the cos output signal is reduced. Has been reduced. In the embodiment in which the back yoke shown in FIG. 10 is D-cut, the difference between the positive amplitude and the negative amplitude is greatly reduced compared to the output waveform shown in FIG. It is decreasing.
本発明は、レゾルバとして好適である。 The present invention is suitable as a resolver.
100…レゾルバ(角度検出装置)
20…バックヨーク
202…Dカット(切除部)
203…スリット(切除部)
210…改質層
30…ステータ
50…ロータ
P1,P11,P12…励磁コイル
S1,S11,S12…検出コイル
100... Resolver (angle detector)
20... Back
203... Slit (excision part)
210...
Claims (7)
前記ステータの一方側に配設された方向性を有するロータと、
前記ステータの他方側に配設された方向性を有するバックヨークと、
を備えた角度検出装置であって、
前記バックヨークの、磁化容易軸方向である一方向における磁気特性と、前記一方向に直交する方向における磁気特性とを互いに均等化させる磁気特性の調整がなされており、
前記磁気特性の調整の手段は、前記一方向に対する断面積と、前記一方向に直交する方向に対する断面積との比を調整することを特徴とする角度検出装置。 A stator having an exciting coil and a detecting coil;
A directional rotor disposed on one side of the stator;
A directional back yoke disposed on the other side of the stator;
An angle detection device comprising:
The magnetic properties of the back yoke in one direction that is the easy axis direction of magnetization and the magnetic properties in a direction orthogonal to the one direction are adjusted to be equal to each other.
The angle detecting device, wherein the means for adjusting the magnetic characteristics adjusts a ratio of a cross-sectional area in the one direction and a cross-sectional area in a direction orthogonal to the one direction.
前記ステータの一方側に配設された方向性を有するロータと、
前記ステータの他方側に配設された方向性を有するバックヨークと、
を備えた角度検出装置であって、
前記バックヨークの、磁化容易軸方向である一方向における磁気特性と、前記一方向に直交する方向における磁気特性とを互いに均等化させる磁気特性の調整がなされており、
前記磁気特性の調整の手段は、前記バックヨーク内に磁気特性を変える改質層を形成することを特徴とする角度検出装置。 A stator having an excitation coil and a detection coil;
A directional rotor disposed on one side of the stator,
A directional back yoke disposed on the other side of the stator,
An angle detection device comprising:
The magnetic characteristics of the back yoke are adjusted so as to equalize the magnetic characteristics in one direction that is the easy axis direction and the magnetic characteristics in the direction orthogonal to the one direction.
The angle detecting device, wherein the means for adjusting the magnetic characteristics forms a modified layer for changing the magnetic characteristics in the back yoke.
前記一方向における透磁率をμroll、前記一方向に直交する方向における透磁率をμcross、前記一方向に対する断面積をSroll、前記一方向に直交する方向に対する断面積をScrossとしたとき、μroll×Sroll≒μcross×Scrossとなるように、少なくとも前記一方向に対する断面積を減少させたことを特徴とする請求項1に記載の角度検出装置。 The means for adjusting the magnetic characteristics is a means for reducing the cross-sectional area in the one direction by providing a cutout portion in the back yoke than the cross-sectional area in the direction orthogonal to the one direction,
When the magnetic permeability in the one direction is μroll, the magnetic permeability in the direction orthogonal to the one direction is μcross, the cross-sectional area in the one direction is Sroll, and the cross-sectional area in the direction orthogonal to the one direction is Scross, μroll×Sroll The angle detection device according to claim 1, wherein a cross-sectional area in at least the one direction is reduced so that ≅μcross×Scross.
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