JPS63163213A - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

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JPS63163213A
JPS63163213A JP62315434A JP31543487A JPS63163213A JP S63163213 A JPS63163213 A JP S63163213A JP 62315434 A JP62315434 A JP 62315434A JP 31543487 A JP31543487 A JP 31543487A JP S63163213 A JPS63163213 A JP S63163213A
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JP
Japan
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rotor
sensor
magnetic
angular position
air gap
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Application number
JP62315434A
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English (en)
Inventor
ジャイアント・ジー・ヴェイジャ
カイオ・フェルレイラ
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Sundstrand Corp
Original Assignee
Sundstrand Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sundstrand Corp filed Critical Sundstrand Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/488Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/147Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the movement of a third element, the position of Hall device and the source of magnetic field being fixed in respect to each other

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 歯11 本発明は、回転子の位置検出装置に関し、特に、多数の
磁気センサ分使用した位置検出装置に関する。
元画!ゴL胆 改良された効率、力率及び減少した電流の点からブラシ
なしDCモータの電気的な性能を最適にするために、回
転子の角度位置の決定もしくは測定を可能とすることが
重要である。位置を正確に決定することは可能であった
が、速度を計数して決定するように用いられ得る実質的
に増分センサであるゼロ検出器の場合のようないくつか
の技術の場合には絶対的ではなかった。ゼロ検出器は非
常に正確であり、かつ温度等の影響によって不Tl1歯
影響されるということはないが、絶対的な意味で回転子
の角度位置を決定することはできない。
他方、回転子の角度位置を絶対的に決定することは可能
であったが、センサ及び回転ホイール間の連続的に変1
ヒする距離を測定する絶対センサの場合のような、いく
つかの他の技術の場合には正確ではなかった。絶対セン
サは温度変動が無視し得、かつ回転数を決定するための
カウンタとして使用するには3i!!切のものであるが
、可変温度等の環境て正確さが重要である場合には適切
なものではない。
過去においては、正確ではあるが絶対的ではないという
意味で回転子の角度位置を決定するために、固定の磁気
センサ分使用することが提案されていた。このことは、
例えば、速度とも恩知するRotl+ley等の米1m
 Q許第4.506.217号明細書、及び回転する磁
石極を用いたAC電力により発生される装置3開示した
5ato等の米国特許第4.369.405号明■τに
提案されている。さらに、Glauert等の米(Il
特許第4.166.977号明細書にも、回転速度及び
角度位置を決定する装置が開示されている。
さらに他の速度及び位置検出装置が、米国特許第4,3
70.614号、第4.490.674号、第4,48
1.469号、第4.506.339号、第4.359
.685号、及び第3.728.565号の各明細書に
開示されている。それにも拘わらず、静止時または回転
時のいずれの場合でも回転子の角度位置を正確かつ絶対
的に決定するために、多数の磁気センサな用いた位置検
出装置を提供することか残されていた。
本発明は上述の問題を克服しかつ上述の目的をiE成す
ることに向けられている。
免弧]灸見 従って、本発明は、回転子の角度位置を正確に決定する
ための第1の磁気感知手段と、回転子の角度位置を絶対
的に決定するための第2の磁気感知手段と分用いた位置
検出装置に向りられている。
第1の磁気感知手段は、 前記回転子と動fj的に関連して一緒に回転する第1の
ターゲット手段、 前記回転子の絶対的な角度位置とは無関係に前記第1の
タータフ1〜手段から固定距離に配置され、該第1のタ
ーゲット手段との間に第1のエアー・ギャップを限定す
る第1のセンサ手段、及び前記第1のターグツl一手段
及び前記第1のセンサ手段に近接して配置され、前記第
1のエアー・ギャップ内に第1の磁界を創成する第1の
磁石手段、 を3んでいる。この配列でもって、前記第1のセンサ手
段は前記第1のターゲット手段と協働1−2前記第1の
エアー・ギャップ内の前記第1の磁界の増分的変動を検
出することによって前記回転子の角度位置を正確に決定
する。
前記第2の磁気恩知手段は、 前記回転子と動作的に関連して一緒に回転する第2のタ
ーゲット手段、 前記回転子の絶対的な角度位置に依存して前記第2のタ
ーゲット手段から可変距離に配置され、第2のターゲッ
ト手段との間に第2のエアー・ギャップを限定する第2
のセンサ手段、及び、前記第2のターゲット手段及び前
記第2のセンサ手段に近接して配置され、前記第2のエ
アー・ギャップ内に第2の磁界を創成する第2の磁石手
段、 を含んでいる。この配列でもって、前記第2のセンサ手
段は前記第2のターゲット手段と協働して、前記第2の
エアー・ギャップ内の前記第2の磁界の連続的な変動を
検出することによって前記回転子の角度位置を絶対的に
決定する。
例示的な実施例においては、第1のターゲット手段は外
周に複数個の歯を有した歯車である。該歯車は前記回転
子と動1を的に関連する円形板を含み、前記歯は、実質
的に同一のピッチ半径及び厚さ含有すると共に、前記円
形板の回りで等間隔に離間されているのが好ましい。さ
らに前記歯車は前記回転子と同じ速度でシャフト等とし
て回転するように適合されている。
好ましくは、第1のセンサ手段は、前記歯車と相対的な
固定位置に装着された第1の磁気センサである。該第1
の磁気センサは、前記歯と向がい合いかつ半径方向に離
間した関係で前記歯車と共通下面内に配置されている。
さ′らに、第1の磁気センサは、前記歯車が回転すると
き前記第1の磁界内の増分的変動を検出するように適合
されている。
さらに特定的には、第1の磁気センサは、前記第1の磁
界内の増分的変動を表わす出力信号を生成する。任意の
時点における前記第1の磁界の強度は、その時点におけ
る前記第1の磁気センサに対して最も近い前記歯の位置
によって決定される前記第1のエアー・ギャップの長さ
に依存する。
以後、理解されるように、出力信号は、前記第1の磁界
強度の大きさの変化により前記増分的変動を表わす態様
で大きさにおいて変化する。
好適な実施例においては、前記第1の磁石手段は、前記
歯と向かい合いかつ半径方向に離間した11Sl係で配
置された永久磁石である。前記永久磁石は前記第1の磁
気センサと半径方向に整列して配=され、前記第1の磁
気センサは前記永久磁石と前記歯車の由との中間に配置
されていると共に、眉間した一対の感知素子を含み、該
離間した感知素子は、前記歯と向かい合いかつ半径方向
に眉間した関係で前記沿車と共通の平面内に配置されて
いる。永久磁石は、前記離間した感知素子に対して中心
付けられた関係で配置されているのが好ましい。
例示的な実施例においては、第2のターゲット手段は、
外周に概してなめらかな外部表面を有するホイールであ
る。該ホイールは、連続的に増加する半径方向寸法を有
した円形板を含んでいるのが好ましい。さらに、前記円
形板は最大及び最小の半径方向寸法の共通点において前
記外部表面上に半径方向のオフセットを有している。
この配列でもって、第2のセンナ手段は好ましくは、前
記ホイールと相対的な固定位置に装着された第2の磁気
センサである。該第2の磁気センサは、前記外部表面と
向かい合いかつ半径方向に眉間した関係で前記ホイール
と共通の平面内に配置されるのが有利である。さらに、
前記第2の磁気センサは、該第2の磁気センサと相対的
に前記ホイールが回転するとき前記第2の磁界内の連続
的な変動を感知する。
さらに特定的には、第2の磁気センサは、前記第2の磁
界内の前記連続的な変動を表わす出力信号を生成する。
任意の時点における前記第2の磁界の強度は、その時点
での前記第2の磁気センサと相対的な前記ホイールの角
度位置によって決定される前記第2のエアー・ギャップ
の長さに依存する。以後分かるように、前記出力信号は
、前記第2の磁界の強度の大きさにおける変化により前
記連続的な変動を表わす態様て大きさにおいて変化する
好ましくは、第2の磁石手段は、前記ホイールの前記外
部表面と向かい合いかつ半径方向に離間した閏(系で配
置された永久磁石である。好適な実施例においては、該
永久磁石は、前記第2の磁気センサと半径方向に整列し
て配置されており、前記第2の磁気センサは、前記永久
磁石と前記ホイールの前記外部表面との中間に配置され
ている。
さらに、位置検出装置は、前記第1及び第2のセンサ手
段の各々のために出力信号を監視するための監視手段を
含んでいるのが好ましい。該出力信号は、前記第1及び
第2の磁界を表わし、この場合、前記第1のセンサ手段
は、前記回転子の特定の離散した複数個の正確な角度位
置を正確に決定すると共に、前記第2のセンサ手段は前
記回転子の絶対的な角度位置を絶対的に決定する。この
配列でもって、前記監視手段は、前記出力信号から前記
回転子の正確かつ絶対的な角度値1含決定する。
さらに、前記監視手段は、前記第2のセンサ手段からの
前記出力信号?おおよその角度位置の読みに変換するこ
とによって回転が開始された時の前記回転子の正確かつ
絶対的な角度位置を決定する。おおよその角度位置の読
みは、前記第1のセンサト段が前記特定の離散した複数
個の正確な角度位置の次のものを検出したときに決定さ
れると共に、同時に、該おおよその角度位置の読みは!
前記正確な角度位置と比較される。このようにすること
により、前記監視手段は、前記特定の離散した複数個の
正確な角度位置の内の、前記第1のセンサ手段によって
検出される前記正確なw変位置に対応する正確かつ絶対
的な角度位置に、前記おおよその角度位置の読みを修正
する。
好適な実施例においては、前記監視手段はまた経過時間
及び回転子の角速度をも監視する。前記監視手段は、一
定の角速度の期間中、i前記特定の蒸散した複数個の正
確な角度位置の間で、それに対する増分的な角度調整を
行うことによって、正確かつ絶対的な角度位置を決定す
る。以後分かるように、増分的な角度2整とは前記角速
度及び前記経過時間から決定される乙のである。
好ましくは、前記監視手段はまた、経過時間及び前記回
転子の角加速度をも監視する。前記−視手段は、角加速
期間中、前記特定の離散した複数個の正確な角度位置の
間で、それに対する増分的な角度調整を行うことによっ
て、前記正確かつ絶対的な角度位置を決定する。この態
様で、前記増分的な角度調整は、角速度、経過時間及び
角加速度によって決定される。
別の実施例においては、位置検出装置は、前記第2の磁
気感知手段によって決定される前記回転子の絶対的な角
度位置における不正確さを補償するための第3の磁気感
知手段を倉んでいる。該第3の磁気3知手段は、前記回
転子と動作的に関連して一緒に回転する第3のターゲッ
ト手段と、前記回転子の絶対的な角度位置とは無関係に
前記第3のターゲット手段から固定距離に配置され、第
3のターゲット手段との間に第3のエアー・ギヤツブを
限定する第3のセンサ手段と、前記第3のターゲット手
段及び前記第3のセンサ手段に近接して配でされ、前記
第3のエアー・ギャップ内に第3の磁界を創成する第3
の磁石手段とを含んでいるのが好ましい。この配列でら
って、前記第3のセンサ手段は前記第3のターゲット手
段と協働して、前記第3のエアー・ギャップ内の前記第
3の磁界に対する基準レベルからの変動を検出すること
によって前記回転子の絶対的な角度位置における不正確
さご補償する。
位置検出装置の別の実施例は、一層詳相には、なめらか
な表面を有するホイールを備えた第3のターゲット手段
を含んでいる。第3のセンサ手段は、ホイールの表面と
相対的な固定位置に装着された第3の磁気センサである
のが好ましく、かつ第3の磁界を表わす出力信号を生成
するようにホ・イールと離間した関係で配置されている
のが好ましい。以後分かるように、第3の磁界の強度は
、実際の動作状態に依存し、出力信号は基準レベルを表
わす信号と比較されて両者間の変化を検出する。
第3の磁石手段は、ホイールの表面と向かい合いかつ離
間された関係で配置された永久磁石であるのが好ましい
。この配列でもって、該永久磁石は、永久磁石とホイー
ルの表面との中間に配置された第3の磁気センサと整列
して配置されるのが有利である。
本発明のさらに他の目的、長所並びに特徴は、添付図面
と共に為される以下の説明を考慮して理解されるてあろ
う。
丁適た−1  の舌、旧f百口 最初に第1図を参照すると、参照数字10は総括的に本
発明による位置検出装てを示し、該装置は、回転子(図
示せず)の角度位置を正確に決定するために第1の磁気
感知手段12を含んでいる。
第1の磁気感知手段12は、回転子と一緒に回転するよ
う該回転子と動作的に関連する第1のターゲット手段1
4と、回転子の絶対角度位置とは無関係に第1のターゲ
ット手段14から固定距離に配置され、該第1のターゲ
ット手段14との間に第1のエアー・ギャップ18含限
定する第1のセンサ手段16と、第1のエアー・ギャッ
プ18内に第1の磁界を創成するよう第1のターゲット
手段14及び第1のセンサ手段16に近接して配置さI
する第1の磁石手段20とを含んでいる。この配列でも
って、第1のセンサ手段16は、第1のターゲット手段
14と協働し、第1のエアー・ギャップ18内の第1の
磁界の増分変化を検出することによって回転子の角度位
置を正確に決定する。
第1図をさらに参照すると、位置検出装置10はまた、
回転子の角度位置を絶対的に決定するために、第2の磁
気感知手段22をも陰んでいる。
第2の磁気感知手段22は、回転子と一緒に回転するよ
う該回転子と動作的に関)1する第2のターゲット手段
24と、回転子の絶対角度位置に依存して第2のターゲ
ット手段24からの可変距離に配置され、該第2のター
ゲット手段24との間に第2のエアー・ギャップ28を
限定する第2のセンサ手段26と、第2のエアー・ギャ
ップ28内に第2の磁界を創成するよう第2のターゲッ
ト手段24及び第2のセンサ手段26に近接して配置さ
れる第2の磁石手段30とを含んでいる。この配列でも
って、第2のセンサ手段26は、第2のターゲット手段
24と協働し、第2のエアー・ギャップ28内の第2の
磁界の連続的変化を検出することによって回転子の角度
位置を絶対的に決定する。
第4図を参照すると、第1のターゲット手段14は、外
周の回りに複数の歯34を有する歯車32である。歯車
32は、回転子と動作的に関連する円板36を含んでお
り、歯34は、実質的に同じピッチ半径及び厚さであり
、円板36の回りに等間隔に圓かれている。付加的には
、歯車32は、回転子と同じ速度でシャフト37上もし
くは同様のものとして回転するよう適合される。
第4図に示されるように、第1のセンナ手段16は、歯
車32と相対的な固定位置に装着された第1の磁気セン
サである。第1の磁気センサ16は、山34と向かい合
った関係でかつそれと半径方向に離間した関係で、歯車
32と共通の平面円に配置されているのが好ましいにの
配列で、第1の磁気センサ16は、歯車32が第1の磁
気センサ16と相対的に回転するとき、第1の磁界の増
分変化を検出することができる。
以後、分かるように、第1の磁気センサ16は、第1の
磁界の増分変化を示す出力信号を生成する。
成る時点での第1の磁界の強さは、その時点での第1の
磁気センサ16に対する最も近い歯34の位置によって
決定される、第1のエアー・ギャップ18の長さに依存
する。結果として、出力信号は、第1の磁界の強さの大
きさが変化するという理由で、大きさにおいて増分変化
を表わす態様で変化する。
さらに第4図を参照すると、第1の磁石手段20は、歯
34と向かい合ってそれと半径方向に離間した関係で配
置された永久磁石であり、歯車32の歯34との中間に
配置されている第1の磁気センサ16と半径方向に整列
して配置されている。この配列で、第1の磁気センサ1
6は、歯34と向かい合って半径方向に離間した関係で
、歯車32と共通の平面内に配置された一対の間曝を置
かれた感知素子16a及び16bを古んでおり、そして
永久磁石20は、間隔を置かれた感知素子16a及び1
6bに対して中心付けられた関係で配置されている。
さて第1図及び第5図をヤ照すると、第2のターゲッI
一手段24は、その外周に概してなめらかな外部炎面4
0分有するホイール38である。該ホイール38は、最
大及び最小半径寸法を有する共通点において、外側表面
40上に112におけるような半C方向オフセットを有
して、゛ド径方向寸法が連続的に増加する円形の板であ
る。特に第5図を参照すると、第2のセンサ手段26は
、ホイール38に対して固定位置に装着された第2の磁
気センサである。
示されているように、第2の磁気センサ22は、外部表
面40と向かい合って半径方向に歪量した関係で、ホイ
ール38との共通の平面内に配置されている。第2の磁
気センサ22は、ホイール38が第2の磁気センサ22
と相対的にシャフト37もしくは同様のもの上で回転す
るとき、第2の磁界における連続的な変化を感知する。
さらに、第2の磁気センサ22は、第2の磁界における
連続的な変化を表わす出力信号を生成する。
第4図に示された第1の磁気センサ16の場合のように
、成る時間点における第2の磁界の強さは、その時間点
における第2の磁気センサ26と相対的なホイール38
の角度位置によって決定される、第2のエアー・ギャッ
プ28の長さに依存ずろ。出力信号は、第2の磁界の強
さの大きさが変化するので、大きさにおいて連続的な変
化を表わす態様で変fヒする。前述のように、第2のに
石手段30もまた、ホイール38の外側表面40と向か
い合って半径方向に離間した関係で配置された永久磁石
であり、ホイール38の外側表面40との中間に配置さ
れる第2の磁気センサ26と半径方向に整列している。
再度第1図を参照すると、位置検出装置lOはまた、第
1及び第2のセンサ手段16と26の各々からの、それ
ぞれの出力信号含監視するための手段をら3んでいる。
監視手段44は、第1及び第2の磁界を表わす出力信号
を監視し、その場合、第1のセンサ手段16は回転子の
特定の離散した複数個の正確な角度位置を正確に決定し
、かつ第2のセンサ手段26は回転子の絶対角度位置を
絶対的に決定する。結果として、監視手段44は、それ
ら出力信号から回転子の正確かつ絶対的な角度位置を決
定することが可能である。
持に、監視手段114は、第2のセンサ手段26からの
出力信号をおおよその角度位置の読みに変換することに
よって、回転が始まるときの回転子の正確かつ絶対的な
角度位置を決定する。おおよその角度位置の読みは、第
1のセンサ手段16が次の特定の離散した複数個の正確
な角度位置すなわち次の0点を検出したときに決定され
、そして同時に、おおよその角度位置の読みは、正確な
角度位置と比較される。さらに、監視手段44は、おお
よその角度位置の読みを、第1のセンサ手段16によっ
て検出された特定の離散した複数個の正確な角度位置の
正確な角度位置に対応する正確かつ絶対的な角度位置に
修正する。
要素の′41徴のために、監視手段4・1はまた、経過
時間及び回転子の角速度をも監視する。監視手段・14
は、一定の角速度の期間中、特定の青工肢した複数個の
正確な角度位置間で、それとの増分的角度調整を行うこ
とによって、正確かつ絶対的な角度位置を決定する。以
後分かるように、増分的角度調整は、確立した原理に従
って角速度及び経過時間から決定される。
さらに、監視手段44は、経過時間及び回転子の角加速
度も監視し、角加速期間中の正確かつ絶対的な角度位置
を決定する。さらに、監視手段4・1は、特定の離散し
た複数個の正確な角度位置間で、それとの増分的角度調
整を行うことによって、この決定と行う。また、以後分
かるように、増分的角度調整は、確立した原理に従って
角速度、経過時間、及び角加速度によって決定される。
好jδな実施例においては、位置検出装置10はまた、
第2の磁気感知手段22によって決定される回転子の絶
対角度位置における不正確さを補償するための第3の磁
気感知手段46をも含んでいる。第3の磁気感知手段4
6は、回転子と一緒に回転するよう該回転子と動作的に
関連する第3のタータフ1〜手段48と、回転子の絶対
的な角度位置とは無関係に第3のターゲット手段48か
ら固定距雛に配置されて、該ターゲット手段48との間
に第3のエアー・ギャップ52′5:限定する第3のセ
ンサ手段50と、第3のエアー・ギャップ52内に第3
の磁界を創成するよう第3のターゲット手段48及び第
3のセンサ手段50に近接して配置される第3の磁石手
段54とを含んでいる。
この配列でもって、第3のセンサ手段50は、第3のタ
ーゲット手段48と協働して、第3のエアー・ギャップ
52内の第3の磁界に対する基準レベルからの変動を検
出することによって回転子の絶対位置における不正確さ
を補償する。
第1図に示された実施例においては、第3のターゲラ手
段48は、第2のターゲット手段24の下らな表面であ
る。このことは、第3のセンサ手段50が、該乎らな表
面との間に第3のエアー・ギャップ52を限定するよう
、回転子の絶対角度位置とは無関係に、説明したように
平らな表面から固定の距離に配置され得るので、全く満
足なものである。しかしながら、第3の磁気感知手段4
6は、そうすることが望まれるならば、独立した要素と
して形成され得る。
第2図を参照すると、位置検出装置10’は、第1図の
位置検出装置10と全く同様である。該装置は、第1の
ターゲット手段14′、第1のセンサ手段16°、第1
のエアー・ギャップ18′及び永久磁石20’を有する
第1の磁気感知手段12′を含んでいる。該装置はまた
、第2のターゲット手段24°、第2のセンサ手段26
゛、第2のエアー・ギャップ28°及び第2の永久磁石
30°を有する第2の磁気感知手段22′を含んでいる
。しかしながら第3の磁気感知手段46′は、全く独立
した要素である。
第2図に示されるように、第3の磁気感知手段716゛
もまた、第2の磁気感知手段22′によって決定された
回転子の絶対角度位置における不正確さき補償するよう
に適合されている。第3の磁気感知手段・16°は、な
めらかな表面58を有し、かつシャフト37°上でもし
くはそれと同等のものとして回転子と動作的に関連して
一緒に回転する、完全に雛れたホイール56の形態にあ
る第3のターゲット手段48°と、ホイール56の表面
58に対して固定の位置に装着され、かつ回転子の絶対
角度位置と無関係に表面58から固定の距艷に配置され
て、表面58との間に第3のエアーギャップ52°を限
定する、第3の磁気センサの形態にある第3のセンサ手
段50゛と、第3のエアー・ギャップ52′内に第3の
磁界を創成するよう第3のターゲット手段48°及び第
3のセンサ手段50′に近接して配置された第3の磁石
手段54′とを含んでいる。第3の磁気センサ5゜及び
第3の磁気センサ50’の双方に閃して、それらは双方
とも、実際の動作状態に依有した強度の第3の磁界を表
わす出力信号を生成し、該出力信号は、基準レベルを表
わす信号と比較されて、両者間の変動を検出する、 第1図に示された実施例の場合のように、第3の磁石手
段54′は、ホイール56の表面58と向かい合ってか
つ離された関係で配置された永久磁石である。さらに特
定的には、永久磁石54゛は、永久磁石54′とホイー
ル56の表面58との中間に配置された第3の磁気セン
サ50′と整列して配置されている。
第2図に示されたように、監視手段44′は、第1、第
2及び第3のセンサ手段16’、26“及び50′の各
々からの出力信号を監視するために設けられている。監
視手段44゛は第2のセンサ手段26″からの出力信号
をおおよその角度位置の読みに変換し、かつ第3のセン
サ手段50゜からの出力を第3の磁界に対する基準レベ
ルを表わす信号と比較して両者間の変化を検出すること
によって、静止時の回転子の絶対角度位置を決定する。
さらに、監視手段44゛は、おおよその角度位置の読み
分補償された絶対角度値この読みに変換する。
この構成でらって、第1の磁気悪用手段12゜は、回転
子の特定の置数した複数個の正確な角度位置を正確に決
定する。監視手段44′は第2のセンサ手r226“か
らの出力信号をおおよその角度位置の読みに変換し、第
3のセンサ手段50′からの出力信号を第3の磁界に対
する基準レベルを表わす信号と比較して両者間の変化を
検出し、おおよその角度位置の読みを、補償された絶対
角度位置の読みに修正し、そして補償された絶対角度位
置の読みを特定の離散した複数個の正確な角度位置と比
較することによって、回転始動時の絶対角度位置を決定
する。このことがりされたとき、監視手段44゛は、補
ffffされた絶対角度位置の読みを特定の離散した複
数個の正確な角度位置の最も近い1つに対応する正確か
つ絶対的な角度位置に変換する。
第3図を参照すると、さらにもう1つの位置検出装置1
0″′の実施例が詳細に示されている。この実施例は、
第1図及び第212Iに示された前述の実施例と実質的
に同一の第1のセンサ手段16°°、第2のセンサ手段
26″及び第3のセンサ手段50“′を用いている。第
3図の実施例はまた、前述の実施例での対応の要詣と同
じ特性及び111’i2を有する永久磁石20”、30
′′及び54°′を用いている。しかしながら、以後理
解されるように、第1、第2及び第3のタータフ1〜手
段14“、24″及び48′′は、単一のホイール60
によって定y)られる。
第3図に示すように、ホイール60は、複数個の表面1
4 a” 、24 a’を有しており、表面の1つ14
 a ”は、その外周に歯(第4図に示された34のよ
うな)を有しており、表面の1つ24 a ”は、その
周辺に連続的に増加する半径方向寸法(第5図の外部表
面40のような)を有しており、そして表面の1つ48
 a ”は、常に固定の点から固定の距離にあるなめら
かな表面(第6図に示された外部表11i1i48°も
しくは第1図に示されたなめらかな向かい合った表面)
になっている。この配列でもって、第1、第2及び第3
のセンサ手段16”、26”及び50″は、各々表面1
4a”、24a’″及び48a“′のそれぞれの1つと
相対的な固定位置に装着された磁気センサである。
さらに特定的には、第1のセンサ手段16′°は、回り
に歯を有した表面14 a ”に対して固定位置に装着
されている。第2のセンサ手段26”は、連続的に増加
する半径方向寸法を回りに有した表面24 a ”に対
して固定の位置に装着されている。
さらに、第3のセンサ手段50′′は、固定点から常に
固定の距離にある表面に対して固定の位置に装着されて
いる。
示された実施例において、センサは、コイル、ホール効
果もしくは磁気抵抗性の型のものであって良く、ターゲ
ットから所定の距離に静的に装着され得る。ターゲット
は、口車及び/またはホイールから成り、この場合、歯
車は、外部の半径表面上に歯を有する円形板であり、ホ
イールは、円形の、もしくは池の形状になっており、か
つなめらかな表面を有しており、そしてターゲットは、
例えば、第2I12Iに示されたカスケード形態で、3
7゛のようなジャ7I・上に装着されている。シャフト
37″は通常の態様でベアリング上に装着されるので1
回転自由であり、従ってターゲットが回転子の速度で回
転するのを可能とする。
磁気抵抗性センサのようなセンサは、その平らな表面に
おいて磁界の強さの変化を感知する。該センサはまた、
磁界にさらされたとき、パーマロイ物資の抵抗が変化す
るという既知の科学的事実によって生じる恐度で磁界の
強さの変化に比例するアナログ信号をも出力する。ブリ
ッジ形態で接続された4つの抵抗から成るKMZl 0
チツプを用いることによって、外部回路からブリッジに
電流が供給され、そしてブリッジを横切る電圧が監視さ
れる。
抵抗が磁界により変化するとき、ブリッジ電圧も変1ヒ
する。この電圧変化が出力信号であり、磁界の強さにお
ける変化は、センサの近くのターゲットによって生じ、
その変化の大きさは、エアー・ギャップの長さに直接関
係する。理解されるように、磁界自身は、第1図から第
6図に示される、正当に整列された永久磁石によって供
給される。
センナの出力信号の量は、不運にも、組立体変化、幾何
学的公差及び偏心のような製造及び環境要因と、温度と
、要素の老化とによって影響されるにれらの問題を克服
するために、ターゲットとセンサとが組み合わされてお
り、例えば、第4図に示されるように正確な角度悪用の
ためにターゲット歯車は2つのセンサと一緒に設けられ
ており、第5図に示されるように絶対測定のために1つ
または2つのセンナを有するターゲット・ホイールが設
けられており、そして第6図に示されるように熱または
他の環境効果を補償するために固定のエアー・ギャップ
及び磁気センサを有するターゲット・ホイールが設けら
れる。もちろん、第1図及び第3図に示された選択物も
、本発明から引き出されるべき同じ長所を達成するため
に全く同じ態様で用いられ得る。
第4図を参照すると、2つの磁気センサが、双方共等し
いエアー・ギャップを有するように、歯車と整列された
とき、2つのセンサからの出力電圧は、正確に等しいと
いうことが理解されるであろう。このことは、どんな熱
または他の環境効果、もしくは製造上の偏差にも無関係
に真実であり、2つの出力電圧信号は比較され得て、示
された位置における正確な場所は、歯車が回転するとき
ゼロ電圧点として得られ得る。しかしながら、この正確
な場所は、歯車上の歯の番号に対応する成る位置におい
てのみ得られ、そしてセンサは、絶対角度位置を決定せ
ず、歯車の位置がゼロ位置のいずれか1つにあるという
ことを認識するだけである。
第5図を参照すると、エアー・ギャップが可変であり、
かつ回転子の角度位置の関数であるようにターゲットと
対向する唯一の磁気センサがある。
該磁気センサからの出力電圧は、エアー・ギャップ、従
って回転子の絶対角度位置と独自に関係しているが、こ
の出力電圧は、前述した製造上の及び環境的な変化によ
る変動を受ける。環境的な影’3 分子+I! (rτ
するために、第6図に示されてようなセンサ、′クーゲ
ットの配列が使用され得、この配列は1回転子の位置と
は無関係に固定のエアー・ギヤツブ企存するので、環境
的な影響のみの関数である出力電圧を提供する。
実際の動(Y中、すべてのセンナからの出力電圧は、外
部回路によって監視される。停止状態(不動)において
、おおよその回転子位置が絶対センサに土って与−えら
れ、このセンサ及び補償センサからの信号は比較され、
そして補償された絶対角度位置が、詰視回路仁よって決
定される。このことがイ′)されたとき、そのように決
定された位置は、絶対的であり充分に正確であるが、製
造上の変1ヒに対しては修正されない。
シャフトが瞬間T0において回転を開始し、その時刻に
おいて絶対(i置がθ。であるとき、該シャフトは、時
刻T歯おいて第4図に示されたセンサ上の第1のゼロ位
置に達する。もしこの時間点における、補償された絶対
センサによって示された角度の測定値がθlであるなら
ば、次に正確かつ絶対的な角度は次の式によって与えら
れる。
ここに、”g“°=歯車の歯の数、及び” n ”−次
の関係を満足する整数:θ、−(360÷2g)Xn<
360÷4gこの瞬間T歯おいて監視回路は、その論理
回路分食して絶対角度をθIからθ1歯1G正し、この
ようにして絶対かつ正確な角度位置を測定する。
回転子がさらに回転したとき、監視回路によって測定さ
れた角度位置は、次の式によって与えられる。角度Δθ
を増加することによりθ、1から変更される。
Δθ=(ΔT)(W) ここに、“ΔT”は、経過時間であり、W ”は、シャ
フトの速度が一定であるとき、監視回路によって監視さ
れる角速度である。この測定モードは、シャフトが、正
確なセンサの次のゼロ位置によって決定される次の正確
な測定に達するまで、続りられるであろう。この時刻に
おいて、回路諦視は、上述に説明した態様でその出力角
度位置を再度修正する。
一定の速度ではなく、加速の期間中、監視回路は、角加
速度αをも迎1定し、付加的な角度Δθは、Δθ=(Δ
T>(w  +  1/2αT)によって与えられる。
監視回路と一緒にかかる配列は、回転中、回転子のfa
対かつ正確な位置を提供ずろ。このことは、効率及び力
率の点においてモータの性能が正確な回転子位置の決定
に依存するというブラシなしDCモータに有効であり、
そして回転子が停止しているとさ・てさえ、ここに説明
した配り11はなお絶対的な位置3決定する。しかしな
がら、この点においては、ブラシなしDCモータはDC
電流を得ているのて、位置の正確さは特に重要ではない
以上、本発明の好適な実施例について述べてきたけれど
も、ここに与えられた詳細は、本発明の717神並びに
範囲を逸脱することなく、当業名によって変更し得ると
いうことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実1ノ&例による位置検出装置3示
す断面図、第2図は本発明の別の実施例による位置検出
装置を示す断面図、第3図は本発明のさらに別の実施例
による位置検出″A1ff ”:示す断面図、第4図は
、第1図の線4−4から見た断面図。 第5図は、第1図の線5−5から見た断面図、第6(2
Iは、第2図の線6−6から見た[fJ?面図である。 図において、10は位置検出装置、12は第1の磁気感
知手段、14は第1のターゲット手段、16は第1のセ
ンサ手段、16a及びIGbは感知素子、18は第1の
エアー・ギャップ、20は第1の磁石手段、22は第2
の磁気感知手段、24は第2のターゲット−F段、2G
は第2のセンサ手段、28は第2のエアー ギャップ、
30は第2の磁石手段、32は歯車、3・4は山、3G
は円板、37はシャツI・、38はホイール、44は監
視手段、46は第3の磁気感知手段、48は第3のター
ゲット手段、50は第3のセンサ手段、52は第3のエ
アー・ギャップ、54は第3の磁石手段、56はホイー
ルである。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回転子の角度位置を正確に決定するための第1の
    磁気感知手段と、前記回転子の角度位置を絶対的に決定
    するための第2の磁気感知手段とを備えた位置検出装置
    であって、 前記第1の磁気感知手段は、 前記回転子と動作的に関連して一緒に回転する第1のタ
    ーゲット手段、 前記回転子の絶対的な角度位置とは無関係に前記第1の
    ターゲット手段から固定距離に配置され、該第1のター
    ゲット手段との間に第1のエアー・ギャップを限定する
    第1のセンサ手段、及び 前記第1のターゲット手段及び前記第1のセンサ手段に
    近接して配置され、前記第1のエアー・ギャップ内に第
    1の磁界を創成する第1の磁石手段、 を含み、前記第1のセンサ手段は前記第1のターゲット
    手段と協働し、前記第1のエアーギャップ内の前記第1
    の磁界の増分的変動を検出することによって前記回転子
    の角度位置を正確に決定し、 前記第2の磁気感知手段は、 前記回転子と動作的に関連して一緒に回転する第2のタ
    ーゲット手段、 前記回転子の絶対的な角度位置に依存して前記第2のタ
    ーゲット手段から可変距離に配置され、第2のターゲッ
    ト手段との間に第2のエアー・ギャップを限定する第2
    のセンサ手段、及び、 前記第2のターゲット手段及び前記第2のセンサ手段に
    近接して配置され、前記第2のエアー・ギャップ内に第
    2の磁界を創成する第2の磁石手段、 を含み、前記第2のセンサ手段は前記第2のターゲット
    手段と協働して、前記第2のエアー・ギャップ内の前記
    第2の磁界の連続的な変動を検出することによって前記
    回転子の角度位置を絶対的に決定する、 ようにした位置検出装置。
  2. (2)前記第1のターゲット手段は外周に複数個の歯を
    有した歯車であり、該歯車は前記回転子と動作的に関連
    する円形板を含み、前記歯は、実質的に同一のピッチ半
    径及び厚さを有すると共に、前記円形板の回りで等間隔
    に離間されており、前記歯車は前記回転子と同じ速度で
    回転するように適合されている特許請求の範囲第1項記
    載の位置検出装置。
  3. (3)前記第1のセンサ手段は、前記歯車と相対的な固
    定位置に装着された第1の磁気センサであり、該第1の
    磁気センサは、前記歯と向かい合いかつ半径方向に離間
    した関係で前記歯車と共通平面内に配置され、前記第1
    の磁気センサは、前記歯車が前記第1の磁気センサと相
    対的に回転するとき前記第1の磁界内の増分的変動を検
    出する特許請求の範囲第2項記載の位置検出装置。
  4. (4)前記第1の磁気センサは、前記第1の磁界内の増
    分的変動を表わす出力信号を生成し、任意の時点におけ
    る前記第1の磁界の強度は、その時点における前記第1
    の磁気センサに対して最も近い前記歯の位置によって決
    定される前記第1のエアー・ギャップの長さに依存し、
    前記出力信号は、前記第1の磁界強度の大きさの変化に
    より前記増分的変動を表わす態様で大きさにおいて変化
    する特許請求の範囲第3項記載の位置検出装置。
  5. (5)前記第1の磁石手段は、前記歯と向かい合いかつ
    半径方向に離間した関係で配置された永久磁石であり、
    前記永久磁石は前記第1の磁気センサと半径方向に整列
    して配置され、前記第1の磁気センサは前記永久磁石と
    前記歯車の歯との中間に配置されている特許請求範囲第
    4項記載の位置検出装置。
  6. (6)前記第1の磁気センサは、離間した一対の感知素
    子を含み、前記離間した感知素子は、前記歯と向かい合
    いかつ半径方向に離間した関係で前記歯車と共通の平面
    内に配置されており、前記第1の磁石手段は、前記離間
    した感知素子に対して中心付けられた関係で配置された
    永久磁石である特許請求の範囲第4項記載の位置検出装
    置。
  7. (7)前記第2のターゲット手段は、外周に概してなめ
    らかな外部表面を有するホイールであり、該ホイールは
    、連続的に増加する半径方向寸法を有した円形板を含ん
    でおり、前記円形板は最大及び最小の半径方向寸法の共
    通点において前記外部表面上に半径方向のオフセットを
    有する特許請求の範囲第1項記載の位置検出装置。
  8. (8)前記第2のセンサ手段は、前記ホイールと相対的
    な固定位置に装着された第2の磁気センサであり、該第
    2の磁気センサは、前記外部表面と向かい合いかつ半径
    方向に離間した関係で前記ホイールと共通の平面内に配
    置され、前記第2の磁気センサは、該第2の磁気センサ
    と相対的に前記ホイールが回転するとき前記第2の磁界
    内の連続的な変動を感知する特許請求の範囲第7項記載
    の位置検出装置。
  9. (9)前記第2の磁気センサは、前記第2の磁界内の前
    記連続的な変動を表わす出力信号を生成し、任意の時点
    における前記第2の磁界の強度は、その時点での前記第
    2の磁気センサと相対的な前記ホイールの角度位置によ
    って決定される前記第2のエアー・ギャップの長さに依
    存しており、前記出力信号は、前記第2の磁界の大きさ
    における変化により前記連続的な変動を表わす態様で大
    きさにおいて変化する特許請求の範囲第8項記載の位置
    検出装置。
  10. (10)前記第2の磁石手段は、前記ホイールの前記外
    部表面と向かい合いかつ半径方向に離間した関係で配置
    された永久磁石であり、該永久磁石は、前記第2の磁気
    センサと半径方向に整列して配置されており、前記第2
    の磁気センサは、前記永久磁石と前記ホイールの前記外
    部表面との中間に配置されている特許請求の範囲第9項
    記載の位置検出装置。
  11. (11)前記第1及び第2のセンサ手段の各々からの出
    力信号を監視するための監視手段を含み、前記出力信号
    は、前記第1及び第2の磁界を表わし、この場合、前記
    第1のセンサ手段は、前記回転子の特定の離散した複数
    個の正確な角度位置を正確に決定すると共に、前記第2
    のセンサ手段は前記回転子の絶対的な角度位置を絶対的
    に決定し、前記監視手段は、前記出力信号から前記回転
    子の正確かつ絶対的な角度位置を決定する特許請求の範
    囲第1項記載の位置検出装置。
  12. (12)前記監視手段は、前記第2のセンサ手段からの
    前記出力信号をおおよその角度位置の読みに変換するこ
    とによって回転が開始された時の前記回転子の正確かつ
    絶対的な角度位置を決定し、前記おおよその角度位置の
    読みは、前記第1のセンサ手段が前記特定の離散した複
    数個の正確な角度位置の次のものを検出したときに決定
    されると共に、前記おおよその角度位置の読みは同時に
    前記正確な角度位置と比較され、前記監視手段は、前記
    特定の離散した複数個の正確な角度位置の内の、前記第
    1のセンサ手段によって検出される前記正確な角度位置
    に対応する正確かつ絶対的な角度位置に、前記おおよそ
    の角度位置の読みを修正するようにした特許請求の範囲
    第11項記載の位置検出装置。
  13. (13)前記監視手段はまた経過時間及び回転子の角速
    度を監視し、前記監視手段は、一定の角速度の期間中、
    前記特定の離散した複数個の正確な角度位置の間で、そ
    れに対する増分的な角度調整を行うことによって、正確
    かつ絶対的な角度位置を決定し、ここに前記増分的な角
    度調整は前記角速度及び前記経過時間から決定される特
    許請求の範囲第12項記載の位置検出装置。
  14. (14)前記監視手段はまた経過時間及び前記回転子の
    角加速度を監視し、前記監視手段は、角加速期間中、前
    記特定の離散した複数個の正確な角度位置の間で、それ
    に対する増分的な角度調整を行うことによって、前記正
    確かつ絶対的な角度位置を決定し、ここに前記増分的な
    角度調整は、角速度、経過時間及び角加速度によって決
    定される特許請求の範囲第13項記載の位置検出装置。
  15. (15)回転子の角度位置を正確に決定するための第1
    の磁気感知手段と、前記回転子の角度位置を絶対的に決
    定するための第2の磁気感知手段と、前記第2の磁気感
    知手段によって決定される前記回転子の絶対的な角度位
    置における不正確さを補償するための第3の磁気感知手
    段とを備えた位置検出装置であって、 前記第1の磁気感知手段は、 前記回転子と動作的に関連して一緒に回転する第1のタ
    ーゲット手段、 前記回転子の絶対的な角度位置とは無関係に前記第1の
    ターゲット手段から固定距離に配置され、該第1のター
    ゲット手段との間に第1のエアー・ギャップを限定する
    第1のセンサ手段、及び 前記第1のターゲット手段及び前記第1のセンサ手段に
    近接して配置され、前記第1のエアー・ギャップ内に第
    1の磁界を創成する第1の磁石手段、 を含み、前記第1のセンサ手段は前記第1のターゲット
    手段と協働し、前記第1のエアー・ギャップ内の前記第
    1の磁界の増分的変動を検出することによって前記回転
    子の角度位置を正確に決定し、 前記第2の磁気感知手段は、 前記回転子と動作的に関連して一緒に回転する第2のタ
    ーゲット手段、 前記回転子の絶対的な角度位置に依存して前記第2のタ
    ーゲット手段から可変距離に配置され、第2のターゲッ
    ト手段との間に第2のエアー・ギャップを限定する第2
    のセンサ手段、及び、 前記第2のターゲット手段及び前記第2のセンサ手段に
    近接して配置され、前記第2のエアー・ギャップ内に第
    2の磁界を創成する第2の磁石手段、 を含み、前記第2のセンサ手段は前記第2のターゲット
    手段と協働して、前記第2のエアー・ギャップ内の前記
    第2の磁界の連続的な変動を検出することによって前記
    回転子の角度位置を絶対的に決定し、 前記第3の磁気感知手段は、 前記回転子と動作的に関連して一緒に回転する第3のタ
    ーゲット手段、 前記回転子の絶対的な角度位置とは無関係に前記第3の
    ターゲット手段から固定距離に配置され、第3のターゲ
    ット手段との間に第3のエアー・ギャップを限定する第
    3のセンサ手段、及び、 前記第3のターゲット手段及び前記第3のセンサ手段に
    近接して配置され、前記第3のエアー・ギャップ内に第
    3の磁界を創成する第3の磁石手段、 を含み、前記第3のセンサ手段は前記第3のターゲット
    手段と協働して、前記第3のエアー・ギャップ内の前記
    第3の磁界に対する基準レベルからの変動を検出するこ
    とによって前記回転子の絶対的な角度位置における不正
    確さを補償する、 ようにした位置検出装置。
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