JPH0665966B2

JPH0665966B2 - 回転位置検出装置

Info

Publication number: JPH0665966B2
Application number: JP60185911A
Authority: JP
Inventors: 渉市川; 裕二松木
Original assignee: SG CORPORATION
Current assignee: SG CORPORATION
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1985-08-26
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPS6246202A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ステータ側に１次巻線と２次巻線を備え、
ロータ側には巻線を設けないタイプの誘導形（詳しくは
可変磁気抵抗型）の回転位置検出装置に関し、詳しく
は、渦電流損をパラメータとした誘導係数変化が得られ
るようにした回転位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

ステータ側の１次巻線と２次巻線を設け、ロータ側には
巻線を設けないタイプの誘導形回転位置検出器として
は、回転位置に応じた電圧レベルを持つ出力信号を生ず
るタイプのものとしてマイクロシンといわれる回転形差
動トランスが知られており、他方、回転位置に応じた電
気的位相角を持つ交流信号を出力するタイプのものとし
て本出願人の出願に係る特開昭57−70406号に開示され
たものが知られている。このような従来の検出装置はい
ずれも磁性体の変位による磁気抵抗変化（透磁性変化）
に応じてコイルの誘導係数を変化させるようにしてい
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そのため、磁性体を所定の形状に加工してロータを構成
しなければならず、加工が面倒であるという問題点があ
った。また、機械加工によりロータを作成するため、小
型化に限界があるという問題点もあった。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、加工が簡
単で小型化の容易な回転位置検出装置を提供しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る回転位置検出装置は、位相のずれた１次
交流信号によって励磁される複数の励磁相を具備し、か
つ、各励磁相における誘導信号の合成信号として、前記
１次交流信号を位相シフトした出力信号を取り出すよう
にした巻線手段を具備したステータ部と、このステータ
部に近接して相対的に回転変位可能に設けられ、所定の
パターンで導電体を配置してなり、該導電体により生じ
る渦電流損をパラメータとする誘導係数変化を前記ステ
ータの各相において前記相対的回転変位に応じて生ぜし
めるようにして成り、かつ、前記導電体のパターンを表
面加工処理によって形成配置して成るロータ部とを具
え、前記ロータ部の相対的回転位置に対応する前記ステ
ータの各相の誘導係数変化に応じて、該ロータ部の相対
的回転位置に応じた位相シフトを示す前記出力信号が得
られることを特徴とするものである。

〔作用〕

ステータ部の巻線手段による磁界にロータ部の導電体パ
ターンの部分が侵入すると、その部分で渦電流が流れ、
渦電流損によって巻線手段の磁気回路の磁気抵抗が実質
的に増大せしめられる。導電体パターンの侵入度に応じ
て渦電流量が変化し、これに伴い磁気抵抗が変化する。
従って、ステータ部に対するロータ部の導電体パターン
の相対的回転位置に応じた２次出力が巻線手段において
得られる。

渦電流は導電体の表面近くに流れる性質があるので、ロ
ータ部に設けるべき導電体パターンにはそれほど大きな
厚みが要求されない。従って、導電体部分はロータ部の
基材上に所定のパターンで付着させるようにすることが
できる。これはロータ部の製造を極めて容易にすること
を意味する。すなわち、そのような比較的薄い導電体部
分のパターンはロータ部の基材上にめっき又は溶射又は
パターン焼付あるいはエッチングなどその他適宜の表面
加工処理技術によって比較的容易に形成することが可能
である。従って、磁性体を所望の形状に加工する場合に
おいて見られた面倒な機械加工を省略することが可能で
あり、製造コストを下げることが期待される。また、小
型化も容易となる。

〔実施例〕

以下添付図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説明
しよう。

第１図において、ステータ部１は円周方向に沿って90度
の間隔で配された４つの相Ａ〜Ｄに対応する４つの極部
1A〜1Dを含む。各極部1A〜1Dには１次巻線W₁と２次巻線
W₂が夫々巻回されている。ステータ部１の各極部1A〜1D
のコア素材は共通の磁性体コア素材から成っている。各
極部1A〜1Dの端部は内側に向いており、この端部によっ
て囲まれた空間内にギャップを介してロータ部２が配さ
れている。ロータ部２は、回転軸３を具えた円筒形の基
材2aと、この基材2aの円筒側面に所定の幅で配置された
導電体パターン2bとを含んでいる。第２図に側面図を示
すように、この導電体パターン2bはステータ極部1A〜1D
の端部の幅とほぼ同じかそれより広い幅（より広い方が
好ましく、ただし略180度を超えない程度の幅とする）
を持つ矩形パターンから成り、極部1A〜1Dと磁性体部分
2aとの間を通る磁束に対して第２図の線Ｅで示すように
渦電流路を形成し得るようになっている。

導電体パターン2bがステータ極部1A〜1Dの端面により多
く対向している状態（例えば最大では第１図のＣ相の状
態）ほどより多くの渦電流が導電体2bに流れ、渦電流損
によって該導電体2bに対向している極部（第１図の状態
では1c）を通る磁気回路の磁気抵抗が増大せしめられ
る。反対に導電体パターン2bが磁界から最も離れている
状態（例えば第１図のＡ相の状態）ではほとんど渦電流
が流れない。こうして、各相の磁界に対する導電体パタ
ーン2bの近接度に応じて該導電体パターン2bに渦電流が
流れ、この渦電流損による磁気抵抗変化が各相の磁気回
路に生ぜしめられる。各相の２次巻線W₂にはこの磁気抵
抗に応じたレベルの交流信号が誘起される。

各相Ａ〜Ｄに対応する磁極1A〜1Dは90度の間隔で配置さ
れているから、導電体パターン2bの変化に応じて生じる
各相Ａ〜Ｄの磁気抵抗変化の位相は隣合う相間で90度づ
つずれる。また、この磁気抵抗変化はロータ部２の１回
転につき１サイクルの割で生じる。従って、各相Ａ〜Ｄ
の２次巻線W₂に誘起される電圧のレベルはロータ部の回
転角度θに応じて概ねＡ相ではcosθ,B相ではsinθ,C相
では−sinθ,D相では−sinθなる略式で表わすことがで
きる。

位相シフト方式によってロータ部２の回転位置に応じた
出力信号を得る場合、A,C相の１次巻線W₁とB,D相の１次
巻線W₁とを電気的位相が90度ずれた交流信号によって夫
々励磁する（例えば、Ａ及びＣ相は正弦波信号sinωｔ
で夫々励磁し、、Ｂ及びＤ相は余弦波信号cosωｔで夫
々励磁する）。そして、A,C相対ではその２次巻線W₂の
出力信号を差動的に加算し、B,D相対でもその２次巻線W
₂の出力を差動的に加算し、各対の差動出力信号を加算
合成して最終的な出力信号Ｙを得る。そうすると、出力
信号Ｙは次のような略式で実質的に表現することができ
る。

Ｙ＝sinωt cosθ−（−sinωt cosθ）＋cosωt sinθ−（−cosωt sinθ）＝2sinωt cosθ＋2cosωt sinθ ＝2sin（ωｔ＋θ）上記式で便宜的に「２」と示された係数を諸種の条件に
応じて定まる定数Ｋで置換えると、Ｙ＝K sin（ωｔ＋θ）と表現できる。ここで、θはロータ部２の回転位置に対
応しているので、１次交流信号sinωｔ（またはcosω
ｔ）に対する出力信号Ｙの位相ずれθを測定することに
より回転位置を検出することができる。

第２図の場合導電体パターン2bは面状であるが、これは
第３図に示すようにリング状であってもよく、要するに
線Ｅで示すような渦電流路を形成し得るようになってい
ればよい。

第４図及び第５図に示した実施例では、ステータ部４の
各極部4A〜4D、4Eの端部が回転軸３に平行な方向を指向
しており、円周方向に90度の間隔で配された各相Ａ〜Ｄ
に対応する極部4A〜4Dには１次巻線W₁だけが巻回され、
中央に配された極部4Eには２次巻線W₂だけが巻回されて
いる。ロータ部５において、円板状の基材5aの所定箇所
に導電体のパターン5bが配置されている。この導電体パ
ターン5bは、例えば略90度程度の角度の扇形に似た形状
をしている。ステータ極部4A〜4Eの端部はロータ部５の
導電体パターン5bが配置された方の面に対向しており、
磁束は各極部4A〜4Dからロータ部５を通って中央の極部
4Eに流れる。導電体5bを流れる渦電流路は第４図におい
て線Ｅで示されている。この構成により、第１図と同様
に動作する。

第６図及び第７図に示した実施例では、ステータ部６の
各相Ａ〜Ｄに対応する極部6A〜6Dが、コの字（又はＣ
字）型の１相分の独立した磁性体コアから夫々成ってい
る。第１図〜第５図の例では、各極部の磁路はロータ部
を通って別の極部につながるようになっているが、第６
図、第７図の例のように各相毎に独立のコアを用いる場
合は各極部の一方の端部からロータ部を通って同じ極部
の他方の端部につながるよう磁路が形成される。各極部
6A〜6Dには夫々１次及び２次巻線W₁,W₂が巻かれてい
る。

ロータ部７は、回転軸３に対して偏心した円板状の導電
体7bから成る。第７図に示すように、ロータ部７はその
縁部が各極部6A〜6Dの２本の脚部の間に侵入し得るよう
に配されている。導電体7bが極部6A〜6Dの２つの脚部の
間に最も深く侵入した状態（例えば第６図、第７図の6c
に侵入した状態）では、渦電流が最も多く流れ、磁気抵
抗が増大する。導電体7bの偏心により各極部6A〜6Dへの
侵入度が回転位置に応じて変化し、これにより第１図の
実施例と同様に動作する。尚、ロータ部７の偏心円板
は、全体が導電体7bである必要はなく、渦電流路を形成
し得るように部分的に（例えば円板の円周に沿ってリン
グ状に）導電体7bが用いられていてもよい。

第８図及び第９図に示された実施例でも、ステータ部８
の各相Ａ〜Ｄに対応する極部8A〜8Dが、コの字型の１相
分の独立した磁性体コアから成っており、各極部8A〜8D
に１次巻線W₁と２次巻線W₂が夫々巻かれている。各ステ
ータ極部8A〜8Dの端部によって囲まれた空間内に挿入さ
れたロータ部９は、円筒状の基材9aと、その周囲に１条
ねじの配列で螺旋状に配置された導電体9bとを具備す
る。各ステータ極部8A〜8Dの端部とロータ部９の導電体
9bとの対向面積が大きいほど渦電流が多く流れ、磁気抵
抗が増大する。導電体9bは螺旋であるため、ロータ部９
の回転位置に応じてステータ極部との対向面積が変化
し、これに応じて磁気抵抗が変化する。従って、第１図
の実施例と同様に動作する。

上記各実施例では各ステータ極部における磁気抵抗変化
のサイクルは１回転につき１サイクルであるが、第10図
及び第11図に示された実施例では１回転につき３サイク
ルとなっている。ステータ部10の各極部10A〜10Dは、前
述と同様に、コの字型の各相毎に独立した磁性体コアか
ら成っており、夫々に１次及び２次巻線W₁,W₂が巻かれ
ている。ステータ極部10A〜10Dの各端部によって囲まれ
た空間内に挿入されたロータ部11は、円筒状の基材11a
と、その側面に約60度の幅で約60度の間隔を空けて配置
された３片の導電体11bとを具備している。ロータ部11
の円周面に配置された３片の導電体11bにより、120度の
回転範囲を１サイクルとして各ステータ極部10A〜10Dに
おける磁気抵抗変化が生じる。従って１回転につき３サ
イクルの磁気抵抗変化が生じる。

第12図及び第13図に示された実施例は１回転につき２サ
イクルの磁気抵抗変化を生じるものである。ステータ部
12は、円周方向に45度の間隔で８個の極部12A〜12D,12
〜12を具えており、同一相が180度の間隔で対向し
ている。ロータ部13は、楕円筒状（これは真円筒であっ
てもよい）の基材13aと、この楕円筒の長径に沿うたて
方向の周囲に巻かれたリング状の導電体13bとを具えて
いる。導電体13bは楕円筒の長径に沿ってショートリン
グを形成しているため、或る極部（第12図の例では12A
と12）が楕円筒の短径部に対応しているとき、その極
部を通る磁束に応じて最も多くの渦電流が流れる。

第14図及び第15図に示された実施例も１回転につき２サ
イクルの磁気抵抗変化を生じるものである。ステータ部
14は、独立の磁性体コアから成る８個の極部14A〜14D,1
4〜14を45度の間隔で配しており、各極部には１次
及び２次巻線W₁,W₂が巻かれている。第12図と同様に、1
80度の間隔で対向する２つの相が同一相となっている。
第12図の例では、磁気回路は対向する２つの同一相の間
でロータ部13を通って形成されるようにするが（例えば
極部12Aからロータ部13を介して極部12に流れる磁気
回路が形成されるようにする）、第14図の例では同じ極
部の一方の端部からロータ部15を通って他方の端部に流
れるよう磁気回路が形成される。

各ステータ極部14A〜14の部によって囲まれた空間内
に挿入されたロータ部15は、円筒状の基材15aと、その
周囲に２条ねじ状の配列で螺旋状に配置された導電体15
bとを具備する。２条ねじ構造であるため、或る極部に
おける導電体15bとの対向面積の変化による磁気抵抗の
変化は１回転につき２サイクル生じる。

上述の各実施例において、ロータ部に配置する導電体
は、基材に比べて相対的に良導電性の材質（例えば銅あ
るいはアルミニウムあるいは真鍮など、若しくはそれら
のような良導電性物質と他の物質を混合したもの）から
成るものであればよい。また、ロータ部の基材は磁性
体、非磁性体のどちらでもよいが、磁性体とすれば、磁
束の通りが良くなるの好都合である。

この発明の検出装置を前述のような位相シフト方式によ
って作動させる場合、２次コイルの出力合成信号Ｙと基
準交流信号sinωｔ（又はcosωｔ）との位相ずれθを求
めるための手段は適宜に構成できる。第16図は位相ずれ
θをディジタル量で求めるようにした回路例を示すもの
である。尚、特に図示しないが、積分回路を用いて基準
交流信号sinωｔと出力信号Ｙ＝K sin（ωｔ＋θ）との
位相角０度の時間差分を求めることにより、位相ずれθ
をアナログ量で求めることもできる。

第16図において、発振部32は基準の正弦信号sinωｔと
余弦信号cosωｔを発生する回路、位相差検出回路37は
上記位相ずれθを測定するための回路である。クロック
発振器33から発振されたクロックパルスCPがカウンタ30
でカウントされる。カウンタ30は例えばモジュロＭ（Ｍ
は任意の整数）であり、そのカウント値がレジスタ31に
与えられらる。カウンタ30の4/M分周出力からは、クロ
ックパルスCPを4/M分周したパルスPcが取り出され、1/2
分周用のフリップフロップ34のＣ入力に与えられる。こ
のフリップフロップ34のＱ出力から出たパルスPbがフリ
ップフロップ35に加わり、出力から出たパルスPaがフ
リップフロップ36に加わり、これら35及び36の出力がロ
ーパスフィルタ38,39及び増幅器40,41を経由して、余弦
信号cosωｔと正弦信号sinωｔが得られ、各相Ａ〜Ｄの
１次巻線W₁に印加される。カウンタ30におけるＭカウン
トがこれら基準信号cosωt,sinωｔの２πラジアン分の
位相角に相当する。すなわち、カウンタ30の１カウント
値はラジアンの位相角を示している。

２次コイル2A〜2Dの合成出力信号Ｙは増幅器42を介して
コンパレータ43に加わり、該信号Ｙの正・負極性に応じ
た方形波信号が該コンパレータ43から出力される。この
コンパレータ43の出力信号の立上りに応答して立上り検
出回路44からパルスTsが出力され、このパルスTsに応じ
てカウンタ30のカウント値をレジスタ31にロードする。
その結果、位相ずれθに応じたディジタル値Ｄθがレジ
スタ31に取り込まれる。こうして、１回転内の回転位置
をアブソリュートで示すデータＤθを得ることができ
る。

第16図は第１図〜第９図に示したような４極型のステー
タに適しているが、第10図〜第15図の実施例も同様にし
て位相シフト方式で回転位置データを求めることができ
る。但し、第10図、第11図の実施例は１回転につき３サ
イクルの磁気抵抗変化を生じるので、実際の回転角度θ
に対してＹ＝K sin（ωｔ＋３θ）なる関係の出力信号
が得られ、ディジタル値Ｄθは1/3回転内の回転位置を
アブソリュートで特定するものとなる。また、第12図〜
第15図の実施例は１回転につき２サイクルの磁気抵抗変
化を生じるので、出力信号ＹはＹ＝K sin（ωｔ＋２
θ）であり、ディジタル値Ｄθは1/2回転内の回転位置
をアブソリュートで特定するものとなる。

信号処理方式は上述のような位相シフト方式に限らず、
通常の作動トランスのように、２次コイルの差動出力を
整流して回転位置に応じたレベルのアナログ電圧を得る
ようにしてもよい。その場合、各相Ａ〜Ｄの１次交流信
号は全て共通としてよく、また、極部はA,C相又はB,D相
の一方だけとしてよい。

ロータ部に配置する導電体パターンの形態は上述したも
のに限らず、設計上任意に設定できる。また、ロータ部
における導電体パターンの形成は、適宜の表面加工処理
技術（例えば、めっき、溶射、焼付、塗装、溶着、蒸
着、電鋳、フォトエッチングなど）を用いて行うように
するとよい。最近では、その種の加工処理技術を用いて
微細なパターンでも形成できるマイクロ加工技術が確立
されているので、そのような技術を用いて精密なパター
ン形成を行うことができる。また、ロータ部の表面仕上
げのために、導電体パターンの上から適宜の非磁性、不
導電性物質から成るコーティングをロータ部全体に施す
ようにするとよい。

第17図は、ロータ部２の基材2aの周囲に銅のような良導
体物質でパターン2bを形成し、その上からクロームめっ
きのような表面コーティング2cを設けた例を示してい
る。この場合のパターン形成法としては、基材2aの全周
に銅めっきを施し、その後不要部分をエッチング等の除
去技術により取除くことにより残された銅めっき部分に
より所望のパターン2bが形成されるようにする。そして
最後に表面仕上げのためにクロームめっき等の表面コー
ティング2cを施す。基材2aは鉄のような磁性体を用いれ
ば磁束の通りを良くするので好適である。しかし、プラ
スチック等の樹脂、その他のものを基材2aとして用いる
こともできる。その場合、予め成形されたプラスチック
基材2aの表面に銅等の金属膜をめっきするようにしても
よいし、あるいは、金型キャビティに電鋳で銅等の金属
膜を予め形成し、その後プラスチックを射出成形して金
属膜と一体化するようにしてもよい。

ところで、第17図に示すように表面コーティング2cをパ
ターン2bの間の凹みに埋めるようにすると、その部分で
どうしてもコーティング2cが沈み、仕上げ表面が滑らか
にならないことが多い。そこで、第18図に示すように、
パターン2bの間の凹みを適宜の充填物2dで充填し、その
上から表面コーティング2cを施すようにするとよい。充
填物2dとしては、例えばニッケルめっきなどを用いるこ
とができる。

なお、基材2aに銅等の金属膜をめっきし、その後所望の
パターンでエッチングする場合、エッチング薬剤によっ
て基材2aの表面が侵されるおそれがある。特に基材2aが
鉄等の金属である場合その問題が大きい。そのような問
題を解決するために、第19図に示すように、基材2aの表
面全体にエッチング薬剤に対して耐性を示す所定の物質
2e（例えば樹脂）の薄膜を形成し、その上から銅めっき
等を施し、更に所定のエッチングを行ってパターン2bを
形成するようにするとよい。

なお、上記各実施例において、ステータ部における各相
毎の１次巻線と２次巻線は必らずしも別々の巻線である
必要はなく、実開昭58−2621号あるいは実開昭58−3950
7号に示されたもののように共通であってもよい。

また、ステータ部は、前述のような４極型あるいは８極
型のものに限らず、３極型あるいは６極型あるいは12極
型など、その他適宜の整数とすることができる。その場
合、位相シフト方式のため１次コイル励磁交流信号は、
正弦信号と余弦信号のように90度位相のずれた信号では
なく、sinωｔとsin（ωｔ−60）あるいはsin（ωｔ−1
20）あるいはsin（ωｔ−240）など、60度位相がずれた
交流信号あるいはその倍角だけ位相がずれた交流信号、
その他適宜位相角だけずれた交流信号を用いる。

〔発明の効果〕

以上の通り、この発明によれば、ロータ部において導電
体のパターンを配置し、これによる渦電流損に応じた磁
気抵抗変化をパラメータとして回転位置検出信号を得る
ようにしたので、ロータ部の小型化及び加工の簡略化を
図ることができ、製造コストの低減も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る回転位置検出装置の一実施例を
示す径方向の断面図、第２図は同実施例におけるロータ部の一例を示す側面
図、第３図は同実施例におけるロータ部の変更例を示す側面
図、第４図はこの発明の別の実施例を示す正面略図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う断面図、第６図はこの発明の更に別の実施例を示す正面略図、第７図は第６図のVII−VII線に沿う断面図、第８図はこの発明の他の実施例を示す径方向の断面図、第９図は第８図のIX−IX線に沿う断面図、第10図はこの発明の更に他の実施例を示す径方向の断面
図、第11図は第10図のロータ部の側面図、第12図はこの発明の別の実施例を示す径方向の断面図、第13図は第12図のロータ部の斜視図、第14図はこの発明の更に別の実施例を示す径方向の断面
図、第15図は第14図のIV−IV線に沿う断面図、第16図はこの発明の回転位置検出装置を位相シフト方式
によって動作させ、回転位置に応じた電気的位相シフト
量の測定を行うための回路の一例を示すブロック図、第17図乃至第19図はロータ部における導電体パターンの
形成法の具体例を夫々示す断面図、である。 1,4,6,8,10,12,14……ステータ部、1A〜1D,4A〜4D,6A〜
6D,8A〜8D,10A〜10D,12A〜12,14A〜14……ステータ
極部、W₁……１次巻線、W₂……２次巻線、2,4,7,9,11,1
3,15……ロータ部、2a〜15a……ロータ部の基材、2b〜1
5b……ロータ部の導電体パターン、３……回転軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位相のずれた１次交流信号によって励磁さ
れる複数の励磁相を具備し、かつ、各励磁相における誘
導信号の合成信号として、前記１次交流信号を位相シフ
トした出力信号を取り出すようにした巻線手段を具備し
たステータ部と、このステータ部に近接して相対的に回転変位可能に設け
られ、所定のパターンで導電体を配置してなり、該導電
体により生じる渦電流損をパラメータとする誘導係数変
化を前記ステータの各相において前記相対的回転変位に
応じて生ぜしめるようにして成り、かつ、前記導電体の
パターンを表面加工処理によって形成配置して成るロー
タ部とを具え、前記ロータ部の相対的回転変位に対応する前記
ステータの各相の誘導係数変化に応じて、該ロータ部の
相対的回転位置に応じた位相シフトを示す前記出力信号
が得られることを特徴とする回転位置検出装置。