(57)【要約】【課題】回転子の回転角度の検出精度を維持できる回転角度検出装置を得ること。【解決手段】外周面に周期的に形成された凹凸部を有する磁性体で回転軸を中心に回転する回転体と、磁気検出部と磁界発生部と集磁部とで構成された検出部と、回転体の回転角度を演算する回転角度演算処理部とを備え、凹凸部は回転時に磁気検出部との距離が連続的に変化する形状で形成され、磁気検出部の回転軸の方向の長さＣは磁界発生部および集磁部の回転軸の方向の長さよりも短く、ずれ量Ｘを回転体の回転軸の方向の中心と磁気検出部の回転軸の方向の中心の回転軸の方向の距離として回転体と磁気検出部のずれを見積もった量の最大値としたとき、回転体の回転軸の方向の長さＡは、Ａ≧２Ｘ−Ｃで規定される。【選択図】図１
2020085516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に周期的に形成された凹凸部を有する磁性体で、回転軸を中心に回転する回転体と、磁気検出部と磁界発生部と集磁部とで構成され、前記凹凸部に対向して設けられた検出部と、前記磁気検出部の出力から前記回転体の回転角度を演算する回転角度演算処理部と、を備えた回転角度検出装置であって、
前記凹凸部は、回転時に前記磁気検出部との距離が連続的に変化する形状で、Ｎを１以上の整数とした場合に外周の方向について機械角３６０度に対してＮ周期分変化するように形成され、
前記磁気検出部の前記回転軸の方向の長さＣは、前記磁界発生部および前記集磁部の前記回転軸の方向の長さよりも短く、
前記磁気検出部は、対向する前記凹凸部と前記磁界発生部の間の前記磁界発生部の側で、前記磁界発生部の回転軸の方向の中央部に配置され、
ずれ量Ｘを前記回転体の前記回転軸の方向の中心と前記磁気検出部の前記回転軸の方向の中心の前記回転軸の方向の距離として前記回転体と前記磁気検出部のずれを見積もった量の最大値としたとき、前記回転体の前記回転軸の方向の長さＡは、Ａ≧２Ｘ−Ｃで規定されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記ずれ量Ｘを、前記回転体が取り付けられる側の部材と前記検出部が取り付けられる側の部材のそれぞれの前記回転軸の方向の累積公差の差の最大値としたことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記ずれ量Ｘを、前記回転体が取り付けられる側の部材と前記検出部が取り付けられる側の部材のそれぞれの前記回転軸の方向の累積公差の差の最大値と、回転に伴う前記回転体と前記磁気検出部のずれの和としたことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記検出部は複数の磁気検出部を備え、
前記回転角度演算処理部は、前記複数の磁気検出部からの出力信号の直流成分によるオフセット値をそれぞれ算出して初期オフセット値としてそれぞれ記憶するオフセット算出部と、
前記初期オフセット値が記憶された後の前記複数の磁気検出部からの出力信号をそれぞれの前記初期オフセット値に基づいて補正するオフセット補正部と、
前記オフセット補正部で補正された信号の振幅値をそれぞれ算出して初期振幅値としてそれぞれ記憶する振幅算出部と、
前記オフセット補正部で補正された信号をそれぞれの前記初期振幅値に基づいて補正する振幅補正部と、
前記振幅補正部で補正された複数の信号を２相信号に変換する２相変換部と、
前記２相信号の正接逆関数を演算して回転角度を算出する角度算出部と、で構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出部はホールセンサであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
Ｘ＝０であるときの前記回転体に発生する最大の磁束密度は、前記回転体が構成された材料の飽和磁束密度の１／２以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記回転体に発生する最大の磁束密度は１Ｔ以下であることを特徴とする請求項６に記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載した回転角度検出装置と、異なる部材に取り付けられた回転電機の回転子と回転電機の固定子とを備え、
前記回転体は前記回転電機の回転子の側に、前記検出部は前記回転電機の固定子の側に固定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項８に記載した回転電機と、エンジンと、トランスミッションとを備え、
前記エンジンと前記トランスミッションが前記異なる部材であることを特徴とする自動車駆動システム。
【請求項１０】
外周面に周期的に形成された凹凸部を有する磁性体で、回転軸を中心に回転する回転体と、磁気検出部と磁界発生部と集磁部とで構成され、前記凹凸部に対向して設けられた検出部と、前記磁気検出部の出力から前記回転体の回転角度を演算する回転角度演算処理部と、を備え、
前記凹凸部は、回転時に前記磁気検出部との距離が連続的に変化する形状で、Ｎを１以上の整数とした場合に外周の方向について機械角３６０度に対してＮ周期分変化するように形成され、
前記磁気検出部の前記回転軸の方向の長さＣは、前記磁界発生部および前記集磁部の前記回転軸の方向の長さよりも短く、
前記磁気検出部は、対向する前記凹凸部と前記磁界発生部の間の前記磁界発生部の側で、前記磁界発生部の回転軸の方向の中央部に配置された回転角度検出装置の製造方法であって、
ずれ量Ｘを前記回転体の前記回転軸の方向の中心と前記磁気検出部の前記回転軸の方向の中心の前記回転軸の方向の距離とし、前記回転体と前記磁気検出部のずれを見積もった量の最大値として規定する工程と、
前記回転体の前記回転軸の方向の長さＡを、Ａ≧２Ｘ−Ｃで規定する工程と、から長さＡを定めて前記回転体を製造することを特徴とする回転角度検出装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ずれ量Ｘを規定する工程は、前記回転体が取り付けられる部材と前記検出部が取り付けられる部材のそれぞれの前記回転軸の方向の累積公差の差の最大値として規定する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の回転角度検出装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ずれ量Ｘを規定する工程は、前記回転体が取り付けられる部材と前記検出部が取り付けられる部材のそれぞれの前記回転軸の方向の累積公差の差の最大値と回転に伴う前記回転体と前記磁気検出部のずれの和として規定する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の回転角度検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、回転角度検出装置、回転電機、自動車駆動システム、および回転角度検出装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転軸を中心に回転する回転体を備えた回転電機において、回転電機を高精度に制御するためには、回転体の回転角度の検出精度を維持することが重要である。回転角度を検出する技術として、回転体と検出部のギャップパーミアンスの変化を検出する手法が一般的に知られている。具体的には、磁性を有した歯車状の凹凸部を備えた回転体と、回転体の外周面に対向して配置された磁気抵抗素子と、磁気抵抗素子に一定のバイアス磁界を与える磁石とを備え、磁気抵抗素子からの出力信号の変化により回転体の回転角度を検出する磁気センサ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２９８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１においては、回転体と磁気抵抗素子が対向して配置されていれば回転体の回転角度の検出精度は維持される。しかしながら、回転体と磁気抵抗素子の配置がずれることおよびずれる量は想定されていない。回転体および磁気抵抗素子の軸方向の累積公差、および回転に伴う振動等により回転体と磁気抵抗素子の配置のずれは生じ得る。これらの配置がずれた場合、回転体の凹凸部が磁気抵抗素子に対向しなくなり、磁気抵抗素子に鎖交する磁束が低減して回転角度の検出精度が悪化し、当初の検出精度が維持できなくなるという課題があった。
【０００５】
また、ずれる量が規定されていないため、ずれても回転体と磁気抵抗素子が対向するように、回転体の回転軸の方向の長さを大きくすることで対応することは可能であった。この長さが大きいほど、磁気抵抗素子を通過する磁束量が増加するためノイズ等の外乱に対しても検出誤差の発生は抑制されるが、回転体が大型化し、磁気センサ装置も大型化するという課題があった。
【０００６】
本願は前記のような課題を解決するためになされたものであり、回転体の大型化を抑制し、回転体の回転角度の検出精度を維持することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示される回転角度検出装置は、外周面に周期的に形成された凹凸部を有する磁性体で、回転軸を中心に回転する回転体と、磁気検出部と磁界発生部と集磁部とで構成され、凹凸部に対向して設けられた検出部と、磁気検出部の出力から回転体の回転角度を演算する回転角度演算処理部とを備えた回転角度検出装置であって、凹凸部は、回転時に磁気検出部との距離が連続的に変化する形状で、Ｎを１以上の整数とした場合に外周の方向について機械角３６０度に対してＮ周期分変化するように形成され、磁気検出部の回転軸の方向の長さＣは、磁界発生部および集磁部の前記回転軸の方向の長さよりも短く、磁気検出部は、対向する凹凸部と磁界発生部の間の磁界発生部の側で、磁界発生部の回転軸の方向の中央部に配置され、ずれ量Ｘを回転体の回転軸の方向の中心と磁気検出部の回転軸の方向の中心の回転軸の方向の距離として回転体と磁気検出部のずれを見積もった量の最大値としたとき、回転体の回転軸の方向の長さＡは、Ａ≧２Ｘ−Ｃで規定されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本願に開示される回転角度検出装置によれば、回転体の大型化を抑制し、回転体の回転角度の検出精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る回転角度検出装置の概略を示す鳥瞰図である。
【図２】実施の形態１に係る回転角度検出装置の一部を示す平面断面図である。
【図３】図２の一点鎖線Ｄ−Ｄにおける断面図である。
【図４】実施の形態１に係る回転角度検出装置の回転子がずれた場合の断面図である。
【図５】ずれ量Ｘと角度誤差の関係を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る回転角度演算処理部の構成を示す図である。
【図７】回転角度演算処理部の処理のフローを示す図である。
【図８】実施の形態１に係る別の回転角度検出装置の断面図である。
【図９】実施の形態１に係る別の回転角度検出装置の断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る回転電機の概略構成を示す断面模式図である。
【図１１】実施の形態２に係る回転角度検出装置の回転子がずれた場合の断面模式図である
【図１２】実施の形態３に係る自動車駆動システムの一部の構成を簡略化して示す断面模式図である。
【図１３】実施の形態３に係る別の自動車駆動システムの一部の構成を簡略化して示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態の回転角度検出装置、回転電機、自動車駆動システム、および回転角度検出装置の製造方法を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る回転角度検出装置１の概略を示す鳥瞰図、図２は回転角度検出装置の一部を示す平面断面図、図３は図２の一点鎖線Ｄ−Ｄにおける断面図である。回転角度検出装置１は、外周面に周期的に形成された凹凸部２ａを有する磁性体で、回転軸５を中心に回転する回転体２と、磁気検出部３１と磁界発生部３２と集磁部３３とで構成され、凹凸部２ａに対向して設けられた検出部３と、磁気検出部３１の出力から回転体２の回転角度を演算する回転角度演算処理部４とを備える。なお、図において回転軸５の伸長する方向をＺ方向、回転軸５から検出部３に向かう方向をＸ方向として規定する。
【００１２】
回転体２は磁性体で、例えば電磁鋼板で形成される。凹凸部２ａは、回転時に対向する磁気検出部３１との距離が連続的に変化する形状で凹凸が周期的に形成される。図１では滑らかに形状が変化する凹凸部２ａが形成されている。凹凸部２ａは、Ｎを１以上の整数とした場合、外周の方向について機械角３６０度に対してＮ周期分変化するように形成される。図１ではＮ＝１２の場合の凹凸部２ａが形成されている。回転体２は例えば後述するボスに取り付けられ、ボスの内側に設けられた回転軸５を中心に回転する。
【００１３】
検出部３は、図２に示すように、凹凸部２ａに対向して、凹凸部２ａに沿うように設置される。検出部３は、図３に示すように、回転体２からＸ方向に磁気検出部３１、磁界発生部３２、集磁部３３の順に構成される。回転体２のＺ方向の長さＡと、磁界発生部３２および集磁部３３のＺ方向の長さＢは、例えば等しく構成され、回転体２と検出部３がＺ方向に占有するスペースを一致させて、無駄なスペースの発生を抑制している。
【００１４】
磁気検出部３１は、磁気検出部３１との間の距離が連続的に変化する凹凸部２ａから磁界発生部３２に引き込まれる磁束を検出し、磁束量に応じた連続的に変化するアナログ信号を出力する。磁気検出部３１は、例えばホールセンサ、磁気抵抗素子、磁気コイルがあるが、ここではホールセンサを用いる。ホールセンサは面外方向（図３においてＸ方向）に感度を有しているため、磁気コイルを用いた場合と比較してホールセンサに対して斜めに鎖交する磁束を検出する能力は低く、対向する凹凸部２ａからホールセンサを通過する磁束を効率よく検出することができ、検出精度の向上が見込める。磁気検出部３１のＺ方向の長さＣは長さＢよりも短く、磁気検出部３１は凹凸部２ａと磁界発生部３２の間の磁界発生部３２の側で、磁界発生部３２のＺ方向の中央部に配置される。この配置は磁束を効率よく磁気検出部３１で検出するためである。磁気検出部３１の配置を凹凸部２ａの近くの側とした場合、斜めに磁気検出部３１に鎖交する磁束が増加するため磁気検出部３１から出力される信号は低下する。磁気検出部３１の配置を磁界発生部３２のＺ方向の中央部からずらした場合、斜めに磁気検出部３１に鎖交する磁束が増加するため磁気検出部３１から出力される信号は低下する。磁気検出部３１の配置ではＺ方向の回転体２のずれが発生した際も磁束を効率よく磁気検出部３１で検出することができるので、連続的に変化するアナログ信号で検出する本方式においても、検出精度が低下することを抑制することができる。図１において、検出部３は３つの磁気検出部３１を備えているが、設置数についてはこれに限るものではない。磁気検出部３１から出力される信号には基本波成分の他に高調波成分が含有され検出精度が悪化する要因となるが、複数の磁気検出部３１を設置して相数変換の演算処理を行うことで高調波成分を打ち消すことが可能となり、検出精度を向上させることができる。
【００１５】
磁界発生部３２は周囲に磁界を発生させる。磁界発生部３２は、例えば永久磁石、電磁石である。集磁部３３は磁界発生部３２で発生した磁界が通過するバックヨークである。集磁部３３の材料は磁性体であり、例えば電磁鋼板である。集磁部３３を設けることで、磁気検出部３１を通過する磁束量は増加するため、検出精度を向上させることができる。
【００１６】
回転体２がＺ方向にずれた際、回転体２の回転角度の検出精度を維持する最小の長さＡの寸法規定について説明する。図４は回転角度検出装置１の回転体２がずれた場合の断面図である。回転体２のずれ量Ｘを、回転体２の回転軸５の方向の中心（中心軸２ｂ）と磁気検出部３１の回転軸の方向の中心（中心軸３ａ）の回転軸の方向の距離と定義する。図４は、回転体２の下端と磁気検出部３１の上端がＺ方向で一致するところまで回転体２がＺ方向にずれた場合を示し、このときずれ量Ｘは、Ａ／２＋Ｃ／２となる。図５は、ずれ量Ｘと角度誤差の関係を示す図である。角度誤差とは、回転角度位置の真値と回転角度検出装置で得られる回転角度位置の差である。図５より、ずれ量ＸがＡ／２＋Ｃ／２より大きくなり磁気検出部３１に回転体２の凹凸部２ａが対向しなくなると、角度誤差が増加することがわかる。角度誤差が増加する要因は、磁気検出部３１から出力される信号の振幅が低下するからであり、また信号に高調波信号が多く含まれるようになるからである。振幅値が低下すると、磁気検出部３１から出力された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する際の量子化誤差が大きくなり、角度分解能が増加して回転角度の検出精度が悪化する。したがって、Ａ／２＋Ｃ／２≧Ｘを満たせば、検出精度の悪化を抑制することが可能となる。回転体２のＺ方向の長さＡについて上式を変形すると、Ａ≧２Ｘ−Ｃとなるため、この式で最小の長さＡが規定される。後述するずれ量Ｘを規定する工程と、長さＡを規定する工程とから長さＡを定めて回転体２は製造されるため、回転体２の回転角度の検出精度を維持することができる。なお回転体２の大型化が抑制されるため、長さＡは規定された範囲内で小さく定めることが望ましい。
【００１７】
ずれ量Ｘについて説明する。ずれ量Ｘを規定することで最小の長さＡが規定される。回転体２のＺ方向のずれは、回転体２が取り付けられる側の部材と検出部３が取り付けられる側の部材のそれぞれの回転軸の方向（Ｚ方向）の累積公差の差の最大値となる。回転体２が取り付けられる側の部材は例えば回転電機の回転子で、検出部３が取り付けられる側の部材は例えば回転電機の固定子である。回転軸方向の累積公差を見積もることにより、ずれ量Ｘを規定することができる。また、回転体２のＺ方向のずれは、回転電機の回転に伴って軸方向に振動が発生した場合に時間変化しながら発生する場合もある。この回転に伴うずれ量Ｘは、過去の実測の蓄積から回転角度検出装置１の設計時に見積もることができる。回転に伴うずれを考慮した場合、ずれ量Ｘは、累積公差の差の最大値と回転に伴う回転体２と検出部３の磁気検出部３１のずれの和で規定される。
【００１８】
図３に示すように回転体２と検出部３が回転軸５の伸長する方向にずれることなく対向したＸ＝０であるとき、回転体２に発生する最大の磁束密度が回転体２の材料の飽和磁束密度の１／２以下となるように、回転体２と検出部３とこれらの距離は設計される。磁性体は飽和磁束密度が１／２を超えると透磁率が低下し、磁気抵抗が増加して漏れ磁束が増えるため、磁気検出部３１に斜めに鎖交する磁束が増加して検出精度が低下することになる。回転体２に発生する最大の磁束密度を回転体２の材料の飽和磁束密度の１／２にすることで、Ｚ方向に回転体２がずれた場合でも回転体２の表面が磁気飽和せず、斜めに磁気検出部３１に鎖交する磁束を低減することができるため、連続的に変化するアナログ信号で検出する本方式においても回転体２がずれた際の検出精度の低下を抑制することができる。
【００１９】
また、図３に示すようにＸ＝０であるとき、回転体２に発生する最大の磁束密度は１Ｔ以下となるように、回転体２と検出部３とこれらの距離は設計される。回転体２の材料例として電磁鋼板を示したが、電磁鋼板の飽和磁束密度は２Ｔであり、飽和磁束密度の１／２が１Ｔに相当する。回転体２の表面の磁束密度を１Ｔ以下に抑えることで、Ｚ方向に回転体２がずれた場合でも回転体２の表面が磁気飽和せず、斜めに磁気検出部３１に鎖交する磁束を低減することができるため、連続的に変化するアナログ信号で検出する本方式においても回転体２がずれた際の検出精度の低下を抑制することができる。
【００２０】
回転角度演算処理部４で行われる磁気検出部３１の出力から回転体２の回転角度を演算する処理について説明する。図６は回転角度演算処理部４の構成を示す図である。回転角度演算処理部４は、オフセット算出部４ａとオフセット補正部４ｂと振幅算出部４ｃと振幅補正部４ｄと２相変換部４ｅと角度算出部４ｆとから構成される。各部の機能について説明する。オフセット算出部４ａは、複数の磁気検出部３１からの出力信号の直流成分によるオフセット値をそれぞれ算出して初期オフセット値としてそれぞれ記憶する。オフセット値は、磁気検出部３１から出力された信号の波形の１周期の平均値を算出する平均化処理を行うことで算出される。オフセット補正部４ｂは、初期オフセット値が記憶された後の複数の磁気検出部からの出力信号をそれぞれの初期オフセット値に基づいて補正する。磁気検出部３１からの出力された信号から初期オフセット値を引くことでオフセットは除去され、信号は補正される。振幅算出部４ｃは、出力信号の振幅値をそれぞれ算出して初期振幅値としてそれぞれ記憶する。振幅値は、磁気検出部３１から出力された信号の波形の１周期の２乗平均値を算出することで算出される。また、波形の１周期の最大値と最小値の差より振幅値を算出することも可能である。振幅補正部４ｄは、オフセット補正部で補正された信号をそれぞれの初期振幅値に基づいて補正する。オフセットが補正された信号は、初期振幅値に基づいて波形の振幅値を揃えるように補正される。２相変換部４ｅは、振幅補正部で補正された複数の信号をＣＯＳ波形とＳＩＮ波形の２相信号に変換する。角度算出部４ｆは、ＣＯＳ波形とＳＩＮ波形の２相信号の正接逆関数を演算して回転角度を算出する。ずれ量Ｘが増加した場合においても、初期オフセット値と初期振幅値を用いてオフセット値と振幅値を補正するため、回転角度の検出精度を維持することができる。
【００２１】
回転角度の演算処理の動作について説明する。図７は回転角度演算処理部の処理のフローを示す図である。磁気検出部３１が出力した信号をオフセット算出部４ａに入力する（ステップＳ１１）。回転体２が最初に１回転した際の信号であれば、オフセット算出部４ａは初期オフセット値を記憶していない。オフセット算出部４ａは初期オフセット値が記憶されているかを判断し（ステップＳ１２）、記憶されていなければ初期オフセット値を算出し記憶する（ステップＳ１３）。その後オフセット算出部４ａは信号と初期オフセット値をオフセット補正部４ｂに出力する（ステップＳ１４）。オフセット補正部４ｂは信号のオフセット値を補正して振幅算出部４ｃに出力する（ステップＳ１５）。振幅算出部４ｃは初期振幅値が記憶されているかを判断し（ステップＳ１６）、記憶されていなければ初期振幅値を算出し記憶する（ステップＳ１７）。その後振幅算出部４ｃは信号と初期振幅値を振幅補正部４ｄに出力する（ステップＳ１８）。振幅補正部４ｄは信号の振幅値を補正して２相変換部４ｅに出力する（ステップＳ１９）。これらの処理は、磁気検出部３１ａ、３１ｂ、３１ｃからのそれぞれの出力において行われる。２相変換部４ｅは振幅補正部で補正された複数の信号をＣＯＳ波形とＳＩＮ波形の２相信号に変換し（ステップＳ２０）、角度算出部４ｆはＣＯＳ波形とＳＩＮ波形の２相信号の正接逆関数を演算して回転角度を算出する（ステップＳ２１）。
【００２２】
なお、初期オフセット値と初期振幅値は、回転体２が最初に１回転した際に磁気検出部３１から出力された信号のオフセット値と振幅値としたがこれに限るものではなく、予め定められた一定時間ごとに更新するなど、異なる設定でも構わない。
【００２３】
以上のように、この回転角度検出装置１では、ずれ量Ｘを規定し、回転体２のＺ方向の長さＡはＡ≧２Ｘ−Ｃで規定されているため、回転体２がＺ方向にずれても、規定した長さＡで作製された回転体２の回転角度の検出精度を維持することができる。また、回転体２のＺ方向の長さＡが適切に規定されるため、回転体２の重量が増加することがなく、回転角度検出装置１を軽量化することができる。また、磁気検出部３１の長さＣは磁界発生部３２および集磁部３３のＺ方向の長さよりも短く、磁気検出部３１は対向する凹凸部２ａと磁界発生部３２の間の磁界発生部３２の側で磁界発生部３２のＺ方向の中央部に配置されているため、回転体２のＺ方向のずれが発生した際も磁束を効率よく磁気検出部３１で検出することができるので、回転角度の検出精度が低下することを抑制することができる。また、回転角度演算処理部４では、ずれ量Ｘが増加した場合においても初期オフセット値と初期振幅値を用いてオフセット値と振幅値を補正するため、回転角度の検出精度を維持することができる。また、磁気検出部３１にホールセンサを用いることで、対向する凹凸部２ａからホールセンサを通過する磁束を効率よく検出することができるため、検出精度を向上させることができる。また、回転体２に発生する最大の磁束密度は、回転体２が構成された材料の飽和磁束密度の１／２以下であり、回転体２に発生する最大の磁束密度は１Ｔ以下と規定しているため、回転体２のＺ方向のずれが発生した際も回転体２の表面が磁気飽和せず、斜めに磁気検出部３１に鎖交する磁束を低減することができるので、回転体２の回転角度の検出精度の低下を抑制することができる。
【００２４】
なお、以上では図３に示すように回転体２のＺ方向の長さＡと、磁界発生部３２および集磁部３３のＺ方向の長さＢを等しく構成したがこれに限るものではなく、図８の別の回転角度検出装置の断面図に示すように、長さＡがＡ≧２Ｘ−Ｃで規定されていれば長さＢを長さＡよりも大きく構成しても構わない。磁気検出部３１で検出される磁束の量を大きくすることができる。また図９の別の回転角度検出装置の断面図に示すように、長さＡがＡ≧２Ｘ−Ｃで規定されていれば長さＢを長さＡよりも小さく構成しても構わない。磁界発生部３２で生じた磁束が回転体２で鎖交する割合が増加するため磁束を有効に活用することができ、回転体２がＺ方向にずれても凹凸部２ａと磁気検出部３１の対向が維持しやすく、回転角度の検出精度の低下を抑制することができる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態２に係る回転電機１０について説明する。回転電機１０は実施の形態１に示した回転角度検出装置１を備えている。図１０は回転電機１０の半分の概略構成を示す断面模式図で、図１１は回転角度検出装置１が備える回転体２がずれた場合の回転電機１０の断面模式図である。実施の形態２に示す回転電機１０において、回転電機の回転子１１と回転電機の固定子１２は例えばボス１３、筐体１５といった異なる部材に取り付けられ、回転体２は回転電機の回転子１１の側に、検出部３は回転電機の固定子１２の側に固定されるものである。なお、他の構成については、実施の形態１の記載と同様であるため同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図１０に示すように、回転電機１０は回転角度検出装置１と回転電機の回転子１１と回転電機の固定子１２とを備える。回転体２と回転電機の回転子１１はボス１３に取り付けられる。ボス１３は回転体２と回転電機の回転子１１を固定する円筒状の部材で、Ｚ方向に伸長して回転軸５が設けられる。検出部３と回転電機の固定子１２はボス１３とは異なる部材の筐体１５に取り付けられる。回転電機の固定子１２はコイル１４を備える。
【００２７】
回転電機１０においても、回転体２のＺ方向の長さＡは、磁気検出部３１のＺ方向の長さをＣ、ずれ量をＸとしたとき、Ａ≧２Ｘ−Ｃで規定されているため、図１１に示すように、回転体２がＺ方向にずれても、回転体２の回転角度の検出精度を維持することができる。
回転電機の回転子１１と回転電機の固定子１２は同じ部材に取り付けられるとは限られず、本実施の形態にて示したように異なる部材に取付けられる場合もある。異なる部材に取り付けられる場合、双方の部材への取り付け誤差も含めて回転体２のＺ方向のずれ量Ｘが規定されるが、取り付け誤差は回転電機の回転子１１の軸方向累積公差および回転電機の固定子１２の軸方向累積公差に含まれる。回転体２のＺ方向のずれ量Ｘを規定することが可能であり、Ａ≧２Ｘ−Ｃを満足するように長さＡを規定して回転体２は製造されるため、回転体２の回転角度の検出精度を維持することができる。
【００２８】
以上のように、この回転電機１０では回転角度検出装置１と異なる部材に取り付けられた回転電機の回転子１１と回転電機の固定子１２とを備え、回転体２は回転電機の回転子１１の側に、検出部３は回転電機の固定子１２の側に固定されているものの、回転体２のＺ方向の長さＡはＡ≧２Ｘ−Ｃで規定されているため、回転体２がＺ方向にずれても、最小の長さＡで作製された回転体２の回転角度の検出精度を維持することができ、指令トルクと実トルクの差異が小さい高精度な回転電機の制御が可能となる。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態３に係る自動車駆動システム２０について説明する。自動車駆動システム２０は、回転角度検出装置１を備えた回転電機１０を有している。図１２は自動車駆動システム２０の一部の構成を簡略化して示す断面模式図で、図１３は別の自動車駆動システム２０の一部の構成を簡略化して示す断面模式図である。実施の形態３に示す自動車駆動システム２０は、エンジン２１とトランスミッション２２を備え、何れか一方に回転電機の回転子１１が取り付けられ、他方に回転電機の固定子１２が取り付けられるものである。なお、他の構成については、実施の形態１および実施の形態２の記載と同様であるため同一の符号を付して説明を省略し、図１２と図１３において回転角度検出装置１が備える回転角度演算処理部４は省略する。
【００３０】
図１２に示すように、自動車駆動システム２０は回転電機１０とエンジン２１とトランスミッション２２とを備える。回転体２と回転電機の回転子１１はボス１３を介してトランスミッション２２に取り付けられ、検出部３と回転電機の固定子１２は筐体１５を介してエンジン２１に取り付けられる。また、図１３に示した別の自動車駆動システム２０では、回転体２と回転電機の回転子１１はボス１３を介してエンジン２１取り付けられ、検出部３と回転電機の固定子１２は筐体１５を介してトランスミッション２２に取り付けられる。
【００３１】
回転電機の回転子１１と回転電機の固定子１２がエンジン２１またはトランスミッション２２のように異なる部材に取り付けられる場合、双方の部材への取り付け誤差も含めて回転体２のＺ方向のずれ量Ｘが規定されるが、取り付け誤差は回転電機の回転子１１の軸方向累積公差および回転電機の固定子１２の軸方向累積公差に含まれる。そのため、回転体２のＺ方向のずれ量Ｘを規定することが可能であり、長さＡは、Ａ≧２Ｘ−Ｃを満足するように形成され、回転体２の回転角度の検出精度を維持することができる。
【００３２】
以上のように、この自動車駆動システム２０ではエンジン２１とトランスミッション２２を備え、何れか一方に回転体２と回転電機の回転子１１が取り付けられ、他方に検出部３と回転電機の固定子１２が取り付けられるものの、回転体２のＺ方向の長さＡはＡ≧２Ｘ−Ｃで規定されているため、回転体２がＺ方向にずれても、最小の長さＡで作製された回転体２の回転角度の検出精度を維持することができ、高精度な自動車駆動システム２０の制御が可能となる。
【００３３】
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１  回転角度検出装置、２  回転体、２ａ  凹凸部、２ｂ  中心軸、３  検出部、３ａ  中心軸、３１  磁気検出部、３２  磁界発生部、３３  集磁部、４  回転角度演算処理部、５  回転軸、１０  回転電機、１１  回転電機の回転子、１２  回転電機の固定子、１３  ボス、１４  コイル、１５  筐体、２０  自動車駆動システム、２１  エンジン、２２  トランスミッション
【図１】
2020085516.tif 000003
【図２】
2020085516.tif 000004
【図３】
2020085516.tif 000005
【図４】
2020085516.tif 000006
【図５】
2020085516.tif 000007
【図６】
2020085516.tif 000008
【図７】
2020085516.tif 000009
【図８】
2020085516.tif 000010
【図９】
2020085516.tif 000011
【図１０】
2020085516.tif 000012
【図１１】
2020085516.tif 000013
【図１２】
2020085516.tif 000014
【図１３】
2020085516.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月5日(2019.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に周期的に形成された凹凸部を有する磁性体で、回転軸を中心に回転する回転体と、磁気検出部と磁界発生部と集磁部とで構成され、前記凹凸部に対向して設けられた検出部と、前記磁気検出部の出力から前記回転体の回転角度を演算する回転角度演算処理部と、を備えた回転角度検出装置であって、
前記凹凸部は、回転時に前記磁気検出部との距離が連続的に変化する形状で、Ｎを１以上の整数とした場合に外周の方向について機械角３６０度に対してＮ周期分変化するように形成され、
前記凹凸部から前記磁界発生部に引き込まれる磁束を検出する前記磁気検出部の前記回転軸の方向の長さＣは、前記磁界発生部および前記集磁部の前記回転軸の方向の長さよりも短く、
前記磁気検出部は、対向する前記凹凸部と前記磁界発生部の間の前記磁界発生部の側で、前記磁界発生部の回転軸の方向の中央部に配置され、
ずれ量Ｘを前記回転体の前記回転軸の方向の中心と前記磁気検出部の前記回転軸の方向の中心の前記回転軸の方向の距離として前記回転体と前記磁気検出部のずれを見積もった量の最大値としたとき、前記回転体の前記回転軸の方向の長さＡは、Ａ≧２Ｘ−Ｃで規定されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記ずれ量Ｘを、前記回転体が取り付けられる側の部材と前記検出部が取り付けられる側の部材のそれぞれの前記回転軸の方向の累積公差の差の最大値としたことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記ずれ量Ｘを、前記回転体が取り付けられる側の部材と前記検出部が取り付けられる側の部材のそれぞれの前記回転軸の方向の累積公差の差の最大値と、回転に伴う前記回転体と前記磁気検出部のずれの和としたことを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記検出部は複数の磁気検出部を備え、
前記回転角度演算処理部は、前記複数の磁気検出部からの出力信号の直流成分によるオフセット値をそれぞれ算出して初期オフセット値としてそれぞれ記憶するオフセット算出部と、
前記初期オフセット値が記憶された後の前記複数の磁気検出部からの出力信号をそれぞれの前記初期オフセット値に基づいて補正するオフセット補正部と、
前記オフセット補正部で補正された信号の振幅値をそれぞれ算出して初期振幅値としてそれぞれ記憶する振幅算出部と、
前記オフセット補正部で補正された信号をそれぞれの前記初期振幅値に基づいて補正する振幅補正部と、
前記振幅補正部で補正された複数の信号を２相信号に変換する２相変換部と、
前記２相信号の正接逆関数を演算して回転角度を算出する角度算出部と、で構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出部はホールセンサであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
Ｘ＝０であるときの前記回転体に発生する最大の磁束密度は、前記回転体が構成された材料の飽和磁束密度の１／２以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記回転体に発生する最大の磁束密度は１Ｔ以下であることを特徴とする請求項６に記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載した回転角度検出装置と、異なる部材に取り付けられた回転電機の回転子と回転電機の固定子とを備え、
前記回転体は前記回転電機の回転子の側に、前記検出部は前記回転電機の固定子の側に固定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項８に記載した回転電機と、エンジンと、トランスミッションとを備え、
前記エンジンと前記トランスミッションが前記異なる部材であることを特徴とする自動車駆動システム。
【請求項１０】
外周面に周期的に形成された凹凸部を有する磁性体で、回転軸を中心に回転する回転体と、磁気検出部と磁界発生部と集磁部とで構成され、前記凹凸部に対向して設けられた検出部と、前記磁気検出部の出力から前記回転体の回転角度を演算する回転角度演算処理部と、を備え、
前記凹凸部は、回転時に前記磁気検出部との距離が連続的に変化する形状で、Ｎを１以上の整数とした場合に外周の方向について機械角３６０度に対してＮ周期分変化するように形成され、
前記凹凸部から前記磁界発生部に引き込まれる磁束を検出する前記磁気検出部の前記回転軸の方向の長さＣは、前記磁界発生部および前記集磁部の前記回転軸の方向の長さよりも短く、
前記磁気検出部は、対向する前記凹凸部と前記磁界発生部の間の前記磁界発生部の側で、前記磁界発生部の回転軸の方向の中央部に配置された回転角度検出装置の製造方法であって、
ずれ量Ｘを前記回転体の前記回転軸の方向の中心と前記磁気検出部の前記回転軸の方向の中心の前記回転軸の方向の距離とし、前記回転体と前記磁気検出部のずれを見積もった量の最大値として規定する工程と、
前記回転体の前記回転軸の方向の長さＡを、Ａ≧２Ｘ−Ｃで規定する工程と、から長さＡを定めて前記回転体を製造することを特徴とする回転角度検出装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ずれ量Ｘを規定する工程は、前記回転体が取り付けられる部材と前記検出部が取り付けられる部材のそれぞれの前記回転軸の方向の累積公差の差の最大値として規定する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の回転角度検出装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ずれ量Ｘを規定する工程は、前記回転体が取り付けられる部材と前記検出部が取り付けられる部材のそれぞれの前記回転軸の方向の累積公差の差の最大値と回転に伴う前記回転体と前記磁気検出部のずれの和として規定する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の回転角度検出装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本願に開示される回転角度検出装置は、外周面に周期的に形成された凹凸部を有する磁性体で、回転軸を中心に回転する回転体と、磁気検出部と磁界発生部と集磁部とで構成され、凹凸部に対向して設けられた検出部と、磁気検出部の出力から回転体の回転角度を演算する回転角度演算処理部とを備えた回転角度検出装置であって、凹凸部は、回転時に磁気検出部との距離が連続的に変化する形状で、Ｎを１以上の整数とした場合に外周の方向について機械角３６０度に対してＮ周期分変化するように形成され、凹凸部から磁界発生部に引き込まれる磁束を検出する磁気検出部の回転軸の方向の長さＣは、磁界発生部および集磁部の前記回転軸の方向の長さよりも短く、磁気検出部は、対向する凹凸部と磁界発生部の間の磁界発生部の側で、磁界発生部の回転軸の方向の中央部に配置され、ずれ量Ｘを回転体の回転軸の方向の中心と磁気検出部の回転軸の方向の中心の回転軸の方向の距離として回転体と磁気検出部のずれを見積もった量の最大値としたとき、回転体の回転軸の方向の長さＡは、Ａ≧２Ｘ−Ｃで規定されたものである。