(57)【要約】【課題】コストダウンを十分に図ることができる回転角検出装置を提供すること。【解決手段】本発明による回転角検出装置１は、回転電機の回転子の回転角を検出する回転角検出装置であって、一次コイル３と、二次コイル４と、二次コイル４が巻回されるティース５を含むコア６を備えるとともに、コア６の表面のいずれかの部分に反磁性体膜８が積層され、反磁性体膜８の表面に強磁性体膜７が積層されることを特徴とする。【選択図】図２
2010096567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の回転子の回転角を検出する回転角検出装置であって、一次コイルと、二次コイルと、前記二次コイルが巻回されるティースを含むコアを備えるとともに、前記コアの表面のいずれかの部分に反磁性体膜が積層され、前記反磁性体膜の表面に強磁性体膜が積層されることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記ティースの前記二次コイルの巻回中心に垂直な面以外の前記コアの表面に反磁性体膜が積層され、前記反磁性体膜の表面に強磁性体膜が積層されることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記ティースの前記二次コイルの巻回中心方向に垂直な面に前記強磁性体膜が積層されることを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記一次コイルが前記ティースに巻回されることを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記強磁性体膜がパーマロイにより構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
前記反磁性体膜が銅により構成されることを特徴とする請求項６に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車、トラック、バス等の車両に適用されて好適な回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ハイブリッド車両や電気自動車に用いられるモータ、モータジェネレータ、ＥＰＳ（Electronic  Power  Steering）用のモータ等の回転電機において、回転子の回転角を検出する回転角検出装置を備えて、検出された回転角に応じて適切な制御を行うことにより、回転電機の効率を高めることが行われている。
【０００３】
このような回転角検出装置は、高い耐環境性が要求されているため、光学式エンコーダや磁気抵抗素子を使用した磁気式エンコーダに換えて、レゾルバが使用されることが一般的になっている。
【０００４】
従来のレゾルバにおいては、回転子に駆動結合されたロータに一次コイルを備え、回転電機の固定子側に二組の二次コイルを備えて、一次コイルにスリップリングを介して励磁電圧を印加して、回転子の回転に伴い二次コイルに発生する出力信号が変化することにより、この二組の出力信号の商のアークタンジェントをＲ／Ｄ（Resolver  Degital）コンバータにより演算することにより回転角を求めている。
【０００５】
このようなレゾルバにおいては、ロータに一次コイルを備え、固定子側にも二次コイルを備えて、スリップリングを備える構成が一般的であったが、このようなレゾルバにおいては、構造が複雑で部品点数が多くなり、摩耗部品であるスリップリングを備えるためイニシャル及びランニングの双方においてコストが高くなるという問題がある。
【０００６】
このため、近年では、特許文献１に記載されているように、一次コイル及び二次コイルの双方を固定子側に備えて、一次コイル及び二次コイルが巻回される固定子側のコアのティースの巻回中心に垂直な面に対してのギャップ又は覆う面積を周方向に周期的に変化させたロータを備えて、ギャップ又は面積の回転子の回転に伴う変動により二次コイルに発生する出力信号の変化により、回転角を求めるトランス型、換言すれば可変リラクタンス型のレゾルバが主流となり、コスト低減が可能となっている。
【特許文献１】特開２００８−１８７７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところがこのようなトランス型のレゾルバにおいても、コアの製造にあたってはプレス加工や絞り加工等の機械加工が用いられており、この機械加工においては加工後のコアの表面に磁気歪が残留することとなる。このような磁気歪がコアの表面に存在すると、コア内部の磁束の方向が変更されて所望の方向に指向しなくなり、レゾルバとしての機能が損なわれる。
【０００８】
このような問題を回避するために、例えば７００〜８００程度の温度上昇を伴う加熱を行う熱処理を施すことにより、磁気歪を除去することが行われるが、コアの体積に依存して加熱後の除冷に費やす処理時間が長くなり、これによってコストが高くなり、コストダウンを十分に図ることができないという問題が依然としてあった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、コストダウンを十分に図ることができる回転角検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の問題を解決するため、本発明による回転角検出装置は、
回転電機の回転子の回転角を検出する回転角検出装置であって、一次コイルと、二次コイルと、前記二次コイルが巻回されるティースを含むコアを備えるとともに、前記コアの表面のいずれかの部分に反磁性体膜が積層され、前記反磁性体膜の表面に強磁性体膜が積層されることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記反磁性体膜は反磁性体により構成される膜であり、前記強磁性体膜は強磁性体により構成される膜である。前記反磁性体及び前記強磁性体は磁性材料を分類するにあたって用いられる用語であるが、ここでは一般的に用いられている以下の分類に従うものとしている。
【００１２】
すなわち、磁性材料とは一般的に、
強磁性体：磁石に吸着する材質（鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉ）、
弱磁性体：磁石に吸着しない材質、
の二種類に分類され、さらに後者の弱磁性体は以下の二種類に分類される。
つまり、弱磁性体は、
反磁性体：磁気を近づけると反発する材質（ヘリウムＨｅ、ネオンＮｅ、水素Ｈ、金Ａｕ、銀Ａｇ、銅Ｃｕ、亜鉛Ｚｎ、水銀Ｈｇ、ビスマスＢｉ）、
常磁性体：磁化の度合が強磁性体の数万分の１〜数千万分の１の材質（酸素Ｏ、ナトリウムＮａ、アルミニウムＡｌ、クロームＣｒ、白金Ｐｔ）
の双方を含む。
【００１３】
ここで、前記回転角検出装置に用いられる前記コアにおいては、前記強磁性体膜を積層しない状態においても、前記一次コイルの励磁電圧により発生するある程度高周波の磁束が通過することとなるが、この高周波の磁束は前記コアの表面に近接する部分を通過する性質を有する。前記コアも強磁性体の一種であり、強磁性体においては一般的に高周波の磁束は表面に近接する部分を通過する性質を有する。さらに、周波数が高くなるほど磁束が通過する部分の表面からの厚みは小さくなるという性質を有する。
【００１４】
このため、本発明の回転角検出装置では、特には前記一次コイルの励磁電圧により前記一次コイルが発生した磁束と、この磁束が前記回転電機の回転子に駆動結合された回転角検出用のロータを通過して、前記コアの前記ティースの外部から内部に進入する磁束の双方を、前記強磁性体膜に主に誘導して通過させることとしている。
【００１５】
なお、前記ロータと前記ティースの前記二次コイルが巻回される面とは前記ロータの径方向に対向させる形態としても良いし、前記ロータの軸方向に対向させる所謂平板型の形態としても良い。
【００１６】
これによれば、前記ティースを含む前記コアを前述したような機械加工で加工するにあたって生じる磁気歪が、加工後の前記コアの表面に残留していても、前記一次コイルが発生する磁束及び前記コアの外部から内部に進入する磁束を主に前記強磁性体膜に誘導して通過させることとしているので、前記磁気歪により磁束のベクトルの方向が変化させられて、前記回転角検出装置としての機能を示す角度精度誤差幅や変圧比等のパラメータが悪化して、機能が低下することを極力防止することができる。
【００１７】
さらに、前記強磁性体膜と前記コアとの間に前記反磁性体膜を介在させる構成としているので、前記強磁性体膜を通過する磁束が前記コア側に漏洩しようとした場合に、前記強磁性体膜と前記反磁性体膜との境界面近傍の前記反磁性体膜において渦電流が発生して、この渦電流により前記境界面から前記強磁性体膜側に指向するベクトルを有する磁束を発生させて、この磁束により前記強磁性体膜から前記コア側に漏洩しようとする磁束の方向を、前記境界面から前記強磁性体側に変更させて、前記強磁性体膜を通過する磁束が前記コア側に漏洩することを防止することができる。
【００１８】
このことにより、前記磁気歪が、加工後の前記コアの表面に残留していても、前記コアの外部から内部に進入する磁束をより安定的に前記強磁性体膜に通過させることができるので、前記強磁性体膜から前記コアに磁束が漏洩して、前記コア内部の前記磁気歪により磁束の方向が変化させられて、前記回転角検出装置としての機能を示す角度精度誤差幅や変圧比等のパラメータが悪化して、機能が低下することをさらに効果的に防止することができる。
【００１９】
これらのことにより、前記コアの加工工程において、前記磁気歪を除去するための前述したような熱処理を施す工程を廃することができる。このため、前記コアの体積に依存して加熱後の除冷に費やす処理時間が長くなり、これによってコストが高くなり、コストダウンを十分に図ることができないという問題が解消することができる。
【００２０】
ここで、前記回転角検出装置において、
前記ティースの前記二次コイルの巻回中心に垂直な面以外の前記コアの表面に反磁性体膜が積層され、前記反磁性体膜の表面に強磁性体膜が積層されることを特徴とすることが好ましい。
【００２１】
また、
このような構成の前記回転角検出装置においては、
前記ティースの前記二次コイルの巻回中心方向に垂直な面に前記強磁性体膜が積層されることを特徴とすることが好ましい。
【００２２】
さらに、
このような構成の前記回転角検出装置においては、
前記一次コイルが前記ティースに巻回されることを特徴とすることが好ましい。
【００２３】
このような構成とすることにより、前記二次コイルの巻回中心に垂直な面には前記磁束を通しにくい性質を有する前記反磁性体膜を積層していないので、前記一次コイルに印加された励磁電圧により前記コア内部において発生した磁束については、前記コアの前記ティースの前記二次コイルの巻回中心に垂直な面から前記ロータに向けてより円滑に放射することができる。
【００２４】
さらに、前記ロータに進入してから前記ロータから前記コアに向けて放射される磁束については、前記コアの前記ティースの前記二次コイルの巻回中心に垂直な面を主として、外部から前記コアの内部に再度進入させることができる。
【００２５】
加えて、前記ティースの二次コイルの巻回中心に垂直な面には前記強磁性体膜が積層されていることにより、この再度進入した磁束をなるべく前記強磁性体膜に収束させて、前記ティースの前記二次コイルが巻回されている側面に誘導して、側面においても前記強磁性体膜の前記磁束の収束及び誘導作用と、前記反磁性体膜の漏洩防止作用により、前記強磁性体膜を主として、前記磁束を通過させることができる。
【００２６】
さらに、前記コアにおいては、前記ティースは周方向に複数個等間隔に並べられて設けられるが、この複数個の前記ティースの間に位置する前記コアにおいても前記磁束は通過するため、前記コアの前記ロータに対向する側の表面においては、前記ティースが設けられない部分についても前記反磁性体膜を積層し、さらに前記強磁性体膜を積層することが好ましい。なお、前記コアの前記ロータに対向する側と反対側の裏面においては、前記反磁性体膜及び前記強磁性体膜のいずれも積層する必要はない。
【００２７】
これによっても、この再度進入した磁束をなるべく前記強磁性体膜に収束させて誘導して、前記ティースの前記二次コイルが巻回されている側面に誘導して、側面においても前記強磁性体膜の前記磁束を収束して誘導する作用と、前記反磁性体膜の前記磁束が前記強磁性体膜から漏洩することを防止する作用により、前記強磁性体膜を主として、前記磁束を通過させることができる。
【００２８】
なお、前述した前記回転角検出装置において、
前記強磁性体膜は典型的には、パーマロイすなわちＮｉＦｅ合金により構成されることが好ましい。
【００２９】
これによれば、前記強磁性体膜をより一般的な材質により構成することができる。また、前記ティースを含む前記コアは通常Ｓ４５Ｃ材が用いられ、前記コアも強磁性体であるが、前記強磁性体膜をパーマロイとすることにより前記コアよりも強い強磁性体とすることができる。これにより前記磁束の収束及び誘導作用をより高めることができる。
【００３０】
また、
前記反磁性体膜は典型的には銅により構成されることが好ましい。
【００３１】
これによれば、前記反磁性体膜をより一般的な材質により構成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、耐環境性が高く、所望のコストダウンを十分に図ることができる回転角検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００３４】
図１は、本発明に係る回転角検出装置すなわちレゾルバの一実施形態を示す模式図であり、図２は、本発明に係るレゾルバの一実施形態の一部を示す模式断面図である。図３〜図４は、本発明に係わるレゾルバの一実施形態の作用効果を示す模式図である。なお、平板型のレゾルバの一般的な構成は周知であるため、ここでは、本発明に係わる構成要素のみを図示して、それ以外の構成要素の図示は省略している。
【００３５】
本実施例のレゾルバ１は、ロータ２と、一次コイル３と、二次コイル４と、一次コイル３及び二次コイル４が巻回されるティース５を含むコア６を備える。
【００３６】
ロータ２は図示しない回転電機の回転子に駆動結合されており、外径が周方向に一回転に付き三周期において増減するように、おむすび状の三角円板状に形成されており、ティース５の二次コイル４の巻回中心Ｃ２、ここでは回転子の軸方向Ｃ１に垂直な面５ａを、巻回中心Ｃ２方向に覆う面積が、回転子の回転に伴い、一回転に付き三周期において正弦波状に変化するように構成されている。
【００３７】
ティース５は、円環状のコア６において、ロータ２に対向する面に周方向に十箇所、ロータ２に接近する方向に突出する円柱状に設けられている。ティース５は円環状のコア６に含まれる構成とし、Ｓ４５Ｃ材から機械加工により一体的に成形される。
【００３８】
ティース５の二次コイル４の巻回中心Ｃ２に垂直な面５ａにはＮｉＦｅ合金薄膜７が積層され、面５ａ以外のティース５の側面及びティース５以外のコア６のロータ２に対向する側の表面には、Ｃｕ薄膜８が積層され、さらにそのＣｕ薄膜８の表面にＮｉＦｅ合金薄膜７が積層される。Ｃｕ薄膜８は反磁性体膜を構成し、ＮｉＦｅ薄膜７は強磁性体膜を構成する。なお、Ｃｕ薄膜８及びＮｉＦｅ薄膜７はともに図示の都合上厚さを拡大して示している。
【００３９】
さらに、一次コイル３がティース５の側面に図示しない絶縁樹脂を介して巻回され、一次コイル３のさらに外周側に二次コイル４が巻回される。一次コイル３には図示しない励磁回路が、二次コイル４には図示しないＲ／Ｄコンバータが接続される。
【００４０】
回転電機が図示しないインバータ等の駆動回路により駆動されて回転子が回転している状態において、図示しない励磁回路により一次コイル３に高周波の励磁電圧が印加されると、回転子に駆動結合されたロータ２もそれに伴い回転されて、ティース５の面５ａをロータ２の外周側部分が覆う面積が一回転に付き三周期正弦波状に増減し、これにより、二次コイル４に発生する出力信号が変化する。この出力信号の変化に基づいてＲ／Ｄコンバータにより、回転角を演算する。
【００４１】
上述した本実施例のレゾルバ１によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
すなわち、本実施例によらない、すなわちＮｉＦｅ薄膜７が積層されていないＳ４５Ｃ材により構成されるコア６においては、一次コイル３に印加される励磁電圧により発生するある程度高周波の磁束は、コア６の表面に近接する部分を通過する性質を有し、さらに、周波数が高くなるほど磁束が通過する部分の表面からの厚みは小さくなるという性質を有するが、本実施例ではその性質を利用するものである。
【００４２】
つまり上述したように、本実施例のレゾルバ１のコア６においてはＮｉＦｅ薄膜７が積層されているので、一次コイル３に印加された励磁電圧により一次コイル３が発生した磁束φ１と、この磁束φが図示しない回転電機の回転子に駆動結合された回転角検出用のロータ２の外周側部分を通過して、コア６のティース５の外部から内部に進入する図３に示すような磁束φ２の双方を、ＮｉＦｅ薄膜７に主に誘導して通過させることができる。
【００４３】
このように主にＮｉＦｅ薄膜７に磁束φ１及びφ２を通過させることができるので、円柱状のティース５を含む円環状のコア６を機械加工で加工して成形するにあたって、主に表面近傍に生じる磁気歪を製造工程において除去する必要性を廃することができる。
【００４４】
すなわち、加工後のコア６の表面に磁気歪が残留していても、一次コイル３が発生する磁束φ１及びコア６の外部から内部に進入する磁束φ２を主にＮｉＦｅ薄膜７に誘導して通過させることとしているので、磁気歪により磁束φ１又はφ２の方向が変化させられて、レゾルバ１としての機能を示す角度精度誤差幅や変圧比等のパラメータが悪化して、機能が低下することを極力防止することができる。
【００４５】
さらに、ＮｉＦｅ薄膜７とコア６との間にＣｕ薄膜８を介在させているので、図３に示すように、ＮｉＦｅ薄膜７を通過する磁束φ１又はφ２がコア６側に漏洩する方向のベクトルを有している場合に、ＮｉＦｅ薄膜７とＣｕ薄膜８との境界面Ｓ近傍のＣｕ薄膜８において、銅の有する導電性に基づいて渦電流Ｉが発生して、この渦電流Ｉにより境界面ＳからＮｉＦｅ薄膜７側に指向するベクトルを有する磁束Δφを発生させて、この磁束ΔφによりＮｉＦｅ薄膜７からコア６側に漏洩しようとする磁束φ１又はφ２の方向を、境界面ＳからＮｉＦｅ薄膜７側に指向するように変更させて、ＮｉＦｅ薄膜７を通過する磁束φ１又はφ２がコア６側に漏洩することをより確実に防止することができる。
【００４６】
以上のことから、機械加工において表面に生じた磁気歪が、加工後のコア６の表面に残留していても、コア６の外部から内部に進入する磁束φ２及びコア６の発生する磁束φ１をより安定的にＮｉＦｅ薄膜７に通過させることができるので、ＮｉＦｅ薄膜７からコア６に磁束φ１又はφ２が漏洩して、コア６内部の磁気歪により磁束φ１又はφ２の方向が変化させられて、レゾルバ１としての機能を示す角度精度誤差幅や変圧比等のパラメータが悪化して、機能が低下することを確実に防止することができる。
【００４７】
これらのことにより、コア６の加工工程において、機械加工により生じる磁気歪を除去するための前述したような熱処理を施す工程を廃することができる。つまり、コア６の体積に比例して加熱後の除冷に必要となる処理時間が長くなり、これによって加工工程に要するコストが高くなり、コストダウンを十分に図ることができないという問題が解消することができる。
【００４８】
なお、上述したようなＮｉＦｅ薄膜７及びＣｕ薄膜８をコア６の表面に積層するにあたっては、スパッタリング法、真空蒸着法、電解メッキ法等の周知の方法を用いることができ、この積層工程におけるコストは熱処理を施す工程に要するコストの１／１０以下に抑制できる。
【００４９】
さらに、本実施例のレゾルバ１においては、ティース５の二次コイル４の巻回中心Ｃ２に垂直な面５ａ以外のコア６の表面にＣｕ薄膜８が積層され、Ｃｕ薄膜８の表面にＮｉＦｅ薄膜７が積層され、さらに、ティース５の二次コイル４の巻回中心Ｃ２方向に垂直な面５ａにＮｉＦｅ薄膜７が積層されているのでさらに以下のような有利な作用効果が得られる。
【００５０】
すなわち、二次コイル４の巻回中心Ｃ２に垂直な面５ａには磁束φ１を通しにくい性質を有するＣｕ薄膜８を積層していないので、一次コイル３に印加された励磁電圧により一次コイル３の内周側のティース５内部において発生した磁束については、ティース５の二次コイル４の巻回中心に垂直な面５ａからロータ２に向けてより円滑に放射することができる。
【００５１】
さらに、ロータ２に進入してからロータ２からコア６に向けて放射される磁束φ１については、コア６のティース５の二次コイル４の巻回中心Ｃ２に垂直な面５ａを主として、外部からコア６の内部に再度進入させることができる。
【００５２】
加えて、ティース５の二次コイル４の巻回中心Ｃ２に垂直な面５ａにはＮｉＦｅ薄膜７が積層されているため、この再度ティース５に進入した磁束φ２をなるべくＮｉＦｅ薄膜７に収束させて、ティース５の二次コイル４が巻回されている側面に誘導して、側面においてもＮｉＦｅ薄膜７の磁束φ２の収束及び誘導作用と、Ｃｕ薄膜８のコア６側への漏洩防止作用により、ＮｉＦｅ薄膜７を主として、磁束φ２を通過させることができる。
【００５３】
さらに、本実施例のコア６においては、ティース５は周方向に十箇所等間隔に並べられて設けられるが、このティース５の周方向の間に位置するコア６においても磁束φ１及びφ２は通過するため、コア６のロータ２に対向する側の表面においては、ティース５が設けられない部分についてもＣｕ薄膜８を積層し、さらにＮｉＦｅ薄膜７を積層し、コア６のロータ２に対向する側と反対側の裏面においては、ＮｉＦｅ薄膜７及びＣｕ薄膜８のいずれも積層していないので、さらに以下のような作用効果を得ることができる。
【００５４】
すなわち、図３に示すように、再度進入した磁束φ２をなるべくＮｉＦｅ薄膜７に収束させて誘導して、ティース５の二次コイル４が巻回されている側面に誘導して、側面においてもＮｉＦｅ薄膜７の磁束φ２を収束して誘導する作用と、Ｃｕ薄膜８の磁束φ２がＮｉＦｅ薄膜７からコア６側に漏洩することを防止する作用により、ＮｉＦｅ薄膜７を主として、磁束φ２を通過させることができる。
【００５５】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
【００５６】
例えば本実施例のレゾルバ１は、ロータ２とコア６が回転電機の回転子の軸方向Ｃ１において対向する平板型のものとしたが、回転子の径方向に対向する形態のものにおいても本発明を適用することはもちろん可能である。また、回転子側に一次コイルを備えて、スリップリングを介して一次コイルに励磁電圧を印加する形態のレゾルバに本発明を適用することももちろん可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、車両に適用して好適な回転角検出装置に関するものであり、主にコアの成形工程におけるコストダウンを十分に図ることができ、回転角検出装置全体の製造コストを低減することができるので、乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用しても有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る回転角検出装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る回転角検出装置の一実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る回転角検出装置の一実施形態の作用効果を示す模式図である。
【図４】本発明に係る回転角検出装置の一実施形態の作用効果を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１      レゾルバ
２      ロータ
３      一次コイル
４      二次コイル
５      ティース
６      コア
７      ＮｉＦｅ薄膜（強磁性体膜）
８      Ｃｕ薄膜（反磁性体膜）
【図２】
2010096567.tif 000003
【図３】
2010096567.tif 000004
【図４】
2010096567.tif 000005
【図１】
2010096567.tif 000006