(57)【要約】【課題】２軸の回転速度を１つの検出装置で検出する。【解決手段】交流電流を流すことにより回転磁束を発生する励磁コイル１２と回転磁束に基づいて発生される誘起電圧を検出する検出コイル１４とを備える固定子１０と、半径方向における端面が固定子１０の半径方向の端面に面する複数の磁性体片２２を含み、回転磁束の周波数を変調する変調回転子２０と、半径方向における端面が変調回転子２０の半径方向における端面に面し、変調回転子２０とは同期せずに回転して、回転磁束の振幅を変調する減衰回転子３０と、を含む。変調回転子２０および減衰回転子３０の回転に応じて検出コイル１４に発生する誘起電圧の周波数を検出することで、変調回転子２０と減衰回転子３０のそれぞれの回転速度を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流を流すことにより回転磁束を発生する励磁コイルと回転磁束に基づいて発生される誘起電圧を検出する検出コイルとを備える固定子と、
半径方向における端面が固定子の半径方向の端面に面する複数の磁性体片を含み、回転磁束の周波数を変調する変調回転子と、
半径方向における端面が変調回転子の半径方向における端面に面し、変調回転子とは同期せずに回転して、回転磁束の振幅を変調する減衰回転子と、
を含み、
変調回転子および減衰回転子の回転に応じて検出コイルに発生する誘起電圧の周波数を検出することで、変調回転子と減衰回転子のそれぞれの回転速度を検出する、
回転速度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転速度検出装置であって、
固定子の内周面側に励磁コイルと検出コイルを配置し、
固定子の内方に変調回転子を配置し、
変調回転子の内方に減衰回転子を配置する、
回転速度検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転速度検出装置であって、
固定子の外周面側に励磁コイルと検出コイルを配置し、
固定子の外方に変調回転子を配置し、
変調回転子の外方に減衰回転子を配置する、
回転速度検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の回転速度検出装置であって、
固定子および減衰回転子を回転軸方向に直列に配置するとともに、変調回転子の内周側に配置し、
検出コイルの誘起電圧の振幅により変調回転子および減衰回転子の回転軸方向への相対移動を検出可能とする、
回転速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２軸以上の回転速度検出を可能とする回転速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の回転動作を行う機器においては、回転速度を検出することが必要になることが多く、その場合に回転角度検出器が用いられる。回転角度検出器としては、固定子と回転子を有し、回転子の回転に応じた固定子の電流から回転子の回転角度を検出するレゾルバが回転角度検出装置として知られている。
【０００３】
特許文献１では、車両のステアリングについて、ハンドル側の第１軸と、前輪側の第２軸の回転差を２つの回転検出器（レゾルバ）で検出することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４-５３４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、２軸の回転角度検出には２つの検出装置を設けていた。しかし、２つの検出装置を設けると、２つの検出装置の組み付け誤差がシステム全体の制御誤差に影響し、かつ２つの検出装置の誘起電圧を回転角度情報に変換する回路も２つ必要となる。従って、測定精度の維持が難しいだけでなく、システムのコストアップに繋がる。
【０００６】
同期係合する変速機構などで必要な２軸の回転速度検出を１つの検出装置で検出したいという要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転速度検出装置は、交流電流を流すことにより回転磁束を発生する励磁コイルと回転磁束に基づいて発生される誘起電圧を検出する検出コイルとを備える固定子と、半径方向における端面が固定子の半径方向の端面に面する複数の磁性体片を含み、回転磁束の周波数を変調する変調回転子と、半径方向における端面が変調回転子の半径方向における端面に面し、変調回転子とは同期せずに回転して、回転磁束の振幅を変調する減衰回転子と、を含み、変調回転子および減衰回転子の回転に応じて検出コイルに発生する誘起電圧の周波数を検出することで、変調回転子と減衰回転子のそれぞれの回転速度を検出する。
【０００８】
また、固定子の内周面側に励磁コイルと検出コイルを配置し、固定子の内方に変調回転子を配置し、変調回転子の内方に減衰回転子を配置するとよい。
【０００９】
また、固定子の外周面側に励磁コイルと検出コイルを配置し、固定子の外方に変調回転子を配置し、変調回転子の外方に減衰回転子を配置するとよい。
【００１０】
また、固定子および減衰回転子を回転軸方向に直列に配置するとともに、変調回転子の内周側に配置し、検出コイルの誘起電圧の振幅により変調回転子および減衰回転子の回転軸方向への相対移動を検出可能とするとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１つの回転速度検出装置によって、複数の軸の回転速度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る回転速度検出装置の構成（軸に直交する方向の断面）を示す図である。
【図２】実施形態１に係る回転速度検出装置の構成（軸に平行な方向の断面）を示す図である。
【図３】検出コイルの誘起電圧波形を示す図である。
【図４】誘起電圧の周波数解析結果を示す図である。
【図５】減衰回転子の回転数を変化させた場合の誘起電圧の周波数を示す図である。
【図６】実施形態２に係る回転速度検出装置の構成（軸に直交する方向の断面）を示す図である。
【図７】実施形態２に係る回転速度検出装置の構成（軸に平行な方向の断面）を示す図である。
【図８】変形例１に係る回転速度検出装置の構成（軸に平行な方向の断面）を示す図である。
【図９】変形例２に係る回転速度検出装置の構成（軸に平行な方向の断面）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
「実施形態１」
＜全体構成＞
図１及び図２に、実施形態１に係る回転速度検出装置の構成を示す。図１は回転軸に直交する方向の断面を示す図であり、図２は回転軸に平行な方向の断面を示す図である。なお、全体として分かりやすいように、スケールを変更し、また断面のハッチングなども適宜省略している。
【００１５】
回転検出装置１００は、外周部に固定子１０を有する。この固定子１０は、全体に円環状（リング状）で、内周側に励磁コイル１２（１２ａ，１２ｂ）と、検出コイル１４（１４ａ，１４ｂ）を有し、励磁コイル１２ａ，１２ｂの内側に隣接して２相の検出コイル１４ａ，１４ｂが配置されている。すなわち、検出コイル１４ａ，１４ｂが固定子１０の内周面に位置しており、励磁コイル１２ａ，１２ｂがその外側でリング状の固定子１０の径方向の中間部分に位置している
【００１６】
この例では、固定子１０は、１６個のティースおよび１６個のスロットを有しており、励磁コイル１２ａ，１２ｂは隣接するティースに巻回され、巻方向が反対になっており、それぞれのティースにおける励磁方向が反対になっている。従って、１６個のティースが交互に反対方向に励磁され、励磁コイル１２ａ，１２ｂによる励磁の極対数は、８極対で、１相の励磁となっている。検出コイル１４ａ，１４ｂも各ティースに巻回されており、巻方向が反対である。この例では、１相励磁、２相の検出となっており、検出コイル１４ａをＡ相検出コイル、検出コイル１４ｂをＢ相検出コイルと呼ぶ。なお、図において、コイルについての巻方向は、丸中に小丸が紙面の手前方向、丸中に×が紙面の奥方向を示す。
【００１７】
固定子１０の内側（半径方向内方）には、変調回転子２０が、その外周側が固定子１０の内周面に対向するように配置されている。この変調回転子２０は、回転軸方向に伸びる複数の磁性体片２２を全体としてリング状に配置して構成されている。この例では、固定子１０の内側端面に対し、変調回転子２０の各磁性体片の外側端面が対向している。また、この変調回転子２０では、１０個の磁性体片２２が回転軸を中心として一定間隔でリング状に配置されおり、磁性体片２２の外周面（半径方向外方の端面）が固定子１０の内周面に面している。
【００１８】
変調回転子２０の内側には、回転軸を中心とした棒状の減衰回転子３０が配置されている。すなわち、変調回転子２０の内側端面に減衰回転子の外周（外側端面）が対向している。減衰回転子３０は、断面が楕円状であり、変調回転子２０の内周面との空隙が一定でないようにされている。この例では、楕円形なので、２極対である。
【００１９】
そして、変調回転子２０と、減衰回転子３０は、同期せずそれぞれ独立して回転可能となっている。
【００２０】
このように、この実施形態では、減衰回転子３０が２極対（狭空隙部と広空隙部とが２か所ずつ）で、変調回転子が１０個の磁性体片２２で構成されており、外周部から励磁する固定子１０の極対数は８極対となっている。固定子１０の極対数は１２極対でもよい。
【００２１】
なお、図２に示すように、固定子１０を架台４０に固定し、減衰回転子３０は、軸受け３２などで回転可能に支持される。また、変調回転子２０は、減衰回転子３０に回転可能に支持されるとともに、独立した回転軸４６によって回転される。この例では、変調回転子２０の磁性体片２２を円板４４で支持し、この円板４４の外周に回転軸４６の回転を外側から伝達する歯車４８を設けて、変調回転子２０を回転している。なお、この構成は一例であり、変調回転子２０を固定子１０に回転可能に支持したり、減衰回転子３０、変調回転子２０ともに、架台４０に対し回転可能に支持してもよい。すなわち、固定子１０が固定状態であり、変調回転子２０、減衰回転子３０が独立して回転できる構成であればよい。
【００２２】
＜検出＞
次に、回転速度の検出について説明する。減衰回転子３０が１秒間に１０回転（１０ｒｐｓ）しているとき、変調回転子２０を１秒間に０回転（０ｒｐｓ）、４回転（４ｒｐｓ）、８回転（８ｒｐｓ）させ、励磁コイル１２に周波数１００Ｈｚの電流を流したときのＡ相検出コイル１４ａの誘起電圧波形を図３に示す。図３において、Ｉｅｘは励磁電流波形を示し、変調している波形は検出電圧波形を示す。
【００２３】
これより、変調回転子２０の回転数が変わることで、検出電圧の振幅や周波数が変化していることが分かる。
【００２４】
これら検出電圧波形をフーリエ変換を用いて周波数分析を行った結果を図４に示す。図４から、検出電圧には振幅が一番大きな基本波と、振幅が次に大きな側帯波とが存在することが分かる。この基本波の周波数から変調回転子の回転数を検出し、側帯波の周波数から減衰回転子の回転数を検出することが可能になる。
【００２５】
図４におけるそれぞれの検出周波数は、
基本波周波数＝励磁周波数＋２＊変調回転子回転数＊変調回転子極対数
側帯波周波数＝基本周波数＋減衰回転子回転数＊減衰回転子極対数
−変調回転子回転数＊変調回転子極対数
となる。
【００２６】
上述したように、励磁周波数＝１００Ｈｚ、変調回転子回転数＝０，４，８ｒｐｓ、変調回転子極対数＝１０、減衰回転子回転数＝１０、減衰回転子極対数＝２である。従って、変調回転子回転数＝０，４，８ｒｐｓの場合の基本周波数は、次のようになる。
基本周波数（０ｒｐｓ）＝１００＋２＊０＊１０＝１００Ｈｚ
基本周波数（４ｒｐｓ）＝１００＋２＊４＊１０＝１８０Ｈｚ
基本周波数（８ｒｐｓ）＝１００＋２＊８＊１０＝２６０Ｈｚ
【００２７】
次に、変調回転子回転数＝０，４，８ｒｐｓの場合の側帯波周波数は、次のようになる。
側帯波周波数（０ｒｐｓ）＝１００＋１０＊２−０＊１０＝１２０Ｈｚ
側帯波周波数（４ｒｐｓ）＝１８０＋１０＊２−４＊１０＝１６０Ｈｚ
側帯波周波数（８ｒｐｓ）＝２６０＋１０＊２−８＊１０＝２００Ｈｚ
【００２８】
図４における、基本周波数、側帯波周波数は、上記計算に一致している。従って、基本周波数、側帯波周波数を調べることで、変調回転子２０、減衰回転子３０の回転数を求めることができる。すなわち、励磁周波数＝１００、変調回転子極対数＝１０、減衰回転子極対数＝２、基本周波数＝Ａ、側帯波周波数＝Ｂ、変調回転子回転数＝ｘ、減衰回転子回転数＝ｙとすると、次のような式が得られる。
Ａ＝１００＋２＊ｘ＊１０
Ｂ＝Ａ＋ｙ＊２−ｘ＊１０
【００２９】
従って、変調回転子回転数ｘ、減衰回転子回転数ｙは、次式によって算出できる。
ｘ＝（Ａ−１００）／２０
ｙ＝｛Ｂ−Ａ＋ｘ＊１０｝／２＝｛Ｂ−Ａ＋（（Ａ−１００）／２０）＊１０｝／２
【００３０】
このように、基本波周波数と側帯波周波数が検出できれば、変調回転子２０と減衰回転子３０の双方の回転数が計測可能となる。
【００３１】
図５には、変調回転子２０を０，４，８ｒｐｓに設定するとともに、減衰回転子３０の回転数を６，１０，１４ｒｐｓに設定した場合の検出周波数を示してある。なお、図４は、減衰回転子３０の回転数が１０ｒｐｓの場合に対応する。このように、減衰回転子３０の回転数を変更した場合にも、上述の関係式が適用できることが分かる。
【００３２】
このように、固定子１０の励磁コイル１２に一定周波数の交流電流を流すことにより、装置全体に回転磁界が発生する。回転磁界の磁束は、径方向内側に配置された変調回転子２０によりその回転磁束の周波数が変調される。さらに、径方向内周部（中心部）に配置した減衰回転子３０によりその回転磁束の振幅が変調され、側帯波周波数が変化する。従って、２つの回転子、変調回転子２０、減衰回転子３０の回転速度（回転数）が変わると固定子に配置された検出コイルに検出される誘起電圧の周波数が変化する。従って、検出コイル１４の検出信号（誘起電圧）の周波数変化により２軸（変調回転子２０、減衰回転子３０）の回転速度を検出することが可能になる。
【００３３】
なお、検出コイル１４の誘起電圧の位相変化により回転角度も検出することができる。例えば、基本波の位相から変調回転子２０の回転位置を検出することができ、側帯波の位相から減衰回転子３０の回転位置を検出することができる。
【００３４】
従って、特許文献１に記載のステアリングの２軸や、変速機の前後の２軸などの検出を効果的に行うことができる。
【００３５】
「実施形態２」
図６、図７には、実施形態２の構成を示してある。この例では、固定子１０と、減衰回転子３０が中心側に軸方向に直列接続されて配置されている。固定子１０は非回転であり、減衰回転子３０は、軸受け６０によって固定子１０に対し回転可能に支持されている。変調回転子２０は、固定子１０および減衰回転子３０を取り囲むようにこれらの外周側に配置されている。固定子１０の軸の周囲に軸受け６２、減衰回転子３０の軸の周囲に軸受け６４が設けられ、これら軸受け６２，６４によって、変調回転子２０が独立して回転可能になっている。
【００３６】
固定子１０は、円筒状で外周部に励磁コイル１２と検出コイル１４とが配置されている。変調回転子２０は、複数の磁性体片２２を円周方向に間隔をおいて配置し、全体として円筒形になっている。磁性体片２２は、軸方向に長く、内側が固定子１０と、減衰回転子３０の両方の外周面と対向している。なお、図６（Ａ）は、図７（Ａ）におけるａ−ａ断面であり、このように中央側に固定子１０が位置しており、固定子１０の外周側には、励磁コイル１２、検出コイル１４が配置され、これが変調回転子２０に対向している。
【００３７】
減衰回転子３０は、変調回転子２０の内側に配置されているが、変調回転子２０の磁性体片２２との空隙が周方向に一定でないものとなっている。この例では、減衰回転子３０は、実施形態１と同様に断面楕円であり、２極対の構成になっている。図６（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるｂ−ｂ断面であり、中央側に減衰回転子３０が位置しており、この図では、横方向の空隙が広く縦方向の空隙が狭くなっている。
【００３８】
変調回転子２０は、軸受け６２，６４に対しすべり軸受け６６，６８を介し取り付けられており、軸方向に移動可能になっている。図７（Ａ）は、変調回転子２０が図における右側に位置している状態を示しており、図７（Ｂ）は、変調回転子２０が図における左側に位置している状態を示している。そして、この例では、図７（Ｂ）において、変調回転子２０の内周側が、減衰回転子３０の外周面と対向する面積が、図７（Ａ）の場合に比べ減少している。従って、図７（Ａ）と図７（Ｂ）の状態とで、減衰回転子３０と変調回転子２０間の磁気抵抗が変化する。
【００３９】
このような構成において、実施例１と同様に、固定子１０に対し、変調回転子２０および減衰回転子３０を独立して回転すると、実施形態１と同様に、基本波と、側帯波が得られ、この周波数によって変調回転子２０および減衰回転子３０の回転数を検出することができる。
【００４０】
そして、変調回転子２０が軸方向に移動すると、変調回転子２０の鉄芯片（磁性体片）２２と固定子１０および減衰回転子３０との対向面積が変わり、磁気抵抗が変化する。そのため、励磁コイル１２によって発生する回転磁束の振幅が変化し、検出コイル１４で検出される誘起電圧も変化する。この変化分を検出することで変調回転子２０のストロークも検出可能となる。すなわち、図３における、検出コイル１４による振幅が変化し、図７（Ａ）の状態に比べ、図７（Ｂ）の状態の方が振幅が小さくなる。変調回転子２０の位置と振幅の関係を予め調べておくことで、変調回転子２０の軸方向位置を検出することができる。なお、検出の開始の際などに、位置と振幅の関係を自動的に調べ記憶しておくとよい。
【００４１】
本実施形態の装置によれば、クラッチを有する動力伝達機構などにおいて、複数の動力伝達軸の回転数とそのストローク（軸方向の相対移動）の検出が行える。
【００４２】
「変形例」
固定子１０、変調回転子２０、減衰回転子３０の配置などについては、各種の変形が可能である。
【００４３】
＜変形例１＞
変形例１の構成を図８に示す。この例では、固定子１０を中心側、その外側に変調回転子２０、一番外側に減衰回転子３０を配置し、変調回転子２０、減衰回転子３０をそれぞれ独立に回転できるようにしている。励磁コイル１２、検出コイル１４は、固定子１０の外周側に配置し、検出コイル１４が変調回転子２０に対向するようになっている。
【００４４】
この構成によっても、実施形態１と同様の検出を行うことができる。
【００４５】
＜変形例２＞
変形例２の構成を図９に示す。この例では、全体構成は図７の変形例１と同様であるが、固定子１０も回転可能になっており、固定子１０、変調回転子２０、減衰回転子３０がそれぞれ独立に回転できる。ただ、検出コイル１４による検出では、固定子１０に対する変調回転子２０、減衰回転子３０の回転数が検出できるだけである。従って、固定子１０、変調回転子２０、減衰回転子３０の内の１つの回転数が既知の場合に、残りの２つの回転数を検出することができる。
【００４６】
なお、回転コネクタ５０は、スリップリング、ブラシなどで構成され、励磁コイル１２への電流供給、検出コイル１４の誘起電圧検出のために固定子１０と外部機器との電気接続を行うためのものである。
【００４７】
「実施形態の効果」
このように、１つの回転速度検出器で、２軸の回転速度を検出することが可能になる。また、変調回転子を軸方向に移動可能にすることによって、軸方向の移動も検出可能となり、３軸の移動検出が行える。これによって、車両の動力伝達機構などにおける複数の軸の回転数を効果的に検出できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  固定子、１２  励磁コイル、１４  検出コイル、２０  変調回転子、２２  磁性体片、３０  減衰回転子、４０  架台、４４  円板、４６  回転軸、４８  歯車、５０  回転コネクタ、１００  回転検出装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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