(57)【要約】【課題】  簡単な構成により正弦波出力を得ることのできる磁気誘導型回転位置センサを提案すること。【解決手段】  複数の磁極ピン２が同心状に配置されているステータ１０１と、ステータ１０１に同軸状態に対向配置されたロータ１０５と、ステータ１０１に配置された一次側励磁コイル１０４と、各磁極ピン２に配置された二次側誘導コイル１０３とを有し、ロータ１０５の回転角度位置に応じて、当該ロータ１０５の磁性体１０６と各磁極ピン２の重なり面積Ｓが正弦波状に変化するように、各磁極ピン２の断面形状が、ロータ１０５の回転中心１０５ａを中心とする扇形とされ、ロータ１０５の磁性体内周縁には正弦波状の凹凸パターンが形成されている。重なり面積Ｓが正弦波状に変化するので、二次側誘導コイル１０３から正弦波状の出力が得られる。【選択図】  図２
2005207748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
前記ステータに対して同軸状態で対向配置されたロータと、
前記ステータにおける前記ロータに対峙している表面に、前記ロータの回転中心を中心として同心状に配置された複数の磁極ピンと、
前記ステータあるいは各磁極ピンに配置された一次側励磁コイルと、
各磁極突起に配置された二次側誘導コイルとを有し、
各磁極ピンの断面形状は、前記回転中心を中心とする所定角度の扇形形状、または、前記回転中心を通る直径線に両辺が平行な矩形形状であり、
前記ロータは、前記磁極ピンが配列されている同心円に沿って、正弦波状に凹凸パターンが繰り返される輪郭形状をしており、
前記ロータと各磁極ピンの重なり面積の変化によって引き起こされる前記一次側励磁コイルと前記二次側誘導コイルの間の磁気結合状態の変化に基づき、前記ロータの回転位置が検出される磁気誘導型回転位置センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転位置を精度良く検出可能な磁気誘導型回転位置センサに関し、特に、二次側誘導コイルが巻かれている磁極ピンの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転体の回転位置を磁気誘導を利用して検出する回転位置センサは、下記の特許文献１、２、３に開示されているように公知である。かかる磁気誘導型回転位置センサでは、一次側励磁コイルによって発生する交流信号を磁路経由で二次側誘導コイルにて受け、磁路の透磁率が、ロータの回転位置で変化するように当該ロータの輪郭パターンが設定されている。一般には、ロータの輪郭パターンには正弦波形状が採用されており、二次側誘導コイルの芯には円形断面の磁極ピンが用いられている。
【０００３】
図１（ａ）はこの構成の磁気誘導型回転位置センサの構成例を示す説明図であり、図１（ｂ）はロータと磁極ピンの重なり面積を示す説明図である。磁気誘導型回転位置センサ１００は、円板形状のステータ１０１の表面に、同心円上に複数本の円形断面の磁極ピン１０２が取付けられ、各磁極ピン１０２に二次側誘導コイル１０３が巻きつけられている。例えば、４本の磁極ピン１０２が９０度間隔で配置されており、直径方向に対峙している一組の二次側誘導コイル１０３は巻き方向が逆の状態で相互に直列接続されている。同様に、残りの一組の二次側誘導コイル１０３も、巻き方向が逆の状態で相互に直列接続されている。
【０００４】
ステータ１０１の側には、各磁極ピン１０２を取り囲む状態で一次側励磁コイル１０４が円環状に配置されている。また、ステータ１０１の表面に同軸状態で対峙した状態で円盤状のロータ１０５が配置されている。ロータ１０５のステータ側表面には、各磁極ピン１０２に対峙した状態で、磁性体からなるリング状の磁性板１０６が固定されている。ロータ１０５には回転シャフト（図示せず）が同軸状態で固着されている。ロータ１０５の磁性板１０６の内周縁１０７は、磁極ピン１０２が配列されている同心円１０８に沿って、正弦波状の凹凸パターンが繰り返される輪郭形状をしている。
【０００５】
ロータ１０５が回転すると、その回転に伴って、ロータ１０５の磁性板１０６と各磁極ピン１０２との重なり面積（図１（ｂ）における斜線部分の面積）が変化する。二次側誘導コイル１０３に発生する磁束量は重なり面積に概ね比例する。重なり面積が正弦波状に変化する場合には、一次側励磁コイル１０４にｓｉｎωｔの励磁電圧を加えると、ロータ１０５の回転角θに応じて一組の二次側誘導コイル１０５からは、ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔの電圧が得られ、残りの一組の二次側誘導コイル１０５からはｃｏｓθ・ｓｉｎωｔの電圧が得られる。従って、これらの２組の誘導電圧に基づき、不図示の信号処理回路によって、ロータ１０２の回転位置を表す信号を生成できる。すなわち、ロータ１０５が取付けられている回転体の回転位置を示す信号を得ることができる。
【特許文献１】特開平９−５３９０９号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２５０１号公報
【特許文献３】特開２００３−４２８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来においては円形断面の磁極ピンを用いているので、ロータの回転に伴う当該ロータ１０５と磁極ピンとの重なり面積の変化が正弦波状の変化から乖離している。したがって、ロータの回転に伴って発生するコイルを通過する磁束量の変化も正弦波状の変化から乖離する。このことが原因となって計測誤差が発生するおそれがある。
【０００７】
本発明の課題は、二次側誘導コイルが巻かれた磁極ピンと、正弦波状の凹凸パターンを備えたロータとの重なり面積を精度良く正弦波状に変化させることが可能な、高分解能化および高精度化に有利な磁気誘導型回転位置センサを提案することある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の磁気誘導型回転位置センサは、
ステータと、
前記ステータに対して同軸状態で対向配置されたロータと、
前記ステータにおける前記ロータに対峙している表面に、前記ロータの回転中心を中心として同心状に配置された複数の磁極ピンと、
前記ステータあるいは各磁極ピンに配置された一次側励磁コイルと、
各磁極突起に配置された二次側誘導コイルとを有し、
各磁極ピンの断面形状は、前記回転中心を中心とする所定角度の扇形形状、または、前記回転中心を通る直径線に両辺が平行な矩形形状であり、
前記ロータは、前記磁極ピンが配列されている同心円に沿って、正弦波状に凹凸パターンが繰り返される輪郭形状をしており、
前記ロータと各磁極ピンの重なり面積の変化によって引き起こされる前記一次側励磁コイルと前記二次側誘導コイルの間の磁気結合状態の変化に基づき、前記ロータの回転位置が検出されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の磁気誘導型回転位置センサでは、二次側誘導コイルが巻き付けられている磁極ピンを扇形あるいは矩形の断面形状としてある。したがって、磁極ピンと、正弦波状の凹凸パターンが繰り返される輪郭を備えたロータとの重なり面積は、ロータの回転に伴って、ほぼ正弦波状に変化する。磁極ピンに誘導される磁束量はこの重なり面積に比例するので、精度良く正弦波状の出力信号を得ることができる。よって、本発明によれば、磁極ピンの断面形状を工夫するという簡単な構成により、高分解能化および高精度化に有利な磁気誘導型回転位置センサを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気誘導型回転位置センサの例を説明する。
【００１１】
本例の磁気誘導型回転位置センサの基本構成は、図１（ａ）に示す従来のものと同一であるので、その説明を省略する。図２には本例の磁気誘導型回転位置センサ１の磁極ピン２の断面形状を示してある。磁極ピン２は、ロータ１０５の回転中心１０５ａを中心とする所定角度の扇形断面をしている。
【００１２】
ここで、ロータ１０５の磁性板１０６内周縁に形成されている正弦波状の凹凸パターンは、磁極ピン２が配列されている同心円１０８に沿って形成されている。この同心円１０８の曲率による重なり面積への影響は小さく、無視することができるので、正弦波状の凹凸パターンの中心線が直線であると仮定し、また、磁極ピン２とロータ１０５の重なり面積が二次側誘導コイル１０３の出力に比例するものと仮定する。この場合、磁極ピン２の形状は、中心１０５ａを通る直径線Ｌに左右両辺が平行な長方形となり、幅が一定であるので、図３のグラフにおける凹凸パターンを表す正弦波曲線ｙを、次のように、点ｘ１からｘ２まで定積分すれば重なり面積Ｓが求まる（磁極ピンの幅＝ｘ２−ｘ１）。
【００１３】
【数１】
2005207748.tif 000003
【００１４】
したがって、重なり面積Ｓが完全な正弦波となり、二次側誘導コイル１０３の出力が完全な正弦波となることが分かる。上記のように、曲率を無視したことによる重なり面積Ｓへの影響は僅かであるので、扇形断面あるいは長方形断面の磁極ピン２を用いれば、二次側誘導コイルから精度良く正弦波出力を得ることができる。よって、扇形断面あるいは長方形断面の磁極ピンを用いるという簡単な構成により、高分解能化および高精度化に有利な磁気誘導型回転位置センサを実現できる。
【００１５】
また、従来の円形磁極ピンの場合には、一般に円筒状の磁極ピンを加工し、それを組立作業において位置決めしている。組立に使用する部品の寸法の組み合わせで位置決め精度が決まり、位置精度が悪くなる場合がある。これに対して、扇形断面の磁極ピンを用いる場合には、リング状に加工した後に、フライス加工で磁極ピンを成形すれば、単一の部品で磁極ピンの位置が決まるので、位置精度が向上し加工バラツキによる誤差精度も向上するという効果が得られる。また、磁路の一部も同時に加工できるので、部品点数の削減になるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は従来の磁気誘導型回転位置センサの構成を示す説明図であり、（ｂ）はロータと磁極ピンの重なり状態を示す説明図である。
【図２】本発明を適用した磁気誘導型回転位置センサにおけるロータと磁極ピンの重なり状態を示す説明図である。
【図３】図２におけるロータと磁極ピンの重なり面積の算出法を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１７】
１    磁気誘導型回転位置センサ
２    磁極ピン
１０１  ステータ
１０３  二次側誘導コイル
１０４  一次側励磁コイル
１０５  ロータ
１０５ａ  回転中心
１０６  磁性体
１０７  磁性体の内周縁
１０８  同心円
Ｓ    磁極ピンとロータの重なり面積
【図１】
2005207748.tif 000004
【図２】
2005207748.tif 000005
【図３】
2005207748.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月29日(2004.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
ここで、ロータ１０５の磁性板１０６内周縁に形成されている正弦波状の凹凸パターンは、磁極ピン２が配列されている同心円１０８に沿って形成されている。この同心円１０８の曲率による重なり面積への影響は小さく、無視することができるので、正弦波状の凹凸パターンの中心線が直線であると仮定し、また、磁極ピン２とロータ１０５の重なり面積が二次側誘導コイル１０３の出力に比例するものと仮定する。この場合、磁極ピン２の形状は、中心１０５ａを通る直径線Ｌに左右両辺が平行な長方形となり、幅が一定であるので、図３のグラフにおける凹凸パターンを表す正弦波曲線ｙを、次のように、点ｘ1からｘ2まで定積分すれば重なり面積Ｓが求まる（磁極ピンの幅＝ｘ2−ｘ1）。