(57)【要約】【課題】車載用角度検出装置において、発振器からレゾルバへの入力電流を低減させる。【解決手段】車載用角度検出装置は、発振器３１と、発振器３１に接続される励磁コイルと１１、励磁コイル１１により生じる磁束を検出する第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３と、第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３が検出する磁束を回転角に応じて変化させるロータ２５と、励磁コイル１１に並列に接続されたコンデンサ１４と、を備える。【選択図】図１
2013160524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器と、
上記発振器に接続される励磁コイルと、
上記励磁コイルにより生じる磁束を検出する複数の検出コイルと、
回転自在であり、上記検出コイルが検出する磁束を回転角に応じて変化させる回転体と、
上記励磁コイルに並列に接続されたコンデンサと、を備える車載用角度検出装置。
【請求項２】
上記コンデンサの容量Ｃは、発振器の出力電圧の角速度ω及び励磁コイルのインダクタンスＬに対して、以下の式（１）を満たすものである請求項１に記載の車載用角度検出装置。
【数１】
2013160524.tif 000016
【請求項３】
上記コンデンサの容量Ｃは、発振器の出力電圧の角速度ω及び励磁コイルのインダクタンスＬに対して、以下の式（２）を満たすものである請求項１に記載の車載用角度検出装置。
【数２】
2013160524.tif 000017
【請求項４】
上記コンデンサの容量Ｃは、発振器の出力電圧の角速度ω及び励磁コイルのインダクタンスＬに対して、以下の式（３）を満たすものである請求項１に記載の車載用角度検出装置。
【数３】
2013160524.tif 000018
【請求項５】
上記コンデンサの容量Ｃは、発振器の出力電圧の角速度ω及び励磁コイルのインダクタンスＬに対して、以下の式（４）を満たすものである請求項１に記載の車載用角度検出装置。
【数４】
2013160524.tif 000019
【請求項６】
上記励磁コイル及び上記複数の検出コイルは、円環状に配列された複数のティースを有するステータコアの当該ティースにそれぞれ巻回されたものであり、
上記回転体は、上記ステータコアに対して上記ティースの内側に配置されており、回転されることにより、上記ステータコアとの間のギャップパーミアンスを回転角に対して正弦波状に変化させるものである請求項１から５のいずれかに記載の車載用角度検出装置。
【請求項７】
上記発振器の発振周波数は、５ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下である請求項１から６のいずれかに記載の車載用角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に搭載される角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、動力源として用いられるブラシレスモータやパワーステアリングのシャフトなどの回転角度を検出するための角度検出装置が組み付けられている。このような車載用角度検出装置として、従来より、励磁コイル及び複数の検出コイルを備え、発振器から励磁コイルに交流電圧が入力されることにより、モータの軸やパワーステアリングのシャフトなどの被検知体の回転角に応じた電圧を検出コイルから出力するレゾルバが知られている。
【０００３】
一般に、レゾルバには、被検知体と一体に回転される回転体に励磁コイルを設けて磁束を変化させるものと、回転体によりギャップパーミアンスを変化させるバリアブルリラクタンス型（ＶＲ型）のもの（特許文献１）とがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３３２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発振器から励磁コイルに交流電圧が入力されると、励磁コイルに入力電流が流れ、その入力電流に応じてレゾルバから出力電圧が発せられる。したがって、望まれる出力電圧に応じた入力電流が発振器からレゾルバへ与えられる必要があるが、レゾルバへの入力電流が大きくなるほど、発振器が大型で高価になったり、周囲の他の電子部品に対して影響が生じたりするなどの弊害が生じやすくなる。したがって、レゾルバへの入力電流は小さいほど望ましい。
【０００６】
レゾルバへの入力電流は、主として、発振器の仕様（出力電圧）と、レゾルバの入力インピーダンスと、により決定される。入力インピーダンスは、浮遊容量や励磁コイルの抵抗成分等の寄与の小さい要素を無視すると、発振器の仕様（発振周波数等）と、励磁コイルのインダクタンスと、によって決定される。したがって、レゾルバの入力電流を小さくすることにより、その小さな入力電流のレゾルバに応じた発振器とすることができる。他方、レゾルバからの出力電圧は、入力電流を小さくしても同等の電圧が出力されることが望ましい。
【０００７】
本発明は、前述された事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車載用角度検出装置において出力電圧を下げることなく入力電流を小さくできる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
(1)  本発明に係る車載用角度検出装置は、発振器と、上記発振器に接続される励磁コイルと、上記励磁コイルにより生じる磁束を検出する複数の検出コイルと、回転自在であり、上記検出コイルが検出する磁束を回転角に応じて変化させる回転体と、上記励磁コイルに並列に接続されたコンデンサと、を備える。
【０００９】
励磁コイル、検出コイル、及び回転体はレゾルバを構成する。励磁コイルに並列に接続されたコンデンサは、励磁コイルとともに並列ＬＣ回路を形成し、レゾルバの入力インピーダンスを増加させる。これにより、レゾルバへの入力電流が小さくなる。
【００１０】
(2)  上記コンデンサの容量Ｃは、発振器の出力電圧の角速度ω及び励磁コイルのインダクタンスＬに対して、以下の式（１）を満たすものであってもよい。
【数１】
2013160524.tif 000003
【００１１】
(3)  レゾルバへの入力電流が低減される実効的な範囲として、上記コンデンサの容量Ｃは、発振器の出力電圧の角速度ω及び励磁コイルのインダクタンスＬに対して、以下の式（２）を満たすものであってもよい。
【数２】
2013160524.tif 000004
【００１２】
(4)  上記コンデンサの容量Ｃは、発振器の出力電圧の角速度ω及び励磁コイルのインダクタンスＬに対して、以下の式（３）を満たすものであってもよい。
【数３】
2013160524.tif 000005
【００１３】
コンデンサの容量Ｃが１／（ω×ω×Ｌ）より大きいと、最適な容量Ｃにおける最小入力電流より入力電流が増加する。コンデンサの容量Ｃを式（３）の範囲にすることにより、入力電流を低減しつつ、製造コストを抑えることができる。
【００１４】
(5)  上記コンデンサの容量Ｃは、発振器の出力電圧の角速度ω及び励磁コイルのインダクタンスＬに対して、以下の式（４）を満たすものであってもよい。
【数４】
2013160524.tif 000006
【００１５】
浮遊容量を考慮しない場合、コンデンサの容量Ｃ＝１／（ω×ω×Ｌ）のときに、レゾルバの入力インピーダンスは最大になる。浮遊容量を考慮してコンデンサの容量を式（４）の範囲にし、入力電流をほぼ最小にする。
【００１６】
(6)  上記励磁コイル及び上記複数の検出コイルは、円環状に配列された複数のティースを有するステータコアの当該ティースにそれぞれ巻回されたものであり、上記回転体は、上記ステータコアに対して上記ティースの内側に配置されており、回転されることにより、上記ステータコアとの間のギャップパーミアンスを回転角に対して正弦波状に変化させるものであってもよい。
【００１７】
(7)  上記発振器の発振周波数は、５ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下にされたものであってもよい。発振周波数を５ｋＨｚ以上の高い周波数にすることにより、コンデンサの容量を小さくできる。また、発振周波数を３０ｋＨｚ以下にすることにより、回転体の回転角に応じて検出コイルの出力が変化しなくなることを防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コンデンサを励磁コイルに並列に接続することにより、レゾルバの入力インピーダンスを増加させることができる。これにより、発振器及び励磁コイルの仕様を変えずに、入力電流を低減できる。その結果、発振器を小型且つ安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、レゾルバ１０及び制御部３０の回路図である。
【図２】図２は、レゾルバ１０の平面図である。
【図３】図３は、入力電流Ｉを測定する回路図である。
【図４】図４は、発振周波数（横軸）に対する入力電流の比率（縦軸）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。なお、本実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更され得る。
【００２１】
図１に示されるように、主として、レゾルバ１０及び制御部３０から構成される車載用角度検出装置は、自動車に搭載されるモータのロータやパワーステアリングのシャフトなどの回転角の検出に用いられる。制御部３０は、レゾルバ１０へ入力電流を付与したり、出力電圧を検出するものである。制御部３０は、必ずしもレゾルバ１０と一体に構成される必要はなく、例えば、レゾルバ１０が自動車のエンジンルームに設けられ、制御部３０が自動車の室内に設けられて、レゾルバ１０と制御部３０とがハーネスにより電気的に接続されていてもよい。
【００２２】
制御部３０は、レゾルバ１０に励磁電圧を入力する発振器３１及びコンデンサ１４を備えている。発振器３１は、発振周波数が５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ程度であり、出力電圧の実効値が数Ｖ程度のものが使用される。但し、発振器３１の仕様は、これに限定されるものではない。
【００２３】
発振器３１は、後述されるレゾルバ１０の励磁コイル１１に電気的に接続されている。発振器３１と励磁コイル１１との配線に対して並列となるように、コンデンサ１４が電気的に接続されている。コンデンサ１４は、発振器３１から励磁コイル１１への入力電流Ｉを低減させるためのものである。
【００２４】
図１に示されるように、レゾルバ１０は、励磁コイル１１、第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３を備えている。励磁コイル１１、第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３は、図２に示されるステータコア２２に巻回された巻線２４により形成されている。
【００２５】
ステータ２１は、略円筒形状のステータコア２２と、ステータコア２２の円筒形状のヨークの内周面から径方向の内側へ突出された８個のティース２３に巻回された巻線２４と、を備えている。８個のティース２３は、ステータコア２２の周方向において相互に均等に離間されており、円環状に配列されている。励磁コイル１１、第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３は、各々が８個のティース２３にそれぞれ巻回されて巻線２４をなしている。なお、ティース２３の数は、８個に限定されるものではない。
【００２６】
ステータ２１の内側には、ロータ２５がステータ２１から離間されて配置されている。ロータ２５は、ロータ２５とステータ２１とのキャップパーミアンスが、ロータ２５の回転方向の回転角θに対して正弦波状に変化する形状にされている。これにより、励磁コイル１１により生じた磁界を検出する第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３の出力電圧の最大値が、正弦波状に変化する。ロータ２５は、回転体に相当する。
【００２７】
図１に示されるように、励磁コイル１１は、リード線を介して発振器３１と電気的に接続されている。励磁コイル１１には、発振器３１から入力電流が付与される。
【００２８】
第１検出コイル１２は、リード線を介して制御部３０と電気的に接続されている。第１検出コイル１２の出力電圧は、制御部３０へ入力される。第２検出コイル１３は、リード線を介して制御部３０と電気的に接続されている。第２検出コイル１３の出力電圧は、制御部３０へ入力される。
【００２９】
発振器３１から励磁コイル１１に励磁電圧が入力されると、発振器３１の出力電圧Ｖ（励磁電圧）と、レゾルバ１０の入力インピーダンスＺ１に応じた入力電流Ｉ＝Ｖ／Ｚ１が発振器３１からレゾルバ１０に流れる。入力インピーダンスＺ１は、励磁コイル１１の抵抗成分や浮遊容量を無視すると、励磁コイル１１のインダクタンスＬと、コンデンサ１４の容量Ｃと、発振器３１の出力電圧Ｖの角速度ωとにより、以下に示す式（５）のように表せる。なお、発振器３１の発振周波数ｆ＝ω／２πである。
【数５】
2013160524.tif 000007
【００３０】
コンデンサ１４の容量Ｃは、以下に示される式（１）の範囲内に設定されることが好ましい。
【数１】
2013160524.tif 000008
【００３１】
これにより、レゾルバ１０の入力インピーダンスＺ１は、コンデンサ１４が設けられていない場合よりも大きくなり、入力電流Ｉが低減する。詳しく説明すると、コンデンサ１４が設けられていない場合のレゾルバ１０の入力インピーダンスＺ２は、Ｚ２＝ｊ×ω×Ｌであるので、コンデンサ１４の容量Ｃが式（１）の範囲にされると、−１＜１−ω×ω×Ｃ×Ｌ＜１となり、Ｚ２＜Ｚ１となって入力インピーダンスＺ１が増加する。なお、１−ω×ω×Ｃ×Ｌ＝０、すなわち、Ｃ＝１／（ω×ω×Ｌ）のとき、入力インピーダンスＺ１が最大になり、入力電流Ｉが最小になる。理論上は、Ｃ＝１／（ω×ω×Ｌ）のとき、入力インピーダンスＺ１が無限大になり、入力電流Ｉ＝０になる。しかしながら、励磁コイル１１の抵抗成分により、入力インピーダンスＺ１は無限大にならず、入力電流Ｉはゼロにならない。
【００３２】
式（１）は、浮遊容量や、発振器３１及び励磁コイル１１の製造誤差を考慮しない場合に、入力電流Ｉが小さくなるコンデンサ１４の容量Ｃの範囲を示している。入力電流Ｉが最も小さくなるコンデンサ１４の容量を含み、かつ入力電流Ｉを低減する実効的なコンデンサ１４の容量Ｃの範囲は、以下に示される式（２）の範囲内とすることが好ましい。
【数２】
2013160524.tif 000009
【００３３】
上述されたように、入力電流Ｉは、コンデンサ１４の容量Ｃ＝１／（ω×ω×Ｌ）のときに最小になり、この容量Ｃよりコンデンサ１４の容量を大きくすると、入力電流Ｉが最小値から増加する傾向となる。よって、コンデンサ１４の容量Ｃの範囲を、以下に示される式（３）の範囲にし、入力電流Ｉを低減しつつ、製造コストを抑えることができる。
【数３】
2013160524.tif 000010
【００３４】
上述されたように、入力電流Ｉは、理論上、コンデンサ１４の容量Ｃ＝１／（ω×ω×Ｌ）のときに最小になるので、コンデンサ１４の容量Ｃ＝１／（ω×ω×Ｌ）とすることが最適である。しかしながら、発振器３１及び励磁コイル１１の製造誤差（角速度ω及びインダクタンスＬの誤差）や、浮遊容量により、入力電流Ｉが最小になる容量Ｃの値は変化する。そこで、発振器３１の発振周波数ｆの範囲（５ｋＨｚ≦ｆ≦３０ｋＨｚ）などから、角速度ω及びインダクタンスＬの誤差範囲と、浮遊容量の範囲とを想定し、コンデンサ１４の容量Ｃの範囲を、以下に示される式（４）の範囲にすることにより、入力電流Ｉを最小に近づけることができる。
【数４】
2013160524.tif 000011
【００３５】
コンデンサ１４を設けない場合に対して、コンデンサ１４を設けた場合の入力電流Ｉの低下の比率を、図３に示される抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及び電圧計Ｖ２〜Ｖ４を用いて測定した。発振器３１の出力電圧Ｖは１Ｖであり、２つの抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の抵抗値は１Ωである。これにより、電圧計Ｖ４の電圧値は、入力電流Ｉと同じ値であり、電圧計Ｖ２の電圧値は、コンデンサ１４と励磁コイル１１との並列回路の共振電流と同じ値になる。なお、発振器３１の出力電圧Ｖは、電圧計Ｖ１により計測され、１Ｖであることが確認されている。発振器３１には、発振周波数ｆを変更可能なＫＥＮＷＯＯＤ社製のＡＧ−２５３を使用し、発振周波数ｆを５、１０、１５、２０、２５、３０ｋＨｚとして測定を行った。
【００３６】
以下に示される表１は、コンデンサ１４を設けない場合の測定結果である。表２は、コンデンサ１４の容量Ｃを２２ｎＦとした場合の測定結果である。表３は、コンデンサ１４の容量Ｃを４７ｎＦとした場合の測定結果である。表４は、コンデンサ１４の容量Ｃを９４ｎＦとした場合の測定結果である。表中の「比率」とは、コンデンサ１４を設けず、発振器３１の発振周波数ｆを１０ｋＨｚとしたときの値に対する比率である。
【表１】
2013160524.tif 000012
【表２】
2013160524.tif 000013
【表３】
2013160524.tif 000014
【表４】
2013160524.tif 000015
【００３７】
表１〜４において、第１検出コイル１２の出力電圧を測定する電圧計Ｖ３の電圧値は、コンデンサ１４を設けたり、コンデンサ１４の容量Ｃを変化させても、大幅には低下していないことがわかる。
【００３８】
発振周波数ｆが５ｋＨｚのときの表１の電圧計Ｖ４の電圧値（入力電流Ｉに相当）は、１４．９ｍＶである。これに対し、発振周波数ｆが５ｋＨｚのときの表２〜４の電圧計Ｖ４の電圧値は、１４．６ｍＶ、１３．６ｍＶ、１２．３ｍＶである。この結果から、発振周波数ｆが５ｋＨｚの場合は、０＜Ｃ≦９４ｎＦの範囲において、コンデンサ１４の容量Ｃを大きくするほど、入力電流Ｉが低下することがわかる。
【００３９】
発振周波数ｆが１０ｋＨｚのときの表１の電圧計Ｖ４の電圧値（入力電流Ｉに相当）は、８．０ｍＶである。これに対し、発振周波数ｆが１０ｋＨｚのときの表２〜４の電圧計Ｖ４の電圧値は、６．９ｍＶ、５．３ｍＶ、３．１ｍＶである。この結果から、発振周波数ｆが１０ｋＨｚの場合は、０＜Ｃ≦９４ｎＦの範囲において、コンデンサ１４の容量Ｃを大きくするほど、入力電流Ｉが低下することがわかる。
【００４０】
発振周波数ｆが１５ｋＨｚのときの表１の電圧計Ｖ４の電圧値（入力電流Ｉに相当）は、５．６ｍＶである。これに対し、発振周波数ｆが１５ｋＨｚのときの表２〜４の電圧計Ｖ４の電圧値は、３．８ｍＶ、１．８ｍＶ、３．８ｍＶである。この結果から、発振周波数ｆが１５ｋＨｚの場合は、０＜Ｃ≦９４ｎＦの範囲において、コンデンサ１４の容量Ｃを大きくするほど、入力電流Ｉが低下することがわかる。
【００４１】
発振周波数ｆが２０ｋＨｚのときの表１の電圧計Ｖ４の電圧値（入力電流Ｉに相当）は、４．４ｍＶである。これに対し、発振周波数ｆが２０ｋＨｚのときの表２〜４の電圧計Ｖ４の電圧値は、１．９ｍＶ、２．１ｍＶ、７．６ｍＶである。この結果から、発振周波数ｆが２０ｋＨｚの場合は、０＜Ｃ≦４７ｎＦの範囲において、コンデンサ１４の容量Ｃを大きくするほど、入力電流Ｉが低下することがわかる。
【００４２】
発振周波数ｆが２５ｋＨｚのときの表１の電圧計Ｖ４の電圧値（入力電流Ｉに相当）は、３．６ｍＶである。これに対し、発振周波数ｆが２５ｋＨｚのときの表２〜４の電圧計Ｖ４の電圧値は、１．０ｍＶ、４．１ｍＶ、１１．３ｍＶである。この結果から、発振周波数ｆが２５ｋＨｚの場合は、０＜Ｃ≦２２ｎＦの範囲において、コンデンサ１４の容量Ｃを大きくするほど、入力電流Ｉが低下することがわかる。
【００４３】
発振周波数ｆが３０ｋＨｚのときの表１の電圧計Ｖ４の電圧値（入力電流Ｉに相当）は、３．１ｍＶである。これに対し、発振周波数ｆが３０ｋＨｚのときの表２〜４の電圧計Ｖ４の電圧値は、１．５ｍＶ、５．９ｍＶ、１４．８ｍＶである。この結果から、発振器３１の発振周波数ｆが３０ｋＨｚの場合は、０＜Ｃ≦２２ｎＦの範囲において、コンデンサ１４の容量Ｃを大きくするほど、入力電流Ｉが低下することがわかる。
【００４４】
このように、表１〜４から、発振周波数ｆに対してコンデンサ１４の容量Ｃを適切に選択することにより、入力電流Ｉを低減できることがわかる。
【００４５】
また、表１〜４から、入力電流Ｉが小さくなる発振器３１の発振周波数ｆの範囲がわかる。図４のグラフは、表１〜４における「Ｖ４の比率」、すなわち、入力電流Ｉの比率に基づいて作成されたものである。図４のグラフの縦軸は、コンデンサ１４を設けない場合であって、かつ発振周波数ｆが１０ｋＨｚの場合の電圧計Ｖ４の電圧値（８．０ｍＶ）に対する比率を表している。
【００４６】
図４のグラフにより、コンデンサ１４の容量Ｃが２２ｎＦ以上４７ｎＦ以下の場合、１０ｋＨｚ≦ｆ≦３０ｋＨｚの範囲において入力電流Ｉを低減できることがわかる。コンデンサ１４の容量Ｃが４７ｎＦ以上９４ｎＦ以下の場合、１０ｋＨｚ≦ｆ≦２０ｋＨｚの範囲において入力電流Ｉを低減できることがわかる。これにより、コンデンサ１４の容量Ｃを適切に設定すると、一定範囲内の発振周波数ｆに対して、レゾルバ１０の入力電流Ｉを低減できることがわかる。
【００４７】
前述されたように、本実施形態に係る車載用角度検出装置は、励磁コイル１１に並列に接続されたコンデンサ１４を有することにより、レゾルバ１０の入力インピーダンスＺ１を大きくして入力電流Ｉを低減できる。
【００４８】
なお、本実施形態では、励磁コイル１１に並列に接続されたコンデンサ１４が制御部３０に設けられた構成が示されているが、コンデンサ１４は、例えば、レゾルバ１０と一体に組み付けられていても、レゾルバ１０と制御部３０との中間位置に設けられていてもよい。また、本実施形態では、励磁コイル１１、第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３がステータ２１に設けられたバリアブルリラクタンス型のレゾルバ１０が示されているが、本発明におけるレゾルバは、回転子にコイルが設けられたレゾルバとして実現されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０・・・レゾルバ
１１・・・励磁コイル
１２・・・第１検出コイル
１３・・・第２検出コイル
１４・・・コンデンサ
２１・・・ステータ
２３・・・ティース
２５・・・ロータ（回転体）
３１・・・発振器
Ｌ・・・インダクタンス
Ｃ・・・容量
ｆ・・・発振周波数
ω・・・角速度
θ・・・回転角
【図１】
2013160524.tif 000020
【図２】
2013160524.tif 000021
【図３】
2013160524.tif 000022
【図４】
2013160524.tif 000023