JP2014002112A - 角度センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】省スペース化が実現可能な角度センサの提供。
【解決手段】ロータ側R/Tコイル143に対し、ロータ側の絶対位置検出用コイル133と相対移動検出用コイル113は並列に接続され、相対移動検出部110に用いられるコイルはそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有し、ロータ側絶対位置検出用コイル133及びステータ側絶対位置検出用第1層コイル131及びステータ側絶対位置検出用第2層コイル132はそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有し、絶対位置検出部130と相対移動検出部110は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータ側センサ基板40に対するロータ側センサ基板20の位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出し、絶対位置検出部130によって絶対位置を検出し、相対移動検出部110の出力によりロータ側センサ基板20の移動を検出する。
【選択図】図1
【解決手段】ロータ側R/Tコイル143に対し、ロータ側の絶対位置検出用コイル133と相対移動検出用コイル113は並列に接続され、相対移動検出部110に用いられるコイルはそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有し、ロータ側絶対位置検出用コイル133及びステータ側絶対位置検出用第1層コイル131及びステータ側絶対位置検出用第2層コイル132はそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有し、絶対位置検出部130と相対移動検出部110は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータ側センサ基板40に対するロータ側センサ基板20の位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出し、絶対位置検出部130によって絶対位置を検出し、相対移動検出部110の出力によりロータ側センサ基板20の移動を検出する。
【選択図】図1
Description
この発明は、ロータの動作位置を検出する為に使用されるものであって、ステータコイルが形成されたステータ固定板と、ステータ固定板と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられたロータと、を有する角度センサに関するものである。
ハイブリッド自動車や電気自動車などには、高出力のブラシレスモータがその駆動力として使用されており、今後も高出力化が望まれている。このようなブラシレスモータを制御するためには、モータの出力軸の回転角度を正確に把握する必要がある。ステータの各コイルへの通電切替を制御するには、ロータの回転位置を正確に把握する必要があるからである。このため、モータにはレゾルバを備えた角度センサが備えられ、正確に角度が検出されることが望ましい。このような自動車の駆動機構に用いられるブラシレスモータには、耐環境性に加えて駆動機構の回転数が高い為に高精度化も要求されている。そして、他の車載部品と同様に角度検出装置にも小型化が要求されている。
特許文献1には、位置決め装置及び工作機械装置に関する技術が開示されている。同期モータの駆動により固定部に対して可動部が移動する移動機構を備え、この可動部にインクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダを備えている。制御装置によって、電源投入時に読み取られたアブソリュート型エンコーダの信号データから可動部の初期座標を求め、電源投入時以後に読み取られたインクリメンタル型エンコーダの信号データを基に可動部の現在座標を求め、アブソリュート型エンコーダからの信号データとインクリメンタル型エンコーダの信号データとを用いて、可動部の現在座標を求めている。こうすることで、インクリメンタル型エンコーダの「原点合わせ」作業を不要とし、インクリメンタル型エンコーダの精度誤差の修正も可能としている。
特許文献2には、アブソリュート型リニアエンコーダとアクチュエータに関する技術が開示されている。特許文献1と似たような構成となっており、インクリメンタルリニアスケールとアブソリュートリニアスケールを有して、それぞれの検出器を備え、アブソリュートリニアスケール部は装置起動時又はリセット時のみに機能させ、検出時間をかけることにより検出器の出力を確保し、通常はインクリメンタルリニアスケールだけを使用して応答速度を高くしている。
特許文献3には、レゾルバ付モータ構造に関する技術が開示されている。また、特許文献4には、回転位置センサに関する技術が開示されている。それぞれ、ロータ及びステータに円盤状の面にコイルが形成され、レゾルバ及び位置センサとして機能している。
しかしながら、特許文献1乃至特許文献4の技術を位置検出センサに用いるには、次のような課題がある。
特許文献1及び特許文献2では、インクリメンタル型エンコーダにアブソリュート型エンコーダを組み合わせて使用している。このような発想は従来からあるが、2種類の同じような大きさのエンコーダを用意する必要があるため、スペース効率が良くない。車載するエンコーダは小型化の要求が高いため、特許文献3及び特許文献4の様な構成で、アブソリュート型のエンコーダとインクリメンタル型のエンコーダを実装できることが望ましい。しかし、特許文献3及び特許文献4の技術をそのまま用いると、別々に円盤を用意する必要があり、非効率である。
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、省スペース化を実現可能な角度センサを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明による角度センサは以下のような特徴を有する。
(1)絶対位置検出部、相対移動検出部、及びロータリートランス部を備える角度センサにおいて、前記絶対位置検出部は、ロータ基板上に設けられたロータ側絶対位置検出用コイルとステータ基板上に設けられたステータ側絶対位置検出用コイルとを有し、前記ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ステータ側絶対位置検出用コイルは対向する位置に設けられ、前記相対移動検出部は、前記ロータ基板上に設けられたロータ側相対移動検出用コイルと前記ステータ基板上に設けられたステータ側相対移動検出用コイルとを有し、前記ロータ側相対移動検出用コイルと前記ステータ側相対移動検出用コイルは対向する位置に設けられ、前記ロータリートランス部は、前記ロータ基板上に設けられたロータ側ロータリートランスコイルと前記ステータ基板上に設けられたステータ側ロータリートランスコイルとを有し、前記ロータ側ロータリートランスコイルと前記ステータ側ロータリートランスコイルは対向する位置に設けられ、前記ロータ側ロータリートランスコイルに対し、前記ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ロータ側相対移動検出用コイルは並列に接続され、前記ロータ側相対移動検出用コイル及び前記ステータ側相対移動検出用コイルはそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有し、前記ロータ側絶対位置検出用コイル及び前記ステータ側絶対位置検出用コイルはそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有し、前記絶対位置検出部と前記相対移動検出部は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータに対するロータの位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出するものであり、前記絶対位置検出部によって絶対位置を検出し、前記相対移動検出部の出力により前記ロータの移動を検出するものであり、前記ロータ側相対移動検出用コイルは、前記ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側に配置されること、を特徴とする。
上述の(1)に記載の発明の態様によれば、同一平面に相対移動検出部と絶対位置検出部を形成し、相対移動検出部の外周に絶対位置検出部が形成されるので、角度センサの小型化が実現可能となる。絶対位置検出部と相対移動検出部には、それぞれ高周波の励磁信号が入力されているので、それぞれに設けるコイルのターン数を少なくとも信号検出精度を確保することが可能である。この為、ロータ基板上又はステータ基板上に設けられた各コイルのスペース効率を向上させ、かつ、角度センサとしての精度を損なわない。
そして、ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ロータ側相対移動検出用コイルとが並列に接続されて、ロータ側ロータリートランスコイルに対応している。通常は、絶対位置検出用コイルに対してロータリートランスコイルを1つ、又、相対移動検出用コイルに対してもロータリートランスコイルを1つ設けるが、絶対位置検出部と相対移動検出部を同時に使用しないため、ロータリートランスコイルを共通化することが可能となる。この結果、ロータリートランスコイルを複数設ける必要が無くなり省スペース化が可能となる。
また、ロータ側相対移動検出用コイルは、ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側に配置されることで、ミアンダ状のコイルの折り返し数を増やすことができ、結果的に角度センサを高精度化することも可能となる。
(2)(1)に記載の角度センサにおいて、前記ロータ側絶対位置検出用コイルは、前記ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側を一周しない位置で折り返して配置されること、を特徴とする。
上述の(2)に記載の発明の態様によれば、絶対角度検出の精度を向上させることが出来る。本発明では、絶対位置検出コイルの外周側に相対移動検出コイルを設けているが、通電すると相対移動検出コイルに流れる高周波信号により、電磁ノイズの発生が懸念される。この為、何ら対策を講じないと絶対角度検出の精度が低下する虞がある。しかし、絶対角検出オイルの外周を一周しないように折り返して相対移動検出用コイルを設けると、相対移動検出用コイルと折り返し部分とで逆方向に電流が流れ、お互いに電磁ノイズを打ち消し合う様に働くので、結果的に絶対角検出の精度を向上させることが可能である。
(3)(2)に記載の角度センサにおいて、前記折り返した部分もミアンダ状に形成され、径方向に伸びる部分はお互いに重なり、周方向に伸びる部分は径方向の外側で互い違いになるように配置されること、を特徴とする。
上述の(3)に記載の発明の態様によれば、折り返した部分もミアンダ状に形成されており、径方向に伸びる部分はお互いに重なるように配置され、かつ周方向に伸びる部分は径方向の外側で互い違いになるように配置されている。この結果、径方向に重なる配線には同じ方向に電流が流れることとなり、結果的に相対移動検出部のS/N比を向上させることが可能になる。
(4)(2)に記載の角度センサにおいて、前記折り返した部分で基準位置検出用コイルが形成され、前記基準位置検出用コイルは、ステータ基板上のロータ側基準位置検出用コイルに対応してステータ側基準位置検出用コイルが形成されること、を特徴とする。
上述の(4)に記載の発明の態様によれば、基準位置検出が相対移動検出コイルから折り返した部分に設けたコイルで行う事が出来るので、この折り返した部分での絶対位置検出が可能である。別途設けられている絶対位置検出部のように角度センサを回転させずに絶対位置を検出することは出来ないが、例えば、絶対位置検出部が故障した場合などには、これに変わって基準位置検出が出来る。
(5)(2)又は(3)に記載の角度センサにおいて、前記ロータ側相対移動検出用コイルの一部にミアンダ状パターンの1サイクル長以上のミアンダ状パターンを形成しないブランク領域を設け、前記ステータ側相対移動検出用コイルと同一の周上にステータ側基準位置検出用コイルを設け、前記ブランク領域を検出することにより、基準位置を検出すること、を特徴とする。
上述の(5)に記載の発明の態様によれば、(4)と同様に、絶対位置検出部が故障した場合などには、これに変わって基準位置検出が出来る。(4)と異なる点は、相対移動検出コイルと同一の周上に基準位置検出用コイルやブランク領域を設けているので、スペース効率が良くなる点である。
次に、本発明の第1の実施形態について、自動車のクランク軸に用意される回転角を検出する為のロータリーエンコーダに用いた具体例にて図面を参照しつつ説明する。
図4には、第1実施形態のモータ10の簡易な構造を断面図に示す。モータ10は、ケース本体101と、ケース蓋体102と、モータステータ103と、モータロータ104と、モータ軸105と、を備えているブラシレスモータである。ケース本体101にはその内側にモータステータ103が固定されている。モータステータ103には、コイル106が備えられている。コイル106に通電されることで、モータステータ103に磁力が発生する。
一方、モータ軸105には、永久磁石を備えたモータロータ104が固定されている。モータステータ103とモータロータ104は所定のギャップが設けられ、モータステータ103に通電されると、モータロータ104が回転する。このモータロータ104の回転によってモータ軸105に駆動力が発生する。モータロータ104には、ロータ側センサ基板20が付設され、ケース蓋体102にはステータ側センサ基板40が固定されている。ロータ側センサ基板20及びステータ側センサ基板40はそれぞれ円筒状に形成された基板であり、ケース本体101とケース蓋体102が組み立てられた状態で、ロータ側センサ基板20とステータ側センサ基板40は所定のギャップが保持されて対向して配置される。
このギャップの距離が近い方が角度センサ100の検出精度を向上させることが出来るが、ロータ側センサ基板20とステータ側センサ基板40とが干渉するとその機能が発揮できない虞がある。よって、寸法公差や温度による寸法変化なども考慮された上で、ロータ側センサ基板20とステータ側センサ基板40とのギャップが決定される。
図1に、ステータ側第1層パターン201を平面図に示す。図2に、ステータ側第2層パターン202を平面図に示す。図3に、ロータ側パターン203を平面図に示す。ロータ側センサ基板20は、ロータ側パターン203を備えてなる。ロータ側パターン203は、ロータ側相対移動検出用コイル113と、ロータ側絶対位置検出用コイル133と、ロータ側ロータリートランスコイル143と、を有する。ロータ側相対移動検出用コイル113はミアンダ状(九十九折状)に配線が形成されて、円環状に配置されている。
そして、ロータ側相対移動検出用コイル113の内周には、ロータ側絶対位置検出用コイル133が配置される。ロータ側絶対位置検出用コイル133は第1コイル133aと第2コイル133bの2つからなり、それぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されている。この第1コイル133aと第2コイル133bとは逆回りとなるように巻回されて形成されており、かつ、第1コイル133aと第2コイル133bとが直列に接続されている。ロータ側絶対位置検出用コイル133の内周側には、ロータ側ロータリートランスコイル143が配置される。
ステータ側センサ基板40は、ステータ側第1層パターン201及びステータ側第2層パターン202が積層形成されてなる。ステータ側第1層パターン201は、ステータ側相対移動検出用第1層コイル111と、ステータ側絶対位置検出用第1層コイル131と、ステータ側第1層ロータリートランスコイル141と、を有する。ステータ側第1層パターン201は第1層リード部161を介して、制御回路部59に接続される。ステータ側第2層パターン202は、ステータ側相対移動検出用第2層コイル112と、ステータ側絶対位置検出用第2層コイル132と、ステータ側第2層ロータリートランスコイル142と、を有する。ステータ側第2層パターン202は第2層リード部162を介して、制御回路部59に接続される。
ステータ側相対移動検出用第1層コイル111は、ロータ側相対移動検出用コイル113と同様にミアンダ状に配線が形成されている。ステータ側相対移動検出用第1層コイル111の内周側に配置されるステータ側絶対位置検出用第1層コイル131は、第1コイル131a及び第2コイル131bよりなる。第1コイル131aと第2コイル131bはそれぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されている。そして、第1コイル131aと第2コイル131bとはお互いに逆回りとなるように巻回され、また、第1コイル131aと第2コイル131bとは直列に接続されている。ステータ側絶対位置検出用第1層コイル131の内側には、ステータ側第1層ロータリートランスコイル141が形成されている。
同様に、ステータ側相対移動検出用第2層コイル112は、ロータ側相対移動検出用コイル113と同様にミアンダ状に配線が形成されている。ステータ側相対移動検出用第2層コイル112の内周側に配置されるステータ側絶対位置検出用第2層コイル132は、第1コイル132a及び第2コイル132bよりなる。第1コイル132aと第2コイル132bはそれぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されている。そして、第1コイル132aと第2コイル132bとはお互いに逆回りとなるように巻回され、また、第1コイル132aと第2コイル132bとは直列に接続されている。ステータ側絶対位置検出用第2層コイル132の内側には、ステータ側第2層ロータリートランスコイル142が形成されている。
これらステータ側第1層パターン201、ステータ側第2層パターン202及びロータ側パターン203は、図4に示される様にロータ側センサ基板20とステータ側センサ基板40に備えられるので、位置的に、重ねられたステータ側第1層ロータリートランスコイル141とステータ側第2層ロータリートランスコイル142とが、ロータ側ロータリートランスコイル143と対向する位置に配置される。また、重ねられたステータ側相対移動検出用第1層コイル111とステータ側相対移動検出用第2層コイル112とが、ロータ側相対移動検出用コイル113に対向する位置に配置される。また、重ねられたステータ側絶対位置検出用第1層コイル131とステータ側絶対位置検出用第2層コイル132とが、ロータ側絶対位置検出用コイル133と対向する位置に配置される。
図5に、角度センサの位置検出制御に関するブロック図を示す。ステータ側相対移動検出用第1層コイル111、ステータ側相対移動検出用第2層コイル112及びロータ側相対移動検出用コイル113は、相対移動検出部110として機能する。ステータ側絶対位置検出用第1層コイル131、ステータ側絶対位置検出用第2層コイル132及びロータ側絶対位置検出用コイル133は、絶対位置検出部130として機能する。ステータ側第1層ロータリートランスコイル141、ステータ側第2層ロータリートランスコイル142及びロータ側ロータリートランスコイル143は、ロータリートランス部140として機能する。
そして、ロータ側センサ基板20のロータ側ロータリートランスコイル143に対して、ロータ側相対移動検出用コイル113及びロータ側絶対位置検出用コイル133は並列に接続されている。励磁信号生成回路50からは、例えば2MHz程度の高周波の励磁信号が入力される。この高周波の励磁信号が、相対移動検出部110及び絶対位置検出部130に入力され、ステータ側センサ基板40に対するロータ側センサ基板20の位置変化に伴うインダクタンスの変化を検出し、これによって角度を検出することが出来る構成となっている。
ステータ側絶対位置検出用第1層コイル131とは第1検波回路51と接続され、ステータ側絶対位置検出用第2層コイル132とは第2検波回路52と接続される。ステータ側相対移動検出用第1層コイル111とは第3検波回路53と接続され、ステータ側相対移動検出用第2層コイル112とは第4検波回路54と接続される。第1検波回路51及び第2検波回路52は、同期検出を行う回路である。第3検波回路53及び第4検波回路54は、包絡線検波を行う回路である。第1検波回路51及び第2検波回路52は絶対角度検出回路57に接続され、第3検波回路53は第1コンパレータ55を介し、第4検波回路54は第2コンパレータ56を介して絶対角度検出回路57に接続される。
この様なセンサ部58と制御回路部59よりなる角度センサ100は、モータ10を搭載した車両が動き出す際に、ロータ側センサ基板20とステータ側センサ基板40にそれぞれ備えられる、絶対位置検出部130にてステータ側センサ基板40に対するロータ側センサ基板20の角度を検出する。そして、モータ10を搭載した車両が動き出してからは、相対移動検出部110にて回転角度検出を行う。この際に、相対移動検出部110から得られたデータを絶対位置検出部130から得られたデータで補正する事で、正確な角度を把握することが可能となる。
第1実施形態の角度センサ100は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。
第1実施形態の位置センサは、その効果として省スペース化が可能である点が挙げられる。第1実施形態の角度センサ100は、絶対位置検出部130、相対移動検出部110、及びロータリートランス部140を備える角度センサ100であって、絶対位置検出部130は、ロータ側センサ基板20の基板上に設けられたロータ側絶対位置検出用コイル133とステータ側センサ基板40の基板上に設けられたステータ側絶対位置検出用第1層コイル131及びステータ側絶対位置検出用第2層コイル132とを有している。そして、ロータ側絶対位置検出用コイル133とステータ側絶対位置検出用第1層コイル131及びステータ側絶対位置検出用第2層コイル132は対向する位置に設けられている。
相対移動検出部110は、ロータ側センサ基板20の基板上に設けられたロータ側相対移動検出用コイル113とステータ側センサ基板40の基板上に設けられたステータ側相対移動検出用第1層コイル111及びステータ側相対移動検出用第2層コイル112とを有し、ロータ側相対移動検出用コイル113とステータ側相対移動検出用第1層コイル111及びステータ側相対移動検出用第2層コイル112は対向する位置に設けられている。ロータリートランス部140は、ロータ側センサ基板20の基板上に設けられたロータ側ロータリートランスコイル143とステータ側センサ基板40の基板上に設けられたステータ側第1層ロータリートランスコイル141及びステータ側第2層ロータリートランスコイル142とを有し、ロータ側ロータリートランスコイル143とステータ側第1層ロータリートランスコイル141及びステータ側第2層ロータリートランスコイル142は対向する位置に設けられている。
ロータ側ロータリートランスコイル143に対し、ロータ側絶対位置検出用コイル133とロータ側相対移動検出用コイル113は並列に接続され、ロータ側相対移動検出用コイル113及びステータ側相対移動検出用第1層コイル111及びステータ側相対移動検出用第2層コイル112はそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有している。ロータ側絶対位置検出用コイル133及びステータ側絶対位置検出用第1層コイル131及びステータ側絶対位置検出用第2層コイル132はそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有している。絶対位置検出部130と相対移動検出部110は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータ側センサ基板40に対するロータ側センサ基板20の位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出するものである。また、絶対位置検出部130によって絶対位置を検出し、相対移動検出部110の出力によりロータ側センサ基板20の移動を検出するものである。また、ロータ側相対移動検出用コイル113は、ロータ側絶対位置検出用コイル133の径方向外側に配置されるものである。
図6に、比較のために用意した、ステータ側第1層パターン301を平面図に示す。図7に、ステータ側第2層パターン302を平面図に示す。図8に、ロータ側パターン303を平面図に示す。特許文献3の位置センサと特許文献4の位置センサを、第1実施形態と同様に同一のセンサ基板上に形成し、かつ、特許文献4の位置センサが特許文献3の位置センサの径方向外側に配置すると、図6乃至図8に示すようなロータ側センサ基板20及びステータ側センサ基板40が考えられる。即ち、ステータ側第1層パターン301は、ステータ側相対移動検出用第1層コイル111、ステータ側絶対位置検出用第1層コイル131、及びステータ側第1層ロータリートランスコイル141に加えて、ステータ側第1層第2ロータリートランスコイル121を備えている。ステータ側第2層パターン302は、ステータ側相対移動検出用第2層コイル112、ステータ側絶対位置検出用第2層コイル132、及びステータ側第2層ロータリートランスコイル142に加えて、ステータ側第2層第2ロータリートランスコイル122を備えている。ロータ側パターン303は、ロータ側相対移動検出用コイル113、ロータ側絶対位置検出用コイル133、及びロータ側ロータリートランスコイル143に加えて、ロータ側ロータリートランスコイル123を備えている。
比較のために用意したロータ側センサ基板20及びステータ側センサ基板40は、ステータ側第1層第2ロータリートランスコイル121、ステータ側第2層第2ロータリートランスコイル122、及びロータ側ロータリートランスコイル123を備えている。この為、第2ロータリートランスコイルの分だけ第1実施形態のロータ側センサ基板20及びステータ側センサ基板40よりも大きくする必要がある。ロータ側絶対位置検出用コイル133とロータ側相対移動検出用コイル113とが並列に接続され、ロータ側ロータリートランスコイル143と対応するように形成されている。つまり、ロータ側相対移動検出用コイル113とロータ側絶対位置検出用コイル133とでロータ側ロータリートランスコイル143を共用している。
この為、結果的にステータ側第1層第2ロータリートランスコイル121、ステータ側第2層第2ロータリートランスコイル122、及びロータ側ロータリートランスコイル123を備えない分だけ、第1実施形態のロータ側センサ基板20及びステータ側センサ基板40を小型化することが可能である。ロータリートランスは、ロータ側センサ基板20とステータ側センサ基板40との間で電気信号や電流をやり取りする目的で設けられているが、相対移動検出部110は動き出す際に使うだけで良く、回転している間は絶対位置検出部130によって角度を検出し、相対移動検出部110によって得た情報によって位置を補正する事で絶対角度検出回路57により、正確な角度を割り出すことが可能となる。
また、ステータ側絶対位置検出用第1層コイル131の外周側にステータ側相対移動検出用第1層コイル111を、ステータ側絶対位置検出用第2層コイル132の外周側にステータ側相対移動検出用第2層コイル112を、ロータ側絶対位置検出用コイル133の外周側にロータ側相対移動検出用コイル113を設けることで、角度センサ100の高分解化が可能である。これは、ステータ側相対移動検出用第1層コイル111乃至ロータ側相対移動検出用コイル113が外周側に設けられることで径を大きくすることができ、折り返し部を増やす事が可能となる。この結果、高分解化が可能となる。
図9に、比較のために用意した、角度センサによる位置検出の様子をグラフに示す。図10に、第1実施形態の、角度センサによる位置検出の様子をグラフに示す。従来は、例えばロータ側相対移動検出用コイル113のようなミアンダ状のコイルを使ってパルス信号S1を用いて角度を検出する場合に、TDC信号S2を用いて絶対角度検出をするケースが考えられる。ただし、TDC信号S2のピークS21が検出されてからしか絶対角度を検出することが出来ない。ピークS21はロータ側センサ基板20の1周に一カ所しか設けられない。よって、位置によっては絶対角度検出のタイミングが遅れることになる。
一方、第1実施形態の角度センサ100では、絶対位置検出部130を備えていることで、絶対位置検出部130での検出信号である正弦波S3及び余弦波S4を検出する。起動信号IGONが検出された際には、角度θの際の正弦波S3及び余弦波S4が検出される。正弦波S3がasinθで、余弦波S4がacosθであれば、角度θはθ=arctan(asinθ/acosθ)として求められる。従って、パルス信号S1は角度θで補正可能であるため、起動信号IGONから絶対角度を検出することが出来る。したがって、TDC信号S2のピークS21を待たずして検出することが可能となる。
次に、本発明の第2の実施形態について図面を参照しつつ説明する。第2実施形態の角度センサ100は、第1実施形態の角度センサ100とほぼ同じ形態であるが、ロータ側センサ基板20の構成が若干異なる。異なる部分について、以下に説明する。
図11に、第2実施形態の、ロータ側パターン403を平面図に示す。ロータ側パターン403は、ロータ側相対移動検出用コイル114、ロータ側絶対位置検出用コイル134、ロータ側ロータリートランスコイル144を備えており、ロータ側相対移動検出用コイル114には、ミアンダ状に形成される検出部114aの他に検出部114aの内周に設けられる折り返し部114bを備えている。折り返し部114bは環状に形成され、検出部114aが一周しないように折り返されて接続されている。
第2実施形態の角度センサ100は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。
第2実施形態の角度センサ100の効果として、絶対角検出の精度の向上が挙げられる。第2実施形態の角度センサ100において、ロータ側相対移動検出用コイル114は、ロータ側相対移動検出用コイル114の径方向外側を一周しない位置で折り返して配置されている。角度センサ100を使用する際には、絶対位置検出部130か相対移動検出部110の何れかを使うが、絶対位置検出部130を使う際にも相対移動検出部110には通電されてしまう。これは、ロータ側相対移動検出用コイル113とロータ側絶対位置検出用コイル133とが並列に接続されている為である。
しかし、この為に、絶対位置検出部130を使用する際にもロータ側相対移動検出用コイル113には電流が通されるため、ロータ側センサ基板20が第1実施形態の図3のような構成であると、ロータ側相対移動検出用コイル113より電磁ノイズが発生する。このノイズは、ロータ側相対移動検出用コイル113とロータ側絶対位置検出用コイル133との位置関係によってはロータ側絶対位置検出用コイル133の検出精度に影響する虞がある。しかし、第2実施形態のように、ロータ側相対移動検出用コイル114に折り返し部114bを設けていることで、検出部114aで発生した電磁波ノイズを打ち消すことが出来る。
具体的には、検出部114aは折り返されて折り返し部114bに接続されている。つまり、電流の流れる方向は、検出部114aと折り返し部114bとは逆方向に電流が流れる。したがって、お互いに生じる電界を打ち消し合うこととなるので、ロータ側相対移動検出用コイル113に通電することで生じる電磁波ノイズがロータ側絶対位置検出用コイル133に及ぼす影響は軽減される結果となる。
次に、本発明の第3の実施形態について図面を参照しつつ説明する。第3実施形態の角度センサ100は、第1実施形態の角度センサ100とほぼ同じ形態であるが、ロータ側センサ基板20及びステータ側センサ基板40のコイルの構成が若干異なる。異なる部分について以下に説明を行う。
図12に、第3実施形態の、ステータ側第1層パターン501を平面図に示す。図13に、ステータ側第2層パターン502を平面図に示す。図14に、ロータコイル503を平面図に示す。ステータ側第1層パターン501は、ステータ側第1層パターン201と同じ構成である。ステータ側第2層パターン502は、ステータ側第2層パターン202に対応し、ステータ側相対移動検出用第2層コイル112、ステータ側絶対位置検出用第2層コイル132、及びステータ側第2層ロータリートランスコイル142を備えている。また、ステータ側基準位置検出用コイル172と接続線171が設けられている。
ロータコイル503は、ロータ側パターン203に対応し、ロータ側相対移動検出用コイル113、ロータ側絶対位置検出用コイル133、及びロータ側ロータリートランスコイル143を備えている。また、ロータ側基準位置検出用コイル174を備えている。ロータ側基準位置検出用コイル174は接続線173でロータ側相対移動検出用コイル113と接続されている。
第3実施形態の角度センサ100は、このように基準位置検出用コイル170を備える構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。
まず、絶対位置検出部130とは別の絶対位置検出手段を確保できる点が挙げられる。第3実施形態の角度センサ100は、折り返した部分で基準位置検出用コイル170が形成され、基準位置検出用コイル170は、ステータ基板上のロータ側基準位置検出用コイル174に対応してステータ側基準位置検出用コイル172が形成されるものである。このように絶対位置検出手段を2つ備えることで、例えば絶対位置検出部130が故障したような場合でも、絶対位置の検出が可能となる。絶対位置検出部130を用いる場合よりも絶対位置を検出する時間は若干要する事になるが、車両にモータ10を搭載し、絶対位置検出部130が何らかの理由で使用できなくなった場合には退避走行が可能となる。
次に、本発明の第4の実施形態について図面を参照しつつ説明する。第4実施形態の角度センサ100は、第1実施形態の角度センサ100とほぼ同じ形態であるが、ロータ側センサ基板20の構成が若干異なる。異なる部分について、以下に説明する。
図15に、ロータ側第1層パターン603を示す。図16に、ロータ側第2層パターン604を示す。図17に、相対移動検出用コイルの説明図を示す。ロータ側第1層パターン603はロータ側パターン203と同じ構成であり、ロータ側相対移動検出用コイル113、ロータ側絶対位置検出用コイル133、及びロータ側ロータリートランスコイル143を備えている。一方、ロータ側第2層パターン604も同様の構成で、ロータ側相対移動検出用第2層コイル115、ロータ側絶対位置検出用第2層コイル135、及びロータ側第2層ロータリートランスコイル145を備えている。ただし、ロータ側相対移動検出用コイル113とロータ側相対移動検出用第2層コイル115とは、接続部113aと接続部115aとで接続されており、図17に示すように、1ピッチ分ずらされて重ねられている。
第4実施形態の角度センサ100は、上記構成であるので、S/N比を向上させることが出来る。第4実施形態の角度センサ100は、ロータ側相対移動検出用コイル113とロータ側相対移動検出用第2層コイル115はミアンダ状に形成され、径方向に伸びる部分はお互いに重なり、周方向に伸びる部分は径方向の外側で互い違いになるように配置されるものである。したがって、図17に示すように、ロータ側相対移動検出用コイル113に流れる電流の方向とロータ側相対移動検出用第2層コイル115に流れる電流の方向とは同じ方向になっている。この結果、ロータ側センサ基板20に用いる相対移動検出部110のS/N比を向上させることが出来る。
次に、本発明の第5の実施形態について図面を参照しつつ説明する。第5実施形態の角度センサ100は、第1実施形態の角度センサ100とほぼ同じ形態であるが、ロータ側センサ基板20とステータ側センサ基板40のうち、相対移動検出部110の構成が若干異なる。異なる部分について、以下に説明する。
図18に、ステータ側第2層パターン702を平面図に示す。図19に、ロータ側パターン703を平面図に示す。図示しないステータ側第1層パターン701は、図1に示されるステータ側第1層パターン201と同じ構成である。ステータ側第2層パターン702は、ステータ側第2層パターン202に対応し、ステータ側相対移動検出用第2層コイル116と、ステータ側絶対位置検出用第2層コイル136と、ステータ側第2層ロータリートランスコイル146とを有している。ステータ側相対移動検出用第2層コイル116はミアンダ状に形成されてなり、その円周の一部に基準位置コイル181が設けられている。ステータ側絶対位置検出用第2層コイル136は、第1コイル136aと第2コイル136bがそれぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されてなる。
基準位置コイル181は渦巻き状に形成されたコイルであり、ステータ側相対移動検出用第2層コイル116の1サイクル長以内の大きさで形成されている。ロータ側パターン703は、ロータ側パターン203に対応し、ロータ側相対移動検出用コイル117と、ロータ側絶対位置検出用コイル137と、ロータ側ロータリートランスコイル147を有している。ロータ側相対移動検出用コイル117はミアンダ状に形成され、その一部にブランク領域182が設けられている。ブランク領域182は1サイクル長以上の幅に形成されている。ロータ側絶対位置検出用コイル137は、第1コイル137aと第2コイル137bがそれぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されてなる。
第5実施形態の角度センサ100は上記構成であるので、基準位置の検出が可能となる点が効果として得られる。これは、ロータ側相対移動検出用コイル117の一部にミアンダ状パターンの1サイクル長以上のミアンダ状パターンを形成しないブランク領域182を設け、ステータ側相対移動検出コイルと同一の周上に基準位置コイル181を設ける構成とすることで、相対移動検出部110の基準位置コイル181でブランク領域182を検出することにより、基準位置を検出するものである。これによって、第3実施形態と同様に、基準位置コイル181及びブランク領域182を用いて基準位置を取得できるため、例えば絶対位置検出部130が故障したような場合でも、絶対位置の検出が可能となる。絶対位置検出部130を用いる場合よりも絶対位置を検出する時間は若干要する事になるが、車両にモータ10を搭載し、絶対位置検出部130が何らかの理由で使用できなくなった場合に退避走行が可能となる。
以上において、実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、実施例で示されたコイルパターンについて、発明の範囲内で変更することを妨げない。
10 モータ
20 ロータ側センサ基板
40 ステータ側センサ基板
100 角度センサ
111 ステータ側相対移動検出用第1層コイル
112 ステータ側相対移動検出用第2層コイル
113 ロータ側相対移動検出用コイル
114 ロータ側相対移動検出用コイル
115 ロータ側相対移動検出用第2層コイル
116 ステータ側相対移動検出用第2層コイル
117 ロータ側相対移動検出用コイル
121 ステータ側第1層第2ロータリートランスコイル
122 ステータ側第2層第2ロータリートランスコイル
123 ロータ側ロータリートランスコイル
130 絶対位置検出部
131 ステータ側絶対位置検出用第1層コイル
131a 第1コイル
131b 第2コイル
132 ステータ側絶対位置検出用第2層コイル
132a 第1コイル
132b 第2コイル
133 ロータ側絶対位置検出用コイル
133a 第1コイル
133b 第2コイル
201 ステータ側第1層パターン
202 ステータ側第2層パターン
203 ロータ側パターン
20 ロータ側センサ基板
40 ステータ側センサ基板
100 角度センサ
111 ステータ側相対移動検出用第1層コイル
112 ステータ側相対移動検出用第2層コイル
113 ロータ側相対移動検出用コイル
114 ロータ側相対移動検出用コイル
115 ロータ側相対移動検出用第2層コイル
116 ステータ側相対移動検出用第2層コイル
117 ロータ側相対移動検出用コイル
121 ステータ側第1層第2ロータリートランスコイル
122 ステータ側第2層第2ロータリートランスコイル
123 ロータ側ロータリートランスコイル
130 絶対位置検出部
131 ステータ側絶対位置検出用第1層コイル
131a 第1コイル
131b 第2コイル
132 ステータ側絶対位置検出用第2層コイル
132a 第1コイル
132b 第2コイル
133 ロータ側絶対位置検出用コイル
133a 第1コイル
133b 第2コイル
201 ステータ側第1層パターン
202 ステータ側第2層パターン
203 ロータ側パターン
Claims (5)
- 絶対位置検出部、相対移動検出部、及びロータリートランス部を備える角度センサにおいて、
前記絶対位置検出部は、ロータ基板上に設けられたロータ側絶対位置検出用コイルとステータ基板上に設けられたステータ側絶対位置検出用コイルとを有し、
前記ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ステータ側絶対位置検出用コイルは対向する位置に設けられ、
前記相対移動検出部は、前記ロータ基板上に設けられたロータ側相対移動検出用コイルと前記ステータ基板上に設けられたステータ側相対移動検出用コイルとを有し、
前記ロータ側相対移動検出用コイルと前記ステータ側相対移動検出用コイルは対向する位置に設けられ、
前記ロータリートランス部は、前記ロータ基板上に設けられたロータ側ロータリートランスコイルと前記ステータ基板上に設けられたステータ側ロータリートランスコイルとを有し、
前記ロータ側ロータリートランスコイルと前記ステータ側ロータリートランスコイルは対向する位置に設けられ、
前記ロータ側ロータリートランスコイルに対し、前記ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ロータ側相対移動検出用コイルは並列に接続され、
前記ロータ側相対移動検出用コイル及び前記ステータ側相対移動検出用コイルはそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有し、
前記ロータ側絶対位置検出用コイル及び前記ステータ側絶対位置検出用コイルはそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有し、
前記絶対位置検出部と前記相対移動検出部は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータに対するロータの位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出するものであり、前記絶対位置検出部によって絶対位置を検出し、前記相対移動検出部の出力により前記ロータの移動を検出するものであり、
前記ロータ側相対移動検出用コイルは、前記ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側に配置されること、
を特徴とする角度センサ。 - 請求項1に記載の角度センサにおいて、
前記ロータ側絶対位置検出用コイルは、前記ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側を一周しない位置で折り返して配置されること、
を特徴とする角度センサ。 - 請求項2に記載の角度センサにおいて、
前記折り返した部分もミアンダ状に形成され、径方向に伸びる部分はお互いに重なり、周方向に伸びる部分は径方向の外側で互い違いになるように配置されること、
を特徴とする角度センサ。 - 請求項2に記載の角度センサにおいて、
前記折り返した部分で基準位置検出用コイルが形成され、
前記基準位置検出用コイルは、ステータ基板上のロータ側基準位置検出用コイルに対応してステータ側基準位置検出用コイルが形成されること、
を特徴とする角度センサ。 - 請求項2又は請求項3に記載の角度センサにおいて、
前記ロータ側相対移動検出用コイルの一部にミアンダ状パターンの1サイクル長以上のミアンダ状パターンを形成しないブランク領域を設け、
前記ステータ側相対移動検出用コイルと同一の周上にステータ側基準位置検出用コイルを設け、
前記ブランク領域を検出することにより、基準位置を検出すること、
を特徴とする角度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012139100A JP2014002112A (ja) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | 角度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012139100A JP2014002112A (ja) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | 角度センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014002112A true JP2014002112A (ja) | 2014-01-09 |
Family
ID=50035403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2012139100A Pending JP2014002112A (ja) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | 角度センサ |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2014002112A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2655632C1 (ru) * | 2017-03-29 | 2018-05-29 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Индукционный датчик углового положения |
-
2012
- 2012-06-20 JP JP2012139100A patent/JP2014002112A/ja active Pending
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