JP2562042B2

JP2562042B2 - ブラシレスｄ．ｃ．モータ用インダクタンス型センサ

Info

Publication number: JP2562042B2
Application number: JP63093297A
Authority: JP
Inventors: マックマリンフランシス
Original assignee: Kollmorgen Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1988-04-14
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: GB8809006D0; JPS6435212A; GB2204695B; EP0287949B1; IE871008L; US4868468A; EP0287949A1; GB2204695A; DE3868426D1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、センサ、特に何らかの固定基準に対する移
動部材の位置を指示する信号を発生するための位置セン
サに関するものである。このセンサにおいて、位置信号
の適当な処理を行うならば、前記基準に関する移動部材
の運動速度を指示する信号をも引き出すことができる。
この種のセンサは電気機械、特にブラシレスd.c.駆動型
モータ又は同期モータなどとともに用いるのに適してい
る。特定すれば、本発明は、ブラシレスd.c.駆動装置の
ための整流信号を確立するに適した円筒型センサに関す
るものである。

従来の技術前述した種類の位置及び速度センサは本発明に関連す
る米国特許願第789,147号の主題をなすものである。前
記米国出願によれば、センサは順方向の駆動磁界を確立
するための駆動もしくは励磁巻線と、前記駆動磁界によ
る誘起電圧を発生する少くとも１個の二次もしくは検知
巻線と、前記駆動磁界の存在下において渦電流を発生
し、これによって反対方向の磁界を確立するための少く
とも１個の導電スクリーンとを備えたものである。前記
少くとも１個の導電スクリーン及び前記少くとも１個の
二次検知巻線は前記駆動磁界内において互いに相対移動
するため、前記少くとも１個の二次検知巻線は前記少く
とも１個の導電スクリーンにより可変の範囲を遮蔽され
ることになり、その結果、前記二次検知巻線における誘
起電圧が変化するものである。この場合、前記少くとも
１個の導電スクリーンと前記少くとも１個の二次検知巻
線との相対移動は実質上単一の方向に限られる。また、
前記駆動巻線は前記少くとも１個の導電スクリーンが存
在しないとき、前記少くとも１個の導電スクリーン及び
前記少くとも１個の二次検知巻線の前記相対移動方向に
おいて前記少くとも１個の二次検知巻線に対し、実質上
均等に作用するような前記駆動磁界を発生するものであ
る。さらに、前記少くとも１個の二次検知巻線は２端子
巻線であり、前記少くとも１個の導電スクリーンは前記
少くとも１個の二次検知巻線により形成される仮想面と
実質的に平行した表面領域を有する。

特定の配置において、前記少くとも１個の導電スクリ
ーンの前記表面領域は円筒面の一部であり、前記少くと
も１個の二次検知巻線は前記円筒部分面領域と実質上同
軸の仮想円筒の外周上に配置される。そして、前記少く
とも１個の導電スクリーン及び前記少くとも１個の二次
検知巻線は、前記円筒面及び前記仮想円筒の実質的な共
通軸のまわりにおいて円周方向に相対移動するものであ
る。このようなセンサの構造において、駆動磁界は各々
比較的短い軸方向長さを有する一対の軸方向に分離した
円筒ソレノイドコイルにより典型的に確立される。

前記米国特許願の発明におけるセンサは、さらに別の
二次検知巻線を有し、前記少くとも１個の導電スクリー
ン及び前記少くとも１個の二次検知巻線の前記相対移動
中における前記別の二次検知巻線の漸進的な遮蔽は、前
記相対移動中における前記少くとも１個の二次検知巻線
の漸進的遮蔽と実質上同様に進行するものであり、前記
別の二次検知巻線は前記少くとも１個の二次検知巻線に
対して特別の関係で配置され、これによって前記相対移
動中における前記別の二次検知巻線の漸進的な遮蔽は、
前記少くとも１個の二次検知巻線の漸進的遮蔽とは空間
的に分離して形成される。好ましくは前記漸進的遮蔽中
の各二次検知巻線における電圧変動は周期的パターンを
描き、前記別の二次検知巻線は前記少くとも１個の二次
検知巻線に対し、前記電圧変動が90゜の位相差において
生ずるような関係で配置されている。

特に、好ましい構成において、前記少くとも１個の二
次検知巻線は第１及び第２のコイルを有し、これらのコ
イルは前記駆動磁界の存在下において、前記少くとも１
個の導電スクリーンが出現（対応）しない場合の前記第
２コイル誘起電圧を、前記第１コイル誘起電圧と大きさ
が等しく、極性が逆になるように接続される。前記好ま
しい構成において、前記少くとも１個の二次検知巻線は
前記１つの相対移動方向において敷延された複数のコイ
ルを有し、前記相対移動方向に配列された各コイルは各
隣接コイル間において電気的極性が逆になるように巻か
れている。

前記米国特許願第789,147号発明のセンサは、種々の
環境において所望の出力信号を発生し得るものであり、
特定の構成において、前記少くとも１個の二次検知巻線
は前記単一の相対移動方向におけるピッチもしくは範囲
を有する少くとも１個のコイルからなり、前記少くとも
１個の導電スクリーンは前記少くとも１個のコイルのピ
ッチに実質的に等しい前記相対移動方向におけるピッチ
を有し、さらに前記少くとも１個の導電スクリーンは前
記単一の相対移動方向に対して直角な方向においてその
スクリーンの前記ピッチ間隔を通じて実質上一定の寸法
を有する。また、前記少くとも１個の二次検知巻線は前
記相対移動方向と直角な方向において前記少くとも１個
のコイルのピッチを通じて実質上一定の寸法を有する。

前記米国特許願はさらに１つの順方向磁界又は駆動磁
界を確立するための駆動もしくは励磁巻線と前記駆動磁
界の存在下において誘起電圧を発生する少くとも１個の
二次検知巻線と、前記駆動磁界の存在下において渦電流
を発生し、これによって前記駆動磁界と逆向きの磁界を
確立するための少くとも１個の導電スクリーンとを含む
検出システムを開示している。前記少くとも１個の導電
スクリーン及び前記少くとも１個の二次検知巻線は前記
駆動磁界内において互いに相対移動し、これによって前
記少くとも１個の二次検知巻線は前記少くとも１個の導
電スクリーンにより可変範囲を遮蔽され、その結果、前
記少くとも１個の二次検知巻線の誘起電圧が変化するも
のである。この場合、前記少くとも１個の導電スクリー
ンと前記少くとも１個の二次検知巻線との相対移動は実
質上単一の方向に限られ、前記駆動巻線は前記少くとも
１個の導電スクリーンが存在しない場合において、前記
駆動磁界が前記少くとも１個の二次検知巻線に対し、前
記スクリーンと検知巻線との相対移動方向において、実
質上均等に作用するように配列形成されている。前記少
くとも１個の二次検知巻線は２端子巻線であり、前記少
なくとも１個の導電スクリーンは前記少くとも１個の二
次検知巻線により形成される仮想面に実質上平行した表
面領域を有するものである。前記検出システムはさらに
前記駆動巻線に交流電圧を印加するための手段と、前記
少くとも１個の二次検知巻線の出力信号を処理して前記
少くとも１個の導電スクリーン及び前記少くとも１個の
二次検知巻線の相対変位を指示する信号を発生するため
の手段を備えている。

発明が解決しようとする課題本発明は前記米国特許願において開示された種類のセ
ンサの発展形式、特にブラシレスd.c.モータの整流信号
を発生するに適したセンサ構造を得ようとするものであ
る。

課題を解決するための手段本発明によるセンサはステータ及びロータを含み、前
記ロータはステータに関して回転変位するが、その回転
軸の方向には固定的であり、ステータは駆動磁界を確立
するための実質円筒型のソレノイド駆動巻線と、前記ソ
レノイド駆動巻線と実質上同軸的な配置で仮想円筒上に
形成された２端子巻線からなる二次検知巻線とを備えた
ものである。前記二次検知巻線は前記仮想円筒の円周方
向にのびる複数のコイルループを有し、各コイルループ
は前記仮想円筒の円周方向において順次電気的極性が逆
になるように巻かれ、それぞれ２本の円周方向に隔った
軸方向巻線部分と、２本の軸方向に隔った円周方向巻線
部分とを有するものであり、これにより各ループは実質
円筒型二次検知巻線を展開した場合に矩形輪郭を形成す
るようになっている。ロータは前記駆動磁界の存在下に
おいて渦電流を発生することにより、前記駆動磁界と逆
方向の磁界を確立するための導電スクリーンを有する。
前記導電スクリーンはステータに対しロータとともに回
転可能であり、これによって前記導電スクリーンは前記
仮想円筒の円周方向において前記二次検知巻線に関して
変位するものである。前記導電スクリーンは前記二次検
知巻線により形成される仮想円筒面と実質的に平行した
表面領域を有し、前記二次検知巻線は前記ステータに関
するロータの回転中において前記導電スクリーンにより
可変範囲を覆われ、これにより前記二次検知巻線の誘起
電圧は変化する。さらに、前記駆動巻線は前記導電スク
リーンの不存在下において、前記駆動磁界が前記スクリ
ーン及び検知巻線の相対変位方向において、前記二次検
知巻線に均等に作用するようになっている。また、前記
駆動巻線は前記二次検知巻線の一方の軸端における円周
巻線部分の内側（半径方向において）に位置している。

駆動巻線はなるべくなら前記一方の軸端における前記
二次検知巻線の円周方向巻線部分がその駆動巻線の軸方
向両端間の中央部分と半径方向にほぼ整列するように配
置され、これにより前記巻線部分の領域に実質上均一な
軸方向局部駆動磁界を確立するものである。二次検知巻
線における前記一方の軸端の前記円周巻線部分は前記駆
動巻線の軸方向両端間の実質的中間位置において前記円
筒ソレノイド駆動巻線と交差する面を適当、かつ実質的
に形成するものである。駆動巻線は二次検知巻線におけ
るいくつかの前記円周巻線部分の最大厚さ又は直径寸法
の倍数、典型的にはそれを数倍した軸方向長さを通じて
分布している。前記二次巻線の内側には前記円筒型もし
くはソレノイド駆動巻線が配置され、前記円周方向巻線
部分は前記駆動巻線の軸方向中央部とほぼ整列し、これ
によって前記実質上均等な局部駆動磁界が前記巻線部分
の領域内において確立される。この構成は巻線の前記円
周部分の位置、又は二次検知巻線のコイルループと鎖交
する磁束上の帰路における軸方向差の効果が生ずること
を極少化するものである。その結果、そのような軸方向
不整列又は変動は出力波形の最少のひずみを生ずるもの
である。

導電スクリーンはなるべくなら二次検知巻線の各コイ
ルループの寸法に対応する寸法を用いる。これにより前
記導電スクリーンは前記コイルループがそれと整列した
とき、実質上その上に重なるものである。このようにし
て、ロータ回転中の各コイルループは均等かつ漸進的に
遮蔽される。

導電スクリーンはなるべくなら各軸端より突出し、二
次検知巻線の軸方向両端における円周巻線部分により規
定される各面から軸方向外向きに突出している。駆動巻
線の軸方向中央部と整列した部分から前記二次検知巻線
の軸方向他端における円周方向巻線部分にかけての軸方
向位置検出感度はこらの巻線部分を完全に覆い、かつそ
れらの近傍における極少磁界レベルを確立する回転スク
リーンにより実質上極少化されるものである。特に、好
ましい配置において、導電スクリーンはロータディスク
部分の外周に配置される。これはロータと一体形成する
のが最も適当である。前記ロータディスク部分は前記二
次検知巻線の他方の軸端と整列し、円周巻線部分（外側
コイル端部分）の局部スクリーン作用を拡大することが
できる。導電スクリーン又はそのスクリーンの少くとも
主要部は、このロータディスク部分から二次巻線の前記
第１の軸端（内側コイル端）に向かって軸方向に突出し
ている。

本発明のセンサの好ましい構成においては、２部分ス
テータが装備される。このステータの内側円筒部分は駆
動巻線を支持し、外側円筒部分は二次検知巻線を支持し
ている。導電スクリーンはロータ部分において支持さ
れ、又はその一体形成部分をなすことにより、ロータの
回転中において駆動巻線及び二次検知巻線の間を移動す
るものである。ロータはまた駆動巻線の内側において軸
方向にのびるスリーブ部分を含み、これによってそのシ
ャフト部分の領域における駆動磁界のための磁路を提供
するものである。これはプラシレスd.c.モータのロータ
シャフトの延長部であり、その上にセンサロータが取付
られ、シャフト部分のための局部遮蔽を確立するもので
ある。ステータの外側部分には内面領域を有する適当な
スロット構造を形成したことにより、前記二次検知巻線
のコイルループの軸方向部分を収容するものである。こ
の外側ステータ部分はまた、なるべくなら前記駆動巻線
を付勢するための電源手段のオシレータに関連接続され
た帰還巻線を支持している。

特に、好ましい構成において、前記外側ステータ部分
上には第２の二次検知巻線が装備され、前記第２の二次
検知巻線のコイルループは前記仮想円筒上において前記
第１の二次検知巻線のコイルループから分離し、その結
果、第２の二次検知巻線の遮蔽が前記第１の二次検知巻
線のループ遮蔽から時間的に隔たって行われるようにな
っている。前記２つの検知巻線はなるべくならロータ回
転中におけるそれらの出力が互いに直角位相差を有する
ように配置される。２個のスクリーン構造は前述した特
に好ましい構造のセンサにおいて適用可能である。

実施例の説明本発明のセンサは順方向磁界もしくは駆動磁界を確立
するための駆動巻線と、前記駆動磁界の存在下におい
て、誘起電圧を発生する少くとも１個の二次検知巻線
と、前記駆動磁界の存在下において渦電流を発生するこ
とにより前記駆動磁界と対向する逆方向磁界を確立する
ための少くとも１個の導電スクリーンとを有する。この
スクリーン及び二次巻線は前記駆動磁界内において互い
に相対変位可能であり、これによって前記少くとも１つ
の二次巻線における誘起電圧を変化させるものである。
本発明は、前記少くとも１つのスクリーン、及び前記少
くとも１つの二次検知巻線の前記相対変位が実質上一方
向に限られるようにしたセンサ構造、特にそのようなセ
ンサの回転構造に係るものである。

検知巻線の好ましい配置形状は第１図において平面展
開図として示されている。この巻線形状は出力信号の片
方向（piecewise）直線変調に適用される。巻線（１）
はスクリーン−二次検知巻線の前記単一の相対変位方向
において敷延される一連の略矩形状ループコイルとして
配置形成される。この巻線（１）の連続したループコイ
ルA₁、A₂は正相／逆相関係にあり、全体としてその巻線
の各ループコイルと実質的に等しい大きさの略矩形状ス
クリーン（２）によって覆われる。駆動巻線（この略図
においては図示せず）は少くとも前記単一の相対移動方
向に沿って、検知コイルの領域を通じて実質上均等な磁
界分布を確立するものである。

前記相対移動方向における検知巻線のピッチは図にお
いてP_Wにより指示され、前記相対移動方向における略矩
形状スクリーンのスパンは巻線コイルのスパンにほぼ等
しいP_Sにより指示される。かくして、前記米国特許願に
おいて開示されたような直線勾配変調が実行される。次
に述べるような実際的構造においては、２個以上のスク
リーンが用いられ、これらのスクリーンは前記コイルピ
ッチに実質的に等しい距離だけ互いに分離している。こ
のような構成において、集中巻ピッチ充当型検知巻線及
びピッチ充当型スクリーンを用いることにより、スクリ
ーン間に位置する非遮蔽磁束（強磁界）及びスクリーン
の下側に位置する遮蔽磁束（弱磁界）は検知巻線と鎖交
し、それらの断面積は前記片方向直線モードにおいてス
クリーンの変位とともに変化するものである。定常動作
の場合、復調検出電圧は三角波形に近いものとなる。こ
の三角出力波形はアナログ微分演算又は減算による速度
信号を引出しを許容し、かつデジタル位置信号の引出し
を可能にするものである。

第２図は第１図の検知巻線から引き出された三角波出
力信号を示すものである。この正負ピーク間隔は検知巻
線のコイルピッチP_Wに対応する。

第１図に示した検知巻線の平面図は円筒型を展開した
ものとして認識すべきものであり、第１図の巻線及びス
クリーンパターンを有する実際的な態様において、それ
は同軸の仮想円筒面上にラップ巻されるものとして認識
すべきである。好ましくは検知巻線は固定されるが、ス
クリーンは前記仮想円筒の共通軸のまわりに回転変位可
能であり、その結果、スクリーンは検知巻線に対して比
較的近接した位置において、前記ラップ巻された検知巻
線により形成される仮想円筒面から分離平行した１つの
仮想円筒面に沿って、その検知巻線から分離して移動す
るものである。このようにして検知巻線のループコイル
の必要な遮蔽が行われる。このような幾何学的構成はス
クリーンを支持した回転部材の何らかの軸方向変位に対
抗させるに適したものである。すなわち、このような軸
方向の変位は電気モータのロータのなどにおいて生じる
場合がある。

本発明の好ましい回転構造は第３、４及び５図におい
て示されており、この場合、図示を簡単にするため第３
図の模型図からはモータ構造部を省略し、第５図の端面
図に示した機械巻線に接続される付随的な回路を備えた
プリント回路は同様の理由により第３図には示されてい
ない。本発明のセンサはブラシレス電気機械のロータシ
ャフト（11）の一方の軸端において、モータの主軸ベア
リングの１つ（13）から突出したロータシャフトの延長
部（12）上に取付られている。このシャフト延長部（1
2）上には導電性ロータ（14）がスリーブ状に取付けら
れ、このロータはベアリング（13）のシートに近接した
シャフト（11）のショルダ（16）に支持された圧縮スプ
リング（15）により前記シャフト延長部に沿って外向き
に付勢される。この外向き力はシャフト延長部（12）に
おける横孔に収容された保持ピン（17）により阻止され
る。ピン（17）の両軸端はシャフト延長部（12）の周面
の外側に突出し、スリーブ型ロータ（14）の端面（19）
におけるＶ型ノッチ（18）内に係合する。ロータ（14）
は例えばアルミニウム又は銅などのような適当な導電性
材料からなり、複数（この場合、２個）のスクリーン
（21）を支持している。これらのスクリーン（21）は後
述のセンサ駆動巻線（22）と検知巻線（23）との間に位
置している。図に示す通り、スクリーン（21）はロータ
の軸方向外端の近傍で半径方向の外向きに突出したロー
タ円板部（24）により支持され、さらにスクリーン（2
1）は円板部（24）の外周部から後方に、すなわちセン
サを支持したモータの方向に突出し、円板部（24）から
モータに向かって片持ち支持されている。円板部（24）
及びスクリーン（21）は単一部材となるように適当に一
体形成される。

第８図はロータの展開図であり、スクリーン（21）の
１つは全体的に示し、他の１つは部分的に示すととも
に、さらにスクリーン間においてのびる円板部（24）の
部分を示すものである。この展開図においては、簡略化
のため、ロータ（14）の基板スリーブ部分は省略されて
いる。２部分ステータ（25）は駆動巻線（22）及び検知
巻線（23）を支持している。ステータ（25）はセンサを
取付けたブラシレス電気機械の端壁部（43）に取付けら
れている。この分割された２部分ステータ構造はセンサ
機構の製造を容易にするものである。選択的な配置形状
において、ステータは２部分より多い部材より構成する
ことも可能である。ステータ（25）は例えば熱硬化性樹
脂からなる何らかの非磁性及び非導電性材料から形成さ
れる。半径方向の内側に位置する円筒型ステータ部分
（26）は単一の駆動巻線（22）を支持している。この駆
動巻線（22）はロータ（14）と同軸に巻かれたソレノイ
ド型コイルからなっている。

駆動磁界は単一の駆動巻線により検知巻線に関するス
クリーンの移動方向において均等に確立される。本発明
のセンサは回転軸を横切る磁界変化の影響を免れるよう
になっている。しかしながら、駆動磁界はスクリーンの
不存在下において少くともそれらの通常の移動の場合に
おいて、スクリーン上の諸点により掃引される個々の通
路に沿った検知巻線の全範囲を通じて実質上均等に分布
する必要がある。しかしながら、検知巻線の全範囲にわ
たる完全に均一な磁界分布は不可欠な要件ではない。本
発明のセンサの場合、単一の駆動コイルは円筒型もしく
はソレノイド型であり、均一な磁界分布の通路は回転軸
上に中心合せされた円に沿って広がり、検知巻線が配置
された仮想円筒のまわりにおいて円周方向にのびてい
る。

第１部分と同軸に、かつその外側に配置された第２の
円筒型ステータ部分（27）は少くとも１個の検知巻線
（23）を支持している。このステータ部分は一連の軸方
向内向きの開口もしくは軸方向スロット（28）を装備し
ている。各スロット（28）の各軸方向端部においては、
ステータ部分（27）の円周方向にのびる外側ショルダ部
（29）が形成される。組み込まれたセンサにおいて、軸
方向にのびるスロット（28）は概して矩形状コイルから
なる検知巻線（23）のコイルループの軸方向巻線部分
（31）を支持しており、他方、円周方向巻線部分（32
a）、（32b）はステータ部分（27）の外周面において、
前記ショルダ部（19）の各１つに実質上近接して位置し
ている。各検知巻線コイル部分（32a）、（32b）は円周
方向において互いに分離した軸方向スロット（28）間に
おいて、ステータ部分（27）の周縁部のまわりにのびて
いる。かくして、展開型において示された実質的矩形状
の検知巻線コイルループは容易に形成される。内側コイ
ル端部、すなわちモータシャフト（11）に最も近い部分
として認識される内側円周巻線部分（32a）はソレノイ
ド駆動巻線（22）の両軸端間のほぼ中央にと交差する半
径面を形成するように配置されている。この形状の特別
の利益は次に述べる通りである。

前記米国特許願においては、強磁性体からなる磁束帰
路が信号レベルを高めるために装備されている。しかし
ながら、この特徴は本発明のセンサの満足な動作にとっ
て基本的に必要なものではない。ここに記載した構成は
コイル端部（すなわち、検知巻線（23）の円周方向部分
（32a）、（32b））の位置に対する検知巻線パターンの
感応性を低下させるものであり、マルチターンコイルの
場合における巻線配置を容易にするとともに、駆動電流
を減少させるものである。

環状プリント回路板（33）は前記巻線への接続を形成
するため、検知巻線（23）を支持したステータ部分（2
7）の軸方向の外端において装備される。この回路板は
装置軸端におけるコイル端部に近接した磁界を制限する
ための短縮コイル端トラックを有するものである。これ
らのコイル端部は外側コイル端部として紹介することと
する。

前記米国特許願において開示された構成による発振器
安定化のための帰還巻線（34）は第４図に示されてい
る。これは検知巻線（23）の軸方向内端部（32a）に近
接した連続ループとして巻かれており、それは検知巻線
により“検知”された駆動磁界の実質上すべてと交差す
るものである。第５図には種々の巻線に対する接続関係
が図示されている。（37a）、（38a）は第１の二次検知
巻線のそれぞれ始端及び終端をなすものであり、（37
b）、（38b）は第２の検知巻線における始端及び終端を
なすものである。（39a）〜（39d）は駆動巻線及び帰還
巻線の端子を示すものであり、PCB（プリント回路板）
から発振器及び検知回路への外部接続は参照数字（41）
により指示されている。巻線に対する給電接続は適当な
PCBトラックにより外部接続（41）と連結される。

第６図は検知コイル（23）の内側コイル端（32a）の
相対配置（“x"で示す）を示すものであり、これらは駆
動巻線（22）における軸方向の中央部に位置している。
すなわち、単一の駆動巻線（22）はコイル内端部（32
a）の半径方向の内側に位置し、これらのコイル端部は
駆動巻線の軸方向中央部と半径方向に整列している。こ
の駆動巻線の中央部とは軸方向の両端間における巻線部
分である。駆動巻線（22）は検知巻線のコイル端部の厚
さ（“t"で示す）を数倍した軸方向長さを通じて分布す
るように配置されている。これは駆動磁界の方向が検知
巻線のコイル端部面に実質上直角な軸方向となることを
保証するものである。すなわち、駆動磁界の方向は第６
図における磁束線（42）によって示す通り、軸方向にお
いて実質上均等である。コイル端部（32a）の位置にお
ける軸変動はセンサの巻線中に生ずる誤差又は不完全性
の最も大きい原因であり、それは検知巻線コイル（23）
の磁束鎖交における変動及び出力波形の歪みを最少にす
るものである。

同様に、第６図は第３〜５図に示した本発明による構
造において駆動電流がどのようにして減少するかを示す
ものである。磁力線（42）により常套的に表わされた駆
動磁界は駆動巻線（22）及びロータシャフト（12）間の
半径方向のギャップを軸方向に通過しなければならな
い。ロータシャフト（12）は通常スチールからなってい
るが、スチールは導電性が乏しいため、磁界の幾分かが
シャフトに侵入すると、熱損失が生じ、それは適当な補
正を行わない場合に駆動巻線電流を増大させるものであ
る。これらの損失は駆動巻線（22）の領域におけるシャ
フト部分に導電材料の被覆を行うことにより実質的に減
少させることができる。この導電材料の被覆は第３、４
及び６図に示す通り、ロータ（14）の本体スリーブ部分
として適当に形成される。すでに述べた通り、この駆動
磁界は第６図において磁力線（42）により一般的な形態
において描かれており、この場合、ロータスリーブによ
るシャフト（12）の局、部遮蔽に留意すべきである。

第６図はまた、第３及び４図において詳細に示した機
構についてその出力波形の直線性を改善するための構造
を示す図である。すでに述べた通り、検知巻線コイルの
軸方向内端“x"及び外端“y"はそれらの軸間隔の変動が
最少となるように配置すべきであり、この間隔は検知巻
線の隣接コイル間について第１図に示した寸法Y₁及びY₂
を有するものとする。単一の駆動巻線（22）の軸方向の
中央部に対応するコイル内端“x"、すなわち（32a）の
位置はこれらコイル端部の軸方向変位に対する感応性を
最少にするものである。この配置はコイル端部（32a）
をソレノイド駆動巻線（22）の軸中心点、すなわち中央
横断面と整列させることにより実質的に最適化すること
ができる。センサの外端におけるコイル端“y"、すなわ
ち（32b）の位置感度はロータリスクリーン（21）が、
これらのコイル端部を完全にカバーして、それらの近傍
における磁界レベルを最少化する範囲に及ぶようにする
ことにより同様に最少化し得る。したがって、スクリー
ン（21）の軸範囲はこのスクリーン（21）が検知巻線
（23）の内端（32a）の下側において軸方向の外側にの
びるように選択し、他方、ロータの円板型外端部（24）
がスクリーン間の円周ギャップにおいてもコイル端部
（32b）を覆うようにするものである。この態様は特に
第５図から明らかである。円板型の真円ロータ端部（2
4）はロータが検知巻線に対して如何なる位置を占める
場合でも外端部（32b）に関する磁束開口を存在させな
いようにするものである。

本発明のセンサに用いると有利な巻線技術は、第７図
に示したステータの部分展開図に関して次の通り説明さ
れる。ステータ（25）の二次検知巻線支持部、すなわち
ステータ部分（27）はこの図において展開して示されて
いる。ステータ部分（27）の各軸方向端部（35）、（3
6）において、その半径方向の外面から内面にかけては
前記ステータ部分（27）を切削してスロット（28）が形
成されている。このスロットはステータ部分（27）に沿
ってにその外側ショルダ形成部（29）の下側を軸方向に
延長している。すなわち、ショルダ形成部（29）は一体
形成されたステータ部分（27）の半径方向の最外側を形
成する実質円筒形の一体化リングとして示されている。
検知巻線はまず１巻以上の外側ワイヤループとして巻回
され、次いで図示のパターンにおいてスロット（28）に
挿通される。巻線は巻型の上に巻かれ、各コイルループ
毎に必要な数のコイル辺が形成され、それがスロット中
を通ることによりスロット空間を満たすものである。第
２の直角位相検知巻線も第７図に示す通り、一括して空
のスロット内に収納され得る。正相／逆相コイル対を有
する単一の検知巻線は電源の完全一周期にわたる絶対位
置情報を提供するものではない。しかしながら、スクリ
ーンの各位置をその都度識別するために必要な付加的な
情報は、第２の検知巻線を用いることにより提供され
る。すなわち、各スロットに収容され、適当に円周方向
に隔てられた２巻線の出力は直角位相差を有することに
なるからである。

ステータ部分（26）及び（27）の組立は部分（27）の
巻線操作に続き、その部分（27）の端部（35）を部分
（26）のショルダ、すなわち頂部（26a）上に係合さ
せ、次に端部（35）を円筒型駆動巻線支持部分（26）の
半径方向の外側に位置する板状ステータ部（45）におけ
る円周スロット（44）中に収容させることにより行われ
る。これらの特徴は第３図、そして特に第４図において
示す通りである。第４図にはさらにステータ部分（27）
の軸端（36）から半径方向の内側にのびる軸端保護カバ
ー部（46）が示されている。この部分（46）は簡単のた
め、第６図においては省略されているが、第５図の回路
板（33）は逆に第４図から省略されている。

第４図において参照数字（47）により指示された電源
発振器は駆動巻線（22）に適当な周波数の交流電圧を印
加するために用いられる。この発振器は特に第４図に示
すような帰還巻線（34）により安定化される。本発明の
構成において、このコイルは二次検知巻線（23）ととも
に巻かれているが、それはこの二次巻線の部分をなすも
のではない。第４図にはさらに前記センサの検知巻線か
ら出た信号を受け取り、それらを処理してロータ位置及
びロータ速度の少くとも一方を指示する所望の出力を発
生するための信号処理手段（48）が示されている。（4
9）で示すリード線は電源手段（47）と外部コネクタ（4
1）との間の導通、及びコネクタ（41）と処理手段（4
8）との間の導通を可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成されたセンサの基本検知巻
線機構を略示する線図、第２図は第１図の巻線機構から引き出された復調出力を
示す波形図、第３図は本発明に従って構成されたセンサ構造を一部破
断して示す部分断面斜視図、第４図は第５図のIV−IV線に従って描かれた第３図のセ
ンサ構造の軸断面図、第５図は第４図のIV−IV線に従って描かれた第３図のサ
ンサ構造の端面図、第６図は駆動巻線と検知巻線との間の関連構造を示すた
めに描かれた第３〜５図のセンサ構造の断面略図、第７図は第３〜５図のセンサのステータにおける巻線及
びスロット配置を示す展開図、第８図は第３〜６図のセンサにおけるロータ部分であっ
て、特にスクリーンの構成を示すための展開図である。（１）……巻線（２）……矩形状スクリーン（11）……ロータシャフト（12）……シャフト延長部（13）……主軸ベアリング（14）……導電性ロータ（15）……圧縮スプリング（16）……ショルダ（17）……保持ピン（18）……Ｖノッチ（19）……ロータ端面（21）……スクリーン（22）……駆動巻線（23）……検知巻線（23a）……内側円周巻線部分（24）……円板部（25）……ステータ（26）……円筒状ステータ部分（27）……第２の円筒状ステータ部分（28）……スロット（29）……ショルダ部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータ及びロータを含み、前記ロータは
前記ステータに関して回転変位可能であるが、軸方向に
は実質的に固定された状態で取付られており、前記ステ
ータは駆動磁界を確立するための駆動巻線、及び前記駆
動磁界の存在下において電圧を誘起するための検知巻線
を有するものであり、前記検知巻線は前記駆動巻線と実
質上同軸の仮想円筒の円周面に展開する複数のコイルか
らなり、前記仮想円筒上において円周方向に順次隣接し
た各コイルは交互に逆極性となるように巻かれており、
各コイルの構成は互いに円周方向に隔たって軸方向にの
びる２本の軸方向巻線部分と互いに軸方向に隔たって円
周方向にのびる円周方向巻線部分からなることにより、
その円筒型検知巻線を平面上に展開したとき、実質的な
矩形を呈するものであり、前記ロータには前記駆動磁界
の存在下において渦電流を発生し、これによって前記駆
動磁界と逆向きの対向磁界を確立するための導電スクリ
ーンを有し、前記導電スクリーンは前記ステータに対し
てロータと一緒に回転可能としたことにより、前記検知
巻線に対して前記仮想円筒の円周方向に変位可能であ
り、さらに前記導電スクリーンは前記検知巻線により形
成された仮想円筒面と実質的に平行な表面領域を有する
ものであり、前記検知巻線はロータの回転中において前
記導電スクリーンにより、可変の範囲を覆われて前記誘
起電圧を変化するものであり、前記駆動巻線は、前記導
電スクリーンの不存在下、前記駆動磁界が前記導電スク
リーン及び検知巻線間の相対変位方向において、前記検
知巻線に対し実質上均等に作用するように配置形成さ
れ、前記駆動巻線は前記検知巻線の一方の軸端における
円周方向巻線部分の半径方向の内側において配置された
ものであることを特徴とするセンサ。
【請求項２】前記駆動巻線の配置が、前記検知巻線の前
記一方の軸端における円周方向巻線部分を、前記駆動巻
線においてその軸端間の実質的中央部を占める軸方向中
間部と半径方向に整列させるものであり、これによって
前記巻線部分の領域に実質上均一な軸方向駆動磁界を確
立することを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】前記一方の軸端における前記検知巻線の円
周方向巻線部分が前記駆動巻線の両軸端間の実質的中間
位置において前記駆動巻線と交差する平面を規定するも
のであることを特徴とする請求項１又は第２に記載のセ
ンサ。
【請求項４】前記駆動巻線が前記検知巻線の前記円周方
向巻線部分の幾つかにおける最大の厚みの倍数に等しい
軸方向長さにわたって分布したものであり、前記検知巻
線の内側において前記駆動巻線が配置され、前記円周方
向巻線部分が前記駆動巻線の前記軸端間の中央に位置す
る部分にわたってのびる中央領域と整列したことによ
り、前記巻線部分の領域において、実質上均一な軸方向
駆動磁界を確立するようにしたことを特徴とする請求項
１に記載のセンサ。
【請求項５】導電スクリーンの寸法が検知巻線の各コイ
ルの寸法に実質上対応していることにより、前記導電ス
クリーンがこれに整列したときは前記コイルの上に実質
的に重なるようにしたことを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１項に記載したセンサ。
【請求項６】前記導電スクリーンの各軸端が検知巻線の
両軸端における円周方向巻線部分により形成される各面
よりも軸方向の外側に突出していることを特徴とする請
求項１〜４のいずれか１項に記載したセンサ。
【請求項７】ロータが環状の円板部を有し、前記導電ス
クリーンが前記円板部の外周面に取付けられたものであ
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載
したセンサ。
【請求項８】前記ロータの円板部が、前記検知巻線にお
ける前記駆動巻線の半径方向外側に位置した前記一方の
軸端と反対側の軸端における円周方向巻線部分と実質的
に整列したものであることを特徴とする請求項７に記載
のセンサ。
【請求項９】前記導電スクリーンの少くとも一部が前記
ロータの円板部より前記検知巻線の一方の軸端に向かっ
て軸方向に突出したものであることを特徴とする請求項
８に記載のセンサ。
【請求項１０】ロータが駆動巻線の半径方向の内側に位
置して軸方向にのびるスリーブ部分を有するものである
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載し
たセンサ。
【請求項１１】ステータが駆動巻線を支持するための内
側円筒部と検知巻線を支持するための外側円筒部とを有
するものであることを特徴とする請求項１〜10のいずれ
か１項に記載したセンサ。
【請求項１２】前記センサの外側円筒部がその半径方向
に段落した内面を有するスロットを備え、これらのスロ
ットに前記検知巻線の軸方向巻線部を収容することを特
徴とする請求項11に記載のセンサ。
【請求項１３】前記仮想円筒上において、前記検知巻線
から分離して配置された複数のコイルを有する第２の検
知巻線を備えたことにより、前記第２の検知巻線の各コ
イルの遮蔽が、前記第１の検知巻線のコイルの遮蔽位置
から離れるようにしたことを特徴とする請求項１〜12の
いずれか１項に記載したセンサ。
【請求項１４】前記第１及び第２の検知巻線が、ステー
タに対するロータの回転中におけるそれらの出力位相を
互いに90゜分離するように配置されたものであることを
特徴とする請求項13に記載のセンサ。
【請求項１５】センサのロータがブラシレスd.c.モータ
におけるモータシャフトの延長部上に取付られたもので
あることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項１６】ステータ及びロータを含むセンサを備え
た検知システムであって、前記ロータは前記ステータに
関して回転変位可能であるが、軸方向には実質的に固定
された状態で取付られており、前記ステータは駆動磁界
を確立するための駆動巻線、及び前記駆動磁界の存在下
において電圧を誘起するための検知巻線を有するもので
あり、前記検知巻線は前記駆動巻線と実質上同軸の仮想
円筒の円周面に展開する複数のコイルからなり、前記仮
想円筒上において円周方向に順次隣接した各コイルは交
互に逆極性となるように巻かれており、各コイルの構成
は互いに円周方向に隔たって軸方向にのびる２本の軸方
向巻線部分と互いに軸方向に隔たって円周方向にのびる
円周方向巻線部分からなることにより、その円筒型検知
巻線を平面上に展開したとき、実質的な矩形を呈するも
のであり、前記ロータには前記駆動磁界の存在下におい
て渦電流を発生し、これによって前記駆動磁界と逆向き
の対向磁界を確立するための導電スクリーンを有し、前
記導電スクリーンは前記ステータに対してロータと一緒
に回転可能としたことにより、前記検知巻線に対して前
記仮想円筒の円周方向に変位可能であり、さらに前記導
電スクリーンは前記検知巻線により形成された仮想円筒
面と実質的に平行な表面領域を有するものであり、前記
検知巻線はロータの回転中において前記導電スクリーン
により、可変の範囲を覆われて前記誘起電圧を変化する
ものであり、前記駆動巻線は、前記導電スクリーンの不
存在下、前記駆動磁界が前記導電スクリーン及び検知巻
線間の相対変位方向において、前記検知巻線に対し実質
上均等に作用するよに配置形成され、前記駆動巻線は前
記検知巻線の一方の軸端における円周方向巻線部分の半
径方向の内側において配置されたものであり、前記シス
テムがさらに、前記駆動巻線に交流電圧を印加するため
の手段、及び前記検知巻線からの出力信号を処理して前
記導電スクリーンと前記検知巻線との相対位置関係を示
す信号を発生するための手段を備えたものであることを
特徴とする検知システム。
【請求項１７】センサのロータがブラシレスd.c.モータ
におけるモータシャフトの延長部上に取付られたもので
あることを特徴とする請求項16に記載の検知システム。