JP4896910B2 - Arc type angle sensor - Google Patents

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

本発明は、回転角を検出するための円弧型角度センサに係り、特にセンサの両端部における角度の検出精度を向上させた円弧型角度センサに関する。   The present invention relates to an arc-shaped angle sensor for detecting a rotation angle, and more particularly to an arc-shaped angle sensor with improved angle detection accuracy at both ends of the sensor.

円弧型角度センサはコイルを巻回した複数のスロットを有するステータと電磁鋼板により形成された、円弧状に回動するロータとを有する。   The arc-shaped angle sensor includes a stator having a plurality of slots around which coils are wound, and a rotor that is formed of an electromagnetic steel plate and rotates in an arc shape.

円弧型角度センサを搭載する機器によってはスペースの制約上からこのスロットの数が制限されることがある。例えば、検出用のコイルがｓｉｎ波とｃｏｓ波の２つである場合、スロットの数は４の倍数であることが望ましい。スロットの数を４の倍数にすると、磁界を生じさせる励磁コイルの巻き方を交互に逆にすることにより、検出用コイルの電圧を平衡にすることができる。このため検出用のコイルの出力電圧は０を対称軸とする波形となり、円弧型角度センサの出力を角度に変換する変換装置であるＲ／Ｄコンバータ（レゾルバ ディジタル コンバータ）の入力に適したものとなる。   Depending on the device on which the arc-shaped angle sensor is mounted, the number of slots may be limited due to space limitations. For example, when the number of detection coils is two of a sin wave and a cosine wave, the number of slots is preferably a multiple of four. When the number of slots is a multiple of 4, the voltage of the detection coil can be balanced by alternately reversing the winding of the exciting coil that generates the magnetic field. For this reason, the output voltage of the detection coil has a waveform with 0 as the axis of symmetry, and is suitable for input to an R / D converter (resolver digital converter), which is a converter that converts the output of the arc-shaped angle sensor into an angle. Become.

しかし、スロットの数を４の倍数にできない場合、例えば次のような問題が生じる。スロットの数が４の倍数ではない１０である場合について考える。図２はスロットの数が１０である円弧型角度センサを示した図である。図２（ａ）は円弧型角度センサの側面図であり、図２（ｂ）は各スロットにおける各コイルの巻き方向を示す図である。数字は巻き数を表す。   However, when the number of slots cannot be a multiple of 4, for example, the following problem occurs. Consider the case where the number of slots is 10, which is not a multiple of 4. FIG. 2 is a view showing an arc-shaped angle sensor having ten slots. 2A is a side view of the arc-shaped angle sensor, and FIG. 2B is a diagram showing the winding direction of each coil in each slot. The number represents the number of turns.

このように両端のスロットには検出コイル４１を巻回しないとすると、図２（ｃ）の波形５３、５４に示すように円弧型角度センサの両端部において出力が得られない。このため、図２（ｄ）の線６２の両端の点線部分に示すように、円弧型角度センサの両端部においてＲ／Ｄコンバータからの角度の出力が得られないという問題がある。   Thus, if the detection coil 41 is not wound around the slots at both ends, no output can be obtained at both ends of the arc-shaped angle sensor as shown by the waveforms 53 and 54 in FIG. For this reason, there is a problem that the angle output from the R / D converter cannot be obtained at both ends of the arc-shaped angle sensor, as shown by the dotted line portions at both ends of the line 62 in FIG.

そこで、両端のスロットに検出用コイルを巻回することが考えられる。図３は、両端のスロットに検出用コイルを巻回した場合を示した図である。両端のスロットのコイルからは磁束の漏れが生じるため、図３（ｃ）の波形５５、５６に示すように、両端のスロットの検出用コイルからの出力電圧が低下し、検出精度が低下するという問題があった。   Therefore, it is conceivable to wind detection coils around the slots at both ends. FIG. 3 is a diagram showing a case where a detection coil is wound around slots at both ends. Since leakage of magnetic flux occurs from the coils in the slots at both ends, the output voltage from the detection coils in the slots at both ends decreases as shown by the waveforms 55 and 56 in FIG. There was a problem.

さらに、励磁コイルにより生成された磁界が相殺されず、検出用のコイルの出力電圧は増加し、０から離れた波形となる。このため、Ｒ／Ｄコンバータが入力信号を角度に変換することができなくなる場合があるという問題があった。   Furthermore, the magnetic field generated by the exciting coil is not canceled out, and the output voltage of the detection coil increases, resulting in a waveform separated from zero. For this reason, there has been a problem that the R / D converter may not be able to convert the input signal into an angle.

なお、以下、グラフの波形が横軸の０から離れることをオフセットするという。   In the following, it is referred to as offset when the waveform of the graph is away from 0 on the horizontal axis.

この点に関し、ロータの回転の中心をステータ側にずらし、ステータの両端においてロータとの距離を短くすることにより検出精度を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００５−５５１８３号公報 In this regard, a technique has been proposed in which detection accuracy is improved by shifting the center of rotation of the rotor toward the stator and shortening the distance from the rotor at both ends of the stator (for example, Patent Document 1).
JP-A-2005-55183

しかし、特許文献１に記載の技術においては、ステータの両端において短くできるロータとの距離には限界があり、所望の精度向上が得られないという問題があった。   However, the technique described in Patent Document 1 has a problem in that a desired accuracy cannot be improved because there is a limit to the distance from the rotor that can be shortened at both ends of the stator.

また、特許文献１に記載の技術においては、オフセットするという点を解決できないという問題があった。   In addition, the technique described in Patent Document 1 has a problem in that the offset point cannot be solved.

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、スロットの数にかかわらずオフセットを抑制し、円弧型角度センサの両端の検出精度を向上させることが可能な円弧型角度センサ及び円弧型角度センサの精度向上方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an arc-shaped angle sensor capable of suppressing offset regardless of the number of slots and improving detection accuracy at both ends of the arc-shaped angle sensor, and An object of the present invention is to provide a method for improving the accuracy of an arc-shaped angle sensor.

この目的を達成するために本発明は、電磁鋼板により形成され、円弧状に回動するロータと、ロータが回動する円弧に沿って湾曲し、円弧に沿ってロータに対向して一列に設けられた複数のスロットを有するステータと、隣り合うスロットにおいて互いに逆巻きになるように巻回され、電流により磁界を生成する励磁コイルと、端から一つ置きのスロットに巻回されたｓｉｎ波検出用コイルと、ｓｉｎ波検出用コイルが巻回されていないスロットに巻回されたｃｏｓ波検出用コイルと、両端の前記スロットを除くスロットに、励磁コイルとは逆巻きに巻回され、電流により磁界を生成する副コイルと、を備え、両端のスロットのｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数を、両端以外のスロットのｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数より多くしたことを特徴とする円弧型角度センサを提供する。   In order to achieve this object, the present invention provides a rotor that is formed of an electromagnetic steel plate and rotates in an arc shape, and is curved along an arc in which the rotor rotates, and is provided in a row facing the rotor along the arc. A plurality of slots having a plurality of slots, an exciting coil that is wound so as to be reversely wound in adjacent slots and generating a magnetic field by an electric current, and a sin wave detection that is wound in every other slot from the end A coil, a cos wave detection coil wound around a slot where a sin wave detection coil is not wound, and a slot excluding the slots at both ends are wound in a reverse direction from the excitation coil, and a magnetic field is generated by current. A sub-coil to be generated, and the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots at both ends is set to the number of turns of the sin wave detection coil and the co in the slots other than both ends. Providing arcuate angle sensor, characterized in that it has more than the number of turns of the wave detection coil.

本発明によれば、オフセットを抑制し、両端のスロットのｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの出力電圧の低下を抑制するため、両端のスロットにおける角度検出精度が向上するという効果がある。   According to the present invention, the offset is suppressed, and the output voltage of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots at both ends is suppressed from being lowered, so that the angle detection accuracy in the slots at both ends is improved. .

以下、本発明による円弧型角度センサ及び円弧型角度センサの精度向上方法の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an arc-shaped angle sensor and an embodiment of a method for improving the accuracy of an arc-shaped angle sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, while attaching | subjecting the same code | symbol about the same location in each figure, the overlapping description is abbreviate | omitted.

図１は本実施形態の円弧型角度センサ及び円弧型角度センサの精度向上方法を示した図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態の円弧型角度センサは、電磁鋼板により形成され、円弧状に回動するロータ１０と、ロータ１０が回動する円弧に沿って湾曲し、この円弧に沿ってロータ１０に対向して一列に設けられた複数のスロット３０を有するステータ２０と、を備える。   FIG. 1 is a diagram showing an arc-shaped angle sensor and a method for improving the accuracy of the arc-shaped angle sensor of the present embodiment. As shown in FIG. 1 (a), the arc-shaped angle sensor of the present embodiment is formed of an electromagnetic steel plate, and is curved along a rotor 10 that rotates in an arc shape and an arc that the rotor 10 rotates. And a stator 20 having a plurality of slots 30 provided in a row facing the rotor 10 along an arc.

スロット３０にはコイル４０が巻回されている。このコイル４０は、隣り合うスロット３０において互いに逆巻きになるように巻回され、電流により磁界を生成する励磁コイル４２と、検出コイル４１と、を備える。   A coil 40 is wound around the slot 30. The coil 40 includes an exciting coil 42 that is wound in an adjacent slot 30 so as to be reversely wound and generates a magnetic field by an electric current, and a detection coil 41.

検出コイル４１は、端から一つ置きのスロット３０に巻回されたｓｉｎ波検出用コイルと、ｓｉｎ波検出用コイルが巻回されていないスロット３０に巻回されたｃｏｓ波検出用コイルと、を備える。   The detection coil 41 includes a sin wave detection coil wound around every other slot 30 from the end, a cos wave detection coil wound around the slot 30 where the sin wave detection coil is not wound, Is provided.

励磁コイル４２に励磁信号ｓｉｎωｔを励磁した場合、ロータ１０がスロット３０に近づくと、ロータ１０のホームポジションからのロータ１０までの角度をθとするとき、ｓｉｎ波検出コイルからはｓｉｎθｓｉｎωｔ、ｃｏｓ波検出コイルからはｃｏｓθｓｉｎωｔの信号が生じる。Ｒ／Ｄコンバータはこのｓｉｎθｓｉｎωとｃｏｓθｓｉｎωｔの組み合わせからθを判定する。   When the excitation signal sin ωt is excited in the excitation coil 42, when the rotor 10 approaches the slot 30, the angle from the home position of the rotor 10 to the rotor 10 is θ, and the sin wave detection coil detects sin θ sin ωt and cos wave. A signal of cos θ sin ωt is generated from the coil. The R / D converter determines θ from the combination of sin θ sin ω and cos θ sin ωt.

さらに、本実施形態の円弧型角度センサは両端のスロット３０を除くスロット３０に、励磁コイル４２とは逆巻きに巻回され、電流により磁界を生成する副コイル４３を備える。   Further, the arc-shaped angle sensor of the present embodiment includes a sub-coil 43 that is wound around the slots 30 except for the slots 30 at both ends in a direction opposite to the exciting coil 42 and generates a magnetic field by an electric current.

励磁コイル４２とは逆巻きに巻回するとは、励磁コイル４２がＣＷ（時計回り：正転）に巻回されているとき副コイル４３は逆のＣＣＷ（反時計回り：逆転）に巻回し、励磁コイル４２がＣＣＷに巻回されているとき副コイル４３はＣＷに巻回する、ことを意味する。   When the exciting coil 42 is wound in the CW (clockwise: forward rotation) direction, the auxiliary coil 43 is wound in the reverse CCW (counterclockwise: reverse rotation) and excited. This means that when the coil 42 is wound around the CCW, the auxiliary coil 43 is wound around the CW.

両端のスロットにｓｉｎ波検出用コイルとｃｏｓ波検出用コイルをそれぞれ巻回すると、ｓｉｎ波検出用コイルとｃｏｓ波検出用コイルからの出力電圧は上述のオフセットを生じる。ここで、副コイル４３には、オフセットした方向と逆の磁界を発生させるように巻回することにより、オフセットを抑制することが可能となる。   When the sin wave detection coil and the cos wave detection coil are wound around the slots at both ends, the output voltages from the sin wave detection coil and the cos wave detection coil cause the above-described offset. Here, it is possible to suppress the offset by winding the sub coil 43 so as to generate a magnetic field opposite to the offset direction.

さらに、本実施形態の円弧型角度センサは両端のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数を、両端以外のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数より多くする。   Furthermore, the arc-shaped angle sensor of the present embodiment uses the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots 30 at both ends, and the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots 30 other than both ends. Do more.

多くする巻数は、磁束の漏れを相殺するのに十分なターン数を巻回することが望ましい。具体的には、両端のスロット以外の検出用コイルの巻数が１００ターンであり、両端のスロットの検出用コイルの出力低下率が４％であるとき、多くする巻数は２ターン以上１０ターン以下が望ましく、より望ましくは４ターンである。   It is desirable to increase the number of turns to be a sufficient number of turns to cancel out the leakage of magnetic flux. Specifically, when the number of turns of the detection coil other than the slots at both ends is 100 turns, and the output reduction rate of the detection coil at the slots at both ends is 4%, the number of turns to be increased is 2 to 10 turns. Desirable, more preferably 4 turns.

両端のスロット３０におけるｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルは、隣に逆巻きのｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルが存在しないため、磁束が漏れる。このため、両端のスロット３０におけるｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの出力電圧が低下する。そこで、この低下分だけ両端のスロット３０におけるｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルを多く巻回し、出力電圧の低下を抑制する。   Since the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots 30 at both ends do not have a reversely wound sin wave detection coil and a cos wave detection coil adjacent to each other, the magnetic flux leaks. For this reason, the output voltages of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots 30 at both ends are lowered. Therefore, the sine wave detection coil and the cosine wave detection coil in the slots 30 at both ends are wound as much as this decrease to suppress the decrease in the output voltage.

ここで、各コイルの巻数について説明する。本実施形態の円弧型角度センサにおいては、ｎをスロット３０の数、Ｅを両端のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数、Ｓを副コイル４３の巻数、Ｍを両端以外のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数、ｋを任意の自然数とするとき、
Ｅ＝Ｍ＋ｋ
Ｓ＝Ｅ／｛（ｎ−２）／２｝
であることを特徴とする。 Here, the number of turns of each coil will be described. In the arc-shaped angle sensor of this embodiment, n is the number of slots 30, E is the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots 30 at both ends, S is the number of turns of the subcoil 43, and M is both ends. When the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slot 30 other than the slot 30 is an arbitrary natural number,
E = M + k
S = E / {(n-2) / 2}
It is characterized by being.

例えば、スロット３０の数が１０であり、両端以外のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数が１００ターンであり、両端のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数が１０４ターンであるとする。このとき副コイル４３の巻数は、２６ターンとなる。   For example, the number of slots 30 is 10, the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots 30 other than both ends is 100 turns, and the sin wave detection coil and the cos wave detection in the slots 30 at both ends are detected. It is assumed that the number of turns of the coil for use is 104 turns. At this time, the number of turns of the auxiliary coil 43 is 26 turns.

以上述べたように、本実施形態の円弧型角度センサ及び円弧型角度センサの精度向上方法は、両端のスロット３０を除くスロット３０に、電流により磁界を生成する副コイル４３を備え、両端のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数を、両端以外のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの巻数より多くした。このため、本実施形態の円弧型角度センサ及び円弧型角度センサの精度向上方法は、オフセットを抑制し、両端のスロット３０のｓｉｎ波検出用コイル及びｃｏｓ波検出用コイルの出力電圧の低下を抑制し、両端のスロットにおける角度検出精度が向上するという効果がある。   As described above, the arc-shaped angle sensor and the method for improving the accuracy of the arc-shaped angle sensor according to the present embodiment include the auxiliary coil 43 that generates a magnetic field by current in the slots 30 except for the slots 30 at both ends, and the slots at both ends. The number of turns of the 30 sin wave detection coils and the cos wave detection coil was made larger than the number of turns of the sin wave detection coils and the cos wave detection coils of the slots 30 other than both ends. Therefore, the arc-shaped angle sensor and the method for improving the accuracy of the arc-shaped angle sensor according to the present embodiment suppress the offset and suppress the decrease in the output voltage of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots 30 at both ends. In addition, the angle detection accuracy in the slots at both ends is improved.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本実施形態の円弧型角度センサを示した図である。It is the figure which showed the circular arc type angle sensor of this embodiment. スロットの数が１０である円弧型角度センサを示した図である。It is the figure which showed the circular arc type angle sensor whose number of slots is ten. 両端のスロットに検出用コイルを巻回した場合を示した図である。It is the figure which showed the case where the coil for a detection was wound around the slot of both ends.

符号の説明Explanation of symbols

１０：ロータ、
２０：ステータ、
３０：スロット、
４０：コイル、
４１：検出コイル、
４２：励磁コイル、
４３：副コイル。 10: Rotor,
20: stator,
30: Slot,
40: coil,
41: detection coil,
42: Excitation coil,
43: Secondary coil.

Claims (4)

電磁鋼板により形成され、円弧状に回動するロータと、
前記ロータが回動する円弧に沿って湾曲し、前記円弧に沿って前記ロータに対向して一列に設けられた複数のスロットを有するステータと、
隣り合う前記スロットにおいて互いに逆巻きになるように巻回され、電流により磁界を生成する励磁コイルと、
端から一つ置きの前記スロットに巻回されたｓｉｎ波検出用コイルと、
前記ｓｉｎ波検出用コイルが巻回されていないスロットに巻回されたｃｏｓ波検出用コイルと、
両端のスロットを除く前記スロットに、前記励磁コイルとは逆巻きに巻回され、電流により磁界を生成する副コイルと、
を備えることを特徴とする円弧型角度センサ。 A rotor formed of an electromagnetic steel plate and rotated in an arc shape;
A stator that has a plurality of slots that are curved along an arc in which the rotor rotates, and that are provided in a row in opposition to the rotor along the arc;
An exciting coil that is wound so as to be reversely wound in the adjacent slots and generates a magnetic field by an electric current;
A sin wave detection coil wound around every other slot from the end;
A cos wave detection coil wound in a slot in which the sin wave detection coil is not wound;
In the slot excluding the slots at both ends, a secondary coil that is wound in a reverse direction to the excitation coil and generates a magnetic field by current,
An arc-shaped angle sensor comprising: 両端の前記スロットの前記ｓｉｎ波検出用コイル及び前記ｃｏｓ波検出用コイルの巻数を、両端以外の前記スロットの前記ｓｉｎ波検出用コイル及び前記ｃｏｓ波検出用コイルの巻数より多くしたことを特徴とする、請求項１記載の円弧型角度センサ。   The number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slot at both ends is greater than the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slot other than both ends. The arc-shaped angle sensor according to claim 1. ｎを前記スロットの数、Ｅを両端の前記スロットの前記ｓｉｎ波検出用コイル及び前記ｃｏｓ波検出用コイルの巻数、Ｓを副コイルの巻数、とするとき、
副コイルの巻き数Ｓは、
Ｓ＝Ｅ／｛（ｎ−２）／２｝
であることを特徴とする、請求項２記載の円弧型角度センサ。 When n is the number of slots, E is the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil of the slots at both ends, and S is the number of turns of the sub-coil,
The number of turns S of the secondary coil is
S = E / {(n-2) / 2}
The arc-shaped angle sensor according to claim 2, wherein 電磁鋼板により形成され、円弧状に回動するロータと、
前記ロータが回動する円弧に沿って湾曲し、前記円弧に沿って前記ロータに対向して一列に設けられた複数のスロットを有するステータと、
隣り合う前記スロットにおいて互いに逆巻きになるように巻回され、電流により磁界を生成する励磁コイルと、
端から一つ置きの前記スロットに巻回されたｓｉｎ波検出用コイルと、
前記ｓｉｎ波検出用コイルが巻回されていないスロットに巻回されたｃｏｓ波検出用コイルと、を備える円弧型角度センサであって、
両端のスロットを除く前記スロットに、前記励磁コイルとは逆巻きに巻回された副コイルを設けることにより、両端以外の前記スロットの前記ｓｉｎ波検出用コイル及び前記ｃｏｓ波検出用コイルの出力電圧の増加を抑制し、
両端の前記スロットの前記ｓｉｎ波検出用コイル及び前記ｃｏｓ波検出用コイルの巻数を、両端以外の前記スロットの前記ｓｉｎ波検出用コイル及び前記ｃｏｓ波検出用コイルの巻数より多くすることにより、両端の前記スロットの前記ｓｉｎ波検出用コイル及び前記ｃｏｓ波検出用コイルの出力電圧の低下を抑制する、
ことを特徴とする、円弧型角度センサ。 A rotor formed of an electromagnetic steel plate and rotated in an arc shape;
A stator that has a plurality of slots that are curved along an arc in which the rotor rotates, and that are provided in a row in opposition to the rotor along the arc;
An exciting coil that is wound so as to be reversely wound in the adjacent slots and generates a magnetic field by an electric current;
A sin wave detection coil wound around every other slot from the end;
An arc-shaped angle sensor comprising: a cos wave detection coil wound in a slot in which the sin wave detection coil is not wound;
By providing a sub-coil wound in the opposite direction to the excitation coil in the slots except for the slots at both ends, the output voltages of the sin wave detecting coil and the cos wave detecting coil in the slots other than both ends Suppress the increase,
By increasing the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots at both ends than the number of turns of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil in the slots other than both ends, Suppressing a decrease in output voltage of the sin wave detection coil and the cos wave detection coil of the slot,
An arc-shaped angle sensor characterized by that.
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