JP5411084B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body.
近年、例えば自動車に搭載されるパワーステアリング装置やエアコンディショナなどでは、その駆動源となるモータとして、いわゆるブラシレスモータが使用されることが多い。このブラシレスモータは、一般に、永久磁石によって形成されるロータと、通電可能とされたコイルからなるステータとを有し、ステータに供給される電力に応じた電磁力をロータに作用させることでモータの回転軸を回転させるものである。そして、このブラシレスモータでは、通常、ロータの回転角度を検出する回転角度検出装置が設けられており、この回転角度検出装置を通じて検出されるロータの回転角度に基づいて上記ステータへの給電を制御し、これによってモータの回転軸の回転態様を制御するようにしている。 In recent years, for example, in a power steering device or an air conditioner mounted on an automobile, a so-called brushless motor is often used as a motor serving as a driving source. This brushless motor generally has a rotor formed of permanent magnets and a stator made of a coil that can be energized, and an electromagnetic force corresponding to the electric power supplied to the stator is applied to the rotor to cause the motor to move. The rotating shaft is rotated. The brushless motor is usually provided with a rotation angle detection device that detects the rotation angle of the rotor, and controls power feeding to the stator based on the rotation angle of the rotor detected through the rotation angle detection device. Thus, the rotation mode of the rotation shaft of the motor is controlled.
このようなロータ、あるいは回転軸等の回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この回転角度検出装置は、回転体と一体となって回転するパルスリングと、同パルスリングの外周面に対向して配置される励磁コイル、及び励磁コイルの内側に配置される検出コイルとを有している。ここで、パルスリングは磁性材料からなる部材であって、その回転方向に所定間隔で溝が形成されている。このように構成された回転角度検出装置では、励磁コイルによってパルスリングに渦電流を発生させ、当該渦電流により発生する磁束を検出コイルによって検出する。パルスリングには、所定間隔で溝が形成されているので、パルスリングが回転すると溝の有無によって渦電流に変化が生じる。この渦電流の変化に伴い、検出コイルで検出される磁束も変化する。この回転角度検出装置では、磁束の変化に応じて変化する検出コイルに誘起される電圧に基づいて、回転体（パルスリング）に形成された２つの溝間における回転角度を算出している。
As such a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a rotor or a rotation body such as a rotation shaft, for example, the one described in
特許文献１の回転角度検出装置では、パルスリングが回転した際に、パルスリングに形成された溝の有無により変化する磁界を検出することによって、回転角度の角度検出を行っている。しかし、この検出装置では、溝の間隔より小さい回転角度については、算出することができない。パルスリングの回転角度について、細かい角度まで検出するためには、溝を増やす必要があるが、溝を増やしすぎると、励磁コイルによってパルスリングに生じる渦電流が、常時溝に影響されることになる。すなわち、パルスリングに設けることのできる溝の数には限界がある。従って、特許文献１の回転角度検出装置では、パルスリングの回転角度を算出できる精度に限界あるため、この点について改善の余地があった。
In the rotation angle detection device of
本発明は、こうした実状を鑑みてなされたものであり、その目的は、励磁コイルを多重に形成して、渦電流を生じさせる領域を変化させることで、２つの溝間における回転体の回転角度を精度良く検出することを可能とした回転角度検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to form a rotation angle of a rotating body between two grooves by forming a plurality of exciting coils and changing a region where an eddy current is generated. It is an object of the present invention to provide a rotation angle detection device that can accurately detect.
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、導電性材料により円盤状に形成された回転体と、前記回転体の円盤面に交番磁界を付与することにより渦電流を発生させる複数の励磁コイルと、前記回転体の円盤面に発生した渦電流に起因して生じる磁界を検出する検出コイルとを備え、前記回転体の円盤面には、その回転方向に角度間隔をおいて複数の溝又は突部を設け、前記検出コイルを通じて検出される磁界の変化に基づいて前記溝又は突部の有無を検知することにより、前記回転体の回転方向において隣接する２つの前記溝又は突部間における回転角度を求める回転角度検出装置であって、前記励磁コイルは、前記回転体に生じさせる前記渦電流の領域を可変するために、個別に通電される径の異なる複数のコイルが同心円上に配設されてなることを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
この種の回転角度検出装置では、溝又は突部の数を増やすほど回転体の回転角度を細かい単位まで算出可能となる。しかしながら、溝又は突部の数を増やしすぎると、励磁コイルにより回転体の円盤面に生じる渦電流は、常に溝又は突部に影響されることになるので、溝又は突部の数を増やすのには限界がった。すなわち、回転体の回転角度の算出精度には限界があった。この点、同構成によれば、励磁コイルは、径の異なる複数の同心円上に配設されたコイルからなる。励磁するコイルを切り替えることにより、励磁コイルは、回転体に生じさせる渦電流の領域を可変させることができる。このため、回転体の溝又は突部の位置が同じ位置であったとしても、径の異なる複数の径を有するコイルのうちどのコイルを励磁させるかによって、渦電流が溝又は突部の影響を受けたり受けなかったりする。この影響の有無は、検出コイルに誘起される交流電圧の大きさにより分かる。渦電流が溝又は突部の影響を受けない場合は、励磁した特定のコイルの中心と溝又は突部とが、励磁した特定のコイルの半径分は離れているということである。また、渦電流が溝又は突部の影響を受ける場合は、励磁した特定のコイルの直下に溝又は突部が存在するということである。回転体と励磁コイルとの中心間距離、及び励磁コイルを構成する複数のコイルのそれぞれの半径の大きさは既知である。従って、溝が検出されたとき、励磁した特定のコイルと回転体との中心間距離と、同励磁した特定のコイルの半径の大きさとから、隣接する溝又は突部間における回転体の回転角度を精度良く検出することができる。 In this type of rotation angle detection device, the rotation angle of the rotating body can be calculated in finer units as the number of grooves or protrusions is increased. However, if the number of grooves or protrusions is increased too much, the eddy current generated on the disk surface of the rotating body by the exciting coil will always be affected by the grooves or protrusions. There was a limit. That is, there is a limit to the calculation accuracy of the rotation angle of the rotating body. In this regard, according to the same configuration, the exciting coil is composed of coils arranged on a plurality of concentric circles having different diameters. By switching the coil to be excited, the exciting coil can vary the eddy current region generated in the rotating body. For this reason, even if the position of the groove or the protrusion of the rotating body is the same position, the eddy current affects the influence of the groove or the protrusion depending on which of the coils having a plurality of different diameters is excited. Receive or not. The presence or absence of this influence can be recognized by the magnitude of the AC voltage induced in the detection coil. When the eddy current is not affected by the groove or the protrusion, it means that the center of the excited specific coil and the groove or the protrusion are separated by the radius of the excited specific coil. Further, when the eddy current is affected by the groove or the protrusion, it means that the groove or the protrusion exists immediately below the specific coil that is excited. The distance between the centers of the rotating body and the exciting coil and the size of each of the plurality of coils constituting the exciting coil are known. Therefore, when a groove is detected, the rotation angle of the rotating body between adjacent grooves or protrusions is calculated from the distance between the centers of the excited specific coil and the rotating body and the radius of the excited specific coil. Can be detected with high accuracy.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度検出装置において、前記検出コイルは、前記励磁コイルと同心円上に設けられてなることを要旨とする。
同構成によれば、検出コイルは、前記渦電流によって前記回転体から発せられる磁界を好適に検出することができる。
The gist of a second aspect of the present invention is the rotation angle detection device according to the first aspect, wherein the detection coil is provided concentrically with the excitation coil.
According to this configuration, the detection coil can suitably detect the magnetic field generated from the rotating body by the eddy current.
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転角度検出装置において、前記複数の励磁コイルのうち少なくとも２つは、前記回転体の回転軸を間に挟んで設け、これら励磁コイルの角度間隔は、円盤面に形成される溝又は突部の角度間隔の整数倍と異なることを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the rotation angle detecting device according to the first or second aspect, at least two of the plurality of excitation coils are provided with the rotation shaft of the rotating body interposed therebetween, and these excitation coils The gist of the present invention is that the angular interval between the coils is different from an integral multiple of the angular interval between the grooves or protrusions formed on the disk surface.
２つの励磁コイルから出力される信号が一致する場合、隣接する溝又は突部間における回転角度は、どちらの溝又は突部からの回転角度であるか、換言すれば、ある特定の励磁コイルが、ある特定の溝に対して左右どちら側にあるかを特定することが困難となる。そこで、同構成によれば、２つの検出コイルは、溝又は突部の角度間隔の整数倍と異なる様に配設されることにより、各検出コイルから出力される信号には、ずれが生じる。これにより、ある特定の励磁コイルが、ある特定の溝に対して左右どちら側にあるかを特定することができるので、隣接する溝又は突部間における回転体の回転角度を精度良く検出することができる。 If the signals output from two excitation coils match, the rotation angle between adjacent grooves or protrusions is the rotation angle from which groove or protrusion, in other words, a specific excitation coil is Therefore, it is difficult to specify the left or right side of a specific groove. Therefore, according to the same configuration, the two detection coils are arranged so as to be different from an integral multiple of the angular interval between the grooves or the protrusions, thereby causing a shift in the signal output from each detection coil. As a result, it is possible to specify whether a specific excitation coil is on the left or right side with respect to a specific groove, so that the rotation angle of the rotating body between adjacent grooves or protrusions can be accurately detected. Can do.
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角度検出装置において、前記回転体の回転軸方向からみた場合、前記励磁コイルが、前記回転体の回転方向において隣接する前記溝又は突部間の中間に位置するとき、前記溝又は突部が最外側に配置されるコイルの接線となるように同コイルの外径が設定されてなることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to any one of the first to third aspects, when viewed from the rotational axis direction of the rotating body, the excitation coil is in the rotational direction of the rotating body. The outer diameter of the coil is set so that the groove or the protrusion becomes a tangent to the coil arranged on the outermost side when positioned in the middle between the adjacent grooves or protrusions in FIG. .
励磁コイルに複数のコイルを用いた回転角度検出装置の場合、隣接する溝又は突部間の回転角度を検出する際、外側に配設されたコイルの励磁を通じて回転体に発生する渦電流が溝又は突部の影響を受けることを検知することにより、溝又は突部が内側に配設されたコイルの半径分は離れており且つ外側に配設されたコイルの半径分は離れていないことを検知する。すなわち、溝又は突部の影響を受けなければ、回転体の回転角度を検出することができない。しかし、同構成によれば、最外側に配置されたコイルから回転体に生じさせた渦電流が、溝又は突部の影響を受けなければ、励磁コイルが溝又は突部の中間に位置していることを検出することができる。なぜならば、励磁コイルが溝又は突部の中間に位置している場合でしか、最外側に配置されたコイルから回転体に生じさせた渦電流が、溝又は突部の影響を受けない状況にないからである。つまり、このように構成することにより、最外側に配置されたコイルの更に外側にコイルを設けなくとも、回転体の回転角度を検出することができるので、その分、複数のコイルから構成される励磁コイルを小型化することができる。 In the case of a rotation angle detection device using a plurality of coils as the excitation coil, when detecting the rotation angle between adjacent grooves or protrusions, eddy currents generated in the rotating body through excitation of the coils disposed on the outside are grooves. Or, by detecting the influence of the protrusion, it is confirmed that the radius of the coil disposed inside the groove or the protrusion is separated and the radius of the coil disposed outside is not separated. Detect. That is, the rotation angle of the rotating body cannot be detected without being affected by the groove or the protrusion. However, according to the same configuration, if the eddy current generated in the rotating body from the outermost coil is not affected by the groove or the protrusion, the exciting coil is positioned in the middle of the groove or the protrusion. Can be detected. This is because the eddy current generated in the rotating body from the coil arranged on the outermost side is not affected by the groove or protrusion only when the exciting coil is located in the middle of the groove or protrusion. Because there is no. That is, by configuring in this way, the rotation angle of the rotating body can be detected without providing a coil further outside the coil arranged on the outermost side. The exciting coil can be reduced in size.
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置において、前記励磁コイルは、複数の径を有するコイルが互いに等間隔に配置されてなることを要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to any one of the first to fourth aspects, the excitation coil is formed by arranging coils having a plurality of diameters at equal intervals. The gist.
同構成によれば、コイル数に起因する検出可能な回転角度のサンプリング間隔が、一定間隔となる。すなわち、回転方向において一定の角度間隔で、隣接する溝又は突部間における回転体の回転角度を検出することができる。 According to this configuration, the sampling interval of the detectable rotation angle caused by the number of coils is a constant interval. That is, the rotation angle of the rotating body between adjacent grooves or protrusions can be detected at a constant angular interval in the rotation direction.
本発明では励磁コイルを多重に形成して、渦電流を生じさせる領域を変化させることで、回転体の２つの溝間における回転角度を精度良く検出することを可能とした回転角度検出装置を提供することができる。 The present invention provides a rotation angle detection device capable of accurately detecting the rotation angle between two grooves of a rotating body by forming multiple excitation coils and changing the region where eddy current is generated. can do.
以下、本発明にかかる回転角度検出装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示されるように、ブラシレスモータ１０のモータ軸１１には、同モータ軸１１と一体回転する回転体２０が設けられている。この回転体２０は導電性材料からなり円盤状をなす。図２に示すように、回転体２０の右面には、径方向に延びる６本の溝Ｄが形成されている。溝Ｄは、回転体２０の回転方向に一定の角度間隔（本例では６０°）をおいて設けられている。
Hereinafter, an embodiment of a rotation angle detection device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the motor shaft 11 of the
図１に示すように、回転体２０右方には、２つの渦電流探傷センサ３０，４０が設けられている。渦電流探傷センサ３０，４０は、回転体２０の右面に対向している。渦電流探傷センサ３０，４０は、モータ軸１１を間に挟んで反対側に設けられている。図２に示すように、回転体２０の軸方向から見て、各渦電流探傷センサ３０，４０の中心Ｏ１，Ｏ２とモータ軸１１の中心Ｏとの距離（中心間距離）は、距離ｒに設定されている。また、モータ軸１１の上側に設けられる渦電流探傷センサ３０の位置を回転体２０の軸心（モータ軸１１）に対して０°とすると、モータ軸１１の下側の渦電流探傷センサ４０は、２２５°（６０°×４−１５°（＝６０°／４））の位置に設けられる。すなわち、渦電流探傷センサ４０は、溝間隔（ここでは６０°）に対して４分の１周期だけ反時計方向へずらした位置（−１５°）に配置される。
As shown in FIG. 1, two eddy current
図３に示すように、渦電流探傷センサ３０は、励磁コイル３１とこれの内側に同軸上に設けられる検出コイル３２とにより構成され、それらの軸方向が、回転体２０の円盤面（右面）に対して垂直方向（モータ軸１１の軸方向と同一）となるように設けられている。励磁コイル３１は、交流電圧の供給に基づいて回転体２０の円盤面に対して交番磁界を印加して、当該円盤面に渦電流を発生させる。これに対して、検出コイル３２は、渦電流によって生じる磁界（交番磁界）により誘起される交流電圧を出力する。検出コイル３２に誘起される交流電圧は、回転体２０の回転に伴う溝Ｄの有無により変化する。
As shown in FIG. 3, the eddy current
励磁コイル３１は、７重のコイルから構成される。なお、図３では、各コイルの外側の輪郭線を模式的に図示してある。励磁コイル３１は、検出コイル３２（中心Ｏ１）側から励磁コイル３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３１ｇの順番で等間隔に配設され、それぞれ制御装置１２（図１参照）に接続されている。各励磁コイル３１ａ〜３１ｇの半径は、それぞれ半径Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ，Ｌｇに設定されている。最外側に設けられる励磁コイル３１ｇの半径Ｌｇは、溝Ｄの間隔と対応するように設定されている。すなわち、図２に示すように、回転体２０の軸方向から見て、渦電流探傷センサ３０の中心Ｏ１が２つの溝Ｄの中間に位置する場合、励磁コイル３１ｇは、その周面が２つの溝Ｄと接触した状態となる。本例では、励磁コイル３１ｇは、回転方向において隣り合う２つの溝ＤのＯ側の部分に接する。なお、渦電流探傷センサ４０は、渦電流探傷センサ３０と同じ構成とされる。
The
図１に示すように、各渦電流探傷センサ３０，４０は、制御装置１２と電気的に接続されている。制御装置１２は、各励磁コイル３１，４１への交流電圧の供給制御を行う。すなわち、制御装置１２は、励磁コイル３１ａ〜３１ｇ，４１ａ〜４１ｇにそれぞれ交流電圧を供給する。制御装置１２には、交流電圧を供給する励磁コイル３１ａ〜３１ｇ，４１ａ〜４１ｇを特定するための図示しないカウント装置が内蔵されている。制御装置１２は、カウント回数Ｔに基づいて、各励磁コイル３１ａ〜３１ｇ，４１ａ〜４１ｇへの交流電圧の供給をそれぞれ制御する。カウント回数Ｔ＝１のときは、励磁コイル３１ａ（４１ａ）に、カウント回数Ｔ＝２のときは、励磁コイル３１ｂ（４１ｂ）に、…、カウント回数Ｔ＝７のときは、励磁コイル３１ｇ（４１ｇ）に交流電圧を供給する。制御装置１２は、各検出コイル３２，４２に誘起される交流電圧に基づき、回転体２０、すなわちモータ軸１１の回転角度の検出を行う。また、制御装置１２は、検出されるモータ軸１１の回転角度に基づき、モータ１０を制御する。
As shown in FIG. 1, each eddy current
次に、回転体２０に設けられる溝Ｄの検出原理について説明する。ここでは、渦電流探傷センサ３０について代表的に説明する。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）には、図が複雑になるのを防ぐために、励磁コイル３１の励磁コイル３１ａのみ示すものとする。
Next, the detection principle of the groove | channel D provided in the
図４（ａ）に示すように、この渦電流探傷センサ３０では、一定の周波数の交流電圧の供給を通じて励磁コイル３１ａが交番磁界を被検出体（ここでは、回転体２０）に付与する。これによって回転体２０の表面には渦電流Ｉｗが発生する。検出コイル３２は、渦電流Ｉｗによって誘起される交番磁界と、励磁コイル３１ａに供給される交流電圧によって誘起される交番磁界との合成磁界により、交流電圧が誘起される。
As shown in FIG. 4 (a), in this eddy current
図４（ｂ）に示すように、回転体２０が回転して、渦電流探傷センサ３０の直下に溝Ｄが存在している場合には、渦電流Ｉｗの一部は溝Ｄによって遮断される。すなわち、渦電流Ｉｗが好適に流れる面積が減少する。渦電流Ｉｗによって生じる磁界の強さは、渦電流Ｉｗが流れる面積の大きさに比例する。従って、図４（ｂ）に示す状況では、検出コイル３２に誘起される交流電圧（振幅）は、溝Ｄのない図４（ａ）に示す状況よりも小さくなる。このように、渦電流探傷センサ３０では、溝Ｄの有無を、検出コイル３２に誘起される交流電圧の変化によって検出することができる。
As shown in FIG. 4B, when the
図５（ａ）〜（ｇ）に、各渦電流探傷センサ３０の直下又はその近傍に溝Ｄが無い場合において、制御装置１２から各励磁コイル３１ａ〜３１ｇにそれぞれ交流電圧を供給した際に検出コイル３２に誘起される交流電圧の波形を示す。図５（ａ）は励磁コイル３１ａに、図５（ｂ）は励磁コイル３１ｂに、…、図５（ｇ）は励磁コイル３１ｇにそれぞれ対応している。図５（ａ）〜（ｇ）に示すように、検出コイル３２に誘起される交流電圧（振幅）の大きさは、励磁コイル３１ａ〜３１ｇの面積（半径）の大きさに比例する。
5A to 5G, when there is no groove D directly below or in the vicinity of each eddy current
ここで、渦電流探傷センサ３０の直下又はその近傍に溝Ｄが存在している場合には、検出コイル３２に誘起される交流電圧の大きさが、本来の励磁コイル３１ａ〜３１ｇの半径の大きさに比例したものにならない。例えば、励磁コイル３１ｅの直下に溝Ｄがある場合、検出コイル３２に誘起される交流電圧は、本来であれば、図５（ｅ）に示す波形となるところが、図５（ｄ）に示す波形となる。また、渦電流探傷センサ３０の中心Ｏ１の直下に溝Ｄがある場合には、検出コイル３２に誘起される交流電圧は、ほぼ０（零）になる。なお、渦電流探傷センサ４０においても同様にして溝Ｄの検出が可能である。
Here, when the groove D exists immediately below or in the vicinity of the eddy current
次に、各渦電流探傷センサ３０，４０の中心線と溝Ｄとの角度の検出原理について説明する。ここでは、渦電流探傷センサ３０について代表的に説明する。
制御装置１２は、各励磁コイル３１ａ〜３１ｇの半径Ｌａ〜Ｌｇを記憶している。また、渦電流探傷センサ３０の中心Ｏ１と回転体２０の中心Ｏとの距離ｒは一定に保たれる。今、図６に示す状況、すなわち、溝Ｄは、励磁コイル３１ｅの直下にあり且つ励磁コイル３１ｄの直下にない場合を想定する。なお、図６では、図３と同様に、励磁コイル３１ｄ，３１ｅの外側の輪郭線を模式的に図示してある。この場合、制御装置１２から交流電圧が供給された励磁コイル３１ｄは、回転体２０の表面に渦電流Ｉｗを発生させる。この渦電流Ｉｗは、溝Ｄの影響を受けない。従って、検出コイル３２に誘起される交流電圧は、通常通り図５（ｄ）に示す波形を示す。次に、制御装置１２が励磁コイル３１ｅに交流電圧を供給すると、これによって回転体２０の表面に発生する渦電流Ｉｗの一部は、溝Ｄによってその流れが遮断される。従って、励磁コイル３１ｅによって回転体２０の表面に発生する渦電流Ｉｗの面積は、通常の場合、すなわち溝Ｄの影響を受けない場合よりも小さくなる。よって、この場合における検出コイル３２に誘起される交流電圧は、電圧値が低い波形、例えば図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す波形となる。
Next, the principle of detecting the angle between the center line of each eddy current
The
制御装置１２は、検出コイル３２に誘起される交流電圧に基づいて、溝Ｄが、励磁コイル３１ｅの直下にあり且つ励磁コイル３１ｄの直下にない状況であることを認識する。すなわち、制御装置１２は、渦電流探傷センサ３０の中心が、溝Ｄから励磁コイル３１ｄの半径Ｌｄだけ離れていることを認識する。制御装置１２には、式１が記憶されている。制御装置１２は、この式１に励磁コイル３１ｄの半径Ｌｄを代入することで、回転体２０の角度検出を行う。
Based on the AC voltage induced in the
θ＝ｓｉｎ−１（Ｌ／ｒ）・・・（１）
式１において、θは、回転体２０の回転角度を示す。Ｌは、励磁コイルの半径を示す。ｒは、回転体２０の中心Ｏと渦電流探傷センサ３０，４０の中心Ｏ１，Ｏ２との距離を示す。
θ = sin −1 (L / r) (1)
In
制御装置１２は、渦電流探傷センサ４０の検出結果からも渦電流探傷センサ３０の場合と同様にして回転体２０の回転角度を算出する。渦電流探傷センサ４０は、渦電流探傷センサ３０に対して２２５°（溝Ｄの角度間隔に対して４分の１周期）ずれて配置されている。このため、図７に示すように、渦電流探傷センサ３０における回転体２０回転角度と半径Ｌとの関係は、渦電流探傷センサ４０における回転体２０回転角度と半径Ｌとの関係と異なる。すなわち、両関係を示す三角波状の波形は、互いに位相が１５°（１／４周期）ずれたものとなる。これにより、溝Ｄの角度間隔（６０°）の範囲内において、２つの波形の値の組み合わせは、回転体２０の回転角度に対して１対１で対応する。従って、制御装置１２は、この２つの渦電流探傷センサ３０，４０から得られる波形のずれを利用して溝Ｄの間隔（６０°）の範囲内における回転体２０の回転角度を特定することが可能となる。渦電流探傷センサ３０，４０の励磁コイル３１，４１は、７重コイルを採用しているため、制御装置１２は、コイル数に応じた分解能（サンプリング間隔）で、回転体２０における回転角度を算出することができる。
The
なお、渦電流探傷センサ３０の最外側に配設される励磁コイル３１ｇは、溝Ｄの間隔に合わせて、その半径Ｌｇが設定されている。このため、制御装置１２は、励磁コイル３１ｇに交流電圧を供給したときに、検出コイル３２に誘起される交流電圧が通常の状態である場合には、この半径Ｌｇをそのまま式１に適用して、回転体２０の回転角度（３０°）を算出する。
The excitation coil 31g disposed on the outermost side of the eddy current
次に、制御装置１２におけるモータ制御に係る一連の処理手順を図８に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローは、図示しない電源電圧が供給されて制御装置１２が駆動されたときに実行される。なお、以下、渦電流探傷センサ３０に代表して説明するが、制御装置１２は、渦電流探傷センサ４０についても、渦電流探傷センサ３０と同様の処理を行う。
Next, a series of processing procedures related to motor control in the
図８に示すように、制御装置１２は、モータ１０に電源電圧を供給して、モータ軸１１を回転させる（ステップＳ１）。次に、制御装置１２は、励磁コイル３１ａ〜３１ｇのいずれに交流電圧を供給するかを決定するためのカウント回数Ｔを設定する（ステップＳ２）。カウント回数Ｔは、このステップＳ２を経た回数Ｔ（１，２，…７）に対応する。カウント回数Ｔは、所定の制御周期毎に１ずつインクリメントされる。カウント回数Ｔは初期値として０が設定されている。すなわち、このステップＳ２では、カウント回数Ｔ＝１となってその後の制御処理が開始される。
As shown in FIG. 8, the
制御装置１２は、カウント回数Ｔに対応する励磁コイル３１に交流電圧を供給して、回転体２０の表面に渦電流Ｉｗを発生させる（ステップＳ３）。制御装置１２は、励磁コイル３１から生じる磁界と渦電流Ｉｗにより生じる磁界との合成磁界によって、検出コイル３２に誘起された交流電圧を検出する（ステップＳ４）。そして、制御装置１２は、検出コイル３２に誘起された交流電圧（振幅）が、カウント回数Ｔに対応する励磁コイル３１を励磁した場合の通常時（溝Ｄが無い場合）のものと対応しているか否かを判断する（ステップＳ５）。
The
検出コイル３２に誘起された交流電圧（振幅）が、カウント回数Ｔに対応する励磁コイル３１を励磁した場合の通常時のものに対応していない旨判断した場合（ステップＳ５でＮＯ）、制御装置１２は、溝Ｄが存在するとして式１を利用して回転体２０の回転角度を算出する（ステップＳ６）。制御装置１２は、ステップＳ６で得た算出結果、すなわち、ロータ位置に基づきステータ（図示省略）への通電を制御する。（ステップＳ７）。そして、制御装置１２は、カウント回数Ｔの値をクリア（Ｔ＝０）として（ステップＳ８）、この一連の処理を終了する。
When it is determined that the AC voltage (amplitude) induced in the
ステップＳ５において、検出コイル３２に誘起された交流電圧（振幅）が、カウント回数Ｔに対応する励磁コイル３１を励磁した場合の通常時のものと対応している旨判断した場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、制御装置１２は、カウント回数Ｔ＝７であるか否かを判断する（ステップＳ９）。カウント回数Ｔ＝７である場合には（ステップＳ９でＹＥＳ）、制御装置１２は、ステップＳ６にその処理を移行する。
In step S5, when it is determined that the AC voltage (amplitude) induced in the
ステップＳ８において、カウント回数Ｔ＝７でない場合（ステップＳ９でＮＯ）、制御装置１２は、ステップＳ２にその処理を移行する。制御装置１２は、カウント回数Ｔを１だけインクリメントしてステップＳ３以降の処理を前述と同様にして実行する。この制御装置１２における一連の処理は、制御装置１２が駆動される間、繰り返し実行される。
In step S8, when the count number T is not 7 (NO in step S9), the
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）励磁コイル３１，４１は、同心円上に配設された径の異なる複数の励磁コイル３１ａ〜３１ｇ，４１ａ〜４１ｇからなる。従って、励磁コイル３１，４１は、励磁するコイルを切換えることにより、回転体２０に生じさせる渦電流Ｉｗの領域を可変させることができる。このため、回転体２０の溝Ｄの位置が同じ位置であったとしても、励磁コイル３１，４１のどの励磁コイル３１ａ〜３１ｇ，４１ａ〜４１ｇが励磁されるかによって、渦電流Ｉｗが溝Ｄの影響を受けたり受けなかったりする。渦電流Ｉｗが溝Ｄの影響を受けない場合は、励磁コイル３１，４１の中心と溝Ｄとが、励磁したコイルの半径分は離れているということである。また、渦電流Ｉｗが溝Ｄの影響を受ける場合は、励磁コイル３１，４１の直下に溝Ｄが存在するということである。回転体２０と励磁コイル３１，４１との中心間距離ｒ、及び励磁コイル３１，４１それぞれの半径Ｌａ〜Ｌｇは既知である。従って、励磁コイル３１，４１特定のコイルに対応して溝Ｄが存在する旨判断されるとき、この特定のコイルと回転体２０の中心Ｏとの中心間距離ｒと励磁コイル３１，４１の半径Ｌａ〜Ｌｇとを式１に適用することにより得られる２つの角度の組合わせにより、隣接する溝Ｄ間における回転体２０の回転角度θ（絶対値）を精度良く検出することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The excitation coils 31 and 41 are composed of a plurality of excitation coils 31a to 31g and 41a to 41g having different diameters arranged on concentric circles. Therefore, the
なお、特許文献１の構成を用いて、回転角度の検出精度を上げようとする場合、溝の数を増やす必要があるが、その溝の間隔は、励磁コイルの大きさ（直径）よりも、広くとる必要がある。従って、この点において、回転角度の検出精度には、限界があった。本例のように、励磁コイル３１，４１を複数のコイルにより構成することにより、回転体２０の表面に生じさせる渦電流Ｉｗの面積を可変させることによって、回転体２０の回転角度を検出する場合、隣り合う溝間Ｄにおける回転体２０の回転角度については、励磁するコイルの数（７つ）だけ検出することが可能である。換言すれば、回転体２０に励磁するコイルの数を増やせば増やす分だけ、隣り合う溝Ｄ間における多くの回転角度の検出が可能になる。
In addition, when it is going to raise the detection accuracy of a rotation angle using the structure of
（２）検出コイル３２，４２は、励磁コイル３１，４１と同心円上且つ内側に設けられている。このため、検出コイル３２，４２は、渦電流Ｉｗによって回転体２０から発せられる磁界を好適に検出することができる。
(2) The detection coils 32 and 42 are provided concentrically and inside the excitation coils 31 and 41. For this reason, the detection coils 32 and 42 can detect suitably the magnetic field emitted from the
（３）検出コイル３２，４２は、互いに２２５°（６０°×４−１５°）の関係で配設される。すなわち、検出コイル４２は、検出コイル３２に対し１５°だけ、溝間の角度間隔からずれている。このため、各検出コイル３２，４２に誘起される交流電圧は、４分の１周期分だけずれが生じる。これにより、隣接する溝Ｄ間における回転体２０の回転角度を精度良く検出することができる。
(3) The detection coils 32 and 42 are arranged in a relationship of 225 ° (60 ° × 4-15 °). That is, the
なお、仮に、２つの励磁コイルに誘起される交流電圧が一致する場合、隣接する溝間における回転角度は、どちらの溝からの回転角度であるか換言すれば、ある特定の励磁コイルが、ある特定の溝に対して左右どちら側にあるかを特定することが困難となる。すなわち、本例の構成を用いることにより、ある特定の励磁コイル３１が、ある特定の溝Ｄに対して左右どちら側にあるかを特定することが容易となる。 If the alternating voltages induced in the two excitation coils coincide with each other, the rotation angle between adjacent grooves is the rotation angle from which groove, in other words, there is a specific excitation coil. It is difficult to specify the left or right side of a specific groove. That is, by using the configuration of this example, it is easy to specify which one of the specific excitation coils 31 is on the left or right side with respect to a specific groove D.
（４）回転体２０の回転軸方向からみたとき、励磁コイル３１，４１の最外側に配置される励磁コイル３１ｇ，４１ｇは、隣り合う２つの溝Ｄの中間位置に位置する場合に、溝Ｄが接線となる態様でその外径が設定されている。従って、励磁コイル３１，４１が溝Ｄの中間位置に位置する場合、励磁コイル３１ｇ，４１ｇから回転体２０に生じさせた渦電流Ｉｗは、溝Ｄの影響を受けない。最外側に配置された励磁コイル３１ｇ，４１ｇから回転体２０に生じさせた渦電流Ｉｗが、溝Ｄの影響を受けない状況は、励磁コイル３１，４１が溝Ｄの中間位置に位置する場合のみしかない。従って、励磁コイル３１ｇ，４１ｇから回転体２０に生じさせた渦電流Ｉｗが、隣り合う２つの溝Ｄの影響を受けない状況を検出できることで回転体２０の回転角度、本例の場合は、回転体２０の中心Ｏを中心にして、励磁コイル３１，４１の中心Ｏ１，Ｏ２を通る中心線と溝Ｄのなす角度が３０°であることを検出することができる。
(4) When viewed from the rotation axis direction of the
（５）溝Ｄの影響を受けさせるための励磁コイルを励磁コイル３１ｇ，４１ｇの外側に配設する必要がない分、励磁コイル３１，４１の全体の大型化を抑制することができる。
（６）励磁コイル３１，４１は、複数の径を有する励磁コイル３１ａ〜３１ｇ，４１ａ〜４１ｇが互いに等間隔に配置されている。これにより、本例の回転角度検出装置では、コイル数に起因する検出可能な回転角度のサンプリング間隔が、一定間隔となる。すなわち、回転方向において一定の角度間隔で隣接する溝Ｄ間における回転体２０の回転角度を検出することができる。
(5) Since it is not necessary to dispose the exciting coil for receiving the influence of the groove D outside the
(6) In the
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、回転体２０の右面にのみ溝Ｄが設けられていたので、渦電流探傷センサ３０，４０も回転体２０の右面（モータ１０側）のみの配置となった。このため、隣接する溝Ｄ間の範囲内での回転体２０の回転角度を算出することができた。これに加えて、回転体２０の左面にも右面と異なる角度間隔で溝Ｄを設け、この左面に対向する渦電流探傷センサを設けてもよい。このようにすれば、回転体２０の左面における隣接する溝Ｄ間における範囲内での回転体２０の回転角度を算出することができる。そして、回転体２０の両面から得られるデータを組み合わせることによって、回転体２０の１回転（３６０°）における回転角度（絶対角）を算出することができる。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment, since the groove D is provided only on the right surface of the
・上記実施形態において、回転体２０に形成される溝Ｄは、突部に置換してもよい。
・上記実施形態では、回転体２０の両側の円盤面に形成される溝Ｄの間隔は、一定間隔としたが、必ずしも一定でなくてもよい。
In the above embodiment, the groove D formed in the
In the above embodiment, the interval between the grooves D formed on the disk surfaces on both sides of the
・上記実施形態では、各励磁コイル３１，４１が溝Ｄの中間位置に位置する場合に、溝Ｄが、その最外側に配設される励磁コイル３１ｇ，４１ｇの外径の接線となるように、励磁コイル３１ｇ，４１ｇの半径Ｌｇを設定したが、これに限るものではない。すなわち、励磁コイル３１ｇ，４１ｇの半径Ｌｇは、溝Ｄが接線とならないように、その長さを短くしてもよいし、長くしてもよい。このように構成しても、溝Ｄ間における回転体２０の回転角度を検出することができる。
In the above embodiment, when the
・上記実施形態では、径の異なる励磁コイル３１ａ〜３１ｇ，４１ａ〜４１ｇを等間隔に配設したが、必ずしも等間隔でなくてもよい。
・上記実施形態において、検出コイル３２は、励磁コイル３１の外側に配設してもよい。また、検出コイル３２は、複数のコイルからなる励磁コイルの特定のコイルの間に配設してもよい。
In the above embodiment, the excitation coils 31a to 31g and 41a to 41g having different diameters are arranged at equal intervals.
In the above embodiment, the
・上記実施形態において、回転体２０の片面に３つ以上の励磁コイルを配設してもよい。その場合、少なくとも２つは、回転体２０の回転軸を間に挟むように且つ溝Ｄの角度間隔の整数倍と異なるように配設する。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, three or more exciting coils may be arranged on one side of the
・上記実施形態において、各励磁コイル３１，４１は、径の異なる７重コイルを採用したが、コイルの数はこれに限らず、複数（２つ以上）であればよい。なお、コイルの数が増えるほど、回転角度を検出できる分解能が増加するため、回転体２０の回転角度をより細かく検出することが可能となる。
In the above-described embodiment, the excitation coils 31 and 41 employ seven-fold coils having different diameters, but the number of coils is not limited to this, and may be a plurality (two or more). In addition, since the resolution which can detect a rotation angle increases, so that the number of coils increases, it becomes possible to detect the rotation angle of the
・上記実施形態において、右側の円盤面には６本の溝Ｄを形成したが、溝Ｄの本数はこれに限らない。例えば、溝Ｄの本数を増やすほど、回転角度を検出できる分解能が増加するため、回転体２０の回転角度をより細かく検出することが可能となる。
In the above embodiment, six grooves D are formed on the right disk surface, but the number of grooves D is not limited to this. For example, as the number of the grooves D is increased, the resolution at which the rotation angle can be detected increases, so that the rotation angle of the
・上記実施形態において、この回転角度検出装置は、モータ軸１１に設けられるものに限らない。例えば、軸受、その他回転軸など、回転するものであれば、本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the rotation angle detection device is not limited to that provided on the motor shaft 11. For example, the present invention can be applied as long as it rotates such as a bearing or other rotating shaft.
・上記実施形態において、渦電流探傷センサ４０は、渦電流探傷センサ３０に対して２２５°ずれた位置に配置されたが、渦電流探傷センサ４０が配置される位置はこれに限らない。検出コイル４２と検出コイル３２に誘起される交流電圧の波形に位相差がでるように配置すればよい。なお、上記実施形態で述べたように、検出コイル４２に誘起される交流電圧の波形と、検出コイル３２に誘起される交流電圧の波形とを４分の１周期ずらすためには、検出コイル４２は、検出コイル３２から６０°×Ｘ±１５°（Ｘは整数）の位置に配置すればよい。
In the above embodiment, the eddy current
θ…回転角度、Ｄ…溝、Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ，Ｌｇ…半径、Ｏ，Ｏ１，Ｏ２…中心、ｒ…距離（中心間距離）、Ｔ…回数（カウント回数）、Ｉｗ…渦電流、１０…モータ（ブラシレスモータ）、１１…モータ軸、１２…制御装置、２０…回転体、３０，４０…渦電流探傷センサ、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３１ｇ，４１，４１ａ，４１ｇ…励磁コイル、３２，４２…検出コイル。 θ ... rotation angle, D ... groove, La, Lb, Lc, Ld, Le, Lf, Lg ... radius, O, O1, O2 ... center, r ... distance (distance between centers), T ... number of times (count count), Iw ... Eddy current, 10 ... Motor (brushless motor), 11 ... Motor shaft, 12 ... Control device, 20 ... Rotating body, 30, 40 ... Eddy current flaw sensor, 31, 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f , 31g, 41, 41a, 41g ... excitation coil, 32, 42 ... detection coil.
Claims (5)
前記回転体の円盤面に交番磁界を付与することにより渦電流を発生させる複数の励磁コイルと、
前記回転体の円盤面に発生した渦電流に起因して生じる磁界を検出する検出コイルとを備え、
前記回転体の円盤面には、その回転方向に角度間隔をおいて複数の溝又は突部を設け、前記検出コイルを通じて検出される磁界の変化に基づいて前記溝又は突部の有無を検知することにより、前記回転体の回転方向において隣接する２つの前記溝又は突部間における回転角度を求める回転角度検出装置であって、
前記励磁コイルは、前記回転体に生じさせる前記渦電流の領域を可変するために、個別に通電される径の異なる複数のコイルが同心円上に配設されてなる回転角度検出装置。 A rotating body formed into a disk shape from a conductive material;
A plurality of exciting coils that generate eddy currents by applying an alternating magnetic field to the disk surface of the rotating body;
A detection coil for detecting a magnetic field generated due to an eddy current generated on the disk surface of the rotating body,
The disk surface of the rotating body is provided with a plurality of grooves or protrusions at angular intervals in the rotation direction, and the presence or absence of the grooves or protrusions is detected based on a change in the magnetic field detected through the detection coil. A rotation angle detection device for obtaining a rotation angle between two grooves or protrusions adjacent in the rotation direction of the rotating body,
The excitation coil is a rotation angle detection device in which a plurality of coils with different diameters, which are individually energized, are arranged concentrically in order to vary the region of the eddy current generated in the rotating body.
前記検出コイルは、前記励磁コイルと同心円上に設けられてなることを特徴とする回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 1,
The rotation angle detection device, wherein the detection coil is provided concentrically with the excitation coil.
前記複数の励磁コイルのうち少なくとも２つは、前記回転体の回転軸を間に挟んで設け、これら励磁コイルの角度間隔は、円盤面に形成される溝又は突部の角度間隔の整数倍と異なることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 1 or 2,
At least two of the plurality of exciting coils are provided with the rotating shaft of the rotating body interposed therebetween, and the angular interval of these exciting coils is an integral multiple of the angular interval of grooves or protrusions formed on the disk surface. A rotation angle detection device characterized by being different.
前記回転体の回転軸方向からみた場合、前記励磁コイルが、前記回転体の回転方向において隣接する前記溝又は突部間の中間に位置するとき、前記溝又は突部が最外側に配置されるコイルの接線となるように同コイルの外径が設定されてなることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 3,
When viewed from the rotation axis direction of the rotating body, when the excitation coil is located in the middle between the adjacent grooves or protrusions in the rotation direction of the rotating body, the grooves or protrusions are disposed on the outermost side. A rotation angle detecting device, wherein an outer diameter of the coil is set so as to be a tangent to the coil.
前記励磁コイルは、複数の径を有するコイルが互いに等間隔に配置されてなることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection apparatus as described in any one of Claims 1-4,
The excitation angle detecting device is characterized in that coils having a plurality of diameters are arranged at equal intervals.
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