JPH0128402Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

この考案は可変磁気抵抗型の回転角度検出装置
に関する。 レゾルバ、マイクロシン等、従来の電磁式回転
角度検出装置は、１次巻線と２次巻線とを具えて
おり、回転角度に応じた出力信号を２次巻線から
取り出すようにしている。ところで、巻線は検出
器の構造上比較的大きなスペースを占めており、
巻線数が多いほど検出器が大型化する。また、巻
線数が多いほど製造工程が増し、コスト高にもな
る。そこで、２次巻線を必要とせずに１次巻線の
みによつて電磁式の検出器を構成することができ
るならば、その構造は非常に簡素化されたものと
なり、検出器の小型化、及び製造工程の省略等多
くの効果を期待することができる。本考案は上述
の点に鑑みてなされたもので、２次巻線を必要と
しない電磁式の回転角度検出装置を提供すること
を目的とする。複数の磁極及びこれら磁極に夫々
巻回された励磁巻線を含むステータと、このステ
ータ磁極に適宜のギヤツプを介して対向し、回転
角度に応じて前記各磁極の磁気抵抗を変化させる
形状を成したロータとの組合せにより検出装置を
構成し、各励磁巻線を定電圧または定電流駆動
し、該各励磁巻線のインピーダンスに応じた電流
または電圧を示す信号を該各巻線を駆動する回路
の一部から取り出し、これら信号にもとづき回転
角度を検出する。各磁極の磁気抵抗変化に応じて
各励磁巻線のインピーダンスが変化するので、回
転角度に対応した信号を各励磁巻線を駆動する回
路の一部から取り出すことが可能である。 以下添付図面を参照してこの考案の一実施例を
詳細に説明しよう。 第１図において、ステータ（鉄心）１は４つの
励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを円周方向に90度の間隔で
配しており、各磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには巻線２
Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが巻回されている。各巻線
２Ａ〜２Ｄには互いに90度位相のずれた定電圧も
しくは定電流交流信号が印加される。図では、極
Ａの巻線２Ａに正弦波信号e_a＝e_psinωt、極Ｂの
巻線２Ｂに余弦波信号e_b＝e_pcosωt、極Ｃの巻線
２Ｃに正弦破の反転信号e_c＝−e_psinωt、極Ｄの
巻線２Ｄに余弦波の反転信号e_d＝−e_pcosωtが
夫々定電圧で印加されている。巻線２Ａ〜２Ｄは
半径方向で対向する磁極Ａ及びＣ（またはＢ及び
Ｄ）において生ずる磁束が互いに同一方向を向く
ように巻回される。すなわち、巻線２Ａによつて
極Ａに矢印ｘに示すように極端部から出る方向に
磁束が生ぜしめられるとき、それと対向する極Ｃ
には巻線２Ｃによつて矢印に示すように極端部
に入る方向に磁束が生ぜしめられるように、巻線
２Ａ及び２Ｃが巻回される。もう一方の半径方向
で対向する磁極Ｂ及びＤの巻線２Ｂ及び２Ｃも同
様に巻回される。 ロータ３は各励磁極Ａ〜Ｄの端部に対して適宜
のギヤツプを介在させて対峙するもので、回転軸
４と一体に回転する。この回転軸４に、検出対象
である回転角度θが与えられる。ロータ３は、各
ステータ励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通る磁路のリラ
クタンスを回転角度θに応じて変化させる形状を
成している。この第１図の例では、ロータ３は回
転軸４の中心に対して偏心して取付けられた円筒
形状を成している。この偏心した円筒形状によつ
て、ロータ３の円筒側面と各極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの
端部との間に介在するギヤツプの距離が回転角度
θに応じて変化する。このギヤツプの変化によつ
て各極Ａ〜Ｄを通る磁路のリラクタンスが変化
し、各極Ａ〜Ｄの巻線２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの
インピーダンス（インダクタンス）La，Lb，
Lc，Ldを変化させる。ここで、ステータ１及び
ロータ３の機械的寸法及び形状を適当に選定する
ことにより巻線２Ａ〜２Ｄのインピーダンス変化
が次式のような三角関数になるようにすることが
できる。 L₀及びｋはステータ１及びロータ３の構造及
び励磁信号の周波数（ω／2π）によつて定まる定数 である。尚、上記第(1)式では第１図ｂに示すよう
に、磁極Ａとロータ３との間のギヤツプ距離が最
大のときの回転角度θを０度としている。 各巻線２Ａ〜２Ｄに印加される交流信号e_a〜e_d
が定電圧であるため、各巻線２Ａ〜２Ｄのインピ
ーダンス変化に逆比例した電流i_a〜i_dが各巻線２
Ａ〜２Ｄに流れる。これらの電流i_a，i_b，i_c，i_dは
次式のように示すことができる。 このように各巻線２Ａ〜２Ｄを流れる電流i_a〜
i_dは角度θの関数となるため、これらの電流i_a〜
i_dを検出して適宜演算処理することによりロータ
３の回転角度θを求めることができる。例えば、
次式のように電流信号i_a〜i_dを加算合成すること
によつて回転角度θに応じた位相変調信号を得る
ことができる。 Ｉ＝i_a＋i_b＋i_c＋i_d ＝2e_pｋ／L_p（cosθ・sinωt＋sinθ・cosωt） ＝2e_pｋ／L_psin（ωt＋θ） …(3) 上記第(3)式から明らかなようにi_a〜i_dを加算合
成した信号Ｉは励磁信号e_a＝e_psinωtに対して回
転角度θに対応した位相角だけ位相がずれた交流
信号であり、従つて、この合成信号Ｉと励磁信号
e_aとの位相差を検出することにより回転角度θを
求めることができる。 第２図は励磁巻線に定電圧交流信号を印加する
と共にその巻線に流れる電流を検出するための回
路の一例である。第２図では代表して巻線２Ａに
関してのみ示しているが、同一のものが各巻線２
Ａ〜２Ｄ毎に個別に設けられる。 第２図において、増幅器５は巻線２Ａに定電圧
を印加するためのもので、その出力に電流検出用
の基準抵抗Ｒと巻線２Ａが直列に接続されてい
る。増幅器５は励磁信号e_psinωtが巻線２Ａに定
電圧で印加されるように動作する。増幅器６は抵
抗Ｒの両端電圧を検出するためのものである。抵
抗Ｒと巻線２Ａには同一の電流i_aが流れることか
らＲの両端電圧は巻線２Ａに流れる電流に比例す
る。従つて、増幅器６からは巻線２Ａに流れる電
流i_aに比例した電圧信号Ri_aが出力される。 第２図に示すような構成によつて各巻線２Ａ〜
２Ｄ毎にそれらに流れる電流i_a〜i_dに比例した電
圧信号Ri_a〜Ri_dを夫々取り出すことができる。各
磁極Ａ〜Ｄから出力されるこれらの信号Ri_a〜Ri_d
を適宜演算処理することにより回転角度θを求め
ることができる。例えば前述のように、回転角度
θに応じた位相変調信号を求めるにはこれらの出
力信号Ri_a〜Ri_dを加算合成すればよい。加算合成
によつて得た位相変調信号Ksin（ωt＋θ）（ただ
しＫは定数）と励磁信号sinωtとの位相差を検出
することにより回転角度θが求められる。位相差
を検出する回路は種々有るが、例えば、特願昭55
−147425号あるいは特願昭56−22075号に示す処
理回路を用いることができる。前者の処理回路に
よれば角度θはデジタル信号として得られ、後者
によればアナログ信号として得られる。他方、電
流i_a〜i_dに比例した電圧信号Ri_a〜Ri_dは第(2)式か
ら明らかなように回転角度θに応じたレベル変化
を示すものであるため、それらの振幅値にもとづ
いて回転角度θを求めることもできる。例えば、
特願昭55−135325号に示すような方法を用いて、
各磁極の出力信号の振幅変化の直線性の良好な部
分を相補的に合成するようにしてもよい。尚、各
磁極の出力をその電圧又は電流の振幅値にもとづ
いて求める場合は各磁極を正弦波信号または余弦
波信号のどちらか一方のみによつて励磁するよう
にしてもよい。 尚、上記実施例では各巻線２Ａ〜２Ｄの励磁信
号は定電圧で印加されているが、定電流で印加す
るようにしてもよい。その場合は、回転角度θに
応じて各巻線２Ａ〜２Ｄの端子電圧が変化するこ
とになるので、この端子電圧を検出し、前記同
様、適宜の演算処理を行なえば、回転角度θに応
じた信号を得ることができる。 尚、ステータ１及びロータ３の形状は第１回に
示すものに限定されるものではなく、この考案の
要旨を逸脱しない範囲で任意に設計変更すること
ができる。例えば第１図のステータ１の磁極は90
度間隔で４個配されているが、これを45度間隔で
８個配するように設計変更することができる。こ
のようにしてもロータ３と各磁極との間には回転
角度θに応じたリラクタンス変化が得られ、各巻
線に45度ずつ位相のずれたインピーダンス変化が
もたらされる。 すなわち、ステータの磁極は４個に限らず複数
個Ｎであつてよく、その場合、ステータの各磁極
の各励磁巻線を各磁極の配置角度のずれに対応す
る位相角だけ互いに位相のずれた複数の交流信号
によつて定電圧または定電流駆動するようにすれ
ばよい。ステータの磁極数をＮとし、前記(1)式、
(2)式を一般化して示すと次の通りである。 １／L₁＝１／L₀（１＋kcosθ） １／L₂＝１／L₀｛１＋kcos（θ−2π／Ｎ）｝ １／L₃＝１／L₀｛１＋kcos（θ−4π／Ｎ）｝ １／L₄＝１／L₀｛１＋kcos（θ−6π／Ｎ）｝ 〓 １／Li＝１／L₀｛１＋kcos（θ−2π×ｉ−１／Ｎ）｝ 〓 １／L_N＝１／L₀｛１＋kcos（θ−2π×Ｎ−１／Ｎ）｝
…(4) i₁＝１／L₁e₁＝e₀／L₀（１＋kcosθ）sinωt i₂＝１／L₂e₂＝e₀／L₀｛１＋kcos（θ−2π／Ｎ）｝s
in（ωt＋2π／Ｎ） i₃＝１／L₃e₃＝e₀／L₀｛１＋kcos（θ−4π／Ｎ）｝s
in（ωt＋4π／Ｎ） i₄＝１／L₄e₄＝e₀／L₀｛１＋kcos（θ−6π／Ｎ）｝s
in（ωt＋6π／Ｎ） 〓 ii＝１／Liei＝e₀／L₀｛１＋kcos（θ−2π×ｉ−１
／Ｎ）｝sin（ωt＋2π×ｉ−１／Ｎ） 〓 i_N＝１／L_NeN＝e₀／L₀｛１＋kcos（θ−2π×Ｎ−１
／Ｎ）｝sin（ωt＋2π×Ｎ−１／Ｎ）…(5) ここで、i₁〜i_Nを加算合成した信号Ｉは、 Ｉ＝i₁＋i₂＋i₃＋i₄＋…＋ii＋…＋i_N＝_N 〓ⁱ⁼¹ ii であり、iiを複素数で表わすと、オイラーの公式
より、 であるから、Ｉは、 と表わすことができる。 ここで、

【式】は、2πをＮ等分した複 素数の和であるから、Ｎ＞１のとき０であり、同
様に、

【式】（ただし、Ｎ＞１）で ある。 また、

【式】は、Ｎ＞２の場合、０で あり、

【式】も、Ｎ＞２の場合、０で ある。 従つて、上記(6)式を整理すると、下記のように
なる。 Ｉ＝_N 〓 〓ⁱ⁼¹ ii＝e₀／L₀・１／2j〔ｋ／２・Ｎ｛e^j(〓^t+〓⁾−e^-j
(〓^t+〓⁾｝〕 ＝Ｎ／２・e₀k／L₀・１／2j｛e^j(〓^t+〓⁾−e^-j(〓^t
+〓⁾｝…(7) 上記(7)式は、オイラーの公式により、下記のよ
うに変換できる。 Ｉ＝Ｎ／２・e₀k／L₀・１／2j〔cos（ωt＋θ）＋jsi
n（ωt＋θ）−｛cos（ωt＋θ）−jsin（ωt＋θ）｝
〕 ＝Ｎ／２・e₀k／L₀・１／2j｛2jsin（ωt＋θ）｝
＝Ｎ／２・e₀k／L₀・sin（ωt＋θ）…(8) 従つて、回転角度θに応じて励磁信号を位相変
調した信号Ｉが得られる。なお、上述から明らか
なように、上記(8)式において、Ｎは３以上の整数
である。 以上説明したように本考案によれば、２次巻線
を必要としない電磁式の回転角度検出装置を提供
することが可能となり、これにより、２次巻線を
必要とする従来の検出器に比べ製造工程の省略及
び小型の促進並びにコストの低減を図ることがで
きるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａはこの考案に係る回転角度検出装置の
一実施例の側断面を略示する図、同図ｂはａの正
面略図、第２図は励磁巻線に定電圧交流信号を印
加する回路及び該巻線の電流を検出する回路の一
例を示す回路図である。 １……ステータ、２Ａ〜２Ｄ……巻線、３……
ロータ、４……回転軸、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ……励磁
極、５，６……増幅器、Ｒ……電流検出用の基準
抵抗。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 所定の角度で円周方向に配列された複数（ただ
   し３以上の整数）の磁極及びこれらの磁極に夫々
   巻回された励磁巻線を含むステータと、 このステータ磁極に適宜のギヤツプを介して対
   向し、回転角度に応じて前記各磁極の磁気抵抗を
   変化させる形状を成したロータと を具え、前記各励磁巻線を前記各磁極の配置角度
   のずれに対応する位相角だけ互いに位相のずれた
   複数の交流信号によつて定電圧または定電流駆動
   し、該各励磁巻線のインピーダンスに応じた電流
   または電圧を示す信号を該各巻線を駆動する回路
   の一部から夫々取り出し、各巻線から夫々取り出
   した前記信号を加算的に合成することにより回転
   角度に応じて前記励磁信号を位相変調した信号を
   得るようにしたことを特徴とする回転角度検出装
   置。