JPS6031005A - 回転角位置検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 〔発明の技術的背景とその問題点〕 回転機械の回転数、回転角度、回転位置等を検出するも
のとして、従来、光学式回転角位置検出器（以下光学式
検出器と略称する）、電磁誘導を用いた回転電機式回転
角検出器（以下回転電機式検出器と略称する）等が用い
られている。

光学式検出器は、光し中へい構造が採用されたケース内
に、回転機械の軸と共に回転し且つ周上に細いスリット
が所定間隔を存して形成された円板を収納し、この円板
のスリットを介在して対向する発光素子と受光素子とを
配設し、上記発光素子からの光を上記回転するスリ、ト
によシ遮ぎることによシ、受光素子側からパルス出力を
得るようにしたものである。この光学式検出器における
スリットを形成した円板は、薄いものが採用できるので
、小形、軽量化は図られる。しかし乍ら、光ノイズの影
響を受けないようにして、検出精度を一定レベルに確保
するには、ケースと回転機械の軸との光しゃ断を完全に
施こす必要があシ、加工精度及び組立に高い技術力を要
した。また円板は、特性向上を図るために通常ガラス等
によシ製作され、更に多数のスリットが形成されている
ので、強度的に弱く、製作時及び運転時には取扱いに注
意を要する等の不具合があった。

一方、回転電機式検出器は、例えばレゾルバを例にとれ
ば、固定子に、第１、第２の固定子巻線を巻装し、回転
子に検出用の回転子巻線を巻装し、上記第１、第２の固
定子巻線に高周波電圧を印加し、回転子巻線からは回転
角度に比例した電圧を出力するようにしたものである。

この場合、従来は、回転子巻線の出力はブラシによシ非
回転側に取出すようにしていたが、信頼性の低下を招く
等の理由で、最近にいたっては、回転トランスによシ非
回転側に取出すようにしている。このような構成では、
回転電機として構成されているので固定子、回転子は、
ある一定以上の大きさを必要とし、従って上述した光学
式検出器と比較すると大形化となってし１い、また巻線
の巻回工程においては多大な工数を要してしまう等の不
具合があった。

１〔発明の目的〕 本発明は上記事情に基づいてなされたものでその目的と
するところは、小形且つ構成簡単にして高精度に回転軸
の回転角を検出可能とした回転角位置検出器を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕 本発明による回転角位置検出器は上記目的を達成するた
めに以下の如く構成したことを特徴としている。即ち、
回転運動によシ中心から周縁部方向に正弦波状の磁束変
化を生じさせる薄板状の回転磁石を、回転角が検出され
るべき回転軸に設け、高周波の正弦波電流によシバイア
スされる少なくとも第１、第２のホール素子を、上記正
弦波状の磁束変化に感応して夫々電圧を出力すべく、上
記回転磁石の周縁部に対し中心から周縁部方向に距離を
介し且つ相互に離間して配置した構成としている。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第１
図及び第２図は本発明による回転角位置検出器の一実施
例を示すもので、第１図は正面方向からみた構成図、第
２図は側面方向から見た断面図である。

第１図及び第２図において、１は斡示午澁中回転電機の
軸２に略筒状の嵌着部材３を介して取付けられた２極形
の薄円板状回転磁石である。

この回転磁石１は、薄円板状の磁性体に対し、円周方向
に渡シ、半径方間の磁束が正弦波状に変化するように着
磁して製作されている。４は上記回転磁石１の外径寸法
に対し、図示ｔだけ大きい内径寸法を有し、且つ中心に
対し９０°離間した第１、第２の凸部５ｈ、５ｂが形成
されたステーである。６ａ　、６ｂは上記凸部５＆。

５ｂの平面に、磁界感応面が平行となるように配設され
たｇｘ、ｇ２のホール素子である。

上記ホール素子６ｍ、６ｂは第３図に示すように、入力
端に電流値Ｉなる電流バイアスを与え、この電流の通螺
方向に対し直角方向に磁束Ｂを加えると、この電流■と
磁束Ｂとに対し直角方向の出力端に電圧Ｖ＝ＫＢＩ（Ｋ
ｌｄ［感度と５− 称され定数である）が発生するものである。なお、電圧
Ｖは、第４図に示すように磁束Ｂに比例する。またこの
ようなホール素子６＊、６ｂは近時にあって、高出力、
高耐熱、小ドリフト等の高特性品が製作され品質も製品
毎に均一である。

次に上記のように構成された本実施例の動作について第
５図を参照して説明する。第５図は第１図及び第２図に
示す実施例を模式的に示した図である。

第５図において、第１、第２のホール素子６ｈ、６ｂの
入力端夫々に第６図（ａ）（ｂ）に示すような交流電流
Ｉａ＝Ｉｃｏｏｇω３　Ｉｂ　＝　Ｉｏｍωｔを供給す
る。そして回転磁石１を軸２によ多回転させて第５図に
示すように、磁極の境界に対し角度θの位置に第２のホ
ール素子６ｂが位置しているとする。この状態で第１、
第２のホール素子６ｈ、６ｂの磁界感応面には、第６図
（ｃ）　（ｄ）に示すような磁界Ｂａ　＝　Ｂｏｓｔｎ
θ、Ｂｂ　＝　Ｂｏｃｏｓθが作用する。これによシ第
１、第２のホール素子の出６− 力端夫々からは、交流電圧Ｖａ　＝　Ｋ−Ｉａ４ａ＝に
４ｏＢｏｃｏｓωｔｓｆｎθ、Ｖｂ＝ＫＩｂ　Ｂｂ＝に
−Ｉｏ−Ｂｏ　ｓｌｎωｔ・ｃｏｓθが出力される。上
記第１、第２のホール素子６ａ、６ｂ夫々の出方電圧の
和Ｖは、 Ｖ＝Ｖａ＋Ｖｂ＝Ｋ　ＨＩ　ｏ　−Ｂ　ｏ　−ｃｍ　（
ｄ　ｔ−ｔＡｎθ十Ｋ・Ｉ　０−Ｂｏ　噛Ｑ）　ｔ　−
ａｓθ＝に−ＩＯ−Ｂｏ−ｇｉｎ（ωｔ＋θ）となる。

この和電圧Ｖを第６図（ｄ）に示す。上記和電圧Ｖ＝に
−Ｉ　ｏ　−Ｂ　ｏｓｉｎ　（ωｔ＋θ）にょシ、回転
磁石１の回転位置、即ち角度θが検出可能となる。

上記のように本実施例では、回転電機式検出器と同様に
回転位置が検出可能である。また回転体である回転磁石
１は厚さ寸法が小さいものが採用可能であシ、更に検出
素子である第１、第２のホール素子６ａ、６ｂは、小形
素子であシ且つ回転磁石１０周方向に設置されるもので
あるので、装置全体の外形寸法は著しく小形化が図られ
る。更に、先じゃへい構造を必要としないため、部材加
工及び組立は容易であシ安価となる。

上記の構成は、回転機と別構成のものとじて実施した例
であるが、例えば第７図に示すように、ＤＣササ−モー
タ等の回転電機７のフレーム８内において、第１図及び
第２図と同様に回転軸９０回転磁石１を取付け、フレー
ム８にホール素子６ｍ、６ｂを設けた構成としてもよい
。この様な構成とすれば、モータ部と検出部とを備え且
つ軸方向の寸法が極めて小さい回転電機７が得られる。

この構成にあっては、特に小形化要求される工作機械、
口が、ト等のサーボモータに適用すれば有効である。ま
た、従来の光学式及び回転電機式検出器は、被検出回転
電機に力、プリングによ多接続した構成であるため、広
範囲の速度変化によ）、共振の発生及び特に回転電機式
にあってｋｉ電磁誘導作用の不均一性等が発生し、検出
積度を低下させていたが、上記構成では、被検出回転電
機７の回転軸９に直接回転磁石１を取付けた構成である
ので、速度変化及び力、プリング接続に伴う諸問題は生
じない。また回転磁石１及びが−ル素子６ｈ＋６ｂはフ
レーム８内に収納されているので、保護が確実に行なわ
れる。

上記実施例において、回転磁石１は、円板体の１回転（
３６０’）を２分割した２極形として実施したが、これ
に限定されるものではなく、円板状の強磁性体の円周上
を軸倍角ｎ１電気角をθｎにて分割して、その分割部毎
に、Ｎ、１９゜Ｎ、Ｓ、・・・極というようにｎ極（ｎ
は整数）を着磁して構成した回転磁石であってもよい。

この場合、θ＝ｎθｍの関係が成立し、出力電圧Ｖはｖ
＝に−ＩＯ−Ｂｏ１１ｆｌＩ（ωｔ−ｎθｍ）となシ、
回転磁石の１回転における分解能を細かくすることが出
来る。

第８図にｎ　＝　２、ｎ＝５の場合の出方電圧Ｖの波形
を示す。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、回転磁石と被検軸との接続手段、回転磁石及び
ポール素子の配設方法、ホール素子からの出力電圧の処
理方法等は適宜諸々実施可能である。この他に、本発明
はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる
。

９− 〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、回転軸に設けられて
一体的に回転運動する薄板状の回転磁石によシ、周縁部
方向に正弦波状に変化する磁束を発生させ、この磁束を
、高周波の正弦波電流によシバイアスされ、互いに上記
回転磁石の周縁部に離間して配置された少なくとも第１
、第２のホール素子に感厄させて夫々電圧を出方せしめ
、これら二つの電圧の和電圧又は差電圧をめ、それらの
位相差にょシ上記回転軸の回転角を検出するようにした
ので、小形且つ構成簡単にして高精度に回転角の検出が
可能とした回転角位置検出器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明による回転角位置検出器の一
実施例を示すもので、第１図は正面方向から見た構成図
、第２図は第１図のＡ−Ａ方向の断面図、第３図はホー
ル素子の特性を説明するための模式図、第４図は同ホー
ル累子の特性図、第５図は第１図及び第２図に示す実施
１０− 実施例の作用を説明するための波形図、第７図は同実施
例を回転電機に組込んだ適用例を示す断面図、第８図は
本発明の他の実施例を説明するための波形図である。 １０．・回転磁石、２・・・軸、３・・・嵌着部材、４
・・・スラー、５　ｍ　、　５　ｂ−凸部、６　ｍ　、
　６　ｂ　−・ホール素子。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦１１− 第５図 第６図 ｉｏ　−−−− ｌ　’　ａ ’　ｗｔ （ａ）　・　１ １１１１ １−＋　’　１　’ ＩＩ　１１’ （ｂ）　’ ＋　ｗｔ １１　１ ＋、　１　ｌ　ｌ。 ＋”　ｌ　ｌ’ （Ｃ）　” １　ｌ　ｌ　＋　ｌ　” 氏　−ｆ−ｌ　＋　’ １１ （ｄ）１　“　′１ １１　Ｗｔ １　１　１　１ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転運動により中心から周縁部方向に正弦波状の磁束変
   化を生じる薄板状の回転磁石を、回転軸に設け、高周波
   の正弦波電流にょシバイアスされる少なくとも第１、第
   ２のホール累子を、周縁部方向に距離を介し且つ相互に
   離間して配置して表る回転角位置検出器。