专利名称：角度检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于进行角度检测的角度检测装置。
背景技术：
例如，在控制用于汽车、机器人等的驱动的驱动马达的场合，需要高精度地检测转子的旋转角。作为检测转子的旋转角的装置广泛使用分解器。以往使用的分解器大致分为固定部与旋转部，利用旋转部的凹凸或偏芯等形状进行角度的检测(例如，参照专利文献I、2)。专利文献I所示的技术是一种分级器，具备定子与转子，该定子具有多个卷线磁芯、以分别卷绕在各卷线磁芯上的方式设置的多个卷线部件，该转子相对于上述定子旋转自如地配设，上述多个卷线部件的至少一个是在薄板上将导电体形成为漩涡状的薄板状线 圈，以上述薄板的导电体形成面或其背面的至少一部分与该卷线磁芯的侧面相对的方式配置，表示旋转部具有四个山形部的结构或相对于轴偏芯的结构。专利文献2所示的技术表示相对于轮状定子板上的多个定子卷线使由设在轮状转子板的内表面的空隙形成板的曲面构成的板内表面相对，并得到正弦波状地变化的角度信号的结构。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2009-128133号公报专利文献2 日本特开2008-29070号公报
发明内容
发明所要解决的课题但是，专利文献1、2所示的技术的旋转部的山部的形状或偏芯的调整、由设在转子板的内表面的空隙形成板的曲面构成的板内表面等加工是非常困难的，为了制造高精度地检测转子的角度的分解器，需要非常精密、复杂的加工及组装，具有作业麻烦与需要较多时间之类的课题。因此，本发明的目的在于提供不需要复杂的加工，能够以非常简单的组装工序高精度地检测角度的角度检测装置。用于解决课题的方法本申请所公开的角度检测装置具备转子，其包括磁性体的圆板体的导磁率作为整体具有一轴的各向异性，该圆板体以中心点为中心在圆板面内转动；以及定子，其具有多个线圈，至少一个线圈是产生磁场的励磁线圈，至少一个线圈是与由上述励磁线圈励磁的磁场交链并检测与上述转子的旋转角度相应的电压的检测线圈。这样，在本申请公开的角度检测装置中，当由具有一轴磁性各向异性的上述圆板体形成的转子旋转时，相对于旋转角度的导磁率正弦波状地变化。即，当转子旋转一圈时，上述检测线圈的感应系数正弦波状地变化，通过每当转子以机械角旋转180度，以电机角360度的正弦波状地变化来检测角度，结构非常简单，并且不需要复杂的加工、组装，非常容易地起到能够以低成本制造之类的效果。本申请公开的角度检测装置的上述定子与上述转子的圆板体的板面相对地以大致相同外形邻近配设，将上述定子分割为多个扇状体，在该扇状体的外周且至少直线部分在每个上述扇状体上交替地配设上述励磁线圈及检测线圈。这样，在本申请公开的角度检测装置中，为定子不是与转子的圆板体的外侧面相对地配设，而是与转子的圆板体的板面相对地配设的面结构，因此不会使功能下降，起到能够以简单的制造工序薄型化之类的效果。本申请公开的角度检测装置在隔着上述定子与配设上述转子的面相反的方向具备与上述定子的圆板体相对地以大致相同外形配设的后磁轭。 这样，在本申请公开的角度检测装置中，由于在隔着定子与配设转子的面相反方向的板面具备与定子的圆板体相对地以大致相同外形配设的后磁轭，因此起到能够增强磁场且提高检测灵敏度之类的效果。另外，该后磁轭可以与定子为一体的部件。本申请公开的角度检测装置将上述定子分割为四个大致相同外形的扇状体，使构成相对于上述定子的圆板体的中心点相对的位置的上述扇状体的两个组中、一方的组的扇状体的外周且至少直线部分所配设的线圈为检测线圈，使构成另一组的扇状体的外周且至少直线部分所配设的线圈为励磁线圈，就配设有上述励磁线圈的扇状体的组而言，以配设在各扇状体上的励磁线圈产生相互为逆极性的磁场的方式配设该励磁线圈，就配设有上述检测线圈的扇状体的组而言，以配设在各扇状体上的检测线圈相互为逆极性的方式配设。这样，在本申请公开的角度检测装置中，通过将定子分割为四个大致相同外形的扇状体，使一方的相对的扇状体的外周且至少直线部分所配设的线圈为检测线圈，使另一方的相对的扇状体的外周且至少直线部分所配设的线圈为励磁线圈，就配设有励磁线圈的扇状体的组而言，以配设在各扇状体上的励磁线圈产生相互为逆极性的磁场的方式配设该励磁线圈，就配设有上述检测线圈的扇状体的组而言，以配设在各扇状体上的检测线圈相互为逆极性的方式配设，利用由一轴磁性各向异性的容易轴向与困难轴向的特性引起的励磁线圈与检测线圈的耦合，起到能够进行以180度为周期的角度检测之类的效果。本申请公开的角度检测装置将在将上述定子分割为八个大致相同外形的扇状体的分割扇状体中、至少三个分割扇状体与上述转子的板面相对地邻近配设为扇状，在上述三个分割扇状体的外周且至少直线部分交替地配设两个上述检测线圈与一个上述励磁线圈。这样，在本申请公开的角度检测装置中，由于将在将定子分割为八个大致相同外形的扇状体的分割扇状体中、至少三个分割扇状体与上述转子的板面相对地邻近配设为扇状，在上述三个分割扇状体的外周且至少直线部分交替地配设两个上述检测线圈与一个上述励磁线圈，因此起到能够以必要最小限的定子的部件正确地检测sin成分与cos成分，从而高精度地检测转子的角度之类的效果。尤其通过为使用专用的IC等得到该两相的输出电压的反正切的装置结构，起到能够使制造工序简单化且提高制造效率之类的效果。本申请公开的角度检测装置在隔着上述定子与配设有上述转子的面相反的方向具备与上述定子的圆板体相对地配设的后磁轭，上述后磁轭覆盖设置在至少上述邻近配设的分割扇状体间的邻近部位。这样，在本申请公开的角度检测装置中，由于在隔着定子与配设有转子的面相反的方向具备与定子的圆板体相对地配设的后磁轭，后磁轭覆盖设置在至少分割扇状体间的邻近部位，因此起到能够只在线圈间的耦合最结实的部位配设后磁轭，以必要最小限的后磁轭保持角度的检测精度之类的效果。本申请公开的角度检测装置将上述定子分割为十六个大致相同外形的扇状体，邻近的上述扇状体交替地配设励磁线圈与检测线圈，上述邻近的扇状体的八个组中、相对于上述定子的圆板体的中心点以十字状相对 的四个组的一方检测sin成分，另一方检测cos成分。这样，在本申请公开的角度检测装置中，由于将定子分割为十六个大致相同外形的扇状体，邻近的扇状体交替地配设励磁线圈与检测线圈，邻近的扇状体的八个组中、以十字状相对的四个组的一方检测sin成分，另一方检测cos成分，因此起到能够根据该两相的信号容易地求出旋转角度之类的效果。尤其为通过使用专用的IC等得到该两相的输出电压的反正切的装置结构，起到能够使制造工序简单化并提高制造效率之类的效果。本申请公开的角度检测装置在隔着上述定子与配设有上述转子的面相反的方向具备与上述定子的圆板体相对地以大致相同外形配设的后磁轭，上述后磁轭与上述定子的扇状体的八个组对应地分割为八个大致相同外形的扇状体，在各扇状体间具有间隙。这样，在本申请公开的角度检测装置中，由于后磁轭与上述定子的扇状体的八个组对应地分割为八个大致相同外形的扇状体，在各扇状体间具有间隙，因此起到能够只在线圈间的耦合最结实的部位配设后磁轭，以必要最小限的后磁轭保持角度的检测精度之类的效果。本申请公开的角度检测装置的上述定子将分割与上述转子的圆板体大致相同外形的圆板体而形成的多个分割扇状体中、使中心角为45度的两个分割扇状体作为励磁用分割扇状体并相对于上述圆板体的中心相对地配设，在该所配设的励磁用分割扇状体的外周且至少直线部分以产生相互为逆极性的磁场的方式配设励磁线圈，将与上述励磁用分割扇状体邻近的两个分割扇状体作为sin检测用扇状体相对于上述圆板体的中心相对地配设，在该所配设的sin检测用扇状体的外周且至少直线部分以相互为逆极性的方式配设用于检测sin成分的检测线圈，将与上述励磁用分割扇状体邻近的两个分割扇状体作为cos检测用扇状体并相对于上述圆板体的中心相对地配设在隔着该励磁用分割扇状体与上述sin检测用扇状体相反侧，在该所配设的cos检测用扇状体的外周且至少直线部分以相互为逆极性的方式配设用于检测cos成分的检测线圈。这样，在本申请公开的角度检测装置中，将使中心角为45度的两个励磁用分割扇状体相对于圆板体的中心相对地配设，在其外周以产生相互为逆极性的磁场的方式配设励磁线圈，将与励磁用分割扇状体邻近的两个sin检测用扇状体相对于圆板体的中心相对地配设，在sin检测用扇状体的外周以相互为逆极性的方式配设用于检测sin成分的检测线圈，将隔着励磁用分割扇状体与sin检测用扇状体相反方向邻近的两个cos检测用扇状体相对于圆板体的中心相对地配设，在cos检测用扇状体的外周以相互为逆极性的方式配设用于检测cos成分的检测线圈，因此起到能够正确地检测sin成分与cos成分，并且高精度地检测转子的角度之类的效果。
本申请公开的角度检测装置的上述定子由被分割为多个扇状体的分割扇状体构成，将上述分割扇状体中、使中心角为45度的四个分割扇状体作为励磁用分割扇状体相对于上述圆板体的中心以十字状相对地配设，以通过上述四个励磁用分割扇状体中两个上述励磁用分割扇状体的内部的磁场的方向是正极性，通过另两个上述励磁用分割扇状体的内部的磁场的方向为负极性的方式在上述所配设的励磁用分割扇状体的外周且至少直线部分配设励磁线圈，将与上述励磁用分割扇状体邻近的四个分割扇状体作为sin检测用扇状体相对于上述圆板体的中心以十字状相对地配设，在该所配设的sin检测用扇状体的外周且至少与上述励磁用分割扇状体邻近的直线部分配设用于检测sin成分的sin检测线圈，并且在正极性的方向配设两个上述sin检测线圈， 在负极性的方向配设另两个上述sin检测线圈，将与上述励磁用分割扇状体邻近的四个分割扇状体作为cos检测用扇状体相对于上述圆板体的中心以十字状相对地配设在隔着上述励磁用分割扇状体与上述sin检测用扇状体相反侧，在该所配设的cos检测用扇状体的外周且至少与上述励磁用分割扇状体邻近的直线部分配设用于检测cos成分的cos检测线圈，并且在正极性的方向配设两个上述cos检测线圈，在负极性的方向配设另两个上述cos检测线圈。这样，在本申请公开的角度检测装置中，将使中心角为45度的四个励磁用分割扇状体相对于圆板体的中心以十字状相对地配置，以通过上述四个励磁用分割扇状体中两个上述励磁用分割扇状体的内部的磁场的方向是正极性，另两个为负极性的方式在上述励磁用分割扇状体的外周配设励磁线圈，将与励磁用分割扇状体邻近的四个sin检测用扇状体相对于圆板体的中性以十字状相对地配置，在sin检测用扇状体的外周配设用于检测sin成分的sin检测线圈，并且在正极性的方向配设两个sin检测线圈，在负极性的方向配设另两个，在隔着励磁用分割扇状体与sin检测用扇状体相反方向邻近地将四个cos检测用扇状体相对于圆板体的中心以十字状相对地配设，在cos检测用扇状体的外周配设用于检测COS成分的COS检测线圈，并且在正极性的方向配设两个COS检测线圈,在负极性的方向配设另两个，因此能够起到正确地检测Sin成分与COS成分，并高精度地检测转子的角度之类的效果。本申请公开的角度检测装置在隔着上述定子与配设有上述转子的面相反的方向具备后磁轭，上述后磁轭至少覆盖设置在邻近配设的上述励磁用分割扇状体与上述sin检测用线圈之间及上述励磁用分割扇状体与cos检测用线圈之间的邻近部位。这样，在本申请公开的角度检测装置中，由于在隔着定子与配设有上述转子的面相反的方向具备后磁轭，上述后磁轭至少覆盖设置在所邻近配设的上述励磁用分割扇状体与上述sin检测用线圈之间及上述励磁用分割扇状体与cos检测用线圈之间的邻近部位，因此能够起到只在线圈间的耦合最强的部位配设后磁轭，利用以必要最小限的部件形成的后磁轭保持角度的检测精度，并且能够得到局部强的磁性耦合，即使在cos检测用线圈与sin检测用线圈密集地配设的部位、尤其以扇状体形成的圆板体的中心部分的区域也能够正确地检测sin成分、cos成分之类的效果。本申请的角度检测装置的上述后磁轭是大致半圆筒状，将圆筒面端部的边缘的一方邻近配设在上述励磁用分割扇状体上，将另一方邻近配设在上述sin检测用线圈或上述cos检测用线圈上。这样，在本申请公开的角度检测装置中，后磁轭大致是半圆筒状，将圆筒面端部的边缘的一方邻近配设在上述励磁用分割扇状体上，将另一方邻近配设在上述sin检测用线圈或上述cos检测用线圈上，因此抑制磁场一圈的回路内的磁阻，得到较强的磁性耦合，起到能够正确地分离并检测sin成分、cos成分之类的效果。本申请公开的角度检测装置隔着上述转子与该转子相对地配设有两个上述定子，以上述定子的相位在面内方向上偏离45度的状态下固定。这样，在本申请公开的角度检测装置中，因为隔着转子与该转子相对地配设两个上述定子，在上述定子的相位在面内方向上偏离45度的状态、即绕中心轴旋转45度的状态下固定，因此起到能够正确地检测sin成分与cos成分，能够高精度地检测转子的角度之类的效果。尤其通过使用能根据需要进行调制波压制的输出的两个定子，能够极正确地检测角度。本申请公开的角度检测装置在使相位一致地固定的两个定子之间配设有以一轴的各向异性在面内方向偏离45度的状态贴合的上述转子。 这样，在本申请公开的角度检测装置中，由于在使相位一致固定的两个定子之间配设有以一轴的各向异性在面内方向偏离45度的状态、即绕中心轴旋转45度的状态贴合的上述转子，因此起到能够正确地检测sin成分与cos成分，并高精度地检测转子的角度之类的效果。尤其通过使用能根据需要进行调制波压制的输出的两个定子，能够极正确地检测角度。本申请公开的角度检测装置与上述转子的板面相对地、两个上述定子以相位在面内方向偏离45度的状态下贴合并邻近配设。这样，在本申请公开的角度检测装置中，由于在与上述转子的板面相对地以两个上述定子的相位在面内方向偏离45度的状态、即绕中心轴旋转45度的状态贴合而邻近配设，因此起到能够正确地检测sin成分与cos成分，高精度地检测转子的角度之类的效果。尤其通过使用能根据需要进行调制波压制的两个定子，能够极正确地检测角度。
图I是第一实施方式的角度检测装置的整体图。图2是表示第一实施方式的角度检测装置的各部件的图。图3是表示第一实施方式的角度检测装置的角度检测的原理的图。图4是表示有助于对第一实施方式的角度检测装置的具有一轴磁性各向异性的磁性体进行磁化的励磁磁场H中的磁化的成分(H//)的角度依赖性与磁化的进行的图。图5是表示第一实施方式的角度检测装置的输出电压波形的图。图6是表示第一实施方式的角度检测装置的角度检测的图。图7是表示第一实施方式的角度检测装置的转子的形成方法的例子的图。图8是表示第二实施方式的角度检测装置的各部件的图。图9是表示第二实施方式的角度检测装置的角度检测的图。图10是表示第二实施方式的角度检测装置的输出电压波形的图。图11是表示第三实施方式的角度检测装置的各部件的图。图12是表示第三实施方式的角度检测装置的输出结果的图。图13是表示第四实施方式的角度检测装置的各部件的图。
图14是组合了第四实施方式的角度检测装置的各部件的场合的俯视图。图15是表示第五实施方式的角度检测装置的定子的图。图16是表示第六实施方式的角度检测装置的定子的第一图。图17是表示第六实施方式的角度检测装置的定子的第二图。
图18是表示第六实施方式的角度检测装置的后磁轭的图。图19是表示第六实施方式的角度检测装置的输出结果的图。图20是第七实施方式的角度检测装置的侧剖视图。图21是表示第七实施方式的角度检测装置的定子及转子的结构的第一图。图22是表示第七实施方式的角度检测装置的定子及转子的结构的第二图。图23是表示第八实施方式的角度检测装置的定子及侧剖视图的图。图24是第九实施方式的角度检测装置的侧剖视图。图25是第十实施方式的角度检测装置的侧剖视图。
具体实施例方式(本发明的第一实施方式)使用图I 图7说明本实施方式的角度检测装置。图I是本发明的角度检测装置的整体图，图2是表示本实施方式的角度检测装置的各部件的图，图3是表示本实施方式的角度检测装置的角度检测的原理的图，图4是表示有助于对本实施方式的角度检测装置的具有一轴磁性各向异性的磁性体进行磁化的励磁磁场H中的磁化的成分(H//)的角度依赖性与磁化的进行的图，图5是表示本实施方式的角度检测装置的输出电压波形的图，图6是表示本实施方式的角度检测装置的角度检测的图，图7是表示本实施方式的角度检测装置的转子的形成方法的例子的图。本实施方式的角度检测装置具备由具有一轴磁性各向异性的圆板体形成，该圆板体以中心点为中心在圆板面内转动的转子；以及定子，该定子具有多个线圈，至少一个线圈是产生磁场的励磁线圈，至少一个线圈是通过与由上述励磁线圈励磁的磁场交链而检测与上述转子的旋转角度相应的电压的检测线圈。另外，定子与转子的圆板体的板面相对地以大致相同外形配设，将定子分割为两个扇状(或半圆状)，沿各个分割区域的外周卷绕励磁线圈或检测线圈。另外，在隔着定子与配设有转子的面相反侧方向具备与定子的圆板体相对地以大致相同外形配设的后磁轭。在本发明中，定子将与转子的圆板体大致相同外形的固定部件从中心放射状地分割为扇状体，将沿被分割的各扇状体的外周卷绕励磁线圈或检测线圈、或沿扇状体的固定部件的外周卷绕励磁线圈或检测线圈的部件组合在与转子的圆板体大致相同外形的圆板体上。另外，可以以磁性体形成卷绕线圈的固定部件，也可以在固定部件的板面配设磁性体而形成。图I (A)是本实施方式的角度检测装置I的立体图，图I (B)是从图I (A)的箭头I观察的角度检测装置I的剖视图，图2是本实施方式的角度检测装置I的后磁轭2、定子3、以及转子5的俯视图。角度检测装置I具备由具有一轴磁性各向异性的圆板体形成并以枢轴6接合的中心点5a为中心在圆板面内转动的转子5 ;与转子5的圆板面相对地为非接触状态的大致相同外形的定子3 ;以与定子3大致相同外形形成不具有方向性(各向同性)的磁性薄板，并且以与定子3接触或非接触状态与配设有转子5的面相反方向的面相对地配设的后磁轭2。另外，在图I (A)中，为了说明而以半圆状描绘后磁轭2，但实际上是与定子3大致相同外形的圆板体。另外，未必需要配设后磁轭2，但为了增强磁通的耦合而期望配设。定子3被分割为半圆状(3a、3b),在其各区域3a、3b的侧面部分卷绕有检测用线圈4a (为SI)、与励磁用线圈4b (为P1)。该检测线圈4a及励磁线圈4b例如由O. Imm的铜线绕100转而构成。后磁轭2能够有效地使励磁线圈4b产生的磁通与检测线圈4a交链，由此能够提高灵敏度。后磁轭2能够使用重叠地粘接例如宽度5cm左右的宽幅非结晶磁性薄带，并形成为圆板状的部件。另外，也可以使用例如使具有1_ 2_左右的厚度的坡莫合金的薄板成形的部件。转子5由圆板体形成，在中心点5a将在其面方向具有一轴磁性各向异性(图1(A)、 图2 (C)的线方向)的磁性体板或磁性合成板接合在枢轴6上。在具有一轴磁性各向异性的磁性体中，具有磁性体容易地被磁化的容易轴向和难以在与之正交的方向上磁化的困难轴向。即，转子5与枢轴6的转动一致地转动，随此，磁性各向异性的容易轴向变化。能够利用该磁性各向异性的容易轴向的变化检测旋转角度。使磁性方向为容易轴向，使与磁性方向垂直的方向为困难轴向。容易轴向的导磁率大，在位于与之垂直的方向的困难轴向小，为与真空的导磁率相同的程度。另外，在此，表示接合转子5的中心点5a与枢轴6，转子5与枢轴6的转动一致地转动的结构，但也可以不设置枢轴6，通过利用例如转子5的侧部的三点以上的支撑辊(中心点与各支撑点的角度小于180度)，使转子5在圆板面内转动。励磁线圈4b与交流电源40连接,供给交流电流。通过向励磁线圈4b供给交流电流，在定子3的区域3b上沿与面方向垂直的方向产生磁场。该磁场在线圈的铜线附近最强，随着朝向区域3b的中心方向而变弱。即，在检测线圈4a与励磁线圈4b邻近的区域30产生较强的磁场。检测线圈4a利用由励磁线圈4b励磁的磁场产生与该磁场相应的电压，利用连接在检测线圈4b上的同步检波电路41检测该电压。此时，利用转子5的角度检测的电压值变化。接着，使用图3说明本实施方式的角度检测装置的角度检测的原理。图3表示层叠有定子3与转子5的状态,位于转子5的磁性体具有磁性各向异性能量Ku的一轴磁性各向异性，表示其容易轴向相对于定子3倾斜角度Θ的状态。励磁线圈Pl与检测线圈SI在它们的邻近区域30产生利用磁通Φ进行的磁性耦合。在角度Θ的场合，利用容易轴向的特性，励磁线圈Pl与SI间的磁性耦合为最大，来自SI的输出电压为最大。在Θ为90度的场合,利用困难轴向的特性,磁性f禹合为最小,来自SI的输出电压为最小。来自SI的输出对角度Θ的依赖性为(cos)2。以下，使用图4进行说明。如图4 (A)所示，与励磁线圈Pl的邻近区域30的直线部分垂直地产生的励磁磁场H能够分离为磁化容易轴向成分H//、隔着H与H//正交的磁化困难轴向成分H丄。图4(B)、(C)表不理想化为与容易轴向平行地产生长方形状磁区时的磁化分布，磁壁的方向与一轴磁性各向异性平行，磁性板的磁通密度只由磁壁方向、即Ku方向构成。图4 (B)在消磁状态下，js的方向在右上方向与左下方向同量为B//=0。图4 (C)是在右上方向上被磁化的状态B// > O。如图4 (C)所示，在由与Ku方向平行的长方形状磁区的集合构成的磁性板的磁化过程中，具有与H//平行的方向的磁化的磁区的宽度增加，反平行方向的磁区的宽度减小。磁性板的磁通密度当只在Ku方向使导磁率为μ，则B//= μ H//，全部的磁力矩利用可以从与容易轴向平行或反平行的模型的假定，B丄=0。与位于邻近区域30的检测线圈SI的直线部分交链的成分由于是B//的Θ =0方向(与直线部分垂直)成分，因此为B//C0S θ = μ H//cosΘ=H (cosθ )2ο当磁场由角频率ω的交流电流励磁时，在使振幅为Htl的场合，因为H=HtlSin ω t，因此向检测线圈S I的感应电压Vtl使与线圈的卷数或形状相关的比例常数为P，以Vtl=P μ Htl(cos Θ )2sincot施加。通过利用同步检波消除sincot,该角度检测装置I的输出施加与(cos Θ )2成比例的输出电压。实际上，由于不仅具有一轴磁性各向异性的磁性板，励磁线圈Pl与检测线圈SI还通过空间耦合，因此呈现不根据(cos Θ ) 2的一定的输出。因此，即使90度、270度输出也不为O (参照图5的输出电压波形)。 如上所述，励磁线圈Pl与检测线圈SI的磁性耦合根据角度Θ变化，随此，输出电压也变化。磁性耦合根据线圈的大小、线圈与转子5的距离、后磁轭2的形状等变化，但如果将原形状保持为一定(旋转除外)，则由于利用适当的系数表示，因此作为角度Θ的函数，如下表示磁性耦合系数。[数I]k ( Θ ) = k0cos2 Θ +I^1其中，1 是磁性耦合的角度依赖成分的系数，Ic1表示不根据角度变化的磁性耦合的成分。根据上述原理，对本实施方式的角度检测装置的角度检测进行说明。图6表示转子的角度检测。图6的各图是从上部方向观察角度检测装置I的图，为了容易明白，以线表示定子3的区域3a、3b及转子5的容易轴向。图6 (A)是旋转角度为O度，图6 (B)是旋转角度为45度，图6 (C)是旋转角度为90度的场合。如上所述，由于转子5具有一轴磁性各向异性，因此较多磁通容易在该容易轴向通过，磁通难以在困难轴向通过。S卩，如图6 (A)所示，在作为检测线圈SI与励磁线圈Pl的邻近区域的区域30中，由于所励磁的磁通的方向与转子5的容易轴向平行(角度为O度)，因此与检测线圈SI交链的磁通多，输出变大。在转子5旋转45°的场合，如图6 (B)所示，由于在区域30中所励磁的磁通的方向与转子5的容易轴向是45度，因此与O度场合相比磁通难以通过，相应地输出变小。在转子5旋转90度的场合，如图6 (C)所示，由于在区域30中所励磁的磁通的方向与转子5的容易轴向垂直(角度为90度)，因此与检测线圈SI交链的磁通少，输出变小。这样，通过根据转子5的旋转角度对检测线圈SI的交链磁通、以及与该交链磁通对应的电压值，能够得到转子5的旋转角。另外，在图I中，为利用枢轴6只枢轴支承转子5，定子3及后磁轭2与转子的圆板面相对的结构，但对定子3及后磁轭2而言，可以为被枢轴6枢轴支承的结构。在该场合，在定子3的中央部也具有与位于转子5的中央部的孔相同形状的孔，以包围该孔的方式在扇状体的外周配设线圈。通过这样，将邻近区域分割为二，在各个区域，产生与转子5的容易轴向对应的磁通的耦合。例如，在图6的场合，在中央部的孔中贯通有枢轴6，以包围该贯通孔的方式卷绕励磁线圈与检测线圈。并且，邻近区域30被分割为左右的两个区域。定子侧不直接支撑在枢轴6上，通过轴承等支撑，并固定在不动部上。另外，在定子3的形成中，可以将圆板体分割为扇形状，在各个扇状体上卷绕励磁线圈或检测线圈而形成。但也可以首先以成为扇状体的外形的方式制造励磁线圈与检测线圈，并将其固定在圆板体上。另外，可以利用印刷或蚀刻等形成这些线圈。另外，可以在被分割的一个扇状体的直线部分的局部或全部以同时流过一方向的电流的方式配设励磁用线圈或配线，同样地，也在另一扇状体上配设感应电压的检测用线圈或配线。另外，就转子5的一轴磁性各向异性的形成方法而言，例如，能够以在圆板状的非磁性基体上沿一方向排列较细的丝带状的磁性体或磁性金属丝等(例如，以平行的方式密接宽度1mm、厚度20 μ m左右的磁性薄带)而形成的方法(参照图7 (A))、在纵横上组装磁性体与非磁性体并树脂浸溃而形成的方法(参照图7(B))、利用蚀刻机械加工等在磁性体上雕 刻槽而形成的方法(参照图7 (C))、对由蚀刻形成的铸模镀膜的方法(参照图7 (D))、例如将在压延的方向上具有磁性各向异性的方向性娃钢板或利用磁场中的热处理形成一方向的磁性各向异性的坡莫合金或非结晶磁性体等切割为圆板状的方法(参照图7 (E))等各种方法形成。这样，根据本实施方式的角度检测装置，由于转子5是由具有一轴磁性各向异性的圆板体构成的、极其简单的结构，因此不需要复杂的加工，能够非常容易地制造。另外，由于为不是与转子5的圆板体的外侧面相对地配设定子3，而是与转子5的圆板体的板面相对地配设的面结构，因此能够不使功能下降，能够以简单的制造工序薄型化。另外，在隔着定子3与配设有转子5的面相反方向的板面上具备与定子3的圆板体相对地以大致相同外形配设的后磁轭2，因此能够增强磁场而提高检测灵敏度。(本发明的第二实施方式)使用图8 图10对本实施方式的角度检测装置进行说明。图8是表示本实施方式的角度检测装置的各部件的图，图9是表示本实施方式的角度检测装置的角度检测的图，图10是表示本实施方式的角度检测装置的输出电压波形的图。另外，在本实施方式中，省略与上述第一实施方式重复的说明。本实施方式的角度检测装置将圆板体的定子分割为四个大致相同外形的扇状体，将沿相对于定子的圆板体的中心点相对的位置的两个扇状体的两个组中、构成一个组的第一扇状体与第三扇状体的外周卷绕的线圈作为检测线圈，将沿构成另一组的第二扇状体与第四扇状体的外周卷绕的线圈作为励磁线圈，以由卷绕在第二扇状体的励磁线圈励磁的磁场的方向与由卷绕在第四扇状体上的励磁线圈励磁的磁场的方向相互为逆极性的方式卷绕励磁线圈。另外，卷绕在第一扇状体上的检测线圈与卷绕在第三扇状体上的检测线圈也以互相为逆极性的方式接线。在此，第一扇状体与第三扇状体形成相对于定子的圆板体的轴相对的一个组，第二扇状体与第四扇状体形成相对于定子的圆板体的轴相对的另一组。图8 (A)是本实施方式的角度检测装置的后磁轭2的俯视图，图8 (B)是本实施方式的角度检测装置的定子3的俯视图，图8 (C)是本实施方式的角度检测装置的转子5的俯视图。在本实施方式中，如图8 (B)所示，将定子3分割为四个大致相同外形的扇状体，沿由相对于圆板体的中心点相对的位置的扇状体的两个组((3a、3c)与(3b、3d))中、第一扇状体3a与第三扇状体3c构成的组的各个的外周卷绕的线圈是检测线圈4a、4c (为SI、S2)，沿由第二扇状体3b与第四扇状体3d构成的组的各个的外周卷绕的线圈是励磁线圈4b、4d (为P1、P2)。各线圈沿各个扇状体的外周卷绕100转左右，线圈的高度为2mm左右。励磁线圈Pl与P2以与定子3的面方向垂直方向的磁通的方向为相互相反(一方为N极的场合，另一方为S极)的方式卷绕并连接，检测线圈SI与S2以相互卷绕方向相反的方式接线。通过这样，在转子5的旋转角度是O度的场合，由于检测线圈SI与励磁线圈P1、检测线圈S2与励磁线圈P2位于转子5的磁性各向异性的容易轴向，因此结实地耦合。相反，检测线圈SI与励磁线圈P2、以及检测线圈S 2与励磁线圈Pl由于位于转子5的磁性各向异性的困难轴向，因此耦合几乎为O。上下排列的检测线圈SI与励磁线圈P1、及检测线圈S2与励磁线圈P2的线圈间的耦合系数k的角度依赖性为k ( Θ ) =k0cos2+k1 ( Θ使垂直方向为O度)。使由励磁线圈产生的磁通为Φ (P1)、Φ (P2)。当以Iiji ( Θ )表示从励磁线圈Pi向检测线圈Sj的耦合时，输出S1-S2为[数2]
权利要求
1.一种角度检测装置，其特征在于，具备 转子，其包括磁性体的圆板体的导磁率作为整体具有一轴的各向异性，该圆板体以中心点为中心在圆板面内转动；以及 定子，其具有多个线圈，至少一个线圈是产生磁场的励磁线圈，至少一个线圈是与由上述励磁线圈励磁的磁场交链并检测与上述转子的旋转角度相应的电压的检测线圈。
2.根据权利要求I所述的角度检测装置，其特征在于， 上述定子与上述转子的圆板体的板面相对地以大致相同外形邻近配设，将上述定子分割为多个扇状体，在该扇状体的外周且至少直线部分在每个上述扇状体上交替地配设上述励磁线圈及检测线圈。
3.根据权利要求2所述的角度检测装置，其特征在于， 在隔着上述定子与配设有上述转子的面相反的方向具备与上述定子的圆板体相对地以大致相同外形配设的后磁轭。
4.根据权利要求2或3所述的角度检测装置，其特征在于， 将上述定子分割为四个大致相同外形的扇状体， 使构成相对于上述定子的圆板体的中心点相对的位置的上述扇状体的两个组中、一方的组的扇状体的外周且至少直线部分所配设的线圈为检测线圈，使构成另一组的扇状体的外周且至少直线部分所配设的线圈为励磁线圈， 就配设有上述励磁线圈的扇状体的组而言，以配设在各扇状体上的励磁线圈产生相互为逆极性的磁场的方式配设该励磁线圈，就配设有上述检测线圈的扇状体的组而言，以配设在各扇状体上的检测线圈相互为逆极性的方式配设。
5.根据权利要求I所述的角度检测装置，其特征在于， 将在将上述定子分割为八个大致相同外形的扇状体的分割扇状体中、至少三个分割扇状体与上述转子的板面相对地邻近配设为扇状，在上述三个分割扇状体的外周且至少直线部分交替地配设两个上述检测线圈与一个上述励磁线圈。
6.根据权利要求5所述的角度检测装置，其特征在于， 在隔着上述定子与配设有上述转子的面相反的方向具备与上述定子的圆板体相对地配设的后磁轭， 上述后磁轭至少覆盖设置在上述邻近配设的分割扇状体间的邻近部位。
7.根据权利要求2所述的角度检测装置，其特征在于， 将上述定子分割为十六个大致相同外形的扇状体， 邻近的上述扇状体交替地配设励磁线圈与检测线圈，上述邻近的扇状体的八个组中、相对于上述定子的圆板体的中心点以十字状相对的四个组的一方检测sin成分，另一方检测COS成分。
8.根据权利要求7所述的角度检测装置，其特征在于， 在隔着上述定子与配设有上述转子的面相反的方向具备与上述定子的圆板体相对地以大致相同外形配设的后磁轭， 上述后磁轭与上述定子的扇状体的八个组对应地分割为八个大致相同外形的扇状体，在各扇状体间具有间隙。
9.根据权利要求I所述的角度检测装置，其特征在于，上述定子将分割与上述转子的圆板体大致相同外形的圆板体而形成的多个分割扇状体中、使中心角为45度的两个分割扇状体作为励磁用分割扇状体并相对于上述圆板体的中心相对地配设，在该所配设的励磁用分割扇状体的外周且至少直线部分以产生相互为逆极性的磁场的方式配设励磁线圈， 将与上述励磁用分割扇状体邻近的两个分割扇状体作为sin检测用扇状体相对于上述圆板体的中心相对地配设，在该所配设的sin检测用扇状体的外周且至少直线部分以相互为逆极性的方式配设用于检测sin成分的检测线圈， 将与上述励磁用分割扇状体邻近的两个分割扇状体作为cos检测用扇状体并相对于上述圆板体的中心相对地配设在隔着该励磁用分割扇状体与上述sin检测用扇状体相反侦牝在该所配设的cos检测用扇状体的外周且至少直线部分以相互为逆极性的方式配设用于检测cos成分的检测线圈。
10.根据权利要求2所述的角度检测装置，其特征在于， 上述定子由被分割为多个扇状体的分割扇状体构成， 将上述分割扇状体中、使中心角为45度的四个分割扇状体作为励磁用分割扇状体并相对于上述圆板体的中心以十字状相对地配设，以通过上述四个励磁用分割扇状体中两个上述励磁用分割扇状体的内部的磁场的方向是正极性，通过另两个上述励磁用分割扇状体的内部的磁场的方向为负极性的方式在上述所配设的励磁用分割扇状体的外周且至少直线部分配设励磁线圈， 将与上述励磁用分割扇状体邻近的四个分割扇状体作为sin检测用扇状体并相对于上述圆板体的中心以十字状相对地配设，在该所配设的sin检测用扇状体的外周且至少与上述励磁用分割扇状体邻近的直线部分配设用于检测sin成分的sin检测线圈，并且在正极性的方向配设两个上述sin检测线圈，在负极性的方向配设另两个上述sin检测线圈，将与上述励磁用分割扇状体邻近的四个分割扇状体作为cos检测用扇状体相对于上述圆板体的中心以十字状相对地配设在隔着上述励磁用分割扇状体与上述sin检测用扇状体相反侧，在该所配设的cos检测用扇状体的外周且至少与上述励磁用分割扇状体邻近的直线部分配设用于检测cos成分的cos检测线圈，并且在正极性的方向配设两个上述cos检测线圈，在负极性的方向配设另两个上述cos检测线圈。
11.根据权利要求9或10所述的角度检测装置，其特征在于， 在隔着上述定子与配设有上述转子的面相反的方向具备后磁轭， 上述后磁轭至少覆盖设置在邻近配设的上述励磁用分割扇状体与上述sin检测用线圈之间及上述励磁用分割扇状体与cos检测用线圈之间的邻近部位。
12.根据权利要求11所述的角度检测装置，其特征在于， 上述后磁轭是大致半圆筒状，将圆筒面端部的边缘的一方邻近配设在上述励磁用分割扇状体上，将另一方邻近配设在上述sin检测用线圈或上述cos检测用线圈上。
13.根据权利要求4所述的角度检测装置，其特征在于， 隔着上述转子与该转子相对地配设有两个上述定子， 以上述定子的相位在面内方向偏离45度的状态固定。
14.根据权利要求4所述的角度检测装置，其特征在于， 在使相位一致地固定的两个定子之间配设有以一轴的各向异性在面内方向偏离45度的状态贴合的上述转子。
15.根据权利要求4所述的角度检测装置，其特征在于， 与上述转子的板面相对地、两个上述定子以相位在面内方向偏离45度的状态贴合并邻近配设。
全文摘要
本发明提供不需要复杂的加工，能够以非常简单的组装工序高精度地检测角度的角度检测装置。角度检测装置具备转子(5)，其以由具有一轴磁性各向异性的磁性体构成的圆板体形成，该圆板体以中心点为中心在圆板面内转动；定子(3)，其与转子(5)的圆板体的板面相对地以大致相同外形配设，分割为多个扇状，沿分割区域的外周卷绕励磁线圈或检测线圈以及后磁轭(2)，其在隔着定子(3)与配设有转子(5)的面相反的方向与定子(3)的圆板体相对地以大致相同外形配设。
文档编号G01D5/20GK102959362SQ20118003224
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月9日 优先权日2010年7月2日
发明者笹田一郎 申请人:国立大学法人九州大学