JP2002372470A

JP2002372470A - 回転センサ

Info

Publication number: JP2002372470A
Application number: JP2002107007A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Abe; 文彦安倍; Takahiro Ueno; 孝弘上野; Toji Kin; 東治金; Kengo Tanaka; 賢吾田中; Takeshi Nakamoto; 毅中本; Masakazu Matsui; 正和松井
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP3936225B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁波をシールドしても回転体の円滑な回転
が阻害されることがない回転センサを提供する。【解決手段】絶縁磁性材から筒状に成形され、周方向
に配置される導体層11ｂを有し、回転する第１のシャフ
ト５ｃに取り付けられる第１のロータ11、励磁コイル12
ｂを有し、第１のロータと半径方向に間隔を置いて固定
部材に固定される固定コア12、導体層と対応させて周方
向に配置される非磁性金属体13ｂを有し、第１のロータ
に隣接し、第１のシャフトに対して相対回転する第２の
シャフト５ａに取り付けられ、第１のロータと固定コア
との間に配置される第２のロータ13を備え、第１及び第
２のロータの相対回転による励磁コイルのインピーダン
ス変動に基づいて、両シャフトの回転角度或いは相対回
転角度を検出する回転センサ10。固定コア12を電磁波を
遮蔽する第１の遮蔽部材12ｃで覆うと共に、第１の遮蔽
部材を第２の遮蔽部材14で覆った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】２つの回転体（ロータ）と、励磁コイル
を有する固定体とを備え、相対回転する２本の軸間にお
けるトルクを検出する回転センサとして、例えば、トー
ションバーを介して相対回転する２本の回転軸が連結さ
れた自動車のハンドルシャフトにおけるトルクを検出
し、ステアリング装置の円滑な電子制御に利用する回転
センサが知られている（例えば、特公平７−２１４３３
号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の回転センサは、外部からの電磁波ノイズを遮蔽した
り、外部へ電磁波ノイズの影響を及ぼさないように電磁
環境適合性(EMC: electromagnetic compatibility)の観
点から電磁波シールドの対策を採る必要がある。この場
合、電磁波をシールドする遮蔽部材としては、導電性の
金属が最適である。

【０００４】しかし、回転センサは、例えば、熱可塑性
の合成樹脂を用いて回転体の本体を形成し、電気絶縁性
を有する熱可塑性合成樹脂に軟磁性材粉を混合したプラ
スチックマグネットを用いて回転子を形成し、前記回転
体としてこの回転子と前記本体とを組み合わせたものが
使用されている。このため、回転センサは、摺動部が合
成樹脂で形成されているので、遮蔽部材として金属を用
いると、金属と合成樹脂との間の摩擦が大きいことか
ら、使用に伴って回転体と遮蔽部材との摩擦によって合
成樹脂が磨耗し、合成樹脂の粉が発生することがある。
このため、回転センサにおいては、このような粉が原因
となって回転体の円滑な回転が阻害されることがある。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、電磁波をシールドしても回転体の円滑な回転が阻害
されることがない回転センサを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては上記目
的を達成するため、絶縁磁性材から筒状に成形され、周
方向に配置される導体層を有し、回転する第１のシャフ
トに取り付けられる第１のロータ、励磁コイルを有し、
前記第１のロータと半径方向に間隔を置いて固定部材に
固定される固定コア、前記導体層と対応させて周方向に
配置される非磁性金属体を有し、前記第１のロータに隣
接し、前記第１のシャフトに対して相対回転する第２の
シャフトに取り付けられ、前記第１のロータと前記固定
コアとの間に配置される第２のロータを備え、前記第１
及び第２のロータの相対回転による前記励磁コイルのイ
ンピーダンス変動に基づいて、前記両シャフトの回転角
度或いは相対回転角度を検出する回転センサにおいて、
前記固定コアを電磁波を遮蔽する第１の遮蔽部材で覆う
と共に、該第１の遮蔽部材を第２の遮蔽部材で覆った構
成としたのである。

【０００７】好ましくは、前記第１の遮蔽部材を導電性
の金属とし、前記第２の遮蔽部材を導電性の合成樹脂と
する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回転センサに係る
一実施形態として、例えば、自動車において変換ジョイ
ント（トーションバー）を介して主動シャフトから従動
シャフトへ伝達されるステアリングシャフトのトルクを
検出する回転センサを図１乃至図６に基づいて説明す
る。

【０００９】先ず、本発明の回転センサの第１の実施形
態について説明すると、回転センサ１０は、図１に示す
ように、第１ロータ１１、固定コア１２、第２ロータ１
３及び樹脂ケース１４を備えている。ここで、ステアリ
ングシャフト５は、主動シャフト５ａがトーションバー
５ｂを介して従動シャフト５ｃと連結され、主動シャフ
ト５ａは、従動シャフト５ｃに対して、例えば±８°の
範囲内で相対回転するように設けられている。

【００１０】第１ロータ１１は、電気絶縁性を有するナ
イロン，ポリプロピレン（ＰＰ），ポリブチレンテレフ
タレート（ＰＢＴ），ポリフェニレンスルフィド（ＰＰ
Ｓ）等の熱可塑性の合成樹脂に、Ｎi−ＺnやＭn−Ｚn系
のフェライトからなる軟磁性材粉を、軟磁性材の含有量
が１０〜７０体積％で混合した軟磁性材によって円筒状
に形成され、回転する従動シャフト５ｃの軸線方向所定
位置に取り付けられる。第１ロータ１１は、円筒状の本
体１１ａの外周に所定間隔、例えば、中心角３０°間隔
で６枚の銅箔１１ｂ（図１参照）が周方向に設けられて
いる。第１ロータ１１は、本体１１ａの下部に半径方向
外方へ向けてフランジ部１１ｃが形成されている。ここ
で、銅箔１１ｂは、導体層であれば、例えば、アルミニ
ウム，銀等の素材を使用することができ、銅箔１１ｂを
含むこれら導体層は絶縁磁性材の内部に埋め込んでもよ
い。

【００１１】固定コア１２は、第１ロータ１１の外側に
本体１１ａとの間に半径方向に数ｍｍ程度の僅かなギャ
ップをおいて配置され、ステアリングシャフト５の近傍
に位置する固定部材（図示せず）に固定される。固定コ
ア１２は、図１及び図２に示すように、第１ロータ１１
と同一の絶縁磁性材からなる２つのコア本体１２ａと、
各コア本体１２ａ内に収容される励磁コイル１２ｂと、
各コア本体１２ａを収容する２つの遮蔽ケース１２ｃ及
び２つのコア本体１２ａ間に配置される遮蔽板１２ｄと
を有している。

【００１２】コア本体１２ａは、第１ロータ１１と同一
の絶縁磁性材からリング状に成形されている。励磁コイ
ル１２ｂは、遮蔽ケース１２ｃから外部へ延出させた電
線（図示せず）によって図示しない信号処理回路と接続
され、この信号処理回路から交流電流が流されている。
遮蔽ケース１２ｃ及び遮蔽板１２ｄは、電磁波を遮蔽す
るもので、それぞれ導電性に優れ、電触のおそれのない
銅，真鍮等の金属が用いられる。遮蔽ケース１２ｃは、
コア本体１２ａを収容する収容部１２ｅを有するカップ
状に成形され、遮蔽板１２ｄと共に中央に開口１２ｆが
形成されている。各遮蔽ケース１２ｃは、フランジ部１
２ｇの外径が遮蔽板１２ｄの外径と等しくなるように成
形されている。ここで、遮蔽ケース１２ｃ及び遮蔽板１
２ｄは、各励磁コイル１２ｂに流される交流電流の周波
数に基づく表皮効果以上の厚みを有していれば、最低の
周波数帯域の電磁波を遮蔽することができる。例えば、
各励磁コイル１２ｂに流される交流電流の周波数が１０
０ｋＨｚで、遮蔽ケース１２ｃ及び遮蔽板１２ｄの素材
として銅を使用した場合、遮蔽ケース１２ｃ及び遮蔽板
１２ｄは、厚さが0.２ｍｍ以上あればよい。従って、遮
蔽ケース１２ｃ及び遮蔽板１２ｄは、上記金属素材をプ
レス絞り加工して製造される。

【００１３】第２ロータ１３は、図１に示すように、フ
ランジ１３ａと、第１ロータ１１と固定コア１２との間
に配置される複数の羽板１３ｂとを有し、主動シャフト
５ａにカップリングＣpを介して取り付けられる。フラ
ンジ１３ａは、樹脂ケース１４との摩擦が小さいポリブ
チレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリフェニレンスル
フィド（ＰＰＳ），液晶プラスチック（ＬＣＰ）Ｉ，II
型，ポリアセタール（ＰＯＭ）ポリカーボネート（Ｐ
Ｃ）等の合成樹脂が使用される。複数の羽板１３ｂは、
交流磁界の遮蔽性を有するアルミニウム，銅等の非磁性
金属によって製造され、フランジ１３ａに、複数の銅箔
１１ｂに対応して中心角６０°の間隔で周方向に均等に
配置して下方に向かって形成されている。

【００１４】ここで、本発明の回転センサに係る第１及
び第２ロータ１１，１３は、導体層及び非磁性金属体が
後述するように単数であっても、両ロータ１１，１３の
相対回転による励磁コイルのインピーダンス変動に基づ
いて、シャフトＳF1，ＳF2の回転角度或いは相対回転角
度を検出することができる。樹脂ケース１４は、ポリフ
ェニレンスルフィド（ＰＰＳ）にカーボンを混練した導
電性の合成樹脂が使用され、図１に示すように、上ケー
ス１４ａと下ケース１４ｂによって遮蔽ケース１２ｃ及
び遮蔽板１２ｄを覆っている。ここで、樹脂ケース１４
は、ＰＰＳの代わりに液晶プラスチック（ＬＣＰ）Ｉ，
II型、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、シンジオタクテ
ィックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリエーテルサルフォ
ン（ＰＥＳ）、ポリアリルサルフォン（ＰＡＳＦ）等を
使用してもよい。

【００１５】そして、回転センサ１０は、図１に示すよ
うに、上ケース１４ａの上部と下ケース１４ｂの下部
に、それぞれ上蓋１５及び下蓋１６が被せられる。以上
のように構成される回転センサ１０は、第１ロータ１１
を従動シャフト５ｃに、第２ロータ１３をカップリング
Ｃpを介して主動シャフト５ａに、それぞれ取り付ける
と共に、固定コア１２を前記固定部材に固定してステア
リング装置に組み付けられる。

【００１６】組み立てられた回転センサ１０において
は、励磁コイル１２ｂを流れる交流電流による磁束がコ
ア本体１２ａと第１ロータ１１の絶縁磁性材からなる磁
気回路に沿って流れる。これにより、第１ロータ１１の
複数の銅箔１１ｂを交流磁界が横切るため、銅箔１１ｂ
内に渦電流が誘起される。このとき、渦電流によって励
起される交流磁界の方向は、励磁コイル１２ｂを流れる
交流電流による交流磁界の方向と逆になる。結果とし
て、銅箔１１ｂが存在するコア本体１２ａと第１ロータ
１１との間のギャップ部分に生ずる励磁コイル１２ｂの
交流励磁電流による磁束と上記渦電流による磁束の方向
とが逆になるため、トータルの磁束密度が小さくなる。
この反対に、銅箔１１ｂが存在しなかった上記ギャップ
部分では、励磁コイル１２ｂの交流励磁電流による磁束
と上記渦電流による磁束の方向とが同じになるため、ト
ータルの磁束密度が大きくなる。即ち、コア本体１２ａ
と第１ロータ１１との間のギャップ部分に不均一磁界が
形成される。

【００１７】従って、第２ロータ１３が第１ロータ１１
に対して相対回転すると、第２ロータ１３に中心角６０
°間隔で周方向に形成された羽板１３ｂが上記不均一磁
界を横切り、その際、第１ロータ１１と第２ロータ１３
との相対回転によって、羽板１３ｂが横切るトータルの
磁束の量が変化するので、羽板１３ｂに生ずる渦電流の
大きさが変化する。このため、回転センサ１０において
は、励磁コイル１２ｂのインピーダンスは第１ロータ１
１と第２ロータ１３との相対回転角度によって変動す
る。

【００１８】回転センサ１０は、励磁コイル１２ｂのイ
ンピーダンス変動を検出し、第１ロータ１１と第２ロー
タ１３との相対回転角度を検出する。例えば、パルス波
もしくは正弦波を励磁コイル１２ｂに印加し、位相シフ
ト量を測定してもよく、また、振幅変化量を測定しても
よい。このとき、回転センサ１０は、各コア本体１２ａ
が導電性の遮蔽ケース１２ｃ及び遮蔽板１２ｄによって
遮蔽されているうえ、更に導電性の樹脂ケース１４によ
って遮蔽されている。

【００１９】このため、回転センサ１０は、外部からの
電磁波ノイズの侵入並びに外部への電磁波の漏れ出しが
ないように電磁波シールドの対策を採っているにも拘わ
らず、上ケース１４ａは、合成樹脂から成形され、内縁
部が第２ロータ１３の合成樹脂製のフランジ１３ａと当
接する。従って、回転センサ１０は、上ケース１４ａと
フランジ１３ａとが互いに当接しても、合成樹脂の粉が
発生することなく、第２ロータ１３が円滑に回転する。
しかも、回転センサ１０は、遮蔽ケース１２ｃ、遮蔽板
１２ｄ及び樹脂ケース１４で電磁波を遮蔽しているの
で、遮蔽ケース１２ｃ及び遮蔽板１２ｄのみで遮蔽する
場合に比べて、軽量となる。更に、回転センサ１０は、
前記のように遮蔽ケース１２ｃ及び遮蔽板１２ｄをプレ
ス絞り加工で製造しているので、±５０μｍ程度の加工
精度が得られるので、加工精度のうえからも問題はな
い。

【００２０】ここで、上記実施形態は、固定コア１２
が、２つの励磁コイル１２ｂを有する場合について説明
した。しかし、図３に示す固定コア２２のように、励磁
コイル２２ｂが収容されたコア本体２２ａを上下同じ形
の２つの遮蔽ケース２２ｃで遮蔽すると共に、遮蔽ケー
ス２２ｃを上ケース２４ａと下ケース２４ｂとを有する
樹脂ケース２４で覆う構成としてもよい。

【００２１】更に、図４に示す固定コア３２のように、
励磁コイル３２ｂが収容されたコア本体３２ａを遮蔽ケ
ース３２ｃと遮蔽板３２ｄとで覆って遮蔽する構成とし
てもよい。ここで、本発明の回転センサは、図５に示す
回転センサ４０のように構成しても、第１及び第２のロ
ータの相対回転による励磁コイルのインピーダンス変動
に基づいて、シャフトＳF1，ＳF2の回転角度或いは相対
回転角度を検出することができる。

【００２２】ここにおいて、以下に説明する回転センサ
４０は、第１ロータ４１及び第２ロータ４３の構成が回
転センサ１０と若干異なるだけで、その他は回転センサ
１０と構成が同一である。従って、以下の説明並びに図
５，６においては、回転センサ２０は、固定コア１２、
樹脂ケース１４、上蓋１５及び下蓋１６については同一
の符号を用いることで重複した説明を省略し、第１ロー
タ４１と第２ロータ４３について説明する。

【００２３】第１ロータ４１は、図５及び図６（ａ）に
示すように、第１ロータ１１と同一の素材から半円筒状
に成形される本体４１ａの外周に、銅箔４１ｂ（図１参
照）が周方向に半周に亘って配置され、下部には半径方
向外方へ向けてフランジ部４１ｃが形成されている。こ
こで、銅箔４１ｂは、導体層であれば、例えば、アルミ
ニウム，銀等の素材を使用することができ、銅箔４１ｂ
を含むこれら導体層は絶縁磁性材の内部に埋め込んでも
よい。

【００２４】第２ロータ４３は、図５及び図６（ｂ）に
示すように、フランジ４３ａと、第１ロータ４１と固定
コア１２との間に配置される羽板４３ｂとを有し、主動
シャフト５ａにカップリングＣpを介して取り付けられ
る。フランジ４３ａは、フランジ１３ａと同じ合成樹脂
が使用される。羽板４３ｂは、交流磁界の遮蔽性を有す
るアルミニウム，銅等の非磁性金属によって製造され、
フランジ４３ａに、銅箔４１ｂに対応させて周方向に沿
って下方に向かって配置されている。

【００２５】尚、本発明の回転センサは、上記実施形態
で説明した自動車のステアリングシャフトの他、例え
ば、ロボットアームのように、互いに回転する回転軸間
の相対回転角度，回転角度，トルクを求めるものであれ
ば、どのようなものにも使用できる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１乃至３の発明によれば、電磁波
をシールドしても回転体の円滑な回転が阻害されること
がない回転センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転センサの一実施形態を示す回転セ
ンサの断面正面図である。

【図２】図１の回転センサで用いる固定ケースの断面正
面図である。

【図３】回転ケースの他の実施形態を示す断面正面図で
ある。

【図４】回転ケースの更に他の実施形態を示す断面正面
図である。

【図５】本発明の回転センサの他の実施形態を示す回転
センサの断面正面図である。

【図６】図５の回転センサで用いる第１のロータの斜視
図（ａ）及び第２のロータの斜視図（ｂ）である。

【符号の説明】

５ステアリングシャフト５ａ主動シャフト５ｂトーションバー５ｃ従動シャフト１０回転センサ１１第１ロータ１１ｂ導体層１２固定コア１２ｂ励磁コイル１２ｃ遮蔽ケース（第１の遮蔽部材）１２ｄ遮蔽板（第１の遮蔽部材）１３第２ロータ１３ｂ非磁性金属体１４樹脂ケース（第２の遮蔽部材）１４ａ上ケース１４ｂ下ケース２２固定コア２２ｂ励磁コイル２２ｃ遮蔽ケース（第１の遮蔽部材）２４樹脂ケース（第２の遮蔽部材）２４ａ上ケース２４ｂ下ケース３２固定コア３２ｂ励磁コイル３２ｃ遮蔽ケース（第１の遮蔽部材）３２ｄ遮蔽板（第１の遮蔽部材）４０回転センサ４１第１ロータ４１ｂ導体層４３第２ロータ４３ｂ非磁性金属体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金東治東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者田中賢吾東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者中本毅東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者松井正和東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA35 BA08 CA16 DA01 DA05 GA03 KA01 KA04 LA01 2F077 AA21 CC02 FF03 FF31 TT06 TT21 VV02 VV11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁磁性材から筒状に成形され、周方向
に配置される導体層を有し、回転する第１のシャフトに
取り付けられる第１のロータ、励磁コイルを有し、前記第１のロータと半径方向に間隔
を置いて固定部材に固定される固定コア、前記導体層と対応させて周方向に配置される非磁性金属
体を有し、前記第１のロータに隣接し、前記第１のシャ
フトに対して相対回転する第２のシャフトに取り付けら
れ、前記第１のロータと前記固定コアとの間に配置され
る第２のロータを備え、前記第１及び第２のロータの相
対回転による前記励磁コイルのインピーダンス変動に基
づいて、前記両シャフトの回転角度或いは相対回転角度
を検出する回転センサにおいて、前記固定コアを電磁波を遮蔽する第１の遮蔽部材で覆う
と共に、該第１の遮蔽部材を第２の遮蔽部材で覆ったこ
とを特徴とする回転センサ。
【請求項２】前記第１の遮蔽部材が導電性の金属であ
る、請求項１の回転センサ。
【請求項３】前記第２の遮蔽部材が導電性の合成樹脂
である、請求項１又は２の回転センサ。