JP2004061458A - Rotation sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出対象の回転角度変化を検出するための回転センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6および図7は、この種の従来技術を示したものである。この回転センサは、例えば自動車に設けられ、トーションジョイントTJを介して連結された主動シャフトMSと従動シャフトSSとにより構成されたステアリングシャフトSと車体側との相対回転角度を検出するためのもので、コア1、ステータ2およびロータ3を備えて構成してある。
【0003】
コア1は、絶縁磁性材によって太径の円環状に形成したもので、基準プレート4に取り付けてある。ステータ2は、絶縁磁性材によって円環状に形成したもので、上記コア1の内周面との間に間隙を確保した状態で該コア1と同一軸心となる態様で上記基準プレート4に取り付けてある。このステータ2には、導体5、例えば銅箔を設けてあるとともに、励磁コイル6が設けてある。導体5は、ステータ2の外周面において180°となる範囲に薄い層状に貼り付けてある。励磁コイル6は、通電した場合にコア1との間に磁界を形成するためのものである。ロータ3は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電材によって半円筒状に形成したものである。このロータ3は、半円筒の軸心をコア1の軸心に合致させ、かつ該軸心回りに回転する態様でコア1とステータ2との間に配設してある。
【0004】
上記のように構成した回転センサでは、励磁コイル6に交流電流を流すと、コア1とステータ2との間に交流磁界が形成される。ここで、上記回転センサにおいては、ステータ2において導体5を設けた部分と、導体5を設けていない部分とで磁界の強さが相互に異なるようになり、周方向に沿って磁束密度が非均一となる。すなわち、導体5を設けた部分にあっては、当該導体5に渦電流が誘起され、この渦電流によって逆向きに磁界が形成されるため、導体5を設けていない部分に比べてトータルの磁束密度が小さくなる。この結果、コア1とステータ2との間には、導体5が存在して磁束密度が小さい領域Faと、導体5が存在せずに磁束密度が大きい領域Fbとが180°ずつ形成されることになる。
【0005】
こうした周方向に沿って非均一となる磁界に対してステータ2とロータ3とを相対回転させると、当該ロータ3において磁束密度が小さい領域Faに位置する面積と、磁束密度が大きい領域Fbに位置する面積との割合が漸次変化する。このため、ロータ3に誘起される渦電流の大きさがステータ2とロータ3との相対回転角度に応じて変化することになり、励磁コイル6のインピーダンスもこれに応じて変化するようになる。従って、例えばステータ2を車体側に固定して設ける一方、ロータ3をステアリングシャフトSに連結し、これら車体側とステアリングシャフトSとの間に回転角度変化が生じた場合にステータ2およびロータ3が相対回転するように配置すれば、励磁コイル6のインピーダンス変化を通じて車体側とステアリングシャフトSとの相対回転角度変化を検出することが可能になる。
【0006】
図8は、上述した回転センサにおいてステータ2とロータ3との相対回転角度変化に対する検出結果を示したグラフである。同図8からも明らかなように、上記回転センサによれば、360°の周期を持ったほぼ三角波状の検出信号を得ることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した回転センサでは、1つの検出値に対して回転角度としては2つの値を取り得る。具体的には、図8中に例示するように、検出値がV1であった場合、回転角度としてはα1およびα2が候補となり、これらのいずれであるかを識別することが困難である。
【0008】
しかも、図8において0°(360°)および180°を検出する場合、図6(a)および図6(b)に示すように、ステータ2に設けた導体5のエッジとロータ3のエッジとが互いに近接した状態となる。このように導体5のエッジとロータ3のエッジとが互いに近接した状態にあっては、両者の相対回転角度変化が必ずしも励磁コイル6のインピーダンスをリニアに変化させるとは限らず、特定の検出範囲によっては高い検出精度を期待することが困難となる場合がある。
【0009】
本発明は、上記実情に鑑みて、検出範囲に関わらず精度の高い検出結果を一意に出力することのできる回転センサを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に係る回転センサは、検出対象の回転角度変化に応じて所定周期の検出信号を出力する第1の回転角度検出手段と、前記検出対象の回転角度変化に応じて前記第1回転角度検出手段と同一の周期で、かつ位相が1/4周期ずれた検出信号を出力する第2の回転角度検出手段と、一方の回転角度検出手段から取得した検出信号が予め設定した出力レベルの範囲にある場合には、他方の回転角度検出手段から取得した検出信号の出力レベルに基づいて一方の回転角度検出手段の検出位相を決定し、この決定した検出位相と前記一方の回転角度検出手段から取得した検出信号とに基づいて回転角度を決定する回転角度決定手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】
つまり、この発明によれば、検出範囲に関わらず、いずれか一方の回転角度検出手段から取得した検出信号を予め設定した出力レベルの範囲、例えば高リニアリティ範囲とすることができるため、これを選択することによって精度の高い検出結果を得ることが可能となる。しかも、一方の回転角度検出手段の出力結果から得られる2つの値は、互いに他方の回転角度検出手段から取得した検出信号の出力レベルが異なるため、当該検出信号の出力レベルに基づいて一方の回転角度検出手段の出力結果を一意に決定することができる。
【0012】
また、本発明の請求項2に係る回転センサは、上記請求項1において、前記回転角度検出手段が、磁性材から成り、励磁コイルに通電した場合にコアとの間に周方向に沿って磁束密度が非均一となる磁界を形成する第1の回転角検出要素と、導電材から成り、前記第1の回転角検出要素に対して相対回転した場合に前記非均一となる磁界を横切る面積の割合が変化するように移動する第2の回転角検出要素とを備え、検出対象の回転角度変化に応じて前記第1の回転角検出要素および前記第2の回転角検出要素が相対回転するとともに、これら第1および第2の回転角検出要素の相対回転に基づく前記励磁コイルのインピーダンス変化に従って検出信号を出力するものであることを特徴とする。
【0013】
また、本発明の請求項3に係る回転センサは、上記請求項1または2において、前記第1の回転角検出要素の周方向に沿った一部に導体を配設することにより、前記非均一となる磁界を形成することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の請求項4に係る回転センサは、上記請求項3において、前記第1の回転角検出要素の180°となる範囲に連続して導体を配設し、かつ前記第2の回転角検出要素をこの導体に対応する大きさの弧状に形成したことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る回転センサの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0016】
図1および図2は、本発明の実施の形態である回転センサを示したものである。ここで例示する回転センサは、図には明示していないが、例えば自動車に設けられ、ステアリングシャフトと車体側との相対回転角度を検出するためのもので、左右2つの回転角度検出手段10を備えている。2つの回転角度検出手段10は、同一の構成を有したものであるため、以下においては、図1において左方に位置する回転角度検出手段10の構成に添え字「L」、図1において右方に位置する回転角度検出手段10の構成に添え字「R」を付して説明することとする。
【0017】
図1および図2に示すように、回転角度検出手段10L,10Rは、支持軸11L,11Rと、支持軸11L,11Rの周囲に設けたコア12L,12R、ステータ13L,13Rおよびロータ14L,14Rとを備えている。
【0018】
支持軸11L,11Rは、基準プレート15L,15Rに対して回転可能に配設したもので、該基準プレート15L,15Rから突出した端部にインプットギア16L,16Rを備えている。なお、基準プレート15L,15Rは筐体115に固定して設けられている。
【0019】
コア12L,12Rは、絶縁磁性材によって太径の筒状に形成したもので、筒の軸心を支持軸11L,11Rの軸心に合致させた状態で基準プレート15L,15Rに取り付けてある。
【0020】
ステータ13L,13Rは、円環状に形成され、上記コア12L,12Rの内周面との間に間隙を確保した状態で該コア12L,12Rと同一軸心となる態様で上記基準プレート15L,15Rに取り付け固定される。これらステータ13L,13Rは、絶縁磁性材によって円環状に形成されたコイルコア13aL,13aRに、導体17L,17Rを設けてあるとともに、励磁コイル18L,18Rを設けて形成される。導体17L,17Rは、例えば銅、アルミニウム、銀等の金属によって0.2mm程度の薄い箔状に形成したもので、ステータ13L,13Rの外周面において、始点を同じくして180°となる範囲を覆う態様で層状に貼り付けてある。なお、この導体17L,17Rは、必ずしもステータ13L,13Rの外周面に貼り付ける必要はなく、コア12L,12Rの内周面側に貼り付けるようにしても良い。励磁コイル18L,18Rは、交流励磁電流が流された場合に、コア12Lとコイルコア13aLとの間、およびコア12Rとコイルコア13aRとの間のそれぞれに、交流磁界を形成するためのものである。
【0021】
ロータ14L,14Rは、円板状を成す基部14aL,14aRと、この基部14aL,14aRの外周縁部から軸心方向に沿って突設した半円筒状のロータ部14bL,14bRとを備えたもので、基部14aL,14aRを介して支持軸11L,11Rに固定し、ロータ部14bL,14bRがコア12L,12Rとステータ13L,13Rとの間において支持軸11L,11Rの軸心回りに回転するように構成してある。このロータ14L,14Rは、少なくとも上述したロータ部14bL,14bRを銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電材によって形成してある。
【0022】
上記のように構成した2つの回転角度検出手段10L,10Rは、個々のインプットギア16L,16Rを直接、あるいは適宜ギア列を介して歯合させ、例えば、図1に示されるように、ステータ13Lの導体17Lとロータ14Lのロータ部14bLとは90°の範囲に亘って対向してセッティングするのに対し、ステータ13Rの導体17Rとロータ14Rのロータ部14bRとは対向しないようにセッティングする等、ステータ13L,13Rに対するロータ14L,14Rの位相が互いに90°ずれるようにセッティングしてある。
【0023】
また、上記回転センサは、回転角度決定部20を備えている。回転角度決定部20は、各回転角度検出手段10L,10Rから検出信号が与えられた場合に、これら検出信号に基づいて回転角度を決定し、該決定した回転角度を外部出力するものである。それぞれの回転角度検出手段10L,10Rから検出信号が出力される原理は以下の通りである。
【0024】
まず、上記のように構成した回転センサでは、各回転角度検出手段10L,10Rの励磁コイル18L,18Rに交流電流を流すと、それぞれコア12L,12Rとステータ13L,13Rとの間に交流磁界が形成される。この場合、図6に示した従来の回転センサと同様に、ステータ13L,13Rにおいて導体17L,17Rを設けた部分と、導体17L,17Rを設けていない部分とで磁界の強さが相互に異なるようになり、導体17L,17Rが存在して磁束密度が小さい領域Faと、導体17L,17Rが存在せずに磁束密度が大きい領域Fbとが180°ずつ形成されることになる。
【0025】
こうした周方向に沿って非均一となる磁界に対してステータ13L,13Rとロータ14L,14Rとを相対回転させると、当該ロータ14L,14Rのロータ部14bL,14bRにおいて磁束密度が小さい領域Faに位置する面積と、磁束密度が大きい領域Fbに位置する面積との割合が漸次変化する。このため、ロータ14L,14Rのロータ部14bL,14bRに誘起される渦電流の大きさがステータ13L,13Rとロータ14L,14Rとの相対回転角度に応じて変化することになり、励磁コイル18L,18Rのインピーダンスもこれに応じて変化するようになる。
【0026】
図3(a)および図3(b)は、上述した回転角度検出手段10L,10Rにおいてステータ13L,13Rとロータ14L,14Rとの相対回転角度変化に対する検出結果を示したグラフである。同図3からも明らかなように、各回転角度検出手段10L,10Rからは、それぞれ360°の周期をもった同一のほぼ三角波状を成す検出信号S1,S2が出力されることになる。
【0027】
ここで、本実施の形態の回転センサにあっても、個々の回転角度検出手段10L,10Rの構成が、図6に示した従来の回転センサと同様であるため、上述したように、1つの検出値に対して回転角度としては2つの値を取り得る。また、ステータ13L,13Rに設けた導体17L,17Rのエッジとロータ14L,14Rのエッジとが互いに近接した状態においては両者の相対回転角度変化が必ずしも励磁コイル18L,18Rのインピーダンスをリニアに変化させるとは限らず、高い精度を期待することができない。これは、コア12L,12Rとステータ13L,13Rとの間に形成された磁束密度が小さい領域Faと磁束密度が大きい領域Fbとの境界部分の磁束密度がシャープに変動せず、ある角度の範囲内に徐々に変化する領域が存在するために発生する。つまり、この磁束密度が徐々に変化する領域をロータ14L,14Rの周方向端となるエッジが横切ると、出力信号レベルの変動量(勾配)も小さくなるため、対応する信号の山の部分と谷の部分とが丸みを帯びることになり、例えば、図3において高閾値レベル(例えば4/5レベル=VH)を超える範囲、並びに低閾値レベル(例えば1/5レベル=VL)を下回る範囲では、リニアリティの劣化が比較的顕著となる。
【0028】
但し、本実施の形態の回転センサにおいては、上述したように、ステータ13L,13Rに対するロータ14L,14Rの位相が互いに90°ずれるように2つの回転角度検出手段10L,10Rをセッティングしてあるため、検出信号S1,S2に90°、つまり1/4周期の位相差が生じるようになる。
【0029】
従って、本実施の形態の回転センサによれば、一方の回転角度検出手段から与えられた1つの検出値に対して2つの回転角度を取り得る場合であっても、他方の回転角度検出手段から与えられた検出信号が所定の閾値レベル(例えば1/2レベル=平均レベルVM)を超えているか否かで相互に異なるようになり、この他方の回転角度検出手段の出力レベルを参照すれば、一方の回転角度検出手段の検出位相を特定して回転角度を決定することができるようになる。
【0030】
また、一方の回転角度検出手段から与えられた検出信号が高閾値レベルを超える範囲、あるいは低閾値レベルを下回る範囲にある場合には、常に他方の回転角度検出手段から与えられた検出信号が高閾値レベルと低閾値レベルとの範囲となる。換言すれば、本実施の形態の回転センサによれば、いずれか一方の回転角度検出手段から与えられた検出信号が常に高閾値レベルと低閾値レベルとの間(以下、高リニアリティ範囲という)の値となる。
【0031】
そこで、上記回転角度決定部20は、これら2つの回転角度検出手段10L,10Rから出力される検出信号S1,S2を利用して上述した問題を解決するようにしている。
【0032】
図4は、上述した回転角度決定部20の処理手順を示すフローチャートである。以下、この図4を参照しながら、回転角度決定部20の処理内容を説明し、併せて本発明の特徴部分についてさらに詳述する。なお、以下においては、図1において左方に配置した回転角度検出手段を第1回転角度検出手段10Lと称し、この第1回転角度検出手段10Lから出力される検出信号をS1とするとともに、右方に配置した回転角度検出手段を第2回転角度検出手段10Rと称し、この第2回転角度検出手段10Rから出力される検出信号をS2として説明を行う。また、以下の説明においては、検出信号S1,S2の信号レベルの変動範囲を予め測定し、その範囲に従ってVM,VH,VLを設定してあるものとする。この場合、VMは信号変動範囲のほぼ中間となる平均レベル、VHは信号変動範囲の約4/5レベル(高閾値レベル)、VLは信号変動範囲の約1/5レベル(低閾値レベル)である。高閾値レベルVHと低閾値レベルVLとの間を単に高リニアリティ範囲と称するのは先と同様である。
【0033】
まず、回転角度決定部20は、第1回転角度検出手段10Lおよび第2回転角度検出手段10Rからそれぞれの検出信号S1,S2を取得し(ステップS101)、第1回転角度検出手段10Lの検出信号S1が高リニアリティ範囲にあるか否かを判断する(ステップS102)。例えば図3(a)のV0で示すように、検出信号S1が高リニアリティ範囲にある場合には、当該検出信号S1に基づいて回転角度を算出する(ステップS103)。この場合、高リニアリティ範囲にある検出信号S1に基づいて回転角度の算出を行うのであるから、その算出結果が正確な値になることは言うまでもない。但し、上述したように、第1回転角度検出手段10Lの検出信号S1のみからは、V0に対応した2つの回転角度α01およびα02が算出されることになる。
【0034】
その後、回転角度決定部20は、第1回転角度検出手段10Lから与えられた検出信号S1の検出位相を特定するべく、第2回転角度検出手段10Rの検出信号S2が平均レベルVMを上回っているか否かを判断する(ステップS104)。
【0035】
ステップS104の判断において、第2回転角度検出手段10Rの検出信号S2が平均レベルVM以下である場合には、図3(b)に示すように、検出位相が180°未満の範囲であると特定することができる(ステップS105)。従って、上記回転角度決定部20は、ステップS103で算出した結果と、ステップS105で特定した検出位相とに基づいて回転角度をα01と決定し、これを出力することができるようになる(ステップS106,ステップS112)。
【0036】
これに対し、ステップS104の判断において、第2回転角度検出手段10Rの検出信号S2が平均レベルVMを超えている場合には、図3(b)に示すように、検出位相が180°以上の範囲であると特定することができる(ステップS107)。従って、上記回転角度決定部20は、ステップS103で算出した結果と、ステップS107で特定した検出位相とに基づいて回転角度をα02と決定し、これを出力することができるようになる(ステップS106、ステップS112)。
【0037】
一方、ステップS102の判断において、第1回転角度検出手段10Lの検出信号S1が高リニアリティ範囲にない場合には、手順をステップS108に進め、第2回転角度検出手段10Rの検出信号S2に基づいて回転角度を算出する。ここで、第1回転角度検出手段10Lの検出信号S1が高リニアリティ範囲にない場合には、例えば図3(b)のV9で示すように、第2回転角度検出手段10Rの検出信号S2が高リニアリティ範囲となるため、回転角度を正確に算出することが可能となる。但し、この場合においても、第2回転角度検出手段10Rの検出信号S2のみからは、2つの回転角度α91およびα92が算出されることになる。
【0038】
その後、回転角度決定部20は、第2回転角度検出手段10Rから与えられた検出信号S2の検出位相を特定するべく、第1回転角度検出手段10Lの検出信号S1が平均レベルVMを上回っているか否かを判断する(ステップS109)。
【0039】
ステップS109の判断において、第1回転角度検出手段10Lの検出信号S1が平均レベルVM以下である場合には、図3(a)に示すように、検出位相が90°未満の範囲(0°以上)、もしくは270°以上の範囲(360°未満)であると特定することができる(ステップS110)。従って、上記回転角度決定部20は、ステップS108で算出した結果と、ステップS110で特定した検出位相とに基づいて回転角度をα91と決定し、これを出力することができるようになる(ステップS106,ステップS112)。
【0040】
これに対し、ステップS109の判断において、第1回転角度検出手段10Lの検出信号S1が平均レベルVMを超えている場合には、図3(a)に示すように、検出位相が90°以上270°未満の範囲であると特定することができる(ステップS111)。従って、上記回転角度決定部20は、ステップS108で算出した結果と、ステップS111で特定した検出位相とに基づいて回転角度をα92と決定すし、これを出力することができるようになる(ステップS106,ステップS112)。
【0041】
以上説明したように、本実施の形態の回転センサによれば、一方の回転角度検出手段から与えられた1つの検出値に対して2つの回転角度を取り得る場合であっても、他方の回転角度検出手段から与えられた検出信号が平均レベルVMを超えているか否かに基づいて一方の回転角度検出手段の検出位相を特定して回転角度を決定することができるようになる。しかも、本実施の形態の回転センサによれば、いずれか一方の回転角度検出手段から与えられた検出信号が常に高リニアリティ範囲の値となるため、検出範囲に関わらず、算出される回転角度に常に高い精度を期待することが可能となる。従って、例えばステアリングシャフトと車体側との相対回転角度変化を一方のインプットギアから入力すれば、これらステアリングシャフトと車体側との相対回転角度変化を、その検出範囲に関わらず常に精度よく一意に検出することができるようになる。
【0042】
なお、回転角度検出手段の詳細構成は、上述した実施の形態に限らない。例えば励磁コイル18L,18Rをコア12L,12Rに設けるようにしても良いし、コア12L,12Rとステータ13L,13Rとを逆に配置しても構わない。さらに、ステータ13L,13R側を支持軸11L,11Rに連結してロータとする一方、ロータ14L,14R側を固定してステータとしても良い。なお、非均一となる磁界を180°の範囲で設けているため、検出範囲を360°とすることができるが、必ずしも180°の範囲に設ける必要もない。この場合には、検出信号の周期が360°とはならないが、1/4周期だけ位相をずらせば、同様の作用効果を奏することが可能である。
【0043】
また、2つの回転角度検出手段10L,10Rを左右に並設するようにしているが、互いに1/4周期だけ位相がずれた検出信号を出力すればよく、任意の配置態様を取ることが可能であり、例えば図5に示す変形例のように、同一の軸心上に設けることも可能である。
【0044】
この図5に示す変形例の回転センサも実施の形態1と同様に、例えば自動車に設けられ、ステアリングシャフトと車体側との相対回転角度を検出するためのもので、上下2つの回転角度検出手段10を備えている。2つの回転角度検出手段10は、同一の構成を有したものであるため、以下においては、図5(a)において上方に位置する回転角度検出手段10の構成に添え字「U」、図5において下方に位置する回転角度検出手段10の構成に添え字「D」をそれぞれ付す一方、両者で共通となる構成には添え字を付さずに説明することとする。
【0045】
図5に示すように、回転角度検出手段10U,10Dは、上下共通となる支持軸11と、支持軸11の周囲に設けた上下共通のコア12、上下個別のステータ13U,13Dおよび上下共通のロータ14とを備えたもので、筐体115の内部に収容してある。
【0046】
支持軸11は、筐体115に対して所定の軸心回りに回転可能となる態様で配設してある。
【0047】
コア12は、絶縁磁性材によって太径の筒状に形成したもので、筒の軸心を支持軸11の軸心に合致させた状態で筐体115に取り付け固定してある。
【0048】
ステータ13U,13Dは、円環状に形成され、上記コア12の内周面との間に間隙を確保した状態で該コア12と同一軸心となる態様で上記基準プレート15U,15Dに取り付け固定される。図からも明らかなように、上方の基準プレート15Uは、下方のステータ13Dを介して下方の回転角度検出手段10Dに取り付けてあり、この下方の基準プレート15Dを介して筐体115に取り付け固定されている。
【0049】
これらステータ13U,13Dは、絶縁磁性材によって円環状に形成されたコイルコア13aU,13aDに、導体17U,17Dを設けてあるとともに、励磁コイル18U,18Dを設けて形成される。導体17U,17Dは、例えば銅、アルミニウム、銀等の金属によって0.2mm程度の薄い箔状に形成したもので、ステータ13U,13Dの外周面において180°となる範囲を覆い、かつ上下で位相が互いに180°ずれる態様で層状に貼り付けてある。なお、この導体17U,17Dは、必ずしもステータ13U,13Dの外周面に貼り付ける必要はなく、コア12の内周面側に貼り付けるようにしても良い。励磁コイル18U,18Dは、交流励磁電流が流された場合に、コア12とコイルコア13aUとの間、およびコア12とコイルコア13aDとの間のそれぞれに、交流磁界を形成するためのものである。
【0050】
ロータ14は、円板状を成す基部14aと、この基部14aの外周縁部から軸心方向に沿って突設した半円筒状のロータ部14bとを備えたもので、基部14aを介して支持軸11に固定し、ロータ部14bがコア12とステータ13U,13Dとの間において支持軸11の軸心回りに回転するように構成してある。このロータ14は、少なくとも上述したロータ部14bを銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電材によって形成してある。
【0051】
上記のように構成した回転角度検出手段10U,10Dからは、ステータ13U,13Dとロータ14との間に相対回転角度変化が発生すると、実施の形態1と同様に、それぞれ360°の周期をもち、位相が互いに90°ずれた同一のほぼ三角波状を成す検出信号S1,S2が出力されることになる。
【0052】
なお、図には明示していないが、上記回転センサに対しても、実施の形態1と同様の回転角度決定部が設けてあり、各回転角度検出手段10U,10Dから検出信号が与えられた場合に、図4に示したフローチャートに従って回転角度を決定し、該決定した回転角度を外部出力するように構成してある。
【0053】
従って、この変形例の回転センサによれば、一方の回転角度検出手段から与えられた1つの検出値に対して2つの回転角度を取り得る場合であっても、他方の回転角度検出手段から与えられた検出信号が平均レベルVMを超えているか否かに基づいて一方の回転角度検出手段の検出位相を特定して回転角度を決定することができるようになる。しかも、いずれか一方の回転角度検出手段から与えられた検出信号が常に高リニアリティ範囲の値となるため、検出範囲に関わらず、算出される回転角度に常に高い精度を期待することが可能となる。従って、例えばステアリングシャフトと車体側との相対回転角度変化を支持軸から入力すれば、これらステアリングシャフトと車体側との相対回転角度変化を、その検出範囲に関わらず常に精度よく一意に検出することができるようになる。
【0054】
なお、この変形例においても回転角度検出手段の詳細構成は、上述したものに限らず、例えば励磁コイル18U,18Dをコア12に設けるようにしても良いし、コア12とステータ13L,13Rとを逆に配置しても構わない。さらに、ステータ13L,13R側を支持軸11に連結してロータとする一方、ロータ14側を固定してステータとしても良い。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、互いに1/4周期ずれた検出信号を出力するように2つの回転角度検出手段を設け、一方の回転角度検出手段から取得した検出信号が予め設定した出力レベルの範囲にある場合には、他方の回転角度検出手段から取得した検出信号の出力レベルに基づいて一方の回転角度検出手段の検出位相を決定し、この決定した検出位相と前記一方の回転角度検出手段から取得した検出信号とに基づいて回転角度を決定するようにしているため、回転角度変化をその検出範囲に関わらず常に精度よく一意に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である回転センサを示した概念図である。
【図2】図1に示した回転センサの断面図である。
【図3】(a)および(b)は図1に示した回転センサからの出力結果を示すグラフである。
【図4】図1に示した回転角度決定部の処理手順を示すフローチャートである。
【図5】図1に示した回転センサの変形例を示したもので、(a)は断面側面図、(b)は(a)におけるB−B線断面図、(c)は(a)におけるC−C線断面図である。
【図6】(a)および(b)は従来の回転センサを示したものである。
【図7】図6に示した回転センサの断面図である。
【図8】図6に示した回転センサの出力結果を示すグラフである。
【符号の説明】
10L,10R,10U,10D 回転角度検出手段
11L,11R,11 支持軸
12L,12R,12 コア
13L,13R,13U,13D ステータ
13aL,13aR,13aU,13aD コイルコア
14L,14R,14 ロータ
14aL,14aR,14a 基部
14bL,14bR,14b ロータ部
15L,15R,15U,15D 基準プレート
16L,16R インプットギア
17L,17R,17U,17D 導体
18L,18R,18U,18D 励磁コイル
20 回転角度決定部
115 筐体
Fa 磁束密度が小さい領域
Fb 磁束密度が大きい領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation sensor for detecting a change in the rotation angle of a detection target.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 and FIG. 7 show this kind of prior art. This rotation sensor is provided in, for example, an automobile, and detects a relative rotation angle between a steering shaft S formed by a driving shaft MS and a driven shaft SS connected via a torsion joint TJ and a vehicle body. , A
[0003]
The
[0004]
In the rotation sensor configured as described above, when an alternating current flows through the exciting coil 6, an alternating magnetic field is formed between the
[0005]
When the
[0006]
FIG. 8 is a graph showing detection results for a change in the relative rotation angle between the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned rotation sensor, two values can be taken as a rotation angle for one detected value. Specifically, as illustrated in FIG. 8, when the detected value is V1, α1 and α2 are candidates for the rotation angle, and it is difficult to identify which of them is the rotation angle.
[0008]
In addition, when 0 ° (360 °) and 180 ° are detected in FIG. 8, as shown in FIGS. 6A and 6B, the edge of the
[0009]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a rotation sensor that can uniquely output a highly accurate detection result regardless of a detection range.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a rotation sensor according to
[0011]
That is, according to the present invention, regardless of the detection range, the detection signal obtained from one of the rotation angle detection means can be set to a predetermined output level range, for example, a high linearity range. By doing so, a highly accurate detection result can be obtained. Moreover, the two values obtained from the output result of one of the rotation angle detecting means are different from each other in the output level of the detection signal obtained from the other rotation angle detecting means. The output result of the angle detecting means can be uniquely determined.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the rotation sensor according to the first aspect, wherein the rotation angle detecting means is made of a magnetic material, and when the excitation coil is energized, the magnetic flux along the circumferential direction between the core and the core. A first rotation angle detecting element for forming a magnetic field having a non-uniform density, and an area formed of a conductive material and having an area crossing the non-uniform magnetic field when rotated relative to the first rotation angle detecting element. A second rotation angle detection element that moves so as to change the ratio, wherein the first rotation angle detection element and the second rotation angle detection element relatively rotate according to a change in the rotation angle of the detection target. And outputting a detection signal in accordance with an impedance change of the exciting coil based on a relative rotation of the first and second rotation angle detecting elements.
[0013]
Also, in the rotation sensor according to
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the rotation sensor according to the third aspect, a conductor is continuously disposed within a range of 180 ° of the first rotation angle detecting element, and the second rotation The corner detecting element is formed in an arc shape having a size corresponding to the conductor.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a rotation sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0016]
1 and 2 show a rotation sensor according to an embodiment of the present invention. Although the rotation sensor exemplified here is not explicitly shown in the drawing, it is provided in, for example, an automobile, and detects a relative rotation angle between the steering shaft and the vehicle body. Have. Since the two rotation angle detecting means 10 have the same configuration, hereinafter, the suffix "L" will be added to the configuration of the rotation angle detecting means 10 located on the left side in FIG. The configuration of the rotation angle detecting means 10 located on the side will be described with a suffix “R” attached.
[0017]
As shown in FIGS. 1 and 2, the rotation angle detecting means 10L, 10R includes
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The two rotation angle detecting means 10L and 10R configured as described above mesh the individual input gears 16L and 16R directly or via appropriate gear trains. For example, as shown in FIG. The
[0023]
The rotation sensor includes a rotation
[0024]
First, in the rotation sensor configured as described above, when an AC current is applied to the excitation coils 18L, 18R of the rotation
[0025]
When the
[0026]
FIGS. 3A and 3B are graphs showing detection results with respect to changes in the relative rotation angles between the
[0027]
Here, even in the rotation sensor of the present embodiment, since the configuration of each of the rotation angle detection means 10L and 10R is the same as that of the conventional rotation sensor shown in FIG. The rotation angle can take two values with respect to the detected value. Further, when the edges of the
[0028]
However, in the rotation sensor of the present embodiment, as described above, the two rotation angle detecting means 10L and 10R are set so that the phases of the
[0029]
Therefore, according to the rotation sensor of the present embodiment, even if two rotation angles can be obtained for one detection value given from one rotation angle detection means, the other rotation angle detection means Depending on whether the given detection signal exceeds a predetermined threshold level (for example, 1/2 level = average level VM), it differs from each other, and if the output level of the other rotation angle detecting means is referred to, The rotation angle can be determined by specifying the detection phase of one rotation angle detection means.
[0030]
Further, when the detection signal given from one rotation angle detection means is in a range exceeding the high threshold level or below the low threshold level, the detection signal given from the other rotation angle detection means always becomes high. The range is between the threshold level and the low threshold level. In other words, according to the rotation sensor of the present embodiment, the detection signal given from either one of the rotation angle detection means always falls between the high threshold level and the low threshold level (hereinafter, referred to as a high linearity range). Value.
[0031]
Therefore, the rotation
[0032]
FIG. 4 is a flowchart illustrating a processing procedure of the rotation
[0033]
First, the rotation
[0034]
Thereafter, the rotation
[0035]
In the determination in step S104, when the detection signal S2 of the second rotation angle detection means 10R is equal to or lower than the average level VM, it is specified that the detection phase is less than 180 ° as shown in FIG. Can be performed (step S105). Therefore, the rotation
[0036]
On the other hand, when the detection signal S2 of the second rotation angle detection means 10R exceeds the average level VM in the determination in step S104, as shown in FIG. It can be specified as a range (step S107). Accordingly, the rotation
[0037]
On the other hand, if it is determined in step S102 that the detection signal S1 of the first rotation
[0038]
After that, the rotation
[0039]
In the determination of step S109, when the detection signal S1 of the first rotation
[0040]
On the other hand, if the detection signal S1 of the first rotation angle detection means 10L exceeds the average level VM in the determination in step S109, the detection phase is 90 ° or more and 270, as shown in FIG. It can be specified that the angle is within the range of less than ° (step S111). Therefore, the rotation
[0041]
As described above, according to the rotation sensor of the present embodiment, even if two rotation angles can be taken for one detection value given from one rotation angle detection means, the other rotation angle can be obtained. The rotation angle can be determined by specifying the detection phase of one rotation angle detection means based on whether the detection signal given from the angle detection means exceeds the average level VM. In addition, according to the rotation sensor of the present embodiment, the detection signal given from either one of the rotation angle detection means is always a value in the high linearity range, so that the calculated rotation angle is independent of the detection range. High accuracy can always be expected. Therefore, for example, if a change in the relative rotation angle between the steering shaft and the vehicle body is input from one of the input gears, the change in the relative rotation angle between the steering shaft and the vehicle body is always uniquely detected with high accuracy regardless of the detection range. Will be able to
[0042]
Note that the detailed configuration of the rotation angle detecting means is not limited to the above-described embodiment. For example, the
[0043]
Further, the two rotation angle detecting means 10L and 10R are arranged side by side on the left and right. However, it is only necessary to output detection signals which are out of phase with each other by 1/4 cycle, and any arrangement can be adopted. It is also possible to provide them on the same axis, for example, as in a modification shown in FIG.
[0044]
The rotation sensor of the modified example shown in FIG. 5 is also provided in, for example, an automobile and detects the relative rotation angle between the steering shaft and the vehicle body similarly to the first embodiment. 10 is provided. Since the two rotation angle detecting means 10 have the same configuration, the suffix “U” and the suffix “U” in FIG. In the figure, the suffix "D" is added to the configuration of the rotation angle detecting means 10 located below, while the configuration common to both is described without the suffix.
[0045]
As shown in FIG. 5, the rotation angle detecting means 10U and 10D include a
[0046]
The
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
These
[0050]
The
[0051]
When the relative rotation angle changes between the
[0052]
Although not explicitly shown in the figure, the rotation sensor is provided with a rotation angle determination unit similar to that of the first embodiment, and a detection signal is given from each of the rotation angle detection units 10U and 10D. In this case, the rotation angle is determined according to the flowchart shown in FIG. 4, and the determined rotation angle is output to the outside.
[0053]
Therefore, according to the rotation sensor of this modified example, even if two rotation angles can be obtained for one detection value given by one rotation angle detection means, the rotation angle is not given by the other rotation angle detection means. The rotation angle can be determined by specifying the detection phase of one of the rotation angle detecting means based on whether or not the detected signal exceeds the average level VM. In addition, since the detection signal given from either one of the rotation angle detection means always has a value in the high linearity range, it is possible to always expect high accuracy in the calculated rotation angle regardless of the detection range. . Therefore, for example, if the change in the relative rotation angle between the steering shaft and the vehicle body is input from the support shaft, the change in the relative rotation angle between the steering shaft and the vehicle body can be uniquely detected with high accuracy regardless of the detection range. Will be able to
[0054]
In this modification, the detailed configuration of the rotation angle detecting means is not limited to the above-described one. For example, the exciting coils 18U and 18D may be provided on the
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, two rotation angle detection units are provided so as to output detection signals that are shifted from each other by 周期 period, and the detection signal obtained from one of the rotation angle detection units is set in advance. If it is within the range of the output level, the detection phase of one rotation angle detecting means is determined based on the output level of the detection signal acquired from the other rotation angle detecting means, and the determined detection phase and the one rotation Since the rotation angle is determined based on the detection signal obtained from the angle detection means, the change in the rotation angle can always be uniquely detected with high accuracy regardless of the detection range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a rotation sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotation sensor shown in FIG.
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are graphs showing output results from the rotation sensor shown in FIG.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a processing procedure of a rotation angle determining unit illustrated in FIG. 1;
5A and 5B show a modified example of the rotation sensor shown in FIG. 1, wherein FIG. 5A is a sectional side view, FIG. 5B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 10 is a sectional view taken along line CC in FIG.
FIGS. 6A and 6B show a conventional rotation sensor.
FIG. 7 is a sectional view of the rotation sensor shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a graph showing an output result of the rotation sensor shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10L, 10R, 10U, 10D rotation angle detecting means
11L, 11R, 11 Support shaft
12L, 12R, 12 core
13L, 13R, 13U, 13D Stator
13aL, 13aR, 13aU, 13aD Coil core
14L, 14R, 14 rotor
14aL, 14aR, 14a Base
14bL, 14bR, 14b Rotor part
15L, 15R, 15U, 15D Reference plate
16L, 16R input gear
17L, 17R, 17U, 17D conductor
18L, 18R, 18U, 18D excitation coil
20 Rotation angle determination unit
115 housing
Area where the magnetic flux density is small
Fb High magnetic flux density area
Claims (4)
前記検出対象の回転角度変化に応じて前記第1回転角度検出手段と同一の周期で、かつ位相が1/4周期ずれた検出信号を出力する第2の回転角度検出手段と、
一方の回転角度検出手段から取得した検出信号が予め設定した出力レベルの範囲にある場合には、他方の回転角度検出手段から取得した検出信号の出力レベルに基づいて一方の回転角度検出手段の検出位相を決定し、この決定した検出位相と前記一方の回転角度検出手段から取得した検出信号とに基づいて回転角度を決定する回転角度決定手段と
を備えたことを特徴とする回転センサ。First rotation angle detection means for outputting a detection signal of a predetermined cycle according to a change in the rotation angle of the detection target;
A second rotation angle detection unit that outputs a detection signal having the same cycle as the first rotation angle detection unit and a phase shifted by 1/4 cycle in accordance with a change in the rotation angle of the detection target;
If the detection signal obtained from one of the rotation angle detection means is within a preset output level range, the detection of one of the rotation angle detection means is performed based on the output level of the detection signal obtained from the other rotation angle detection means. A rotation sensor comprising: a rotation angle determination unit that determines a phase and determines a rotation angle based on the determined detection phase and a detection signal obtained from the one rotation angle detection unit.
磁性材から成り、励磁コイルに通電した場合にコアとの間に周方向に沿って磁束密度が非均一となる磁界を形成する第1の回転角検出要素と、
導電材から成り、前記第1の回転角検出要素に対して相対回転した場合に前記非均一となる磁界を横切る面積の割合が変化するように移動する第2の回転角検出要素と
を備え、検出対象の回転角度変化に応じて前記第1の回転角検出要素および前記第2の回転角検出要素が相対回転するとともに、これら第1および第2の回転角検出要素の相対回転に基づく前記励磁コイルのインピーダンス変化に従って検出信号を出力するものであることを特徴とする請求項1に記載の回転センサ。The rotation angle detecting means,
A first rotation angle detection element formed of a magnetic material and forming a magnetic field having a non-uniform magnetic flux density along a circumferential direction between the core and the core when a current is applied to the excitation coil;
A second rotation angle detection element made of a conductive material, the second rotation angle detection element moving so as to change a ratio of an area crossing the non-uniform magnetic field when relatively rotated with respect to the first rotation angle detection element; The first rotation angle detection element and the second rotation angle detection element relatively rotate according to a change in the rotation angle of the detection target, and the excitation based on the relative rotation of the first and second rotation angle detection elements is performed. The rotation sensor according to claim 1, wherein a detection signal is output according to a change in impedance of the coil.
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JP2015505061A (en) * | 2012-01-27 | 2015-02-16 | カヴリコ コーポレイション | Rotary variable differential transformer (RVDT) sensor assembly with auxiliary output signal |
-
2002
- 2002-07-31 JP JP2002223981A patent/JP2004061458A/en active Pending
Cited By (2)
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JP2015505061A (en) * | 2012-01-27 | 2015-02-16 | カヴリコ コーポレイション | Rotary variable differential transformer (RVDT) sensor assembly with auxiliary output signal |
US9612103B2 (en) | 2012-01-27 | 2017-04-04 | Kavlico Corporation | Rotary variable differential transformer (RVDT) sensor assembly with auxiliary output signal |
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