JP2005326270A - 回転センサ - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の回転センサは、狭い空間内に、トルク検出用、トルク信号伝達用、電力供給用、舵角検出用、グランド電源供給用などの多数のスリップリング及びこれと接触・摺動するブラシが存在する。このため、狭い空間内にこれらを配置させるのが容易でなく、製造・組み立てが容易でなかった。また多数のスリップリングとブラシとの存在により、これによる摩擦抵抗が増す課題があった。
【解決手段】
回転検出手段は第一回転板と第二回転板とにそれぞれ配置された所定抵抗値のスリップリングとブラシとで構成され、電力供給手段は前記空間内で渦巻き状に巻回して収納された帯状電気伝送体により供給される。このため、電力供給のためのブラシやスリップリングを省略でき、全体のプラシやスリップリングの数を減少させることができ、回転摩擦抵抗が少なく、摺動音を低減させた回転センサを提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は回転センサに関するものである。

従来、この種の回転センサは、例えば、トーションバーを介して連結される自動車のステアリングシャフトとコラムシャフトとに跨って配置され、ハンドル操作に伴う舵角及びトルクを計測する部分等で用いられている。
このような回転センサとして、図６〜図１０に示すものが公知である。（例えば特許文献１）

即ち、回転センサ１は、図６及び図８に示すように、第一ロータ２及び第二ロータ３、ケース４、第一回転板５、第二回転板６、固定基板７及びカップリング部材８を備えている。

第一ロータ２は、図６及び図８に示すように、第二ロータ３と回転自在に組み付けられ、図示しないステアリングシャフトに取り付けられる。

第二ロータ３は、下部に半径方向内方へ突出させたフランジ３ａ（図８参照）を有し、図示しないコラムシャフトに取り付けられる。ここで、第一ロータ２と第二ロータ３は、図６及び図８に示す回転軸Ａrtに対して一体に回転すると共に、前記ステアリングシャフトが、トーションバーを介して、前記コラムシャフトに対して相対回転するのに対応して所定角度範囲内で相対的に回転する。

ケース４は、図６及び図８に示すように、上ケース４ａと下ケース４ｂを有し、第一及び第二ロータ２，３と協働して内部に環状の空間Ｓ（図８参照）を形成する。空間Ｓには、後述する第一回転板５、第二回転板６、固定基板７及びカップリング部材８が配置される。第一回転板５は、第一ロータ２の下端外周に取り付けられて第一ロータ２と一体に回転する。

第一回転板５は、図８に示すように、下面に第１の電気導体となるトルク検出用のスリップリング５ａとトルク信号伝達用のスリップリング５ｂが、それぞれ内周側から半径の異なる同心円上に形成されている。また、第一回転板５は、上面に第２の電気導体となる電力供給用のスリップリング５ｃ、舵角検出用のスリップリング５ｄ、グランド電源供給用のスリップリング５ｅ及びトルク信号伝達用のスリップリング５ｆが、それぞれ内周側から半径の異なる同心円上に形成されている。

これらのうち、スリップリング５ａ，５ｄを構成する電気導体は、予め設定した所定の抵抗値を有している。スリップリング５ａ〜５ｆには、それぞれ目的に応じて所定値の電圧が印加される。例えば、舵角検出用のスリップリング５ｄは、図１０に示すように、点Ａに０ボルト、点ＢにＶボルトの電圧を印加すると、ポテンショメータの原理に従って、点Ａ，Ｂ間の電圧が周方向に沿った長さｘに正比例して変化する。即ち、第一ロータ２が第一回転板５と一体に回転すると、後述するブラシ７ｂが当接しているスリップリング５ｄの周方向に沿った長さｘが変化し、長さｘに対応した電圧として第一ロータ２の回転角度が検出される。
ここで、スリップリング５ａ〜５ｆは、例えば、金属メッキによって形成することができる。

第二回転板６は、円板状に形成され、図８に示すように、上面にトルク検出用のブラシ６ａとトルク信号伝達用のブラシ６ｂを保持している。ブラシ６ａ，６ｂは、それぞれスリップリング５ａ，５ｂに接触して電気的に接続され、第一ロータ２及び第二ロータ３の回転に伴う情報を電圧の変化として検出する第１のブラシである。特に、トルク検出用のブラシ６ａは、第一ロータ２及び第二ロータ３の相対回転に伴う角度差に応じた電圧を検出する。このようにして検出された角度差に応じた電圧は、ブラシ６ａ→スリップリング５ａ→スリップリング５ｅ→ブラシ７ｃ→後述するトルク信号出力ケーブル１ｄを経て、また、ブラシ６ｂ→スリップリング５ｂ→スリップリング５ｆ→後述するブラシ７ｄ→後述するトルク信号出力ケーブル１ｄを経て、それぞれ外部の演算処理装置１１（図６参照）へ出力される。このとき、演算処理装置１１は、角度信号出力ケーブル１ｂ及びトルク信号出力ケーブル１ｄから出力される各信号に基づき、回転センサ１における第一ロータ２と第二ロータ３の回転角度と相対回転に伴うトルクを演算するもので、専用の電子回路あるいはマイコンチップ等が使用される。

なお、第一ロータ２と第二ロータ３とが一回転以上に角度差を発生することがないので、トルク検出用のスリップリング５ａや５ｅは完全な円を描くものでなく、局部的な円弧状を描くものの形状であっても良い。

固定基板７は、上ケース４ａと下ケース４ｂとの間に支持され、リング状の円板に形成され、下面に電力供給用のブラシ７ａ、角度検出用のブラシ７ｂ、グランド電源供給用のブラシ７ｃ及びトルク信号伝達用のブラシ７ｄが、それぞれ内周側から外周側にこの順序で配置されている。ブラシ７ａ〜７ｄは、それぞれスリップリング５ｃ〜５ｆと接触して電気的に接続され、第一ロータ２及び第二ロータ３の回転に伴う情報を電圧の変化として検出する第２のブラシである。また、ブラシ７ａ〜７ｄは、それぞれ図６に示す電力ケーブル１ａ、角度信号出力ケーブル１ｂ、グランド電源入力ケーブル１ｃ及びトルク信号出力ケーブル１ｄが接続されている。

カップリング部材８は、ステンレス等の金属やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等のプラスチックから成形され、第二ロータ３と第二回転板６との間を弾性的に連結する。カップリング部材８は、図７乃至図９に示すように、リング状の本体８ａの外周に、２つの第１弾性片８ｂと２つの第２弾性片８ｃがそれぞれ対向配置されている。第１弾性片８ｂと第２弾性片８ｃは、９０度の中心角を置いて配置されている。但し、図８に示すカップリング部材８は、右半側と左半側とを９０度ずらした断面とし、第１弾性片８ｂと第２弾性片８ｃの双方を示している。

第１弾性片８ｂは、先端側に２つのねじ孔８ｄを有し、半径方向外方へ湾曲させると共に、外方へ突出させて形成され、第二回転板６の内周上面にねじ止めされる。第２弾性片８ｃは、先端側に２つのねじ孔８ｅを有し、半径方向内方へ湾曲させると共に、内方へ突出させて形成され、フランジ３ａの下面にねじ止めされる。

カップリング部材８は、上記のように構成することで、第二回転板６が回転する方向には剛性が高く、第一ロータ２、第二ロータ３の回転軸Ａrtと垂直な板面方向の変位に対しては剛性が低い構造となる。このため、カップリング部材８は、回転センサ１を取付けた際等に生ずる、各ロータ２及び３と図示しないコラムシャフトから第二ロータ３に伝達された回転を第二回転板６に伝達しつつ、回転センサ１を組付けた際等に生じる、ロータ３と、図示しないステアリングシャフトとコラムシャフトとの間の軸ずれを吸収することができる。

但し、カップリング部材８は、前記のように図示しないステアリングシャフトとコラムシャフトとの間の軸ずれを吸収する機能を有するから、回転センサ１に必須のものではない。従って、以上のように構成される回転センサ１においては、前記ステアリングシャフトが所定のトルク内で回転している場合には、トーションバーを介して前記コラムシャフトにそのトルクが伝達され、前記ステアリングシャフトと前記コラムシャフト、従って第一ロータ２、第二ロータ３が一体に回転する。一方、前記ステアリングシャフトが、所定のトルクを超えて回転すると、前記コラムシャフトとの間に回転のずれが生じ、第一ロータ２と第二ロータ３とが所定角度内を相対回転する。

特開２００２‐３５７４５２号公報

しかしながら、上記の従来の回転センサは、狭い空間内に、トルク検出用、トルク信号伝達用、電力供給用、舵角検出用、グランド電源供給用などの多数のスリップリング及びこれと接触・摺動するブラシが存在する。このため、狭い空間内にこれらを配置させるスペースの確保が容易でなく、製造・組み立てが容易でなかった。また非常に多くのスリップリングとブラシとが存在すると、これらが摺動する際、摺動音や摩擦抵抗が大きくなったりするという問題もあった。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、接触子（ブラシ）の数を減少させた接触式回転センサを提案するものである。

そのための本発明は、回転軸を中心にして回転する第一ロータと、この第一ロータに追従して前記回転軸を中心にして回転し前記第一ロータに隣接して配置された第二ロータと、前記両ロータを回転自在に収納するケースと、前記第一及び第二ロータとケースとで形成される空間内に配置され、前記第一ロータと一体にして前記回転軸を回転軸にして回転する輪状の第一回転板と、前記空間内に前記第二ロータと一体にして前記回転軸を回転軸にして回転する輪状の第二回転板と、前記第一回転基板と第二回転基板との間の相対的な回転ずれを検知する回転検出手段と、ケース側から第一回転基板又は第二回転基板に電力を供給する電力供給手段とで構成された回転センサにおいて、回転検出手段は第一回転板と第二回転板との一方にそれぞれ配置された抵抗値を有するスリップリングとブラシとで構成され、電力供給手段は前記空間内で渦巻き状に巻回して収納された帯状電気伝送体により、ケース側と第一回転板または第二回転板の少なくとも一方とが接続されることより供給されることを特徴とする。

これにより、ケース側から第一回転基板又は第二回転基板に電力を供給する電力供給手段のためのブラシ及びスリップリングを省略させることができ、全体のブラシの数及びスリップリングの数を減らすことが可能になる。

本発明は、上述のように、回転軸を中心にして回転する第一ロータと、この第一ロータに追従して前記回転軸を中心にして回転し前記第一ロータに隣接して配置された第二ロータと、前記両ロータを回転自在に収納するケースと、前記第一及び第二ロータとケースとで形成される空間内に配置され、前記第一ロータと一体にして前記回転軸を回転軸にして回転する輪状の第一回転板と、前記空間内に前記第二ロータと一体にして前記回転軸を回転軸にして回転する輪状の第二回転板と、前記第一回転基板と第二回転基板との間の相対的な回転ずれを検知する回転検出手段と、ケース側から第一回転基板又は第二回転基板に電力を供給する電力供給手段とで構成された回転センサにおいて、回転検出手段は第一回転板と第二回転板との一方にそれぞれ配置された抵抗値を有するスリップリングとブラシとで構成され、電力供給手段は前記空間内で渦巻き状に巻回して収納された帯状電気伝送体により、ケース側と第一回転板または第二回転板の少なくとも一方とが接続されることより供給されることを特徴とする。

このため、本発明は、電力供給のためのブラシやスリップリングを省略することができ、全体のプラシやスリップリングの数を減少させることができ、この結果、回転センサを容易に製造可能にすることができ、回転摩擦抵抗が少なく、更に摺動音を低減させた回転センサを提供することができる。

それぞれ回転軸に組み付けられる第一、第二ロータはケース内に回転自在に収納され、帯状電気伝送体は、１本の絶縁導体が単独で、又は複数の電気導体が互いに絶縁されて構成されて帯状に構成され、帯状電気伝送体は、ケースと、第一ロータ・第二ロータとで形成される空間内に巻回して収納され、図２に示すようにその途中で略Ｕ字状の巻返し部を形成して巻き返しが行われ、その両端部は互いに逆方向に渦巻き状に巻かれて配置される。これにより帯状電気伝送体の巻き締りや巻き緩みによって前記第一ロータおよび第二ロータが複数回、回転可能になっている。尚，帯状電気伝送体は、その途中における略Ｕ字状の巻返し部を省略して巻き返すことなく渦巻き状に巻回して収納してもよい。

帯状電気伝送体は、ケースと、第一ロータ・第二ロータとで形成される空間内に巻回して収納され、図２に示すようにその途中で略Ｕ字状に巻き返しが行われ、その両端部は互いに逆方向に渦巻き状に巻かれて配置される。これにより帯状電気伝送体の巻き締りや巻き緩みによって前記第一ロータおよび第二ロータが複数回、回転可能になっている。尚，帯状電気伝送体は、その途中で略Ｕ字状に巻き返さずに渦巻き状に巻回して収納してもよい。

スリップリングは、金属導体又は表面にカーボン入りのエポキシ樹脂等で構成されている。

第二回転板は、第二ロータの回転方向には剛性が高く、回転軸方向には剛性が弱いカップリング部材で第二ロータに連結されていてもよい。

以下本発明を図示した実施例に基づき説明する。図１において、Ｓ、１、２、３、４、５、６、７、８、はそれぞれ図８に示す場合と同様に、空間、回転センサ、第一ロータ、第二ロータ、ケース、第一回転板、第二回転板、固定基板、カップリング部材である。更にトルク検出用のスリップリング５ａ、５ｅやトルク検出用のブラシ６ａ、７ｃは図８と同様に配置されている。しかしながら、電力供給用のスリップリングやブラシは省略されている。そして本発明の実施例はこの省略を補うために、固定基板７の形状を小径なものとし、それによってケース４の内部に形成された空間Ｓ内に帯状電気伝送体１２が新たに配置されている。

なお、本発明において、固定基板７はケース４（本実施例の場合は上ケース４ａ）に固定され、ケース４を構成する一部として扱われる。

帯状電気伝送体１２は、図２に示すように、ケース４内に形成された空間Ｓ内に、帯状電気伝送体１２の中間部１２’においてＵターンして渦巻き状に配置され、一端は固定基板７側に接続され、他端は第一回転板５側に接続されている。図２において、第一ロータと連動して第一回転板５が回転すると、帯状電気伝送体１２のＵターン部分の位置が移動する。このようにして固定基板７（ケース４）から第一回転板５に電力供給がなされている。このとき、帯状電気伝送体に信号線も配置しておくことにより、例えばトルク検出用の出力信号も伝送する等、電力の供給以外に信号の伝搬も行うことができる。

図３は本発明の他の実施例を示すものであり、図１に比較して異なる点は、帯状電気伝送体１２が、第一回転板５と第二回転板６との間に、図２と同様に、帯状電気伝送体１２が渦巻き状に巻回され、途中でＵターン部を形成させて収納されている。尚、この帯状電気伝送体１２は途中でＵターン部を形成せずに収納してもよい。これにより、ケース４から第一回転板５及び第二回転板６の一方又は両方に対して電力供給が行われる。

図４は本発明の更に他の実施例を示すものであり、第一回転板５と第二回転板６の外周側に、図２と同様に、帯状電気伝送体１２が渦巻き状に巻回され、途中でＵターン部を形成させて収納されている。なお、この帯状電気伝送体１２は途中でＵターン部を形成せずに収納してもよい。これにより、ケース４から第一回転板５及び第二回転板６の一方又は両方に対して電力供給が行われる。

図５は本発明の更に他の実施例を示すものであり、第二回転板６とケース４の底部との間に帯状電気伝送体１２が配置され、ケース４から第二回転板６に対して電力供給が行われる。

なお、上記各実施例において特定の空間に帯状電気伝送体１２を配置した場合が示されているが、本発明はその他の空間に配置された場合であっても同様に適用することができる。

更に図示されていないが、本発明は、第一ロータ２と第一回転板５との間に、又は第二ロータ３と第二回転板６との間に、図３に示すように、回転方向に対して剛性が高く回転軸方向の変位に対しては剛性が低い構成のカップリング部材を介在させても良い。これにより、これら回転板の歪みによるブラシ６ａとスリップリング５ａとの圧力を均一にさせることができる。

本発明の一実施例を示す構成図。 上記本発明の一実施例による要部断面説明図。 本発明の他の実施例を示す構成図。 本発明の更に他の実施例を示す構成図。 本発明の更に他の実施例を示す構成図。 従来の一例を示す斜視図。 上記従来の一例における内部部品の斜視図。 上記従来の一例における要部断面図。 図８のＡ−Ａ線における要部断面図 上記従来の一例における他の内部部品の平面図。

符号の説明

Ｓ 空間
１ 回転センサ
１ｂ 角度信号出力ケーブル
１ｄ トルク信号出力ケーブル
２ 第一ロータ
３ 第二ロータ
４ ケース
４ａ 上ケース
４ｂ 下ケース
５ 第一回転板
５ａ スリップリング
５ｅ スリップリング
６ 第二回転板
６ａ ブラシ
７ 固定基板
７ｃ ブラシ
８ カップリング部材
１１ 演算処理装置
１２ 帯状電気伝送体

Claims (5)

1. 回転軸を中心にして回転する第一ロータと、この第一ロータに追従して前記回転軸を中心にして回転し前記第一ロータに隣接して配置された第二ロータと、前記両ロータを回転自在に収納するケースと、前記第一及び第二ロータとケースとで形成される空間内に配置され、前記第一ロータと一体にして前記回転軸を回転軸にして回転する輪状の第一回転板と、前記空間内に前記第二ロータと一体にして前記回転軸を回転軸にして回転する輪状の第二回転板と、前記第一回転基板と第二回転基板との間の相対的な回転ずれを検知する回転検出手段と、ケース側から第一回転基板又は第二回転基板に電力を供給する電力供給手段とで構成された回転センサにおいて、回転検出手段は第一回転板と第二回転板との一方にそれぞれ配置された抵抗値を有するスリップリングとブラシとで構成され、電力供給手段は前記空間内で渦巻き状に巻回して収納された帯状電気伝送体により、ケース側と第一回転板または第二回転板の少なくとも一方とが接続されることより供給されることを特徴とする回転センサ。
2. 帯状電気伝送体は、回転検出手段からの出力信号も伝送することを特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
3. 帯状電気伝送体は、巻き締りや巻き緩みによって前記第一ロータおよび第二ロータが複数回回転可能となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転センサ。
4. スリップリングは表面にカーボン入りのエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１に記載の回転センサ。
5. 第二回転板は第二ロータの回転方向には剛性が高く、回転軸方向には剛性が弱いカップリング部材で第二ロータに連結されていることを特徴とする請求項1乃至請求項４のいずれか１に記載の回転センサ。

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