JP2006071502A

JP2006071502A - 回転センサ

Info

Publication number: JP2006071502A
Application number: JP2004256183A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Wada; 裕之和田; Yoshihiro Kawamura; 佳弘川村
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】
第一磁路制御部と第二磁路制御部とが励磁コイルの外周に円弧状に配置されるので、これら第一磁路制御部と第二磁路制御部とを円弧状に加工する必要があり、且つ励磁コイルの外周とこれら第一磁路制御部や第二磁路制御部の内周との距離を周方向において均一となるように配置させる必要があった。
【解決手段】
第一磁路制御部と第二磁路制御部とは、励磁コイルの軸心方向に沿って、励磁コイルの少なくとも一端の外側に第一磁路制御部と第二磁路制御部の順序で励磁コイルから遠ざかるように配置され、第一磁路制御部と第二磁路制御部との相対的な回転で前記交番磁界の磁路抵抗を制御するように構成されたことを特徴とする。これにより、第一磁路制御部と第二磁路制御部とを容易に製造でき、更に組立配置も容易に行え、安価で信頼性の高い回転センサを提供することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転センサに関するものである。

一般に、この種の回転センサとして、相対的に回転する２つの部材間に励磁コイルによる交番磁界ループを形成させ、両部材間の相対回転角度によって前記交番磁界ループの磁路抵抗を変化させ、これにより生ずる前記励磁コイルのインピーダンスの変化を回転量測定手段により検出して、２つの部材間の相対的な回転量を検出するものが知られている。（例えば特許文献１〜２）

この励磁コイルのインピーダンスの変化による２つの部材間の相対的な回転量の検出は、以下の原理によってなされる。即ち、図８に示すように、コイルボビンである磁心１の周りに励磁コイル２を配置して、この励磁コイル２に図示しない励磁電源からの交番電流を供給すると、磁心１の空気中の周囲に交番磁束による閉ループの磁路３が形成される。この磁路３中にアルミニウムなどの非磁化金属（電磁シールド材）４を配置すると、前記交番磁界によって前記非磁化金属４中に前記磁路３を遮る渦電流が発生する。この結果、前記磁路３の磁路抵抗が増えて、励磁コイル２は自己誘導電圧が下がり、励磁コイル２のインピーダンスが低下する。回転角の検出はこの磁路抵抗が増えたり減ったりすることによる励磁コイル２のインピーダンスの変化を図示しない回転量測定手段で検出することにより行われる。

図９はその一例を示したもので、３６０度周期の相対的な回転量を検出するものを示している。図において、８、９はそれぞれ相対的に回転する部材であり、ここで一例として１０はステータ、２０はステータ１０の周囲にステータ１０と同軸的に配置され且つステータ１０に対して相対的に回転するロータである。ステータ１０は断面がＨ型構造に形成されたコイルボビン１１の周りにエナメル線などの絶縁導体が巻回されて励磁コイル１２が形成され、更に、コイルボビン１１の外側半周にアルミニウムや銅などの非磁性導電材（電磁遮蔽材）による第一磁路制御部１３が張り付けられ、励磁コイル１２により発生した磁束が通過し難い磁路遮蔽窓１４が形成されている。また、第一磁路制御部１３の外周における他の半周には前記のような磁路を遮るものを配置されることなく、そのままとして磁束が通過し易い磁路通過窓１５が形成されている。

ロータ２０は、磁性材による筒状に形成されたサブコア２１で構成され、そのサブコア２１の内側の半周にアルミニウムや銅などの非磁性導電材による第二磁路制御部２２が張り付けられ、前記励磁コイル１２により発生した磁束が通過し難い磁路遮蔽窓２３が形成されている。また、第二磁路制御部２２の内周における他の半周には前記のような磁路を遮るものを配置することなく、そのままとして磁束が通過し易い磁路通過窓２４が形成されている。

従って、図９のようにステータ１０側の磁路通過窓１５とロータ２０側の磁路通過窓２４とが重なる場合は、最も磁路抵抗の少ない磁路３が形成される。また、前記両磁路通過窓１５・２４が相互に重ならない場合は、磁路３を構成する部分の全てに磁路遮蔽窓１４又は磁路遮蔽窓２３が配置されることになり、最も磁路抵抗の大きな磁路になる。また、それ以外の相対的な回転位置では、ステータ１０側の磁路通過窓１５とロータ２０側の磁路通過窓２４の重なる度合いに応じて磁路抵抗が変化する磁路となる。この磁路抵抗の変化により、励磁コイル１２のインピーダンスが変化することになるので、図１０に示す回路構成に従い、両者の相対的な回転量を検知することができる。

特開２００１−９９６８０号公報再公表特許ＷＯ０１／０６７０５９号公報

しかしながら、上記例による回転センサは、励磁コイル１２の外周に第一磁路制御部１３を配置し、その更に径が大きな位置に第二磁路制御部２２を配置するので、第一磁路制御部と第二磁路制御部とを円弧状に加工し、且つ励磁コイルの外周と第一磁路制御部及び第二磁路制御部の内周との距離が、周方向において均一となるように精度良く配置させる必要があった。例えば、第一磁路制御部１３及び第二磁路制御部２２の部品そのものの出来具合（製作精度のバラツキ）や、図１１(ロ)・１２（ロ）に示すように、第一磁路制御部１３や第二磁路制御部２２の設置具合（組立精度のバラツキ）によっては、第一磁路制御部１３と第二磁路制御部２２間のクリアランスＧが、回転方向に対して不均一となり、センサ出力は、クリアランスが均一な場合における図１３に示す特性に比較して、図１４の実線に示すように、直線性が悪化したり、センサ感度にバラツキが生じ、センサとしての信頼性が低下する。また、センササイズの小型化を考えた場合、励磁コイル１２の外側に第二磁路制御部２２を設けているので、径方向に対しての小型化に限界を生じる。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、励磁コイルで形成される閉ループの磁路中に配置され、相対的に回転する第一磁路制御部と第二磁路制御部とが、励磁コイルの軸方向に沿って配置される点が特徴である。

即ち、本発明は、交番励磁電流が供給されることによって交番磁界を発生させる励磁コイルと、前記交番磁界を通過させる磁路通過窓および前記交番磁界を遮蔽する磁路遮蔽窓を有する第一磁路制御部と、前記第一磁路制御部の前記励磁コイルの軸心方向に沿って前記交番磁界を通過させる磁路通過窓および前記交番磁界を遮蔽する磁路遮蔽窓を有する第二磁路制御部とを含んで構成され、第一磁路制御部と第二磁路制御部とは、前記励磁コイルの軸心方向に沿って、前記励磁コイルの少なくとも一端の外側に第一磁路制御部と第二磁路制御部の順序で前記励磁コイルから遠ざかるように配置され、第一磁路制御部と第二磁路制御部との相対的な回転で前記交番磁界の磁路抵抗を制御するように構成されたことを特徴とする回転センサである。

本発明は、上記により、製造及び配置の容易な円板状の第一磁路制御部と第二磁路制御部とが励磁コイルの軸心方向に配置されているので、部品の製作精度やセンサ組み立て精度のバラツキが低減でき、センサ特性の製品毎のバラツキを抑えることが出来る。これにより、第一磁路制御部と第二磁路制御部を容易に製造でき、更に組立配置も容易に行え、安価で信頼性の高い回転センサを提供することが出来る。

本発明を実施する際の最良の形態の一例を列挙する。
磁路遮蔽窓は非磁性導電材により構成されたことを特徴とする。
磁路通過窓は磁性体により構成されたことを特徴とする。
第一磁路制御部及び第二磁性制御部は、励磁コイルの両端側にそれぞれ配置されたことを特徴とする。
第一磁路制御部及び第二磁性制御部の磁路遮蔽体は、半円形に構成されたことを特徴とする。
以下に本発明を図示した実施例によって説明する。

図１〜３において、３０は励磁コイル、４０は第一磁路制御部、５０は第二磁路制御部である。励磁コイル３０は、断面がＨ型構造に形成されたコイルボビン３１の周りにエナメル線などの絶縁導体３２が巻回され、更に、絶縁導体３２を含めたコイルボビン３１の外周に非磁性導電材が配置された電磁遮蔽体３３とで形成されている。

第一磁路制御部４０は、励磁コイル３０の両端にそれぞれ半円形の非磁性導電材４１が張り付けられて構成された磁路遮蔽窓４２と、他の半円部分をそのままとした磁路通過窓４３とで構成されている。第二磁路制御部５０は、励磁コイル３０の軸心と回転軸が一致するように配置されたシャフトなどの回転心棒５１の外周に一体に配置された磁性円板５２と、その磁性円板５２の半円部分に非磁性導電材５３が張り付けられて構成された磁路遮蔽窓５４と他の半円部分をそのままの状態とした磁路通過窓５５とで構成されている。

第一磁路制御部４０（励磁コイル３０）と第二磁路制御部５０とは、軸心を一致して相対的に回転可能に構成されている。
回転心棒５１は、磁束がシャフトを通じて軸方向に通るのを防ぐために、非磁性材料(アルミ、例えばＳＵＳ３０４）で構成するのが望ましい。

励磁コイル３０の両端に配置された非磁性導電材４１は、それぞれ、本実施例において励磁コイル３０の円周上で同一側に配置されている。また非磁性導電材５３についても、それそれ、同じ側となるように配置されている。図２は励磁コイル３０の両端にそれぞれ配置された非磁性導電材４１と第二磁路制御部５０とが互いに重なって配置された関係を示しており、この図においては磁路通過窓４３・５５が互いに重なるので最も小さな磁路抵抗路が形成される。また、図３は図２に比較して第二磁路制御部５０が１８０°回転した状態を示しており、この場合は磁路通過窓４３・５５が互いに重なることがなく、磁路遮蔽窓４２・５４と重なる関係となるので最も大きな磁路抵抗路が形成される。

コイルボビン３１は、絶縁磁性材料であるプラスチックマグネット（以下、プラマグという：特開２００１−９９６８０参照）が用いられている。更に、コイルボビン３１の側面に配置された円筒状の電磁遮蔽体３３、非磁性導電材４１及び非磁性導電材５３は、アルミニウムが用いられ、また、磁性円板５２にはＳＵＳ４３０が用いられている。

このようにして構成された回転センサの励磁コイル３０に図示しない励磁電源から交番励磁電流を供給して、図１０に示す検出回路により第一磁路制御部４０（励磁コイル３０）と第二磁路制御部５０との相対的な回転量に対する出力信号を得た。
この結果、回転センサの出力は、従来センサ（図９）のものと同等レベルの値を得ることができた。また、センサ出力における直線性についても±１％以内に収まり、従来センサと同等レベルの特性を得ることができた。

なお、上記実施例においては、励磁コイル３０の両端に配置された非磁性導電材４１が、それぞれ、同じ側に配置され、更に非磁性導電材５３についても、それそれ、同じ側に配置された場合を説明したが、それぞれが異なるように配置するようにしてもよい。即ち、非磁性導電材４１と非磁性導電材５３とが励磁コイルの一端側で重なる相対的な回転位置で、他端側でも両非磁性導電材４１・５３が互いに重なるように配置すればよい。
また、非磁性導電材４１や非磁性導電材５３は上記実施例において、アルミニウムが用いられたが、銅を用いるようにしてもよい。

図４は本発明の他の実施例を示すもので、基本構造は図１と同じである。図１に比較して異なる点は、コイルボビン３１が絶縁材であるプラスチック（例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート:Polybutylene terephthalate)やＰＯＭ（ポリオキシメチレン：Polyoxymethylene)等）材で構成され、この両端面に磁性材で出来たＵＳ４３０のような磁性円板を配置して磁束を通し易くし、その外側に第一磁路制御部を形成している点である。このように構成された回転センサの励磁コイル３０に対して実施例１と同様に交番励磁電流を供給して、第一磁路制御部４０（励磁コイル３０）と第二磁路制御部５０との相対的な回転量に対する出力信号を得た。

この結果、回転センサの出力感度は、実施例１に比較して５％落ちたが問題ないレベルであり、直線性は実施例１と同等レベルであった。本実施例によれば、ボビン材質としてプラスチックのような汎用品を用いることができ、安価な回転センサが提供することができる。

図５〜６は本発明の更に他の実施例を示すもので、上記実施例に比較して、第二磁路制御部５０をアルミニウムによる非磁性導電材５３のみで構成したものである。第一磁路制御部４０（励磁コイル３０）と第二磁路制御部５０とが相対的に回転することによって、図５に示すように第一磁路制御部４０と第二磁路制御部５０の非磁性導電材４１・５３が互いに重なっている最小の磁路抵抗路と、また図６に示すように、互いの非磁性導電材４１・５３が互いに重ならない最大の磁路抵抗路とが形成され、その途中ではそれらの値の途中の磁路抵抗路が形成される。従って、このような構成であっても上記各実施例と同様に励磁コイル３０のインピーダンスが変化して、第一磁路制御部４０と第二磁路制御部５０との相対的な回転角度に応じたセンサ出力が得られる。

図７は本発明の更に異なる他の実施例を示すもので、上記実施例に比較して第二磁路制御部５０が、アルミニウム材などによる半円形の非磁性導電材５３を円板状のプラスチック材５６に張り付けることにより構成したものを示している。このような構成であっても上記と同様の原理で回転センサの出力を得ることができる。本実施例は、実施例３に比較して、非磁性導電材５３と回転心棒５１との機械的な安定性が得られるので、直線性は良かった。なお、第二磁路制御部５０は、インサート成形により、半円形の非磁性導電材５３をプラスチック材５６で包み込むように配置して構成しても良い。

本発明の一実施例を示すもので、イは要部部品の平面説明図、ロは一部切断正面図、ハは要部部品の底面説明図。図１における所定回転角における説明図。図２と異なる回転角度における説明図。本発明の他の実施例を示す一部切断正面図。本発明の更に異なる他の実施例を示すもので、イは要部部品の平面説明図、ロは一部切断正面図、ハは要部部品の底面説明図。図５の他の回転角度における実施例を示すもので、イは要部部品の平面説明図、ロは一部切断正面図、ハは要部部品の底面説明図。本発明の更に異なる他の実施例を示すもので、イは要部部品の平面説明図、ロは一部切断正面図、ハは要部部品の底面説明図。励磁コイルのインピーダンス変化による検知原理を示す説明図。従来の一例を示すもので、イは一部切断正面図、ロはイのＡ−Ａ'線における断面図。励磁コイルのインピーダンス変化による回転量測定手段の検出の一例を示すブロック図。従来の他の例を示すもので、イは一部切断正面図、ロはイのＢ−Ｂ'線における断面図。従来の他の例を示すもので、イは一部切断正面図、ロはイのＣ−Ｃ'線における断面図。回転角度に対するセンサ出力特性の一例を示す特性図。回転角度に対するセンサ出力特性の他の例を示す特性図。

符号の説明

１磁心
２励磁コイル
３磁路
４非磁化金属
１０ステータ
１１コイルボビン
１２励磁コイル
１３第一磁路制御部
１４磁路遮蔽窓
１５磁路通過窓
２０ロータ
２１サブコア
２２第二磁路制御部
２３磁路遮蔽窓
２４磁路通過窓
３０励磁コイル
３１コイルボビン
３２絶縁導体
３３電磁遮蔽体
４０第一磁路制御部
４１非磁性導電材
４２磁路遮蔽窓
４３磁路通過窓
５０第二磁路制御部
５１回転心棒
５２磁性円板
５３非磁性導電材
５４磁路遮蔽窓
５５磁路通過窓
５６プラスチック材

Claims

交番励磁電流が供給されることによって交番磁界を発生させる励磁コイルと、
前記交番磁界を通過させる磁路通過窓および前記交番磁界を遮蔽する磁路遮蔽窓を有する第一磁路制御部と、
前記第一磁路制御部の前記励磁コイルの軸心方向に沿って前記交番磁界を通過させる磁路通過窓および前記交番磁界を遮蔽する磁路遮蔽窓を有する第二磁路制御部とを含んで構成され、
第一磁路制御部と第二磁路制御部とは、前記励磁コイルの軸心方向に沿って、前記励磁コイルの少なくとも一端の外側に第一磁路制御部と第二磁路制御部の順序で前記励磁コイルから遠ざかるように配置され、第一磁路制御部と第二磁路制御部との相対的な回転で前記交番磁界の磁路抵抗を制御するように構成されたことを特徴とする回転センサ。
磁路遮蔽窓は非磁性導電材により構成されたことを特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
磁路通過窓は磁性体により構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転センサ。
第一磁路制御部及び第二磁路制御部は励磁コイルの両端側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の回転センサ。
第一磁路制御部及び第二磁性制御部の磁路遮蔽体は半円形に構成された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。