JP2007240372A - 差動トランス型角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度を維持しつつヨーク及びコアの加工を容易化すること。
【解決手段】第１内側ヨーク５と第２内側ヨーク６は、互いに１２０°の位相差をもって配される。第１、第２内側ヨーク５、６をそれぞれ円弧角１２０°の第１、第２円弧帯状体により構成し、第１、第２内側ヨーク５、６の磁束伝達部を第１、第２円弧帯状体により構成するとともに、第１、第２内側ヨーク５、６の磁束遮断部を、第１、第２円弧帯状体から延び仮想第１、第２円環帯状体を形成し得る第１、第２円弧帯状空間５d、６dにより構成し、かつ、コア１の外周面１bを、円弧角２４０°の円弧面１cと円弧角１２０°の弦面１dとで構成し、コア１の磁束伝達部を円弧面１cと弦面１dとで囲まれた部位により構成するとともに、コア１の磁束遮断部を、円弧面１cから延び仮想円周面を形成し得る円弧角１２０°の仮想円弧面１eと弦面１dとで囲まれた空間により構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、角度を差動トランスの作用により検出するための差動トランス型角度センサに関する。

従来、この種の差動トランス型角度センサとして、回転型コアと、該コアと同心状に配された励磁コイルと、該励磁コイルを挟むように配された第１、第２検出コイルと、上記励磁コイルと上記第１検出コイルとの間に配された第１内側ヨークと、上記励磁コイルと上記第２検出コイルとの間に配された第２内側ヨークとを備え、上記第１検出コイルの出力電圧と上記第２検出コイルの出力電圧との差電圧に基づいて上記コアの位置角度を検出する差動トランス型角度センサであって、上記コアの外周部を、円弧角２４０°からなる磁束伝達部と円弧角１２０°からなる磁束遮断部とに分割して構成するとともに、上記第１、第２内側ヨークの各内周部を、円弧角２４０°からなる磁束伝達部と円弧角１２０°からなる磁束遮断部とに分割して構成し、上記第１内側ヨークと上記第２内側ヨークとを、互いに１２０°の位相差をもって配した第１の差動トランス型角度センサが提案されている（特許文献１の[００１５]〜[００２８]及び図１〜図４参照）。
特開２００５−９１３０１公報

しかし、上記従来の差動トランス型角度センサは、第１、第２内側ヨーク及びコアに磁束遮断部を形成するために、断面円環帯状のヨークの内周部に凹状の切欠きを設けるとともにコアの外周面に扇状の切欠きを設けており、ヨーク及びコアを製造する上でこのような切欠きを設けることは加工を困難化させるという点で問題となっていた。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、検出精度を維持しつつ加工が容易なヨーク及びコアを有する差動トランス型角度センサを提供することを基本的な目的とする。

本発明の差動トランス型角度センサは、回転型コアと、該コアと同心状に配された励磁コイルと、該励磁コイルを挟むように配された第１、第２検出コイルと、前記励磁コイルと前記第１検出コイルとの間に配された第１内側ヨークと、前記励磁コイルと前記第２検出コイルとの間に配された第２内側ヨークとを備え、前記第１検出コイルの出力電圧と前記第２検出コイルの出力電圧との差電圧に基づいて前記コアの位置角度を検出する差動トランス型角度センサであって、前記コアの外周部を磁束伝達部と磁束遮断部とに分割して構成するとともに、前記第１、第２内側ヨークの各内周部を磁束伝達部と磁束遮断部とに分割して構成し、前記第１内側ヨークと前記第２内側ヨークとを、互いに１２０°の位相差をもって配した差動トランス型角度センサにおいて、前記第１、第２内側ヨークを、それぞれ円弧角１２０°の第１、第２円弧帯状体により構成し、前記第１、第２内側ヨークの前記磁束伝達部を前記第１、第２円弧帯状体により構成するとともに、前記第１、第２内側ヨークの前記磁束遮断部を、前記第１、第２円弧帯状体から延び仮想第１、第２円環帯状体を形成し得る第１、第２円弧帯状空間により構成し、かつ、前記コアの外周面を、円弧角２４０°の円弧面と円弧角１２０°の弦面とで構成し、前記コアの前記磁束伝達部を前記円弧面と前記弦面とで囲まれた部位により構成するとともに、前記コアの前記磁束遮断部を、前記円弧面から延び仮想円周面を形成し得る円弧角１２０°の仮想円弧面と前記弦面とで囲まれた空間により構成することを特徴とする。

本発明の差動トランス型角度センサによると、第１、第２内側ヨークを、それぞれ円弧角１２０°の第１、第２円弧帯状体により構成したため、第１、第２内側ヨークをきわめて容易に加工できるようになる。また、コアの外周面を、円弧角２４０°の円弧面と円弧角１２０°の弦面とで構成したため、コアをきわめて容易に加工できるようになる。また、後に詳述するように、検出精度を維持することができる。

ここで、上記従来技術のような円弧角が１８０°よりも大きなヨーク（上記従来技術では、３６０°相当の円弧角となる。）では、コアを覆うようにこのヨークを配置する方法としてはコアをヨークに挿通する方法以外の方法がないため、コアと励磁コイル及び第１、第２検出コイルとを互いに分離させる必要があり、このため、励磁コイルが巻回されたボビンと第１検出コイルが巻回されたボビンと第２検出コイルが巻回されたボビンと第１ヨークと第２ヨークとを軸方向に配置して芯出しを行った後、互いに固着させる作業が必要となる。

これに対し、本発明では、第１、第２ヨークを円弧角１８０°以下である円弧角１２０°の第１、第２円弧帯状体で構成したため、第１、第２ヨークをコアの外周面側に配することでコアを覆うことができる。このため、コアと励磁コイル及び第１、第２検出コイルとを互いに分離させる必要がなくなり、励磁コイル及び第１、第２検出コイルがそれぞれ巻回された１つの樹脂製ボビンに第１、第２溝を形成し、この第１、第２溝に第１、第２内側ヨークを固着させることが可能となる。

このように１つの共通する樹脂製ボビンに励磁コイル、第１、第２検出コイル、及び第１、第２内側ヨークを組み付けることにより、樹脂製ボビン自体既に芯出しされていることから、これらの組付要素の相互間での芯出し作業がきわめて簡単になる。

ここで、樹脂製ボビンは、金属製ボビンと比べ寸法加工精度が低いが、金属製ボビンを使用すると励磁コイルに印加される交流電圧による渦電流が発生し検出精度の低下を招くようになるため、金属製ボビンを使用することができず、このため樹脂製ボビンが使用される。樹脂製ボビンを使用した場合、その寸法加工精度が低いため、差動トランス型角度センサを構成する他の部品であって樹脂製ボビンに組み付けられる部品、例えば磁性パイプ、金属製軸受部材及び金属製キャップ部材と樹脂製ボビンとの間での寸法加工精度の不一致による樹脂製ボビンとコアとの間での芯ずれが発生し、この樹脂製ボビンとコアとの間での芯ずれが原因で第１、第２内側ヨークとコアとの間で芯ずれが生じ、検出精度が低下する。このため、樹脂製ボビンとコアとの間での芯出しを正確に行う必要が生じる。

本発明は、この点に鑑み、樹脂製ボビンとコアとの間で正確な芯出しが得られるようにすることを更なる目的としている。

この更なる目的を達成するため、本発明の差動トランス型角度センサは、前記励磁コイル、前記第１、第２検出コイル、及び前記第１、第２内側ヨークがそれぞれ装着された前記樹脂製ボビンを収容する磁性パイプと、前記樹脂製ボビンの前側外周面及び後側外周面にそれぞれ形成された第１前側環状溝及び第１後側環状溝と、前記第１前側環状溝及び前記第１後側環状溝にそれぞれ装着され、前記磁性パイプの内周面に圧接可能な第１前側Oリング及び第１後側Oリングであって、前記磁性パイプの内周面と前記樹脂製ボビンの外周面との間に全周にわたって均一な隙間を形成する第１前側Oリング及び第１後側Oリングとを備えることを特徴とする。

この差動トランス型角度センサによると、樹脂製ボビンの前側外周面は、加工寸法精度の高い磁性パイプの内周面から圧縮状態の第１前側Oリングの半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビンの前側外周面の全周にわたって略均一になる。また、樹脂製ボビンの後側外周面は、前側外周面と同様、加工寸法精度の高い磁性パイプの内周面から圧縮状態の第１後側Oリングの半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビンの後側外周面の全周にわたって略均一になる。このため、樹脂製ボビンの軸芯は、寸法加工精度の高い磁性パイプの軸芯と略一致したものとなり、したがって、樹脂製ボビンとコアとの間で正確な芯出しが得られるようになる。

また、上記の更なる目的を達成するため、本発明の他の差動トランス型角度センサは、前記励磁コイル、前記第１、第２検出コイル、及び前記第１、第２内側ヨークがそれぞれ装着された前記樹脂製ボビンを収容する磁性パイプと、該磁性パイプの前端部に嵌着され前記樹脂製ボビンの前面と対向するとともに前記コアの前部を軸支する金属製軸受部材と、前記磁性パイプの後端部に嵌着され前記樹脂製ボビンの後面と対向するとともに前記コアの後端部を軸支する金属製キャップ部材と、前記樹脂製ボビンの前面に形成された第１前側凹部と、前記金属製軸受部材の後面に形成された第１前側凸部と、前記樹脂製ボビンの後面に形成された第１後側凹部と、前記金属製キャップ部材の前面に形成された第１後側凸部と、前記第１前側凸部の外周面に形成された第２前側環状溝と、前記第１後側凸部の外周面に形成された第２後側環状溝と、前記第２前側環状溝に装着され、前記第１前側凹部の内周面に圧接可能な第２前側Oリングと、前記第２後側環状溝に装着され、前記第１後側凹部の内周面に圧接可能な第２後側Oリングとを備え、前記第２前側Oリング及び前記第２後側Oリングにより、前記樹脂製ボビンと前記コアとの間での芯出しが行われることを特徴とする。

この差動トランス型角度センサによると、寸法加工精度の高い磁性パイプの前端部に同じく寸法加工精度の高い金属製軸受部材が嵌着されるとともに磁性パイプの後端部に寸法加工精度の高い金属製キャップ部材が嵌着されることにより、磁性パイプと金属製軸受部材と金属製キャップ部材との間での芯出しが正確に行われる。また、樹脂製ボビンの第１前側凹部の内周面は、寸法加工精度の高い金属製軸受部材の第１前側凸部の外周面から圧縮状態の第２前側Oリングの半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビンの第１前側凹部の内周面の全周にわたって略均一になる。また、樹脂製ボビンの第１後側凹部の内周面は、寸法加工精度の高い金属製キャップ部材の第１後側凸部の外周面から圧縮状態の第２後側Oリングの半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビンの第１後側凹部の内周面の全周にわたって略均一になる。このため、樹脂製ボビンの軸芯は、寸法加工精度の高い金属製軸受部材及び金属製キャップ部材の各軸芯と略一致したものとなり、したがって、樹脂製ボビンとコアとの間で正確な芯出しが得られるようになる。

また、上記の更なる目的を達成すべく、本発明の更に他の差動トランス型角度センサは、前記励磁コイル、前記第１、第２検出コイル、及び前記第１、第２内側ヨークがそれぞれ装着された前記樹脂製ボビンを収容する磁性パイプと、該磁性パイプの前端部に嵌着され前記樹脂製ボビンの前面と対向するとともに前記コアの前部を軸支する金属製軸受部材と、前記磁性パイプの後端部に嵌着され前記樹脂製ボビンの後面と対向するとともに前記コアの後端部を軸支する金属製キャップ部材と、前記樹脂製ボビンの前面に形成された第２前側凹部と、前記金属製軸受部材の後面に形成された第２前側凸部と、前記樹脂製ボビンの後面に形成された第２後側凹部と、前記金属製キャップ部材の前面に形成された第２後側凸部とを備え、前記第２前側凸部が前記第２前側凹部に嵌着されるとともに前記第２後側凸部が前記第２後側凹部に嵌着されることにより、前記樹脂製ボビンと前記コアとの間での芯出しが行われることを特徴とする。

この差動トランス型角度センサによると、寸法加工精度の高い磁性パイプの前端部に同じく寸法加工精度の高い金属製軸受部材が嵌着されるとともに磁性パイプの後端部に寸法加工精度の高い金属製キャップ部材が嵌着されることにより、磁性パイプと金属製軸受部材と金属製キャップ部材との間での芯出しが正確に行われる。また、樹脂製ボビンの第２前側凹部の内周面は、寸法加工精度の高い金属製軸受部材の第２前側凸部の外周面に圧接し半径外方向の応力を全周にわたって受けるとともに、樹脂製ボビンの第２後側凹部の内周面は、寸法加工精度の高い金属製キャップ部材の第２後側凸部の外周面に圧接し半径外方向の応力を全周にわたって受けるため、樹脂製ボビンの軸芯は、寸法加工精度の高い金属製軸受部材及び金属製キャップ部材の各軸芯と略一致したものとなり、したがって、樹脂製ボビンとコアとの間で正確な芯出しが得られるようになる。

ここで、前記コアの外周面と前記樹脂製ボビンの内周面との間に全周にわたって隙間を積極的に設けるようにすると、検出可能な角度範囲における検出電圧の直線性つまりコアの角度位置に対して変化する検出電圧値の直線性が向上する。この直線性の向上は実験結果に基づくものである。

また、前記隙間に該隙間を埋めるよう樹脂材を配すると、この樹脂材により上記隙間を確保することが容易になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る差動トランス型角度センサの断面図、図２は、樹脂製ボビンと励磁コイルと第１、第２検出コイルと第１内側ヨークと第２内側ヨークとの配置関係を表した斜視図、図３は、樹脂製ボビンの断面図、図４は、図３図示A-A切断線による樹脂製ボビンの断面図及び第１内側ヨークの正面図、図５は、図３図示B-B切断線による樹脂製ボビンの断面図及び第２内側ヨークの正面図、図６は、コアの側面図、図７は、図６図示C-C切断線によるコアの断面図、図８は、第１、第２検出コイルの出力電圧の説明図、図９は、第１、第２検出コイルの出力電圧波形図及び両者の差電圧である検出電圧波形図、図１０は、第２実施形態に係る差動トランス型角度センサの断面図、図１１は、第３実施形態に係る差動トランス型角度センサの断面図、図１２は、図１１図示の差動トランス型角度センサにおける樹脂製ボビンと金属製軸受部材と金属製キャップとの連結状態を説明するための分解断面図、図１３は、第４実施形態に係る差動トランス型角度センサの断面図、図１４は、図１３図示の差動トランス型角度センサの効果を説明するための検出電圧波形図をそれぞれ示す。

図１〜図９において、第１実施形態に係る差動トランス型角度センサは、図示しない角度検出対象物がねじ孔１aを介してねじ結合される回転型コア１と、コア１と同心状に配され交流電圧が印加される励磁コイル２と、励磁コイル２を挟むように配された第１、第２検出コイル３、４と、励磁コイル２と第１検出コイル３との間に配された第１内側ヨーク５と、励磁コイル２と第２検出コイル４との間に配された第２内側ヨーク６とを備え、励磁コイル２に交流電圧を印加したときの第１検出コイル３の出力電圧と第２検出コイル４の出力電圧との差電圧に基づいてコア１の位置角度つまり角度検出対象物の位置角度を検出するものである。

励磁コイル２及び第１、第２検出コイル３、４は、図１及び図２に示すように、それぞれ１つの共通する樹脂製ボビン７に巻回されており、励磁コイル２及び第１、第２検出コイル３、４の各リード線（図示せず）は、図３に示すような、樹脂製ボビン７の外周部に予め形成されたリード線通し溝７a、７b及びリード線通し孔７cを介して外部に引き出される。なお、リード線通し孔７cの代わりに、リード線通し溝７a、７bと同様なリード線通し溝を設けるようにしてもよい。また、樹脂製ボビン７の前端部にリード線通し孔又はリード線通し溝を設けるようにしてもよい。

第１内側ヨーク５は、図２〜図４に示すように、樹脂製ボビン７に形成された第１溝７dに接着剤を用いて固着され、第２内側ヨーク６は、図２、図３及び図５に示すように、樹脂製ボビン７に形成された第２溝７eに接着剤を用いて固着される。第１、第２溝７d、７eは、図４及び図５に示すように、互いに１２０°の位相差をもって形成されている。

第１内側ヨーク５及び第２内側ヨーク６は、互いに同一形状を有しており、それぞれ図４及び図５に示すように、円弧角１２０°の第１円弧帯状体及び第２円弧帯状体により構成される。第１、第２内側ヨーク５、６は、それぞれ均一の肉厚を有している。第１、第２内側ヨーク５、６の両端面５a、５b、６a、６bは平取りされており、同一仮想平面上に位置する。第１、第２内側ヨーク５、６の内周面５c、６cは、第１、第２内側ヨーク５、６が樹脂製ボビン７の第１、第２溝７d、７eに固着されたとき、樹脂製ボビン７の内周面７fと面一になっている。このような第１、第２内側ヨーク５、６と樹脂製ボビン７との芯出しは、樹脂製ボビン７の内周面７fで形成される円柱状空間と略同一の形状を有する芯出し棒（図示せず）を樹脂製ボビン７に挿通し、第１、第２内側ヨーク５、６の内周面５c、６cを芯出し棒の外周面に合せることで容易に行うことができる。

第１、第２内側ヨーク５、６は、磁束伝達部を構成する。また、図４及び図５に示すように、第１、第２内側ヨーク５、６から延び仮想第１、第２円環帯状体を形成し得る第１、第２円弧帯状空間５d、６dは、磁束遮断部を構成する。また、上記のように第１、第２溝７d、７eが互いに１２０°の位相差をもって形成され、第１、第２溝７d、７eに第１、第２内側ヨーク５、６が固着されるため、第１、第２内側ヨーク５、６は、互いに１２０°の位相差をもって配されることとなる。

樹脂製ボビン７は、外ヨークを構成する磁性パイプ８の内部に収容されている。樹脂製ボビン７の前側外周面７gには、第１前側環状溝７hが形成され、この第１前側環状溝７hに、磁性パイプ８の内周面８aに圧接された第１前側Oリング９が装着されている。また、樹脂製ボビン７の後側外周面７iには、第１後側環状溝７jが形成され、この第１後側環状溝７jに、磁性パイプ８の内周面８aに圧接された第１後側Oリング１０が装着されている。

樹脂製ボビン７の前側外周面７gは、加工寸法精度の高い磁性パイプ８の内周面８aから圧縮状態の第１前側Oリング９の半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビン７の前側外周面７gの全周にわたって略均一になる。また、樹脂製ボビン７の後側外周面７iは、前側外周面７gと同様、加工寸法精度の高い磁性パイプ８の内周面８aから圧縮状態の第１後側Oリング１０の半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビン７の後側外周面７iの全周にわたって略均一になる。このため、樹脂製ボビン７の軸芯は、寸法加工精度の高い磁性パイプ８の軸芯と略一致したものとなる。

樹脂製ボビン７の中空部には、コア１が挿通されている。コア１は、第１内側ヨーク５と対向する部位から第２内側ヨーク６と対向する部位までの範囲を軸方向両側へ拡大した範囲において、図６に示すような断面形状を有している。すなわち、この範囲のコア１の外周面１bは、円弧角２４０°の円弧面１cと円弧角１２０°の弦面１dとで構成される。円弧面１cと弦面１dとで囲まれた部位つまりコア自体は磁束伝達部を構成し、また、図６及び図７に示すような円弧面１cから延び仮想円周面を形成し得る円弧角１２０°の仮想円弧面１eと、弦面１dとで囲まれた空間は磁束遮断部を構成する。

コア１は、図１に示すように、金属製軸受部材１１の中空部を形成する内周面１１aに固着された中空円筒状の前側軸受（ドライベアリング）１２と、金属製キャップ部材１３の軸受凹部を形成する内周面１３aに固着された中空円筒状の後側軸受（ドライベアリング）１４とによって回転可能に軸支されている。

金属製軸受部材１１は、後端外周部に後側環状段差部１１bを有し、この後側環状段差部１１bを磁性パイプ８の前端部８bに圧入することによって磁性パイプ８に固着される。また、金属製軸受部材１１の前端部には、当該差動トランス型角度センサを角度検出対象物側に取り付けるためのねじが外周面に形成された小径の取付部１１cが設けられている。

金属製キャップ部材１３は、前端外周部に前側環状段差部１３bを有し、この前側環状段差部１３bを磁性パイプ８の後端部８cに圧入することによって磁性パイプ８に固着される。

次に、上記の如く構成される差動トランス型角度センサの動作を説明する。

図８に示すように、第１内側ヨーク５（第２内側ヨーク６）に対してコア１が（a）で示す状態にあるとき、第１内側ヨーク５とコア１との間（第２内側ヨーク６とコア１との間）において、磁路断面積は最小、換言すると、磁気抵抗は最大値となる。第１検出コイル３（第２検出コイル４）の出力電圧は、励磁コイル２の発生磁束Φ0（図１参照）から第１内側ヨーク５に漏れる磁束Φ10（第２内側ヨーク６に漏れる磁束Φ20）を減算した磁束Φ1（磁束Φ2）に比例するため、上記のように第１内側ヨーク５（第２内側ヨーク６）とコア１との間の磁気抵抗が最大値であるとき、第１検出コイル３（第２検出コイル４）の出力電圧は最大値となる。

その後、コア１が図８図示矢印方向へ回転してゆくと（図８図示（b）参照）、第１内側ヨーク５（第２内側ヨーク６）とコア１との間の磁路断面積は増大してゆくため、第１検出コイル３（第２検出コイル４）の出力電圧は減少してゆき、コア１が１２０°回転したとき（図８図示（c）参照）、第１内側ヨーク５（第２内側ヨーク６）とコア１との間の磁路断面積は最大値となり、このため、第１検出コイル３（第２検出コイル４）の出力電圧は最小値となる。

その後、コア１が図８図示矢印方向へさらに回転してゆき（図８図示(d)参照）、コア１が１２０°回転する（図８図示（e）参照）までの間においては、第１内側ヨーク５（第２内側ヨーク６）とコア１との間の磁路断面積は最大値に維持されるため、第１検出コイル３（第２検出コイル４）の出力電圧は、最小値に維持される。

その後、コア１が図８図示矢印方向へさらに回転してゆくと（図８図示（f）参照）、第１内側ヨーク５（第２内側ヨーク６）とコア１との間に磁路断面積は今度は減少してゆくため、第１検出コイル３（第２検出コイル４）の出力電圧は増大してゆき、コア１が１２０°回転したとき（図８図示（a）と同じ状態）、第１内側ヨーク５（第２内側ヨーク６）とコア１との間の磁路断面積は最小値となり、このため、第１検出コイル３（第２検出コイル４）の出力電圧は最大値となる。

ところで、上記のように、第１内側ヨーク５と第２内側ヨーク６は、互いに１２０°の位相差をもって配されている。このため、コア１の位置角度に対する第１検出コイル３の出力電圧を図９（A）図示の波形aで表したとき、第２検出コイル４の出力電圧は、図９（A）図示の波形bで表すことができる。したがって、第１検出コイル３の出力電圧と第２検出コイル４の出力電圧との差電圧は、図９（B）に示す波形で表すことができ、コア１の２４０°の回転範囲内で直線性を有するため、この回転範囲においてコア１の位置角度を検出することができる。

以上説明したように、第１実施形態に係る差動トランス型角度センサは、回転型コア１と、コア１と同心状に配された励磁コイル２と、励磁コイル２を挟むように配された第１、第２検出コイル３、４と、励磁コイル２と第１検出コイル３との間に配された第１内側ヨーク５と、励磁コイル２と第２検出コイル４との間に配された第２内側ヨーク６とを備え、第１検出コイル３の出力電圧と第２検出コイル４の出力電圧との差電圧に基づいてコア１の位置角度を検出する差動トランス型角度センサであって、コア１の外周部を磁束伝達部と磁束遮断部とに分割して構成するとともに、第１、第２内側ヨーク５、６の各内周部を磁束伝達部と磁束遮断部とに分割して構成し、第１内側ヨーク５と第２内側ヨーク６とを、互いに１２０°の位相差をもって配した差動トランス型角度センサにおいて、第１、第２内側ヨーク５、６を、それぞれ円弧角１２０°の第１、第２円弧帯状体により構成し、第１、第２内側ヨーク５、６の磁束伝達部を第１、第２円弧帯状体により構成するとともに、第１、第２内側ヨーク５、６の磁束遮断部を、第１、第２円弧帯状体から延び仮想第１、第２円環帯状体を形成し得る第１、第２円弧帯状空間５d、６dにより構成し、かつ、コア１の外周面１bを、円弧角２４０°の円弧面１cと円弧角１２０°の弦面１dとで構成し、コア１の磁束伝達部を円弧面１cと弦面１dとで囲まれた部位により構成するとともに、コア１の磁束遮断部を、円弧面１cから延び仮想円周面を形成し得る円弧角１２０°の仮想円弧面１eと弦面１dとで囲まれた空間により構成した。

第１実施形態によると、第１、第２内側ヨーク５、６を、それぞれ円弧角１２０°の第１、第２円弧帯状体により構成したため、第１、第２内側ヨーク５、６をきわめて容易に加工できるようになる。また、コア１の外周面１bを、円弧角２４０°の円弧面１cと円弧角１２０°の弦面１dとで構成したため、コア１をきわめて容易に加工できるようになる。また、検出精度を維持することができる。

また、第１実施形態によると、第１、第２ヨーク５、６を円弧角１８０°以下である円弧角１２０°の第１、第２円弧帯状体で構成したため、第１、第２ヨーク５、６をコア１の外周面１b側に配することでコア１を覆うことができる。このため、従来技術のようにコア１と励磁コイル２及び第１、第２検出コイル３、４とを互いに分離させる必要がなくなり、励磁コイル２及び第１、第２検出コイル３、４がそれぞれ巻回された１つの樹脂製ボビン７に第１、第２溝７d、７eを形成し、この第１、第２溝７d、７eに第１、第２内側ヨーク５、６を固着させることが可能となる。

また、第１実施形態によると、上記のように１つの共通する樹脂製ボビン７に励磁コイル２、第１、第２検出コイル３、４、及び第１、第２内側ヨーク５、６を組み付けたため、樹脂製ボビン７自体既に芯出しされていることから、これらの組付要素２、３、４、５、６の相互間での芯出し作業がきわめて簡単になる。

また、第１実施形態の差動トランス型角度センサは、励磁コイル２、第１、第２検出コイル３、４、及び第１、第２内側ヨーク５、６がそれぞれ装着された樹脂製ボビン７を収容する磁性パイプ８と、樹脂製ボビン７の前側外周面７g及び後側外周面７iにそれぞれ形成された第１前側環状溝７h及び第１後側環状溝７jと、第１前側環状溝７h及び第１後側環状溝７jにそれぞれ装着され、磁性パイプ８の内周面８aに圧接可能な第１前側Oリング９及び第１後側Oリング１０であって、磁性パイプ８の内周面８aと樹脂製ボビン７の外周面７g、７iとの間に全周にわたって均一な隙間を形成する第１前側Oリング９及び第１後側Oリング１０とを備える。

第１実施形態によると、樹脂製ボビン７の前側外周面７gは、加工寸法精度の高い磁性パイプ８の内周面８aから圧縮状態の第１前側Oリング９の半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビン７の前側外周面７gの全周にわたって略均一になる。また、樹脂製ボビン７の後側外周面７iは、前側外周面７gと同様、加工寸法精度の高い磁性パイプ８の内周面８aから圧縮状態の第１後側Oリング１０の半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビン７の後側外周面７iの全周にわたって略均一になる。このため、樹脂製ボビン７の軸芯は、寸法加工精度の高い磁性パイプ８の軸芯と略一致したものとなり、したがって、樹脂製ボビン７とコア１との間で正確な芯出しが得られるようになる。

図１０において、第２実施形態に係る差動トランス型角度センサは、励磁コイル２、第１、第２検出コイル３、４、及び第１、第２内側ヨーク５、６がそれぞれ装着された樹脂製ボビン７を収容する磁性パイプ８と、磁性パイプ８の前端部８bに嵌着され樹脂製ボビン７の前面７kと対向するとともにコア１の前部１fを軸支する金属製軸受部材１１と、磁性パイプ８の後端部８cに嵌着され樹脂製ボビン７の後面７lと対向するとともにコア１の後端部１gを軸支する金属製キャップ部材１３と、樹脂製ボビン７の前面７kに形成された第１前側凹部７mと、金属製軸受部材１１の後面１１dに形成された第１前側凸部１１eと、樹脂製ボビン７の後面７lに形成された第１後側凹部７nと、金属製キャップ部材１３の前面１３cに形成された第１後側凸部１３dと、第１前側凸部１１eの外周面に形成された第２前側環状溝１１ｆと、第１後側凸部１３dの外周面に形成された第２後側環状溝１３eと、第２前側環状溝１１fに装着され、第１前側凹部７mの内周面に圧接可能な第２前側Oリング１５と、第２後側環状溝１３eに装着され、第１後側凹部７nの内周面に圧接可能な第２後側Oリング１６とを備え、第２前側Oリング１５及び第２後側Oリング１６により、樹脂製ボビン７とコア１との間での芯出しが行われる。

第２実施形態によると、寸法加工精度の高い磁性パイプ８の前端部８bに同じく寸法加工精度の高い金属製軸受部材１１が嵌着されるとともに磁性パイプ８の後端部８cに寸法加工精度の高い金属製キャップ部材１３が嵌着されることにより、磁性パイプ８と金属製軸受部材１１と金属製キャップ部材１３との間での芯出しが正確に行われる。また、樹脂製ボビン７の第１前側凹部７mの内周面は、寸法加工精度の高い金属製軸受部材１１の第１前側凸部１１eの外周面から圧縮状態の第２前側Oリング１５の半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビン７の第１前側凹部７mの内周面の全周にわたって略均一になる。また、樹脂製ボビン７の第１後側凹部７nの内周面は、寸法加工精度の高い金属製キャップ部材１３の第１後側凸部１３dの外周面から圧縮状態の第２後側Oリング１６の半径方向幅寸法に対応する距離だけ離れて位置し、この位置は樹脂製ボビン７の第１後側凹部７nの内周面の全周にわたって略均一になる。このため、樹脂製ボビン７の軸芯は、寸法加工精度の高い金属製軸受部材１１及び金属製キャップ部材１３の各軸芯と略一致したものとなり、したがって、樹脂製ボビン７とコア１との間で正確な芯出しが得られるようになる。

図１１において、第３実施形態に係る差動トランス型角度センサは、励磁コイル２、第１、第２検出コイル３、４、及び第１、第２内側ヨーク５、６がそれぞれ装着された樹脂製ボビン７を収容する磁性パイプ８と、磁性パイプ８の前端部８bに嵌着され樹脂製ボビン７の前面７kと対向するとともにコア１の前部１fを軸支する金属製軸受部材１１と、磁性パイプ８の後端部８cに嵌着され樹脂製ボビン７の後面７lと対向するとともにコア１の後端部１gを軸支する金属製キャップ部材１３と、樹脂製ボビン７の前面７kに形成された第２前側凹部７oと、金属製軸受部材１１の後面１１dに形成された第２前側凸部１１gと、樹脂製ボビン７の後面７lに形成された第２後側凹部７pと、金属製キャップ部材１３の前面１３cに形成された第２後側凸部１３fとを備え、第２前側凸部１１gが第２前側凹部７oに嵌着されるとともに第２後側凸部１３fが第２後側凹部７pに嵌着されることにより、樹脂製ボビン７とコア１との間での芯出しが行われる。ここで、樹脂製ボビン７の第２前側凹部７o及び第２後側凹部７pは、図１２に示すように、前端部及び後端部に傾斜面７qが形成されており、第２前側凹部７o及び第２後側凹部７pに第２前側凸部１１g及び第２後側凸部１３fが嵌着されたとき、上記傾斜面７qを介して樹脂製ボビン７の第２前側凹部７o及び第２後側凹部７pは拡開する方向の力を均一に受けるようになる。

第３実施形態によると、寸法加工精度の高い磁性パイプ８の前端部８bに同じく寸法加工精度の高い金属製軸受部材１１が嵌着されるとともに磁性パイプ８の後端部８cに寸法加工精度の高い金属製キャップ部材１３が嵌着されることにより、磁性パイプ８と金属製軸受部材１１と金属製キャップ部材１３との間での芯出しが正確に行われる。また、樹脂製ボビン７の第２前側凹部７oの内周面は、寸法加工精度の高い金属製軸受部材１１の第２前側凸部１１gの外周面に圧接し半径外方向の応力を全周にわたって受けるとともに、樹脂製ボビン７の第２後側凹部７pの内周面は、寸法加工精度の高い金属製キャップ部材１３の第２後側凸部１３fの外周面に圧接し半径外方向の応力を全周にわたって受けるため、樹脂製ボビン７の軸芯は、寸法加工精度の高い金属製軸受部材１１及び金属製キャップ部材１３の各軸芯と略一致したものとなり、したがって、樹脂製ボビン７とコア１との間で正確な芯出しが得られるようになる。

図１３において、第４実施形態に係る差動トランス型角度センサは、図１図示の差動トランス型角度センサにおいて、コア１の外周面１bと樹脂製ボビン７の内周面７fとの間に全周にわたって隙間を積極的に設け、この隙間に樹脂材１７を配したことを特徴としている。

第４実施形態によると、隙間もしくは樹脂材１７を設けたことにより、図１４に実線波形で表したように、検出可能な角度範囲（６０°〜３００°の範囲）における検出電圧（出力電圧）の直線性つまりコア１の角度位置に対して変化する検出電圧値の直線性が、破線波形で表した隙間のないタイプと比べ向上した。この直線性の向上は、コア１の外径を8mm、樹脂製ボビン７の内径を8.2mmに設定した隙間の殆ど無い差動トランス型角度センサに対して、コア１の外径を8mm、樹脂製ボビン７の内径を8.6〜9.0mmに設定して隙間を積極的に設けた差動トランス型角度センサを実験対象とした実験結果に基づくものである。

本発明の第１実施形態に係る差動トランス型角度センサの断面図である。 樹脂製ボビンと励磁コイルと第１、第２検出コイルと第１内側ヨークと第２内側ヨークとの配置関係を表した斜視図である。 樹脂製ボビンの断面図である。 図３図示A-A切断線による樹脂製ボビンの断面図及び第１内側ヨークの正面図である。 図３図示B-B切断線による樹脂製ボビンの断面図及び第２内側ヨークの正面図である。 コアの側面図である。 図６図示C-C切断線によるコアの断面図である。 第１、第２検出コイルの出力電圧の説明図である。 第１、第２検出コイルの出力電圧波形図及び両者の差電圧である検出電圧波形図である。 第２実施形態に係る差動トランス型角度センサの断面図である。 第３実施形態に係る差動トランス型角度センサの断面図である。 図１１図示の差動トランス型角度センサにおける樹脂製ボビンと金属製軸受部材と金属製キャップとの連結状態を説明するための分解断面図である。 第４実施形態に係る差動トランス型角度センサの断面図である。 図１３図示の差動トランス型角度センサの効果を説明するための検出電圧波形図である。

符号の説明

１ コア
１a ねじ孔
１b 外周面
１c 円弧面
１d 弦面
１e 仮想円弧面
１f 前部
１g 後端部
２ 励磁コイル
３ 第１検出コイル
４ 第２検出コイル
５ 第１内側ヨーク
５a 端面
５b 端面
５c 内周面
５d 第１円弧帯状空間
６ 第２内側ヨーク
６a 端面
６b 端面
６c 内周面
６d 第２円弧帯状空間
７ 樹脂製ボビン
７a リード線通し溝
７b リード線通し溝
７c リード線通し孔
７d 第１溝
７e 第２溝
７f 内周面
７g 前側外周面
７h 第１前側環状溝
７i 後側外周面
７j 第１後側環状溝
７k 前面
７l 後面
７m 第１前側凹部
７n 第１後側凹部
７o 第２前側凹部
７p 第２後側凹部
７q 傾斜面
８ 磁性パイプ
８a 内周面
８b 前端部
８c 後端部
９ 第１前側Oリング
１０ 第１後側Oリング
１１ 金属製軸受部材
１１a 内周面
１１b 後側環状段差部
１１c 取付部
１１d 後面
１１e 第１前側凸部
１１f 第２前側環状溝
１１g 第２前側凸部
１３ 金属製キャップ部材
１３a 内周面
１３b 前側環状段差部
１３c 前面
１３d 第１後側凸部
１３e 第２後側環状溝
１３f 第２後側凸部
１５ 第２前側Oリング
１６ 第２後側Oリング
１７ 樹脂材

Claims (7)

1. 回転型コアと、該コアと同心状に配された励磁コイルと、該励磁コイルを挟むように配された第１、第２検出コイルと、前記励磁コイルと前記第１検出コイルとの間に配された第１内側ヨークと、前記励磁コイルと前記第２検出コイルとの間に配された第２内側ヨークとを備え、前記第１検出コイルの出力電圧と前記第２検出コイルの出力電圧との差電圧に基づいて前記コアの位置角度を検出する差動トランス型角度センサであって、前記コアの外周部を磁束伝達部と磁束遮断部とに分割して構成するとともに、前記第１、第２内側ヨークの各内周部を磁束伝達部と磁束遮断部とに分割して構成し、前記第１内側ヨークと前記第２内側ヨークとを、互いに１２０°の位相差をもって配した差動トランス型角度センサにおいて、
   前記第１、第２内側ヨークを、それぞれ円弧角１２０°の第１、第２円弧帯状体により構成し、前記第１、第２内側ヨークの前記磁束伝達部を前記第１、第２円弧帯状体により構成するとともに、前記第１、第２内側ヨークの前記磁束遮断部を、前記第１、第２円弧帯状体から延び仮想第１、第２円環帯状体を形成し得る第１、第２円弧帯状空間により構成し、かつ、
   前記コアの外周面を、円弧角２４０°の円弧面と円弧角１２０°の弦面とで構成し、前記コアの前記磁束伝達部を前記円弧面と前記弦面とで囲まれた部位により構成するとともに、前記コアの前記磁束遮断部を、前記円弧面から延び仮想円周面を形成し得る円弧角１２０°の仮想円弧面と前記弦面とで囲まれた空間により構成する
   ことを特徴とする差動トランス型角度センサ。
2. 前記コアが挿通される１つの樹脂製ボビンを備え、該樹脂製ボビンに前記励磁コイル及び前記第１、第２検出コイルが巻回されるとともに、前記第１、第２内側ヨークが、前記樹脂製ボビンに予め形成された第１、第２溝に固着されることを特徴とする請求項１に記載の差動トランス型角度センサ。
3. 前記励磁コイル、前記第１、第２検出コイル、及び前記第１、第２内側ヨークがそれぞれ装着された前記樹脂製ボビンを収容する磁性パイプと、前記樹脂製ボビンの前側外周面及び後側外周面にそれぞれ形成された第１前側環状溝及び第１後側環状溝と、前記第１前側環状溝及び前記第１後側環状溝にそれぞれ装着され、前記磁性パイプの内周面に圧接可能な第１前側Oリング及び第１後側Oリングであって、前記磁性パイプの内周面と前記樹脂製ボビンの外周面との間に全周にわたって均一な隙間を形成する第１前側Oリング及び第１後側Oリングとを備えることを特徴とする請求項２に記載の差動トランス型角度センサ。
4. 前記励磁コイル、前記第１、第２検出コイル、及び前記第１、第２内側ヨークがそれぞれ装着された前記樹脂製ボビンを収容する磁性パイプと、該磁性パイプの前端部に嵌着され前記樹脂製ボビンの前面と対向するとともに前記コアの前部を軸支する金属製軸受部材と、前記磁性パイプの後端部に嵌着され前記樹脂製ボビンの後面と対向するとともに前記コアの後端部を軸支する金属製キャップ部材と、前記樹脂製ボビンの前面に形成された第１前側凹部と、前記金属製軸受部材の後面に形成された第１前側凸部と、前記樹脂製ボビンの後面に形成された第１後側凹部と、前記金属製キャップ部材の前面に形成された第１後側凸部と、前記第１前側凸部の外周面に形成された第２前側環状溝と、前記第１後側凸部の外周面に形成された第２後側環状溝と、前記第２前側環状溝に装着され、前記第１前側凹部の内周面に圧接可能な第２前側Oリングと、前記第２後側環状溝に装着され、前記第１後側凹部の内周面に圧接可能な第２後側Oリングとを備え、前記第２前側Oリング及び前記第２後側Oリングにより、前記樹脂製ボビンと前記コアとの間での芯出しが行われることを特徴とする請求項２に記載の差動トランス型角度センサ。
5. 前記励磁コイル、前記第１、第２検出コイル、及び前記第１、第２内側ヨークがそれぞれ装着された前記樹脂製ボビンを収容する磁性パイプと、該磁性パイプの前端部に嵌着され前記樹脂製ボビンの前面と対向するとともに前記コアの前部を軸支する金属製軸受部材と、前記磁性パイプの後端部に嵌着され前記樹脂製ボビンの後面と対向するとともに前記コアの後端部を軸支する金属製キャップ部材と、前記樹脂製ボビンの前面に形成された第２前側凹部と、前記金属製軸受部材の後面に形成された第２前側凸部と、前記樹脂製ボビンの後面に形成された第２後側凹部と、前記金属製キャップ部材の前面に形成された第２後側凸部とを備え、前記第２前側凸部が前記第２前側凹部に嵌着されるとともに前記第２後側凸部が前記第２後側凹部に嵌着されることにより、前記樹脂製ボビンと前記コアとの間での芯出しが行われることを特徴とする請求項２に記載の差動トランス型角度センサ。
6. 前記コアの外周面と前記樹脂製ボビンの内周面との間に全周にわたって隙間を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の差動トランス型角度センサ。
7. 前記隙間に該隙間を埋めるよう樹脂材を配したことを特徴とする請求項６に記載の差動トランス型角度センサ。

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