JP2007333496A - Rotational position sensor, and rotational position detector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress an error caused by axial positional variation of a rotary shaft, and to reduce the size in the axial direction. <P>SOLUTION: A detection element 13 is arranged in the vicinity in the radial direction of a cam plate 11 wherein a distance (d) from a rotational center O to an edge is changed depending on an angle θ, and a direction orthogonal to the rotary shaft 12 is called a detection direction. Thereby, even when the axial position of the rotary shaft 12 is varied by receiving a thrust load, the direction of the variation is orthogonal to the detection direction, whereby it is hardly affected. Since the need of installing a pair of coils to sandwich the cam plate 11 therebetween is obviated, the axial size can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転位置センサおよび回転位置検出装置に関し、さらに詳しくは、回転軸の軸方向の位置変動による誤差を抑制できると共に軸方向のサイズを薄くすることが出来る回転位置センサおよび回転位置検出装置に関する。   The present invention relates to a rotational position sensor and a rotational position detection device. More specifically, the present invention relates to a rotational position sensor and a rotational position detection device that can suppress errors due to axial position fluctuations of a rotational shaft and reduce the axial size. About.

従来、回転中心から周縁までの距離が角度によって変化するカム板と、カム板を回転させるための回転軸と、カム板を挟むように設置された一対のコイルと、コイルの特性に応じた電気信号を出力する検出回路とを具備した位置検出器が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−014493号公報([0106]〜[0111]、図16〜図21)
Conventionally, a cam plate in which the distance from the rotation center to the peripheral edge changes depending on the angle, a rotating shaft for rotating the cam plate, a pair of coils installed so as to sandwich the cam plate, and an electric power according to the characteristics of the coil A position detector including a detection circuit that outputs a signal is known (for example, see Patent Document 1).
JP 2003-014493 A ([0106] to [0111], FIGS. 16 to 21)

上記従来の位置検出器では、回転軸がスラスト荷重を受けて軸方向の位置が変動しても、カム板を挟むように設置された一対のコイルで生じる影響が相殺されるため、影響を受けないようになっていた。
しかし、カム板を挟むように一対のコイルを設置する必要があるため、位置検出器の軸方向のサイズが厚くなってしまう問題点があった。
そこで、本発明の目的は、回転軸の軸方向の位置変動による誤差を抑制できると共に軸方向のサイズを薄くすることが出来る回転位置センサおよび回転位置検出装置を提供することにある。
In the above conventional position detector, even if the rotational axis receives a thrust load and the axial position fluctuates, the influence caused by the pair of coils installed so as to sandwich the cam plate is offset. It wasn't supposed to be.
However, since it is necessary to install a pair of coils so as to sandwich the cam plate, there has been a problem that the axial size of the position detector becomes thick.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rotational position sensor and a rotational position detection device that can suppress errors due to axial position fluctuations of a rotating shaft and can reduce the axial size.

第1の観点では、本発明は、回転中心(O)から周縁までの距離(d)が角度(θ)によって変化するカム板(11)と、前記回転中心(O)を通る回転軸(12)と、前記カム板(11)の径方向の近傍に設置され最近傍の周縁までの距離(g)に応じて電気的特性が変化する検出素子(13)とを具備したことを特徴とする回転位置センサ(10)を提供する。
上記構成において、カム板(11)の周縁のある点の角度(θ)とは、カム板(11)の周縁の所定の基準点(0゜)から見た角度をいう。
上記第1の観点による回転位置センサ(10)では、カム板(11)の径方向の近傍に検出素子(13)を設置し、回転軸(12)に直交する方向を検出方向とする。このため、回転軸(12)がスラスト荷重を受けて軸方向の位置が変動しても、その変動は検出方向と直交する方向となるため、ほとんど影響を受けないようにすることが出来る。すなわち、回転軸(12)の軸方向の位置変動による誤差を抑制できる。そして、カム板(11)を挟むように一対のコイルを設置する必要がないため、軸方向のサイズを薄くすることが出来る。
In a first aspect, the present invention relates to a cam plate (11) in which a distance (d) from a rotation center (O) to a peripheral edge changes according to an angle (θ), and a rotation shaft (12) passing through the rotation center (O). ) And a detection element (13) which is installed in the vicinity of the cam plate (11) in the radial direction and whose electrical characteristics change according to the distance (g) to the nearest peripheral edge. A rotational position sensor (10) is provided.
In the above configuration, the angle (θ) of a point on the periphery of the cam plate (11) refers to an angle viewed from a predetermined reference point (0 °) on the periphery of the cam plate (11).
In the rotational position sensor (10) according to the first aspect, the detection element (13) is installed in the vicinity of the radial direction of the cam plate (11), and the direction orthogonal to the rotational axis (12) is the detection direction. For this reason, even if the rotating shaft (12) receives a thrust load and the axial position fluctuates, the fluctuation is in a direction perpendicular to the detection direction, and therefore it can be hardly affected. That is, it is possible to suppress an error due to the position variation in the axial direction of the rotating shaft (12). And since it is not necessary to install a pair of coils so that a cam board (11) may be pinched | interposed, the size of an axial direction can be made thin.

第2の観点では、本発明は、前記第1の観点による回転位置センサ(10)において、前記カム板(11)が非磁性導電体または磁性体であり、前記検出素子(13)がコイルであることを特徴とする回転位置センサを提供する。
上記第2の観点による回転位置センサ(10)では、コイル(13)とカム板(11)の最近傍の周縁までの距離(g)に応じてコイル(13)のインダクタンスが変化するので、それを電気的に検出することが出来る。
In a second aspect, the present invention relates to the rotational position sensor (10) according to the first aspect, wherein the cam plate (11) is a nonmagnetic conductor or a magnetic body, and the detection element (13) is a coil. A rotational position sensor is provided.
In the rotational position sensor (10) according to the second aspect, the inductance of the coil (13) changes according to the distance (g) between the coil (13) and the nearest peripheral edge of the cam plate (11). Can be detected electrically.

第3の観点では、本発明は、前記第1または第2の観点による回転位置センサ(10)と、前記検出素子(13)の電気的特性に応じた電気信号(V)を出力する検出回路(30)とを具備したことを特徴とする回転位置検出装置(100)を提供する。
上記第3の観点による回転位置検出装置(100)では、回転軸(12)の回転位置に応じた電気信号(V)を得ることが出来る。
In a third aspect, the present invention relates to a rotational position sensor (10) according to the first or second aspect, and a detection circuit that outputs an electrical signal (V) corresponding to the electrical characteristics of the detection element (13). (30) is provided, and a rotational position detection device (100) is provided.
In the rotational position detection device (100) according to the third aspect, an electrical signal (V) corresponding to the rotational position of the rotational shaft (12) can be obtained.

第4の観点では、本発明は、前記第3の観点による回転位置検出装置(100)において、所定角度範囲(θs≦θ≦θe)では前記回転位置(θ)と前記電気信号(V)が直線関係になるような外形形状を前記カム板(11)が有することを特徴とする回転位置検出装置(100)を提供する。
上記構成において、回転位置(θ)とは、検出素子(13)から見て最近傍のカム板(11)の周縁の点の角度(θ)をいう。
上記第4の観点による回転位置検出装置(100)では、回転軸(12)の回転位置に比例した電気信号(V)を得ることが出来る。
In a fourth aspect, the present invention provides the rotational position detection device (100) according to the third aspect, wherein the rotational position (θ) and the electrical signal (V) are within a predetermined angular range (θs ≦ θ ≦ θe). Provided is a rotational position detecting device (100) characterized in that the cam plate (11) has an outer shape that is linearly related.
In the above configuration, the rotational position (θ) refers to the angle (θ) of the peripheral point of the nearest cam plate (11) when viewed from the detection element (13).
In the rotational position detection device (100) according to the fourth aspect, an electrical signal (V) proportional to the rotational position of the rotational shaft (12) can be obtained.

本発明の回転位置センサおよび回転位置検出装置によれば、回転軸の軸方向の位置変動による誤差を抑制できる。また、軸方向のサイズを薄くすることが出来る。   According to the rotational position sensor and the rotational position detection device of the present invention, it is possible to suppress an error due to a positional variation in the axial direction of the rotational shaft. In addition, the axial size can be reduced.

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.

図1は、実施例1に係る回転位置検出装置100を示す説明図である。
この回転位置検出装置100は、回転位置センサ10と、ケーブル20と、検出回路30とを具備してなる。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a rotational position detection apparatus 100 according to the first embodiment.
The rotational position detection device 100 includes a rotational position sensor 10, a cable 20, and a detection circuit 30.

回転位置センサ10は、回転中心Oから周縁までの距離dが角度θによって変化するアルミ製のカム板11と、回転中心Oを通る回転軸12と、カム板11の径方向の近傍に設置され最近傍の周縁までの距離gに応じてインダクタンスが変化するソレノイド型のコイル13と、ケース14とを備えている。   The rotational position sensor 10 is installed in the vicinity of the cam plate 11 made of aluminum in which the distance d from the rotational center O to the peripheral edge changes according to the angle θ, the rotational shaft 12 passing through the rotational center O, and the radial direction of the cam plate 11. A solenoid type coil 13 whose inductance changes according to the distance g to the nearest peripheral edge, and a case 14 are provided.

カム板11の周縁のある点の角度θは、カム板11の周縁に設定した基準点を0゜として時計方向に見た角度をいう。
距離dは、θ=0゜から時計方向に回るほど小さくなり、角度θeを少し回った角度からθ=0゜の少し前の角度までの間に直線的に大きくなっている。
The angle θ at a point on the periphery of the cam plate 11 refers to an angle viewed in the clockwise direction with a reference point set on the periphery of the cam plate 11 being 0 °.
The distance d decreases as it rotates clockwise from θ = 0 °, and increases linearly from an angle slightly rotated around the angle θe to an angle slightly before θ = 0 °.

カム板11と回転軸12は一体であり、回転軸12が回転するとカム板11も回転中心Oの周りに回転する。
ここで、回転軸12の回転位置は、コイル13から見て最近傍のカム板11の周縁の点の角度θをいうものとする。
すると、距離gは、回転位置がθ=0゜のときに最も小さく、回転位置がθ=0゜から大きくなるほど大きくなり、回転位置がθ=θeを少し回った角度からθ=0゜の少し前までの間に直線的に小さくなる。
The cam plate 11 and the rotary shaft 12 are integral, and the cam plate 11 also rotates around the rotation center O when the rotary shaft 12 rotates.
Here, the rotational position of the rotary shaft 12 refers to the angle θ of the peripheral point of the cam plate 11 closest to the coil 13.
Then, the distance g is the smallest when the rotation position is θ = 0 °, and increases as the rotation position increases from θ = 0 °, and a little θ = 0 ° from the angle at which the rotation position slightly turns θ = θe. It decreases linearly between before and after.

図2に示すように、コイル13の直径に比べてカム板11の厚さが大きくなっている。この両者の差は、回転軸12の軸方向の位置変動範囲より大きくなっている。このため、回転軸12が軸方向に位置変動しても、コイル13のインダクタンスは変化しない。一方、回転軸12が回転して距離gが変化すれば、コイル13のインダクタンスも変化する。具体的には、距離gが小さいほど、コイル13のインダクタンスは小さくなる。   As shown in FIG. 2, the thickness of the cam plate 11 is larger than the diameter of the coil 13. The difference between the two is larger than the position variation range in the axial direction of the rotating shaft 12. For this reason, even if the rotating shaft 12 fluctuates in the axial direction, the inductance of the coil 13 does not change. On the other hand, when the rotating shaft 12 rotates and the distance g changes, the inductance of the coil 13 also changes. Specifically, the smaller the distance g, the smaller the inductance of the coil 13.

図1に戻り、検出回路30は、特開2003−014493号公報により公知の構成であり、コイル13と直列になる抵抗31と、抵抗31を介して充放電されるコンデンサ32と、コンデンサ32の電圧を入力電圧S1とし出力電圧S2をコイル13に供給する反転出力のコンパレータ33と、コンパレータ33の出力電圧S2の立上りエッジおよび立下りエッジの両方をトリガとして一定時間幅の矩形波を出力するワンショット回路34と、ワンショット回路34が出力する矩形波の周波数に応じた電圧Vを出力する平滑回路35とから構成されている。   Returning to FIG. 1, the detection circuit 30 has a configuration known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-014493, and includes a resistor 31 in series with the coil 13, a capacitor 32 charged and discharged via the resistor 31, and a capacitor 32. An inverted output comparator 33 for supplying the output voltage S2 to the coil 13 with the voltage as the input voltage S1 and a rectangular wave having a fixed time width as a trigger triggered by both the rising edge and the falling edge of the output voltage S2 of the comparator 33 The circuit includes a shot circuit 34 and a smoothing circuit 35 that outputs a voltage V corresponding to the frequency of the rectangular wave output from the one-shot circuit 34.

コンパレータ33は、入力電圧S1が低電圧から上昇するときは、上昇時しきい値VthHまではハイレベルを出力し、上昇時しきい値VthHより上がるとローレベルを出力する。また、入力電圧が高電圧側から下降するときは、下降時しきい値VthLまではローレベルを出力し、下降時しきい値VthLより下がるとハイレベルを出力する。   The comparator 33 outputs a high level up to the rising threshold value VthH when the input voltage S1 rises from a low voltage, and outputs a low level when the input voltage S1 rises above the rising threshold value VthH. When the input voltage drops from the high voltage side, a low level is output until the falling threshold value VthL, and when the input voltage falls below the falling threshold value VthL, a high level is output.

そこで、距離gが小さくなると、コイル13のインダクタンスが小さくなり、コンパレータ33の出力電圧S2の周波数が高くなり、平滑回路35の出力電圧Vが高くなる。   Therefore, as the distance g decreases, the inductance of the coil 13 decreases, the frequency of the output voltage S2 of the comparator 33 increases, and the output voltage V of the smoothing circuit 35 increases.

図3は、回転軸12の回転位置θと、検出回路30の出力電圧Vの関係を示す特性図である。
所定角度範囲(θs≦θ≦θe)では、回転位置θと出力電圧Vが直線関係になっている。
回転位置θと出力電圧Vの関係は、角度θに対する距離dの関数d=f(θ)に依存する。ここで、関数d=f(θ)は、カム板11の外形形状を意味する。つまり、カム板11の外形形状を調整することにより、検出回路30の非線形特性にかかわらず、回転位置θと出力電圧Vの関係を所望の関係にすることが出来る。ここでは直線関係になるように、カム板11の外形形状を調整している。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotational position θ of the rotary shaft 12 and the output voltage V of the detection circuit 30.
In a predetermined angle range (θs ≦ θ ≦ θe), the rotational position θ and the output voltage V are in a linear relationship.
The relationship between the rotational position θ and the output voltage V depends on the function d = f (θ) of the distance d with respect to the angle θ. Here, the function d = f (θ) means the outer shape of the cam plate 11. That is, by adjusting the outer shape of the cam plate 11, the relationship between the rotational position θ and the output voltage V can be set to a desired relationship regardless of the non-linear characteristics of the detection circuit 30. Here, the outer shape of the cam plate 11 is adjusted so as to have a linear relationship.

実施例1に係る回転位置検出装置100によれば、回転軸12の軸方向の位置変動による誤差を抑制できる。また、カム板11を挟むように一対のコイルを設置する必要がないため、軸方向のサイズを薄くすることが出来る。さらに、回転位置センサ10は、高い耐熱性を有するため、高温下でも好適に回転位置を検出することが出来る。   According to the rotational position detection device 100 according to the first embodiment, it is possible to suppress an error due to a positional variation in the axial direction of the rotation shaft 12. Moreover, since it is not necessary to install a pair of coils so as to sandwich the cam plate 11, the size in the axial direction can be reduced. Furthermore, since the rotational position sensor 10 has high heat resistance, the rotational position can be suitably detected even at high temperatures.

カム板11を磁性体製としてもよい。   The cam plate 11 may be made of a magnetic material.

特開2004−69415号公報に開示の回路を検出回路30として用いてもよい。   A circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-69415 may be used as the detection circuit 30.

本発明の回転位置センサおよび回転位置検出装置は、ガソリンエンジンのシャフトの回転を検出するのに利用できる。   The rotational position sensor and rotational position detection device of the present invention can be used to detect the rotation of the shaft of a gasoline engine.

実施例1に係る回転位置検出装置を示す構成説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration explanatory diagram illustrating a rotational position detection device according to a first embodiment. 実施例1に係る回転位置センサを示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a rotational position sensor according to Embodiment 1. FIG. 回転軸の回転位置θと検出回路の出力電圧Vの関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the rotational position θ of the rotating shaft and the output voltage V of the detection circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10 回転位置センサ
11 カム板
12 回転軸
13 コイル
30 検出回路
100 回転位置検出装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotation position sensor 11 Cam board 12 Rotating shaft 13 Coil 30 Detection circuit 100 Rotation position detection apparatus

Claims (4)

回転中心(O)から周縁までの距離(d)が角度(θ)によって変化するカム板(11)と、前記回転中心(O)を通る回転軸(12)と、前記カム板(11)の径方向の近傍に設置され最近傍の周縁までの距離(g)に応じて電気的特性が変化する検出素子(13)とを具備したことを特徴とする回転位置センサ(10)。 The cam plate (11) in which the distance (d) from the rotation center (O) to the periphery changes according to the angle (θ), the rotation shaft (12) passing through the rotation center (O), and the cam plate (11). A rotational position sensor (10) comprising a detection element (13) installed in the vicinity in the radial direction and having an electrical characteristic that changes in accordance with a distance (g) to the nearest peripheral edge. 請求項1に記載の回転位置センサ(10)において、前記カム板(11)が非磁性導電体または磁性体であり、前記検出素子(13)がコイルであることを特徴とする回転位置センサ。 The rotational position sensor (10) according to claim 1, wherein the cam plate (11) is a non-magnetic conductor or a magnetic body, and the detection element (13) is a coil. 請求項1または請求項2に記載の回転位置センサ(10)と、前記検出素子(13)の電気的特性に応じた電気信号(V)を出力する検出回路(30)とを具備したことを特徴とする回転位置検出装置(100)。 The rotational position sensor (10) according to claim 1 or 2, and a detection circuit (30) for outputting an electric signal (V) corresponding to an electric characteristic of the detection element (13). A rotational position detecting device (100) characterized. 請求項3に記載の回転位置検出装置(100)において、所定角度範囲(θs≦θ≦θe)では前記回転位置(θ)と前記電気信号(V)が直線関係になるような外形形状を前記カム板(11)が有することを特徴とする回転位置検出装置(100)。 The rotational position detection device (100) according to claim 3, wherein the outer shape is such that the rotational position (θ) and the electrical signal (V) are linearly related within a predetermined angular range (θs ≦ θ ≦ θe). A rotational position detecting device (100) characterized in that the cam plate (11) has.
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