JP2012010033A - 回転パルス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受け構造に特段の工夫を凝らす必要がなく、狙い通りにパルス信号を生成することが可能な回転パルス発生装置を提供すること。
【解決手段】回転軸２の軸線の周りを一対のロータ３及び４が同期して回転可能に設けられ、一方のロータ３の周方向には、複数の継鉄５が、また、他方のロータ４の周方向には、複数の継鉄６がそれぞれ配置されている。ロータ３及び４は、軸方向に沿った互いの間隔が所定の間隔で保持されつつ、継鉄５と継鉄６とが互いに向き合う形で回転軸２に固着され、特に、ロータ３の継鉄５とロータ４の継鉄６とが、回転軸２の回転位置を基準として、互いに同一の回転位置をとる形で所定の回転角度間隔で並設されている。継鉄５の回転領域と継鉄６の回転領域との中間位置には、いずれも直状の２本の鉄芯７及び８が固定配置され、一方の鉄芯７には一次コイル９が、また、他方の鉄芯８には二次コイル１０がそれぞれ巻回されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータの周方向に磁性体を配置するとともに、その磁性体との協働により磁気回路を形成するコアに一次コイル及び二次コイルを巻回し、一次コイルに高周波の電流を流すことで磁気回路を通じて二次コイルに交流の電圧を誘導し、この電圧の有無を検出してロータの回転に伴うパルス信号を生成する回転パルス発生装置に関する。

この種の回転パルス発生装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この回転パルス発生装置１０１は、図２に示すように、回転軸１０２の軸線の周りをロータ１０３が回転可能に設けられ、このロータ１０３の周方向には、複数の磁性体、すなわち継鉄１０４が配置されている。そして、継鉄１０４の回転領域から軸方向に所定の間隙１０５を隔ててＵ字状のコア、すなわち鉄芯１０６が固定配置され、この鉄芯１０６の一端部には一次コイル１０７が、また、鉄芯１０６の他端部には二次コイル１０８がそれぞれ巻回されている。

尚、図示はしないが、一次コイル１０７には高周波の例えば正弦波を発振する発振器が電気的に接続され、同器で発生された正弦波の電流が一次コイル１０７に印加される。そして、ロータ１０３の回転に伴って、継鉄１０４が鉄芯１０６に対向するとき、両者の協働により形成される磁気回路が閉じられ、この場合、二次コイル１０８に交流の電圧が誘導される。また、両者が対向しないときには、磁気回路が開けられるので、二次コイル１０８に誘導される交流電圧は略ゼロとなる。そして、こちらも図示はしないが、二次コイル１０８には検波器が電気的に接続され、同器で所定の閾値との比較により交流電圧の有無が検出された後、当該検出に基づいて、後段のパルス発生器でロータ１０３の回転に伴うパルス信号が生成される。

特開２００６−１２６０９６号公報

特許文献１に開示された回転パルス発生装置１０１も例外にあらず、軸受け構造を介して回転軸１０２を回動可能に支持するものでは、軸受け構造にいわゆる「遊び」が存在することに起因して、ロータ１０３が軸方向に移動することが予想される。このようにロータ１０３が軸方向に移動すると、継鉄１０４と鉄芯１０６との間隙１０５が変動し、例えば、ロータ１０３が図２の左方向に移動して間隙１０５が広がると、継鉄１０４が鉄芯１０６に対向しているにも関わらず、交流電圧のレベルが閾値よりも小さくなって、交流電圧「無し」との判定が下される可能性がある。また逆に、ロータ１０３が図２の右方向に移動して間隙１０５が狭まると、継鉄１０４が鉄芯１０６に対向していないにも関わらず、磁気回路が閉じられ、交流電圧のレベルが閾値よりも大きくなって、交流電圧「有り」との判定が下される可能性がある。そうしたところ、交流電圧の有無についての判定に狂いが生じ、ロータ１０３の回転に伴うパルス信号を狙い通りに生成できなくなる。

尚、ロータ１０３の軸方向への移動そのものを解消するために、軸受け構造自体に改良を加えることも当然考えられるが、この場合、軸受け構造の「遊び」を出来る限り低減する工夫を凝らす必要がある分だけ、軸受け構造の開発コストが上昇し、回転パルス発生装置１０１の製品コストも自ずと上昇する。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、軸受け構造に特段の工夫を凝らす必要がなく、狙い通りにパルス信号を生成することが可能な回転パルス発生装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転軸の軸線の周りを回転可能なロータの周方向に磁性体を配置するとともに、その磁性体との協働により磁気回路を形成するコアに一次コイル及び二次コイルを巻回し、一次コイルに高周波の電流を流すことで磁気回路を通じて二次コイルに交流の電圧を誘導し、この電圧の有無を検出してロータの回転に伴うパルス信号を生成する回転パルス発生装置において、前記ロータは、前記回転軸の軸方向に沿った互いの間隔が所定の間隔で保持される一対のロータであり、各ロータ毎に前記磁性体が配置され、一方のロータの磁性体の回転領域と他方のロータの磁性体の回転領域との中間位置に前記一次コイル及び前記二次コイルが巻回された前記コアが配置されていることをその要旨としている。

同構成によると、コアを挟むようにして軸方向の両側に一対のロータが配置され、各ロータの磁性体とコアとの協働により磁気回路が形成される。軸受け構造の「遊び」に起因して、一対のロータが互いの間隔を保ちながら軸方向に移動すると、各ロータの磁性体の回転領域とコアとの間隙は変動するが、一方の間隙が広がれば他方の間隙は自ずと狭まり、すなわち磁気回路の長さは一定に保たれる。このため、二次コイルには、常に同レベルの安定した交流電圧が誘導され、この電圧に基づくパルス信号はロータの回転に即したものとなる。従って、軸受け構造に特段の工夫を凝らす必要がなく、狙い通りにパルス信号を生成することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転パルス発生装置において、前記一次コイルが巻回されるコアと前記二次コイルが巻回されるコアとが、互いに離間する形で別々に設けられていることをその要旨としている。

同構成によると、各ロータの磁性体との協働により磁気回路を形成するコアとして、互いに離間された二つのコアが用いられる。このため、各ロータの磁性体が各コアに対向していないときには、磁気回路が開けられるので、二次コイルに誘導される交流電圧は略ゼロとなるが、互いに離間されていない単一のコア或いは緊密状態で接触された二つのコアを用いる構成との比較において、コア同士による磁気的な結合度が低く抑えられる分、交流電圧はよりゼロに近いものとなる。そして、このことから、磁気回路が閉じられた場合の交流電圧と磁気回路が開けられた場合の交流電圧との差が大きなものとなり、交流電圧の有無についての判定に供される閾値の選択の幅が広がる。従って、周囲雑音、いわゆるノイズのある環境下でも、そのノイズのレベルに応じて、それによる影響を回避可能な閾値を選択し易く、交流電圧の有無についての判定を正確に実施できるようになる。

本発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。
本発明によれば、軸受け構造に特段の工夫を凝らす必要がなく、狙い通りにパルス信号を生成することができる。

本実施形態による構成の回転パルス発生装置を示す正面図。 従来の回転パルス発生装置の構成を示す正面図及び側面図。

以下、本発明に係る回転パルス発生装置を具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、回転パルス発生装置１は、回転軸２の軸線の周りを一対のロータ３及び４が同期して回転可能に設けられ、一方のロータ３の周方向には、複数の磁性体、すなわち継鉄５が、また、他方のロータ４の周方向には、同じく複数の継鉄６がそれぞれ配置されている。前記ロータ３及び４は、軸方向に沿った互いの間隔が所定の間隔で保持されつつ、継鉄５と継鉄６とが互いに向き合う形で回転軸２に固着され、特に、ロータ３の継鉄５とロータ４の継鉄６とが、回転軸２の回転位置を基準として、互いに同一の回転位置をとる形で所定の回転角度間隔で並設されている。

前記継鉄５の回転領域と前記継鉄６の回転領域との中間位置には、いずれも直状の２本のコア、すなわち鉄芯７及び８が互いに平行且つ回転軸２とも平行に固定配置され、一方の鉄芯７には一次コイル９が、また、他方の鉄芯８には二次コイル１０がそれぞれ巻回されている。ここで、前記鉄芯７及び８は、継鉄５の回転領域から軸方向に所定の間隙１１を隔てて配置されるとともに、継鉄６の回転領域から軸方向に所定の間隙１２を隔てて配置されている。

尚、図示はしないが、一次コイル９には高周波の例えば正弦波を発振する発振器が電気的に接続され、同器で発生された正弦波の電流が一次コイル９に印加される。そして、ロータ３及び４の回転に伴って、継鉄５及び６が鉄芯７及び８に対向するとき、四者の協働により形成される磁気回路が閉じられ、この場合、二次コイル１０に交流の電圧が誘導される。また、継鉄５及び６が鉄芯７及び８に対向しないときには、磁気回路が開けられるので、二次コイル１０に誘導される交流電圧は略ゼロとなる。尚、鉄芯７及び８は、互いに離間する形で別々に設けられているので、磁気的な結合度が低く、磁気回路が閉じられた場合の交流電圧との差は、図２に示す従来の回転パルス発生装置１０１との比較において、大きなものとなる。そして、こちらも図示はしないが、二次コイル１０には検波器が電気的に接続され、同器で所定の閾値との比較により交流電圧の有無が検出された後、当該検出に基づいて、後段のパルス発生器でロータ３及び４の回転に伴うパルス信号が生成される。

次に、回転パルス発生装置１の作用について説明する。
本実施形態による構成の回転パルス発生装置１も例外にあらず、軸受け構造を介して回転軸２を回動可能に支持するものでは、軸受け構造にいわゆる「遊び」が存在することに起因して、ロータ３及び４が軸方向に移動することが予想される。この点、回転パルス発生装置１によると、ロータ３及び４が軸方向に移動したとき、例えば、図１の右方向に移動したとき、移動前との比較において一方の間隙１１は狭くなり、また、他方の間隙１２については逆に広くなり、すなわち移動前後において、継鉄５及び６と鉄芯７及び８との協働による磁気回路の長さが一定に保たれる。このため、二次コイル１０には、ロータ３及び４が軸方向に移動するか否かに関わらず、また、鉄芯７及び８がいずれの継鉄５及び６との対向状態にある場合でも、常に同レベルの安定した交流電圧が誘導される。従って、前記閾値との比較を通じて交流電圧の有無を判定する際、安定した交流電圧が閾値との比較に供されるので、当該判定を正確に実施でき、また、上記した通り、磁気回路が開閉されるときの交流電圧の差を大きくする工夫を凝らしているので、閾値選択の幅が広がり、このことも正確な判定に寄与する。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）鉄芯７及び８を挟むようにして軸方向の両側に一対のロータ３及び４が配置され、継鉄５及び６と鉄芯７及び８との協働により磁気回路が形成される。軸受け構造の「遊び」に起因して、一対のロータ３及び４が互いの間隔を保ちながら軸方向に移動すると、間隙１１及び１２は変動するが、一方の間隙が広がれば他方の間隙は自ずと狭まり、すなわち磁気回路の長さは一定に保たれる。このため、二次コイル１０には、常に同レベルの安定した交流電圧が誘導され、この電圧に基づくパルス信号はロータ３及び４の回転に即したものとなる。従って、軸受け構造に特段の工夫を凝らす必要がなく、狙い通りにパルス信号を生成することができる。

（２）継鉄５及び６との協働により磁気回路を形成するコアとして、互いに離間された二つのコア、すなわち鉄芯７及び８が用いられる。このため、継鉄５及び６が鉄芯７及び８に対向していないときには、磁気回路が開けられるので、二次コイル１０に誘導される交流電圧は略ゼロとなるが、互いに離間されていない単一のコア或いは緊密状態で接触された二つのコアを用いる構成との比較において、コア同士による磁気的な結合度が低く抑えられる分、交流電圧はよりゼロに近いものとなる。そして、このことから、磁気回路が閉じられた場合の交流電圧と磁気回路が開けられた場合の交流電圧との差が大きなものとなり、交流電圧の有無についての判定に供される閾値の選択の幅が広がる。従って、周囲雑音、いわゆるノイズのある環境下でも、そのノイズのレベルに応じて、それによる影響を回避可能な閾値を選択し易く、交流電圧の有無についての判定を正確に実施できるようになる。

（３）ロータ３の継鉄５とロータ４の継鉄６とが、回転軸２の回転位置を基準として、互いに同一の回転位置をとる形で設けられている。このため、ロータ３及び４の回転に伴って、一方のロータ３の継鉄５が鉄芯７及び８に対向するとき、他方のロータ４の継鉄６も鉄芯７及び８に対向することで、磁気回路が確実に閉じられる。従って、二次コイル１０に誘導される交流電圧を比較的大きなものとすることができる。

（４）上記（３）について、本実施形態による構成では、ロータ３の継鉄５とロータ４の継鉄６とが、回転軸２の回転位置を基準として、互いに同一の回転位置をとる形で所定の回転角度間隔で並設されている。このため、ロータ３及び４の回転に伴って、一方のロータ３の継鉄５が鉄芯７及び８に対向するとき、他方のロータ４の継鉄６も鉄芯７及び８に対向することで、磁気回路が確実に閉じられる。従って、二次コイル１０に誘導される交流電圧を比較的大きなものとすることができる。また、一方のロータ３の継鉄５が鉄芯７及び８に対向しないとき、他方のロータ４の継鉄６も鉄芯７及び８に対向しないことで、磁気回路が確実に開けられる。従って、二次コイル１０に誘導される交流電圧をゼロに近い比較的小さなものとすることができる。よって、磁気回路が開閉されるときの交流電圧の差を大きくすることができる。

（５）直状の鉄芯７に一次コイル９を、また、直状の鉄芯８に二次コイル１０をそれぞれ巻回すればよいので、Ｃ字状或いはＵ字状のコアにコイルを巻回する構成との比較において、手作業で巻回する場合は勿論のこと、巻線機を用いて自動で巻回する場合にも、かかる作業を効率良く実施することができ、製造コストの低減に寄与できる。

（６）鉄芯７に一次コイル９が巻回された仕掛かり部品と、鉄芯８に二次コイル１０が巻回された仕掛かり部品とについて、部品の共通化を図ることができる。
（７）軸受け構造に「遊び」が存在する場合にも、上記（１）のように二次コイル１０に誘導される交流電圧が安定するので、安価な軸受け構造で対応でき、設計自由度を広げることができる。

（８）二次コイル１０に誘導される交流電圧について、上記（２）のように磁気回路が開閉されるときの交流電圧の差を大きくする工夫を凝らしているので、耐ノイズ特性が向上され、例えば、車両に回転パルス発生装置１を搭載する場合でも、その機能を大いに発揮させることができる。

尚、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・前記実施形態による構成では、ロータ３に継鉄５を、また、ロータ４に継鉄６をそれぞれ接着する等して配置する構成を採用したが、ロータ３（４）に対する磁性体の配置態様はこれに限定されない。例えば、ロータ３（４）の周方向に穴或いは貫通孔を設け、それらが鉄芯７及び８に対向するとき、磁気回路が開けられ、また、周方向に隣り合う二つの穴或いは貫通孔によって挟まれる実の部分が鉄芯７及び８に対向するとき、磁気回路が閉じられるような構成を採用してもよい。尚、この場合、周方向に隣り合う二つの穴或いは貫通孔によって挟まれる実の部分が少なくとも含まれる態様でロータ３（４）が磁性体により構成される。

或いは、ロータ３（４）の径方向外側に向かって、磁性体により構成される歯部を放射状に突設し、この歯部が鉄芯７及び８に対向するとき、磁気回路が閉じられ、また、周方向に隣り合う二つの歯部によって挟まれる溝部が鉄芯７及び８に対向するとき、磁気回路が開けられるような構成を採用してもよい。

・前記実施形態による構成及び上記別例による構成を含めて、ロータ３及び４について、互いに同一の構成を採用することで、部品の共通化を図ることができる利点があるが、ロータ３及び４は必ずしも同一の構成でなくてもよい。例えば、一方のロータ３に対する磁性体の配置態様として、前記実施形態による構成及び上記別例による構成の中から選択されるいずれかの構成を採用し、他方のロータ４に対する磁性体の配置態様として、当該選択されるいずれかの構成のうち、前記一方のロータ３に対する磁性体の配置態様とは異なるものが選択されてもよい。

或いは、ロータ３及び４の一方に対する磁性体の配置態様として、前記実施形態による構成及び上記別例による構成の中から選択されるいずれかの構成を採用し、ロータ３及び４の他方については、全周に亘って磁性体が配置される構成を採用してもよい。このように構成すると、ロータ３及び４の一方の磁性体が鉄芯７及び８に対向するとき、磁気回路が閉じられ、また、同じく一方の磁性体が鉄芯７及び８に対向しないとき、磁気回路が開けられる。尚、この場合、ロータ３及び４の他方については、全周に亘って磁性体が配置されていることから、回転軸２に対する組付に際し、ロータ３及び４の一方との間での回転角度位置の調整が容易となる。従って、手動或いは自動化のいずれにせよ、組付作業の効率化に寄与できる。

・前記実施形態による構成では、磁性体として継鉄を採用し、これをロータ３及び４に配置することとしたが、磁性体であれば鉄以外の材質のものが配置されてもよい。
・前記実施形態による構成では、鉄芯７と鉄芯８とが、径方向に所定の間隙を隔てて、互いに独立する形でそれぞれ固定配置される構成を採用したが、鉄芯７と鉄芯８とが、非磁性体によるスペーサを介して連結される構成を採用してもよい。同構成によると、二つのコア、すなわち鉄芯７と鉄芯８との間にはスペーサが介在されているので、当該二つのコアの間隔が一定に保たれ、磁気回路の長さの変動が抑制される。従って、二次コイル１０に誘導される交流電圧をより安定させることができる。

・前記実施形態による構成では、コアとして鉄芯を採用し、これに一次コイル９及び１０を巻回することとしたが、磁性体であれば鉄以外の材質のものがコアとして採用されてもよい。

・間隙１１及び１２は、軸受け構造の「遊び」の程度に応じて適宜設定すればよく、間隙１１及び１２を大きなものに設定すれば、「遊び」の大きな軸受け構造にも対応できる。

・一次コイル９に印加される高周波は、正弦波に限らず、例えば、矩形波、三角波等であってもよい。尚、高周波とは、一次コイル９の巻数、二次コイル１０の巻数、ロータ３及び４の回転速度等をパラメータとした場合に、二次コイル１０に交流電圧が誘導される程度の周波数を意味し、いわゆるレラクタンス変動が得られればよい。

・本発明に係る回転パルス発生装置は、回転体の回転角度を検出する回転センサ、例えば、車両のステアリングホイールの操作量を検出する回転センサ等に応用することができる。また、本発明に係る回転パルス発生装置は、車両のウインドウガラスを電動モータ等のアクチュエータにより電気的に駆動する、いわゆるパワーウインドウ装置において、電動モータの回転量をカウントしてウインドウ位置を特定するものに応用することができる。尚、前記実施形態による構成に倣えば、ロータ３及び４に対する継鉄５及び６の配置態様について、周方向の数を増やすことで分解能を高めることができる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）前記一対のロータの一方の磁性体と他方の磁性体とが、前記回転軸の回転位置を基準として、互いに同一の回転位置をとる形で設けられている請求項１又は２に記載の回転パルス発生装置。同構成によると、各ロータの回転に伴って、一方のロータの磁性体がコアに対向するとき、他方のロータの磁性体もコアに対向することで、磁気回路が確実に閉じられる。このため、二次コイルに誘導される交流電圧を比較的大きなものとすることができる。

（ロ）前記一対のロータの一方の磁性体と他方の磁性体とが、前記回転軸の回転位置を基準として、互いに同一の回転位置をとる形で所定の回転角度間隔で並設されている上記（イ）に記載の回転パルス発生装置。同構成によると、各ロータの回転に伴って、一方のロータの磁性体がコアに対向するとき、他方のロータの磁性体もコアに対向することで、磁気回路が確実に閉じられる。このため、二次コイルに誘導される交流電圧を比較的大きなものとすることができる。また、一方のロータの磁性体がコアに対向しないとき、他方のロータの磁性体もコアに対向しないことで、磁気回路が確実に開けられる。このため、二次コイルに誘導される交流電圧をゼロに近い比較的小さなものとすることができる。従って、磁気回路が開閉されるときの交流電圧の差を大きくすることができる。

（ハ）前記一次コイルが巻回されるコアと前記二次コイルが巻回されるコアとが、非磁性体によるスペーサを介して連結されている請求項２又は上記（イ）又は上記（ロ）に記載の回転パルス発生装置。同構成によると、二つのコア間にはスペーサが介在されているので、当該二つのコアの間隔が一定に保たれ、磁気回路の長さの変動が抑制される。従って、二次コイルに誘導される交流電圧をより安定させることができる。

１…回転パルス発生装置、２…回転軸、３、４…ロータ、５、６…継鉄（磁性体）、７、８…鉄芯（コア）、９…一次コイル、１０…二次コイル、１１、１２…間隙。

Claims (2)

1. 回転軸の軸線の周りを回転可能なロータの周方向に磁性体を配置するとともに、その磁性体との協働により磁気回路を形成するコアに一次コイル及び二次コイルを巻回し、一次コイルに高周波の電流を流すことで磁気回路を通じて二次コイルに交流の電圧を誘導し、この電圧の有無を検出してロータの回転に伴うパルス信号を生成する回転パルス発生装置において、
   前記ロータは、前記回転軸の軸方向に沿った互いの間隔が所定の間隔で保持される一対のロータであり、各ロータ毎に前記磁性体が配置され、一方のロータの磁性体の回転領域と他方のロータの磁性体の回転領域との中間位置に前記一次コイル及び前記二次コイルが巻回された前記コアが配置されている
   ことを特徴とする回転パルス発生装置。
2. 前記一次コイルが巻回されるコアと前記二次コイルが巻回されるコアとが、互いに離間する形で別々に設けられている
   請求項１に記載の回転パルス発生装置。

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