JP4628124B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
第1の磁性体部10は、軸方向に離隔して配置された複数(図の例では2個)第1の磁性体リング11,12で構成される。記第2の磁性体部20は、軸方向に離隔して配置された複数(図の例では3個)の第3の磁性体リング21,22,23で構成される。一方の各磁性体リング11,12の各々が他方の各磁性体リング21,22,23の間にそれぞれ配置されるような関係で、一方の取付リング6のスリーブ部分6aに挿入される。出力軸2とともに回転すべき第2の磁性体部20の各磁性体リング21,22,23は、後述するような所定の相互関係で取付リング6に固定される。
コイル部30は、図2に示すように組み立てられた状態の各磁性体リング21,11,22,12,23間の各境界部の周りに巻設される4つのコイルL1,L2,L3,L4からなる。すなわち、各コイルL1,L2,L3,L4は軸方向に適宜の間隔で離隔して配置され、各磁性体リング21,11,22,12,23間の4つの境界部の各々が対応するコイルL1〜L4の内部空間内に挿入される格好となっている。
このような配置のずれによって、入力軸1と出力軸2の相対的回転位置の変化に伴って、隣接する第1の磁性体リングと第2の磁性体リングの凹凸歯の対応が変化するとき、4つの各境界部での変化の位相がそれぞれ次のように異なるものもとなる。
A(θ)=P0+Psinθ
のような式で等価的に表せる。インピーダンス変化は負の領域に入らないため、上記式で、オフセット値P0は振幅係数Pよりも大きく(P0≧P)、「P0+Psinθ」は負の値をとらない。
前述のように、前記各磁性体リングの境界部の磁気結合の変化は、1/4サイクルづつ順にずれる。よって、磁性体リング11と22の境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルL2に生じる理想的なインピーダンス変化B(θ)は、
B(θ)=P0+Pcosθ
のようなコサイン関数特性の式で等価的に表せる。
C(θ)=P0−Psinθ
のようなマイナスサイン関数特性の式で等価的に表せる。
更に、磁性体リング22と12の境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルL4に生じる理想的なインピーダンス変化D(θ)は、
D(θ)=P0−Pcosθ
のようなマイナスコサイン関数特性の式で等価的に表せる。
なお、Pは1とみなして省略しても説明上不都合はないので、以下の説明ではこれを省略する。
Va=(P0+sinθ)sinωt
Vb=(P0+cosθ)sinωt
Vc=(P0−sinθ)sinωt
Vd=(P0−cosθ)sinωt
Va−Vc=(P0+sinθ)sinωt−(P0−sinθ)sinωt
=2sinθsinωt
アナログ演算器32は、下記のように、コサイン相に相当するコイルL2の出力電圧Vbと、それに対して差動変化するマイナスコサイン相に相当するコイルL4の出力電圧Vdとの差を求め、角度変数θのコサイン関数特性の振幅係数を持つ交流出力信号を生成する。
Vb−Vd=(P0+cosθ)sinωt−(P0−cosθ)sinωt
=2cosθsinωt
一方、シフト回路33から出力される交流信号sinθcosωtsと他方の交流出力信号cosθsinωtとをアナログ引算器36で引算合成することで、sin(ωt−θ)なる、θに応じてマイナス方向(遅相)に位相シフトされた交流信号(位相成分θを交流位相ずれに変換した信号)を生成する。そして、遅相シフトされた交流検出信号sin(ωt−θ)のゼロクロスをコンパレータ37で検出し、ゼロクロス検出パルスLmを生成する。
また、コンパレータ37から出力される遅相シフトのゼロクロス検出パルスLmは、遅相シフトされた交流検出信号sin(ωt−θ)における位相シフト量θつまり入力軸1と出力軸2との間の相対的回転位置を、基準交流信号sinωtのゼロ位相時点からの遅れ時間位置で示すタイミング信号に相当する。
図1におけるハンドル角検出装置4Bについて説明すると、外部ケース4内の所定位置に、複数のギアG1〜G3と、ステータ部100と、磁気応答部材300を含むロータ部200とからなる。複数のギアG1〜G3はハンドルに連結された入力軸2の回転を段階的に減少させてロータ部200を回転するためのギアリング機構であって、例えば出力軸2が5回転するとロータ部200を1回転するなどの比率で出力軸2の回転を減少してロータ部200に出力軸2の回転を伝達し、ハンドル(ステアリングシャフト)の多回転にわたる回転位置を1回転型アブソリュートセンサで検出しうるようにしている。
また、位相シフトタイプの回転位置検出手段の構成は、上述したものに限らず、どのような構成からなっていてもよい。例えば、1次コイルのみからなるタイプのものに限らず、1次及び2次コイルを有するタイプのものであってもよく、あるいはレゾルバ方式を用いてもよいし、あるいは基準交流信号としてサイン波sinωtとコサイン波cosωtの2相交流信号を用いる励磁方式であつてもよい。
2 出力軸
3 トーションバー
4 外部ケース
4A 相対回転位置検出装置(トルク検出装置)
4B ハンドル角度検出装置
10 第1の磁性体部
20 第1の磁性体部
11,12,21,22,23 磁性体リング
30 コイル部
L1〜L4(C1〜C4) コイル
100 ステータ部
200 ロータ部
G1〜G3 ギア
Claims (3)
- 基準交流信号によって励磁され、検出対象位置に対応する第1の関数値を振幅係数として振幅変調された第1の交流出力信号及び前記検出対象位置に対応する第2の関数値を振幅係数として振幅変調された第2の交流出力信号を出力する位置センサと、
前記第1及び第2の交流出力信号に基づき、前記検出対象位置に対応するシフト量だけ前記基準交流信号に対して正及び負の一方向にシフトされた電気的位相角を持つ第1の電気的交流信号と、同じ前記検出対象位置に対応するシフト量だけ前記基準交流信号に対して正及び負の他方向にシフトされた電気的位相角を持つ第2の電気的交流信号とを生成する回路と、
前記第1の電気的交流信号と前記第2の電気的交流信号との電気的位相差に対応するパルス幅を持つPWM信号を生成する回路であって、前記第1及び第2の電気的交流信号の前記基準交流信号に対する前記電気的位相角シフトが180度以内か否かを判別し、180度以内であれば該基準交流信号の1周期以内のパルス幅を持つ前記PWM信号を生成し、180度以上であれば該基準交流信号の1周期以上のパルス幅を持つ前記PWM信号を生成する前記回路と
を具備し、生成された前記PWM信号を検出出力として出力することを特徴とする位置検出装置。 - 前記位置センサと前記各回路とが前記位置検出装置の構造体内に組み込まれており、該構造体には、外部から前記基準交流信号を導入する端子又は配線が設けられ、かつ、前記PWM信号を外部に出力する端子又は配線が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記位置センサと前記各回路とが前記位置検出装置の構造体内に組み込まれており、更に前記基準交流信号を生成するための回路が該構造体内に組み込まれており、かつ、該構造体には、前記PWM信号を外部に出力する端子又は配線が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
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