JP6426859B2 - 磁石式角変位計測システム - Google Patents

Description

本発明は、駆動軸の回転運動を検出するための磁石式角変位計測システムに関するものであり、当該磁石式角変位計測システムは、駆動軸と、駆動軸の自由端部または軸端部に連結されて駆動軸と共に回転する励起ユニットと、静止状態にあり、励起ユニットと協働して駆動軸の回転運動を検出するセンサユニットとを備える。

上記のような角変位計測システムは、回転軸の回転運動を計測するために用いられ、角度計測手段、角変位センサ、またはロータリエンコーダとも呼称されることがある。このようなシステムは、具体的には機器や車両の制御や計測に用いられる。このとき、例えば電気誘導式または磁気誘導式など、非接触式の角変位計測システムは、摩耗を生じないセンサシステムであることによって長寿命であるため、特別な役割を果たす。磁石式角変位計測システムの場合、具体的にはマルチターンアブソリュートエンコーダを用いた場合、軸の回転は、計測ユニットを用いて磁気誘導により計測され、この計測ユニットは、永久磁石などからなる回転式の励起ユニットと、例えばホールセンサ及びウィガンドセンサの少なくとも一方など、少なくとも１つのセンサを用いた固定式のセンサユニットとを備えている。このような場合、計測ユニットは、計測対象となる回転軸の自由端部に配置されるのが一般的である。

しかしながら、磁石式角変位計測システムを駆動軸、特に電動モータまたは発電機の駆動軸に直接的に配置または取り付けた場合には、わずかな計測誤差が頻繁に発生する。この計測誤差は、外部から角変位計測システムに作用する干渉によって生じる場合が最も多い。例えば、このような干渉は、電動モータまたは電磁ブレーキでの使用において駆動軸が磁化されること、及び一般的に鋼で形成される駆動軸を介して磁界が伝わることによって生じるものであり、結果として、角変位計測システムで励起ユニットが形成する回転磁界を変化させ、センサユニットに計測誤差が生じるのである。このため、計測精度を向上させるには、角変位計測システムにおいて、このような干渉を防ぐ必要がある。

特許文献１により、スキャニング手段を有した角変位計測装置が知られており、この装置では、スキャニング手段が電気的な悪影響から遮蔽されるようになっている。このために、スキャニング手段は、電気的に絶縁された状態でハウジングに固定され、演算ユニットの接地電位に接続される。更に、ハウジングは、駆動ユニットと電気的に接した状態にあって、駆動ユニットから出力される干渉信号が計測値に悪影響を及ぼさないようになっている。

独国特許出願公開第３８１３６１０号明細書

しかしながら、磁気的に誘起される干渉は遮断されず、特に磁石式角変位計測システムの場合には、依然としてセンサユニットに計測誤差が生じる。また、角度計測手段を遮蔽するための機構は極めて複雑な構造となり、多数の構成部材を含むものとなる。

そこで、本発明の目的は、駆動軸の回転運動を検出する角変位計測システムとして、正確で干渉を受けない計測を可能とし、簡素な構造で組立が容易な角変位計測システムを提供することにある。

このような目的は、請求項１に記載の特徴を有した本発明に係る角変位計測システムによって達成される。

本発明によれば、駆動軸は、自由端部の領域に同軸状の凹部、即ち窪みを有することにより、駆動軸の当該領域に中空軸部が形成されている。このような態様において、駆動軸は、電動モータもしくは電磁ブレーキにおいて別体で形成された軸部、伝動軸、または本体の駆動軸そのものとすることができる。駆動軸は、少なくとも一部が中実の軸として形成されていてもよい。同軸状の凹部を設けることにより、自由端部の領域において駆動軸内に誘導された磁界は、駆動軸の径方向外方の領域に導かれ、例えば放出されるべく集中する。即ち、駆動軸に生じる磁界を、凹部により径方向外方に向かわせることが可能となる。これにより、中空軸部によって周囲が取り囲まれた中空の空間は、磁気的にほとんど隔離された状態となるので、この領域は、計測ユニットを駆動軸に結合する上で、特に好適なものとなる。

駆動軸の自由端部における凹部は、形状を円錐台状とし、中空軸部に残存して中実の軸部から軸線方向に延在するリング状の素材部分が、自由端部に近付くほど内周面を拡径させて厚さが減少していくようになっているのが好ましい。円錐台状の形状により、駆動軸に生じる磁界を、径方向外方に向けて比較的均一に放出させることが可能となる。これに代えて、必要に応じ、凹部を半球状またはそれ以外の任意の形状としてもよい。

励起ユニットは、凹部を通る固定部材を用いて駆動軸に結合または固定されるのが好ましく、この固定部材は、例えば磁気を伝導しない材料からなるネジまたは軸体を用いるのが好ましい。このため、励起ユニットの固定部材は、凹部がある領域の駆動軸に直に配置するのが有利である。これにより、計測ユニットのための付加的な軸が不要となる。例えばネジからなる固定部材を設けるため、駆動軸の凹部の底部となる部分に穴を形成するようにしてもよいが、この穴は、駆動軸と同軸状に形成して、固定部材のネジに対応するネジ山を設けるのが好ましい。これにより、励起ユニットは、比較的簡単に駆動軸の自由端部に取り付けることが可能となる。これに代わる態様として、固定部材は、駆動軸の径方向に向けて配置されるのに適合したネジ、具体的にはグラブネジとしてもよい。これに加え、またはこれに代えて、励起ユニットを駆動軸に接着するようにしてもよい。固定部材自体は、磁気を全くまたは殆ど伝えない材料で形成するのが好ましい。例えば、固定部材は、駆動軸または駆動軸の一部に誘導される磁界が、固定部材を介し、励起ユニットに伝わるのを防止できるように、チタンまたは真鍮で形成するのが好ましい。

中空軸部の領域において、駆動軸と固定部材との間には、径方向に空隙が形成されているのが好ましい。このため、凹部の径は、少なくとも自由端部の領域において、固定部材が凹部即ち中空軸部に接することなく延在するような大きさとすることができる。駆動軸の軸線方向における２つ目の端面を凹部の底部に形成し、この端面に固定部材が接して駆動軸に固定されるようにするのが好ましい。一態様によれば、固定部材は、少なくとも中空軸部の領域において、磁気を伝えない材料からなるスペーサ、即ちスリーブ状のスペーサで取り囲まれている。これにより、中空軸部の領域において、磁気がネジに誘導されるのを防止して、特に効果的にネジの磁気的な絶縁を行うことができる。スリーブ状のスペーサを設けることにより、２つの伝導体間での伝導の際に磁界が比較的広範に拡散され、伝導される側の部材における局所的な磁気の飽和を防止することが可能となる。

本発明の一態様によれば、駆動軸と同軸状に設けられ、好ましくは、駆動軸の軸線方向で励起ユニットと駆動軸との間に配置される環状ディスクと、当該環状ディスクの径方向外縁部に円周に沿って設けられた第１軸方向部材とを備える第１遮蔽体が設けられる。環状ディスクは、少なくとも固定部材が貫通する同軸状の開口を有するのが好ましい。この開口の径は、固定部材の径よりわずかに大きいのが好ましい。また、この開口は、固定部材に対して環状ディスクの心出しを行う役割も有する。更に、駆動軸の一部が、この開口を貫通するようにしてもよい。第１軸方向部材は、環状ディスクの一方の面から突設されるようにしてもよい。これに代わる態様として、第１軸方向部材は、環状ディスクの両方の面から、特に同じ箇所で突設されるようにしてもよい。このようにして、第１軸方向部材は、中空軸部の領域において、少なくとも部分的に駆動軸を取り囲むことができる。これにより、省スペース化した角変位計測システムの構造を得ることが可能となる。第１軸方向部材は、円筒状の部材として構成することも可能であり、これにより非常に大きな包囲面積が得られる。第１遮蔽体は、例えば環状ディスクの開口の領域などに誘導された磁界が、環状ディスクと、更に当該環状ディスクの径方向外縁部にある第１軸方向部材とによって、径方向外方、または隣接する部材に伝わるように、磁気伝導性を有するのが好ましく、即ち比較的高い透磁率を有するのが好ましい。第１遮蔽体は、ニッケルと鉄との合金の、いわゆるミュー合金で形成されるのが好ましい。これに代わる態様として、第１遮蔽体は鋼で形成される。このようにして、駆動軸に生じる磁界の経路を変えることが可能となり、この磁界から角変位計測システムの計測ユニットを効果的に遮蔽することができる。

第１遮蔽体は、駆動軸と共に回転するように、当該駆動軸に結合されているのが好ましい。このため、第１遮蔽体は、軸線方向を向く環状ディスクの一方の面が、中空軸部の自由端部及びスペーサの少なくとも一方と接するようにして、例えば励起ユニットの固定部材を用い、駆動軸に固定されるようにしてもよい。これにより、駆動軸に生じて中空軸部にある磁界は、環状ディスクの上記一方の面を経て、直ちに環状ディスクに伝えることが可能となる。環状ディスクにおいては、誘導された磁界が、径方向外方に向けて第１軸方向部材へと伝わることにより、この磁界から計測ユニットを遮蔽することができる。これにより、特に効果的かつ比較的省スペースで、計測ユニットの遮蔽が可能となる。

駆動軸から第１遮蔽体への磁界の伝導を均一且つ一定にするには、第１遮蔽体と駆動軸との間の距離を適切に定める必要があることが判明した。このため、第１遮蔽体と駆動軸との間には、第１スペーサを配設するのが好ましい。第１スペーサは、磁気を全くまたはわずかしか伝えない材料で形成するのが好ましい。第１スペーサは、駆動軸の自由端部を軸線方向及び径方向の両方で取り囲むように形成されるのが好ましい。具体的には、自由端部に外嵌可能に形成されたスリーブにより第１スペーサが構成される。これにより、軸線方向及び径方向の両方において、駆動軸に対し所定の距離で第１遮蔽体を配置し固定することができる。第１スペーサを固定するため、当該第１スペーサは、駆動軸の方に第１スペーサが押圧されるように固定部材が貫通する開口を有しているのが好ましい。

第１遮蔽体から励起ユニットに磁界が伝わるのを防ぐため、第１遮蔽体と励起ユニットとの間には、第２スペーサを配設してもよい。第２スペーサは、磁気伝導性を全くまたはわずかしか有さない材料で形成するのが好ましい。第２スペーサは、第１遮蔽体の凹所に固定用に設けることが可能なワッシャとしてもよい。

第１遮蔽体は、第１遮蔽体が駆動軸及び第１スペーサの少なくとも一方と径方向で当接可能とする第２軸方向部材を有するのが好ましい。即ち、第１遮蔽体は、この第２軸方向部材を介し、駆動軸の自由端部及び第１スペーサの少なくとも一方に、固定、即ち嵌着されるようにしてもよい。これにより、駆動軸から第１遮蔽体に磁界を伝えるための非常に大きな伝導面が得られる。従って、磁界の伝導は、駆動軸の端面及び周面の少なくとも一方において生じるようにすることができる。また、比較的簡単且つ正確な心出しが可能となる。

本発明の一態様において、第１遮蔽体は、軸線方向を向く環状ディスクの面のうち、駆動軸の自由端に対向する面が、中空軸部の自由端部から軸線方向に所定距離だけ離間している。更に、第１遮蔽体は、径方向においても、駆動軸から離間していてもよい。これにより、軸線方向の空隙及び径方向の空隙の少なくとも一方が、第１遮蔽体と駆動軸との間に形成された状態で、駆動軸に対して第１遮蔽体を固定することができる。駆動軸から第１遮蔽体に磁界を伝えるため、環状ディスクの開口の径は、駆動軸の自由端部における中空軸部の内径よりも小さいのが好ましい。これにより、中空軸部において駆動軸の自由端部からの磁界は、駆動軸と第１遮蔽体との間に形成された空隙を介し、限られた範囲で軸線方向に環状ディスクまで伝導または誘導することができる。従って、環状ディスクに磁気過飽和を生じることなく、磁界を均一且つ継続的に伝えることが可能となる。これに代わる態様において、上述した空隙は、磁気を伝えないスペーサに置き換え、即ち当該スペーサで間隙を得るようにしてもよい。更に、磁界の向きを効果的にそらせるため、第１遮蔽体の環状ディスク及び軸方向部材は、比較的少ない材料で、または薄肉となるように形成してもよい。このようにして、角変位計測システムの効果的な遮蔽と軽量化が可能となり、結果的に製造コストも低減することができる。

第１遮蔽体の少なくとも第１軸方向部材を径方向において取り囲んで軸線方向に延設された円筒部を有し、第１軸方向部材と円筒部との間に所定の距離の空隙が形成される第２遮蔽体を設けるのが特に好ましい。第１遮蔽体は、磁気伝導性を有し、鋼またはいわゆるミュー合金で形成されるのが好ましい。第１遮蔽体と第２遮蔽体との径方向の距離は、円筒部の軸線方向全長にわたって一定としてもよい。これにより、大きな伝導面が得られると共に、磁界の均一な伝導が得られる。更に、組立の際には、第１遮蔽体の周囲に比較的簡単に第２遮蔽体を嵌め込むことができる。第２遮蔽体は、静止部材として構成することができ、特に、少なくとも計測ユニットのハウジングとしてもよい。従って、角変位計測システムの回転部材に生じる磁界は、伝導可能な位置にある少なくとも１つの静止部材、即ち第２遮蔽体に伝えることが可能となる。これにより、付加的な回転部材を設けて駆動軸に加わる重量を増大させることなく、遮蔽に寄与する表面積を拡大することが可能となる。また、外部で発生する磁界に対しても効果的な遮蔽を行うことが可能となる。

第１遮蔽体及び第２遮蔽体の少なくとも一方は、駆動軸の軸受が当接する軸受部を少なくとも備えていてもよい。第１遮蔽体及び第２遮蔽体の少なくとも一方は、例えば、駆動軸の軸受が当接する段部を備える。これにより、角変位計測システムにおける、駆動軸に対する計測ユニットの正確な位置合わせが可能になると共に、省スペース構造とすることができる。

第１遮蔽体及び第２遮蔽体の少なくとも一方は、センサユニット及びハウジングの少なくとも一方を固定可能な少なくとも１つの段部を備えていてもよい。例えば、第１遮蔽体及び第２遮蔽体の少なくとも一方は、配列されたネジ孔を有するフランジが形成され、これに対応してネジ孔を有するフランジが設けられたハウジングが、ネジを用いて固定されるようにしてもよい。第１遮蔽体及び第２遮蔽体のそれぞれは、この段部または更なる段部により、例えば機器などに取り付けられるようにしてもよい。また、この段部で、第１遮蔽体が第２遮蔽体に固定されるようにしてもよい。更に、第１遮蔽体及び第２遮蔽体の少なくとも一方には、センサユニットを固定するための段部または壁部が設けられていてもよい。具体的には、第２遮蔽体が、センサユニットを挿入して固定することが可能な段部を有する。これにより、回転部材と静止部材との間に形成される空隙が比較的小さくなるように、角変位計測システムにおける各構成部材の互いの位置合わせを行うことが可能となると共に、角変位計測システムを比較的コンパクトな構造とすることが可能となる。

少なくとも部分的に角変位計測システムを取り囲むハウジングを設けるのが好ましい。具体的には、計測ユニット、第１遮蔽体、及び第２遮蔽体の少なくとも１つが、径方向及び軸線方向の少なくとも一方で、ハウジングにより取り囲まれるようにしてもよい。ハウジングは、鋼によって形成するのが好ましい。これにより、角変位計測システムの外部に発生して角変位計測システムに悪影響を及ぼす可能性のある干渉に対し、計測ユニットまたは角変位計測システムの特に効果的な遮蔽を実現することが可能となる。

ハウジングは、第１遮蔽体及び第２遮蔽体の少なくとも一方に取り付けられるようになっているのが好ましい。ハウジングは、角変位計測システム、特に計測ユニットに対し、軸線方向から取り付けられる鉢状の形状を有するのが好ましい。これにより、角変位計測システムの効果的な遮蔽及び比較的簡単な組立が可能となる。

励起ユニットは、少なくとも２つの磁石が固定される磁石支持体を備えていてもよい。これにより、励起ユニットの製造及び組立が比較的容易且つ低コストで可能となる。磁石支持体は、磁気的な伝導性を有し、センサに対し直に向き合って配置されることにより、磁界系を厳密に規定する二重遮蔽構造が得られる。これにより、センサ、特にウィガンドセンサにおける磁気の状態を安定させることが可能となり、センサのマルチターン機能を実現することが可能となる。

本発明の一態様において、駆動軸は、励起ユニットが配置される自由端部から離間する側、即ち当該自由端部とは反対側の軸端部分である第２の自由端部において、同一軸線上にある第２の軸に連結されており、この場合、駆動軸は、チタンまたは真鍮のような、磁気を全くまたはわずかしか伝えない材料で形成してもよいし、第２の軸は、鋼で形成してもよい。このようにして、計測ユニットを、磁気的な干渉から更に遮蔽することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る角変位計測システムの概要を、構成部材が分解された状態で示す斜視図である。 第１実施形態の詳細を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る角変位計測システムの詳細を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る角変位計測システムの詳細を示す断面図である。

以下、３つの好ましい実施形態及び付随する図面に基づき、本発明を詳細に説明する。

図１〜図４は、それぞれ角変位計測システム１００を示し、この角変位計測システム１００では、計測ユニット１０１が駆動軸４に直接組み付けられ、即ち直接連結されるようになっており、計測ユニット１０１は、励起ユニット５とセンサユニット７とを備えている。即ち、角変位計測システム１００は、駆動軸４の軸端部に配置され、計測ユニット１０１のための付加的な軸を不要としている。

駆動軸４は、少なくとも部分的に磁化することが可能な鋼からなる中実の軸とするのが一般的である。即ち、駆動軸４は、作動時に、電動モータ（図示せず）、または駆動軸４に接続される電磁ブレーキ（図示せず）によって磁化される可能性がある。これにより生じる計測誤差を避けるため、特に駆動軸４と直接的に接した状態となる磁石式の計測ユニット１０１では、計測ユニット１０１を磁界から遮蔽する必要がある。本実施形態では、角変位計測システム１００において磁気伝導性を有した部材１，２，４，８の形状設計を工夫することにより、そのような磁気的遮蔽を実現し、計測に干渉する磁界を計測ユニット１０１の周囲からそらすようにしている。

図１及び図２に示すように、駆動軸４は、その自由端部４３に中空軸部４２を有しており、当該中空軸部４２は、内径が駆動軸４の自由端部４３に向けて円錐状に徐々に拡径している。これにより、自由端部４３において、駆動軸４に筒状、即ち円錐台状の凹部４１が形成され、駆動軸４の軸線方向の上端面には、狭い円環状の第１端面４３ａが形成される。凹部４１は、例えば、旋盤などを用いて軸線方向に中ぐり加工することにより形成するようにしてもよい。駆動軸４の第２端面４３ｂが、凹部４１の底面に形成され、中空軸部４２によって取り囲まれると共に、駆動軸４と同軸状にネジ穴４５が形成されている。ネジ穴４５には、固定部材が螺合するネジ山が設けられており、本実施形態ではネジ９が固定部材となっている。ネジ９は、例えばチタン・アルミニウム・バナジウム合金など、磁気を全くまたはわずかしか伝えない材料で形成されており、駆動軸４に誘導された磁界は、駆動軸４の自由端部４３において、ネジ９には伝わらず、外側の領域、即ち中空軸部４２にしか伝わらないようになっている。中空軸部４２を円錐台状にすることにより、中空軸部４２に導かれた磁界が集まることになる。

中空軸部４２に導かれた磁界を、計測ユニット１０１の外部または周囲に散逸させるため、環状ディスク１０と、当該環状ディスク１０の径方向外縁部に円周に沿って設けられた第１軸方向部材１２ａとを有した第１遮蔽体１が設けられる。図２に示すように、第１遮蔽体１は、駆動軸４に同軸状に取り付けられ、即ち第２軸方向部材１２ｂを用い、軸線方向から第１スペーサ８１の上に取り付けられて駆動軸４に結合されている。

第１スペーサ８１は、駆動軸４と同軸状に配置されるスリーブとして形成されて蓋部を有しており、駆動軸４の自由端部４３に軸線方向から嵌合する。第１スペーサ８１の蓋部には、ネジ９が貫通する開口が設けられている。第１遮蔽体１は、第１スペーサ８１に外嵌し、ネジ９を用いて第１遮蔽体１及び第１スペーサ８１を駆動軸４に固定することが可能となっている。駆動軸４と第１遮蔽体１との間に第１スペーサ８１を配設することにより、径方向及び軸線方向において、駆動軸４から特定の距離に第１遮蔽体１を配置することが可能となる。即ち、第２軸方向部材１２ｂの径方向内側に形成された伝導面１５に加え、下面１１が駆動軸４から一定の距離に保持される。これにより、駆動軸４から第１遮蔽体１に伝わる磁界を、ばらつきのない連続的なものとすることができる。

第１遮蔽体１を駆動軸４から離間することにより磁界の誘導を最適化し、それによって駆動軸４から第１遮蔽体１への磁界の伝導を制限できることが判明した。空隙または磁気を伝導しないスペーサを、第１遮蔽体１と駆動軸４との間の規制手段として機能させることができる。このため、第１スペーサ８１は、例えばアルミニウムなど、磁気伝導性を全くまたはわずかしか有していない材料で形成するのが好ましい。これにより、伝導面となる下面１１及び伝導面１５、または第１遮蔽体１を形成する伝導材料における、磁気集中の増大または磁気飽和を生じることなく、長期間にわたり一定して、駆動軸４から第１遮蔽体１に磁界を伝えることが可能となる。

第１遮蔽体１の環状ディスク１０は、ネジ９が貫通する同軸状の開口１４を有する。これにより、第１遮蔽体１を駆動軸４の第１端面４３ａに押圧することが可能となる。第１軸方向部材１２ａは、環状ディスク１０の径方向外縁部に、同軸状の円筒部として形成されている。第１軸方向部材１２ａは、環状ディスク１０から、駆動軸４に近付く側及び駆動軸４から離間する側の両側に延設されている。第１遮蔽体１は、例えば鉄または鋼といった、磁気伝導性を有する材料で形成される。このため、中空軸部４２の筒状部分に集まった磁界は、第１遮蔽体１の環状ディスク１０及び第２軸方向部材１２ｂに伝わり、第１遮蔽体１に導かれて径方向外方に向け第１軸方向部材１２ａへと伝わることが可能となっている。組み付けられた状態では、静止部材である第２遮蔽体２によって、第１遮蔽体１の第１軸方向部材１２ａが径方向で取り囲まれている。

第２遮蔽体２は、フランジ円筒部２１が延設されたフランジ２２を備える。第２遮蔽体２のフランジ円筒部２１は、第１遮蔽体１が第２遮蔽体２内で支障なく回転することができるように、わずかな径方向距離をあけて、第１遮蔽体１の第１軸方向部材１２ａを取り囲んでいる。従って、伝導面となる第１軸方向部材１２ａの径方向外周面１６と、伝導面となるフランジ円筒部２１の径方向内周面２６とは、わずかな空隙を介して互いに対向して配置されている。これにより、第１遮蔽体１から第２遮蔽体２に磁界を伝えることが可能となる。本実施形態では、第２遮蔽体２が、駆動軸４の軸受４４に接する軸受部２４を有している。これにより、駆動軸４に対する計測ユニット１０１の正確な位置合わせが可能となる。

第１軸方向部材１２ａは、励起ユニット５が設けられた空間を径方向で少なくとも部分的に取り囲んでいる。励起ユニット５は、２つの永久磁石５１ａ，５１ｂが固定された磁石支持部５０を備える。励起ユニット５は、駆動軸４と共に回転可能にネジ９によって駆動軸４に固定されており、作動時には、２つの永久磁石５１ａ，５１ｂが駆動軸４の回転に応じた回転磁界を生成し、この回転磁界がセンサユニット７によって検出される。第１遮蔽体１から磁石支持部５０に磁界が伝わるのを避けるため、第１遮蔽体１と励起ユニット５との間には、磁気伝導性を有さない第２スペーサ８２が設けられる。本実施形態において、第２スペーサ８２は、環状ディスク１０に形成された同軸状の凹所に嵌め込まれるワッシャとして形成され、環状ディスク１０に対して第２スペーサ８２やネジ９が摺動したりずれたりしないようになっている。

ネジ９は、磁石支持部５０、第２スペーサ８２、第１遮蔽体１、及び第１スペーサ８１を貫通して駆動軸４まで延在し、角変位計測システム１００のこれらの部材が駆動軸４に対して固定される。ここで、ネジ９は、駆動軸４と同軸状に結合され、中空軸部４２の径方向内周面に接することなく凹部４１内に位置しているのが好ましい。

センサユニット７は、静止状態にあってセンサ７１を備え、このセンサ７１は、例えばホールセンサ及びウィガンドセンサの少なくとも一方からなり、センサ支持部７２に固定されている。一形態において、センサ７１は、駆動軸４の任意の回転を検出することが可能となっている。更に、センサユニット７は、図示しない処理用電子回路を備える。センサ支持部７２は、取付状態において第２遮蔽体２の段部２３に載置される円盤として構成されている。従って、センサ支持部７２は、第１遮蔽体１の第１軸方向部材１２ａの内側に配置された励起ユニット５に対するカバーとなる。

最終的に、静止部材であるハウジング８が、第１遮蔽体１及び第２遮蔽体２の両方を、少なくとも部分的に取り囲む。ここで、ハウジング８は、第２遮蔽体２のフランジ円筒部２１に単純に嵌合するようにして、ネジ９１を用い、第２遮蔽体２のフランジ２２に固定することができる。ハウジング８を鋼で形成することにより、第２遮蔽体２からハウジング８に伝わった磁界を外部に散逸させることができる。

少なくとも、駆動軸４、第２遮蔽体２、第１スペーサ８１、第１遮蔽体１、第２スペーサ８２、ネジ９、センサ支持部７２、及びハウジング８が共通の中心軸線を有することは明らかである。従って、磁気遮蔽を有した高分解能の磁石式マルチターンセンサであるセンサユニット７を電動モータに一体的に組み込むことが可能となる。

図３は、本発明のもう１つの実施形態を示しており、この実施形態は、例えば第１遮蔽体１の構成や駆動軸４に対する配置などを除き、多くの部分が図１及び図２に示す実施形態に相当するものとなっている。

図３に示す角変位計測システム１００の実施形態において、駆動軸４には、自由端部４３に中空軸部４２が設けられる。第１遮蔽体１は、環状ディスク１０の下面１１が駆動軸４の第１端面４３ａに直に接しており、第１スペーサ８１は設けられていない。従って、駆動軸４に生じる磁界は、第１遮蔽体１に直接伝導可能となる。第１遮蔽体１から第２遮蔽体２に磁界を伝えるため、環状ディスク１０の径方向外縁部には、円周に沿って設けられた第１軸方向部材１２ａが形成されており、この第１軸方向部材１２ａは、円筒状をなして駆動軸４から離間する側の環状ディスク１０の面から延設される。また、第２遮蔽体２のフランジ円筒部２１は、空隙を介して第１軸方向部材１２ａと対向する位置にある。これにより、計測ユニット１０１の効果的な磁気シールドを実現することが可能となる。

図４は、本発明のもう１つの実施形態を示しており、この実施形態は、例えば第１遮蔽体１の構成や駆動軸４に対する配置などを除き、多くの部分が図１及び図２に示す実施形態に相当するものとなっている。

図４に示す角変位計測システム１００の実施形態には、自由端部４３に円錐台状の凹部４１が形成された中空軸部４２を有する駆動軸４が設けられる。凹部４１内には第１スペーサ８１が配置されており、この第１スペーサ８１は、駆動軸４と一体的に回転するように駆動軸４に結合され、軸線方向の長さが凹部４１の軸線方向の長さよりも確実に長くなっている。従って、第１スペーサ８１は、駆動軸４の第１端面４３から軸線方向に突出している。第１スペーサ８１は、例えばアルミニウムなど、磁気伝導性をわずかしか有していない材料で形成するのが好ましい。固定部材であるネジ９は、第１スペーサ８１を貫通している。ネジ９も、磁気を全くまたはわずかしか伝導しない材料で形成するのが好ましく、駆動軸４に誘導された磁界は、第１スペーサ８１及びネジ９の少なくとも一方を介して伝わることはなく、径方向外方に位置する中空軸部４２の筒状部分に集まる。

ネジ９は、励起ユニット５の磁石支持部５０を、中空軸部４２から突出した第１スペーサ８１の自由端において駆動軸４に押圧するために用いられる。２つの永久磁石５１ａ，５１ｂは、磁石支持部５０に固定されており、作動時に、駆動軸４の回転に対応した磁界を生成し、この磁界をセンサユニット７のセンサ７１によって検出することが可能となっている。センサ７１は、図４には示されないハウジングによって取り囲まれている。

第１遮蔽体１は、環状ディスク１０の下面１１が駆動軸４の第１端面４３ａから特定の距離にあって、第１遮蔽体１と駆動軸４との間に、軸線方向の空隙６１が形成されるように配置される。本実施形態において、第１遮蔽体１は、角変位計測システム１００における静止部材として構成される。第１遮蔽体１を２部材による構成とし、２つの部材を互いに嵌合したり固定したりするようにしてもよい。更に、第１遮蔽体１は、図４には示していないが、フランジを用いてハウジング８に固定することも可能である。ネジ９及び第１スペーサ８１は、環状ディスク１０に形成された同軸状の開口１４を貫通している。開口１４の径は、中空軸部４２の筒状部分の内径よりも小さい。環状ディスク１０の径方向外縁部には、円周に沿って設けられた軸方向部材１２ａが形成されており、この軸方向部材１２ａは、円筒状に形成され、駆動軸４から離間する側となる環状ディスク１０の面から延設される。第１遮蔽体１は、静止部材であって駆動軸４には連結されない。第１遮蔽体１は、例えば鉄または鋼など、磁気伝導性を有する材料で形成される。従って、中空軸部４２の筒状部分に集まった磁界は、空隙６１を介して環状ディスク１０に伝わり、最終的に、径方向外方に向け、励起ユニット５及びセンサユニット７の周囲に設けられた軸方向部材１２ａへと導くことができる。これにより、駆動軸４に誘導される磁界から、計測ユニット１０１を効果的に遮蔽することが可能となる。

１００ 角変位計測システム
１０１ 計測ユニット
１ 第１遮蔽体
１０ 環状ディスク
１１ 環状ディスクの下面
１２ａ 第１軸方向部材
１２ｂ 第２軸方向部材
１３ 段部
１４ 同軸状の開口
１５ 径方向の伝導面
１６ 径方向外周面
２ 第２遮蔽体
２１ フランジ円筒部
２２ フランジ
２３ 段部
２４ 軸受部
２６ 径方向内周面
４ 駆動軸
４１ 凹部
４２ 中空軸部
４３ 自由端部
４３ａ 自由端部の第１端面
４３ｂ 凹部の第２端面
４４ 軸受
４５ ネジ穴
４６ 径方向の空隙
５ 励起ユニット
５０ 磁石支持部
５１ａ 永久磁石
５１ｂ 永久磁石
６ 径方向の空隙
６１ 軸線方向の空隙
７ センサユニット
７１ センサ
７２ センサ支持部
８ ハウジング
８１ 第１スペーサ
８２ 第２スペーサ（ワッシャ）
９ ネジ（固定部材）
９１ ネジ

Claims (14)

1. 駆動軸（４）の回転運動を計測するための磁石式角変位計測システム（１００）であって、
   駆動軸（４）と、
   前記駆動軸（４）の自由端部（４３）に連結されて回転可能な励起ユニット（５）と、
   静止状態にあり、前記励起ユニット（５）と協働して前記駆動軸（４）の回転運動を計測するセンサユニットと、
   前記駆動軸（４）と同軸状に、前記駆動軸（４）の軸線方向で前記励起ユニット（５）と前記駆動軸（４）との間に配置される環状ディスク（１０）と、前記環状ディスク（１０）の径方向外縁部に円周に沿って設けられた第１軸方向部材（１２ａ）とを有する第１遮蔽体（１）と
   を備えた磁石式角変位計測システムにおいて、
   前記駆動軸（４）は、中空軸部（４２）を形成する同軸状の凹部（４１）を前記自由端部（４３）に有し、
   前記第１遮蔽体（１）は、前記環状ディスク（１０）の軸線方向を向く面（１１）が、前記中空軸部（４２）の前記自由端部（４３）から所定の距離（６１）となる位置に配置される
   ことを特徴とする磁石式角変位計測システム。
2. 前記凹部（４１）は、円錐台状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の磁石式角変位計測システム。
3. 前記励起ユニット（５）は、前記凹部（４１）を通って延在する固定部材（９）を用いて前記駆動軸（４）に固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の磁石式角変位計測システム。
4. 前記中空軸部（４２）の領域の前記駆動軸（４）と前記励起ユニット（５）を固定する固定部材（９）との間には、径方向に空隙（４６）が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁石式角変位計測システム。
5. 前記第１遮蔽体（１）は、前記駆動軸（４）と一体回転可能に、前記駆動軸（４）に結合されることを特徴とする請求項１に記載の磁石式角変位計測システム。
6. 前記第１遮蔽体（１）と前記駆動軸（４）との間に、第１スペーサ（８１）が配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁石式角変位計測システム。
7. 前記第１遮蔽体（１）と前記励起ユニット（５）との間に、第２スペーサ（８２）が配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁石式角変位計測システム。
8. 前記第１遮蔽体（１）は、前記第１遮蔽体（１）が径方向で前記駆動軸（４）及び前記第１スペーサ（８１）の少なくとも一方と接する第２軸方向部材（１２ｂ）を有することを特徴とする請求項６または７に記載の磁石式角変位計測システム。
9. 前記第１遮蔽体（１）の少なくとも前記第１軸方向部材（１２ａ）を径方向で取り囲む円筒部（２１）を有した第２遮蔽体（２）を備え、
   前記第１軸方向部材（１２ａ）と前記第２遮蔽体（２）との間に、所定の幅の空隙（６）が形成される
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の磁石式角変位計測システム。
10. 前記第１遮蔽体（１）及び前記第２遮蔽体（２）の少なくとも一方は、前記駆動軸（４）の軸受（４４）が当接する軸受部（２４）を備えることを特徴とする請求項９に記載の磁石式角変位計測システム。
11. 前記第１遮蔽体（１）及び前記第２遮蔽体（２）の少なくとも一方は、前記センサユニット（７）及びハウジング（８）の少なくとも一方を固定可能な少なくとも１つの段部（１３，２２，２３）を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の磁石式角変位計測システム。
12. 少なくとも部分的に前記磁石式角変位計測システム（１００）を取り囲むハウジング（８）を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の磁石式角変位計測システム。
13. 前記ハウジング（８）は、前記前記第１遮蔽体（１）及び前記第２遮蔽体（２）の少なくとも一方に、軸線方向で固定可能であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかを引用する請求項１２に記載の磁石式角変位計測システム。
14. 前記励起ユニット（５）は、少なくとも１つの磁石（５１ａ，５１ｂ）が固定される磁石支持部（５０）を備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の磁石式角変位計測システム。

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