JPH0260121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可変磁気抵抗変化を利用する角度セ
ンサの改良に関する。

この種のものの原理を示す第１図において、１
０は90度づつ隔てて４個のコア１１〜１４が形成
されたステータであり、それら各コアには一次用
コイル２１，２２，２３，２４が巻装されると共
に、二次用コイル３１，３２，３３，３４も巻装
されている。そして、一次用コイル２１〜２４の
うち、180度隔てた位置のコイル対２１と２３，
２２と２４は互の磁極が逆相となる状態にそれぞ
れ直列に結線されると共に、それぞれのコイル対
２１と２３，２２と２４の他端間には発振器から
出力されるAsinωt，Acosωt（Ａ：振幅ω：角速
度）の励磁信号がそれぞれ印加されている。ま
た、二次用コイル３１〜３４は、その180度隔て
た位置のコイル対３１と３３，３２と３４がそれ
ぞれ差動的に結線されると共に、それらコイル対
が直列に結線され、これにより各コイル対３１と
３３，３２と３４の各差動出力の和の出力が得ら
れるようにしてある。そして、ステータ１０の中
心と偏心させて偏心ロータが配置され、その偏心
ロータ１０はステータ４０と同心の検出軸５０と
一体化されている。

以上のものにおいては、コイル２１と２３，２
２と２４にそれぞれAsinωt，Acosωtが加えられ
る結果、各コア１１〜１４には磁束が発生し、し
かもコア１１と１３，１２と１４の磁極は互に逆
相（一方がロータ方向のとき他方はステータ方
向）となる。そして、このとき各コアの先端とロ
ータ５０の間の間隙はロータ５０の回動角度θに
対応して正弦波状に変化し、その間隙に対応して
磁束密度が変化させられることになる。したがつ
て、これら二次コイル３１〜３４の各出力は、そ
れぞれBsinθsinωt，Bcosθcosωt，−Bsinθsinωt，
−Bcosθcosωt（ここに、Ｂは振幅）となり、その
結果、二次コイルの出力端には、次に示すように
位相角がロータ５０の回動角度θに対応して変化
する位相信号ｅが取り出される。

ｅ＝Ｂ［sinθsinωt−（−sinθsinωt） ＋cosθcosωt−（−cosθcosωt）］ ＝2Bcos（ωt−θ） (1) 以下、この位相信号ｅの位相角θを励磁信号と
比較して測定することによりロータ５０の回動角
度θが求められる。

次に、上記原理に基づく公知の角速度センサに
つき、第２図およびそのＡ−Ａ方向断面を示す第
３図により簡単に説明する。

図において、筒形筐体６０の前蓋６１と後底壁
６２には、それぞれのベアリング６３，６４を介
して検出軸６５が回動自在に支承され、先端は前
蓋６１の外方に突出している。その筐体６０内に
おいて、検出軸６５には、それと偏心した偏心ロ
ータ６６が一体的に固着され、また、筐体６０の
内周壁には90度づつ隔てた位置のそれぞれに中心
方向に向かつて突設されたコア６８〜７１を有す
るステータ６７が固定され、各コア６８〜７１に
はそれぞれ一次コイル７２〜７５が巻装されると
共に、さらにその内側にはそれぞれ二次コイル７
６〜７９が巻装されている。そして、一次コイル
７２〜７５は、互に180度隔てた位置のコイル対
７２と７４，７３と７５の磁極が逆相となる状態
にそれぞれ直列に結線され、それぞれのコイル対
７２と７４，７３と７５の他端間は図示されてい
ない正弦波発振器のそれぞれ正弦波、余弦波の出
力端子と結線されている。また、二次コイル７６
〜７９は、互に180度隔てた位置のコイル対７６
と７８，７７と７９が差動的に結線されると共
に、それらコイル対間も直列に接続されている。

以上のものにおいては、検出軸６５の回動角度
θに応じて各コア６８〜７１とロータ６６の周面
間の間隙が変化し、その結果、一次コイル７２〜
７５より各対応したコア６８〜７１に発生させら
れているそれぞれ90度づつ位相のずれた正弦波状
の磁束の密度がそれぞれコアとロータ間の間隙に
対応して変化し、二次コイル７６〜７９の出力端
からは、前記第１図に示すように検出軸６５の回
動角度θに対応した位相角を有する位相信号ｅが
取り出されることになる。

ところで、この種のものは、ステータにコアを
設けてそれにコイルを巻装するために大型化して
しまうことは避けられず、また、コアを有するた
めに励磁信号の角速度ωをある限度以上とするこ
とは困難である。これを改善するには、コイルを
例えばフオトエツチングにより薄型に形成したプ
リントコイルに置き換えることが考えられる。し
かし、円周上の４点にプリントコイルを固定する
に際しては、位置決め誤差の発生が避けられず、
それにより精度が直接劣化してしまう問題があ
る。また、円周方向に対しては小型化されるが、
磁束密度の変化にはロータ周面とコイル間の間隙
変化を利用するために、ロータの幅をある程度大
きくとる必要があり、長さの短縮は難しく、しか
も、検出軸とロータよりなる回転部の慣性モーメ
ントも大になるために、被検出対象の動作に影響
を及ぼす恐れもある。

ところで、いま、ロータの端面方向について検
討するのに、検出軸と同心の円板と偏心ロータと
を対向させると、その両者の対向面積は全体でみ
れば、ロータの回動角度によらず常に一定である
が、その一部、例えばＸ軸上における対向面積の
変化をみると、それはロータの回動角度θに対応
して正弦波状に変化し、しかも、そのＸ軸から90
度だけずれた位置では対向面積の変化もＸ軸の位
置とは90度ずれることになる。したがて、ロータ
と対向させてコイルを配置すると、その対向面積
の変化により前記の間隙変化を利用するものと同
様の動作が行なわれ、しかも、この場合の間隙は
一定で、対向面積の変化のみを利用するのでロー
タは薄円板化してよいことになる。

本発明は上記検討の結果に基づき、小型でしか
も応答性のよい角度センサを提供しようとするも
のであり、筐体に回動自在に支承された検出軸に
偏心円板を固着し、その偏心円板の端面と対向さ
せて筐体に基板を固定し、その基板の対向面上に
は、90度づつ間隔をおいた４ケ所に一次用プリン
トコイルと二次用プリントコイルを積層状態に形
成し、その一次用プリントコイルのそれぞれ180
度隔てた位置のコイル対は、その磁極を逆相の状
態に結線されると共に、それぞれのコイル対をそ
れぞれ90度位相の正弦波発振器と結線し、前記二
次用プリントコイルは、それぞれ180度隔てた位
置のコイル対を差動的に結線すると共に、両コイ
ル対間も結線し、それにより検出軸の回動角度に
対応した位相角を有する位相信号が二次用プリン
トコイルの出力端から取り出せるようにしたもの
である。

以下、本発明の実施例につき詳細に説明する。
第４図およびそのＢ−Ｂ方向断面を示す第５図に
おいて、小型の筒形筐体８０の前蓋８１と後底壁
８２には、それぞれのベアリング８３，８４を介
して検出軸８５が回動自在に支承され、先端は前
蓋８１の外方に突出している。その筐体８０内に
おいて、検出軸８５にはそれと偏心させた円板８
６が固着され、その偏心円板８６の右端面と対向
状態に基板８７が筐体８０の後底壁８２の内面に
固定され、その基板８７の対向面上には90度づつ
間隔をおいた４ケ所に一次用プリントコイル８８
〜９１と二次用プリントコイル９２〜９５が積層
状態に固定されている。そして、その一次用プリ
ントコイルのそれぞれ180度隔てた位置のコイル
対８８と９０，８９と９１は、その磁極が逆相と
なる状態に結線され、それらコイル対８８と９
０，８９と９１の開放端は図示されていない90度
位相の正弦波発振器と結線されている。また、前
記二次用プリントコイルは、それぞれ180度隔て
た位置のコイル対９２と９４，９３と９５がそれ
ぞれ差動的に結線されると共に、その両コイル対
間も直列に結線され、その開放端から出力の取り
出しが行なわれるようになつている。

以上のものにおいては、一次用プリントコイル
８８〜９１に90度づつ位相のずれた正弦波状の励
磁信号が加えられる結果、各コイル８８〜９１は
それに対応して正弦波状に磁束密度が変化する磁
束を発生する。このとき、各コイル８８〜９１と
対向する偏心円板８６の面積は、検出軸８５の回
動角度に対応してそれぞれ90度づつの位置ずれを
有した正弦波状に変化することになり、したがつ
て二次用コイル９２〜９５と鎖交する磁束の密度
はさらにその変化に対応して正弦波状に変化し、
結局、二次用コイル９２〜９５には、振幅がそれ
ぞれ回動角度θの正弦、余弦、反転正弦、反転余
弦に対応し、それぞれは90度づつの位置ずれを有
する正弦波出力が発生し、これら二次用コイル９
２〜９５の開放端からは前記(1)式と同様（但し、
振幅は2Bと異なる）に検出軸８５の回動角度θ
に対応して位相角が変化する位相信号が取り出さ
れる。

而して、一次用、二次用のプリントコイルの位
置は同一基板に対して行なわれるので正確に位置
決めされ、また、その厚さは微小であり、さら
に、偏心円板も対向面積を利用するのでその肉厚
は薄くてよいことになる。

尚、上記実施例においては、各プリントコイル
間に全く形状等のばらつきがない場合を例示した
が、製作過程でわずかにばらつきが避けられない
場合には、第６，７図に示すように、筐体８０の
後底壁８２のコイルと対向する位置に螺孔９６，
９８を穿ち、そこに鉄芯９７，９９を螺合し、そ
のコイル内への突出長さを調節することにより各
コイル間の電磁特性を一致させるようにしてもよ
い。

以上のとおりであり、本発明は、偏心円板の端
面と対向させて基板を配置し、その基板上にプリ
ントコイルを形成しているので、全体を極めて小
型化することができ、しかも、コアなしのプリン
トコイルにより応答性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は角度センサの原理説明のためのモデル
図、第２図は従来の角度センサの構造を示す正面
断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ方向断面図、第
４図は本発明の実施例を示す正面断面図、第５図
は第４図のＢ−Ｂ方向断面図、第６図は本発明の
他の実施例を示す正面断面図、第７図は第６図の
Ｃ−Ｃ方向断面図である。 ８５：検出軸、８６：偏心円板、８７：基板、
８８〜９５：プリントコイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筐体に回動自在に支承された検出軸に偏心円
   板が固着され、その偏心円板の端面と対向させて
   筐体に基板が固定され、その基板の対向面上に
   は、90度づつ間隔をおいた４ケ所に一次用プリン
   トコイルと二次用プリントコイルが積層状態に形
   成され、その一次用プリントコイルのそれぞれ
   180度隔てた位置のコイル対は、その磁極が逆相
   の状態に結線されると共に、それぞれのコイル対
   はそれぞれ90度位相の正弦波発振器と結線され、
   前記二次用プリントコイルは、それぞれ180度隔
   てた位置のコイル対が差動的に結線されると共
   に、両コイル対間が結線された角度センサ。 ２ 筐体に回動自在に支承された検出軸に偏心円
   板が固着され、その偏心円板の端面と対向させて
   筐体に基板が固定され、その基板の対向面上に
   は、90度づつ間隔をおいた４ケ所に一次用プリン
   トコイルと二次用プリントコイルが積層状態に形
   成され、その一次用プリントコイルのそれぞれ
   180度隔てた位置のコイル対は、その磁極が逆相
   の状態に結線されると共に、それぞれのコイル対
   はそれぞれ90度位相の正弦波発振器と結線され、
   前記二次用プリントコイルは、それぞれ180度隔
   てた位置のコイル対が差動的に結線されると共
   に、各コイル対間が結線され、基板、または筐体
   のプリントコイル中心部と対向する位置には、突
   出長さを調節自在にした鉄芯が螺着されたところ
   の角度センサ。