JPS6042603A - 角度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、１０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３１，３
２．３３．３４も巻装されている。そして、−天川コイ
ル２１〜２４のうち、１８０度隔てた位置のコイル対２
１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２
１と２３，２２と２４の他端間には発振器から出力され
る＾ｓｉｎωｔ、八ｅｏｓωｔ（＾：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−二、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である。そして、ステータ１
０の中心と偏心させ３− 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２３．２２と２４
にそれぞれ八ｓｉｎωｔ１Ａｃｏｓωｔ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１
１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
ｉ％８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
って、これら二次コイル３１−３４の各出力は、それぞ
れＢｓ１ｎθｓｉｎωｔ。

Ｂｃｏｓ　Ｏｃｏｓωｔ、−Ｂｓ１ｎθｓｉｎωｔ、−
ＢｅｏｓθｅＯ９ωｔ（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−（−ｓｉｒ＋ｏｓｉｎω
ｔ）＋ｃｏｓθｅＯ８ωｔ−（−ｃｏｓθｃ、ｏ　ｓω
１）］４− ＝２Ｂｃｏｓ（ωを一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＾−八力方向断面示す第３図面の簡単な
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６３１．６４を介して検出軸６
５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って突設されたコア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７６〜７９が巻装
されている。

そして、−次コイル７２〜フ５は、互に１８０度隔てた
位置のフィル対７２と７４．７３と７もの磁極が逆相と
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１
８０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、−次コイル７２〜７５より各対応しすこ
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７６〜７
９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７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外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
タの幅をある程度天外くとる必要があり、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、ロータの日勤角
度によらず常ｔこ一定であるが、その一部、例えばＸ軸
上における７一 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。

したがって、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ＩＩｓ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外、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
に一次相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−次用プリントコイルのそれぞれ１
８０度隔てた位置のコイル対は、その磁極を逆相の状態
に結線すると共に、それ−８＝ 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フィル
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外詳細に説明する。

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８６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ケ所に一次相プリントコイル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−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９０．８９と旧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ってい
る。

以−りのものにおいては、−次用プリン［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
、各フィル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
の位相ずれを有した正弦波状ｔこ変化することになり、
したがって二次用コイル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Ｖｉｌ
ｉ１動角度θの正弦、余弦、反転正弦、反転余弦智こ対
応し、それぞれは９０度づつの位相ずれを有する正弦波
出力が発生し、これら二次用コイｌし９２〜９５の開放
端からは前記（１）式と同様（但し、振幅は２Ｒ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、−天川、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（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（
形状等のばらつきがな１・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９７．９
９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
よし１゜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」二にプリント
フィ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図の八−へ方向断面図、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ｌ’１−Ｉ）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、８８〜９
５ニブリントコイル 出願人 株式会社小野測器 代表者小野義一部 ｆｌ　口 Ｃ 「８０ 一＋、ｙ囚 ９ヂ（柳％ｏり ＋６図 才／７図

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＋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−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」二には、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−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
   イル対はそれ杉れ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。