WO2006080325A1 - 回転センサ - Google Patents

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WO2006080325A1
WO2006080325A1 PCT/JP2006/301095 JP2006301095W WO2006080325A1 WO 2006080325 A1 WO2006080325 A1 WO 2006080325A1 JP 2006301095 W JP2006301095 W JP 2006301095W WO 2006080325 A1 WO2006080325 A1 WO 2006080325A1
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rotation
degrees
rotation sensor
coil
sensing unit
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PCT/JP2006/301095
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Shinji Hori
Shinichiro Iizuka
Tomoaki Toratani
Shinya Saito
Kousuke Yamawaki
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The Furukawa Electric Co., Ltd.
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    • G01D2205/20Detecting rotary movement
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    • G01D2205/20Detecting rotary movement
    • G01D2205/28The target being driven in rotation by additional gears

Definitions

  • the present invention relates to a rotation sensor that is attached to a rotating body and used to detect the rotation angle of the rotating body.
  • a so-called rotation sensor is used when detecting a rotation angle of a needle attached to a rotating shaft such as a steering shaft of an automobile and integrated with the shaft (for example, Patent Document 1 and Patent Reference 2).
  • the rotation sensor described in Patent Document 1 is a rotation sensor that measures a rotation angle of a main rotating body that rotates in conjunction with two sub-rotating bodies, and the main rotating body includes a gear.
  • each of the two sub-rotators has a gear.
  • the number of gear teeth of the main rotor and the number of teeth of each gear of the sub-rotor are different from each other.
  • the gear of the main rotor and the gear of one sub-rotator are combined, and the gear of the main rotor is And the gear of the other sub-rotator are engaged.
  • Each of the sub-rotators is equipped with a magnet, and two AMR sensors for detecting the magnetic flux of each magnet are provided in the fixed part of the rotation sensor.
  • the absolute rotation angle of the main rotor is calculated using the phase difference between the detection output values obtained from the two AMR sensors and having different phases.
  • the rotation sensor described in Patent Document 2 includes a rotor having a sensing unit attached to a rotating shaft and changing in width along the circumferential direction, and a sensing unit attached to a fixed member. And a fixed core disposed opposite to each other at an interval in the axial direction of the shaft.
  • the fixed core is formed of a first excitation coil that forms a magnetic circuit with the rotor when an AC excitation current is passed, and a first excitation coil that is formed of an insulating magnetic material and holds the first excitation coil. With one core.
  • the rotation sensor further includes a conductor layer whose width changes along the rotation direction and a Geneva gear that is sent at a predetermined rotation angle for each rotation of the rotor, on one fixing member that sandwiches the rotation surface of the rotor. Yes. It also has a second exciting coil and a second core that holds this exciting coil, and the Geneva gear feed amount (rotor A detection coil that detects the rotational speed of the rotor by changing the output stepwise according to the rotational speed of the rotor.
  • a displacement sensor that is attached to a measurement object and detects the amount of displacement of the measurement object is known (see, for example, Patent Document 3).
  • the displacement sensor described in Patent Document 3 is arranged to face each other with a predetermined interval between a coil member in which a coil is wound and an alternating current is applied, and along the coil. And a moving element that displaces. Then, the displacement of the moving element is detected based on the inductance variation of the coil due to the change of the effective inductive coupling area between the coil and the moving element.
  • Patent Document 1 JP 2001-505667 (No. 6-10, Fig. 1)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-202240 (Page 2-4, Fig. 1)
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-170273 (Page 5-7, Fig. 1)
  • the rotation sensor described in Patent Document 1 As described above, in the rotation sensor described in Patent Document 1, the gears of the sub-rotor are engaged with the gears of the main rotor, and the respective rotation detection value forces of the sub-rotators are measured. The absolute rotation angle of the rotating body is calculated. Therefore, the detected angle error due to the backlash between the gears of one of the sub-rotators and the main rotor and the detected angle error due to the backlash between the gears of the other sub-rotator and the main rotor are the rotation of the main rotor. It will be superimposed as an angle error of the angle. Therefore, the rotation sensor described in Patent Document 1 has a suitable force for accurately detecting the rotation angle of the rotating body to be measured.
  • the rotation sensor described in Patent Document 2 is a combination of a ring-shaped sensing unit made of a conductive member and a coil core that generates a magnetic flux so that the sensing unit intersects the rotation angle of the main rotating body. Force is also measured. Therefore, compared with the rotation sensor described in Patent Document 1 described above, it is possible to accurately detect the absolute rotation angle of the rotating body to be measured.
  • the rotation speed of the main rotor is output step by step by the Geneva gear, the conductive layer, and the detection coil, there are steps in the output stage corresponding to each rotation speed of the main rotor.
  • An object of the present invention is to provide a rotation sensor excellent in assemblability that allows a certain degree of dimensional tolerance and assembly tolerance while being excellent in detection accuracy.
  • an object of the present invention is to provide a rotation sensor with high detection accuracy that improves the resolution of detection of the absolute rotation angle of a rotating body to be measured and improves noise resistance.
  • a rotation sensor corresponds to a main rotating body that moves integrally with the rotating body to be measured, and the rotation of the main rotating body.
  • a sub-rotator that rotates at a speed different from the rotation speed of the main rotor, a first detector that detects the rotation of the main rotor, and a second detector that detects the rotation of the sub-rotator.
  • the rotation sensor for detecting the absolute rotation angle of the rotating body to be measured from the detection signal of the first detection means and the detection signal of the second detection means,
  • Each detection signal obtained from the first detection means and the second detection means is periodically output corresponding to the rotation of each rotating body, and the period of the detection signal of the first detection means is Tc.
  • the period of the detection signal of the second detection means is Tm,
  • the main rotating body By detecting the rotation angle of the main rotating body and the rotating angle of the sub-rotating body rotating at a different rotational speed under the condition that the detection cycle of each detecting means satisfies the relationship as described above, the main rotating body is detected. That is, the resolution of detecting the rotation angle of the rotating body to be measured is improved and the noise resistance is improved.
  • the rotation sensor according to claim 2 of the present invention is the rotation sensor according to claim 1,
  • the detection signal cycle Tc of the main rotor is 90 degrees
  • the detection signal cycle Tm of the sub rotor is 1
  • the combination of the two output values of the first detection means and the second detection means can be optimally associated with the absolute rotation angle of the main rotor.
  • the rotation sensor according to claim 3 of the present invention is the rotation sensor according to claim 1,
  • the period Tc of the detection signal of the main rotor is 120 degrees, and the period Tm of the detection signal of the sub rotor is
  • the combination of the two output values of the first detection means and the second detection means can be optimally associated with the absolute rotation angle of the main rotor by this combination of cycles.
  • the rotation sensor according to claim 4 of the present invention is the rotation sensor according to claim 1,
  • the period Tc of the detection signal of the main rotor is 120 degrees, and the period Tm of the detection signal of the sub rotor is
  • the combination of the two output values of the first detection means and the second detection means can also be optimally associated with the absolute rotation angle of the main rotor by this combination of cycles.
  • the rotation sensor according to claim 5 of the present invention is the rotation sensor according to claim 1,
  • the common minimum is Tx.
  • the absolute rotation angle of the main rotor corresponding to the combination of the two output values of the first detection means and the second detection means within a measurement range of ⁇ 720 degrees
  • the absolute rotation angle can be determined reliably and uniquely from the output value of the first detection means and the output value of the second detection means.
  • the combination range of Tm and Tc is made narrower, and the first detection means and the first detection means corresponding to the absolute rotation angle of the main rotor
  • the combination of the two output values with the second detection means can reduce the combinations that do not improve the detection performance and narrow down the effective combination range.
  • the rotation sensor according to claim 7 of the present invention is the rotation sensor according to any one of claims 1 to 6,
  • a conductive sensing portion that rotates integrally with the main rotating body and changes in width along a circumferential direction, and the main rotating body by electromagnetic induction in cooperation with the sensing portion.
  • An excitation coil for detecting a rotation angle, and the second detection means includes a magnet on the sub-rotator, and a magnetic flux detection element that detects a change in magnetic flux of the magnet according to the rotation of the sub-rotator. It is characterized by having prepared.
  • the detection accuracy is remarkably improved as compared with a rotation sensor using two gears for the sub-rotor.
  • the detection accuracy can improve the vibration resistance as compared with the rotation sensor that detects the number of rotations of the main rotating body with the Geneva gear, and the assembly property of the rotation sensor itself is improved.
  • the disadvantage of the conventional rotation sensor provided with the Geneva gear that is, by outputting the rotation speed of the main rotor in a stepwise manner for each rotation speed by the Geneva gear, the conductive layer, and the detection coil, This solves the problem that it is difficult to detect the number of rotations of the main rotor if the step of the output stage corresponding to each number of rotations of the main rotor is small.
  • the exciting coil is held by a core body made of a mixed soft magnetic material in which a Mn—Zn soft magnetic material ferrite is mixed with a polysulfide sulfide.
  • the rotation sensor according to claim 9 of the present invention is the rotation sensor according to claim 7,
  • the exciting coil is held by a core body made of a mixed soft magnetic material in which Fe-Si-A1-based sendust is mixed with epoxy resin! /
  • the permeability can be increased and the detection characteristics can be improved.
  • the temperature characteristics of the magnetic permeability can be improved, and the rotation sensor can be used in a wide range of operating environments without being affected by the ambient temperature.
  • the rotation sensor according to claim 10 of the present invention provides:
  • a conductive sensing part whose width or thickness changes according to the movement of the measurement object, a core body arranged opposite to the sensing part, and an excitation arranged corresponding to the outer peripheral wall of the core body
  • the opposing surface on the sensing portion side of the core body has a track shape, and the sensing portion is assembled so as to be displaced within a linear portion of the track-like opposing surface of the core body. It is characterized by.
  • the sensing unit Even if the sensing unit is displaced within the linear portion of the track-like facing surface of the core body, the area of the sensing unit that intersects the magnetic flux does not change so much. As a result, the sensing unit is slightly in the longitudinal direction of the core body. Even if there is a deviation, the error in the output value of the detected rotation amount can be minimized. For this reason, it is possible to detect the rotation amount stably without being affected by the dimensional tolerance or assembly tolerance of the parts.
  • the rotation sensor according to claim 11 of the present invention provides:
  • a rotation sensor comprising a single core, a core body disposed opposite to the sensing section, and a coil core having an excitation coil disposed corresponding to an outer peripheral wall of the core body.
  • the excitation coil is wound around the core body.
  • a tapered portion that is inclined along the extending direction of the sensing portion is formed on at least a part of a surface of the protruding portion that faces the sensing portion.
  • the rotation sensor according to claim 12 of the present invention provides:
  • a conductive sensing part whose width or thickness changes according to the movement of the measurement object, a core body arranged opposite to the sensing part, and an excitation arranged corresponding to the outer peripheral wall of the core body
  • the opposing surface on the sensing unit side of the core body has a rectangular shape whose longitudinal direction is a direction orthogonal to the extending direction of the sensing unit, and the sensing unit is formed on the core body. It is assembled so as to be displaced in the longitudinal direction within the rectangular opposing surface.
  • FIG. 1 is a plan view showing rotation sensors of the first and second embodiments according to the present invention in a state of being transmitted through an upper case
  • FIG. 2 A side view showing a part of the internal configuration of the rotation sensor corresponding to FIG. 1 in a partially transparent state.
  • FIG. 3 An enlarged view showing the relationship between the coil core of the rotation sensor shown in FIG. Perspective view,
  • FIG. 4 A perspective view showing only one of the coil cores shown in FIG. 3 in an enlarged manner.
  • ⁇ 5 A perspective view showing a state where the coil core force excitation coil shown in FIG. 4 is removed.
  • Fig. 6 shows the combined force between the coil core and the sensing unit.
  • Fig. 6 (a) to Fig. 6 (b) show how to detect the rotor rotation angle.
  • ⁇ 8 Diagram showing the absolute rotation angle of the rotating body to be measured and the ratio of the coil core detection output to the cycle and the ratio of the MR element detection output to the cycle.
  • FIG. 9 A list showing the relationship between the small rudder angle, large rudder angle, and absolute rotation angle in the order of absolute rotation angle in the range of the small rudder angle from 44 degrees to 46 degrees.
  • ⁇ 11 A plan view showing a rotation sensor that is powerful in the modification of the first embodiment of the present invention in a state where it partially penetrates the upper case
  • FIG. 12 A signal processing circuit of the modification shown in FIG.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a mounting positional relationship with a sensing portion of a coil core having a round peripheral surface facing the sensing portion of the coil core, which is a comparative example of the second embodiment of the present invention.
  • the sensing width is 2 mm and the sensing width is 5 mm when the sensing section is shifted in the X-axis direction, that is, in the radial direction of the sensing section orthogonal to the extending surface of the sensing section with respect to the coil core of the comparative example.
  • the sensing unit is not aligned with the coil core of this example in the X-axis direction, that is, in the radial direction of the sensing unit orthogonal to the extending surface of the sensing unit Measurement diagram showing the detected output value at a sensing width of 2 mm and sensing width of 5 mm.
  • FIG. 18 In the second embodiment of the present invention, when a recess is not formed in the coil winding protrusion of the coil core of this example, a recess having a depth of 0.2 mm and a depth of 0 mm are formed. When a dent that forms a groove of 3 mm and a dent that forms a groove of 0.5 mm are formed, the sensing unit is even in the Z-axis direction, that is, the direction perpendicular to the sensing surface of the sensing unit. Measurement diagram of each detected output value when
  • FIG. 19 shows a case where a recess is not formed in the coil winding projection of the coil core of the comparative example in the second embodiment of the present invention, and a recess having a depth of 0.2 mm and a depth of 0.
  • a recess having a depth of 0.2 mm and a depth of 0.
  • FIG. 20 is a coil core related to the coil core of the comparative example in the second embodiment of the present invention, and has a taper portion along the extending direction of the sensing portion on the upper surface facing the sensing portion of the coil winding protrusion.
  • FIG. 21 The sensing part for each coil core of the present example, the comparative example, and the modified example in the second embodiment of the present invention. ⁇ It is the comparison result which computed the output difference of the detection output value of 5 mm for every coil core of a present Example and a modification, and the coil core of a comparative example.
  • the rotation sensor 1 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the rotation sensor 1 according to the first embodiment of the present invention is a steering shaft S (hereinafter simply referred to as "shaft S") that is a rotating body to be measured. ) And a rotor 10 having a first gear 11 on the outer periphery, a second gear 12 meshing with the first gear 11 of the rotor 10, and the rotor 10 and the second gear 12 are rotatably supported.
  • a lower case 21 and an upper case 22 that fits with the lower case 21 to form a box-shaped case 20 are provided.
  • the rotor 10 is made of a synthetic resin excellent in strength and moldability, and a stay 15a extends from a predetermined position around the rotor 10, for example, a plate-shaped sensing portion 15 having a plate thickness of about 0.5 mm. A ring is provided around the rotor 10 via the stay 15a.
  • the sensing unit 15 is made of a conductive member such as brass, silver, aluminum, or copper.
  • the width of the sensing unit 15 is regularly changed from 2 mm to 5 mm, for example, by 90 degrees in the circumferential direction. Become. In this way, by changing the width of the sensing unit 15 by 90 degrees in the circumferential direction, the change in the detection signal from the coil core 50 with respect to the actual rotation angle of the rotor 10 is greatly increased.
  • the upper case 22 and the lower case 21 are made of a shielding material that is also a metal or an insulating magnetic material that has excellent strength and has an AC magnetic field shielding property.
  • the rotor 10, the sensing unit 15, and the second gear 12 are accommodated together in a box.
  • the lower case 21 is provided with a connector 25 for supplying power to the rotation sensor 1 and transmitting a detection signal of the rotation sensor 1 to the outside.
  • two sets of coil cores 50 are arranged on the upper case 22 and the lower case 21 so as to face each other with a predetermined distance from the sensing surface of the sensing unit 15 of the rotor 10. It is attached to place.
  • the sensing unit 15 and the coil core 50 cooperate to constitute the first detection means.
  • each outer peripheral edge has a track shape for track and field in the plan view shown in Fig. 1.
  • two sets of coil cores 50 are arranged so as to be shifted by this 1Z4 period, that is, 22.5 degrees.
  • the coil core 50 includes a core main body 51 made of an insulating soft magnetic material such as a plastic magnet (for example, a mixed soft magnetic material in which Mn-Zn soft magnetic ferrite is mixed in PPS (polyphenylene sulfide)), and the like.
  • An exciting coil 52 wound around a track-like inner circumferential groove formed along the outer peripheral portion of the core body 51 and accommodated in the core body 51 is provided.
  • the core body 51 is formed by injection molding, and the magnetic powder filling rate is about 50% by weight.
  • the core body is made of a mixed soft magnetic material in which Fe-Si-A1-based sendust is mixed with epoxy resin.
  • the core body may be held by.
  • the core body is formed by compacting and the magnetic powder filling rate is 90% by weight or more.
  • the exciting coils 52 facing each other are connected in series, and are electrically connected within the case 20 to a printed circuit board of a rotation angle detection unit (not shown). Then, an alternating excitation current is passed through the opposing exciting coil 52 to form an alternating magnetic field around it, and the alternating magnetic field intersects the sensing surface of the sensing unit 15 between the paired core bodies 51. ing.
  • An eddy current is generated in the sensing part 15 of the conductive member by the alternating magnetic field generated from the coil core 50, and this occurred in response to the change in the width of the sensing part 15 according to the rotation of the rotor 10.
  • the eddy current changes, and impedance fluctuations based on this change are detected, and each coil core 50 detects the rotation angle of the rotor 10 at a cycle of 90 degrees.
  • a signal processing method for detecting the rotation angle of the rotor 10 is as follows. In addition, illustration is abbreviate
  • the oscillation circuit outputs an oscillation signal having a specific frequency to the phase shift unit including the resistor, the exciting coil 52, and the capacitor force through the frequency dividing circuit.
  • the impedance of each excitation coil 52 changes according to the magnitude of eddy current generation in the sensing unit 15, and the phase of the voltage signal at both ends of each capacitor also changes due to this impedance change.
  • the voltage signals at both ends of the capacitor are output to the phase shift amount detection unit, and the detection unit detects the phase shift amount of the voltage signal at both ends of each capacitor. Then, the converter converts the detected phase shift amount into a corresponding voltage value.
  • the coil core 50 is placed around the sensing unit 15 so that the phase of the phase shift amount output signal obtained by the cooperation of each coil core 50 and the sensing unit 15 is shifted by 22.5 degrees. Since it is arranged in the case 20 in correspondence with the direction, the phase shift amount output value SA of one coil core 50 and the other coil core 50 are processed by the signal processing as described above, as shown in FIG. Output value of phase shift amount The output value of the phase shift amount with a period of 90 degrees with a phase shift of 22.5 degrees is obtained like SB.
  • a method for detecting the rotation angle of the rotor 10 at a period of 90 degrees from the output value of the phase shift amount thus obtained is as follows.
  • the output values (SA, SB) of the rotation angle of the rotor 10 obtained from each coil core 50 and the output values (RSA, RSB) obtained by inverting these are superimposed.
  • the rotation angle of the rotor 10 is 0 ° to 22.5 °, 22.5 ° to 45 °, 45 ° to 67.5 °, 67.5 ° to 90 Cut the force in the range of degrees, no! Then, the straight line portions of these four phase shift detection values are used, and the straight line portions are jointed.
  • the lower case 21 has a second portion at the center of the second gear 12.
  • a magnet 61 that rotates integrally with the gear 12 is provided, and an MR element (magnetic flux detection element) 62 that detects the magnetic flux of the magnet 61 is provided in a portion of the lower case 21 that faces the magnet 61.
  • the magnet 61 and the MR element 62 cooperate to constitute a second detection means.
  • the MR element 62 is obtained as a detection output force ⁇ in curve-like detection output and a cos curve-like detection output, and these detection outputs are converted into the detection output of the tan function, and are shown in FIG. As shown, it is output as an output signal with a sawtooth waveform that changes at a cycle of 1 91.25 degrees.
  • This signal processing method is known as described in, for example, JP-A-2004-53444.
  • the first detection signal that also obtains the first detection means force that is configured by the coil core 50 and the sensing unit 15 cooperating is the rotation of the rotor 10.
  • the second detection signal corresponding to the rotation of the second gear 12 is output in accordance with the rotation of the second gear 12 and is output in a cycle of 90 degrees, and the second detection means force obtained by the cooperation of the magnet 61 and the MR element 62 is 191.2. Force that is output in a cycle of 5 degrees In the rotation sensor 1 that is useful in the present invention, it is necessary to satisfy the following relationships between the cycles of these detection signals.
  • the period of the detection signal of the coil core (first detection means) 50 is Tc
  • the detection signal of the MR element (second detection means) 62 If the period of T is Tm,
  • Tc 90 degrees
  • Tm 191.25 degrees
  • the period Tc of the detection signal of the rotor 10 that is the main rotating body is 90 degrees as described above, and the second rotating body is the auxiliary rotating body.
  • the period Tm of the detection signal for the two gears is 191.25 degrees. According to this combination of periods, the combination of the two output values of the first detection means and the second detection means is optimally associated with the absolute rotation angle of the mouth 10 that is the main rotor.
  • the cycle of the rotation detection signal of the rotor 10 obtained from the coil core 50 as the first detection means and the second gear 12 obtained from the MR element 62 as the second detection means is not limited to 90 degrees and 191.25 degrees as in this embodiment, Other cycles may be used as long as each cycle satisfies the relational expression described above.
  • the rotor is obtained from a combination of the first detection signal obtained from the coil core 50 and the sensing unit 15 and the second detection signal obtained from the magnet 61 and the MR element 62.
  • 10 Calibration curve for determining the absolute rotation angle of shaft S As shown in Fig. 9, it is evenly distributed over a wide range of absolute rotation angles. That is, the distribution area of the calibration curve is made as wide as possible, and the calibration curve force S is distributed at equal intervals in this wide area.
  • the correspondence relationship between the rotor 10 corresponding to the combination of the rotation detection signal from the coil core 50 and the rotation detection signal from the MR element 62, that is, the absolute rotation angle of the shaft S can be clearly defined.
  • the cycle of the rotation detection signal from the coil core 50 is 120 degrees and the cycle of the rotation detection signal from the MR element 62 is 130 degrees
  • the period of the two detection signals can satisfy the relational expression described above, and the absolute rotation angle of the rotor 10, that is, the shaft S can be detected with high accuracy.
  • the calibration curves shown in FIG. 7 are defined in a distributed manner within a wide range of absolute rotation angles of the rotor 10 to be measured, that is, the shaft S.
  • the rotation sensor 1 that is effective in the present embodiment has a special relationship between the cycle of the detection signal of the coil core 50 and the cycle of the detection signal of the second gear 12, and therefore the coil core 50 corresponding to the rotation of the rotor 10.
  • the correspondence relationship between the output signal cycle and the output signal cycle of the MR element 62 provided in the second gear 12 is limited to the calibration curve in FIG.
  • the rotation signal detection value of the rotor 10 by the coil core 50 and the sensing unit 15 is output continuously in a sawtooth waveform every 90 degrees from 750 degrees to +750 degrees.
  • the rotation angle detection output cycle of the second gear 12 by the MR element 62 and the magnet 61 is alternately output continuously in a sawtooth waveform every 191.25 degrees.
  • Fig. 9 shows the detected output value of the small steering angle obtained by detecting the rotation angle of the rotor 10 for each range of 90 degrees.
  • the detected output value of the large steering angle in which the rotation angle of the second gear 12 is detected for each range of 191.25 degrees, and the rotor 10 that is the rotating body to be measured obtained based on these detected output values 4 is a list showing an example of a correspondence relationship with an absolute rotation angle of a shaft S.
  • the rotation sensor 1 that is effective in the present embodiment may store all the absolute rotation angle relationships corresponding to these in a memory in a one-to-one correspondence.
  • the absolute rotation angle is uniquely determined by the microcomputer calculation from the detected output value and the detected output value of the large steering angle.
  • the angle detected by the MR element 62 that detects the large steering angle is ⁇ 95.625 degrees to +95.625 degrees (total 191.25 degrees).
  • the angle determined by the coil core 50 that detects the small steering angle is 0 degree to +90 degrees. At the origin, both MR element 62 and coil core 50 are assumed to be 0 degrees.
  • the detection period Tc of the coil core 50 is 90 degrees, and the detection period Tm of the MR element 62 is 191.25 degrees, so when considering the least common multiple,
  • the large rudder angle is in two series (44 and –46 degrees are the base points).
  • the table of Fig. 9 shows the large steering angle and absolute angle when the small steering angular force is 4 degrees.
  • the absolute rotation angle is -766 degrees and 764 degrees
  • the small steering angle and the large steering angle have the same relationship!
  • the relationship is the same where the absolute angle is 1530 degrees apart.
  • Tx TcXn
  • the interval between the calibration curves adjacent to the calibration curve defined by the combination of the two output values of the first detection means and the second detection means is widened.
  • the range of combinations of Tm and Tc is narrowed, and the detection performance is improved by combining the two output values of the first detection means and the second detection means corresponding to the absolute angle.
  • the number of combinations is reduced to an effective range.
  • the range of the absolute rotation angle is -750 degrees to +750 degrees.
  • the small steering angle is detected as 44.00 degrees in the detected value force of the coil core 50.
  • the detected steering force of the MR element 62 is determined based on the large steering angle. Assume that the detected value of MR element 62 is about -12.25 degrees as shown in Fig. 9. In this case, the sign of the large rudder angle (minus) reverses the sign of the small rudder angle (plus) and + Z,
  • the MR element 62 is close to the detected large steering angle, so there is a memory table corresponding to the small steering angle detection output value and the large steering angle detection output value. Even if the detected output value of the small rudder angle and large rudder angle is calculated by the microcomputer,
  • Figure 10 shows the absolute rotation based on the detected output value of the small steering angle and the detected output value of the large steering angle. It is the figure explaining another example of the method of calculating
  • the absolute rotation angle is specified as -46 degrees.
  • the absolute rotation angle is calculated when the output force of the coil core 50 is also a small steering angle force of 4 degrees and the large steering angle is detected as 68.5 degrees from the output of the MR element 62 will be described. .
  • the rotation sensor 1 detects the rotation angle of the rotor 10 through the coil core 50 and the sensing unit 15 as a small steering angle every 90 degrees.
  • the rotation of the second gear 12 is detected at intervals of 191.25 degrees through the magnet 61 and the MR element 62 as a large steering angle. That is, the period of the first detection signal obtained from the rotor 10 that is the main rotor, that is, the shaft S, and the period of the second detection signal obtained from the second gear 12 that is the auxiliary rotor are described above. It is a rotation sensor that satisfies the relational expression of the cycle.
  • the absolute rotation angle can be uniquely determined with high accuracy simply by obtaining the detection output of the small steering angle and the detection output of the large steering angle as shown in FIG. This makes it possible to perform absolute rotation angle detection with high accuracy and excellent noise resistance.
  • the coil core and the sensing unit, the magnet, and the MR element are provided in cooperation for the first and second detection, but the present invention is not limited to this. It goes without saying that other magnetic flux detection means such as an AMR element, a Hall element, and a GMR element may be used instead of the MR element. Further, although the coil core has a track-like shape in plan view, the present invention is not limited to this, and may have a circular shape in plan view.
  • one set of coil cores 150 (coil 151 as coil A1 and coil 152 as coil B1) are arranged at appropriate positions on the sensing unit 115, and the other side.
  • the coil core 160 (coil 161 that is the coil A2 and coil 162 that is the coil B2) is arranged at a suitable position on the sensing unit 115 different from the coil core 150.
  • Fig. 11 Fig. 11 shows only the rotor 110, the sensing unit 115, and the coil cores 150 and 160.
  • the sensing unit 115 is shown in FIG.
  • the period of change in sensing width may be divided into three in the circumferential direction of the sensing section with a period of 120 degrees, or may be divided into four in the circumferential direction of the sensing section with a period of 90 degrees.
  • the period of change in sensing width may be divided into three in the circumferential direction of the sensing section with a period of 120 degrees, or may be divided into four in the circumferential direction of the sensing section with a period of 90 degrees.
  • ,, Or, is divided into 5 parts in the circumferential direction of the sensing part as 72 degrees per cycle, and V may be divided evenly in the circumferential direction of the sensing part at any frequency! Any form is acceptable.
  • the core body used for the coil core in this case is also made of a mixed soft magnetic material in which Mn—Zn soft magnetic material ferrite is mixed with a polyphenylene sulfide as in the embodiment described above.
  • the core body is formed by injection molding, and the magnetic powder filling rate is about 50% by weight.
  • the core body may be made of a mixed soft magnetic material in which Fe-Si-A1-based sendust is mixed with epoxy resin.
  • the core body is formed by compacting, and the magnetic powder filling rate is 90% by weight or more.
  • nX S + SZ4 (where n is an integer).
  • the other set of coil cores 160 are also arranged so as to be shifted from each other in the circumferential direction of the sensing unit 115 so as to form this angle ⁇ .
  • FIG. 12 shows a signal processing circuit according to this modification, and the signal generators 250, 2 60 amplifies the signals detected by the coil cores 150 and 160 and outputs them to the signal processors 350 and 360, respectively.
  • the signal processing units 350 and 360 serve to process input signals by the CPUs and output the data to the ECU 400.
  • the ECU 400 plays a role of detecting the rotation angle of the rotating body from the input data.
  • the rotation data of the main rotor can be determined by confirming the output data based on the signal of one set of coil core force and the output data based on the signal of the coil core force of the other set. Redundancy when detecting the angle can be ensured.
  • the rotation sensor that works with the prior art detects the rotation angle of the main rotating body using the mouth and the coil core whose width changes in the rotating direction, and also detects the rotation angle of the main rotating body.
  • a Geneva gear that rotates in conjunction with the main rotating body is provided, and the rotation of the Geneva gear is further changed using a rotor and a coil core whose width changes in the rotation direction. It came to detect! /
  • the rotation sensor according to the first embodiment of the present invention does not use such a Geneva gear. That is, a sensor element that provides a sub-rotor connected to the main rotor via a gear, includes a magnet in the sub-rotator instead of the Geneva gear, and detects a change in magnetic flux such as an MR element in the fixed member.
  • the rotation angle of the auxiliary rotating body is detected by the combination of the magnet and sensor element. In this way, the rotation of the main rotating body is detected by the electromagnetic induction method and the change of the magnetic flux is detected by the combination of the magnet and the sensor. Calculate the rotation angle in the range of 360 degrees or more.
  • the rotation sensor according to the first embodiment of the present invention has such a configuration, the defect of the conventional rotation sensor including the Geneva gear, that is, the number of rotations of the main rotor is determined. Solves the problem that it is difficult to detect the rotational speed of the main rotating body if the output stage corresponding to each rotational speed of the main rotating body is small by outputting it step by step with the gear, conductive layer and detection coil. did it.
  • the Geneva method requires a large number of stepped signals, and the mechanism is large, which is disadvantageous for miniaturization.
  • the method according to the present invention reduces the size. Is possible.
  • the rotation sensor that works on the first embodiment of the present invention is a further disadvantage of the rotation sensor according to the prior art.
  • the problem of reduced vibration resistance due to the presence of the rotation sensor itself could also be solved.
  • the rotation sensor that works according to the first embodiment of the present invention is a further disadvantage of the rotation sensor that works according to the prior art.
  • a rotor with a variable speed is provided and a coil / core pair is placed between the rotors, positioning of the parts is not easy, so the assembly of the rotation sensor itself is not good and the cost of parts and the number of man-hours increases. The drawbacks could be solved.
  • the rotation sensor 1 that is effective in the second embodiment of the present invention is a steering shaft S (hereinafter simply referred to as "shaft S") that is a rotating body to be measured. ) And a rotor 10 having a first gear 11 on the outer periphery, a second gear 12 meshing with the first gear 11 of the rotor 10, and the rotor 10 and the second gear 12 are rotatably supported.
  • a lower case 21 and an upper case 22 that fits with the lower case 21 to form a box-shaped case 20 are provided.
  • the rotor 10 is made of a synthetic resin excellent in strength and moldability, and a stay 15a extends from a predetermined position around the rotor 10, for example, a plate-shaped sensing unit 15 having a plate thickness of about 0.5 mm. A ring is provided around the rotor 10 via the stay 15a.
  • the sensing unit 15 is made of a conductive member such as brass, silver, aluminum, or copper.
  • the width of the sensing unit 15 is regularly changed from 2 mm to 5 mm, for example, by 90 degrees in the circumferential direction. Become. In this way, by changing the width of the sensing unit 15 by 90 degrees in the circumferential direction, the change in the detection signal from the coil core 50 with respect to the actual rotation angle of the rotor 10 is greatly increased.
  • the upper case 22 and the lower case 21 are made of a shielding material that is excellent in strength and also has a shielding property against an alternating magnetic field and is also a metal or insulating magnetic material.
  • the rotor 10, the sensing unit 15, and the second gear 12 are accommodated in a box shape.
  • the lower case 21 is provided with a connector 25 for supplying power to the rotation sensor 1 and transmitting a detection signal of the rotation sensor 1 to the outside.
  • two sets of coil cores 50 are arranged on the upper case 22 and the lower case 21 so as to face each other with a predetermined distance from the sensing surface of the sensing unit 15 of the rotor 10. It is attached to place.
  • the sensing unit 15 and the coil core 50 cooperate to constitute the first detection means.
  • each outer periphery has a track shape of a so-called track race in the plan view shown in Fig. 1.
  • the coil core 50 is composed of a core body 51 made of an insulating soft magnetic material such as a plastic magnet (for example, a mixed soft magnetic material in which Mn-Zn soft magnetic ferrite is mixed into PPS (poly-phenylene sulfide)), and a core.
  • An excitation coil 52 wound in a track-shaped coil housing groove 55 formed along the outer periphery of the main body 51 and housed in the core body 51.
  • the coil winding winding protrusion 55 has a track-like outer periphery when viewed from the side of the sensing unit as shown in Fig. 5.
  • 53 is formed.
  • a taper portion 53 a that is inclined along the extending direction of the sensing portion 15 is formed on the upper surface of the coil winding projection 53, that is, the surface facing the sensing portion 15.
  • the taper portion 53a is formed such that the upper surface of the coil winding projection 53 is recessed from the both ends in the width direction of the coil winding projection 53 toward the center in the width direction.
  • a V-shaped groove portion 54 having a shallow depth when viewed in the longitudinal section of the coil winding projection 53 is formed in a direction orthogonal to the extending direction of the sensing portion 15.
  • the exciting coils 52 facing each other are connected in series, and are electrically connected in the case 20 to a printed circuit board of a rotation angle detector not shown here. Then, an alternating excitation current is passed through the opposing exciting coil 52 to form an alternating magnetic field around it, and the alternating magnetic field intersects the sensing surface of the sensing unit 15 between the paired core bodies 51. ing.
  • An eddy current is generated in the sensing part 15 of the conductive member due to the alternating magnetic field generated from the coil core 50, and this occurred in response to the change in the width of the sensing part 15 according to the rotation of the rotor 10. The eddy current changes, and impedance fluctuations based on this change are detected, and each coil core 50 detects the rotation angle of the rotor 10 at a cycle of 90 degrees.
  • a signal processing method for detecting the rotation angle of the rotor 10 is as follows. In addition, illustration is abbreviate
  • the oscillation circuit outputs an oscillation signal having a specific frequency to the phase shift unit including the resistor, the exciting coil 52, and the capacitor force through the frequency dividing circuit.
  • the impedance of each excitation coil 52 changes according to the magnitude of eddy current generation in the sensing unit 15, and the phase of the voltage signal at both ends of each capacitor also changes due to this impedance change.
  • the voltage signals at both ends of the capacitor are output to the phase shift amount detection unit, and the detection unit detects the phase shift amount of the voltage signal at both ends of each capacitor. Then, the converter converts the detected phase shift amount into a corresponding voltage value.
  • the coil core 50 is moved around the sensing unit 15 so that the phase of the phase shift amount output signal obtained by the cooperation of each coil core 50 and the sensing unit 15 is shifted by 22.5 degrees.
  • the phase shift amount output value SA of one coil core 50 and the phase of the other coil core 50 are obtained by signal processing as described above.
  • the shift amount output value SB the output value of the phase shift amount with a period of 90 degrees out of phase with each other by 22.5 degrees can be obtained.
  • a method for detecting the rotation angle of the rotor 10 with a period of 90 degrees from the output value of the phase shift amount thus obtained is as follows.
  • the output values (SA, SB) of the rotation angle of the rotor 10 obtained from each coil core 50 and the output values (RSA, RSB) obtained by inverting these are superimposed. .
  • the rotational angle of the rotor 10 is 0 ° -22.5 °, 22.5 ° -45 °, 45 ° -67.5 °, 67.5 ° -90 ° Cut off the force in the range of deviation.
  • the straight line portions of these four phase shift detection values are used, and the straight line portions are jointed.
  • the output signal force of the sawtooth waveform that changes at intervals of 90 degrees shown in FIG. Is calculated at 90 degree intervals.
  • the lower case 21 includes a magnet 61 that rotates integrally with the second gear 12 at the center of the second gear 12, and a lower surface facing the magnet 61.
  • the case 21 is provided with an MR element (magnetic flux detecting element) 62 for detecting the magnetic flux of the magnet 61.
  • the magnet 61 and the MR element 62 cooperate to constitute a second detection means.
  • the MR element 62 is obtained as a detected output value of the detected sinusoidal value and a detected output value of the cos curve, and these detected output values are converted into the detected output value of the tan function. As shown in Fig. 8, it is output as an output signal of a sawtooth waveform that changes every 191.25 degrees.
  • This signal processing method is known as described in, for example, JP-A-2004-53444.
  • the first detection signal that also obtains the first detection means force that is configured by the cooperation of the coil core 50 and the sensing unit 15 is generated by the rotation of the rotor 10.
  • the second detection signal corresponding to the rotation of the second gear 12 is output in accordance with the rotation of the second gear 12 and is output in a cycle of 90 degrees, and the second detection means force obtained by the cooperation of the magnet 61 and the MR element 62 is 191.2. Force that is output in a cycle of 5 degrees In the rotation sensor 1 that is useful in the present invention, it is necessary to satisfy the following relationships between the cycles of these detection signals.
  • the common minimum is Tx, so that the relationship ⁇ 1440 degrees is satisfied.
  • the two output values obtained by the coil core 50 forming the first detection means and the MR element 62 forming the second detection means are within a range of ⁇ 720 degrees of the measurement range. Avoid multiple occurrences of the absolute rotation angle of the rotor 10 or shaft S corresponding to the combination, and reliably and uniquely determine the rotor 10 or shaft S from the output value of the coil core 50 and the output value of the MR element 62.
  • the absolute rotation angle can be obtained.
  • the rotation sensor 1 that is effective in the present embodiment has a special relationship between the cycle of the detection signal of the coil core 50 and the cycle of the detection signal of the second gear 12, and therefore the coil core 50 corresponding to the rotation of the rotor 10.
  • the calibration relationship between the output signal cycle of the MR element 62 and the output signal cycle of the MR element 62 provided in the second gear 12 is wide and equally spaced within the absolute rotation angle to be measured (not shown here) ) Is a limited relationship.
  • the rotation signal detection value of the rotor 10 by the coil core 50 and the sensing unit 15 is output continuously in a sawtooth waveform every 90 degrees from 750 degrees to +750 degrees.
  • the rotation angle of the second gear 12 by the MR element 62 and the magnet 61 is detected and the cycle of the detected output value is output alternately and continuously in a sawtooth waveform every 191.25 degrees.
  • the period detected from the coil core 50 and the sensing unit 15, the MR element 62, and the magnet 61 By comparing the periods in which the force is also detected, the absolute rotation angle of the shaft s that rotates together with the rotor 10 can be determined uniquely and with high resolution with high accuracy.
  • the rotation sensor 1 that is effective in the present embodiment has a track-like surface facing the sensing unit side of the core body 51 of the coil core 50, and the sensing unit 15 is a track of the core body 51. It is assembled so that it may shift within the straight portion of the opposing surface.
  • the sensing unit 15 is slightly shifted in the radial direction of the sensing unit 15 perpendicular to the extending direction of the sensing unit 15 with respect to the coil core 50 (hereinafter, this direction is referred to as “X-axis direction”). Even if this is done, the projected area of the sensing unit 15 on the coil core 50 hardly changes. As a result, even if the sensing unit 15 is slightly displaced in the X-axis direction, the error in the output value of the rotation amount that is detected with almost no change in the magnetic flux intersecting the sensing unit is minimized. be able to.
  • the core body 51 is formed with a coil winding protrusion 53 around which the exciting coil 52 is wound, and at least one of the surfaces of the coil winding protrusion 53 facing the sensing portion 15 is formed.
  • a tapered portion 53a that is inclined along the extending direction of the sensing portion 15 is formed in the portion.
  • the relative position change between the sensing unit and the detection unit due to vibration is reduced.
  • the influence can be reduced.
  • this influence can be reduced.
  • the shape of the coil core is the same as that of the coil core 50 described above, but each outer peripheral edge has a V-shaped track and field track shape in plan view.
  • a shape like the core 70 may be used. That is, the sensing unit side facing surface of the core body 71 of the coil core 70 shown in the figure has a rectangular shape in which the direction perpendicular to the extending direction of the sensing unit 15 is the longitudinal direction, and the sensing unit 15 is the rectangular shape of the core body. It may be assembled so as to shift in the longitudinal direction within the opposite surface.
  • the radial direction of the sensing unit 15 (X-axis direction) in which the sensing unit 15 is perpendicular to the extending direction of the sensing unit 15 with respect to the coil core 70, as in the above-described embodiment. )
  • the projected area of the sensing unit 15 on the coil core 70 hardly changes.
  • the sensing unit 15 is slightly displaced in the X-axis direction, the error in the output value of the rotation amount that is detected with almost no change in the magnetic flux intersecting the sensing unit is minimized. Can be suppressed.
  • the coil core 50 used in the rotation sensor 1 according to the present invention is the present embodiment, and the facing of the core body 151 facing the sensing surface of the sensing unit 15 shown in FIG.
  • a coil core 150 having a circular outer periphery was used as a comparative example.
  • the sensing unit 15 is in a normal position with respect to the coil cores 50 and 150.
  • the sensing unit 15 is slightly shifted in the X-axis direction (the direction perpendicular to the extending direction of the sensing unit 15 and the radial direction of the sensing unit 15) with respect to the coil cores 50 and 150
  • the error of the detection output value of the example and the comparative example was compared.
  • Example 2 the detection output value when the sensing unit 15 is arranged between the coil cores at regular intervals, and the sensing unit 15 in the Z-axis direction (on the sensing surface of the sensing unit 15) Based on the detected output value obtained by shifting slightly in the vertical direction (diameter direction of the rotor 10), the output error when the sensing unit 15 is slightly shifted in the vertical direction with respect to the sensing surface is implemented. Examples and comparative examples were compared.
  • Fig. 15 shows a comparative example using a round coil core 150, where the sensing unit 15 is in the X-axis direction (perpendicular to the extending direction of the sensing unit 15) from the normal positional relationship of the coil core 150 (shield center movement amount Omm). That is, it is a measurement diagram in which the horizontal axis represents the case of deviation in the radial direction of the sensing unit 15 and the vertical axis represents the inductance that is the detected output value measured at each shifted position.
  • the plotted black circle is the detected output value when the sensing unit 15 is shifted by the part where the width of the sensing unit 15 is 2 mm
  • the plotted white circle is the position of the sensing unit 15 when the width of the sensing unit 15 is 5 mm.
  • the detection output value when 15 is shifted is shown.
  • FIG. 16 shows the measurement results corresponding to FIG. 15, and the sensing unit 15 uses the track-type coil core 50 according to the present embodiment to determine whether the sensing unit 15 is from the normal positional relationship (shield center movement amount Omm) of the coil core 50.
  • the horizontal axis represents the case of deviation in the X-axis direction (perpendicular to the extending direction of the sensing unit 15, that is, the radial direction of the sensing unit 15), and the vertical axis represents the inductance that is the detected output value measured at each shifted position. It is the shown measurement figure.
  • the plotted black circle is the detected output value when the sensing unit 15 is shifted while the width of the sensing unit 15 is 2 mm
  • the plotted white circle is the sensing output value when the width of the sensing unit 15 is 5 mm. Show the detected output value when section 15 is shifted! /
  • Fig. 17 shows the difference between the detected output value when the width of the sensing unit 15 is 2 mm and the detected output value when the width of the sensing unit is 5 mm in each deviation amount of the sensing unit 15 in Fig. 15 showing a comparative example.
  • the detection output value when the width of the sensing unit 15 is 2 mm and the sensing unit This is a comparison of the output difference (black circle plot) with the difference in the detected output value for a width of 5 mm.
  • the sensing unit 15 is shifted from the coil core 50 in the X-axis direction, that is, in the radial direction of the sensing unit 15 perpendicular to the extending direction of the sensing unit 15.
  • the detected output value was extremely stable compared to the coil core 150 of this comparative example.
  • this example is a comparative example. Compared to this, it was possible to detect rotation more stably.
  • the sensing portion extends linearly in the longitudinal direction, not in the circumferential direction, and the width is changed in the extending direction, and the coil core of the present invention is provided facing this, the longitudinal direction is increased. It can also be applied as a displacement sensor that detects the moving distance of a direction.
  • the circumferential direction or The sensing part extending in the longitudinal direction is not limited to measuring the amount of rotation by changing the width in the extending direction, but measuring the amount of rotation by changing the thickness in the extending direction. There may be.
  • FIG. 18 shows a coil core 50 having a track-shaped upper surface of the coil winding protrusion portion according to this embodiment, and the sensing unit 15 is in a normal positional relationship (shield center movement amount 0 mm) force.
  • 3 ⁇ 4Inductance that is the detected output value measured at each shifted position, with the horizontal axis being the case where it is shifted in the axial direction (perpendicular to the sensing surface of the sensing unit 15, that is, any coil core direction between the coil cores)
  • the plotted black square corresponds to the comparative example of Example 2, and sensing in the Z-axis direction in the case where there is no tapered portion 53a, that is, the groove portion 54, is formed on the upper surface of the coil winding protrusion of the coil core 50.
  • the deviation of section 15 and the inductance of the detected output value are shown.
  • the plotted white rhombus corresponds to this example of Example 2, and the taper part 53a that forms a slight depression on the upper surface of the coil winding projection 53 of the coil core 50, that is, the groove part having a depth of 0.2 mm.
  • the relationship between the deviation of the sensing unit 15 in the Z-axis direction and the inductance of the detected output value in the case of having 54 is shown.
  • the plotted black triangle corresponds to the present embodiment of the second embodiment.
  • the upper surface of the coil winding projection 53 of the coil core 50 has a medium recess, that is, a groove 54 having a depth of 0.3 mm.
  • the deviation of the sensing unit 15 in the Z-axis direction and the inductance of the detected output value are shown.
  • the plotted white circles also correspond to this example of Example 2, and have a recess 54 deeper than these, that is, a groove 54 having a depth of 5 mm, on the upper surface of the coil winding projection 53 of the coil core 50.
  • the deviation of the sensing unit 15 in the Z-axis direction and the inductance of the detected output value are shown.
  • FIG. 19 uses a round coil core 150, which is a comparative example, similar to the coil core 50 of the present embodiment as shown in FIG. 18, and has a special feature on the upper surface of the coil winding protrusion of the coil core 150.
  • This is a comparison result comparing the case where the tapered portion 163a having a recess is provided (see FIG. 20) and the case where there is no recess on the upper surface of the coil winding projection as in the comparative example.
  • the cross-sectional view formed by the tapered portion 163a inclined along the extending direction of the sensing portion 15 of the coil core 160 is V
  • the sensing portion 15 can be moved in the Z-axis direction as compared with the case where such a tapered portion 163a is completely absent (inductance of detected output values plotted in black and square in FIG. 19). Even if it slightly deviates, the output error of the detected output value hardly occurs.
  • the depth of the groove 164 formed by the tapered portion 163a is not so deep, for example, a depth of 0.2 mm or a depth of about 0.3 mm is the detected output value with respect to the deviation of the sensing portion 15 in the Z-axis direction.
  • the tapered portion described above is formed over the entire upper surface of the coil winding projection of the coil core, and it is sufficient if it is formed at least at a part of the coil core.
  • the sensing unit extends linearly in the longitudinal direction, not in the circumferential direction, and the width is changed in the extending direction, and the coil core of the present invention is provided facing this, the longitudinal direction is increased. It can also be applied as a displacement sensor that detects the moving distance of a direction. Furthermore, the sensing unit extending in the circumferential direction or the longitudinal direction is not limited to measuring the amount of rotation by changing the width in the extending direction, but the amount of rotation by changing the thickness in the extending direction. It is also possible to measure
  • FIG. 21 shows, in addition to the comparison result shown in FIG. 17, the sensing unit 15 at this shifted position corresponding to the shifted position of the sensing unit with respect to the coil core 70 of the modification shown in FIG.
  • This is the comparison result obtained by calculating the output difference between the detected output values of 2mm width and 5mm width. Specifically, the difference between the detected output value when the width of the sensing section 15 is 2 mm and the detected output value when the width of the sensing section is 5 mm is calculated for each deviation amount of the sensing section 15 in the comparative example (see FIG. 15).
  • the output difference is plotted as X, and for each displacement amount of the sensing unit 15 in this example (see Fig.
  • the detected output value and sensing when the sensing unit 15 has a width of 2 mm.
  • the difference between the detected output values when the width of the sensor is 5 mm is plotted as a black circle in Fig. 21, and the corresponding detected output value of the sensing part 15 with a width of 2 mm and the sensing part
  • the output difference which is the difference in the detected output value when the width is 5 mm, is compared as a white circle plot in FIG.
  • the coil core 70 of the present modification has the sensing unit 15 displaced in the X-axis direction, that is, the radial direction of the sensing unit 15 perpendicular to the extending direction of the sensing unit 15 with respect to the coil core 70.
  • the detected output value was extremely stable compared to the coil core 150 of this comparative example.
  • this modified example is Compared to, it was possible to detect the rotation angle more stably.
  • the sensing unit extends linearly in the longitudinal direction instead of the circumferential direction, and the width is changed in the extending direction, and the coil core of the present invention is opposed thereto. If provided, it can also be applied as a displacement sensor for detecting a moving distance in the longitudinal direction. Furthermore, the sensing unit extending in the circumferential direction or the longitudinal direction is not limited to measuring the amount of rotation by changing the width in the extending direction, but the amount of rotation by changing the thickness in the extending direction. May be used.
  • the above-described rotation sensor according to the present invention is a rotation angle of a steering device for an automobile. Suitable for degree detection.
  • the rotation sensor according to the present invention can be applied to any sensor as long as it obtains the relative rotation angle and rotation torque between rotating shafts that rotate with each other, such as a robot arm.

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Abstract

 測定すべき回転体とともに一体に動く主回転体(10)と、当該主回転体の回転に対応して主回転体の回転数と異なる回転数で回転する副回転体(12)と、主回転体の回転を検出する第1の検出手段(50)と、副回転体の回転を検出する第2の検出手段(62)とを有し、第1の検出手段の検出信号と第2の検出手段の検出信号とから測定すべき回転体の絶対回転角度を検出する回転センサであって、第1の検出手段と第2の検出手段から得られる各検出信号がそれぞれ各回転体の回転に対応して周期的に出力され、かつ第1の検出手段の検出信号の周期をTc、第2の検出手段の検出信号の周期をTmとした場合、  (Tm-Tc×i)×n=Tm(i及びnは正の整数)の関係を満たすことで、測定すべき回転体の回転角度検出の分解能を向上させるとともに対ノイズ性を向上させた検出精度の高い回転センサを提供する。

Description

明 細 書
回転センサ
技術分野
[0001] 本発明は、回転体に取り付けて当該回転体の回転角度を検出するのに使用する 回転センサに関する。
背景技術
[0002] 例えば、自動車のステアリングシャフトなどの回転するシャフトに取り付けて当該シ ャフトと一体になつたノヽンドルの回転角度を検出する際にいわゆる回転センサが使用 される (例えば、特許文献 1及び特許文献 2参照)。
[0003] 力かる特許文献 1に記載された回転センサは、 2つの副回転体と連動して回転する 主回転体の回転角度を測定する回転センサであって、主回転体にギアが備わるとと もに、 2つの副回転体にもそれぞれギアが備わっている。なお、主回転体のギアの歯 数と副回転体の各ギアの歯数は互いに異なっており、主回転体のギアと一方の副回 転体のギアが嚙合するとともに、主回転体のギアと他方の副回転体のギアが嚙合し ている。また、副回転体のそれぞれには磁石が備わるとともに、各磁石の磁束を検出 する 2つの AMRセンサが回転センサの固定部に備わっている。
[0004] そして、 2つの AMRセンサから得られた互いに位相の異なる検出出力値の位相差 等を利用して主回転体の絶対回転角度を算出するようになって 、る。
[0005] 一方、特許文献 2に記載された回転センサは、回転するシャフトに取り付けられか つ周方向に沿って幅が変化するセンシング部を有するロータと、固定部材に取り付 けられかつセンシング部に対してシャフトの軸線方向に間隔を置いて対向配置される 固定コアとを備えている。なお、固定コアは、交流励磁電流が流されてロータとの間 に磁気回路を形成する第 1の励磁コイルと、絶縁磁性材カゝら成形されて第 1の励磁コ ィルを保持する第 1のコアとを有している。そして、この回転センサは更に、ロータの 回転面を挟む一方の固定部材に、回転方向に沿って幅が変化する導体層と、ロータ の一回転ごとに所定の回転角度で送られるゼネバギアを備えている。また、第 2の励 磁コイルとこの励磁コイルを保持する第 2のコアとを有し、ゼネバギアの送り量 (ロータ の回転数)に応じて出力を段階的に変化させてロータの回転数を検出する検出コィ ルを備えている。
[0006] また、被測定対象物に取り付けてこの被測定対象物の変位量を検出する変位セン サは公知である(例えば、特許文献 3参照)。力かる特許文献 3に記載された変位セ ンサは、コイルが卷回形成されて交流電流が印加されるコイル部材と、コイル部材と の間に所定の間隔を置いて対向配置され、コイルに沿って変位する移動子とを備え ている。そして、コイルと移動子との間における実効誘導結合面積の変化によるコィ ルのインダクタンス変動に基づいて移動子の変位量を検出するようになっている。 特許文献 1 :特表 2001— 505667号公報 (第 6— 10頁、図 1)
特許文献 2 :特開 2003— 202240号公報 (第 2— 4頁、図 1)
特許文献 3 :特開 2004— 170273号公報 (第 5— 7頁、図 1)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 上述したように特許文献 1に記載の回転センサは、主回転体の歯車に副回転体の 歯車がそれぞれ嚙合して副回転体のそれぞれの回転検出値力 主回転体すなわち 測定すべき回転体の絶対回転角度を算出するようになっている。そのため、一方の 副回転体の歯車と主回転体との歯車間のバックラッシによる検出角度誤差及び他方 の副回転体の歯車と主回転体の歯車間のバックラッシによる検出角度誤差が主回転 体の回転角度の角度誤差として重畳してしまう。それゆえ、この特許文献 1に記載の 回転センサは、測定すべき回転体の正確な回転角度検出を行うのに適さな力つた。
[0008] 一方、特許文献 2に記載の回転センサは、主回転体の回転角度を導電性部材から なるリング状のセンシング部とこのセンシング部を交差するように磁束を発生するコィ ルコアとの組み合わせ力も測定するようになっている。そのため、上述の特許文献 1 に記載した回転センサに比べて、測定すべき回転体の絶対回転角度を精度良く検 出することが可能である。しかし、主回転体の回転数をゼネバ歯車、導電層、検出コ ィルによって回転数ごとに段階的に出力するようにしているので、主回転体の各回転 数に対応した出力段の段差が小さいと、主回転体の回転数を検出しづらいことがあ つた o [0009] また、特許文献 3に記載の変位センサに関しては、そのコスト低減のために各部品 単体のある程度の寸法公差を許容したり、変位センサ組み付けの容易性を図るため にある程度の組み付け公差を容認しょうとしたりすると、公差の範囲によっては、部品 自体の寸法公差や部品同士の取り付け関係の位置ずれの許容範囲が狭くなつて精 度を向上させなければならな ヽと ヽぅ問題があった。
[0010] 本発明の目的は、検出精度に優れながら或る程度の部品の寸法公差や組み付け 公差を許容する組み付け性に優れた回転センサを提供することにある。
[0011] 具体的には、本発明の目的は、測定すべき回転体の絶対回転角度検出の分解能 を向上させるとともに対ノイズ性を向上させた検出精度の高い回転センサを提供する ことにある。
課題を解決するための手段
[0012] 上述の課題を解決するために、本発明の請求項 1に記載された回転センサは、 測定すべき回転体とともに一体に動く主回転体と、当該主回転体の回転に対応し て主回転体の回転数と異なる回転数で回転する副回転体と、主回転体の回転を検 出する第 1の検出手段と、副回転体の回転を検出する第 2の検出手段とを有し、前記 第 1の検出手段の検出信号と第 2の検出手段の検出信号とから測定すべき回転体の 絶対回転角度を検出する回転センサにおいて、
前記第 1の検出手段と第 2の検出手段から得られる各検出信号がそれぞれ各回転 体の回転に対応して周期的に出力され、かつ前記第 1の検出手段の検出信号の周 期を Tc、前記第 2の検出手段の検出信号の周期を Tmとした場合、
(Tm-Tc X i) X n=Tm (i及び nは正の整数)の関係を満たすことを特徴として!/ヽ る。
[0013] 主回転体の回転角度とこれと異なる回転数で回転する副回転体の回転角度を各 検出手段の検出周期が上述のような関係を満たす条件下で検出することで、主回転 体すなわち測定すべき回転体の回転角度検出の分解能を向上させるとともに対ノィ ズ性を向上させる。
[0014] また、本発明の請求項 2に記載の回転センサは、請求項 1に記載の回転センサに おいて、 前記主回転体の検出信号の周期 Tcを 90度、副回転体の検出信号の周期 Tmを 1
91. 25度とすることを特徴としている。
[0015] この周期の組み合わせによると、第 1の検出手段と第 2の検出手段との 2つの出力 値の組み合わせを主回転体の絶対回転角度に最適に対応させることができる。
[0016] また、本発明の請求項 3に記載の回転センサは、請求項 1に記載の回転センサに おいて、
前記主回転体の検出信号の周期 Tcを 120度、副回転体の検出信号の周期 Tmを
130度とすることを特徴として 、る。
[0017] この周期の組み合わせによっても、第 1の検出手段と第 2の検出手段との 2つの出 力値の組み合わせを主回転体の絶対回転角度に最適に対応させることができる。
[0018] また、本発明の請求項 4に記載の回転センサは、請求項 1に記載の回転センサに おいて、
前記主回転体の検出信号の周期 Tcを 120度、副回転体の検出信号の周期 Tmを
260度とすることを特徴として 、る。
[0019] この周期の組み合わせによっても、第 1の検出手段と第 2の検出手段との 2つの出 力値の組み合わせを主回転体の絶対回転角度に最適に対応させることができる。
[0020] また、本発明の請求項 5に記載の回転センサは、請求項 1に記載の回転センサに おいて、
前記周期 Tm及び周期 Tcに互いに異なる正の整数をかけたそれぞれの倍数にお いて、共通で最小のものを Txとすると、
Τχ≥ 1440度の関係を満たすことを特徴として 、る。
[0021] このような関係を満たすことで、 ± 720度の測定範囲内で、第 1の検出手段と第 2の 検出手段との 2つの出力値の組み合わせに対応する主回転体の絶対回転角度の解 が複数発生してしまうのを回避し、第 1の検出手段の出力値と第 2の検出手段の出力 値とから確実かつ一義的にこの絶対回転角度を求めることができるようになる。
[0022] また、本発明の請求項 6に記載の回転センサは、請求項 5に記載の回転センサに ぉ 、て、 Tx=Tc X nの関係を満たすことを特徴として 、る。
[0023] このような関係を満たすことで、第 1の検出手段と第 2の検出手段をとの 2つの出力 値の組み合わせによって規定される検量線の隣接する検量線同士の間隔が広くなる
。これによつて、請求項 5に記載した条件を満たす場合に比べて、 Tmと Tcの組み合 わせの範囲をより狭くし、主回転体の絶対回転角度に対応する第 1の検出手段と第 2 の検出手段との 2つの出力値の組み合わせにおいて検出性能が向上されない組み 合わせを減らして有効な組み合わせ範囲に絞ることができるようになる。
[0024] また、本発明の請求項 7に記載の回転センサは、請求項 1乃至請求項 6の何れか に記載の回転センサにおいて、
前記第 1の検出手段力 前記主回転体と一体に回転しかつ周方向に沿って幅が変 化する導電性のセンシング部と、前記センシング部と協働して電磁誘導により前記主 回転体の回転角度を検出する励磁コイルとを備えるとともに、前記第 2の検出手段が 、前記副回転体に磁石を設け、前記副回転体の回転に応じた前記磁石の磁束変化 を検出する磁束検出素子を備えたことを特徴としている。
[0025] このような検出方式とすることで、副回転体に 2つの歯車を利用した回転センサに 較べて検出精度を格段に向上させる。また、主回転体の回転数をゼネバ歯車によつ て検出する回転センサに比べても検出精度ゃ耐振動性を向上させることができるとと もに回転センサ自体の組み付け性を向上させる。
[0026] より具体的には、ゼネバ歯車を備えた従来の回転センサの欠点、すなわち主回転 体の回転数をゼネバ歯車、導電層、検出コイルによって回転数ごとに段階的に出力 することで、主回転体の各回転数に対応した出力段の段差が小さいと主回転体の回 転数を検出しづらくなる欠点を解決する。
[0027] これに加えて、従来技術に力かる回転センサの更なる欠点であるゼネバ歯車が振 動などにより回転してしまうおそれがあることに起因する回転センサ自体の耐振動性 低下の問題も解決する。
[0028] 更に、従来技術に力かる回転センサの更に別の欠点である組み付け性やコストの 問題、すなわちゼネバ歯車に回転方向により幅が変化するロータを設け、このロータ を挟む位置にコイルとコアの組を設ける場合に部品の位置決めが容易でないため回 転センサ自体の組み付け性が良くな 、欠点と部品及び組立工数のコストが高くなる 欠点も解決する。 [0029] また、本発明の請求項 8に記載の回転センサは、請求項 7に記載の回転センサに おいて、
前記励磁コイルはポリフエ-レンスルフイドに Mn—Zn系軟磁性材フェライトを混合 した混合軟磁性材でできたコア本体によって保持されて 、ることを特徴として 、る。
[0030] このようないわゆるソフトフ ライトをコア本体の材質に使用することで成形が容易な ので、コアの形状の設定自由度を向上させることができる。
[0031] また、本発明の請求項 9に記載の回転センサは、請求項 7に記載の回転センサに おいて、
前記励磁コイルは、エポキシ榭脂に Fe - Si— A1系センダストを混合した混合軟磁 性材でできたコア本体によって保持されて 、ることを特徴として!/、る。
[0032] このようなセンダストをコア本体に使用することで透磁率を高めて検出特性を向上さ せることができる。また、透磁率の温度特性を高めることができ、周囲温度の影響を受 けずに幅広い温度範囲の使用環境で回転センサを使用できる。
[0033] また、本発明の請求項 10に記載の回転センサは、
測定対象物の移動に応じて幅又は厚みの少なくとも一方が変化する導電性のセン シング部と、前記センシング部に対向配置されるコア本体及び当該コア本体の外周 壁に対応して配置された励磁コイルを有するコイルコアを備えた回転センサにおいて 前記コア本体の前記センシング部側対向面がトラック状をなし、前記センシング部 が当該コア本体のトラック状対向面の直線部分内でずれるように組み付けられたこと を特徴としている。
[0034] センシング部がコア本体のトラック状対向面の直線部分内でずれても、磁束に交差 するセンシング部の面積があまり変化することなぐその結果、センシング部がコア本 体の長手方向に若干ずれても検出される回転量の出力値の誤差を最小限に抑える ことができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差の影響を受けず回転 量の安定した検出を行うことが可能となる。
[0035] また、本発明の請求項 11に記載の回転センサは、
測定対象物の移動に応じて幅又は厚みの少なくとも一方が変化する導電性のセン シング部と、前記センシング部に対向配置されるコア本体及び当該コア本体の外周 壁に対応して配置された励磁コイルを有するコイルコアを備えた回転センサにおいて 前記コア本体には前記励磁コイルが卷回される突出部が形成され、かつ当該突出 部の前記センシング部との対向面の少なくとも一部に、前記センシング部の延在方 向に沿って傾斜するテーパ部が形成されて 、ることを特徴として 、る。
[0036] センシング部とコア本体のセンシング部対向面との間隔がずれても、このようなテー パ部が形成されていることで、センシング部を横切る磁束が実質的にあまり変化する ことなく、その結果、センシング部とコア本体のセンシング部対向面との間隔が若干 ずれても、検出される回転量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そのた め、部品の寸法公差や組み付け上の公差の影響を受けず回転量の安定した検出を 行うことが可能となる。
[0037] また、本発明の請求項 12に記載の回転センサは、
測定対象物の移動に応じて幅又は厚みの少なくとも一方が変化する導電性のセン シング部と、前記センシング部に対向配置されるコア本体及び当該コア本体の外周 壁に対応して配置された励磁コイルを有するコイルコアを備えた回転センサにおいて 前記コア本体の前記センシング部側対向面が当該センシング部の延在方向と直交 する方向を長手方向とする長方形形状をなし、前記センシング部が当該コァ本体の 長方形状対向面内で長手方向にずれるように組み付けられたことを特徴として 、る。
[0038] このような構成の回転センサであっても、請求項 10に記載の回転センサと同様に、 センシング部がコア本体の長方形状対向面内で長手方向にずれても、磁束に交差 するセンシング部の面積があまり変化することなぐ検出される回転量の出力値の誤 差を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差 の影響を受けず回転量の安定した検出を行うことが可能となる。
図面の簡単な説明
[0039] [図 1]本発明にかかる第 1の実施形態及び第 2の実施形態の回転センサを、上ケース を透過した状態で示した平面図、 [図 2]図 1に対応する回転センサの内部構成を一部透過した状態で示す側面図、 [図 3]図 1に示した回転センサのコイルコアとセンシング部との関係を拡大して示した 斜視図、
[図 4]図 3に示したコイルコアの一方のコイルコアのみを拡大して示した斜視図、 圆 5]図 4に示したコイルコア力 励磁コイルを取り除いた状態を示した斜視図、 [図 6]図 3に示したコイルコアとセンシング部との組み合わせ力 ロータの回転角度を 検出する方法を図 6 (a)から図 6 (b)の順番に示した説明図、
7]コイルコア検出出力の周期に対する割合と MR素子検出出力の周期に対する 割合との絶対回転角度に対応する組み合わせを示した検量線、
圆 8]測定すべき回転体の絶対回転角度とコイルコア検出出力の周期に対する割合 及び MR素子検出出力の周期に対する割合を示した図、
[図 9]小舵角、大舵角、絶対回転角度の関係を小舵角 44度から 46度の範囲で絶対 回転角度順に示した一覧表、
圆 10]小舵角と大舵角の検出出力からメモリテーブルを用いずに計算により絶対回 転角度を算出する方法を示す説明図、
圆 11]本発明の第 1の実施形態の変形例に力かる回転センサを、上ケースを部分的 に透過した状態で示した平面図、
[図 12]図 11に示した変形例の信号処理回路、
圆 13]本発明の第 2の実施形態の変形例に力かるコイルコアを円環状のセンシング 部とともに示した斜視図、
[図 14]本発明の第 2の実施形態の比較例であるコイルコアのセンシング部との対向 面周縁が丸型のコイルコアのセンシング部との取り付け位置関係を示した斜視図、 [図 15]本発明の第 2の実施形態において比較例のコイルコアに対してセンシング部 を X軸方向すなわちセンシング部の延在面と直交するセンシング部の径方向にずら した場合のセンシング幅 2mmとセンシング幅 5mmの部分における検出出力値を示 した測定図、
[図 16]本発明の第 2の実施形態において本実施例のコイルコアに対してセンシング 部を X軸方向すなわちセンシング部の延在面と直交するセンシング部の径方向にず らした場合のセンシング幅 2mmとセンシング幅 5mmの部分における検出出力値を 示した測定図、
[図 17]本発明の第 2の実施形態において本実施例と比較例の各コイルコアに対する センシング部のず; |1 ^立置に対応してこのず; tl^立置におけるセンシング部の幅 2mmと 幅 5mmの検出出力値の出力差を本実施例のコイルコアと比較例のコイルコアごとに 算出した比較結果、
[図 18]本発明の第 2の実施形態において本実施例のコイルコアのコイル卷回用突出 部に凹み部が形成されていない場合と深さ 0. 2mmの溝部をなす凹み部、深さ 0. 3 mmの溝部をなす凹み部、及び深さ 0. 5mmの溝部をなす凹み部が形成された場合 にお 、て、センシング部を Z軸方向すなわちセンシング部のセンシング面と直交する 方向にすらした場合の各検出出力値を測定した測定図、
[図 19]本発明の第 2の実施形態において比較例のコイルコアのコイル卷回用突出部 に凹み部が形成されていない場合と深さ 0. 2mmの溝部をなす凹み部、深さ 0. 3m mの溝部をなす凹み部、及び深さ 0. 5mmの溝部をなす凹み部が形成された場合の センシング部を Z軸方向すなわちセンシング部のセンシング面と直交する方向にすら した場合の各検出出力値を測定した測定図、
[図 20]本発明の第 2の実施形態における比較例のコイルコアに関連するコイルコアで あって、コイル卷回用突出部のセンシング部と対向する上面にセンシング部の延在 方向に沿ってテーパ部が形成されたコイルコアを示す斜視図、
[図 21]本発明の第 2の実施形態における本実施例と比較例及び変形例の各コイルコ ァに対するセンシング部のず;^立置に対応してこのずれ位置におけるセンシング部 の幅 2mmと幅 5mmの検出出力値の出力差を本実施例及び変形例のコイルコアと 比較例のコイルコアごとに算出した比較結果である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の第 1の実施形態に力かる回転センサを図面に基いて説明する。な お、本実施形態では、自動車のステアリング装置に関してこの回転センサをステアリ ングシャフトに取り付け、ハンドルの回転角度を検出するために回転センサを用いた 場合について説明する。 [0041] 本発明の第 1の実施形態に力かる回転センサ 1は、図 1及び図 2に示すように、測 定すべき回転体であるステアリングシャフト S (以下、単に「シャフト S」とする)に嵌め 込まれかつ外周部に第 1歯車 11を備えたロータ 10と、当該ロータ 10の第 1歯車 11と 嚙合する第 2歯車 12と、ロータ 10及び第 2歯車 12を回転可能に支持する下ケース 2 1と、下ケース 21と嵌合して箱状のケース 20をなす上ケース 22を備えて 、る。
[0042] ロータ 10は、強度と成型性に優れた合成樹脂でできており、ロータ 10の周囲所定 位置からステー 15aが延在し、例えば板厚 0. 5mm程度の板状のセンシング部 15が このステー 15aを介してロータ 10の周囲にリング状に備わっている。なお、センシング 部 15は、真鍮、銀、アルミニウム、銅などの導電性部材でできており、本実施形態で は周方向に 90度ずつその幅が例えば 2mmから 5mmまで規則的に変化するように なって 、る。このように周方向に 90度ずつセンシング部 15の幅を変化させることで、 ロータ 10の実際の回転角度に対するコイルコア 50からの検出信号の変化を大きくと るようにしている。
[0043] また、上ケース 22と下ケース 21は、強度に優れかつ交流磁界の遮蔽性を有する金 属又は絶縁磁性材カもなる遮蔽材でできており、上ケース 22と下ケース 21とが協働 して箱体をなしてロータ 10やセンシング部 15、第 2歯車 12を収容するようになってい る。また、下ケース 21には、回転センサ 1に電力を供給したり、回転センサ 1の検出信 号を外部に伝達したりするためのコネクタ 25が備わっている。
[0044] また、上ケース 22及び下ケース 21には、図 1及び図 3に示すように、 2組のコイルコ ァ 50がロータ 10のセンシング部 15のセンシング面に対して所定間隔隔てて対向配 置するように取り付けられている。なお、センシング部 15とコイルコア 50が協働して第 1の検出手段を構成して 、る。
[0045] この 2組のコイルコア 50は、図 1に示すように、後述する各位相シフト量の出力値が 22. 5度ずれるようにセンシング部 15の周方向に関して所定の角度で取り付けられ ており、図 3に示すように、各外周縁が図 1に示す平面視でいわゆる陸上競技のトラッ ク形状をなしている。なお、本実施の形態においては、後述するようにセンシング部 1 5の一周期が 90度なので、この 1Z4周期すなわち 22. 5度ずれるように 2組のコイル コア 50を配置している。 [0046] コイルコア 50は、プラスチックマグネット(例えば PPS (ポリフエ-レンスルフイド)に Mn— Zn系軟磁性フェライトを混入した混合軟磁性材等)などの絶縁性の軟磁性材 でできたコア本体 51と、コア本体 51の外周部に沿って形成されたトラック状の内周溝 に卷回されてコア本体 51内に収容された励磁コイル 52を備えている。この場合、コ ァ本体 51は射出成型によって形成され、磁性粉充填率は 50重量%程度となってい る。ソフトフェライトを含んだ軟磁性材をこのような充填率で射出成型してコア本体 51 を形成することで、成形が容易なので、コアの形状の設定自由度を向上させることが できる。
[0047] なお、このようないわゆるソフトフェライトを用いたコア本体 51で励磁コイルを保持す る代わりに、エポキシ榭脂に Fe— Si— A1系センダストを混合した混合軟磁性材でで きたコア本体によってコア本体が保持されていても良い。この場合、コア本体は圧粉 成型によって形成され、磁性粉充填率は 90重量%以上となっている。センダストを含 んだ軟磁性材をこのような充填率で圧粉成型してコア本体を形成することで、透磁率 を高めて検出特性を向上させることができる。また、透磁率の温度特性を向上させ、 幅広い温度範囲の環境で回転センサを使用することができる。
[0048] また、対向する励磁コイル 52同士は、それぞれ直列に接続され、ケース 20内でここ では図示しない回転角度検出部のプリント基板と電気的に接続されている。そして、 対向する励磁コイル 52に交流励磁電流が流されることで周囲に交流磁界を形成し、 それぞれ対となっているコア本体 51間でセンシング部 15のセンシング面に対して交 流磁界を交差させている。
[0049] そして、コイルコア 50から発生した交流磁界によって導電性部材のセンシング部 15 には渦電流が発生するが、ロータ 10の回転に応じたセンシング部 15の幅の変化に 対応してこの発生した渦電流が変化し、これに基づくインピーダンス変動を検出して 各コイルコア 50がロータ 10の回転角度を 90度周期で検出するようになっている。
[0050] なお、コイルコア 50が各組ごとにセンシング部 15を挟んで対向配置される理由は、 振動等によりロータ 10の位置がシャフト Sの軸方向に変動すると、これに伴い各々の コイルコア 50からの出力も変動する力 一方のコイルコア 50からの出力が増加した 分、他方のコイルコア 50からの出力は減少するので、対向する 2つのコイルコア 50か らの出力を検出すれば各々のコイルコア 50の出力変動を相殺できるからである。
[0051] このロータ 10の回転角度検出のための信号処理方法は以下の通りである。なお、 各回路構成については図示を省略する。まず、発振回路が分周回路を介して特定 周波数の発振信号を抵抗、励磁コイル 52及びコンデンサ力もなる位相シフト部に出 力する。このとき、センシング部 15における渦電流発生の大きさに応じて各励磁コィ ル 52のインピーダンスが変化し、このインピーダンス変化によって各コンデンサ両端 における電圧信号の位相も変化する。そして、コンデンサの両端の電圧信号は、位 相シフト量検出部へ出力され、この検出部で各コンデンサ両端の電圧信号の位相シ フト量を検出する。そして、コンバータが、検出された位相シフト量を対応する電圧値 に変換する。
[0052] なお、本実施形態では、各コイルコア 50とセンシング部 15とが協働することで得ら れる位相シフト量出力信号の位相が 22. 5度ずれるようにコイルコア 50をセンシング 部 15の周方向に対応させてケース 20に配置しているので、上述のような信号処理に よって、図 6 (a)に示すように、一方のコイルコア 50の位相シフト量出力値 SAと他方 のコイルコア 50の位相シフト量出力値 SBのように互いに 22. 5度位相のずれた 90度 周期の位相シフト量の出力値が得られる。
[0053] このようにして得られた位相シフト量の出力値からロータ 10の回転角度を 90度周期 で検出する方法は以下の通りである。
[0054] 図 6 (a)に示すように、各コイルコア 50から得られるロータ 10の回転角度の出力値( SA, SB)とこれらをそれぞれ反転させた出力値 (RSA, RSB)とを重畳させる。そし て、各位相シフト量検出値の大小関係からロータ 10の回転角度が 0度〜 22. 5度、 2 2. 5度〜 45度、 45度〜 67. 5度、 67. 5度〜 90度、の!/、ずれの範囲にある力を半 IJ断 する。そして、これら 4つの位相シフト量検出値の直線部分を用いるとともに、この直 線部分同士をジョイント(結合)処理する。次いで、上述した 4つの角度範囲の何れの 角度範囲にあるかの判断結果に基づき、図 6 (b)に示す 90度ごとの周期で変化する 鋸歯状波形の出力信号力もロータ 10の回転角度を 90度周期で求めるようになって いる。
[0055] 一方、下ケース 21には、図 1及び図 2に示すように、第 2歯車 12の中心部分に第 2 歯車 12と一体に回転する磁石 61を備えるとともに、磁石 61に対向する下ケース 21 の部分にこの磁石 61の磁束を検出する MR素子 (磁束検出素子) 62を備えている。 そして、この磁石 61と MR素子 62とが協働して第 2の検出手段を構成している。
[0056] MR素子 62は、その検出出力力 ^in曲線状の検出出力と cos曲線状の検出出力と して得られ、これらの検出出力を tan関数の検出出力に換算して、図 8に示すような 1 91. 25度ごとの周期で変化する鋸歯状波形の出力信号として出力するようになって いる。なお、この信号処理方法は、例えば特開 2004— 53444号公報において記載 されているように公知である。 MR素子 62の検出出力の周期がこのように 191. 25度 となっている理由は、本実施形態の場合、ロータ 10に備わった第 1歯車 11の歯数が 80、第 2歯車 12の歯数が 85であるため、これらの歯数の関係から、第 2歯車 12の回 転に応じて検出される MR素子 62の検出信号の周期が 180度 X 85/80= 191. 2 5度となって 、るためである。
[0057] このように、本実施形態に力かる回転センサ 1では、コイルコア 50とセンシング部 15 が協働して構成する第 1の検出手段力も得られる第 1の検出信号がロータ 10の回転 に対応して 90度の周期で出力され、かつ磁石 61と MR素子 62が協働して構成する 第 2の検出手段力も得られる第 2の検出信号が第 2歯車 12の回転に対応して 191.2 5度の周期で出力されるようになる力 本発明に力かる回転センサ 1においては、これ らの検出信号の周期間で以下の各関係を満たすことが必要とされている。
[0058] まず、各検出信号の周期が満たすべき第 1の関係として、コイルコア (第 1の検出手 段) 50の検出信号の周期を Tc、 MR素子 (第 2の検出手段) 62の検出信号の周期を Tmとした場合、
(Tm-Tc X i) X n=Tm (i及び nは正の整数)の関係を満たすようになつている。こ のような関係を満たすことで、ロータ 10すなわち測定すべきシャフト Sの絶対回転角 度検出の分解能を向上させるとともに耐ノイズ性を向上させるようになつている。なお 、本実施形態に力かる回転センサ 1の場合、 Tc = 90度、 Tm= 191. 25度として、 i = 2、n= 17とすると、
(191. 25- 90 X 2) X 17= 191. 25となり、上述の関係式を満たして! /、る。
[0059] また、この周期 Tm及び周期 Tcに互 ヽに異なる正の整数をかけたそれぞれの倍数 において、共通で最小のものを Txとすると、 Τχ≥ 1440度の関係を満たすようになつ ている。このような関係を満たすことで、測定範囲の ± 720度の範囲内で、第 1の検 出手段をなすコイルコア 50と第 2の検出手段をなす MR素子 62によって得られる 2つ の出力値の組み合わせに対応するロータ 10すなわちシャフト Sの絶対回転角度の解 が複数発生してしまうのを回避し、コイルコア 50の出力値と MR素子 62の出力値とか ら確実かつ一義的にロータ 10すなわちシャフト Sの絶対回転角度を求めることができ るよつになる。
[0060] なお、本実施形態に力かる回転センサ 1の場合、 Tc = 90度、 Tm= 191. 25度とし て、 Tx= 90 X 17= 191. 25 X 8 = 1530度、となり、上述の関係式を満たしている。
[0061] また、 Tx=Tc X nの関係を満たしている。その結果、第 1の検出手段と第 2の検出 手段との 2つの出力値の組み合わせによって規定される検量線の隣接する検量線同 士の間隔が広くなる。これによつて、 Tmと Tcの組み合わせの範囲をより狭くし、絶対 角度に対応する第 1の検出手段と第 2の検出手段との 2つの出力値の組み合わせに おいて検出性能が向上されない組み合わせを減らして有効な組み合わせ範囲に絞 ることがでさるよう〖こして!/、る。
[0062] なお、本実施形態に力かる回転センサ 1の場合、 Tc = 90度、 Tx= 1530度、であ るので、 1530 = 90 X 17、よって η= 17となり、上述の関係式を満たしている。
[0063] なお、主回転体であるロータ 10すなわちシャフト Sは 360度で 1周するため、必然的 に Tcは 360度以下となり、 1^ = 360度 1^ &は、正の整数)の関係を満たすようにな る。
[0064] 本実施形態の場合、上述のような関係式を満たす周期のうちで、既に説明したよう に主回転体であるロータ 10の検出信号の周期 Tcを 90度、副回転体である第 2歯車 の検出信号の周期 Tmを 191. 25度としている。この周期の組み合わせによると、第 1の検出手段と第 2の検出手段との 2つの出力値の組み合わせを主回転体である口 ータ 10の絶対回転角度に最適に対応させている。
[0065] し力しながら、第 1の検出手段であるコイルコア 50から得られたロータ 10の回転検 出信号の周期と第 2の検出手段である MR素子 62から得られた第 2歯車 12の回転 検出信号の周期との関係は、本実施形態のように 90度と 191. 25度に限定されず、 各周期が上述した関係式を満たすようであれば、他の周期であってもかまわない。
[0066] これらの関係を満たすことにより、後述するように、コイルコア 50とセンシング部 15 力も得られる第 1の検出信号と磁石 61と MR素子 62から得られる第 2の検出信号との 組み合わせからロータ 10すなわちシャフト Sの絶対回転角度を求めるための検量線 力 図 9に示すように広範囲の絶対回転角度にわたって均等に分散するようになる。 すなわち、検量線の分布する領域をできるだけ広くし、かつ検量線力 Sこの広くなつた 領域において等間隔で分布するようになる。これによつて、コイルコア 50からの回転 検出信号と MR素子 62からの回転検出信号の組み合わせに対応するロータ 10すな わちシャフト Sの絶対回転角度の対応関係を明確ィ匕できるようになる。
[0067] なお、例えば他の一例として、コイルコア 50からの回転検出信号の周期が 120度、 MR素子 62からの回転検出信号の周期が 130度となっていても、第 1の検出信号と 第 2の検出信号との周期が上述した関係式を満たすことができ、ロータ 10すなわちシ ャフト Sの絶対回転角度を精度良く検出することができる。すなわち、この場合であつ ても、測定すべきロータ 10すなわちシャフト Sの幅広い絶対回転角度の範囲内で図 7 に示す各検量線が全体的に分散して規定されるようになる。
[0068] 続いて、上述した回転センサ 1を用いたシャフト Sの絶対回転角度の測定方法につ いて説明する。本実施形態に力かる回転センサ 1は、上述したようにコイルコア 50の 検出信号の周期と第 2歯車 12の検出信号の周期が特別の関係を満たすので、ロー タ 10の回転に対応するコイルコア 50の出力信号の周期と第 2歯車 12に備わった M R素子 62の出力信号の周期との対応関係は図 7の検量線に限定された関係になる。 これに伴って、図 8に示すようにコイルコア 50とセンシング部 15によるロータ 10の回 転信号検出値が― 750度から + 750度にわたって 90度ごとに鋸歯状の波形で交互 に連続的に出力されるとともに、 MR素子 62と磁石 61による第 2歯車 12の回転角度 検出出力の周期が 191. 25度ごとに鋸歯状の波形で交互に連続的に出力される。
[0069] 従って、コイルコア 50とセンシング部 15から検出された周期と MR素子 62と磁石 61 力も検出された周期を比較することによって、以下に示すようにロータ 10と一体となつ て回転するシャフト Sの絶対回転角度を精度良く求めることができる。
[0070] 図 9は、ロータ 10の回転角度を 90度の範囲ごとに検出した小舵角の検出出力値と 、第 2歯車 12の回転角度を 191. 25度の範囲ごとに検出した大舵角の検出出力値と 、これらの検出出力値に基づき求められた測定すべき回転体であるロータ 10すなわ ちシャフト Sの絶対回転角度との対応関係の一例を示した一覧表である。ここで、本 実施形態に力かる回転センサ 1は、これらに対応する絶対回転角の関係を全て一対 一対応でメモリに記憶させておいても良いが、本実施形態においては、小舵角の検 出出力値と大舵角の検出出力値とからマイコンの計算によりこの絶対回転角度を一 義的に求めるようにしている。
[0071] 以下に、小舵角の検出出力値と、大舵角の検出出力値とから絶対回転角度を決定 する方法をより詳細に説明する。なお、本実施形態においては、大舵角を検出する MR素子 62によって検出される角度は— 95. 625度〜 + 95. 625度(合計 191. 25 度)となっている。また、小舵角を検出するコイルコア 50によって決定される角度は 0 度〜 + 90度となっている。また、原点では MR素子 62、コイルコア 50ともに 0度にな るちのとしている。
[0072] ここで、センシングのレンジとしては、コイルコア 50の検出周期 Tcが 90度、 MR素 子 62の検出周期 Tmが 191. 25度なので、最小公倍数を考えると、
90 X 17= 191. 25 X 8 = 1530度、となる。
[0073] すなわち、ロータ 10をどちらか一方向に 1530度回転させると、コイルコア 50から得 られる小舵角の検出出力と MR素子 62から得られる大舵角の検出出力が完全に同 じ関係になるので、本実施形態の場合、センシングのレンジ仕様を 1530度(一 765 度〜 + 765度)の範囲に設定してロータ 10すなわちシャフト Sの絶対回転角度を測 定すること〖こなる。
[0074] なお、例えば、 MR素子 62の周期が 192度の場合を考えると、コイルコアの周期 Tc
= 90度、 MR素子の周期 Tm= 192度となるので、
90 X 32= 192 X 15 = 2880度、
となり、 - 1440度〜 + 1440度がセンシング範囲となる。
[0075] 続、て、特定の小舵角に対して大舵角がどのように対応するかにっ 、て説明する。
本実施形態の場合、 191. 25— (90 X 2) = 11. 25度刻みで小舵角に対して大舵 角の角度が変化していく。但し、 MR素子 62の周期が 2倍あるので、小舵角からみて 大舵角は 2系列 (44度と— 46度が基点)になっている。
[0076] 図 9の表では、小舵角力 4度の時の大舵角と絶対角を示している。この場合、絶対 回転角度が― 766度と 764度にお 、て小舵角と大舵角が同じ関係になって!/、る。ま た、他の場合であっても絶対角度で 1530度の隔たりがあるところでは同じ関係にな つている。
[0077] また、 Tx=Tc X nの関係を満たしている。これによつて、第 1の検出手段と第 2の検 出手段の 2つの出力値の組み合わせによって規定される検量線の隣接する検量線 同士の間隔が広くなる。これによつて、 Tmと Tcの組み合わせの範囲をより狭くし、絶 対角度に対応する第 1の検出手段と第 2の検出手段との 2つの出力値の組み合わせ にお 、て検出性能が向上されな 、組み合わせを減らして有効な組み合わせ範囲に 絞っている。
[0078] なお、主回転体であるロータ 10すなわちシャフト Sは 360度で 1周するため、必然的 に Tcは 360度以下となり、。= 360度71^&は、正の整数)の関係を満たしている。
[0079] 続いて、検出された大舵角と小舵角力も測定すべきロータ 10すなわちシャフト Sの 絶対回転角度を決定する方法について説明する。この場合、絶対回転角度の範囲 が— 750度〜 + 750度としている。小舵角をコイルコア 50の検出値力も 44. 00度と 検出したとする。この場合、大舵角を MR素子 62の検出値力も決定する。 MR素子 6 2の検出値が図 9に示すように約— 12. 25度であったとする。この場合、大舵角の符 号 (マイナス)が小舵角の符号 (プラス)と + Z が反転して 、るので、
44 90=— 46度、を基点に 12. 2度に向力つて 11. 25度ずつカロ算する。この o、
-4Θ/- 34. 75/- 23. 5/- 12. 25
と 3回、 11. 25度を加算すると MR素子 62が検出された大舵角に近い値になるので 、小舵角の検出出力値と大舵角の検出出力値に対応するメモリテーブルを有さなく ても、マイコンの計算により小舵角と大舵角の検出出力値から、
46 180 X 3= 586度、として図 9の一覧表に示す絶対回転角度( 586度) を求めることができる。
[0080] 図 10は、この求められた小舵角の検出出力値と大舵角の検出出力値とから絶対回 転角度を一義的に求める方法の他の一例について説明した図である。この場合、小 舵角 44度、大舵角— 46度の場合、絶対回転角度は— 46度として規定されている。 図 10に示すように例えばコイルコア 50の出力力も小舵角力 4度で MR素子 62の出 力から大舵角が 68. 5度と検出されたときに絶対回転角度を算出する場合につい て説明する。この場合、大舵角の— 46度から 11. 25度を減算して— 68. 5度に対す る減算回数を算出する。 11. 25度を小舵角の— 46度から 2回減算すると大舵角の 68. 5度に達するので、絶対回転角度は 46度 + (180 X (減算回数 = 2) ) = 31 4度として一義的に求めることができる。
[0081] 以上説明したように、本発明に力かる回転センサ 1は、小舵角としてコイルコア 50及 びセンシング部 15を介してロータ 10の回転角度を 90度ごとの周期を検出するととも に、大舵角として磁石 61及び MR素子 62を介して第 2歯車 12の回転を 191. 25度 ごとの周期で検出している。すなわち、上述した主回転体であるロータ 10すなわちシ ャフト Sから得られた第 1の検出信号の周期と副回転体である第 2歯車 12から得られ た第 2の検出信号の周期とが上述した周期の関係式を満たすような回転センサとして いる。これによつて、例えば周期が上述のように規定された場合、図 9に示すような小 舵角の検出出力と大舵角の検出出力とを得るだけで絶対回転角度を精度良く一義 的に算出できるようになり、精度が高くかつ耐ノイズ性に優れた絶対回転角度検出を 行うことが可能となる。
[0082] なお、本実施形態では、第 1、第 2の検出用としてコイルコアとセンシング部、磁石と MR素子を協働させて設けたが、これに限定されることはなぐこれらを入れ替えて用 いても良ぐまた、 MR素子の代わりに、 AMR素子やホール素子、 GMR素子などの 他の磁束検出手段を用いても良いことは言うまでもない。また、コイルコアは平面視ト ラック状なしていたが、これに限定されず平面視円形状をなしていても構わない。
[0083] なお、上述した実施形態の変形例として以下のようなものも考えられる。この変形例 は、図 11及び図 12に示すように、一方の組のコイルコア 150 (コイル A1であるコイル 151とコイル B 1であるコイル 152)をセンシング部 115の適所に配置するとともに、他 方の組のコイルコア 160 (コイル A2であるコイル 161とコイル B2であるコイル 162)を このコイルコア 150とは異なるセンシング部 115の適所に配置している。ここで、図 11 は、ロータ 110、センシング部 115、及びコイルコア 150, 160のみを示しており、この センシング部 115は図 11にお!/ヽてはセンシング幅が周方向に一定に描かれて!/、る 力 実際には例えばセンシング幅の変化の周期が一周期 120度としてセンシング部 周方向に 3分割されて 、ても良 、し、一周期 90度としてセンシング部周方向に 4分割 されて 、ても良!、し、ある 、は一周期 72度としてセンシング部周方向に 5分割されて V、ても良 、し、一周期が任意の度数でセンシング部周方向に均等に分割されて!、れ ばどの様な形態でも良い。
[0084] なお、この場合のコイルコアに使用するコア本体も上述した実施形態と同様にポリ フエ-レンスルフイドに Mn—Zn系軟磁性材フェライトを混合した混合軟磁性材でで きている。この場合、コア本体は射出成型によって形成され、磁性粉充填率は 50重 量%程度となって 、る。ソフトフェライトを含んだ軟磁性材をこのような充填率で射出 成型してコア本体を形成することで、成形が容易なので、コアの形状の設定自由度を 向上させることができる。
[0085] 又は、コア本体がエポキシ榭脂に Fe— Si— A1系センダストを混合した混合軟磁性 材でできていても良い。この場合、コア本体は圧粉成型によって形成され、磁性粉充 填率は 90重量%以上となって 、る。センダストを含んだ軟磁性材をこのような充填率 で圧粉成型してコア本体を形成することで、透磁率を高めて検出特性を向上させるこ とができる。また、透磁率の温度特性を向上させ、幅広い温度範囲の環境で回転セ ンサを使用することができる。
[0086] そして、一方の組のコイルコア 150 (コイル A1とコイル B1)は、センシング部 115の 周方向に以下のように互いにずらして配置する。具体的には、センシング部 115の幅 の変化がセンシング部 115の周方向 360度当たり繰り返される回数を分割数とし、 S = 360度 Z分割数とすると、配置される一方の組のコイルコアの周方向になす角度 Θは、
Θ =nX S + SZ4 (但し、 nは整数)で規定されている。同じぐ他方の組のコイルコ ァ 160もこの角度 Θをなすようにセンシング部 115の周方向に互いにずれて配置さ れている。
[0087] また、図 12には本変形例における信号処理回路を示しており、信号発生部 250, 2 60はコイルコア 150, 160で検出された信号をそれぞれ増幅して信号処理部 350, 3 60に出力する役目を果たしている。また、信号処理部 350, 360は、入力された信号 を各 CPUで処理して ECU400にそのデータを出力する役目を果たしている。また、 ECU400は、入力されたデータより、回転体の回転角度を検出する役目を果たして いる。
[0088] このような変形例の構成によって、一方の組のコイルコア力 の信号による出力デ ータと、他方の組のコイルコア力 の信号による出力データとを確認することにより、 主回転体の回転角度を検出する際の冗長性を確保することができるようになる。
[0089] 以上説明したように、従来技術に力かる回転センサは、回転方向に幅が変化する口 ータとコイルコアを使用して主回転体の回転角度を検出するとともに、主回転体の 36
0度以上の回転角度の測定を可能とするために、主回転体と連結して回転するゼネ バギアを備え、更にこのゼネバギアの回転を回転方向に幅が変化するロータとコイル コアを使用して検出するようになって!/、た。
[0090] し力しながら、本発明の第 1の実施形態に力かる回転センサはこのようなゼネバ歯 車を用いていない。すなわち、主回転体と歯車を介して連結している副回転体を設 け、ゼネバ歯車の代わりにその副回転体に磁石を備えるとともに固定部材に MR素 子などの磁束変化を検知するセンサ素子を設けて磁石とセンサ素子との組み合わせ で副回転体の回転角度を検出するようになって!/、る。このように電磁誘導方式で主回 転体の回転を検出するとともに磁石とセンサとの組み合わせで磁束変化を検出する 方式で副回転体の回転を検出して、この 2種類の信号力 主回転体の 360度以上の 範囲の回転角度を算出して 、る。
[0091] そして、本発明の第 1の実施形態に力かる回転センサがこのような構成を有すること で、ゼネバ歯車を備えた従来の回転センサの欠点、すなわち主回転体の回転数をゼ ネバ歯車、導電層、検出コイルによって回転数ごとに段階的に出力することで主回転 体の各回転数に対応した出力段の段差が小さいと主回転体の回転数を検出しづらく なる欠点を解決できた。
[0092] また、検出角度が広い場合、ゼネバ方式では多くの階段状信号が必要になり機構 部が大きくなつてしまって小型化に不利である力 本発明による方式であると小型化 が可能である。
[0093] これにカ卩えて、本発明の第 1の実施形態に力かる回転センサは、従来技術にかか る回転センサの更なる欠点であるゼネバ歯車が振動などにより回転してしまうおそれ 力 Sあることに起因する回転センサ自体の耐振動性低下の問題も解決できた。
[0094] 更に、本発明の第 1の実施形態に力かる回転センサは、従来技術に力かる回転セ ンサの更に別の欠点である組み付け性やコストの問題、すなわちゼネバ歯車に回転 方向により幅が変化するロータを設け、このロータを挟む位置にコイルとコアの組を設 ける場合に部品の位置決めが容易でないため回転センサ自体の組み付け性が良く ない欠点と部品及び 立工数のコストが高くなる欠点も解決することができた。
[0095] 続いて、本発明の第 2の実施形態に力かる回転センサを図面に基いて説明する。
なお、本実施形態においても回転センサの一形態である回転センサ 1を用い、自動 車のステアリング装置に関してこの回転センサ 1をステアリングシャフトに取り付け、ハ ンドルの回転角度を検出する場合について説明する。
[0096] 本発明の第 2の実施形態に力かる回転センサ 1は、図 1及び図 2に示すように、測 定すべき回転体であるステアリングシャフト S (以下、単に「シャフト S」とする)に嵌め 込まれかつ外周部に第 1歯車 11を備えたロータ 10と、当該ロータ 10の第 1歯車 11と 嚙合する第 2歯車 12と、ロータ 10及び第 2歯車 12を回転可能に支持する下ケース 2 1と、下ケース 21と嵌合して箱状のケース 20をなす上ケース 22を備えて 、る。
[0097] ロータ 10は、強度と成型性に優れた合成樹脂でできており、ロータ 10の周囲所定 位置からステー 15aが延在し、例えば板厚 0. 5mm程度の板状のセンシング部 15が このステー 15aを介してロータ 10の周囲にリング状に備わっている。なお、センシング 部 15は、真鍮、銀、アルミニウム、銅などの導電性部材でできており、本実施形態で は周方向に 90度ずつその幅が例えば 2mmから 5mmまで規則的に変化するように なって 、る。このように周方向に 90度ずつセンシング部 15の幅を変化させることで、 ロータ 10の実際の回転角度に対するコイルコア 50からの検出信号の変化を大きくと るようにしている。
[0098] また、上ケース 22と下ケース 21は、強度に優れかつ交流磁界の遮蔽性を有する金 属又は絶縁磁性材カもなる遮蔽材でできており、上ケース 22と下ケース 21とが協働 して箱体をなしてロータ 10やセンシング部 15、第 2歯車 12を収容するようになってい る。また、下ケース 21には、回転センサ 1に電力を供給したり、回転センサ 1の検出信 号を外部に伝達したりするためのコネクタ 25が備わっている。
[0099] また、上ケース 22及び下ケース 21には、図 1及び図 3に示すように、 2組のコイルコ ァ 50がロータ 10のセンシング部 15のセンシング面に対して所定間隔隔てて対向配 置するように取り付けられている。なお、センシング部 15とコイルコア 50が協働して第 1の検出手段を構成して 、る。
[0100] この 2組のコイルコア 50は、図 1に示すように、後述する各位相シフト量の出力値が 22. 5度ずれるようにセンシング部 15の周方向に関して所定の角度で取り付けられ ており、図 3及び図 4に示すように、各外周縁が図 1に示す平面視でいわゆる陸上競 技のトラック形状をなしている。なお、コイルコア 50は、プラスチックマグネット(例えば PPS (ポリフエ-レンスルフイド)に Mn—Zn系軟磁性フェライトを混入した混合軟磁 性材等)などの絶縁性の軟磁性材でできたコア本体 51と、コア本体 51の外周部に沿 つて形成されたトラック状のコイル収容溝 55に卷回されてコア本体 51内に収容され た励磁コイル 52とを備えて 、る。
[0101] また、トラック状をなすコイル卷回用のコイル収容溝 55の内側には、図 5に示すよう に、センシング部側力 見て外周部が同じくトラック状をなすコイル卷回用突出部 53 が形成されている。そして、このコイル卷回用突出部 53の上面、すなわちセンシング 部 15との対向面にはセンシング部 15の延在方向に沿つて傾斜するテーパ部 53aが 形成されている。このテーパ部 53aは、コイル卷回用突出部 53の幅方向両端部から 幅方向中央部に向力つてコイル卷回用突出部 53の上面が凹むように形成されてい る。すなわち、コイル卷回用突出部 53の長手方向断面で見て深さの浅い断面視 V字 状の溝部 54がセンシング部 15の延在方向と直交する方向に形成されて!、る。
[0102] また、対向する励磁コイル 52同士は、それぞれ直列に接続され、ケース 20内でここ では図示しない回転角度検出部のプリント基板と電気的に接続されている。そして、 対向する励磁コイル 52に交流励磁電流が流されることで周囲に交流磁界を形成し、 それぞれ対となっているコア本体 51間でセンシング部 15のセンシング面に対して交 流磁界を交差させている。 [0103] そして、コイルコア 50から発生した交流磁界によって導電性部材のセンシング部 15 には渦電流が発生するが、ロータ 10の回転に応じたセンシング部 15の幅の変化に 対応してこの発生した渦電流が変化し、これに基づくインピーダンス変動を検出して 各コイルコア 50がロータ 10の回転角度を 90度周期で検出するようになっている。
[0104] なお、コイルコア 50が各組ごとにセンシング部 15を挟んで対向配置される理由は、 振動等によりロータ 10の位置がシャフト Sの軸方向に変動すると、これに伴い各々の コイルコア 50からの出力も変動する力 一方のコイルコア 50からの出力が増加した 分、他方のコイルコア 50からの出力は減少するので、対向する 2つのコイルコア 50か らの出力を検出すれば各々のコイルコア 50の出力変動を相殺できるからである。
[0105] このロータ 10の回転角度検出のための信号処理方法は以下の通りである。なお、 各回路構成については図示を省略する。まず、発振回路が分周回路を介して特定 周波数の発振信号を抵抗、励磁コイル 52及びコンデンサ力もなる位相シフト部に出 力する。このとき、センシング部 15における渦電流発生の大きさに応じて各励磁コィ ル 52のインピーダンスが変化し、このインピーダンス変化によって各コンデンサ両端 における電圧信号の位相も変化する。そして、コンデンサの両端の電圧信号は、位 相シフト量検出部へ出力され、この検出部で各コンデンサ両端の電圧信号の位相シ フト量を検出する。そして、コンバータが、検出された位相シフト量を対応する電圧値 に変換する。
[0106] なお、本実施形態では、各コイルコア 50とセンシング部 15とが協働することで得ら れる位相シフト量出力信号の位相が 22. 5度ずれるようにコイルコア 50をセンシング 部 15の周方向に対応させてケース 20に配置しているので、上述のような信号処理に よって、図 6 (a)に示す通り、一方のコイルコア 50の位相シフト量出力値 SAと他方の コイルコア 50の位相シフト量出力値 SBに見られるように、互いに 22. 5度位相のず れた 90度周期の位相シフト量の出力値が得られるようになつている。
[0107] このようにして得られた位相シフト量の出力値からロータ 10の回転角度を 90度周期 で検出する方法は以下の通りである。
[0108] 図 6 (a)に示すように、各コイルコア 50から得られるロータ 10の回転角度の出力値( SA, SB)とこれらをそれぞれ反転させた出力値 (RSA, RSB)とを重畳させる。そし て、各位相シフト量検出値の大小関係からロータ 10の回転角度が 0度〜 22. 5度、 2 2. 5度〜 45度、 45度〜 67. 5度、 67. 5度〜 90度、の!/、ずれの範囲にある力を半 IJ断 する。そして、これら 4つの位相シフト量検出値の直線部分を用いるとともに、この直 線部分同士をジョイント(結合)処理する。次いで、上述した 4つの角度範囲における 何れの角度範囲にあるかの判断結果に基づき、図 6 (b)に示す 90度ごとの周期で変 化する鋸歯状波形の出力信号力もロータ 10の回転角度を 90度周期で求めるように なっている。
[0109] 一方、下ケース 21には、図 1及び図 2に示すように、第 2歯車 12の中心部分に第 2 歯車 12と一体に回転する磁石 61を備えるとともに、磁石 61に対向する下ケース 21 の部分にこの磁石 61の磁束を検出する MR素子 (磁束検出素子) 62を備えている。 そして、この磁石 61と MR素子 62とが協働して第 2の検出手段を構成している。
[0110] MR素子 62は、その検出出力値力 sin曲線状の検出出力値と cos曲線状の検出出 力値として得られ、これらの検出出力値を tan関数の検出出力値に換算して、図 8に 示すような 191. 25度ごとの周期で変化する鋸歯状波形の出力信号として出力する ようになつている。なお、この信号処理方法は、例えば特開 2004— 53444号公報に ぉ 、て記載されて 、るように公知である。
[0111] MR素子 62の検出出力値の周期がこのように 191. 25度となっている理由は、本 実施形態の場合、ロータ 10に備わった第 1歯車 11の歯数が 80、第 2歯車 12の歯数 が 85であるので、これらの歯数の関係から、第 2歯車 12の回転に応じて検出される MR素子 62の検出信号の周期が 180度 X 85Z80= 191. 25度となっているためで ある。
[0112] このように、本実施形態に力かる回転センサ 1では、コイルコア 50とセンシング部 15 が協働して構成する第 1の検出手段力も得られる第 1の検出信号がロータ 10の回転 に対応して 90度の周期で出力され、かつ磁石 61と MR素子 62が協働して構成する 第 2の検出手段力も得られる第 2の検出信号が第 2歯車 12の回転に対応して 191.2 5度の周期で出力されるようになる力 本発明に力かる回転センサ 1においては、これ らの検出信号の周期間で以下の各関係を満たすことが必要とされている。
[0113] まず、各検出信号の周期が満たすべき第 1の関係として、コイルコア (第 1の検出手 段) 50の検出信号の周期を Tc、 MR素子 (第 2の検出手段) 62の検出信号の周期を Tmとした場合、
(Tm-Tc X i) X n=Tm (i及び nは正の整数)の関係を満たすようになつている。こ のような関係を満たすことで、ロータ 10すなわち測定すべきシャフト Sの絶対回転角 度検出の分解能を向上させるとともに耐ノイズ性を向上させるようになつている。なお 、本実施形態に力かる回転センサ 1の場合、
Tc = 90度、 Tm= 191. 25度として、 i= 2、 n= 17とすると、
(191. 25- 90 X 2) X 17= 191. 25となり、上述の関係式を満たして! /、る。
[0114] また、この周期 Tm及び周期 Tcに互いに異なる正の整数をかけたそれぞれの倍数 において、共通で最小のものを Txとすると、 Τχ≥ 1440度の関係を満たすようになつ ている。このような関係を満たすことで、測定範囲の ± 720度の範囲内で、第 1の検 出手段をなすコイルコア 50と第 2の検出手段をなす MR素子 62によって得られる 2つ の出力値の組み合わせに対応するロータ 10すなわちシャフト Sの絶対回転角度の解 が複数発生してしまうのを回避し、コイルコア 50の出力値と MR素子 62の出力値とか ら確実かつ一義的にロータ 10すなわちシャフト Sの絶対回転角度を求めることができ るよつになる。
[0115] 続いて、上述した回転センサ 1を用いたシャフト Sの絶対回転角度の測定方法につ いて説明する。本実施形態に力かる回転センサ 1は、上述したようにコイルコア 50の 検出信号の周期と第 2歯車 12の検出信号の周期が特別の関係を満たすので、ロー タ 10の回転に対応するコイルコア 50の出力信号の周期と第 2歯車 12に備わった M R素子 62の出力信号の周期との対応関係は測定すべき絶対回転角度内で互いに 幅広くかつ等間隔に分布した検量線 (ここでは図示せず)に限定された関係になる。 これに伴って、図 8に示すようにコイルコア 50とセンシング部 15によるロータ 10の回 転信号検出値が― 750度から + 750度にわたって 90度ごとに鋸歯状の波形で交互 に連続的に出力されるとともに、 MR素子 62と磁石 61による第 2歯車 12の回転角度 検出出力値の周期が 191. 25度ごとに鋸歯状の波形で交互に連続的に出力される
[0116] 従って、コイルコア 50とセンシング部 15から検出された周期と MR素子 62と磁石 61 力も検出された周期を比較して、これらの比較結果力もロータ 10と一体となって回転 するシャフト sの絶対回転角度を一義的にかつ高分解能で精度良く求めることができ る。
[0117] なお、本実施形態に力かる回転センサ 1は、上述したようにコイルコア 50のコア本 体 51のセンシング部側対向面がトラック状をなし、センシング部 15が当該コア本体 5 1のトラック状対向面の直線部分内でずれるように組み付けられている。
[0118] これによつて、センシング部 15がコイルコア 50に対してセンシング部 15の延在方向 と直交するセンシング部 15の径方向(以下、この方向を「X軸方向」とする)に若干ず れても、センシング部 15のコイルコア 50に対する投影面積が殆んど変化することが 無い。その結果、センシング部 15が X軸方向に若干ずれても、センシング部に交差 する磁束が実質的に変化することが殆んど無ぐ検出される回転量の出力値の誤差 を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法公差や組み付け上の公差を ある程度許容しても、これら公差の影響を受けず回転量の安定した検出を行うことが 可能となる。また、例えば回転センサが、自動車等振動が加わる箇所に搭載された 場合であっても、振動によるセンシング部と検出部の相対位置変化の影響を低減す ることができる。さらに、経時変化等によりセンシング部と検出部との間の相対位置が 変化したとしても、この影響を低減させることができる。
[0119] また、コア本体 51には励磁コイル 52が卷回されるコイル卷回用突出部 53が形成さ れ、かつ当該コイル卷回用突出部 53のセンシング部 15との対向面の少なくとも一部 に、センシング部 15の延在方向に沿って傾斜するテーパ部 53aが形成されている。
[0120] このようなテーパ部 53aが形成されていることで、センシング部 15とコア本体 51のセ ンシング部対向面との間隔がずれても、センシング部 15を横切る磁束が実質的に殆 んど変化することなぐその結果、センシング部 15がコイルコア 50に対してセンシング 面と垂直方向すなわちロータ 10の軸線方向(以下、この方向を「Z軸方向」とする)に 若干ずれても、検出される回転量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そ のため、部品の寸法公差や組み付け上の公差の影響を受けず回転量の安定した検 出を行うことが可能となる。また、例えば回転センサが、自動車等振動が加わる箇所 に搭載された場合であっても、振動によるセンシング部と検出部の相対位置変化の 影響を低減することができる。さらに、経時変化等によりセンシング部と検出部との間 の相対位置が変化したとしても、この影響を低減させることができる。
[0121] なお、コイルコアの形状は、上述したコイルコア 50のように、各外周縁が平面視で Vヽゎゆる陸上競技のトラック形状をなして 、る代わりに、図 13の変形例に示すコイル コア 70のような形状であっても良い。すなわち、同図に示すコイルコア 70のコア本体 71のセンシング部側対向面がセンシング部 15の延在方向と直交する方向を長手方 向とする長方形形状をなし、センシング部 15が当該コア本体の長方形状対向面内で 長手方向にずれるように組み付けられて 、ても良 、。
[0122] コイルコアがこのような形状を有する場合、上述の実施形態と同様に、センシング部 15がコイルコア 70に対してセンシング部 15の延在方向と直交するセンシング部 15 の径方向(X軸方向)に若干ずれても、センシング部 15のコイルコア 70に対する投影 面積が殆んど変化することが無い。その結果、センシング部 15が X軸方向に若干ず れても、センシング部に交差する磁束が実質的に変化することが殆んど無ぐ検出さ れる回転量の出力値の誤差を最小限に抑えることができる。そのため、部品の寸法 公差や組み付け上の公差をある程度許容しても、これら公差の影響を受けず回転量 の安定した検出を行うことが可能となる。また、例えば回転センサが、自動車等振動 が加わる箇所に搭載された場合であっても、振動によるセンシング部と検出部の相対 位置変化の影響を低減することができる。さらに、経時変化等によりセンシング部と検 出部との間の相対位置が変化したとしても、この影響を低減させることができる。 実施例
[0123] 続いて、以下に本発明に力かる回転センサの一例として回転センサ 1を用い、該回 転センサ 1のコイルコア 50を上述のような特別な形状にしたことによる優位性を、セン シング部 15との対向面が円形をなす従来のコイルコア 150と比較して確認したので、 以下に実施例として記載する。
[0124] なお、この実施例においては、本発明に力かる回転センサ 1に使用したコイルコア 5 0を本実施例とし、図 14に示すセンシング部 15のセンシング面と対向するコア本体 1 51の対向面外周部が円形をなすコイルコア 150を比較例とした。
[0125] そして、実施例 1として、センシング部 15がコイルコア 50, 150に対して正規の位置 関係にある状態と、コイルコア 50, 150に対してセンシング部 15を X軸方向(センシン グ部 15の延在方向と垂直方向であってセンシング部 15の径方向)に僅かにずらした 場合の本実施例と比較例の検出出力値の誤差について比較した。
[0126] また、実施例 2として、コイルコア同士の間にセンシング部 15が正規の間隔で配置 されている場合の検出出力値と、センシング部 15を Z軸方向(センシング部 15のセン シング面に対して垂直方向であってロータ 10の径方向)に僅かにずらすことによって 得られる検出出力値に基づき、センシング部 15がセンシング面に対して垂直方向に 僅かにずれた場合の出力誤差について本実施例と比較例を比較した。
(実施例 1)
図 15は、比較例である丸型のコイルコア 150を用 、てセンシング部 15がコイルコア 150の正規の位置関係(シールド中心移動量 Omm)から X軸方向(センシング部 15 の延在方向と垂直方向すなわちセンシング部 15の径方向)にずれた場合を横軸とし 、そのずれた各位置において測定された検出出力値であるインダクタンスを縦軸に 示した測定図である。この場合、プロットした黒丸はセンシング部 15の幅が 2mmの部 分でセンシング部 15をずらしたときの検出出力値であり、プロットした白丸はセンシン グ部 15の幅が 5mmの位置でこのセンシング部 15をずらしたときの検出出力値を示 している。
[0127] この測定結果から明らかなように、センシング部 15の幅が 2mmの場合、センシング 部 15をコイルコア 150に対して X軸方向にずらすことによつても出力誤差が生じるが 、特にセンシング部の幅が 5mmの場合、このセンシング部をコイルコアに対して X軸 方向にずらすことによってこの出力誤差が顕著に大きくなることが分力つた。
[0128] 図 16は、図 15に対応する測定結果であり、本実施例であるトラック型のコイルコア 5 0を用いてセンシング部 15がコイルコア 50の正規の位置関係(シールド中心移動量 Omm)から X軸方向(センシング部 15の延在方向と垂直方向すなわちセンシング部 15の径方向)にずれた場合を横軸とし、そのずれた各位置において測定された検出 出力値であるインダクタンスを縦軸に示した測定図である。この場合、プロットした黒 丸はセンシング部 15の幅が 2mmの部分でセンシング部 15をずらしたときの検出出 力値であり、プロットした白丸はセンシング部 15の幅が 5mmの位置でこのセンシング 部 15をずらしたときの検出出力値を示して!/、る。
[0129] この測定結果から明らかなように、センシング部 15の幅が 2mmの場合、センシング 部 15をコイルコア 50に対して X軸方向にかなりずらさなければ出力誤差が生じす、ま た、センシング部 15の幅が 5mmの場合、センシング部 15をコイルコア 50に対して X 軸方向にある程度ずらしただけでは出力誤差が殆んど生じないことが分力つた。
[0130] 図 17は、比較例を示した図 15におけるセンシング部 15の各ずれ量においてセン シング部 15の幅 2mmの場合の検出出力値とセンシング部の幅 5mmの場合の検出 出力値の差をとつた出力差 (ひし形のプロット)と、本実施例を示した図 16におけるセ ンシング部 15の各ずれ量にお!、てセンシング部 15の幅 2mmの場合の検出出力値 とセンシング部の幅 5mmの場合の検出出力値の差をとつた出力差(黒丸のプロット) を比較して示したものである。
[0131] この図においてはその特性上、センシング部 15の X軸方向へのずれ量が大きくな つても、各ずれ量においてセンシング部 15の幅 2mmの場合の検出出力値とセンシ ング部 15の幅 5mmの場合の検出出力値との出力差が大き!/、方が正確な回転角度 を検出可能なことを示している。この図から明らかなように、黒丸のプロットで示した本 実施例は、センシング部 15がある程度ずれてもこの各検出出力値の出力差が高い 値を維持していることが分力つた。その一方、比較例は、センシング部 15の幅が少し でもずれると、その各検出出力値の出力差が急激に小さくなることが分力つた。
[0132] 以上の比較結果から、本実施例のコイルコア 50は、センシング部 15がコイルコア 5 0に対して X軸方向すなわちセンシング部 15の延在方向と直交するセンシング部 15 の径方向にずれても、その検出出力値が本比較例のコイルコア 150に較べて極めて 安定していることが分力つた。その結果、回転センサ 1の部品公差や組み付け公差の 関係からコイルコア 50とセンシング部 15との間で正規の取り付け位置関係力も X軸 方向へのずれが生じたとしても、本実施例は本比較例に較べて安定した回転の検出 が可能であることが分力つた。
[0133] なお、センシング部を周方向ではなく長手方向に直線的に延在させ、かつ、延在方 向に幅を変化させて、これに本発明のコイルコアを対向して設ければ、長手方向の 移動距離等を検出する変位センサとしても適用可能である。さらに、周方向あるいは 長手方向に延在するセンシング部は、その延在方向に幅が変化することで回転量を 測定するものに限らず、その延在方向に厚さが変化することで回転量を測定するもの であっても良い。
(実施例 2)
図 18は、本実施例であるコイル卷回用突出部上面がトラック状をなすコイルコア 50 を用いてセンシング部 15がコイルコア 50の正規の位置関係(シールド中心移動量 0 mm)力 センシング部 15力 ¾軸方向(センシング部 15のセンシング面と垂直方向す なわちコイルコア間において何れかのコイルコア方向)にずれた場合を横軸とし、そ のずれた各位置において測定された検出出力値であるインダクタンスを縦軸に示し た測定図である。この場合、プロットした黒い正方形は実施例 2の比較例に相当し、コ ィルコア 50のコイル卷回用突出部の上面に凹みをなすテーパ部 53aすなわち溝部 5 4が無い場合における Z軸方向のセンシング部 15のずれ量と検出出力値のインダク タンスを示している。
[0134] また、プロットした白い菱形は実施例 2の本実施例に相当し、コイルコア 50のコイル 卷回用突出部 53の上面に若干の凹みをなすテーパ部 53aすなわち深さ 0. 2mmの 溝部 54を有する場合の Z軸方向におけるセンシング部 15のずれ量と検出出力値の インダクタンスとの関係を示している。
[0135] また、プロットした黒い三角も実施例 2の本実施例に相当し、コイルコア 50のコイル 卷回用突出部 53の上面に中程度の凹みすなわち深さ 0. 3mmの溝部 54を有する 場合の Z軸方向におけるセンシング部 15のずれ量と検出出力値のインダクタンスを 示している。
[0136] また、プロットした白丸も実施例 2の本実施例に相当し、コイルコア 50のコイル卷回 用突出部 53の上面にこれらより深く窪んだ凹みすなわち深さ 5mmの溝部 54を有す る場合の Z軸方向におけるセンシング部 15のずれ量と検出出力値のインダクタンスを 示している。
[0137] この測定結果力も分力るように、コイルコア 50のコイル卷回用突出部 53のセンシン グ部 15と対向する上面に本実施形態のようなセンシング部 15の延在方向に沿って 傾斜するテーパ部 53aを設けることによって、このようなテーパ部 53aが無 、コイルコ ァを用いた場合に比べてセンシング部 15の Z軸方向のズレに対する検出出力値のィ ンダクタンスの誤差が少なくなることが分力つた。また、テーパ部 53aによって形成さ れる溝部 54の深さが 0. 2mmよりも 0. 5mmの方がセンシング部 15の Z軸方向のズ レに対する検出出力値のインダクタンスの誤差が小さいことが分かった。
[0138] 図 19は、図 18に示したような本実施例のコイルコア 50と同様に比較例である丸型 のコイルコア 150を用いるとともに、このコイルコア 150のコイル卷回用突出部の上面 に特別に凹みをなすテーパ部 163aを設けた場合(図 20参照)と単なる比較例のよう にコイル卷回用突出部の上面に凹みを有さない場合を比較した比較結果である。
[0139] この比較結果からも明らかなように、本比較例において図 20に示すようにコイルコ ァ 160のセンシング部 15の延在方向に沿って傾斜するテーパ部 163aによって形成 された断面視で V字型の溝部 164を有することによって、このようなテーパ部 163aを 全く有さな 、場合(図 19における黒 、正方形でプロットした検出出力値のインダクタ ンス)に較べてセンシング部 15が Z軸方向に若干ずれても検出出力値の出力誤差が 殆んど生じないことが分力つた。なお、この場合、テーパ部 163aによって形成される 溝部 164の深さはあまり深くなく例えば深さ 0. 2mm又は深さ 0. 3mm程度がセンシ ング部 15の Z軸方向のズレに対する検出出力値のインダクタンスの出力誤差が生じ にくいことが分力つた。
[0140] 以上説明したテーパ部は、コイルコアのコイル卷回用突出部の上面全体にわたつ て形成されて!ヽる必要はなぐ少なくとも一部に形成されて!ヽれば良 ヽ。
[0141] なお、センシング部を周方向ではなく長手方向に直線的に延在させ、かつ、延在方 向に幅を変化させて、これに本発明のコイルコアを対向して設ければ、長手方向の 移動距離等を検出する変位センサとしても適用可能である。さらに、周方向あるいは 長手方向に延在するセンシング部は、その延在方向に幅が変化することで回転量を 測定するものに限らず、その延在方向に厚さが変化することで回転量を測定するもの であっても良い。
(実施例 3)
図 21は、図 17に示した比較結果に加えて、図 13に示した変形例のコイルコア 70 に対するセンシング部のずれ位置に対応してこのずれ位置におけるセンシング部 15 の幅 2mmと幅 5mmの検出出力値の出力差を算出してカ卩えた比較結果である。具体 的には、比較例(図 15参照)におけるセンシング部 15の各ずれ量においてセンシン グ部 15の幅 2mmの場合の検出出力値とセンシング部の幅 5mmの場合の検出出力 値の差をとつた出力差を図 21において X印のプロットとし、本実施例(図 16参照)に おけるセンシング部 15の各ずれ量にお!、てセンシング部 15の幅 2mmの場合の検 出出力値とセンシング部の幅 5mmの場合の検出出力値の差をとつた出力差を図 21 において黒丸のプロットとし、これらに相当する本変形例に関するセンシング部 15の 幅 2mmの場合の検出出力値とセンシング部の幅 5mmの場合の検出出力値の差を とった出力差を図 21にお 、て白丸のプロットとしてこれらを比較した。
[0142] 図 17と同様に図 21からも、白丸のプロットで示した本変形例は、黒丸のプロットで 示した本実施例と同様に、センシング部 15がある程度ずれてもこの各検出出力値の 出力差が高い値を維持していることが分力つた。その一方、本比較例は、センシング 部 15の幅が少しでもずれると、その各検出出力値の出力差が急激に小さくなること が分かった。
[0143] 以上の比較結果から、本変形例のコイルコア 70は、センシング部 15がコイルコア 7 0に対して X軸方向すなわちセンシング部 15の延在方向と直交するセンシング部 15 の径方向にずれても、その検出出力値が本比較例のコイルコア 150に較べて極めて 安定していることが分力つた。その結果、回転センサ 1の部品公差や組み付け公差の 関係からコイルコア 70とセンシング部 15との間で正規の取り付け位置関係力も X軸 方向へのずれが生じたとしても、本変形例は本比較例に較べて回転角度の安定した 検出が可能であることが分力つた。
[0144] なお、本変形例においても、センシング部を周方向ではなく長手方向に直線的に 延在させ、かつ、延在方向に幅を変化させて、これに本発明のコイルコアを対向して 設ければ、長手方向の移動距離等を検出する変位センサとしても適用可能である。 さらに、周方向あるいは長手方向に延在するセンシング部は、その延在方向に幅が 変化することで回転量を測定するものに限らず、その延在方向に厚さが変化すること で回転量を測定するものであっても良い。
[0145] 以上説明した本発明に力かる回転センサは、自動車のステアリング装置の回転角 度検出に適している。しかしながら、本発明に力かる回転センサは、例えば、ロボット アームのように互いに回転する回転軸間の相対回転角度や回転トルクを求めるもの であれば、どのようなものにも適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 測定すべき回転体とともに一体に動く主回転体と、当該主回転体の回転に対応し て主回転体の回転数と異なる回転数で回転する副回転体と、主回転体の回転を検 出する第 1の検出手段と、副回転体の回転を検出する第 2の検出手段とを有し、前記 第 1の検出手段の検出信号と第 2の検出手段の検出信号とから測定すべき回転体の 絶対回転角度を検出する回転センサにおいて、
前記第 1の検出手段と第 2の検出手段から得られる各検出信号がそれぞれ各回転 体の回転に対応して周期的に出力され、かつ前記第 1の検出手段の検出信号の周 期を Tc、前記第 2の検出手段の検出信号の周期を Tmとした場合、
(Tm-Tc X i) X n=Tm (i及び nは正の整数)の関係を満たすことを特徴とする回 転センサ。
[2] 前記主回転体の検出信号の周期 Tcを 90度、副回転体の検出信号の周期 Tmを 1 91. 25度とすることを特徴とする、請求項 1に記載の回転センサ。
[3] 前記主回転体の検出信号の周期 Tcを 120度、副回転体の検出信号の周期 Tmを 130度とすることを特徴とする、請求項 1に記載の回転センサ。
[4] 前記主回転体の検出信号の周期 Tcを 120度、副回転体の検出信号の周期 Tmを 260度とすることを特徴とする、請求項 1に記載の回転センサ。
[5] 前記周期 Tm及び周期 Tcに互いに異なる正の整数をかけたそれぞれの倍数にお V、て共通で最小のものを Txとすると、
Τχ≥ 1440度の関係を満たすことを特徴とする、請求項 1に記載の回転センサ。
[6] 前記 Tx及び Tcが、 Tx=Tc X n(nは正の整数)の関係を満たすことを特徴とする、 請求項 5に記載の回転センサ。
[7] 前記第 1の検出手段が、前記主回転体と一体に回転しかつ周方向に沿って幅が変 化する導電性のセンシング部と、前記センシング部と協働して電磁誘導により前記主 回転体の回転角度を検出する励磁コイルとを備えるとともに、前記第 2の検出手段が 、前記副回転体に磁石を設け、前記副回転体の回転に応じた前記磁石の磁束変化 を検出する磁束検出素子を備えたことを特徴とする、請求項 1乃至請求項 6の何れか に記載の回転センサ。
[8] 前記励磁コイルはポリフエ-レンスルフイドに Mn—Zn系軟磁性材フェライトを混合 した混合軟磁性材でできたコア本体によって保持されて!ヽることを特徴とする、請求 項 7に記載の回転センサ。
[9] 前記励磁コイルは、エポキシ榭脂に Fe - Si— A1系センダストを混合した混合軟磁 性材でできたコア本体によって保持されて ヽることを特徴とする、請求項 7に記載の 回転センサ。
[10] 測定対象物の移動に応じて幅又は厚みの少なくとも一方が変化する導電性のセン シング部と、前記センシング部に対向配置されるコア本体及び当該コア本体の外周 壁に対応して配置された励磁コイルを有するコイルコアを備えた回転センサにおいて 前記コア本体の前記センシング部側対向面がトラック状をなし、前記センシング部 が当該コア本体のトラック状対向面の直線部分内でずれるように組み付けられたこと を特徴とする回転センサ。
[11] 測定対象物の移動に応じて幅又は厚みの少なくとも一方が変化する導電性のセン シング部と、前記センシング部に対向配置されるコア本体及び当該コア本体の外周 壁に対応して配置された励磁コイルを有するコイルコアを備えた回転センサにおいて 前記コア本体には前記励磁コイルが卷回される突出部が形成され、かつ当該突出 部の前記センシング部との対向面の少なくとも一部に、前記センシング部の延在方 向に沿って傾斜するテーパ部が形成されて 、ることを特徴とする回転センサ。
[12] 測定対象物の移動に応じて幅又は厚みの少なくとも一方が変化する導電性のセン シング部と、前記センシング部に対向配置されるコア本体及び当該コア本体の外周 壁に対応して配置された励磁コイルを有するコイルコアを備えた回転センサにおいて 前記コア本体の前記センシング部側対向面が当該センシング部の延在方向と直交 する方向を長手方向とする長方形形状をなし、前記センシング部が当該コァ本体の 長方形状対向面内で長手方向にずれるように組み付けられたことを特徴とする回転 センサ。
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