WO2018016185A1

WO2018016185A1 - 回転コネクタ

Info

Publication number: WO2018016185A1
Application number: PCT/JP2017/019909
Authority: WO
Inventors: 貴夫今井
Original assignee: 株式会社東海理化電機製作所
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2018-01-25
Also published as: JP2018013928A

Abstract

回転コネクタ１は、固定体８と、回動体９と、固定体８及び回動体９の一方に設けられた発光素子２１と、固定体８及び回動体９の他方に設けられた複数の受光素子２２と、を備える。回転コネクタ１は、発光素子２１と複数の受光素子２２との間の光通信を用いて、回動体９が回動した状態において固定体８と回動体９との間の通信を実行可能である。回転コネクタ１は、複数の受光素子２２の受光量を基に、回動体９の回転角を判定するように構成された角度判定部２７を備える。

Description

回転コネクタ

　本発明は、固定体と回動体との間の通信を確保する回転コネクタに関する。

　従来、相対的に回転する２部品間の通電を確保する回転コネクタとして、ステアリングロールコネクタが広く知られている。特許文献１のステアリングロールコネクタは、光通信を通じて非接触で通信データを回動体から固定体に送信している。

特開２００９－４７５４７号公報

　特許文献１のステアリングロールコネクタは、光学センサを用いて回動体の回転角を検出する構成を備えているが、この構成は光通信のハード構成と別体となっており、部品点数が多くなってしまうという問題を有していた。

　本発明の目的は、構成部品を少なく抑えることができる回転コネクタを提供することにある。
　本発明の一側面は、固定体と、回動体と、前記固定体及び回動体の一方に設けられた発光素子と、前記固定体及び回動体の他方に設けられた複数の受光素子と、を備え、前記発光素子と前記複数の受光素子との間の光通信を用いて、前記回動体が回動した状態において前記固定体と前記回動体との間の通信を実行可能な回転コネクタにおいて、前記複数の受光素子の受光量を基に、前記回動体の回転角を判定するように構成された角度判定部を備える。

　本構成によれば、固定体及び回動体の間で光通信を行う発光素子及び受光素子を用いて、回動体の回転角を検出するので、光通信と回転角検出とを同じハード構成で行うことが可能となる。よって、構成部品を少なく抑えることが可能となる。

　上記回転コネクタにおいて、前記角度判定部は、前記光通信を実行していない時間帯に、前記発光素子を駆動させて、前記回動体の回転角を判定するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、回転角の判定が光通信とは別の独立した処理となるので、回転角の判定が通常の光通信に影響を及ぼさずに済む。

　上記回転コネクタにおいて、前記角度判定部は、前記複数の受光素子の受光量を加重平均して前記回動体の回転角を判定するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、加重平均という簡素な演算を通じて、回動体の回転角を求めることが可能となる。

　上記回転コネクタにおいて、前記複数の受光素子は、前記回動体の軸回りに等間隔に配置され、前記複数の受光素子は、前記回動体の回動時に前記発光素子及び前記複数の受光素子の一方が他方を横断していくことで形成される周状の移動経路と対向する位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、複数の受光素子を等間隔にバランスよく配置するので、発光素子の光を安定して受光素子に届かせることが可能となる。また、回動体の回動時に発光素子及び受光素子の間で形成される周状の移動経路と対向する位置に受光素子を配置するので、受光素子を光が当たり易い最適な位置に配置することも可能となる。

　上記回転コネクタにおいて、前記角度判定部は、前記複数の受光素子の受光量を基に前記発光素子の位置を特定し、該発光素子の位置を基に、前記回動体の回転角を判定するように構成されていることが好ましい。この構成によれば、発光素子の位置から間接的に回動体の回転角を判定するという簡素な処理とすることが可能となる。

　本発明によれば、回転コネクタの構成部品を少なく抑えることができる。

一実施形態の回転コネクタの構成を示す側面図。受光素子の配置パターンを示す固定体の平面図。回転コネクタの電気構成図。発光素子の駆動パターンを示す通信シーケンス図。角度演算の仕方を示す説明図。

　以下、本発明を具体化した実施形態を図１～図５を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の回転コネクタ１は、例えば、車両において、固定側となる車体２と、回動側となるステアリングシャフト３とに取り付けられている。回転コネクタ１は、車体２とステアリングシャフト３との間の通信を非接触で行って、これら２者間の通信をステアリングシャフト３が回動されても確保する。車両は、ステアリングシャフト３に取り付けられたステアリングホイール３ａと、ステアリングホイール３ａに設けられ且つステアリングホイール３ａに対する種々の操作を検出可能な検知部４と、車体２に設けられたコントローラ５とを含む。検知部４は、ステアリングホイール３ａに対する操作を検出し、その操作に応じた出力信号Ｓoutを生成する。回転コネクタ１は、検知部４から出力信号Ｓoutを受け取り、その出力信号Ｓoutをコントローラ５に送信する。コントローラ５は、回転コネクタ１の作動を管理するＥＣＵ（Electronic Control Unit）からなり、出力信号Ｓoutを基に検知部４の検知状態を判断する。

　検知部４は、例えばスイッチまたはセンサを含み、出力信号Ｓoutとしてスイッチやセンサにより検出されたオンオフ信号を供給してもよい。センサは、画像センサを含んでもよく、検知部４は、出力信号Ｓoutとしてセンサにより検出されたデータ信号を供給してもよい。

　回転コネクタ１は、車体２に取り付け固定される固定体８と、固定体８に対して回動する回動体９とを備える。例えば、固定体８及び回動体９は、ともに略円板形状を有し、同一軸心（軸Ｌ１）上に配置されている。軸Ｌ１は、ステアリングシャフト３の回動軸心である。

　固定体８は、固定体８側の電装品が実装される基板１２を備える。ステアリングシャフト３は、固定体８及び基板１２の各々の中心に形成された挿通孔（図示略）に回動可能に挿通されている。回動体９は、回動体９側の電装品が実装される基板１３を備える。回動体９及び基板１３は、ステアリングシャフト３に対し、同一軸心上に固定されている。ステアリングシャフト３が回動されたとき、回動体９は、固定体８に支持されるとともに、ステアリングシャフト３と軸Ｌ１回り（図１の矢印Ｒ方向）に一体回動する。

　回転コネクタ１は、光通信型の通信方式を備え、固定体８及び回動体９の間で通信する信号を、光の有無に応じて相手側に通知する。本実施形態では、回動体９は、ステアリングホイール３ａの検知部４の出力信号Ｓoutを、通信データＳｄとして固定体８に光通信する。通信データＳｄは、光の「有り」及び「無し」の組み合わせにより、「０」及び「１」のデータ群からなる２値化情報を構築する。またステアリングホイール３ａには、複数の検知部４が設けられてもよい。この場合、回動体９は、通信データＳｄとして、複数の検知部４から出力される信号を時分割によりまとめた多重信号を光通信することが好ましい。光通信は、通信データＳｄを高速で通信すること（高速通信）が可能である。

　図１及び図２に示すように、回転コネクタ１は、光通信において光を投光する１つの発光素子２１と、発光素子２１の光を受光する複数の受光素子２２とを備える。発光素子２１は、基板１３の裏面に取り付けられる。例えば、発光素子２１は、ＬＥＤであることが好ましい。複数の受光素子２２は、基板１２の表面に取り付けられ、回動体９の軸Ｌ１回りに沿って等間隔に配置されている。これにより、回動体９がどの回転角にあっても、複数の受光素子２２の少なくとも１つが、発光素子２１の光を受光することができる。複数の受光素子２２は、回動体９の回動時に発光素子２１が移動する周状の移動経路Ｋ（図２参照）と対向する基板１２の表面上の位置に配置されている。つまり、複数の受光素子２２は、回動体９の回動時に発光素子２１が複数の受光素子２２を横断するように基板１２の表面上に配置されている。

　図３に示すように、回転コネクタ１は、発光素子２１の作動を制御する出力処理部２５を備える。出力処理部２５は、回動体９に設けられ、例えば基板１３に実装されたＩＣである。出力処理部２５は、発光素子２１を駆動させるか、又は駆動させないという処理（光の点灯／消灯）を切り替えることにより、発光素子２１によって通信データＳｄの２値化情報に準じた発光パターンを生成させる。この発光パターンの光が、複数の受光素子２２のうちの少なくとも１つによって受光される。

　回転コネクタ１は、受光素子２２の受光信号Ｓｒを基に送信側からの通信データＳｄ（本例は検知部４の出力信号Ｓout）を取得する信号処理部２６を備える。信号処理部２６は、コントローラ５に設けられている。信号処理部２６は、受光素子２２から受光信号Ｓｒを受け取り、この受光信号Ｓｒを基に通信データＳｄのデータ内容を判断し、この通信データＳｄに応じた作動を実行する。

　回転コネクタ１は、各受光素子２２の受光量（受光信号Ｓｒ）を基に回動体９（ステアリングシャフト３）の回転角θを判定する角度判定部２７を備える。角度判定部２７は、コントローラ５に設けられている。角度判定部２７は、各受光素子２２の受光量を基に発光素子２１の位置を求めることにより、回動体９の回転角θを判定する。

　次に、図４及び図５を用いて、回転コネクタ１の作用及び効果を説明する。
　図４に示すように、例えば、検知部４が、ステアリングホイール３ａに対する操作を検出し、検出した操作に応じた出力信号Ｓoutを生成する。出力処理部２５は、検知部４から出力信号Ｓoutを受け取り、出力信号Ｓoutに応じた２値符号の通信データＳｄを、光通信を通じて固定体８に送信する。例えば、出力処理部２５は、「１」の２値化情報を出力するとき、発光素子２１を点灯させ、「０」の２値化情報を出力するとき、発光素子２１を消灯させる。このように、出力処理部２５は、発光素子２１を点灯または消灯させることによって、２値化情報の通信データＳｄを固定体８に送信する。

　本例の場合、出力処理部２５は、最初にプリアンブル信号等を送信し、その後に例えば１バイト（８bit）の信号群を複数回送信することによって、通信データＳｄを光通信を通じて固定体８に送信する。すなわち、データ送信開始のタイミングが到来したとき、出力処理部２５は、１バイトの信号群を所定回数繰り返して送信することにより、通信データＳｄを光通信を通じて固定体８に送信する。

　角度判定部２７は、データ送信完了後、光通信を実施していない時間帯において回動体９の回転角θを求める処理を実行する。まず、出力処理部２５は、データ送信完了後、発光素子２１を駆動させる（点灯させる）。例えば、出力処理部２５は、データ送信完了後、発光素子２１を暫くの間、駆動させたまま（点灯させたまま）にする。このとき、発光素子２１の光が、複数の受光素子２２に到達する。角度判定部２７は、各受光素子２２から供給される受光信号Ｓｒを基に、回動体９の回転角θを算出する。このように、本例の角度判定は、通信データＳｄを送信しない時間帯で実施される。

　図５に示すように、角度判定部２７は、複数の受光素子２２から取得した受光信号Ｓｒ（受光量）を加重平均して、回動体９（ステアリングシャフト３）の回転角θを算出することが好ましい。これは、複数の受光素子２２のうちの発光素子２１に近い受光素子２２の光量が最も大きくなるはずであることに着目し、複数の受光素子２２の光量の加重平均をとれば、回動体９の回転角θに応じた計算結果が得られるからである。このようにして、角度判定部２７は、回動体９の回転角θを算出する。

　本例の場合、固定体８及び回動体９の間で光通信を行う発光素子２１及び複数の受光素子２２を用いて、回動体９（ステアリングシャフト３）の回転角θを検出するので、光通信と回転角検出とを同じハードウェア構成で行うことが可能となる。よって、回転コネクタ１の部品点数を少なく抑えることができる。また、回転コネクタ１の部品点数が少なく済めば、その分、装置コストも低く抑えることができる。

　角度判定部２７は、光通信を実施していない時間帯のとき、回転角θを判定するために発光素子２１を駆動させて、回転角θを判定する。よって、回転角θの判定が光通信とは別の独立した処理となるので、回転角θの判定が通常の光通信に影響を及ぼさない。

　角度判定部２７は、複数の受光素子２２の受光量を加重平均して回動体９の回転角θを判定する。よって、加重平均という簡素な演算を通じて、回動体９の回転角θを求めることができる。

　複数の受光素子２２は、回動体９の軸Ｌ１回りに等間隔に配置されている。このため、複数の受光素子２２が等間隔にバランスよく配置されるので、発光素子２１の光を安定して受光素子２２に到達させることができる。また、複数の受光素子２２は、回動体９が回動するときの発光素子２１の移動経路Ｋと対向する位置に配置されている。よって、発光素子２１の光が当たり易い位置に複数の受光素子２２を配置することができる。

　角度判定部２７は、各受光素子２２の受光量を基に発光素子２１の位置を求めることにより、回動体９の回転角θを判定する。よって、発光素子２１の位置から間接的に回動体９の回転角θを判定するという簡素な処理とすることができる。

　なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
　・２値化情報は、例えば光が点灯されているときを「０」とし、光が消灯されているときを「１」としてもよい。

　・発光素子２１は、ＬＥＤ以外の他の部材を適用可能である。
　・受光素子２２の配置の仕方は、等間隔配置に限定されず、どのように並べてもよい。
　・発光素子２１及び受光素子２２は、基板１２，１３上に設けられることに限らず、固定体８や回動体９に配置されていればよい。

　・角度演算は、加重平均に限定されず、他の演算方法に変更してもよい。
　・光通信による経路は、データ線を実現することに限らず、例えば制御線やパワー線であってもよい。

　・通信データＳｄは、多重信号に限定されず、１つの検知部４の出力のみから構築されるデータでもよい。
　・光通信をしながら角度判定を行ってもよい。すなわち、光通信の際に照射される光を用いて角度判定を実施してもよい。

　・発光素子２１を固定体８に設け、複数の受光素子２２を回動体９に設けてもよい。
　・回転コネクタ１は、車両に適用されることに限定されず、他の機器や装置に使用してもよい。

　コントローラ５は、制御部として機能する１つ以上のプロセッサと、当該１つ以上のプロセッサによって実行される命令を格納した１つ以上のメモリと、を含むことができる。
　本開示は、以下の実装例を包含する。限定ではなく理解を容易にする目的で参照符号を付した。

　［実装例１］
　固定体（８）と、前記固定体（８）と対向し且つ軸（Ｌ１）を中心に回動可能な回動体（９）と、を備え、前記固定体（８）と回動体（９）との間で光通信を実行可能な回転コネクタ（１）は、
　前記固定体（８）及び回動体（９）の一方に設けられ、前記光通信において光を照射する発光素子（２１）と、
　前記固定体（８）及び回動体（９）の他方に設けられ、前記光通信において前記発光素子（２１）からの光を受光する複数の受光素子（２２）と、
　前記回転コネクタ（１）を制御するコントローラ（５）と、を備え、
　前記コントローラ（５）は、
　１つ以上のプロセッサ（２６，２７）と、
　前記１つ以上のプロセッサ（２６，２７）に接続され、前記１つ以上のプロセッサ（２６，２７）によって実行可能な命令を格納している１つ以上のメモリと、を含み、
　前記１つ以上のプロセッサ（２６，２７）は、前記命令を実行すると、
　前記複数の受光素子（２２）の受光量に基づいて、前記回動体（９）の回転角を判定すること、を実行する。

　［実装例２］
　実装例１の回転コネクタにおいて、
　前記発光素子（２１）は、軸（Ｌ１）から所定の距離だけ離間して配置され、
　前記複数の受光素子（２２）は、前記所定の距離を半径とする円に沿って等間隔で配置され、
　前記複数の受光素子（２２）の中心は、前記軸（Ｌ１）に対応する位置である。

　［実装例３］
　実装例１または２の回転コネクタにおいて、
　前記軸（Ｌ１）は、ステアリングシャフト（３）の軸であり、
　前記固定体（８）には、挿通孔が形成され、
　前記固定体（８）の挿通孔には、ステアリングシャフト（３）が回動可能に挿通される。

　［実装例４］
　実装例１～３のいずれか１つの回転コネクタにおいて、
　前記１つ以上のプロセッサ（２６，２７）は、前記命令を実行すると、
　前記光通信を実行しない期間において、前記発光素子（２１）に光を所定期間照射させることをさらに実行し、
　前記回動体（９）の回転角を判定することは、
　前記発光素子（２１）によって光が所定期間照射された際の前記複数の受光素子（２２）の受光量を判定すること、
　判定された複数の受光素子（２２）の受光量に基づいて、前記回動体（９）の回転角を判定すること、を含む。

　［実装例５］
　実装例１～４のいずれか１つの回転コネクタにおいて、
　前記回動体（９）の回転角を判定することは、
　前記複数の受光素子（２２）の受光量を加重平均して前記発光素子の位置を特定すること、
　前記特定された発光素子の位置に応じて、前記回動体（９）の回転角を判定すること、を含む。

　本発明の主題は、上記した特定の実施例および変更例の全ての特徴よりも少ない特徴に存在する可能性がある。本発明の範囲は、請求の範囲および等価物の全範囲と共に確定されるべきである。

Claims

　固定体と、回動体と、前記固定体及び回動体の一方に設けられた発光素子と、前記固定体及び回動体の他方に設けられた複数の受光素子と、を備え、前記発光素子と前記複数の受光素子との間の光通信を用いて、前記回動体が回動した状態において前記固定体と前記回動体との間の通信を実行可能な回転コネクタにおいて、
　前記複数の受光素子の受光量を基に、前記回動体の回転角を判定するように構成された角度判定部を備えた回転コネクタ。
　前記角度判定部は、
　前記光通信を実行していない時間帯に、前記発光素子を駆動させて、前記回動体の回転角を判定するように構成されている、請求項１に記載の回転コネクタ。
　前記角度判定部は、
　前記複数の受光素子の受光量を加重平均して前記回動体の回転角を判定するように構成されている、請求項１又は２に記載の回転コネクタ。
　前記複数の受光素子は、前記回動体の軸を中心とする円に沿って等間隔に配置され、
　前記複数の受光素子は、前記回動体の回動時に前記発光素子及び前記複数の受光素子の一方が他方を横断していくことで形成される周状の移動経路と対向する位置に配置されている、請求項１～３のうちいずれか一項に記載の回転コネクタ。
　前記角度判定部は、
　前記複数の受光素子の受光量を基に前記発光素子の位置を特定し、該発光素子の位置を基に、前記回動体の回転角を判定するように構成されている、請求項１～４のうちいずれか一項に記載の回転コネクタ。