(57)【要約】【課題】消費電力を低減することのできる回転角検出装置を提供する。【解決手段】この回転角検出装置は、回転軸１と一体となって回転する回転部材２、及び回転軸１が内部に挿通されるトーションスプリング３を備える。トーションスプリング３の両端部には、その径方向外側に突出するとともに周方向に所定の隙間を有する一対の腕部３０，３１が形成されている。そして、この一対の腕部３０，３１の間に、回転部材２の延設部２１、及びハウジング５の突出部５２が配置される。また、ハウジング５の突出部５２には、一対の腕部３０，３１が接触する部分に加わる圧力を検出する２つの圧力センサ８ａ，８ｂが設けられている。【選択図】図３
2014035210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周辺に固定して配置される固定部材と、
前記回転軸と一体となって回転する回転部材と、
前記固定部材及び前記回転部材に接触するように配置されて、前記回転軸の回転に伴い前記回転部材及び前記固定部材の相対的な位置が変化した際に弾性変形するばね部材と、
前記固定部材において前記ばね部材が接触する部分に加わる圧力を検出する圧力センサとを備え、
同圧力センサにより検出される圧力に基づいて前記回転軸の回転角を検出する
ことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記ばね部材は、前記回転軸が内部に挿通されるトーションスプリングからなり、
同トーションスプリングの両端部には、その径方向外側に突出するとともに周方向に所定の隙間を有する一対の腕部が形成され、
前記固定部材及び前記回転部材は、前記一対の腕部の間の隙間に配置され、
前記圧力センサとして、前記固定部材において前記一対の腕部が接触する部分に加わる圧力をそれぞれ検出する２つの圧力センサを備える
請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記固定部材の前記一対の腕部の間に配置される部分、及び前記回転部材の前記一対の腕部の間に配置される部分は、前記回転軸の回転方向において同一の位置に位置しているとき、前記トーションスプリングの一対の腕部により所定の力でそれぞれ挟み込まれる
請求項２に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転角検出装置の一つとして、特許文献１に記載されているようなレゾルバが知られている。レゾルバは、回転軸と一体となって回転するロータ、及びロータの周囲を囲むように固定して配置されるステータを備えている。ステータには、励磁巻線及び複数相の検出巻線が設けられている。レゾルバでは、励磁巻線への励磁信号の入力により磁界が形成される。この磁界が複数相の検出巻線に付与されることにより各相の検出巻線に誘起電圧が発生する。これにより、各相の検出巻線から位相の異なる正弦波状の信号が出力される。また、ロータの回転に伴って各相の出力巻線に付与される磁界が変化することにより、各相の検出巻線に発生する誘起電圧が変化する。これにより、各相の検出巻線から出力される信号の振幅がロータの回転角に応じて変化する。したがって、各相の出力信号に基づいてロータの回転角、換言すれば回転軸の回転角を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、レゾルバでは励磁巻線に励磁信号を常時入力する必要があるため、消費電力が大きくなる傾向がある。このため、より消費電力の少ない回転角検出装置が望まれている。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を低減することのできる回転角検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸の周辺に固定して配置される固定部材と、前記回転軸と一体となって回転する回転部材と、前記固定部材及び前記回転部材に接触するように配置されて、前記回転軸の回転に伴い前記回転部材及び前記固定部材の相対的な位置が変化した際に弾性変形するばね部材と、前記固定部材において前記ばね部材が接触する部分に加わる圧力を検出する圧力センサとを備え、同圧力センサにより検出される圧力に基づいて前記回転軸の回転角を検出することを要旨とする。
【０００７】
同構成によれば、回転軸の回転に伴い回転部材が回転すると、ばね部材が弾性変形するため、固定部材においてばね部材が接触する部分に加わる圧力が変化する。すなわち、ばね部材から固定部材に加わる圧力は回転軸の回転角に応じて変化する。よって、固定部材のばね部材が接触する部分に加わる圧力を圧力センサにより検出すれば、その検出圧力に基づいて回転軸の回転角を検出することができる。また、電力を消費する要素が圧力センサだけであるため、消費電力を低減することができる。
【０００８】
請求項１の回転角検出装置では、具体的には、請求項２に記載の発明のように、前記ばね部材は、前記回転軸が内部に挿通されるトーションスプリングからなり、同トーションスプリングの両端部には、その径方向外側に突出するとともに周方向に所定の隙間を有する一対の腕部が形成され、前記固定部材及び前記回転部材は、前記一対の腕部の間の隙間に配置され、前記圧力センサとして、前記固定部材において前記一対の腕部が接触する部分に加わる圧力をそれぞれ検出する２つの圧力センサを備える、といった構成を採用することが有効である。これにより、２つの圧力センサによりそれぞれ検出される圧力に基づいて回転軸の回転角を検出することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転角検出装置において、前記固定部材の前記一対の腕部の間に配置される部分、及び前記回転部材の前記一対の腕部の間に配置される部分は、前記回転軸の回転方向において同一の位置に位置しているとき、前記トーションスプリングの一対の腕部により所定の力でそれぞれ挟み込まれることを要旨とする。
【００１０】
同構成によれば、固定部材の一対の腕部の間に配置される部分、及び回転部材の一対の腕部の間に配置される部分が回転軸の回転方向において同一の位置に位置しているとき、回転部材において一対の腕部がそれぞれ接触する部分には同一の力が加わる。すなわち、２つの圧力センサのそれぞれの検出圧力が同一の値となる。よって、この位置を回転軸の基準位置に設定すれば、２つの圧力センサのそれぞれの検出圧力が同一の値であるか否かに基づいて、回転軸が基準位置に位置しているか否かを容易に検出することができる。また、回転軸が一方向に回転した場合、回転部材により一対の腕部の一方のみが一方向に押される。この場合、固定部材では一対の腕部の他方が接触する部分の圧力が増加する。よって、２つの圧力センサの一方の検出圧力が増加することをもって、回転軸が一方向に回転したと判断することができる。同様に、２つの圧力センサの他方の検出圧力が増加することをもって、回転軸が一方向とは逆の方向に回転したと判断することもできる。よって、回転軸の基準位置からの回転方向も検出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の回転角検出装置によれば、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の回転角検出装置の一実施形態についてその断面構造を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。
【図３】実施形態の回転角検出装置の分解斜視構造を示す斜視図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す断面図。
【図５】図２のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を示す断面図。
【図６】実施形態の回転角検出装置の動作例を示す断面図。
【図７】実施形態の回転角検出装置の動作例を示す断面図。
【図８】本発明の回転角検出装置の他の実施形態についてその断面構造を示す断面図。
【図９】本発明の回転角検出装置の他の実施形態についてその断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の回転角検出装置を具体化した一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、この回転角検出装置は、回転軸１と一体となって回転する回転部材２、回転軸１が内部に挿通されるトーションスプリング３、及びトーションスプリング３と回転軸１との接触を防ぐための円筒状のスペーサ４を備えている。これらの部材はハウジング５により覆われることで外部環境から保護されている。
【００１４】
図３に示すように、回転部材２は、回転軸１の外周に嵌め込まれる環状部２０、及び同環状部２０の外縁から回転軸１の軸方向に延びるように形成される延設部２１を有している。環状部２０には、その外周面から内周面に貫通する貫通孔２２が形成されている。この貫通孔２２、及び回転軸１に形成されたピン穴１０にピン６が圧入されることにより、回転部材２が回転軸１に一体的に組み付けられる。
【００１５】
トーションスプリング３の軸方向の両端部には、その径方向外側に突出する一対の腕部３０，３１が形成されている。このトーションスプリング３に初期捻り（縮む方向の捻り）が与えられることにより、図２に示すように、一対の腕部３０，３１の間に周方向に所定の隙間が形成されている。図２のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を図４に示す。図４に示すように、一対の腕部３０，３１の間には回転部材２の延設部２１が配置されている。一対の腕部３０，３１は、トーションスプリング３の初期捩れに応じた所定の力で回転部材２の延設部２１を挟み込んでいる。本実施形態では、トーションスプリング３がばね部材に相当する。
【００１６】
図３に示すように、ハウジング５は、有底円筒状の本体部５０、及び本体部５０の開口部５０ａを閉塞するように本体部５０に一体的に組み付けられる蓋部５１を有している。本実施形態では、このハウジング５が回転軸１の周辺に固定して配置される固定部材に相当する。本体部５０の開口部５０ａからその内部に回転部材２、トーションスプリング３、及びスペーサ４が挿入されることにより、それらの部材が本体部５０の内部に収容される。本体部５０の底部５０ｂ及び蓋部５１には、回転軸１を軸線ｍを中心に回転可能に支持するベアリング７ａ，７ｂがそれぞれ設けられている。
【００１７】
本体部５０の円筒部分の内周面には、回転部材２の延設部２１に沿って軸方向に延びるように突出部５２が形成されている。図２のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を図５に示す。図５に示すように、突出部５２も、延設部２１と同様、一対の腕部３０，３１によりトーションスプリング３の初期捩れに応じた所定の力で挟み込まれている。
【００１８】
突出部５２において一対の腕部３０，３１が接触する部分には、一対の腕部３０，３１から突出部５２に付与される圧力を検出する２つの圧力センサ８ａ，８ｂがそれぞれ設けられている。図２に示すように、圧力センサ８ａ，８ｂの出力は、外部機器である回転角演算部９に取り込まれている。回転角演算部９は不揮発性のメモリ９ａを備えている。このメモリ９ａには、圧力センサ８ａ，８ｂによりそれぞれ検出される圧力と回転軸１の回転角との関係を示すマップが予め記憶されている。回転角演算部９は、メモリ９ａに記憶されたマップを用いて圧力センサ８ａ，８ｂのそれぞれの検出圧力から回転軸１の回転角を算出する。
【００１９】
次に、本実施形態の回転角検出装置の作用を説明する。
図２に示すように、回転部材２の延設部２１及びハウジング５の突出部５２が周方向において同一の位置に位置している場合、突出部５２においてトーションスプリング３の一対の腕部３０，３１が接触する部分には同一の圧力が加わる。このため、２つの圧力センサ８ａ，８ｂのそれぞれの検出圧力は同一となる。そこで本実施形態では、回転部材２の延設部２１及びハウジング５の突出部５２が図２に示すような位置関係にあるときの回転軸１の位置を基準位置に設定している。回転角演算部９は、圧力センサ８ａ，８ｂのそれぞれの検出圧力が同一の値であるとき、回転軸１が基準位置に位置していると判断する。
【００２０】
また、回転軸１が基準位置から矢印ａ１で示す方向に回転した場合、回転軸１と一体となって回転部材２の延設部２１も矢印ａ１で示す方向に回転する。この場合、図６に示すように、回転部材２の延設部２１がハウジング５の突出部５２に対して矢印ａ１で示す方向に相対回転する。このとき、トーションスプリング３の一方の腕部３０がハウジング５の突出部５２に接触したまま、トーションスプリング３の他方の腕部３１が延設部２１により矢印ａ１で示す方向に押されるため、トーションスプリング３が弾性変形する。これにより、トーションスプリング３に弾性エネルギーが蓄積されるため、トーションスプリング３の一方の腕部３０から突出部５２に付与される力が増加する。すなわち、圧力センサ８ａの検出圧力が増加する。また、回転軸１の矢印ａ１で示す方向の回転角が大きくなるほど、トーションスプリング３の他方の腕部３１の回転角も大きくなるため、トーションスプリング３に蓄積される弾性エネルギーが大きくなる。よって、回転軸１の矢印ａ１で示す方向への回転角が大きくなるほど、圧力センサ８ａの検出圧力も大きくなる。本実施形態では、こうした回転軸１の基準位置から矢印ａ１で示す方向への回転角と、圧力センサ８ａの検出圧力との関係が予め実験などにより測定されており、その測定結果が第１のマップとして回転角演算部９のメモリ９ａに記憶されている。回転角演算部９は、圧力センサ８ａの検出圧力が増加することをもって回転軸１が基準位置から矢印ａ１で示す方向に回転したと判断する。このとき、回転角演算部９は、メモリ９ａに記憶されている第１のマップを用いて圧力センサ８ａの検出圧力から回転軸１の矢印ａ１で示す方向への回転角を検出する。
【００２１】
一方、回転軸１が図２に示す基準位置から矢印ａ２で示す方向に回転した場合、回転軸１と一体となって回転部材２の延設部２１も矢印ａ２で示す方向に回転する。この場合、図７に示すように、回転部材２の延設部２１がハウジング５の突出部５２に対して矢印ａ２で示す方向に相対回転する。そして、回転軸１の矢印ａ２で示す方向への回転角が大きくなるほど、圧力センサ８ｂの検出圧力が大きくなる。本実施形態では、こうした回転軸１の基準位置から矢印ａ２で示す方向への回転角と、圧力センサ８ｂの検出圧力との関係が予め実験などにより測定されており、その測定結果が第２のマップとして回転角演算部９のメモリ９ａに記憶されている。回転角演算部９は、圧力センサ８ｂの検出圧力が増加することをもって回転軸１が基準位置から矢印ａ２で示す方向に回転したと判断する。このとき、回転角演算部９は、メモリ９ａに記憶されている第２のマップを用いて圧力センサ８ｂの検出圧力から回転軸１の矢印ａ２で示す方向への回転角を検出する。
【００２２】
このように、本実施形態の回転角検出装置によれば、２つの圧力センサ８ａ，８ｂの検出圧力に基づいて回転軸１の回転角を検出することができる。また、電力を消費する要素が圧力センサ８ａ，８ｂだけであるため、消費電力を低減することもできる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態の回転角検出装置によれば以下の効果が得られる。
（１）回転軸１と一体となって回転する回転部材２、及び回転軸１が内部に挿通されるトーションスプリング３を設けた。そして、トーションスプリング３の両端部にその径方向外側に突出するとともに周方向に所定の隙間を有する一対の腕部３０，３１を形成し、この一対の腕部３０，３１の間に回転部材２の延設部２１及びハウジング５の突出部５２を配置した。また、ハウジング５の突出部５２には、一対の腕部３０，３１が接触する部分に加わる圧力を検出する２つの圧力センサ８ａ，８ｂを設けた。これにより、圧力センサ８ａ，８ｂのそれぞれの検出圧力に基づいて回転軸１の回転角を検出することができる。また、電力を消費する部分が圧力センサ８ａ，８ｂだけであるため、消費電力を低減することができる。
【００２４】
（２）回転部材２の延設部２１及びハウジング５の突出部５２が周方向において同一の位置に位置しているとき、それらの部分をトーションスプリング３の一対の腕部３０，３１により所定の力で挟み込むこととした。これにより、２つの圧力センサ８ａ，８ｂのそれぞれの検出圧力が同一であるか否かに基づいて、回転軸１が基準位置に位置しているか否かを判断することができる。また、圧力センサ８ａ，８ｂのそれぞれの検出圧力のいずれが増加しているかに基づいて回転軸１の基準位置からの回転方向を検出することもできる。
【００２５】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、回転軸１の基準位置から矢印ａ１で示す方向への回転角、及び矢印ａ２で示す方向への回転角の両方を検出したが、それらのいずれか一方のみを検出してもよい。なお、回転軸１の基準位置から矢印ａ１で示す方向への回転角のみを検出する場合、圧力センサ８ａのみで回転角の検出が可能であるため、圧力センサ８ｂを省略することができる。この場合、例えば図８に示すように、ハウジング５の突出部５２の周方向の長さを圧力センサ８ａを設けるのに必要な長さに設定してもよい。
【００２６】
・上記実施形態では、回転軸１の基準位置を図２に示す位置に設定したが、回転軸１の基準位置は適宜変更可能である。
・トーションスプリング３と回転軸１との間に設けられるスペーサ４を省略してもよい。
【００２７】
・上記実施形態では、トーションスプリング３を利用した構造を採用したが、トーションスプリング３以外の適宜のばね部材を利用した構造を採用してもよい。また、使用するばね部材に併せて回転部材２やハウジング５の形状を適宜変更してもよい。その一例を図９に示す。図９に示すように、この変形例の回転部材２は、その外周の所定位置Ｐから矢印ａ１で示す方向に沿って外径が徐々に大きくなる形状を有している。ハウジング５の内周面には、回転部材２に向けて延びる筒状の収容部５３が形成されており、この収容部５３にピン１１が摺動可能に収容されている。また、収容部５３には、ピン１１を回転部材２に押圧するスプリング１２が収容されている。ここではピン１１及びスプリング１２により、ばね部材が構成される。一方、ハウジング５のスプリング１２が接触する部分には圧力センサ１３が埋め込まれている。このような構造によれば、回転軸１の回転に伴い回転部材２が矢印ａ１で示す方向あるいは矢印ａ２で示す方向に回転すると、回転部材２においてピン１１が接触する部分の外径が変化するため、ピン１１が収容部５３の内部を摺動する。これによりピン１１とハウジング５との間の相対的な位置が変化し、スプリング１２に蓄積される弾性エネルギーが変化する。よって、スプリング１２から圧力センサ１３に付与される力が変化するため、圧力センサ１３の検出圧力が増減する。すなわち、回転軸１の回転角に応じて圧力センサ１３の検出圧力が変化する。したがって、圧力センサ１３の検出圧力に基づいて回転軸１の回転角を検出することができる。また、圧力センサ１３の検出圧力の増減に基づいて回転軸１の回転方向を検出することもできる。なお、回転部材２の形状は、図９に示すような形状に限らず、例えばカムのような卵型の形状など、その周方向に沿って外径が変化する形状であれば、適宜の形状を採用することができる。
【００２８】
＜付記＞
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）請求項１に記載の回転角検出装置において、前記回転部材は、その周方向に沿って外径が変化する形状からなり、前記ばね部材は、前記回転部材の外周面と前記固定部材との間に配置されることを特徴とする回転角検出装置。同構成によれば、圧力センサにより検出される圧力に基づいて回転軸の回転角を検出することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１…回転軸、２…回転部材、３…トーションスプリング、５…ハウジング（固定部材）、８ａ，８ｂ，１３…圧力センサ、１２…スプリング、３０，３１…腕部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014035210.tif 000008
【図７】
2014035210.tif 000009
【図８】
2014035210.tif 000010
【図９】
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