(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと磁性材料のロテータ側コアとを有する回転部材と、コイルと磁性材料のステータ側コアとを有する固定部材とを備え、前記ロテータ側コア及び前記ステータ側コアを対向配置させて前記ステータ側コアと前記ロテータ側コアとの間で電力あるいは電気信号を非接触で電送する回転型トランスを用いた回転角度検出方法であって、
前記回転部材の外周部に回転角度検出用の検出部を複数設けるとともに、前記固定部材における前記ステータ側コアとは異なる位置に前記検出部を電磁気的あるいは光学的に検出可能な検出手段を設け、この検出手段により、前記回転部材の回転角度を検出することを特徴とする回転型トランスを用いた回転角度検出方法。
【請求項２】
前記検出部が、凹凸、孔あるいはスリットのいずれかである請求項１の回転型トランスを用いた回転角度検出方法。
【請求項３】
コイルと磁性材料のロテータ側コアとを有する回転部材と、コイルと磁性材料のステータ側コアとを有する固定部材とを備え、前記ロテータ側コア及び前記ステータ側コアを互いに対向配置させて前記ステータ側コアと前記ロテータ側コアとの間で電力あるいは電気信号を非接触で電送する回転型トランスと、
前記回転部材の外周部に設けられた回転角度検出用の複数の検出部と、
前記固定部材における前記ステータ側コアとは異なる位置に設けられ、前記検出部を電磁気的あるいは光学的に検出して、前記回転部材の回転角度を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする回転型トランスを用いた回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転型トランスを用いた回転角度検出方法及び回転角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分離型トランスは、コイルを有するコアを、前記コイルを互いに対向させて配置したもので、対向するコイル間の電磁気的結合により両コイル間で電力や電気信号を非接触で伝送する。このような分離型トランスは、各コアが相対回転する回転型トランスとしても使用され、例えば、自動車のステアリング装置に搭載し、車体に固定されたステアリングコラム側から回転するステアリング側に設けたエアバッグの起爆装置に作動電力等を伝送する伝送手段として利用することができる。
【０００３】
一方、近年、自動車には操舵時のロール制御を行うため、ステアリング舵角を検出する検出機構として、例えば、光学式のロータリーエンコーダがステアリング装置に組み込まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車のステアリング装置は、前記エアバッグ起爆用の回転型トランスやホーンスイッチ等、各種の機器類や部品類が密集して配置されている。従って、自動車のステアリング装置の設計においては、前記舵角検出機構の取付スペースを確保するのに苦慮している。
【０００５】
このため、例えば、回転型トランスを回転軸方向に薄くしたり、直径を小さくする等の対策により、前記エンコーダの搭載スペースを確保している。
【０００６】
しかし、前記舵角検出機構や回転型トランス等の機器類や部品類を個々に製作し、ステアリング装置に個々に搭載すると、製造コストや実装コスト、更には検査コストが嵩むという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、回転角度検出機構や回転型トランスが占めるスペースを小さくし、製造コストや実装コスト、更には機器類等の検査コストを低減することができる回転型トランスを用いた回転角度検出方法及び回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記目的を達成するため、それぞれがコイルと磁性材料のコアとを有した回転部材及び固定部材を備え、固定部材のステータ側コアと回転部材のロテータ側コアを対向配置させて前記ステータ側コアとロテータ側コアとの間で電力あるいは電気信号を非接触で電送する回転型トランスを用いた回転角度検出方法であって、前記回転部材の外周部に回転角度検出用の検出部を複数設けるとともに、前記固定部材における前記ステータ側コアとは異なる位置に前記検出部を電磁気的あるいは光学的に検出可能な検出手段を設け、この検出手段により、前記回転部材の回転角度を検出する回転角度検出方法を提供する。
【０００９】
好ましくは、前記検出部を、凹凸、孔あるいはスリットのいずれかとする。
更に、本発明は、前述した回転型トランスに前記検出部及び前記検出手段をそれぞれ備えた回転角度検出装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の種々の実施形態を図１乃至図７に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
先ず、本発明の回転角度検出方法及び回転角度検出装置が適用される回転型トランスについて以下に説明する。
【００１２】
回転型トランス１は、例えば、ステアリング装置に取り付けて使用され、図１に示すように、１次側コア２と２次側コア３とが所定のギャップＧ（＝約２〜0.２ｍｍ）を介して対向配置され、２次側コア３の外周には、周方向に位置をずらせて検出手段５が２次側コア３に対向させて２個配置されている。このとき、１次側コア２は車体側へ、２次側コア３はステアリングハンドル側へ取り付ける。
【００１３】
１次側コア２及び２次側コア３は、それぞれ軟磁性材料を含む合成樹脂からなり、中央に開口を有する円板状のコア２ａ，３ａの互いに対向する面に周方向にそれぞれ２つの溝２ｂ，２ｃと溝３ｂ，３ｃが形成され、各溝に平角線等を巻回したコイル２ｄ，２ｅとコイル３ｄ，３ｅが配置されている。２次側コア３は、図２に示すように、外周に等間隔の凹凸に成形した複数の検出部３ｆが設けられている。
【００１４】
検出部３ｆは、２次側コア３がステアリングハンドルの回転と同期して回転するので、凹凸の円周方向の間隔が検出される回転角度の分解能に依存する。例えば、回転角度として４度ごとの情報が必要な場合には、円周方向に９０等分して凹凸を形成する。
【００１５】
ここで、軟磁性材料とは、残留磁気が極めて少ない性質を有する材料をいう。
【００１６】
また、コア２ａ，３ａは、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトやＭｎ−Ｚｎ系フェライト等の軟磁性フェライト粉末がナイロンやポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂中に所定量混入したものをリング状に成形したものである。コア２ａ，３ａは、リング状に成形された軟磁性フェライト焼結体（例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトあるいはＭｎ−Ｚｎ系フェライト等にバインダー剤を混ぜて焼結したもの）を用いてもよい。
【００１７】
コイル２ｄ，２ｅやコイル３ｄ，３ｅは、例えば、ポリウレタン系絶縁被膜の上にポリアミド系融着被膜をオーバーコートした巻線等の電線をそれぞれ使用目的に応じて所定回数巻回してリング状に成形したもので、一方の巻回端面がコア２ａ，３ａの対向面に面一に露出している。コイル２ｄ，２ｅやコイル３ｄ，３ｅは、リング状に成形できれば、前記電線の導体の断面形状は円形でも矩形でも何でもよい。このとき、例えば、エアバッグ起動用の比較的大きな電力を瞬時に電送するときは大型のコイル２ｄ，３ｄを、オートクルーズシステムの電気信号のように小さな電流を電送する場合等にはコイル２ｅ，３ｅを使用する。
【００１８】
検出手段５は、永久磁石５ａに取り付けたヨーク５ｂの周囲をコイル５ｃで覆ったもので、２次側コア３の回転に伴い、検出部３ｆによって永久磁石５ａ内に生ずる磁束密度の変化に対応した電圧がコイル５ｃに励起される。即ち、検出手段５は、２次側コア３の回転により、磁性材料であるコア３ａの検出部３ｆと永久磁石５ａとの間のギャップの変化によって磁束の変化が生ずることを利用している。
【００１９】
このとき、舵角の検出にはステアリングハンドルの回転方向（左右方向）を識別する必要がある。このため、検出手段５は、コイル５ｃに励起される電圧の位相差が９０度となるように２個配置する。
【００２０】
従って、コイル５ｃに励起される起電力ｅは、コイル５ｃの巻数をＮ、磁束密度をФとすると、巻数Ｎと磁束密度Фの時間微分（ｄФ／ｄｔ）との積である次式（１）で与えられる。
Δｅ＝−Ｎ・ｄφ／ｄｔ……………………（１）
【００２１】
以上により、ステアリングハンドルの回転に伴って２次側コア３が回転すると、２つの検出手段５においては、図３に示すように、９０度位相が異なる２種類の電圧Ａ，Ｂが励起される。これらの電圧Ａ，Ｂを取り出してコンパレータ等の電気的信号処理手段によって波形整形し、２種類の位相差を持つパルスとすることで、２次側コア３、即ち、ステアリングハンドルの回転方向と回転角度を高精度に検出することができる。
【００２２】
このような検出方法とすることで、２つの検出手段５や回転型トランス１が占めるスペースを小さくでき、製造コストや実装コスト、更には機器類等の検査コストを低減することができる。
【００２３】
ここで、２次側コア３は、外周に等間隔の凹凸に成形した検出部３ｆを設けた構成としたが、配置上の自由度があれば、図４に示す２次側コア７のように、上面に多数の突起７ａを等間隔に設けてもよい。このとき、検出手段５は、２次側コア７の上方に多数の突起７ａと対向させて配置する。
【００２４】
一方、本発明の方法及び装置は、図５に示す検出手段８を用いて回転型トランス１の回転角度を検出してもよい。
【００２５】
即ち、検出手段８は、高比透磁率の焼結センダストやパーマロイ等からなるコア８ａとピックアップコイル８ｂを有している。このとき、ピックアップコイル８ｂに電流Ｉを流し、２次側コア３の回転に伴って検出部３ｆの凹に対応したときの磁気抵抗をＲ０、検出部３ｆの凸に対応したときの磁気抵抗をＲとすると、式（１）に基づいて次式で表される起電力が検出部３ｆの凸の有無による磁気抵抗変化に応じて発生する。
Δｅ＝−Ｎ・Δφ／Δｔ＝−Ｎ・（Ｎ・Ｉ／Ｒ−Ｎ・Ｉ／Ｒ０）／Δｔ………（２）
【００２６】
従って、前記実施形態と同様の処理を行うことにより、所定の角度信号、即ち、２次側コア３（ステアリングハンドル）の回転角度を検出することができる。
【００２７】
次に、本発明の方法及び装置は、図６に示す回転型トランス１０に適用することも可能である。
【００２８】
一般に、ステアリング装置に回転型トランスを搭載する場合、使用する伝送周波数や伝送電力によっては、電磁誘導ノイズに対する誤作動や電磁誘導ノイズの放出を抑制するため、回転型トランスに磁気シールドを施す必要がある。
【００２９】
回転型トランス１０は、このような磁気シールド対策を考慮したもので、所定のギャップＧ（＝約２〜０．２ｍｍ）を介して対向配置される１次側コア１１と２次側コア１２及び遮蔽板１３を有し、１次側コア１１は車体側へ、２次側コア１２はステアリングハンドル側へ取り付けられる。
【００３０】
１次側コア１１及び２次側コア１２は、それぞれ軟磁性材料を含む合成樹脂からなり、中央に開口を有する円板状のコア１１ａ，１２ａの互いに対向する面に周方向にそれぞれ２つの溝１１ｂ，１１ｃと溝１２ｂ，１２ｃが形成され、各溝に平角線を巻回したコイル１１ｄ，１１ｅとコイル１２ｄ，１２ｅが配置されている。
【００３１】
遮蔽板１３は、２次側コア１２の上に配置され、アルミニウム，銅等からなる円板状の金属板で、中央に開口１３ａを有し、外周には回転角度の検出精度に応じた多数のスリット１３ｂが周方向に等間隔に設けられている。
【００３２】
そして、遮蔽板１３は、車体側に設けた取付治具１５に取り付けられたＬＥＤ光源１６とフォトセンサ１７とによりスリット１３ｂを検出することにより、磁気センサと同様にして、２次側コア１２の回転角度を高精度に検出することができるうえ、回転型トランス１０への電磁誘導ノイズを遮蔽して外乱の影響を軽減すると共に、回転角度検出に要するスペースの省スペース化を図ることができる。
【００３３】
更に、本発明の方法及び装置は、図７に示す回転型トランス２０に適用することも可能である。
【００３４】
回転型トランス２０は、１次側コア２１と２次側コア２２とが所定のギャップＧ（＝約２〜０．２ｍｍ）を介して対向配置され、１次側コア２１は車体側へ、２次側コア２２はステアリングハンドル側へ取り付けられる。
【００３５】
１次側コア２１及び２次側コア２２は、それぞれ軟磁性材料を含む合成樹脂からなり、中央に開口を有する円板状のコア２１ａ，２２ａの互いに対向する面に周方向にそれぞれ２つの溝２１ｂ，２１ｃと溝２２ｂ，２２ｃが形成され、各溝に平角線を巻回したコイル２１ｄ，２１ｅとコイル２２ｄ，２２ｅが配置されている。１次側コア２１は、コア２１ａの外周に多数の検出孔２１ｆが設けられている。また、２次側コア２２は、一側に縁部２２ｆが突出形成され、縁部２２ｆに支持具２５が設けられている。支持具２５には、ＬＥＤ光源２６とフォトセンサ２７が取り付けられ、これらにより検出孔２１ｆを検出することにより、磁気センサと同様にして回転角度を高精度に検出することができる。
【００３６】
尚、上記実施形態は、回転型トランスを用いた回転角度検出方法及び回転角度検出装置として自動車のステアリング装置のステアリング舵角を検出する場合について説明した。
【００３７】
しかし、本発明の回転型トランスを用いた回転角度検出方法及び回転角度検出装置は、電力あるいは電気信号を非接触で電送する互いに相対回転する２つの部材間における回転角度を検出するのであれば、検出対象はステアリング舵角に限定されるものでないことは言うまでもなく、例えば、自動車のドアのヒンジ部やロボットアームの回転角度等、回転の自由度を持つ部材相互間における回転角度を検出する方法及び装置としても使用可能である。また、１次側コア及び２次側コアは、各コアにそれぞれ２つのコイルを設けたが、コイルの数はこれに限定されるものでないことは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１〜３の発明によれば、回転角度検出機構や回転型トランスが占めるスペースを小さくし、製造コストや実装コスト、更には機器類等の検査コストを低減することができる回転型トランスを用いた回転角度検出方法及び回転角度検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を説明するもので、回転型トランスと検出手段の断面正面図である。
【図２】図１の回転型トランスで使用する２次側コアの凹凸からなる検出部を示す斜視図である。
【図３】図１の回転型トランスに設けた２つの検出手段によって励起された９０度位相が異なる２種類の電圧の波形図である。
【図４】本発明方法を適用する回転型トランスにおける２次側コアの変形例を示す斜視図である。
【図５】本発明方法の他の例を示す回転型トランスと検出手段の断面正面図である。
【図６】本発明方法の更に他の例を示す回転型トランスと検出手段の断面正面図である。
【図７】本発明方法の他の例を示す回転型トランスと検出手段の断面正面図である。
【符号の説明】
１                回転型トランス
２                １次側コア
２ａ              コア
２ｄ，２ｅ        コイル
３                ２次側コア
３ａ              コア
３ｄ，３ｅ        コイル
３ｆ              検出部（凹凸）
５                検出手段
５ａ              永久磁石
５ｂ              ヨーク
５ｃ              コイル
７                ２次側コア
７ａ              突起
８                検出手段
８ａ              コア
８ｂ              ピックアップコイル
１０              回転型トランス
１１              １次側コア
１１ａ            コア
１１ｄ，１１ｅ    コイル
１２              ２次側コア
１２ａ            コア
１２ｄ，１２ｅ    コイル
１３              遮蔽板
１３ａ            開口
１３ｂ            スリット
１６              ＬＥＤ光源
１７              フォトセンサ
２０              回転型トランス
２１              １次側コア
２１ａ            コア
２１ｄ，２１ｅ    コイル
２１ｆ            検出孔
２２              ２次側コア
２２ａ            コア
２２ｄ，２２ｅ    コイル
２６              ＬＥＤ光源
２７              フォトセンサ
Ｇ                ギャップ
【図１】
0003599568.tif 000002
【図２】
0003599568.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003599568.tif 000005
【図５】
0003599568.tif 000006
【図６】
0003599568.tif 000007
【図７】
0003599568.tif 000008