(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の回転中心軸線回りに回転する被測定用回転体と、
前記被測定用回転体の周囲を囲むように前記被測定用回転体と独立して固定配置され、前記被測定用回転体の回転中心軸線とおよそ合致する中心軸線を有すると共に直接又は軸受部材を介して前記被測定用回転体に回動可能に保持される励磁コイルと、
前記励磁コイルの周囲に当該励磁コイルの周方向所定の角度だけ囲むように前記測定用回転体の回転と独立して固定配置されたステータシールドと、
前記被測定用回転体に取り付けられ当該被測定用回転体の回転と共に回転するロータシールドとを備え、
前記励磁コイルから前記ステータシールドに至る磁束を横切る前記ロータシールドの面積が前記被測定用回転体の回転に応じて変化するようになった回転センサであって、
前記被測定用回転体がシャフトからなり、
前記励磁コイルが筒状体をなし、
前記ステータシールドが、前記被測定用回転体の回転中心軸線方向から見て円弧状をなす部分的円筒体からなり、前記励磁コイルの周囲を周方向所定角度にわたって囲むと共に当該回転中心軸線と合致する円弧の曲率中心軸線を有するようになっており、
前記ロータシールドは前記シャフトの少なくとも一方の端部に備わり、周方向所定の角度だけ形成された部分的円板体からなることを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
前記ステータシールドは、スペーサを介して前記励磁コイルに保持されることを特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【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シャフトに取り付けてこのシャフトと一体になったハンドルの回転角度を検出するのにいわゆる回転センサが使用される。
【０００３】
かかる回転センサの一例として、ロータに対して固定コアを所定間隔隔てて対向配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この回転センサは、特許文献１に示すように、回転するシャフトの軸線方向所定位置に取り付けられ、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、励磁コイルと、絶縁磁性材から形成され、励磁コイルを保持するコアとを有し、固定部材に取り付けて、ロータに対してシャフトの軸線方向に所定間隔を隔てて対向配置される固定コア及び励磁コイルと接続され、特定周波数の発振信号を発信する発振手段を有している。
【０００５】
そして、ロータは、絶縁磁性材又は絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部及びこれとステーを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部とからなる。なお、センシング部は導電性を有する金属からなり、周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ一箇所ずつ有して周方向３６０度あたり１周期でセンシング幅が変化し、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起され、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【０００６】
そして、このような構成の回転センサを用いて、この渦電流の発生に伴う励磁コイルのインピーダンス変動を利用してロータの回転角度を検出するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２０２２４０号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような回転するシャフトの軸線方向所定位置に取り付けられ、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、励磁コイルと、絶縁磁性材から形成され、励磁コイルを保持するコアとを有し、固定部材に取り付けて、ロータ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及び励磁コイルを備えた構成を有する回転センサによると、その回転センサの組付けのし易さを図ったり各部品公差にばらつきがあったりするため、組み付け性を優先したり、部品公差をある程度許容したりすると、シャフトと一体に回転するセンシング部に対するコイルの放射方向のガタツキが生じて、検出出力の特性上バラツキが大きくなる。
【０００８】
本発明の目的は、組み付けのし易さや部品公差によるガタ付きの影響を受けずに常に安定した出力特性を有する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】
【０００９】
特定の回転中心軸線回りに回転する被測定用回転体と、
前記被測定用回転体の周囲を囲むように前記被測定用回転体と独立して固定配置され、前記被測定用回転体の回転中心軸線とおよそ合致する中心軸線を有すると共に直接又は軸受部材を介して前記被測定用回転体に回動可能に保持される励磁コイルと、
前記励磁コイルの周囲に当該励磁コイルの周方向所定の角度だけ囲むように前記測定用回転体の回転と独立して固定配置されたステータシールドと、
前記被測定用回転体に取り付けられ当該被測定用回転体の回転と共に回転するロータシールドとを備え、
前記励磁コイルから前記ステータシールドに至る磁束を横切る前記ロータシールドの面積が前記被測定用回転体の回転に応じて変化するようになった回転センサであって、
前記被測定用回転体がシャフトからなり、
前記励磁コイルが筒状体をなし、
前記ステータシールドが、前記被測定用回転体の回転中心軸線方向から見て円弧状をなす部分的円筒体からなり、前記励磁コイルの周囲を周方向所定角度にわたって囲むと共に当該回転中心軸線と合致する円弧の曲率中心軸線を有するようになっており、
前記ロータシールドは前記シャフトの少なくとも一方の端部に備わり、周方向所定の角度だけ形成された部分的円板体からなることを特徴としている。
【００１０】
この回転センサによると、被測定用回転体の回転中心軸線と励磁コイルが直接又は軸受部材を介して回動可能に保持され、中心軸線が合致すると共に、励磁コイルからステータシールドに至る磁束を横切るロータシールドの面積が被測定用回転体の回転に応じて変化するようになったことで、組み付けのし易さや部品公差によるガタ付きの影響を受けずに常に安定した出力特性を有する回転センサとすることができる。
【００１２】
また、被測定用回転体、励磁コイル、ステータシールド、及びロータシールドがこのような具体的形状を有することで、被測定用回転体の回転中心軸線と励磁コイルが直接又は軸受部材を介して回動可能に保持され、中心軸線が合致し易くなると共に、励磁コイルからステータシールドに至る磁束を横切るロータシールドの面積が被測定用回転体の回転に応じて変化し易くなり、組み付けのし易さや部品公差によるガタ付きの影響を受けずに常に安定した出力特性を得ることができるようになる。
【００１３】
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、
前記ステータシールドは、スペーサを介して前記励磁コイルに保持されることを特徴としている。
【００１４】
ステータシールドがこのように配置されていることで、被測定用回転体の回転中心軸線、励磁コイルの中心軸線、及びステータシールドの曲率中心軸線が合致し、励磁コイルからステータシールドに至る磁束を横切るロータシールドの面積が被測定用回転体の回転に応じて変化し易くなり、組み付けのし易さや部品公差によるガタ付きの影響を受けずに常に安定した出力特性を得ることができるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、組み付けのし易さや部品公差によるガタ付きの影響を受けずに常に安定した出力特性を有する回転センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態にかかる回転センサ１を図面に基いて説明する。なお、本実施形態では、自動車の車高及び車体の傾きを検知する装置に関してこの回転センサをサスペンションアームに取り付け、車高及び車体の傾きをサスペンションアームの上下動作を回転角度に変換して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。
【００１７】
この回転センサ１は、図１に示すように、例えば自動車のサスペンションアーム軸部に直列的に取り付けられる被測定用回転体をなすシャフト１０と、シャフト１０の周囲をこのシャフト１０と所定間隔隔ててこれを囲むようにシャフト１０の回転とは独立して固定配置された励磁コイル２０と、励磁コイル２０の周囲を当該励磁コイル２０の周方向所定の角度だけ所定間隔隔てて囲むステータシールド３０と、シャフト１０に取り付けられこのシャフト１０の回転と共に回転するロータシールド４０とを備えている。なお、励磁コイル２０は、シャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１と合致する中心軸線ＣＬ２を有すると共に、シャフト１０の回転とは独立して例えばここでは詳細には図示しない回転センサ１のケース等に固定配置されている。即ち、図１に示す各構成要素は外部からの磁気の影響を受けない材質でできたケースで覆われており、シャフト１０はケースの外側のサスペンションアーム軸部に繋がり、サスペンションアーム軸部の回転と共に励磁コイル２０のインダクタンスが変化するようになっている。
【００１８】
そして、励磁コイル２０からステータシールド３０に至る磁束を横切るロータシールド４０の面積がシャフト１０の回転に応じて変化するようになっている。
【００１９】
シャフト１０は、例えば鉄でできており、円筒体形状をなし、両端部には半円状の切り欠き段部１１が形成され、この各切り欠き段部１１にロータシールド４０の直径方向端面４１（図２参照）がそれぞれ突き当て固定されている。
【００２０】
励磁コイル２０はシャフト１０の周方向においてシャフト外周に対して回動可能に保持され軸受部材としても機能するコイルホルダに多数導線を巻回されており、外形が筒状体をなしている。これによって、励磁コイル２０の中心軸線が上述したようにシャフト１０の回転中心軸線と合致したままシャフト１０が励磁コイル２０の内側を回転するようになっている。なお、図１においてはシャフト１０と励磁コイル２０との間隔が大きめに描かれているが、実際にはこの間隔は小さくなって励磁コイル２０のコイルホルダが軸受部材の役目を果たしてシャフト１０に対して回動可能に保持されるようになっている。
【００２１】
即ち、この軸受部材の機能によって、シャフト１０の回転中、シャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１と励磁コイル２０の中心軸線ＣＬ２が常に合致するようになっている。なお、このように励磁コイル２０のコイルホルダに軸受部材の役目を持たせる代わりに、励磁コイル２０自体の内径側に潤滑性物質を含浸あるいは塗布するなどしてシャフト１０に回動可能に直接保持させてもよい。また、コイルホルダとは別途にシャフト１０との隙間に軸受部材を介在させても良い。この場合の軸受部材は、玉軸受、コロ軸受、樹脂性のブッシュ、金属性ブッシュ、潤滑物質を含浸させたものなど種々のものが適用可能である。
【００２２】
ステータシールド３０は、例えば鉄でできており、励磁コイル２０の周囲を周方向所定角度にわたって囲むと共にシャフト１０の回転中心軸線方向から見て円弧状をなす半割り形の円筒体からなり、シャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１と合致する円弧の曲率中心軸線ＣＬ３を有している。そして、ステータシールド３０は、励磁コイル２０と同様にシャフト１０の回転とは別に例えばここでは詳細には図示しない回転センサ１のケース等に固定配置されている。
【００２３】
なお、コイル２０とステータシールド３０との間には一定の厚さを有するスペーサ（図示せず）が介装されている。シャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１と同軸をなす励磁コイル２０にこのような一定の厚さのスペーサを介装することで、ステータシールド３０の曲率中心軸線ＣＬ３とシャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１を一致させることが可能となる。
【００２４】
即ち、ステータシールド３０は、シャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１から見て円弧状をなし、シャフト１０の回転中、ステータシールド３０の曲率中心軸線ＣＬ３が、シャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１と常に合致するようになっている。
【００２５】
ロータシールド４０は、例えば鉄でできた半円状の板体からなり、シャフト１０の両端部に形成された半円状の切欠き段部１１に突き当てられてここでは図示しないボルト等の締結具又は溶接等により固定されている。
【００２６】
続いて、かかる構成を有する回転センサ１の作用について説明する。
【００２７】
最初に上述した回転センサ１の組み付け方法について説明する。まず、一方の端部にロータシールド４０が備わったシャフト１０を用意する。そして、このシャフト１０をコイルホルダに多数銅線を円筒状に巻回した励磁コイル２０に挿通する。この際、シャフト１０と励磁コイル２０との間には支持部材としてのコイルホルダを介装させ、コイルホルダは軸受けとして機能し、シャフト１０が励磁コイル２０に対して回転自在に支持されるようにする。そして、励磁コイル２０の他方の開口部から突出したシャフト１０の他方の端部にロータシールド４０をネジ等の締結具又は溶接によって固定する。これと同時に、半割り形の円筒体形状をなすステータシールド３０を励磁コイル２０の外周面と所定間隔隔てた状態でこれらの間に適当なスペーサ（図示せず）を介装することで両者を組み付ける。そして、励磁コイル２０とステータシールド３０をこの回転センサ１の図示しないケースに固定する。
【００２８】
このように本実施形態にかかる回転センサ１は簡単な組付け工程で組み付けられ、シャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１と、励磁コイル２０の中心軸線ＣＬ２と、ステータシールド３０の曲率中心軸線ＣＬ３を合致させることができる。従って、組み付けのし易や部品公差の影響受けずにこれらの軸線を合致させることが可能となる。
【００２９】
このような組み付け工程によって組み付けられた回転センサ１の出力特性を図３に示す。この図において、図１及び図２における回転センサ１のロータシールド４０の位置は図３における角度１８０のインダクタンスが最も大きい部分に相当する。そして、シャフト１０が回転することにより、ロータシールド４０が周方向一方向又は他方向に回転し、これによってロータシールド４０が励磁コイル２０からステータシールド３０に至る磁束の横切る面積が徐々に減少し、図３に示す励磁コイル２０のインダクタンスをリニアに変化させ、回転センサ１の検出出力特性を向上させることができる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態にかかる回転センサ１は、円筒状の励磁コイル２０の中心に磁性体のシャフト１０があり、円筒体を半割りした形状のステータシールド３０が励磁コイル２０の周りに固定され、半円板状のロータシールド４０がシャフト１０と固定され、励磁コイル２０の両脇に配置される構成を有している。そして、シャフト１０が回転することによりロータシールド４０が回転し、ロータシールド４０が励磁コイル２０からステータシールド３０に至る磁束を遮蔽する面積がリニアに変化するのに伴い、励磁コイル２０のインダクタンスもリニアに変化する。
【００３１】
即ち、シャフト１０、励磁コイル２０、ステータシールド３０、ロータシールド４０を同一中心軸上に配置することで、励磁コイル２０の両脇を半円状のロータシールド４０が回転することにより励磁コイル２０のインダクタンスをリニアに変化させることができる。
【００３２】
また、励磁コイル２０の外側にロータシールド４０を配置し、各部品を同一中心軸上に配置することにより各部品間のガタツキを小さくすることができ、ロータシールド４０によって励磁コイル２０からステータシールド３０に至る磁束の遮蔽される面積がリニアに変化するのに伴い励磁コイル２０のインダクタンスもリニアに変化させることもできるようになる。
【００３３】
一方、図４に示すような本実施形態の回転センサ１にかかる変形例も考えられる。この変形例にかかる回転センサ２は、上述した実施形態のようにロータシールド５０が半円の板状をなさずにシャフト１０の回転中心軸線方向から見て異型の半円板形状を備えている。なお、その他の構成要素、即ちシャフト１０、励磁コイル２０、及びステータシールド３０の形状及び材質については上述の実施形態と同様であるので、ここでは対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
この回転センサ２もかかる構成を有することで、上述した回転センサ１と同様に簡単に組み付けることができ、かつ組み付けのし易さや部品公差の影響を受けることなく、シャフト１０の回転中心軸線ＣＬ１、ステータシールドの曲率回転中心ＣＬ３、ロータシールド５０の回転中心ＣＬ５を一致させることができる。
【００３５】
図５は、このような異型のロータシールド５０を有する回転センサ２の出力特性を示した図である。そして図４に示す回転センサのロータシールド５０の位置は、図５中０°の位置に相当する。そして、シャフト１０が周方向一方に回転することによって、シャフト１０と一体になったロータシールド５０が上述した実施形態と同様に励磁コイル２０からステータシールド３０に至る磁束を横切る面積が変化し、励磁コイル２０のインダクタンスの変化量もこれに伴って図５に示すように変化していく。
【００３６】
図５から明らかなように、励磁コイル２０のインダクタンスの変化量はシャフト１０の３６０°の回転にあたって図３に示したインダクタンス変化量と異なる増加特性及び減少特性をなしている。このようにロータシールド５０の形状を変更することによって、シャフト１０の回転に伴う励磁コイル２０のインダクタンス変化量の特性を所望の特性にすることができ、例えば３６０°のうち或る回転角度の範囲において正確に回転角度の測定が要求されかつ他の回転角度の範囲においてはそれほど正確な回転角度の測定が要求されない場合に、これに応じたインダクタンス変化量を有する出力特性を得るようにロータシールド５０の形状を適宜変更することが可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態及びその変形例にかかる回転センサは、上述したような構成を有することで、シャフトの回転中、シャフトの回転中心軸線と励磁コイルの中心軸線が常に合致すると共に、シャフトの回転中、シャフトの回転中心軸線と、ロータシールドの中心軸線と、ステータシールドの曲率中心軸線が常に合致するようになっている。
【００３８】
その結果、回転センサの組付けのし易さを図ったり各部品公差にばらつきがあったり、組み付け性を優先したり、部品公差をある程度許容したりしても、シャフトと一体に回転するセンシング部に対するコイルの放射方向のガタツキが生じることなく、検出出力の特性上バラツキが生じなくなり、常に安定した出力特性を有する回転センサを得ることができるようになる。
【００３９】
なお、シャフト、ステータシールド、及びロータシールドの材質は上述した実施形態の材質に限定されるものではない。従って、例えばシャフト、ステータシールド、及びロータシールドの材質としては、鉄、銅、真鍮、アルミニウム、銀などの材質が考えられる。
【００４０】
続いて、本発明にかかる回転センサのより実施の形態に即した具体例について図６及び図７に基づいて説明する。なお、上述した実施形態の回転センサ１と同等と構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
上述した実施形態にかかる回転センサ１とこの回転センサ３とは基本的構成を共通とし、回転センサ３に関して図６及び図７において励磁コイル１２１の部分をコイルホルダ１２２と共により具体化した構成で示されている。即ち、回転センサ３のシャフト１１０、ステータシールド１３０、ロータシールド１４０の形状及び材質は上述した実施形態の回転センサ１と同等である。
【００４２】
コイルホルダ１２２は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの非磁性樹脂材からなり、両端部に拡径したフランジ部１２２ａ，１２２ｂを有すると共に一方の端部に励磁コイル１２１の巻き始めと巻き終わりの端子保持部をなす突出部１２２ｃを備えた円筒体形状を有している。また、コイルホルダ１２２の外周には銅線が円筒体状に多数巻回されて励磁コイル１２１を構成している。また、コイルホルダ１２２の内周面は軸受部材としてシャフト１００と摺動できるようになっている。
【００４３】
また、励磁コイル１２１はコイルホルダ１２２のフランジ１２２ａ，１２２ｂの一部を介してステータシールド１３０に保持されている。即ち、この場合、コイルホルダ１２２のフランジ１２２ａ，１２２ｂの一部がスペーサとしての役目を果たしている。このように、スペーサは、他の機能を兼備するものであってもよい。
【００４４】
本具体例にかかる回転センサ３はこのような構成を有するので、この回転センサ３の組付け手順に関しては上述した実施形態にかかる回転センサ１と同等の組付け手順となり、組み付けた後の回転センサ３の作用についても上述した回転センサ１の作用と同等の作用を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明にかかる回転センサは、自動車の車高及び車体の傾き検出に適している。しかしながら、本発明にかかる回転センサは、例えばロボットアームのように互いに回転するシャフト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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる回転センサを長手方向に沿って切断して概略的に示した断面図である。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態にかかる回転センサのシャフトの回転中心軸線方向から見た端面図である。
【図３】図１に示した本発明の一実施形態にかかる回転センサの検出出力特性図である。
【図４】図１に示した回転センサの変形例をシャフトの回転中心軸線方向から見た端面図である。
【図５】図４に示した本発明の変形例にかかる回転センサの検出出力特性図である。
【図６】本発明にかかる回転センサの具体例をシャフトの長手方向に沿って沿った断面図である。
【図７】図６に示した回転センサのシャフトの回転中心軸線方向から見た端面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２，３    回転センサ
１０    シャフト
１１    切り欠き段部
２０    励磁コイル
３０    ステータシールド
４０    ロータシールド
４１    直径方向端面
５０    ロータシールド
１００    シャフト
１２１    励磁コイル
１２２    コイルホルダ
１３０    ステータシールド
１４０    ロータシールド
１２２ａ，１２２ｂ    フランジ部
ＣＬ１    回転中心軸線
ＣＬ２    中心軸線
ＣＬ３    ステータシールドの曲率中心軸線
ＣＬ５    ロータシールド５０の中心軸線
【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】
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【図７】
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