(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に配置される第１の導電層を有し、回転する第1のシャフ
トに取り付られる第1のロータと、
前記第1のロータと回転軸方向に所定間隔をおいて配置される二つの励磁コイルと、前記励磁コイルを収容するコア本体とを有し、前記第１のロータと半径方向に間隔を置いて固定部材に取り付けられる固定コアと、
絶縁磁性材から筒状に成形される本体と該本体に２段に配置される第２の導体層とを有し、前記第１のロータと半径方向に所定間隔を置いて、前記第１のシャフトにトーションバーを介して連結されて相対回転する第2のシャフトに取り付けられる第2のロータとを備え、前記二つの励磁コイルに高周波交流電流を流して前記第１のロータと第２のロータとの相対回転角度を検出する回転センサにおいて、
前記第２のロータは、回転軸方向中央の当該回転軸に直交し、かつ該ロータを上下に２等分する平面を基準として外形が面対称となるように、テーパ状に成形されていることを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
絶縁磁性材から筒状に成形される本体と、該本体に２段に配置される第２の導体層とを有するロータであって、
回転軸方向中央の当該回転軸に直交し、かつ該ロータを上下に２等分する平面を基準として外形が面対称となるように、テーパ状に成形されていることを特徴とするロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転センサと回転センサで用いるロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの回転体（ロータ）と、励磁コイルを有する固定体とを備え、相対回転する２本の軸間におけるトルクを検出する回転センサとして、例えば、トーションバーを介して相対回転する２本の回転軸が連結された自動車のハンドルシャフトにおけるトルクを検出し、ステアリング装置の円滑な電子制御に利用する回転センサが知られている（例えば、特公平７−２１４３３号公報参照）。
【０００３】
このような回転センサにおいては、環境温度の変動，電磁ノイズ，前記発振回路における発振周波数の変動，電源電圧あるいは組付け誤差等の外乱によって検出精度が変動し、トルクを正確に検出できなることを避けるため、励磁コイルを２つ使用することで、上記外乱を相殺することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記回転センサは、一方の回転体として、絶縁磁性材から筒状に成形される本体に所定間隔を置いて上下２段に配置される複数の非磁性導体層を設けたロータを使用する。このロータに使用する磁性材は、複雑な形状でも成形が容易で、低コストで短時間に量産できることから、電磁鋼板等に代えて電気絶縁性を有するフェライト燒結体や熱可塑性合成樹脂に軟磁性材粉を混合したプラスチックマグネットが使用されるようになってきた。
【０００５】
このような素材を用いた前記ロータは、型を用いて大量生産すると、型抜きのための抜き代（抜きテーパ）が必要となる。このような抜き代があると、成形されたロータは、回転軸方向中央において前記回転軸に直交する平面を基準として外形が面対称とならない。このため、ロータは、回転センサに組み上げたときに、前記励磁コイルとの間のギャップが前記回転軸に沿った高さ方向の位置によって変化してしまう。このような変化が生じると、回転センサは、２つの励磁コイルの実効インダクタンスに差が生じる結果、上記外乱の相殺が適正に行われず、検出精度が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、適正な形状のロータを成形できると共に、２つの励磁コイルの実効インダクタンスに差が生じることがなく、検出精度に優れた回転センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の回転センサに
おいては、周方向に配置される第１の導電層を有し、回転する第1のシャフト
に取り付られる第1のロータと、前記第1のロータの回転軸方向に所定間隔をおいて配置される二つの励磁コイルと、前記励磁コイルを収容するコア本体とを有し、前記第１のロータと半径方向に間隔を置いて固定部材に取り付けられる固定コアと、絶縁磁性材から筒状に成形される本体と、該本体に２段に配置される第２の導体層とを有し、前記第１のロータと半径方向に所定間隔を置いて、前記第１のシャフトにトーションバーを介して連結されて相対回転する第2のシャフトに取り付けられる第2のロータとを備え、
前記二つの励磁コイルに高周波交流電流を流して前記第１のロータと第２のロータとの相対回転角度を検出する回転センサにおいて、
前記第２のロータは、回転軸方向中央の当該回転軸に直交し、かつ該ロータを上下に２等分する平面を基準として外形が面対称となるように、テーパ状に成形されている構成としたのである。
【０００８】
また、上記目的を達成するため本発明のロータにおいては、絶縁磁性材から筒状に成形される本体と、該本体に２段に配置される第２の導体層とを有するロータであって、回転軸方向中央の当該回転軸に直交し、かつ該ロータを上下に２等分する平面を基準として外形が面対称となるように、テーパ状に成形されている構成としたのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転センサとロータに係る一実施形態として、例えば、自動車においてトーションバーを介して主動シャフトから従動シャフトへ伝達されるステアリングシャフトのトルクを検出する回転センサ及びこの回転センサで用いられるロータを図１乃至図８に基づいて説明する。
【００１０】
回転センサ１０は、図１に示すように、第１ロータ１１、固定コア１２及び第２ロータ１３を備え、固定コア１２の後述する２つの励磁コイル１２ｂに高周波交流電流を流して第１ロータ１１と第２ロータ１３との相対回転角度を検出し、この相対回転角度に基づいてトルクを検出する際に使用される。ここで、ステアリングシャフトは、図示しないが、ハンドル側の主動シャフトがトーションバーを介して車輪側の従動シャフトと連結され、主動シャフトは、従動シャフトに対して±８°の範囲内で相対回転する。
【００１１】
第１ロータ１１は、図２に示すように、第２ロータ１３と固定コア１２との間に配置され、前記主動シャフトに取り付けられる。第１ロータ１１は、電気絶縁性を有し、成型性に優れた合成樹脂によって、フランジ１１ａの外周に回転軸Ａrtと並行する複数の羽板１１ｂを均等に配置して形成されている。各羽板１１ｂは、後述するそれぞれの銅箔１３ｂに対応する間隔で形成され、外表面には銅箔１１ｃが設けられている。
【００１２】
このとき、第１ロータ１１は、各羽板１１ｂの内表面あるいは絶縁材で製作された筒体の内表面や内部に一定の厚さの導体層（例えば0.２ｍｍの銅箔，或いはアルミニウム，銀等の素材のもの）を銅箔１３ｂに対応させて均等に配置してもよい。
固定コア１２は、図２に示すように、第１ロータ１１と半径方向に数ｍｍ程度の僅かなギャップをおいて配置され、ステアリングシャフト近傍に位置する固定部材（図示せず）に固定される。固定コア１２は、絶縁磁性材からなる２つのコア本体１２ａと、各コア本体１２ａ内に収容される励磁コイル１２ｂと、両コア本体１２ａを収容する遮蔽ケース（以下、単に「ケース」という）１２ｃとを有している。コア本体１２ａは、電気絶縁性を有するＭｎ−Ｚｎ，Ｍｇ−Ｚｎ，Ｎｉ−Ｚｎ等のフェライトを燒結した燒結体や、ナイロン，ポリプロピレン（ＰＰ），ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ），ＡＢＳ樹脂等の電気絶縁性を有する熱可塑性合成樹脂に、Ｎｉ−ＺｎやＭｎ−Ｚｎ系のフェライトからなる軟磁性材粉を、軟磁性材を１０〜７０体積％混合した絶縁磁性材からリング状に成形されている。各励磁コイル１２ｂは、ケース１２ｃから外部へ延出させた電線１２ｄ（図１参照）によって図示しない信号処理回路と接続され、この信号処理回路から交流電流が流されている。ケース１２ｃは、交流磁界の遮蔽性を有するアルミニウム，銅等の金属によって、各コア本体１２ａを収容する２つの凹部１２ｅを有するリング状に形成されている。
【００１３】
このとき、固定コア１２は、回転軸Ａrtに直交する面に関して、図２に示すように、励磁コイル１２ｂを収容した２つのコア本体１２ａ及びケース１２ｃを面対称に配置する。また、２つの励磁コイル１２ｂは、それぞれ巻き方向を逆に設定したり、交流電流を流す向きを逆にすることで、第１ロータ１１との間に形成される磁気回路の向きを逆にする。
【００１４】
第２ロータ１３は、固定コア１２と同じ絶縁磁性材によって円筒状に成形され、前記主動シャフトに対して相対回転する前記従動シャフトの軸線方向所定位置に取り付けられる。第２ロータ１３は、図１，図３及び図４に示すように、本体１３ａの外周に回転軸Ａrt方向に２段に配置されると共に、周方向に所定間隔、例えば、上下で交互に位置をずらして中心角３０°間隔で複数の銅箔１３ｂが設けられている。
【００１５】
このとき、第２ロータ１３は、図１に示す回転軸Ａrt方向中央において回転軸Ａrtに直交する平面を基準として外形を面対称に成形する。このような外形を有する第２ロータ１３は、前記フェライトを燒結したり、前記絶縁磁性材を射出成形することで、適正な形状の下に量産することができる。例えば、第２ロータ１３の本体１３ａは、前記絶縁磁性材を射出成形して量産するときは、図５に示すように、金型Ｄ1，Ｄ2及び中子Ｃを用い、前記平面を基準として外形が面対称となるように、点線Ａに対して上下の外形が線対称となるように成形する。
【００１６】
ここで、図５に示す本体１３ａは、抜き代（抜きテーパ）を極端に強調して描いてあるが、抜き代のためのテーパ角θは１度程度が好ましい。また、図５に示す本体１３ａは、内側の形状が点線Ａに対して上下で線対称となっていない。これは、第２ロータ１３は、回転センサ１０に組み上げたときに、励磁コイル１２ｂとの間のギャップが前記回転軸に沿った高さ方向の位置によって変化しないようにする必要があるが、内側はその必要がなく、このような変化があっても磁束に大きな影響がないからである。
【００１７】
また、第２ロータ１３の本体１３ａは、外形が前記のような面対称に成形されていれば、前記絶縁磁性材によって１度程度のテーパ角θを有するそれぞれ同一形状の半体Ｈbを成形し、２つの半体Ｈbを、図６及び図７に示すように組み合わせて接着して構成してもよい。ここで、本体１３ａは、図６，７においても抜き代（抜きテーパ）を極端に強調して描いてある。
【００１８】
更に、第２ロータ１３は、導体層であれば、銅箔１３ｂに代えて、例えば、アルミニウム，銀等の素材を使用することができ、銅箔１３ｂを含むこれら導体層は絶縁磁性材の内部に埋め込んでもよい。更に、これら導体層は、高周波磁界を遮蔽するうえで、第１ロータ１１と固定コア１２との半径方向のギャップに基づく磁気抵抗を考慮すると、0.１〜0.５ｍｍ程度の厚さが望ましい。一方、銅箔１３ｂは、理論上、中心角を小さくして配置間隔を小さくする程、前記導体層としての数が多くなり、誘導されるトータル渦電流の変化量（導体層の数に比例する）が大きくなって、相対回転角度の検出感度が高くなるが、測定できる相対回転角度範囲が小さくなる。
【００１９】
以上のように構成される回転センサ１０は、第１ロータ１１を前記主動シャフトに、第２ロータ１３を前記従動シャフトに、それぞれ取り付けると共に、固定コア１２を前記固定部材に固定してステアリング装置に組み付けられる。
そして、回転センサ１０は、ステアリングハンドルの操作によってトーションバーを介して主動シャフトから従動シャフトへ伝達されるステアリングシャフトのトルクを、第１ロータ１１と第２ロータ１３との相対回転角度に基づき、予め求めてある前記主動シャフトと前記従動シャフトとの間に作用するトルクと、両シャフト間の相対回転角度との関係に基づいて求めることができる。
【００２０】
このとき、回転センサ１０においては、第２ロータ１３の外形が、図１に示す回転軸Ａrt方向中央において回転軸Ａrtに直交する平面を基準として面対称に形成されている。
このため、回転センサ１０は、第１ロータ１１と第２ロータ１３とが相対回転しても、励磁コイル１２ｂと第２ロータ１３との間のギャップが回転軸Ａrtに沿った高さ方向の位置によって変化することがない。このため、回転センサ１０は、２つの励磁コイル１２ｂの実効インダクタンスに差が生じることがなく、外乱の相殺が適正に行われ、検出精度が低下することはない。
【００２１】
ここで、本発明の回転センサは、図８に示す回転センサ２０のように、第１ロータ２１と第２ロータ２３を以下のように構成しても、回転センサ１０と同様に前記目的を達成することができる。
ここで、回転センサ２０は、第１ロータ２１及び第２ロータ２３の構成が回転センサ１０と若干異なるだけで、固定コアは回転センサ１０と構成が同一である。従って、以下の説明並びに説明で使用する図面においては、回転センサ２０は、固定コア１２については回転センサ１０と同一の符号を用いることで重複した説明を省略し、第１ロータ２１と第２ロータ２３について説明する。
【００２２】
第１ロータ２１は、第２ロータ２３と固定コア１２との間に配置され、前記主動シャフトに取り付けられる。第１ロータ２１は、第１ロータ１１と同じ合成樹脂によって、フランジ２１ａの外周に回転軸Ａrtと並行する羽板２１ｂが配置されている。羽板２１ｂは、外表面には銅箔２１ｃが設けられている。
このとき、第１ロータ２１は、羽板２１ｂの内表面あるいは絶縁材で製作された筒体の内表面や内部に一定の厚さの導体層（例えば0.２ｍｍの銅箔，或いはアルミニウム，銀等の素材のもの）を銅箔２３ｂに対応させて配置してもよい。
【００２３】
第２ロータ２３は、固定コア１２と同じ絶縁磁性材によって円筒状に成形され、第２ロータ１３と同様の位置に取り付けられる。第２ロータ２３は、図８に示すように、本体２３ａの外周に回転軸Ａrt方向に位置をずらして２段に配置されると共に、周方向に半周に亘って銅箔１３ｂが設けられている。
このとき、第２ロータ２３は、第２ロータ１３と同様に、回転軸Ａrt方向中央において回転軸Ａrtに直交する平面を基準として外形を面対称に成形する。このような外形を有する第２ロータ２３は、第２ロータ１３と同様にして量産することができる。
【００２４】
尚、上記実施形態はトルクを検出する回転センサの場合について説明したが、回転角度を検出することも可能である。
また、本発明の回転センサは、上記実施形態で説明した自動車のステアリングシャフトの他、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，回転角度，トルクを求めるものであれば、どのようなものにも使用できる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１，２の発明によれば、適正な形状のロータを成形できると共に、２つの励磁コイルの実効インダクタンスに差が生じることがなく、検出精度に優れた回転センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転センサとロータに係る一実施形態を示す回転センサの分解斜視図である。
【図２】図１の回転センサの断面正面図である。
【図３】図１の回転センサで用いられる第２のロータの平面図である。
【図４】図３の第２のロータをＣ1−Ｃ1線に沿って切断した断面図である。
【図５】第２のロータの本体を金型及び中子を用いて成形した状態を示す断面図である。
【図６】第２のロータの本体の他の形状を示す断面図である。
【図７】第２のロータの本体の更に他の形状を示す断面図である。
【図８】本発明の回転センサとロータに係る他の実施形態を示す回転センサの分解斜視図である。
【符号の説明】
１０              回転センサ
１１              第１ロータ
１１ａ            フランジ
１１ｂ            羽板
１１ｃ            銅箔（第１の導体層）
１２              固定コア
１２ａ            コア本体
１２ｂ            励磁コイル
１２ｃ            遮蔽ケース
１２ｅ            凹部
１３              第２ロータ
１３ａ            本体
１３ｂ            銅箔（第２の導体層）
２０              回転センサ
２１              第１ロータ
２１ａ            フランジ
２１ｂ            羽板
２１ｃ            銅箔（第１の導体層）
２３              第２ロータ
２３ａ            本体
２３ｂ            銅箔（第２の導体層）
Ａrt              回転軸
Ｃ                中子
Ｄ1，Ｄ2          金型
Ｈb               半体
【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】
0003824957.tif 000008
【図８】
0003824957.tif 000009