(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（I）周方向に配置される第1の導体層を有し、第1のシャフトに取り付けられる第1のロータと、
（II）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２つの励磁コイルと、前記各励磁コイルを個々に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所定間隔を置いて固定部材に取り付けられる固定コアと、
（III）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のシャフトに対して相対回転する第2のシャフトに取り付けられる第2のロータとを備え、
（IV）前記第1及び第2のロータの回転に伴う前記励磁コイルのインダクタンス変動に基づいて、前記両シャフトの回転角度或いは相対回転角度を非接触で検出する
回転センサであって、
（V）前記固定コアは、
ａ前記２つのコア本体を収容し、前記励磁コイルのリード線を導出する導出部が形成された導電性素材からなる上ケースおよび下ケースと、
ｂ当該両ケース間に配置された導電性素材からなる中間部材と
ｃ前記中間部材と対応する外周部分に、前記中間部材の面と平行になるように配置された配線基板と
を有することを特徴とする、回転センサ。
【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。
【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。
ところで、上記回転センサは、自動車等の移動体等に使用する場合には、車載機器類との間における電磁波の影響を防ぐため、電磁環境適合性(EMC: electro-magnetic compatibility)に関する厳しい規格が設けられている。具体的には、電磁波を回転センサの外部へ出さない電磁干渉(EMI: electro-magnetic interference)、外来電磁波に対する電磁感受性(EMS: electro-magnetic susceptibility)の２つの規格がある。
【０００４】
このため、上記回転センサは、励磁コイルを収容するコア本体をケースに収納している。この場合、ケースの素材には、強度と電磁遮蔽効果を考慮してアルミニウム等の金属等の導電性素材が使用されている。
このようなケースを用いた固定ケースは、例えば、図４に示す固定ケース１のように、励磁コイル１ｂを収容した２つのコア本体１ａを、導電性素材（例えば、アルミニウム）からなる本体３、上蓋４及び下蓋５を有するケース２内に収容して組み立てられる。
【０００５】
ここで、固定ケース１は、２つの励磁コイル１ｂが区画板３ａを中心として面対称に配置され、回転センサに用いたときに、上記外乱が適切に相殺されるように、区画板３ａを円筒状の本体３の上下方向中央に設けている。
このため、本体３は、上部と下部に形成された凹溝状の導出部３ｂから各励磁コイル１ｂのリード線１ｃを導出し、サイドケース６内に上下方向に配置したプリント基板７に接続している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、理論上、リード線１ｃ，１ｃとプリント基板７上に形成された導電パターンとで囲まれて形成された空間もインダクタンスを有する。ところが、このインダクタンスは、センシングに利用できないだけでなく、周囲ノイズを拾い易い。このため、このインダクタンスが小さい程、Ｓ／Ｎ比が良くなる。即ち、回転センサは、前記リード線の長さが短い程、Ｓ／Ｎ比が向上してセンサとして優れたものとなる。しかも、２つの励磁コイルを用いた回転センサでは、上記外乱の相殺を考慮すると、２つの励磁コイルのリード線の長さが同じであることが望ましい。また、前記リード線１ｃ，１ｃとプリント基板７上に形成された導電パターンとで囲まれて形成された上部と下部の空間の面積が同じであることが望ましい。
【０００７】
しかし、固定コアが上記のような構造であると、前記リード線が長くなってしまうという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、励磁コイルのリード線の長さを短縮することが可能な回転センサ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、
（I）周方向に配置される第1の導体層を有し、第1のシャフトに取り付けられる第1のロータと、
（II）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２つの励磁コイルと、前記各励磁コイルを個々に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所定間隔を置いて固定部材に取り付けられる固定コアと、
（III）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のシャフトに対して相対回転する第2のシャフトに取り付けられる第2のロータと
を備え、
（IV）前記第1及び第2のロータの回転に伴う前記励磁コイルのインダクタンス変動に基づいて、前記両シャフトの回転角度或いは相対回転角度を非接触で検出する
回転センサであって、
（V）前記固定コアは、
a前記２つのコア本体を収容し、前記励磁コイルのリード線を導出する導出部が形成された導電性素材からなる上ケースおよび下ケースと、
ｂ当該両ケース間に配置された導電性素材からなる中間部材と
ｃ前記中間部材と対応する外周部分に、前記中間部材の面と平行になるように配置された配線基板と
を有する構成にしたのである。
【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を図１乃至図３に基づいて詳細に説明する。
【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、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と平行する複数の羽板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１３ａ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１３ａに対応させて均等に配置してもよい。
固定コア１２は、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、図１に示すように、励磁コイル１２ｃを収容したコア本体１２ａ，１２ｂ、スペーサ１２ｄ、上ケース１２ｅ、下ケース１２ｆ及びサイドケース１２ｇを有し、これらをねじやリベット等で固定して組み立てられる。
【００１３】
コア本体１２ａ，１２ｂは、それぞれ電気絶縁性を有するＮｉ−Ｚｎ系、Ｍｎ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ系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。
【００１４】
各励磁コイル１２ｃは、コア本体１２ａ，１２ｂからリード線１２ｈが外部へ延出され、後述するプリント基板１２ｋ（図２参照）と接続されている。
スペーサ１２ｄは、図２に示すように、上ケース１２ｅと下ケース１２ｆとの間に、上ケース１２ｅと下ケース１２ｆとがスペーサ１２ｄに対して面対称となるように配置され、銅，アルミニウム，銀等の導電性素材からなる円板状の部材である。
【００１５】
ケース１２ｅ，１２ｆ，１２ｇは、交流磁界の遮蔽性を有する導電性素材、例えば、アルミニウム，銅等の金属あるいは炭素を含有する合成樹脂から成形されている。上ケース１２ｅ及び下ケース１２ｆは、それぞれコア本体１２ａ，１２ｂを覆うものでリング状に成形され、リード線１２ｈを導出する凹溝状の導出部１２ｊが側部に形成されている。上ケース１２ｅ及び下ケース１２ｆは、ダイキャスト法によって製造されている。
【００１６】
サイドケース１２ｇは、上ケース１２ｅ及び下ケース１２ｆの側部にねじ止めされ、図２に示すように、内部のスペーサ（中間部材）１２ｄと対応する外周部分には、信号処理回路（図示せず）が形成されたプリント基板１２ｋが、スペーサ（中間部材）１２ｄと互いに面が平行になるように取り付けされている。各励磁コイル１２ｃのリード線１２ｈは、プリント基板１２ｋの前記信号処理回路と接続されている。これにより、各励磁コイル１２ｃは、前期信号処理回路から交流電流が流されている。
【００１７】
第２ロータ１３は、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に示すように、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た本体１３ａと、下ロータ１３ｃとを有し、本体１３ａの外周には、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。ここで、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。
【００１８】
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、固定コア１２を前記固定部材に固定すると共に、図１に示すように、上部に上カバー１４を、下部に下カバー１５を、取り付け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。
【００１９】
回転センサ１０を構成する前記固定コア１２は、
ａ前記２つのコア本体１２a、１２ｂを収容し、前記励磁コイル１２ｃのリード線１２ｈを導出する導出部１２ｊが形成された上ケース１２eおよび下ケース12fと、
ｂ当該両ケース１２ｅ，１２ｆ間に配置された導電性素材からなる中間部材１２ｄと
ｃ信号処理回路（図示せず）が形成されたプリント基板１２ｋと
を有している。
そして、前記両ケース１２eおよび１２ｆは、前記中間部材１２ｄを介して面対称に配置されている。
さらに、前記プリント基板１２ｋは、前記中間部材１２ｄと対応する外周部分に、前記プリント基板１２ｋと前記中間部材１２ｄの各面とが互いに平行になるように配置され、２つの励磁コイル１２ｃのリード線１２ｈが上ケース１２e及び下ケース１２ｆから導出されている。
【００２０】
従って、回転センサ１０は、２つの励磁コイル１２ｃのリード線１２ｈを最短にすることができる。例えば、図４に示す従来の構造の固定コア１では、リード線１ｃの長さが２０ｍｍ必要であったのに対し、固定コア１２では僅か５ｍｍしか必要としなかった。
このため、固定コア１２は、リード線１２ｈとプリント基板１２ｋの前記信号処理回路と接続する作業を自動半田機を用いて機械化することができ、回転センサの組立て作業に要する時間を飛躍的に短縮することができる。
【００２１】
更に、プリント基板１２ｋは、両面の同じ位置にコイルリード線を接続するための半田用ランドを設ければ、簡単に各リード線１２ｈの長さを同じにすることができ、また、上部のリード線１２ｈとプリント基板１２ｋ上面に形成された信号処理回路の導電パターンとで囲まれて形成された空間と、下部のリード線１２ｈとプリント基板１２ｋ下面に形成された信号処理回路の導電パターンとで囲まれて形成された空間とをほぼ同じ面積にすることができる。
【００２２】
ここで、図１の回転センサ１０は、２つのシャフト間の±８°の範囲内での相対回転を測定する例を示したが、回転センサを図３に示されるように構成すれば、±９０°の範囲内での相対回転を測定することができる。即ち、第１及び第２のロータの回転に伴う励磁コイルのインダクタンス変動に基づいて、シャフトＳF1，ＳF2の回転角度或いは相対回転角度を非接触で検出することができる。
【００２３】
ここにおいて、以下に説明する回転センサ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、その他は回転センサ１０と構成が同一である。従って、以下の説明並びに図３においては、回転センサ２０は、固定コア１２、上カバー１４及び下カバー１５については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。
【００２４】
第１ロータ２１は、第１ロータ１１と同様に、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、図３に示すように、フランジ２１ａの外周に回転軸Ａrtと並行する羽板２１ｂが周方向に半周に亘って形成されている。羽板２１ｂは、外表面には銅箔２１ｃが設けられている。
【００２５】
このとき、第１ロータ２１は、第１ロータ１１と同様に、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２３ａに対応させて配置してもよい。
第２ロータ２３は、第２ロータ１３と同様に、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た本体２３ａと、下ロータ２３ｃとを有している。本体２３ａは、図３に示すように、外周に回転軸Ａrt方向に２段に配置されると共に、上下の位置をずらした銅箔２３ｂが周方向に沿って半周に亘って設けられている。ここで、第２ロータ２３は、第２ロータ１３と同様に、銅箔２３ｂ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２３ｂを含むこれら導体層は本体２３ａの内部に埋め込んでもよい。
【００２６】
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。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、励磁コイルのリード線の長さを短縮することが可能な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の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の回転センサで用いる固定ケースの断面図である。
【図３】本発明の回転センサの他の実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】従来の回転センサで用いている固定ケースの断面図である。
【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，１２ｂ      コア本体
１２ｃ              励磁コイル
１２ｄ              スペーサ
１２ｅ              上ケース
１２ｆ              下ケース
１２ｇ              サイドケース
１２ｈ              リード線
１２ｊ              導出部
１２ｋ              プリント基板
１３                第２ロータ
１３ａ              本体
１３ｂ              銅箔（第２の導体層）
１３ｃ              下ロータ
１４                上カバー
１５                下カバー
２０                回転センサ
２１                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）
２３ｃ              下ロータ
Ａrt                回転軸
【図１】
0003857938.tif 000002
【図２】
0003857938.tif 000003
【図３】
0003857938.tif 000004
【図４】
0003857938.tif 000005