JP2005134150A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の移動が規制された回転軸の回転角を検出する回転角検出装置において、装置の小型化を達成すると共に回転軸の回転角を正確に検出できるようにし、さらにはコスト安価とする。
【解決手段】回転角検出装置１は、支持部材１２によって被測定軸２の軸方向Ｓに移動可能に支持される可動部３および可動部３と非接触に設けられる固定部４を含み、固定部４に対する可動部３の変位を検出する磁気センサ５と、被測定軸２の外周に一体回転可能に設けられる螺旋状の溝１９および可動部３と軸方向に一体移動可能に設けられて螺旋状の溝１９に係合する被係合部２０を含み、被測定軸２の回転を可動部３の軸方向Ｓの移動に変換する変換機構６と、磁気センサ５によって検出された可動部３の変位に基づいて被測定軸２の回転角を演算する絶対角演算部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸方向の移動が規制された回転軸の回転角を検出する回転角検出装置に関するものである。

基準位置から多回転する（３６０°より多く回転する）回転軸（被測定軸）の回転角を検出する回転角検出装置として、種々のものが提案されている。例えば、回転軸と連動回転可能に連結された歯車等の回転部材の一側面に渦巻き状の溝を形成して、この溝に係合部材としてのトレーサを相対移動可能に係合させることで、回転軸の回転角を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１，２および３参照）。

具体的には、渦巻き状の溝の回転に伴いトレーサをこの渦巻き状の溝に対して相対移動させることで、トレーサを上記回転部材の一側面上で移動（揺動）させ、このトレーサの移動量を検出して回転軸の回転角を演算するようになっている。特に、特許文献２および３では、検出精度を高めるため、上記トレーサの移動を検出するセンサと、回転軸の回転を０°〜３６０°の範囲で検出可能なセンサの２つのセンサを用い、これら両センサの検出値を基に回転軸の回転角を演算している。

また、回転軸をハウジングに螺合させて軸方向に移動可能にしておき、回転軸の回転に伴うこの回転軸の軸方向の移動量を第１のセンサで検出すると共に、回転軸の０°〜３６０°の回転角を第２のセンサによって検出し、これら両センサの検出値を基に回転軸の絶対回転角を算出するものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
さらに、回転軸の外周に筒状の移動部材を軸方向移動可能且つ回転不能に螺合させておき、回転軸の回転に伴い移動部材を軸方向に移動させることによって回転軸の回転角を検出するものが提案されている（例えば、特許文献５参照）。具体的には、移動部材の外周に接点が固定されており、回転軸の回転に伴う接点の軸方向の移動によって、この接点に摺接される抵抗体の抵抗値を変化させて、回転軸の回転角を検出する。
特開平１０−３０９０９号公報。 特願２００２−２２１７７６号明細書。 特願２００２−２８６２５３号明細書。 特願２００２−２４９６０２号明細書。 特開２００１−３５４１４４号公報。

しかしながら、特許文献１〜３記載の構成によれば、渦巻き状の溝を回転部材の一側面に形成してこの一側面上にトレーサを揺動させる必要があるので、回転部材の径方向の寸法が大きくなって装置の大型化を招いてしまう。特に、特許文献２，３記載の構成によれば、複数のセンサを用いる必要があるので、部品点数が多くなりコストが高くなってしまう。また、特許文献４記載の構成によれば、回転軸の回転に伴いこの回転軸を軸方向に移動させる必要があるので、軸方向の移動を規制されるステアリングシャフト等の回転軸に当該構成を用いることはできない。さらに、特許文献５記載の構成によれば、接点と抵抗体の間に接触不良が生じて回転軸の回転角を正確に検出できなくなる虞がある。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、軸方向の移動が規制された回転軸の回転角を検出する回転角検出装置において、装置の小型化を達成すると共に回転軸の回転角を正確に検出できるようにし、さらにはコスト安価とすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、回転可能且つ軸方向移動不能な被測定軸の回転角を検出する回転角検出装置において、支持部材によって上記被測定軸の軸方向に移動可能に支持される可動部および可動部と非接触に設けられる固定部を含み、固定部に対する可動部の変位を検出する検出手段と、被測定軸の外周に一体回転可能に設けられる螺旋状係合部および可動部と軸方向に一体移動可能に設けられて螺旋状係合部に係合する被係合部を含み、被測定軸の回転を可動部の軸方向の移動に変換する変換機構と、検出手段によって検出された可動部の変位に基づいて被測定軸の回転角を演算する演算手段とを備えることを特徴とする回転角検出装置を提供する。

本発明によれば、可動部を被測定軸の軸方向に移動させるので、被測定軸の径方向の全長を十分に小さくして装置の小型化を達成することができる。また、可動部と固定部を互いに非接触としているので、可動部および固定部間で接触不良が生じることを防止できる。その結果、被測定軸の回転角を正確に検出することができる。さらに、検出手段の数は１つのみでよく、部品点数を少なくしてコスト安価とすることができる。また、螺旋状係合部とこれに係合する被係合部を設ける簡易な構成で、被測定軸の回転を可動部の軸方向移動に変換することができる。なお、螺旋状係合部としては、螺旋状の溝または凸条を例示することができる。

本発明では、上記可動部の支持部材回りの回動を規制する回動規制手段をさらに備える場合がある。この場合、被測定軸の回転を確実に可動部の移動に変換することができる。
本発明では、上記固定部は、可動部と上記軸方向に相対向する位置に固定される場合がある。この場合、被測定軸の径方向に関する装置の全長をより一層小さくすることができる。

本発明では、上記可動部は磁性を有し、固定部は可動部の移動に伴う磁界の変化を検出する場合がある。この場合、固定部に対する可動部の変位を正確に検出することができる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の回転角検出装置１の模式的な断面側面図である。図１を参照して、回転角検出装置１は、回転可能且つ軸方向移動不能な被測定軸２の回転角を検出するものである。
回転角検出装置１は、被測定軸２の軸方向Ｓに移動可能な可動部３およびこの可動部３と非接触に設けられる固定部４を含み、固定部４に対する可動部３の変位を検出する検出手段としての磁気センサ５と、被測定軸２の回転を可動部３の軸方向Ｓの移動に変換する変換機構６と、磁気センサ５によって検出された可動部３の変位に基づいて被測定軸２の回転角を演算する演算手段としての絶対角演算部７（電気的構成の要部を示すブロック図である図３を参照）とを備えている。なお、以下では、被測定軸２の軸方向Ｓを単に「軸方向Ｓ」という。

本実施の形態では、回転角検出装置１を自動車の電動パワーステアリング装置に適用してステアリングホイール等の操舵部材（図示せず）の回転角を検出する場合に則して説明する。この場合、被測定軸２は操舵部材に一体回転する軸により構成される。ただし、本発明は一般的な回転軸の回転角検出に適用することが可能である。
被測定軸２、磁気センサ５および変換機構６を収容するハウジング８が設けられている。被測定軸２には、軸方向Ｓに所定の間隔を隔てて軸受９，１０が装着されている。被測定軸２は、これら軸受９，１０を介してハウジング８に回転可能且つ軸方向移動不能に支持されている。

磁気センサ５の可動部３は、例えばマグネットにより形成されて磁性を有しており、可動部３が移動することによって、固定部４との間隔Ｇ（エアギャップ）が変化し、固定部４の周囲の磁界が変化する。固定部４は、周囲の磁界を検出し、検出した磁界の値に対応する信号を絶対角演算部７に出力する。上記の構成により、固定部４は、可動部３の移動に伴う磁界の変化、すなわち固定部４に対する可動部３の変位を検出することができる。

固定部４は、被測定軸２の近傍に配置されており、一側面がハウジング８の内面１１に固定されている。固定部４の他側面には、支持部材１２が固定されている。支持部材１２は、被測定軸２と平行に配置され、軸方向Ｓに沿って延びている。可動部３は、この支持部材１２によって、軸方向Ｓに移動可能且つ支持部材１２回りの回動を規制されて支持され、固定部４と軸方向Ｓに相対向する位置に配置される。

図２は、磁気センサ５の可動部３および支持部材１２周辺の断面正面図である。図１および図２を参照して、支持部材１２は、断面が例えば円形形状をなす主体部１３と、可動部３の支持部材１２回りの回動を規制する回動規制手段としての凸条１４とを備えている。凸条１４は、主体部１３の外周面に突設されている。可動部３には、係合孔１５が形成されており、この係合孔１５に支持部材１２が挿通されている。可動部３の係合孔１５の周面に形成された凹部１６が凸条１４に係合することで、支持部材１２に対する可動部３の回動が規制されている。

変換機構６は、被測定軸２の大径部１７の外周１８に形成されてこの被測定軸２と一体回転可能な螺旋状係合部としての螺旋状の溝１９と、可動部３と軸方向Ｓに一体移動可能に設けられて螺旋状の溝１９に係合する被係合部２０とを含んでいる。被係合部２０は、例えば棒状に形成されており、一端部が磁気センサ５の可動部３の一側面３ａに固定され、他端部が螺旋状の溝１９に摺接している。

以上の構成により、被測定軸２に伴い螺旋状の溝１９が回転すると、被係合部２０および可動部３が被測定軸２の回転角に応じた量だけ軸方向Ｓに変位して間隔Ｇが変化する。これにより、固定部４周辺の磁界が変化し、この磁界の変化を固定部４が検出して検出信号を絶対角演算部７に出力する（図３参照）。絶対角演算部７は、与えられた検出信号、すなわち被測定軸２の回転に伴う可動部３の変位に基づいて、被測定軸２の回転角を演算する。

このように、本実施の形態によれば、可動部３を被測定軸２の軸方向Ｓに移動させることで被測定軸２の回転角を検出するので、被測定軸２の径方向に関する回転角検出装置１の全長を十分に小さくして小型化を達成することができる。また、可動部３と固定部４を互いに非接触としているので、可動部３および固定部４間で接触不良が生じることを防止できる。さらに、固定部４は可動部３の移動に伴う磁界の変化を検出するので、固定部４に対する可動部３の変位を正確に検出することができる。その結果、被測定軸２の回転角を正確に検出することができる。さらに、磁気センサ５の数は１つのみでよく、部品点数を少なくしてコスト安価とすることができる。

また、螺旋状の溝１９とこれに係合する被係合部２０を設ける簡易な構成で、被測定軸２の回転を可動部３の軸方向Ｓの移動に変換することができる。さらに、支持部材１２の凸条１４によって、可動部３の支持部材１２回りの回動を規制しているので、被測定軸２の回転を確実に可動部３の軸方向Ｓの移動に変換することができる。また、固定部４を可動部３と軸方向Ｓに相対向する位置に固定することで、被測定軸２の径方向に関する回転角検出装置１の全長をより一層小さくすることができる。

本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、図４に示すように、螺旋状の溝１９に代えて螺旋状の凸条２１を設け、被係合部２０の他端部（先端部）に、凸条２１に係合する溝部２２を形成しても良い。また、図５に示すように、支持部材１２の主体部１３を断面多角形（図５では断面正方形）形状に形成すると共に、可動部３の係合孔１５の形状を主体部１３の形状に対応する形状（断面多角形形状）に形成しても良い。この場合、支持部材１２の主体部１３は、可動部３の回動規制手段としての機能を兼ねる。

さらにまた、被測定軸２の大径部１７の外周１８に筒状の部材を軸方向移動可能且つ回転不能に螺合させて変換機構を形成し、この筒状の部材の外周に可動部３を設ける構成でも良い。この場合、被測定軸２の回転に伴い筒状の部材および可動部３が軸方向Ｓに移動する。

本発明の一実施の形態の回転角検出装置の模式的な断面側面図である。 磁気センサの可動部および支持部材周辺の断面正面図である。 回転体検出装置の電気的構成の要部を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態の変換機構周辺の一部断面側面図である。 本発明の他の実施の形態の支持部材周辺の一部断面正面図である。

符号の説明

１ 回転角検出装置
２ 被測定軸
３ 可動部
４ 固定部
５ 磁気センサ（検出手段）
６ 変換機構
７ 絶対角演算部（演算手段）
１２ 支持部材
１３ 主体部（回動規制手段）
１４ 凸条（回動規制手段）
１８ 外周
１９ 螺旋状の溝（螺旋状係合部）
２０ 被係合部
２１ 螺旋状の凸条（螺旋状係合部）
Ｓ 軸方向

Claims (4)

1. 回転可能且つ軸方向移動不能な被測定軸の回転角を検出する回転角検出装置において、 支持部材によって上記被測定軸の軸方向に移動可能に支持される可動部および可動部と非接触に設けられる固定部を含み、固定部に対する可動部の変位を検出する検出手段と、
   被測定軸の外周に一体回転可能に設けられる螺旋状係合部および可動部と軸方向に一体移動可能に設けられて螺旋状係合部に係合する被係合部を含み、被測定軸の回転を可動部の軸方向の移動に変換する変換機構と、
   検出手段によって検出された可動部の変位に基づいて被測定軸の回転角を演算する演算手段とを備えることを特徴とする回転角検出装置。
2. 請求項１において、上記可動部の支持部材回りの回動を規制する回動規制手段をさらに備えることを特徴とする回転角検出装置。
3. 請求項１または２において、上記固定部は、可動部と上記軸方向に相対向する位置に固定されることを特徴とする回転角検出装置。
4. 請求項１，２または３において、上記可動部は磁性を有し、固定部は可動部の移動に伴う磁界の変化を検出することを特徴とする回転角検出装置。
   
   

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