JP4828090B2 - 相対回転位置検出装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る相対回転位置検出装置の一実施例を示す側断面概略図である。この実施例においては、自動車のハンドル(ステアリング)に関連して、異なる2つの機能の検出装置、つまり、ステアリングシャフトのトーションバーにかかるねじれトルク検出機能を有するトルク検出装置4Aと、ハンドル切れ角(ステアリングシャフト回転)センサとしての機能を有するハンドル角検出装置4Bとを、インテグレートして円筒形状の外部ケース4内に一体的に収納してなる新規な検出システムが示されている。このうち、本発明に係る相対回転位置検出装置の一実施例は、トルク検出装置4Aである。なお、図1に示した実施例では図示の簡略化のために側断面の上半分のみを図示しているが、残りの下半分は図示されたものと対称のものが図1下方に現れる。符号CLは、軸の中心線である。ただし、後述するようなハンドル角検出装置4Bの複数のギアG1〜G3及びステータ部100及びロータ部200等からなるハンドル角検出装置4B(図6参照)は少なくとも1箇所のみに構成してあればよい。勿論、トルク検出装置4Aとハンドル角検出装置4Bとを外部ケース4内に一体的に構成することに限らず、それぞれを別々に構成するようにしてもよい。また、相対回転位置検出装置(トルク検出装置4A)としての本発明の実施にあたっては、ハンドル角検出装置4Bの存在は必須ではない。
センサ10において、ステータ12の各磁極コアにはそれぞれ1つのコイルL1,L2,L3,L4が嵌め込まれており、各コイルL1〜L4は共通の基準交流信号(例えばsinωtとする)で励磁される。ステータ12の各磁極コアには、ロータ11の突起(又は歯)のピッチに対応するピッチで凹凸歯が形成される。こうして、交流励磁されるステータ12の各磁極コアの凹凸歯は、ロータ11の突起(又は歯)にエアギャップを介して対向し、ロータ11の回転に応じてステータ12の各磁極コアの凹凸歯とロータ11の突起(又は歯)との対応関係が変化し、これに応じて各磁極コアを通る磁気回路の磁気抵抗が変化し、各磁極コアに設けられたコイルL1〜L4のインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化は、ロータ11の突起(又は歯)の1ピッチに相当する回転変位を1サイクルとして生じる。図示の例では、ロータ11の突起(又は歯)は1円周で29ピッチ形成されており、1ピッチに相当する回転範囲は、360度/29=約12度強である。前述のように、トーションバー3によるねじれ変形の最大角度範囲は約12度であるので、ロータ11の突起(又は歯)の1ピッチの範囲内での回転角度を検出することで、ねじれ量の検出を問題なく行うことができる。
A(θ)=P0+Psinθ
のような式で等価的に表せる。インピーダンス変化は負の領域に入らないため、上記式で、オフセット値P0は振幅係数Pよりも大きく(P0≧P)、「P0+Psinθ」は負の値をとらない。
これに対して、これよりも90度離れた磁極では、更に1/4ピッチの対応ずれがあるため、該磁極に設けられたコイルL2に生じる理想的なインピーダンス変化B(θ)は、
B(θ)=P0+Pcosθ
のようなコサイン関数特性の式で等価的に表せる。
また、これよりも更に90度離れた磁極では、更に1/4ピッチの対応ずれがあるため、該磁極に設けられたコイルL3に生じる理想的なインピーダンス変化C(θ)は、
C(θ)=P0−Psinθ
のようなマイナスサイン関数特性の式で等価的に表せる。
更にこれよりも90度離れた磁極では、更に1/4ピッチの対応ずれがあるため、該磁極に設けられたコイルL4に生じる理想的なインピーダンス変化D(θ)は、
D(θ)=P0−Pcosθ
のようなマイナスコサイン関数特性の式で等価的に表せる。なお、Pは1とみなして省略しても説明上不都合はないので、以下の説明ではこれを省略する。
Va=(P0+sinθ)sinωt
Vb=(P0+cosθ)sinωt
Vc=(P0−sinθ)sinωt
Vd=(P0−cosθ)sinωt
Va−Vc=(P0+sinθ)sinωt−(P0−sinθ)sinωt
=2sinθsinωt
アナログ演算器32は、下記のように、コサイン相に相当するコイルL2の出力電圧Vbと、それに対して差動変化するマイナスコサイン相に相当するコイルL4の出力電圧Vdとの差を求め、角度変数θのコサイン関数特性の振幅係数を持つ交流出力信号を生成する。
Vb−Vd=(P0+cosθ)sinωt−(P0−cosθ)sinωt
=2cosθsinωt
第1のセンサ10について言うと、加算器34から出力される信号sin(ωt+θ)が、検出した入力軸1の回転位置θに応じて基準交流信号sinωtを位相シフトした第1の出力信号に相当する。以下、入力軸1の回転位置θをθ1で示すものとし、該第1の出力信号をsin(ωt+θ1)で示す。また、コンパレータ35から出力されるゼロクロス検出パルスLpは、該第1の出力信号の位相シフト量θ1に対応する第1のタイミング信号に相当する。以下、入力軸1の回転位置θ1に対応する第1のタイミング信号であるゼロクロス検出パルスLpをLp1で示す。
コンパレータ35から出力される第1のタイミング信号すなわちゼロクロス検出パルスLp1は、入力軸1の回転位置θ1に対応する位相ずれθ1を時間位置で示している。また、コンパレータ352から出力される第2のタイミング信号すなわちゼロクロス検出パルスLp2は、出力軸2の回転位置θ2に対応する位相ずれθ2を時間位置で示している。よって、これらの第1及び第2のタイミング信号(ゼロクロス検出パルスLp1とLp2)の時間差Δtには、入力軸1の回転位置θ1と出力軸2の回転位置θ2の差、つまり両者の相対的回転位置Δθ、すなわちトーションバー3のねじれ量が現われている。
図1におけるハンドル角検出装置4Bについて説明すると、外部ケース4内の所定位置に、複数のギアG1〜G3と、ステータ部100と、磁気応答部材300を含むロータ部200とからなる。複数のギアG1〜G3はハンドルに連結された入力軸2の回転を段階的に減少させてロータ部200を回転するためのギアリング機構であって、例えば出力軸2が5回転するとロータ部200を1回転するなどの比率で出力軸2の回転を減少してロータ部200に出力軸2の回転を伝達し、ハンドル(ステアリングシャフト)の多回転にわたる回転位置を1回転型アブソリュートセンサで検出しうるようにしている。
また、回転位置検出手段の構成・原理は、上述したものに限らず、どのようなタイプのものであつてもよい。例えば、1次コイルのみからなるタイプのものに限らず、1次及び2次コイルを有するタイプのものであってもよく、あるいはレゾルバを用いてもよいし、あるいはサイン・コサインの2相交流励磁方式であつてもよい。また、磁気誘導又は磁気結合タイプのセンサに限らず、どのようなタイプのセンサであってもよい。
また、第1及び第2のセンサ10,20の歯数(1回転あたりのピッチ数)は、上述例のような29ピッチに限らず、如何なる数でもよい。また、多歯タイプに限らず、1回転あたり1ピッチ(1サイクル)のインピーダンス変化を生ぜしめるようなタイプであってもよいのは勿論である。
2 出力軸
3 トーションバー
4 外部ケース
4A 相対回転位置検出装置(トルク検出装置)
4B ハンドル角度検出装置
10 第1のセンサ
20 第1のセンサ
11,21 ロータ
12,22 ステータ
L1〜L4(C1〜C4) コイル
100 ステータ部
200 ロータ部
G1〜G3 ギア
Claims (4)
- 相対的に回転可能な第1及び第2の軸の相対的回転位置を検出する相対回転位置検出装置であって、
前記第1の軸の回転位置を非接触的に検出し、検出した回転位置に応じて基準交流信号を位相シフトした第1の出力信号を生ずる第1のセンサと、
前記第2の軸の回転位置を非接触的に検出し、検出した回転位置に応じて基準交流信号を位相シフトした第2の出力信号を生ずる第2のセンサと、
前記第1の出力信号の位相シフト量に対応する第1のタイミング信号と、前記第2の出力信号の位相シフト量に対応する第2のタイミング信号とをそれぞれの出力ラインを介して出力する出力回路と
を具備し、
前記第1のセンサは、基準交流信号によって励磁される複数のコイルのみで構成される第1のコイル部と、第1の磁気応答部材とを含み、該第1のコイル部と第1の磁気応答部材の一方を前記第1の軸に連動して回転するように配置し、他方を静止状態に配置し、前記第1の軸の回転位置に応じて該第1のコイル部と第1の磁気応答部材の相対位置が変位することで磁気結合が変化し、これにより該第1の軸の回転位置に応じたインピーダンスが前記第1のコイル部の各コイルに生じ、該各コイルから生ずる該インピーダンスに応じた出力に基づき前記第1の出力信号を生ずるものであり、
前記第2のセンサは、基準交流信号によって励磁される複数のコイルのみで構成される第2のコイル部と、第2の磁気応答部材とを含み、該第2のコイル部と第2の磁気応答部材の一方を前記第2の軸に連動して回転するように配置し、他方を静止状態に配置し、前記第2の軸の回転位置に応じて該第2のコイル部と第2の磁気応答部材の相対位置が変位することで磁気結合が変化し、これにより該第2の軸の回転位置に応じたインピーダンスが前記第2のコイル部の各コイルに生じ、該各コイルから生ずる該インピーダンスに応じた出力に基づき前記第2の出力信号を生ずるものであり、
前記出力回路から出される2本の出力ラインで相対的回転位置検出データを出力し、この相対的回転位置検出データは、該2本の出力ラインに出された前記第1のタイミング信号と第2のタイミング信号の時間差に現われており、
前記第1のセンサと前記第2のセンサと前記出力回路とが1つのケーシング内に収納され、該ケーシングから前記2本の出力ラインが出されており、
前記出力回路からの2つの出力ラインの信号を入力する2つの入力端子を有し、該入力端子に入力される前記第1のタイミング信号と第2のタイミング信号との時間差を測定することで、前記相対的回転位置の測定データを取得する処理を行うコンピュータを更に備えたことを特徴とする相対回転位置検出装置。 - 相対的に回転可能な第1及び第2の軸の相対的回転位置を検出する相対回転位置検出装置であって、
前記第1の軸の回転位置を非接触的に検出し、検出した回転位置に応じて基準交流信号を位相シフトした第1の出力信号を生ずる第1のセンサと、
前記第2の軸の回転位置を非接触的に検出し、検出した回転位置に応じて基準交流信号を位相シフトした第2の出力信号を生ずる第2のセンサと、
前記第1の出力信号の位相シフト量に対応する第1のタイミング信号と前記第2の出力信号の位相シフト量に対応する第2のタイミング信号との時間差に対応するパルス幅を持つ可変パルス幅出力信号を出力ラインを介して出力する出力回路と
を具備し、
前記第1のセンサは、基準交流信号によって励磁される複数のコイルのみで構成される第1のコイル部と、第1の磁気応答部材とを含み、該第1のコイル部と第1の磁気応答部材の一方を前記第1の軸に連動して回転するように配置し、他方を静止状態に配置し、前記第1の軸の回転位置に応じて該第1のコイル部と第1の磁気応答部材の相対位置が変位することで磁気結合が変化し、これにより該第1の軸の回転位置に応じたインピーダンスが前記第1のコイル部の各コイルに生じ、該各コイルから生ずる該インピーダンスに応じた出力に基づき前記第1の出力信号を生ずるものであり、
前記第2のセンサは、基準交流信号によって励磁される複数のコイルのみで構成される第2のコイル部と、第2の磁気応答部材とを含み、該第2のコイル部と第2の磁気応答部材の一方を前記第2の軸に連動して回転するように配置し、他方を静止状態に配置し、前記第2の軸の回転位置に応じて該第2のコイル部と第2の磁気応答部材の相対位置が変位することで磁気結合が変化し、これにより該第2の軸の回転位置に応じたインピーダンスが前記第2のコイル部の各コイルに生じ、該各コイルから生ずる該インピーダンスに応じた出力に基づき前記第2の出力信号を生ずるものであり、
前記出力回路から出される1本の出力ラインで相対的回転位置検出データを出力し、この相対的回転位置検出データは、該1本の出力ラインに出された前記可変パルス幅出力信号のパルス時間幅に現われており、
前記第1のセンサと前記第2のセンサと前記出力回路とが1つのケーシング内に収納され、該ケーシングから前記1本の出力ラインが出されており、
前記出力回路からの出力ラインの信号を入力する入力端子を有し、該入力端子に入力される前記可変パルス幅出力信号のパルス時間幅を測定することで、前記相対的回転位置の測定データを取得する処理を行うコンピュータを更に備えたことを特徴とする相対回転位置検出装置。 - 前記第1及び第2の軸はトーションバーで連結されており、前記第1及び第2の軸の間のねじれ量を相対回転位置として検出する請求項1又は2に記載の相対回転位置検出装置。
- 前記第1及び第2の軸は自動車のパワーステアリングの入力軸と出力軸である請求項1乃至3のいずれかに記載の相対回転位置検出装置。
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