JPH0442016A - 変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、部材間の相対変位を測定する変位センサに
関し、特に、部材間の相対変位に応じて発振コイル及び
受信コイルの内側でコアを進退させ、その時の受信コイ
ルの出力に基づいて部材間の相対変位を求める変位セン
サにおいて、検出能力の向上を図ったものである。

〔従来の技術〕

従来の変位センサとして、例えば第１０図に示すような
ものがある。

これは、いわゆる差動トランス式の変位センサであって
、一つの発振コイル（１次コイル）Ｌ＋を、二つの受信
コイル（２次コイル）Ｌｚ、Ｌｓで挟み込むように同軸
に配置するとともに、それら発振コイルＬＩ及び受信コ
イルＬｚ、Ｌ、の内側に鉄等の磁性体からなるコアＣを
進退自在に配置したものであり、コイルし、〜Ｌ、と、
コアＣとを、相対変位が生じる別々の部材（図示せず）
に固定する。

そして、発振コイルＬ１に所定周波数の交流電流を供給
すると、受信コイルＬｘ及びり、には、それらの相互イ
ンダクタンスに応じた起電力が発生するが、受信コイル
Ｌ２及びＬ３を同一規格とすれば、それらの相互インダ
クタンスは、発振コイルＬ＋　との電磁結合度、即ち、
コアＣの進退位置によって決まる。

つまり、コアＣが第１Ｏ図に示すような中立位置にあれ
ば、発振コイルＬ１及び受信コイルＬ２の相互インダク
タンスと、発振コイルし１及び受信コイルＬ３の相互イ
ンダクタンスとは等しいから、受信コイルＬ２及びＬ３
に発生する起電力には差が住しない。

しかし、コアＣが第１０図の状態から例えば図中右方に
移動すると、空気は鉄等の磁性体に比べて透磁率が小さ
いので、発振コイルＬＩ及び受信コイルＬ２の相互イン
ダクタンスは減少し、発振コイルＬ＋及び受信コイルし
３の相互インダクタンスは増大するため、受信コイルＬ
２及びり、に発生する起電力に差が生じ、その起電力の
差は、コアＣの変位の方向及び量に応じて決まる。

従って、受信コイルＬ２及びＬ３の出力の差に基づいて
、コアＣの変位の方向及び量、即ち、コイルし１〜Ｌ、
が固定された部材と、コアＣが固定された部材との間の
相対変位が求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、コアＣを支持する部材も鉄等の磁性体で
あることが多いし、また、磁性体でない場合は空気を利
用することになるため、上記のような従来の変位センサ
では、コアＣの変位に対する相互インダクタンスの変化
は小さく、従って、変位センサの検出能力が低い（測定
できる範囲が狭い、出力の精度が低い等）という問題点
がある。

この発明は、このような従来の技術が有する未解決の課
題に着目してなされたものであり、大幅なコスト上昇を
招くことなく、簡易な構成で、検出能力が向上する変位
センサを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、発振コイル及び
受信コイルの内側に進退自在にコアを配置し、前記受信
コイルの出力に基づいて、前記発振コイル及び受信コイ
ルを支持する部材と、前記コアを支持する部材との間の
相対変位を測定する変位センサにおいて、導電体で且つ
非磁性体の部材と、磁性体の部材とを、前記進退方向に
並べて前記コアを構成した。

〔作用〕

非磁性体の透磁率は、空気と同程度であり、磁性体の透
磁率に比べて小さい。

一方、導電体に磁束が鎖交すると、その磁束の変化を妨
げるようにうず電流が流れる。

従って、導電体で且つ非磁性体の部材は、空気よりも更
に磁束を通し難い性質を有していることになる。

よって、本発明のように、導電体で且つ非磁性体の部材
と磁性体の部材とを進退方向に並べてコアを構成すると
、コアの進退に伴う発振コイル及び受信コイルの相互イ
ンダクタンスの変化、即ち、コアの進退に伴う受信コイ
ルの出力の変化幅は、磁性体のみからコアを構成した場
合に比べて大きなものとなる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図乃至第９図は、本発明の一実施例を示す図であり
、これは、本発明に係る変位センサを、車両用の電動パ
ワーステアリング装置に適用した例である。

先ず、構成を説明すると、第１図において、ハウジング
ｌ内には、トーションバー４を介して連結された入力軸
２及び出力軸３が、軸受５ａ、５ｂ及び５ｃによって回
動自在に支持されている。

但し、入力軸２．出力軸３及びトーションバー４は、同
軸に配置されている。

人力軸２の図示しない第１図右端側には、ステアリング
ホイールが回動方向に一体に取り付けられており、また
、出力軸３の第１図左端側には、例えば公知のラックピ
ニオン式ステアリング装置を構成するピニオン軸が連結
されている。

従って、操縦者がステアリングホイールを操舵すること
によって発生した操舵力は、入力軸２゜トーシゴ”Ｊバ
ー４．　出力１１１Ｂ３及びランクピニオン式ステアリ
ング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達する。

また、入力軸２の左端部の外周面には軸方向に連続した
突条部２ａが形成され、この突条部２ａは、出力軸３の
右端部に形成され且っ突条部２ａよりも幅広の縦溝３ａ
に挿入されていて、これにより、入力軸２及び出力軸３
間の所定範囲（±５度程度）以上の相対回動を防止して
いる。

そして、出力軸３には、出力軸３と同軸且つ一体に回動
する歯車６が外嵌し、この歯車６は、図示しない歯車列
等を介して、ハウジング１の周囲に配設された図示しな
い電動モータの出力軸に連結されている。

さらに、入力軸２には、入力軸２に対して軸方向及び回
動方向への相対変位が自在な円筒形のスリーブ７が外嵌
していて、このスリーブ７の左端部に形成された縦溝７
ａには、出力軸３の右端部に圧入され且つ径方向外側に
突出したピン３ｂの外端が挿入されている。

従って、出力軸３及びスリーブ７は、回動方向には一体
であるが、軸方向には縦溝７ａの長さの範囲において相
対変位が可能である。

スリーブ７は、スプリング８によって第１図右方に常時
付勢されていて、その内周面には、ボール９を転勤可能
に収納した孔７ｂが形成され、ボール９の一部分は、入
力軸２の外周面に形成された断面Ｖ字状の螺旋溝２ｂに
収まっている。

マタ、スリーブ７は、周方向に連続したフランジ部７ｃ
を有していて、このフランジ部７ｃは、導電体で且つ非
磁性体（例えば、アルミニウム）からなるリング１０の
スリーブ７の進退方向を向く両面を、磁性体（例えば、
鉄）からなるリング１１及び１２で挟み込んで構成され
ている。

そして、ハウジング１の内周面には、フランジ部７ｃの
外周面を取り囲むように、一つの発振コイルＬ１及び二
つの受信コイルＬｔ、Ｌｘが、スリーブ７と同軸に設け
られていて、その発振コイルＬ、は、それら受信コイル
Ｌｘ及びり、に挟み込まれている。

さらに、ハウジングｌには、スリーブ７の軸方向位置を
測定し、その測定結果を図示しないコントローラに供給
するための電子回路が構成されたセンサ本体１５が固定
されている。

センサ本体１５の測定結果が供給されたコントローラは
、その測定結果に基づいて、操舵系の操舵トルクを演算
し、その演算された操舵トルクに応じて上述した図示し
ない電動モータを駆動制御することにより、歯車６を介
して出力軸３に操舵補助トルクを発生させる。

第２図は、センサ本体１５内に構成される電子回路の一
例を示す回路図である。

即ち、所定周波数の矩形波を発振する発振器１６と、発
振コイルＬ１の両端部に印加される電圧を発振器１６の
出力に同期して変化させて発振コイルし、に所定周波数
の交流電流を供給するドライバ１７と、受信コイルＬ２
及びＬ３のそれぞれに発生した電圧の差を検出する差動
アンプ１８と、この差動アンプ１８の出力の絶対値を求
める絶対値回路１９と、この絶対値回路１９の出力を積
分する積分回路２０と、この積分回路２０の出力を増幅
して出力端子２２に供給するオフセット・ゲイン調整回
路２１と、を備えている。

ここで、リング１０の厚さを、発振コイルＬ。

及び受信コイルＬ、、Ｌ、の合計の軸方向距離と略等し
くするとともに、スリーブ７のフランジ部７ｃと、コイ
ルし１〜Ｌ、との位置関係を、スリーブ７が最も出力軸
３側に移動したときに、発振コイルＬ、の軸方向中心が
リング１０の軸方向中心に対向（第３図（ａ）参照）し
、スリーブ７が進退可能な範囲の中点にあるときに、受
信コイルＬ２の軸方向中心がリング１０及び１１の境目
に対向（第３図（ｂ）参照）し、スリーブ７が最も軸受
５ａ側に移動したときに、発振コイルＬ１及び受信コイ
ルＬｘの境目がリング１０及び１１の境目に対向（第３
図（Ｃ）参照）するように設定する。

次に、上記実施例の動作を説明する。

今、操舵系が直進状態にあり、操舵トルクが零であるも
のとすると、入力軸２及び出力軸３間には相対回転は生
じないから、出力軸３と一体に回転するスリーブ７と、
入力軸２との間にも相対回転は生じない。従って、ボー
ル９は、螺旋溝２ｂ内の所定の位置に収まった状態を維
持するから、スリーブ７に進退力は発生しない。

一方、ステアリングホイールを操舵して入力軸２に回転
力が生じると、その回転力は、トーションバー４を介し
て出力軸３に伝達する。

このとき、出力軸３には、転舵輪及び路面間の摩擦力や
出力軸３の図示しない左端側に構成されたラックピニオ
ン式ステアリング装置の摩擦力等に応じた抵抗力が生じ
るため、入力軸２及び出力軸３間には、トーションバー
４が捩じれることによって出力軸３が遅れる相対回動が
発生する。

すると、出力軸３と回動方向に一体となったスリーブ７
にも入力軸２に対する相対回動が生じるが、スリーブ７
の内面の孔７ｂに収容されたボール９が、入力軸２の外
周面の螺旋溝２ｂに収まっているので、螺旋溝２ｂの傾
斜角度に従って、スリーブ７は軸方向に進退する。

なお、ボール９と、螺旋溝２ｂ、孔７ｂの内面との間に
は、ボール９が転勤できるように若干の隙間を持たせる
必要があるが、スプリング８がスリーブ７を一方向に付
勢しているので、その隙間によるスリーブ７のがたつき
は防止される。

ここで、例えば、左回転方向操舵時に発生する操舵トル
クが最大であるときに、第３図（ａ）に示したようにス
リーブ７が最も出力軸３側に変位し、右回転方向操舵時
に発生する揉舵トルクが最大であるときに、第３図（Ｃ
）に示したようにスリーブ７が最も軸受５ａ側に変位し
、そして、操舵トルクが零であるときに、第３図（ｂ）
に示したようにスリーブ７が中立位置に変位するように
する。

そして、発振器１６及びドライバ１７によって発振コイ
ルＬ１に第４図に示すような交流電流を供給すると、受
信コイルＬ２及びり、には、発振コイルＬ、に対するそ
れぞれの相互インダクタンスに応じた電圧が発生するが
、受信コイルＬ２及びＬ３を同一規格にすれば、それら
相互インダクタンスは、周囲の状況、つまり、フランジ
部７ｃの軸方向位置によって決まる。

即ち、第３図（ａ）の状態では、発振コイルＬ、及び受
信コイルＬ２の相互インダクタンスと、発振コイルＬ１
及び受信コイルし、の相互インダクタンスとは等しいた
め、第５図（ａ）に示す受信コイルＬｔの出力波形と第
６図（ａ）に示す受信コイルし。

の出力波形とは等しく、よって、差動アンプ１８の出力
は、第７図（ａ）に示すように零である。

従って、第８図（ａ）に示す絶対値回路１９の出力も零
となり、出力端子２２に表れる出力も、第９図（ａ）に
示すように零である。

また、第３回出）の状態では、透磁率が大きい磁性体か
らなるリング１１が受信コイルＬ２の内側に入り込むと
ともに、透磁率が小さい非磁性体からなるリング】０の
右端部が受信コイルし、の開口側から張り出しているか
ら、発振コイルし、及び受信コイルＬｔの！磁結合度は
大きくなり、それらの相互インダクタンスは増大し、発
振コイルＬｌ及び受信コイルし、の電磁結合度は小さく
なり、それらの相互インダクタンスは減少する。

すると、第５図（ハ）に示すように受信コイルＬ２の出
力波形は大きくなり、第６図（ｂ）に示すように受信コ
イルし、の出力波形は小さくなり、第７図Φ）に示すよ
うにそれら出力波形に差が生じる。

よって、その出力波形の差の絶対値が絶対値回路１９で
求められ、それが積分回路２０で積分された後にオフセ
ット・ゲイン調整回路２１で増幅され、出力端子２２に
は、第９図（ハ）に示すように、中程度の出力が表れる
。

そして、第３図（Ｃ）の状態であれば、発振コイルＬ、
及び受信コイルＬ２の相互インダクタンスは更に増大し
、発振コイルし、及び受信コイルし。

の相互インダクタンスは更に減少するから、第５図（Ｃ
）に示すように受信コイルし！の出力波形は更に大きく
、第６図（Ｃ）に示すように受信コイルし３の出力波形
は更に小さくなり、それら出力波形の差は、第７図（Ｃ
）に示すように更に大きくなる。

従って、出力端子２２には、第９図（Ｃ）に示すように
、大きな出力が表れる。

そして、コントローラは、出力端子２２に表れる出力が
第９図（ｂ）に示すように中程度の大きさであれば、操
舵トルクは発生していないと判断して電動モータを非駆
動状態とするから、操舵系に操舵補助トルクは発生せず
、操舵系は直進状態を維持するし、その中程度よりも小
さい若しくは大きな出力であれば、それに応じて電動モ
ータを回転駆動させるから、出力軸３に操舵補助トルク
が付与されたことになり、操舵トルクが減少し、操縦者
の負担が軽減される。

さらに、非磁性体の透磁率は、空気と同程度であり、磁
性体の透磁率に比べて小さいし、導電体に磁束が鎖交す
ると、その磁束の変化を妨げるようにうず電流が流れる
から、導電体で且つ非磁性体の素材から形成されたリン
グ１０は、空気よりも更に磁束を通し難く、従って、フ
ランジ部７Ｃの進退に伴うコイルＬ＋−Ｌｓの相互イン
ダクタンスの変化は、フランジ部７ｃを同一素材から形
成した場合に比べて大きくなる。

よって、出力端子２２に表れる出力は、スリーブ７の変
位に対して急峻な変化を示すから、スリーブ７の微小な
変位であっても高い精度で測定でき、従って、木目細か
な操舵補助トルク制御が可能となるし、出力を大幅に増
幅する必要がないから、ノイズの影響を受は難くなる。

ここで、本実施例では、フランジ部７Ｃがコアに対応す
る。

なお、上記実施例では、本発明の変位センサを車両用の
電動パワーステアリング装置に適用した場合について説
明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるもので
はない。

また、上記実施例では、直線方向の変位を測定する変位
センサに本発明を適用した場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、リング状のコアを用いれ
ば、回転方向の変位を測定する変位センサとすることも
可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、発振コイル及び
受信コイルの内側で進退するコアを、導電体で且つ非磁
性体の部材と、磁性体の部材とを、コアの進退方向に並
べて構成したため、相対変位に伴う相互インダクタンス
の変化を大きくすることができるから、相対変位に対し
て急峻に変化する出力が得られ、測定精度が向上すると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す断面図、第
２図はセンサ本体に構成される回路の一例を示す回路図
、第３図（ａ）乃至（Ｃ）は発振コイル及び受信コイル
とフランジ部との相対位置関係を示す説明図、第４図は
発振コイルに供給する交流電流の波形図、第５図（ａ）
乃至（Ｃ）は一方の受信コイルの出力波形図、第６図（
ａ）乃至（Ｃ）は他方の受信コイルの出力波形図、第７
図（ａ）乃至（Ｃ）は差動アンプの出力波形図、第８図
（ａ）乃至（Ｃ）は絶対値回路の出力波形図、第９図（
ａ）乃至（Ｃ）は出力端子の出力波形図、第１０図は従
来の変位センサの一例を示す構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振コイル及び受信コイルの内側に進退自在にコ
   アを配置し、前記受信コイルの出力に基づいて、前記発
   振コイル及び受信コイルを支持する部材と、前記コアを
   支持する部材との間の相対変位を測定する変位センサに
   おいて、 導電体で且つ非磁性体の部材と、磁性体の部材とを、前
   記進退方向に並べて前記コアを構成したことを特徴とす
   る変位センサ。