変位センサ及び回転センサ
【課題】温度による影響を受けることなくその他の誤差要因に基づく影響を精度よく監視し、信頼性に優れた回転センサを提供する。
【解決手段】回転するシャフトＳに取り付けられ周方向に沿って幅が変化する導電性のセンシング部２０を有するロータ１０と、交流励磁電流によりセンシング部との間に磁気回路をなす励磁コイルと、励磁コイルを保持するコア本体とを有し、ロータのセンシング部に対してシャフトの軸線方向に対向配置される固定コアとを備え、センシング部の周方向３６０度あたりの幅の変化する周期を複数周期とし、固定コアが主信号用コイルコア組の固定コアと、これと独立してロータの回転角度を検出可能な参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアのセンシング部の周方向に設置される互いの相対角度差をセンシング部周期の整数倍となっている。
【解決手段】回転するシャフトＳに取り付けられ周方向に沿って幅が変化する導電性のセンシング部２０を有するロータ１０と、交流励磁電流によりセンシング部との間に磁気回路をなす励磁コイルと、励磁コイルを保持するコア本体とを有し、ロータのセンシング部に対してシャフトの軸線方向に対向配置される固定コアとを備え、センシング部の周方向３６０度あたりの幅の変化する周期を複数周期とし、固定コアが主信号用コイルコア組の固定コアと、これと独立してロータの回転角度を検出可能な参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアのセンシング部の周方向に設置される互いの相対角度差をセンシング部周期の整数倍となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体又は回転体に取り付けて当該移動体又は回転体の変位又は回転角度を検出するのに使用する変位センサ又は回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のステアリングシャフトなどの回転シャフトに取り付けてこのシャフトと一体になったハンドルの回転角度を検出するのにいわゆる回転センサが使用される。
【０００３】
かかる回転センサの一例として、ロータに対して固定コアを所定間隔隔てて対向配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この回転センサは、特許文献１に示すように、回転するシャフトの軸線方向所定位置に取り付けられ、周方向に沿って幅が変化するセンシング部を有するロータと、励磁コイルと、絶縁磁性材から形成され、励磁コイルを保持するコアとを有し、固定部材に取り付けて、ロータに対してシャフトの軸線方向に間隔を置いて対向配置される固定コア及び励磁コイルと接続され、特定周波数の発振信号を発信する発振手段を有している。
【０００５】
そして、ロータは、絶縁磁性材又は絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部及びこれとステーを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部とからなる。なお、センシング部は導電性を有する金属からなり、周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ一箇所ずつ有して周方向３６０度あたり１周期でセンシング幅が変化し、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起され、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【０００６】
そして、このような構成の回転センサを用いて、この渦電流の発生に伴う励磁コイルのインピーダンス変動を利用してロータの回転角度を検出するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２０２２４０号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような特許文献１に記載の回転センサの検出精度を更に高めた例として、図１５に示すような回転センサ５が提案されている。この従来技術に関連する回転センサは、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ５１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア５６０，５７０及び１組の副固定コア６６０，６７０と、後述する信号発生部６００，７００及び信号処理部８００を有する基板５３０を備えている。
【０００８】
そして、ロータ５１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部５１１及びこれとステー５２０ａを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部５２０とからなる。なお、この回転センサにおいては、センシング部５２０は、周方向３６０度において幅が最小の幅狭部５２１と、この幅狭部５２１と半径方向反対側に幅が最大の幅広部５２２とをそれぞれ３箇所ずつ有して周方向１２０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり３周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部５２０は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、各固定コア５６０，５７０，６６０，６７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア５６０，５７０，６６０，６７０からセンシング部５２０を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起され、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【０００９】
また、センシング部の周方向には、一組の主固定コアと一組の副固定コアが配置されている。
【００１０】
なお、一方の主固定コア５６０と他方の主固定コア５７０は、ロータ５１０のセンシング部周方向に１５０度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア６６０と他方の副固定コア６７０も、ロータ５１０のセンシング部周方向に１５０度の回転角度をなす位置に配置されている。
【００１１】
また、主固定コア５６０，５７０及び副固定コア６６０，６７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース５４０にロータ５１０とともに収納されている。
【００１２】
そして、一方の主固定コア５６０と一方の副固定コア６６０とがロータ５１０のセンシング部周方向において直径方向に実質的に１８０度の回転角度をなす対向位置に配置され、かつ他方の主固定コア５７０と他方の副固定コア６７０ともロータ５１０のセンシング部周方向において直径方向に実質的に１８０度の回転角度をなす対向位置に配置されている。そして、主固定コア５６０，５７０と副固定コア６６０，６７０から得られた検出出力の和を図１６に示す信号処理部８００で算出しているようにしている。信号処理部８００には、図１７に示すように、回転角度検出部８０１の他にセンシング部ずれ検出部８０２が設けられていて、入力された信号をＣＰＵで処理してＥＣＵ９００にそのデータを出力する役目を果たしている。また、ＥＣＵ９００は、入力されたデータより、シャフトＳの回転角度を車両の様々な制御に利用する役目を果たしている。
【００１３】
この回転センサのような主固定コアと副固定コアの配置構造にすると、センシング部５２０は、そのセンシング幅の変化が周方向に３周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア５６０と一方の副固定コア６６０とは、センシング部５２０の直径方向に対向するように配置されることになるので、ロータ５１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの和信号が常に一定となる。従って、この出力信号の和が許容範囲上限値と許容範囲下限値との間にある場合は、センシング部５２０と主固定コア５６０及び副固定コア６６０との配置関係は許容される正常範囲にあるとセンシング部ずれ検出部８０２で判断する。
【００１４】
そして、主固定コア５６０の励磁コイルＡ１のインピーダンスと副固定コア６６０の励磁コイルＡ２のインピーダンスの和が予め決められた許容範囲からはみ出した場合に、図１７に示す信号処理部８００のセンシング部ずれ検出部８０２においてセンサ異常信号を発生させる。即ち、この出力信号の和を求めて比較する信号処理方法によって、出力値が正常範囲内でずれるような回転センサの不具合を検知することができるようになっている。
【００１５】
以上のように、この関連技術に関する回転センサは、センサの正常動作を判断するために、主信号と参照信号の和を監視して、あらかじめ決められた判定値を超えた場合にセンサ異常と判断するが、この和が変動する原因としては、部品の特性変化、部品の形状変化、部品の位置関係の変化等が考えられている。
【００１６】
しかしながら、この中で、回転センサ自体の温度変化による影響が、他の部品公差などによる影響とは異なって大きな影響を与えている。具体的には温度変化によりコイルコアの特性が変化することと、この温度変化による部品の特性変化することで大きな影響を与える。まず、コイルコアに関しては、コアの透磁率が温度により変化することがあり、これによりコイルコアのインダクタンスや交流抵抗値が変動して、結果として信号が変化する。また、電子回路部品に関しては、抵抗やコンデンサ等の値が温度により変化することにより、増幅部のゲインや共振回路の特性が変化して、結果として信号が変化する。
【００１７】
特に、センシング部として周期Ｔのローターシールドを使用した時、主信号用検出部（コイル、コイルコア）と参照信号用検出部（コイル、コイルコア）の相対角度差がセンシング部（ロータシールド）周期Ｔの１/２の場合、即ちこの関連出願にかかる回転センサのように、信号が逆位相の場合、環境変化等による主信号と参照信号の出力誤差が大きくなってしまう。
【００１８】
具体的には、例えば図１８に示すように、主信号の出力信号について一方向（図中のＣＣＷ方向）に位相ずれを生じ、参照信号の出力信号については他方向（図中のＣＷ方向）に位相ずれが生じる為、この影響が大きくなり、他の変動の影響を検出するのに支障を生じることが考えられる。そのため、回転センサの検出出力が変化してしまい、温度変化による影響を除いたその他の原因による影響を精度よく監視することができなくなる。
【００１９】
本発明の目的は、温度による影響を受けることなく、かつその他の原因による影響を精度良く監視し、信頼性に優れた回転センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる回転センサは、
変位を測定すべき対象物と一体に移動する移動体に取り付けられ、当該移動体の移動方向に幅が変化する導電性のセンシング部を有する変位検出体と、
交流励磁電流が流されることで前記変位検出体のセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ前記励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて前記変位検出体のセンシング部に対して垂直方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた変位センサにおいて、
前記センシング部の全長のうちのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、前記固定コアが、前記移動体の移動量を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、当該主信号用コイルコアと独立して前記移動体の移動量を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、前記主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアの前記センシング部のセンシング部延在方向に設置される互いのセンシング部周期に関する相対角度差を前記センシング部周期の整数倍としたことを特徴としている。
【００２１】
変位センサがこのような構成を取ることで、主信号と参照信号の位相が同位相になり、変位センサに温度変化が生じても、主信号コイルコア組と参照信号用コイルコア組の出力信号は同じ位相の方向にほぼ同じ値だけずれるようになるので、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となり、変位センサの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明の請求項2に記載の回転センサは、
回転するシャフトに取り付けられ、周方向に沿って幅が変化する導電性のセンシング部を有するロータと、
交流励磁電流が流されることで前記ロータのセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ前記励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて前記ロータのセンシング部に対して前記シャフトの軸線方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた回転センサにおいて、
前記センシング部の周方向３６０度あたりのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、前記固定コアが、ロータ回転角度を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、当該主信号用コイルコアと独立してロータの回転角度を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、前記主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアの前記センシング部の周方向に設置される互いの相対角度差を前記センシング部周期の整数倍としたことを特徴としている。
【００２３】
回転センサがこのような構成を取ることで、主信号と参照信号の位相が同位相になり、回転センサに温度変化が生じても、主信号コイルコア組と参照信号用コイルコア組の出力信号は同じ位相の方向にほぼ同じ値だけずれるようになるので、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となり、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、温度による影響を受けることなく、かつその他の誤差要因に基づく影響を精度よく監視し、冗長性を有し信頼性に優れた変位センサ及び回転センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態にかかる回転センサを図面に基いて説明する。なお、本実施形態では、自動車のステアリング装置に関してこの回転センサをステアリングシャフトに取り付け、ハンドルの回転角度を検出するために回転センサを用いた場合について説明する。
【００２６】
この回転センサ１は、図１に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、図２に示す信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００２７】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２０ａを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２０とからなる。なお、本実施の形態においては、センシング部２０は、図１において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ３箇所ずつ有して周方向１２０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり３周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２０は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２０を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００２８】
そして、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向に３０度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、ロータ１０のセンシング部周方向において３０度の回転角度をなす位置に配置されている。そして、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計回りに実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である１２０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０から見て他方の副固定コア１７０ともロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計回りに実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である１２０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす位置に配置されている。
【００２９】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００３０】
なお、副固定コア１６０，１７０は主固定コア６０，７０の冗長性を確保するとともに後述する回転センサのセンサ異常を検知する役目を果たすために回転センサ１に取り付けられている。
【００３１】
図２は本実施形態の全体的な信号処理回路を示しており、信号発生部１００は励磁コイルＡ１及び励磁コイルＢ１をそれぞれ有する主固定コア６０，７０で検出された信号を増幅するとともに、信号発生部２００は励磁コイルＡ２及び励磁コイルＢ２をそれぞれ有する副固定コア１６０，１７０で検出された信号を増幅し、それぞれ信号処理部３００に出力する役目を果たしている。また、信号処理部３００は、入力された信号をＣＰＵで処理してＥＣＵ４００にそのデータを出力する役目を果たしている。また、ＥＣＵ４００は、入力されたデータより、シャフトＳの回転角度を車両の様々な制御に利用する役目を果たしている。
【００３２】
回転センサ１の信号発生部１００の詳細な回路ブロック構成は図３に示すようになっている。この回路ブロック図は、主固定コア６０，７０における信号発生部１００を主に示しており、副固定コア１６０，１７０における信号発生部２００の内部構成もこれに対応するようになっているので、ここでは信号発生部２００の詳細な説明を省略する。この回路ブロック部は、発振部としての役目を果たし特定周波数の発振信号を出力する発振回路１０１と、センシング部２０に発生する渦電流の大きさに応じて発振回路１０１から入力された発振信号の位相をシフトする位相シフト部１１０（１１１，１１２）と、位相シフト量を検出する位相シフト量検出部１２０（１２１，１２２）と、検出された位相シフト量を対応するパラメータに変換する位相シフト量コンバート部１３０（１３１，１３２）と、位相シフト量コンバート部１３０から出力される位相シフト量を増幅する増幅部１４０（１４１，１４２）と、増幅部１４０からの出力に基づいて回転角度を算出する回転角度検出部３０１及びセンシング部２０のシフト（ずれ）等の異常を検知する回転センサ異常検出部３０２を備えた信号処理部３００を有し、位相シフト部１１０に入力される回転角度を検出するようになっている。
【００３３】
また、位相シフト部１１０は、電子回路の抵抗とコンデンサ及びコイルからからなる。ロータ１０のセンシング部２０は上述したように周方向に幅が連続的に変化する形状を有しているので、シャフトＳの回転と連動するロータ１０のセンシング部２０が回転することにより、励磁コイルのインピーダンスが変化する。
【００３４】
シャフトＳが回転したとき、入力角度に対して位相シフト量検出部１２０の出力はセンシング部２０の形状によって決まり、図４に示すような頂部と底部の出力を飽和させてそれぞれ平坦部を形成したＳｉｎ波形の如く変化させることができる。例えば、図１に示すように、２つの固定コア６０，７０をロータ１０の中心に対して３０度の角度で配置した場合、図４に示すように入力角度に対して、一方の主固定コア６０の励磁コイルのインピーダンス変化に基づいて信号処理した位相シフト量と、他方の主固定コア７０の励磁コイルのインピーダンス変化に基づいて信号処理した位相シフト量は３０度の位相差をもって変化するようになる。
【００３５】
そして、このような構成の回転センサ１を用いて、この渦電流の発生に伴う励磁コイルのインピーダンス変動を利用してロータ１０の回転角度、即ちシャフトの回転角度を検出するようになっている。
【００３６】
この回転センサ１は、センシング部２０のセンシング幅が上述したように周方向３６０度あたり３周期で変化するようになっている。この場合のロータ１０の回転角度の検出方法について説明する。まず、図３に示す発振回路１０１が分周回路を介して特定周波数の発振信号を抵抗、励磁コイル及びコンデンサからなる位相シフト部１１０に出力する。このとき、磁束がセンシング部２０を横切る際にセンシング部２０の表面に発生する渦電流量の大きさに応じて各励磁コイルのインピーダンスが変化し、このインピーダンス変化によって各コンデンサ両端における電圧信号の位相も変化する。そして、コンデンサの両端の電圧信号は、位相シフト量検出部１２０へ出力され、この検出部で各コンデンサ両端の電圧信号の位相シフト量を検出する。そして、コンバータが、検出された位相シフト量を対応する電圧値に変換する。
【００３７】
なお、本実施形態では、各固定コア６０，７０とセンシング部２０とが協働することで得られる位相シフト量出力信号の位相が３０度ずれるように主固定コア６０，７０をセンシング部２０の周方向に３０度隔ててケース４０に配置しているので、上述のような信号処理によって、図４に示すように、一方の主固定コア６０の位相シフト量出力値ＳＡと他方の主固定コア７０の位相シフト量出力値ＳＢのごとく互いに３０度位相のずれた１２０度周期の位相シフト量の出力値が得られる。
【００３８】
このようにして得られた位相シフト量の出力値からロータ１０の回転角度を１２０度周期で検出する方法は以下の通りである。
【００３９】
図４に示すように、各固定コア６０，７０から得られるロータ１０の回転角度の出力値（ＳＡ，ＳＢ）とこれらをそれぞれ反転させた出力値（ＲＳＡ，ＲＳＢ）とを重畳させる。そして、これら４つの位相シフト量検出値の検出特性に優れた直線部分を用いて各位相シフト量検出値の大小関係から、ロータの回転角度が０度〜３０度（図中、区間（１））、３０度〜６０度（図中、区間（２））、６０度〜９０度（図中、区間（３））、９０度〜１２０度（図中、区間（４））、のいずれの範囲にあるかを判断する。そして、この直線部分同士をジョイント（結合）処理する。次いで、上述した４つの角度範囲の何れの角度範囲にあるかの判断結果に基づき、図５に示す１２０度ごとの周期で変化する鋸歯状波形の出力信号から、ロータの回転角度を１２０度周期で求めるようになっている。
【００４０】
続いて、このような構成を有する回転センサ１の作用、即ち検出出力の変化が回転センサの温度変化によって生じた場合にこの影響を受ける理由について説明する。
【００４１】
回転センサ自体に温度変化が生じた場合、コイルコアに関しては、コアの透磁率が温度により変化することがあり、これによりコイルコアのインダクタンスや交流抵抗値が変動する。また、電子回路部品に関しては、抵抗やコンデンサ等の値が温度により変化することにより、増幅部のゲインや共振回路の特性が変化する。しかしながら、本実施形態のような配置構造にすると、センシング部２０は、そのセンシング幅の変化が周方向に３周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２０の周期Ｔの整数倍（１倍）に配置されている。その結果、温度変化に伴う検出出力の特性変化は例えば図６に示すように、主信号の出力信号について図６中定線から点線に向かって一方向（図６中のＣＣＷ方向）に位相ずれを生じるが、参照信号の出力信号についても図６中定線から点線に向かって一方向（図６中のＣＣＷ方向）に位相ずれが生じ、主信号の出力信号と参照信号の出力信号の位相が同位相となることから、温度による影響はほとんど生じない。その結果、他の変動の影響を検出するのに支障を生じさせることがない。
【００４２】
なお、ここで言う他の変動の影響としては、センシング部２０と固定コアとの相対的ずれがあげられる。センシング部２０と固定コアとの相対的なずれには大きく分けて２つ考えられる。１つ目は長期間使用しているうちに、センシング部２０が直線的に移動（シフト）する等して固定コアとの位置関係が正常範囲外にずれてしまう場合である。２つ目はがたつき等により正常範囲内でずれる場合である。ここではまず、位置関係が正常範囲外にずれてしまう場合について説明する。回転センサ１は、一方の副固定コア１６０（励磁コイルＡ２）を主固定コア６０（励磁コイルＡ１）の１２０度対向した位置に配置している。
【００４３】
この場合、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。従って、図７に示すように、この出力信号の差が許容範囲上限値と許容範囲下限値との間にある場合は、センシング部２０と主固定コア６０及び副固定コア１６０との配置関係は許容される正常範囲にあると判断する。なお、ここでの信号処理は上述のＣＰＵによるデジタル回路の代わりにアナログ回路を使用して行っても良い。
【００４４】
また、図８に示すように、主固定コア６０の励磁コイルＡ１のインピーダンスと副固定コア１６０の励磁コイルＡ２のインピーダンスの差が予め決められた許容範囲からはみ出した場合に、信号処理部３００の回転センサ異常検出部３０２においてセンサ異常信号を発生させる。即ち、この出力信号の差を求めて比較する信号処理方法によって、出力値が正常範囲内でずれるような回転センサの不具合を検知することができるようになっている。このような場合には、例えば警告を発生する等して、必要に応じて回転センサ１を交換する等してセンシング部と各固定コアとの位置関係を正常範囲内に配置する必要があることを知らせる。
【００４５】
このように、本実施形態にかかる回転センサによると、センサの正常動作を判断するために、主信号と参照信号の差を監視して、あらかじめ決められた判定値を越えた場合にセンサ異常と判断しているが、この差が変動する原因としては、部品の特性変化、部品の形状変化、部品の位置関係の変化などが考えられ、この中で、従来の回転センサでの温度変化による部品の特性変化による影響が大きくて他の変動の影響を調べることができなかったのを、本発明による特別な構造を与えることで、温度変化等の影響を受けにくくなり、主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサの冗長性を高め、結果として回転センサの信頼性を向上させている。
【００４６】
続いて、上述した実施形態にかかる第１の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
この第１の変形例にかかる回転センサ１Aは、図９に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００４８】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２０ｂを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２０とからなる。なお、本変形例においても、センシング部２０は、図９において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ３箇所ずつ有して周方向１２０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり３周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２０は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、前記各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２０を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００４９】
また、本変形例においては、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向において３０度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、ロータ１０のセンシング部周方向において３０度の回転角度をなす位置に配置されている。そして、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計方向に実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である２４０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の２倍）の回転角度をなす位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０から見て他方の副固定コア１７０もロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計方向に実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である２４０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の２倍）の回転角度をなす位置に配置されている。
【００５０】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００５１】
本変形例のような配置構造にすると、センシング部２０は、そのセンシング幅の変化が周方向に３周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２０の周期Ｔの整数倍（２倍）に配置されることになるので、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。そのため、上述した実施形態において図６を示して説明したように、回転センサの温度変化による影響をキャンセルすることができる。その結果、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が図７及び図８に示すように高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００５２】
続いて、上述した実施形態にかかる第２の変形例について説明する。なお、上述した実施形態及びその変形例と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
この第２の変形例にかかる回転センサ１Ｂは、図１０に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００５４】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２１ａを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２１とからなる。なお、本変形例においては、センシング部２１は、図１０において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ２箇所ずつ有して周方向１８０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり２周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２１は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、前記各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２１を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００５５】
また、本変形例においては、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向に４５度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、ロータ１０のセンシング部周方向において４５度の回転角度をなす位置に配置されている。そして、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計方向に実質的にセンシング部２１の周期の整数倍である１８０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす対向位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０が他方の副固定コア１７０に対してロータ１０のセンシング部周方向に沿って反時計方向に実質的にセンシング部２１の周期の整数倍である１８０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす対向位置に配置されている。
【００５６】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００５７】
本変形例のような配置構造にすると、センシング部２１は、そのセンシング幅の変化が周方向に２周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２１の周期Ｔの整数倍（１倍）に配置されることになるので、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。そのため、上述した実施形態及び第１の変形例において図６を示して説明したように、回転センサの温度変化による影響をキャンセルすることができる。その結果、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が図７及び図８に示すように高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００５８】
続いて、上述した実施形態にかかる第３の変形例について説明する。なお、上述した実施形態及びその変形例と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
この第３の変形例にかかる回転センサ１Ｃは、図１１に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００６０】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２２ａを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２２とからなる。なお、本変形例においては、センシング部２２は、図１１において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ４箇所ずつ有して周方向９０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり４周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２２は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、前記各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２２を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００６１】
また、本変形例においては、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向に２２．５度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、ロータ１０のセンシング部周方向において２２．５度の回転角度をなす位置に配置されている。そして、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計回りに実質的にセンシング部２２の周期の整数倍である９０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０から見て他方の副固定コア１７０もロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計回りに実質的にセンシング部２２の周期の整数倍である９０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす位置に配置されている。
【００６２】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００６３】
本変形例のような配置構造にすると、センシング部２２は、そのセンシング幅の変化が周方向に４周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２２の周期Ｔの整数倍（１倍）に配置されることになるので、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。そのため、上述した実施形態及び第１、第２の変形例において図６を示して説明したように、回転センサの温度変化による影響をキャンセルすることができる。その結果、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が図７及び図８に示すように高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００６４】
続いて、上述した実施形態にかかる第４の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】
この第４の変形例にかかる回転センサ１Ｄは、図１２に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、後述する信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００６６】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２０ｃを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２０とからなる。なお、本実施の形態においては、センシング部２０は、図１２において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ３箇所ずつ有して周方向１２０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり３周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２０は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２０を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００６７】
また、本変形例においては、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向に３０度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、センシング部２０に関してこのセンシング部２０のセンシング面と垂直方向に対称となる位置にそれぞれ対応して配置されている（図１３及び図１４参照）。即ち、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０はケース４０の一側である上ケース４１に固定され、一方の副固定コアと１６０と他方の副固定コア１７０はケース４０の他側である下ケース４２に固定されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０は、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０に関してセンシング部２０の反対側においてロータ１０のセンシング部周方向において３０度の回転角度をなす位置に配置されている。その結果、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部の反対側に実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である３６０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の３倍）の回転角度をなす位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０から見て他方の副固定コア１７０もロータ１０のセンシング部の反対側に実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である３６０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の３倍）の回転角度をなす位置に配置されている。
【００６８】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００６９】
本変形例のような配置構造にすると、センシング部２０は、そのセンシング幅の変化が周方向に３周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２０の周期Ｔの整数倍（３倍）に配置されることになるので、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。そのため、上述した実施形態及び第１乃至第３の変形例において図６を示して説明したように、回転センサの温度変化による影響をキャンセルすることができる。その結果、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が図７及び図８に示すように高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００７０】
このように、主固定コアと副固定コアの配置位置をロータのセンシング部周期の整数倍の回転角度で配置することにより、主信号と参照信号の位相が同位相になり、回転センサに温度変化が生じても、主信号コイルコア組と参照信号用コイルコア組の出力信号は同じ位相の方向にほぼ同じ値だけずれるようになるので、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００７１】
このように、本実施形態にかかる回転センサによると、センサの正常動作を判断するために、主信号と参照信号の差を監視して、あらかじめ決められた判定値を越えた場合にセンサ異常と判断しているが、この差が変動する原因としては、部品の特性変化、部品の形状変化、部品の位置関係の変化などが考えられ、この中で、従来の回転センサでの温度変化による部品の特性変化による影響が大きくて、他の変動の影響を調べることができなかったのを本発明による特別な構造を備えることで温度変化等の影響を受けにくくなり、主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサの冗長性を高め、結果として回転センサの信頼性を向上させることができるようになる。
【００７２】
なお、本発明は上述したような回転センサにのみ適用されるのではなく、変位を測定すべき対象物と一体に移動する移動体に取り付けられ、移動体の移動方向に幅が変化する導電性のセンシング部を有する変位検出体と、交流励磁電流が流されることで変位検出体のセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて変位検出体のセンシング部に対して垂直方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた変位センサにおいて、センシング部の全長のうちのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、固定コアが、移動体の移動量を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、主信号用コイルコアと独立して移動体の移動量を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアのセンシング部のセンシング部延在方向に設置される互いのセンシング部周期に関する相対角度差をセンシング部周期の整数倍とした変位センサにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかる回転センサは、自動車のステアリング装置の回転角度検出に適している。しかしながら、本発明にかかる回転センサは、例えばロボットアームのように互いに回転するシャフト間の相対回転角度や回転トルクを求めるものであれば、どのようなものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる回転センサを概略的に示した平面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる回転センサの信号処理ブロック図である。
【図３】図２に示した信号処理ブロック図の一部をより詳細に示した回路ブロック図である。
【図４】図１に示した固定コアとセンシング部の組み合わせからロータの回転角度を検出する方法を示した説明図である。
【図５】図４に続いて、図１に示した固定コアとセンシング部の組み合わせからロータの回転角度を検出する方法を示した説明図である。
【図６】固定コアを図１の実施形態のように配置した場合の主固定コアの検出出力と副固定コアの検出出力を同時に示した説明図である。
【図７】センシング部にずれが生じていない正常な状態における一方の主固定コア（励磁コイルＡ１）の検出出力と一方の副固定コア（励磁コイルＡ２）の検出出力の差分を縦軸とし、時間を横軸として示した検出出力特性図である。
【図８】センシング部にずれが生じた異常な状態における一方の主固定コア（励磁コイルＡ１）の検出出力と一方の副固定コア（励磁コイルＡ２）の検出出力の差分を縦軸とし、時間を横軸として示した検出出力特性図である。
【図９】図１に示した回転センサの第１の変形例を概略的に示した平面図である。
【図１０】図１に示した回転センサの第２の変形例を概略的に示した平面図である。
【図１１】図１に示した回転センサの第３の変形例を概略的に示した平面図である。
【図１２】図１に示した回転センサの第４の変形例を概略的に示した平面図である。
【図１３】図１２に示したコイルの位置を概略的に示した平面図である。
【図１４】図１３に示したコイル位置の平面図をより詳細に示した平面図である。
【図１５】従来の回転センサを概略的に示した平面図である。
【図１６】図１４に示した回転センサの信号処理ブロック図である。
【図１７】図１６に示した信号処理ブロック図の信号処理部をより詳細に示した平面図である。
【図１８】固定コアを図１５に示したように配置した場合の主固定コアの検出出力と副固定コアの検出出力を同時に示した説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 回転センサ
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 回転センサ
５ 回転センサ
１０ ロータ
１１ ロータ取り付け部
２０ センシング部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ ステー
２１ センシング部
２１ａ ステー
２２ センシング部
２２ａ ステー
３０ 基板
４０ ケース
４１ 上ケース
４２ 下ケース
６０，７０ 主固定コア
１００ 信号発生部
１０１ 発振回路
１１０（１１１，１１２） 位相シフト部
１２０（１２１，１２２） 位相シフト量検出部
１３０（１３１，１３２） コンバート部
１４０（１４１，１４２） 増幅部
１６０，１７０ 副固定コア
２００ 信号発生部
３００ 信号処理部
３０１ 回転角度検出部
３０２ 回転センサ異常検出部
４００ ＥＣＵ
５１０ ロータ
５１１ ロータ取り付け部
５２０ センシング部
５２０ａ ステー
５２１ 幅狭部
５２２ 幅広部
５３０ 基板
５４０ ケース
５６０，５７０ 主固定コア
６００ 信号発生部
６６０，６７０ 副固定コア
７００ 信号発生部
８００ 信号処理部
８０１ 回転角度検出部
８０２ センシング部ずれ検出部
９００ ＥＣＵ
Ｓ シャフト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体又は回転体に取り付けて当該移動体又は回転体の変位又は回転角度を検出するのに使用する変位センサ又は回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のステアリングシャフトなどの回転シャフトに取り付けてこのシャフトと一体になったハンドルの回転角度を検出するのにいわゆる回転センサが使用される。
【０００３】
かかる回転センサの一例として、ロータに対して固定コアを所定間隔隔てて対向配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この回転センサは、特許文献１に示すように、回転するシャフトの軸線方向所定位置に取り付けられ、周方向に沿って幅が変化するセンシング部を有するロータと、励磁コイルと、絶縁磁性材から形成され、励磁コイルを保持するコアとを有し、固定部材に取り付けて、ロータに対してシャフトの軸線方向に間隔を置いて対向配置される固定コア及び励磁コイルと接続され、特定周波数の発振信号を発信する発振手段を有している。
【０００５】
そして、ロータは、絶縁磁性材又は絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部及びこれとステーを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部とからなる。なお、センシング部は導電性を有する金属からなり、周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ一箇所ずつ有して周方向３６０度あたり１周期でセンシング幅が変化し、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起され、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【０００６】
そして、このような構成の回転センサを用いて、この渦電流の発生に伴う励磁コイルのインピーダンス変動を利用してロータの回転角度を検出するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２０２２４０号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような特許文献１に記載の回転センサの検出精度を更に高めた例として、図１５に示すような回転センサ５が提案されている。この従来技術に関連する回転センサは、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ５１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア５６０，５７０及び１組の副固定コア６６０，６７０と、後述する信号発生部６００，７００及び信号処理部８００を有する基板５３０を備えている。
【０００８】
そして、ロータ５１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部５１１及びこれとステー５２０ａを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部５２０とからなる。なお、この回転センサにおいては、センシング部５２０は、周方向３６０度において幅が最小の幅狭部５２１と、この幅狭部５２１と半径方向反対側に幅が最大の幅広部５２２とをそれぞれ３箇所ずつ有して周方向１２０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり３周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部５２０は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、各固定コア５６０，５７０，６６０，６７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア５６０，５７０，６６０，６７０からセンシング部５２０を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起され、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【０００９】
また、センシング部の周方向には、一組の主固定コアと一組の副固定コアが配置されている。
【００１０】
なお、一方の主固定コア５６０と他方の主固定コア５７０は、ロータ５１０のセンシング部周方向に１５０度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア６６０と他方の副固定コア６７０も、ロータ５１０のセンシング部周方向に１５０度の回転角度をなす位置に配置されている。
【００１１】
また、主固定コア５６０，５７０及び副固定コア６６０，６７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース５４０にロータ５１０とともに収納されている。
【００１２】
そして、一方の主固定コア５６０と一方の副固定コア６６０とがロータ５１０のセンシング部周方向において直径方向に実質的に１８０度の回転角度をなす対向位置に配置され、かつ他方の主固定コア５７０と他方の副固定コア６７０ともロータ５１０のセンシング部周方向において直径方向に実質的に１８０度の回転角度をなす対向位置に配置されている。そして、主固定コア５６０，５７０と副固定コア６６０，６７０から得られた検出出力の和を図１６に示す信号処理部８００で算出しているようにしている。信号処理部８００には、図１７に示すように、回転角度検出部８０１の他にセンシング部ずれ検出部８０２が設けられていて、入力された信号をＣＰＵで処理してＥＣＵ９００にそのデータを出力する役目を果たしている。また、ＥＣＵ９００は、入力されたデータより、シャフトＳの回転角度を車両の様々な制御に利用する役目を果たしている。
【００１３】
この回転センサのような主固定コアと副固定コアの配置構造にすると、センシング部５２０は、そのセンシング幅の変化が周方向に３周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア５６０と一方の副固定コア６６０とは、センシング部５２０の直径方向に対向するように配置されることになるので、ロータ５１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの和信号が常に一定となる。従って、この出力信号の和が許容範囲上限値と許容範囲下限値との間にある場合は、センシング部５２０と主固定コア５６０及び副固定コア６６０との配置関係は許容される正常範囲にあるとセンシング部ずれ検出部８０２で判断する。
【００１４】
そして、主固定コア５６０の励磁コイルＡ１のインピーダンスと副固定コア６６０の励磁コイルＡ２のインピーダンスの和が予め決められた許容範囲からはみ出した場合に、図１７に示す信号処理部８００のセンシング部ずれ検出部８０２においてセンサ異常信号を発生させる。即ち、この出力信号の和を求めて比較する信号処理方法によって、出力値が正常範囲内でずれるような回転センサの不具合を検知することができるようになっている。
【００１５】
以上のように、この関連技術に関する回転センサは、センサの正常動作を判断するために、主信号と参照信号の和を監視して、あらかじめ決められた判定値を超えた場合にセンサ異常と判断するが、この和が変動する原因としては、部品の特性変化、部品の形状変化、部品の位置関係の変化等が考えられている。
【００１６】
しかしながら、この中で、回転センサ自体の温度変化による影響が、他の部品公差などによる影響とは異なって大きな影響を与えている。具体的には温度変化によりコイルコアの特性が変化することと、この温度変化による部品の特性変化することで大きな影響を与える。まず、コイルコアに関しては、コアの透磁率が温度により変化することがあり、これによりコイルコアのインダクタンスや交流抵抗値が変動して、結果として信号が変化する。また、電子回路部品に関しては、抵抗やコンデンサ等の値が温度により変化することにより、増幅部のゲインや共振回路の特性が変化して、結果として信号が変化する。
【００１７】
特に、センシング部として周期Ｔのローターシールドを使用した時、主信号用検出部（コイル、コイルコア）と参照信号用検出部（コイル、コイルコア）の相対角度差がセンシング部（ロータシールド）周期Ｔの１/２の場合、即ちこの関連出願にかかる回転センサのように、信号が逆位相の場合、環境変化等による主信号と参照信号の出力誤差が大きくなってしまう。
【００１８】
具体的には、例えば図１８に示すように、主信号の出力信号について一方向（図中のＣＣＷ方向）に位相ずれを生じ、参照信号の出力信号については他方向（図中のＣＷ方向）に位相ずれが生じる為、この影響が大きくなり、他の変動の影響を検出するのに支障を生じることが考えられる。そのため、回転センサの検出出力が変化してしまい、温度変化による影響を除いたその他の原因による影響を精度よく監視することができなくなる。
【００１９】
本発明の目的は、温度による影響を受けることなく、かつその他の原因による影響を精度良く監視し、信頼性に優れた回転センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる回転センサは、
変位を測定すべき対象物と一体に移動する移動体に取り付けられ、当該移動体の移動方向に幅が変化する導電性のセンシング部を有する変位検出体と、
交流励磁電流が流されることで前記変位検出体のセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ前記励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて前記変位検出体のセンシング部に対して垂直方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた変位センサにおいて、
前記センシング部の全長のうちのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、前記固定コアが、前記移動体の移動量を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、当該主信号用コイルコアと独立して前記移動体の移動量を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、前記主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアの前記センシング部のセンシング部延在方向に設置される互いのセンシング部周期に関する相対角度差を前記センシング部周期の整数倍としたことを特徴としている。
【００２１】
変位センサがこのような構成を取ることで、主信号と参照信号の位相が同位相になり、変位センサに温度変化が生じても、主信号コイルコア組と参照信号用コイルコア組の出力信号は同じ位相の方向にほぼ同じ値だけずれるようになるので、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となり、変位センサの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明の請求項2に記載の回転センサは、
回転するシャフトに取り付けられ、周方向に沿って幅が変化する導電性のセンシング部を有するロータと、
交流励磁電流が流されることで前記ロータのセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ前記励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて前記ロータのセンシング部に対して前記シャフトの軸線方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた回転センサにおいて、
前記センシング部の周方向３６０度あたりのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、前記固定コアが、ロータ回転角度を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、当該主信号用コイルコアと独立してロータの回転角度を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、前記主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアの前記センシング部の周方向に設置される互いの相対角度差を前記センシング部周期の整数倍としたことを特徴としている。
【００２３】
回転センサがこのような構成を取ることで、主信号と参照信号の位相が同位相になり、回転センサに温度変化が生じても、主信号コイルコア組と参照信号用コイルコア組の出力信号は同じ位相の方向にほぼ同じ値だけずれるようになるので、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となり、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、温度による影響を受けることなく、かつその他の誤差要因に基づく影響を精度よく監視し、冗長性を有し信頼性に優れた変位センサ及び回転センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態にかかる回転センサを図面に基いて説明する。なお、本実施形態では、自動車のステアリング装置に関してこの回転センサをステアリングシャフトに取り付け、ハンドルの回転角度を検出するために回転センサを用いた場合について説明する。
【００２６】
この回転センサ１は、図１に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、図２に示す信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００２７】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２０ａを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２０とからなる。なお、本実施の形態においては、センシング部２０は、図１において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ３箇所ずつ有して周方向１２０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり３周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２０は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２０を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００２８】
そして、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向に３０度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、ロータ１０のセンシング部周方向において３０度の回転角度をなす位置に配置されている。そして、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計回りに実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である１２０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０から見て他方の副固定コア１７０ともロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計回りに実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である１２０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす位置に配置されている。
【００２９】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００３０】
なお、副固定コア１６０，１７０は主固定コア６０，７０の冗長性を確保するとともに後述する回転センサのセンサ異常を検知する役目を果たすために回転センサ１に取り付けられている。
【００３１】
図２は本実施形態の全体的な信号処理回路を示しており、信号発生部１００は励磁コイルＡ１及び励磁コイルＢ１をそれぞれ有する主固定コア６０，７０で検出された信号を増幅するとともに、信号発生部２００は励磁コイルＡ２及び励磁コイルＢ２をそれぞれ有する副固定コア１６０，１７０で検出された信号を増幅し、それぞれ信号処理部３００に出力する役目を果たしている。また、信号処理部３００は、入力された信号をＣＰＵで処理してＥＣＵ４００にそのデータを出力する役目を果たしている。また、ＥＣＵ４００は、入力されたデータより、シャフトＳの回転角度を車両の様々な制御に利用する役目を果たしている。
【００３２】
回転センサ１の信号発生部１００の詳細な回路ブロック構成は図３に示すようになっている。この回路ブロック図は、主固定コア６０，７０における信号発生部１００を主に示しており、副固定コア１６０，１７０における信号発生部２００の内部構成もこれに対応するようになっているので、ここでは信号発生部２００の詳細な説明を省略する。この回路ブロック部は、発振部としての役目を果たし特定周波数の発振信号を出力する発振回路１０１と、センシング部２０に発生する渦電流の大きさに応じて発振回路１０１から入力された発振信号の位相をシフトする位相シフト部１１０（１１１，１１２）と、位相シフト量を検出する位相シフト量検出部１２０（１２１，１２２）と、検出された位相シフト量を対応するパラメータに変換する位相シフト量コンバート部１３０（１３１，１３２）と、位相シフト量コンバート部１３０から出力される位相シフト量を増幅する増幅部１４０（１４１，１４２）と、増幅部１４０からの出力に基づいて回転角度を算出する回転角度検出部３０１及びセンシング部２０のシフト（ずれ）等の異常を検知する回転センサ異常検出部３０２を備えた信号処理部３００を有し、位相シフト部１１０に入力される回転角度を検出するようになっている。
【００３３】
また、位相シフト部１１０は、電子回路の抵抗とコンデンサ及びコイルからからなる。ロータ１０のセンシング部２０は上述したように周方向に幅が連続的に変化する形状を有しているので、シャフトＳの回転と連動するロータ１０のセンシング部２０が回転することにより、励磁コイルのインピーダンスが変化する。
【００３４】
シャフトＳが回転したとき、入力角度に対して位相シフト量検出部１２０の出力はセンシング部２０の形状によって決まり、図４に示すような頂部と底部の出力を飽和させてそれぞれ平坦部を形成したＳｉｎ波形の如く変化させることができる。例えば、図１に示すように、２つの固定コア６０，７０をロータ１０の中心に対して３０度の角度で配置した場合、図４に示すように入力角度に対して、一方の主固定コア６０の励磁コイルのインピーダンス変化に基づいて信号処理した位相シフト量と、他方の主固定コア７０の励磁コイルのインピーダンス変化に基づいて信号処理した位相シフト量は３０度の位相差をもって変化するようになる。
【００３５】
そして、このような構成の回転センサ１を用いて、この渦電流の発生に伴う励磁コイルのインピーダンス変動を利用してロータ１０の回転角度、即ちシャフトの回転角度を検出するようになっている。
【００３６】
この回転センサ１は、センシング部２０のセンシング幅が上述したように周方向３６０度あたり３周期で変化するようになっている。この場合のロータ１０の回転角度の検出方法について説明する。まず、図３に示す発振回路１０１が分周回路を介して特定周波数の発振信号を抵抗、励磁コイル及びコンデンサからなる位相シフト部１１０に出力する。このとき、磁束がセンシング部２０を横切る際にセンシング部２０の表面に発生する渦電流量の大きさに応じて各励磁コイルのインピーダンスが変化し、このインピーダンス変化によって各コンデンサ両端における電圧信号の位相も変化する。そして、コンデンサの両端の電圧信号は、位相シフト量検出部１２０へ出力され、この検出部で各コンデンサ両端の電圧信号の位相シフト量を検出する。そして、コンバータが、検出された位相シフト量を対応する電圧値に変換する。
【００３７】
なお、本実施形態では、各固定コア６０，７０とセンシング部２０とが協働することで得られる位相シフト量出力信号の位相が３０度ずれるように主固定コア６０，７０をセンシング部２０の周方向に３０度隔ててケース４０に配置しているので、上述のような信号処理によって、図４に示すように、一方の主固定コア６０の位相シフト量出力値ＳＡと他方の主固定コア７０の位相シフト量出力値ＳＢのごとく互いに３０度位相のずれた１２０度周期の位相シフト量の出力値が得られる。
【００３８】
このようにして得られた位相シフト量の出力値からロータ１０の回転角度を１２０度周期で検出する方法は以下の通りである。
【００３９】
図４に示すように、各固定コア６０，７０から得られるロータ１０の回転角度の出力値（ＳＡ，ＳＢ）とこれらをそれぞれ反転させた出力値（ＲＳＡ，ＲＳＢ）とを重畳させる。そして、これら４つの位相シフト量検出値の検出特性に優れた直線部分を用いて各位相シフト量検出値の大小関係から、ロータの回転角度が０度〜３０度（図中、区間（１））、３０度〜６０度（図中、区間（２））、６０度〜９０度（図中、区間（３））、９０度〜１２０度（図中、区間（４））、のいずれの範囲にあるかを判断する。そして、この直線部分同士をジョイント（結合）処理する。次いで、上述した４つの角度範囲の何れの角度範囲にあるかの判断結果に基づき、図５に示す１２０度ごとの周期で変化する鋸歯状波形の出力信号から、ロータの回転角度を１２０度周期で求めるようになっている。
【００４０】
続いて、このような構成を有する回転センサ１の作用、即ち検出出力の変化が回転センサの温度変化によって生じた場合にこの影響を受ける理由について説明する。
【００４１】
回転センサ自体に温度変化が生じた場合、コイルコアに関しては、コアの透磁率が温度により変化することがあり、これによりコイルコアのインダクタンスや交流抵抗値が変動する。また、電子回路部品に関しては、抵抗やコンデンサ等の値が温度により変化することにより、増幅部のゲインや共振回路の特性が変化する。しかしながら、本実施形態のような配置構造にすると、センシング部２０は、そのセンシング幅の変化が周方向に３周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２０の周期Ｔの整数倍（１倍）に配置されている。その結果、温度変化に伴う検出出力の特性変化は例えば図６に示すように、主信号の出力信号について図６中定線から点線に向かって一方向（図６中のＣＣＷ方向）に位相ずれを生じるが、参照信号の出力信号についても図６中定線から点線に向かって一方向（図６中のＣＣＷ方向）に位相ずれが生じ、主信号の出力信号と参照信号の出力信号の位相が同位相となることから、温度による影響はほとんど生じない。その結果、他の変動の影響を検出するのに支障を生じさせることがない。
【００４２】
なお、ここで言う他の変動の影響としては、センシング部２０と固定コアとの相対的ずれがあげられる。センシング部２０と固定コアとの相対的なずれには大きく分けて２つ考えられる。１つ目は長期間使用しているうちに、センシング部２０が直線的に移動（シフト）する等して固定コアとの位置関係が正常範囲外にずれてしまう場合である。２つ目はがたつき等により正常範囲内でずれる場合である。ここではまず、位置関係が正常範囲外にずれてしまう場合について説明する。回転センサ１は、一方の副固定コア１６０（励磁コイルＡ２）を主固定コア６０（励磁コイルＡ１）の１２０度対向した位置に配置している。
【００４３】
この場合、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。従って、図７に示すように、この出力信号の差が許容範囲上限値と許容範囲下限値との間にある場合は、センシング部２０と主固定コア６０及び副固定コア１６０との配置関係は許容される正常範囲にあると判断する。なお、ここでの信号処理は上述のＣＰＵによるデジタル回路の代わりにアナログ回路を使用して行っても良い。
【００４４】
また、図８に示すように、主固定コア６０の励磁コイルＡ１のインピーダンスと副固定コア１６０の励磁コイルＡ２のインピーダンスの差が予め決められた許容範囲からはみ出した場合に、信号処理部３００の回転センサ異常検出部３０２においてセンサ異常信号を発生させる。即ち、この出力信号の差を求めて比較する信号処理方法によって、出力値が正常範囲内でずれるような回転センサの不具合を検知することができるようになっている。このような場合には、例えば警告を発生する等して、必要に応じて回転センサ１を交換する等してセンシング部と各固定コアとの位置関係を正常範囲内に配置する必要があることを知らせる。
【００４５】
このように、本実施形態にかかる回転センサによると、センサの正常動作を判断するために、主信号と参照信号の差を監視して、あらかじめ決められた判定値を越えた場合にセンサ異常と判断しているが、この差が変動する原因としては、部品の特性変化、部品の形状変化、部品の位置関係の変化などが考えられ、この中で、従来の回転センサでの温度変化による部品の特性変化による影響が大きくて他の変動の影響を調べることができなかったのを、本発明による特別な構造を与えることで、温度変化等の影響を受けにくくなり、主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサの冗長性を高め、結果として回転センサの信頼性を向上させている。
【００４６】
続いて、上述した実施形態にかかる第１の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
この第１の変形例にかかる回転センサ１Aは、図９に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００４８】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２０ｂを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２０とからなる。なお、本変形例においても、センシング部２０は、図９において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ３箇所ずつ有して周方向１２０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり３周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２０は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、前記各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２０を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００４９】
また、本変形例においては、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向において３０度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、ロータ１０のセンシング部周方向において３０度の回転角度をなす位置に配置されている。そして、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計方向に実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である２４０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の２倍）の回転角度をなす位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０から見て他方の副固定コア１７０もロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計方向に実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である２４０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の２倍）の回転角度をなす位置に配置されている。
【００５０】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００５１】
本変形例のような配置構造にすると、センシング部２０は、そのセンシング幅の変化が周方向に３周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２０の周期Ｔの整数倍（２倍）に配置されることになるので、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。そのため、上述した実施形態において図６を示して説明したように、回転センサの温度変化による影響をキャンセルすることができる。その結果、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が図７及び図８に示すように高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００５２】
続いて、上述した実施形態にかかる第２の変形例について説明する。なお、上述した実施形態及びその変形例と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
この第２の変形例にかかる回転センサ１Ｂは、図１０に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００５４】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２１ａを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２１とからなる。なお、本変形例においては、センシング部２１は、図１０において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ２箇所ずつ有して周方向１８０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり２周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２１は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、前記各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２１を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００５５】
また、本変形例においては、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向に４５度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、ロータ１０のセンシング部周方向において４５度の回転角度をなす位置に配置されている。そして、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計方向に実質的にセンシング部２１の周期の整数倍である１８０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす対向位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０が他方の副固定コア１７０に対してロータ１０のセンシング部周方向に沿って反時計方向に実質的にセンシング部２１の周期の整数倍である１８０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす対向位置に配置されている。
【００５６】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００５７】
本変形例のような配置構造にすると、センシング部２１は、そのセンシング幅の変化が周方向に２周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２１の周期Ｔの整数倍（１倍）に配置されることになるので、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。そのため、上述した実施形態及び第１の変形例において図６を示して説明したように、回転センサの温度変化による影響をキャンセルすることができる。その結果、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が図７及び図８に示すように高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００５８】
続いて、上述した実施形態にかかる第３の変形例について説明する。なお、上述した実施形態及びその変形例と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
この第３の変形例にかかる回転センサ１Ｃは、図１１に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００６０】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２２ａを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２２とからなる。なお、本変形例においては、センシング部２２は、図１１において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ４箇所ずつ有して周方向９０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり４周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２２は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、前記各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２２を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００６１】
また、本変形例においては、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向に２２．５度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、ロータ１０のセンシング部周方向において２２．５度の回転角度をなす位置に配置されている。そして、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計回りに実質的にセンシング部２２の周期の整数倍である９０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０から見て他方の副固定コア１７０もロータ１０のセンシング部周方向に沿って図中反時計回りに実質的にセンシング部２２の周期の整数倍である９０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の１倍）の回転角度をなす位置に配置されている。
【００６２】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００６３】
本変形例のような配置構造にすると、センシング部２２は、そのセンシング幅の変化が周方向に４周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２２の周期Ｔの整数倍（１倍）に配置されることになるので、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。そのため、上述した実施形態及び第１、第２の変形例において図６を示して説明したように、回転センサの温度変化による影響をキャンセルすることができる。その結果、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が図７及び図８に示すように高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００６４】
続いて、上述した実施形態にかかる第４の変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】
この第４の変形例にかかる回転センサ１Ｄは、図１２に示すように、回転するシャフトＳに取り付けられるロータ１０と、絶縁磁性材からなるコア本体及びコア本体内に収容される励磁コイルを有する１組の主固定コア６０，７０及び１組の副固定コア１６０，１７０と、後述する信号発生部１００，２００及び信号処理部３００を有する基板３０を備えている。
【００６６】
ロータ１０は、絶縁磁性材或いは絶縁性の樹脂材等からなるロータ取り付け部１１及びこれとステー２０ｃを介して連結され周方向にわたって幅が連続的に変化するセンシング部２０とからなる。なお、本実施の形態においては、センシング部２０は、図１２において周方向に均一の幅として示しているが、実際には周方向３６０度において幅が最小の幅狭部と、この幅狭部と半径方向反対側に幅が最大の幅広部とをそれぞれ３箇所ずつ有して周方向１２０度あたり１周期、即ち周方向３６０度あたり３周期でセンシング幅が変化するようになっている。また、センシング部２０は導電性を有する金属（例えば銅、アルミニウム、銀等）からなり、各固定コア６０，７０，１６０，１７０のそれぞれの励磁コイルに交流励磁電流が流されると、それぞれの固定コア６０，７０，１６０，１７０からセンシング部２０を横切って磁気回路が形成され、交流磁界によって回転に伴う幅に対応した大きさの渦電流がセンシング部表面に誘起されるようになっており、この渦電流量の変動に伴い各励磁コイルのインピーダンスも変動するようになっている。
【００６７】
また、本変形例においては、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０は、ロータ１０のセンシング部周方向に３０度の回転角度をなす位置に配置されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０も、センシング部２０に関してこのセンシング部２０のセンシング面と垂直方向に対称となる位置にそれぞれ対応して配置されている（図１３及び図１４参照）。即ち、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０はケース４０の一側である上ケース４１に固定され、一方の副固定コアと１６０と他方の副固定コア１７０はケース４０の他側である下ケース４２に固定されている。また、一方の副固定コア１６０と他方の副固定コア１７０は、一方の主固定コア６０と他方の主固定コア７０に関してセンシング部２０の反対側においてロータ１０のセンシング部周方向において３０度の回転角度をなす位置に配置されている。その結果、一方の主固定コア６０から見て一方の副固定コア１６０がロータ１０のセンシング部の反対側に実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である３６０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の３倍）の回転角度をなす位置に配置され、かつ他方の主固定コア７０から見て他方の副固定コア１７０もロータ１０のセンシング部の反対側に実質的にセンシング部２０の周期の整数倍である３６０度（本実施形態にかかるセンシング部周期の３倍）の回転角度をなす位置に配置されている。
【００６８】
また、主固定コア６０，７０及び副固定コア１６０，１７０は、シャフトＳの近傍に位置する固定部材（図示せず）にそれぞれ取り付けられ、ここではそれぞれ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材、あるいは絶縁性の樹脂材等からなるケース４０にロータ１０とともに収納されている。
【００６９】
本変形例のような配置構造にすると、センシング部２０は、そのセンシング幅の変化が周方向に３周期で繰り返され、かつ一方の主固定コア６０と一方の副固定コア１６０の設置角度がセンシング部２０の周期Ｔの整数倍（３倍）に配置されることになるので、ロータ１０の回転角度のいかんにかかわらず、励磁コイルＡ１のインピーダンスと励磁コイルＡ２のインピーダンスの差信号が常に一定となる。そのため、上述した実施形態及び第１乃至第３の変形例において図６を示して説明したように、回転センサの温度変化による影響をキャンセルすることができる。その結果、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が図７及び図８に示すように高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００７０】
このように、主固定コアと副固定コアの配置位置をロータのセンシング部周期の整数倍の回転角度で配置することにより、主信号と参照信号の位相が同位相になり、回転センサに温度変化が生じても、主信号コイルコア組と参照信号用コイルコア組の出力信号は同じ位相の方向にほぼ同じ値だけずれるようになるので、温度変化等の影響を受けることなく、かつ他の誤差要因に基づく主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサに冗長性を持たせることが可能となって、回転センサの信頼性を向上させることができる。
【００７１】
このように、本実施形態にかかる回転センサによると、センサの正常動作を判断するために、主信号と参照信号の差を監視して、あらかじめ決められた判定値を越えた場合にセンサ異常と判断しているが、この差が変動する原因としては、部品の特性変化、部品の形状変化、部品の位置関係の変化などが考えられ、この中で、従来の回転センサでの温度変化による部品の特性変化による影響が大きくて、他の変動の影響を調べることができなかったのを本発明による特別な構造を備えることで温度変化等の影響を受けにくくなり、主信号と参照信号の比較精度が高くなり、回転センサの冗長性を高め、結果として回転センサの信頼性を向上させることができるようになる。
【００７２】
なお、本発明は上述したような回転センサにのみ適用されるのではなく、変位を測定すべき対象物と一体に移動する移動体に取り付けられ、移動体の移動方向に幅が変化する導電性のセンシング部を有する変位検出体と、交流励磁電流が流されることで変位検出体のセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて変位検出体のセンシング部に対して垂直方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた変位センサにおいて、センシング部の全長のうちのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、固定コアが、移動体の移動量を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、主信号用コイルコアと独立して移動体の移動量を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアのセンシング部のセンシング部延在方向に設置される互いのセンシング部周期に関する相対角度差をセンシング部周期の整数倍とした変位センサにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかる回転センサは、自動車のステアリング装置の回転角度検出に適している。しかしながら、本発明にかかる回転センサは、例えばロボットアームのように互いに回転するシャフト間の相対回転角度や回転トルクを求めるものであれば、どのようなものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる回転センサを概略的に示した平面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる回転センサの信号処理ブロック図である。
【図３】図２に示した信号処理ブロック図の一部をより詳細に示した回路ブロック図である。
【図４】図１に示した固定コアとセンシング部の組み合わせからロータの回転角度を検出する方法を示した説明図である。
【図５】図４に続いて、図１に示した固定コアとセンシング部の組み合わせからロータの回転角度を検出する方法を示した説明図である。
【図６】固定コアを図１の実施形態のように配置した場合の主固定コアの検出出力と副固定コアの検出出力を同時に示した説明図である。
【図７】センシング部にずれが生じていない正常な状態における一方の主固定コア（励磁コイルＡ１）の検出出力と一方の副固定コア（励磁コイルＡ２）の検出出力の差分を縦軸とし、時間を横軸として示した検出出力特性図である。
【図８】センシング部にずれが生じた異常な状態における一方の主固定コア（励磁コイルＡ１）の検出出力と一方の副固定コア（励磁コイルＡ２）の検出出力の差分を縦軸とし、時間を横軸として示した検出出力特性図である。
【図９】図１に示した回転センサの第１の変形例を概略的に示した平面図である。
【図１０】図１に示した回転センサの第２の変形例を概略的に示した平面図である。
【図１１】図１に示した回転センサの第３の変形例を概略的に示した平面図である。
【図１２】図１に示した回転センサの第４の変形例を概略的に示した平面図である。
【図１３】図１２に示したコイルの位置を概略的に示した平面図である。
【図１４】図１３に示したコイル位置の平面図をより詳細に示した平面図である。
【図１５】従来の回転センサを概略的に示した平面図である。
【図１６】図１４に示した回転センサの信号処理ブロック図である。
【図１７】図１６に示した信号処理ブロック図の信号処理部をより詳細に示した平面図である。
【図１８】固定コアを図１５に示したように配置した場合の主固定コアの検出出力と副固定コアの検出出力を同時に示した説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 回転センサ
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 回転センサ
５ 回転センサ
１０ ロータ
１１ ロータ取り付け部
２０ センシング部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ ステー
２１ センシング部
２１ａ ステー
２２ センシング部
２２ａ ステー
３０ 基板
４０ ケース
４１ 上ケース
４２ 下ケース
６０，７０ 主固定コア
１００ 信号発生部
１０１ 発振回路
１１０（１１１，１１２） 位相シフト部
１２０（１２１，１２２） 位相シフト量検出部
１３０（１３１，１３２） コンバート部
１４０（１４１，１４２） 増幅部
１６０，１７０ 副固定コア
２００ 信号発生部
３００ 信号処理部
３０１ 回転角度検出部
３０２ 回転センサ異常検出部
４００ ＥＣＵ
５１０ ロータ
５１１ ロータ取り付け部
５２０ センシング部
５２０ａ ステー
５２１ 幅狭部
５２２ 幅広部
５３０ 基板
５４０ ケース
５６０，５７０ 主固定コア
６００ 信号発生部
６６０，６７０ 副固定コア
７００ 信号発生部
８００ 信号処理部
８０１ 回転角度検出部
８０２ センシング部ずれ検出部
９００ ＥＣＵ
Ｓ シャフト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位を測定すべき対象物と一体に移動する移動体に取り付けられ、当該移動体の移動方向に幅が変化する導電性のセンシング部を有する変位検出体と、
交流励磁電流が流されることで前記変位検出体のセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ前記励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて前記変位検出体のセンシング部に対して垂直方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた変位センサにおいて、
前記センシング部の全長のうちのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、前記固定コアが、前記移動体の移動量を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、当該主信号用コイルコアと独立して前記移動体の移動量を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、前記主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアの前記センシング部のセンシング部延在方向に設置される互いのセンシング部周期に関する相対角度差を前記センシング部周期の整数倍としたことを特徴とする変位センサ。
【請求項２】
回転するシャフトに取り付けられ、周方向に沿って幅が変化する導電性のセンシング部を有するロータと、
交流励磁電流が流されることで前記ロータのセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ前記励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて前記ロータのセンシング部に対して前記シャフトの軸線方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた回転センサにおいて、
前記センシング部の周方向３６０度あたりのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、前記固定コアが、ロータ回転角度を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、当該主信号用コイルコアと独立してロータの回転角度を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、前記主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアの前記センシング部の周方向に設置される互いの相対角度差を前記センシング部周期の整数倍としたことを特徴とする回転センサ。
【請求項１】
変位を測定すべき対象物と一体に移動する移動体に取り付けられ、当該移動体の移動方向に幅が変化する導電性のセンシング部を有する変位検出体と、
交流励磁電流が流されることで前記変位検出体のセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ前記励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて前記変位検出体のセンシング部に対して垂直方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた変位センサにおいて、
前記センシング部の全長のうちのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、前記固定コアが、前記移動体の移動量を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、当該主信号用コイルコアと独立して前記移動体の移動量を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、前記主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアの前記センシング部のセンシング部延在方向に設置される互いのセンシング部周期に関する相対角度差を前記センシング部周期の整数倍としたことを特徴とする変位センサ。
【請求項２】
回転するシャフトに取り付けられ、周方向に沿って幅が変化する導電性のセンシング部を有するロータと、
交流励磁電流が流されることで前記ロータのセンシング部との間に磁気回路を形成する励磁コイルと、磁性材から成形されかつ前記励磁コイルを保持するコア本体とを有し、固定部材に取り付けて前記ロータのセンシング部に対して前記シャフトの軸線方向に間隔をおいて対向配置される固定コアとを備えた回転センサにおいて、
前記センシング部の周方向３６０度あたりのセンシング幅の変化する周期を複数周期とすると共に、前記固定コアが、ロータ回転角度を検出する励磁コイルの主信号用コイルコア組の固定コアと、当該主信号用コイルコアと独立してロータの回転角度を検出可能な励磁コイルの参照信号用コイルコア組の固定コアからなり、前記主信号コイルコア組の固定コアと参照信号用コイルコア組の固定コアの前記センシング部の周方向に設置される互いの相対角度差を前記センシング部周期の整数倍としたことを特徴とする回転センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００７−２７１４５７（Ｐ２００７−２７１４５７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９７４４８（Ｐ２００６−９７４４８）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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