JP2000298041A - 回転センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分解能を向上させて回転体の回転位置を正確に
検出できる回転センサを提供する。 【解決手段】回転センサ１は、回転プレート２、固定プ
レート３、集光レンズ４、発光ダイオード５、受光ダイ
オード６，７を有している。回転プレート１には、発光
ダイオード５からの光を通過させる２つの半円弧状の貫
通溝が形成され、固定プレート３には、光を通過させる
半円弧状の貫通溝と長方形状の貫通溝が形成される。回
転プレート２が回転軸９とともに回転すると、回転プレ
ート２の貫通溝と固定プレート３の貫通溝とを通過する
光量が変化しその変化を受光ダイオード６，７を用いて
検出する。この検出結果に基づいて回転軸９の回転位置
を高分解能で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体の回転変位
を検出する光電式の回転センサに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、この種の回転センサとして、スリッ
ト板のスリットを通過する光によってパルス信号を発生
させ、回転軸の回転を検出するものが知られている（特
開平８−２２３８６８号公報）。

【０００３】具体的には、光源として発光ダイオードを
用い、その発光ダイオードからの光をスリット板のスリ
ットを通過させて受光ダイオードに照射するように構成
されている。従って、回転軸とともにスリット板が回転
すると、受光ダイオードに照射される光量が周期的に変
化し、その変化により受光ダイオードに光起電力が発生
する。そして、この光起電力に基づくパルス信号によっ
て回転軸の回転位置等が検出される。

【０００４】ところで近年では、制御精度を高めるため
に分解能の高い回転センサが望まれている。そのため、
スリット板に細かいスリットをより多く形成することで
回転センサの分解能を向上させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に分解能を向上させる場合、スリットの加工精度にバラ
ツキが発生する。さらに、スリットの形成に伴いスリッ
ト板の強度が低下し、組み付け時の力によってスリット
形状が変形してしまう虞があった。つまり、スリットの
形成がセンサ誤検出の原因となってしまう。また、スリ
ット板に複数のスリットを精度よく形成することは、製
造コストが高くなり製品のコストアップを招いてしま
う。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、分解能を向上させて回
転体の回転位置を正確に検出できる回転センサを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、光を通過させるための
光通過部を有する光通過部材と、前記光通過部材を照射
する発光部と、前記光通過部を通過した光を受光する受
光部とを有し、前記光通過部を通過する光量を回転体の
回転に応じて変化させ、その光量に基づいて回転体の回
転位置を検出することを要旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の回転センサにおいて、前記光通過部材は、前記光通過
部を通過する光量が回転体の回転に応じて線形的に変化
するように構成したことを要旨とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の回転センサにおいて、前記光通過部材は、固定
プレートと、その固定プレートと対面して配設され、回
転体とともに回転する回転プレートとからなり、前記固
定プレート及び前記回転プレートの各々の光通過部は、
前記回転プレートの所定回転角時に軸線方向において重
なるよう半円弧状に形成されたことを要旨とする。

【００１０】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
光通過部を通過する発光部からの光量が回転体の回転に
応じて変化する。つまり、受光部に受光される光量が回
転体の回転に応じて変化しその光量の変化に基づいて回
転体の回転位置が高分解能で検出される。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、光通過部
を通過する光量が回転体の回転に応じて線形的に変化す
る。従って、分解能を容易に向上させることが可能とな
る。請求項３に記載の発明によれば、固定プレートの半
円弧状の光通過部と回転プレートの半円弧状の光通過部
とが軸線方向に重なる部分は、回転体の回転に応じて線
形的に変化する。具体的には、各光通過部が回転体の軸
線方向に重ならない状態の回転角を０°とした場合、そ
の状態から回転角が１８０°となるまで回転体が回転す
るとき、その際に各光通過部が軸線方向に重なる部分は
線形的に増加する。さらに、回転角が１８０°から３６
０°となるまで回転体が回転するとき、その際に各光通
過部が軸線方向に重なる部分は線形的に減少する。これ
により受光部に受光される光量が変化し、その変化に応
じて回転変位が高分解能で検出される。

【００１２】このように、従来のスリット方式の回転セ
ンサに比べて、簡単な構造で分解能が向上されるので製
造コストの低減が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に従って説明する。本実施形態の回転センサ
は、パワーステアリング装置に適用されるものであっ
て、例えば、操舵補助力を発生させるための駆動モータ
の回転軸に設けられ、その回転位置を検出するものであ
る。

【００１４】図１には、本実施形態における回転センサ
１の概略構成を示す。回転センサ１は、図１に示すよう
に、回転プレート２、固定プレート３、集光レンズ４、
発光ダイオード５、受光ダイオード６，７を有してい
る。詳述すると、駆動モータのハウジング８内におい
て、回転プレート２が回転軸９の端部に固定され、その
回転プレート２に対面させた状態で固定プレート３がハ
ウジング８に固定されている。なおここで、回転プレー
ト２と固定プレート３とは、できる限り近接した状態で
配置される。

【００１５】回転プレート２は、図２（ａ）に示すよう
に、光を遮光する樹脂材料により円板状に形成され、そ
の中心が回転軸９の軸中心Ｏと一致するように固定され
ている。また、回転プレート２には、光を通すための２
つの貫通溝２ａ，２ｂが軸中心Ｏを中心に半円弧状に形
成されている。貫通溝２ａは、その半径が貫通溝２ｂよ
りも小さく、かつ貫通溝２ｂに対して時計回り方向に９
０°ずらした位置に形成されている。

【００１６】固定プレート３は、図２（ｂ）に示すよう
に、光を遮光する樹脂材料により円板状に形成され、こ
の固定プレート３も、その中心が回転軸９の軸中心Ｏと
一致するように固定されている。固定プレート３には、
光を通すための半円弧状の貫通溝３ａが軸中心Ｏを中心
に形成されている。なお、貫通溝３ａと軸中心Ｏとの距
離は、回転プレート２の貫通溝２ａと軸中心Ｏとの距離
と一致するようになっている。つまり、固定プレート３
の半円弧状の貫通溝３ａは、回転プレート２の半円弧状
の貫通溝２ａと同じ半径を有して形成されている。

【００１７】さらに、固定プレート３には、同じく光を
通すための長方形状の貫通溝３ｂが前記回転プレート２
の貫通溝２ｂと対応する位置に形成されている。つま
り、貫通溝３ｂと軸中心Ｏとの距離は、貫通溝２ｂと軸
中心Ｏとの距離と一致するようになっている。また、こ
の貫通溝３ｂは半円弧状の貫通溝３ａを１／２等分する
位置に形成されている。

【００１８】従って、回転プレート２が回転軸９ととも
に回転して、回転プレート２の貫通溝２ａと固定プレー
ト３の貫通溝３ａとが軸線方向に重なるとき、その部分
を光が通過するようになる。また同様に、回転プレート
２の貫通溝２ｂと、固定プレート３の貫通溝３ｂとが軸
線方向に重なるとき、その部分を光が通過するようにな
る。

【００１９】また、図１に示すように、回転プレート２
の下側には、光源としての発光ダイオード５が配設され
ており、回転プレート２を照射するようになっている。
一方、固定プレート３の上側には、集光レンズ４が配設
され、回転プレート２の貫通溝２ａ及び固定プレート３
の貫通溝３ａを通過した光を集光する。そして、発光ダ
イオード５からの光が集光レンズ４によって集光される
位置に受光ダイオード６が設置されている。受光ダイオ
ード６は、照射される光に応じて光起電力を発生する素
子であって、照射される光量に比例した電流が流れるよ
うに構成されている。従って、その電流量に基づいて発
光ダイオード５からの光量が検出される。また、固定プ
レート３の上側、より正確には、固定プレート３の貫通
溝３ｂに対応する位置に受光ダイオード７が配置されて
いる。この受光ダイオード７に発生する光起電力に基づ
いて、発光ダイオード５からの光の有無が検出される。
つまり、受光ダイオード７によって貫通溝２ｂ及び貫通
溝３ｂを通過した光の有無が検出される。

【００２０】各受光ダイオード６，７は、コントローラ
１０に接続されている。そして、コントローラ１０は、
受光ダイオード６，７に生じる光起電力に基づいて回転
プレート２の回転角、即ち回転軸９の回転位置を検出す
る。

【００２１】ここで、回転軸９の回転角θと、受光ダイ
オード６，７に照射される発光ダイオード５からの光量
との関係を図３を用いて説明する。なお、図３では、図
２に示す回転プレート２の位置を基準位置、即ち回転角
θ＝０°とし、その状態から回転軸９が時計回り方向に
回転した場合の関係を示している。また、図３では、受
光ダイオード６に照射される光量を実線で示し、受光ダ
イオード７に照射される光量を２点鎖線で示している。

【００２２】詳述すると、図２の状態（回転角θ＝０
°）では、回転プレート２の貫通溝２ａと固定プレート
３の貫通溝３ａとは、軸線方向に重なることはなく、回
転プレート２と固定プレート３を通過して受光ダイオー
ド６に照射される光量は図３のように最小値となる。こ
の状態から、時計回り方向に回転軸９が回転すると、回
転軸９とともに回転プレート２が回転し、貫通溝２ａと
貫通溝３ａとが軸線方向に重なる部分は、回転角θに比
例して増加する。このため、受光ダイオード６に照射さ
れる光量は線形的に増加する。そして、回転角θ＝１８
０°となるまで回転軸９が回転すると、貫通溝２ａと貫
通溝３ａとが軸線方向に一致するため受光ダイオード６
に照射される光量は最大値となる。

【００２３】引き続き、回転軸９が時計回り方向に回転
すると、貫通溝２ａと貫通溝３ａとが軸線方向に重なる
部分は、回転角θに応じて減少する。このため、受光ダ
イオード６に照射される光量は線形的に減少する。そし
て、回転角θ＝３６０°、即ちθ＝０°となったときに
受光ダイオード６に照射される光量が最小値となる。

【００２４】従って、受光ダイオード６に光起電力が発
生して回転角θに応じた電流が流れることとなる。その
電流（又は電圧）が検出信号としてコントローラ１０に
取り込まれて、その時々の回転角θが判定される。但
し、受光ダイオード６からの検出信号だけでは、コント
ローラ１０は回転角θが０〜１８０°の範囲内の角度な
のか、或いは、１８０〜３６０°の範囲内の角度なのか
を判定することができない。このため、コントローラ１
０は回転角θが０〜１８０°の範囲内なのか否かを受光
ダイオード７からの検出信号に基づいて判定する。

【００２５】つまり、回転軸９の回転角θが０〜１８０
°となるとき、貫通溝２ｂと貫通溝３ｂとは軸線方向に
重なることはなく、発光ダイオード５からの光は回転プ
レート２と固定プレート３を通過して受光ダイオード７
に照射されることはない。一方、回転角θが１８０〜３
６０°となるとき、貫通溝２ｂと貫通溝３ｂとは軸線方
向に重なるため、発光ダイオード５からの光が受光ダイ
オード７に照射される。従って、回転軸９の回転角θ＝
１８０〜３６０°のとき、受光ダイオード７に光起電力
が発生して所定の電流が流れる。その電流（又は電圧）
が検出信号としてコントローラ１０に取り込まれて、そ
の時の回転角θが１８０〜３６０°範囲内であるか否か
が判定される。

【００２６】このように、コントローラ１０は各受光ダ
イオード６，７からの検出信号に基づいて回転軸９の回
転位置（絶対位置）を正確に検出することができる。ま
た、所定時間毎に回転軸９の回転位置を検出すること
で、回転軸９の回転速度の検出も可能となる。

【００２７】なお、本実施形態では、貫通溝２ａ，２
ｂ，３ａ，３ｂが光通過部に相当し、回転プレート２及
び固定プレート３が光通過部材に相当する。また、発光
ダイオード５が発光部に相当し、受光ダイオード６，７
が受光部に相当する。さらに、回転センサ１とコントロ
ーラ１０により回転検出装置が構成される。

【００２８】以上記述したように、本実施形態によれ
ば、下記のような特徴を有する。 （１）貫通溝２ａ，３ａ及び貫通溝２ｂ，３ｂを通過す
る発光ダイオード５からの光量が回転軸９の回転に応じ
て変化する。この変化に応じて受光ダイオード６，７に
光起電力が発生して電気信号としてコントローラ１０に
取り込まれる。これにより、回転軸９の回転位置（絶対
位置）を高分解能で検出できる。また、所定時間毎に回
転軸９の回転位置を検出することで、回転軸９の回転速
度も検出できる。

【００２９】従って、本実施形態の回転センサ１を用い
ることで、パワーステアリング装置の制御精度を向上さ
せることができる。 （２）回転センサ１の出力が線形的に変化するので分解
能を容易に向上させることができる。また、分解能の向
上に伴い回転プレート２及び固定プレート３の強度の低
下を招くこともない。

【００３０】（３）従来のスリット方式の回転センサと
比較して構造が簡単でコストも安く、回転軸９の回転位
置を高分解能で検出できる。つまり、分解能が高い回転
センサ１を低コストで実現できる。

【００３１】（４）発光部として発光ダイオード５を用
い、受光部として受光ダイオード６，７を用いた。この
ため、回転センサ１の小型化が可能となり、安定した出
力信号を得ることができる。

【００３２】（５）半円弧状の貫通溝２ａ，３ａを通過
する発光ダイオード５からの光を集光レンズ４を用いて
受光ダイオード６に集光させるようにした。このため、
回転軸９の回転位置に対応した光量を確実に検出でき検
出精度を向上させることができる。

【００３３】尚、上記実施形態は、以下の態様で実施し
てもよい。 ○図４に示す円板状の回転プレート２０を回転軸９の端
部に固定した回転センサに具体化してもよい。詳述する
と、回転プレート２０には、光を遮光する遮光部２１，
２２の間に、光を透す円環状の光透過部２３が形成され
ている。光透過部２３は、その周方向において通過させ
る光量が変化するように形成されている。この回転プレ
ート２０の具体的な形成方法としては、例えば、透明の
樹脂材料等により円板を形成する。そして、遮光するた
めの塗料を塗着させて遮光部２１，２２を形成し、半透
明の樹脂材料を塗着させることで周方向に透明度の強弱
（明暗）をつけて光透過部２３を形成する。或いは、光
を遮光する樹脂材料により遮光部材を形成するとともに
半透明の樹脂材料等により周方向に透明度の強弱をつけ
た光透過部材を形成した後に、その遮光部材の間に光透
過部材を嵌着することで回転プレート２０を形成する。
また例えば、遮光するためのテープを、円環状に形成し
た透明の光透過部２３においてその周方向に段々と幅を
細くして貼付する。

【００３４】そして、この回転プレート２０を駆動モー
タの回転軸９に固定して、発光ダイオード５からの光が
光透過部２３を介して受光ダイオード６に受光されるよ
うに構成する。このようにすれば、光透過部２３を通過
する光量が回転軸９の回転に応じて変化し受光ダイオー
ド６に照射される光量が変化する。

【００３５】従って、図５のように、回転軸９の回転角
θが増加するほど、回転プレート２０の光透過部２３を
通過して受光ダイオード６に照射される光量が増加す
る。その結果、この回転プレート２０を採用すれば、上
記実施形態の固定プレート３を用いずに回転角θを的確
に検出できるので固定プレート３が不要となる。また、
集光レンズ４及び受光ダイオード７を省略できるので、
回転センサの構成部材を低減できる。このため、構成が
簡単で製造コストを低減でき、固定プレート３や集光レ
ンズ４の組み付け誤差等の誤差要因を低減できる。なお
本例では、光透過部２３が光通過部に相当し、回転プレ
ート２０が光通過部材に相当する。

【００３６】○受光ダイオード６に照射される光量は、
回転角θに応じて線形的に変化させる必要はなく、例え
ば、曲線的に増加させたり減少させたりするものでもよ
い。但し、上記のように線形的に変化させる方が、回転
角θに応じた出力を適正に得ることができるので実用上
好ましいものとなる。

【００３７】○上記実施形態では、１つの発光ダイオー
ド５を用いて具体化したが、複数の発光ダイオード５を
用いて具体化してもよい。要は、回転プレート２，２０
の回転に応じて、受光ダイオード６に照射される光量が
変化するように構成されるものであればよい。

【００３８】また、発光ダイオード５に代えて小型電球
等の発光体を用いてもよい。但し、小形、長寿命等の長
所を持つことから、上記実施形態のように発光ダイオー
ド５を用いた方が実用上好ましい。

【００３９】○上記実施形態において、発光ダイオード
５の近傍に受光ダイオード６と同じ仕様の補正用受光ダ
イオードを別に設け、その補正用受光ダイオードを用い
て受光ダイオード６の性能劣化や温度変化等を補正する
構成にしてもよい。つまり、受光ダイオード６と補正用
受光ダイオードの出力の差を検出することで、回転軸９
の回転位置をより正確に検出する。

【００４０】○上記実施形態では、受光ダイオード６，
７を用いて具体化したが、これに限定するものではな
く、例えば、受光トランジスタ等の受光素子を用いて具
体化してもよい。

【００４１】○上記実施形態では、回転センサ１は、駆
動モータの回転軸９の回転変位を検出するものであった
が、例えば、パワーステアリング装置において、ステア
リングシャフトに回転プレート２を固定して、その回転
変位を検出するものでもよい。また、上記実施形態の回
転センサ１は、自動車に限らず家電製品等における回転
体の回転変位の検出に適用してもよい。

【００４２】さらに、上記実施形態により把握される請
求項以外の技術的思想について、以下にそれらの効果と
共に記載する。 （イ）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転
センサにおいて、前記発光部は、発光ダイオードであ
り、前記受光部は受光ダイオードである。この構成によ
れば、小型化が可能となり、安定した出力信号を得るこ
とができる。

【００４３】（ロ）請求項３に記載の回転センサにおい
て、前記半円弧状の光通過部を通過する光を前記受光部
に集光するための集光レンズを備える。この構成によれ
ば、回転体の回転位置に対応した光量を確実に検出でき
検出精度を向上させることができる。

【００４４】（ハ）請求項１〜請求項３のいずれか一項
に記載の回転センサを備え、その回転センサの出力信号
に基づいて回転軸の回転変位を検出する回転検出装置。
この構成によれば、回転軸の回転変位を高分解能で検出
できるので実用上好ましいものとなる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、分解能を向上させて回転体の回転位置を
正確に検出できる。

【００４６】請求項２に記載の発明によれば、光通過部
を通過する光量が、回転体の回転に応じて線形的に変化
するので、分解能を容易に向上させることができる。請
求項３に記載の発明によれば、従来のスリット方式の回
転センサに比べて簡単な構成で分解能が向上されるので
低コスト化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の回転センサを示す概略構成図。

【図２】 （ａ）は回転プレートの平面図、（ｂ）は固
定プレートの平面図。

【図３】 回転角と光量との関係を示す図。

【図４】 別の回転プレートの平面図。

【図５】 回転角と光量との関係を示す図。

【符号の説明】

１…回転センサ、２…光通過部材としての回転プレー
ト、２ａ，２ｂ…光通過部としての貫通溝、３…光通過
部材としての固定プレート、３ａ，３ｂ…光通過部とし
ての貫通溝、５…発光部としての発光ダイオード、６，
７…受光部としての受光ダイオード、９…回転体として
の回転軸、２０…光通過部材としての回転プレート、２
３…光通過部としての光透過部。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA07 AA09 AA42 BB02 BB03 DD03 EE01 FF02 FF17 FF19 GG02 GG07 HH02 HH13 JJ03 JJ05 JJ07 JJ18 JJ23 KK01 LL04 MM04 PP22 UU02 UU07 2F103 BA01 BA37 CA01 CA02 DA08 EA12 EA17 EB06 EB08 EB12 EB16 EB33 EC04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を通過させるための光通過部を有する
   光通過部材と、前記光通過部材を照射する発光部と、前
   記光通過部を通過した光を受光する受光部とを有し、 前記光通過部を通過する光量を回転体の回転に応じて変
   化させ、その光量に基づいて回転体の回転位置を検出す
   ることを特徴とする回転センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転センサにおいて、 前記光通過部材は、前記光通過部を通過する光量が回転
   体の回転に応じて線形的に変化するように構成したこと
   を特徴とする回転センサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の回転センサにお
   いて、 前記光通過部材は、固定プレートと、その固定プレート
   と対面して配設され、回転体とともに回転する回転プレ
   ートとからなり、 前記固定プレート及び前記回転プレートの各々の光通過
   部は、前記回転プレートの所定回転角時に軸線方向にお
   いて重なるよう半円弧状に形成されたことを特徴とする
   回転センサ。