JPH09105604A - 角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２個のセンサを使用する冗長性を有する角度
検出装置において、センサのエアギャップ調整およびセ
ンサの精度確保を容易とし、かつ装置全体を小型化す
る。特に、建設機械等の高荷重用に使用される。 【解決手段】 ハウジング２およびその押え蓋３と、ハ
ウジング２内に軸受１１で支持された回転軸１との間に
２個のセンサＳ１，Ｓ２を設置する。一方のセンサＳ１
は、回転角検出面Ｂ１を回転軸１の軸方向に設け、他方
のセンサＳ２は回転角検出面Ｂ２を径方向に設ける。一
方のセンサＳ１は、磁気式の非接触センサとし、他方の
センサＳ２はポテンショメータ等の接触式センサとす
る。軸受１１は予圧状態とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建設機械や産業
機械に使用され、特に回転軸に荷重が負荷された状態で
回転角度を検出でき、かつ２個のセンサを備えることに
より冗長性を有した回転角度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高荷重用の回転角度検出装置とし
て、図５〜図６に示すものがある（例えば実願平５−５
６５４９号）。この検出装置は、ハウジング５１の蓋５
４に設けた一方の回転検出面Ａ１に対面させて、回転軸
５２の軸端に回転検出面Ａ２を設け、これら回転角検出
面Ａ１，Ａ２に各種のセンサを配置する構造となってい
る。回転軸５２は、ハウジング５１内に設けた軸受５３
で支持し、小径となった一端部５２ａを軸孔５７からハ
ウジング５１の外へ突出させてある。前記センサは、例
えば接触形のポテンショメータと非接触形のセンサを組
み合わせることにより冗長性を持たせ、高精度の検出が
可能なように提案している。図６は、これらセンサＲ
１，Ｒ２の一例であり、ポテンショメータからなるセン
サＲ１は、回転角検出面Ａ１に設けた略リング状の抵抗
体５５ａと、回転角検出面Ａ２に設けたブラシ５５ｂと
でなる。非接触形のセンサＲ２は、回転角検出面Ａ２に
設けた多極の磁気パターン５６ａと、これを検出するＭ
Ｒ素子等の磁気検出子５６ｂとでなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例では、冗長
性を持たせるために、接触形のポテンショメータからな
るセンサＲ１と非接触のセンサＲ２を組み合わせ、２個
のセンサＲ１，Ｒ２を同一面上に設置している。そのた
め、次の問題が生じる。 例えば、非接触形のセンサＲ２を、ＭＲ素子等の磁気
検出子５６ｂと磁気パターン５６ａの組み合わせで構成
した場合、分解能を高くするには、磁気検出子５６ｂと
磁気パターン表面までのエアギャップを厳しく管理する
必要がある。また、ポテンショメータ式のセンサＲ１に
ついても、ブラシ５５ｂの抵抗体５５ａに対する接触圧
を管理するため、回転角検出面Ａ１，Ａ２のエアギャッ
プを管理する必要がある。したがって、２個のセンサＲ
１，Ｒ２を同一面上に設置すると、２個のセンサＲ１，
Ｒ２のエアギャップ調整を１方向の寸法調整で行うこと
となり、調整が煩雑になる。 ２つのセンサＲ１，Ｒ２を同一面上に設置すると、径
方向に大きくなり、角度検出装置の全体寸法が大きくな
る。 センサＲ１，Ｒ２の精度を一定とした場合、センサＲ
１，Ｒ２の検出位置の径が大きいほど精度確保に有利で
あるが、２つのセンサＲ１，Ｒ２を同一面上に設置する
と、許容寸法内に納めるためには、一方のセンサ検出位
置の径を小さくする必要があり、精度確保に不利とな
る。例えば、ＭＲ素子では、一般にエアギャップ量は磁
石の１極の幅とされており、同一分解能の場合、センサ
検出位置の径が小さいほど、１極の幅が小さくなり、エ
アギャップ量を小さくする必要がある。そのため、精度
確保が難しくなる。

【０００４】この発明は、上記の課題を解消するもので
あり、２個のセンサを使用する冗長性を有する角度検出
装置において、センサのエアギャップ調整およびセンサ
の精度確保を容易とし、さらに装置全体を小型化するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の角度検出装置
は、ハウジングおよびその蓋体と、前記ハウジング内に
軸受で支持された回転軸との間に２個のセンサを設置
し、一方のセンサは、回転角検出面を回転軸の軸方向に
設け、他方のセンサは回転角検出面を径方向に設けたも
のである。この構成によると、２個のセンサのエアギャ
ップ調整方向が異なるため、独立してそれぞれの調整が
可能となる。２個のセンサを同一面上に設置しないた
め、径方向の寸法を小さくできる。また、一方のセンサ
の検出位置の径を小さくする必要がなく、両方のセンサ
の検出位置を大きくとれる。軸受は複数設け、これら軸
受を予圧状態とすることが好ましい。このように予圧状
態とすることで、軸受剛性が高められ、回転軸にある程
度大きな荷重が作用しても、エアギャップへの影響が小
さくて精度良く回転角度が検出できる。前記２個のセン
サは、いずれか一つを接触形センサとし、他の一つを非
接触形センサとすることが好ましい。このように、種類
の違う二つのセンサを使用することで、種々の誤差発生
要因に対して、両方のセンサに同時に大きな誤差が生じ
ることが少なくなり、冗長性による精度や信頼性の確保
が一層確実となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図４と共に説明する。この角度検出装置は、ハウジン
グ２の中に、径方向に回転検出面Ｂ１を持つ非接触形セ
ンサＳ１と、軸方向に回転角検出面Ｂ２を持つ接触形セ
ンサＳ２とを内蔵し、かつ非接触形センサＳ１の磁気検
出子１０により検出した信号を増幅して矩形波処理する
ための信号処理回路装置１４も内蔵する。非接触形セン
サＳ１は、前記磁気検出子１０と磁気ドラム９とでな
り、磁気検出素子１０にはＭＲ素子（磁気抵抗素子），
ホール素子などが使用される。接触形センサＳ２はポテ
ンョメータからなり、抵抗体形成体１６と刷子アッセン
ブリ１７で構成される。

【０００７】ハウジング２は、上端に端壁を有する竪形
円筒状に形成されて、下端の開口外周に鍔２ａを有して
おり、下端開口は蓋体である押え蓋３で閉じられてい
る。押え蓋３は、ハウジング２の下端開口の周縁に設け
られた座繰状部に嵌合してハウジング２にビス固定さ
れ、前記座繰状部に続くハウジング２内の内径面に嵌合
したリング状のスペーサ５を介して軸受１１の外輪を押
え込んでいる。押え蓋３の外面には封止樹脂３４が設け
られている。

【０００８】回転軸１は、ハウジング２に嵌入された２
個の軸受１１により、軸大径部１ａが回転自在に支持さ
れている。軸大径部１ａの一端の鍔状突出部１ｃと、内
外輪の間座１２，１３と、軸受幅押え６によって定位置
予圧を掛け、剛性を高めている。回転軸１の一端の小径
部１ｂは、ハウジング２の天板部の孔から外部に突出し
ており、その孔にはオイルシール等のシール部材１５が
設けられている。回転軸１の他端は段付き形状をしてお
り、前記の軸受幅押え６と、磁気ドラム９と、刷子アッ
センブリ１７とが、互いに同心に配置されて各々ビスで
固定されている。磁気ドラム９には、外周に多極に着磁
された磁気パターンの磁石帯９ａがあり、この磁気ドラ
ム９によるセンサＳ１の回転角検出面Ｂ１は径方向とな
る。磁石帯９ａの磁気パターンは、一定間隔で磁極を設
けたインクリメンタル式のものであっても、アブソリュ
ート式のものであっても良い。刷子アッセンブリ１７に
はブラシ１７ａが軸方向に取り付けられており、このブ
ラシ１７ａを用いるセンサＳ２の回転角検出面Ｂ２は軸
方向となる。

【０００９】押え蓋３は、ハウジング２内のセンサＳ
１，Ｓ２を挿入する空間と信号処理回路装置１４を挿入
する空間とを仕切っている。押え蓋３のセンサ側面に
は、刷子アッセンブリ１７と対応する径方向位置に、ポ
テンショメータを構成する電気抵抗体１６ａ（図４）と
電極１６ｂとが同心のリング状に設けられている。これ
ら電気抵抗体１６ａおよび電極１６ｂは、押え蓋３に固
定された抵抗体形成体１６に設けられている。また、押
え蓋３のセンサ側面には、磁気ドラム９の磁石帯９ａに
対応する位置に、磁気検出子１０の固定されたセンサ固
定ブロック４がビスで固定されている。センサ固定ブロ
ック４は、図３のようにスペーサ５に設けたられた案内
溝５ａにスペーサ５の径方向へ移動可能に嵌合してい
る。

【００１０】図１において、押え蓋３の反センサ側面に
は、磁気検出子１０の信号処理回路装置１４が固定され
ており、さらにその外側に離れてバックプレート７が固
定されている。この押え蓋３とバックプレート７の間の
空間は、調整検査終了後に、封止樹脂３４で固められ
る。信号処理回路装置１４は、回路基盤に各種の電気素
子を設けたものであり、そのリード線および前記抵抗体
形成体１６に接続されたリード線を纏めたケーブル２９
が、ハウジング２の外部へ径方向に導出されて、コネク
タ３１（図２）から外部機器（図示せず）に接続され
る。

【００１１】この構成によると、ポテンショメータの抵
抗体１６とブラシ１７ａとの接触圧の設定は、軸方向の
寸法設定でエアギャップ調整することにより行う。例え
ば、スペーサ５の厚さを変え、押え蓋３で押し付けて固
定することで調整する。磁気検出子１０のエアギャップ
調整は、押え蓋３に固定されたセンサ固定ブロック４が
スペーサ５の案内溝５ａ内で径方向に移動するように、
押え蓋３をスペーサ５に対して径方向に移動させること
により行う。このように案内溝５ａに沿って移動させる
ことにより、センサ固定ブロック４の位置決めが精度良
く行える。この角度検出装置は、このように２個のセン
サＳ１，Ｓ２のエアギャップ調整方向が異なるため、独
立してそれぞれの調整が可能となる。また、２個のセン
サＳ１，Ｓ２を同一面上に設置しないため、装置全体の
径方向寸法を小さくでき、かつ一方のセンサＳ１，Ｓ２
の検出位置の径を小さくする必要がなくて、両方のセン
サＳ１，Ｓ２の検出位置を大きくとれる。そのため、精
度の確保が容易となる。

【００１２】回転軸１は、軸受１１を予圧状態として支
持しているため、建設機械等の高荷重用に使用しても、
軸受剛性が高く、回転軸１に作用する荷重による各方向
のエアギャップへの影響が小さく、精度良く回転角度が
検出できる。２個のセンサＳ１，Ｓ２は、２個を使用し
て単に冗長形としただけでなく、一方を接触式、他方を
非接触式として形式を異ならせてあるため、種々の誤差
発生要因に対して、両方のセンサに同時に大きな誤差が
生じることが少なくなり、冗長性による精度や信頼性が
一層確実に得られる。この実施例では、例えば回転軸１
に作用する長時間の高荷重によってブラシ１７ａが摩耗
しても、他のセンサＳ１の併用のために精度低下を最小
限に抑えることができる。

【００１３】なお、前記実施の形態では、径方向の回転
角検出面Ｂ１を有するセンサＳ１を非接触形とし、軸方
向の回転角検出面Ｂ２を有するセンサＳ２を接触形とし
たが、この逆に径方向の回転角検出面Ｂ１を有するセン
サＳ１を接触形とし、軸方向の回転角検出面Ｂ２を有す
るセンサＳ２を非接触形としても良い。また、径方向お
よび軸方向の各回転角検出面Ｂ１，Ｂ２に対して、セン
サＳ１，Ｓ２は１個ずつに限らず、２個以上設けても良
い。

【００１４】

【発明の効果】この発明の角度検出装置は、２個のセン
サのエアギャップ調整方向が異なるため、独立してそれ
ぞれの調整が可能となり、エアギャップ調整が容易とな
る。また、２個のセンサを同一面上に設置しないため、
径方向の寸法を小さくでき、装置全体を小型化できる。
また、一方のセンサの検出位置の径を小さくする必要が
なく、両方のセンサの検出位置を大きくとれるため、精
度の確保が容易となる。回転軸を支持する軸受を複数設
けてこれら軸受を予圧状態とした場合は、軸受の剛性が
高められ、回転軸にある程度大きな荷重が作用しても、
エアギャップへの影響が小さくて精度良く回転角度が検
出できる。そのため高荷重用に好適である。回転角検出
面を軸方向に設けたセンサが接触形センサであり、回転
角検出面を径方向に設けたセンサが非接触形センサであ
る場合は、前記２個のセンサのうち、いずれか一つを接
触形センサとし、他の一つを非接触形センサとした場合
は、冗長性による精度や信頼性確保の効果が一層優れた
ものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる角度検出装置の
断面図である。

【図２】同角度検出装置の裏面図である。

【図３】そのスペーサとセンサ固定ブロックの関係を示
す斜視図である。

【図４】同角度検出装置の部分分解斜視図である。

【図５】従来例の断面図である。

【図６】（Ａ）はその一方の回転角検出面の説明図、
（Ｂ）は他方の回転角検出面の説明図である。

【符号の説明】

１…回転軸、２…ハウジング、３…押え蓋（蓋体）、４
…センサ固定ブロック、５…スペーサ、６…軸受押え、
７…バックプレート、９…磁気ドラム、９ａ…磁気帯、
１０…磁気検出子、１１…軸受、１２，１３…間座、１
４…信号処理回路装置、１６…抵抗体形成体、１６ａ…
抵抗体、１７…刷子アッセンブリ、３４…封止樹脂、Ｂ
１，Ｂ２…回転角検出面、Ｓ１，Ｓ２…センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングおよびその蓋体と、前記ハウ
   ジング内に軸受で支持された回転軸との間に２個のセン
   サを設置し、一方のセンサは、回転角検出面を回転軸の
   軸方向に設け、他方のセンサは回転角検出面を径方向に
   設けた角度検出装置。
2. 【請求項２】 前記軸受を複数設け、これら軸受を予圧
   状態とした請求項１記載の角度検出装置。
3. 【請求項３】 前記２個のセンサのうち、いずれか一つ
   のセンサが接触形センサであり、他の一つのセンサが非
   接触形センサである請求項１または請求項２記載の角度
   検出装置。