JPH0227201A - 位置検出センサ構造 - 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、所定範囲内で相対変位を行う二つの部材の
相対位置の変化を非接触で検出する位置検出センサの構
造に関する。

［従来の技術］ 従来、相対変位を行う二つの部材の相対位置の変化を検
出するための位置検出装置としては、例えば、実開昭６
１−１５２１２１号公報に示されるように、アースされ
た一方の部材の表面に摺動接点を当接させ、上記一方の
部材の他方に対する相対変位に伴う上記摺動接点の電位
の変化を検出することにより、上記一方の部材の他方の
部材に対する相対位置の変化を検出するようにしたもの
が、一般に良く知られている。

しかしながら、上記のように摺動接点などを用いた接触
タイプのものでは、摺動部の摩耗に伴って検出精度が低
下するなど、長期間の使用に対する耐久性が十分でない
という問題がある。

このため、非接触で位置検出を行うことにより上記問題
の解消を図るものとして、例えば、磁界の変化に応じて
出力値が変化する磁気検出素子を一方の部材に取り付け
るとともに、他方の部材には、両部材の相対変位の方向
に沿って磁界が変化する磁気回路を設け、この磁気回路
内で上記磁気検出素子が非接触で相対移動することがで
きるように配置し、上記二つの部材が相対変位を行った
場合には、これに伴って上記磁気検出素子が磁気回路内
を相対移動し、この移動に伴う該磁気検出素子に作用す
る磁界の変化を検出することにより、上記両部材の相対
位置の変化を検出するようにした位置検出センサが知ら
れている。

すなわち、上記位置検出センサでは、例えば第１０図に
示すように、鉄系材料で形成された２枚の板材９１ａを
所定間隔を隔てて平行に配置するとともに、これら板１
９１ａ、９１ａの両端部に永久磁石９１ｂ、９１ｂを極
性が互いに逆向きとなるようにそれぞれ挟設し、これら
２個の永久磁石９ｔｈと上記２枚の板材９１ａとで磁気
回路９１を形成し、この磁気回路９１内に、磁界の変化
に応じて出力値が変化する磁気検出素子９５が、上記２
枚の板材９１ａに対して非接触で長手方向に相対移動可
能に配置されており、この磁気検出素子９５と上記磁気
回路９１とで位置検出センサ９０が構成されている。

上記磁気回路９１内では、両端部の永久磁石９ｔｈ、９
ｔｈの近傍では磁束密度が高く、中央に近づくにつれて
磁束密度が低くなる。そして、中央を境にして磁界の方
向は逆向きとなっている。従って、磁気回路９１の長手
方向の全長について、磁界の特性（磁束密度及び磁界の
方向）が変化することになり、この磁気回路９！内を長
手方向に移動する上記磁気検出素子９５は、その移動方
向（磁気回路９！の長手方向）について変化する磁界の
特性の変化を検出し、磁気回路９１に対する自己９５の
相対的な位置の変化を検出することができる。

従って、相対変位を行う二つの部材のいずれか一方に上
記磁気回路９１を取り付け、他方に上記磁気検出素子９
５を取り付けることによって、これら両部材の相対的な
位置の変化を非接触で検出することができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記のような位置検出センサ９０では、磁気
回路９１内での長手方向に沿った磁束密度の変化率（単
位長さ当たりの磁束密度の変化量）が一定であるので、
磁気回路９１の全長についてセンサ９０の検出精度は一
定であり、部分的に高精度の位置検出が要求される場合
には対応することができない。また、上記二つの部材の
相対変位量が大きくなり、磁気回路９１の必要長さが長
くなった場合には、上記磁束密度の変化率が小さくなる
関係上、センサ９０の位置検出精度は低下する。

このため、上記両部材の相対変位量が比較的大きく、そ
の相対変位の全範囲について位置検出を行う必要があり
、且つ、その一部の所定領域については、他の領域に比
べて高精度の位置検出が要求される場合には、対応する
ことができないという難点があった。

この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、相対
変位を行う二つの部材の相対位置の変化を非接触で検出
するに際して、上記相対変位の全範囲についてその相対
位置の変化を検出することができろとともに、上記全範
囲のうち高い位置検出精度が要求される一部の所定領域
については、他の領域に比べて高い検出精度を与えるこ
とができる位置検出センサ構造を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ このため、この発明は、所定の方向に沿って磁界が変化
する磁気回路と、磁界の変化に応じて出力値が変化する
磁気検出素子とを備えるとともに、該磁気検出素子が上
記磁気回路内を上記所定の方向に非接触で相対移動する
ことができるように構成されており、相対変位を行う二
つの部材のいずれか一方に、上記相対変位の方向と上記
所定の方向とが略一致するように上記磁気回路を取り付
けるとともに、他方に上記磁気検出素子を取り付け、上
記二つの部材の相対変位に伴って上記磁気回路内を所定
の方向に相対移動する上記磁気検出素子が、該磁気検出
素子に作用する磁界の変化を検出することにより、上記
二つの部材の相対的な位置の変化を検出するようにした
位置検出センサ構造において、　上記二つの部材の相対
変位の全範囲について両部材の相対位置の変化を検出す
る第１の位置検出センサと、上記全範囲のうちの一部の
所定領域に配設され、該領域について、上記二つの部材
の相対位置の変化を上記第１の位置検出センサよりも高
い精度で検出する第２の位置検出センサとを設けたもの
である。

［発明の効果コ この発明によれば、上記二つの部材の相対変位の全範囲
について両部材の相対位置の変化を検出する第！の位置
検出センサに加えて、上記全範囲のうちの一部の所定領
域について、上記両部材の相対位置の変化を、上記第１
の位置検出センサよりら高い精度で検出する第２の位置
検出センサを設けたので、上記二つの部材の相対変位の
全範囲について両部材の相対位置の変化を検出すること
ができるとともに、上記全範囲のうちの一部の所定領域
については、池の領域よりも高精度で上記両部材の相対
位置の変化を検出することができる。

また、上記第１及び第２の位置検出センサが併設された
上記所定領域における二つの位置検出センサの検出結果
を相互に比較することにより、いずれか一方の位置検出
センサに故障が生じた場合には、直ちにこの故障の発生
を検知することができる。

［実施例コ 以下、この発明を、自動車の車輪舵角を検出する舵角セ
ンサに適用した場合の実施例について、添付図面を参照
しながら詳細に説明する。

第７図に示すように、本実施例に係る自動車の操舵機構
１０は、ステアリングホイールｌと、該ステアリングホ
イール１の回転がステアリングシャフト２及びインタメ
ゾイエイトシャフト３を順次弁して入力されるステアリ
ングギヤ装置４と、該ギヤ装置４の出力により左右の車
輪６．６を転舵させるタイロッド５とを備えており、上
記ステアリングホイール１の回転操作により、ラック・
アンド・ピニオン（不図示）等で構成された上記ステア
リングギヤ装置４を介して、タイロッド５を車幅方向（
横方向）に変位させ、該タイロッド５の横方向の変位に
より左右の車輪６，６の向きを変化させることができる
ようになっている。

上記ステアリングホイールＩの回転角（ハンドル舵角）
と車輪６．６のきれ角θ（車輪舵角）の伝達比は、上記
ステアリングギヤ装置４のギヤ比等により一定に設定さ
れており、ステアリングホイールｌの操舵に応じて車輪
６．６の舵角θを制御することができる。

この車輪舵角θを検出するための舵角センサ１１は、上
記ステアリングギヤ装＠４と該ギヤ装置４と同軸に設け
られたタイロッド５との連結部を覆うブーツ７の前方に
配置されており、タイロッド５に固定して設けられた外
側ブラケット８と、車体に対して固定されたステアリン
グギヤ装置４に固設された内側ブラケット９とで、上記
ステアリングギヤ装置４及びタイロッド５に対して平行
に取り付けられている。

上記舵角センサ１１は、後で詳しく説明するように、中
空円筒状のシリンダ１２と該シリンダ１２に対して相対
的に往復摺動可能に設けられたピストン１３とを備えて
おり、上記シリンダ１２側の端部１２ａ（外側端部）が
上記外側ブラケット８に締結固定される一方、ピストン
１３側の端部１３ａ（内側端部）は車体側に締結固定さ
れている。

従って、上記シリンダ１２とピストン１３とは、ステア
リングホイール！の操舵に伴うタイロッド５の横方向の
変位に応じて、相対的に往復摺動運動を行う。

尚、この舵角センサ１１の取付位置は、車幅方向に対す
る路面からの振動を吸収するためのステアリングダンパ
が設けられる車両では、このステアリングダンパが取り
付けられる位置であり、上記シリンダ！２及びピストン
１３は、このステアリングダンパに用いられるものを転
用することができる。

上記舵角センサ１１は、第１図及び第２図に詳しく示す
ように、中空円筒状のシリンダ１２と、軸受１４を介し
て該シリンダ１２内に挿通され、シリンダ１２に対して
その長手方向について相対的に往復摺動可能１こ設けら
れたピストン１３とを備えており、上記シリンダ１２の
内部には、車輪６．６の舵角θの変化を検出するために
、長手方向に沿って磁界が変化する磁気回路２１（第２
図参照）が取り付けられている。

該磁気回路２１は、第４図に詳しく示すように、鉄系の
材料で形成された２枚の板材２１ａと、これら板材２１
ａ、２１ａの両端部近傍にそれぞれ挟設された永久磁石
２１ｂ、２１ｂとで構成されており、上記２枚の板材２
１ａは所定の間隔を設けて平行に配置され、上記永久磁
石２１ｂ、２１ｂはこれら板材２１ａ、２ｆａの両端部
近傍にその極性が互いに逆向きとなるように取り付けら
れている。

上記磁気回路２１内では、両端部の永久磁石２１ｂ、２
１ｂの近傍では磁束密度が高く、中央に近づくにつれて
磁束密度が低く、そして、中央を境にして磁界の方向が
逆向きとなっている。従って、磁気回路２１の長手方向
の全長Ｌｌ（両端部の永久磁石２１ｂ、２１ｂ間の距離
）について、磁界の特性（磁束密度及び磁界の方向）が
変化することになる。

尚、上記磁気回路２Ｉの全長し、は、上記自動車の操舵
機構１０におけるステアリングギヤ装置４とタイロッド
５との全相対変位量をカバーするに足る長さに設定され
ている。

上記磁気回路２１の両端部は、該磁気回路２１を保持す
る磁気回路ホルダ２２．２２の一端に、例えばリベット
結合され、これら磁気回路ホルダ２２．２２の他端は、
シリンダ１２の左右の端部にそれぞれ取り付けられたプ
ラグ＋　５．１６（第１図参照）にそれぞれ固着されて
おり、磁気回路２１は、これらプラグ１５．１６及び上
記磁気回路ホルダ２２．２２を介して、上記シリンダ１
２に対して固定されている。

一方、上記ピストン１３の先端部には、第３図及び第６
図に詳しく示すように、上記磁気回路２！の板材２１ａ
、２１ａと直角方向に配置された２枚の平行なガイド板
２３が固着されており、該ガイド板２３．２３の上下の
端部は、上記プラグ１５．１６に両端が固定された上下
のガイドレール１７．１７にそれぞれ凹設されたガイド
溝１７ａ。

・・・、１７ａに嵌合し、シリンダ１２とピストン１３
とが相対的に変位すれば、上記ガイド板２３．２３は、
上記ガイド溝」７ａ、・・・、１７ａに案内されてシリ
ンダ１２内を自在に移動することができる。

上記ガイド板２３．２３には、反ピストン側（図におけ
る右側）に延びる延長部２３ａ、２３ａが一体に形成さ
れており、該延長部２３ａ、２３ａの上面にはモジュー
ル取付板２４が固着されている。該モジュール取付板２
４の左右方向の略中央からは、下方に向かって立ち下が
るとともにシリンダ１２の内壁に向かって延びる略し字
状のアーム部２４ａが延設されており、該アーム部２４
ａの先端部２４ｂは上記磁気回路２１内で２枚の板材２
１ａに平行に配置され、該先端部２４ｂには、磁界の変
化に応じて出力値が変化する磁気検出素子２５が取り付
けられている。そして、この磁気検出素子２５と上記磁
気回路２１とで、ステアリングギヤ装置４とタイロッド
５との相対変位の全範囲について両者４，５の相対位置
の変化を検出する第１の位置検出センサ２０（以下、第
１センサという。）が構成されている。

一方、上記モジュール取付板２４の上面には、上記磁気
検出素子２５からの出力電圧を検出して外部に対して検
出信号を出力するための、例えば集積回路を内蔵した検
出モジュール２６か締結固定されており、この検出モジ
ュール２６からの検出信号は、ピストン１３の軸芯部に
穿設された長孔（不図示）を挿通して配線されたハーネ
ス２７（第１図参照）を介して外部の制御機器（例えば
、車載のコントロールユニット）に出力されるようにな
っている。

以上の構成において、ステアリングホイール１の操舵に
よってタイロッド５か横方向に変位し、このタイロッド
５の変位に応じて車輪６の舵角θに変化が生じた場合、
上記タイロッド５のステアリングギヤ装置４に対する変
位量に応じて舵角θセンサ１１のシリンダ１２とピスト
ン１３とが相対的に摺動変位し、ガイド板２３．２３及
びモジュール取付板２４を介して上記磁気検出素子２５
が、磁気回路２１内で長手方向（左右方向）に非接触で
相対的に移動する。そして、上記磁気検出素子２５は、
長手方向に沿って変化する磁気回路２１の磁界の変化を
検出し、該磁気回路２１に対する相対的な位置の変化、
すなわち、ピストン！３のシリンダ１２に対する相対変
位を検出することができる。

ところで、本実施例では、自動車の走行安定性を向上さ
せる上で、車輪６の全操舵範囲のうちで特に精度の高い
舵角検出が求められる中立位置付近での検出精度を向上
させるために、上記第１センサ２０に加えて、上記中立
位置付近をカバーする第２の位置検出センサ３０（以下
、第２センサという。）が設けられている。

以下、この第２センサ３０について説明する。

第１図及び第２図に示すように、該第２センサ３０は上
記第！センサ２０と略同様の構成を備えており、第２セ
ンサ３０の磁気回路３１（第２磁気回路）は、第１セン
サ２０の磁気回路２１（第１磁気回路）とシリンダ１２
の直径方向の対向する部位に配置され、磁気回路ホルダ
３２，３２、及び左右のプラグ１５　１６を介してシリ
ンダ１２に対して固定されている。

上記第２磁気回路３１は、第５図に詳しく示すように、
所定間隔を隔てて平行に配置された２枚の鉄系の板材３
１ａと、これら板材３１ａ、３１ａの両端部近傍に極性
が逆向きとなるようにそれぞれ挟設された２個の永久磁
石３１ｂとで構成されており、上記板材３１ａ、３１ａ
は、例えば、シリンダ１２内での取り付はスペースの関
係上、両永久磁石ａｔｂ、３ｔｂ間に対応する部分がシ
リンダ１２の中心に向かってオフセットするように形成
されている。

上記第２磁気回路３１は、例えば、第１磁気回路２１用
のものと同じ磁界強さの永久磁石３１ｂ。

３１ｂが用いられるとともに、その全長り、（永久磁石
３１ｂ、３１ｂ間の距Ｍ）が上記第１磁気回路２Ｉの全
長ｒｌ、Ｉの１／２に設定されており、このため、その
長手方向について、磁束密度の変化率は第１＠気回路２
Ｉの場合の２倍になっている。

一方、第３図及び第６図に詳しく示すように、ピストン
１３の先端部に固着されたガイド板２３゜２３の延長部
２３ａ、２３ａの下面には、上記第１センサ用のモジュ
ール取付板２４（第１モジユール取付板）に対向して配
置された第２センサ用のモジュール取付板３４（第２モ
ジユール取付板）が固着されており、該第２モジユール
取付板３４の下面には、第１センサにおける検出モジュ
ール２６（第１検出モジユール）と同様の第２センサ用
の検出モジュール３６（第２検出モジユール）が締結固
定されている。

また、上記モジュール取付板３４の左右方向の略中央か
らは、略し字状のアーム部３４ａが上方に立ち上がると
ともにシリンダ１２の内壁に向かって延設されており、
上記アーム部３４ａの先端部３４ｂは、第２磁気回路３
１の板材３Ｉａ、３１ａ間に平行に配置されている。第
２センサ用の磁気検出素子３５（第２磁気検出素子）は
、上記アーム部３４ａの先端部３４ｂに取り付けられ、
第１センサ用のもの（第１磁気検出素子２５）と同じく
、シリンダ１２とピストン１３との相対変位に伴って、
上記第２磁気回路３１の板材３１ａ、３１ａ間を非接触
で移動するようになっている。

上記第２磁気回路３１は、上記したように長手方向に沿
った磁束密度の変化率が第１磁気回路２１の２倍である
ので、位置検出精度も２倍になる。

すなわち、第８図のグラフに示すように、第２磁気検出
素子３５が全長り、の第２磁気回路３１内を移動する際
の単位長さ当たりの出力電圧の変化率（第８図における
直線Ｃ９の傾き）は、第１磁気検出素子２５が全長り、
（＝２Ｌ、）の第１磁気回路２Ｉ内を移動する際の上記
変化率（第８図における直線Ｑ１の傾き）の２倍になっ
ており、その出力電圧の誤差は１／２となるのである。

従って、上記第２センサ３０が設置されている領域につ
いては、第１センサ２０のみで位置検出を行う他の領域
に比べて２倍の検出精度を得ることができる。更に、上
記領域では、第１センサ２０と第２センサ３０の両方で
同時に相対位置の変化を検出することができるので、両
者２０．３０の検出結果を比較することにより、いずれ
か一方の検出センサ２０又は３０に故障が生じた場合に
は、直ちにこの故障発生を検知することができるのであ
る。

尚、上記実施例（以下、第１実施例という。）は、自動
車の車輪舵角θを検出する舵角センサ１１に適用したも
のであったが、本発明は、上記舵角センサに限らず、相
対変位を行う二つの部材の相対位置の変化を検出する他
の位置検出装置にも適用することができるのは、もちろ
んのことである。

また、上記第１実施例は、相対的に直線的な往復運動を
行う二つの部材４，５間の相対位置の変化を検出するも
のであったが、本発明は、相対的に回動する二つの部材
間の回動方向の相対位置の変化を検出する場合にも適用
することができる。

以下、本発明の第２実施例について説明する。

第９図に示すように、本実施例に係る位置検出センサ５
１では、相対的に回動する二つの部材５２．５３の全回
動範囲について、その回動方向における両部材５２．５
３の相対的な位置の変化を検出する第１センサ６０と、
上記全回動範囲のうちの一部の領域をカバーする第２セ
ンサ７０とが、上下に平行に配設されている。

上記第１センサ６０の磁気回路６１（第１磁気回路）は
、鉄系材料で円弧状に形成された２枚の平行な板材６１
ａと、これら板材６１ａ、６１ａの端部に極性が逆向き
となるようにそれぞれ挟設された２個の永久磁石６１ｂ
とで構成され、上記第２センサ７０の磁気回路７１（第
２磁気回路）も、上記第！磁気回路６１と同様に、２枚
の平行な円弧状の板材７１ａと２個の永久磁石７１ｂと
で構成されており、上記第２磁気回路７１の円弧の長さ
は第１磁気回路６１の円弧よりも短く設定されている。

従って、磁束密度の変化率は、第１磁気回路６１よりも
第２磁気回路７Ｉの方が高くなっており、第２センサ７
０は、第１センサ６０よりも高精度で位置検出を行うこ
とができる。また、上記第１磁気回路６１及び第２磁気
回路７１は、取付部材５４及び５５をそれぞれ介して一
方の回動部材５２に固定されている。

上記第１センサ６０及び第２センサ７０の磁気検出素子
６５及び７５は、それぞれ検出モジュール６６．７６を
介して、他方の回動部材５３に固定された取付板５６に
取り付けられており、上記検出モジュール６６．７６は
、ハーネス５７．５８によりそれぞれ外部に対して検出
信号を出力することができるようになっている。そして
、第１センサ６０の磁気検出素子６５（第１磁気検出素
子）は第１磁気回路６１の板材６１ａ、６１ａ間に、第
２センサ７０の磁気検出素子７５（第２磁気検出素子）
は第２磁気回路７１の板材７１ａ、７１ａ間に、それぞ
れ配置されている。

従って、上記二つの部材５２，５３が相対的に回動した
際には、上記第１＠気検出素子６５及び第２磁気検出素
子７５が、それぞれ第１磁気回路６１内、及び第２磁気
回路７１内で回動し、上記両部材５２．５３の回動力向
の相対位置の変化を検出することができる。

また、上記両部材５２．５３の全回動範囲についてその
相対位置の変化を検出する第１センサ６０に加えて、上
記全回動範囲のうちの一部の所定領域について、他の領
域よりも高い精度で位置検出を行うことができる第２セ
ンサ７０を設けたので、第１実施例の場合と同様の効果
を奏することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る舵角センサの縦断面
説明図、第２図は第１図のＡ−Ａ線方向の断面説明図、
第３図は第１図のＢ−Ｂ線方向の断面説明図、第４図は
上記第１実施例に係る第１磁気回路の全体斜視図、第５
図は上記第１実施例に係る第２磁気回路の全体斜視図、
第６図は上記第１実施例に係る検出モジュール及びモジ
ュール取付板の分解斜視図、第７図は上記第１実施例に
係る自動車の操舵機構の概略斜視図、第８図は上記第１
実施例に係る位置検出センサの出力特性を示すグラフ、
第９図は第２実施例に係る位置検出センサの全体斜視図
、第１０図は従来の位置検出センサの断面説明図である
。 ４・・・ステアリングギヤ装置、５・・・タイロッド、
１１・・・舵角センサ、１２・・・シリンダ、１３・・
・ピストン、２０．６０・・・第！センサ、２１．６１
・・・第１磁気回路、２５．６５・・・第１磁気検出素
子、３０゜７０・・・第２センサ、３１．７１・・・第
２磁気回路、３５．７５・・・第２磁気検出素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の方向に沿って磁界が変化する磁気回路と、
   磁界の変化に応じて出力値が変化する磁気検出素子とを
   備えるとともに、該磁気検出素子が上記磁気回路内を上
   記所定の方向に非接触で相対移動することができるよう
   に構成されており、相対変位を行う二つの部材のいずれ
   か一方に、上記相対変位の方向と上記所定の方向とが略
   一致するように上記磁気回路を取り付けるとともに、他
   方に上記磁気検出素子を取り付け、上記二つの部材の相
   対変位に伴つて上記磁気回路内を所定の方向に相対移動
   する上記磁気検出素子が、該磁気検出素子に作用する磁
   界の変化を検出することにより、上記二つの部材の相対
   的な位置の変化を検出するようにした位置検出センサ構
   造において、 上記二つの部材の相対変位の全範囲について両部材の相
   対位置の変化を検出する第１の位置検出センサと、上記
   全範囲のうちの一部の所定領域に配設され、該領域につ
   いて、上記二つの部材の相対位置の変化を上記第１の位
   置検出センサよりも高い精度で検出する第２の位置検出
   センサとを設けたことを特徴とする位置検出センサ構造
   。