JP4982925B2 - Rotation angle detector - Google Patents

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JP4982925B2 JP2001146212A JP2001146212A JP4982925B2 JP 4982925 B2 JP4982925 B2 JP 4982925B2 JP 2001146212 A JP2001146212 A JP 2001146212A JP 2001146212 A JP2001146212 A JP 2001146212A JP 4982925 B2 JP4982925 B2 JP 4982925B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の車体制御システムなどに用いられる多回転のハンドルの回転角度検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、自動車用ハンドルのように1回転以上に有限で回転する回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置として、特表平11−500828号公報に開示されているものが知られている。この装置においては、位相差を有する2つの回転体の角度から回転角度を検出している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の装置においては、歯車のがたつきなどにより2つの歯車の角度がそれぞれずれた場合、特に装置の動作開始時に大きな測定誤差が発生する可能性があり、また回転角度を算出するにあたり、複雑な計算処理を必要としていた。
【0004】
本発明はこの課題を解決するためのものであり、大きな誤差を発生することなく、また簡単な計算処理で多回転する回転体の回転角度を高分解能で検出でき、回転体や検出手段の異常検出もでき、温度特性の優れた高信頼性の回転角度検出装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載の発明は、多回転可能な外周に歯車を持った第1の回転体と、前記第1の回転体の歯車に連結され第1の回転体より高速に回転する外周に歯車を持った第2の回転体と、前記第2の回転体の回転角度を検出する第1の検出手段と、前記第2の回転体の同軸上に共に回転するウォームギヤに連結され、外周にホイールギヤを持った前記第1の回転体より低速で回転する第3の回転体と、前記第3の回転体の回転角を検出する第2の検出手段とを備え、前記第1の検出手段と第2の検出手段が磁気検出素子であり、各々の磁気検出素子が前記第2,第3の回転体に結合された磁石を走査すると共に、前記第1の検出手段により細かい絶対回転角度を検出し、前記第2の検出手段により粗い絶対回転角度を検出し、前記第2の検出手段により前記第2の回転体の回転数を確定することによって前記第1の回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記第1,第2,第3の回転体とを組込み後、前記第2の回転体の回転基準と前記第3の回転体の回転基準との差を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記回転基準の差を補正することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、磁気検出素子と磁石による2つの第1,第2の検出手段によって、非接触で角度検出できると共に、多回転可能な回転体を、大きな誤差を発生することなく、また簡単な計算処理で多回転する回転体の回転角度を算出できるという作用を有する。
さらに、前記第1,第2,第3の回転体とを組込み後、前記第2の回転体の回転基準と前記第3の回転体の回転基準との差を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記回転基準の差を補正することによって、上述装置に前記第2,第3の回転体を組込む時に、前記第2,第3の回転体に固定された歯車の角度がそれぞれずれた場合でも装置動作時の大きな測定誤差の発生を防止することができるという作用を有する。
【0010】
本発明の請求項記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記回転体に結合された磁石の回転角度に対して前記磁気検出素子から出力されるsin信号とcos信号からtan信号を算出して前記回転体の回転角度を算出することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記検出素子感度の温度ドリフトを相殺することができるという作用を有する。
【0011】
本発明の請求項に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第2の回転体と前記第3の回転体とを組込み後、前記各磁気検出素子から出力されるsin信号とcos信号の基準信号を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記基準信号にて前記sin信号とcos信号を補正することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記検出素子と前記磁石の相対位置がずれた状態で組み込まれても、装置動作時の大きな測定誤差の発生を防止することができる。
【0012】
本発明の請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれか1項に記載の発明において、前記第1の検出手段の回転信号と前記第2の検出手段の回転信号より、前記第1の検出手段或いは第2の検出手段の異常を検出することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記検出手段が故障しても誤った測定値を回転角度検出装置外に出力することを防止することができる。
【0013】
本発明の請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれか1項に記載の発明において、第1の検出手段の回転信号と前記第2の検出手段の回転信号より前記第2の回転体あるいは前記第3の回転体の異常を検出することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記回転体が故障しても誤った測定値を回転角度検出装置外に出力することを防止することができる。
【0014】
本発明の請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれか1項に記載の発明において、前記第1の検出手段と前記第2の検出手段により検出された前記第1の回転体の回転角度をシリアル信号として送信する演算回路部を備えたことを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、装置内部で角度算出でき外部に通信できるという作用を有する。
【0015】
本発明の請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれか1項に記載の発明において、前記第1の回転体の角度は自動車の操舵角であり、前記第1の回転体が操舵軸に係合されて前記操舵軸と共に回転する回転角度検出装置としたものであり、少ない部品点数で自動車の絶対操舵角を検出できるという作用を有する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図1から図6を用いて説明する。
【0017】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における回転角度検出装置を示す平面図、図2は同一部切欠正面図、図3は同一部切欠側面図、図4は同装置における第1の回転体1の回転角度と第2の回転体2及び第3の回転体7の回転角度との関係を示す図、図5は同じく第1の回転体1の回転角度と第2の回転体2及び第3の回転体7の回転角度との関係を示す図、図6は第1の検出手段3と第2の検出手段5と演算回路部14の関係を示すブロック図、図7,図8は第1,第2の検出手段3,5の出力信号を示す図である。
【0018】
図1ないし図3において、1は外周に歯車がついた第1の回転体、2は外周に歯車がついた第2の回転体であり、第1の回転体1に増速関係で連結されている。3は第2の回転体2の中央部に組み込まれており第2の回転体2とともに回転する磁石4の磁界方向を検出する第1の検出手段(異方性磁気検出素子)、5は第3の回転体7の中央部に組み込まれており第3の回転体7とともに回転する磁石6の磁界方向を検出する第2の検出手段(異方性磁気検出素子)、8は第2の回転体2に固定されておりウォームギヤ9を有する軸であり、ケース10に設けられた軸受け12,13により位置規制されている。ウォームギヤ9は、軸8に固定されており第3の回転体7の外周に切られたホイールギヤと連結されている。第3の回転体7はケース10に設けられた軸受け11により位置規制されており、第1の回転体1に対して減速関係にある。
【0019】
第1の回転体1の歯車は第2の回転体2の歯車と連結されており、第2の回転体2は第1の回転体1が回転すると各歯車の歯数の比による増速比で回転する。第3の回転体7のホイールギヤはウォームギヤ9と連結されており、第2の回転体2が回転すると軸8、ウォームギヤ9が回転しウォームとホイールの減速比で回転する。
【0020】
図6において、14はマイクロコンピュータ(演算回路部)であり、第1の検出手段3と第2の検出手段5にAMP(増幅器)を介して接続されており、それぞれの出力信号をマイクロコンピュータ14へ入力して回転角度を演算しその結果をシリアル信号として送信する。また、マイクロコンピュータ14には前記各異方性磁気検出素子3,5から出力されるsin信号とcos信号の基準信号等を記憶する不揮発性のメモリ(EEPROM)が接続されている。
【0021】
次に、以上の構成により回転体の回転角度検出方法について説明する。図1において、第1の回転体1が回転したとき、その外周にある歯車と第2の回転体2の外周にある歯車によって第2の回転体2を回転させる。第1の回転体1の歯車の歯数をa、第2の回転体2の歯車の歯数をb、ウォームギヤ9と第3の回転体7の外周に切られたホイールギヤとの減速比をcとすると、第2の回転体2は第1の回転体1に対してa/b倍の速さで回転する。第2の回転体2は軸8を回転させ、ウォームギア9も同等の速さで回転する。
【0022】
次にウォームギヤ9は第3の回転体7を回転させ、第3の回転体7はウォームギヤ9に対してc倍の速さで回転する。一方、回転数で見ると、第1の回転体1が1回転すると第2の回転体2はa/b回転し、第3の回転体7は(a/b)*c回転する。また、この際、歯車の歯数a,b及び減速比cを適切に選択することにより、第3の回転体7は第1の回転体1よりも十分低速回転し、第2の回転体2は第1の回転体1よりも十分高速回転する。第1の検出手段3は第2の回転体2に組み込まれている磁石4の真下に配置されているため、第2の回転体2が回転すると第1の検出手段3を貫く磁力の方向が変化し、出力が変化する。同様に第2の検出手段5も第3の回転体7が回転すると第2の検出手段5を貫く磁力の方向が変化し、出力は変化する。
【0023】
さらに、第1の検出手段3と第2の検出手段5の出力を演算回路部14(マイクロコンピュータ)内のA/Dコンバータを介して入力する。第2の回転体2が初期位置から何回転目であるかという粗い絶対角度検出を第2の検出手段5の出力から、第1の回転体1の回転角度の細かい絶対角度検出を第1の検出手段3の出力から演算する。
【0024】
図4でもって、第1,第2,第3の回転体1,2,7の回転角の関係を説明する。aを4、bを1、cを1/12とすると、第1の回転体1が1回転した場合第2の回転体2の回転数は4回転、すなわち第1の回転体1が45deg回転すると第2の回転体2は180deg回転する。
【0025】
一方、第3の回転体7の回転数は1/12回転となり、第1の回転体1が2160deg回転すると、第3の回転体7は180deg回転する。すなわち図1に示すような出力が得られる。第3の回転体7の絶対角によって第2の回転体2の回転数を算出し、更に第2の回転体2の絶対角によって、第1の回転体1の細かい絶対角を検出する。この場合、第1の回転体1が6回転するまでの絶対回転角度の検出が可能である。
【0026】
次に第1,第2,第3の回転体をケース10に組み込んだ時、第2の回転体2の回転基準と、第3の回転体7の回転基準とがずれることがある。その状態を図5に示す。第2の回転体2の回転基準を16で、ずれた第3の回転体7の回転基準を17で示している。この回転基準のずれが大きいと第2の回転体2の回転数の算出を誤る。すなわち、第1の回転体1の絶対角を+45deg或いは−45degずれた形で算出してしまう。
【0027】
そこで、前記回転体をケース10に組み込んだ後、通信ラインを通してこのずれ量を算出するモードにするコードを図6に示すマイクロコンピュータ14に送信し、回転基準近傍で第1の回転体1を±1回転させ、図5に示す第2の回転体2の回転基準に対する第3の回転体7の絶対回転角xを検出し、第3の回転体7の回転基準に対する絶対回転角yとの差を図6に示す不揮発性メモリ(EEPROM)15に記憶する。その後、通信ラインを通してこのずれ量を算出するモードから通常モードにするコードを図6に示すマイクロコンピュータ14に送信し、その後の電源投入時毎に第3の回転体7の絶対角に、この差(x−y)を補正してから第2の回転体2の回転数の算出を行う。
【0028】
次に第2の回転体2及び第3の回転体7に固定されている磁石6,7の回転を検出する第1,第2の検出手段(異方性磁気検出素子)3,5からの絶対角算出方法について説明する。また、絶対角算出方法は共通なのでまとめて説明する。
【0029】
図1において、第2の回転体2が回転すると磁石6も回転する。この磁石6の回転と共に磁界方向も回転し、この磁界方向を第1の検出手段(異方性磁気検出素子)3で検出する。第1の検出手段(異方性磁気検出素子)3からは、この磁界方向の回転角に対してsin信号18とcos信号19を出力する。図7にこれらの出力信号を示す。x軸に第1の回転体1の回転角をとってそれぞれの信号を示している。これらの信号はマイクロコンピュータ(演算回路部)14に入力されsin信号18とcos信号19よりtan信号20を算出する。この時sin信号18をcos信号19で除算するため、それぞれの感度が周囲温度によって変化しても、それぞれの感度変化は相殺されtan信号20より算出される絶対回転角度は周囲温度が変化しても精度が高く算出される。
【0030】
図7に示すように第2の回転体2は第1の回転体1に対して増速されているので、第1の検出手段3の信号周期は短くなっており、逆に第3の回転体7は第1の回転体1に対して減速されているので第2の検出手段5の信号周期は長くなっている。
【0031】
次に第2の回転体2の回転角に対する第1の検出手段3の出力を図8に示す。図8からわかるようにsin信号18の基準21とcos信号19の基準22との間に差が発生している。この差を補正せずにtan信号を算出すると絶対回転角が正確に算出できない。そこで、第1,第2,第3の回転体をケース10に組み込んだ時、通信ラインを通してこれらの基準を算出するモードにするコードを図6に示すマイクロコンピュータ14に送信し、第2の回転体2が1回転以上するように第1の回転体1を回転させ、sin信号18及びcos信号19それぞれの最大値、最小値を検出し(最大値+最小値)/2の値を算出して、それぞれの基準21,22として不揮発性メモリ15に記憶する。
【0032】
その後、通信ラインを通してこのずれ量を算出するモードから通常モードにするコードを図6に示すマイクロコンピュータ14に送信し、その後の電源投入時毎に不揮発性メモリ15から基準21,22を読み込み、これらの基準に対するsin信号18及びcos信号19に直してからtan信号20を算出して磁石3の絶対回転角を算出する。
【0033】
一方、第1の検出手段3の信号から算出した絶対回転角が変化しているにもかかわらず、第2の検出手段5の信号から算出した絶対回転角が変化していない場合は、第1の検出手段3または第2の検出手段5或いは第2の回転体2または第3の回転体7に異常が発生しているとして、通信ラインより算出した第1の回転体1の絶対回転角を送信するのではなく、回転角度検出装置の異常を示すコードを送信し、メインシステムの誤動作をさせないようにする。第1の検出手段3の信号から算出した絶対回転角が変化していないのに、第2の検出手段5の信号から算出した絶対回転角が変化している場合も同様のことが言える。
【0034】
また、第1の回転体1と第2の回転体2、第3の回転体7を連結する回転体の数は一方を第1の回転体1より高速に、もう一方を第1の回転体1より低速に回転するように連結できれば、上述の実施の形態より多くても、少なくてもよい。
【0035】
なお、本実施の形態においては、第1の回転体1と第3の回転体7の間にある第2の回転体2を利用した細かい絶対角検出を行なうものについて説明したが、図9に示すように第2の回転体32は別途第1の回転体1に独立して連結させ、この第2の回転体32を利用して細かい絶対角検出を行なうように構成してもよい。この時、第1の回転体1に対して減速連結する伝達機構が必要であることはいうまでもない。
【0036】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、少ない部品点数で、大きな誤差を発生することなく、また簡単な計算処理で、温度補正することもなく、多回転する回転体の絶対回転角度を精度よく検出することができる回転角度検出装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による回転角度検出装置の平面図
【図2】同一部切欠正面図
【図3】同一部切欠側面図
【図4】同装置による第1の回転体1の回転角度と第2の回転体2及び第3の回転体7の回転角度との関係を示す図
【図5】同装置による第1の回転体1の回転角度と第2の回転体2及び第3の回転体7の回転角度との関係を示す図
【図6】同装置による第1の検出手段3と第2の検出手段5と演算回路部14の関係を示すブロック図
【図7】同装置による第1の回転体1の回転角度に対する第1,第2の検出手段3,5の出力信号を示す波形図
【図8】同装置による第1の回転体1の回転角度に対する第1,第2の検出手段3,5の出力信号を示す波形図
【図9】本発明の実施の形態2による回転角度検出装置の平面図
【符号の説明】
1 第1の回転体
2 第2の回転体
3 第1の検出手段
4 磁石
5 第2の検出手段
6 磁石
7 第3の回転体
8 軸
9 ウォームギヤ
10 ケース
11 軸受け
12 軸受け
13 軸受け
14 マイクロコンピュータ
15 EEPROM
16 第2の回転体の回転基準
17 第3の回転体の回転基準
18 sin信号
19 cos信号
20 tan信号
21 sin信号の基準
22 cos信号の基準
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device for a multi-rotation handle used in a vehicle body control system of an automobile.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body that rotates finitely more than one rotation, such as an automobile handle, is known as disclosed in JP-T-11-500828. In this apparatus, the rotation angle is detected from the angle of two rotating bodies having a phase difference.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described apparatus, when the angles of the two gears are shifted due to gear rattling or the like, a large measurement error may occur particularly at the start of operation of the apparatus, and the rotation angle is calculated. Needed complicated calculation processing.
[0004]
The present invention is intended to solve this problem, and can detect a rotation angle of a rotating body that rotates multiple times with high resolution without generating a large error, and can detect abnormalities in the rotating body and detection means. An object of the present invention is to provide a highly reliable rotation angle detection device that can detect and has excellent temperature characteristics.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, a first rotating body having a gear on an outer periphery capable of multiple rotations and a gear connected to the gear of the first rotating body rotate at a higher speed than the first rotating body. A second rotating body having gears on the outer periphery, first detection means for detecting a rotation angle of the second rotating body, and a worm gear rotating together on the same axis of the second rotating body; A third rotating body rotating at a lower speed than the first rotating body having a wheel gear on the outer periphery; and a second detecting means for detecting a rotation angle of the third rotating body, The detection means and the second detection means are magnetic detection elements, and each magnetic detection element scans a magnet coupled to the second and third rotating bodies, and fine absolute rotation is performed by the first detection means. An angle is detected, a rough absolute rotation angle is detected by the second detection means, and the second A rotational angle detector for detecting a rotation angle of said first rotary member by determining a rotation speed of the second rotary member by detecting means, said first, second, third rotating member Is incorporated, a non-volatile memory for storing the difference between the rotation reference of the second rotating body and the rotation reference of the third rotating body is provided, and the difference of the rotation reference is corrected every time the power is turned on. The rotation angle detecting device is characterized in that the angle can be detected in a non-contact manner by two first and second detection means using a magnetic detection element and a magnet, and a rotating body capable of multi-rotation is large. There is an effect that the rotation angle of the rotating body that rotates multiple times can be calculated without generating an error and with a simple calculation process.
Further, after incorporating the first, second and third rotating bodies, there is a nonvolatile memory for storing a difference between the rotation reference of the second rotating body and the rotation reference of the third rotating body. The angle of the gear fixed to the second and third rotating bodies when the second and third rotating bodies are assembled into the above-mentioned device by correcting the difference in rotation reference every time the power is turned on. Even when they deviate from each other, it is possible to prevent the occurrence of a large measurement error during operation of the apparatus.
[0010]
The invention of claim 2, wherein the present invention is the invention according to claim 1, wherein the sin signal output from the magnetic detecting element with respect to the rotation angle of the coupled magnet rotor and the cos signal from the tan signal The rotation angle detecting device is characterized in that the rotation angle of the rotating body is calculated and has a function of canceling out the temperature drift of the detection element sensitivity.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a sin signal output from each of the magnetic detection elements after the second rotating body and the third rotating body are assembled. And a non-volatile memory for storing a reference signal of the cos signal, and a rotation angle detecting device that corrects the sin signal and the cos signal with the reference signal every time the power is turned on. Even when the detection element and the magnet are incorporated with their relative positions shifted, it is possible to prevent the occurrence of a large measurement error during operation of the apparatus.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the rotation signal of the first detection means and the rotation signal of the second detection means The rotation angle detection device is characterized by detecting an abnormality in the first detection means or the second detection means. Even if the detection means fails, an erroneous measurement value is output outside the rotation angle detection device. The output can be prevented.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the second detection signal is obtained from the rotation signal of the first detection means and the rotation signal of the second detection means. The rotation angle detection device is characterized by detecting an abnormality in the rotation body of the first rotation body or the third rotation body, and an erroneous measurement value is output outside the rotation angle detection device even if the rotation body fails. Can be prevented.
[0014]
The invention according to claim 6 of the present invention is the first rotation detected by the first detection means and the second detection means according to any one of claims 1 to 5. The rotation angle detection apparatus includes an arithmetic circuit unit that transmits the rotation angle of the body as a serial signal, and has an effect that the angle can be calculated inside the apparatus and communicated to the outside.
[0015]
The invention according to claim 7 of the present invention is the invention according to any one of claims 1 to 6 , wherein the angle of the first rotating body is a steering angle of an automobile, and the first rotating body. Is a rotation angle detection device that is engaged with the steering shaft and rotates together with the steering shaft, and has the effect that the absolute steering angle of the automobile can be detected with a small number of parts.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0017]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view showing a rotation angle detection device according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a front view of the same part, FIG. 3 is a side view of the same part, and FIG. 4 is a first rotating body 1 in the same device. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the first rotation body 2 and the rotation angles of the second rotation body 2 and the third rotation body 7, and FIG. FIG. 6 is a block diagram showing the relationship between the first detection means 3, the second detection means 5, and the arithmetic circuit unit 14, and FIGS. FIG. 5 is a diagram showing output signals of second detection means 3 and 5.
[0018]
In FIG. 1 to FIG. 3, reference numeral 1 denotes a first rotating body with a gear on its outer periphery, and 2 denotes a second rotating body with a gear on its outer periphery, which is connected to the first rotating body 1 in a speed increasing relationship. ing. Reference numeral 3 denotes a first detection means (anisotropic magnetic detection element) for detecting the magnetic field direction of the magnet 4 which is incorporated in the central portion of the second rotary body 2 and rotates together with the second rotary body 2. 3 is a second detection means (anisotropic magnetic detection element) for detecting the magnetic field direction of the magnet 6 incorporated in the central portion of the third rotary body 7 and rotates together with the third rotary body 7, and 8 is the second rotation. The shaft is fixed to the body 2 and has a worm gear 9, and its position is restricted by bearings 12 and 13 provided on the case 10. The worm gear 9 is fixed to the shaft 8 and connected to a wheel gear cut on the outer periphery of the third rotating body 7. The position of the third rotating body 7 is restricted by a bearing 11 provided in the case 10 and is in a deceleration relationship with respect to the first rotating body 1.
[0019]
The gear of the first rotating body 1 is connected to the gear of the second rotating body 2, and the second rotating body 2 is a speed increasing ratio based on the ratio of the number of teeth of each gear when the first rotating body 1 rotates. Rotate with. The wheel gear of the third rotating body 7 is connected to the worm gear 9, and when the second rotating body 2 rotates, the shaft 8 and the worm gear 9 rotate to rotate at the reduction ratio of the worm and the wheel.
[0020]
In FIG. 6, reference numeral 14 denotes a microcomputer (arithmetic circuit unit), which is connected to the first detection means 3 and the second detection means 5 via an AMP (amplifier), and outputs the respective output signals to the microcomputer 14. To calculate the rotation angle and transmit the result as a serial signal. The microcomputer 14 is connected to a nonvolatile memory (EEPROM) for storing a sin signal output from each of the anisotropic magnetic detection elements 3 and 5, a reference signal for the cos signal, and the like.
[0021]
Next, a method for detecting the rotation angle of the rotating body with the above configuration will be described. In FIG. 1, when the first rotating body 1 rotates, the second rotating body 2 is rotated by a gear on the outer periphery of the first rotating body 1 and a gear on the outer periphery of the second rotating body 2. The number of teeth of the gear of the first rotating body 1 is a, the number of teeth of the gear of the second rotating body 2 is b, and the reduction ratio between the worm gear 9 and the wheel gear cut on the outer periphery of the third rotating body 7 is Assuming c, the second rotating body 2 rotates at a speed a / b times that of the first rotating body 1. The second rotating body 2 rotates the shaft 8 and the worm gear 9 also rotates at the same speed.
[0022]
Then the worm gear 9 rotates the third rotating member 7, a third rotary member 7 is rotated at a speed of c times the worm gear 9. On the other hand, in terms of the number of rotations, when the first rotating body 1 rotates once, the second rotating body 2 rotates a / b and the third rotating body 7 rotates (a / b) * c. At this time, by appropriately selecting the number of gear teeth a and b and the reduction ratio c, the third rotating body 7 rotates at a sufficiently lower speed than the first rotating body 1, and the second rotating body 2. Rotates sufficiently faster than the first rotating body 1. Since the first detection means 3 is disposed directly below the magnet 4 incorporated in the second rotating body 2, the direction of the magnetic force penetrating the first detection means 3 is changed when the second rotating body 2 rotates. Change and the output changes. Similarly, when the third rotating body 7 rotates in the second detection means 5, the direction of the magnetic force passing through the second detection means 5 changes and the output changes.
[0023]
Further, the outputs of the first detection means 3 and the second detection means 5 are inputted via an A / D converter in the arithmetic circuit section 14 (microcomputer). From the output of the second detection means 5, coarse absolute angle detection of how many rotations the second rotator 2 is from the initial position is performed. From the output of the second detection means 5, fine absolute angle detection of the first rotator 1 is performed. It calculates from the output of the detection means 3.
[0024]
With reference to FIG. 4, the relationship between the rotation angles of the first, second, and third rotating bodies 1, 2, and 7 will be described. Assuming that a is 4, b is 1, and c is 1/12, when the first rotating body 1 makes one rotation, the second rotating body 2 has four rotations, that is, the first rotating body 1 rotates 45 degrees. Then, the second rotating body 2 rotates 180 degrees.
[0025]
On the other hand, the rotation speed of the third rotating body 7 is 1/12, and when the first rotating body 1 rotates 2160 degrees, the third rotating body 7 rotates 180 degrees. That is, an output as shown in FIG. 1 is obtained. The number of rotations of the second rotating body 2 is calculated from the absolute angle of the third rotating body 7, and the fine absolute angle of the first rotating body 1 is detected from the absolute angle of the second rotating body 2. In this case, it is possible to detect the absolute rotation angle until the first rotating body 1 rotates six times.
[0026]
Next, when the first, second, and third rotating bodies are assembled in the case 10, the rotation reference of the second rotating body 2 and the rotation reference of the third rotating body 7 may deviate. The state is shown in FIG. The rotation reference of the second rotating body 2 is indicated by 16, and the rotation reference of the shifted third rotating body 7 is indicated by 17. If the deviation of the rotation reference is large, the calculation of the rotation speed of the second rotating body 2 is erroneous. That is, the absolute angle of the first rotating body 1 is calculated in a form deviated by +45 deg or −45 deg.
[0027]
Therefore, after incorporating the rotating body into the case 10, a code for setting the mode for calculating the deviation amount through the communication line is transmitted to the microcomputer 14 shown in FIG. The absolute rotation angle x of the third rotating body 7 with respect to the rotation reference of the second rotating body 2 shown in FIG. 5 is detected, and the difference from the absolute rotation angle y with respect to the rotation reference of the third rotating body 7 is detected. Is stored in a non-volatile memory (EEPROM) 15 shown in FIG. Thereafter, a code for switching from the mode for calculating the deviation amount to the normal mode through the communication line is transmitted to the microcomputer 14 shown in FIG. 6, and this difference is added to the absolute angle of the third rotating body 7 every time the power is turned on. After correcting (xy), the rotational speed of the second rotating body 2 is calculated.
[0028]
Next, from the first and second detection means (anisotropic magnetic detection elements) 3 and 5 for detecting the rotation of the magnets 6 and 7 fixed to the second rotating body 2 and the third rotating body 7. An absolute angle calculation method will be described. Since the absolute angle calculation method is common, it will be described together.
[0029]
In FIG. 1, when the second rotating body 2 rotates, the magnet 6 also rotates. The direction of the magnetic field also rotates with the rotation of the magnet 6, and this magnetic field direction is detected by the first detection means (anisotropic magnetic detection element) 3. The first detection means (anisotropic magnetic detection element) 3 outputs a sin signal 18 and a cos signal 19 with respect to the rotation angle in the magnetic field direction. FIG. 7 shows these output signals. Respective signals are shown by taking the rotation angle of the first rotating body 1 on the x-axis. These signals are input to a microcomputer (arithmetic circuit unit) 14 and a tan signal 20 is calculated from a sin signal 18 and a cos signal 19. At this time, since the sin signal 18 is divided by the cos signal 19, even if each sensitivity changes depending on the ambient temperature, each sensitivity change is canceled out, and the absolute rotation angle calculated from the tan signal 20 changes the ambient temperature. Is calculated with high accuracy.
[0030]
As shown in FIG. 7, since the speed of the second rotating body 2 is increased with respect to the first rotating body 1, the signal cycle of the first detecting means 3 is shortened, and conversely the third rotation Since the body 7 is decelerated with respect to the first rotating body 1, the signal period of the second detection means 5 is long.
[0031]
Next, the output of the first detection means 3 with respect to the rotation angle of the second rotating body 2 is shown in FIG. As can be seen from FIG. 8, there is a difference between the reference 21 of the sin signal 18 and the reference 22 of the cos signal 19. If the tan signal is calculated without correcting this difference, the absolute rotation angle cannot be calculated accurately. Therefore, when the first, second, and third rotating bodies are incorporated in the case 10, a code for setting these standards to be calculated through the communication line is transmitted to the microcomputer 14 shown in FIG. The first rotating body 1 is rotated so that the body 2 makes one rotation or more, and the maximum and minimum values of the sin signal 18 and the cos signal 19 are detected (maximum value + minimum value) / 2. And stored in the nonvolatile memory 15 as the respective standards 21 and 22.
[0032]
Thereafter, a code for switching from the mode for calculating the amount of deviation through the communication line to the normal mode is transmitted to the microcomputer 14 shown in FIG. 6, and the references 21 and 22 are read from the nonvolatile memory 15 every time the power is turned on. The tan signal 20 is calculated after correcting the sin signal 18 and the cos signal 19 with respect to the reference, and the absolute rotation angle of the magnet 3 is calculated.
[0033]
On the other hand, if the absolute rotation angle calculated from the signal of the second detection means 5 does not change even though the absolute rotation angle calculated from the signal of the first detection means 3 has changed, the first Assuming that an abnormality has occurred in the detecting means 3 or the second detecting means 5 or the second rotating body 2 or the third rotating body 7, the absolute rotation angle of the first rotating body 1 calculated from the communication line is calculated. Instead of transmitting, a code indicating an abnormality of the rotation angle detection device is transmitted so that the main system does not malfunction. The same can be said for the case where the absolute rotation angle calculated from the signal of the second detection means 5 is changed although the absolute rotation angle calculated from the signal of the first detection means 3 is not changed.
[0034]
In addition, the number of rotating bodies connecting the first rotating body 1, the second rotating body 2, and the third rotating body 7 is higher than that of the first rotating body 1, and the other is the first rotating body. As long as it can connect so that it may rotate at low speed from 1, it may be more or less than the above-mentioned embodiment.
[0035]
Although the present embodiment has been described with reference to performing fine absolute angle detection using the second rotating body 2 between the first rotating body 1 and the third rotating body 7, FIG. As shown, the second rotating body 32 may be separately connected to the first rotating body 1 separately, and fine absolute angle detection may be performed using the second rotating body 32. At this time, needless to say, a transmission mechanism for decelerating connection to the first rotating body 1 is necessary.
[0036]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, the absolute rotation angle of a rotating body that rotates multiple times can be accurately detected with a small number of parts, without generating a large error, and with simple calculation processing and without temperature correction. An advantageous effect is obtained that a rotation angle detection device capable of performing the above can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a rotation angle detection device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of the same part cut out. FIG. 3 is a side view of the same part cut out. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the first rotation body 1 and the rotation angles of the second rotation body 2 and the third rotation body 7; FIG. 6 is a block diagram showing the relationship between the first detecting means 3, the second detecting means 5 and the arithmetic circuit unit 14 according to the same apparatus. FIG. 8 is a waveform diagram showing output signals of the first and second detection means 3 and 5 with respect to the rotation angle of the first rotating body 1 by the apparatus. FIG. 9 is a waveform diagram showing output signals of the second detection means 3 and 5. FIG. 9 is a plan view of the rotation angle detection device according to the second embodiment of the present invention. Description of the issue]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st rotary body 2 2nd rotary body 3 1st detection means 4 Magnet 5 2nd detection means 6 Magnet 7 3rd rotary body 8 Shaft 9 Worm gear 10 Case 11 Bearing 12 Bearing 13 Bearing 14 Microcomputer 15 EEPROM
16 Rotation reference 17 of the second rotator 17 Rotation reference of the third rotator 18 sin signal 19 cos signal 20 tan signal 21 sin signal reference 22 cos signal reference

Claims (7)

多回転可能な外周に歯車を持った第1の回転体と、前記第1の回転体の歯車に連結され第1の回転体より高速に回転する外周に歯車を持った第2の回転体と、前記第2の回転体の回転角度を検出する第1の検出手段と、前記第2の回転体の同軸上に共に回転するウォームギヤに連結され、外周にホイールギヤを持った前記第1の回転体より低速で回転する第3の回転体と、前記第3の回転体の回転角を検出する第2の検出手段とを備え、前記第1の検出手段と第2の検出手段が磁気検出素子であり、各々の磁気検出素子が前記第2,第3の回転体に結合された磁石を走査すると共に、前記第1の検出手段により細かい絶対回転角度を検出し、前記第2の検出手段により粗い絶対回転角度を検出し、前記第2の検出手段により前記第2の回転体の回転数を確定することによって前記第1の回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記第1,第2,第3の回転体とを組込み後、前記第2の回転体の回転基準と前記第3の回転体の回転基準との差を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記回転基準の差を補正することを特徴とする回転角度検出装置。A first rotating body having a gear on an outer periphery capable of multiple rotation; a second rotating body having a gear on the outer periphery connected to the gear of the first rotating body and rotating at a higher speed than the first rotating body; The first detection means for detecting the rotation angle of the second rotating body and the first rotation having a wheel gear on the outer periphery, coupled to a worm gear rotating coaxially with the second rotating body. A third rotating body that rotates at a lower speed than the body, and a second detecting means that detects a rotation angle of the third rotating body, wherein the first detecting means and the second detecting means are magnetic detection elements. Each magnetic detection element scans a magnet coupled to the second and third rotating bodies, detects a fine absolute rotation angle with the first detection means, and detects the absolute rotation angle with the second detection means. A rough absolute rotation angle is detected, and the second rotating body is detected by the second detecting means. A rotational angle detector for detecting a rotation angle of said first rotary member by determining the rotational speed, the first, second, after integration and the third rotating member, said second rotary member A rotation angle detecting device comprising a nonvolatile memory for storing a difference between a rotation reference of the third rotation body and a rotation reference of the third rotating body, and correcting the difference of the rotation reference every time the power is turned on . 前記各々の磁気検出素子からは前記回転体に結合された磁石の回転角度に対するsin信号とcos信号を出力し、これらの信号からtan信号を算出してから前記回転体の回転角度を算出することを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。Each magnetic detection element outputs a sin signal and a cos signal for the rotation angle of the magnet coupled to the rotating body, calculates a tan signal from these signals, and then calculates the rotation angle of the rotating body. The rotation angle detection device according to claim 1 . 前記第2の回転体と前記第3の回転体とを組込み後、前記各々の磁気検出素子から出力されるsin信号とcos信号の基準信号を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記各々の基準信号にて前記sin信号とcos信号の補正を特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。  After incorporating the second rotating body and the third rotating body, a non-volatile memory for storing a sin signal and a cos signal reference signal output from each of the magnetic detection elements is provided. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the sin signal and the cos signal are corrected by the respective reference signals every time. 前記第1の検出手段の回転信号と前記第2の検出手段の回転信号により前記第1の検出手段或いは第2の検出手段の異常を検出することを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の回転角度検出装置。Any one of claims 1 to 3, characterized in that detecting an abnormality in the first detection means or second detection means by the rotation signal of the rotation signal and the second detection means of said first detection means The rotation angle detection device according to one. 前記第1の検出手段の回転信号と前記第2の検出手段の回転信号より前記第2の回転体或いは前記第3の回転体の異常を検出することを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の回転角度検出装置。Any of claims 1 to 3, characterized in that detecting the first of said second rotary member or the third rotating member from the rotation signal of the rotation signal and said second detection means detecting means abnormal The rotation angle detection device according to claim 1. 前記第1の検出手段と前記第2の検出手段により検出された前記第1の回転体の回転角度をシリアル信号として送信する演算回路部を備えたことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の回転角度検出装置。Any of claims 1 to 5, characterized in that an arithmetic circuit unit which transmits the detected rotation angle of the first rotary member by said first detection means and the second detecting means as a serial signal The rotation angle detection device according to claim 1. 前記第1の回転体の角度は自動車の操舵角であり、前記第1の回転体が操舵軸に係合されて前記操舵軸と共に回転する請求項1ないしのいずれか1つに記載の回転角度検出装置。The rotation according to any one of claims 1 to 6 , wherein the angle of the first rotating body is a steering angle of an automobile, and the first rotating body is engaged with a steering shaft and rotates together with the steering shaft. Angle detection device.
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