CN101893423A - 多旋转角度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型的多旋转角度检测装置。相对于包含在凸缘状的齿轮形成部(1a)上同心地形成有齿数不同的第一齿轮(11)以及第二齿轮(12)的转子的旋转轴(Y-Y)的平面，使具备磁铁(18)的第一从动齿轮(13)的旋转轴(X1-X1)和具备磁铁(19)的第二从动齿轮(14)的旋转轴(X2-X2)分别都正交地配置。

Description

多旋转角度检测装置

技术领域

本发明涉及一种多旋转角度检测装置，对例如汽车的转向器轴那样、在超过360°的有限角度范围内进行旋转的多旋转体的旋转角进行检测。

背景技术

以往，作为这种多旋转角度检测装置，存在如下装置：该装置由与转向器等连动而进行旋转的旋转体的齿轮、与该齿轮卡合的齿数不同的2个齿轮、在这2个齿轮的各自上设置的磁铁、以及与这些磁铁相对应的角度传感器构成，根据这些角度传感器的测定结果，通过规定的运算式来测定旋转体的角度。

专利文献1：日本特表平11-500828号公报

但是，以往的旋转角度检测装置存在的问题为：旋转体的齿轮和与该齿轮卡合的齿数不同的2个齿轮处于1个平面上，因此多旋转角度检测装置的外形尺寸变大。

发明内容

本发明是为了解决所述问题而进行的，其目的在于提供外形尺寸较小的多旋转角度检测装置。

本发明为了解决上述问题而构成为，具备：转子，在凸缘状的齿轮形成部上同心地形成有齿数不同的第一齿轮以及第二齿轮；第一从动齿轮，具有与包含该转子的旋转轴的平面正交的第一旋转轴，与上述第一齿轮啮合；第二从动齿轮，具有与上述平面正交的第二旋转轴，与上述第二齿轮啮合；第一磁铁，安装在上述第一从动齿轮上；第二磁铁，安装在上述第二从动齿轮上；电路基板，与上述第一从动齿轮的磁铁安装面以及上述第二从动齿轮的磁铁安装面相对地配置；第一磁检测元件，配置在该电路基板上的与上述第一磁铁相对的位置上；第二磁检测元件，配置在上述电路基板上的与上述第二磁铁相对的位置上；以及外壳，收纳以上各部件。

根据所述构成，能够使第一以及第二从动齿轮的第一以及第二旋转轴相对于包含转子的旋转轴的平面正交来配置第一以及第二从动齿轮，因此能够将第一以及第二从动齿轮的磁铁安装面相对于包含转子的旋转轴的平面分别平行地配置，因此能够将多旋转角度检测装置的平面尺寸小型化。并且，由于在1个电路基板上安装第一以及第二磁检测元件，因此能够使基板数量为最小，能够实现多旋转角度检测装置的低成本化。并且，在第一齿轮以及第一从动齿轮的任意一方的齿、或者第二齿轮以及第二从动齿轮的任意一方的齿产生损伤或欠缺等的情况下，通过对来自与第一从动齿轮的旋转相对应的第一磁检测元件的检测信号、与来自与第二从动齿轮的旋转相对应的第二磁检测元件的检测信号进行比较，也能够检测出故障，因此能够成为可靠性以及失效安全性良好的多旋转角度检测装置。

并且，本发明构成为，上述第一齿轮以及第二齿轮形成在上述齿轮形成部的下表面侧。

根据所述构成，能够使收纳第一以及第二从动齿轮和转子的外壳的侧面形状成为大致L字形，能够使多旋转角度检测装置的平面尺寸进一步小型化。

发明的效果

本发明的多旋转角度检测装置，使第一从动齿轮以及第二从动齿轮的第一以及第二旋转轴相对于包含在凸缘状的齿轮形成部上同心地形成有齿数不同的第一齿轮以及第二齿轮的转子的旋转轴的平面正交，来分别配置第一以及第二从动齿轮，因此能够将第一以及第二从动齿轮的磁铁安装面相对于包含转子的旋转轴的平面平行地配置，因此能够使多旋转角度检测装置的平面尺寸小型化。

附图说明

图1是实施例的多旋转角度检测装置的拆下了平面盖的状态的俯视图。

图2是图1的Ⅱ-Ⅱ截面图。

图3是实施例的多旋转角度检测装置的拆下了侧面盖的状态的侧视图。

图4是例示实施例的多旋转角度检测装置能够采用的第一齿轮与第一从动齿轮的齿数的组合以及第二齿轮与第二从动齿轮的齿数的组合的表图。

图5是变形例的多旋转角度检测装置的俯视图。

图6是图5的Ⅵ-Ⅵ截面图。

图7是变形例的多旋转角度检测装置的拆下了侧面盖的状态的侧视图。

图8是表示其他变形例的多旋转角度检测装置的第一从动齿轮以及第二从动齿轮相对于转子的排列的示意图。

图9是表示本发明的多旋转角度检测装置的旋转角检测流程的图。

图10A、10B、10C是表示本发明的多旋转角度检测装置的转子的绝对角与从磁检测元件输出的角度信号的关系的线图。

符号说明：

1转子

1a齿轮形成部

2外壳(定子)

11第一齿轮

12第二齿轮

13第一从动齿轮

14第二从动齿轮

18第一磁铁

19第二磁铁

20第一磁检测元件

21第二磁检测元件

22电路基板

23微处理器

具体实施方式

首先，举出实施例来说明实施方式的多旋转角度检测装置的机械结构。

<实施例>

如图1～图3所示，实施例的多旋转角度检测装置的特征为，在与转子1一体形成的凸缘状的齿轮形成部1a的下表面侧，配置了第一从动齿轮13以及第二从动齿轮14。

即，实施例的多旋转角度检测装置具有：圆筒状的转子1，例如安装在转向器轴等旋转体上，并与旋转体一体地旋转；以及外壳(定子)2，能够旋转地保持该转子1，固定于配置在旋转体周围的未图示的固定部上。外壳2通过壳体3、平面盖4a以及侧面盖4b的组合来构成，如图2所示，从侧面方向看形成为L字形状。转子1以及外壳2都由合成树脂材料形成。其中，从使其顺畅地旋转的观点和使其具有良好的滑动磨损性的观点等来看，转子1例如由聚甲醛形成。第一从动齿轮13以及第二从动齿轮14也是同样，但是其优选由与转子1不同的材料构成。

在转子1的外表面上一体地形成有凸缘状的齿轮形成部1a，在该齿轮形成部1a的下表面侧，关于旋转体的旋转轴、即转子1的旋转轴Y-Y，同心地形成有相互齿数不同的第一齿轮11以及第二齿轮12。形成在第二齿轮12的外周侧、齿数比第二齿轮12多的第一齿轮11，与第一从动齿轮13啮合，形成在第一齿轮11的内周侧、齿数比第一齿轮少的第二齿轮，与第二从动齿轮14啮合。如图1以及图2所示，该第一以及第二从动齿轮13、14由壳体3保持为能够旋转。

包含转子1的旋转轴Y-Y的平面与第一从动齿轮13的旋转轴X1-X1被相互正交地配置，同样，包含转子1的旋转轴Y-Y的平面与第二从动齿轮14的旋转轴X2-X2被相互正交地配置，结果旋转轴X1-X1和旋转轴X2-X2被配置为相互平行。因此，作为第一齿轮11和与其啮合的第一从动齿轮13、以及第二齿轮12和与其啮合的第二从动齿轮14，使用正交交叉轴用齿轮或者正交斜置轴用齿轮。作为正交交叉轴用齿轮存在直齿锥齿轮或者螺旋锥齿轮半轴齿轮等，作为正交斜置轴用齿轮使用半轴齿轮等。此处，使用哪个齿轮，是与所要求的装置的外形形状相配合地适当选择的。

当如此构成时，如图1所示，第一从动齿轮13和第二从动齿轮14能够配置为，第一从动齿轮13的磁铁安装面13a与第二从动齿轮14的磁铁安装面14a排列在相同平面上。因此，能够将收纳第一以及第二从动齿轮13、14和转子1的外壳2的侧面形状形成为大致L字形状，能够将多旋转角度检测装置的平面尺寸小型化。另外，在第一从动齿轮13的磁铁安装面13a上安装有第一磁铁18，在第二从动齿轮14的磁铁安装面14a上安装有第二磁铁19。该第一以及第二磁铁18、19形成为环状，并分别埋入第一从动齿轮13的磁铁安装面13a以及第二从动齿轮14的磁铁安装面14a中。

在外壳2内的、与第一从动齿轮13的磁铁安装面13a以及第二从动齿轮14的磁铁安装面14a相对的部分配置有电路基板22，在该电路基板22的与第一磁铁18相对的部分，配置有对伴随第一从动齿轮13的旋转的磁场变化进行检测的第一磁检测元件20，并且在与第二磁铁19相对的部分，配置有对伴随第二从动齿轮14的旋转的磁场变化进行检测的第二磁检测元件21。作为该磁检测元件20、21，为了几乎不受到磁场强度变化的影响且温度稳定性较高，因此使用GMR(Giant Magneto-Resistive：巨磁阻)传感器。另外，在电路基板22上还具备微处理器23，该微处理器23根据第一、第二磁检测元件20、21的检测信号来计算转子1的旋转角度。

在设转子1的最大旋转数为N(N为整数)、第一齿轮11与第一从动齿轮13的齿轮比为n(n为整数)时，第一齿轮11的齿数由N×n的m倍(m为整数)来构成。在本实施例中，例如对转子1从中立位置向左右各旋转2圈的期间(最大旋转数N＝4)的绝对角进行检测，当设第一齿轮11与第一从动齿轮13的齿轮比为n＝2、m的值为8时，齿数成为64(4×2(＝8)的8倍)。

对此，第二齿轮12的齿数由N×n-1的m倍(m为整数)的齿数来构成。在本实施例中，齿数形成为56(4×2-1(＝7)的8倍)。

另外，第一齿轮11以及第二齿轮12的齿数的组合不限定于上述组合，也可以是图4所示的其他组合。

在第一齿轮11具有上述构成时，第一从动齿轮13的齿数由第一齿轮11与第二齿轮12各自的齿数差的N倍来构成。在本实施例中，N＝4、齿数差为64-56＝8，因此第一从动齿轮13的齿数构成为4×8＝32。

在第二齿轮12具有上述构成时，第二从动齿轮14的齿数与第一从动齿轮13同样地构成，在本实施例中为32。

本例的多旋转角度检测装置为，将第一从动齿轮13以及第二从动齿轮14配置在齿轮形成部1a的下方，因此与将第一从动齿轮13以及第二从动齿轮14配置在齿轮形成部1a的外周侧的情况相比，能够将外壳2的平面尺寸L小型化。并且，将第一从动齿轮13的磁铁安装面13a与第二从动齿轮14的磁铁安装面14a排列在相同平面上，因此能够将第一以及第二磁检测元件20、21安装在1个电路基板22上，能够实现多旋转角度检测装置的低成本化。

<变形例>

如图5～图7所示，上述实施例的变形例的多旋转角度检测装置为，将第一从动齿轮13配置在与转子1一体地形成的凸缘状的齿轮形成部1a的下表面侧，并且将第二从动齿轮14配置在齿轮形成部1a的上表面侧。在本变形例中，在齿轮形成部1a的下表面侧形成有第一齿轮11，在上表面侧形成有第二齿轮12。第一从动齿轮13和第二从动齿轮14配置在齿轮形成部1a的相同的半径上，第一从动齿轮13的磁铁安装面13a与第二从动齿轮14的磁铁安装面14a排列在相同平面上。在本例的情况下，如图6所示，外壳2的侧面形状为大致T字形。其他与实施例的多旋转角度检测装置相同，因此对于相对应的部分赋予相同的符号并省略说明。

实施例的其他变形例的多旋转角度检测装置为，如图8示意地表示的那样，将第一从动齿轮13和第二从动齿轮14配置在与转子1一体地形成的凸缘状的齿轮形成部1a的上表面侧。在本变形例中，在齿轮形成部1a的上表面侧形成有第一齿轮11和第二齿轮12。在本例的情况下，外壳2的侧面形状为与实施例的多旋转角度检测装置相反方向的大致L字形。其他与实施例的多旋转角度检测装置相同，因此对于相对应的部分赋予相同的符号并省略说明。

下面，说明通过如上述那样构成的多旋转角度检测装置进行的旋转角的检测处理。

微处理器23，基于第一磁检测元件20以及第二磁检测元件21的输出信号，如图10A所示，计算第一从动齿轮13从0度旋转到360度期间输出值从0％到100％线性地变化的第一角度信号A1、以及第二从动齿轮14从0度旋转到360度期间输出值从0％到100％线性地变化的第二角度信号A2。当第一从动齿轮13和第二从动齿轮14的旋转成为第二圈时，各自的输出值不连续地返回到0％，并随着各从动齿轮13、14的旋转而再次线性地增加。

并且，微处理器23，基于第一角度信号A1和第二角度信号A2，进行用于计算转子1的绝对旋转角的运算处理。如图9所示，该运算处理包括检测第一角度信号A1和第二角度信号A2并计算它们的差分的第一步骤(S1)、对该差分进行修正的第二步骤(S2)以及计算转子1的绝对角的第三步骤(S3)。

相对于转子1的旋转，第一从动齿轮13和第二从动齿轮14相互以不同的旋转速度进行旋转，因此在旋转角的值中产生偏离，而在第一角度信号A1和第二角度信号A2之间产生差。因此，在第一步骤(S1)中，如图10B所示，进行从第一角度信号A1的输出值中减去第二角度信号A2的输出值来计算差分信号A3的处理。该差分信号A3根据转子1的绝对角而成为不同的值，当转子1转4圈时，第一从动齿轮13和第二从动齿轮14具有1圈量的旋转角度差，而差分信号A3再次成为0。

在第二步骤(S2)中，如图10C所示，在差分信号A3示出负值时，进行对该差分值加上100而计算出修正值信号A4的处理。该修正值信号A4也与应检测的绝对角的整个范围一对一地对应，并成为在该期间从0％到100％线性地变化的值。

在第三步骤(S3)中，进行以下处理，即：基于修正信号A4对旋转超过1圈的转子1即旋转体的绝对角进行检测。

接着，说明将本实施方式的多旋转角度检测装置适用于汽车用转向器轴的旋转角检测时的旋转角检测方法。

当驾驶员旋转汽车的方向盘时，转子1与方向盘一体地旋转，并经由第一齿轮11而第一从动齿轮13旋转，并且经由第二齿轮12而第二从动齿轮14旋转。

此时，当第一齿轮11和第一从动齿轮13的齿轮比被设定为“2”时，第一从动齿轮13在转子1每旋转180度时旋转1圈。因此，该期间的第一角度信号A1以从0％到100％进行变化的三角波示出。在转子1旋转4圈而绝对角从0度到1440度之间进行变化的期间，第一从动齿轮13旋转8圈，因此该三角波如图10A所示整体成为8个周期。与此相对，当第二齿轮12与第二从动齿轮14的齿轮比被设定为“1.75”时，第二从动齿轮14在转子1旋转4圈的期间旋转7圈，因此第二角度信号A2如图10A所示该三角波的周期整体成为7个周期。

在针对第一角度信号A1和第二角度信号A2的第一步骤(S1)的处理中，如图10B所示，计算出第一角度信号A1和第二角度信号A2的输出差、即差分信号A3。由于该差分信号A3具有负的范围，因此在第二步骤(S2)中对该值进行修正，而如图10C所示，计算出修正值信号A4。接着，在第三步骤(S3)中，基于修正值信号A4进行对旋转超过1圈的转子、即旋转体的绝对角进行检测的处理。

如此，实施例以及变形例的多旋转角度检测装置，使第一从动齿轮13以及第二从动齿轮14的第一以及第二旋转轴X1-X1、X2-X2，与包含转子1的旋转轴Y-Y的平面正交，来分别配置第一以及第二从动齿轮13、14，因此能够将第一以及第二从动齿轮13、14的磁铁安装面13a、14a相对于包含转子1的旋转轴Y-Y的平面平行地配置，因此能够将多旋转角度检测装置的平面尺寸小型化。并且，随着转子1的旋转而对第一从动齿轮13以及第二从动齿轮14进行旋转驱动，并由第一以及第二磁检测元件20、21来检测该各从动齿轮13、14的旋转，因此在第一齿轮11与第一从动齿轮13的任意一方的齿、或者第二齿轮12与第二从动齿轮14的任意一方的齿产生破损或者缺口的情况下，通过对来自对应于第一从动齿轮13的第一磁检测元件20的检测信号、与来自对应于第二从动齿轮14的第二磁检测元件21的检测信号进行比较，还能够检测出故障，因此可靠性以及失效安全性良好。

另外，本发明的主要内容不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内能够施加多种变更。例如，上述实施例的多旋转角度检测装置作为汽车用，但是不限定于汽车，也可以适用于电车和船等其他交通工具。并且，在上述各实施例中，以第一齿轮11和第一从动齿轮13的齿轮比被设定为“2”、第二齿轮12与第二从动齿轮14的齿轮比被设定为“1.75”的情况为例进行了说明，但是也可以是其他齿轮比。

工业利用性

本发明能够利用于汽车的转向器轴的旋转角检测等。

Claims (2)

1.一种多旋转角度检测装置，其特征在于，具备：

转子，在凸缘状的齿轮形成部上同心地形成了齿数不同的第一齿轮以及第二齿轮；

第一从动齿轮，具有与包含该转子的旋转轴的平面正交的第一旋转轴，与上述第一齿轮啮合；

第二从动齿轮，具有与上述平面正交的第二旋转轴，与上述第二齿轮啮合；

第一磁铁，安装在上述第一从动齿轮上；

第二磁铁，安装在上述第二从动齿轮上；

电路基板，配置在与上述第一从动齿轮的磁铁安装面以及上述第二从动齿轮的磁铁安装面相对的位置上；

第一磁检测元件，配置在该电路基板上的与上述第一磁铁相对的位置上；

第二磁检测元件，配置在上述电路基板上的与上述第二磁铁相对的位置上；以及

外壳，收纳上述转子、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一磁铁、第二磁铁、电路基板、第一磁检测元件和第二磁检测元件。

2.如权利要求1所述的多旋转角度检测装置，其特征在于，

上述第一齿轮以及上述第二齿轮形成在上述齿轮形成部的下表面。

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