CN101922926A - 旋转角传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够缩小齿隙从而精度良好地检测出旋转件的绝对角度的旋转角传感器。该旋转角传感器具有：旋转件(6)，其配设为能够旋转且具有以旋转轴为旋转中心的齿轮部(24、25)；第一从动齿轮(7)及第二从动齿轮(8)，所述第一从动齿轮(7)及第二从动齿轮(8)与齿轮部(24、25)啮合且与旋转件(6)的旋转的转速比互不相同；以及保持板(13)，其向由第一从动齿轮(7)及第二从动齿轮(8)按压旋转件(6)的方向对第一从动齿轮(7)及第二从动齿轮(8)施力，并且，该旋转角传感器根据第一从动齿轮(7)及第二从动齿轮(8)的旋转角，输出与旋转件(6)的绝对角对应的信号。

Description

旋转角传感器

技术领域

本发明涉及一种旋转角传感器，尤其涉及一种检测转向盘等的转向角的旋转角传感器。

背景技术

在现有的旋转角传感器中，已知有以检测绝对角的方式来检测转向盘等的转向角的传感器(例如，参照专利文献1)。该旋转角传感器具有：旋转件，其由与转向盘的旋转轴连结且在外周齿数不同的双层齿轮构成；与旋转件的各齿轮分别啮合的第一、第二从动齿轮；以及检测与第一、第二从动齿轮的各自的旋转角对应的输出值的第一、第二旋转角检测部，并且，旋转角传感器构成为根据从第一、第二旋转角检测部输出的第一、第二从动齿轮的旋转角的输出值来检测旋转件的绝对角。

专利文献1：日本特开2004-340677号公报

然而，在上述这样的现有的旋转角传感器中，由于在旋转件与第一、第二从动齿轮之间设置的齿隙(バツクラツシ)，难以精度良好地检测出旋转件的绝对角。即，由于旋转件与第一、第二从动齿轮间的齿隙，即使旋转件旋转，第一、第二从动齿轮也会由齿隙引起的晃动的量不旋转，因此在旋转方向上产生滞后，难以提高旋转角度的检测精度。

发明内容

本发明鉴于这样的实际情况而提出，其目的在于提供一种能够缩小齿隙而精度良好地检测旋转件的绝对角度的旋转角传感器。

本发明的旋转角传感器的特征在于，具有：旋转件，其配设为能够旋转且具有以旋转轴为旋转中心的齿轮部；第一从动齿轮及第二从动齿轮，所述第一从动齿轮及第二从动齿轮与所述齿轮部啮合且与所述旋转件的旋转的转速比互不相同；以及施力构件，其向由所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮按压所述旋转件的方向对所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮施力，并且，所述旋转角传感器根据所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转角，输出与所述旋转件的绝对角对应的信号。

根据该结构，由于通过施力构件的作用力按压第一从动齿轮及第二从动齿轮，因此能够减小在旋转件与第一从动齿轮及第二从动齿轮之间设置的齿隙。因此，能够减小齿隙引起的旋转方向的晃动，从而能够根据第一从动齿轮及第二从动齿轮的旋转角，精度良好地检测旋转件的绝对角。

并且，在上述旋转角传感器的基础上，本发明特征在于，所述施力构件在连结所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转中心与所述旋转件的旋转中心的直线上，向朝向所述旋转件的方向施力。

根据该结构，能够使第一从动齿轮及第二从动齿轮对旋转件按压，能够进一步减小齿隙。

并且，在上述旋转角传感器的基础上，本发明特征在于，所述施力构件除了向由所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮按压所述旋转件的方向，还向所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转轴方向对所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮施力。

根据该结构，能够减小在旋转件与第一从动齿轮及第二从动齿轮之间设置的齿隙，且能够通过施力构件的旋转轴方向的施力来防止第一从动齿轮及第二从动齿轮的旋转轴方向的晃动，从而能够降低噪声。

并且，在上述旋转角传感器的基础上，本发明特征在于，所述旋转件的齿轮部由齿数互不相同的第一齿轮部和第二齿轮部构成，所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮为相同的齿数，所述第一从动齿轮与所述第一齿轮部啮合，所述第二从动齿轮与所述第二齿轮部啮合。

根据该结构，由于第一从动齿轮和第二从动齿轮由同样的齿轮构成，能够使旋转件与第一从动齿轮的转速比和旋转件与第二从动齿轮的转速比不同，从而能够降低制造成本。

并且，在上述旋转角传感器的基础上，本发明能够磁检测所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转角。

并且，在上述旋转角传感器的基础上，本发明能够光学地检测所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转角。或者，也可以通过电阻和电刷的结构来检测所述旋转角。

发明效果

根据本发明，能够减小齿隙，从而精度良好地检测出旋转件的绝对角度。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的旋转角传感器的实施方式的图，是表示壳体及安装于壳体的结构部件的俯视示意图。

图2是表示本发明所涉及的旋转角传感器的实施方式的图，是表示盖和安装于盖的结构部件的俯视示意图。

图3是表示本发明所涉及的旋转角传感器的实施方式的图，是图1的局部放大图。

图4是表示本发明所涉及的旋转角传感器的实施方式的图，是保持板的立体图。

图5是表示本发明所涉及的旋转角传感器的实施方式的图，是说明保持板对第一、第二从动齿轮的施力方向的图。

图6是表示本发明所涉及的旋转角传感器的实施方式的图，是表示旋转件的旋转角与输出信号的关系的图。

图7是表示本发明所涉及的旋转角传感器的变形例的图。

符号说明：

1旋转角传感器

2壳体

3盖

6旋转件

7第一从动齿轮

8第二从动齿轮

11、12磁铁

13保持板(施力构件)

15基板

16、17磁阻效应元件

18算出电路

24第一齿轮部

25第二齿轮部

32、42台阶部

33、43上台阶部

35、45下台阶部

54、55环状按压部

62、66径向按压片

71反射板

72发光元件

73受光元件

74狭缝

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外，以下，对将本实施方式所涉及的旋转角传感器适用于检测转向盘等的转向角的所谓的转向角传感器的情况进行说明。但是，对于本实施方式所涉及的旋转角的适用对象不局限于此，可以进行适当变更。

参照图1至图3，对本发明的实施方式所涉及的旋转角传感器进行说明。图1是本发明的实施方式所涉及的旋转角传感器的壳体及安装于壳体的结构部件的俯视示意图。图2是本发明的实施方式所涉及的旋转角传感器的盖及安装于盖的结构部件的俯视示意图。图3是图1的局部放大图。

如图1及图2所示，本实施方式所涉及的旋转角传感器1具有前表面开口的壳体2和安装于壳体2的开口而形成收容部的盖3，壳体2及盖3组合而形成箱状体。在壳体2及盖3的底壁上，分别在图示上部中央形成有圆形的开口部2a、3a，在该开口部2a、3a的周围形成有圆环状的轴承部4(仅图示盖3侧的轴承部)。

此外，在壳体2内收纳有：被壳体2及盖3的轴承部4支承为能够旋转的旋转件6；与旋转件6分别啮合而从动旋转的第一、第二从动齿轮7、8；分别安装于第一、第二从动齿轮7、8的磁铁11、12；以及将第一、第二从动齿轮7、8保持于壳体2的保持板13。在盖3内收纳有：在开口部3a的下方安装的基板15；在基板15上设置于与磁铁11、12对置的位置的磁阻效应元件16、17(GMR元件)；以及旋转件6的绝对角算出用的算出电路18。

旋转件6与未图示的转向盘的驱动轴连结而一体旋转，具有供驱动轴插通的开口部21而形成为圆环状。在旋转件6上从内周面向径向内侧突出而形成一对键22，一对键22位于隔着旋转中心的对置位置。通过驱动轴的键槽与该一对键22卡合，从而旋转件6相对于驱动轴连结成能够一体旋转。

此外，旋转件6是在旋转轴方向上连接第一齿轮部24和第二齿轮部25的双层状的外齿轮，其中，第二齿轮部25形成为比第一齿轮部24小径，并且第二齿轮部25的齿数比第一齿轮部24的齿数少。第一齿轮部24与第一从动齿轮7啮合，第二齿轮部25与第二从动齿轮8啮合。即，旋转件6的旋转通过第一、第二齿轮部24、25向第一、第二从动齿轮7、8传递。

如图3所示，第一、第二从动齿轮7、8由从壳体2的内底面向收纳部内突出的一对销27、28支承为能够旋转，且第一、第二从动齿轮7、8构成为具有同样的齿数。在第一、第二从动齿轮7、8的盖3侧的侧面，被一对销27、28插通的圆筒部31、41突出，并且以与该圆筒部31、41构成同心圆的方式环状地形成有台阶部32、42。

构成台阶部32、42的径向内侧的上台阶部33、43与圆筒部31、41共同形成环状槽34、44，在该环状槽34、44中保持磁铁11、12。构成台阶部32、42的径向外侧的下台阶部35、45构成为被保持板13在径向及旋转轴方向施力。磁铁11、12大致形成为矩形环状，通过第一、第二从动齿轮7、8的旋转，以使作用于磁阻效应元件16、17的磁场方向旋转变位的方式进行磁化。

保持板13通过铆接固定于在一对销27、28之间从壳体2的内底面向收纳部内突出的凸部51，对第一、第二从动齿轮7、8施力以通过第一、第二从动齿轮7、8按压旋转件6，并且对第一、第二从动齿轮7、8向壳体2的内底面施力。在此，参照图4详细地说明保持板13的详细情况。图4是本发明的实施方式所涉及的旋转角传感器的保持板的立体图。

如图4所示，保持板13是由磷青铜、不锈钢或树脂等形成的板簧，构成为具有固定于凸部51的平板部53和与平板部53的长度方向的两端侧相连的环状按压部54、55。在平板部53的长度方向的中间部形成有一对孔部56、57，该一对孔部56、57在宽度方向上空有间隔，凸部51的从盖3侧的面突出的一对销插入该一对孔部56、57中。在一对孔部56、57中插入销后通过将销铆接，平板部53固定于凸部51。

此外，平板部53在长度方向的中间部具有一对从宽度方向的两端立起的一对定位片58，通过该一对定位片58与凸部51的侧面相接，将保持板13相对于凸部51定位。环状按压部54、55以台阶部32、42的上台阶部33、43在开口63、67露出的状态与下台阶部35、45的端面相接，并对第一、第二从动齿轮7、8向壳体2侧施力。

另外，环状按压部54、55具有从各自的外周缘部的一部分立起的矩形形状的连结片61、65和与各连结片61、65的两端相连且向开口63、67侧折弯的一对径向按压片62、66。径向按压片62、66与台阶部32、42的下台阶部35、45的外周面相接(参照图3)，并对第一、第二从动齿轮7、8向旋转件6侧施力。

返回图1及图2观察，在基板15的壳体2侧的面上设置有磁阻效应元件16、17，基板15以磁阻效应元件16、17与磁铁11、12之间产生齿隙的方式安装于盖3上。磁阻效应元件16、17位于与磁铁11、12对置的位置，且构成为电阻值根据作用的磁场方向进行变化。由此，根据基于磁阻效应元件16、17的电阻值的输出信号，能够分别检测出第一、第二从动齿轮7、8的旋转角。与磁阻效应元件16、17检测出的第一、第二从动齿轮7、8的旋转角对应的信号输出到算出电路18中。

然后，在算出电路18中，根据磁阻效应元件16、17检测出的第一、第二从动齿轮7、8的旋转角的信号来算出旋转件6的绝对角。如上所述，旋转件6的第一齿轮部24与第二齿轮部25的齿数不同，而第一从动齿轮7与第二从动齿轮8的齿数一致，因此，相对于旋转件6的旋转，在第一从动齿轮7与第二从动齿轮8之间产生旋转差。根据该旋转差来算出绝对角。

例如，在相对于旋转件6旋转1圈，第一从动齿轮旋转2.4圈，第二从动齿轮旋转2.2圈时，旋转件6每旋转1圈产生72°的旋转差。因此，旋转件6旋转5圈1800°，第一从动齿轮7与第二从动齿轮8的旋转差变为360°(0°)。并且，因为在0°到1800°之间，旋转件6的绝对角与第一从动齿轮7和第二从动齿轮8的旋转差成比例，因此能够根据该旋转差算出旋转件6的绝对角。

将算出电路18中算出的旋转件6的绝对角所对应的信号通过未图示的终端设备输出向外部输出。此外，在本实施方式中，采用了在旋转角传感器1中算出旋转件6的绝对角的结构，但不局限于该结构。也可以在旋转角传感器1中仅检测出第一、第二从动齿轮7、8的转速，在旋转角传感器1的外部设置算出电路18。

此外，在壳体2的周壁形成有向外侧突出的多个爪部2b，在盖3的周壁上形成有与壳体2的爪部2b卡合的多个孔部3b。如此，壳体2及盖3通过多个爪部2b和多个孔部3b卡合而进行组合。

接下来，参照图5说明保持板对第一、第二从动齿轮的施力方向。图5是说明保持板对第一、第二从动齿轮的施力方向的图。另外，在图5中，为了方便说明，保持板的环状按压部及平板部的外形线由单点划线表示。

如图5(a)所示，环状按压部54、55与第一、第二从动齿轮7、8的下台阶部35的端面相接，对第一、第二从动齿轮7、8向壳体2的内底面施力。由此，能够防止第一、第二从动齿轮7、8的旋转轴方向的晃动，能够防止由晃动引起的噪声。

并且，一对径向按压片62对第一从动齿轮7的下台阶部35的外周面向箭头a、b方向施力。此时，一对径向按压片62的箭头a、b所示的作用力的合力作用于第一从动齿轮7，对第一从动齿轮7向箭头A方向施力。该箭头A方向与旋转件6的法线方向一致。即，一对径向按压片62在连结第一从动齿轮7的旋转中心与旋转件6的旋转中心的直线上对第一从动齿轮7向旋转件6施力。由此，能够使第一从动齿轮7对旋转件6进行按压。

同样，一对径向按压片66也对第二从动齿轮8的下台阶部35的外周面向箭头c、d方向施力，其合力在连结第二从动齿轮8的旋转中心与旋转件6的旋转中心的直线上对第二从动齿轮8向按压旋转件6的箭头B方向施力。如此，利用一对径向按压片62、66使第一、第二从动齿轮7、8对旋转件6进行按压，因此能够降低由齿隙引起的旋转角的检测误差。

另外，在本实施方式中，为在连结第一、第二从动齿轮7、8的旋转中心与旋转件6的旋转中心的直线上，对第一、第二从动齿轮7、8向旋转件6施力的结构，但不局限于此。只要由第一、第二从动齿轮7、8向按压旋转件6的方向施力即可，例如，如图5(b)所示，只要是在作用于第一、第二从动齿轮7、8的合力A、B中产生朝向旋转件6的旋转中心的Ar、Br成分的方向即可。

接下来，参照图6说明本实施方式所涉及的旋转角传感器的检测精度。图6是表示旋转角传感器的第一从动齿轮的旋转角与输出信号的关系的图，图6(a)是使用了用于与本实施方式所涉及的旋转角传感器对比的不具有保持板的旋转角传感器的图，图6(b)是使用了本实施方式所涉及的旋转角传感器的图。

在图6中示出了第一从动齿轮的旋转角与输出信号的关系，而第二从动齿轮也同样。并且，在图6中，横轴表示旋转角，纵轴表示输出值。

如图6(a)所示，在比较例所涉及的旋转角传感器中，相对于规定的旋转角的输出值具有宽度，在规定的旋转角的输出值中产生误差。这是因为旋转件6传递到第一从动齿轮7的旋转延迟了旋转件6与第一从动齿轮7之间的齿隙的量的缘故。

另一方面，如图6(b)所示，在本实施方式所涉及的旋转角传感器中，由于旋转角与输出值表示为直线关系，因此规定的旋转角的输出值的误差较小。这是由于由保持板13的一对径向按压片62的作用力将第一从动齿轮7向旋转件6按压，因此旋转件6与第一从动齿轮7之间的齿隙变小。如此，由于能够精度良好地检测出第一从动齿轮7的旋转角所对应的输出值，因此能够精度良好地检测出旋转件6的绝对角。

如上所述，根据本实施方式所涉及的旋转角传感器1，由于通过保持板13的作用力，旋转件6分别对第一、第二从动齿轮7、8按压，因此能够减小设置在旋转件6与第一、第二从动齿轮7、8之间的齿隙。由此，能够减小由齿隙引起的旋转方向的晃动，从而能够根据第一、第二从动齿轮7、8的旋转角精度良好地检测出旋转件6的绝对角。

另外，在上述的实施方式中，采用了通过在第一、第二从动齿轮7、8上设置的磁铁11、12和磁阻效应元件16、17来磁检测出第一、第二从动齿轮7、8的旋转角度的结构，但不局限于该结构。只要是能够检测出第一、第二从动齿轮7、8的旋转角度的结构则任意结构均可，例如，也可以如图7(a)所示，采用光学地检测出第一、第二从动齿轮7、8的旋转角度的结构。

在该情况下，例如在第一、第二从动齿轮7、8的与基板15对置的面上设置反射板71，通过在基板15上设置的发光元件72和受光元件73来检测旋转角。此外，如图7(b)所示，代替反射板71设置狭缝74，以在旋转轴方向上夹着第一、第二从动齿轮7、8的方式设置发光元件72和受光元件73，从而能够检测出第一、第二从动齿轮7、8的旋转角。还可以在第一、第二从动齿轮7、8的与基板15对置的面上沿着旋转方向设置电阻，使电刷与该电阻滑动接触从而根据电阻值的变化而检测出第一、第二从动齿轮7、8的旋转角，也可以通过使用了图像传感器的结构或使用了感应器的结构来检测第一、第二从动齿轮7、8的旋转角。

此外，在上述的实施方式中，采用了旋转件6为双层状齿轮，且第一从动齿轮7与第二从动齿轮8的齿数相同的结构，但不局限于该结构。只要是在第一从动齿轮7与第二从动齿轮8对应旋转件6的旋转而产生旋转差的结构则任意结构均可，可以采用例如旋转件6为单层状齿轮，第一从动齿轮7及第二从动齿轮8的齿数不同的结构。

此外，在上述的实施方式中，旋转件6由外齿轮构成，但只要是传递转向盘的驱动轴的旋转的结构，则任意结构均可。例如，旋转件6也可以由内齿轮构成，使第一、第二从动齿轮7、8在旋转件6的内侧啮合。在该情况下，可以在旋转件6的外周面或旋转轴方向的端面与驱动轴能够一体地旋转地卡合。

此外，在上述的实施方式中，采用了由一对径向按压片62、66的合力对第一、第二从动齿轮7、8向旋转件6按压的结构，但不局限于该结构。只要是对第一、第二从动齿轮向旋转件6按压的结构，则任意结构均可，例如，可以采用由一个径向按压片对第一、第二从动齿轮7、8向旋转件6按压的结构。

此外，本次公开的实施方式在所有的方面均为示例，并不局限于本实施方式。本发明的范围并非仅上述的实施方式的说明的范围，还意图包括由权利要求书示出的、与权利要求书均等的意思及范围内的所有的变更。

工业实用性

如以上说明所示，本发明具有能够减小齿隙从而精度良好地检测出旋转件的绝对角度的效果，尤其在检测转向盘等的转向角的旋转角传感器中有用。

Claims (6)

1.一种旋转角传感器，其特征在于，具有：

旋转件，其配设为能够旋转且具有以旋转轴为旋转中心的齿轮部；

第一从动齿轮及第二从动齿轮，所述第一从动齿轮及第二从动齿轮与所述齿轮部啮合且与所述旋转件的旋转的转速比互不相同；以及

施力构件，其向由所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮按压所述旋转件的方向对所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮施力，

所述旋转角传感器根据所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转角，输出与所述旋转件的绝对角对应的信号。

2.根据权利要求1所述的旋转角传感器，其特征在于，

所述施力构件在连结所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转中心与所述旋转件的旋转中心的直线上，向朝向所述旋转件的方向施力。

3.根据权利要求1所述的旋转角传感器，其特征在于，

所述施力构件除了向由所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮按压所述旋转件的方向，还向所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转轴方向对所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮施力。

4.根据权利要求1所述的旋转角传感器，其特征在于，

所述齿轮部由齿数互不相同的第一齿轮部和第二齿轮部构成，

所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮为相同的齿数，所述第一从动齿轮与所述第一齿轮部啮合，所述第二从动齿轮与所述第二齿轮部啮合。

5.根据权利要求1所述的旋转角传感器，其特征在于，

所述旋转角传感器磁检测所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转角。

6.根据权利要求1所述的旋转角传感器，其特征在于，

所述旋转角传感器光学地检测所述第一从动齿轮及所述第二从动齿轮的旋转角。

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