CN104764396B - 旋转角检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转角检测装置，即使在停留于滑动件微接触的状态下也能够防止误检测。旋转角检测装置(100)具备：旋转型的分压器(1)，具有一端与电源连接且另一端被接地的电阻体(1a)、以及在电阻体的表面上滑动接触的2个滑动件(1b、1c)；控制部(2)，检测伴随着2个滑动件(1b、1c)在电阻体(1a)的表面上滑动接触而产生的电压；2个电阻元件(3)，各自的一端与2个滑动件(1b、1c)连接；以及切换单元(4)，根据控制部(2)的控制，切换2个电阻元件(3)的另一端与电源之间的连接状态。

Description

旋转角检测装置

技术领域

本发明涉及一种使用分压器的旋转角检测装置，尤其是涉及能够防止误检测的旋转角检测装置。

背景技术

以往，公知有如下旋转角检测装置：将具有电阻体和滑动位置不同的2个滑动件的分压器用于旋转角传感器，根据从2个滑动件输出的电位的变化来检测旋转轴的旋转角。

在将分压器用作旋转角传感器的情况下，在电阻体的两端部附近形成非感应带，在一个滑动件位于电阻体与非感应带的边界部分的情况下，该滑动件与电阻器微接触，与另一个滑动件同样地，输出输出电位在最大电位与最小电位之间的中间电位，从而存在误检测的可能性。

在专利文献1(现有例1)所记载的操纵角检测装置(旋转角检测装置)900中，如图6所示，具备轴部件901、支撑部件902、电阻器903、设置于电阻器903的第1及第2集电部件903a、903b、操纵角运算单元904及操纵角修正值运算单元905。

专利文献1公开了操纵角运算单元904和操纵角修正值运算单元905根据第1集电部件903a及第2集电部件903b的上一次采样时的检测信号和本次采样时的检测信号来进行角度的检测及修正的技术。

专利文献1：JP特开昭63-186102号公报

但是，在上述现有例中，由于根据上一次的检测信号和本次检测信号来进行角度的检测及修正，因此在停留于集电部(滑动件)微接触的状态而持续输出中间电位的情况下，存在可能错误地检测角度的课题。

发明内容

本发明解决上述课题，其目的在于提供一种即使停留于滑动件微接触的状态也能够防止误检测的旋转角检测装置。

为了解决该课题，本发明的旋转角检测装置具备：旋转型的分压器，具有一端与电源连接且另一端被接地的电阻体、以及在上述电阻体的表面上滑动接触的2个滑动件；和控制部，检测伴随着上述2个滑动件在上述电阻体的表面上滑动接触而产生的电压，上述旋转角检测装置的特征在于，还具备：2个电阻元件，各自的一端与上述2个滑动件连接；和切换单元，根据上述控制部的控制，切换上述2个电阻元件的另一端与电源之间的连接状态。

由此，能够将2个电阻元件切换为与电源连接的状态和不连接的状态，因此能够改变连接在2个滑动件与电源之间的电阻的合成电阻值。因此，与一个滑动件微接触的状态下产生的接触电阻的值相比，能够减小连接电阻元件而构成的合成电阻的值，因此一个滑动件的输出大幅变化，输出电压升高。另一个滑动件在电阻体上滑动接触，因此输出电压即使在连接有电阻元件的情况下，变化也较小。能够根据该变化来判断出另一个滑动件在电阻体上，因此能够检测出准确的操作位置。因此，能够提供即使在停留于一个滑动件微接触的状态下也能够防止误检测的旋转角检测装置。

此外，本发明的旋转角检测装置的特征在于，上述控制部在上述2个电阻元件没有与电源连接的状态下、且从上述2个滑动件都输出了中间电压的情况下，控制上述切换单元，根据在将上述2个电阻元件连接到电源的状态下从上述2个滑动件输出的电压，来检测旋转角。

由此，仅在从2个滑动件输出的电压为中间电位的情况下，控制切换单元，根据在2个电阻元件与电源连接的状态下从2个滑动件输出的电压，来检测旋转角。因此，能够减少控制切换单元的次数，能够高效地检测旋转角。

发明效果

根据本发明，能够提供即使在滑动件停留于与电阻体微接触的状态下也能够防止误检测的旋转角检测装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的旋转角检测装置的结构的图。

图2是说明旋转角检测装置中所使用的分压器的动作的图。

图3是说明本实施方式的旋转角检测装置的动作的图。

图4是说明本实施方式的旋转角检测装置的动作的图。

图5是说明本实施方式的旋转角检测装置的动作的图。

图6是表示现有技术的操纵角检测装置(旋转角检测装置)的图。

符号说明：

1 分压器

1a 电阻体

1b 第1滑动件

1c 第2滑动件

1d 第1导电图案

1e 第2导电图案

1f 非感应带

2 控制部

3 电阻元件

4 切换单元

100 旋转角检测装置

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，说明第1实施方式的旋转角检测装置100。

首先，用图1及图2说明本实施方式的旋转角检测装置100的结构。图1是表示本实施方式的旋转角检测装置100的结构的图，图1(a)是表示旋转角检测装置100的结构的框图，图1(b)是旋转角检测装置100的电路图。图2是说明旋转角检测装置100中所使用的分压器1的动作的图，图2(a)是说明电阻体1a和2个滑动件(1b、1c)的位置及动作的图，图2(b)是表示2个滑动件的位置与输出电压之间的关系的图。

如图1(a)所示，旋转角检测装置100具备旋转型的分压器1、控制部2、2个电阻元件3及切换单元4。此外，如图2(b)所示，旋转角检测装置100除此之外还具有第1上拉电阻(pull-up resistor)R5和第2上拉电阻R6。

如图1(b)所示，分压器1具有电阻体1a、第1滑动件1b和第2滑动件1c这2个滑动件。电阻体1a的一端与电源连接，另一端与电源的基准电位连接而被接地。在本实施方式中，在以下的说明中，将电阻体1a的总电阻值设为10千欧(以下记为kΩ)，将基准电位设为0伏(以下记为V)，将电源的电压设为5(V)。2个滑动件在电阻体1a的表面上滑动接触，与滑动件的滑动接触位置对应的0～5(V)之间的电压产生在各滑动件上。第1滑动件1b和第2滑动件1c这2个滑动件分别与控制部2连接。

如图2(a)所示，分压器1的电阻体1a形成在以分压器1的旋转轴C为中心的圆周中与内角θ1对应的圆弧的部分。电阻体1a的一端经由第1导电图案1d与电源连接，另一端经由第2导电图案1e而被接地。

如图2(a)所示，第1导电图案1d形成在以分压器1的旋转轴C为中心的圆周中与内角θ2对应的圆弧的部分，在图2(a)所示的“A”的部分与电阻体1a连接。如图2(a)所示，第2导电图案1e形成在以分压器1的旋转轴C为中心的圆周中与内角θ4对应的圆弧的部分，在图2(a)所示的“B”的部分与电阻体1a连接。

在内角θ3的范围，由绝缘体形成了非感应带1f，使得第1导电图案1d和第2导电图案1e不会通过第1滑动件1b或第2滑动件1c被短路。另外，在本实施方式中，内角θ1形成在导致190°的范围，θ2和θ4分别形成在80°的范围，θ3形成在10°的范围。

第1滑动件1b和第2滑动件1c被配置成夹着旋转轴C而位于相望的位置上，在第1滑动件1b位于图2(a)所示的电阻体1a的上表面的P1的位置的情况下，第2滑动件1c位于非感应带1f上。此外，在第1滑动件1b位于图2(a)所示的电阻体1a的P2的位置的情况下，第2滑动件1c位于P3。

用图2(b)说明第1滑动件1b和第2滑动件1c的位置与输出电压之间的关系。图2(b)是表示分压器1的旋转角与根据第1滑动件1b和第2滑动件1c的位置而输出的电压之间的关系的图。在图2(b)中，实线表示的是第1滑动件1b的输出电压，虚线表示的是第2滑动件1c的输出电压。

在第1滑动件1b位于图2(a)所示的P1的位置的情况下，位于电阻体1a的大致中央，因此输出电压输出电源电压的一半、即2.5(V)的电压。在第1滑动件1b位于电阻体1a所在的内角θ1的范围的情况下，如图2(b)所示，根据旋转角输出与旋转角成比例的电压。由于总电阻为10(kΩ)，电阻体1a被配置于190°的范围内，因此每5°的旋转角，电压变化0.13(V)。

在第1滑动件1b位于图2(a)所示的P2的位置的情况下，位于从与第2导电图案1e的连接点(B)向P1侧旋转了约5°的位置上，因此根据电阻体1a的电阻比，输出电压为0.13(V)。在这种情况下，第2滑动件1c位于图2(a)所示的P3的位置上，因此输出电压同样为4.87(V)。

在第1滑动件1b位于图2(a)所示的P3的位置的情况下，位于从与第1导电图案1d的连接点(A)向P1侧旋转了约5°的位置上，因此根据电阻体1a的电阻比，输出电压变为4.87(V)。在这种情况下，第2滑动件1c位于图2(a)所示的P2的位置上，因此输出电压同样为0.13(V)。

在第1滑动件1b如图2(b)所示的P4那样位于内角θ2的范围的情况下，接触到与电源连接的第1导电图案1d，因此直接输出电源电压的5(V)。此外，在第1滑动件1b如图2(b)所示的P5那样位于内角θ4的范围的情况下，接触到与基准电位连接的第2导电图案1e，因此输出0(V)。

在第1滑动件1b位于非感应带1f所在的内角θ3的范围的情况下，第1滑动件1b处于被绝缘的状态，输出的电压不一定。在本实施方式中，如图1(b)所示，通过将第1上拉电阻R5连接在第1滑动件1b与电源之间，上拉(Pull up)到电源电压，因此在该范围内，输出电源电压。此外，第2滑动件1c也在旋转角相差180°的状态下发挥与第1滑动件1b相同的功能，因此输出电压输出图2(b)中虚线所示的电压。另外，如图1(b)所示，在第2滑动件1c与电源之间连接有第2上拉电阻R6。

控制部2具有第1模拟电压输入端口AD1、第2模拟电压输入端口AD2、第1输出端口PO1及第2输出端口PO2。如图1(b)所示，在第1模拟电压输入端口AD1上连接有分压器1的第1滑动件1b，在第2模拟电压输入端口AD2上连接有第2滑动件1c，第1输出端口PO1和第2输出端口PO2与切换单元4连接。

在控制部2中，伴随着2个滑动件在电阻体1a的表面上滑动接触而在各滑动件上产生的电压被输入到第1模拟电压输入端口AD1和第2模拟电压输入端口AD2。控制部2进行将所输入的电压从模拟信号转换为数字信号的模拟-数字转换(以下记为AD转换)，并将其结果作为电压数据来检测电压值，基于所检测的电压值进行运算。在输出端口PO输出用于基于控制部2进行的运算的结果来控制切换单元4的控制信号。此外，控制部2具备计时功能及存储器(未图示)，能够进行基于计时功能的控制间隔的管理、所取得的电压值及对电压值进行运算而得到的结果的存储等。

如图1(a)所示，2个电阻元件3的一端分别与2个滑动件连接。在区分2个电阻元件3的情况下，如图1(b)所示，将与第1滑动件1b连接的电阻元件3记为R1，将与第2滑动件1c连接的电阻元件3记为R2。2个电阻元件3的另一端与切换单元4连接。另外，在本实施方式的说明中，2个电阻元件3的电阻值设为100(kΩ)。

如图1(a)所示，切换单元4与电源、控制部2、2个电阻元件3的另一端连接。如图1(b)所示，切换单元4由第1晶体管Tr1、第2晶体管Tr2这2个晶体管、基级电阻R3及基级电阻R4构成。2个晶体管(Tr1、Tr2)分别具有基极、发射极、集电极这3个端子，2个晶体管(Tr1、Tr2)的发射极与电源连接。第1晶体管Tr1的集电极与2个电阻元件3中的R1的另一端连接，第2晶体管Tr2的集电极与2个电阻元件3中的R2的另一端连接。第1晶体管Tr1的基极经由基级电阻R3而与控制部2的第1输出端口PO1连接，第2晶体管Tr2的基极经由基级电阻R4而与控制部2的第2输出端口PO2连接。根据来自第1输出端口PO1及第2输出端口PO2的输出，流向2个晶体管(Tr1、Tr2)各自的基极的电流被接通或断开，从而切换各晶体管的发射极与集电极之间的导通或截止。因此，根据控制部2的控制，切换2个电阻元件3的另一端与电源之间的连接状态。

第1上拉电阻R5的一端与第1滑动件1b连接，另一端与电源连接，上拉第1滑动件1b，使得在第1滑动件1b位于分压器1的非感应带1f的范围时输出电压不会变得不一定。此外，第2上拉电阻R6的一端与第2滑动件1c连接，另一端与电源连接，上拉第2滑动件1c，使得在第2滑动件1c位于分压器1的非感应带1f的范围时输出电压不会变得不一定。

将第1上拉电阻R5及第2上拉电阻R6的值选择成对针对分压器1的旋转角度的输出电压的影响小到可容许的程度。在本实施方式中，将第1上拉电阻R5及第2上拉电阻R6的值设为1兆欧(以下记为MΩ)。

接着，用图2至图5说明旋转角检测装置100的动作。图3是说明旋转角检测装置100的动作的图，是说明切换单元4为截止状态的动作的图。图3(a)是表示控制部2的第1输出端口PO1和第2输出端口PO2的输出状态的电路图，图3(b)是切换单元4为截止状态且第2滑动件1c处于微接触的状态的等效电路图。图4是说明旋转角检测装置100的动作的图，是说明切换单元4处于导通状态的动作的图。图4(a)是表示控制部2的第1输出端口PO1和第2输出端口PO2的输出状态的电路图，图4(b)是切换单元4为导通状态且第2滑动件1c处于微接触的状态的等效电路图。图5是说明旋转角检测装置100的动作的图，是2个滑动件(1b、1c)与连接有电阻元件3时的滑动件相连接的情况的等效电路图。图5(a)是表示第1滑动件1b位于P6的情况的等效电路图，图5(b)是表示第2滑动件1c位于P7的情况的等效电路图。

在初始状态下，如图3(a)所示，控制部2为了将切换单元4设为截止状态，向输出端口PO输出与电源电压相同的5(V)的电压。将该状态的输出表示为“H”电平。此外，将向第1输出端口PO1或第2输出端口PO2输出0(V)的情况表示为“L”电平。由于从控制部2的第1输出端口PO1和第2输出端口PO2输出“H”电平，因此切换单元4成为截止状态。因此，如图3(b)所示，第1电阻元件R1和第2电阻元件R2成为没有与电源连接的状态。

控制部2分别检测第1滑动件1b的输出电压和第2滑动件1c的输出电压。

在从第1滑动件1b输出的电压值是0.13(V)以上且小于2.5(V)的范围，且第2滑动件1c的输出为4.87(V)以上的情况下，控制部2根据第1滑动件1b的输出电压值来运算旋转角。在这种情况下，第1滑动件1b位于图2(a)及图2(b)所示的P2与P1之间。

此外，在从第1滑动件1b输出的电压值是大于2.5(V)且4.87(V)以下的范围，且第2滑动件1c的输出小于0.13(V)的情况下，控制部2也根据第1滑动件1b的输出电压值来运算旋转角。在这种情况下，第1滑动件1b位于图2(a)及图2(b)所示的P1与P3之间。

同样，在从第2滑动件1c输出的电压值是0.13(V)以上且小于2.5(V)的范围，且第1滑动件1b的输出为4.87(V)以上的情况下，控制部2根据第2滑动件1c的输出电压值来运算旋转角。在这种情况下，第2滑动件1c位于图2(a)及图2(b)所示的P2与P1之间。

此外，在从第2滑动件1c输出的电压值是大于2.5(V)且4.87(V)以下的范围，且第1滑动件1b的输出小于0.13(V)的情况下，控制部2也根据第2滑动件1c的输出电压值来运算旋转角。在这种情况下，第2滑动件1c位于图2(a)及图2(b)所示的P1与P3之间。

在第1滑动件1b位于从图2(a)所示的P1向P3的方向旋转了5°的P6的位置的情况下，第2滑动件1c位于P7的位置，位于非感应带1f与第2导电图案1e之间。在P7所示的位置，第2滑动件1c与第2导电图案1e微接触的情况下，如图3(b)的等效电路所示，等效于因微接触而产生的接触电阻Rs连接在第2滑动件1c与基准电位之间。

在因微接触产生的接触电阻Rs为1(MΩ)的情况下，电源电压被第2上拉电阻R6和接触电阻Rs分压，在第2滑动件1c的输出上输出2.5(V)。此时，在第1滑动件1b的输出上输出2.63(V)的电压。

这样，在切换单元4为截止状态，且2个电阻元件3没有与电源连接的状态下，从第1滑动件1b和第2滑动件1c这2个滑动件都输出了2.5(V)左右的中间电压时，控制部2将切换单元4控制成使其成为导通状态。如图4(a)所示，控制部2向第1输出端口PO1和第2输出端口PO2输出“L”电平，将切换单元4设为导通状态，从而如图4(b)的等效电路所示，2个电阻元件3成为与电源连接的状态。

在图3(b)的状态下向第1滑动件1b输出的电压为2.63(V)时，在如图4(b)所示那样连接有2个电阻元件3的状态下，与如图5(a)所示连接有电阻的情况等效。因此，向第1滑动件1b输出的电压为2.69(V)，仅变化0.06(V)。

在图3(b)的状态下向第2滑动件1c输出的电压为2.5(V)的情况下，在如图4(b)所示那样连接有2个电阻元件3的状态下，与如图5(b)所示连接有电阻的情况等效。因此，向第2滑动件1c输出的电压为4.58(V)，变化2(V)以上。

因此，能够判断出第2滑动件1c位于非感应带1f与第2导电图案1e之间，且与第2导电图案1e微接触。因此，根据从2个滑动件输出的电压，控制部2使用在切换单元4为截止状态下从第1滑动件1b输出的电压值来运算旋转角，从而能够无误检测地检测出旋转角。此外，在所检测的角度的误差为可容许的情况下，还能够使用在切换单元4为导通状态下从第1滑动件1b输出的电压值来运算旋转角。如上所述，能够通过从2个电阻元件3与电源连接的状态下的2个滑动件(1b、1c)输出的电压，检测旋转角。

在第1滑动件1b位于图2(a)所示的P7的位置，且第2滑动件1c在P6的位置处与第2导电图案1e微接触的情况下，也能够通过同样的步骤来检测旋转角。

另外，以上说明中表示的滑动件的输出电压的值为近似值，实际上根据分压器1、电阻元件3的值所具有的误差等，多少会有变动。

以下，说明本实施方式的效果。

在本实施方式的旋转角检测装置100中，具备：旋转型的分压器1，具有一端与电源连接且另一端被接地的电阻体1a、以及在电阻体1a的表面上滑动接触的2个滑动件(1b、1c)；控制部2，检测伴随着2个滑动件(1b、1c)在电阻体1a的表面上滑动接触而产生的电压；2个电阻元件3，一端分别与2个滑动件连接；以及切换单元4，根据控制部2的控制，切换2个电阻元件3的另一端与电源之间的连接状态。

由此，能够将2个电阻元件3切换为与电源连接的状态和不连接的状态，因此能够改变连接在2个滑动件(1b、1c)与电源之间的电阻的合成电阻值。因此，与一个滑动件微接触的状态下产生的接触电阻Rs的值相比，能够减小连接电阻元件3而构成的合成电阻的值，因此一个滑动件的输出大幅变化，输出电压升高。另一个滑动件在电阻体1a上滑动接触，因此输出电压即使在连接了电阻元件3的情况下，变化也较小。能够根据该变化来判断出另一个滑动件存在于电阻体1a上，因此能够检测出准确的操作位置。因此，能够提供即使在停留于一个滑动件微接触的状态下也能够防止误检测的旋转角检测装置。

此外，在本实施方式的旋转角检测装置100中，控制部2在2个电阻元件3没有与电源连接的状态下从2个滑动件(1b、1c)都输出了中间电压的情况下，控制切换单元4，根据在2个电阻元件3与电源连接的状态下从2个滑动件(1b、1c)输出的电压，检测旋转角。

由此，仅在从2个滑动件(1b、1c)输出的电压为中间电位的情况下，控制切换单元4，根据在2个电阻元件3与电源连接的状态下从2个滑动件(1b、1c)输出的电压，检测旋转角。因此，能够减少控制切换单元4的次数，因此能够高效地检测旋转角。

如上所述，具体说明了本发明的实施方式的旋转角检测装置100，但本发明不限于上述的实施方式，在不脱离宗旨的范围内能够进行各种变更来实施。例如，能够如下那样进行变形来实施，这些实施方式也属于本发明的技术范围内。

(1)在本实施方式中，以第1上拉电阻R5及第2上拉电阻R6分别连接在2个滑动件(1b、1c)与电源之间的例子进行了说明，但也可以省略第1上拉电阻R5及第2上拉电阻R6。在这种情况下，也能够在从2个滑动件(1b、1c)都输出了中间电位的情况下，控制部2控制切换单元4，设为将2个电阻元件3的另一端与电源连接的状态，从而能够判别哪个滑动件位于电阻体1a上。

(2)在本实施方式中，关于分压器1的总电阻值、2个电阻元件3、第1上拉电阻R5及第2上拉电阻R6的值，以具体的数值进行了说明，但可以适当变更电阻值来实施。

(3)在本实施方式中，以切换单元4由2个晶体管构成的例子进行了说明，但也可以用FET及其他开关元件来构成。

(4)在本实施方式中，以在切换单元4为导通状态时2个电阻元件3与电源连接的例子进行了说明，但也可以变形为在切换单元4为导通状态时2个电阻元件3与基准电位连接的情况来实施。此外，也可以构成为将第1上拉电阻R5及第2上拉电阻R6变更为下拉电阻来与基准电位连接。

(5)在本实施方式中，以分开构成切换单元4和控制部2的例子进行了说明，但也可以在控制部中内置切换单元来一体地构成。例如，可以使用具有能够在控制部的模拟电压输入端口选择是否连接上拉电阻的功能的微处理单元(MPU)等构成。

(6)在本实施方式中，关于中间电位的范围，没有表示具体的范围，作为代表值，使用2.5(V)进行了说明，但因微接触产生的接触电阻不稳定，且还随着温度、湿度等发生变动。因此，也可以根据适用旋转检测装置的设备、条件来适当地决定控制切换单元的电压范围来实施。

Claims (1)

1.一种旋转角检测装置，具备：旋转型的分压器，具有一端与电源连接且另一端被接地的电阻体、以及在上述电阻体的表面上滑动接触的2个滑动件；和控制部，检测伴随着上述2个滑动件在上述电阻体的表面上滑动接触而产生的电压，上述旋转角检测装置的特征在于，还具备：

2个电阻元件，各自的一端与上述2个滑动件连接；和

切换单元，根据上述控制部的控制，切换上述2个电阻元件的另一端与电源之间的连接状态，

上述控制部在上述2个电阻元件没有与电源连接的状态下、且从上述2个滑动件都输出了中间电压的情况下，控制上述切换单元，根据在将上述2个电阻元件连接到电源的状态下从上述2个滑动件输出的电压，来检测旋转角。