JP2004061373A - Rotation angle detector - Google Patents

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JP2004061373A JP2002221776A JP2002221776A JP2004061373A JP 2004061373 A JP2004061373 A JP 2004061373A JP 2002221776 A JP2002221776 A JP 2002221776A JP 2002221776 A JP2002221776 A JP 2002221776A JP 2004061373 A JP2004061373 A JP 2004061373A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle detector of multi-rotation type having high detection accuracy. <P>SOLUTION: A second gear 4 comprising a spur gear meshes in the gear ratio of 1 to 1 with a first gear 3 comprising a shaft to be measured 2 and a spur gear coaxial therewith. A vortical guide track 5 centering around a rotation axis line 4c is formed on a first end face 4a of the second gear 4. A swing arm 6 is provided turnable around a prescribed axis line 7 serving as a fulcrum. When the shaft to be measured 2 rotates, a second end part 6b of the swing arm 6 traces the guide track 5 to cause the swing arm 6 to make turning motion around the prescribed axis line 7. When the shaft 2 makes multiple rotation, rotation angle output of the second gear 4 detected by a second rotation angle detection sensor 12 is given a repetitive wave form of a fixed period with respect to the rotation angle of the second gear 4. Rotation angle output of the swing arm detected by a first rotation angle detection sensor 11 is used to determine, to which period the output value of the second sensor 12 corresponds. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多回転軸の絶対回転角を検出する回転角検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
通例、回転角検出センサの測定範囲は1回転(360°)以内である。このような回転角検出センサを用いて、多回転型の回転軸の絶対回転角を検出する回転角検出装置が提供されている(例えば、特開平10−30909号公報、および特許第2974717号公報参照)。
前者の特開平10−30909号公報の回転角検出装置では、単一の回転角検出センサを用いて、多回転型の回転軸の絶対回転角を検出する。そのために、回転軸の多回転(例えば4回転)を、回転角検出センサの測定範囲内(1回転以内)に減速し、減速により縮小された回転を回転角検出センサで検出することになる。このため、分解能が低下し検出精度が悪くなる。
【0003】
後者の特許第2974717号公報の回転角検出装置では、第1の回転角検出センサによって回転軸の1回転毎に反復される微細信号を出力し、第2の回転角検出センサによって回転軸の回転の全範囲にわたって検出される粗信号を出力し、これら微細信号および粗信号に基づいて回転軸の絶対回転角を検出する。
この回転角検出装置では、回転軸の同軸上に環状の検出部材が設けられ、この環状の検出部材に渦巻き状の案内軌道が設けられる。第2の回転角検出センサは、直線摺動ポテンショメータからなり、上記の渦巻き状の案内軌道をリニアトラッキングして粗信号を出力する。
【0004】
しかしながら、この回転角検出装置では、回転軸(すなわち検出部材)の回転角に対して、第2の回転角検出センサの出力が比例せず、リニアな検出特性が得られないという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、検出精度の高い多回転型の回転角検出装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、回転可能な被測定軸の同軸上に配置される第1の歯車と、この第1の歯車に噛み合う第2の歯車と、上記第2の歯車の端面に設けられる渦巻き状の案内軌道と、第1および第2の端部を有し、第1の端部が所定の支点の回りに揺動自在に支持されると共に、第2の端部が上記渦巻き状の案内軌道により案内される揺動アームと、この揺動アームの回転角を検出するための第1の回転角検出手段と、第2の歯車の回転角を検出するための第2の回転角検出手段と、第1および第2の回転角検出手段によって検出された回転角に基づいて上記被測定軸の絶対回転角を演算する演算手段とを備えることを特徴とする回転角検出装置を提供する。
【0006】
本発明では、被測定軸が多回転すると、第2の回転角検出手段が、高精度ではあるが被測定軸の回転角に応じて周期的に反復する検出信号を出力する。この第2の回転角検出手段の検出信号がどの周期内での検出信号であるかを、第1の回転角検出手段により揺動アームの回転角に基づいて検出し、被測定軸の絶対回転角を精度良く検出することができる。
仮に、被測定軸の周囲に被測定軸と同軸上に配置される環状の部材に螺旋状の案内軌道を設けるとすると、揺動アームの回転角範囲が狭くなるので、揺動アームの回転角の検出精度が悪くなるが、本発明では、被測定軸と同軸上の第1の歯車に、第2の歯車を噛み合わせ、この第2の歯車の端面に螺旋状の案内軌道を設けるので、揺動アームの回転角範囲を広くでき、揺動アームの回転角の検出精度を高くすることができる。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1において、上記所定の支点が上記第2の歯車の端面に対向する位置に配置されることを特徴とするものである。本発明では、揺動アームのスパンを短くできるので、被測定軸の回転角に対する揺動アームの回転角を大きくできる結果、第1の回転角検出手段の検出精度を高くすることができる。
請求項3記載の発明は、請求項1において、上記所定の支点は所定の中心軸線の回りに回動可能な可動支点からなることを特徴とするものである。本発明では、被測定軸の回転角に対して揺動アームの回転角が概ね線形に変化するので、演算手段による演算処理が簡単となる。
【0008】
請求項4記載の発明は、請求項3において、上記第2の歯車の端面に対向する案内部材を備え、この案内部材は、上記揺動アームの第2の端部を案内するための曲線状の案内軌道を有することを特徴とするものである。本発明では、リニアな検出特性を得ることで、検出精度をより向上することが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図1および図2は本発明の一実施の形態の回転角検出装置の模式的平面図および概略断面図である。図1を参照して、本回転角検出装置1は、回転可能な被測定軸2の周囲に同軸上に配置され被測定軸2と一体回転する第1の歯車3と、この第1の歯車3に噛み合う第2の歯車4とを備える。第1および第2の歯車3,4は平歯車からなる。第1および第2の歯車3,4は、例えば、同径でギヤ比が1:1に設定される。
【0010】
本実施の形態では、回転角検出装置1を電動パワーステアリング装置に適用してステアリングホイール等の操舵部材(図示せず)の回転角を検出する場合に則して説明する。この場合、被測定軸2は操舵部材に一体回転する軸により構成される。ただし、本発明は一般的な多回転軸の絶対角検出に適用することが可能である。
図1および図2を参照して、第2の歯車4は第1の端面4aおよび第2の端面4bを有し、第1の端面4aには、第2の歯車4の回転軸線4cを中心とする渦巻き状の案内軌道5が形成されている。渦巻き状の案内軌道5は溝からなっていても良いし、突条からなっていても良い。
【0011】
案内軌道5は揺動アーム6の揺動を案内する。この揺動アーム6は、第1および第2の端部6a,6bを有しており、第1の端部6aは、所定の支点としての所定の軸線7の回りに揺動自在に支持される。第2の端部6bに設けられたトレーサ6cは、上記渦巻き状の案内軌道5に係合しており、揺動アーム6の揺動時に案内軌道5によって案内される。
図2に示すように、渦巻き状の案内軌道5が、例えば断面半円状である場合には、第2の端部6bのトレーサ6cは球状体であっても良い。この球状体が案内軌道5としての例えば溝を転動できるように、第2の端部6bに支持するようにしても良い。
【0012】
上記の所定の軸線7は支点形成手段としての支軸8の中心軸線からなる。この支軸8は、例えばステアリングコラムに固定されるセンサハウジング等の固定部材9によって、上記所定の軸線7の回りに回動自在に支持されている。また、支軸8の同軸上には、例えば円板からなり支軸8と一体回転する回転体10が設けられ、揺動アーム6,支軸8および回転体10が一体に回転する。
この回転体10の同軸上には、揺動アーム6の回転角(揺動角)を検出するための第1の回転角検出センサ11が設けられる。第1の回転角検出センサ11は可動部11aと固定部11bとを有する。可動部11aは、回転体10の支軸8が設けられる第1の端面10aの反対側の面である第2の端面10b面に固定され、回転体10と一体回転する。固定部11bは例えば基板等の固定部材(図示せず)に固定される。
【0013】
一方、第2の歯車4の回転軸線4cの同軸上には、第2の歯車4の回転角を検出するための第2の回転角検出センサ12が設けられる。第2の回転角検出センサ12は可動部12aと固定部12bとを有する。可動部12aは、第2の歯車4の案内軌道5が設けられる第1の端面4aの反対側の面である第2の端面4bに固定され、第2の歯車4と一体回転する。固定部12bは例えば基板等の固定部材(図示せず)に固定される。
【0014】
第1の回転角検出センサ11および第2の回転角検出センサ12からの検出信号は演算手段としての絶対角演算部13に入力され、絶対角演算部13では、第1および第2の回転角検センサ11,12によって検出された揺動アーム6および第2の歯車4の回転角に基づいて上記被測定軸2の絶対回転角を演算する。
次いで、図3は被測定軸2の回転角と各回転角検出センサ11,12の出力波形との関係を示すグラフ図である。被測定軸2としての、例えばステアリングシャフトを4回転させると、図3に示すように、第2の歯車4の回転角を検出する第2の回転角検出センサ12の出力S2(図3において、実線で示す)は、例えば180deg周期の鋸歯状の波形となる。第2の回転角検出センサ12の出力S2は検出精度は高いものの180deg周期で8回反復されるため、どの周期のものかが判らない。
【0015】
一方、揺動アーム6の回転角を検出する第1の回転角検出センサ11の出力S1は、例えば1440degまで概ねリニアに上昇する波形となる。第1の回転角検出センサ11の出力S1のレベルに基づいて、第2の回転角検出センサ11の出力値がどの周期での値であるかを判別することができる。したがって、被測定軸2の絶対回転角を精度良く検出することができる。
また、被測定軸2と同軸上の第1の歯車3に、第2の歯車4を噛み合わせ、この第2の歯車4の端面4aに螺旋状の案内軌道5を設けるようにしているので、揺動アーム6の回転角範囲を広くでき、揺動アーム6の回転角の検出精度を高くすることができるという利点もある。
【0016】
次いで、図4および図5は本発明の別の実施の形態を示している。図4および図5を参照して、本実施の形態の回転角検出装置1Aが図1および図2の実施の形態の回転角検出装置1と主に異なるのは、揺動アーム6の揺動に関する所定の支点としての所定の軸線7を、第2の歯車4の端面4aに対向する位置にレイアウトした点にある。
具体的には、ステアリングコラムに固定されるセンサハウジング等の固定部材9に固定されて第2の歯車4の端面4aに平行に延びる延設アーム14を設け、この延設アーム14の先端に支軸8を介して揺動アーム6を支持する。
【0017】
本実施の形態では、揺動アーム6の回転角を検出するための第1の回転角検出センサ15は、第2の回転角検出センサ12とは反対側に配置される。第1の回転角検出センサ15は、支軸8と一体回転する可動部15aと、基板等の固定部材に固定される固定部15bとを備える。本実施の形態において、図2の実施の形態と同様の構成には、図に同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態によれば、図4に示すように揺動アーム6のスパンを短くできるので、被測定軸2の回転角に対する揺動アーム6の回転角を大きくできる結果、第1の回転角検出センサ15の検出精度を高くすることができる。
【0018】
次いで、図6および図7は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図6および図7を参照して、本実施の形態が図1および図2の実施の形態と主に異なるのは、図1および図2の実施の形態では揺動アーム6の揺動の支点となる所定の軸線7を回転体10の回転軸線と一致させたが、本実施の形態では、揺動アーム6の揺動の支点となる所定の軸線7aが、回転体10の回転軸線16から所定のオフセット量Dにてオフセットされている。このため、支点としての所定の軸線7aは、回転軸線16を中心とする円弧状の軌跡17に沿って移動する可動支点となる。
【0019】
回転体10の第1の端面10aに固定された受け部18によって、揺動アーム6の第1の端部6aの支軸8が回動自在に支持される。また、揺動アーム6の第2の端部6bには、所定の軸線7aと平行に延びる延設軸6dが延設されており、この延設軸6dの先端にトレーサ6cが設けられている。
上記の延設軸6dは、第2の歯車4の第1の端面4aに平行な案内部材19に形成される案内軌道としての案内溝20を挿通している。案内部材19は、ステアリングコラムに固定されるセンサハウジング等の固定部材に固定されている。図8を参照して、案内溝20は曲線状をなし、延設軸6dを介して揺動アーム6の第2の端部6bの変位を案内する。
【0020】
本実施の形態によれば、案内溝20の形状設定により、被測定軸2の回転に対して第1の回転角検出センサ11のリニアな検出特性を得ることが可能となり、その結果、検出精度をより向上することができる。また、リニアな検出特性が得られるので、検出信号の処理も簡単となる。
次いで、図9は略図として示した図6〜図8の実施の形態の回転角検出装置1Bを実際にパッケージする場合の一例を示す概略断面図であり、図10は図9の実施の形態において用いられる位置決め部材の平面図である。
【0021】
図9を参照して、第2の歯車4の第1の端面4aには、第2の歯車4の回転軸線4cに沿って突出する支軸21が一体回転可能に設けられている。一方、第2の歯車4の第2の端面4bには、回転軸線4cを中心とする環状突起22が形成されている。
また、回転体10の第1の端面10aには、回転体10の回転軸線16に沿って突出する支軸23が一体回転可能に設けられている。一方、回転体10の第2の端面10bには、回転軸線16を中心とする環状突起24が形成されている。
【0022】
第1のケース25と第2のケース26との間に基板27および位置決め部材28を挟持する状態で、第1および第2のケース25,26が、例えば4箇所にてねじ40を用いて互いに締結される。ねじ40は第1のケース25、位置決め部材28および基板27を順次に貫通して、第2のケース26のねじ孔41にねじ込まれる。上記の基板27は、各回転角検出手段11,12の固定部11b,12bを実装している。42は基板27に実装される回路素子群である。
【0023】
第2の歯車4の支軸21および回転体10の支軸23は第1のケース25に形成される支持孔29,30にそれぞれ嵌め合わされて回動自在に支持されている。一方、第2の歯車4および回転体10の環状突起22,24は、位置決め部材28に形成される例えば円筒からなる位置決め部31,32にそれぞれ回動自在に嵌め合わされている。この嵌め合いはルーズであっても良い。
また、位置決め部31の端面によって第2の歯車4の第2の端面4bを受けることで、第2の歯車4が軸方向に受けられており、また、位置決め部32の端面によって回転体10の第2の端面10bを受けることで、回転体10が軸方向に受けられている。位置決め部31,32はそれぞれ第2の歯車4および回転体10のスラスト軸受として機能している。
【0024】
図9および図10を参照して、位置決め部材28は例えば合成樹脂の一体成形品からなる。位置決め部材28は上記の位置決め部31,32を互いに連結する連結部33と、位置決め部31から放射状に延びる一対の支持アーム34,35と、位置決め部32から放射状に延びる一対の支持アーム36,37とを備える。各支持アーム34〜37の先端部には、第1および第2のケース25,26の固定用のねじ40を挿通させるねじ挿通孔38を有するボス39がそれぞれ形成されている。すなわち、位置決め部材28は、基板27と共に第1および第2のケース25,26に共締めにて固定される。
【0025】
本実施の形態によれば、揺動アーム6を介して関連付けられる第2の歯車4および回転体10がそれぞれ両持ちで支持されることにより、第2の歯車4および回転体10の傾きを抑えることができ、その結果、検出精度のばらつきの発生を防止することができる。
特に、第2の歯車4および回転体10の支軸21,23が単一の部材である第1のケース25のみを介して互いに位置決めされるので、支軸21と支軸23との位置決め精度が高い。
【0026】
同様に、第2の歯車4および回転体10の環状突起22,24が単一の部材である位置決め部材28のみを介して互いに位置決めされるので、環状突起22と環状突起24との位置決め精度が高い。
また、位置決め部材28を合成樹脂の一体成形品とすることで、安価に製造することができる。
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の回転角検出装置の概略構成を示す模式的平面図である。
【図2】図1の回転角検出装置の一部破断概略側面図である。
【図3】図1の実施の形態において、被測定軸の回転角と各回転角検出センサの出力との関係を示すグラフ図である。
【図4】本発明の別の実施の形態の回転角検出装置の概略構成を示す模式的平面図である。
【図5】図4の回転角検出装置の一部破断概略側面図である。
【図6】本発明のさらに別の実施の形態の回転角検出装置の概略構成を示す模式的平面図である。
【図7】図6の回転角検出装置の一部破断概略側面図である。
【図8】図6の実施の形態において、延設軸が挿通された案内部材の平面図である。
【図9】図6〜図8の実施の形態の回転角検出装置を実際にパッケージする場合の一例を示す、回転角検出装置の概略断面図である。
【図10】図9の実施の形態において用いられる位置決め部材の平面図である。
【符号の説明】
1,1A,1B 回転角検出装置
2  被測定軸
3  第1の歯車
4  第2の歯車
4a 第1の端面
4b 第2の端面
4c 回転軸線
5  渦巻き状の案内軌道
6  揺動アーム
6a 第1の端部
6b 第2の端部
6c トレーサ
7  所定の軸線(所定の支点)
7a 所定の軸線(可動支点)
8  支軸
9  固定部材
10 回転体
11 第1の回転角検出センサ
12 第2の回転角検出センサ
13 絶対角演算部(演算手段)
14 延設アーム
15 第1の回転角検出センサ
16 回転軸線
17 軌跡
18 受け部
19 案内部材
20 案内溝(曲線状の案内軌道)
28 位置決め部材
31,32 位置決め部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device that detects an absolute rotation angle of a multi-rotation shaft.
[0002]
2. Description of the Related Art
Usually, the measurement range of the rotation angle detection sensor is within one rotation (360 °). A rotation angle detection device that detects the absolute rotation angle of a multi-rotation type rotation shaft using such a rotation angle detection sensor has been provided (for example, JP-A-10-30909 and JP-A-2974717). reference).
In the former rotation angle detecting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-30909, a single rotation angle detection sensor is used to detect the absolute rotation angle of a multi-rotation type rotation shaft. Therefore, multiple rotations (for example, four rotations) of the rotating shaft are decelerated within the measurement range of the rotation angle detection sensor (within one rotation), and the rotation reduced by the deceleration is detected by the rotation angle detection sensor. For this reason, the resolution decreases and the detection accuracy deteriorates.
[0003]
In the latter rotation angle detecting device of Japanese Patent No. 2974717, a first rotation angle detection sensor outputs a fine signal that is repeated every rotation of the rotation shaft, and the second rotation angle detection sensor rotates the rotation shaft. And outputs the coarse signal detected over the entire range, and detects the absolute rotation angle of the rotary shaft based on the fine signal and the coarse signal.
In this rotation angle detection device, an annular detection member is provided coaxially with the rotation axis, and a spiral guide track is provided on the annular detection member. The second rotation angle detection sensor comprises a linear sliding potentiometer, and linearly tracks the spiral guide trajectory to output a coarse signal.
[0004]
However, in this rotation angle detection device, there is a problem that the output of the second rotation angle detection sensor is not proportional to the rotation angle of the rotation shaft (that is, the detection member), and linear detection characteristics cannot be obtained.
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a multi-rotation type rotation angle detection device with high detection accuracy.
[0005]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
To achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a first gear disposed coaxially with a rotatable shaft to be measured, a second gear meshing with the first gear, and a second gear. A spiral guide track provided on the end face of the gear, and first and second ends. The first end is swingably supported around a predetermined fulcrum, and A swing arm whose end is guided by the spiral guide track, first rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the swing arm, and detection of the rotation angle of the second gear And a calculating means for calculating the absolute rotation angle of the shaft to be measured based on the rotation angles detected by the first and second rotation angle detecting means. Provided is a rotation angle detection device.
[0006]
In the present invention, when the measured shaft makes multiple rotations, the second rotation angle detecting means outputs a detection signal which is highly accurate but is periodically repeated according to the rotation angle of the measured shaft. In which period the detection signal of the second rotation angle detection means is a detection signal is detected based on the rotation angle of the swing arm by the first rotation angle detection means, and the absolute rotation of the measured shaft is determined. The angle can be detected with high accuracy.
If a spiral guide path is provided on an annular member disposed coaxially with the measured axis around the measured axis, the rotation angle range of the swing arm is narrowed. However, in the present invention, the second gear is meshed with the first gear coaxial with the axis to be measured, and a spiral guide track is provided on the end face of the second gear. The rotation angle range of the swing arm can be widened, and the detection accuracy of the rotation angle of the swing arm can be increased.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the predetermined fulcrum is arranged at a position facing an end face of the second gear. According to the present invention, since the span of the swing arm can be shortened, the rotation angle of the swing arm with respect to the rotation angle of the shaft to be measured can be increased. As a result, the detection accuracy of the first rotation angle detecting means can be increased.
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the predetermined fulcrum comprises a movable fulcrum rotatable around a predetermined central axis. In the present invention, since the rotation angle of the swing arm changes substantially linearly with respect to the rotation angle of the shaft to be measured, the calculation processing by the calculation means is simplified.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, a guide member facing the end face of the second gear is provided, and the guide member has a curved shape for guiding the second end of the swing arm. In which the guide track is provided. In the present invention, it is possible to further improve the detection accuracy by obtaining a linear detection characteristic.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a rotation angle detection device according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the present rotation angle detection device 1 includes a first gear 3 that is coaxially disposed around a rotatable shaft 2 to be measured and rotates integrally with the shaft 2 to be measured, and a first gear 3 And a second gear 4 meshing with the third gear 3. The first and second gears 3, 4 are spur gears. The first and second gears 3 and 4 have, for example, the same diameter and a gear ratio of 1: 1.
[0010]
In the present embodiment, a description will be given of a case where the rotation angle detection device 1 is applied to an electric power steering device to detect the rotation angle of a steering member (not shown) such as a steering wheel. In this case, the measured shaft 2 is constituted by a shaft that rotates integrally with the steering member. However, the present invention can be applied to general absolute angle detection of multiple rotation axes.
Referring to FIGS. 1 and 2, the second gear 4 has a first end face 4a and a second end face 4b, and the first end face 4a has a rotation axis 4c of the second gear 4 as a center. A spiral guide track 5 is formed. The spiral guide track 5 may be formed of a groove or a ridge.
[0011]
The guide track 5 guides the swing of the swing arm 6. The swing arm 6 has first and second ends 6a and 6b, and the first end 6a is swingably supported around a predetermined axis 7 as a predetermined fulcrum. You. The tracer 6c provided at the second end 6b is engaged with the spiral guide track 5, and is guided by the guide track 5 when the swing arm 6 swings.
As shown in FIG. 2, when the spiral guide track 5 has, for example, a semicircular cross section, the tracer 6c at the second end 6b may be spherical. The spherical body may be supported at the second end 6b so that it can roll, for example, a groove as the guide track 5.
[0012]
The predetermined axis 7 is the center axis of a support shaft 8 as a fulcrum forming means. The support shaft 8 is rotatably supported around the predetermined axis 7 by a fixing member 9 such as a sensor housing fixed to the steering column, for example. On the same axis as the support shaft 8, a rotating body 10 made of, for example, a disk and rotating integrally with the support shaft 8 is provided, and the swing arm 6, the support shaft 8 and the rotating body 10 rotate integrally.
A first rotation angle detection sensor 11 for detecting the rotation angle (swing angle) of the swing arm 6 is provided coaxially with the rotating body 10. The first rotation angle detection sensor 11 has a movable part 11a and a fixed part 11b. The movable portion 11a is fixed to a second end surface 10b, which is a surface opposite to the first end surface 10a on which the support shaft 8 of the rotating body 10 is provided, and rotates integrally with the rotating body 10. The fixing portion 11b is fixed to a fixing member (not shown) such as a substrate.
[0013]
On the other hand, a second rotation angle detection sensor 12 for detecting the rotation angle of the second gear 4 is provided coaxially with the rotation axis 4c of the second gear 4. The second rotation angle detection sensor 12 has a movable part 12a and a fixed part 12b. The movable portion 12a is fixed to a second end surface 4b which is a surface opposite to the first end surface 4a on which the guide track 5 of the second gear 4 is provided, and rotates integrally with the second gear 4. The fixing portion 12b is fixed to a fixing member (not shown) such as a substrate.
[0014]
Detection signals from the first rotation angle detection sensor 11 and the second rotation angle detection sensor 12 are input to an absolute angle calculation unit 13 as calculation means, and the absolute angle calculation unit 13 outputs the first and second rotation angles. The absolute rotation angle of the measured shaft 2 is calculated based on the rotation angles of the swing arm 6 and the second gear 4 detected by the detection sensors 11 and 12.
Next, FIG. 3 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the measured shaft 2 and the output waveforms of the rotation angle detection sensors 11 and 12. When, for example, the steering shaft as the measured shaft 2 is rotated four times, as shown in FIG. 3, the output S2 of the second rotation angle detection sensor 12 that detects the rotation angle of the second gear 4 (in FIG. 3, (Indicated by a solid line) is a saw-tooth waveform having a period of, for example, 180 deg. Although the output S2 of the second rotation angle detection sensor 12 has high detection accuracy, the output S2 is repeated eight times in a 180 deg cycle, so it is not known which cycle it is.
[0015]
On the other hand, the output S1 of the first rotation angle detection sensor 11 that detects the rotation angle of the swing arm 6 has a waveform that rises substantially linearly up to, for example, 1440 deg. Based on the level of the output S1 of the first rotation angle detection sensor 11, it is possible to determine in which cycle the output value of the second rotation angle detection sensor 11 is a value. Therefore, the absolute rotation angle of the measured shaft 2 can be detected with high accuracy.
Further, the second gear 4 is meshed with the first gear 3 coaxial with the shaft 2 to be measured, and the spiral guide track 5 is provided on the end face 4a of the second gear 4. There is also an advantage that the rotation angle range of the swing arm 6 can be widened and the detection accuracy of the rotation angle of the swing arm 6 can be increased.
[0016]
4 and 5 show another embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 4 and 5, rotation angle detecting device 1A of the present embodiment is mainly different from rotation angle detecting device 1 of the embodiment of FIGS. 1 and 2 in that swing arm 6 swings. The point is that a predetermined axis 7 as a predetermined fulcrum is laid out at a position facing the end face 4 a of the second gear 4.
Specifically, an extension arm 14 fixed to a fixing member 9 such as a sensor housing fixed to the steering column and extending parallel to the end face 4a of the second gear 4 is provided. The swing arm 6 is supported via the shaft 8.
[0017]
In the present embodiment, the first rotation angle detection sensor 15 for detecting the rotation angle of the swing arm 6 is arranged on the side opposite to the second rotation angle detection sensor 12. The first rotation angle detection sensor 15 includes a movable portion 15a that rotates integrally with the support shaft 8, and a fixed portion 15b that is fixed to a fixed member such as a substrate. In the present embodiment, the same components as those in the embodiment of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof will be omitted.
According to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the span of the swing arm 6 can be shortened, so that the rotation angle of the swing arm 6 with respect to the rotation angle of the measured shaft 2 can be increased, and as a result, the first rotation angle The detection accuracy of the detection sensor 15 can be increased.
[0018]
6 and 7 show still another embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 6 and 7, the main difference between the present embodiment and the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is that in the embodiment shown in FIGS. Although the predetermined axis 7 is made to coincide with the rotation axis of the rotating body 10, in the present embodiment, the predetermined axis 7 a serving as a fulcrum of the swing of the swing arm 6 is shifted from the rotation axis 16 of the It is offset by a predetermined offset amount D. Therefore, the predetermined axis 7 a as a fulcrum becomes a movable fulcrum that moves along an arc-shaped trajectory 17 centered on the rotation axis 16.
[0019]
The support shaft 8 of the first end 6a of the swing arm 6 is rotatably supported by the receiving portion 18 fixed to the first end face 10a of the rotating body 10. An extension shaft 6d extending parallel to a predetermined axis 7a extends from the second end 6b of the swing arm 6, and a tracer 6c is provided at the tip of the extension shaft 6d. .
The extension shaft 6d passes through a guide groove 20 as a guide track formed on a guide member 19 parallel to the first end face 4a of the second gear 4. The guide member 19 is fixed to a fixing member such as a sensor housing fixed to the steering column. Referring to FIG. 8, the guide groove 20 has a curved shape, and guides the displacement of the second end 6b of the swing arm 6 via the extension shaft 6d.
[0020]
According to the present embodiment, by setting the shape of the guide groove 20, it is possible to obtain a linear detection characteristic of the first rotation angle detection sensor 11 with respect to the rotation of the measured shaft 2, and as a result, the detection accuracy Can be further improved. Further, since a linear detection characteristic is obtained, the processing of the detection signal is also simplified.
Next, FIG. 9 is a schematic sectional view showing an example of a case where the rotation angle detecting device 1B of the embodiment shown in FIGS. 6 to 8 is schematically packaged, and FIG. It is a top view of the positioning member used.
[0021]
Referring to FIG. 9, a support shaft 21 protruding along a rotation axis 4c of the second gear 4 is provided on the first end surface 4a of the second gear 4 so as to be integrally rotatable. On the other hand, on the second end face 4b of the second gear 4, an annular projection 22 centering on the rotation axis 4c is formed.
A support shaft 23 that protrudes along the rotation axis 16 of the rotating body 10 is provided on the first end face 10 a of the rotating body 10 so as to be integrally rotatable. On the other hand, on the second end face 10 b of the rotating body 10, an annular projection 24 centering on the rotation axis 16 is formed.
[0022]
In a state where the substrate 27 and the positioning member 28 are sandwiched between the first case 25 and the second case 26, the first and second cases 25 and 26 Be concluded. The screw 40 passes through the first case 25, the positioning member 28, and the substrate 27 in order, and is screwed into the screw hole 41 of the second case 26. The above-mentioned substrate 27 mounts the fixing portions 11b and 12b of the rotation angle detecting means 11 and 12, respectively. Reference numeral 42 denotes a circuit element group mounted on the substrate 27.
[0023]
The support shaft 21 of the second gear 4 and the support shaft 23 of the rotating body 10 are fitted into support holes 29 and 30 formed in the first case 25, respectively, and are rotatably supported. On the other hand, the second gear 4 and the annular projections 22 and 24 of the rotating body 10 are rotatably fitted to positioning portions 31 and 32 formed on the positioning member 28 and formed of, for example, a cylinder. This fit may be loose.
In addition, the second gear 4 is received in the axial direction by receiving the second end face 4 b of the second gear 4 by the end face of the positioning part 31, and the rotating body 10 is received by the end face of the positioning part 32. By receiving the second end face 10b, the rotating body 10 is received in the axial direction. The positioning portions 31 and 32 function as thrust bearings of the second gear 4 and the rotating body 10, respectively.
[0024]
9 and 10, positioning member 28 is formed of, for example, an integrally molded product of synthetic resin. The positioning member 28 includes a connecting portion 33 for connecting the positioning portions 31 and 32 to each other, a pair of support arms 34 and 35 extending radially from the positioning portion 31, and a pair of support arms 36 and 37 extending radially from the positioning portion 32. And Bosses 39 each having a screw insertion hole 38 through which a fixing screw 40 of the first and second cases 25 and 26 is inserted are formed at the distal end of each of the support arms 34 to 37. That is, the positioning member 28 is fixed together with the substrate 27 to the first and second cases 25 and 26 by joint fastening.
[0025]
According to the present embodiment, the inclination of second gear 4 and rotating body 10 is suppressed by supporting both second gear 4 and rotating body 10 associated with each other via swing arm 6. As a result, it is possible to prevent variations in detection accuracy.
In particular, since the second gear 4 and the support shafts 21 and 23 of the rotating body 10 are positioned relative to each other only through the first case 25 which is a single member, the positioning accuracy between the support shaft 21 and the support shaft 23 is determined. Is high.
[0026]
Similarly, since the second gear 4 and the annular projections 22 and 24 of the rotating body 10 are positioned with respect to each other only through the positioning member 28 which is a single member, the positioning accuracy between the annular projection 22 and the annular projection 24 is improved. high.
In addition, since the positioning member 28 is an integrally molded product of synthetic resin, it can be manufactured at low cost.
Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made within the scope of the claims of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a schematic configuration of a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially cutaway schematic side view of the rotation angle detection device of FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a rotation angle of a measured shaft and an output of each rotation angle detection sensor in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic plan view illustrating a schematic configuration of a rotation angle detection device according to another embodiment of the present invention.
5 is a schematic side view, partially broken away, of the rotation angle detecting device of FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic plan view showing a schematic configuration of a rotation angle detection device according to still another embodiment of the present invention.
7 is a schematic side view, partially broken away, of the rotation angle detection device of FIG. 6;
FIG. 8 is a plan view of the guide member in which the extension shaft is inserted in the embodiment of FIG. 6;
9 is a schematic cross-sectional view of the rotation angle detection device, showing an example of a case where the rotation angle detection device according to the embodiment of FIGS. 6 to 8 is actually packaged.
FIG. 10 is a plan view of a positioning member used in the embodiment of FIG.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B Rotation angle detecting device 2 Measured shaft 3 First gear 4 Second gear 4a First end face 4b Second end face 4c Rotation axis 5 Spiral guide track 6 Swing arm 6a First End 6b Second end 6c Tracer 7 Predetermined axis (predetermined fulcrum)
7a Predetermined axis (movable fulcrum)
8 Support shaft 9 Fixed member 10 Rotary body 11 First rotation angle detection sensor 12 Second rotation angle detection sensor 13 Absolute angle calculation unit (calculation means)
14 Extension arm 15 First rotation angle detection sensor 16 Rotation axis 17 Locus 18 Receiving part 19 Guide member 20 Guide groove (curved guide track)
28 Positioning members 31, 32 Positioning part

Claims (4)

回転可能な被測定軸の同軸上に配置される第1の歯車と、
この第1の歯車に噛み合う第2の歯車と、
上記第2の歯車の端面に設けられる渦巻き状の案内軌道と、
第1および第2の端部を有し、第1の端部が所定の支点の回りに揺動自在に支持されると共に、第2の端部が上記渦巻き状の案内軌道により案内される揺動アームと、
この揺動アームの回転角を検出するための第1の回転角検出手段と、
第2の歯車の回転角を検出するための第2の回転角検出手段と、
第1および第2の回転角検出手段によって検出された回転角に基づいて上記被測定軸の絶対回転角を演算する演算手段とを備えることを特徴とする回転角検出装置。
A first gear disposed coaxially with the rotatable shaft to be measured;
A second gear meshing with the first gear;
A spiral guide track provided on an end face of the second gear;
A swinging guide having a first end and a second end, wherein the first end is swingably supported around a predetermined fulcrum, and the second end is guided by the spiral guide track. A moving arm,
First rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the swing arm;
Second rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the second gear;
A rotation angle detection device comprising: a calculation unit configured to calculate an absolute rotation angle of the measured shaft based on the rotation angles detected by the first and second rotation angle detection units.
請求項1において、上記所定の支点が上記第2の歯車の端面に対向する位置に配置されることを特徴とする回転角検出装置。2. The rotation angle detecting device according to claim 1, wherein the predetermined fulcrum is arranged at a position facing an end face of the second gear. 請求項1において、上記所定の支点は所定の中心軸線の回りに回動可能な可動支点からなることを特徴とする回転角検出装置。2. The rotation angle detecting device according to claim 1, wherein the predetermined fulcrum comprises a movable fulcrum rotatable around a predetermined central axis. 請求項3において、上記第2の歯車の端面に対向する案内部材を備え、この案内部材は、上記揺動アームの第2の端部を案内するための曲線状の案内軌道を有することを特徴とする回転角検出装置。4. The device according to claim 3, further comprising a guide member facing an end surface of the second gear, wherein the guide member has a curved guide track for guiding the second end of the swing arm. Rotation angle detecting device.
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