JP2004085482A

JP2004085482A - Rotational angle detecting device and steering device

Info

Publication number: JP2004085482A
Application number: JP2002249602A
Authority: JP
Inventors: Motoo Nakai; 中井　基生
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotational angle detecting device and a steering device capable of detecting a rotational angle more than one rotation. <P>SOLUTION: The rotational angle detecting device detects the rotational angle of the rotational shaft as follows: an angular position detecting means 30 detects a rotational angular position of a rotational shaft 10; a conversion means 12 and 22 converts a rotational motion of the shaft 10 to a longitudinal linear motion; a moving position detecting means 40 detects a linear moving position of the rotary shaft 10; a calculation means calculates the rotational angle of the rotational shaft based on the detected rotational angular position and the linear moving position; a supporting means 36 and 38 integrally supports the angular position detecting means 30 and the shaft 10; and a regulating means 42 and 24 regulates the rotation of the angular position detecting means 30 around the rotary shaft. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置、および操舵部材に連結された入力軸の回転角を検出する操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車においては、操舵部材の回転角を回転角検出装置で検出し、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータの駆動制御等に使用している。回転角検出装置は、例えば操舵部材に連結された入力軸の回転角を検出する。回転角は、例えば操舵部材が中立状態のときの回転角度位置を基準にした回転角である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
操舵部材は１回転以上回転されるため、回転角検出装置は１回転以上の回転角を検出する必要がある。しかし、回転角検出装置が備える角度位置センサは、回転数を含まない０°〜３６０°の回転角度位置しか検出できない場合が多い。そのため、例えば歯車等を用いて入力軸に対する回転比が１／４の回転軸を設け、前記回転軸の回転角度位置（０°〜３６０°）を４倍して、入力軸の回転角（０°〜１４４０°）を検出すること等が行われている。
【０００４】
しかし、歯車を用いた場合は、回転角検出装置のサイズが、入力軸に垂直な方向に大型化してしまう。また、歯車の回転比が１／４の場合は、前記回転軸の１回転を１４４０度（＝３６０度×４）として回転角度位置を検出するため、検出精度が低下する。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、回転軸の１回転又は１周期回転以上の回転角を検出することができる回転角検出装置及び操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、回転軸の直線移動位置を、角度位置検出手段の直線移動位置から検出することができる回転角検出装置を提供することを他の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、回転軸の回転角度位置を正確に検出することができる回転角検出装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る回転角検出装置は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置において、前記回転軸の回転角度位置を検出する角度位置検出手段と、前記回転軸の回転運動を軸長方向の直線運動に変換する変換手段と、前記回転軸の軸長方向の直線移動位置を検出する移動位置検出手段と、検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、前記回転軸の回転角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る回転角検出装置は、第１発明において、前記角度位置検出手段を、前記回転軸と一体的に軸長方向へ直線移動するように支持する支持手段を備え、前記移動位置検出手段は、前記角度位置検出手段の直線移動位置を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る回転角検出装置は、第２発明において、前記角度位置検出手段の回転軸の軸回りの回転を規制する規制手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係る回転角検出装置は、第３発明において、前記回転軸は、ハウジング内に支持されており、前記変換手段は、回転軸表面に形成された雄ネジ部と、ハウジング内壁に形成され、前記雄ネジ部が螺合される雌ネジ部とを含み、前記支持手段は、回転軸に内輪が固定され、前記角度位置検出手段を外輪で支持する軸受を含み、前記規制手段は、前記外輪から回転軸の軸長方向に沿って突出したロッドと、ハウジング内壁に形成され、前記ロッドを軸長方向に移動自在に保持する保持部とを含み、前記移動位置検出手段は、前記ロッドの直線移動位置を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１２】
第５発明に係る操舵装置は、操舵部材に連結された入力軸と、前記入力軸に、回転軸が軸長方向に移動自在かつ、相対回転が規制された状態で連結された第１〜第４発明の何れかの回転角検出装置とを備え、入力軸の回転角を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１３】
第１発明においては、回転軸が回転した場合、変換手段により、回転軸の回転運動が軸長方向の直線運動に変換される。回転軸は、回転に応じて、回転角に対応する距離だけ軸長方向に直線移動する。角度位置検出手段によって回転軸の回転角度位置が検出され、移動位置検出手段によって回転軸の直線移動位置が検出される。検出される回転角度位置は、基準回転角度位置を基準にした、回転軸の軸回りの回転数を含まない回転角であり、検出される直線移動位置は、基準直線移動位置を基準にした、回転軸に沿った方向の直線移動位置である。検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、回転軸の回転角を算出手段で算出する。例えば回転角度位置が３０°に対応する位置で、直線移動位置が＋２回転に対応する位置の場合、３０°＋（３６０°×２）より、回転角７５０°が算出される。ここで、＋２回転は、回転軸を基準回転角度位置から右回りに２回転させたことを表す。
【００１４】
第２発明においては、支持手段により、角度位置検出手段は、回転軸と一体的に軸長方向へ直線移動するように支持される。角度位置検出手段の多くは、例えば回転軸側に固定され、回転軸と共に回転する回転部と、回転軸の外周付近に軸方向に移動可能な非回転部とを備え、非回転部に対する回転部の距離変化に基づいて回転角度位置を検出する。回転軸が回転した場合、変換手段により、回転軸は軸長方向に直線運動を行うが、角度位置検出手段は、回転軸と共に軸長方向に直線運動する。そのため、前記回転部及び前記非回転部の回転軸に沿った方向の位置関係は、変動せずに一定に保たれる。また、移動位置検出手段は、角度位置検出手段の直線移動位置を検出することにより、回転軸の直線移動位置を検出することが可能である。
【００１５】
第３発明においては、規制手段により、角度位置検出手段の回転軸の軸回りの回転を規制する。例えば、前記角度位置検出手段の非回転部が回転軸の軸回りに回転することを規制する。ただし、前記角度位置検出手段の回転部は、回転軸と共に回転する。
【００１６】
第４発明においては、回転軸表面に雄ネジ部を形成し、雄ネジ部をハウジング内壁に形成された雌ネジ部に螺合させ、回転軸の回転運動を軸長方向の直線運動に変換する。また、内輪が回転軸に固定された軸受の外輪に角度位置検出手段を支持させることにより、角度位置検出手段は、回転軸と一体的に軸長方向に移動すると共に、回転軸の軸回りに自在に回転可能である。さらに、軸受の外輪に回転軸に沿ったロッドを設け、このロッドを保持部で摺動自在に保持する。例えば保持部に形成された貫通孔に前記ロッドを挿入する。貫通孔に挿入されたロッドは長手方向に摺動自在であるが、回転軸の回転方向へは移動できず、外輪及び角度位置検出手段は回転軸の軸回りに回転できない。移動位置検出手段は、前記ロッドの直線移動位置から回転軸の直線移動位置を検出する。
【００１７】
第５発明においては、操舵部材の回転に応じて入力軸及び回転軸が回転し、回転角検出装置によって操舵部材の回転角が検出される。例えば操舵部材の中立状態を基準にして、回転軸の回転角度位置が３０°に対応する位置で、直線移動位置が−２回転に対応する位置の場合、（３０°−３６０°）＋（−３６０°×２）より、回転角−１０５０°が算出される。ここで、−２回転は、操舵部材を左回りに２回転させたことを表す。検出した回転角は、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータの駆動制御等に使用する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。本説明においては、自動車の操舵部材に連結された入力軸の回転角を検出する回転角検出装置を例にして説明する。
【００１９】
本発明に係る回転角検出装置の例を図１に示す。また、図１中のＸ−Ｘ線切断断面図を図２（ａ）に、Ｙ−Ｙ線切断断面図を図２（ｂ）に示す。図１に示すように、回転軸１０表面には雄ネジ部１２が形成されており、雄ネジ部１２は、ハウジング内部に形成された雌ネジ部２２に螺合されている。雄ネジ部１２及び雌ネジ部２２は、回転軸１０の回転運動を軸長方向の直線運動に変換する手段（変換手段）として動作する。
【００２０】
回転軸１０の頭部は、例えば図２（ａ）に示すように６角柱状に形成され、頭部から雄ネジ部１２の間は、図２（ｂ）に示すように円柱状に形成されている。入力軸１４の先端部内側には、図２（ａ）に示すように、回転軸１０の頭部が軸長方向に摺動自在に嵌入される６角柱状の中空部が形成されており、回転軸１０の頭部は、操舵部材に連結された入力軸１４に嵌入されている。回転軸１０は入力軸１４に、軸長方向に移動自在かつ、相対回転が規制された状態で連結された状態となっている。また、入力軸１４の先端部外側は、ボールベアリング２６により、ハウジング２０に回転自在に支持されている。
【００２１】
操舵部材が回転され、入力軸１４が回転した場合、回転軸１０は入力軸１４と共に回転する。回転した回転軸１０は、雄ネジ部１２及び雌ネジ部２２の螺合により、ハウジング２０に対して軸長方向に移動するが、回転軸１０の頭部は入力軸１４内を摺動自在なため、入力軸１４が軸長方向に移動することは無い。
【００２２】
また、図示していないが、回転軸１０は、例えば舵取機構のピニオン軸等の出力軸とも連結される。出力軸と回転軸１０との連結は、入力軸１４と回転軸１０との連結と同様に行う。例えば、回転軸１０の両端部を６角柱状に形成し、一端を入力軸１４に嵌入し、他端を入力軸１４と同様の６角柱状の中空部を有する出力軸に嵌入する。
【００２３】
回転軸１０の頭部と雄ネジ部１２との間には、ボールベアリング３８が取付けられ、ボールベアリング３８の外輪３７には、支持部材３６が形成されている。ボールベアリング３８の内輪３９には回転軸１０が圧入されており、内輪３９は回転軸１０と一体的に軸回りに回転する。また、ボールベアリング３８の内輪３９及び外輪３７は、回転軸１０と一体的に軸長方向に移動する。支持部材３６は、ボールベアリング３８の外輪３７から入力軸１４方向に突出した形状をしており、回転軸１０の回転角度位置を検出する角度位置センサ（角度位置検出手段）３０を支持する。ボールベアリング３８及び支持部材３６は、角度位置センサ３０を、回転軸１０と一体的に軸長方向へ直線移動するように支持する手段（支持手段）として動作する。支持部材３６及びボールベアリング３８の外輪３７は、回転軸１０に対して軸回りには回転自在であるが、回転軸１０に対して軸長方向へは移動できない。
【００２４】
角度位置センサ３０として、例えばレゾレバを用いることができる。また、例えば光学式のロータリエンコーダを使用したり、例えば、ホール素子又は強磁性薄膜を用いた磁気式のロータリエンコーダ等を使用することも可能である。角度位置センサ３０は、例えば回転軸１０に固定され、回転軸１０と共に回転する回転部３２と、支持部材３６に回転部３２と対向するように固定され、回転軸１０の軸回りには回転しない非回転部３４とを備え、非回転部３４に対する回転部３２の距離変化に基づいて回転角度位置を検出する。本説明において、角度位置センサ３０は、回転数を含まない０°〜３６０°の回転角度位置を検出する。
【００２５】
また、ボールベアリング３８の外輪３７には、回転軸１０に沿った円柱状のロッド４２が、雄ネジ部１２方向に形成されている。ロッド４２は、図２（ｂ）に示すように、ハウジング２０内側に設けられた保持部２４に形成された貫通孔に摺動自在に挿入されている。ロッド４２は、軸長方向へは移動自在であるが、貫通孔に挿入されているために、回転軸１０の回転方向には移動できず、ボールベアリング３８の外輪３７は回転軸１０の軸回りに回転できない。ロッド４２及び保持部２４は、角度位置センサ３０（非回転部３４）の回転軸１０の軸回りの回転を規制する手段（規制手段）として動作する。ボールベアリング３８の外輪３７、支持部材３６及び非回転部３４は回転軸１０の軸回りに回転せず、ボールベアリング３８の内輪３９、回転部３２及び回転軸１０は、回転軸の軸回りに回転自在である。
【００２６】
回転軸１０の直線移動位置は、回転軸１０と共に軸長方向に移動する角度位置センサ３０、支持部材３６又はロッド４２の直線移動位置から検出することが可能である。図１の例では、ロッド４２の先端部と、ハウジング２０内側のロッド４２先端の対面部分とに、回転軸１０の直線移動位置を検出する移動位置センサ４０が設けられている。移動位置センサ４０は、ロッド４２先端部に取付けられた移動部４４と、ハウジング２０のロッド４２先端の対面部に取付けられた固定部４６とを含む。固定部４６は、例えば磁界発生用コイル等を用いた磁界発生部であり、移動部４４は、例えば磁力検出用コイル等を用いた磁力検出部であり、移動部４４及び固定部４６間の距離に応じて、移動部４４が検出する磁力が変化する。回転軸１０が回転して軸長方向に移動することにより、ロッド４２が軸長方向に移動した場合、移動部４４及び固定部４６間の移動前後の距離が移動部４４によって検出される。
【００２７】
角度位置センサ３０及び移動位置センサ４０は、例えば図３に示すように、検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、回転軸１０の回転角を算出する演算処理部（算出手段）２に接続される。演算処理部２は、検出された直線移動位置に基づいて回転軸１０の回転数を取得し、取得した回転数と検出された回転角度位置とを用いて、回転軸１０の回転角を求める。例えば、回転数が＋３回転で、回転角度位置が６０°の場合、６０°＋（３６０×３）より、回転角１１４０°を求める。ただし、＋３回転は右方向へ３回転であり、−３回転は左方向に３回転である。
【００２８】
次に、本発明に係る回転角検出装置を用いた回転角の検出について説明する。操舵部材が回転され、入力軸１４が回転した場合、回転軸１０は入力軸１４と共に回転しつつ、雄ネジ部１２及び雌ネジ部２２の螺合により、軸長方向に直線移動する。回転によって回転軸１０が軸長方向に移動した場合、非回転部３４、支持部材３６及びロッド４２は、回転軸１０の軸回りに回転せずに、回転軸１０と共に軸長方向に移動する。このときの回転軸１０の回転角度位置は角度位置センサ３０で検出され、直線移動位置は移動位置センサ４０で検出され、夫々演算処理部２に送られる。
【００２９】
検出された回転角度位置及び直線移動位置に基づいて、演算処理部２で回転角を求め、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータの駆動制御等に使用する。
【００３０】
上述した実施の形態においては、ロッド４２先端に取付けられた移動部４４で磁力を検出したが、例えば移動部４４に磁性体を設け、固定部４６に磁力検出用コイルを設けることも可能である。また、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ロッド４２が軸長方向に移動した場合に、ロッド４２先端部の側面からハウジング２０内面に設けられた移動位置センサ５０，６０までの距離が変化するように、ロッド４２先端部分の側面をテーパ状に変形することも可能である。
【００３１】
図４（ａ）の例では、ハウジング２０内側のロッド４２先端付近に移動位置センサ５０が取付けられ、移動位置センサ５０からロッド４２のテーパに向けて、押出部材５２が押出されている。押出部材５２は、先端部がロッド４２のテーパに接触するように、例えばバネ等の弾性力によって移動位置センサ５０から押出されている。押出部材５２が押出されている長さに基づいて、ロッド４２の移動位置を検出することが可能である。また、図４（ｂ）の例では、図４（ａ）と同様のロッド４２のテーパに磁性体６４を取付け、移動位置センサ６０の磁力検出部６２で磁力を検出する。磁力検出部６２で検出した磁力に基づいて、ロッド４２の移動位置を検出することが可能である。
【００３２】
また、回転軸１０の回転部３２に、磁性体のターゲットを形成することも可能である。例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すように、磁性体のターゲット７０を、回転軸１０が回転するに従って軸長方向に位置が変化するように、回転軸１０の表面に形成する。ターゲット７０と対向する非回転部３４に磁力検出部７２ａ及び／又は７２ｂを取付け、磁力検出部７２ａ及び／又は７２ｂが検出した磁力に基づいて、回転軸１０の回転角を検出する。ここで、図５（ｂ）は、回転軸１０のターゲット７０が形成された部分１０ａを回転方向に展開した図である。図５（ａ）、（ｂ）の例では、０°〜３６０°までの回転角度位置が検出できる。
【００３３】
図６に示すように、回転軸１０の回転部３２に、４つのターゲット７４を形成することも可能である。図６の例では、各ターゲット７４で９０°（＝３６０÷４）までの回転角度位置が検出できる。この場合は、回転軸１０の軸長方向への移動量に応じて、回転軸１０のｎ／４回転（ｎは整数）を移動位置センサ４０で検出し、回転軸１０の回転角を求める。例えば、回転軸１０が７／４回転して４５°の回転角度位置にある場合は、４５°＋（３６０×７／４）より、回転角６７５°が求まる。このように、回転軸１０の軸長方向の直線移動位置に基づいて、３６０°（１回転）周期の回転数以外に、９０°（１／４回転）又は１８０°（１／２回転）周期の回転数など、任意角度周期の回転数を検出することが可能である。
【００３４】
また、図７に示すように、ハウジング２０内側のロッド４２と同軸位置にガイド穴２８を形成し、ロッド４２をガイド穴２８に摺動自在に挿入することも可能である。また、ボールベアリング３８の外輪３７の雄ネジ部１２側に移動位置センサ４０の移動部４４を取付け、ハウジング２０内側の移動部４４と対向する部分に固定部４６を取付けることも可能である。
【００３５】
上述した実施の形態においては、入力軸１４が操舵部材に連結されているため、回転軸１０を入力軸１４に摺動自在に嵌入したが、入力軸１４と回転軸１０とを一体的に連結することも勿論可能である。また、例えば操舵機構と舵取機構とが機械的に非連結の場合は、回転軸１０側に雌ネジ部を形成し、ハウジング２０側に雄ネジ部を形成することも可能である。
【００３６】
回転軸１０の頭部及び入力軸１４先端の中空部は６角柱状に限定はされず、回転運動を伝達できる多角柱又はスプライン等の任意形状にすることが可能である。同様に、ロッド４２及び保持部２４の貫通孔の断面は、円形に限定はされず、多角形状等の任意形状に形成することが可能である。また、保持部２４は、貫通孔に限定はされず、ロッド４２を長手方向に移動自在かつ回転軸１０の軸回りに回転不能に保持できれば、例えばリング状部材を用いるなど、任意の保持手段を用いることが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
第１発明によれば、回転軸の回転角度位置及び回転軸の軸長方向への直線移動位置に基づいて、１回転又は１周期回転以上の回転角を検出することができる。
【００３８】
第２又は第４発明によれば、回転軸と一体的に軸長方向へ沿って直線移動する角度位置検出手段又はロッドの移動位置に基づいて、回転軸の直線移動位置を検出することができる。
【００３９】
第３発明によれば、角度位置検出手段の回転軸の軸回りの回転を規制することにより、回転軸の回転角度位置を正確に検出することができる。
【００４０】
第４発明によれば、回転軸をネジと同様に回転及び直線移動させることにより、変換手段をコンパクトに構成することができる。歯車を使用しないため、回転軸に垂直な方向に大型化することを防止できる。
【００４１】
第５発明によれば、操舵部材の１回転又は１周期回転以上の回転角を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転角検出装置の例を示す図である。
【図２】（ａ）は図１に示すＸ−Ｘ線切断断面図であり、（ｂ）は図１に示すＹ−Ｙ線切断断面図である。
【図３】回転角の算出部分の例を示すブロック図である。
【図４】移動位置センサの他の例を示す図である。
【図５】角度位置センサの他の例を示す図である。
【図６】角度位置センサの更に他の例を示す図である。
【図７】移動位置センサの更に他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０　回転軸
１２　雄ネジ部（変換手段）
１４　入力軸
２０　ハウジング
２２　雌ネジ部（変換手段）
２４　保持部（規制手段）
３０　角度位置センサ（角度位置検出手段）
３６　支持部材（支持手段）
３７　外輪
３８　ボールベアリング（支持手段）
３９　内輪
４０　移動位置センサ（移動位置検出手段）
４２　ロッド（規制手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft, and a steering device that detects a rotation angle of an input shaft connected to a steering member.
[0002]
[Prior art]
In an automobile, the rotation angle of a steering member is detected by a rotation angle detection device, and is used for, for example, drive control of a steering assist motor of an electric power steering device. The rotation angle detection device detects, for example, a rotation angle of an input shaft connected to a steering member. The rotation angle is, for example, a rotation angle based on a rotation angle position when the steering member is in a neutral state.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since the steering member is rotated one or more rotations, the rotation angle detection device needs to detect a rotation angle of one or more rotations. However, the angle position sensor provided in the rotation angle detection device can often detect only a rotation angle position of 0 ° to 360 ° that does not include the number of rotations. Therefore, for example, a rotation shaft having a rotation ratio of 1/4 to the input shaft is provided by using a gear or the like, and the rotation angle position (0 ° to 360 °) of the rotation shaft is quadrupled to obtain a rotation angle (0 °) of the input shaft. ° to 1440 °).
[0004]
However, when gears are used, the size of the rotation angle detection device increases in the direction perpendicular to the input shaft. In addition, when the rotation ratio of the gear is 1/4, the rotation angle position is detected with one rotation of the rotation shaft being 1440 degrees (= 360 degrees × 4), and the detection accuracy is reduced.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a rotation angle detection device and a steering device that can detect a rotation angle of one rotation or one or more rotations of a rotation shaft.
[0006]
It is another object of the present invention to provide a rotation angle detection device capable of detecting a linear movement position of a rotating shaft from a linear movement position of an angular position detection unit.
[0007]
It is another object of the present invention to provide a rotation angle detection device that can accurately detect the rotation angle position of a rotation shaft.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A rotation angle detection device according to a first aspect of the present invention is a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft, wherein the rotation position of the rotation shaft is detected by an angle position detection unit; Conversion means for converting the rotation axis into a linear movement, a movement position detection means for detecting a linear movement position in the axial length direction of the rotation shaft, and rotation of the rotation shaft based on the detected rotation angle position and the linear movement position. Calculating means for calculating the angle.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, there is provided a rotation angle detection device, further comprising: a support unit that supports the angular position detection unit so as to linearly move in an axial direction integrally with the rotation shaft. The means is adapted to detect a linear movement position of the angular position detecting means.
[0010]
A rotation angle detecting device according to a third invention is characterized in that, in the second invention, the rotation angle detecting device further comprises a restricting means for restricting rotation of the angular position detecting means around a rotation axis.
[0011]
In the rotation angle detecting device according to a fourth aspect, in the third aspect, the rotation shaft is supported in a housing, and the conversion means includes a male screw portion formed on a surface of the rotation shaft and a housing inner wall. And the female screw portion with which the male screw portion is screwed, the support means includes a bearing having an inner ring fixed to a rotating shaft and supporting the angular position detecting means with an outer ring, and the regulating means, A rod protruding from the outer race along the axial direction of the rotating shaft; and a holding portion formed on the inner wall of the housing and holding the rod movably in the axial direction. Is characterized in that the linear movement position is detected.
[0012]
A steering device according to a fifth aspect of the present invention includes an input shaft connected to a steering member, and a first to a first input shafts connected to the input shaft such that a rotation shaft is movable in an axial direction and relative rotation is restricted. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided any one of the rotation angle detecting devices according to the present invention, wherein the rotation angle detection device detects the rotation angle of the input shaft.
[0013]
In the first invention, when the rotating shaft rotates, the rotating means converts the rotating motion of the rotating shaft into a linear motion in the axial direction. The rotation axis moves linearly in the axial direction by a distance corresponding to the rotation angle in accordance with the rotation. The rotation angle position of the rotating shaft is detected by the angular position detecting means, and the linear moving position of the rotating shaft is detected by the moving position detecting means. The detected rotation angle position is a rotation angle based on the reference rotation angle position, which does not include the number of rotations around the rotation axis, and the detected linear movement position is based on the reference linear movement position. This is a linear movement position in a direction along the rotation axis. Based on the detected rotation angle position and the linear movement position, the rotation angle of the rotation shaft is calculated by the calculation means. For example, when the rotation angle position is a position corresponding to 30 ° and the linear movement position is a position corresponding to +2 rotations, the rotation angle 750 ° is calculated from 30 ° + (360 ° × 2). Here, +2 rotation indicates that the rotation axis is rotated clockwise two times from the reference rotation angle position.
[0014]
In the second aspect, the angular position detecting means is supported by the supporting means so as to linearly move in the axial direction integrally with the rotating shaft. Many of the angular position detecting means include, for example, a rotating portion fixed to the rotating shaft side and rotating with the rotating shaft, and a non-rotating portion movable in the axial direction near the outer periphery of the rotating shaft, and a rotating portion with respect to the non-rotating portion. The rotation angle position is detected based on the change in the distance. When the rotating shaft rotates, the converting means linearly moves the rotating shaft in the axial direction, but the angular position detecting means linearly moves in the axial direction together with the rotating shaft. Therefore, the positional relationship between the rotating part and the non-rotating part in the direction along the rotation axis is kept constant without fluctuation. Further, the moving position detecting means can detect the linear moving position of the rotating shaft by detecting the linear moving position of the angle position detecting means.
[0015]
In the third invention, the rotation of the angular position detection means around the rotation axis is restricted by the restriction means. For example, the non-rotating part of the angular position detecting means is prevented from rotating around the rotation axis. However, the rotating part of the angular position detecting means rotates together with the rotating shaft.
[0016]
In the fourth aspect, a male screw portion is formed on the surface of the rotary shaft, and the male screw portion is screwed into a female screw portion formed on the inner wall of the housing to convert the rotary motion of the rotary shaft into a linear motion in the axial direction. . Further, by supporting the angular position detecting means on the outer ring of the bearing in which the inner ring is fixed to the rotating shaft, the angular position detecting means moves integrally with the rotating shaft in the axial direction and rotates around the rotating shaft. It can rotate freely. Further, a rod is provided on the outer ring of the bearing along the rotation axis, and the rod is slidably held by the holding portion. For example, the rod is inserted into a through hole formed in the holding unit. Although the rod inserted into the through hole is slidable in the longitudinal direction, it cannot move in the rotating direction of the rotating shaft, and the outer ring and the angular position detecting means cannot rotate around the rotating shaft. The moving position detecting means detects a linear moving position of the rotating shaft from the linear moving position of the rod.
[0017]
In the fifth aspect, the input shaft and the rotation shaft rotate according to the rotation of the steering member, and the rotation angle of the steering member is detected by the rotation angle detection device. For example, when the rotation angle position of the rotary shaft is a position corresponding to 30 ° and the linear movement position is a position corresponding to −2 rotations with respect to the neutral state of the steering member, (30 ° −360 °) + (−) From 360 ° × 2), a rotation angle of −1050 ° is calculated. Here, -2 rotations indicates that the steering member is rotated twice counterclockwise. The detected rotation angle is used for, for example, drive control of a steering assist motor of the electric power steering device.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing the embodiments. In this description, a rotation angle detection device that detects the rotation angle of an input shaft connected to a steering member of an automobile will be described as an example.
[0019]
FIG. 1 shows an example of a rotation angle detecting device according to the present invention. FIG. 2A is a sectional view taken along line XX in FIG. 1, and FIG. 2B is a sectional view taken along line YY in FIG. As shown in FIG. 1, a male screw part 12 is formed on the surface of the rotating shaft 10, and the male screw part 12 is screwed into a female screw part 22 formed inside the housing. The male screw portion 12 and the female screw portion 22 operate as means (conversion means) for converting the rotational movement of the rotating shaft 10 into a linear movement in the axial direction.
[0020]
The head of the rotating shaft 10 is formed, for example, in a hexagonal column shape as shown in FIG. 2A, and between the head portion and the male screw portion 12 is formed in a cylindrical shape as shown in FIG. 2B. ing. As shown in FIG. 2A, a hexagonal column-shaped hollow portion into which the head of the rotating shaft 10 is slidably fitted in the axial direction is formed inside the distal end portion of the input shaft 14, The head of the rotating shaft 10 is fitted into the input shaft 14 connected to the steering member. The rotary shaft 10 is connected to the input shaft 14 while being movable in the axial direction and in a state where relative rotation is restricted. The outside of the distal end of the input shaft 14 is rotatably supported by the housing 20 by a ball bearing 26.
[0021]
When the steering member is rotated and the input shaft 14 rotates, the rotating shaft 10 rotates together with the input shaft 14. The rotated rotating shaft 10 moves in the axial direction with respect to the housing 20 by screwing the male screw portion 12 and the female screw portion 22, but the head of the rotating shaft 10 is slidable in the input shaft 14. Therefore, the input shaft 14 does not move in the axial length direction.
[0022]
Although not shown, the rotating shaft 10 is also connected to an output shaft such as a pinion shaft of a steering mechanism. The connection between the output shaft and the rotating shaft 10 is performed in the same manner as the connection between the input shaft 14 and the rotating shaft 10. For example, both ends of the rotating shaft 10 are formed in a hexagonal column shape, one end is fitted into the input shaft 14, and the other end is fitted into an output shaft having a hexagonal column-shaped hollow like the input shaft 14.
[0023]
A ball bearing 38 is mounted between the head of the rotating shaft 10 and the male screw portion 12, and a support member 36 is formed on an outer ring 37 of the ball bearing 38. The rotating shaft 10 is press-fitted into the inner ring 39 of the ball bearing 38, and the inner ring 39 rotates around the axis integrally with the rotating shaft 10. The inner ring 39 and the outer ring 37 of the ball bearing 38 move in the axial direction integrally with the rotating shaft 10. The support member 36 has a shape protruding from the outer ring 37 of the ball bearing 38 in the direction of the input shaft 14, and supports an angle position sensor (angle position detection means) 30 for detecting the rotation angle position of the rotation shaft 10. The ball bearing 38 and the support member 36 operate as means (support means) for supporting the angular position sensor 30 so as to linearly move in the axial direction integrally with the rotary shaft 10. The support member 36 and the outer ring 37 of the ball bearing 38 are rotatable around the axis with respect to the rotating shaft 10, but cannot move in the axial direction with respect to the rotating shaft 10.
[0024]
As the angular position sensor 30, for example, a resolever can be used. It is also possible to use, for example, an optical rotary encoder, or to use, for example, a magnetic rotary encoder using a Hall element or a ferromagnetic thin film. The angular position sensor 30 is fixed to, for example, the rotating shaft 10, and is fixed to the rotating unit 32 that rotates together with the rotating shaft 10, and to the support member 36 so as to face the rotating unit 32, and does not rotate around the rotating shaft 10. And a non-rotating section, and detects a rotation angle position based on a change in a distance of the rotating section 32 with respect to the non-rotating section. In the present description, the angle position sensor 30 detects a rotation angle position of 0 ° to 360 ° that does not include the number of rotations.
[0025]
On the outer ring 37 of the ball bearing 38, a columnar rod 42 is formed along the rotation shaft 10 in the direction of the male screw portion 12. As shown in FIG. 2B, the rod 42 is slidably inserted into a through hole formed in the holding portion 24 provided inside the housing 20. The rod 42 is movable in the axial direction, but cannot be moved in the rotational direction of the rotary shaft 10 because it is inserted into the through-hole, and the outer ring 37 of the ball bearing 38 rotates around the rotary shaft 10. Cannot rotate. The rod 42 and the holding unit 24 operate as means (restriction means) for restricting the rotation of the angular position sensor 30 (the non-rotating part 34) around the axis of the rotating shaft 10. The outer ring 37, the support member 36, and the non-rotating portion 34 of the ball bearing 38 do not rotate around the axis of the rotating shaft 10, and the inner ring 39, the rotating portion 32, and the rotating shaft 10 of the ball bearing 38 rotate around the axis of the rotating shaft. It is free.
[0026]
The linear movement position of the rotating shaft 10 can be detected from the linear movement position of the angular position sensor 30, the support member 36, or the rod 42 that moves in the axial direction together with the rotating shaft 10. In the example of FIG. 1, a movement position sensor 40 that detects the linear movement position of the rotating shaft 10 is provided at the distal end of the rod 42 and at a portion facing the distal end of the rod 42 inside the housing 20. The movement position sensor 40 includes a moving part 44 attached to a tip of the rod 42 and a fixed part 46 attached to a facing part of the tip of the rod 42 of the housing 20. The fixed unit 46 is, for example, a magnetic field generating unit using a magnetic field generating coil or the like, and the moving unit 44 is, for example, a magnetic force detecting unit using a magnetic force detecting coil or the like, and is a distance between the moving unit 44 and the fixed unit 46. , The magnetic force detected by the moving unit 44 changes. When the rotating shaft 10 rotates and moves in the axial direction so that the rod 42 moves in the axial direction, the moving unit 44 detects the distance before and after the movement between the moving unit 44 and the fixed unit 46.
[0027]
The angle position sensor 30 and the movement position sensor 40 are, for example, as shown in FIG. 3, a calculation processing unit (calculation unit) 2 that calculates the rotation angle of the rotation shaft 10 based on the detected rotation angle position and the linear movement position. Connected to. The arithmetic processing unit 2 acquires the rotation speed of the rotating shaft 10 based on the detected linear movement position, and obtains the rotation angle of the rotating shaft 10 using the acquired rotation speed and the detected rotation angle position. For example, when the rotation number is +3 rotations and the rotation angle position is 60 °, the rotation angle 1140 ° is obtained from 60 ° + (360 × 3). However, +3 rotations are three rotations to the right and -3 rotations are three rotations to the left.
[0028]
Next, detection of a rotation angle using the rotation angle detection device according to the present invention will be described. When the steering member is rotated and the input shaft 14 rotates, the rotary shaft 10 linearly moves in the axial direction while being rotated together with the input shaft 14 due to the engagement of the male screw portion 12 and the female screw portion 22. When the rotating shaft 10 moves in the axial direction due to the rotation, the non-rotating portion 34, the support member 36, and the rod 42 move in the axial direction together with the rotating shaft 10 without rotating around the rotating shaft 10. At this time, the rotation angle position of the rotation shaft 10 is detected by the angle position sensor 30, and the linear movement position is detected by the movement position sensor 40, and sent to the arithmetic processing unit 2.
[0029]
Based on the detected rotation angle position and the linear movement position, the rotation angle is obtained by the arithmetic processing unit 2 and used for, for example, drive control of a steering assist motor of an electric power steering device.
[0030]
In the above-described embodiment, the magnetic force is detected by the moving unit 44 attached to the tip of the rod 42. However, for example, a magnetic body may be provided in the moving unit 44, and a magnetic force detecting coil may be provided in the fixed unit 46. . Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, when the rod 42 moves in the axial direction, from the side surface of the tip of the rod 42 to the movement position sensors 50 and 60 provided on the inner surface of the housing 20. It is also possible to deform the side surface of the tip end portion of the rod 42 into a tapered shape so that the distance changes.
[0031]
In the example of FIG. 4A, a movement position sensor 50 is attached near the tip of the rod 42 inside the housing 20, and the pushing member 52 is pushed out from the movement position sensor 50 toward the taper of the rod 42. The pushing member 52 is pushed out of the moving position sensor 50 by, for example, an elastic force such as a spring so that the tip portion contacts the taper of the rod 42. The movement position of the rod 42 can be detected based on the length of the pushing member 52 being pushed. In the example of FIG. 4B, a magnetic body 64 is attached to the same taper of the rod 42 as in FIG. 4A, and the magnetic force is detected by the magnetic force detection unit 62 of the moving position sensor 60. The movement position of the rod 42 can be detected based on the magnetic force detected by the magnetic force detection unit 62.
[0032]
It is also possible to form a magnetic target on the rotating part 32 of the rotating shaft 10. For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, a magnetic target 70 is formed on the surface of the rotating shaft 10 such that the position changes in the axial direction as the rotating shaft 10 rotates. The magnetic force detecting unit 72a and / or 72b is attached to the non-rotating unit 34 facing the target 70, and the rotation angle of the rotating shaft 10 is detected based on the magnetic force detected by the magnetic force detecting unit 72a and / or 72b. Here, FIG. 5B is a diagram in which the portion 10a of the rotating shaft 10 where the target 70 is formed is developed in the rotating direction. In the examples of FIGS. 5A and 5B, the rotation angle position from 0 ° to 360 ° can be detected.
[0033]
As shown in FIG. 6, it is also possible to form four targets 74 on the rotating part 32 of the rotating shaft 10. In the example of FIG. 6, the rotation angle position up to 90 ° (= 360/4) can be detected by each target 74. In this case, n / 4 rotation (n is an integer) of the rotating shaft 10 is detected by the moving position sensor 40 according to the amount of movement of the rotating shaft 10 in the axial length direction, and the rotation angle of the rotating shaft 10 is obtained. For example, when the rotating shaft 10 is at a rotational angle position of 45 ° after rotating by 7/4, a rotational angle of 675 ° is obtained from 45 ° + (360 × 7/4). As described above, based on the linear movement position of the rotating shaft 10 in the axial length direction, in addition to the rotation speed of 360 ° (one rotation), a 90 ° (１／ rotation) or 180 ° (１／ rotation) cycle It is possible to detect the number of rotations of an arbitrary angular period, such as the number of rotations of.
[0034]
Further, as shown in FIG. 7, it is also possible to form the guide hole 28 coaxially with the rod 42 inside the housing 20 and slidably insert the rod 42 into the guide hole 28. Further, it is also possible to mount the moving portion 44 of the moving position sensor 40 on the male screw portion 12 side of the outer ring 37 of the ball bearing 38, and to mount the fixed portion 46 on a portion facing the moving portion 44 inside the housing 20.
[0035]
In the above-described embodiment, since the input shaft 14 is connected to the steering member, the rotary shaft 10 is slidably fitted to the input shaft 14, but the input shaft 14 and the rotary shaft 10 are integrally connected. It is of course possible to do so. Further, for example, when the steering mechanism and the steering mechanism are not mechanically connected to each other, it is possible to form a female thread on the rotating shaft 10 side and a male thread on the housing 20 side.
[0036]
The head of the rotary shaft 10 and the hollow portion at the tip of the input shaft 14 are not limited to a hexagonal column, but may have any shape such as a polygonal column or a spline that can transmit rotational motion. Similarly, the cross-section of the through-hole of the rod 42 and the holding portion 24 is not limited to a circle, but can be formed in an arbitrary shape such as a polygonal shape. The holding portion 24 is not limited to the through hole. If the rod 42 can be moved in the longitudinal direction and can not be rotated around the axis of the rotating shaft 10, any holding means such as a ring-shaped member may be used. It can be used.
[0037]
【The invention's effect】
According to the first aspect, a rotation angle of one rotation or one or more rotations can be detected based on the rotation angle position of the rotation shaft and the linear movement position of the rotation shaft in the axial direction.
[0038]
According to the second or fourth aspect, the linear movement position of the rotation shaft can be detected based on the angular position detection means or the movement position of the rod that linearly moves along the axis length direction integrally with the rotation shaft. .
[0039]
According to the third aspect, the rotation angle position of the rotating shaft can be accurately detected by restricting the rotation of the rotating shaft of the angular position detecting means around the axis.
[0040]
According to the fourth aspect, the conversion means can be configured to be compact by rotating and linearly moving the rotating shaft in the same manner as the screw. Since no gear is used, it is possible to prevent an increase in size in a direction perpendicular to the rotation axis.
[0041]
According to the fifth aspect, it is possible to detect a rotation angle of one rotation or one cycle rotation or more of the steering member.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a rotation angle detection device according to the present invention.
2A is a sectional view taken along line XX shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a sectional view taken along line YY shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a part for calculating a rotation angle.
FIG. 4 is a diagram showing another example of the movement position sensor.
FIG. 5 is a diagram showing another example of the angle position sensor.
FIG. 6 is a diagram showing still another example of the angular position sensor.
FIG. 7 is a diagram showing still another example of the movement position sensor.
[Explanation of symbols]
10 Rotary shaft 12 Male thread (Conversion means)
14 Input shaft 20 Housing 22 Female thread (Conversion means)
24 holding part (control means)
30 Angle position sensor (angle position detection means)
36 Supporting members (supporting means)
37 Outer ring 38 Ball bearing (supporting means)
39 Inner ring 40 Moving position sensor (moving position detecting means)
42 rod (control means)

Claims

In a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft,
Angular position detecting means for detecting a rotational angle position of the rotating shaft,
Conversion means for converting the rotational movement of the rotating shaft into a linear movement in the axial direction,
Moving position detecting means for detecting a linear moving position in the axial direction of the rotating shaft,
A rotation angle detection device comprising: a calculation unit configured to calculate a rotation angle of the rotation shaft based on the detected rotation angle position and the linear movement position.

Supporting means for supporting the angular position detecting means so as to linearly move in the axial direction integrally with the rotating shaft,
2. The rotation angle detecting device according to claim 1, wherein said moving position detecting means detects a linear moving position of said angular position detecting means.

3. The rotation angle detection device according to claim 2, further comprising a restriction unit that restricts rotation of the angular position detection unit around a rotation axis.

The rotation shaft is supported in a housing,
The converting means includes a male screw part formed on the surface of the rotating shaft, and a female screw part formed on the inner wall of the housing and screwed with the male screw part,
The supporting means includes a bearing having an inner ring fixed to a rotating shaft and supporting the angular position detecting means with an outer ring,
The restricting means includes a rod protruding from the outer race along the axial direction of the rotating shaft, and a holding portion formed on the inner wall of the housing and holding the rod movably in the axial direction,
The rotation angle detecting device according to claim 3, wherein the moving position detecting means detects a linear moving position of the rod.

An input shaft connected to the steering member;
A rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotation shaft is connected to the input shaft in a state where the rotation shaft is movable in the axial direction and the relative rotation is regulated. A steering device characterized by detecting an angle.