JP2004125440A

JP2004125440A - Rotating angle detecting device

Info

Publication number: JP2004125440A
Application number: JP2002286253A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Tsuji; 辻　泰明; Hideki Touzu; 東頭　秀起
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the accuracy in detection in a multiple rotation type rotating angle detecting device. <P>SOLUTION: In this rotating angle detecting device 1, a second gear 4 is engaged with a first gear 3 rotated integrally with a measured shaft 2, with a gear ratio of 1 : 1. The second gear 4 is provided with an approximately concentric spiral guide raceway 8. A long direct acting rod 10 engaged with the guide raceway 8 at its one end and having a rack 26 on the other end, and a pinion 24 engaged with the rack 26 are mounted. When the measured shaft 2 is rotated, the direct acting rod 10 is longitudinally direct-operated, and the pinion 24 is rotated. In the multiple rotation of the measured shaft 2, the output of a rotating angle of the second gear 4 detected by the second rotating angle detecting sensor 32 has repeated waveforms of a constant cycle to the rotating angle of the second gear 4. The cycle of the output value of the second rotating angle detecting sensor 32 is determined on the basis of the output of the rotating angle of the pinion 24 detected by the first rotating angle detecting sensor 31. <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。
【０００２】
【従来の技術】
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、特許文献１，２および３参照。）。
また、多回転型の回転軸の回転角の検出に、直線移動量を検出する直動タイプの変位センサを用いる回転角検出装置もある（例えば、特許文献２，３および４参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３０９０９号公報
【特許文献２】
特許第２９７４７１７号公報
【特許文献３】
特開平１０−３８５５７号公報
【特許文献４】
特開平１０−１９５５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１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。
【０００５】
特許文献２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。
【０００６】
しかしながら、この回転角検出装置では、第２の回転角検出センサを渦巻き状の案内軌道が設けられる面に対向して配置しており、第２の回転角検出センサのレイアウトの自由度が低いという問題がある。その結果、回転軸（すなわち検出部材）に対する回転角検出装置のレイアウトの自由度が低くなっていた。
特許文献３，４の回転角検出装置でも、直線摺動ポテンショメータが特許文献２の回転角検出装置と同様に配置され、回転軸に対する回転角検出装置のレイアウトの自由度が低くなっていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、検出部材に対するセンサのレイアウトの自由度が高くて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である。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１に記載の発明は、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、この第２の歯車の端面に設けられる渦巻き状の案内軌道と、被案内部を有し、長手方向に直線動自在に支持されると共に、被案内部が上記渦巻き状の案内軌道により案内されることにより長手方向に駆動される直動ロッドと、この直動ロッドの長手方向に関する位置を検出するための第１の位置検出手段と、第２の歯車の回転角度位置を検出するための第２の位置検出手段と、第１および第２の位置検出手段によって検出された位置に基づいて、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。
【０００９】
この発明によれば、被測定軸が多回転すると、第２の位置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の位置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の位置検出手段による直動ロッドの長手方向に関する位置に基づいて検出し、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。また、直動ロッドの長さを調節して、第１の位置検出手段を自在にレイアウトできるので、回転角検出装置のレイアウトの自由度を高めることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、上記直動ロッドに設けられたラックと、このラックに噛み合う回動自在に支持されるピニオンとを備え、上記第１の位置検出手段は、ピニオンの回転角度位置を検出することにより、直動ロッドの長手方向に関する位置を検出することを特徴とする。この発明によれば、第１の位置検出手段として回転角を検出するタイプのセンサを利用でき、例えば、レイアウトの自由度を高くできる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、上記直動ロッドの長手方向への移動を案内する案内部を備えることを特徴とする。この発明によれば、直動ロッドを精度良く変位させることができるので、絶対回転角をより精度良く検出できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の回転角検出装置を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を参照する。
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。
【００１３】
本実施の形態では、回転角検出装置１を自動車の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を参照する。第２の歯車４は、第１の端面５および第２の端面６を有し、第１の端面５には、第２の歯車４の回転軸線７を中心とする渦巻き状の案内軌道８が形成されている。渦巻き状の案内軌道８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。
【００１４】
図３は、第２の歯車およびその周辺部分の一部断面斜視図である。図２および図３を参照する。
本回転角検出装置１は、第２の歯車４を回動自在に支持する支持部材９と、長手方向（矢印Ｓ参照）に沿って直線動自在に支持される長尺の直動ロッド１０と、直動ロッド１０の長手方向Ｓへの移動を案内するための第１の案内部としての案内溝１１、第２の案内部としての案内面１２、および第３の案内部としての案内面１３とを有している。
【００１５】
上記支持部材９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からなる。
直動ロッド１０は、長手方向Ｓに沿って真直に延びる棒状部材であり、第１の端部１６および第２の端部１７を有し、断面略矩形に形成されている。直動ロッド１０は、第２の歯車４の第１の端面５および後述する回転体１４の端面１５と対向する第１の面７１と、この第１の面７１と平行でその反対側に設けられる第２の面７２と、第１の面７１および第２の面７２を接続し互いに反対側に配置される第３の面７３および第４の面７４とを有している。第３の面７３および第４の面７４は、例えば、第１および第２の面７１，７２と直交している。
【００１６】
直動ロッド１０の第２の面７２の第１の端部１６寄り部分には、案内溝１１により案内される第１の被案内部としての被案内軸１９が立設される。
また、直動ロッド１０の第３の面７３には、第２の端部１７から長手方向Ｓについての中間部にかけての部分に、案内面１２により案内される第２の被案内部としての被案内面２２が設けられている。
また、直動ロッド１０の第２の面７２には、第２の端部１７から長手方向Ｓについての中間部にかけての部分に、案内面１３により案内される第３の被案内部としての被案内面２７が設けられている。
【００１７】
また、直動ロッド１０の第４の面７４には、第２の端部１７から長手方向Ｓについての中間部にかけての部分に、ラック２６が設けられている。
また、直動ロッド１０の第１の面７１は、第２の歯車４の第１の端面５により後述するトレーサ１８を介して受けられる。また、直動ロッド１０の第１の面７１は、回転体１４の端面１５により受けられる。このように受けられた状態で、直動ロッド１０は、第２の歯車４および回転体１４を介して支持部材９により支持される。
【００１８】
直動ロッド１０は、第１の端部１６に被案内部としてのトレーサ１８を有する。トレーサ１８が渦巻き状の案内溝からなる案内軌道８に係合して案内されることにより、直動ロッド１０が長手方向Ｓに駆動される。本実施形態では、長手方向Ｓは、例えば、回転軸線７と直交し且つ第２の歯車４の径方向に平行な方向とされ、この径方向と平行な方向に沿って直動ロッド１０が直線移動する。また、直動ロッド１０の第２の端部１７が、回転軸線７の延びる方向から見る平面視で第２の歯車４の外周から常に延び出すように配置されている。
【００１９】
トレーサ１８は、直動ロッド１０の第１の面７１から、第２の歯車４の第１の端面５の渦巻き状の案内軌道８に向けて突出する被案内突起からなる。トレーサ１８の先端部が溝状の案内軌道８と摺接する。渦巻き状の案内軌道８は、例えば、断面半円状の溝であり、これに対応して、トレーサ１８は例えば球状体とされる。この球状体が案内軌道８としての例えば溝を転動できるように、第１の端部１６に支持するようにしてもよい。
【００２０】
第１の案内部としての案内溝１１は、直動ロッド１０の第１の端部１６の長手方向Ｓに沿っての移動を案内し、第１の端部１６側の第２の面７２と対向して配置される。案内溝１１は、直動ロッド１０の長手方向Ｓに平行に延び、直動ロッド１０のストローク量とほぼ等しい長さに形成される。案内溝１１は、一対の対向側壁を有し、対向側壁間に被案内軸１９を、直動ロッド１０の長手方向Ｓに摺動自在且つ被案内軸１９の軸線２０の回りに回動自在に嵌合する。
【００２１】
被案内軸１９は、回転軸線７と平行に延び、第２の歯車４から遠ざかる向きに第２の面７２から突出し、平面視で、断面円形に形成される。被案内軸１９の軸線２０と、トレーサ１８の中心とは、平面視で互いに重なって配置される。案内溝１１に対して回動自在の被案内軸１９であれば、直動ロッド１０の直線移動時にこじりが生じることを防止できる。なお、第１の案内部としての案内軸に、第１の被案内部としての被案内溝を係合させることも考えられる。
【００２２】
また、案内溝１１は、一対の突条２１間に形成される。一対の突条２１は、支持部材９から第２の歯車４に向けて突出し、互いに平行に対向し、上述の長手方向Ｓと平行に延びる。突条２１の先端部が、第２の歯車４の第１の端面５との間に直動ロッド１０を挟み、第１の端面５から遠ざかる向きの直動ロッド１０の移動を規制する。
案内面１２，１３は、直動ロッド１０の長手方向Ｓについての中間部から第２の端部１７にかけての部分を案内する。
【００２３】
案内面１２は、被案内面２２と対向し摺動自在に面当たり可能に接する。被案内面２２は、直動ロッド１０の第２の端部１７寄りとなる第３の面７３の一部からなる。案内面１２および被案内面２２は、互いに平行とされ、回転軸線７および直動ロッド１０の長手方向Ｓと平行な平坦面に形成される。
案内面１２は、後述するピニオン２４の軸線２５と平行に形成され、直動ロッド１０を挟んでピニオン２４と反対側に設けられ、この場合、ラック２６とピニオン２４との噛み合いが適正に維持される。第２の案内部としての案内面１２は、当該案内面１２とピニオン２４との間に直動ロッド１０を挟み、この直動ロッド１０のピニオン２４との間に挟まれる部分の長手方向Ｓに沿っての移動を案内する。
【００２４】
案内面１３は、回転体１４の端面１５と対向して配置され、回転体１４の端面１５との間に直動ロッド１０を挟む。案内面１３は、被案内面２７と対向し、摺動自在に面当たり可能に接する。被案内面２７は、直動ロッド１０の第２の端部１７寄りとなる第２の面７２の一部からなる。案内面１３、被案内面２７、回転体１４の端面１５、およびこの端面１５に接する直動ロッド１０の第１の面７１は、互いに平行で、これらの各面１３，２７，１５，７１は、回転軸線７と直交し且つ直動ロッド１０の長手方向Ｓと平行な平坦面に形成される。
【００２５】
第３の案内部としての案内面１３は、当該案内面１３と回転体１４との間に直動ロッド１０を挟み、この直動ロッド１０の回転体１４との間に挟まれる部分の長手方向Ｓに沿っての移動を案内する。
このように、案内溝１１、案内面１２，１３、回転体１４、およびピニオン２４は、互いに共同して、直動ロッド１０の長手方向Ｓと直交する方向への直動ロッド１０の移動を規制し、直動ロッド１０のがたつきを防止でき、また、直動ロッド１０の長手方向Ｓに沿う軸線回りの直動ロッド１０の移動を規制して、その軸線回りに直動ロッド１０ががたつくことを防止できる。
【００２６】
また、本回転角検出装置１は、直動ロッド１０の第２の端部１７寄りに設けられるラック２６と、このラック２６に噛み合う回動自在に支持されるピニオン２４とを有する。ピニオン２４は、直動ロッド１０のストローク量に対して１回転未満の回転角となるように、ラック２６との噛み合いを設定されている。
ピニオン２４は、平歯車からなり、支軸２９を介して支持部材９により、その軸線２５の回りに回動自在に支持される。軸線２５は、第２の歯車４の回転軸線７と平行に配置される。また、支軸２９の同軸上には、例えば円板からなりピニオン２４と一体回転する回転体１４が設けられる。
【００２７】
ラック２６は、直動ロッド１０のストローク量とほぼ等しい長さを有し、軸線２０，２５が互いに平行となるように、例えば、被案内面２２と反対側となる直動ロッド１０の第４の面７４に形成される。
図１を参照して動作を説明する。例えば、被測定軸２が図１で時計回り方向（矢印Ｍ１参照）に回動すると、第１の歯車３と噛み合う第２の歯車４は逆向きとなる反時計回り（矢印Ｍ２参照）に回動する。渦巻き状の案内軌道８は、直動ロッド１０を長手方向Ｓに沿って、径方向外方となる図１での左方（矢印Ｍ３参照）へ向けて駆動し、そして、ラック２６と噛み合うピニオン２４が反時計回り方向（矢印Ｍ４参照）に回動する。このとき、第２の歯車４の回転角と直動ロッド１０の直動移動距離とが比例し、ひいては、ピニオン２４の回転角は被測定軸２の回転角と比例し且つこの回転角よりも小さく、例えば８分の１になる。
【００２８】
また、本回転角検出装置１は、図２に示すように、ピニオン２４の回転角を検出することにより、予め定める基準位置に対しての直動ロッド１０の長手方向Ｓに関する位置を検出するための第１の位置検出手段として、ピニオン２４の同軸上に設けられてピニオン２４の回転角を検出するための第１の回転角検出センサ３１を有する。さらに、予め定める基準の回転角に対する第２の歯車４の回転角度位置を検出するための第２の位置検出手段としての第２の回転角検出センサ３２と、第１および第２の回転角検出センサ３１，３２によって検出された位置に基づいて被測定軸２の絶対回転角を演算する演算手段としての絶対角演算部３３とを有している。
【００２９】
第１の回転角検出センサ３１は、互いに相対変位する固定部３５と可動部３６とを有する。第１の回転角検出センサ３１は、例えば、磁気式の変位センサであり、固定部３５は、例えば、磁気抵抗素子を含むセンサ本体からなり、可動部３６は、例えば、磁石からなる。固定部３５と可動部３６との相対位置に応じて、センサ本体からの出力信号が異なるようになっている。
第１の回転角検出センサ３１の可動部３６は、回転体１４におけるピニオン２４が設けられる端面１５と反対側の端面３７に一体回転可能に固定される。固定部３５は可動部３６の近傍に対向して配置され、例えば支持部材としての回路基板３８に固定される。第１の回転角検出センサ３１の出力信号は、回転体１４の所定回転角（例えば、１８０°）ごとに周期的に変化する。
【００３０】
第２の回転角検出センサ３２は、第１の回転角検出センサ３１と同様の構造を有し、固定部３９と可動部４０とを有する。第２の回転角検出センサ３２では、可動部４０は、第２の歯車４の第２の端面６に固定され、第２の歯車４と一体回転する。固定部３９は可動部４０の近傍に対向して配置され、例えば支持部材としての回路基板３８に固定される。
絶対角演算部３３は、例えば、マイクロコンピュータ等を含む信号処理用の電気回路により構成される。絶対角演算部３３には、第１および第２の回転角検出センサ３１，３２からの検出信号が入力される。絶対角演算部３３では、第１および第２の回転角検出センサ３１，３２によって検出された回転体１４の回転角および第２の歯車４の回転角に基づいて被測定軸２の絶対回転角を演算する。
【００３１】
図４は、被測定軸２の回転角と各回転角検出センサ３１，３２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４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３２の出力Ｓ２（図４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３２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。
【００３２】
一方、ピニオン２４の回転角を通じて直動ロッド１０の長手方向Ｓの位置を検出する第１の回転角検出センサ３１の出力Ｓ１（図４において破線で示す。）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３１の出力Ｓ１のレベルに基づいて、第２の回転角検出センサ３２の出力値がどの周期の値であるかを判別することができる。従って、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。
【００３３】
また、図１に示すように、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の第１の端面５に螺旋状の案内軌道８を設けるようにしているので、案内軌道８、ひいては直動ロッド１０のレイアウトの自由度を高くできるという利点もある。
また、被測定軸２の回転角を第１の回転角検出センサ３１へ伝達するのに直動ロッド１０を介するようにしている。これにより、直動ロッド１０の長さを調節して、第１の回転角検出センサ３１を自在にレイアウトできるので、回転角検出装置１のレイアウトの自由度を高めることができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、ラック２６とピニオン２４とを用い、直動ロッド１０の直線動変位を回転角に変換することにより、第１の位置検出手段として回転角を検出するタイプの位置検出センサを利用でき、これのレイアウトの自由度を高くできる。
また、本実施形態では、被測定軸２の回転角と比例する直動移動量を得られるように、渦巻き状の案内軌道８と直動ロッド１０により被測定軸２の回転角を第１の回転角検出センサ３１へ伝達するようにした。これにより、第１の回転角検出センサ３１は、被測定軸２の回転角に対してリニアな特性の検出出力信号を得られ、絶対角の処理が容易にできる。
【００３５】
また、直動ロッド１０の長手方向Ｓの移動を案内する案内部、例えば、第１の案内部としての案内溝１１、第２の案内部としての案内面１２、および第３の案内部としての案内面１３を設ける場合には、直動ロッド１０が精度良く変位でき、直動ロッド１０の変位がより精度良く第１の回転角検出センサ３１により検出される。従って、絶対回転角をより精度良く検出できる。
また、案内部としての案内軸１１、案内面１２および案内面１３の少なくとも一部、例えば、本実施形態では案内溝１１、案内面１２および案内面１３の３者を、回転角検出装置１に通例設けられる支持部材９に形成する場合には、支持部材９と別体で設ける場合に比べて、部品点数の増加を抑制できる。
【００３６】
なお、上述の案内部としては、第１の案内部としての案内溝１１を省略することも考えられ、また、本実施の形態では、案内面１１，１２をピニオン２４と関連してピニオン２４の近傍の位置に配置しているが、ピニオン２４から離れた位置に配置することも考えられる。
両センサ３１，３２および第２の歯車４が、直動ロッド１０に対して同側に配置される場合には、回転角検出装置１を薄型にできる。
【００３７】
次いで、図５は、図１〜図３の実施形態の回転角検出装置１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る。なお、以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略して同じ符号を付しておく。また、後述する変形例も同様とする。図５を参照する。
第２の歯車４の第１の端面５には、第２の歯車４の回転軸線７に沿って突出する支軸４１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６には、回転軸線７を中心とする環状突起４２が形成されている。
【００３８】
また、回転体１４の第１の端面１５には、軸線２５に沿って突出する支軸２９が一体回転可能に設けられている。一方、回転体１４の第２の端面３７には、軸線２５を中心とする環状突起４３が形成されている。
回転角検出装置１は、支持部材９に代えて設けられてこれと同様に機能する第１のケース４４と、これに対向して配置される第２のケース４５とを有している。第１および第２のケース４４，４５は、回転軸線７に沿って並び、その間に第２の歯車４、直動ロッド１０、ラック２６、ピニオン２４、第１および第２の回転角検出センサ３１，３２、回路基板３８等を収容する。
【００３９】
第１および第２のケース４４，４５の間に回路基板３８および位置決め部材４６を挟持する状態で、第１および第２のケース４４，４５が、例えば、４箇所にてねじ４７を用いて互いに締結される。ねじ４７は、第１のケース４４、位置決め部材４６、回路基板３８を順次に貫通して、第２のケース４５のねじ孔４８にねじ込まれる。上述の回路基板３８は、第１および第２の回転角検出センサ３１，３２の固定部３５，３９および回路素子群４９を実装している。
【００４０】
第２の歯車４の支軸４１および回転体１４の支軸２９は、第１のケース４４に形成される支持孔５１，５２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１４の環状突起４２，４３は、位置決め部材４６に形成される例えば円筒からなる位置決め部５３，５４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よい。
また、位置決め部５３の端面によって第２の歯車４の第２の端面６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５４の端面によって回転体１４の第２の端面３７を受けることで、回転体１４が軸方向に受けられている。位置決め部５３，５４はそれぞれ第２の歯車４および回転体１４のスラスト軸受として機能している。
【００４１】
図６は、位置決め部材４６の平面図である。図５および図６を参照する。
位置決め部材４６は例えば合成樹脂の一体成形品からなる。位置決め部材４６は上述の位置決め部５３，５４を互いに連結する連結部５５と、位置決め部５３から放射状に延びる一対の支持アーム５６，５７と、位置決め部５４から放射状に延びる一対の支持アーム５８，５９とを備える。各支持アーム５６〜５９の先端部には、第１および第２のケース４４，４５の固定用のねじ４７を挿通させるねじ挿通孔６０を有するボス６１がそれぞれ形成されている。すなわち、位置決め部材４６は、回路基板３８と共に第１および第２のケース４４，４５に共締めにて固定される。
【００４２】
本実施の形態によれば、直動ロッド１０を介して関連付けられる第２の歯車４および回転体１４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１４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１４の支軸４１，２９が、単一の部材である第１のケース４４のみを介して互いに位置決めされるので、支軸４１と支軸２９との位置決め精度が高い。
【００４３】
同様に、第２の歯車４および回転体１４の環状突起４２，４３が単一の部材である位置決め部材４６のみを介して互いに位置決めされるので、環状突起４２と環状突起４３との位置決め精度が高い。
また、位置決め部材４６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、上述の実施形態に限定されず、以下のようにすることも考えられる。例えば、上述の案内部としては、案内溝１１、案内面１２および案内面１３に限らず、公知の案内手段を代替えしたり併用してもよい。また、これら案内部の少なくとも一部を、例えば、本回転角検出装置１の外部の部材により構成することや、案内部の一部を本回転角検出装置１に設けることも考えられる。また、渦巻き状の案内軌道８を第２の歯車４と別体の部材に形成することも考えられる。
【００４４】
また、第１の位置検出手段として、上述の第１の回転角検出センサ３１に代えて、直動ロッド１０の長手方向Ｓに関する変位量を直接に検出することにより、直動ロッド１０の長手方向Ｓに関する位置を検出する直動タイプの位置検出センサ（図示せず）を用いてもよい。この位置検出センサの可動部を、ラック２６に代えて直動ロッド１０の第２の端部１７に固定し、可動部に対向して固定部を配置すればよく、上述の実施形態と同様に、高精度に絶対回転角を検出できて、しかも、第１の位置検出手段のレイアウトの自由度を高める効果を得ることができる。また、回転体１４、ピニオン２４、支軸２９等を省略し、これらに代えて直動ロッド１０を直線動自在に支持する支持部材（図示せず）を設けてもよい。
【００４５】
また、第１の位置検出手段として、第２の位置検出手段としてのセンサの周期的な出力が何周期目にあるかを判別できる程度の低い分解能のセンサ、例えば第２の回転角検出センサ３２よりも構造の簡素なものを利用することもできる。
第１および第２の位置検出手段としては、例えば、磁気式の変位センサ、ポテンショメータ、光電式の変位センサ等の公知の構成を利用できる。また、このような変位センサとしては、可動部と固定部との相対変位量を検出するインクリメンタルタイプでもよいし、可動部と固定部との絶対位置変化を検出するアブソリュートタイプでもよいが、後者が好ましい。また、第１および第２の位置検出手段は同じタイプのものとしても、互いに異なるタイプのものとしてもよい。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の回転角検出装置の概略構成の模式的平面図。
【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の回転角検出装置の直動ロッドおよびその周辺部の一部断面斜視図。
【図４】図１の実施形態において、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５】図１の実施形態の回転角検出装置を実際にパッケージング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６】図５の実施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　回転角検出装置
２　被測定軸
３　第１の歯車
４　第２の歯車
５　第２の歯車の第１の端面
８　案内軌道
１０　直動ロッド
１１　案内溝（案内部）
１２　案内面（案内部）
１３　案内面（案内部）
１８　トレーサ（被案内部）
２４　ピニオン
２６　ラック
３１　第１の回転角検出センサ（第１の位置検出手段）
３２　第２の回転角検出センサ（第２の位置検出手段）
３３　絶対角演算部（演算手段）
Ｓ　直動ロッドの長手方向[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]
[Prior 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, see Patent Documents 1, 2, and 3).
There is also a rotation angle detection device that uses a linear motion type displacement sensor that detects a linear movement amount to detect the rotation angle of a multi-rotation type rotation shaft (for example, see Patent Documents 2, 3, and 4).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-10-30909
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2974717
[Patent Document 3]
JP-A-10-38557
[Patent Document 4]
JP-A-10-19555
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the rotation angle detection device of Patent Document 1, the absolute rotation angle of a multi-rotation type rotation shaft is detected using a single rotation angle detection sensor. 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.
[0005]
In the rotation angle detection device of Patent Document 2, the 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 outputs the fine signal over the entire range of rotation of the rotation shaft. The detected coarse signal is output, and the absolute rotation angle of the rotating shaft is detected 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.
[0006]
However, in this rotation angle detection device, the second rotation angle detection sensor is arranged to face the surface on which the spiral guide track is provided, and the degree of freedom of the layout of the second rotation angle detection sensor is low. There's a problem. As a result, the degree of freedom of the layout of the rotation angle detection device with respect to the rotation axis (that is, the detection member) is low.
Also in the rotation angle detecting devices of Patent Documents 3 and 4, the linear sliding potentiometer is arranged similarly to the rotation angle detecting device of Patent Document 2, and the degree of freedom of the layout of the rotation angle detecting device with respect to the rotation axis is low.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned technical problems and to provide a multi-rotation type rotation angle detection device that has a high degree of freedom in layout of a sensor with respect to a detection member and has high detection accuracy.
[0008]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
According to the first aspect of the present invention, a first gear disposed coaxially with a rotatable shaft to be measured, a second gear meshing with the first gear, and an end face of the second gear are provided. A spiral guide track and a guided portion, which are supported so as to be linearly movable in the longitudinal direction, and wherein the guided portion is guided in the spiral guide track to be driven in the longitudinal direction. A moving rod, first position detecting means for detecting a position of the linear moving rod in the longitudinal direction, second position detecting means for detecting a rotation angle position of the second gear, and Calculating means for calculating the absolute rotation angle of the measured shaft based on the position detected by the second position detecting means.
[0009]
According to the present invention, when the measured shaft makes multiple rotations, the second position detecting means outputs a detection signal which has high accuracy but is periodically repeated according to the rotation angle of the measured shaft. In which period the detection signal of the second position detection means is a detection signal is detected based on the position of the linear motion rod in the longitudinal direction by the first position detection means, and the absolute rotation of the shaft to be measured is detected. The angle can be detected with high accuracy. Further, since the first position detecting means can be freely laid out by adjusting the length of the linear motion rod, the degree of freedom of the layout of the rotation angle detecting device can be increased.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the apparatus further comprises a rack provided on the linear motion rod, and a rotatably supported pinion that meshes with the rack. The position of the linear motion rod in the longitudinal direction is detected by detecting the rotation angle position of the pinion. According to the present invention, a sensor of a type that detects a rotation angle can be used as the first position detecting means, and for example, the degree of freedom in layout can be increased.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, a guide portion is provided for guiding the movement of the linear motion rod in the longitudinal direction. According to the present invention, since the linear motion rod can be accurately displaced, the absolute rotation angle can be detected more accurately.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the 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. Please refer to FIG.
The rotation angle detecting device 1 includes a first gear 3 that is coaxially arranged around a rotatable shaft 2 to be measured and rotates integrally with the shaft 2 to be measured, and a second gear that meshes with the first gear 3. 4 is provided. 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.
[0013]
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 of an automobile 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.
Please refer to FIG. 1 and FIG. The second gear 4 has a first end face 5 and a second end face 6. On the first end face 5, a spiral guide track 8 centered on the rotation axis 7 of the second gear 4 is provided. Is formed. The spiral guide track 8 may be formed of a groove or a ridge.
[0014]
FIG. 3 is a partial cross-sectional perspective view of the second gear and its peripheral portion. Please refer to FIG. 2 and FIG.
The rotation angle detecting device 1 includes a support member 9 that rotatably supports the second gear 4, a long linear motion rod 10 that is linearly supported along a longitudinal direction (see an arrow S), and , A guide groove 11 as a first guide, a guide surface 12 as a second guide, and a guide surface 13 as a third guide for guiding the movement of the linear rod 10 in the longitudinal direction S. And
[0015]
The support member 9 is formed of, for example, a sensor housing fixed to a steering column.
The linear motion rod 10 is a rod-shaped member extending straight in the longitudinal direction S, has a first end 16 and a second end 17, and is formed in a substantially rectangular cross section. The linear motion rod 10 is provided on a first face 71 facing the first end face 5 of the second gear 4 and an end face 15 of the rotating body 14 described later, and on the opposite side parallel to the first face 71. And a third surface 73 and a fourth surface 74 which connect the first surface 71 and the second surface 72 and are arranged on opposite sides of each other. The third surface 73 and the fourth surface 74 are, for example, orthogonal to the first and second surfaces 71 and 72.
[0016]
A guided shaft 19 as a first guided portion guided by the guide groove 11 is provided upright on a portion of the second surface 72 of the linear motion rod 10 near the first end 16.
The third surface 73 of the linear motion rod 10 has a portion as a second guided portion guided by the guide surface 12 at a portion from the second end portion 17 to an intermediate portion in the longitudinal direction S. A guide surface 22 is provided.
In addition, the second surface 72 of the linear motion rod 10 has a third guided portion guided by the guide surface 13 at a portion from the second end portion 17 to an intermediate portion in the longitudinal direction S. A guide surface 27 is provided.
[0017]
The rack 26 is provided on the fourth surface 74 of the linear motion rod 10 at a portion from the second end portion 17 to an intermediate portion in the longitudinal direction S.
The first face 71 of the linear motion rod 10 is received by the first end face 5 of the second gear 4 via a tracer 18 described later. Further, the first surface 71 of the linear motion rod 10 is received by the end surface 15 of the rotating body 14. In this state, the linear motion rod 10 is supported by the support member 9 via the second gear 4 and the rotating body 14.
[0018]
The linear motion rod 10 has a tracer 18 at a first end 16 as a guided portion. The linear motion rod 10 is driven in the longitudinal direction S by the tracer 18 being engaged with and guided by the guide track 8 including the spiral guide groove. In the present embodiment, the longitudinal direction S is, for example, a direction perpendicular to the rotation axis 7 and parallel to the radial direction of the second gear 4, and the linear motion rod 10 is linearly extended along the direction parallel to the radial direction. Moving. Further, the second end portion 17 of the linear motion rod 10 is disposed so as to always extend from the outer periphery of the second gear 4 in a plan view viewed from the direction in which the rotation axis 7 extends.
[0019]
The tracer 18 is composed of a guided projection that projects from the first surface 71 of the linear motion rod 10 toward the spiral guide track 8 of the first end face 5 of the second gear 4. The tip of the tracer 18 is in sliding contact with the groove-shaped guide track 8. The spiral guide track 8 is, for example, a groove having a semicircular cross section, and the tracer 18 is, for example, a spherical body. The spherical body may be supported on the first end 16 so that it can roll, for example, a groove as the guide track 8.
[0020]
The guide groove 11 as a first guide portion guides the movement of the first end portion 16 of the linear motion rod 10 along the longitudinal direction S, and the guide groove 11 and the second surface 72 on the first end portion 16 side. They are arranged facing each other. The guide groove 11 extends parallel to the longitudinal direction S of the linear motion rod 10 and has a length substantially equal to the stroke of the linear motion rod 10. The guide groove 11 has a pair of opposed side walls, and allows the guided shaft 19 to slide between the opposed side walls in the longitudinal direction S of the linear motion rod 10 and to be rotatable around the axis 20 of the guided shaft 19. Fit.
[0021]
The guided shaft 19 extends parallel to the rotation axis 7, protrudes from the second surface 72 in a direction away from the second gear 4, and has a circular cross section in plan view. The axis 20 of the guided shaft 19 and the center of the tracer 18 are arranged so as to overlap each other in plan view. If the guided shaft 19 is rotatable with respect to the guide groove 11, it is possible to prevent the linear movement of the linear motion rod 10 from being twisted. It is also conceivable to engage a guided groove as a first guided portion with a guide shaft as a first guiding portion.
[0022]
The guide groove 11 is formed between the pair of protrusions 21. The pair of protrusions 21 project from the support member 9 toward the second gear 4, oppose parallel to each other, and extend parallel to the above-described longitudinal direction S. The tip of the ridge 21 sandwiches the translation rod 10 with the first end face 5 of the second gear 4, and regulates the movement of the translation rod 10 in a direction away from the first end face 5.
The guide surfaces 12 and 13 guide a portion from an intermediate portion in the longitudinal direction S of the linear motion rod 10 to the second end portion 17.
[0023]
The guide surface 12 is opposed to the guided surface 22 and slidably contacts the surface. The guided surface 22 is formed of a part of the third surface 73 which is closer to the second end 17 of the linear motion rod 10. The guide surface 12 and the guided surface 22 are parallel to each other, and are formed as flat surfaces parallel to the rotation axis 7 and the longitudinal direction S of the translation rod 10.
The guide surface 12 is formed parallel to an axis 25 of a pinion 24 described later, and is provided on the opposite side of the pinion 24 with the linear motion rod 10 interposed therebetween. In this case, the engagement between the rack 26 and the pinion 24 is properly maintained. You. The guide surface 12 as a second guide portion sandwiches the linear motion rod 10 between the guide surface 12 and the pinion 24, and extends in a longitudinal direction S of a portion of the linear motion rod 10 sandwiched between the linear motion rod 10 and the pinion 24. Guides you along.
[0024]
The guide surface 13 is arranged to face the end face 15 of the rotating body 14, and sandwiches the linear motion rod 10 with the end face 15 of the rotating body 14. The guide surface 13 is opposed to the guided surface 27 and slidably contacts the surface. The guided surface 27 is composed of a part of the second surface 72 which is closer to the second end 17 of the linear motion rod 10. The guide surface 13, the guided surface 27, the end surface 15 of the rotating body 14, and the first surface 71 of the linear motion rod 10 in contact with the end surface 15 are parallel to each other, and these surfaces 13, 27, 15, 71 are Are formed on a flat surface orthogonal to the rotation axis 7 and parallel to the longitudinal direction S of the linear motion rod 10.
[0025]
The guide surface 13 serving as a third guide portion sandwiches the linear motion rod 10 between the guide surface 13 and the rotating body 14, and a longitudinal direction of a portion of the linear motion rod 10 sandwiched between the linear motion rod 10 and the rotating body 14. Guides movement along S.
As described above, the guide groove 11, the guide surfaces 12, 13, the rotating body 14, and the pinion 24 cooperate with each other to restrict the movement of the linear motion rod 10 in a direction orthogonal to the longitudinal direction S of the linear motion rod 10. However, rattling of the linear motion rod 10 can be prevented, and movement of the linear motion rod 10 around the axis along the longitudinal direction S of the linear motion rod 10 is restricted, so that the linear motion rod 10 rattles around the axis. Can be prevented.
[0026]
The rotation angle detecting device 1 includes a rack 26 provided near the second end 17 of the linear motion rod 10, and a rotatably supported pinion 24 meshing with the rack 26. The engagement of the pinion 24 with the rack 26 is set so that the rotation angle of the pinion 24 is less than one rotation with respect to the stroke amount of the linear motion rod 10.
The pinion 24 is formed of a spur gear, and is supported by the support member 9 via a support shaft 29 so as to be rotatable around an axis 25 thereof. The axis 25 is arranged parallel to the rotation axis 7 of the second gear 4. On the same axis as the support shaft 29, the rotating body 14 which is made of, for example, a disk and rotates integrally with the pinion 24 is provided.
[0027]
The rack 26 has a length substantially equal to the stroke amount of the linear motion rod 10, and the fourth axis of the linear motion rod 10 opposite to the guided surface 22, for example, so that the axes 20 and 25 are parallel to each other. Is formed on the surface 74.
The operation will be described with reference to FIG. For example, when the measured shaft 2 rotates clockwise in FIG. 1 (see arrow M1), the second gear 4 meshing with the first gear 3 rotates counterclockwise (see arrow M2) in the opposite direction. Move. The spiral guide track 8 drives the linear motion rod 10 along the longitudinal direction S toward the radially outward left side in FIG. 1 (see arrow M3), and engages with the rack 26. 24 rotates counterclockwise (see arrow M4). At this time, the rotation angle of the second gear 4 and the linear movement distance of the linear motion rod 10 are proportional, and thus the rotation angle of the pinion 24 is proportional to the rotation angle of the shaft 2 to be measured and is smaller than this rotation angle. It is small, for example, 1/8.
[0028]
Further, as shown in FIG. 2, the rotation angle detection device 1 detects a rotation angle of the pinion 24 to detect a position in the longitudinal direction S of the linear motion rod 10 with respect to a predetermined reference position. Has a first rotation angle detection sensor 31 provided coaxially with the pinion 24 for detecting the rotation angle of the pinion 24. Further, a second rotation angle detection sensor 32 as second position detection means for detecting a rotation angle position of the second gear 4 with respect to a predetermined reference rotation angle, and a first and second rotation angle detection It has an absolute angle calculation unit 33 as calculation means for calculating the absolute rotation angle of the measured shaft 2 based on the positions detected by the sensors 31 and 32.
[0029]
The first rotation angle detection sensor 31 has a fixed portion 35 and a movable portion 36 that are relatively displaced from each other. The first rotation angle detection sensor 31 is, for example, a magnetic displacement sensor, the fixed unit 35 is formed of a sensor body including a magnetoresistive element, for example, and the movable unit 36 is formed of, for example, a magnet. The output signal from the sensor main body differs depending on the relative position between the fixed part 35 and the movable part 36.
The movable portion 36 of the first rotation angle detection sensor 31 is integrally rotatably fixed to an end surface 37 of the rotating body 14 opposite to the end surface 15 on which the pinion 24 is provided. The fixed portion 35 is disposed in the vicinity of the movable portion 36 so as to be opposed thereto, and is fixed to, for example, a circuit board 38 as a support member. The output signal of the first rotation angle detection sensor 31 periodically changes every predetermined rotation angle (for example, 180 °) of the rotating body 14.
[0030]
The second rotation angle detection sensor 32 has a structure similar to that of the first rotation angle detection sensor 31, and has a fixed portion 39 and a movable portion 40. In the second rotation angle detection sensor 32, the movable portion 40 is fixed to the second end face 6 of the second gear 4, and rotates integrally with the second gear 4. The fixed portion 39 is disposed so as to face the vicinity of the movable portion 40, and is fixed to, for example, a circuit board 38 as a support member.
The absolute angle calculation unit 33 is configured by a signal processing electric circuit including a microcomputer and the like, for example. Detection signals from the first and second rotation angle detection sensors 31 and 32 are input to the absolute angle calculation unit 33. The absolute angle calculation unit 33 calculates the absolute rotation angle of the measured shaft 2 based on the rotation angle of the rotating body 14 and the rotation angle of the second gear 4 detected by the first and second rotation angle detection sensors 31 and 32. Is calculated.
[0031]
FIG. 4 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 31 and 32. When, for example, the steering shaft as the measured shaft 2 is rotated four times, as shown in FIG. 4, the output S2 of the second rotation angle detection sensor 32 that detects the rotation angle of the second gear 4 (solid line in FIG. 4) Is a saw-tooth waveform having a cycle of 180 deg, for example. Although the output S2 of the second rotation angle detection sensor 32 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.
[0032]
On the other hand, the output S1 (shown by a broken line in FIG. 4) of the first rotation angle detection sensor 31 that detects the position of the linear motion rod 10 in the longitudinal direction S through the rotation angle of the pinion 24 rises substantially linearly up to, for example, 1440 deg. Waveform. Based on the level of the output S1 of the first rotation angle detection sensor 31, it is possible to determine which period the output value of the second rotation angle detection sensor 32 has. Therefore, the absolute rotation angle of the measured shaft 2 can be accurately detected.
[0033]
As shown in FIG. 1, a second gear 4 is meshed with a first gear 3 coaxial with the shaft 2 to be measured, and a spiral guide is provided on a first end face 5 of the second gear 4. Since the track 8 is provided, there is an advantage that the degree of freedom of the layout of the guide track 8 and the linear motion rod 10 can be increased.
Further, the rotation angle of the measured shaft 2 is transmitted to the first rotation angle detection sensor 31 via the direct-acting rod 10. Thus, the first rotation angle detection sensor 31 can be freely laid out by adjusting the length of the linear motion rod 10, so that the degree of freedom of the layout of the rotation angle detection device 1 can be increased.
[0034]
Further, in the present embodiment, the rack 26 and the pinion 24 are used to convert the linear motion displacement of the linear motion rod 10 into a rotation angle, so that the first position detection means detects the rotation angle. A sensor can be used, and the degree of freedom of the layout can be increased.
Further, in the present embodiment, the rotation angle of the measured shaft 2 is set to the first angle by the spiral guide track 8 and the linear motion rod 10 so that a linear movement amount proportional to the rotation angle of the measured shaft 2 can be obtained. The signal is transmitted to the rotation angle detection sensor 31. As a result, the first rotation angle detection sensor 31 can obtain a detection output signal having a characteristic that is linear with respect to the rotation angle of the measured shaft 2, and can easily process the absolute angle.
[0035]
In addition, a guide portion for guiding the movement of the linear motion rod 10 in the longitudinal direction S, for example, a guide groove 11 as a first guide portion, a guide surface 12 as a second guide portion, and a third guide portion When the guide surface 13 is provided, the linear motion rod 10 can be accurately displaced, and the displacement of the linear motion rod 10 is detected by the first rotation angle detection sensor 31 with higher accuracy. Therefore, the absolute rotation angle can be detected with higher accuracy.
In addition, at least a part of the guide shaft 11, the guide surface 12, and the guide surface 13 as the guide unit, for example, in the present embodiment, the three members of the guide groove 11, the guide surface 12, and the guide surface 13 are connected to the rotation angle detection device 1. In the case where the support member 9 is formed usually, the increase in the number of parts can be suppressed as compared with the case where the support member 9 is provided separately.
[0036]
It is conceivable to omit the guide groove 11 serving as the first guide portion as the above-described guide portion. In the present embodiment, the guide surfaces 11 and 12 are formed with the pinion 24 in association with the pinion 24. Although it is arranged at a position in the vicinity, it may be arranged at a position distant from the pinion 24.
When both the sensors 31, 32 and the second gear 4 are arranged on the same side with respect to the translation rod 10, the rotation angle detecting device 1 can be made thin.
[0037]
Next, FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of a case where the rotation angle detecting device 1 of the embodiment of FIGS. 1 to 3 is actually packaged. In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described, and the same components will be omitted from description and will be denoted by the same reference numerals. The same applies to a modified example described later. Please refer to FIG.
On the first end face 5 of the second gear 4, a support shaft 41 protruding along the rotation axis 7 of the second gear 4 is provided so as to be integrally rotatable. On the other hand, on the second end face 6 of the second gear 4, an annular projection 42 centering on the rotation axis 7 is formed.
[0038]
Further, a support shaft 29 protruding along the axis 25 is provided on the first end face 15 of the rotating body 14 so as to be integrally rotatable. On the other hand, the second end face 37 of the rotating body 14 is formed with an annular projection 43 centered on the axis 25.
The rotation angle detection device 1 includes a first case 44 provided in place of the support member 9 and functioning similarly thereto, and a second case 45 disposed to face the first case 44. The first and second cases 44 and 45 are arranged along the rotation axis 7, between which the second gear 4, the translation rod 10, the rack 26, the pinion 24, the first and second rotation angle detection sensors 31 are provided. , 32, a circuit board 38 and the like.
[0039]
In a state where the circuit board 38 and the positioning member 46 are sandwiched between the first and second cases 44 and 45, the first and second cases 44 and 45 Be concluded. The screw 47 passes through the first case 44, the positioning member 46, and the circuit board 38 sequentially and is screwed into the screw hole 48 of the second case 45. The above-described circuit board 38 mounts the fixing portions 35 and 39 of the first and second rotation angle detection sensors 31 and 32 and the circuit element group 49.
[0040]
The support shaft 41 of the second gear 4 and the support shaft 29 of the rotating body 14 are fitted into support holes 51 and 52 formed in the first case 44, respectively, and are rotatably supported. On the other hand, the second gear 4 and the annular projections 42 and 43 of the rotating body 14 are rotatably fitted to positioning portions 53 and 54 formed on the positioning member 46 and formed of, for example, a cylinder. This fit may be loose.
Further, the second gear 4 is received in the axial direction by receiving the second end face 6 of the second gear 4 by the end face of the positioning section 53, and the rotating body 14 is received by the end face of the positioning section 54. By receiving the second end face 37, the rotating body 14 is received in the axial direction. The positioning portions 53 and 54 function as thrust bearings of the second gear 4 and the rotating body 14, respectively.
[0041]
FIG. 6 is a plan view of the positioning member 46. Please refer to FIG. 5 and FIG.
The positioning member 46 is made of, for example, an integrally molded product of a synthetic resin. The positioning member 46 includes a connecting portion 55 for connecting the positioning portions 53 and 54 to each other, a pair of support arms 56 and 57 extending radially from the positioning portion 53, and a pair of support arms 58 and 59 extending radially from the positioning portion 54. And Bosses 61 each having a screw insertion hole 60 through which the fixing screw 47 of the first and second cases 44 and 45 is inserted are formed at the distal ends of the support arms 56 to 59, respectively. That is, the positioning member 46 is fixed to the first and second cases 44 and 45 together with the circuit board 38 by fastening together.
[0042]
According to the present embodiment, the inclination of second gear 4 and rotating body 14 is suppressed by supporting both second gear 4 and rotating body 14 associated with each other via linear motion rod 10. As a result, it is possible to prevent variations in detection accuracy.
In particular, since the second gear 4 and the support shafts 41 and 29 of the rotating body 14 are positioned with each other only through the first case 44 which is a single member, the positioning between the support shaft 41 and the support shaft 29 is performed. High accuracy.
[0043]
Similarly, since the second gear 4 and the annular projections 42 and 43 of the rotating body 14 are positioned with respect to each other only through the positioning member 46 which is a single member, the positioning accuracy between the annular projection 42 and the annular projection 43 is improved. high.
In addition, since the positioning member 46 is an integrally molded product of synthetic resin, it can be manufactured at low cost.
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following may be considered. For example, the above-mentioned guide portion is not limited to the guide groove 11, the guide surface 12, and the guide surface 13, and a known guide means may be replaced or used in combination. It is also conceivable that at least a part of these guides is constituted by, for example, a member external to the present rotation angle detecting device 1, or a part of the guide is provided in the present rotation angle detecting device 1. It is also conceivable to form the spiral guide track 8 on a member separate from the second gear 4.
[0044]
Further, as the first position detecting means, instead of the above-described first rotation angle detection sensor 31, by directly detecting the displacement amount of the linear motion rod 10 in the longitudinal direction S, the longitudinal direction of the linear motion rod 10 can be detected. A direct-acting type position detection sensor (not shown) for detecting the position of S may be used. The movable portion of the position detection sensor may be fixed to the second end portion 17 of the linear motion rod 10 instead of the rack 26, and the fixed portion may be arranged to face the movable portion, as in the above-described embodiment. Thus, the absolute rotation angle can be detected with high accuracy, and the effect of increasing the degree of freedom in the layout of the first position detecting means can be obtained. Further, the rotating body 14, the pinion 24, the support shaft 29, and the like may be omitted, and instead, a support member (not shown) that supports the linear motion rod 10 so as to be able to linearly move may be provided.
[0045]
Further, as the first position detecting means, a sensor having a resolution low enough to determine the period of the periodic output of the sensor as the second position detecting means, for example, a second rotation angle detecting sensor 32 A simpler structure can be used.
As the first and second position detecting means, for example, known structures such as a magnetic displacement sensor, a potentiometer, and a photoelectric displacement sensor can be used. In addition, such a displacement sensor may be an incremental type that detects a relative displacement amount between the movable part and the fixed part, or an absolute type that detects an absolute position change between the movable part and the fixed part. preferable. Further, the first and second position detecting means may be of the same type or different types. In addition, 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 of 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 partial cross-sectional perspective view of a translation rod and its peripheral portion of the rotation angle detection device of FIG. 1;
FIG. 4 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.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the rotation angle detecting device, showing an example of actually packaging the rotation angle detecting device of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 6 is a plan view of a positioning member used in the embodiment of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Rotation angle detector
2 Measured axis
3 First gear
4 Second gear
5 First end face of second gear
8 Guideway
10 Linear rod
11 Guide groove (guide part)
12 Guide surface (Guide section)
13 Guide surface (guidance section)
18 Tracer (guided part)
24 Pinion
26 racks
31 First rotation angle detection sensor (first position detection means)
32 Second rotation angle detection sensor (second position detection means)
33 Absolute angle calculation unit (calculation means)
S Longitudinal direction of linear motion rod

Claims

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 linear motion rod having a guided portion, supported linearly movable in the longitudinal direction, and driven in the longitudinal direction by the guided portion being guided by the spiral guide track;
First position detecting means for detecting the position of the linear motion rod in the longitudinal direction;
Second position detection means for detecting a rotation angle position of the second gear;
A rotation angle detection device, comprising: calculation means for calculating the absolute rotation angle of the measured shaft based on the positions detected by the first and second position detection means.

The rotation angle detection device according to claim 1,
A rack provided on the linear motion rod,
A rotatably supported pinion that meshes with the rack,
The first position detecting means detects the position of the linear motion rod in the longitudinal direction by detecting the rotation angle position of the pinion, and the rotation angle detection device is characterized in that the first position detection means detects the position of the linear motion rod in the longitudinal direction.

The rotation angle detecting device according to claim 1 or 2, further comprising a guide portion that guides a movement of the linear motion rod in a longitudinal direction.