JP2004150950A

JP2004150950A - 回転角検出装置

Info

Publication number: JP2004150950A
Application number: JP2002316479A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Tsuji; 泰明辻
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】多回転型の回転角検出装置において、検出精度が高いと共に、レイアウトの自在性が高く汎用性に優れること。
【解決手段】被測定軸２と同軸のメインギヤ３の回転が減速用のギヤトレイン４に伝達される。ギヤトレイン４は、メインギヤ３に噛み合う第１ギヤ１１と、第２，第３及び第４ギヤ１２，１３，１４と、最終ギヤ１５を有する。１回転用の第１の回転量センサ５が第１のギヤ１１の回転量を検出する。多回転用の第２の回転量センサ６が最終ギヤ１５の回転量を検出する。第１の回転量センサ５の出力は、被測定軸２の回転角に対して例えば１２０度周期の反復波形となる。第２の回転量センサ６で検出される出力を用いて、第１の回転量センサ５の出力値がどの周期での値であるかを判別する。
【選択図】図１

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】
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、入力軸に直結するレゾルバと、適切な減速比の減速機構を介して入力軸に連結する回転量センサとを組み合わせ、前者を１回転用検出用に使用し、後者を多回転検出用として使用することにより、多回転の絶対回転角を検出するアブソリュートエンコーダが提供されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２１８０５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１回転用として用いるレゾルバを入力軸の同軸上で配置するので、レイアウトの自在性が少なく、汎用性が低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、検出精度が高いと共に、レイアウトの自在性が高く汎用性に優れる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、第１の発明は、回転可能な被測定軸の同軸上で被測定軸に一体回転するメインギヤと、このメインギヤに噛み合う第１ギヤ及び最終ギヤを含む減速用のギヤトレインと、上記第１ギヤの回転量を検出する第１の回転量センサと、上記最終ギヤの回転量を検出する第２の回転量センサと、第１及び第２の回転量センサによる検出回転量に基づいて被測定軸の絶対回転角を検出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、被測定軸がメインギヤと共に多回転すると、これに伴ってギヤトレインの第１ギヤ及び最終ギヤが歯車伝動により従動回転する。このとき、１回転検出用の第１の回転量センサが第１ギヤの回転に基づいて、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１の回転量センサの検出信号がどの周期のものであるかを、多回転検出用の第２の回転量センサが最終ギヤの回転に基づいて検出することを通じて、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。１回転用の第１の回転量センサを被測定軸の同軸上に配置せずに済むので、レイアウトの自由度が高くなる結果、汎用性に優れる。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、上記ギヤトレインは、第１ギヤの支軸としての第１の軸と、第２の軸と、最終ギヤの支軸としての第３の軸とを被測定軸の軸線を中心とする円弧上に概ね配置しており、第１の軸の同軸上に、第１ギヤよりも小径で第１ギヤに一体回転可能な第２ギヤが設けられ、第２の軸の同軸上に、第２ギヤよりも大径で第２ギヤに噛み合う第３ギヤと、この第３ギヤよりも小径で第３ギヤに一体回転可能な第４ギヤとが設けられ、この第４ギヤが最終ギヤに噛み合うことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、中間軸としての第１及び第２の軸上に、いわゆる２段ギヤを設け、これらの２段ギヤを介して第３の軸上の最終ギヤに歯車伝動し、且つ第１、第２及び第３の軸を被測定軸の軸線を中心とする円弧上に概ね配置するので、コンパクトな構造にして必要な減速比を得ることができる。
【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は本発明の一実施の形態の回転角検出装置の模式的底面図であり、図２は回転角検出装置の概略断面図である。図１および図２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と一体回転するメインギヤ３と、このメインギヤ３に噛み合う第１ギヤ１１から最終ギヤ１５に至るギヤトレイン４と、上記第１ギヤ１１の回転量を検出するための第１の回転量センサ５と、メインギヤ３にギヤトレイン４を介して連結される第２の回転量センサ６と、第１および第２の回転量センサ５，６によって検出される回転量に基づいて被測定軸２の絶対回転角を演算するための絶対角演算部７（図３参照）とを備える。
【００１０】
ギヤトレイン４は、中間軸としての第１及び第２の軸８，９、並びに最終軸としての第３の軸１０を備える。第１、第２及び第３の軸８，９，１０は、被測定軸２に平行であり、被測定軸２の軸線２ａを中心とする円弧上に概ね配置されている。
第１の軸８の同軸上には、メインギヤ３に噛み合う上記第１ギヤ１１と、これよりも小径で第１ギヤ１１に一体回転する第２ギヤ１２が設けられる。第２ギヤ１２は、第１ギヤ１１の第１の面１１ａから突出するように形成される。第１の軸８は第２ギヤ１２の端面１２ａから突出し、ハウジング２０の支持孔２１により回転自在に支持されている。第１及び第２ギヤ１１，１２並びに第１の軸８は、例えば一体の合成樹脂成形品により形成され、コストダウンが図られる。
【００１１】
第２の軸９の同軸上には、第２ギヤ１２よりも小径で第２ギヤ１２に噛み合う第３ギヤ１３と、これより小径で第３ギヤ１３に一体回転すると第４ギヤ１４が設けられる。第４ギヤ１４は、第３ギヤ１３の第１の面１３ａから突出するように形成される。第２の軸９は第４ギヤ１４の端面１４ａから突出し、ハウジング２０の支持孔２２により回転自在に支持されている。第３及び第４ギヤ１３，１４並びに第２の軸９は例えば一体の合成樹脂成形品により形成され、コストダウンが図られる。
【００１２】
第３の軸１０の同軸上には、第４ギヤ１４よりも大径で第４ギヤ１４に噛み合う上記最終ギヤ１５が設けられる。第３の軸１０は最終ギヤ１５の第１の面１５ａから突出し、ハウジング２０の対応する支持孔２３により回転自在に支持されている。
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。
【００１３】
各ギヤ３，１１〜１５はそれぞれ平歯車からなる。第１ギヤ１１、第３ギヤ１３及び最終ギヤ１５は、例えば同径に設定される。第１ギヤ１１の径はメインギヤ３の径の例えば２／３に設定される。第２及び第４ギヤ１２，１４は、第１及び第３ギヤ１１，１３の半分以下（例えば２／５）の径に設定される。これにより、被測定軸２（メインギヤ３）の回転を、例えば、（２／３）×（２／５）×（２／５）、すなわち８／７５に減速することができる。
【００１４】
ただし、上記の減速比は、多回転を検出できる限りにおいて、自在に設定でき、被測定軸２の回転角を例えば、１／４〜１／１０の範囲で縮小すれば良い。
また、第１の回転量センサ５は、第１ギヤ１１の回転量を検出するための１回転検出用であり、第２の回転量センサ６は、最終ギヤ１５の回転量を検出するための多回転検出用である。
図２を参照して、第１の回転量センサ５は相対向する可動部５ａと固定部５ｂとを有する。可動部５ａは、第１ギヤ１１の回転軸線１６の同軸上で第１ギヤ１１の第２の面１１ｂに固定され、第１ギヤ１１と一体回転する。固定部５ｂは固定部材としての基板１８に固定される。
【００１５】
同様に、第２の回転量センサ６は相対向する可動部６ａと固定部６ｂとを有する。可動部６ａは、最終ギヤ１５の回転軸線１７の同軸上で最終ギヤ１５の第２の面１５ｂに固定され、最終ギヤ１５と一体回転する。固定部６ｂは基板１９に固定される。基板１９には上記の絶対角演算部７が実装されている。
各回転量センサ５，６の可動部５ａ，６ａとして例えば磁石を用い、固定部５ｂ，６ｂとして例えば磁気センサを用いることが可能である。
【００１６】
図３を参照して、第１の回転量センサ５および第２の回転量センサ６からの検出信号は演算手段としての絶対角演算部７に入力され、絶対角演算部７では、第１および第２の回転量センサ５，６によって検出された第１ギヤ１１及び最終ギヤ１５の回転量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４は被測定軸２の回転角と各回転量センサ５，６の出力波形との関係を示すグラフ図である。メインギヤ３と第１ギヤ１１とのギヤ比が例えば３：２であると、被測定軸２の回転が加速比１．５で加速されて第１ギヤ１１に伝達される。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１ギヤ１１の回転量を検出する第１の回転量センサ５の出力Ｓ１（図４において、実線で示す）は、例えば１２０ｄｅｇ周期の鋸歯状の波形となる。第１の回転量センサ５の出力Ｓ１は検出精度は高いものの１２０ｄｅｇ周期で１２回反復されるため、どの周期のものかが判らない。
【００１７】
一方、最終ギヤ１５の回転はメインギヤ３の回転に対して例えば８／７５倍に減速されており、最終ギヤ１５の回転量を検出する第２の回転量センサ６の出力Ｓ２は、例えば１４４０ｄｅｇまで概ねリニアに上昇する波形となる。第２の回転角検出センサ６の出力Ｓ２のレベルに基づいて、第１の回転角検出センサ５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。
【００１８】
特に、第１及び第２ギヤ１１，１２を第１の軸８上に２段ギヤとして設け、第３及び第４ギヤ１３，１４を第２の軸９上に２段ギヤとして設け、小径の第２ギヤ１２に大径の第３ギヤ１３を噛み合わせると共に、小径の第４ギヤ１４に大径の最終ギヤ１５を噛み合わせる。したがって、図１に示すように軸方向からみて、第３ギヤ１３の一部が第１ギヤ１１及び最終ギヤ１５の一部に重なるようにレイアウトすることができ、小型化を図ることができる。
【００１９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、第１及び第２の回転量センサ５，６の固定部５ｂ，６ｂを共通の基板に実装し、コストダウンを図るようにしても良い。また、第１の回転量センサとして公知のレゾルバを用いることもでき、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底面図である。
【図２】回転角検出装置の概略断面図である。
【図３】回転角検出装置の電気的構成の要部を示すブロック図である。
【図４】被測定軸の回転角と各回転量センサの出力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１回転角検出装置
２被測定軸
２ａ軸線
３メインギヤ
４ギヤトレイン
５第１の回転量センサ
６第２の回転量センサ
５ａ，６ａ可動部
５ｂ，６ｂ固定部
７絶対角演算部
８第１の軸（中間軸）
９第２の軸（中間軸）
１０第３の軸（最終軸）
１１第１ギヤ
１２第２ギヤ
１３第３ギヤ
１４第４ギヤ
１５最終ギヤ
１６，１７回転軸線
１８，１９基板
２０ハウジング
２１，２２，２３支持孔

Claims

回転可能な被測定軸の同軸上で被測定軸に一体回転するメインギヤと、
このメインギヤに噛み合う第１ギヤ及び最終ギヤを含む減速用のギヤトレインと、
上記第１ギヤの回転量を検出する第１の回転量センサと、
上記最終ギヤの回転量を検出する第２の回転量センサと、
第１及び第２の回転量センサによる検出回転量に基づいて被測定軸の絶対回転角を検出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。
請求項１において、
上記ギヤトレインは、第１ギヤの支軸としての第１の軸と、第２の軸と、最終ギヤの支軸としての第３の軸とを被測定軸の軸線を中心とする円弧上に概ね配置しており、
第１の軸の同軸上に、第１ギヤよりも小径で第１ギヤに一体回転可能な第２ギヤが設けられ、
第２の軸の同軸上に、第２ギヤよりも大径で第２ギヤに噛み合う第３ギヤと、この第３ギヤよりも小径で第３ギヤに一体回転可能な第４ギヤとが設けられ、
この第４ギヤが最終ギヤに噛み合うことを特徴とする回転角検出装置。