JP2004205370A - Rotation angle detection device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサを用いた回転角検出装置に係り、特に、ステアリングの操舵角を検出するのに好適な回転角検出装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転角検出装置としては、ステアリングシャフトに固定された主歯車と噛み合う２つの小歯車にそれぞれ磁石を設け、この磁石にＡＭＲ（異方性磁気抵抗）センサを付設した構成の測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
２つの小歯車の歯数は１つだけ異なるように設定され、ステアリングシャフトが回転したとき、３つの歯車の回転角が異なるように設定されている。２つのＡＭＲセンサは、磁束密度を検出してそれに応じた電圧を出力するため、２つのＡＭＲセンサが出力する電圧値の変化に基づいて、ステアリングの絶対角（ニュートラル位置からの回転角）を検出することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００１−５０５６６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、２つの小歯車に付設された磁石の磁束密度を検出するために、高価なＡＭＲセンサが２つ必要であり、製造コストが高くつくという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、センサを１つだけ用いた安価かつ簡単な構成で、回転体の回転角を検出することができる回転角検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明請求項１に記載の回転角検出装置では、回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、前記回転体の回転運動を直線運動に変換するとともに、回転量に応じて可動部材を直線移動させる直線運動変換手段と、この可動部材の直線移動に伴い可動部材との距離が変化する固定部材と、前記可動部材と固定部材の距離を検出する距離検出センサと、検出された距離に基づいて回転体の回転角を算出する回転角算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転角検出装置において、前記直線運動変換手段を、回転体と一体に回転する第１ギヤと、この第１ギヤと噛み合う第２ギヤと、この第２ギヤと一体に回転するねじ軸と、から構成し、前記可動部材を、ねじ軸と螺合するねじ孔を有する可動板とし、この可動板のねじ軸周方向への移動を規制する規制手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の回転角検出装置において、前記距離検出センサとして、固定部材または可動部材のどちらか一方に磁石を設けるとともに、他方に磁気センサを設け、前記回転角度算出手段は、磁気センサの出力電圧に基づいて回転体の回転角を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転角算出手段において、前記回転体は、車両のステアリングシャフトであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
回転体が回転すると、直線運動変換手段により、その回転運動が直線運動に変換され、可動部材が回転量に応じて直線移動するため、可動部材と固定部材の距離が変化する。
【００１２】
回転角算出手段は、距離検出センサにより検出された可動部材と固定部材の距離に基づいて、回転体の回転角を求める。なお、可動部材と固定部材の距離と、回転体の回転角との対応関係は、予め実験等により測定することができる。
【００１３】
すなわち、本発明の回転角検出装置にあっては、回転体の回転運動を直線運動に変換して可動部材と固定部材の距離を変化させ、この距離を検出することによって回転体の回転角を求めるため、センサを一つだけ用いた簡単かつ安価な構成で、回転体の回転角を検出することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、回転体が回転すると、回転体と一体の第１ギヤおよび第１ギヤと噛み合う第２ギヤが回転し、第２ギヤに固定されたねじ軸が回転する。このねじ軸の回転によって可動板はねじ軸を中心とする回転力を受けるが、可動板のねじ軸周方向への移動は規制部材により規制されているため、可動板はねじ軸の軸方向に平行移動して固定部材との距離が変化する。
【００１５】
よって、請求項２に記載の回転角検出装置にあっては、直線運動変換手段を、２つの歯車とねじ軸という簡単かつ単純な構成とすることで、装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、距離検出センサとして、磁石と磁気センサを用いることにより、可動部材と固定部材の距離の検出精度向上と、装置の低コスト化を図ることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、距離検出センサによる検出値は、回転体の回転角によって異なるため、現在のステアリングの操舵角がニュートラル位置から１回転目か２回転目かを判別できる。よって、複数のセンサの使用、複雑な演算処理が不要であり、非常に簡単かつ安価な構成で、ステアリングのニュートラル位置（操舵角０度）からの回転角、すなわちステアリングの絶対角を算出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の回転角検出装置を実現する実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１９】
まず、構成を説明する。
図１は本実施の形態の回転角検出装置の構造を示す正面図、図２は本実施の形態の回転角検出装置の構造を示す平面図である。
【００２０】
図において、１は車両のステアリングシャフト（回転体に相当）、２は第１ギヤ、３は第２ギヤ、４はねじ軸、５は可動板（可動部材に相当）、６は永久磁石、７はガイドバー（規制手段に相当）、８は磁気センサであり、本実施の形態の回転角検出装置は、図外のステアリングホイールのボス部に内設されている。
【００２１】
第１ギヤ２は、ステアリングシャフト１に固定されてステアリングシャフト１と一体に回転する。第２ギヤ３は、第１ギヤ２よりも小径に形成されるとともに、少ない歯数に設定され、中央にはねじ軸４の一端側が固定されている。これら第１ギヤ２、第２ギヤ３およびねじ軸４により、ステアリングシャフト１の回転運動を直線運動に変換する直線運動変換手段が構成されている。
【００２２】
可動板５には、ねじ軸４と螺合するねじ孔５ａが形成されるとともに、永久磁石６が付設されている。また、可動板５の他端には開口部５ｂが形成され、この開口部５ｂにガイドバー７が貫通している。
【００２３】
ガイドバー７には、可動板５に面してセンサ基板（固定部材に相当）９が固定され、このセンサ基板９の可動板５側には、永久磁石６と対向して磁気センサ８が設けられている。
【００２４】
この磁気センサ８は、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いたセンサで、磁束密度の変化に応じて出力電圧が変化する。ここで、磁気抵抗特性とは、個体の電気抵抗が磁界によって変化する現象をいう。この磁気センサ８と永久磁石６とで距離検出センサが構成されている。
【００２５】
この磁気センサ８からの出力電圧は、センサ基板９から図外のステアリングハーネスおよび車内ＬＡＮを介して図外の制御装置（回転角算出手段に相当）に入力され、制御手段によってステアリングの操舵角が算出される。この算出方法については後述する。
【００２６】
次に、作用を説明する。
［ステアリング操舵角算出作用］
ステアリングホイールがニュートラル位置にある場合、すなわち、操舵角が０度の場合には、永久磁石６と磁気センサ８の距離Ｙは常に一定であり、磁気センサ８は、距離Ｙに応じた一定の電圧を制御装置に出力する。
【００２７】
ステアリングホイールが回転操作されると、ステアリングホイール１と一体に第１ギヤ２が回転し（図１の矢印方向）、この第１ギヤ２と噛み合う第２ギヤ３および第２ギヤ３と一体化されたねじ軸４が回転する。
【００２８】
このねじ軸４の回転に伴い、可動板５にはねじ軸４の回転軸を中心とする回転力が作用するが、ねじ軸４の周方向への移動はガイドバー７によって規制されているため、可動板５はねじ軸４の軸方向（図２の矢印方向）に平行移動する。そして、可動板５が移動することにより、永久磁石６と磁気センサ８の距離Ｙが変化し、磁気センサ８は距離Ｙに応じた電圧を制御装置に出力する。
【００２９】
制御装置は、図３に示す磁気センサ８の出力電圧と、永久磁石６と磁気センサ８間の距離Ｙとの特性に基づいて、永久磁石６と磁気センサ８の距離Ｙを検出する。
【００３０】
さらに、制御装置は、図４に示す永久磁石６と磁気センサ８間の距離Ｙと、ステアリングの操舵角４との特性に基づいて、ステアリングの操舵角を算出する。
【００３１】
次に、効果を説明する。
本実施の形態の回転角検出装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
【００３２】
(1) ステアリングシャフト１の回転運動を、第１ギヤ２、第２ギヤ３、ねじ軸４を用いて可動板５の直線運動に変換して永久磁石６と磁気センサ８の距離Ｙを変化させ、この距離Ｙからステアリングの操舵角を求めることとしたため、１つの磁気センサ８を用いた簡単かつ安価な構成でステアリングの操舵角を算出することができる。
【００３３】
(2) 磁気センサ８の出力電圧は、ステアリングの操舵角によって異なり、現在のステアリングの角度がニュートラル位置から１回転目か２回転目かを判別可能であるため、複数のセンサの使用、複雑な演算処理が不要であり、安価な構成でステアリングの絶対角を算出することができる。
【００３４】
（その他の実施の形態）
以上、本発明を実現する実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成は本実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００３５】
例えば、本実施の形態では、距離検出センサとして、永久磁石６と磁気センサ８とを用いた構成を示したが、距離検出センサは任意であり、レーザレーダを用いてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、ステアリングシャフト（回転体）１の回転運動を直線運動に変換する直線運動変換手段を、第１ギヤ２、第２ギヤ３およびねじ軸４で構成したが、直線運動変換手段の構造については任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の回転角検出装置を示す正面図である。
【図２】実施の形態の回転角検出装置を示す平面図である。
【図３】ＭＲセンサの出力電圧と、磁石と磁気センサ間の距離との関係を示す距離検出マップである。
【図４】永久磁石と磁気センサ間の距離と、ステアリングの操舵角との関係を示す操舵角検出マップである。
【符号の説明】
１ ステアリングシャフト
２ 第１ギヤ
３ 第２ギヤ
４ ねじ軸
５ 可動板
５ａ ねじ孔
５ｂ 開口部
６ 永久磁石
７ ガイドバー
８ 磁気センサ
９ センサ基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device using a magnetic sensor, and particularly to the technical field of a rotation angle detection device suitable for detecting a steering angle of a steering.
[0002]
[Prior art]
As this kind of rotation angle detecting device, there is a measuring device having a configuration in which a magnet is provided on each of two small gears meshing with a main gear fixed to a steering shaft, and an AMR (anisotropic magnetoresistance) sensor is attached to the magnet. It is known (for example, refer to Patent Document 1).
[0003]
The number of teeth of the two small gears is set to be different by one, and the rotation angles of the three gears are set to be different when the steering shaft rotates. Since the two AMR sensors detect a magnetic flux density and output a voltage corresponding to the detected magnetic flux density, an absolute steering angle (a rotation angle from a neutral position) is detected based on a change in a voltage value output by the two AMR sensors. can do.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-505667 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional technology, two expensive AMR sensors are required to detect the magnetic flux density of the magnets attached to the two small gears, and there is a problem that the manufacturing cost is high.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to detect a rotation angle of a rotating body with an inexpensive and simple configuration using only one sensor. It is to provide a device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a rotation angle detection device according to claim 1 of the present invention is a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body, wherein the rotation movement of the rotating body is converted into a linear movement. In addition, a linear motion conversion means for linearly moving the movable member according to the amount of rotation, a fixed member whose distance to the movable member changes with the linear movement of the movable member, and a distance between the movable member and the fixed member are detected. It is characterized by comprising a distance detection sensor and a rotation angle calculating means for calculating a rotation angle of the rotating body based on the detected distance.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the rotation angle detecting device according to the first aspect, the linear motion converting unit includes a first gear that rotates integrally with a rotating body, and a second gear that meshes with the first gear. And a screw shaft that rotates integrally with the second gear, wherein the movable member is a movable plate having a screw hole screwed with the screw shaft, and restricts movement of the movable plate in the circumferential direction of the screw shaft. And a regulating means for performing the operation.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the rotation angle detecting device according to the first or second aspect, a magnet is provided on one of a fixed member and a movable member as the distance detection sensor, and the other is a magnetic sensor. Wherein the rotation angle calculation means calculates the rotation angle of the rotating body based on the output voltage of the magnetic sensor.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the rotation angle calculating means according to any one of the first to third aspects, the rotating body is a steering shaft of a vehicle.
[0011]
【The invention's effect】
When the rotating body rotates, the linear motion converting means converts the rotational motion into a linear motion, and the movable member linearly moves in accordance with the amount of rotation, so that the distance between the movable member and the fixed member changes.
[0012]
The rotation angle calculation means calculates the rotation angle of the rotating body based on the distance between the movable member and the fixed member detected by the distance detection sensor. The correspondence between the distance between the movable member and the fixed member and the rotation angle of the rotating body can be measured in advance by experiments or the like.
[0013]
That is, in the rotation angle detection device of the present invention, the rotational motion of the rotating body is converted into a linear motion to change the distance between the movable member and the fixed member, and by detecting this distance, the rotational angle of the rotating body is determined. Therefore, the rotation angle of the rotating body can be detected with a simple and inexpensive configuration using only one sensor.
[0014]
According to the second aspect of the invention, when the rotating body rotates, the first gear integrated with the rotating body and the second gear meshing with the first gear rotate, and the screw shaft fixed to the second gear rotates. The rotation of the screw shaft causes the movable plate to receive a rotational force about the screw shaft. However, since the movement of the movable plate in the circumferential direction of the screw shaft is regulated by the regulating member, the movable plate is moved in the axial direction of the screw shaft. It moves in parallel and the distance to the fixed member changes.
[0015]
Therefore, in the rotation angle detecting device according to the second aspect, the manufacturing cost of the device can be further reduced by using a simple and simple configuration of the linear motion converting means of the two gears and the screw shaft. it can.
[0016]
According to the third aspect of the invention, by using a magnet and a magnetic sensor as the distance detection sensor, it is possible to improve the detection accuracy of the distance between the movable member and the fixed member and to reduce the cost of the device.
[0017]
According to the fourth aspect of the invention, since the value detected by the distance detection sensor varies depending on the rotation angle of the rotating body, it is possible to determine whether the current steering angle of the steering is the first or second rotation from the neutral position. Therefore, the use of a plurality of sensors and complicated arithmetic processing are unnecessary, and the rotation angle from the neutral position of the steering (steering angle 0 degree), that is, the absolute angle of the steering is calculated with a very simple and inexpensive configuration. Can be.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment for realizing a rotation angle detection device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
First, the configuration will be described.
FIG. 1 is a front view showing the structure of the rotation angle detecting device of the present embodiment, and FIG. 2 is a plan view showing the structure of the rotation angle detecting device of the present embodiment.
[0020]
In the drawing, 1 is a steering shaft of a vehicle (corresponding to a rotating body), 2 is a first gear, 3 is a second gear, 4 is a screw shaft, 5 is a movable plate (corresponding to a movable member), 6 is a permanent magnet, 7 Is a guide bar (corresponding to regulating means), 8 is a magnetic sensor, and the rotation angle detecting device of the present embodiment is provided inside a boss portion of a steering wheel (not shown).
[0021]
The first gear 2 is fixed to the steering shaft 1 and rotates integrally with the steering shaft 1. The second gear 3 has a smaller diameter than the first gear 2 and has a smaller number of teeth. One end of the screw shaft 4 is fixed in the center. The first gear 2, the second gear 3 and the screw shaft 4 constitute a linear motion converting means for converting the rotational motion of the steering shaft 1 into a linear motion.
[0022]
The movable plate 5 is formed with a screw hole 5 a screwed with the screw shaft 4 and has a
[0023]
A sensor substrate (corresponding to a fixed member) 9 is fixed to the guide bar 7 facing the movable plate 5, and a magnetic sensor 8 is provided on the movable plate 5 side of the
[0024]
The magnetic sensor 8 is a sensor using a magnetoresistive element (MR element), and the output voltage changes according to the change in magnetic flux density. Here, the magnetoresistive characteristic refers to a phenomenon in which the electric resistance of an individual changes due to a magnetic field. The magnetic sensor 8 and the
[0025]
The output voltage from the magnetic sensor 8 is input from the
[0026]
Next, the operation will be described.
[Steering steering angle calculation operation]
When the steering wheel is in the neutral position, that is, when the steering angle is 0 degree, the distance Y between the
[0027]
When the steering wheel is rotated, the first gear 2 rotates integrally with the steering wheel 1 (in the direction of the arrow in FIG. 1), and is integrated with the second gear 3 and the second gear 3 that mesh with the first gear 2. The screw shaft 4 rotates.
[0028]
With the rotation of the screw shaft 4, a rotational force about the rotation axis of the screw shaft 4 acts on the movable plate 5, but the circumferential movement of the screw shaft 4 is regulated by the guide bar 7. The movable plate 5 moves parallel to the axial direction of the screw shaft 4 (the direction of the arrow in FIG. 2). Then, when the movable plate 5 moves, the distance Y between the
[0029]
The control device detects the distance Y between the
[0030]
Further, the control device calculates the steering angle of the steering based on the characteristics of the distance Y between the
[0031]
Next, effects will be described.
In the rotation angle detection device according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0032]
(1) The rotational motion of the steering shaft 1 is converted into a linear motion of the movable plate 5 using the first gear 2, the second gear 3, and the screw shaft 4 to change the distance Y between the
[0033]
(2) The output voltage of the magnetic sensor 8 varies depending on the steering angle of the steering wheel, and it is possible to determine whether the current steering angle is the first or second rotation from the neutral position. No arithmetic processing is required, and the absolute angle of the steering can be calculated with an inexpensive configuration.
[0034]
(Other embodiments)
Although the embodiment for realizing the present invention has been described above, the specific configuration of the present invention is not limited to the present embodiment, and there are design changes and the like within a range not departing from the gist of the invention. Are also included in the present invention.
[0035]
For example, in the present embodiment, the configuration using the
[0036]
Further, in the present embodiment, the linear motion converting means for converting the rotational motion of the steering shaft (rotating body) 1 into a linear motion is constituted by the first gear 2, the second gear 3, and the screw shaft 4. The structure of the conversion means is arbitrary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a rotation angle detection device according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a rotation angle detection device according to the embodiment.
FIG. 3 is a distance detection map showing a relationship between an output voltage of an MR sensor and a distance between a magnet and a magnetic sensor.
FIG. 4 is a steering angle detection map showing a relationship between a distance between a permanent magnet and a magnetic sensor and a steering angle of a steering.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 steering shaft 2 first gear 3 second gear 4 screw shaft 5 movable plate
Claims (4)
前記回転体の回転運動を直線運動に変換するとともに、回転量に応じて可動部材を直線移動させる直線運動変換手段と、
この可動部材の直線移動に伴い可動部材との距離が変化する固定部材と、
前記可動部材と固定部材の距離を検出する距離検出センサと、
検出された距離に基づいて回転体の回転角を算出する回転角算出手段と、
を備えることを特徴とする回転角検出装置。A rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body,
While converting the rotational motion of the rotating body into linear motion, linear motion conversion means for linearly moving the movable member according to the amount of rotation,
A fixed member whose distance from the movable member changes with the linear movement of the movable member,
A distance detection sensor that detects a distance between the movable member and the fixed member,
Rotation angle calculation means for calculating the rotation angle of the rotating body based on the detected distance,
A rotation angle detection device comprising:
前記直線運動変換手段を、回転体と一体に回転する第１ギヤと、この第１ギヤと噛み合う第２ギヤと、この第２ギヤと一体に回転するねじ軸と、から構成し、
前記可動部材を、ねじ軸と螺合するねじ孔を有する可動板とし、
この可動板のねじ軸周方向への移動を規制する規制手段を設けたことを特徴とする回転角検出装置。The rotation angle detection device according to claim 1,
The linear motion converting means comprises: a first gear that rotates integrally with the rotating body; a second gear that meshes with the first gear; and a screw shaft that rotates integrally with the second gear.
The movable member is a movable plate having a screw hole screwed with a screw shaft,
A rotation angle detecting device provided with a restricting means for restricting the movement of the movable plate in the circumferential direction of the screw shaft.
前記回転角度算出手段は、磁気センサの出力電圧に基づいて回転体の回転角を算出することを特徴とする回転角算出手段。The rotation angle detection device according to claim 1 or 2, wherein a magnet is provided on one of a fixed member and a movable member as the distance detection sensor, and a magnetic sensor is provided on the other.
The rotation angle calculation means calculates the rotation angle of the rotating body based on the output voltage of the magnetic sensor.
前記回転体は、車両のステアリングシャフトであることを特徴とする回転角検出装置。In the rotation angle calculating means according to any one of claims 1 to 3,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotating body is a steering shaft of a vehicle.
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