JP2005069928A - Detecting module of rotational angle and torque, and detector using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハンドルの操舵角と操舵力とを知らせるシステムに適用され、回転軸の回転角度とその回転軸に加わるトルクを検出するための検出モジュール及びそれを用いた検出装置に関するものである。 The present invention is applied to a system that notifies a steering angle and a steering force of a steering wheel, and relates to a detection module for detecting a rotation angle of a rotation shaft and a torque applied to the rotation shaft, and a detection device using the detection module.
一般に、ハンドルの操舵角と操舵力とを知らせるシステムには、回転軸の回転角度の検出手段と、その回転軸に加わるトルクの検出手段が適用されている。 In general, a system for notifying a steering angle and a steering force of a steering wheel is applied with a means for detecting a rotation angle of a rotating shaft and a means for detecting a torque applied to the rotating shaft.
従来、回転角度の検出手段としては、従来よりロータリーエンコーダが知られており、このロータリーエンコーダの角度検出方式には、光学式と磁気式とがある。 Conventionally, a rotary encoder has been known as a means for detecting a rotation angle, and there are an optical type and a magnetic type as an angle detection method of the rotary encoder.
図5は従来の光学式のロータリーエンコーダの説明図であり、図6は従来の磁気式のロータリーエンコーダの説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional optical rotary encoder, and FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional magnetic rotary encoder.
図5に示すように、光学式のロータリーエンコーダは、例えば回転軸51に円周方向に所定のピッチでスリット53を形成した円盤52を設け、スリット53の軌道を挟んで発光素子55と受光素子56とを設けて構成され、回転量に応じて発生する光パルスを計数して回転角度を検出するインクリメンタルタイプ(例えば、特許文献1参照。)と、回転角度に応じたバイナリーコードを複数のスリット列で符号化した回転円盤を用い、そのバイナリーコードを読み取って回転角度を検出するアブソリュートタイプのものがある。
As shown in FIG. 5, the optical rotary encoder includes, for example, a
インクリメンタルタイプのものは、スリットパターンが単純で構造が簡単であるため、価格的に安価であり、瞬間回転速度を検出するには優れているという利点があるものの、途中でミスカウントされた場合にそれが累積されて回転角度を正確に検出できない場合がある。このため、回転角度を正確に検出する必要があるときは、途中のミスカウントが累積されることがなく、また高速回転に対して光電素子、電気回路の応答性を問題にする必要のないアブソリュートタイプのロータリーエンコーダが広く使用されている。 Incremental type has a simple slit pattern and simple structure, so it is inexpensive in price and excellent in detecting instantaneous rotation speed. In some cases, the rotation angle cannot be accurately detected due to accumulation. For this reason, when it is necessary to accurately detect the rotation angle, there is no accumulation of miscounts in the middle, and there is no need to make the responsiveness of photoelectric elements and electric circuits a problem for high-speed rotation. A type of rotary encoder is widely used.
また、図6に示すように、磁気式のロータリーエンコーダは、回転軸64と連動するアルミ又はこれに類する材質の円盤61上に磁気記録可能な磁性膜を塗布、めっき又はスパッタ等で形成し、その磁性膜にビットパターン62を記録し、そのビットパターンが形成された部分に臨んでホール素子や磁気抵抗効果素子等のヘッドセンサ63を設けて構成され、そのヘッドセンサ63でビット通過数をカウントして回転角度を検出する方式である。
Also, as shown in FIG. 6, the magnetic rotary encoder is formed by applying, plating, sputtering, or the like a magnetic film capable of magnetic recording on a
この磁気式のロータリーエンコーダは、比較的小型で安価なものが実現しており、また円盤61とヘッドセンサ63という簡単な構成のため、高耐衝撃性を有していた(例えば、特許文献2参照。)。
This magnetic rotary encoder is relatively small and inexpensive, and has a high impact resistance due to the simple configuration of the
一方、トルクの検出手段としては、電動パワーステアリング(EPS)用に使われているトルクセンサが知られている。 On the other hand, a torque sensor used for electric power steering (EPS) is known as a torque detection means.
図7は、従来のトルクセンサの原理説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram of the principle of a conventional torque sensor.
図7に示すように、従来のトルクセンサは、入力軸70i側(図では上側)の検出リング71と出力軸70o側(この場合、下側)の検出リング72とが、それぞれの端面に形成された突起73,74同士が軸方向に接触するようにトーションバー75に固定されており、その接触部に臨んで磁気回路を有する検出コイル76が設けられている。
As shown in FIG. 7, in the conventional torque sensor, a
このトルクセンサは、運転者が操舵すると、操舵力によりトーションバー75が捻られてそのトーションバー75に固定されている入力軸70i側の検出リング71と出力軸70o側の検出リング72との間にねじれによる相対的なずれが発生する。これにより、これらの検出リング71,72の端面に加工されている突起73,74の位置が相対的にずれるので、検出コイル76の磁気回路における磁気抵抗が変化する。
This torque sensor is formed between a
この磁気抵抗の変化からトーションバー75のねじれ角を知り、最終的に操舵力を知ることができる。なお、磁気抵抗はセンサ構成部品の温度により変化してしまうので、入力軸70i側の検出リング71の他方の端面と接触するように、さらに他の検出リング77を設けると共に、その接触部に臨んで補償コイル78を設け、温度変化に対する補償を行っている(例えば、特許文献3参照。)。
From this change in magnetic resistance, the torsion angle of the
しかしながら、操舵角と操舵力は、ハンドルの操舵情報として検知したい重要ファクタであり、それぞれ別の手法を用いれば測定が可能であるが、両者を1つの手法で検知できるものが無かった。そのため、回転角度とトルクとを検出するには、それぞれの装置が必要となり、検知部分が長くなるか、又は大きくなるという問題があった。 However, the steering angle and the steering force are important factors that are desired to be detected as steering information of the steering wheel, and can be measured by using different methods, but none of them can be detected by one method. Therefore, in order to detect a rotation angle and a torque, each apparatus is needed, and there existed a problem that a detection part became long or became large.
また、光学式のロータリーエンコーダのアブソリュートタイプのものは、例えば1回転を360度という比較的粗い精度で検出する場合でも9ビット必要になるので、発光素子55及び受光素子56もそのビット数に応じて9組設けなければならない。したがって、精度を向上させるほど発光素子55及び受光素子56の数も多くなり、構造が複雑になってコストが嵩むだけでなく、その分、消費電力も増えるので電源停止時に用いるバックアップ用バッテリーとして大型電池を用いなければならないという問題があった。
In addition, the absolute type of an optical rotary encoder requires 9 bits even when detecting one rotation with a relatively coarse accuracy of 360 degrees, for example, so that the
さらに、一般に光学式のロータリーエンコーダの場合は、変調した光を発光ダイオードやレーザダイオードで発光させ、反射光又は透過光をフォトダイオード又はフォトトランジスタで受光する構成になっており、高価でかつ機械的な衝撃に非常に弱いという欠点があったため、今までは、高分解能及び高耐衝撃性を有し軽量でかつ安価なものは製造できなかった。 Further, in general, in the case of an optical rotary encoder, modulated light is emitted by a light emitting diode or laser diode, and reflected light or transmitted light is received by a photodiode or phototransistor, which is expensive and mechanical. In the past, it was impossible to produce a light and inexpensive product having high resolution and high impact resistance.
さらに、光学式のロータリーエンコーダは、受光素子56の受光面を常にきれいな状態に維持する必要があり、劣悪な環境では使用が困難な場合がある。
Furthermore, the optical rotary encoder needs to keep the light receiving surface of the
また、磁気式のロータリーエンコーダは、分解能を上げるにはビットパターン62をより高密度に記録する必要があり、高密度化すると磁性膜表面における漏れ磁束が減少してしまうことに加え、磁気センサとして使用しているホール素子や磁気抵抗効果素子の磁気感度の向上は限界にきているため、これ以上の高分解能化は不可能とされている。
Further, in order to increase the resolution, the magnetic rotary encoder needs to record the
また、トルクの検知手段については、磁気抵抗は検出器を構成する鉄製ケースの材料の特性(構成原料の成分組成、組成%、加工度等)に影響を受けるので、材料管理に注意を払わねばならない。 As for the torque detection means, since the magnetic resistance is affected by the characteristics of the iron case material constituting the detector (component composition, composition percentage, degree of processing, etc. of the constituent raw materials), care must be taken in material management. Don't be.
さらに、鉄製ケースは、加工すると材料特性が変化してしまうので、加工後に熱処理しなければならない。また、磁気抵抗が検出器を構成する鉄製ケースの寸法精度に影響を受けるので、鉄製ケースには高い加工精度が要求される。 Furthermore, since an iron case will change a material characteristic if it processes, it must heat-process after a process. In addition, since the magnetic resistance is affected by the dimensional accuracy of the iron case constituting the detector, the iron case is required to have high processing accuracy.
さらに、図示されていないが、鉄製ケースはケース本体と蓋とに分かれており、これらケース本体と蓋との間のギャップは磁気抵抗に大きく影響するので、鉄製ケースの組み立て時のギャップ管理が必要になる。すなわち、ケース本体と蓋を加工するには、高い加工精度が要求される。 Furthermore, although not shown, the iron case is divided into a case body and a lid, and the gap between the case body and the lid greatly affects the magnetic resistance, so it is necessary to manage the gap when assembling the iron case. become. That is, high processing accuracy is required to process the case body and the lid.
そこで、本発明の目的は、回転軸の回転角度及びトルクを同時に検出できる回転角度とトルクの検出モジュール及びそれを用いた検出装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotation angle and torque detection module capable of simultaneously detecting the rotation angle and torque of a rotating shaft and a detection device using the same.
上記課題を解決するために請求項1の発明は、軸周りに円周面を有し同軸に設けられる第1の回転体及び第2の回転体と、これら第1の回転体と第2の回転体との間に連結して設けられ第1の回転体の回転角度と第2の回転体の回転角度との差によりねじれが生じるトルク検知要素と、第1の回転体及び第2の回転体の所定の回転角度を示す位置に取り付けられそれぞれ所定の電波を送信する複数の検出体と、各回転体の少なくとも一つの検出体に臨んで設けられ検出体から送信された電波をそれぞれ受信する読取センサ部とを備えたものである。
In order to solve the above problems, the invention of
請求項1に記載の構成によれば、第1の回転体が回転すると、検出体もそれに従い回転するので、外部の読取センサ部で読み取る検出体(番号)が変わる。検出体の取り付け位置(角度)と検出体(番号)とを予め関連づけておくことで、検出体(番号)から回転角度を求めることができる。同様に、第2の回転体の回転角度を求め、これらの回転角度の差からトルクを求めることにより、回転角度とトルクとを同時に検出できる。 According to the configuration of the first aspect, when the first rotating body rotates, the detecting body also rotates in accordance with the rotation, so that the detecting body (number) read by the external reading sensor unit changes. The rotation angle can be obtained from the detection body (number) by associating the attachment position (angle) of the detection body with the detection body (number) in advance. Similarly, the rotation angle and torque can be detected simultaneously by determining the rotation angle of the second rotating body and determining the torque from the difference between these rotation angles.
請求項2の発明は、請求項1に記載の構成に加え、検出体は電波に重畳させるそれぞれ重複しない番号データを保管する不揮発性メモリを有するアンテナ付きICチップであり、読取センサ部はアンテナ付きICチップに電力を供給するための電波を送信するアンテナを有するものである。 According to a second aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect, the detector is an IC chip with an antenna having a non-volatile memory for storing non-overlapping number data to be superimposed on radio waves, and the reading sensor unit has an antenna. It has an antenna for transmitting radio waves for supplying power to the IC chip.
請求項2に記載の構成によれば、アンテナ付きICチップには予めIC毎に重複しない番号が記録されているため、受信した電波の番号データから回転角度が検出されると共に、外部に配置された読取センサ部からアンテナ付きICチップに電力を供給するので、アンテナ付きICチップには電池が不要になる。 According to the configuration of the second aspect, since the IC chip with an antenna records a number that does not overlap for each IC in advance, the rotation angle is detected from the received radio wave number data and is arranged outside. Since power is supplied from the read sensor unit to the IC chip with an antenna, a battery is not required for the IC chip with an antenna.
請求項3の発明は、軸周りに円周面を有し同軸に設けられる第1の回転体及び第2の回転体と、これら第1の回転体と第2の回転体との間に連結して設けられ第1の回転体の回転角度と第2の回転体の回転角度との差によりねじれが生じるトルク検知要素と、第1の回転体及び第2の回転体の所定の回転角度を示す位置に取り付けられそれぞれ所定の電波を送信する複数の検出体と、各回転体の少なくとも一つの検出体に臨んで設けられ検出体から送信された電波をそれぞれ受信する読取センサ部と、この読取センサ部で受信された電波から第1の回転体及び第2の回転体の回転角度をそれぞれ検出すると共にこれらの回転角度の差からトルク検知要素のねじれ角を算出し、トルクの大きさを演算する演算手段とを備えたものである。 According to a third aspect of the present invention, there are provided a first rotating body and a second rotating body having a circumferential surface around an axis and provided coaxially, and a connection between the first rotating body and the second rotating body. A torque detecting element that is twisted due to a difference between a rotation angle of the first rotating body and a rotation angle of the second rotating body, and a predetermined rotation angle of the first rotating body and the second rotating body. A plurality of detectors that are attached to the indicated positions and transmit predetermined radio waves, a reading sensor unit that faces the at least one detector of each rotating body and that receives radio waves transmitted from the detectors, and The rotation angle of the first rotating body and the second rotating body is detected from the radio wave received by the sensor unit, and the torsion angle of the torque detection element is calculated from the difference between these rotation angles, and the magnitude of the torque is calculated. And an arithmetic means for performing.
請求項3の構成によれば、読取センサ部で受信した電波から回転角度が検出され、さらにトルク検知要素の両側で測定された回転角度の差から、トルク検知要素のねじれ角が算出され、このねじれ角とトルク検知要素の材料特性及び寸法等の固有値からトルクの大きさを演算により求めることができる。また、検出部と読取センサ部との間で電波によるデータの送受信が可能なシステムを構成でき、検出体のデータを非接触で読取センサ部で取得できる。 According to the configuration of the third aspect, the rotation angle is detected from the radio wave received by the reading sensor unit, and the twist angle of the torque detection element is calculated from the difference between the rotation angles measured on both sides of the torque detection element. The magnitude of torque can be obtained by calculation from the torsional angle and eigenvalues such as material characteristics and dimensions of the torque detecting element. In addition, a system capable of transmitting and receiving data by radio waves between the detection unit and the reading sensor unit can be configured, and the data of the detection body can be acquired by the reading sensor unit without contact.
請求項4の発明は、請求項3に記載の構成に加え、検出体は電波に重畳させるそれぞれ重複しない番号データを保管する不揮発性メモリを有するアンテナ付きICチップであり、読取センサ部はアンテナ付きICチップに電力を供給するための電波を送信するアンテナを有するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, the detector is an IC chip with an antenna having a non-volatile memory for storing non-overlapping number data to be superimposed on the radio wave, and the reading sensor unit has an antenna. It has an antenna for transmitting radio waves for supplying power to the IC chip.
請求項4に記載の構成によれば、検出体は、不揮発性メモリを有するアンテナ付きICチップが用いられ、読取センサ部により電力も供給されるので、電池が不要でデータ転送が可能になる。
According to the configuration described in
請求項5の発明は、請求項4に記載の構成に加え、読取器は、電力を供給する電波を複数回送信すると共に検出部から番号データが重畳された電波を受信し、最も多く受信した番号データをその検出部に保管された番号であると判定する判定手段を有するものである。 According to a fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect, the reader transmits a radio wave for supplying power a plurality of times and receives a radio wave on which number data is superimposed from the detection unit, and receives the most. It has a judging means for judging that the number data is the number stored in the detecting section.
請求項5に記載の構成によれば、より正確に検出体の番号を判定できる。 According to the structure of Claim 5, the number of a detection body can be determined more correctly.
本発明によれば、回転軸の回転角度とその回転軸に加わるトルクを同時に検出できるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, an excellent effect that the rotation angle of the rotating shaft and the torque applied to the rotating shaft can be detected simultaneously is exhibited.
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1(a)は本発明の一実施の形態を示す回転角度とトルクの検出装置の斜視図であり、図1(b)はその側面図である。 FIG. 1 (a) is a perspective view of a rotation angle and torque detection device showing an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a side view thereof.
図1(a)に示すように、回転角度とトルクの検出装置は、同軸上の2つの回転体にそれぞれ設けられた検出体から、それぞれの回転位置データを検出する検出モジュールと、それらの回転位置データから各回転体の回転角度を検出すると共に、両回転体の回転角度の差からトルクの大きさを検出するトルク検出部6b,7bとで主に構成されている。 As shown in FIG. 1 (a), the rotation angle and torque detection device includes a detection module for detecting respective rotation position data from detection bodies provided on two coaxial rotation bodies, and their rotations. It mainly includes torque detection units 6b and 7b that detect the rotation angle of each rotating body from the position data and detect the magnitude of torque from the difference between the rotation angles of both rotating bodies.
すなわち、検出モジュールは、入力側(図では上側)に設けられ軸周りに円周面を有する第1の回転体、例えば回転軸の一部に形成された第1の円柱体1と、出力側(この場合、下側)に設けられ軸周りに円周面を有する第2の回転体、例えば回転軸と一体に形成された第2の円柱体2と、これら第1の円柱体1と第2の円柱体2との間に連結され回転軸より外径が小さい例えば円柱などの柱体状に形成された鉄などの金属製トルク検知要素3とで構成された本体と、回転体の所定の回転角度を示す位置に取り付けられそれぞれ所定の電波を送信する複数の検出体4a,…4g、5a,…5gと、これら検出体4a,…4g、5a,…5gの回転軌道に臨んで外部にそれぞれ配置され検出体から送信された電波をそれぞれ受信する読取センサ部6a,7aとを備えている。
That is, the detection module includes a first rotating body provided on the input side (upper side in the figure) and having a circumferential surface around the axis, for example, a first
検出体4a,…4g、5a,…5gは、第1の円柱体1及び第2の円柱体2の円周面の所定の回転角度を示す位置、例えば円周面の周方向に沿って適宜間隔を隔てた位置(全周又はその一部)に取り付けられ、読取センサ部6a,7aに送信する電波に重畳させる、それぞれ重複しない番号データを保管するための不揮発性メモリを有するアンテナ付きICチップからなる。
The detectors 4a,..., 4g, 5a,... 5g are appropriately positioned along a position indicating a predetermined rotation angle of the circumferential surfaces of the first
読取センサ部6a,7aは、読取器6,7の筐体内に、トルク検出部6b,7bと共に収容されて設けられている。図示されていないが、読取センサ部6a,7aは、アンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gに電力を供給するための電波を送信すると共に、回転軌道近傍のアンテナ付きICチップから送信された電波を受信する送受信用アンテナを有している。
The reading sensor units 6a and 7a are provided in the housings of the
トルク検出部6b,7bは、それぞれ読取センサ部6a,7aと電気的に接続されていると共に、互いに信号線13で接続されており、さらに、それらの読取センサ部6a,7aにて受信した電波から回転角度をそれぞれ検出すると共に、これらの検出された回転角度の差から、上述したトルク検知要素3のねじれ角を算出し、トルク検知要素3の材料特性及び寸法等の固有値とそのねじれ角とからトルクの大きさを演算する演算手段を備えている。
The torque detection units 6b and 7b are electrically connected to the reading sensor units 6a and 7a, respectively, and are connected to each other by the
さらに、トルク検出部6b,7bは、電力を供給する電波を複数回送信し、アンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gを経て送信された、番号データが重畳された電波を受信し、最も多く受信した番号データをそのアンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gに保管された番号であると判定する判定手段を備えている。 Further, the torque detectors 6b and 7b transmit the electric wave for supplying power a plurality of times, and receive the radio wave on which the number data is superimposed and transmitted via the IC chips 4a,... 4g, 5a,. , A determination means for determining that the most frequently received number data is the number stored in the IC chips with antennas 4a,... 4g, 5a,.
次に、図1(a)及び図1(b)の回転角度とトルクの検出装置の作用を説明する。 Next, the operation of the rotation angle and torque detection device shown in FIGS. 1A and 1B will be described.
回転角度の検出方法については、第1の回転体側の読取センサ部6aの作用と、第2の回転体側の読取センサ部7aの作用とが同じであるため、第1の回転体側の読取センサ部6aの作用についてのみ説明する。 Regarding the detection method of the rotation angle, the operation of the reading sensor unit 6a on the first rotating body side and the operation of the reading sensor unit 7a on the second rotating body side are the same, and therefore the reading sensor unit on the first rotating body side. Only the operation of 6a will be described.
図1(a)及び図1(b)の回転角度とトルクの検出装置は、入力側の第1の円柱体1の回転軸が回転すると、その回転に伴いアンテナ付きICチップ4a,…4gも回転するので、読取センサ部6aの位置を固定しておくことで、読取器6で読み取るICの番号が変わる。
1 (a) and 1 (b), when the rotation shaft of the first
このとき、読取センサ部6aの送受信アンテナから送信された電力を供給するための電波が、アンテナ付きICチップ4a,…4gにて受信されることでそのアンテナ付きICチップ4a,…4gに電流が流れ、そのアンテナ付きICチップ4a,…4gの番号データが重畳された電波に変換されて送信される。そして、この電波を再び読取センサ部6aの送受信アンテナで受信することで、受信した番号データの違いから回転角度が求められる。 At this time, a radio wave for supplying power transmitted from the transmission / reception antenna of the reading sensor unit 6a is received by the IC chips 4a,... 4g with antennas, so that a current flows in the IC chips 4a,. Then, the number data of the IC chips 4a,..., 4g with antennas are converted into radio waves superimposed and transmitted. Then, by receiving the radio wave again with the transmission / reception antenna of the reading sensor unit 6a, the rotation angle is obtained from the difference in the received number data.
具体的には、アンテナ付きICチップ4a,…4gの取り付けた位置(角度)とそのアンテナ付きICチップ4a,…4gの番号を予め関連づけておくことで、アンテナ付きICチップ4a,…4gの不揮発性メモリに記録された番号から、トルク検出部6b,7bに設けられた演算手段を用いて回転角度を求めることができる。 Specifically, by associating the positions (angles) where the IC chips with antennas 4a,... 4g are attached and the numbers of the IC chips with antennas 4a,. The rotation angle can be obtained from the number recorded in the memory using the calculation means provided in the torque detectors 6b and 7b.
ここで、角度に応じたIDを付けた場合、読取器6でのデータを換算せずに、そのまま角度を表示することが可能である。
Here, when an ID corresponding to the angle is attached, it is possible to display the angle as it is without converting the data in the
また、判定手段により、電力を供給する電波を複数回送信し、アンテナ付きICチップ4a,…4gを経て送信された、番号データが重畳された電波を受信し、最も多く受信した番号データをそのアンテナ付きICチップ4a,…4gに保管された番号であると判定することにより、より正確にアンテナ付きICチップ4a,…4gの番号を判定できる。 In addition, the determination means transmits a radio wave for supplying power a plurality of times, receives the radio wave superimposed with the number data transmitted through the IC chips with antennas 4a,... By determining that the numbers are stored in the IC chips with antennas 4a,... 4g, it is possible to determine the numbers of the IC chips with antennas 4a,.
一方、回転軸に回転力(トルク)が生じると、トルク検知要素3にねじれが生じて第1の円柱体1と第2の円柱体2との間に、回転角度の検出値に差が生じる。
On the other hand, when a rotational force (torque) is generated on the rotation shaft, the
この回転角度の差は、第1の円柱体1及び第2の円柱体2にそれぞれ取り付けられたアンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gの番号を読取器6,7で読み取り、角度に換算した後、演算手段でこの角度の差分を求めることで、トルク検知要素3のねじれ角を求めることができる。さらに、このねじれ角とトルク検知要素3の材料特性及び寸法等の固有値からトルクの大きさを演算処理して求めることができる。
This difference in rotation angle is obtained by reading the numbers of the IC chips 4a,..., 4g, 5a,... 5g with antennas attached to the first
以上説明したように、本実施の形態は、回転角度の検出部とトルクの検出部とが一体の検出装置であるので、ハンドルの操舵角(回転角度)と操舵力(トルク)とを1つの装置で同時に検出できるコンパクトな検出装置と言える。 As described above, in the present embodiment, since the rotation angle detection unit and the torque detection unit are an integrated detection device, the steering angle (rotation angle) and the steering force (torque) of the steering wheel are set as one. It can be said that it is a compact detection device that can be detected simultaneously by the device.
また、トルクは、トルク検知要素3の材料特性及び寸法等の固有値と、入力側の回転体の回転角度と出力側の回転体の回転角度との差により検出されるため、特性が回転体の材料やトルク検知要素3の材料等に影響されにくい。
Further, since the torque is detected by the difference between the eigenvalues such as the material characteristics and dimensions of the
また、本実施の形態は、検出体にアンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gを用いているので、記録する番号の大きさと検出体の幾何学的寸法に相関性がなく、角度精度を高くするために角度の表示に多くのビット数が必要な場合でも、検出体の寸法が大きくならない。従って、角度精度を高くするためには、ビット数を大きくする(アンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gの数を多くする)だけで読取器6,7の個数を増やす等の必要がなく、構造も簡単で、またコストも高くならず、アブソリュートタイプの回転角度の検出が実現できる。
In this embodiment, since the IC chips with antennas 4a,..., 4g, 5a,... 5g are used as the detection body, there is no correlation between the size of the number to be recorded and the geometric dimension of the detection body. Even when a large number of bits are required to display the angle in order to increase the accuracy, the size of the detection body does not increase. Therefore, in order to increase the angle accuracy, it is necessary to increase the number of
さらに、絶対的な番号を記録してあるアンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gは電源装置が不要であり、従来の光学式や磁気式のエンコーダに比べ寿命が短くなることはない。また、そのため、停電時でも絶対角度を保持しておく特別な機構・機能やバックアップ用バッテリー等を必要としない。 Further, the IC chips with antennas 4a,..., 4g, 5a,... 5g in which absolute numbers are recorded do not require a power supply device, and their lifetime is not shortened compared to conventional optical and magnetic encoders. . For this reason, a special mechanism / function for maintaining an absolute angle even during a power failure, a backup battery, and the like are not required.
さらに、本実施の形態は、読取センサ部6a,7aによる信号検出から演算手段による演算処理までデジタル信号で処理するので、信頼性が高く、また温度変化等の周囲環境の影響を受けにくい。 Furthermore, in the present embodiment, since digital signals are processed from the signal detection by the reading sensor units 6a and 7a to the arithmetic processing by the arithmetic means, the reliability is high and it is difficult to be influenced by the surrounding environment such as a temperature change.
さらに、各々のアンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gは、独立した番号が付与されているため、読取器6,7でアンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gの番号を読むことで、絶対角度を求めることができる。したがって、ノイズ等の影響で回転角度の誤差が累積して大きくなることはない。 Furthermore, since each IC chip with antenna 4a,... 4g, 5a,... 5g is assigned an independent number, the IC chips 4a with antenna 4a,. By reading, the absolute angle can be obtained. Therefore, the rotation angle error does not increase due to the influence of noise or the like.
また、本実施の形態は、アンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gの番号を複数回読み取ることで、ノイズ等の影響を排除した正しい番号を取得することができる。 Further, according to the present embodiment, the correct number that eliminates the influence of noise and the like can be obtained by reading the numbers of the IC chips with antennas 4a,... 4g, 5a,.
さらに、本実施の形態は、電波を送受信して回転角度を検出するため、耐衝撃性が高く、また塵埃等が多い劣悪な環境下であっても、回転角度とトルクを高い精度で検出することができる。 Furthermore, since the present embodiment detects the rotation angle by transmitting / receiving radio waves, the rotation angle and torque are detected with high accuracy even in a poor environment with high impact resistance and a lot of dust and the like. be able to.
次に、本発明の他の実施の形態について詳述する。 Next, another embodiment of the present invention will be described in detail.
図2(a)は本発明の他の実施の形態を示す回転角度とトルクの検出装置の斜視図であり、図2(b)はその側面図である。 FIG. 2 (a) is a perspective view of a rotation angle and torque detection device showing another embodiment of the present invention, and FIG. 2 (b) is a side view thereof.
図2(a)、図2(b)に示す検出装置は、基本的な構成は図1(a)、図1(b)に示した検出装置と同様であるが、回転角度を検出する検出モジュールと、この検出モジュールとデータをやり取りしてトルクを検出するトルク検出部12とを分離した点で異なる例である。 The detection device shown in FIGS. 2A and 2B has the same basic configuration as the detection device shown in FIGS. 1A and 1B, but detects the rotation angle. This is a different example in that the module and the torque detector 12 that detects data by exchanging data with the detection module are separated.
すなわち、図2(a)、図2(b)に示す検出装置にあっては、検出モジュールの読取センサ部10,11は、単体でアンテナ付きICチップ8a,…8g、9a,…9gの回転軌道に臨んで外部にそれぞれ配置されており、トルク検出部12は、読取センサ部10,11とそれぞれ信号線10a,11aで接続され、遠隔に設置されている。
That is, in the detection apparatus shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the reading
このように構成することにより、読取センサ部10,11はトルク検出部12に比べて非常に小型であるので、読取センサ部10,11のみをアンテナ付きICチップ8a,…8g、9a,…9gの近くに設置することで、設置場所が狭隘な場所でも適用できる。
By configuring in this way, the reading
また、図3(a)は本発明の他の実施の形態を示す回転角度とトルクの検出装置の斜視図であり、図3(b)はその側面図である。 Moreover, Fig.3 (a) is a perspective view of the rotation angle and torque detection apparatus which shows other embodiment of this invention, FIG.3 (b) is the side view.
図3(a),図3(b)に示す検出装置は、基本的な構成は図1(a)、図1(b)に示した検出装置と同様であるが、アンテナ付きICチップ4a,…4g、5a,…5gを、円柱体に代えて回転軸に設けた円盤21,22の円周面に取り付けた点で異なる例である。 The basic configuration of the detection device shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) is the same as that of the detection device shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), but the IC chip 4a with antenna, .. 4g, 5a,... 5g are different in that they are attached to the circumferential surfaces of the disks 21 and 22 provided on the rotating shaft instead of the cylindrical body.
すなわち、検出モジュールは、回転軸より外径が小さい例えば円柱などの柱体状に形成された鉄などの金属製トルク検知要素23と、このトルク検知要素23を挟んで同軸上の入力側(図では上側)に連結され軸周りに円周面を有する第1の円盤21と、そのトルク検知要素23を挟んで同軸上の出力側(この場合、下側)に連結され軸周りに円周面を有する第2の円盤22とからなる本体を有している。
That is, the detection module has a metal
そして、第1の円盤21及び第2の円盤22の円周面の所定の回転角度を示す位置、例えば円周面の周方向に沿って適宜間隔を隔てた位置に、それぞれ所定の電波を送信する複数のアンテナ付きICチップ4a,…4g,5a,…5gが取り付けられている。 Then, predetermined radio waves are transmitted to positions indicating predetermined rotation angles of the circumferential surfaces of the first disk 21 and the second disk 22, for example, positions appropriately spaced along the circumferential direction of the circumferential surface. A plurality of IC chips with antennas 4a,... 4g, 5a,.
図3(a)、図3(b)に示した検出装置のように構成することにより、図1(a)、図1(b)に示した検出装置と同様な効果が得られると共に、回転軸の径が細く、アンテナ付きICチップ4a,…4g,5a,…5gを直接回転軸に取り付けることが困難な場合にも適用することができる。 By configuring like the detection device shown in FIGS. 3A and 3B, the same effect as that of the detection device shown in FIGS. The present invention can also be applied to a case where the shaft has a small diameter and it is difficult to directly attach the IC chips with antennas 4a,... 4g, 5a,.
また、図4(a)は本発明の他の実施の形態を示す回転角度とトルクの検出装置の斜視図であり、図4(b)はその側面図である。 FIG. 4 (a) is a perspective view of a rotation angle and torque detection device showing another embodiment of the present invention, and FIG. 4 (b) is a side view thereof.
図4(a)、図4(b)に示す検出装置は、基本的な構成は図2(a)、図2(b)に示した検出装置と同様であるが、アンテナ付きICチップ8a,…8g,9a,…9gを、円柱体に代えて回転軸に設けた円盤21,22の円周面に取り付けた点で異なる例である。 The basic configuration of the detection device shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) is the same as that of the detection device shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), but the IC chip with antenna 8a, ... 8g, 9a, ... 9g are different examples in that they are attached to the circumferential surfaces of the disks 21, 22 provided on the rotating shaft instead of the cylindrical body.
すなわち、検出モジュールは、回転軸より外径が小さい例えば円柱などの柱体状に形成された鉄などの金属製トルク検知要素23と、このトルク検知要素23を挟んで同軸上の入力側(図では上側)に連結され軸周りに円周面を有する第1の円盤21と、そのトルク検知要素23を挟んで同軸上の出力側(この場合、下側)に連結され軸周りに円周面を有する第2の円盤22とからなる本体を有している。
That is, the detection module has a metal
そして、第1の円盤21及び第2の円盤22の円周面の所定の回転角度を示す位置、例えば円周面の周方向に沿って適宜間隔を隔てた位置に、それぞれ所定の電波を送信する複数のアンテナ付きICチップ8a,…8g,9a,…9gが取り付けられている。 Then, predetermined radio waves are transmitted to positions indicating predetermined rotation angles of the circumferential surfaces of the first disk 21 and the second disk 22, for example, positions appropriately spaced along the circumferential direction of the circumferential surface. A plurality of IC chips with antennas 8a,... 8g, 9a,.
図4(a)、図4(b)に示した検出装置のように構成することにより、図2(a)、図2(b)に示した検出装置と同様な効果が得られると共に、回転軸の径が細く、アンテナ付きICチップ8a,…8g,9a,…9gを直接回転軸に取り付けることが困難な場合にも適用することができる。 By configuring like the detection device shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the same effect as the detection device shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) can be obtained and rotated. The present invention can also be applied to a case where the shaft has a small diameter and it is difficult to directly attach the IC chips 8a,... 8g, 9a,.
また、上述した以外の他の実施の形態として、検出体は円柱体1,2の端面の周縁部に設けられていても良く、また円盤21,22の上面又は下面の周縁部に設けられていても良い。
As another embodiment other than those described above, the detection body may be provided on the peripheral edge of the end surfaces of the
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。 As mentioned above, it cannot be overemphasized that embodiment of this invention is not limited to embodiment mentioned above, and various things are assumed in addition.
1 第1の円柱体(回転軸)
2 第2の円柱体(回転軸)
3 トルク検知要素
4a,…4g アンテナ付きICチップ(検出体)
5a,…5g アンテナ付きICチップ(検出体)
6a,7a 読取センサ部
6b,7b トルク検出部
1 1st cylinder (rotating shaft)
2 Second cylinder (rotary axis)
3 Torque detection element 4a, ... 4g IC chip with antenna (detector)
5a, ... 5g IC chip with antenna (detector)
6a, 7a Reading sensor part 6b, 7b Torque detection part
Claims (5)
The torque detection unit transmits the radio wave supplying the power a plurality of times, receives the radio wave on which the number data is superimposed from the detection unit, and receives the most received number data with the number stored in the detection unit. The rotation angle and torque detection device according to claim 4, further comprising determination means for determining that there is a rotation angle.
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---|---|---|---|
JP2003301210A JP2005069928A (en) | 2003-08-26 | 2003-08-26 | Detecting module of rotational angle and torque, and detector using the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006325214A (en) * | 2005-05-16 | 2006-11-30 | Lg Electronics Inc | Input unit of mobile communication terminal, and mobile communication terminal equipped with the input unit |
US8528422B2 (en) | 2010-09-13 | 2013-09-10 | Jtekt Corporation | Torque and index detection apparatus |
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CN112740000A (en) * | 2018-09-21 | 2021-04-30 | 蒂森克虏伯普利斯坦股份公司 | Inductive angle sensor for a motor vehicle steering system |
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2003
- 2003-08-26 JP JP2003301210A patent/JP2005069928A/en active Pending
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