JP2005337751A - Rotation supporting apparatus with rotation angle detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明に係る回転角度検出装置付回転支持装置は、例えば自動車のステアリング装置に組み込んで、ステアリングシャフトの回転角度を検出する為に利用する。 The rotation support device with a rotation angle detection device according to the present invention is incorporated, for example, in a steering device of an automobile and used to detect the rotation angle of the steering shaft.
自動車のステアリング装置は、ダッシュボードの下側に支持された円管状のステアリングコラムの内側に、ステアリングシャフトを、例えば深溝型玉軸受等の転がり軸受で支持する事により構成されている。前輪への舵角付与の際には、ステアリングホイールの操作に基づき、上記ステアリングシャフトを回転させる。 2. Description of the Related Art An automobile steering device is configured by supporting a steering shaft with a rolling bearing such as a deep groove type ball bearing inside a circular steering column supported on the lower side of a dashboard. When the steering angle is given to the front wheels, the steering shaft is rotated based on the operation of the steering wheel.
又、上記ステアリングホイールの操作を軽い力で行なえる様にする為に従来から、パワーステアリング装置が広く使用されている。この様なパワーステアリング装置には、上記ステアリングシャフトの回転角度を検出し、この検出信号に基づいて、油圧シリンダや電動モータによるアシスト力を調整するものがある。従って、この様なパワーステアリング装置には、上記ステアリングシャフトの回転角度を検出する為の回転角度検出装置を組み込む。ところが、この回転角度検出装置として、上記転がり軸受と独立したものを使用すると、部品点数が多くなり、組み付け作業が面倒になる等の不都合を生じる。従って、この様な不都合が生じるのを防止すべく、上記回転角度検出装置としては、上記転がり軸受と一体に構成したものを使用するのが好ましい。 Conventionally, a power steering apparatus has been widely used so that the steering wheel can be operated with a light force. Some of such power steering devices detect the rotation angle of the steering shaft and adjust the assist force by a hydraulic cylinder or an electric motor based on the detection signal. Therefore, such a power steering device incorporates a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of the steering shaft. However, if a device independent of the rolling bearing is used as this rotation angle detection device, the number of parts increases, resulting in inconvenience such as troublesome assembly work. Therefore, in order to prevent the occurrence of such inconvenience, it is preferable to use the rotation angle detection device that is configured integrally with the rolling bearing.
上述の様な回転速度検出装置と転がり軸受とを一体に構成した回転速度検出装置付回転支持装置として従来から、例えば特許文献1〜2に記載されたものが知られている。このうちの特許文献1に記載された従来構造の第1例は、転がり軸受を構成する回転輪に光エンコーダを、固定輪に光センサを、それぞれ支持して成り、上記回転輪と共に回転する上記光エンコーダの回転角度を、上記光センサにより検出自在としたものである。又、上記特許文献2に記載された従来構造の第2例は、転がり軸受を構成する回転輪の一部に、この回転輪の回転中心軸に対して偏心した円筒面(被検出面)を形成すると共に、固定輪に対して2個以上の位置検出センサを、円周方向に関して互いに間隔をあけた状態で支持して成り、これら各位置検出センサにより検出した上記被検出面の径方向位置に基づき、上記回転輪の回転角度を検出自在としたものである。 Conventionally, for example, those described in Patent Documents 1 and 2 are known as a rotation support device with a rotation speed detection device in which the rotation speed detection device and the rolling bearing as described above are integrally configured. Among these, the first example of the conventional structure described in Patent Document 1 is formed by supporting an optical encoder on a rotating wheel constituting a rolling bearing and an optical sensor on a fixed wheel, and rotating together with the rotating wheel. The rotation angle of the optical encoder can be detected by the optical sensor. In the second example of the conventional structure described in Patent Document 2, a cylindrical surface (detected surface) that is eccentric with respect to the rotation center axis of the rotating wheel is formed on a part of the rotating wheel that constitutes the rolling bearing. Forming and supporting two or more position detection sensors with respect to the fixed ring in a state of being spaced apart from each other in the circumferential direction, and the radial position of the detected surface detected by each of these position detection sensors Based on the above, the rotation angle of the rotating wheel can be detected freely.
ところが、上述した従来構造の第1例の場合、上記光エンコーダの被検出面に潤滑剤や塵芥等の異物が付着すると、上記光センサの出力が変化する為、回転角度検出の信頼性が低下する。従って、上記光エンコーダの被検出面を清浄に保つ為の保護構造を設ける必要があり、小型化及び低廉化を図るのが難しくなる。又、上述した従来構造の第2例の場合、上記回転輪に形成した被検出面に潤滑剤や塵芥等の異物が付着すると、この異物が付着した分だけ、上記各センサにより検出される当該部分の径方向位置が変化する為、回転角度検出の信頼性が低下する。従って、やはり上記被検出面を清浄に保つ為の保護構造を設ける必要があり、小型化及び低廉化を図るのが難しくなる。更に、上述した従来構造の第2例の場合には、上記被検出面を、上記回転輪の一部に直接形成している。この為、この回転輪として、汎用の軌道輪を使用する事ができず、専用の軌道輪を造る必要がある為、製造コストが嵩む。 However, in the case of the first example of the conventional structure described above, if foreign matter such as lubricant or dust adheres to the detection surface of the optical encoder, the output of the optical sensor changes, so the reliability of rotation angle detection is reduced. To do. Therefore, it is necessary to provide a protective structure for keeping the detected surface of the optical encoder clean, and it is difficult to reduce the size and cost. In the case of the second example of the conventional structure described above, if foreign matter such as lubricant or dust adheres to the surface to be detected formed on the rotating wheel, the amount of the foreign matter attached is detected by the sensors. Since the radial position of the portion changes, the reliability of the rotation angle detection decreases. Therefore, it is necessary to provide a protective structure for keeping the detected surface clean, and it is difficult to reduce the size and the cost. Furthermore, in the case of the second example of the conventional structure described above, the detected surface is formed directly on a part of the rotating wheel. For this reason, a general-purpose track ring cannot be used as the rotating wheel, and a dedicated track ring needs to be manufactured, resulting in an increase in manufacturing cost.
本発明の回転角度検出装置付回転支持装置は、上述の様な事情に鑑み、回転角度検出の信頼性を十分に確保する事ができ、しかも小型化及び低廉化を十分に図れる構造を実現すべく発明したものである。 The rotation support device with a rotation angle detection device of the present invention realizes a structure that can sufficiently ensure the reliability of rotation angle detection and that can sufficiently achieve downsizing and cost reduction in view of the circumstances as described above. Invented accordingly.
本発明の回転角度検出装置付回転支持装置は、静止輪と、回転輪と、複数個の転動体と、環状のエンコーダと、少なくとも1個のセンサと、演算回路とを備える。
このうちの静止輪は、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない。
又、上記回転輪は、上記静止側周面と対向する回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転(一方向に連続して行なわれる回転の他、所定の角度範囲内で双方向に適宜行なわれる回転を含む。)する。
又、上記各転動体は、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられている。
又、上記エンコーダは、上記回転輪に支持されて、環状の被検出面を有する。
又、上記センサは、上記静止輪に支持されて、その検出面を上記被検出面の周方向一部に対向させている。
又、上記演算回路は、上記センサの出力に基づいて上記回転輪の回転角度を算出する。
特に、本発明の回転角度検出装置付回転支持装置に於いては、上記被検出面が、全周に亙り同一の磁極(S極又はN極)を配置して成る面である。又、上記センサが、検出した磁気の大きさに応じて出力の大きさを変化させるものである。更に、上記被検出面と上記検出面との間隔が、上記エンコーダの回転角度に応じて変化する。
A rotation support device with a rotation angle detection device of the present invention includes a stationary wheel, a rotation wheel, a plurality of rolling elements, an annular encoder, at least one sensor, and an arithmetic circuit.
Among these, the stationary wheel has a stationary side track on the stationary side peripheral surface, and does not rotate during use.
Further, the rotating wheel has a rotating side track on the rotating side peripheral surface opposed to the stationary side peripheral surface, and rotates during use (in addition to the rotation continuously performed in one direction, both within a predetermined angle range). Including rotation performed appropriately in the direction).
Each of the rolling elements is provided between the stationary side track and the rotation side track so as to freely roll.
The encoder is supported by the rotating wheel and has an annular detection surface.
The sensor is supported by the stationary wheel and has a detection surface opposed to a part of the detection surface in the circumferential direction.
The arithmetic circuit calculates the rotation angle of the rotating wheel based on the output of the sensor.
In particular, in the rotation support device with a rotation angle detection device of the present invention, the detected surface is a surface in which the same magnetic pole (S pole or N pole) is arranged over the entire circumference. The sensor changes the magnitude of the output in accordance with the magnitude of the detected magnetism. Furthermore, the interval between the detected surface and the detection surface changes according to the rotation angle of the encoder.
上述の様に構成する本発明の回転角度検出装置付回転支持装置の場合、静止輪に対して回転輪が回転する事により、センサに対するエンコーダの回転角度が変化すると、この回転角度に応じて、このセンサの出力が変化する。従って、このセンサの出力に基づいて、演算回路により、上記回転輪の回転角度を検出する事ができる。 In the case of the rotation support device with a rotation angle detection device of the present invention configured as described above, when the rotation angle of the encoder with respect to the sensor changes due to the rotation of the rotation wheel with respect to the stationary wheel, according to this rotation angle, The output of this sensor changes. Accordingly, the rotation angle of the rotating wheel can be detected by the arithmetic circuit based on the output of the sensor.
又、本発明の場合、上記エンコーダの被検出面に潤滑剤や塵芥等の異物が付着しても、これらの異物は非磁性材である為、上記被検出面の周囲に形成される磁界が変化する事はない。従って、上記回転輪の回転角度を正確に検出できる。即ち、本発明の場合には、上記被検出面を清浄に保つ為の保護構造を設けなくても、回転角度検出の信頼性を十分に確保する事ができる。この結果、本発明の場合には、上記保護構造を省略できる分、小型化及び低廉化を図れる。 In the case of the present invention, even if foreign matter such as lubricant or dust adheres to the detected surface of the encoder, since the foreign matter is a non-magnetic material, a magnetic field formed around the detected surface is not generated. There is no change. Therefore, the rotation angle of the rotating wheel can be accurately detected. That is, in the case of the present invention, the reliability of the rotation angle detection can be sufficiently ensured without providing a protective structure for keeping the detected surface clean. As a result, in the case of the present invention, it is possible to reduce the size and the cost because the protective structure can be omitted.
更に、本発明の場合には、回転輪の一部に被検出面を直接形成せず、この被検出面を、この回転輪とは別体のエンコーダの一部に設けている。この為、この回転輪として、汎用の軌道輪を使用する事ができる。従って、この面からも低廉化を図れる。 Further, in the case of the present invention, the detected surface is not directly formed on a part of the rotating wheel, and this detected surface is provided on a part of the encoder separate from the rotating wheel. For this reason, a general-purpose track ring can be used as the rotating wheel. Therefore, the cost can be reduced also from this aspect.
本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項2に記載した様に、エンコーダの被検出面を円環状平面とすると共に、この被検出面の円周方向一部にセンサの検出面を、静止輪及び回転輪の軸方向に関して対向させる。且つ、これら被検出面と検出面との間隔を、上記エンコーダの回転角度に応じて変化させる為、このエンコーダを上記回転輪に支持した状態で、上記被検出面の中心軸を、この回転輪の中心軸に対して傾斜させる。
又は、請求項3に記載した様に、エンコーダの被検出面を円筒面とすると共に、この被検出面の円周方向一部にセンサの検出面を、静止輪及び回転輪の径方向に関して対向させる。且つ、これら被検出面と検出面との間隔を、上記エンコーダの回転角度に応じて変化させる為、このエンコーダを上記回転輪に支持した状態で、上記被検出面をこの回転輪の中心軸に対して偏心させる。
これらの構成を採用すれば、本発明の構造を容易に実現する事ができる。
When carrying out the present invention, preferably, as described in claim 2, the detection surface of the encoder is an annular plane, and the detection surface of the sensor is provided on a part of the detection surface in the circumferential direction. It is made to oppose regarding the axial direction of a stationary wheel and a rotating wheel. Further, in order to change the interval between the detected surface and the detecting surface in accordance with the rotation angle of the encoder, the center axis of the detected surface is set to the rotating wheel while the encoder is supported on the rotating wheel. It is inclined with respect to the central axis.
Alternatively, as described in
If these structures are adopted, the structure of the present invention can be easily realized.
又、本発明を実施する場合に、より好ましくは、請求項4に記載した様に、エンコーダを、径方向に関して静止輪の軸方向端面と回転輪の軸方向端面との間に配置する。
この様な構成を採用すれば、上記エンコーダの少なくとも一部を、上記静止輪の静止側周面と上記回転輪の回転側周面との間に配置する事ができる。この結果、更なる小型化を図れる。
Further, when implementing the present invention, more preferably, as described in
By adopting such a configuration, at least a part of the encoder can be disposed between the stationary side peripheral surface of the stationary wheel and the rotational side peripheral surface of the rotating wheel. As a result, further miniaturization can be achieved.
又、本発明を実施する場合に、更に好ましくは、請求項5に記載した様に、センサとして、第一センサと第二センサとの2個のセンサを使用し、これら第一、第二各センサの検出面をそれぞれ、エンコーダの被検出面のうち周方向に関して互いに異なる部分(例えば、請求項6に記載した様に、円周方向に関する位相が互いに90度ずれた部分)に対向させる。
この様な構成を採用すれば、演算回路による回転角度の計算を、上記2個のセンサの出力に基づいて行える為、回転角度検出の信頼性を向上させる事ができる。
Moreover, when implementing this invention, More preferably, as described in
By adopting such a configuration, the calculation of the rotation angle by the arithmetic circuit can be performed based on the outputs of the two sensors, so that the reliability of the rotation angle detection can be improved.
又、上述した請求項5〜6に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項7に記載した様に、演算回路を、第一、第二各センサの出力に基づき、温度による影響を補正した回転角度を算出する機能を有するものとする。
この様な構成を採用すれば、温度変化が生じる事により、エンコーダの磁力や上記第一、第二各センサの感度が変化した場合でも、回転角度を正確に検出できる。
In carrying out the invention described in
By adopting such a configuration, the rotation angle can be accurately detected even when the magnetic force of the encoder and the sensitivity of the first and second sensors change due to temperature changes.
又、本発明を実施する場合に、更に好ましくは、請求項8に記載した様に、センサとして、第一〜第四の4個のセンサを使用する。これと共に、これら4個のセンサを2個ずつの組に分ける。そして、各組とも、自己の組を構成する2個のセンサの検出面を、エンコーダの被検出面のうち周方向の位相が互いに180度ずれた部分に対向させる(更には、請求項9に記載した様に、上記各組の周方向の位相を互いに90度ずらせる)。
この様な構成を採用すれば、演算回路による回転角度の計算を、上記4個のセンサの出力に基づいて行える為、回転角度検出の信頼性をより向上させる事ができる。
Moreover, when implementing this invention, More preferably, as described in claim 8, the first to fourth four sensors are used as sensors. At the same time, these four sensors are divided into two groups. In each set, the detection surfaces of the two sensors constituting the set are opposed to the portions of the detection target surface of the encoder whose circumferential phases are shifted from each other by 180 degrees. As described, the circumferential phase of each set is shifted 90 degrees from each other).
By adopting such a configuration, the calculation of the rotation angle by the arithmetic circuit can be performed based on the outputs of the four sensors, so that the reliability of the rotation angle detection can be further improved.
又、上述の請求項8〜9に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項10に記載した様に、演算回路を、上記各組毎に得られる、これら各組を構成する2個のセンサの出力の差に基づき、温度による影響を補正した回転角度を算出する機能を有するものとする。
この様な構成を採用すれば、温度変化が生じる事により、エンコーダの磁力や上記各センサの感度が変化した場合でも、回転角度を正確に検出できる。
Further, when the inventions described in the above eighth to ninth aspects are carried out, preferably, as described in the tenth aspect, an arithmetic circuit is obtained for each of the above groups, and each of these two groups is configured. It is assumed that it has a function of calculating a rotation angle in which the influence of temperature is corrected based on the difference in output of each sensor.
By adopting such a configuration, even when the magnetic force of the encoder and the sensitivity of each sensor change due to a temperature change, the rotation angle can be detected accurately.
又、本発明を実施する場合に、更に好ましくは、請求項11に記載した様に、演算回路を静止輪に支持する。
この様な構成を採用すれば、回転角度検出装置付回転支持装置を、上記演算回路を含めて一体的に取り扱う事ができて、使用個所に組み付ける作業を容易に行なえる。
Further, when the present invention is carried out, it is more preferable that the arithmetic circuit is supported on the stationary wheel as described in
By adopting such a configuration, the rotation support device with a rotation angle detection device can be handled integrally including the arithmetic circuit, and the work of assembling at the place of use can be easily performed.
又、本発明を実施する場合、更に好ましくは、請求項12に記載した様に、使用条件として、静止輪に対する回転輪の回転角度範囲を360度未満とする場合には、演算回路として回転角度の算出結果をアナログ信号で出力するものを使用し、同じく360度以上とする場合には、上記演算回路として、回転回数を積算する機能を有するものを使用する。
この様にすれば、回転角度範囲が360度未満の場合には、上記演算回路を、比較的低コストで造れる。これに対して、回転角度範囲が360度以上となる場合には、センサの出力をディジタル処理して、変化の傾向、変化の積算値を求める事で、上記回転輪の回転角度を求められる。
Further, when the present invention is implemented, more preferably, as described in
In this way, when the rotation angle range is less than 360 degrees, the arithmetic circuit can be made at a relatively low cost. On the other hand, when the rotation angle range is 360 degrees or more, the rotation angle of the rotating wheel can be obtained by digitally processing the sensor output and obtaining the change tendency and the integrated value of the change.
図1〜4は、請求項1、2、4、5、6、7、11、12に対応する、本発明の実施例1を示している。本実施例の回転角度検出装置付回転支持装置は、転がり軸受1と、エンコーダ2と、第一センサ3及び第二センサ4と、演算回路5とを備える。本実施例の場合、このうちの転がり軸受1は、単列深溝型玉軸受であり、内周面に深溝型の外輪軌道6を有する、静止輪である外輪7と、外周面に深溝型の内輪軌道8を有する、回転輪である内輪9と、これら外輪軌道6と内輪軌道8との間に保持器10により保持された状態で転動自在に設けられた、それぞれが転動体である複数個の玉11とから成る。
1 to 4 show a first embodiment of the present invention corresponding to
又、上記エンコーダ2は、ゴム中にフェライト等の強磁性材の粉末を混入した材料(磁性ゴム)により、全体を円輪状に形成したもので、軸方向に着磁している。着磁の向きは、上記エンコーダ2全体で同じにしている。従って、このエンコーダ2の軸方向両側面にはそれぞれ、互いに極性の異なる単一の磁極(S極又はN極)が、全面に亙り配置されている。この様なエンコーダ2は、芯金12を介して、上記内輪9の一端部(図1の右端部)に支持している。この芯金12は、SPCCの如き軟鋼板等の磁性金属板にプレス加工等を施す事により、全体を円環状に形成したもので、上記内輪9の一端部に外嵌固定すると共に、径方向外半部に設けた断面L字形の保持部に、上記エンコーダ2の外周面及び軸方向片側面(図1の左側面)を添着固定している。
The encoder 2 is formed in a ring shape by a material (magnetic rubber) in which a powder of a ferromagnetic material such as ferrite is mixed in rubber, and is magnetized in the axial direction. The direction of magnetization is the same for the encoder 2 as a whole. Accordingly, single magnetic poles (S poles or N poles) having different polarities are disposed over the entire surface on both side surfaces of the encoder 2 in the axial direction. Such an encoder 2 is supported on one end portion (the right end portion in FIG. 1) of the
特に、本実施例の場合には、上述の様にエンコーダ2を内輪9の一端部に(芯金12を介して)支持した状態で、図2に誇張して示す様に、上記エンコーダ2{このエンコーダ2の被検出面(図1〜2の右側面)13}の中心軸Xを、上記内輪9の中心軸Yに対して、所定角度α(例えばα=1〜2度程度)だけ傾斜させている。更に、本実施例の場合には、上記エンコーダ2の径方向に関する寸法を規制する事により、このエンコーダ2を、径方向に関して、上記外輪7の一端面(図1の右端面)と上記内輪9の一端面(図1の右端面)との間に配置できる様にしている。これにより、本実施例の場合には、図1に示す様に、上記エンコーダ2の軸方向片半部(図1の左半部)を、上記外輪7の内周面と上記内輪9の外周面との間に進入させて、軸方向の小型化を図っている。
In particular, in the case of the present embodiment, as shown in an exaggerated manner in FIG. 2 with the encoder 2 supported on one end portion of the inner ring 9 (through the core metal 12) as described above, the encoder 2 { The center axis X of the detected surface (the right side surface in FIGS. 1 and 2) 13} of the encoder 2 is inclined with respect to the center axis Y of the
又、上記第一、第二各センサ3、4はそれぞれ、検出した磁気の大きさに応じて出力の大きさを変化させる、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気検出素子をそれぞれの検出部に設置しており、上記各センサ3、4の磁気検出素子は、互いに同種のものである。この様な第一、第二各センサ3、4はそれぞれ、支持環14を介して、上記外輪7の一端部に支持している。この支持環14は、金属板にプレス加工等を施す事により、全体を円環状に形成したもので、円筒部15と、この円筒部15の中間部から径方向外方に突出した鍔部16と、この円筒部15の先端縁(図1の右端縁)から径方向内方に直角に折れ曲がった円輪部17とを備える。そして、上記円筒部15の基半部(図1の左半部)を上記外輪7の一端部に締り嵌めで内嵌すると共に、上記鍔部16の側面をこの外輪7の一端面に突き当てる事により、軸方向の位置決めを図っている。
In addition, each of the first and
上記第一、第二各センサ3、4はそれぞれ、上記円輪部17の内側面(図1の左側面)に、接着剤等により固定している。そして、この状態で、図3に示す様に、上記第一、第二各センサ3、4の検出面(図1の左側面、図3の裏側面)18、18を、それぞれ上記エンコーダ2の被検出面13のうち、円周方向に関する位相が互いに90度ずれた部分に対向させている。これと共に、上記各検出面18、18を、それぞれ上記内輪9の中心軸Yと直交する同一の仮想平面内に配置している。これにより、本実施例の場合、上記エンコーダ2の被検出面13と上記第一、第二各センサ3、4の検出面18、18との間隔を、これら第一、第二各センサ3、4同士で互いに異ならせている。これと共に、上記被検出面13と上記各検出面18、18との間隔が、それぞれ上記エンコーダ2の回転角度に応じて変化する様にしている。
The first and
又、前記演算回路5は、上記第一、第二各センサ3、4の出力に基づき、上記エンコーダ2の回転角度を算出するものである。この様な演算回路5は、上記円輪部17の内側面のうち、上記第一、第二各センサ3、4から外れた部分に、接着剤等により固定している。これにより、上記演算回路5を、前記転がり軸受1と一体に取り扱える様にしている。又、この状態で、この演算回路5は、図3に示す様な各配線20、21を通じて、上記第一、第二各センサ3、4の出力を受信可能としている。
尚、図示の例の場合、上記転がり軸受1を構成する転動体設置空間の他端(図1の左端)開口は、シールド板22により塞いでいる。
The
In the case of the illustrated example, the other end (left end in FIG. 1) opening of the rolling element installation space constituting the rolling bearing 1 is closed by a
上述の様に構成する本実施例の回転角度検出装置付回転支持装置の使用時には、転がり軸受1を構成する外輪7を、ステアリングコラム等の固定の部分に内嵌支持すると共に、同じく内輪9を、ステアリングシャフト等の回転軸に外嵌支持する。特に、本実施例の場合には、上記外輪7を上記固定の部分に内嵌支持する際に、この外輪7の外周面に植設したピン23の先半部(この外周面から突出した部分)を、上記固定の部分に形成したスリット等の被係合部に係合させる。これにより、上記第一、第二各センサ3、4を支持した上記外輪7が上記固定の部分に対して回転するのを防止すると共に、これら第一、第二各センサ3、4の円周方向に関する基準位置を決定している。
When the rotation support device with a rotation angle detection device of the present embodiment configured as described above is used, the outer ring 7 constituting the rolling bearing 1 is internally fitted and supported on a fixed portion such as a steering column, and the
この状態で、上記内輪9に支持したエンコーダ2が上記回転軸と共に回転すると、上記第一、第二各センサ3、4の出力が、それぞれ上記エンコーダ2の回転角度に応じて変化する。即ち、本実施例の場合には、図4に示す様に、上記第一、第二各センサ3、4の出力として、互いの位相が90度ずれた1対の正弦波形の信号が得られる。そこで、本実施例の場合には、これら第一、第二各センサ3、4の出力に基づいて、上記演算回路5により、上記エンコーダ2の回転角度(上記ハウジングに対する上記回転軸の回転角度)を算出する。
In this state, when the encoder 2 supported on the
尚、本発明を実施する場合、上述の様なエンコーダ2の回転角度は、上記第一、第二各センサ3、4のうちの何れか一方のセンサの出力のみに基づいて算出する事もできる。但し、この様にエンコーダ2の回転角度を何れか一方のセンサの出力のみに基づいて算出すると、温度変化の影響により、上記エンコーダ2の磁力や上記第一、第二各センサ3、4の感度が変化した場合に、上記回転角度を正確に検出できなくなる可能性がある。そこで、本実施例の場合には、上述の様に双方のセンサ3、4の出力に基づいてエンコーダ2の回転角度を算出する事により、上記温度変化の影響を補正して、当該回転角度を正確に検出できる様にしている。この為に具体的には、上記演算回路5が、図4に実線aで示した第一センサ3の出力(sin 波)と、同図に破線bで示した第二センサ4の出力(cos 波)とに基づいて、sin θ/cos θ=tan θを計算し、更にこのtan θの逆関数を計算する事により、上記エンコーダ2の回転角度θを算出する。
When the present invention is implemented, the rotation angle of the encoder 2 as described above can be calculated based only on the output of one of the first and
そして、上述の様な回転角度θの算出結果を、上記演算回路5からパワーステアリング装置等の対象装置を構成する制御器に送り込む。尚、本実施例を実施する場合に、好ましくは、使用条件として、上記外輪7に対する上記内輪9の回転角度範囲を360度未満とする場合には、上記演算回路5として、回転角度θの算出結果をアナログ信号で出力するものを使用する。これに対し、同じく360度以上とする場合には、上記演算回路5として、回転角度θの算出結果と、回転回数の積算結果とを出力するものを使用する。この様にすれば、この回転角度θが360度未満の場合には上記演算回路5を低コストで構成できる。これに対して、この回転角度θが360度以上の場合には、上記内輪9の回転角度だけでなく、回転回数も求められる。
Then, the calculation result of the rotation angle θ as described above is sent from the
上述の様に構成し作用する本実施例の回転角度検出装置付回転支持装置の場合、上記エンコーダ2の被検出面13にグリース等の潤滑剤や塵芥等の異物が付着しても、これらの異物は非磁性材である為、上記被検出面13の周囲に形成される磁界が変化する事はない。従って、上記エンコーダ2の回転角度を正確に検出できる。即ち、本実施例の場合には、上記被検出面13を清浄に保つ為の保護構造を設けなくても、回転角度検出の信頼性を十分に確保する事ができる。この結果、本実施例の場合には、上記保護構造を省略できる分、小型化及び低廉化を図れる。更に、本実施例の場合には、前記内輪9の一部に上記被検出面13を直接形成せず、この被検出面13を、この内輪9とは別体のエンコーダ2の一部に形成している。この為、この内輪9として、汎用の軌道輪を使用する事ができる。従って、この点からも低廉化を図れる。
In the case of the rotation support device with the rotation angle detecting device of the present embodiment configured and operated as described above, even if a lubricant such as grease or foreign matter such as dust adheres to the detected surface 13 of the encoder 2, these Since the foreign matter is a non-magnetic material, the magnetic field formed around the detected surface 13 does not change. Therefore, the rotation angle of the encoder 2 can be accurately detected. That is, in the case of the present embodiment, the reliability of rotation angle detection can be sufficiently ensured without providing a protective structure for keeping the detected surface 13 clean. As a result, in the case of the present embodiment, it is possible to reduce the size and the cost because the protective structure can be omitted. Further, in the case of the present embodiment, the detected surface 13 is not directly formed on a part of the
次に、図5〜7は、請求項1、3、4、5、6、7、11、12に対応する、本発明の実施例2を示している。本実施例の場合、エンコーダ2aは、径方向に着磁すると共に、この径方向の着磁の向きを、全周に亙り同じとしている。従って、このエンコーダ2aの内外両周面にはそれぞれ、互いに極性の異なる単一の磁極(S極又はN極)が、全周に亙り配置されている。又、本実施例の場合には、上記エンコーダ2aを内輪9の一端部に(芯金12aを介して)支持した状態で、図6に示す様に、このエンコーダ2a{このエンコーダ2aの被検出面(外周面)13a}の中心軸Xを、上記内輪9の中心軸Yに対してδだけ平行にずらせている。即ち、上記エンコーダ2aを上記内輪9に対して偏心させている。
Next, FIGS. 5 to 7 show a second embodiment of the present invention corresponding to
又、本実施例の場合、第一、第二各センサ3、4は、それぞれ外輪7aの一端部に内嵌固定した支持環14を構成する円筒部15の内周面に添着固定している。そして、この状態で、図7に示す様に、上記第一、第二各センサ3、4の検出面18、18を、それぞれ上記エンコーダ2aの被検出面13aのうち、円周方向に関する位相が互いに90度ずれた部分に対向させている。これと共に、上記各検出面18、18を、それぞれ上記内輪9の中心軸Yを中心とする単一の仮想円筒面に接する様に配置している。これにより、本実施例の場合も、上記エンコーダ2aの被検出面13aと上記第一、第二各センサ3、4の検出面18、18との間隔を、これら第一、第二各センサ3、4同士で互いに異ならせている。これと共に、上記被検出面13aと上記各検出面18、18との間隔が、それぞれ上記エンコーダ2aの回転角度に応じて変化する様にしている。尚、本実施例の場合、上記外輪7aの外周面には、ハウジングに形成したスリット等の被係合部に係合させる為の部材として、前記ピン23(図1参照)に代え、ボール24を植設している。
In the case of this embodiment, the first and
上述の様に構成する本実施例の回転角度検出装置付回転支持装置の場合も、上記内輪9に支持したエンコーダ2aが回転軸と共に回転すると、上記第一、第二各センサ3、4の出力が、それぞれ上記エンコーダ2aの回転角度に応じて変化する。即ち、本実施例の場合も、上記第一、第二各センサ3、4の出力として、前述の図4に示した様な1対の正弦波形の信号が得られる。従って、本実施例の場合も、上述の実施例1の場合と同様、上記第一、第二各センサ3、4の出力に基づいて、上記支持環14の内面に支持した図示しない演算回路により、上記エンコーダ2aの回転角度を正確に算出できる。特に、本実施例の場合には、上記エンコーダ2aと上記第一、第二各センサ3、4とを径方向に重畳して配置している為、同じく軸方向に重畳して配置している上述した実施例1の構造に比べて、軸方向の小型化を図れる。その他の部分の構成及び作用は、上述した実施例1の場合と同様である。
Also in the case of the rotation support device with the rotation angle detection device of the present embodiment configured as described above, when the
次に、図8は、請求項1、2、3、4、8、9、10、11、12に対応する、本発明の実施例3を示している。本実施例の回転角度検出装置付回転支持装置の全体構造は、センサ及び演算回路の構造を除き、前述した実施例1の場合とほぼ同様である。本実施例の場合、センサとして、第一〜第四の4個のセンサ25〜28を使用している。そして、これら各センサ25〜28の検出面をそれぞれ、エンコーダ2の被検出面(側面)の円周方向等間隔位置に、軸方向に近接対向させている。そして、径方向に関して互いに反対側に位置させた(周方向の配置の位相が互いに180度ずれた)、第一センサ25と第三センサ27とを1つの組とし、これら両センサ25、27の出力差を、第一演算回路29により算出できる様にしている。同じく、径方向に関して互いに反対側に位置している、第二センサ26と第四センサ28とを1つの組とし、これら両センサ26、28の出力差を、第二演算回路30により算出できる様にしている。そして、これら第一、第二両演算回路29、30により算出した1対の出力差を、第三演算回路31に入力する様にしている。そして、本実施例の場合には、これら1対の出力差を、それぞれ前述の図4に示した1対の波形(センサ出力a、b)に対応させて、上記第三演算回路31により、前述した実施例1と同様の演算方法によって、上記エンコーダ2の回転角度θを算出する。
Next, FIG. 8 shows
この様にして回転角度θを算出する本実施例の場合、温度変化の影響により上記各センサ25〜28の出力が変化しても、前述の図4に示した波形(センサ出力a、b)の振幅が変化するだけで、これら各波形の中心(センサ出力値の中心)がドリフトする事がなくなる。この為、回転角度(更には回転数)の原点位置を精度良く求める事ができる。従って、本実施例の場合には、上述の実施例1〜2で示した相対角度の検出だけでなく、温度変化による影響を受けた状態でセンサに電源を投入しても、回転角度の原点位置を正確に算出する事が可能になる。この結果、回転角度検出の信頼性を向上させる事ができる。
In the case of the present embodiment in which the rotation angle θ is calculated in this way, even if the output of each of the
尚、本発明を実施する場合、転がり軸受としては、上述の実施例1〜2に示した単列深溝型玉軸受に限らず、各種の転がり軸受を採用する事ができる。又、エンコーダとしては、上述の実施例1〜2で示した様な、被検出面とその背面との間の厚さ寸法を全周に亙って等しくした円環状のものに限らず、当該厚さ寸法を円周方向に関して周期的に(例えば360度を1周期として)変化させた円環状のものや、楕円環状のもの等、当該エンコーダの回転角度に応じてセンサの出力を変化させる事ができるものであれば、各種の形状のものを採用する事ができる。 In the case of carrying out the present invention, the rolling bearing is not limited to the single row deep groove type ball bearing shown in the first and second embodiments, and various rolling bearings can be employed. Further, the encoder is not limited to an annular one having the same thickness dimension between the detected surface and the back surface thereof as shown in the first and second embodiments. The output of the sensor can be changed according to the rotation angle of the encoder, such as an annular one whose thickness dimension is changed periodically in the circumferential direction (for example, 360 degrees as one cycle) or an elliptical one. As long as it can be used, various shapes can be adopted.
1 転がり軸受
2、2a エンコーダ
3 第一センサ
4 第二センサ
5 演算回路
6 外輪軌道
7、7a 外輪
8 内輪軌道
9 内輪
10 保持器
11 玉
12、12a 芯金
13、13a 被検出面
14 支持環
15 円筒部
16 鍔部
17 円輪部
18 検出面
20 配線
21 配線
22 シールド板
23 ピン
24 ボール
25 第一センサ
26 第二センサ
27 第三センサ
28 第四センサ
29 第一演算回路
30 第二演算回路
31 第三演算回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004153698A JP2005337751A (en) | 2004-05-24 | 2004-05-24 | Rotation supporting apparatus with rotation angle detecting device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004153698A JP2005337751A (en) | 2004-05-24 | 2004-05-24 | Rotation supporting apparatus with rotation angle detecting device |
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ID=35491503
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JP (1) | JP2005337751A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009524831A (en) * | 2006-01-25 | 2009-07-02 | カブリコ コーポレイション | Multi-channel RVDT with dual load path and fail-safe mechanism |
CN110487302A (en) * | 2019-07-03 | 2019-11-22 | 上海吉亿电机有限公司 | A kind of high-precision encoder and its mounting structure on traction motor |
-
2004
- 2004-05-24 JP JP2004153698A patent/JP2005337751A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Effective date: 20070409 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070518 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090728 |