JP2006090982A - Rotation angle detector - Google Patents

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Kazuhiro Komatsuzaki
和宏 小松崎
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and precisely measure a rotation angle, in particular its absolute angle of a rotating body, by using a compact mechanism. <P>SOLUTION: A rotation angle detector is provided, which comprises; the rotating body 2 with a first tooth 2a, on the upper surface of which a spiral groove section 2b is formed; a moving body 4 which moves along the groove section 2b of the rotating body; a rotating body angle sensor 6 which detects a movement angle of the moving body 4 when the rotating body 2 rotates; a gearwheel 7 which has a second tooth 7a engaging with the first tooth 2a of the moving body 4 and rotates along with the rotating body 2; a gearwheel angle sensor 8 which detects a rotation angle of the gearwheel 7; and an arithmetic section 9 which detects a rotation angle of the rotating body 2, on the basis of both output signals of the rotating body angle sensor 6 and the gearwheel angle sensor 8. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、回転体の回転角度、特に360度以上回転するその絶対角度の検出をコンパクトな機構によって簡単、かつ高精度に行うことを可能とする回転角度検出装置に関する。   The present invention relates to a rotation angle detection device that can detect a rotation angle of a rotating body, in particular, an absolute angle of 360 degrees or more, easily and with high accuracy by a compact mechanism.

自動車等の車両のステアリングは、車両の直進性や方向性に直結するため、ステアリングに直結して作動する回転角度検出システムは車両の性能向上や運転ドライバーの安全性確保にとって極めて重要である。そのため、以下のように種々回転角度検出装置が提唱されている。   Since the steering of a vehicle such as an automobile is directly connected to the straightness and directionality of the vehicle, a rotation angle detection system that operates by being directly connected to the steering is extremely important for improving the performance of the vehicle and ensuring the safety of the driver. For this reason, various rotation angle detection devices have been proposed as follows.

例えば、少なくとも複数ペアで構成され位相差を有する2つの回転体(歯車)の角度から回転角度を検出する回転角度検出装置(以下、技術例1という。)が提唱されている(特許文献1参照)。
図6は、その実施例の斜視図である。この回転角度検出装置10は、外周に駆動歯11aを有する回転体11と回転体11と噛み合う歯12a、13aを有する少なくとも2つの歯車12,13(1ペアの場合)と、歯車12,13の回転角を検出する角度センサ14、15と角度センサ14、15の出力から絶対角度に変換する評価回路(図示省略)から構成される。回転体11と噛み合う歯車12,13の歯数は回転体11の歯数より少なく、かつ2つの歯車12,13の歯数は相互に異なるものとする。ステアリングホイールの絶対操舵角検出の場合、回転体11はステアリングシャフトに固定されている(図示省略)。ステアリングシャフトが回転すると、ステアリングシャフトに固定された回転体11が回転する。回転体11が回転することによって、2つの歯車12、13が回転し、各歯車12、13の角度センサ14、15から回転角に比例した信号を出力する。この技術例1の特徴は、異なる歯数の一対のペア歯車を複数用いて、ペア歯車間に生じる出力誤差を評価回路において補正することにより、絶対角度の精度を高めることにある。
For example, a rotation angle detection device (hereinafter referred to as “technical example 1”) that detects a rotation angle from the angles of two rotating bodies (gears) that are composed of at least a plurality of pairs and have a phase difference has been proposed (see Patent Document 1). ).
FIG. 6 is a perspective view of the embodiment. The rotation angle detection device 10 includes a rotating body 11 having driving teeth 11a on the outer periphery, at least two gears 12 and 13 having teeth 12a and 13a meshing with the rotating body 11 (in the case of one pair), and gears 12 and 13 The angle sensors 14 and 15 that detect the rotation angle and the evaluation circuit (not shown) that converts the outputs of the angle sensors 14 and 15 into absolute angles are configured. The number of teeth of the gears 12 and 13 meshing with the rotating body 11 is less than the number of teeth of the rotating body 11, and the number of teeth of the two gears 12 and 13 are different from each other. In the case of detecting the absolute steering angle of the steering wheel, the rotating body 11 is fixed to the steering shaft (not shown). When the steering shaft rotates, the rotating body 11 fixed to the steering shaft rotates. When the rotating body 11 rotates, the two gears 12 and 13 rotate, and signals proportional to the rotation angle are output from the angle sensors 14 and 15 of the gears 12 and 13. The feature of this technical example 1 is that the accuracy of the absolute angle is increased by using a plurality of a pair of pair gears having different numbers of teeth and correcting an output error occurring between the pair gears in an evaluation circuit.

次に、技術例1の改良に係り、自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置であって、検出誤差が少なく、検出回路の演算処理を容易なものとする回転角度検出装置(以下、技術例2という。)が提唱されている(特許文献2参照)。
図7は、その実施例の回転角度検出装置20の要部斜視図である。外周に駆動歯車21aが形成された回転体21と、この駆動歯車21aに噛合する検出歯車22と、この検出歯車22の回転に伴って検出歯車22の軸部23に螺子切りされた螺旋螺子23aを上下に移動する移動体24と、この移動体24の移動を検出する検出手段25とからなり、検出手段25が移動体24の移動を漸次増加または減少する検出信号として出力し、回転体21の回転角度を検出できるようにしたことを特徴とする。この技術例2の利点は、回転角度検出装置10の小型化や薄型化を図ることができる点にある。
Next, in connection with the improvement of the first technical example, a rotation angle detecting device used for detecting the rotation angle of a steering wheel of an automobile, etc., which has a small detection error and facilitates calculation processing of a detection circuit. (Hereinafter referred to as Technical Example 2) has been proposed (see Patent Document 2).
FIG. 7 is a perspective view of a main part of the rotation angle detection device 20 of the embodiment. A rotating body 21 having a drive gear 21a formed on the outer periphery, a detection gear 22 meshing with the drive gear 21a, and a helical screw 23a threaded on the shaft portion 23 of the detection gear 22 as the detection gear 22 rotates. And a detecting means 25 for detecting the movement of the moving body 24. The detecting means 25 outputs a detection signal for gradually increasing or decreasing the movement of the moving body 24, and the rotating body 21 It is characterized in that the rotation angle of the can be detected. The advantage of the second technical example is that the rotation angle detector 10 can be reduced in size and thickness.

さらに、歯車からの出力信号によって回転角度を検出するこれらの技術例1または2とは機構を異にし、回転体31とアーム32の組合せ機構によって基準回転数における基準位置からの回転量を確実に検出する回転センサ(以下、技術例3という。)が提唱されている(特許文献3参照)。
図8は、その回転センサ30のアーム32との係合状態を示す回転体31の平面図である。回転体31の表面に設けた螺旋状の溝部31bに沿ってアーム32の先端部32aをピックアップ方式で溝部31bの内外周に往復移動できるようにし、溝部31bの内外周中央(外周から3周目)をステアリングホイールのニュートラル位置とし、この位置においてアーム32の他方端であるシャッタ部32bに設けた窓部Sと回転体31の所定位置に設けた基準用スリットTを一致させ、この状態における出力信号に基づいて回転体31の回転数を1として検出するものである。この技術例3の特徴は、回転の伝達のために歯車を使用しないので、バックラッシュ等による歯車間のガタを解消できることにある。
特表2002−531858号公報 特開2002−206910号公報 実開平5−23037号公報
Furthermore, the mechanism is different from those of the technical examples 1 and 2 in which the rotation angle is detected by the output signal from the gear, and the rotation amount from the reference position at the reference rotation speed is ensured by the combination mechanism of the rotating body 31 and the arm 32. A rotation sensor to be detected (hereinafter referred to as technical example 3) has been proposed (see Patent Document 3).
FIG. 8 is a plan view of the rotating body 31 showing an engagement state of the rotation sensor 30 with the arm 32. The tip 32a of the arm 32 can be reciprocated to the inner and outer peripheries of the groove 31b along the spiral groove 31b provided on the surface of the rotator 31 by the pickup method. ) Is the neutral position of the steering wheel, and at this position, the window portion S provided in the shutter portion 32b which is the other end of the arm 32 and the reference slit T provided at a predetermined position of the rotating body 31 are made to coincide with each other. The number of rotations of the rotating body 31 is detected as 1 based on the signal. The feature of this technical example 3 is that the backlash between the gears due to backlash or the like can be eliminated because no gear is used for transmission of rotation.
JP-T-2002-53858 JP 2002-206910 A Japanese Utility Model Publication No. 5-23037

しかし、技術例1の回転角度検出装置10においては、回転体11の回転角度の検出を、回転体11に噛合する第一の検出歯車12と第二の検出歯車13による二つの歯車12、13の回転を検出して行うため、回転動作開始時や逆回転時に、回転体11の駆動歯車11aと第一の検出歯車12及び第二の検出歯車13の二箇所の隙間によるガタツキの発生(バックラッシュの発生を含む)によって角度検出に誤差が生じやすい。特にペア歯車が多くなればなるほどこの誤差が大きくなるおそれがある。また、検出しようとする回転角度の範囲が大きくなると、回転体11と二つの検出歯車の周期的関係から、各々の歯車の歯数を多くする必要があり、装置全体の小型化を図ることが困難となる課題もある。   However, in the rotation angle detection device 10 of the technical example 1, the detection of the rotation angle of the rotating body 11 is performed by two gears 12 and 13 including a first detection gear 12 and a second detection gear 13 that mesh with the rotating body 11. Therefore, when the rotation operation starts or reverse rotation, rattling occurs due to the gap between the drive gear 11a of the rotating body 11 and the first detection gear 12 and the second detection gear 13 (backward). An error is likely to occur in angle detection due to the occurrence of rush. In particular, this error may increase as the number of paired gears increases. Further, when the range of the rotation angle to be detected is increased, it is necessary to increase the number of teeth of each gear from the periodic relationship between the rotating body 11 and the two detection gears, and the overall apparatus can be reduced in size. There are also challenges that become difficult.

技術例2の回転角度検出装置20においては、回転角度に比例して電圧が出力されるが、磁界変化を検出する回路にも検出限界があり、検出する回転角度が大きくなるに従い検出精度が落ちるため、高精度検出を全域にわたって維持することが困難となる。この場合、検出限界を小さくし、性能的に向上させようとすれば、装置自体の製造コストが高価になるという問題が生じる。また、検出できる回転角度が大きくなるに従い、移動体24の移動距離が長くなるため、装置の小型化を図ることが困難となる課題もある。   In the rotation angle detection device 20 of the technical example 2, a voltage is output in proportion to the rotation angle. However, the detection circuit also has a detection limit, and the detection accuracy decreases as the rotation angle detected increases. Therefore, it becomes difficult to maintain high-precision detection over the entire area. In this case, if the detection limit is reduced and the performance is improved, there arises a problem that the manufacturing cost of the device itself becomes expensive. In addition, as the rotation angle that can be detected increases, the moving distance of the moving body 24 becomes longer, which makes it difficult to reduce the size of the apparatus.

また、技術例3の回転センサ30においては、歯車を装備していないため技術例1や技術例2のように歯車間に生ずるガタツキ等による角度検出の誤差発生は解消できる。しかしながら、ステアリングホイールのニュートラル位置とアームの窓部、基準スリットを同時に一致させることは、機構上精度を要し、精密加工が要請される。従って量産には適さず装置の製造コストが嵩む。また、技術例3では、アーム32の先端部32aが回転体31のニュートラル位置に来たときにアーム32の窓部Sと基準スリットTが合致することによって回転体31が1回転したとしてリセットすることになっているから、回転体31に螺旋状の溝部31bを設けた趣旨は、回転体31の回転角度を直接検出することを目的として設けたものではない(回転角度の検出は回転体31の外周近傍周囲に多数刻設した計数用スリット31aを検出手段によって検出するものである)。   In addition, since the rotation sensor 30 of the technical example 3 is not equipped with a gear, it is possible to eliminate the occurrence of an angle detection error due to rattling or the like generated between the gears as in the technical example 1 and the technical example 2. However, simultaneously adjusting the neutral position of the steering wheel, the window portion of the arm, and the reference slit requires accuracy in terms of mechanism, and precision machining is required. Therefore, it is not suitable for mass production, and the manufacturing cost of the apparatus increases. Further, in the technical example 3, when the tip 32a of the arm 32 comes to the neutral position of the rotating body 31, the window 31 S of the arm 32 and the reference slit T coincide with each other to reset the rotating body 31 as one rotation. Therefore, the purpose of providing the spiral groove 31b in the rotating body 31 is not provided for the purpose of directly detecting the rotation angle of the rotating body 31 (the detection of the rotation angle is not performed). The detecting means detects a large number of counting slits 31a provided in the vicinity of the outer periphery of the outer periphery.

従って、本発明は、これらの技術例の有する課題を解決し、回転体の回転角度、特にその絶対角度の検出をコンパクトな機構によって簡単、かつ高精度に行うことを可能とする回転角度検出装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the problems of these technical examples and makes it possible to easily and highly accurately detect the rotation angle of the rotating body, in particular, the absolute angle thereof by a compact mechanism. The purpose is to provide.

本発明は、上記の目的を達成するために、第一の歯を有し、上面に螺旋状の溝部が形成された回転体と、前記回転体の溝部に沿って移動する移動体と、前記回転体が回転したとき前記移動体の移動角度を検出する回転体用角度センサと、前記回転体の第一の歯と噛合する第二の歯を有し、前記回転体の回転に伴って回転する歯車と、前記歯車の回転角度を検出する歯車用角度センサと、前記回転体用角度センサと前記歯車用角度センサの両出力信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する演算部を備えたことを特徴とする。従って、回転体用角度センサと歯車用角度センサの両出力信号に基づいて高精度の回転体の回転角度(絶対角度)を検出することができる。   In order to achieve the above object, the present invention provides a rotating body having first teeth and having a spiral groove formed on the upper surface, a moving body that moves along the groove of the rotating body, A rotating body angle sensor that detects a moving angle of the moving body when the rotating body rotates, and a second tooth that meshes with the first tooth of the rotating body, and rotates as the rotating body rotates. And a gear angle sensor for detecting the rotation angle of the gear, and an arithmetic unit for detecting the rotation angle of the rotating body based on both output signals of the angle sensor for the rotating body and the angle sensor for the gear. It is characterized by that. Therefore, it is possible to detect the rotation angle (absolute angle) of the rotating body with high accuracy based on both output signals of the rotating body angle sensor and the gear angle sensor.

この場合、前記歯車の第二の歯の歯数は、前記回転体の第一の歯の歯数より少ないこと
が好ましい。回転体の歯数に対して歯車の歯数を少なくすればするほど歯車用角度センサの出力信号の波形ピッチが小さくなるから、回転体用角度センサとの関係で解像度の高い回転体の回転角度(絶対角度)を検出することができる。
In this case, it is preferable that the number of teeth of the second tooth of the gear is smaller than the number of teeth of the first tooth of the rotating body. The smaller the number of gear teeth relative to the number of teeth of the rotating body, the smaller the waveform pitch of the output signal of the gear angle sensor. Therefore, the rotational angle of the rotating body with high resolution in relation to the angle sensor for rotating bodies (Absolute angle) can be detected.

また、前記回転体用角度センサと前記歯車用角度センサは、ホール素子又は磁気抵抗素子によって角度検出を行うことが好ましい。これらの効果を利用した角度センサによって、回転体しいては歯車の停止状態における動かない磁気でも検出でき(ホール素子利用)、回転方向の検出も容易できるからである(磁気抵抗素子利用)。   Moreover, it is preferable that the angle sensor for rotating bodies and the angle sensor for gears perform angle detection by a Hall element or a magnetoresistive element. This is because an angle sensor using these effects can detect even a magnet that does not move when the rotating body is in a stopped state of a gear (using a Hall element) and can easily detect the direction of rotation (using a magnetoresistive element).

また、前記移動体は、支点を中心に円弧状に回動するアームの一端に取り付けられて前記溝内に位置するヘッドであることが好ましい。ヘッドがピックアップ方式で螺旋状の溝部を確実にトレースできる。   Moreover, it is preferable that the said moving body is a head which is attached to the end of the arm which rotates circularly centering on a fulcrum, and is located in the said groove | channel. The head can reliably trace the spiral groove by the pickup method.

また、前記移動体は、前記溝部と直交する固定アームに移動可能に取り付けられたヘッドであって、前記回転体用角度センサは、前記移動体の移動位置を検出する回転体用位置センサとすることが好ましい。ヘッドがリニアトラッキング方式でオーバーハングなく螺旋状の溝部をより一層確実にトレースできる。   The moving body is a head movably attached to a fixed arm orthogonal to the groove, and the rotating body angle sensor is a rotating body position sensor that detects a moving position of the moving body. It is preferable. The head can be traced more reliably with a linear tracking system without overhanging the spiral groove.

本発明の回転角度検出装置によれば、回転角度の検出を回転体の溝部を移動するアームによって回転数検出を行い、歯車によって回転数ごとの角度検出をそれぞれ検出分担させると共に、同時に発せられる信号出力の波形の相互の関係を読み取り、解析することによって精度の高い回転体の回転角度(絶対角度)の検出ができる。また、機構上においても回転体に対し、回転を伝達する歯車は1つのみであるから、極めて簡単な構造を有し、装置全体として小型化を図ることができる。   According to the rotation angle detection device of the present invention, the rotation angle is detected by the arm that moves the groove portion of the rotating body, and the angle detection for each rotation number is detected and shared by the gears, and the signal that is simultaneously generated. By reading and analyzing the relationship between the output waveforms, the rotation angle (absolute angle) of the rotating body can be detected with high accuracy. Also, since there is only one gear that transmits rotation to the rotating body in terms of the mechanism, it has a very simple structure and can be downsized as a whole device.

次に、本発明の実施をするための最良の形態を、図1〜3に基づいて説明する。図1は、本発明の回転角度検出装置の一実施例の要部斜視図、図2は、その平面図、図3は、移動体のヘッドの回転体の溝部への納まり断面図である。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of a main part of an embodiment of the rotation angle detecting device of the present invention, FIG. 2 is a plan view thereof, and FIG. 3 is a sectional view of a moving body in a groove of a rotating body.

回転角度検出装置1は、回転体2、移動体4、アーム5、歯車7を主要メカニズムとし、回転体用角度センサ6、歯車5に搭載した磁石8aと半導体MR素子8bからなる磁気抵抗センサの歯車用角度センサ8、回転体用角度センサ6および歯車用角度センサ8からの出力信号を電気的に変換して波形化する演算部9を電気系統として構成されている。   The rotation angle detection device 1 is a magnetoresistive sensor comprising a rotating body 2, a moving body 4, an arm 5, and a gear 7 as main mechanisms, and an angle sensor 6 for the rotating body, a magnet 8a mounted on the gear 5, and a semiconductor MR element 8b. An arithmetic unit 9 that electrically converts output signals from the gear angle sensor 8, the rotating body angle sensor 6, and the gear angle sensor 8 into a waveform is configured as an electrical system.

回転体2は、その中心の透孔がステアリングシャフト3に嵌入固定されて、ステアリングシャフト3の回転に従って時計および反時計回りに回転する。ステアリングシャフト3は一般的にステアリングホイールを時計および反時計回りに3〜6回転させると、左右いっぱいに切れてロック・ツー・ロックするようになっているので、回転体2もこの回転数の範囲で回転する。   The rotating body 2 has a central through-hole inserted into and fixed to the steering shaft 3 and rotates clockwise and counterclockwise as the steering shaft 3 rotates. In general, the steering shaft 3 is cut to the left and right to lock and lock when the steering wheel is rotated 3 to 6 clockwise and counterclockwise. Rotate with.

回転体2の一方のディスク面(図1の上面)には、外周から中心に向けて螺旋状の溝部2bが形成されている。この溝部2bは回転体2の回転数範囲の数だけあれば足りるから
6周としてある。
On one disk surface (the upper surface in FIG. 1) of the rotating body 2, a spiral groove 2b is formed from the outer periphery toward the center. Since this groove portion 2b is sufficient as long as the number of rotations of the rotary body 2 is sufficient, the number of rotations is two.

回転体2の外周には、第一の歯2aが刻設されている。   First teeth 2 a are engraved on the outer periphery of the rotating body 2.

移動体4は、位置が固定されている回転体用角度センサ6、回転体用角度センサ6に支持され回動自在のアーム5およびアーム5の先端に装着された移動体となるヘッド4とで構成されている。ヘッド4は回転体2の溝部2bをトレース(図3参照)することによって、回転体2の回転に追随してアーム5が溝部2bの内外周間を湾曲状の軌跡を描きながら移動するようになっている。溝部2bの円形状の渦巻数は6周に設定してある。   The moving body 4 includes a rotating body angle sensor 6 whose position is fixed, a rotatable arm 5 supported by the rotating body angle sensor 6, and a head 4 serving as a moving body mounted on the tip of the arm 5. It is configured. The head 4 traces the groove 2b of the rotating body 2 (see FIG. 3) so that the arm 5 moves while drawing a curved locus between the inner and outer circumferences of the groove 2b following the rotation of the rotating body 2. It has become. The number of circular spirals of the groove portion 2b is set to six.

歯車7は、第二の歯7aを有し、この第二の歯7aは回転体2の第一の歯2aと噛合している。第二の歯7aの歯数は第一の歯2aの歯数より少ないので歯車7は、回転体2より回転数が大きくなる。歯車7には、歯車用角度センサ8の一方となる磁石8aが搭載されている。磁石8aは歯車7の略中心に搭載されて歯車7の回転とともに回転する。また、磁石8aの磁力の変化を検出する磁気検出素子(例えばMR素子)8bが磁石8aに非接触状態で対向して固定され、これら磁石8aと磁気検出素子8bとで歯車用角度センサ8が構成されている。   The gear 7 has second teeth 7 a, and the second teeth 7 a mesh with the first teeth 2 a of the rotating body 2. Since the number of teeth of the second tooth 7 a is smaller than the number of teeth of the first tooth 2 a, the rotation speed of the gear 7 is larger than that of the rotating body 2. The gear 7 is equipped with a magnet 8 a that is one of the gear angle sensors 8. The magnet 8 a is mounted substantially at the center of the gear 7 and rotates with the rotation of the gear 7. A magnetism detecting element (for example, MR element) 8b for detecting a change in magnetic force of the magnet 8a is fixed to the magnet 8a in a non-contact state, and the gear angle sensor 8 is configured by the magnet 8a and the magnetism detecting element 8b. It is configured.

回転体用角度センサ6および歯車用角度センサ8からの出力された信号は演算部9に送信され、演算部9にて処理されて電気的に電圧変換され、それぞれ波形化される(図4参照)。   Signals output from the rotary body angle sensor 6 and the gear angle sensor 8 are transmitted to the arithmetic unit 9, where the arithmetic unit 9 processes and electrically converts the voltage into waveforms (see FIG. 4). ).

さて、以上の構成において、ステアリングを回転させると、回転体2が同時に回転し、これに伴ってアーム5は溝部2bの外周側(または最外周と最内周の中間である最外周から3周目の位置でもよい。)を起点として内周方向に円弧状の軌跡を描きながら移動する。ここでステアリングの回転は6回転でロック・ツー・ロックされるので、回転体2も最大6回転する。前記した技術例3のようにアーム5が溝部2bを1周するごとに回転体用角度センサ6が出力信号をリセット信号として出力することはなく、回転体用角度センサ6からの出力信号は電圧変換される。図4(a)は、このことを示す回転体用角度センサ6からの出力信号を処理変換した波形図である。波形は直線状となる。この波形は起点の1V電圧から次第に電圧が上昇し、例えば回転体2が時計回りに6回転したときに4Vに達するようになっている。また、電圧が4Vに達して回転体2が回転を停止したときに電圧を1Vにリセットし、反時計回りにステアリングを回転させると図4(a)とは反対形相の波形が形成される。   In the above configuration, when the steering wheel is rotated, the rotating body 2 is rotated at the same time, and the arm 5 is rotated three times from the outermost side of the groove portion 2b (or from the outermost periphery which is intermediate between the outermost and innermost periphery). It may be the position of the eye.) Starting from the starting point, it moves while drawing an arc-shaped locus in the inner circumferential direction. Here, the rotation of the steering wheel is locked-to-locked with 6 rotations, so the rotating body 2 also rotates 6 times at maximum. The rotating body angle sensor 6 does not output the output signal as a reset signal every time the arm 5 makes one round of the groove 2b as in the above-described Technical Example 3, and the output signal from the rotating body angle sensor 6 is a voltage. Converted. FIG. 4A is a waveform diagram obtained by processing conversion of the output signal from the rotating body angle sensor 6 showing this. The waveform is linear. This waveform gradually increases from the starting 1V voltage, and reaches 4V when the rotating body 2 rotates six times clockwise, for example. When the voltage reaches 4V and the rotating body 2 stops rotating, the voltage is reset to 1V and the steering is rotated counterclockwise, and a waveform having a phase opposite to that in FIG. 4A is formed.

歯車7は回転体2の第一の歯2aと噛合しているので、回転体2が回転すると歯車7も同時に回転する。歯車7の回転に伴って歯車7に装着した磁石8aの磁力が漸次変化する。この変化の強弱を磁気検出素子8bが検知し、その検知信号を演算部9に送信する。   Since the gear 7 meshes with the first teeth 2a of the rotating body 2, when the rotating body 2 rotates, the gear 7 also rotates simultaneously. As the gear 7 rotates, the magnetic force of the magnet 8a attached to the gear 7 gradually changes. The magnetic detection element 8b detects the intensity of this change, and transmits the detection signal to the arithmetic unit 9.

演算部9では、受信した検知信号を演算処理して電圧に変換した波形図を生成する。図4(b)は、この波形を示す波形図である。   The calculation unit 9 generates a waveform diagram obtained by calculating the received detection signal and converting it to a voltage. FIG. 4B is a waveform diagram showing this waveform.

ここで例えば、歯車7の回転数を回転体2の4倍に設定したとする。すると回転体2が6回転すると歯車7は24回転する。磁気検出素子8bは磁石8aが180度回転するたびに1周期の信号を出力する。したがって、回転体2が一定の角速度で回転すると、磁気検出素子8bから回転体2が45度回転する毎に1V〜4Vの鋸歯状の信号Q、Q、Q、・・・を24回発する。そこで例えば、溝部2aの内外周の中央(6巻きの螺旋溝部の外周又は内周から3巻き目の位置)をステアリングのニュートラル位置に設定すれば、鋸歯状の信号Q、Q、Q、・・・は、ニュートラル位置の左右(図4)方向に12回ずつ振り分けられて発生することになる。ただし、ステアリングはニュートラル位置から時計周りおよび反時計回りに3回転したときにロック・ツー・ロックするようになる。 Here, for example, it is assumed that the rotational speed of the gear 7 is set to four times that of the rotating body 2. Then, when the rotating body 2 rotates 6 times, the gear 7 rotates 24 times. The magnetic detection element 8b outputs a signal of one cycle every time the magnet 8a rotates 180 degrees. Therefore, when the rotator 2 rotates at a constant angular velocity, every time the rotator 2 rotates 45 degrees from the magnetic detection element 8b, the sawtooth signals Q 1 , Q 2 , Q 3 ,. Cycle. Therefore, for example, if the center of the inner and outer periphery of the groove 2a (the outer periphery of the six-turn spiral groove or the third winding position from the inner periphery) is set as the neutral position of the steering, the sawtooth signals Q 1 , Q 2 , Q 3 ,... Are generated 12 times each in the left and right (FIG. 4) direction of the neutral position. However, the steering is locked-to-locked when the steering wheel rotates three times clockwise and counterclockwise from the neutral position.

以上のように,演算部9によって回転体用角度センサ6からは図4(a)に示すような直線状の電圧波形が、また歯車用角度センサ8からは図4(b)に示すような鋸歯状の電圧波形が得られる。そこで例えば回転体用角度センサ6からの波形をメインとし、歯車用角度センサ8からの波形をサブと捉え、この2つの波形から回転体2の回転角度(絶対角度)を計測する演算処理回路を演算回路7に組み入れることにより、回転体2の回転角度(絶対角度)の解像度を一層高めることができる。例えば図4(a)の波形上のある点P1を図4(b)の波形上に投影してP2を求めるようにする。   As described above, the calculation unit 9 produces a linear voltage waveform as shown in FIG. 4 (a) from the rotating body angle sensor 6 and from the gear angle sensor 8 as shown in FIG. 4 (b). A sawtooth voltage waveform is obtained. Therefore, for example, an arithmetic processing circuit that takes the waveform from the angle sensor 6 for the rotating body as the main, the waveform from the angle sensor 8 for the gear as the sub, and measures the rotation angle (absolute angle) of the rotating body 2 from these two waveforms. By incorporating it in the arithmetic circuit 7, the resolution of the rotation angle (absolute angle) of the rotating body 2 can be further increased. For example, a certain point P1 on the waveform of FIG. 4A is projected on the waveform of FIG. 4B to obtain P2.

また、図4(a)、(b)の波形を別個に処理することにより、図4(a)の波形から若干ラフではあるが回転体2の回転数を検出することができ、図4(b)の波形から回転体2のその回転数における回転角度(絶対角度)を計測することができる。   Further, by separately processing the waveforms of FIGS. 4A and 4B, the rotational speed of the rotating body 2 can be detected from the waveform of FIG. The rotation angle (absolute angle) at the number of rotations of the rotating body 2 can be measured from the waveform of b).

つまり図4(a)、(b)の電圧波形を個別に処理して回転体2の回転角度(絶対角度)の精度を高めることができるばかりでなく、両電圧波形を合成等して回転体2の回転角度(絶対角度)の精度を一層高めることもできる。   That is, not only can the voltage waveforms in FIGS. 4A and 4B be individually processed to increase the accuracy of the rotation angle (absolute angle) of the rotating body 2, but also the rotating body can be synthesized by synthesizing both voltage waveforms. The accuracy of the rotation angle (absolute angle) of 2 can be further increased.

磁気検出素子8bをMR素子とすれば、磁石8aが不動の状態(回転体2、歯車7が回転していない状態)においても磁力の方向となる回転体2の角度位置を絶対値として検出することができるから、本回転角度検出装置1のシステムに電源投入を遮断している状態において、ステアリングを回転させたとしても回転体2の回転角度(絶対角度)が狂ってしまうことはない。   If the magnetic detection element 8b is an MR element, the angular position of the rotating body 2 in the direction of the magnetic force is detected as an absolute value even when the magnet 8a is stationary (the rotating body 2 and the gear 7 are not rotating). Therefore, the rotation angle (absolute angle) of the rotating body 2 does not go out of order even when the steering is rotated in a state where the power supply to the system of the rotation angle detection device 1 is cut off.

また、回転体用角度センサ6の出力信号から得られる図4(a)の直線状の波形は、傾斜角θが大きいほど回転体2の回転角度(絶対角度)を高精度に検出するためには有利であると考えられる。回転体2のわずかな回転によって電圧の変化が大きくなれば、傾斜角θも比例的に大きくなるから、微妙な電圧変化をアナログ検出することができるからである。この傾斜角θは、溝部2aの溝幅や溝間の間隔に影響される。例えば、溝間の寸法を大きくすればアーム4bの移動軌跡が大きくなるから傾斜角θも大きくなる。ただし、このようにするには回転体2の径を必然的に大きくせざるを得なくなって装置の小型化に反する。この点本発明では、たとえ傾斜角θを小さくして傾斜勾配が緩やかな波形であったとしても、図4(a)のある波形点における同図(b)の波形を読み取ることができる演算回路も組み入れられているので、回転体2の転角度(絶対角度)の高解像度を求めることができる。   Further, the linear waveform of FIG. 4A obtained from the output signal of the angle sensor 6 for the rotating body is for detecting the rotation angle (absolute angle) of the rotating body 2 with higher accuracy as the inclination angle θ is larger. Is considered advantageous. This is because if the voltage change is increased by a slight rotation of the rotating body 2, the inclination angle θ is also increased proportionally, so that a subtle voltage change can be detected in analog. This inclination angle θ is affected by the groove width of the groove 2a and the interval between the grooves. For example, if the dimension between the grooves is increased, the movement locus of the arm 4b is increased, so that the inclination angle θ is also increased. However, in order to do this, the diameter of the rotating body 2 must be increased inevitably, which goes against the downsizing of the apparatus. In this regard, in the present invention, even if the inclination angle θ is reduced and the inclination gradient is a gentle waveform, the arithmetic circuit can read the waveform of FIG. 4B at a certain waveform point in FIG. Is also incorporated, so that a high resolution of the rotation angle (absolute angle) of the rotating body 2 can be obtained.

なお、図5は、アーム5を回転体用位置センサ6aに固定し、移動体であるヘッド4をそのアーム5に沿って図示する矢印方向に移動できるようにしたリニアトラッキング方式としたものである。この方式によれば、ヘッド4がピックアップ方式で発生するオーバーハングがなくなり螺旋状の溝部をより一層確実にトレースできる。   FIG. 5 shows a linear tracking system in which the arm 5 is fixed to the position sensor 6a for the rotating body, and the head 4 as a moving body can be moved along the arm 5 in the direction of the arrow shown in the figure. . According to this method, the head 4 can eliminate the overhang generated by the pickup method, and the spiral groove can be traced more reliably.

以上、本発明による回転角度検出装置によれば、(1)回転体とシンプルな移動体及び一つの歯車によって駆動主体が構成されているので、装置をコンパクトなものとすることができる。(2)回転体用角度センサおよび歯車用角度センサから得られる波形を相互に関連付けることによって解像度の高い回転体の回転角度(絶対角度)を計測することができる。   As described above, according to the rotation angle detection device of the present invention, (1) the driving main body is configured by the rotating body, the simple moving body, and one gear, and therefore the apparatus can be made compact. (2) By correlating the waveforms obtained from the angle sensor for the rotating body and the angle sensor for the gear, the rotation angle (absolute angle) of the rotating body with high resolution can be measured.

本発明の回転角度検出装置の一実施例の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of one Example of the rotation angle detection apparatus of this invention. 図1の平面図である。It is a top view of FIG. 移動体のヘッドと回転体の溝部の納まり断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a moving body head and a groove portion of a rotating body. 演算回路における波形出力図であって(a)は、回転体用角度センサから得られた波形図、(b)は、歯車用角度センサから得られた波形図である。It is a waveform output diagram in the arithmetic circuit, (a) is a waveform diagram obtained from the angle sensor for rotating bodies, (b) is a waveform diagram obtained from the angle sensor for gears. アームに対する移動体の他の取付け例である。It is the other example of attachment of the moving body with respect to an arm. 技術例1の回転角度検出装置の斜視図である。It is a perspective view of the rotation angle detection apparatus of the technical example 1. FIG. 技術例2の回転角度検出装置の斜視図である。It is a perspective view of the rotation angle detection apparatus of the technical example 2. FIG. 技術例3の回転角度検出装置の平面図である。It is a top view of the rotation angle detection apparatus of the technical example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1、10、20 回転角度検出装置
30 回転センサ
2 回転体
2b 溝部
3 ステアリングシャフト
4 移動体
6 回転体用角度センサ
7 歯車
8 歯車用角度センサ
9 演算部
1, 10, 20 Rotation angle detection device
30 Rotation sensor
2 Rotating body
2b Groove
3 Steering shaft
4 moving objects
6 Angle sensor for rotating body
7 Gear
8 Angle sensor for gears
9 Calculation unit

Claims (5)

第一の歯を有し、上面に螺旋状の溝部が形成された回転体と、
前記回転体の溝部に沿って移動する移動体と、
前記回転体が回転したとき前記移動体の移動角度を検出する回転体用角度センサと、
前記回転体の第一の歯と噛合する第二の歯を有し、前記回転体の回転に伴って回転する歯車と、
前記歯車の回転角度を検出する歯車用角度センサと、
前記回転体用角度センサと前記歯車用角度センサの両出力信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する演算部を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
A rotating body having first teeth and having a spiral groove formed on the upper surface;
A moving body that moves along the groove of the rotating body;
An angle sensor for a rotating body that detects a moving angle of the moving body when the rotating body rotates;
A gear having a second tooth meshing with the first tooth of the rotating body, and rotating with the rotation of the rotating body;
A gear angle sensor for detecting a rotation angle of the gear;
A rotation angle detection apparatus comprising: an arithmetic unit that detects a rotation angle of the rotating body based on both output signals of the rotating body angle sensor and the gear angle sensor.
前記歯車の第二の歯の歯数は、前記回転体の第一の歯の歯数より少ないことを特徴とする請求項1記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the number of teeth of the second teeth of the gear is smaller than the number of teeth of the first teeth of the rotating body. 前記回転体用角度センサと前記歯車用角度センサは、ホール素子又は磁気抵抗素子によって角度検出を行うことを特徴とする請求項1記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the angle sensor for the rotating body and the angle sensor for the gear perform angle detection by a Hall element or a magnetoresistive element. 前記移動体は、支点を中心に円弧状に回動するアームの一端に取り付けられて前記溝内に位置するヘッドであることを特徴とする請求項1記載の回転角度検出装置。   2. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the movable body is a head that is attached to one end of an arm that rotates in an arc shape around a fulcrum and is positioned in the groove. 前記移動体は、前記溝部と直交する固定アームに移動可能に取り付けられたヘッドであって、前記回転体用角度センサは、前記移動体の移動位置を検出する回転体用位置センサとすることを特徴とする請求項1記載の回転角度検出装置。   The moving body is a head movably attached to a fixed arm orthogonal to the groove portion, and the rotating body angle sensor is a rotating body position sensor that detects a moving position of the moving body. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle detection device is a rotation angle detection device.
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