JP2006284237A - Rotation angle sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステアリングシャフトによる操舵角等の回転体の回転角度を検出する回転角度センサに係り、電源投入時に瞬時に回転角度が検出できる回転角度センサに関する。 The present invention relates to a rotation angle sensor that detects a rotation angle of a rotating body such as a steering angle by a steering shaft, and relates to a rotation angle sensor that can instantaneously detect a rotation angle when power is turned on.
従来、ステアリングシャフトによる操舵角は、図7のような回転角度センサで検出されている。 Conventionally, the steering angle by the steering shaft is detected by a rotation angle sensor as shown in FIG.
この回転角度センサは、2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせにより絶対操舵角を求めるようになっている。絶対操舵角とは、ステアリングシャフト73のように複数回転(多回転とも言う)する回転体について1回転目、2回転目、3回転目、…の回転角度を各々区別できるよう、360度を越えても0度にキャンセルされないで増加していく絶対回転角度でもって表した操舵角のことである。
This rotation angle sensor obtains an absolute steering angle by a combination of output signals of the two sensors 71 and 72. The absolute steering angle exceeds 360 degrees so that the rotation angle of the first rotation, the second rotation, the third rotation,... Can be distinguished from each other for a rotating body that rotates a plurality of times (also referred to as multiple rotations) like the
すなわち、第一センサ71は、車両のステアリングシャフト73に連結されてステアリングシャフト73と同じ回転角度で回転する光エンコーダ板74と、車両に固定されたLED及びPD(図示せず)からなる光エンコーダモジュール75とで構成されている。光エンコーダ板74は、ステアリングシャフト73の周囲360度を囲む円盤であり、360度に応じたグレイコード又はビットコードからなるコード値に従ってスリット(詳しい形状は略)76が設けられている。光エンコーダモジュール75は、径方向所定の位置に分散配置された複数の検出ポイント77においてLEDとPDのペアで光エンコーダ板74を挟んで向かい合わせになる構成である。光エンコーダ板74が回転すると、LEDから発せられる光がスリット76を通過してPDから出力電圧が得られ、スリット76以外で光が遮られてPDの出力電圧がゼロになる。LEDとPDのペアが複数あるので、各PDの出力電圧のパターンをグレイコード又はビットコードに照らし合わせると、360度の範囲の回転角度を検出することができる。
That is, the first sensor 71 is an optical encoder plate 74 that is connected to a
第二センサ72は、ステアリングシャフト73に取り付けられてステアリングシャフト73と同じ回転角度で回転する歯車78と、この歯車78に噛み合ってステアリングシャフト73よりも増速(例えば、1.75倍)した回転角度で回転する歯車79と、この歯車79に内蔵された磁石70と、磁石70の回転により変化する磁束密度を検出するMRセンサ(図示せず)とを備える。これにより、歯車79の回転角度が磁束密度の変化でもって検出できる。磁束密度の変化は歯車79の1周を周期とするが、歯車79が歯車78より増速していることにより、ステアリングシャフト73の1回転より早く変化する。
The second sensor 72 is attached to the
これら2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせは、ステアリングシャフト73が1回転したときと2回転、あるいはそれ以上回転したしたときとで異なる。そこで、マイコン等を使用した演算回路にて出力信号の組み合わせと絶対操舵角との関係をあらかじめ記憶したテーブルを参照することで絶対操舵角を求めることができる。ただし、絶対操舵角が異なっても2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせが重複する場合があり、その場合はこれら2つのセンサ71,72の出力信号の時間的な変化を見て、前後の変化値を参考にして絶対操舵角を特定する。
The combination of the output signals of these two sensors 71 and 72 differs between when the
従来技術では、2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせでもって絶対操舵角を求めている。しかし、第一センサ71は光エンコーダ方式であるため、回転角度の分解能が悪い。このため2つのセンサ71,72の出力信号の組み合わせが重複する場合が出てくる。すると、各センサ出力の前後の変化値から絶対操舵角を求める必要がある。変化値を出すためには、ステアリングシャフト73を回転させる必要がある。
In the prior art, the absolute steering angle is obtained by a combination of output signals of the two sensors 71 and 72. However, since the first sensor 71 is an optical encoder system, the resolution of the rotation angle is poor. For this reason, the combination of the output signals of the two sensors 71 and 72 sometimes overlaps. Then, it is necessary to obtain the absolute steering angle from the change values before and after each sensor output. In order to output the change value, it is necessary to rotate the
ステアリングシャフト73を回転させて各センサ出力の前後の変化値を検出しなければ絶対操舵角が求まらないということは、車両においてメイン電源を入れた瞬間には絶対操舵角が出ないということである。これは、車両の運転操作において不便なことである。車両に限らず、複数回転する回転体の絶対回転角度を検出する分野においても、問題である。
The fact that the absolute steering angle cannot be obtained unless the change value before and after each sensor output is detected by rotating the
光エンコーダ方式においては、一般に、アブソリュート型を用いるとメイン電源を入れた瞬間に回転角度が読み取れる反面、検出精度を上げようとしてビット数を増やすと光エンコーダ板の径が大きくなってしまうという問題があり、インクリメント型を用いると電源オフ時にカウント値を保持するためのバックアップ電源が必要になるという問題がある。 In the optical encoder method, in general, when the absolute type is used, the rotation angle can be read at the moment when the main power is turned on, but when the number of bits is increased to increase the detection accuracy, the diameter of the optical encoder plate increases. When the increment type is used, there is a problem that a backup power source is required to hold the count value when the power is turned off.
このほかに、回転角度センサの消費電力を減らしたい要望、温度等の周囲環境による影響を減らしたい要望、センサの特性が材料に影響されにくいようにしたい要望などがある。 In addition, there are demands for reducing the power consumption of the rotation angle sensor, demands for reducing the influence of the surrounding environment such as temperature, and demands for making the sensor characteristics less susceptible to the material.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電源投入時に瞬時に回転角度が検出できる回転角度センサを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a rotation angle sensor capable of instantaneously detecting the rotation angle when the power is turned on.
上記目的を達成するために本発明は、径方向に磁極を有する円形磁石の周囲を環状に囲むように複数の磁気ヨークを配置し、互いに隣り合う磁気ヨーク同士を周方向に離して少なくとも2箇所のギャップを形成し、これら少なくとも2箇所のギャップに磁束密度を検出する磁性素子をそれぞれ設置し、これら磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を求める演算回路を設けたものである。 To achieve the above object, according to the present invention, a plurality of magnetic yokes are arranged so as to annularly surround a circular magnet having magnetic poles in the radial direction, and at least two magnetic yokes adjacent to each other are separated in the circumferential direction. Magnetic elements for detecting the magnetic flux density are installed in at least two gaps, and the rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke is determined from the combination of the magnetic flux densities detected by these magnetic elements. An arithmetic circuit to be obtained is provided.
円周角が90度異なる少なくとも2箇所のギャップを形成し、これら2箇所のギャップに上記磁性素子をそれぞれ設置してもよい。 It is also possible to form at least two gaps having different circumferential angles of 90 degrees, and to install the magnetic elements in these two gaps.
上記演算回路は、上記円形磁石が軸を中心に1回転する間における上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせと回転角度との関係をあらかじめテーブルに記憶しておき、検出された磁束密度の組み合わせにより該テーブルを参照して回転角度を求めるようにしてもよい。 The arithmetic circuit previously stores in a table the relationship between the combination of magnetic flux density detected by the magnetic element and the rotation angle while the circular magnet makes one rotation around the axis, and the detected combination of magnetic flux densities. Thus, the rotation angle may be obtained by referring to the table.
少なくとも2箇所のギャップに磁束密度の変化によって開閉されるリードスイッチをそれぞれ設置し、上記演算回路はこれらリードスイッチの開閉の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を粗く求めてもよい。 Reed switches that are opened / closed by a change in magnetic flux density are installed in at least two gaps, and the arithmetic circuit roughly determines the rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke from the combination of opening / closing of these reed switches. Also good.
上記演算回路は、上記リードスイッチの開閉の組み合わせ変化の履歴から上記円形磁石の回転回数を求め、この回転回数×360度に上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから求めた回転角度を加えて累積回転角を求めてもよい。 The arithmetic circuit obtains the number of rotations of the circular magnet from the history of change in combination of opening and closing of the reed switch, and adds the rotation angle obtained from the combination of magnetic flux densities detected by the magnetic element to the number of rotations × 360 degrees. The cumulative rotation angle may be obtained.
上記演算回路は、上記リードスイッチの開閉の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を粗く求める粗演算回路と、上記磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから上記円形磁石が上記磁気ヨークに対してなす回転角度を求める密演算回路と、粗演算で十分なときには上記密演算回路及び上記磁性素子への電源供給を停止し、密演算が必要なときのみに上記密演算回路及び上記磁性素子への電源供給を行う節電制御回路とを有してもよい。 The arithmetic circuit comprises: a rough arithmetic circuit that roughly obtains a rotation angle of the circular magnet with respect to the magnetic yoke from a combination of opening and closing of the reed switch; and the circular magnet is determined from the combination of magnetic flux densities detected by the magnetic element. A fine arithmetic circuit for obtaining a rotation angle made with respect to the magnetic yoke, and when the coarse arithmetic is sufficient, the fine arithmetic circuit and the magnetic element are stopped from being supplied with power, and only when the fine arithmetic is necessary, the fine arithmetic circuit and A power saving control circuit for supplying power to the magnetic element.
上記磁気ヨークとして上記円形磁石の周囲を4分割するよう4つの扇形磁気ヨークを設け、円周角が90度異なる2箇所のギャップに上記磁性素子をそれぞれ設置してもよい。 As the magnetic yoke, four fan-shaped magnetic yokes may be provided so as to divide the circumference of the circular magnet into four, and the magnetic elements may be installed in two gaps having a circumferential angle of 90 degrees.
残りの2箇所のギャップに磁束密度の変化によって開閉されるリードスイッチをそれぞれ設置してもよい。 Reed switches that can be opened and closed by changing the magnetic flux density may be installed in the remaining two gaps.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)電源投入時に瞬時に回転角度が検出できる。 (1) The rotation angle can be detected instantaneously when the power is turned on.
(2)複数回転における絶対回転角度が検出できる。 (2) The absolute rotation angle in a plurality of rotations can be detected.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明に係る回転角度センサは、径方向に磁極N,Sを有する円形磁石1の周囲を環状に囲むように複数の磁気ヨーク2を配置し、互いに隣り合う磁気ヨーク2同士を周方向に離して少なくとも2箇所のギャップ3を形成し、これら少なくとも2箇所のギャップ3に磁束密度を検出する磁性素子4をそれぞれ設置し、これら磁性素子4が検出する磁束密度の組み合わせから円形磁石1が磁気ヨーク2に対してなす回転角度を求める演算回路5を設けたものである。 円形磁石1と磁気ヨーク2は相対的に回転するようになっていればよいが、ここでは円形磁石1が軸を中心に回転し、磁気ヨーク2は固定とする。
As shown in FIG. 1, in the rotation angle sensor according to the present invention, a plurality of
円形磁石1は360度の磁化周期を有するので、N極とその180度反対側にあるS極近傍では磁束密度が高く、N極及びS極から90度のあたりでは磁束密度が低いという特性を有する。
Since the
後に述べる動作原理から明らかなように、磁気ヨーク2の個数(ギャップ3の個数)は2個以上であればよく、個々の磁気ヨーク2の形状やギャップ3同士がなす円周角は任意であるが、ここでは図示例のようにした。
As will be apparent from the operation principle described later, the number of magnetic yokes 2 (the number of gaps 3) may be two or more, and the shape of each
ギャップ3はセンサを入れるために設けるものであり、円形磁石1からの磁束が磁気ヨーク2に多く入るよう、ギャップ3は間隔を狭くするのがよい。
The
図示した回転角度センサでは、磁気ヨーク2として円形磁石1の周囲を4等分で分割するよう同形の4つの扇形磁気ヨーク2a,2b,2c,2dを設けて円周角90度おきにギャップ3a,3b,3c,3dを形成し、円周角が90度異なる2箇所のギャップ3a,3dにリニア型ホールセンサ4a,4dをそれぞれ設置してある。リニア型ホールセンサ4a,4dはそれぞれA/D変換器6に接続され、出力信号がデジタル化されて演算回路5に入力されるようになっている。
In the illustrated rotation angle sensor, the
この回転角度センサは、1回転内の回転角度(絶対回転角度)を求めるものである。その動作を以下に説明する。 This rotation angle sensor obtains a rotation angle (absolute rotation angle) within one rotation. The operation will be described below.
円形磁石1のN極からほぼ径方向外方へ出た磁束は磁気ヨーク2に入り、磁気ヨーク2によって周方向に導かれてS極側へ回り、ギャップ3を介して他の磁気ヨーク2を経て、円形磁石1のS極に向けてほぼ径方向内方へ出てS極に戻る。このとき、リニア型ホールセンサ4a,4dが互いに90度ずれた位置にあるため、一方がN極又はS極の近傍に位置しているときには他方はN極及びS極から90度のあたりに位置している。よって、例えば、一方のリニア型ホールセンサ4aの出力信号が大きいとき、他方のリニア型ホールセンサ4dの出力信号は小さい。円形磁石1が回転すると、磁極に対するリニア型ホールセンサ4a,4dの位置が変わってくるため、それぞれの出力信号が変化する。
The magnetic flux that has exited almost radially outward from the N pole of the
リニア型ホールセンサ4a,4dの感知方向をどちらに向けるかにもよるが、
出力信号が最大となるN極,S極の角度はあらかじめ知ることができるので、出力信号の変化から回転角度が求まる。
Depending on which direction the sensing direction of the linear Hall sensors 4a and 4d is directed,
Since the angles of the N pole and the S pole where the output signal becomes maximum can be known in advance, the rotation angle can be obtained from the change in the output signal.
図2に示されるように、円形磁石1の回転角度を横軸に取り、N極性を表す出力信号の大きさを上向きに、S極性を表す出力信号の大きさを下向きにした縦軸を取って、リニア型ホールセンサ4aの出力信号21とリニア型ホールセンサ4dの出力信号22とを描く。出力信号21は、S極性の最大値(この例では回転角度=0度のとき)から0(90度)へと直線的に変化し、さらにN極性の最大値(180度)まで直線的に変化し、そこから先は変化が逆になり、S極性の最大値(360度)まで直線的に変化する。これに対して出力信号22は、0(0度)からN極性の最大値(90度)まで直線的に変化したのち、S極性の最大値(270度)まで直線的に変化し、そこから0(360度)まで直線的に変化する。
As shown in FIG. 2, the horizontal axis represents the rotation angle of the
このように、2つのリニア型ホールセンサ4a,4dの出力信号21,22は位相が90度ずれて変化する。出力信号21,22の組み合わせを見ると、0度から360度直前まで同じパターンはない。つまり、出力信号21の値がαであるときに、出力信号22の値がβである回転角度は360°のなかにひとつしか存在しない。よって、出力信号21,22の組み合わせから円形磁石1の回転角度を求めることができる。
As described above, the output signals 21 and 22 of the two linear Hall sensors 4a and 4d change in phase by 90 degrees. Looking at the combination of the output signals 21 and 22, there is no same pattern from 0 degrees to just before 360 degrees. That is, when the value of the
円形磁石1がステアリングシャフトに取り付けてあり、リニア型ホールセンサ4a,4dが車両に固定されているとすると、円形磁石1の回転角度はステアリングシャフトの回転角度である。
If the
演算回路5では、円形磁石1が軸を中心に1回転する間における磁性素子4が検出する磁束密度(つまりリニア型ホールセンサ4a,4dの出力信号21,22)の組み合わせと回転角度との関係をあらかじめテーブル(図示せず)に記憶しておき、検出された磁束密度の組み合わせによりそのテーブルを参照して回転角度を求める。この結果、1回転内の回転角度、つまり絶対回転角度が出力される。
In the
次に、円形磁石の回転角度を粗く求めることができるように、及び円形磁石の回転回数を求めることができるように、本発明の回転角度センサは、図3のように構成する。 Next, the rotation angle sensor of the present invention is configured as shown in FIG. 3 so that the rotation angle of the circular magnet can be roughly determined and the number of rotations of the circular magnet can be determined.
図3に示されるように、本発明に係る回転角度センサは、少なくともつの2箇所のギャップ3に磁束密度の変化によって開閉されるリードスイッチ31をそれぞれ設置し、演算回路32がこれらリードスイッチ31の開閉の組み合わせから円形磁石1が磁気ヨーク2に対してなす回転角度を粗く求めるようにしたものである。磁気ヨーク個数、形状、ギャップの円周角についての条件は前述の磁性素子4を設ける形態と同じであるが、ここでは図1の回転角度センサにおける円形磁石1、磁気ヨーク2、磁性素子4の形状・配置と同じとし、円周角が90度異なる2箇所のギャップ3b,3cにそれぞれリードスイッチ31b,31cを設置したものを説明する。
As shown in FIG. 3, in the rotation angle sensor according to the present invention, reed switches 31 that are opened and closed by a change in magnetic flux density are installed in at least two
演算回路32は、各々のリードスイッチ31b,31cに関する入力トリガ検出回路33b,33c及びパルス生成回路34b,34cと、アップダウンカウンタ35とからなる。入力トリガ検出回路33bは、リードスイッチ31bが閉じているとき、論理値1を出力し、リードスイッチ31bが開いているとき論理値0を出力するものである(論理はこの逆でもよい)。パルス生成回路34bは、入力トリガ検出回路33bの出力の1つ目の立ち上がりエッジでトリガされて論理値1に転じ、2つ目の立ち上がりエッジでトリガされて論理値0に転じる回路である(立ち下がりエッジを用いてもよい)。入力トリガ検出回路33c及びパルス生成回路34cも同等の動作をする回路である。
The
アップダウンカウンタ35は、パルス生成回路34b,34cの出力信号に生じるイベント(立ち上がり、立ち下がり、順序など)に応じてカウント値をアップカウント又はダウンカウントすることにより、おおまかな精度(角度分解能90°)で絶対回転角度を表す。
The up / down counter 35 up-counts or counts down the count value according to an event (rising, falling, order, etc.) generated in the output signals of the
この回転角度センサは、アップダウンカウンタ35の最大値の範囲内で回転回数無限大で絶対回転角度を求めることができる。 This rotation angle sensor can determine the absolute rotation angle with an infinite number of rotations within the range of the maximum value of the up / down counter 35.
リードスイッチ31b,31cの動きを説明すると、円形磁石1から出た磁束の様子は既に図1で説明した通りである。このとき、リードスイッチ31b,31cが互いに90度ずれた位置にあるため、一方がN極又はS極の近傍に位置しているときには他方はN極及びS極から90度のあたりに位置している。よって、例えば、一方のリードスイッチ31bが閉じていると、他方のリードスイッチ31cは開いている(各リードスイッチ31b,31cはこのように開閉するよう磁力とリードの反発力を調整してあるものとする)。円形磁石1が回転すると、磁極に対するリードスイッチ31b,31cの位置が変わってくるため、それぞれの開閉状態が変化する。
The movement of the reed switches 31b and 31c will be described. The state of the magnetic flux emitted from the
図4に示されるように、円形磁石1の回転角度(ただし、図2とは0度の基準が異なる)を横軸(角度は最上のスケール付き横軸参照)に取り、ギャップ3におけるN極性の磁界の強さ(図1のような磁性素子4を挿入すれば出力信号の大きさとして取り出すことができる)を上向きに、S極性の磁界の強さを下向きにした縦軸を取って、ギャップ3bから得られる着磁パターン41及びギャップ3cから得られる着磁パターン42を描く。これは、円形磁石1の回転に伴って各ギャップ3b,3cに現れる磁界の強さの変化を表している。
As shown in FIG. 4, the rotation angle of the circular magnet 1 (however, the 0-degree standard is different from that of FIG. 2) is taken on the horizontal axis (see the horizontal axis with the highest scale), and the N polarity in the
この着磁パターン41,42の横軸と同じスケールで引いた横軸に対し、2つのリードスイッチ31b,31cの開閉波形(入力トリガ検出回路33b,33cの論理値波形)43,44と、2つのパルス生成回路34b,34cの論理値波形45,46とを描く。
With respect to the horizontal axis drawn on the same scale as the horizontal axis of the magnetized patterns 41, 42, the open / close waveforms (logical value waveforms of the input
これらの波形を見ると、回転角度が0度のときリードスイッチ31bは閉じており論理値1であるが、回転角度が少し大きくなるとリードスイッチ31bは開いて論理値0となる。回転角度が180度の少し前でリードスイッチ31bは閉じて論理値1、回転角度が180度から少し大きくなるとリードスイッチ31bは開いて論理値0となる。このように、円形磁石1の回転角度が180度増えるごとに開閉が繰り返され、リードスイッチ31bの開閉波形43はパルス波形となる。
Looking at these waveforms, when the rotation angle is 0 degree, the reed switch 31b is closed and has a logical value of 1, but when the rotational angle is slightly increased, the reed switch 31b is opened and has a logical value of 0. The reed switch 31b closes to a
パルス生成回路34bでは入力トリガ検出回路33bからパルスが2個来るごとに50%デューティで1個のパルスを出力するので、パルス生成回路34bの論理値波形45は0度から180度少し前まで論理値1、180度少し前から360度少し前まで論理値0、360度少し前から360度まで論理値1というパルス波形となり、円形磁石1の回転角度が720度、1080度…となっても同じことを繰り返す。
Since the pulse generation circuit 34b outputs one pulse with 50% duty every time two pulses are received from the input trigger detection circuit 33b, the logical value waveform 45 of the pulse generation circuit 34b is logically from 0 degree to 180 degrees before.
リードスイッチ31cの開閉波形44及びパルス生成回路34cの論理値波形46については、もはや説明するまでもなく、開閉波形43及び論理値波形45に対して位相が90度ずれて変化することは明らかである。
The open / close waveform 44 of the
2つの論理値波形45,46の論理値の組み合わせを見ると、0度少し前から360度少しまで90度ごとに異なる4種類のパターンが得られる。よって、このパターンから円形磁石1の回転角度を粗く(具体的には分解能90度で)求めることができる。
Looking at the combination of the logical values of the two logical value waveforms 45 and 46, four different patterns are obtained every 90 degrees from slightly before 0 degrees to slightly 360 degrees. Therefore, the rotation angle of the
演算回路32のアップダウンカウンタ35がパルス生成回路34b,34cの出力信号に生じるイベントに応じてカウント値を変化させる。すなわちリードスイッチ31b,31cの開閉の組み合わせ変化の履歴をカウント値として保持する。このカウント値から円形磁石1の回転回数を求めることができる。
The up / down counter 35 of the
このようにして、図3の回転角度センサは、円形磁石1の回転回数を求めることができる。
In this way, the rotation angle sensor of FIG. 3 can determine the number of rotations of the
次に、複数回転における絶対回転角度を高分解能で求めることができるように、本発明の回転角度センサは、図5のように構成する。 Next, the rotation angle sensor of the present invention is configured as shown in FIG. 5 so that the absolute rotation angle in a plurality of rotations can be obtained with high resolution.
図5の形態は、図1のものと図3のものを合体したものであるので、説明済みのものは説明を省く。演算回路51は、演算回路5と演算回路32に加えて、演算回路32が出力する回転回数を取得する回転回数取得回路52と、この回転回数に360度を乗じて回転回数分の回転角度を計算し、これに演算回路5が出力する1回転内の絶対回転角度とを加算することで、0度から累積して360度を越えてもキャンセルされずに累積を続ける回転角、つまり絶対回転角度を得る絶対回転角度演算回路53とを有する。
Since the configuration of FIG. 5 is a combination of the configuration of FIG. 1 and the configuration of FIG. The arithmetic circuit 51 includes, in addition to the
図1、図3に関する動作説明はそれぞれ詳しく行ったので、ここでは説明を要しないであろうが、図3の回転角度センサが出力する円形磁石1の回転回数でもって、0度、360度、720度、1080度…という1回転大区切りの回転角度を求め、図1の回転角度センサが出力する高分解能の絶対回転角度を上乗せするのである。
1 and FIG. 3 have been described in detail, so that the description thereof will not be required here. However, the rotation number of the
図5の形態には、さらに、節電のための構成が盛り込まれている。すなわち、演算回路51は、リードスイッチ31の開閉の組み合わせから円形磁石1が磁気ヨーク2に対してなす回転角度を粗く求める粗演算回路32と、磁性素子が検出する磁束密度の組み合わせから円形磁石1が磁気ヨーク2に対してなす回転角度を求める密演算回路5と、粗演算で十分なときには密演算回路5及び磁性素子4への電源供給を停止して粗演算回路32にだけ電源供給を行い、密演算が必要なときのみに密演算回路5及び磁性素子4への電源供給を粗演算回路32への電源供給と併せて行う節電制御回路(図示せず)とを有する。
The configuration of FIG. 5 further includes a configuration for power saving. That is, the arithmetic circuit 51 determines the
節電制御回路の詳細な部材や回路構成は説明しないが、図5の破線内に常時電源供給を行い、他の部分は必要時のみ電源供給する回路は簡単に、種々の形態で実現することができる。 The detailed members and circuit configuration of the power saving control circuit will not be described, but the circuit that constantly supplies power within the broken line in FIG. 5 and supplies power only when necessary in other parts can be easily realized in various forms. it can.
ここで、リードスイッチ31は磁力によって開閉される接点であるから駆動電力はいらない。また、分解能90度の粗い回転角度検出と回転回数検出を行う粗演算回路32は、極めて少ない個数の論理回路で構成できるため、消費電力も僅かである。一方、磁性素子4は消費電力が大きく、密演算回路5はマイコンで構成するため、消費電力が非常に大きい。そこで、節電制御回路が密演算回路5及び磁性素子4への電源供給を必要時のみに行うようにすれば、それ以外のときは粗演算回路32と節電制御回路だけに電源があればよくなり、大幅に消費電力が低減できる。粗演算回路32において回転回数検出ができているので、必要なときに密演算回路5に電源を与えて1回転内の絶対回転角度を検出すれば、複数回転での絶対回転角度を求めることができるので、この節電制御は絶対回転角度検出に対して制約・障害とはならない。
Here, since the
なお、図1、図5の回転角度センサでは、磁気ヨーク2として円形磁石1の周囲を4等分で分割するよう同形の4つの扇形磁気ヨーク2a,2b,2c,2dを設けて円周角90度おきにギャップ3a,3b,3c,3dを形成したが、この構造は磁性素子4を磁気ヨーク2で囲う構造なので、磁気ヨーク2による磁気シールド効果で磁性素子4への外来ノイズが低減できる。
In the rotation angle sensor of FIG. 1 and FIG. 5, four sector
また、上記構造によれば、磁性素子4を磁気ヨーク2で囲う構造なので、軸の偏心による磁性素子4の出力信号の変動が少ない。
Further, according to the above structure, since the
図6に、ステアリングシャフトによる操舵角を検出する回転角度センサを車両に搭載した例を示す。この車両の主要部は、ハンドル61と、ハンドル61の回転を伝達するトーションバー62と、ステアリングシャフト63と、トーションバー62に加わる回転力を増強してステアリングシャフト63に伝えるパワー機構(図示せず)と、ステアリングシャフト63の先端に設けられたピニオン64と、このピニオン64に噛み合うラック65と、このラック65の両端に連結された左右の駆動輪66,67とを有する。 FIG. 6 shows an example in which a rotation angle sensor for detecting the steering angle by the steering shaft is mounted on the vehicle. The main part of the vehicle includes a handle 61, a torsion bar 62 that transmits the rotation of the handle 61, a steering shaft 63, and a power mechanism (not shown) that increases the rotational force applied to the torsion bar 62 and transmits it to the steering shaft 63. ), A pinion 64 provided at the tip of the steering shaft 63, a rack 65 meshing with the pinion 64, and left and right drive wheels 66 and 67 connected to both ends of the rack 65.
ステアリングシャフト63の基端の操舵角検出部68には、これまで説明した円形磁石1がステアリングシャフト63と同軸に設けられており、ステアリングシャフト63の回転に伴って円形磁石1が同じ回転角度で回転するようになっている。磁気ヨーク2、磁性素子4、リードスイッチ31は円形磁石1を囲むように配置されて車両に固定されている。演算回路51は、磁性素子4、リードスイッチ31から適宜引き回された信号線に接続され、車両内の適宜な場所に設けられている。演算回路51が出力する絶対操舵角、粗い操舵角、回転回数の信号線は車両の全般的な運動を制御する運動制御用コントローラ69に接続されている。演算回路51のうち破線内は車両のメイン電源スイッチを経由せずに常時電源供給をしておくものとする。
The
従来の回転角度センサで操舵角を検出しようとすると、車両においてメイン電源を入れた直後にはセンサの変化値がないため絶対操舵角が検出できず、センサの変化値を出すために運転者がハンドルを回すなどしてステアリングシャフトを回転させる必要があった。これに対し、本発明の回転角度センサで操舵角を検出すれば、車両においてメイン電源を入れた直後でも、直ちに絶対操舵角が検出できる。 If the steering angle is detected by the conventional rotation angle sensor, the absolute steering angle cannot be detected immediately after the main power supply is turned on in the vehicle, so the absolute steering angle cannot be detected. It was necessary to rotate the steering shaft by turning the steering wheel. On the other hand, if the steering angle is detected by the rotation angle sensor of the present invention, the absolute steering angle can be detected immediately even after the main power is turned on in the vehicle.
また、従来の回転角度センサでは操舵角を検出するしないにかかわらず、光エンコーダモジュール、MRセンサ、マイコン(演算回路)に電源を供給しなければならなかった。これに対し、本発明の回転角度センサ(図5の形態)では、マイコン(密演算回路5)及び磁性素子4への電源供給を必要時以外カットできるので、電力資源が節約されると共に、バッテリを使用する車両においてはバッテリ上がりという深刻な事態を回避するのに役立つ。
In addition, the conventional rotation angle sensor has to supply power to the optical encoder module, the MR sensor, and the microcomputer (arithmetic circuit) regardless of whether the steering angle is detected. On the other hand, in the rotation angle sensor of the present invention (the form shown in FIG. 5), power supply to the microcomputer (fine calculation circuit 5) and the
本発明の回転角度センサにより、絶対操舵角が検出できるので、将来の車両の自動操縦に必要な一つの要素技術が提供できる。また、カーナビゲーションシステムを用いた自立航法にも活用できる。 Since the absolute steering angle can be detected by the rotation angle sensor of the present invention, it is possible to provide one element technology necessary for future automatic steering of the vehicle. It can also be used for self-contained navigation using a car navigation system.
1 円形磁石
2 磁気ヨーク
2a,2b,2c,2d 扇形磁気ヨーク
3,3a,3b,3c,3d ギャップ
4 磁性素子
4a,4d リニア型ホールセンサ
5 演算回路(密演算回路)
31,31b,31c リードスイッチ
32 演算回路(粗演算回路)
51 演算回路
DESCRIPTION OF
31, 31b,
51 Arithmetic circuit
Claims (8)
8. The rotation angle sensor according to claim 7, wherein reed switches that are opened and closed by changing the magnetic flux density are respectively installed in the remaining two gaps.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200059857A (en) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 현대모비스 주식회사 | Apparatus and method for compensating error of current sensor for motor current detection |
WO2021020541A1 (en) * | 2019-07-31 | 2021-02-04 | 株式会社日本アレフ | Rotation angle detection sensor |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0187211U (en) * | 1987-11-30 | 1989-06-08 | ||
JP2001141412A (en) * | 1999-11-11 | 2001-05-25 | Aisan Ind Co Ltd | Non-contact type rotating angle sensor and sensor core |
JP2002506530A (en) * | 1998-04-18 | 2002-02-26 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Angle sensor and method for angle measurement |
JP2002148015A (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-22 | Yazaki Corp | Steering angle sensor |
JP2004092590A (en) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Mitsuba Corp | Opening detecting device for throttle valve |
JP2004271495A (en) * | 2003-01-14 | 2004-09-30 | Nippon Soken Inc | Rotation angle sensor and rotation angle sensing device equipped therewith |
JP2005043228A (en) * | 2003-07-22 | 2005-02-17 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Digital angle measurement system |
-
2005
- 2005-03-31 JP JP2005101668A patent/JP2006284237A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0187211U (en) * | 1987-11-30 | 1989-06-08 | ||
JP2002506530A (en) * | 1998-04-18 | 2002-02-26 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Angle sensor and method for angle measurement |
JP2001141412A (en) * | 1999-11-11 | 2001-05-25 | Aisan Ind Co Ltd | Non-contact type rotating angle sensor and sensor core |
JP2002148015A (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-22 | Yazaki Corp | Steering angle sensor |
JP2004092590A (en) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Mitsuba Corp | Opening detecting device for throttle valve |
JP2004271495A (en) * | 2003-01-14 | 2004-09-30 | Nippon Soken Inc | Rotation angle sensor and rotation angle sensing device equipped therewith |
JP2005043228A (en) * | 2003-07-22 | 2005-02-17 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Digital angle measurement system |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200059857A (en) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 현대모비스 주식회사 | Apparatus and method for compensating error of current sensor for motor current detection |
KR102620656B1 (en) * | 2018-11-22 | 2024-01-04 | 현대모비스 주식회사 | Apparatus and method for compensating error of current sensor for motor current detection |
WO2021020541A1 (en) * | 2019-07-31 | 2021-02-04 | 株式会社日本アレフ | Rotation angle detection sensor |
JP2021025805A (en) * | 2019-07-31 | 2021-02-22 | 株式会社日本アレフ | Rotation angle detection sensor |
CN114174769A (en) * | 2019-07-31 | 2022-03-11 | 日本艾礼富株式会社 | Rotation angle detection sensor |
JP7320831B2 (en) | 2019-07-31 | 2023-08-04 | 株式会社日本アレフ | Rotation angle detection sensor |
CN114174769B (en) * | 2019-07-31 | 2024-05-10 | 日本艾礼富株式会社 | Rotation angle detection sensor |
US12027330B2 (en) | 2019-07-31 | 2024-07-02 | Nippon Aleph Co., Ltd. | Rotation angle detection sensor |
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