JP2007240177A - Rotation angle detecting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両のパワーステアリング等に用いられる回転角度検出装置に関わるものである。 The present invention relates to a rotation angle detection device used for vehicle power steering and the like.
従来、回転角を検出する方法として、例えば特許文献1に示されたような方式が知られている。図4において、51は歯車部であり、回転角を検出したい回転軸(図示せず)に、係合バネ52を介して固定して取り付けられる。51の歯車部は、外周端面に複数個の磁極53を着磁したコード板54が取り付けられた歯車部55と噛み合っており、検出する回転軸の回転にしたがって、コード板54に設けられた磁極53が移動する。この磁極53の数を外周端面に対向して設けられた磁気検知素子56でカウントすることにより、回転角を検出する。また、トーションバーを介して連結された2本の軸に上記機構を各々取り付けることにより、2本の軸間にトルクが作用して、軸間のねじれが発生した時、各々の軸の回転角を比較することによって、作用したトルクの量も検出できる。
上記構成の回転角度検出装置では、コード板54に着磁された磁極53の磁極幅は同等としており、この磁極幅を小さくすれば分解能(回転角の検出精度)が向上し、磁極幅を大きくすれば分解能が劣化するものである。 In the rotation angle detection device having the above configuration, the magnetic pole widths of the magnetic poles 53 magnetized on the code plate 54 are the same. Reducing the magnetic pole width improves the resolution (detection accuracy of the rotation angle) and increases the magnetic pole width. If so, the resolution will deteriorate.
一般に、相対回転角を検出する場合、分解能を向上するために磁極幅を小さくすれば小さくするだけ、機械角に対してより多くの同一電気角が発生する。図5は機械角に対する電気角の変化を示す三角波信号57の特性波形図であるが、図5(a)に示すように、高分解能の回転角度検出装置における三角波信号57は機械角15度ごとに同一電気角が発生し、図5(b)に示すように、低分解能の回転角度検出装置における三角波信号57は機械角30度ごとに同一電気角が発生する。例えば、10msecの周期で磁界変化を磁気検知素子により検出していた場合は、この周期を上回るような高速で軸部を回転させる(磁気検知素子の検出周期よりも軸部の回転速度が速い)と、回転角(機械角)を飛ばして検出し検出誤差を生じる恐れがある。図5では、図5(a)の方が図5(b)よりも回転角(機械角)を飛ばして検出しやすい。
In general, when the relative rotation angle is detected, the same electrical angle is generated with respect to the mechanical angle only by reducing the magnetic pole width in order to improve the resolution. FIG. 5 is a characteristic waveform diagram of the
特に、車両のバッテリーの消費を抑制するために、例えば、回転角度検出装置に消費電力を低減するための通常駆動モードとスリープ駆動モード(車両のエンジン停止時に消費電力を低減するモード)を設けた場合、通常駆動モード時は10msecの周期で検知し、スリープ駆動モード時は50msecの周期で検知させると、スリープ駆動モード時は、より角度を飛ばして検出しやすくなり検出誤差を生じる恐れがある。 In particular, in order to suppress vehicle battery consumption, for example, the rotation angle detection device is provided with a normal drive mode for reducing power consumption and a sleep drive mode (mode for reducing power consumption when the vehicle engine is stopped). In this case, if detection is performed at a cycle of 10 msec in the normal drive mode and detection is performed at a cycle of 50 msec in the sleep drive mode, the angle may be more easily detected in the sleep drive mode, which may cause a detection error.
本発明は上記問題点を解決し、角度(機械角)を飛ばして検出されることを抑制し、検出精度を向上した回転角度検出装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a rotation angle detection device that suppresses detection by skipping an angle (mechanical angle) and improves detection accuracy.
上記目的を達成するために本発明は、特に、検出手段は、ターゲットに配置した磁極と対向させて磁気検知素子を設け、前記磁気検知素子により前記磁極の磁界変化を検知して検出する手段とし、前記磁気検知素子は2つ設けるとともに前記ターゲットに配置した少なくとも2つの磁極は互いに磁極幅を異ならせており、一方の前記磁気検知素子を互いに磁極幅の異なる一方の磁極に対向させ、他方の前記磁気検知素子を互いに磁極幅の異なる他方の磁極に対向させた構成である。 In order to achieve the above object, the present invention particularly provides a detecting means provided with a magnetic sensing element facing a magnetic pole disposed on a target, and detecting and detecting a magnetic field change of the magnetic pole by the magnetic sensing element. Two magnetic sensing elements are provided, and at least two magnetic poles arranged on the target have different magnetic pole widths. One of the magnetic sensing elements is opposed to one magnetic pole having a different magnetic pole width, and the other The magnetic sensing element is configured to face the other magnetic pole having a different magnetic pole width.
上記構成により、一方の磁気検知素子を磁極幅の小さい一方の磁極に対向させ、他方の磁気検知素子を磁極幅の大きい他方の磁極に対向させれば、検出周期が遅い場合は磁極幅の大きい他方の磁極に対向させた他方の磁気検知素子によって磁界変化を検出すれば角度を飛ばして検出することを抑制できる。特に、磁極幅の大きい他方の磁極によって角度を飛ばすことなく検出し、磁極幅の小さい一方の磁極によって詳細な角度を検出すれば、角度を飛ばすことなく精度を向上した回転角の検出を行える。 With the above configuration, if one magnetic sensing element is opposed to one magnetic pole having a small magnetic pole width and the other magnetic sensing element is opposed to the other magnetic pole having a large magnetic pole width, the magnetic pole width is large when the detection cycle is slow. If a magnetic field change is detected by the other magnetic sensing element opposed to the other magnetic pole, it is possible to suppress detection by skipping the angle. In particular, if detection is performed without skipping the angle with the other magnetic pole having a larger magnetic pole width, and a detailed angle is detected with one magnetic pole with a smaller magnetic pole width, the rotation angle with improved accuracy can be detected without skipping the angle.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態における回転角度検出装置の断面図、図2は図1におけるA部の拡大平面図、図3は回転体の左右回転時における機械角に対する電気角の特性波形図である。 1 is a cross-sectional view of a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged plan view of a portion A in FIG. 1, and FIG. 3 is a characteristic waveform of an electrical angle with respect to a mechanical angle when the rotating body rotates left and right. FIG.
図1において、本発明の一実施の形態における回転角度検出装置は、トーションバー2の両端に入力軸4と出力軸6が連結された同一剛体である軸部8と、この軸部8の入力軸4に連結した第1の回転体10と、この軸部8の出力軸6に連結した第2の回転体12と、第1、第2の回転体10、12の回転角を検出する第1、第2の検出手段とを備えている。
In FIG. 1, a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention includes a
第1の回転体10は周方向に極性の異なる磁極を交互に配置した第1のターゲット14を保持し、第2の回転体12は周方向に極性の異なる磁極を交互に配置した第2のターゲット16を保持しており、これら第1、第2のターゲット14、16は周方向に異なる磁極が交互に配置された多極リング磁石からなる。この第1のターゲット14および第2のターゲット16に配置された磁極に対向する位置には、磁界の変化を検知する2つの第1の磁気検知素子18と、第2の磁気検知素子20を配置している。第1の回転体10、第2の回転体12が回転すると、これに連動して第1のターゲット14、第2のターゲット16が回転する。
The first rotating
図2に示すように、第1のターゲット14に配置した少なくとも2つの磁極は互いに磁極幅(W1、W2)を異ならせており、第1の回転体10の静止時に、一方の第1の磁気検知素子18を互いに磁極幅が異なる一方の磁極(磁極幅(W1)の磁極)に対向させ、他方の第1の磁気検知素子18を互いに磁極幅の異なる他方の磁極(磁極幅(W2)の磁極)に対向させている。また、一方の磁極を複数隣接して配置した第1磁極群30と、他方の磁極を複数隣接して配置した第2磁極群32とを設けており、第1のターゲット14は第1磁極群30の領域と第2磁極群32の領域の2つの領域に分離している。
As shown in FIG. 2, at least two magnetic poles arranged on the
上記構成において、第1、第2の検出手段は、第1、第2のターゲット14、16に配置した磁極の磁界変化を第1、第2の磁気検知素子18、20により検出する手段としている。例えば、第1の磁気検知素子18によって第1のターゲット14の磁界変化を検知する場合、図3に示す信号が検出される。図3は第1の回転体の回転角(機械角)に対し、磁界変化に起因して第1の磁気検知素子が検出する回転角(電気角)を示す特性波形図である。図3(a)は、図2における第1のターゲット14を右回転させ一方の第1の磁気検知素子18が検出した回転角(電気角)を示す特性波形図であり、図3(b)は、他方の第1の磁気検知素子18が検出した回転角(電気角)を示す特性波形図である。図3(a)の(a)点〜(i)点は図2の(a)点〜(i)点における第1の磁気検知素子18が検出した回転角(電気角)である。第1のターゲット14に配置された1つの磁極に対しては1周期の正弦波信号および余弦波信号が検出され(第1の回転体10の1回転(機械角360度)あたりに対しては磁極数分の正弦波信号および余弦波信号が検出され)、図3(a)または図3(b)に示すように、1つの磁極に対して2周期の三角波信号34が回転角(電気角)として検出されるものである。第1のターゲット14を左回転させた場合は、図3(a)、(b)の特性波形図が逆になる。この回転角度検出装置を車両用のハンドルの回転角度の検出機構に用いた場合、第1のターゲット14の回転角(機械角)は、ハンドルの回転角(左右に約2回転)とほぼ同じとなり、図3では機械角が180°までしか記載されていないが、これが720°まで繰り返されることになる。
In the above configuration, the first and second detection means are means for detecting the magnetic field change of the magnetic poles disposed on the first and
上記構成により、一方の第1の磁気検知素子18を磁極幅の小さい一方の磁極(磁極幅(W1)の磁極)に対向させ、他方の第1の磁気検知素子18を磁極幅の大きい他方の磁極(磁極幅(W2)の磁極)に対向させているので、第1の磁気検知素子18の検出周期が遅い場合(軸部8が高速回転する場合)には、磁極幅の大きい他方の磁極に対向させた他方の第1の磁気検知素子18によって磁界変化を検出すれば角度を飛ばして検出することを抑制できる。特に、磁極幅の大きい他方の磁極によって、まず、角度を飛ばすことなく粗く回転角(機械角)を検出し、磁極幅の小さい一方の磁極によって、詳細な回転角(機械角)を検出すれば、軸部8を高速回転させても角度を飛ばすことなく分解能を向上した回転角の検出を行える。この際、一方の第1の磁気検知素子18と他方の第1の磁気検知素子18は、常時、互いの磁界変化の検出波形を比較して、粗い回転角(機械角)と詳細な回転角(機械角)とを選択して検出している。常時、いずれか一方の第1の磁気検知素子18は、磁極幅の大きい磁極(磁極幅(W2))に対向し、他方は磁極幅の小さい磁極(磁極幅(W1))に対向し、磁極幅の違いに起因して磁界変化の特性波形が異なるため検出が可能となる。
With the above configuration, one first
また、一方の磁極を複数隣接して配置した第1磁極群30と、他方の磁極を複数隣接して配置した第2磁極群32とを設け、第1のターゲット14は第1磁極群30の領域と第2磁極群32の領域の2つの領域に分離しているので、周期の短い三角波信号34と周期の長い三角波信号34とを連続させて発生させることができ、第1の回転体10の回転角が約180度までは、周期の長い三角波信号34によって角度を飛ばすことなく粗い回転角を検出し、周期の短い三角波信号34によって分解能の高い詳細な回転角を検出することができる。
A first
さらに、第1、第2の回転体10、12の回転角差を検出して、これにトーションバー定数を乗することでトルクを算出することができる。
Furthermore, the torque can be calculated by detecting the difference in rotation angle between the first and second
なお、2つの第1の磁気検知素子18について、各々の三角波信号34の回転角の変化量を常時比較する比較手段を設ければ、第1のターゲット14に金属等の異物が付着した際、変化量が変わるので、異常状態を検出することができる。
In addition, if a comparison unit that constantly compares the amount of change in the rotation angle of each
また、本発明の一実施の形態では、第1、第2の回転体10、12と第1、第2のターゲット14、16は別体であって、第1、第2の回転体10、12に第1、第2のターゲット14、16を各々保持させているが、第1、第2の回転体10、12と第1、第2のターゲット14、16とを同一のもので形成してもよい。この場合、金属製の円板状の回転体の周面に磁極を着磁して配置したものでもよい。さらに、第1の回転体10に第1のターゲット14を保持させる替わりに、歯車を介して第1の回転体10と同期回転する第3の回転体を設け、この第3の回転体に第1のターゲット14を保持させてもよい。
In the embodiment of the present invention, the first and second
本発明にかかる回転角度検出装置は、検出精度を向上し、各種の車両のパワーステアリング等で用いることができる。 The rotation angle detection device according to the present invention improves detection accuracy and can be used for power steering of various vehicles.
2 トーションバー
4 入力軸
6 出力軸
8 軸部
10 第1の回転体
12 第2の回転体
14 第1のターゲット
16 第2のターゲット
18 第1の磁気検知素子
20 第2の磁気検知素子
30 第1磁極群
32 第2磁極群
34 三角波信号
51 歯車部
52 係合バネ
53 磁極
54 コード板
55 歯車部
56 磁気検知素子
57 三角波信号
2
Claims (5)
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JP2006059127A Pending JP2007240177A (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Rotation angle detecting apparatus |
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