JP2009543097A - 回転角検出システム - Google Patents

Abstract

本発明は、軸と、軸を包囲した磁石と、１対のプレートとを有しており、それぞれのプレートが磁石の遠位端部の近傍に配置されており、さらに少なくとも１つの検出装置を有する、回転検出システムを含む。持薬は磁界を発生し、軸が回転しながら磁界の角度が変化する。１対のプレートは、磁石によって発生された磁界を少なくとも１つの検出装置に方向付ける。少なくとも１つの検出装置は、磁界の角度の変化を検出し、この変化は、軸の角度位置を示している。

Description

本発明は、概して回転角検出システム、特に、機械的エラーを低減し、経済的に製造され、複数回転測定を提供するように延長されることができる、回転軸の角度位置を検出する検出システムに関する。

角度検出システムの１つの公知例は、非接触式センサエレメントと、該当する軸と非接触式センサエレメントとの間の介在機構とを有している。回転軸の角度位置は間接的に測定される。回転軸は、少なくとも１つの付加的な軸を回転させる歯車を有しており、この軸の角度位置は非接触式センサによって直接測定される。回転軸の角度位置は引き続き、直接測定と、測定された軸と回転軸との関係とに基づいて、計算される。介在機構の付加において固有の歯車バックラッシ等の機械的エラーは、回転軸の角度位置の間接的な測定において出現する。

角度検出システムの別の公知例は、介在機構を排除する。この例は、回転軸の角度位置を測定するために１対の磁石を有しているのに対し、別の角度検出システムは１つの磁石の実を必要とする。このように、このシステムの例は、より高価であり、より製造が複雑である。

さらに、公知のシステムは、回転軸の相対角度位置を、３６０°までしか測定することができない。公知のシステムは、回転軸が、６０°の現在の角度位置に達する前に例えば２回の完全な３６０°の回転を完了していること、すなわち、７８０°の実際の回転位置、すなわち［（２回転）（３６０°）］＋６０°＝７８０°、を考慮することができない。

したがって、機械的エラーを低減し、経済的に製造され、複数回転測定を提供する、回転角検出システムが必要とされている。

本発明は、軸と、軸を包囲した磁石と、それぞれが磁石の縁に端部の近傍に配置された１対のプレートと、少なくとも１つの検出装置とを有する回転検出システムを含む。磁石は磁界を発生し、軸が回転しながら磁界の角度が変化する。１対のプレートは、磁石によって発生された磁界を少なくとも１つの検出装置に向かって方向付ける。少なくとも１つの検出装置は、磁界の角度の変化を検出し、この変化は軸の角度位置を示している。

軸が１８０°未満だけ回転することが要求される用途の場合、１つの検出装置で十分である。しかしながら、軸が３６０°まで回転することが要求される用途の場合、軸の角度位置を明白に測定するために第２の検出装置が設けられる。

軸が、３６０°の位置回転を超えて回転することが要求される用途の場合、計数機構が設けられる。計数機構は、変更されたプレートと、ゼネバ歯車とを有しており、このゼネバ歯車は、軸の各３６０°回転を数えるためにゼネバ歯車を公知の形式で回転させる（index）することによって回転軸の連続的な運動を正確な間欠的な動作に変換する。

本発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、以下の明細書及び図面から最もよく理解されることができ、以下はその簡単な説明である。

本発明の回転検出システムの実施例を示す図である。 最大正角度測定における本発明の回転検出システムの実施例を示す図である。 ゼロ角度測定における本発明の回転検出システムの実施例を示す図である。 最大負角度測定における本発明の回転検出システムの実施例を示す図である。 計数機構を有する本発明の回転検出システムの実施例を示す図である。 図３の計数機構の詳細な図である。 計数機構及び円形のプレートを有する本発明の回転検出システムの実施例である。 計数機構及び円形のプレートを有する本発明の回転検出システムの実施例である。

好適な実施形態の詳細な説明
図１は、本発明の回転検出システム１０の実施例の図である。回転軸１２は、軸軸線Ａ−Ａを規定しており、ハウジング１４を貫通している。環状磁石１６は、回転軸１２を包囲しており、磁界Ｆを発生する。１対のプレート２０は、磁界Ｆを、１対のプレート２０の間においてハウジング１４に取り付けられた第１の検出装置１０に向かって方向付ける。第１の検出装置１０は、磁界の角度変化を検出するセンサであり、このセンサは、磁気抵抗センサ、磁気誘導センサ又はリニアホール効果センサを含むことができるが、これらに限定されない。

１対のプレート２は、回転軸１２に偏心的に取り付けられた、第１のプレート２０Ａと第２のプレート２０Ｂとを含み、各プレートは、環状磁石１６の互いに反対側の端部に取り付けられている。第１のプレート２０Ａは、第１のプレート２０Ａの中心を貫通する第１の軸線Ｂ−Ｂを規定している。第２のプレートは、第２のプレート２０Ｂの中心を貫通する第２の軸線Ｃ−Ｃを規定している。回転軸１２は、中心がずれた位置において、１対のプレートのそれぞれと交差しており、これにより、軸線Ａ−Ａは軸線Ｂ−Ｂから距離Ｄ₁だけずれており、軸線Ａ−Ａは軸線Ｃ−Ｃから、距離Ｄ₁と実質的に等しい距離Ｄ₂だけずれている。

１対のプレート２０は、環状磁石１６によって発生された磁界Ｆを、第１の検出装置１８を中心とする所望の位置へ方向付ける。すなわち、磁界Ｆは、環状磁石１６によって発生され、ＳからＮへ延びる。第１のプレート２０Ａは、環状磁石１６によって発生された磁界を、第１のプレート２０Ａと第２のプレート２０Ｂとの間に配置された第１の検出装置１８に向かって方向付ける。回転軸１２が回転すると、第１の検出装置１８によって検出されかつ磁界Ｆに関連した角度Φが変化する。磁界Ｆに関連した角度Φの変化は、第１の検出装置１８によって測定され、回転軸１２の角度位置を示す。

示された実施例において、１対のプレート２０は円形の鉄プレートである。しかしながら、１対のプレート２０は、円形の鉄プレートに限定されず、種々異なる用途を提供するように種々異なる材料から又は種々異なる形状で製造されることができる。

図２Ａは、最大正角度測定Φ_posにおける定位置における検出装置１０の例の１つの実施例の図である。第１のプレート２０Ａ及び第２のプレート２０Ｂは回転軸１２に偏心的に取り付けられている。角度Φは、回転軸１２の軸線Ａ−Ａに対して、第１のプレート２０Ａの縁部３０から第２のプレート２０Ｂの縁部３２までの角度として規定される。回転軸１２と、１対のプレート２０とが定位置にある場合、角度位置は０°であり、これは、最大正角度測定Φ_posであると考えられる。定位置において、第１のプレート２０Ａの縁部３０は軸線Ａ−Ａから距離Ｄ₃だけ離れており、第２のプレート２０Ｂの縁部３２は距離Ｄ₄だけ離れており、距離Ｄ₃は距離Ｄ₄よりも小さい。

図２Ｂは、ゼロ角度測定Φ_zeroにおける、本発明の検出装置１０の実施例の図である。定位置から９０°までの回転軸１２、環状磁石１６及び１対のプレート２０の回転はゼロ角度測定Φ_zeroを生じる。ゼロ角度測定Φ_zeroにおいて、回転軸１２は、第１のプレート２０Ａが軸線Ａ−Ａから距離Ｄ₃だけ離れており、第２のプレート２０Ｂの縁部３２が距離Ｄ₄だけ離れている位置に回転させられており、距離Ｄ₃が距離Ｄ₄に等しい位置に回転させられている。

図２Ｃは、最大負測定Φ_negにおける検出装置１０の図である。定位置から１８０°までの回転軸１２、環状磁石１６及び１対のプレート２０の継続した回転は、最大負角度測定Φ_negを生じる。最大負角度測定Φ_negにおいて、回転軸１２は、第１のプレート２０Ａの縁部３０が軸線Ａ−Ａから距離Ｄ₃だけ離れており、第２のプレート２０Ｂが距離Ｄ₄だけ離れている位置に回転させられており、距離Ｄ₃が距離Ｄ₄よりも大きい位置に回転させられている。

１８０°よりも小さい回転角測定を必要とする用途の場合、１つの検出装置１８で十分である。しかしながら、定位置から１８０°を超えて、例えば２７０°までの回転軸１２、環状磁石１６及び１対のプレート２０の継続した回転は、図２Ｂに示されたゼロ角度測定Φ_zeroを生じる。したがって、１８０°よりも大きい回転角を明確に測定するために、第２の検出装置５０（図５に示されている）が、第１の検出装置１８から実質的な角度、通常は少なくとも９０°において、ハウジング１４に取り付けられており、検出装置の既知の関係が、回転軸１２の角度位置を決定するために使用される。

検出システム１０への第２の検出装置５０（図５に示されている）の付加は、検出システムの測定能力を３６０°までのみ増大する。したがって、３６０°若しくは完全な１回転を超える回転角測定を要求する用途の場合、計数機構（図３，４，５及び５Ａに示されている）が、複数回転用途を提供するために測定範囲を拡大するために利用されている。

図３は、連続的な動作、すなわち回転軸１２の回転を、正確な間欠的な動作、すなわち回転軸１２の各３６０°回転を数えるインデクシングに変換する計数機構３４を有する、本発明の回転検出システム１０の実施例の図である。計数機構３４は、変更された第２のプレート２０Ｂ₁と、計数軸３８に取り付けられたゼネバ歯車３６とを有している。変更された第２のプレート２０Ｂ₁は、ドウェルフィーチャ４２及びインデクシングピン４０を有している。回転軸１２と、環状磁石１６と、変更された第２のプレート２０Ｂ₁を有する１対のプレート２０とが回転しながら、インデクシングピン４０が、ゼネバ歯車３６におけるスロット４４（図４に示されている）に係合し、回転軸１２の３６０°の回転ごとに、１つのステーション（図４に示されている）だけゼネバ歯車３６をインデックスする。第３の検出装置５２（図５に示されている）は、計数機構３４の近くでハウジング１４内に配置されていて、ゼネバ歯車３６のインデクシングを検出する。典型的なステアリングシステムは、回転軸の３〜４回の３６０°回転を要求するので、第３の検出装置５２（図５に示されている）によって検出されたゼネバ歯車３６のインデクシングは、回転軸１２が１回の３６０°回転を超えて回転する場合に、回転軸１２の実際の角度位置を決定するために役立つ。

図４は、図３に示された計数機構３４の詳細図である。示された実施例において、ゼネバ歯車３６は、４つのスロットを有しているが、スロット４４の数は用途に基づいて変化することができる。それぞれのスロット４４はステーションを表す。このように、例としてのゼネバ歯車３６は４つの連続するステーションを有している。ゼネバ歯車３６は、回転軸１２の３６０°の回転ごとに１回インデックスされ、第３の検出装置５２（図５に示されている）がゼネバ歯車３６のインデクシングを検出する。変更された第２のプレート２０Ｂ₁が回転軸１２と共に時計回りに回転しながら、インデクシングピン４０は連続的にそれぞれのスロット４４に係合し、ゼネバ歯車３６を、４つの連続するステーションのそれぞれに、公知の形式で機械的にインデックスする。

示された実施形態において、インデクシングピン４０及びドウェルフィーチャ４２は、製造を単純化するために、変更された第２のプレート２０Ｂ₁と一体的である。

図５は、計数機構３４を有する、本発明の回転検出システム１０の実施例の図であり、この場合、第１のプレート２０Ａ及び変更された第２のプレート２０Ｂ₁は円形である。第１の検出装置１８及び第２の検出装置５０は、第１のプレート２０Ａ及び変更された第２のプレート２０Ｂ₁の近くに配置されている。第１の検出装置１８及び第２の検出装置５０は、上述のように、環状磁石１６によって発生された磁界における角度変化を検出する。

この実施例におけるゼネバ歯車３６は８つのスロット４４を有しており、それぞれのスロットは連続するステーションを有しており、これらのステーションは、回転軸１２の３６０°の回転ごとにゼネバ歯車３６をインデックスするために、変更された第２のプレート２０Ｂ₁に配置されたインデクシングピン４０と協働する。第３の検出装置５２は、ゼネバ歯車３６の近くに配置されており、ゼネバ歯車３６のインデクシングを検出する。

択一的に、５４として概略的に示された第３の検出装置は、システム冗長性要求を満たすために及び回転検出システム１０の精度を向上させるために加えられることができる。この構成において、第１の検出装置１８、第２の検出装置５０及び第３の検出装置５４は、互いに約１２０°離れて配置されている。さらに、付加的なセンサ（図示せず）は、システム精度をさらに向上させるために加えられることができる。

第１の検出装置１８及び第２の検出装置５０によって検出された磁界の角度変化は、上述のように回転軸１２の角度位置を決定するために使用される。さらに、第３の検出装置５２によって検出されたゼネバ歯車３６のインデクシングは、回転軸１２の３６０°の回転数を決定するために使用される。このように、検出装置１８，５０及び５２からの情報を組み合わせることによって、複数の回転を通じて回転軸１２の角度位置を決定することができる。

図５Ａは、計数機構３４と、第１のプレート２０Ａ¹と、変更された第２のプレート２０Ｂ¹とを有する、本発明の回転検出システム１０の別の実施例の図である。この実施形態において、第１のプレート２０Ａ¹と、変更された第２のプレート２０Ｂ¹とは、非円形であり、非円形構造を提供するために第２のインデクシングピン４０¹が加えられている。インデクシングピン４０及び第２のインデクシングピン４０¹は、変更された第２のプレート２０Ｂ¹に配置されている。

第１の検出装置１８及び第２の検出装置５０は、第１のプレート２０Ａ及び変更された第２のプレート２０Ｂ¹の近くに配置されている。第１の検出装置１８及び第２の検出装置５０は、上述のように、環状磁石１６によって発生された磁界の角度変化を検出する。

この実施例におけるゼネバ歯車３６は８つのスロット４４を有しており、それぞれのスロットが連続するステーションを成しており、これらのステーションはインデクシングピン４０及び第２のインデクシングピン４０¹と協働する。インデクシングピン４０及び第２のインデクシングピン４０¹は、回転軸１２が３６０°回転するたびにゼネバ歯車３６を２回だけインデックスする。

第１の検出装置１８及び第２の検出装置５０によって検出された磁界の角度変化は、上述のように回転軸１２の角度位置を決定するために使用される。さらに、第３の検出装置５２によって検出されたゼネバ歯車３６のインデクシングは、回転軸１２の３６０°の回転の数を決定するために使用される。このように、検出装置１８，５０及び５２から決定された情報を組み合わせることによって、複数の回転を通じて回転軸１２の角度位置を決定することができる。

発明の好適な実施形態が開示されたが、当業者は、ある変更が本発明の範囲に含まれることを認識するであろう。その理由から、以下の請求の範囲は、本発明の真実の範囲及び内容を決定するために研究されるべきである。

１０ 回転検出システム、 １２ 回転軸、 １４ ハウジング、 １６ 環状磁石、 １８ 検出装置、 ２０ プレート、 ３０，３２ 縁部、 ３４ 計数機構、 ３６ ゼネバ歯車、 ４０ インデクシングピン、 ４４ スロット、 ５０ 第２の検出装置

Claims (22)

1. 回転角検出システムにおいて、
   軸と、
   磁界を発生するための、軸の近傍に配置された磁石と、
   軸に偏心的に取り付けられた１対のプレートとが設けられており、該１対のプレートのそれぞれが、磁界を方向付けるために磁石の互いに反対側の遠位端部の近傍に配置されており、
   磁界を検出するために軸の近傍に配置された少なくとも１つの検出装置が設けられていることを特徴とする、回転角検出システム。
2. 軸が第１の軸線を規定しており、１対のプレートのそれぞれが、第１の軸線に対して横切る平面を規定している、請求項１記載の回転角検出システム。
3. 軸が、中心がずれた位置において１対のプレートのそれぞれと交差している、請求項２記載の回転角検出システム。
4. 磁石が、第１の軸線に沿って、１対のプレートの一方の近傍の第１の位置から、１対のプレートの他方の近傍の第２の位置まで延びている、請求項３記載の回転角検出システム。
5. １対のプレートのそれぞれが、実質的に円形である、請求項１記載の回転角検出システム。
6. １対のプレートのそれぞれが、非円形である、請求項１記載の回転角検出システム。
7. 磁石が軸を包囲している、請求項１記載の回転角検出システム。
8. １対のプレートが、軸が回転しながら変化する角度に磁界を方向付け、少なくとも１つの検出システムが、磁界の角度の変化を検出する、請求項１記載の回転角検出システム。
9. 磁界の角度が、軸の角度位置を示している、請求項８記載の回転角検出システム。
10. 少なくとも１つの検出装置が、第１の検出装置及び第２の検出装置を含む、請求項１記載の回転角検出システム。
11. 第１の検出装置が１対のプレートの間の第１の位置に配置されており、第２の検出装置が１対のプレートの間の第２の位置に配置されている、請求項１０記載の回転角検出システム。
12. 第１の検出装置が第１の信号を発生し、第２の検出装置が第２の信号を発生し、第１の信号と第２の信号との関係が軸の角度位置を示している、請求項１１記載の回転角検出システム。
13. 第１の検出装置又は第２の検出装置のいずれか一方が故障した場合に第１の検出装置及び第２の検出装置に対する余分である第３の検出装置が設けられている、請求項１２記載の回転角検出システム。
14. システム検出精度を向上させるために少なくとも付加的な検出装置が設けられている、請求項１２記載の回転角検出システム。
15. 計数機構が設けられている、請求項１記載の回転角検出システム。
16. 計数機構に、
    計数軸によって駆動される従動車が設けられており、該従動車がロッキング半径と、ピンを受容するための切欠とを有しており、
    軸によって駆動される駆動車が設けられており、該駆動車がピンを有しており、
    計数センサが設けられている、請求項１５記載の回転角検出システム。
17. 従動車が、軸の３６０°の回転に一致する駆動車の３６０°の回転ごとに、１つのステーションから次のステーションへインデックスする、請求項１６記載の回転角検出システム。
18. 計数センサが、駆動車の３６０°の各回転の完了を示す計数信号を発生する、請求項１７記載の回転角検出システム。
19. 軸の角度位置を測定する方法において、
    磁界を発生するステップと、
    該磁界を少なくとも１つの検出装置に１対のプレートを介して方向付けるステップと、
    磁界に関連した角度を検出するステップと、
    磁界の検出された角度に基づいて軸の角度位置を決定するステップとを含むことを特徴とする、軸の角度位置を測定する方法。
20. 磁界が２つの検出装置に方向付けられており、軸の角度位置が、２つの検出装置からの入力に基づいて決定される、請求項１９記載の軸の角度位置を測定する方法。
21. 軸の３６０°の各回転を計数するステップと、
    軸の３６０°の回転の数の合計を決定するステップとを含む、請求項２０記載の軸の角度位置を測定する方法。
22. 軸の３６０°の回転の数の合計に、３６０°を乗じ、角度位置を加えることによって、軸の合計回転角度を決定するステップを含む、請求項２１記載の軸の角度位置を測定する方法。

Images