JP2018155528A - Rotational angle detector - Google Patents

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康紘 竹田
Yasuhiro Takeda
康紘 竹田
友裕 川野
Tomohiro Kawano
友裕 川野
智文 大橋
Tomofumi Ohashi
智文 大橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotational angle detector which can be manufactured at lower cost, can have increased detection accuracy by becoming less affected by use environments, can be downsized by a simple configuration, and is free of long-term deterioration due to abrasion.SOLUTION: A rotational angle detector includes: a sector gear 17 (driven side gear); a pinion 19 (driving side gear) connected to the sector gear 17 by a gear coupling part; a driving motor 12 having an output shaft 12a connected to the pinion 19; a vibration pick-up 21 fixed to the sector gear 17, the vibration pick-up detecting vibration of the sector gear 17; and a signal processing circuit for determining a current opening (a rotational angle of the sector gear 17) on the basis of magnitude of the vibration detected by the vibration pick-up 21.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、回動する部材の回転角を検出する回転角検出装置に関する。   The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating member.

従来、例えば空調用バルブを駆動する回動式アクチュエータは、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置を備えている。従来のこの種の回転角検出装置としては、回転角に応じて電気抵抗が変化するポテンショメータや、回転角に応じて磁束密度が変化する磁気センサなどを用いたものが多い。   2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a rotary actuator that drives an air conditioning valve has a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft. Many conventional rotation angle detection devices of this type use a potentiometer whose electric resistance changes according to the rotation angle, a magnetic sensor whose magnetic flux density changes according to the rotation angle, and the like.

空調用バルブにおいて、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置は、アクチュエータの制御精度に大きく影響する。このため、近年の空調用バルブにおいては、開度をより一層精度よく制御できるように、回転角検出装置の検出精度を更に高くすることが要請されている。
ポテンショメータや磁気センサなどを使用した回転角検出装置より検出精度を高くするためには、例えば特許文献1に記載されているような計測装置を用いることが考えられる。
特許文献1に開示された計測装置は、基体上の表面弾性波の伝播を位置検出に利用したものである。
In the air conditioning valve, the rotation angle detection device that detects the rotation angle of the rotation shaft greatly affects the control accuracy of the actuator. For this reason, in recent air conditioning valves, it is required to further increase the detection accuracy of the rotation angle detection device so that the opening degree can be controlled with higher accuracy.
In order to make detection accuracy higher than that of a rotation angle detection device using a potentiometer, a magnetic sensor, or the like, it is conceivable to use a measurement device as described in Patent Document 1, for example.
The measurement device disclosed in Patent Document 1 uses propagation of surface acoustic waves on a substrate for position detection.

特開2011−257315号公報JP 2011-257315 A

しかしながら、特許文献1に記載された計測装置は、熱による影響を大きく受けて精度が変化するものである。一方、空調用バルブは、駆動用モータの熱や、バルブ内を流れる制御流体の熱によって温度が大きく変化するものである。このため、特許文献1に示す計測装置を空調用バルブの回動式アクチュエータに適用するためには、計測装置の基材を熱膨脹係数が小さい材料によって形成しなければ温度特性を保つことができない。このような基材は高価であるから、この計測装置を空調用バルブのアクチュエータに使用すると、空調用バルブの製造コストが高くなってしまう。   However, the measuring device described in Patent Document 1 is greatly affected by heat and changes in accuracy. On the other hand, the temperature of the air conditioning valve changes greatly due to the heat of the drive motor and the heat of the control fluid flowing in the valve. For this reason, in order to apply the measuring device shown in Patent Document 1 to the rotary actuator of the air conditioning valve, the temperature characteristics cannot be maintained unless the base material of the measuring device is made of a material having a small coefficient of thermal expansion. Since such a base material is expensive, when this measuring device is used as an actuator for an air conditioning valve, the manufacturing cost of the air conditioning valve increases.

また、特許文献1の計測装置に使用されている表面弾性波のセンサは、湿度センサにも使用されるもので、一般的に湿度の影響を大きく受けることが知られている。このため、この計測装置では、相対湿度が5〜95RHとなるような湿度環境に設置される空調用バルブの開度を精度よく計測することは難しい。   Further, the surface acoustic wave sensor used in the measuring device of Patent Document 1 is also used for a humidity sensor, and is generally known to be greatly affected by humidity. For this reason, with this measuring device, it is difficult to accurately measure the opening of the air conditioning valve installed in a humidity environment where the relative humidity is 5 to 95 RH.

さらに、特許文献1に開示された計測装置を空調用バルブのアクチュエータに組み込むためには、以下のように部品が増えるとともに構造上の制約や設計上の制約を受けるために、アクチュエータが複雑化するとともに大型化するという問題もある。部品が増える理由は、2つある。第1の理由は、表面弾性波を伝播させるための基材がアクチュエータの部品の他に別途必要だからである。第2の理由は、計測装置の受信機がアクチェータの回転方向に移動するように、受信機とアクチェータとを連動させる機構が必要だからである。   Furthermore, in order to incorporate the measuring device disclosed in Patent Document 1 into an actuator for an air conditioning valve, the number of parts increases as described below, and the actuator becomes complicated due to structural and design restrictions. At the same time, there is a problem of increasing the size. There are two reasons why the number of parts increases. The first reason is that a base material for propagating surface acoustic waves is required separately from the actuator parts. The second reason is that a mechanism for interlocking the receiver and the actuator is necessary so that the receiver of the measuring device moves in the rotation direction of the actuator.

構造上の制約は、励振機から発生した表面弾性波の伝播方向がアクチュエータの回転方向と一致するように構成し、受信機をこの方向に沿って配置しなければならないということである。
設計上の制約は、励振機と受信機とを必ず同一表面上に設置しなければならないということである。
加えて、特許文献1に示す計測装置の受信機は、スケール基板に接触してスライドするものである。このため、この計測装置には、長期間にわたって使用されることにより、受信機とスケール基板との接触部分が摩耗して劣化してしまうという問題もある。
The structural restriction is that the propagation direction of the surface acoustic wave generated from the exciter must be configured to coincide with the rotation direction of the actuator, and the receiver must be arranged along this direction.
A design limitation is that the exciter and receiver must be installed on the same surface.
In addition, the receiver of the measuring device shown in Patent Document 1 slides in contact with the scale substrate. For this reason, this measuring device has a problem that the contact portion between the receiver and the scale substrate is worn and deteriorated when used for a long period of time.

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、製造コストが低く、かつ使用環境の影響を受け難くなって検出精度が向上し、しかも、簡単な構成で小型化できるとともに摩耗による経年劣化がない回転角検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve such problems. The manufacturing cost is low, and the detection accuracy is improved because the manufacturing cost is low, and the detection accuracy is improved. An object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that is free from deterioration over time.

本発明に係る回転角検出装置は、回転角を検出するための回動する従動側歯車と、前記従動側歯車に歯車結合部を介して接続された駆動側歯車と、前記駆動側歯車に結合された出力軸を有するモータと、前記従動側歯車に固定され、この従動側歯車の振動を検出する振動ピックアップと、前記振動ピックアップによって検出された振動の大きさに基づいて前記従動側歯車の回転角を求める信号処理回路とを備えているものである。   A rotation angle detection device according to the present invention includes a driven gear that rotates to detect a rotation angle, a driving gear connected to the driven gear via a gear coupling portion, and a coupling to the driving gear. A motor having an output shaft, a vibration pickup fixed to the driven gear and detecting vibration of the driven gear, and rotation of the driven gear based on the magnitude of vibration detected by the vibration pickup And a signal processing circuit for obtaining an angle.

本発明は、前記回転角検出装置において、前記従動側歯車と、前記駆動側歯車および前記モータは、回動式アクチュエータの駆動系を構成するものであってもよい。   In the rotation angle detection device according to the present invention, the driven gear, the drive gear, and the motor may constitute a drive system of a rotary actuator.

本発明は、前記回転角検出装置において、前記信号処理回路は、前記モータが停止したときの前記従動側歯車の回転角を記憶する記憶部を備えていてもよい。   In the rotation angle detection device according to the present invention, the signal processing circuit may include a storage unit that stores a rotation angle of the driven gear when the motor is stopped.

本発明によれば、モータの振動は、出力軸から駆動側歯車および従動側歯車を介して振動ピックアップに伝達される。振動ピックアップによって検出されるモータの振動は、モータと振動ピックアップとの間の距離に応じて減衰される。この振動は、モータと振動ピックアップとの距離が近ければ強く、この距離が長ければ弱くなる。モータと振動ピックアップとの距離は、従動側歯車の回転角の大きさに相当する。このため、この回転角検出装置によれば、この振動の大きさ(強さ)に基づいて従動側歯車の回転角を求めることができる。   According to the present invention, the vibration of the motor is transmitted from the output shaft to the vibration pickup via the drive side gear and the driven side gear. The vibration of the motor detected by the vibration pickup is attenuated according to the distance between the motor and the vibration pickup. This vibration is strong when the distance between the motor and the vibration pickup is short, and is weak when this distance is long. The distance between the motor and the vibration pickup corresponds to the magnitude of the rotation angle of the driven gear. For this reason, according to this rotation angle detection device, the rotation angle of the driven gear can be obtained based on the magnitude (strength) of this vibration.

この回転角検出装置は、従動側歯車と、駆動側歯車と、モータと、振動ピックアップと、信号処理回路とによって構成されており、少ない構成要素で実現された単純な構造のものである。このため、この回転角検出装置によれば、特許文献1に示す測定装置と較べると、製造コストを低く抑えることができる。この回転角検出装置に用いる振動ピックアップは、表面弾性波を用いるセンサと較べると、温度や湿度の影響を受け難いものであり、市販されている安価なものを使用することができる。このことからもコストダウンが図られている。   This rotation angle detection device is constituted by a driven gear, a drive gear, a motor, a vibration pickup, and a signal processing circuit, and has a simple structure realized with a small number of components. For this reason, according to this rotation angle detection apparatus, compared with the measuring apparatus shown in patent document 1, a manufacturing cost can be suppressed low. The vibration pickup used in this rotation angle detection device is less susceptible to the influence of temperature and humidity than a sensor using surface acoustic waves, and a commercially available inexpensive pickup can be used. This also reduces the cost.

モータから振動ピックアップに伝播される振動の大きさ(強さ)は、温度や湿度が変わっても大きく変化することがない。このため、使用環境の影響を受け難く、検出精度が高くなる。
また、振動ピックアップが従動側歯車に固定される位置は、振動が伝播される方向を考慮する必要はなく、従動側歯車の回転に伴ってモータとの距離が変化する位置であればどのような位置でもよい。しかも、振動ピックアップを取付ける従動側歯車の材料は、剛体であれば特に制約を受けることもない。このため、回転角検出装置を設計する上で自由度が高い。
The magnitude (intensity) of vibration transmitted from the motor to the vibration pickup does not change greatly even if the temperature or humidity changes. For this reason, it is difficult to be influenced by the use environment, and the detection accuracy is increased.
In addition, the position where the vibration pickup is fixed to the driven gear does not need to consider the direction in which the vibration is propagated, and any position where the distance from the motor changes as the driven gear rotates. It may be a position. Moreover, the material of the driven gear to which the vibration pickup is attached is not particularly limited as long as it is a rigid body. For this reason, the degree of freedom is high in designing the rotation angle detection device.

この結果、振動ピックアップを従動側歯車に沿うように、単純な取付構造でコンパクトに配置することが可能になる。
さらに、振動源はモータであり、振動ピックアップは従動側歯車に固定されているから、振動ピックアップが回転部材に接触することがなく、回転角を検出するにあたって摩耗が生じることがない。
As a result, the vibration pickup can be arranged compactly with a simple mounting structure so as to follow the driven gear.
Furthermore, since the vibration source is a motor and the vibration pickup is fixed to the driven gear, the vibration pickup does not contact the rotating member, and wear does not occur when detecting the rotation angle.

したがって、本発明によれば、製造コストが低く、かつ使用環境の影響を受け難い構成を採りながら検出精度が高く、しかも、簡単な構成で小型化できるとともに摩耗による経年劣化がない回転角検出装置を提供することができる。   Therefore, according to the present invention, a rotation angle detection device that is low in manufacturing cost and has a high detection accuracy while adopting a configuration that is not easily affected by the use environment, and that can be downsized with a simple configuration and is free from deterioration due to wear. Can be provided.

本発明に係る回転角検出装置を備えた空調用バルブのバルブボディを破断して示す斜視図である。It is a perspective view which fractures | ruptures and shows the valve body of the valve | bulb for air conditioning provided with the rotation angle detection apparatus which concerns on this invention. 回転角検出装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a rotation angle detection apparatus. 全閉状態における伝動機構の一部とモータおよび振動ピックアップの平面図である。It is a top view of a part of transmission mechanism in a fully closed state, a motor, and a vibration pickup. 全開状態における伝動機構の一部とモータおよび振動ピックアップの平面図である。It is a top view of a part of transmission mechanism in a fully open state, a motor, and a vibration pickup. 制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a control system. 全閉状態から全開状態に移行するときの振動の大きさの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the magnitude of vibration when changing from a fully closed state to a fully opened state. 全開状態から全閉状態に移行するときの振動の大きさの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the magnitude of vibration when changing from a full open state to a full closed state.

以下、本発明に係る回転角検出装置の一実施の形態を図1〜図7によって詳細に説明する。
図1に示す回転角検出装置1は、空調用バルブ2を駆動するアクチュエータ3に装備されている。空調用バルブ2は、バルブボディ4に弁体5とバルブステム6などを組付けて構成されている。バルブボディ4の内部には流体通路7が形成されている。バルブボディ4の両端部には取付用フランジ8が設けられている。
Hereinafter, an embodiment of a rotation angle detection device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
A rotation angle detection device 1 shown in FIG. 1 is installed in an actuator 3 that drives an air conditioning valve 2. The air conditioning valve 2 is configured by assembling a valve body 5 and a valve stem 6 to a valve body 4. A fluid passage 7 is formed inside the valve body 4. Mounting flanges 8 are provided at both ends of the valve body 4.

弁体5は、球状に形成されて流体通路7内に配置されており、バルブボディ4に回動自在に支持されている。
バルブステム6は、円柱状に形成され、一端部がバルブボディ4から突出する状態でバルブボディ4に回動自在に支持されている。バルブステム6の一端部はアクチュエータ3に接続されている。バルブステム6の他端部は、弁体5に一体に回動するように接続されている。このため、弁体5は、バルブステム6の軸線Cを中心にして回動する。この弁体5が回動するときの最大回転角は約90°である。この実施の形態による空調用バルブ2においては、弁体5が全開状態から約90°回ることによって全閉状態になり、この全閉状態から上記とは反対方向に弁体5が約90°回ることによって全開状態に戻る。
The valve body 5 is formed in a spherical shape and is disposed in the fluid passage 7 and is rotatably supported by the valve body 4.
The valve stem 6 is formed in a columnar shape, and is rotatably supported by the valve body 4 with one end projecting from the valve body 4. One end of the valve stem 6 is connected to the actuator 3. The other end of the valve stem 6 is connected to the valve body 5 so as to rotate integrally. For this reason, the valve body 5 rotates around the axis C of the valve stem 6. The maximum rotation angle when the valve body 5 rotates is about 90 °. In the air conditioning valve 2 according to this embodiment, when the valve body 5 is rotated about 90 ° from the fully open state, the valve body 5 is fully closed, and the valve body 5 is rotated about 90 ° in the opposite direction from the fully closed state. To return to the fully open state.

アクチュエータ3は、弁体5を回動させる回動式のもので、バルブボディ4に支持された筐体11と、この筐体11の中に収容された駆動用モータ12およびバルブ制御装置13などを備えている。
駆動用モータ12は、空調用バルブ2を駆動するための動力源になるもので、バルブステム6に伝動機構14を介して接続されている。この実施の形態においては、この駆動用モータが本発明でいう「モータ」に相当する。この駆動用モータは、図示していないブラケットを介して筐体11に支持されている。
伝動機構14は、回動式アクチュエータ3の駆動系を構成するもので、バルブステム6にジョイント15を介して接続された回転軸16と、この回転軸16に固定されたセクターギヤ17と、このセクターギヤ17に歯車結合部18を介して接続されたピニオン19などによって構成されている。
The actuator 3 is a rotating type that rotates the valve body 5, and includes a housing 11 supported by the valve body 4, a driving motor 12 and a valve control device 13 housed in the housing 11, and the like. It has.
The drive motor 12 serves as a power source for driving the air conditioning valve 2, and is connected to the valve stem 6 via the transmission mechanism 14. In this embodiment, this driving motor corresponds to the “motor” in the present invention. This drive motor is supported by the housing 11 via a bracket (not shown).
The transmission mechanism 14 constitutes a drive system for the rotary actuator 3, and includes a rotary shaft 16 connected to the valve stem 6 via a joint 15, a sector gear 17 fixed to the rotary shaft 16, A pinion 19 connected to the sector gear 17 via a gear coupling 18 is formed.

セクターギヤ17は、図2に示すように、回転軸16が貫通するボス部17aと、このボス部17aから径方向の外側に突出する板状の歯車部17bとによって構成されている。歯車部17bは、回転軸16の軸線方向から見て扇状に形成されている。この歯車部17bの周壁部分には歯17cが形成されている。
セクターギヤ17の歯車部17bには、後述する振動ピックアップ21が固定されている。この振動ピックアップ21が取付けられている位置は、歯車部17bにおける軸線方向の一方の端面であって、セクターギヤ17の回転方向の一端部である。
As shown in FIG. 2, the sector gear 17 includes a boss portion 17a through which the rotary shaft 16 passes, and a plate-like gear portion 17b that protrudes radially outward from the boss portion 17a. The gear portion 17 b is formed in a fan shape when viewed from the axial direction of the rotating shaft 16. Teeth 17c are formed on the peripheral wall portion of the gear portion 17b.
A vibration pickup 21 described later is fixed to the gear portion 17 b of the sector gear 17. The position where the vibration pickup 21 is attached is one end surface in the axial direction of the gear portion 17 b and one end portion in the rotation direction of the sector gear 17.

歯車結合部18は、この実施の形態においてはセクターギヤ17とピニオン19とが噛み合う部分である。なお、図示してはいないが、減速比を大きくするために、セクターギヤ17とピニオン18との間に複数の中間ギヤを設ける場合は、これらの中間ギヤによる動力伝達部が歯車結合部18となる。   The gear coupling portion 18 is a portion where the sector gear 17 and the pinion 19 mesh with each other in this embodiment. Although not shown, when a plurality of intermediate gears are provided between the sector gear 17 and the pinion 18 in order to increase the reduction ratio, the power transmission unit using these intermediate gears is connected to the gear coupling unit 18. Become.

ピニオン19は、駆動用モータ12の出力軸12a(図2参照)に固着されている。このため、駆動用モータ12が回転することによって、回転力がピニオン19から歯車結合部18を介してセクターギヤ17に伝達され、回転軸16がバルブステム6および弁体5と一体に回転する。
この実施の形態によるセクターギヤ17とピニオン19は、プラスチック材料によって形成されている。また、セクターギヤ17とピニオン19の噛み合い率は1.0以上である。すなわち、これらのギヤは、歯が常に接触する状態で噛合している。
The pinion 19 is fixed to the output shaft 12a (see FIG. 2) of the drive motor 12. Therefore, when the drive motor 12 rotates, the rotational force is transmitted from the pinion 19 to the sector gear 17 through the gear coupling portion 18, and the rotating shaft 16 rotates integrally with the valve stem 6 and the valve body 5.
The sector gear 17 and the pinion 19 according to this embodiment are made of a plastic material. Further, the meshing rate of the sector gear 17 and the pinion 19 is 1.0 or more. That is, these gears are meshed with teeth always in contact.

この伝動機構14においては、空調用バルブ2の開度が0%になる全閉状態から開度が100%になる全開状態に移行することによって、セクターギヤ17が図3に示す全閉位置から同図において時計方向に約90°回り、図4に示す全開位置に位置付けられる。この実施の形態においては、セクターギヤ17が本発明でいう「従動側歯車」に相当し、ピニオン18が本発明でいう「駆動側歯車」に相当する。   In this transmission mechanism 14, the sector gear 17 moves from the fully closed position shown in FIG. 3 by shifting from the fully closed state where the opening degree of the air conditioning valve 2 is 0% to the fully open state where the opening degree is 100%. In the same figure, it is rotated about 90 ° in the clockwise direction and is located at the fully open position shown in FIG. In this embodiment, the sector gear 17 corresponds to the “driven gear” in the present invention, and the pinion 18 corresponds to the “drive gear” in the present invention.

バルブ制御装置13は、空調用バルブ2の現在の開度が目標開度となるように駆動用モータ12の動作を制御するものである。このバルブ制御装置13は、図5に示すように、上述した駆動用モータ12と、振動ピックアップ21とが接続されているとともに、複数の機能部を有している。この複数の機能部とは、詳細は後述するが、通信部22と、モータ制御部23と、開度検出部24である。   The valve control device 13 controls the operation of the drive motor 12 so that the current opening degree of the air conditioning valve 2 becomes the target opening degree. As shown in FIG. 5, the valve control device 13 is connected to the drive motor 12 and the vibration pickup 21 and has a plurality of functional units. The plurality of functional units are a communication unit 22, a motor control unit 23, and an opening degree detection unit 24, details of which will be described later.

空調用バルブ2の現在の開度は、駆動用モータ12と振動ピックアップ21とを有する回転角検出装置1によって検出される。この回転角検出装置1の説明は後述する。
空調用バルブ2の目標開度は、図示していない空調制御装置によって設定され、制御信号として空調制御装置からバルブ制御装置13に送られる。
The current opening degree of the air conditioning valve 2 is detected by a rotation angle detection device 1 having a drive motor 12 and a vibration pickup 21. The description of the rotation angle detection device 1 will be described later.
The target opening degree of the air conditioning valve 2 is set by an air conditioning control device (not shown), and is sent as a control signal from the air conditioning control device to the valve control device 13.

駆動用モータ12は、動作するときに振動するものである。この駆動用モータ12が動作するときの振動は、出力軸12aからピニオン19と、このピニオン19とセクターギヤ17との噛合部(歯車結合部18)とを介してセクターギヤ17に伝達される。すなわち、駆動用モータ12の振動は、出力軸12a→ピニオン19→セクターギヤ17という振動伝達経路を経て振動ピックアップ21に伝達される。このため、セクターギヤ17は、ピニオン19と噛合する部分から振動が伝達されて振動しながら図3に示す全閉位置と図4に示す全開位置との間で回動する。   The drive motor 12 vibrates when operating. The vibration when the drive motor 12 operates is transmitted from the output shaft 12a to the sector gear 17 through the pinion 19 and the meshing portion (gear coupling portion 18) between the pinion 19 and the sector gear 17. That is, the vibration of the drive motor 12 is transmitted to the vibration pickup 21 through a vibration transmission path of the output shaft 12a → pinion 19 → sector gear 17. For this reason, the sector gear 17 is rotated between the fully closed position shown in FIG. 3 and the fully opened position shown in FIG. 4 while vibration is transmitted from the portion engaged with the pinion 19 and vibrates.

バルブ制御装置13に接続された振動ピックアップ21は、例えば加速度センサ(図示せず)を使用して振動を電気信号に変換するものを用いることができる。この振動ピックアップ21は、セクターギヤ17の歯車部21bに図示していない固定用ねじや接着剤によって固定されている。このため、振動ピックアップ21は、セクターギヤ17の歯車部21bの振動を検出する。   As the vibration pickup 21 connected to the valve control device 13, for example, an acceleration sensor (not shown) that converts vibration into an electrical signal can be used. The vibration pickup 21 is fixed to the gear portion 21b of the sector gear 17 by a fixing screw or an adhesive (not shown). For this reason, the vibration pickup 21 detects the vibration of the gear portion 21 b of the sector gear 17.

歯車部21bにおける振動ピックアップ21が固定されている位置は、図3に示すように、ピニオン19が噛合する位置からセクターギヤ17の回転方向において離間した位置である。この実施の形態による振動ピックアップ21は、セクターギヤ17の回転方向の一端部であって、空調用バルブ2の開度が増す方向(図3においては時計方向)へセクターギヤ17が回るときに進行方向後側となるセクターギヤ17の一端部に配置されている。このため、振動ピックアップ21と駆動用モータ12との間の距離は、セクターギヤ17が図3に示す全閉位置から図4に示す全開位置まで回ることにより徐々に短くなり、セクターギヤ17が全開位置から全閉位置に回ることにより徐々に長くなる。   As shown in FIG. 3, the position where the vibration pickup 21 is fixed in the gear portion 21 b is a position separated from the position where the pinion 19 is engaged in the rotation direction of the sector gear 17. The vibration pickup 21 according to this embodiment is one end portion in the rotation direction of the sector gear 17 and proceeds when the sector gear 17 rotates in the direction in which the opening degree of the air conditioning valve 2 increases (clockwise in FIG. 3). It arrange | positions at the one end part of the sector gear 17 used as a direction back side. For this reason, the distance between the vibration pickup 21 and the drive motor 12 is gradually shortened as the sector gear 17 rotates from the fully closed position shown in FIG. 3 to the fully opened position shown in FIG. It becomes longer gradually by turning from the position to the fully closed position.

バルブ制御装置13に設けられている通信部22は、図示していない空調制御装置から制御信号を受信する機能を有している。この制御信号には、目標開度のデータが含まれている。
モータ制御部23は、駆動用モータ12の正転、逆転の切替えを行うとともに、駆動用モータ12の回転、停止を切替えて回動式アクチュエータ3の動作を制御する機能を有している。
The communication unit 22 provided in the valve control device 13 has a function of receiving a control signal from an air conditioning control device (not shown). This control signal includes target opening data.
The motor control unit 23 has a function of switching the normal rotation and reverse rotation of the drive motor 12 and controlling the operation of the rotary actuator 3 by switching the rotation and stop of the drive motor 12.

開度検出部24は、回転角検出装置1の一部を構成するもので、バルブ制御装置13に信号処理回路25として設けられている。この実施の形態による回転角検出装置1は、この信号処理回路25と、上述したセクターギヤ17と、ピニオン19を有する駆動用モータ12と、振動ピックアップ21などによって構成されている。
開度検出部24は、第1〜第4の機能を有している。第1の機能は、上述した振動ピックアップ21によって検出された振動の大きさに基づいて空調用バルブ2の現在の開度を求める機能である。
The opening degree detection unit 24 constitutes a part of the rotation angle detection device 1 and is provided as a signal processing circuit 25 in the valve control device 13. The rotation angle detection device 1 according to this embodiment includes the signal processing circuit 25, the sector gear 17, the drive motor 12 having the pinion 19, the vibration pickup 21, and the like.
The opening degree detection unit 24 has first to fourth functions. The first function is a function for obtaining the current opening degree of the air conditioning valve 2 based on the magnitude of vibration detected by the vibration pickup 21 described above.

振動ピックアップ21は、駆動用モータ12からピニオン19とセクターギヤ17とを介して伝達された振動波を検出する。振動ピックアップ21によって検出される振動は、駆動用モータ12と振動ピックアップ21との間の距離に応じて減衰される。この振動は、駆動用モータ12と振動ピックアップ21との距離が近ければ強く、この距離が長ければ弱くなる。このため、振動ピックアップ21によって検出された振動の大きさがセクターギヤ17の回転角の大きさに相当する。   The vibration pickup 21 detects a vibration wave transmitted from the drive motor 12 via the pinion 19 and the sector gear 17. The vibration detected by the vibration pickup 21 is attenuated according to the distance between the drive motor 12 and the vibration pickup 21. This vibration is strong when the distance between the driving motor 12 and the vibration pickup 21 is short, and is weak when this distance is long. For this reason, the magnitude of vibration detected by the vibration pickup 21 corresponds to the magnitude of the rotation angle of the sector gear 17.

この実施の形態において、振動ピックアップ21が検出する振動は、セクターギヤ17が図3に示す全閉位置にあるときに最も小さく(弱く)なり、図4に示す全開位置にあるときに最も大きく(強く)なる。セクターギヤ17が全閉位置の約0°から全開位置の約90°まで回るときに振動ピックアップ21が検出する振動は、図6に示すように徐々に増大する。セクターギヤ17が全開位置から全閉位置まで回るときに振動ピックアップ21が検出する振動は、図7に示すように徐々に減少する。   In this embodiment, the vibration detected by the vibration pickup 21 is the smallest (weak) when the sector gear 17 is in the fully closed position shown in FIG. 3, and the largest when the sector gear 17 is in the fully opened position shown in FIG. Become stronger. The vibration detected by the vibration pickup 21 when the sector gear 17 rotates from about 0 ° in the fully closed position to about 90 ° in the fully open position gradually increases as shown in FIG. The vibration detected by the vibration pickup 21 when the sector gear 17 rotates from the fully open position to the fully closed position gradually decreases as shown in FIG.

開度検出部24が現在の開度を求めるにあたっては、例えば、振動ピックアップ21によって検出された現在の振動の大きさに対応する開度を開度特定用のデータマップ(図示せず)から読み出して行うことができる。このデータマップには、振動ピックアップ21を使用して行った実験により得たデータが記録されている。このデータは、実験時の振動の大きさと、その振動を検出したときの開度である。このため、開度検出部24によって求められる現在の開度は、現在の振動の大きさに相当する実験時の開度である。   When the opening degree detection unit 24 obtains the current opening degree, for example, the opening degree corresponding to the current magnitude of vibration detected by the vibration pickup 21 is read from a data map (not shown) for opening degree determination. Can be done. In this data map, data obtained by experiments conducted using the vibration pickup 21 is recorded. This data is the magnitude of the vibration during the experiment and the opening when the vibration is detected. For this reason, the current opening degree obtained by the opening degree detection unit 24 is the opening degree during the experiment corresponding to the current magnitude of vibration.

開度検出部24の第2の機能は、振動ピックアップ21によって検出された振動の中から不必要な振動を除去する機能である。不必要な振動とは、セクターギヤ17と小径ギヤ22との噛合部で生じる振動や、バルブボディ4から伝達された振動などである。この第2の機能は、振動ピックアップ21の出力データにノイズカットや平均化処理などの補正処理を施すことによって実現することができる。   A second function of the opening degree detection unit 24 is a function of removing unnecessary vibrations from vibrations detected by the vibration pickup 21. Unnecessary vibration is vibration generated at the meshing portion of the sector gear 17 and the small-diameter gear 22 or vibration transmitted from the valve body 4. This second function can be realized by performing correction processing such as noise cut and averaging processing on the output data of the vibration pickup 21.

開度検出部24の第3の機能は、駆動用モータ12が停止したときに、停止時のセクターギヤ17の回転角に相当する空調用バルブ2の開度を保存する機能である。この保存は、開度検出部24に設けられているメモリ26にモータ停止時の開度を記憶させることによって行う。この実施の形態においては、このメモリ26が請求項3記載の発明でいう「記憶部」に相当する。
このようにモータ停止時の開度を保存することにより、駆動用モータ12が停止している期間中に目標開度が変更されたとしても、メモリ26から読み出した停止時の開度を現在の開度として代用して駆動用モータ12の動作を制御することが可能になる。
The third function of the opening degree detection unit 24 is a function of storing the opening degree of the air conditioning valve 2 corresponding to the rotation angle of the sector gear 17 when the driving motor 12 is stopped. This storage is performed by storing the opening when the motor is stopped in the memory 26 provided in the opening detector 24. In this embodiment, the memory 26 corresponds to a “storage unit” in the invention described in claim 3.
By storing the opening when the motor is stopped in this way, even if the target opening is changed during the period when the drive motor 12 is stopped, the opening at the time of stopping read from the memory 26 is the current value. It becomes possible to control the operation of the drive motor 12 instead of the opening.

また、開度検出部24は、回動式アクチュエータ3の電源が断たれた場合は、次に回動式アクチュエータ3が再起動されたときにキャリブレーションを行う構成が採られている。すなわち、開度検出部24は、再起動後に振動ピックアップ21によって検出された現在のデータと、上述したデータマップに記録されているデータとが整合するような補正値を求め、現在のデータをこの補正値で補正して現在の開度を検出する。このため、例えばメンテナンスが行われて振動ピックアップ21に検出される振動の大きさが変化したとしても、初期の検出精度で現在の開度を検出することが可能になる。   In addition, when the power of the rotary actuator 3 is cut off, the opening degree detection unit 24 is configured to perform calibration when the rotary actuator 3 is restarted next time. That is, the opening degree detection unit 24 obtains a correction value so that the current data detected by the vibration pickup 21 after restart and the data recorded in the above-described data map are matched, The current opening is detected by correcting with the correction value. For this reason, for example, even if maintenance is performed and the magnitude of vibration detected by the vibration pickup 21 changes, the current opening degree can be detected with initial detection accuracy.

開度検出部24の第4の機能は、駆動用モータ12や伝動機構14の異常を検出する機能である。駆動用モータ12や伝動機構14に異常が生じると、それが振動となって現れる。このような異常に起因した振動を検出することによって、異常の有無を判別することが可能である。開度検出部24は、振動ピックアップ21の検出データに含まれる振動の周波数成分を解析し、異常振動に相当する周波数成分の振動を検出したときに異常有りと判別する。   A fourth function of the opening degree detection unit 24 is a function of detecting an abnormality in the drive motor 12 and the transmission mechanism 14. When an abnormality occurs in the drive motor 12 or the transmission mechanism 14, it appears as vibration. By detecting vibration caused by such an abnormality, it is possible to determine the presence or absence of the abnormality. The opening degree detection unit 24 analyzes the frequency component of the vibration included in the detection data of the vibration pickup 21 and determines that there is an abnormality when the vibration of the frequency component corresponding to the abnormal vibration is detected.

このように構成された空調用バルブ2においては、回転角検出装置1によって求められた現在の開度が目標開度と一致するように、バルブ制御装置13によって駆動用モータ12の動作が制御される。
この実施の形態による回転角検出装置1は、セクターギヤ17と、ピニオン19と、駆動用モータ12と、振動ピックアップ21と、信号処理回路25とによって構成されており、少ない構成要素で実現された単純な構造のものである。このため、この回転角検出装置1によれば、特許文献1に示す測定装置と較べると、製造コストを低く抑えることができる。
In the air conditioning valve 2 configured as described above, the operation of the drive motor 12 is controlled by the valve control device 13 so that the current opening obtained by the rotation angle detection device 1 matches the target opening. The
The rotation angle detection device 1 according to this embodiment includes a sector gear 17, a pinion 19, a drive motor 12, a vibration pickup 21, and a signal processing circuit 25, and is realized with a small number of components. It has a simple structure. For this reason, according to this rotation angle detection apparatus 1, compared with the measuring apparatus shown in patent document 1, a manufacturing cost can be suppressed low.

回転角検出装置1に用いられている駆動用モータ12と振動ピックアップ21は、表面弾性波を用いるセンサと較べると、温度や湿度の影響を受け難いものであり、いずれも市販されている安価なものを使用することができる。このことからもコストダウンが図られている。
駆動用モータ12から振動ピックアップ21に伝播される振動の大きさ(強さ)は、温度や湿度が変わっても大きく変化することがない。このため、使用環境の影響を受け難く、検出精度が高くなる。
The drive motor 12 and the vibration pickup 21 used in the rotation angle detection device 1 are less susceptible to temperature and humidity than a sensor using surface acoustic waves, and both are inexpensive that are commercially available. Things can be used. This also reduces the cost.
The magnitude (intensity) of vibration transmitted from the drive motor 12 to the vibration pickup 21 does not change greatly even if the temperature and humidity change. For this reason, it is difficult to be influenced by the use environment, and the detection accuracy is increased.

また、振動ピックアップ21がセクターギヤ17に固定される位置は、振動が伝播される方向を考慮する必要はなく、セクターギヤ17の回転に伴って駆動用モータ12との距離が変化する位置であればどのような位置でもよい。しかも、セクターギヤ17を形成する材料は、剛体であれば特に制約を受けることもない。このため、回転角検出装置1を設計する上で自由度が高い。この結果、振動ピックアップ21をセクターギヤ17に沿うように、単純な取付構造でコンパクトに配置することが可能になる。   Further, the position where the vibration pickup 21 is fixed to the sector gear 17 does not need to consider the direction in which vibration is propagated, and may be a position where the distance from the drive motor 12 changes as the sector gear 17 rotates. Any position is acceptable. Moreover, the material forming the sector gear 17 is not particularly limited as long as it is a rigid body. For this reason, the degree of freedom is high in designing the rotation angle detection device 1. As a result, the vibration pickup 21 can be arranged compactly with a simple mounting structure along the sector gear 17.

さらに、振動ピックアップ21は、セクターギヤ17に固定されているから回転部材に接触することがなく、回転角を検出するにあたって摩耗が生じることがない。
したがって、この実施の形態によれば、製造コストが低く、かつ使用環境の影響を受け難くなって検出精度が向上し、しかも、簡単な構成で小型化できるとともに摩耗による経年劣化がない回転角検出装置を提供することができる。
Furthermore, since the vibration pickup 21 is fixed to the sector gear 17, it does not come into contact with the rotating member, and wear does not occur when detecting the rotation angle.
Therefore, according to this embodiment, the manufacturing cost is low, the detection accuracy is improved because it is not easily affected by the use environment, and the rotation angle detection that can be downsized with a simple configuration and does not deteriorate over time due to wear. An apparatus can be provided.

この実施の形態によるセクターギヤ17と、ピニオン19を有する駆動用モータ12は、回動式アクチュエータ3の駆動系の一部を構成するものである。振動ピックアップ21はセクターギヤ17の歯車部17bに固定されている。この実施の形態によれば、振動ピックアップ21で振動を検出するにあたって、専ら振動を伝達するための部品は不要である。このため、振動伝達用の専用部品を用いる場合と較べると、部品数が少なくなり、製造コストが更に低くなるとともに、更なる小型化が可能になる。   The sector gear 17 and the drive motor 12 having the pinion 19 according to this embodiment constitute a part of the drive system of the rotary actuator 3. The vibration pickup 21 is fixed to the gear portion 17 b of the sector gear 17. According to this embodiment, when detecting the vibration with the vibration pickup 21, a component for transmitting the vibration exclusively is unnecessary. For this reason, compared with the case where the dedicated component for vibration transmission is used, the number of components is reduced, the manufacturing cost is further reduced, and further downsizing is possible.

この実施の形態による信号処理回路24は、駆動用モータ12が停止したときのセクターギヤ17の回転角に相当する空調用バルブの開度を記憶するメモリ26(記憶部)を備えている。
このため、駆動用モータ12が停止して振動が生じないときであっても、メモリ26に保存されているモータ停止時の開度(回転角)を代用することにより、実質的に現在の開度(現在の回転角)を検出できるようになる。したがって、開度(回転角)を常に検出できるようになるから、検出値の信頼性が高い回転角検出装置を提供することができる。
The signal processing circuit 24 according to this embodiment includes a memory 26 (storage unit) that stores the opening degree of the air conditioning valve corresponding to the rotation angle of the sector gear 17 when the drive motor 12 is stopped.
For this reason, even when the drive motor 12 is stopped and no vibration is generated, the current opening degree (rotation angle) stored in the memory 26 can be substituted for the current opening. The degree (current rotation angle) can be detected. Therefore, since the opening degree (rotation angle) can always be detected, it is possible to provide a rotation angle detection device with high reliability of the detection value.

この実施の形態による回転角検出装置1は、現在の振動の大きさに相当する実験時の開度を現在の開度とするものである。このため、振動ピックアップ21を設置するにあたっては、精密な位置決めを行う必要がない。
振動ピックアップ21は、表面を伝わる振動のみではなく、物質内を伝わる振動波も検出できるものである。このため、振動ピックアップ21がセクターギヤ17に固定される位置は、図3に示す位置に限定されることはなく、適宜変更することができる。振動ピックアップ21は、例えば図3において紙面の下方となるセクターギヤ17の下面側に配置したり、セクターギヤ17のボス部17aに固定することもできる。
The rotation angle detection device 1 according to this embodiment uses the current opening degree as the opening degree during the experiment corresponding to the current magnitude of vibration. For this reason, when installing the vibration pickup 21, it is not necessary to perform precise positioning.
The vibration pickup 21 can detect not only vibrations transmitted on the surface but also vibration waves transmitted in the substance. For this reason, the position where the vibration pickup 21 is fixed to the sector gear 17 is not limited to the position shown in FIG. 3 and can be changed as appropriate. For example, the vibration pickup 21 can be disposed on the lower surface side of the sector gear 17 below the paper surface in FIG. 3, or can be fixed to the boss portion 17 a of the sector gear 17.

上述した実施の形態においては、振動を伝達するセクターギヤ17とピニオン19がプラスチック材料によって形成されている例を示した。しかし、セクターギヤ17およびピニオン19は、金属材料によって形成することができる。また、歯車結合部18として中間ギヤを使用する場合は、セクターギヤ17およびピニオン19と同一の材料によって形成された中間ギヤを用いることができる。   In the above-described embodiment, an example in which the sector gear 17 and the pinion 19 that transmit vibration are formed of a plastic material has been described. However, the sector gear 17 and the pinion 19 can be formed of a metal material. Further, when an intermediate gear is used as the gear coupling portion 18, an intermediate gear formed of the same material as the sector gear 17 and the pinion 19 can be used.

1…回転角検出装置、3…回動式アクチュエータ、12…駆動用モータ、12a…出力軸、17…セクターギヤ(従動側歯車)、18…歯車結合部、19…ピニオン(従動側歯車)、21…振動ピックアップ、24…信号処理回路、26…メモリ(記憶部)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotation angle detection apparatus, 3 ... Rotary actuator, 12 ... Drive motor, 12a ... Output shaft, 17 ... Sector gear (driven side gear), 18 ... Gear coupling part, 19 ... Pinion (driven side gear), 21... Vibration pickup, 24... Signal processing circuit, 26.

Claims (3)

回転角を検出するための回動する従動側歯車と、
前記従動側歯車に歯車結合部を介して接続された駆動側歯車と、
前記駆動側歯車に結合された出力軸を有するモータと、
前記従動側歯車に固定され、この従動側歯車の振動を検出する振動ピックアップと、
前記振動ピックアップによって検出された振動の大きさに基づいて前記従動側歯車の回転角を求める信号処理回路とを備えている回転角検出装置。
A rotating driven gear for detecting a rotation angle;
A drive side gear connected to the driven side gear via a gear coupling;
A motor having an output shaft coupled to the drive side gear;
A vibration pickup fixed to the driven gear and detecting vibration of the driven gear;
And a signal processing circuit for obtaining a rotation angle of the driven gear based on the magnitude of vibration detected by the vibration pickup.
請求項1記載の回転角検出装置において、
前記従動側歯車と、前記駆動側歯車および前記モータは、回動式アクチュエータの駆動系を構成するものであることを特徴とする回転角検出装置。
The rotation angle detection device according to claim 1,
The rotation angle detecting device, wherein the driven gear, the driving gear, and the motor constitute a driving system of a rotary actuator.
請求項1または請求項2記載の回転角検出装置において、
前記信号処理回路は、前記モータが停止したときの前記従動側歯車の回転角を記憶する記憶部を備えていることを特徴とする回転角検出装置。
In the rotation angle detection device according to claim 1 or 2,
The signal processing circuit includes a storage unit that stores a rotation angle of the driven gear when the motor is stopped.
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