JP4622641B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
本発明は、主に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に関するものである。 The present invention relates to a rotation angle detecting device mainly used for detecting a rotation angle of a steering wheel of an automobile.
近年、自動車の高機能化が進む中、ブレーキや横滑り防止等の各種制御を行うため、様々な回転角度検出装置を用いてステアリングの回転角度を検出するものが増えている。 2. Description of the Related Art In recent years, as automobiles have become more sophisticated, in order to perform various controls such as braking and skidding prevention, the number of devices that detect the rotation angle of a steering using various rotation angle detection devices is increasing.
このような、従来の回転角度検出装置について、図3及び図4を用いて説明する。 Such a conventional rotation angle detection device will be described with reference to FIGS.
図4は従来の回転角度検出装置の要部斜視図であり、同図において、1は外周に平歯車1Aが形成された回転歯車で、中央部には挿通するステアリング(図示せず)の軸と係合する係合部1Bが設けられている。
FIG. 4 is a perspective view of a main part of a conventional rotation angle detecting device. In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a rotating gear having a spur gear 1A formed on its outer periphery, and a shaft of a steering (not shown) inserted through the center portion. An
そして、2は外周に平歯車2Aが形成された第一の検出歯車、3は外周に第一の検出歯車2とは歯数の異なる平歯車3Aが形成された第二の検出歯車で、第一の検出歯車2が回転歯車1に、第二の検出歯車3が第一の検出歯車2に各々噛合すると共に、第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の中央には、磁石4と5がインサート成形等により各々装着されている。
2 is a first detection gear having a
また、6は第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン(図示せず)が形成されると共に、第一の検出歯車2の磁石4との対向面には磁気検出素子7が、第二の検出歯車3の磁石5との対向面には磁気検出素子8が各々装着され、これらの対向した磁石と磁気検出素子によって、第一の検出手段9と第二の検出手段10が形成されている。
Reference numeral 6 denotes a wiring board disposed substantially parallel to the upper surfaces of the
さらに、配線基板6にはマイコン等の電子部品によって、第一の検出手段9と第二の検出手段10に接続された制御手段11が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。 Furthermore, the control means 11 connected to the 1st detection means 9 and the 2nd detection means 10 is formed in the wiring board 6 by electronic components, such as a microcomputer, and the rotation angle detection apparatus is comprised.
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段11がコネクタ(図示せず)等を通して自動車本体の電子回路(図示せず)に接続されると共に、回転歯車1中央の係合部1Bにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。
In such a rotation angle detecting device, the control means 11 is connected to an electronic circuit (not shown) of the automobile body through a connector (not shown) or the like, and at the
以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転歯車1が回転し、この外周の平歯車に噛合した第一の検出歯車2、及び第一の検出歯車2に噛合した第二の検出歯車3が連動して回転する。
In the above configuration, when the steering wheel is rotated, the rotating gear 1 is rotated accordingly, and the
そして、第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石4と5の磁気の方向が変化し、これを磁気検出素子7と8が各々検出して、増減を繰返す略鋸歯状の電圧波形が連続する検出信号が、第一の検出手段9と第二の検出手段10から制御手段11へ出力される。
Then, as the
なお、この時、第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の歯数が異なっているため、第一の検出手段9から出力される検出信号と、第二の検出手段10から出力される検出信号とは、電圧波形の形状が異なり位相差のあるものとなる。
At this time, since the number of teeth of the
そして、制御手段11が各歯車の歯数、及びこの電圧波形の異なる二つの検出信号の電圧値を演算して、回転歯車1の回転角度、つまり、ステアリングの回転角度を検出し、これが電子回路に出力されて、自動車のブレーキ等の様々な制御が行われるように構成されている。 Then, the control means 11 calculates the number of teeth of each gear and the voltage values of two detection signals having different voltage waveforms to detect the rotation angle of the rotating gear 1, that is, the steering rotation angle, which is an electronic circuit. And various controls such as a brake of an automobile are performed.
なお、回転歯車1と第一の検出歯車2、及び第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の、各々噛合した歯の間には、歯と歯を噛合させるための僅かな隙間、所謂バックラッシが形成されている。
Between the meshed teeth of the rotary gear 1 and the
従って、例えば、図3の部分平面図に示すように、回転歯車1の平歯車1Aの歯の右側と、第一の検出歯車2の平歯車2Aの歯の左側が当接し、第一の検出歯車2の歯の右側に、バックラッシαが形成されている場合、回転歯車1を反時計方向へ回転した場合には、第一の検出歯車2もこれに追従して回転するが、時計方向へ回転した場合には、第一の検出歯車2はバックラッシαの角度分だけずれて回転する。
Therefore, for example, as shown in the partial plan view of FIG. 3, the right side of the tooth of the spur gear 1A of the rotary gear 1 and the left side of the tooth of the
つまり、角度としては約1度前後と僅かなものではあるが、第一の検出歯車2から検出される回転角度は、実際のステアリングの回転角度に対し、歯間の隙間分の、バックラッシα分の誤差が生じるものであった。
In other words, although the angle is as small as about 1 degree, the rotation angle detected from the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、噛合した各歯車の歯間の隙間、バックラッシα分の回転角度として約1度前後の誤差が生じるため、高精度な回転角度の検出が困難であるという課題があった。 However, in the conventional rotation angle detection device, an error of about 1 degree is generated as the rotation angle corresponding to the gap between the teeth of each meshed gear and the backlash α, so that it is difficult to detect the rotation angle with high accuracy. There was a problem.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、誤差が少なく高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that can detect a rotation angle with high accuracy and less error.
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、制御手段が回転歯車と第一の検出歯車及び第一の検出歯車と第二の検出歯車のバックラッシを記憶すると共に、第一及び第二の検出手段からの検出信号に対し、このバックラッシ分の誤差を補正して回転歯車の回転角度を検出するものであり、噛合した各歯車間の隙間、バックラッシ分の誤差を補正して回転角度の検出を行うことによって、高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるという作用を有する。 According to the first aspect of the present invention, the control means stores the backlash of the rotating gear, the first detection gear, the first detection gear, and the second detection gear, and the first and second detection means. This is to detect the rotation angle of the rotating gear by correcting the error of the backlash with respect to the detection signal from, and detecting the rotation angle by correcting the error between the meshed gears and the backlash. it allows an effect that it is possible to obtain a highly accurate rotation angle detection of possible rotation angle of the detection device.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、検出手段を、磁石と磁気検出素子またはホール素子で形成したものであり、無接触式の安定した検出を行うことができると共に、回転角度検出装置を簡易な構成で安価なものとすることができるという作用を有する。
The invention according to
以上のように本発明によれば、誤差が少なく、高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an advantageous effect that it is possible to realize a rotation angle detection device that can detect a rotation angle with high accuracy and less error.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図3を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施の形態)
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要部斜視図、図2は同ブロック回路図であり、同図において、1は外周に平歯車1Aが形成された回転歯車で、中央部には挿通するステアリング(図示せず)の軸と係合する係合部1Bが設けられている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a main part of a rotation angle detecting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block circuit diagram thereof, and in FIG. 1, 1 is a rotating gear having a spur gear 1A formed on its outer periphery. An
そして、2は外周に平歯車2Aが形成された第一の検出歯車、3は外周に第一の検出歯車2とは歯数の異なる平歯車3Aが形成された第二の検出歯車で、第一の検出歯車2の平歯車が回転歯車1に、第二の検出歯車3が第一の検出歯車2に各々噛合すると共に、第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の中央には、磁石4と5がインサート成形等により各々装着されている。
2 is a first detection gear having a
また、6は第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン(図示せず)が形成されると共に、第一の検出歯車2の磁石4との対向面にはAMR素子(異方性磁気抵抗素子)等の磁気検出素子7が、第二の検出歯車3の磁石5との対向面には同じく磁気検出素子8が各々装着され、これらの対向した磁石と磁気検出素子によって、第一の検出手段9と第二の検出手段10が形成されている。
Reference numeral 6 denotes a wiring board disposed substantially parallel to the upper surfaces of the
さらに、配線基板6にはマイコン等の電子部品によって、第一の検出手段9と第二の検出手段10に接続された制御手段21が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。 Furthermore, the control means 21 connected to the 1st detection means 9 and the 2nd detection means 10 is formed in the wiring board 6 by electronic components, such as a microcomputer, and the rotation angle detection apparatus is comprised.
また、この回転角度検出装置の制御手段21が、制御部21Aと記憶部21B、演算部21Cから形成されると共に、記憶部21Bには、回転歯車1と第一の検出歯車2、及び第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の、各々噛合した各歯車間の隙間、バックラッシが記憶されている。
In addition, the control means 21 of the rotation angle detection device is formed of a control unit 21A, a storage unit 21B, and a
つまり、回転歯車1と第一の検出歯車2、及び第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の、各々噛合した歯と歯の間には、歯と歯を噛合させるための僅かな隙間、所謂バックラッシが形成されている。
That is, there is a slight amount for meshing the teeth between the teeth of the rotating gear 1 and the
従って、例えば、図3の部分平面図に示すように、回転歯車1の平歯車1Aの歯の右側と、第一の検出歯車2の平歯車2Aの歯の左側が当接し、第一の検出歯車2の歯の右側に、バックラッシαが形成されている場合、回転歯車1を反時計方向へ回転した場合には、第一の検出歯車2もこれに追従して回転するが、時計方向へ回転した場合には、第一の検出歯車2はバックラッシαの角度分だけずれて回転する。
Therefore, for example, as shown in the partial plan view of FIG. 3, the right side of the tooth of the spur gear 1A of the rotary gear 1 and the left side of the tooth of the
このため、回転角度検出装置を製作した際に、回転歯車1を回転し、この回転歯車1の実際の回転角度を測定した値と、第一の検出手段9及び第二の検出手段10の検出信号から演算した値を比べると、約1度前後の各歯車の歯間の隙間、バックラッシα分の誤差が得られる。 Therefore, when the rotation angle detection device is manufactured, the rotation gear 1 is rotated, the actual rotation angle of the rotation gear 1 is measured, and the first detection means 9 and the second detection means 10 are detected. When the values calculated from the signals are compared, an error corresponding to the clearance between the gear teeth and the backlash α of about 1 degree is obtained.
そして、この各装置毎のバックラッシαを、図2に示す記憶部21Bが記憶すると共に、第一の検出手段9と第二の検出手段10からの検出信号を演算部21Cで演算する際に、制御部21Aがバックラッシα分の誤差を補正して、回転歯車1の回転角度を検出するように制御手段21が構成されている。
Then, the backlash α for each device is stored in the storage unit 21B shown in FIG. 2, and when the detection signals from the
また、このように構成された回転角度検出装置は、制御手段21がコネクタ(図示せず)等を通して自動車本体の電子回路(図示せず)に接続されると共に、図1に示す回転歯車1中央の係合部1Bには、ステアリング軸が挿通されて自動車に装着される。
Further, in the rotation angle detecting device configured as described above, the control means 21 is connected to an electronic circuit (not shown) of the automobile body through a connector (not shown) and the center of the rotating gear 1 shown in FIG. A steering shaft is inserted into the
以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転歯車1が回転し、この外周の平歯車に噛合した第一の検出歯車2、及び第一の検出歯車2に噛合した第二の検出歯車3が連動して回転する。
In the above configuration, when the steering wheel is rotated, the rotating gear 1 is rotated accordingly, and the
そして、第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石4と5の磁気の方向が変化し、これを磁気検出素子7と8が各々検出して、増減を繰返す略鋸歯状の電圧波形が連続する検出信号が、第一の検出手段9と第二の検出手段10から制御手段21へ出力される。
Then, as the
なお、この時、第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の歯数が異なっているため、第一の検出手段9から出力される検出信号と、第二の検出手段10から出力される検出信号とは、電圧波形の形状が異なり位相差のあるものとなる。
At this time, since the number of teeth of the
そして、制御手段21が各歯車の歯数、及びこの電圧波形の異なる二つの検出信号の電圧値から、回転歯車1の回転角度を演算、つまり、ステアリングの回転角度を検出するが、上述したように、制御手段21の記憶部21Bには、回転角度検出装置を製作した際に、噛合した各歯車間の隙間、バックラッシαが記憶されている。
The control means 21 calculates the rotation angle of the rotary gear 1 from the number of teeth of each gear and the voltage values of two detection signals having different voltage waveforms, that is, detects the rotation angle of the steering wheel. In addition, in the storage unit 21B of the
これによって、制御手段21の制御部21Aが、第一の検出手段9と第二の検出手段10からの検出信号を演算部21Cで演算する際に、この記憶部21Bに記憶されたバックラッシα分の誤差を補正して、回転歯車1の回転角度の検出を行うように構成されている。
Thus, when the control unit 21A of the
つまり、制御手段21によって、各歯車間の隙間、バックラッシα分の誤差がない、回転歯車1の実際の角度と一致した高精度な回転角度が検出され、これが電子回路に出力されて、自動車のブレーキ等の様々な制御が行われる。 That is, the control means 21 detects a high-accuracy rotation angle that matches the actual angle of the rotating gear 1 without an error corresponding to the gap between the gears and the backlash α, and outputs this to the electronic circuit. Various controls such as braking are performed.
このように本実施の形態によれば、制御手段21が回転歯車1と各検出歯車の歯間の隙間、バックラッシαを記憶すると共に、各検出手段からの検出信号に対し、このバックラッシα分の誤差を補正して回転歯車1の回転角度を検出することによって、高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるものである。 As described above, according to the present embodiment, the control means 21 stores the clearance between the teeth of the rotating gear 1 and each detection gear, the backlash α, and the backlash α corresponding to the detection signal from each detection means. By correcting the error and detecting the rotation angle of the rotating gear 1, a rotation angle detection device capable of detecting the rotation angle with high accuracy can be obtained.
また、第一の検出手段9や第二の検出手段10を、磁石4と5及び磁気検出素子7と8またはホール素子で構成することによって、無接触式の安定した検出を行うことができると共に、回転角度検出装置を簡易な構成で安価なものとすることができる。 In addition, by configuring the first detection means 9 and the second detection means 10 with the magnets 4 and 5 and the magnetic detection elements 7 and 8 or the Hall element, non-contact stable detection can be performed. The rotation angle detection device can be made inexpensive with a simple configuration.
なお、以上の説明では、回転歯車1や第一の検出歯車2、第二の検出歯車3の外周に各々平歯車を形成し、これらを噛合させた構成として説明したが、平歯車以外にも傘歯車等、他の形状の歯車を用いた構成としても本発明の実施は可能である。
In the above description, spur gears are formed on the outer circumferences of the rotating gear 1, the
また、回転歯車1に第一の検出歯車2を、第一の検出歯車2に第二の検出歯車3を各々噛合させた構成について説明したが、第一の検出歯車2と第二の検出歯車3の両方を回転歯車1に噛合させた構成や、或いは一方の検出歯車のみを回転歯車1に噛合させた構成としても実施は可能である。
Further, the configuration in which the
本発明による回転角度検出装置は、誤差が少なく高精度な回転角度の検出が可能なものを実現することができ、自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。 The rotation angle detection device according to the present invention can realize a device that can detect a rotation angle with a small amount of error and is highly accurate, and is useful for detecting the rotation angle of an automobile steering wheel.
1 回転歯車
1A,2A,3A 平歯車
1B 係合部
2 第一の検出歯車
3 第二の検出歯車
4,5 磁石
6 配線基板
7,8 磁気検出素子
9 第一の検出手段
10 第二の検出手段
21 制御手段
21A 制御部
21B 記憶部
21C 演算部
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