JP4727284B2 - Multi-rotation absolute angle detection mechanism and detection method - Google Patents
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Description
この発明は、ステアリングの絶対的な舵角などを検出する多回転絶対角度検出機構および検出方法に関する。 The present invention relates to a multi-rotation absolute angle detection mechanism and a detection method for detecting an absolute steering angle of a steering.
この種の多回転絶対角度検出機構として、ウォームとウォームホイールを組み合わせた減速機構や、平歯車を並べた減速機構を用いて、1回転以内の絶対角度を検出するエンコーダと多回転量を検出するエンコーダから得られる出力信号を信号処理回路で合成し、多回転絶対角度を検出するようにしたものが提案されている(特許文献1,2)。
As this type of multi-rotation absolute angle detection mechanism, a reduction mechanism combining a worm and a worm wheel, or a reduction mechanism in which spur gears are arranged, and an encoder that detects an absolute angle within one rotation and a multi-rotation amount are detected. An output signal obtained from an encoder is synthesized by a signal processing circuit to detect a multi-rotation absolute angle (
また、ステアリングの舵角検出に用いられるものとして、ステアリングシャフトと同軸的に大径のギヤを設けると共に、この大径ギヤと噛合する小径ギヤを設け、大径ギヤの外周部に90度の間隔を隔てて配置された磁石を検出する基準位置センサの出力信号と、小径ギヤに設けられた回転角度検出用磁石の磁力線を検出する磁気センサの出力信号とに基づいて、ステアリングシャフトの回転角度を求めるようにしたものも提案されている(特許文献3)。 A large-diameter gear is provided coaxially with the steering shaft and a small-diameter gear that meshes with the large-diameter gear is used to detect the steering angle of the steering. The rotation angle of the steering shaft is determined based on the output signal of the reference position sensor that detects the magnets arranged at a distance from each other and the output signal of the magnetic sensor that detects the magnetic force lines of the rotation angle detection magnet provided on the small-diameter gear. What has been sought is also proposed (Patent Document 3).
さらには、遊星歯車機構の出力軸の回転をセンサで検出することにより、遊星歯車機構の入力軸に直結される被測定物の多回転絶対角度を検出するように構成したものも提案されている(特許文献4)。
しかし、ウォームとウォームホイールを組み合わせた減速機構を用いる特許文献1に開示の構成のものでは、減速比を大きくとれるものの、軸が直交するので構造が複雑になり機構のスペースも大きくなる。
However, in the configuration disclosed in
また、平歯車を並べた減速機構を用いる特許文献2に開示の構成のものでは、センサ設置のために機構の径方向のスペースが大きくなる。また、複数の軸を有するので軸受設置スペースを要し、構造が複雑になる。
Further, in the configuration disclosed in
遊星歯車機構を用いる特許文献4に開示の構成のものでは、ギヤの個数が増え、さらにそれらギヤ(特に遊星ギヤ)をどのように支持するかが課題となる。また、減速比を稼ごうとすると、機構の径方向のスペースが大きくなる。
In the configuration disclosed in
また、上記した各減速機を用いた多回転絶対角度検出機構では、減速比分の回転数(例えば減速比が1/5であれば5回転分)しか検出することができない。 In addition, the multi-rotation absolute angle detection mechanism using each reduction gear described above can detect only the number of rotations corresponding to the reduction ratio (for example, five rotations if the reduction ratio is 1/5).
この発明の目的は、コンパクトに構成でき、かつ広範囲な多回転絶対角度検出が可能な多回転絶対角度検出機構、およびこの多回転絶対角度検出機構を用いた検出方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a multi-rotation absolute angle detection mechanism that can be compactly configured and can detect a wide range of multi-turn absolute angles, and a detection method using the multi-turn absolute angle detection mechanism.
この発明の多回転絶対角度検出機構は、回転軸に固定した偏心リングと、固定部材に設置され内向きの歯を持つ内歯付き部材と、外向きの歯を持ち上記内歯付き部材に噛み合うことで、上記偏心リングの偏心回転中心上を減速比1/L(L:1以上の任意の値)で減速回転する外歯付き部材と、この外歯付き部材から回転伝達され上記偏心回転中心上の外歯付き部材の回転と等しい速度で上記回転軸上を上記減速比1/Lで減速回転する減速部材とからなる減速機構を備え、上記減速部材に1回転に1山の正弦波または鋸波を出力する回転検出手段である多回転検出部の被検出部を設置し、この被検出部と対向するように上記多回転検出部の検出部を固定部材に設置し、かつ後述の1回転検出用被検出部および1回転検出用検出部を設けたことを特徴とする。
この構成によると、偏心リング、内歯付き部材、および外歯付き部材からなる内接噛合遊星歯車機構と、外歯付き部材および減速部材からなる等速度内歯車機構とで高減速比の減速機構が構成される。そのため、上記減速機構の減速部材の絶対位置を検出することで、広範囲な多回転絶対角度の検出が可能となる。また、減速機構に、上記内接噛合遊星歯車機構と等速度内歯車機構とを用いることで、軸貫通型の多回転絶対角度検出機構が構成できる。これらのため、軸貫通型の減速機構で高減速比が得られ、そのためコンパクトな構成で広範囲な多回転絶対角度検出が可能となる。
The multi-rotation absolute angle detection mechanism according to the present invention includes an eccentric ring fixed to a rotation shaft, an internal toothed member having inward teeth installed on a fixed member, and an outward tooth engaging with the internal toothed member. Thus, the externally toothed member that decelerates and rotates on the eccentric rotation center of the eccentric ring at a
According to this configuration, a reduction mechanism having a high reduction ratio by an intermeshing planetary gear mechanism composed of an eccentric ring, an internally toothed member, and an externally toothed member, and a constant speed internal gear mechanism composed of an externally toothed member and a reduction member. Is configured. Therefore, it is possible to detect a wide range of multi-rotation absolute angles by detecting the absolute position of the deceleration member of the deceleration mechanism. Further, by using the inscribed mesh planetary gear mechanism and the constant speed internal gear mechanism as the speed reduction mechanism, a shaft-through multi-rotation absolute angle detection mechanism can be configured. For these reasons, a high reduction ratio can be obtained with a shaft-through type reduction mechanism, so that a wide range of multi-rotation absolute angles can be detected with a compact configuration.
この発明において、上記被検出部を磁気エンコーダとし、上記検出部をホールICの組み込まれたセンサハウジングとしても良い。これにより多回転検出部を簡易な構成のものとできる。
また、上記被検出部をレゾルバのロータ、上記検出部をレゾルバのステータとしても良い。レゾルバを用いると、高精度の検出が可能となる。
また、上記内歯付き部材を内歯車、外歯付き部材を平歯車としても良い。この場合、簡易な構成となる。
In the present invention, the detected portion may be a magnetic encoder, and the detecting portion may be a sensor housing in which a Hall IC is incorporated. As a result, the multi-rotation detection unit can have a simple configuration.
The detected portion may be a resolver rotor, and the detection portion may be a resolver stator. If a resolver is used, highly accurate detection becomes possible.
The internal gear member may be an internal gear, and the external gear member may be a spur gear. In this case, the configuration is simple.
この発明において、上記減速部材と固定部材とに、互いに当接して上記減速部材の回転範囲を限定する係合部をそれぞれ設けても良い。この係合部を設けることで、減速部材の回転を、多回転検出部による絶対角度検出が可能な1回転の範囲内に限定することができる。 In this invention, you may each provide the engaging part which contact | abuts mutually and limits the rotation range of the said deceleration member in the said deceleration member and a fixing member. By providing this engaging portion, the rotation of the speed reducing member can be limited to a range of one rotation in which the absolute angle can be detected by the multi-rotation detecting portion.
この発明において、上記1回転検出用被検出部および1回転検出用検出部として、上記回転軸に、1回転にn山(n=1,2,3 …)の正弦波または鋸波を出力する回転検出器である1回転検出部の被検出部となる1回転検出用被検出部を設置し、この1回転検出用被検出部に対向して、上記1回転検出部の検出部である1回転検出用検出部を設置する。
このように多回転検出部と1回転検出部とを設けた場合、多回転検出部の出力信号により回転軸の回転数(整数値)を判別し、その回転数と1回転検出部の出力信号を用いることにより、より一層高精度な多回転絶対角度検出を行うことができる。
また、多回転検出部は、上記のように内接噛合遊星歯車機構と等速度内歯車機構とでなる減速機構に対して設け、多回転検出部と同軸上に1回転検出部を組み合わせるため、コンパクトな構成でより高精度な多回転絶対角度検出が行える。
The present invention smell Te, as the first rotation part to be detected for detection and for detecting one rotation detection section, the upper Symbol rotary shaft, a sine wave or sawtooth of n mountain one revolution (n = 1, 2, 3 ...) A one-rotation detection detection unit that is a detection unit of the one-rotation detection unit that is a rotation detector to output is installed, and the detection unit of the one-rotation detection unit is opposed to the one-rotation detection detection unit. A detection unit for detecting one rotation is installed.
When the multi-rotation detection unit and the single-rotation detection unit are provided as described above, the rotational speed (integer value) of the rotation shaft is determined from the output signal of the multi-rotation detection unit, and the rotational speed and the output signal of the single-rotation detection unit. By using, multi-turn absolute angle detection with higher accuracy can be performed.
In addition, the multi-rotation detection unit is provided for the reduction mechanism composed of the intermeshing planetary gear mechanism and the constant-velocity internal gear mechanism as described above, and combines the single rotation detection unit coaxially with the multi-rotation detection unit. More accurate multi-turn absolute angle detection can be performed with a compact configuration.
上記1回転検出部を設ける場合に、1回転検出用被検出部を磁気エンコーダ、1回転検出用検出部をホールICの組み込まれたセンサハウジングとしても良い。これにより簡単な構成で1回転検出部を設けることができる。
また、1回転検出部を設ける場合に、1回転検出用被検出部と多回転検出用被検出部を磁気エンコーダとし、1回転検出用検出部と多回転検出用検出部をホールICの組み込まれたセンサハウジングとし、1回転検出用検出部と多回転検出用検出部におけるセンサハウジングを互いに一体に成形されたものとしても良い。このように1回転検出用検出部と多回転検出用検出部におけるセンサハウジングを互いに一体に形成されたものとすることにより、検出部の構成をコンパクト化できる。
1回転検出部を設ける場合に、その1回転検出用被検出部をレゾルバのロータ、上記1回転検出用検出部をレゾルバのステータとしても良い。レゾルバを用いると、精度の良い回転検出が行える。
When the one-rotation detection unit is provided, the detection target for one rotation detection may be a magnetic encoder, and the detection unit for one rotation detection may be a sensor housing in which a Hall IC is incorporated. This makes it possible to provide the one rotation detection unit with a simple configuration.
In addition, when a single-rotation detection unit is provided, the single-rotation detection detection unit and the multi-rotation detection detection unit are configured as magnetic encoders, and the single-rotation detection detection unit and the multi-rotation detection detection unit are incorporated with Hall ICs. The sensor housing in the one-rotation detection detection unit and the multi-rotation detection detection unit may be formed integrally with each other. As described above, the sensor housings in the single-rotation detection detection unit and the multi-rotation detection detection unit are formed integrally with each other, whereby the configuration of the detection unit can be made compact.
When a one-rotation detection unit is provided, the one-rotation detection detection unit may be a resolver rotor, and the one-rotation detection detection unit may be a resolver stator. If a resolver is used, accurate rotation detection can be performed.
この発明において、多回転検出部または1回転検出部から出力される信号を理想波形に補正する手段を用いても良い。この補正手段を用いることにより、多回転検出部または1回転検出部の出力特性が綺麗な鋸波または正弦波等となっていなくても、精度良く角度検出することができる。上記補正手段は、例えば電気的に補正するものとしても良い。 In the present invention, means for correcting a signal output from the multi-rotation detection unit or the single-rotation detection unit to an ideal waveform may be used. By using this correcting means, it is possible to detect the angle with high accuracy even if the output characteristics of the multi-rotation detection unit or the single-rotation detection unit are not a beautiful saw wave or sine wave. The correction means may be, for example, one that electrically corrects.
この発明の多回転絶対角度機構において、上記多回転絶対角度検出機構をステアリングの舵角センサとして用いても良い。
ステアリングの舵角センサは、±数回転の絶対角度検出が要求されるため、この発明のコンパクトな構成で広範囲の多回転絶対角度検出が可能という効果が有効に発揮される。
In the multi-turn absolute angle mechanism of the present invention, the multi-turn absolute angle detection mechanism may be used as a steering angle sensor for steering.
Since the steering angle sensor of the steering is required to detect an absolute angle of ± several rotations, the effect of being able to detect a wide range of multiple rotation absolute angles with the compact configuration of the present invention is effectively exhibited.
この発明の多回転絶対角度検出方法は、この発明の多回転絶対角度機構を用いる検出方法であって、1回転検出部の回転角度検出装置が出力する正弦波または鋸波の山数をn(n=1,2,3 …)とし、多回転検出部の減速比1/LのLの値の小数部分αを、
α≠β/n (0≦β≦n−1、β:整数)
とする方法である。
1回転検出部の回転角度検出装置が出力する正弦波または鋸波の山数nに合わせて多回転検出のための減速機構の減速比1/Lを適切な値に設定すれば、正方向回転と負方向回転の判別が行えるため、減速比の2倍の回転数まで検出することが可能である。例えば減速比が1/5であれば10回転分を検出できる。
減速比1/LのLの値の小数部分αを、
α≠β/n (0≦β≦n−1、β:整数)
とすると、±L回転に渡る広範囲な多回転絶対角度検出が可能となる。
回転方向の正負の判別で回転角度の検出範囲を増加させるため、減速機構自体の減速比を上げる必要がなく、コンパクトな構成で広範囲の多回転絶対角度検出が可能となる。
The multi-rotation absolute angle detection method of the present invention is a detection method using the multi-rotation absolute angle mechanism of the present invention, wherein the number of sine waves or sawtooth waves output by the rotation angle detection device of the one-rotation detection unit is n ( n = 1,2,3..., and the fractional part α of the L value of the
α ≠ β / n (0 ≦ β ≦ n−1, β: integer)
It is a method.
If the
Decimal part α of the L value of the
α ≠ β / n (0 ≦ β ≦ n−1, β: integer)
Then, a wide range of multi-rotation absolute angle detection over ± L rotations becomes possible.
Since the rotation angle detection range is increased by determining whether the rotation direction is positive or negative, there is no need to increase the reduction ratio of the speed reduction mechanism itself, and a wide range of multi-rotation absolute angle detection is possible with a compact configuration.
この発明における他の多回転絶対角度検出方法は、この発明の多回転絶対角度機構を用いた検出方法であって、多回転検出部の減速比1/Lを非整数、検出する回転数の範囲を±r(r:整数)、1回転検出部の回転角度検出装置が出力する正弦波または鋸波の山数をn(n=1,2,3 …)とし、多回転検出部の減速比1/LのLの値をL=r+1/(2n)とする方法である。
減速比1/LのLの値を、L=r+1/(2n)と選定すると、1回転検出部における正側回転の信号と負側回転の信号の位相差が最大となり、多回転検出部の信号も最大限に利用できる。そのため、回転方向、回転数の判別が容易となり、したがって減速機構に遊びがあったり、信号にノイズが載っても、多回転絶対角度検出が精度良く行える。
Another multi-rotation absolute angle detection method according to the present invention is a detection method using the multi-rotation absolute angle mechanism of the present invention, wherein the
When the L value of the
この発明のさらに他の多回転絶対角度検出方法は、この発明の多回転絶対角度検出機構を用いた検出方法であって、多回転検出部の減速比1/LのLを非整数、検出する回転数範囲を±r(r:整数)、1回転検出部の回転角度検出装置が出力する正弦波または鋸波の山数をn(n=1,2,3 …)とし、多回転検出部の減速比1/LのLの値における小数部分をa/n+1/(2n)(0≦a<n,a:整数)とする方法である。
このように減速比1/LのLの値における小数部分をa/n+1/(2n)(0≦a<n,a:整数)とした場合も、1回転検出部における正側回転の信号と負側回転の信号の位相差が最大となり、多回転検出部の信号も最大限に利用できる。そのため、回転方向、回転数の判別が容易となり、したがって減速機構に遊びがあったり、信号にノイズが載っても、多回転絶対角度検出が精度良く行える。
Still another multi-rotation absolute angle detection method of the present invention is a detection method using the multi-rotation absolute angle detection mechanism of the present invention, and detects L of the
Thus, even when the decimal part of the L value of the
この発明の多回転絶対角度検出機構は、回転軸に固定した偏心リングと、固定部材に設置され内向きの歯を持つ内歯付き部材と、外向きの歯を持ち上記内歯付き部材に噛み合うことで、上記偏心リングの偏心回転中心上を減速比1/L(L:1以上の任意の値)で減速回転する外歯付き部材と、この外歯付き部材から回転伝達され上記偏心回転中心上の外歯付き部材の回転と等しい速度で上記回転軸上を上記減速比1/Lで減速回転する減速部材とからなる減速機構を備え、上記減速部材に1回転に1山の正弦波または鋸波を出力する回転検出手段である多回転検出部の被検出部を設置し、この被検出部と対向するように上記多回転検出部の検出部を固定部材に設置したため、コンパクトに構成でき、かつ広範囲な多回転絶対角度検出が可能となる。
上記回転軸に、1回転にn山(n=1,2,3 …)の正弦波または鋸波を出力する回転検出器である1回転検出部の被検出部となる1回転検出用被検出部を設置し、この1回転検出用被検出部に対向して、上記1回転検出部の検出部である1回転検出用検出部を設置したため、より一層高精度な多回転絶対角度検出を行うことができる。
この発明の多回転絶対角度検出方法は、この発明の多回転絶対角度検出機構を用いた検出方法であって、1回転検出部の回転角度検出装置が出力する正弦波または鋸波の山数をn(n=1,2,3 …)とし、多回転検出部の減速比1/LのLの値の小数部分αを、
α≠β/n (0≦β≦n−1、β:整数)
とするため、±L回転に渡る広範囲な多回転絶対角度検出が可能となる。
この発明の他の多回転絶対角度検出方法は、この発明の多回転絶対角度検出機構を用いた検出方法であって、多回転検出部の減速比1/LのLを非整数、検出する回転数の範囲を±r(r:整数)、1回転検出部の回転角度検出装置が出力する正弦波または鋸波の山数をn(n=1,2,3 …)とし、多回転検出部の減速比1/LのLの値をL=r+1/(2n)とするため、1回転検出部における正側回転の信号と負側回転の信号の位相差が最大となり、多回転検出部の信号も最大限に利用できて、回転方向、回転数の判別が容易となり、減速機構の遊びや信号のノイズにかかわらず、多回転絶対角度検出が精度良く行える。
この発明のさらに他の多回転絶対角度検出方法は、この発明の多回転絶対角度検出機構を用いた検出方法であって、多回転検出部の減速比1/LのLを非整数、検出する回転数の範囲を±r(r:整数)、1回転検出部の回転角度検出装置が出力する正弦波または鋸波の山数をn(n=1,2,3 …)とし、多回転検出部の減速比1/LのLの値における小数部分をa/n+1/(2n)(0≦a<n,a:整数)とするため、この場合も、1回転検出部における正側回転の信号と負側回転の信号の位相差が最大となり、多回転検出部の信号も最大限に利用できて、回転方向、回転数の判別が容易となり、減速機構の遊びや信号のノイズにかかわらず、多回転絶対角度検出が精度良く行える。
The multi-rotation absolute angle detection mechanism according to the present invention includes an eccentric ring fixed to a rotation shaft, an internal toothed member having inward teeth installed on a fixed member, and an outward tooth engaging with the internal toothed member. Thus, the externally toothed member that decelerates and rotates on the eccentric rotation center of the eccentric ring at a
Detected for one rotation detection, which becomes a detected portion of a one-rotation detection unit that is a rotation detector that outputs a sine wave or sawtooth wave of n peaks (n = 1, 2, 3. part set up, to face the detected portion for the one rotation detection, because the set up for detecting one rotation detecting unit is a detecting unit of the first rotation detecting unit, performs more accurate multiple rotation absolute angle detecting be able to.
The multi-rotation absolute angle detection method of the present invention is a detection method using the multi-rotation absolute angle detection mechanism of the present invention, in which the number of sine waves or sawtooth waves output from the rotation angle detection device of one rotation detection unit is calculated. n (n = 1, 2, 3...), and the fractional portion α of the L value of the
α ≠ β / n (0 ≦ β ≦ n−1, β: integer)
Therefore, it is possible to detect a wide range of multiple rotation absolute angles over ± L rotations.
Another multi-rotation absolute angle detection method according to the present invention is a detection method using the multi-rotation absolute angle detection mechanism according to the present invention, and is a rotation that detects a non-integer L of the
Still another multi-rotation absolute angle detection method of the present invention is a detection method using the multi-rotation absolute angle detection mechanism of the present invention, and detects L of the
この発明の基礎となる提案例を図1ないし図3と共に説明する。この多回転絶対角度検出機構1は、例えばステアリングの舵角センサとして用いられるものであって、回転軸8の回転を減速回転に変換する減速機構2と、この減速機構2で変換された減速回転を検出する多回転検出部3とで構成される。回転軸8は、固定部材9に軸受(図示せず)などで回転自在に支持されている。
An example of a proposal which is the basis of the present invention will be described with reference to FIGS. The multi-rotation absolute
減速機構2は、回転軸8に固定された偏心リング4と、前記固定部材9の内周に回転軸8と同心に設置された内歯付き部材5と、この内歯付き部材5に噛み合うことで前記偏心リング4の偏心回転中心O’回りに回転する外歯付き部材6と、減速部材7とからなる。減速部材7は、回転軸8の外周に回転自在に設けられ、外歯付き部材6から回転伝達されて外歯付き部材6と等しい速度で回転する。
The
回転軸8の外周には円筒状のロータハウジング10が圧入または接着により固定され、このロータハウジング10の外周に前記偏心リング4が圧入または接着により固定されている。偏心リング4は、ロータハウジング10に嵌合する内周面に対して外周面が偏心しており、外周円の中心である偏心回転中心O’が、回転軸8の軸心Oに対して、偏った位置となる。これにより偏心リング4は、回転軸8と共に回転するときに外周面が偏心回転を行う。
外歯付き部材6は外向きの歯を持つ平歯車からなり、偏心リング4の外周に回転自在に嵌合することで、偏心回転中心O’回りに回転する。図1では図示しないが、外歯付き部材6を回転自在とするために、軸受を介して外歯付部材6を偏心リング4に設けるのが望ましい。この場合の軸受として滑り軸受を用いれば、偏心リング4への外歯付き部材6の設置構造をよりコンパクトにできる。
A
The externally
固定部材9の内周には円筒状のステータハウジング11が圧入または接着により固定され、このステータハウジング11の内周に前記内歯付き部材5が圧入または接着により固定されている。内歯付き部材5は内向きの歯を持つ内歯車からなる。なお、固定部材9の内周へのステータハウジング11の固定や、前記回転軸8の外周への前記ロータハウジング10の固定は、固定部材9の内周や回転軸8の外周にステータハウジング11やロータハウジング10の軸方向の位置決めを行う段部を設けて、ボルト等で固定するようにしても良い。
A
内歯付き部材5の内向きの歯に、外歯付き部材6の外向きの歯が噛み合うことで、回転軸8の回転に伴い、外歯付き部材6が偏心回転中心O’回りに回転軸8の回転方向と反対方向に所定の減速比1/L(L:1以上の任意の値)で減速回転する。この場合の内歯付き部材5と外歯付き部材6の関係は、一般に広く知られている内接噛合遊星歯車機構を構成するものである。外歯付き部材6の歯数をZ1 、内歯付き部材5の歯数をZ2 とすると、減速比は(Z2 −Z1 )/Z1 となる。なお、ここでは歯数の差の小さい外歯付き部材6と内歯付き部材5を噛み合わせて減速させているが、歯が噛み合うものであれば、内歯付き部材5および外歯付き部材6の歯形状はどのようなものであっても構わない。
前記外歯付き部材6の側面には、軸方向に向けて突出する複数本の係合ピン12が、周方向に所定の間隔を開けて等配されている。
When the outward teeth of the externally
On the side surface of the externally
前記減速部材7は、ロータハウジング10の外周に回転自在に外嵌する環状部材であって、ロータハウジング10の外周に嵌まる円筒部7aと、この円筒部7aの一端から外径側に延びるフランジ部7bとでなる。そのフランジ部7bが外歯付き部材6の係合ピン12と軸方向に対向するように、偏心リング4に隣接して減速部材7が配置される。
The
減速部材7におけるフランジ部7bの外歯付き部材6と対向する側面には、図2に示すように前記各係合ピン12の係合する複数の案内凹部13が、周方向に所定の間隔を開けて配置されている。案内凹部13は、偏心回転中心O’回りに回る係合ピン12の案内凹部13内での変位が許容されるように、係合ピン12の軸径よりも十分大きい径の円形孔に形成されている。このように外歯付き部材6の係合ピン12が減速部材7の案内凹部13に係合することにより、外歯付き部材6の回転と等しい速度で回転軸8上を減速部材7が回転する。この場合の外歯付き部材6と減速部材7の関係は、一般に広く知られている等速度内歯車機構を構成する。なお、この機構において、前記係合ピン12を減速部材7に設け、前記案内凹部13を外歯付き部材6に設けても良い。図1では図示しないが、減速部材7を回転自在とするために、軸受を介して減速部材7をロータハウジング10に設けるのが望ましい。この場合の軸受として滑り軸受を用いれば、ロータハウジング10への減速部材7の設置構造をよりコンパクトにできる。
On the side surface of the
外歯付き部材6は偏心回転中心O’回りに減速回転するので、この回転角度を直接検出することは困難であるが、上記構成により外歯付き部材6の回転が回転軸8の軸心O回りに回転する減速部材7に伝達されることから、減速部材7の回転を検出することで間接的に外歯付き部材6の減速回転を容易に検出することができる。
Since the externally
多回転検出部3は、前記減速部材7における円筒部7aの外周に設けられた被検出部14と、この被検出部14と対向するように固定部材9側のステータハウジング11の内周に設けられた検出部15とでなる。多回転検出部3は、減速部材7が1回転する間に、検出部15が1山の正弦波または鋸波を出力する。多回転検出部3は、例えば被検出部14として磁気エンコーダを、検出部15としてホールICを90°位相差で配置したセンサハウジングを用いて構成される。あるいは、例えば被検出部14としてレゾルバのロータを、検出部15としてレゾルバのステータを用いて構成される。
The
図3に示すように、減速部材7におけるフランジ部7bの外周、およびこれに径方向に対向するステータハウジング11の内周に、互いに当接して減速部材7の回転を、多回転検出部3による絶対角度検出が可能な1回転の範囲内に限定する一対の係合部16,17を設けると、回転範囲を限定できる。
As shown in FIG. 3, the rotation of the
次に、上記構成の多回転絶対角度検出機構1の動作を説明する。回転軸8が回転すると、偏心リング4の外周に回転自在に設けられた外歯付き部材6が内歯付き部材5に噛み合いながら、回転軸8の回転方向と逆方向に減速比1/Lで減速回転する。その減速回転はロータハウジング10の外周に回転自在に設けられた減速部材7に等速度で伝達される。減速部材7の1回転内の絶対角度は、多回転検出部3の検出部15の出力波形から検出できる。回転軸8の回転は、減速機構2により減速比1/Lで減速回転されて減速部材7の回転に変換されるので、減速部材7の1回転は回転軸8のL回転に相当する。そこで、多回転検出部3の検出部15の出力波形から、回転軸8のL回転以内の絶対角度を検出することができる。
Next, the operation of the multi-rotation absolute
このように、この多回転絶対角度検出機構1では、偏心リング4、内歯付き部材5、および外歯付き部材6からなる内接噛合遊星歯車機構と、外歯付き部材6および減速部材7からなる等速度内歯車機構とで高減速比の減速機構2が構成されるので、コンパクトな軸貫通型に構成できて、高い減速比が得られ、広範囲な多回転絶対角度検出が可能となる。
As described above, in the multi-rotation absolute
図4は、この発明の第1の実施形態を示す。この多回転絶対角度検出機構1Aは、図1の提案例において、多回転検出部3とは別に、回転軸8の1回転を検出する1回転検出部18を設けたものである。1回転検出部18は、回転軸8側のロータハウジング10の外周に設けられた被検出部19と、この被検出部19に対向して固定部材9側のステータハウジング11の内周に設けられた検出部20とでなる。1回転検出部18は、回転軸8が1回転する間に、検出部20はn山(n=1,2,3…)(すなわちnは自然数)の正弦波または鋸波を出力する。1回転検出部18は、例えば被検出部19として磁気エンコーダを、検出部20としてホールICを90°位相差で配置したセンサハウジングを用いて構成される。あるいは、例えば被検出部19としてレゾルバのロータを、検出部20としてレゾルバのステータを用いて構成される。図4では、被検出部19をレゾルバのロータ、検出部20をレゾルバのステータとした例を示している。その他の構成は図1の提案例の場合と同じである。
FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention. This multi-rotation absolute
図1に示した提案例では、減速部材7が1回転する間、つまり回転軸8がL回転する間に、多回転検出部3における検出部15は1山の正弦波または鋸波を出力するだけであるため、高精度の絶対角度検出を期待することができない。これに対して、この実施形態の多回転絶対角度検出機構1Aでは、多回転検出部3により回転軸8の回転数を判別でき、1回転検出部18により回転軸8の回転絶対角度を1/n回転間隔で検出できるので、高精度な多回転の絶対角度検出を行うことができる。
In the proposed example shown in FIG. 1, the
図5は、図4の実施形態の多回転絶対角度検出機構1Aを用いた多回転絶対角度検出方法の一例の説明図を示す。この多回転絶対角度検出方法では、図4の多回転絶対角度検出機構1Aにおいて、1回転検出部18が出力1Xのレゾルバなどからなり、回転軸8の1回転に1山の鋸波S1を検出する。減速機構2の減速比は1/5とする。多回転検出部3も出力1Xのレゾルバなどからなり、減速部材7の1回転に1山の鋸波S2を検出するものとしている。つまり、ここでは回転軸8が5回転すると、1回転検出部18から5回の鋸波S1が検出され、多回転検出部3から1回の鋸波S2が検出される。この場合、多回転検出部3の出力信号S2により回転軸8の回転数を判別できるため、その回転数と1回転検出部18の出力信号S1を用いて5回転以内の絶対角度を精度良く算出することができる。
FIG. 5 shows an explanatory diagram of an example of a multi-rotation absolute angle detection method using the multi-rotation absolute
ところで、図5に示した多回転絶対角度検出方法のように、減速機構2の減速比1/LにおけるLをL=5のように整数に設定した場合、L回転(一方の回転方向でのL回転)以内の絶対角度しか検出できない。そこで、図6では、図4の実施形態の多回転絶対角度検出機構1Aを用いて、回転軸8の±L回転(正負両回転方向でのL回転)以内の絶対角度の検出が可能な多回転絶対角度検出方法の一例を示す。
By the way, when L at the
この多回転絶対角度検出方法では、図4の多回転絶対角度検出機構1Aにおいて、1回転検出部18が出力1Xのレゾルバなどからなり、回転軸8の1回転に1山の鋸波S1を検出する。減速機構2の減速比は、1/5.5とする。多回転検出部3も出力1Xのレゾルバなどからなり、減速部材7の1回転に1山の鋸波S2を検出するものとしている。上記の減速比1/5.5では、回転軸8が5回転すると、1回転検出部18から5回の鋸波S1が検出され、多回転検出部3から5/5.5回の鋸波S2が検出される。この場合、多回転検出部3の出力値S2が正側回転と負側回転とで同じであっても、1回転検出部18の出力値S1は正側回転と負側回転とで異なる。そのため、正側回転か負側回転かを判別することができる。
一般に、1回転検出部18から出力される山の数をn(自然数)とした場合、多回転検出部3の減速比1/LのLの小数部分αを、
α≠β/n (0≦β≦n−1、β:整数)
とすればよい。αは0≦α<1の範囲で計算される。
特に、1回転検出部18から回転軸8の1回転に1回の鋸波S1を出力する本実施形態の場合、減速比を1/5.5に設定すると、1回転検出部18の出力値S1の正側回転での値と負側回転での値の差が最大となり(電源圧Vc の半分)、正負判定を容易に行うことができる。
In this multi-rotation absolute angle detection method, in the multi-rotation absolute
Generally, when the number of peaks output from the one-
α ≠ β / n (0 ≦ β ≦ n−1, β: integer)
And it is sufficient. α is calculated in the range of 0 ≦ α <1.
In particular, in the case of this embodiment in which a single sawtooth wave S1 is output from the one-
一般的に、1回転検出部18から出力される鋸波S1の数nに合わせて、減速機構2の減速比1/LにおけるL(L:非整数)の値を、次式に示すように設定すれば、回転軸8の±r回転(r:任意数)を検出する場合に、1回転検出部18の出力値S1の正側回転での値と負側回転での値の差が最大となり、正負判定を容易に行うことができる。
L=r+1/(2n)
In general, the value of L (L: non-integer) in the
L = r + 1 / (2n)
勿論、減速比1/LにおけるLの値を、実際に検出した回転数より大きい値として、そのLの値の小数部分だけ1/(2n)の値に合わせても良い。また、Lの値の小数部分をa/n+1/(2n)(0≦a<n,a:整数)としても良い。また、検出回転数rが整数でない場合は、これまで記載した条件を満たし、さらにL≧rとなるように減速比1/Lを選定すれば良い。
上記のように減速比1/LにおけるLの値の小数部分だけ1/(2n)の値に合わせ、またはLの値の小数部分をa/n+1/(2n)とした場合は、1回転検出部18における正側回転の信号と負側回転の信号の位相差が最大となり、多回転検出部の信号も最大限に利用できる。そのため、回転方向、回転数の判別が容易となり、したがって減速機構に遊びがあったり、信号にノイズが載っても、多回転絶対角度検出が精度良く行える。
Of course, the value of L in the
As described above, when only the decimal part of the L value in the
このような方式を用いると、最終的な多回転の絶対角度の精度は1回転検出部18の精度と同等となる。例えば、1回転検出部18にレゾルバを用いた場合、一般に出力波形S1の山数nが多くなるほど角度算出精度はよくなると言われている。なお、1 回転検出部18の出力波形S1の山数nを1<nとすると、正負の回転数を判別する以外に、1回転検出部18の出力波形S1が何個目の山に相当するのかを判別する必要があり、多回転検出部3の精度も要求される。
If such a method is used, the accuracy of the final absolute angle of multiple rotations is equivalent to the accuracy of the single
以上の説明では、1回転検出部18として、鋸波の検出信号を出力するもの(例えばレゾルバ)を用いた場合について説明を行ったが、その他にも、例えば、1回転検出部18の検出部20として、90度位相差で配置された2つのホールICを用い、1 回転で1周期となる位相差90度の正弦波状の信号a,bを検出し(a:正弦波,b:余弦波)、電源電圧Vc の半分の値Vc /2を0として、a/bと各出力の象限判別より1回転の絶対角度を算出してもよい。
In the above description, the case where the one-
また、上記した検出方法において、多回転検出部3や1回転検出部18から出力される信号について、補正テーブルを持ち電気的に補正するようにしても良い。この補正は、多回転検出部3や1回転検出部18の出力特性により、出力波形が崩れている場合に、理想形状の鋸波や正弦波に補正するデータを補正テーブルに持ち、そのデータで補正する処理とされる。この場合にはさらに絶対角度検出精度の向上が可能となる。
In the detection method described above, a signal output from the multiple
図5は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この多回転絶対角度検出機構1Aは、図4の実施形態において、1回転検出部18を、磁気エンコーダからなる被検出部19と、ホールICを90°位相差で配置したセンサハウジングからなる検出部20とで構成している。また、ここでは、多回転検出部3も、磁気エンコーダからなる被検出部14と、ホールICを90°位相差で配置したセンサハウジングからなる検出部15とで構成している。また、ロータハウジング10とステータハウジング11は、多回転検出部3側と1回転検出部18側で分離している。つまり、多回転検出部3側にはロータハウジング10aとステータハウジング11a、1回転検出部18側にはロータハウジング10bとステータハウジング11bを設けているため、多回転検出部3と1回転検出部18とを分離して設置でき、設計の自由度が増す。その他の構成は図4の実施形態と同様である。
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. This multi-rotation absolute
図4や図5の実施形態で多回転検出部3および1回転検出部18にホールICを90°位相差で配置したセンサハウジングを用いた場合、多回転検出部3および1回転検出部18の両検出部15,20となるセンサハウジングを互いに一体に成形されたものとしても良く、これにより両検出部15,20をコンパクトに構成できる。
When the sensor housing in which the Hall ICs are arranged with a 90 ° phase difference is used for the
なお、上記各実施形態では、回転軸8やハウジング等の固定部材9に固定したロータハウジング10やステータハウジング11に各部品を設けた場合を示したが、これに限らず、回転軸8や固定部材9の形状を変更することで、回転軸8や固定部材9に各部品を直接設けるようにしても良い。
In each of the above-described embodiments, the case where each component is provided in the
1,1A…多回転絶対角度検出機構
2…減速機構
3…多回転検出部
4…偏心リング
5…内歯付き部材
6…外歯付き部材
7…減速部材
8…回転軸
9…固定部材
14…多回転検出部の被検出部
15…多回転検出部の検出部
16,17…係合部
18…1回転検出部
19…1回転検出部の被検出部
20…1回転検出部の検出部
O…回転軸の回転中心
O’…偏心リングの偏心回転中心
DESCRIPTION OF
Claims (13)
上記回転軸に、1回転にn山(n=1,2,3 …)の正弦波または鋸波を出力する回転検出器である1回転検出部の被検出部となる1回転検出用被検出部を設置し、この1回転検出用被検出部に対向して、上記1回転検出部の検出部である1回転検出用検出部を設置し、
上記減速部材に1回転に1山の正弦波または鋸波を出力する回転検出手段である多回転検出部の被検出部を設置し、この被検出部と対向するように上記多回転検出部の検出部を固定部材に設置したことを特徴とする多回転絶対角度検出機構。
多回転絶対角度検出機構。 An eccentric ring fixed to the rotating shaft, an internal toothed member installed on the fixed member and having inward teeth, and an outward tooth and meshing with the internal toothed member, the eccentric rotation center of the eccentric ring The externally toothed member that decelerates and rotates at a reduction ratio 1 / L (L: any value greater than or equal to 1), and the speed equal to the rotation of the externally toothed member transmitted from the externally toothed member and rotated on the eccentric rotation center. in example Bei a reduction mechanism composed on the rotary shaft and a deceleration member at a reduced speed by the speed reduction ratio 1 / L,
Detected for one rotation detection, which becomes a detected portion of a one-rotation detection unit that is a rotation detector that outputs a sine wave or sawtooth wave of n peaks (n = 1, 2, 3. A one-rotation detection detection unit that is a detection unit of the one-rotation detection unit, opposite to the one-rotation detection detection unit,
Installed on Symbol detected portion of the multiple rotation detection unit that is a rotation detecting means for outputting a sine wave or sawtooth wave of one peak in one rotation deceleration member, the multiple rotation detection unit so as to be opposed to the detected part A multi-rotation absolute angle detection mechanism characterized in that the detection part is installed on a fixed member.
Multi-turn absolute angle detection mechanism.
α≠β/n (0≦β≦n−1、β:整数)
とする多回転絶対角度検出方法。 6. A detection method using the multi-rotation absolute angle detection mechanism according to claim 1, wherein the number of sine waves or sawtooth waves output from the rotation angle detection device of one rotation detection unit And n (n = 1, 2, 3...), And the fractional portion α of the L value of the reduction ratio 1 / L of the multi-rotation detector is
α ≠ β / n (0 ≦ β ≦ n−1, β: integer)
Multi-rotation absolute angle detection method.
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