JP4839933B2 - 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 detection 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8を用いて説明する。 Such a conventional rotation angle detection device will be described with reference to FIG.
図8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は外周に平歯車部1Aが形成された回転体で、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. 8 is a perspective view of a main part of a conventional rotation angle detecting device. In FIG. 8, reference numeral 1 denotes a rotating body having a spur gear portion 1A formed on the outer periphery, and a steering (not shown) inserted through the central portion. An
そして、2は外周に回転体1の歯数に対し、1/3の歯数の平歯車部2Aが形成された第一の検出体、3は外周に第一の検出体2とは歯数の異なる平歯車部3Aが形成された第二の検出体で、第一の検出体2の平歯車部2Aが、回転体1の平歯車部1Aに噛合すると共に、第二の検出体3の平歯車部3Aが、第一の検出体2の平歯車部2Aに噛合している。
In addition, 2 is a first detection body in which a
また、第一及び第二の検出体2、3には半円状の通孔2Bと3Bが各々設けられると共に、これらの上方には複数の発光素子4Aと4Bが、下方にはこれらとほぼ平行に配線基板5が各々配置され、配線基板5の両面には複数の配線パターン(図示せず)が形成されている。
The first and
さらに、6Aと6Bは複数のフォトセンサ等が1度間隔で360個、リング状に配列された環状発光素子で、この環状発光素子6Aと6Bが第一及び第二の検出体2、3下方の配線基板5上面に対向して実装されると共に、配線基板5にはマイコン等の電子部品によって、発光素子4Aと4Bや環状受光素子6Aと6Bに接続された制御手段7が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。
Furthermore, 6A and 6B are 360 light emitting elements in which a plurality of photosensors and the like are arranged in a ring shape at intervals of 1 degree. The annular
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段7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、回転体1中央部の係合部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 7 is connected to an electronic circuit (not shown) of the automobile body through a connector (not shown) or the like, and is connected to the
以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体1が回転し、この外周の平歯車部1Aに平歯車部2Aが噛合した第一の検出体2、及び第一の検出体2に平歯車部3Aが噛合した第二の検出体3が各々連動して回転する。
In the above configuration, when the steering wheel is rotated, the rotating body 1 is rotated accordingly, and the first detecting
また、上方の発光素子4Aと4Bが発光し、この光が、第一及び第二の検出体2、3の半円状の通孔2Bと3Bを通過して、この光を下方の環状受光素子6Aと6Bが受光する。
Further, the upper
なお、この時、複数のフォトセンサが1度間隔でリング状に配列された環状受光素子6Aと6Bは、半円状の通孔2Bと3Bの回転位置に応じた範囲で、例えば、0度から180度、或いは90度から270度といった範囲で、発光素子4Aと4Bの光を受光し、この信号を制御手段7へ出力する。
At this time, the annular
そして、この信号から制御手段7が、例えば、環状受光素子6Aからの信号が0度から180度の範囲である場合には、第一の検出体2の回転角度がその中間の90度、90度から270度の範囲である場合には回転角度が180度であることを検出する。
From this signal, the control means 7, for example, when the signal from the annular
また、環状受光素子6Bからも同様に角度範囲の信号が制御手段7へ出力されるが、第一の検出体2と第二の検出体3とは歯数が異なっているため、その角度範囲の信号も異なったものとなる。
Similarly, a signal in the angular range is also output from the annular
そして、制御手段7がこの環状受光素子6Aと6Bからの異なる回転角度と、回転体1や第一の検出体2、第二の検出体3の歯数の演算を行うことによって、回転体1の回転角度、つまりステアリングの回転角度を検出するように構成されているものであった。
Then, the control means 7 calculates the different rotation angles from the annular
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、回転体1に噛合した第一の検出体2、第一の検出体2に噛合した第二の検出体3の上下に、各々複数の発光素子4Aと4B、環状発光素子6Aと6Bを配置して、回転角度の検出を行っているため、構成部品数が多く、構成も複雑で高価なものになってしまうという課題があった。
However, in the conventional rotation angle detection device, a plurality of
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高分解能な回転角度の検出が行えると共に、簡易な構成で、安価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 an inexpensive rotation angle detection device that can detect a rotation angle with high resolution and has a simple configuration.
上記目的を達成するために本発明は、回転体に連動して回転する第一の検出体と、上記回転体に連動して回転し上記第一の検出体と回転速度が異なる第二の検出体とを、上下に重ねて配置すると共に、この上方に発光素子を、下方に環状受光素子を各々配置し、第一の検出体の対角位置に設けた二つの遮蔽部と、第二の検出体の第一の検出体とは異なる位置に設けた遮蔽部による、環状受光素子の受光範囲から、制御手段が回転体の回転角度を検出するようにして回転角度検出装置を構成したものであり、第一及び第二の検出体の上下に配置する発光素子と環状受光素子が一つずつですむため、構成部品数が少なく、安価に装置を形成できると共に、簡易な構成で、高分解能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ものである。 To accomplish the above object, a first detection member that rotates in conjunction with the rotating body, and rotates in conjunction with the rotating body above the first detector and the rotation speed is different second detection The light emitting element above and the annular light receiving element below, respectively, two shielding portions provided at diagonal positions of the first detector, and the second The rotation angle detection device is configured such that the control means detects the rotation angle of the rotating body from the light receiving range of the annular light receiving element by the shielding portion provided at a position different from the first detecting body of the detecting body. Yes, since only one light emitting element and one annular light receiving element are provided above and below the first and second detectors, the number of components is small, an apparatus can be formed at a low cost, and a simple configuration with high resolution. When a rotation angle detection device capable of detecting an appropriate rotation angle can be obtained Cormorant is expected to have an effect.
以上のように本発明によれば、高分解能な回転角度の検出が行えると共に、簡易な構成で、安価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 detect a rotation angle with high resolution, and to obtain an advantageous effect that an inexpensive rotation angle detection device can be realized with a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図7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よる回転角度検出装置の要部斜視図であり、同図において、11は外周に平歯車部11Aが形成された、絶縁樹脂または金属製の回転体で、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11B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, in which 11 is a rotating body made of insulating resin or metal having a
そして、12は外周に回転体11の歯数に対し1/3の歯数の平歯車部12Aが形成された第一の検出体、13は外周に第一の検出体12とは歯数の異なる平歯車部13Aが形成された第二の検出体で、第一の検出体12と第二の検出体13が上下に重ねて配置されると共に、これらの平歯車部12Aと13Aが回転体11の平歯車部11Aに噛合している。
さらに、第一の検出体12の中空孔12Bには、90度から130度の範囲で内方へ突出する遮蔽部12Cと、230度から270度の範囲で内方へ突出する遮蔽部12Dの、二つの遮蔽部が対角位置に設けられると共に、第二の検出体13の中空孔13Bには、遮蔽部12Cや12Dとは異なり、これらと直交する0度の位置に、内方へ突出する遮蔽部13Cが設けられている。
Furthermore, in the
また、14は第一及び第二の検出体12、13の中空孔上方に配置された発光ダイオード等の発光素子、15は回転体11や第一及び第二の検出体12、13下面にほぼ平行に配置された配線基板で、配線基板15の両面には複数の配線パターン(図示せず)が形成されている。
さらに、16は複数のフォトセンサ等が1度間隔で360個、リング状に配列された環状発光素子で、この環状発光素子16が第一及び第二の検出体12、13下方の配線基板15上面に対向して実装されると共に、配線基板15にはマイコン等の電子部品によって、発光素子14や環状受光素子16に接続された制御手段17が形成されている。
Further,
そして、第一の検出体12と第二の検出体13下面には、下方へ突出する中空円筒状の回転筒12Eと13Dが形成されると共に、回転筒12Eが環状受光素子16上面の回転溝16Aに、回転筒13Dが第一の検出体12上面の回転溝12Fに各々回転可能に挿入されて、回転角度検出装置が構成されている。
The lower surfaces of the
また、このような回転角度検出装置は、制御手段17がコネクタやリード線(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、回転体11中央部の係合部11B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 such a rotation angle detecting device, the control means 17 is connected to an electronic circuit (not shown) of the automobile body through a connector, a lead wire (not shown), etc., and the center of the rotating
以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体11が回転し、この外周の平歯車部11Aに平歯車部12Aと13Aが噛合した第一の検出体12と第二の検出体13も回転する。
In the above configuration, when the steering is rotated, the rotating
そして、上方の発光素子14が発光し、この光が第一及び第二の検出体12、13の中空孔12Bと13Bを通過して、これを下方の環状受光素子16が受光するが、第一及び第二の検出体12、13が回転する前の0度の状態では、図2(a)の平面図に示すように、第一の検出体12の中空孔12Bには、遮蔽部12Cと12Dが設けられているため、90度から130度、及び230度から270度の範囲の光は遮断され、環状受光素子16は図3(a)の波形図に示すように、これ以外の範囲の光を受光する。
The upper
また、第二の検出体13の中空孔13Bには、図2(b)に示すように、0度の位置に遮蔽部13Cが設けられているため、この位置の光も遮断され、環状受光素子16は図3(b)に示すような範囲を受光し、この結果、環状受光素子16からは、図3(c)に示すような、遮蔽部12Cと12D、13Cの範囲の光が遮断された信号が、制御手段17へ出力される。
Further, as shown in FIG. 2 (b), since the
そして、この信号から制御手段17が、遮断部13Cの位置が遮蔽部12Dと12Cの270度と90度の間の、受光した範囲180度間の中心にあることを検出すると共に、230度と130度の中心、0度を回転角度として検出する。
Then, from this signal, the control means 17 detects that the position of the blocking
また、回転体11が30度回転し、これに伴って歯数が回転体11の1/3の第一の検出体12が90度回転した場合には、図4(a)の平面図に示すように、第一の検出体12の遮蔽部12Cと12Dによって、発光素子14からの光は、320度から0度、及び180度から220度の範囲が遮断され、環状受光素子16が、図5(a)の波形図に示すような範囲を受光する。
Further, when the
なお、同様に、第二の検出体13の遮蔽部13Cによっても、発光素子14からの光が遮断されるが、第二の検出体13は第一の検出体12とは歯数が異なるため、第一の検出体12が90度回転した状態では、図4(b)に示すように、第二の検出体13は例えば、これより9度少ない81度しか回転せず、環状受光素子16は、図5(b)に示すような、81度前後の光が遮断された範囲を受光し、この結果、環状受光素子16からは図5(c)に示すような信号が、制御手段17へ出力される。
Similarly, the light from the
そして、この信号から制御手段17が、遮蔽部13Cの位置が遮蔽部12Cと12Dの0度と180度の間の、受光した範囲180度間の中心からずれた位置にあることを検出すると共に、320度と220度の中心の、90度を回転角度として検出する。
Then, from this signal, the control means 17 detects that the position of the shielding
さらに、回転体11が120度回転し、第一の検出体12が360度回転した場合には、図6(a)の平面図に示すように、遮蔽部12Cと12Dが、図2(a)に示した状態と同じ位置となるため、90度から130度、及び230度から270度の範囲の光は遮断され、環状受光素子16は図7(a)の波形図に示すように、図3(a)の場合と同じ範囲を受光する。
Further, when the
ただし、第二の検出体13は上述したように、第一の検出体12とは歯数が異なるため、第二の検出体13は例えば、これより36度少ない324度しか回転せず、環状受光素子16は、図7(b)に示すような、324度前後の光が遮断された範囲を受光し、この結果、図7(c)に示すような信号が、制御手段17へ出力される。
However, since the
そして、この信号から制御手段17が、遮蔽部13Cの位置が遮蔽12Dと12Cの270度と90度の間の、受光した範囲180度間の中心から36度ずれた位置にあることを検出することによって、第一の検出体12が0度ではなく360度、すなわち1回転したことを判別し、230度と130度の中心の0度を360度と判定して、回転角度を360度と検出する。
Then, from this signal, the control means 17 detects that the position of the shielding
つまり、第二の検出体13の遮蔽部13Cの位置が、第一の検出体12の対角位置に設けられた遮蔽部12Cと12Dの、受光可能な範囲である180度の間のどこにあるかによって、第一の検出体12の回転回数を検出すると共に、これより広い範囲の230度と130度間の中心を、回転角度として検出するように構成されている。
That is, the position of the shielding
すなわち、第一の検出体12の180度離れた対角位置に設けられた遮蔽部12Cや12Dと、第二の検出体13のこれらと直交する0度の位置に設けられた遮蔽部13Cの位置関係から、制御手段17が第一の検出体12の回転回数を検出することによって、第一及び第二の検出体12、13の上下に配置した一つの発光素子14と環状受光素子16だけで、回転体11の絶対角度の検出が行えるようになっている。
That is, the shielding
そして、この時、上述したように、環状受光素子16は複数のフォトセンサが1度間隔で360個、リング状に配列されて形成されているため、検出体12の回転に対し、1度間隔での回転角度の検出が可能なようになっている。
At this time, as described above, since the annular
さらに、上述したように、検出体12の歯数は回転体11の歯数に対し1/3となっており、回転体11の1回転に対し、検出体12は3回転するため、回転体11の回転角度に対しては、検出体12の回転角度の分解能1度を3で除した、約0.33度の高分解能な回転角度の検出が行えるように構成されている。
Furthermore, as described above, the number of teeth of the
このように本実施の形態によれば、回転体11に連動して回転する第一の検出体12と、回転体11に連動して回転し上記第一の検出体12と回転速度が異なる第二の検出体13とを、上下に重ねて配置すると共に、この上方に発光素子14を、下方に環状受光素子16を各々配置し、第一の検出体12の対角位置に設けた二つの遮蔽部12C、12Dと、第二の検出体13の第一の検出体12とは異なる位置に設けた遮蔽部13Cによる、環状受光素子16の受光範囲から、制御手段17が回転体11の回転角度を検出することによって、発光素子14と環状受光素子16が一つずつですむため、構成部品数が少なく、安価に装置を形成できると共に、簡易な構成で、高分解能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。
According to this embodiment, first the
なお、以上の説明では、回転体11や第一の検出体12、第二の検出体13の外周に各々平歯車部を形成して、これらが噛合して互いに連動して回転する構成として説明したが、平歯車部以外にも傘歯車等、他の形状の歯車を用いた構成や、歯車に代えて、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や各検出体の外周に形成し、これによって互いに連動して回転する構成としても、本発明の実施は可能である。
In the above description, a spur gear portion is formed on the outer periphery of each of the
本発明による回転角度検出装置は、高分解能な回転角度の検出が行えると共に、簡易な構成で、安価なものを実現することができ、主に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 detect a rotation angle with high resolution, can be realized with a simple configuration, and can be realized at low cost, and is mainly useful for detection of a rotation angle of a steering wheel of an automobile.
11 回転体
11A、12A、13A 平歯車部
11B 係合部
12 第一の検出体
12B、13B 中空孔
12C、12D、13C 遮蔽部
12E、13D 回転筒
12F、16A 回転溝
13 第二の検出体
14 発光素子
15 配線基板
16 環状受光素子
17 制御手段
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