JP4897955B2 - Rotation angle detector - Google Patents
Rotation angle detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP4897955B2 JP4897955B2 JP2006199663A JP2006199663A JP4897955B2 JP 4897955 B2 JP4897955 B2 JP 4897955B2 JP 2006199663 A JP2006199663 A JP 2006199663A JP 2006199663 A JP2006199663 A JP 2006199663A JP 4897955 B2 JP4897955 B2 JP 4897955B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotation
- rotation angle
- sub
- main
- rotating body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、回転体の回転角度を検出す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 that detects a rotation angle of a rotating body.
例えば、自動車のステアリングシャフトなどの回転体に取り付けて回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置が開示されている。 For example, a rotation angle detection device is disclosed that is attached to a rotating body such as a steering shaft of an automobile and detects the rotation angle of the rotating body.
特許文献1が開示する従来の回転角度検出装置は、角度を検出すべき被検出回転体によって回転される回転板と、被検出回転体または回転板によって回転板よりも多い回転数で回転される歯車とを備える。そして、回転板には光センサを用いたアブソリュート信号型エンコーダが設けられ、このエンコーダが回転板の1回転を1周期とするコード信号を回転板の回転角度検出信号として出力する。また、歯車には磁石と磁気抵抗素子とを用いた磁気センサが設けられ、この磁気センサが歯車の1回転を1周期とするアナログ信号を歯車の回転角度検出信号として出力する。そして、これらのエンコーダと磁気センサとが出力する各回転角度検出信号の組み合わせから被検出回転体の回転角度を算出する。
The conventional rotation angle detection device disclosed in
しかし、従来の回転角度検出装置は、被検出回転体の回転角度の検出角度範囲を広くしようとすると、歯車の直径を大きくしなければならないため、装置が大型化するという問題があった。 However, the conventional rotation angle detection device has a problem that if the detection angle range of the rotation angle of the detected rotating body is to be widened, the diameter of the gear has to be increased, so that the device becomes large.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できる回転角度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device capable of realizing a wide detection angle range without increasing the size of the device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転角度検出装置は、被検出回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記被検出回転体に固定し該被検出回転体と共に回転する主回転体と、前記主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体と、nを2以上の整数として、前記主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を1回転あたり周期数nで出力する主回転検出機構と、mをnより小さく1以上の整数として、前記副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を1回転あたり周期数mで出力する副回転検出機構と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号を用いて前記主回転体および前記副回転体の回転角度を算出する信号処理手段と、前記算出した主回転体または副回転体の回転角度と、前記主回転体の回転角度と前記副回転体の回転角度に前記所定の回転比を乗じた角度との相対角度と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号の周期とに基づいて前記被検出回転体の回転角度を算出する演算処理手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a rotation angle detection apparatus according to the present invention is a rotation angle detection apparatus that detects a rotation angle of a detected rotating body, and is fixed to the detected rotating body. A main rotating body that rotates together with the detected rotating body, a sub-rotating body that rotates at a predetermined rotation ratio with respect to the main rotating body, and a period according to the rotation of the main rotating body, where n is an integer of 2 or more. A main rotation detection mechanism that outputs a continuous signal that changes periodically with a cycle number n per rotation, and a continuous signal that periodically changes according to the rotation of the sub-rotator, where m is an integer smaller than n and greater than or equal to 1 Signal processing for calculating the rotation angle of the main rotating body and the sub-rotating body using the sub-rotation detecting mechanism that outputs at a cycle number m per rotation, and the signals that the main rotation detecting mechanism and the sub-rotation detecting mechanism output Means and the calculated main rotor or The rotation angle of the sub rotatable bodies, and relative angles between the rotation angle and the angle of said multiplied by a predetermined rotation ratio of the rotation angle of the sub rotatable bodies of said main rotating body, said main rotation detection mechanism and the auxiliary rotary Arithmetic processing means for calculating a rotation angle of the detected rotating body based on a cycle of a signal output from the detection mechanism.
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記mは1であることを特徴とする。 The rotation angle detection apparatus according to the present invention is characterized in that, in the above invention, m is 1.
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記主回転検出機構または前記副回転検出機構は、前記主回転体または前記副回転体に取り付けられ回転方向において連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を発生する磁石と、前記磁石の近傍に前記主回転体または前記副回転体の回転中心のまわりに所定の角度をなすように配置した2つの磁気検出素子と、を備えることを特徴とする。 In the rotation angle detection device according to the present invention, in the above invention, the main rotation detection mechanism or the sub rotation detection mechanism is attached to the main rotation body or the sub rotation body and is continuously and periodically in a rotation direction. And a magnet for generating a magnetic field whose intensity changes, and two magnetic detection elements arranged in the vicinity of the magnet so as to form a predetermined angle around the rotation center of the main rotating body or the sub rotating body. It is characterized by that.
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記磁気検出素子は、ホール素子であることを特徴とする。 In the rotation angle detection apparatus according to the present invention as set forth in the invention described above, the magnetic detection element is a Hall element.
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記磁気検出素子は、磁気抵抗素子であることを特徴とする。 In the rotation angle detection device according to the present invention as set forth in the invention described above, the magnetic detection element is a magnetoresistive element.
本発明に係る回転角度検出装置は、nを2以上の整数として、被検出回転体と共に回転する主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を1回転あたり周期数nで出力する主回転検出機構と、mをnより小さく1以上の整数として、主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を1回転あたり周期数mで出力する副回転検出機構とを備え、nを2以上の多周期にすることで副回転体の大きさを大きくしなくても周期差を小さくでき、その結果検出角度範囲を広くできるので、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できるという効果を奏する。 The rotation angle detection device according to the present invention outputs a continuous signal that periodically changes according to the rotation of the main rotating body rotating together with the detected rotating body at a cycle number n, where n is an integer of 2 or more. The main rotation detection mechanism and a continuous signal that periodically changes according to the rotation of the sub-rotor rotating at a predetermined rotation ratio with respect to the main rotating body, where m is an integer of 1 or more smaller than n A sub-rotation detection mechanism that outputs at a few m, and by making n a multi-cycle of 2 or more, the period difference can be reduced without increasing the size of the sub-rotator, and the detection angle range can be widened as a result. Therefore, there is an effect that a wide detection angle range can be realized without increasing the size of the apparatus.
以下に、図面を参照して本発明に係る回転角度検出装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a rotation angle detection device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置を模式的に表した断面概略図である。本実施の形態に係る回転角度検出装置は、被検出回転体である自動車のステアリングシャフトの回転角度を検出するものである。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention. The rotation angle detection device according to the present embodiment detects the rotation angle of a steering shaft of an automobile that is a detected rotating body.
図1に示すように、回転角度検出装置1は、紙面と垂直の方向に延びたステアリングシャフトXを中心部の孔に嵌めることにより取り付けて固定し、ステアリングシャフトXと共に回転する主回転体であるリング状の主歯車2と、主歯車2と噛み合って主歯車2に対して所定の回転比で回転する副回転体である副歯車3と、主歯車2の回転に応じて周期的に変化する連続信号を出力する主回転検出機構4と、主回転検出機構4が出力する信号を用いて主歯車2の回転角度を算出する信号処理手段5と、副歯車3の回転に応じて周期的に変化する連続信号を出力する副回転検出機構6と、副回転検出機構6が出力する信号を用いて副歯車3の回転角度を算出する信号処理手段7と、信号処理手段5、7が算出した主歯車2および副歯車3の回転角度、主歯車2の回転角度と副歯車3の回転角度に所定の回転比を乗じた角度との相対角度、および主回転検出機構4および副回転検出機構6が出力する信号の周期に基づいてステアリングシャフトXの回転角度を算出する演算処理手段8とを備える。なお、主歯車2と副歯車3とのギヤ比すなわち回転比は5/9である。また、符号9は回転角度検出装置1のハウジングを示す。
As shown in FIG. 1, the rotation
主回転検出機構4は、主歯車2に取り付けられたリング状の磁石4aと、リング状磁石4aの表面から0.5mmだけ離れた位置に主歯車2の回転中心のまわりに45度の角度をなすように配置したホール素子4b、4cとを備える。同様に、副回転検出機構6は、副歯車3に取り付けられた円板状の磁石6aと、円板状磁石6aの表面から0.5mmだけ離れた位置に副歯車3の回転中心のまわりに90度の角度をなすように配置したホール素子6b、6cとを備える。ホール素子4b、4c、6b、6cは回転角度検出装置1に固定されている。
The main
リング状磁石4aは、S極の部分とN極の部分が交互に2箇所ずつ配置され、主歯車2の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を1回転あたり2周期発生するように着磁されている4極の磁石である。ホール素子4b、4cは主歯車2の回転に対応して強度が変化する磁場を検出し、それぞれ磁場強度に対応した電圧信号を1回転あたり2周期、すなわち周期数2で出力する。磁場強度の変化の周期すなわちホール素子4b、4cが出力する電圧信号の周期は、周期数2で360度を割った値である180度である。一方、円板状磁石6aは、S極の部分とN極の部分が交互に1箇所ずつ配置され、副歯車3の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を1回転あたり1周期発生するように着磁されている2極の磁石である。ホール素子6b、6cは副歯車3の回転に対応して強度が変化する磁場を検出し、それぞれ磁場強度に対応した電圧信号を周期数1で出力する。すなわちホール素子6b、6cが出力する電圧信号の周期は、周期数1で360度を割った値である360度である。
The ring-shaped magnet 4a has two S-pole portions and two N-pole portions arranged alternately, and applies a magnetic field whose intensity changes continuously and periodically in a sinusoidal shape in the rotation direction of the
したがって、回転角度検出装置1の主回転検出機構4が出力する連続信号の周期数をnとし、副回転検出機構6が出力する連続信号の周期数をmとすると、n=2、m=1である。後述するように、回転角度検出装置1のシャフトXの回転に対する検出角度範囲は主回転検出機構4が出力する信号の周期と副回転検出機構6が出力する信号の周期にギヤ比を乗じて得られた周期との差の絶対値が小さくなるほど大きくなる。したがって、回転角度検出装置1は、より広い検出角度範囲を有するものとなる。
Therefore, if n is the period number of the continuous signal output from the main
回転角度検出装置1についてさらに具体的に説明する。図2は、図1に示す主回転検出機構4、副回転検出機構6、信号処理手段5、7、演算処理手段8の構成を示すブロック図である。ホール素子4b、4cは増幅器A1により増幅した電圧が印加され、主歯車2の回転に対応した強度の磁場を検出し、検出した磁場強度に対応した電圧値を有する電圧信号を出力する。増幅器A2、A3はホール素子4b、4cが出力する電圧信号を増幅して電圧値であるS1、S2とし、マイクロコントローラを備える信号処理手段5に出力する。信号処理手段5は電圧値S1、S2を用いて主歯車2の回転角度であるθ1を算出し、マイクロコントローラを備える演算処理手段8に出力する。
The rotation
同様に、増幅器A4により増幅した電圧を印加したホール素子6b、6cは検出した磁場強度に応じた電圧値を有する電圧信号を出力する。増幅器A5、A6はホール素子6b、6cが出力する電圧信号を増幅して電圧値であるS3、S4とし、マイクロコントローラを備える信号処理手段7に出力する。信号処理手段7は電圧値S3、S4を用いて副歯車3の回転角度を算出し、さらにこの回転角度に回転比5/9を乗じた角度であるθ2を算出し、演算処理手段8に出力する。そして、演算処理手段8はθ1、θ2を用いてステアリングシャフトXの回転角度Φを算出する。
Similarly, the
つぎに、図3〜5を参照して回転角度検出装置1がステアリングシャフトXの回転角度を検出する方法について具体的に説明する。まず、図3を参照して主歯車2の回転角度を算出する方法について説明する。信号処理手段5に入力する電圧信号の電圧値であるS1、S2はたとえば図3の上段のグラフに示すような180度を周期とする正弦曲線L1、L2上の各1点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車2の回転角度を示し、縦軸は電圧信号の電圧を示す。また、ホール素子4b、4cは主歯車2の回転中心のまわりに45度の角度をなすように配置されているので、正弦曲線L1、L2の位相差は45度である。
Next, a method for detecting the rotation angle of the steering shaft X by the rotation
つぎに、信号処理手段5は、電圧値S1、S2を下記の式(1)、(2)を用いて規格化する。規格化した値をM1、M2とすると、
M1=(S1−S1avg)/S1p ・・・ (1)
M2=(S2−S2avg)/S2p ・・・ (2)
Next, the signal processing means 5 normalizes the voltage values S1 and S2 using the following equations (1) and (2). If the normalized values are M1 and M2,
M1 = (S1-S1avg) / S1p (1)
M2 = (S2-S2avg) / S2p (2)
ただし、S1avg、S2avgはそれぞれ電圧信号の1周期における最大値と最小値との平均値、S1p、S2pはそれぞれ電圧信号の1周期における最大値と最小値との差である。S1avg、S2avg、S1p、S2pについては、回転角度検出装置1の組み立て調整時に主歯車2を1回転させて電圧信号のデータを取得し、そのデータから各値を求め、信号処理手段5に記憶させておく。以上のように求めた規格化値M1、M2は図3の中段のグラフに示すような180度を周期とする正弦曲線L3、L4上の各1点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車2の回転角度を示し、縦軸は規格化値を示す。
However, S1avg and S2avg are the average values of the maximum value and the minimum value in one cycle of the voltage signal, respectively, and S1p and S2p are the differences between the maximum value and the minimum value in one cycle of the voltage signal, respectively. For S1avg, S2avg, S1p, and S2p, during assembly adjustment of the rotation
つぎに、信号処理手段5は、規格化値M1、M2を用いて主歯車2の回転角度であるθ1を算出する。θ1の算出は例えば以下のように行うことができる。
Next, the signal processing means 5 calculates θ1 which is the rotation angle of the
まず、式(3)を用いてθ1を算出する。
θ1=0.5×Arctan(M1/M2)+α ・・・ (3)
ただし、M2>0の場合、α=45度、M2<0の場合、α=135度であり、M2=0の場合、M1>0ならばθ1=90度、M1<0ならばθ1=0度である。
First, θ1 is calculated using Equation (3).
θ1 = 0.5 × Arctan (M1 / M2) + α (3)
However, when M2> 0, α = 45 degrees, when M2 <0, α = 135 degrees, and when M2 = 0, θ1 = 90 degrees when M1> 0, and θ1 = 0 when M1 <0. Degree.
以上の方法で算出した角度θ1は図3の下段のグラフに示すような180度を周期とするノコギリ状曲線L5上の1点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車2の回転角度を示し、縦軸は主歯車2の算出した回転角度を示す。
The angle θ1 calculated by the above method corresponds to one point on the saw-toothed curve L5 having a period of 180 degrees as shown in the lower graph of FIG. In this graph, the horizontal axis represents the rotation angle of the
つぎに副歯車3の回転角度を算出する方法について説明するが、この方法は主歯車2の回転角度を算出する方法とほぼ同様である。信号処理手段7に入力する電圧信号の電圧値であるS3、S4はたとえば図4の上段のグラフに示すような360度を周期とする正弦曲線L6、L7上の各1点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした副歯車3の回転角度を示し、縦軸は電圧信号の電圧を示す。また、正弦曲線L6、L7の位相差は90度である。
Next, a method for calculating the rotation angle of the auxiliary gear 3 will be described. This method is substantially the same as the method for calculating the rotation angle of the
つぎに、信号処理手段7は、電圧信号S3、S4を下記の式(4)、(5)を用いて値M3、M4に規格化する。
M3=(S3−S3avg)/S3p ・・・ (4)
M4=(S4−S4avg)/S4p ・・・ (5)
Next, the signal processing means 7 normalizes the voltage signals S3 and S4 to values M3 and M4 using the following equations (4) and (5).
M3 = (S3-S3avg) / S3p (4)
M4 = (S4-S4avg) / S4p (5)
ただし、S3avg、S4avgはそれぞれ電圧信号の最大値と最小値との平均値、S3p、S4pはそれぞれ電圧信号の最大値と最小値との差であり、回転角度検出装置1の組み立て調整時に副歯車3を1回転させて電圧信号のデータを取得し、そのデータから各値を求め、信号処理手段7に記憶させておく。規格化値M3、M4は図4の中段のグラフに示すような360度を周期とする正弦曲線L8、L9上の各1点に対応する。なお、横軸は任意の位置を基準とした副歯車3の回転角度を示し、縦軸は規格化値を示す。 However, S3avg and S4avg are the average values of the maximum value and the minimum value of the voltage signal, respectively, and S3p and S4p are the differences between the maximum value and the minimum value of the voltage signal, respectively. 3 is rotated once to obtain voltage signal data, each value is obtained from the data, and stored in the signal processing means 7. The normalized values M3 and M4 correspond to one point on each of the sine curves L8 and L9 having a period of 360 degrees as shown in the middle graph of FIG. The horizontal axis indicates the rotation angle of the auxiliary gear 3 with respect to an arbitrary position, and the vertical axis indicates a normalized value.
つぎに、信号処理手段7は、規格化値M3、M4を用いて副歯車3の回転角度を算出し、さらに回転角度にギヤ比を乗じた角度であるθ2を算出する。θ2の算出は例えば以下のように行うことができる。 Next, the signal processing means 7 calculates the rotation angle of the auxiliary gear 3 using the normalized values M3 and M4, and further calculates θ2, which is an angle obtained by multiplying the rotation angle by the gear ratio. The calculation of θ2 can be performed as follows, for example.
まず、式(6)を用いてθを算出する。
θ=Arctan(M3/M4)+α ・・・ (6)
ただし、M4>0の場合、α=90度、M4<0の場合、α=270度であり、M4=0の場合、M3>0ならばθ=180度、M3<ならばθ=0度である。
そして、θにギヤ比5/9を乗じてθ2を算出する。
First, θ is calculated using Equation (6).
θ = Arctan (M3 / M4) + α (6)
However, when M4> 0, α = 90 degrees, when M4 <0, α = 270 degrees, and when M4 = 0, θ = 180 degrees if M3> 0, and θ = 0 degrees if M3 <. It is.
Then, θ2 is calculated by multiplying θ by the
以上の方法で算出した角度θ2は図4の下段のグラフに示すような200度を周期とするノコギリ状曲線L10上の1点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした副歯車3の回転角度を示し、縦軸は副歯車3の算出した回転角度にギヤ比を乗じた角度を示す。 The angle θ2 calculated by the above method corresponds to one point on the sawtooth curve L10 having a period of 200 degrees as shown in the lower graph of FIG. In this graph, the horizontal axis indicates the rotation angle of the auxiliary gear 3 with respect to an arbitrary position, and the vertical axis indicates the angle obtained by multiplying the rotation angle calculated by the auxiliary gear 3 by the gear ratio.
つぎに、信号処理手段5、7は上記のように求めた角度θ1、θ2をそれぞれ演算処理手段8に出力する。本実施の形態に係る回転角度検出装置1においては上記のように主回転検出機構4が出力する信号の周期T1は180度、副回転検出機構6が出力する信号の周期にギヤ比5/9を乗じて得られた周期T2は200度であるから、演算処理手段8は周期T1、T2の周期差をd=|T1−T2|として式(7)および(8)を用いてステアリングシャフトXの回転角度であるΦを算出する。
Next, the signal processing means 5 and 7 output the angles θ1 and θ2 obtained as described above to the arithmetic processing means 8, respectively. In the rotation
θ2≦θ1の場合は、
Φ=θ1+T1(θ1−θ2)/d ・・・ (7)
θ2>θ1の場合は、
Φ=θ1+T1(θ1−θ2)/d+T1・T2/d ・・・ (8)
If θ2 ≦ θ1,
Φ = θ1 + T1 (θ1-θ2) / d (7)
If θ2> θ1,
Φ = θ1 + T1 (θ1−θ2) / d + T1 · T2 / d (8)
ここで、θ2≦θ1の場合に角度θ1、θ2、周期T1、T2、周期差d、回転角度Φの関係について図5を参照して説明する。図5の横軸はステアリングシャフトXの回転角度の検出角度範囲R=T1・T2/|T1−T2|=1800度を示す。ノコギリ状曲線L11は図3のノコギリ状曲線L5を検出角度範囲R内に10周期分並べたものである。ただし、縦軸は1周期に対する比率を表し、角度が180度のとき比率が100%となる。一方、ノコギリ状曲線L12は図4のノコギリ状曲線L10を検出角度範囲R内に9周期分並べたものである。ただし、縦軸は1周期に対する比率を表し、角度が200度のとき比率が100%とする。なお、回転角度Φはノコギリ状曲線L11とL12の位相が一致する位置を0度とする。このときΦが1800度の位置においてもノコギリ状曲線L11とL12の位相が一致する。 Here, in the case of θ2 ≦ θ1, the relationship among the angles θ1, θ2, periods T1, T2, period difference d, and rotation angle Φ will be described with reference to FIG. The horizontal axis of FIG. 5 represents the detection angle range R = T1 · T2 / | T1-T2 | = 1800 degrees of the rotation angle of the steering shaft X. The saw-shaped curve L11 is obtained by arranging the saw-shaped curve L5 of FIG. However, the vertical axis represents the ratio for one cycle, and the ratio is 100% when the angle is 180 degrees. On the other hand, the saw-tooth curve L12 is obtained by arranging the saw-tooth curve L10 of FIG. However, the vertical axis represents the ratio to one cycle, and the ratio is 100% when the angle is 200 degrees. Note that the rotation angle Φ is 0 degree at the position where the phases of the saw-toothed curves L11 and L12 coincide. At this time, the phases of saw-shaped curves L11 and L12 coincide even at a position where Φ is 1800 degrees.
たとえば、主歯車2、副歯車3について図5に示すようにそれぞれ角度θ1、θ2が算出されたとする。一方、式(7)を用いて回転角度Φが算出されたとする。この場合、主歯車2の回転角度と副歯車3の回転角度にギヤ比を乗じた角度との相対角度である(θ1−θ2)は回転角度Φにおけるノコギリ状曲線L11、L12の位相のずれを示す。また、ノコギリ状曲線L11とL12は主歯車2が1周期分回転する毎に周期差dだけ位相がずれるから、(θ1−θ2)/dは回転角度Φが主歯車の何周期分の回転を含むかを示す数式であり、整数の値をとる。具体的には、主歯車2、副歯車3について周期T1、T2はそれぞれ180度、200度であるから、d=20度である。すなわち、主歯車2が1周期分回転するとノコギリ状曲線L11とL12の位相が20度ずれる。図5では、回転角度Φは主歯車が3周期分回転した状態からさらに角度θ1だけ回転した値であるから、(θ1−θ2)/d=3である。つまり、角度θ1、θ2、周期T1、T2、周期差d、回転角度Φが上記のような関係を有するので、式(7)を用いて回転角度Φを算出することができる。なお、θ2>θ1の場合は、回転角度Φが主歯車の何周期分の回転を含むかを示し整数の値をとる数式は{T2−(θ2−θ1)}/dとなるので、式(8)を用いて回転角度Φを算出する。
For example, it is assumed that the angles θ1 and θ2 are calculated for the
このように検出角度範囲RはR=T1・T2/|T1−T2|で決まり、ギヤ比kはT2・m/360で決まる。よって|T1−T2|が小さければ小さいほどRは大きくなり検出範囲が広くなることとなる。したがって、Rを大きくするにはT1とT2の値を近づけて差を小さくする必要があるが、T1が大きかったり、すなわち周期数nが1でT1が360度であったり、mが大きかったりするとギヤ比が大きくなり、ギヤが大型化する。たとえば前述の従来の回転角度検出装置のように、主歯車と副歯車のそれぞれの周期数が1、すなわちn=m=1である場合は、検出角度範囲Rを1800度に設定しようとするとギヤ比を5/4または5/6にしなければならず、副歯車6の大きさを主歯車2と同程度にしなければならない。一方、主歯車2はステアリングシャフトXに嵌めることにより固定しているので、主歯車2の大きさを小さくするには制限がある。したがって、上記のギヤ比を実現するには副歯車を大きくせざるを得ないので、装置が大型化する。しかし、回転角度検出装置1は、主回転検出機構4が出力する連続信号の周期数nが2であり、かつ周期数mは1であるため、同じ検出範囲にて、副歯車6を小さく設定できるのである。mはなるべく1のほうが回転検出機構の構成が簡易になるので好ましい。
Thus, the detection angle range R is determined by R = T1 · T2 / | T1-T2 |, and the gear ratio k is determined by T2 · m / 360. Therefore, as | T1-T2 | is smaller, R becomes larger and the detection range becomes wider. Therefore, in order to increase R, it is necessary to bring the values of T1 and T2 closer to reduce the difference, but when T1 is large, that is, when the number of periods n is 1, T1 is 360 degrees, or m is large. The gear ratio increases and the gear size increases. For example, when the number of periods of each of the main gear and the sub gear is 1, that is, n = m = 1, as in the above-described conventional rotation angle detection device, if the detection angle range R is set to 1800 degrees, the gear The ratio must be 5/4 or 5/6, and the size of the sub-gear 6 must be comparable to the
以上説明したように、本実施の形態に係る回転角度検出装置1は、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できる。また、回転角度検出装置1においては、主回転検出機構4および副回転検出機構6は主歯車2または副歯車3の回転に対応して周期的に変化する連続したアナログ信号を出力するものである。したがって、従来のデジタル信号を出力するエンコーダを用いる場合よりも、複数のスリットが形成された円盤状のロータを用いなくてすむ分、小型化できる。また、本実施の形態においては主回転機構から出力する電圧信号の周期数が多く周期が短いほど高分解能での角度検出が可能となる。その理由は、検出すべき角度に対応する電圧信号をマイクロコントローラに入力する際のAD変換の分解能はフルスケールで例えば10ビットと固定であるので、電圧信号の周期が短いほど同じ10ビットで検出すべき角度範囲が小さくなるからである。さらに、回転角度検出装置1は磁気検出素子としてホール素子を用いているので、より一層小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。
As described above, the rotation
なお、上記実施の形態において、式(7)と下記式(7a)、式(8)と下記式(8a)は等価な式であるから、式(7)の代わりに式(7a)を用いて回転角度Φを算出してもよいし、式(8)の代わりに式(8a)を用いても回転角度Φを算出できる。
Φ=θ2+T2(θ1−θ2)/d ・・・ (7a)
Φ=θ2+T2(θ1−θ2)/d+T1・T2/d ・・・ (8a)
In the above embodiment, the formula (7) and the following formula (7a), and the formula (8) and the following formula (8a) are equivalent formulas, so the formula (7a) is used instead of the formula (7). The rotation angle Φ may be calculated by using the equation (8a) instead of the equation (8).
Φ = θ2 + T2 (θ1-θ2) / d (7a)
Φ = θ2 + T2 (θ1-θ2) / d + T1 · T2 / d (8a)
また、上記実施の形態ではT1<T2であるので、ステアリングシャフトXの回転角度の算出の際に式(7)、(8)を用いたが、T1>T2となる場合には下記の式(9)、(10)を用いて回転角度を算出することができる。
θ1≦θ2の場合は、
Φ=θ1+T1(θ2−θ1)/d ・・・ (9)
θ1>θ2の場合は、
Φ=θ1+T1(θ2−θ1)/d+T1・T2/d ・・・ (10)
In the above embodiment, since T1 <T2, Equations (7) and (8) are used when calculating the rotation angle of the steering shaft X. When T1> T2, the following equation ( 9) and (10) can be used to calculate the rotation angle.
If θ1 ≦ θ2,
Φ = θ1 + T1 (θ2−θ1) / d (9)
If θ1> θ2,
Φ = θ1 + T1 (θ2−θ1) / d + T1 · T2 / d (10)
また、上記実施の形態では磁気検出素子としてホール素子を用いたが、回転角度検出装置の用途に応じて温度特性が小さく角度分解能が高い磁気抵抗素子を用いてもよい。 In the above embodiment, a Hall element is used as the magnetic detection element. However, a magnetoresistive element having a small temperature characteristic and a high angular resolution may be used according to the application of the rotation angle detection device.
さらに、上記実施の形態の変形例として、検出角度範囲Rが1800度、周期数mが1、周期数nを3とすると、T2=112.5、ギヤ比は5/16となりさらに副歯車を小さくすることができる。nを3にするには、主歯車に取り付けられたリング状の磁石としてS極の部分とN極の部分が交互に3箇所ずつ配置され、主歯車の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を1回転あたり3周期発生するように着磁されている6極の磁石を用いればよい。なお、mは1に限らず、2以上でnより小さい値とできるが、副歯車を小型化するには1が好ましい。nおよびmの値は、主歯車または副歯車に取り付けられた磁石のS極の部分とN極の部分とを適宜配置することによって容易に所望の値に設定できる。 Further, as a modification of the above embodiment, if the detection angle range R is 1800 degrees, the period number m is 1 and the period number n is 3, T2 = 112.5, the gear ratio is 5/16, and the auxiliary gear is Can be small. In order to set n to 3, three S pole portions and N pole portions are alternately arranged as ring-shaped magnets attached to the main gear, and are continuously and periodically sinusoidally in the rotation direction of the main gear. In particular, a 6-pole magnet that is magnetized so as to generate a magnetic field whose intensity changes three times per rotation may be used. Note that m is not limited to 1, but can be 2 or more and smaller than n, but 1 is preferable in order to reduce the size of the auxiliary gear. The values of n and m can be easily set to desired values by appropriately arranging the S pole portion and the N pole portion of the magnet attached to the main gear or the sub gear.
1 回転角度検出装置
2 主歯車
3 副歯車
4 主回転検出機構
4a リング状磁石
4b、4c ホール素子
5、7 信号処理手段
6 副回転検出機構
6a 円板状磁石
6b、6c ホール素子
8 演算処理手段
9 ハウジング
A1〜A6 増幅器
L1〜L12 曲線
X ステアリングシャフト
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記被検出回転体に固定し該被検出回転体と共に回転する主回転体と、
前記主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体と、
nを2以上の整数として、前記主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を1回転あたり周期数nで出力する主回転検出機構と、
mをnより小さく1以上の整数として、前記副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を1回転あたり周期数mで出力する副回転検出機構と、
前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する連続信号を用いて前記主回転体および前記副回転体の回転角度を算出する信号処理手段と、
前記算出した主回転体または副回転体の回転角度と、前記主回転体の回転角度と前記副回転体の回転角度に前記所定の回転比を乗じた角度との相対角度と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する連続信号の周期とに基づいて前記被検出回転体の回転角度を算出する演算処理手段と、
を備え、前記主回転検出機構の連続信号の周期である360/nをT1、前記副回転検出機構の連続信号の周期である360/mに前記所定の回転比であるGを乗じた周期である360/m・GをT2(T1≠T2)とすると、当該回転角度検出装置の検出角度範囲は、周期性を有するR=T1・T2/|T1−T2|で表され、前記mは1であることを特徴とする回転角度検出装置。 A rotation angle detection device for detecting a rotation angle of a detected rotating body,
A main rotating body fixed to the detected rotating body and rotating together with the detected rotating body;
A sub-rotator that rotates at a predetermined rotation ratio with respect to the main rotor;
a main rotation detection mechanism that outputs a continuous signal that periodically changes according to the rotation of the main rotating body at a cycle number n per rotation, where n is an integer of 2 or more;
a sub-rotation detection mechanism that outputs a continuous signal that periodically changes according to the rotation of the sub-rotator at a frequency of m per rotation, where m is an integer that is smaller than n and equal to or greater than 1.
Signal processing means for calculating rotation angles of the main rotating body and the sub rotating body using continuous signals output from the main rotation detecting mechanism and the sub rotating detection mechanism;
The rotation angle of the main rotor body or sub rotatable body and the calculated, and the relative angles between the rotation angle and the angle of said multiplied by a predetermined rotation ratio of the rotation angle of the sub rotatable bodies of said main rotating body, the main Arithmetic processing means for calculating a rotation angle of the detected rotating body based on a rotation detection mechanism and a period of a continuous signal output by the sub rotation detection mechanism;
360 / n which is the period of the continuous signal of the main rotation detection mechanism is T1, and the period of 360 / m which is the period of the continuous signal of the sub-rotation detection mechanism is multiplied by G which is the predetermined rotation ratio. Assuming that 360 / m · G is T2 (T1 ≠ T2), the detection angle range of the rotation angle detection device is represented by R = T1 · T2 / | T1−T2 | having periodicity, and m is 1 A rotation angle detection device characterized by the above.
前記主回転体または前記副回転体に取り付けられ回転方向において連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を発生する磁石と、
前記磁石の近傍に前記主回転体または前記副回転体の回転中心のまわりに所定の角度をなすように配置した2つの磁気検出素子と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。 The main rotation detection mechanism or the sub rotation detection mechanism is
A magnet that is attached to the main rotating body or the sub rotating body and generates a magnetic field whose intensity changes continuously and periodically in the rotation direction;
Two magnetic sensing elements arranged in the vicinity of the magnet so as to form a predetermined angle around the rotation center of the main rotating body or the sub rotating body;
The rotation angle detection device according to claim 1, comprising:
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006199663A JP4897955B2 (en) | 2006-07-21 | 2006-07-21 | Rotation angle detector |
CN2007800221869A CN101466996B (en) | 2006-06-14 | 2007-06-14 | Rotation angle detector |
PCT/JP2007/062048 WO2007145296A1 (en) | 2006-06-14 | 2007-06-14 | Rotation angle detector |
US12/304,407 US8278914B2 (en) | 2006-06-14 | 2007-06-14 | Rotation angle detector |
EP07745305A EP2034267A4 (en) | 2006-06-14 | 2007-06-14 | Rotation angle detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006199663A JP4897955B2 (en) | 2006-07-21 | 2006-07-21 | Rotation angle detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008026174A JP2008026174A (en) | 2008-02-07 |
JP4897955B2 true JP4897955B2 (en) | 2012-03-14 |
Family
ID=39116946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006199663A Expired - Fee Related JP4897955B2 (en) | 2006-06-14 | 2006-07-21 | Rotation angle detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4897955B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5036669B2 (en) * | 2008-09-12 | 2012-09-26 | 三菱電機株式会社 | Position detection device for moving parts, 2-DOF actuator |
CN104848776B (en) * | 2015-05-21 | 2017-09-05 | 遵义天义利威机电有限责任公司 | A kind of detection means of the special round nut of satellite |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19739823A1 (en) * | 1997-09-11 | 1999-03-18 | Bosch Gmbh Robert | Method and device for measuring the angle of a first rotatable body |
JP2000009415A (en) * | 1998-06-24 | 2000-01-14 | Toyota Motor Corp | Rotary angle detector for multiple revolving rotor |
JP2004226355A (en) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Calsonic Kansei Corp | Rotation angle detecting device |
-
2006
- 2006-07-21 JP JP2006199663A patent/JP4897955B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008026174A (en) | 2008-02-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108592956B (en) | Rotary encoder and absolute angle position detection method thereof | |
JP4897953B2 (en) | Rotation angle detector | |
US8723511B2 (en) | Absolute encoder | |
JP6877170B2 (en) | Rotary encoder and its absolute angle position detection method | |
JP5247545B2 (en) | Rotation position sensor for detecting torsion of steering column | |
JP6345235B2 (en) | Magnetic position detection device and magnetic position detection method | |
WO2007145296A1 (en) | Rotation angle detector | |
JP2013257231A (en) | Rotation angle sensor | |
JP5435450B2 (en) | Rotation angle detection device and rotation angle detection method | |
JPH0373808B2 (en) | ||
JP2002544509A5 (en) | ||
JP4897955B2 (en) | Rotation angle detector | |
JP2009168679A (en) | Rotation detector | |
JP2018132357A (en) | Rotary encoder | |
JPH1019602A (en) | Magnetic encoder | |
JP2007093420A (en) | Rotation angle sensor | |
JP5193930B2 (en) | Small angle detection sensor | |
JP2011080783A (en) | Relative angle detector, rotation angle detector, and power steering device | |
JP2020153980A (en) | System for determining at least one rotation parameter of rotating member | |
JP2009192263A (en) | Rotation detection device | |
JP6377335B2 (en) | Data detection method and detection device in detection device | |
JP2012189350A (en) | Encoder device and correction method for encoder device | |
JP2008064633A (en) | Bearing device with sensor | |
JP2009103502A (en) | Zero point detection method using relative angle sensor | |
JP2007271330A (en) | Rotation sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090701 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100623 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110510 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110711 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110920 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111117 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111213 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111223 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150106 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |