CN101586940B - 旋转角检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动齿轮和从动齿轮能够以低转矩顺畅旋转并且很难使那些各齿轮的齿产生破损的旋转角检测装置。旋转角检测装置(10)从支架(30)的两侧安装罩体(20)和壳体(40)，从而在支架(30)和壳体(40)之间形成空间(S1)，在支架(30)和罩体(20)之间形成空间(S2)。主动齿轮(12)和从动齿轮(13)、(14)被夹持在支架(30)和壳体(40)之间，并通过在空间(S2)中电路板(70)被固定于支架(30)，使空间(S1)和(S2)相隔绝。

Description

旋转角检测装置

技术领域

本发明涉及一种适合于检测例如车辆的转向轴等检测对象物的旋转角的旋转角检测装置。 

背景技术

这种旋转角检测装置适合用于例如在车辆的姿势控制技术方面作为绝对角来检测因驾驶者的转向操作而旋转的转向轴的旋转角。一般在检测旋转角时所采用的方法为，一边与转向轴的旋转联动而使主动齿轮一体旋转，一边根据与该主动齿轮啮合的多个从动齿轮之间所产生的旋转的相位差，通过运算算出绝对角。当检测旋转角的时候，因为尤其是要求从动齿轮以低转矩、无负载地旋转，所以在从动齿轮和其轴承部分之间需要一定的间隙。但是，如果设有上述间隙，那么就会出现车辆在行驶时从动齿轮沿轴向晃动而检测精度降低或者发生振动引起的噪音等问题。 

为此，以往公知，沿轴向弹性按压从动齿轮，控制行驶时的晃动或者振动音的发生的在先技术(例如，参照专利文献1)。上述在先技术为，在壳体部件内收容在中央部设有磁铁的从动齿轮，并且在壳体部件的内面形成轴承凹部，支持从动齿轮可在其一端侧旋转。而且，在壳体部件内，在从动齿轮的另一端侧与磁铁相对置的位置上配置电路板，在该电路板上安装检测磁场变化的磁性变化检测元件。尤其是，在上述在先技术中，在从动齿轮的一端侧，在壳体部件和从动齿轮之间设置弹簧部件，并利用其弹力来将从动齿轮按压在电路板上。 

根据上述在先技术，即使在轴承凹状部或者电路板和从动齿轮之间分别设置间隙，也能够在抑制从动齿轮的晃动和振动的同时使从动齿轮以低转矩旋转。 

专利文献1：日本特开2004-279265号公报(第4-5页，图1、图4) 

但是，在先技术存在下列问题，即：因为在壳体部件内的相同空间内 配置主动齿轮、从动齿轮等机构部件和电路板，所以因行驶时的振动或者长期使用，使焊锡球或残留焊剂从电路板脱离，或者从电路板的断裂面产生断裂片、碎粉等异物。当那些异物附着到主动齿轮和从动齿轮的啮合部分或者各齿轮和电路板等的滑动部分上，就有可能造成那些齿轮的旋转转矩变大而难以顺畅旋转或者那些齿轮齿产生破损而不能正确地检测到旋转角。 

发明内容

本发明是鉴于以往技术的实际情况而提出的，其目的在于提供一种主动齿轮和从动齿轮能够以低转矩顺畅旋转、并可实现难以使那些各齿轮的齿产生破损的旋转角检测装置。 

为了解决上述课题，本发明采用如下解决方法。 

即，本发明的旋转角检测装置具备：主动齿轮，直接或间接地连接在以规定轴线为中心旋转的检测对象物上而旋转；从动齿轮，与主动齿轮啮合而旋转；磁铁，设置于从动齿轮的中央部；支架部件，具有可插通检测对象物而形成的第1插通孔，通过该第1插通孔支持主动齿轮使其旋转自如，具有支持从动齿轮而使其旋转自如的支持部，在该支持部上形成与磁铁相对置的开口；第1罩体部件，具有可插通检测对象物而形成的第2插通孔，通过被安装到支架部件的一侧，而在与支架部件之间夹持主动齿轮和从动齿轮并使它们可旋转，形成容纳从动齿轮的第1空间，使主动齿轮的一部分面对第1空间；磁检测元件，经由开口与上述磁铁相对置，检测随着磁铁的旋转而发生的磁场变化；电路板，安装有磁检测元件；以及，第2罩体部件，具有可插通检测对象物而形成的第3插通孔，通过被安装到支架部件的另一侧，而在与支架部件之间形成容纳电路板的第2空间；电路板挡住了开口。 

根据本发明的旋转角检测装置，因为相互隔绝了第2空间和第1空间，该第2空间容纳安装有磁检测元件的电路板，该第1空间容纳主动齿轮以及从动齿轮，所以即使因长期使用使焊锡球或残留焊剂从电路板脱离，或者从电路板的断裂面产生断裂片或碎粉等，这些异物也不会附着到主动齿轮和从动齿轮的啮合部分或者各齿轮和支架之间的滑动部分等上。因此，能够使主动齿轮和从动齿轮以低转矩顺畅旋转，并且能够防止各齿轮的齿产生破损，从而能够提供可靠性高的旋转角检测装置。

而且，在本发明的旋转角检测装置中，优选以合成树脂材料来成形支架部件、第1罩体部件、主动齿轮以及从动齿轮，介于主动齿轮和第1罩体部件之间、以及从动齿轮和第1罩体部件之间安装有由金属板加工而成的薄板状部件。 

如果是上述形态，那么在主动齿轮和从动齿轮的上下的一侧接触合成树脂制支架部件而在另一侧接触金属制薄板状部件的同时旋转，所以与各齿轮的上下两侧与合成树脂制支架部件和第1罩体部件接触的情况相比，能够以小的摩擦阻力进行旋转。因此，能够防止从动齿轮的晃动和振动，还能够使从动齿轮顺畅地旋转。 

而且，也可以是，在本发明的旋转角检测装置中，支架部件、主动齿轮以及从动齿轮由合成树脂材料来成形，至少第1罩体部件是由金属板加工而成的形式。在这种情况下，主动齿轮和从动齿轮就能够以更小的摩擦阻力进行旋转。因此，能够使那些齿轮更加顺畅地旋转。而且，能够使第1罩体部件的厚度变薄，因此可实现旋转角检测装置的紧凑化。 

发明效果 

本发明的旋转角检测装置，因为其结构为在容纳安装了磁检测元件的电路板的空间内没有配置主动齿轮和从动齿轮，所以即使焊锡球和残留焊剂从电路板脱离，或者从电路板的断裂面脱落或产生断裂片和碎粉，这些异物也不会附着到主动齿轮和从动齿轮的啮合部分或各齿轮和支架之间的滑动部分等上，因此，能够使主动齿轮和从动齿轮以低转矩顺畅地旋转，还能够防止各齿轮的齿产生破损。 

附图说明

图1为一个实施方式的旋转角检测装置的立体图。 

图2为将旋转角检测装置分解成主要的结构要素之后予以表示的立体图。 

图3为表示相对于支架的机构部件要素的组装关系的分解立体图。 

图4为放大表示主动齿轮和从动齿轮之间的啮合状态的立体图。 

图5为表示旋转角检测装置的完成状态的主视图。 

图6为在旋转角检测装置10的完成状态下表示其内部结构的剖面图(图5中的VI-VI剖面)。 

标记说明 

10旋转角检测装置，12主动齿轮，14从动齿轮，16磁铁，20罩体，30支架，30g开口，30e、30f支持部，40壳体，70电路板，72磁传感器，80薄板状部件。 

具体实施方式

下面将参照附图说明本发明的1个实施方式。 

图1为1个实施方式的旋转角检测装置10的立体图，图2为图1的旋转角检测装置的整体分解立体图，图3为表示图2中的支架部件和主动齿轮以及从动齿轮之间的关系的分解立体图，图4为表示图3中的主动齿轮和从动齿轮之间啮合状态的立体图，图5为图1旋转角检测装置的主视图，图6为沿图5的VI-VI线的剖面图。该旋转角检测装置10用于例如将检测对象物即车辆转向轴的旋转角作为绝对角来检测。 

图1所示的旋转角检测装置10是通过按扣(snap)结合支架部件(支架)30、第1罩体部件(壳体)40以及第2罩体部件(罩体)20来成为一体，图中没有表示的旋转连接器层叠在罩体40的外表面侧。旋转连接器用于电连接驾驶盘(handle)侧和车身侧之间，并且在由可动外壳和固定侧外壳之间形成的收纳空间内收纳并卷绕扁形电缆，该可动外壳与驾驶盘相连接，而该固定侧外壳固定在转向装置等定子部件上。因为形成在主动齿轮12上的凸起15卡合在形成于可动外壳上的凹部，所以旋转角检测装置10的主动齿轮12随着驾驶盘的操作与以轴线CL为中心旋转的转向轴一体旋转。而且，利用被插通在旋转角检测装置10周缘部分的螺丝插通孔10a的、图中没有表示的螺丝来螺合旋转角检测装置10和旋转连接器的固定外壳。另外，在后述凸轮形转子50的卡合槽50a上按扣结合主动齿轮12的爪部12g而安装到旋转角检测装置10上。 

作为合成树脂制的成形品的主动齿轮12具有使转向轴插通的插通孔12a，并且在形成了齿数不同的双层齿轮12b、12c的大径部12d上接连形成小径部12e(图4等)。当小径部12e插入支架30的第1插通孔30a时， 就如图6所示，大径部12d的下表面与支架30的第2插通孔30a周围的面相抵接，使主动齿轮12旋转自如地被支架30支承。而且，在大径部12d上形成呈环形形状的第1环状部12f向壳体40的内面突出，第1环状部12f的端面与在壳体40的内面设有的薄板(sheet)状部件80相抵接。 

如图1所示，主动齿轮12内壁的爪部12g和凸轮形转子50的卡合槽50a按扣结合使主动齿轮12和凸轮形转子50成为一体，该内主动齿轮12的内壁构成插通孔12a。另外，在主动齿轮12上从大径部12d沿着轴线CL向外侧突设凸起15，并且凸起15卡合于层叠在壳体40外表面侧上的旋转连接器的可动外壳的凹部。因此，因主动齿轮12连接在可动外壳上，而可动外壳经由驾驶盘连接在转向轴上，所以主动齿轮12间接地连接在转向轴上而随着驾驶盘的操作一起旋转。 

作为合成树脂的成形品的从动齿轮13、14具有保持部13b、14b，相同齿数的齿轮13a、14a形成在该保持部13b、14b上，该从动齿轮13、14与主动齿轮12的齿轮12b、12c相啮合并以不同的旋转速度各自旋转。在形成于保持部13b、14b中央部上的收纳部13c、14c内收纳磁铁16。当从动齿轮13、14的保持部13b、14b插入支架30的第1支持部30e、30f(凹部)时，就如图6所示，从动齿轮13、14分别旋转自如地被支架30支承，而磁铁16与形成在第1支持部30e、30f上的各开口30g相对置。而且，如图6所示，在保持部13b、14b上环状形成向壳体40的内面突出的第2环状部13d、14d，并且第2环状部13d、14d的端面抵接在壳体30的内面设置的薄板状部件80。 

从动齿轮13、14的保持部13b、14b和第2环状部13d、14d沿轴线CL方向的各尺寸被适当地设定为，各齿轮13a、14a和主动齿轮12的齿轮部12a、12b可啮合。另外，如图3所示，在收纳部13c、14c的支架20侧端部上分别形成突设部13e、14e。突设部13e、14e用于可靠地固定收纳部13c、14c内的磁铁16，以在收纳部13c、14c内收纳了磁铁16的状态被加热体按压并变形。 

磁铁16为方形形状的环状体，被磁化为相对置的一组边的一个成为N极而另一个成为S极，并且被安装在2个从动齿轮13、14的各收纳部13c、14c内。如果该磁铁16被收纳、固定在收纳部13c和14c内，那么就沿着 磁铁16的表面平行地产生磁力线，因此可利用磁检测元件72来高精度地检测随着磁铁16的旋转而产生的磁场变化。 

如图3所示，作为合成树脂制成形品的支架30具有：底板部30b，形成了使转向轴插通的第1插通孔30a；竖立部30c、30d，从底板部30b的外缘部沿着轴线CL分别向反方向竖立；以及第1支持部30e、30f，支承从动齿轮13、14旋转自如。第1支持部30e、30f形成了使从动齿轮13、14的保持部13b、14b插入的凹部，该保持部13b、14b可在该凹部内被支持旋转，而且在各凹状部的内底面上形成与各磁铁16相对置的开口30g、30g。如图6所示，当从动齿轮13、14的保持部13b、14b插入第1支持部30e、30f内时，支架30支承从动齿轮13、14旋转自如使各磁铁16与各开口30g相对置。根据从动齿轮13、14的各保持部13b、14b的尺寸，适当地设定第1支持部30e、30f的深度尺寸。如图1和图3所示，在支架30的外侧面上形成周向延伸的多个挂止部30h和爪部30i，当在支架30上安装壳体40和罩体20时，壳体40和罩体20的开口端部就挂止在挂止部30h上，并且由形成在壳体40侧面上的卡合孔40d和形成在罩体20侧面上的卡合孔20d与爪部30i按扣结合。另外，在支架30上，突设部30j向侧方延伸设置。 

壳体40也是合成树脂制的成形品，形成底板部40b和竖立部40c，使转向轴插通的第2插通孔40a形成在该底板部40b上，该竖起部40c从底板部40b的外缘部朝向支架30竖立，并形成了朝向支架30开口的中空凹部。因此，如果在支架30上安装了壳体40，那么在壳体40和支架30之间就形成作为第1空间的空间S1，并在空间S1内收纳从动齿轮13、14。主动齿轮12和从动齿轮13、14可旋转地被夹持在壳体40和支架30之间。而且，如图6所示，支架30、电路板70、壳体40以及主动齿轮12围住而形成了空间S1。另外，主动齿轮12的一部分、即形成于大径部12d上的齿轮12b、12c面对空间S1。在竖立部40c的外侧面上形成与支架30的爪部30i按扣结合的卡合孔40d。而且，在底板部40b上形成用于定位并配置后述薄板状部件80的定位凹部40e。另外，在壳体40上向侧面延伸形成突设部40f，该突设部40f具有与支架30的突设部30j相对应的形状。 

磁检测元件72使用了GMR(巨磁电阻Giant Magneto-Resistive)传感 器，该磁检测元件72以经由支架30的开口30g与磁铁16相对置的状态被安装在电路板70上。 

如图2所示，电路板70具有其形状与支架20的突设部30j相对应的突设部70a，并在该突设部70a上设置具有多个连接端子的连接器75，这些多个连接端子用于与外部连接器连接。而且，以挡住各开口30g的状态，通过螺丝90在支架30上固定电路板70。 

罩体20也是合成树脂制成形品，形成有底板部20b和竖立部20c，在底板部20b上形成使转向轴插通的第3插通孔20a，该竖立部20c从底板部20b的外缘部朝向支架30竖立，该罩体20还形成了朝向支架20开口的中空凹部。因此，如果在支架20上安装了罩体20，那么在罩体20和支架30之间就形成收纳电路板70的空间S2。在竖立部20c的外侧面上形成与支架30的爪部30c按扣结合的卡合孔20d。而且，罩体20具有向侧面突出的突设部20e，并且在突设部20e上具有设置连接器90的连接器导出部20f。 

如图1所示，在罩体20的底板20b上形成多个管脚(peen)插入孔20g。在组装旋转角检测装置10之后进行电特性的检查或者给内置装置写入软件时，在这些管脚插入孔20g上插通接触探头。另外，在结束了检查等之后，例如，如图所示通过贴上标签25来堵住管脚插入孔20g。 

以规定形状加工由不锈钢钢板等构成的金属板来形成薄板状部件80，该薄板状部件80具有能够使转向轴插通的开口80a，而且还具有能够定位第2环状部13d、14d的端部的凸状环等(附图中作了省略)。 

如图1所示，凸轮形转子50具有圆筒体50b和凸缘部50c，该圆筒体50b可插入主动齿轮12的插通孔12a内，该凸缘部50c从圆筒体50b的端部沿径向向外侧延伸设置。在圆筒体50b上形成有多个卡合槽50a。当圆筒体50b插入了主动齿轮12的第1插通孔12a内时，卡合槽50a和爪部12g就被按扣结合，所以凸轮形转子50能够与主动齿轮12一体旋转。而且，在凸轮形转子50的凸缘部50c上沿着轴线CL向外侧突设取消(cancel)凸起50d。取消凸起50d的作用在于，当向左或向右操作(ON)图中没有表示的方向指示器开关的操作杆时，使操作杆复位到中立(OFF)位置。 

因为以安装了磁检测元件72的电路板72挡住了支架30的各开口30g的方式安装了上述结构的旋转角检测装置10，所以收纳电路板72的空间 S2和收纳主动齿轮12以及从动齿轮13、14的空间S1相互隔绝，因此即使因长期使用而造成焊锡球或残留焊剂从电路板70脱离，或者从电路板70的断裂面脱落并产生断裂片和碎粉等，这些异物也不会附着、掉入到主动齿轮12和从动齿轮13、14的啮合部分或那些各齿轮和支架30之间的滑动部分等上。因此，能够使主动齿轮12和从动齿轮13、14以低转矩顺畅旋转，并且能够防止各齿轮的齿产生破损，从而能够提供可靠性高的旋转角检测装置。 

而且，壳体40、支架30、主动齿轮12以及从动齿轮13、14均为合成树脂制的成形品，并且介于壳体40和主动齿轮12以及从动齿轮13、14之间安装有由金属板加工而成的薄板状部件80，所以与各齿轮的两个端面接触合成树脂制部件的结构相比，这些各齿轮能够以小的摩擦阻力旋转。因此，不仅能够防止从动齿轮13、14的晃动和振动，还能够使从动齿轮13、14顺畅地旋转。而且，在本发明的旋转角检测装置中，也可以是至少壳体40是由金属板加工而形成的形式。在这种情况下，主动齿轮12和从动齿轮13、14能够以更小的摩擦阻力旋转，因此能够使那些齿轮更加顺畅地旋转。而且，能够使壳体40的厚度变薄，因此可实现旋转角检测装置的紧凑化。假如罩体20也采用由金属板加工而形成的结构，其效果就更大。 

另外，在由支架30的凹部形成的支持部30e、30f上插入从动齿轮13、14的保持部13b、14b，并且，只在支架30的第1插通孔30a内插入主动齿轮12的小径部12e，就能形成从动齿轮13、14和主动齿轮12旋转自如地被支架30支承的状态，所以可通过简单的安装作业就能高精度地使主动齿轮和从动齿轮定位。 

而且，在本实施方式例中表示了使具有齿数不同的双层齿轮12b、12c的主动齿轮12与齿数相同的2个从动齿轮13、14相啮合了的结构，但是，也可以在单层的主动齿轮上配置多个齿数不同的从动齿轮，在单层的主动齿轮上只配置1个从动齿轮也可以，更不用说可根据目的在各种各样的齿轮结构中适用。 

另外，在本实施方式例中说明了主动齿轮12与转向轴间接连接了的结构例，但是，其结构也可以是旋转角检测装置10的主动齿轮12与转向轴直接连接的结构，另外，更不用说其结构也可以为在旋转角检测装置10上 没有安装凸轮形转子50的结构。 

Claims (3)

1.一种旋转角检测装置，其特征在于，

具备：主动齿轮，直接或间接地连接在以规定轴线为中心旋转的检测对象物上而旋转；

从动齿轮，与该主动齿轮啮合而旋转；

磁铁，设置于该从动齿轮的中央部；

支架部件，具有可插通上述检测对象物而形成的第1插通孔，通过该第1插通孔支持上述主动齿轮使其旋转自如，具有支持上述从动齿轮而使其旋转自如的支持部，在该支持部上形成与上述磁铁相对置的开口；

第1罩体部件，具有可插通上述检测对象物而形成的第2插通孔，通过被组装在上述支架部件的一侧，而在与上述支架部件之间夹持上述主动齿轮和上述从动齿轮并使它们可旋转，形成容纳该从动齿轮的第1空间，使上述主动齿轮的一部分面对该第1空间；

磁检测元件，经由上述开口与上述磁铁相对置，检测随着上述磁铁的旋转而发生的磁场变化；

电路板，安装有该磁检测元件；以及

第2罩体部件，具有可插通上述检测对象物而形成的第3插通孔，通过被安装到上述支架部件的另一侧，而在与上述支架部件之间形成容纳上述电路板的第2空间；

通过上述电路板挡住上述开口。

2.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，

以合成树脂材料来成形上述支架部件、上述第1罩体部件、上述主动齿轮以及上述从动齿轮，介于上述主动齿轮和上述第1罩体部件之间、以及上述从动齿轮和上述第1罩体部件之间安装有由金属板加工而成的薄板状部件。

3.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，

以合成树脂材料来成形上述支架部件、上述主动齿轮以及上述从动齿轮，至少上述第1罩体部件是由金属板加工而成的。

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