JP2011099727A - Rotational angle detector and rotational angle/torque detector using the same - Google Patents
Rotational angle detector and rotational angle/torque detector using the same Download PDFInfo
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Abstract
【課題】主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出等に用いられる回転角度検出装置、及びこれを用いた回転角度・トルク検出装置に関し、簡易な構成で、高分解能な回転角度や回転トルクの検出が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】第二の検出歯車13の歯数を第一の検出歯車2の歯数の1/2以下に形成すると共に、制御手段17が第一の検出手段5からの検出信号を、所定倍にして演算することによって、第一の検出歯車2と第二の検出歯車13の検出信号の位相差信号Tから、回転歯車1の概略の1回転以上の回転角度の検出が行えると共に、歯数の小さな第二の検出歯車13を用いて、より高分解能で高精度な回転角度の検出を行うことが可能な回転角度検出装置を得ることができる。
【選択図】図1The present invention relates to a rotation angle detection device mainly used for detecting a rotation angle and rotation torque of a steering wheel of an automobile, and a rotation angle / torque detection device using the rotation angle detection device. An object is to provide a device capable of detecting torque.
The number of teeth of a second detection gear is set to be equal to or less than ½ of the number of teeth of a first detection gear, and a control means 17 sends a detection signal from the first detection means 5 to a predetermined signal. By calculating by doubling, the rotation angle of one or more rotations of the rotary gear 1 can be detected from the phase difference signal T of the detection signals of the first detection gear 2 and the second detection gear 13, and the tooth By using the second detection gear 13 with a small number, it is possible to obtain a rotation angle detection device capable of detecting a rotation angle with higher resolution and higher accuracy.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出等に用いられる回転角度検出装置、及びこれを用いた回転角度・トルク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 or rotation torque of a steering of an automobile, and a rotation angle / torque detection device using the rotation angle detection device.
近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な回転角度検出装置や回転トルク検出装置を用いてステアリングの回転角度や回転トルクを検出し、これを用いてパワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の各種制御を行うものが増えている。 In recent years, as the functions of automobiles have advanced, various rotation angle detection devices and rotation torque detection devices are used to detect the rotation angle and rotation torque of a steering wheel. The number that performs various controls is increasing.
このような従来の回転角度検出装置について、図6及び図7を用いて説明する。 Such a conventional rotation angle detection device will be described with reference to FIGS.
図6は従来の回転角度検出装置の斜視図であり、同図において、1は側面外周に平歯車部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. 6 is a perspective view of a conventional rotation angle detecting device. In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a rotating gear having a
そして、2は側面外周に平歯車部2Aが形成された第一の検出歯車、3は側面外周に平歯車部2Aとは歯数の異なる平歯車部3Aが形成された第二の検出歯車で、第一の検出歯車2の平歯車部2Aと第二の検出歯車3の平歯車部3Aが、回転歯車1の平歯車部1Aに各々噛合している。
2 is a first detection gear having a
なお、これらの歯車の直径及び歯数は、回転歯車1が最も大きく、第一の検出歯車2、第二の検出歯車3の順に小さくなっており、例えば、回転歯車1の歯数が90、第一の検出歯車2の歯数が42、第二の検出歯車3の歯数が40となっている。
In addition, the diameter and the number of teeth of these gears are the largest in the rotating gear 1, and are decreasing in the order of the first detecting
また、4は第一及び第二の検出歯車2、3の上方にほぼ平行に配置された配線基板で、上下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の中央に装着された磁石5Aと、第二の検出歯車3の中央に装着された磁石6Aとの対向面には、AMR(異方性磁気抵抗)素子等の磁気検出素子5Bと6Bが各々装着されている。
Reference numeral 4 denotes a wiring board disposed substantially in parallel above the first and
そして、このように対向した磁石5Aと磁気検出素子5Bによって第一の検出手段5が、同じく磁石6Aと磁気検出素子6Bによって第二の検出手段6が各々形成されると共に、配線基板4にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子5Bや6Bに接続された制御手段7が形成されている。
The first detection means 5 is formed by the
さらに、これら回転歯車1や第一の検出歯車2、第二の検出歯車3、配線基板4等を、絶縁樹脂製のケースやカバー(図示せず)等が覆って、回転角度検出装置が構成されている。
Further, the rotation gear 1, the
そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段7がコネクタやリード線(図示せず)等を介して、自動車の電子回路(図示せず)に接続されると共に、回転歯車1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 the rotation angle detecting device configured as described above, the control means 7 is connected to an automobile electronic circuit (not shown) via a connector, a lead wire (not shown) or the like, and the rotating gear 1 is also connected. A steering shaft is inserted into the engaging portion 1B and is attached to the automobile.
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、回転歯車1が回転し、これに連動して第一の検出歯車2が回転するため、この中央に装着された磁石5Aも回転して、この磁石5Aの変化する磁気の方向を磁気検出素子5Bが検出し、図7(a)の波形図に示すような、増減を繰返す略鋸歯状の検出信号Lが、磁気検出素子5Bから制御手段7へ出力される。
In the above configuration, when the steering wheel is rotated, the rotary gear 1 is rotated, and the
また、回転歯車1に連動して第二の検出歯車3も回転し、この中央に装着された磁石6Aも回転して、この磁石6Aの変化する磁界を磁気検出素子6Bが検出し、図7(b)の波形図に示すような、略鋸歯状の検出信号Mが制御手段7へ入力される。
Further, the
なお、この時、第一の検出歯車2と第二の検出歯車3は歯数が異なるため、図7(a)に示す第一の検出歯車2の検出信号Lと、図7(b)に示す第二の検出歯車3の検出信号Mは、略鋸歯状の波形の傾き角度や形状の異なった、位相差のあるデータ波形となる。
At this time, since the
そして、これらの検出信号から制御手段7が、第一の検出歯車2の検出信号Lの例えば1回転目の角度θ1から、第二の検出歯車3の検出信号Mの例えば1回転目の角度θ2を減じて、図7(c)に示すような、漸次増加する直線状の位相差信号Nを算出し、この角度θ1−θ2から、先ず回転歯車1の概略の回転角度を検出する。
Then, from these detection signals, the control means 7 determines, for example, the first rotation angle θ2 of the detection signal M of the
さらに、この後、検出信号Lの角度θ1または検出信号Mの角度θ2と、各々の平歯車部の歯数から、制御手段7が回転歯車1の詳細な回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、例えばパワーステアリング装置やブレーキ装置等の、車両の様々な制御が行われる。 After that, the control means 7 detects the detailed rotation angle of the rotating gear 1 from the angle θ1 of the detection signal L or the angle θ2 of the detection signal M and the number of teeth of each spur gear portion, It is output to the electronic circuit, and various controls of the vehicle such as a power steering device and a brake device are performed.
また、この時、上記のように、例えば回転歯車1の歯数が90、第一の検出歯車2の歯数が42、第二の検出歯車3の歯数が40で、制御手段7の分解能が例えば2の12乗の4096であった場合、磁気検出素子6Bの分解能は、1回転の360度を4096で除した値となる。
At this time, as described above, for example, the rotation gear 1 has 90 teeth, the
そして、この磁気検出素子6Bによって、回転歯車1の詳細な回転角度を検出する場合、回転歯車1の歯数90を第二の検出歯車3の歯数40で除した値2.25で、上記の値をさらに除した0.039度の分解能が得られる。
When the detailed rotation angle of the rotating gear 1 is detected by the magnetic detection element 6B, the value 2.25 obtained by dividing the number of teeth 90 of the rotating gear 1 by the number of teeth 40 of the second detecting
つまり、上記のように位相差信号Nによって、先ず回転歯車1の概略の回転角度を検出した後、回転歯車1に比べて歯数の小さな第二の検出歯車3の、磁気検出素子6Bによって回転歯車1の回転角度の検出を行うことで、回転歯車1の回転を0.039度まで検出することが可能なように構成されているものであった。
That is, as described above, the rough rotation angle of the rotating gear 1 is first detected by the phase difference signal N and then rotated by the magnetic detection element 6B of the second detecting
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。 As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、回転歯車1に比べて歯数の小さな第二の検出歯車3の磁気検出素子6Bによって、回転歯車1の0.039度までの回転角度の検出は可能であるが、位相差信号Nによって回転歯車1の概略の回転角度を検出しつつ、さらに高分解能で高精度な回転角度の検出を行うことは困難であるという課題があった。
However, in the conventional rotation angle detection device, the rotation angle of the rotation gear 1 up to 0.039 degrees is detected by the magnetic detection element 6B of the
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、高分解能な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度検出装置、及びこれを用いた回転角度・トルク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 a rotation angle detection device capable of detecting a rotation angle and rotation torque with a simple configuration and high resolution, and rotation angle / torque detection using the rotation angle detection device. An object is to provide an apparatus.
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、第二の検出歯車の歯数を第一の検出歯車の歯数の1/2以下に形成すると共に、制御手段が第一の検出手段からの検出信号を、所定倍にして演算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、第一の検出歯車と第二の検出歯車の検出信号の位相差信号から、回転歯車の概略の回転角度の検出が行えると共に、歯数の小さな第二の検出歯車によって、さらに高分解能で高精度な回転角度の検出を行うこと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 number of teeth of the second detection gear is formed to be ½ or less of the number of teeth of the first detection gear, and the control means detects from the first detection means. The rotation angle detection device is configured so that the signal is calculated by a predetermined multiplication, and the approximate rotation angle of the rotation gear is determined from the phase difference signal of the detection signals of the first detection gear and the second detection gear. In addition, the second detection gear having a small number of teeth can provide a rotation angle detection device capable of detecting a rotation angle with higher resolution and higher accuracy.
請求項2に記載の発明は、連結体の上端を請求項1記載の回転角度検出装置の回転歯車に、下端を検知歯車に噛合した連動歯車に各々固着すると共に、制御手段が第二の検出手段と、検知歯車の回転を検出する検知手段からの検出信号により、回転トルクを検出するようにして回転角度・トルク検出装置を構成したものであり、回転角度の検出に加え、高分解能で高精度な回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク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 second aspect of the present invention, the upper end of the coupling body is fixed to the rotating gear of the rotation angle detecting device according to the first aspect, and the lower end is fixed to the interlocking gear meshed with the detecting gear, and the control means detects the second detection. The rotation angle / torque detection device is configured to detect the rotational torque based on the detection signal from the detection means and the detection means for detecting the rotation of the detection gear. It has the effect that a rotation angle / torque detection device capable of accurately detecting rotation torque can be obtained.
以上のように本発明によれば、簡易な構成で、高分解能な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度検出装置、及びこれを用いた回転角度・トルク検出装置を実現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 advantageous that a rotation angle detection device capable of detecting a rotation angle and rotation torque with a high resolution with a simple configuration, and a rotation angle / torque detection device using the rotation angle detection device can be realized. An effect is obtained.
以下、本発明の一実施の形態について、図1〜図5を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the structure same as the structure demonstrated in the term of background art, and detailed description is simplified.
(実施の形態1)
実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
The first aspect of the present invention will be described with reference to the first embodiment.
図1は本発明の第1の実施の形態による回転角度検出装置の斜視図であり、同図において、1は絶縁樹脂または金属製の回転歯車で、側面外周には平歯車部1Aが形成されると共に、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. 1 is a perspective view of a rotation angle detector according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a rotating gear made of insulating resin or metal, and a
また、2は絶縁樹脂または金属製の第一の検出歯車、13は同じく第二の検出歯車で、第一の検出歯車2側面外周の平歯車部2Aが回転歯車1の平歯車部1Aに噛合すると共に、第二の検出歯車13側面外周の平歯車部2Aとは歯数の異なる平歯車部13Aが、第一の検出歯車2の平歯車部2Aに噛合している。
In addition, 2 is a first detection gear made of insulating resin or metal, 13 is a second detection gear, and the
そして、これらの歯車の直径及び歯数は、回転歯車1が最も大きく、第一の検出歯車2、第二の検出歯車13の順に小さくなっており、例えば、回転歯車1の歯数が90、第一の検出歯車2の歯数が42、第二の検出歯車13の歯数は第一の検出歯車2の歯数の1/2以下の、20となっている。
The diameter and the number of teeth of these gears are the largest in the rotating gear 1 and are decreasing in the order of the first detecting
また、4は第一及び第二の検出歯車2、13の上方にほぼ平行に配置された配線基板で、上下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の中央にインサート成形等によって装着された磁石5Aと、第二の検出歯車13の中央に装着された磁石6Aとの対向面には、AMR(異方性磁気抵抗)素子等の磁気検出素子5Bと6Bが各々装着されている。
Reference numeral 4 denotes a wiring board disposed substantially in parallel above the first and
そして、このように対向した磁石5Aと磁気検出素子5Bによって第一の検出手段5が、同じく磁石6Aと磁気検出素子6Bによって第二の検出手段6が各々形成されると共に、配線基板4にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子5Bや6Bに接続された制御手段17が形成されている。
The first detection means 5 is formed by the
さらに、これら回転歯車1や第一の検出歯車2、第二の検出歯車13、配線基板4等を、絶縁樹脂製のケースやカバー(図示せず)等が覆って、回転角度検出装置が構成されている。
Further, the rotation gear 1, the
そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段17がコネクタやリード線(図示せず)等を介して、自動車の電子回路(図示せず)に接続されると共に、回転歯車1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 the rotation angle detecting device configured as described above, the control means 17 is connected to an automobile electronic circuit (not shown) via a connector, a lead wire (not shown) or the like, and the rotating gear 1 is also connected. A steering shaft is inserted into the engaging portion 1B and is attached to the automobile.
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、回転歯車1が回転し、これに連動して第一の検出歯車2が回転するため、この中央に装着された磁石5Aも回転して、この磁石5Aの変化する磁気の方向を磁気検出素子5Bが検出し、図2(a)の波形図に示すような、増減を繰返す略鋸歯状の検出信号Lが、磁気検出素子5Bから制御手段17へ出力される。
In the above configuration, when the steering wheel is rotated, the rotary gear 1 is rotated, and the
また、回転歯車1に連動して、第一の検出歯車2に噛合した第二の検出歯車13も回転し、この中央に装着された磁石6Aも回転して、この磁石6Aの変化する磁界を磁気検出素子6Bが検出し、図2(b)の波形図に示すような、略鋸歯状の検出信号Pが制御手段17へ入力される。
The
そして、この時、上述したように第一の検出歯車2の歯数42に対し、第二の検出歯車13の歯数はこの1/2以下の、20と大きく歯数が異なるため、図2(a)に示す第一の検出歯車2の検出信号Lに対し、図2(b)に示す第二の検出歯車13の検出信号Pは、略鋸歯状の波形の傾き角度や形状が大きく異なる、位相差の大きなデータ波形となる。
At this time, as described above, since the number of teeth of the
したがって、これらの検出信号から制御手段17が、第一の検出体12の検出信号Lの例えば1回転目の角度θ3から、第二の検出体15の検出信号Pの例えば1回転目の角度θ4を減じる演算を行っても、得られるデータ波形は、図2(c)に示すような、増減を繰返す略鋸歯状の波形信号Rとなり、回転歯車1の概略の1回転以上の回転角度を検出するための直線状の位相差信号を得ることはできない。 Therefore, from these detection signals, the control means 17 determines, for example, the first rotation angle θ4 of the detection signal P of the second detection body 15 from, for example, the first rotation angle θ3 of the detection signal L of the first detection body 12. Even if the calculation is performed, the obtained data waveform is a substantially sawtooth waveform signal R that repeatedly increases and decreases, as shown in FIG. It is not possible to obtain a linear phase difference signal.
しかし、本発明においては、この時、制御手段17が、図3(a)の波形図に示すように、磁気検出素子5Bからの検出信号Lを所定倍、例えば、第一の検出歯車2の歯数42に対し、第二の検出歯車13の歯数がこれより2を減じて、さらに1/2とした20の歯数である場合には、2倍にした略鋸歯状の検出信号Sとして演算する。
However, in the present invention, at this time, as shown in the waveform diagram of FIG. 3A, the
そして、これらの検出信号から制御手段17が、第一の検出歯車2の検出信号Lを2倍にした検出信号Sの、例えば1回転目の角度θ5から、図3(b)に示す第二の検出歯車13の検出信号Pの、例えば1回転目の角度θ4を減じて、図3(c)に示すような、漸次増加する直線状の位相差信号Tを算出し、この角度θ5−θ4から、先ず回転歯車1の概略の1回転以上の回転角度を検出する。
Then, from these detection signals, the control means 17 uses the detection signal S obtained by doubling the detection signal L of the
さらに、この後、検出信号Sの角度θ5または検出信号Pの角度θ4と、各々の平歯車部の歯数から、制御手段17が回転歯車1の詳細な回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、例えばパワーステアリング装置やブレーキ装置等の、車両の様々な制御が行われる。 After that, the control means 17 detects the detailed rotation angle of the rotating gear 1 from the angle θ5 of the detection signal S or the angle θ4 of the detection signal P and the number of teeth of each spur gear portion, It is output to the electronic circuit, and various controls of the vehicle such as a power steering device and a brake device are performed.
また、この時、上記のように、例えば回転歯車1の歯数が90、第一の検出歯車2の歯数が42、第二の検出歯車13の歯数が20で、制御手段17の分解能が例えば2の12乗の4096であった場合、磁気検出素子6Bの分解能は、1回転の360度を4096で除した値となる。
At this time, as described above, for example, the number of teeth of the rotary gear 1 is 90, the number of teeth of the
そして、この磁気検出素子6Bによって、回転歯車1の詳細な回転角度を検出する場合、回転歯車1の歯数90を第二の検出歯車13の歯数20で除した値4.5で、上記の値をさらに除した0.019度の分解能が得られる。
When the detailed rotation angle of the rotating gear 1 is detected by the magnetic detection element 6B, the value 4.5 obtained by dividing the number of teeth 90 of the rotating gear 1 by the number of teeth 20 of the second detecting
つまり、第二の検出歯車13の歯数を、第一の検出歯車2の歯数42から2を減じて、さらに1/2とした歯数20とし、回転歯車1の歯数90に比べて1/4以下の小さな歯数に形成すると共に、この歯数が小さく回転歯車1の1回転に対し4.5回転する第二の検出歯車13の磁気検出素子6Bによって、回転歯車1の回転角度の検出を行うことで、回転歯車1の回転を0.019度まで検出可能な、高分解能な回転角度の検出を行うことができるようになっている。
That is, the number of teeth of the
また、制御手段17が磁気検出素子5Bからの検出信号Lを所定倍、例えば上記のように第二の検出歯車13の歯数が、第一の検出歯車2の歯数42から2を減じて、さらに1/2とした20の歯数である場合には、2倍にした略鋸歯状の検出信号Sとして演算することで、第二の検出歯車13の歯数を小さくした場合にも、漸次増加する直線状の位相差信号Tを算出することが可能となり、これによって回転歯車1の概略の1回転以上の回転角度を検出することができるように構成されている。
Further, the
なお、この時、第二の検出歯車13の歯数が、第一の検出歯車2の歯数から1または2を減じ、これを1/3とした歯数である場合には、制御手段17が検出信号Lを3倍にして検出信号Sの演算を行い、1/4である場合には4倍にして検出信号Sの演算を行うことで、上記と同様に回転歯車1の概略の回転角度の検出を行うことができる。
At this time, if the number of teeth of the
このように本実施の形態によれば、第二の検出歯車13の歯数を第一の検出歯車2の歯数の1/2以下に形成すると共に、制御手段17が第一の検出手段5からの検出信号を、所定倍にして演算することによって、第一の検出歯車2と第二の検出歯車13の検出信号の位相差信号Tから、回転歯車1の概略の1回転以上の回転角度の検出が行えると共に、歯数の小さな第二の検出歯車13を用いて、より高分解能で高精度な回転角度の検出を行うこと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 number of teeth of the
(実施の形態2)
実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項2に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention, particularly the invention described in
なお、実施の形態1の構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the structure same as the structure of Embodiment 1, and detailed description is abbreviate | omitted.
図4は本発明の第2の実施の形態による回転角度・トルク検出装置の側面図、図5は同分解斜視図であり、同図において、回転歯車1側面外周の平歯車部1Aに第一の検出歯車2の平歯車部2Aが、この第一の検出歯車2の平歯車部2Aに第二の検出歯車13の平歯車部13Aが、各々噛合していることは実施の形態1の場合と同様である。
FIG. 4 is a side view of a rotation angle / torque detection device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an exploded perspective view thereof. In FIG. In the case of the first embodiment, the
そして、これらの歯車の直径及び歯数は、回転歯車1が最も大きく、第一の検出歯車2、第二の検出歯車13の順に小さくなっており、例えば、回転歯車1の歯数が90、第一の検出歯車2の歯数が42、第二の検出歯車13の歯数は第一の検出歯車2の歯数の1/2以下の、20となっていることも実施の形態1の場合と同様である。
The diameter and the number of teeth of these gears are the largest in the rotating gear 1 and are decreasing in the order of the first detecting
また、14は第一及び第二の検出歯車2、13の下方にほぼ平行に配置された配線基板で、上下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の中央にインサート成形等によって装着された磁石5Aと、第二の検出歯車13の中央に装着された磁石6Aとの対向面には、AMR(異方性磁気抵抗)素子等の磁気検出素子5Bと6Bが各々装着されている。
なお、このように対向した磁石5Aと磁気検出素子5Bによって第一の検出手段5が、同じく磁石6Aと磁気検出素子6Bによって第二の検出手段6が各々形成されると共に、配線基板14にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子5Bや6Bに接続された制御手段17が形成されていることは、実施の形態1の場合と同様である。
The first detection means 5 is formed by the
そして、21は回転歯車1の下方に配置された絶縁樹脂または金属製の連動歯車、22は同じく検知歯車で、連動歯車21側面外周の平歯車部21Aに、検知歯車22の平歯車部22Aが噛合すると共に、検知歯車22の中央に装着された磁石23Aと、これに対向して配線基板14に装着された磁気検出素子23Bによって検知手段23が形成され、磁気検出素子23Bが制御手段17に接続されている。
さらに、この連動歯車21と検知歯車22の直径及び歯数は、回転歯車1と第二の検出歯車13と同一の、例えば、連動歯車21の歯数が90、検知歯車22の歯数が20に形成されている。
Further, the diameter and the number of teeth of the interlocking
また、24はトーションバー等の略円柱状で鋼等の連結体で、回転歯車1と連動歯車21の間に配置され、この連結体24の上端が回転歯車1に、下端が連動歯車21に各々固着されると共に、これら回転歯車1や第一の検出歯車2、第二の検出歯車13、配線基板14、連動歯車21、検知歯車22等を、絶縁樹脂製のケースやカバー(図示せず)等が覆って、回転角度・トルク検出装置が構成されている。
そして、このように構成された回転角度・トルク検出装置が、連結体24上端や下端にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、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。
The rotation angle / torque detection device configured as described above is mounted at the upper and lower ends of the connecting
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、連結体24上端に固着された回転歯車1が回転し、これに連動して第一の検出歯車2と第二の検出歯車13が回転すると共に、中央に装着された磁石5Aや6Aも回転して、この変化する磁気を磁気検出素子5Bや6Bが検出し、これらの検出信号から制御手段17が、実施の形態1の場合と同様にして回転歯車1の回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力される。
In the above configuration, when the steering wheel is rotated, the rotating gear 1 fixed to the upper end of the connecting
また、このステアリング軸と回転歯車1の回転に伴って、連結体24が捩じれた後、回転歯車1にやや遅れて連動歯車21が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、回転歯車1に対する連動歯車21の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、連動歯車21の回転の遅れが大きくなる。
Further, as the steering shaft and the rotating gear 1 rotate, after the connecting
なお、この時、回転歯車1に対する連動歯車21の回転の遅れは、回転トルクが小さな場合には角度として1度前後、回転トルクが大きな場合には4度前後の遅れとなる。
At this time, the delay in the rotation of the interlocking
そして、この連動歯車21の回転に連動して検知歯車22が回転し、この中央の磁石23Aも回転して、この磁石23Aの変化する磁気を磁気検出素子23Bが検出し、図3(b)に示したような、増減を繰返す略鋸歯状の検出信号Pが、磁気検出素子23Bから制御手段17へ出力される。
Then, the
ただ、この時、上記のように連動歯車21は、回転歯車1に対してやや遅れて回転するため、この連動歯車21に噛合した検知歯車22も、回転歯車1に噛合した第二の検出歯車13に対してやや遅れて回転する。
However, at this time, the interlocking
したがって、連動歯車21の歯数は回転歯車1と、検知歯車22の歯数は第二の検出歯車13と各々同一であるため、検知歯車22からの検出信号Pは第二の検出歯車13と同一の波形とはなるが、この回転の遅れの分だけずれたものとなる。
Therefore, the number of teeth of the interlocking
また、この検出信号Pの遅れは、上記のように、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため小さくなり、停車時には回転トルクが大きいため、大きな遅れとなる。 Further, as described above, for example, the delay of the detection signal P is small because the rotational torque is small when the vehicle is traveling, and is large because the rotational torque is large when the vehicle is stopped.
そして、この第二の検出歯車13からの検出信号Pと、検知歯車22からの検出信号Pから算出された回転角度のずれから、制御手段17がステアリング軸の回転トルクを算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転トルクや、上述した制御手段17からのステアリング軸の回転角度、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。
Then, the control means 17 calculates the rotational torque of the steering shaft from the deviation of the rotation angle calculated from the detection signal P from the
つまり、制御手段17からの回転トルクによって、車両の走行や停車状態に合わせ、例えば、車両が走行中でステアリングの回転トルクが小さな場合には、パワーステアリング装置の利きを緩めて、ステアリングホイールをある程度重い力で回転操作するようにし、車両が停車していてステアリングの回転トルクが大きな場合には、パワーステアリング装置を大きく利かせて、軽い力でもステアリングホイールの回転操作が可能なように制御を行う。 That is, the rotational torque from the control means 17 is adjusted to the running or stopped state of the vehicle. For example, when the vehicle is running and the rotational torque of the steering is small, the power steering device is loosened and the steering wheel is adjusted to some extent. When the vehicle is stopped and the steering torque is large, the power steering device is used greatly to control the steering wheel so that it can be rotated even with a light force. .
あるいは、制御手段17からの回転角度によって、ステアリングホイールが大きく回転操作されている場合には、ブレーキ装置の効きを断続的にし、小さく回転操作されている場合には、ブレーキ装置を連続的に効かせる等の、ステアリングホイールの回転に応じたブレーキ装置の制御等が行われるように構成されている。 Alternatively, depending on the rotation angle from the control means 17, the brake device is intermittently operated when the steering wheel is largely rotated, and the brake device is continuously activated when the steering wheel is rotated small. The brake device is controlled in accordance with the rotation of the steering wheel.
そして、この時、連動歯車21や回転歯車1の歯数90に対し、歯数が1/4以下の20と小さな歯数の第二の検出歯車13と検知歯車22を用いて、制御手段17が回転トルクを検出することで、回転角度の検出を行う場合と同様に、高分解能で高精度な回転トルクの検出を行うことができるようになっている。
At this time, the control means 17 uses the
このように本実施の形態によれば、連結体24の上端を回転歯車1に、下端を検知歯車22に噛合した連動歯車21に各々固着すると共に、第二の検出歯車13の第二の検出手段6と、検知歯車22の回転を検出する検知手段23からの検出信号から、制御手段17が回転トルクを検出することによって、回転角度の検出に加え、高分解能で高精度な回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク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 upper end of the connecting
なお、以上の説明では、回転歯車1に第一の検出歯車2を噛合させ、この第一の検出歯車2に第二の検出歯車13を噛合させて、回転角度の検出を行う構成について説明したが、回転歯車1に第二の検出歯車13を、この第二の検出歯車13に第一の検出歯車2を各々噛合させた構成や、あるいは背景技術の項で説明したように、回転歯車1に第一の検出歯車2と第二の検出歯車13の両方を噛合させた構成の回転角度検出装置としても、本発明の実施は可能であり、同様の効果を得ることができる。
In the above description, the configuration in which the
本発明による回転角度検出装置及びこれを用いた回転角度・トルク検出装置は、簡易な構成で、高分解能な回転角度や回転トルクの検出が可能なものが得られ、主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出等に有用である。 The rotation angle detection device and the rotation angle / torque detection device using the rotation angle detection device according to the present invention can obtain a high-resolution rotation angle and rotation torque with a simple configuration, and mainly rotate the steering of an automobile. This is useful for detecting angle and rotational torque.
1 回転歯車
1A 平歯車部
1B 係合部
2 第一の検出歯車
2A 平歯車部
4、14 配線基板
5 第一の検出手段
5A、6A、23A 磁石
5B、6B、23B 磁気検出素子
6 第二の検出手段
13 第二の検出歯車
13A 平歯車部
17 制御手段
21 連動歯車
21A 平歯車部
22 検知歯車
22A 平歯車部
23 検知手段
24 連結体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009253713A JP2011099727A (en) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Rotational angle detector and rotational angle/torque detector using the same |
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JP2009253713A Pending JP2011099727A (en) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Rotational angle detector and rotational angle/torque detector using the same |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013024866A (en) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Bourns Inc | Rotation angle and torque sensor |
WO2013027506A1 (en) * | 2011-08-22 | 2013-02-28 | ボッシュ株式会社 | Steering angle sensor |
-
2009
- 2009-11-05 JP JP2009253713A patent/JP2011099727A/en active Pending
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