JP2006098234A

JP2006098234A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2006098234A
Application number: JP2004285263A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Tsuji; 泰明辻
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】回転体の多回転角度を高い検出精度で検出することができる回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】ウォーム３を有する回転軸１と、ウォーム３に噛合し、減速回転するウォームホイール４と、ウォームホイール４の回転角度を検出する第１の検出手段５と、回転軸１の回転に連動して回転する大径の平歯車６と、大径の平歯車６に噛合し、増速回転する小径の平歯車７と、小径の平歯車７の回転角度を検出する第２の検出手段８と、第１及び第２の検出手段５，８が検出したそれぞれの回転角度に基づいて回転軸１の回転角度を算出する算出手段９とを備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用操舵軸等の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。

回転角度検出装置は、回転軸に外嵌固定されたウォームと、該ウォームに噛合し、減速回転するウォームホイールと、該ウォームホイールと同軸で一体回転可能に設けられ、一つの直径方向に磁化された円筒形磁石と、該円筒形磁石の回転角度に対して正弦関数の波形で電気信号が出力される磁気センサとを備え、前記ウォーム（回転軸）の４回転が前記ウォームホイールの７２°の回転角度に変換され、前記回転軸の多回転角度（±２回転）を検出することができるように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００１−３４９７０３号公報

ところが、特許文献１の回転角度検出装置は、ウォームの回転を減速してウォームホイールに伝動し、該ウォームホイールの回転角度を検出するに過ぎないため、高い検出精度が得られないという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は回転体の多回転角度を高い検出精度で検出することができる回転角度検出装置を提供することにある。

第１発明に係る回転角度検出装置は、ウォームを有する回転体と、前記ウォームに噛合し、減速回転するウォームホイールと、該ウォームホイールの回転角度を検出する第１の検出手段とを備えた回転角度検出装置において、前記回転体の回転に連動して回転する第１の歯車と、該第１の歯車に噛合し、増速回転する第２の歯車と、該第２の歯車の回転角度を検出する第２の検出手段と、第１及び第２の検出手段が検出したそれぞれの回転角度に基づいて前記回転体の回転角度を算出する算出手段とを備えていることを特徴とする。

第２発明に係る回転角度検出装置は、前記ウォーム及び第１の歯車は前記回転体に外嵌される円筒部材に並設されていることを特徴とする。

第１発明にあっては、回転体と一体に回転するウォームの回転が減速してウォームホイールに伝動され、該ウォームホイールの回転角度が第１の検出手段により検出されるため、回転体の多回転角度を検出することができる。しかも、回転体の回転に連動して回転する第１の歯車の回転が増速して第２の歯車に伝動され、該第２の歯車の回転角度が第２の検出手段により検出されるため、小さい回転角度を高い精度で検出することができる。この結果、第１及び第２の検出手段が検出したそれぞれの回転角度に基づいて回転体の多回転の回転角度を高精度で検出することができる。また、ウォームを用いてウォームホイールを減速回転させるため、比較的大きな歯車比を得ることができる割にウォームホイールを小形にでき、回転角度検出装置の全体を小形にできる。

第２発明にあっては、ウォーム及び第１の歯車が円筒部材に並設されているため、円筒部材を回転体に外嵌することによりウォーム及び第１の歯車を組込むことができ、組込作業性を改善でき、コストを低減できる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る回転角度検出装置の構成を示す断面図、図２は図１のII−II線の断面図である。

この回転角度検出装置は、回転体としての回転軸１と、該回転軸１に外嵌固定される円筒部材２と、該円筒部材２の外周部に設けられたウォーム３と、該ウォーム３に噛合し、減速回転されるウォームホイール４と、該ウォームホイール４の一側に配置され、ウォームホイール４の回転角度を検出する第１の検出手段５と、円筒部材２にウォーム３と並設される大径の平歯車６（第１の歯車）と、該平歯車６に噛合し、平歯車６よりも増速回転する小径の平歯車７（第２の歯車）と、該平歯車７の回転角度を検出する第２の検出手段８と、第１及び第２の検出手段５，８が検出したそれぞれの回転角度に基づいて回転軸１の回転角度を算出する算出手段９とを備えている。尚、大径の平歯車６が第１の歯車を構成し、小径の平歯車７が第２の歯車を構成している。

回転軸１は円筒部材２の両端部に外嵌されるすべり軸受１０，１１を介して筒形のハウジング１２内に回転自在に支持されている。ハウジング１２は、円筒部材２が内嵌される嵌合孔１２ａと、該嵌合孔１２ａに対して偏倚した位置の内側に突設された第１及び第２の支持部１２ｂ，１２ｃとを有しており、第１の支持部１２ｂにウォームホイール４が回転自在に支持されており、第２の支持部１２ｃに小径の平歯車７が回転自在に支持されている。

ウォーム３とウォームホイール４とは回転中心線が直交しており、歯車比を８：１とし、ウォーム３（回転軸１）の４回転（回転角度１４４０°）で、ウォームホイール４が１／２回転（回転角度１８０°）するように構成されている。また、ウォームホイール４の一側面の回転中心部には永久磁石１３が設けられている。この永久磁石１３はウォームホイール４の一直線となる二つの放射線上にＮ極とＳ極とが個別に配されており、Ｎ極とＳ極との中心線位置が回転角度検出の基準位置となるように構成されている。

大径及び小径の平歯車６，７は、歯車比を１：２とし、大径の平歯車６（回転軸１）の１回転（回転角度３６０°）で、小径の平歯車７が２回転（回転角度７２０°）するように構成されている。また、小径の平歯車７の一側面の回転中心部には永久磁石１４が設けられている。この永久磁石１４は小径の平歯車７の一直線となる二つの放射線上にＮ極とＳ極とが個別に配されており、Ｎ極とＳ極の中心線位置が回転角度検出の基準位置となるように構成されている。

図３は回転軸等の回転角度と出力値（電圧）との関係を示すグラフである。
第１の検出手段５は、磁気抵抗素子、ホール素子等を有する磁気センサであり、ウォームホイール４の回転中心部で永久磁石１３と対向する位置に配設され、ハウジング１２に固定されている。この第１の検出手段５が出力する出力信号の第１出力値ａはウォームホイール４が０°〜１８０°（ウォーム３の回転角度は０°〜１４４０°）回転するまで略リニアに上昇する波形となるように構成されている。

第２の検出手段８は、磁気抵抗素子、ホール素子等を有する磁気センサであり、小径の平歯車７の回転中心部で永久磁石１４と対向する位置に配設され、ハウジング１２に固定されている。この第２の検出手段８が出力する出力信号の第２出力値ｂは小径の平歯車７が０°〜１８０°（大径の平歯車６の回転角度は０°〜９０°）に回転するまでリニアに上昇し、大径の平歯車６が０°〜１４４０°（４回転）する間で、小径の平歯車７が０°〜１８０°回転、換言すれば大径の平歯車６が０°〜９０°回転するつど出力信号が出力され、鋸歯の波形となるように構成されており、第１出力値ａと第２出力値ｂとが交わる交点は１６個である。

算出手段９はマイクロプロセッサを用いてなり、第１及び第２の検出手段５，８から出力される出力信号の第１出力値ａと第２出力値ｂとが交わる交点における第１出力値ａにより交点の回数を求め、換言すれば回転軸１が９０°間隔で回転した粗回転数を算出し、第１出力値ａにより算出した粗回転数に、第２の検出手段８から出力される出力信号の第２出力値ｂを加算することにより、回転軸１の絶対回転角度を算出するように構成されている。また、算出手段９はハウジング１２内に配設され、第１及び第２の検出手段５，８が接続されている。
尚、図１において１５はハウジング１２を静止部材に取着するブラケットである。

以上のように構成された回転角度検出装置は、回転軸１の回転によりウォーム３及び大径の平歯車６が回転し、ウォーム３に噛合するウォームホイール４及び大径の平歯車６に噛合する小径の平歯車７が回転し、ウォームホイール４の回転角度が第１の検出手段５により検出され、小径の平歯車７の回転角度が第２の検出手段８により検出され、第１及び第２の検出手段５，８により検出された回転角度が電気信号に変換されて算出手段９に入力され、該算出手段９により回転軸１の絶対回転角度を算出する。

回転角度の算出を図３のグラフに基づいて説明する。回転軸１（ウォーム３）とウォームホイール４と第１の検出手段５との関係は、回転軸１が１４４０°（４回転）回転すると、ウォームホイール４が１８０°（１／２回転）回転し、第１の検出手段５から出力される出力信号の第１出力値ａは、回転軸１が０°〜１４４０°回転するまで略リニアに上昇する波形となる。また、回転軸１（大径の平歯車６）と小径の平歯車７と第２の検出手段８との関係は、回転軸１が９０°（１／４回転）回転すると、小径の平歯車７が１８０°（１／２回転）し、第２の検出手段８から出力される出力信号の第２出力値ｂは、回転軸１が０°〜９０°回転するまでリニアに上昇する波形となり、さらに回転軸１が０°〜９０°回転するつど出力される鋸歯の波形となり、第１出力値ａと第２出力値ｂとが交わる交点は１６個である。

図４は回転軸１の絶対回転角度を算出する算出手段９の動作内容を示すフローチャートである。電源がオンされた後、算出手段９が算出動作を開始する。第１出力値ａと第２出力値ｂとが第１及び第２の検出手段５，８から算出手段９に取込まれ（Ｓ１）、第１出力値ａと第２出力値ｂとが交わる交点があるか否かを判定し（Ｓ２）、交点がある場合、第１出力値ａは何個目の第２出力値ｂと交わっているかを演算し（Ｓ３）、交点における第２出力値ｂの出力開始原点を回転軸１の粗回転角度に設定する（Ｓ４）。この粗回転角度に第２出力値ｂにより得られる回転角度を加算することにより、回転軸１の絶対回転角度を算出する（Ｓ５）。

例えば、回転軸１が３６０°（１回転）回転したとき、第１出力値ａは、図３において４個目の第２出力値ｂと交わることになり、この４個目の交点における第２出力値ｂの出力開始原点が、９０°間隔で回転した回転軸１の粗回転角度３６０°であり、第２出力値ｂの出力開始原点から回転軸１が９０°回転するまでの回転角度が第２出力値ｂであり、第１出力値ａにより算出した粗回転角度３６０°に第２出力値ｂにより得られる回転角度を加算することにより、回転軸１の絶対回転角度を算出することができる。

尚、本発明に係る回転角度検出装置は、電動パワーステアリング装置におけるステアリングホイールの操舵角度を検出するのに使用されるが、その使用対象は特に制限されない。

本発明に係る回転角度検出装置の構成を示す断面図である。図１のII−II線の断面図である。回転軸等の回転角度と出力値（電圧）との関係を示すグラフである。本発明に係る回転角度検出装置の回転軸の絶対回転角度を算出する算出手段の動作内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１回転軸（回転体）
２円筒部材
３ウォーム
４ウォームホイール
５第１の検出手段
６大径の平歯車（第１の歯車）
７小径の平歯車（第２の歯車）
８第２の検出手段
９算出手段

Claims

ウォームを有する回転体と、前記ウォームに噛合し、減速回転するウォームホイールと、該ウォームホイールの回転角度を検出する第１の検出手段とを備えた回転角度検出装置において、前記回転体の回転に連動して回転する第１の歯車と、該第１の歯車に噛合し、増速回転する第２の歯車と、該第２の歯車の回転角度を検出する第２の検出手段と、第１及び第２の検出手段が検出したそれぞれの回転角度に基づいて前記回転体の回転角度を算出する算出手段とを備えていることを特徴とする回転角度検出装置。
前記ウォーム及び第１の歯車は前記回転体に外嵌される円筒部材に並設されている請求項１記載の回転角度検出装置。