JP2006292529A - 回転角度測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 測定精度を向上させ、小型化ができる回転角度測定装置を提供する。
【解決手段】 回転する円盤1の面1aに渦状溝3を形成し、円盤1外の回動軸4から円盤1の面上へ2つの回動アーム5,6を延ばし、一方の回動アーム5は回転軸2と上記回動軸4を結ぶ線の時計回り側に、他方の回動アーム6は回転軸2と回動軸4を結ぶ線の反時計回り側に振り分け、それぞれの回動アーム5,6には渦状溝3に案内されるヘッド7,8を形成し、これら2つの回動アーム5,6の回動角度差を検知する角度差検知センサ9を設け、この回動角度差から円盤1の回転角度を求めるようにした。
【選択図】 図1
【解決手段】 回転する円盤1の面1aに渦状溝3を形成し、円盤1外の回動軸4から円盤1の面上へ2つの回動アーム5,6を延ばし、一方の回動アーム5は回転軸2と上記回動軸4を結ぶ線の時計回り側に、他方の回動アーム6は回転軸2と回動軸4を結ぶ線の反時計回り側に振り分け、それぞれの回動アーム5,6には渦状溝3に案内されるヘッド7,8を形成し、これら2つの回動アーム5,6の回動角度差を検知する角度差検知センサ9を設け、この回動角度差から円盤1の回転角度を求めるようにした。
【選択図】 図1
Description
本発明は、多回転する測定対象に適した回転角度測定装置に係り、測定精度を向上させ、小型化ができる回転角度測定装置に関する。
車両のステアリングホイールにおける絶対操舵角の検出のように、360°以上回転(複数回転、多回転ともいう)する回転体の回転角度を360°以下の回転角度と区別した角度(絶対回転角度という)で測定するためには、360°の周期で元に戻らない要素を導入する必要がある。
特許文献1の技術を図5にて説明すると、絶対回転角度の測定対象である主歯車51と、この主歯車に噛み合う2つの副歯車(第一副歯車、第二副歯車)52,53と、各副歯車52,53の回転角度を検出する角度センサ54,55と、各角度センサ54,55の出力を基に絶対回転角度を求める評価回路56とを備える。第一副歯車52の歯数及び第二副歯車53の歯数は、それぞれ主歯車51の歯数より少なく、互いに異なる。主歯車51は、ステアリングホイールと一体回転するステアリングシャフトに固定されている。
ステアリングシャフトが回転すると、ステアリングシャフトに固定された主歯車51が回転し、この主歯車51の回転角度に比例して各々の副歯車52,53も回転する。その結果、各角度センサ54,55は副歯車52,53の回転角度に比例した信号を出力する。主歯車51の回転角度と各角度センサ54,55の出力信号の関係を図6に示す。
図示のように、2つの副歯車52,53の歯数が異なるため、各角度センサ54,55の出力信号C,Dは異なる周期で変化し、2つの出力信号C,Dの差は回転角度によって異なる。評価回路56は、2つの出力信号C,Dの差に基づいて絶対回転角度を演算する。
特許文献2の技術を図7(a),図7(b)にて説明すると、回転する円盤71の面71aに回転軸72を中心に周回しつつ回転軸72からの距離が漸増(あるいは漸減)する渦状溝73を形成し、上記円盤71外の回動軸74から上記円盤71の面71a上へ回動アーム75を延ばし、回動アーム75には上記渦状溝73に案内されるヘッド77を形成し、この回動アーム75の回動角度を検知する角度差検知センサ(図示せず)を設け、この回動角度から上記円盤71の回転角度を求めるようになっている。円盤71は、ステアリングホイールと一体回転するステアリングシャフトに固定されている。角度差検知センサとしては、例えば、回動アーム75に磁石を取り付け、回動しない場所にホール効果又は磁気抵抗効果で信号を生成する磁気検出素子を設置する。
いま、渦状溝73の一端が円盤71の面71aの最外周付近にあって、ここを起点にして反時計回りに進むと回転軸72からの距離が短くなるように渦状溝73を形成すると、渦状溝73の反対端は円盤71の面71aの最内周に至る。逆に見れば、最内周を起点にして、時計回りに進むと回転軸72からの距離が長くなるように渦状溝73を形成しても、同じものが得られる。
ステアリングシャフトが回転すると、ステアリングシャフトに固定された円盤71が回転する。ヘッド77は、渦状溝73に案内されることから、円盤71が時計回りに回転すると、相対的に円盤71に対して反時計回りに移動することになるので、回転軸72に近づき、円盤71が反時計回りに回転すると相対的に円盤71に対して時計回りに移動することになるので、回転軸72から遠ざかる。このヘッド77の動きによって、回動アーム75が回動軸74の周りに回動する。角度差検知センサが出力する回動角度の信号を基に図示しない演算回路で絶対回転角度を演算する。
角度差検知センサの出力信号は、図8に示されるように、絶対回転角度が負である領域(例えば、−1080°)から絶対回転角度が正である領域(例えば、1080°)まで、リニアに増加する。なお、絶対回転角度が0°となるときの回動アームの角度は図7に示した回動範囲の中間あたりとしてある。
操舵角検出に用いる回転角度測定装置は、操縦席に設けるものであるから、運転者の操作性や居住性の点から小型とする必要がある。しかし、図5の回転角度測定装置は、2つの副歯車52,53の回転角度が異なる周期で変化することを利用して絶対回転角度を演算しているため、両副歯車52,53の歯数の最小公倍数でもって検出可能な回転角度範囲に限界がある。この回転角度範囲を広げるべく、主歯車51の歯数に対する各副歯車52,53の歯数の差を小さくして歯数を増やすと、副歯車52,53の径が大きくなって回転角度測定装置が大型化してしまう。
図7の回転角度測定装置は、円盤71の回転角度に比して回動アーム75の回動角度が小さいために、角度差検知センサが出力する回動角度の信号に対してノイズが与える影響が大きく、このため回転角度測定精度が低い。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、測定精度を向上させ、小型化ができる回転角度測定装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、回転する円盤の面に渦状溝を形成し、上記円盤外の回動軸から上記円盤の面上へ2つの回動アームを延ばし、一方の回動アームは上記回転軸と上記回動軸を結ぶ線の時計回り側に、他方の回動アームは上記回転軸と上記回動軸を結ぶ線の反時計回り側に振り分け、それぞれの回動アームには上記渦状溝に案内されるヘッドを形成し、これら2つの回動アームの回動角度差を検知する角度差検知センサを設け、この回動角度差から上記円盤の回転角度を求めるようにしたものである。
上記渦状溝を上記回転軸の周りに複数周回させて形成してもよい。
上記角度差検知センサは、一方の回動アームに随伴して回動する磁石と、他方の回動アームに随伴して回動する磁気検出素子とから構成してもよい。
上記円盤の外周に歯を形成して上記円盤を主歯車とし、この主歯車に副歯車を噛み合わせ、上記副歯車の回転角度を検知する副歯車回転角度センサを設け、この副歯車回転角度と上記2つの回動アームの回動角度差から求めた上記円盤の回転角度とを用い、上記円盤の精密な回転角度を求めるようにしてもよい。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
(1)測定精度を向上させることができる。
(2)小型化ができる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1(a)〜図1(c)に示されるように、本発明に係る回転角度測定装置は、回転する円盤1の面1aに回転軸2を中心に周回しつつ回転軸2からの距離が漸増(あるいは漸減)する渦状溝3を形成し、円盤1外の回動軸4から円盤1の面1a上へ2つの回動アーム5,6を延ばし、一方の回動アーム5は回転軸2と回動軸4を結ぶ線の時計回り側に、他方の回動アーム6は回転軸2と回動軸4を結ぶ線の反時計回り側に振り分け、それぞれの回動アーム5,6には渦状溝3に案内されるヘッド7,8を形成し、これら2つの回動アーム5,6の回動角度差を検知する角度差検知センサ9を設け、この回動角度差から円盤1の回転角度を求めるようにしたものである。
渦状溝3は、回転軸2の周りに複数周回させて形成してもよい。図示した渦状溝3は、一端が円盤1の面1aの最外周付近にあって、ここを起点に時計回りに進むと回転軸2からの距離が短くなるように形成されており、渦状溝3の反対端は円盤1の面1aの最内周に至る。逆に見れば、最内周を起点にして、反時計回りに進むと回転軸2からの距離が長くなるように渦状溝3を形成しても、同じものが得られる。もちろん、従来技術の図7と同様に渦の向きを逆にしても原理は同じである。
渦状溝3は、例えば、断面がU字状に窪んだ溝である。ヘッド7,8は、先端の丸い棒が渦状溝3の窪みに嵌ることで、溝のピッチ方向(円盤1の径方向)への移動が規制されている。円盤1がほぼ1回転するとヘッド7,8が1ピッチ分移動することになる。
角度差検知センサ9は、2つの回動アーム5,6の回動角度差を検知できるものであれば何でもよいが、ここでは、一方の回動アーム5に随伴して回動する磁石10と、他方の回動アーム6に随伴して回動する磁気検出素子(例えば、ホール素子)11とから構成することにより、磁石10に対する磁気検出素子11の角度が変わるようにしてある。
角度差検知センサ9に接続されている演算回路12は、磁気検出素子11が検出する回動角度差から円盤1の回転角度を求めるものである。
操舵角検出への応用として図1の回転角度測定装置は、円盤1がステアリングシャフトに取り付けられ、回動軸4は車室内に固定される。
図1の回転角度測定装置の動作を説明する。
ステアリングシャフトが回転すると、ステアリングシャフトに固定された円盤1が回転する。ヘッド7,8は、渦状溝3に案内されることから、円盤1が時計回りに回転すると、相対的に円盤1に対して反時計回りに移動することになるので、回転軸2から遠ざかり、円盤1が反時計回りに回転すると相対的に円盤1に対して時計回りに移動することになるので、回転軸2に近づく。
回動アーム5は回転軸2と回動軸4を結ぶ線の時計回り側に向いているので、ヘッド7が回転軸2から遠ざかる動きによって、回動アーム5が回動軸4の周りに反時計回りに回動する。一方、回動アーム6は回転軸2と回動軸4を結ぶ線の反時計回り側に向いているので、ヘッド8が回転軸2から遠ざかる動きによって、回動アーム6が回動軸4の周りに時計回りに回動する。つまり、2つの回動アーム5,6は互いに逆方向に回動する。このため、円盤1の回転に依存する2つの回動アーム5,6の回動角度差は単独の回動アームの回動角度よりも顕著に変化する。
演算回路12は、角度差検知センサ9が検出する回動角度差から円盤1の回転角度を求める。このとき、円盤1の回転角度と回動アーム5,6の回動角度差との関係は図2の実線のようになる。右側の縦軸に角度差検知センサ9が出力する信号の大きさをとれば、この実線は、回転角度対信号の大きさのグラフとなる。なお、図2では、絶対回転角度が−1080°のとき回動角度差を0°としてある。また、この例では、2つの回動アーム5,6を回転軸2と回動軸4を結ぶ線に対して対称に振り分けている。図示のように、角度差検知センサ9が検出する回動角度差は、絶対回転角度が0°のときθ、絶対回転角度が1080°のとき2θとなる。一点鎖線で示した単独の回動アームの回動角度は絶対回転角度が1080°のときθにすぎない。すなわち、この実施形態では同じ回転角度に比して従来の2倍の値の信号が得られる。
このように、本発明は、回動アーム5,6の回動角度差から絶対回転角度を求めるようにしたので、角度差検知センサ9の出力信号に対してノイズが与える影響が小さくなり、その結果、回転角度測定精度が向上する。
また、回動アームが1つだった図7の回転角度測定装置に対して回動アームが1つ増えたとはいえ、余分な出っ張りなどが増えないので、回転角度測定装置を大型化させることがなく、図5の回転角度測定装置に比べると顕著に小型化ができることになる。
次に、他の実施形態を説明する。
図3に示した回転角度測定装置は、図1の構成に加え、図1の円盤1の外周1bに歯を形成して円盤1を主歯車1’とし、この主歯車1’に副歯車31を噛み合わせ、副歯車31の回転角度を検知する副歯車回転角度センサ32を設け、演算回路12’は、この副歯車回転角度と前述の2つの回動アーム5,6の回動角度差から求めた円盤1の回転角度とを用い、円盤1の精密な回転角度を求めるようにしたものである。
副歯車31の歯数は主歯車1’の歯数よりも少なくしてある。副歯車回転角度センサ32としては、例えば、副歯車31に磁石33を取り付け、回転しない場所にホール効果又は磁気抵抗効果で信号を生成する磁気検出素子34を設置する。
図3の回転角度測定装置の動作を説明する。
円盤1の回転角度に対する回動角度差の変化は既に説明したとおりであり、図4に示されるように、角度差検知センサ9の出力信号Aは回転角度の増加に対してリニアに増加し続ける。一方、副歯車回転角度センサ32の出力信号Bは回転角度によって直線的な増大とその増大分のリセットとを繰り返す鋸波形となる。副歯車31の歯数が主歯車1’の歯数よりも少ないので、出力信号Bは360°より短い周期を持つことになる。
ステアリングシャフトに伴って円盤1が回転が回転したときの諸部材の回動角度あるいは回転角度を比較すると、回動アーム5,6の回動角度より副歯車31の回転角度が大きい。従って、副歯車31の回転角度は、回動アーム5,6の回動角度よりも円盤1の回動角度を精密に表している。そこで、副歯車31の回転角度を回動アーム5,6の回動角度から求まる円盤1の回転角度の計測精度を高める補助に用いる。
そこで、演算回路12’は、出力信号Bが示す副歯車回転角度と角度差検知センサ9の出力信号Aが示す円盤1の回転角度とを用い、円盤1の精密な回転角度を求める。具体的には、あらかじめ精密な回転角度が計測可能な精密計測機器を用いて、回転する円盤1もしくは回転軸2の回転角度を計測しつつ、出力信号Aの値と出力信号Bの値とを読み取ることで、出力信号Aの値と出力信号Bの値と精密な回転角度とを相互に関係付けてメモリに記憶しておき、その後、本発明の回転角度測定装置で回転角度を測定するとき、検出された出力信号Aの値と出力信号Bの値とを用いてメモリから精密な回転角度を読み出す。
この形態によれば、副歯車回転角度センサ32は、角度差検知センサ9より高感度に回転角度を検出することができるため、さらに高精度に回転角度を計測することが可能となる。また、従来構成より歯車の数が少なくなるため小型化が可能になる。
1 円盤
1a (円盤の)面
2 回転軸
3 渦状溝
4 回動軸
5,6 回動アーム
7,8 ヘッド
9 角度差検知センサ
1a (円盤の)面
2 回転軸
3 渦状溝
4 回動軸
5,6 回動アーム
7,8 ヘッド
9 角度差検知センサ
Claims (4)
- 回転する円盤の面に渦状溝を形成し、上記円盤外の回動軸から上記円盤の面上へ2つの回動アームを延ばし、一方の回動アームは上記回転軸と上記回動軸を結ぶ線の時計回り側に、他方の回動アームは上記回転軸と上記回動軸を結ぶ線の反時計回り側に振り分け、それぞれの回動アームには上記渦状溝に案内されるヘッドを形成し、これら2つの回動アームの回動角度差を検知する角度差検知センサを設け、この回動角度差から上記円盤の回転角度を求めるようにしたことを特徴とする回転角度測定装置。
- 上記渦状溝を上記回転軸の周りに複数周回させて形成したことを特徴とする請求項1記載の回転角度測定装置。
- 上記角度差検知センサは、一方の回動アームに随伴して回動する磁石と、他方の回動アームに随伴して回動する磁気検出素子とから構成したことを特徴とする請求項1又は2記載の回転角度測定装置。
- 上記円盤の外周に歯を形成して上記円盤を主歯車とし、この主歯車に副歯車を噛み合わせ、上記副歯車の回転角度を検知する副歯車回転角度センサを設け、この副歯車回転角度と上記2つの回動アームの回動角度差から求めた上記円盤の回転角度とを用い、上記円盤の精密な回転角度を求めるようにしたことを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の回転角度測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005113042A JP2006292529A (ja) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | 回転角度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005113042A JP2006292529A (ja) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | 回転角度測定装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2006292529A true JP2006292529A (ja) | 2006-10-26 |
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Family Applications (1)
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JP (1) | JP2006292529A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010038682A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Panasonic Corp | 回転角度検出装置 |
-
2005
- 2005-04-11 JP JP2005113042A patent/JP2006292529A/ja active Pending
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JP2010038682A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Panasonic Corp | 回転角度検出装置 |
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