JP3014932U - Gear rotation angle detector - Google Patents
Gear rotation angle detectorInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非接触変位センサの直径や歯車の歯のピッチ
を従来のままとして、回転角度検出の分解能を高くす
る。
【構成】 歯車１の歯先と間隙６を設けて対峙させ、歯
車１が回転する時、歯５の山３と谷４によって変化する
歯５の表面との接近距離に応じた電気信号を出力する複
数個の非接触変位センサ７a〜７cを、山３と谷４の接近
する位相を若干異ならせて、歯車１の歯先周辺に設け、
各非接触変位センサ７a〜７cの出力信号Ａ1〜Ｃ1を、そ
れらの信号毎に、山３と谷４に応じた２値信号Ａ2〜Ｃ2
に変換し、その各非接触変位センサ７a〜７cと対応する
各２値信号Ａ2〜Ｃ2の位相差に基づいて、歯車１の歯５
の１ピッチ分を、複数に分割させる。
(57) [Abstract] [Purpose] To increase the resolution of rotation angle detection while keeping the diameter of the non-contact displacement sensor and the tooth pitch of the gear as they are. [Structure] The tooth tip of the gear 1 is provided to face each other with a gap 6, and when the gear 1 rotates, an electric signal is output according to the approach distance between the tooth 5 and the surface of the tooth 5 which is changed by the troughs 4 of the tooth 5. A plurality of non-contact displacement sensors 7a to 7c are provided around the addendum of the gear 1 with slightly different phases of the peak 3 and the valley 4 approaching each other.
The output signals A1 to C1 of the non-contact displacement sensors 7a to 7c are converted into binary signals A2 to C2 corresponding to the peaks 3 and the valleys 4, respectively.
To the tooth 5 of the gear 1 based on the phase difference between the respective non-contact displacement sensors 7a to 7c and the corresponding binary signals A2 to C2.
1 pitch of is divided into a plurality.
Description
【０００１】[0001]
本考案は、歯車の歯の山と谷の部分を非接触変位センサにより検出して、歯車 の回転角度を検出するようにした、歯車の回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a gear rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a gear by detecting the peaks and troughs of the gear teeth with a non-contact displacement sensor.
【０００２】[0002]
従来の歯車の回転角度検出装置としては、図９に示す如く、歯車(01)の歯先と 若干の空隙を設けて、高周波電磁誘導型の非接触変位センサ(02)を対峙させ、歯 車(01)が回転するときの山(03)と谷(04)との近接距離を電気信号として検出して 、歯車(01)を駆動する回転軸(05)の回転角度を計るようにしたものがよく知られ ている。 As a conventional gear rotation angle detecting device, as shown in FIG. 9, a tooth gap of the gear (01) is provided with a slight gap, and a high-frequency electromagnetic induction type non-contact displacement sensor (02) is faced to face the gear. When the proximity distance between the mountain (03) and the valley (04) when the (01) rotates is detected as an electric signal, and the rotation angle of the rotating shaft (05) that drives the gear (01) is measured. Is well known.
【０００３】 上記の回転角度検出装置においては、検出しうる回転角度の分解能に限界があ る。 図１０は、回転角度の検出に際して、非接触変位センサ(02)の直径(ｄ)と、歯 車(01)の歯形の最も好ましい寸法を示すものである。 最も好ましい寸法とは、非接触変位センサ(02)が、歯車(01)の山(03)の部分と 谷(04)の部分に、追従性良く感応して（山部と谷部の出力差が最大の状態）、最 も感度良く、山(03)と谷(04)を弁別する状態を保ったまま、歯のピッチ(Ｐ)を最 も小さくしたときのもので、その時の歯車(01)の歯のピッチ(Ｐ)は、センサ(02) の直径(ｄ)の２倍になる。In the above rotation angle detection device, there is a limit to the resolution of the rotation angle that can be detected. FIG. 10 shows the most preferable dimensions of the diameter (d) of the non-contact displacement sensor (02) and the tooth profile of the toothed wheel (01) when detecting the rotation angle. The most preferable dimension is that the non-contact displacement sensor (02) responds well to the crest (03) part and the trough (04) part of the gear (01) (the output difference between the crest part and the trough part). Is the maximum), the sensitivity is the highest, and the tooth pitch (P) is minimized while maintaining the state of discriminating between the peak (03) and the valley (04). The tooth pitch (P) of) is twice the diameter (d) of the sensor (02).
【０００４】 非接触変位センサ(02)は、歯車(01)の歯先と対向する検知部分に巻線を施す等 の構造上の理由から、製造しうる最小直径は、１mm程度である。そのため、歯車 (01)の歯のピッチ(Ｐ)を２mm以下とすると、感度が低下する。The minimum diameter that can be manufactured for the non-contact displacement sensor (02) is about 1 mm because of a structural reason such as winding on a detection portion facing the tooth tip of the gear (01). Therefore, if the tooth pitch (P) of the gear (01) is set to 2 mm or less, the sensitivity decreases.
【０００５】 一方、歯車(01)の歯のピッチ(Ｐ)を変えずに、１回転当たりの歯数を増すには 、歯車(01)の直径(ピッチ円)を大きくしなければならない。 しかし、歯車(01)の直径を大きくして歯数を増やすと、歯先先端の周速度が増 して、センサ(02)と歯先の相対速度が大きくなり、センサ(02)の検出速度(検出 周波数)の上限により、歯車(01)の最大回転数(rpm）に制限が生じる。換言する と、歯数を増すと、被回転検出軸の回転速度の上限値が低下する。On the other hand, in order to increase the number of teeth per rotation without changing the tooth pitch (P) of the gear (01), the diameter (pitch circle) of the gear (01) must be increased. However, if the diameter of the gear (01) is increased and the number of teeth is increased, the peripheral speed of the tip of the tooth increases and the relative speed between the sensor (02) and the tooth tip increases, and the detection speed of the sensor (02) increases. The upper limit of (detection frequency) limits the maximum rotation speed (rpm) of the gear (01). In other words, when the number of teeth is increased, the upper limit value of the rotation speed of the rotation detection shaft is decreased.
【０００６】 本考案は、上述した問題点を解消し、非接触変位センサの直径や歯車の歯のピ ッチを従来のままとしたまま、回転角度検出の分解能を高くすることを目的とす る。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to improve the resolution of rotation angle detection while keeping the diameter of the non-contact displacement sensor and the pitch of the teeth of the gear as they are. It
【０００７】[0007]
本考案によると、歯車の歯先と僅かの間隙を設けて対峙し、歯車の回転に伴い 、歯の山と谷によって変化する接近距離に応じた電気信号を出力するようになっ ており、かつ山もしくは谷の接近する時期を互いに若干異ならせて、歯車の歯先 周辺に設けられた複数個の非接触変位センサと、 各非接触変位センサから得られる出力信号を、各非接触変位センサの信号毎に 、山と谷の接近に応じた２値信号に変換する波形整形回路と、 各波形整形回路の出力する複数の２値信号から、歯車の歯の１ピッチに対して 複数に分割する分解能の高い信号を生成する高分解能信号生成回路とを設けるこ とにより、上述の課題は解決される。 According to the present invention, the tooth tips of the gear are opposed to each other with a slight gap therebetween, and an electric signal is output according to the approach distance that changes depending on the peaks and troughs of the teeth as the gear rotates. The non-contact displacement sensors provided around the tooth tips of the gear and the output signals obtained from the respective non-contact displacement sensors are compared with the output signals obtained from the respective non-contact displacement sensors. A waveform shaping circuit that converts each signal into a binary signal that corresponds to the approach of peaks and valleys, and a plurality of binary signals that are output from each waveform shaping circuit are divided into a plurality for one pitch of gear teeth. By providing a high-resolution signal generation circuit that generates a signal with high resolution, the above-mentioned problems can be solved.
【０００８】[0008]
非接触変位センサの直径や歯車の歯のピッチを小さくすることなく、回転角度 の分解能を高くすることができる。 高分解能で検出される信号の部分は、アブソリュート信号であるから、極低速 度の回転体の回転角度検出にも適用でき、かつ並列信号にすることにより、ディ ジタルのコード信号として利用することができる。 The resolution of the rotation angle can be increased without reducing the diameter of the non-contact displacement sensor or the pitch of the gear teeth. The part of the signal detected with high resolution is an absolute signal, so it can be applied to the detection of the rotation angle of an extremely low-speed rotating body, and can be used as a digital code signal by forming a parallel signal. it can.
【０００９】[0009]
【実施例】 図１は、本考案の一実施例を示すブロック図である。 (１)は、計測をするべき回転軸(２)に固着された回転計測用の歯車である。 歯車(１)は、軸線方向にやや厚く、かつ山(３)と谷(４)が周方向に繰り返し連 続する歯(５)が形成され、歯(５)は、軸線に対して僅かに傾斜している。即ち、 歯車(１)は、歯すじがねじれ角(θ1)を有する、はすば歯車となっている。Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. (1) is a gear for rotation measurement fixed to a rotating shaft (2) to be measured. The gear (1) is slightly thick in the axial direction, and has teeth (5) in which peaks (3) and valleys (4) are repeatedly connected in the circumferential direction, and the teeth (5) are slightly different from the axis. It is inclined. That is, the gear (1) is a helical gear whose tooth line has a helix angle (θ 1 ).
【００１０】 歯車(１)の周面の遠心方向の外側方には、歯(５)の歯先と僅かの間隙(６)を介 して先端を対峙させた複数の非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)が設けられている。 これらの非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)は、歯車(１)の軸線と平行をなす直線上 に、互いに接近させて１列に並べられている。A plurality of non-contact displacement sensors (7a) having their tips facing each other through a slight gap (6) with the tips of the teeth (5) are provided on the outer side of the peripheral surface of the gear (1) in the centrifugal direction. ) (7b) (7c) are provided. These non-contact displacement sensors (7a), (7b) and (7c) are arranged in a line in close proximity to each other on a straight line parallel to the axis of the gear (1).
【００１１】 互いに接近している複数の非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)が無干渉式の制御を 行うために、各非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)には、１つの周波数発振器(８)か ら、互いに共通する周波数の高周波信号(f0)が与えられている。Since the plurality of non-contact displacement sensors (7a) (7b) (7c) that are close to each other perform non-interference control, each non-contact displacement sensor (7a) (7b) (7c) has A high frequency signal (f0) having a common frequency is given from one frequency oscillator (8).
【００１２】 各非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)の出力信号(Ａ1)(Ｂ1)(Ｃ1)は、それぞれ、 波形整形回路(9a)(9b)(9c)へ入力している。 波形整形回路(9a)(9b)(9c)は、歯車(１)の歯(５)が非接触変位センサ(7a)(7b) (7c)の先端に近接して移動する時、山(３)と谷(４)との表面距離に対応した非接 触変位センサ(7a)(7b)(7c)の出力信号(Ａ1)(Ｂ1)(Ｃ1)を、山(３)と谷(４)の部 分を確実に区分して弁別した２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)を出力する。The output signals (A1) (B1) (C1) of the non-contact displacement sensors (7a) (7b) (7c) are input to the waveform shaping circuits (9a) (9b) (9c), respectively. . The waveform shaping circuits (9a), (9b) and (9c) are designed so that when the teeth (5) of the gear (1) move close to the tips of the non-contact displacement sensors (7a) (7b) (7c), the peaks (3) ) And the valley (4) surface distance corresponding to the non-contact displacement sensor (7a) (7b) (7c) output signal (A1) (B1) (C1), the peak (3) and the valley (4). It outputs the binary signals (A2) (B2) (C2) which are surely divided and discriminated.
【００１３】 図２は、波形整形回路(9a)の一例を示すもので、各部の信号の波形図は、図５ に示してある。なお、他の波形整形回路(9b)(9c)及び波形図は、波形整形回路(9 a)のものと対応するので、図示は省略する。 なお、これらの波形整形回路(9a)(9b)(9c)についての詳細は、本出願人による 特開平2ー265315号公報を参照されたい。FIG. 2 shows an example of the waveform shaping circuit (9a), and the waveform diagram of the signal of each part is shown in FIG. Since the other waveform shaping circuits (9b) and (9c) and the waveform diagram correspond to those of the waveform shaping circuit (9a), the illustration thereof is omitted. For details of these waveform shaping circuits (9a) (9b) (9c), refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-265315 by the present applicant.
【００１４】 波形整形回路(9a)は、交流分に対して増幅率１の反転増幅を行うとともに、直 流分に対しては、増幅率１の非反転増幅を行う増幅器(10)と、帰還量が少なくて 高い増幅率を示す比較増幅器(11)とにより、センサの出力信号(Ａ1)から、山(３ )と谷(４)に対応する部分を確実に２値信号に弁別するコンパレータを形成して いる。The waveform shaping circuit (9a) performs an inverting amplification with an amplification factor of 1 on the AC component and a non-inverting amplification with an amplification factor of 1 on the direct current component, and a feedback. A comparator amplifier (11), which has a small amount and shows a high amplification factor, can be used to reliably distinguish the output signal (A1) of the sensor from the output signal (A1) to the peak (3) and the valley (4) into a binary signal. Has formed.
【００１５】 即ち、比較増幅器(11)は、センサの出力信号(Ａ1)の非反転信号(Ａ1)と、その 反転信号(Ａ1')を、直流レベル(Ｄ)の変動を加味して比較し、山と谷に応じた２ 値信号(Ａ2)を作り出している。 波形整形回路(9b)(9c)の出力する２値信号(Ｂ2)(Ｃ2)も、同様に作られる。That is, the comparison amplifier (11) compares the non-inverted signal (A1) of the output signal (A1) of the sensor and its inverted signal (A1 ′) in consideration of the fluctuation of the DC level (D). , It produces a binary signal (A2) corresponding to the peaks and valleys. The binary signals (B2) and (C2) output from the waveform shaping circuits (9b) and (9c) are similarly created.
【００１６】 図５に示す如く、各非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)と対応する２値信号(Ａ2)( Ｂ2)(Ｃ2)は、歯(５)のピッチ(Ｐ)の１／３の位相差をもって、順に現われる。As shown in FIG. 5, the binary signals (A2) (B2) (C2) corresponding to the respective non-contact displacement sensors (7a) (7b) (7c) correspond to the pitch (P) of the teeth (5). They appear in order with a phase difference of 1/3.
【００１７】 図６に示す如く、歯車(１)の歯(５)は、軸線方向に対して歯すじが傾斜したは す歯歯車であり、非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)は、軸線方向を向く１直線上に 、一定のピッチ(ａ)で並んでいる。As shown in FIG. 6, the teeth (5) of the gear (1) are helical gears whose teeth are inclined with respect to the axial direction, and the non-contact displacement sensors (7a) (7b) (7c) Are arranged at a constant pitch (a) on a straight line facing the axial direction.
【００１８】 歯車(１)の厚さは、接触変位センサ(7a)(7b)(7c)の配列ピッチ(ａ)の３倍であ り、かつ厚さ方向の両端面の歯形(5a)(5b)は、回転方向に１ピッチ(Ｐ)だけずれ て重なっている。従って、歯車(１)のねじれ角(θ1)は、tanθ1＝Ｐ／(３ａ)と なっている。The thickness of the gear (1) is three times the arrangement pitch (a) of the contact displacement sensors (7a) (7b) (7c), and the tooth profile (5a) ( 5b) is offset by 1 pitch (P) in the rotation direction and overlaps. Therefore, the twist angle (θ 1 ) of the gear (1) is tan θ 1 = P / (3a).
【００１９】 中央の非接触変位センサ(7b)は、歯車(１)の厚さ方向の中央を通り、左右の非 接触変位センサ(7a)(7c)は、それぞれ、ピッチ(ａ)ずつ左右に離れた所を通り、 各センサ(7a)(7b)(7c)の中心部の歯形は、図５で仮想線で示すように、１／３ピ ッチ(Ｐ)ずつ、順次ずれている。The central non-contact displacement sensor (7b) passes through the center of the gear (1) in the thickness direction, and the left and right non-contact displacement sensors (7a) and (7c) respectively move to the left and right by the pitch (a). The tooth profile at the center of each sensor (7a) (7b) (7c) passing through a distant place is sequentially deviated by 1/3 pitch (P), as shown by the phantom line in FIG.
【００２０】 しかして、図５に示す如く、各接触変位センサ(7a)(7b)(7c)の出力信号(Ａ1)( Ｂ1)(Ｃ1)は、各センサ(7a)(7b)(7c)の中央に位置する歯形に応じて、１／３ず つ位相が異なる２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)に変換される。However, as shown in FIG. 5, the output signals (A1) (B1) (C1) of the contact displacement sensors (7a) (7b) (7c) are the same as those of the sensors (7a) (7b) (7c). According to the tooth profile located at the center of the, the binary signals (A2) (B2) (C2) whose phases are different by 1/3 are converted.
【００２１】 この１／３ずつ位相の異なる２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)は、次に示す３通りの 高分解能信号生成回路のいずれかを利用して、高分解能信号に変換される。The binary signals (A2), (B2) and (C2) whose phases are different from each other by 1/3 are converted into high resolution signals by using one of the following three types of high resolution signal generation circuits. It
【００２２】 高分解能信号生成回路の１つは、図１に示す如く、各２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2 )毎に、ワンショットマルチバイブレータ(12a)(12b)(12c)を設けてなり、各２値 信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)の立ち上がり（もしくは立ち下がり）を、十分に幅の狭い パルス信号(Ａ3)(Ｂ3)(Ｃ3)に変換し、それらのパルス信号(Ａ3)(Ｂ3)(Ｃ3)はＯ Ｒ回路(13)を介して、１つの高分解能パルス信号(Ｅ)に合成される。 この高分解能パルス信号(Ｅ)は、適宜の計数手段により計数される。As shown in FIG. 1, one of the high resolution signal generation circuits is provided with one-shot multivibrators (12a) (12b) (12c) for each binary signal (A2) (B2) (C2). Then, the rising (or falling) of each binary signal (A2) (B2) (C2) is converted into a sufficiently narrow pulse signal (A3) (B3) (C3), and those pulse signals ( A3, B3 and C3 are combined into one high resolution pulse signal (E) via the OR circuit (13). This high resolution pulse signal (E) is counted by an appropriate counting means.
【００２３】 高分解能パルス信号(Ｅ)は、歯車(１)の歯数が６０枚の場合、１回転当たり１ ８０個のパルスを出力するから、回転角度では２度の分解能を有する。 また、計数手段がアップダウン計数回路等であるときは、各２値信号(Ａ2)(Ｂ 2)(Ｃ2)の出現順(相順)を適宜検出して、回転方向を検知し、その回転方向に応 じて、高分解能パルス信号(Ｅ)を加減計数することにより、回転軸(２)の回転を 多回転に計数することができる。The high-resolution pulse signal (E) outputs 180 pulses per rotation when the gear (1) has 60 teeth, and therefore has a resolution of 2 degrees at a rotation angle. Further, when the counting means is an up-down counting circuit or the like, the appearance order (phase order) of each binary signal (A2) (B2) (C2) is appropriately detected to detect the rotation direction, and the rotation direction is detected. By rotating the high-resolution pulse signal (E) according to the direction, the rotation of the rotary shaft (2) can be counted in multiple rotations.
【００２４】 次に、別の高分解能信号生成回路においては、各２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)を 、図４の入力加算型のコンパレータ(14)に入力し、図５に示す、ほぼデューテイ サイクル５０％の高分解能矩形信号(Ｆ)を得ることができる。 この高分解能矩形信号(Ｆ)は、前記ＯＲ回路(13)の高分解能パルス信号(Ｅ)と 同様に、ピッチ(Ｐ)当たり３個の矩形波を持っているので、この高分解能矩形信 号(Ｆ)を計数しても、前記高分解能パルス信号(Ｅ)の場合と同様の結果が得られ る。 ただし、高分解能矩形信号(Ｆ)の方は、パルス幅が自動的に歯車(１)の回転速 度に追従して狭くなるが、ワンショットマルチバイブレータ(12a)(12b)(12c)に よる高分解能パルス信号(Ｅ)の場合には、歯車(１)が最大回転速度のときの位相 差Ｐ／３に相当するパルス幅より、パルス幅を大きくすることができない。Next, in another high resolution signal generation circuit, each binary signal (A2) (B2) (C2) is input to the input addition type comparator (14) of FIG. 4 and shown in FIG. , A high-resolution rectangular signal (F) with a duty cycle of about 50% can be obtained. This high-resolution rectangular signal (F) has three rectangular waves per pitch (P) like the high-resolution pulse signal (E) of the OR circuit (13). Even if (F) is counted, the same result as in the case of the high resolution pulse signal (E) can be obtained. However, the pulse width of the high-resolution rectangular signal (F) automatically narrows following the rotation speed of the gear (1), but it depends on the one-shot multivibrator (12a) (12b) (12c). In the case of the high resolution pulse signal (E), the pulse width cannot be made larger than the pulse width corresponding to the phase difference P / 3 when the gear (1) is at the maximum rotation speed.
【００２５】 高分解能信号生成回路の他の例では、各２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)は、非接触 変位センサ(7a)(7b)(7c)が、静的変位(距離)を検出しうるセンサであることと、 各２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)が独立していることにより、歯車(１)の歯(５)のピ ッチ(Ｐ)間においては、アブソリュートの高分解能ディジタル信号(Ｇ)を得るこ とができる。 なお、高分解能ディジタル(Ｇ)は、各２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)の正レベルを ［１］、負レベルを［０］とし、２値信号(Ａ2)、(Ｂ2)、(Ｃ2)の順として、コ ード化して示してある。In another example of the high-resolution signal generation circuit, the non-contact displacement sensors (7a) (7b) (7c) generate static displacement (distance) for each binary signal (A2) (B2) (C2). It is a sensor that can detect and the two binary signals (A2) (B2) (C2) are independent, so that between the pitch (P) of the tooth (5) of the gear (1) , Absolute high resolution digital signal (G) can be obtained. In the high resolution digital (G), the binary signal (A2), (B2), (C2) has a positive level of [1] and a negative level of [0]. The order of (C2) is shown in code.
【００２６】 この高分解能ディジタル信号(Ｇ)は、各２値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)のいずれか １つ、例えば、２値信号(Ａ2)を計数するカウンタ(15)の計数値(Ｈ)（この値又 はコードは、従来の出力値に相当する。）の最下位ビット(Ｈ0)の下位に、各２ 値信号(Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)を１ビットとして、並列に連結される。This high resolution digital signal (G) is one of the binary signals (A2) (B2) (C2), for example, the count value of the counter (15) that counts the binary signal (A2). (H) (This value or code corresponds to the conventional output value.) Each binary signal (A2) (B2) (C2) is set as 1 bit in parallel with the least significant bit (H0). Connected to.
【００２７】 上記の実施例においては、はす歯歯車(１)を、１個用いているが、各非接触変 位センサ(7a)(7b)(7c)毎に、図５の仮想線で示す歯型の平歯車を対応させて、そ の３個の平歯車を一体的に連結し、回転軸(２)に固着するようにしてもよい。In the above embodiment, one helical gear (1) is used, but for each non-contact displacement sensor (7a) (7b) (7c), the phantom line in FIG. The three tooth-shaped spur gears may be associated with each other, and the three spur gears may be integrally connected and fixed to the rotary shaft (2).
【００２８】 図７は、歯車の歯すじを、軸線と平行にした平歯車(１A)による実施例を示す 。 この場合、３個の非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)が、軸線方向に対して、傾斜 して設けられている。 この傾斜角度(θ2)は、平歯車(１A)の厚さや、各センサの軸線方向に対する中 心位置、および各センサ間のピッチ(ａ)を、図６と同様とした場合、tanθ2＝Ｐ ／(３ａ)とり、はすば歯車(１)のねじれ角と同じになっている。FIG. 7 shows an embodiment using a spur gear (1A) in which the tooth traces of the gear are parallel to the axis. In this case, three non-contact displacement sensors (7a) (7b) (7c) are provided so as to be inclined with respect to the axial direction. This inclination angle (θ 2 ) is tan θ 2 = when the thickness of the spur gear (1A), the center position of each sensor with respect to the axial direction, and the pitch between each sensor (a) are the same as in FIG. P / (3a), the helix angle of the helical gear (1) is the same.
【００２９】 図７のように、平歯車(１A)の歯に対して、各非接触変位センサ(7a)(7b)(7c) を斜に配列した場合においても、各非接触変位センサ(7a)(7b)(7c)からは、図５ と同じ信号が得られる。As shown in FIG. 7, even when the non-contact displacement sensors (7a), (7b) and (7c) are obliquely arranged with respect to the teeth of the spur gear (1A), the non-contact displacement sensors (7a ) (7b) (7c) gives the same signal as in FIG.
【００３０】 図８では、４個の非接触変位センサ(17a)(17b)(17c)(17d)を、歯車(21)の回転 方向に対して９０度順次ずらして配置し、かつ歯車(21)の歯の数を奇数としてあ る。 このようにすると、歯車(21)の歯(25)の山(３)谷(４)の位相は、１８０度のと ころでは、０度のところよりも１／２ピッチだけずれ、また９０度のところでは １／４ピッチ、２７０度のところでは、３／４ピッチずつずれる。In FIG. 8, four non-contact displacement sensors (17 a), (17 b), (17 c), and (17 d) are arranged so as to be sequentially displaced by 90 degrees with respect to the rotation direction of the gear (21), and the gear (21). The number of teeth in) is an odd number. By doing this, the phase of the crests (3) and troughs (4) of the teeth (25) of the gear (21) is shifted by 1/2 pitch from the position of 0 ° at the time of 180 °, and 90 °. However, at 1/4 pitch, at 270 degrees, there is a 3/4 pitch shift.
【００３１】 しかして、図５のように、各非接触変位センサ(17a)(17b)(17c)(17d)の出力を ２値信号に変換すると、１／４ピッチずつ位相がずれた４個の２値信号が得られ るから、歯車の歯数よりも４倍高い分解能をもって、角度を検出できる。Then, as shown in FIG. 5, when the output of each non-contact displacement sensor (17a) (17b) (17c) (17d) is converted into a binary signal, four signals with a phase shift of 1/4 pitch are obtained. Therefore, the angle can be detected with a resolution four times higher than the number of gear teeth.
【００３２】 上記実施例における４個の非接触変位センサ(17a)(17b)(17c)(17d)は、歯車( 1)の回転方向に対して、９０度毎の角度で順次配置されているが、歯車(１)の 歯数が予め決められている場合、もしくは既設の歯車を使用する場合には、次の ようにすることもできる。The four non-contact displacement sensors (17a) (17b) (17c) (17d) in the above embodiment are sequentially arranged at an angle of 90 degrees with respect to the rotation direction of the gear (1). However, if the number of teeth of the gear (1) is predetermined, or if an existing gear is used, the following can be done.
【００３３】 各非接触変位センサ(17a)(17b)(17c)(17d)を、歯のピッチの１／４ピッチずつ 相対的に位相が異なるようにして、歯車(１)の歯先の周縁の外方に固定する。 この際、各非接触変位センサ(17a)(17b)(17c)(17d)間の角度や、それらの間に 存在する歯数、さらに歯車(１)の歯数や歯の形状は、重要な要素とはならない。 ただし、各非接触変位センサ(17a)(17b)(17c)(17d)と波形整形回路は、歯車( １)の歯形を精度良く検出して、山(３)と谷(４)の変り目の部分(ゼロクロスの部 分)を安定良く２値信号に変換するものであり、かつ歯車(１)の各歯形が不揃い なく均一であることは、精度を高める上でも必要な事項である。The respective non-contact displacement sensors (17a) (17b) (17c) (17d) are made to have a relative phase difference of 1/4 pitch of the tooth pitch, and the peripheral edge of the tip of the gear (1) is set. Fixed to the outside of. At this time, the angle between the non-contact displacement sensors (17a) (17b) (17c) (17d), the number of teeth existing between them, the number of teeth of the gear (1) and the shape of the teeth are important. It cannot be an element. However, each of the non-contact displacement sensors (17a) (17b) (17c) (17d) and the waveform shaping circuit accurately detect the tooth profile of the gear (1) and change the peaks (3) and valleys (4). It is necessary to improve the accuracy that the part (zero-cross part) is stably converted into a binary signal, and that the tooth profile of the gear (1) is uniform without unevenness.
【００３４】[0034]
【考案の効果】 本考案によると、以下のような効果を奏することができる。 (ａ) 歯車の歯数や非接触変位センサの外径を変えることなしに、回転角度を検 出する分解能を高めることができる。 (ｂ) 構造が簡単で信頼性が高い。 (ｃ) 分解能を高めた信号部分を、アブソリュートに検出できる。 (ｄ) 高分解能信号をアブソリュートに検出できるので、極低速度の回転体の回 転角度検出にも適用できる。 (ｅ) 高分解能信号は、並列信号で得られるので、ディジタルのコード信号とし て利用することができる。According to the present invention, the following effects can be achieved. (a) The resolution for detecting the rotation angle can be increased without changing the number of gear teeth or the outer diameter of the non-contact displacement sensor. (b) Simple structure and high reliability. (c) Absolutely detect the signal part with high resolution. (d) Since a high resolution signal can be detected absolutely, it can also be applied to the rotation angle detection of a very low speed rotating body. (e) Since the high resolution signal is obtained as a parallel signal, it can be used as a digital code signal.
【図１】本考案の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】図１における波形整形回路の一例を示す電気回
路図である。FIG. 2 is an electric circuit diagram showing an example of the waveform shaping circuit in FIG.
【図３】本考案によって回転角度の精度を高めた高分解
能信号デイジタル信号を得るための高分解能信号生成回
路の一例を示す電気回路図である。FIG. 3 is an electric circuit diagram showing an example of a high-resolution signal generation circuit for obtaining a high-resolution signal digital signal with improved rotation angle accuracy according to the present invention.
【図４】本考案によって回転角度の検出精度を高めた高
分解能矩形信号を得るようにした、高分解能信号生成回
路の一例を示す電気回路図である。FIG. 4 is an electric circuit diagram showing an example of a high-resolution signal generating circuit for obtaining a high-resolution rectangular signal with improved detection accuracy of a rotation angle according to the present invention.
【図５】図１のブロック図の要部電気信号と、図３及び
図４の主要電気信号を同時に示すタイムチャートであ
る。5 is a time chart showing an electric signal of a main part of the block diagram of FIG. 1 and a main electric signal of FIGS. 3 and 4 at the same time.
【図６】図１に示す歯車と、複数の非接触変位センサの
関係を示す歯形の展開図である。FIG. 6 is a development view of a tooth profile showing a relationship between the gear shown in FIG. 1 and a plurality of non-contact displacement sensors.
【図７】図６とは別の実施例をにおける、歯車と複数の
非接触変位センサの関係を示す歯形の展開図である。7 is a development view of a tooth profile showing a relationship between a gear and a plurality of non-contact displacement sensors in another embodiment different from FIG.
【図８】さらに他の実施例における、歯車と各非接触変
位センサの関係を示す正面図である。FIG. 8 is a front view showing a relationship between a gear and each non-contact displacement sensor according to still another embodiment.
【図９】従来の歯車と非接触変位センサによる回転角度
検出装置を示す正面図である。FIG. 9 is a front view showing a conventional rotation angle detection device using a gear and a non-contact displacement sensor.
【図１０】従来の非接触変位センサによる回転角度検出
装置の測定限界を示すもので、図９の要部拡大図であ
る。FIG. 10 is a magnified view of an essential part of FIG. 9, showing a measurement limit of a rotation angle detection device using a conventional non-contact displacement sensor.
(１)(21)歯車 (２)回転軸 (３)山 (４)谷 (５)(25)歯 (６)間隙 (7a)〜(7c)(17a)〜(17d)非接触変位センサ (８)周波数発振器 (9a)〜(9c)波形整形回路 (10)(11)増幅器 (12a)〜(12c)ワンショットマルチバイブレータ (13)ＯＲ回路 (14)コンパレータ (15)カウンタ (１A)平歯車 (θ1)ねじれ角 (θ2)傾斜角度 (f0)高周波信号 (Ｈ0)最下位ビット (Ａ1)(Ｂ1)(Ｃ1)出力信号 (Ａ1')反転信号 (Ａ2)(Ｂ2)(Ｃ2)２値信号 (Ｄ)直流レベル (Ｅ)高分解能パルス信号 (Ｆ)高分解能矩形信号 (Ｇ)高分解能ディジタル信号 (Ｐ)(ａ)ピッチ(1) (21) Gear (2) Rotating shaft (3) Crest (4) Valley (5) (25) Tooth (6) Gap (7a) ~ (7c) (17a) ~ (17d) Non-contact displacement sensor ( 8) Frequency oscillator (9a) to (9c) Wave shaping circuit (10) (11) Amplifier (12a) to (12c) One-shot multivibrator (13) OR circuit (14) Comparator (15) Counter (1A) Spur gear (θ 1 ) Twist angle (θ 2 ) Inclination angle (f0) High frequency signal (H0) Least significant bit (A1) (B1) (C1) Output signal (A1 ') Inversion signal (A2) (B2) (C2) 2 Value signal (D) DC level (E) High resolution pulse signal (F) High resolution rectangular signal (G) High resolution digital signal (P) (a) Pitch
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｐ 3/488 Ｍ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G01P 3/488 M
Claims (1)
し、歯車の回転に伴い、歯の山と谷によって変化する接
近距離に応じた電気信号を出力するようになっており、
かつ山もしくは谷の接近する時期を互いに若干異ならせ
て、歯車の歯先周辺に設けられた複数個の非接触変位セ
ンサと、 各非接触変位センサから得られる出力信号を、各非接触
変位センサの信号毎に、山と谷の接近に応じた２値信号
に変換する波形整形回路と、 各波形整形回路の出力する複数の２値信号から、歯車の
歯の１ピッチに対して複数に分割する分解能の高い信号
を生成する高分解能信号生成回路とを備えてなる歯車の
回転角度検出装置。1. A tooth gap of a gear is provided so as to face each other with a slight gap therebetween, and an electric signal corresponding to the approach distance that changes depending on the peaks and troughs of the teeth is output as the gear rotates.
In addition, a plurality of non-contact displacement sensors provided around the tooth tip of the gear and output signals obtained from the respective non-contact displacement sensors are converted to each non-contact displacement sensor by slightly differently approaching the peaks or valleys. Waveform shaping circuit that converts each signal of 2 into a binary signal according to the approach of peaks and valleys, and from the plurality of binary signals output from each waveform shaping circuit, divide into a plurality for one pitch of gear teeth. And a high-resolution signal generation circuit that generates a high-resolution signal for detecting the rotation angle of a gear.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1995000267U JP3014932U (en) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Gear rotation angle detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1995000267U JP3014932U (en) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Gear rotation angle detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3014932U true JP3014932U (en) | 1995-08-22 |
Family
ID=43150519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1995000267U Expired - Lifetime JP3014932U (en) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Gear rotation angle detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3014932U (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008026276A (en) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Nanya Seisakusho:Kk | Coordinate detector for measuring position degree, and position degree measuring system |
-
1995
- 1995-01-31 JP JP1995000267U patent/JP3014932U/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008026276A (en) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Nanya Seisakusho:Kk | Coordinate detector for measuring position degree, and position degree measuring system |
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