JP4059028B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多回転軸の絶対回転角を検出する回転角検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
通例、回転角検出センサの測定範囲は１回転（３６０°）以内である。このような回転角検出センサを用いて、多回転型の回転軸の絶対回転角を検出する回転角検出装置が提供されている。
例えば、特開平１１−５００８２８号公報や特表２００１−５０５６６７号公報に示される回転角検出装置がある。この回転角検出装置では、多回転体を取り囲む大径歯車に、相異なる歯数を持つ一対の小径歯車を噛み合わせ、各小径歯車の回転角を対応する回転角検出センサにより検出することで、小径歯車間の位相差に基づいて、絶対回転角を検出する。
【０００３】
しかしながら、この回転角検出装置では、絶対回転角の検出が、多回転体の回転角に対して何れも加速される一対の小径歯車の回転角の偏差に基づくので、検出精度を高くするには、２個の回転角検出センサがともに高精度を要求される。
また、特開２０００−９４１５号公報に示される回転角検出装置がある。この回転角検出装置では、多回転体の回転角を第１および第２の速比で加速する第１および第２のセンサによる検出角を組み合わせて、絶対回転角を得る。この場合にも、絶対回転角の検出が、多回転体の回転角を何れも加速する一対のセンサの検出角に基づくので、検出精度を高くするには、２個のセンサがともに高精度を要求される。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、検出精度の高い多回転型の回転角検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転可能な被測定軸の同軸上に配置される第１の歯車と、この第１の歯車に噛み合う第２の歯車と、この第２の歯車よりも小径であって第２の歯車の同軸上で第２の歯車に一体回転する小径の第３の歯車と、この第３の歯車よりも大径であって第３の歯車に噛み合う第４の歯車と、第２の歯車の回転角を検出するための第１の回転角検出手段と、第４の歯車の回転角を検出するための第２の回転角検出手段と、第１および第２の回転角検出手段によって検出された回転角に基づいて上記被測定軸の絶対回転角を演算する演算手段と、第１のケースと第２のケースとを組み合わせてなるケースとを備え、第３の歯車は、第２の歯車の一側面から突出するように形成され、第３の歯車から第２の歯車と共通の支軸が突出されており、第１のケースに形成された支持孔に、第２および第３の歯車の上記共通の支軸が回転自在に支持され、第１の歯車および第４の歯車が、第１のケースに形成された対応する支持孔に回転自在に支持され、第１および第２のケースに、相対向するボスが形成され、これらのボスの端面間に、位置決め部材が挟持され、各ボスの挿通孔および上記位置決め部材の挿通孔に、スリーブが挿通され、位置決め部材は環状の位置決め突起を有しており、この位置決め突起の端面からなる受け面によって、第２の歯車の他側面が受けられており、第２の歯車の他側面には、第２の歯車の回転軸線を中心とする環状突起が形成され、この環状突起が上記位置決め突起に回転自在に嵌められていることを特徴とする回転角検出装置を提供する。
【０００６】
本発明では、被測定軸が多回転すると、第４の歯車は減速される。第１の回転角検出手段が、高精度ではあるが被測定軸の回転角に応じて周期的に反復する検出信号を出力する。この第１の回転角検出手段の検出信号がどの周期内での検出信号であるかを、第２の回転角検出手段により第４の歯車の回転角に基づいて検出し、被測定軸の絶対回転角を精度良く検出することができる。
特に、第２の歯車の同軸上の小径の第３の歯車に大径の第４の歯車を噛み合わせるので、第２および第４の歯車を軸方向からみて互いの一部が相重なるようにレイアウトでき、小型化を図ることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記第２およびび第３の歯車が一体の部材からなることを特徴とするものである。本発明では、製造コストを安くすることができる。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、上記第１および第２の回転角検出手段はそれぞれ相対向する固定部および可動部を備え、第１および第２の回転角検出手段の可動部は対応する歯車の同側に配置され、第１および第２の回転角検出手段の固定部は共通の基板に設けられることを特徴とするものである。本発明では、各回転角検出手段のための基板を共通化でき、製造コストを安くすることができる。
請求項４記載の発明は、請求項３において、上記第１および第２のケースのボスの端面間に、上記基板が挟持されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１および図２は本発明の一実施の形態の回転角検出装置の模式的平面図および模式的断面図である。図１および図２を参照して、本回転角検出装置１００は、回転可能な被測定軸２００の周囲に同軸上に配置され被測定軸２００と一体回転する第１の歯車１と、この第１の歯車１に噛み合う第２の歯車２と、この第２の歯車２と一体回転する小径の第３の歯車３と、この第３の歯車３に噛み合う大径の第４の歯車４とを備える。
【０００９】
また、回転角検出装置１は、第２の歯車２の回転角を検出するための第１の回転角検出手段としての第１の回転角検出センサ５と、第４の歯車４の回転角を検出するための第２の回転角検出手段としての第２の回転角検出センサ６と、これら第１および第２の回転角検出センサ５，６によって検出された回転角に基づいて被測定軸２００の絶対回転角を演算するための絶対角演算部７（電気的構成を示すブロック図である図３を参照）とを備える。
【００１０】
本実施の形態では、回転角検出装置１００を電動パワーステアリング装置に適用してステアリングホイール等の操舵部材（図示せず）の回転角を検出する場合に則して説明する。この場合、被測定軸２００は操舵部材に一体回転する軸により構成される。ただし、本発明は一般的な多回転軸の絶対角検出に適用することが可能である。
各歯車１，２，３，４は平歯車からなる。第１および第２の歯車１，２は、例えば、同径でギヤ比が１：１に設定される。第３の歯車３は、第２の歯車２の同軸上に配置され、第２の歯車２に一体回転する。第２の歯車２と第３の歯車３とは、例えば一体の合成樹脂成形品により形成され、コストダウンが図られる。この第３の歯車３は第２の歯車２よりも小径であり、第３の歯車３の径は第２の歯車２の径の例えば１／５〜１／８に設定される。
【００１１】
第４の歯車４は第３の歯車３よりも大径であり、例えば第３の歯車３の回転速度を、例えば１／８〜１／４に減速する減速ギヤとして機能する。したがって、第１および第２の歯車１，２のギヤ比が１：１である場合、第３および第４の歯車３，４による減速で、被測定軸２００の回転角を例えば１／８〜１／４に減速することができる。
第３の歯車３は、第２の歯車２の一側面２ａに突出するように形成される。第３の歯車３からは第２の歯車２と共通の支軸８が突出している。第４の歯車４は、第２の歯車２の上記一側面２ａに相対向する一側面４ａを有し、この一側面４ａから突出する支軸９を有する。
【００１２】
第１の回転角検出センサ５は相対向する可動部５ａと固定部５ｂとを有する。可動部５ａは、第２の歯車２の回転軸線１０の同軸上で第２の歯車２の他側面２ｂの凹部２ｃに固定され、第２の歯車２と一体回転する。固定部５ｂは固定部材としての基板１１に固定される。
同様に、第２の回転角検出センサ６は相対向する可動部６ａと固定部６ｂとを有する。可動部６ａは、第４の歯車４の回転軸線１２の同軸上で第４の歯車４の支軸９の端面９ａの凹部１３に固定され、第４の歯車４と一体回転する。固定部６ｂは基板１１に固定される。基板１１には上記の絶対角演算部７が実装されている。
【００１３】
第１の回転角検出センサ５および第２の回転角検出センサ６からの検出信号は演算手段としての絶対角演算部７に入力され、絶対角演算部７では、第１および第２の回転角検センサ５，６によって検出された第２および第４の歯車２，４の回転角に基づいて上記被測定軸２００の絶対回転角を演算する。
次いで、図４は被測定軸２００の回転角と各回転角検出センサ５，６の出力波形との関係を示すグラフ図である。被測定軸２００としての、例えばステアリングシャフトを４回転させると、図４に示すように、第２の歯車２の回転角を検出する第１の回転角検出センサ５の出力Ｓ１（図４において、実線で示す）は、例えば１８０ｄｅｇ周期の鋸歯状の波形となる。第１の回転角検出センサ５の出力Ｓ１は検出精度は高いものの１８０ｄｅｇ周期で８回反復されるため、どの周期のものかが判らない。
【００１４】
一方、第４の歯車４の回転角を検出する第２の回転角検出センサ６の出力Ｓ２は、例えば１４４０ｄｅｇまで概ねリニアに上昇する波形となる。第２の回転角検出センサ６の出力Ｓ２のレベルに基づいて、第１の回転角検出センサ５の出力値がどの周期での値であるかを判別することができる。したがって、被測定軸２００の絶対回転角を精度良く検出することができる。この第２の回転角検出センサ６としては、第１の回転角検出センサ５の出力値がどの周期での値であるかを判別できれば十分であるので、それほど高い精度を要求されない。
【００１５】
特に、第２の歯車２の同軸上の小径の第３の歯車３に、大径の第４の歯車４を噛み合わせるので、図１に示すように、第２および第４の歯車２，４を軸方向からみて互いの一部が相重なるようにレイアウトすることができ、小型化を図ることができる。
また、第２および第３の歯車２，３を一体の部材により構成するので、製造コストを安くすることができる。さらに、第１および第２の回転角センサ５，６のための基板１１を共通化することができるので、製造コストをより安くすることができる。
【００１６】
次いで、図５は、略図として示した図１〜図４の実施の形態の回転角検出装置１を実際にパッケージする場合の一例を示す。
図５を参照して、本回転角検出装置１００のケース１４は、合成樹脂製の第１のケース１５と第２のケース１６とを組み合わせてなり、ねじ１７を用いて取付対象１８に固定される。第１のケース１５には支持孔１９が形成され、この支持孔１９に、第２および第３の歯車２，３の共通の支軸８が回転自在に支持される。図示していないが他の歯車１，４に関しても同様にして第１のケース１５の対応する支持孔に支持される。
【００１７】
第１および第２のケース１５，１６に相対向するボス２０，２１が形成され、これらのボス２０，２１の端面２２，２３間に、基板１１および位置決め部材２４が挟持される。各ボス２０，２１のそれぞれの挿通孔２５，２６、基板１１の挿通孔２７および位置決め部材２４の挿通孔２８に、金属製のスリーブ２９が挿通されている。このスリーブ２９は、第１のケース１５の挿通孔２５に芯合わせした状態に圧入されている。ただし、スリーブ２９を第１のケース１５にインサート成形しても良いし、またいわゆる狭クリアランス挿入であっても良い。
【００１８】
上記スリーブ２９に上記のねじ１７が挿通され、該ねじ１７の先端部が取付対象１８のねじ孔３０にねじ込まれている。これにより、取付対象１８の受け面３１とねじ１７の頭部３２との間に、第１および第２のケース１５，１６、基板１１および位置決め部材２４が一体的に挟持される。これら一体的に挟持される部材１５，１６，１１，２４の累積長さよりも、スリーブ２９の長さを所定量Ｌ（例えば０．５ｍｍ）だけ短くしてある。
【００１９】
これにより、ねじ１７を締め付けたときに、各部材１５，１６，１１，２４を確実に押圧して、ガタのない状態で取り付けることができる。スリーブ２９の軸方向に関しての各部材１５，１６，１１，２４間の位置決め精度を高くすることができる。また、スリーブ２９を介して第１および第２のケース１５，１６、基板１１および位置決め部材２４をスリーブ２９の径方向に位置決めすることができ、各部材１５，１６，１１，２４間の位置決め精度を高くすることができる。
【００２０】
また、このようにして位置決め精度を高くされる位置決め部材２４は環状の位置決め突起３３を有しており、この位置決め突起３３の端面からなる受け面３４によって、第２の歯車２の他側面２ｂが受けられている。第２の歯車２が軸方向に位置決めされている。位置決め突起３３は第２および第３の歯車２，３のためのスラスト軸受として機能している。
また、第２の歯車２の他側面２ｂには第２の歯車２の回転軸線１０を中心とする環状突起３５が形成されている。この環状突起３５が上記の環状の位置決め突起３３内に回動自在に嵌められており（この嵌め合いはルーズであっても良い）、これにより、第２の歯車２が径方向に位置決めされている。このようにして、位置決め部材２４を介して第２および第３の歯車２，３の位置決め精度を高くすることができる。
【００２１】
また、上記のようなスリーブ２９を用いる締結構造は複数箇所、例えば４箇所用いられる。取付対象１８としての相手ハウジングや相手ブラケットに直接固定できるので、組み付け性が向上し、ひいては組み付けコストを低減することができる。
図５および図６を参照して、位置決め部材２４は例えば合成樹脂の一体成形品からなり、スリーブ２９用の挿通孔２８を形成するボス３６と、上記の環状の位置決め突起３３とを連結アーム３７にて互いに連結している。また、上記ボス３６と同様の構成のボスと位置決め突起３３とを連結したり、位置決め突起３３と同様の構成の、第４の歯車４用の位置決め突起と上記位置決め突起３３とを連結したりするための連結アーム３８，３９が設けられている。
【００２２】
本回転角検出装置１００を自動車の操舵角センサに適用する場合、図７に示すように操舵角センサとしての回転角検出装置１００にはＣＡＮ（Controller Area Network)通信部を備えずに、ＥＰＳ（Electric Power Steering System :電動パワーステアリング装置）用のＥＣＵ（Electronic Control Unit : 電子制御ユニット）５１に備えられているＣＡＮ通信部５２を介してＣＡＮに接続することが好ましい。ＣＡＮは自動車に設けられている各種ＥＣＵ間のＬＡＮ通信を行うためのものである。
【００２３】
すなわち、従来の操舵角センサでは、センサ自体にＣＡＮ通信部を設けてＣＡＮに接続している一方で、ＥＰＳ用のＥＣＵにもＣＡＮ通信部が設けられている。これに対して、図７に示すように回転角検出装置１００からなる操舵角センサのＣＡＮ通信部を廃止することで、操舵角センサの小型化を図り、製造コストを安くすることができる。また、操舵角センサの検出信号をＥＣＵ５１にいち早く取り入れてＥＰＳ制御の高速化を図ることができる。なお、図７に示すように、ＥＰＳの操舵補助用等の電動モータの回転軸の回転角を検出するためのモータ用回転角センサ５３もセンサ自体にＣＡＮ通信部を設けずに、ＥＣＵ５１のＣＡＮ通信部５２を介してＣＡＮに接続することが好ましい。
【００２４】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の回転角検出装置の概略構成を示す模式的平面図である。
【図２】回転角検出装置の模式的断面図である。
【図３】回転角検出装置の電気的構成の要部を示すブロック図である。
【図４】被測定軸の回転角と各回転角検出センサの出力との関係を示すグラフ図である。
【図５】回転角検出装置の取付態様を示す要部の断面図である。
【図６】位置決め部材の概略平面図である。
【図７】回転角検出装置を自動車の操舵角センサに適用する場合の電気的構成の要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ 回転角検出装置
２００ 被測定軸
１ 第１の歯車
２ 第２の歯車
２ａ 一側面
２ｂ 他側面
３ 第３の歯車
４ 第４の歯車
５ 第１の回転角検出センサ（第１の回転角検出手段）
６ 第２の回転角検出センサ（第２の回転角検出手段）
５ａ，６ａ 可動部
５ｂ，６ｂ 固定部
７ 絶対角演算部（演算手段）
８，９ 支軸
１０，１２ 回転軸線
１４ ケース
１５ 第１のケース
１６ 第２のケース
１７ ねじ
１８ 取付対象
２４ 位置決め部材
２５〜２８ 挿通孔
２９ スリーブ
３２ 頭部
３３ 位置決め突起
３４ 受け面

Claims (4)

1. 回転可能な被測定軸の同軸上に配置される第１の歯車と、
   この第１の歯車に噛み合う第２の歯車と、
   この第２の歯車よりも小径であって第２の歯車の同軸上で第２の歯車に一体回転する小径の第３の歯車と、
   この第３の歯車よりも大径であって第３の歯車に噛み合う第４の歯車と、
   第２の歯車の回転角を検出するための第１の回転角検出手段と、
   第４の歯車の回転角を検出するための第２の回転角検出手段と、
   第１および第２の回転角検出手段によって検出された回転角に基づいて上記被測定軸の絶対回転角を演算する演算手段と、
   第１のケースと第２のケースとを組み合わせてなるケースとを備え、
   第３の歯車は、第２の歯車の一側面から突出するように形成され、第３の歯車から第２の歯車と共通の支軸が突出されており、
   第１のケースに形成された支持孔に、第２および第３の歯車の上記共通の支軸が回転自在に支持され、
   第１の歯車および第４の歯車が、第１のケースに形成された対応する支持孔に回転自在に支持され、
   第１および第２のケースに、相対向するボスが形成され、これらのボスの端面間に、位置決め部材が挟持され、
   各ボスの挿通孔および上記位置決め部材の挿通孔に、スリーブが挿通され、
   位置決め部材は環状の位置決め突起を有しており、この位置決め突起の端面からなる受け面によって、第２の歯車の他側面が受けられており、
   第２の歯車の他側面には、第２の歯車の回転軸線を中心とする環状突起が形成され、
   この環状突起が上記位置決め突起に回転自在に嵌められていることを特徴とする回転角検出装置。
2. 請求項１において、上記第２および第３の歯車が一体の部材からなることを特徴とする回転角検出装置。
3. 請求項１又は２において、上記第１および第２の回転角検出手段はそれぞれ相対向する固定部および可動部を備え、第１および第２の回転角検出手段の可動部は対応する歯車の同側に配置され、第１および第２の回転角検出手段の固定部は共通の基板に設けられることを特徴とする回転角検出装置。
4. 請求項３において、上記第１および第２のケースのボスの端面間に、上記基板が挟持されていることを特徴とする回転角検出装置。

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