JP4148031B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の車体制御システムなどに用いられる回転角度検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、アブソリュートエンコーダなどのように多回転する回転体の回転角度を検出する装置として、特許文献1に開示されている回転体における角度測定方法及び装置が存在する。この装置においては、位相差を有する複数の回転体の角度から被検回転角度を検出している。
【0003】
【特許文献1】
特開昭63−118614号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の装置においては、歯車の歯欠け、軸ずれなどにより歯車の係合がはずれた場合、被検回転軸の回転角を誤算出する可能性があり、また被検回転軸の回転角を高分解能化するにあたり大容量のメモリを必要としていた。
【0005】
本発明はこの課題を解決するためのものであり、被検回転軸と絶対角度検出用歯車との係合がはずれても、大きな誤差を発生することなく、また少容量メモリの演算回路部でも多回転する回転体の回転角度を高分解能に検出でき、歯車や検出手段の異常検出もできる回転角度検出装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、以下の構成を有するものである。
【0007】
本発明の請求項1に記載の発明は、外周に歯車を有する被検回転軸と、この被検回転軸の歯車と係合した第1の歯車と、この第1の歯車と係合し、第1の歯車と歯数がそれぞれ異なる第2の歯車と、第1、第2の歯車の絶対回転角をそれぞれ検出する第1、第2の検出手段と、第1、第2の検出手段がそれぞれ検出した第1、第2の歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて、被検回転軸の多回転絶対角を算出する算出部とを備えた回転角度検出装置において、被検回転軸の歯車と第2の歯車とに係合する第3の歯車をさらに備えるという構成を有しており、この発明によれば、簡易な構成で、被検回転軸と係合させている第1の歯車との係合がはずれたり、歯欠けが発生しても大きな誤差を発生することなく多回転する被検回転軸の絶対角度を検出することができる。
【0008】
本発明の請求項2に記載の発明は、第1、第2の歯車が、被検回転軸の歯車よりも歯数が少ないことを特徴とするもので、被検回転軸の検出角の高分解能化を図ろうとした時、通常は必要となる、各歯車の絶対回転角の組み合わせを記憶する大容量のメモリを削減できる。
【0009】
本発明の請求項3に記載の発明は、第3の歯車の絶対回転角を検出する第3の検出手段をさらに備え、第3の歯車は、第1、第2の歯車よりも歯数が少ないことを特長とするもので、被検回転軸の回転検出範囲を満足させる為、被検回転軸に順次係合されている複数の絶対角算出用歯車と被検回転軸との歯数に制限が加わるが、第3の歯車によりこの歯数よりも少ない歯数を自由に設定可能なため、被検回転軸の高分解能化の設計自由度を高められる。
【0010】
本発明の請求項4に記載の発明は、算出部が、歯車群の絶対角により算出された被検回転軸の絶対回転角をシリアル信号として外部に送信するもので、絶対回転角検出部の信号を直接メインシステム部に伝えるよりも外来ノイズによる絶対角信号の異常防止や、メインシステムのソフト処理負担の軽減ができるという作用効果が得られる。
【0011】
本発明の請求項5に記載の発明は、外周に歯車を有する被検回転軸と、この被検回転軸の歯車と係合した第1の歯車と、この第1の歯車と係合し、第1の歯車と歯数がそれぞれ異なる第2の歯車と、第1、第2の歯車の絶対回転角をそれぞれ検出する第1、第2の検出手段と、第1、第2の検出手段がそれぞれ検出した第1、第2の歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて、被検回転軸の多回転絶対角を算出する算出部とを備えた回転角度検出装置において、被検回転軸の歯車と係合した第3の歯車と、この第3の歯車、および、第1の歯車と係合した第4の歯車とをさらに備えたことにより、簡易な構成で、被検回転軸と係合させている第1の歯車との係合がはずれたり、歯欠けが発生しても大きな誤差を発生することなく多回転する被検回転軸の絶対角度を検出することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図1から図8を用いて説明する。
【0013】
(実施の形態1)
図1、図2において、1は外周に歯車がついた被検回転軸、2は被検回転軸1と係合した歯車、3は歯車2と係合した歯車、4は歯車3及び被検回転軸1と係合した歯車である。5は歯車2の中央部に組み込まれている磁石、6は歯車3の中央部に組み込まれている磁石、7は歯車2とともに回転する磁石5の磁界方向を検出する第1の検出手段(異方性磁気検出素子)、8は歯車3とともに回転する磁石6の磁界方向を検出する第2の検出手段(異方性磁気検出素子)である。歯車2は下ケース9に設けられた軸受け10により位置規制されている。一方、被検回転軸1の歯車の歯数a、歯車2の歯数b、歯車3の歯数cは、a/b>1、a/c>1、b≠cとなるように設定する。図2において、第1の検出手段7は下ケース9に固定された基板12に実装されており、磁石5の真上に配置されている。第2の検出手段8、歯車3及び磁石6も図2で示されている構造と同じ形態をとっている。
【0014】
図3において、第1の検出手段7と第2の検出手段8は演算回路部13に接続されており、これらは回転角度検出装置14に内蔵されており、この演算回路部13は車両の姿勢制御等を行うメインシステム部15とシリアル通信ラインで接続されている。
【0015】
次に、以上の構成により被検回転軸1の回転角度検出の方法について説明する。
【0016】
図1において被検回転軸1が回転したとき、その外周にある歯車と係合している歯車2が回転すると同時に、歯車2と係合している歯車3及び被検回転軸1と歯車3に係合している別歯車4も回転する。
【0017】
歯車2は被検回転軸1に対してa/b倍の速さで回転し、歯車3は被検回転軸1に対してa/c倍の速さで回転する。第1の検出手段7は歯車2に組み込まれている磁石5の真下に配置されているため、歯車2が回転すると第1の検出手段7を貫く磁石の方向が変化し、歯車2の回転角度に応じた信号を得ることができる。同様に第2の検出手段8も歯車3の回転角度に応じた信号を得ることができる。
【0018】
図3に示すように、被検回転軸1の多回転絶対角の算出は、演算回路部13で第1の検出手段7と第2の検出手段8それぞれの絶対角信号を入力して行われ、その演算結果はシリアル信号としてメインシステム部15へ定期的に送信される。
【0019】
図4にて被検回転軸1の多回転絶対角を算出する方法について説明する。歯車2は被検回転軸1の回転に対してa/b倍の速さで回転し、歯車3は被検回転軸1の回転に対してa/c倍の速さで回転するが、b≠cであるので歯車2と歯車3の位相差はある規則をもって変動する。これは被検回転軸1の多回転絶対角18が歯車2の絶対角値16と歯車3の絶対角値17の組み合わせが回転検出範囲において、1対1に決定されることを意味する。歯車2の歯数bと歯車3の歯数cの最小公倍数を被検回転軸1の歯車の歯数aで割った値dだけ回転すると、歯車2も歯車3も初期回転位置、すなわち両歯車の絶対角が0°になる位置に戻る。この値dが回転検出範囲となる。歯車2の歯欠け、被検回転軸1との軸ずれ等によって被検回転軸1と歯車2との係合がはずれても、別歯車4にて、歯車3、歯車2へ被検回転軸1の回転を伝えることができるので、被検回転軸1の多回転絶対角の算出が継続して行える。
【0020】
一方、演算回路部13では、歯車2の絶対角値と歯車3の絶対角値の組み合わせに対して被検回転軸1の多回転絶対角値をテーブルとして持つようにしているが、被検回転軸1の検出回転角度の分解能を上げようとすると、テーブルにもつ角度データの数量を増加させる必要があり、演算回路部13のメモリ空間が非常に大きなものになり、能力的にも限界が発生する。
【0021】
そこで、テーブルにもつ角度データの数量を削減する方法を図4にて説明する。歯車2の絶対角値16と歯車3の絶対角値17の組み合わせによる、被検回転軸1の絶対角18の決定は粗くする。この粗い絶対角18は、歯車2の回転周期19の初期回転位置からの回転数eを決定するのにだけ用いる。すなわち、絶対角18の分解能は歯車2の回転周期以下の角度に設定すればよい。被検回転軸1の細かい絶対角度は、被検回転軸1よりも高速で回転している歯車2の絶対角17から演算する。すなわち、被検回転軸1の多回転絶対角は
(360[°/回転]*e[回転]+(絶対角17))/(a/b)[°]
となる。この場合、被検回転軸1と歯車2の歯数比a/bを大きくすれば、被検回転軸1の検出角度の分解能を上げることができる。
【0022】
被検回転軸1の多回転絶対角の分解能を更に向上するには、被検回転軸1と歯車2の歯数比a/bもしくは、歯車3と被検回転軸1の歯数比a/cを大きくする必要があるが、歯車2の歯数bと歯車3の歯数cと被検回転軸1の歯数aによって回転検出範囲dが決定される為歯数a、b、cの設計自由度に限界がある。
【0023】
そこで図5に示すように歯数を自由に設定できる別歯車4の中央部に磁石20を組み込み、この磁石20の真上に第3の検出手段21を配置し、別歯車4の絶対角を検出する。詳細構造は、図2で示されているものと同じ形態をとる。
【0024】
歯車4の歯数をfとしたとき、a/f>1、b>f、c>fとなるように設定する。
【0025】
被検回転軸1の多回転絶対角の算出方法を図6に示す。歯車2の絶対角値22と歯車3の絶対角値23の組み合わせにより、被検回転軸1の粗い絶対角24を決定する。この粗い絶対角24により、別歯車4の回転周期25の初期回転位置からの回転数gを決定する。被検回転軸1の細かい絶対角度は、被検回転軸1よりも高速で回転している別歯車4の絶対角26から算出する。すなわち、被検回転軸1の多回転絶対角は
(360[°/回転]*g[回転]+(絶対角26))/(a/f)[°]
となり、歯車2と歯車3で求めた被検回転軸1の多回転絶対角よりも高分解能化が図れる。
【0026】
一方、図1において、歯車2と被検回転軸1及び歯車3との係合はずれが、歯車2、歯車3の歯欠け、軸ずれ等によって発生した場合や第1の検出手段7と第2の検出手段8に異常が発生した場合は、図4に示すような歯車2と歯車3の位相差の規則性がなくなり、被検回転軸1の多回転絶対角の算出を誤まる。そこで、図7に示す異常検出フローにてこの異常を検出する。まず、演算回路部13で、第1の検出手段7と第2の検出手段8の絶対角信号より、処理27、処理28にて歯車2及び歯車3の絶対角のある一定時間における変動量X,Yを算出する。次に、処理29にて|X−Y|と定数Aとの大小を判定し、大きい時には処理30にてメインシステム部15にこの異常を知らせる信号を、図3に示すシリアル通信にのせて、被検回転軸1の誤った絶対角値で車体制御されることを防ぐ。定数Aは歯車2と歯車3の歯数差及び被検回転軸1の最大回転速度h[°/sec]、変動量X,Yを算出する時間t[sec]により決定する。すなわち
A=|h*(a/b−a/c)*t|
となる。
【0027】
(実施の形態2)
図8は実施の形態2における回転角度検出装置の構成図である。
【0028】
図8において、1は外周に歯車がついた被検回転軸、2は被検回転軸1と係合した歯車、3は歯車2と係合した歯車、31は被検回転軸1と係合した歯車、32は歯車31と歯車2に係合した歯車である。5は歯車2の中央部に組み込まれている磁石、6は歯車3の中央部に組み込まれている磁石、7は歯車2とともに回転する磁石5の磁界方向を検出する第1の検出手段(異方性磁気検出素子)、8は歯車3とともに回転する磁石6の磁界方向を検出する第2の検出手段(異方性磁気検出素子)である。歯車2は、図2に示すように下ケース9に設けられた軸受け10により位置規制されており、歯車3、歯車31、32も同様に下ケース9に設けられた軸受けにより位置規制する。
【0029】
次に、以上の構成により被検回転軸1の回転角度検出の方法について説明する。
【0030】
図8において被検回転軸1が回転したとき、その外周にある歯と係合している歯車2が回転すると同時に、歯車2と係合している歯車3が回転する。この時、被検回転軸1に係合している歯車31及びこの歯車31と歯車2に係合している歯車32も回転する。
【0031】
被検回転軸1の多回転絶対角の算出は、実施の形態1で記述したように、歯数の異なる歯車2、歯車3に組み込まれている磁石5、磁石6の磁力の方向を第1の検出手段7と第2の検出手段8を検知することにより行っている。
【0032】
歯車2の歯欠け、軸ずれ等によって被検回転軸1と歯車2との係合がはずれても、歯車31と歯車32にて、歯車2へ被検回転軸1の回転を伝えることができるので、被検回転軸1の多回転絶対角の算出が継続して行える。
【0033】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被検回転軸と絶対角度検出用の第1の歯車との係合がはずれても、大きな誤差を発生することなく、また少容量メモリの演算回路部でも多回転する被検回転軸の回転角度を高分解能に検出でき、歯車や検出手段の異常検出もできる高性能、高信頼性の回転角度検出装置を簡易な形態で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】 (a)(b)は本発明の実施の形態1による回転検出装置の平面図と側面図
【図2】 本発明の実施の形態1における図1の11部分の拡大図
【図3】 本発明の実施の形態1による回転角度検出装置のシステム構成図
【図4】 本発明の実施の形態1における歯車2と歯車3の絶対角より被検回転軸1の多回転絶対角を算出する原理図
【図5】 本発明の実施の形態1による別歯車4の絶対回転角を検出する手段を備えた回転角度検出装置の平面図
【図6】 本発明の実施の形態1における歯車2と歯車3及び別歯車4の絶対角より被検回転軸1の多回転絶対角を算出する原理図
【図7】 本発明の実施の形態1における歯車の係合はずれの異常を検出するフローチャート
【図8】 本発明の実施の形態2による回転検出装置の平面図
【符号の説明】
【0035】
1 被検回転軸
2 歯車
3 歯車
4 歯車
5 磁石
6 磁石
7 第1の検出手段
8 第2の検出手段
9 下ケース
10 軸受け
11 回転角度検出装置の部分拡大図
12 基板
13 演算回路部
14 回転角度検出装置
15 メインシステム部
16 歯車2の絶対角値
17 歯車3の絶対角値
18 被検回転軸1の多回転絶対角
19 歯車2の回転周期
20 磁石
21 第3の検出手段
22 歯車2の絶対角値
23 歯車3の絶対角値
24 被検回転軸1の粗い絶対角
25 別歯車4の回転周期
26 別歯車4の絶対角
27 処理部
28 処理部
29 処理部
30 処理部
31 歯車
32 歯車[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device used in an automobile body control system or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus for detecting the rotation angle of a rotating body that rotates multiple times, such as an absolute encoder, there is an angle measuring method and apparatus for a rotating body disclosed in
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 63-118614
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described apparatus, if the gear engagement is disengaged due to gear teeth missing, shaft misalignment, etc., the rotation angle of the test rotation shaft may be erroneously calculated, and the rotation angle of the test rotation shaft In order to increase the resolution, a large amount of memory is required.
[0005]
The present invention is for solving this problem, and even if the engagement between the rotation shaft to be detected and the absolute angle detection gear is disengaged, a large error is not generated, and the arithmetic circuit unit of the small-capacity memory is used. It is an object of the present invention to provide a rotation angle detection device that can detect the rotation angle of a rotating body that rotates multiple times with high resolution and that can also detect abnormality of gears and detection means.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
[0007]
According to a first aspect of the present invention, a test rotary shaft having a gear on the outer periphery, a first gear engaged with the gear of the test rotary shaft, and the first gear are engaged. a second gear first gear and the number of teeth that differs respectively, first, first, second detecting means for detecting an absolute rotation angle of the second gear, respectively, first, second detection A rotation angle detection apparatus comprising: a calculation unit that calculates a multi-rotation absolute angle of a rotation axis to be detected based on a combination of absolute rotation angles of the first and second gears respectively detected by the means ; the gear and has a third configuration of gear Ru further comprising a for engaging the second gear, according to the present invention, a simple configuration, the are engaged and the test rotation axis or out of engagement with the first gear, the absolute angle of the test axis of rotation multiple rotations without missing teeth to generate a large error be generated It is possible to detect the.
[0008]
The invention according to
[0009]
The invention according to
[0010]
In the invention according to
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a test rotating shaft having a gear on the outer periphery, a first gear engaged with the gear of the test rotating shaft, and the first gear. A second gear having a different number of teeth from the first gear, first and second detection means for detecting absolute rotation angles of the first and second gears, and first and second detection means, A rotation angle detecting device comprising: a calculation unit that calculates a multi-rotation absolute angle of a rotation axis to be detected based on a combination of absolute rotation angles of the first and second gears detected respectively; And a third gear engaged with the first gear, and a fourth gear engaged with the third gear and the first gear. Even if the engagement with the first gear is disengaged or the tooth is missing, it does not cause a large error and does not rotate. It is possible to detect the absolute angle of the rotating shaft.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0013]
(Embodiment 1)
1 and 2,
[0014]
In FIG. 3, the first detection means 7 and the second detection means 8 are connected to an arithmetic circuit unit 13, which are built in the rotation angle detection device 14, and the arithmetic circuit unit 13 is a vehicle posture. It is connected to a
[0015]
Next, a method for detecting the rotation angle of the
[0016]
In FIG. 1, when the test
[0017]
The
[0018]
As shown in FIG. 3, the calculation of the multi-turn absolute angle of the
[0019]
A method of calculating the multi-rotation absolute angle of the
[0020]
On the other hand, the arithmetic circuit unit 13 has a table of the multi-rotation absolute angle values of the
[0021]
A method for reducing the quantity of angle data held in the table will be described with reference to FIG. The determination of the absolute angle 18 of the
It becomes. In this case, if the gear ratio a / b between the test
[0022]
In order to further improve the resolution of the multi-turn absolute angle of the
[0023]
Therefore, as shown in FIG. 5, a
[0024]
When the number of teeth of the
[0025]
A method of calculating the multi-turn absolute angle of the
Next, high resolution can be achieved than multiple rotation absolute angle of the
[0026]
On the other hand, in FIG. 1, when the disengagement between the
It becomes.
[0027]
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a configuration diagram of the rotation angle detection device according to the second embodiment.
[0028]
In FIG. 8, 1 is a test rotating shaft with a gear on the outer periphery, 2 is a gear engaged with the
[0029]
Next, a method for detecting the rotation angle of the
[0030]
In FIG. 8, when the
[0031]
As described in the first embodiment, the absolute rotation angle of the
[0032]
Even if the engagement between the
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when the engagement between the rotation axis to be tested and the first gear for detecting the absolute angle is disengaged, no large error is generated, and even in the arithmetic circuit unit of the small capacity memory. A high-performance, high-reliability rotation angle detection device that can detect the rotation angle of the rotation shaft to be rotated with high resolution and can detect abnormality of the gears and detection means can be provided in a simple form.
[Brief description of the drawings]
[0034]
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a side view of a rotation detection device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a portion 11 in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention. 3 is a system configuration diagram of the rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows the absolute angle of the
[0035]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この被検回転軸の歯車と係合した第1の歯車と、
この第1の歯車と係合し、前記第1の歯車と歯数がそれぞれ異なる第2の歯車と、
前記第1、第2の歯車の絶対回転角をそれぞれ検出する第1、第2の検出手段と、
前記第1、第2の検出手段がそれぞれ検出した第1、第2の歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて、前記被検回転軸の多回転絶対角を算出する算出部とを備えた回転角度検出装置において、
前記被検回転軸の歯車と前記第2の歯車とに係合する第3の歯車をさらに備えた
ことを特徴とする回転角度検出装置。 A test rotary shaft having gears on the outer periphery;
A first gear engaged with the gear of the test rotary shaft;
The first gear engages, said first gear and the number of teeth and a second gear that different respectively,
A first, second detecting means for detecting the first, the absolute rotation angle of the second gear, respectively,
Rotation and a calculation unit for the first, the second detection means first detects respectively, based on a combination of the absolute rotation angle of the second gear, it calculates a multiple rotation absolute angle of the subject rotary shaft In the angle detection device,
Rotation angle detection apparatus characterized by further comprising a third gear that engages with the gear of the subject rotary shaft and said second gear.
ことを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。 It said first, second gear is less number of teeth than the gear of the subject rotary shaft
The rotation angle detection device according to claim 1.
前記第3の歯車は、前記第1、第2の歯車よりも歯数が少ない
ことを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。 Further comprising a third detecting means for detecting an absolute rotation angle of the third gear,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the third gear has fewer teeth than the first and second gears .
ことを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。The rotation angle detection device according to claim 1 , wherein the calculation unit transmits the absolute rotation angle of the rotation shaft to be detected calculated based on the absolute angle of the gear group to the outside as a serial signal.
この被検回転軸の歯車と係合した第1の歯車と、A first gear engaged with the gear of the test rotating shaft;
この第1の歯車と係合し、前記第1の歯車と歯数がそれぞれ異なる第2の歯車と、A second gear engaged with the first gear and having a different number of teeth from the first gear;
前記第1、第2の歯車の絶対回転角をそれぞれ検出する第1、第2の検出手段と、First and second detection means for detecting absolute rotation angles of the first and second gears, respectively;
前記第1、第2の検出手段がそれぞれ検出した第1、第2の歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて、前記被検回転軸の多回転絶対角を算出する算出部とを備えた回転角度検出装置において、A rotation unit including a calculation unit that calculates a multi-rotation absolute angle of the rotation shaft to be tested based on a combination of absolute rotation angles of the first and second gears detected by the first and second detection units, respectively. In the angle detection device,
前記被検回転軸の歯車と係合した第3の歯車と、A third gear engaged with the gear of the test rotating shaft;
この第3の歯車、および、前記第1の歯車と係合した第4の歯車とをさらに備えたThe third gear and a fourth gear engaged with the first gear are further provided.
ことを特徴とする回転角度検出装置。A rotation angle detection device characterized by that.
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