JP4148031B2

JP4148031B2 - Rotation angle detector

Info

Publication number: JP4148031B2
Application number: JP2003159242A
Authority: JP
Inventors: 幸司御池; 清孝笹之内; 清孝植平
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004361212A

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 Patent Document 1. In this apparatus, the test rotation angle is detected from the angles of a plurality of rotating bodies having phase differences.
[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 claim 2 of the present invention is characterized in that the first and second gears have a smaller number of teeth than the gears of the test rotary shaft, and the detection angle of the test rotary shaft is high. When attempting to increase the resolution, it is possible to reduce a large-capacity memory that normally stores a combination of absolute rotation angles of the respective gears.
[0009]
The invention according to claim 3 of the present invention further includes third detection means for detecting an absolute rotation angle of the third gear, and the third gear has a number of teeth as compared with the first and second gears. In order to satisfy the rotation detection range of the test rotating shaft, the number of teeth of the plurality of absolute angle calculating gears that are sequentially engaged with the test rotating shaft and the number of teeth of the test rotating shaft is reduced. Although there is a limitation , since the number of teeth smaller than this number of teeth can be set freely by the third gear , the degree of freedom in designing the resolution of the rotation axis to be tested can be increased.
[0010]
In the invention according to claim 4 of the present invention, the calculation unit transmits the absolute rotation angle of the rotation shaft to be measured calculated based on the absolute angle of the gear group to the outside as a serial signal . Rather than transmitting the signal directly to the main system unit, it is possible to prevent the abnormality of the absolute angle signal due to external noise and to reduce the software processing burden of the main system.
[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, reference numeral 1 denotes a test rotating shaft having a gear on its outer periphery, 2 a gear engaged with the test rotating shaft 1, 3 a gear engaged with the gear 2, 4 a gear 3 and a test A gear engaged with the rotating shaft 1. Reference numeral 5 denotes a magnet incorporated in the central portion of the gear 2, reference numeral 6 denotes a magnet incorporated in the central portion of the gear 3, and reference numeral 7 denotes first detection means for detecting the magnetic field direction of the magnet 5 rotating together with the gear 2 (different (Directional magnetic detection element) 8 is a second detection means (anisotropic magnetic detection element) for detecting the magnetic field direction of the magnet 6 rotating together with the gear 3 . Teeth wheel 2 is restricted in position by a bearing 10 provided in the lower case 9. On the other hand, the number of gear teeth a, the number of teeth b of the gear 2, and the number of teeth c of the gear 3 are set so that a / b> 1, a / c> 1, and b ≠ c. . In FIG. 2, the first detection means 7 is mounted on a substrate 12 fixed to the lower case 9 and is disposed immediately above the magnet 5. The second detection means 8, the gear 3 and the magnet 6 also have the same form as the structure shown in FIG.
[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 main system unit 15 that performs control and the like through a serial communication line.
[0015]
Next, a method for detecting the rotation angle of the test rotating shaft 1 with the above configuration will be described.
[0016]
In FIG. 1, when the test rotary shaft 1 rotates, the gear 2 engaged with the gear on the outer periphery of the test rotary shaft 1 rotates, and at the same time, the gear 3 engaged with the gear 2 and the test rotary shaft 1 and the gear 3 The other gear 4 engaged with is also rotated.
[0017]
The gear 2 rotates at a speed of a / b with respect to the test rotary shaft 1, and the gear 3 rotates at a speed of a / c with respect to the test rotary shaft 1. Since the first detection means 7 is arranged directly below the magnet 5 incorporated in the gear 2, when the gear 2 rotates, the direction of the magnet passing through the first detection means 7 changes, and the rotation angle of the gear 2 is changed. A signal corresponding to can be obtained. Similarly, the second detection means 8 can also obtain a signal corresponding to the rotation angle of the gear 3.
[0018]
As shown in FIG. 3, the calculation of the multi-turn absolute angle of the rotation shaft 1 is performed by inputting the absolute angle signals of the first detection means 7 and the second detection means 8 in the arithmetic circuit unit 13. The calculation result is periodically transmitted to the main system unit 15 as a serial signal.
[0019]
A method of calculating the multi-rotation absolute angle of the test rotating shaft 1 will be described with reference to FIG. The gear 2 rotates at a speed a / b times that of the rotation of the test rotary shaft 1, and the gear 3 rotates at a speed of a / c times that of the rotation of the test rotation shaft 1, but b Since ≠ c, the phase difference between the gear 2 and the gear 3 varies with a certain rule. This means that the combination of the absolute angle value 16 of the gear 2 and the absolute angle value 17 of the gear 3 of the multi-rotation absolute angle 18 of the rotation shaft 1 to be tested is determined 1: 1 on the rotation detection range. When the least common multiple of the number of teeth b of the gear 2 and the number of teeth c of the gear 3 is divided by a value d obtained by dividing the number of teeth of the gear of the rotation shaft 1 to be tested, both the gear 2 and the gear 3 are in the initial rotational position, that is, both gears. Return to the position where the absolute angle becomes 0 °. This value d is the rotation detection range. Even if the engagement between the test rotary shaft 1 and the gear 2 is disengaged due to a missing tooth of the gear 2, a misalignment with the test rotary shaft 1, etc., the test rotary shaft is moved to the gear 3 and the gear 2 by another gear 4. Since the rotation of 1 can be transmitted, the calculation of the multi-rotation absolute angle of the rotation shaft 1 to be tested can be continued.
[0020]
On the other hand, the arithmetic circuit unit 13 has a table of the multi-rotation absolute angle values of the rotation shaft 1 for the combination of the absolute angle value of the gear 2 and the absolute angle value of the gear 3. In order to increase the resolution of the detected rotation angle of the axis 1, it is necessary to increase the amount of angle data held in the table, the memory space of the arithmetic circuit unit 13 becomes very large, and the capability is limited. To do.
[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 rotating shaft 1 to be tested is made rough by the combination of the absolute angle value 16 of the gear 2 and the absolute angle value 17 of the gear 3. This coarse absolute angle 18 is used only to determine the rotational speed e from the initial rotational position of the rotational period 19 of the gear 2. That is, the resolution of the absolute angle 18 may be set to an angle equal to or less than the rotation period of the gear 2. The fine absolute angle of the test rotary shaft 1 is calculated from the absolute angle 17 of the gear 2 rotating at a higher speed than the test rotary shaft 1. That is, the multi-rotation absolute angle of the test rotating shaft 1 is (360 [° / rotation] * e [rotation] + (absolute angle 17)) / (a / b) [°]
It becomes. In this case, if the gear ratio a / b between the test rotary shaft 1 and the gear 2 is increased, the resolution of the detected angle of the test rotary shaft 1 can be increased.
[0022]
In order to further improve the resolution of the multi-turn absolute angle of the rotation shaft 1 to be tested, the gear ratio a / b between the rotation shaft 1 to be tested and the gear 2 or the gear ratio a / b between the gear 3 and the rotation shaft 1 to be tested Although it is necessary to increase c, since the rotation detection range d is determined by the number of teeth b of the gear 2, the number of teeth c of the gear 3, and the number of teeth a of the rotating shaft 1 to be tested, the number of teeth a, b, c There is a limit to the degree of design freedom.
[0023]
Therefore, as shown in FIG. 5, a magnet 20 is incorporated in the center of the separate gear 4 where the number of teeth can be freely set, and the third detecting means 21 is disposed directly above the magnet 20 so that the absolute angle of the separate gear 4 is set. To detect. The detailed structure takes the same form as shown in FIG.
[0024]
When the number of teeth of the gear 4 is f, a / f> 1, b> f, and c> f are set.
[0025]
A method of calculating the multi-turn absolute angle of the test rotating shaft 1 is shown in FIG. The coarse absolute angle 24 of the rotating shaft 1 to be tested is determined by the combination of the absolute angle value 22 of the gear 2 and the absolute angle value 23 of the gear 3. The rough absolute angle 24 determines the rotational speed g from the initial rotational position of the rotational period 25 of the separate gear 4. The fine absolute angle of the test rotating shaft 1 is calculated from the absolute angle 26 of the separate gear 4 rotating at a higher speed than the test rotating shaft 1. That is, the multi-rotation absolute angle of the test rotating shaft 1 is (360 [° / rotation] * g [rotation] + (absolute angle 26)) / (a / f) [°]
Next, high resolution can be achieved than multiple rotation absolute angle of the tooth wheel 2 and the tooth wheel 3 at the test rotation shaft 1 obtained.
[0026]
On the other hand, in FIG. 1, when the disengagement between the gear 2 and the rotation shaft 1 to be tested and the gear 3 is caused by the gear 2, the gear 3 having a missing tooth, a shaft misalignment, or the like, When the abnormality occurs in the detecting means 8, the regularity of the phase difference between the gear 2 and the gear 3 as shown in FIG. 4 is lost, and the calculation of the multi-rotation absolute angle of the rotation shaft 1 to be tested is incorrect. Therefore, this abnormality is detected in the abnormality detection flow shown in FIG. First, in the arithmetic circuit unit 13, based on the absolute angle signals of the first detection means 7 and the second detection means 8, the fluctuation amount X of the absolute angles of the gear 2 and the gear 3 in a certain time in processing 27 and processing 28. , Y is calculated. Next, in process 29, the magnitude of | X−Y | and constant A is determined, and if larger, a signal notifying the main system unit 15 of this abnormality in process 30 is put on the serial communication shown in FIG. The vehicle body is prevented from being controlled with an incorrect absolute angle value of the rotation shaft 1 to be tested. The constant A is determined by the difference in the number of teeth between the gears 2 and 3, the maximum rotational speed h [° / sec] of the test rotating shaft 1, and the time t [sec] for calculating the fluctuation amounts X and Y. That is, A = | h * (a / b−a / c) * t |
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 test rotating shaft 1, 3 is a gear engaged with the gear 2, and 31 is engaged with the test rotating shaft 1. The gear 32 is a gear engaged with the gear 31 and the gear 2. Reference numeral 5 denotes a magnet incorporated in the central portion of the gear 2, reference numeral 6 denotes a magnet incorporated in the central portion of the gear 3, and reference numeral 7 denotes first detection means for detecting the magnetic field direction of the magnet 5 rotating together with the gear 2 (different (Directional magnetic detection element) 8 is a second detection means (anisotropic magnetic detection element) for detecting the magnetic field direction of the magnet 6 rotating together with the gear 3. As shown in FIG. 2, the position of the gear 2 is restricted by a bearing 10 provided in the lower case 9, and the positions of the gear 3 and the gears 31 and 32 are also restricted by bearings provided in the lower case 9.
[0029]
Next, a method for detecting the rotation angle of the test rotating shaft 1 with the above configuration will be described.
[0030]
In FIG. 8, when the rotation shaft 1 to be tested rotates, the gear 2 engaged with the teeth on the outer periphery thereof rotates, and at the same time, the gear 3 engaged with the gear 2 rotates. At this time, the gear 31 engaged with the test rotating shaft 1 and the gear 32 engaged with the gear 31 and the gear 2 also rotate.
[0031]
As described in the first embodiment, the absolute rotation angle of the rotation shaft 1 to be tested is calculated based on the direction of the magnetic force of the gear 2 having a different number of teeth, the magnet 5 incorporated in the gear 3, and the magnet 6. The detection means 7 and the second detection means 8 are detected.
[0032]
Even if the engagement between the test rotating shaft 1 and the gear 2 is disengaged due to tooth missing or shaft misalignment of the gear 2, the rotation of the test rotating shaft 1 can be transmitted to the gear 2 by the gear 31 and the gear 32. Therefore, the calculation of the multi-rotation absolute angle of the test rotating shaft 1 can be continuously performed.
[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 multi-rotation shaft 1 to be detected from the absolute angles of the gear 2 and the gear 3 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a plan view of a rotation angle detection device provided with means for detecting the absolute rotation angle of another gear 4 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a gear according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a flow chart for detecting an abnormality in gear disengagement according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a plan view of a rotation detection device according to a second embodiment of the present invention. Description of]
[0035]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test rotation shaft 2 Gear 3 Gear 4 Gear 5 Magnet 6 Magnet 7 1st detection means 8 2nd detection means 9 Lower case 10 Bearing 11 Partial expansion figure of rotation angle detection apparatus 12 Board | substrate 13 Operation circuit part 14 Rotation angle Detection device 15 Main system unit 16 Absolute angle value of gear 2 17 Absolute angle value of gear 3 18 Multi-rotation absolute angle of rotation shaft 1 to be tested 19 Rotation period of gear 2 20 Magnet 21 Third detection means 22 Absolute of gear 2 Angular value 23 Absolute angle value of the gear 3 24 Rough absolute angle of the rotation shaft 1 to be tested 25 Rotation period of the separate gear 4 26 Absolute angle of the separate gear 4 27 Processing unit 28 Processing unit 29 Processing unit 30 Processing unit 31 Gear 32 Gear

Claims

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、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.

前記第１、第２の歯車は、前記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の歯車の絶対回転角を検出する第３の検出手段をさらに備え、
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 .

前記算出部は、前記歯車群の絶対角により算出された前記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
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.

外周に歯車を有する被検回転軸と、A test rotary shaft having gears on the outer periphery;
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.