專利名稱：旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
以往，公開有一種例如安裝在汽車的轉(zhuǎn)向軸(steering shaft)等旋轉(zhuǎn) 體上來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置。
專利文獻(xiàn)l公開的以往的旋轉(zhuǎn)角度裝置，具備與旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)的 主旋轉(zhuǎn)體、和與該主旋轉(zhuǎn)體聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)副旋轉(zhuǎn)體。主旋轉(zhuǎn)體以及兩個(gè) 副旋轉(zhuǎn)體分別具有齒數(shù)互不相同的齒輪，各副旋轉(zhuǎn)體的齒輪分別與主旋轉(zhuǎn) 體的齒輪嚙合。另外，各副旋轉(zhuǎn)體分別具有磁鐵，并且具備檢測(cè)各磁鐵的 磁場(chǎng)的AMR傳感器(各向異性磁阻元件)。從而，利用各AMR傳感器輸 出的各副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)信號(hào)之間的相位差等來計(jì)算旋轉(zhuǎn)體的 旋轉(zhuǎn)角度。
另一方面，專利文獻(xiàn)2公開的以往的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，具備借助 旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)板、和借助旋轉(zhuǎn)體或者旋轉(zhuǎn)板以比旋轉(zhuǎn)板多的旋轉(zhuǎn)數(shù)旋 轉(zhuǎn)的齒輪。并且，在旋轉(zhuǎn)板中設(shè)置采用了光傳感器的絕對(duì)信號(hào)型編碼器， 該編碼器將以旋轉(zhuǎn)板的一周旋轉(zhuǎn)為一個(gè)周期的編碼信號(hào)作為旋轉(zhuǎn)板的旋 轉(zhuǎn)角度檢測(cè)信號(hào)輸出。另外，在齒輪中設(shè)置采用了磁鐵和磁阻元件的磁傳 感器，該磁傳感器將以齒輪的一周旋轉(zhuǎn)為一個(gè)周期的模擬信號(hào)作為齒輪的 旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)信號(hào)輸出。然后，根據(jù)這些編碼器和磁傳感器輸出的各旋轉(zhuǎn) 角度檢測(cè)信號(hào)的組合計(jì)算旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
專利文獻(xiàn)1 JP特表2001 —505667號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2: JP特開2002—98522號(hào)公報(bào)
但是，以往的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，由于由各副旋轉(zhuǎn)體所具備的磁鐵的 特性或齒輪比等唯一決定用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度所采用的檢測(cè)信號(hào) 之間的相位差，因此存在設(shè)計(jì)的自由度降低的問題。另外，以往的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，若要擴(kuò)大被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)角度范圍，則必須 增大齒輪的直徑，因此存在裝置大型化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而形成的，其目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè) 計(jì)的自由度大、檢測(cè)角度范圍寬而不會(huì)引起裝置的大型化的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè) 裝置。
為了解決上述問題實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，是一種對(duì) 被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，包 括主旋轉(zhuǎn)體，其被安裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起
旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，其相對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè) 機(jī)構(gòu)，其將與上述主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；
副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的 信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，其釆用上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢 測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)，計(jì)算上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以 及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，其基于上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角 度、和上述主旋轉(zhuǎn)體與上述副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算上述被檢 測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以下的(A) (D)信號(hào)中的至少一個(gè)信號(hào)的周 期被設(shè)置成與上述主旋轉(zhuǎn)體或者上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)一周的周期不同，
(A) 上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)
(B) 上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)
(C) 在上述信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸 入信號(hào)
(D) 在上述信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸 入信號(hào)。
另外，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，是一種對(duì)被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角 度進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，包括主旋轉(zhuǎn)體，其被安 裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，其相 對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述主旋 轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)
構(gòu)，其對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)的周期 進(jìn)行變換，并采用該信號(hào)計(jì)算該變換后的周期內(nèi)的上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述
副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，其基于上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體 或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度、上述主旋轉(zhuǎn)體與上述副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn) 角度、以及上述變換后的周期，計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
另外，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，是一種對(duì)被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角 度進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，包括主旋轉(zhuǎn)體，其被安 裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，其相 對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述主旋 轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的連續(xù)的信號(hào)輸出；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī) 構(gòu)，其將與上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的連續(xù)的信號(hào)輸
出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，其采用上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu) 輸出的信號(hào)，計(jì)算上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算 處理機(jī)構(gòu)，其基于上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度、上述 主旋轉(zhuǎn)體與上述副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、和上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以 及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)的周期，計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn) 角度。
另外，根據(jù)上述的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，上述變 換后的周期，是按照使上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的容許 誤差和上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)角度范圍成為所希望的值的 方式所決定的周期。
另外，根據(jù)上述的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，上述運(yùn)
算處理機(jī)構(gòu)，若令上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度為ei，上述所計(jì)算的
副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度乘以上述規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比而得到的角度為02，上述變換 后的主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的信號(hào)的周期為Tl，上述變換后的副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu) 的信號(hào)的周期乘以上述規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比而得到的周期為T2 (T1^T2)，周 期Tl和T2的差值的絕對(duì)值I T1一T2 I為d，則采用下述式(1) (4) 計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度① 當(dāng)TKT2、 02^ei時(shí)，om+Ti (ei—e2) /d ...... (i)
當(dāng)TKT2、 02>91時(shí)，
O二01+T1 (ei—e2) /d+Tl' T2/d ...... (2)
當(dāng)T1〉T2、 01^92時(shí)，
O>=01+T1 (e2 — ei) /d ...... ( 3 )
當(dāng)T1>T2、 ei〉e2時(shí)，
0> = ei+Tl (02—ei) /d+Tl' T2/d ...... (4)。
另外，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，是一種對(duì)被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角
度進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，包括主旋轉(zhuǎn)體，其被安 裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，其相 對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其相對(duì)于上 述主旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周以周期數(shù)n輸出根據(jù)上述主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而周期性變 化的連續(xù)信號(hào)，其中n為2以上的整數(shù)；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其相對(duì)于上述 副旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周以周期數(shù)m輸出根據(jù)上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而周期性變 化的連續(xù)信號(hào)，其中m為小于n且在l以上的整數(shù)；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，其采 用上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)所輸出的信號(hào)，計(jì)算上述 主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，其基于上述 所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度、上述主旋轉(zhuǎn)體和上述副旋轉(zhuǎn) 體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、和上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu) 輸出的信號(hào)的周期，計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
另外，根據(jù)本發(fā)明的上述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，上述m 為1。
另外，根據(jù)本發(fā)明的上述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，上述主 旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)或者上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，具備磁鐵，其被安裝在上述主 旋轉(zhuǎn)體或者上述副旋轉(zhuǎn)體上，并在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生強(qiáng)度連續(xù)且周期性地變 化的磁場(chǎng)；以及兩個(gè)磁檢測(cè)元件，其在上述磁鐵的附近按照在上述主旋轉(zhuǎn) 體或者上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心的周圍呈規(guī)定的角度的方式配置。
另外，根據(jù)本發(fā)明的上述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，上述磁檢測(cè)元件是霍爾元件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的上述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，上述磁 檢測(cè)元件是磁阻元件。
采用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)如下效果，即能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì) 自由度高、檢測(cè)角度范圍廣且不會(huì)導(dǎo)致裝置大型化。


圖1是示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的剖面概略圖。
圖2是表示圖l所示的主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理 機(jī)構(gòu)、運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖3是說明在實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中計(jì)算主齒輪的旋轉(zhuǎn)角 度的方法的圖。
圖4是對(duì)實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中計(jì)算副齒輪的旋轉(zhuǎn)角度的 方法進(jìn)行說明的圖。
圖5是針對(duì)實(shí)施方式i中e2 ^ei的情況下角度e2 、 ei、周期ti、
T2、周期差d、旋轉(zhuǎn)角度O的關(guān)系進(jìn)行說明的圖。
圖6是表示實(shí)施方式1中針對(duì)檢測(cè)角度范圍R為1800度的情況在對(duì) 周期T1進(jìn)行各種變化的情況下的周期T2、齒輪比、容許誤差的圖。
圖7是表示實(shí)施方式1中計(jì)算轉(zhuǎn)向軸x的旋轉(zhuǎn)角度0>的處理流程的 一例的流程圖。
圖8是示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的剖面概略圖。
圖9是表示圖8所示的主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理 機(jī)構(gòu)、運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖10是對(duì)實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中計(jì)算主齒輪的旋轉(zhuǎn)角度 的方法進(jìn)行說明的圖。
圖11是對(duì)實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中計(jì)算副齒輪的旋轉(zhuǎn)角度 的方法進(jìn)行說明的圖。
圖12是實(shí)施方式2中針對(duì)e2 ^ei的情況下角度e2 、ei、周期Ti、
10T2、周期差d、旋轉(zhuǎn)角度①的關(guān)系進(jìn)行說明的圖。 符號(hào)說明
1、 101—旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置
2、 102 —主齒輪
3、 103 —副齒輪
4、 104—主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu) 4a、 104a—環(huán)狀磁鐵
4b、 4c、 104b、 104c—霍爾元件
5、 7、 105、 107—信號(hào)處理機(jī)構(gòu)
6、 106 —副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu) 6a、 106a—圓板狀磁鐵
6b、 6c、 106b、 106c—霍爾元件
8、 108—運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)
9、 109 —?dú)んw
A1 A6、 A101 A106 —放大器 L1 L2、 L101 L112—曲線 X—轉(zhuǎn)向軸
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的實(shí)施方式詳細(xì)進(jìn)行說 明。另外，并非由本實(shí)施方式來限定本發(fā)明。
以下說明的本發(fā)明的實(shí)施方式是一種對(duì)被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)
行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，具備安裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)
體上，并與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)的主旋轉(zhuǎn)體；相對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī) 定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)的副旋轉(zhuǎn)體；將與上述主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期 性變化的信號(hào)輸出的主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)；將與上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地 進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出的副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)；采用上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu) 以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)計(jì)算上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn) 體的旋轉(zhuǎn)角度的信號(hào)處理機(jī)構(gòu)；基于上述所算出的主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體
11的旋轉(zhuǎn)角度、和上述主旋轉(zhuǎn)體與上述副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算
上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)；以下的(A) (D)的 信號(hào)中的至少一個(gè)信號(hào)的周期被設(shè)置成與上述主旋轉(zhuǎn)體或者上述副旋轉(zhuǎn) 體的旋轉(zhuǎn)一周的周期不同。
(A) 上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)
(B) 上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)
(C) 在上述信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸 入信號(hào)
(D) 在上述信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸 入信號(hào)
(實(shí)施方式O
圖1是示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的剖面概略 圖。實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，對(duì)作為被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的汽車的轉(zhuǎn)向 軸的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)。
另外，實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置是如下一例，即，將上述(A) (D)信號(hào)中的
(C) 在信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)
(D) 在信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào) 信號(hào)的周期設(shè)置成與主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)一周的周期不同。
如圖1所示，旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置l，包括作為主旋轉(zhuǎn)體的環(huán)狀主齒 輪2，其通過將在與紙面垂直的方向延伸的轉(zhuǎn)向軸X嵌入中心部的孔中來 安裝并固定，且與轉(zhuǎn)向軸X—起旋轉(zhuǎn)；作為副旋轉(zhuǎn)體的副齒輪3，其與主 齒輪2嚙合并相對(duì)主齒輪2以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)4，其 將與主齒輪2的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu) 5，其對(duì)主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)4輸出的信號(hào)的周期進(jìn)行變換，并采用該信號(hào)計(jì) 算變換后的周期內(nèi)的主齒輪2的旋轉(zhuǎn)角度；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)6，其將與副 齒輪3的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7，其 對(duì)副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)6輸出的信號(hào)的廚期進(jìn)行變換，并采用該信號(hào)計(jì)算變換 后的周期內(nèi)的副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)8，其基于信號(hào)處 理機(jī)構(gòu)5、 7計(jì)算的主齒輪2以及副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度、主齒輪2與副齒輪3之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、以及變換后的周期，計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角度。
另外，主齒輪2與副齒輪3之間的齒輪比即旋轉(zhuǎn)比為5/9。另外，符號(hào)9 表示旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置1的殼體(housing)。
主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)4，包括安裝在主齒輪2中的環(huán)狀磁鐵4a、以及在 距離環(huán)狀磁鐵4a的表面僅0.5mm的位置在主齒輪2的旋轉(zhuǎn)中心周圍以呈 90度角度的方式配置的霍爾元件4b、 4c。同樣地，副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)6，包 括安裝在副齒輪3中的圓板狀的磁鐵6a、以及在距離圓板狀磁鐵6a的 表面僅0.5mm的位置在副齒輪3的旋轉(zhuǎn)中心周圍以呈90度角度的方式配 置的霍爾元件6b、 6c。霍爾元件4b、 4c、 6b、 6c被固定在旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè) 裝置l中。
環(huán)狀磁鐵4a，是一種將S極部分和N極部分交替逐個(gè)配置，并按照 在主齒輪2的旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生強(qiáng)度以正弦波狀連續(xù)且周期性變化的磁場(chǎng)的方 式著磁的雙極磁鐵。霍爾元件4b、 4c，對(duì)強(qiáng)度與主齒輪2的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)地變 化的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，并分別輸出與磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。磁場(chǎng)強(qiáng)度的 變化的周期、即霍爾元件4b、 4c輸出的電壓信號(hào)的周期為360度。同樣 地，圓板狀磁鐵6a也是一種將S極部分和N極部分交替逐個(gè)配置，并按 照在副齒輪3的旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生強(qiáng)度以正弦波狀連續(xù)且周期性變化的磁場(chǎng)的 方式著磁的雙極磁鐵?；魻栐?b、 6c，對(duì)強(qiáng)度與副齒輪3的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)地 變化的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，并分別輸出與周期為360度的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的電壓 信號(hào)。
圖2是表示圖1所示的主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)4、副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)6、信號(hào) 處理機(jī)構(gòu)5、 7、運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)8的結(jié)構(gòu)的框圖?；魻栐?b、 4c，被施 加通過放大器Al放大后的電壓，并對(duì)與主齒輪2的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度的磁 場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，將具有與所檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的電壓值的電壓信號(hào)輸出。 放大器A2、 A3,將霍爾元件4b、 4c輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，并將電壓 值S1、 S2輸出給具備微控制器(microcontroller)的信號(hào)處理機(jī)構(gòu)5。信 號(hào)處理機(jī)構(gòu)5，取得電壓信號(hào)后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將電壓信號(hào)的周期進(jìn)行 變換，采用電壓值S1、 S2計(jì)算變換后的周期內(nèi)的主齒輪2的旋轉(zhuǎn)角度即 91，然后向具備微控制器的運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)8輸出。
同樣地，施加了由放大器A4放大了的電壓的霍爾元件6b、 6c，將具有與所檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相應(yīng)的電壓值的電壓信號(hào)輸出。放大器A5、 A6， 將霍爾元件6b、 6c輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大后將電壓值S3、 S4輸出給具 備微控制器的信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7。信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7，取得電壓信號(hào)后進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，并且對(duì)電壓信號(hào)的周期進(jìn)行變換，采用電壓值S3、 S4計(jì)算變換后 的周期內(nèi)的副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而計(jì)算出將該旋轉(zhuǎn)角度乘以旋轉(zhuǎn)比5/9 而得到的角度即e2，并向運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)8輸出。然后，運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)8， 采用ei、 e2計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角度(D。
以下參照?qǐng)D3 圖5針對(duì)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置1檢測(cè)轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角 度的方法具體進(jìn)行說明。首先，參照?qǐng)D3針對(duì)計(jì)算主齒輪2的旋轉(zhuǎn)角度的 方法進(jìn)行說明。向信號(hào)處理機(jī)構(gòu)5輸入的電壓信號(hào)的電壓值Sl、 S2，與 例如圖3的上部的曲線圖所示的以360度為周期的正弦曲線Ll、 L2上的 各一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中，橫軸表示以任意的位置為基準(zhǔn)的主齒 輪2的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示電壓信號(hào)的電壓。另外，由于霍爾元件4b、 4c 是在主齒輪2的旋轉(zhuǎn)中心的周圍以呈90度的角度的方式配置的，因此正 弦曲線L1、 L2的相位差為90度。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)5，采用下式(5)、 (6)對(duì)電壓值Sl、 S2進(jìn)行 標(biāo)準(zhǔn)化。若令標(biāo)準(zhǔn)化后的值為M1、 M2，則
Ml二 (Sl — Slavg) /Slp ...... (5)
M2= (S2 — S2avg) /S2p ...... (6)
其中，Slavg、 S2avg分別為電壓信號(hào)的一個(gè)周期中的最大值與最小值 的平均值，Slp、 S2p分別為電壓信號(hào)的一個(gè)周期中的最大值和最小值之 間的差值。關(guān)于Slavg、 S2avg、 Slp、 S2p，在組裝調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝 置1時(shí)，使主齒輪2旋轉(zhuǎn)一周取得電壓信號(hào)的數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)求出各值， 并使之存儲(chǔ)在信號(hào)處理機(jī)構(gòu)5中。按照以上求出的標(biāo)準(zhǔn)化值M1、 M2，與 圖3的中間的曲線圖所示的以360度為周期的正弦曲線L3、 L4上的各一 點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中，橫軸表示以任意的位置為基準(zhǔn)的主齒輪2 的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示標(biāo)準(zhǔn)化值。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)5，將電壓信號(hào)的周期從360度變換成180度。 若令變換后的周期為T1，則T1二180度。然后，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)5，采用標(biāo) 準(zhǔn)化值Ml、 M2計(jì)算該變換后的周期Tl的主齒輪2的旋轉(zhuǎn)角度ei。 ei
14例如可以按照如下方式計(jì)算出。
首先，采用式(7)計(jì)算e。
0二Arctan (Ml/M2) +a ...... (7)
其中，當(dāng)1^2>0時(shí)，ot二90度；M2〈0時(shí)，a二270度；M2二0時(shí)，若
mi>o，貝Ue二i8o度，若mi〈0，貝Ue二o度。
并且，若e為i80度以下，則ei二e，若e大于i80度，則ei二e—
180，將周期360度變換成一半180度。
采用以上的方法計(jì)算的角度ei，與圖3的下部的曲線圖所示的以180 度為周期的鋸齒狀曲線L5上的一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中橫軸表示 以任意的位置為基準(zhǔn)的主齒輪2的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示計(jì)算出的主齒輪2 的旋轉(zhuǎn)角度。
接著，針對(duì)計(jì)算副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度的方法進(jìn)行說明。該方法與計(jì)算 主齒輪2的旋轉(zhuǎn)角度的方法大致相同。向信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7輸入的電壓信號(hào) 的電壓值S3、 S4，與例如圖4的上部的曲線圖所示的以360度為周期的 正弦曲線L6、 L7上的各一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另夕卜，在該曲線圖中，橫軸表示以任 意的位置為基準(zhǔn)的副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示電壓信號(hào)的電壓。另外， 正弦曲線L6、 L7的相位差為90度。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7，采用下式(8)、 (9)將電壓信號(hào)S3、 S4標(biāo) 準(zhǔn)化為值M3、 M4。
M3= (S3 — S3avg) /S3p ...... (8)
M4二 (S4—S4avg) /S4p ...... (9)
其中，S3avg、S4avg分別為電壓信號(hào)的最大值和最小值的平均值，S3p、 S4p分別為電壓信號(hào)的最大值和最小值之間的差，在組裝調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度檢 測(cè)裝置1時(shí)，使副齒輪3旋轉(zhuǎn)一周取得電壓信號(hào)的數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)求出 各值，使之存儲(chǔ)在信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7中。標(biāo)準(zhǔn)化值M3、 M4，與圖4的中間 的曲線圖所示的以360度為周期的正弦曲線L8、 L9上的各一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另 外，橫軸表示以任意的位置為基準(zhǔn)的副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示標(biāo)準(zhǔn) 化值。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7，將電壓信號(hào)的周期從360度變換為360度， 乘以齒輪比5/9。即，若令將變換后的周期乘以齒輪比而得到的周期為T2，
15說明書第ll/22頁
則T2二360X5/9二200度。由此，在本說明書中，信號(hào)周期的變換也包含 變換成同一周期的情況。
然后，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7，采用標(biāo)準(zhǔn)化值M3、 M4計(jì)算周期T2中的副
齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而計(jì)算將旋轉(zhuǎn)角度乘以齒輪比而得到的角度e2。 02
的計(jì)算可以按照例如如下方式進(jìn)行。
首先，采用式(io)計(jì)算e。
0=Arctan (M3/M4) +a ...... (10)
其中，當(dāng)M4X)時(shí)，a二90度；當(dāng)M4〈0時(shí)，a二270度；當(dāng)M4 = 0時(shí)，若M3〉0，則0=180度；若M3〈0，則e二O度。
然后，將e乘以齒輪比5/9計(jì)算e2。
由以上方法計(jì)算的角度02，與圖4的下部的曲線圖所示的以200度為 周期的鋸齒狀曲線L10上的一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中，橫軸表示以 任意的位置為基準(zhǔn)的副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示將計(jì)算出的副齒輪3
的旋轉(zhuǎn)角度乘以齒輪比而得到的角度。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)5、 7，將如上述方式求出的角度ei、 02分別輸 出給運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)8。在實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置1中，由于如上 述T1二180度、丁2=200度，所以運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)8，將周期T1、 T2的周 期差的絕對(duì)值作為d二 I T1一T2 I ，采用式(1)以及(2)計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X 的旋轉(zhuǎn)角度O。
當(dāng)e2^ei時(shí)，
o二ei+Ti (ei—e2) /d ......(i)
當(dāng)e2>ei時(shí)，
O二ei十Tl (01—02) /d+Tl'T2/d ...... (2)
在此，針對(duì)當(dāng)02^91時(shí)，角度01、 92、周期T1、 T2、周期差d、旋 轉(zhuǎn)角度O的關(guān)系，參照?qǐng)D5進(jìn)行說明。圖5的橫軸表示轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn) 角度的檢測(cè)角度范圍R二T1'T2/ I T1—T2 I = 1800度。鋸齒狀曲線Lll 是將圖3的鋸齒狀曲線L5在檢測(cè)角度范圍R內(nèi)排列10個(gè)周期所形成的。 其中，縱軸表示一個(gè)周期對(duì)應(yīng)的比率，當(dāng)角度為180度時(shí)，比率為100%。 另一方面，鋸齒狀曲線L12是將圖4的鋸齒狀曲線L10在檢測(cè)角度范圍R 內(nèi)排列9個(gè)周期所形成的。其中，縱軸表示一個(gè)周期對(duì)應(yīng)的比率，當(dāng)角度
16為200度時(shí)，比率為100%。另外，對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度O，將鋸齒狀曲線Lll 和L12的相位一致的位置設(shè)為0度。這時(shí)，即使在(D為1800度的位置， 鋸齒狀曲線Lll和L12的相位也一致。
例如，關(guān)于主齒輪2、副齒輪3，如圖5所示分別計(jì)算角度ei、 02。 另一方面，采用式(1)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度O。這種情況下，主齒輪2和副齒 輪3之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度(ei—e2)表示旋轉(zhuǎn)角度0時(shí)的鋸齒狀曲線L11、 L12的相位的偏離。并且，由于鋸齒狀曲線L11和L12每當(dāng)主齒輪2旋轉(zhuǎn) 一個(gè)周期時(shí)相位僅偏離一個(gè)周期差d，因此(ei—92) /d為表示旋轉(zhuǎn)角度 O包含主齒輪多少周期的旋轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)式，取整數(shù)值。具體來說，關(guān)于主齒 輪2、副齒輪3，由于周期T1、 T2分別為180度、200度，因此d二20度。 即，若主齒輪2旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期，則鋸齒狀曲線Lll和L12的相位偏離20 度。在圖5中，旋轉(zhuǎn)角度(D為主齒輪從旋轉(zhuǎn)了3個(gè)周期的狀態(tài)進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)
角度ei后的值，因此(ei—02) /d=3。即，角度ei、 e2、周期ti、 T2、
周期差d、旋轉(zhuǎn)角度o具有上述關(guān)系，因此可以采用式(1)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角 度o。
另外，02>01時(shí)，表示旋轉(zhuǎn)角度O包含主齒輪多少周期的旋轉(zhuǎn)并取整
數(shù)值的數(shù)學(xué)式為(T2— (e2—eo) /d，因此采用式(2)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度 o。
另外，由于式(1)和下式(la)、式(2)和下式(2a)為等效式， 因此也可以代替式(1)采用式(la)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度O，還可以代替式(2) 采用式(2a)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度①。
O二02+T2 (ei —02) /d ...... (la)
O> = 02 + T2 (e卜02) /d+Tl'T2/d ...... (2a)
如上述，檢測(cè)角度范圍R由R=T1 T2/ I T1—T2 I表示。S口，檢 測(cè)角度范圍R為周期T1和T2的最小公倍數(shù)。因此，周期T1、 T2需要按 照成為所希望的檢測(cè)角度范圍R的方式?jīng)Q定。另外，由于周期差d用于決 定旋轉(zhuǎn)角度O包含主齒輪多少周期的旋轉(zhuǎn)，因此角度ei、 02的檢測(cè)所容 許的誤差由周期差d表示。該容許誤差根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的組裝精度 和溫度特性等設(shè)置為所希望的值。因此，周期T1、 T2需要按照成為所希 望的容許誤差即周期差d的方式?jīng)Q定。但是，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置1，在信號(hào)處理時(shí)能夠?qū)﹄妷盒盘?hào)
的周期進(jìn)行變換以得到所希望的周期T1、 T2。因此，能夠按照使周期差d 和檢測(cè)角度范圍R成為所希望的值的方式來決定周期T1、 T2。結(jié)果，檢 測(cè)角度范圍R以及周期差d就不是由主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)4以及副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī) 構(gòu)6產(chǎn)生的信號(hào)的周期和齒輪比等唯一固定，而是能夠以很高的自由度設(shè) 置了。
如以上所說明，實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置1，對(duì)主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī) 構(gòu)4以及副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)6輸出的信號(hào)的周期進(jìn)行變換，并采用該信號(hào)計(jì) 算變換后的周期內(nèi)的主齒輪2以及副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度，基于所計(jì)算的旋 轉(zhuǎn)角度、主齒輪2與副齒輪3之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、以及所變換后的信號(hào) 的周期來計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角度。結(jié)果，就能夠以很高的自由度設(shè)置主 旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及主齒輪和副齒輪之間的齒輪比等。
另外，由于旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置1僅采用一個(gè)副齒輪，因此不會(huì)將因副 齒輪3和主齒輪2之間產(chǎn)生的齒輪齒隙所引起的旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)誤差作為主齒 輪2的旋轉(zhuǎn)角度的誤差重疊，能夠更加正確地檢測(cè)轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角度。 進(jìn)而，能夠比以往的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置進(jìn)一步減少部件數(shù)，成為更加小型、 輕便且低成本的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置。進(jìn)一步，旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置1，由于 采用霍爾元件作為磁檢測(cè)元件，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更加小型化、輕便化以及低 成本化。
另外，在旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置l中，主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)4以及副旋轉(zhuǎn)檢測(cè) 機(jī)構(gòu)6，將與主齒輪2或者副齒輪3的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的連 續(xù)模擬信號(hào)輸出。因此，能夠比專利文獻(xiàn)2所記載的將數(shù)字信號(hào)輸出的編 碼器的情況更加小型化。進(jìn)而，由于在進(jìn)行主齒輪2以及副齒輪3的旋轉(zhuǎn) 角度的檢測(cè)時(shí)采用連續(xù)的模擬信號(hào)，因此相比采用離散化的數(shù)字信號(hào)的情 況能夠進(jìn)行分辨率更高的角度檢測(cè)。
接著，圖6表示在實(shí)施方式1中，針對(duì)檢測(cè)角度范圍R為1S00度的 情況使周期T1進(jìn)行各種變化的情況下的周期T2、齒輪比、容許誤差。另 外，在實(shí)施方式l中，由于TkT2，因此在計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角度O 時(shí)采用式(1)、 (2)，通過電壓信號(hào)的周期的變換在TbT2的情況下，采 用下面的式(3)、 (4)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)ei^e2時(shí)， o>=ei+Ti (e2—e1) /d ...... (3)
當(dāng)01>02時(shí)， <D = ei+Tl (e2 — ei) /d+Tl'T2/d ...... (4)
在圖6中，項(xiàng)目編號(hào)"1" "6"分別與周期T1為360/n (n為1 6 的整數(shù))的情況對(duì)應(yīng)。由于R二T1 T2/ I Tl—T2 I ，因此為了滿足R 二1800，對(duì)于各T1存在T1〈T2或者T1〉T2的兩個(gè)T2。并且，對(duì)于各T2 決定齒輪比k二m'T2/360和容許誤差。另外，m為用副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的 信號(hào)的周期除360的數(shù)值。圖6中，m二l。
齒輪比越小可使副齒輪越小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化、輕便化因 而為優(yōu)選。另一方面，若容許誤差越大，則由裝置的組裝精度和溫度特性 所引起的角度ei、 02的檢測(cè)誤差的容許量越大，是為優(yōu)選。如圖6所示， 齒輪比和容許誤差處于折衷(trade-off)的關(guān)系，在實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角 度檢測(cè)裝置l中，通過對(duì)主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的信號(hào)的周 期進(jìn)行變換，從而能夠?qū)X輪比和容許誤差設(shè)為最佳值。
.另外，在實(shí)施方式l中，雖然采用霍爾元件作為磁檢測(cè)元件，但也可 以根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的用途采用溫度特性小角度分辨率高的磁阻元 件。
并且，在實(shí)施方式l中，針對(duì)主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)4的輸出信號(hào)、副旋轉(zhuǎn) 檢測(cè)機(jī)構(gòu)6的輸出信號(hào)，相對(duì)于主齒輪2、副齒輪3的一周旋轉(zhuǎn)分別設(shè)置 為一個(gè)周期，但也可以是設(shè)置為不同的周期。
在此，圖7表示在實(shí)施方式1中，計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角度O)的處 理流程的一例。圖7的流程圖所示的數(shù)學(xué)式等是如上述實(shí)施方式1所示的 數(shù)學(xué)式等。以下，針對(duì)圖7所示的處理流程進(jìn)行說明。首先，信號(hào)處理機(jī) 構(gòu)5取得電壓值S1、 S2，并且信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7取得電壓值S3、 S4 (步驟 ST101)。接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)5對(duì)電壓值S1、 S2進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且信 號(hào)處理機(jī)構(gòu)7對(duì)電壓值S3、 S4進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換(步驟ST102)。接著，信號(hào) 處理機(jī)構(gòu)5計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化值Ml、M2(步驟ST103)，計(jì)算角度ei(步驟ST104)。 接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化值M3、 M4 (步驟ST105)，計(jì)算角度02 (步驟ST106)。接著，運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)8計(jì)算角度0 (步驟ST107)，輸出角度O (步驟ST108)。然后，重復(fù)步驟ST101 ST108。另外，實(shí)施方式 1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置1中的信號(hào)處理的流程并不限于此。另外，以下說 明的實(shí)施方式2中，也執(zhí)行與圖7的流程圖基本同樣的處理。 (實(shí)施方式2)
圖8為示意表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的剖面概略 圖。實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，與實(shí)施方式l同樣地，對(duì)作為被檢 測(cè)旋轉(zhuǎn)體的汽車的轉(zhuǎn)向軸的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)。
另外，實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置是如下一例，即，上述的(A) (D)信號(hào)中的
(A) 主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)
(B) 副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào) 中的至少一個(gè)信號(hào)的周期被設(shè)置成與主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)一周 的周期不同。
如圖8所示，旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置IOI，包括作為主旋轉(zhuǎn)體的環(huán)狀主 齒輪102，其通過將在與紙面垂直的方向延伸的轉(zhuǎn)向軸X嵌入中心部的孔 中來安裝并固定，且與轉(zhuǎn)向軸X—起旋轉(zhuǎn)；作為副旋轉(zhuǎn)體的副齒輪103， 其與主齒輪102嚙合并相對(duì)主齒輪102以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè) 機(jī)構(gòu)104，其將根據(jù)主齒輪102的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行周期性變化的連續(xù)信號(hào)輸出； 信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105，其采用主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104輸出的信號(hào)計(jì)算主齒輪102 的旋轉(zhuǎn)角度；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106，其將根據(jù)副齒輪103的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行周期 性變化的連續(xù)信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)107，其采用副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106 輸出的信號(hào)，計(jì)算副齒輪103的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)108，其基 于信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105、 107計(jì)算的主齒輪102以及副齒輪103的旋轉(zhuǎn)角度、 主齒輪102與副齒輪103之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、以及主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104 以及副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106輸出的信號(hào)的周期，計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角度。 另外，在此，主齒輪102與副齒輪103之間的齒輪比即旋轉(zhuǎn)比為5/9。另 外，符號(hào)109表示旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101的殼體。
主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104，包括安裝在主齒輪102中的環(huán)狀磁鐵104a、 以及在距離環(huán)狀磁鐵104a的表面僅0.5mm的位置在主齒輪102的旋轉(zhuǎn)中 心周圍以呈45度角度的方式配置的霍爾元件104b、 104c。同樣地，副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106，包括安裝在副齒輪103中的圓板狀的磁鐵106a、以及 在距離圓板狀磁鐵106a的表面僅0.5mm的位置在副齒輪103的旋轉(zhuǎn)中心 周圍以呈90度角度的方式配置的霍爾元件106b、 106c?；魻栐?04b、 104c、 106b、 106c被固定在旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101中。
環(huán)狀磁鐵104a，是一種將S極部分和N極部分交替地各兩處配置， 并按照在主齒輪2的旋轉(zhuǎn)方向每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩個(gè)周期的強(qiáng)度以正弦波狀 連續(xù)且周期性變化的磁場(chǎng)的方式著磁的四極磁鐵?；魻栐?04b、 104c， 對(duì)強(qiáng)度與主齒輪102的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行變化的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，并分別以 每旋轉(zhuǎn)一周兩個(gè)周期即周期數(shù)2輸出與磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。磁場(chǎng)強(qiáng) 度的變化的周期、即霍爾元件104b、 104c輸出的電壓信號(hào)的周期為用周 期數(shù)2除360度后的值即180度。另一方面，圓板狀磁鐵106a也是一種 將S極部分和N極部分交替逐個(gè)配置，并按照在副齒輪103的旋轉(zhuǎn)方向每 旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)周期的強(qiáng)度以正弦波狀連續(xù)且周期性變化的磁場(chǎng)的方 式著磁的雙極磁鐵。霍爾元件106b、 106c，對(duì)強(qiáng)度與副齒輪103的旋轉(zhuǎn)相 對(duì)應(yīng)地進(jìn)行變化的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，并分別以周期數(shù)1輸出與磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng) 的電壓信號(hào)。即，霍爾元件106b、 106c輸出的電壓信號(hào)的周期是以周期 數(shù)1除360度后的值即360度。
因此，若令旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101的主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104輸出的連續(xù) 信號(hào)的周期數(shù)為n，副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106輸出的連續(xù)信號(hào)的周期數(shù)為m， 則n二2， m=l。如后述，主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104輸出的信號(hào)的周期與副旋 轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106輸出的信號(hào)的周期乘以齒輪比所得到的周期之差的絕對(duì)值 越小，則旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101的軸X的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)角度范圍越大。 因此，旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101，具有更寬的檢測(cè)角度范圍。
針對(duì)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101進(jìn)行更進(jìn)一步具體說明。圖9為表示圖8 所示的主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104、副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106、信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105、 107、 運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)108的結(jié)構(gòu)的框圖?；魻栐?04b、 104c被施加通過放大 器A101放大后的電壓，并對(duì)與主齒輪2的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度的磁場(chǎng)進(jìn)行檢 測(cè)，將具有與所檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的電壓值的電壓信號(hào)輸出。放大器 A102、 A103，將霍爾元件104b、 104c輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大成為電壓 值SIOI、 S102，并輸出給具備微控制器的信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105。信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105，取得電壓信號(hào)后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并采用電壓值S101、 S102計(jì)算 主齒輪102的旋轉(zhuǎn)角度即ei01 ，向具備微控制器的運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)108輸出。 同樣地，施加了由放大器A104放大了的電壓的霍爾元件106b、 106c， 將具有與所檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相應(yīng)的電壓值的電壓信號(hào)輸出。放大器A105、 A106，將霍爾元件106b、 106c輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大后成為電壓值 S103、 S104，并輸出給具備微控制器的信號(hào)處理機(jī)構(gòu)107。信號(hào)處理機(jī)構(gòu) 107，取得電壓信號(hào)后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并采用電壓值S103、 S104計(jì)算副齒 輪103的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而計(jì)算出將該旋轉(zhuǎn)角度乘以旋轉(zhuǎn)比5/9而得到的角 度即ei02，并向運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)108輸出。然后，運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)108，采用
eioi、 ei02計(jì)算轉(zhuǎn)向軸x的旋轉(zhuǎn)角度o。
接著，參照?qǐng)D10 圖12針對(duì)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101檢測(cè)轉(zhuǎn)向軸X的 旋轉(zhuǎn)角度的方法具體進(jìn)行說明。首先，參照?qǐng)DIO針對(duì)計(jì)算主齒輪102的 旋轉(zhuǎn)角度的方法進(jìn)行說明。向信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105輸入的電壓信號(hào)的電壓值 SlOl、 S102，與例如圖10的上部的曲線圖所示的以180度為周期的正弦 曲線LIOI、 L102上的各一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中，橫軸表示以任 意的位置為基準(zhǔn)的主齒輪102的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示電壓信號(hào)的電壓。另 外，由于霍爾元件104b、 104c是在主齒輪102的旋轉(zhuǎn)中心的周圍以呈45 度的角度的方式配置的，因此正弦曲線LIOI、 L102的相位差為45度。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105，采用下式(101)、 (102)對(duì)電壓值SIOI、 S102進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。若令標(biāo)準(zhǔn)化后的值為MIOI、 M102，則
M101二 (S101 — S101avg) /S101p ...... (101)
M102二 (S102 — S102avg) / S102p ...... (102)
其中，S101avg、 S102avg分別為電壓信號(hào)的一個(gè)周期中的最大值與最 小值的平均值，S101p、 S102p分別為電壓信號(hào)的一個(gè)周期中的最大值和 最小值之間的差值。關(guān)于S101avg、 S102avg、 S101p、 S102p，在組裝調(diào) 整旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101時(shí)，使主齒輪102旋轉(zhuǎn)一周取得電壓信號(hào)的數(shù)據(jù)， 根據(jù)該數(shù)據(jù)求出各值，并使之存儲(chǔ)在信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105中。按照以上求出 的標(biāo)準(zhǔn)化值MIOI、 M102，與圖10的中間的曲線圖所示的以180度為周 期的正弦曲線L103、 L104上的各一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中，橫軸 表示以任意的位置為基準(zhǔn)的主齒輪102的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示標(biāo)準(zhǔn)化值。
22接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105，采用標(biāo)準(zhǔn)化值M101、M102計(jì)算主齒輪102
的旋轉(zhuǎn)角度eioi。 eioi的計(jì)算可以按照例如以下方式進(jìn)行。 首先，采用式(103)計(jì)算eioi。
ei01二0.5XArctan (M101/M102) +a ...... (103)
其中，當(dāng)M102〉0時(shí)，a=45度；當(dāng)M102< 0時(shí)，a=135度；當(dāng) M102二 0時(shí)，若M101X)，則9101=90度；若MIOKO,則0101=0度。
采用以上的方法計(jì)算的角度eioi，與圖io的下部的曲線圖所示的以
180度為周期的鋸齒狀曲線L105上的一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中橫 軸表示以任意的位置為基準(zhǔn)的主齒輪102的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示計(jì)算出的 主齒輪102的旋轉(zhuǎn)角度。
接著，針對(duì)計(jì)算副齒輪103的旋轉(zhuǎn)角度的方法進(jìn)行說明。該方法與計(jì) 算主齒輪102的旋轉(zhuǎn)角度的方法大致相同。向信號(hào)處理機(jī)構(gòu)107輸入的電 壓信號(hào)的電壓值S103、 S104，與例如圖11的上部的曲線圖所示的以360 度為周期的正弦曲線L106、 L107上的各一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中， 橫軸表示以任意的位置為基準(zhǔn)的副齒輪3的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示電壓信號(hào) 的電壓。另外，正弦曲線L106、 L107的相位差為90度。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)7，采用下式(104)、 (105)將電壓信號(hào)S103、 S104標(biāo)準(zhǔn)化為值M103、 M104。 '
M103= (S103 —S103avg) / S103p ...... (104)
M104二 (S104 — S104avg) / S104p ...... (105)
其中，S103avg、S104avg分別為電壓信號(hào)的最大值和最小值的平均值， S103p、 S104p分別為電壓信號(hào)的最大值和最小值之間的差，在組裝調(diào)整 旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101時(shí)，使副齒輪3旋轉(zhuǎn)一周取得電壓信號(hào)的數(shù)據(jù)，根 據(jù)該數(shù)據(jù)求出各值，使之存儲(chǔ)在信號(hào)處理機(jī)構(gòu)107中。標(biāo)準(zhǔn)化值M103、 M104，與圖11的中間的曲線圖所示的以360度為周期的正弦曲線L108、 L109上的各一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，橫軸表示以任意的位置為基準(zhǔn)的副齒輪103 的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示標(biāo)準(zhǔn)化值。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)107，采用標(biāo)準(zhǔn)化值M103、 M104計(jì)算副齒輪103 的旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而計(jì)算將旋轉(zhuǎn)角度乘以齒輪比而得到的角度6102。 9102的計(jì)算可以按照例如如下方式進(jìn)行。
首先，采用式(106)計(jì)算e。
e二Arctan (M103/M104) +a ...... (106)
其中，當(dāng)M104X)時(shí)，a=90度；當(dāng)M104<0時(shí)，a=270度；當(dāng) M104二0時(shí)，若M103X)，則e二180度；若M103〈0，則e二O度。
然后，將e乘以齒輪比5/9計(jì)算ei02。
按照以上方法計(jì)算的角度0102與圖11的下部的曲線圖所示的以200 度為周期的鋸齒狀曲線L110上的一點(diǎn)對(duì)應(yīng)。另外，在該曲線圖中，橫軸 表示以任意的位置為基準(zhǔn)的副齒輪103的旋轉(zhuǎn)角度，縱軸表示將計(jì)算出的 副齒輪103的旋轉(zhuǎn)角度乘以齒輪比而得到的角度。
接著，信號(hào)處理機(jī)構(gòu)105、 107，將如上述方式求出的角度ei01、 0102 分別輸出給運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)108。在實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101中， 由于如上述這樣主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104輸出的信號(hào)的周期T101為180度、 副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106輸出的信號(hào)的周期乘以齒輪比5/9所得到的周期T102 為200度，所以運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)108，將周期TlOl、 T102的周期差作為d 二 I T101—T102 I ，采用式(107)以及(108)計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角 度0>。
當(dāng)ei02^ei01時(shí)，
O> = 01O1+T1O1 (6101 — 0102) /d ...... (107)
當(dāng)eio2>eioi時(shí)，
<D = 01O1+T1O1 (eiOl — 0102) /d+T101 T102/d ...... (108)
在此，針對(duì)當(dāng)ei02^ei01時(shí)，角度eioi、 0102、周期tioi、 Ti02、
周期差d、旋轉(zhuǎn)角度O)的關(guān)系，參照?qǐng)D12進(jìn)行說明。圖12的橫軸表示轉(zhuǎn) 向軸X的旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)角度范圍R二TIOI T102/ I T101—T102 I 二 1800度。鋸齒狀曲線Llll是將圖10的鋸齒狀曲線L105在檢測(cè)角度范圍 R內(nèi)排列IO個(gè)周期所形成的。其中，縱軸表示一個(gè)周期對(duì)應(yīng)的比率，當(dāng) 角度為180度時(shí)，比率為100%。另一方面，鋸齒狀曲線L112是將圖11 的鋸齒狀曲線L110在檢測(cè)角度范圍R內(nèi)排列9個(gè)周期所形成的。其中， 縱軸表示一個(gè)周期對(duì)應(yīng)的比率，當(dāng)角度為200度時(shí)，比率為100%。另外， 對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度O)，將鋸齒狀曲線Llll和L112的相位一致的位置設(shè)為0度。
24這時(shí)，即使在O為1800度的位置，鋸齒狀曲線Llll和L112的相位也一 致。
例如，針對(duì)主齒輪102、副齒輪103，如圖12所示分別計(jì)算角度ei01、 0102。另一方面，采用式(107)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度O。這種情況下，主齒輪
102與副齒輪103之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度即(eioi—ei02)表示旋轉(zhuǎn)角度o
時(shí)的鋸齒狀曲線Llll、 L112的相位的偏離。并且，由于鋸齒狀曲線Llll 和L112在每次主齒輪102旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期時(shí)相位僅偏離周期差d，因此(ei01
一ei02) /d為表示旋轉(zhuǎn)角度o包含主齒輪多少周期的旋轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)式，取整
數(shù)值。具體來說，關(guān)于主齒輪102、副齒輪103，周期T101、 T102分別為 180度、200度，因此d二20度。S卩，若主齒輪102旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期，則鋸 齒狀曲線L111和L112的相位偏離20度。圖12中，由于旋轉(zhuǎn)角度O為主
齒輪從旋轉(zhuǎn)3個(gè)周期的狀態(tài)進(jìn)一步僅旋轉(zhuǎn)角度eioi的值，因此(eioi —
0102) /d=3。即，角度ei01、 6102、周期T101、 T102、周期差d、旋轉(zhuǎn) 角度0具有上述那樣的關(guān)系，因此可以采用式(107)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度O。 另外，當(dāng)0102>0101時(shí)，由于表示旋轉(zhuǎn)角度O包含主齒輪的多少周期的旋 轉(zhuǎn)并取整數(shù)值的數(shù)學(xué)式為(T102—(0102 — 0101)} /d，因此采用式(108) 計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度O。
這樣，檢測(cè)角度范圍R由R=T101 T102 / I T101—T102 I決定， 齒輪比k由T102'm/ 360決定。這樣，若I T101—T102 I越小，則R越 大，檢測(cè)范圍越廣。因此，要使R變大，則需要使T101和T102的值接 近使差值變小，但若T101變大、即周期數(shù)n為1且T101為360度，或若 m變大，則齒輪比變大，齒輪變得大型化。例如，如上述的以往的旋轉(zhuǎn)角 度檢測(cè)裝置，當(dāng)主齒輪和副齒輪各自的周期數(shù)為1，即n二m^l時(shí)，若設(shè) 定檢測(cè)角度范圍R為1800度，則齒輪比必須是5/4或者5/6，副齒輪106 的大小必須與主齒輪102差不多。另一方面，由于主齒輪102通過嵌入轉(zhuǎn) 向軸X而固定，因此要使主齒輪2的大小變小則會(huì)存在限制。因此，要實(shí) 現(xiàn)上述的齒輪比，必須使副齒輪變大，因而裝置變得大型化。但是，旋轉(zhuǎn) 角度檢測(cè)裝置101中，由于主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104輸出的連續(xù)信號(hào)的周期數(shù) n為2，且副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106輸出的連續(xù)信號(hào)的周期數(shù)m為1，因此在 相同的檢測(cè)范圍內(nèi)，能夠設(shè)置副齒輪106更小。m盡量為1時(shí)，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)變簡(jiǎn)易，因此是為優(yōu)選。
如以上所說明，實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101，能夠?qū)崿F(xiàn)很廣
的檢測(cè)角度范圍而不會(huì)導(dǎo)致裝置大型化。并且，在旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101 中，主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)104以及副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)106，將與主齒輪102或者 副齒輪103的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的連續(xù)的模擬信號(hào)輸出。因此， 與以往的采用將數(shù)字信號(hào)輸出的編碼器的情況相比，不必采用形成多條狹 縫的圓盤狀的轉(zhuǎn)子，因而能夠小型化。并且，實(shí)施方式2中，從主旋轉(zhuǎn)檢 測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的電壓信號(hào)的周期數(shù)越多，周期越短，則能夠?qū)崿F(xiàn)分辨率越高 的角度檢測(cè)。其原因在于，在將與應(yīng)檢測(cè)的角度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)輸入微控 制器時(shí)的A/D轉(zhuǎn)換的分辨率為滿量程(foil scale)例如固定為10位，因 此電壓信號(hào)的周期越短，由該10位應(yīng)檢測(cè)的角度范圍越小。進(jìn)一步，旋 轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置101由于采用霍爾元件作為磁檢測(cè)元件，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更 加小型化、輕便化、低成本化。
另外，在實(shí)施方式2中，式(107)和下述式(107a)、式(108)和 下式(108a)為等效式，因此也可以代替式(107)采用式(107a)計(jì)算 旋轉(zhuǎn)角度O，也可以代替式(108)采用式(108a)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度O。
<D>=01O2+T1O2 (0101—0102) /d ...... (107a)
(D = ei02+T102 (eiO卜0102) /d+T101 T102/d ...... (108a)
并且，實(shí)施方式2中由于T10kT102，因此在計(jì)算轉(zhuǎn)向軸X的旋轉(zhuǎn)角 度時(shí)采用式(107)、 (108),但在T101〉T102時(shí)，可以采用下式(109)、 (110)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度。
當(dāng)eioi^ei02時(shí)，
O = 01O1+T1O1 (0102 — 6101) /d ...... (109)
當(dāng)eioi〉ei02時(shí)，
O=01O1+T1O1 (0102—0101) /d+T101 T102/d ...... (110)
并且，在上述實(shí)施方式中雖然采用霍爾元件作為磁檢測(cè)元件，但根據(jù) 旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的用途也可以采用溫度特性小、角度分辨率高的磁阻元 件。
進(jìn)而，作為上述實(shí)施方式2的變形例，若令檢測(cè)角度范圍R為1800 度、周期數(shù)m為l、周期數(shù)n為3，則T102二112.5，齒輪比為5/16，進(jìn)而能夠使副齒輪變小。要使n為3，作為安裝在主齒輪中的環(huán)狀磁鐵，只 要采用將S極部分和N極部分交替地各三處配置，并按照在主齒輪的旋轉(zhuǎn) 方向每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生3個(gè)周期的強(qiáng)度以正弦波狀連續(xù)且周期性變化的磁場(chǎng) 的方式著磁的六極磁鐵即可。另外，m不限于l，可以是2以上比n小的 值，但要使副齒輪小型化則優(yōu)選1。 n以及m的值，通過適當(dāng)配置安裝在 主齒輪或者副齒輪中的磁鐵的S極的部分和N極的部分，便能夠容易地設(shè) 置為所希望的值。
另外，上述各實(shí)施方式中雖然采用將連續(xù)的模擬信號(hào)輸出的裝置作為 主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，但也可以采用將編碼器等的數(shù)字信 號(hào)輸出的裝置作為主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)或者副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，并對(duì)所輸出的數(shù) 字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理。進(jìn)一步，還可以采用將實(shí)施方式1和實(shí)施方式2組 合的實(shí)施方式。
工業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，能夠適于對(duì)汽車的轉(zhuǎn)向軸等被檢測(cè)旋轉(zhuǎn) 體的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)的情況。
權(quán)利要求
1. 一種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，對(duì)被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于，包括主旋轉(zhuǎn)體，其被安裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，其相對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，其采用上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)，計(jì)算上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，其基于上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度、和上述主旋轉(zhuǎn)體與上述副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度，以下的(A)～(D)信號(hào)中的至少一個(gè)信號(hào)的周期被設(shè)置成與上述主旋轉(zhuǎn)體或者上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)一周的周期不同，(A)上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)(B)上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)(C)在上述信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)(D)在上述信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)。
2. —種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，對(duì)被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)， 其特征在于，包括-主旋轉(zhuǎn)體，其被安裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起 旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，其相對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)； 主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變 化的信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，其對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸 出的信號(hào)的周期進(jìn)行變換，并采用該信號(hào)計(jì)算該變換后的周期內(nèi)的上述主 旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，其基于上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角 度、上述主旋轉(zhuǎn)體與上述副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、以及上述變換后 的周期，計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
3. —種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，對(duì)被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)， 其特征在于，包括主旋轉(zhuǎn)體，其被安裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起 旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，其相對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變 化的連續(xù)的信號(hào)輸出；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其將與上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變 化的連續(xù)的信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，其采用上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu) 輸出的信號(hào)，計(jì)算上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，其基于上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角 度、上述主旋轉(zhuǎn)體與上述副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、和上述主旋轉(zhuǎn)檢 測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)的周期，計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn) 體的旋轉(zhuǎn)角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 上述變換后的周期，是按照使上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的容許誤差和上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)角度范圍成為所 希望的值的方式所決定的周期。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，上述運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，若令上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度為ei,上述所計(jì)算的副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度乘以上述規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比而得到的角度為 上述變換后的主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的信號(hào)的周期為T1，上述變換后的副旋 轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的信號(hào)的周期乘以上述規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比而得到的周期為T2 (Tl ^T2)，周期T1和T2的差值的絕對(duì)值I Tl—T2 |為d，則采用下述式(1 ) (4)計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度(D: 當(dāng)T1<T2、 e2^ei時(shí)，d>=ei+Ti (ei—e2) /d ...... (i)當(dāng)TKT2、 92>01時(shí)， (D二ei+Tl (e卜02) /d+Tl'T2/d ...... (2)當(dāng)ti〉t2、 ei蕓e2時(shí)，(D=ei+Tl (02 — 01) /d ...... (3)當(dāng)T1〉T2、 ei〉02時(shí)， 0 = ei+Tl (62 —ei) /d+Tl'T2/d ...... (4)。
6. —種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，對(duì)被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于，包括主旋轉(zhuǎn)體，其被安裝在上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，其相對(duì)上述主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比進(jìn)行旋轉(zhuǎn)； 主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其相對(duì)于上述主旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周以周期數(shù)n輸出根據(jù)上述主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而周期性變化的連續(xù)信號(hào)，其中n為2以上的整數(shù)； 副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其相對(duì)于上述副旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周以周期數(shù)m輸出根據(jù)上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而周期性變化的連續(xù)信號(hào)，其中m為小于n且在1以上的整數(shù)；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，其采用上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu) 所輸出的信號(hào)，計(jì)算上述主旋轉(zhuǎn)體以及上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，其基于上述所計(jì)算的主旋轉(zhuǎn)體或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角 度、上述主旋轉(zhuǎn)體和上述副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度、和上述主旋轉(zhuǎn)檢 測(cè)機(jī)構(gòu)以及上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)的周期，計(jì)算上述被檢測(cè)旋轉(zhuǎn) 體的旋轉(zhuǎn)角度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，上述m為1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 6、 7中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其 特征在于，上述主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)或者上述副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，具備磁鐵，其被安裝在上述主旋轉(zhuǎn)體或者上述副旋轉(zhuǎn)體上，并在旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生強(qiáng)度連續(xù)且周期性地變化的磁場(chǎng)；以及兩個(gè)磁檢測(cè)元件，其在上述磁鐵的附近按照在上述主旋轉(zhuǎn)體或者上述副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心的周圍呈規(guī)定的角度的方式配置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 上述磁檢測(cè)元件是霍爾元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 上述磁檢測(cè)元件是磁阻元件。
全文摘要
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，包括主旋轉(zhuǎn)體，被安裝在被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，與該被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體一起旋轉(zhuǎn)；副旋轉(zhuǎn)體，相對(duì)主旋轉(zhuǎn)體以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)比旋轉(zhuǎn)；主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，將與主旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，將與副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行周期性變化的信號(hào)輸出；信號(hào)處理機(jī)構(gòu)，采用主以及副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)，計(jì)算主以及副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以及運(yùn)算處理機(jī)構(gòu)，基于所計(jì)算的主或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度、和主以及副旋轉(zhuǎn)體之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算被檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度；以下的(A)～(D)信號(hào)中的至少一個(gè)信號(hào)的周期被設(shè)置成與主或者副旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)一周的周期不同。(A)主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)；(B)副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)；(C)在信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自主旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)；(D)在信號(hào)處理機(jī)構(gòu)中所處理的來自副旋轉(zhuǎn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)。
文檔編號(hào)G01B7/30GK101466996SQ20078002218
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者安倍文彥, 田中賢吾, 金東治 申請(qǐng)人:古河電氣工業(yè)株式會(huì)社