JP2005061964A - Rotation angle sensor - Google Patents
Rotation angle sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005061964A JP2005061964A JP2003291565A JP2003291565A JP2005061964A JP 2005061964 A JP2005061964 A JP 2005061964A JP 2003291565 A JP2003291565 A JP 2003291565A JP 2003291565 A JP2003291565 A JP 2003291565A JP 2005061964 A JP2005061964 A JP 2005061964A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- range
- detection
- wide
- narrow
- rotation angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 141
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 68
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 65
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Power Steering Mechanism (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
【課題】 高精度に回転体の回転角度を検出することのできる回転角センサを提供する。
【解決手段】 中継電極基板3は、円周方向を所定の広範囲角度で等分割し、分割された各領域のうちのいくつかの領域に電極を形成することにより、全体で所望の電極パターンを形成する広範囲中継電極11と、円周方向に沿って所定の間隔で形成された狭範囲中継電極12とを備える。また、送受信電極基板4は、広範囲角度検出用の検出用信号を送信すると共に、広範囲中継電極11にて中継された検出用信号を受信する広範囲検出用送信電極13、受信電極14と、円周方向に沿って配置され、径方向に対向する2つの電極を有し、且つ前記2つの電極は、径方向の幅が円周方向に移動するにつれて徐々に変化する形状を有し、狭範囲角度検出用の検出信号を送信すると共に、前記狭範囲中継電極にて中継された検出信号を受信する狭範囲検出用送信電極15、受信電極16を備える。
【選択図】 図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle sensor capable of detecting a rotation angle of a rotating body with high accuracy.
A relay electrode substrate 3 is formed by equally dividing a circumferential direction at a predetermined wide-range angle and forming electrodes in some of the divided regions, thereby forming a desired electrode pattern as a whole. A wide-area relay electrode 11 to be formed and a narrow-area relay electrode 12 formed at a predetermined interval along the circumferential direction are provided. The transmission / reception electrode substrate 4 transmits a detection signal for wide-range angle detection, and receives a detection signal relayed by the wide-range relay electrode 11, a wide-range detection transmission electrode 13, a reception electrode 14, and a circumference. The two electrodes are arranged along the direction and opposed in the radial direction, and the two electrodes have a shape that gradually changes as the radial width moves in the circumferential direction. A narrow-range detection transmitting electrode 15 and a receiving electrode 16 are provided for transmitting a detection signal for detection and receiving a detection signal relayed by the narrow-range relay electrode.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角センサに関する。 The present invention relates to a rotation angle sensor that detects a rotation angle of a rotating body.
回転体の回転角度を検出するための回転角センサとして、従来より例えば特開平10−213411号公報(特許文献1)に記載されたものが知られている。図11は、特許文献1に記載された回転角度検出装置の構成を示す説明図であり図示のように、回転軸101の周囲には、周方向に沿って幅が変化する回転電極102が設けられ、且つこの回転電極102の外周部となる固定側には、幅狭の固定電極103が設けられる。そして、回転軸101の回転角度に応じて、回転電極102と固定電極103との間の静電容量が変化するので、2つの電極間の静電容量を測定することにより、回転軸101の回転角度を求めることができる。
しかしながら、上述した特許文献1に開示された従来例では、回転軸101と固定電極103との間に軸ずれが生じると、回転角度の検出精度が悪くなるという問題がある。また、1パターンの回転電極102のみで回転軸101の回転角度を求める方式であるので、信頼性に欠けるという問題がある。
However, in the conventional example disclosed in
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、回転体の回転角度を高精度の検出することのできる回転角センサを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor capable of detecting the rotation angle of a rotating body with high accuracy. is there.
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、回転体の回転角度を検出する回転角センサにおいて、前記回転体の回転軸に取り付けられた第1の円盤と、固定側に取り付けられ、前記第1の円盤と近接して対向配置される第2の円盤とを有し、前記第1の円盤は、円周方向を所定の広範囲角度で等分割し、分割された各領域のうちのいくつかの領域に電極を形成することにより、全体で所望の電極パターンを形成する広範囲中継電極と、円周方向に沿って所定の間隔で形成された狭範囲中継電極と、を備え、前記第2の円盤は、前記広範囲中継電極と対向する位置に等角度間隔で複数個配置され、広範囲角度検出用の検出用信号を送信すると共に、前記広範囲中継電極にて中継された検出用信号を受信する広範囲検出用送受信手段と、円周方向に沿って配置され、径方向に対向する2つの電極を有し、且つ前記2つの電極は、径方向の幅が円周方向に移動するにつれて徐々に変化する形状を有し、狭範囲角度検出用の検出信号を送信すると共に、前記狭範囲中継電極にて中継された検出信号を受信する狭範囲検出用送受信手段と、を備え、更に、前記広範囲検出用送受信手段、及び前記狭範囲検出用送受信手段に送信信号を出力し、且つ、受信された受信信号を処理して、前記回転体の回転角度を求める制御手段を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に記載の発明は、前記広範囲中継電極は、前記広範囲角度毎に、電極の有無を設定することにより、前記広範囲検出用送受信手段との対向関係が、前記広範囲角度移動する毎に全て相違するように設定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the wide range relay electrode is configured so that the opposing relationship with the wide range detection transmitting / receiving means is all changed by moving the wide range angle by setting the presence / absence of an electrode for each wide range angle. It is characterized by setting differently.
請求項3に記載の発明は、前記狭範囲検出用送受信手段が有する2つの電極は、それぞれ直角三角形状に構成され、各直角三角形の斜辺どうしが向き合って配置されることを特徴とする。
The invention described in
請求項4に記載の発明は、前記狭範囲中継電極は、狭幅の棒状に形成され、前記制御手段は、前記狭範囲中継電極と、前記狭範囲検出用送受信手段が有する2つの電極との間の静電容量に基づいて、前記広範囲角度よりも小さい角度を検出することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the narrow range relay electrode is formed in a narrow bar shape, and the control means includes the narrow range relay electrode and two electrodes of the narrow range detection transmitting / receiving means. An angle smaller than the wide-range angle is detected based on the capacitance between them.
請求項5に記載の発明は、前記狭幅検出用送受信手段が有する2つの電極の、円周方向に沿った円弧に対する中心角は、前記広範囲角度よりも大きいことを特徴とする。
The invention described in
請求項6に記載の発明は、前記狭幅検出用送受信手段は、前記円弧に対する中心角とは異なる角度を隔てて2つ配置されたことを特徴とする。 The invention described in claim 6 is characterized in that two of the narrow width detecting transmission / reception means are arranged at an angle different from the central angle with respect to the arc.
請求項7に記載の発明は、前記回転軸と同軸的に配置され、且つ該回転軸に対して回転可能な第3の円盤を更に備え、前記第2の円盤は、周回数検出用の信号を送受信する周回数検出用送受信手段を備え、前記第3の円盤は、前記第1の円盤に対して所定の減速比で回転し、前記周回数検出用送受信手段より出力される検出用信号を中継する周回数中継電極を備え、前記周回数検出用送受信手段より、周回数検出用の検出信号を送信すると共に、前記周回数中継電極にて中継された検出信号を受信し、前記制御手段は、受信された検出信号に基づいて、前記回転軸の周回数を求めることを特徴とする。 The invention according to claim 7 further includes a third disk that is arranged coaxially with the rotating shaft and is rotatable with respect to the rotating shaft, wherein the second disk is a signal for detecting the number of turns. The third disk rotates at a predetermined reduction ratio with respect to the first disk, and the detection signal output from the circulation number detecting transmission / reception means is provided. The circuit includes a circulation number relay electrode to be relayed, transmits a detection signal for the number of circulation detection from the circulation number detection transmission / reception means, receives a detection signal relayed by the circulation number relay electrode, and the control means The number of rotations of the rotating shaft is obtained based on the received detection signal.
請求項8に記載の発明は、前記第3の円盤は、前記第2の円盤の前記第1の円盤と対向する面とは反対側の面に、所定距離を隔てて対向配置されることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, the third disk is disposed opposite to a surface of the second disk opposite to the surface facing the first disk with a predetermined distance therebetween. Features.
請求項9に記載の発明は、前記周回数中継電極は、円周方向に沿って、前記第1の円盤1回転分に相当する角度毎に区分され、前記区分された領域に形成される中継電極は、前記周回数検出用送受信手段と対向する面積がそれぞれ相違することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, the number-of-turns relay electrode is divided at an angle corresponding to one rotation of the first disk along the circumferential direction, and is formed in the divided area. The electrodes are different from each other in the area facing the transmitting / receiving means for detecting the number of turns.
請求項10に記載の発明は、前記制御手段は、前記周回数検出用送受信手段と前記周回数中継電極との間の静電容量を検出し、この静電容量に基づいて、前記第1の円盤の周回数を求めることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, the control unit detects a capacitance between the circulation number detecting transmission / reception unit and the circulation number relay electrode, and based on the capacitance, the first It is characterized by obtaining the number of rounds of the disk.
請求項11に記載の発明は、前記回転体は、車両に搭載されるステアリングシャフトであることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, the rotating body is a steering shaft mounted on a vehicle.
本発明に係る回転角センサでは、広範囲検出用送受信手段より送信した検出用信号が広範囲中継電極にて中継された信号を受信するので、広範囲として設定した角度(例えば、15度)毎の、回転体の回転角度を求めることができる。更に、狭範囲検出用送受信手段より送信した検出用信号が狭範囲中継電極にて中継された信号を受信するので、広範囲よりも小さい角度を検出することができ、回転体の回転角度を高精度に求めることができる。 In the rotation angle sensor according to the present invention, since the detection signal transmitted from the wide-range detection transmitting / receiving means receives the signal relayed by the wide-area relay electrode, the rotation at every angle set as a wide range (for example, 15 degrees). The rotation angle of the body can be obtained. Furthermore, since the detection signal transmitted from the narrow-range detection transmission / reception means receives the signal relayed by the narrow-range relay electrode, it is possible to detect an angle smaller than a wide range and to accurately detect the rotation angle of the rotating body. Can be requested.
また、広範囲として設定した角度毎に、広範囲検出用送受信手段にて受信される信号が異なるように設定することにより、広範囲角度を一意的に特定することができ、より一層検出精度を向上させることができる。 In addition, by setting the signals received by the wide-range detection transmission / reception means to be different for each angle set as a wide range, it is possible to uniquely identify the wide-range angle and further improve the detection accuracy. Can do.
更に、狭範囲中継電極を2つの直角三角形状とし、これらの斜辺を向き合わせた形状とすることにより、狭幅の棒状に形成された狭範囲中継電極との間の静電容量が、回転体の微小な角度変化に伴って変化するので、狭範囲での角度検出精度を向上させることができる。 Furthermore, by forming the narrow-area relay electrode into two right-angled triangles and facing these hypotenuses, the capacitance between the narrow-area relay electrode and the narrow-area relay electrode formed in a narrow bar shape can be reduced. Therefore, the angle detection accuracy in a narrow range can be improved.
また、狭幅検出用送受信手段が有する2つの電極の円周方向に沿った円弧に対する中心角が、広範囲として設定した角度(例えば、15度)よりも大きい角度(例えば、45度)として設定することにより、広範囲検出用送受信手段にて検出された広範囲毎の角度の前後に余裕分を見て狭範囲での角度検出が行われるので、たとえ広範囲検出用送受信手段にて検出誤差が発生した場合でも、これを補った角度検出が可能となる。 Further, the center angle of the two electrodes of the narrow width detecting transmission / reception means with respect to the arc along the circumferential direction is set to an angle (for example, 45 degrees) larger than an angle (for example, 15 degrees) set as a wide range. Therefore, angle detection is performed in a narrow range with a margin before and after each wide angle detected by the wide-range detection transmission / reception means, so even if a detection error occurs in the wide-range detection transmission / reception means However, angle detection that compensates for this is possible.
更に、狭範囲検出用送受信手段を2つ配置し、両者の間隔部分の中心角をこの狭範囲検出用送受信手段の中心角(例えば、45度)とは異なる角度(例えば、30度)として設定することにより、2つの狭範囲検出用送受信手段では、位相差の存在する信号を受信することができる。そして、この位相差に基づいて、検出エラーが生じているかどうかを判定することができるので、検出精度をより一層向上させることができる。 Further, two narrow range detecting transmission / reception means are arranged, and the central angle between the two is set as an angle (for example, 30 degrees) different from the central angle (for example, 45 degrees) of the narrow range detection transmitting / receiving means. By doing so, the two narrow-range detection transmitting / receiving means can receive a signal having a phase difference. Since it can be determined whether or not a detection error has occurred based on this phase difference, the detection accuracy can be further improved.
また、第1の円盤に対して減速して回転する第3の円盤を配置し、周回数検出用送受信手段より出力される検出用信号が周回数中継電極を中継した信号を受信することにより、回転体の周回数を検出することができるので、複数回転する回転体の複数回転に亘る絶対的な回転角を求めることができる。 In addition, by arranging a third disk that rotates at a reduced speed with respect to the first disk, the detection signal output from the circulation number detection transmitting / receiving means receives a signal obtained by relaying the circulation number relay electrode, Since the number of rotations of the rotating body can be detected, an absolute rotation angle over a plurality of rotations of the rotating body that rotates a plurality of times can be obtained.
更に、周回数中継電極を、第1の回転円盤の1回転分に相当する角度毎に分割し、この角度毎に周回数検出用送受信手段と対向する面積が異なるように設定し、周回数中継電極と周回数検出用送受信手段との間の静電容量に基づいて、回転体の周回数を求めるようにしているので、より高精度な周回数検出が可能となる。 Furthermore, the circulation relay electrode is divided for each angle corresponding to one rotation of the first rotating disk, and the area facing the circulation detection transmitting / receiving means is set to be different for each angle. Since the number of rotations of the rotating body is obtained based on the electrostatic capacitance between the electrode and the number-of-turns detecting transmission / reception means, it is possible to detect the number of rotations with higher accuracy.
また、回転体として、車両のステアリングシャフトの回転角を求めるようにすれば、全体で4〜5回転するステアリングシャフトの絶対的な回転角度を高精度に求めることができる。 Further, if the rotation angle of the steering shaft of the vehicle is obtained as the rotating body, the absolute rotation angle of the steering shaft that rotates 4 to 5 in total can be obtained with high accuracy.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る回転角センサの、構成を示す斜視図である。同図に示すように、該回転角センサ1は、車両のステアリングシャフト等の回転軸(回転体)2の回転角度を検出するものであり、回転軸2と共に回転する中継電極基板(第1の円盤)3と、この中継電極基板3と所定の間隔を持って対向配置され、回転軸2と共に回転しない固定側に設けられた送受信電極基板(第2の円盤)4と、を備えている。更に、送受信電極基板4は、制御回路(制御手段)5に接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a rotation angle sensor according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
図2(a)は、送受信電極基板4の、中継電極基板3と対向する面の構成を示す説明図、同図(b)は、中継電極基板3の、送受信電極基板4と対向する面の構成を示す説明図である。なお、同図(a)、(b)は、互いに向き合う面を示している。従って、符号「A」と符号「A′」が向き合い、符号「B」と符号「B′」が向き合うことになる。
2A is an explanatory diagram showing the configuration of the surface of the transmission / reception electrode substrate 4 facing the
同図(b)に示すように、中継電極基板3の内周側には、広範囲中継電極11が形成され、外周側には、狭範囲中継電極12が形成されている。広範囲中継電極11は、円周(360度)に沿って、15度単位で形成される所定の電極パターン11a〜11eを備えている。
As shown in FIG. 2B, a wide-area relay electrode 11 is formed on the inner peripheral side of the
電極パターン11aは、中心角30度の円弧状に形成され、電極パターン11bは、中心角15度の円弧状に形成され、電極パターン11cは、中心角30度の円弧状に形成され、電極パターン11dは、中心角75度の円弧状に形成され、更に、電極パターン11eは、中心角15度の円弧状に形成されている。
The
また、電極パターン11a、11b間には、中心角30度分の空間が設けられ、電極パターン11b、11c間には、中心角60度分の空間が設けられ、電極パターン11c、11d間には、中心角30度分の空間が設けられ、電極パターン11d、11e間には、中心角60度分の空間が設けられ、更に、電極パターン11e、11a間には、中心角15度分の空間が設けられている。
A space for a central angle of 30 degrees is provided between the
他方、狭範囲中継電極12は、狭幅の棒状電極として構成され、円周に沿って45度間隔で8個形成されている。
On the other hand, the narrow-
また、図2(a)に示すように、送受信電極基板4の内周側の、前述した広範囲中継電極11と対向する位置には、それぞれ30度ずつ間隔をおいて配置された5個の広範囲検出用送信電極13-1〜13-5、及び広範囲検出用受信電極14-1〜14-5が形成されている。 Further, as shown in FIG. 2 (a), five wide areas arranged at intervals of 30 degrees at positions facing the above-described wide-area relay electrode 11 on the inner peripheral side of the transmission / reception electrode substrate 4 are provided. Detection transmission electrodes 13-1 to 13-5 and wide-range detection reception electrodes 14-1 to 14-5 are formed.
更に、送受信電極基板4の外周側の、前述した狭範囲中継電極12と対向する位置には、2つの狭範囲検出用送信電極15-1,15-2、及び狭範囲検出用受信電極16-1,16-2が設けられている。各狭範囲検出用送信電極15-1,15-2、及び狭範囲検出用受信電極16-1,16-2は、それぞれ中心角45度の円弧状に形成され、2つの狭範囲検出用送信電極15-1と15-2との間は、中心角30度分の空間が設けられている。
Further, two narrow-range detection transmission electrodes 15-1 and 15-2 and a narrow-range detection reception electrode 16- are provided at positions on the outer peripheral side of the transmission / reception electrode substrate 4 that face the narrow-
また、図3に示すように、狭範囲検出用送信電極15-1,15-2は、2つの直角三角形状をなす第1の電極15aと第2の電極15bとに分離されており、各電極15a、15bの斜辺どうしが向き合って配置されている。そして、狭範囲中継電極12との相対的な位置関係に応じて、第1の電極15aと狭範囲中継電極12との間の静電容量C1、及び第2の電極15bと狭範囲中継電極12との間の静電容量C2が変化するようになっている。
Further, as shown in FIG. 3, the narrow-range detection transmitting electrodes 15-1 and 15-2 are separated into two electrodes, a
図4は、制御回路5の構成を示すブロック図である。同図に示すように、該制御回路5は、制御中枢となるマイコン5aと、各広範囲検出用送信電極13-1〜13-5に検出用のパルス信号を出力すると共に、各広範囲検出用受信電極14-1〜14-5で受信された信号を検出する広範囲信号検出回路5bと、各狭範囲検出用送信電極15-1,15-2に検出用のパルス信号を出力すると共に、各狭範囲検出用受信電極16-1,16-2にて受信された信号を検出する狭範囲信号検出回路5cと、広範囲信号検出回路5bより出力されるデジタル信号を時分割処理するマルチプレクサ5dを備えている。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the
次に、上述のように構成された本実施形態に係る回転角センサ1の作用について説明する。
Next, the operation of the
回転軸2が回転すると、回転軸2と共に回転する中継電極基板3と、固定されている送受信電極基板4との間の相対的な位置関係が変化する。ここで、図2(a)、(b)に示した状態で2つの基板3,4が向き合った位置、即ち、符号「A」と「A′」、符号「B」と「B′」とが互いに向き合った状態を、回転角度0度とし、同図(b)の矢印「Y1」に示した方向が正方向の回転であるとする。
When the
いま、中継電極基板3の回転角度が0度〜15度の範囲にあるときには、5個の広範囲検出用受信電極14-1〜14-5のうち、電極14-4が広範囲中継電極11aと対向し、その他の電極14-1〜14-3,14-5は、どの広範囲中継電極11a〜11eとも対向しない。従って、広範囲検出用受信電極14-4でのみ受信信号が検出されることになる。
Now, when the rotation angle of the
更に、中継電極基板3の回転角度が15度〜30度の範囲にあるときには、5個の広範囲中継電極14-1〜14-5のうち、電極14-4が広範囲中継電極11aと対向し、且つ、電極14-3が広範囲中継電極11eと対向することになる。従って、広範囲検出用受信電極14-3,14-4にて受信信号が検出されることになる。
Furthermore, when the rotation angle of the
以下同様に、中継電極基板11が矢印「Y1」の方向に回転すると、図5に示す特性図のように、各広範囲検出用受信電極14-1〜14-5より検出信号が出力される。なお、同図に示す波形図で、「H」レベルが検出時、「L」レベルが非検出時を示している。 Similarly, when the relay electrode substrate 11 rotates in the direction of the arrow “Y1”, detection signals are output from the wide-range detection receiving electrodes 14-1 to 14-5 as shown in the characteristic diagram of FIG. In the waveform diagram shown in the figure, “H” level is detected and “L” level is not detected.
この検出結果を、デジタル信号で示すと、以下の表1に示す如くの、2進5桁の信号が得られることになる。例えば、回転角度が0〜15度の範囲では、「00010」というデジタル信号が得られる。
また、狭範囲検出用送信電極15-1,15-2は、それぞれ中心角45度となる角度を有しているので、45度間隔で設けられた8個の狭範囲中継電極12のうちのいずれか1つと対向することになる。そして、図3に示したように、狭範囲検出用送信電極15-1,15-2は、三角形状に形成された第1の電極15a、及び第2の電極15bに分割されているので、狭範囲中継電極12は、2つの電極15a、15bを跨ぐように位置するようになり、狭範囲送信電極15-1,15-2と、狭範囲中継電極12との相対的な位置関係に応じて、静電容量C1、C2が変化することになる。そして、図4に示したマイコン5aでは、この静電容量の比率を演算することにより、狭範囲送信電極15-1,15-2と、狭範囲中継電極12との相対的な位置関係、即ち、全体で円弧45度分を有する狭範囲送信電極15-1,15-2の、どの角度位置に狭範囲中継電極12が存在するかを検出することができる。
Further, the narrow-range detection transmitting electrodes 15-1 and 15-2 each have an angle that becomes a central angle of 45 degrees, and therefore, of the eight narrow-
次に、マイコン5aにおける、具体的な回転角度の検出処理について、図6に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、広範囲信号検出回路5bにて検出される信号を読み込む(ステップST1)。そして、高精度な検出を行うため、この読み込み操作を3回繰り返す(ステップST2)。
Next, a specific rotation angle detection process in the
3回の検出で、全て同一の検出信号であった場合には(ステップST3)、広範囲の角度を判定する(ステップST4)。即ち、広範囲信号検出回路5bにて検出される2進5桁のデジタル信号を、上述した表1に当てはめることにより、中継電極基板12の回転角度を15度の範囲で特定する。
If the detection signals are the same in the three detections (step ST3), a wide range of angles are determined (step ST4). That is, by applying the binary 5-digit digital signal detected by the wide-range
次いで、狭範囲検出用送信電極15-1,15-2と、狭範囲中継電極12との位置関係により出力される電圧信号を検出し、これをA/D変換する(ステップST5)。即ち、図3に示したように、45度分の角度となる狭範囲検出用送信電極15-1,15-2の、2つの電極15a,15bを跨ぐように狭範囲中継電極12が配置されるので、静電容量C1,C2の大きさより変化する受信電圧の比率を測定することにより、45度の範囲のうちの、どの位置に狭範囲中継電極12が存在するかを検出することができ、45度の範囲での細かい角度検出が可能となる。
Next, a voltage signal output based on the positional relationship between the narrow range detection transmission electrodes 15-1 and 15-2 and the narrow
そして、広範囲信号検出回路5bにて検出された信号と、狭範囲信号検出回路5cにて検出された信号に基づいて、回転軸2の回転角度を求める(ステップST6)。その後、このデータを出力する(ステップST7)。こうして、回転軸2の回転角度を高精度に求めることができるのである。
Then, based on the signal detected by the wide-range
なお、広範囲検出用送信電極13-1〜13-5により、15度単位での回転角度が特定されるので、狭範囲検出用送信電極15-1,15-2は、少なくとも15度分の中心角を備えれば良いことになるが、本実施形態では、検出精度を向上させるために、広範囲検出用送信電極13-1〜13-5で検出される15度の範囲の前後にそれぞれ余裕分の15度を設定し、全体で45度となる範囲で、狭範囲の角度を検出している。 Since the rotation angle in units of 15 degrees is specified by the wide-range detection transmission electrodes 13-1 to 13-5, the narrow-range detection transmission electrodes 15-1 and 15-2 are at the center of at least 15 degrees. In this embodiment, in order to improve the detection accuracy, there is a margin before and after the 15-degree range detected by the wide-range detection transmission electrodes 13-1 to 13-5. Is set to 15 degrees, and a narrow range of angles is detected within a range of 45 degrees as a whole.
更に、本実施形態では、2つの狭範囲検出用送信電極15-1,15-2を設けることにより、より高精度な角度検出を可能としている。即ち、30度の間隔をあけて配置された2つの狭範囲検出用送信電極15-1,15-2を用いることにより、狭範囲検出用受信電極16-1,16-2で受信される電圧信号は、位相が15度(45−30=15度)ずれるはずである。図4に示したマイコン5aでは、この位相差を検出し、15度のずれとならない場合には、検出エラーが発生しているものと判断することができる。
Furthermore, in the present embodiment, by providing the two narrow range detection transmitting electrodes 15-1 and 15-2, more accurate angle detection is possible. That is, the voltage received by the narrow-range detection receiving electrodes 16-1 and 16-2 by using the two narrow-range detection transmitting electrodes 15-1 and 15-2 arranged at an interval of 30 degrees. The signal should be 15 degrees out of phase (45-30 = 15 degrees). In the
また、このような機能を必要としないのであれば、2つの狭範囲検出用送信電極15-1,15-2、及び狭範囲検出用受信電極16-1,16-2を備える必要はなく、いずれか一方とすることも可能である。 If such a function is not required, it is not necessary to provide two narrow-range detection transmitting electrodes 15-1 and 15-2 and narrow-range detection receiving electrodes 16-1 and 16-2. It is also possible to use either one.
このようにして、本実施形態に係る回転角センサ1では、広範囲検出用送信電極13-1〜13-5より検出用の信号を送信し、広範囲中継電極11と対向することにより、広範囲検出用受信電極14-1〜14-5で受信される信号に基づいて、中継電極基板3の回転角度を15度の単位で検出することができる。更に、狭範囲検出用送信電極15-1,15-2、及び狭範囲検出用受信電極16-1,16-2を用いることにより、15度以下の細かい角度信号を検出することができるので、これらの検出信号に基づき、中継電極基板3、ひいては回転軸3の回転角度を極めて高精度に検出することができる。
In this manner, in the
また、各狭範囲検出用受信電極16-1,16-2では、2つの電極15a、15bと、中継電極12との間の静電容量の比率により、回転軸2の回転角度を求める方式を採用しているので、中継電極基板3と送受信電極基板4との間隔が変化した場合でも、測定精度が低下することがない。また、中継電極基板3に形成される各種の電極パターンは、径方向に大きくパターン設計しているので、軸ずれが発生した場合でも、その影響は小さく、高精度な検出を維持することができる。
Further, in each of the narrow-range detection receiving electrodes 16-1 and 16-2, a method for obtaining the rotation angle of the
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、第2の実施形態に係る回転角センサの構成を示す横断面図である。同図に示すように、この回転角センサ21は、回転軸2と共に回転する中継電極基板22と、固定側に取り付けられる送受信電極基板23と、該送受信電極基板23の、回転角中継電極基板22とは反対側に取り付けられ、回転軸2に対して回転が可能な周回数中継電極基板(第3の円盤)24を備えている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the rotation angle sensor according to the second embodiment. As shown in the figure, the
更に、送受信電極基板23には、第1のギヤ25、及び第2のギヤ26からなる減速機構が設けられている。第1のギヤ25は、第2のギヤ26よりも大径とされ(即ち、歯数が多く構成され)、回転角中継電極基板22の外周部に形成されたギヤ歯と噛合する。他方、第2のギヤ26は、周回数中継電極基板24の外周部に形成されたギヤ歯と噛合する。
Further, the transmission /
従って、回転角中継電極基板22の回転動作は、減速されて周回数中継電極基板24に伝達されることになり、本実施形態では、一例として減速比を1/5として設定している。即ち、回転角中継電極基板22が5回転すると、周回数中継電極基板24が1回転する。
Accordingly, the rotation operation of the rotation angle
そして、回転角中継電極基板22の、送受信電極基板23と対向する面は、前述した第1の実施形態で示した図2(b)に示した構成と同一であり、また、送受信電極基板23の、回転角中継電極基板22と対向する面は、図2(a)と同一である。よって、その構成説明を省略する。第1の実施形態で示した回転角センサ1では、360度の範囲での回転軸2の回転角度を求める内容について説明したが、本実施形態では、回転軸2の周回数をも測定する。
The surface of the rotation angle
図8(a)は、周回数中継電極基板24の、送受信電極基板23と対向する面(以下、A面という)の構成を示す説明図、同図(b)は、送受信電極基板23の、周回数中継電極基板24と対向する面(以下、B面という)の構成を示す説明図である。
FIG. 8A is an explanatory diagram showing the configuration of the surface (hereinafter referred to as A surface) of the circulation
同図(b)に示すようにB面は、径方向を略2分割する中心線を挟んで、外周側には、狭幅で棒状の周回数検出用送信電極27が形成され、内周側には、やはり狭幅で棒状の周回数検出用受信電極28が形成されている。
As shown in FIG. 4B, the B surface has a narrow and rod-shaped number-of-times-detecting
また、同図(a)に示すように、A面は、周方向に5分割され(即ち、72度で等分割され)、各領域には、径方向を略2分割する中心線を中心とした円弧状の周回数中継電極32-1〜32-5が形成されている。そして、周回数中継電極32-1から32-5に向けて、徐々に電極幅が広くなるように構成されている。 Further, as shown in FIG. 5A, the A surface is divided into five in the circumferential direction (that is, equally divided at 72 degrees), and each region is centered on a central line that divides the radial direction into two substantially. The circular arc-shaped number-of-times relay electrodes 32-1 to 32-5 are formed. The electrode width is gradually increased from the circulation relay electrodes 32-1 to 32-5.
図9は、第2の実施形態に係る回転角センサ21の、周回数検出処理回路を示すブロック図である。同図に示すように、この周回数検出処理回路は、周回数検出用受信電極28にて検出される静電容量を電圧信号に変換するC−V変換回路29と、C−V変換回路29にて得られた電圧信号と、予め設定された閾値電圧とを比較する比較器30と、この比較器30による比較結果に基づいて、回転軸2の周回数を求めるマイコン31を備えている。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a circuit number detection processing circuit of the
次に、上述のように構成された第2の実施形態に係る回転角センサ21の作用について説明する。上述したように、回転角中継電極基板22が5回転すると、周回数中継電極基板24が1回転する。従って、回転角中継電極基板22が1回転すると、周回数中継電極基板24は、72度回転することになる。つまり、図8(a)に示した1領域分の角度だけ回転することになる。
Next, the operation of the
いま、周回数が1回転目の場合には、周回数検出用送信電極27、及び受信電極28は、周回数中継電極32-1と対向する。
When the number of turns is the first rotation, the number-of-turns
この際、周回数検出用送信電極27より送信された検出用信号は、周回数中継電極32-1を介して、周回数検出用受信電極28にて受信されるので、この受信信号は、周回数検出用送信電極27と周回数中継電極32-1との間の静電容量、及び周回数検出用受信電極28と周回数中継電極32-1との間の静電容量に応じたレベルの信号となる。そして、この信号は、C−V変換回路29により、電圧信号に変換され、比較器30にて、予め設定した閾値電圧と比較される。
At this time, since the detection signal transmitted from the circulation number
閾値電圧としては、図10に示すように、周回数中継電極32-1の領域〜電極32-5の領域に向けて階段状に変化するように設定されている。 As shown in FIG. 10, the threshold voltage is set so as to change stepwise from the region of the circulation relay electrode 32-1 to the region of the electrode 32-5.
そして、検出される電圧信号が、閾値Th0〜Th1の範囲であれば、周回数は1回転目であると判定される。同様に、閾値Th1〜Th2の範囲であれば、周回数は2回転目であると判定され、以下、Th2〜Th3で3回転目、Th3〜Th4の範囲で4回転目、Th4以上の場合に、5回転目と判定される。こうして、回転軸2の周回数が検出されるのである。
If the detected voltage signal is in the range of threshold values Th0 to Th1, the number of turns is determined to be the first rotation. Similarly, if it is in the range of threshold values Th1 to Th2, the number of laps is determined to be the second rotation. Hereinafter, in the case of the third rotation in Th2 to Th3, the fourth rotation in the range of Th3 to Th4, and Th4 or more. The fifth rotation is determined. Thus, the number of rotations of the
このようにして、本実施形態に係る回転角センサ2では、前述した第1の実施形態に示した方式にて回転軸2の360度内での回転角度を求めることができると共に、周回数中継電極基板24を備え、更に送受信電極基板23に、周回数検出用送信電極27、及び周回数検出用受信電極28を搭載することにより、回転軸2の周回数をも測定することができるので、複数回転に亘る回転角度を高精度に測定することができる。
As described above, in the
また、静電容量の変化を用いて、回転軸3の周回数を求めるので、消費電力を著しく低減することができる。また、補助電源を用いることなく、回転軸の複数回転に亘る回転角度を求めることができる。
Further, since the number of rotations of the
従って、例えば回転軸2として、車両のステアリングシャフトの回転角を測定する場合には、複数回転するステアリングシャフトの回転角度を周回数と共に検出することができるので、極めて有用である。
Therefore, for example, when measuring the rotation angle of the steering shaft of the vehicle as the
なお、本発明に係る回転角センサによる検出対象となる回転軸は、前述したステアリングシャフトの外に、スロットルセンサ、テレビの回転台、或いはカムポジションセンサなどについて適用することができる。 The rotation shaft to be detected by the rotation angle sensor according to the present invention can be applied to a throttle sensor, a television turntable, a cam position sensor, or the like in addition to the above-described steering shaft.
以上、本発明の回転角センサを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。 Although the rotation angle sensor of the present invention has been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is replaced with an arbitrary configuration having the same function. Can do.
回転角度を高精度に検出することが必要な装置、機器に極めて有用である。 It is extremely useful for devices and devices that need to detect the rotation angle with high accuracy.
1 回転角センサ
2 回転軸(回転体)
3 中継電極基板(第1の円盤)
4 送受信電極基板(第2の円盤)
5 制御回路(制御手段)
11 広範囲中継電極
12 狭範囲中継電極
13 広範囲検出用送信電極
14 広範囲検出用受信電極
15 狭範囲検出用送信電極
16 狭範囲検出用受信電極
21 回転角センサ
22 回転角中継電極基板(第1の円盤)
23 送受信電極基板(第2の円盤)
24 周回数中継電極基板(第3の円盤)
25 第1のギヤ
26 第2のギヤ
27 周回数検出用送信電極
28 周回数検出用受信電極
29 C−V変換回路
30 比較器
31 マイコン
32 周回数中継電極
1
3 Relay electrode substrate (first disk)
4 Transmitting and receiving electrode substrate (second disk)
5 Control circuit (control means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Wide-
23 Transmission / reception electrode substrate (second disk)
24 relay electrode substrate (third disk)
25
Claims (11)
前記回転体の回転軸に取り付けられた第1の円盤と、固定側に取り付けられ、前記第1の円盤と近接して対向配置される第2の円盤とを有し、
前記第1の円盤は、円周方向を所定の広範囲角度で等分割し、分割された各領域のうちのいくつかの領域に電極を形成することにより、全体で所望の電極パターンを形成する広範囲中継電極と、円周方向に沿って所定の間隔で形成された狭範囲中継電極と、を備え、
前記第2の円盤は、前記広範囲中継電極と対向する位置に等角度間隔で複数個配置され、広範囲角度検出用の検出用信号を送信すると共に、前記広範囲中継電極にて中継された検出用信号を受信する広範囲検出用送受信手段と、
円周方向に沿って配置され、径方向に対向する2つの電極を有し、且つ前記2つの電極は、径方向の幅が円周方向に移動するにつれて徐々に変化する形状を有し、狭範囲角度検出用の検出信号を送信すると共に、前記狭範囲中継電極にて中継された検出信号を受信する狭範囲検出用送受信手段と、を備え、
更に、前記広範囲検出用送受信手段、及び前記狭範囲検出用送受信手段に送信信号を出力し、且つ、受信された受信信号を処理して、前記回転体の回転角度を求める制御手段を備えたことを特徴とする回転角センサ。 In the rotation angle sensor that detects the rotation angle of the rotating body,
A first disk attached to the rotating shaft of the rotating body, and a second disk attached to the fixed side and disposed in close proximity to the first disk,
The first disk has a wide area that forms a desired electrode pattern as a whole by equally dividing the circumferential direction at a predetermined wide range angle and forming electrodes in some of the divided areas. A relay electrode, and a narrow-range relay electrode formed at a predetermined interval along the circumferential direction,
A plurality of the second disks are arranged at equiangular intervals at positions facing the wide-area relay electrode, transmit detection signals for wide-range angle detection, and detect signals relayed by the wide-area relay electrode A transmission / reception means for wide-range detection for receiving
The two electrodes are arranged along the circumferential direction and are opposed to each other in the radial direction, and the two electrodes have a shape that gradually changes as the radial width moves in the circumferential direction. Transmitting a detection signal for detecting a range angle, and receiving and transmitting a detection signal relayed by the narrow range relay electrode, narrow range detection transmitting and receiving means,
And a control means for outputting a transmission signal to the wide-range detection transmission / reception means and the narrow-range detection transmission / reception means and processing the received reception signal to obtain a rotation angle of the rotating body. A rotation angle sensor.
前記第2の円盤は、周回数検出用の信号を送受信する周回数検出用送受信手段を備え、
前記第3の円盤は、前記第1の円盤に対して所定の減速比で回転し、前記周回数検出用送受信手段より出力される検出用信号を中継する周回数中継電極を備え、
前記周回数検出用送受信手段より、周回数検出用の検出信号を送信すると共に、前記周回数中継電極にて中継された検出信号を受信し、前記制御手段は、受信された検出信号に基づいて、前記回転軸の周回数を求めることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の回転角センサ。 A third disk disposed coaxially with the rotation axis and rotatable with respect to the rotation axis;
The second disk includes a frequency detection transmitting / receiving means for transmitting and receiving a frequency detection signal,
The third disk includes a circulation relay electrode that rotates at a predetermined reduction ratio with respect to the first disk and relays a detection signal output from the circulation detection transmitter / receiver.
A detection signal for detecting the number of laps is transmitted from the transmission / reception means for detecting the number of laps, and a detection signal relayed by the lap number relay electrode is received, and the control means is based on the received detection signal. The rotation angle sensor according to claim 1, wherein the rotation number of the rotation shaft is obtained.
The rotation angle sensor according to any one of claims 7 to 9, wherein the rotating body is a steering shaft mounted on a vehicle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003291565A JP2005061964A (en) | 2003-08-11 | 2003-08-11 | Rotation angle sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003291565A JP2005061964A (en) | 2003-08-11 | 2003-08-11 | Rotation angle sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005061964A true JP2005061964A (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=34369214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003291565A Pending JP2005061964A (en) | 2003-08-11 | 2003-08-11 | Rotation angle sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005061964A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007108142A (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Mitsubishi Electric Corp | Elevator car position detector |
| JP2007191256A (en) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Mitsubishi Electric Corp | Elevator car position detector |
| WO2010000861A1 (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-07 | Ident Technology Ag | Capacitive sensor device |
| WO2016098613A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | オリエンタルモーター株式会社 | Electrostatic encoder |
| WO2018205260A1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | Texas Instruments Incorporated | Capacitive-sensing rotary encoders and methods |
| US10313930B2 (en) | 2008-07-03 | 2019-06-04 | Silver Peak Systems, Inc. | Virtual wide area network overlays |
| US11060889B2 (en) | 2017-05-12 | 2021-07-13 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus to determine a position of a rotatable shaft of a motor |
| CN115077374A (en) * | 2022-06-30 | 2022-09-20 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Dynamic detection device and detection method for absolute position during driving of micro-motor actuator |
-
2003
- 2003-08-11 JP JP2003291565A patent/JP2005061964A/en active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007108142A (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Mitsubishi Electric Corp | Elevator car position detector |
| JP2007191256A (en) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Mitsubishi Electric Corp | Elevator car position detector |
| US10313930B2 (en) | 2008-07-03 | 2019-06-04 | Silver Peak Systems, Inc. | Virtual wide area network overlays |
| WO2010000861A1 (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-07 | Ident Technology Ag | Capacitive sensor device |
| US9074310B2 (en) | 2008-07-04 | 2015-07-07 | Ident Technology Ag | Capacitative sensor device |
| US10551219B2 (en) | 2014-12-17 | 2020-02-04 | Oriental Motor Co. Ltd. | Electrostatic encoder |
| CN107003154A (en) * | 2014-12-17 | 2017-08-01 | 东方马达股份有限公司 | Electrostatic encoder |
| EP3236214A4 (en) * | 2014-12-17 | 2018-05-30 | Oriental Motor Co., Ltd. | Electrostatic encoder |
| EP3486614A1 (en) * | 2014-12-17 | 2019-05-22 | Oriental Motor Co., Ltd. | Electrostatic encoder |
| JP2016114559A (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | オリエンタルモーター株式会社 | Electrostatic encoder |
| CN107003154B (en) * | 2014-12-17 | 2019-09-10 | 东方马达股份有限公司 | Electrostatic encoder |
| WO2016098613A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | オリエンタルモーター株式会社 | Electrostatic encoder |
| WO2018205260A1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-11-15 | Texas Instruments Incorporated | Capacitive-sensing rotary encoders and methods |
| US10684143B2 (en) | 2017-05-12 | 2020-06-16 | Texas Instruments Incorporated | Capacitive-sensing rotary encoders and methods |
| US11060889B2 (en) | 2017-05-12 | 2021-07-13 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus to determine a position of a rotatable shaft of a motor |
| US11519755B2 (en) | 2017-05-12 | 2022-12-06 | Texas Instruments Incorporated | Capacitive-sensing rotary encoders and methods |
| US11933645B2 (en) | 2017-05-12 | 2024-03-19 | Texas Instruments Incorporated | Methods and apparatus to determine a position of a rotatable shaft of a motor |
| CN115077374A (en) * | 2022-06-30 | 2022-09-20 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Dynamic detection device and detection method for absolute position during driving of micro-motor actuator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4052798B2 (en) | Relative position measuring instrument | |
| CN105241373A (en) | Sensor arrangement for sensing rotation angles on a rotating component in a vehicle | |
| US9244438B2 (en) | Angular and axial position sensor arrangement | |
| KR101497740B1 (en) | Non-contact multi-turn absolute position magnetic sensor comprising a through-shaft | |
| US7775129B2 (en) | Rotation angle sensor | |
| US20100301845A1 (en) | Absolute measurement steering angle sensor arrangement | |
| CN103124896B (en) | Capacitive rotary encoder | |
| KR101410196B1 (en) | Bidirectional magnetic position sensor having field rotation | |
| JP6761643B2 (en) | Sensor device for detecting the rotation angle of the rotation module in the vehicle | |
| US20100222967A1 (en) | Multiturn rotational sensor | |
| WO2006085569A1 (en) | Rotation angle detection device and rotation angle correction method | |
| US20220155106A1 (en) | Rotary inductive sensor | |
| JP2006220530A (en) | Absolute rotation angle detector | |
| US20130093439A1 (en) | Capacitive Differential Quadrature Rotary Position Sensor | |
| JP2022068860A (en) | Position sensor system | |
| JP2007509336A (en) | High resolution multi-rotation measurement system and bearing having this system | |
| JP2005061964A (en) | Rotation angle sensor | |
| EP2038617A2 (en) | Rotary angle sensing system | |
| EP1398244A3 (en) | Steering wheel angle sensor | |
| CN101726241A (en) | Angle transducer | |
| EP1477389A3 (en) | Apparatus and method for detecting rotational angle | |
| CN106167046B (en) | Sensor module for the rotational angle for obtaining the rotating member in vehicle | |
| JP4148031B2 (en) | Rotation angle detector | |
| JP2002340618A (en) | Rotation angle detector | |
| JP2006234723A (en) | Rotation angle correction method for rotation angle detector |