(57)【要約】【課題】基準座標系に固定する必要のない回転角検出装置を提供する。【解決手段】測定対象の回転軸１００に固定される検出用回転シャフト４は、ベアリング３によって回転可能にベース１を軸支し、回転角センサ６で、ベース１に対する検出用回転シャフト４の回転角を検出する。ベース１の回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置に第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサを固定する。また、ベース１の下部にウエイト９を固定する。そして、第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサで検出した傾斜角を平均した角度に、回転角センサ６で検出した回転角を加算した角度を回転軸１００の回転角として出力する。【選択図】図１
2018072231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、
前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたベースと、
前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、
前記ベースの下部に固定されたウエイトと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第１の傾斜角センサと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第２の傾斜角センサと、
前記回転軸の回転角を検出する検出部とを有し、
前記第１の傾斜角センサと前記第２の傾斜角センサとは、前記ベースの回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置において前記ベースに固定されており、
前記検出用回転シャフトが静止しているときに、重力によって収斂する前記ベースの姿勢を正立姿勢として、前記検出部は、前記第１の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第２の傾斜角センサが検出した傾斜角とを用いて算出した前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角と、前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転角検出装置であって、
前記検出部は、前記第１の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第２の傾斜角センサが検出した傾斜角との平均を前記第１の傾斜角センサ及び前記第２の傾斜角センサの真の傾斜角として、前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角を算出し、算出した前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角に前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の回転角検出装置であって、
前記検出用回転シャフトは管形状を有し、当該管形状の中空に前記回転軸を貫通させた状態で、当該検出用回転シャフトは前記回転軸に固定されることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項４】
回転軸の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、
前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたサブベースと、
前記サブベースと同軸に回転可能に、当該サブベースに軸支されたベースと、
前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、
前記サブベースの下部に固定されたウエイトと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第１の傾斜角センサと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第２の傾斜角センサと、
前記回転軸の回転角を検出する検出部とを有し、
前記第１の傾斜角センサと前記第２の傾斜角センサとは、前記ベースの回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置において前記ベースに固定されており、
前記検出部は、前記第１の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第２の傾斜角センサが検出した傾斜角とを用いて算出した前記ベースの傾斜角と、前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の回転角検出装置と、
前記検出部が検出した前記回転軸の回転角が、所定の単位角度変化する度に、所定の信号を出力する信号出力部とを有することを特徴とするロータリエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転角を検出する技術としては、磁石を含む回転系とホール素子を含む固定系とを備え、回転軸に回転系を固定し基準座標系に固定系を固定した状態において、回転系の磁石の磁力を、固定系のホール素子で検出することにより、回転軸の基準座標系に対する回転角を検出する回転角検出装置が知られている（たとえば、特許文献１、２）。
【０００３】
また、重力を利用して傾斜角を検出する技術も知られている（たとえば、特許文献３、４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２-  ８３２１２号公報
【特許文献２】特開２０１３-７６７１号公報
【特許文献３】特開２０１０-１７５３５９号公報
【特許文献４】特開２００５-２５７５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した回転角検出装置を検出対象の回転軸が特定されない汎用の回転角検出装置として適用する場合、回転角の検出を行う回転軸を変更する度に、回転角検出装置の回転系を回転軸に固定すると共に、回転角検出装置の固定系を基準座標系に固定する煩雑な作業が必要となる。また、周辺に回転角検出装置の固定系の基準座標系への固定に適した構造体が存在しない回転軸については、基準座標系に対する回転角の検出に大きな困難を伴う。
【０００６】
よって、回転角検出装置を回転軸に固定するだけで、回転軸の基準座標系に対する回転角を正しく検出できれば、回転角検出装置の利便性は大きく向上する。
そこで、本発明は、基準座標系に固定することなく、回転軸の基準座標系に対する回転角を正しく検出できる回転角検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題達成のために、本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置を、前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたベースと、前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、前記ベースの下部に固定されたウエイトと、前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第１の傾斜角センサと、前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第２の傾斜角センサと、前記回転軸の回転角を検出する検出部とを含めて構成したものである。ここで、前記第１の傾斜角センサと前記第２の傾斜角センサとは、前記ベースの回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置において前記ベースに固定されている。また、前記検出用回転シャフトが静止しているときに、重力によって収斂する前記ベースの姿勢を正立姿勢として、前記検出部は、前記第１の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第２の傾斜角センサが検出した傾斜角とを用いて算出した前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角と、前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出する。
【０００８】
このように本発明に係る回転角検出装置では、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角センサを二つ設け、二つの傾斜角センサが検出した傾斜角度を用いて、ベースの傾斜角を算出する。ここで、二つの傾斜角センサは、ベースの回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置に配置されているので、ベースの角加速度によって傾斜角センサに加わる力による傾斜角の検出誤差は二つの傾斜角センサにおいて反対方向に同じ大きさで生じる。よって、二つの傾斜角センサが検出した傾斜角度を用いれば、ベースの角加速度の影響を相殺して、ベースの前記正立姿勢からの傾斜角を正しく算出することができる。
【０００９】
したがって、本発明に係る回転角検出装置によれば、検出用回転シャフトを回転軸に固定するだけで、回転軸の回転角を、回転角の角加速度の影響を排して正確に検出することができる。
より具体的には、たとえば、このような回転角検出装置は、前記検出部において、前記第１の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第２の傾斜角センサが検出した傾斜角との平均を前記第１の傾斜角センサ及び前記第２の傾斜角センサの真の傾斜角として、前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角を算出し、算出した前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角に前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出するように構成してもよい。
【００１０】
また、以上の回転角検出装置は、前記検出用回転シャフトを管形状とし、当該管形状の中空に前記回転軸を貫通させた状態で、当該検出用回転シャフトを前記回転軸に固定するように構成してもよい。
【００１１】
また、本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置に、前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたサブベースと、前記サブベースと同軸に回転可能に、当該サブベースに軸支されたベースと、前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、前記サブベースの下部に固定されたウエイトと、前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第１の傾斜角センサと、前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第２の傾斜角センサと、
前記回転軸の回転角を検出する検出部とを備えたものである。ここで、前記第１の傾斜角センサと前記第２の傾斜角センサとは、前記ベースの回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置において前記ベースに固定されている。そして、前記検出部は、前記第１の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第２の傾斜角センサが検出した傾斜角とを用いて算出した前記ベースの傾斜角と、前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出する。
【００１２】
このような回転角検出装置によれば、二つの傾斜角センサが検出した傾斜角度を用いて、ベースの角加速度の影響を相殺して、ベースの前記正立姿勢からの傾斜角を正しく算出することができると共に、ベースに生じる角加速度自体を小さく抑制することにより、より回転軸の回転角の検出精度を向上することができる。
【００１３】
また、本発明は、併せて以上のような回転角検出装置と、前記検出部が検出した前記回転軸の回転角が、所定の単位角度変化する度に、所定の信号を出力する信号出力部とを有することを特徴とするロータリエンコーダも提供する。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、基準座標系に固定することなく、回転軸の基準座標系に対する回転角を正しく検出できる回転角検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る回転角検出装置の信号処理系の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る回転角検出装置のベースの動きを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る傾斜角算出の方式を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１ａに、本第１実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す。
いま、図中に示すように前後左右上下を定めるものとして、図１ａ１は回転角検出装置の前面を表し、図１ａ２は回転角検出装置の左側面を表し、図１ａ３は回転角検出装置の後面を表し、図１ａ４は図１ａ１の断面線A-Aによる回転角検出装置の断面を表し、図１ａ５は回転角検出装置を斜視したようすを表す。
【００１７】
図示するように、回転角検出装置は、ベース１、カバー２、ベアリング３、検出用回転シャフト４、磁石５、回転角センサ６、第１傾斜角センサ７ａ、第２傾斜角センサ７ｂ、ベース１に固定された信号処理系８、ウエイト９を備えている。
【００１８】
ここで、検出用回転シャフト４は、ベアリング３によって前後方向を回転軸として回転可能にベース１を、検出用回転シャフト４と同軸状に軸支しており、検出用回転シャフト４の前端には磁石５が固定されている。
【００１９】
また、図１ｂに検出用回転シャフト４と磁石５と回転角センサ６の配置関係を示す。回転角センサ６は、磁石５と対向する配置でベース１に固定されている。ここで磁石５はＮ極とＳ極が周方向に交互に配置された磁石５である。そして、回転角センサ６は、たとえば、ホール素子やMR素子などを用いて検出した磁力から回転角センサ６に対する磁石５の回転角、すなわち、ベース１に対する検出用回転シャフト４の回転角を検出するセンサである。
【００２０】
次に、第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサ７ｂは、カバー２を外した回転角検出装置を前方から観察したようすを図１ｃに示す。ベース１に固定されており、各々、重力を利用して重力方向（鉛直方向）に対する傾斜角、すなわち、ベース１の重力方向に対する傾斜角を検出する。また、第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサ７ｂは、検出用回転シャフト４及びベース１の回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置に配置されている。また、第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサ７ｂは、検出する傾斜角が０となる重力の方向が同じ方向となるように同じ向きでベース１に固定されている。
【００２１】
そして、ウエイト９は、ベース１の下部に固定された重りである。
また、カバー２は、ベース１に固定され回転角検出装置の内部を保護している。
ここで、このような回転角検出装置は、図１ｄ１、ｄ２に示すように、回転角を検出する回転軸１００に検出用回転シャフト４を固定して使用する。すなわち、回転角検出装置の全体が回転軸１００によって支持されている形態で、回転軸１００の回転角を検出する。
【００２２】
次に、回転角検出装置の信号処理系８の機能構成を図２に示す。
図示するように、信号処理系８は、制御部８１、検出処理部８２、外部と無線通信を行う無線通信インタフェース８３よりなる。
なお、図１では図示を省略したがベース１には、信号処理系８の電源を供給するバッテリも固定されている。また、バッテリは、ウエイト９またはウエイト９の一部として機能するように、ベース１の下部に配置することが好ましい。
【００２３】
さて、ここで、図３ａに示すように、回転軸１００が回転していない静止状態では、ベース１は、ウエイト９の作用により、ベース１の下方が鉛直下方となる姿勢となる。ここで、このベース１の下方が鉛直下方となる姿勢にあるときに、傾斜角として０を検出するように第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサ７ｂは配置されている。
【００２４】
以下、このような回転角検出装置の回転角の検出動作について説明する。
ここで、回転角センサ６が検出している、ベース１に対する回転軸１００に固定された検出用回転シャフト４の回転角をθ１、第１傾斜角センサ７ａが検出する鉛直方向に対するベース１の傾斜角をθａ、第２傾斜角センサ７ｂが検出する鉛直方向に対するベース１の傾斜角をθｂとして、
検出処理部８２は、ベース１の傾斜角θ２を、
θ２=（θａ+θｂ）/２
により算出し、
回転軸１００の回転角θを、
θ=θ１+θ２により算出する。
【００２５】
ここで、回転軸１００が回転していない静止状態では、図３ａに示すようにベース１は、ウエイト９の作用により、ベース１の姿勢は、ベース１の下方が鉛直下方となる姿勢で静止しており、回転角センサ６が検出している、ベース１に対する、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト４の回転角θ１、第１傾斜角センサ７ａが検出している鉛直方向に対するベース１の傾斜角θａ、第２傾斜角センサ７ｂが検出している鉛直方向に対するベース１の傾斜角θｂは全て０となる。
【００２６】
よって、回転軸１００が回転していない静止状態では、θ２=（θａ+θｂ）/２=０が成立し、θ=θ１+θ２=０により、回転軸１００の回転角θとして０を正しく算出することができる。
【００２７】
一方、回転軸１００が回転している状態では、図３ｂ１に示すように、ベース１は、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト４からベアリング３を介して加わるトルクにより幾分回転することがある。そして、この場合、回転軸１００の真の回転角は、図３ｂ２に示すように、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト４の回転角θ１に、ベース１の傾斜角θ２を加算した角度θ１+θ２となる。
【００２８】
そして、ベース１が等速回転しているときには、ベース１の傾斜角θ２は、第１傾斜角センサ７ａが検出している鉛直方向に対するベース１の傾斜角θａと、第２傾斜角センサ７ｂが検出している鉛直方向に対するベース１の傾斜角θｂの双方に等しく、θ２=θａ=θｂとなる。
【００２９】
よって、ベース１が等速回転しているときには、θ２=（θａ+θｂ）/２が成立し、θ=θ１+θ２により、回転軸１００の回転角を正しく算出することができる。
一方、ベース１が角加速度をもって回転しているときには、図４ａに示すように第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサ７ｂには重力に加えて、角加速度による力７０ａ、７０ｂが第１傾斜角センサ７ａ、第２傾斜角センサ７ｂから見て傾斜した方向に加わり、第１傾斜角センサ７ａが検出する傾斜角θａと、第２傾斜角センサ７ｂが検出する傾斜角θｂには、真のベース１の傾斜角θ２に対する誤差が生じる。
【００３０】
ここで、上述のように第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサ７ｂは、ベース１の回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置に配置されている。また、第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサ７ｂは、検出する傾斜角が０となる重力の方向が同じ方向となるように同じ向きでベース１に固定されている。
【００３１】
よって、図４ｂに示すように、第１傾斜角センサ７ａと第２傾斜角センサ７ｂの重力に対する傾斜角は等しく、かつ、第１傾斜角センサ７ａに働く角加速度による力７０ａと第２傾斜角センサ７ｂに働く角加速度による力７０ｂとは大きさが等しく方向が逆方向の力となる。
【００３２】
したがって、第１傾斜角センサ７ａに働く角加速度による力７０ａによる誤差をθeとすれば、第２傾斜角センサ７ｂに働く角加速度による力７０ｂによる誤差は-θeとなる。
よって、
θａ=θ２+θe
θｂ=θ２-θe
となり、
θ２=（θａ+θｂ）/２
が成り立つ。
【００３３】
よって、ベース１が角加速度をもって回転しているときにも、θ２=（θａ+θｂ）/２が成立し、θ=θ１+θ２により、回転軸１００の回転角を正しく算出することができる。
さて、制御部８１は無線インタフェースを介して受信した外部からのモード設定指令に従って、検出モードとして連続回転角検出モード、ロータリエンコーダモード、静止回転角検出モードのいずれかを検出処理部８２に設定する。
【００３４】
検出処理部８２は、連続回転角検出モードが設定されているときには、上述のように、
θ２=（θａ+θｂ）/２
θ=θ１+θ２
によって算出した回転軸１００の回転角θを、無線通信インタフェース８３を介して外部に無線通信により出力する処理を繰り返し行う。
【００３５】
次に、検出処理部８２は、ロータリエンコーダモードが設定されているときには、
θ２=（θａ+θｂ）/２
θ=θ１+θ２
によって算出した回転軸１００の回転角θが所定の単位角度増減したときにパルス信号を、無線通信インタフェース８３を介して外部に無線通信により出力する処理を行う。
【００３６】
そして、検出処理部８２は、静止回転角検出モードが設定されているときには、第１傾斜角センサ７ａが検出する傾斜角θａと、第２傾斜角センサ７ｂが検出する傾斜角θｂの双方が０であるときに、回転角センサ６が検出している、ベース１に対する、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト４の回転角θ１を回転軸１００の回転角θとして、無線通信インタフェース８３を介して外部に無線通信により出力する処理を行う。
【００３７】
ここで、回転軸１００が回転すると、図３ｂ１に示すように、ベース１は、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト４からベアリング３を介して加わるトルクにより幾分回転する。そして、その後、回転軸１００が回転を停止すると、図３ｃに示すように、ウエイト９の作用により、ベース１の姿勢は、ベース１の下方が鉛直下方となる姿勢となり第１傾斜角センサ７ａが検出する傾斜角θａと、第２傾斜角センサ７ｂが検出する傾斜角θｂとして０が検出される。
【００３８】
そして、ベース１の姿勢が、ベース１の下方が鉛直下方となる姿勢にあるときの、回転軸１００の回転角θは、回転角センサ６が検出している、ベース１に対する、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト４の回転角θ１に一致する。
【００３９】
よって、第１傾斜角センサ７ａが検出する傾斜角θａと、第２傾斜角センサ７ｂが検出する傾斜角θｂの双方が０であるときの、回転角センサ６が検出している、ベース１に対する、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト４の回転角θ１は、回転軸１００の回転角を正しく表すものとなる。
【００４０】
なお、このような静止回転角検出モードの回転角の検出は、所定の回転角となるように回転制御される回転軸１００の回転角が正しく制御した回転角になっているかどうかを、回転角検出装置を用いて検証する用途に特に好適である。
【００４１】
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
このような第１実施形態に係る回転角検出装置によれば、検出用回転シャフトを回転軸１００に固定するだけで、回転軸１００から加わるトルク等によるベースの角加速度の影響を排した形態で回転軸１００の回転角を正確に検出することができるので、基準座標系に対する固定の必要ない回転角検出装置が実現される。
【００４２】
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
本第２実施形態に係る回転角検出装置の構成を図５ａに示す。
図中に示すように前後左右上下を定めるものとして、図５ａ１は回転角検出装置を斜視したようすを表し、図５ａ２は回転角検出装置の前面を表し、図５ａ３は回転角検出装置の左側面を表し、図５ａ４は図５ａ２の断面線A-Aによる回転角検出装置の断面を表し、図５ａ５は図５ａ３、ａ４の断面線B-Bによる回転角検出装置の断面を表している。なお、回転角検出装置の後面は前面と同様に現れる。
【００４３】
ここで、図５ａ１、図５ａ３に示すように、本第２実施形態に係る回転角検出装置は、第１実施形態に係る回転角検出装置と異なり、回転軸１００に当該回転軸１００が回転角検出装置を貫通する形態で固定して使用するものである。
【００４４】
さて、本第２実施形態に係る回転角検出装置は、ベース５１、カバー５２、ベアリング５３、検出用回転シャフト５４、ディスク５５、ベース５１に固定された回転角センサ５６、ベース５１に固定された第１傾斜角センサ５７ａ、ベース５１に固定された第２傾斜角センサ５７ｂ、ベース５１に固定された信号処理系５８、ベース５１に固定されたウエイト５９を備えている。
【００４５】
ここで、検出用回転シャフト５４は、ベアリング５３によって前後方向を回転中心軸として回転可能にベース５１を軸支している。そして、検出用回転シャフト５４と同軸状にディスク５５は検出用回転シャフト５４に固定されている。
【００４６】
ここで、図５ｂ１に検出用回転シャフト５４とディスク５５と回転角センサ５６の配置関係を示すように、回転角センサ５６は、ディスク５５の周面と対向する配置でベース１に固定されている。
【００４７】
そして、図５ｂ２に示すように、ディスク５５の周面には、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に現れるように配置された磁石が設けられている。そして、回転角センサ５６は、たとえば、ホール素子やMR素子などを用いて検出した磁力から回転角センサ５６に対するディスク５５の回転角、すなわち、ベース５１に対する検出用回転シャフト５４の回転角を検出する。
【００４８】
次に、第１傾斜角センサ５７ａと第２傾斜角センサ５７ｂは、図５ａ４、図５ａ５に示すように、ベース１に固定されており、各々、重力を利用して重力方向（鉛直方向）に対する傾斜角、すなわち、ベース５１の重力方向に対する傾斜角を検出する。また、第１傾斜角センサ５７ａと第２傾斜角センサ５７ｂは、検出用回転シャフト５４及びベース５１の回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置に配置されている。また、第１傾斜角センサ５７ａと第２傾斜角センサ５７ｂは、検出する傾斜角が０となる重力の方向が同じ方向となるように同じ向きでベース５１に固定されている。
【００４９】
そして、ウエイト５９は、ベース５１の下部に固定された重りである。
また、カバー５２は、ベース５１に固定され回転角検出装置の内部を保護している。
次に、回転角検出装置の信号処理系５８の機能構成、動作は、第１実施形態に係る信号処理系８の機能構成、動作と同様である。
このような本第２実施形態に係る回転角検出装置によっても、第１実施形態に係る回転角検出装置と同様に、検出用回転シャフト５４を回転軸１００に固定するだけで、回転軸１００から加わるトルク等によるベース５１の角加速度の影響を排した形態で回転軸１００の回転角を正確に検出することができるので、基準座標系に対する固定の必要ない回転角検出装置が実現される。
【００５０】
なお、本第２実施形態に係る回転角検出装置のように、回転軸１００を回転角検出装置に貫通させる場合には、傾斜角を検出する傾斜角センサを回転中心軸上に配置することができず、当該傾斜角センサの角加速度の影響による検出誤差が大きくなる。しかし、本第２実施形態によれば、第１傾斜角センサ５７ａと第２傾斜角センサ５７ｂとの二つのセンサを、ベース５１の回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置に配置すれば、各傾斜角センサで検出した傾斜角の平均をとることにより誤差を相殺することができるので、回転軸１００を回転角検出装置に貫通させる場合でもベース５１の傾斜角や回転軸１００の回転角を正確に検出することができる。
【００５１】
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
図６ａに、本第１実施形態に係る回転角検出装置の外観を示す。
いま、図中に示すように前後左右上下を定めるものとして、図６ａ１は回転角検出装置の前面を表し、図６ａ２は回転角検出装置の左側面を表し、図６ａ３は回転角検出装置の後面を表し、図６ａ４は図６ａ１の断面線A-Aによる回転角検出装置の断面を表し、図６ａ５は回転角検出装置を斜視したようすを表している。
【００５２】
図示するように、回転角検出装置は、ベース６１、第１ベアリング６２、サブベース６３、第２ベアリング６４、検出用回転シャフト６５、磁石６６、ウエイト６７、回転角センサ６８、第１傾斜角センサ６９ａ、第２傾斜角センサ６９ｂ、ベース６１に固定された信号処理系７０を備えている。
【００５３】
ここで、検出用回転シャフト６５は、第２ベアリング６４によって前後方向を回転軸として回転可能にサブベース６３を軸支しており、サブベース６３は第１ベアリング６２によって前後方向を回転軸として回転可能にベース６１を、検出用回転シャフトと同軸状に軸支している。
【００５４】
また、磁石６６は検出用回転シャフト６５の前端面に固定されており、回転角センサ６８はベース６１に固定されている。
ここで、図６ｂに検出用回転シャフト６５と磁石６６と回転角センサ６８の配置関係を示すように、回転角センサ６８は、磁石６６と対向する配置でベース６１に固定されており、磁石６６の回転角、すなわち、ベース６１に対する検出用回転シャフト６５の回転角を検出する。
【００５５】
図６ｃに、前後方向に見たウエイト６７、回転角センサ６８、第１傾斜角センサ６９ａ、第２傾斜角センサ６９ｂの配置を示す。第１傾斜角センサ６９ａ、第２傾斜角センサ６９ｂは、回転角センサ６８と共に、ベース６１に固定されており、各々、重力を利用して重力方向（鉛直方向）に対する傾斜角、すなわち、ベース６１の重力方向に対する傾斜角を検出する。
【００５６】
また、第１傾斜角センサ６９ａ、第２傾斜角センサ６９ｂは、ベース６１の回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が１８０度異なる位置に配置されている。また、第１傾斜角センサ６９ａ、第２傾斜角センサ６９ｂは、検出する傾斜角が０となる重力の方向が同じ方向となるように同じ向きでベース１に固定されている。
【００５７】
そして、ウエイト６７は、サブベース６３の下部に固定された重りである。
ここで、このような回転角検出装置は、図６ｄ１、ｄ２に示すように、回転角を検出する回転軸１００に検出用回転シャフト６５を固定して使用する。すなわち、回転角検出装置の全体が回転軸１００によって支持されている形態で、回転軸１００の回転角を検出する。
【００５８】
次に、本第３実施形態における回転角検出装置の信号処理系７０の機能構成、動作は、第１実施形態に係る信号処理系８の機能構成、動作とほぼ同様であるが、以下の２点が異なる。
すなわち、まず、第１に、本第３実施形態では、ベース６１にはウエイトを設けないので、バッテリが第１実施形態のようにベース６１のウエイトまたはその一部として機能することはない。
また、第２に、本第３実施形態では、第１傾斜角センサ６９ａが検出している傾斜角をθａ、第１傾斜角センサ６９ａが検出している傾斜角をθｂとして、ベース６１の傾斜角θ２を、
θ２=（θａ+θｂ）/２-θ２ref
により算出する。
【００５９】
ここで、θ２refは、回転軸１００の回転角の検出開始時に、
θ２ref=（θａ+θｂ）/２
により算出、ベース６１の傾斜角の初期値である。
【００６０】
その他の信号処理系７０の動作は、回転角センサ６８が検出したベース６１に対する検出用回転シャフト６５の回転角をθ１として、回転軸１００の回転角θを、
θ=θ１+θ２
により算出する点を含め、第１実施形態に係る信号処理系８の動作と同様である。
【００６１】
このような第３実施形態によれば、サブベース６３は第２ベアリング６４で検出用回転シャフト６５に軸支されていると共に、サブベース６３の下部にはウェイト６７が設けられているために、回転軸１００に固定された検出用回転シャフト６５から第２ベアリング６４を介して加わったトルクによって、サブベース６３が急峻に回転したり、大きく回転することはない。また、さらに、ベース６１は第１ベアリング６２を介してサブベース６４に軸支されているので、サブベース６３が回転してもサブベース６３からベース６１に伝達されるトルクは小さく、ベース６１はほとんど回転しない。
【００６２】
よって、本第３実施形態に係る回転角検出装置によれば、回転軸１００等からベース６１に加わるトルクによって生じるベース６１の角加速度が小さく抑えられるので、第１傾斜角センサ６９ａ、第２傾斜角センサ６９ｂの傾斜角の検出誤差も小さく抑制される。よって、回転軸の回転角θを、より精度良く検出することができることが期待できる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態では、回転角検出装置から外部に無線通信を介して検出した回転角θやパルス信号を出力したが、これは、回転角検出装置と外部とをケーブルにより接続し、回転角検出装置から外部にケーブルを介して検出した回転角θやパルス信号を出力するようにしてもよい。また、この場合には、当該ケーブルを介して回転角検出装置の電源を供給するようにしてよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…ベース、２…カバー、３…ベアリング、４…検出用回転シャフト、５…磁石、６…回転角センサ、７ａ…第１傾斜角センサ、７ｂ…第２傾斜角センサ、８…信号処理系、９…ウエイト、５１…ベース、５２…カバー、５３…ベアリング、５４…検出用回転シャフト、５５…ディスク、５６…回転角センサ、５７ａ…第１傾斜角センサ、５７ｂ…第２傾斜角センサ、５８…信号処理系、５９…ウエイト、６１…ベース、６２…第１ベアリング、６３…サブベース、６４…第２ベアリング、６５…検出用回転シャフト、６６…磁石、６７…ウエイト、６８…回転角センサ、６９ａ…第１傾斜角センサ、６９ｂ…第２傾斜角センサ、７０…信号処理系、８１…制御部、８２…検出処理部、８３…無線通信インタフェース、１００…回転軸。
【図１】
2018072231.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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