JP2002340619A

JP2002340619A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2002340619A
Application number: JP2001146212A
Authority: JP
Inventors: Koji Miike; 幸司御池; Kiyotaka Sasanouchi; 清孝笹之内; Masaharu Ushihara; 正晴牛原; Junichi Yukawa; 潤一湯河
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP4982925B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車の車体制御システムなどに用いられる
多回転のハンドルの回転角度検出装置において、簡単な
組込み調整で、温度補正することもなく簡単な計算処理
で、多回転する回転体の絶対回転角度を大きな誤差を発
生させることなく検出することを目的とする。【解決手段】第１の回転体１より速い速度で回転する
ように連結された第２の回転体２に磁石４を組み込み、
その真下に第１の検出手段３を配置するとともに、第１
の回転体１より遅い速度で回転するように連結された第
３の回転体７に磁石６を組み込み、その真下に第２の検
出手段５を配置し、第１の回転体１が回転すると第２の
回転体２と第３の回転体７が回転し、それぞれに組み込
まれている磁石４，６が回転し、検出手段３，５を貫く
磁力の方向が変化して出力が変化し、その出力をマイク
ロコンピュータ１４で計算処理し第１の回転体１の回転
角度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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多回転のハンドルの回転角度
検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用ハンドルのように１回転
以上に有限で回転する回転体の回転角度を検出する回転
角度検出装置として、特表平１１−５００８２８号公報
に開示されているものが知られている。この装置におい
ては、位相差を有する２つの回転体の角度から回転角度
を検出している。

【０００３】

【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、歯車のがたつきなどにより２つの歯車
の角度がそれぞれずれた場合、特に装置の動作開始時に
大きな測定誤差が発生する可能性があり、また回転角度
を算出するにあたり、複雑な計算処理を必要としてい
た。

【０００４】本発明はこの課題を解決するためのもので
あり、大きな誤差を発生することなく、また簡単な計算
処理で多回転する回転体の回転角度を高分解能で検出で
き、回転体や検出手段の異常検出もでき、温度特性の優
れた高信頼性の回転角度検出装置を提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、多回転可能な歯車を持った第１の回転体と、
前記第１の回転体の歯車に連結され第１の回転体より高
速に回転する第２の回転体と、前記第２の回転体の回転
角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転体に
連結され前記第１の回転体より低速で回転する第３の回
転体と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２の検
出手段とを備え、第１，第２の検出手段により前記第１
の回転体の回転角度を検出することを特徴とする回転角
度検出装置としたものであり、多回転可能な回転体を大
きな誤差発生無く回転角度を算出できるという作用を有
する。

【０００６】本発明の請求項２に記載の発明は、多回転
可能な歯車を持った第１の回転体と、前記歯車に連結さ
れ前記第１の回転体より低速で回転する第３の回転体
と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２の検出手
段と、前記第１の回転体の歯車に連結され第１の回転体
より高速に回転する第２の回転体と、前記第２の回転体
の回転角度を検出する第１の検出手段を備え、前記第１
の検出手段と前記第２の検出手段より前記第１の回転体
の回転角度を検出することを特徴とする回転角度検出装
置であり、請求項１と同様の作用を有する。

【０００７】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１または２記載の発明において、前記第１の検出手段に
より粗い絶対回転角度を検出し、前記第２の検出手段に
より細かい絶対回転角度を検出し、前記第１の検出手段
により前記第２の回転体の回転数を確定することを特徴
とする回転角度検出装置としたものであり、大きな誤差
を発生することなく、また簡単な計算処理で多回転する
回転体の回転角度を検出するとができるという作用を有
する。

【０００８】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
３記載の発明において、前記第１，第２，第３の回転体
とを組込み後、前記第２の回転体の回転基準と前記第３
の回転体の回転基準との差を記憶する不揮発性のメモリ
を有し、電源投入時毎に前記回転基準の差を補正するこ
とを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、上
述装置に前記第２，第３の回転体を組込む時に、前記第
２，第３の回転体に固定された歯車の角度がそれぞれず
れた場合でも装置動作時の大きな測定誤差の発生を防止
することができるという作用を有する。

【０００９】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
３または４に記載の発明において、前記第１の検出手段
と第２の検出手段が異方性磁気検出素子であり、各異方
性磁気検出素子が前記第２，第３の回転体に結合された
磁石を走査することを特徴とする回転角度検出装置とし
たものであり、非接触で角度検出できるという作用を有
する。

【００１０】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
３ないし５のいずれか１項に記載の発明において、前記
回転体に結合された磁石の回転角度に対して前記異方性
磁気検出素子から出力されるｓｉｎ信号とｃｏｓ信号か
らｔａｎ信号を算出して前記回転体の回転角度を算出す
ることを特徴とする回転角度検出装置としたものであ
り、前記検出素子感度の温度ドリフトを相殺することが
できるという作用を有する。

【００１１】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
３に記載の発明において、前記第２の回転体と前記第３
の回転体とを組込み後、前記各異方性磁気検出素子から
出力されるｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の基準信号を記憶す
る不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記基準信
号にて前記ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を補正することを特
徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記検出
素子と前記磁石の相対位置がずれた状態で組み込まれて
も、装置動作時の大きな測定誤差の発生を防止すること
ができる。

【００１２】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
３ないし７のいずれか１項に記載の発明において、前記
第１の検出手段の回転信号と前記第２の検出手段の回転
信号より、前記第１の検出手段或いは第２の検出手段の
異常を検出することを特徴とする回転角度検出装置とし
たものであり、前記検出手段が故障しても誤った測定値
を回転角度検出装置外に出力することを防止することが
できる。

【００１３】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
３ないし７のいずれか１項に記載の発明において、第１
の検出手段の回転信号と前記第２の検出手段の回転信号
より前記第２の回転体あるいは前記第３の回転体の異常
を検出することを特徴とする回転角度検出装置としたも
のであり、前記回転体が故障しても誤った測定値を回転
角度検出装置外に出力することを防止することができ
る。

【００１４】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求
項３ないし９のいずれか１項に記載の発明において、前
記第１の検出手段と前記第２の検出手段により検出され
た前記第１の回転体の回転角度をシリアル信号として送
信する演算回路部を備えたことを特徴とする回転角度検
出装置としたものであり、装置内部で角度算出でき外部
に通信できるという作用を有する。

【００１５】本発明の請求項１１に記載の発明は、請求
項３ないし１０のいずれか１項に記載の発明において、
前記第１の回転体の角度は自動車の操舵角であり、前記
第１の回転体が操舵軸に係合されて前記操舵軸と共に回
転する回転角度検出装置としたものであり、少ない部品
点数で自動車の絶対操舵角を検出できるという作用を有
する。

【００１６】

【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６を用いて説明する。

【００１７】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における回転角度検出装置を示す平面図、図２は同
一部切欠正面図、図３は同一部切欠側面図、図４は同装
置における第１の回転体１の回転角度と第２の回転体２
及び第３の回転体７の回転角度との関係を示す図、図５
は同じく第１の回転体１の回転角度と第２の回転体２及
び第３の回転体７の回転角度との関係を示す図、図６は
第１の検出手段３と第２の検出手段５と演算回路部１４
の関係を示すブロック図、図７，図８は第１，第２の検
出手段３，５の出力信号を示す図である。

【００１８】図１ないし図３において、１は外周に歯車
がついた第１の回転体、２は外周に歯車がついた第２の
回転体であり、第１の回転体１に増速関係で連結されて
いる。３は第２の回転体２の中央部に組み込まれており
第２の回転体２とともに回転する磁石４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）、５は第
３の回転体７の中央部に組み込まれており第３の回転体
７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）、８は第２の回転体２
に固定されておりウォームギヤ９を有する軸であり、ケ
ース１０に設けられた軸受け１２，１３により位置規制
されている。ウォームギヤ９は、軸８に固定されており
第３の回転体７の外周に切られたホイールギヤと連結さ
れている。第３の回転体７はケース１０に設けられた軸
受け１１により位置規制されており、第１の回転体１に
対して減速関係にある。

【００１９】第１の回転体１の歯車は第２の回転体２の
歯車と連結されており、第２の回転体２は第１の回転体
１が回転すると各歯車の歯数の比による増速比で回転す
る。第３の回転体７のホイールギヤはウォームギヤ９と
連結されており、第２の回転体２が回転すると軸８、ウ
ォームギヤ９が回転しウォームとホイールの減速比で回
転する。

【００２０】図６において、１４はマイクロコンピュー
タ（演算回路部）であり、第１の検出手段３と第２の検
出手段５にＡＭＰ（増幅器）を介して接続されており、
それぞれの出力信号をマイクロコンピュータ１４へ入力
して回転角度を演算しその結果をシリアル信号として送
信する。また、マイクロコンピュータ１４には前記各異
方性磁気検出素子３，５から出力されるｓｉｎ信号とｃ
ｏｓ信号の基準信号等を記憶する不揮発性のメモリ（Ｅ
ＥＰＲＯＭ）が接続されている。

【００２１】次に、以上の構成により回転体の回転角度
検出方法について説明する。図１において、第１の回転
体１が回転したとき、その外周にある歯車と第２の回転
体２の外周にある歯車によって第２の回転体２を回転さ
せる。第１の回転体１の歯車の歯数をａ、第２の回転体
２の歯車の歯数をｂ、ウォームギヤ９と第３の回転体７
の外周に切られたホイールギヤとの減速比をｃとする
と、第２の回転体２は第１の回転体１に対してａ／ｂ倍
の速さで回転する。第２の回転体２は軸８を回転させ、
ウォームギア９も同等の速さで回転する。

【００２２】次にウォームギヤ９は第３の回転体７を回
転させ、第３の回転体７はウォーギヤ９に対してｃ倍の
速さで回転する。一方、回転数で見ると、第１の回転体
１が１回転すると第２の回転体２はａ／ｂ回転し、第３
の回転体７は（ａ／ｂ）＊ｃ回転する。また、この際、
歯車の歯数ａ，ｂ及び減速比ｃを適切に選択することに
より、第３の回転体７は第１の回転体１よりも十分低速
回転し、第２の回転体２は第１の回転体１よりも十分高
速回転する。第１の検出手段３は第２の回転体２に組み
込まれている磁石４の真下に配置されているため、第２
の回転体２が回転すると第１の検出手段３を貫く磁力の
方向が変化し、出力が変化する。同様に第２の検出手段
５も第３の回転体７が回転すると第２の検出手段５を貫
く磁力の方向が変化し、出力は変化する。

【００２３】さらに、第１の検出手段３と第２の検出手
段５の出力を演算回路部１４（マイクロコンピュータ）
内のＡ／Ｄコンバータを介して入力する。第２の回転体
２が初期位置から何回転目であるかという粗い絶対角度
検出を第２の検出手段５の出力から、第１の回転体１の
回転角度の細かい絶対角度検出を第１の検出手段３の出
力から演算する。

【００２４】図４でもって、第１，第２，第３の回転体
１，２，７の回転角の関係を説明する。ａを４、ｂを
１、ｃを１／１２とすると、第１の回転体１が１回転し
た場合第２の回転体２の回転数は４回転、すなわち第１
の回転体１が４５ｄｅｇ回転すると第２の回転体２は１
８０ｄｅｇ回転する。

【００２５】一方、第３の回転体７の回転数は１／１２
回転となり、第１の回転体１が２１６０ｄｅｇ回転する
と、第３の回転体７は１８０ｄｅｇ回転する。すなわち
図１に示すような出力が得られる。第３の回転体７の絶
対角によって第２の回転体２の回転数を算出し、更に第
２の回転体２の絶対角によって、第１の回転体１の細か
い絶対角を検出する。この場合、第１の回転体１が６回
転するまでの絶対回転角度の検出が可能である。

【００２６】次に第１，第２，第３の回転体をケース１
０に組み込んだ時、第２の回転体２の回転基準と、第３
の回転体７の回転基準とがずれることがある。その状態
を図５に示す。第２の回転体２の回転基準を１６で、ず
れた第３の回転体７の回転基準を１７で示している。こ
の回転基準のずれが大きいと第２の回転体２の回転数の
算出を誤る。すなわち、第１の回転体１の絶対角を＋４
５ｄｅｇ或いは−４５ｄｅｇずれた形で算出してしま
う。

【００２７】そこで、前記回転体をケース１０に組み込
んだ後、通信ラインを通してこのずれ量を算出するモー
ドにするコードを図６に示すマイクロコンピュータ１４
に送信し、回転基準近傍で第１の回転体１を±１回転さ
せ、図５に示す第２の回転体２の回転基準に対する第３
の回転体７の絶対回転角ｘを検出し、第３の回転体７の
回転基準に対する絶対回転角ｙとの差を図６に示す不揮
発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１５に記憶する。その後、
通信ラインを通してこのずれ量を算出するモードから通
常モードにするコードを図６に示すマイクロコンピュー
タ１４に送信し、その後の電源投入時毎に第３の回転体
７の絶対角に、この差（ｘ−ｙ）を補正してから第２の
回転体２の回転数の算出を行う。

【００２８】次に第２の回転体２及び第３の回転体７に
固定されている磁石６，７の回転を検出する第１，第２
の検出手段（異方性磁気検出素子）３，５からの絶対角
算出方法について説明する。また、絶対角算出方法は共
通なのでまとめて説明する。

【００２９】図１において、第２の回転体２が回転する
と磁石６も回転する。この磁石６の回転と共に磁界方向
も回転し、この磁界方向を第１の検出手段（異方性磁気
検出素子）３で検出する。第１の検出手段（異方性磁気
検出素子）３からは、この磁界方向の回転角に対してｓ
ｉｎ信号１８とｃｏｓ信号１９を出力する。図７にこれ
らの出力信号を示す。ｘ軸に第１の回転体１の回転角を
とってそれぞれの信号を示している。これらの信号はマ
イクロコンピュータ（演算回路部）１４に入力されｓｉ
ｎ信号１８とｃｏｓ信号１９よりｔａｎ信号２０を算出
する。この時ｓｉｎ信号１８をｃｏｓ信号１９で除算す
るため、それぞれの感度が周囲温度によって変化して
も、それぞれの感度変化は相殺されｔａｎ信号２０より
算出される絶対回転角度は周囲温度が変化しても精度が
高く算出される。

【００３０】図７に示すように第２の回転体２は第１の
回転体１に対して増速されているので、第１の検出手段
３の信号周期は短くなっており、逆に第３の回転体７は
第１の回転体１に対して減速されているので第２の検出
手段５の信号周期は長くなっている。

【００３１】次に第２の回転体２の回転角に対する第１
の検出手段３の出力を図８に示す。図８からわかるよう
にｓｉｎ信号１８の基準２１とｃｏｓ信号１９の基準２
２との間に差が発生している。この差を補正せずにｔａ
ｎ信号を算出すると絶対回転角が正確に算出できない。
そこで、第１，第２，第３の回転体をケース１０に組み
込んだ時、通信ラインを通してこれらの基準を算出する
モードにするコードを図６に示すマイクロコンピュータ
１４に送信し、第２の回転体２が１回転以上するように
第１の回転体１を回転させ、ｓｉｎ信号１８及びｃｏｓ
信号１９それぞれの最大値、最小値を検出し（最大値＋
最小値）／２の値を算出して、それぞれの基準２１，２
２として不揮発性メモリ１５に記憶する。

【００３２】その後、通信ラインを通してこのずれ量を
算出するモードから通常モードにするコードを図６に示
すマイクロコンピュータ１４に送信し、その後の電源投
入時毎に不揮発性メモリ１５から基準２１，２２を読み
込み、これらの基準に対するｓｉｎ信号１８及びｃｏｓ
信号１９に直してからｔａｎ信号２０を算出して磁石３
の絶対回転角を算出する。

【００３３】一方、第１の検出手段３の信号から算出し
た絶対回転角が変化しているにもかかわらず、第２の検
出手段５の信号から算出した絶対回転角が変化していな
い場合は、第１の検出手段３または第２の検出手段５或
いは第２の回転体２または第３の回転体７に異常が発生
しているとして、通信ラインより算出した第１の回転体
１の絶対回転角を送信するのではなく、回転角度検出装
置の異常を示すコードを送信し、メインシステムの誤動
作をさせないようにする。第１の検出手段３の信号から
算出した絶対回転角が変化していないのに、第２の検出
手段５の信号から算出した絶対回転角が変化している場
合も同様のことが言える。

【００３４】また、第１の回転体１と第２の回転体２、
第３の回転体７を連結する回転体の数は一方を第１の回
転体１より高速に、もう一方を第１の回転体１より低速
に回転するように連結できれば、上述の実施の形態より
多くても、少なくてもよい。

【００３５】なお、本実施の形態においては、第１の回
転体１と第３の回転体７の間にある第２の回転体２を利
用した細かい絶対角検出を行なうものについて説明した
が、図９に示すように第２の回転体３２は別途第１の回
転体１に独立して連結させ、この第２の回転体３２を利
用して細かい絶対角検出を行なうように構成してもよ
い。この時、第１の回転体１に対して減速連結する伝達
機構が必要であることはいうまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、少ない部
品点数で、大きな誤差を発生することなく、また簡単な
計算処理で、温度補正することもなく、多回転する回転
体の絶対回転角度を精度よく検出することができる回転
角度検出装置を実現できるという有利な効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置
の平面図

【図２】同一部切欠正面図

【図３】同一部切欠側面図

【図４】同装置による第１の回転体１の回転角度と第２
の回転体２及び第３の回転体７の回転角度との関係を示
す図

【図５】同装置による第１の回転体１の回転角度と第２
の回転体２及び第３の回転体７の回転角度との関係を示
す図

【図６】同装置による第１の検出手段３と第２の検出手
段５と演算回路部１４の関係を示すブロック図

【図７】同装置による第１の回転体１の回転角度に対す
る第１，第２の検出手段３，５の出力信号を示す波形図

【図８】同装置による第１の回転体１の回転角度に対す
る第１，第２の検出手段３，５の出力信号を示す波形図

【図９】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置
の平面図

【符号の説明】

１第１の回転体２第２の回転体３第１の検出手段４磁石５第２の検出手段６磁石７第３の回転体８軸９ウォームギヤ１０ケース１１軸受け１２軸受け１３軸受け１４マイクロコンピュータ１５ＥＥＰＲＯＭ１６第２の回転体の回転基準１７第３の回転体の回転基準１８ｓｉｎ信号１９ｃｏｓ信号２０ｔａｎ信号２１ｓｉｎ信号の基準２２ｃｏｓ信号の基準

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牛原正晴大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者湯河潤一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA35 AA36 BA02 CA09 DC08 GA52 2F077 AA11 AA20 AA25 CC10 JJ10 PP14 QQ05 TT32 TT42 TT61 WW08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多回転可能な歯車を持った第１の回転体
と、前記第１の回転体の歯車に連結され第１の回転体よ
り高速に回転する第２の回転体と、前記第２の回転体の
回転角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転
体に連結され前記第１の回転体より低速で回転する第３
の回転体と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２
の検出手段とを備え、第１，第２の検出手段より前記第
１の回転体の回転角度を検出することを特徴とする回転
角度検出装置。
【請求項２】多回転可能な歯車を持った第１の回転体
と、前記歯車に連結され前記第１の回転体より低速で回
転する第３の回転体と、前記第３の回転体の回転角を検
出する第２の検出手段と、前記第１の回転体の歯車に連
結され第１の回転体より高速に回転する第２の回転体
と、前記第２の回転体の回転角度を検出する第１の検出
手段を備え、前記第１の検出手段と前記第２の検出手段
より前記第１の回転体の回転角度を検出することを特徴
とする回転角度検出装置。
【請求項３】前記第１の検出手段により粗い絶対回転
角度を検出し、前記第２の検出手段により細かい絶対回
転角度を検出し、前記第１の検出手段により前記第２の
回転体の回転数を確定することを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】前記第１，第２，第３の回転体とを組込
み後、前記第２の回転体の回転基準と前記第３の回転体
の回転基準との差を記憶する不揮発性のメモリを有し、
電源投入時毎に前記回転基準の差を補正することを特徴
とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】前記第１の検出手段と第２の検出手段が
異方性磁気検出素子であり、各々の異方性磁気検出素子
が前記第２，第３の回転体に結合された磁石を走査する
ことを特徴とする請求項３または４に記載の回転角度検
出装置。
【請求項６】前記各々の異方性磁気検出素子からは前
記回転体に結合された磁石の回転角度に対するｓｉｎ信
号とｃｏｓ信号を出力し、これらの信号からｔａｎ信号
を算出してから前記回転体の回転角度を算出することを
特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の回転角
度検出装置。
【請求項７】前記第２の回転体と前記第３の回転体と
を組込み後、前記各々の異方性磁気検出素子から出力さ
れるｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の基準信号を記憶する不揮
発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記各々の基準信
号にて前記ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の補正を特徴とする
請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項８】前記第１の検出手段の回転信号と前記第
２の検出手段の回転信号により前記第１の検出手段或い
は第２の検出手段の異常を検出することを特徴とする請
求項３ないし７のいずれか１つに記載の回転角度検出装
置。
【請求項９】前記第１の検出手段の回転信号と前記第
２の検出手段の回転信号より前記第２の回転体或いは前
記第３の回転体の異常を検出することを特徴とする請求
項３ないし７のいずれか１つに記載の回転角度検出装
置。
【請求項１０】前記第１の検出手段と前記第２の検出
手段により検出された前記第１の回転体の回転角度をシ
リアル信号として送信する演算回路部を備えたことを特
徴とする請求項３ないし９のいずれか１つに記載の回転
角度検出装置。
【請求項１１】前記第１の回転体の角度は自動車の操
舵角であり、前記第１の回転体が操舵軸に係合されて前
記操舵軸と共に回転する請求項３〜１０のいずれか１項
に記載の回転角度検出装置。