JP2005172656A

JP2005172656A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2005172656A
Application number: JP2003414460A
Authority: JP
Inventors: Shozo Shiraga; 昇三白髪; Koji Toyoda; 孝司豊田; Tamotsu Ota; 保太田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: GB0427125D0; US20050127907A1; JP4413592B2; GB2409903A; US7211999B2; GB2409903B

Abstract

【課題】自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関し、検出する回転角度に誤差が生じ難く、検出精度が高いものを提供することを目的とするものである。
【解決手段】ステアリングに連動して回転する第一及び第二の検出体１２、１３の中央に配置された磁石１４、１５の少なくとも一方を、上面と下面のＮ極とＳ極を逆方向に形成して回転角度検出装置を構成するものであり、上面のＮ極からの磁力線がこの下面のＳ極に、また、下面のＮ極からの磁力線がこの上面のＳ極に吸い込まれることにより、磁石の側面から側方へ延出入する磁力が弱くなり、複数の検出手段の間で磁力線の向きに及ぼし合う影響を軽減できるため、回転角度に誤差が生じ難く、検出精度が高い回転角度検出装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。

近年、自動車の高機能化が進む中、各種制御のため様々な回転角度検出装置を用いてステアリングの回転角度を検出するものが増えている。

このような、従来の回転角度検出装置について、図１０〜図１３を用いて説明する。

図１０は従来の回転角度検出装置の要部斜視図、図１１は同断面図であり、同図において、１は外周に平歯車部１Ａが形成された回転体で、この平歯車部１Ａには各々歯数の異なる第一の検出体２及び第二の検出体３の平歯車部２Ａ、３Ａが噛合している。

そして、第一の検出体２と第二の検出体３の歯数は、回転体１の所定の回転角度、例えば、回転体１が中立位置から左方向に２回転した位置と、右方向に２回転した位置では、最初の噛合位置に戻るような歯数に設定されている。

また、回転体１には、中央部に挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられると共に、第一及び第二の検出体２、３の中央部には、各々接着によって円柱形状の磁石４、５が装着されている。

そして、これらの上面には配線基板６が配置され、この配線基板６には、第一の検出体２と第二の検出体３の中央部の対向する個所に、磁気検出素子７、８が装着されると共に、磁気検出素子７、８からの出力信号を処理するマイコン等からなる制御手段９が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

なお、第一及び第二の検出体２、３の磁石４、５は、図１２の磁石の磁力線の方向を表す側面視の概略図に示すように、磁気検出素子７、８と対向して左右方向にＮ極とＳ極を設けたものが使用されている。

そして、この磁石４、５からは磁気検出素子７、８が検出する磁力線Ａ０やこの側面から側方へ延出入する磁力線Ｂ０が出力されている。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１が回転し、この平歯車部１Ａに噛合した第一の検出体２と第二の検出体３も各々回転する。

そして、この回転に連動して、第一の検出体２と第二の検出体３に装着された磁石４、５も回転し、この回転する磁力線Ａ０の向きを磁気検出素子７、８が検出し、この向きを電圧に変換して出力する。

また、図１３の電圧波形図に示すように、回転体１が任意の回転角度θの場合には、第一の検出体２と第二の検出体３の歯数が異なることによって、第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度が異なり、磁石４、５の磁力線Ａ０の向きも異なるため、図１３（ａ）の磁気検出素子７の電圧Ｖ１と、図１３（ｂ）の磁気検出素子８の電圧Ｖ２は差異のあるものとなる。

そして、この電圧の差異と第一及び第二の検出体２、３の歯数を制御手段９が演算処理することによって、回転体１の、つまりステアリングの任意の回転角度θが検出されるように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１１−２８７６０８号公報

しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、例えば、磁力線Ａ０の向きを確実に検出できるようにするために強い磁力を有する磁石４や５を使用した場合、磁石４や５の側面から側方へ延出入する磁力線Ｂ０が左右方向に離れた他方の磁力線Ａ０の向きに影響を及ぼすため、磁気検出素子７や８が検出する回転角度に誤差が生じ易いという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、検出する回転角度に誤差が生じ難く、検出精度が高い回転角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、ステアリングに連動して回転する複数の検出体の中央に配置された磁石の少なくとも一方を、上面と下面のＮ極とＳ極を逆方向に形成して回転角度検出装置を構成したものであり、上面のＮ極からの磁力線がこの下面のＳ極に、また、下面のＮ極からの磁力線がこの上面のＳ極に吸い込まれることにより、磁石の側面から側方へ延出入する磁力が弱くなり、複数の検出手段の間で磁力線の向きに及ぼし合う影響を軽減できるため、回転角度に誤差が生じ難く、検出精度が高い回転角度検出装置を得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、磁石を直方体形状としたものであり、磁石の磁力線は一般に磁石の中心から離れるにつれて磁石の端部形状の影響を受けて曲がるため、外形がほぼ同じ円柱形状の磁石に比べ、直方体形状の磁石の端部近傍の磁力線の曲がり具合は小さいため、磁石の中心と磁気検出素子の中心とのずれが発生した場合でも、磁力線の向きの変動を小さくでき、検出する回転角度に誤差を生じ難くできるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、検出体の中央部に設けた凹部に磁石を収納し、磁石の左右側面の略対角位置を凹部の側壁へ押圧付勢したものであり、磁石の左右側面の略対角位置を凹部の側壁へ押圧付勢しているため、磁石の中心のずれを起こすことなく磁石を保持できるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、検出する回転角度に誤差が生じ難く、検出精度が高い回転角度検出装置を得ることができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図９を用いて説明する。

なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図、図２は同断面図であり、同図において、１は外周に平歯車部１Ａが形成された回転体で、この平歯車部１Ａには各々歯数の異なる第一の検出体１２及び第二の検出体１３の平歯車部１２Ａ、１３Ａが噛合している。

そして、第一の検出体１２と第二の検出体１３の歯数は、回転体１の所定の回転角度、例えば、回転体１が中立位置から左方向に２回転した位置と、右方向に２回転した位置では、最初の噛合位置に戻るような歯数に設定されている。

また、回転体１には、中央部に挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられると共に、図３に検出体周辺部の分解斜視図に示すように、第一及び第二の検出体１２、１３の中央部には、直方体形状の磁石１４、１５よりやや大きな凹部１２Ｂ、１３Ｂが設けられている。

そして、この凹部１２Ｂ、１３Ｂに磁石１４、１５が収納されると共に、略コの字状の磁石固定体２４、２５の前後側部内面のフック部２４Ｂ、２５Ｂが第一及び第二の検出体１２、１３のフック係止部１２Ｃ、１３Ｃに係止され、上部下面に突起を有する上部押圧部２４Ａ、２５Ａが少し下方に撓んだ状態で磁石１４、１５を凹部１２Ｂ、１３Ｂ底面に押圧固定している。

また、図４の検出体周辺部の平面図に示すように、この磁石１４、１５の左右の側面の略対角位置は、磁石固定体２４、２５の左右側部内面の側部押圧部２４Ｃ、２５Ｃに押圧付勢されている。

つまり、磁石１４、１５の左上角部が凹部１２Ｂ、１３Ｂの左上壁に、磁石１４、１５の右上角部が凹部１２Ｂ、１３Ｂの右上壁に、磁石１４、１５の右下角部が凹部１２Ｂ、１３Ｂの右下壁に、磁石１４、１５の左下角部が凹部１２Ｂ、１３Ｂの左下壁に各々押圧付勢され、磁石１４、１５の中心がずれないように保持されている。

そして、この磁石１４、１５は、図５の磁石の磁力線の方向を表す側面視の概略図に示すように、上面の左側にＮ極が右側にＳ極が設けられると共に、下面の左側にＳ極が右側にＮ極が設けられている。

また、図１で示したように、６は第一及び第二の検出体１２、１３の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されている。

そして、配線基板６の第一の検出体１２の中央部との対向面には、ＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）等の磁気検出素子７が装着され、この対向した磁石１４と磁気検出素子７によって第一の検出手段２０が構成されている。

また、同様にして、配線基板６の第二の検出体１３の中央部との対向面には、ＡＭＲ素子等の磁気検出素子８が装着され、この対応した磁石１５と磁気検出素子８によって第二の検出手段２１が構成されている。

そして、９はマイコン等から形成された制御手段で、第一及び第二の検出手段２０、２１の磁気検出素子７、８に接続されると共に、自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。

なお、図５で示したように、磁石１４、１５からは磁気検出素子７、８が検出する磁力線Ａ１やこの側面から側方へ延出入する磁力線Ｂ１等が発生するが、上面のＮ極から左方に出た磁力線Ｂ１はこの下面のＳ極に、また、下面のＮ極から右方に出た磁力線Ｂ１はこの上面のＳ極に吸い込まれることにより、磁石１４、１５の側面から側方へ延出入する磁力は弱いものとなり、例えば、第一の検出手段２０の磁石１４の側面からの磁力線Ｂ１が、第二の検出手段２１の磁気検出素子８が検出する磁力線Ａ１の向きに及ぼす影響を軽減できるように構成されている。

また、図６及び図７の磁石の磁力線の方向を表す上面視の概略図に示すように、磁石の磁力線は一般に磁石の中心から離れるにつれて磁石の端部形状の影響を受けて曲がる。

例えば、図６の上面の左側にＮ極が右側にＳ極が設けられた直方体形状の磁石１４、１５の磁力線Ａ２は磁石１４、１５の上下の端部近傍のみ曲がるのに対し、図７の上面の左側にＮ極が右側にＳ極が設けられた円柱形状の磁石１４、１５の磁力線Ａ３は磁石１４、１５の上下の端部近傍のみ曲がるのではなく、磁石１４、１５の中心から上下の端部に近づくにつれて曲がりが大きくなり、外形がほぼ同じ円柱形状の磁石１４、１５に比べ、直方体形状の磁石１４、１５の端部近傍の磁力線の曲がり具合は小さいため、磁石１４、１５の中心と磁気検出素子７、８の中心とのずれが発生した場合でも、磁力線の向きの変動を小さくでき、検出する回転角度に誤差を生じ難くできる。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１が回転し、この平歯車部１Ａに噛合した第一の検出体１２と第二の検出体１３も各々回転する。

そして、この回転に連動して、第一の検出体１２と第二の検出体１３に装着された磁石１４、１５も回転し、この回転する磁力線Ａ１の向きを磁気検出素子７、８が検出し、この向きを電圧に変換して出力する。

また、図８の電圧波形図に示すように、回転体１が任意の回転角度θの場合には、第一の検出体１２と第二の検出体１３の歯数が異なることによって、第一の検出体１２と第二の検出体１３の回転角度が異なり、磁石１４、１５の磁力線Ａ１の向きも異なるため、図８（ａ）の磁気検出素子７の電圧Ｖ１１と、図８（ｂ）の磁気検出素子８の電圧Ｖ１２は差異のあるものとなる。

そして、この電圧の差異と第一及び第二の検出体１２、１３の歯数を制御手段９が演算処理することによって、回転体１の、つまりステアリングの任意の回転角度θを検出する。

このように本実施の形態によれば、ステアリングに連動して回転する第一及び第二の検出体１２、１３の中央に配置された磁石１４、１５の少なくとも一方を、上面と下面のＮ極とＳ極を逆方向に形成して回転角度検出装置を構成することによって、上面のＮ極からの磁力線Ｂ１がこの下面のＳ極に、また、下面のＮ極からの磁力線Ｂ１がこの上面のＳ極に吸い込まれることにより、磁石１４、１５の側面から側方へ延出入する磁力が弱くなり、第一及び第二の検出手段２０、２１の間で磁力線Ａ１の向きに及ぼし合う影響を軽減できるため、回転角度に誤差が生じ難く、検出精度が高い回転角度検出装置を得ることができるものである。

また、磁石１４、１５を直方体形状とすることによって、磁石の磁力線は一般に磁石の中心から離れるにつれて磁石の端部形状の影響を受けて曲がるため、外形がほぼ同じ円柱形状の磁石１４、１５に比べ、直方体形状の磁石１４、１５の端部近傍の磁力線の曲がり具合は小さいため、磁石１４、１５の中心と磁気検出素子７、８の中心とのずれが発生した場合でも、磁力線の向きの変動を小さくでき、検出する回転角度に誤差を生じ難くできる。

更に、第一及び第二の検出体１２、１３の中央部に設けた凹部１２Ｂ、１３Ｂに磁石１４、１５を収納し、磁石１４、１５の左右側面の略対角位置を凹部１２Ｂ、１３Ｂの側壁へ押圧付勢することによって、磁石１４、１５の中心のずれを起こすことなく磁石１４、１５を保持できる。

なお、以上の説明では、第一及び第二の検出体１２、１３の平歯車部１２Ａ、１３Ａを回転体１の外周の平歯車部１Ａに噛合させる構成として説明したが、図９の要部斜視図に示すように、これに代えて、回転体１の外周の平歯車部１Ａに第一の検出体１２の平歯車部１２Ａを噛合させると共に、この平歯車部１２Ａに第二の検出体１３の平歯車部１３Ａを噛合させる構成としても、本発明の実施は可能である。

そして、この構成の場合、第一及び第二の検出体１２、１３の平歯車部１２Ａ、１３Ａを回転体１の外周の平歯車部１Ａに噛合させる場合に比べて、第一の検出手段２０と第二の検出手段２１が近接するため、本発明の磁石１４、１５の少なくとも一方を、上面と下面のＮ極とＳ極を逆方向に形成することにより、第一及び第二の検出手段２０、２１の間で磁力線Ａ１の向きに及ぼし合う影響を軽減できるという効果を更に大きなものとすることができる。

また、以上の説明では、平歯車部１Ａ、１２Ａ、１３Ａを噛合させる構成として説明したが、これに代えて、かさ歯車等の他の形状の歯車を用いたり、或いは歯車以外の凹凸形状を噛合させた構成としても良い。

本発明による回転角度検出装置は、検出する回転角度に誤差が生じ難く、検出精度が高い回転角度検出装置を得ることができるという有利な効果を有し、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置等に有用である。

本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図同断面図同検出体周辺部の分解斜視図同検出体周辺部の平面図同磁石の磁力線の方向を表す側面視の概略図同磁石が直方体形状の磁力線の方向を表す上面視の概略図同磁石が円柱形状の磁力線の方向を表す上面視の概略図同電圧波形図本発明の他の実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図従来の回転角度検出装置の要部斜視図同断面図同磁石の磁力線の方向を表す側面視の概略図同電圧波形図

符号の説明

１回転体
１Ａ、２Ａ、３Ａ、１２Ａ、１３Ａ平歯車部
１Ｂ係合部
２、１２第一の検出体
３、１３第二の検出体
４、５、１４、１５磁石
６配線基板
７、８磁気検出素子
９制御手段
１２Ｂ、１３Ｂ凹部
１２Ｃ、１３Ｃフック係止部
２０第一の検出手段
２１第二の検出手段
２４、２５磁石固定体
２４Ａ、２５Ａ上部押圧部
２４Ｂ、２５Ｂフック部
２４Ｃ、２５Ｃ側部押圧部

Claims

ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体の回転に連動して回転する複数の検出体と、上記複数の検出体の中央に配置された磁石及び上記磁石の上面に対向して配置された磁気検出素子によって形成され上記検出体の回転を検出信号として検出する複数の検出手段と、上記検出信号から上記回転体の回転角度を検出する制御手段からなり、上記検出手段の磁石の少なくとも一方の上面と下面左右のＮ極とＳ極を逆方向に形成した回転角度検出装置。
磁石を直方体形状とした請求項１記載の回転角度検出装置。
検出体の中央部に設けた凹部に磁石を収納すると共に、上記磁石の左右側面の略対角位置を凹部の側壁へ押圧付勢した請求項２記載の回転角度検出装置。