JP2007298500A - 回転角度検出装置 - Google Patents

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、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】回転体１１に連動して回転する検出体１２を設けると共に、この上方に発光素子１４を、下方に環状受光素子１６を各々配置し、検出体１２の通孔１３を通過した環状受光素子１６の受光範囲から、回転体１１の回転角度を検出することによって、回転体１１の１度間隔以下での回転角度の検出が可能となるため、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能な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、ブレーキや横滑り防止等の各種制御を行うため、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であり、同図において、１は金属製の回転体で、外周には９度または４．５度の間隔で複数の切込部１Ａが形成されると共に、中央部には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が設けられている。

また、２は回転体１の切込部１Ａ上方に配置された発光素子、３は回転体１下面にほぼ平行に配置された配線基板で、配線基板３の両面には複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、発光素子２の下方には受光素子４が対向して実装されている。

さらに、配線基板３にはマイコン等の電子部品によって、発光素子２や受光素子４に接続された制御手段５が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このような回転角度検出装置が、制御手段５がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１中央部の係合部１Ｂにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。

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、外周の切込部１Ａが発光素子２の下方に位置した場合には、発光素子２の光が切込部１Ａを通過するが、切込部１Ａが形成されていない箇所では、発光素子２の光は遮断される。

そして、この９度または４．５度の間隔で通過する発光素子２からの光を受光素子４が受光し、これを例えば、０と１のパルス信号として、制御手段５に出力する。

また、制御手段５が、この受光素子４からの信号数をカウントすると共に、あらかじめ記憶した切込部１Ａの間隔の９度または４．５度をこれに乗じて、回転体１の回転角度、即ちステアリングの回転角度を検出するようにして、回転角度検出装置が構成されている。

つまり、回転角度の分解能は、回転体１外周に形成された複数の切込部１Ａの間隔によって決まるが、回転体１の大きさや切込部１Ａの間隔は、装置が搭載される箇所や加工上の制約から極端に小さくはしづらく、また、あまり小さくすると、塵埃等が付着した場合に誤検出の原因ともなるため、一般には上記のような９度または４．５度の分解能となっ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２００５−３６２５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、回転角度の分解能が回転体１外周に形成された複数の切込部１Ａの間隔によって決まり、この間隔を小さくするには限界があるため、高分解能な回転角度の検出が困難である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、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能な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、回転体に連動して回転する回転体を設けると共に、この上方に発光素子を、下方に環状受光素子を各々配置し、検出体の通孔を通過した環状受光素子の受光範囲から、回転体の回転角度を検出するようにして回転角度検出装置を構成したものであり、回転体に連動して回転する検出体の回転を、環状受光素子を用いて検出することによって、回転体の１度間隔以下での回転角度の検出が可能になると共に、塵埃等の影響も受けづらくなるため、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能な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、検出体の通孔を半円状に形成したものであり、環状受光素子の約１８０度の広い受光範囲から回転角度の検出を行えるため、簡易な構成で、誤差がなく、正確な回転角度の検出を行うことが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１記載の発明において、制御手段が環状受光素子の受光範囲の中央値を回転角度として検出するものであり、回転角度検出装置の組立時等に、検出体と環状受光素子の間に多少の中心ずれが生じた場合でも、正しく回転角度の検出を行うことが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、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を実現す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。

（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であり、同図において、１１は外周に平歯車部１１Ａが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１１Ｂが設けられている。

そして、１２は外周に回転体１１の歯数に対し１／３の歯数の平歯車部１２Ａが形成された検出体で、この検出体１２の平歯車部１２Ａが回転体１１の平歯車部１１Ａに噛合すると共に、検出体１２には半円状の貫通孔である通孔１３が設けられている。

また、１４は検出体１２の通孔１３上方に配置された発光ダイオード等の発光素子、１５は回転体１１や検出体１２下面にほぼ平行に配置された配線基板で、配線基板１５の両面には複数の配線パターン（図示せず）が形成されている。

さらに、１６は複数のフォトセンサ等が１度間隔で３６０個、リング状に配列された環状受光素子で、この環状受光素子１６が検出体１２下方の配線基板１５上面に対向して実装されると共に、配線基板１５にはマイコン等の電子部品によって、発光素子１４や環状受光素子１６に接続された制御手段１７が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このような回転角度検出装置は、制御手段１７がコネクタやリード線（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１１中央部の係合部１１Ｂにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。

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１１が回転し、この外周の平歯車部１１Ａに平歯車部１２Ａが噛合した検出体１２も回転する。

そして、図２（ａ）の平面図に示すように、例えば、検出体１２が９０度回転した状態では、半円状の通孔１３を通過した発光素子１４の光を、フォトセンサがリング状に配列された環状受光素子１６は、０度から１８０度の範囲で受光し、図３（ａ）の波形図に示すような信号を、制御手段１７へ出力する。

そして、この信号から制御手段１７が、発光素子１４の光が０度から１８０度の範囲で通孔１３を通過したことを検出し、この角度０度と角度１８０度間の中央値である角度９０度を回転角度として検出する。

また、図２（ｂ）に示すように、さらにステアリングが回転し、検出体１２が１８０度回転した状態では、環状受光素子１６が９０度から２７０度の範囲で受光し、図３（ｂ）に示すような信号を、制御手段１７へ出力する。

そして、制御手段１７が、発光素子１４の光が９０度から２７０度の範囲で通孔１３を通過したことを検出すると共に、９０度と２７０度間の中央値である角度１８０度を回転角度として検出する。

さらに、図２（ｃ）に示すように、ステアリングが回転し、検出体１２が３００度回転した状態では、環状受光素子１６が２１０度から３０度の範囲で受光し、図３（ｃ）に示すような信号を、制御手段１７へ出力する。

そして、この信号から制御手段１７が、発光素子１４の光が２１０度から３６０度、すなわち０度を超えた３０度までの範囲で通孔１３を通過したことを検出すると共に、２１０度と３０度の中央値である角度３００度を回転角度として検出する。

なお、この時、上述したように、環状受光素子１６は複数のフォトセンサが１度間隔で３６０個、リング状に配列されて形成されているため、検出体１２の回転に対し、１度間隔での回転角度の検出が可能なようになっている。

さらに、上述したように、検出体１２の歯数は回転体１１の歯数に対し１／３となっており、回転体１１の１回転に対し、検出体１２は３回転するため、回転体１１の回転角度に対しては、検出体１２の回転角度の分解能１度を３で除した、約０．３３度の高分解能な回転角度の検出が行えるように構成されている。

また、検出体１２の半円状の通孔１３を通過した発光素子１４の光を環状受光素子１６で受光すると共に、この受光範囲の中央値を検出体１２の回転角度と検出することによって、回転角度検出装置の組立時等に、検出体１２と環状受光素子１６の間に多少の中心ずれが生じた場合でも、正しく回転角度の検出が行えるようになっている。

つまり、図２（ｄ）に示すように、検出体１２に対し環状受光素子１６が例えば右方へずれた場合には、本来９０度から２７０度の範囲で受光するはずが、環状受光素子１６が例えば、８７度から２７３度の範囲で受光し、図３（ｄ）に示すような信号が、制御手段１７へ出力される。

しかし、これを制御手段１７が受光範囲である８７度から２７３度の中央値を検出することによって、中心ずれがない場合と同じ角度１８０度が、回転角度として検出されるため、各構成部品に多少の中心ずれが生じた場合でも、正しく回転角度を検出することができる。

すなわち、通孔１３を半円状の、環状受光素子１６の受光範囲の両端に相当する円弧部の両端が直線で結ばれた形状とすることによって、検出体１２と環状受光素子１６の間に多少の中心ずれが生じた場合でも、受光範囲は多少変化するもののその中央値は変化しないため、正しい回転角度の検出が行われるようになっている。

つまり、例えば図４（ａ）の平面図に示すように、検出体１２に円弧部の両端が中心方向に向いた、略くの字状の直線で結ばれた略扇形の通孔１３Ｄを形成した場合には、中心ずれがない状態では、環状受光素子１６の受光範囲から回転角度を検出することは可能であるが、図４（ｂ）に示すように、検出体１２に対し環状受光素子１６がたとえば上方にずれた場合には、本来、図５（ａ）の波形図に示すように、１２０度から２４０度の受光範囲でその中央値が１８０度と検出されるはずのものが、図５（ｂ）に示すように、１２５度から２４５度の受光範囲でその中央値が１８５度とずれた角度で検出されてしまう。

これに対し、図２に示したように、受光範囲の両端に相当する円弧部の両端が直線で結ばれた、半円状の通孔１３の場合には、検出体１２と環状受光素子１６の間に多少の中心ずれが生じても、受光範囲は多少変化するものの、その中央値は変化しないため、中心ずれの影響を受け難いようになっている。

なお、以上の説明では、検出体１２に半円状の通孔１３を設けた構成について説明したが、図６（ａ）の平面図に示すように、検出体１２の中心に対して対向する二つの通孔１３Ａと１３Ｂを設け、これらを通過した発光素子１４の光を、環状受光素子１６が受光する構成としてもよい。

ただし、この構成の場合には、図６（ａ）に示すように、検出体１２が１８０度回転した状態では、環状受光素子１６からは、図７（ａ）の波形図に示すような、９０度付近と２７０度付近の二つの信号が、制御手段１７へ出力され、制御手段１７はこの二つの受光範囲の中央値を検出するが、回転角度が２７０度〜０度〜９０度の中央値である０度か、９０度〜１８０度〜２７０度の中央値である１８０度であるかが、区別し難い。

これに対し、図６（ｂ）に示すように、通孔１３Ａと１３Ｂの間に通孔１３Ｃを設けることによって、半円状の通孔１３のように広い範囲ではないが、図７（ｂ）に示すように、９０度付近と１８０度付近、２７０度付近の三つの信号が制御手段１７へ出力される。

したがって、制御手段１７がこれら三つの信号から、検出体１２が９０度から２７０度の範囲に回転した状態であることが判別できるため、角度１８０度を回転角度として検出することが可能になると共に、各構成部品に多少の中心ずれが生じた場合でも、正しく回転角度を検出することができる。

つまり、検出体１２に対向する二つの通孔１３Ａと１３Ｂを設けると共に、これらの間にもう一つの通孔１３Ｃを設けることによって、半円状の通孔１３を設けた場合と同様の効果を得ることができる。

さらに、図８の要部斜視図に示すように、回転体１１に噛合した検出体１２に加え、外周に検出体１２とは歯数の異なる平歯車部１８Ａが形成された補助検出体１８を設け、これを検出体１２の平歯車部１２Ａに噛合させると共に、補助検出体１８にも半円状の通孔１３を設け、これらの上下に複数の発光素子１４Ａ、１４Ｂと環状受光素子１６Ａ、１６Ｂを配置することによって、回転体１１の絶対角度の検出を行うことができる。

つまり、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１１が回転し、この外周の平歯車部１１Ａに平歯車部１２Ａが噛合した検出体１２、及び検出体１２に平歯車部１８Ａが噛合した補助検出体１８が連動して回転する。

そして、上述したように、通孔１３を通過した発光素子１４Ａと１４Ｂの光を環状受光素子１６Ａと１６Ｂが受光し、各々の角度範囲の信号を、制御手段１７へ出力するが、検出体１２と補助検出体１８とは歯数が異なっているため、その角度範囲の信号も異なったものとなる。

すなわち、制御手段１７がこの環状受光素子１６Ａと１６Ｂからの異なる角度と、検出体１２と補助検出体１８の異なる歯数から、回転体１１の回転角度、つまりステアリングの回転角度を演算することによって、高分解能な絶対角度の検出を行うことができる。

なお、上記のような回転体１１に検出体１２、検出体１２に補助検出体１８を噛合させた構成のほか、回転体１１に検出体１２と補助検出体１８の両方を噛合させた構成としても、同様に絶対角度の検出を行うことが可能である。

このように本実施の形態によれば、回転体１１に連動して回転する検出体１２を設けると共に、この上方に発光素子１４を、下方に環状受光素子１６を各々配置し、検出体１２の通孔１３を通過した環状受光素子１６の受光範囲から、回転体１１の回転角度を検出することによって、回転体１１の１度間隔以下での回転角度の検出が可能になると共に、塵埃等の影響も受けづらくなるため、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるものである。

また、検出体１２の通孔１３を半円状に形成することによって、環状受光素子１６の約１８０度の広い受光範囲から回転角度の検出を行えるため、誤差がなく、正確な回転角度の検出を行うことができる。

さらに、環状受光素子１６の受光範囲の両端に相当する通孔１３や１３Ａ，１３Ｂの両端を、直線で結ばれた位置に配置して形成することにより、検出体１２と環状受光素子１６の間に多少の中心ずれが生じた場合でも、受光範囲は多少変化するもののその中央値は変化しないため、正しい回転角度の検出を行うことができる。

そして、制御手段１７が環状受光素子１６の受光範囲の中央値を回転角度として検出することによって、回転角度検出装置の組立時等に、検出体１２と環状受光素子１６の間に多少の中心ずれが生じた場合でも、正しく回転角度の検出を行うことができる。

なお、以上の説明では、検出体１２の通孔を１８０度の受光範囲を有する半円状の通孔１３や、三つの通孔１３Ａと１３Ｂ，１３Ｃとした構成について説明したが、図９（ａ）の平面図に示すように、受光範囲が例えば１２０度とやや狭くはなるが、半円状で円弧部の両端が直線で結ばれた通孔２３や、図９（ｂ）の半円よりも大きな通孔２３Ａ、あるいは図９（ｃ）の帯状の通孔２３Ｂのような構成としても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、発光素子１４の光が通過する通孔１３を貫通孔とした構成について説明したが、通孔１３内を透明または透光性の合成樹脂等で充填した構成や、上下を透明なシート等で塞いだ構成としても、光が所定の範囲で通過するように構成されていれば本発明の実施は可能である。

さらに、以下の説明では、回転体１１や検出体１２、補助検出体１８の外周に平歯車部を形成して、これらが噛合して互いに連動して回転する構成として説明したが、平歯車部以外にも傘歯車等、他の形状の歯車を用いた構成や、歯車に代えて、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や検出体の外周に形成し、これによって互いに連動して回転する構成としても、本発明の実施は可能である。

本発明による回転角度検出装置は、簡易な構成で、高分解能な回転角度の検出が可能なものを実現することができ、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。

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 同平面図 同波形図 同他の実施の形態による平面図 同波形図 同平面図 同波形図 同要部斜視図 同平面図 従来の回転角度検出装置の要部斜視図

符号の説明

１１ 回転体
１１Ａ、１２Ａ、１８Ａ 平歯車部
１１Ｂ 係合部
１２ 検出体
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、２３、２３Ａ、２３Ｂ 通孔
１４、１４Ａ、１４Ｂ 発光素子
１５ 配線基板
１６、１６Ａ、１６Ｂ 環状受光素子
１７ 制御手段
１８ 補助検出体

Claims (3)

1. ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体に連動して回転する検出体と、この検出体の上方に配置された発光素子と、上記検出体の下方に配置された環状受光素子と、上記発光素子と環状受光素子に接続された制御手段からなり、上記検出体に通孔を設けると共に、上記制御手段が上記環状受光素子の受光範囲から、上記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置。
2. 検出体の通孔を半円状に形成した請求項１記載の回転角度検出装置。
3. 制御手段が上記環状受光素子の受光範囲の中央値を回転角度として検出する請求項１記載の回転角度検出装置。

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