JP2007322358A - 舵角センサ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数や組付け工数の増加を抑制しつつ、ステアリングホイールの絶対舵角を検出すること。
【解決手段】ウォームホイール１４に内歯１８を形成し、この内歯１８にギヤ比の異なる複数の検出ギア２２、２４を噛み合せ、検出ギア２２に磁石４０を配置し、検出ギア２４に磁石４２を配置し、磁石４０の磁気的変化をホール素子４４、４６で検出し、磁石４２の磁気的変化をホール素子４８、５０で検出し、ホール素子４４、４６の検出出力とホール素子４８、５０の検出出力を基にステアリングホイールの絶対舵角を演算器で演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、舵角センサに係り、特に、電動パワーステアリング装置におけるステアリングホイールの絶対舵角を検出するための舵角センサに関する。

自動車等の車両のステアリングホイールのステアリング角度（舵角）を検出するセンサとして、例えば、ステアリングホイールの１回転内の回転角度の絶対値を検出するための第１の符号ディスクと、減速ギア装置と協働して３６０°よりも大きい回転角度を検出するための第２の符号ディスクをそれぞれステアリングシャフトに設け、各符号ディスクの周縁部に形成された切り欠きを、各符号ディスクの周縁に配置された複数個のピックアップ（磁石・ホール検出器を含むセンサ）で走査検出するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
特表平８−５１１３５０号公報（第４頁から第９頁、図１）

従来技術においては、第１の符号ディスクの切り欠きを検出するピックアップの出力による微信号と第２の符号ディスクの切り欠きを検出するピックアップの出力による粗信号を演算処理することで、一義的に角度を測定できるが、ステアリングシャフトに新たにギアを設け、このギアと減速ギア装置とを嵌合させなければならず、部品点数が増加するとともに、組付け工数が増加し、コストアップとなる。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、部品点数や組付け工数の増加を抑制しつつ、ステアリングホイールの絶対舵角を検出することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、ステアリング軸に固定されたウォームホイールの内歯と噛み合いながら、互いに異なる回転数で回転する複数の検出ギアと、前記一方の検出ギアに配置されて前記一方の検出ギアとともに回転する第１磁石と、前記他方の検出ギアに配置されて前記他方の検出ギアとともに回転する第２磁石と、前記第１磁石の磁気的変化を検出する第１磁気検出素子と、前記第２磁石の磁気的変化を検出する第２磁気検出素子と、前記第１磁気検出素子の検出出力と前記第２磁気検出素子の検出出力を基に前記ステアリング軸に連結されたステアリングホイールの絶対舵角を算出する算出器とを備えてなる舵角センサを構成したものである。

本発明によれば、ウォームホイールに内歯を形成し、この内歯にギヤ比の異なる複数の検出ギアを噛み合せ、一方の検出ギアに第１磁石を配置し、他方の検出ギアに第２磁石を配置し、第１磁石の磁気的変化を第１磁気検出素子で検出し、第２磁石の磁気的変化を第２磁気検出素子で検出し、第１磁気検出素子の検出出力と第２磁気検出素子の検出出力を基にステアリングホイールの絶対舵角を演算するようにしたため、ウォームホイールの内歯を舵角を検出するためのギアとして利用することができ、部品点数や組付け工数の増加を抑制しつつ、ステアリングホイールの絶対舵角を検出することができ、コスト低減に寄与することが可能になる。

本発明によれば、部品点数や組付け工数の増加を抑制しつつ、ステアリングホイールの絶対舵角を検出することができ、コスト低減に寄与することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す舵角センサの正面図、図２は、舵角センサの平面図である。

図１および図２において、舵角センサ１０は、電動パワーステアリング装置の一要素として、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリング軸１２の周囲に配置されており、ステアリングホイールの操舵に従って回転するステアリング軸１２にはウォームホイール１４が固定されている。ウォームホイール１４の外周側には外歯１６が円周方向に形成され、内周側には内歯１８が円周方向に形成されており、外歯１６はウォームギア２０と噛み合っている。ウォームギア２０は電動モータ（図示せず）の駆動軸に連結されており、電動モータの回転駆動に伴う回転力がウォームギア２０を介してウォームホイール１４、ステアリング軸１２に伝達されるようになっている。すなわち、電動モータの回転駆動に伴う回転力がステアリング軸１２にアシスト力として作用するようになっている。

ウォームホイール１４内周側の内歯１８とステアリング軸１２との間には、互いに歯車の数が異なる検出ギア２２、２４が配置されている。検出ギア２２、２４は、円盤状に形成された本体２６、２８と、実装基板３０に固定されて、本体２６、２８を回転自在に支持する回転軸３２、３４を備え、本体２６、２８の外周側にはギア比が互いに異なるギア３６、３８が形成されている。すなわち、検出ギア２２、２４は、内歯１８と噛み合いながら互いに異なる回転数で回転するようになっており、検出ギア２２は、検出ギア２４よりも歯車の数が多いので、検出ギア２４よりも低い回転数で回転する。

検出ギア２２、２４の回転数を検出するために、検出ギア２２、２４の本体２６、２８には、リング状の磁石４０、４２が配置されており、磁石４０は、第１磁石として、磁石４２は、第２磁石として、リング状の領域がＳ極とＮ極で二分されている。各磁石４０、４２に相対向して、実装基板３０には、各磁石４０、４２の磁気的変化を検出する磁気検出素子として、例えば、ホール素子４４、４６、４８、５０が配置されている。ホール素子４４、４６は一対の第１磁気検出素子として、互いに９０°の磁気的位相差を保って配置されており、ホール素子４８、５０は一対の第２磁気検出素子として、互いに９０°の磁気的位相差を保って配置されている。ホール素子４４、４６の検出出力とホール素子４８、５０の検出出力はそれぞれ演算器（図示せず）に入力されている。演算器は、例えば、マイクロコンピュータで構成されて、実装基板３０に固定されており、ホール素子４４、４６の検出出力とホール素子４８、５０の検出出力を基にステアリング軸１２の回転角度をステアリングホイールの絶対角度として演算するようになっている。

具体的には、ウォームホイール１４の回転に伴って検出ギア２２、２４が回転すると、ホール素子４４、４６の間には、磁気的位相差が９０°あるので、例えば、ホール素子４４からはｓｉｎθの信号がステアリング角度に応じて出力され、ホール素子４６からはｃｏｓθの信号がステアリング角度に応じて出力される。これらの信号を合成して、ａｒｃｔａｎθの信号に変換すると、ホール素子４４、４６全体の信号として、図３の実線で示すように、三角波状の角度信号１００がステアリング角度に応じて出力される。

同様に、ウォームホイール１４の回転に伴って検出ギア２２、２４が回転すると、ホール素子４８、５０の間には、磁気的位相差が９０°あるので、例えば、ホール素子４８からはｓｉｎθの信号がステアリング角度に応じて出力され、ホール素子５０からはｃｏｓθの信号がステアリング角度に応じて出力される。これらの信号を合成して、ａｒｃｔａｎθの信号に変換すると、ホール素子４８、５０全体の信号として、図３の破線で示すように、三角波状の角度信号１０２がステアリング角度に応じて出力される。この場合、検出ギア２２よりも検出ギア２４の回転数が高いため、角度信号１０２は、角度信号１００よりも周波数の高い信号となる。これら角度信号１００、１０２が演算器に入力されると、演算器において、図４に示すように、角度信号１００、１０２を基にステアリングのＬｏｃｋ ｔｏ Ｌｏｃｋをリニアに演算する処理が実行され、ステアリング軸１２の回転角度がステアリングホイールの絶対舵角として演算される。

本実施例によれば、ウォームホイール１４に内歯１８を形成し、この内歯１８にギヤ比の異なる複数の検出ギア２２、２４を噛み合せ、検出ギア２２に磁石４０を配置し、検出ギア２４に磁石４２を配置し、磁石４０の磁気的変化をホール素子４４、４６で検出し、磁石４２の磁気的変化をホール素子４８、５０で検出し、ホール素子４４、４６の検出出力とホール素子４８、５０の検出出力を基にステアリングホイールの絶対舵角を演算器で演算するようにしたため、ウォームホイール１４の内歯１８を、舵角を検出するためのギアとして利用することができ、部品点数や組付け工数の増加を抑制しつつ、ステアリングホイールの絶対舵角を検出することができ、コスト低減に寄与することが可能になる。

本実施例においては、磁気検出素子として、ホール素子４４〜５０を用いたものについて述べたが、ホール素子４４〜５０の代わりに、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、あるいはホールＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いることもできる。

本発明の一実施例を示す舵角センサの正面図である。 舵角センサの平面図である。 ホール素子の出力信号とステアリング角度との関係を示す波形図である。 ホール素子の出力信号を演算器でリニアに演算処理したときの波形図である。

符号の説明

１０ 舵角センサ
１２ ステアリング軸
１４ ウォームホイール
１６ 外歯
１８ 内歯
２０ ウォームギア
２２、２４ 検出ギア
２６、２８ 本体
３０ 実装基板
３６、３８ ギア
４０、４２ 磁石
４４、４６、４８、５０ ホール素子

Claims (2)

1. ステアリング軸に固定されたウォームホイールの内歯と噛み合いながら、互いに異なる回転数で回転する複数の検出ギアと、前記一方の検出ギアに配置されて前記一方の検出ギアとともに回転する第１磁石と、前記他方の検出ギアに配置されて前記他方の検出ギアとともに回転する第２磁石と、前記第１磁石の磁気的変化を検出する第１磁気検出素子と、前記第２磁石の磁気的変化を検出する第２磁気検出素子と、前記第１磁気検出素子の検出出力と前記第２磁気検出素子の検出出力を基に前記ステアリング軸に連結されたステアリングホイールの絶対舵角を算出する算出器とを備えてなる舵角センサ。
2. 前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子はそれぞれ一対ずつ備えて構成され、前記各対の磁気検出素子は、互いに磁気的位相差を保って配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の舵角センサ。

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