JP2009192511A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶対角を検出する回転角検出装置の部品の共通化を図る。
【解決手段】回転可能なロータ２０の外周面に回転軸方向にずらして設けられ互いに歯数を異にする第１伝達ギヤ２４Ａおよび第２伝達ギヤ２４Ｂと、第１伝達ギヤ２４Ａに噛合して回転する第１出力ギヤ３０Ａと、第２伝達ギヤ２４Ｂに噛合して回転する第２出力ギヤ３０Ｂと、第１出力ギヤ３０Ａの回転角に応じた出力信号を出力する第１磁界強度検出センサ５０Ａと、第２出力ギヤ３０Ｂの回転角に応じた出力信号を出力する第２磁界強度検出センサ５０Ｂとを備え、第１磁界強度検出センサ５０Ａの出力と第２磁界強度検出センサ５０Ｂの出力に基づいてロータ２０の絶対角を検出する回転角検出装置１において、第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂが同一形状、同一寸法に形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転角を絶対角として検出する回転角検出装置に関するものである。

例えば車両のステアリング装置では、ステアリングシャフトの回転角を回転角検出装置により絶対角として検出し、ステアリングシャフトの絶対角をステアリングの制御に用いる場合がある。

この種の回転角検出装置として、特許文献１に開示された構成からなるものがある。図８を参照してその構成を説明すると、回転可能なロータ１００の外周面には、互いに歯数を異にする第１伝達ギヤ１０１および第２伝達ギヤ１０２が回転軸方向にずらして設けられている。また、第１伝達ギヤ１０１に噛合するギヤ部１０３を備えた第１出力ギヤ１０４が回転可能に設けられ、第２伝達ギヤ１０２に噛合するギヤ部１０５を備えた第２出力ギヤ１０６が回転可能に設けられており、第１出力ギヤ１０４および第２出力ギヤ１０６は磁石１０７，１０８を有し、第１出力ギヤ１０４に対向して第１磁気抵抗センサ１０９が設けられ、第２出力ギヤ１０６に対向して第２磁気抵抗センサ１１０が設けられている。第１磁気抵抗センサ１０９および第２磁気抵抗センサ１１０はそれぞれ、第１出力ギヤ１０４または第２出力ギヤ１０６の回転角に応じた出力信号を出力し、これら出力に基づいてロータ１００の絶対角を検出する。
特開２００４−３４０６７７号公報

ところで、この回転角検出装置では、第１磁気抵抗センサ１０９と第２磁気抵抗センサ１１０の検出精度を同じにするために、第１磁気抵抗センサ１０９と第１出力ギヤ１０４の磁石１０７との距離と、第２磁気抵抗センサ１１０と第２出力ギヤ１０６の磁石１０８との距離とを同一にしている。そのために、第１出力ギヤ１０４では磁石１０７をギヤ部１０３から離間した位置に設け、第２出力ギヤ１０６では磁石１０８をギヤ部１０５に接近した位置に設けている。つまり、従来の回転角検出装置においては、第１出力ギヤ１０４と第２出力ギヤ１０６をそれぞれ専用部品として形成していた。
しかしながら、第１出力ギヤ１０４と第２出力ギヤ１０６をそれぞれ専用部品とすると、コストアップになるという課題がある。また、部品管理が煩雑になるという課題もある。

そこで、この発明は、部品の共通化によりコストダウンを図ることができ、部品管理も容易にできる回転角検出装置を提供するものである。

この発明に係る回転角検出装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、回転可能なロータ（例えば、後述する実施例におけるロータ２０）の外周面に回転軸方向にずらして設けられ互いに歯数を異にする第１伝達ギヤ（例えば、後述する実施例における第１伝達ギヤ２４Ａ）および第２伝達ギヤ（例えば、後述する実施例における第２伝達ギヤ２４Ｂ）と、前記第１伝達ギヤに噛合して回転する第１出力ギヤ（例えば、後述する実施例における第１出力ギヤ３０Ａ）と、前記第２伝達ギヤに噛合して回転する第２出力ギヤ（例えば、後述する実施例における第２出力ギヤ３０Ｂ）と、前記第１出力ギヤの回転角に応じた出力信号を出力する第１角度検出手段（例えば、後述する実施例における第１磁界強度検出センサ５０Ａ）と、前記第２出力ギヤの回転角に応じた出力信号を出力する第２角度検出手段（例えば、後述する実施例における第２磁界強度検出センサ５０Ｂ）と、を備え、前記第１角度検出手段の出力と前記第２角度検出手段の出力に基づいて前記ロータの絶対角を検出する回転角検出装置（例えば、後述する実施例における回転角検出装置１）において、前記第１出力ギヤと前記第２出力ギヤは同一のもので構成され、取り付け状態で前記第１出力ギヤと前記第２出力ギヤは表裏が逆にされていることを特徴とする回転角検出装置である。
このように構成することにより、第１出力ギヤと第２出力ギヤを共通化することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１出力ギヤおよび前記第２出力ギヤは磁石（例えば、後述する実施例における磁石３２）を備え、いずれの出力ギヤも、回転軸方向の一方の面（例えば、後述する実施例における表面３４）から前記磁石までの距離と、回転軸方向の他方の面（例えば、後述する実施例における裏面３５）から前記磁石までの距離とが同じであることを特徴とする。
このように構成することにより、出力ギヤの前記いずれの面を、第１角度検出手段または第２角度検出手段に対向させても、出力ギヤの磁石と第１角度検出手段または第２角度検出手段との距離を同じにすることができる。

請求項１に係る発明によれば、第１出力ギヤと第２出力ギヤを共通化することができるので、コストダウンを図ることができ、また、部品管理が容易になる。
請求項２に係る発明によれば、出力ギヤの前記いずれの面を、第１角度検出手段または第２角度検出手段に対向させても、出力ギヤの磁石と第１角度検出手段または第２角度検出手段との距離を同じにすることができるので、第１角度検出手段と第２角度検出手段の検出精度を同等にすることができ、ロータの絶対角検出精度が向上する。

以下、この発明に係る回転角検出装置の実施例を図１から図７の図面を参照して説明する。
図１に示すように、回転角検出装置１は、ハウジング１０の内部に、ロータ２０、第１出力ギヤ３０Ａ、第２出力ギヤ３０Ｂ、第１磁界強度検出センサ５０Ａ、第２磁界強度検出センサ５０Ｂなどを収容して構成されている。

ロータ２０は、その軸部２１の両端部がハウジング１０の本体部１１の軸受部１３と蓋部１２の軸受部１４に回転可能に支持されており、軸部２１の軸方向略中央にギヤ部２２が設けられている。軸部２１の中央には軸方向に貫通する取付孔２３が形成されており、この取付孔２３に回転角の検出対象（例えば、ステアリングシャフト）が貫通固定される。

ギヤ部２２の外周面には、互いに歯数の異なる第１伝達ギヤ２４Ａと第２伝達ギヤ２４Ｂとが互いに異なるピッチ円を有して、ロータ２０の回転軸Ｃ方向にずらして設けられている。なお、この実施例では、第１伝達ギヤ２４Ａはハウジング１０の本体部１１に近い側に、第２伝達ギヤ２４Ｂは蓋部１２に近い側にそれぞれ配置されており、第１伝達ギヤ２４Ａのピッチ径の方が第２伝達ギヤ２４Ｂのピッチ径よりも大きい。

ロータ２０の第１伝達ギヤ２４Ａには第１出力ギヤ３０Ａが噛合し、第２伝達ギヤ２４Ｂには第２出力ギヤ３０Ｂが噛合している。
第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂ（以下、特に区別する必要がない場合には出力ギヤ３０と総称する）は全く同一のもの（同一形状、同一寸法、同一構造）で構成されており、第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂは表裏を逆にしてハウジング１０に取り付けられている。

出力ギヤ３０は樹脂により一体成形されたものであり、円筒状のコア部３１の中央に円板状の磁石３２が埋め込まれており、コア部３１の中央から軸方向に所定寸法ずらした位置にギヤ部３３が設けられている。ここで、出力ギヤ３０においてギヤ部３３に近い側の面を表面（一方の面）３４とし、ギヤ部３３から遠い側の面を裏面（他方の面）３５と定義した場合に、図３、図４の模式図に示すように、表面３４から磁石３２までの寸法Ｘ１と、裏面３５から磁石３２までの寸法Ｘ２は同寸法とされている（Ｘ１＝Ｘ２）。なお、磁石３２は出力ギヤ３０を成形する際に予めインサートされたものであり、所謂インサート成形によって埋め込まれたものである。
また、コア部３１の軸中心上には、表面３４側と裏面３５側に同一径、同一長さの軸取付孔（図示略）が設けられている。

第１出力ギヤ３０Ａは、コア部３１の表面３４側の軸取付孔に軸４０を固定し、この軸４０をハウジング１０の本体部１１の軸受部１５に回転可能に取り付けることによって、ハウジング１０に回転可能に支持されている。一方、第２出力ギヤ３０Ｂは、コア部３１の裏面３５側の軸取付孔に軸４０を固定し、この軸４０をハウジング１０の本体部１１の軸受部１６に回転可能に取り付けることによって、ハウジング１０に回転可能に支持されている。つまり、第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂは取り付け状態において表裏が逆になる。なお、軸４０を本体部１１と一体に形成しておき、その軸４０に第１出力ギヤ３０Ａあるいは第２出力ギヤ３０Ｂを回転可能に取り付けるようにしてもよい。

このように第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂをハウジング１０に取り付けたときに、第１出力ギヤ３０Ａのギヤ部３３がロータ２０の第１伝達ギヤ２４Ａと噛合し、第２出力ギヤ３０Ｂのギヤ部３３がロータ２０の第２伝達ギヤ２４Ｂと噛合するように、ギヤ部３３はコア部３１の中央から軸方向に所定寸法ずらした位置に設けられているのである。

第１伝達ギヤ２４Ａの歯数は、ロータ２０の最大回転数をＮ（Ｎは整数）、第１伝達ギヤ２４Ａと第１出力ギア３０Ａとのギア比をｎ（ｎは整数）とするとき、Ｎ×ｎのｍ倍（ｍは整数）に設定されており、第２伝達ギヤ２４Ｂの歯数は（Ｎ×ｎ−１）のｍ倍（ｍは整数）の歯数に設定されている。また、第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂの歯数は、第１伝達ギヤ２４Ａと第２伝達ギヤ２４Ｂの歯数差のＮ倍に設定されている。例えば、ロータ２０が時計回り方向および反時計回り方向に２回転ずつ回転する間（最大回転数Ｎ＝４）の絶対角を検出する場合には、第１伝達ギヤ２４Ａと第１出力ギア３０Ａとのギア比をｎ＝２としてｍの値を８とすると、第１伝達ギヤ２４Ａの歯数は、Ｎ×ｎ×ｍ＝４×２×８＝６４となり、第２伝達ギヤ２４Ｂの歯数は、（Ｎ×ｎ−１）×ｍ＝（４×２−１）×８＝５６となり、第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂの歯数は、（６４−５６）×４＝３２となる。なお、以下の説明では、この歯数の場合を例にして説明する。

ハウジング１０の蓋部１２の内面には、基板４２が固定されており、さらに基板４２には、第１出力ギヤ３０Ａと対向する位置であって第１出力ギヤ３０Ａの回転軸延長上に第１磁界強度検出センサ（第１角度検出手段）５０Ａが取り付けられ、第２出力ギヤ３０Ｂと対向する位置であって第２出力ギヤ３０Ｂの回転軸延長上に第２磁界強度検出センサ（第２角度検出手段）５０Ｂが取り付けられている。

磁界強度検出センサは、磁界の変化を電圧値の変化に変換して検出するセンサであり、磁界が周期的に変化した場合には、検出される電圧値も周期的に変化する。第１磁界強度検出センサ５０Ａは、第１出力ギヤ３０Ａの磁石３２が第１出力ギヤ３０Ａとともに回転することによって生じる磁界の変化を電圧値の変化として検出し、第２磁界強度検出センサ５０Ｂは、第２出力ギヤ３０Ｂの磁石３２が第２出力ギヤ３０Ｂとともに回転することによって生じる磁界の変化を電圧値の変化として検出する。

そして、図５に示すように、第１磁界強度検出センサ５０Ａの場合には、第１出力ギヤ３０Ａが１回転すると、０度から３６０度までの変化を０％から１００％までリニアに変化する角度比に変換した第１角度信号６１を出力し、第１出力ギヤ３０Ａが２回転目となると、出力値が０％に不連続的に戻り、回転とともに再びリニアに増加する。したがって、第１磁界強度検出センサ５０Ａの出力である第１角度信号６１に基づいて、第１出力ギヤ３０Ａの０度から３６０度までの１回転分の絶対角の検出を繰り返し行うことができる。なお、図５は、横軸にロータ２０の絶対角をとっており、ロータ２０が１回転する間に第１出力ギヤ３０Ａは２回転するので、１８０度毎に角度比が０％から１００％にリニアに変化しており、ロータ２０が４回転して絶対角が０度から１４４０度まで変化する間の角度比の周期は８周期となる。

第２磁界強度検出センサ５０Ｂの場合も同様であり、第２出力ギヤ３０Ｂが１回転すると、０度から３６０度までの変化を０％から１００％までリニアに変化する角度比に変換した第２角度信号６２を出力する。ただし、第２磁界強度検出センサ５０Ｂの場合には、ロータ２０が４回転する間に第２出力ギヤ３０Ｂが７回転するので、ロータ２０が４回転して絶対角が０度から１４４０度まで変化する間の角度比の周期は７周期となる。

ところで、前述したように第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂは、全く同じ構成からなる出力ギヤ３０を表裏逆にしてハウジング１０の本体部１１に取り付けただけであり、しかも、図３、図４の模式図に示すように、コア部３１の表面３４から磁石３２までの寸法Ｘ１と、裏面３５から磁石３２までの寸法Ｘ２が同寸法であるので、第１磁界強度検出センサ５０Ａから第１出力ギヤ３０Ａの磁石３２までの距離Ｙ１と、第２磁界強度検出センサ５０Ｂから第２出力ギヤ３０Ｂの磁石３２までの距離Ｙ２は同じになる。したがって、第１磁界強度検出センサ５０Ａと第２磁界強度検出センサ５０Ｂの検出精度を同じにすることができる。

第１および第２磁界強度検出センサ５０Ａ，５０Ｂの出力は、基板４２に設けられた図示しないマイクロプロセッサに入力される。このマイクロプロセッサは第１および第２磁界強度検出センサ５０Ａ，５０Ｂからの入力を所定に処理することによってロータ２０の回転角を絶対角として算出する。

次に、この実施例の回転角検出装置１による回転角検出方法の一例を説明する。
ステアリングシャフトが回転されると、これとともにロータ２０が回転し、第１伝達ギヤ２４Ａに噛合する第１出力ギヤ３０Ａがロータ２０の回転方向と逆の方向に回転し、第２伝達ギヤ２４Ｂに噛合する第２出力ギヤ３０Ｂがロータ２０の回転方向と逆の方向（すなわち、第１出力ギヤ３０Ａと同方向）に回転する。そして、このときに、第１磁界強度検出センサ５０Ａが、第１出力ギヤ３０Ａの回転角として第１角度信号６１を前記マイクロプロセッサに出力し、第２磁界強度検出センサ５０Ｂが、第２出力ギヤ３０Ｂの回転角として第２角度信号６２を前記マイクロプロセッサに出力する。

マイクロプロセッサは、第１角度信号６１の出力値から第２角度信号６２の出力値を引いた差分６３を算出する。なお、図６に示すように、差分６３はロータ２０の絶対角に応じて異なる値となり、ロータ２０が４回転すると差分６３はゼロに戻る。

また、第１角度信号６１と第２角度信号６２には周期があるので差分６３は負の値を示すときがある。マイクロプロセッサは、負の値の差分６３ａに対してはこの差分値に１００％分を加えて正の値に補正する。図７は、予め実験的に求めた補正後の差分値６４とロータ２０の絶対角との関係を示すグラフであり、このように、補正後の差分値６４もロータ２０の絶対角と１対１で対応しており、ロータ２０の絶対角０度から１４４０度の間で、０％から１００％までリニアに変化する値となる。なお、図７に対応するマップを予めマイクロプロセッサに記憶しておく。

次に、マイクロプロセッサは、補正後の差分値に基づき、図７に対応するマップを参照して、ロータ２０の絶対角の角度範囲を１８０度ずつの範囲で特定し、特定した角度範囲における絶対角度の初期値（例えば、０度、１８０度、３６０度、５４０度、・・・１２６０度）に、第１角度信号６１に基づいて換算した０度から１８０度の間における絶対角の値を加算して、ロータ２０の絶対角を算出する。

以上説明するように、この回転角検出装置１によれば、第１出力ギヤ３０Ａと第２出力ギヤ３０Ｂを全く同一（同一形状、同一寸法、同一構造）の出力ギヤ３０で構成することができ、ハウジング１０に取り付ける際に出力ギヤ３０の表裏を選択するだけで第１出力ギヤ３０Ａあるいは第２出力ギヤ３０Ｂとすることができるので、部品を共通化することができる。その結果、コストダウンを図ることができるとともに、部品管理が容易になる。

しかも、第１磁界強度検出センサ５０Ａから第１出力ギヤ３０Ａの磁石３２までの距離Ｙ１と、第２磁界強度検出センサ５０Ｂから第２出力ギヤ３０Ｂの磁石３２までの距離Ｙ２を同じにできて、第１磁界強度検出センサ５０Ａと第２磁界強度検出センサ５０Ｂの検出精度を同一にすることができるので、部品の共通化によって回転角検出装置１の検出精度が低下することもない。つまり、回転角検出装置１の検出精度を確保しつつ、部品の共通化を図ることができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、第１伝達ギヤと第２伝達ギヤのギヤ比や、第１伝達ギヤと第１出力ギヤのギヤ比ｎや、第１伝達ギヤおよび第２伝達ギヤの最大回転数（すなわち回転角検出対象の最大回転数）Ｎは、前述した実施例の数値に限るものではなく、回転角検出対象の仕様や、要求される検出精度等に応じて変更可能である。
また、回転角の検出対象は車両のステアリング装置におけるステアリングシャフトに限るものではなく、種々の回転体を検出対象とすることができる。

この発明に係る回転角検出装置の実施例における断面図である。 実施例における回転角検出装置の要部を拡大して示す平面図である。 実施例における回転角検出装置の第１伝達ギヤと第１出力ギヤの噛み合い状態を模式的に示す側面図である。 実施例における回転角検出装置の第２伝達ギヤと第２出力ギヤの噛み合い状態を模式的に示す側面図である。 実施例の回転角検出装置において、ロータの絶対角と各角度信号の出力との関係を示すグラフである。 実施例の回転角検出装置において、ロータの絶対角と、角度信号の差分との関係を示すグラフである。 実施例の回転角検出装置において、ロータの絶対角と、補正後の差分との関係を示すグラフである。 従来の回転角検出装置の断面図である。

符号の説明

１ 回転角検出装置
２０ ロータ
２４Ａ 第１伝達ギヤ
２４Ｂ 第２伝達ギヤ
３０Ａ 第１出力ギヤ
３０Ｂ 第２出力ギヤ
３２ 磁石３２
３４ 表面（一方の面）
３５ 裏面（他方の面）
５０Ａ 第１磁界強度検出センサ（第１角度検出手段）
５０Ｂ 第２磁界強度検出センサ（第２角度検出手段）

Claims (2)

1. 回転可能なロータの外周面に回転軸方向にずらして設けられ互いに歯数を異にする第１伝達ギヤおよび第２伝達ギヤと、
   前記第１伝達ギヤに噛合して回転する第１出力ギヤと、
   前記第２伝達ギヤに噛合して回転する第２出力ギヤと、
   前記第１出力ギヤの回転角に応じた出力信号を出力する第１角度検出手段と、
   前記第２出力ギヤの回転角に応じた出力信号を出力する第２角度検出手段と、
   を備え、前記第１角度検出手段の出力と前記第２角度検出手段の出力に基づいて前記ロータの絶対角を検出する回転角検出装置において、
   前記第１出力ギヤと前記第２出力ギヤは同一のもので構成され、取り付け状態で前記第１出力ギヤと前記第２出力ギヤは表裏が逆にされていることを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記第１出力ギヤおよび前記第２出力ギヤは磁石を備え、いずれの出力ギヤも、回転軸方向の一方の面から前記磁石までの距離と、回転軸方向の他方の面から前記磁石までの距離とが同じであることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。

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