JP2010038682A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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し、簡易な構成で、回転角度の確実な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】制御手段１０が第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度から、回転体１の回転角度を各々算出すると共に、これらを比較することによって、各平歯車部に破損や消耗、あるいは各検出手段に誤差が生じた場合等には、第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度から各々算出した回転体１の回転角度の差異によって、これらの不具合を検出することができるため、簡易な構成で、回転角度の確実な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なか、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し、これを用いて車両の各種制御を行うものが増えている。

このような従来の回転角度検出装置について、図３を用いて説明する。

図３は従来の回転角度検出装置の斜視図であり、同図において、１は側面外周に平歯車部１Ａ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１Ｂが設けられている。

そして、２は側面外周に平歯車部２Ａが形成された第一の検出体、３は側面外周に平歯車部２Ａとは歯数の異なる平歯車部３Ａが形成された第二の検出体で、第一の検出体２の平歯車部２Ａと第二の検出体３の平歯車部３Ａが、回転体１の平歯車部１Ａに各々噛合している。

また、４は第一及び第二の検出体２、３の上方にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体２の中央に装着された磁石５Ａと、第二の検出体３の中央に装着された磁石６Ａとの対向面には、磁気検出素子５Ｂと６Ｂが各々装着されている。

そして、このように対向した磁石５Ａと磁気検出素子５Ｂによって第一の検出手段５が、同じく磁石６Ａと磁気検出素子６Ｂによって第二の検出手段６が各々形成されると共に、配線基板４にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子５Ｂや６Ｂに接続された制御手段７が形成されている。

さらに、これら回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３、配線基板４等を、絶縁樹脂製のケースやカバー（図示せず）等が覆って、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段７やコネクタやリード線（図示せず）等を介して、自動車の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１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、回転体１が回転し、これに連動して第一の検出体２と第二の検出体３が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石５Ａ、６Ａも回転して、この磁石５Ａ、６Ａの変化する磁力を磁気検出素子５Ｂ、６Ｂが検出して、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の検出信号が制御手段７へ入力される。

なお、この時、第一の検出体２と第二の検出体３は歯数が異なり回転速度も異なるため、磁気検出素子５Ｂと６Ｂからのデータ波形は、形状が異なり位相差のある検出信号となる。

そして、この第一の検出体２と第二の検出体３からの二つの異なる検出信号と各々の歯数から、制御手段７が所定の演算を行って、回転体１即ちステアリングの回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、例えばパワーステアリング装置やブレーキ等の、車両の様々な制御が行わ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、第一の検出体２や第二の検出体３の平歯車部２Ａや３Ａに破損や消耗が生じた場合、あるいは磁気検出素子５Ｂや６Ｂの誤差が大きくなった場合等に、これらの不具合を検出することが困難であるため、別途こうした誤差検出用の検出体や検出素子等が必要となり、構成が複雑で高価なものになってしまう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、回転角度の確実な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、制御手段が上記第一及び第二の検出体の回転角度から、回転体の回転角度を各々算出すると共に、これらを比較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、各平歯車部に破損や消耗、あるいは各検出手段に誤差が生じた場合等には、第一及び第二の検出体の回転角度から各々算出した回転体の回転角度の差異によって、これらの不具合を検出することができるため、簡易な構成で、回転角度の確実な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、報知手段を設けると共に、制御手段が検出した回転角度に応じて、この報知手段を作動するものであり、各検出体や検出手段に不具合が生じた場合、警告灯やブザー等の報知手段によって、これを容易に報知する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、回転角度の確実な検出が可能な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。

以下、本発明の一実施の形態について、図１及び図２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斜視図であり、同図において、１は絶縁樹脂または金属製の回転体で、側面外周には平歯車部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。

そして、２は絶縁樹脂または金属製の第一の検出体、３は同じく第二の検出体で、第一の検出体２側面外周の平歯車部２Ａが回転体１の平歯車部１Ａに噛合すると共に、第二の検出体３側面外周の、平歯車部２Ａとは歯数の異なる平歯車部３Ａが、第一の検出体２の平歯車部２Ａに噛合している。

なお、これらの歯車の直径及び歯数は、回転体１が最も大きく、第一の検出体２、第二の検出体３の順に小さくなっており、例えば、回転体１の歯数が４８、第一の検出体２の歯数が３２、第二の検出体３の歯数が２８となっている。

また、４は第一及び第二の検出体２、３の上方にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体２の中央にインサート成形等により装着された磁石５Ａと、第二の検出体３の中央に装着された磁石６Ａとの対向面には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の磁気検出素子５Ｂと６Ｂが各々装着されている。

そして、このように対向した磁石５Ａと磁気検出素子５Ｂによって第一の検出手段５が、同じく磁石６Ａと磁気検出素子６Ｂによって第二の検出手段６が各々形成されると共に、配線基板４にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子５Ｂや６Ｂに接続された制御手段１０が形成されている。

さらに、１１は発光ダイオードやブザー、液晶表示素子等の報知手段で、この報知手段１１が制御手段１０に接続されると共に、これら回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３、配線基板４や制御手段１０等を、絶縁樹脂製のケースやカバー（図示せず）等が覆って、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段１０がコネクタやリード線（図示せず）等を介して、自動車の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１の係合部１Ｂにはステアリングの軸が挿通されて、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、回転体１が回転し、これに連動して第一の検出体２が、第一の検出体２に連動して第二の検出体３が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石５Ａ、６Ａも回転して、この磁石５Ａ、６Ａの変化する磁力を磁気検出素子５Ｂ、６Ｂが検出して、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の検出信号が制御手段１０へ入力される。

なお、この時、第一の検出体２と第二の検出体３は歯数が異なり回転速度も異なるため、図２（ａ）の波形図に示す第一の検出体２の検出信号Ｌと、図２（ｂ）に示す第二の検出体３の検出信号Ｍは、略鋸歯状の波形の傾き角度となる歯数比ｋ２とｋ３や形状が異なり、位相差のあるデータ波形となる。

そして、これらの検出信号から制御手段１０が、先ず、第一の検出体２の検出信号Ｌの例えば２回転目の角度θ２から、第二の検出体３の検出信号Ｍの例えば２回転目の角度θ３を減じて、図２（ｃ）に示すような、漸次増加する直線状の位相差信号Ｎを算出し、この角度θ２−θ３から回転体１の概略の回転角度を検出する。

また、この後、検出信号Ｌの角度θ２または検出信号Ｍの角度θ３と、各々の平歯車部の歯数から、制御手段１０が回転体１の詳細な回転角度θ１を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、例えばパワーステアリング装置やブレーキ等の、車両の様々な制御が行われる。

さらに、この時、図２（ｄ）に示すように、制御手段１０が第一の検出体２の回転回数と角度θ２、及び第二の検出体３の回転回数と角度θ３から、第一の検出体２の累積された回転角度θＡと第二の検出体３の累積された回転角度θＢを検出すると共に、この回転角度θＡとθＢから回転体１の詳細な回転角度θ１を各々算出する。

そして、この第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度θＡとθＢから、各々算出した回転体１の詳細な回転角度θ１を制御手段１０が比較し、これらに所定値以上の差異、例えば５度以上の差異がある場合には、報知手段１１を作動し、発光ダイオードの点滅またはブザーの吹鳴、あるいは液晶表示素子へのエラー表示等を行うと共に、このエラー信号を車両の電子回路へ出力する。

つまり、制御手段１０が、第一の検出体２の検出信号Ｌと第二の検出体３の検出信号Ｍから、回転体１の概略及び詳細な回転角度θ１を検出すると共に、これとは別に、第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度θＡとθＢから、回転体１の詳細な回転角度θ１を各々算出し、これらを比較するように構成されている。

すなわち、第一の検出体２や第二の検出体３の平歯車部２Ａや３Ａに破損や消耗、あるいは磁気検出素子５Ｂや６Ｂに誤差が生じた場合等には、第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度θＡとθＢから各々算出した、回転体１の詳細な回転角度θ１の所定値以上の差異によって、これらの不具合を制御手段１０が検出することが可能なため、誤差検出用の検出体や検出素子等を別途設けなくとも、回転角度の確実な検出が行えるようになっている。

なお、第一の検出体２や第二の検出体３の角度に回転体１との歯数比を乗除して、各検出体よりも低速回転する回転体１の粗い回転角度差から所定の定数を算出し、この定数の変化によって回転体１の回転角度の誤差を検出する方法もあるが、こうした方法に比べ上記のように、第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度θＡとθＢから回転体１の詳細な回転角度θ１を各々算出し、これらを比較することでさらに高精度で高分解能な誤差の検出を行うことができる。

つまり、ステアリングの回転と同じ角度しか回転しない、回転体１の回転角度で誤差を検出するのではなく、回転体１に比べ回転量の大きな第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度差から、回転体１の回転角度の誤差を検出することによって、分解能が高まり、より高精度な誤差の検出を行うことが可能なようになっている。

なお、以上の説明では、制御手段１０が第一の検出体２の検出信号Ｌと第二の検出体３の検出信号Ｍから、先ず回転体１の概略の回転角度を検出し、この後、詳細な回転角度を検出する構成について説明したが、第一の検出体２と第二の検出体３からの周期が異なり位相のずれた二つの検出信号ＬとＭによって、直接回転角度を検出する構成としてもよい。

このように本実施の形態によれば、制御手段１０が第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度から、回転体１の回転角度を各々算出すると共に、これらを比較することによって、各平歯車部に破損や消耗、あるいは各検出手段に誤差が生じた場合等には、第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度から各々算出した回転体１の回転角度の差異によって、これらの不具合を検出することができるため、簡易な構成で、回転角度の確実な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。

そして、報知手段１１を設けると共に、制御手段１０が検出した回転角度に応じて、この報知手段１１を作動することによって、各検出体や検出手段に不具合が生じた場合、警告灯やブザー等によって、これを容易に報知することができる。

なお、以上の説明では、回転体１に第一の検出体２が噛合し、この第一の検出体２に第二の検出体３が噛合した構成の回転角度検出装置について説明したが、背景技術の項で説明したような、回転体１に第一の検出体２と第二の検出体３の両方を噛合させた構成のものとしても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３の外周に各々平歯車部を形成し、これらが噛合して互いに連動して回転する構成について説明したが、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、あるいは歯車に代えて、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や各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よい。

本発明による回転角度検出装置は、簡易な構成で、回転角度の確実な検出が可能なものが得られ、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斜視図 同波形図 従来の回転角度検出装置の斜視図

符号の説明

１ 回転体
１Ａ、２Ａ、３Ａ 平歯車部
１Ｂ 係合部
２ 第一の検出体
３ 第二の検出体
４ 配線基板
５ 第一の検出手段
５Ａ、６Ａ 磁石
５Ｂ、６Ｂ 磁気検出素子
６ 第二の検出手段
１０ 制御手段
１１ 報知手段

Claims (2)

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第一及び第二の検出体と、この第一及び第二の検出体の回転を検出する第一及び第二の検出手段と、この第一及び第二の検出手段からの検出信号により上記回転体の回転角度を検出する制御手段からなり、上記制御手段が上記第一及び第二の検出体の回転角度から、上記回転体の回転角度を各々算出すると共に、これらを比較する回転角度検出装置。
2. 報知手段を設けると共に、制御手段が検出した回転角度に応じて、この報知手段を作動する請求項１記載の回転角度検出装置。

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