JP2011164041A

JP2011164041A - 回転角度検出装置

Info

Publication number: JP2011164041A
Application number: JP2010029769A
Authority: JP
Inventors: Masashi Ikeura; 正史池浦
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2011-08-25

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、複数回転する回転体の回転角度が検出可能で安価な回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】検出体２２の内周に雌ネジ部２２Ｃを設けると共に基体３０に雄ネジ部３２Ａを設けて、この雄ネジ部３２Ａに雌ネジ部２２Ｃを螺合させ、回転体２１の回転に連動して検出体２２を回転させると共に回転軸方向の上下方向へ移動させ、磁石２３Ａと磁気検出素子２３Ｂからなる検出手段からの検出体２２の回転及び回転軸方向への移動に伴う検出信号Ｓ１、Ｓ２によって、制御手段２９が回転体２１の回転角度を検出するように回転角度検出装置を構成する。
【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、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、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４を用いて説明する。

図４は従来の回転角度検出装置の分解斜視図であり、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、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が設けられると共に、下方の絶縁樹脂製の基体１０に形成された支持部１１に回転可能に支持されている。

また、２は外周に平歯車部２Ａが形成された第一の検出体、４は外周に平歯車部４Ａが形成された第二の検出体で、第一の検出体２が基体１０に形成された第一の軸支部１２Ａに、第二の検出体４が同じく第二の軸支部１２Ｂに各々回転可能に軸支されて、第一の検出体２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４の平歯車部４Ａが第一の検出体２の平歯車部２Ａに噛合している。

そして、この第一の検出体２の中央には磁石３Ａが、第二の検出体４の中央には磁石５Ａが、各々インサート成形等により装着されている。

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４の順に小さなものとなっている。

また、８は第一及び第二の検出体２、４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、各検出体に装着された磁石３Ａ、５Ａとの対向面には、磁気検出素子３Ｂ、５Ｂが各々装着されている。

そして、このように対向した磁石３Ａと磁気検出素子３Ｂによって第一の検出手段が、同じく磁石５Ａと磁気検出素子５Ｂによって第二の検出手段が各々形成されると共に、配線基板８にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子３Ｂ、５Ｂに接続された制御手段９が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

また、このような回転角度検出装置は、制御手段９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、運転時に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４が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石３Ａ、５Ａも回転して、この磁石３Ａ、５Ａの変化する磁力を磁気検出素子３Ｂ、５Ｂが、正弦波や余弦波の電圧波形からなる検出信号として検出する。

また、これらの検出信号が略鋸歯状のデータ波形として制御手段９に入力されるが、第一の検出体２と第二の検出体４は歯数が異なり回転速度も異なるため、第一の検出体２と第二の検出体４のデータ波形は、周期が異なり位相のずれた検出信号となる。

そして、この第一の検出体２と第二の検出体４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９が所定の演算を行って、回転体１すなわちステアリングの回転許容範囲である例えば左右方向に各々２回転半の−９００度から＋９００度範囲内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、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、複数回転する回転体の回転角度を検出するためには、第一の検出体２や第二の検出体４と、これらの中央に磁石３Ａ、５Ａを装着すると共に、この磁石３Ａ、５Ａに各々対向して磁気検出素子３Ｂ、５Ｂからなる第一及び第二の検出手段を備える必要があるため、コストの高いものになり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、簡易な構成で、複数回転する回転体の回転角度が検出可能で安価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、検出体の内周に雌ネジ部を設けると共に基体に雄ネジ部を設けて、この雄ネジ部に検出体の雌ネジ部を螺合させ、回転体の回転に連動して検出体を回転させると共に回転軸方向へ移動させ、検出手段からの検出体の回転及び回転軸方向への移動に伴う検出信号によって、制御手段が回転体の回転角度を検出するように回転角度検出装置を構成したものであり、例えば回転体に連動して一つの検出体を回転及び軸方向へ移動させ、その検出体の略中央に磁石を配置すると共に、この磁石に対向して磁気検出素子を配設して一つの検出手段を設けることによって、複数回転する回転体の回転角度が検出できるため、部品点数も少なく、製作も容易で安価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。

以上のように本発明によれば、簡易な構成で、複数回転する回転体の回転角度が検出可能で安価な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。

本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の断面図同分解斜視図同電圧波形図従来の回転角度検出装置の分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３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断面図、図２は分解斜視図であり、同図において、２１は外周に平歯車部２１Ａが形成されたポリオキシメチレン等の絶縁樹脂製の回転体で、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２１Ｂが設けられている。

また、３０は回転体２１の下方に配置されたＡＢＳやポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の基体で、この基体１０に設けられた略円筒状の支持部３１に回転体２１が回転可能に支持されている。

さらに、２２は外周に上下方向へ延伸した平歯車部２２Ａが形成された検出体、３２は外周に雄ネジ部３２Ａが設けられ基体３０に一体形成された軸支体で、検出体２２の内周に形成された雌ネジ部２２Ｃが雄ネジ部３２Ａに螺合して、検出体２２が軸支体３２に回転可能に軸支される共に、検出体２２の平歯車部２２Ａが回転体２１の平歯車部２１Ａに噛合している。

また、検出体２２の外径は回転体２１の外径に比べ小さく、歯数も回転体２１の歯数に対し検出体２２は１／２の歯数に設定されて、回転体２１の１回転に対し検出体２２が２回転するようになっている。

したがって、回転体２１の回転に連動して検出体２２が回転すると共に、検出体２２の回転する軸方向に沿って上下方向へ移動するようになっている。

そして、この検出体２２の中央の凹部２２Ｂには略直方体状の磁石２３Ａが嵌合やインサート成形等により固定され装着されている。

また、２８は検出体２２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、検出体２２に装着された磁石２３Ａ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２３Ｂが装着されている。

そして、このように対向した磁石２３Ａと磁気検出素子２３Ｂによって検出手段が形成されると共に、配線基板２８にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子２３Ｂに接続された制御手段２９が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

また、このような回転角度検出装置は、制御手段２９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２１の係合部２１Ｂ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、運転時にステアリングを回転すると、回転体２１が回転し、これに連動して検出体２２が軸支体３２の雄ネジ部３２Ａに螺合して回転すると共に、この回転軸方向の上下の所定方向へ移動して磁石２３Ａと磁気検出素子２３Ｂとの距離が変化する。

そして、検出体２２の回転に伴って中央に装着された磁石２３Ａの磁気の方向が変化すると共に、同じく上下方向の移動に伴って磁気検出素子２３Ｂに及ぶ磁力も磁石２３Ａとの距離に応じて増減するため、これを磁気検出素子２３Ｂが検出して、図３の電圧波形図に示すような、２．５Ｖを基準として０〜５Ｖの範囲内で繰返す正弦波の検出信号Ｓ１と余弦波の検出信号Ｓ２を制御手段２９へ出力する。

つまり、回転体２１が１回転する間に検出体２２は２回転し、磁気検出素子２３Ｂは検出体２２の１回転に対して２回の磁気の強弱を検知するため、回転体２１の１回転すなわち３６０度回転の間に検出信号Ｓ１、Ｓ２として４サイクルの電圧波形が各々連続して出力される。

また、この時、回転体２１が中立位置である０度を基準として左回転すると、この回転に応じて雄ネジ部３２Ａに螺合した検出体２２が上昇し磁気検出素子２３Ｂに接近するため、磁石２３Ａからの磁力が増加し、磁気検出素子２３Ｂから出力される検出信号Ｓ１、Ｓ２の大きさも漸次増加する一方、回転体２１が右回転すると、検出体２２は下降して磁気検出素子２３Ｂから離れるため、磁石２３Ｂからの磁力が低下して、検出信号Ｓ１、Ｓ２の大きさも漸次低下する。

そして、例えば、回転体２１が１２０度右回転した時点では、図３に示すように、検出信号Ｓ１からは電圧３．３Ｖが、検出信号Ｓ２からは電圧２．０Ｖが各々検出され、これらの電圧値の組合せから制御手段２９は記憶された電圧値と角度データから＋１２０度であると判断して、回転体２１の回転角度を＋１２０度としてデータ出力する。

また、例えば、回転体２１が左方向へ１回転をやや超えた−３７０度回転した時点では、同じく検出信号Ｓ１からは電圧１．７Ｖが、検出信号Ｓ２からは電圧３．８Ｖが検出され、制御手段２９はこれらの電圧から回転体２１の回転角度を−３７０度としてデータ出力する。

つまり、回転体２１の左右方向への回転に伴い、これに連動した検出体２２が回転すると共に、上下方向へ移動するため、回転体２１の回転角度に応じて磁気検出素子２３Ｂは磁石２３Ａの変化する磁気方向と磁力の大きさを検出して、回転角度毎の電圧値の組合せが異なる検出信号Ｓ１、Ｓ２を制御手段２９へ出力し、これらの検出信号Ｓ１、Ｓ２の電圧値の組合せから、制御手段２９が回転体２１の例えば左右２回転半の−９００度から＋９００度範囲内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、車両の様々な制御が行われるように構成されている。

このように本実施の形態によれば、検出体２２の内周に雌ネジ部２２Ｃを設けると共に基体３０に雄ネジ部３２Ａを形成した軸支体３２を設けて、この雄ネジ部３２Ａに雌ネジ部２２Ｃを螺合させ、回転体２１の回転に連動して検出体２２を回転させると共に回転軸方向の上下方向へ移動させ、検出手段からの検出体２２の回転及び回転軸方向への移動に伴う検出信号Ｓ１、Ｓ２によって、制御手段２９が回転体２１の回転角度を検出するように回転角度検出装置を構成することによって、例えば、検出体２２の略中央に磁石２３Ａを配置すると共に、この磁石２３Ａに対向して磁気検出素子２３Ｂを配設した一つの検出手段を設けて、回転体２１の回転に伴って回転及び回転軸方向へ移動する一つの検出体２２による検出信号Ｓ１、Ｓ２によって、複数回転する回転体２１の回転角度が検出できるため、簡易な構成で、部品点数も少なく、製作も容易で安価な回転角度検出装置を実現することができる。

なお、以上の説明では、雄ネジ部３２Ａが設けられた軸支体３２を基体３０に一体に形成したものとして説明したが、軸支体３２を金属製の別部品として形成し、この軸支体を基体３０にビス締めやアウトサート成形等により固着しても良い。

本発明による回転角度検出装置は、簡易な構成で、複数回転する回転体の回転角度が検出可能で安価な回転角度検出装置を実現することができ、主に自動車等のステアリングの回転角度検出に有用である。

２１回転体
２１Ａ、２２Ａ平歯車部
２１Ｂ係合部
２２検出体
２２Ｂ凹部
２２Ｃ雌ネジ部
２３Ａ磁石
２３Ｂ磁気検出素子
２８配線基板
２９制御手段
３０基体
３１支持部
３２軸支体
３２Ａ雄ネジ部

Claims

基体に設けた支持部に軸支されると共に、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、前記検出体の回転を所定の検出信号として検出する検出手段と、この検出手段に接続された制御手段からなり、前記検出体の内周に雌ネジ部を設けると共に前記基体に雄ネジ部を設けて、この雄ネジ部に前記雌ネジ部を螺合させ、前記回転体の回転に連動して前記検出体を回転させると共に回転軸方向へ移動させ、前記検出手段からの前記検出体の回転及び回転軸方向への移動に伴う検出信号によって、前記制御手段が前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置。