JP4992516B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

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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、この回転角度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５及び図６を用いて説明する。
図５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の平歯車部３Ａが第一の検出体２の平歯車部２Ａに噛合している。
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、８は略箱型の絶縁樹脂製のケースで、このケース８の中空筒部８Ａ内周に回転体１下面の中空筒部１Ｃが、軸部８Ｂに第一の検出体２の中央が、軸部８Ｃに第二の検出体３の中央が、各々回転可能に保持されて、回転角度検出装置が構成されている。
そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段７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が検出信号として検出するが、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。
なお、以上のような回転角度検出装置においては、図６（ａ）の概略平面図に示すように、回転体１の中空筒部１Ｃ外周とケース８の中空筒部８Ａ内周との間には、０．１ｍｍ以下の僅かなものではあるが、上下左右に回転体１を回転させるための隙間が設けられている。
したがって、図６（ｂ）に示すように、例えばステアリングを左方向へ回転した場合には、これに連動して回転体１が回転するが、回転直後はこの隙間の分だけ回転体１が左方向へ移動し、中空筒部１Ｃの外周左側が中空筒部８Ａの内周右側に接してから、回転体１の回転が第一の検出体２に伝わる。
つまり、ステアリングを回転した直後は、回転体１は点Ａから点Ａ１の分だけ回転するが、回転体１と第一の検出体２が噛合した点Ｂは変化せず、この点Ａから点Ａ１の分の角度だけ、回転体１が回転してから第一の検出体２が回転し始めるまでに、僅かではあるが間があり、回転体１が回転した後、中空筒部１Ｃと８Ａの隙間の分だけ遅れて、第一の検出体２が回転するものであった。
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２００６−２５８６２５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、ステアリングを回転した直後、回転体１が回転してから、中空筒部１Ｃと８Ａの隙間の分だけ遅れて、第一の検出体２が回転するため、僅かではあるがこの分だけ、回転角度の検出に誤差が生じ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、中空筒部が形成されたケースと、このケースの上記中空筒部の内周に対して隙間が設けられて回転可能に保持される中空筒部が形成され、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の検出体と、この第一の検出体に連動して回転する第二の検出体と、上記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、上記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、上記回転体の上記第一の検出体との対称位置に、補助検出体を係合させると共に、この補助検出体の回転を検出する補助検出手段を設け、この補助検出手段からの検出信号を制御手段が検出し、上記制御手段が上記補助検出手段と上記第一の検出手段からの検出信号を比較して、一方が回転し他方が回転していない場合には、回転している方の検出信号のデータを用い、双方とも回転している場合には、回転角度として大きな方の検出信号のデータを用いて上記回転体の回転角度を各々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、回転体が回転してから第一の検出体が回転し始めるまでの間も、第一の検出体と対称位置に係合した補助検出体は回転体に連動して回転するため、この補助検出体の回転を検出することによって、簡易な構成で、ステアリングの回転直後も、誤差がなく、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、補助検出手段と第一の検出手段からの検出信号を、制御手段が比較するものであり、例えば、制御手段が二つの検出信号のうち、大きな方の信号を用いて回転角度を検出することで、誤差のない回転角度の検出を行うことや、二つの検出信号に所定の大きさ以上の差がある場合は、いずれかの検出体に破損等が生じたことを判断することによって、より確実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。
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〜図４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分解斜視図であり、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の平歯車部３Ａが第一の検出体２の平歯車部２Ａに噛合している。
さらに、１０は側面外周に平歯車部１０Ａが形成された補助検出体で、回転体１の第一の検出体２とは対称位置の平歯車部１Ａに、平歯車部１０Ａが噛合している。
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と補助検出体１０が同じで、第二の検出体３はこれらより小さなもの、例えば、回転体１の歯数が８７、第二の検出体３の歯数が２９、第一の検出体２と補助検出体１０の歯数が３０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、１４は同じく補助検出体１０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、補助検出体１０の中央に装着された磁石１５Ａ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、１５Ｂ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が、磁石１５Ａと磁気検出素子１５Ｂによって補助検出手段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制御手段１７が形成され、この制御手段１７が配線パターンや配線シート１６を介して、磁気検出素子５Ｂや６Ｂ、１５Ｂに接続されている。
さらに、１８は略箱型の絶縁樹脂製のケースで、このケース１８の中空筒部１８Ａ内周に回転体１下面の中空筒部１Ｃが、軸部１８Ｂに第一の検出体２の中央が、軸部１８Ｃに第二の検出体３の中央が、軸部１８Ｄに補助検出体１０の中央が各々回転可能に保持されて、回転角度検出装置が構成されている。
そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段１７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と補助検出体１０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、１５Ａも回転して、この磁石５Ａ、６Ａ、１５Ａの変化する磁力を、磁気検出素子５Ｂ、６Ｂ、１５Ｂが検出する。
なお、この時、図２（ａ）の概略平面図に示すように、回転体１の中空筒部１Ｃ外周とケース１８の中空筒部１８Ａ内周との間には、０．１ｍｍ以下の僅かなものではあるが、上下左右に回転体１を回転させるための隙間が設けられているため、図２（ｂ）に示すように、例えばステアリングを左方向へ回転した直後には、この隙間の分だけ回転体１が左方向へ移動し、中空筒部１Ｃの外周左側が中空筒部１８Ａの内周右側に接してから、回転体１の回転が第一の検出体２に伝わる。
つまり、ステアリングを回転した直後は、回転体１が回転してから第一の検出体２が回転し始めるまで、僅かではあるが間があり、回転体１が回転した後、中空筒部１Ｃと１８Ａの隙間の分だけ遅れて、第一の検出体２が回転するが、この時、回転体１の第一の検出体２とは対称位置に噛合した補助検出体１０は、回転体１に遅れることなく、回転体１に連動して同時に回転する。
すなわち、ステアリング回転直後は、回転体１が点Ａから点Ａ１の分だけ回転するのに対し、回転体１と第一の検出体２が噛合した点Ｂは変化せず、第一の検出体２はこの点Ａから点Ａ１の分の角度だけ遅れて回転するが、補助検出体１０は回転体１に連動して、点Ａ２の分だけ回転する。
したがって、ステアリング回転直後の、回転体１が回転してから第一の検出体２が回転し始めるまでの間は、補助検出体１０の磁気検出素子１５Ｂからのみ、検出信号が制御手段１７に入力され、この後、やや遅れて第一の検出体２と第二の検出体３の磁気検出素子５Ｂと６Ｂからの検出信号が入力される。
そして、これらの検出信号は、補助検出体１０と第一の検出体２は歯数が同じであるため、データ波形の周期が同じ検出信号となり、第二の検出体３はこれらと歯数が異なり回転速度も異なるため、周期が異なり位相のずれた検出信号となるが、上記のように、補助検出体１０からのみ検出信号が入力され、第一の検出体２からは検出信号が入力されていない間は、制御手段１７は補助検出体１０からの検出信号によって回転角度の検出を行う。
また、この後、第一の検出体２と第二の検出体３も回転し、これらの検出信号も制御手段１７に入力された場合には、これら三つの異なる検出信号と各々の歯数から、制御手段１７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するが、この時、制御手段１７が第一の検出体２と補助検出体１０との検出信号を比較し、回転角度として大きな方のデータを、ステアリング回転直後の遅れのないものと判定して、これを自動車の電子回路へ出力し、車両の様々な制御が行われる。
つまり、回転体１の第一の検出体２との対称位置に、補助検出体１０を係合させ、補助検出手段からの検出信号を制御手段１７が検出することによって、簡易な構成で、回転体１が回転してから第一の検出体２が回転し始めるまでの間の、ステアリングの回転直後も、誤差がなく、回転角度の確実な検出が行えるように構成されている。
そして、第一の検出体２と補助検出体１０からの検出信号を制御手段１７が比較し、一方が回転し他方が回転していない場合には、回転している方の検出信号のデータを用いて、双方とも回転している場合には、回転角度として大きな方のデータを用いて、各々回転角度を検出することによって、誤差のない回転角度の検出を行うことができるようになっている。
さらに、第一の検出体２と補助検出体１０からの検出信号に所定の大きさ以上の差がある場合には、いずれかの検出体に破損等が生じたと制御手段１７が判断し、これを車両の電子回路へ伝えることによって、より誤差がなく確実な回転角度の検出を行うことが可能となる。
このように本実施の形態によれば、回転体１の第一の検出体２との対称位置に、補助検出体１０を係合させると共に、この補助検出体１０の回転を検出する補助検出手段を設け、この補助検出手段からの検出信号を制御手段１７が検出することによって、回転体１が回転してから第一の検出体２が回転し始めるまでの間も、第一の検出体２と対称位置に係合した補助検出体１０は回転体１に連動して回転するため、この補助検出体１０の回転を検出することによって、簡易な構成で、ステアリングの回転直後も、誤差がなく、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。
また、補助検出手段１０と第一の検出手段２からの検出信号を、制御手段１７が比較することによって、例えば、二つの検出信号のうち、大きな方の信号を用いて回転角度を検出することで、誤差のない回転角度の検出を行うことや、二つの検出信号に所定の大きさ以上の差がある場合は、いずれかの検出体に破損等が生じたことを判断することによって、より確実で多様な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、回転体１に対し第一の検出体２や第二の検出体３、補助検出体１０を水平に配置し、各々の側面外周の歯車部を噛合させた構成について説明したが、図３の分解斜視図に示すように、側面外周と下面外周に歯車部が形成された回転体２１を用い、この下面の歯車部に第一の検出体２２を、第一の検出体２２に第二の検出体２３を各々噛合させると共に、第一の検出体２２とは対称位置の回転体２１側面の歯車部に、補助検出体１０を噛合させた構成としても、本発明の実施は可能である。
さらに、図４の分解斜視図に示すように、下面外周に歯車部が形成された回転体３１を用い、この下面の歯車部に第一の検出体２２を、第一の検出体２２に第二の検出体２３を各々噛合させると共に、第一の検出体２２とは対称位置の下面の歯車部に補助検出体３０を噛合させた構成としてもよい。
また、以上の説明では、回転体１や各検出体の歯車部を噛合させ、互いに連動して回転する構成として説明したが、歯車部以外にも、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、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分解斜視図 同概略平面図 同他の実施の形態による分解斜視図 同他の実施の形態による分解斜視図 従来の回転角度検出装置の分解斜視図 同概略平面図
符号の説明
１、２１、３１ 回転体
１Ａ、２Ａ、３Ａ、１０Ａ 平歯車部
１Ｂ 係合部
１Ｃ 中空筒部
２、２２ 第一の検出体
３、２３ 第二の検出体
４、１４ 配線基板
５Ａ、６Ａ、１５Ａ 磁石
５Ｂ、６Ｂ、１５Ｂ 磁気検出素子
１０、３０ 補助検出体
１６ 配線シート
１７ 制御手段
１８ ケース
１８Ａ 中空筒部
１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ 軸部

Claims (1)

  1. 中空筒部が形成されたケースと、このケースの上記中空筒部の内周に対して隙間が設けられて回転可能に保持される中空筒部が形成され、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の検出体と、この第一の検出体に連動して回転する第二の検出体と、上記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、上記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、上記回転体の上記第一の検出体との対称位置に、補助検出体を係合させると共に、この補助検出体の回転を検出する補助検出手段を設け、この補助検出手段からの検出信号を制御手段が検出し、上記制御手段が上記補助検出手段と上記第一の検出手段からの検出信号を比較して、一方が回転し他方が回転していない場合には、回転している方の検出信号のデータを用い、双方とも回転している場合には、回転角度として大きな方の検出信号のデータを用い回転体の回転角度を各々検出する回転角度検出装置。
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