JP6924935B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本開示は、回転角度検出装置に関し、例えば、被検出物の回転角度を検出するための回転角度検出装置に関する。

従来の回転角度検出装置として、例えば、特許文献１の回転角度検出装置が知られている。この回転角度検出装置は、自動車の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及び第二の検出体と、これらの検出体の回転を検出する角度検出手段と、を備えている。

この第一の検出体及び第二の検出体は互いに歯数が異なるため、角度検出手段により検出されるデータの位相差が回転に伴い変化する。これにより、回転角度検出装置は、ステアリングの３６０度以上の多回転の回転角度を検出している。

特開２０１３−２００２４１号公報

特許文献１の回転角度検出装置では、３６０度以上の多回転の回転角度を検出するために、第一の検出体及び第二の検出体を用いる必要があり、複雑な構造を有している。

本開示は、被検出物の３６０度以上の多回転の回転角度を検出することができながら、簡単な構成の回転角度検出装置を提供する。

本開示のある態様に係る回転角度検出装置は、第１歯車と、第２歯車と、センサとを有する。第１歯車は、被検出物の回転に伴って第１回転軸を中心に回転可能に設けられている。第１歯車は、第１回転軸に交差する円環形状の主面と、この主面上に設けられた複数の第１歯とを有する。第２歯車は、第１歯よりも歯数の多い第２歯を有するとともに、第１歯車と噛み合って第２回転軸を中心に回転可能に設けられている。センサは、第２歯車の回転角度を検出する。第２回転軸は、第１歯車の中心と、第１歯車と第２歯車とが噛み合っている位置とを結ぶ仮想線と、第１回転軸との双方に直交する方向に延びている。複数の第１歯のそれぞれは、主面の周方向へ向かうに従って主面の径方向の外側から内側に向かうように延びている。複数の第１歯のうちの隣接する２つは、径方向において重なって配置されている。

この構成によれば、第２歯車の回転数に対する第１歯車の回転数を増やすことができるため、第２歯車が３６０度回転する間に第１歯車を３６０度以上回転することができる。よって、第１歯車に対して１つの第２歯車を用いた簡単な構成で、第１歯車に連動する被検出物の３６０度以上の回転を検出することができる。

図１は、本開示の実施の形態に係る回転角度検出装置の一部を概略的に示す斜視図である。 図２Ａは、図１に示す回転角度検出装置の一部の分解斜視図である。 図２Ｂは、図１に示す第１歯車の部分拡大図である。 図２Ｃは、図１に示す第２歯車の部分拡大図である。 図２Ｄは、本開示の実施の形態に係る回転角度検出装置の他の第２歯車の部分拡大図である。 図３は、図１に示す回転角度検出装置の一部を矢視ＩＩＩの方向から視たときの構成を示す平面図である。 図４は、図１に示す回転角度検出装置の一部を矢視ＩＶの方向から視たときの構成を示す正面図である。 図５は、図１に示す回転角度検出装置の一部を矢視Ｖの方向から視たときの構成を示す側面図である。 図６Ａは、図３のＶＩＡ−ＶＩＡ線で切断した回転角度検出装置の一部の断面図である。 図６Ｂは、図６Ａの部分拡大図である。 図７は、図１の回転角度検出装置の一部をケースに収容した状態を示す斜視図である。 図８は、図７の回転角度検出装置の分解斜視図である。 図９は、図７の回転角度検出装置における第１歯車の回転角度と第２歯車の回転角度との関係の一例を示すグラフである。

以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、説明の便宜上、互いに噛み合っている状態の第１歯に対して第２歯が位置する側を上と称し、その反対を下と称する。ただし、回転角度検出装置の使用方向は任意であり、必ずしも第１歯に対し第２歯が上に位置しているとは限らない。

まず、実施の形態に係る回転角度検出装置１０の構成について、図１〜図８を参照して説明する。図１は、回転角度検出装置１０における第１歯車２０と第２歯車３０とが噛み合った状態を示し、図２Ａは第１歯車２０から第２歯車３０を外した状態を示している。図２Ｂ、図２Ｃはそれぞれ、第１歯車２０、第２歯車３０の部分拡大図である。図３〜図５はそれぞれ、図１に示す矢視ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖから見た図である。図６Ａは図３に示すＶＩＡ−ＶＩＡ線における断面図、図６Ｂは図６Ａの部分拡大図である。図７、図８はそれぞれ、回転角度検出装置１０の斜視図と分解斜視図である。

図７に示す回転角度検出装置１０は、例えば、車両のステアリング等の被検出物（図示せず）の回転角度を検出する。回転角度検出装置１０は、例えば、３６０度以上の多回転の被検出物の回転角度を検出する。回転角度検出装置１０は、被検出物の回転に伴って回転する第１歯車２０と、第１歯車２０と噛み合って回転する第２歯車３０とを有している。

図１に示すように、第１歯車２０は内側に開口部を有する円環形状の平板であって、第１回転軸２３を中心に回転する。第１歯車２０は、上面と、上面とは反対に位置する下面とを有している。上面は、径方向に所定の幅寸法を有する主面２１を形成し、下面は底面を形成している。第１歯車２０はさらに、主面２１と底面とを内側で接続する内周面２２を有している。内周面２２は第１歯車２０の内側の開口部を囲んでいる。

内周面２２には、第１回転軸２３に向かって突出する１つ以上の突部２４が設けられている。突部２４は、例えば、２つ設けられており、互いに対向するように配置されている。突部２４は、例えば、内側の開口部に挿入された被検出物の外周部分に設けられた窪みに嵌ることにより、その窪みの縁に係止される。その結果、第１歯車２０は、被検出物に対して周方向（回転方向）に固定され、被検出物の回転に連動して回転する。

主面２１は第１回転軸２３に交差する円環形状を有する。主面２１には複数の第１歯２５が設けられている。複数の第１歯２５は互いに同一の形状を有している。第１歯２５は、その歯底で主面２１に接続されている。第１歯２５は、歯底から歯先に向かって、図１、図２Ａにおける上方へ突出している。また第１歯２５は主面２１の周方向（この実施の形態では、時計回り）へ向かうに伴い径方向の外側から内側に延びている。すなわち、第１歯２５の第１端２５Ａと第２端２５Ｂとは、主面２１の周方向において異なる位置にあるとともに、主面２１の径方向においても異なる位置にある。また第１歯２５は、第１端２５Ａから第２端２５Ｂにかけて弧形状を有している。より具体的には、第１歯２５の第１端２５Ａは主面２１の外周に至り、第２端２５Ｂは主面２１の内周に至っている。第１歯２５は、主面２１の外周よりも短く、スパイラル形状の一部である。図２Ａでは一例として、第１歯２５は、主面２１の内周よりも短い場合を示している。

例えば、第１歯２５がｎ本設けられている場合、第１歯２５の第１端２５Ａと主面２１の周方向に隣接する第１歯２５の第１端２５Ａとの間隔は、例えば、（３６０／ｎ）度で等間隔に設けられている。また、第１歯２５は（３６０／ｎ）度よりも広い範囲に亘って周方向に延びている。このため、複数本（この実施の形態では、２〜３本）の第１歯２５が主面２１の径方向へ並んで設けられ、第１歯２５は隣接する他の第１歯２５と径方向に重なって配置されている。第１歯２５は径方向に間隔を空けて平行に配列され、その間隔は等間隔である。

図２Ｂに示すように、第１端２５Ａにおいて、第１歯２５の端面は、正三角形又は二等辺三角形等の三角形状を有している。第１歯２５の歯先に位置する三角形の頂点は切断されており、第１歯２５の歯先と歯底とは平行になっている。

図３に示すように、第１歯２５は、その延びる歯幅方向（長手方向）が第１歯車２０の径方向に対して傾斜して設けられている。すなわち、第１歯２５は、三角柱を、その長手方向が弧状になるように湾曲し、かつ、その長手方向を中心に捻じった形状を有している。

具体的には、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１歯２５の歯先は主面２１の内周から外周に向かって下側へ傾斜している。また、第１歯２５の歯底と歯先との間の距離は周方向において一定である。

図４及び図５に示すように、第１歯車２０の任意の径方向において、内側の第１歯２５の歯先が、外側の第１歯２５の歯先よりも高くなるように、複数の第１歯２５は配置されている。

図１に示すように、第２歯車３０は、円柱形状であって、第２回転軸３１を中心に回転する。第２回転軸３１は、第１歯車２０の中心Ｃと、第１歯車２０と第２歯車３０とが噛み合っている位置とを結ぶ仮想線Ｌ、及び第１回転軸２３の双方に直交するように延びている。仮想線Ｌは、第１歯車２０と第２歯車３０とが噛み合っている位置における第１歯車２０の主面２１の外周の法線、及び、その位置における主面２１の径方向に一致する。第１歯車２０の中心Ｃは、第１回転軸２３上にあり、第１回転軸２３と主面２１との交点（主面２１の中心）である。

第２歯車３０は、第２回転軸３１に平行に設けられた外周面３２を有している。外周面３２上には、複数の第２歯３３が設けられている。第２歯３３は第１歯２５よりも多い。複数の第２歯３３は、外周面３２の周方向に並んでいる。複数の第２歯３３はそれぞれ、外周面３２から外側へ突出し、第２回転軸３１を中心とする放射方向に、根元（歯底）から先端部（歯先）に向かって突出するよう設けられている。

第２歯３３の外周面のうち、隣接する第２歯３３どうしが互いに対向する部分であって、第１歯２５と接する部分は、歯先から歯底側を視た場合に第２歯３３の周方向に弧形状等を成す曲面になっている。また、これに直交する第２回転軸３１に沿って視た場合も、第２歯３３の外周面のうち第１歯２５と接する部分は、歯先から歯底へ弧形状等を成す曲面になっている。例えば、図２Ｃに示すように、第２歯３３は、略円錐台形状であって、第１歯２５と接する部分が第２歯３３の周方向に円弧形状を有している。また、隣接する２つの第２歯３３の間隙は、例えば、第２歯３３の歯底の径よりも短くなっている。なお、図２Ｄに示すように、第２歯３３の歯先から歯底を視た場合に第２歯３３の第１歯２５と接する部分３３Ａは弧形状であって、第２回転軸３１に平行な方向において第２歯３３の両端が略平行に切断されたような形状であってもよい。すなわち、図２Ｄに示す第２歯３３において、第２回転軸３１の延びる方向における両端面３３Ｂは互いに略平行である。以上のように、第２歯３３が第１歯２５と接する部分は、第２歯３３の歯先から歯底にかけて弧形状を有することが好ましい。この構成によれば、第１歯２５と第２歯３３との接触面積が増えるため、第１歯２５は第２歯３３を円滑に送ることができる。

図３に示すように、第１歯車２０の径は第２歯車３０の径よりも大きい。第２歯車３０は、平面視したときに、第２回転軸３１が主面２１の第１歯２５の第１端２５Ａと第２端２５Ｂとの径方向における中間になるように配置されている。第２歯３３は第１歯車２０の径方向に直線状に並ぶ。

図４及び図５に示すように、第２歯車３０は、第１歯車２０の主面２１よりも上方に設けられ、第２歯３３は主面２１よりも下側に突出していない。

例えば、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、３つの第１歯２５が径方向に並ぶ部分では、最も内側に位置する第１歯２５と、これに隣接する中間の第１歯２５との間に第２歯３３の１つが嵌る。そして、この中間の第１歯２５と、これに隣接する最も外側に位置する第１歯２５との間に、嵌った第２歯３３に隣接する第２歯３３の一部が嵌っている。

図６Ｂに示すように、第２歯３３は、第２回転軸３１を通り第２回転軸３１に直交する断面において、外周面の傾きが歯底側から歯先側へ変化している。具体的には、第２回転軸３１を通る径方向に延びる直線に対する、第２歯３３の歯底側の外周面の傾きは第２歯３３の歯先側の外周面の傾きよりも小さい。隣接する２つの第２歯３３が互いに対向する面は、１つの第１歯２５に接する。

図７及び図８に示すように、第１歯車２０及び第２歯車３０は、ケース４０に載置される。ケース４０は、第１歯車２０を収容する収容部４１と、第２歯車３０を保持する保持部４２とを有している。収容部４１は、第１歯車２０の主面２１よりも少し大きな円環形状を有し、収容部４１の上面に第１歯車２０が載る。第１歯車２０は収容部４１に対して回転可能である。

保持部４２の下端は収容部４１に接続される。保持部４２は、下端から図７、図８における上方に向かって外側へ湾曲しながら延びている。保持部４２は、湾曲した内側へ突出する支持部４３、４４を有している。支持部４３、４４は、平板形状を有し、内側に湾曲する窪みが設けられている。支持部４３、４４は、第２回転軸３１の延びる方向に間隔を空けて並んで配置されている。この間隔は第２歯３３の、第２回転軸３１の延びる方向の長さよりも大きい。すなわち、図２Ｃに示す第２歯３３の径よりも大きく、図２Ｄに示す第２歯３３の両端面３３Ｂ間の距離よりよりも大きい。

支持部４３、４４は、その間に第２歯３３を挟み、内側の湾曲する窪みが第２歯車３０の外周面３２に当接している。支持部４３、４４は、このようにして第２歯車３０を回転可能に保持している。

なお、図示しないが、第２歯車３０を挟んで第１歯車２０の内側に配置されたもう１つの保持部が設けられている。これらの一対の保持部が第２歯車３０を第１歯車２０の内側及び外側から支えて保持している。

回転角度検出装置１０は、第２歯車３０の回転角度を検出するセンサ５０をさらに有している。センサ５０は、第２歯車３０に装着される磁石５１と、磁石５１の磁気を検出する磁気検出素子５２と、マイクロコンピュータなどで構成された制御部５４とを有している。

磁石５１は、第２歯車３０において磁気検出素子５２に対向する面に設けられており、第２歯車３０と共に回転する。磁気検出素子５２は基板５３に搭載されており、第２歯車３０の回転に伴い変化する磁石５１の磁気を検出する。制御部５４は基板５３に搭載されており、磁気検出素子５２からの検出信号に基づいて第２歯車３０の回転角度、ひいては、第１歯車２０の回転角度を検出する。

例えば、第１歯車２０の歯数が１０本で、第２歯車３０の歯数が５０本の場合、第１歯車２０が５回転するのに対して第２歯車３０が１回転する。つまり、図９に示すように、第２歯車３０の回転角度に対して比例的に第１歯車２０の回転角度が変化する。そして、第２歯車３０が±１８０度回転するのに対して、第１歯車２０が±９００度回転する。そのため、第１歯車２０及びこれに連動する被検出物の回転角度を３６０度以上（この実施の形態では、１８００度）、検出することができる。

前述のように、第１歯車２０の第１歯２５は、主面２１の周方向へ向かうに伴い径方向の外側から内側に延びるように設けられている。第２歯車３０は第２回転軸３１を中心に第１歯車２０と噛み合って回転する。第２回転軸３１は、第１歯車２０の第１回転軸２３及び仮想線Ｌに直交している。これにより、第２歯車３０の回転数に対する第１歯車２０の回転数の比を大きくすることができ、例えば、第２歯車３０が３６０度回転するのに対して第１歯車２０を３６０度以上、回転させることができる。よって、第１歯車２０及びこれと連動する被検出物の回転角度を３６０度以上、１つの第２歯車３０で検出することができる。また、被検出物の回転角度を検出するために、第２歯車３０の回転を検出する磁石５１および磁気検出素子５２をそれぞれ１つに削減することができるため、構成を簡素化し、コストを低減することができる。

また、第２歯３３を略円錐台形状にすることにより、第２歯３３において、第１歯２５と接する部分が弧形状を有している。これによって、第１歯２５と第２歯３３との接触面積が増えて、より円滑に第１歯２５は第２歯３３を送ることができる。

なお、上記実施の形態は、互いに相反する構造ではない限り、組み合わせてもよい。上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本開示の回転角度検出装置は、被検出物の３６０度以上の多回転の回転角度を検出することができる簡単な構成の回転角度検出装置等として有用である。

１０ 回転角度検出装置
２０ 第１歯車
２１ 主面
２２ 内周面
２３ 第１回転軸
２４ 突部
２５ 第１歯
２５Ａ 第１端
２５Ｂ 第２端
３０ 第２歯車
３１ 第２回転軸
３２ 外周面
３３ 第２歯
３３Ａ 部分
３３Ｂ 両端面
４０ ケース
４１ 収容部
４２ 保持部
４３，４４ 支持部
５０ センサ
５１ 磁石
５２ 磁気検出素子
５３ 基板
５４ 制御部
Ｃ 中心
Ｌ 仮想線

Claims (4)

1. 被検出物の回転に伴って第１回転軸を中心に回転可能に設けられるとともに、前記第１回転軸に交差する円環形状の主面と、前記主面上に設けられた複数の第１歯とを有する第１歯車と、
   前記第１歯よりも歯数の多い第２歯を有するとともに、前記第１歯車と噛み合って第２回転軸を中心に回転可能に設けられた第２歯車と、
   前記第２歯車の回転角度を検出するセンサと、を備え、
   前記第２回転軸は、前記第１歯車の中心と、前記第１歯車と前記第２歯車とが噛み合っている位置とを結ぶ仮想線と、前記第１回転軸との双方に直交する方向に延び、
   前記複数の第１歯のそれぞれは、前記主面の周方向へ向かうに従って前記主面の径方向の外側から内側に向かうように延び、
   前記複数の第１歯のうちの隣接する２つは、前記径方向において重なって配置されている、
   回転角度検出装置。
2. 前記複数の第２歯のそれぞれは、前記第２回転軸を中心とする放射方向に、根元から先端部に向かって突出するよう設けられ、
   前記複数の第２歯のそれぞれが前記複数の第１歯のそれぞれと接する部分は、前記複数の第２歯のそれぞれの前記先端部から前記根元にかけて弧形状を有する、
   請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記複数の第２歯のそれぞれは、略円錐台形状を有する、
   請求項２記載の回転角度検出装置。
4. 前記複数の第２歯のそれぞれの、前記第２回転軸に延びる方向における両端面は互いに略平行である、
   請求項２に記載の回転角度検出装置。

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