JP2005156163A - 回転角度検出装置 - Google Patents

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、小型で検出精度の高いものを提供することを目的とする。
【解決手段】回転体１１の回転に連動して回転する検出体１２を、回転軸線が回転体１１の回転軸線に対し直交する方向に配置して回転角度検出装置を構成することによって、回転角度の検出精度を高めるために回転体１１の歯数を増やし、回転体１１の外径を大きくした場合でも、外形形状を大きくすることなく、検出精度の高い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中、ステアリングの回転角度を検出する回転角度検出装置において、車体の走行制御などを行うために検出精度の高いものが求められてきている。

このような従来の回転角度検出装置について、図７及び図８を用いて説明する。

図７は従来の回転角度検出装置の断面図、図８は同要部斜視図であり、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が設けられている。

そして、２は中央に磁石３が装着された検出体で、回転体１に並んで配置されると共に、この外周に形成された平歯車部２Ａが、回転体１の平歯車部１Ａに噛合している。

また、４は検出体２に平行に対向して配置された第１配線基板で、両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１配線基板４の検出体２との対向面には、磁気検出素子５が装着され、この対向した磁石３と磁気検出素子５によって検出手段６が構成されている。

そして、７はリード線８により第１配線基板４に接続された第２配線基板で、磁気検出素子５からの検出信号を処理するマイコン等からなる制御手段９が形成され、この制御手段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）に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１が回転し、この外周の平歯車部１Ａに平歯車部２Ａが噛合した検出体２も回転する。

そして、この検出体２の回転に伴って、検出体２中央に装着された磁石３の磁界が変化し、この変化する磁気を磁気検出素子５が検出して、漸次増加または減少する周期性で略三角形の電圧波形が連続する検出信号が制御手段９へ出力される。

この時、例えば、回転体１の平歯車部１Ａの歯数を検出体２の平歯車部２Ａの歯数に対し３倍に設定し、検出体２及び磁石３が１８０度回転する度に磁気検出素子５が電圧波形の１波形分を検出するものとすれば、回転体１が１回転する間に、検出体２は３回転し、磁気検出素子５は検出体の１回転に対して２波形分を検知するため、６つの電圧波形が検出信号として連続して出力される。

つまり、回転体１が６０度回転する毎に、漸次増加減少する略三角形の一つの電圧波形が、検出信号として磁気検出素子５から制御手段９へ出力される。

そして、制御手段９の演算部が、先ずこの磁気検出素子５からの検出信号の波形の周期数を計算して回転体１の６０度毎の概略の回転角度を検出した後、次にその電圧値によって回転体１の正確な回転角度を検出する。

さらに、この電圧波形は回転体１の６０度回転毎に漸次増加減少する波形であるため、例えば制御手段９のマイコンに１０ビットのアナログ／デジタルコンバータを用いて演算処理を行えば、０と１の二つの信号の１０乗で１０２４となり、６０度／１０２４≒０．０６度という分解能にて回転角度の検出を行うことができる。

このように、この磁気検出素子５からの検出信号の波形の数と電圧値によって、制御手段９が回転体１の回転角度を検出す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２００２−２０６９１０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、回転角度の検出精度をさらに高いものとするためには、回転体１の平歯車部１Ａの歯数を増やして、回転体１の１回転に対し検出体２を３回転以上、例えば４回転させ、電圧波形の１波形あたりの検出角度を小さくすることにより実現可能であるが、回転体１の歯数を増やすことによって、回転体１の外径が大きくなり、従って、回転角度検出装置の外形形状が大きくなる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、小型かつ回転角度の検出精度が高い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、回転体の回転に連動して回転する検出体を、回転軸線が回転体の回転軸線に対し直交する方向に配置して回転角度検出装置を構成したものであり、検出体が回転体の外周下方に直交した状態で配置されるため、回転角度の検出精度を高めるために回転体の歯数を増やし、回転体の外径を大きくした場合でも、回転体と検出体を並べて配置する場合に比べ、外形形状の小さ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、回転体の外周及び検出体の外周にかさ歯車部を各々形成し、これらを互いに噛合させたものであり、検出体が回転体に確実に連動して回転するため、外形形状が小さく、回転角度の誤差が少ない検出を行うことができるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、検出手段を磁石と磁気検出素子によって形成すると共に、この検出手段と制御手段を同一の配線基板上に形成したものであり、一つの配線基板に検出手段と制御手段が設けられているため、構成部品数が少なく、組立て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、小型かつ回転角度の検出精度が高い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。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６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は同要部斜視図、図３は同分解斜視図であり、同図において、１１は外周にかさ歯車部１１Ａ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１１Ｂが設けられている。

そして、１２は外周にかさ歯車部１２Ａが形成された検出体で、この検出体１２の中央には、磁石１３がインサート成形等により装着されている。

また、検出体１２のかさ歯車部１２Ａが回転体１１のかさ歯車部１１Ａに直交して噛合すると共に、検出体１２は、カバー１４の軸支部１４Ａと略環状の支持部材１５によって、回転体１１の回転に連動して回転可能に保持されている。

すなわち、検出体１２の回転中心線である回転軸線が回転体１１の軸線に対し直交する方向になるようにして、回転体１１と検出体１２が配置されている。

なお、回転体１１のかさ歯車部１１Ａの歯数は、例えば、検出体１２のかさ歯車部１２Ａの歯数の４倍となっており、背景技術の項で説明したような、３倍の歯数とした場合に比べ歯数は多く、従って、回転体１１の外径は大きなものとなっている。

さらに、１６は検出体１２に平行に対向して回転体１１の中心側に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、配線基板１６の検出体１２との対向面には、ＡＭＲ素子（異方性磁気検出素子）等の磁気検出素子１７が装着され、この対向した磁石１３と磁気検出素子１７によって検出手段１８が構成されている。

そして、同じく配線基板１６には、磁気検出素子１７からの検出信号を処理するマイコン等からなる制御手段１９が形成され、この制御手段１９がコネクタ２０等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されている。

また、２１は絶縁樹脂製のケース、２２は同じく絶縁樹脂製のカバーで、これらとカバー１４によって、回転体１１や検出体１２、配線基板１６等が覆われ、所定の箇所に位置決めされて回転角度検出装置が構成されている。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１１が回転し、この外周のかさ歯車部１１Ａにかさ歯車部１２Ａが噛合した検出体１２も回転する。

そして、この検出体１２の回転に伴って、検出体１２中央に装着された磁石１３による磁界が変化し、この変化する磁界を磁気検出素子１７が検出して、図４の電圧波形図に示すような、漸次増加または減少する周期性で略三角形の電圧波形が連続する検出信号が、検出手段１８の磁気検出素子１７から制御手段１９へ出力される。

この時、上述したように、例えば、回転体１１のかさ歯車部１１Ａの歯数を検出体１２のかさ歯車部１２Ａの歯に対し４倍に設定し、磁気検出素子１７を磁気の強弱のみを検出する、つまり検出体１２が１８０度回転する度に電圧波形の１波形分を検出するものとすれば、回転体１１が１回転する間に、検出体１２は４回転し、磁気検出素子１７は検出体１２の１回転に対して２波形分を検知するため、８つの電圧波形が検出信号として連続して出力される。

つまり、回転体１１が４５度回転する毎に、漸次増加減少する略三角形の一つの電圧波形が、検出信号として磁気検出素子１７から制御手段１９へ出力される。

そして、制御手段１９の演算部が、先ずこの磁気検出素子１７からの検出信号の波形の周期数を計算して、回転体１１の４５度毎の概略の回転角度を検出した後、次にその電圧値によって回転体１１の正確な回転角度を検出する。

例えば、図５の電圧波形図に示すように、回転角度θの場合、先ず検出信号の波形の数は基準の０度から数えて２つ目であるため、先ず４５度から９０度の間であるとの概略の回転角度を検出し、次にその電圧値ｖによって回転体１１の正確な回転角度、例えば６０度であることを検出する。

さらに、この電圧波形は回転体１１の４５度回転毎に漸次増加減少する波形であるため、例えば制御手段１９のマイコンに１０ビットのアナログ／デジタルコンバータを用いて演算処理を行えば、０と１の二つの信号の１０乗で１０２４となり、４５度／１０２４≒０．０４５度という高い分解能にて回転角度の検出を行うことができる。

つまり、背景技術の項で説明した従来の回転角度検出装置に比べ、回転体１１の歯数が増え、回転体１１の外径が大きくなって回転角度の検出精度が高くなっているにもかかわらず、検出体１２は回転体１１と直交して配置されているために、回転体１１外径方向の装置外形は従来のものに比べ、小さなものとすることができる。

以上のように、この磁気検出素子１７からの検出信号の波形の数と電圧値によって制御手段１９が回転体１１の回転角度を検出す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１２を回転軸線が回転体１１の回転軸線に対し直交する方向に配置することによって、検出体１２が回転体１１の下方に直交して配置されるため、回転体１１外周の歯数を増やしても装置の外形を大きくすることなく、検出精度の高い回転角度検出装置を得ることができるものである。

また、回転体１１の外周にかさ歯車部１１Ａを形成すると共に、検出体１２の外周にもかさ歯車部１２Ａを形成し、これらを互いに噛合させることにより、検出体１２が回転体１１に確実に連動して回転するため、外形形状が小さく、回転角度の誤差が少ない検出を行うことができる。

さらに、検出手段１８を磁石１３と磁気検出素子１７によって形成すると共に、この検出手段１８と制御手段１９を同一の配線基板１６上に形成することによって、一つの配線基板１６に検出手段１８と制御手段１９が設けられているため、構成部品数が少なく、組立ても容易で安価な回転角度検出装置を得ることができる。

なお、以上の説明では、回転体１１に一つの検出体１２を噛合させ、検出手段１８からの検出信号によって制御手段１９が回転体１１の回転角度を検出する構成について説明したが、図６の要部斜視図に示すように、回転体３１の回転に連動して回転する複数の検出体３２や３３及び３４を設けると共に、これらに対向させて検出手段などを設け、例えば、検出体３２とこれとは歯数が異なる検出体３３による検出信号によって、さらに検出精度を高める構成としても、本発明の実施は可能である。

また、検出体３２と同じ歯数で、同じく回転体３１に直接噛合した検出体３４による検出信号によって、検出体３２の回転異常を検知するような構成としてもよい。

さらに、回転体３１に直接噛合する検出体３２と３４のみで回転角度検出装置を構成したり、或いは、検出体３２とこれに噛合する検出体３４のみで構成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、小型かつ回転角度の検出精度が高い検出装置を得ることができるという有利な効果を有し、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断面図 同要部斜視図 同分解斜視図 同電圧波形図 同電圧波形図 同他の実施の形態による要部斜視図 従来の回転角度検出装置の断面図 同要部斜視図

符号の説明

１１、３１ 回転体
１１Ａ、１２Ａ かさ歯車部
１２、３２、３３、３４ 検出体
１３ 磁石
１４、２２ カバー
１４Ａ 軸支部
１５ 支持部材
１６ 配線基板
１７ 磁気検出素子
１８ 検出手段
１９ 制御手段
２０ コネクタ
２１ ケース

Claims (3)

1. ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体の回転に連動して回転する検出体と、この検出体の回転を検出信号として検出する検出手段と、前記検出信号から前記回転体の回転角度を検出する制御手段からなり、前記検出体を回転軸線が前記回転体の回転軸線に対し直交する方向に配置した回転角度検出装置。
2. 回転体の外周及び検出体の外周にかさ歯車部を各々形成し、これらを互いに噛合させた請求項１記載の回転角度検出装置。
3. 検出手段を磁石と磁気検出素子によって形成すると共に、この検出手段と制御手段を同一の配線基板上に形成した請求項１記載の回転角度検出装置。

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