(57)【要約】【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、安価な構成で、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】第一または第二の検出手段１５または１６のいずれかを磁石１６Ａと、直交配置された複数のホール素子１６Ｂと１６Ｃから形成すると共に、制御手段１７がこの複数のホール素子１６Ｂ、１６ＣとＡＭＲ素子１５Ｂからの検出信号を用いて、先ず回転体１１の概略の回転角度を検出し、この後、ＡＭＲ素子１５Ｂからの検出信号を用いて、詳細な回転角度を検出することによって、安価なホール素子１６Ｂや１６Ｃを用いることができるため、安価な構成で、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
2010096518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、上記第一または第二の検出手段のいずれかを磁石と、直交配置された複数のホール素子から形成した回転角度検出装置。
【請求項２】
複数のホール素子を磁石外周よりも内方へ配置した請求項１記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
このような従来の回転角度検出装置について、図６を用いて説明する。
【０００４】
図６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。
【０００５】
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。
【０００６】
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、異方性磁気抵抗素子（以下、ＡＭＲ素子と記載する）５Ｂと６Ｂが各々装着されている。
【０００７】
そして、このように対向した磁石５ＡとＡＭＲ素子５Ｂによって第一の検出手段５が、同じく磁石６ＡとＡＭＲ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、ＡＭＲ素子５Ｂや６Ｂに接続された制御手段７が形成されている。
【０００８】
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。
【０００９】
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にはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。
【００１０】
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ＡＭＲ素子５Ｂ、６Ｂが検出して、増減を繰り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。
【００１１】
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、ＡＭＲ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。
【００１２】
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装置等の、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。
【００１３】
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。
【特許文献１】特開２００７−２５６１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、制御手段７が第一及び第二の検出手段５と６からの各々の検出信号と各平歯車部の歯数から、加減乗除や所定の定数の算出等の演算を行って回転体１の回転角度を検出しており、検出信号にばらつきがあると回転角度の演算に誤差が生じてしまうため、第一及び第二の検出手段５と６の検出素子としては、高精度ではあるが高価なＡＭＲ素子５Ｂと６Ｂが用いられており、装置全体として高価なものになってしまうという課題があった。
【００１５】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、安価な構成で、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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の請求項１に記載の発明は、第一または第二の検出手段のいずれかの磁石と、直交配置された複数のホール素子から形成すると共に、制御手段がこの複数のホール素子とＡＭＲ素子からの検出信号によって、先ず回転体の概略の回転角度を検出し、この後、ＡＭＲ素子からの検出信号によって、詳細な回転角度を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、第一または第二の検出手段のいずれかには、安価なホール素子を用いることができるため、安価な構成で、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。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数のホール素子を磁石外周よりも内方へ配置したものであり、ホール素子による磁石の磁気の検出精度を高め、さらに高精度でばらつきの少ない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。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、安価な構成で、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００２１】
（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、１１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１１Ａ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１１Ｂが設けられている。
【００２２】
そして、１２は絶縁樹脂または金属製の第一の検出体、１３は同じく第二の検出体で、第一の検出体１２側面外周の平歯車部１２Ａが回転体１１の平歯車部１１Ａに噛合すると共に、第二の検出体１３側面外周の平歯車部１２Ａとは歯数の異なる平歯車部１３Ａが、第一の検出体１２の平歯車部１２Ａに噛合している。
【００２３】
なお、これらの歯車の直径及び歯数は、回転体１１が最も大きく、第一の検出体１２、第二の検出体１３の順に小さくなっており、例えば、回転体１１の歯数が４８、第一の検出体１２の歯数が３２、第二の検出体１３の歯数が２８となっている。
【００２４】
また、１４は第一及び第二の検出体１２、１３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１２の中央にインサート成形等により装着された、方形または円形状の磁石１５Ａとの対向面には、ＡＭＲ素子１５Ｂが装着され、この対向した磁石１５ＡとＡＭＲ素子１５Ｂによって第一の検出手段１５が形成されている。
【００２５】
さらに、第二の検出体１３の中央に装着された円形状の磁石１６Ａとの対向面には、複数のホール素子１６Ｂと１６Ｃが装着され、この対向した磁石１６Ａとホール素子１６Ｂ、１６Ｃによって第二の検出手段１６が形成されている。
【００２６】
なお、このホール素子１６Ｂと１６Ｃは、図２（ａ）の部分平面図や図２（ｂ）の部分側面図に示すように、磁石１６Ａとは２〜３ｍｍ前後の間隙を空け、磁石１６Ａの中心に対して直交方向に、平行に並べて配置されると共に、磁石１６Ａの外周よりもやや内方へ、例えばホール素子１６Ｂと１６Ｃの中心が、磁石１６Ａ外周よりも０．５〜１ｍｍ前後内方となるように配置されている。
【００２７】
また、配線基板１４にはマイコン等の電子部品によって、ＡＭＲ素子１５Ｂやホール素子１６Ｂ、１６Ｃに接続された制御手段１７が形成されると共に、これら回転体１１や第一の検出体１２、第二の検出体１３、配線基板１４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。
【００２８】
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１１の係合部１１Ｂ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。
【００２９】
以上の構成において、ステアリングを回転すると、回転体１１が回転し、これに連動して第一の検出体１２が回転するため、この中央に装着された磁石１５Ａも回転して、磁石１５Ａの変化する磁気の方向をＡＭＲ素子１５Ｂが検出し、この正弦波や余弦波から正接計算や直線近似計算等を行って、図３（ａ）の波形図に示すような、増減を繰返す略鋸歯状の検出信号Ｌが制御手段１７へ入力される。
【００３０】
また、第一の検出体１２に連動して第二の検出体１３も回転し、この中央に装着された磁石１６Ａが回転して、この磁石１６Ａの変化する磁力をホール素子１６Ｂと１６Ｃが検出し、例えばホール素子１６Ｂからは、図４（ａ）の波形図に示すような、正弦波の検出信号Ｍが制御手段１７へ出力される。
【００３１】
そして、同時に、ホール素子１６Ｂとは磁石１６Ａの中心に対して直交方向に、すなわち９０度ずれた位置に配置されたホール素子１６Ｃからは、余弦波の検出信号Ｎが制御手段１７へ出力され、制御手段１７がこれらの検出信号ＭとＮから、図４（ｂ）に示すような略鋸歯状の検出信号Ｐを算出する。
【００３２】
なお、この時、第一の検出体１２と第二の検出体１３は歯数が異なり回転速度も異なるため、図３（ａ）に示す第一の検出体１２の検出信号Ｌと、図３（ｂ）に示す第二の検出体１３の検出信号Ｐは、略鋸歯状の波形の傾き角度や形状の異なった、位相差のあるデータ波形となる。
【００３３】
そして、これらの検出信号から制御手段１７が、第一の検出体１２の検出信号Ｌの例えば２回転目の角度θ１から、第二の検出体１３の検出信号Ｐの例えば２回転目の角度θ２を減じて、図３（ｃ）に示すような、漸次増加する直線状の位相差信号Ｒを算出し、この角度θ１−θ２から、先ず回転体１１の概略の回転角度を検出する。
【００３４】
また、この後、検出信号Ｌの角度θ１と各々の平歯車部の歯数から、制御手段１７が回転体１１の詳細な回転角度を検出し、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装置等の、車両の様々な制御が行われる。
【００３５】
つまり、制御手段１７がＡＭＲ素子１５Ｂとホール素子１６Ｂ、１６Ｃからの検出信号ＬとＰを用いて位相差信号Ｒを算出し、先ず回転体１１の概略の回転角度を検出した後、ＡＭＲ素子１５Ｂからの検出信号Ｌを用いて、詳細な回転角度を検出することによって、概略の回転角度を検出する場合にのみ使用される第二の検出手段１６には、安価なホール素子１６Ｂや１６Ｃを用いることができるようになっている。
【００３６】
すなわち、第一と第二の検出手段１５と１６の両方に、高精度ではあるが高価なＡＭＲ素子１５Ｂを用いる必要はなく、概略の回転角度を検出するだけの第二の検出手段１６を、磁石１６Ａと直交配置された複数のホール素子１６Ｂ、１６Ｃから形成することによって、装置を安価な構成にできると共に、回転体１１の回転角度の確実な検出が行えるように構成されている。
【００３７】
なお、以上の構成では、第一の検出手段１５にＡＭＲ素子１５Ｂを、第二の検出手段１６にホール素子１６Ｂと１６Ｃを各々用いた構成として説明したが、これとは逆に、第一の検出体１２側をホール素子１６Ｂと１６Ｃで形成し、第二の検出体１３側をＡＭＲ素子１５Ｂで形成して、詳細な回転角度の検出は第二の検出体１３側で行うようにしてもよい。
【００３８】
また、図２に示したように、複数のホール素子１６Ｂと１６Ｃを磁石１６Ａ外周よりも内方へ配置することによって、ホール素子１６Ｂと１６Ｃによる磁石１６Ａの磁気の検出精度を高め、さらに高精度でばらつきの少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。
【００３９】
つまり、図５の特性図に示すように、複数のホール素子１６Ｂと１６Ｃの磁石１６Ａの磁気を検出する感度は、これらの中心が、磁石１６Ａの外周の真上あるいは真下にある場合が最も優れ、内方へ−１、−２ｍｍとずれるほど、あるいは外方へ＋１、＋２ｍｍとずれるほど検出感度は劣化するが、内方に比べ外方、すなわち磁石１６Ａ外周から離れる方向の方が感度の劣化は大きく、矢印で示す、磁石１６Ａ外周から外方へ＋１ｍｍ前後離れた場合の劣化が特に大きい。
【００４０】
このため、ホール素子１６Ｂと１６Ｃの中心を、磁石１６Ａの外周に合わせて配置した場合、各構成部品の寸法のばらつきや製作時の位置ずれによって、中心が磁石１６Ａ外周から外方へずれてしまうと、ホール素子１６Ｂと１６Ｃの検出感度が大きく劣化してしまう。
【００４１】
これに対し、上記のように、ホール素子１６Ｂと１６Ｃを磁石１６Ａ外周よりも、０．５〜１ｍｍ前後内方へ直交配置することによって、多少の寸法ばらつきや位置ずれが生じた場合でも、ホール素子１６Ｂと１６Ｃの検出感度の大きな劣化を防ぎ、高精度でばらつきの少ない回転角度の検出が可能となる。
【００４２】
さらに、上述したように、複数のホール素子１６Ｂと１６Ｃを磁石１６Ａの中心に対して直交方向に、平行に並べて配置することによって、配線基板１４に占めるホール素子１６Ｂと１６Ｃのスペースを小さくできると共に、直径が１０ｍｍあるいは５ｍｍ前後の小さな磁石１６Ａを使用することも可能となり、装置全体の小型化を図ることができる。
【００４３】
このように本実施の形態によれば、第一または第二の検出手段１５または１６のいずれかを磁石１６Ａと、直交配置された複数のホール素子１６Ｂと１６Ｃから形成すると共に、制御手段１７がこの複数のホール素子１６Ｂ、１６ＣとＡＭＲ素子１５Ｂからの検出信号を用いて、先ず回転体１１の概略の回転角度を検出し、この後、ＡＭＲ素子１５Ｂからの検出信号を用いて、詳細な回転角度を検出することによって、安価なホール素子１６Ｂや１６Ｃを用いることができるため、安価な構成で、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。
【００４４】
そして、複数のホール素子１６Ｂや１６Ｃを、磁石１６Ａ外周よりも内方へ配置することによって、ホール素子１６Ｂや１６による磁石１６Ａの磁気の検出精度を高め、さらに高精度でばらつきの少ない回転角度の検出を行うことができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、回転体１１に第一の検出体１２が噛合し、この第一の検出体１２に第二の検出体１３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１１に第一の検出体１２と第二の検出体１３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。
【００４６】
また、以上の説明では、回転体１１や第一の検出体１２、第二の検出体１３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。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明による回転角度検出装置は、安価な構成で、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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】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
【図２】同部分平面図と部分側面図
【図３】同波形図
【図４】同波形図
【図５】同特性図
【図６】従来の回転角度検出装置の斜視図
【符号の説明】
【００４９】
１１  回転体
１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ  平歯車部
１１Ｂ  係合部
１２  第一の検出体
１３  第二の検出体
１４  配線基板
１５  第一の検出手段
１５Ａ  磁石
１５Ｂ  ＡＭＲ素子
１６  第二の検出手段
１６Ａ  磁石
１６Ｂ、１６Ｃ  ホール素子
１７  制御手段
【図１】
2010096518.tif 000003
【図２】
2010096518.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010096518.tif 000006
【図５】
2010096518.tif 000007
【図６】
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