(57)【要約】【課題】センサ歯車に取り付けられた磁石同士の干渉を低減し、高精度な回転角度検出装置を提供する。【解決手段】ステアリングシャフト２に取り付けられ、ステアリングシャフト２を軸にして一体的に回転するメイン歯車３に、２つのセンサ歯車４ａ，４ｂを噛合させて、メイン歯車３の回転に伴い回転するセンサ歯車４ａ，４ｂの回転角度をそれぞれ検出し、それら検出した回転角度に基づいてステアリングシャフト２の回転角度を検出する回転角度検出装置１において、２つのセンサ歯車４ａ，４ｂには、磁気強度の異なる磁石５ａ，５ｂがそれぞれ搭載され、その各磁石５ａ，５ｂと対向した位置に、それぞれ磁気センサ６が配置されるものである。【選択図】図１
2010008370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトに取り付けられ、ステアリングシャフトを軸にして一体的に回転するメイン歯車に、２つのセンサ歯車を噛合させて、前記メイン歯車の回転に伴い回転する前記センサ歯車の回転角度をそれぞれ検出し、それら検出した回転角度に基づいて前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する回転角度検出装置において、
２つのセンサ歯車には、磁気強度の異なる磁石がそれぞれ搭載され、その各磁石と対向した位置に、それぞれ磁気センサが配置されることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記磁石が、前記センサ歯車の中心部に固定され、かつ前記磁石のＮ極とＳ極が、前記センサ歯車の回転軸に対して垂直になるように配置されて前記センサ歯車と一体に回転する請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記磁気センサは、前記センサ歯車と一体に回転する前記磁石の磁束の角度を検知するセンサ部と、検出された磁束の角度に基づいて前記ステアリングシャフトの回転角度を演算する演算装置とからなる請求項２に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、ステアリングホイールなどの回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ステアリングホイールの回転に伴って回転角度情報を生成する舵角センサが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
これらの従来技術では、ステアリングホイールの回転を伝達するステアリングシャフトの回転に伴って回転する磁石と、その磁石の磁束の方向を検出するＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ホール素子などの磁気センサとの組からなる回転角度検出手段を少なくとも２組有し、それぞれの磁気センサで生成される角度情報からステアリングホイールの絶対回転角度情報を生成するものである。
【０００４】
各磁気センサは電子回路基板上に取り付けられており、対向する位置に２つの磁石が配置される。２つの磁石は、センサ歯車にそれぞれ取り付けられている。
【０００５】
２つのセンサ歯車は、ステアリングシャフトの回転に伴って回転するメイン歯車に噛合され、メイン歯車の回転に伴い回転する。
【０００６】
このように構成・配置された回転角度検出装置の磁気センサの２つの出力から、ステアリングホイールの回転角を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２８３７０４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した回転角度検出装置では、回転角度の検出に磁石を利用しているため、以下の不具合が生じる。
【０００９】
図４は、２つの磁石から発生する磁束が互いに干渉している図である。
【００１０】
一般に、複数の磁石を接近させると、それぞれの磁石から発生する磁束が干渉しあい、磁束に乱れが生じる。例えば、図４から明らかなように、１つの磁石４１から発生した磁束（図示矢印）は、他方の磁石４２に到達する。
【００１１】
これにより、磁気センサと対応する磁石４１の磁束に他方の磁石４２の磁束が重畳されるため、実際の磁石４１の角度と磁束の角度とが異なるため、計測誤差が生じる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、センサ歯車に取り付けられた磁石同士の干渉を低減し、高精度な回転角度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、ステアリングシャフトに取り付けられ、ステアリングシャフトを軸にして一体的に回転するメイン歯車に、２つのセンサ歯車を噛合させて、前記メイン歯車の回転に伴い回転する前記センサ歯車の回転角度をそれぞれ検出し、それら検出した回転角度に基づいて前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する回転角度検出装置において、２つのセンサ歯車には、磁気強度の異なる磁石がそれぞれ搭載され、その各磁石と対向した位置に、それぞれ磁気センサが配置される回転角度検出装置である。
【００１４】
請求項２の発明は、前記磁石が、前記センサ歯車の中心部に固定され、かつ前記磁石のＮ極とＳ極が、前記センサ歯車の回転軸に対して垂直になるように配置されて前記センサ歯車と一体に回転する請求項１に記載の回転角度検出装置である。
【００１５】
請求項３の発明は、前記磁気センサは、前記センサ歯車と一体に回転する前記磁石の磁束の角度を検知するセンサ部と、検出された磁束の角度に基づいて前記ステアリングシャフトの回転角度を演算する演算装置とからなる請求項２に記載の回転角度検出装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回転角度検出装置のセンサ歯車に取り付けられた磁石同士の干渉を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適な実施の形態を示す回転角度検出装置の概略図であり、図２は、その要部拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態に係る回転角度検出装置１は、ステアリングシャフト２に取り付けられ、ステアリングシャフト２を軸にして一体的に回転するメイン歯車３と、そのメイン歯車３に噛合され、メイン歯車３の回転に伴い回転する２つのセンサ歯車４ａ，４ｂと、そのセンサ歯車４ａ，４ｂにそれぞれ搭載された磁気強度の異なる磁石５ａ，５ｂと、その磁石５ａ，５ｂの磁束の角度を検出するための磁気センサ６とで構成される。
【００２０】
ステアリングシャフト２は、図示しないステアリングホイールの回転をメイン歯車３に伝達するものである。
【００２１】
図２に示すように、センサ歯車４ａに搭載された磁石５ａは、センサ歯車４ａの中心部に固定され、かつ磁石５ａのＮ極とＳ極が、センサ歯車４ａの回転軸に対して垂直になるように配置されてセンサ歯車４ａと一体に回転するようにされる。センサ歯車４ａについて説明したが、センサ歯車４ｂも同じように磁石５ｂが搭載されている。
【００２２】
なお、中心部とは、磁気センサ６により磁石５ａ，５ｂの磁束強度が問題なく計測できる範囲を意味する。よって、磁石５ａ，５ｂの搭載位置は、例え中心から外れていようとも計測が正常に行える位置であればよい。
【００２３】
また、各センサ歯車４ａ，４ｂは異なるギア比に形成される。この理由は、回転角度検出装置１は、ステアリングシャフト２の複数回転分の角度を検出する必要があり、各センサ歯車４ａ，４ｂの回転角度の組み合わせからステアリングシャフト２の回転角度を計測するためである。
【００２４】
２つのセンサ歯車４ａ，４ｂの回転数の組み合わせから回転角度を求める方法としては、角度の差分からどちらか一方の歯車回転数Ｎを求め、さらに、その一方のセンサ歯車の現在の角度にギア比を乗じた角度φを求め、次式から、ステアリングシャフト２の回転角度Φを得ることができる。
【００２５】
Φ＝３６０×Ｎ＋φ
すなわち、絶対角演算においては、回転数を得る際には、２つのセンサ歯車４ａ，４ｂの角度が必要であるが、回転角度を演算する際にはどちらか一方のセンサ歯車の角度により求めることができる。
【００２６】
したがって、以下に示すように一方のセンサ歯車の精度を上げることにより、絶対角の演算でも高精度の結果を得ることができる。
【００２７】
磁気センサ６は、磁石５ａ，５ｂと対向した位置に設けられ、センサ歯車４ａ，４ｂと一体に回転する磁石５ａ，５ｂの磁束の角度を検知するセンサ部７ａ，７ｂと（図１では、説明の都合上、センサ部７ａ，７ｂの位置を実際とは相違させてある）、そのセンサ部７ａ，７ｂに接続され、検出された磁束の角度に基づいてステアリングシャフト２の回転角度を演算する演算装置８とで構成される。
【００２８】
また、センサ部７ａ，７ｂは、例えば、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ホール素子からなる。センサ部７ａ，７ｂでは、これら素子を複数配置することで磁石５ａ，５ｂの磁束の角度を検出する。
【００２９】
さて、本発明の回転角度検出装置１の作用を説明する。
【００３０】
図３は、センサ歯車に搭載された磁石同士が干渉している例を示す図であり、図３（ａ）は、その側面図、図３（ｂ）は、その上平面図である。
【００３１】
上述したように、従来の回転角度検出装置では、センサ歯車に取り付けられた磁石同士が干渉して磁束の角度にずれが生じ、磁気センサで磁束を検出する際に誤差が生じる問題がある。
【００３２】
図３に示すように、磁石５ｂに対向して設置された磁気センサ６のセンサ部７ｂには、磁石５ｂからの磁束Ｂ1と磁石５ａからの磁束Ｂ21が加えられる。そのため、磁束Ｂ21の向きがセンサ部７ｂが検出するセンサ歯車４ｂの回転角度と異なる場合に計測誤差が生じる。特に、磁束Ｂ21の向きが磁束Ｂ1の向きに垂直であるとき、誤差は最大となり、このとき誤差εは、［数１］に示す式（１）で与えられる。
【００３３】
【数１】
2010008370.tif 000003
【００３４】
本発明ではこの計測誤差εを低減すべく、磁気強度がそれぞれ異なる磁石５ａ，５ｂを用いた。磁石５ａ，５ｂの磁気強度を異ならせた理由について説明する。
【００３５】
ここで、２つの磁石の磁気強度が等しいときの磁束をそれぞれＢ1_1、Ｂ21_1とし、２つの磁石の磁気強度をそれぞれ変化させ、磁束Ｂ1_1を２倍、磁束Ｂ21_1を１／２としたときの磁束を、それぞれ、磁束Ｂ1_2、Ｂ21_0.5とする。このとき、磁束Ｂ1_2、Ｂ21_0.5による誤差ε’、［数２］に示す式（２）で与えられる。
【００３６】
【数２】
2010008370.tif 000004
【００３７】
ここで、Ｂ21_1／Ｂ1_1が１より十分に小さい場合には、さらに［数３］に示す式（３）に変形できる。
【００３８】
【数３】
2010008370.tif 000005
【００３９】
［数１］で得られる誤差εと［数３］で与えられる誤差ε’とを比較するとＢ1はＢ1_1と等しく、Ｂ21はＢ21_1と等しいので、磁気強度が異なる磁石５ａ，５ｂを用いた場合の誤差ε’は、磁気強度が同じ磁石を用いた場合の誤差εよりも小さくなることが分かる。
【００４０】
このように、磁気強度がそれぞれ異なる磁石５ａ，５ｂを用いることで、検出対象以外の磁石による磁束の影響を低減できる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の回転角度検出装置１では、センサ歯車４ａ，４ｂに磁気強度の異なる磁石５ａ，５ｂが搭載され、その各磁石５ａ，５ｂと対向した位置に磁気センサ６のセンサ部７ａ，７ｂが配置される構造としたため、検出対象以外の磁石による磁束の影響を低減でき、結果、高精度の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す回転角度検出装置１の概略図である。
【図２】図１の回転角度検出装置１の要部拡大図である。
【図３】センサ歯車に搭載された磁石同士が干渉している例を示す図であり、図３（ａ）は、その側面図、図３（ｂ）は、その上平面図である。
【図４】２つの磁石から発生する磁束の干渉を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  回転角度検出装置
２  ステアリングシャフト
３  メイン歯車
４ａ  センサ歯車
４ｂ  センサ歯車
５ａ  磁石
５ｂ  磁石
６  磁気センサ
【図１】
2010008370.tif 000006
【図２】
2010008370.tif 000007
【図３】
2010008370.tif 000008
【図４】
2010008370.tif 000009