(57)【要約】  被測定回転体Ｓの回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段５０と第２の回転検出手段７２を有し、各回転検出手段は被測定回転体の回転に対応して得られる各出力信号が当該被測定回転体の回転方向に応じて同一の方向に増減するようになっており、第１の回転検出手段と第２の回転検出手段で得られた被測定回転体の回転に対応する各出力信号の差分をとり、その出力差を第１の回転検出手段で得られる第１の出力信号の周期と第２の回転検出手段で得られる第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度内の絶対回転角度の検出に用いることで、回転角度検出装置を構成する部品点数の低減を図り、回転角度検出装置自体の小型化を達成すると共に、精度の高い回転角度検出を可能とする回転角度検出装置を提供する。（図１）
2008050843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定回転体の回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段と第２の回転検出手段とを有し、前記第１の回転検出手段が発生する第１の出力信号と前記第２の回転検出手段が発生する第２の出力信号とを利用して被測定回転体の回転角度を演算により決定する演算部をさらに有する回転角度検出装置であって、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はともに周期的な信号であり、前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期は互いに異なり、
前記第１の回転検出手段と第２の回転検出手段は前記被測定回転体の回転に対応して得られる各出力信号が当該被測定回転体の回転方向に応じて同一の方向に増減するようになされており、
前記演算部は、前記被測定回転体の回転に対応する前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分を演算により求め、さらに前記演算部は、前記差分を用いて前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で前記被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記第１の出力信号と第２の出力信号から得られる出力差のうち互いの値が最も近い出力差をＡ，Ｂとした場合、Ａ−Ｂを求め、当該Ａ−Ｂで各出力差を除算して四捨五入して得られた整数値に基づき、前記第１の回転検出手段から得られる第１の出力信号と前記第２の回転検出手段から得られる第２の出力信号の差分に含まれる検出角度誤差をキャンセルして前記絶対回転角度の検出処理の簡略化を図ることを特徴とする、請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
被測定回転体の回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段と第２の回転検出手段とを有し、前記第１の回転検出手段が発生する第１の出力信号と前記第２の回転検出手段が発生する第２の出力信号とを利用して被測定回転体の回転角度を演算により決定する演算部をさらに有する回転角度検出装置であって、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はともに周期的な信号であり、前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期は互いに異なり、
前記第１の回転検出手段と第２の回転検出手段は前記被測定回転体の回転に対応して得られる各出力信号が当該被測定回転体の回転方向に応じて反対の方向に増減するようになされており、
前記演算部は、前記被測定回転体の回転に対応する前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との和分を演算により求め、さらに前記演算部は、前記差分を用いて前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で前記被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
前記第１の出力信号と第２の出力信号から得られる出力和のうち互いの値が最も近い出力和をＣ，Ｄとした場合、Ｃ−Ｄを求め、当該Ｃ−Ｄで各出力和を除算して四捨五入して得られた整数値に基づき、前記第１の回転検出手段から得られる第１の出力信号と前記第２の回転検出手段から得られる第２の出力信号の和分に含まれる検出角度誤差をキャンセルして前記絶対回転角度の検出処理の簡略化を図ることを特徴とする、請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
被測定回転体の回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段と第２の回転検出手段を用い、さらに前記第１の回転検出手段が発生する第１の出力信号と前記第２の回転検出手段が発生する第２の出力信号とを利用して前記被測定回転体の回転角度を演算により決定し、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はともに周期的な信号であり、前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期は互いに異なり、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号は、前記被測定回転体の回転方向に応じてそれぞれ同一の方向に増減するように変化している回転角度検出方法であって、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分を求めるステップと、
前記差分を利用して被測定回転体の周回数を決定するステップと、
前記第１の出力信号の周期と第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で前記被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うステップとを有することを特徴とする回転角度検出方法。
【請求項６】
被測定回転体の回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段と第２の回転検出手段を用い、さらに前記第１の回転検出手段が発生する第１の出力信号と前記第２の回転検出手段が発生する第２の出力信号とを利用して前記被測定回転体の回転角度を演算により決定し、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はともに周期的な信号であり、前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期は互いに異なり、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号は、前記被測定回転体の回転方向に応じてそれぞれ反対の方向に増減するように変化している回転角度検出方法であって、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との和分を求めるステップと、
前記和分を利用して被測定回転体の周回数を決定するステップと、
前記第１の出力信号の周期と第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で前記被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うステップとを有することを特徴とする回転角度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体に取り付けてこの回転体の回転角度を検出するのに好適に利用可能な回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のステアリングシャフトなどの回転するシャフトに取り付けて当該シャフトと一体になったハンドルの回転角度を検出する際にいわゆる回転角度検出装置が使用される（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
かかる特許文献１に記載された回転角度検出装置は、２つの副回転体と連動して回転する主回転体の回転角度を測定する回転角度検出装置であって、主回転体にギアが備わるとともに、２つの副回転体にもそれぞれギアが備わっている。なお、主回転体のギアの歯数と副回転体の各ギアの歯数は互いに異なっており、主回転体のギアと一方の副回転体のギアが噛合するとともに、主回転体のギアと他方の副回転体のギアが噛合している。また、副回転体のそれぞれには磁石が備わるとともに、各磁石の磁束を検出する２つのＡＭＲセンサが回転角度検出装置の固定部に備わっている。【０００４】
そして、２つのＡＭＲセンサから得られた互いに位相の異なる検出出力値の位相差等を利用して主回転体の絶対回転角度を算出するようになっている。なお、図１７は、このような従来型回転角度検出装置の回転角度の検出特性に関する一例を示している。【０００５】
このような従来型の回転角度検出装置の構成では、図１７に示すように、第１の回転検出手段により０度以上〜３６０度未満の角度を周期的に識別可能な第１の出力信号を得ると共に、第２の回転検出手段により３６０度以上の例えば−７２０度〜＋７２０度の範囲の周回数を識別可能な第２の出力信号を得るようになっている。そして、第１の出力信号と第２の出力信号を用いることによって３６０度以上の絶対回転角度を決定している。この場合、同図に示すように、第１の出力信号は例えば−７２０度〜＋７２０度などの角度決定範囲において周期的な信号となっているが、第２の出力信号は角度決定範囲において周期的な信号とはなっていない。
【特許文献１】特表２００１−５０５６６７号公報（第６−１０頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、回転角度検出装置が絶対回転角度を決定できる範囲を３６０度より広くするためには、第２の出力信号の変化する範囲を広く取らなくてはならないが、それを実現する為には角度検出対象と角度検出部との機械的な接続に関して減速比を大きくとることが必要とされていた。【０００７】
この場合、第１の回転検出手段から第１の出力信号を得ると共に、第２の回転検出手段から第２の出力信号を得るために、被測定回転体の回転を例えば歯車を介して減速することが考えられる。しかし、歯車を介して減速する場合、減速比を大きくしようとすると、１段ギアや２段ギアでは足らず、数多くのギアを噛み合わせた多段ギアから減速機構を構成することが回転角度の検出範囲を確保する上で必要とされる。また、これに伴って、部品点数が多くなって回転角度検出装置全体の形状が大きくなるという問題が発生する。しかしながら、第１の出力信号の周回数をより多く判定するためには、第２の出力信号の検出範囲を広くする必要があり、このためには減速部の部品点数を多くせざるを得ず、結果的に回転角度検出装置自体の大きさが大型化したままとなっていた。【０００８】
本発明の目的は、回転角度検出装置を構成する部品点数の低減を図り、回転角度検出装置自体の小型化を達成すると共に、広い角度範囲で回転角度検出を可能とする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】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明の回転角度検出装置は、
被測定回転体の回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段と第２の回転検出手段とを有し、前記第１の回転検出手段が発生する第１の出力信号と前記第２の回転検出手段が発生する第２の出力信号とを利用して被測定回転体の回転角度を演算により決定する演算部をさらに有する回転角度検出装置であって、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はともに周期的な信号であり、前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期は互いに異なり、
前記第１の回転検出手段と第２の回転検出手段は前記被測定回転体の回転に対応して得られる各出力信号が当該被測定回転体の回転方向に応じて同一の方向に増減するようになされており、
前記演算部は、前記被測定回転体の回転に対応する前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分を演算により求め、さらに前記演算部は、前記差分を用いて前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で前記被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うことを特徴としている。【００１０】
本発明にかかる回転角度検出装置によると、第１の回転検出手段から得られる第１の出力信号と第２の回転検出手段から得られる第２の出力信号を共に周期的な信号とすると共に、第１の出力信号と第２の出力信号に関して各信号の周期を異なるものとし、演算部により第１の出力信号と第２の出力信号の差分を求め、この差分を利用することで被測定回転体の周回数を決め、第１の回転検出手段で得られる第１の出力信号の周期と第２の回転検出手段で得られる第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うアルゴリズムを実行する。【００１１】
本発明にかかる回転角度検出装置においてこのような回転角度決定アルゴリズムを実行する回転角度検出装置とすることで、回転角度検出装置の第１の回転検出手段と第２の回転検出手段との間に介在する回転数減速機構の構成を簡略化し、これによって回転角度検出装置を構成する部品点数の低減を図り、回転角度検出装置自体の小型化や回転角度検出装置の全体形状に関する設計上の制約を緩和することができるようになる。【００１２】
また、請求項２に記載の回転角度検出装置は、請求項１に記載の回転角度検出装置において、
前記第１の出力信号と第２の出力信号から得られる出力差のうち互いの値が最も近い出力差をＡ，Ｂとした場合、Ａ−Ｂを求め、当該Ａ−Ｂで各出力差を除算して四捨五入して得られた整数値に基づき、前記第１の回転検出手段から得られる第１の出力信号と前記第２の回転検出手段から得られる第２の出力信号の差分に含まれる検出角度誤差をキャンセルして前記絶対回転角度の検出処理の簡略化を図ることを特徴としている。【００１３】
このように互いの値が最も近い出力差をＡ，Ｂとした場合、Ａ−Ｂを求め、当該Ａ−Ｂで各出力差を除算して四捨五入して整数値を得て、この整数値を利用することで、第１の出力信号と第２の出力信号との差分に含まれる信号誤差（検出角度誤差）をキャンセルして絶対回転角度算出の処理を行い易くする。【００１４】
また、請求項３に記載の回転角度検出装置は、
被測定回転体の回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段と第２の回転検出手段とを有し、前記第１の回転検出手段が発生する第１の出力信号と前記第２の回転検出手段が発生する第２の出力信号とを利用して被測定回転体の回転角度を演算により決定する演算部をさらに有する回転角度検出装置であって、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はともに周期的な信号であり、前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期は互いに異なり、
前記第１の回転検出手段と第２の回転検出手段は前記被測定回転体の回転に対応して得られる各出力信号が当該被測定回転体の回転方向に応じて反対の方向に増減するようになされており、
前記演算部は、前記被測定回転体の回転に対応する前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との和分を演算により求め、さらに前記演算部は、前記差分を用いて前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で前記被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うことを特徴としている。【００１５】
第１の出力信号の増加に伴って第２の出力信号が減少すると共に第１の出力信号の減少に伴って第２の出力信号が増加するようにしても、第１の回転検出手段と第２の回転検出手段で得られた被測定回転体の回転に対応する各出力信号の和分をとることで、請求項１と同等の作用、即ち、回転角度検出装置の第１の回転検出手段と第２の回転検出手段との間に介在する回転数減速機構の構成を簡略化し、これによって回転角度検出装置を構成する部品点数の低減を図り、回転角度検出装置自体の小型化や回転角度検出装置の全体形状に関する設計上の制約を緩和する作用を発揮できる。【００１６】
また、請求項４に記載の回転角度検出装置は、請求項３に記載の回転角度検出装置において、
前記第１の出力信号と第２の出力信号から得られる出力和のうち互いの値が最も近い出力和をＣ，Ｄとした場合、Ｃ−Ｄを求め、当該Ｃ−Ｄで各出力和を除算して四捨五入して得られた整数値に基づき、前記第１の回転検出手段から得られる第１の出力信号と前記第２の回転検出手段から得られる第２の出力信号の和分に含まれる検出角度誤差をキャンセルして前記絶対回転角度の検出処理の簡略化を図ることを特徴としている。【００１７】
第１の出力信号の増加に伴って第２の出力信号が減少すると共に第１の出力信号の減少に伴って第２の出力信号が増加するようにしても、第１の出力信号と第２の出力信号から得られる出力和のうち互いの値が最も近い出力和をＣ，Ｄとした場合、Ｃ−Ｄを求め、当該Ｃ−Ｄで各出力和を除算して四捨五入して得られた整数値を利用することで、第１の出力信号と第２の出力信号の和分に含まれる信号誤差（検出角度誤差）をキャンセルして絶対回転角度算出の処理を行い易くする。【００１８】
また、請求項５に記載の回転角度検出方法は、
被測定回転体の回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段と第２の回転検出手段を用い、さらに前記第１の回転検出手段が発生する第１の出力信号と前記第２の回転検出手段が発生する第２の出力信号とを利用して前記被測定回転体の回転角度を演算により決定し、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はともに周期的な信号であり、前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期は互いに異なり、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号は、前記被測定回転体の回転方向に応じてそれぞれ同一の方向に増減するように変化している回転角度検出方法であって、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分を求めるステップと、
前記差分を利用して被測定回転体の周回数を決定するステップと、
前記第１の出力信号の周期と第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で前記被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うステップとを有することを特徴としている。【００１９】
本発明にかかる回転角度検出方法によると、第１の回転検出手段から得られる第１の出力信号と第２の回転検出手段から得られる第２の出力信号を共に周期的な信号とすると共に、第１の出力信号と第２の出力信号に関して各信号の周期を異なるものとし、第１の出力信号と第２の出力信号の差分を求め、この差分を利用して被測定回転体の周回数を決め、第１の回転検出手段で得られる第１の出力信号の周期と第２の回転検出手段で得られる第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で絶対回転角度の検出を行うアルゴリズムを実行することで、小型化された回転角度検出装置においても広い角度範囲における被測定回転体の回転角度を検出することができる。【００２０】
また、請求項６に記載の回転角度検出方法は、
被測定回転体の回転角度を互いに異なる周期で連続的に検出する第１の回転検出手段と第２の回転検出手段を用い、さらに前記第１の回転検出手段が発生する第１の出力信号と前記第２の回転検出手段が発生する第２の出力信号とを利用して前記被測定回転体の回転角度を演算により決定し、
前記第１の出力信号および前記第２の出力信号はともに周期的な信号であり、前記第１の出力信号の周期と前記第２の出力信号の周期は互いに異なり、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号は、前記被測定回転体の回転方向に応じてそれぞれ反対の方向に増減するように変化している回転角度検出方法であって、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との和分を求めるステップと、
前記和分を利用して被測定回転体の周回数を決定するステップと、
前記第１の出力信号の周期と第２の出力信号の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度の範囲内で前記被測定回転体の絶対回転角度の検出を行うステップとを有することを特徴としている。【００２１】
本発明にかかる回転角度検出方法によると、第１の出力信号の増加に伴って第２の出力信号が減少すると共に第１の出力信号の減少に伴って第２の出力信号が増加するようにしても、第１の回転検出手段と第２の回転検出手段で得られた被測定回転体の回転に対応する各出力信号の和分をとることで、請求項５の発明と同様に、小型化された回転角度検出装置においても広い角度範囲における被測定回転体の回転角度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる回転角度検出装置を、上ケースを透過した状態で示した平面図、
【図２】図１に示した第１の回転検出手段を用いた周期的に繰り返される回転角度の求め方を示す図である。
【図３】図２に続いて第１の回転検出手段を用いた周期的に繰り返される回転角度の求め方を示す図、
【図４】第１の実施形態において第１の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示す図であり、横軸が第１の回転検出手段の周期と第２の回転検出手段の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度を示し、縦軸は周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度を示す図、
【図５】第１の実施形態において第２の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示す図であり、横軸が第１の回転検出手段の周期と第２の回転検出手段の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度を示し、縦軸は周期的に繰り返される第２の回転検出手段の検出回転角度を示す図、
【図６】上段は、図４に示した検出結果と図５に示した検出結果を重畳して示した出力特性図であり、下段は、図４に示した第１の回転検出手段の検出回転角度から図５に示した第２の回転検出手段の検出回転角度を減算した値を図４に示した検出結果に重畳して示した出力特性図であり、横軸が図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置による検出可能な回転角度を示し、縦軸が周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度を示すと共に第１の回転検出手段の検出回転角度から第２の回転検出手段の検出回転角度を減算した値を図４に重畳して示す図、
【図７】図６の下段のみを拡大して示した図であり、横軸は図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置による検出可能な回転角度を示し、縦軸は第１の回転検出手段の検出回転角度を示すと共に、前記減算した値を示す図、
【図８】図７においてランダムな段差状に得られた減算した値同士の差のうち最も小さい差を用いてこれらランダムな段差状に得られた減算した値を除算し、更に四捨五入して整数化し、これを図４に重畳して示す図であり、横軸は図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置による検出可能な回転角度を示し、縦軸は中央の値が周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度及び前記減算した値を示すと共に右側の値が前記整数化した値を示す図、
【図９】図８に示したランダムに並ぶ段差状の整数値を階段状に並び替えるための変換テーブル、
【図１０】図９に示した変換テーブルを用いて図８に示した整数値を階段状に並び替えた出力特性図、
【図１１】本発明の第２の実施形態において第１の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示す図であり、横軸が第１の回転検出手段の周期と第２の回転検出手段の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度を示し、縦軸は周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度を示す図、
【図１２】本発明の第２の実施形態において第２の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示す図であり、横軸が第１の回転検出手段の周期と第２の回転検出手段の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度を示し、縦軸は周期的に繰り返される第２の回転検出手段の検出回転角度を示す図、
【図１３】図１１に示した第１の回転検出手段の検出回転角度と第２の回転検出手段の検出回転角度を加算した値を図１１に示した検出結果に重畳して示した出力特性図であり、横軸は図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置による検出可能な回転角度を示し、縦軸は周期的に繰り返される第１の回転検出手段の回転角度を示すと共に第１の回転検出手段の検出回転角度と第２の回転検出手段の検出回転角度を加算した値を示す図、
【図１４】図１３においてランダムな段差状に得られた加算した値同士の差のうち最も小さい差を用いてこれらランダムな段差状に得られた加算した値を除算し、更に四捨五入して整数化し、これを図１１に重畳して示す図であり、横軸は図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置による検出可能な回転角度を示し、縦軸は中央の目盛りが周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度及び前記加算した値を示すと共に、右側の目盛りが前記整数化した値を示す図、
【図１５】図１４に示したランダムに並ぶ段差状の整数値を階段状に並び替えるための変換テーブル、
【図１６】図１５に示した変換テーブルを用いて図１４に示した整数値を階段状に並び替えた出力特性図、
【図１７】従来の回転角度検出装置における第１の回転検出手段及び第２の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示す図であり、横軸が第１の回転検出手段と第２の回転検出手段の組み合わせで検出可能な回転角度を示し、縦軸は第１の回転検出手段と第２の回転検出手段の検出回転角度を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の第１の実施形態にかかる回転角度検出装置を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、自動車のステアリング装置に関してこの回転角度検出装置をステアリングシャフトに取り付け、ハンドルの回転角度を検出するために回転角度検出装置を用いた場合について説明する。【００２４】
本発明の第１の実施形態にかかる回転角度検出装置１は、図１及び図２に示すように、測定すべき回転体であるステアリングシャフトＳ（以下、単に「シャフトＳ」とする）に嵌め込まれかつ外周部に第１歯車１１と噛合する歯車部１０ａを備えたロータ１０と、第１歯車１１と同心をなし一体に回転する第２歯車１２と、第２歯車１２と噛合する第３歯車１３と、ロータ１０及び第１歯車１１乃至第３歯車１３を回転可能に支持する下ケース２１と、下ケース２１と嵌合して箱状のケース２０をなす上ケース（図示せず）と、本発明に係る回転角度検出のアルゴリズムを実行する演算部３０を備えている。【００２５】
ロータ１０は、強度と成型性に優れた合成樹脂でできており、ロータ１０の周囲所定位置から支持部１５ａが延在し、例えば板厚０．５ｍｍ程度の板状のロータシールド部材１５がこの支持部１５ａを介してロータ１０の周囲にリング状に備わっている。なお、ロータシールド部材１５は、真鍮、銀、アルミニウム、銅などの導電性部材でできており、本実施形態では周方向に１８０度ずつその幅が例えば２ｍｍから５ｍｍまで規則的に変化するようになっている。このように周方向に１８０度ずつロータシールド部材１５の幅を変化させることで、ロータ１０の実際の回転角度に対するコイル部材５０，６０からの検出信号の変化を大きくとるようにしている。【００２６】
また、図示しない上ケースと下ケース２１は、強度に優れかつ交流磁界の遮蔽性を有する金属又は絶縁磁性材からなる遮蔽材でできており、上ケースと下ケース２１とが協働して箱体をなしてロータ１０やロータシールド部材１５、第１歯車１１乃至第３歯車１３を収容するようになっている。また、下ケース２１には、回転角度検出装置１に電力を供給したり、回転角度検出装置１の検出信号を外部に伝達したりするためのコネクタ（図示せず）が備わっている。【００２７】
また、上ケース及び下ケース２１には、図１に示すように、２つの対のコイル部材５０，６０が設けられている。各対のコイル部材５０，６０は、一方の対のコイル部材５０が回転軸に垂直な面の周方向所定の角度をなして配置されたコイル部材５１，５２からなり、このコイル部材５１，５２はそれぞれロータ１０のロータシールド部材１５の回転軸に垂直な面に対して所定間隔隔てて対向配置するように取り付けられている。なお、ロータシールド部材１５とコイル部材５０，６０が協働して第１の検出手段を構成している。また、他方の対のコイル部材６０もセンシング面の周方向所定の角度をなして配置されたコイル部材６１，６２からなり、このコイル部材６１，６２もそれぞれロータ１０のロータシールド部材１５の回転軸に垂直な面に対して所定間隔隔てて対向配置するように取り付けられている。【００２８】
この２組のコイル部材５０，６０は、図１に示すように、後述するそれぞれのコイル部材に関して各位相シフト量の出力値が互いに４５度ずれるようにそれぞれのコイル部材５０，６０がロータシールド部材１５の周方向に関して所定の角度で取り付けられており、図１に示すように、各外周縁が図１に示す平面視でいわゆる陸上競技のトラック形状をなしている。【００２９】
このように一方の対のコイル部材５０と他方の対のコイル部材６０を２組配置した理由は、一方の対のコイル部材５１，６１の出力信号と他方の対のコイル部材５２，６２の出力信号を比較して回転角度検出装置１の異常検知を迅速に行ったり、ロータシールド部材１５の周方向一部に備わった支持部１５ａの部分で形成される回転角度検出不能領域を回転角度検出時に互いに補完したりするためである。なお、一方の対のコイル部材５０と他方の対のコイル部材６０とは基本的構成が共通するので、各コイル部材５０，６０の説明を以下に同時に併記して行なう。【００３０】
本実施の形態においては、後述するようにロータシールド部材１５の一周期が１８０度であるが、４５度だけ位相がずれるように一方の対のコイル部材５０（５１，５２）を配置すると共に、同様に周方向所定の角度だけずらして他方の対のコイル部材６０（６１，６２）を配置している。【００３１】
コイル部材５０，６０は、プラスチックマグネット（例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）にＭｎ−Ｚｎ系軟磁性フェライトを混入した混合軟磁性材等）などの絶縁性の軟磁性材でできたコア本体と、コア本体の外周部に沿って形成されたトラック状の内周溝に巻回されてコア本体内に収容された励磁コイルとを備えている。【００３２】
また、励磁コイル同士はロータシールド部材１５を挟んで対向するようになっており、かつそれぞれ直列に接続され、ケース内でここでは演算部３０の搭載されたプリント基板の導体パターンに電気的に接続されている。そして、対向する励磁コイルに交流励磁電流が流されることで周囲に交流磁界を形成し、それぞれ対となっているコア本体間でロータシールド部材のセンシング面に対して交流磁界を交差させている。【００３３】
そして、コイル部材５０，６０から発生した交流磁界によって導電性部材のロータシールド部材１５には渦電流が発生するが、ロータ１０の回転に応じたロータシールド部材１５の幅の変化に対応してこの発生した渦電流が変化し、これに基づくインピーダンス変動を検出して各コイル部材５０，６０がロータ１０の回転角度を１８０度周期で検出するようになっている。【００３４】
なお、コイル部材５０，６０が各組ごとにロータシールド部材１５を挟んで対向配置される理由は、振動等によりロータ１０の位置がシャフトＳの軸方向に変動すると、これに伴い各々のコイル部材５０，６０からの出力も変動するが、一方のコイル部材５０，６０からの出力が増加した分、他方のコイル部材５０，６０からの出力は減少するので、対向する２つのコイル部材５０，６０からの出力を検出すれば各々のコイル部材５０，６０の出力変動を相殺できるからである。【００３５】
このロータ１０の回転角度検出のための信号処理方法について以下に説明する。なお、この信号処理方法を実行する回路は、演算部３０に備えられるが、これらの各回路構成については図示を省略する。この信号処理を行うに当たってまず、発振回路が分周回路を介して特定周波数の発振信号を抵抗、励磁コイル及びコンデンサからなる位相シフト部に出力する。このとき、ロータシールド部材１５における渦電流発生の大きさに応じて各励磁コイルのインピーダンスが変化し、このインピーダンス変化によって各コンデンサ両端における電圧信号の位相も変化する。そして、コンデンサの両端の電圧信号は、位相シフト量検出部へ出力され、この検出部で各コンデンサ両端の電圧信号の位相シフト量を検出する。そして、コンバータが、検出された位相シフト量を対応する電圧値に変換する。【００３６】
なお、本実施形態では、各コイル部材５０，６０とロータシールド部材１５とが協働することで得られる位相シフト量出力信号の位相が４５度ずれるようにコイル部材５０，６０をロータシールド部材１５の周方向に対応させてケース２０に配置しているので、上述のような信号処理によって、図２に示すように、一方のコイル部材５０の位相シフト量出力値ＳＡと他方のコイル部材６０の位相シフト量出力値ＳＢとのように互いに４５度位相のずれた１８０度周期の位相シフト量の出力値が得られる。【００３７】
このようにして得られた位相シフト量の出力値からロータ１０の回転角度を１８０度周期で検出する方法は以下の通りである。【００３８】
図２に示すように、各コイル部材５０，６０から得られるロータ１０の回転角度の出力値（ＳＡ，ＳＢ）とこれらをそれぞれ反転させた出力値（ＲＳＡ，ＲＳＢ）とを重畳させる。そして、各位相シフト量検出値の大小関係からロータ１０の回転角度が０度〜４５度、４５度〜９０度、９０度〜１３５度、１３５度〜１８０度、のいずれの範囲にあるかを判断する。そして、これら４つの位相シフト量検出値の直線部分を用いるとともに、この直線部分同士をジョイント（結合）処理する。次いで、上述した４つの角度範囲の何れの角度範囲にあるかの判断結果に基づき、図３及び図４に示す１８０度ごとの周期で変化する鋸歯状波形の出力信号からロータ１０の回転角度を１８０度周期で求めるようになっている。【００３９】
一方、下ケース２１には、図１に示すように、第３歯車１３の中心部分に第３歯車１３と一体に回転する磁石７１を備えるとともに、磁石７１に対向する下ケース２１の部分にこの磁石７１の磁束を検出するＭＲ素子（磁束検出素子）７２を備えている。そして、この磁石７１とＭＲ素子７２とが協働して第２の検出手段を構成している。【００４０】
ＭＲ素子７２は、その検出出力がｓｉｎ曲線状の検出出力とｃｏｓ曲線状の検出出力として得られ、これらの検出出力をｔａｎ関数の検出出力に換算して、図５に示すような−６９．２度〜＋６９．２度、即ち１３８．４度ごとの周期で変化する鋸歯状波形の出力信号として出力するようになっている。なお、この信号処理方法は、例えば特開２００４−５３４４４号公報において記載されているように公知である。ＭＲ素子７２の検出出力の周期がこのように１３８．４度となっている理由は、本実施形態の場合、ロータ１０の外周部に備わった歯数、これに噛合する第１歯車１１の歯数、第１歯車１１と同心をなし一体に回転する第２歯車１２の歯数、第２歯車１２と噛合する第３歯車１３の歯数の各減速比を予め規定しておくことによる。そして、これらの歯車比の関係から、第２歯車１２の回転に応じて検出されるＭＲ素子７２の検出信号の周期が１３８．４度となっている。【００４１】
このように、本実施形態にかかる回転角度検出装置１では、コイル部材５０，６０とロータシールド部材１５が協働して構成する第１の検出手段から得られる第１の検出信号がロータ１０の回転に対応して１８０度の周期で出力され（図４参照）、かつ磁石７１とＭＲ素子７２が協働して構成する第２の検出手段から得られる第２の検出信号が第２歯車１２の回転に対応して１３８．４度の周期で出力されるようになる（図５参照）。即ち、本実施形態では、被測定回転体であるシャフトＳの回転に伴ってコイル部材５０，６０の出力信号が増加（減少）する場合はＭＲ素子７２の出力信号も増加（減少）するようになっている。そして、本発明にかかる回転角度検出装置１においては、これら検出信号の周期の最小公倍数である０度〜１８００度（−９００度〜＋９００度）の測定可能範囲内での絶対回転角度を求めるようになっている。【００４２】
以下、このような構成から０度〜１８００度（−９００度〜＋９００度）の範囲における絶対回転角度の求め方（アルゴリズム）について説明する。【００４３】
まず、本実施形態にかかる回転角度検出装置１を用いた絶対回転角度の求め方について説明する。最初に、この回転角度検出装置１による検出可能な回転角度の範囲を規定する。この検出可能な回転角度の範囲は、第１の回転検出手段であるコイル部材５０，６０で得られる検出信号の周期と第２の回転検出手段であるＭＲ素子７２で得られる検出信号の周期との最小公倍数で規定される。本実施形態の場合、コイル部材（第１の回転検出手段）５０，６０で得られる検出信号の周期が１８０度であり、ＭＲ素子（第２の回転検出手段）６２で得られる検出信号の周期が１３８．４度であるので、検出可能な回転角度の範囲は、これらの周期の最小公倍数である１８００度となる。そして、この検出可能な回転角度の範囲内での絶対回転角度を以下の手順で算出する。【００４４】
まず、この検出可能な回転角度の範囲内でコイル部材５０，６０（以下、「第１の回転検出手段」とする）により回転角度を検出する。図４は、第１の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示しており、横軸が第１の回転検出手段の周期とＭＲ素子７２（以下、第２の回転検出手段とする）の周期との最小公倍数である１８００度（−９００度〜＋９００度）で規定される検出可能なシャフトＳの回転角度（以下、単に「検出可能な回転角度」とする）を示し、縦軸は周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度を示している。図４から、シャフトＳの−９００度〜＋９００度の回転範囲内において第１の回転検出手段が１８０度周期でシャフトＳの回転角度を繰り返し出力していることが分かる。【００４５】
続いて、上述した検出可能な回転角度の範囲内で第２の回転検出手段により回転角度を検出する。図５は、第２の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示しており、横軸が第１の回転検出手段の周期と第２の回転検出手段の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度（−９００度〜＋９００度）を示し、縦軸は周期的に繰り返される第２の回転検出手段の検出回転角度を示している。図５から、シャフトＳの−９００度〜＋９００度の回転範囲内において第２の回転検出手段が１３８．４度周期でシャフトＳの回転角度を繰り返し出力していることが分かる。【００４６】
続いて、第１の回転検出手段の検出回転角度から第２の回転検出手段の検出回転角度結果を減算した値を求める。図６は、上段が図４に示した第１の回転検出手段の検出回転角度と図５に示した第２の検出回転角度を重畳して示した図であり、下段が図４に示した第１の回転検出手段の検出回転角度から図５に示した第２の回転検出手段の回転角度結果を減算した値を図４に示した検出結果に重畳して示した出力特性図である。図６に示す減算の過程は、特に縦軸Ｘと縦軸Ｙとで挟まれた部分の各出力を減算してみるとこの範囲内の第１の出力信号と第２の出力信号が平行に増加してこの差が一定の段差として下段に示されていることから分かる。また、図７は、図６の下段の図を拡大して示した図であり、横軸は図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置による検出可能な回転角度（−９００度〜＋９００度）を示し、縦軸は周期的に繰り返される第１の回転検出手段の回転角度を示すと共に、第１の回転検出手段で得られた第１の出力信号から第２の回転検出手段で得られた第２の出力信号を減算した値を示している。【００４７】
図７から分かるように、第１の回転検出手段で得られた第１の出力信号から第２の回転検出手段で得られた第２の出力信号を減算した値は、検出可能な回転角度の範囲内において夫々が異なる高さを有する不連続な段差部を形成している。なお、この段階では、各段差部が高さ方向に僅かな幅（ばらつき）を有しているが、これは、例えば第１の回転検出手段が回転角度を検出する第１の回転体（本実施形態ではロータ１０）から第２の回転検出手段が回転角度を検出する第２の回転体（本実施形態では第３歯車１３）に回転を伝達する減速機構のがたつきに起因する検出信号の出力誤差である。しかしながら、各段差は、検出可能な回転角度（−９００度〜＋９００度）の範囲内においては、このような僅かな幅（ばらつき）を含めてそれぞれ固有の高さを有しており、上述した各段差が有するばらつきの範囲も含めて各段差同士の高さがこの検出可能な回転角度の範囲内において重複しないようになっている。【００４８】
続いて、この互いに高さの異なる段差同士の差のうち最も小さい差（図７ではＡ−Ｂ）を用いてこれらの段差に相当する角度を除算し、更に四捨五入して整数化する。図８は、図７における互いに高さの異なる段差同士の差のうち最も小さい差（Ａ−Ｂ）を用いてこれら各段差を除算し、更に四捨五入して整数化し、これを図４に重畳して示した図である。図８においては、横軸は図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置１による検出可能な回転角度を示し、縦軸は中央の値が周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度を示すと共に右側の縦軸の値が上述の演算で整数化した値を示している。【００４９】
そして、図９に示す変換テーブルを用いて変換する。なお、この変換テーブルは、図８に示したランダムに並ぶ段差状の整数値を検出可能な回転角度内の被測定回転体（シャフトＳ）の回転数に対応する複数の整数値で規定される幾つかのグループに分類して、これらランダムに並ぶ段差状の整数値を被測定回転体の回転数に対応して階段状に並び替えるための変換テーブルである。そして、図８に示したランダムに並ぶ段差をこの変換テーブルを用いて検出可能な回転角度の範囲内で階段状に並び替える。図１０は、図９に示した変換テーブルを用いて図８に示した整数値を階段状に並び替えた図である。このような或る程度の誤差を含んでそれぞれ固有の高さを有した段差からなる出力信号をそれぞれ一義的な整数値で階段状に並び替えるアルゴリズムを実行することによって、その後の絶対回転角度検出に伴う信号処理を行い易くする。【００５０】
図１０から分かるように、第１の回転検出手段から得られる第１の出力信号と第２の回転検出手段から得られる第２の出力信号とから前述したアルゴリズムを用いてこの整数値を逐次求めることで、各回転検出手段が検出した時点毎にロータ１０即ちシャフトＳの回転数を検出可能な回転角度の範囲内で求めることができると共に、図４に示す検出結果を用いてこの回転数におけるロータ１０即ちシャフトＳの回転角度を求めることができる。【００５１】
そして、これらの回転数と回転角度とから検出可能な回転角度（−９００度〜＋９００度）の範囲内でのシャフトＳの絶対回転角度を求めることができる。【００５２】
本実施形態にかかる回転角度検出装置は、このようなアルゴリズムによって第１の回転検出手段で得られる検出信号の周期と第２の回転検出手段で得られる検出信号の周期との最小公倍数で規定される広範囲な回転角度範囲内の絶対回転角度を正確に求めることができる。【００５３】
また、本実施形態にかかる回転角度検出装置は、このようなアルゴリズムを用いて絶対回転角度を求めることで、回転角度検出装置を構成する部品点数の低減を図り、回転角度検出装置自体の小型化を達成すると共に、精度の高い回転角度検出を可能とする。【００５４】
続いて、本発明の第２の実施形態にかかる回転角度検出装置を図面に基いて説明する。なお、本発明の第２の実施形態にかかる回転角度検出装置は、回転角度検出装置自体の構成については第１の実施形態にかかる回転角度検出装置と基本的に同等であり、異なる点は減速機構のギアの段数を１段増やすか減らすことで第１の回転検出手段（コイル部材５０，６０）で得られる第１の出力信号が増加（減少）すると、第２の回転検出手段（ＭＲ素子）で得られる第２の出力信号が減少（増加）する点である。そのため、回転角度検出装置２の構成についての詳細な説明は省略し、絶対回転角度を求めるアルゴリズムについてのみ説明する。【００５５】
最初に、この回転角度検出装置２による検出可能な回転角度の範囲を規定する。この検出可能な回転角度の範囲は、第１の回転検出手段であるコイル部材５０，６０で得られる検出信号の周期と第２の回転検出手段であるＭＲ素子７２で得られる検出信号の周期との最小公倍数で規定される。本実施形態の場合、コイル部材（第１の回転検出手段）５０，６０で得られる検出信号の周期が１８０度であり、ＭＲ素子（第２の回転検出手段）７２で得られる検出信号の周期が１３８．４度であるので、検出可能な回転角度の範囲は、これらの周期の最小公倍数である１８００度となる。そして、この検出可能な回転角度の範囲内での絶対回転角度を以下の手順で算出する。【００５６】
まず、この検出可能な回転角度の範囲内でコイル部材５０，６０（以下、「第１の回転検出手段」とする）により回転角度を検出する。図１１は、第１の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示しており、横軸が第１の回転検出手段の周期とＭＲ素子７２（以下、単に「第２の回転検出手段」とする）の周期との最小公倍数である１８００度（−９００度〜＋９００度）で規定される検出可能なシャフトＳの回転角度（以下、「検出可能な回転角度」とする）を示し、縦軸は周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度を示している。図１１から、シャフトＳの−９００度〜＋９００度の回転範囲内においてコイル部材５０，６０が１８０度周期でシャフトＳの回転角度を繰り返し出力していることが分かる。【００５７】
続いて、上述した検出可能な回転角度の範囲内で第２の回転検出手段により回転角度を検出する。図１２は、第２の回転検出手段により検出された回転角度の検出結果を示しており、横軸が第１の回転検出手段の周期と第２の回転検出手段の周期との最小公倍数で規定される検出可能な回転角度（−９００度〜＋９００度）を示し、縦軸は周期的に繰り返される第２の回転検出手段の検出回転角度を示している。図１１と図１２から分かるように、シャフトＳの回転に伴って第１の回転検出手段の出力信号が増加（減少）するときは、第２の回転検出手段の出力信号が減少（増加）し、第１の回転検出手段の出力信号が減少（増加）するときは、第２の回転検出手段の出力信号が増加（減少）するようになっている。【００５８】
続いて、第１の回転検出手段の検出回転角度から第２の回転検出手段の検出回転角度を加算した値を求める。図１３は、図１１に示した第１の回転検出手段の検出回転角度と図１２に示した第２の回転検出手段の検出回転角度を加算した値を図１１に示した検出結果に重畳して示した出力特性図であり、横軸は図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置による検出可能な回転角度を示し、縦軸は周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度を示すと共に、第１の回転検出手段の検出回転角度と第２の回転検出手段の回転角度結果を加算した値を示している。【００５９】
図１３から分かるように、第１の回転検出手段の検出回転角度と第２の回転検出手段の検出回転角度を加算した値は、検出可能な回転角度の範囲内において夫々が異なる高さを有する不連続な段差部を形成している。なお、この段階では、各段差部が高さ方向に僅かな幅（ばらつき）を有しているが、これは、例えば第１の回転検出手段が回転角度を検出する第１の回転体（本実施形態ではロータ１０）から第２の回転検出手段が回転角度を検出する第２の回転体（本実施形態では第３歯車１３）に回転を伝達する減速機構のがたつきに起因する検出信号の出力誤差である。【００６０】
続いて、この互いに高さの異なる段差同士の差のうち最も小さい差（図１３ではＣ−Ｄ）を算出してこれらの段差に相当する角度をこの最も小さい差（Ｃ−Ｄ）で除算し、更に四捨五入して整数化する。図１４は、図１３における互いに高さの異なる段差同士の差のうち最も小さい差（Ｃ−Ｄ）を用いてこれら各段差を除算し、更に四捨五入して整数化し、これを図１１に重畳して示した図である。図１４においては、横軸は図１に示した本実施形態にかかる回転角度検出装置２による検出可能な回転角度を示し、縦軸は中央の値が周期的に繰り返される第１の回転検出手段の検出回転角度を示すと共に、右側の値が上述の演算で整数化した値を示している。【００６１】
そして、図１５に示す変換テーブル用いて変換する。この変換テーブルは、図１４に示したランダムに並ぶ段差状の整数値を検出可能な回転角度間のシャフトＳの回転数に対応する複数の整数値で規定される幾つかのグループに分類して、これらランダムに並ぶ段差状の整数値をシャフトＳの回転数に対応して階段状に並び替えるための変換テーブルである。そして、この変換テーブルを用いてランダムに並ぶ段差を検出可能な回転角度の範囲内で階段状に並び替える。図１６は、図１５に示した変換テーブルを用いて図１４に示した整数値を階段状に並び替えた図である。このような或る程度の誤差を含んだそれぞれ固有の高さを有した段差からなる出力信号をそれぞれ一義的な整数値で階段状に並び替えるアルゴリズムを実行することによって、その後の絶対回転角度検出に伴う信号処理を行い易くする。【００６２】
図１６から分かるように、第１の回転検出手段から得られる出力信号と第２の回転検出手段から得られる出力信号とから前記アルゴリズムを用いてこの整数値を逐次求めることで、各回転検出手段が検出した時点毎にロータ１０即ちシャフトＳの検出可能な回転角度の範囲内での回転数を求めることができると共に、図１１に示す検出結果を用いてこの回転数におけるロータ１０即ちシャフトＳの回転角度を求めることができる。【００６３】
そして、これらの回転数と回転角度とから検出可能な回転角度の範囲内での絶対回転角度を求めることができる。【００６４】
本実施形態にかかる回転角度検出装置は、このようなアルゴリズムによって第１の回転検出手段で得られる検出信号の周期と第２の回転検出手段で得られる検出信号の周期との最小公倍数で規定される広範囲な回転角度範囲内の絶対回転角度を正確に求めることができる。【００６５】
また、本実施形態にかかる回転角度検出装置は、このようなアルゴリズムを用いて絶対回転角度を求めることで、回転角度検出装置を構成する部品点数の低減を図り、回転角度検出装置自体の小型化を達成すると共に、精度の高い回転角度検出を可能とする。【００６６】
以上、説明して各実施形態における回転検出手段にはコイル部材とＭＲ素子を用いたが、本発明の作用を発揮し得る回転検出手段であれば、このような回転検出手段に限定されるものでないことは言うまでもない。【００６７】
本発明にかかる回転角度検出装置は、自動車のステアリング装置の回転角度検出に適している。しかしながら、本発明にかかる回転角度検出装置は、例えば、ロボットアームのように互いに回転する回転軸間の相対回転角度や回転トルクを求めるものであれば、どのようなものにも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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