(57)【要約】  本発明は、多回転する被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出装置であって、被検出回転体の回転に対応して回転角度周期Ｔｃで回転する第１回転体と、被検出回転体の回転に対応して第１回転体の回転角度周期Ｔｃと異なる回転角度周期Ｔｍで回転する第２回転体との、それぞれの回転角度を検出し、検出した連続角度信号どうしの位相差ΔＴに基づいて、第１回転体および第２回転体のどちらか一方であるメイン回転体の回転数を検出し、検出されたメイン回転体の連続角度信号と回転数とに基づいて、多回転する被検出回転体の絶対回転角度を算出することを特徴とする。
2008050578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多回転する被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記被検出回転体の回転に対応して回転体が回転し、前記回転体が３６０°回転する間に、前記被検出回転体が回転する回転角度を前記回転体の回転角度周期としたときに、
前記被検出回転体の回転に対応して、回転角度周期Ｔｃで回転する第１回転体と、
前記第１回転体の回転角度を検出する第１検出手段と、
前記第１回転体または前記被検出回転体によって回転する、前記被検出回転体の回転に対応して、前記第１回転体の回転角度周期Ｔｃと異なる回転角度周期Ｔｍで回転する第２回転体と、
前記第２回転体の回転角度を検出する第２検出手段と、
前記第１検出手段によって検出された第１連続角度信号、及び前記第２検出手段によって検出された第２連続角度信号に基づいて、前記被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備え、
前記第１回転体及び前記第２回転体のどちらか一方をメイン回転体とし、他方をサブ回転体とし、前記第１検出手段及び第２検出手段のうち、前記メイン回転体の回転角度を検出するものをメイン検出手段とし、前記サブ回転体の回転角度を検出するものをサブ検出手段としたときに、
前記回転角度検出手段は、前記第１連続角度信号と前記第２連続角度信号との位相差ΔＴに基づいて、前記メイン回転体の回転数を検出して、前記メイン検出手段によって検出された連続角度信号と前記回転数に基づいて、多回転する前記被検出回転体の絶対回転角度を算出することを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記回転角度検出手段は、
前記第１連続角度信号及び前記第２連続角度信号を入力する信号入力手段と、
前記信号入力手段によって入力された前記第１連続角度信号及び前記第２連続角度信号に基づいて、前記第１回転体の回転角度及び前記第２回転体の回転角度を算出する角度算出部と、
前記角度算出部によって算出された前記第１回転体の回転角度と前記第２回転体の回転角度との差分に基づいて、前記メイン回転体の回転数を判定する回転数判定手段と、
前記回転数判定手段によって判定された前記メイン回転体の回転数、及び、前記メイン検出手段によって検出された前記第１連続角度信号または前記第２連続角度信号に基づいて、前記被検出回転体の絶対回転角度を算出する大角度算出手段と、
を備えてい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】
判定用角度区域の周期をＳｃとし、前記判定用角度区域の周期Ｓｃと前記回転角度周期Ｔｍとの差分の絶対値を周期差分ΔＳとし、前記回転角度周期Ｔｃと前記回転角度周期Ｔｍとの関係値ＫをＫ＝Ｔｃ／Ｔｍとしたとき、
前記関係値Ｋが整数でないことを満足し、更に、前記回転角度周期Ｔｃ、前記判定用角度区域の周期Ｓｃ、及び前記周期差分ΔＳが、下記関係式
Ｓｃ＝Ｔｃ／ｉ＝ΔＳ×ｊ  （ｉ及びｊは正整数）
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
ｉ＝２であるとき、前記関係値Ｋは、１．８以上でかつ２．２５以下であ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】
ｉ＝３であるとき、前記関係値Ｋは、２．８以上でかつ３．２以下であ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６】
多回転する被検出回転体の回転に対応して回転する第１回転体と、前記第１回転体または前記被検出回転体によって回転する第２回転体とを有し、前記被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出方法であって、
前記被検出回転体の回転に対応して回転体が回転し、前記回転体が３６０°回転する間に、前記被検出回転体が回転する回転角度を前記回転体の回転角度周期としたときに、
（ａ）回転角度周期Ｔｃで回転する前記第１回転体の回転角度を検出する第１検出工程と、
（ｂ）前記被検出回転体の回転に対応して、前記第１回転体の回転角度周期Ｔｃと異なる回転角度周期Ｔｍで回転する前記第２回転体の回転角度を検出する第２検出工程と、
（ｃ）前記第１検出工程（ａ）によって検出された第１連続角度信号、及び前記第２検出工程（ｂ）によって検出された第２連続角度信号に基づいて、前記被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出工程と、
を備え、
前記第１回転体及び前記第２回転体のどちらか一方をメイン回転体とし、他方をサブ回転体とし、前記メイン回転体の回転角度を検出する工程をメイン検出工程とし、前記サブ回転体の回転角度を検出する工程をサブ検出工程としたときに、
前記回転角度検出工程（ｃ）は、前記第１連続角度信号と前記第２連続角度信号との位相差ΔＴに基づいて、前記メイン回転体の回転数を検出して、前記メイン検出工程によって検出された連続角度信号と前記回転数に基づいて、多回転する前記被検出回転体の絶対回転角度を算出することを特徴とする回転角度検出方法。
【請求項７】
前記回転角度検出工程（ｃ）は、
（ｄ）前記第１連続角度信号及び前記第２連続角度信号を入力する信号入力工程と、
（ｅ）前記信号入力工程（ｄ）によって入力された前記第１連続角度信号及び前記第２連続角度信号に基づいて、前記第１回転体の回転角度及び前記第２回転体の回転角度を算出する角度算出工程と、
（ｆ）前記角度算出工程（ｅ）によって算出された前記第１回転体の回転角度と前記第２回転体の回転角度との差分に基づいて、前記メイン回転体の回転数を判定する回転数判定工程と、
（ｇ）前記回転数判定工程（ｆ）によって判定された前記メイン回転体の回転数、及び、前記メイン検出工程によって検出された前記第１連続角度信号または前記第２連続角度信号に基づいて、前記被検出回転体の絶対回転角度を算出する大角度算出工程と、
を備えていることを特徴とする請求項６に記載の回転角度検出方法。
【請求項８】
判定用角度区域をＳｃとし、前記判定用角度区域Ｓｃと前記回転角度周期Ｔｍとの差分の絶対値を周期差分ΔＳとし、前記回転角度周期Ｔｃと前記回転角度周期Ｔｍとの関係値ＫをＫ＝Ｔｃ／Ｔｍとしたとき、
前記関係値Ｋが整数でないことを満足し、更に、前記回転角度周期Ｔｃ、前記回転角度周期Ｔｍ、前記信号周期Ｓｃ、及び前記周期差分ΔＳが、下記関係式
Ｓｃ＝Ｔｃ／ｉ＝ΔＳ×ｊ  （ｉ及びｊは正整数）
を満足することを特徴とする請求項６または７に記載の回転角度検出方法。
【請求項９】
ｉ＝２であるとき、前記関係値Ｋは、１．８以上でかつ２．２５以下であることを特徴とする請求項８に記載の回転角度検出方法。
【請求項１０】
ｉ＝３であるとき、前記関係値Ｋは、２．８以上でかつ３．２以下であることを特徴とする請求項８に記載の回転角度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出装置及び回転角度検出方法に関する。特に、検出精度及び分解能を低下させることなく、装置の設置空間を小さく、被検出回転体の絶対回転角度の測定範囲を広く、製造コストを低減することが可能な回転角度検出装置及び回転角度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両用エンジン、ステアリングホイール、ＤＣモータ等の様々な分野において、回転角度検出装置（以下、回転センサと呼ぶ）が利用されている。例えば、自動車のステアリングシャフト等の回転するシャフトに取り付けて、この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回転センサが利用されている。【０００３】
ハンドルのような回転体を回転させたときに、絶対回転角度θは、例えば、０°＜θ≦３６０°のときと、３６０°＜θ≦７２０°のときとは、回転体の状態が視覚的に同じであることから、区別するのは難しい。そのため、回転体を回転させたときの、回転体の絶対回転角度θを検出する回転センサが提案されている。【０００４】
特許文献１では、測定する回転体によって回転する第１被検出体と、第１被検出体の信号を検出する第１回転検出手段と、回転体または第１被検出体によって回転する第２被検出体と、第２被検出体の信号を検出する第２回転検出手段と、第２回転検出手段から出力される信号の信号勾配と、電圧値（０、＋値及び−値の３値）に基づいて回転体の絶対回転角度を検出する絶対角検出手段とを備えた回転センサが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−９８５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、電源を投入した直後に、第２回転検出手段から出力される信号の信号勾配が不明となってしまうという問題点があった。また、第１回転検出手段は、光エンコーダ方式の信号で、分解能を向上させるためには、第１被検出体のセンシング部分を径方向に広げなければならないという問題点があった。そのため、回転センサが大型になってしまうという問題点あった。【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、回転角度を検出する２つのセンサのうち一方のセンサを、他方のセンサの回転数判別に利用することにより、検出精度及び分解能を低下させることなく、装置の設置空間を小さく、被検出回転体の絶対回転角度の測定範囲を広く、製造コストを低減することが可能な回転角度検出装置及び回転角度検出方法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】
【０００７】
上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。【０００８】
本発明の第１の態様にかかる回転角度検出装置は、多回転する被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記被検出回転体の回転に対応して回転体が回転し、前記回転体が３６０°回転する間に、前記被検出回転体が回転する回転角度を前記回転体の回転角度周期としたときに、前記被検出回転体の回転に対応して、回転角度周期Ｔｃで回転する第１回転体と、前記第１回転体の回転角度を検出する第１検出手段と、前記第１回転体または前記被検出回転体によって回転する、前記被検出回転体の回転に対応して、前記第１回転体の回転角度周期Ｔｃと異なる回転角度周期Ｔｍで回転する第２回転体と、前記第２回転体の回転角度を検出する第２検出手段と、前記第１検出手段によって検出された第１連続角度信号、及び前記第２検出手段によって検出された第２連続角度信号に基づいて、前記被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備え、前記第１回転体及び前記第２回転体のどちらか一方をメイン回転体とし、他方をサブ回転体とし、前記第１検出手段及び第２検出手段のうち、前記メイン回転体の回転角度を検出するものをメイン検出手段とし、前記サブ回転体の回転角度を検出するものをサブ検出手段としたときに、前記回転角度検出手段は、前記第１連続角度信号と前記第２連続角度信号との位相差ΔＴに基づいて、前記メイン回転体の回転数を検出して、前記メイン検出手段によって検出された連続角度信号と前記回転数に基づいて、多回転する前記被検出回転体の絶対回転角度を算出することを特徴とする。【０００９】
これにより、回転角度周期Ｔｃと回転角度周期Ｔｍを適切な値になるように設定することにより、検出精度及び分解能を低下させることなく、装置の設置空間を小さくすることが可能である。また、被検出回転体の絶対回転角度の測定範囲を大きく設定することが可能である。また、メイン検出手段の検出精度及び分解能が回転角度検出装置の検出精度及び分解能となることから、サブ検出手段の検出精度及び分解能を大幅に緩和することができる。その為、製造コストを低減することが可能である。また、第１検出手段及び第２検出手段のうちの所望の一方をメイン検出手段として、ユーザが指定できることから、ユーザのニーズに合わせた回転角度検出装置を提供することができる。【００１０】
本発明の第２の態様にかかる回転角度検出装置は、本発明の第１の態様にかかる回転角度検出装置の前記回転角度検出手段が、前記第１連続角度信号及び前記第２連続角度信号を入力する信号入力手段と、前記信号入力手段によって入力された前記第１連続角度信号及び前記第２連続角度信号に基づいて、前記第１回転体の回転角度及び前記第２回転体の回転角度を算出する角度算出部と、前記角度算出部によって算出された前記第１回転体の回転角度と前記第２回転体の回転角度との差分に基づいて、前記メイン回転体の回転数を判定する回転数判定手段と、前記回転数判定手段によって判定された前記メイン回転体の回転数、及び、前記メイン検出手段によって検出された前記第１連続角度信号または前記第２連続角度信号に基づいて、前記被検出回転体の絶対回転角度を算出する大角度算出手段と、を備えていることを特徴とする。【００１１】
これにより、メイン検出手段の検出精度及び分解能が回転角度検出装置の検出精度及び分解能となることから、サブ検出手段の検出精度及び分解能を大幅に緩和することができる。その為、製造コストを低減することが可能である。【００１２】
本発明の第３の態様にかかる回転角度検出装置は、本発明の第１または第２の態様にかかる回転角度検出装置において、判定用角度区域の周期をＳｃとし、前記判定用角度区域期の周期Ｓｃと前記回転角度周期Ｔｍとの差分の絶対値を周期差分ΔＳとし、前記回転角度周期Ｔｃと前記回転角度周期Ｔｍとの関係値ＫをＫ＝Ｔｃ／Ｔｍとしたとき、前記関係値Ｋが整数でないことを満足し、更に、前記回転角度周期Ｔｃ、前記判定用角度区域の周期Ｓｃ、及び前記周期差分ΔＳが、下記関係式
Ｓｃ＝Ｔｃ／ｉ＝ΔＳ×ｊ  （ｉ及びｊは正整数）
を満足することを特徴とする。【００１３】
これにより、関係値Ｋ、回転角度周期Ｔｃ、回転角度周期Ｔｍ、及び判定用角度区域Ｓｃを適切な値になるように設定することにより、検出精度及び分解能を低下させることなく、装置の設置空間を小さくすることが可能である。また、被検出回転体の絶対回転角度の測定範囲に限界を設けることなく、広域な範囲において測定することが可能である。【００１４】
本発明の第４の態様にかかる回転角度検出装置は、本発明の第３の態様にかかる回転角度検出装置において、ｉ＝２であるとき、前記関係値Ｋは、１．８以上でかつ２．２５以下であることを特徴とする。【００１５】
これにより、被検出回転体の絶対回転角度の検出精度及び分解能が高く、かつ、絶対回転角度の測定範囲が広く、かつ、設置空間の小さくなるような、最適な回転角度検出装置を製造することができる。【００１６】
Ｋを大きくするほど、第２回転体のサイズが小さくなる。そのため、回転角度検出装置を設置するのに必要な空間を小さくすることができる。また、第２検出手段をメイン検出手段にし、第１検出手段をサブ検出手段にすることによって、分解能、精度を約Ｋ倍することが可能でする。また、判定用角度区域Ｓｃを、回転角度周期Ｔｃを２個に分割した範囲にすることにより、回転数の判定において、許容誤差が２倍になり、より正確な判定が可能になる。【００１７】
また、例えば、自動車のハンドルの回転角度の判定に必要な角度範囲（最大約３１２０°）を十分に満足する角度範囲を測定することが可能であり、回転数を判定することが可能な位相差（１０°）を十分に満足することが個能である。【００１８】
本発明の第５の態様にかかる回転角度検出装置は、本発明の第３の態様にかかる回転角度検出装置において、ｉ＝３であるとき、前記関係値Ｋは、２．８以上でかつ３．２以下であることを特徴とする。【００１９】
これにより、設置空間の小さくなるような回転角度検出装置を製造することができる。Ｋを大きくするほど、第２回転体のサイズが小さくなる。そのため、回転角度検出装置を設置するのに必要な空間を小さくすることができる。また、第２検出手段をメイン検出手段にし、第１検出手段をサブ検出手段にすることによって、分解能、精度を約Ｋ倍することが可能でする。また、判定用角度区域Ｓｃを、回転角度周期Ｔｃを３個に分割した範囲にすることにより、回転数の判定において、許容誤差が３倍になり、より正確な判定が可能になる。【００２０】
本発明の第１の態様にかかる回転角度検出方法は、多回転する被検出回転体の回転に対応して回転する第１回転体と、前記第１回転体または前記被検出回転体によって回転する第２回転体とを有し、前記被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出方法であって、前記被検出回転体の回転に対応して回転体が回転し、前記回転体が３６０°回転する間に、前記被検出回転体が回転する回転角度を前記回転体の回転角度周期としたときに、（ａ）回転角度周期Ｔｃで回転する前記第１回転体の回転角度を検出する第１検出工程と、（ｂ）前記被検出回転体の回転に対応して、前記第１回転体の回転角度周期Ｔｃと異なる回転角度周期Ｔｍで回転する前記第２回転体の回転角度を検出する第２検出工程と、（ｃ）前記第１検出工程（ａ）によって検出された第１連続角度信号、及び前記第２検出工程（ｂ）によって検出された第２連続角度信号に基づいて、前記被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出工程と、を備え、前記第１回転体及び前記第２回転体のどちらか一方をメイン回転体とし、他方をサブ回転体とし、前記メイン回転体の回転角度を検出する工程をメイン検出工程とし、前記サブ回転体の回転角度を検出する工程をサブ検出工程としたときに、前記回転角度検出工程（ｃ）は、前記第１連続角度信号と前記第２連続角度信号との位相差ΔＴに基づいて、前記メイン回転体の回転数を検出して、前記メイン検出工程によって検出された連続角度信号と前記回転数に基づいて、多回転する前記被検出回転体の絶対回転角度を算出することを特徴とする。【００２１】
これにより、上述した本発明の第１の態様にかかる回転角度検出装置と同等の効果が得られる。【００２２】
本発明の第２の態様にかかる回転角度検出方法は、本発明の第１の態様にかかる回転角度検出装置の前記回転角度検出方法の前記回転角度検出工程（ｃ）が、（ｄ）前記第１連続角度信号及び前記第２連続角度信号を入力する信号入力工程と、（ｅ）前記信号入力工程（ｄ）によって入力された前記第１連続角度信号及び前記第２連続角度信号に基づいて、前記第１回転体の回転角度及び前記第２回転体の回転角度を算出する角度算出工程と、（ｆ）前記角度算出工程（ｅ）によって算出された前記第１回転体の回転角度と前記第２回転体の回転角度との差分に基づいて、前記メイン回転体の回転数を判定する回転数判定工程と、（ｇ）前記回転数判定工程に（ｆ）よって判定された前記メイン回転体の回転数、及び、前記メイン検出工程によって検出された前記第１連続角度信号または前記第２連続角度信号に基づいて、前記被検出回転体の絶対回転角度を算出する大角度算出工程と、を備えていることを特徴とする。【００２３】
これにより、上述した本発明の第２の態様にかかる回転角度検出装置と同等の効果が得られる。【００２４】
本発明の第３の態様にかかる回転角度検出方法は、本発明の第１または第２の態様にかかる回転角度検出方法において、判定用角度区域をＳｃとし、前記判定用角度区域Ｓｃと前記回転角度周期Ｔｍとの差分の絶対値を周期差分ΔＳとし、前記回転角度周期Ｔｃと前記回転角度周期Ｔｍとの関係値ＫをＫ＝Ｔｃ／Ｔｍとしたとき、前記関係値Ｋが整数でないことを満足し、更に、前記回転角度周期Ｔｃ、前記信号周期Ｓｃ、及び前記周期差分ΔＳが、下記関係式
Ｓｃ＝Ｔｃ／ｉ＝ΔＳ×ｊ  （ｉ及びｊは正整数）
を満足することを特徴とする。【００２５】
これにより、上述した本発明の第３の態様にかかる回転角度検出装置と同等の効果が得られる。【００２６】
本発明の第４の態様にかかる回転角度検出方法は、本発明の第３の態様にかかる回転角度検出方法において、ｉ＝２であるとき、前記関係値Ｋは、１．８以上でかつ２．２５以下であることを特徴とする。【００２７】
これにより、上述した本発明の第４の態様にかかる回転角度検出装置と同等の効果が得られる。【００２８】
本発明の第５の態様にかかる回転角度検出方法は、本発明の第３の態様にかかる回転角度検出方法において、ｉ＝３であるとき、前記関係値Ｋは、２．８以上でかつ３．２以下であることを特徴とする。【００２９】
これにより、上述した本発明の第５の態様にかかる回転角度検出装置と同等の効果が得られる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、回転角度検出装置の検出精度及び分解能を低下させることなく、装置の設置空間を小さくすることが可能である。また、被検出回転体の絶対回転角度の測定範囲を大きく設定することが可能である。また、メイン検出手段の検出精度及び分解能が回転角度検出装置の検出精度及び分解能となることから、サブ検出手段の検出精度及び分解能を大幅に緩和することができる。その為、製造コストを低減することが可能である。また、第１検出手段及び第２検出手段のうちの所望の一方をメイン検出手段として、ユーザが指定できることから、ユーザのニーズに合わせた回転角度検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用可能な回転角度検出装置の外観構成の一例を示す図である。
【図２】第１連続角度信号及び第２連続角度信号の波形を示す図である。図２（ａ）は、第１連続角度信号の波形を、図２（ｂ）は、第２連続角度信号の波形を示している。
【図３】第１連続角度信号と第２連続角度信号との位相差の変化を示す図である。
【図４】回転角度検出部３０の機能ブロック図の一例を示す図である。
【図５】１．８≦Ｋ≦２．２５の範囲における回転センサ１０の測定角度範囲を説明するための図である。
【図６】１．８＞Ｋ、または、Ｋ＞２．２５の範囲における回転センサ１０の測定角度範囲を説明するための図である。
【図７】本発明を適用可能な別の回転センサ５０の外観構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    回転センサ
１１    第１ロータ
１３    第１角度センサ
２１    第２ロータ
２３    第２角度センサ
３０    回転角度検出部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
この発明の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なもので置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。【００３４】
この発明の回転角度検出装置の１つの態様は、多回転する被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出装置である。
回転角度検出装置は、被検出回転体の回転に対応して回転体が回転し、回転体が３６０°回転する間に、被検出回転体が回転する回転角度を回転体の回転角度周期としたときに、被検出回転体の回転に対応して、回転角度周期Ｔｃで回転する第１回転体と、第１回転体の回転角度を検出する第１検出手段と、第１回転体または被検出回転体によって回転する、被検出回転体の回転に対応して、第１回転体の回転角度周期Ｔｃと異なる回転角度周期Ｔｍで回転する第２回転体と、第２回転体の回転角度を検出する第２検出手段と、第１検出手段によって検出された第１連続角度信号、及び第２検出手段によって検出された第２連続角度信号に基づいて、被検出回転体の絶対回転角度を検出する回転角度検出手段とを備えている。【００３５】
第１回転体及び第２回転体のどちらか一方をメイン回転体とし、他方をサブ回転体とし、第１検出手段及び第２検出手段のうち、メイン回転体の回転角度を検出するものをメイン検出手段とし、サブ回転体の回転角度を検出するものをサブ検出手段としたときに、回転角度検出手段は、第１連続角度信号と第２連続角度信号との位相差ΔＴに基づいて、メイン回転体の回転数を検出して、メイン検出手段によって検出された連続角度信号と回転数に基づいて、多回転する被検出回転体の絶対回転角度を算出する。【００３６】
図１は、本発明を適用可能な回転角度検出装置の１つの態様の外観構成の一例を示す図である。以下、回転角度検出装置を「回転センサ」と呼ぶ。【００３７】
図１に示すように、回転センサ１０は、回転体であるステアリングシャフトＳ（以下、シャフトＳと呼ぶ）に嵌め込まれるように装着されている。回転センサ１０は、第１ロータ１１（即ち、第１回転体）、第２ロータ２１（即ち、第２回転体）、第１角度センサ１３（即ち、第１検出手段）、第２角度センサ２３（即ち、第２検出手段）及び回転角度検出部３０（図示略）（即ち、回転角度検出手段）を備えている。【００３８】
第１ロータ１１は、シャフトＳの外周に接するように、シャフトＳに固定され、外周部に第１歯車１４を備え、シャフトＳの回転に対応して回転するような構造になっている。また、第２ロータ２１は、外周部に第１歯車１４と噛み合う第２歯車２４を備え、第１ロータ１１の回転に対応して回転するような構造になっている。即ち、シャフトＳの回転に対応して回転するような構造になっている。ここで、シャフトＳの回転に対応して回転体が回転し、回転体が３６０°回転する間に、シャフトＳが回転する回転角度を回転体の回転角度周期としたとき，第１ロータ１１の回転角度周期をＴｃ、第２ロータ２１の回転角度周期をＴｍとする。また、Ｔｍ＜Ｔｃとなるように回転角度周期Ｔｍを設定する。また、Ｋ＝Ｔｃ／Ｔｍの関係式を満たす、整数でない値をＫ値とする。従って、Ｋ＝１．８としたとき、ＴｃはＴｃ＝３６０°であることから、Ｔｍ＝２００°である。【００３９】
第１角度センサ１３は、第１ホール素子１３ａ及び１３ｂ、並びにリング状磁石１３ｃを備え、第１ロータ１１の回転角度を検出する。第１ホール素子１３ａ及び１３ｂは、リング状磁石１３ｃの径方向に垂直な方向における磁気の強さの変化を検出できるように配置されている。ここでは、第１ホール素子１３ａ及び１３ｂは、回転中心軸Ｏに対する感磁面の法線の傾きが概ね９０°となるように、リング状磁石１３ｃの円周外に配置されている。【００４０】
リング状磁石１３ｃは、周方向に着磁されており、磁束密度の分布は円周方向に概ね正弦波となっている。第１ロータ１１に固定されており、第１ロータ１１とともに回転する。ここでは、リング状磁石１３ｃの径方向の感磁面に垂直な中心軸が、第１ロータ１１の回転中心軸Ｏとなるように固定されている。【００４１】
第２角度センサ２３は、第２ホール素子２３ａ及び２３ｂ並びに円形磁石２３ｃを備え、第２ロータ２１の回転角度を検出する。第２ホール素子２３ａ及び２３ｂは、円形磁石２３ｃの径方向に垂直な方向における磁気の強さの変化を検出できるように配置されている。ここでは、第２ホール素子２３ａ及び２３ｂは、回転中心軸Ｏ´に対する感磁面の法線の傾きが概ね９０°となるように、円形磁石２３ｃの円周外に配置されている。【００４２】
円形磁石２３ｃは、周方向に着磁され、第２ロータ２１に固定されており、第２ロータ２１とともに回転する。ここで、円形磁石２３ｃの径方向の感磁面に垂直な中心軸が、第２ロータ２１の回転中心軸Ｏ´となるように固定されている。【００４３】
また、シャフトＳの回転角度の精度及び分解能を決定するメインセンサを、第１角度センサ１３とし、メインセンサである第１角度センサ１３によって回転角度が検出される第１ロータ１１の回転数を判別するサブセンサを第２角度センサ２３とする。【００４４】
図１に示していない回転角度検出部３０は、第１角度センサ１３によって検出された第１連続角度信号、及び第２角度センサ２３によって検出された第２連続角度信号に基づいて、シャフトＳの絶対回転角度を検出する。即ち、回転角度検出部は、第１連続角度信号と第２連続角度信号との位相差ΔＴに基づいて、第１ロータの回転数を検出して、第１角度センサによって検出された連続角度信号と回転数に基づいて、多回転するシャフトＳの絶対回転角度を算出する。【００４５】
次に、図２及び図３を参照して、第１角度センサ１３によって検出された第１連続角度信号、及び第２角度センサ２３によって検出された第２連続角度信号について説明する。【００４６】
図２は、第１連続角度信号及び第２連続角度信号の波形を示す図である。図２（ａ）は、第１連続角度信号の波形を、図２（ｂ）は、第２連続角度信号の波形を示している。【００４７】
第１ホール素子１３ａ及び１３ｂからｓｉｎ曲線状の信号とｃｏｓ曲線状の信号が出力される。これらの信号を角度信号に換算すると、図２（ａ）に示すような、Ｔｃの周期で変化する鋸歯状波形の第１連続角度信号が出力する。ここで、横軸は、シャフトＳの回転角度、縦軸は、第１ロータ１１の回転角度を示す。【００４８】
また、第１ホール素子１３ａ及び１３ｂは、回転中心軸Ｏに対する感磁面の法線の傾きが概ね９０°である。ホール素子の出力信号が印加した磁束密度に比例するため、２つのホール素子の出力信号は、リング磁石の回転に従って、９０゜の位相差を持つ２つの正弦波信号（ｓｉｎθ及びｃｏｓθ）となる。ここで、θは磁石の回転角度である。従って、角度θは次の式で求められる。【００４９】
θ＝arc tan（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）
即ち、第１ホール素子１３ａ及び１３ｂから検出した信号により、第１ロータの回転角度位置θ（０〜３６０゜）が検出できる。Ｔｃ＝３６０゜の場合、ｉ＝２としたとき、信号処理上、検出したθは０〜１８０゜の第１区域（Ｓｃ１）に有るか、或いは１８０〜３６０゜の第２区域（Ｓｃ２）にあるかが判別できる。但し、ｉは、回転角度周期Ｔｃを判定用角度区域に区切る数である。  【００５０】
同様に、図２（ｂ）に示すような、Ｔｍの周期で変化する鋸歯状波形の第２連続角度信号が出力する。ここで、横軸は、シャフトＳの回転角度、縦軸は、第２ロータ２１の回転角度を示す。また、Ｔｍ＝２００°である。【００５１】
図３は、第１連続角度信号と第２連続角度信号との位相差の変化を示す図である。図２に示した第１連続角度信号及び第２連続角度信号は、同時に出力されることから、図３に示すように、シャフトＳの回転角度が−９００°において、第１連続角度信号と第２連続角度信号との位相差が０であるとしたときに、１８０°毎に、位相差はΔＳ（周期差分という）毎変化する。ここで、周期差分ΔＳは、判定用角度区域の周期Ｓｃと回転角度周期Ｔｍとの差分の絶対値であり、ΔＳ＝｜Ｓｃ−Ｔｍ｜＝２０°である。【００５２】
次に、上述した回転角度検出部３０の詳細を図３及び図４を参照して説明する。【００５３】
図４は、回転角度検出部３０の機能ブロック図の一例を示す図である。図４に示すように、回転角度検出部３０は、信号入力部３１、角度算出部３２、回転数判定部３３、及び大角度算出部３４を備えている。【００５４】
信号入力部３１は、検出された第１連続角度信号を第１角度センサ１３から入力するとともに、及び、検出された第２連続角度信号を第２角度センサ２３から入力する。【００５５】
角度算出部３２は、信号入力部３１によって入力された第１連続角度信号に基づいて、第１ロータ１１の回転角度を算出し、信号入力部３１によって入力された第２連続角度信号に基づいて、第２ロータ２１の回転角度を算出する。【００５６】
回転数判定部３３は、角度算出部によって算出された第１ロータの回転角度と第２ロータの回転角度との差分に基づいて、第１ロータの回転数を判定する。即ち、回転数判定部３３は、所在区域が第１区域Ｓｃ１であるか第２区域Ｓｃ２であるかを判定し、判定した所在区域を利用して回転数を判定する。例えば、所在区域が第１区域Ｓｃ１であると判定した場合、図３に示すように各Ｓｃ１の第１連続角度信号と第２連続角度信号との位相差ΔＴはそれぞれ０゜、４０゜、８０゜、１２０゜、１６０゜である。即ち、第１角度センサ１３及び第２角度センサ２３の角度の許容誤差がトータルで約±１５゜（＜±２０゜）であれば、問題なく正確に判定できる。例えば、第１連続角度信号と第２連続角度信号との位相差ΔＴが３５゜であるならば、回転数は２と判定できる。即ち、所在区域を判定して回転数を判定するとき、許容誤差が倍になる（従来は、両センサの角度の許容誤差がトータル＜±１０゜を満足しなければならなかった。）【００５７】
大角度算出部３４は、回転数判定部３３によって判定された第１ロータ１１の回転数と、第１連続角度信号に（よる回転角度に）基づいて、シャフトＳの絶対回転角度を算出する。【００５８】
以上のようにして、回転センサ１０は、シャフトＳの絶対回転角度を検出する。次に、上述したＫ値について、図５を参照して説明する。【００５９】
Ｋ値は、第１ロータ１１の回転角度周期Ｔｃと第２ロータ２１の回転角度周期Ｔｍの関係式から得られる値である（Ｋ＝Ｔｃ／Ｔｍ）。なお、この発明では、関係値Ｋが整数でないことを満足し、更に、回転角度周期Ｔｃ、判定用角度区域の周期Ｓｃ、及び周期差分ΔＳが、関係式  Ｓｃ＝Ｔｃ／ｉ＝ΔＳ×ｊ  （ｉ及びｊは正整数）を満足する。
従って、Ｋ値の大きさが、回転センサ１０の精度及び分解能に影響する。また、第２ロータ２１の大きさ、即ち、回転センサ１０の大きさに影響する。そのため、回転センサ１０の絶対回転角度の検出精度及び分解能が高く、かつ、絶対回転角度の測定範囲が広く、かつ、設置空間の小さくなるＫ値は、ｉ（＝Ｔｃ／Ｓｃ）＝２のとき、１．８≦Ｋ≦２．２５の範囲である。【００６０】
図５は、１．８≦Ｋ≦２．２５の範囲における回転センサ１０の測定角度範囲を説明するための表である。【００６１】
回転センサ１０の測定角度範囲は、第１ロータ１１の回転角度周期Ｔｃと第２ロータ２１の回転角度周期Ｔｍの最小公倍数である。また、α及びβは、第１歯車１４の歯数及び第２歯車２４の歯数に対応した値である。即ち、第１歯車１４の歯数を第１歯車歯数とし、第２歯車２４の歯数を第２歯車歯数としたときに、α及びβは、第１歯車歯数及び第２歯車歯数を、第１歯車歯数と第２歯車歯数との最大公約数で割った値である。また、回転角度周期Ｔｃ及び回転角度周期Ｔｍは整数であることから、αは、３６０を割り切ることができる値である。従って、αの候補値は、下記の１８個の値となる。【００６２】
α候補値：２、３、４、５、６、８、９、１０、１２、１５、
１８、２０、２４、３０、３６、４０、４５、６０
上述したように、例えば、Ｋ＝１．８のとき、図５に示すように、α＝９、β＝５、Ｓｃ＝Ｔｃ／２＝１８０°、Ｓｍ＝Ｔｍ＝２００°を満足するような、第１ロータ１１、第２ロータ２１、第１角度センサ１３、及び第２角度センサ２３を備えた回転センサ１０は、シャフトＳの絶対回転角度を、１８００°の測定角度範囲において、測定することができる。【００６３】
上述したように、Ｋを大きくするほど、第２ロータ２１のサイズが小さくなる。そのため、回転センサ１０を設置するのに必要な空間を小さくすることができる。また、上述においては、第１角度センサ１３をメインセンサにし、第２角度センサ２３をサブセンサにしているが、第２角度センサ２３をメインセンサにし、第１角度センサ１３をサブセンサにすることによって、分解能、精度を約Ｋ倍することが可能でする。また、所在区域をｉ個に（ここでは２個）分割することにより、回転数の判定において、許容誤差がｉ倍になり、より正確な判定が可能になる。【００６４】
また、例えば、自動車のハンドルの回転角度の判定に必要な角度範囲（最大約３１２０°）を十分に満足する角度範囲を測定することが可能であり、回転数を判定することが可能な位相差（１０°）を十分に満足することが可能である。【００６５】
図６は、１．８＞Ｋ、または、Ｋ＞２．２５の範囲における回転センサ１０の測定角度範囲を説明するための図である。【００６６】
例えば、Ｋ＝２．５のとき、α＝５、β＝２、Ｓｃ＝Ｔｃ／２＝１８０°、Ｓｍ＝Ｔｍ＝１４４°を満足するような、第１ロータ１１、第２ロータ２１、第１角度センサ１３、及び第２角度センサ２３を備えた回転センサ１０は、シャフトＳの絶対回転角度を、７２０°の測定角度範囲において、測定することができる。これにより、シャフトＳの絶対回転角度の測定角度範囲が、比較的狭い範囲の場合には、有効である。【００６７】
また、例えば、Ｋ＝１．０９０９のとき、α＝１２、β＝１１、Ｓｃ＝Ｔｃ＝３６０°、Ｓｍ＝Ｔｍ＝３３０°を満足するような、第１ロータ１１、第２ロータ２１、第１角度センサ１３、及び第２角度センサ２３を備えた回転センサ１０は、シャフトＳの絶対回転角度を、３９６０°の測定角度範囲において、測定することができる。これにより、設置空間に余裕があるときに、シャフトＳの絶対回転角度の測定角度範囲が広域で、高い検出精度が要求される場合は、有効である。【００６８】
回転センサ１０において、上述したように、第１ロータ１１は本発明の第１回転体に対応し、第２ロータ２１は本発明の第２回転体に対応し、第１角度センサ１３は本発明の第１検出手段及び第１検出工程に対応し、第２角度センサ２３は本発明の第２検出手段及び第２検出工程に対応し、回転角度検出部３０は本発明の回転角度検出手段及び回転角度検出工程に対応し、信号入力部３１は本発明の信号入力手段及び信号入力工程に対応し、角度算出部３２は本発明の角度算出手段及び角度産出工程に対応し、回転数判定部３３は本発明の回転数判定手段及び回転数判定工程に対応し、大角度算出部３４は本発明の大角度算出手段及び大角度算出工程に対応する。【００６９】
図７は、本発明を適用可能な別の態様の回転センサ５０の外観構成の一例を示す図である。【００７０】
図７に示すように、回転センサ５０は、回転体であるシャフトＳに嵌め込まれるように装着されている。回転センサ５０は、第１ロータ５１、第２ロータ６１、第１角度センサ５３、第２角度センサ６３、シャフト歯車７０及び回転角度検出部３０（図示略）を備えている。【００７１】
シャフト歯車７０は、シャフトＳの外周に接するように、シャフトＳに固定されている。また、第１ロータ５１は、外周部にシャフト歯車７０と噛み合う第１歯車５４を備え、シャフトＳの回転に対応して回転するような構造になっている。また、第２ロータ６１は、外周部にシャフト歯車７０と噛み合う第２歯車６４を備え、シャフトＳの回転に対応して回転するような構造になっている。【００７２】
第１角度センサ５３は、第１ホール素子５３ａ及び５３ｂ、並びに円形磁石５３ｃを備え、第１ロータ１１の回転角度を検出する。第１ホール素子５３ａ及び５３ｂは、円形磁石５３ｃの径方向に垂直な方向における磁気の強さの変化を検出できるように配置されている。ここでは、第１ホール素子５３ａ及び５３ｂは、回転中心軸Ｏに対する感磁面の法線の傾きが概ね９０°となるように、円形磁石５３ｃの円周外に配置されている。【００７３】
円形磁石５３ｃは、周方向に着磁され、第１ロータ５１に固定されており、第１ロータ５１とともに回転する。ここでは、円形磁石５３ｃの径方向の感磁面に垂直な中心軸が、第１ロータ５１の回転中心軸Ｏとなるように固定されている。【００７４】
第２角度センサ６３は、第２ホール素子６３ａ及び６３ｂ並びに円形磁石６３ｃを備え、第２ロータ６１の回転角度を検出する。第２ホール素子６３ａ及び６３ｂは、円形磁石６３ｃの径方向に垂直な方向における磁気の強さの変化を検出できるように配置されている。ここでは、第２ホール素子６３ａ及び６３ｂは、回転中心軸Ｏ´に対する感磁面の法線の傾きが概ね９０°となるように、円形磁石６３ｃの円周外に配置されている。【００７５】
円形磁石６３ｃは、周方向に着磁され、第２ロータ６１に固定されており、第２ロータ６１とともに回転する。ここで、円形磁石６３ｃの径方向の感磁面に垂直な中心軸が、第２ロータ６１の回転中心軸Ｏ´となるように固定されている。【００７６】
また、シャフトＳの回転角度の精度及び分解能を決定するメインセンサを、第２角度センサ６３とし、メインセンサである第２角度センサ６３によって回転角度が検出される第２ロータ６１の回転数を判別するサブセンサを、第１角度センサ５３とする。【００７７】
図７に示していない回転角度検出部３０は、第１角度センサ５３によって検出された第１連続角度信号、及び第２角度センサ６３によって検出された第２連続角度信号に基づいて、シャフトＳの絶対回転角度を検出する。【００７８】
リング状磁石の価格は円形磁石の価格に比べ非常に高価である。そのため、製造コストを低減することができる。
【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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【国際調査報告】
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