(57)【要約】【課題】部品点数の増大を抑制し、必要な精度を有する回転角検出装置を提供すること。【解決手段】ハウジングに回転軸の回転に連動して軸方向に変位しつつ回転自在に支承される磁石ホルダと、磁石ホルダ端面に磁石ホルダ回転軸に対し径方向にオフセットして配置された磁石と、磁石ホルダ回転軸の軸心延長線上に磁石と対向して設置される磁気検出器と、磁気検出器の出力信号を処理して前記回転体の回転角を検出する回転角度演算部とを備える構成とすることで、磁石および磁気検出器がそれぞれひとつであっても、回転体の３６０度以下或いは３６０度超の回転角を検出することのできる簡単な構成で安価な回転角検出装置を提供する。【選択図】図１
2011052985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転体の回転に連動して軸方向に変位しつつ回転自在に支承される磁石ホルダと、前記磁石ホルダ端面に該磁石ホルダ回転軸に対し径方向にオフセットして配置された磁石と、前記磁石ホルダ回転軸の軸心延長線上に前記磁石と対向して設置される磁気検出器と、前記磁気検出器の出力信号を処理して前記回転体の回転角を検出する回転角度演算部と、を備え、
前期磁石および前記磁気検出器はそれぞれひとつであって、前記回転角度演算部は、前記磁気検出器の出力を演算して前記回転体の３６０度以下の回転角、或いは前記回転体の３６０度超の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記磁気検出器は、該磁気検出器に対向する前記磁石ホルダの径方向平面となるＸ軸、Ｙ軸及び前期磁石ホルダの軸方向となるＺ軸の３方向の磁束密度変化を直接検知することのできるホールＩＣであることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記磁石は、軸方向にＮＳ２極に着磁された略円筒形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記磁石は、常にＮ極が前記磁気検出器に対向するように配置されたことを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記磁石ホルダの回転に伴う軸方向の変位にボールねじ機構が使われていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
前記ハウジングが、磁気シールドを具備することを特徴とする請求項１乃至５に記載の回転角検出装置。
【請求項７】
前記回転体は車両の操舵軸であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の回転角、特に３６０度超の回転角を検出する回転角検出装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、３６０度超の回転角を検出可能な回転検出装置では、ギア等で回転速度を減速して多回転を検出する手法が用いられている。しかし、この手法では、角度精度が悪くなるという課題があった。
【０００３】
この部分の改善の先行技術としては、特許文献１があり、これは、一対の部分円筒磁石が磁気検出素子を挟んで回転対称に配置され、ヨークが一対の部分円筒磁石の外周面部に接して磁気検出素子を囲んでおり、回転体の回転とともに部分円筒磁石がその軸心の周りを回転しつつ軸方向に変位し，３６０度を超える回転角度を検出するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６２７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献1には、一対の部分円筒磁石と磁路を形成するヨークが必要となり、部品点数が多くなるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、部品点数の増大を抑制し、必要な精度を有する回転角検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、ハウジングに回転軸の回転に連動して軸方向に変位しつつ回転自在に支承される磁石ホルダと、磁石ホルダ端面に磁石ホルダ回転軸に対し径方向にオフセットして配置された磁石と、磁石ホルダ回転軸の軸心延長線上に磁石と対向して設置される磁気検出器と、磁気検出器の出力信号を処理して前記回転体の回転角を検出する回転角度演算部とを備える構成とすることで、磁石および磁気検出器をそれぞれひとつとした簡単な構成で、回転体の３６０度以下或いは３６０度超の回転角を検出することのできる安価な回転角検出装置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、磁石の移動に伴う磁束密度の３方向の変位を直接検知できる磁気検出器を用いることで軸方向の変位も直接検知できるので、軸方向の変位が少なくても高精度の多回転角度検出が可能であることから角度検出精度が向上するとともに、ひとつの磁気検出器とひとつの略円筒形磁石を使用するだけなので、構造が簡単で部品点数が少なくて済み、製造コストを抑えられるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回転角検出装置の斜視図を示す図である。
【図２】回転角検出装置の断面図を示す図である。
【図３】回転角検出装置の分解斜視図を示すものである。
【図４】磁気検出器の出力信号波形を示すものである。
【図５】磁気検出器出力信号の信号処理ブロック図を示すものである。
【図６】磁気検出器出力信号の信号処理フローチャートを示すものである。
【図７】回転角度演算部の出力波形を示すものである。
【図８】回転角検出装置の出力を示すものである。
【図９】本発明の理解の参考となるベクトル図を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の回転角検出装置２を車両の操舵軸の操舵角の検出に適用した実施例を図１、図２および図３を参照して説明する。図１は回転角検出装置２の斜視図、図２は装置の断面図、図３は分解斜視図である。
【００１１】
この回転角検出装置２は、その一部を図示する操舵軸をなす回転体１の回転を検出するための装置であって、ハウジング上部(カバー)３に回転体１の回転に連動して軸方向に変位しつつ回転軸１と軸並行を保って回転自在に支承される磁石ホルダ４と、磁石ホルダ４の端面に磁石ホルダ４の回転軸に対し径方向にオフセットして磁石６が配置され固定されている。
【００１２】
一方、ハウジング下部(ベース)９は、ハウジング上部(カバー)３とその軸心を同一として、ハウジング上部(カバー)３と嵌合させて回転角検出装置２の筐体を構成するもので、ハウジング上部(カバー)３もしくはハウジング下部(ベース)９の一方かもしくは両方が、回転体１が回転自在に支持、固定されるステアリング本体の構成物に固定されている。このハウジング３，９は本実施例のハウジング上部(カバー)３とハウジング下部(ベース)９の形態に限定されず任意の分割形態であってよい。またハウジング３，９は異物混入を避けるとともに磁気検出器７への磁石６の磁界変化以外の外乱を除去する目的で磁性体の材料を用いるか、ハウジングの３，９の内外一面もしくは両面に公知の磁気シールド効果を有する処理を行うことが望ましい。
【００１３】
ハウジング下部(ベース)９には磁気検出器７を搭載した基板８が、磁気検出器７の略中心部が磁石ホルダ回転軸の軸心延長線上に位置するように磁石６と対向して配置されている。
【００１４】
磁気検出器７から出力される信号は図５に示す回転角度演算部１０で、操舵軸の３６０度以下の、或いは３６０度超の回転角として演算処理される。回転角度演算部１０は回転角検出装置２の内外いずれにあってもよく、マイクロプロセッサやロジック回路で構成される。
【００１５】
回転体１の回転を磁石ホルダ４の回転に連動させるための機構は、平歯車や斜歯歯車のほか、両構成物の回転に滑りが生じないものであれば公知のどのような方式のものを用いても良い。ここでは回転体１と磁石ホルダ４のギア部５が同径である例を示している。また回転体１の回転に連動して磁石ホルダ４が軸方向に対し変位する機構については例えばボールねじ機構のように、固定されたハウジング３，９に対し、回転体１の回転角度に比例して軸方向に変位するものであればどのような公知技術を用いてもよい。
【００１６】
また磁石６は略円筒形のＮＳ２極構成のものが磁気検出器７に単極面が対向するように磁石ホルダ４に磁石ホルダ４の回転軸から半径方向にオフセットして設置される（図２参照）。なお磁気検出器７に対向して設置する磁石６の極性は、磁気検出器７が検出する極性に対応させてその対向ＮＳ極が選択使用される。この実施例では、後述する磁気検出器７の特性に合わせてその対向極をＮ極とする。
【００１７】
磁気検出器７は、磁気検出器７に対向する磁石ホルダ４の径方向平面となるＸ軸、Ｙ軸及び磁石ホルダの軸方向となるＺ軸の３方向の磁束密度変化を直接検知することのできるホールＩＣを使用する。この機能を有する磁気検出器の代表例としてはMelexis社の製品型番MLX90333がある。
【００１８】
次に、この装置の動作を以下に説明する。
操舵軸である回転体１が回転すると回転角検出装置２内部にもうけられた回転体１と軸平行の磁石ホルダ４のギア部５によって磁石ホルダ４が回転する。その回転に連動して、ステアリング本体（図示せず）の構成物に固定されたハウジング３，９に対し磁石ホルダ４は予め設定された回転角度に対するピッチで軸方向に変位する。磁石６は磁気検出器７に対向しているのはＮ単極であるが磁石ホルダ４の軸心に対して径方向にオフセットして配置されているため、磁石ホルダ４の回転に伴い磁気検出器７上の磁束密度が周期性を持って変化する。また磁石ホルダ４はその回転に伴い磁気検出器７との距離が変位するように構成されており磁石ホルダ４の回転に伴い磁気検出器７と磁石６の軸方向距離も変わるため、磁気検出器７の位置では磁石６の軸方向の変位によっても磁束密度の変化が生じる。
【００１９】
これら磁束密度の変化は磁気検出器７によって検知されるが、図４に示すとおり磁気検出器７からは，Melexis社の製品型番MLX90333について設計された内容に沿って磁石位置のベクトル成分のＸＺ平面，ＹＺ平面の角度（α，β）が出力される（図９参照）。
【００２０】
ここで、α、βは下記数式で示される
【数１】
2011052985.tif 000003
【数２】
2011052985.tif 000004
【００２１】
数１及び数２に示す数式において、Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚは磁石の磁束密度をホール素子で電圧に変換し、その電圧値をデジタル値に変換した値を示し、ｋｚ，ｋｔは補正係数を示している。
【００２２】
これら（α，β）を元に、多回転の絶対角度を算出する。
【００２３】
図５に示すとおり、これらの磁気検出器７の出力（α，β）は回転角度演算部１０に入力され図６に示す演算処理を行う。
【００２４】
次に図６のフローチャートの説明を示す。
回転体１が回転すると、それに伴い磁石ホルダ４が回転し、磁気検出器７から（α，β）が出力される（ステップ１０１）。
【００２５】
ステップ１０１で出力された（α，β）は、回転角演算部１０に入力される（ステップ１０２）。回転角度演算部１０では、ステップ１０２で入力されたαとβの値から、α／βのアークタンジェント［arctan(α／β)もしくはATAN（α／β）］を計算することで絶対回転角度（３６０度以下の角度）を算出する（ステップ１０３）。
【００２６】
また、COS（α）×COS（β）を計算することにより、軸方向の変位を算出する（ステップ１０４）。ステップ１０３で算出された絶対回転角度の演算結果とステップ１０４で算出された軸方向の変位の演算結果は図７に示すような波形で得られる。
【００２７】
ステップ１０３で算出された絶対回転角度とステップ１０４で算出された軸方向変位の演算結果を利用し、さらに演算することで図８に示すように線形的な３６０℃超の多回転体の絶対回転角度情報を算出し、出力する（ステップ１０５）。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、回転角検出装置として各種の機械装置において利用することができ、特に、車両の操舵軸の操舵角検出装置として好適に使用できる。
【符号の説明】
【００２９】
1      回転体
2      回転角検出装置
3      ハウジング上部(カバー)
4      センサホルダ
5      ギア部
6      磁石
7      磁気検出器
8      基板
9      ハウジング下部(ベース)
10     回転角度演算部
【図１】
2011052985.tif 000005
【図２】
2011052985.tif 000006
【図３】
2011052985.tif 000007
【図４】
2011052985.tif 000008
【図５】
2011052985.tif 000009
【図６】
2011052985.tif 000010
【図７】
2011052985.tif 000011
【図８】
2011052985.tif 000012
【図９】
2011052985.tif 000013