(57)【要約】【課題】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、簡易な構成で正確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】回転体１１に連動して回転する第一及び第二の検出体１２及び１７と、この回転を検出する第一及び第二の検出手段１６及び２０を設け、第一及び第二の検出手段１６及び２０から出力される検出信号の差が所定範囲内である時に、制御手段２３がいずれかの検出信号から回転体１１の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することによって、一方の検出体が回転体１１から外れた場合や、検出体に破損や消耗が生じた場合の不具合を検出し、簡易な構成で正確な検出が可能なものを得ることができる。【選択図】  図１
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【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に接続された制御手段からなり、上記第一及び第二の検出手段から出力される検出信号の差が所定範囲内である時に、上記制御手段がいずれかの検出信号から上記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置。
【請求項２】
回転体または第一の検出体のいずれか一方と連動して回転または移動する第三の検出体と、この第三の検出体の回転または移動を検出する第三の検出手段を設け、制御手段が第一及び第三の検出手段から検出される検出信号から、上記回転体の回転角度を検出する請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
検出手段を磁石と磁気検出素子またはホール素子で構成した請求項１記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の高機能化が進む中で、各種制御のため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するものが増えている。
【０００３】
このような、従来の回転角度検出装置について、図１１を用いて説明する。
【０００４】
図１１は従来の回転角度検出装置の要部斜視図であり、同図において、１は外周に平歯部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は検出体で、この外周の平歯車部２Ａが回転体１の平歯車部１Ａに噛合すると共に、検出体２の中央には、磁石３がインサート成形等により装着されている。
【０００６】
また、４は検出体２上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、検出体２との対向面には磁気検出素子５が装着され、この対向した磁石３と磁気検出素子５によって検出手段６が形成されている。
【０００７】
そして、配線基板４にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子５に接続された制御手段７が形成され、コネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【０００８】
以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１が回転し、この外周の平歯車部１Ａに平歯車部２Ａが噛合した検出体２も回転する。
【０００９】
また、この検出体２の回転に伴って、検出体２中央に装着された磁石３の磁力が変化し、この磁力の変化を磁気検出素子５が検出して、略三角波形の検出信号が制御手段７へ出力される。
【００１０】
そして、この磁気検出素子５からの検出信号の波形の数と電圧値によって、制御手段７が回転体１の回転角度を検出するように構成されているものであった。
【００１１】
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。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−２０６９１０号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、回転体１に噛合した一つの検出体２によって回転体１の回転角度を検出しているため、検出体２が回転体１から外れたり、平歯車部２Ａの破損や消耗等が生じた場合、この回転の誤差を検出できず、正確な回転角度の検出が困難となるという課題があった。
【００１４】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で正確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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１６】
本発明の請求項１に記載の発明は、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を設け、第一及び第二の検出手段から出力される検出信号の差が所定範囲内である時に、制御手段がいずれかの検出信号から回転体の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、一方の検出体が回転体から外れた場合には、他方の検出体からの検出信号のみが出力され、また、一方の検出体に破損や消耗が生じた場合には、この検出信号と他方の検出体からの検出信号には差が生じるため、二つの検出信号の差が所定範囲内であるか否かを検出し、正しい検出信号が出力されている時のみ回転角度を検出することによって、簡易な構成で正確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。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、回転体または第一の検出体のいずれか一方と連動して回転または移動する第三の検出体と、この第三の検出体の回転または移動を検出する第三の検出手段を設け、制御手段が第一及び第三の検出手段から検出される検出信号から、回転体の回転角度を検出するものであり、第一及び第三の二つの検出体を用いて回転体の回転角度を検出することによって、より高精度な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。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、検出手段を磁石と磁気検出素子またはホール素子で構成したものであり、無接触式の安定した検出を行うことができると共に、回転角度検出装置を簡易な構成で安価なものとすることができるという作用を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を用いて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１及び３記載の発明について説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図、図２は同分解斜視図、図３は同ブロック回路図であり、同図において、１１は外周に平歯車部１１Ａ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１１Ｂが設けられている。
【００２２】
そして、１２は第一の検出体で、この外周の平歯車部１２Ａが回転体１１の平歯車部１１Ａに噛合すると共に、第一の検出体１２の中央には、磁石１３がインサート成形等により装着されている。
【００２３】
また、１４は第一の検出体１２上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、配線基板１４の第一の検出体１２との対向面には、ＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）等の磁気検出素子１５が装着され、この対向した磁石１３と磁気検出素子１５によって第一の検出手段１６が形成されている。
【００２４】
さらに、１７は第二の検出体で、第一の検出体１２と同じ歯数の外周の平歯車部１７Ａが、回転体１１の平歯車部１１Ａに噛合すると共に、中央には磁石１８がインサート成形等により装着され、この磁石１８と対向する配線基板１４上には磁気検出素子１９が装着されて、第二の検出手段２０が形成されている。
【００２５】
また、２１はリード線２２により配線基板１４に接続された配線基板で、配線基板２１にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子１５と１９に接続された制御手段２３が形成され、この制御手段２３はコネクタ２４を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されている。
【００２６】
そして、２５は絶縁樹脂製のケース、２６と２７は同じく絶縁樹脂製のカバーで、これらによって回転体１１や第一の検出体１２、第二の検出体１７、配線基板１４や２１等が覆われ、所定の箇所に位置決めされて回転角度検出装置が構成されている。
【００２７】
また、図３に示すように、磁石１３と磁気検出素子１５から形成された第一の検出手段１６と、磁石１８と磁気検出素子１９から形成された第二の検出手段２０が制御手段２３に接続されると共に、この制御手段２３は制御部２３Ａと、第一及び第二の検出手段１６，２０からの検出信号を演算処理する演算部２３Ｂ、及び演算処理した角度を記憶する記憶部２３Ｃから形成されている。
【００２８】
そして、２８はバッテリーの１２Ｖ電圧を５Ｖに変換して供給する電源回路、２９は自動車本体の電子回路等への電源供給を切換えるイグニションスイッチ（以下、ＩＧスイッチと記載する）で、この電源回路２８とＩＧスイッチ２９に制御手段２３が接続されている。
【００２９】
以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１１が回転し、この外周の平歯車部１１Ａに平歯車部１２Ａと１７Ａが噛合した第一及び第二の検出体１２と１７も回転する。
【００３０】
そして、この第一及び第二の検出体１２と１７の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石１３と１８も回転し、この磁石の変化を磁気検出素子１５と１９が検出して、図４の電圧波形図に示すような、漸次増加または減少する略三角波形が連続する周期性の検出信号が、制御手段２３へ出力される。
【００３１】
この時、例えば、第一及び第二の検出体１２と１７の歯数を、回転体１１の歯数に対して１／３に設定し、磁気検出素子１５と１９を磁気の強弱のみを検知する、つまり第一及び第二の検出体１２と１７が１８０度回転する度に強弱を検知するものとすれば、回転体１１が１回転する間に、第一及び第二の検出体１２と１７は３回転し、磁気検出素子１５と１９は第一及び第二の検出体１２と１７の１回転に対して２回強弱を検知するため、六つの略三角形の電圧波形が検出信号として連続して出力される。
【００３２】
つまり、回転体１１が１回転、３６０度回転すると六つの電圧波形、６０度回転する毎に、一つの略三角形の電圧波形が、検出信号として磁気検出素子１５と１９から制御手段２３へ出力される。
【００３３】
そして、制御手段２３の演算部２３Ｂが、先ずこの磁気検出素子１５と１９からの検出信号の波形の数を計数して回転体１１の概略の回転角度を検出した後、次にその電圧値によって回転体１１の正確な回転角度を検出する。
【００３４】
例えば、図５（ａ）の電圧波形図に示すように、回転角度θの場合、先ず検出信号の波形の数は基準の０度から数えて２つ目であるため、６０度から１２０度の間であることを検出し、次にその電圧値Ｖによって回転体１１の正確な回転角度、例えば９０度であることを検出する。
【００３５】
なお、この後、電圧値が小さくなるか大きくなるかによって、ステアリングが左右いずれの方向へ回転されているかの、回転方向の検出も行われる。
【００３６】
そして、この時、図５（ａ）の磁気検出素子１５から出力される波形と、図５（ｂ）の磁気検出素子１９から出力される波形は、第一の検出体１２と第二の検出体１７の歯数が同じであるため、本来位相差もなく全く同じ波形のはずであるが、いずれかの歯車に破損や消耗が生じた場合には、同図に示すように、検出信号の波形に差Δが生じる。
【００３７】
或いは、いずれかの歯車が回転体１１から外れた場合には、一方の磁気検出素子からはステアリングの回転に伴って電圧値の変化する検出信号が出力されるが、外れた歯車からは一定の電圧値が継続して出力される状態となる。
【００３８】
そして、こうした第一及び第二の検出手段１６と２０からの検出信号を制御手段２３が検出し、これらと記憶部２３Ｃにあらかじめ記憶された電圧や時間等の所定値とを比較して、第一及び第二の検出体１２と１７が正常に回転しているか否かの判定を行う。
【００３９】
つまり、第一及び第二の検出手段１６と２０から同じ波形が出力され、その波形の位相差Δも所定値内である場合には、第一及び第二の検出体１２と１７が正常に回転していると判定し、いずれかの検出信号から、上記したように、波形の数と電圧値によって回転体１１の回転角度を検出する。
【００４０】
これに対し、一方の電圧値は変化しているのに他方からは一定の電圧値が継続して出力された場合や、その位相差Δが所定値以上である場合には、制御手段２３は第一及び第二の検出体１２と１７の回転に不具合が生じたと判定し、制御部２３Ａから自動車本体の電子回路（図示せず）へ所定の信号を出力する。
【００４１】
そして、自動車本体の電子回路はこの信号によって、例えば、ランプを点滅したりブザーを鳴らしたりして、ステアリングの回転角度が正しく検出されていないことを運転者に知らせる。
【００４２】
つまり、第一の検出体１２と第二の検出体１７の二つの検出体を回転体１１に噛合させ、この歯数が等しく同じ波形であるはずの二つの検出信号を制御手段２３が検出することによって、各々の検出体が正常に回転しているか否かを検出するように、本発明の回転角度検出装置は構成されている。
【００４３】
このように本実施の形態によれば、制御手段２３が第一及び第二の検出体１２と１７から出力される検出信号を検出し、その差が所定範囲内である時に、いずれかの検出信号から回転体１１の回転角度を検出するように構成することによって、簡易な構成で正確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】
また、第一及び第二の検出手段１６と２０を磁石１３，１８と磁気検出素子１５，１９で構成することによって、無接触式の安定した検出を行うことができると共に、回転角度検出装置を簡易な構成で安価なものとすることができる。
【００４５】
なお、第一及び第二の検出体１２と１７の歯車の僅かな破損や消耗の検出は困難であるが、一方が回転体１１から外れ回転していないことのみを検出する場合には、第一及び第二の検出手段１６と２０のいずれか一方を、磁気の強弱ではなく有無のみを検出するホール素子とし、これによって一方の検出体の回転のみを検出することによって、回転角度検出装置をさらに安価に構成することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２記載の発明について説明する。
【００４７】
なお、実施の形態１の構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００４８】
図６は本発明の第２の実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図であり、同図において、第一の検出体１２外周の平歯車部１２Ａ、及びこれと同じ歯数の第二の検出体１７外周の平歯車部１７Ａが、回転体１１の平歯車部１１Ａに噛合していることや、これら第一及び第二の検出体１２と１７の中央に磁石１３と１８が、インサート成形等により装着されていることは実施の形態１の場合と同様である。
【００４９】
また、これらの上面にほぼ平行に配置された配線基板１４Ａの、第一及び第二の検出体１２と１７の対向面に、磁気検出素子１５と１９が装着されて、第一の検出手段１６と第二の検出手段２０が形成されていることも実施の形態１の場合と同様であるが、第一の検出体１２の平歯車部１２Ａには、第三の検出体３１の歯数の異なる平歯車部３１Ａが噛合している。
【００５０】
そして、第三の検出体３１の中央には磁石３２がインサート成形等により装着され、この磁石３２と対向する配線基板１４Ａ上には磁気検出素子３３が装着されて、第三の検出手段３４が形成されている。
【００５１】
さらに、これらの磁気検出素子１５，１９，３３が、マイコン等の電子部品によって形成された制御手段２３に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【００５２】
以上の構成において、回転体１１中央の係合部１１Ｂに軸が挿通したステアリング（図示せず）を回転すると、これに伴って回転体１１が回転し、この外周の平歯車部１１Ａに平歯車部１２Ａと１７Ａが噛合した第一及び第二の検出体１２と１７、並びに平歯車部１２Ａに平歯車部３１Ａが噛合した第三の検出体３１も回転する。
【００５３】
そして、第一及び第二の検出体１２と１７からの、歯数が等しく同じく波形であるはずの二つの検出信号を制御手段２３が検出することによって、一方の検出体が回転体１１から外れたり、破損や消耗が生じたりしていることを判定し、各々の検出体が正常に回転しているか否かを検出することは実施の形態１の場合と同様であるが、回転体１１の回転角度の検出方法が実施の形態１とは異なる。
【００５４】
つまり、実施の形態１では、第一の検出体１２または第二の検出体１７のいずれか一方からの検出信号によって回転体１１の回転角度を検出していたのに対し、本実施の形態では、第一の検出体１２と第三の検出体３１からの検出信号によって回転角度の検出が行われる。
【００５５】
即ち、回転体１１の回転に伴って第一の検出体１２と第三の検出体３１が回転すると、これらの中央に装着された磁石１３と３２も回転し、この磁力の変化を磁気検出素子１５と３３が検出して、その検出信号が制御手段２３へ出力される。
【００５６】
しかし、この検出信号は、第一の検出体１２と第二の検出体１７からの同じ波形の検出信号とは異なり、第一の検出体１２と第三の検出体３１の歯数が異なっているため、図７の電圧波形図に示すように、漸次増加または減少する略三角波形の形状が異なり、位相差のある連続する周期性の検出信号として出力される。
【００５７】
つまり、図７（ａ）に示すように、第一の検出体１２からは実施の形態１の場合と同様に、回転体１１が１回転、３６０度回転すると六つの電圧波形、６０度回転する毎に、一つの略三角形の電圧波形が、検出信号として制御手段２３へ出力されるが、図７（ｂ）に示すように、第三の検出体３１からは、これとは形状が異なり位相差のある検出信号が出力される。
【００５８】
そして、図８の電圧波形図に示すように、回転体１１の回転角度θは、この位相差のある二つの検出信号、第一の検出体１２からの電圧値Ｖ１と第三の検出体３１からの電圧値Ｖ２を制御手段２３が検出し、その電圧値と、平歯車部１２Ａと平歯車部３１Ａ各々の歯数を演算処理することによって検出される。
【００５９】
つまり、一つの検出体からの検出信号によって回転体１１の回転角度の検出を行う実施の形態１の場合に比べ、制御手段２３の演算処理はやや複雑になるが、連動する歯数の異なる第一の検出体１２と第三の検出体３１からの、二つの検出信号によって回転角度の検出を行うことで、より高精度な回転角度の検出を行うように構成されている。
【００６０】
このように本実施の形態によれば、第一及び第二の検出体１２と１７からの検出信号によって、各々の検出体が正常に回転しているか否かを検出できることに加え、第一の検出体１２と第三の検出体３１からの、二つの検出信号によって回転体１１の回転角度の検出を行うことによって、より高精度な回転角度の検出を行うことができるものである。
【００６１】
なお、以上の説明では、回転体１１に噛合した第一の検出体１２に、第三の検出体３１を噛合させた構成として説明したが、図９の要部斜視図に示すように、第三の検出体３１を回転体１１に直接噛合させ、この第三の検出体３１と第一の検出体１２、または第二の検出体１７のいずれかからの二つの検出信号によって回転体１１の回転角度の検出を行うようにしても、本発明の実施は可能である。
【００６２】
さらに、図１０の要部斜視図に示すように、第一の検出体１２にかさ歯車やウォーム歯車を介して減速機構を構成し、これに第三の検出体３１を噛合させたり、或いは、ウォーム歯車によって磁石が装着された移動体３５を上下方向に移動させ、これを磁気検出素子で検出する構成としても、本発明の実施は可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、簡易な構成で正確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有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図
【図２】同分解斜視図
【図３】同ブロック回路図
【図４】同電圧波形図
【図５】同電圧波形図
【図６】本発明の第２の実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図
【図７】同電圧波形図
【図８】同電圧波形図
【図９】同他の実施の形態による要部斜視図
【図１０】同要部斜視図
【図１１】従来の回転角度検出装置の要部斜視図
【符号の説明】
１１  回転体
１１Ａ  平歯車部
１１Ｂ  係合部
１２  第一の検出体
１２Ａ  平歯車部
１３，１８，３２  磁石
１４，１４Ａ，２１  配線基板
１５，１９，３３  磁気検出素子
１６  第一の検出手段
１７  第二の検出体
１７Ａ  平歯車部
２０  第二の検出手段
２２  リード線
２３  制御手段
２３Ａ  制御部
２３Ｂ  演算部
２３Ｃ  記憶部
２４  コネクタ
２５  ケース
２６，２７  カバー
２８  電源回路
２９  ＩＧスイッチ
３１  第三の検出体
３１Ａ  平歯車部
３４  第三の検出手段
３５  移動体
【図１】
2004184264.tif 000003
【図２】
2004184264.tif 000004
【図３】
2004184264.tif 000005
【図４】
2004184264.tif 000006
【図５】
2004184264.tif 000007
【図６】
2004184264.tif 000008
【図７】
2004184264.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004184264.tif 000011
【図１０】
2004184264.tif 000012
【図１１】
2004184264.tif 000013