(57)【要約】【課題】自動車の車体制御システムなどに用いられる多回転のハンドル回転角度検出装置において、被検回転軸と絶対角度検出用歯車との係合がはずれても、大きな誤差を発生することなく、また少容量メモリの演算回路部でも多回転する回転体の回転角度を高分解能に検出でき、歯車や検出手段の異常検出もできる高性能、高信頼性の回転角度検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】被検回転軸１に順次係合されており、歯数はそれぞれ異なる第１、第２の歯車２，３と、歯車２，３の１回転内の絶対回転角をそれぞれ検出する第１、第２の検出手段７，８とを備え、検出された第１、第２の歯車２，３の絶対回転角の組み合わせに基づいて、被検回転軸１の多回転絶対角を検出する回転検出装置において、前記被検回転軸１と、この被検回転軸に順次係合されている第１、第２の歯車２，３の１つとを係合させる第３の歯車４を備える。【選択図】  図１
2004361212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検回転軸に順次係合されており、歯数がそれぞれ異なる第１、第２の歯車と、これら第１、第２の歯車の１回転内の絶対回転角をそれぞれ検出する第１、第２の検出手段とを備え、検出された第１、第２の歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて、被検回転軸の多回転絶対角を検出する回転検出装置において、前記被検回転軸と、この被検回転軸に順次係合されている第１、第２の歯車の１つとを係合させる第３の歯車を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記被検回転軸に対して第１、第２の歯車は歯数比が１以上の増速比になっている請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
第３の歯車は、被検回転軸との歯数比が、第１、第２の歯車より大きな増速比になっており、この第３の歯車の絶対回転角を検出する第３の検出手段を備えた請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
被検回転軸と第３の歯車とを係合させる第４の歯車を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項５】
前記被検回転軸に順次係合されている各歯車の絶対回転角の一定時間における変動量差を監視する制御部を備えた請求項２〜４のいずれか一つに記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
検出手段が異方性磁気検出素子である請求項５に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記歯車群の絶対角により算出された前記被検回転軸の絶対回転角をシリアル信号として送信する演算回路部を備えたことを特徴とする請求項６に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、自動車の車体制御システムなど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】
従来、アブソリュートエンコーダなどのように多回転する回転体の回転角度を検出する装置として、特許文献１に開示されている回転体における角度測定方法及び装置が存在する。この装置においては、位相差を有する複数の回転体の角度から被検回転角度を検出している。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１１８６１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の装置においては、歯車の歯欠け、軸ずれなどにより歯車の係合がはずれた場合、被検回転軸の回転角を誤算出する可能性があり、また被検回転軸の回転角を高分解能化するにあたり大容量のメモリを必要としていた。
【０００５】
本発明はこの課題を解決するためのものであり、被検回転軸と絶対角度検出用歯車との係合がはずれても、大きな誤差を発生することなく、また少容量メモリの演算回路部でも多回転する回転体の回転角度を高分解能に検出でき、歯車や検出手段の異常検出もできる回転角度検出装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、以下の構成を有するものである。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、特に被検回転軸に順次係合されており、歯数はそれぞれ異なる第１、第２の歯車と、これらの第１、第２の歯車の１回転内の絶対回転角をそれぞれ検出する第１、第２の検出手段とを備え、検出された第１、第２の歯車の絶対回転角の組み合わせに基づいて、被検回転軸の多回転絶対角を検出する回転検出装置において、前記被検回転軸と、この被検回転軸に順次係合されている第１、第２の歯車の１つとを係合させる第３の歯車を備えるという構成を有しており、この発明によれば、簡易な構成で、被検回転軸と係合させている第２の歯車との係合がはずれたり、歯欠けが発生しても大きな誤差を発生することなく多回転する被検回転軸の絶対角度を検出することができる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、前記被検回転軸に順次係合されている第１、第２の歯車との歯数比を１以上の増速比としたもので、被検回転軸の検出角の高分解能化を図ろうとした時、通常は必要となる、各歯車の絶対回転角の組み合わせを記憶する大容量のメモリを削減できる。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、第３の歯車の前記被検回転軸との歯数比が、順次係合されている前記第１、第２の歯車とのものより大きくし、この第３の歯車の絶対回転角を検出する第３の検出手段を設けたもので、被検回転軸の回転検出範囲を満足させる為、被検回転軸に順次係合されている複数の絶対角算出用歯車と被検回転軸との歯数比に制限が加わるが、前記第３の歯車によりこの歯数比よりも高い増速比に自由に設定可能なため、被検回転軸の高分解能化の設計自由度を高められる。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、被検回転軸と第３の歯車とを係合させる第４の歯車を設けたもので、上記請求項１と同様の作用効果が得られる。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、検出された各歯車の絶対回転角のある一定時間における変動量差を監視する制御部を設けたもので、複数の絶対回転角検出用前記歯車の係合はずれの異常を検出し、警報を発することができる。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の発明は、前記歯車群の絶対角により算出された前記被検回転軸の多回転絶対回転角をシリアル信号として送信する演算回路部を設けることにより、絶対回転角検出部の信号を直接メインシステム部に伝えるよりも外来ノイズによる絶対角信号の異常防止や、メインシステムのソフト処理負担の軽減ができるという作用効果が得られる。
【００１３】
【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から図８を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１、図２において、１は外周に歯車がついた被検回転軸、２は被検回転軸１と係合した歯車、３は歯車２と係合した歯車、４は歯車３及び被検回転軸１と係合した歯車である。５は歯車２の中央部に組み込まれている磁石、６は歯車３の中央部に組み込まれている磁石、７は歯車２とともに回転する磁石５の磁界方向を検出する第１の検出手段（異方性磁気検出素子）、８は歯車３とともに回転する磁石６の磁界方向を検出する第２の検出手段（異方性磁気検出素子）である。
前記歯車２は下ケース９に設けられた軸受け１０により位置規制されている。一方、被検回転軸１の歯車の歯数ａ、歯車２の歯数ｂ、歯車３の歯数ｃは、ａ／ｂ＞１、ａ／ｃ＞１、ｂ≠ｃとなるように設定する。図２において、第１の検出手段７は下ケース９に固定された基板１２に実装されており、磁石５の真上に配置されている。第２の検出手段８、歯車３及び磁石６も図２で示されている構造と同じ形態をとっている。
【００１５】
図３において、第１の検出手段７と第２の検出手段８は演算回路部１３に接続されており、これらは回転角度検出装置１４に内蔵されており、この演算回路部１３は車両の姿勢制御等を行うメインシステム部１５とシリアル通信ラインで接続されている。
【００１６】
次に、以上の構成により被検回転軸１の回転角度検出の方法について説明する。
【００１７】
図１において被検回転軸１が回転したとき、その外周にある歯車と係合している歯車２が回転すると同時に、歯車２と係合している歯車３及び被検回転軸１と歯車３に係合している別歯車４も回転する。
【００１８】
歯車２は被検回転軸１に対してａ／ｂ倍の速さで回転し、歯車３は被検回転軸１に対してａ／ｃ倍の速さで回転する。第１の検出手段７は歯車２に組み込まれている磁石５の真下に配置されているため、歯車２が回転すると第１の検出手段７を貫く磁石の方向が変化し、歯車２の回転角度に応じた信号を得ることができる。同様に第２の検出手段８も歯車３の回転角度に応じた信号を得ることができる。
【００１９】
図３に示すように、被検回転軸１の多回転絶対角の算出は、演算回路部１３で第１の検出手段７と第２の検出手段８それぞれの絶対角信号を入力して行われ、その演算結果はシリアル信号としてメインシステム部１５へ定期的に送信される。
【００２０】
図４にて被検回転軸１の多回転絶対角を算出する方法について説明する。歯車２は被検回転軸１の回転に対してａ／ｂ倍の速さで回転し、歯車３は被検回転軸１の回転に対してａ／ｃ倍の速さで回転するが、ｂ≠ｃであるので歯車２と歯車３の位相差はある規則をもって変動する。これは被検回転軸１の多回転絶対角１８が歯車２の絶対角値１６と歯車３の絶対角値１７の組み合わせが回転検出範囲において、１対１に決定されることを意味する。歯車２の歯数ｂと歯車３の歯数ｃの最小公倍数を被検回転軸１の歯車の歯数ａで割った値ｄだけ回転すると、歯車２も歯車３も初期回転位置、すなわち両歯車の絶対角が０°になる位置に戻る。この値ｄが回転検出範囲となる。歯車２の歯欠け、被検回転軸１との軸ずれ等によって被検回転軸１と歯車２との係合がはずれても、別歯車４にて、歯車３、歯車２へ被検回転軸１の回転を伝えることができるので、被検回転軸１の多回転絶対角の算出が継続して行える。
【００２１】
一方、演算回路部１３では、歯車２の絶対角値と歯車３の絶対角値の組み合わせに対して被検回転軸１の多回転絶対角値をテーブルとして持つようにしているが、被検回転軸１の検出回転角度の分解能を上げようとすると、テーブルにもつ角度データの数量を増加させる必要があり、演算回路部１３のメモリ空間が非常に大きなものになり、能力的にも限界が発生する。
【００２２】
そこで、テーブルにもつ角度データの数量を削減する方法を図４にて説明する。歯車２の絶対角値１６と歯車３の絶対角値１７の組み合わせによる、被検回転軸１の絶対角１８の決定は粗くする。この粗い絶対角１８は、歯車２の回転周期１９の初期回転位置からの回転数ｅを決定するのにだけ用いる。すなわち、絶対角１８の分解能は歯車２の回転周期以下の角度に設定すればよい。被検回転軸１の細かい絶対角度は、被検回転軸１よりも高速で回転している歯車２の絶対角１７から演算する。すなわち、被検回転軸１の多回転絶対角は
（３６０［°／回転］＊ｅ［回転］＋（絶対角１７））／（ａ／ｂ）［°］
となる。この場合、被検回転軸１と歯車２の歯数比ａ／ｂを大きくすれば、被検回転軸１の検出角度の分解能を上げることができる。
【００２３】
被検回転軸１の多回転絶対角の分解能を更に向上するには、被検回転軸１と歯車２の歯数比ａ／ｂもしくは、歯車３と被検回転軸１の歯数比ａ／ｃを大きくする必要があるが、歯車２の歯数ｂと歯車３の歯数ｃと被検回転軸１の歯数ａによって回転検出範囲ｄが決定される為歯数ａ、ｂ、ｃの設計自由度に限界がある。
【００２４】
そこで図５に示すように歯数を自由に設定できる別歯車４の中央部に磁石２０を組み込み、この磁石２０の真上に第３の検出手段２１を配置し、別歯車４の絶対角を検出する。詳細構造は、図２で示されているものと同じ形態をとる。
【００２５】
歯車４の歯数をｆとしたとき、ａ／ｆ＞１、ｂ＞ｆ、ｃ＞ｆとなるように設定する。
【００２６】
被検回転軸１の多回転絶対角の算出方法を図６に示す。歯車２の絶対角値２２と歯車３の絶対角値２３の組み合わせにより、被検回転軸１の粗い絶対角２４を決定する。この粗い絶対角２４により、別歯車４の回転周期２５の初期回転位置からの回転数ｇを決定する。被検回転軸１の細かい絶対角度は、被検回転軸１よりも高速で回転している別歯車４の絶対角２６から算出する。すなわち、被検回転軸１の多回転絶対角は
（３６０［°／回転］＊ｇ［回転］＋（絶対角２６））／（ａ／ｆ）［°］
となり、前記歯車２と前記歯車３で求めた被検回転軸１の多回転絶対角よりも高分解能化が図れる。
【００２７】
一方、図１において、歯車２と被検回転軸１及び歯車３との係合はずれが、歯車２、歯車３の歯欠け、軸ずれ等によって発生した場合や第１の検出手段７と第２の検出手段８に異常が発生した場合は、図４に示すような歯車２と歯車３の位相差の規則性がなくなり、被検回転軸１の多回転絶対角の算出を誤まる。そこで、図７に示す異常検出フローにてこの異常を検出する。まず、演算回路部１３で、第１の検出手段７と第２の検出手段８の絶対角信号より、処理２７、処理２８にて歯車２及び歯車３の絶対角のある一定時間における変動量Ｘ，Ｙを算出する。次に、処理２９にて｜Ｘ−Ｙ｜と定数Ａとの大小を判定し、大きい時には処理３０にてメインシステム部１５にこの異常を知らせる信号を、図３に示すシリアル通信にのせて、被検回転軸１の誤った絶対角値で車体制御されることを防ぐ。
定数Ａは歯車２と歯車３の歯数差及び被検回転軸１の最大回転速度ｈ［°／ｓｅｃ］、変動量Ｘ，Ｙを算出する時間ｔ［ｓｅｃ］により決定する。すなわち
Ａ＝｜ｈ＊（ａ／ｂ−ａ／ｃ）＊ｔ｜
となる。
【００２８】
（実施の形態２）
図８は実施の形態２における回転角度検出装置の構成図である。
【００２９】
図８において、１は外周に歯車がついた被検回転軸、２は被検回転軸１と係合した歯車、３は歯車２と係合した歯車、３１は被検回転軸１と係合した歯車、３２は歯車３１と歯車２に係合した歯車である。５は歯車２の中央部に組み込まれている磁石、６は歯車３の中央部に組み込まれている磁石、７は歯車２とともに回転する磁石５の磁界方向を検出する第１の検出手段（異方性磁気検出素子）、８は歯車３とともに回転する磁石６の磁界方向を検出する第２の検出手段（異方性磁気検出素子）である。歯車２は、図２に示すように下ケース９に設けられた軸受け１０により位置規制されており、歯車３、歯車３１、３２も同様に下ケース９に設けられた軸受けにより位置規制する。
【００３０】
次に、以上の構成により被検回転軸１の回転角度検出の方法について説明する。
【００３１】
図８において被検回転軸１が回転したとき、その外周にある歯と係合している歯車２が回転すると同時に、歯車２と係合している歯車３が回転する。この時、被検回転軸１に係合している歯車３１及びこの歯車３１と歯車２に係合している歯車３２も回転する。
【００３２】
被検回転軸１の多回転絶対角の算出は、実施の形態１で記述したように、歯数の異なる歯車２、歯車３に組み込まれている磁石５、磁石６の磁力の方向を第１の検出手段７と第２の検出手段８を検知することにより行っている。
【００３３】
歯車２の歯欠け、軸ずれ等によって被検回転軸１と歯車２との係合がはずれても、歯車３１と歯車３２にて、歯車２へ被検回転軸１の回転を伝えることができるので、被検回転軸１の多回転絶対角の算出が継続して行える。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被検回転軸と絶対角度検出用の第１の歯車との係合がはずれても、大きな誤差を発生することなく、また少容量メモリの演算回路部でも多回転する被検回転軸の回転角度を高分解能に検出でき、歯車や検出手段の異常検出もできる高性能、高信頼性、回転角度検出装置を簡易な形態で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１による回転検出装置の平面図と側面図
【図２】本発明の実施の形態１における図１の１１部分の拡大図
【図３】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置のシステム構成図
【図４】本発明の実施の形態１における歯車２と歯車３の絶対角より被検回転軸１の多回転絶対角を算出する原理図
【図５】本発明の実施の形態１による別歯車４の絶対回転角を検出する手段を備えた回転角度検出装置の平面図
【図６】本発明の実施の形態１における歯車２と歯車３及び別歯車４の絶対角より被検回転軸１の多回転絶対角を算出する原理図
【図７】本発明の実施の形態１における歯車の係合はずれの異常を検出するフローチャート
【図８】本発明の実施の形態２による回転検出装置の平面図
【符号の説明】
１  被検回転軸
２  歯車
３  歯車
４  歯車
５  磁石
６  磁石
７  第１の検出手段
８  第２の検出手段
９  下ケース
１０  軸受け
１１  回転角度検出装置の部分拡大図
１２  基板
１３  演算回路部
１４  回転角度検出装置
１５  メインシステム部
１６  歯車２の絶対角値
１７  歯車３の絶対角値
１８  被検回転軸１の多回転絶対角
１９  歯車２の回転周期
２０  磁石
２１  第３の検出手段
２２  歯車２の絶対角値
２３  歯車３の絶対角値
２４  被検回転軸１の粗い絶対角
２５  別歯車４の回転周期
２６  別歯車４の絶対角
２７  処理部
２８  処理部
２９  処理部
３０  処理部
３１  歯車
３２  歯車
【図１】
2004361212.tif 000003
【図２】
2004361212.tif 000004
【図３】
2004361212.tif 000005
【図４】
2004361212.tif 000006
【図５】
2004361212.tif 000007
【図６】
2004361212.tif 000008
【図７】
2004361212.tif 000009
【図８】
2004361212.tif 000010