(57)【要約】【課題】従来品と比較して、製造コストの削減と、歯車のバックラッシュに起因する検出誤差の低減とを共に実現でき、さらに誤組み付けが発生しない回転角検出装置を提供する。【解決手段】ステアリングシャフトと一体に回転し、Ｓ極とＮ極が２２．５度ピッチで交互に入れ替わるように８組の磁極を環状配置した歯数７７の駆動歯車１と、駆動歯車１と噛み合い、Ｓ極とＮ極が１８０度ピッチで交互に入れ替わるように１組の磁極を中央に配置した歯数１９の小歯車２と、駆動歯車１の磁極の回転軌跡に面した駆動歯車側磁気センサ３と、小歯車２の磁極に面した小歯車側磁気センサ４と、を設け、ステアリングシャフトが一方の回転端から他方の回転端まで回転したとき、駆動歯車側磁気センサ３と小歯車側磁気センサ４から出力される２つの出力電圧が描く波形のずれが０．５波形未満となるように設定した。【選択図】        図１
2004226355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転に応じて回転する駆動歯車と、
この駆動歯車に従動する小歯車と、
前記駆動歯車に設けた駆動歯車側磁極と、
前記小歯車に設けた小歯車側磁極と、
前記駆動歯車磁極に面し、磁束の変化に応じた検出信号を出力する駆動歯車側磁気センサと、
前記小歯車側磁極に面し、磁束の変化に応じた検出信号を出力する小歯車側磁気センサと、
前記駆動歯車側磁極と小歯車側磁極の検出信号に基づいて回転体の回転角を算出する回転角算出手段と、を備えることを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記回転体を車両のステアリングシャフトとし、
前記駆動歯車と小歯車の歯数、駆動歯車側磁極と小歯車側磁極の磁極数、および駆動歯車側磁気センサと小歯車側磁気センサの種類を、ステアリングシャフトが一方の回転端から他方の回転端まで回転したときに２つの磁気センサから出力される２つの検出信号が描く波形のずれが０．５波形未満となるように設定したことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転角検出装置において、
前記駆動歯車をステアリングシャフトと一体に設け、
前記駆動歯車の歯数をｍ１、小歯車の歯数をｍ２とし、
前記駆動歯車が１回転したとき駆動歯車側磁気センサから出力される検出信号の波形数をｎ１、小歯車が１回転したとき小歯車側磁気センサから出力される検出信号の波形数をｎ２としたとき、
０＜｜４×ｎ１−４×（ｎ２×ｍ１／ｍ２）｜＜０．５
となるようにｍ１，ｍ２，ｎ１，ｎ２を設定したことを特徴とする回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に係り、特に、ステアリングの操舵角を検出するのに好適な回転角検出装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転角検出装置としては、ステアリングシャフトに固定された駆動歯車と噛み合う２つの小歯車にそれぞれ磁石を設け、この磁石にＡＭＲ（異方性磁気抵抗）センサを付設した構成の測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
２つの小歯車の歯数は１つだけ異なるように設定され、ステアリングシャフトが回転したとき、３つの歯車の回転角が異なるように設定されている。２つのＡＭＲセンサは、磁束密度を検出してそれに応じた電圧を出力するため、２つのＡＭＲセンサが出力する電圧値の変化に基づいて、ステアリングの絶対角（ニュートラル位置からの回転角）を検出することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００１−５０５６６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、次のような問題を有している。
（イ）  駆動歯車１つと小歯車２つの計３つの歯車を用いているため、部品費および組立費が高価である。
（ロ）  駆動歯車に２つの小歯車をそれぞれ噛み合わせた構造となっているため、２つの小歯車のバックラッシュにより、検出誤差が大きくなる。
（ハ）  ２つの小歯車は歯数が異なるように設定されているが、一目しただけでは歯数の違いを確認できないため、組立作業時において誤組み付けが発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、従来品と比較して、製造コストの削減と、歯車のバックラッシュに起因する検出誤差の低減とを共に実現でき、さらに誤組み付けが発生しない回転角検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明請求項１に記載の回転角検出装置では、回転体の回転に応じて回転する駆動歯車と、この駆動歯車に従動する小歯車と、前記駆動歯車に設けた駆動歯車側磁極と、前記小歯車に設けた小歯車側磁極と、前記駆動歯車磁極に面し、磁束の変化に応じた検出信号を出力する駆動歯車側磁気センサと、前記小歯車側磁極に面し、磁束の変化に応じた検出信号を出力する小歯車側磁気センサと、前記駆動歯車側磁極と小歯車側磁極の検出信号に基づいて回転体の回転角を算出する回転角算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転角検出装置において、前記回転体を車両のステアリングシャフトとし、前記駆動歯車と小歯車の歯数、駆動歯車側磁極と小歯車側磁極の磁極数、および駆動歯車側磁気センサと小歯車側磁気センサの種類を、ステアリングシャフトが一方の回転端から他方の回転端まで回転したときに２つの磁気センサから出力される２つの検出信号が描く波形のずれが０．５波形未満となるように設定したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の回転角検出装置において、前記駆動歯車をステアリングシャフトと一体に設け、前記駆動歯車の歯数をｍ１、小歯車の歯数をｍ２とし、前記駆動歯車が１回転したとき駆動歯車側磁気センサから出力される検出信号の波形数をｎ１、小歯車が１回転したとき小歯車側磁気センサから出力される検出信号の波形数をｎ２としたとき、
０＜｜４×ｎ１−４×（ｎ２×ｍ１／ｍ２）｜＜０．５
となるようにｍ１，ｍ２，ｎ１，ｎ２を設定したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、駆動歯車に駆動歯車側磁極、小歯車に小歯車側磁極を設け、これらの磁束密度の方向の変化を駆動歯車側磁気センサと小歯車側磁気センサで検出し、検出された磁束密度の変化に応じて出力される検出信号に基づいて回転体の回転角を検出する構成としたため、駆動歯車と２つの小歯車、計３つの歯車を用いて回転角を検出する従来技術に比較して、部品および組立コストの低減を図ることができる。また、歯車を１つ削減したことにより、歯車のバックラッシュに起因する検出誤差が小さくなるため、検出精度の向上を図ることができる。さらに、小歯車を１つしか用いていないため、誤組み付けが発生しない。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、ステアリングホイールを一方の回転端から他方の回転端まで回転させたとき、駆動歯車側磁気センサと小歯車側磁気センサから出力される検出信号が描く波形のずれが、０．５波形未満となる。すなわち、ステアリングホイールの回転操作可能範囲内のどの角度でも、駆動歯車側磁気センサと小歯車側磁気センサの出力値の組み合わせが同一となることがないため、ステアリングの絶対角を高精度に検出することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、下記の式を満足するように、ｍ１，ｍ２，ｎ１，ｎ２を設定した。
０＜｜４×ｎ１−４×（ｎ２×ｍ１／ｍ２）｜＜０．５  ．．．式▲１▼
【００１３】
通常、ステアリングホイールは、片側２回転、すなわち、一方の回転端から他方の回転端まで４回転するように設定されている。よって、駆動歯車がステアリングシャフトと一体に設けられている場合、駆動歯車側磁気センサから出力される波形数は、４×ｎ１個となる。
【００１４】
一方、小歯車と駆動歯車の回転比は、ｍ１：ｍ２であるから、駆動歯車が４回転する間に、小歯車は４×ｍ１／ｍ２回転し、小歯車側磁気センサから出力される波形数は、４×（ｎ２×ｍ１／ｍ２）個となる。
【００１５】
従って、式▲１▼を満足するようにｍ１，ｍ２，ｎ１，ｎ２を設定することにより、ステアリングホイールを４回転させたとき、駆動歯車側磁気センサと小歯車側磁気センサから出力される検出信号が描く波形のずれを、０．５未満とすることができ、ステアリングの絶対角を高精度に検出できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の回転角検出装置を実現する実施の形態を、第１実施例と第２実施例とに基づいて説明する。
【００１７】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の回転角検出装置の構造を示す正面図、図２は磁極の設定例を示す図である。
【００１８】
図において、１は駆動歯車、２は駆動歯車１と噛み合う小歯車、３は駆動歯車側磁気センサ、４は小歯車側磁気センサである。
【００１９】
駆動歯車１は、その中心部形成された開口部１ａに図外のステアリングシャフトが嵌挿され、ステアリングシャフトと一体に回転する。この駆動歯車１は、歯数７７に設定され、その一面側には、Ｓ極とＮ極が２２．５度ピッチで交互に入れ替わるように、８組の駆動歯車側磁極５が環状に配置されている。
【００２０】
小歯車２は、駆動歯車１の約１／４程度の直径を有し、その歯数は１９に設定されている。また、その一面側中央には、Ｓ極とＮ極が１８０度ピッチで交互に入れ替わるように、１組の小歯車側磁極６が配置されている。
【００２１】
図３は回転角検出装置の構造を示す断面図、図４は図３の要部拡大図である。
駆動歯車１の駆動歯車軸１ｂはケースアッパ７とケースロア８により回動自在に固定されており、小歯車２の小歯車軸２ａはケースアッパ７の軸受け７ａと基板９により回動自在に固定されている。
【００２２】
駆動歯車側磁気センサ３は、基板９に実装された状態で、駆動歯車１の駆動歯車側磁極５の回転軌跡に面して配置されている。この駆動歯車側磁気センサ３としては、例えば、ホールＩＣが用いられている。
【００２３】
小歯車側磁気センサ４は、駆動歯車側磁気センサ３と同様に、基板９に実装された状態で、小歯車２の小歯車側磁極６に面して配置されている。この小歯車側磁気センサ４としては、例えば、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサが用いられる。
【００２４】
これら駆動歯車側磁気センサ３および小歯車側磁気センサ４は、駆動歯車側磁極５および小歯車側磁極６の回転に伴って変化する磁束密度に応じて出力電圧を変化させる。この出力電圧は、基板９上の増幅回路を介して基板９上の演算回路に入力される。演算回路では、２つの出力電圧を比較してステアリングの絶対角を算出する。算出されたステアリングの絶対角は、図外のステアリングハーネスを介して車両の制御装置に入力され、４輪操舵制御等の車両制御に利用される。
【００２５】
次に、作用を説明する。
［ステアリング絶対角検出作用］
駆動歯車側磁気センサ３と小歯車側磁気センサ４の出力電圧を比較してステアリングの絶対角を求める場合、ステアリングを一方の回転端から他方の回転端まで回転させたとき、２つの出力電圧値が描く波形の位置関係がいずれの角度でも同一とならないように設定する必要がある。
【００２６】
このためには、駆動歯車１と小歯車２の歯数と、駆動歯車側磁極５および小歯車側磁極６の磁極数を、ステアリングシャフトが一方の回転端から他方の回転端まで回転したとき、駆動歯車側磁気センサ３と小歯車側磁気センサ４からそれぞれ出力される出力電圧が描く波形のずれが０．５波形未満となるように設定すればよい。
【００２７】
２つの波形のずれが０．５未満となるためには、駆動歯車１の歯数をｍ１、１回転当たりの波形数をｎ１、総回転数を４（＝ステアリングの総回転数）とし、小歯車２の歯数をｍ２、１回転当たりの波形数をｎ２としたとき、
０＜｜４×ｎ１−４×（ｎ２×ｍ１／ｍ２）｜＜０．５
上記の式を満足するｍ１，ｎ１，ｍ２，ｎ２を設定しなければならない。
【００２８】
第１実施例では、ｍ１＝７７，ｎ１＝８，ｍ２＝１９，ｎ２＝２であるから、ステアリングシャフトが４回転したとき、駆動歯車側磁気センサ３から出力される波形数と、小歯車側磁気センサ４から出力される波形数は、
４×ｎ１＝４×８＝３２
４×（ｎ２×ｍ１／ｍ２）＝４×（２×７７／１９）≒３２．４２
となり、小歯車側磁気センサ４の出力波形が駆動歯車側磁気センサ３の出力波形よりも０．４２だけ進む（図５参照）。
【００２９】
次に、効果を説明する。
第１実施例の回転角検出装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
【００３０】
（１）  駆動歯車１と小歯車２の計２つの歯車でステアリングの操舵角を検出できるため、駆動歯車と２つの小歯車、計３つの歯車を用いてステアリングの操舵角を検出する従来技術に比して、部品および組立コストの低減を図ることができる。また、歯車を１つ削減したことにより、歯車のバックラッシュに起因する検出誤差が小さくなるため、検出精度の向上を図ることができる。さらに、小歯車２を１つしか用いていないため、誤組み付けが発生しない。
【００３１】
（２）  ステアリングホイールを一方の回転端から他方の回転端まで回転させたとき、小歯車側磁気センサ４の出力電圧が描く波形を、駆動歯車側磁気センサ３の出力電圧が描く波形よりも０．４２波形進むように駆動歯車１と小歯車２の歯数および駆動歯車側磁極３と小歯車側磁極４の磁極数を設定したため、ステアリングホイールの回転操作可能範囲のどの角度においても、２つの波形の位置関係が同一となることがなく、ステアリングホイールの絶対角を高精度に検出できる。
【００３２】
（第２実施例）
まず、構成を説明する。
第２実施例の回転角検出装置の構成は、駆動歯車の磁極数と歯数、小歯車の歯数、小歯車側磁気センサの素子としてＭＲセンサに代えてホールＩＣを用いた点で第１実施例と異なり、他の部分は第１実施例と同じである。
【００３３】
図６は第２実施例の回転角検出装置の構造を示す正面図、図７は磁極の設定例を示す図である。
駆動歯車１０は、歯数６８に設定され、その一面側には、Ｓ極とＮ極が互い違いとなるように、３組の磁極１２が６０度ピッチで環状に配置されている。
【００３４】
小歯車１１は、駆動歯車１０の約１／３程度の直径を有し、その歯数は２２に設定されている。また、その一面側中央には、Ｓ極とＮ極が互い違いとなるように１組の磁極１３が１８０度ピッチで配置されている。
【００３５】
次に、作用を説明する。
第２実施例では、ｍ１＝６８，ｎ１＝３，ｍ２＝２２，ｎ２＝１であるから、駆動歯車側磁気センサ３から出力される波形数と、小歯車側磁気センサ４から出力される波形数は、
４×ｎ１＝４×３＝１２
４×（ｎ２×ｍ１／ｍ２）＝４×（１×６８／２２）≒１２．３６
となり、小歯車側磁気センサ４の出力波形が駆動歯車側磁気センサ３の出力波形よりも０．３６だけ進む（図８参照）。
【００３６】
次に、効果を説明する。
第２実施例の回転角検出装置にあっては、駆動歯車１０の歯数を６８に設定したため、歯数を７７に設定した第１実施例よりも小径の駆動歯車となる。よって、第１実施例と比較して装置のコンパクト化を図ることができる。
【００３７】
（その他の実施例）
以上、本発明の回転角検出装置を実現する実施の形態を、第１実施例と第２実施例とに基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は第１実施例と第２実施例とに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００３８】
例えば、第１実施例では、ステアリングホイールを一方の回転端から他方の回転端まで回転させたとき、小歯車側磁気センサの出力電圧が描く波形を駆動歯車側磁気センサの出力電圧が描く波形よりも０．４２（第２実施例では０．３６）波形進むように設定したが、２つの出力電圧が描く波形のずれは、０．５未満であればよい。
【００３９】
また、駆動歯車は、ステアリングシャフトと一体化した構成ではなく、他の歯車を介してステアリングシャフトの回転に連動する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の回転角検出装置の構造を示す正面図である。
【図２】第１実施例の磁極の設定例を示す図である。
【図３】回転角検出装置の構造を示す断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】第１実施例において、ステアリングを一方の回転端から他方の回転端まで回転させたとき、２つの磁気センサの出力電圧が描く波形を重ね合わせた図である。
【図６】第２実施例の回転角検出装置の構造を示す正面図である。
【図７】第２実施例の磁極の設定例を示す図である。
【図８】第２実施例において、ステアリングを一方の回転端から他方の回転端まで回転させたとき、２つの磁気センサの出力電圧が描く波形を重ね合わせた図である。
【符号の説明】
１  駆動歯車
１ａ  開口部
１ｂ  駆動歯車軸
２  小歯車
２ａ  小歯車軸
３  駆動歯車側磁気センサ
４  小歯車側磁気センサ
５  駆動歯車側磁極
６  小歯車側磁極
７  ケースアッパ
７ａ  軸受け
８  ケースロア
９  基板
１０  駆動歯車
１１  小歯車
１２  駆動歯車側磁極
１３  小歯車側磁極
【図１】
2004226355.tif 000003
【図２】
2004226355.tif 000004
【図３】
2004226355.tif 000005
【図４】
2004226355.tif 000006
【図５】
2004226355.tif 000007
【図６】
2004226355.tif 000008
【図７】
2004226355.tif 000009
【図８】
2004226355.tif 000010