(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に連動して回転する回転軸側回転体と、前記回転軸側回転体に連動して回転する第一の回転体と、前記第一の回転体に装着された第一の磁石と、前記第一の磁石の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子と、前記回転軸側回転体に連動して前記第一の回転体とは異なる速度で回転する第二の回転体と、前記第二の回転体に装着された第二の磁石と、前記第二の磁石の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子と、前記第一及び第二の磁気検出素子に接続されると共に、前記第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて前記回転体の回転角度を算出する演算手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置され、
前記第一及び第二の磁石は、互いに磁界が干渉し合う距離に配置され、
前記第一の磁気検出素子は、前記第二の磁石の磁界に対する感度が前記第一の磁石の磁界に対する感度よりも十分に小さくなるように配置され、
前記第二の磁気検出素子は、前記第一の磁石の磁界に対する感度が前記第二の磁石の磁界に対する感度よりも十分に小さくなるように配置されたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記第一の磁石は、前記第一の回転体の回転中心に装着され、
前記第一の磁気検出素子は、出力信号が正弦と余弦の位相関係になるように二方向の感度方向を有し且つ前記第一の回転体の回転軸心延長線上で前記第一の回転体に対向して配置され、
前記第二の磁気検出素子は、前記第二の回転体の軸線に垂直な平面と交差する感度方向を有する一対の磁気検出素子からなり、その一対の磁気検出素子は、前記第二の回転体の軸線に垂直な平面内において前記軸線から所定半径離隔する同一周上で出力信号が正弦と余弦の位相関係になるように周方向に離隔して配置された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】
回転軸に連動して回転する回転軸側回転体と、前記回転軸側回転体に連動して回転する第一の回転体と、前記第一の回転体に装着された第一の磁石と、前記第一の磁石の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子と、前記回転軸側回転体に連動して前記第一の回転体とは異なる速度で回転する第二の回転体と、前記第二の回転体に装着された第二の磁石と、前記第二の磁石の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子と、前記第一及び第二の磁気検出素子に接続されると共に、前記第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて前記回転体の回転角度を算出する演算手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置され、
前記第二の磁気検出素子は、感度方向が前記第一の磁石の磁界方向と直交することを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
回転軸に連動して回転する回転軸側回転体と、前記回転軸側回転体に連動して回転する第一の回転体と、前記第一の回転体に装着された第一の磁石と、前記第一の磁石の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子と、前記回転軸側回転体に連動して前記第一の回転体とは異なる速度で回転する第二の回転体と、前記第二の回転体に装着された第二の磁石と、前記第二の磁石の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子と、前記第一及び第二の磁気検出素子に接続されると共に、前記第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて前記回転体の回転角度を算出する演算手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置され、
前記第二の磁気検出素子は、感度方向が前記第二の回転体の軸線と平行であることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項５】
回転軸に連動して回転する回転軸側回転体と、前記回転軸側回転体に連動して回転する第一の回転体と、前記第一の回転体に装着された第一の磁石と、前記第一の磁石の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子と、前記回転軸側回転体に連動して前記第一の回転体とは異なる速度で回転する第二の回転体と、前記第二の回転体に装着された第二の磁石と、前記第二の磁石の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子と、前記第一及び第二の磁気検出素子に接続されると共に、前記第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて前記回転体の回転角度を算出する演算手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置され、
前記第一及び第二の磁気検出素子は、同一平面上に配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項６】
前記第一及び第二の磁石は、前記第一及び第二の回転体に磁極方向が軸線と交差する向きでそれぞれ装着されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記回転軸側回転体は、外周に歯部が設けられ、
前記第一及び第二の回転体は、前記回転軸側回転体の歯部にそれぞれ噛合する歯車によって構成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のステアリング等の回転角度を検出するために用いられる３６０°以上の角度領域を検出可能な回転角度検出装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。図１１は、従来の回転角度検出装置１０１の一例を示す平面図である。従来の回転角度検出装置１０１は、第一及び第二の歯車１０４，１０５が回転軸１０２に連動して回転する回転体１０３に連動して回転し、第一及び第二の歯車１０４，１０５に取り付けられた磁石１４１，１５１から発生される磁界を第一及び第二の磁気検出素子１０６，１０７でそれぞれ検出して、それらの信号を演算することで３６０°以上の角度領域の回転角を検出可能に構成されている。そして、近年は、このような装置のより一層の小型化、高精度化を図ることが求められるようになってきている。
【特許文献１】特開２００５−３６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、装置を小型にするためには、より小径の歯車を用いたり、複数の歯車をより近接させて配置することが考えられるが、その場合、歯車に取り付けられた磁石同士が接近するため、磁界が干渉して正確に角度情報を検出することができなくなるという問題がある。さらに、上述した回転角度検出装置に用いられる歯車は所定のバックラッシュを有しているため、バックラッシュの大きさよりも装置の出力精度を高くすることができないという問題がある。また、バネや磁石を用いて歯車のバックラッシュを除去する機構が知られているが（特開平８−２９７９２９号公報、実開平２−１１７７６５号公報等参照。）、このようなバックラッシュ除去機構を回転角度検出装置に適用すると、装置の構成要素が増加してコストが上昇すると共に、体格が大きくなって小型化の要求に対応できなくなるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、装置サイズの小型化を図りつつ回転角度を３６０°以上の角度範囲で高精度に検出可能な回転角度検出装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
【０００６】
１．回転軸に連動して回転する回転軸側回転体と、前記回転軸側回転体に連動して回転する第一の回転体と、前記第一の回転体に装着された第一の磁石と、前記第一の磁石の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子と、前記回転軸側回転体に連動して前記第一の回転体とは異なる速度で回転する第二の回転体と、前記第二の回転体に装着された第二の磁石と、前記第二の磁石の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子と、前記第一及び第二の磁気検出素子に接続されると共に、前記第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて前記回転体の回転角度を算出する演算手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置され、
前記第一及び第二の磁石は、互いに磁界が干渉し合う距離に配置され、
前記第一の磁気検出素子は、前記第二の磁石の磁界に対する感度が前記第一の磁石の磁界に対する感度よりも十分に小さくなるように配置され、
前記第二の磁気検出素子は、前記第一の磁石の磁界に対する感度が前記第二の磁石の磁界に対する感度よりも十分に小さくなるように配置されたことを特徴とする回転角度検出装置。
【０００７】
手段１によれば、回転軸側回転体が回転軸に連動して回転すると、第一の回転体が回転軸側回転体に連動して回転すると共に第二の回転体が第一の回転体とは異なる速度で回転する。一方、第一の磁気検出素子は、第一の回転体に装着された第一の磁石の磁界の変化を検出し、第二の磁気検出素子は、第二の回転体に装着された第二の磁石の磁界の変化を検出する。第一及び第二の磁気検出素子に接続された演算手段は、第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて回転軸の回転角度を３６０°以上の角度範囲で高精度に算出することができる。そして、第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置されているので、装置全体のサイズを小型化することができる。更に、第一の磁気検出素子は、第二の磁石の磁界に対する感度が第一の磁石の磁界に対する感度よりも十分に小さくなるように配置されているので、第一の磁石の磁界の変化を正確に検出することができる。また、第二の磁気検出素子は、第一の磁石の磁界に対する感度が第二の磁石の磁界に対する感度よりも十分に小さくなるように配置されているので、第二の磁石の磁界の変化を正確に検出することができる。
【０００８】
２．前記第一の磁石は、前記第一の回転体の回転中心に装着され、
前記第一の磁気検出素子は、出力信号が正弦と余弦の位相関係になるように二方向の感度方向を有し且つ前記第一の回転体の回転軸心延長線上で前記第一の回転体に対向して配置され、
前記第二の磁気検出素子は、前記第二の回転体の軸線に垂直な平面と交差する感度方向を有する一対の磁気検出素子からなり、その一対の磁気検出素子は、前記第二の回転体の軸線に垂直な平面内において前記軸線から所定半径離隔する同一周上で出力信号が正弦と余弦の位相関係になるように周方向に離隔して配置されたことを特徴とする手段１に記載の回転角度検出装置。
【０００９】
手段２によれば、出力信号が正弦と余弦の位相関係になるように二方向の感度方向を有し且つ第一の回転体の回転軸心延長線上で前記第一の回転体に対向して配置された第一の磁気検出素子は、第一の回転体の回転中心に装着された第一の磁石の磁界の変化を検出して、振幅が等しく且つ位相が電気角で９０°ずれた２つの正弦曲線を出力し、演算手段は、これら２つの出力の逆正接を演算することにより第一の回転体の回転角度を求める。また、第二の回転体の軸線に垂直な平面と交差する感度方向を有し且つ第二の回転体の軸線に垂直な平面内において軸線から所定半径離隔する同一周上で出力信号が正弦と余弦の位相関係になるように周方向に離隔して配置された第二の磁気検出素子を構成する一対の磁気検出素子は、第二の回転体に装着された第二の磁石の磁界の変化を検出して、振幅が等しく且つ位相が電気角で９０°ずれた２つの正弦曲線を出力し、演算手段は、これら２つの出力の逆正接を演算することにより第二の回転体の回転角度を求める。そして、演算手段は、第一の回転体の回転角度と第二の回転体の回転角度との差を算出することによって回転軸の回転角度を３６０°以上の角度範囲で高精度に検出することができる。
【００１０】
３．回転軸に連動して回転する回転軸側回転体と、前記回転軸側回転体に連動して回転する第一の回転体と、前記第一の回転体に装着された第一の磁石と、前記第一の磁石の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子と、前記回転軸側回転体に連動して前記第一の回転体とは異なる速度で回転する第二の回転体と、前記第二の回転体に装着された第二の磁石と、前記第二の磁石の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子と、前記第一及び第二の磁気検出素子に接続されると共に、前記第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて前記回転体の回転角度を算出する演算手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置され、
前記第二の磁気検出素子は、感度方向が前記第一の磁石の磁界方向と直交することを特徴とする回転角度検出装置。
【００１１】
手段３によれば、回転軸側回転体が回転軸に連動して回転すると、第一の回転体が回転軸側回転体に連動して回転すると共に第二の回転体が第一の回転体とは異なる速度で回転する。一方、第一の磁気検出素子は、第一の回転体に装着された第一の磁石の磁界の変化を検出し、第二の磁気検出素子は、第二の回転体に装着された第二の磁石の磁界の変化を検出する。第一及び第二の磁気検出素子に接続された演算手段は、第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて回転軸の回転角度を３６０°以上の角度範囲で高精度に算出することができる。そして、第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置されているので、装置全体のサイズを小型化することができる。更に、第二の磁気検出素子は、感度方向が第一の磁石の磁界方向と直交しており、第一の磁石の磁界に対して殆ど感度をもたないので、第二の磁石の磁界の変化を正確に検出することができる。
【００１２】
４．回転軸に連動して回転する回転軸側回転体と、前記回転軸側回転体に連動して回転する第一の回転体と、前記第一の回転体に装着された第一の磁石と、前記第一の磁石の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子と、前記回転軸側回転体に連動して前記第一の回転体とは異なる速度で回転する第二の回転体と、前記第二の回転体に装着された第二の磁石と、前記第二の磁石の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子と、前記第一及び第二の磁気検出素子に接続されると共に、前記第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて前記回転体の回転角度を算出する演算手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置され、
前記第二の磁気検出素子は、感度方向が前記第二の回転体の軸線と平行であることを特徴とする回転角度検出装置。
【００１３】
手段４によれば、回転軸側回転体が回転軸に連動して回転すると、第一の回転体が回転軸側回転体に連動して回転すると共に第二の回転体が第一の回転体とは異なる速度で回転する。一方、第一の磁気検出素子は、第一の回転体に装着された第一の磁石の磁界の変化を検出し、第二の磁気検出素子は、第二の回転体に装着された第二の磁石の磁界の変化を検出する。第一及び第二の磁気検出素子に接続された演算手段は、第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて回転軸の回転角度を３６０°以上の角度範囲で高精度に算出することができる。そして、第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置されているので、装置全体のサイズを小型化することができる。更に、第二の磁気検出素子は、感度方向が第二の回転体の軸線と平行であるので、回路基板等への配置を容易に行うことができる。
【００１４】
５．回転軸に連動して回転する回転軸側回転体と、前記回転軸側回転体に連動して回転する第一の回転体と、前記第一の回転体に装着された第一の磁石と、前記第一の磁石の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子と、前記回転軸側回転体に連動して前記第一の回転体とは異なる速度で回転する第二の回転体と、前記第二の回転体に装着された第二の磁石と、前記第二の磁石の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子と、前記第一及び第二の磁気検出素子に接続されると共に、前記第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて前記回転体の回転角度を算出する演算手段とを備えた回転角度検出装置において、
前記第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置され、
前記第一及び第二の磁気検出素子は、同一平面上に配置されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【００１５】
手段５によれば、回転軸側回転体が回転軸に連動して回転すると、第一の回転体が回転軸側回転体に連動して回転すると共に第二の回転体が第一の回転体とは異なる速度で回転する。一方、第一の磁気検出素子は、第一の回転体に装着された第一の磁石の磁界の変化を検出し、第二の磁気検出素子は、第二の回転体に装着された第二の磁石の磁界の変化を検出する。第一及び第二の磁気検出素子に接続された演算手段は、第一及び第二の磁気検出素子の出力に基づいて回転軸の回転角度を３６０°以上の角度範囲で高精度に算出することができる。そして、第一及び第二の回転体は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置されているので、装置全体のサイズを小型化することができる。更に、前記第一及び第二の磁気検出素子を同一回路基板に配置することができるので、回路基板が装置全体において一枚で済み、装置を小型のサイズ且つ低コストで実現することができる。
【００１６】
６．前記第一及び第二の磁石は、前記第一及び第二の回転体に磁極方向が軸線と交差する向きでそれぞれ装着されたことを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【００１７】
手段６によれば、第一及び第二の磁石が第一及び第二の回転体に磁極方向が軸線と交差する向きでそれぞれ装着されているので、第一及び第二の回転体の回転に伴って第一及び第二の磁石の磁界がそれぞれ変化し、第一及び第二の磁気検出素子は、第一及び第二の磁石の磁界の変化をそれぞれ確実に検出することができる。
【００１８】
７．前記回転軸側回転体は、外周に歯部が設けられ、
前記第一及び第二の回転体は、前記回転軸側回転体の歯部にそれぞれ噛合する歯車によって構成されたことを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【００１９】
手段７によれば、回転軸側回転体は、外周に歯部が設けられ、第一及び第二の回転体は、回転軸側回転体の歯部にそれぞれ噛合する歯車によって構成されているので、簡単且つ安価な構成で回転軸の回転角度を検出することができる。また、第一及び第二の磁石は、互いに磁界が干渉し合う距離に配置されることにより、歯車である第一及び第二の回転体に磁力によるトルクが作用してバックラッシュが除去されるので、複雑な機構を設けることなく、より高精度に回転軸の回転角度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した回転角度検出装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態の回転角度検出装置１を示す平面図である。図２は、回転角度検出装置１を示す側面図である。
【００２３】
回転角度検出装置１は、自動車のステアリングシャフトである回転軸２の外周に固定された回転体３と、第一の歯車４と、第二の歯車５と、第一の磁気検出素子６、第二の磁気検出素子７及び演算回路８が実装された回路基板９とを備えている。尚、回転体３が本発明の回転軸側回転体を、第一の歯車４が第一の回転体を、第二の歯車５が第二の回転体を、演算回路８が演算手段をそれぞれ構成するものである。
【００２４】
回転体３は、外周に歯部３ａが形成された平歯車であり、内周に回転軸２が挿通されて嵌合又は係合等により固定され、回転軸２の回転に連動して回転する。回転体３外周の歯部３ａには、直径及び歯数の異なる歯部３ｂと歯部３ｃとが軸方向に隣接して形成されている。歯部３ｂは、歯部３ｃよりも直径が大きく且つ歯数が多く形成されている。
【００２５】
第一の歯車４は、回転体３の歯部３ｂに噛合する歯部４ａが外周に形成された平歯車であって、回転体３に連動して回転する。第一の歯車４の中央には第一の磁石４１がインサート成形等により装着されている。尚、第一の磁石４１は、磁極方向が第一の歯車４の軸線と交差する向きで装着される。
【００２６】
第二の歯車５は、回転体３の第二歯部３ｂに噛合する歯部５ａが外周に形成された平歯車であって、回転体３に連動して第一の歯車４とは異なる速度で回転する。第二の歯車５の中央には第二の磁石５１がインサート成形等により装着されている。尚、第二の磁石５１は、磁極方向が第二の歯車５の軸線と交差する向きで装着される。第一の歯車４と第二の歯車５とは同軸的に（すなわち、各々の軸線が一致するように）配置されている。従って、第一の歯車４と第二の歯車５とは軸線方向に重なる位置関係となっている。また、第二の歯車５は、第一の歯車４より直径が大きく形成されると共に、第二の歯車５の歯部５ａは、第一の歯車４の歯部４ａより歯数が多く設定されている。
【００２７】
また、これら第一の歯車４及び第二の歯車５は、回転体３における所定の回転角度で最初の噛合位置に戻る歯数に設定されている。例えば、回転体３が右方向又は左方向に所定回数回転すると、第一の歯車４と第二の歯車５とが最初の噛合位置に戻るように、歯部３ｂと歯部４ａとの歯数比及び歯部３ｃと歯部５ａとの歯数比がそれぞれ設定される。本実施形態では、回転体３が右方向又は左方向に６回転したとき、第一の歯車４が１８回転し且つ第二の歯車５が１７回転して最初の噛合位置に戻るように構成されている。
【００２８】
回路基板９は、演算回路８が実装されると共に、図示しない複数の配線パターンが形成され、第一の歯車４に上方から平行に対向するように配置される。また、回路基板９の第一の歯車４との対向面には、第一の磁気検出素子６と、第二の磁気検出素子７とが実装されている。尚、図１では、第一の歯車４等との位置関係を分かり易くするために、回路基板９及び基板上に実装された各部品を点線で図示している。
【００２９】
演算回路８は、マイコン等によって構成され、第一の磁気検出素子６及び第二の磁気検出素子７に接続されると共に、自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されている。
【００３０】
第一の磁気検出素子６は、ＭＲＥ（磁気抵抗素子）等によって構成され、出力信号が正弦と余弦の位相関係になるような二方向の感度方向を有している。また、第一の磁気検出素子６は、第一の歯車４に装着された第一の磁石４１に対向するように第一の歯車４中央部の直上に配置される。
【００３１】
第二の磁気検出素子７は、ホールＩＣ等からなる一対の磁気検出素子７ａ，７ｂにより構成される。磁気検出素子７ａ，７ｂは、回路基板９に対して垂直な（換言すれば、第二の歯車の軸線に平行な）感度方向を有している。また、磁気検出素子７ａと磁気検出素子７ｂとは、第二の歯車５の軸線に垂直な平面内において軸線上の中心点から所定半径離隔する同一周上で周方向に９０°離隔して配置されている。従って、第二の磁気検出素子７は、出力信号が正弦と余弦の位相関係になるような二方向の感度方向を有している。
【００３２】
ここで、第一の磁石４１と第二の磁石５１とは、互いの磁界が大きく干渉するほど近接して配置されているが、第一の磁気検出素子６は、第一の磁石４１の直上に配置されており、第二の磁石５１からは距離が大きく離れている。このため、第一の磁気検出素子６の位置では、第二の磁石５１から発生される磁界の大きさが、第一の磁石４１から発生される磁界の大きさに比べて無視できるほど小さい。従って、第一の磁気検出素子６は、第一の磁石４１の磁界のみを検出することができる。
【００３３】
一方、第二の磁気検出素子７を構成する一対の磁気検出素子７ａ，７ｂは、第二の磁石５１よりも第一の磁石４１に近い位置に配置されているが、第一の磁石４１から発生される磁界に対して殆ど感度をもたない位置及び向きに配置されているため、第二の磁石５１から発生される磁界のみを検出することができる。図３は、第一の磁石４１から発生される磁界の向きと磁気検出素子７ａの位置及び感度方向とを模式的に示す図である。図３より、磁気検出素子７ａの位置において、磁気検出素子７ａの感度方向と第一の磁石４１から発生される磁界とが直交しており、磁気検出素子７ａが第一の磁石４１から発生される磁界に対して感度をもたないことが分かる。尚、図３では、第一の磁石４１として、上面側に片面着磁した磁石を用いた例を示したが、面内着磁した磁石を用いてもよい。
【００３４】
次に、回転角度検出装置１において回転軸２の回転角度を検出する場合の各部材の作用について説明する。
【００３５】
回転軸２が回転すると、それに伴って回転体３が回転し、回転体３外周の歯部３ｂに歯部４ａが噛合した第一の歯車４も回転する。同様に、回転体３外周の歯部３ｃに歯部５ａが噛合した第二の歯車５も回転する。
【００３６】
そして、第一の歯車４の回転に伴って、この中央に装着された第一の磁石４１の磁界が変化し、この変化する磁界方向を第一の磁気検出素子６が検出して２つの電気信号を出力し、これらから振幅が等しく且つ位相が電気角で９０°異なる２本の正弦曲線が得られる（図４参照）。そして、演算回路８は、第一の磁気検出素子６から出力された２つの信号が入力されると、これらの逆正接を演算することによって第一の歯車４の回転角度情報を求める。図５（ａ）は、回転軸２の回転角度と第一の歯車４の回転角度との関係を示している。
【００３７】
同様に、第二の歯車５の回転に伴って、この中央に装着された第二の磁石５１の磁界が変化し、この変化する磁界方向を第二の磁気検出素子７を構成する一対の磁気検出素子７ａ，７ｂが検出して２つの信号を出力し、これらから振幅が等しく且つ位相が電気角で９０°異なる２本の正弦曲線が得られる（図４参照）。そして、演算回路８は、一対の磁気検出素子７ａ，７ｂから出力された２つの信号が入力されると、これらの逆正接を演算することによって第二の歯車５の回転角度情報を求める。図５（ｂ）は、回転軸２の回転角度と第二の歯車５の回転角度との関係を示している。
【００３８】
そして、回転軸２の回転に対する第一の歯車４の回転角及び第二の歯車５の回転角は、図５（ａ），（ｂ）に示すように周期が異なっている。演算回路８は、第一の歯車４の回転角と第二の歯車５の回転角との差を算出することにより、図５（ｃ）に示すように、回転軸２の角度情報を求める。本実施形態では、回転軸２が６回転することにより、第一の歯車４及び第二の歯車５が最初の噛合位置に戻るように構成されているので、回転軸２の回転角について０°から２１６０°までの角度範囲の検出を行うことができる。
【００３９】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、回転軸２に連動して回転する回転体３と、回転体３に連動して回転する第一の歯車４と、第一の歯車４に磁極方向が軸線と交差する向きで装着された第一の磁石４１と、第一の磁石４１の磁界を検出可能な第一の磁気検出素子６と、回転体３に連動して第一の歯車４とは異なる速度で回転する第二の歯車５と、第二の歯車５に磁極方向が軸線と交差する向きで装着された第二の磁石５１と、第二の磁石５１の磁界を検出可能な第二の磁気検出素子７と、第一及び第二の磁気検出素子６，７に接続されると共に、第一及び第二の磁気検出素子６，７の出力に基づいて回転体３の回転角度を算出する演算回路８とを備え、第一及び第二の歯車４，５は、各々の軸線方向に互いに重なるように配置されている。従って、歯車及び磁石を用いた安価且つ簡単な構成で、自動車のステアリングシャフトである回転軸２の回転角度を３６０°以上の角度範囲で高精度に検出することができると共に、装置全体のサイズを小型化することができる。
【００４０】
また、第一の磁気検出素子６は、第二の磁石５１の磁界に対する感度が第一の磁石４１の磁界に対する感度よりも十分に小さくなるように配置されているので、第一の磁石４１の磁界の変化を正確に検出することができる。また、第二の磁気検出素子７は、第一の磁石４１の磁界に対する感度が第二の磁石５１の磁界に対する感度よりも十分に小さくなるように配置されているので、第二の磁石５１の磁界の変化を正確に検出することができる。よって、第一及び第二の磁石４１，５１を互いに磁界が干渉し合う距離に近接して配置することによって装置全体のサイズを小型化しつつ、回転軸２の回転角度を高精度に検出することができる。さらに、第一及び第二の磁石４１，５１は、互いに磁界が干渉し合う距離に配置されることにより、第一及び第二の歯車４，５に磁力によるトルクが作用してバックラッシュが除去されるので、複雑な機構を設けることなく高精度な検出を行うことができる。
【００４１】
また、第二の磁気検出素子７は、感度方向が第一の磁石４１の磁界方向と直交しており、第一の磁石４１の磁界に対して殆ど感度をもたないので、第二の磁石５１の磁界の変化を正確に検出することができる。さらに、第二の磁気検出素子７は、感度方向が第二の歯車５の軸線と平行であるので、回路基板への配置を容易に行うことができる。
【００４２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００４３】
例えば、前記実施形態では、第二の磁気検出素子７を構成する一対の磁気検出素子７ａ，７ｂを、第二の歯車５の軸線方向と平行な向きに感度をもつように配置したが、図６（ａ）に示す第一の変形例のように、第二の歯車５の軸線方向に対して傾斜した方向に感度をもつように配置してもよい。尚、図６（ｂ）は、本変形例における第一の磁石４１から発生される磁界の向きと磁気検出素子７ａの位置及び感度方向とを模式的に示す図である。要するに、第二の磁気検出素子７（磁気検出素子７ａ，７ｂ）が第一の磁石４１から発生される磁界に対し感度をもたない位置及び向きとなるように配置すればよい。本変形例では、第二の磁気検出素子７を第二の歯車５の回転中心寄りに配置することが可能となるので、装置全体のサイズをより一層小型化することができる。
【００４４】
また、前記実施形態では、第一の歯車４と第二の歯車５とを、各々の軸線が一致するように配置した例を示したが、両歯車４，５の軸線が一致しない配置であってもよい。例えば、図７に示す第二の変形例では、回転体３外周に設けられる歯部３ａにおいて歯部３ｂ及び歯部３ｃの直径及び歯数を同一とし、第一の歯車４の軸線と第二の歯車５の軸線とをずらして配置したものである。本変形例では、回転体３外周の歯部３ａの加工が容易となるため、装置をより安価に製造することができる。
【００４５】
また、図８に示す第三の変形例では、第一の歯車４及び第二の歯車５を同一部品である歯車により構成し、第一の歯車４の軸線と第二の歯車５の軸線とをずらして配置したものである。本変形例によれば、第一の歯車４と第二の歯車５とが同一部品で構成されるため、装置をより安価に製造することができる。
【００４６】
また、前記実施形態では、第一の歯車４の上方に第一の磁気検出素子６及び第二の磁気検出素子７が実装された回路基板９を配置した例を示したが、第一の歯車４と第二の歯車５との間に回路基板９を配置する構成としてもよい。例えば、回路基板９の第一の歯車４に対向する上面側に第一の磁気検出素子６を実装し、第二の歯車５に対向する下面側に第二の磁気検出素子７を実装するように構成してもよい。また、第一の磁石４１として下面側に片面着磁した磁石を用いると共に、第二の磁石５１として面内着磁した磁石を用いる構成としてもよい。
【００４７】
また、前記実施形態では、第一の歯車４及び第二の歯車５のそれぞれ中央に第一の磁石４１又は第二の磁石５１を配置した例を示したが、図９に示す第五の変形例のように、第二の歯車５の回転中心からずれた位置に第二の磁石５１を配置する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態の回転角度検出装置を示す平面図である。
【図２】第一の実施形態の回転角度検出装置を示す側面図である。
【図３】第一の磁石から発生される磁界の向きと第二の磁気検出素子の位置及び感度方向とを模式的に示す図である。
【図４】第一の磁気検出素子又は第二の磁気検出素子の出力を示すグラフである。
【図５】（ａ）は第一の歯車の回転角を、（ｂ）は第二の歯車の回転角を、（ｃ）は第一の歯車と第二の歯車との回転角の差を示すグラフである。
【図６】（ａ）は第一の変形例の回転角度検出装置を示す側面図であり、（ｂ）は第一の変形例における第一の磁石から発生される磁界の向きと第二の磁気検出素子の位置及び感度方向とを模式的に示す図である。
【図７】第二の変形例の回転角度検出装置を示す側面図である。
【図８】第三の変形例の回転角度検出装置を示す側面図である。
【図９】第四の変形例の回転角度検出装置を示す側面図である。
【図１０】第五の変形例の回転角度検出装置を示す側面図である。
【図１１】従来技術における回転角度検出装置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    回転角度検出装置
２    回転軸
３    回転体（回転軸側回転体）
４    第一の歯車（第一の回転体）
５    第二の歯車（第二の回転体）
６    第一の磁気検出素子
７    第二の磁気検出素子
７ａ，７ｂ    一対の磁気検出素子
８    演算回路（演算手段）
【図１】
0004607033.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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