(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多回転可能な外周に歯車を持った第１の回転体と、前記第１の回転体の歯車に接続され第１の回転体より高速に回転する外周に歯車を持った第２の回転体と、前記第２の回転体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転体と共に回転するウォームギヤに接続され前記第１の回転体より低速で回転する外周にホイールギヤを持った第３の回転体と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２の検出手段とを備え、第１、第２の検出手段により前記第１の回転体の回転角度を検出すると共に、前記第１の検出手段と第２の検出手段が磁気検出素子であり、各磁気検出素子が前記第２、第３の回転体に結合された磁石を走査し、各磁石の形状が磁極方向よりもこれと垂直に交わる方向の長さを長くしたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
多回転可能な外周に歯車を持った第１の回転体と、前記第１の回転体の歯車に接続され第１の回転体より高速に回転する外周に歯車を持った第２の回転体と、前記第２の回転体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転体と共に回転するウォームギヤに接続され前記第１の回転体より低速で回転する外周にホイールギヤを持った第３の回転体と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２の検出手段とを備え、第１、第２の検出手段により前記第１の回転体の回転角度を検出すると共に、前記第１の検出手段と第２の検出手段が磁気検出素子であり、各磁気検出素子が前記第２、第３の回転体に結合された磁石を走査し、各磁石に磁極方向と垂直に交わる方向の長さが長くなるようにヨークを設置したことを特徴とする回転角度検出装置。
【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多回転のハンドルの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、自動車用ハンドルなどのように１回転以上に有限で回転する回転体の回転角度を検出する検出装置として、特表平１１−５００８２８号公報に開示されている回転体における角度測定装置が知られている。この装置においては、位相差を有する２つの回転体の角度から回転角度を検出している。
【０００３】
【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、歯車のがたつきなどにより２つの歯車の角度がそれぞれずれた場合、特に装置の動作開始時に大きな測定誤差が発生する可能性があり、また回転角度を算出するにあたり、複雑な計算処理を必要としていた。
【０００４】
本発明はこの課題を解決するためのものであり、大きな誤差を発生することなく、また簡単な計算処理で多回転する回転体の回転角度を高分解能で検出でき、回転体や検出手段の異常検出もでき、温度特性の優れた高信頼性の回転角度検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、多回転可能な外周に歯車を持った第１の回転体と、前記第１の回転体の歯車に接続され第１の回転体より高速に回転する外周に歯車を持った第２の回転体と、前記第２の回転体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転体と共に回転するウォームギヤに接続され前記第１の回転体より低速で回転する外周にホイールギヤを持った第３の回転体と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２の検出手段とを備え、第１、第２の検出手段により前記第１の回転体の回転角度を検出すると共に、前記第１の検出手段と第２の検出手段が磁気検出素子であり、各磁気検出素子が前記第２、第３の回転体に結合された磁石を走査し、各磁石の形状が磁極方向よりもこれと垂直に交わる方向の長さを長くしたことを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、多回転可能な回転体を大きな誤差の発生無く回転角度を算出できると共に、各磁石の形状が磁極方向よりもこれと垂直に交わる方向の長さを長くしたことにより、各磁気検出素子上の磁界方向の平行度及び磁界強度を高めて磁界方向の検出精度を高めることができるので、上述の磁気検出素子と上述の磁石との相対位置が若干ずれても大きな角度検出誤差を発生することなく、回転体の回転角度を検出することができるという作用を有する。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の発明は、多回転可能な外周に歯車を持った第１の回転体と、前記第１の回転体の歯車に接続され第１の回転体より高速に回転する外周に歯車を持った第２の回転体と、前記第２の回転体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記第２の回転体と共に回転するウォームギヤに接続され前記第１の回転体より低速で回転する外周にホイールギヤを持った第３の回転体と、前記第３の回転体の回転角を検出する第２の検出手段とを備え、第１、第２の検出手段により前記第１の回転体の回転角度を検出すると共に、前記第１の検出手段と第２の検出手段が磁気検出素子であり、各磁気検出素子が前記第２、第３の回転体に結合された磁石を走査し、各磁石に磁極方向と垂直に交わる方向の長さが長くなるようにヨークを設置したことを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、多回転可能な回転体を大きな誤差の発生無く回転角度を算出できると共に、各磁石に磁極方向と垂直に交わる方向の長さが長くなるようにヨークを設置したことにより、各磁気検出素子上の磁界方向の平行度及び磁界強度を高めて磁界方向の検出精度を高めることができるので、上述の磁気検出素子と上述の磁石との相対位置が若干ずれても大きな角度検出誤差を発生することなく、回転体の回転角度を検出することができるという作用を有する。
【００１６】
【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９を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における回転角度検出装置を示す平面図であり、図２はその正面図、図３はその側面図、図４〜図６は第１、第２の検出手段の構成斜視図であり、図７は同回転角度検出装置のブロック図であり、図８は第１、第２の検出手段３，５、図９は第１の検出手段３の出力信号を示す波形図である。図１０は第１または第２の検出手段の回転角度に対する出力信号を示す波形図である。
【００１８】
図１〜図３において、１は外周に歯車がついた第１の回転体、２は外周に歯車がついた第２の回転体、３は第２の回転体２とともに回転する第２の回転体２の中央部に組み込まれた磁石４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）、５は第３の回転体７の中央部に組み込まれた第３の回転体７とともに回転する第３の回転体７の中央部に組み込まれた磁石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）、８は第２の回転体２に固定されたウォームギヤ９を有する軸であり、ケース１０に設けられた軸受け１２，１３により位置規制されている。ウォームギヤ９は軸８に固定されており、第３の回転体７の外周に切られたホイールギヤと連結されている。第３の回転体７はケース１０に設けられた軸受け１１により位置規制されている。
【００１９】
第１の回転体１の歯車は第２の回転体２の歯車と連結されており、第２の回転体２は第１の回転体１が回転すると各歯車の歯数の比による増速比で回転する。第３の回転体７のホイールギヤはウォームギヤ９と連結されており、第２の回転体２が回転すると軸８、ウォームギヤ９が回転しウォームとホイールの減速比で回転する。
【００２０】
図７において、２１はマイクロコンピュータ（演算回路部）であり、第１の検出手段３と第２の検出手段５にＡＭＰ（増幅器）２０ａ〜２０ｄを介して接続されており、それぞれの出力信号をマイクロコンピュータ２１へ入力して回転角度を演算し、その結果をシリアル信号として送信する。また、マイクロコンピュータ２１には前記第１、第２の検出手段３，５としての各異方性磁気検出素子から出力されるｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の感度等を記憶する不揮発性のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）２２が接続されている。
【００２１】
次に、以上の構成により回転体の回転角度検出の方法について説明する。図１〜図３において、第１の回転体１が回転したとき、その外周にある歯車と第２の回転体２の外周にある歯車によって第２の回転体２を回転させる。第１の回転体１の歯車の歯数をａ、第２の回転体２の歯車の歯数をｂ、ウォームギヤ９と第３の回転体７の外周に切られたホイールギヤとの減速比をｃとすると、第２の回転体２は第１の回転体１に対してａ／ｂ倍の速さで回転する。第２の回転体２は軸８を回転させ、ウォームギヤ９も同等の速さで回転する。次にウォームギヤ９は第３の回転体７を回転させ、第３の回転体７はウォームギヤ９に対してｃ倍の速さで回転する。
【００２２】
一方、回転数で見ると、第１の回転体１が１回転すると第２の回転体２はａ／ｂ回転し、第３の回転体７は（ａ／ｂ）＊ｃ回転する。また、この際、歯車の歯数をａ，ｂ及び減速比ｃを適切に選択することにより、第３の回転体７は第１の回転体１よりも十分低速回転し、第２の回転体２は第１の回転体１よりも十分高速回転する。第１の検出手段３は第２の回転体２に組み込まれている磁石４の真下に配置されているため、第２の回転体２が回転すると第１の検出手段３を貫く磁界の方向が変化し、出力が変化する。同様に第２の検出手段５も第３の回転体７が回転すると検出手段５を貫く磁界の方向が変化し、出力は変化する。
【００２３】
さらに、第１の検出手段３と第２の検出手段５の出力を演算回路部２１（マイクロコンピュータ）内のＡ／Ｄコンバータを介して入力する。第２の回転体２が初期位置から何回転目であるかという粗い絶対角度検出を第２の検出手段５の出力から、第１の回転体１の回転角度の細かい絶対角度検出を第１の検出手段３の出力から演算する。
【００２４】
図４、図５、図６でもって、第１、第２の検出手段３，５について説明する。図４は第１の検出手段３と第２の回転体２に組み込まれている磁石４及び第２の検出手段５と第３の回転体７に組み込まれている磁石６を拡大したものである。前記第１の検出手段３と第２の検出手段５が異方性磁気検出素子であり、各異方性磁気検出素子が前記第２、第３の回転体に固定された磁石４，６を走査する。
【００２５】
図４では各磁石４，６の形状が磁極方向の長さ１５よりも、これと垂直に交わる方向の長さ１４が短いが、図５に示す各磁石４，６の形状は磁極方向の長さ１７よりもこれと垂直に交わる方向の長さ１６を長くして第２、第３の回転体２，７に固定し、各異方性磁気検出素子３，５上の磁界方向の平行度及び磁界強度を高めて磁界方向の検出精度を高める。又図６に示すように各磁石４，６に磁極方向と垂直に交わる方向の長さが長くなるようにヨーク１８，１９を取付けて第２、第３の回転体２，７に固定する。
【００２６】
次に前記異方性磁気検出素子３，５及び増幅部２０ａ〜２０ｄの感度バラツキを抑え、装置動作時の回転検出誤差発生を防止する方法について説明する。
【００２７】
図１〜図３において、第２の回転体２が回転すると磁石６も回転する。この磁石６の回転と共に磁界方向も回転し、この磁界方向を第１の検出手段（異方性磁気検出素子）３で検出する。第１の検出手段（異方性磁気検出素子）３からはこの磁界方向の回転角に対してｓｉｎ信号２４とｃｏｓ信号２３を出力する。図８にこれらの出力信号を示す。ｘ軸に第１の回転体１の回転角をとってそれぞれの信号を示している。これらの信号は図８（ａ）に示すようにマイクロコンピュータ（演算回路部）２１に入力され、ｓｉｎ信号２４とｃｏｓ信号２３よりｔａｎ信号２５を算出する。図８（ａ），（ｂ）に示すように第２の回転体２は第１の回転体１に対して増速されているので第１の検出手段３の信号周期は短くなっており、逆に第３の回転体７は第１の回転体１に対して減速されているので第２の検出手段５の信号周期は長くなっている。しかし、図９に示すようにｓｉｎ信号レベル２７とｃｏｓ信号レベル２６が素子や増幅部の感度バラツキにより微妙に異なると、算出されたｔａｎ信号２５の精度が落ちてくる。そこで、図７に示すスイッチ２８をＯＮして感度記憶モードにした時のみ、第２の回転体２及び第３の回転体７を１８０ｄｅｇ以上回転するように第１の回転体１を回転させ、ｓｉｎ信号２４とｃｏｓ信号２３の最大、最小レベルを算出し、それぞれの信号レベル（感度）を不揮発性のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）２２に記憶する。次にスイッチ２８をＯＦＦして舵角値を算出する時には記憶した感度によりｓｉｎ信号２４とｃｏｓ信号２３の最大、最小レベルが一致するように調整してｔａｎ信号２５を算出して舵角値を求める。
【００２８】
また、図１０の第１または第２の検出手段（異方性磁気検出素子）の出力の最大値、最小値が２８や２９のように基準範囲に無い場合、温度特性などによって出力が変化しなかったり、必要な分解能が得られないことが発生する。そこで、出力が３０のように基準範囲内に最大値、最小値があることを比較確認する手段（図示しない）で確認することにより誤出力の防止が可能になる。なお、第１または第２の検出手段（異方性磁気検出素子）の出力の振幅中心を比較確認する手段（図示しない）で確認することにより特性ばらつきによる誤出力の防止が可能になる。さらに、このとき複数回ずつ入力を行い、平均値を取る、もしくは最大値、最小値を除いた平均値を取るなどすればより高い精度で誤出力の防止が可能となる。
【００２９】
また、任意の特定位置での第１の検出手段３、第２の検出手段５の出力を記憶することにより任意の特定位置からの絶対角度の検出も可能となる。また、このとき、図１１の特定位置決定用信号線３１のように電気信号で特定位置であることの信号を送れば、機械的な動作無しで特定位置の確定ができる。さらに、電気信号を複数回読み込みチェックする、または、シリアル信号などで送るようにすれば、ノイズなどにより誤った信号が入った場合に除去することができる。なお、特定位置決定用信号線３１は信号出力線３２と入出力を切り替えて、同じ端子を使っても同様の効果が得られる。
【００３０】
なお、第１の実施の形態においては第１の回転体１に対して増速結合した第２の回転体２に第３の回転体７を減速結合し、第２の回転体２および第３の回転体７の回転検出を第１、第２の検出手段３，５により行うことにより、第１の回転体１の絶対舵角を検出したが、他に第１の回転体１に対して減速結合した第３の回転体７と、その減速結合系列以外に第１の回転体１に対して増速結合した第２の回転体２を有し、それらの第１、第２の回転体２を第１、第２の検出手段３５より、第１の回転体１の絶対舵角を接触するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、少ない部品点数で大きな誤差を発生することなく、また簡単な計算処理で温度補正することもなく多回転する回転体の絶対回転角度を精度よく検出することができる回転角度検出装置を実現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平面図
【図２】その正面図
【図３】その側面図
【図４】同装置における検出手段の構成斜視図
【図５】同装置における検出手段の他の例を示す構成斜視図
【図６】同装置における検出手段の他の例を示す構成斜視図
【図７】同装置を示すブロック図
【図８】同装置における第１の回転体の回転角度に対する第１、第２の検出手段の出力信号を示す波形図
【図９】同じく第２の回転体の回転角度に対する第１の検出手段の出力信号を示す波形図
【図１０】同じく第１または第２の検出手段の回転角度に対する出力信号を示す波形図
【図１１】本発明の回転角度検出装置の他の事例を示すブロック図
【符号の説明】
１  第１の回転体
２  第２の回転体
３  第１の検出手段
４  磁石
５  第２の検出手段
６  磁石
７  第３の回転体
８  軸
９  ウォームギヤ
１０  ケース
１１  軸受け
１２  軸受け
１３  軸受け
１４  磁石の磁極方向と垂直に交わる方向の長さ
１５  磁石の磁極方向の長さ
１６  磁石の磁極方向と垂直に交わる方向の長さ
１７  磁石の磁極方向の長さ
１８  ヨーク
１９  ヨーク
２０ａ〜２０ｄ  増幅部
２１  マイクロコンピュータ
２２  ＥＥＰＲＯＭ
２３  ｃｏｓ信号
２４  ｓｉｎ信号
２５  ｔａｎ信号
２６  ｃｏｓ信号レベル
２７  ｓｉｎ信号レベル
２８  検出手段の出力
２９  検出手段の出力
３０  検出手段の出力
３１  特定位置決定用信号線
３２  信号出力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0004759845.tif 000005
【図５】
0004759845.tif 000006
【図６】
0004759845.tif 000007
【図７】
0004759845.tif 000008
【図８】
0004759845.tif 000009
【図９】
0004759845.tif 000010
【図１０】
0004759845.tif 000011
【図１１】
0004759845.tif 000012