(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、簡易な構成で高分解能の角度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】ステアリングに連動して回転する回転体１１に連動して回転する第一及び第二の検出体１２，４２の回転を第一及び第二の検出手段１９，４９が所定の波形が連続する検出信号として検出し、第一及び第二の検出手段１９，４９に接続された制御手段２０がこの第一及び第二の検出手段１９，４９から出力される波形の差を漸次増加する検出信号として検出すると共に、この漸次増加する検出信号と上記第一の検出手段から出力される波形の二つの検出信号から回転体の回転角度を検出するように回転角度検出装置を構成する。【選択図】  図１
2005003625.tif 000002
【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、上記第一の検出体の回転を所定の波形が連続する検出信号として検出する第一の検出手段と、上記第二の検出体の回転を第一の検出手段とは周期の異なる所定の波形が連続する検出信号として検出する第二の検出手段と、上記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、上記制御手段が上記第一及び第二の検出手段から出力される波形の差を漸次増加または減少する検出信号として検出すると共に、この漸次増加または減少する検出信号と上記第一または第二の検出手段から出力されるいずれかの波形の二つの検出信号から上記制御手段が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】
第一及び第二の検出手段を磁石と磁気検出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、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５及び図６を用いて説明する。
【０００４】
図５は従来の回転角度検出装置の要部斜視図、図６は同電圧波形図であり、同図において、１は円板状の回転体で、中央部には挿通するステアリングの軸（図示せず）と係合する係合部１Ａが設けられ、外周には所定のピッチで複数の透光穴１Ｂが形成されている。
【０００５】
そして、２及び３は回転体１の透光穴１Ｂを挟むように発光素子と受光素子が上下に対向したフォトインタラプタで、回転体１の回転によって所定の位相差の検出信号が得られるように、透光穴１Ｂに対してややずれた所定の位置で保持部材４に保持されている。
【０００６】
また、５は両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板で、マイコン等からなる制御手段（図示せず）が形成され、この制御手段にフォトインタラプタ２，３が接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【０００７】
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、透光穴１Ｂによって光の通光と遮断が繰返されるため、フォトインタラプタ２と３から制御手段へ、図６に示すような、位相差のある周期性の方形波形が連続した検出信号が出力される。
【０００８】
そして、このフォトインタラプタ２，３いずれかからの検出信号の波形の数を計数することによって、回転体１の回転角度を検出すると共に、例えば図６（ａ）のフォトインタラプタ２の波形が、図６（ｂ）のフォトインタラプタ３の波形よりも遅れた場合には右方向、これとは逆にフォトインタラプタ２の波形が、フォトインタラプタ３の波形よりも先に出力された場合には左方向というように、検出信号の波形の位相差によって、回転体１の回転方向を検出するように構成されている。
【０００９】
また、この時例えば、回転体１の透光穴１Ｂのピッチを６度、穴の幅を３度とし、フォトインタラプタ２，３の波形の位相差を１／４周期とした場合、図６（ａ）と（ｂ）は各々１周期が６度で、１／４周期ずれた波形となるため、６度／４＝１．５度までの回転角度の検出が可能な、所謂１．５度の分解能を有するように構成されているものであった。
【００１０】
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。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２１３９１０号公報
【００１２】
【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、２組のフォトインタラプタ２，３や、複数の透光穴１Ｂが形成された回転体１を用いて回転角度の検出を行っているため、これらの構成部品の配置や加工が複雑で、高価なものになると共に、透光穴１Ｂのピッチや穴の幅を小さくするには限界があり、高分解能の角度検出を行うことが困難であるという課題があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で高分解能の角度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。
【００１４】
【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。
【００１５】
本発明の請求項１に記載の発明は、ステアリングに連動して回転する回転体に連動して回転する第一及び第二の検出体の回転を第一及び第二の検出手段が所定の波形が連続する検出信号として検出し、第一及び第二の検出手段に接続された制御手段がこの第一及び第二の検出手段から出力される波形の差を漸次増加または減少する検出信号として検出すると共に、この漸次増加または減少する検出信号と上記第一または第二の検出手段から出力されるいずれかの波形の二つの検出信号から回転体の回転角度を検出するように回転角度検出装置を構成したものであり、制御手段が上記波形の差を検出することによって、概略の回転角度を検出し、これに基づいて第一または第二の検出手段から出力される所定の波形より詳細な回転角度を検出するため、第一及び第二の検出体からなる簡易な構成で高分解能の角度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。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第一及び第二の検出手段を磁石と磁気検出素子で構成したものであり、簡易な構成で、かつ無接触式の安定した検出を行うことができるという作用を有する。
【００１７】
【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４を用いて説明する。
【００１８】
（実施の形態）
図１は本発明の一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、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。
【００１９】
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、この中央には、磁石１３がインサート成形等により装着されている。
【００２０】
また、４２は第二の検出体で、この外周の平歯車部４２Ａが第一の検出体１２の平歯車部１２Ａに噛合すると共に、この中央には、磁石４３がインサート成形等により装着されている。
【００２１】
そして、この第二の検出体４２は第一の検出体１２より直径が大きく形成され、平歯車部４２Ａの歯数が多く設定されている。
【００２２】
また、これら第一の検出体１２と第二の検出体４２の歯数は、回転体１１の所定の回転角度、例えば、回転体１１が中立位置から左方向に２回転した位置と、右方向に２回転した位置では、最初の噛合位置に戻るように、一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。
【００２３】
そして、１７は第一の検出体１２及び第二の検出体４２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）が形成されている。
【００２４】
また、配線基板１７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１４が装着され、この対向した磁石１３と磁気検出素子１４によって第一の検出手段１９が構成されている。
【００２５】
そして、同様にして、配線基板１７の第二の検出体４２との対向面には、ＡＭＲ素子等の磁気検出素子４４が装着され、この対向した磁石４３と磁気検出素子４４によって第二の検出手段４９が構成されている。
【００２６】
また、２０はマイコン等から形成された制御手段で、第一の検出手段１９の磁気検出素子１４及び第二の検出手段４９の磁気検出素子４４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、回転角度検出装置が構成されている。
【００２７】
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が噛合した第一の検出体１２も回転する。
【００２８】
そして、第一の検出体１２の回転に伴って、この中央に装着された磁石１３の磁力が変化し、この変化する磁気方向を磁気検出素子１４が検出して、図２（ｃ）の電圧波形図に示すような、漸次増加減少する所定の波形が連続する検出信号が、第一の検出手段１９の磁気検出素子１４から制御手段２０へ出力される。
【００２９】
また、この時例えば、第一の検出体１２の歯数を、回転体１１の歯数に対し１／３に設定し、磁気検出素子１４が磁気の強弱のみを検知する。つまり第一の検出体１２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、第一の検出体１２は３回転し、磁気検出素子１４は第一の検出体１２の１回転に対して２回強弱を検知するため、６つの電圧波形が検出信号として連続して出力される。
【００３０】
つまり、回転体１１が６０度回転する毎に、電圧値０から電圧値Ｖまで漸次増加減少する所定の電圧波形が、検出信号として磁気検出素子１４から制御手段２０へ出力される。
【００３１】
また、同様にして、第一の検出体１２が回転すると、これに伴って第二の検出体４２も回転し、この中央に装着された磁石４３の磁力が変化し、この変化する磁気方向を磁気検出素子４４が検出する。
【００３２】
この時、その検出信号は、第一の検出体１２と第二の検出体４２の歯数が異なっているため、図２（ｂ）の電圧波形図に示すように、回転体１１が左方向に２回転、及び右方向に２回転する間の範囲では、図２（ｃ）の第一の検出手段１９の電圧波形と、図２（ｂ）の第二の検出手段４９の電圧波形は回転角度方向にややずれた、差異のあるものとなる。
【００３３】
つまり、第一の検出手段１９の電圧波形より周期の長い電圧値０から電圧値Ｖまで漸次増加減少する電圧波形が、第二の検出手段４９から制御手段２０へ出力される。
【００３４】
そして、先ず、制御手段２０は、図２（ｃ）に示した第一の検出手段１９から出力される周期の短い検出信号の電圧値から、図２（ｂ）に示した第二の検出手段４９から出力される周期の長い検出信号の電圧値を減じて、電圧値の差を検出する。
【００３５】
なお、この電圧値の差は、図２（ａ）に示すように、回転角度が回転体１１の左方向に２回転した位置では図２（ｃ）の電圧値０と図２（ｂ）の電圧値０との差である０、中立位置では図２（ｃ）の電圧値Ｖと図２（ｂ）の電圧値Ｖ／２との差であるＶ／２、右方向に２回転した位置では図２（ｃ）の電圧値Ｖと図２（ｂ）の電圧値０との差であるＶを通る漸次増加する検出信号となる。
【００３６】
次に、制御手段２０はこの漸次増加する検出信号としての電圧値の差より、回転角度が図２（ｃ）の第一の検出手段１９から連続して出力される電圧波形のどの電圧波形の回転角度の範囲内であるかという概略の回転角度を検出する。
【００３７】
例えば、回転角度θの場合、図２（ａ）の電圧値の差より図２（ｃ）の電圧波形は中立の０度から数えて２つ目であることを検出する。
【００３８】
つまり、６０度から１２０度の間であるという概略の回転角度を検出する。
【００３９】
そして、最後に、この検出した電圧波形によって回転体１１の詳細な回転角度を検出する。
【００４０】
例えば、この検出した６０度から１２０度の間の電圧波形の電圧値によって回転体１１の詳細な回転角度、例えば１００度であることを検出する。
【００４１】
なお、図２（ａ）の電圧値の差の波形は回転体１１を左方向に２回転した回転角度から右方向に２回転した回転角度まで漸次増加する波形であるため、電圧値の差が増加している場合には右方向、減少している場合には左方向というように、電圧値の差の増減によって回転体１１の、つまりステアリングの回転方向が制御手段２０によって検出できると共に、ステアリングを左右に各々２回転する間の回転角度の検出が可能となる。
【００４２】
さらに、図２（ｃ）の電圧波形は回転体１１の６０度回転毎に漸次増加減少する波形であるため、例えば制御手段２０のマイコンに１０ビットのアナログ／デジタルコンバータを用いて演算処理を行えば、０と１の二つの信号の１０乗で１０２４となり、６０度／１０２４≒０．０６度という高分解能な回転角度の検出を行うことができる。
【００４３】
このように本実施の形態によれば、ステアリングに連動して回転する回転体１１に連動して回転する第一及び第二の検出体の回転を第一及び第二の検出手段１９，４９が所定の波形が連続する検出信号として検出し、第一及び第二の検出手段１９，４９に接続された制御手段２０がこの第一及び第二の検出手段１９，４９から出力される波形の差を漸次増加する検出信号として検出すると共に、この漸次増加する検出信号と上記第一の検出手段１９から出力される波形の二つの検出信号から回転体の回転角度を検出するように回転角度検出装置を構成することによって、制御手段２０が上記波形の差を検出することによって、概略の回転角度を検出し、これに基づいて第一の検出手段１９から出力される所定の波形より詳細な回転角度を検出するため、第一及び第二の検出体１２，４２からなる簡易な構成で高分解能の角度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】
そして、第一及び第二の検出手段１９，４９を磁石１３，４３と磁気検出素子１４，４４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】
また、図３の要部斜視図に示すように、第一の検出手段１９に加え、回転体１１の平歯車部１１Ａに第一の検出体１２の平歯車部１２Ａと同歯数、同一形状の補助検出体５３の平歯車部５３Ａを噛合させると共に、補助検出体５３の中央に装着された磁石５４と、配線基板１７に装着されたＡＭＲ素子等の磁気検出素子５５によって補助検出手段５６を構成し、制御手段２０が補助検出手段５６からの検出信号も検出するように構成すれば、例えば、補助検出手段５６からは検出信号が出力されているにも関わらず、第一の検出手段１９からは検出信号が出力されていない場合等に、第一の検出手段１９に何らかの支障が生じていることを検出することもできる。
【００４６】
つまり、第一の検出手段１９及び補助検出手段５６から同じ波形として出力されるはずの検出信号に差異がある場合には、いずれかの検出手段に支障が生じていることを検出することによって、回転角度の検出をより確実なものとすることができる。
【００４７】
なお、以上の説明では、回転体１１外周の平歯車部１１Ａに第一の検出体１２の平歯車部１２Ａを噛合させると共に、この平歯車部１２Ａに第二の検出体４２の平歯車部４２Ａを噛合させた構成として説明したが、図４の要部斜視図に示すように、第二の検出体４２の平歯車部４２Ａを回転体１１外周の平歯車部１１Ａに噛合させる構成としても、本発明の実施は可能である。
【００４８】
また、平歯車部１１Ａ，１２Ａ，４２Ａ，５３Ａの代わりに、かさ歯車等の他の形状の歯車を用いたり、或いは歯車以外の凹凸形状を噛合させた構成としても良い。
【００４９】
そして、以上の説明では、第一及び第二の検出手段１９，４９から出力される波形の差を第一の検出手段１９から出力される周期の短い検出信号の電圧値から第二の検出手段４９から出力される周期の長い検出信号の電圧値を減じて漸次増加する検出信号を検出するものとして説明したが、第二の検出手段４９から出力される周期の長い検出信号の電圧値から第一の検出手段１９から出力される周期の短い検出信号の電圧値を減じて漸次減少する検出信号を検出するものとしても良い。
【００５０】
また、第二の検出手段４９から出力される周期の長い検出信号により回転体１１の詳細な回転角度を検出する場合は第一の検出手段１９から出力される周期の短い検出信号により回転角度を検出する場合に比べて、分解能は劣るがそのような構成としても同様に高分解能な回転角度の検出を行うことができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、簡易な構成で高分解能の角度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】本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図
【図２】同電圧波形図
【図３】同他の実施の形態による要部斜視図
【図４】同他の実施の形態による要部斜視図
【図５】従来の回転角度検出装置の要部斜視図
【図６】同電圧波形図
【符号の説明】
１１  回転体
１１Ａ，１２Ａ，４２Ａ  平歯車部
１１Ｂ  係合部
１２  第一の検出体
１３，４３，５４  磁石
１４，４４，５５  磁気検出素子
１７  配線基板
１９  第一の検出手段
２０  制御手段
４２  第二の検出体
４９  第二の検出手段
５３  補助検出体
５６  補助検出手段
【図１】
2005003625.tif 000003
【図２】
2005003625.tif 000004
【図３】
2005003625.tif 000005
【図４】
2005003625.tif 000006
【図５】
2005003625.tif 000007
【図６】
2005003625.tif 000008