(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、高分解能な回転角度の検出が可能で、かつ省電力化の図れるものを提供することを目的とする。【解決手段】回転体１１に連動して回転する回転数の異なる第一及び第二の検出体１２と１７を設けると共に、制御手段２３が回転体１１の回転角度を、エンジン起動時には回転数の大きな第一の検出体１２の回転から、エンジン停止時には回転数の小さな第二の検出体１７の回転から検出するようにして回転角度検出装置を構成することによって、高分解能な回転角度の検出を行うことができると共に、省電力化が図れ、バッテリーの消耗を低減することが可能な回転角度検出装置を得ることができる。【選択図】図１
2005214763.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回転数の異なる第一及び第二の検出体と、この第一及び第二の検出体の回転を周期性の波形が連続する検出信号として検出する第一及び第二の検出手段と、この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、エンジン起動時には回転数の大きな上記第一の検出体の回転から上記回転体の回転角度を検出し、エンジン停止時には回転数の小さな上記第二の検出体の回転から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またはホール素子で構成した請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
制御手段が第一及び第二の検出手段からの検出信号を検出すると共に、この検出信号の差が所定範囲内である時に回転体の回転角度を検出する請求項１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、主に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】
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であり、同図において、１は外周に平歯車部１Ａ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１Ｂが設けられている。
【０００５】
そして、２は検出体で、この外周の平歯車部２Ａが回転体１の平歯車部１Ａに噛合すると共に、検出体２の中央には、磁石３がインサート成形等により装着されている。
【０００６】
また、４は検出体２上面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）が形成されると共に、検出体２との対向面には磁気検出素子５が装着され、この対向した磁石３と磁気検出素子５によって検出手段６が形成されている。
【０００７】
さらに、配線基板４にはマイコン等の電子部品によって、検出手段６に接続された制御手段７が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。
【０００８】
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段７がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１中央部の係合部１Ｂにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。
【０００９】
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、この外周の平歯車部１Ａに平歯車部２Ａが噛合した検出体２も回転する。
【００１０】
そして、この検出体２の回転に伴って、検出体２中央に装着された磁石３の磁力が変化し、この変化する磁気方向を磁気検出素子５が検出して、図６（ａ）の電圧波形図に示すような、漸次増加または減少する周期性の略三角波形が連続する検出信号が、検出手段６の磁気検出素子５から制御手段７へ出力される。
【００１１】
この時、例えば、検出体２の歯数を回転体１の歯数に対し１／３に設定し、磁気検出素子５を磁気の強弱のみを検知する、つまり検出体２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１が１回転する間に、検出体２は３回転し、磁気検出素子５は検出体２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。
【００１２】
つまり、回転体１が６０度回転する毎に、１つの漸次増加減少する周期性の電圧波形が、検出信号として磁気検出素子５から制御手段７へ出力される。
【００１３】
そして、制御手段７が、先ずこの磁気検出素子５からの検出信号の波形が幾つ目であるかの周期数を計数して、回転体１の６０度毎の概略の回転角度を検出した後、次にその電圧値によって回転体１の正確な回転角度を検出し、この演算処理した角度を記憶する。
【００１４】
また、この電圧波形は回転体１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７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度の分解能で回転角度の検出を行うことができる。
【００１５】
なお、運転を終了しエンジンを停止した場合、通常は制御手段７等への電源供給も停止されるが、制御手段７はエンジン停止直前のステアリングの回転角度を記憶しておく必要があり、また、エンジン停止後にステアリングが回転される場合もあるため、バッテリーから制御手段７等へ電源の供給を行う必要がある。
【００１６】
ただし、エンジン停止状態ではバッテリーへの充電が行われていないため、図６（ｂ）に示すように、ステアリングが高速で回転された場合の検出信号波形の１周期分の時間Ｔ１と同等、またはこれ以下の時間間隔Ｔ２で制御手段７等へバッテリーから電源を間欠的に供給することによって、連続通電して電源を供給する場合に比べて省電力化が図れ、バッテリーの消耗を低減することができるように構成されているものであった。
【００１７】
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。
【特許文献１】特開２００３−１４８９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、回転体１の歯数に対して検出体２の歯数を少なくし、検出体２の回転数を大きくするほど高分解能で回転角度の検出を行うことが可能であるが、この場合、回転体１が１回転する間の検出信号の電圧波形数も増えるため、エンジン停止時にバッテリーから制御手段７等へ間欠的に電源を供給する時間間隔Ｔ２も短くなり、バッテリーの電力消耗も大きくなるという課題があった。
【００１９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高分解能な回転角度の検出が可能で、かつ省電力化の図れる回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
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。
【００２１】
本発明の請求項１に記載の発明は、回転体に連動して回転する回転数の異なる第一及び第二の検出体を設けると共に、制御手段が回転体の回転角度を、エンジン起動時には回転数の大きな第一の検出体の回転から、エンジン停止時には回転数の小さな第二の検出体の回転から検出するようにして回転角度検出装置を構成したものであり、エンジン起動時には回転数が大きな第一の検出体によって、高分解能な回転角度の検出を行うことができると共に、エンジン停止時には回転数の小さな第二の検出体の回転を検出することで、バッテリーからの間欠的な電源供給の時間間隔を長くすることができるため、省電力化が図れ、バッテリーの消耗を低減すること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。
【００２２】
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またはホール素子で構成したものであり、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という作用を有する。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御手段が第一及び第二の検出手段からの検出信号を検出すると共に、この検出信号の差が所定範囲内である時に回転体の回転角度を検出するものであり、一方の検出体が回転体から外れた場合には、他方の検出体からの検出信号のみが出力され、また、一方の検出体に破損や消耗が生じた場合には、この検出信号と他方の検出体からの検出信号には差が生じるため、二つの検出信号の差が所定範囲内であるか否かを検出し、正しい検出信号が出力されている時のみ回転角度を検出することによって、簡易な構成で正確な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。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように本発明によれば、高分解能な回転角度の検出が可能で、かつ省電力化の図れる回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（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、図２は同分解斜視図であり、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。
【００２７】
そして、１２は第一の検出体で、この外周の歯数の少ない平歯車部１２Ａが回転体１１の平歯車部１１Ａに噛合すると共に、第一の検出体１２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。
【００２８】
また、１４は第一の検出体１２上面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）が形成されると共に、配線基板１４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１５が装着され、この対向した磁石１３と磁気検出素子１５によって第一の検出手段１６が形成されている。
【００２９】
さらに、１７は第二の検出体で、この外周の第一の検出体１２に比べ歯数の多い平歯車部１７Ａが、回転体１１の平歯車部１１Ａに噛合すると共に、中央には磁石１８がインサート成形等により装着され、この磁石１８と対向する配線基板１４上には磁気検出素子１９が装着されて、第二の検出手段２０が形成されている。
【００３０】
また、２１はリード線２２により配線基板１４に接続された配線基板で、配線基板１４や２１にはマイコン等の電子部品によって、第一の検出手段１６や第二の検出手段２０に接続された制御手段２３が形成され、この制御手段２３はコネクタ２４を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００３１】
そして、２５は絶縁樹脂製のケース、２６と２７は同じく絶縁樹脂製のカバーで、これらによって回転体１１や第一の検出体１２、第二の検出体１７、配線基板１４や２１等が覆われ、所定の箇所に位置決めされて回転角度検出装置が構成されている。
【００３２】
そして、このような回転角度検出装置は、図３のブロック回路図に示すように、制御手段２３がコネクタ２４を通して、バッテリーの１２Ｖ電圧を５Ｖに変換して供給する電源回路２８や、電源供給を切換えるイグニションスイッチ（以下、ＩＧスイッチと記載する）２９等の自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１１中央部の係合部１１Ｂにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。
【００３３】
以上の構成において、ＩＧスイッチ２９がＯＮの状態、つまりエンジンが起動した状態で、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と１７Ａが噛合した第一及び第二の検出体１２と１７も回転する。
【００３４】
そして、この第一及び第二の検出体１２と１７の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石１３と１８も回転し、この磁力の変化を磁気検出素子１５と１９が検出して、図４の電圧波形図に示すような、漸次増加または減少する周期性の略三角波形が連続する検出信号が、制御手段２３へ出力される。
【００３５】
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１／６に、第二の検出体１７の歯数を１／３に各々設定し、第一の検出体１２が第二の検出体１７に比べ、倍の回転数となるようにすれば、回転体１１が１回転する間に、第一の検出体１２は６回転し、第二の検出体１７は３回転する。
【００３６】
また、磁気検出素子１５と１９を磁気の強弱のみを検知する、つまり第一及び第二の検出体１２と１７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３６０度の間に、第一の検出手段１６からは、図４（ａ）に示すように１２個の略三角形の電圧波形が、第二の検出手段２０からは、図４（ｂ）に示すように６つの電圧波形が各々検出信号として連続して出力される。
【００３７】
つまり、第一の検出手段１６からは回転体１１が３０度回転する毎に、第二の検出手段２０からは回転体１１が６０度回転する毎に、１つの漸次増加減少する周期性の電圧波形が、検出信号として制御手段２３へ出力される。
【００３８】
そして、この時、第一の検出体１２の歯数は第二の検出体１７の歯数の半分であるため、第二の検出手段２０の１つの電圧波形に対し、第一の検出手段１６からは２つの電圧波形が出力されるはずであるが、いずれかの歯車に破損や消耗が生じた場合には、検出信号の波形に差やズレが生じる。
【００３９】
或いは、いずれかの歯車が回転体１１から外れた場合には、一方の磁気検出素子からはステアリングの回転に伴って電圧値の変化する検出信号が出力されるが、外れた歯車からは一定の電圧値が継続して出力される状態となる。
【００４０】
そして、こうした第一及び第二の検出手段１６と２０からの検出信号を制御手段２３が検出し、これらと予め記憶した電圧や時間等の所定値とを比較して、第一及び第二の検出体１２と１７が正常に回転しているか否かの判定を行う。
【００４１】
そして、第一及び第二の検出手段１６と２０からの検出信号の差が所定範囲内である場合には、制御手段２３が、第一の検出手段１６の磁気検出素子１５からの検出信号の波形が幾つ目であるかの周期数を計数して、回転体１１の３０度毎の概略の回転角度を検出した後、次にその電圧値によって回転体１１の正確な回転角度を検出し、この演算処理した角度を記憶する。
【００４２】
また、この電圧波形は回転体１１の３０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２３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、３０度／１０２４≒０．０３度の高分解能で回転角度の検出を行うことができる。
【００４３】
同時に、この電圧波形は漸次増加または減少する周期性の波形であるため、例えば、電圧値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２３によって検出され、その演算処理した角度が記憶される。
【００４４】
そして、運転を終了しＩＧスイッチ２９をＯＦＦ、つまりエンジンを停止した場合には、制御手段２３がエンジン停止直前のステアリングの回転角度を記憶しておく必要があり、また、エンジン停止後にステアリングが回転される場合もあるため、バッテリーから制御手段２３等へ間欠的に電源の供給が行われる。
【００４５】
ただし、このエンジン停止状態では、エンジン起動時とは異なり、制御手段２３は第二の検出手段２０の磁気検出素子１９の検出信号によって、回転角度を検出するように構成されているため、図４（ｃ）に示すように、第二の検出手段２０のステアリングが高速で回転された場合の検出信号波形の１周期分の時間Ｔ１と同等、またはこれ以下の時間間隔Ｔ２で制御手段２３等へバッテリーから電源を間欠的に供給することで、回転角度の検出が行われる。
【００４６】
つまり、エンジン起動時には歯数が少なく回転数の大きな第一の検出体１２を用いて、回転体１１の３０度毎の回転角度を検出することによって、高分解能な回転角度の検出を行うことができると共に、エンジン停止時には歯数が多く回転数の小さな第二の検出体１７を用いて、６０度毎の回転角度を検出することによって、バッテリーからの間欠的な電源供給の時間間隔を長くし、第一の検出体１２を用いた場合の時間Ｔ３の半分の電力として、省電力化を行うことができる構成となっている。
【００４７】
このように本実施の形態によれば、回転体１１に連動して回転する回転数の異なる第一及び第二の検出体１２と１７を設けると共に、制御手段２３が回転体１１の回転角度を、エンジン起動時には回転数の大きな第一の検出体１２の回転から、エンジン停止時には回転数の小さな第二の検出体１７の回転から各々検出するようにして回転角度検出装置を構成することによって、高分解能な回転角度の検出を行うことができると共に、省電力化が図れ、バッテリーの消耗を低減すること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。
【００４８】
また、第一及び第二の検出手段１６と２０を、磁石１３と１８及び磁気検出素子１５と１９またはホール素子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。
【００４９】
さらに、制御手段２３が第一及び第二の検出手段１６と２０からの検出信号を検出すると共に、この検出信号の差が所定範囲内である時に回転体１１の回転角度を検出することによって、検出体の回転体１１からの外れや破損、消耗等の異常を検知し、正しい検出信号が出力されている時のみ回転角度を検出して、簡易な構成で正確な検出を行うことができる。
【００５０】
なお、以上の説明では、回転体１１外周の平歯車部１１Ａに第一及び第二の検出体１２と１７の平歯車部１２Ａと１７Ａを噛合させた構成として説明したが、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等としても、本発明の実施は可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明による回転角度検出装置は、高分解能な回転角度の検出が可能で、かつ省電力化の図れるものを実現することができ、自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【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】同分解斜視図
【図３】同ブロック回路図
【図４】同電圧波形図
【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】
【００５３】
１１  回転体
１１Ａ  平歯車部
１１Ｂ  係合部
１２  第一の検出体
１２Ａ  平歯車部
１３，１８  磁石
１４，２１  配線基板
１５，１９  磁気検出素子
１６  第一の検出手段
１７  第二の検出体
１７Ａ  平歯車部
２０  第二の検出手段
２２  リード線
２３  制御手段
２４  コネクタ
２５  ケース
２６，２７  カバー
２８  電源回路
２９  ＩＧスイッチ
【図１】
2005214763.tif 000003
【図２】
2005214763.tif 000004
【図３】
2005214763.tif 000005
【図４】
2005214763.tif 000006
【図５】
2005214763.tif 000007
【図６】
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