(57)【要約】【課題】角度精度の向上を可能にした回転角度検出装置を提供すること。【解決手段】舵角センサ１は、ステアリングに連結されたシャフトが貫通されるハウジング２を備えている。ハウジング２内には、ステアリングの回転操作に連動して、シャフトと一体で回転するメインギヤ３が配置されている。メインギヤ３には、サブギヤ５が噛合されている。メインギヤ３に一体で設けられた金属板４は、メインギヤ３の回転角度に応じて、被測定部である突起４ａが変位する。ハウジング２内に配置された基板６上には、突起４ａの移動軌跡に対応して、銅パターン７が設定されている。金属板４と銅パターン７とを含む渦電流センサによってメインギヤ３の回転角度がダイレクトに検出される。メインギヤ３とサブギヤ５との間のバックラッシが角度誤差となることが低減される。【選択図】図１
2017215184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
前記回転体の回転に連動して回転するメインギヤと、
前記メインギヤに噛合されるサブギヤと、
前記メインギヤの回転角度に応じた物理量をダイレクトに検出して当該メインギヤの回転角度を示す第１の電気信号を出力する第１のセンサと、
前記サブギヤの回転角度に応じた物理量を検出して当該サブギヤの回転角度を示す第２の電気信号を出力する第２のセンサとを備える
ことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記第１のセンサは、前記メインギヤに一体で設けられつつ被測定部が変位して当該メインギヤの回転角度に応じた物理量を生成する被検出物と、前記メインギヤに対向して配置されつつ前記被検出物によって生成された物理量を検出して当該メインギヤの回転角度を示す前記第１の電気信号を出力する検出器とを含む
請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記検出器は、励磁信号が印加されつつ励磁される励磁コイルと、前記メインギヤの回転角度の分解能を規定する数の閉ループが設定される検出コイルとを含み、
前記検出コイルは、導体による前記被測定部が対向する閉ループを対象に、前記励磁コイルとの電磁誘導によって生じる渦電流の大きさに由来して発生する誘導起電力が変化し、
前記第１のセンサは、前記検出コイルの閉ループ毎に前記メインギヤの回転角度が関連付けされつつ、前記誘導起電力が変化した閉ループに関連付けされた回転角度を示す前記第１の電気信号を出力する渦電流センサである
請求項２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、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転角度検出装置の一例として、ステアリングの回転操作角を検出するアングルセンサが開示されている。
図２に示すように、アングルセンサ３１は、ステアリングに連結されたシャフトが貫通されるハウジング３２を備えている。ハウジング３２内には、ステアリングの回転操作に連動して、シャフトと一体で回転するメインギヤ３３が配置されている。
【０００３】
メインギヤ３３には、第１のサブギヤ３４が噛合されるとともに、その第１のサブギヤ３４には、歯数の異なる第２のサブギヤ３５が噛合されている。第１のサブギヤ３４には、第１のマグネット３６が組み付けられるとともに、第２のサブギヤ３５には、第２のマグネット３７が組み付けられている。第１のマグネット３６に対応して第１の磁気抵抗素子が設けられるとともに、第２のマグネット３７に対応して第２の磁気抵抗素子が設けられている。
【０００４】
第１のマグネット３６の磁界方向が第１の磁気抵抗素子で検出されるとともに、第２のマグネット３７の磁界方向が第２の磁気抵抗素子で検出される。それぞれの磁気抵抗素子からは、対応するマグネットの磁界方向に応じたサブギヤの回転角度を示す電気信号が出力される。電気信号の解析により、第１のサブギヤ３４と第２のサブギヤ３５の回転角度の差から、ステアリングの絶対角度を算出できることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２２５９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
メインギヤ３３と第１のサブギヤ３４との間のバックラッシが角度誤差となり、精度向上が困難であった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、角度精度の向上を可能にした回転角度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する回転角度検出装置は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、前記回転体の回転に連動して回転するメインギヤと、前記メインギヤに噛合されるサブギヤと、前記メインギヤの回転角度に応じた物理量をダイレクトに検出して当該メインギヤの回転角度を示す第１の電気信号を出力する第１のセンサと、前記サブギヤの回転角度に応じた物理量を検出して当該サブギヤの回転角度を示す第２の電気信号を出力する第２のセンサとを備えることをその要旨としている。
【０００８】
この構成によれば、回転体の回転角度を検出するにあたり、メインギヤの回転角度に応じた物理量が第１のセンサによってダイレクトに検出される。このため、第１のセンサによる検出について、メインギヤとサブギヤとの間のバックラッシが角度誤差となることが低減される。したがって、角度精度を向上できる。
【０００９】
上記回転角度検出装置について、前記第１のセンサは、前記メインギヤに一体で設けられつつ被測定部が変位して当該メインギヤの回転角度に応じた物理量を生成する被検出物と、前記メインギヤに対向して配置されつつ前記被検出物によって生成された物理量を検出して当該メインギヤの回転角度を示す前記第１の電気信号を出力する検出器とを含むこととしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、メインギヤに被検出物を設定し、その被検出物と検出器とを含む第１のセンサによって回転体の回転角度を０°〜３６０°の範囲でダイレクトに検出できる。また、第１のセンサと第２のセンサとによって回転体の回転数を検出できる。よって、双方の検出から、３６０°を超える回転体の絶対角度を算出できることになる。
【００１１】
上記回転角度検出装置について、前記検出器は、励磁信号が印加されつつ励磁される励磁コイルと、前記メインギヤの回転角度の分解能を規定する数の閉ループが設定される検出コイルとを含み、前記検出コイルは、導体による前記被測定部が対向する閉ループを対象に、前記励磁コイルとの電磁誘導によって生じる渦電流の大きさに由来して発生する誘導起電力が変化し、前記第１のセンサは、前記検出コイルの閉ループ毎に前記メインギヤの回転角度が関連付けされつつ、前記誘導起電力が変化した閉ループに関連付けされた回転角度を示す前記第１の電気信号を出力する渦電流センサであることとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、渦電流センサを組み合わせた方式によって高精度を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、角度精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】舵角センサの構成を被検出側と検出側とに分けて模式的に示す平面図。
【図２】アングルセンサの構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、回転角度検出装置の一実施の形態について説明する。
図１に示すように、回転角度検出装置の一例である舵角センサ１は、図示しないステアリング（回転体）に連結されたシャフトが貫通されるハウジング２を備えている。ハウジング２は、円形と方形の組み合わせによる外形形状をなし、円形の中心がシャフト貫通用の円孔の中心と一致している。ハウジング２内には、ステアリングの回転操作に連動して、シャフトと一体で回転するメインギヤ３が配置されている。
【００１６】
メインギヤ３は、絶縁性の樹脂を母体とし、リング状の金属板４がインサート成型もしくは組付けされている。金属板４は、メインギヤ３の回転角度に応じて、被測定部である突起４ａが変位する。金属板４は被検出物に相当する。メインギヤ３には、メインギヤ３よりも小径のサブギヤ５が噛合されている。サブギヤ５には、図示しないマグネットが組付けされている。
【００１７】
ところで、ハウジング２内には、ハウジング２の円孔と中心が一致し、且つ、ハウジング２の円孔よりも一回り大きな円孔を有するとともに、外形寸法がハウジング２よりも一回り小さな基板６が配置されている。基板６上には、金属板４の突起４ａの移動軌跡に対応して、銅パターン７が設定されている。
【００１８】
銅パターン７は、励磁信号が供給されつつ励磁される励磁コイルと、メインギヤ３の回転角度の分解能を規定する数の閉ループが設定される検出コイルとを含む。銅パターン７は検出器に相当する。銅パターン７は金属板４と共に第１のセンサを構成する。本例において第１のセンサは、以下の原理による渦電流センサである。
【００１９】
すなわち、励磁コイルが励磁されているとき、検出コイルには、励磁コイルとの電磁誘導によって生じる渦電流の大きさに由来して誘導起電力が発生する。そして、ステアリングの回転操作に連動してメインギヤ３が回転すると、検出コイルは、金属板４の突起４ａが対向する閉ループを対象に、誘導起電力が変化する。このため、検出コイルの閉ループ毎にメインギヤ３の回転角度が関連付けされていることを前提に、誘導起電力が変化した閉ループに関連付けされた回転角度を特定しつつ、ステアリングの回転操作角を０°〜３６０°の範囲でダイレクトに検出できることになる。
【００２０】
尚、検出コイルに発生する誘導起電力は、メインギヤ３の回転角度を示す第１の電気信号に相当する。もっとも、金属板４の突起４ａが対向する閉ループを対象に、突起４ａに磁束が吸収されて当該閉ループを通過する磁束の量が減少する。これに関連して、閉ループを通過する磁束の量が、メインギヤ３の回転角度に応じた物理量に相当する。
【００２１】
また、基板６上には、サブギヤ５のマグネットに対応して、ＭＲＥ（磁気抵抗素子）８が実装されている。ＭＲＥ８はサブギヤ５のマグネットと共に第２のセンサを構成する。そして、ステアリングの回転操作に連動してメインギヤ３が回転し、そのメインギヤ３に噛合されたサブギヤ５が回転すると、ＭＲＥ８は、サブギヤ５のマグネットの磁界方向に応じて電気抵抗が変化する。このため、ＭＲＥ８の電気抵抗に由来する電圧からサブギヤ５の回転角度を特定し、その特定したサブギヤ５の回転角度と、そのときのメインギヤ３の回転角度との組み合わせからステアリングの回転数を検出できることになる。
【００２２】
尚、ＭＲＥ８の電気抵抗に由来する電圧は、サブギヤ５の回転角度を示す第２の電気信号に相当する。もっとも、サブギヤ５のマグネットの磁界方向が、サブギヤ５の回転角度に応じた物理量に相当する。
【００２３】
さらに、基板６上には、ステアリングの回転操作角の検出に関する制御を統括的に司る制御ＩＣ（図示略）が実装されている。制御ＩＣは、銅パターン７の励磁コイルに励磁信号を供給するとともに、検出コイルに発生する誘導起電力を監視し、また、ＭＲＥ８の電気抵抗に由来する電圧を監視する。そして、制御ＩＣは、双方の監視結果に基づいて、ステアリングの絶対角度を算出する。
【００２４】
次に、舵角センサ１の作用について説明する。
基板６に実装された制御ＩＣにより銅パターン７の励磁コイルが励磁されていることを前提に、ユーザがステアリングを回転操作する。すると、ステアリングの回転操作に連動して、シャフトと一体でメインギヤ３が回転するとともに、メインギヤ３に噛合されたサブギヤ５が回転する。
【００２５】
このとき、メインギヤ３の回転角度に応じて、金属板４の突起４ａが変位し、銅パターン７の検出コイルに設定された複数の閉ループのうち、突起４ａが対向する閉ループを通過する磁束の量が減少するとともに、当該閉ループに生じる渦電流の大きさが変化する。これにより、制御ＩＣは、渦電流に由来して誘導起電力が変化した当該閉ループに関連付けされたメインギヤ３の回転角度を特定しつつ、ステアリングの回転操作角を０°〜３６０°の範囲でダイレクトに検出する。
【００２６】
一方、サブギヤ５の回転角度に応じて、ＭＲＥ８に対するサブギヤ５のマグネットの磁界方向が変化し、ＭＲＥ８の電気抵抗が変化する。これにより、制御ＩＣは、ＭＲＥ８の電気抵抗に由来する電圧からサブギヤ５の回転角度を特定するとともに、その特定したサブギヤ５の回転角度と、そのときのメインギヤ３の回転角度との組み合わせからステアリングの回転数を検出する。
【００２７】
そして、制御ＩＣは、ステアリングの回転操作角の検出結果と、ステアリングの回転数の検出結果とに基づいて、ステアリングの絶対角度を算出する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
【００２８】
（１）ステアリングの回転操作角を検出するにあたり、メインギヤ３の回転角度に応じた物理量が第１のセンサ（金属板４と銅パターン７とを含む）によってダイレクトに検出される。このため、第１のセンサによる検出について、メインギヤ３とサブギヤ５との間のバックラッシが角度誤差となることが低減される。したがって、角度精度を向上できる。
【００２９】
（２）メインギヤ３に金属板４を設定し、その金属板４と銅パターン７とを含む第１のセンサによってステアリングの回転操作角を０°〜３６０°の範囲でダイレクトに検出できる。また、第１のセンサ（金属板４と銅パターン７とを含む）と第２のセンサ（サブギヤ５のマグネットとＭＲＥ８とを含む）とによってステアリングの回転数を検出できる。よって、双方の検出から、３６０°を超えるステアリングの絶対角度を算出できることになる。
【００３０】
（３）渦電流センサを組み合わせた方式によって高精度を実現できる。
（４）図２に示すアングルセンサ３１との比較において、第２のサブギヤ３５の他、第２のサブギヤ３５とセットになる第２のマグネット３７及び第２の磁気抵抗素子を削減することで、ギヤ１個分のサイズダウンを実現できる。
【００３１】
尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・被測定部として突起４ａに代えて切欠を金属板４に設定し、その切欠の移動軌跡に対応して、基板６に銅パターン７を設定してもよい。この場合、金属板４の切欠が対向する閉ループを対象に、当該閉ループを通過する磁束の量が増加しつつ、当該閉ループに発生する誘導起電力が変化するため、上記実施の形態と同様、ステアリングの回転操作角を０°〜３６０°の範囲でダイレクトに検出できることになる。
【００３２】
・渦電流センサに代えて光学式センサ等によりメインギヤ３の回転角度をダイレクトに検出してもよい。
・サブギヤ５の回転角度の検出に関わる第２のセンサは、メインギヤ３の回転角度の検出に関わる第１のセンサと協働して、ステアリングの回転数を検出できればよく、第１のセンサほど高い角度精度が求められない。この点を踏まえ、上記実施の形態による比較的簡易な磁気式センサ（サブギヤ５のマグネットとＭＲＥ８とを含む）を組み合わせた方式を採用できることになる。もっとも、磁気式センサに代えて光学式センサ或いは渦電流センサを第２のセンサとして採用してもよい。
【００３３】
次に、上記実施の形態及び別例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）回転体の回転角度を検出する回転角度検出方法において、前記回転体の回転に連動して回転するメインギヤの回転角度を第１のセンサによってダイレクトに検出するとともに、前記メインギヤに噛合されるサブギヤの回転角度を第２のセンサによって検出すること。
【００３４】
（ロ）回転角度検出方法において、前記第１のセンサによって前記回転体の回転角度を０°〜３６０°の範囲でダイレクトに検出するとともに、前記第１のセンサと前記第２のセンサとによって前記回転体の回転数を検出すること。
【符号の説明】
【００３５】
１…舵角センサ（回転角度検出装置）、２…ハウジング、３…メインギヤ、４…金属板（第１のセンサ、被検出物、渦電流センサ）、４ａ…突起（被測定部）、５…サブギヤ（第２のセンサ）、６…基板、７…銅パターン（第１のセンサ、検出器、渦電流センサ）、８…ＭＲＥ（第２のセンサ）。
【図１】
2017215184.tif 000003
【図２】
2017215184.tif 000004