(57)【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１つの検出手段と、この検出信号を回転体の回転角度として演算処理すると共に、この回転角度を記憶する制御手段からなり、上記検出手段による検出信号を１周期の中で漸次増加または減少する信号として、上記制御手段が上記検出信号の周期数を計数し、１周期あたりの所定角度と上記周期数から概略の回転角度を演算して、上記概略の回転角度と上記検出信号の電圧値による上記所定角度範囲内の詳細な角度から正確な回転角度を演算し、上記検出信号の電圧値が増加している場合と減少している場合により上記回転体の回転方向を検出することによって、上記回転体の回転角度と回転方向を検出し、上記検出手段へのバッテリーからの電源供給をイグニッションスイッチがＯＮ状態では常時行う定常状態に、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態では間欠的に行う低消費電流状態に各々切換えると共に、この低消費電流状態における間欠時間を上記検出手段からの検出信号の波形の１周期の時間以下に設定した回転角度検出装置。
【請求項２】
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。
【請求項３】
制御手段が回転体の回転速度に応じて、電源供給を定常状態と低消費電流状態に切換える請求項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９及び図１０を用いて説明する。
【０００４】
図９は従来の回転角度検出装置の要部斜視図、図１０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電子回路（図示せず）が形成され、この電子回路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から電子回路へ、図１０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１０（ａ）のフォトインタラプタ２の波形が、図１０（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１０（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】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
【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。
【００１３】
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と、この回転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１つの検出手段と、この検出信号を回転体の回転角度として演算処理すると共に、この回転角度を記憶する制御手段からなり、検出手段による検出信号を１周期の中で漸次増加または減少する信号として、制御手段が検出信号の周期数を計数し、１周期あたりの所定角度と周期数から概略の回転角度を演算して、概略の回転角度と検出信号の電圧値による所定角度範囲内の詳細な角度から正確な回転角度を演算し、上記検出信号の電圧値が増加している場合と減少している場合により上記回転体の回転方向を検出することによって、回転体の回転角度と回転方向を検出し、検出手段へのバッテリーからの電源供給をイグニッションスイッチがＯＮ状態では常時行う定常状態に、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態では間欠的に行う低消費電流状態に各々切換えると共に、この低消費電流状態における間欠時間を検出手段からの検出信号の波形の１周期の時間以下に設定して回転角度検出装置を構成したものであり、１つの検出手段で回転角度と回転方向の検出ができると共に、漸次増加または減少する周期性の連続した波形によって回転角度を検出しているため、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し、さらにエンジン停止時等には検出手段等への電源供給を間欠的な低消費電流状態とすると共に間欠時間を検出信号の波形の１周期の時間以下に設定することによって、バッテリーの消耗を低減することができると共に確実に回転角度を検出できるという作用も有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、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。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御手段が回転体の回転速度に応じて、電源供給を定常状態と低消費電流状態に切換えるものであり、ステアリングが低速で回転された場合には、検出手段等への電源供給を低消費電流状態のままとし、高速の場合には電源供給を定常状態に戻すことによって、回転角度の検出を確実に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８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、図２は同断面図、図３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。
【００１９】
そして、１２は検出歯車で、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、検出歯車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。
【００２０】
また、１７は検出歯車１２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１７の検出歯車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によって検出手段１９が構成されている。
【００２１】
そして、１８はリード線１６により配線基板１７に接続された配線基板で、磁気検出素子１４からの検出信号を処理するマイコン等からなる制御手段２０が形成され、コネクタ１５を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されている。
【００２２】
さらに、２１は絶縁樹脂製のケース、２２と２３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や検出歯車１２、配線基板１７、１８等が覆われ、位置決めされて回転角度検出装置が構成されている。
【００２３】
また、図４はこの回転角度検出装置のブロック回路図であり、同図において、磁石１３と磁気検出素子１４から構成された検出手段１９が制御手段２０に接続されると共に、制御手段２０は制御部２７と、検出手段１９からの検出信号を演算処理する演算部２８、及び演算処理した角度を記憶する記憶部２９から構成されている。
【００２４】
そして、３２はバッテリーの１２Ｖ電圧を５Ｖに変換して供給する電源回路、２４は自動車本体の電子回路等への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）で、電源回路３２から制御手段２０に電源が供給されると共に、制御部２７がＩＧスイッチ２４に接続されている。
【００２５】
以上の構成において、ＩＧスイッチ２４がＯＮの状態から、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が噛合した検出歯車１２も回転する。
【００２６】
そして、この検出歯車１２の回転に伴って、検出歯車１２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５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波形が連続する検出信号が、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。
【００２７】
この時、例えば、検出歯車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を磁気の強弱のみを検出する、つまり検出歯車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、検出歯車１２は３回転し、磁気検出素子１４は検出歯車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。
【００２８】
つまり、回転体１１が６０度回転する毎に、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１４から制御手段２０へ出力される。
【００２９】
そして、制御手段２０の演算部２８が、先ずこの磁気検出素子１４からの検出信号の波形の周期数を計数して回転体１１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１１の正確な回転角度を検出する。
【００３０】
例えば、図６（ｂ）の電圧波形図に示すように、回転角度θの場合、先ず検出信号の波形の周期数は基準の０度から数えて２つ目であるため、６０度から１２０度の間であることを検出し、次にその電圧値によって回転体１１の正確な回転角度、例えば９０度であることを検出する。
【００３１】
また同時に、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２０によって検出され、その演算処理した角度が記憶部２９に記憶される。
【００３２】
そして、例えばステアリングを左右に各々３回転する場合には、記憶部２９に基準の０度に対して、波形の周期数を回転方向に応じて−１８から＋１８というように記憶しておけば、−１０８０度から＋１０８０度間の回転角度の検出が可能となる。
【００３３】
さらに、こ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。
【００３４】
このように本実施の形態によれば、回転体１１の回転を検出手段１９によって、１周期の中で漸次増加または減少する周期性の波形が連続する検出信号として検出すると共に、制御手段２０がこの検出信号を回転体１１の回転角度として演算処理及び記憶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、１つの検出手段１９で回転角度の検出ができると共に、漸次増加または減少する周期性の連続した波形によって回転角度を検出しているため、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。
【００３５】
そして、検出手段１９を磁石１３と磁気検出素子１４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。
【００３６】
また、ＩＧスイッチ２４がＯＦＦとなったエンジン停止時等には、制御手段２０が、検出手段１９等へのバッテリーからの電源供給を間欠的に制御し、低消費電流状態とすることによって、バッテリーの消耗を低減することができる。
【００３７】
つまり、ＩＧスイッチ２４がＯＮの状態では、図６（ａ）に示すように、検出手段１９への電源供給は、一定の電圧が常時供給される定常状態であるため、制御手段２０や検出手段１９等へは５０ｍＡ程度の電流が流れている。
【００３８】
そして、ＩＧスイッチ２４がＯＦＦとなりエンジンが停止した状態では、通常はこれらへの電源供給は行われないが、制御手段２０の記憶部２９はエンジン停止時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、制御部２７がＩＧスイッチ２４のＯＦＦを検出して、電源回路３２から電源を供給する。
【００３９】
ただし、この時、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７（ａ）の電圧波形図に示すように、制御部２７が検出手段１９等へのバッテリーからの電源を間欠的に供給することによって、定常状態に比べ流れる電流は約１／１００の低消費電流状態となり、バッテリーの消耗を低減することができる。
【００４０】
そして、この電源供給の間欠時間Ｔ１を、ステアリングつまり回転体１１の回転速度に応じた、図７（ｂ）に示す検出信号の波形の１周期の時間Ｔ２以下に設定すれば、ステアリングが高速で回転された場合にも、確実に回転角度を検出することができる。
【００４１】
さらに、回転角度の変化の速さを検出し、ステアリングの高速回転時には定常状態に戻す等、制御手段２０が回転体１１の回転速度に応じて、電源供給を定常状態と低消費電流状態に切換えることによって、回転角度の検出をより確実に行うことができる。
【００４２】
また、図８の要部斜視図に示すように、検出手段１９に加え、回転体１１の平歯車部１１Ａに検出歯車１２と同歯数、同一形状の補助歯車３３を噛合させると共に、この中央に装着された磁石３４と、配線基板１７に装着されたＡＭＲ素子等の磁気検出素子３５によって検出手段３６を構成し、制御手段２０が検出手段１９、３６両方からの検出信号を検出するように構成すれば、例えば、検出手段３６からは検出信号が出力されているにも関わらず、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、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。
【００４３】
つまり、検出手段１９、３６の同じ波形として出力される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。
【００４４】
なお、以上の説明では、回転体１１外周の平歯車部１１Ａに検出歯車１２の平歯車部１２Ａ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。
【００４５】
また、検出歯車１２に装着した磁石１３と磁気検出素子１４によって検出手段１９を構成したものについて説明したが、これ以外にも、検出歯車１２の上下面に傾斜を設け、これによって可変抵抗器を動作してその抵抗値を検出する等、漸次増加または減少する波形を出力できるものであれば、他の構成としてもよい。
【００４６】
【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で、バッテリーの消耗を低減できると共に確実に回転角度を検出できる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】同断面図
【図３】同分解斜視図
【図４】同ブロック回路図
【図５】同電圧波形図
【図６】同電圧波形図
【図７】同電圧波形図
【図８】同他の実施の形態による要部斜視図
【図９】従来の回転角度検出装置の要部斜視図
【図１０】同電圧波形図
【符号の説明】
１１  回転体
１１Ａ  平歯車部
１１Ｂ  係合部
１２  検出歯車
１２Ａ  平歯車部
１３、３４  磁石
１４、３５  磁気検出素子
１５  コネクタ
１６  リード線
１７、１８  配線基板
１９、３６  検出手段
２０  制御手段
２１  ケース
２２、２３  カバー
２４  ＩＧスイッチ
２７  制御部
２８  演算部
２９  記憶部
３２  電源回路
３３  補助歯車
【図１】
0004123761.tif 000002
【図２】
0004123761.tif 000003
【図３】
0004123761.tif 000004
【図４】
0004123761.tif 000005
【図５】
0004123761.tif 000006
【図６】
0004123761.tif 000007
【図７】
0004123761.tif 000008
【図８】
0004123761.tif 000009
【図９】
0004123761.tif 000010
【図１０】
0004123761.tif 000011