(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の回転体の歯車に連結され第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の回転体の同軸上に共に回転するウォームギヤに連結され、外周にホイールギヤを持った前記第１の回転体より低速で回転する第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、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、各々の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すると共に、前記第１の検出手段により細かい絶対回転角度を検出し、前記第２の検出手段により粗い絶対回転角度を検出し、前記第２の検出手段により前記第２の回転体の回転数を確定することによって前記第１の回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記第１，第２，第３の回転体とを組込み後、前記第２の回転体の回転基準と前記第３の回転体の回転基準との差を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記回転基準の差を補正することを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記各々の磁気検出素子からは前記回転体に結合された磁石の回転角度に対するｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を出力し、これらの信号からｔａｎ信号を算出してから前記回転体の回転角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記第２の回転体と前記第３の回転体とを組込み後、前記各々の磁気検出素子から出力されるｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の基準信号を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記各々の基準信号にて前記ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の補正を特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記第１の検出手段の回転信号と前記第２の検出手段の回転信号により前記第１の検出手段或いは第２の検出手段の異常を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記第１の検出手段の回転信号と前記第２の検出手段の回転信号より前記第２の回転体或いは前記第３の回転体の異常を検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記第１の検出手段と前記第２の検出手段により検出された前記第１の回転体の回転角度をシリアル信号として送信する演算回路部を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記第１の回転体の角度は自動車の操舵角であり、前記第１の回転体が操舵軸に係合されて前記操舵軸と共に回転する請求項１ないし６のいずれか１つに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回転角度検出装置として、特表平１１−５００８２８号公報に開示されているものが知られている。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を目的とするものである。
【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の回転体の歯車に連結され第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の回転体の同軸上に共に回転するウォームギヤに連結され、外周にホイールギヤを持った前記第１の回転体より低速で回転する第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、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、各々の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すると共に、前記第１の検出手段により細かい絶対回転角度を検出し、前記第２の検出手段により粗い絶対回転角度を検出し、前記第２の検出手段により前記第２の回転体の回転数を確定することによって前記第１の回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記第１，第２，第３の回転体とを組込み後、前記第２の回転体の回転基準と前記第３の回転体の回転基準との差を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記回転基準の差を補正することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、磁気検出素子と磁石による２つの第１，第２の検出手段によって、非接触で角度検出できると共に、多回転可能な回転体を、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算出できるという作用を有する。
さらに、前記第１，第２，第３の回転体とを組込み後、前記第２の回転体の回転基準と前記第３の回転体の回転基準との差を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記回転基準の差を補正することによって、上述装置に前記第２，第３の回転体を組込む時に、前記第２，第３の回転体に固定された歯車の角度がそれぞれずれた場合でも装置動作時の大きな測定誤差の発生を防止することができるという作用を有する。
【００１０】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回転体に結合された磁石の回転角度に対して前記磁気検出素子から出力されるｓｉｎ信号とｃｏｓ信号からｔａｎ信号を算出して前記回転体の回転角度を算出することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記検出素子感度の温度ドリフトを相殺することができるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２の回転体と前記第３の回転体とを組込み後、前記各磁気検出素子から出力されるｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の基準信号を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記基準信号にて前記ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を補正することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記検出素子と前記磁石の相対位置がずれた状態で組み込まれても、装置動作時の大きな測定誤差の発生を防止することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の検出手段の回転信号と前記第２の検出手段の回転信号より、前記第１の検出手段或いは第２の検出手段の異常を検出することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記検出手段が故障しても誤った測定値を回転角度検出装置外に出力することを防止することができる。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明において、第１の検出手段の回転信号と前記第２の検出手段の回転信号より前記第２の回転体あるいは前記第３の回転体の異常を検出することを特徴とする回転角度検出装置としたものであり、前記回転体が故障しても誤った測定値を回転角度検出装置外に出力することを防止することができる。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の検出手段と前記第２の検出手段により検出された前記第１の回転体の回転角度をシリアル信号として送信する演算回路部を備え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、装置内部で角度算出でき外部に通信できるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の回転体の角度は自動車の操舵角であり、前記第１の回転体が操舵軸に係合されて前記操舵軸と共に回転する回転角度検出装置としたものであり、少ない部品点数で自動車の絶対操舵角を検出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６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、図２は同一部切欠正面図、図３は同一部切欠側面図、図４は同装置における第１の回転体１の回転角度と第２の回転体２及び第３の回転体７の回転角度との関係を示す図、図５は同じく第１の回転体１の回転角度と第２の回転体２及び第３の回転体７の回転角度との関係を示す図、図６は第１の検出手段３と第２の検出手段５と演算回路部１４の関係を示すブロック図、図７，図８は第１，第２の検出手段３，５の出力信号を示す図である。
【００１８】
図１ないし図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の回転体であり、第１の回転体１に増速関係で連結されている。３は第２の回転体２の中央部に組み込まれており第２の回転体２とともに回転する磁石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ており第３の回転体７とともに回転する磁石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に固定されておりウォームギヤ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おり、第１の回転体１に対して減速関係にある。
【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６において、１４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）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１４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１４には前記各異方性磁気検出素子３，５から出力されるｓｉｎ信号とｃｏｓ信号の基準信号等を記憶する不揮発性のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）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方法について説明する。図１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、ウォームギア９も同等の速さで回転する。
【００２２】
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。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を貫く磁力の方向が変化し、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が回転すると第２の検出手段５を貫く磁力の方向が変化し、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１４（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でもって、第１，第２，第３の回転体１，２，７の回転角の関係を説明する。ａを４、ｂを１、ｃを１／１２とすると、第１の回転体１が１回転した場合第２の回転体２の回転数は４回転、すなわち第１の回転体１が４５ｄｅｇ回転すると第２の回転体２は１８０ｄｅｇ回転する。
【００２５】
一方、第３の回転体７の回転数は１／１２回転となり、第１の回転体１が２１６０ｄｅｇ回転すると、第３の回転体７は１８０ｄｅｇ回転する。すなわち図１に示すような出力が得られる。第３の回転体７の絶対角によって第２の回転体２の回転数を算出し、更に第２の回転体２の絶対角によって、第１の回転体１の細かい絶対角を検出する。この場合、第１の回転体１が６回転するまでの絶対回転角度の検出が可能である。
【００２６】
次に第１，第２，第３の回転体をケース１０に組み込んだ時、第２の回転体２の回転基準と、第３の回転体７の回転基準とがずれることがある。その状態を図５に示す。第２の回転体２の回転基準を１６で、ずれた第３の回転体７の回転基準を１７で示している。この回転基準のずれが大きいと第２の回転体２の回転数の算出を誤る。すなわち、第１の回転体１の絶対角を＋４５ｄｅｇ或いは−４５ｄｅｇずれた形で算出してしまう。
【００２７】
そこで、前記回転体をケース１０に組み込んだ後、通信ラインを通してこのずれ量を算出するモードにするコードを図６に示すマイクロコンピュータ１４に送信し、回転基準近傍で第１の回転体１を±１回転させ、図５に示す第２の回転体２の回転基準に対する第３の回転体７の絶対回転角ｘを検出し、第３の回転体７の回転基準に対する絶対回転角ｙとの差を図６に示す不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１５に記憶する。その後、通信ラインを通してこのずれ量を算出するモードから通常モードにするコードを図６に示すマイクロコンピュータ１４に送信し、その後の電源投入時毎に第３の回転体７の絶対角に、この差（ｘ−ｙ）を補正してから第２の回転体２の回転数の算出を行う。
【００２８】
次に第２の回転体２及び第３の回転体７に固定されている磁石６，７の回転を検出する第１，第２の検出手段（異方性磁気検出素子）３，５からの絶対角算出方法について説明する。また、絶対角算出方法は共通なのでまとめて説明する。
【００２９】
図１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１８とｃｏｓ信号１９を出力する。図７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。これらの信号はマイクロコンピュータ（演算回路部）１４に入力されｓｉｎ信号１８とｃｏｓ信号１９よりｔａｎ信号２０を算出する。この時ｓｉｎ信号１８をｃｏｓ信号１９で除算するため、それぞれの感度が周囲温度によって変化しても、それぞれの感度変化は相殺されｔａｎ信号２０より算出される絶対回転角度は周囲温度が変化しても精度が高く算出される。
【００３０】
図７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。
【００３１】
次に第２の回転体２の回転角に対する第１の検出手段３の出力を図８に示す。図８からわかるようにｓｉｎ信号１８の基準２１とｃｏｓ信号１９の基準２２との間に差が発生している。この差を補正せずにｔａｎ信号を算出すると絶対回転角が正確に算出できない。そこで、第１，第２，第３の回転体をケース１０に組み込んだ時、通信ラインを通してこれらの基準を算出するモードにするコードを図６に示すマイクロコンピュータ１４に送信し、第２の回転体２が１回転以上するように第１の回転体１を回転させ、ｓｉｎ信号１８及びｃｏｓ信号１９それぞれの最大値、最小値を検出し（最大値＋最小値）／２の値を算出して、それぞれの基準２１，２２として不揮発性メモリ１５に記憶する。
【００３２】
その後、通信ラインを通してこのずれ量を算出するモードから通常モードにするコードを図６に示すマイクロコンピュータ１４に送信し、その後の電源投入時毎に不揮発性メモリ１５から基準２１，２２を読み込み、これらの基準に対するｓｉｎ信号１８及びｃｏｓ信号１９に直してからｔａｎ信号２０を算出して磁石３の絶対回転角を算出する。
【００３３】
一方、第１の検出手段３の信号から算出した絶対回転角が変化しているにもかかわらず、第２の検出手段５の信号から算出した絶対回転角が変化していない場合は、第１の検出手段３または第２の検出手段５或いは第２の回転体２または第３の回転体７に異常が発生しているとして、通信ラインより算出した第１の回転体１の絶対回転角を送信するのではなく、回転角度検出装置の異常を示すコードを送信し、メインシステムの誤動作をさせないようにする。第１の検出手段３の信号から算出した絶対回転角が変化していないのに、第２の検出手段５の信号から算出した絶対回転角が変化している場合も同様のことが言える。
【００３４】
また、第１の回転体１と第２の回転体２、第３の回転体７を連結する回転体の数は一方を第１の回転体１より高速に、もう一方を第１の回転体１より低速に回転するように連結できれば、上述の実施の形態より多くても、少なくてもよい。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、第１の回転体１と第３の回転体７の間にある第２の回転体２を利用した細かい絶対角検出を行なうものについて説明したが、図９に示すように第２の回転体３２は別途第１の回転体１に独立して連結させ、この第２の回転体３２を利用して細かい絶対角検出を行なうように構成してもよい。この時、第１の回転体１に対して減速連結する伝達機構が必要であることはいうまでもない。
【００３６】
【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】本発明の実施の形態１による回転角度検出装置の平面図
【図２】同一部切欠正面図
【図３】同一部切欠側面図
【図４】同装置による第１の回転体１の回転角度と第２の回転体２及び第３の回転体７の回転角度との関係を示す図
【図５】同装置による第１の回転体１の回転角度と第２の回転体２及び第３の回転体７の回転角度との関係を示す図
【図６】同装置による第１の検出手段３と第２の検出手段５と演算回路部１４の関係を示すブロック図
【図７】同装置による第１の回転体１の回転角度に対する第１，第２の検出手段３，５の出力信号を示す波形図
【図８】同装置による第１の回転体１の回転角度に対する第１，第２の検出手段３，５の出力信号を示す波形図
【図９】本発明の実施の形態２による回転角度検出装置の平面図
【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  マイクロコンピュータ
１５  ＥＥＰＲＯＭ
１６  第２の回転体の回転基準
１７  第３の回転体の回転基準
１８  ｓｉｎ信号
１９  ｃｏｓ信号
２０  ｔａｎ信号
２１  ｓｉｎ信号の基準
２２  ｃｏｓ信号の基準
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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