(57)【要約】【課題】低コストでコンパクトな構成をとりつつ、複数回転の回転角度を検出可能な回転角度検出装置を提供する。【解決手段】回転体５の回転角度を検出する回転角度検出装置１であって、磁石２と、互いに直交するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の３方向の磁場成分の大きさを検出可能な磁場検出手段３とを備え、回転体５の回転に伴って、磁石２又は磁場検出手段３が、Ｚ軸に平行な周回軸の周りを周回するとともに、周回に応じて磁石２と磁場検出手段３の相対変位のＺ軸成分が増減するように構成する。【選択図】図２
2009109274.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であって、
磁石と、互いに直交するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の３方向の磁場成分の大きさを検出可能な磁場検出手段とを備え、
前記回転体の回転に伴って、前記磁石又は前記磁場検出手段が、前記Ｚ軸に平行な周回軸の周りを周回するとともに、前記周回に応じて前記磁石と前記磁場検出手段の相対変位のＺ軸成分が増減するように構成された回転角度検出装置。
【請求項２】
前記周回軸を前記Ｚ軸に一致させてある請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記磁石と前記磁場検出手段との相対移動の軌跡が前記周回軸方向視で周回半径が等しい螺旋状である請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記Ｘ軸・前記Ｙ軸・前記Ｚ軸の原点を始点とする前記磁場の三次元空間における空間ベクトルを想定し、当該空間ベクトルをＸＹ平面に投影した際の前記ＸＹ平面内における投影ベクトルの方向と、前記空間ベクトルと前記投影ベクトルとのなす角度とに基づいて、前記回転角度を検出する請求項１〜３の何れか一項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であって、磁石と、互いに直交するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の３方向の磁場成分の大きさを検出可能な磁場検出手段とを備えた回転角度装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような回転角度検出装置は、例えば、自動車の電動スライドシート装置のシート位置検出装置として用いられる。
この種のスライドシートの位置検出装置は、スライドシートを駆動するモータの回転又はモータの回転に連動した駆動軸の回転を検出し、この回転角度からスライドシートの位置を検出する。
通常、この種の電動スライド装置において、シートのスライド移動の際にモータ及び駆動軸は複数回転する。このため、位置検出装置は複数回転する回転体の回転数や回転角度を検出する必要がある。
【０００３】
従来このようなシート位置検出装置として、モータの回転に伴って発生するパルス信号を、車載のコンピュータユニット等により計測することでモータの回転数を検出し、当該モータの回転数からシートの位置を求めるものが知られている。
【０００４】
また、シート位置検出装置に適用可能なように、複数回転の回転角度を検出可能な回転角度検出装置として、特許文献１に記載の回転角度検出装置が公知である。この回転角度検出装置は、回転角度の検出対象である回転体の回転を、変速比の異なる二つの変速機によって、異なる回転速度を持った検出軸の回転に変換する回転変換機構と、各々の検出軸に設けられて回転中心回りの円周方向異方性を有する磁場発生手段とを備える。また、夫々の磁場発生手段に対応して、磁場発生手段の回転角度を検出する磁場検出手段が設けられている。これら二つの磁場検出手段が検出した回転角度の差に基づいて、回転の回転角度を算出する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７８５５２号広報（０００５段落及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、モータの回転に伴って発生するパルス信号を計測してスライドシートの位置を検出する方法では、モータの回転数をコンピュータユニット等に記憶する必要がある。このため、例えばコンピュータユニットの電源が切れた状態でスライドシートが移動された場合には、その移動量は記憶されず、正確な位置を検知することができないという問題があった。
【０００７】
また、特許文献１に記載の回転角度検出装置では、回転体の回転角度自体を検出することができるので、上述の問題は発生しないものの、磁場検出手段を二つ設けることが必須となりコストが増大するという問題があった。また、二つの検出軸を設けなければならないことから、装置のコンパクト化が困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストでコンパクトな構成をとりつつ、複数回転の回転角度を検出可能な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】
【０００９】
本発明の第１特徴構成は、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、磁石と、互いに直交するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の３方向の磁場成分の大きさを検出可能な磁場検出手段とを備え、前記回転体の回転に伴って、前記磁石又は前記磁場検出手段が、前記Ｚ軸に平行な周回軸の周りを周回するとともに、前記周回に応じて前記磁石と前記磁場検出手段の相対変位のＺ軸成分が増減するように構成された点にある。
【００１０】
本構成によれば、回転体の回転に伴って、磁石又は磁場検出手段が、Ｚ軸に平行な周回軸の周りを周回するとともに、周回に応じて磁石と磁場検出手段の相対変位のＺ軸成分が増減するので、磁石又は磁場検出手段が複数回周回した場合でも互いの相対位置関係が一義的に定まる。このため、磁場の３次元方向が一義的に定まり、磁場検出手段により、互いに直交するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の３方向の磁場成分の大きさを検出することにより、回転体の回転角度を検出することができる。
また、一義的に定まる磁場の３次元方向を測定するので、回転体の回転数を検出するために、従来のように複数の磁場検出手段を設ける必要がない。
さらに、磁石又は磁場検出手段が、Ｚ軸に平行な周回軸の周りを周回するとともに、周回に応じて磁石と磁場検出手段の相対変位のＺ軸成分が増減するように構成すればよいので、従来のように、複数の検出軸を設ける必要がない。
上述の結果、低コストでコンパクトな構成をとりつつ、複数回転の回転角度を検出可能な回転角度検出装置を得ることができる。
【００１１】
本発明の第２特徴構成は、前記周回軸を前記Ｚ軸に一致させた点にある。
【００１２】
本構成のように、周回軸とＺ軸とを一致させることにより、磁石又は磁場検出手段が周回する際のＸ軸方向の磁場成分とＹ軸方向の磁場成分の合成ベクトルの中心が不動になり、磁場の検出が容易になる。
また、周回軸の延長線上に磁場検出手段が位置するので、周回軸に垂直な方向の幅を減少させることができ、装置をよりコンパクトにすることができる。
【００１３】
本発明の第３特徴構成は、前記磁石と前記磁場検出手段との相対移動の軌跡が前記周回軸方向視で周回半径が等しい螺旋状である点にある。
【００１４】
本構成により、磁石又は磁場検出手段が周回する際のＸ軸方向の磁場成分とＹ軸方向の磁場成分の合成ベクトルの大きさが一定になるので、より正確に回転角度を検出することができる。
【００１５】
本発明の第４特徴構成は、前記Ｘ軸・前記Ｙ軸・前記Ｚ軸の原点を始点とする前記磁場の三次元空間における空間ベクトルを想定し、当該空間ベクトルをＸＹ平面に投影した際の前記ＸＹ平面内における投影ベクトルの方向と、前記空間ベクトルと前記投影ベクトルとのなす角度とに基づいて、前記回転角度を検出する点にある。
【００１６】
磁石と磁場検出手段とを上述のように相対変位させた場合、投影ベクトルの方向は磁石の周回と同周期で変化し、空間ベクトルと投影ベクトルとのなす角度は磁石の周回軸に沿った移動に伴って変化する。従って、投影ベクトルの方向と、空間ベクトルと投影ベクトルとのなす角度とに基づいて磁石と磁場検出手段との相対移動を検出することができ、回転角度を確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る回転角度検出装置１の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１に車両用スライドシート装置Ｓを車両の床側から見た平面図を示す。本発明の回転角度検出装置１は、例えば、当該車両用スライドシート装置Ｓのスライドシート１４の位置検出に用いられる。ここでは、駆動軸１１の回転角度を検出する。
この車両用スライドシート装置Ｓでは、スライドシート１４が、レール１３上をスライド移動する。また、前記駆動軸１１はモータ１０と減速機構等を介して駆動される。駆動軸１１の回転動力が直交変換部１２によりスライド方向の動力に変換されてスライドシート１４に固定されたスライド部材に伝達される。
【００１８】
駆動軸１１には、回転角度検出装置１が設けられ、駆動軸１１（本発明の回転体５に相当する）の回転角度に基づいて、スライドシート１４の位置が検出される。
通常、このような車両用スライドシート装置Ｓにおいて、スライドシート１４を全スライド範囲に亘ってスライドさせた場合、駆動軸１１は複数回転することとなる。従って、回転角度検出装置１は、複数回転の回転角度を検出する必要がある。以下、このような回転角度検出装置１について説明する。
【００１９】
図２及び図３に示すように、この回転角度検出装置１は、回転軸４と、当該回転軸４に一体回転可能に外嵌されたギア６とギア６に固定された磁石２と、ギア６と対向して設けられた磁場検出手段３とを備える。
【００２０】
本実施形態では、磁石２が回転軸４の軸芯とオフセットして配置されるとともに、磁場検出手段３が回転軸４の軸芯の延長線上に固定配置されている。また、回転軸４にはねじ部４ａが形成され、回転軸４の回転に伴い回転軸４がスラスト方向（Ｚ軸方向）に移動するよう構成されている。
ギア６は回転角度の検出対象である回転体５に外嵌されたギア７と噛合している。本実施形態では、回転体５の回転が減速して回転軸４に伝達されるようにギ６ア及びギア７が設定されている。従って、回転軸４の回転角度（回転回数）の最大値よりも大きな回転体５の回転角度（回転回数）を検出することができる。
上述の構成により、図２に示すように、回転体５の回転に伴い、回転軸４が、回転するとともにスラスト方向に移動する。
これにより、磁石２が、周回軸の周りを周回するとともに、周回に応じて磁石２と磁場検出手段３の相対変位のＺ軸方向の成分が増減する。具体的には、図７に示すように、磁石２が回転軸４（Ｚ軸）を中心としてらせん状の軌跡を描いて移動する。
【００２１】
磁場検出手段３は、図４及び図６に示すように、互いに直交するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の３方向の磁場を検出可能に構成されている。
磁場検出手段３は、例えばホールＩＣであり、具体的には、Ｍｅｌｅｘｉｓ社のＭＬＸ９０３３３等を用いることができる。
この磁場検出手段３は、磁性プレート８と磁場を検出する検出素子９とを有する。磁性プレート８は、円板状に形成されている。検出素子９（ホール素子）は、磁性プレート８の端部の直下に配置されている。検出素子９は、Ｘ軸に沿って配置された一対の検出素子９ａ，９ｂと、Ｙ軸に沿って配置された一対の検出素子９ｃ，９ｄとの二対が設けられている。
ここで、磁場検出手段３は、ＸＹ平面が磁石２と対向するとともに、Ｚ軸が回転軸４の軸芯と一致するように配置されている。回転軸４の軸心は、本発明の周回軸に相当する。
【００２２】
磁場検出手段３の検出原理について、図５に基づいて説明する。
Ｙ軸方向の磁場成分は以下のように検出される。つまり、図５（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向の磁場成分が印加されると、磁性プレート８により磁束が曲げられて、Ｙ軸方向に沿って配置した一対の検出素子９ｃ，９ｄには、磁性プレート８に垂直なＺ軸方向の磁場成分が発生する。このとき、Ｚ方向の磁場成分の大きさは、外部磁場の大きさに比例したものとなり、検出素子９ｃと検出素子９ｄとでは、発生する磁場成分の方向が逆方向となる。したがって、一対の検出素子９ｃ，９ｄの出力電圧の差分を算出することにより、Ｙ方向の外部磁場の大きさに比例した磁場成分を検出できる。
【００２３】
Ｘ軸方向の磁場成分が印加されたときも、Ｙ軸方向の磁場成分が印加されたときと同様に、磁性プレート８に垂直なＺ軸方向の磁場成分が発生する。したがって、磁場検出手段３は、Ｘ方向に沿って配置した一対の検出素子９ａ，９ｂの出力電圧の差分を算出することにより、Ｘ方向の磁場成分の大きさを検出できる。
【００２４】
Ｙ軸方向の磁場成分を検出する際、Ｚ軸方向の磁場成分については以下のとおり除去される。図５（ａ）に示すように、Ｚ軸方向の磁場成分が印加されたときには、Ｙ方向に沿って配置した一対の検出素子９ｃ，９ｄには、磁性プレート８に垂直なＺ方向の磁場成分が発生する。このときには、検出素子９ｃと検出素子９ｄとでは、発生する磁場成分の方向が同じ方向となる。したがって、一対の検出素子９ｃ，９ｄの出力電圧の差分を算出することにより、Ｚ方向の磁場成分を除去できる。
Ｘ軸方向の磁場成分を検出する際も、同様に、一対の検出素子９ａ，９ｂの出力電圧の差分を算出することにより、Ｚ方向の磁場成分を除去できる。
【００２５】
一方、Ｚ軸方向の磁場成分は、以下のように検出される。つまり、上述のように、Ｚ軸方向の磁場成分が印加されたときには、Ｙ方向に沿って配置した一対の検出素子９ｃ，９ｄに発生する磁場成分の方向が同じ方向となる。したがって、磁場検出手段３は、Ｙ軸方向に沿って配置した一対の検出素子９ｃ，９ｄの出力電圧の和を算出することにより、Ｚ軸方向の磁場成分の大きさを検出できる。
【００２６】
Ｚ軸方向の磁場成分を検出する際、Ｙ軸方向の磁場成分については、以下の通り除去される。つまり、上述の通り、Ｙ軸方向の磁場成分が印加されたときには、Ｙ方向に沿って配置された一対の検出素子９ｃと検出素子９ｄとでは、発生する磁場成分の方向が反対方向となる。従って、一対の検出素子９ｃ，９ｄの出力電圧の和を算出することにより、Ｙ軸方向の磁場成分を除去することができる。
【００２７】
次に、演算手段による演算について説明する。
演算手段は、磁場検出手段３が検出したＸ軸方向の磁場成分Ｂｘ、Ｙ軸方向の磁場成分Ｂｙ、及びＺ軸方向の磁場成分Ｂｚに基づいて、回転軸４の回転角度を算出する。また、演算手段は、予め設定された回転軸４と回転体５との変速比に基づいて、回転体５の回転角度を算出する。
【００２８】
本実施形態では、図６に示すように、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の原点を始点とする磁場の三次元空間における空間ベクトルＶを想定する。そして、当該空間ベクトルＶをＸＹ平面に投影した際のＸＹ平面内における投影ベクトルＶ’の方向（投射ベクトルの回転角度α）と、空間ベクトルＶと投影ベクトルＶ’とのなす角度βとに基づいて、回転角度を検出する。
【００２９】
図８にＺ軸を中心として磁石２を磁場検出手段３から離間する方向に螺旋状に移動させた場合のシミュレーション結果を示す。
図８中の◆は回転軸４の回転に伴う回転角度αの変化を示し、■は回転軸４の回転に伴うなす角度βの変化を示す。
【００３０】
回転角度αは、回転軸４の回転角度が３６０°の周期で、周期的に変化した。一方、なす角度βは回転軸４の回転角度の増加に伴って、連続的に増加した。
つまり、図７に示すように、回転軸４が１回転（３６０°回転）すると、ＸＹ平面に沿った方向で、すなわちＺ軸方向視で、磁石２は１回転して元の位置に戻り、回転角度αも元の値に戻る。一方、図９に示すように、磁石２と磁場検出手段３との距離のＺ軸方向成分が増加すると、なす角度βが増加する。
【００３１】
従って、演算手段は、回転角度α及びなす角度βに基づき、回転軸４の回転角度を算出することができる。つまり、回転角度αに基づき１回転中の回転角度（回転角度のうち３６０°より小さい部分）を検出するとともに、なす角度βに基づき回転回数（回転角度のうち３６０°の整数倍の部分）を検出する。このように、回転角度α及びなす角度βに基づいて、３６０°より大きな回転角度を算出することができる。
【００３２】
具体的には、演算手段は、Ｘ軸方向の磁場成分Ｂｘ及び、Ｙ軸方向の磁場成分Ｂｙに基づいて、以下の式により角度αを算出する。
［式１］
α＝ａｒｃｔａｎ（Ｂｙ／Ｂｘ）
また、さらに、Ｘ軸方向の磁場成分Ｂｘ、Ｙ軸方向の磁場成分Ｂｙ及び、Ｚ軸方向の磁場成分Ｂｚに基づいて、以下の式によりβを算出する。
［式２］
β＝ａｒｃｔａｎ[Ｂｚ／√（Ｂｘ2＋Ｂｙ2）]
そして、算出されたα及びβに基づいて、回転軸４の回転角度を検出し、回転体５と回転軸４との変速比に基づいて回転体５の回転角度を検出する。
【００３３】
上述の構成により、回転体５の回転角度に対する磁場の方向（本実施形態では、回転角度α及びなす角度β）が、一義的に定まる。従って、従来のようにコンピュ−タユニット等に回転回数を記憶することなく、３６０°以上の回転角度を検出することができる。
また、回転角度を検出するために従来のように複数の磁場検出手段３を設ける必要がない。このため、装置のコストを低減させることができる。
【００３４】
［別実施形態１］
上述の実施形態では、ギア６，７を介して回転体５の回転を回転軸４に伝達するように構成した。しかし、磁石２を回転体５と一体回転可能に設けて、回転体５の回転角度を直接検出するように構成してもよい。
回転角度検出装置１をこのように構成することにより、ギア６，７を介さないので、ギア６，７のバックラッシュの影響を除去して、より正確に回転角度を検出することができる。
【００３５】
また、図１０に示すように、回転体５と回転軸４との間に複数のギア６，７ａ，７ｂ，７ｃを介在させてもよい。このように構成することにより、回転体５の回転角度の最大値（回転回数）に応じて、回転体５と回転軸４との間の変速比を適宜設定することができる。
【００３６】
［別実施形態２］
また、上述の実施形態では、磁石２と対向して、一つの磁場検出手段３を設ける例を説明したが、例えば磁石２を挟んで両側に磁場検出手段３を配置してもよい。
このように構成することにより、例えば磁石２との距離が近い方の磁場検出手段３に基づいて、回転角度を検出することにより、装置の精度を高めることができる。
【００３７】
［別実施形態３］
上述の実施形態では、磁場検出手段３を固定側の部材とし、磁石２が回転体５の回転に伴って移動する例を説明したが、磁石２を固定側の部材として、回転体５の回転に伴って磁場検出手段３が移動するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る回転角度検出装置の適用例を示す図
【図２】本発明に係る回転角度検出装置を示す図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図４】磁場検出装置の一例を示す図
【図５】各方向の磁場成分を検出する原理を示す図
【図６】演算手段による演算の一例を示す図
【図７】磁石と磁場検出手段との相対移動の軌跡の一例を示す図
【図８】磁石を螺旋状に移動させた場合のシミュレーション結果を示す図
【図９】磁石と磁場検出手段との軸方向成分の変位が増減した場合の磁場の変化を示す図
【図１０】別実施形態に係る回転角度検出装置を示す図
【符号の説明】
【００３９】
１      回転角度検出装置
２      磁石
３      磁場検出手段
５      回転体
Ｖ      空間ベクトル
Ｖ’    投影ベクトル
【図１】
2009109274.tif 000003
【図２】
2009109274.tif 000004
【図３】
2009109274.tif 000005
【図４】
2009109274.tif 000006
【図５】
2009109274.tif 000007
【図６】
2009109274.tif 000008
【図７】
2009109274.tif 000009
【図８】
2009109274.tif 000010
【図９】
2009109274.tif 000011
【図１０】
2009109274.tif 000012