JP2005031055A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出用ギアを容易に選択することができる回転角度検出装置を提供すること。
【解決手段】 回転角度検出装置１に、メインギア２と、メインギア２と連動して回転する検出用ギア３〜４と、検出用ギア３の回転角度を検出する磁気センサ３２と、検出用ギア４の回転角度を検出する磁気センサ４２と、磁気センサ３２により検出された回転角度、及び磁気センサ４２により検出された回転角度に基づいて、メインギア２の回転角度を検出するマイコン５と、を備えさせた。ここで、磁気センサ３２の周期数ｘ１と磁気センサ４２の周期数ｘ２とは、互いに素であり、検出用ギア３の歯数ｚ１は、磁気センサ４２の周期数ｘ２に所定の整数ｆを乗算して得られる値であり、検出用ギア４の歯数ｚ２は、磁気センサ３２の周期数ｘ１に所定の整数ｆを乗算して得られる値となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転するメインギアを備え、当該メインギアの回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。

従来より、ステアリングの操舵角度が３６０［ｄｅｇ］を超える場合であっても、ステアリングの操舵角度を一義的に検出する（例えば、１０［ｄｅｇ］と、３７０［ｄｅｇ］とを区別して検出する）ことができる技術が知られている（例えば、特許文献１）。

当該技術は、メインギア、第１〜第２の検出用ギア、第１〜第２の検出用磁石、第１〜第２の磁気センサ、及びマイコンを備える。

メインギアは、車両のステアリングシャフトと一体となって回転し、第１〜第２の検出用ギアは、メインギアに連動して回転する。

第１の検出用磁石は、２極に着磁された磁石であり、第１の検出用ギアと共に回転する。第２の検出用磁石は、２極に着磁された磁石であり、第２の検出用ギアと共に回転する。

第１の磁気センサは、第１の検出用ギアに固定された磁石の磁力線の方向、即ち第１の検出用ギアの回転角度を検出し、検出結果に応じた検出信号を出力する。第２の磁気センサは、第２の検出用ギアに固定された磁石の磁力線の方向、即ち第２の検出用ギアの回転角度を検出し、検出結果に応じた検出信号を出力する。

マイコンは、第１〜第２の磁気センサから与えられた検出信号に基づいて、メインギアの回転角度を検出する。

ここで、第１の検出用ギアの歯数ｍ１及び第２の検出用ギアの歯数ｍ２は、以下の条件１または条件２を満たすように、設定される。

ｍ２＝ｍ１＋１ …（条件１）
｜ｍ１−ｍ２｜＞１、且つｍ１とｍ２とが互いに素 …（条件２）
歯数ｍ１〜ｍ２が条件１または条件２を満たす場合、メインギアの回転範囲内、即ちステアリングの操舵範囲内においては、第１の磁気センサから出力される検出信号と第２の磁気センサから出力される検出信号との組合せは、当該組合せに対応するメインギアの回転角度が異なる場合、互いに異なることとなる。したがって、第１〜第２の磁気センサから検出信号が得られれば、メインギアの回転角度を一義的に決定することができる。

したがって、当該技術では、第１の磁気センサにより検出された回転角度、及び第２の磁気センサにより検出された回転角度に基づいて、メインギアの回転角度を検出するので、ステアリングの操舵角度が３６０［ｄｅｇ］を超える場合であっても、メインギア２の回転角度、即ちステアリングの操舵角度を一義的に検出することができる。
特表２００２−５３１８５８号公報

しかし、当該技術には、以下に示す問題点があった。即ち、当該技術に使用される検出用ギアは、上述した条件１または条件２を満たすものに限られているので、当該技術に係る装置を製造するに際しては、当該装置内に納めることができ、且つ、条件１または条件２を満たす検出用ギアを選択する必要がある。

このため、当該装置の大きさが制限されている場合、当該選択に手間がかかるという問題点があった。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その主に目的とするところは、検出用ギアを容易に選択することができる回転角度検出装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、回転するメインギアを備え、当該メインギアの回転角度を検出する回転角度検出装置において、メインギアと連動して回転する第１の検出用ギア及び第２の検出用ギアと、第１の検出用ギアの回転角度を検出する第１の検出手段と、第２の検出用ギアの回転角度を検出する第２の検出手段と、第１の検出手段により検出された回転角度、及び第２の検出手段により検出された回転角度に基づいて、メインギアの回転角度を検出する第３の検出手段と、を備え、第１の検出手段の周期数と第２の検出手段の周期数とは、互いに素であり、第１の検出用ギアの歯数は、第２の検出手段の周期数に所定の整数を乗算して得られる値であり、第２の検出用ギアの歯数は、第１の検出手段の周期数に所定の整数を乗算して得られる値であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転角度検出装置において、第１の検出用ギアの歯数と第２の検出用ギアの歯数との公約数が存在し、且つ、当該公約数は、メインギアの歯数の約数と異なることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の回転角度検出装置において、メインギアは、車両のステアリングシャフトと連動して回転することを特徴とする。

本願特許請求の範囲に記載の発明では、主に以下の効果を得ることができる。即ち、第１の検出手段の周期数と第２の検出手段の周期数とは、互いに素であるので、第３の検出手段は、メインギアの回転角度を一義的に決定することができる。

さらに、第１〜第２の検出用ギアの歯数は、上述した条件（請求項１記載の条件）を満たせば、どのような歯数であってもよい。したがって、従来の技術に比して、当該第１〜第２の検出用ギアの選択の幅が広がるので、回転角度検出装置の大きさが制限される場合であっても、第１〜第２の検出用ギアを容易に選択することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１及び図２に基づいて、本発明の一実施の形態に係る回転角度検出装置１の構成及び各構成要素の主な機能について説明する。なお、図１は、回転角度検出装置１を示す概略構成図であり、図２は、回転角度検出装置１の制御系を示すブロック図である。

図１に示すように、回転角度検出装置１は、ケース１０内に収納されており、メインギア２と、検出用ギア（第１の検出用ギア）３と、検出用ギア（第２の検出用ギア）４と、磁石３１、４１と、磁気センサ（第１の検出手段）３２と、磁気センサ（第２の検出手段）４２と、マイコン（第３の検出手段）５を備える。

メインギア２は、車両のステアリングシャフトと一体となって回転する。したがって、本実施の形態では、ステアリングの操舵角度とメインギア２の回転角度とが一致する。メインギア２は、ステアリングシャフトに連動して回転するものであってもよい。

また、メインギア２の回転範囲は０〜１４４０［ｄｅｇ］である（なお、当該回転範囲は他の範囲であってもよい）。

検出用ギア３〜４は、メインギア２に連動して回転する。なお、検出用ギア４の歯数は、検出用ギア３の歯数よりも大きくなっている。したがって、検出用ギア４は、検出用ギア３よりも遅い回転速度で回転する。

磁石３１は、２極に着磁された磁石であり、検出用ギア３の回転中心部に設けられる。そして、検出用ギア３と共に回転する。

磁気センサ３２は、磁石３１の近傍に設置され、磁石３１の磁力線の方向、即ち検出用ギア３の回転角度を０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲で検出する。そして、検出された回転角度に対応するｎビット（例えば、６〜１０ビット）の検出信号を生成してマイコン５に出力する。なお、磁気センサ３２は、検出される回転角度が大きいほど、大きな値の検出信号を出力する。

磁石４１は、２極に着磁された磁石であり、検出用ギア４の回転中心部に設けられる。そして、検出用ギア４と共に回転する。

磁気センサ４２は、磁石４１の近傍に設置され、磁石４１の磁力線の方向、即ち検出用ギア４の回転角度を０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲で検出する。そして、検出された回転角度に対応するｎビット（例えば、６〜１０ビット）の検出信号を生成してマイコン５に出力する。なお、磁気センサ４２は、検出される回転角度が大きいほど、大きな値の検出信号を出力する。

ここで、メインギア２の回転角度が３６０［ｄｅｇ］を超える場合であっても、マイコン５がメインギア２の回転角度を一義的に決定することができるように、磁気センサ３２の周期ｃ１と磁気センサ４２の周期ｃ２とが以下の式（１）を満たすように設定される。なお、磁気センサ３２の周期ｃ１は、検出用ギア３が１回転する間にメインギア２が回転する角度であり、磁気センサ４２の周期ｃ２は、検出用ギア４が１回転する間にメインギア２が回転する角度である。

（ｃ１とｃ２の最小公倍数）≧（メインギア２の回転範囲） …（１）
したがって、本実施の形態では、周期ｃ１と周期ｃ２との最小公倍数が１４４０［ｄｅｇ］以上となるように、周期ｃ１〜ｃ２が設定される。

マイコン５は、図２に示すように、制御部５１を備える。当該制御部５１は、磁気センサ３２、４２から与えられた検出信号に基づいて、メインギア２の回転角度を一義的に決定する（検出する）。そして、決定された回転角度に関する角度信号を生成し、当該回転角度のデータを要求する装置に出力する。

ここで、周期ｃ１〜ｃ２を上述のように設定することで、制御部５１がメインギア２の回転角度を一義的に決定することができる理由を図３〜図４に基づいて説明する。なお、図３は、周期ｃ１〜ｃ２が式（１）の条件を満たす場合での、メインギア２の回転角度（即ち、ステアリングの操舵角度）と、磁気センサ３２、４２から出力される検出信号の値と、の関係を示す特性図であり、図４は、図３の一部を拡大して示す特性図である。また、図３〜図４では、ｎ＝１０の場合を一例として示している。

図３に示す折れ線２０は、メインギア２の回転角度（横軸）と、０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲におけるメインギア２の回転角度（縦軸）との関係を示す。一方、折れ線３０は、メインギア２の回転角度（横軸）と、磁気センサ３２から出力される検出信号の値（縦軸）との関係を示す。また、折れ線４０は、メインギア２の回転角度（横軸）と、磁気センサ４２から出力される検出信号の値（縦軸）との関係を示す。

図３に示すように、周期ｃ１は約１００［ｄｅｇ］であり、周期ｃ２は約１２８［ｄｅｇ］であるので、最小公倍数は約３２００［ｄｅｇ］となる。したがって、周期ｃ１〜ｃ２は、式（１）の条件を満たす。

この場合、図３に示すように、メインギア２の回転範囲内においては、磁気センサ３２から出力される検出信号と磁気センサ４２から出力される検出信号との組合せは、当該組合せに対応するメインギアの回転角度が異なる場合、当該回転角度が０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲では同一であっても、互いに異なることとなる。したがって、磁気センサ３２、４２から検出信号が得られれば、メインギア２の回転角度を一義的に決定することができるので、制御部５１は、メインギア２の回転角度を一義的に決定することができる。

例えば、図３〜図４に示すように、メインギア２の回転角度が１８０［ｄｅｇ］、５４０［ｄｅｇ］となる（０〜３６０［ｄｅｇ］の範囲では、当該回転角度は何れも１８０［ｄｅｇ］となる）場合には、磁気センサ３２から出力される検出信号の値は、それぞれ異なる値ａ１、ａ２となり、磁気センサ４２から出力される検出信号の値は、それぞれ異なる値ｂ１、ｂ２となる。したがって、メインギア２の回転角度が１８０［ｄｅｇ］の場合、当該組合せは（ａ１、ｂ１）となり、５４０［ｄｅｇ］の場合、当該組合せは（ａ２、ｂ２）となるので、当該組合せは互いに異なることとなる。

これにより、制御部５１は、磁気センサ３２、４２から与えられる検出信号の組合せが（ａ１、ｂ１）となる場合には、メインギア２の回転角度を１８０［ｄｅｇ］と決定し、磁気センサ３２、４２から与えられる検出信号の組合せが（ａ２、ｂ２）となる場合には、メインギア２の回転角度を５４０［ｄｅｇ］と決定することができる。

この場合、図１に示す検出用ギア３の歯数ｚ１及び検出用ギア４の歯数ｚ２は、以下の式（２）〜（３）を満たすように設定される。ここで、ｆは１以上の整数である。

（検出用ギア３の歯数ｚ１）＝ｆ＊（磁気センサ４２の周期数ｘ２） …（２）
（検出用ギア４の歯数ｚ２）＝ｆ＊（磁気センサ３２の周期数ｘ１） …（３）
ここで、歯数ｚ１〜ｚ２を上述のように設定することができる理由を説明する。磁気センサ３２の周期ｃ１及び磁気センサ４２の周期ｃ２が式（１）の条件を満たす場合、磁気センサ３２の周期数ｘ１と磁気センサ４２の周期数ｘ２とは、互いに素となる。ここで、周期数ｘ１は、メインギア２が回転範囲内の一方の限界値から他方の限界値まで回転する間に、検出用ギア３が回転する回数である。同様に、周期数ｘ２は、メインギア２が回転範囲内の一方の限界値から他方の限界値まで回転する間に、検出用ギア４が回転する回数である。

また、以下の式（４）〜（６）が成立する。ここで、ｚ０は、メインギア２の歯数である。

（メインギア２の回転範囲）＝ｃ１＊ｘ１＝ｃ２＊ｘ２ …（４）
ｃ１＝３６０＊ｚ１／ｚ０ …（５）
ｃ２＝３６０＊ｚ２／ｚ０ …（６）
式（４）に式（５）〜（６）を代入して整理すると、以下の式（７）が得られる。

ｚ１＊ｘ１＝ｚ２＊ｘ２ …（７）
さらに、当該式（７）から、以下の式（８）〜（９）が得られる。

ｚ１＝ｚ２＊ｘ２／ｘ１ …（８）
ｚ２＝ｚ１＊ｘ１／ｘ２ …（９）
ここで、周期数ｘ１、ｘ２は互いに素であること、歯数ｚ１〜ｚ２は１以上の整数であること、及び式（８）〜（９）から、以下の式（１０）〜（１１）が得られる。ここで、ｄ、ｅは何れも１以上の整数である。

ｚ１＝ｄ＊ｘ２ …（１０）
ｚ２＝ｅ＊ｘ１ …（１１）
さらに、式（１０）〜（１１）を式（７）に代入して整理すると、以下の式（１２）が得られる。

ｄ＝ｅ＝ｆ …（１２）
ここで、ｆは１以上の整数である。そして、式（１２）を式（１０）〜（１１）に代入すると、上述した式（２）〜（３）が得られる。

したがって、歯数ｚ１〜ｚ２を式（２）〜（３）を満たすように設定すれば、周期ｃ１〜ｃ２は直ちに式（１）を満たすこととなるので、制御部５１は、メインギア２の回転角度を一義的に決定することができる。図３に示す例では、ｚ０＝９０、ｚ１＝２５、ｚ２＝３２であり、式（２）〜（３）を満たす。

なお、式（１）を満たす周期ｃ１〜ｃ２としては、図３〜図４に示すものの他に、例えば図５〜図６に示すものがある。ここで、図５〜図６は、図３〜図４と同様の特性図である。

図５に示す例では、周期ｃ１は約９０．７［ｄｅｇ］であり、周期ｃ２は約１２８［ｄｅｇ］であるので、最小公倍数は約２１７６［ｄｅｇ］となる。したがって、周期ｃ１〜ｃ２は、式（１）の条件を満たす。また、この例では、ｚ０＝１３５、ｚ１＝３４、ｚ２＝４８であり、式（２）〜（３）を満たす。

以上により、本実施の形態では、磁気センサ３２の周期数ｘ１と磁気センサ４２の周期数ｘ２とは互いに素であるので、制御部５１は、メインギア２の回転角度を一義的に決定することができる。

さらに、検出用ギア３の歯数ｚ１及び検出用ギア４の歯数ｚ２は、上述した式（２）〜（３）を満たせば、どのような歯数であってもよい。したがって、従来の技術に比して、当該検出用ギア３〜４の選択の幅が広がるので、回転角度検出装置１の大きさが制限される場合であっても、検出用ギア３〜４を容易に選択することができる。なお、従来の技術に含まれない歯数の組合せとしては、例えば以下のものがある。即ち、（ｚ０、ｚ１、ｚ２）＝（１３５、３８、４８）、（１３５、２４、６２）、（１３５、２４、５８）、（１３５、３４、４８）、（１３５、４８、２６）、（１３５、５０、２４）となる。

また、メインギア２、検出用ギア３〜４の組合せとして、検出用ギア３〜４の歯数ｚ１〜ｚ２の公約数が存在し、当該公約数がメインギア２の歯数ｚ０の約数と異なるような組合せを選択することもできる。このような組合せとしては、例えば、上述したものがある。

また、メインギア２は、車両のステアリングシャフトと一体となって回転するので、ステアリングの操舵角度を一義的に決定することができる。また、車両に回転角度検出装置１を搭載するために、回転角度検出装置１の大きさが制限される場合であっても、検出用ギア３〜４を容易に選択することができる。

なお、本実施の形態では、メインギア２を、車両のステアリングシャフトと一体となって回転するものとしたが、当該メインギア２は、ステアリングシャフトに連動して回転するものであってもよい。また、メインギア２は、他の回転体に連動して回転するものであってもよい。

本発明の一実施の形態に係る回転角度検出装置の構成を示す概略構成図である。 回転角度検出装置の制御系を示すブロック図である。 メインギアの回転角度と、磁気センサから出力される検出信号の値と、の関係を示す特性図である。 図３の一部を拡大して示す特性図である。 メインギアの回転角度と、磁気センサから出力される検出信号の値と、の関係を示す特性図である。 図５の一部を拡大して示す特性図である。

符号の説明

１…回転角度検出装置
２…メインギア
３…検出用ギア（第１の検出用ギア）
４…検出用ギア（第２の検出用ギア）
３１、４１…磁石
３２…磁気センサ（第１の検出手段）
４２…磁気センサ（第２の検出手段）
５…マイコン（第３の検出手段）
５１…制御部
１０…ケース

Claims (3)

1. 回転するメインギアを備え、当該メインギアの回転角度を検出する回転角度検出装置において、
   前記メインギアと連動して回転する第１の検出用ギア及び第２の検出用ギアと、
   前記第１の検出用ギアの回転角度を検出する第１の検出手段と、
   前記第２の検出用ギアの回転角度を検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段により検出された回転角度、及び前記第２の検出手段により検出された回転角度に基づいて、前記メインギアの回転角度を検出する第３の検出手段と、を備え、
   前記第１の検出手段の周期数と前記第２の検出手段の周期数とは、互いに素であり、前記第１の検出用ギアの歯数は、前記第２の検出手段の周期数に所定の整数を乗算して得られる値であり、前記第２の検出用ギアの歯数は、前記第１の検出手段の周期数に前記所定の整数を乗算して得られる値であることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 請求項１記載の回転角度検出装置において、
   前記第１の検出用ギアの歯数と前記第２の検出用ギアの歯数との公約数が存在し、且つ、当該公約数は、前記メインギアの歯数の約数と異なることを特徴とする回転角度検出装置。
3. 請求項１または２記載の回転角度検出装置において、
   前記メインギアは、車両のステアリングシャフトと連動して回転することを特徴とする回転角度検出装置。

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