回転角度検出装置
【課題】装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できる回転角度検出装置を提供すること。
【解決手段】被検出回転体に固定し共に回転する主回転体と、主回転体に対し所定の回転比で回転する副回転体と、ｎを２以上の整数として、主回転体の回転に応じ周期的に変化する連続信号を周期数ｎで出力する主回転検出機構と、ｍをｎより小さく１以上の整数として、副回転体の回転に応じ周期的に変化する連続信号を周期数ｍで出力する副回転検出機構と、主及び副回転検出機構の出力信号を用い主及び副回転体回転角度を算出する信号処理手段と、主又は副回転体回転角度、主回転体と副回転体との相対回転角度、主及び副回転検出機構出力信号周期に基づいて被検出回転体回転角度を算出する演算処理手段とを備える。
【解決手段】被検出回転体に固定し共に回転する主回転体と、主回転体に対し所定の回転比で回転する副回転体と、ｎを２以上の整数として、主回転体の回転に応じ周期的に変化する連続信号を周期数ｎで出力する主回転検出機構と、ｍをｎより小さく１以上の整数として、副回転体の回転に応じ周期的に変化する連続信号を周期数ｍで出力する副回転検出機構と、主及び副回転検出機構の出力信号を用い主及び副回転体回転角度を算出する信号処理手段と、主又は副回転体回転角度、主回転体と副回転体との相対回転角度、主及び副回転検出機構出力信号周期に基づいて被検出回転体回転角度を算出する演算処理手段とを備える。
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のステアリングシャフトなどの回転体に取り付けて回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１が開示する従来の回転角度検出装置は、角度を検出すべき被検出回転体によって回転される回転板と、被検出回転体または回転板によって回転板よりも多い回転数で回転される歯車とを備える。そして、回転板には光センサを用いたアブソリュート信号型エンコーダが設けられ、このエンコーダが回転板の１回転を１周期とするコード信号を回転板の回転角度検出信号として出力する。また、歯車には磁石と磁気抵抗素子とを用いた磁気センサが設けられ、この磁気センサが歯車の１回転を１周期とするアナログ信号を歯車の回転角度検出信号として出力する。そして、これらのエンコーダと磁気センサとが出力する各回転角度検出信号の組み合わせから被検出回転体の回転角度を算出する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９８５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の回転角度検出装置は、被検出回転体の回転角度の検出角度範囲を広くしようとすると、歯車の直径を大きくしなければならないため、装置が大型化するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できる回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転角度検出装置は、被検出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、前記被検出回転体に固定し該被検出回転体と共に回転する主回転体と、前記主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体と、ｎを２以上の整数として、前記主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｎで出力する主回転検出機構と、ｍをｎより小さく１以上の整数として、前記副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｍで出力する副回転検出機構と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号を用いて前記主回転体および前記副回転体の回転角度を算出する信号処理手段と、前記算出した主回転体または副回転体の回転角度と、前記主回転体と前記副回転体との相対回転角度と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号の周期とに基づいて前記被検出回転体の回転角度を算出する演算処理手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記ｍは１であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記主回転検出機構または前記副回転検出機構は、前記主回転体または前記副回転体に取り付けられ回転方向において連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を発生する磁石と、前記磁石の近傍に前記主回転体または前記副回転体の回転中心のまわりに所定の角度をなすように配置した２つの磁気検出素子と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記磁気検出素子は、ホール素子であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記磁気検出素子は、磁気抵抗素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る回転角度検出装置は、ｎを２以上の整数として、被検出回転体と共に回転する主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｎで出力する主回転検出機構と、ｍをｎより小さく１以上の整数として、主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｍで出力する副回転検出機構とを備え、ｎを２以上の多周期にすることで副回転体の大きさを大きくしなくても周期差を小さくでき、その結果検出角度範囲を広くできるので、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明に係る回転角度検出装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置を模式的に表した断面概略図である。本実施の形態に係る回転角度検出装置は、被検出回転体である自動車のステアリングシャフトの回転角度を検出するものである。
【００１５】
図１に示すように、回転角度検出装置１は、紙面と垂直の方向に延びたステアリングシャフトＸを中心部の孔に嵌めることにより取り付けて固定し、ステアリングシャフトＸと共に回転する主回転体であるリング状の主歯車２と、主歯車２と噛み合って主歯車２に対して所定の回転比で回転する副回転体である副歯車３と、主歯車２の回転に応じて周期的に変化する連続信号を出力する主回転検出機構４と、主回転検出機構４が出力する信号を用いて主歯車２の回転角度を算出する信号処理手段５と、副歯車３の回転に応じて周期的に変化する連続信号を出力する副回転検出機構６と、副回転検出機構６が出力する信号を用いて副歯車３の回転角度を算出する信号処理手段７と、信号処理手段５、７が算出した主歯車２および副歯車３の回転角度、主歯車２と副歯車３との相対回転角度、および主回転検出機構４および副回転検出機構６が出力する信号の周期に基づいてステアリングシャフトＸの回転角度を算出する演算処理手段８とを備える。なお、主歯車２と副歯車３とのギヤ比すなわち回転比は５／９である。また、符号９は回転角度検出装置１のハウジングを示す。
【００１６】
主回転検出機構４は、主歯車２に取り付けられたリング状の磁石４ａと、リング状磁石４ａの表面から０．５ｍｍだけ離れた位置に主歯車２の回転中心のまわりに４５度の角度をなすように配置したホール素子４ｂ、４ｃとを備える。同様に、副回転検出機構６は、副歯車３に取り付けられた円板状の磁石６ａと、円板状磁石６ａの表面から０．５ｍｍだけ離れた位置に副歯車３の回転中心のまわりに９０度の角度をなすように配置したホール素子６ｂ、６ｃとを備える。ホール素子４ｂ、４ｃ、６ｂ、６ｃは回転角度検出装置１に固定されている。
【００１７】
リング状磁石４ａは、Ｓ極の部分とＮ極の部分が交互に２箇所ずつ配置され、主歯車２の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を１回転あたり２周期発生するように着磁されている４極の磁石である。ホール素子４ｂ、４ｃは主歯車２の回転に対応して強度が変化する磁場を検出し、それぞれ磁場強度に対応した電圧信号を１回転あたり２周期、すなわち周期数２で出力する。磁場強度の変化の周期すなわちホール素子４ｂ、４ｃが出力する電圧信号の周期は、周期数２で３６０度を割った値である１８０度である。一方、円板状磁石６ａは、Ｓ極の部分とＮ極の部分が交互に１箇所ずつ配置され、副歯車３の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を１回転あたり１周期発生するように着磁されている２極の磁石である。ホール素子６ｂ、６ｃは副歯車３の回転に対応して強度が変化する磁場を検出し、それぞれ磁場強度に対応した電圧信号を周期数１で出力する。すなわちホール素子６ｂ、６ｃが出力する電圧信号の周期は、周期数１で３６０度を割った値である３６０度である。
【００１８】
したがって、回転角度検出装置１の主回転検出機構４が出力する連続信号の周期数をｎとし、副回転検出機構６が出力する連続信号の周期数をｍとすると、ｎ＝２、ｍ＝１である。後述するように、回転角度検出装置１のシャフトＸの回転に対する検出角度範囲は主回転検出機構４が出力する信号の周期と副回転検出機構６が出力する信号の周期にギヤ比を乗じて得られた周期との差の絶対値が小さくなるほど大きくなる。したがって、回転角度検出装置１は、より広い検出角度範囲を有するものとなる。
【００１９】
回転角度検出装置１についてさらに具体的に説明する。図２は、図１に示す主回転検出機構４、副回転検出機構６、信号処理手段５、７、演算処理手段８の構成を示すブロック図である。ホール素子４ｂ、４ｃは増幅器Ａ１により増幅した電圧が印加され、主歯車２の回転に対応した強度の磁場を検出し、検出した磁場強度に対応した電圧値を有する電圧信号を出力する。増幅器Ａ２、Ａ３はホール素子４ｂ、４ｃが出力する電圧信号を増幅して電圧値であるＳ１、Ｓ２とし、マイクロコントローラを備える信号処理手段５に出力する。信号処理手段５は電圧値Ｓ１、Ｓ２を用いて主歯車２の回転角度であるθ１を算出し、マイクロコントローラを備える演算処理手段８に出力する。
【００２０】
同様に、増幅器Ａ４により増幅した電圧を印加したホール素子６ｂ、６ｃは検出した磁場強度に応じた電圧値を有する電圧信号を出力する。増幅器Ａ５、Ａ６はホール素子６ｂ、６ｃが出力する電圧信号を増幅して電圧値であるＳ３、Ｓ４とし、マイクロコントローラを備える信号処理手段７に出力する。信号処理手段７は電圧値Ｓ３、Ｓ４を用いて副歯車３の回転角度を算出し、さらにこの回転角度に回転比５／９を乗じた角度であるθ２を算出し、演算処理手段８に出力する。そして、演算処理手段８はθ１、θ２を用いてステアリングシャフトＸの回転角度Φを算出する。
【００２１】
つぎに、図３〜５を参照して回転角度検出装置１がステアリングシャフトＸの回転角度を検出する方法について具体的に説明する。まず、図３を参照して主歯車２の回転角度を算出する方法について説明する。信号処理手段５に入力する電圧信号の電圧値であるＳ１、Ｓ２はたとえば図３の上段のグラフに示すような１８０度を周期とする正弦曲線Ｌ１、Ｌ２上の各１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車２の回転角度を示し、縦軸は電圧信号の電圧を示す。また、ホール素子４ｂ、４ｃは主歯車２の回転中心のまわりに４５度の角度をなすように配置されているので、正弦曲線Ｌ１、Ｌ２の位相差は４５度である。
【００２２】
つぎに、信号処理手段５は、電圧値Ｓ１、Ｓ２を下記の式（１）、（２）を用いて規格化する。規格化した値をＭ１、Ｍ２とすると、
Ｍ１＝（Ｓ１−Ｓ１ａｖｇ）／Ｓ１ｐ ・・・ （１）
Ｍ２＝（Ｓ２−Ｓ２ａｖｇ）／Ｓ２ｐ ・・・ （２）
【００２３】
ただし、Ｓ１ａｖｇ、Ｓ２ａｖｇはそれぞれ電圧信号の１周期における最大値と最小値との平均値、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐはそれぞれ電圧信号の１周期における最大値と最小値との差である。Ｓ１ａｖｇ、Ｓ２ａｖｇ、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐについては、回転角度検出装置１の組み立て調整時に主歯車２を１回転させて電圧信号のデータを取得し、そのデータから各値を求め、信号処理手段５に記憶させておく。以上のように求めた規格化値Ｍ１、Ｍ２は図３の中段のグラフに示すような１８０度を周期とする正弦曲線Ｌ３、Ｌ４上の各１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車２の回転角度を示し、縦軸は規格化値を示す。
【００２４】
つぎに、信号処理手段５は、規格化値Ｍ１、Ｍ２を用いて主歯車２の回転角度であるθ１を算出する。θ１の算出は例えば以下のように行うことができる。
【００２５】
まず、式（３）を用いてθ１を算出する。
θ１＝０．５×Ａｒｃｔａｎ（Ｍ１／Ｍ２）＋α ・・・ （３）
ただし、Ｍ２＞０の場合、α＝４５度、Ｍ２＜０の場合、α＝１３５度であり、Ｍ２＝０の場合、Ｍ１＞０ならばθ１＝９０度、Ｍ１＜０ならばθ１＝０度である。
【００２６】
以上の方法で算出した角度θ１は図３の下段のグラフに示すような１８０度を周期とするノコギリ状曲線Ｌ５上の１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車２の回転角度を示し、縦軸は主歯車２の算出した回転角度を示す。
【００２７】
つぎに副歯車３の回転角度を算出する方法について説明するが、この方法は主歯車２の回転角度を算出する方法とほぼ同様である。信号処理手段７に入力する電圧信号の電圧値であるＳ３、Ｓ４はたとえば図４の上段のグラフに示すような３６０度を周期とする正弦曲線Ｌ６、Ｌ７上の各１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした副歯車３の回転角度を示し、縦軸は電圧信号の電圧を示す。また、正弦曲線Ｌ６、Ｌ７の位相差は９０度である。
【００２８】
つぎに、信号処理手段７は、電圧信号Ｓ３、Ｓ４を下記の式（４）、（５）を用いて値Ｍ３、Ｍ４に規格化する。
Ｍ３＝（Ｓ３−Ｓ３ａｖｇ）／Ｓ３ｐ ・・・ （４）
Ｍ４＝（Ｓ４−Ｓ４ａｖｇ）／Ｓ４ｐ ・・・ （５）
【００２９】
ただし、Ｓ３ａｖｇ、Ｓ４ａｖｇはそれぞれ電圧信号の最大値と最小値との平均値、Ｓ３ｐ、Ｓ４ｐはそれぞれ電圧信号の最大値と最小値との差であり、回転角度検出装置１の組み立て調整時に副歯車３を１回転させて電圧信号のデータを取得し、そのデータから各値を求め、信号処理手段７に記憶させておく。規格化値Ｍ３、Ｍ４は図４の中段のグラフに示すような３６０度を周期とする正弦曲線Ｌ８、Ｌ９上の各１点に対応する。なお、横軸は任意の位置を基準とした副歯車３の回転角度を示し、縦軸は規格化値を示す。
【００３０】
つぎに、信号処理手段７は、規格化値Ｍ３、Ｍ４を用いて副歯車３の回転角度を算出し、さらに回転角度にギヤ比を乗じた角度であるθ２を算出する。θ２の算出は例えば以下のように行うことができる。
【００３１】
まず、式（６）を用いてθを算出する。
θ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｍ３／Ｍ４）＋α ・・・ （６）
ただし、Ｍ４＞０の場合、α＝９０度、Ｍ４＜０の場合、α＝２７０度であり、Ｍ４＝０の場合、Ｍ３＞０ならばθ＝１８０度、Ｍ３＜ならばθ＝０度である。
そして、θにギヤ比５／９を乗じてθ２を算出する。
【００３２】
以上の方法で算出した角度θ２は図４の下段のグラフに示すような２００度を周期とするノコギリ状曲線Ｌ１０上の１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした副歯車３の回転角度を示し、縦軸は副歯車３の算出した回転角度にギヤ比を乗じた角度を示す。
【００３３】
つぎに、信号処理手段５、７は上記のように求めた角度θ１、θ２をそれぞれ演算処理手段８に出力する。本実施の形態に係る回転角度検出装置１においては上記のように主回転検出機構４が出力する信号の周期Ｔ１は１８０度、副回転検出機構６が出力する信号の周期にギヤ比５／９を乗じて得られた周期Ｔ２は２００度であるから、演算処理手段８は周期Ｔ１、Ｔ２の周期差をｄ＝｜Ｔ１−Ｔ２｜として式（７）および（８）を用いてステアリングシャフトＸの回転角度であるΦを算出する。
【００３４】
θ２≦θ１の場合は、
Φ＝θ１＋Ｔ１（θ１−θ２）／ｄ ・・・ （７）
θ２＞θ１の場合は、
Φ＝θ１＋Ｔ１（θ１−θ２）／ｄ＋Ｔ１・Ｔ２／ｄ ・・・ （８）
【００３５】
ここで、θ２≦θ１の場合に角度θ１、θ２、周期Ｔ１、Ｔ２、周期差ｄ、回転角度Φの関係について図５を参照して説明する。図５の横軸はステアリングシャフトＸの回転角度の検出角度範囲Ｒ＝Ｔ１・Ｔ２／｜Ｔ１−Ｔ２｜＝１８００度を示す。ノコギリ状曲線Ｌ１１は図３のノコギリ状曲線Ｌ５を検出角度範囲Ｒ内に１０周期分並べたものである。ただし、縦軸は１周期に対する比率を表し、角度が１８０度のとき比率が１００％となる。一方、ノコギリ状曲線Ｌ１２は図４のノコギリ状曲線Ｌ１０を検出角度範囲Ｒ内に９周期分並べたものである。ただし、縦軸は１周期に対する比率を表し、角度が２００度のとき比率が１００％とする。なお、回転角度Φはノコギリ状曲線Ｌ１１とＬ１２の位相が一致する位置を０度とする。このときΦが１８００度の位置においてもノコギリ状曲線Ｌ１１とＬ１２の位相が一致する。
【００３６】
たとえば、主歯車２、副歯車３について図５に示すようにそれぞれ角度θ１、θ２が算出されたとする。一方、式（７）を用いて回転角度Φが算出されたとする。この場合、主歯車２と副歯車３との相対回転角度である（θ１−θ２）は回転角度Φにおけるノコギリ状曲線Ｌ１１、Ｌ１２の位相のずれを示す。また、ノコギリ状曲線Ｌ１１とＬ１２は主歯車２が１周期分回転する毎に周期差ｄだけ位相がずれるから、（θ１−θ２）／ｄは回転角度Φが主歯車の何周期分の回転を含むかを示す数式であり、整数の値をとる。具体的には、主歯車２、副歯車３について周期Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ１８０度、２００度であるから、ｄ＝２０度である。すなわち、主歯車２が１周期分回転するとノコギリ状曲線Ｌ１１とＬ１２の位相が２０度ずれる。図５では、回転角度Φは主歯車が３周期分回転した状態からさらに角度θ１だけ回転した値であるから、（θ１−θ２）／ｄ＝３である。つまり、角度θ１、θ２、周期Ｔ１、Ｔ２、周期差ｄ、回転角度Φが上記のような関係を有するので、式（７）を用いて回転角度Φを算出することができる。なお、θ２＞θ１の場合は、回転角度Φが主歯車の何周期分の回転を含むかを示し整数の値をとる数式は｛Ｔ２−（θ２−θ１）｝／ｄとなるので、式（８）を用いて回転角度Φを算出する。
【００３７】
このように検出角度範囲ＲはＲ＝Ｔ１・Ｔ２／｜Ｔ１−Ｔ２｜で決まり、ギヤ比ｋはＴ２・ｍ／３６０で決まる。よって｜Ｔ１−Ｔ２｜が小さければ小さいほどＲは大きくなり検出範囲が広くなることとなる。したがって、Ｒを大きくするにはＴ１とＴ２の値を近づけて差を小さくする必要があるが、Ｔ１が大きかったり、すなわち周期数ｎが１でＴ１が３６０度であったり、ｍが大きかったりするとギヤ比が大きくなり、ギヤが大型化する。たとえば前述の従来の回転角度検出装置のように、主歯車と副歯車のそれぞれの周期数が１、すなわちｎ＝ｍ＝１である場合は、検出角度範囲Ｒを１８００度に設定しようとするとギヤ比を５／４または５／６にしなければならず、副歯車６の大きさを主歯車２と同程度にしなければならない。一方、主歯車２はステアリングシャフトＸに嵌めることにより固定しているので、主歯車２の大きさを小さくするには制限がある。したがって、上記のギヤ比を実現するには副歯車を大きくせざるを得ないので、装置が大型化する。しかし、回転角度検出装置１は、主回転検出機構４が出力する連続信号の周期数ｎが２であり、かつ周期数ｍは１であるため、同じ検出範囲にて、副歯車６を小さく設定できるのである。ｍはなるべく１のほうが回転検出機構の構成が簡易になるので好ましい。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態に係る回転角度検出装置１は、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できる。また、回転角度検出装置１においては、主回転検出機構４および副回転検出機構６は主歯車２または副歯車３の回転に対応して周期的に変化する連続したアナログ信号を出力するものである。したがって、従来のデジタル信号を出力するエンコーダを用いる場合よりも、複数のスリットが形成された円盤状のロータを用いなくてすむ分、小型化できる。また、本実施の形態においては主回転機構から出力する電圧信号の周期数が多く周期が短いほど高分解能での角度検出が可能となる。その理由は、検出すべき角度に対応する電圧信号をマイクロコントローラに入力する際のＡＤ変換の分解能はフルスケールで例えば１０ビットと固定であるので、電圧信号の周期が短いほど同じ１０ビットで検出すべき角度範囲が小さくなるからである。さらに、回転角度検出装置１は磁気検出素子としてホール素子を用いているので、より一層小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。
【００３９】
なお、上記実施の形態において、式（７）と下記式（７ａ）、式（８）と下記式（８ａ）は等価な式であるから、式（７）の代わりに式（７ａ）を用いて回転角度Φを算出してもよいし、式（８）の代わりに式（８ａ）を用いても回転角度Φを算出できる。
Φ＝θ２＋Ｔ２（θ１−θ２）／ｄ ・・・ （７ａ）
Φ＝θ２＋Ｔ２（θ１−θ２）／ｄ＋Ｔ１・Ｔ２／ｄ ・・・ （８ａ）
【００４０】
また、上記実施の形態ではＴ１＜Ｔ２であるので、ステアリングシャフトＸの回転角度の算出の際に式（７）、（８）を用いたが、Ｔ１＞Ｔ２となる場合には下記の式（９）、（１０）を用いて回転角度を算出することができる。
θ１≦θ２の場合は、
Φ＝θ１＋Ｔ１（θ２−θ１）／ｄ ・・・ （９）
θ１＞θ２の場合は、
Φ＝θ１＋Ｔ１（θ２−θ１）／ｄ＋Ｔ１・Ｔ２／ｄ ・・・ （１０）
【００４１】
また、上記実施の形態では磁気検出素子としてホール素子を用いたが、回転角度検出装置の用途に応じて温度特性が小さく角度分解能が高い磁気抵抗素子を用いてもよい。
【００４２】
さらに、上記実施の形態の変形例として、検出角度範囲Ｒが１８００度、周期数ｍが１、周期数ｎを３とすると、Ｔ２＝１１２．５、ギヤ比は５／１６となりさらに副歯車を小さくすることができる。ｎを３にするには、主歯車に取り付けられたリング状の磁石としてＳ極の部分とＮ極の部分が交互に３箇所ずつ配置され、主歯車の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を１回転あたり３周期発生するように着磁されている６極の磁石を用いればよい。なお、ｍは１に限らず、２以上でｎより小さい値とできるが、副歯車を小型化するには１が好ましい。ｎおよびｍの値は、主歯車または副歯車に取り付けられた磁石のＳ極の部分とＮ極の部分とを適宜配置することによって容易に所望の値に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置を模式的に表した断面概略図である。
【図２】図１に示す主回転検出機構、副回転検出機構、信号処理手段、演算処理手段の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係る回転角度検出装置において主歯車の回転角度を算出する方法を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る回転角度検出装置において副歯車の回転角度を算出する方法を説明する図である。
【図５】θ２≦θ１の場合に角度θ１、θ２、周期Ｔ１、Ｔ２、周期差ｄ、回転角度Φの関係について説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 回転角度検出装置
２ 主歯車
３ 副歯車
４ 主回転検出機構
４ａ リング状磁石
４ｂ、４ｃ ホール素子
５、７ 信号処理手段
６ 副回転検出機構
６ａ 円板状磁石
６ｂ、６ｃ ホール素子
８ 演算処理手段
９ ハウジング
Ａ１〜Ａ６ 増幅器
Ｌ１〜Ｌ１２ 曲線
Ｘ ステアリングシャフト
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のステアリングシャフトなどの回転体に取り付けて回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１が開示する従来の回転角度検出装置は、角度を検出すべき被検出回転体によって回転される回転板と、被検出回転体または回転板によって回転板よりも多い回転数で回転される歯車とを備える。そして、回転板には光センサを用いたアブソリュート信号型エンコーダが設けられ、このエンコーダが回転板の１回転を１周期とするコード信号を回転板の回転角度検出信号として出力する。また、歯車には磁石と磁気抵抗素子とを用いた磁気センサが設けられ、この磁気センサが歯車の１回転を１周期とするアナログ信号を歯車の回転角度検出信号として出力する。そして、これらのエンコーダと磁気センサとが出力する各回転角度検出信号の組み合わせから被検出回転体の回転角度を算出する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９８５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の回転角度検出装置は、被検出回転体の回転角度の検出角度範囲を広くしようとすると、歯車の直径を大きくしなければならないため、装置が大型化するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できる回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る回転角度検出装置は、被検出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、前記被検出回転体に固定し該被検出回転体と共に回転する主回転体と、前記主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体と、ｎを２以上の整数として、前記主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｎで出力する主回転検出機構と、ｍをｎより小さく１以上の整数として、前記副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｍで出力する副回転検出機構と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号を用いて前記主回転体および前記副回転体の回転角度を算出する信号処理手段と、前記算出した主回転体または副回転体の回転角度と、前記主回転体と前記副回転体との相対回転角度と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号の周期とに基づいて前記被検出回転体の回転角度を算出する演算処理手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記ｍは１であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記主回転検出機構または前記副回転検出機構は、前記主回転体または前記副回転体に取り付けられ回転方向において連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を発生する磁石と、前記磁石の近傍に前記主回転体または前記副回転体の回転中心のまわりに所定の角度をなすように配置した２つの磁気検出素子と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記磁気検出素子は、ホール素子であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、上記の発明において、前記磁気検出素子は、磁気抵抗素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る回転角度検出装置は、ｎを２以上の整数として、被検出回転体と共に回転する主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｎで出力する主回転検出機構と、ｍをｎより小さく１以上の整数として、主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｍで出力する副回転検出機構とを備え、ｎを２以上の多周期にすることで副回転体の大きさを大きくしなくても周期差を小さくでき、その結果検出角度範囲を広くできるので、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明に係る回転角度検出装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置を模式的に表した断面概略図である。本実施の形態に係る回転角度検出装置は、被検出回転体である自動車のステアリングシャフトの回転角度を検出するものである。
【００１５】
図１に示すように、回転角度検出装置１は、紙面と垂直の方向に延びたステアリングシャフトＸを中心部の孔に嵌めることにより取り付けて固定し、ステアリングシャフトＸと共に回転する主回転体であるリング状の主歯車２と、主歯車２と噛み合って主歯車２に対して所定の回転比で回転する副回転体である副歯車３と、主歯車２の回転に応じて周期的に変化する連続信号を出力する主回転検出機構４と、主回転検出機構４が出力する信号を用いて主歯車２の回転角度を算出する信号処理手段５と、副歯車３の回転に応じて周期的に変化する連続信号を出力する副回転検出機構６と、副回転検出機構６が出力する信号を用いて副歯車３の回転角度を算出する信号処理手段７と、信号処理手段５、７が算出した主歯車２および副歯車３の回転角度、主歯車２と副歯車３との相対回転角度、および主回転検出機構４および副回転検出機構６が出力する信号の周期に基づいてステアリングシャフトＸの回転角度を算出する演算処理手段８とを備える。なお、主歯車２と副歯車３とのギヤ比すなわち回転比は５／９である。また、符号９は回転角度検出装置１のハウジングを示す。
【００１６】
主回転検出機構４は、主歯車２に取り付けられたリング状の磁石４ａと、リング状磁石４ａの表面から０．５ｍｍだけ離れた位置に主歯車２の回転中心のまわりに４５度の角度をなすように配置したホール素子４ｂ、４ｃとを備える。同様に、副回転検出機構６は、副歯車３に取り付けられた円板状の磁石６ａと、円板状磁石６ａの表面から０．５ｍｍだけ離れた位置に副歯車３の回転中心のまわりに９０度の角度をなすように配置したホール素子６ｂ、６ｃとを備える。ホール素子４ｂ、４ｃ、６ｂ、６ｃは回転角度検出装置１に固定されている。
【００１７】
リング状磁石４ａは、Ｓ極の部分とＮ極の部分が交互に２箇所ずつ配置され、主歯車２の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を１回転あたり２周期発生するように着磁されている４極の磁石である。ホール素子４ｂ、４ｃは主歯車２の回転に対応して強度が変化する磁場を検出し、それぞれ磁場強度に対応した電圧信号を１回転あたり２周期、すなわち周期数２で出力する。磁場強度の変化の周期すなわちホール素子４ｂ、４ｃが出力する電圧信号の周期は、周期数２で３６０度を割った値である１８０度である。一方、円板状磁石６ａは、Ｓ極の部分とＮ極の部分が交互に１箇所ずつ配置され、副歯車３の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を１回転あたり１周期発生するように着磁されている２極の磁石である。ホール素子６ｂ、６ｃは副歯車３の回転に対応して強度が変化する磁場を検出し、それぞれ磁場強度に対応した電圧信号を周期数１で出力する。すなわちホール素子６ｂ、６ｃが出力する電圧信号の周期は、周期数１で３６０度を割った値である３６０度である。
【００１８】
したがって、回転角度検出装置１の主回転検出機構４が出力する連続信号の周期数をｎとし、副回転検出機構６が出力する連続信号の周期数をｍとすると、ｎ＝２、ｍ＝１である。後述するように、回転角度検出装置１のシャフトＸの回転に対する検出角度範囲は主回転検出機構４が出力する信号の周期と副回転検出機構６が出力する信号の周期にギヤ比を乗じて得られた周期との差の絶対値が小さくなるほど大きくなる。したがって、回転角度検出装置１は、より広い検出角度範囲を有するものとなる。
【００１９】
回転角度検出装置１についてさらに具体的に説明する。図２は、図１に示す主回転検出機構４、副回転検出機構６、信号処理手段５、７、演算処理手段８の構成を示すブロック図である。ホール素子４ｂ、４ｃは増幅器Ａ１により増幅した電圧が印加され、主歯車２の回転に対応した強度の磁場を検出し、検出した磁場強度に対応した電圧値を有する電圧信号を出力する。増幅器Ａ２、Ａ３はホール素子４ｂ、４ｃが出力する電圧信号を増幅して電圧値であるＳ１、Ｓ２とし、マイクロコントローラを備える信号処理手段５に出力する。信号処理手段５は電圧値Ｓ１、Ｓ２を用いて主歯車２の回転角度であるθ１を算出し、マイクロコントローラを備える演算処理手段８に出力する。
【００２０】
同様に、増幅器Ａ４により増幅した電圧を印加したホール素子６ｂ、６ｃは検出した磁場強度に応じた電圧値を有する電圧信号を出力する。増幅器Ａ５、Ａ６はホール素子６ｂ、６ｃが出力する電圧信号を増幅して電圧値であるＳ３、Ｓ４とし、マイクロコントローラを備える信号処理手段７に出力する。信号処理手段７は電圧値Ｓ３、Ｓ４を用いて副歯車３の回転角度を算出し、さらにこの回転角度に回転比５／９を乗じた角度であるθ２を算出し、演算処理手段８に出力する。そして、演算処理手段８はθ１、θ２を用いてステアリングシャフトＸの回転角度Φを算出する。
【００２１】
つぎに、図３〜５を参照して回転角度検出装置１がステアリングシャフトＸの回転角度を検出する方法について具体的に説明する。まず、図３を参照して主歯車２の回転角度を算出する方法について説明する。信号処理手段５に入力する電圧信号の電圧値であるＳ１、Ｓ２はたとえば図３の上段のグラフに示すような１８０度を周期とする正弦曲線Ｌ１、Ｌ２上の各１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車２の回転角度を示し、縦軸は電圧信号の電圧を示す。また、ホール素子４ｂ、４ｃは主歯車２の回転中心のまわりに４５度の角度をなすように配置されているので、正弦曲線Ｌ１、Ｌ２の位相差は４５度である。
【００２２】
つぎに、信号処理手段５は、電圧値Ｓ１、Ｓ２を下記の式（１）、（２）を用いて規格化する。規格化した値をＭ１、Ｍ２とすると、
Ｍ１＝（Ｓ１−Ｓ１ａｖｇ）／Ｓ１ｐ ・・・ （１）
Ｍ２＝（Ｓ２−Ｓ２ａｖｇ）／Ｓ２ｐ ・・・ （２）
【００２３】
ただし、Ｓ１ａｖｇ、Ｓ２ａｖｇはそれぞれ電圧信号の１周期における最大値と最小値との平均値、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐはそれぞれ電圧信号の１周期における最大値と最小値との差である。Ｓ１ａｖｇ、Ｓ２ａｖｇ、Ｓ１ｐ、Ｓ２ｐについては、回転角度検出装置１の組み立て調整時に主歯車２を１回転させて電圧信号のデータを取得し、そのデータから各値を求め、信号処理手段５に記憶させておく。以上のように求めた規格化値Ｍ１、Ｍ２は図３の中段のグラフに示すような１８０度を周期とする正弦曲線Ｌ３、Ｌ４上の各１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車２の回転角度を示し、縦軸は規格化値を示す。
【００２４】
つぎに、信号処理手段５は、規格化値Ｍ１、Ｍ２を用いて主歯車２の回転角度であるθ１を算出する。θ１の算出は例えば以下のように行うことができる。
【００２５】
まず、式（３）を用いてθ１を算出する。
θ１＝０．５×Ａｒｃｔａｎ（Ｍ１／Ｍ２）＋α ・・・ （３）
ただし、Ｍ２＞０の場合、α＝４５度、Ｍ２＜０の場合、α＝１３５度であり、Ｍ２＝０の場合、Ｍ１＞０ならばθ１＝９０度、Ｍ１＜０ならばθ１＝０度である。
【００２６】
以上の方法で算出した角度θ１は図３の下段のグラフに示すような１８０度を周期とするノコギリ状曲線Ｌ５上の１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした主歯車２の回転角度を示し、縦軸は主歯車２の算出した回転角度を示す。
【００２７】
つぎに副歯車３の回転角度を算出する方法について説明するが、この方法は主歯車２の回転角度を算出する方法とほぼ同様である。信号処理手段７に入力する電圧信号の電圧値であるＳ３、Ｓ４はたとえば図４の上段のグラフに示すような３６０度を周期とする正弦曲線Ｌ６、Ｌ７上の各１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした副歯車３の回転角度を示し、縦軸は電圧信号の電圧を示す。また、正弦曲線Ｌ６、Ｌ７の位相差は９０度である。
【００２８】
つぎに、信号処理手段７は、電圧信号Ｓ３、Ｓ４を下記の式（４）、（５）を用いて値Ｍ３、Ｍ４に規格化する。
Ｍ３＝（Ｓ３−Ｓ３ａｖｇ）／Ｓ３ｐ ・・・ （４）
Ｍ４＝（Ｓ４−Ｓ４ａｖｇ）／Ｓ４ｐ ・・・ （５）
【００２９】
ただし、Ｓ３ａｖｇ、Ｓ４ａｖｇはそれぞれ電圧信号の最大値と最小値との平均値、Ｓ３ｐ、Ｓ４ｐはそれぞれ電圧信号の最大値と最小値との差であり、回転角度検出装置１の組み立て調整時に副歯車３を１回転させて電圧信号のデータを取得し、そのデータから各値を求め、信号処理手段７に記憶させておく。規格化値Ｍ３、Ｍ４は図４の中段のグラフに示すような３６０度を周期とする正弦曲線Ｌ８、Ｌ９上の各１点に対応する。なお、横軸は任意の位置を基準とした副歯車３の回転角度を示し、縦軸は規格化値を示す。
【００３０】
つぎに、信号処理手段７は、規格化値Ｍ３、Ｍ４を用いて副歯車３の回転角度を算出し、さらに回転角度にギヤ比を乗じた角度であるθ２を算出する。θ２の算出は例えば以下のように行うことができる。
【００３１】
まず、式（６）を用いてθを算出する。
θ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｍ３／Ｍ４）＋α ・・・ （６）
ただし、Ｍ４＞０の場合、α＝９０度、Ｍ４＜０の場合、α＝２７０度であり、Ｍ４＝０の場合、Ｍ３＞０ならばθ＝１８０度、Ｍ３＜ならばθ＝０度である。
そして、θにギヤ比５／９を乗じてθ２を算出する。
【００３２】
以上の方法で算出した角度θ２は図４の下段のグラフに示すような２００度を周期とするノコギリ状曲線Ｌ１０上の１点に対応する。なお、このグラフにおいて横軸は任意の位置を基準とした副歯車３の回転角度を示し、縦軸は副歯車３の算出した回転角度にギヤ比を乗じた角度を示す。
【００３３】
つぎに、信号処理手段５、７は上記のように求めた角度θ１、θ２をそれぞれ演算処理手段８に出力する。本実施の形態に係る回転角度検出装置１においては上記のように主回転検出機構４が出力する信号の周期Ｔ１は１８０度、副回転検出機構６が出力する信号の周期にギヤ比５／９を乗じて得られた周期Ｔ２は２００度であるから、演算処理手段８は周期Ｔ１、Ｔ２の周期差をｄ＝｜Ｔ１−Ｔ２｜として式（７）および（８）を用いてステアリングシャフトＸの回転角度であるΦを算出する。
【００３４】
θ２≦θ１の場合は、
Φ＝θ１＋Ｔ１（θ１−θ２）／ｄ ・・・ （７）
θ２＞θ１の場合は、
Φ＝θ１＋Ｔ１（θ１−θ２）／ｄ＋Ｔ１・Ｔ２／ｄ ・・・ （８）
【００３５】
ここで、θ２≦θ１の場合に角度θ１、θ２、周期Ｔ１、Ｔ２、周期差ｄ、回転角度Φの関係について図５を参照して説明する。図５の横軸はステアリングシャフトＸの回転角度の検出角度範囲Ｒ＝Ｔ１・Ｔ２／｜Ｔ１−Ｔ２｜＝１８００度を示す。ノコギリ状曲線Ｌ１１は図３のノコギリ状曲線Ｌ５を検出角度範囲Ｒ内に１０周期分並べたものである。ただし、縦軸は１周期に対する比率を表し、角度が１８０度のとき比率が１００％となる。一方、ノコギリ状曲線Ｌ１２は図４のノコギリ状曲線Ｌ１０を検出角度範囲Ｒ内に９周期分並べたものである。ただし、縦軸は１周期に対する比率を表し、角度が２００度のとき比率が１００％とする。なお、回転角度Φはノコギリ状曲線Ｌ１１とＬ１２の位相が一致する位置を０度とする。このときΦが１８００度の位置においてもノコギリ状曲線Ｌ１１とＬ１２の位相が一致する。
【００３６】
たとえば、主歯車２、副歯車３について図５に示すようにそれぞれ角度θ１、θ２が算出されたとする。一方、式（７）を用いて回転角度Φが算出されたとする。この場合、主歯車２と副歯車３との相対回転角度である（θ１−θ２）は回転角度Φにおけるノコギリ状曲線Ｌ１１、Ｌ１２の位相のずれを示す。また、ノコギリ状曲線Ｌ１１とＬ１２は主歯車２が１周期分回転する毎に周期差ｄだけ位相がずれるから、（θ１−θ２）／ｄは回転角度Φが主歯車の何周期分の回転を含むかを示す数式であり、整数の値をとる。具体的には、主歯車２、副歯車３について周期Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ１８０度、２００度であるから、ｄ＝２０度である。すなわち、主歯車２が１周期分回転するとノコギリ状曲線Ｌ１１とＬ１２の位相が２０度ずれる。図５では、回転角度Φは主歯車が３周期分回転した状態からさらに角度θ１だけ回転した値であるから、（θ１−θ２）／ｄ＝３である。つまり、角度θ１、θ２、周期Ｔ１、Ｔ２、周期差ｄ、回転角度Φが上記のような関係を有するので、式（７）を用いて回転角度Φを算出することができる。なお、θ２＞θ１の場合は、回転角度Φが主歯車の何周期分の回転を含むかを示し整数の値をとる数式は｛Ｔ２−（θ２−θ１）｝／ｄとなるので、式（８）を用いて回転角度Φを算出する。
【００３７】
このように検出角度範囲ＲはＲ＝Ｔ１・Ｔ２／｜Ｔ１−Ｔ２｜で決まり、ギヤ比ｋはＴ２・ｍ／３６０で決まる。よって｜Ｔ１−Ｔ２｜が小さければ小さいほどＲは大きくなり検出範囲が広くなることとなる。したがって、Ｒを大きくするにはＴ１とＴ２の値を近づけて差を小さくする必要があるが、Ｔ１が大きかったり、すなわち周期数ｎが１でＴ１が３６０度であったり、ｍが大きかったりするとギヤ比が大きくなり、ギヤが大型化する。たとえば前述の従来の回転角度検出装置のように、主歯車と副歯車のそれぞれの周期数が１、すなわちｎ＝ｍ＝１である場合は、検出角度範囲Ｒを１８００度に設定しようとするとギヤ比を５／４または５／６にしなければならず、副歯車６の大きさを主歯車２と同程度にしなければならない。一方、主歯車２はステアリングシャフトＸに嵌めることにより固定しているので、主歯車２の大きさを小さくするには制限がある。したがって、上記のギヤ比を実現するには副歯車を大きくせざるを得ないので、装置が大型化する。しかし、回転角度検出装置１は、主回転検出機構４が出力する連続信号の周期数ｎが２であり、かつ周期数ｍは１であるため、同じ検出範囲にて、副歯車６を小さく設定できるのである。ｍはなるべく１のほうが回転検出機構の構成が簡易になるので好ましい。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態に係る回転角度検出装置１は、装置を大型化することなく広い検出角度範囲を実現できる。また、回転角度検出装置１においては、主回転検出機構４および副回転検出機構６は主歯車２または副歯車３の回転に対応して周期的に変化する連続したアナログ信号を出力するものである。したがって、従来のデジタル信号を出力するエンコーダを用いる場合よりも、複数のスリットが形成された円盤状のロータを用いなくてすむ分、小型化できる。また、本実施の形態においては主回転機構から出力する電圧信号の周期数が多く周期が短いほど高分解能での角度検出が可能となる。その理由は、検出すべき角度に対応する電圧信号をマイクロコントローラに入力する際のＡＤ変換の分解能はフルスケールで例えば１０ビットと固定であるので、電圧信号の周期が短いほど同じ１０ビットで検出すべき角度範囲が小さくなるからである。さらに、回転角度検出装置１は磁気検出素子としてホール素子を用いているので、より一層小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。
【００３９】
なお、上記実施の形態において、式（７）と下記式（７ａ）、式（８）と下記式（８ａ）は等価な式であるから、式（７）の代わりに式（７ａ）を用いて回転角度Φを算出してもよいし、式（８）の代わりに式（８ａ）を用いても回転角度Φを算出できる。
Φ＝θ２＋Ｔ２（θ１−θ２）／ｄ ・・・ （７ａ）
Φ＝θ２＋Ｔ２（θ１−θ２）／ｄ＋Ｔ１・Ｔ２／ｄ ・・・ （８ａ）
【００４０】
また、上記実施の形態ではＴ１＜Ｔ２であるので、ステアリングシャフトＸの回転角度の算出の際に式（７）、（８）を用いたが、Ｔ１＞Ｔ２となる場合には下記の式（９）、（１０）を用いて回転角度を算出することができる。
θ１≦θ２の場合は、
Φ＝θ１＋Ｔ１（θ２−θ１）／ｄ ・・・ （９）
θ１＞θ２の場合は、
Φ＝θ１＋Ｔ１（θ２−θ１）／ｄ＋Ｔ１・Ｔ２／ｄ ・・・ （１０）
【００４１】
また、上記実施の形態では磁気検出素子としてホール素子を用いたが、回転角度検出装置の用途に応じて温度特性が小さく角度分解能が高い磁気抵抗素子を用いてもよい。
【００４２】
さらに、上記実施の形態の変形例として、検出角度範囲Ｒが１８００度、周期数ｍが１、周期数ｎを３とすると、Ｔ２＝１１２．５、ギヤ比は５／１６となりさらに副歯車を小さくすることができる。ｎを３にするには、主歯車に取り付けられたリング状の磁石としてＳ極の部分とＮ極の部分が交互に３箇所ずつ配置され、主歯車の回転方向において正弦波状に連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を１回転あたり３周期発生するように着磁されている６極の磁石を用いればよい。なお、ｍは１に限らず、２以上でｎより小さい値とできるが、副歯車を小型化するには１が好ましい。ｎおよびｍの値は、主歯車または副歯車に取り付けられた磁石のＳ極の部分とＮ極の部分とを適宜配置することによって容易に所望の値に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置を模式的に表した断面概略図である。
【図２】図１に示す主回転検出機構、副回転検出機構、信号処理手段、演算処理手段の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係る回転角度検出装置において主歯車の回転角度を算出する方法を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る回転角度検出装置において副歯車の回転角度を算出する方法を説明する図である。
【図５】θ２≦θ１の場合に角度θ１、θ２、周期Ｔ１、Ｔ２、周期差ｄ、回転角度Φの関係について説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 回転角度検出装置
２ 主歯車
３ 副歯車
４ 主回転検出機構
４ａ リング状磁石
４ｂ、４ｃ ホール素子
５、７ 信号処理手段
６ 副回転検出機構
６ａ 円板状磁石
６ｂ、６ｃ ホール素子
８ 演算処理手段
９ ハウジング
Ａ１〜Ａ６ 増幅器
Ｌ１〜Ｌ１２ 曲線
Ｘ ステアリングシャフト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出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、
前記被検出回転体に固定し該被検出回転体と共に回転する主回転体と、
前記主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体と、
ｎを２以上の整数として、前記主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｎで出力する主回転検出機構と、
ｍをｎより小さく１以上の整数として、前記副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｍで出力する副回転検出機構と、
前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号を用いて前記主回転体および前記副回転体の回転角度を算出する信号処理手段と、
前記算出した主回転体または副回転体の回転角度と、前記主回転体と前記副回転体との相対回転角度と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号の周期とに基づいて前記被検出回転体の回転角度を算出する演算処理手段と、
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ｍは１であ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】
前記主回転検出機構または前記副回転検出機構は、
前記主回転体または前記副回転体に取り付けられ回転方向において連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を発生する磁石と、
前記磁石の近傍に前記主回転体または前記副回転体の回転中心のまわりに所定の角度をなすように配置した２つの磁気検出素子と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出素子は、磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項１】
被検出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、
前記被検出回転体に固定し該被検出回転体と共に回転する主回転体と、
前記主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体と、
ｎを２以上の整数として、前記主回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｎで出力する主回転検出機構と、
ｍをｎより小さく１以上の整数として、前記副回転体の回転に応じて周期的に変化する連続信号を１回転あたり周期数ｍで出力する副回転検出機構と、
前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号を用いて前記主回転体および前記副回転体の回転角度を算出する信号処理手段と、
前記算出した主回転体または副回転体の回転角度と、前記主回転体と前記副回転体との相対回転角度と、前記主回転検出機構および前記副回転検出機構が出力する信号の周期とに基づいて前記被検出回転体の回転角度を算出する演算処理手段と、
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ｍは１であ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】
前記主回転検出機構または前記副回転検出機構は、
前記主回転体または前記副回転体に取り付けられ回転方向において連続的かつ周期的に強度が変化する磁場を発生する磁石と、
前記磁石の近傍に前記主回転体または前記副回転体の回転中心のまわりに所定の角度をなすように配置した２つの磁気検出素子と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出素子は、磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２６１７４（Ｐ２００８−２６１７４Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９９６６３（Ｐ２００６−１９９６６３）
【出願日】平成１８年７月２１日（２００６．７．２１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２１日（２００６．７．２１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]