回転角検出装置
【課題】本発明は、組み付け性や整備性が良好な回転角検出装置の提供を目的とする。
【解決手段】回転体１５０の回転角を検出する回転角検出装置８００であって、径方向に２分割される本体を有する回転角センサ１００（２００，３００等）を備えることを特徴とする。回転角センサは、回転体と共に回転するロータ１０４と、ステータ１０６と、コイル（励磁コイル及び検知コイル）１０８とを備え、回転角検出装置は、ロータの回転に伴って周期的に変化する磁束抵抗を利用して回転体の回転角を検出する。
【解決手段】回転体１５０の回転角を検出する回転角検出装置８００であって、径方向に２分割される本体を有する回転角センサ１００（２００，３００等）を備えることを特徴とする。回転角センサは、回転体と共に回転するロータ１０４と、ステータ１０６と、コイル（励磁コイル及び検知コイル）１０８とを備え、回転角検出装置は、ロータの回転に伴って周期的に変化する磁束抵抗を利用して回転体の回転角を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軸方向に貫通孔が設けられ、該貫通孔にレゾルバが軸方向を合わせて収納された分割ハウジングを、複数個軸方向を合わせて接合しハウジングを構成したことを特徴とする回転角センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−４３１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の回転角検出装置は、上記の特許文献１に記載の発明のように、回転角検出装置の中央の穴に、回転軸を挿通して脱着する構成であるため、組み付け性や整備性が悪いという問題点がある。例えば、回転角検出装置を回転軸から外すとき、回転軸に他の部品が取り付けられている場合には、当該他の部品を取り外してから、回転角検出装置を回転軸の軸方向に沿って抜く必要があり、作業が煩雑になる。
【０００４】
そこで、本発明は、組み付け性や整備性が良好な回転角検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第１の発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
径方向に２分割される本体を有する回転角センサを備えることを特徴とする。これにより、回転体と回転角センサとの間の組み付け性や回転角センサの整備性が向上する。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る回転角検出装置において、
前記回転角センサが、回転体と共に回転するロータと、ステータと、励磁コイル及び検知コイルとを備え、回転角検出装置が、ロータの回転に伴って周期的に変化する磁束抵抗を利用して回転体の回転角を検出する場合において、
回転角検出装置が、検知コイルから入力される出力信号を処理して、回転体の回転角情報を出力する信号処理部を備え、
前記信号処理部が、分割されたロータの合わせ目に起因して発生する出力信号の特徴を利用して、回転体の回転角情報を生成することを特徴とする。これにより、ロータの分割構造を利用して角度検出精度を高めることができる。
【０００７】
第３の発明は、第１又は２の発明に係る回転角検出装置において、
ロータの径は、ロータの回転角を変数とし軸倍角により周期が定まる略正弦波関数に従って、変化するように決定され、
ロータは、分割されたロータの合わせ目の両側に起因した出力信号の２点の特徴が、該正弦波関数における異なる位相で出現するように、分割されることを特徴とする。これにより、出力信号の２点（分割されたロータの合わせ目の両側に対応する２点）の特徴がそれぞれ異なる位相で生ずるので、混同されることがない。従って、２点の出力信号の特徴を利用する場合には、補正の機会が機械角１周期で２回確保することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１〜３の発明に係る回転角検出装置において、
ロータは、径が分割された合わせ目で急変するように、構成されることを特徴とする。これにより、出力信号の特徴が強調され、精度良く当該特徴の出現を検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、とりわけ、組み付け性や整備性が良好な回転角検出装置が得られる。また、ロータの分割構造を利用して角度検出精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明による回転角検出装置における回転角センサ１００の一実施例を示す２面図であり、図１（Ａ）は、組み付け状態の回転角センサ１００の平面図であり、図１（Ｂ）は、同回転角センサ１００の側面図である。本実施例の回転角センサ１００は、例えばステアリングシャフトの回転角度を検出するために用いられるものであってよい。
【００１２】
回転角センサ１００は、例えばＶＲ型（可変リラクタンス）レゾルバとして構成され、回転角度の検出対象である回転体１５０（例えばステアリングシャフト）の回転軸に対して同軸に配置される。
【００１３】
図２は、図１のラインＡ−Ａに沿って切断した際の断面図であり、図２（Ａ）は、本実施例の回転角センサ１００の断面図であり、図２（Ｂ）は、その他の実施例の回転角センサ２００の断面図である。
【００１４】
回転角センサ１００は、ケーシング（ハウジングカバー）１０２を備える。ケーシング１０２は、組み付け状態で円環状の形状を有する。ケーシング１０２は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート:Polybutylene terephthalate）のような樹脂材料を射出成形して製造されてよい。
【００１５】
ケーシング１０２の内部には、図２（Ａ）に示すように、回転体１５０と共に回転するロータ１０４、ステータ１０６、コイル１０８、及びベアリング１１０，１１２が収容されている。ケーシング１０２は、図示しないブラケット等を介して、車体に固定支持される。
【００１６】
コイル１０８は、回転角センサ１００が１相入力/２相出力タイプのセンサの場合、励磁コイルと、２つの検知コイル（ｓｉｎ相及びｃｏｓ相の出力コイル）を備える。
【００１７】
ステータ１０６は、鉄系の磁性材料からなり、ケーシング１０２の内部における外周側に組み付けられる。ステータ１０６は、組み付け状態（図１に示す回転角センサ１００の閉状態）で円環状の形状を有する。ステータ１０６は、回転中心に向かって突出する突起（歯）を、周方向に沿って複数有する。突起には、励磁コイルと検知コイルとが適切に巻回される。
【００１８】
ベアリング１１０，１１２は、ケーシング１０２の内周側に組み付けられる。ベアリング１１０，１１２は、組み付け状態（図１に示す回転角センサ１００の閉状態）で、回転体１５０のまわりに円環状に配列され、ケーシング１０２に対して回転体１５０を回転可能に支持する。
【００１９】
ケーシング１０２には、図２（Ａ）に示すように、ロータ１０４に対向する表面に、軸方向に凸となる突起１０３が周方向に沿って形成されている。突起１０３は、ロータ１０４の対応する部分に形成された周溝１０９内に摺動可能に嵌合し、ロータ１０４の回転軌道を画成する機能を果たす。但し、図２（Ｂ）に示す他の実施例による回転角センサ２００のように、かかる突起に代えて、スペーサ２０２によりロータの回転軌道を維持することも可能である。
【００２０】
回転角センサ１００は、図１に示した分割ラインＴに沿って、略対称な２部分を径方向で合わせることで構成されている。即ち、回転角センサ１００は、径方向に２分割された構成を有する。以下では、分割された一方の部分の構成要素の参照符号の最後に、記号「Ｌ」を付し、他方の部分の構成要素の参照符号の最後に、記号「Ｒ」を付す。
【００２１】
かかる分割構成では、ケーシング１０２Ｌの内部には、ロータ１０４Ｌ、ステータ１０６Ｌ、コイル１０８Ｌ、及びベアリング１１０Ｌ，１１２Ｌが収容される。ケーシング１０２Ｌは、ステータ１０６Ｌ、コイル１０８Ｌ、及びベアリング１１０Ｌ，１１２Ｌと一体となって（これらの部品がアセンブリされた状態で）、回転角センサ１００の一方の半分の本体を構成する。
【００２２】
同様に、ケーシング１０２Ｒの内部には、ロータ１０４Ｒ、ステータ１０６Ｒ、コイル１０８Ｒ、及びベアリング１１０Ｒ，１１２Ｒが収容される。ケーシング１０２Ｒは、ステータ１０６Ｒ、コイル１０８Ｒ、及びベアリング１１０Ｒ，１１２Ｌと一体となって、回転角センサ１００の他方の半分の本体を構成する。
【００２３】
図３は、本実施例の回転角センサ１００の開状態を示す図である。図３では、回転角センサ１００の内部を示すために、Ｂ部が一部切開された状態で図示されている。
【００２４】
回転角センサ１００は、好ましくは、図３に示すように、分割された２つの部分が、互いに連結された状態で、径方向に開閉可能に構成される。具体的には、ケーシング１０２Ｌ及びケーシング１０２Ｒを開閉可能に連結するヒンジ部１２２を介して、径方向に開閉可能に構成される。図示の構成では、ケーシング１０２Ｌ及びケーシング１０２Ｒは、ヒンジ部１２２を介して互いに連結された状態で、回動軸１２３まわりに回転可能に構成されている。
【００２５】
尚、分割ラインＴは、コイル１０８Ｌ及びコイル１０８Ｒの組み付け性を考慮して、図示のように、ステータ１０６の歯と歯の間を通るように設定されるのが望ましい。もっとも、回転角センサ１００は、必ずしも対称的に分割される必要はない。分割ラインＴの好ましい設定態様については、後述する。
【００２６】
図４は、図３のＢ部の拡大図であり、図４（Ａ）は、本実施例の回転角センサ１００の断面図であり、図４（Ｂ）は、その他の実施例の回転角センサ３００の断面図である。
【００２７】
コイル１０８Ｌとコイル１０８Ｒとは、ケーシング１０２Ｌ及びケーシング１０２Ｒが連結される一方の側で、互いに接続される。一方、コイル１０８Ｌ及びコイル１０８Ｒは、他方の側で、それぞれ、図示しない交流電源又は信号処理装置７００（後述）に接続される。図示の例では、コイル１０８Ｌ及びコイル１０８Ｒは、開側（図３の上側）では、互いに接続されず、図示しないコネクタを介して、交流電源又は信号処理装置７００と接続される。
【００２８】
コイル１０８Ｌとコイル１０８Ｒとの接続は、図４（Ａ）に示すように、繋がっている状態（連続した状態）で巻回されることで実現されてもよい。即ち、コイル１０８Ｌとコイル１０８Ｒは、組となる２つのステータ１０６Ｌ，１０６Ｒを組み合わせた状態で、閉側（図３の下側）で巻き線を分断することなく形成されてもよい。或いは、図４（Ｂ）に示す他の実施例による回転角センサ３００のように、ステータ３０６側のコイル３０８Ｌとステータ３０８側のコイル３０８Ｒとが、閉側（図３の下側）でコネクタ３６０を介して互いに接続されてもよい。
【００２９】
図５は、ロータ１０４の形状の一例を示す図であり、図５（Ａ）は、本実施例の回転角センサ１００のロータ１０４の平面図であり、図５（Ｂ）は、その他の実施例（周溝１０９の存在しないタイプ）の回転角センサ２００のロータ２０４の平面図である。
【００３０】
図６は、図５（Ａ）のラインＣ−Ｃに沿って切断した際の断面図であり、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、２つの異なる連結態様をそれぞれ示す断面図である。
【００３１】
図７は、図５（Ｂ）のラインＤ−Ｄに沿って切断した際の断面図であり、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、２つの異なる連結態様をそれぞれ示す断面図である。
【００３２】
ロータ１０４は、鉄系の磁性材料からなる。ロータ１０４は、中央部に、回転体１５０が挿通される穴１０５を有する。図示の例では、穴１０５は、円形であり、当該円形の一部に、回転体１５０の表面に形成される凸部（図示せず）に対応して、凹部１１４が形成されている。これにより、ロータ１０４は、回転体１５０に対して回転方向が拘束され、回転体１５０と共に一体的に回転することになる。
【００３３】
ロータ１０４の外形輪郭線は、図５に示すように、組み付け状態（図１に示す回転角センサ１００の閉状態）で、一定の径ではなく、周期的に変化する径により画成される。即ち、ロータ１０４の径は、ロータ１０４の回転角を変数とし軸倍角Ｎにより周期が定まる略正弦波関数に従って、変化するように決定される。径の変化周期を定める軸倍角Ｎは、必要な分解能に応じて適宜決定されてよい。尚、図示の例は、軸倍角が３であり、３Ｘレゾルバとなる。
【００３４】
ロータ１０４は、上述の如く、２分割された２つのロータ１０４Ｌ，１０４Ｒからなる。２つのロータ１０４Ｌ，１０４Ｒは、互いに重なり合う部分を有し、当該重なり合う部分にて、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、締結具１３０（例えば、ピンの圧入又は螺子による締結等）により互いに連結可能に構成される。尚、ケーシング１０２Ｌ，１０２Ｒには、図１や図３に示すように、締結具１３０が挿通するための穴１４０が形成されている。
【００３５】
尚、図５（Ｂ）に示すその他の実施例のロータ２０４についても、同様に、互いに重なり合う部分を有し、当該重なり合う部分にて、ピン又は螺子等により互いに連結可能に構成されてよい。
【００３６】
ロータ１０４における分割ラインＴは、好ましくは、図５（Ａ）に示すように、分割されたロータの合わせ目の最外周（両側）の点α、βが、互いに異なる径（ｒ２≠ｒ１）上に来るように決定される。また、ロータ１０４は、好ましくは、図５（Ａ）に示すように、ロータ１０４の径が、分割されたロータ１０４の合わせ目の最外周の点α、βの少なくとも何れか一方で急変するように、構成される。図示の例では、ロータ１０４は、最大径となる最外周の点αにて、切り欠き（凹部）１０７が形成されている。これにより、ロータ１０４の径が、最大径となる最外周の点αにて、急変することになる。これらの構成の技術的な意義については、後述する。
【００３７】
尚、図５（Ｂ）に示すその他の実施例のロータ２０４についても、分割されたロータの合わせ目の最外周（両側）の２点が互いに異なる径上にあり、同様に、切り欠き２０７を有してよい。
【００３８】
次に、以上の構成による回転角センサ１００と回転体１５０との組み付け態様について説明する。尚、他の実施例による回転角センサ２００，３００についても同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
組み付け方法は極めて簡易であり、先ず、図３に示す回転角センサ１００の開状態を形成し、開側から図３の矢印Ｐの向きで、回転体１５０を回転角センサ１００の内部（ベアリング１１０，１１２の内周側）に受け入れる。次いで、回転角センサ１００を閉じて図１に示す閉状態を形成する。次いで、開閉側の連結部１２４にてスクリュウ１３２（図１（Ｂ））を締め込んで、ケーシング１０２Ｌ，１０２Ｒを一体化する。また、ロータ１０４Ｌ，１０４Ｒの重なり部分同士を、上述の如く締結具１３０により連結し、ロータ１０４Ｌ，１０４Ｒを一体化する。これにより、回転角センサ１００と回転体１５０との組み付けが完了する。
【００４０】
図８は、その他の実施例による回転角センサ４００を示す図であり、図８（Ａ）は、組み付け状態（閉状態）の回転角センサ４００の平面図であり、図８（Ｂ）は、同回転角センサ４００の側面図である。図９は、開状態の回転角センサ４００を示す図である。
【００４１】
図８に示す実施例の回転角センサ４００は、分割された２部分がスナップフィットにより互いに連結される点が、上述の実施例による回転角センサ１００と異なる。回転角センサ４００は、上述の実施例と同様に、２分割されたケーシング４０２Ｌ，４０２Ｒを有する。
【００４２】
ケーシング４０２Ｌ内には、上述の実施例と同様に、ロータ、ステータ、コイル、及びベアリングの半分が収容される。ケーシング４０２Ｌは、内部に収容されるこれらの部品と一体となって（これらの部品がアセンブリされた状態で）、回転角センサ４００の一方の半分の本体を構成する。同様に、ケーシング１０２Ｒの内部には、ロータ、ステータ、コイル、及びベアリングの半分が収容される。ケーシング４０２Ｒは、内部に収容されるこれらの部品と一体となって、回転角センサ４００の一方の半分の本体を構成する。
【００４３】
ケーシング４０２Ｌには、爪４１０が両側に形成される。ケーシング１０２Ｒには、爪４１０が係合する非係合部４１２が形成される。ケーシング４０２Ｌとケーシング１０２Ｒとは、爪４１０が非係合部４１２に係合（スナップフィット）することで、互いに連結される。
【００４４】
組み付け態様については、図９に示す回転角センサ４００の開状態を形成し、回転体１５０を回転角センサ４００の内部（ベアリングの内周側）に受け入れる。次いで、ケーシング４０２Ｌとケーシング１０２Ｒとを合わせ（図９のＱ方向参照）、回転角センサ４００を閉じて図８に示す閉状態を形成する。このとき、スナップフィットによりケーシング４０２Ｌ，４０２Ｒが一体化する。次いで、２分割されたロータの重なり部分同士を、上述の実施例と同様に、締結具１３０により連結し、２分割されたロータ同士を一体化する。これにより、回転角センサ４００と回転体１５０との組み付けが完了する。
【００４５】
以上説明したように、本実施例（その他の実施例を含む。以下同じ。）によれば、とりわけ以下の効果が奏される。
【００４６】
先ず、上述の如く、回転角センサ１００（回転角センサ２００，３００，４００についても同様、以下同じ。）を径方向に分割して構成したことにより、回転角センサ１００と回転体１５０との組み付けが容易となる。例えば、回転体としてのシャフトの軸方向の端部から、回転角センサの中央の穴をシャフトに通して組み付ける従来的な構成では、図１０に示すように、段付きのシャフトが回転体１５０である場合に、段に起因して所定の位置まで回転角センサを軸方向に移動させて組み付けることができない。段に代わって、他の部品が取り付けられる場合も同様であり、当該他の部品は、回転角センサの後から組み付けなければならないという制約が生ずる。このような不都合は、回転角センサの組み付け時のみならず、回転角センサの交換時（取り外し時）にも生ずることは、「発明が解決しようとする課題」の欄にて摘示した通りである。これに対して、本実施例によれば、上述の如く、回転角センサ１００を径方向に分割して構成したことにより、図１０に示すような段付きのシャフトであっても、径方向から直接的に組み付けることができる。即ち、本実施例によれば、回転体１５０の径や回転体１５０に取り付けられる部品の影響を受けることなく、回転角センサ１００を容易に回転体１５０に対して脱着することができ、組み付けや交換作業が非常に容易となる。
【００４７】
また、特に図８に示したその他の実施例では、ケーシング４０２Ｌとケーシング１０２Ｒとは、爪４１０によるスナップフィットに連結されるので、スクリュウ等による締結が不要であり、部品点数と共に作業工数を低減することができる。
【００４８】
また、回転角センサ１００を径方向に分割して構成したことにより、コイル１０８を構成するための巻き線の巻回作業が容易となる。
【００４９】
また、ロータ１０４を分割した部分（合わせ目）に起因して、コイル１０８から出力される正弦波に歪が発生するので、当該歪を利用して位相合わせを行うことができる。以下、これについて詳説する。
【００５０】
図１１は、本発明による回転角検出装置８００の一実施例を示すシステム構成図である。回転角検出装置８００は、上述した回転角センサ１００を備える。尚、回転角センサとしては、回転角センサ１００に代えて、他の実施例による回転角センサ２００，３００，４００が用いられてもよい。
【００５１】
回転角検出装置８００は、回転角センサ１００からの出力信号を処理して、回転体１５０の回転角情報を出力する信号処理部７００を備える。
【００５２】
信号処理部７００は、レゾルバデジタルコンバータ７１０（以下、「Ｒ／Ｄ７１０」という。）と、０点通過判定部７２０と、０点カウントアップ補正部７３０を含む。尚、０点通過判定部７２０の機能は、０点カウントアップ補正部７３０の機能と同様、マイクロコンピューターにより実現されてよいし、ＩＣ等を用いてハードウェア的に実現されてもよい。また、０点通過判定部７２０及び０点カウントアップ補正部７３０は、Ｒ／Ｄ７１０内に組み込まれてもよい。
【００５３】
動作時、回転角センサ１００の励磁コイルには、図示しない交流電源により励磁電圧が印加される。例えば、交流電源は、例えば４Ｖの交流の入力電圧を、励磁コイルの両端に印加する。励磁コイルが励磁されてそれに磁気力が発生すると、それに伴い、検知コイルが起電する。上述の如く、ロータ１０４の外形輪郭線は、一定の径ではなく、周期的に変化する径により画成されている。従って、ロータ１０４が回転すると、ロータ１０４とステータ１０６の歯の径方向の距離が周期的に変化するので、それに伴って、磁束抵抗が変化して、当該ステータ１０６の歯まわりの検知コイルに誘起される電流（出力電圧）が変化する。このような現象を利用して、ロータ１０４の回転角ひいては回転体１５０の回転角θが磁気的に検出される。
【００５４】
回転角センサ１００には、Ｒ／Ｄ７１０が接続される。Ｒ／Ｄ７１０には、コイル１０８の検知コイルからの出力信号（ｓｉｎ相の出力電圧とｃｏｓ相の出力電圧）が入力される。
【００５５】
Ｒ／Ｄ７１０は、ｓｉｎ相の出力電圧とｃｏｓ相の出力電圧とに基づいて、ロータ１０４の回転角θを表すデジタル信号を出力する。ロータの回転角θは、例えば、次式の関係を用いて導出される。
θ＝１／Ｎ・ｔａｎ−１（ＥＳＩＮ−ＧＮＤ／ＥＣＯＳ−ＧＮＤ）
ここで、ＥＣＯＳ−ＧＮＤは、ｃｏｓ相の出力電圧を表し、ＥＳＩＮ−ＧＮＤは、ｓｉｎ相の出力電圧を表す。
【００５６】
図１２（Ａ）は、通常のｓｉｎ相の出力波形とｃｏｓ相の出力波形、及び、ｓｉｎ相のピークの波形（包絡線の波形）とｃｏｓ相のピークの波形を示す。図１２（Ｂ）は、通常の相対角の出力波形を示す。
【００５７】
図１３は、上述の如く２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の同出力波形を示す。図１４は、上述の如く２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の他の出力波形を示す。
【００５８】
通常の構成、即ちロータが分割されていない構成では、ｓｉｎ相の出力波形とｃｏｓ相の出力波形に歪が生じないためが、上述の如く２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の場合、分割されたロータ１０４の合わせ目に起因して、出力波形に歪が発生する。
【００５９】
図１３に示す例では、分割されたロータ１０４の合わせ目における切り欠き１０７（図５（Ａ）参照）が機械角１８０度付近に対応した位置に設定されており、従って、図１３（Ａ）でＲ１にて示すように、機械角１８０度付近で、ロータ１０４とステータ１０６との間に急激なギャップの増加が生じ、ｓｉｎ相の出力波形とｃｏｓ相の出力波形に歪が発生する。これに伴い、図１３（Ｂ）でＲ２にて示すように、機械角１８０度付近で、相対角の出力波形にも歪が発生する。
【００６０】
同様に、図１４に示す例では、分割されたロータ１０４の合わせ目における切り欠き１０７（図５（Ａ）参照）が機械角１５０度付近に対応した位置に設定されており、従って、図１４（Ａ）でＳ１にて示すように、機械角１５０度付近で、ロータ１０４とステータ１０６との間に急激なギャップの増加が生じ、ｓｉｎ相の出力波形とｃｏｓ相の出力波形に歪が発生する。これに伴い、図１４（Ｂ）でＳ２にて示すように、機械角１５０度付近で、相対角の出力波形にも歪が発生する。
【００６１】
回転角検出装置８００は、このような波形の歪（出力信号の特徴）を利用して、位相合わせを行う。以下、この構成について具体的に説明する。
【００６２】
図１５は、信号処理部７００により実現される主要な処理の流れを示すフローチャートである。図１６は、０点通過判定処理の説明図である。以下では、前提として、上述の歪が発生するポイントを相対角の「ゼロ点」とする場合について説明する。図１５の示す処理ルーチンは、回転角度の演算周期（分解能）に対応した周期で繰り返し実行される。
【００６３】
ステップ１００では、信号処理部７００の０点通過判定部７２０は、今回周期での機械角の変化に対する電気角の変化量θｅ／θｍに基づいて、即ち、図１６に示す相対角の波形の勾配θｅ／θｍに基づいて、０点通過が生じたか否かを判定する。ここで、判定条件は、以下のとおりであってよい。
Ｘａ＜θｅ／θｍ＜Ｘｂ、又は、−Ｘｂ＜θｅ／θｍ＜−Ｘａ
ここで、Ｘａは、図１６に概念的に示すように、通常時の変化量、即ち０点及び符号変化点を通過していない場合の変化量に対応し、Ｘｂは、ｃｏｓ相とｓｉｎ相の符号変化時の変化量に対応する。
【００６４】
０点通過が生じた場合には、Ｘｂよりも小さいものの、上述の歪に起因して比較的大きな変化量が生ずる。上記の条件は、このような現象に着目して設定されたものであり、高い精度でゼロ点通過を判定することができる。
【００６５】
０点通過判定部７２０は、０点通過が生じたと判定した場合には、信号処理部７００の０点カウントアップ補正部７３０によるゼロ点カウントアップ補正処理が実行される。一方、０点通過判定部７２０は、０点通過が生じていないと判定した場合には、次回周期で入力される相対角度情報を用いて、ステップ１００の判定を繰り返す。
【００６６】
図１７は、０点カウントアップ補正部７３０により実現される０点カウントアップ補正処理の流れを示すフローチャートである。図１８は、０点カウントアップ補正処理の説明図であり、各状況下でのカウントアップ値の状態を示す図である。カウントアップ値は、図１８（Ａ）に示すように、電気角１８０度毎に変化し、例えばｃｏｓ相とｓｉｎ相の符号変化時に、カウントアップ値が増減される。図１８に示す例では、カウントアップ値「４」の位置で、波形に歪が存在する。即ち、カウントアップ値「４」の位置で、ゼロ点通過の判別ポイントが存在する。
【００６７】
ステップ１１２では、０点カウントアップ補正部７３０は、今回のゼロ点通過時のゼロ点カウントアップ値Ｎａと、基準ゼロ点カウントアップ値Ｎｂ（本例の場合には、Ｎｂ＝４）との比較処理を行う。ゼロカウントアップ値とは、０点通過が判定された際のカウントアップ値である。
【００６８】
比較処理の結果、ゼロ点カウントアップ値Ｎａと基準ゼロ点カウントアップ値Ｎｂとが等しい場合（ステップ１１４のＹＥＳ），ゼロ点カウントアップ値Ｎａがそのまま保持される。一方、ゼロ点カウントアップ値Ｎａと基準ゼロ点カウントアップ値Ｎｂとが異なる場合（ステップ１１４のＮＯ）、ゼロ点カウントアップ値Ｎａが基準ゼロ点カウントアップ値Ｎｂに変更されて記憶される（ステップ１１８）。
【００６９】
ここで、図１８（Ａ）に示す状態、即ち現在のカウントアップ値が「７」の状態でイグニッションスイッチがオフとされた場合を想定する。イグニッションスイッチがオフとされた状態で、ステアリングホイールが操作されない場合は、次のイグニッションスイッチがオンとされた際に、カウントアップ値の記憶値「７」は有効であり、そのまま用いることができる。しかしながら、ここでは、イグニッションスイッチがオフとされた状態で、ステアリングホイールが操作され（電気角で約１周期だけ戻され）、実際のカウントアップ値が「５」になった場合を想定する。この場合、次のイグニッションスイッチがオンとされた際に、カウントアップ値の記憶値が「７」であるとしてカウントアップ値の増減が実行される。その後の運転中等に、ステアリングホイールが操作され、０点を通過した時点で、図１７に示した０点カウントアップ補正処理が実行される。ここでは、図１８（Ｃ）に示すように、ステアリングホイールが電気角で約半周期だけ戻された場合を想定する。この際、今回のゼロ点通過時のゼロ点カウントアップ値Ｎａは、「６」となる。即ち、イグニッションスイッチオフ状態でステアリングホイールが操作された分だけ誤差が発生することになる。この際、図１７に示した０点カウントアップ補正処理（ステップ１１６参照）により、ゼロ点カウントアップ値Ｎａが「６」から正しいカウントアップ値「４」に補正される。
【００７０】
このように本実施例によれば、例えばイグニションスイッチオフ状態でステアリングホイールが操作された場合や、電源の一時的な遮断等によりカウントアップ値を見失った場合にも、分割されたロータ１０４の合わせ目に起因して発生する出力波形の特徴を利用して、位相合わせ（カウントアップ値の補正）を行うことができる。これにより、常に高い精度で回転角情報を得ることができる。
【００７１】
尚、本実施例では、上述の如く、ロータ１０４の合わせ目の一方の側に、切り欠き１０７を設定し、当該切り欠き１０７に起因して機械角１周期で１回だけ発生する１点の特徴点を用いて、位相合わせを行っている。即ちロータ１０４の合わせ目の他方の側で発生する比較的微少な歪は無視し、切り欠き１０７に起因した比較的に大きな歪を利用して、機械角１周期で１点の特徴点を用いて位相合わせを行っている。しかしながら、ロータ１０４の合わせ目の両側で発生する２点の特徴点を用いて位相合わせを行うことも可能である。この場合、分割されたロータ１０４の合わせ目に起因した出力波形の特徴が、異なる電気角の位相で発生するように上述の分割ラインＴを設定すれば、それぞれの特徴点間を識別できる。この場合、機械角１周期で２回、位相合わせの機会を得ることができる。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００７３】
例えば、上述の実施例では、１つの回転角センサ（レゾルバ）を用いているが、２以上の回転角センサを、同様に分割して構成することも可能である。例えば、図１９に示すように、冗長性確保のため２系統の回転角センサを近接して設ける場合、当該２つの回転角センサを共に（一体として）径方向に分割して構成することも可能である。
【００７４】
また、上述の実施例では、回転角を相対角で検出しているが、本発明はこれに限定されることは無く、軸倍角の異なる第２のレゾルバを設定して、回転角を絶対角で検出することも可能である。
【００７５】
また、上述の実施例では、２分割であったが、３分割以上も可能である。
【００７６】
また、上述の実施例では、ロータ１０４の合わせ目に、径が急減する切り欠き１０７を設定して、出力波形に発生する歪をより顕在化させているが、切り欠き１０７に代えて、径が急増する凸部を設定してもよい。
【００７７】
また、上述の実施例では、１相入力/２相出力の構成であったが、２相入力/１相出力であってもよいし、相の態様は任意である。
【００７８】
また、回転角センサ（レゾルバ）は、上述の実施例のような、ロータに対して径方向に対向する凸状のステータ（歯）に巻線（励磁コイル及び検知コイル）を巻き付け、径方向の磁気抵抗の変化を利用して角度検出を行うタイプに限られない。例えば、回転角センサは、ロータに対して軸方向に対向する凸状のステータコアに巻線（励磁コイル及び検知コイル）を巻き付け、軸方向の磁気抵抗の変化を利用して角度検出を行うタイプであってよい。このタイプの場合、ロータが回転すると、ロータの外周部とステータコアの上面との遮蔽幅が変化し、ステータコアを通る磁束が遮へいされる幅が周期的に変化するので、それに伴って、磁束抵抗が変化して、当該コアまわりの検知コイルに誘起される電流（出力電圧）が変化する。この場合、励磁コイル及び検知コイルは、必ずしも巻き線を巻くタイプである必要はなく、フィルム上のコイル（基板上にプリントされたコイル）を用いて薄型化を図ることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のとおり本発明は、パワーステアリング装置におけるステアリングシャフトの回転角度を検出する回転角検出装置を始めとして、回転体の回転角の検出が必要なあらゆる装置において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】回転角センサの一実施例を示す２面図である。
【図２】図１のラインＡ−Ａに沿って切断した際の断面図である。
【図３】本実施例の回転角センサ１００の開状態を示す図である。
【図４】図３のＢ部の拡大図であり、コイルの接続態様を示すための図である。
【図５】ロータ１０４の形状の一例を示す図である。
【図６】図５（Ａ）のラインＤ−Ｄに沿って切断した際の断面図である。
【図７】図５（Ｂ）のラインＤ−Ｄに沿って切断した際の断面図である。
【図８】その他の実施例による回転角センサ４００を示す２面図である。
【図９】開状態の回転角センサ４００を示す図である。
【図１０】回転体１５０としての段付きのシャフトに対する組み付け性の説明図である。
【図１１】本発明による回転角検出装置８００の一実施例を示すシステム構成図である。
【図１２】通常の波形を示す図である。
【図１３】２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の同出力波形を示す図である。
【図１４】２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の他の出力波形を示す図である。
【図１５】信号処理部７００により実現される主要な処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】０点通過判定処理の説明図である。
【図１７】０点カウントアップ補正部７３０により実現される０点カウントアップ補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】０点カウントアップ補正処理の説明図である。
【図１９】他の実施例による回転角センサの設置状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 回転角センサ
１０２ ケーシング
１０４ ロータ
１０６ ステータ
１０７ 切り欠き
１０８ コイル
１１０，１１２ ベアリング
１２２ ヒンジ部
１３０ 締結具
１５０ 回転体
４１０ 爪
７００ 信号処理部
７１０ Ｒ／Ｄ
７２０ ０点通過判定部
７３０ ０点カウントアップ補正部
８００ 回転角検出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軸方向に貫通孔が設けられ、該貫通孔にレゾルバが軸方向を合わせて収納された分割ハウジングを、複数個軸方向を合わせて接合しハウジングを構成したことを特徴とする回転角センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−４３１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の回転角検出装置は、上記の特許文献１に記載の発明のように、回転角検出装置の中央の穴に、回転軸を挿通して脱着する構成であるため、組み付け性や整備性が悪いという問題点がある。例えば、回転角検出装置を回転軸から外すとき、回転軸に他の部品が取り付けられている場合には、当該他の部品を取り外してから、回転角検出装置を回転軸の軸方向に沿って抜く必要があり、作業が煩雑になる。
【０００４】
そこで、本発明は、組み付け性や整備性が良好な回転角検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、第１の発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
径方向に２分割される本体を有する回転角センサを備えることを特徴とする。これにより、回転体と回転角センサとの間の組み付け性や回転角センサの整備性が向上する。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る回転角検出装置において、
前記回転角センサが、回転体と共に回転するロータと、ステータと、励磁コイル及び検知コイルとを備え、回転角検出装置が、ロータの回転に伴って周期的に変化する磁束抵抗を利用して回転体の回転角を検出する場合において、
回転角検出装置が、検知コイルから入力される出力信号を処理して、回転体の回転角情報を出力する信号処理部を備え、
前記信号処理部が、分割されたロータの合わせ目に起因して発生する出力信号の特徴を利用して、回転体の回転角情報を生成することを特徴とする。これにより、ロータの分割構造を利用して角度検出精度を高めることができる。
【０００７】
第３の発明は、第１又は２の発明に係る回転角検出装置において、
ロータの径は、ロータの回転角を変数とし軸倍角により周期が定まる略正弦波関数に従って、変化するように決定され、
ロータは、分割されたロータの合わせ目の両側に起因した出力信号の２点の特徴が、該正弦波関数における異なる位相で出現するように、分割されることを特徴とする。これにより、出力信号の２点（分割されたロータの合わせ目の両側に対応する２点）の特徴がそれぞれ異なる位相で生ずるので、混同されることがない。従って、２点の出力信号の特徴を利用する場合には、補正の機会が機械角１周期で２回確保することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１〜３の発明に係る回転角検出装置において、
ロータは、径が分割された合わせ目で急変するように、構成されることを特徴とする。これにより、出力信号の特徴が強調され、精度良く当該特徴の出現を検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、とりわけ、組み付け性や整備性が良好な回転角検出装置が得られる。また、ロータの分割構造を利用して角度検出精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１１】
図１は、本発明による回転角検出装置における回転角センサ１００の一実施例を示す２面図であり、図１（Ａ）は、組み付け状態の回転角センサ１００の平面図であり、図１（Ｂ）は、同回転角センサ１００の側面図である。本実施例の回転角センサ１００は、例えばステアリングシャフトの回転角度を検出するために用いられるものであってよい。
【００１２】
回転角センサ１００は、例えばＶＲ型（可変リラクタンス）レゾルバとして構成され、回転角度の検出対象である回転体１５０（例えばステアリングシャフト）の回転軸に対して同軸に配置される。
【００１３】
図２は、図１のラインＡ−Ａに沿って切断した際の断面図であり、図２（Ａ）は、本実施例の回転角センサ１００の断面図であり、図２（Ｂ）は、その他の実施例の回転角センサ２００の断面図である。
【００１４】
回転角センサ１００は、ケーシング（ハウジングカバー）１０２を備える。ケーシング１０２は、組み付け状態で円環状の形状を有する。ケーシング１０２は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート:Polybutylene terephthalate）のような樹脂材料を射出成形して製造されてよい。
【００１５】
ケーシング１０２の内部には、図２（Ａ）に示すように、回転体１５０と共に回転するロータ１０４、ステータ１０６、コイル１０８、及びベアリング１１０，１１２が収容されている。ケーシング１０２は、図示しないブラケット等を介して、車体に固定支持される。
【００１６】
コイル１０８は、回転角センサ１００が１相入力/２相出力タイプのセンサの場合、励磁コイルと、２つの検知コイル（ｓｉｎ相及びｃｏｓ相の出力コイル）を備える。
【００１７】
ステータ１０６は、鉄系の磁性材料からなり、ケーシング１０２の内部における外周側に組み付けられる。ステータ１０６は、組み付け状態（図１に示す回転角センサ１００の閉状態）で円環状の形状を有する。ステータ１０６は、回転中心に向かって突出する突起（歯）を、周方向に沿って複数有する。突起には、励磁コイルと検知コイルとが適切に巻回される。
【００１８】
ベアリング１１０，１１２は、ケーシング１０２の内周側に組み付けられる。ベアリング１１０，１１２は、組み付け状態（図１に示す回転角センサ１００の閉状態）で、回転体１５０のまわりに円環状に配列され、ケーシング１０２に対して回転体１５０を回転可能に支持する。
【００１９】
ケーシング１０２には、図２（Ａ）に示すように、ロータ１０４に対向する表面に、軸方向に凸となる突起１０３が周方向に沿って形成されている。突起１０３は、ロータ１０４の対応する部分に形成された周溝１０９内に摺動可能に嵌合し、ロータ１０４の回転軌道を画成する機能を果たす。但し、図２（Ｂ）に示す他の実施例による回転角センサ２００のように、かかる突起に代えて、スペーサ２０２によりロータの回転軌道を維持することも可能である。
【００２０】
回転角センサ１００は、図１に示した分割ラインＴに沿って、略対称な２部分を径方向で合わせることで構成されている。即ち、回転角センサ１００は、径方向に２分割された構成を有する。以下では、分割された一方の部分の構成要素の参照符号の最後に、記号「Ｌ」を付し、他方の部分の構成要素の参照符号の最後に、記号「Ｒ」を付す。
【００２１】
かかる分割構成では、ケーシング１０２Ｌの内部には、ロータ１０４Ｌ、ステータ１０６Ｌ、コイル１０８Ｌ、及びベアリング１１０Ｌ，１１２Ｌが収容される。ケーシング１０２Ｌは、ステータ１０６Ｌ、コイル１０８Ｌ、及びベアリング１１０Ｌ，１１２Ｌと一体となって（これらの部品がアセンブリされた状態で）、回転角センサ１００の一方の半分の本体を構成する。
【００２２】
同様に、ケーシング１０２Ｒの内部には、ロータ１０４Ｒ、ステータ１０６Ｒ、コイル１０８Ｒ、及びベアリング１１０Ｒ，１１２Ｒが収容される。ケーシング１０２Ｒは、ステータ１０６Ｒ、コイル１０８Ｒ、及びベアリング１１０Ｒ，１１２Ｌと一体となって、回転角センサ１００の他方の半分の本体を構成する。
【００２３】
図３は、本実施例の回転角センサ１００の開状態を示す図である。図３では、回転角センサ１００の内部を示すために、Ｂ部が一部切開された状態で図示されている。
【００２４】
回転角センサ１００は、好ましくは、図３に示すように、分割された２つの部分が、互いに連結された状態で、径方向に開閉可能に構成される。具体的には、ケーシング１０２Ｌ及びケーシング１０２Ｒを開閉可能に連結するヒンジ部１２２を介して、径方向に開閉可能に構成される。図示の構成では、ケーシング１０２Ｌ及びケーシング１０２Ｒは、ヒンジ部１２２を介して互いに連結された状態で、回動軸１２３まわりに回転可能に構成されている。
【００２５】
尚、分割ラインＴは、コイル１０８Ｌ及びコイル１０８Ｒの組み付け性を考慮して、図示のように、ステータ１０６の歯と歯の間を通るように設定されるのが望ましい。もっとも、回転角センサ１００は、必ずしも対称的に分割される必要はない。分割ラインＴの好ましい設定態様については、後述する。
【００２６】
図４は、図３のＢ部の拡大図であり、図４（Ａ）は、本実施例の回転角センサ１００の断面図であり、図４（Ｂ）は、その他の実施例の回転角センサ３００の断面図である。
【００２７】
コイル１０８Ｌとコイル１０８Ｒとは、ケーシング１０２Ｌ及びケーシング１０２Ｒが連結される一方の側で、互いに接続される。一方、コイル１０８Ｌ及びコイル１０８Ｒは、他方の側で、それぞれ、図示しない交流電源又は信号処理装置７００（後述）に接続される。図示の例では、コイル１０８Ｌ及びコイル１０８Ｒは、開側（図３の上側）では、互いに接続されず、図示しないコネクタを介して、交流電源又は信号処理装置７００と接続される。
【００２８】
コイル１０８Ｌとコイル１０８Ｒとの接続は、図４（Ａ）に示すように、繋がっている状態（連続した状態）で巻回されることで実現されてもよい。即ち、コイル１０８Ｌとコイル１０８Ｒは、組となる２つのステータ１０６Ｌ，１０６Ｒを組み合わせた状態で、閉側（図３の下側）で巻き線を分断することなく形成されてもよい。或いは、図４（Ｂ）に示す他の実施例による回転角センサ３００のように、ステータ３０６側のコイル３０８Ｌとステータ３０８側のコイル３０８Ｒとが、閉側（図３の下側）でコネクタ３６０を介して互いに接続されてもよい。
【００２９】
図５は、ロータ１０４の形状の一例を示す図であり、図５（Ａ）は、本実施例の回転角センサ１００のロータ１０４の平面図であり、図５（Ｂ）は、その他の実施例（周溝１０９の存在しないタイプ）の回転角センサ２００のロータ２０４の平面図である。
【００３０】
図６は、図５（Ａ）のラインＣ−Ｃに沿って切断した際の断面図であり、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、２つの異なる連結態様をそれぞれ示す断面図である。
【００３１】
図７は、図５（Ｂ）のラインＤ−Ｄに沿って切断した際の断面図であり、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、２つの異なる連結態様をそれぞれ示す断面図である。
【００３２】
ロータ１０４は、鉄系の磁性材料からなる。ロータ１０４は、中央部に、回転体１５０が挿通される穴１０５を有する。図示の例では、穴１０５は、円形であり、当該円形の一部に、回転体１５０の表面に形成される凸部（図示せず）に対応して、凹部１１４が形成されている。これにより、ロータ１０４は、回転体１５０に対して回転方向が拘束され、回転体１５０と共に一体的に回転することになる。
【００３３】
ロータ１０４の外形輪郭線は、図５に示すように、組み付け状態（図１に示す回転角センサ１００の閉状態）で、一定の径ではなく、周期的に変化する径により画成される。即ち、ロータ１０４の径は、ロータ１０４の回転角を変数とし軸倍角Ｎにより周期が定まる略正弦波関数に従って、変化するように決定される。径の変化周期を定める軸倍角Ｎは、必要な分解能に応じて適宜決定されてよい。尚、図示の例は、軸倍角が３であり、３Ｘレゾルバとなる。
【００３４】
ロータ１０４は、上述の如く、２分割された２つのロータ１０４Ｌ，１０４Ｒからなる。２つのロータ１０４Ｌ，１０４Ｒは、互いに重なり合う部分を有し、当該重なり合う部分にて、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、締結具１３０（例えば、ピンの圧入又は螺子による締結等）により互いに連結可能に構成される。尚、ケーシング１０２Ｌ，１０２Ｒには、図１や図３に示すように、締結具１３０が挿通するための穴１４０が形成されている。
【００３５】
尚、図５（Ｂ）に示すその他の実施例のロータ２０４についても、同様に、互いに重なり合う部分を有し、当該重なり合う部分にて、ピン又は螺子等により互いに連結可能に構成されてよい。
【００３６】
ロータ１０４における分割ラインＴは、好ましくは、図５（Ａ）に示すように、分割されたロータの合わせ目の最外周（両側）の点α、βが、互いに異なる径（ｒ２≠ｒ１）上に来るように決定される。また、ロータ１０４は、好ましくは、図５（Ａ）に示すように、ロータ１０４の径が、分割されたロータ１０４の合わせ目の最外周の点α、βの少なくとも何れか一方で急変するように、構成される。図示の例では、ロータ１０４は、最大径となる最外周の点αにて、切り欠き（凹部）１０７が形成されている。これにより、ロータ１０４の径が、最大径となる最外周の点αにて、急変することになる。これらの構成の技術的な意義については、後述する。
【００３７】
尚、図５（Ｂ）に示すその他の実施例のロータ２０４についても、分割されたロータの合わせ目の最外周（両側）の２点が互いに異なる径上にあり、同様に、切り欠き２０７を有してよい。
【００３８】
次に、以上の構成による回転角センサ１００と回転体１５０との組み付け態様について説明する。尚、他の実施例による回転角センサ２００，３００についても同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
組み付け方法は極めて簡易であり、先ず、図３に示す回転角センサ１００の開状態を形成し、開側から図３の矢印Ｐの向きで、回転体１５０を回転角センサ１００の内部（ベアリング１１０，１１２の内周側）に受け入れる。次いで、回転角センサ１００を閉じて図１に示す閉状態を形成する。次いで、開閉側の連結部１２４にてスクリュウ１３２（図１（Ｂ））を締め込んで、ケーシング１０２Ｌ，１０２Ｒを一体化する。また、ロータ１０４Ｌ，１０４Ｒの重なり部分同士を、上述の如く締結具１３０により連結し、ロータ１０４Ｌ，１０４Ｒを一体化する。これにより、回転角センサ１００と回転体１５０との組み付けが完了する。
【００４０】
図８は、その他の実施例による回転角センサ４００を示す図であり、図８（Ａ）は、組み付け状態（閉状態）の回転角センサ４００の平面図であり、図８（Ｂ）は、同回転角センサ４００の側面図である。図９は、開状態の回転角センサ４００を示す図である。
【００４１】
図８に示す実施例の回転角センサ４００は、分割された２部分がスナップフィットにより互いに連結される点が、上述の実施例による回転角センサ１００と異なる。回転角センサ４００は、上述の実施例と同様に、２分割されたケーシング４０２Ｌ，４０２Ｒを有する。
【００４２】
ケーシング４０２Ｌ内には、上述の実施例と同様に、ロータ、ステータ、コイル、及びベアリングの半分が収容される。ケーシング４０２Ｌは、内部に収容されるこれらの部品と一体となって（これらの部品がアセンブリされた状態で）、回転角センサ４００の一方の半分の本体を構成する。同様に、ケーシング１０２Ｒの内部には、ロータ、ステータ、コイル、及びベアリングの半分が収容される。ケーシング４０２Ｒは、内部に収容されるこれらの部品と一体となって、回転角センサ４００の一方の半分の本体を構成する。
【００４３】
ケーシング４０２Ｌには、爪４１０が両側に形成される。ケーシング１０２Ｒには、爪４１０が係合する非係合部４１２が形成される。ケーシング４０２Ｌとケーシング１０２Ｒとは、爪４１０が非係合部４１２に係合（スナップフィット）することで、互いに連結される。
【００４４】
組み付け態様については、図９に示す回転角センサ４００の開状態を形成し、回転体１５０を回転角センサ４００の内部（ベアリングの内周側）に受け入れる。次いで、ケーシング４０２Ｌとケーシング１０２Ｒとを合わせ（図９のＱ方向参照）、回転角センサ４００を閉じて図８に示す閉状態を形成する。このとき、スナップフィットによりケーシング４０２Ｌ，４０２Ｒが一体化する。次いで、２分割されたロータの重なり部分同士を、上述の実施例と同様に、締結具１３０により連結し、２分割されたロータ同士を一体化する。これにより、回転角センサ４００と回転体１５０との組み付けが完了する。
【００４５】
以上説明したように、本実施例（その他の実施例を含む。以下同じ。）によれば、とりわけ以下の効果が奏される。
【００４６】
先ず、上述の如く、回転角センサ１００（回転角センサ２００，３００，４００についても同様、以下同じ。）を径方向に分割して構成したことにより、回転角センサ１００と回転体１５０との組み付けが容易となる。例えば、回転体としてのシャフトの軸方向の端部から、回転角センサの中央の穴をシャフトに通して組み付ける従来的な構成では、図１０に示すように、段付きのシャフトが回転体１５０である場合に、段に起因して所定の位置まで回転角センサを軸方向に移動させて組み付けることができない。段に代わって、他の部品が取り付けられる場合も同様であり、当該他の部品は、回転角センサの後から組み付けなければならないという制約が生ずる。このような不都合は、回転角センサの組み付け時のみならず、回転角センサの交換時（取り外し時）にも生ずることは、「発明が解決しようとする課題」の欄にて摘示した通りである。これに対して、本実施例によれば、上述の如く、回転角センサ１００を径方向に分割して構成したことにより、図１０に示すような段付きのシャフトであっても、径方向から直接的に組み付けることができる。即ち、本実施例によれば、回転体１５０の径や回転体１５０に取り付けられる部品の影響を受けることなく、回転角センサ１００を容易に回転体１５０に対して脱着することができ、組み付けや交換作業が非常に容易となる。
【００４７】
また、特に図８に示したその他の実施例では、ケーシング４０２Ｌとケーシング１０２Ｒとは、爪４１０によるスナップフィットに連結されるので、スクリュウ等による締結が不要であり、部品点数と共に作業工数を低減することができる。
【００４８】
また、回転角センサ１００を径方向に分割して構成したことにより、コイル１０８を構成するための巻き線の巻回作業が容易となる。
【００４９】
また、ロータ１０４を分割した部分（合わせ目）に起因して、コイル１０８から出力される正弦波に歪が発生するので、当該歪を利用して位相合わせを行うことができる。以下、これについて詳説する。
【００５０】
図１１は、本発明による回転角検出装置８００の一実施例を示すシステム構成図である。回転角検出装置８００は、上述した回転角センサ１００を備える。尚、回転角センサとしては、回転角センサ１００に代えて、他の実施例による回転角センサ２００，３００，４００が用いられてもよい。
【００５１】
回転角検出装置８００は、回転角センサ１００からの出力信号を処理して、回転体１５０の回転角情報を出力する信号処理部７００を備える。
【００５２】
信号処理部７００は、レゾルバデジタルコンバータ７１０（以下、「Ｒ／Ｄ７１０」という。）と、０点通過判定部７２０と、０点カウントアップ補正部７３０を含む。尚、０点通過判定部７２０の機能は、０点カウントアップ補正部７３０の機能と同様、マイクロコンピューターにより実現されてよいし、ＩＣ等を用いてハードウェア的に実現されてもよい。また、０点通過判定部７２０及び０点カウントアップ補正部７３０は、Ｒ／Ｄ７１０内に組み込まれてもよい。
【００５３】
動作時、回転角センサ１００の励磁コイルには、図示しない交流電源により励磁電圧が印加される。例えば、交流電源は、例えば４Ｖの交流の入力電圧を、励磁コイルの両端に印加する。励磁コイルが励磁されてそれに磁気力が発生すると、それに伴い、検知コイルが起電する。上述の如く、ロータ１０４の外形輪郭線は、一定の径ではなく、周期的に変化する径により画成されている。従って、ロータ１０４が回転すると、ロータ１０４とステータ１０６の歯の径方向の距離が周期的に変化するので、それに伴って、磁束抵抗が変化して、当該ステータ１０６の歯まわりの検知コイルに誘起される電流（出力電圧）が変化する。このような現象を利用して、ロータ１０４の回転角ひいては回転体１５０の回転角θが磁気的に検出される。
【００５４】
回転角センサ１００には、Ｒ／Ｄ７１０が接続される。Ｒ／Ｄ７１０には、コイル１０８の検知コイルからの出力信号（ｓｉｎ相の出力電圧とｃｏｓ相の出力電圧）が入力される。
【００５５】
Ｒ／Ｄ７１０は、ｓｉｎ相の出力電圧とｃｏｓ相の出力電圧とに基づいて、ロータ１０４の回転角θを表すデジタル信号を出力する。ロータの回転角θは、例えば、次式の関係を用いて導出される。
θ＝１／Ｎ・ｔａｎ−１（ＥＳＩＮ−ＧＮＤ／ＥＣＯＳ−ＧＮＤ）
ここで、ＥＣＯＳ−ＧＮＤは、ｃｏｓ相の出力電圧を表し、ＥＳＩＮ−ＧＮＤは、ｓｉｎ相の出力電圧を表す。
【００５６】
図１２（Ａ）は、通常のｓｉｎ相の出力波形とｃｏｓ相の出力波形、及び、ｓｉｎ相のピークの波形（包絡線の波形）とｃｏｓ相のピークの波形を示す。図１２（Ｂ）は、通常の相対角の出力波形を示す。
【００５７】
図１３は、上述の如く２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の同出力波形を示す。図１４は、上述の如く２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の他の出力波形を示す。
【００５８】
通常の構成、即ちロータが分割されていない構成では、ｓｉｎ相の出力波形とｃｏｓ相の出力波形に歪が生じないためが、上述の如く２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の場合、分割されたロータ１０４の合わせ目に起因して、出力波形に歪が発生する。
【００５９】
図１３に示す例では、分割されたロータ１０４の合わせ目における切り欠き１０７（図５（Ａ）参照）が機械角１８０度付近に対応した位置に設定されており、従って、図１３（Ａ）でＲ１にて示すように、機械角１８０度付近で、ロータ１０４とステータ１０６との間に急激なギャップの増加が生じ、ｓｉｎ相の出力波形とｃｏｓ相の出力波形に歪が発生する。これに伴い、図１３（Ｂ）でＲ２にて示すように、機械角１８０度付近で、相対角の出力波形にも歪が発生する。
【００６０】
同様に、図１４に示す例では、分割されたロータ１０４の合わせ目における切り欠き１０７（図５（Ａ）参照）が機械角１５０度付近に対応した位置に設定されており、従って、図１４（Ａ）でＳ１にて示すように、機械角１５０度付近で、ロータ１０４とステータ１０６との間に急激なギャップの増加が生じ、ｓｉｎ相の出力波形とｃｏｓ相の出力波形に歪が発生する。これに伴い、図１４（Ｂ）でＳ２にて示すように、機械角１５０度付近で、相対角の出力波形にも歪が発生する。
【００６１】
回転角検出装置８００は、このような波形の歪（出力信号の特徴）を利用して、位相合わせを行う。以下、この構成について具体的に説明する。
【００６２】
図１５は、信号処理部７００により実現される主要な処理の流れを示すフローチャートである。図１６は、０点通過判定処理の説明図である。以下では、前提として、上述の歪が発生するポイントを相対角の「ゼロ点」とする場合について説明する。図１５の示す処理ルーチンは、回転角度の演算周期（分解能）に対応した周期で繰り返し実行される。
【００６３】
ステップ１００では、信号処理部７００の０点通過判定部７２０は、今回周期での機械角の変化に対する電気角の変化量θｅ／θｍに基づいて、即ち、図１６に示す相対角の波形の勾配θｅ／θｍに基づいて、０点通過が生じたか否かを判定する。ここで、判定条件は、以下のとおりであってよい。
Ｘａ＜θｅ／θｍ＜Ｘｂ、又は、−Ｘｂ＜θｅ／θｍ＜−Ｘａ
ここで、Ｘａは、図１６に概念的に示すように、通常時の変化量、即ち０点及び符号変化点を通過していない場合の変化量に対応し、Ｘｂは、ｃｏｓ相とｓｉｎ相の符号変化時の変化量に対応する。
【００６４】
０点通過が生じた場合には、Ｘｂよりも小さいものの、上述の歪に起因して比較的大きな変化量が生ずる。上記の条件は、このような現象に着目して設定されたものであり、高い精度でゼロ点通過を判定することができる。
【００６５】
０点通過判定部７２０は、０点通過が生じたと判定した場合には、信号処理部７００の０点カウントアップ補正部７３０によるゼロ点カウントアップ補正処理が実行される。一方、０点通過判定部７２０は、０点通過が生じていないと判定した場合には、次回周期で入力される相対角度情報を用いて、ステップ１００の判定を繰り返す。
【００６６】
図１７は、０点カウントアップ補正部７３０により実現される０点カウントアップ補正処理の流れを示すフローチャートである。図１８は、０点カウントアップ補正処理の説明図であり、各状況下でのカウントアップ値の状態を示す図である。カウントアップ値は、図１８（Ａ）に示すように、電気角１８０度毎に変化し、例えばｃｏｓ相とｓｉｎ相の符号変化時に、カウントアップ値が増減される。図１８に示す例では、カウントアップ値「４」の位置で、波形に歪が存在する。即ち、カウントアップ値「４」の位置で、ゼロ点通過の判別ポイントが存在する。
【００６７】
ステップ１１２では、０点カウントアップ補正部７３０は、今回のゼロ点通過時のゼロ点カウントアップ値Ｎａと、基準ゼロ点カウントアップ値Ｎｂ（本例の場合には、Ｎｂ＝４）との比較処理を行う。ゼロカウントアップ値とは、０点通過が判定された際のカウントアップ値である。
【００６８】
比較処理の結果、ゼロ点カウントアップ値Ｎａと基準ゼロ点カウントアップ値Ｎｂとが等しい場合（ステップ１１４のＹＥＳ），ゼロ点カウントアップ値Ｎａがそのまま保持される。一方、ゼロ点カウントアップ値Ｎａと基準ゼロ点カウントアップ値Ｎｂとが異なる場合（ステップ１１４のＮＯ）、ゼロ点カウントアップ値Ｎａが基準ゼロ点カウントアップ値Ｎｂに変更されて記憶される（ステップ１１８）。
【００６９】
ここで、図１８（Ａ）に示す状態、即ち現在のカウントアップ値が「７」の状態でイグニッションスイッチがオフとされた場合を想定する。イグニッションスイッチがオフとされた状態で、ステアリングホイールが操作されない場合は、次のイグニッションスイッチがオンとされた際に、カウントアップ値の記憶値「７」は有効であり、そのまま用いることができる。しかしながら、ここでは、イグニッションスイッチがオフとされた状態で、ステアリングホイールが操作され（電気角で約１周期だけ戻され）、実際のカウントアップ値が「５」になった場合を想定する。この場合、次のイグニッションスイッチがオンとされた際に、カウントアップ値の記憶値が「７」であるとしてカウントアップ値の増減が実行される。その後の運転中等に、ステアリングホイールが操作され、０点を通過した時点で、図１７に示した０点カウントアップ補正処理が実行される。ここでは、図１８（Ｃ）に示すように、ステアリングホイールが電気角で約半周期だけ戻された場合を想定する。この際、今回のゼロ点通過時のゼロ点カウントアップ値Ｎａは、「６」となる。即ち、イグニッションスイッチオフ状態でステアリングホイールが操作された分だけ誤差が発生することになる。この際、図１７に示した０点カウントアップ補正処理（ステップ１１６参照）により、ゼロ点カウントアップ値Ｎａが「６」から正しいカウントアップ値「４」に補正される。
【００７０】
このように本実施例によれば、例えばイグニションスイッチオフ状態でステアリングホイールが操作された場合や、電源の一時的な遮断等によりカウントアップ値を見失った場合にも、分割されたロータ１０４の合わせ目に起因して発生する出力波形の特徴を利用して、位相合わせ（カウントアップ値の補正）を行うことができる。これにより、常に高い精度で回転角情報を得ることができる。
【００７１】
尚、本実施例では、上述の如く、ロータ１０４の合わせ目の一方の側に、切り欠き１０７を設定し、当該切り欠き１０７に起因して機械角１周期で１回だけ発生する１点の特徴点を用いて、位相合わせを行っている。即ちロータ１０４の合わせ目の他方の側で発生する比較的微少な歪は無視し、切り欠き１０７に起因した比較的に大きな歪を利用して、機械角１周期で１点の特徴点を用いて位相合わせを行っている。しかしながら、ロータ１０４の合わせ目の両側で発生する２点の特徴点を用いて位相合わせを行うことも可能である。この場合、分割されたロータ１０４の合わせ目に起因した出力波形の特徴が、異なる電気角の位相で発生するように上述の分割ラインＴを設定すれば、それぞれの特徴点間を識別できる。この場合、機械角１周期で２回、位相合わせの機会を得ることができる。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００７３】
例えば、上述の実施例では、１つの回転角センサ（レゾルバ）を用いているが、２以上の回転角センサを、同様に分割して構成することも可能である。例えば、図１９に示すように、冗長性確保のため２系統の回転角センサを近接して設ける場合、当該２つの回転角センサを共に（一体として）径方向に分割して構成することも可能である。
【００７４】
また、上述の実施例では、回転角を相対角で検出しているが、本発明はこれに限定されることは無く、軸倍角の異なる第２のレゾルバを設定して、回転角を絶対角で検出することも可能である。
【００７５】
また、上述の実施例では、２分割であったが、３分割以上も可能である。
【００７６】
また、上述の実施例では、ロータ１０４の合わせ目に、径が急減する切り欠き１０７を設定して、出力波形に発生する歪をより顕在化させているが、切り欠き１０７に代えて、径が急増する凸部を設定してもよい。
【００７７】
また、上述の実施例では、１相入力/２相出力の構成であったが、２相入力/１相出力であってもよいし、相の態様は任意である。
【００７８】
また、回転角センサ（レゾルバ）は、上述の実施例のような、ロータに対して径方向に対向する凸状のステータ（歯）に巻線（励磁コイル及び検知コイル）を巻き付け、径方向の磁気抵抗の変化を利用して角度検出を行うタイプに限られない。例えば、回転角センサは、ロータに対して軸方向に対向する凸状のステータコアに巻線（励磁コイル及び検知コイル）を巻き付け、軸方向の磁気抵抗の変化を利用して角度検出を行うタイプであってよい。このタイプの場合、ロータが回転すると、ロータの外周部とステータコアの上面との遮蔽幅が変化し、ステータコアを通る磁束が遮へいされる幅が周期的に変化するので、それに伴って、磁束抵抗が変化して、当該コアまわりの検知コイルに誘起される電流（出力電圧）が変化する。この場合、励磁コイル及び検知コイルは、必ずしも巻き線を巻くタイプである必要はなく、フィルム上のコイル（基板上にプリントされたコイル）を用いて薄型化を図ることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のとおり本発明は、パワーステアリング装置におけるステアリングシャフトの回転角度を検出する回転角検出装置を始めとして、回転体の回転角の検出が必要なあらゆる装置において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】回転角センサの一実施例を示す２面図である。
【図２】図１のラインＡ−Ａに沿って切断した際の断面図である。
【図３】本実施例の回転角センサ１００の開状態を示す図である。
【図４】図３のＢ部の拡大図であり、コイルの接続態様を示すための図である。
【図５】ロータ１０４の形状の一例を示す図である。
【図６】図５（Ａ）のラインＤ−Ｄに沿って切断した際の断面図である。
【図７】図５（Ｂ）のラインＤ−Ｄに沿って切断した際の断面図である。
【図８】その他の実施例による回転角センサ４００を示す２面図である。
【図９】開状態の回転角センサ４００を示す図である。
【図１０】回転体１５０としての段付きのシャフトに対する組み付け性の説明図である。
【図１１】本発明による回転角検出装置８００の一実施例を示すシステム構成図である。
【図１２】通常の波形を示す図である。
【図１３】２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の同出力波形を示す図である。
【図１４】２分割されたロータ１０４を備える回転角センサ１００の他の出力波形を示す図である。
【図１５】信号処理部７００により実現される主要な処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】０点通過判定処理の説明図である。
【図１７】０点カウントアップ補正部７３０により実現される０点カウントアップ補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】０点カウントアップ補正処理の説明図である。
【図１９】他の実施例による回転角センサの設置状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 回転角センサ
１０２ ケーシング
１０４ ロータ
１０６ ステータ
１０７ 切り欠き
１０８ コイル
１１０，１１２ ベアリング
１２２ ヒンジ部
１３０ 締結具
１５０ 回転体
４１０ 爪
７００ 信号処理部
７１０ Ｒ／Ｄ
７２０ ０点通過判定部
７３０ ０点カウントアップ補正部
８００ 回転角検出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
径方向に２分割される本体を有する回転角センサを備えることを特徴とする、回転角検出装置。
【請求項２】
前記回転角センサが、回転体と共に回転するロータと、ステータと、励磁コイル及び検知コイルとを備え、ロータの回転に伴って周期的に変化する磁束抵抗を利用して回転体の回転角を検出する請求項１に記載の回転角検出装置であって、
検知コイルから入力される出力信号を処理して、回転体の回転角情報を出力する信号処理部を備え、
前記信号処理部が、分割されたロータの合わせ目に起因して発生する出力信号の特徴を利用して、回転体の回転角情報を生成することを特徴とする、回転角検出装置。
【請求項３】
ロータの径は、ロータの回転角を変数とし軸倍角により周期が定まる略正弦波関数に従って、変化するように決定され、
ロータは、分割されたロータの合わせ目の両側に起因した出力信号の２点の特徴が、該正弦波関数における異なる位相で出現するように、分割される、請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
ロータは、径が分割された合わせ目で急変するように、構成される、請求項１〜３の何れかに記載の回転角検出装置。
【請求項１】
回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
径方向に２分割される本体を有する回転角センサを備えることを特徴とする、回転角検出装置。
【請求項２】
前記回転角センサが、回転体と共に回転するロータと、ステータと、励磁コイル及び検知コイルとを備え、ロータの回転に伴って周期的に変化する磁束抵抗を利用して回転体の回転角を検出する請求項１に記載の回転角検出装置であって、
検知コイルから入力される出力信号を処理して、回転体の回転角情報を出力する信号処理部を備え、
前記信号処理部が、分割されたロータの合わせ目に起因して発生する出力信号の特徴を利用して、回転体の回転角情報を生成することを特徴とする、回転角検出装置。
【請求項３】
ロータの径は、ロータの回転角を変数とし軸倍角により周期が定まる略正弦波関数に従って、変化するように決定され、
ロータは、分割されたロータの合わせ目の両側に起因した出力信号の２点の特徴が、該正弦波関数における異なる位相で出現するように、分割される、請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
ロータは、径が分割された合わせ目で急変するように、構成される、請求項１〜３の何れかに記載の回転角検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−４５９１３（Ｐ２００８−４５９１３Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１９７５９（Ｐ２００６−２１９７５９）
【出願日】平成１８年８月１１日（２００６．８．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１１日（２００６．８．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]