JP4622641B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。

近年、自動車の高機能化が進む中、ブレーキや横滑り防止等の各種制御を行うため、様々な回転角度検出装置を用いてステアリングの回転角度を検出するものが増えている。

このような、従来の回転角度検出装置について、図３及び図４を用いて説明する。

図４は従来の回転角度検出装置の要部斜視図であり、同図において、１は外周に平歯車１Ａが形成された回転歯車で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。

そして、２は外周に平歯車２Ａが形成された第一の検出歯車、３は外周に第一の検出歯車２とは歯数の異なる平歯車３Ａが形成された第二の検出歯車で、第一の検出歯車２が回転歯車１に、第二の検出歯車３が第一の検出歯車２に各々噛合すると共に、第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の中央には、磁石４と５がインサート成形等により各々装着されている。

また、６は第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出歯車２の磁石４との対向面には磁気検出素子７が、第二の検出歯車３の磁石５との対向面には磁気検出素子８が各々装着され、これらの対向した磁石と磁気検出素子によって、第一の検出手段９と第二の検出手段１０が形成されている。

さらに、配線基板６にはマイコン等の電子部品によって、第一の検出手段９と第二の検出手段１０に接続された制御手段１１が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

そして、このような回転角度検出装置は、制御手段１１がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転歯車１中央の係合部１Ｂにはステアリング軸が挿通されて、自動車に装着される。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転歯車１が回転し、この外周の平歯車に噛合した第一の検出歯車２、及び第一の検出歯車２に噛合した第二の検出歯車３が連動して回転する。

そして、第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石４と５の磁気の方向が変化し、これを磁気検出素子７と８が各々検出して、増減を繰返す略鋸歯状の電圧波形が連続する検出信号が、第一の検出手段９と第二の検出手段１０から制御手段１１へ出力される。

なお、この時、第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の歯数が異なっているため、第一の検出手段９から出力される検出信号と、第二の検出手段１０から出力される検出信号とは、電圧波形の形状が異なり位相差のあるものとなる。

そして、制御手段１１が各歯車の歯数、及びこの電圧波形の異なる二つの検出信号の電圧値を演算して、回転歯車１の回転角度、つまり、ステアリングの回転角度を検出し、これが電子回路に出力されて、自動車のブレーキ等の様々な制御が行われるように構成されている。

なお、回転歯車１と第一の検出歯車２、及び第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の、各々噛合した歯の間には、歯と歯を噛合させるための僅かな隙間、所謂バックラッシが形成されている。

従って、例えば、図３の部分平面図に示すように、回転歯車１の平歯車１Ａの歯の右側と、第一の検出歯車２の平歯車２Ａの歯の左側が当接し、第一の検出歯車２の歯の右側に、バックラッシαが形成されている場合、回転歯車１を反時計方向へ回転した場合には、第一の検出歯車２もこれに追従して回転するが、時計方向へ回転した場合には、第一の検出歯車２はバックラッシαの角度分だけずれて回転する。

つまり、角度としては約１度前後と僅かなものではあるが、第一の検出歯車２から検出される回転角度は、実際のステアリングの回転角度に対し、歯間の隙間分の、バックラッシα分の誤差が生じるものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００５−３６２５号公報

しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、噛合した各歯車の歯間の隙間、バックラッシα分の回転角度として約１度前後の誤差が生じるため、高精度な回転角度の検出が困難であるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、誤差が少なく高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、制御手段が回転歯車と第一の検出歯車及び第一の検出歯車と第二の検出歯車のバックラッシを記憶すると共に、第一及び第二の検出手段からの検出信号に対し、このバックラッシ分の誤差を補正して回転歯車の回転角度を検出するものであり、噛合した各歯車間の隙間、バックラッシ分の誤差を補正して回転角度の検出を行うことによって、高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、検出手段を、磁石と磁気検出素子またはホール素子で形成したものであり、無接触式の安定した検出を行うことができると共に、回転角度検出装置を簡易な構成で安価なものとすることができるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、誤差が少なく、高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態における回転角度検出装置の要部斜視図、図２は同ブロック回路図であり、同図において、１は外周に平歯車１Ａが形成された回転歯車で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。

そして、２は外周に平歯車２Ａが形成された第一の検出歯車、３は外周に第一の検出歯車２とは歯数の異なる平歯車３Ａが形成された第二の検出歯車で、第一の検出歯車２の平歯車が回転歯車１に、第二の検出歯車３が第一の検出歯車２に各々噛合すると共に、第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の中央には、磁石４と５がインサート成形等により各々装着されている。

また、６は第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、両面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出歯車２の磁石４との対向面にはＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）等の磁気検出素子７が、第二の検出歯車３の磁石５との対向面には同じく磁気検出素子８が各々装着され、これらの対向した磁石と磁気検出素子によって、第一の検出手段９と第二の検出手段１０が形成されている。

さらに、配線基板６にはマイコン等の電子部品によって、第一の検出手段９と第二の検出手段１０に接続された制御手段２１が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。

また、この回転角度検出装置の制御手段２１が、制御部２１Ａと記憶部２１Ｂ、演算部２１Ｃから形成されると共に、記憶部２１Ｂには、回転歯車１と第一の検出歯車２、及び第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の、各々噛合した各歯車間の隙間、バックラッシが記憶されている。

つまり、回転歯車１と第一の検出歯車２、及び第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の、各々噛合した歯と歯の間には、歯と歯を噛合させるための僅かな隙間、所謂バックラッシが形成されている。

従って、例えば、図３の部分平面図に示すように、回転歯車１の平歯車１Ａの歯の右側と、第一の検出歯車２の平歯車２Ａの歯の左側が当接し、第一の検出歯車２の歯の右側に、バックラッシαが形成されている場合、回転歯車１を反時計方向へ回転した場合には、第一の検出歯車２もこれに追従して回転するが、時計方向へ回転した場合には、第一の検出歯車２はバックラッシαの角度分だけずれて回転する。

このため、回転角度検出装置を製作した際に、回転歯車１を回転し、この回転歯車１の実際の回転角度を測定した値と、第一の検出手段９及び第二の検出手段１０の検出信号から演算した値を比べると、約１度前後の各歯車の歯間の隙間、バックラッシα分の誤差が得られる。

そして、この各装置毎のバックラッシαを、図２に示す記憶部２１Ｂが記憶すると共に、第一の検出手段９と第二の検出手段１０からの検出信号を演算部２１Ｃで演算する際に、制御部２１Ａがバックラッシα分の誤差を補正して、回転歯車１の回転角度を検出するように制御手段２１が構成されている。

また、このように構成された回転角度検出装置は、制御手段２１がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、図１に示す回転歯車１中央の係合部１Ｂには、ステアリング軸が挿通されて自動車に装着される。

以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って回転歯車１が回転し、この外周の平歯車に噛合した第一の検出歯車２、及び第一の検出歯車２に噛合した第二の検出歯車３が連動して回転する。

そして、第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石４と５の磁気の方向が変化し、これを磁気検出素子７と８が各々検出して、増減を繰返す略鋸歯状の電圧波形が連続する検出信号が、第一の検出手段９と第二の検出手段１０から制御手段２１へ出力される。

なお、この時、第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の歯数が異なっているため、第一の検出手段９から出力される検出信号と、第二の検出手段１０から出力される検出信号とは、電圧波形の形状が異なり位相差のあるものとなる。

そして、制御手段２１が各歯車の歯数、及びこの電圧波形の異なる二つの検出信号の電圧値から、回転歯車１の回転角度を演算、つまり、ステアリングの回転角度を検出するが、上述したように、制御手段２１の記憶部２１Ｂには、回転角度検出装置を製作した際に、噛合した各歯車間の隙間、バックラッシαが記憶されている。

これによって、制御手段２１の制御部２１Ａが、第一の検出手段９と第二の検出手段１０からの検出信号を演算部２１Ｃで演算する際に、この記憶部２１Ｂに記憶されたバックラッシα分の誤差を補正して、回転歯車１の回転角度の検出を行うように構成されている。

つまり、制御手段２１によって、各歯車間の隙間、バックラッシα分の誤差がない、回転歯車１の実際の角度と一致した高精度な回転角度が検出され、これが電子回路に出力されて、自動車のブレーキ等の様々な制御が行われる。

このように本実施の形態によれば、制御手段２１が回転歯車１と各検出歯車の歯間の隙間、バックラッシαを記憶すると共に、各検出手段からの検出信号に対し、このバックラッシα分の誤差を補正して回転歯車１の回転角度を検出することによって、高精度な回転角度の検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるものである。

また、第一の検出手段９や第二の検出手段１０を、磁石４と５及び磁気検出素子７と８またはホール素子で構成することによって、無接触式の安定した検出を行うことができると共に、回転角度検出装置を簡易な構成で安価なものとすることができる。

なお、以上の説明では、回転歯車１や第一の検出歯車２、第二の検出歯車３の外周に各々平歯車を形成し、これらを噛合させた構成として説明したが、平歯車以外にも傘歯車等、他の形状の歯車を用いた構成としても本発明の実施は可能である。

また、回転歯車１に第一の検出歯車２を、第一の検出歯車２に第二の検出歯車３を各々噛合させた構成について説明したが、第一の検出歯車２と第二の検出歯車３の両方を回転歯車１に噛合させた構成や、或いは一方の検出歯車のみを回転歯車１に噛合させた構成としても実施は可能である。

本発明による回転角度検出装置は、誤差が少なく高精度な回転角度の検出が可能なものを実現することができ、自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。

本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部斜視図 同ブロック回路図 回転歯車と検出歯車の部分平面図 従来の回転角度検出装置の要部斜視図

符号の説明

１ 回転歯車
１Ａ，２Ａ，３Ａ 平歯車
１Ｂ 係合部
２ 第一の検出歯車
３ 第二の検出歯車
４，５ 磁石
６ 配線基板
７，８ 磁気検出素子
９ 第一の検出手段
１０ 第二の検出手段
２１ 制御手段
２１Ａ 制御部
２１Ｂ 記憶部
２１Ｃ 演算部

Claims (2)

1. ステアリングに連動して回転する回転歯車と、この回転歯車に連動して回転する第一の検出歯車と、この第一の検出歯車に連動して回転する上記第一の検出歯車とは歯数の異なる第二の検出歯車と、上記第一及び第二の検出歯車の回転を検出信号として検出する第一及び第二の検出手段と、この第一及び第二の検出手段に接続された制御手段からなり、上記制御手段が上記回転歯車と上記第一の検出歯車及び上記第一の検出歯車と上記第二の検出歯車のバックラッシを記憶すると共に、上記第一及び第二の検出手段からの検出信号に対し、上記バックラッシ分の誤差を補正して回転歯車の回転角度を検出する回転角度検出装置。
2. 検出手段を、磁石と磁気検出素子またはホール素子で形成した請求項１記載の回転角度検出装置。

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