JP2004279065A - 回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来品と比較して、部品点数の削減によるコスト削減を図りつつ、回転体の回転角を高精度で検出できる回転角検出装置を提供する。
【解決手段】駆動歯車１に、軸方向に位置をずらして歯数の異なる第１歯車部１ｂと第２歯車部１ｃとを形成し、第１小歯車２と第２小歯車３を同一形状とし、第１小歯車２と第１歯車部１ｂが噛み合い、第２小歯車２と第２歯車部１ｃが噛み合うように設定した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に係り、特に、ステアリングの操舵角を検出するのに好適な回転角検出装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転角検出装置としては、ステアリングシャフトに固定された駆動歯車と噛み合う２つの小歯車にそれぞれ磁石を設け、この磁石にＡＭＲ（異方性磁気抵抗）センサを付設した構成の測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
２つの小歯車の歯数は１つだけ異なるように設定され、ステアリングシャフトが回転したとき、３つの歯車の回転角が異なるように設定されている。２つのＡＭＲセンサは、磁束密度を検出してそれに応じた電圧を出力するため、２つのＡＭＲセンサが出力する電圧値の変化に基づいて、ステアリングの絶対角（ニュートラル位置からの回転角）を検出することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００１−５０５６６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、次のような問題を有している。
（イ） 駆動歯車１つと小歯車２つの計３つの歯車を用いているため、部品費および組立費が高価である。
（ロ） ２つの小歯車は歯数が異なるように設定されているが、一目しただけでは歯数の違いを確認できないため、組立作業時において誤組み付けが発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、従来品と比較して、部品点数の削減によるコスト削減を図りつつ、回転体の回転角を高精度で検出できる回転角検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明請求項１に記載の回転角検出装置では、回転体に応じて回転する駆動歯車と、この駆動歯車を収納するハウジングと、このハウジング内に設け、駆動歯車とそれぞれ噛み合う第１小歯車および第２小歯車と、前記第１小歯車に設けた第１磁極と、前記第２小歯車に設けた第２磁極と、
【０００８】
前記第１磁極に面して配置した第１磁気センサと、前記第２磁極に面して配置した第２磁気センサと、これら第１磁気センサと第２磁気センサの検出信号に基づいて回転体の回転角を検出する演算回路を有する回路基板と、を備えた回転角検出装置において、前記駆動歯車に、軸方向に位置をずらして歯数の異なる第１歯車部と第２歯車部とを形成し、前記第１小歯車と第２小歯車を同一形状とし、前記第１小歯車と第２小歯車を、第１小歯車と第１歯車部が噛み合い、第２小歯車と第２歯車部が噛み合うように設定したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転角検出装置において、前記第１小歯車と第２小歯車の一面側に環状の第１軸部を形成するとともに、第１小歯車と第２小歯車の他面側に環状の第２軸部を形成し、前記第１軸部と第２軸部の長さを、第１小歯車と第２小歯車を互いに軸方向逆向きにしてハウジングに組み付けたとき、第１小歯車が第１歯車部と噛み合い、第２小歯車が第２歯車部と噛み合うように設定したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の回転角検出装置において、前記第１軸部と第２軸部を異径に形成し、前記ハウジングに、第１軸部と嵌合可能な第１軸受け部と、第２軸部と嵌合可能な第２軸受け部を設け、前記第１小歯車の第１軸部を第１軸受け部と嵌合させるとともに、第２小歯車の第２軸部を第２軸受け部と嵌合させ、前記第１小歯車の第２軸部と第２小歯車の第１軸部に回路基板を当接させて第１小歯車と第２小歯車を回動自在に固定し、前記第１磁気センサと第２磁気センサを、第１小歯車の第２軸部と第２小歯車の第１軸部に囲まれるように回路基板上に実装したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転角検出装置において、前記駆動歯車を車両のステアイングシャフトと一体に設け、前記駆動歯車の第１歯車部の歯数をｍ１、第２歯車部の歯数をｍ２とし、前記第１小歯車および第２小歯車の歯数をｍ３、１回転当たりの波形数をｎ１としたとき、ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｎ１が、
０＜｜４×ｎ１×ｍ１／ｍ３−４×ｎ１×ｍ２／ｍ３｜＜０．５
を満足することを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、駆動歯車の回転により、駆動歯車の第１歯車部と噛み合う第１小歯車と、駆動歯車の第２歯車部と噛み合う第２小歯車が回転する。このとき、第１小歯車と第２小歯車は同一形状であるが、第１小歯車と噛み合う第１歯車部と、第２小歯車と噛み合う第２歯車部は、異なる歯数に設定されているため、第１小歯車と第２小歯車は異なる回転速度で回転する。よって、第１磁気センサと第２磁気センサから出力される検出信号は同一とならないため、２つの検出信号に基づいて、回転体の回転角を検出可能である。
【００１３】
すなわち、本発明では、駆動歯車に異なる歯数の第１歯車部と第２歯車部を形成することにより、第１小歯車と第２小歯車を同一形状とした場合でも、回転体の回転角を検出できる。したがって、歯数の異なる２種類の小歯車を用いて回転角を検出する従来技術と比較して、小歯車が１つで済むため、部品点数の削減による製造コストの低減を図りつつ、回転体の回転角を高精度で検出できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、第１小歯車と第２小歯車を互いに軸方向逆向きにしてハウジングに組み付けたとき、第１小歯車と第１歯車部、および第２小歯車と第２歯車部がそれぞれ噛み合うように第１軸部と第２軸部の長さを設定したため、第１小歯車と第２小歯車のハウジングに対する軸方向位置を同じとしたまま、歯車部分の軸方向位置をずらすことができる。
【００１５】
例えば、第１軸部と第２軸部とを同一長さに設定し、ハウジング側で第１小歯車と第２小歯車の軸方向位置をずらす構成とした場合、ずらした分だけ軸方向寸法が大きくなってしまう。これに対し、本発明では、ハウジングに組み付けられた第１小歯車と第２小歯車は、歯車部分の位置は軸方向にずれた状態であるが、ハウジングに対する軸方向位置は同一とすることが可能であるため、軸方向寸法をより小さくしてハウジングの薄型化を図ることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、第１小歯車の第１軸部を第１軸受け部と嵌合させ、第２小歯車の第２軸部を第２軸受け部と嵌合させることで、第１小歯車と第２小歯車とが互いに軸方向逆向きでハウジングに組み付けられる。さらに、第１軸部と第２軸部は異径に形成され、これに応じて第１軸受け部と第２軸受け部の形状も異なるため、第１小歯車と第２小歯車の組み付け方向を間違うことがない。
【００１７】
また、第１小歯車の第２軸部と第２小歯車の第１軸部には、第１磁気センサと第２磁気センサを実装した回路基板が当接しているため、軸方向寸法をより小さくできる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、下記の式を満足するように、ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｎ１を設定した。
０＜｜４×ｎ１×ｍ１／ｍ３−４×ｎ１×ｍ２／ｍ３｜＜０．５ ．．．式▲１▼
【００１９】
通常、ステアリングホイールは、片側２回転、すなわち、一方の回転端から他方の回転端まで４回転するように設定されている。よって、駆動歯車がステアリングシャフト一体に設けられている場合、第１磁気センサから出力される波形数は、４×ｎ１×ｍ１／ｍ３個となる。一方、第２磁気センサから出力される波形数は、４×ｎ１×ｍ２／ｍ３個となる。
【００２０】
したがって、式▲１▼を満足するようにｍ１，ｍ２，ｍ３，ｎ１を設定することにより、ステアリングホイールを４回転させたとき、第１磁気センサと第２磁気センサの出力電圧が描く波形のずれが、０．５波形未満となる。すなわち、ステアリングホイールの回転操作可能範囲のどの角度においても、２つの波形の位置関係が同一とならないため、ステアリングホイールの絶対角を高精度に検出できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の回転角検出装置を実現する実施の形態を、第１実施例と第２実施例とに基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は、第１実施例の回転角検出装置の構造を示す正面図であり、図において、１は駆動歯車、２は第１小歯車、３は第２小歯車、６は第１磁気センサ、７は第２磁気センサである。
【００２３】
駆動歯車１は、その中心部に形成された開口部１ａに図外のステアリングシャフトが嵌挿され、ステアリングシャフトと一体に回転する。この駆動歯車１は、軸方向に位置をずらして歯数５０に設定された第１歯車部１ｂと、歯数４８に設定された第２歯車部１ｃとが形成されている。
【００２４】
第１小歯車２は、歯数２０に設定され、駆動歯車１の第１歯車部１ｂと噛み合っている。また、第２小歯車３は、第１小歯車２と同一形状のものであり、駆動歯車１の第２歯車部１ｃと噛み合っている。これら第１小歯車２と第２小歯車３は、駆動歯車１を挟んで対称位置に配置されている。
【００２５】
次に、第１小歯車２と第２小歯車３の構造を説明する。なお、第１小歯車２と第２小歯車３とは同一形状であるため、第１小歯車２の構造についてのみ説明する。
【００２６】
図２に示すように、第１小歯車２は、歯車部２ａと、この歯車部２ａの両面に突出する第１軸部２ｂと第２軸部２ｃとから構成されている。歯車部２ａの中心には、Ｎ極とＳ極が１８０度ずつで入れ替わるように１組の第１磁極４（第２小歯車３では第２磁極５）が歯車部２ａの両面に露出した状態で固定されている。
【００２７】
第１軸部２ｂと第２軸部２ｃは、どちらも環状に形成されている。第２軸部２ｃの方が第１軸部２ｂよりも大径であるが、軸方向長さは、第１軸部２ｂの方が第２軸部２ｃよりも長く設定されている。すなわち、歯車部２ａの軸方向位置は、第１小歯車２の軸方向中心位置から第２軸部２ｃ側へオフセットして設定されている。
【００２８】
図３は回転角検出装置の構造を示す縦断面図である。
図において、１０は回転角検出装置のハウジングであり、ケースアッパ８とケースロア９とから構成されている。
【００２９】
駆動歯車１の駆動歯車軸１ｄは、回転角検出装置のハウジングを構成するケースアッパ８とケースロア９により回動自在に挟装されている。
【００３０】
第１小歯車２は、第１軸部２ｂがケースアッパ８に設けられた第１軸受け部８ａと回動自在に嵌合し、第２軸部２ｃが回路基板１１上に当接した状態で、ケースアッパ８と回路基板１１に挟装されている。
【００３１】
一方、第２小歯車３は、第２軸部３ｃがケースアッパ８に設けられた第２軸受け部８ｂと回動自在に嵌合し、第１軸部３ｂが回路基板１１上に当接した状態で、ケースアッパ８と回路基板１１とに挟装されている。
【００３２】
すなわち、第１小歯車２と第２小歯車３は、互いに逆向きの状態でハウジング１０に組み付けられており、第１小歯車２の歯車部２ａが駆動歯車１の第１歯車部１ｂと噛み合い、第２小歯車３の歯車部３ａが駆動歯車１の第２歯車部１ｂと噛み合っている。
【００３３】
第１磁気センサ６は、第１小歯車２の第１磁極４に面し、周囲を第２軸部２ｃに囲まれた状態で、回路基板１１上に実装されている。また、第２磁気センサ７は、第２小歯車３の第２磁極５に面し、周囲を第１軸部３ｂに囲まれた状態で、回路基板１１上に実装されている。これら第１磁気センサ６および第２磁気センサ７としては、例えば、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサやホールＩＣが用いられる。
【００３４】
第１磁気センサ６および第２磁気センサ７は、第１小歯車２と第２小歯車３の回転に伴って変化する磁束密度に応じて出力電圧を変化させる。この出力電圧は、回路基板１１上の増幅回路を介して回路基板１１上の演算回路に入力される。演算回路では、２つの出力電圧を比較してステアリングの絶対角を算出する。算出されたステアリングの絶対角は、図外のステアリングハーネスを介して車両の制御装置に入力され、４輪操舵制御等の車両制御に利用される。
【００３５】
第１磁気センサ６と第２磁気センサ７の出力電圧を比較してステアリングの絶対角を求める場合、ステアリングを一方の回転端から他方の回転端まで回転させたとき、２つの出力電圧値が描く波形の位置関係がいずれの角度でも同一とならないよう、２つの波形のずれを０．５未満に設定する必要がある。
【００３６】
２つの波形のずれが０．５未満となるためには、駆動歯車１の第１歯車部１ｂの歯数をｍ１、第２歯車部１ｂの歯数をｍ２、第１小歯車２および第２小歯車３の歯数をｍ３、１回転当たりの波形数をｎ１としたとき、
０＜｜４×ｎ１×ｍ１／ｍ３−４×ｎ１×ｍ２／ｍ３｜＜０．５
上記の式を満足するｍ１，ｍ２，ｍ３，ｎ１を設定しなければならない。
【００３７】
第１実施例では、ｍ１＝４８，ｍ２＝５０，ｍ３＝２０，ｎ１＝１であるから、ステアリングシャフトが４回転したとき、第１磁気センサ６出力される波形数と、第２磁気センサ７から出力される波形数は、
４×ｎ１×ｍ１／ｍ２＝４×１×４８／２０＝９．６
４×ｎ１×ｍ１／ｍ３＝４×１×５０／２０＝１０
となり、第２磁気センサ７の出力波形が第１磁気センサ６の出力波形よりも０．４だけ進む（図４参照）ため、２つの出力電圧値が描く波形の位置関係がいずれの角度でも同一とならず、ステアリングの絶対角を検出できる。
【００３８】
次に、作用を説明する。
［ハウジングへの小歯車組み付け作用］
第１実施例の回転角検出装置では、ケースロア９に駆動歯車１と回路基板１１を組み付け、ケースアッパ８に第１小歯車２と第２小歯車３を組み付けた後、ケースアッパ８とケースロア９を重ね合わせる構造となっている。
【００３９】
ケースアッパ８に第１小歯車２と第２小歯車３を組み付ける場合、ケースアッパ８の第１軸受け部８ａに、第１小歯車２の第１軸部２ｂを嵌合させ、ケースアッパ８の第２軸受け部８ｂに、第２小歯車３の第２軸部３ｃを嵌合させる。
【００４０】
このとき、第１軸部２ｂ（３ｂ）と第２軸部２ｃ（３ｃ）は異径に形成され、第１軸受け部８ａと第２軸受け部８ｂもこれに合わせた形状となっているため、第１小歯車２と第２小歯車３は常に適正な方向（逆向き）で組み付けられる。
【００４１】
次に、効果を説明する。
第１実施例の回転角検出装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
【００４２】
（１） 駆動歯車１に歯数４８の第１歯車部１ｂと歯数５０の第２歯車部１ｃを形成することにより、第１小歯車２と第２小歯車３を同一形状とした場合でも、ステアリングの操舵角を検出できるため、歯数の異なる２種類の小歯車を用いて回転角を検出する従来技術と比較して、小歯車が１つで済み、部品点数の削減による製造コストの低減を図ることができる。
【００４３】
（２） 第１小歯車２と第２小歯車３を互いに軸方向逆向きにしてハウジング１０に組み付けたとき、第１小歯車２と第１歯車部１ｂ、および第２小歯車３と第２歯車部１ｃがそれぞれ噛み合うように第１軸部２ｂ（３ｂ）と第２軸部２ｃ（３ｃ）の長さを設定したため、組み付け時のハウジング１０に対する軸方向寸法を小さくできる。さらに、第１小歯車２の第２軸部２ｃと第２小歯車３の第１軸部３ａを回路基板１１を当接させ、ケースアッパ８と回路基板１１で第１小歯車２と第２小歯車３を固定する構成としたため、回路基板１１上に実装した第１磁気センサ６と第２磁気センサ７を第１磁極４と第２磁極５に近接配置することができるとともに、ハウジング１０の薄型化を図ることができる。
【００４４】
（３） 第１軸部２ｂ（３ｂ）と第２軸部２ｃ（３ｃ）は異径に形成され、第１軸受け部８ａと第２軸受け部８ｂもこれに合わせた形状となっているため、ケースアッパ８に第１小歯車２と第２小歯車３を組み付ける場合、作業者は意識することなく第１小歯車２と第２小歯車３を適正な方向に組み付けることができ、誤組付けを防止できる。
【００４５】
（４） ステアリングホイールを一方の回転端から他方の回転端まで回転させたとき、第２磁気センサ７の出力電圧が描く波形を、第１磁気センサ６の出力電圧が描く波形よりも０．４波形進むように、駆動歯車１の第１歯車部１ｂおよび第２歯車部１ｃの歯数、第１小歯車２と第２小歯車３の歯数と磁極数を設定したため、ステアリングホイールの回転操作可能範囲のどの角度においても、２つの波形の位置関係が同一となることがなく、ステアリングホイールの絶対角を高精度に検出できる。
【００４６】
（その他の実施例）
以上、本発明の回転角検出装置を実現する実施の形態を、第１実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は第１実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の回転角検出装置の構造を示す正面図である。
【図２】第１小歯車と第２小歯車の構造を示す正面図である。
【図３】回転角検出装置の構造を示す縦断面図である。
【図４】第１磁気センサと第２磁気センサの出力波形を示す図である。
【符号の説明】
１ 駆動歯車
１ａ 開口部
１ｂ 第１歯車部
１ｃ 第２歯車部
１ｄ 駆動歯車軸
２ 第１小歯車
２ａ 歯車部
２ｂ 第１軸部
２ｃ 第２軸部
３ 第２小歯車
３ａ 歯車部
３ｂ 第１軸部
３ｃ 第２軸部
４ 第１磁極
５ 第２磁極
６ 第１磁気センサ
７ 第２磁気センサ
８ ケースアッパ
８ａ 第１軸受け部
８ｂ 第２軸受け部
９ ケースロア
１０ ハウジング
１１ 回路基板

Claims (4)

1. 回転体に応じて回転する駆動歯車と、
   この駆動歯車を収納するハウジングと、
   このハウジング内に設け、駆動歯車とそれぞれ噛み合う第１小歯車および第２小歯車と、
   前記第１小歯車に設けた第１磁極と、
   前記第２小歯車に設けた第２磁極と、
   前記第１磁極に面して配置した第１磁気センサと、
   前記第２磁極に面して配置した第２磁気センサと、
   これら第１磁気センサと第２磁気センサの検出信号に基づいて回転体の回転角を検出する演算回路を有する回路基板と、
   を備えた回転角検出装置において、
   前記駆動歯車に、軸方向に位置をずらして歯数の異なる第１歯車部と第２歯車部とを形成し、
   前記第１小歯車と第２小歯車を同一形状とし、
   前記第１小歯車と第２小歯車を、第１小歯車と第１歯車部が噛み合い、第２小歯車と第２歯車部が噛み合うように設定したことを特徴とする回転角検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角検出装置において、
   前記第１小歯車と第２小歯車の一面側に環状の第１軸部を形成するとともに、第１小歯車と第２小歯車の他面側に環状の第２軸部を形成し、
   前記第１軸部と第２軸部の長さを、第１小歯車と第２小歯車を互いに軸方向逆向きにしてハウジングに組み付けたとき、第１小歯車が第１歯車部と噛み合い、第２小歯車が第２歯車部と噛み合うように設定したことを特徴とする回転角検出装置。
3. 請求項２に記載の回転角検出装置において、
   前記第１軸部と第２軸部を異径に形成し、
   前記ハウジングに、第１軸部と嵌合可能な第１軸受け部と、第２軸部と嵌合可能な第２軸受け部を設け、
   前記第１小歯車の第１軸部を第１軸受け部と嵌合させるとともに、第２小歯車の第２軸部を第２軸受け部と嵌合させ、
   前記第１小歯車の第２軸部と第２小歯車の第１軸部に回路基板を当接させて第１小歯車と第２小歯車を回動自在に固定し、
   前記第１磁気センサと第２磁気センサを、第１小歯車の第２軸部と第２小歯車の第１軸部に囲まれるように回路基板上に実装したことを特徴とする回転角検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転角検出装置において、
   前記駆動歯車を車両のステアイングシャフトと一体に設け、
   前記駆動歯車の第１歯車部の歯数をｍ１、第２歯車部の歯数をｍ２とし、
   前記第１小歯車および第２小歯車の歯数をｍ３、１回転当たりの波形数をｎ１としたとき、ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｎ１が、
   ０＜｜４×ｎ１×ｍ１／ｍ３−４×ｎ１×ｍ２／ｍ３｜＜０．５
   を満足することを特徴とする回転角検出装置。

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