JP2008051668A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギア間のガタつきが少なく検出精度の高い回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】ステアリングシャフトと一体に回転するロータ歯車３の回転を遊星歯車機構によって構成された減速機構５によって減速し、該減速後の回転を減速側検出用ギア６に伝達するものとしたので、回転の伝達効率がよく、また減速機構５を構成する各ギアの軸が同一方向であるため、ステアリングシャフトの回転を少ないガタによって減速側検出用ギア６に伝達することができる。したがって、減速機構５でのガタつきが少ないのでステアリングシャフトの回転角をより正確に検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に取り付けられたステアリングシャフトの回転状態を検出する回転角度検出装置に関する。

従来、車両のステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトの絶対操舵角を検出し、他の制御装置等へ検出結果を出力する回転角度検出装置がある。
このような検出装置は、ステアリングシャフトにギアを嵌め込み、該ギアに連結された回転角検出用ギアの回転状態を検出している。またこの回転角検出用ギアは、ステアリングシャフトの回転数に対して多く回転するようになっており、ステアリングシャフトの回転角を細かく検出できるようになっている。（以下、ステアリングシャフトの回転数に対して多く回転する回転角検出用ギアを増速側検出用ギアとも呼ぶ）

しかしながら、これらのステアリングホイールは、たとえば左右方向にそれぞれ７２０度づつ回転するため、ステアリングシャフトと連動して回転する１つの回転角検出用ギアの回転状態を検出するのみでは、右に何回転目であるかと言ったことが検出することができない。
そこで、ステアリングシャフトに嵌め込まれたギアに連結され、ステアリングシャフトの回転に対して少なく回転する回転角検出用ギア（以下、ステアリングシャフトの回転に対して少なく回転する回転角検出用ギアを減速側検出用ギアとも呼ぶ）を追加して設けたものがある。
この減速側検出用ギアは、ステアリングシャフトを右方向の最大回転位置から左方向の最大回転位置まで回転させたときに、たとえば１／２回転（１回転以下の回転数が設定される）するものであり、該減速側検出用ギアの回転状態を検出することで、ステアリングシャフトの回転角度を大まかに把握することができる。

このように、ステアリングシャフトの回転を、増速側と減速側とに分けて、該２つの回転状態を検出することによってステアリングシャフトの位置を検出する回転角度検出装置として、たとえば特許文献１に記載されたものがある。
これは、ステアリングシャフトに嵌め込まれたギアにウォームギアを連結させ、該ウォームギアの回転状態を上述の増速側検出用ギアとして用い、またウォームギアの軸に検出部を通し、ウォームギアの軸の外周面に形成された歯と、検出部の内側に形成された歯とを噛み合わせて、ウォームギアの回転に応じてウォームギアの軸方向に移動する検出部を上述の減速側検出用ギアとして用いるものである。
特開２００３−４２７５２号公報

しかしながら、このような特許文献１に記載された回転角度検出装置においては、ステアリングシャフトの回転を増速側と減速側とに分ける際に、ウォームギアを用いている。
ここで、ウォームギアのガタつきの発生原因について考える。
図１１の（ａ）に示すようにウォームホイル１００の軸心方向から見た場合に、ウォームホイル１００の軸心１０１とウォームギア１１０の軸心１１１までの軸間距離Ｘに関するガタと、図１１の（ｂ）に示すようにウォームギア１１０の軸心方向から見た場合に、ウォームホイル１００の厚み方向の中心線とウォームギア１１０の軸心１１１との軸間距離Ｙに関するガタの、２つの方向のガタがウォームギアのガタつきの発生原因となっている。
従って、特許文献１に記載されたウォームギアを用いた回転角度検出装置では、２つの方向のガタによってガタつきが大きくなり、結果的にステアリング角度の検出精度が悪化してしまうといった問題があった。

そこで本発明はこのような問題点に鑑み、ギア間のガタつきが少なく検出精度の高い回転角度検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、測定対象回転体と一体に回転する回転体と、該回転体の回転を減速した回転が伝達される減速側検出用回転体と、回転体に噛み合い減速側検出用回転体よりも高速に回転する増速側検出用回転体と、減速側検出用回転体の回転状態を検出する減速側回転検出部と、増速側検出用回転体の回転状態を検出する増速側回転検出部と、減速側回転検出部と増速側回転検出部による検出結果より測定対象回転体の絶対回転角を算出する絶対回転角検出部とを備えた回転角度検出装置において、回転体の回転を減速して減速側検出用回転体に伝達する遊星歯車機構と、少なくとも遊星歯車機構を収納するケースとを備え、遊星歯車機構は、回転体の回転が伝達される作動歯車と、該作動歯車の回転に伴い作動歯車の回転軸の周りを公転する遊星ギアと、ケースに固定されて内側に形成された内歯車部が遊星ギアの軸方向の一端側端部と噛み合う固定歯車と、作動歯車と同軸に回転可能であり、内側に形成された内歯車部が遊星ギアの軸方向の他端側端部と噛み合い、かつ外側に形成された外歯車部が減速側検出用回転体と噛み合う従動歯車とより構成され、固定歯車と遊星ギアとが噛み合っていることにより、遊星ギアが公転するとともに自転し、該遊星ギアの自転によって従動歯車が回転するものとした。

本発明によれば、回転体の回転を遊星歯車機構によって減速するものとしたので、遊星歯車機構は回転の伝達効率がよく、回転体の回転を少ないガタによって減速側検出用回転体に伝達することができる。したがって測定対象回転体の回転角をより正確に検出することができる。

次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１に、ケース２に各ギアが組み付けられた状態を示し、図２の（ａ）に基板７を、図２の（ｂ）にターミナルブロック８を組み付けた状態を示す。また図３に、回転角度検出装置の上面を示す。
なお図１において、ケース２の開口部２ａを図示するため、ロータ歯車３の一部を破断してある。
また図４に、図１におけるＡ−Ａ部断面を拡大して示し、図５に、図１におけるＢ−Ｂ部断面を拡大して示す。
各ギア等を収容するケース２に、ステアリングシャフトを通すための貫通孔２ａが設けられる。
特に図３に示すようにケース２の開口を覆うカバー９に、ステアリングシャフトを通すための貫通孔９ａが設けられている。
ケース２とカバー９とにより支持されるロータ歯車３が、貫通孔２ａ、９ａと同軸に配置される。

ロータ歯車３は、円筒形状の円筒部３ｃと、円筒部３ｃの外周に設けられたギア歯３ｂとより構成され、さらに、円筒部３ｃの内側面から突出し、図示しないステアリングシャフトの凹部に嵌め込まれる２つの嵌合部３ａを備える。
円筒部３ｃが、貫通孔２ａ、貫通孔９ａに嵌め込まれ、嵌合部３ａを介してステアリングシャフトの回転を受けることによって、ロータ歯車３はケース２、カバー９に対して相対回転する。

特に図４に示すように、ケース２の貫通孔２ａの縁からカバー９側へ向けて延びる円筒形状の凸部２ｂと、カバー９の貫通孔９ａの縁からケース２側へ向けて延びる円筒形状の凸部９ｂとによってロータ歯車３のギア歯３ｂが挟み込まれ、ロータ歯車３の軸方向へのガタつきが抑えられている。

特に図５に示すように、ケース２に圧入されて、カバー９側へ向けて回転軸４ｂが突出している。
回転軸４ｂに増速側検出用ギア４が嵌め込まれ、回転軸４ｂを軸として増速側検出用ギア４が回動可能となっている。
カバー９において増速側検出用ギア４と対向する側の面から、増速側検出用ギア４へ向けて凸部９ｃ、９ｄが延びている。
この凸部９ｃ、９ｄによって、増速側検出用ギア４の軸方向への移動を規制することにより増速側検出用ギア４の軸方向のガタつきが抑えられる。
増速側検出用ギア４のカバー９側の面には、回転軸４ｂの周りにマグネット４ａが埋め込まれている。
増速側検出用ギア４は、ロータ歯車３と噛み合い、ロータ歯車３の回転を受けて増速される形で回転する。

特に図４に示すように、遊星歯車機構を備えた減速機構５の一方側の面から回転中心軸５４が突出している。
この減速機構５から突出した回転中心軸５４が、ケース２に設けられた支持孔２ｃに差し込まれる。
減速機構５は、ロータ歯車３と噛み合う作動歯車５０を備え、内部に備えた遊星歯車機構によってロータ歯車３の回転を減速した後、従動歯車５１から出力するものである。
減速機構５の内部構成の詳細については後述する。

ケース２に圧入されて、カバー９側へ向けて回転軸６ｂが突出している。
回転軸６ｂに減速側検出用ギア６が嵌め込まれ、回転軸６ｂを軸として減速側検出用ギア６が回動可能となっている。
カバー９において、減速側検出用ギア６と対向する側の面から、減速側検出用ギア６へ向けて凸部９ｅが延びている。
この凸部９ｅによって、減速側検出用ギア６の軸方向への移動を規制することにより、減速側検出用ギア６の軸方向のガタつきが抑えられる。

減速側検出用ギア６のカバー９側の面には、回転軸６ｂの周りにマグネット６ａが埋め込まれている。
減速側検出用ギア６は、ステアリングを最大回転数（ロックｔｏロック）まで回したとしても、１８０度以下の回転となっている。
なお、凸部９ｃ、９ｄ、９ｅ以外にも、図示しないが増速側検出用ギア４、減速側検出用ギア６のガタを抑えるために適宜所定位置に凸部が設けられている。

図２の（ａ）に示すように、ケース２に増速側検出用ギア４と減速側検出用ギア６とが組みつけられた状態で、少なくとも増速側検出用ギア４と減速側検出用ギア６とを覆い、さらにケース２の図２の（ａ）中の左半分を覆うように、基板７が配置される。
特に図５に示すように、基板７において増速側検出用ギア４のマグネット４ａと対向する位置に、増速側検出用ギア４の回転状態を検出するためのＭＲセンサ７ａが取り付けられている。また図４に示すように、基板７において減速側検出用ギア６のマグネット６ａと対向する位置にＭＲセンサ７ｂが取り付けられている。
また基板７には、他の部材と干渉しない位置に、ＭＲセンサ７ａ、７ｂによって検出された信号の処理などを行う図示しない回路が搭載されている。

図２の（ｂ）に示すように、基板７の上にターミナルブロック８が重ねて配置される。
ターミナルブロック８は、車両側の制御装置等と接続するためのコネクタ部８ａを備える。
なおターミナルブロック８において、コネクタ部８ａは基板７と重ねられる側に対して反対側に突出している。
またターミナルブロック８は、図示しない端子が基板７に備えられた端子と半田付けされ、さらにスナップフィットにより基板７に仮固定される。

ターミナルブロック８は、基板７から検出信号等を受け取りコネクタ部８ａから外部へ出力したり、またはコネクタ部８ａから入力された信号等を基板７へ入力したりする。
特に図４、図５に示すように、基板７、ターミナルブロック８には、増速側検出用ギア４や減速側検出用ギア６のガタを抑えるための凸部９ｃ、９ｄ、９ｅとの干渉を避けるため、凸部９ｃ、９ｄ、９ｅと対応する位置に貫通孔７ｃ、７ｄ、７ｅ、８ｂ、８ｃが設けられている。

ケース２に、ロータ歯車３、増速側検出用ギア４、減速機構５、減速側検出用ギア６、基板７、ターミナルブロック８が組み込まれた状態で、ケース２の開口をカバー９で覆い、ネジ１０および図示しないスナップフィットによってカバー９をケース２に固定することにより回転角度検出装置１が構成される。
このネジ１０での固定時に、基板７およびターミナルブロック８も、カバー９とともにケース２に固定される。
また特に図５に示すようにカバー９には、ターミナルブロック８に取り付けられたコネクタ部８ａを通すための貫通孔９ｆが設けられている。

次に、減速機構５の詳細な構造について説明する。
図６に、減速機構５の分解斜視図を示し、図７に固定歯車５３を内歯車５３ａ側から見た図を示す。
減速機構５は、ロータ歯車３からの回転が入力される作動歯車５０、減速した回転を出力する従動歯車５１、遊星ギア５２、固定歯車５３、回転中心軸５４および止め輪５５とより構成される。
作動歯車５０は、ロータ歯車３と噛み合ってロータ歯車３の回転を受ける歯車部５０ａと、歯車部５０ａから円筒形状に突出してリング形状の従動歯車５１の回転軸となる回転軸部５０ｂと、歯車部５０ａの軸心位置において回転軸部５０ｂと同一方向に円筒形状に突出し、内部に回転中心軸５４が通される軸支持部５０ｄと、回転軸部５０ｂの内側において軸支持部５０ｄとずらした位置から突出し遊星ギア５２の回転軸となる回転軸部５０ｃとより構成される。

従動歯車５１は、同軸に連結された外歯車部５１ａと内歯車部５１ｂとより構成される。
従動歯車５１は、外歯車部５１ａの内周側を作動歯車５０から突出する回転軸部５０ｂの外周側に回動可能に嵌め込まれ、回転軸部５０ｂを軸として回動可能に支持される。
また、外歯車部５１ａは減速側検出用ギア６と噛み合っている（図４参照）。

遊星ギア５２は、同軸に連結された遊星第１歯車部５２ａと遊星第２歯車部５２ｂとより構成され、遊星第１歯車部５２ａは遊星第２歯車部５２ｂよりも大径（歯数が多い）となっている。この遊星第１歯車部５２ａと遊星第２歯車部５２ｂの歯数の相違により、設計の自由度が高まる。
遊星ギア５２は、回転軸部５０ｃに回動可能に支持され、遊星第１歯車部５２ａが従動歯車５１の内歯車部５１ｂと噛み合っている。

固定歯車５３は、作動歯車５０の歯車部５０ａとほぼ同じ大きさに形成されて歯車部５０ａとによって従動歯車５１を挟むディスク形状の本体部５３ｄと、本体部５３ｄから従動歯車５１側へ向けて突出する内歯車部５３ａ（図７参照）と、内歯車部５３ａの外周面から外方側へ突出するアーム部５３ｂ、５３ｃ（図７参照）とより構成される。
内歯車部５３ａは、その外形が従動歯車５１の内歯車部５１ｂとほぼ同じ大きさに形成され、内歯車部５１ｂ、５３ａはその軸方向の端面同士が摺動可能に接している。
また内歯車部５３ａは、遊星ギア５２の遊星第２歯車部５２ｂが噛み合っている。

アーム部５３ｂ、５３ｃは、それぞれネジ孔を備え、特に図１に示されるように図示しないネジによってケース２に取り付けられる。これにより固定歯車５３がケース２に対して固定される。
本体部５３ｄには軸孔５３ｅが設けられ、作動歯車５０、従動歯車５１、遊星ギア５２、固定歯車５３が組み付けられた状態で、作動歯車５０側から軸支持部５０ｄを通して回転中心軸５４が差し込まれて、回転中心軸５４の差込方向先端側が軸孔５３ｅに圧入される。
回転中心軸５４が作動歯車５０に差し込まれた状態で、作動歯車５０が回転中心軸５４から抜け落ちることがないように、回転中心軸５４に設けられた溝５４ａに止め輪５５が嵌め込まれている。
回転中心軸５４は、特に図４に示すように作動歯車５０から所定長さ突出している。

減速機構５は以上のように構成され、作動歯車５０の歯車部５０ａから入力されたロータ歯車３の回転数を減速し、従動歯車５１の外歯車部５１ａから出力する。
また、従動歯車５１の内歯車部５１ｂ、遊星ギア５２の遊星第１歯車部５２ａおよび遊星第２歯車部５２ｂ、固定歯車５３の内歯車部５３ａの歯数を変更することにより、所望の減速比を得ることができる。

また本実施例において、ステアリングのロックｔｏロックの回転角度を１４４０°（＋７２０から―７２０°）とし、減速機構のギア比は１／８となるように設定されている。したがって、ステアリングをロックｔｏロックまで回転させたときに、減速側検出用ギア６は１回転する。
一方、増速機構は、ロータ歯車３の１回転に対して増速側検出用ギア４が２回転するようにギア比が設定されている。したがって、ＭＲセンサ７ａによって増速側検出用ギア４の回転状態を検出することによりロータ歯車３の回転状態を２倍の分解能で検出することができる。

以上の構成により、車両の運転者がハンドルを回転させると、ハンドルに連結されたステアリングシャフトが回転すると共に、ステアリングシャフトが通されたロータ３が回転する。
このロータ３の回転が、減速機構５の作動歯車５０に伝達されて、作動歯車５０が回転することによって作動歯車５０の回転軸である軸支持部５０ｄの周りを遊星ギア５２が公転する。
遊星ギア５２は、遊星第２歯車部５２ｂがケース２に固定された固定歯車５３の内歯車部５３ａと噛み合っているため、軸支持部５０ｄの周りを公転すると同時に自転する。
遊星ギア５２が公転しながら自転することによって、遊星ギア５２の遊星第１歯車部５２ａと噛み合う従動歯車５１が回転する。
従動歯車５１の外周に設けられた外歯車部５１ａと減速側検出用ギア６とが噛み合っているため、従動歯車５１の回転が減速側検出用ギア６に伝達される。
したがって、ロータ歯車３の回転が順次、作動歯車５０、遊星ギア５２、従動歯車５１、減速側検出用ギア６に伝達され、伝達の過程でロータ歯車３の回転が１／８に減速されて減速側検出用ギア６に伝達される。
さらにロータ歯車３の回転が２倍に増速されて増速機構の増速側検出用ギア４に伝達される。

次に、ステアリング角度の検出構成について説明する。
図８に、ステアリング角度を算出するための機能ブロック図を示し、図９に、ＭＲセンサから出力された波形を示す。
なお、図８に示す各構成要素は、基板７上に搭載されている。
ＭＲセンサ７ｂは、第１検出部４０Ａおよび第２検出部４０Ｂを備え、減速側検出用ギア６に嵌め込まれたマグネット６ａの回転に合わせて、それぞれの検出部（４０Ａ、４０Ｂ）から波形（電圧変化を示す波形）が出力される。この２つの波形は、位相が９０°異なっている。
同様に、ＭＲセンサ７ａは、第１検出部４１Ａおよび第２検出部４１Ｂを備え、増速側検出用ギア４に嵌め込まれたマグネット４ａの回転に合わせて９０°位相の異なる２つの波形（電圧変化を示す波形）を出力する。

各検出部（４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂ）からの出力波形は、それぞれ増幅器４２〜４５によって増幅されて角度算出部４６に入力される。
なお図９の上段に、減速機構側（減速側検出用ギア６側）の回転状態を検出するＭＲセンサ７ｂから入力された波形（第１検出部出力波形、第２検出部出力波形）を示し、下段に、増速機構側（増速側検出用ギア４側）の回転状態を検出するＭＲセンサ７ａ（第１検出部出力波形、第２検出部出力波形）から入力された波形を示す。
角度算出部４６は、入力された波形にもとづいてステアリングの回転角度を検出する。
なお角度算出部４６は、ＥＥＰＲＯＭ４７に記録されたオフセット補正値を用いて、入力された波形をオフセットさせる。

次に、ステアリング角検出処理の詳細について説明する。
図１０に、角度算出部４６内で行われる処理構成を示す。
なお図１０において、増幅器４２〜４５は図示省略してある。
角度算出部４６は、減速機構（減速側検出用ギア６）の回転角よりステアリングの概略絶対角を算出する減速機構側演算部７０と、増速機構（増速側検出用ギア４）の回転角よりステアリングの詳細絶対角を算出する増速機構側演算部６０と、概略絶対角と詳細絶対角とよりＭＲセンサ７ａ、７ｂの故障診断を行う故障診断部８０とより構成される。

まず減速機構側演算部７０内の処理について説明する。
減速機構側演算部７０は、周期角演算部７１、オフセット補正部７２、ｉ値算出部７３およびステアリング角変換部７４を備える。
周期角演算部７１は、第１検出部４０Ａおよび第２検出部４０Ｂから出力された９０°位相の異なる波形より減速側検出用ギア６の周期角を求める。
この９０°異なる波形より角度を算出する方法については、既知の方法を用いることができる。
なお図９の上段に、第１検出部４０Ａおよび第２検出部４０Ｂから出力された波形と、減速側検出用ギア６の周期角との関係を示す。
なおこの減速側検出用ギア６の周期角は、ステアリングがロックｔｏロックまで回転（１４４０°）したときに１周期となる。

オフセット補正部７２は、周期角演算部７１が算出した周期角を、ＥＥＰＲＯＭ４７に記憶された減速側検出用ギアオフセット値を用いて補正を行う。
この補正は、周期角に減速側検出用ギアオフセット値を加えることによって、車両の直進位置を基準とした角度に変換するものである。
なお減速側検出用ギアオフセット値は、あらかじめ各回転角度検出装置１ごとに設定された値がＥＥＰＲＯＭ４７に記憶されている。
このオフセット補正部７２の補正により、オフセット補正周期角が得られる。

次にステアリング角変換部７４は、オフセット補正部７２が補正したオフセット補正周期角を、ステアリングの絶対角に変換する。
ここで、減速側検出用ギア６の回転は、ステアリングシャフトと一体に回転するロータ歯車３の回転に対して１／８に減速されているため、オフセット周期補正角に８を乗じることによってステアリングの絶対角に変換するものである。
なお、ステアリング角変換部７４によって変換されたステアリングの絶対角を概略絶対角とも呼ぶ。

またｉ値算出部７３は、オフセット補正部７２が補正したオフセット補正周期角に対応するｉ値を算出する。
このｉ値とは、図９に示すように、ステアリングのロックｔｏロックまでの回転角を車両の直進位置を中心に左右それぞれ９０°ごとに区切り、ステアリングの回転角を９０°単位で表現したものである。なお、ｉ値は−８〜７の間の値となる。
ｉ値算出部７３は、算出したｉ値を増速機構側演算部６０側へ出力する。

次に増速機構側演算部６０内の処理について説明する。
増速機構側演算部６０は、周期角演算部６１、オフセット補正部６２、ステアリング角変換部６３とを備える。
周期角演算部６１は、上記周期角演算部７１と同様に、第１検出部４１Ａ、第２検出部４１Ｂより出力された９０°位相の異なる波形より増速側検出用ギア４の周期角を求める。
なお図９の下段に、第１検出部４１Ａおよび第２検出部４１Ｂから出力された波形と、増速側検出用ギア４の周期角との関係を示す。
なおこの増速側検出用ギア４の周期角は、ステアリングが９０°回転したときに１周期となる。

オフセット補正部６２は、上記オフセット補正部７２と同様に、周期角演算部６１が算出した周期角を、ＥＥＰＲＯＭ４７に記憶された増速側検出用ギアオフセット値を用いて補正を行う。
なおＥＥＰＲＯＭ４７には、減速側検出用ギアオフセット値と増速側検出用ギアオフセット値の双方があらかじめ記憶されている。
このオフセット補正部６２の補正により、オフセット補正周期角が得られる。

次にステアリング角変換部６３は、オフセット補正周期角を、減速機構側演算部７０から出力されたｉ値を用いてステアリングの絶対角に変換する。
具体的には、増速側検出用ギア４の回転は、ステアリングシャフトと一体に回転するロータ歯車３の回転に対して２倍に増速されているため、オフセット補正周期角を２で割り、さらに、ｉ値に９０を乗算した値を加算するものである。
したがってステアリングの絶対角は次式によって求めることができる。
α＝９０×ｉ＋β／２
ここで、αをステアリングの絶対角、ｉをｉ値（−８、−７・・・・６、７）、βをオフセット補正周期角とする。

なお、増速側検出用ギア４はロータ歯車３よりも２倍に増速されているため、増速側検出用ギア４の回転状態を検出することによりロータ歯車３の回転状態を２倍の分解能で検出することができる。
したがって、ステアリング角変換部６３によって変換されたステアリング絶対角は、ステアリング角変換部７４によって変換されたステアリング絶対角よりも詳細となっている。
なお、ステアリング角変換部６３の変換によって得られたステアリング絶対角を詳細絶対角とも呼ぶ。

なお、イグニッションがオンとなって最初にステアリングの絶対角を検出するときにのみ、減速機構側演算部７０から増速機構側演算部６０へｉ値が出力され、それ以降は、ステアリング角変換部６３自身がｉ値をオフセット補正周期角の変化に応じて増減し、該増減したｉ値とオフセット補正周期角を用いて詳細絶対角を演算する。
このようにして得られたステアリングの詳細絶対角は、角度算出部４６から図示しない車両制御装置等の外部装置へ向けて出力される。

故障診断部８０は、減速機構側演算部７０のステアリング角変換部７４より出力された概略絶対角と、増速機構側演算部６０のステアリング角変換部６３から出力された詳細絶対角とを比較し、絶対角度の差が一定値以上となった場合には、ＭＲセンサ７ａまたはＭＲセンサ７ｂのいずれかに故障が発生したものとして、図示しない外部装置へ故障診断結果を出力する。
このようにＭＲセンサ７ａ、７ｂの故障診断を行うことにより、回転角度検出装置１によるステアリング回転角度検出の信頼性が向上する。
なお本実施例において、ロータ歯車３が本発明における回転体を構成し、減速側検出用ギア６が本発明における減速側検出用回転体を構成する。増速側検出用ギア４が本発明における増速側検出用回転体を構成し、減速機構５が本発明における遊星歯車機構を構成する。また、ＭＲセンサ７ｂおよび周期角演算部７１が本発明における減速側回転検出部を構成し、ＭＲセンサ７ａおよび周期角演算部６１が本発明における増速側回転検出部を構成する。ステアリング角変換部７４が本発明における概略絶対角算出部を構成し、ステアリング角変換部６３が本発明における絶対回転角検出部を構成する。

本実施例は以上のように構成され、ステアリングシャフトと一体に回転するロータ歯車３の回転を遊星歯車機構によって構成された減速機構５によって減速し、該減速後の回転を減速側検出用ギア６に伝達するものとしたので、回転の伝達効率がよく、また作動歯車５０、従動歯車５１、遊星ギア５２、固定歯車５３の各軸が同一方向であるため、ステアリングシャフトの回転を少ないガタによって減速側検出用ギア６に伝達することができる。したがって、減速機構５でのガタつきが少ないのでステアリングシャフトの回転角をより正確に検出することができる。

また、減速機構５を構成する作動歯車５０〜固定歯車５３を１つのユニットとして組み付けることにより、減速機構５単体での精度を出しやすくなり、回転角度検出装置１の検出精度をより向上させることができる。
さらに、ロータ歯車３の回転を減速するための減速機構５を遊星歯車機構によって構成するものとしたので、単純な平歯車の輪列によって減速する場合と比較して、ギアの広がり方向に広がってしまうことなく減速機構５をコンパクトに形成することができる。

また、減速機構５を１つのユニットとしてケース２に組み付けるものとしたので、たとえば回転角度検出装置１をステアリングの最大回転角の異なる車両に搭載した場合でも、減速率の異なる減速機構を適宜交換するだけで対応することができ、回転角度検出装置１内部のメカ部分の変更を最小限にすることができる。

減速側検出用ギア６の回転状態を検出するＭＲセンサ７ｂの検出結果よりｉ値算出部７３が算出したｉ値と、増速側検出用ギア４の回転状態を検出するＭＲセンサ７ａの検出結果とを用いてステアリングの絶対角を算出するものとしたので、ステアリングの絶対角を詳細に、かつ精度よく算出することができる。
また故障診断部８０が、減速機構側演算部７０によって算出されたステアリングの概略絶対角と、増速機構側演算部６０によって算出された詳細絶対角とを比較してＭＲセンサ７ａ、７ｂに故障が発生しているかどうかを判断するものとしたので、回転角度検出装置１によるステアリング回転角度検出の信頼性を向上させることができる。

さらに、ステアリングの回転角度を検出する上で必要な減速機構５、減速側検出用ギア６、減速機構側演算部７０と、増速側検出用ギア４、増速機構側演算部６０のみを利用することによってＭＲセンサ７ａ、７ｂに故障が発生しているかどうかを判断するようにしたものであり、故障診断用に別部材を設けていないため、コストアップ、大型化せずに故障診断できる。

ケースに各ギアが組み付けられた状態を示す図である。 基板、ターミナルブロックを組み付けた状態を示す図である。 回転角度検出装置の上面を示す図である。 図１におけるＡ−Ａ部断面を示す拡大図である。 図１におけるＢ−Ｂ部断面を示す拡大図である。 減速機構の分解斜視図を示す図である。 固定歯車を内歯車側から見た図である。 ステアリング角度を算出するための機能ブロック図を示す図である。 ＭＲセンサから出力された波形を示す図である。 角度算出部内で行われる処理構成を示す図である。 ウォームギアのガタの発生原因を示す図である。

符号の説明

１ 回転角度検出装置
２ ケース
３ ロータ歯車
４ 増速側検出用ギア
４ａ、６ａ マグネット
５ 減速機構
６ 減速側検出用ギア
７ 基板
７ａ、７ｂ ＭＲセンサ
８ ターミナルブロック
９ カバー
４０Ａ、４１Ａ 第１検出部
４０Ｂ、４１Ｂ 第２検出部
４２〜４５ 増幅器
４６ 角度算出部
４７ ＥＥＰＲＯＭ
５０ 作動歯車
５０ａ 歯車部
５０ｂ、５０ｃ 回転軸部
５０ｄ 軸支持部
５１ 従動歯車
５１ａ 外歯車部
５１ｂ、５３ａ 内歯車部
５２ 遊星ギア
５２ａ 遊星第１歯車部
５２ｂ 遊星第２歯車部
５３ 固定歯車
５３ｂ、５３ｃ アーム部
６０ 増速機構側演算部
６１、７１ 周期角演算部
６２、７２ オフセット補正部
６３、７４ ステアリング角変換部
７０ 減速機構側演算部
７３ ｉ値算出部
８０ 故障診断部

Claims (4)

1. 測定対象回転体と一体に回転する回転体と、該回転体の回転を減速した回転が伝達される減速側検出用回転体と、前記回転体に噛み合い前記減速側検出用回転体よりも高速に回転する増速側検出用回転体と、前記減速側検出用回転体の回転状態を検出する減速側回転検出部と、前記増速側検出用回転体の回転状態を検出する増速側回転検出部と、前記減速側回転検出部と前記増速側回転検出部による検出結果より前記測定対象回転体の絶対回転角を算出する絶対回転角検出部とを備えた回転角度検出装置において、
   前記回転体の回転を減速して前記減速側検出用回転体に伝達する遊星歯車機構と、
   少なくとも前記遊星歯車機構を収納するケースとを備え、
   前記遊星歯車機構は、
   前記回転体の回転が伝達される作動歯車と、
   該作動歯車の回転に伴い前記作動歯車の回転軸の周りを公転する遊星ギアと、
   前記ケースに固定されて内側に形成された内歯車部が前記遊星ギアの軸方向の一端側端部と噛み合う固定歯車と、
   前記作動歯車と同軸に回転可能であり、内側に形成された内歯車部が前記遊星ギアの軸方向の他端側端部と噛み合い、かつ外側に形成された外歯車部が前記減速側検出用回転体と噛み合う従動歯車とより構成され、
   前記固定歯車と前記遊星ギアとが噛み合っていることにより、前記遊星ギアが公転するとともに自転し、該遊星ギアの自転によって前記従動歯車が回転することを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記遊星歯車機構は、１つのユニットとして組み付けられてい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。
3. 前記増速側検出用回転体は、前記測定対象回転体の回転数に対してｎ倍の回転数で回転し、
   前記増速側回転検出部は、前記増速側検出用回転体が１８０°（前記測定対象回転体の角度で（３６０／ｎ）×（１／２））回転したときに１周期となる周期角βを出力し、
   前記減速側検出用回転体は、前記測定対象回転体の回転数に対し１／ｍ倍の回転数で回転し、
   前記減速側回転検出部は、前記減速側検出用回転体が１８０°（前記測定対象回転体の角度で３６０×ｍ×（１／２））回転したときに１周期となる周期角を出力し、
   前記減速側回転検出部から出力された周期角より、前記減速側検出用回転体が第１の所定位置から第２の所定位置へ回転したときの回転変化量を（３６０／ｎ）×（１／２）×（１／ｍ）（前記測定対象回転体の角度で（３６０／ｍ）×（１／２））単位でカウントし、該カウント結果をｉ値とするｉ値算出部を備え、
   前記絶対回転角検出部は、
   絶対回転角＝（３６０／ｎ）×（１／２）×ｉ＋β×（１／ｎ）
   の演算により、前記測定対象回転体の絶対回転角を算出す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。
4. 前記減速側回転検出部より出力された周期角より、前記測定対象回転体の絶対回転角を概略絶対角として算出する概略絶対角算出部と、
   該概略絶対角算出部によって算出された概略絶対角と、前記絶対回転角検出部によって検出された絶対回転角とを比較し、双方の角度の差が所定値以上となった場合に、前記減速側回転検出部または前記増速側回転検出部に異常が発生したものとして判定する故障診断部とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の回転角度検出装置。

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