WO2007145296A1 - 回転角度検出装置 - Google Patents

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sub
rotation angle
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Kengo Tanaka
Fumihiko Abe
Dongzhi Jin
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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    • G01D2205/26—Details of encoders or position sensors specially adapted to detect rotation beyond a full turn of 360°, e.g. multi-rotation

Definitions

  • the present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body.
  • a rotation angle detection device is disclosed that is attached to a rotating body such as a steering shaft of an automobile and detects the rotation angle of the rotating body.
  • a conventional rotation angle detection device disclosed in Patent Document 1 includes a main rotating body that rotates together with the rotating body, and two sub-rotating bodies that rotate in conjunction with the main rotating body.
  • the main rotor and the two sub-rotators have gears with different numbers of teeth, and the gears of the sub-rotators are in mesh with the gears of the main rotor.
  • Each sub-rotator is provided with a magnet and an AMR sensor (anisotropic magnetoresistive element) that detects the magnetic field of each magnet. Then, the rotation angle of the rotator is calculated using the phase difference between the rotation angle detection signals output from each AMR sensor.
  • the conventional rotation angle detection device disclosed in Patent Document 2 includes a rotating plate that is rotated by a rotating body and a gear that is rotated by the rotating body or the rotating plate at a higher number of rotations than the rotating plate.
  • the rotary plate is provided with an absolute signal encoder using an optical sensor, and this encoder outputs a code signal having one rotation of the rotary plate as one cycle as a rotation angle detection signal of the rotary plate.
  • the gear is provided with a magnetic sensor using a magnet and a magnetoresistive element, and this magnetic sensor outputs an analog signal with one rotation of the gear as one cycle as a gear rotation angle detection signal. Then, the rotation angle of the rotating body is calculated from the combination of the respective rotation angle detection signals output from these encoders and magnetic sensors.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 2001-505667
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-98522
  • the phase difference between detection signals used to calculate the rotation angle of the rotating body is uniquely determined by the characteristics of the magnets provided in each sub-rotating body, the gear ratio, and the like. Therefore, there is a problem that the degree of freedom of design is low. Further, the conventional rotation angle detection device has a problem that if the detection angle range of the rotation angle of the detected rotating body is to be widened, the diameter of the gear has to be increased, so that the device becomes large.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device capable of realizing a wide detection angle range without increasing the size of a device having a high degree of design freedom. To do.
  • a rotation angle detection device is a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation body to be detected, and the rotation body to be detected A main rotating body that rotates together with the detected rotating body, a sub-rotating body that rotates at a predetermined rotation ratio with respect to the main rotating body, and a period corresponding to the rotation of the main rotating body.
  • a main rotation detection mechanism that outputs a signal that changes
  • a sub-rotation detection mechanism that outputs a signal that periodically changes in accordance with the rotation of the sub-rotator
  • the main rotation detection mechanism and the sub-rotation detection mechanism
  • Signal processing means for calculating the rotation angle of the main rotator and the sub rotator using the signal output from the main rotation body, the calculated rotation angle of the main rotator or the sub rotator, the main rotator and the sub rotation Based on the relative rotation angle with the body.
  • the rotation angle detection device is a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a detected rotating body.
  • a main rotating body attached to the detected rotating body and rotating together with the detected rotating body, and a sub-rotation rotating at a predetermined rotation ratio with respect to the main rotating body A main rotation detecting mechanism that outputs a signal that periodically changes in accordance with the rotation of the main rotating body, and a sub-rotation that outputs a signal that periodically changes in accordance with the rotation of the sub-rotating body.
  • a rotation detection mechanism, and a period of a signal output from the main rotation detection mechanism and the sub rotation detection mechanism are converted, and a rotation angle of the main rotation body and the sub rotation body in the converted period is calculated using the signal.
  • the detected rotation based on the signal processing means, the calculated rotation angle of the main rotating body or the sub rotating body, the relative rotating angle between the main rotating body and the sub rotating body, and the converted cycle.
  • Arithmetic processing means for calculating the rotation angle of the body is
  • the rotation angle detection device is a rotation angle detection device that detects the rotation angle of the detected rotating body, is attached to the detected rotating body, and rotates together with the detected rotating body.
  • Main rotating body a sub-rotating body that rotates at a predetermined rotation ratio with respect to the main rotating body, and a main rotation detecting mechanism that outputs a continuous signal that periodically changes corresponding to the rotation of the main rotating body
  • a sub-rotation detection mechanism that outputs a continuous signal that periodically changes in accordance with the rotation of the sub-rotator, and the main rotation detection mechanism and a signal output by the sub-rotation detection mechanism.
  • a signal processing means for calculating a rotation angle of the rotating body and the sub-rotating body; a rotation angle of the calculated main rotating body or the sub-rotating body; and a relative rotation angle between the main rotating body and the sub-rotating body;
  • the main rotation detection mechanism and the sub rotation detection mechanism And an arithmetic processing means for calculating a rotation angle of the detected rotating body based on a period of a signal output from the control unit.
  • the converted period includes an allowable error of a rotation angle of the main rotating body and the sub rotating body and the detected rotating body.
  • the rotation angle detection angle range is a cycle determined so as to have a desired value.
  • the calculation processing means sets the calculated rotation angle of the main rotor to 01 and the calculated rotation angle of the sub-rotor. Is the angle obtained by multiplying the predetermined rotation ratio by ⁇ 2, the period of the converted signal of the main rotation detection mechanism is T1, and the period of the converted signal of the sub rotation detection mechanism is multiplied by the predetermined rotation ratio. T2 (T1 ⁇ T2), absolute value of the difference between periods T1 and T2 I Tl— ⁇ 2
  • the rotation angle ⁇ of the detected rotating body is calculated using the following equations (1) to (4).
  • a rotation angle detection device is a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a detected rotating body, is attached to the detected rotating body, and rotates together with the detected rotating body.
  • a main rotating body that rotates, a sub-rotating body that rotates at a predetermined rotation ratio with respect to the main rotating body, and a continuous signal that periodically changes according to the rotation of the main rotating body, where ⁇ is an integer of 2 or more
  • a main rotation detection mechanism that outputs at a period number ⁇ per rotation of the main rotor, and a continuous signal that periodically changes according to the rotation of the sub-rotor, where m is an integer that is smaller than ⁇ and equal to or greater than 1.
  • the rotation angle of the main rotation body and the sub-rotation body is determined using a sub-rotation detection mechanism that outputs at a cycle number m per rotation of the sub-rotation body, and the signals that the main rotation detection mechanism and the sub-rotation detection mechanism output.
  • Signal processing means for calculating and the calculated main rotor the detection target is based on the rotation angle of the sub rotator, the relative rotation angle between the main rotator and the sub rotator, and the period of the signals output by the main rotation detection mechanism and the sub rotation detection mechanism.
  • an arithmetic processing means for calculating a rotation angle of the rotating body.
  • the rotation angle detection device is characterized in that, in the above invention, the m is 1.
  • the main rotation detection mechanism or the sub rotation detection mechanism is attached to the main rotation body or the sub rotation body and continuously in the rotation direction. And a magnet that generates a magnetic field whose intensity changes periodically. And two magnetic detection elements arranged in the vicinity of the magnet so as to form a predetermined angle around the rotation center of the main rotating body or the auxiliary rotating body.
  • the magnetic detection element is a Hall element.
  • the magnetic detection element is a magnetoresistive element.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a rotation angle detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the main rotation detection mechanism, sub-rotation detection mechanism, signal processing means, and arithmetic processing means shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a method for calculating the rotation angle of the main gear in the rotation angle detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method for calculating the rotation angle of the auxiliary gear in the rotation angle detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship among angles 0 1 and 0 2, period Tl, ⁇ 2, period difference d, and rotation angle ⁇ in the case of ⁇ 2 ⁇ ⁇ 1 in the first embodiment. .
  • FIG. 6 is a diagram showing a cycle T2, a gear ratio, and an allowable error when the cycle T1 is variously changed in the case where the detection angle range R is 1800 degrees in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of a process flow for calculating the rotation angle ⁇ of the steering shaft X in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view schematically showing a rotation angle detection device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the main rotation detection mechanism, sub-rotation detection mechanism, signal processing means, and arithmetic processing means shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method for calculating the rotation angle of the main gear in the rotation angle detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method for calculating the rotation angle of the auxiliary gear in the rotation angle detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship among angles 0 1 and 0 2, periods T 1 and T 2, period difference d, and rotation angle ⁇ in the case of 0 2 ⁇ 0 1 in Embodiment 2.
  • An embodiment of the present invention described below is a rotation angle detection device for detecting a rotation angle of a detected rotating body, which is attached to the detected rotating body and is shared with the detected rotating body. And a sub-rotator that rotates at a predetermined rotation ratio with respect to the main rotor A main rotation detection mechanism that outputs a signal that periodically changes in accordance with the rotation of the main rotor, and a sub-rotation detection mechanism that outputs a signal that periodically changes in accordance with the rotation of the sub-rotator And signal processing means for calculating rotation angles of the main rotating body and the sub-rotating body using signals output from the main rotation detecting mechanism and the sub-rotating detecting mechanism, and the calculated main rotating body or sub-rotation.
  • Arithmetic processing means for calculating the rotation angle of the detected rotating body based on the rotation angle of the body and the relative rotation angle between the main rotating body and the sub-rotating body, and the following (A) to (A At least one of the signals of D) is characterized by having a period different from one period for one rotation of the main rotating body or the sub rotating body.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a rotation angle detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the rotation angle detection device according to Embodiment 1 detects the rotation angle of a steering shaft of an automobile that is a detected rotating body.
  • the rotation angle detection device includes the signals (A) to (D) described above.
  • the rotation angle detection device 1 has a main rotation that rotates together with the steering shaft X by attaching and fixing the steering shaft X extending in a direction perpendicular to the paper surface by fitting it in a hole in the center. It corresponds to the rotation of the main gear 2 and the ring-shaped main gear 2 that is the body, the sub-gear 3 that is meshed with the main gear 2 and rotates at a predetermined rotation ratio with respect to the main gear 2, and the main gear 2.
  • the main rotation detection mechanism 4 that outputs a periodically changing signal and the period of the signal output by the main rotation detection mechanism 4 are converted, and the main gear 2 in the converted period is converted using this signal.
  • the signal processing means 5 for calculating the rotation angle of the motor, the sub-rotation detection mechanism 6 for outputting a signal that periodically changes in accordance with the rotation of the sub-gear 3, and the period of the signal output by the sub-rotation detection mechanism 6 are converted.
  • the gear ratio between the main gear 2 and the auxiliary gear 3, that is, the rotation ratio is 5Z9.
  • Reference numeral 9 denotes a housing of the rotation angle detection device 1.
  • the main rotation detection mechanism 4 includes a ring-shaped magnet 4a attached to the main gear 2, and a surface force of the ring-shaped magnet 4a separated by 0.5 mm around the rotation center of the main gear 2. Hall elements 4b and 4c arranged so as to form an angle of.
  • the sub-rotation detection mechanism 6 includes a disc-shaped magnet 6a attached to the sub-gear 3 and a rotation center of the sub-gear 3 at a position 0.5 mm away from the surface of the disc-shaped magnet 6a. Hall elements 6b and 6c arranged to form an angle of 90 degrees. Hall elements 4b, 4c, 6b, 6c are fixed to rotation angle detector 1.
  • the ring-shaped magnet 4a has an S pole portion and an N pole portion alternately arranged one by one, and generates a magnetic field whose intensity changes continuously and periodically in a sinusoidal shape in the rotation direction of the main gear 2. It is a two-pole magnet that is magnetized to The Hall elements 4b and 4c detect a magnetic field whose intensity changes in accordance with the rotation of the main gear 2, and each output a voltage signal corresponding to the magnetic field intensity.
  • the period of change in magnetic field strength that is, the period of the voltage signal output by Hall elements 4b and 4c is 360 degrees.
  • the disc-shaped magnet 6a also has an S pole portion and an N pole portion alternately arranged one by one, and a magnetic field whose intensity changes continuously and periodically in a sinusoidal shape in the rotation direction of the auxiliary gear 3. It is a two-pole magnet that is magnetized to generate.
  • the Hall elements 6b and 6c detect a magnetic field whose intensity changes corresponding to the rotation of the auxiliary gear 3, and output a voltage signal corresponding to the magnetic field intensity having a period of 360 degrees.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the main rotation detection mechanism 4, the sub rotation detection mechanism 6, the signal processing means 5, 7 and the arithmetic processing means 8 shown in FIG.
  • the Hall elements 4b and 4c are applied with the voltage amplified by the amplifier A1, and detect and detect a magnetic field having an intensity corresponding to the rotation of the main gear 2.
  • a voltage signal having a voltage value corresponding to the magnetic field strength is output.
  • the amplifiers A2 and A3 amplify the voltage signals output from the hall elements 4b and 4c, and output the voltage values SI and S2 to the signal processing means 5 having a microcontroller.
  • the signal processing means 5 acquires the voltage signal, performs AZD conversion, converts the period of the voltage signal, and calculates ⁇ 1 which is the rotation angle of the main gear 2 in the converted period using the voltage values Sl and S2. Output to the arithmetic processing means 8 equipped with a microcontroller.
  • the Hall elements 6b and 6c to which the voltage amplified by the amplifier A4 is applied output a voltage signal having a voltage value corresponding to the detected magnetic field strength.
  • the amplifiers A5 and A6 amplify the voltage signals output from the Hall elements 6b and 6c and output the voltage values S3 and S4 to the signal processing means 7 including a microcontroller.
  • the signal processing means 7 acquires the voltage signal and performs AZD conversion, converts the period of the voltage signal, calculates the rotation angle of the sub-gear 3 in the converted period using the voltage values S3 and S4, and further ⁇ 2, which is an angle obtained by multiplying the rotation angle by the rotation ratio 5Z9, is calculated and output to the arithmetic processing means 8.
  • the arithmetic processing means 8 calculates the rotation angle ⁇ of the steering shaft X using ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • FIG. Sl and S2 are the voltage values of the voltage signal input to the signal processing means 5, correspond to one point on each of the sine curves Ll and L2 with a period of 360 degrees as shown in the upper graph of FIG. 3, for example.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the main gear 2 with respect to an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the voltage of the voltage signal.
  • the hall elements 4b and 4c are arranged so as to form an angle of 90 degrees around the rotation center of the main gear 2, the phase difference between the sine curves Ll and L2 is 90 degrees.
  • the signal processing means 5 standardizes the voltage values Sl and S2 using the following equations (5) and (6). If standardized values are Ml and M2,
  • Slavg and S2avg are the average values of the maximum and minimum values in one cycle of the voltage signal, respectively, and Slp and S2p are the differences between the maximum and minimum values in one cycle of the voltage signal, respectively. is there.
  • S lavg, S2avg, Slp, and S2p when assembling and adjusting the rotation angle detector 1, the main gear 2 is rotated once to obtain voltage signal data, and each value is obtained from the data and stored in the signal processing means 5.
  • the standard values Ml and M2 obtained as described above correspond to each point on the sine curves L3 and L4 with a period of 360 degrees as shown in the middle graph of Fig. 3.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the main gear 2 based on an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the normalized value.
  • the angle 01 calculated by the above method corresponds to one point on the saw-toothed curve L5 having a period of 180 degrees as shown in the lower graph of FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the main gear 2 based on an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the calculated rotation angle of the main gear 2.
  • the voltage value S3 and S4 of the voltage signal input to the signal processing means 7 corresponds to one point on each of the sine curves L6 and L7 having a period of 360 degrees as shown in the upper graph of FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the sub-gear 3 with respect to an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the voltage of the voltage signal.
  • the phase difference between the sine curves L6 and L7 is 90 degrees.
  • the signal processing means 7 normalizes the voltage signals S3 and S4 to values M3 and M4 using the following equations (8) and (9).
  • M3 (S3-S3avg) / S3p (8)
  • S3avg and S4avg are the average values of the maximum and minimum values of the voltage signal, respectively, and S3p and S4p are the differences between the maximum and minimum values of the voltage signal, respectively.
  • the normalized values M3 and M4 correspond to each point on the sine curves L8 and L9 with a period of 360 degrees as shown in the middle graph of Fig. 4.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the auxiliary gear 3 with respect to an arbitrary position, and the vertical axis indicates the normalized value.
  • the signal processing means 7 converts the cycle of the voltage signal from 360 degrees to 360 degrees and multiplies the gear ratio 5/9.
  • the conversion of the signal period includes the case of conversion to the same period.
  • the signal processing means 7 calculates the rotation angle of the auxiliary gear 3 in the period ⁇ 2 using the normalized values ⁇ 3 and ⁇ 4, and further calculates ⁇ 2, which is an angle obtained by multiplying the rotation angle by the gear ratio. .
  • ⁇ 2 The calculation of ⁇ 2 can be performed as follows, for example.
  • ⁇ 2 is calculated by multiplying ⁇ by the gear ratio 5/9.
  • the angle ⁇ 2 calculated by the above method corresponds to one point on the saw-toothed curve L10 having a period of 200 degrees as shown in the lower graph of FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the sub-gear 3 based on an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the angle obtained by multiplying the rotation angle calculated by the sub-gear 3 by the gear ratio.
  • the signal processing means 5 and 7 output the angles 0 1 and 0 2 obtained as described above to the arithmetic processing means 8, respectively.
  • the absolute value of d I T1-T2 I is used to calculate ⁇ , which is the rotation angle of the steering shaft, using equations (1) and (2).
  • the saw-toothed curve L11 is obtained by arranging the saw-toothed curve L5 of FIG.
  • the vertical axis represents the ratio for one cycle, and the ratio is 100% when the angle is 180 degrees.
  • the saw-tooth curve L12 is obtained by arranging the saw-tooth curve L10 of FIG.
  • the vertical axis represents the ratio to one cycle, and the ratio is 100% when the angle is 200 degrees.
  • the rotation angle ⁇ is defined as 0 degree where the sawtooth curves L11 and L12 are in phase. At this time, even if ⁇ is at the position of 1800 degrees, the phase of saw-shaped curves LI 1 and L 12 coincide.
  • the rotation angle ⁇ is calculated using Equation (1).
  • the relative rotation angle between the main gear 2 and the sub-gear 3 ( ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2) indicates the phase shift of the saw-toothed curves Lll and L12 at the rotation angle ⁇ .
  • Zd is the rotation angle ⁇ for how many periods of the main gear. Is a mathematical expression indicating whether the rotation is included, and takes an integer value.
  • the rotation angle ⁇ can be calculated using equation (1). .
  • the rotation angle is calculated using the formula (la) instead of the formula (1).
  • the rotation angle ⁇ can also be calculated by calculating ⁇ or using the formula (2a) instead of the formula (2).
  • the rotation angle detection device 1 can obtain a desired cycle Tl, ⁇ 2 by converting the cycle of the voltage signal during signal processing. Therefore, the periods Tl and ⁇ 2 can be determined so that the period difference d and the detection angle range R have desired values. As a result, the detection angle range R and period difference d are set with a high degree of freedom that is not uniquely fixed by the period or gear ratio of the signals generated by the main rotation detection mechanism 4 and the sub rotation detection mechanism 6. It will be a sword.
  • the rotation angle detection device 1 converts the period of the signals output from the main rotation detection mechanism 4 and the sub rotation detection mechanism 6 and converts them using this signal. Calculate the rotation angle of the main gear 2 and the sub gear 3 in the cycle, and calculate the steering shaft X based on the calculated rotation angle, the relative rotation angle between the main gear 2 and the sub gear 3, and the cycle of the converted signal. The rotation angle is calculated.
  • the main rotation detection mechanism, the sub rotation detection mechanism, and the gear ratio between the main gear and the sub gear can be designed with a high degree of freedom.
  • the rotation angle detection device 1 uses only one sub-gear, there is no difference between the sub-gear 3 and the main gear 2. It is possible to detect the rotation angle of the steering shaft X more accurately than the detection error of the rotation due to the backlash of the gear occurring between them is superimposed as an error in the rotation angle of the main gear 2. Furthermore, the number of parts can be reduced as compared with the conventional rotation angle detection device, and the rotation angle detection device is further reduced in size, weight and cost. Furthermore, since the rotation angle detection device 1 uses a Hall element as a magnetic detection element, it is possible to further reduce the size, weight, and cost.
  • the main rotation detection mechanism 4 and the sub rotation detection mechanism 6 output continuous analog signals that periodically change corresponding to the rotation of the main gear 2 or the sub gear 3. Is. Therefore, it can be made smaller than the encoder described in Patent Document 2 that outputs a digital signal. Furthermore, since continuous analog signals are used when detecting the rotation angles of the main gear 2 and the sub-gear 3, angle detection can be performed with higher resolution than when a discrete digital signal is used.
  • FIG. 6 shows the cycle T 2, gear ratio, and allowable error when the cycle T 1 is variously changed in the first embodiment when the detection angle range R is 1800 degrees.
  • Equations (1) and (2) were used to calculate the rotation angle ⁇ of the steering shaft X, but ⁇ 1> ⁇ 2 by converting the period of the voltage signal In this case, the rotation angle was calculated using the following formulas (3) and (4).
  • a smaller gear ratio is preferable because the auxiliary gear can be made smaller, thereby reducing the size and weight of the device.
  • the tolerance is large, the assembly accuracy and temperature characteristics of the device This is preferable because the tolerance of the detection error of the angles 0 1 and ⁇ 2 is increased.
  • the gear ratio and the allowable error are in a trade-off relationship.
  • the rotation angle detection device 1 according to the first embodiment the periods of the signals of the main rotation detection mechanism and the sub rotation detection mechanism are converted. By doing so, the gear ratio and the allowable error can be set to optimum values.
  • a Hall element is used as the magnetic detection element.
  • a magnetoresistive element having a small temperature characteristic and a high angular resolution may be used depending on the application of the rotation angle detection device.
  • the output signal of the main rotation detection mechanism 4 and the output signal of the sub rotation detection mechanism 6 become one cycle for each rotation of the main gear 2 and the sub gear 3, respectively. But it can be a different period.
  • FIG. 7 shows an example of a processing flow in which the rotation angle ⁇ of the steering shaft X is calculated in the first embodiment.
  • the formulas and the like shown in the flowchart of FIG. 7 are the formulas and the like shown in the first embodiment as described above.
  • the process flow shown in FIG. 7 will be described below.
  • the signal processing means 5 acquires the voltage values Sl and S2, and the signal processing means 7 acquires the voltage values S3 and S4 (step ST101).
  • the signal processing means 5 performs A / D conversion on the voltage values Sl and S2, and the signal processing means 7 performs AZD conversion on the voltage values S3 and S4 (step ST102).
  • the signal processing means 5 calculates the normalized values Ml and M2 (step ST103) and calculates the angle ⁇ 1 (step ST104).
  • the signal processing means 7 calculates standardized values M3 and M4 (step ST105), and calculates an angle ⁇ 2 (step ST106).
  • the computing means 8 calculates the angle ⁇ (step ST107) and outputs the angle ⁇ (step ST108). Thereafter, steps ST101 to ST108 are repeated.
  • the flow force S of the signal processing in the rotation angle detection device 1 according to the first embodiment is not limited to this. Also, in the second embodiment described below, processing similar to the flowchart of FIG. 7 is performed.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view schematically showing a rotation angle detection device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the rotation angle detection device according to the second embodiment detects the rotation angle of the steering shaft of an automobile that is a detected rotating body.
  • the rotation angle detection device according to the second embodiment includes the signals (A) to (D) described above.
  • the rotation angle detection device 101 is attached and fixed by fitting a steering shaft X extending in a direction perpendicular to the paper surface into a hole in the center, and rotates together with the steering shaft X.
  • a ring-shaped main gear 102 that is a rotating body
  • a sub-gear 103 that is a sub-rotating body that meshes with the main gear 102 and rotates at a predetermined rotation ratio with respect to the main gear 102, and a rotation of the main gear 102.
  • a main rotation detection mechanism 104 that outputs a continuous signal that periodically changes according to the signal
  • a signal processing means 105 that calculates a rotation angle of the main gear 102 using a signal output from the main rotation detection mechanism 104
  • a sub-gear 103 A sub-rotation detection mechanism 106 that outputs a continuous signal that periodically changes according to the rotation of the sub-rotation
  • a signal processing means 107 that calculates a rotation angle of the sub-gear 103 using a signal output from the sub-rotation detection mechanism 106
  • a signal Main gear 102 calculated by processing means 105, 107 The rotation angle of the steering shaft X based on the rotation angle of the main gear 102 and the sub gear 103, the relative rotation angle of the main gear 102 and the sub gear 103, and the period of the signals output from the main rotation detection mechanism 104 and the sub rotation detection mechanism 106.
  • arithmetic processing means 10 8 for calculating.
  • the gear ratio that is, the rotation ratio between the main gear 102 and
  • the main rotation detection mechanism 104 includes a ring-shaped magnet 104a attached to the main gear 102 and a surface force of the ring-shaped magnet 104a about 0.5 mm away from the rotation center of the main gear 102. Hall elements 104b and 104c arranged to form an angle of 45 degrees.
  • the sub-rotation detection mechanism 106 has a disk-shaped magnet 106a attached to the sub-gear 103 and a surface force of the disk-shaped magnet 106a about 0.5 mm away from the rotation center of the sub-gear 103. Hall elements 106b and 106c arranged to form an angle of 90 degrees. Hall element 104b, 104c, 106b, 106ci rotation angle detector 101 [This is fixed!
  • the ring-shaped magnet 104a has a magnetic field whose intensity changes continuously and periodically in a sinusoidal shape in the rotation direction of the main gear 2 by arranging two portions of S poles and N poles alternately. It is a 4-pole magnet that is magnetized to generate two cycles per revolution.
  • the Hall elements 104b and 104c detect a magnetic field whose strength changes in accordance with the rotation of the main gear 102, and each outputs a voltage signal corresponding to the magnetic field strength at two cycles per rotation, that is, two cycles.
  • the period of change in the magnetic field strength that is, the period of the voltage signal output from the Hall elements 104b and 104c is 180 degrees, which is a value obtained by dividing 360 degrees by the number of periods 2.
  • the disc-shaped magnet 106a has a S pole portion and an N pole portion alternately arranged one by one, and a magnetic field whose intensity changes continuously and periodically in a sinusoidal shape in the rotation direction of the auxiliary gear 103.
  • the Hall elements 106b and 106c detect a magnetic field whose strength changes corresponding to the rotation of the auxiliary gear 103, and each outputs a voltage signal corresponding to the magnetic field strength with a cycle number of 1.
  • the period of the voltage signal output from the Hall elements 106b and 106c is 360 degrees, which is a value obtained by dividing 360 degrees by the number of periods 1.
  • the detection angle range for the rotation of the shaft X of the rotation angle detection device 101 is obtained by multiplying the cycle of the signal output from the main rotation detection mechanism 104 and the cycle of the signal output from the sub rotation detection mechanism 106 by the gear ratio. The smaller the absolute value of the difference from the obtained period, the larger it becomes. Therefore, the rotation angle detection device 101 has a wider detection angle range.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the main rotation detection mechanism 104, the sub rotation detection mechanism 106, the signal processing means 105 and 107, and the arithmetic processing means 108 shown in FIG.
  • the Hall elements 104b and 104c receive a voltage amplified by the amplifier A101, detect a magnetic field having a strength corresponding to the rotation of the main gear 102, and output a voltage signal having a voltage value corresponding to the detected magnetic field strength. .
  • the amplifiers A102 and A103 amplify the voltage signal output by the Hall elements 104b and 104c, and output the amplified voltage signals to the signal processing means 105 including a microcontroller.
  • the signal processing means 105 obtains the voltage signal and performs AZD conversion, calculates ⁇ 101 which is the rotation angle of the main gear 102 using the voltage values S101 and S102, and outputs it to the arithmetic processing means 108 including a microcontroller. To do.
  • Hall elements 106b and 106c to which the voltage amplified by amplifier A104 is applied output a voltage signal having a voltage value corresponding to the detected magnetic field strength.
  • the amplifiers A105 and A10 6 amplify the voltage signals output from the Hall elements 106b and 106c to form voltage values S103 and S104, and output them to the signal processing means 107 including a microcontroller.
  • the signal processing means 107 obtains the voltage signal, performs AZD conversion, calculates the rotation angle of the auxiliary gear 103 using the voltage values S103 and S104, and further multiplies this rotation angle by the rotation ratio 5Z9. 102 is calculated and output to the arithmetic processing means 8. Then, the arithmetic processing means 108 calculates the rotation angle ⁇ of the steering shaft X using ⁇ 1 01 and ⁇ 102.
  • FIGS. 10 to 12 a method in which the rotation angle detection device 1 detects the rotation angle of the steering shaft X will be specifically described.
  • a method for calculating the rotation angle of the main gear 102 will be described with reference to FIG. S101 and S102 which are voltage values of the voltage signal input to the signal processing means 5 correspond to one point on each of the sine curves L101 and L102 having a period of 180 degrees as shown in the upper graph of FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the main gear 102 based on an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the voltage of the voltage signal.
  • the Hall elements 104b and 104c are arranged at an angle of 45 degrees around the rotation center of the main gear 102, the phase difference between the sine curves L101 and L102 is 45 degrees.
  • the signal processing means 105 normalizes the voltage values S101 and S102 using the following equations (101) and (102). If the standard values are M101 and M102,
  • S101avg and S102avg are the average values of the maximum and minimum values in one period of the voltage signal, respectively, and S101p and S102p are the difference between the maximum value and the maximum / J, value in one period of the voltage signal, respectively.
  • S101avg, S102avg, S101p, and S102p when assembling and adjusting the rotation angle detector 101, the main gear 102 is rotated once to acquire voltage signal data, and the data force is also obtained for each value and stored in the signal processing means 105. Keep it.
  • the normalized values M101 and M102 obtained as described above correspond to one point on each of the sine curves L103 and L104 having a period of 180 degrees as shown in the middle graph of FIG. In this graph, horizontal The axis indicates the rotation angle of the main gear 102 based on an arbitrary position, and the vertical axis indicates the normalized value.
  • the signal processing means 105 calculates 0 101 which is the rotation angle of the main gear 102 using the normalized values M101 and M102.
  • ⁇ 101 can be calculated as follows, for example.
  • ⁇ 101 is calculated using equation (103).
  • ⁇ 101 0.5 XArctan (M101 / M102) + ⁇ (103)
  • the angle 0 101 calculated by the above method corresponds to one point on the sawtooth curve L105 having a period of 180 degrees as shown in the lower graph of FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the main gear 102 based on an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the calculated rotation angle of the main gear 102.
  • S 103 and S 104 which are voltage values of the voltage signal input to the signal processing means 107 correspond to one point on each of the sine curves L 106 and L 107 having a period of 360 degrees as shown in the upper graph of FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the sub-gear 103 based on an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the voltage of the voltage signal.
  • the phase difference between the sine curves L106 and L107 is 90 degrees.
  • the signal processing means 107 normalizes the voltage signals S103 and S104 to values M103 and M104 using the following equations (104) and (105).
  • S103avg and S104avg are the average values of the maximum and minimum values of the voltage signal, respectively, and S103p and S104p are the differences between the maximum and minimum values of the voltage signal, respectively.
  • the auxiliary gear 103 is rotated once to obtain voltage signal data, and the data force is also obtained for each value and stored in the signal processing means 107.
  • Normalized value M103 and M104 are sinusoidal curves with a period of 360 degrees as shown in the middle graph of Fig. 11.
  • the rotation angle of 3 is shown, and the vertical axis shows the normalized value.
  • the signal processing means 107 calculates the rotation angle of the auxiliary gear 103 using the normalized values M103 and M104, and further calculates ⁇ 102, which is an angle obtained by multiplying the rotation angle by the gear ratio. ⁇
  • the calculation of 102 can be performed as follows, for example.
  • the angle 0 102 calculated by the above method corresponds to one point on the sawtooth curve L110 having a period of 200 degrees as shown in the lower graph of FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the sub-gear 103 based on an arbitrary position
  • the vertical axis indicates the angle obtained by multiplying the rotation angle calculated by the sub-gear 103 by the gear ratio.
  • the signal processing means 105 and 107 output the angles ⁇ 101 and ⁇ 102 obtained as described above to the arithmetic processing means 108, respectively.
  • the cycle T101 of the signal output from the main rotation detection mechanism 104 is 180 degrees
  • the gear is output at the cycle of the signal output from the sub rotation detection mechanism 106.
  • ⁇ ⁇ 101 + ⁇ ⁇ 101- ⁇ 102) / d + T101 -T102 / d (108)
  • ⁇ 102 ⁇ ⁇ 101 the relationship between angles ⁇ 101, ⁇ 102, periods 102101, ⁇ 102, cycle difference d, and rotation angle ⁇ will be described with reference to FIG.
  • 1 Indicates 800 degrees.
  • the saw-toothed curve L111 is obtained by arranging the saw-toothed curve L105 of FIG.
  • the vertical axis represents the ratio to one cycle, and the ratio is 100% for angular force.
  • the sawtooth curve L112 is obtained by arranging the sawtooth curve L110 of FIG.
  • the vertical axis represents the ratio for one cycle, and the ratio is 100% when the angle is 200 degrees.
  • the rotation angle ⁇ is defined as 0 degree at the position where the phases of the saw-like curves LI 11 and L112 coincide. At this time, the phase of saw-shaped curves LI 11 and L112 coincide even at the position of ⁇ force of 800 degrees.
  • the angles ⁇ 101 and ⁇ 102 are calculated for the main gear 102 and the sub gear 103 as shown in FIG.
  • the rotation angle ⁇ is calculated using Equation (107).
  • the relative rotation angle between the main gear 102 and the sub-gear 103 (0101 ⁇ 102) indicates the phase shift of the saw-toothed curves Ll l l and L112 at the rotation angle ⁇ .
  • ( ⁇ 101- ⁇ 102) Zd is the rotation angle ⁇ for how many periods of the main gear.
  • the rotation angle ⁇ can be calculated using equation (107).
  • the mathematical expression that takes an integer value indicating how many rotations of the main gear the rotation angle ⁇ includes is ⁇ T102— (0 102 — ⁇ 101) ⁇ Zd
  • the rotation angle ⁇ is calculated using equation (108).
  • Force S The smaller S, the larger R and the wider the detection range. Therefore, in order to increase R, it is necessary to bring the values of T101 and T102 closer to reduce the difference. If the number of cycles n is 1, T101 is 360 degrees, or m is strong, the gear ratio increases and the gear becomes larger.
  • the gear The ratio must be 5Z4 or 5Z6, and the size of the secondary gear 106 must be similar to that of the main gear 102.
  • the main gear 102 is fixed by being fitted to the steering shaft X, there is a limit to reducing the size of the main gear 2. Therefore, in order to realize the above gear ratio, the auxiliary gear must be enlarged, so that the apparatus becomes larger.
  • the number of cycles n of the continuous signal output from the main rotation detection mechanism 104 is 2, and the number of cycles m of the continuous signal output from the auxiliary rotation detection mechanism 106 is 1.
  • the auxiliary gear 106 can be set small in the same detection range. m is preferably 1 as much as possible because the structure of the rotation detection mechanism is simplified.
  • the rotation angle detection device 101 can realize a wide detection angle range without increasing the size of the device. Further, in the rotation angle detection device 101, the main rotation detection mechanism 104 and the sub rotation detection mechanism 106 output a continuous analog signal that periodically changes in accordance with the rotation of the main gear 102 or the sub gear 3. is there. Therefore, it is possible to reduce the size by using a disk-shaped rotor having a plurality of slits compared to the case of using a conventional encoder that outputs a digital signal. Further, in the second embodiment, the angle can be detected with higher resolution as the number of periods of the voltage signal output from the main rotating mechanism force is larger and the period is shorter.
  • the resolution of AZD conversion when a voltage signal corresponding to the angle to be detected is input to the microcontroller is fixed at 10 bits, for example, at full scale. This is because the angle range to be reduced is small. Further, since the rotation angle detection device 101 uses a Hall element as a magnetic detection element, further reduction in size, weight, and cost can be achieved.
  • Formula (107) and Formula (107a) below, Formula (108) and Formula (108 a) below are equivalent formulas
  • Formula (107) is replaced by Formula (107) 107a) can be used to calculate the rotation angle ⁇ , or the rotation angle ⁇ can be calculated using equation (108a) instead of equation (108).
  • ⁇ ⁇ 102 + ⁇ 102 ( ⁇ 101- ⁇ 102) / ⁇
  • a magnetoresistive element having a small temperature characteristic and a high angular resolution may be used according to the application of the force rotation angle detection device using a Hall element as the magnetic detection element.
  • the gear can be made smaller.
  • the ring-shaped magnet attached to the main gear has three S poles and three poles alternately arranged in the direction of rotation of the main gear! It is sufficient to use a 6-pole magnet that is magnetized so as to generate a magnetic field whose intensity changes continuously and periodically for 3 cycles per revolution.
  • m is not limited to 1, but 1 is preferable in order to reduce the size of the force secondary gear that can be 2 or more and smaller than n.
  • the values of n and m can be easily set to desired values by appropriately arranging the S pole portion and the N pole portion of the magnet attached to the main gear or the sub gear.
  • each of the above embodiments is a rotation angle detection device that uses a device that outputs a continuous analog signal as the main rotation detection mechanism and the sub rotation detection mechanism.
  • the main rotation detection mechanism or the sub rotation detection is used.
  • a mechanism that outputs digital signals, such as an encoder, may be used as the mechanism, and a rotation angle detection device that processes the output digital signals may be used.
  • a rotation angle detection device provides a detected rotation of a steering shaft of an automobile. C which can be suitably used for detecting the rotation angle of rolling elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

　被検出回転体に取り付けられ該被検出回転体と共に回転する主回転体と、主回転体に対して所定の回転比で回転する副回転体と、主回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を出力する主回転検出機構と、副回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を出力する副回転検出機構と、主および副回転検出機構が出力する信号を用いて主および副回転体の回転角度を算出する信号処理手段と算出した主または副回転体の回転角度と主および副回転体の相対回転角度とに基づいて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、以下の（Ａ）～（Ｄ）の信号のうちの少なくとも１つが、主または副回転体の１回転に対して１周期とは異なる周期となされている。（Ａ）主回転検出機構の出力信号（Ｂ）副回転検出機構の出力信号（Ｃ）信号処理手段において処理される主回転検出機構からの入力信号（Ｄ）信号処理手段において処理される副回転検出機構からの入力信号。

Description

明 細 書
回転角度検出装置
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!、る。
[0003] 特許文献 1が開示する従来の回転角度検出装置は、回転体と共に回転する主回 転体と、この主回転体と連動して回転する 2つの副回転体とを備える。主回転体およ び 2つの副回転体はそれぞれ互いに歯数の異なる歯車を備え、各副回転体の歯車 はそれぞれ主回転体の歯車と嚙み合っている。また、各副回転体はそれぞれ磁石を 備えるとともに、各磁石の磁場を検出する AMRセンサ (異方性磁気抵抗素子)を備 える。そして、各 AMRセンサが出力する各副回転体の回転角度の検出信号の間の 位相差などを利用して回転体の回転角度を算出する。
[0004] 一方、特許文献 2が開示する従来の回転角度検出装置は、回転体によって回転さ れる回転板と、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ユ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回転体の回転角度を算出す る。
[0005] 特許文献 1 :特表 2001— 505667号公報
特許文献 2：特開 2002— 98522号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0006] しかし、従来の回転角度検出装置は、回転体の回転角度を算出するために用いる 検出信号間の位相差が各副回転体に備えた磁石の特性やギヤ比などで一意に決 定されるため、設計の自由度が低いという問題があった。また、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ょうとすると、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。
[0007] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設計の自由度が高ぐ装置を大型 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
[0008] 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 回転体に取り付けられ、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、前記主回転体の回転に対応して周 期的に変化する信号を出力する主回転検出機構と、前記副回転体の回転に対応し て周期的に変化する信号を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、以下の (A)〜(D)の 信号のうちの少なくとも 1つが、前記主回転体または前記副回転体の 1回転に対して 1周期とは異なる周期となされていることを特徴とする。
(A)前記主回転検出機構の出力信号
(B)前記副回転検出機構の出力信号
(C)前記信号処理手段において処理される前記主回転検出機構力 の入力信号
(D)前記信号処理手段において処理される前記副回転検出機構力もの入力信号 [0009] また、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取り付けられ、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、前記主回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を出力する主回転検 出機構と、前記副回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を出力する副回 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の 周期を変換し該信号を用いて該変換した周期における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、前記変換し た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。
[0010] また、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取り付けられ、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、前記主回転体の回転に対応して周期的に変化する連続した信号を出力する 主回転検出機構と、前記副回転体の回転に対応して周期的に変化する連続した信 号を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。
[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、前記変換した周 期は、前記主回転体および前記副回転体の回転角度の許容誤差と前記被検出回 転体の回転角度の検出角度範囲とが所望の値になるように決定された周期であるこ とを特徴とする。
[0012] 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、前記演算処理手 段は、前記算出した主回転体の回転角度を 0 1、前記算出した副回転体の回転角 度に前記所定の回転比を乗じた角度を Θ 2、前記変換した主回転検出機構の信号 の周期を T1、前記変換した副回転検出機構の信号の周期に前記所定の回転比を 乗じた周期を T2 (T1≠T2)、周期 T1と T2の差の絶対値 I Tl— Τ2 |を dとして、下 記の式（ 1)〜 (4)を用 、て前記被検出回転体の回転角度 Φを算出することを特徴と する。
Τ1<Τ2、 Θ 2≤ θ 1の場合は、
Φ= θ 1+ΤΚ θ 1- θ 2)/ά ··· (1)
Τ1<Τ2、 Θ 2> θ 1の場合は、
Φ = θ 1+Τ1( θ 1- θ 2)/ά+Ύ1'Ύ2/ά ··· (2)
Τ1>Τ2、 Θ 1≤ θ 2の場合は、
Φ= θ 1+Τ1( Θ 2- θ 1)/ά ··· (3)
Τ1>Τ2、 θ 1> θ 2の場合は、
Φ = θ 1+Τ1( θ 2- θ 1)/ά+Ύ1'Ύ2/ά ··· (4)
[0013] また、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取り付けられ、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、 η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 信号を前記主回転体の 1回転あたり周期数 ηで出力する主回転検出機構と、 mを η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 信号を前記副回転体の 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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
[0018] 本発明によれば、設計の自由度が高ぐ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実現できるという効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態 1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 2は、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]図 3は、実施の形態 1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]図 4は、実施の形態 1に係る回転角度検出装置にお!/、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]図 5は、実施の形態 1において、 θ 2≤ θ 1の場合に角度 0 1、 0 2、周期 Tl、 Τ 2、周期差 d、回転角度 Φの関係について説明する図である。
[図 6]図 6は、実施の形態 1において、検出角度範囲 Rが 1800度の場合について周 期 T1をさまざまに変化させた場合の周期 T2、ギヤ比、許容誤差を示す図である。
[図 7]図 7は、実施の形態 1において、ステアリングシャフト Xの回転角度 Φが算出され る処理の流れの一例を示す流れ図である。
[図 8]図 8は、本発明の実施の形態 2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 9]図 9は、図 8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 10]図 10は、実施の形態 2に係る回転角度検出装置にお!/、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 11]図 11は、実施の形態 2に係る回転角度検出装置にお 、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 12]図 12は、実施の形態 2において、 0 2≤ 0 1の場合に角度 0 1、 0 2、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
[0020] 1、 101 回転角度検出装置
2、 102 主歯車
3、 103 副歯車
4、 104 主回転検出機構
4a、 104a リング状磁石
4b、 4c、 104b, 104c ホール素子
5、 7、 105、 107 信号処理手段
6、 106 副回転検出機構
6a、 106a 円板状磁石
6b、 6c、 106b, 106c ホール素子
8、 108 演算処理手段
9、 109 ハウジング
A1〜A6、 A101〜A106 増幅器
L1〜L12、 L101〜L112 曲線
X ステアリングシャフト
発明を実施するための最良の形態
[0021] 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。
[0022] 以下に説明する本発明の実施の形態は、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取り付けられ、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、前記主回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を出力する主回転検出 機構と、前記副回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を出力する副回転 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、以下の (A)〜（D)の信号のうちの少なくとも 1つが、前記主回転体ま たは前記副回転体の 1回転に対して 1周期とは異なる周期となされていることを特徴 としている。
(A)前記主回転検出機構の出力信号
(B)前記副回転検出機構の出力信号
(C)前記信号処理手段において処理される前記主回転検出機構力 の入力信号
(D)前記信号処理手段において処理される前記副回転検出機構力もの入力信号 [0023] (実施の形態 1)
図 1は、本発明の実施の形態 1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。実施の形態 1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。
[0024] なお、実施の形態 1に係る回転角度検出装置は、上述した (A)〜（D)の信号のうち
(C)信号処理手段において処理される主回転検出機構からの入力信号
(D)信号処理手段において処理される副回転検出機構からの入力信号 が、主回転体または副回転体の 1回転に対して 1周期とは異なる周期となされて 、る ものの一例である。
[0025] 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と嚙み合って主歯車 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 対応して周期的に変化する信号を出力する主回転検出機構 4と、主回転検出機構 4 が出力する信号の周期を変換し、この信号を用いて変換した周期における主歯車 2 の回転角度を算出する信号処理手段 5と、副歯車 3の回転に対応して周期的に変化 する信号を出力する副回転検出機構 6と、副回転検出機構 6が出力する信号の周期 を変換し、この信号を用いて変換した周期における副歯車 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 度と、主歯車 2と副歯車 3との相対回転角度と、変換した周期と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 5Z9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。
[0026] 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の表面力 0. 5mmだけ離れた位置に主歯車 2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 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。
[0027] リング状磁石 4a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、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 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 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 360度である。同様に、円板状磁石 6aも、 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 周期が 360度の磁場強度に対応した電圧信号を出力する。
[0028] 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 SI、 S2を、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、電圧信号を取得し て AZD変換するとともに、電圧信号の周期を変換し、電圧値 Sl、 S2を用いて変換 後の周期における主歯車 2の回転角度である θ 1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。
[0029] 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を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、電圧信号を取得して AZD 変換するとともに、電圧信号の周期を変換し、電圧値 S3、 S4を用いて変換後の周期 における副歯車 3の回転角度を算出し、さらにこの回転角度に回転比 5Z9を乗じた 角度である Θ 2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 Θ 1、 Θ 2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。
[0030] 以下に図 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 Sl、 S2はたとえば図 3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 Ll、 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 90度の角度をなすように配置されて いるので、正弦曲線 Ll、 L2の位相差は 90度である。
[0031] つぎに、信号処理手段 5は、電圧値 Sl、 S2を下記の式（5)、 （6)を用いて規格ィ匕 する。規格化した値を Ml、 M2とすると、
Ml = (Sl -Slavg) /Slp · · · (5)
M2= (S2-S2avg) /S2p · · · (6)
[0032] ただし、 Slavg、 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、 Slp、 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。 S lavg、 S2avg、 Slp、 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ィヒ値 Ml、 M2は図 3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 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。
[0033] つぎに、信号処理手段 5は、電圧信号の周期を 360度から 180度に変換する。変 換した周期を T1とすると Tl = 180度である。そして、信号処理手段 5は、規格化値 Ml、 Μ2を用いてこの変換した周期 T1における主歯車 2の回転角度である θ 1を算 出する。 Θ 1の算出は例えば以下のように行うことができる。
[0034] まず、式（7)を用いて Θを算出する。
Θ =Arctan (Ml/M2) + a · · · (7)
ただし、 M2 >0の場合、 α = 90度、 Μ2く 0の場合、 α = 270度であり、 Μ2 = 0の 場合、 Μ1 >0ならば 0 = 180度、 Μ1 < 0ならば 0 =0度である。
そして、 Θ力^ 80度以下ならば 0 1 = 0とし、 Θが 180度より大きければ 0 1 = 0— 180とし、 360度の周期を半分の 180度周期に変換する。
[0035] 以上の方法で算出した角度 0 1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。
[0036] 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。
[0037] つぎに、信号処理手段 7は、電圧信号 S3、 S4を下記の式（8)、（9)を用いて値 M3 、 M4に規格化する。 M3 = (S3 - S3avg) /S3p · · · (8)
M4= (S4- S4avg) /S4p · · · (9)
[0038] 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。
[0039] つぎに、信号処理手段 7は、電圧信号の周期を 360度から 360度に変換し、ギヤ比 5/9を乗じる。つまり、変換した周期にギヤ比を乗じた周期を T2とすると T2 = 360 Χ 5Ζ9 = 200度である。このように、本明細書では、信号の周期の変換とは同一の 周期に変換する場合も含むものとする。
[0040] そして、信号処理手段 7は、規格化値 Μ3、 Μ4を用いて周期 Τ2における副歯車 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 Θ 2を算出する。
Θ 2の算出は例えば以下のように行うことができる。
[0041] まず、式（10)を用いて 0を算出する。
Θ =Arctan (M3/M4) + a · · · (10)
ただし、 M4 >0の場合、 α = 90度、 Μ4く 0の場合、 α = 270度であり、 Μ4 = 0の 場合、 Μ3 >0ならば 0 = 180度、 Μ3くならば 0 =0度である。
そして、 Θにギヤ比 5/9を乗じて Θ 2を算出する。
[0042] 以上の方法で算出した角度 Θ 2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。
[0043] つぎに、信号処理手段 5、 7は上記のように求めた角度 0 1、 0 2をそれぞれ演算処 理手段 8に出力する。実施の形態 1に係る回転角度検出装置 1においては上記のよ うに Tl = 180度、 Τ2 = 200度であるから、演算処理手段 8は周期 Tl、 Τ2の周期差 の絶対値を d= I T1-T2 Iとして式（1)および（2)を用いてステアリングシャフト の 回転角度である Φを算出する。
[0044] Θ2≤ θ 1の場合は、
Φ= θ 1+ΤΚθ 1- θ 2)/ά ··· (1)
Θ2> θ 1の場合は、
Φ = θ 1+Τ1( θ 1- θ 2)/ά+Ύ1'Ύ2/ά ··· (2)
[0045] ここで、 02≤ 01の場合に角度 01、 02、周期 Tl、 Τ2、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/ I T1-T2 I =1800度を示す。ノコギリ状曲線 L1 1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度の位置にぉ 、てもノコギリ状曲線 LI 1と L 12の位相が一致する。
[0046] 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 Θ 1、 Θ 2が 算出されたとする。一方、式（1)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（ θ 1- Θ2)は回転角度 Φにおけるノコ ギリ状曲線 Lll、 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、 (θ 1- Θ 2)Zd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 Tl、 Τ2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 L 11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 θ 1だけ回転した値であるから、 (θ 1- Θ 2)Zd=3である。つま り、角度 Θ 1、 Θ 2、周期 Tl、 Τ2、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（1)を用いて回転角度 Φを算出することができる。 [0047] なお、 θ 2> θ 1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 {Τ2— ( Θ 2- Θ 1) }Zdとなるので、式（2)を用いて回転角 度 Φを算出する。
[0048] また、式（1)と下記式（la)、式（2)と下記式（2a)は等価な式であるから、式（1)の 代わりに式（la)を用いて回転角度 Φを算出してもよ 、し、式（2)の代わりに式（2a) を用 、ても回転角度 Φを算出できる。
Φ = θ 2+Τ2 ( θ 1 - θ 2) /ά · · · (la)
Φ = θ 2+Τ2 ( θ 1 - θ 2) /d+Tl -Ύ2/ά · · · (2a)
[0049] 上記のように、検出角度範囲 Rは R=T1 'T2/ | T1—T2 |で表される。すなわち 、検出角度範囲 Rは周期 T1と T2の最小公倍数である。したがって、周期 Tl、 Τ2は 所望の検出角度範囲 Rとなるように決定する必要がある。また、周期差 dは回転角度 Φが主歯車の何周期分の回転を含むかを決定するために用いられるので、角度 Θ 1 、 Θ 2の検出に許容される誤差は周期差 dで表される。この許容誤差は回転角度検 出装置の組み立て精度や温度特性などに応じて所望の値に設定する。したがって、 周期 T1、T2は所望の許容誤差すなわち周期差 dとなるように決定する必要がある。
[0050] しかし、本発明に係る回転角度検出装置 1は信号処理の際に電圧信号の周期を変 換して所望の周期 Tl、 Τ2を得ることができる。したがって、周期差 dと検出角度範囲 Rとが所望の値になるように周期 Tl、 Τ2を決定することができる。その結果、検出角 度範囲 Rおよび周期差 dは主回転検出機構 4および副回転検出機構 6が発生する信 号の周期やギヤ比などによって一意に固定されるものではなぐ高い自由度で設定 することがでさるちのとなる。
[0051] 以上説明したように、実施の形態 1に係る回転角度検出装置 1は、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を変換し、この信号を用いて変換 した周期における主歯車 2および副歯車 3の回転角度を算出し、算出した回転角度 と、主歯車 2と副歯車 3との相対回転角度と、変換した信号の周期とに基づいてステ ァリングシャフト Xの回転角度を算出する。その結果、主回転検出機構、副回転検出 機構、および主歯車と副歯車とのギヤ比などを高い自由度で設計することができる。
[0052] また、回転角度検出装置 1は副歯車を 1つだけ用いるので、副歯車 3と主歯車 2との 間に発生する歯車のバックラッシによる回転の検出誤差が主歯車 2の回転角度の誤 差として重畳することはなぐより正確にステアリングシャフト Xの回転角度を検出でき る。さらに、従来の回転角度検出装置よりも部品点数を減らすことができ、一層小型、 軽量で低コストの回転角度検出装置となる。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、低コストィヒが可 能となる。
[0053] 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、特許文献 2に記載のデジタル信号を出力す るエンコーダの場合よりも小型化できる。さらに、主歯車 2および副歯車 3の回転角度 の検出をする際に連続したアナログ信号を用いるので、離散化したデジタル信号を 用いる場合よりも分解能が高い角度検出ができる。
[0054] つぎに、実施の形態 1において、検出角度範囲 Rが 1800度の場合について周期 T 1をさまざまに変化させた場合の周期 T2、ギヤ比、許容誤差を図 6に示す。なお、実 施の形態 1では Τ1<Τ2であるので、ステアリングシャフト Xの回転角度 Φの算出の 際に式（1)、（2)を用いたが、電圧信号の周期の変換により Τ1>Τ2となる場合には 下記の式（3)、（4)を用いて回転角度を算出した。
Θ 1≤ θ 2の場合は、
Φ= θ 1+ΤΚ θ 2- θ 1)/ά ··· (3)
Θ 1> θ 2の場合は、
Φ = θ 1+Τ1( θ 2- θ 1)/ά+Ύ1'Ύ2/ά ··· (4)
[0055] 図 6において、項目番号「1」〜「6」はそれぞれ周期 Tlが 360Ζη(ηは 1〜6の整数 )の場合に対応する。 R=T1'T2/ I T1-T2 Iであるから、 R= 1800を満足する ために各 T1に対して T1<T2または T1>T2となる 2つの T2が存在する。そして各 Τ 2に対してギヤ比 k=m'T2Z360と許容誤差が定まる。なお、 mは 360を副回転検 出機構の信号の周期で除したものである。図 6においては m=lとしている。
[0056] ギヤ比は小さいほうが副歯車を小さくできそれによつて装置の小型化、軽量ィ匕が実 現できるので好ましい。一方、許容誤差が大きければ装置の組み立て精度や温度特 性による角度 0 1、 Θ 2の検出誤差の許容量が大きくなり好ましい。図 6に示すように 、ギヤ比と許容誤差はトレードオフの関係にある力 実施の形態 1に係る回転角度検 出装置 1においては、主回転検出機構および副回転検出機構の信号の周期を変換 することにより、ギヤ比と許容誤差を最適な値とすることができる。
[0057] なお、実施の形態 1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 ちょい。
[0058] また、実施の形態 1においては、主回転検出機構 4の出力信号、副回転検出機構 6 の出力信号については、それぞれ主歯車 2、副歯車 3の 1回転に対して 1周期となつ ているが、異なる周期としてもよ 、。
[0059] ここで、実施の形態 1において、ステアリングシャフト Xの回転角度 Φが算出される 処理の流れの一例を図 7に示す。図 7の流れ図に示される数式等は、上述のとおり実 施の形態 1に示される数式等である。以下、図 7に示す処理の流れについて説明す る。はじめに、信号処理手段 5が電圧値 Sl、 S2を取得するとともに、信号処理手段 7 が電圧値 S3、 S4を取得する (ステップ ST101)。つぎに、信号処理手段 5が電圧値 Sl、 S2を A/D変換するとともに、信号処理手段 7が電圧値 S3、 S4を AZD変換す る (ステップ ST102)。つぎに、信号処理手段 5が規格化値 Ml、 M2を算出し (ステツ プ ST103)、角度 θ 1を算出する (ステップ ST104)。つぎに、信号処理手段 7が規 格化値 M3、 M4を算出し (ステップ ST105)、角度 Θ 2を算出する（ステップ ST106) 。つぎに、演算手段 8が角度 Φを算出し (ステップ ST107)、角度 Φを出力する (ステ ップ ST108)。その後、ステップ ST101〜108を繰り返す。なお、実施の形態 1に係 る回転角度検出装置 1における信号処理の流れ力 Sこれに限られな 、ことは 、うまでも ない。また、以下に説明する実施の形態 2においても、図 7の流れ図とほぼ同様の処 理が行われる。
[0060] (実施の形態 2)
図 8は、本発明の実施の形態 2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。実施の形態 2に係る回転角度検出装置は、実施の形態 1と同様、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。 [0061] なお、実施の形態 2に係る回転角度検出装置は、上述した (A)〜（D)の信号のうち
(A)主回転検出機構の出力信号
(B)副回転検出機構の出力信号
の少なくとも一方力 主回転体または副回転体の 1回転に対して 1周期とは異なる周 期となされているものの一例である。
[0062] 図 8に示すように、回転角度検出装置 101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 102と、主歯車 102と嚙み合って 主歯車 102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 103と、主歯 車 102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 104 と、主回転検出機構 104が出力する信号を用いて主歯車 102の回転角度を算出す る信号処理手段 105と、副歯車 103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 106と、副回転検出機構 106が出力する信号を用いて副 歯車 103の回転角度を算出する信号処理手段 107と、信号処理手段 105、 107が 算出した主歯車 102および副歯車 103の回転角度、主歯車 102と副歯車 103との相 対回転角度、および主回転検出機構 104および副回転検出機構 106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 10 8とを備える。なお、ここでは主歯車 102と副歯車 103とのギヤ比すなわち回転比は 5 Z9としている。また、符号 109は回転角度検出装置 101のハウジングを示す。
[0063] 主回転検出機構 104は、主歯車 102に取り付けられたリング状の磁石 104aと、リン グ状磁石 104aの表面力も 0. 5mmだけ離れた位置に主歯車 102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 104b、 104cとを備える。同様に、 副回転検出機構 106は、副歯車 103に取り付けられた円板状の磁石 106aと、円板 状磁石 106aの表面力も 0. 5mmだけ離れた位置に副歯車 103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 106b、 106cとを備える。ホール素 子 104b、 104c, 106b, 106ciま回転角度検出装置 101【こ固定されて!ヽる。
[0064] リング状磁石 104a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 104 b、 104cは主歯車 102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 104b、 104c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 106a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 103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 106b、 106cは副歯車 10 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 106b、 106c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。
[0065] したがって、回転角度検出装置 101の主回転検出機構 104が出力する連続信号 の周期数を nとし、副回転検出機構 106が出力する連続信号の周期数を mとすると、 n= 2、 m= lである。後述するように、回転角度検出装置 101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 104が出力する信号の周期と副回転検出 機構 106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 101は、より広い検出角度 範囲を有するものとなる。
[0066] 回転角度検出装置 101についてさらに具体的に説明する。図 9は、図 8に示す主 回転検出機構 104、副回転検出機構 106、信号処理手段 105、 107、演算処理手 段 108の構成を示すブロック図である。ホール素子 104b、 104cは増幅器 A101〖こよ り増幅した電圧が印加され、主歯車 102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 A102、 A 103はホール素子 104b、 104c力 S出力する電圧信号を増幅して電圧値である S 101 、 S102とし、マイクロコントローラを備える信号処理手段 105に出力する。信号処理 手段 105は、電圧信号を取得して AZD変換するとともに、電圧値 S101、 S102を用 いて主歯車 102の回転角度である Θ 101を算出し、マイクロコントローラを備える演 算処理手段 108に出力する。 [0067] 同様に、増幅器 A104により増幅した電圧を印加したホール素子 106b、 106c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 A105、 A10 6はホール素子 106b、 106cが出力する電圧信号を増幅して電圧値である S103、 S 104とし、マイクロコントローラを備える信号処理手段 107に出力する。信号処理手段 107は、電圧信号を取得して AZD変換するとともに、電圧値 S103、 S104を用いて 副歯車 103の回転角度を算出し、さらにこの回転角度に回転比 5Z9を乗じた角度で ある Θ 102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 108は θ 1 01、 Θ 102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。
[0068] つぎに、図 10〜図 12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 10を参照して主歯車 1 02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 S101、 S102はたとえば図 10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 L101、 L102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 102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 104b、 104cは主歯車 102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 L101、 L102の位相差は 45度である。
[0069] つぎに、信号処理手段 105は、電圧値 S101、 S102を下記の式（101)、（102)を 用いて規格化する。規格ィ匕した値を M101、 M102とすると、
M101 = (S101 -S101avg) /S101p · · · (101)
M102= (S102-S102avg) /S102p · · · (102)
[0070] ただし、 S101avg、 S102avg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、 S101p、 S102pはそれぞれ電圧信号の 1周期における最大値と最 /J、値との差である。 S101avg、 S102avg、 S101p、 S102pについては、回転角度 検出装置 101の組み立て調整時に主歯車 102を 1回転させて電圧信号のデータを 取得し、そのデータ力も各値を求め、信号処理手段 105に記憶させておく。以上のよ うに求めた規格化値 M101、 M102は図 10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 L103、 L104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 102の回転角度を示し、縦軸は規格化値を示 す。
[0071] つぎに、信号処理手段 105は、規格化値 M101、 M102を用いて主歯車 102の回 転角度である 0 101を算出する。 Θ 101の算出は例えば以下のように行うことができ る。
[0072] まず、式（103)を用いて Θ 101を算出する。
Θ 101 = 0. 5 XArctan (M101/M102) + α · · · (103)
ただし、 Μ102>0の場合、 α =45度、 M102く 0の場合、 α = 135度であり、 Ml 02 = 0の場合、 M101 >0ならば 0 101 = 90度、 M10K Oならば 0 101 = 0度であ る。
[0073] 以上の方法で算出した角度 0 101は図 10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 L105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 102の回転角度を示し、縦軸は主歯車 102の算出し た回転角度を示す。
[0074] つぎに副歯車 103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 102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 107に入力 する電圧信号の電圧値である S 103、 S104はたとえば図 11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 L106、 L107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 103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 L106、 L107の位相差は 90度である。
[0075] つぎに、信号処理手段 107は、電圧信号 S103、 S104を下記の式（104)、 (105) を用いて値 M103、 M104に規格化する。
M103= (S103-S103avg) /S103p · · · (104)
M104= (S104-S104avg) /S104p · · · (105)
[0076] ただし、 S103avg、 S104avgはそれぞれ電圧信号の最大値と最小値との平均値、 S103p、 S104p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 101の組み立て調整時に副歯車 103を 1回転させて電圧信号のデータを取 得し、そのデータ力も各値を求め、信号処理手段 107に記憶させておく。規格化値 M103、 M104は図 11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 LI
08、 L109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 10
3の回転角度を示し、縦軸は規格化値を示す。
[0077] つぎに、信号処理手段 107は、規格化値 M103、 M104を用いて副歯車 103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 Θ 102を算出する。 Θ
102の算出は例えば以下のように行うことができる。
[0078] まず、式（106)を用いて 0を算出する。
Θ =Arctan(M103/M104) + a · · · (106)
ただし、 Ml 04 >0の場合、 α = 90度、 M104く 0の場合、 α = 270度であり、 Ml 04 = 0の場合、 M103 >0ならば 0 = 180度、 M103くならば 0 =0度である。 そして、 0にギヤ比 5/9を乗じて 0 102を算出する。
[0079] 以上の方法で算出した角度 0 102は図 11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 L110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 103の回転角度を示し、縦軸は副歯車 103の算出し た回転角度にギヤ比を乗じた角度を示す。
[0080] つぎに、信号処理手段 105、 107は上記のように求めた角度 Θ 101、 Θ 102をそれ ぞれ演算処理手段 108に出力する。実施の形態 2に係る回転角度検出装置 101に お!、ては上記のように主回転検出機構 104が出力する信号の周期 T101は 180度、 副回転検出機構 106が出力する信号の周期にギヤ比 5Z9を乗じて得られた周期 T 102は 200度である力 、演算処理手段 108は周期 T101、 T102の周期差を d= | T101 -T102 Iとして式（107)および（108)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。
[0081] θ 102≤ Θ 101の場合は、
Φ = θ 101 +ΤΙθΚ Θ 101 - θ 102) /d · · · (107)
θ 102> θ 101の場合は、
Φ = θ 101 +ΤΙθΚ Θ 101 - Θ 102) /d+T101 -T102/d · · · (108)
[0082] ここで、 θ 102≤ θ 101の場合に角度 θ 101、 θ 102、周期 Τ101、 Τ102、周期差 d、回転角度 Φの関係について図 12を参照して説明する。図 12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=T101 'T102Z I T101 -T102 | = 1 800度を示す。ノコギリ状曲線 L111は図 10のノコギリ状曲線 L105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 力 度のとき比率が 100%となる。一方、ノコギリ状曲線 L112は図 11のノコギリ状 曲線 L110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 LI 11と L112の位相が一致する位置を 0度とする。このとき Φ力 800 度の位置においてもノコギリ状曲線 LI 11と L112の位相が一致する。
[0083] たとえば、主歯車 102、副歯車 103について図 12に示すようにそれぞれ角度 Θ 10 1、 Θ 102が算出されたとする。一方、式（107)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 102と副歯車 103との相対回転角度である（ 0 101 - Θ 102 )は回転角度 Φにおけるノコギリ状曲線 Ll l l、 L112の位相のずれを示す。また、ノ コギリ状曲線 L111と L112は主歯車 102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、 ( Θ 101 - Θ 102) Zd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 102、副歯車 103に ついて周期 T101、 T102はそれぞれ 180度、 200度である力も、 d= 20度である。 すなわち、主歯車 102が 1周期分回転するとノコギリ状曲線 L111と L112の位相が 2 0度ずれる。図 12では、回転角度 Φは主歯車が 3周期分回転した状態力もさらに角 度 Θ 101だけ回転した値であるから、 ( Θ 101 - Θ 102)Zd= 3である。つまり、角度 Θ 101、 Θ 102、周期 T101、 Τ102、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（107)を用いて回転角度 Φを算出することができる。なお、 θ 102> Θ 101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 {T102— ( 0 102— Θ 101) }Zdとなるので、式（108)を用いて回転角度 Φを算出する。
[0084] このように検出角度範囲 Rは R=T101 'T102/ | T101— T102 |で決まり、ギヤ 比 kは T102'm/360で決まる。よって | T101— T102 |力 S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 T101と T102の値を近づけて差を小さくする必要がある力 T101が大き力つたり、すなわち 周期数 nが 1で T101が 360度であったり、 mが大き力つ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= lである場合は、検出角度範囲 R を 1800度に設定しょうとするとギヤ比を 5Z4または 5Z6にしなければならず、副歯 車 106の大きさを主歯車 102と同程度にしなければならない。一方、主歯車 102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 101は、主回転検出 機構 104が出力する連続信号の周期数 nが 2であり、かつ副回転検出機構 106が出 力する連続信号の周期数 mは 1であるため、同じ検出範囲にて、副歯車 106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。
[0085] 以上説明したように、実施の形態 2に係る回転角度検出装置 101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 101におい ては、主回転検出機構 104および副回転検出機構 106は主歯車 102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、実施 の形態 2においては主回転機構力 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 AZD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 101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、低コストィヒが可 能となる。
[0086] なお、実施の形態 2において、式（107)と下記式（107a)、式（108)と下記式（108 a)は等価な式であるから、式（ 107)の代わりに式（107a)を用いて回転角度 Φを算 出してもよいし、式（108)の代わりに式（108a)を用いても回転角度 Φを算出できる。 Φ = θ 102+Τ102 ( θ 101 - θ 102) /ά · · · (107a)
Φ = θ 102+Τ102 ( θ 101 - θ 102) /d+T101 -T102/d · · · (108a) [0087] また、実施の形態 2では T10KT102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（107)、（108)を用いた力 T101 >T102となる場合には下記 の式（109)、（110)を用いて回転角度を算出することができる。
θ 101≤ Θ 102の場合は、
Φ = θ 101 +ΤΙθΚ Θ 102- Θ 101) /d · · · (109)
θ 101 > θ 102の場合は、
Φ = θ 101 +ΤΙθΚ Θ 102- Θ 101) /d+T101 -T102/d · · · (110)
[0088] 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力 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。
[0089] さらに、上記実施の形態 2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、 T102= 112. 5、ギヤ比は 5Ζ16となりさらに副歯車を小 さくすることができる。 η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 Ν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!、 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力 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。
[0090] なお、上記各実施の形態は主回転検出機構および副回転検出機構として連続し たアナログ信号を出力するものを用いた回転角度検出装置であるが、主回転検出機 構または副回転検出機構としてエンコーダなどのデジタル信号を出力するものを用 い、出力したデジタル信号を信号処理する回転角度検出装置でもよい。さらに、実施 の形態 1と実施の形態 2とを組み合わせた実施の形態を採用することも可能である。 産業上の利用可能性
[0091] 本発明に係る回転角度検出装置は、自動車のステアリングシャフトなどの被検出回 転体の回転角度を検出する場合に好適に利用できる c

Claims

請求の範囲
[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取り付けられ、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、
前記主回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を出力する主回転検出機 構と、
前記副回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を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に基づ 、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、
以下の (A)〜（D)の信号のうちの少なくとも 1つが、前記主回転体または前記副回 転体の 1回転に対して 1周期とは異なる周期となされていることを特徴とする回転角 度検出装置。
(A)前記主回転検出機構の出力信号
(B)前記副回転検出機構の出力信号
(C)前記信号処理手段において処理される前記主回転検出機構力 の入力信号
(D)前記信号処理手段において処理される前記副回転検出機構力もの入力信号
[2] 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取り付けられ、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、
前記主回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を出力する主回転検出機 構と、
前記副回転体の回転に対応して周期的に変化する信号を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の周期を変換し 該信号を用いて該変換した周期における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、前記変換した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。
[3] 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取り付けられ、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、
前記主回転体の回転に対応して周期的に変化する連続した信号を出力する主回 転検出機構と、
前記副回転体の回転に対応して周期的に変化する連続した信号を出力する副回 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!、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。
[4] 前記変換した周期は、前記主回転体および前記副回転体の回転角度の許容誤差 と前記被検出回転体の回転角度の検出角度範囲とが所望の値になるように決定され た周期であることを特徴とする請求項 2に記載の回転角度検出装置。
[5] 前記演算処理手段は、前記算出した主回転体の回転角度を Θ 1、前記算出した副 回転体の回転角度に前記所定の回転比を乗じた角度を Θ 2、前記変換した主回転 検出機構の信号の周期を T1、前記変換した副回転検出機構の信号の周期に前記 所定の回転比を乗じた周期を T2 (T1≠T2)、周期 T1と T2の差の絶対値 I T1 -T 2 Iを dとして、下記の式（1)〜 (4)を用いて前記被検出回転体の回転角度 Φを算出 することを特徴とする請求項 2または 4に記載の回転角度検出装置。
Τ1<Τ2、 Θ 2≤ θ 1の場合は、
Φ= θ 1+ΤΚ θ 1- θ 2)/ά ··· (1)
Τ1<Τ2、 Θ 2> θ 1の場合は、
Φ = θ 1+Τ1( θ 1- θ 2)/ά+Ύ1'Ύ2/ά ··· (2)
Τ1>Τ2、 Θ 1≤ θ 2の場合は、
Φ= θ 1+Τ1( Θ 2- θ 1)/ά ··· (3)
Τ1>Τ2、 θ 1> θ 2の場合は、
Φ = θ 1+Τ1( θ 2- θ 1)/ά+Ύ1'Ύ2/ά ··· (4)
[6] 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取り付けられ、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、
η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 号を前記主回転体の 1回転あたり周期数 ηで出力する主回転検出機構と、
mを η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 する連続信号を前記副回転体の 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!、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。
[7] 前記 mは 1であることを特徴とする請求項 6に記載の回転角度検出装置。
[8] 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 2、 3、 6、 7のいずれ力 1つに記載の回転角度検出 装置。
[9] 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 8に記載の回転 角度検出装置。
[10] 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 8に記載の回 転角度検出装置。
1/10
Figure imgf000031_0001
2/10
WO 2007/145296 PCT/JP2007/062048
[図 3]
Figure imgf000032_0001
O規格化
Figure imgf000032_0004
Figure imgf000032_0002
O 01算出
Figure imgf000032_0003
0 60 120 180 240 300 360
角度 (度） [図 4]
Figure imgf000033_0002
120 180 240 300
角度 (度）
^規格化
Figure imgf000033_0001
O 6>2算出
200
150
100
50
0
Figure imgf000033_0003
120 180 240 300 360 角度 (度）
Figure imgf000034_0001
Figure imgf000035_0002
Figure imgf000035_0001
6/10
WO 2007/145296 PCT/JP2007/062048
[図 7]
Figure imgf000036_0001
7/10
WO 2007/145296 PCT/JP2007/062048
[図 8]
Figure imgf000037_0001
8/10
WO 2007/145296 PCT/JP2007/062048
[図 10]
Figure imgf000038_0003
30 60 90 120 1 50
角度 (度） o規格化
Figure imgf000038_0001
^ 0101算出
Figure imgf000038_0004
Figure imgf000038_0002
角度 (度） 9/10
WO 2007/145296
PCT/JP2007/062048
[図 11]
()出 SΛ
Figure imgf000039_0001
Figure imgf000039_0004
120 180 240 300
角度 (度）
規格化
Figure imgf000039_0002
0102算出
Figure imgf000039_0005
Figure imgf000039_0003
角度 (度） 10/10
W° 2007/14 296 PCT/JP2007/062048
[図 12]
Figure imgf000040_0001
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