JP2020118450A - 回転角検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従動歯車の摩耗を検出することができる回転角検出装置を提供する。【解決手段】マイクロコンピュータ１９は、第１の磁気センサ１７により検出される第１の従動歯車の回転角度α、および第２の磁気センサ１８により検出される第２の従動歯車の回転角度βに基づき主動歯車の回転角度θを演算する。マイクロコンピュータ１９は傾き調整部２１、差分演算部２２および摩耗検出部２５を有している。傾き調整部２１は、主動歯車の回転角度の変化量に対する第１の従動歯車の回転角度の変化量である第１の傾きと、主動歯車の回転角度の変化量に対する第２の従動歯車の回転角度の変化量である第２の傾きとを同じ傾きに調整する。差分演算部２２は傾き調整後の回転角度α′，β′の差Δαβを演算する。摩耗検出部２５は、差Δαβの値と、回転角度α′，β′の理想的な差である理想値との比較を通じて、第１の従動歯車および第２の従動歯車の摩耗を検出する。【選択図】図２
Description
本発明は、回転角検出装置に関する。
たとえば特許文献１の回転角検出装置は、シャフトと一体的に回転する主動歯車と、この主動歯車に歯合する２つの従動歯車とを備えている。２つの従動歯車の歯数は互いに異なっているため、主動歯車の回転に伴う２つの従動歯車の回転角度も互いに異なる。回転角検出装置は、２つの従動歯車にそれぞれ対応して設けられたセンサを通じて２つの従動歯車の回転角度を検出し、これら検出される回転角度に基づいて主動歯車の回転角度を演算する。
特許文献１の回転角検出装置では、通常の使用に伴い従動歯車の歯が経年変化的に摩耗するおそれがある。回転角検出装置は、従動歯車の回転角度に基づき主動歯車の回転角度を演算するものであるため、従動歯車の摩耗に起因して従動歯車、ひいては主動歯車の回転角度の演算精度が低下することが懸念される。
本発明の目的は、従動歯車の摩耗を検出することができる回転角検出装置を提供することにある。
上記目的を達成し得る回転角検出装置は、回転検出対象と一体回転する主動歯車と、前記主動歯車に噛合する歯数の異なる２つの従動歯車と、前記２つの従動歯車の回転角度を検出する２つのセンサと、前記２つのセンサを通じて検出される前記２つの従動歯車の回転角度に基づき前記主動歯車の回転角度を演算する演算回路と、を有している。前記演算回路は、前記２つのセンサを通じて検出される前記２つの従動歯車の回転角度の差を演算する差分演算部と、前記差分演算部により演算される前記差の値と、前記２つのセンサを通じて検出される前記２つの従動歯車の回転角度の理想的な差である理想値との比較を通じて、前記２つの従動歯車の摩耗を検出する摩耗検出部と、を有している。
２つの従動歯車の摩耗が進行した場合、２つのセンサを通じて検出される２つの従動歯車の回転角度には摩耗に起因する誤差が生じる。この場合、２つの従動歯車の差の値にも、２つの従動歯車の摩耗の程度に応じた誤差が生じる。したがって、上記の構成によるように、２つのセンサを通じて検出される２つの従動歯車の回転角度の差と、２つのセンサを通じて検出される２つの従動歯車の回転角度の理想的な差である理想値との比較を通じて、２つの従動歯車の摩耗を検出することができる。
上記の回転角検出装置において、前記摩耗検出部は、前記差分演算部により演算される前記差の値が、前記理想値を基準として定められる許容範囲外の値であるとき、前記２つの従動歯車に摩耗が発生していることを検出することが好ましい。
この構成によれば、２つの従動歯車に摩耗が発生している旨過剰に判定されることが抑制される。単に２つの従動歯車の回転角度の差と、２つの従動歯車の回転角度の理想的な差である理想値との比較に基づき従動歯車の摩耗を判定するようにした場合、つぎのようなことが懸念される。すなわち、２つの従動歯車の寸法公差などに起因して２つの従動歯車の回転角度の差の値が理想値と異なる値になることがあるところ、このような場合であれ従動歯車に摩耗が発生している旨判定されるおそれがある。また、従動歯車の摩耗が製品仕様などに応じて許容される程度であることも考えられる。このため、上記の構成によるように、２つの従動歯車の回転角度の差の値が、その理想値を基準として定められる許容範囲内の値であるかどうかに基づき従動歯車の摩耗を判定することが好ましい。
上記の回転角検出装置において、前記演算回路は、前記主動歯車の回転角度の変化量に対する前記２つの従動歯車のいずれか一方の従動歯車の回転角度の変化量である第１の傾きと、前記主動歯車の回転角度の変化量に対する前記２つの従動歯車のいずれか他方の回転角度の変化量である第２の傾きとを同じ傾きに調整する傾き調整部を有していてもよい。この場合、前記差分演算部は、前記傾き調整部により傾きが調整された後の前記２つの従動歯車の回転角度の差を演算することが好ましい。また、前記摩耗検出部は、前記差分演算部により演算される前記差の値と、前記傾き調整部により傾きが調整された後の前記２つの従動歯車の回転角度の理想的な差である理想値との比較を通じて、前記２つの従動歯車の摩耗を検出することが好ましい。
この構成によれば、傾き調整部により傾きが調整された後の２つの従動歯車の回転角度の差の値は、傾きが調整された後の２つの従動歯車の回転角度が主動歯車の回転角度の変化に対して立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す周期ごとに、主動歯車の回転角度に対して固有の値となる。また、傾きが調整された後の２つの従動歯車の回転角度の差の値は、主動歯車の回転角度の変化に対して矩形波状に変化する。このため、摩耗検出部は、傾きが調整された後の２つの従動歯車の回転角度の差の値をパターンとして認識しやすくなり、ひいては傾きが調整された後の２つの従動歯車の回転角度の差の値とその理想値との比較を行いやすくなる。したがって、傾きが調整された後の２つの従動歯車の回転角度の差の値は、２つの従動歯車の摩耗を検出する用途に好適である。
上記の回転角検出装置において、前記主動歯車、および前記２つの従動歯車は、合成樹脂製であってもよい。
この構成によれば、歯車の噛合に伴う異音の発生を抑えることができる反面、２つの従動歯車が摩耗しやすい。したがって、２つの従動歯車の摩耗を検出することが特に要求される。
この構成によれば、歯車の噛合に伴う異音の発生を抑えることができる反面、２つの従動歯車が摩耗しやすい。したがって、２つの従動歯車の摩耗を検出することが特に要求される。
上記の回転角検出装置において、前記回転検出対象は、車両の操舵装置におけるステアリングシャフトあるいはピニオンシャフトであってもよい。
本発明の回転角検出装置によれば、従動歯車の摩耗を検出することができる。
以下、回転角検出装置を具体化した一実施の形態を説明する。
図１に示すように、回転角検出装置１０は、主動歯車１１、第１の従動歯車１２，および第２の従動歯車１３を有している。これら主動歯車１１、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は、合成樹脂材料により形成されている。主動歯車１１は、検出対象であるシャフト１４に対して一体回転可能に嵌められる。第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は、主動歯車１１と噛み合っている。第１の従動歯車１２の歯数と第２の従動歯車１３の歯数とは互いに異なっている。このため、シャフト１４の回転に連動して主動歯車１１が回転した場合、主動歯車１１の回転角度θに対する第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βは互いに異なる値となる。たとえば主動歯車１１の歯数を「ｚ」、第１の従動歯車１２の歯数を「ｍ」、第２の従動歯車１３の歯数を「ｎ」とした場合、主動歯車１１が１回転したとき、第１の従動歯車１２は「ｚ／ｍ」回転、第２の従動歯車１３は「ｚ／ｎ」回転する。
図１に示すように、回転角検出装置１０は、主動歯車１１、第１の従動歯車１２，および第２の従動歯車１３を有している。これら主動歯車１１、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は、合成樹脂材料により形成されている。主動歯車１１は、検出対象であるシャフト１４に対して一体回転可能に嵌められる。第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は、主動歯車１１と噛み合っている。第１の従動歯車１２の歯数と第２の従動歯車１３の歯数とは互いに異なっている。このため、シャフト１４の回転に連動して主動歯車１１が回転した場合、主動歯車１１の回転角度θに対する第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βは互いに異なる値となる。たとえば主動歯車１１の歯数を「ｚ」、第１の従動歯車１２の歯数を「ｍ」、第２の従動歯車１３の歯数を「ｎ」とした場合、主動歯車１１が１回転したとき、第１の従動歯車１２は「ｚ／ｍ」回転、第２の従動歯車１３は「ｚ／ｎ」回転する。
また、回転角検出装置１０は、第１の磁石１５、第２の磁石１６、第１の磁気センサ１７、第２の磁気センサ１８、およびマイクロコンピュータ１９を有している。
第１の磁石１５は、第１の従動歯車１２に対して一体回転可能に設けられている。第２の磁石１６は、第２の従動歯車１３に対して一体回転可能に設けられている。第１の磁気センサ１７は、第１の磁石１５の近傍に設けられていて、第１の磁石１５から発せられる磁界を検出する。第２の磁気センサ１８は、第２の磁石１６の近傍に設けられていて、第２の磁石１６から発せられる磁界を検出する。
第１の磁石１５は、第１の従動歯車１２に対して一体回転可能に設けられている。第２の磁石１６は、第２の従動歯車１３に対して一体回転可能に設けられている。第１の磁気センサ１７は、第１の磁石１５の近傍に設けられていて、第１の磁石１５から発せられる磁界を検出する。第２の磁気センサ１８は、第２の磁石１６の近傍に設けられていて、第２の磁石１６から発せられる磁界を検出する。
第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８としては、たとえば４つの磁気抵抗素子がブリッジ状に接続されてなるＭＲセンサが採用される。磁気抵抗素子の抵抗値は、与えられる磁界の向きに応じて変化する。第１の磁気センサ１７は、第１の磁石１５から発せられる磁束の方向の変化に基づき第１の従動歯車１２の回転角度αを検出する。第２の磁気センサ１８は、第２の磁石１６から発せられる磁束の方向の変化に基づき第２の従動歯車１３の回転角度βを検出する。具体的には、つぎの通りである。
第１の磁気センサ１７は、第１の従動歯車１２の回転角度αに応じて連続的に変化する２つのアナログ信号である第１の正弦信号および第１の余弦信号を生成する。第１の正弦信号および第１の余弦信号は、第１の従動歯車１２が第１の磁気センサ１７の検出範囲Ωだけ回転したとき、すなわち主動歯車１１が「（ｍ／ｚ）Ω」だけ回転したときに１周期となる。第１の余弦信号の位相は、第１の正弦信号に対して１／４周期だけずれる。第１の磁気センサ１７は、第１の正弦信号および第１の余弦信号に基づく逆正接を演算することにより、第１の磁気センサ１７の検出範囲（１周期）Ωにおける第１の従動歯車１２の回転角度αを求める。
第２の磁気センサ１８は、第２の従動歯車１３の回転角度βに応じて連続的に変化する２つのアナログ信号である第２の正弦信号および第２の余弦信号を生成する。第２の正弦信号および第２の余弦信号は、第２の従動歯車１３が第２の磁気センサ１８の検出範囲Ωだけ回転したとき、すなわち主動歯車１１が「（ｎ／ｚ）Ω」だけ回転したときに１周期となる。第２の余弦信号の位相は、第２の正弦信号に対して１／４周期だけずれる。第２の磁気センサ１８は、第２の正弦信号および第２の余弦信号に基づく逆正接を演算することにより、第２の磁気センサ１８の検出範囲（１周期）Ωにおける第２の従動歯車１３の回転角度βを求める。
主動歯車１１の回転角度θの変化に対して第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βは、図３のグラフに示されるように変化する。図３のグラフにおいて、横軸は主動歯車１１の回転角度θを示す。また、図３のグラフにおいて、縦軸は第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βを示す。
図３のグラフに示されるように、主動歯車１１の回転角度θの変化に伴い第１の従動歯車１２の回転角度αは、歯数ｍに応じて所定の周期で立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す。具体的には、回転角度αは、第１の従動歯車１２が第１の磁気センサ１７の検出範囲Ωだけ回転する毎に、換言すれば主動歯車１１が「ｍΩ／ｚ」だけ回転する毎に、立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す。また、第２の従動歯車１３の回転角度βは、第２の従動歯車１３の歯数ｎに応じて、所定の周期で立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す。具体的には、回転角度βは、第２の従動歯車１３が第２の磁気センサ１８の検出範囲Ωだけ回転する毎に、換言すれば主動歯車１１が「ｎΩ／ｚ」だけ回転する毎に、立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す。
ここでは一例として、主動歯車１１の歯数ｚを「４８」、第１の従動歯車１２の歯数ｍを「２６」、第２の従動歯車１３の歯数ｎを「２４」、第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８の検出範囲Ωを３６０°とした場合について検討する。この場合、第１の従動歯車１２の回転角度αは主動歯車１１が１９５°だけ回転する毎に立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す。また、第２の従動歯車１３の回転角度βは主動歯車１１が１８０°だけ回転する毎に、立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す。
第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８の検出範囲Ωにおける第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βの位相差は、主動歯車１１の回転角度θが所定値に達したときに無くなる。このため、主動歯車１１の３６０°を超える多回転の回転角度θの演算範囲（演算できる範囲）は、第１の従動歯車１２の歯数ｍ、第２の従動歯車１３の歯数ｎ、ならびに主動歯車１１の歯数ｚの比により決まる。主動歯車１１の回転角度θの演算範囲Ｒａは、たとえば次式（Ａ）で表される。
Ｒａ＝ｍｎΩ／ｚ（ｍ−ｎ） …（Ａ）
ただし、「ｍ」は第１の従動歯車１２の歯数、「ｎ」は第２の従動歯車１３の歯数、「ｚ」は主動歯車１１の歯数である。また、「Ω」は第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８の検出範囲である。
ただし、「ｍ」は第１の従動歯車１２の歯数、「ｎ」は第２の従動歯車１３の歯数、「ｚ」は主動歯車１１の歯数である。また、「Ω」は第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８の検出範囲である。
前述と同様に、主動歯車１１の歯数ｚを「４８」、第１の従動歯車１２の歯数ｍを「２６」、第２の従動歯車１３の歯数ｎを「２４」、第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８の検出範囲Ωを３６０°とした場合、主動歯車１１の回転角度θの演算範囲は、２３４０°となる。
図３のグラフでは、主動歯車１１の回転角度θの演算範囲Ｒａの中点を原点（回転角度θ＝０°）としている。ここでは主動歯車１１の回転角度θの演算範囲Ｒａが２３４０°であることから、演算範囲Ｒａの上限値は＋１１７０°、下限値は−１１７０°となる。すなわち、この例では、「−１１７０°〜＋１１７０°」の範囲で主動歯車１１の回転角度θを絶対値で演算することができる。この演算範囲Ｒａは、シャフト１４の６．５回転（±３．２５回転）に相当する。また、主動歯車１１の回転角度θは、シャフト１４が原点である０°を基準として正方向へ回転するときにはプラス方向へ増大し、逆方向へ回転するときにはマイナス方向へ増大する。
マイクロコンピュータ１９は、第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８により検出される第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βを使用して主動歯車１１、ひいてはシャフト１４の３６０°を超える多回転の回転角度θを絶対値で演算する。
つぎに、マイクロコンピュータの構成を詳細に説明する。
図２に示すように、マイクロコンピュータ１９は、傾き調整部２１、差分演算部２２、回転演算部２３、絶対角度演算部２４、および摩耗検出部２５を有している。
図２に示すように、マイクロコンピュータ１９は、傾き調整部２１、差分演算部２２、回転演算部２３、絶対角度演算部２４、および摩耗検出部２５を有している。
傾き調整部２１は、主動歯車１１の回転角度θの変化量に対する第１の従動歯車１２の回転角度αの変化量の比率である第１の傾き、および主動歯車１１の回転角度θの変化量に対する第２の従動歯車１３の回転角度βの変化量の比率である第２の傾きを、これら傾きが同じ値になるように調整する。
図４のグラフに示すように、主動歯車１１の回転角度θの変化に対する傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′の変化を示す第１の波形の傾きと、主動歯車１１の回転角度θの変化に対する傾き調整後の第２の従動歯車１３の回転角度β′の変化を示す第２の波形の傾きとは互いに平行となる。
差分演算部２２は、傾き調整部２１による傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′と第２の従動歯車１３の回転角度β′との差Δαβを演算する。主動歯車１１の回転角度θと差Δαβとの関係は、つぎの通りである。
図５のグラフに示すように、差Δαβの値は、第１の従動歯車１２の回転角度αあるいは傾き調整部２１による傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′が立ち上がりと立ち下がりを繰り返す周期ごとに、主動歯車１１の回転角度θに対して固有の値となる。すなわち、差Δαβの値は、第１の従動歯車１２の回転角度αあるいは傾き調整部２１による傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′の周期数に対して固有の値となる。
また、差Δαβの値は、第２の従動歯車１３の回転角度βあるいは傾き調整部２１による傾き調整後の第２の従動歯車１３の回転角度β′が立ち上がりと立ち下がりを繰り返す周期ごとに、主動歯車１１の回転角度θに対して固有の値となる。すなわち、差Δαβの値は、第２の従動歯車１３の回転角度βあるいは傾き調整部２１による傾き調整後の第２の従動歯車１３の回転角度β′の周期数に対して固有の値となる。
回転演算部２３は、差分演算部２２により演算される差Δαβの値に基づき第１の従動歯車１２の周期数γ１を演算する。周期数γ１とは、第１の磁気センサ１７により生成される第１の正弦信号および第１の余弦信号の何周期目か、すなわち第１の磁気センサ１７の検出範囲（１周期）を何回繰り返しているかを示す整数値をいう。
回転演算部２３は、図示しない記憶装置に格納されるテーブルを参照することにより第１の従動歯車１２の周期数γ１を演算する。
図８に示すように、テーブルＴＢは、３つの項目、すなわち傾き調整後の回転角度α′と回転角度β′との差Δαβの値の後述する許容範囲、差Δαβの理想値、および第１の従動歯車１２の周期数γ１の関係を規定する。図８の例では、分類番号ＴＮ１〜ＴＮ２７で示されるように、主動歯車１１の回転角度θの演算範囲の全域において、第１の磁気センサ１７の検出範囲である３６０°毎に前述の３つの項目が規定されている。
図８に示すように、テーブルＴＢは、３つの項目、すなわち傾き調整後の回転角度α′と回転角度β′との差Δαβの値の後述する許容範囲、差Δαβの理想値、および第１の従動歯車１２の周期数γ１の関係を規定する。図８の例では、分類番号ＴＮ１〜ＴＮ２７で示されるように、主動歯車１１の回転角度θの演算範囲の全域において、第１の磁気センサ１７の検出範囲である３６０°毎に前述の３つの項目が規定されている。
ただし実際には、テーブルＴＢとして、第１の磁気センサ１７の分解能および第１の従動歯車１２の歯数ｍなどに応じて決まる第１の従動歯車１２の回転角度αの最小検出角度（たとえば２°）ごとに、前述の３つの項目を分類番号ＴＮ１〜ＴＮ２７に振り分けて設定したものを採用する。
回転演算部２３は、差分演算部２２により演算される差Δαβの値が属する分類番号ＴＮ１〜ＴＮ２７を判定し、その判定される分類番号に対応する第１の従動歯車１２の周期数γ１を検出する。たとえば、差分演算部２２により演算される差Δαβの値が「−２１６０°」である場合、この差Δαβの値は分類番号ＴＮ７に属するため、第１の従動歯車１２の周期数γ１が「−６」であることが分かる。
絶対角度演算部２４は、第１の磁気センサ１７により検出される第１の従動歯車１２の回転角度αおよび回転演算部２３により演算される第１の従動歯車１２の周期数γ１に基づき、主動歯車１１の回転角度θを絶対角で演算する。主動歯車１１の３６０°を超える多回転の回転角度θは、たとえば次式（Ｂ）に基づき求められる。
θ＝ｍα／ｚ＋（ｍ／ｚ）Ωγ１ …（Ｂ）
ただし、「ｍ」は第１の従動歯車１２の歯数、「ｎ」は第２の従動歯車１３の歯数、「ｚ」は主動歯車１１の歯数である。「Ω」は第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８の検出範囲である。「α」は第１の磁気センサ１７により検出される第１の従動歯車１２の回転角度である。「ｍα／ｚ」は、第１の磁気センサ１７の検出範囲Ωにおける第１の従動歯車１２の回転角度αに対する主動歯車１１の回転角度を示す。
ただし、「ｍ」は第１の従動歯車１２の歯数、「ｎ」は第２の従動歯車１３の歯数、「ｚ」は主動歯車１１の歯数である。「Ω」は第１の磁気センサ１７および第２の磁気センサ１８の検出範囲である。「α」は第１の磁気センサ１７により検出される第１の従動歯車１２の回転角度である。「ｍα／ｚ」は、第１の磁気センサ１７の検出範囲Ωにおける第１の従動歯車１２の回転角度αに対する主動歯車１１の回転角度を示す。
主動歯車１１の実際の回転角度θと、絶対角度演算部２４により演算される主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）との関係は、図６のグラフに示される通りである。
図６のグラフにおいて、横軸は主動歯車１１の実際の回転角度θ、縦軸は絶対角度演算部２４により演算される主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）を示す。図６のグラフに示すように、主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）は、主動歯車１１の実際の回転角度θの変化に伴い直線的に変化する。主動歯車１１の実際の回転角度θと、主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）とが比例関係にあることから、主動歯車１１の実際の回転角度θと主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）とは１対１で対応する。すなわち、主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）、すなわちシャフト１４の絶対回転角度を即時に検出することが可能となる。
図６のグラフにおいて、横軸は主動歯車１１の実際の回転角度θ、縦軸は絶対角度演算部２４により演算される主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）を示す。図６のグラフに示すように、主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）は、主動歯車１１の実際の回転角度θの変化に伴い直線的に変化する。主動歯車１１の実際の回転角度θと、主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）とが比例関係にあることから、主動歯車１１の実際の回転角度θと主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）とは１対１で対応する。すなわち、主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）、すなわちシャフト１４の絶対回転角度を即時に検出することが可能となる。
摩耗検出部２５は、差分演算部２２により演算される傾き調整後の回転角度α′と回転角度β′との差Δαβの値に基づき第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出する。摩耗検出部２５は、差Δαβの値が理想的な差Δαβの値である理想値を基準として定められる許容範囲外の値であるとき、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３に摩耗が発生している旨判定する。
図７のグラフに示すように、差Δαβの許容範囲は、上限値εと下限値−εとで規定される。上限値εは、差Δαβの理想値である「０」を基準とする正の値に設定される。下限値−εは、差Δαβの理想値である「０」を基準とする負の値に設定される。これら上限値εおよび下限値−εは、製品仕様などに応じて許容される摩耗の程度、ひいては回転角度θの検出精度に応じて設定される。
摩耗検出部２５は、傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′と第２の従動歯車１３の回転角度β′との差Δαβの値が、その理想値に対して「±ε」の範囲内の値であるとき、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は摩耗していない旨判定する。摩耗検出部２５は、傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′と第２の従動歯車１３の回転角度β′との差Δαβの値が、その理想値に対して「±ε」の範囲外の値であるとき、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は摩耗している旨判定する。
ちなみに、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出することの技術的な意義はつぎの通りである。
すなわち、回転角検出装置１０では、主動歯車１１に第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３噛み合わせた構成とされている。このため、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３が摩耗した場合、第１の磁気センサ１７により検出される第１の従動歯車１２の回転角度α、および第２の磁気センサ１８により検出される第２の従動歯車１３の回転角度βには、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗の程度に応じた誤差が生じる。したがって、第１の従動歯車１２の回転角度αまたは第２の従動歯車１３の回転角度βに基づき演算される主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）についても、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗に起因する誤差の影響を受けた値となる。このため、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出することが好ましい。
すなわち、回転角検出装置１０では、主動歯車１１に第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３噛み合わせた構成とされている。このため、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３が摩耗した場合、第１の磁気センサ１７により検出される第１の従動歯車１２の回転角度α、および第２の磁気センサ１８により検出される第２の従動歯車１３の回転角度βには、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗の程度に応じた誤差が生じる。したがって、第１の従動歯車１２の回転角度αまたは第２の従動歯車１３の回転角度βに基づき演算される主動歯車１１の回転角度θ（絶対角）についても、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗に起因する誤差の影響を受けた値となる。このため、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出することが好ましい。
たとえば、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗が検出される場合、その旨報知することにより、回転角検出装置１０を修理するなどの何らかの対処を促すことが可能となる。また、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗が検出される場合、主動歯車１１の回転角度θの演算を中止したり、演算される回転角度θを使用しないようにしたりすることによって、回転角検出装置１０の検出信頼性を確保することも可能となる。
＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′と第２の従動歯車１３の回転角度β′との差Δαβの値に基づき、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３が摩耗していることを判定することができる。これはつぎの理由による。すなわち第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βに摩耗に起因する誤差が生じた場合、これら回転角度α，βに基づき演算される傾き調整後の回転角度α′，β′、ひいては回転角度α′と回転角度β′との差Δαβにも、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗の程度に応じた誤差が生じる。したがって、傾き調整後の回転角度α′と回転角度β′との差Δαβの値に基づき、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出することが可能である。
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′と第２の従動歯車１３の回転角度β′との差Δαβの値に基づき、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３が摩耗していることを判定することができる。これはつぎの理由による。すなわち第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βに摩耗に起因する誤差が生じた場合、これら回転角度α，βに基づき演算される傾き調整後の回転角度α′，β′、ひいては回転角度α′と回転角度β′との差Δαβにも、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗の程度に応じた誤差が生じる。したがって、傾き調整後の回転角度α′と回転角度β′との差Δαβの値に基づき、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出することが可能である。
（２）摩耗検出部２５は、差分演算部２２により演算される差Δαβの値が、その差Δαβの理想値を基準として定められる許容範囲外の値であるとき、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３に摩耗が発生している旨判定する。このため、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３に摩耗が発生している旨過剰に判定されることが抑制される。単に差Δαβの値と、その理想値との比較に基づき第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を判定するようにした場合、つぎのようなことが懸念される。すなわち、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の寸法公差などに起因して差Δαβの値が理想値と異なる値になることがあるところ、このような場合であれ第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３に摩耗が発生している旨判定されるおそれがある。また、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗が製品仕様などに応じて許容される程度であることも考えられる。このため、差Δαβの値が、その理想値を基準として定められる許容範囲内の値であるかどうかに基づき第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を判定することが好ましい。
（３）図５のグラフに示されるように、傾き調整後の第１の従動歯車１２の回転角度α′と第２の従動歯車１３の回転角度β′との差Δαβの値は、傾き調整後の回転角度α′，β′が主動歯車１１の回転角度θの変化に対して立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す周期ごとに、主動歯車１１の回転角度θに対して固有の値となる。このため、差Δαβの値は、第１の従動歯車１２の周期数γ１あるいは第２の従動歯車１３の周期数γ２、ひいては主動歯車１１の回転角度θを検出する用途に好適である。また、図５のグラフに示されるように、差Δαβの値は、主動歯車１１の回転角度θの変化に対して矩形波状に変化する。このため、摩耗検出部２５は、差Δαβの値をパターンとして認識しやすくなり、ひいては差Δαβの値とその理想値との比較を行いやすくなる。したがって、差Δαβの値は、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出する用途に好適である。ちなみに、傾き調整前の回転角度α，βの差の値は、たとえば主動歯車１１の回転角度θの変化に対して直線状に変化する。
（４）主動歯車１１、第１の従動歯車１２、および第２の従動歯車１３は、合成樹脂材料により形成されている。このため、歯車の噛合に伴う異音の発生を抑えることができる反面、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３が摩耗しやすい。したがって、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出することが特に要求される。
（５）第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出するための特別な構成を回転角検出装置１０に設ける必要がない。このため、回転角検出装置１０の構成が複雑になることもない。
＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・主動歯車１１、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は、金属材料により形成してもよい。この場合であれ、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は経年変化的に摩耗する。
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・主動歯車１１、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は、金属材料により形成してもよい。この場合であれ、第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３は経年変化的に摩耗する。
・回転演算部２３は、差分演算部２２により演算される差Δαβの値に基づき第２の従動歯車１３の周期数γ２を演算するようにしてもよい。この場合、テーブルＴＢとしては、差Δαβと第２の従動歯車１３の周期数γ２との関係を規定するものを採用する。回転演算部２３により第２の従動歯車１３の周期数γ２が演算される構成が採用される場合、絶対角度演算部２４は、第２の磁気センサ１８により検出される第２の従動歯車１３の回転角度βおよび回転演算部２３により演算される第２の従動歯車１３の周期数γ２に基づき、主動歯車１１の３６０°を超える多回転の回転角度θを絶対値で演算する。このようにしても、主動歯車１１の回転角度θ、すなわちシャフト１４の絶対回転角度を即時に検出することが可能である。
・マイクロコンピュータ１９として、傾き調整部２１を割愛した構成を採用してもよい。第１の磁気センサ１７により検出される第１の従動歯車１２の回転角度αと第２の磁気センサ１８により検出される第２の従動歯車１３の回転角度αとの差の値と、当該差の理想値との比較を通じて第１の従動歯車１２および第２の従動歯車１３の摩耗を検出することも可能である。
・第１の従動歯車１２の回転角度αおよび第２の従動歯車１３の回転角度βは、マイクロコンピュータ１９、具体的には絶対角度演算部２４により演算するようにしてもよい。
・シャフト１４の一例としては、車両の操舵装置において、ステアリングホイールの操作に連動して回転するステアリングシャフト、あるいはラックアンドピニオン機構を構成するピニオンシャフトなどが挙げられる。
・シャフト１４の一例としては、車両の操舵装置において、ステアリングホイールの操作に連動して回転するステアリングシャフト、あるいはラックアンドピニオン機構を構成するピニオンシャフトなどが挙げられる。
１０…回転角検出装置、１１…主動歯車、１２…第１の従動歯車、１３…第２の従動歯車、１４…シャフト（回転検出対象、ステアリングシャフト、ピニオンシャフト）、１７…第１の磁気センサ、１８…第２の磁気センサ、１９…マイクロコンピュータ（演算回路）、２１…傾き調整部、２２…差分演算部、２５…摩耗検出部。
Claims (5)
- 回転検出対象と一体回転する主動歯車と、
前記主動歯車に噛合する歯数の異なる２つの従動歯車と、
前記２つの従動歯車の回転角度を検出する２つのセンサと、
前記２つのセンサを通じて検出される前記２つの従動歯車の回転角度に基づき前記主動歯車の回転角度を演算する演算回路と、を有し、
前記演算回路は、前記２つのセンサを通じて検出される前記２つの従動歯車の回転角度の差を演算する差分演算部と、
前記差分演算部により演算される前記差の値と、前記２つのセンサを通じて検出される前記２つの従動歯車の回転角度の理想的な差である理想値との比較を通じて、前記２つの従動歯車の摩耗を検出する摩耗検出部と、を有している回転角検出装置。 - 前記摩耗検出部は、前記差分演算部により演算される前記差の値が、前記理想値を基準として定められる許容範囲外の値であるとき、前記２つの従動歯車に摩耗が発生していることを検出する請求項１に記載の回転角検出装置。
- 前記演算回路は、前記主動歯車の回転角度の変化量に対する前記２つの従動歯車のいずれか一方の従動歯車の回転角度の変化量である第１の傾きと、前記主動歯車の回転角度の変化量に対する前記２つの従動歯車のいずれか他方の回転角度の変化量である第２の傾きとを同じ傾きに調整する傾き調整部を有し、
前記差分演算部は、前記傾き調整部により傾きが調整された後の前記２つの従動歯車の回転角度の差を演算し、
前記摩耗検出部は、前記差分演算部により演算される前記差の値と、前記傾き調整部により傾きが調整された後の前記２つの従動歯車の回転角度の理想的な差である理想値との比較を通じて、前記２つの従動歯車の摩耗を検出する請求項１または請求項２に記載の回転角検出装置。 - 前記主動歯車、および前記２つの従動歯車は、合成樹脂製である請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記回転検出対象は、車両の操舵装置におけるステアリングシャフトあるいはピニオンシャフトである請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の回転角検出装置。
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