JP5548074B2 - 回転角検出装置 - Google Patents
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Description
請求項1に記載の発明は、回転体に設けられるとともに前記回転体の回転に伴い前記回転体の回転軸を中心に回転する被測定物と、前記回転体の外周に沿って複数設けられ、前記被測定物との間で授受される物理成分に基づき自身を基準とした同被測定物が位置する方向を検出するセンサと、前記複数のセンサのうち、前記被測定物に接近した2つの前記センサが検出した前記被測定物が位置する方向に基づき前記被測定物の回転角を算出する算出部と、を備えたことをその要旨としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の回転角検出装置において、前記被測定物は周囲に磁場を形成する磁石であって、前記センサは前記磁石が形成する磁場の方向に応じた電圧値を出力するMRセンサであることをその要旨としている。
以下、本発明にかかる回転角検出装置を具体化した第1の実施形態について図1〜図5を参照して説明する。本例において、回転角検出装置は、車両のステアリングシャフトの回転角を検出する。
回転角θが120°となると磁石25が第2の磁気センサ12に最も接近する。このとき、磁場方向が第2の磁気センサ12の基準磁場方向と一致して磁場角度Φ2、ひいては第2の磁気センサ12の出力電圧はゼロとなる。回転角θが120°から増大すると、それに応じて第2の磁気センサ12の出力電圧はゼロから増加する。回転角θが240°となると磁石25が第3の磁気センサ13に最も接近して、磁場方向が第3の磁気センサ13の基準磁場方向と一致して磁場角度Φ3、ひいては第3の磁気センサ13の出力電圧はゼロとなる。回転角θが240°から増大すると、それに応じて第3の磁気センサ13の出力電圧はゼロから増加する。以降第1の磁気センサ11と同様にして第2の磁気センサ12及び第3の磁気センサ13は正弦波を出力する。
また、距離a1を斜辺とする直角三角形を考えるとピタゴラスの定理より以下の式が成り立つ。
式(1)から得られるa1を式(2)に代入すると以下のようになる。
式(3)においてSin2θ=1−Cos2θ、Sin2Φ1=1−Cos2Φ1を代入すると以下のようになる。
式(4)においてr2=A、−2RrSin2Φ1=B、R2Sin2Φ1−r2Cos2Φ1=Cと置くと、
(1)第1〜第3の磁気センサ11〜13によって磁場角度Φ1〜Φ3が検出され、この検出結果に基づき磁石25の回転角θがステアリングの絶対位置として算出される。従って、ステアリングシャフト21の外形形状等が回転角θの算出結果に影響を及ぼすことはない。よって、ステアリングシャフト21の製造精度が低い場合であっても、磁石25の回転角θを通じて正確にステアリングシャフト21の回転位置が認識される。
(2)磁石25及び第1〜第3の磁気センサ11〜13の簡易な構成にて回転角θを算出できる。特に、MRセンサである第1〜第3の磁気センサ11〜13から磁石25が形成する磁場の方向(磁場角度Φ1〜Φ3)に応じた電圧値が直接出力されるため、磁場角度の演算等の処理を行う必要がない。
以下、本発明にかかる回転角検出装置を具体化した第2の実施形態について、図6を参照して説明する。この実施形態の回転角検出装置は、磁石に代えて鉄片が設けられる点が上記第1の実施形態と異なっている。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の回転角検出装置は、図1に示す第1の実施形態の回転角検出装置とほぼ同様の構成を備えている。
(4)ステアリングシャフト21には鉄片41が設けられている。よって、ステアリングシャフト21の回転が周囲に存在する金属等との間で働く磁力により阻害されることが抑制される。
・第1の実施形態においては、ステアリングシャフト21の回転軸周辺には金属製の芯部22が形成されていたが、これを省略してもよい。この場合、ステアリングシャフト21は樹脂で形成される。
・第1及び第2の実施形態においては、磁気センサは3つ設けられていたが、磁気センサの数は複数であればいくつであってもよい。例えば、磁気センサが2つで構成される場合には、両磁気センサにおいて磁場を受けることができない一定角度が存在しないように配置する。具体的には、第1の実施形態においては、芯部22を省略するとともに、ステアリングシャフト21を透磁性の高い材料で形成することが好ましい。また、磁気センサを4つ以上設けることで、回転角θの算出精度が向上する。
センサ及び被測定物間で授受される物理成分は光となる。
(イ)請求項1〜3の何れか一項に記載の回転角検出装置において、前記センサは前記回転体の回転軸を中心として120°間隔で3つ配置される回転角検出装置。
同構成によれば、回転体において磁石が設けられる部位は磁力を通過させる透磁材で形成される。よって、回転体によって磁石が形成する磁場が阻害されることが抑制される。
Claims (3)
- 回転体に設けられるとともに前記回転体の回転に伴い前記回転体の回転軸を中心に回転する被測定物と、
前記回転体の外周に沿って複数設けられ、前記被測定物との間で授受される物理成分に基づき自身を基準とした同被測定物が位置する方向を検出するセンサと、
前記複数のセンサのうち、前記被測定物に接近した2つの前記センサが検出した前記被測定物が位置する方向に基づき前記被測定物の回転角を算出する算出部と、を備えた回転角検出装置。 - 請求項1に記載の回転角検出装置において、
前記被測定物は周囲に磁場を形成する磁石であって、
前記センサは前記磁石が形成する磁場の方向に応じた電圧値を出力するMRセンサである回転角検出装置。 - 請求項1に記載の回転角検出装置において、
前記被測定物は磁性体であって、
前記センサにおける前記回転体と反対側に設けられる磁石を備え、
前記センサは前記磁石から前記磁性体への磁場の方向に応じた電圧値を出力するMRセンサである回転角検出装置。
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