特許 6473951 回転角度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6473951

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】回転角度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/30 20060101AFI20190218BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/30 H

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-86446(P2015-86446)

(22)【出願日】2015年4月21日

(65)【公開番号】特開2016-205948(P2016-205948A)

(43)【公開日】2016年12月8日

【審査請求日】2017年11月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(72)【発明者】

【氏名】岡田 憲人

(72)【発明者】

【氏名】奥村 博文

(72)【発明者】

【氏名】小池 文人

(72)【発明者】

【氏名】渡部 宏一

(72)【発明者】

【氏名】高原 久直

【審査官】 八木 智規

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００２−５３１８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３４５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／４０５３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

Ｂ６２Ｄ ５／００− ５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検出回転体の回転に伴って回転する主動歯車と、
該主動歯車に連動して回転する複数の従動歯車と、
該複数の従動歯車のそれぞれに対応して回転角度を検出する複数のセンサと、
該複数のセンサからの出力信号に基づいて前記主動歯車の回転角度を算出する処理部と、
を備え、前記被検出回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
前記従動歯車は、第１従動歯車、第２従動歯車及び第３従動歯車を有し、
前記センサは、前記第１従動歯車、前記第２従動歯車及び前記第３従動歯車のそれぞれに対応した第１センサ、第２センサ及び第３センサを有し、
該第１センサ、該第２センサ及び該第３センサは、それぞれ異なる出力波形の前記出力信号を出力し、
前記処理部は、前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサからの３つの前記出力信号の組合せから前記主動歯車の前記回転角度を算出し、
前記第１従動歯車、前記第２従動歯車及び前記第３従動歯車にそれぞれに対応した磁石である第１磁石、第２磁石及び第３磁石を有し、
前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサは、磁気を検知する磁気検出素子を備えた磁気検出センサであり、
前記第１センサは前記第１磁石の磁界を、前記第２センサは前記第２磁石の磁界を、前記第３センサは前記第３磁石の磁界を、それぞれ検知し、
前記第１従動歯車の回転に連動して前記第１センサと前記第１磁石のいずれか一方が回転し、
前記第２従動歯車の回転に連動して前記第２センサと前記第２磁石のいずれか一方が回転し、
前記第３従動歯車の回転に連動して前記第３センサと前記第３磁石のいずれか一方が回転し、
前記第１センサと前記第３センサとは、同じ出力特性の前記磁気検出素子であり、前記第１センサと前記第３センサとにおける前記磁気検出素子と前記処理部との接続が異なることを特徴とする回転角度検出装置。

【請求項2】

前記主動歯車は、歯数の異なる第１ギア部と第２ギア部とを有し、
前記第１従動歯車及び前記第３従動歯車が前記第１ギア部に噛合し、前記第２従動歯車が前記第２ギア部に噛合し、
前記第１センサと前記第３センサとは、互いに異なる出力波形の前記出力信号を出力し、
前記処理部は、前記第１センサからの前記出力信号と前記第２センサからの前記出力信号とを組合せ、前記第２センサからの前記出力信号と前記第３センサからの前記出力信号とを組合せ、前記第３センサからの前記出力信号と前記第１センサからの前記出力信号とを組合せて、前記主動歯車の前記回転角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。

【請求項3】

前記第１ギア部と前記第２ギア部は、それぞれ同心円上に設けられており、
前記第１ギア部は、前記第２ギア部より中心側に設けられてい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。

【請求項4】

前記処理部の処理結果から不具合箇所の有無を判断する判断部を有し、
該判断部は、不具合箇所があった場合に不具合箇所を特定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転角度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば車両のステアリング軸等の被検出回転体の回転角度を検出するための回転角度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車等の車両では、車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステムが搭載されている。そして、これらシステムでは、ステアリングの操舵角を車両の姿勢情報の一つとして取得し、その姿勢情報に基づいて車両の姿勢が安定的な状態になるように制御するようにしている。このため、ステアリング軸には、軸の回転角度を検出するための回転角度検出装置が取り付けられている。

【0003】

このような回転角度検出装置として、特許文献１では、高精度の測定が可能な回転角度検出装置９０１が提案されている。図１１は、回転角度検出装置９０１の概略図である。図１１に示す回転角度検出装置９０１は、ステアリングシャフト（ステアリング軸）と一体的に回転するメイン歯車９０３と、そのメイン歯車９０３に噛合されてメイン歯車９０３の回転に伴い回転する２つのセンサ歯車９０４ａ，９０４ｂと、そのセンサ歯車９０４ａ，９０４ｂにそれぞれ搭載された磁気強度の異なる磁石９０５ａ，９０５ｂと、その磁石９０５ａ，９０５ｂの磁束の角度を検出するための磁気センサ９０６と、から構成されている。また、磁気センサ９０６は、磁石９０５ａ，９０５ｂの磁束の角度を検知するセンサ部９０７ａ，９０７ｂと、検出された磁束の角度に基づいて回転角度を演算する演算装置９０８と、を有している。そして、磁気センサ９０６の演算装置９０８が、２つのセンサ歯車９０４ａ，９０４ｂの回転角度からメイン歯車９０３の絶対的な回転角度（絶対回転角度）を算出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−８３７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来例の構成では、センサ部（９０７ａ、９０７ｂ）若しくはセンサ歯車（９０４ａ、９０４ｂ）に異常が生じた場合には、絶対回転角度にくるいが生じ、この回転角度検出装置９０１から得られた絶対回転角度の情報を用いて、各種の制御を行う場合に問題が生じるという課題があった。また、昨今では、不具合が生じた場合に、不具合の有無は分かるが、いずれの箇所での不具合かが分からないので、不具合の箇所が分かるようにして欲しいという要望も増してきた。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するもので、不具合が発生した検出箇所を特定でき確実に回転角度が検出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】

【0007】

この課題を解決するために、本発明の回転角度検出装置は、被検出回転体の回転に伴って回転する主動歯車と、該主動歯車に連動して回転する複数の従動歯車と、該複数の従動歯車のそれぞれに対応して回転角度を検出する複数のセンサと、該複数のセンサからの出力信号に基づいて前記主動歯車の回転角度を算出する処理部と、を備え、前記被検出回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、前記従動歯車は、第１従動歯車、第２従動歯車及び第３従動歯車を有し、前記センサは、前記第１従動歯車、前記第２従動歯車及び前記第３従動歯車のそれぞれに対応した第１センサ、第２センサ及び第３センサを有し、該第１センサ、該第２センサ及び該第３センサは、それぞれ異なる出力波形の前記出力信号を出力し、前記処理部は、前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサからの３つの前記出力信号の組合せから前記主動歯車の前記回転角度を算出し、前記第１従動歯車、前記第２従動歯車及び前記第３従動歯車にそれぞれに対応した磁石である第１磁石、第２磁石及び第３磁石を有し、前記第１センサ、前記第２センサ及び前記第３センサは、磁気を検知する磁気検出素子を備えた磁気検出センサであり、前記第１センサは前記第１磁石の磁界を、前記第２センサは前記第２磁石の磁界を、前記第３センサは前記第３磁石の磁界を、それぞれ検知し、前記第１従動歯車の回転に連動して前記第１センサと前記第１磁石のいずれか一方が回転し、前記第２従動歯車の回転に連動して前記第２センサと前記第２磁石のいずれか一方が回転し、前記第３従動歯車の回転に連動して前記第３センサと前記第３磁石のいずれか一方が回転し、前記第１センサと前記第３センサとは、同じ出力特性の前記磁気検出素子であり、前記第１センサと前記第３センサとにおける前記磁気検出素子と前記処理部との接続が異なることを特徴としている。

【0008】

これによれば、本発明の回転角度検出装置は、３つのセンサ（第１センサ、第２センサ、第３センサ）で検出する系統の内の１つ、例えば第１センサの系統に不具合が発生した場合でも、第２センサと第３センサの出力信号から主動歯車の回転角度を算出することができる。一方、第２センサと第３センサの出力信号の組合せから算出した回転角度のみが正常なこと、すなわち第１センサが関係する出力信号の組合せから算出した（２つの）回転角度に異常があることから、第１センサの系統に不具合が発生したことが分かる。これらのことにより、検出箇所（検出する系統）の不具合が特定できるとともに、３つのセンサ（第１センサ、第２センサ、第３センサ）の系統のいずれか１つに不具合が発生した場合でも、確実に回転角度を検出することができる。

【0009】

また、本発明の回転角度検出装置は、前記主動歯車が歯数の異なる第１ギア部と第２ギア部とを有し、前記第１従動歯車及び前記第３従動歯車が前記第１ギア部に噛合し、前記第２従動歯車が前記第２ギア部に噛合し、前記第１センサと前記第３センサとは、互いに異なる出力波形の前記出力信号を出力し、前記処理部が、前記第１センサからの前記出力信号と前記第２センサからの前記出力信号とを組合せ、前記第２センサからの前記出力信号と前記第３センサからの前記出力信号とを組合せ、前記第３センサからの前記出力信号と前記第１センサからの前記出力信号とを組合せて、前記主動歯車の前記回転角度を算出することを特徴としている。

【0010】

これによれば、第１センサ、第２センサ及び第３センサがそれぞれ異なる出力波形の出力信号を出力し、第１センサと第２センサの組合せの出力信号と、第２センサと第３センサの組合せの出力信号と、第３センサと第１センサの組合せの出力信号と、をそれぞれ異ならせることができる。このため、３つのセンサ（第１センサ、第２センサ、第３センサ）で検出する系統の内の１つに不具合が発生した場合でも、残りの２つのセンサで検出する系統の出力信号が１つの組合せとして残るので、処理部は、残った出力信号から主動歯車の回転角度を算出することができる。しかも、異常が見られた他の２つの組合せに共通するセンサの系統が、不具合が発生したセンサの系統として特定することができる。これらのことにより、検出箇所（検出する系統）の不具合が確実に特定できるとともに、３つのセンサ（第１センサ、第２センサ、第３センサ）の系統のいずれか１つに不具合が発生した場合でも、より確実に回転角度を検出することができる。

【0011】

また、本発明の回転角度検出装置は、前記第１ギア部と前記第２ギア部がそれぞれ同心円上に設けられており、前記第１ギア部が前記第２ギア部より中心側に設けられていることを特徴としている。

【0012】

これによれば、第１従動歯車及び第３従動歯車が第２従動歯車より主動歯車の中心側に配設されることとなる。このため、外径が小さくてより強度が保てる第１ギア部の方に、より多くの従動歯車（第１従動歯車及び第３従動歯車）を配設するとともに、外側からの物理的な影響を受け易い第２ギア部の方に、より少ない従動歯車（第２従動歯車）を配設している。このことにより、回転角度検出装置の信頼性を高めることができる。

【0015】

また、本発明の回転角度検出装置は、前記処理部の処理結果から不具合箇所の有無を判断する判断部を有し、該判断部が不具合箇所があった場合に不具合箇所を特定することを特徴としている。

【0016】

これによれば、算出した主動歯車の回転角度を出力するのみでなく、例えば不具合が発生した系統の情報等の情報信号を出力することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明の回転角度検出装置は、３つのセンサ（第１センサ、第２センサ、第３センサ）で検出する系統の内の１つ、例えば第１センサの系統に不具合が発生した場合でも、第２センサと第３センサの出力信号から主動歯車の回転角度を算出することができる。一方、第２センサと第３センサの出力信号の組合せから算出した回転角度のみが正常なこと、すなわち第１センサが関係する出力信号の組合せから算出した（２つの）回転角度に異常があることから、第１センサの系統に不具合が発生したことが分かる。これらのことにより、検出箇所（検出する系統）の不具合が特定できるとともに、３つのセンサ（第１センサ、第２センサ、第３センサ）の系統のいずれか１つに不具合が発生した場合でも、確実に回転角度を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態の回転角度検出装置を説明する斜視図である。

【図2】本発明の第１実施形態の回転角度検出装置を説明する分解斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態の回転角度検出装置を説明する図であって、図２に示す上ケース及び下ケースを省略した部分の分解斜視図である。

【図4】本発明の第１実施形態の回転角度検出装置を説明する図であって、図１に示す上ケースを省略してＺ１側から見た上面図である。

【図5】本発明の第１実施形態の回転角度検出装置を説明する図であって、主動歯車、従動歯車、磁石及びセンサの分解斜視図である。

【図6】本発明の第１実施形態の回転角度検出装置を説明する図であって、図３に示す回路基板をＺ１側から見た上面図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係わる回転角度検出装置のセンサ及び処理部を説明する図であって、各センサからの各出力信号と処理部との接続状態を示した模式図である。

【図8】本発明の第１実施形態に係わる回転角度検出装置のセンサ及び処理部を説明する図であって、各センサからの出力波形を処理部で処理した後の出力波形の一例を示したグラフである。

【図9】本発明の第１実施形態に係わる回転角度検出装置のセンサ及び処理部を説明する図であって、図８に示す出力波形を組み合わせて重ねたグラフである。

【図10】本発明の第１実施形態に係わる回転角度検出装置のセンサ及び処理部を説明する図であって、図８に示す出力波形を組み合わせて算出した絶対的な回転角度を示したグラフである。

【図11】従来例の回転角度検出装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0020】

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の回転角度検出装置１０１を説明する斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態の回転角度検出装置１０１を説明する分解斜視図である。図３は、図２に示す上ケース１８及び下ケース５８を除いた部分の分解斜視図である。図４は、図１に示す上ケース１８を省略してＺ１側から見た上面図である。図５は、主動歯車１、従動歯車２、磁石３及びセンサ４の分解斜視図である。

【0021】

本発明の第１実施形態の回転角度検出装置１０１は、図１に示すような長方形状と円筒形状を組み合わせた箱状の外観を呈し、図３及び図４に示すように、被検出回転体（図示していない）の回転に伴って回転する主動歯車１と、主動歯車１に連動して回転する複数の従動歯車２（具体的には３つの第１従動歯車１２、第２従動歯車２２及び第３従動歯車３２）と、図５に示すように、複数の従動歯車２のそれぞれに対応した複数の磁石３（具体的には３つの第１磁石１３、第２磁石２３及び第３磁石３３）と、複数の従動歯車２のそれぞれに対応して回転角度を検出する複数のセンサ４（具体的には３つの第１センサ１４、第２センサ２４及び第３センサ３４）と、図６に示すように、複数のセンサ４からの出力信号に基づいて主動歯車１の回転角度を算出する処理部５と、処理部５の処理結果から不具合箇所の有無を判断する判断部６と、を備えて、主に構成されている。

【0022】

他に、本発明の第１実施形態では、回転角度検出装置１０１は、図２に示すように、主動歯車１や従動歯車２等を収容する上ケース１８及び下ケース５８と、複数のセンサ４や処理部５等が配設される回路基板１９と、外部機器との接続のためのコネクタＣＮと、を有している。そして、回転角度検出装置１０１は、図示していない被検出回転体が主動歯車１と係合され、被検出回転体の回転に伴って回転する主動歯車１の回転角度を検出することにより、被検出回転体の回転角度が検出できるようになっている。なお、被検出回転体とは、例えば車両の場合には、ステアリング軸等がある。

【0023】

次に、回転角度検出装置１０１の各構成部品について詳細に説明する。

【0024】

先ず、回転角度検出装置１０１の主動歯車１について説明する。主動歯車１は、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ、polyoxymethylene）等の合成樹脂を用いて射出成形されて作製されており、図３に示すように、円筒形状に作製されている。また、主動歯車１は、中央に被検出回転体が挿通される貫通孔１ｈと、筒状に形成された筒部５１と、筒部５１の外周面側に形成され複数の歯を有した第１ギア部１１及び第２ギア部２１と、筒部５１の内周面側に形成された係合部（詳細な図示はしていない）と、を有して構成されている。そして、回転角度検出装置１０１が組み立てられた際には、主動歯車１は、上ケース１８と下ケース５８とで挟持されるとともに、係合部で係合された被検出回転体の回転に伴って自身が回転可能に上ケース１８及び下ケース５に支持されている。

【0025】

主動歯車１の第１ギア部１１及び第２ギア部２１は、図３に示すように、同心円上にそれぞれ設けられており、第１ギア部１１が第２ギア部２１より中心側に設けられている。そして、第１ギア部１１の歯数と第２ギア部２１の歯数とが異なるように形成されている。

【0026】

次に、回転角度検出装置１０１の従動歯車２について説明する。従動歯車２は、図３ないし図５に示すように、第１ギア部１１に噛合している第１従動歯車１２と、第２ギア部２１に噛合している第２従動歯車２２と（図４を参照）、第１ギア部１１に噛合している第３従動歯車３２と、の３つから構成されており、主動歯車１と同様に、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ、polyoxymethylene）等の合成樹脂を用いて射出成形されて作製されている。そして、従動歯車２は、主動歯車１の回転に連動して回転するようになっている。なお、本発明の第１実施形態では、外径が小さくてより強度が保てる第１ギア部１１と係合する従動歯車２の個数を、外側からの物理的な影響を受け易い第２ギア部２１と係合する従動歯車２の個数を、よりも多くしている。具体的には、第１ギア部１１には、２個の従動歯車２（第１従動歯車１２及び第３従動歯車３２）を係合させ、第２ギア部２１には、１個の従動歯車２（第２従動歯車２２）を係合させている。

【0027】

また、従動歯車２は、図３及び図５に示すように、円筒形状に作製されており、中央に上ケース１８の軸部１８ｊ（後述する、図２を参照）が挿通される軸受け穴２ｈと、筒状に形成された筒状部２ｔと、筒状部２ｔの外周面側に形成された複数の歯と、筒状部２ｔの内周面側に設けられた収容部２ｓと、を有して構成されている。そして、回転角度検出装置１０１が組み立てられた際には、従動歯車２は、上ケース１８の軸部１８ｊが軸受け穴２ｈに挿通されるとともに、それぞれの複数の歯が主動歯車１の第１ギア部１１または第２ギア部２１と係合され、主動歯車１の回転に伴って自身が回転可能に上ケース１８に支持される。なお、本発明の第１実施形態では、第１従動歯車１２、第２従動歯車２２及び第３従動歯車３２が同じ歯数の歯車であり、図３及び図５に示すように、第１従動歯車１２と第３従動歯車３２とは同じ外形形状なので、部品を共通化でき、回転角度検出装置１０１を容易に且つ安く作製することができる。なお、従動歯車２のそれぞれの歯数を必ずしも同じにする必要はなく、異なる歯数としても良い。

【0028】

次に、回転角度検出装置１０１の磁石３について説明する。磁石３は、ネオジウム磁石等の永久磁石からなり、図５に示すように、矩形のリング状に形成され、３つの従動歯車２のそれぞれ対応して３つ設けられている。つまり、磁石３は、第１従動歯車１２に対応した第１磁石１３と、第２従動歯車２２に対応した第２磁石２３と、第３従動歯車３２に対応した第３磁石３３と、から構成されている。また、３つ磁石３（第１磁石１３、第２磁石２３、第３磁石３３）は、第１従動歯車１２、第２従動歯車２２及び第３従動歯車３２のそれぞれの収容部２ｓ（図３を参照）に収容されて、第１従動歯車１２、第２従動歯車２２及び第３従動歯車３２の回転に連動して回転するようになっている。なお、磁石３の着滋は、リング形状を平面視して、Ｎ極／Ｓ極の２極で等分に行われている。

【0029】

次に、回転角度検出装置１０１のセンサ４及び処理部５について説明する。図６は、図３に示す回路基板１９をＺ１側から見た上面図である。図７は、センサ４及び処理部５を説明する図であって、図７（ａ）は、第１センサ１４からの各出力信号と処理部５との接続状態を示した模式図であり、図７（ｂ）は、第２センサ２４からの各出力信号と処理部５との接続状態を示した模式図であり、図７（ｃ）は、第３センサ３４からの各出力信号と処理部５との接続状態を示した模式図である。図８は、センサ４及び処理部５を説明する図であって、図８（ａ）は、第１センサ１４からの出力波形を処理部５で処理した後の出力波形の一例を示したグラフであり、図８（ｂ）は、第２センサ２４からの出力波形を処理部５で処理した後の出力波形の一例を示したグラフであり、図８（ｃ）は、第３センサ３４からの出力波形を処理部５で処理した後の出力波形の一例を示したグラフである。図９は、センサ４及び処理部５を説明する図であって、図９（ａ）は、図８（ａ）と図８（ｂ）に示す出力波形を組み合わせて重ねたグラフであり、図９（ｂ）は、図８（ｂ）と図８（ｃ）に示す出力波形を組み合わせて重ねたグラフであり、図９（ｃ）は、図８（ａ）と図８（ｃ）に示す出力波形を組み合わせて重ねたグラフである。なお、図８ないし図１０に示す横軸は、主動歯車１の回転角度を示し、図８及び図９に示す縦軸は、各従動歯車２（第１従動歯車１２、第２従動歯車２２、第３従動歯車３２）の回転角度を示し、図１０に示す縦軸は、処理部５からの出力値（絶対的な回転角度）を示している。ここでの出力値とは、被検出回転体が例えば車両の場合には、ステアリング軸等の絶対的な回転角度（絶対角）を示しており、ステアリング軸等が中立位置にある場合を“０”として、右側に回転した回転角度を“＋”とし、左側に回転した回転角度を“−”としている。

【0030】

先ず、回転角度検出装置１０１のセンサ４は、磁気を検知する巨大磁気抵抗効果を用いた磁気検出素子（所謂ＧＭＲ(Giant Magneto Resistive)素子）の磁気検出センサであり、図５に示すように、３つの従動歯車２（第１従動歯車１２、第２従動歯車２２、第３従動歯車３２）のそれぞれに対応して３つ設けられている。つまり、センサ４は、第１従動歯車１２（第１磁石１３）に対応した第１センサ１４と、第２従動歯車２２（第２磁石２３）に対応した第２センサ２４と、第３従動歯車３２（第３磁石３３）に対応した第３センサ３４と、から構成されている。

【0031】

また、３つのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４、第３センサ３４）は、複数のセンサ素子をシリコン基板に作製し、チップ化して個片化し、熱硬化性の合成樹脂でパッケージングして作製されており、図６に示すように、それぞれ３つの従動歯車２に対応した位置で回路基板１９に搭載されている。そして、第１センサ１４は、第１従動歯車１２と連動して回転する第１磁石１３の磁界を検知し、第２センサ２４は、第２従動歯車２２と連動して回転する第２磁石２３の磁界を検知し、第３センサ３４は、第３従動歯車３２と連動して回転する第３磁石３３の磁界を検知している。つまり、それぞれのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４、第３センサ３４）は、それぞれの磁石３（第１磁石１３、第２磁石２３、第３磁石３３）の磁界の変化量を検出している。これにより、主動歯車１の第１ギア部１１に噛合した第１従動歯車１２及び第３従動歯車３２に対応した第１センサ１４及び第３センサ３４と、主動歯車１の第２ギア部２１に噛合した第２従動歯車２２に対応した第２センサ２４と、は、位相の異なる出力波形の出力信号を出力するようになる。

【0032】

また、３つのセンサ４は、詳細な図示はしていないが、感磁方向が異なった４つのセンサ素子を組み合わせてブリッジ回路とし、このブリッジ回路を２つ設けて磁気検出素子を構成している。そして、３つのセンサ４は、図７に示すように、４つの波形信号（図７に示す “＋ＳＩＮ”、“＋ＣＯＳ”、“−ＳＩＮ”、“−ＣＯＳ”）を出力する同じ出力特性を有している。

【0033】

また、第１センサ１４及び第２センサ２４は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、それぞれの４つの波形信号を処理部５における信号処理の入力ライン（図７に示す“Ｌ１”、“Ｌ２”、“Ｌ３”、“Ｌ４”）が同じになるように接続している。具体的には、“＋ＳＩＮ”の波形信号が“Ｌ１”の入力ラインに、“＋ＣＯＳ”の波形信号が“Ｌ２”の入力ラインに、“−ＳＩＮ”の波形信号が“Ｌ３”の入力ラインに、“−ＣＯＳ”の波形信号が“Ｌ４”の入力ラインに、接続している。

【0034】

一方、第３センサ３４は、図７（ｃ）に示すように、それぞれの４つの波形信号と信号処理の入力ラインとが第１センサ１４（第２センサ２４）と異なるような組み合わせで接続してる。具体的には、“＋ＳＩＮ”の波形信号が“Ｌ２”の入力ラインに、“＋ＣＯＳ”の波形信号が“Ｌ１”の入力ラインに、“−ＳＩＮ”の波形信号が“Ｌ４”の入力ラインに、“−ＣＯＳ”の波形信号が“Ｌ３”の入力ラインに、接続している。これにより、同じ出力特性の磁気検出素子を有する第１センサ１４と第３センサ３４で有りながら、出力波形の周期を異ならせることができる。なお、本発明の第１実施形態では、３つのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４、第３センサ３４）は、同じセンサ素子を有したセンサ部品を用いているので、部品の共通化が図れ、回転角度検出装置１０１を安く作製することができる。

【0035】

以上のことから、主動歯車１の第１ギア部１１に噛合した第１従動歯車１２及び第３従動歯車３２に対応して出力波形の異なる第１センサ１４と第３センサ３４とを配設し、主動歯車１の第２ギア部２１に噛合した第２従動歯車２２に対応して第２センサ２４を配設したので、第１センサ１４、第２センサ２４及び第３センサ３４がそれぞれ異なる出力波形の出力信号を出力し、第１センサ１４と第２センサ２４の組合せの出力信号と、第２センサ２４と第３センサ３４の組合せの出力信号と、第３センサ３４と第１センサ１４の組合せの出力信号と、をそれぞれ異ならせることができる。

【0036】

次に、回転角度検出装置１０１の処理部５は、集積回路（ＩＣ、integrated circuit）を用いて構成されており、図６に示すように、回路基板１９に搭載されている。そして、処理部５は、複数のセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４、第３センサ３４）からの出力波形の出力信号を処理して、主動歯車１の回転角度を算出している。

【0037】

例えば、処理部５は、第１センサ１４からの出力波形を処理して図８（ａ）に示すような第１従動歯車１２の回転角度の出力波形を出力し、第２センサ２４からの出力波形を処理して図８（ｂ）に示すような第２従動歯車２２の回転角度の出力波形を出力し、第３センサ３４からの出力波形を処理して図８（ｃ）に示すような第３従動歯車３２の回転角度の出力波形を出力している。これにより、第１センサ１４からの回転角度の出力波形と第２センサ２４からの回転角度の出力波形とは、図９（ａ）に示すように、位相が異なった出力波形となっている。一方、第２センサ２４からの回転角度の出力波形と第３センサ３４からの回転角度の出力波形とは、図９（ｂ）に示すように、位相が異なった出力波形となっており、第３センサ３４からの回転角度の出力波形と第１センサ１４からの回転角度の出力波形とは、図９（ｃ）に示すように、位相も周期も異なった出力波形となっている。

【0038】

そして、処理部５は、第１センサ１４からの出力信号と第２センサ２４からの出力信号とを組合せて、図１０（ａ）に示すような主動歯車１の回転角度を算出して、被検出回転体の絶対的な回転角度として出力している。また、同様にして、処理部５は、第２センサ２４からの出力信号と第３センサ３４からの出力信号とを組合せて、図１０（ｂ）に示すような主動歯車１の回転角度を算出して、被検出回転体の絶対的な回転角度として出力し、第３センサ３４からの出力信号と第１センサ１４からの出力信号とを組合せて、図１０（ｃ）に示すような主動歯車１の回転角度を算出して、被検出回転体の絶対的な回転角度として出力している。以上の結果として得られる３つの算出された出力値は、図１０に示すように、同じ出力値となっている。

【0039】

これにより、３つのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４、第３センサ３４）で検出する系統の内の１つ、例えば第１センサ１４の系統に不具合が発生した場合でも、第２センサ２４と第３センサ３４の出力信号から主動歯車１の回転角度を算出することができる（図１０（ｂ）を参照）。同様にして、例えば第２センサ２４の系統に不具合が発生した場合でも、第１センサ１４と第３センサ３４の出力信号から主動歯車１の回転角度を算出することがで（図１０（ｃ）を参照）、例えば第３センサ３４の系統に不具合が発生した場合でも、第１センサ１４と第２センサ２４の出力信号から主動歯車１の回転角度を算出することができる（図１０（ａ）を参照）。なお、各センサ４からの出力信号が異常値かどうかは、信号強度で比較し、例えば、ある閾値以上の差がある場合には異常であると容易に判断することができる。また、“検出する系統”としているのは、回転角度を検出するために関連する部分、例えば磁石３やセンサ４、従動歯車２や配線等を含んでいるためである。

【0040】

次に、回転角度検出装置１０１の判断部６は、処理部５と同様にして、集積回路（ＩＣ、integrated circuit）を用いて構成されており、図６に示すように、熱硬化性の合成樹脂で処理部５と一緒にパッケージングされて、回路基板１９に搭載されている。なお、本発明の第１実施形態では、処理部５と一緒にパッケージングされているが、この形態に限るものではなく、例えば別にパッケージングされて回路基板１９に搭載されていても良いし、例えば回転角度検出装置１０１が接続される外部機器の集積回路（ＩＣ）に設けられていても良い。

【0041】

そして、判断部６は、処理部５の処理結果から不具合箇所の有無を判断するとともに、不具合箇所があった場合には、不具合箇所を特定している。例えば、第１センサ１４の系統に不具合が発生した場合では、第２センサ２４と第３センサ３４の出力信号の組合せから算出した回転角度のみが正常なこと、すなわち第１センサ１４が関係する出力信号の組合せから算出した（２つの）回転角度に異常があることが分かり、第１センサ１４の系統に不具合が発生したことが分かる。このことにより、検出箇所（検出する系統）の不具合が特定できる。このように、処理部５からの処理信号を判断する判断部６を有しているので、算出した主動歯車１の回転角度を出力するのみでなく、不具合が発生した系統の情報等の情報信号を出力することができる。なお、不具合の有無の識別方法としては、様々な方法を選択することができるが、例えば、『算出した３種類の回転角度に、ある閾値以上の差がある場合には不具合があると判断する』と云った方法が考えられる。

【0042】

次に、回転角度検出装置１０１の上ケース１８及び下ケース５８について説明する。上ケース１８及び下ケース５８は、図１に示すような外観を形成しており、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、Polyethylene terephthalate）樹脂等の合成樹脂を用いて射出成形されて作製されている。また、上ケース１８及び下ケース５８は、図２に示すように、箱状形状をしており、主動歯車１、従動歯車２、回路基板１９等を収容している。そして、回転角度検出装置１０１が組み立てられた際には、上ケース１８と下ケース５８とで主動歯車１を挟持するとともに、主動歯車１を回転可能に支持している。

【0043】

上ケース１８には、図２に示すように、下ケース５８側に向けて突出した軸部１８ｊが３つ形成されており、この軸部１８ｊが３つの従動歯車２（第１従動歯車１２、第２従動歯車２２、第３従動歯車３２）のそれぞれに形成された軸受け穴２ｈに挿通されて従動歯車２を回転可能に支持している。また、上ケース１８には、図２に示すように、下ケース５８側に向けて突出した円筒形状の固定部１８ｒが４つ形成されており、この固定部１８ｒに図２に示すねじＮＪが係合されることにより、上ケース１８に回路基板１９が固定される。

【0044】

次に、回転角度検出装置１０１の回路基板１９について説明する。回路基板１９は、所謂、両面のプリント配線板(ＰＷＢ、printed wiring board)を用いており、詳細な図示はしていないが、両面に所定の配線パターンが形成されている。そして、回路基板１９には、図６に示すように、３つのセンサ４、処理部５及び判断部６、コネクタＣＮが搭載されている。

【0045】

最後に、回転角度検出装置１０１のコネクタＣＮについて説明する。コネクタＣＮは、Ｌ字形状のピン端子を６個備えて構成されており、回路基板１９にはんだ付けされて、回路基板１９の配線パターンと電気的に接続されている。そして、コネクタＣＮは、回転角度検出装置１０１が接続される外部機器との電気的接続を可能にしている。

【0046】

以上のように構成された本発明の第１実施形態の回転角度検出装置１０１における、効果について、以下に纏めて説明する。

【0047】

本発明の第１実施形態の回転角度検出装置１０１は、処理部５が第１センサ１４、第２センサ２４及び第３センサ３４からの３つの出力信号から主動歯車１の回転角度を算出する構成なので、３つのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４及び第３センサ３４）で検出する系統の内の１つ、例えば第１センサ１４の系統に不具合が発生した場合でも、第２センサ２４と第３センサ３４の出力信号から主動歯車１の回転角度を算出することができる。一方、第２センサ２４と第３センサ３４の出力信号の組合せから算出した回転角度のみが正常なこと、すなわち第１センサ１４が関係する出力信号の組合せから算出した（２つの）回転角度に異常があることから、第１センサ１４の系統に不具合が発生したことが分かる。これらのことにより、検出箇所（検出する系統）の不具合が特定できるとともに、３つのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４及び第３センサ３４）の系統のいずれか１つに不具合が発生した場合でも、確実に回転角度を検出することができる。

【0048】

また、主動歯車１の第１ギア部１１に噛合した第１従動歯車１２及び第３従動歯車３２に対応して出力波形の異なる第１センサ１４と第３センサ３４とを配設し、主動歯車１の第２ギア部２１に噛合した第２従動歯車２２に対応して第２センサ２４を配設したので、第１センサ１４、第２センサ２４及び第３センサ３４がそれぞれ異なる出力波形の出力信号を出力し、第１センサ１４と第２センサ２４の組合せの出力信号と、第２センサ２４と第３センサ３４の組合せの出力信号と、第３センサ３４と第１センサ１４の組合せの出力信号と、をそれぞれ異ならせることができる。このため、３つのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４、第３センサ３４）で検出する系統の内の１つに不具合が発生した場合でも、残りの２つのセンサ４で検出する系統の出力信号が１つの組合せとして残るので、処理部５は、残った出力信号から主動歯車１の回転角度を算出することができる。しかも、異常が見られた他の２つの組合せに共通するセンサ４の系統が、不具合が発生したセンサ４の系統として特定することができる。これらのことにより、検出箇所（検出する系統）の不具合が確実に特定できるとともに、３つのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４及び第３センサ３４）の系統のいずれか１つに不具合が発生した場合でも、より確実に回転角度を検出することができる。

【0049】

また、第１ギア部１１が第２ギア部２１より中心側に設けられているので、第１従動歯車１２及び第３従動歯車３２が第２従動歯車２２より主動歯車１の中心側に配設されることとなる。このため、外径が小さくてより強度が保てる第１ギア部１１と係合する従動歯車２の個数を、外側からの物理的な影響を受け易い第２ギア部２１と係合する従動歯車２の個数を、よりも多くしている。具体的には、第１ギア部１１には、２個の従動歯車２（第１従動歯車１２及び第３従動歯車３２）を係合させ、第２ギア部２１には、１個の従動歯車２（第２従動歯車２２）を係合させている。このことにより、回転角度検出装置１０１の信頼性を高めることができる。

【0050】

また、第１センサ１４と第３センサ３４とは、同じ出力特性の磁気検出素子あり、磁気検出素子と処理部５との接続を異ならせているので、第１センサ１４と第３センサ３４が同じ部品で有りながら、出力波形の周期を異ならせることができる。このことにより、同じ部品である第１センサ１４と第３センサ３４とからの出力信号を、容易に異ならせることができる。

【0051】

また、処理部５からの処理信号を判断する判断部６を有しているので、算出した主動歯車１の回転角度を出力するのみでなく、例えば不具合が発生した系統の情報等の情報信号を出力することができる。

【0052】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

【0053】

＜変形例１＞
上記第１実施形態では、好適に第１ギア部１１が第２ギア部２１より中心側に設けられている構成にしたが、これに限るものではなく、第２ギア部２１が第１ギア部１１より中心側に設けられている構成であっても良い。

【0054】

＜変形例２＞
上記第１実施形態では、３つ磁石３（第１磁石１３、第２磁石２３、第３磁石３３）が３つの従動歯車２（第１従動歯車１２、第２従動歯車２２、第３従動歯車３２）の回転に連動して回転するように好適に構成にしたが、これに限るものではなく、３つのセンサ４（第１センサ１４、第２センサ２４、第３センサ３４）が３つの従動歯車２の回転に連動して回転するように構成しても良い。その際には、スリップリング等の回転コネクタや無線システム等を用いて、センサ４と回路基板１９とを電気的に接続するのが良い。

【0055】

＜変形例３＞
上記第１実施形態では、従動歯車２の回転角度を検出するセンサ４として、磁石３と組み合わせた磁気検出センサを好適に用い、非接触で検出するようにしたが、これに限るものではない。例えば、抵抗パターンと接触子を組み合わせた接触式の回転型可変抵抗器等を用いても良い。

【0056】

＜変形例４＞
上記第１実施形態では、磁気検出素子としてＧＭＲ素子を用いたが、これに限るものではなく、例えば、ＭＲ(Magneto Resistive)素子、ＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistive)素子、ＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistive)素子等であっても良いし、ホール素子であっても良い。

【0057】

本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0058】

１ 主動歯車
１１ 第１ギア部
２１ 第２ギア部
２ 従動歯車
１２ 第１従動歯車
２２ 第２従動歯車
３２ 第３従動歯車
３ 磁石
１３ 第１磁石
２３ 第２磁石
３３ 第３磁石
４ センサ
１４ 第１センサ
２４ 第２センサ
３４ 第３センサ
５ 処理部
６ 判断部
１０１ 回転角度検出装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】