特開 2022-74174 回転角度検出装置及び回転シフタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022074174

(43)【公開日】2022-05-18

(54)【発明の名称】回転角度検出装置及び回転シフタ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20220511BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20220511BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

G01D5/244 K

G01D5/245 110L

G01B7/30 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2019050296

(22)【出願日】2019-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】菅原 大作

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA35

2F063BA30

2F063CA08

2F063DA01

2F063DA05

2F063GA52

2F063LA01

2F077AA03

2F077DD05

2F077JJ01

2F077JJ09

2F077JJ23

2F077TT21

2F077TT66

(57)【要約】      （修正有）

【課題】外乱による回転角度の誤検出を十分に抑制することができる回転角度検出装置及び回転シフタを提供する。
【解決手段】回転角度検出装置は、操作に伴って回転する回転部材１１０と、回転部材１１０の回転に伴って回転する第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２と、第１の磁石１２１が発する第１の磁界の方向を検出する第１の磁気検出素子１３１と、第２の磁石１２２が発する第２の磁界の方向を検出する第２の磁気検出素子１３２と、第１の磁気検出素子１３１の検出結果及び第２の磁気検出素子１３２の検出結果に基づいて回転部材１１０の回転角度を特定する回転角度特定部１４２と、第１の磁気検出素子１３１の検出結果及び第２の磁気検出素子１３２の検出結果に基づいて外部からの磁気の侵入の判定を行う判定部１４１とを有し、第１の磁石１２１と第２の磁石１２２は同じ方向に同じ角度の回転をし、第１の磁界の向きと第２の磁界の向きとが逆向きである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作に伴って回転する回転部材と、
前記回転部材の回転に伴って回転する第１の磁石及び第２の磁石と、
前記第１の磁石が発する第１の磁界の方向を検出する第１の磁気検出素子と、
前記第２の磁石が発する第２の磁界の方向を検出する第２の磁気検出素子と、
前記第１の磁気検出素子の検出結果及び前記第２の磁気検出素子の検出結果に基づいて、前記回転部材の回転角度を特定する回転角度特定部と、
前記第１の磁気検出素子の検出結果及び前記第２の磁気検出素子の検出結果に基づいて、外部からの磁気の侵入の判定を行う判定部と、
を有し、
前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、同じ方向に同じ角度の回転をし、
前記第１の磁界の向きと前記第２の磁界の向きとが逆向きであることを特徴とする回転角度検出装置。

【請求項2】

前記回転部材の回転を前記第１の磁石に伝達する第１のギアと、
前記回転部材の回転を前記第２の磁石に伝達する第２のギアと、
を有し、
前記第１のギアの歯の数と前記第２のギアの歯の数とが一致していることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。

【請求項3】

前記第１のギアと前記第２のギアとの間に、奇数個の第３のギアが繋がっていることを請求項２に記載の回転角度検出装置。

【請求項4】

前記第１の磁気検出素子及び前記第２の磁気検出素子は磁気抵抗センサであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の回転角度検出装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置と、
前記回転部材と一体に回転するシフトノブと、
を有し、
前記回転角度特定部により特定された前記回転部材の回転角度に応じて、前記シフトノブに入力されたシフトポジションを検出することを特徴とする回転シフタ。

【請求項6】

前記回転部材は前記第１の磁気検出素子及び前記第２の磁気検出素子に対して無制限に回転可能であり、
前記回転部材の回転可能な範囲を制限する制限機構を有することを特徴とする請求項５に記載の回転シフタ。

【請求項7】

前記回転部材は、前記シフトノブの回転に対する負荷を一定の周期で変化させるクリック機構を有し、
前記負荷の変化の周期と同一の周期で、前記シフトポジションが変化することを特徴とする請求項５又は６に記載の回転シフタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転角度検出装置及び回転シフタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、自動車等の車両に搭載される操作装置として、シフトノブによる回転操作によって、変速機のシフトチェンジを電気的に制御することが可能な回転シフタが知られている。回転シフタにおいては、回転操作の角度検出が行われる。

【0003】

例えば、特許文献１には、永久磁石及び磁気感応素子を用いて回転操作の角度を検出する回転角度検出センサにおいて、外乱の影響を抑制するためにシールドを設ける技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－４７４２６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、特許文献１に記載の技術によっても外乱による回転角度の誤検出を十分に抑制することができない。

【0006】

本開示は、外乱による回転角度の誤検出を十分に抑制することができる回転角度検出装置及び回転シフタ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】

本開示の一形態によれば、操作に伴って回転する回転部材と、前記回転部材の回転に伴って回転する第１の磁石及び第２の磁石と、前記第１の磁石が発する第１の磁界の方向を検出する第１の磁気検出素子と、前記第２の磁石が発する第２の磁界の方向を検出する第２の磁気検出素子と、前記第１の磁気検出素子の検出結果及び前記第２の磁気検出素子の検出結果に基づいて、前記回転部材の回転角度を特定する回転角度特定部と、前記第１の磁気検出素子の検出結果及び前記第２の磁気検出素子の検出結果に基づいて、外部からの磁気の侵入の判定を行う判定部と、を有し、前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、同じ方向に同じ角度の回転をし、前記第１の磁界の向きと前記第２の磁界の向きとが逆向きである回転角度検出装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、外乱による回転角度の誤検出を十分に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る回転角度検出装置の構成を示す模式図である。

【図2】第１の状態において、第１の磁気検出素子により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子により検出される磁界の向きとを示す図である。

【図3】第１の実施形態に係る回転角度検出装置の第２の状態を示す模式図である。

【図4】第２の状態において、第１の磁気検出素子により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子により検出される磁界の向きとを示す図である。

【図5】角度θ１と角度θ２との関係を示す図である。

【図6】第１の実施形態に係る回転角度検出装置の第３の状態を示す模式図である。

【図7】第３の状態において、第１の磁気検出素子により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子により検出される磁界の向きとを示す図である。

【図8】演算部の構成を示すブロック図である。

【図9】第１の実施形態における演算部による処理の内容を示すフローチャートである。

【図10】参考例に係る回転角度検出装置の構成を示す模式図である。

【図11】参考例の第３の状態において、第１の磁気検出素子により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子により検出される磁界の向きとを示す図である。

【図12】角度θ１と角度θ２と許容範囲との関係を示す図である。

【図13】第１の実施形態の変形例における演算部による処理の内容を示すフローチャートである。

【図14】第２の実施形態に係る回転シフタの外観を示す図である。

【図15】第２の実施形態に係る回転シフタの内部の構成を示す斜視図である。

【図16】第２の実施形態に係る回転シフタの内部の構成を示す分解斜視図である。

【図17】第２の実施形態に係る回転シフタにおける、内歯車及びプランジャの関係を示す斜視図である。

【図18】第２の実施形態に係る回転シフタにおける、第１の磁石、第２の磁石、第１の磁気検出素子及び第２の磁気検出素子の関係を示す斜視図である。

【図19】第２の実施形態における演算部による処理の内容を示すフローチャートである。

【図20】シフトポジションの検出処理に用いられる角度θ１と角度θ２と許容範囲との関係を示す図である。

【図21】角度範囲とシフトポジションとの関係を示す模式図（その１）である。

【図22】角度範囲とシフトポジションとの関係を示す模式図（その２）である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。また、本開示において、磁石の向きとは、当該磁石のＮ極からみてＳ極がある方向をいい、角度の単位は度（°）とする。

【0011】

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は回転角度検出装置に関する。図１は、第１の実施形態に係る回転角度検出装置の構成を示す模式図である。

【0012】

第１の実施形態においては、Ｘ１１－Ｘ１２方向、Ｙ１１－Ｙ１２方向、Ｚ１１－Ｚ１２方向を相互に直交する方向とする。また、Ｘ１１－Ｘ１２方向及びＹ１１－Ｙ１２方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ１１－Ｙ１２方向及びＺ１１－Ｚ１２方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ１１－Ｚ１２方向及びＸ１１－Ｘ１２方向を含む面をＺＸ面と記載する。なお、便宜上、Ｚ１１－Ｚ１２方向を上下方向とする。また、平面視とは、Ｚ１１側から対象物を見ることをいう。また、特に断らない限り、回転の基準方向を回転中心からＹ１１を向く方向とする。

【0013】

図１に示すように、回転角度検出装置１００は、回転部材１１０、第１の磁石１２１、第２の磁石１２２、第１の磁気検出素子１３１、第２の磁気検出素子１３２及び演算部１４０を有する。演算部１４０は、判定部１４１及び回転角度特定部１４２を有する。

【0014】

回転部材１１０は、操作に伴ってＸＹ平面内で回転する。第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２は、回転部材１１０の回転に伴ってＸＹ平面内で回転する。第１の磁石１２１の回転方向と第２の磁石の回転方向は同一である。また、回転部材１１０の回転に伴う、第１の磁石１２１の回転角度と第２の磁石１２２の回転角度とは等しい。例えば、第１の磁石１２１が時計回り（clockwise：ＣＷ）に角度θｘの回転をすれば、第２の磁石１２２は時計回りに角度θｘの回転をする。第１の磁気検出素子１３１は第１の磁石１２１が発する第１の磁界の方向を検出し、第２の磁気検出素子１３２は第２の磁石１２２が発する第２の磁界の方向を検出する。第１の磁気検出素子１３１及び第２の磁気検出素子１３２は、例えば磁気抵抗（magneto resistance：ＭＲ）センサである。第１の磁石１２１の向きと第２の磁石１２２の向きとは逆向きである。判定部１４１は、第１の磁気検出素子１３１の検出結果及び第２の磁気検出素子１３２の検出結果に基づいて、外部からの磁気の侵入、すなわち外乱の判定を行う。回転角度特定部１４２は、第１の磁気検出素子１３１の検出結果及び第２の磁気検出素子１３２の検出結果に基づいて、回転部材１１０の回転角度を特定する。

【0015】

ここで、回転角度検出装置１００の具体的な動作について説明する。図２は、図１に示す回転角度検出装置１００の状態の一例（第１の状態）において、第１の磁気検出素子１３１により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子１３２により検出される磁界の向きとを示す図である。図３は、回転角度検出装置１００の状態の他の一例（第２の状態）を示す模式図である。図４は、第２の状態において、第１の磁気検出素子１３１により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子１３２により検出される磁界の向きとを示す図である。

【0016】

第１の状態では、第１の磁石１２１がＹ１２方向を向き、第２の磁石１２２がＹ１１方向を向いている。このとき、第１の磁石１２１が発する第１の磁界Ｈ１１は、図２（ａ）に示すように、Ｙ１２の方向を向く。また、第２の磁石１２２が発する第２の磁界Ｈ２１は、図２（ｂ）に示すように、Ｙ１１の方向を向く。従って、第１の磁気検出素子１３１が第１の磁界Ｈ１１を検出し、回転角度特定部１４２が、第１の磁石１２１の向きを示す、回転中心Ｏ１の周りの基準方向からの時計回りの角度θ１として、１８０°を検出する。また、第２の磁気検出素子１３２が第２の磁界Ｈ１２を検出し、回転角度特定部１４２が、第２の磁石１２２の向きを示す、回転中心Ｏ２の周りの基準方向からの時計回りの角度θ２として、３６０°又は０°を検出する。

【0017】

図３に示すように、第１の状態から回転部材１１０が時計回りに回転すると、第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２は反時計回り（counter-clockwise：ＣＷＣ）に回転する。第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２の反時計回りの回転角度をθｒとする。このとき、第１の磁石１２１が発する第１の磁界Ｈ１２は、図４（ａ）に示すように、Ｙ１２の方向から反時計回りにθｒ回転した方向を向く。また、第２の磁石１２２が発する第２の磁界Ｈ２２は、図４（ｂ）に示すように、Ｙ１１方向から反時計回りにθｒ回転した方向を向く。従って、第１の磁気検出素子１３１が第１の磁界Ｈ１２を検出し、回転角度特定部１４２が、第１の磁石１２１の向きを示す、回転中心Ｏ１の周りの基準方向からの時計回りの角度θ１として、１８０°－θｒを検出する。また、第２の磁気検出素子１３２が第２の磁界Ｈ２２を検出し、回転角度特定部１４２が、第２の磁石１２２の向きを示す、回転中心Ｏ２の周りの基準方向からの時計回りの角度θ２として、３６０°－θｒ又は０°－θｒを検出する。

【0018】

このように、回転部材１１０の回転角度の大きさに関係なく、第１の磁気検出素子１３１が検出する第１の磁界の向きと、第２の磁気検出素子１３２が検出する第２の磁界の向きとの間には、絶対値が１８０°のずれがある。図５は、角度θ１と角度θ２との関係を示す図である。角度θ１と角度θ２との間には、図５中の直線Ｌ１で示す関係が成り立つ。つまり、角度θ１と角度θ２との間には、｜θ１－θ２｜－１８０＝０の関係が成り立つ。

【0019】

第２の状態において、回転角度検出装置１００の周囲に外乱が発生すると、第１の磁気検出素子１３１による磁界の検出結果、及び第２の磁気検出素子１３２による磁界の検出結果に変化が生じる。図６は、外乱の影響を受ける回転角度検出装置１００の状態の一例（第３の状態）を示す模式図である。図７は、第３の状態において、第１の磁気検出素子１３１により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子１３２により検出される磁界の向きとを示す図である。

【0020】

図６に示すように、第２の状態において、Ｘ１２の方向を向く磁界の外乱９が生じたとする。外乱９が生じると、第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２は、外乱９の磁界の影響で回転しようとする。ところが、第１の磁石１２１の向きと第２の磁石１２２の向きとは逆向きであるため、第１の磁石１２１が回転しようとする方向と第２の磁石１２２が回転しようとする方向とは反対方向となる。すなわち、第１の磁石１２１が時計回りに回転しようとすれば、第２の磁石１２２は反時計回りに回転しようとし、第１の磁石１２１が反時計回りに回転しようとすれば、第２の磁石１２２は時計回りに回転しようとする。回転角度検出装置１００においては、第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２は、いずれも回転部材１１０の回転に伴ってＸＹ平面内で同じ方向に回転するものである。このため、第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２が互いに逆方向に回転しようとしても、回転部材１１０により拘束されて第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２は回転することができない。

【0021】

その一方で、第１の磁気検出素子１３１の周囲の磁界Ｈ１３は、磁界Ｈ１２と外乱９の磁界Ｈ９とを合成した磁界となり、第２の磁気検出素子１３２の周囲の磁界Ｈ２３は、磁界Ｈ２２と外乱９の磁界Ｈ９とを合成した磁界となる。磁界Ｈ１３の向きの磁界Ｈ１２の向きからの時計回りの回転角度をθｄとすると、磁界Ｈ２３の向きの磁界Ｈ２２の向きからの反時計回りの回転角度がθｄとなる。すなわち、磁界Ｈ１３の向きの磁界Ｈ１２の向きからの回転と、磁界Ｈ２３の向きの磁界Ｈ２２の向きからの回転との間では、回転角度の大きさがθｄで等しく、回転方向が逆向きとなる。このため、第１の磁気検出素子１３１の周囲の磁界Ｈ１３は、図７（ａ）に示すように、Ｙ１２の方向から反時計回りにθｒ回転し、更に時計回りにθｄ回転した方向を向く。また、第２の磁気検出素子１３２の周囲の磁界Ｈ２１は、図７（ｂ）に示すように、Ｙ１１の方向から反時計回りにθｒ回転し、更に反時計回りにθｄ回転した方向を向く。従って、回転角度特定部１４２が、第１の磁石１２１の向きを示す、回転中心Ｏ１の周りの基準方向からの時計回りの角度θ１として、１８０°－θｒ＋θｄを検出する。また、回転角度特定部１４２が、第２の磁石１２２の向きを示す、回転中心Ｏ２の周りの基準方向からの時計回りの角度θ２として、３６０°－θｒ－θｄ又は０°－θｒ－θｄを検出する。

【0022】

このように、外乱９が生じると、第１の磁気検出素子１３１により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子１３２により検出される磁界の向きとの間のずれの絶対値が、１８０°から２×θｄだけ小さくなる。例えば、角度θｒが３０°、角度θｄが２０°の場合、角度θ１は１７０°、θ２は３１０°又は－５０°となり、図５中に点ｄに示すように、直線Ｌ１から外れてしまう。

【0023】

判定部１４１は、第１の磁気検出素子１３１の検出結果及び第２の磁気検出素子１３２の検出結果に基づいて、外部からの磁気の侵入の判定、例えば、回転角度検出装置１００に外乱の影響が及んでいるか否かの判定を行う。

【0024】

ここで、判定部１４１及び回転角度特定部１４２を含む演算部１４０について説明する。図８は、演算部１４０の構成を示すブロック図である。

【0025】

演算部１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４３及び補助記憶部４４を備える。ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３及び補助記憶部４４は、いわゆるコンピュータを構成する。演算部１４０の各部は、バス４５を介して相互に接続されている。

【0026】

ＣＰＵ４１は、補助記憶部４４に格納された各種プログラム（例えば、回転角度特定プログラム及び外乱判定プログラム）を実行する。

【0027】

ＲＯＭ４２は不揮発性の主記憶デバイスである。ＲＯＭ４２は、補助記憶部４４に格納された各種プログラムを、ＣＰＵ４１が実行するために必要な各種プログラム、データ等を格納する。具体的には、ＲＯＭ４２は、ＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）やＥＦＩ（Extensible Firmware Interface）等のブートプログラムなどを格納する。

【0028】

ＲＡＭ４３は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の揮発性の主記憶デバイスである。ＲＡＭ４３は、補助記憶部４４に格納された各種プログラムがＣＰＵ４１によって実行される際に展開される作業領域として機能する。

【0029】

補助記憶部４４は、ＣＰＵ４１により実行される各種プログラム及び各種プログラムがＣＰＵ４１によって実行されることで生成される各種データを格納する補助記憶デバイスである。

【0030】

演算部１４０は、このようなハードウェア構成を備えており、次のような処理を行う。図９は、第１の実施形態における演算部１４０による処理の内容を示すフローチャートである。

【0031】

先ず、判定部１４１が、第１の磁気検出素子１３１及び第２の磁気検出素子１３２に故障があるか確認する（ステップＳ１０１）。

【0032】

第１の磁気検出素子１３１及び第２の磁気検出素子１３２に故障があれば（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、故障検出処理を行い（ステップＳ１１０）、処理を終了する。故障検出処理としては、例えば、エラーコードを生成し、発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）等の発光装置を用いた報知、又はブザー等の音響装置を用いた報知を行う。発光装置を用いた報知及び音響装置を用いた報知の両方を行ってもよい。

【0033】

第１の磁気検出素子１３１及び第２の磁気検出素子１３２に故障がなければ（ステップＳ１０１のＮｏ）、｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞０となっているか否かの判定を行う（ステップＳ１０２）。

【0034】

｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞０となっていれば（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、外乱検出処理を行い（ステップＳ１２０）、処理を終了する。外乱検出処理としては、例えば、エラーコードを生成し、ＬＥＤ等の発光装置を用いた報知、又はブザー等の音響装置を用いた報知を行う。発光装置を用いた報知及び音響装置を用いた報知の両方を行ってもよい。

【0035】

｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞０となっていなければ（ステップＳ１０２のＮｏ）、すなわち、｜θ１－θ２｜－１８０＝０となっていれば、回転角度特定部１４２が角度θ１及び角度θ２に基づいて回転部材１１０の回転角度を特定し（ステップＳ１０３）、処理を終了する。

【0036】

第１の実施形態によれば、外部からの磁気の侵入があった場合に、外乱が生じたことを高精度に検出することができる。従って、外乱に伴う回転角度の誤検出を抑制することができる。

【0037】

ここで、参考例について説明する。図１０は、参考例に係る回転角度検出装置の構成を示す模式図である。この参考例に係る回転角度検出装置９００では、第２の磁石１２２の向きが第１の磁石１２１の向きと一致している。他の構成は第１の実施形態と同様である。なお、図１０には、回転部材１１０の回転に伴って第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２が反時計回りに角度θｒ回転した上で、Ｘ１２の方向を向く磁界の外乱９が生じた状態（参考例の第３の状態）を示している（図６参照）。

【0038】

図１１は、参考例の第３の状態において、第１の磁気検出素子１３１により検出される磁界の向きと、第２の磁気検出素子１３２により検出される磁界の向きとを示す図である。

【0039】

第１の実施形態と同様に、第１の磁気検出素子１３１の周囲の磁界Ｈ１３は、図１１（ａ）に示すように、磁界Ｈ１２と外乱９の磁界Ｈ９とを合成した磁界となり、第２の磁気検出素子１３２の周囲の磁界Ｈ２３は、図１１（ｂ）に示すように、磁界Ｈ２２と外乱９の磁界Ｈ９とを合成した磁界となる。但し、第１の実施形態とは異なり、磁界Ｈ１３の向きの磁界Ｈ１２の向きからの回転と、磁界Ｈ２３の向きの磁界Ｈ２２の向きからの回転との間では、回転角度の大きさがθｄで等しく、回転方向が同じ向きとなる。従って、回転角度特定部１４２が、第１の磁石１２１の向きを示す、回転中心Ｏ１の周りの基準方向からの時計回りの角度θ１として、１８０°－θｒ＋θｄを検出する。また、回転角度特定部１４２も、第２の磁石１２２の向きを示す、回転中心Ｏ２の周りの基準方向からの時計回りの角度θ２として、１８０°－θｒ＋θｄを検出する。

【0040】

なお、外乱９が発生していない場合、回転角度特定部１４２は、第１の磁石１２１の向きを示す、回転中心Ｏ１の周りの基準方向からの時計回りの角度θ１として、１８０°－θｒを検出し、第２の磁石１２２の向きを示す、回転中心Ｏ２の周りの基準方向からの時計回りの角度θ２として、１８０°－θｒを検出する。

【0041】

このため、判定部１４１は、回転部材１１０に角度θ１及び角度θ２が１８０°－θｒ＋θｄとなる回転操作が行われたのか、回転部材１１０に角度θ１及び角度θ２が１８０°－θｒとなる回転操作が行われた上で、外乱９の影響を受けているのかを区別することができない。つまり、この参考例は、回転部材１１０に角度θ１及び角度θ２が１８０°－θｒとなる回転操作が行われた上で、外乱９の影響を受けている状態を、回転部材１１０に角度θ１及び角度θ２が１８０°－θｒ＋θｄとなる回転操作が行われたと誤検出する可能性がある。

【0042】

（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態では、｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞０となっているか否かに応じて外乱の影響の有無の判定を行っているが、第１の磁石１２１、第２の磁石１２２、第１の磁気検出素子１３１及び第２の磁気検出素子１３２が、組み立て誤差や製造誤差を含む可能性がある。また、回転角度検出装置１００の用途によっては、若干の外乱を許容できる場合もある。そこで、厳密な｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞０に基づく判定に代えて、閾値θｔｈを用いて、外乱の影響がないと判定する許容範囲を広げてもよい。

【0043】

図１２は、角度θ１と角度θ２と許容範囲との関係を示す図である。例えば、図１２に示すように、直線Ｌ１（｜θ１－θ２｜－１８０＝０）を中心にした許容範囲Ｒ１を設定し、この許容範囲Ｒ１内にあれば、外乱の影響がないと判定してもよい。このような処理を行う判定部１４１を含む演算部１４０の処理の内容を図１３に示す。図１３は、第１の実施形態の変形例における演算部１４０による処理の内容を示すフローチャートである。

【0044】

この変形例では、図１３に示すように、判定部１４１が、第１の磁気検出素子１３１及び第２の磁気検出素子１３２に故障がなければ、ステップＳ１０２の判定に代えて、｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞θｔｈとなっているか否かの判定を行う（ステップＳ１０２Ａ）。そして、｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞θｔｈとなっていれば（ステップＳ１０２ＡのＹｅｓ）、外乱検出処理を行う（ステップＳ１２０）。一方、｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞０となっていなければ（ステップＳ１０２ＡのＮｏ）、回転角度特定部１４２が角度θ１及び角度θ２に基づいて回転部材１１０の回転角度を特定する（ステップＳ１０３）。他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0045】

この変形例によっても、外部からの磁気の侵入があった場合に、外乱が生じたことを高精度に検出することができる。従って、外乱に伴う回転角度の誤検出を抑制することができる。

【0046】

なお、回転部材１１０の回転方向と、第１の磁石１２１及び第２の磁石１２２の回転方向との関係は限定されず、逆方向でも同方向でもよい。また、第１の磁石１２１の向きと第２の磁石１２２の向きとの間の「逆向き」とは、厳密な意味での逆向きを意味するものではなく、社会通念上、逆向きとみなすことができる程度に類似していればよく、厳密に逆向きでなくても、外乱による回転角度の誤検出の抑制という効果が得られる。

【0047】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、回転角度検出装置を備えた回転シフタに関する。図１４は、第２の実施形態に係る回転シフタの外観を示す図である。図１５は、第２の実施形態に係る回転シフタの内部の構成を示す斜視図である。図１６は、第２の実施形態に係る回転シフタの内部の構成を示す分解斜視図である。図１７は、第２の実施形態に係る回転シフタにおける、内歯車及びプランジャの関係を示す斜視図である。図１８は、第２の実施形態に係る回転シフタにおける、第１の磁石、第２の磁石、第１の磁気検出素子及び第２の磁気検出素子の関係を示す斜視図である。

【0048】

第２の実施形態においては、Ｘ２１－Ｘ２２方向、Ｙ２１－Ｙ２２方向、Ｚ２１－Ｚ２２方向を相互に直交する方向とする。また、Ｘ２１－Ｘ２２方向及びＹ２１－Ｙ２２方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ２１－Ｙ２２方向及びＺ２１－Ｚ２２方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ２１－Ｚ２２方向及びＸ２１－Ｘ２２方向を含む面をＺＸ面と記載する。なお、便宜上、Ｚ２１－Ｚ２２方向を上下方向とする。また、平面視とは、Ｚ２１側から対象物を見ることをいう。また、特に断らない限り、回転の基準方向を回転中心からＹ２１を向く方向とする。

【0049】

第２の実施形態に係る回転シフタ２００は、自動車等の車両の車内において、運転席の近傍に設置される回転シフタであって、車両に搭載された変速機のシフトチェンジを電気的に制御するための回転シフタである。回転シフタ２００は、変速機を機械的に制御するものではなく、シフト操作に応じた制御信号を外部に出力することによって変速機を電気的に制御する、いわゆるシフトバイワイヤ方式を採用している。

【0050】

なお、回転シフタ２００は、変速機のシフトチェンジ以外の目的に用いられてよく、車両以外の機器（例えば、航空機、鉄道車両、ゲーム機、リモコン等）に用いられてもよい。また、回転シフタ２００は、実際には、シフト操作に応じた電気信号を出力するための電気的な構成を有しているが、本実施形態では、この電気的な構成についての図示及び説明を省略することとする。

【0051】

回転シフタ２００は、直方体状を有するケース２０１と、ケース２０１の上面から突出した円柱状のシフトノブ２１１とを有する。シフトノブ２１１は、ＸＹ平面内で、時計回り及び反時計回りに回転操作することができる。

【0052】

回転シフタ２００は、シフトノブ２１１による回転操作により、変速機のシフトポジションを、複数のシフトポジション（例えば、Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、Ｓ等）のいずれかに切り替えることが可能である。Ｐはパーキング、Ｒはリア、Ｎはニュートラル、Ｄはドライブ、Ｓはセカンドである。ケース２０１の上面に、変速機のシフトポジションがどのシフトポジションに設定されているかを示す表示部２０２が設けられている。

【0053】

回転シフタ２００は、内歯車２１２と、外歯車２１３と、シャフト２１４と、第１のギア２６１と、第２のギア２６２と、アイドルギア２１７と、プランジャ２１８とを有する。内歯車２１２は回転部材の一例である。

【0054】

内歯車２１２はシフトノブ２１１の内側に設けられ、シフトノブ２１１の回転操作に追随して、シフトノブ２１１と同方向に同角度回転する。逆の見方をすると、シフトノブ２１１は内歯車２１２と一体に回転する。内歯車２１２は複数の内歯２１２Ａを有する。外歯車２１３は内歯２１２Ａと噛み合う複数の外歯２１３Ａを有する。外歯２１３Ａの数は内歯２１２Ａの数よりも少ない。例えば、内歯車２１２が３０°回転するごとに、外歯車２１３が６０°回転するように、内歯２１２Ａの数及び外歯２１３Ａの数が設定されている。また、内歯車２１２の回転軸と外歯車２１３の回転軸は互いからずれている。後述の電磁ブレーキが作動しない状態では、内歯車２１２は時計回り及び反時計回りに無制限に回転可能である。

【0055】

内歯車２１２の内周面で内歯２１２Ａの上方に、内周面に沿って複数の谷部２１２Ｂ及びカム山２１２Ｃが交互に形成されている。本実施形態では、回転方向の３０°毎（「一定の周期」の一例）に合計で１２個の谷部２１２Ｂ及びカム山２１２Ｃが形成されている。プランジャ２１８は、先端が谷部２１２Ｂに入り込む２個の柱状部材２１８Ａと、２個の柱状部材２１８Ａを繋ぐコイルばね２１８Ｂとを有する。２個の柱状部材２１８ＡはＸＹ平面内の一方向に延在し、２個の柱状部材２１８Ａの間でコイルばね２１８Ｂが圧縮されている。２個の柱状部材２１８Ａは、内歯車２１２の回転中心を挟んで対向する２個の谷部２１２Ｂに向けて付勢されている。プランジャ２１８はケース２０１に固定されており、内歯車２１２が回転しても回転しない。

【0056】

従って、シフトノブ２１１の回転操作に伴って内歯車２１２が回転すると、プランジャ２１８は伸縮を繰り返す。すなわち、プランジャ２１８は、柱状部材２１８Ａの先端が当接する部分が谷部２１２Ｂからカム山２１２Ｃの頂部に至るまでの間は徐々に圧縮され、柱状部材２１８Ａの先端が当接する部分がカム山２１２Ｃの頂部を越えると、コイルばね２１８Ｂの弾性復帰力により外側方向へ伸張する。プランジャ２１８はこのような動作を繰り返す。

【0057】

プランジャ２１８が徐々に圧縮されると、シフトノブ２１１の回転操作に対する負荷が徐々に増加する。その一方で、プランジャ２１８が伸張すると、プランジャ２１８はシフトノブ２１１の回転を付勢しつつ、谷部２１２Ｂに滑り込む。このとき、シフトノブ２１１の回転操作に対する負荷は、急激に減少する。そして、プランジャ２１８は、谷部２１２Ｂの底に達すると、シフトノブ２１１の回転を急停止させる。

【0058】

このような構成により、シフトノブ２１１の回転操作に対する負荷が変化し、シフトノブ２１１の回転操作に対して操作感（いわゆるクリック感）が付与される。また、シフトノブ２１１の回転操作が終了すると、シフトノブ２１１の回転方向の位置は、いずれかの谷部２１２Ｂにプランジャ２１８が入り込む位置に保持される。内歯車２１２及びプランジャ２１８がクリック機構２１９に含まれる。

【0059】

シャフト２１４は外歯車２１３の下面の中央に取り付けられ、また、第１のギア２６１に連結されており、外歯車２１３の回転を第１のギア２６１に伝達する。

【0060】

第１のギア２６１、第２のギア２６２及びアイドルギア２１７はＸＹ平面内で回転する。第１のギア２６１の回転方向と第２のギア２６２の回転方向とが互いに一致し、アイドルギア２１７の回転方向は、第１のギア２６１及び第２のギア２６２の回転方向とは逆方向である。アイドルギア２１７は、第１のギア２６１の歯２１５Ａ及び第２のギア２６２の歯２１６Ａと噛み合う歯２１７Ａを有しており、第１のギア２６１の回転がアイドルギア２１７を介して第２のギア２６２に伝達される。第１のギア２６１の歯２１５Ａの数と第２のギア２６２の歯２１６Ａの数とが互いに一致している。アイドルギア２１７は第３のギアの一例である。第３のギアの数は奇数個であれば３以上であってもよい。また、第３のギアのいずれかにシャフト２１４が連結されていてもよい。

【0061】

回転シフタ２００は、更に、第１の磁石２２１と、第２の磁石２２２と、第１の磁気検出素子２３１と、第２の磁気検出素子２３２と、半導体チップ２４０と、プリント配線基板２５０とを有する。

【0062】

第１の磁石２２１は、第１のギア２６１に取り付けられている。第２の磁石２２２は、第２のギア２６２に取り付けられている。第１の磁石２２１の向きと第２の磁石２２２の向きとは逆向きである。第１の磁気検出素子２３１は第１の磁石２２１が発する第１の磁界の方向を検出し、第２の磁気検出素子２３２は第２の磁石２２２が発する第２の磁界の方向を検出する。第１の磁気検出素子２３１及び第２の磁気検出素子２３２は、例えばＭＲセンサである。

【0063】

半導体チップ２４０は、第１の実施形態の演算部１４０と同様の演算部を含む。すなわち、半導体チップ２４０内の演算部は、第１の磁気検出素子２３１の検出結果及び第２の磁気検出素子２３２の検出結果に基づいて、内歯車２１２の回転角度を特定する回転角度特定部を含む。半導体チップ２４０内の演算部は、更に、第１の磁気検出素子２３１の検出結果及び第２の磁気検出素子２３２の検出結果に基づいて、外部からの磁気の侵入、すなわち外乱の判定を行う判定部を含む。第１の磁気検出素子２３１、第２の磁気検出素子２３２及び半導体チップ２４０はプリント配線基板２５０の上面に設けられている。

【0064】

ここで、半導体チップ２４０に含まれる演算部による処理の内容について説明する。図１９は、第２の実施形態における演算部による処理の内容を示すフローチャートである。

【0065】

先ず、判定部が、第１の磁気検出素子２３１及び第２の磁気検出素子２３２に故障があるか確認する（ステップＳ２０１）。

【0066】

第１の磁気検出素子２３１及び第２の磁気検出素子２３２に故障があれば（ステップＳ２０１のＹｅｓ）、故障検出処理を行う（ステップＳ２１０）。

【0067】

第１の磁気検出素子２３１及び第２の磁気検出素子２３２に故障がなければ（ステップＳ２０１のＮｏ）、｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞θｔｈとなっているか否かの判定を行う（ステップＳ２０２）。

【0068】

｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞θｔｈとなっていれば（ステップＳ２０１のＹｅｓ）、外乱検出処理を行う（ステップＳ２２０）。

【0069】

｜｜θ１－θ２｜－１８０｜＞θｔｈとなっていなければ（ステップＳ２０１のＮｏ）、回転角度特定部が角度θ１及び角度θ２に基づいて内歯車２１２及びシフトノブ２１１の回転角度を特定し、シフトノブ２１１に入力されているシフトポジションを検出する（ステップＳ２０３）。シフトポジションの検出処理の詳細については後述する。

【0070】

次いで、ステップＳ２０３で検出したシフトポジションが、直近に検出したシフトポジションから変化しているか否かの判定を行う（ステップＳ２０４）。

【0071】

シフトポジションが変化していなければ（ステップＳ２０４のＮｏ）、そのまま処理を終了する。一方、シフトポジションが変化していれば（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、変速機のシフトポジションを変化後の新たなシフトポジションに更新する旨の出力を行い（ステップＳ２０５）、処理を終了する。

【0072】

ここで、第２の実施形態における、シフトポジションの検出処理について説明する。図２０は、シフトポジションの検出処理に用いられる角度θ１と角度θ２と許容範囲との関係を示す図である。

【0073】

図２０に示すように、許容範囲Ｒ１内に、シフトポジションに応じて角度範囲１１、１２、１３、１４、１５及び１６が設定されている。例えば、角度範囲１１はＰのシフトポジションに割り当てられ、角度範囲１２はＲのシフトポジションに割り当てられ、角度範囲１３はＮのシフトポジションに割り当てられ、角度範囲１４はＤのシフトポジションに割り当てられ、角度範囲１５はＳのシフトポジションに割り当てられている。角度範囲１６には、いずれのシフトポジションも割り当てられていない。角度範囲１１は、例えば、５０°≦θ１≦７０°、２３０°≦θ２≦２５０°の範囲である。角度範囲１２は、例えば、１１０°≦θ１≦１３０°、２９０°≦θ２≦３１０°の範囲である。角度範囲１３は、例えば、１７０°≦θ１≦１９０°、３５０°≦θ２≦３７０°（１０°）の範囲である。角度範囲１４は、例えば、２３０°≦θ１≦２５０°、５０°≦θ２≦７０°の範囲である。角度範囲１５は、例えば、２９０°≦θ１≦３１０°、１１０°≦θ２≦１３０°の範囲である。角度範囲１６は、例えば、３５０°≦θ１≦３７０°（１０°）、１７０°≦θ２≦１９０°の範囲である。許容範囲Ｒ１内で角度範囲１１～１６から外れる範囲は、例えば、プランジャ２１８がカム山２１２Ｃの頂点の近くに当接している範囲であり、この範囲内でシフトノブ２１１の位置が安定することはなく、シフトポジションが割り当てられていない。

【0074】

回転シフタ２００には、外歯車２１３の回転範囲を制限する電磁ブレーキ（図示せず）が設けられており、内歯車２１２及びシフトノブ２１１の回転可能な範囲が制限されている。例えば、ＰのシフトポジションからＮとは反対側への回転（例えば反時計回りの回転）が制限され、ＳのシフトポジションからＤとは反対側への回転（例えば時計回りの回転）が制限されている。この場合、角度θ１と角度θ２との組み合わせが角度範囲１６に遷移することが避けられる。また、外歯２１３Ａの数が内歯２１２Ａの数より少ないため、内歯車２１２及びシフトノブ２１１の回転を小さい電流で強固に拘束することができる。電磁ブレーキは制限機構の一例である。

【0075】

第２の実施形態では、上記のように、内歯車２１２が３０°回転するごとに、外歯車２１３が６０°回転する。従って、プランジャ２１８が入り込む谷部２１２Ｂが一つ遷移するたびに、第１のギア２６１及び第２のギア２６２が６０°回転し、第１の磁石２２１及び第２の磁石２２２もＸＹ平面内で６０°回転する。このため、角度θ１と角度θ２との組み合わせも、角度範囲１１～１６の間で一つ遷移する。例えば、シフトポジションがパーキング（Ｐ）にある状態で、シフトノブ２１１が時計回りに９０°回転操作されると、角度θ１と角度θ２との組み合わせが角度範囲１１から角度範囲１４へと遷移し、シフトポジションがドライブ（Ｄ）となったことを検出できる。

【0076】

第２の実施形態によれば、外部からの磁気の侵入があった場合に、外乱が生じたことを高精度に検出することができる。従って、外乱に伴うシフトチェンジの誤検出を抑制することができる。

【0077】

また、電磁ブレーキを用いて、プランジャ２１８が谷部２１２Ｂに収まり、シフトノブ２１１の位置が安定する範囲内で、シフトノブ２１１の回転方向の任意の位置にシフトポジションを割り当てることができる。例えば、図２１に示すように、初期状態では、角度範囲１１はＰのシフトポジションに割り当てられ、角度範囲１２はＲのシフトポジションに割り当てられ、角度範囲１３はＮのシフトポジションに割り当てられ、角度範囲１４はＤのシフトポジションに割り当てられ、角度範囲１５はＳのシフトポジションに割り当てられることとする。この初期状態では、Ｘ２２の方向から－６０°～＋６０°の範囲２１内にシフトノブ２１１の回転可能な範囲が制限される。

【0078】

その後、運転手がシフトノブ２１１のシフトポジションをＰに戻さず、シフトポジションがＤにある状態で回転シフタ２００の電源を切ったとする。つまり、角度θ１と角度θ２との組み合わせが角度範囲１４にある状態で電源が切られたとする。このまま、電源が投入されてシフトポジションがＤであると回転シフタ２００が出力すると、変速機のシフトポジションがＤとなり、自動車が発進するおそれがある。

【0079】

しかし、図２２に示すように、電源が投入されたときに、シフトポジションがＰであると回転シフタ２００が出力すれば、変速機のシフトポジションがＰとなり、自動車の発進を防止することができる。この場合、電磁ブレーキにより、Ｙ２１の方向から－６０°～＋６０°の範囲２２内にシフトノブ２１１の回転可能な範囲が制限される。

【0080】

電磁ブレーキを用いることで、このように、シフトノブ２１１及び内歯車２１２の回転可能な範囲を任意に変更することができる。

【0081】

回転シフタ２００がこのような処理を行うことで、運転手は、シフトポジションをＰに移動させずに電源を切った場合でも、次に電源を投入したときには、Ｐのシフトポジションから回転シフタ２００を起動することができる。また、シフトノブ２１１の回転可能な範囲が変更されたとしても、実際のシフトポジションは表示部２０２に表示されるため、運転手はどの角度範囲がどのシフトポジションに対応しているかを認識する必要はない。

【0082】

なお、第１の磁気検出素子及び第２の磁気検出素子として、ホール素子を用いることもできる。

【0083】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0084】

９ 外乱
１００ 回転角度検出装置
１１０ 回転部材
１２１、２２１ 第１の磁石
１２２、２２２ 第２の磁石
１３１、２３１ 第１の磁気検出素子
１３２、２３２ 第２の磁気検出素子
１４０ 演算部
１４１ 判定部
１４２ 回転角度特定部
２００ 回転シフタ
２０１ ケース
２０２ 表示部
２１１ シフトノブ
２１２ 内歯車
２１３ 外歯車
２１８ プランジャ
２６１ 第１のギア
２６２ 第２のギア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】