(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材（ＳＴ）内に回転可能に配置された回転軸（ＡＸ）と、前記回転軸（ＡＸ）に取り付けられて前記回転軸（ＡＸ）と一体的に回転すると共に、前記回転軸（ＡＸ）に沿った前後方向に位置を変更可能なリング磁石（ＲＭ）と、前記回転軸（ＡＸ）の回転運動を前記リング磁石（ＲＭ）の前後方向運動に変換する変位手段（ＳＭ）とを備えた機構と共に用いられるセンサ装置であって、
互いに離間して配置され、それぞれが多次元磁界強度を検出すると共に、それぞれが第１の空間次元（ｚ）についての第１検出値（ＰＺ１，ＰＺ２）と、第２の空間次元（ｙ）についての第２検出値（ＰＹ１，ＰＹ２）とを出力する第１センサ素子（ＨＳ１）及び第２センサ素子（ＨＳ２）と、
演算回路（ＥＶ）とを備え、
前記演算回路（ＥＶ）は、
前記第１センサ素子（ＨＳ１）及び前記第２センサ素子（ＨＳ２）の少なくとも一方の検出値（ＰＹ１，ＰＹ２，ＰＺ１，ＰＺ２）に基づき、前記回転軸（ＡＸ）についての相対回転角（ＲＲ）を求め、
前記第１センサ素子（ＨＳ１）及び前記第２センサ素子（ＨＳ２）の両方の検出値（ＰＹ１，ＰＹ２，ＰＺ１，ＰＺ２）に基づき、前記回転軸（ＡＸ）に対する前記リング磁石（ＲＭ）の前後方向位置情報（ＬＰ）を求め、
前記相対回転角（ＲＲ）と前記前後方向位置情報（ＬＰ）とに基づき、前記回転軸（ＡＸ）について、変動範囲が１回転を超える回転範囲に及ぶ絶対回転角（ＡＲ）を求め、
前記第１の空間次元（ｚ）及び前記第２の空間次元（ｙ）は、それぞれが前記リング磁石（ＲＭ）の回転中心軸に対して直角をなすと共に、互いに直角をなす
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記第１の空間次元（ｚ）は、前記第１センサ素子（ＨＳ１）及び前記第２センサ素子（ＨＳ２）が共有する面に対して直角をなすことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記演算回路（ＥＶ）は、前記第１センサ素子（ＨＳ１）と前記第２センサ素子（ＨＳ２）との第１検出値（ＰＺ１，ＰＺ２）の比に基づいて、前記前後方向位置情報（ＬＰ）を求めることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記演算回路（ＥＶ）は、
前記第１センサ素子（ＨＳ１）の第２検出値（ＰＹ１）と、前記第１センサ素子（ＨＳ１）の第１検出値（ＰＺ１）との比、
前記第２センサ素子（ＨＳ２）の第２検出値（ＰＹ２）と、前記第２センサ素子（ＨＳ２）の第１検出値（ＰＺ２）との比、ならびに
前記第１センサ素子（ＨＳ１）及び前記第２センサ素子（ＨＳ２）の第２検出値（ＰＹ１，ＰＹ２）の合計値と、前記第１センサ素子（ＨＳ１）及び前記第２センサ素子（ＨＳ２）の第１検出値（ＰＺ１，ＰＺ２）の合計値との比
の少なくとも１つに基づき前記相対回転角（ＲＲ）を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記演算回路（ＥＶ）は、アークタンジェント関数を用いて、前記前後方向位置情報（ＬＰ）及び前記相対回転角（ＲＲ）の少なくとも一方を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記演算回路（ＥＶ）は、前記前後方向位置情報（ＬＰ）に基づいてオフセット角（ＲＯ）を求め、前記オフセット角（ＲＯ）と前記相対回転角（ＲＲ）とを合算することにより前記絶対回転角（ＡＲ）を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記演算回路（ＥＶ）は、前記前後方向位置情報（ＬＰ）に基づき、特定のオフセット角の値に関連付けられたルックアップテーブルを使用すること、及び特定のオフセット角の値に関連付けられた複数の数値範囲と前記前後方向位置情報（ＬＰ）とを比較することの少なくとも一方により、前記オフセット角（ＲＯ）を求めることを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記静止部材（ＳＴ）と、前記リング磁石（ＲＭ）と、前記変位手段（ＳＭ）とを更に備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記回転軸（ＡＸ）を更に備え、
前記変位手段（ＳＭ）が、前後方向に延びる溝（ＳＬ）を有すると共に、前記回転軸（ＡＸ）が、前記溝（ＳＬ）と係合するキー（ＫＹ）を有するか、もしくは
前記回転軸（ＡＸ）が、前後方向に延びる溝（ＳＬ）を有すると共に、前記変位手段（ＳＭ）が、前記溝（ＳＬ）と係合するキー（ＫＹ）を有する
ことを特徴とする請求項８に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記変位手段（ＳＭ）は、前記静止部材（ＳＴ）の雌ねじ部（ＩＴ）に螺合する雄ねじ部（ＯＴ）を備えることにより、前記変位手段（ＳＭ）の回転運動が、前記変位手段（ＳＭ）の付加的な前後方向運動に変換されることを特徴とする請求項８または９に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載のセンサ装置を有することを特徴とする車両用操舵制御装置。
【請求項１２】
静止部材（ＳＴ）内に回転可能に配置された回転軸（ＡＸ）と、前記回転軸（ＡＸ）に取り付けられて前記回転軸（ＡＸ）と一体的に回転すると共に、前記回転軸（ＡＸ）に沿った前後方向に位置を変更可能なリング磁石（ＲＭ）と、前記回転軸（ＡＸ）の回転運動を前記リング磁石（ＲＭ）の前後方向運動に変換する変位手段（ＳＭ）と、互いに離間して配置され、それぞれが多次元磁界強度を検出する第１センサ素子（ＨＳ１）及び第２センサ素子（ＨＳ２）とを備えた機構と共に用いられる絶対回転角検出方法であって、
前記第１センサ素子（ＨＳ１）及び前記第２センサ素子（ＨＳ２）を用い、それぞれ第１の空間次元（ｚ）についての第１検出値（ＰＺ１，ＰＺ２）と、第２の空間次元（ｙ）についての第２検出値（ＰＹ１，ＰＹ２）とを生成する工程であって、前記第１の空間次元（ｚ）及び前記第２の空間次元（ｙ）は、それぞれが前記リング磁石（ＲＭ）の回転中心軸に対して直角をなすと共に、互いに直角をなす工程と、
前記第１センサ素子（ＨＳ１）及び前記第２センサ素子（ＨＳ２）の少なくとも一方の検出値（ＰＹ１，ＰＹ２，ＰＺ１，ＰＺ２）に基づき、前記回転軸（ＡＸ）についての相対回転角（ＲＲ）を求める工程と、
前記第１センサ素子（ＨＳ１）及び前記第２センサ素子（ＨＳ２）の両方の検出値（ＰＹ１，ＰＹ２，ＰＺ１，ＰＺ２）に基づき、前記回転軸（ＡＸ）に対する前記リング磁石（ＲＭ）の前後方向位置情報（ＬＰ）を求める工程と、
前記相対回転角（ＲＲ）と前記前後方向位置情報（ＬＰ）とに基づき、前記回転軸（ＡＸ）について、変動範囲が１回転を超える回転範囲に及ぶ絶対回転角（ＡＲ）を求める工程と
を備えることを特徴とする絶対回転角検出方法。
【請求項１３】
前記絶対回転角（ＡＲ）を求める工程は、
前記前後方向位置情報（ＬＰ）に基づいてオフセット角（ＲＯ）を求める工程と、
前記オフセット角（ＲＯ）に前記相対回転角（ＲＲ）を合算することにより前記絶対回転角（ＡＲ）を求める工程と
を備えることを特徴とする請求項１２に記載の絶対回転角検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を備えた機構と共に用いられるセンサ装置、そのようなセンサ装置を用いた車両用操舵制御装置、及び絶対回転角検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な用途で、１回転の回転範囲内における回転物体の回転を検出するために磁界強度の計測が行われる。ある用途においては、１回転を超える、即ち３６０°を上回るような回転を行う物体について絶対回転角を検出する必要がある。そのような用途には、例えば、−７２０°から＋７２０°までの範囲で回転可能な操舵ハンドルの回転角検出が含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、１回転を超えて回転可能な機構の絶対回転角を検出するための効果的な基本構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような目的は、独立請求項の主題によって達成される。その展開や具体的態様は、従属請求項によって明示される。
【０００５】
効果的な基本構成は、少なくとも２つのステップで回転軸の絶対回転角を検出するという考えに基づいている。一方のステップでは、回転軸と共に回転する双極性リング磁石の磁界を計測することにより、回転軸の相対回転角を検出する。他方のステップでは、回転軸の回転運動を、回転軸に沿ったリング磁石の前後方向運動に変換し、好ましくは回転軸に沿い、互いに離間して配置された第１センサ素子及び第２センサ素子を用い、リング磁石の磁界を計測することにより、リング磁石の前後方向位置を検出する。このような回転運動の前後方向運動への変換は、変位手段によって行うことができる。絶対回転角は、相対回転角と前後方向位置情報とから算出される。従って、相対回転角及び前後方向位置情報から得られる絶対回転角は、１回転を超える回転範囲に及ぶものとなる。このように、この効果的な基本構成は、機械的及び電気的にわずかな手間をかけるだけで達成することが可能である。
【０００６】
効果的な基本構成の一態様として、センサ装置は、静止部材内に回転可能に配置された回転軸と、回転軸に取り付けられて回転軸と一体的に回転すると共に、回転軸に沿った前後方向に位置を変更可能なリング磁石と、回転軸の回転運動をリング磁石の前後方向運動に変換する変換手段とを備えた機構と共に用いられる。このセンサ装置は、第１センサ素子及び第２センサ素子を備え、これら第１センサ素子及び第２センサ素子は、それぞれが多次元磁界強度を検出し、それぞれが第１の空間次元についての第１検出値と、第２の空間次元についての第２検出値とを出力するように構成されている。これら第１センサ素子及び第２センサ素子は、例えば、回転軸に沿って、即ち回転軸に平行な方向に並んで、互いに離間して配置される。更に、センサ装置は演算回路を備えている。この演算回路は、第１センサ素子及び第２センサ素子の少なくとも一方の検出値に基づき、回転軸についての相対回転角を求め、第１センサ素子及び第２センサ素子の両方の検出値に基づき、回転軸に対するリング磁石の前後方向位置情報を求め、相対回転角と前後方向位置情報とに基づき、回転軸についての絶対回転角を求める。従って、この絶対回転角の変動範囲は、１回転を超える回転範囲に及ぶものとなる。
【０００７】
第１センサ素子及び第２センサ素子は、例えば静止部材内で、リング磁石の直近に配置される。これらセンサ素子は、別個のチップにそれぞれ単一のセンサ素子として設けることも可能であるが、共通の集積回路基板に組み合わせて設けることも可能である。また、演算回路も、このような共通の集積回路基板上に配置し、例えば静止部材に、または静止部材の外部に設けることが可能である。
【０００８】
上述したように、第１センサ素子及び第２センサ素子のそれぞれは、第１の空間次元についての第１検出値と、第２の空間次元についての第２検出値とを出力するように構成される。例えば、これら２つの空間次元は、デカルト座標系の２つの次元である。第１の空間次元及び第２の空間次元は、それぞれがリング磁石の回転中心軸に対して直角をなすと共に、互いに直角をなす。従って、これら第１の空間次元及び第２の空間次元は、リング磁石の回転中心軸と共にデカルト座標系をなし、リング磁石の回転中心軸は、回転軸の回転中心軸に一致するのが好ましい。
【０００９】
更に、第１の空間次元は、第１センサ素子及び第２センサ素子が共有する面に対して直角をなすようにしてもよい。
【００１０】
センサ装置の様々な態様において、演算回路は、第１センサ素子と第２センサ素子との第１検出値の比に基づき、前後方向位置情報を求めるように構成される。この比は、リング磁石が回転軸に沿って前後方向に運動する際に変動し、個々の比の値は、回転軸に対するリング磁石の前後方向位置に対応したものとなる。
【００１１】
また、センサ装置の様々な態様において、演算回路は、以下の比のうちの少なくとも１つに基づき、相対回転角を求めるように構成される。
【００１２】
即ち、第１センサ素子の第２検出値と第１センサ素子の第１検出値との比、第２センサ素子の第２検出値と第２センサ素子の第１検出値との比、並びに第１センサ素子及び第２センサ素子の第２検出値の合計値と第１センサ素子及び第２センサ素子の第１検出値の合計値との比である。
【００１３】
これら３つの比の場合のそれぞれにおいて、第２の空間次元の方向に沿う磁界強度と第１の空間次元の方向に沿う磁界強度との比が算出されて、相対回転角が求められる。単一のセンサ素子のみの検出値を用いても、利用可能な検出結果が得られるものの、２つのセンサ素子の検出値を用いることで、より一層正確な検出結果が得られる。
【００１４】
センサ装置の様々な態様において、演算回路は、アークタンジェント関数に基づいて、前後方向位置情報及び相対回転角の少なくとも一方を求めるように構成される。
【００１５】
センサ装置の具体的な一態様によれば、演算回路は、前後方向位置情報に基づいてオフセット角を求め、当該オフセット角と相対回転角とを合算することにより絶対回転角を求めるように構成される。
【００１６】
例えば、演算回路は、前後方向位置情報に基づき、ルックアップテーブルを用いてオフセット角を求めるように構成される。このルックアップテーブルは、前後方向位置情報を個々のオフセット角と関連付けるものであって、類似するいくつかの複数の前後位置情報に対して同じオフセット角が対応するようになっている。また、演算回路は、前後位置情報を複数の数値範囲と比較することにより、オフセット角を決定するように構成され、これら数値範囲のそれぞれは、特定のオフセット角の値と関連付けられている。オフセット角は、付加定数の有無に関わらず、３６０°の倍数とすることができる。
【００１７】
センサ装置の様々な態様において、センサ装置は、静止部材と、リング磁石と、変位手段とを更に備える。こうして構成されるセンサ装置は、回転軸に組み付けることが可能であり、わずかな手間だけで、センサ装置が組み込まれた機構を得ることができる。
【００１８】
センサ装置は、回転軸を更に備えていてもよく、この場合、変位手段が、前後方向に延びる溝を有すると共に、回転軸が、この溝と係合するキーを有するか、もしくは、回転軸が、前後方向に延びる溝を有すると共に、変位手段が、この溝と係合するキーを有する。いずれの場合においても、キーと溝との係合により、リング磁石と回転軸との一体的な回転が得られる。そして、このキーは、回転軸に沿ったリング磁石の前後方向運動が安定して行われるよう、溝内で移動可能となっている。
【００１９】
例えば、変位手段は、静止部材の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を備えることにより、変位手段の回転運動が変位手段の付加的な前後方向運動に変換される。即ち、変位手段は、静止部材内で回転すると同時に、前後方向運動を行うことになる。
【００２０】
上述したセンサ装置の様々な態様は、例えば操舵ハンドルの回転軸など、１回転を超えて回転可能な回転軸の絶対回転角を検出する必要がある場合には、どのような場合でも使用可能である。即ち、センサ装置を作動させれば、それまでの位置情報について事前の保存を必要とすることなく、正確な絶対回転角を検出することが可能である。従って、このセンサ装置は、信頼性や安全性が極めて重要となるような用途にも用いることが可能である。
【００２１】
例えば、上述した態様の１つによるセンサ装置が車両用操舵制御装置に設けられる。
【００２２】
上述した効果的な基本構成は、絶対回転角検出方法にも適用可能である。このような方法は、静止部材内に回転可能に配置された回転軸と、回転軸に取り付けられて回転軸と一体的に回転すると共に、回転軸に沿った前後方向に位置を変更可能なリング磁石と、回転軸の回転運動をリング磁石の前後方向運動に変換する変位手段と、互いに離間して配置され、それぞれが多次元磁界強度を検出する第１センサ素子及び第２センサ素子とを備えた機構と共に用いることができる。
【００２３】
絶対回転角検出方法の一態様は、第１センサ素子及び第２センサ素子を用い、それぞれのセンサ素子において、少なくとも２つの空間次元についての検出値を生成する工程を備える。そして、第１センサ素子及び第２センサ素子の少なくとも一方の検出値に基づき、回転軸についての相対回転角を求める。また、第１センサ素子及び第２センサ素子の両方の検出値に基づき、回転軸に対するリング磁石の前後方向位置情報を求める。そして、相対回転角と前後方向位置情報とに基づき、回転軸について、変動範囲が１回転を超える回転範囲に及ぶ絶対回転角を求める。
【００２４】
絶対回転角検出方法の一態様において、前後方向位置情報に基づいてオフセット角を求め、オフセット角と相対回転角とを合算することにより絶対回転角を求める。
【００２５】
絶対回転角検出方法の更なる態様は、上述したセンサ装置の様々な態様から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】センサ装置の一実施形態を回転軸と共に示す図である。
【図２】図１に示す実施形態のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】図１に示す実施形態のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図４】センサ素子を有した集積回路の一実施形態を示す図である。
【図５】前後方向位置情報と相対回転角の信号を示す図である。
【図６】センサ装置の一実施形態のブロック図である。
【図７】センサ装置の更なる実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、図面に基づき、具体的な実施形態を用いて本発明を詳細に説明する。それぞれの図では、同様の要素または同様の機能を有する要素に対し、同じ参照符号が適用される。従って、いずれかの図に示された要素の説明は、その後に続く図について繰り返さないものとする。
【００２８】
図１は、センサ装置の一実施形態を回転軸ＡＸと共に示す図である。回転軸ＡＸは、静止部材ＳＴ内に回転可能に配置されている。回転軸ＡＸ用の軸受を静止部材ＳＴ内等に設けてもよいが、図１では概要がよく判るように軸受を省略している。センサ装置は、静止部材ＳＴの雌ねじ部ＩＴに螺合する雄ねじ部ＯＴを有した変位手段ＳＭを更に備える。変位手段ＳＭは、回転軸ＡＸの回転中心軸に沿って前後方向に延びる溝ＳＬを有し、この溝ＳＬには、回転軸ＡＸに固定して取り付けられるキーＫＹ、或いは固定軸ＡＸの一部であるキーＫＹが係合する。変位手段ＳＭには、リング磁石ＲＭが固定して取り付けられ、リング磁石ＲＭが変位手段ＳＭと共に回転するようになっている。図１におけるリング磁石ＲＭの下方には、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２が静止部材ＳＴに固定して配置されている。リング磁石ＲＭは、図中に符号Ｎで示すＮ極と、図中に符号Ｓで示すＳ極とを有した双極性磁石である。第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２には演算回路ＥＶが接続されている。
【００２９】
第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２のそれぞれは、多次元磁界強度を検出するように構成されており、少なくとも２つの空間次元についての検出値を出力する。図１から判るように、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２は、互いに離間して配置され、具体的には、回転軸ＡＸの回転中心軸と基本的に平行な方向に並んでいる。
【００３０】
第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２は、ホールセンサの原理に基づくものであるのが好ましく、２または３の異なる空間次元の磁界成分を検出することが可能であって、ここで検出される磁界は、リング磁石ＲＭによって生成された磁界である。
【００３１】
図２には、図１に示す実施形態のＡ−Ａ’線に沿う断面が示されている。この図から、回転軸ＡＸのキーＫＹが、変位手段ＳＭの溝ＳＬ内に嵌合することにより、変位手段ＳＭが回転軸ＡＸと一体的に回転することが判る。更に、静止部材ＳＴの雌ねじ部ＩＴと変位手段ＳＭの雄ねじ部ＯＴとは、回転軸ＡＸの回転、即ち変位手段ＳＭの回転により、回転軸ＡＸに沿った変位手段ＳＭの前後方向運動が生じるように、螺合して相互に作用する。回転軸ＡＸと変位手段ＳＭとによるキーと溝とを介した係合は、前後方向の移動を妨げないので、このような変位手段ＳＭの前後方向運動が可能となる。
【００３２】
再び図１を参照すると、変位手段ＳＭの前後方向運動により、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２の上を通過するようなリング磁石ＲＭの運動が生じる。例えば、リング磁石が図中の右方へ移動する場合には、第１センサ素子ＨＳ１に作用する磁界強度が減少する一方、第２センサ素子ＨＳ２については磁界強度が増大する。同様に、リング磁石が図中の左方へ移動する場合には、第１センサ素子ＨＳ１に作用する磁界強度が増大する一方、第２センサ素子ＨＳ２に作用する磁界強度が減少する。これらの磁界強度の比は、前後方向位置情報ＬＰを得るために用いることができるが、その詳細は図５に基づき後述する。
【００３３】
代替の実施形態として、回転軸ＡＸに溝を設けると共に、変位手段ＳＭの内周面にキーを設けることも可能であり、この場合も、回転軸ＡＸ及び変位手段ＳＭの回転運動が、変位手段ＳＭの前後方向運動に変換される。
【００３４】
次に、図３には、図１に示す実施形態のＢ−Ｂ’線に沿う断面が示されている。変位手段ＳＭに固定して取り付けられたリング磁石ＲＭは、回転軸ＡＸと共に回転して第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２の上方を通過する。図３において、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２の一方が他方に隠れていることは明らかである。図３中には、３つの空間次元ｘ、ｙ、ｚが矢印及び円で示されている。即ち、次元ｘは、図に向かう方向であり、回転軸ＡＸの回転中心軸と平行となっている。次元ｙは図中の右方に向かっており、次元ｚは図中の上方に向かっている。これら３つの次元ｘ、ｙ、ｚによってデカルト座標系が形成される。
【００３５】
相対回転角を求めるには、例えば、磁界のｚ方向成分及びｙ方向成分を用いてもよい。即ち、ｙ方向成分についての検出値とｚ方向成分についての検出値との比のアークタンジェント関数を用いて、相対回転角を演算することが可能である。
【００３６】
再び図１を参照すると、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２のそれぞれのｚ方向成分についての検出値の比に基づき、前後方向位置情報を求めることができる。
【００３７】
図４は、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２の両方を備えた、集積回路ＩＣの具体的な一実施形態を示す図であり、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２は、互いに離間して配置されると共に、回転軸ＡＸ、即ち次元ｘに平行であるのが好ましい線上に並べられている。第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２のそれぞれは、３次元磁界を検出可能とする複数のホールセンサ素子からなる。
【００３８】
例えば、第１センサ素子ＨＳ１は、４つのセンサ素子ＶＸ１１、ＶＸ１２、ＶＸ１３、ＶＸ１４を備えており、これらセンサ素子ＶＸ１１、ＶＸ１２、ＶＸ１３、ＶＸ１４のそれぞれは、磁界のｘ方向成分を検出するためのものであって、垂直方向ホールセンサ素子により構成される。同様に、第１センサ素子ＨＳ１は、磁界のｙ方向成分を検出するための４つの垂直方向ホールセンサ素子ＶＹ１１、ＶＹ１２、ＶＹ１３、ＶＹ１４を備える。更に、第１センサ素子ＨＳ１は、磁界のｚ方向成分を検出するための４つの横方向ホールセンサ素子ＨＺ１１、ＨＺ１２、ＨＺ１３、ＨＺ１４を備える。同様に、第２センサ素子ＨＳ２は、第１センサ素子ＨＳ１の各素子に対応して、磁界のｘ方向成分を検出するための４つの垂直方向ホールセンサ素子ＶＸ２１、ＶＸ２２、ＶＸ２３、ＶＸ２４、磁界のｙ方向成分を検出するための４つの垂直方向ホールセンサ素子ＶＹ２１、ＶＹ２２、ＶＹ２３、ＶＹ２４、及び磁界のｚ方向成分を検出するための４つの横方向ホールセンサ素子ＨＺ２１、ＨＺ２２、ＨＺ２３、ＨＺ２４を備える。
【００３９】
なお、センサ装置の様々な実施形態において、垂直方向ホールセンサ素子ＶＸ１１、ＶＸ１２、ＶＸ１３、ＶＸ１４、ＶＸ２１、ＶＸ２２、ＶＸ２３、ＶＸ２４を省略し、ｙ方向成分及びｚ方向成分を検出するホールセンサ素子のみを設けるようにすることも可能である。集積回路ＩＣには、更なる回路及び配線が存在していてもよいが、概要を判りやすくするため、ここでは記載を省略している。
【００４０】
演算回路ＥＶにおいて、回転軸ＡＸの相対回転角ＲＲを算出する方法の一例は、下記式（１）を用いるものである。
【００４１】
ＲＲ＝ａｔａｎ２｛（ＰＹ１＋ＰＹ２），（ＰＺ１＋ＰＺ２）｝・（１８０°／π）
・・・（１）
上記式（１）中、ａｔａｎ２は、個々の偏角の符号を考慮したアークタンジェント関数の１つとしてよく知られており、ＰＹ１は磁界のｙ方向成分に相当する第１センサ素子ＨＳ１の検出値、ＰＹ２は磁界のｙ方向成分に相当する第２センサ素子ＨＳ２の検出値、ＰＺ１は磁界のｚ方向成分に相当する第１センサ素子ＨＳ１の検出値、ＰＺ２は磁界のｚ方向成分に相当する第２センサ素子ＨＳ２の検出値である。
【００４２】
なお、別の実施形態として、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２の両方の検出値の合計を求めずに、第１センサ素子ＨＳ１のみまたは第２センサ素子ＨＳ２のみの検出値を用いることにより、上述した演算を変更することが可能である。いずれの場合においても、上記式（１）により、−１８０°〜＋１８０°の範囲の相対回転角が得られる。
【００４３】
前後方向位置情報ＬＰは、上記式（１）と同様の表記を用い、下記式（２）により算出することができる。
【００４４】
ＬＰ＝ａｔａｎ２（ＰＺ１，ＰＺ２）・（１８０°／π）  ・・・（２）
図５は、回転軸ＡＸが複数回にわたって回転する際の、前後方向位置情報ＬＰと相対回転角ＲＲとを例示する図である。相対回転角ＲＲは、−１８０°から＋１８０°までの限られた回転角範囲を周期的に繰り返すことがわかる。前後方向位置情報ＬＰは、基本的にブロック状の一定値、即ち個々の範囲ごとにほぼ一定となっているが、隣接する２つの範囲の間では絶対値が異なっている。
【００４５】
従って、前後方向位置情報ＬＰの絶対値、または前後方向位置情報ＬＰの絶対値の領域から、変位手段ＳＭ、即ちリング磁石ＲＭの前後方向の絶対位置を推定することが可能である。この結果、前後方向位置ごとに、オフセット角ＲＯと関連付けることができる。例えば、図中の最も左側のブロック、即ち最も左側の数値領域は、オフセット角ＲＯ＝７２０°と関連付けられ、次の数値領域はオフセット角ＲＯ＝３６０°と関連付けられる、というようにして、オフセット角ＲＯ＝−７２０°と関連付けられる一番右側の数値領域まで関連付けが行われる。それぞれの前後方向位置情報ＬＰに対応するオフセット角ＲＯは、ルックアップテーブルＬＵＴの使用、及び前後方向位置情報ＬＰと、それぞれが特定のオフセット角に関連付けられた複数の数値領域との比較の少なくとも一方により求めるようにしてもよい。最終的に得られる絶対回転角は、ＡＲを絶対回転角として、下記式（３）により算出するようにしてもよい。
【００４６】
ＡＲ＝ＲＯ＋ＲＲ  ・・・（３）
図６は、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２に接続される演算回路ＥＶの具体的な一実施形態を示す図である。なお、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２からは、例えば磁界の様々な成分に関連した信号など、複数のセンサ信号を出力することが可能である。
【００４７】
演算回路ＥＶは第１演算部ＥＶ１を備えており、この第１演算部ＥＶ１は、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２の少なくとも一方に接続されて、例えば式（１）に従い、相対回転角ＲＲを求める。
【００４８】
更に、演算回路ＥＶは、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２の双方に接続された第２演算部ＥＶ２を備える。第２演算部ＥＶ２は、例えば式（２）に従い、前後方向位置情報ＬＰを求めるように構成されている。前述したように、前後位置情報ＬＰは、オフセット角ＲＯを求めるためのルックアップテーブルＬＵＴに対する参照に用いることができ、このオフセット角ＲＯは、式（３）に従って相対回転角ＲＲに加算される。
【００４９】
演算回路ＥＶは、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２と共に、例えば集積回路ＩＣに統合することが可能である。但し、演算回路ＥＶは、例えばコントローラなどの一部として、これらセンサ素子から分離して設けることも可能である。
【００５０】
上述した実施形態のうちの１つによるセンサ装置は、車両用の操舵制御装置に適用することが可能であり、この場合、例えば回転軸は車両の操舵軸となる。但し、センサ装置の用途は、これに限られるものではなく、絶対回転角を求める必要がある任意の回転軸と共に用いることが可能である。上述した各実施形態によれば、位置情報に関して途中で保存しておく必要がない。
【００５１】
例えば車両用など、いくつかの用途においては、装置全体が機能不全となるのを防止するため、冗長性の適用が必要となる場合がある。図７は、このような冗長性を考慮した、センサ装置の具体的な一実施形態を示す図であり、この実施形態は、図１に関連して図３に示した実施形態を基に構成されている。図７の実施形態には、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２の組から回転移動した位置に、センサ素子ＨＳ１’及びセンサ素子ＨＳ２’が第２の組として設けられる。
【００５２】
これら２つの組は同様に構成され、それぞれの組を単独で用いることにより絶対回転角を求めることが可能である。同一の検出結果を得るには、これら２つの組のそれぞれに対してキャリブレーションを行う必要がある。それぞれのセンサ信号の演算は、同じ演算回路を用いて行われる。即ち、センサ素子の２つの組のそれぞれについて演算が行われ、例えば相互に比較されるようにしてもよい。作動中、演算結果に差異が生じた場合には、２つの組の一方に故障が生じたと推定することができる。
【００５３】
様々な実施形態において、第１センサ素子ＨＳ１及び第２センサ素子ＨＳ２にトルクセンサを組み合わせ、外形寸法の小さなセンサユニットを得ることも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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