(57)【要約】【課題】磁石と磁気センサとの間に相対的な位置ずれが生じたとしても回転軸の回転角度を精度高く検出でき、２つの回転軸の相対回転角度を精度高く検出できる技術を提供する。【解決手段】第１の回転軸１２０に設けられ、第１の回転軸１２０の周方向に着磁された第１の磁石１０と、第２の回転軸１３０に設けられ、第２の回転軸１３０の周方向に着磁された第２の磁石２０と、第１の磁石１０の外周面と対向するように、第１の回転軸１２０の周方向に等間隔に配置された複数の第１の磁気センサ４６と、第２の磁石２０の外周面と対向するように、第２の回転軸１３０の周方向に等間隔に配置された複数の第２の磁気センサ４７と、複数の第１の磁気センサ４６および複数の第２の磁気センサ４７の出力に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を演算する相対角度演算部とを備える。【選択図】図２
2011080783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、
前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の周方向に着磁された第１の磁石と、
前記第２の回転軸に設けられ、当該第２の回転軸の周方向に着磁された第２の磁石と、
前記第１の磁石の外周面と対向するように、前記第１の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の第１の磁気センサと、
前記第２の磁石の外周面と対向するように、前記第２の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の第２の磁気センサと、
前記複数の第１の磁気センサおよび前記複数の第２の磁気センサの出力に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を演算する相対角度演算手段と、
を備えることを特徴とする相対角度検出装置。
【請求項２】
前記複数の第１の磁気センサの配置間隔は、前記第１の磁石の磁極対数と当該第１の磁気センサの配置数を除すことにより得られた数と、当該第１の磁石の磁極ピッチとを乗じることにより得られた角度間隔であることを特徴とする請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項３】
前記第１の磁石は、着磁方向が周方向に交互に変わるように着磁されており、
前記第１の磁気センサは、前記第１の回転軸の軸方向に延びるように形成され、前記第１の磁石の磁極ピッチの半分の間隔で配置された一対の磁気抵抗効果素子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の相対角度検出装置。
【請求項４】
前記複数の第１の磁気センサの前記一対の磁気抵抗効果素子の一方の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続された一方の磁気抵抗効果素子群と、他方の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続された他方の磁気抵抗効果素子群とを有し、当該一方の磁気抵抗効果素子群と当該他方の磁気抵抗効果素子群とを接続してその両端に電圧を加えた場合の当該一方の磁気抵抗効果素子群と当該他方の磁気抵抗効果素子群との接続部からの出力電圧に基づいて前記第１の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の相対角度検出装置。
【請求項５】
前記第１の磁気センサは、当該第１の磁気センサ内の一対の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続され、直列に接続された一対の磁気抵抗効果素子の両端に電圧を加えられた場合に当該一対の磁気抵抗効果素子同士の接続部からの電圧を出力し、
前記複数の第１の磁気センサからの出力電圧の平均値に基づいて前記第１の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の相対角度検出装置。
【請求項６】
第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、
前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の周方向に着磁された磁石と、
前記第２の回転軸に設けられるとともに、前記磁石の外周面と対向するように、前記第１の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の磁気センサと、
前記複数の磁気センサの出力に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を演算する相対角度演算手段と、
を備えることを特徴とする相対角度検出装置。
【請求項７】
前記複数の磁気センサの配置間隔は、前記磁石の磁極対数と当該磁気センサの配置数を除すことにより得られた数と、当該磁石の磁極ピッチとを乗じることにより得られた角度間隔であることを特徴とする請求項６に記載の相対角度検出装置。
【請求項８】
回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
回転軸に設けられ、当該回転軸の周方向に着磁された磁石と、
前記回転軸の軸方向に延びるように形成され、前記磁石の磁極ピッチの半分の間隔で配置された一対の磁気抵抗効果素子を有し、当該磁石の外周面と対向するように、当該回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の磁気センサと、
を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項９】
前記複数の第１の磁気センサの配置間隔は、前記第１の磁石の磁極対数と当該第１の磁気センサの配置数を除すことにより得られた数と、当該第１の磁石の磁極ピッチとを乗じることにより得られた角度間隔であることを特徴とする請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項１０】
ステアリングホイールに連結される第１の回転軸と、
トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸と、
前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の周方向に着磁された第１の磁石と、
前記第２の回転軸に設けられ、当該第２の回転軸の周方向に着磁された第２の磁石と、
前記第１の磁石の外周面と対向するように、前記第１の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の第１の磁気センサと、
前記第２の磁石の外周面と対向するように、前記第２の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の第２の磁気センサと、
前記複数の第１の磁気センサおよび前記複数の第２の磁気センサの出力に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を演算する相対角度演算手段と、
を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対角度検出装置、回転角度検出装置及びパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回転角検出装置の一例として、ステアリング回転補助を行なうためにステアリングに加わる回転トルクを検出する相対角度検出装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、以下のように構成されたトルク検出装置（相対角度検出装置）が記載されている。すなわち、駆動側と負荷側を結ぶ回転軸に所定間隔離して取り付けられ、表面にＮ、Ｓ極を有する磁性体を複数個設けてなる２つの磁気回転体と、２つの磁気回転体の磁性体表面にそれぞれ対向して配置され、磁性体の磁界に感応して内部抵抗が変化し、磁性体の磁極ピッチの半分の間隔を離して配置された一対の磁気抵抗素子を設け、対応する磁気回転体との相対的な角度変位に対して、それぞれがほぼ９０度位相のずれた２相の正弦波状の信号を出力する２つの磁気センサとを備える。また、２つの磁気センサから出力される正弦波状の信号の大きさを検出する手段と、各磁気センサから得られたほぼ９０度位相のずれた２相の正弦波状の信号から、２つの磁気回転体とそれぞれに対応した磁気センサとの間の変位が０から３６０度の間の９０度ごとに異なる４つのモードのいずれにあるかを検出する手段を有し、正弦波状の信号の大きさおよび検出されたモードから２つの磁気回転体の回転角の位相差を求め、回転角の位相差より回転軸に働く負荷トルクを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平８−１４５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転軸の回転角度を、回転軸に取り付けられ、着磁方向が交互に変わるように着磁されている磁石と、磁気抵抗素子を有する磁気センサとを用いて検出する装置においても、磁石と磁気センサとの間に相対的な位置ずれが生じたとしても回転軸の回転角度を精度高く検出できることが望ましい。また、２つの回転軸の相対回転角度を検出する装置においても、相対回転角度を精度高く検出するには、各々の回転軸の回転角度を精度高く検出することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明は、第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の周方向に着磁された第１の磁石と、前記第２の回転軸に設けられ、当該第２の回転軸の周方向に着磁された第２の磁石と、前記第１の磁石の外周面と対向するように、前記第１の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の第１の磁気センサと、前記第２の磁石の外周面と対向するように、前記第２の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の第２の磁気センサと、
前記複数の第１の磁気センサおよび前記複数の第２の磁気センサの出力に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を演算する相対角度演算手段と、を備えることを特徴とする相対角度検出装置である。
【０００６】
ここで、前記複数の第１の磁気センサの配置間隔は、前記第１の磁石の磁極対数と当該第１の磁気センサの配置数を除すことにより得られた数と、当該第１の磁石の磁極ピッチとを乗じることにより得られた角度間隔であることが好適である。
また、前記第１の磁石は、着磁方向が周方向に交互に変わるように着磁されており、前記第１の磁気センサは、前記第１の回転軸の軸方向に延びるように形成され、前記第１の磁石の磁極ピッチの半分の間隔で配置された一対の磁気抵抗効果素子を有することが好適である。
【０００７】
また、前記複数の第１の磁気センサの前記一対の磁気抵抗効果素子の一方の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続された一方の磁気抵抗効果素子群と、他方の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続された他方の磁気抵抗効果素子群とを有し、当該一方の磁気抵抗効果素子群と当該他方の磁気抵抗効果素子群とを接続してその両端に電圧を加えた場合の当該一方の磁気抵抗効果素子群と当該他方の磁気抵抗効果素子群との接続部からの出力電圧に基づいて前記第１の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに備えることが好適である。
【０００８】
また、前記第１の磁気センサは、当該第１の磁気センサ内の一対の磁気抵抗効果素子同士が直列に接続され、直列に接続された一対の磁気抵抗効果素子の両端に電圧を加えられた場合に当該一対の磁気抵抗効果素子同士の接続部からの電圧を出力し、前記複数の第１の磁気センサからの出力電圧の平均値に基づいて前記第１の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに備えることが好適である。
【０００９】
また、他の観点から捉えると、本発明は、第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の周方向に着磁された磁石と、前記第２の回転軸に設けられるとともに、前記磁石の外周面と対向するように、前記第１の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の磁気センサと、
前記複数の磁気センサの出力に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を演算する相対角度演算手段と、を備えることを特徴とする相対角度検出装置である。
ここで、前記複数の磁気センサの配置間隔は、前記磁石の磁極対数と当該磁気センサの配置数を除すことにより得られた数と、当該磁石の磁極ピッチとを乗じることにより得られた角度間隔であることが好適である。
【００１０】
また、他の観点から捉えると、本発明は、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、回転軸に設けられ、当該回転軸の周方向に着磁された磁石と、前記回転軸の軸方向に延びるように形成され、前記磁石の磁極ピッチの半分の間隔で配置された一対の磁気抵抗効果素子を有し、当該磁石の外周面と対向するように、当該回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の磁気センサと、を備えることを特徴とする回転角度検出装置である。
ここで、前記複数の第１の磁気センサの配置間隔は、前記第１の磁石の磁極対数と当該第１の磁気センサの配置数を除すことにより得られた数と、当該第１の磁石の磁極ピッチとを乗じることにより得られた角度間隔であることが好適である。
【００１１】
また、他の観点から捉えると、本発明は、ステアリングホイールに連結される第１の回転軸と、トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸と、前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の周方向に着磁された第１の磁石と、前記第２の回転軸に設けられ、当該第２の回転軸の周方向に着磁された第２の磁石と、前記第１の磁石の外周面と対向するように、前記第１の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の第１の磁気センサと、前記第２の磁石の外周面と対向するように、前記第２の回転軸の周方向に等間隔に配置された複数の第２の磁気センサと、前記複数の第１の磁気センサおよび前記複数の第２の磁気センサの出力に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を演算する相対角度演算手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、回転軸の回転角度を精度高く検出することができる。それゆえ、２つの回転軸の相対回転角度も精度高く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る相対角度検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る相対角度検出装置の主要部品の概略構成図である。
【図３】第１の実施形態に係る相対角度検出装置の概略構成図である。
【図４】第１の実施形態に係る第１の回転角度検出装置および第２の回転角度検出装置の回路構成を簡略化して記載した図である。
【図５】第１の回転角度検出装置から出力される出力電圧および第２の回転角度検出装置から出力される出力電圧の波形を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る相対角度検出装置の概略構成図である。
【図７】第３の実施形態に係る相対角度検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
以下、添付図面を参照して、第１の実施形態について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１を適用した電動パワーステアリング装置１００の断面図である。
相対角度検出装置１は、ハウジング１１０に回転可能に支持された第１の回転軸１２０と、同じくハウジング１１０に回転可能に支持された第２の回転軸１３０との相対角度を検出する装置である。
【００１５】
ハウジング１１０は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム（以下、「車体」と称する場合もある。）に固定される部材であり、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とが、例えばボルトなどにより結合されて構成される。
第１の回転軸１２０は、例えばステアリングホイールが連結される回転軸であり、軸受１１３を介して第１ハウジング１１１に回転可能に支持されている。
【００１６】
第２の回転軸１３０は、トーションバー１４０を介して第１の回転軸１２０に同軸的に結合されているとともに軸受１１４を介して第２ハウジング１１２に回転可能に支持されている。また、第２の回転軸１３０に形成されたピニオン１３１が、車輪に連結されるラック軸（不図示）のラック（不図示）と噛み合っている。そして、第２の回転軸１３０の回転運動がピニオン１３１、ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、第２ハウジング１１２に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。
【００１７】
以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を相対角度検出装置１にて検出し、検出した相対角度に基づいてステアリングホイールに加えられた操舵トルクを認識する。そして、認識した操舵トルクに基づいて電動モータ１６０を駆動し、電動モータ１６０の発生トルクをウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。
【００１８】
以下に、相対角度検出装置１について詳述する。
相対角度検出装置１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる円筒状の第１の磁石１０と、第１の磁石１０の外周面に対向して配置され第１の磁石１０が発生する磁界に基づいて第１の回転軸１２０の回転角度を検出する第１の回転角度検出装置４１とを有する。また、相対角度検検出装置１は、第２の回転軸１３０に取り付けられる円筒状の第２の磁石２０と、第２の磁石２０の外周面に対向して配置され第２の磁石２０が発生する磁界に基づいて第２の回転軸１３０の回転角度を検出する第２の回転角度検出装置４２とを有する。また、相対角度検出装置１は、第１の回転角度検出装置４１および第２の回転角度検出装置４２からの出力値に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を演算する相対角度演算部５０を有している。
【００１９】
図２は、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１の主要部品の概略構成図である。
第１の磁石１０および第２の磁石２０は、円筒状であり、図２に示すように、第１の回転軸１２０および第２の回転軸１３０の周方向に磁極ピッチλで着磁方向が交互に変わるように着磁されている。そして、第１の磁石１０は、第１の回転軸１２０に取り付けられて、第１の回転軸１２０とともに回転する。また、第２の磁石２０は、第２の回転軸１３０に取り付けられて、第２の回転軸１３０とともに回転する。
【００２０】
第１の回転角度検出装置４１は、磁極ピッチλの１／２（半分）の間隔で配置され、外部磁場によって電気抵抗が変化する一対の磁気抵抗効果素子を有する第１の磁気センサ４６を複数（図２においては４つの場合を例示している）備えている。これら複数の第１の磁気センサ４６それぞれは、第１の回転軸１２０の回転半径方向には、予め定められた隙間を介して第１の磁石１０の外周面と対向するように第１のハウジング１１１に固定されている。また、複数の第１の磁気センサ４６それぞれは、第１の回転軸１２０の周方向には等間隔に配置されている。そして、その配置間隔は、式（１）を満足する角度に設定されている。
Ｐθ１＝ｎ×λ／Ｎ・・・（１）
ここで、Ｐθ１は、第１の磁気センサ４６の配置ピッチ角度、Ｎは第１の磁気センサ４６の配置数、ｎは磁極対数である。但し、Ｎは２以上の整数、ｎ／Ｎ＝整数となる値を選択する。
【００２１】
例えば、配置する第１の磁気センサ４６が４つ（Ｎ＝４）、磁極対数が１００（ｎ＝１００）、である場合、磁極ピッチλ＝３６０／１００＝３．６（度）であるから、式（１）により、Ｐθ１＝３．６×１００／４＝９０（度）となる。それゆえ、かかる場合には第１の磁気センサ４６を９０度間隔で４つ配置する。
【００２２】
そして、複数の第１の磁気センサ４６を用いて、第１の回転軸１２０の回転角度を検出するための回路を形成する。
図３は、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１の概略構成図である。構成を分かり易くするために円形を平面的に展開して記載した。図４は、第１の実施形態に係る第１の回転角度検出装置４１および第２の回転角度検出装置４２の回路構成を簡略化して記載した図である。
Ｎ番目の第１の磁気センサ４６Ｎは、磁極ピッチλの１／２の間隔で配置された一対の磁気抵抗効果素子４６Ｎ−ａ，４６Ｎ−ｂを有している。磁気抵抗効果素子４６Ｎ−ａ，４６Ｎ−ｂは、第１の磁石１０の移動方向と直角の方向に延びるように、制御基板上に蒸着あるいはエッチングなどの公知の方法で形成されている。そして、Ｎ個の第１の磁気センサ４６の一対の磁気抵抗効果素子が図３のように配線接続されている。すなわち、Ｎ個の第１の磁気センサ４６の一対の磁気抵抗効果素子の内の一方の磁気抵抗効果素子を直列に接続する（４６１−ａ〜４６Ｎ−ａを直列に接続する）とともに、他方の磁気抵抗効果素子を直列に接続する（４６１−ｂ〜４６Ｎ−ｂを直列に接続する）。以下では、直列に接続された磁気抵抗効果素子４６１−ａ〜４６Ｎ−ａを、「一方の磁気抵抗効果素子群４６ａ」と称し、磁気抵抗効果素子４６１−ｂ〜４６Ｎ−ｂを、「他方の磁気抵抗効果素子群４６ｂ」と称す。そして、一方の磁気抵抗効果素子群４６ａの一方の端子と他方の磁気抵抗効果素子群４６ｂの一方の端子を接続するとともにこの接続部を出力端子に接続し、２つの磁気抵抗効果素子群４６ａ，４６ｂの他方の端子間に電圧Ｖを加える。つまり、簡略化して記載すると図４（ａ）に示すようにＮ個の第１の磁気センサ４６の一対の磁気抵抗効果素子が接続される。この回路において、電圧Ｖを加えたときに得られる出力電圧をＥＡ１とする。
【００２３】
第２の回転角度検出装置４２は、磁極ピッチλの（半分）１／２の間隔で配置され、外部磁場によって電気抵抗が変化する一対の磁気抵抗効果素子を有する第２の磁気センサ４７を複数（図２においては４つの場合を例示している）備えている。これら複数の第２の磁気センサ４７それぞれは、第２の回転軸１３０の回転半径方向には、予め定められた隙間を介して第２の磁石２０の外周面と対向するように配置されている。また、複数の第２の磁気センサ４７それぞれは、第２の回転軸１３０の周方向には等間隔に配置されている。そして、その配置間隔は、上述した式（１）を満足する角度に設定されている。
【００２４】
そして、複数の第２の磁気センサ４７を用いて、第２の回転軸１３０の回転角度を検出するための回路を形成する。この回路の構成は、第１の回転角度検出装置４１と同様である。すなわち、Ｎ個の第２の磁気センサ４７の一対の磁気抵抗効果素子の内の一方の磁気抵抗効果素子を直列に接続する（４７１−ａ〜４７Ｎ−ａを直列に接続する）とともに、他方の磁気抵抗効果素子を直列に接続する（４７１−ｂ〜４７Ｎ−ｂを直列に接続する）。以下では、直列に接続された磁気抵抗効果素子４７１−ａ〜４７Ｎ−ａを、「一方の磁気抵抗効果素子群４７ａ」と称し、磁気抵抗効果素子４７１−ｂ〜４７Ｎ−ｂを、「他方の磁気抵抗効果素子群４７ｂ」と称す。そして、一方の磁気抵抗効果素子群４７ａの一方の端子と他方の磁気抵抗効果素子群４７ｂの一方の端子を接続するとともにこの接続部を出力端子に接続し、２つの磁気抵抗効果素子群４７ａ，４７ｂの他方の端子間に電圧Ｖを加える。つまり、簡略化して記載すると図４（ｂ）に示すようにＮ個の第２の磁気センサ４７の一対の磁気抵抗効果素子が接続される。この回路において、電圧Ｖを加えたときに得られる出力電圧をＥＡ２とする。
【００２５】
相対角度演算部５０には、第１の回転角度検出装置４１から出力される出力電圧ＥＡ１と第２の回転角度検出装置４２から出力される出力電圧ＥＡ２とが入力される。そして、相対角度演算部５０は、出力電圧ＥＡ１と出力電圧ＥＡ２との差に基づいて第１の回転軸１２０の回転角度と第２の回転軸１３０の回転角度との差である相対回転角度Δθを演算する。より具体的には、以下に述べる通りである。
【００２６】
図５は、第１の回転角度検出装置４１から出力される出力電圧ＥＡ１および第２の回転角度検出装置４２から出力される出力電圧ＥＡ２の波形を示す図である。
上述したように複数の第１の磁気センサ４６および複数の第２の磁気センサ４７は、上述した式（１）にて導かれるように、磁極ピッチλの整数倍の間隔で配置される。それゆえ、Ｎ個の第１の磁気センサ４６の一対の磁気抵抗効果素子の内の、直列に接続された一方の磁気抵抗効果素子（４６１−ａ〜４６Ｎ−ａ）は、磁極ピッチλの整数倍の間隔で配置され、第１の回転軸１２０が回転した場合、これら磁気抵抗効果素子４６１−ａ〜４６Ｎ−ａは同じタイミングで電気抵抗が変化する。また、同様に、直列に接続された、Ｎ個の第１の磁気センサ４６の他方の磁気抵抗効果素子（４６１−ｂ〜４６Ｎ−ｂ）は、磁極ピッチλの整数倍の間隔で配置されているので、第１の回転軸１２０が回転した場合、これら磁気抵抗効果素子４６１−ｂ〜４６Ｎ−ｂは同じタイミングで電気抵抗が変化する。そして、一方の磁気抵抗効果素子（４６１−ａ〜４６Ｎ−ａ）と他方の磁気抵抗効果素子（４６１−ｂ〜４６Ｎ−ｂ）とは磁極ピッチλの１／２の間隔ずれている。それゆえ、第１の回転角度検出装置４１から出力される出力電圧ＥＡ１は図５（ａ）に示すような波形となる。
【００２７】
すなわち、一方の磁気抵抗効果素子群４６ａに含まれる磁気抵抗効果素子の抵抗値が大きくなるときには他方の磁気抵抗効果素子群４６ｂに含まれる磁気抵抗効果素子の抵抗値が小さくなり、一方の磁気抵抗効果素子群４６ａに含まれる磁気抵抗効果素子の抵抗値が小さくなるときには他方の磁気抵抗効果素子群４６ｂに含まれる磁気抵抗効果素子の抵抗値が大きくなる。それゆえ、第１の回転軸１２０の回転角度に応じて一方の磁気抵抗効果素子群４６ａの抵抗値と他方の磁気抵抗効果素子群４６ｂの抵抗値とが変化し、第１の回転角度検出装置４１から出力される出力電圧ＥＡ１は図５（ａ）に示すような波形となる。
また、同様に第２の回転角度検出装置４２から出力される出力電圧ＥＡ２は図５（ｂ）に示すような正弦波形となる。
そして、出力電圧ＥＡ１および出力電圧ＥＡ２の零クロスにおける差を検出することにより第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度Δθを検出することが可能となる。
【００２８】
ここで、第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の磁気抵抗効果素子は、磁界の大きさに応じて抵抗値が変化するため、第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）と第１の磁石１０（第２の磁石２０）との相対距離が予め定められた目標距離からずれると、第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の一対の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化が、相対距離が目標距離である場合に対して変動してしまう。例えば、ハウジング１１０に固定された第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）に対して、第１の磁石１０あるいは第２の磁石２０が偏心して取り付けられることなどにより、第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）と第１の磁石１０（第２の磁石２０）との相対距離が目標距離よりも大きくなった場合には、一対の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化が、相対距離が目標距離である場合と比べると小さくなってしまう。その結果、一対の磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化に応じた出力電圧の変化を精度高く検出することが困難となる。それゆえ、例えば、１つの第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）を用いて第１の回転軸１２０（第２の回転軸１３０）の回転角度を検出するのでは、精度高く回転角度を検出することができないおそれがある。
【００２９】
これに対して、以上のように構成された相対角度検出装置１においては、第１の磁石１０（第２の磁石２０）の外周面に対向するように複数の第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）を等間隔に配置し、等間隔に配置された複数の磁気抵抗効果素子を直列に接続している。そのため、例えば、ハウジング１１０に、第１の磁石１０（第２の磁石２０）が偏心して取り付けられ、複数の第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の内の一の第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の磁気抵抗効果素子の抵抗値が小さくなったとしても他の第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の磁気抵抗効果素子の抵抗値が大きくなる。それゆえ、一方の磁気抵抗効果素子群４６ａ（一方の磁気抵抗効果素子群４７ａ）および他方の磁気抵抗効果素子群４６ｂ（他方の磁気抵抗効果素子群４７ｂ）全体としての抵抗値と、第１の磁石１０（第２の磁石２０）が目標通りに取り付けられた場合の抵抗値とのずれは、一つの第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）を用いる場合よりも小さくなる。そして、第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の数が増えるほど、第１の磁石１０（第２の磁石２０）が目標通りに取り付けられた場合の抵抗値に近づいていく。
したがって、本実施の形態に係る相対角度検出装置１を用いることで、第１の回転軸１２０の回転角度および第２の回転軸１３０の回転角度を精度高く検出することができるとともに、第１の回転軸１２０の回転角度と第２の回転軸１３０との相対回転角度を精度高く検出することができる。
【００３０】
なお、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０とは操舵トルクに比例して捩れるため、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度に基づいて電動パワーステアリング装置１００が適用される車両の操舵トルクを検出することが可能となる。例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭなどの記憶領域に記憶しておいた、相対回転角度と操舵トルクとの対応を示すマップに、相対角度検出装置１が検出した相対回転角度を代入することにより操舵トルクを算出すればよい。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る相対角度検出装置１は、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１に対して、複数の第１の磁気センサ４６および第２の磁気センサ４７を用いて第１の回転軸１２０の回転角度および第２の回転軸１３０の回転角度を検出する方法が異なる。以下では、異なる点について述べ、第１の実施形態と同じ点については省略する。
【００３２】
図６は、第２の実施形態に係る相対角度検出装置１の概略構成図である。構成を分かり易くするために円形を平面的に展開して記載した。
第２の実施形態に係る第１の回転角度検出装置４１においては、各第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の一対の磁気抵抗効果素子の一方の端子同士を接続するとともにこの接続部を出力端子に接続し、一対の磁気抵抗効果素子の他方の端子間に電圧Ｖを加える。例えば、Ｎ番目の第１の磁気センサ４６Ｎにおいては、図６に示すように、一対の磁気抵抗効果素子４６Ｎ−ａ，４６Ｎ−ｂの一方の端子同士を接続するとともにこの接続部を出力端子に接続し、一対の磁気抵抗効果素子４６Ｎ−ａ，４６Ｎ−ｂの他方の端子間に電圧Ｖを加えることにより、Ｎ番目の第１の磁気センサ４６Ｎから出力電圧ＥＡ１−Ｎを出力させる。
そして、相対角度演算部５０は、Ｎ個の第１の磁気センサ４６からの出力電圧ＥＡ１−１〜ＥＡ１−Ｎを取得し、これらを加算した値をＮで割ることによりＮ個の第１の磁気センサ４６からの出力電圧の平均電圧ＥＡ１（＝（ＥＡ１−１＋ＥＡ１−２＋・・・＋ＥＡ１−Ｎ）／Ｎ）を演算する。
【００３３】
同様に、例えば、Ｎ番目の第２の磁気センサ４７Ｎにおいては、一対の磁気抵抗効果素子４７Ｎ−ａ，４７Ｎ−ｂの一方の端子同士を接続するとともにこの接続部を出力端子に接続し、一対の磁気抵抗効果素子４７Ｎ−ａ，４７Ｎ−ｂの他方の端子間に電圧Ｖを加えることにより、Ｎ番目の第２の磁気センサ４７Ｎから出力電圧ＥＡ２−Ｎを出力させる。
そして、相対角度演算部５０は、Ｎ個の第２の磁気センサ４７からの出力電圧ＥＡ２−１〜ＥＡ２−Ｎを取得し、これらを加算した値をＮで割ることによりＮ個の第２の磁気センサ４７からの出力電圧の平均電圧ＥＡ２（＝（ＥＡ２−１＋ＥＡ２−２＋・・・＋ＥＡ２−Ｎ）／Ｎ）を演算する。
【００３４】
そして、相対角度演算部５０は、平均電圧ＥＡ１と平均電圧ＥＡ２との差を検出することにより第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出する。
このように構成された第２の実施形態に係る相対角度検出装置１においても、第１の実施形態に係る相対角度検出装置１と同様に、例えば、ハウジング１１０に、第１の磁石１０（第２の磁石２０）が偏心して取り付けられ、複数の第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の内の一の第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）からの出力電圧が小さくなったとしても他の第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）からの出力電圧が大きくなる。それゆえ、複数の第１の磁気センサ４６，第２の磁気センサ４７全体としての平均電圧ＥＡ１，ＥＡ２と、第１の磁石１０あるいは第２の磁石２０が目標通りに取り付けられた場合の平均電圧ＥＡ１，ＥＡ２とのずれは、一つの第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）を用いる場合よりも小さくなる。そして、第１の磁気センサ４６（第２の磁気センサ４７）の数が増えるほど、第１の磁石１０（第２の磁石２０）が目標通りに取り付けられた場合の平均電圧ＥＡ１（ＥＡ２）に近づいていく。
【００３５】
したがって、第２の実施形態に係る相対角度検出装置１を用いることで、第１の回転軸１２０の回転角度および第２の回転軸１３０の回転角度を精度高く検出することができるとともに、第１の回転軸１２０の回転角度と第２の回転軸１３０との相対回転角度を精度高く検出することができる。
また、第２の実施形態に係る相対角度検出装置１にて検出された相対回転角度に基づいて操舵トルクを検出することで、精度高く操舵トルクを検出することが可能になる。
【００３６】
＜第３の実施形態＞
第１の実施形態および第２の実施形態に係る相対角度検出装置１おいては、第１の回転軸１２０の回転角度を第１の回転角度検出装置４１にて検出し、第２の回転軸１３０の回転角度を第２の回転角度検出装置４２にて検出し、第１の回転角度検出装置４１および第２の回転角度検出装置４２の検出値に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出した。これに対して、第３の実施形態は、第１の回転軸１２０に取り付けた磁石と、第２の回転軸１３０に取り付けた磁気センサとで第２の回転軸１３０に対する第１の回転軸１２０の回転角度を検出することで第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出する。以下では、第１の実施形態あるいは第２の実施形態に係る相対角度検出装置１の構成部品の内、同じ機能の物については同一の符号を示し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図７は、第３の実施形態に係る相対角度検出装置１を適用した電動パワーステアリング装置１００の断面図である。
図７に示すように、第３の実施形態に係る相対角度検出装置１においては、第２の回転軸１３０に固定されたブラケット４９を介して、複数の第１の磁気センサ４６が、第１の回転軸１２０の回転半径方向には、予め定められた隙間を介して第１の磁石１０の外周面と対向するように配置されている。また、複数の第１の磁気センサ４６それぞれは、第１の回転軸１２０の周方向には、上記式（１）を満足する角度で等間隔に配置されている。つまり、第２の回転軸１３０に固定されたブラケット４９に複数の第１の磁気センサ４６が取り付けられている。
【００３８】
そして、複数の第１の磁気センサ４６を第１の実施形態に係る第１の回転角度検出装置４１と同様に接続し、図４（ａ）に示した回路において、電圧Ｖを加えたときに得られる出力電圧ＥＡ１を相対角度演算部５０に出力する。そして、相対角度演算部５０は、出力電圧ＥＡ１と、操舵トルクが生じていない基準状態での出力電圧との差に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出する。
【００３９】
あるいは、複数の第１の磁気センサ４６を第２の実施形態に係る第１の回転角度検出装置４１のように構成して、複数の第１の磁気センサ４６それぞれから相対角度演算部５０に出力電圧を出力する。そして、相対角度演算部５０は、Ｎ個の第１の磁気センサ４６からの出力電圧（ＥＡ１−１，ＥＡ１−２，・・・，ＥＡ１−Ｎ）の平均電圧ＥＡ１を演算し、平均電圧ＥＡ１と、操舵トルクが生じていない基準状態での出力電圧との差に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出する。
【００４０】
かかる構成においても、第１の回転軸１２０の回転角度と第２の回転軸１３０との相対回転角度を精度高く検出することができる。また、第３の実施形態に係る相対角度検出装置１にて検出された相対回転角度に基づいて操舵トルクを検出することで、精度高く操舵トルクを検出することが可能になる。
【００４１】
なお、上記構成においては、第１の回転軸１２０に取り付けた第１の磁石１０と、第２の回転軸１３０に取り付けた複数の第１の磁気センサ４６とで第２の回転軸１３０に対する第１の回転軸１２０の回転角度を検出しているが、第２の回転軸１３０に取り付けた第２の磁石２０と、第１の回転軸１２０に取り付けた複数の第２の磁気センサ４７とで第１の回転軸１２０に対する第２の回転軸１３０の回転角度を検出することで第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…相対角度検出装置、１０…第１の磁石、２０…第２の磁石、４１…第１の回転角度検出装置、４２…第２の回転角度検出装置、４６…第１の磁気センサ、４７…第２の磁気センサ、４９…ブラケット、５０…相対角度演算部、１００…電動パワーステアリング装置、１１０…ハウジング、１２０…第１の回転軸、１３０…第２の回転軸、１４０…トーションバー、１５０…ウォームホイール、１６０…電動モータ
【図１】
2011080783.tif 000003
【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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