(57)【要約】【課題】自動車の車体制御システムなどに用いられる多回転のハンドル回転角度検出装置において、装置を小型化する際に歯車に設けた磁石が相互に影響し合って互いの磁束線を歪めるため回転角度の測定精度が低下するという課題があった。【解決手段】磁石６，７の周りにリング状の強磁性体１３，１４を設けることにより磁石６，７相互の磁場を乱すことなく磁気検出を行い、小型化する場合にも精度の高い回転角度検出装置を提供するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多回転が可能で外周部に歯車を有する主回転体と、この主回転体に接続されこの主回転体より高速に回転する第１の検出用回転体と、この第１の検出用回転体の中央部に設けた第１の磁石と、この第１の磁石の対面に隣接して配置された第１の磁気検出体と、前記第１の検出用回転体に接続され、この第１の検出用回転体とは異なる回転速度で回転する第２の検出用回転体と、この第２の検出用回転体の中央部に設けた第２の磁石と、この第２の磁石の対面に隣接して配置された第２の磁気検出体からなり、前記第１、第２の磁石および前記第１、第２の磁気検出体のいずれかの周囲を囲むように強磁性体を配置して前記主回転体の回転角を検出するようにした回転角度検出装置。
【請求項２】
第１の磁気検出体と第２の磁気検出体に異方性磁気抵抗素子を用いた請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
強磁性体を第１の検出用回転体および第２の検出用回転体の片方もしくは両方と一体に設けた請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
強磁性体を第１の磁気検出体および第２の磁気検出体の片方もしくは両方と一体に設けた請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
強磁性体を一方は検出用回転体側に、他方は磁気検出体側に設けた請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
強磁性体をリング状の鉄板で構成した請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
強磁性体を小片をリング状に配置して構成した請求項１に記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の車体制御システムなどに用いられるハンドルの回転角度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のハンドルのように１回転以上に有限で回転する回転体の回転角度を検出する検出装置として、主回転体の歯車と共動する少なくとも２つのさらなる回転体を有し、この２つの回転体の角度位置をセンサで求め、その位相差から主回転体の回転角度を検出するものが提案されている。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特表平１１−５００８２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された回転角度検出装置においては、主歯車がステアリング軸に通されているため一般に外形が大きくその軸受け部の径も大きくなるため主歯車は歪みやすくなる。そのために嵌合ガタを大きくとる必要があり、主歯車と各歯車との噛み合いはガタを大きく設定しておく必要があり、２つの歯車間のガタは相対的に大きいものとなり、絶対角度を求めるにあたって２つのセンサ部に測定誤差が発生していた。また、装置を小型化する際に歯車に設けた磁石が相互に影響し合って互いの磁束線を歪めるため回転角度の測定精度が低下するという問題も持っていた。
【０００６】
本発明はこの課題を解決するためのものであり、磁石の周りにリング状の強磁性体を設けることにより磁石相互の磁場を乱すことなく磁気検出を行い、小型化する場合にも精度の高い回転角度の検出装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものであり、その特徴部分について列挙する。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明は、主回転体に接続されこの主回転体より高速に回転する第１の検出用回転体と、この第１の検出用回転体の中央部に設けた第１の磁石と、この第１の磁石の対面に隣接して配置された第１の磁気検出体と、前記第１の検出用回転体に接続され、この第１の検出用回転体とは異なる回転速度で回転する第２の検出用回転体と、この第２の検出用回転体の中央部に設けた第２の磁石と、この第２の磁石の対面に隣接して配置された第２の磁気検出体からなり、前記第１、第２の磁石および前記第１、第２の磁気検出体のいずれかの周囲を囲むように強磁性体を配置して前記主回転体の回転角を検出するようにしたものであり、各磁石はその周りにリング状に設けられた強磁性体により互いの磁場を乱すことなく、また磁石の磁力線の平行度が保たれることにより異方性磁気抵抗素子による検出の精度がよくなるものであり、多回転する回転体の回転角度を正確に検出することができる回転角度検出装置を実現できるという効果が得られる。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、第１および第２の磁気検出体に異方性磁気抵抗素子を用いたものであり、温度特性の影響をキャンセルして検出用回転体の回転角度を精度よく検出することができ、高精度な回転角度検出装置を実現できるという効果が得られる。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、強磁性体を第１および第２の検出用回転体に磁石と一体に設けることでコンパクトな構造にできるという効果が得られる。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、強磁性体を第１および第２の磁気検出体側に取り付けたことで構造設計の自由度を広げた回転角度検出装置を得ることができるという効果が得られる。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の発明は、一方の強磁性体を検出用回転体側に、他方の強磁性体を磁気検出体側に設けることで、同様に構造設計の自由度を広げた回転角度検出装置を得ることができるという効果が得られる。
【００１３】
本発明の請求項６に記載の発明は、強磁性体として鉄板をリング状に打ち抜いた構造とすることで、量産性を高めた回転角度検出装置を得ることができるという効果が得られる。
【００１４】
本発明の請求項７に記載の発明は、小片の強磁性体をリング状に配列したものであり、互いの磁場を乱すことなく高精度な角度検出ができるという効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図１９を用いて説明する。
【００１６】
図１、図２に示すように、主回転体２の外周部にはギヤを有しており、また、主回転体２の中央部にはステアリングシャフト３（操舵ハンドル軸）が貫通しており、主回転体２の突起２′、２″はステアリングシャフト３の溝部３′、３″に噛み合って回転するように結合している。第１の検出用回転体４は軸受け部８のまわりに回動するように取り付けられ、その外周部にはギヤを有しており主回転体２のギヤと噛み合っている。そして第１の検出用回転体４は主回転体２よりも外形が小さく設計されている。第２の検出用回転体５も同様に軸受け部９のまわりに回動するように取り付けられ、その外周部にはギヤを有しており第１の検出用回転体４のギヤと噛み合っており、その外形は第１の検出用回転体４のそれよりもわずかに大きくしている。
【００１７】
第１の検出用回転体４と第２の検出用回転体５とはそれぞれ軸の中心部に磁石６，７を有している。磁石６と磁石７に対面して磁気検出体である第１のＡＭＲ（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｍａｇｎｅｔ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子１０と第２のＡＭＲ素子１１がその中心軸と磁石６，７の回転中心軸とが一致するように回路基板１２上に設けられている。また、それぞれの磁石６，７とそれぞれの磁気検出体であるＡＭＲ素子１０，１１とは互いの間隔が０．５〜３ｍｍ程度に隣接して設けられている。第１の検出用回転体４と第２の検出用回転体５にはそれぞれの磁石６，７を取り囲むようにリング状からなる強磁性体１３，１４がそれぞれに設けられている。そして、これらがケース１に収められている。
【００１８】
図３は第１の検出用回転体４、磁石６、磁気検出体である第１のＡＭＲ素子１０、強磁性体１３の関係を拡大して示しており、磁石６より出た磁力線１５はＡＭＲ素子１０の中を貫通しＡＭＲ素子１０に出力を与える。図４は磁石６，７とリング状の強磁性体１３，１４との位置関係を示す斜視図である。図５は磁石６（長方形で表示）とＡＭＲ素子１０とを平面的に見たものであるが、回路基板１２上に固定されたＡＭＲ素子１０に対して磁石６が基準の位置（ａ）から（ｂ）、（ｃ）へと順次θ回転するとＡＭＲ素子１０からは図６のような２θを周期とするｓｉｎ２θカーブとｃｏｓ２θカーブを描く。この２つのカーブからｔａｎ２θを回路基板１２上の回路（図示せず）にて計算すると図７のようになり、さらにａｒｃｔａｎ２θから２θを同様に回路基板１２上の回路（図示せず）にて計算すると図８のような鋸歯状のグラフとなる。これから第１の検出用回転体４の実際の回転角θの出力は図９のグラフのようになり１回転する間に同じ信号を２回繰り返すことがわかる。
【００１９】
ここで、主回転体２と第１の検出用回転体４との大きさの比を仮に２：１とし、また主回転体２の全回転範囲（ステアリングハンドルの全回転角に相当）を左右にそれぞれ１回転ずつ、即ち合計２回転とすると、第１の検出用回転体４の回転角を示す第１のＡＭＲ素子１０からの角度信号は図１０に示すような直線１６を繰り返す鋸歯状のグラフとなる。直線１６は主回転体２の回転角度を２倍に拡大しており、主回転体２の回転角を２倍の分解能に上げて精度良く読み取ることができる。
【００２０】
第２の検出用回転体５の角度検出の方法も第１の検出用回転体４の場合と同様であるが、第１の検出用回転体４よりは外形がわずかに大きいために回転速度はやや遅く、図１１に示すように第２の検出用回転体５の回転角度を示す第２のＡＭＲ素子１１からの回転角度を示す直線１７は第１の検出用回転体４の回転角度を示す直線１６よりは傾斜がやや緩やかである。例えば全操舵領域の左端を一致させておくと、第１の検出用回転体４と第２の検出用回転体５の磁力線５の検出から求めた第１、第２の検出用回転体４，５の回転角度を示す直線１６，１７は少しずつずれて全操舵領域の右端にて再び一致するようにギヤ比を設定する。この２つの角度のずれ（位相差）を信号として表したものが図１２に示すグラフである。
【００２１】
多回転での回転角度の検出方法は、図１２に示す第１の検出用回転体４の回転角度と第２の検出用回転体５の回転角度との位相差を示す直線１８のグラフから全体の大まかな角度位置（ａ点）を掴み、例えば図１１の左から何番目の直線に属しているのかを決定し、次いで図１１の細かいグラフにより正確な角度位置（ｂ点）を決定するというものであり、これにより多回転の広いエリアの中での絶対的な角度位置を精度良く読み取ることができるというものである。主回転体２の全回転範囲は２回転より多く、例えば４回転や５回転へと増やすことは可能である。また、第１の検出用回転体４のギヤ比を主回転体２の１／２よりもっと小さくすれば、読み取り角度の分解能はさらに良くなるものである。また、本方式ではｓｉｎ２θ、ｃｏｓ２θからｔａｎ２θに変換する過程で温度変化に伴う誤差を打ち消してしまうので、広い温度領域で測定誤差が少ないという優れた結果が得られるものである。
【００２２】
しかしながら装置を小さくしようとすると、第１の検出用回転体４と第２の検出用回転体５に設けたそれぞれの磁石６と７とを近づける必要が生じ、その場合には磁石６，７から発する磁力線１５が相互に影響を及ぼしあうようになり、磁石６，７周辺の磁力線１５の方向に乱れを生じ、その結果図１１のように直線で表されるべきグラフが図１３に示すように歪んで曲がったものとなり、さらにその位相差をとったグラフも図１４に示すように歪んだものとなる。このような状態では図１４のグラフの角度位置からは図１３の複数の直線を指定したり、間違った直線を指定したりする可能性があり、その結果正確な角度が読み取れなくなる。
【００２３】
ところが、本発明のように強磁性体１３，１４がそれぞれ磁石６，７を取り囲むように存在することにより、互いの磁力線１５が強磁性体１３，１４の外には漏れにくくなりお互いの影響を受けなくなるため、それぞれの角度信号は図１０、図１１、図１２に示すような直線性の良好なものとなり、小型化をした場合でも精度の高い角度検出が得られるものである。また、この強磁性体１３，１４が存在することにより外部からの外乱となる磁場に対しても遮断効果があり、同様に高い検出精度を維持できるものである。
【００２４】
磁石６，７からの磁力線１５がその周囲に配置した強磁性体１３，１４に吸い取られてしまうのではないかという心配があるが、磁石６，７とＡＭＲ素子１０，１１との間の距離は磁石６，７と強磁性体１３，１４の距離に比べて非常に小さい（約１０分の１以下）ので、ほとんど影響を与えない。
【００２５】
また、本発明の第２の検出用回転体５はガタの大きい主回転体２には接しておらず、ケース１の軸受け部８とのガタが少ない第１の検出用回転体４にのみ接しているので第１の検出用回転体４と第２の検出用回転体５との間のガタが小さく、従って、図１１の直線１６，１７はガタ（即ちバックラッシュ）の少ない検知精度の高いグラフとなり、そのことにより図１２の直線も精度の高いものとなり、全体の角度位置を決めるにあたって誤差が生じにくく、信頼性の高い多回転角度の計測システムを提供できるものである。
【００２６】
また、本発明では第１の検出用回転体４と第２の検出用回転体５の両方にリング状の強磁性体１３，１４を設けたが、図１５に示すように強磁性体１３，１４を磁気検出体である第１および第２のＡＭＲ素子１０，１１側に設けてもよい。また、図１６に示すように強磁性体１３，１４を一方は第１のＡＭＲ素子１０側に、他方は第２の検出用回転体５側に設けてもよい。
【００２７】
強磁性体１３，１４の材料は透磁率のよいものなら何でもよいが、鉄系の材料が扱いやすさやコストの点で有利である。図１７は強磁性体１３，１４として鉄系の平板の材料を打ち抜いてリング状にしたもので、低コストで加工できる。また図１８に示すように、強磁性体１３，１４は帯状の材料を細かく切ったものをリング状に配列したものや、図１９に示すように、細かく平板に打ち抜いた部材をリング状に配列したものでもよい。また検出用回転体４，５に対する強磁性体１３，１４の取り付け方は接着やはめ込み、モールドなどの手段を用いて設置される。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、磁石または磁気検出体の近傍にリング状の強磁性体を設けることにより、装置を小型化する場合に少ない部品点数で大きな誤差を発生することなく、多回転する回転体の絶対回転角度を精度よく検出することができる回転角度検出装置を提供できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における回転角度検出装置の構成図
【図２】同装置の回転角度検出部の側断面図
【図３】検出用回転体と磁気検出体からなる回転角度検出部の構成図
【図４】磁石と強磁性体の位置関係を示す斜視図
【図５】磁石とＡＭＲ素子との位置関係を示す平面図
【図６】検出用回転体とＡＭＲ素子から得られるｓｉｎ２θ信号、ｃｏｓ２θ信号を示すグラフ
【図７】ｔａｎ２θ信号を示すグラフ
【図８】２θを示すグラフ
【図９】θを示すグラフ
【図１０】第１の検出用回転体から得られる回転角度信号を示すグラフ
【図１１】第１の検出用回転体および第２の検出用回転体から得られる回転角度信号を示すグラフ
【図１２】第１の検出用回転体と第２の検出用回転体との位相差を表わすグラフ
【図１３】互いに磁力線の影響を及ぼした場合の、第１の検出用回転体と第２の検出用回転体から得られる回転角度信号を示すグラフ
【図１４】互いに磁力線の影響を及ぼした場合の、第１の検出用回転体と第２の検出用回転体との位相差を表わすグラフ
【図１５】強磁性体の他の取り付け例を示す側断面図
【図１６】強磁性体のもう一つの他の取り付け例を示す側断面図
【図１７】平板に打ち抜いたリング状の強磁性体を示す図
【図１８】細かく切ったものをリング状に構成した強磁性体を示す図
【図１９】平板に打ち抜いた部材をリング状に構成した強磁性体を示す図
【符号の説明】
１  ケース
２  主回転体
３  ステアリングシャフト
４  第１の検出用回転体
５  第２の検出用回転体
６  磁石
７  磁石
８  軸受け部
９  軸受け部
１０  第１のＡＭＲ素子
１１  第２のＡＭＲ素子
１２  回路基板
１３  強磁性体
１４  強磁性体
１５  磁力線
１６  第１の検出用回転体の回転角度を示す直線
１７  第２の検出用回転体の回転角度を示す直線
１８  第１の検出用回転体の回転角度と第２の検出用回転体の回転角度との位相差を示す直線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004271427.tif 000016
【図１５】
2004271427.tif 000017
【図１６】
2004271427.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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