(57)【要約】【課題】外部磁界の影響を受けることなく、高精度にステアリングシャフトの舵角を検出することのできる磁気式舵角検出装置を提供する。【解決手段】車両に搭載されるステアリングシャフト８と連動して回転する磁石４，５を有し、コラム側に搭載されたホールＩＣ６，７にて当該磁石４，５より発せられる磁界の変化を検出して、ステアリングシャフト８の回転角度を検出する磁気式舵角検出装置において、磁石４，５は、ステアリングシャフト８の略軸方向を法線とする平面上にＳ極、及びＮ極が配置され、ホールＩＣ６，７は、受感方向が略単一の方向とされ、該受感方向はステアリングシャフト８の軸方向と略一致するように配置されたことを特徴とする。【選択図】      図３
2004198287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるステアリングシャフトと連動して回転する磁石を有し、コラム側に搭載された磁気センサにて当該磁石より発せられる磁界の変化を検出して、前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する磁気式舵角検出装置において、
前記磁石は、前記ステアリングシャフトの略軸方向を法線とする平面上にＳ極、及びＮ極が配置され、
前記磁気センサは、受感方向が略単一の方向とされ、該受感方向はステアリングシャフトの軸方向と略一致するように配置されたことを特徴とする磁気式舵角検出装置。
【請求項２】
車両に搭載されるステアリングシャフトと連動して回転する第一のギヤと、該第一のギヤと連動して回転し、第一のギヤよりも速い速度で回転する第二のギヤと、
前記第一のギヤと連動して回転し、第二のギヤよりも遅い速度で回転する第三のギヤとを有し、
前記第二のギヤ及び第三のギヤはそれぞれ各ギヤと連動して回転する磁石を有し、且つ、第二のギヤ及び第三のギヤの前記磁石近傍の、コラム側にはそれぞれ磁気センサが配設され、第二のギヤ及び第三のギヤより発せられる磁界の変化を前記各磁気センサにて検出して、前記第二のギヤの回転角度、及び前記第三のギヤの回転角度を検出し、この検出結果に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角度を算出する磁気式舵角検出装置において、
前記第二のギヤ、及び第三のギヤに設けられた各磁石は、前記ステアリングシャフトの略軸方向を法線とする平面上にＳ極、及びＮ極が配置され、
前記各磁気センサは、受感方向が略単一の方向とされ、該受感方向はステアリングシャフトの軸方向と略一致するように配置されたことを特徴とする磁気式舵角検出装置。
【請求項３】
前記磁気センサは、前記磁石から発せられる磁界の、前記ステアリングシャフトの軸方向成分を検出可能な位置に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の磁気式舵角検出装置。
【請求項４】
前記磁気センサは、複数個のホール素子からなるホールＩＣであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の磁気式舵角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリングの操舵角度を検出する磁気式舵角検出装置に係り、特に、外部磁石の影響を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載される舵角検出装置の従来例として、例えば、特表平１１−５００８２８号公報（以下、特許文献１という）に記載されたものが知られている。該特許文献１では、図９に示すように、コラムカバー１０１に舵角検出装置１０２が搭載されており、ステアリングシャフト１０３と連動して回転する角度検出用磁石１０５の回転角度を異方性磁気抵抗素子（以下、ＡＭＲという）１０４で検出することにより、ステアリングシャフト１０３の回転角度を求めている。
【０００３】
この際、ＡＭＲ１０４は、ステアリングシャフト１０３に直交する方向、即ち矢印Ｙ１０１に示す方向の磁界を検知することにより、角度検出用磁石１０５の回転角度を検出する構成とされている。
【０００４】
このとき、運転者が車両内部に磁石（磁気を帯びた物体）１０６を持ち込み、これをコラムカバー１０１に接近させると、ステアリングシャフト１０３に直交する方向（矢印Ｙ１０１の方向）に磁界が発生することがあり、この磁界により、ＡＭＲ１０４による測定角度の誤検出が生じてしまうことある。このような場合には、舵角の誤演算の原因となってしまう。
【０００５】
例えば、キーホルダ固定用磁石がコラムスイッチの側面に搭載される構成を有するものにおいては、この固定用磁石の影響を受けてしまうので、外部磁場を遮断するための対策が必要となる。外部磁場を遮断するための対策として、磁気シールドを設ける方法が考えられるが、このような方法では、部品点数が多くなり、装置の大規模化、及びコストアップを招くという問題が発生する。
【０００６】
【特許文献１】
特表平１１−５００８２８号公報（ＦＩＧ．２ｂ）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来における磁気式舵角検出装置では、コラムカバー１０１の近傍に磁石１０６が置かれた場合には、この磁石１０６による磁気成分を、舵角検出用のＡＭＲ１０４が検出してしまい、舵角検出の精度が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、この問題を解決するために、ＡＭＲ１０４の周囲を磁気的にシールドする方法が考えられるが、この方法では、装置規模が大型化し、コストアップを招くという問題があった。
【０００９】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で外部磁石の影響を低減することのできる磁気式舵角検出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、車両に搭載されるステアリングシャフトと連動して回転する磁石を有し、コラム側に搭載された磁気センサにて当該磁石より発せられる磁界の変化を検出して、前記ステアリングシャフトの回転角度を検出する磁気式舵角検出装置において、前記磁石は、前記ステアリングシャフトの略軸方向を法線とする平面上にＳ極、及びＮ極が配置されている。この磁石の着磁としては、図１０に示す如くの方向がある。そして、前記磁気センサは、受感方向が略単一の方向とされ、該受感方向はステアリングシャフトの軸方向と略一致するように配置されたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、車両に搭載されるステアリングシャフトと連動して回転する第一のギヤと、該第一のギヤと連動して回転し、第一のギヤよりも速い速度で回転する第二のギヤと、前記第一のギヤと連動して回転し、第二のギヤよりも遅い速度で回転する第三のギヤとを有し、前記第二のギヤ及び第三のギヤはそれぞれ各ギヤと連動して回転する磁石を有し、且つ、第二のギヤ及び第三のギヤの前記磁石近傍の、コラム側にはそれぞれ磁気センサが配設され、第二のギヤ及び第三のギヤより発せられる磁界の変化を前記各磁気センサにて検出して、前記第二のギヤの回転角度、及び前記第三のギヤの回転角度を検出し、この検出結果に基づいて、前記ステアリングシャフトの回転角度を算出する磁気式舵角検出装置において、前記第二のギヤ、及び第三のギヤに設けられた各磁石は、前記ステアリングシャフトの略軸方向を法線とする平面上にＳ極、及びＮ極が配置されている。この磁石の着磁としては、図１０に示す如くの方向がある。そして、前記各磁気センサは、受感方向が略単一の方向とされ、該受感方向はステアリングシャフトの軸方向と略一致するように配置されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記磁気センサは、前記磁石から発せられる磁界の、前記ステアリングシャフトの軸方向成分を検出可能な位置に設けられることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記磁気センサは、複数個のホール素子からなるホールＩＣであることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る磁気式舵角検出装置が搭載されたステアリング部分の側面図、図２は、図１に示す舵角検出装置１２の部分の詳細を示す説明図、図３は、舵角検出装置１２の正面図をそれぞれ示している。
【００１５】
図１，図２に示すように、この舵角検出装置１２は、車両のコラムカバー１１内のステアリングシャフト８の周囲部で、スパイラルケーブル１３の下方に設けられている。
【００１６】
そして、図３に示すように、舵角検出装置１２は、ステアリングシャフト８と同軸的に設けられた第一のギヤ１と、該第一のギヤ１と噛合され、第一のギヤ１よりも歯数の少ない第二のギヤ２と、第一のギヤ１と噛合され、第一のギヤ１よりも歯数が少なく且つ第二のギヤ２よりも歯数の多い第三のギヤ３と、を具備している。
【００１７】
従って、図１に示すステアリングホイール１０を回転操作すると、これに伴ってステアリングシャフト８、及び第一のギヤ１が回転駆動する。更には、第一のギヤ１と噛合した第二のギヤ２、及び第三のギヤ３が回転駆動することになる。
【００１８】
第二のギヤ２の回転軸には、２極着磁の回転角度検出用磁石４が取り付けられ、該回転角度検出用磁石４と対向する固定側（コラム側）には、磁界の変化を検出するためのホールＩＣ（磁気センサ）６が配設されている。そして、第二のギヤ２が回転し、回転角度検出用磁石４が回転して磁界が変化した際には、この磁界変化がホールＩＣ６により検出される。
【００１９】
また、第三のギヤ３の回転軸には、２極着磁の基準信号検出用磁石５が取り付けられており、該基準信号検出用磁石５と対向する固定側（コラム側）には、磁界の変化を検出するためのホールＩＣ（磁気センサ）７が配設されている。そして、第三のギヤ３が回転し、基準信号検出用磁石５が回転して磁界が変化した際には、この磁界変化がホールＩＣ７により検出される。
【００２０】
更に、各ホールＩＣ６，７の検出データは、角度演算処理用マイコン９に出力され、ステアリング舵角が算出される。
【００２１】
また、第二のギヤ２が１回転するときの第一のギヤ１の回転角度と、第三のギヤ３が１回転するときの第一のギヤ１の回転角度が異なるように各ギヤ１，２，３の歯数が設定されており、例えば、第一のギヤ１が６４度回転したときに、第二のギヤ２が１回転（３６０度回転）するように設定され、第一のギヤが１８０度回転したときに、第三のギヤ３が１回転（３６０度回転）するように設定されている。
【００２２】
そして、ステアリングホイール１０の全操舵角が、例えば±１０８０度である場合には、第二のギヤ２は約３４回転することになり、３４回分の回転に対してそれぞれ、第三のギヤ３の角度が相違するように設定されている。従って、第二のギヤ２の回転角度と、第三のギヤ３の回転角度が検出されれば、ステアリングホイール１０の絶対舵角を求めることができる。
【００２３】
図４は、回転角度検出用磁石４とホールＩＣ６との位置関係、及び基準信号検出用磁石５とホールＩＣ７との位置関係を示す説明図である。図示のように、基板１４上に取り付けられたホールＩＣ６，７と対向する位置に、磁石４，５が配設されており、磁石４，５が回転することによる磁界の変化をホールＩＣ６，７で検出することにより、磁石４，５の回転角度、即ち、第二のギヤ２、及び第三のギヤ３の回転角度を求める。
【００２４】
このとき、ホールＩＣ６，７は、該ホールＩＣ６，７のパッケージ表面に対して直交する方向、即ち、パッケージ表面の法線方向が受感方向とされており、２極着磁の各磁石４，５より発せられる磁界のうち、法線方向となる成分を検出して、磁石４，５の回転角度を検出する。
【００２５】
つまり、ホールＩＣ６，７は、図５に示す如くのパッケージを有しており、更に、図６に示すように、複数のホール素子ｐがアレイ状に配列された構成をなしている。そして、このホールＩＣ６，７のパッケージ表面に垂直となる方向（図中矢印Ｙ１の方向）の磁界を検出し、平行な方向（図中矢印Ｙ２の方向）となる磁界は検出しない。
【００２６】
図７（ｂ）は、このときの様子を模式的に示す説明図であり、同図に示すように、磁石４，５のＳ極、Ｎ極を結ぶ磁力線は、略Ｕ字形状を有しており、このうち、ホールＩＣ６，７の面と直交する成分（以下、Ｚ軸方向成分という）が該ホールＩＣ６，７と交わるように、ホールＩＣ６，７と磁石４，５との間の距離が設定されている。
【００２７】
なお、同図（ａ）は、従来例で用いた異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）を用いた場合の、磁石４，５と素子との配置関係を示す説明図であり、図示のように、従来における異方性磁気抵抗素子は、該素子のパッケージに対して平行となる方向の磁界成分を検出するので、同図（ｂ）に示す場合と比較して、若干距離が離れた位置に置かれている。また、図中矢印Ｙ３は、外部磁界を示しており、外部より矢印Ｙ３の方向の磁界が加えられた場合には、同図（ａ）に示すＡＭＲの場合には、この磁界の影響を受けるが、同図（ｂ）に示すホールＩＣ６，７の場合には、この磁界の影響を受けないことが理解される。
【００２８】
次に、本実施形態に係る舵角検出装置１２の動作について説明する。操作者が図１に示すステアリングホイール１０を回転操作すると、ステアリングシャフト８が回転し、該ステアリングシャフト８と連結している第一のギヤ１が回転する。
【００２９】
すると、図２に示したように、第一のギヤ１と噛合している第二のギヤ２、及び第三のギヤ３が回転する。この際、第二のギヤ２は、第三のギヤ３よりも小径とされているので、第二のギヤ２は、第三のギヤ３よりも高速に回転することになる。
【００３０】
そして、第二のギヤ２に取り付けられた回転角度検出用磁石４が回転すると、ホールＩＣ６により、回転角度検出用磁石４より発せられる磁界のＺ軸方向成分が検出され、この検出結果に基づいて、第二のギヤ２の回転角度が求められる。
【００３１】
同様に、第三のギヤ３に取り付けられた基準信号検出用磁石５が回転すると、ホールＩＣ７により、該基準信号検出用磁石５より発せられる磁界のＺ軸方向成分が検出され、この検出結果に基づいて、第三のギヤ３の回転角度が求められる。
【００３２】
その後、第二のギヤ２の回転角度と、第三のギヤ３の回転角度に基づいて、ステアリングホイール１０の絶対舵角を算出する。
【００３３】
こうして、第二のギヤ２の回転角度、及び第三のギヤ３の回転角度が検出され、これらの検出結果に基づいた絶対舵角の算出が可能となる。
【００３４】
この際、２つのホールＩＣ６，７は、該ホールＩＣ６，７のパッケージに対して、直交する方向の磁界（Ｚ軸方向成分）を検出する構成とされているので、ステアリングシャフト８の軸方向を向く磁界を検出することになる。よって、外部磁界による影響を殆ど受けることがない。以下、これを図８を参照しながら説明する。
【００３５】
上述したように、ホールＩＣ６，７は、パッケージに対して直交する方向の磁界を検出するので、図８の符号２１，２２，２３の位置に置かれた磁石による磁界成分を検出せず、符号２４の位置に置かれた磁石による磁界成分を検出することになる。
【００３６】
ここで、符号２４の位置に置かれた磁石は、ステアリングホイール１０が存在することにより、コラムカバー１１内に配置された舵角検出装置１２との距離が大きくなり、磁石２４より発せられる磁界は、ホールＩＣ６，７の取り付け位置まで到達しない。従って、仮に符号２４の位置に磁石が置かれた場合であっても、この磁石より発せられる磁界の影響を受けることがなく、結果として、ホールＩＣ６，７が受ける外部磁石の影響を回避することができる。
【００３７】
このようにして、本実施形態に係る磁気式舵角検出装置では、第二のギヤ２に取り付けられた回転角度検出用磁石４、及び第三のギヤ３に取り付けられた基準信号検出用磁石５の回転角度を検出するために、ホール素子６，７を用い、且つ該ホール素子６，７のパッケージ表面の法線方向（パッケージと直交する方向）が、ステアリングシャフト８の軸方向と略一致するように配置しているので、ステアリングシャフト８の近傍に外部磁石が置かれた場合であっても、この外部磁石より発せられる磁界の影響を防止することができ、ステアリング舵角の検出精度を向上させることができる。
【００３８】
また、外部磁石の影響を回避するためのシールドを設ける必要がないので、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００３９】
以上、本発明の磁気式舵角検出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００４０】
例えば、上記した実施形態では、第一のギヤ１に噛合する第二のギヤ２、及び第三のギヤ３を用い、これらの回転角度を検出してステアリングシャフト８の回転角度を検出する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る磁気式舵角検出装置では、受感方向がステアリングシャフトの軸方向を向く磁気センサ（ホールＩＣ）を用いて、磁石（回転角度検出用磁石４、基準信号検出用磁石５）の回転角度を求め、この回転角度に基づいて、ステアリング舵角を算出している。従って、コラムカバーの近傍に外部磁石が置かれた場合でも、当該外部磁石より発せられる磁界による影響を低減することができ、ステアリング舵角を高精度に求めることができる。
【００４２】
また、従来のように、外部磁石による磁界を遮蔽するためのシールドを設ける必要がないので構成を簡素化することができ、且つコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気式舵角検出装置が搭載されたステアリング近傍の様子を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る磁気式舵角センサの構成を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る磁気式舵角センサの構成を示す平面図である。
【図４】磁石とホールＩＣとの位置関係を示す説明図である。
【図５】ホールＩＣの外観図である。
【図６】ホールＩＣの磁界を検出する方向（受感方向）、及び磁界を検出しない方向を示す説明図である。
【図７】（ａ）は従来におけるＡＭＲと磁石より発せられる磁界との関係を示す説明図、（ｂ）はホールＩＣと磁石より発せられる磁界との関係を示す説明図である。
【図８】外部磁石による影響を示す説明図である。
【図９】従来における磁気式舵角センサの構成を示す説明図である。
【図１０】磁石の着磁方向を示す説明図であり、（ａ）は径方向着磁、（ｂ）は平面着磁を示す。
【符号の説明】
１  第一のギヤ
２  第二のギヤ
３  第三のギヤ
４  回転角度検出用磁石
５  基準信号検出用磁石
６  ホールＩＣ（磁気センサ）
７  ホールＩＣ（磁気センサ）
８  ステアリングシャフト
９  角度演算処理用マイコン
１０  ステアリングホイール
１１  コラムカバー
１２  舵角検出装置
１３  スパイラルケーブル
１４  基板
ｐ  ホール素子
【図１】
2004198287.tif 000003
【図２】
2004198287.tif 000004
【図３】
2004198287.tif 000005
【図４】
2004198287.tif 000006
【図５】
2004198287.tif 000007
【図６】
2004198287.tif 000008
【図７】
2004198287.tif 000009
【図８】
2004198287.tif 000010
【図９】
2004198287.tif 000011
【図１０】
2004198287.tif 000012