(57)【要約】【課題】センサをシンプルで小型化し、検出感度が高いのでセンサとの間隙を小さくすることを不要にすること。【解決手段】磁気センサ２が、操舵軸１０に配設された磁性体１の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって構成されるとともに、信号処理回路２３が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する１個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器２０を備え、演算回路３が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知する自動車用操舵装置の操舵角検知装置。【選択図】        図１
2004264154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用操舵装置の操舵軸の回転に伴い移動する移動部材の移動に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置において、
前記磁気センサが、前記移動部材に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された２つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、
前記信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する１個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器を備え、
前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知する
ことを特徴とする自動車用操舵装置の操舵角検知装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、前記磁性体の磁極のＮ−Ｓからなるピッチに対して９０度の位相差を持つように配置され、
前記演算回路が、一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈａと他方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈｂから、操舵角θを、以下の数１の関係によって算出し、
【数１】
2004264154.tif 000007
前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力信号の変化率に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転方向を演算する
ことを特徴とする自動車用操舵装置の操舵角検知装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤと該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルとから成り、
前記１個の信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータと、これに同期して得られる２つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するサンプルホールド回路からなる１組の電子回路である
ことを特徴とする自動車用操舵装置の操舵角検知装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記２つのマグネト・インピーダンス素子と前記１組の電子回路とが、同一の基板上に形成されている
ことを特徴とする自動車用操舵装置の操舵角検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用操舵装置の操舵軸の回転に伴い移動する移動部材の移動に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のハンドル舵角検出装置は、ハンドルの回転と連動するステアリングシャフトに取り付けられた回転カムの外輪部分に多極着磁部と内輪部分に一極の磁界が形成された単極着磁部が配置された着磁リングの前記多極着磁部に対向して多極の磁界の変化を検知する磁気抵抗素子と、前記単極着磁部に対向して一極の磁界の変化を検知するホール素子とからなり、前記磁気抵抗素子および前記ホール素子によって検知された磁界の変化をパルス信号に変換してハンドルの回転角度を検出するものであった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２４９５７４号公報（第４−７頁、第１図〜第１３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のハンドル舵角検出装置は、前記着磁リングの前記多極着磁部に対向して多極の磁界の変化を検知する磁気抵抗素子と、前記単極着磁部に対向して一極の磁界の変化を検知するホール素子によって検知された磁界の変化をパルス信号に変換してハンドルの回転角度を検出するものであるので、センサが複雑で大型となり、角度検出精度を上げるために細かく多極化すると磁力が低下するのでセンサとの間隙を小さくする必要があるという問題があった。
【０００５】
一方、自動車の制御装置が向上するに伴い角度の検出精度（分解能）の一層の向上が要望されており、従来のハンドル舵角検出装置においては、磁極を細かく高密度に着磁する必要があるが、それには物理的にもコスト的にも限界があった。
【０００６】
また、これに伴い検出できる磁場が非常に小さくなるのでホール素子などの磁気センサは感度不足になり、着磁リングとホール素子との距離を一層短く（ギャップを小さく）する必要が生じ、振動などにより回転する着磁リングと固定部のホール素子との接触による不具合、耐久性の低下、組み付けしにくさに伴う高コスト化の問題があった。
【０００７】
そこで本発明者は、磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用操舵装置の操舵軸の回転に伴い移動する移動部材の移動に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置において、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器を構成する前記磁気センサを、前記移動部材に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された２つのマグネト・インピーダンス素子によって構成し、前記１  個の信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理し、前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、センサをシンプルで小型化し、検出感度が高いのでセンサとの間隙を小さくすることを不要にするという目的を達成する本発明に到達した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、
磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用操舵装置の操舵軸の回転に伴い移動する移動部材の移動に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置において、
前記磁気センサが、前記移動部材に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された２つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、
前記信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する１個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器を備え、
前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知する
ものである。
【０００９】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、
前記第１発明において、
前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、前記磁性体の磁極のＮ−Ｓからなるピッチに対して９０度の位相差を持つように配置され、
前記演算回路が、一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈａと他方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈｂから、操舵角θを、前記数１の関係によって算出し、
前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力信号の変化率に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転方向を演算する
ものである。
【００１０】
本発明（請求項３に記載の第３発明）の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、
前記第２発明において、
前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤと該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルとから成り、
前記１個の信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータと、これに同期して得られる２つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するサンプルホールド回路からなる１組の電子回路である
ものである。
【００１１】
本発明（請求項４に記載の第４発明）の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、
前記第３発明において、
前記２つのマグネト・インピーダンス素子と前記１組の電子回路とが、同一の基板上に形成されている
ものである。
【００１２】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器を構成する前記磁気センサを構成する前記移動部材に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された２つのマグネト・インピーダンス素子によって、周期的磁場の変化を検知し、前記信号処理回路を構成する前記１  個の信号処理回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理するとともに、前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知するものであるので、一方のマグネト・インピーダンス素子が動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子が動作していないため、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子の動作による電磁的影響を受けないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、センサをシンプルで小型化し、検出感度が高いためセンサとの間隙を小さくすることを不要にするという効果を奏する。
【００１３】
上記構成より成る第２発明の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、前記第１発明において、前記磁性体の磁極のＮ−Ｓからなるピッチに対して９０度の位相差を持つように配置された前記２つのマグネト・インピーダンス素子によって、前記磁性体の周期的磁場の変化を検知し、前記信号処理回路が一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈａと他方のマグネト・インピーダンス素子の出力Ｈｂから、操舵角θを、前記数１の関係によって算出し、前記演算回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力信号の変化率に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転方向を演算するものであるので、温度誤差の混入の無い高分解能かつ高精度な操舵角検知を可能にするとともに、操舵軸の回転方向の検出を可能にするという効果を奏する。
【００１４】
上記構成より成る第３発明の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、前記第２発明において、前記２つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤにパルス電流が印加されたときの周囲磁場を該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルによって電圧が誘起され、前記１個の信号処理回路としての電子回路が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータのパルス通電に同期して前記サンプルホールド回路が得られる２つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するので、一方のマグネト・インピーダンス素子がパルス通電され動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子はパルス通電され動作していないため、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子のパルス通電および動作による電磁的影響を受けないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、電子回路における同時信号処理をすることはないため、消費電力の低減を可能にし、信号処理回路を小型でシンプルにするという効果を奏する。
【００１５】
上記構成より成る第４発明の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、前記第３発明において、前記２つのマグネト・インピーダンス素子と前記１組の電子回路とが、同一の基板上に形成されているので、２つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするとともに、センサを小さくし、高感度化を可能にし、処理回路もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するとともに、従来における操舵角センサの高精密な組み付けを不要にするという効果を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
本第１実施形態の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、図１および図２に示されるように自動車用操舵装置の操舵軸１０の軸方向の一部の外周に磁気的性質が周期的に変化する磁性体１が外周に配設され、操舵軸の回転に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサ２と、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路２３および該信号処理回路２３から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路３を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置において、前記磁気センサ２が、前記操舵軸１０に配設された前記磁性体１の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって構成されるとともに、前記信号処理回路２３が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する１  個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器２０を備え、前記演算回路３が、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記２つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知するものである。
【００１８】
本第１実施形態の基本的な構成は、図１に示されるように前記磁性体としての回転体磁石１とこの回転に伴い正弦波状に変化する磁気信号を検出する所定の位相角φとなるべく配設された磁電変換素子としての２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２と、この２つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えて磁気信号を出力する１つの信号処理回路２３からなるマグネト・インピーダンス磁気検出器２と、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の２つの磁気信号の比に基づいて角変位を算出する角度算出装置３とから成る。
【００１９】
次に本第１実施形態の自動車用操舵装置の操舵角検知装置における角変位センサの原理について、説明する。
【００２０】
いま、磁電変換素子であるマグネト・インピーダンス素子２１が、図１において前記回転体磁石１のＮ極に最も近づいていることとし、またマグネト・インピーダンス素子ｂが位相φだけ離れたところにあるとし、このａの位置を基点として図１の矢印方向へ角変位（角度）θ（ラジアン）回転するとき前記２つのマグネト・インピーダンス素子ａ、ｂが検出する信号Ｈａ、Ｈｂは図２の（イ）のようになる。ここで前記２つのマグネト・インピーダンス素子ａ、ｂが受ける磁場の最大値を｜Ｂ｜とすると、Ｈａ  、Ｈｂは、数２、数３で表される。
【数２】
2004264154.tif 000003
【数３】
2004264154.tif 000004
【００２１】
ここで２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の位相角が、φ＝π／２（９０度）となる位置に設定されると、上記数３は、数４に書き換えることができる。
【数４】
2004264154.tif 000005
【００２２】
次に２つの検出信号の比Ｈｂ／Ｈａを演算すると、数５となる。
【数５】
2004264154.tif 000006
【００２３】
すなわち数５に示されるごとく、分母および分子に｜Ｂ｜があるので、検出信号の比の演算を行うとＨｂ／Ｈａは、  ｓｉｎθ／  ｃｏｓθになり、回転体磁石の磁場の強さ｜Ｂ｜の項が消去されることが分かる。これは前記検出信号の比の演算結果には、磁場の強さは関係しないことを表しており、すなわち磁場変動には影響されないことを意味している。そして  ｓｉｎθ／  ｃｏｓθ＝  ｔａｎθであるから上掲の数１のようにａｒｃｔａｎ（Ｈｂ／Ｈａ）の演算を行うことにより角変位θを線形関係で計測できることが分かる。
【００２４】
上記関係を図示すると図２の（ロ）のようになる。
すなわち角変位θの変化幅がπラジアン（ここでは±π／２）の期間に対して出力である縦軸ａｒｃｔａｎ（Ｈｂ／Ｈａ）の値が−π／２から＋π／２へ直線的に変化する。また、この角変位θの変化が±π／２を超える領域では角度がπ（１８０度）増減するごとにデータが鋸歯状で不連続になり前記の正負の値を繰り返す。
【００２５】
上記数４で見たようにＨｂ／Ｈａの演算結果から磁場強さの項｜Ｂ｜の影響がなくなるということは、前記したごとく回転体磁石１と検出素子であるマグネト・インピーダンス素子とのギャップが機械的な偏心やガタによりマグネト・インピーダンス素子が受ける磁場の強さが変動しても角度計測信号に誤差が混入しないということである。また、温度による前記磁石の磁場強さが変化しても同じ理由で誤差は混入しない。さらに前記Ｈａ、Ｈｂは、マグネト・インピーダンス素子の検出信号であるから、このマグネト・インピーダンス素子の温度による感度変化があっても両者の温度計数を互いに同じにしておけば上記と同様に誤差の混入はなく、高精度の角変位の計測ができる。
【００２６】
なおここでは前記マグネト・インピーダンス素子２１、２２の位相φがπの値をとることとして説明したが、この計測法ではφ≠π以外でも成り立ち（ただしφ＝０を除く）上記の磁場強さの変動やマグネト・インピーダンス素子の感度変化の影響を受けないという特徴は維持される。ただし角変位θとＨｂ／Ｈａとの関係が線形関係にならないということのみが上記と異なる。
【００２７】
次に前記磁電変換素子としてのマグネト・インピーダンス磁気検出器２０は、２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の駆動とその信号処理を交互に切換えて時系列で行うための１つの電子回路２３から構成される。これは低消費電力でかつ低コストの角変位センサを実現するためである。
【００２８】
このマグネト・インピーダンス磁気検出器２の出力は、前記角度算出装置３に接続される。この角度算出装置３は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器２の２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の２つの信号Ｈａ、Ｈｂから、Ｈｂ／Ｈａやａｒｃｔａｎ（Ｈｂ／Ｈａ）の演算を行い、角変位および変化方向（回転方向）を算出し出力する。
【００２９】
前記検知コイルと前記１組の電子回路とが、同一の基板上に形成されているものである。
【００３０】
上記構成より成る本第１実施形態の操舵角検知装置は、図１に示されるごとく周囲に磁極を持つ回転体磁石１の回転に伴う磁極Ｓ−Ｎの移動による正弦波の時々刻々の振幅信号から、２つの磁場信号の比にもとづいて角度計測を行うので、高分解能かつ高精度な操舵角検知を可能にするという効果を奏する。
【００３１】
また本第１実施形態の操舵角検知装置は、前記磁電変換素子としてのマグネト・インピーダンス磁気検出器２は、２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の駆動とその信号処理を交互に切換えて時系列で行うための１つの電子回路２３から構成されるので、低消費電力でかつ低コストの角変位センサを実現するという効果を奏する。
【００３２】
すなわち本第１実施形態においては、一方のマグネト・インピーダンス素子がパルス通電され動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子はパルス通電されていないため動作していないことから、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子のパルス通電に伴う動作による電磁的影響を受けることはないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、前記２つのマグネト・インピーダンス素子の同時通電および信号処理回路における同時信号処理をすることはないため、信号処理における干渉も無く、消費電力の低減を可能にするものである。
【００３３】
さらに本第１実施形態の操舵角検知装置は、２つのマグネト・インピーダンス素子からの２つの磁場信号の比にもとづいて角度計測を行うので、２つのマグネト・インピーダンス素子の温度による感度変化があっても、両者を同一の基板上に形成するとともに、同一のパッケージ内に配置して、温度計数その他の物理的特性を互いに同じにしたので、温度誤差の混入はなく、高精度の操舵角変位の計測を実現するという効果を奏する。
【００３４】
また本第１実施形態の操舵角検知装置は、回転体磁石１の回転に伴う磁極Ｓ−Ｎの移動による正弦波の時々刻々の振幅信号から、同一の基板上に形成された前記検知コイルと前記１個の電子回路によって角度計測を行うので、安価でありながら磁場強さの変化および磁電変換素子の感度変化に対して安定かつ高分解能な操舵角検知を可能にするという効果を奏する。
【００３５】
さらに本第１実施形態の操舵角検知装置は、角度情報を抽出して連続的に角変位を求めるものであり、従来の磁極ピッチに基づいてパルスを発生する方式と異なり安価でありながら高分解能かつ高安定度な角変位センサを実現するという効果を奏する。
【００３６】
（第２実施形態）
本第２実施形態の操舵角検知装置は、上述の第１実施形態において操舵軸１０の外周に配設していた回転磁石１を、図３に示されるように自動車の操舵装置の構成要素であるラックに配置された直線状に着磁されたリニア磁石体１１の磁性体に変更した点が相違点である。
【００３７】
ハンドルの操作による操舵軸の回転に伴い前記ラック上のリニア磁石体１１が直線上において図３中矢符によって示されるように直線変位すると、上述の第１実施形態と同様の位相関係で配置されたアモルファスワイヤより成る２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって検知される磁場変化も正弦波となるので、上述の第１実施形態と同様に２つの磁場信号の比に基づいて操舵角を検知するものである。
【００３８】
本第２実施形態の操舵角検知装置は、リニア磁石体１１の直線変位に応じて、２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２によって検知される２つの磁場信号の比に基づいて操舵角を検知することにより、操舵角計測を行うことで磁場強さの変化、磁電変換素子の感度変化に対して安定かつ高分解能な計測を可能にするという効果を奏する。
【００３９】
また本第２実施形態の操舵角検知装置は、マグネト・インピーダンス素子としてアモルファスワイヤを用いることで高温度領域でも感度よく計測でき、また低消費電力でかつ小型、安価な角変位、直線変位センサを提供できるようにするものである。
【００４０】
（第３実施形態）
本第３実施形態の操舵角検知装置は、図１に示される前記第１実施形態の基本的構成と同様の基本的構成より成るもので、以下図４を用いて詳細に説明する。
【００４１】
回転体磁石１は、前記図１に示される第１実施形態と同様の構成であるため図４における図示を省略した。図４においてマグネト・インピーダンス磁気検出器２は、２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２と１つの共通の信号処理回路２３からなる。２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２は、前記回転体磁石の磁場を検出するために互いの位相φがπ／２（９０度）となるべく位置に配設されている。
【００４２】
２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２は、アモルファスワイヤ２１０、２２０に検出コイル２１１、２２１が巻回されてなるもので、このアモルファスワイヤ２１０、２２０にパルス電流を通電すると周囲の磁場の軸方向成分に対応する電圧が検出コイル２１１、２２１に瞬間的に誘起される。この検出コイル２１１、２２１に誘起された電圧を信号処理することで磁場信号を得ることができる。
【００４３】
信号処理回路２３は、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の信号を処理するためのもので、パルスジェネレータ２３１とサンプルホールド回路２３２からなる。
【００４４】
前記パルスジェネレータ２３１は、繰返し周波数が２ＭＨｚでパルス幅が数十ｎｓ（ナノ秒）でかつ所定の位相差で同期する２つのパルス列を発生し、端子Ｐ１、Ｐ２の組とＰ３、Ｐ４の組からそれぞれ５μｓ（マイクロ秒）の周期で切換えて交互に出力する。また、出力端子Ｐ５はこのパルス列を５μｓごとに交互に切換えるときの同期信号が出力されるが、これは後段の角度算出装置３に出力される。
【００４５】
前記パルスジェネレータ２３１の出力端子Ｐ１およびＰ３は、２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２のアモルファスワイヤに接続されているので、５μｓごとに交互に２ＭＨｚのパルス列の電流が印加される。パルスが印加されるとマグネト・インピーダンス素子２１、２２の検知コイルとしての各検出コイル２１１、２２１には周囲の磁場に対応する電圧が瞬間的に誘起される。
【００４６】
アナログスイッチＳ１、Ｓ２の制御端子に前記パルスジェネレータ２３１の出力端子Ｐ２、Ｐ４のパルスが印加されるが、前記のごとく端子Ｐ１のパルスとＰ２のパルスおよびＰ３のパルスとＰ４のパルスはそれぞれ同期しているので、Ｐ２あるいはＰ４のパルスがそれぞれのタイミングで印加されるとごく短期間このアナログスイッチが”  閉”  になり前記マグネト・インピーダンス素子２１、２２の検出コイル２１１、２２１に瞬間的に誘起した磁場に対応する電圧が、サンプルホールド回路２３２を構成するコンデンサＣにホールドされる。
【００４７】
前述のごとくマグネト・インピーダンス素子に印加されるパルス列は２ＭＨｚであるので磁場の計測は２ＭＨｚの繰り返し頻度で間欠的に実行されるが、アナログスイッチＳ１  、Ｓ２とコンデンサＣおよび増幅器Ａが、前記サンプルホールド回路２３２を形成しているのでこの出力端子Ｐ６の信号はほぼ連続的な波形である。
【００４８】
しかしながら前述のようにパルスジェネレータ２３１は、５μｓの周期でパルス列をＰ１、Ｐ２の組とＰ３、Ｐ４の組と交互に出力するので、このマグネト・インピーダンス磁気検出器２の出力端子Ｐ６の信号は前記マグネト・インピーダンス素子２１、２２が検出した磁気信号を時系列的に交互に出力する。
【００４９】
図５の（イ）は、図１に示される回転体磁石１が回転したときのマグネト・インピーダンス素子２１、２２が検出する磁場信号を表す。したがって横軸は時間でありかつ角度である。図５の（ロ）はこのときのマグネト・インピーダンス磁気検出器２の出力端子Ｐ６の信号波形を表す。図５の（ロ）においてａ、ｂの記号は前記したごとくマグネト・インピーダンス素子２１、２２の出力が５μｓの周期で交互に切換えられていることを表している。図５の（ロ）はわかりやすくするためにａ、ｂの切換えの時間幅を機械的な角度変化する早さに対して誇張して幅広く描いているが、実際の角度変化に対して十分短かい時間であるため実用上角度情報が途絶えるようなことはない。
【００５０】
図４に示される角度算出装置３は、主としてＡ／Ｄコンバータ３１とコンピュータ３２からなり信号処理回路２の出力にもとづいて回転角度（操舵角）および回転方向を演算し出力するものである。
【００５１】
前記信号処理回路２の出力端子Ｐ６の磁場信号は、Ａ／Ｄコンバータ３１に接続されており、時系列的に交互に切換えられたａ、ｂの各磁場信号は順次デジタル変換される。このときＡ／Ｄ変換された信号をａのデータとｂのデータとに弁別するため同期信号として前記パルスジェネレータ２３１の端子Ｐ５の切換え信号をマイクロコンピュータ３２に入力している。
【００５２】
すなわちパルスジェネレータ２３１の端子Ｐ５から出力される前記５μｓの切換え信号がロジックレベルの”  １”  になっている期間はａの磁場信号そして”  ０”  の期間はｂの磁場信号としてコンピュータ３２はａ、ｂのデータを整列する。
【００５３】
コンピュータ３２は、角度算出の基となるａｒｃｔａｎ（Ｈｂ／Ｈａ）の演算を行う角度演算器３２１と回転の方向を判別する回転方向判別器３２２と不連続に算出される角度データを連続化処理する加減算器３２３からなるが、これらの処理はすべてソフトウエアにしたがって行う。
【００５４】
まず角度演算器３２１は、前記数１にもとづきａｒｃｔａｎ（Ｈｂ／  Ｈａ）の演算を行い基本的な角変位信号を算出する。
この角度演算器３２１の情報は、回転方向判別器３２２と加減算器３２３に出力される。回転方向判別器３２２は微分演算機能からなるもので前記角度演算器３２１の出力を微分演算して、その結果が正であれば角度θが正回転、負であれば逆回転していると判断する。この回転方向信号は出力端子Ｐ３１を通して外部へ出力するとともに加減算器３２３へも出力する。
【００５５】
加減算器３２３は、前記回転角θが±π／２以上の領域において角度データが不連続になることを防ぐため、データの連続化処理を行うものであり、前記角度演算器３２１の出力が±π／２を超えたときの角度データ値にθ＝±π／２のときのデータの２倍の値を加算あるいは減算することでθの変化に対してデータを連続化する。すなわち回転の方向が正転の場合は加算を行い、逆転の場合は減算を行う。この正転、逆転の情報は前記回転方向判別器３２２の出力から得る。このように加減算器３２３によってデータの連続化処理をすることで必要に応じて任意の角度計測範囲を実現することができる。図６はこの連続化処理の結果の例であり、θの値が±π／２を超えたとき前記角度演算器３２１のデータが点線のごとく鋸歯状になるが、加減算器３２３の出力は実線のように連続化される。この実線で表されるデータが本角変位センサの出力端子Ｐ３２の信号である。
【００５６】
本第３実施形態の操舵角検知装置は、磁石体１の回転による回転磁場を２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２で検出し１つの信号処理回路２３で信号処理し、その２つの磁気信号の比から角度演算するので、前記数５に示したごとく回転体磁石の磁場の強さ｜Ｂ｜の項が消去されるため、操舵系に加わる加速度、振動などによる回転する磁性体と磁電変換素子とのギャップの変動あるいは温度変化による磁場変動、磁電磁変換素子の感度変化の影響を受けない安定で高精度の操舵角検出を可能にするとともに、その他上述の第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５７】
（第４実施形態）
第４実施形態の操舵角検知装置は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器２として２つのマグネト−  インピーダンス素子２１、２２と時系列で切換えて信号処理する１つの信号処理回路をＩＣ化して超小型素子として構成し回転磁場内に容易に配設できるようにまとめたものである。
【００５８】
すなわち図７に示されるようにマグネト・インピーダンス磁気検出器２００は、マグネト−  インピーダンス素子として長さ２ｍｍ、直径３０μｍのアモルファスワイヤ２０１、２０３を用い、その周囲に検出コイル２０２、２０４を巻回したものである。
【００５９】
またこの２つのマグネト・インピーダンス素子は、検出した磁気信号の互いの位相がπ／２となる位置に配設するとともにＩＣ化した信号処理回路２０５とともに同一の基板ＢＰ上に形成して一つのパッケージ２０６内に収納したものであるので、２つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするものである。
【００６０】
また前記信号処理回路２０５は、上述の実施形態と同様に切換えで２つのマグネト・インピーダンス素子の信号を交互に処理するものであるので、これにより装置全体を低消費電力とともに小型化でき、さらに前記回転磁場内に容易に取り付けることができ、また機械的な振動にも十分対応できるようにした。
【００６１】
さらに前記マグネト・インピーダンス素子の材料としてアモルファスワイヤを用いたことで、通常の磁電変換素子では厳しい１２０℃以上の温度領域でも計測可能になり、温度環境の厳しい自動車のステアリング角センサとして小型、低価格に実現できるようになった。
【００６２】
（第５実施形態）
第５実施形態の操舵角検知装置は、図１に示される回転体磁石１の材料としてフェライトを用いるものであり、図８は既設のステアリングシャフト１０に多極着磁したフェライト材のリング磁石１０２を装着したものである。
【００６３】
本第５実施形態の操舵角検知装置においては、磁場の強さが弱くても磁電変換素子として後述する高感度のマグネト−  インピーダンス素子を用いることで十分な磁場検出が可能であり、堅牢かつ生産コストが安い操舵角センサを実現できるという効果を奏する。
【００６４】
【実施例】
以下上述の実施形態の自動車用操舵角検知装置において、用いることが出来る磁気検出器の実施例につき、図面を用いて説明する。
【００６５】
（実施例）
本実施例の磁気検出器は、図９に示されるように自動車分野における適用を考慮して、小型化して高感度化したもので、以下図９ないし図１１を用いて説明する。
【００６６】
前記磁気検出器２を構成する２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２の基板１００の大きさは、幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとし、長手方向の長さを３ｍｍとし、感磁体２１０、２２０は、ＣｏＦｅＳｉＢ系合金を使った直径３０μｍまたは２０μｍであって長さ３ｍｍ以下のアモルファスワイヤである。  電磁コイル２１１、２２１は、  前記基板１００の長手方向に形成した溝１００Ｇの溝面１１１に形成されたコイルの片側２１１Ａ、２２１Ａと、溝１００Ｇに対向する溝上面１１２（樹脂ＳＲの上面ＳＲＵ）に形成された残り片側のコイル２１１Ｂ、２２１Ｂの２層構造により形成したものである。
【００６７】
前記溝面１１１および溝上面１１２に形成されるコイルの片側２１１Ａ、２２１Ａおよび残り片側のコイル２１１Ｂ、２２１Ｂは、図９および図１０に示されるように電極配線基板１００の長手方向に形成された溝１００Ｇの溝上面１１２よりある程度広い範囲にコイルを構成する導電性の磁性金属薄膜を蒸着により形成し、形成された金属薄膜が螺旋状に残るように間隙部を構成する導電性金属薄膜部を選択エッチング手法により除去することにより、コイルの全体の長手方向の長さを１．５ｍｍまたは２ｍｍの長さに亘り形成される。なお図１０において、図９のＡ−Ａ′断面にかかわらず、理解の便のために溝１００Ｇの全面の４面にロの字状にコイルが形成されている状態を示した。
【００６８】
電磁コイル２１１、２２１の円相当内径（高さと幅で形成される溝断面積と同一面積となる円の直径）は、２００μｍまたは１００μｍ以下であるのが望ましいので、６６μｍに一例として設定した。  電磁コイル２１１、２２１の１ターン当たりの（単位長さ当たり）の捲線間隔は１００μｍ／巻以下であるのが望ましいので、一例として５０μｍ／巻に設定されている。
【００６９】
素子基板１００の長さとして３ｍｍを採用して前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２のアモルファスワイヤ２１０、２２０および電磁コイル２１１、２２１が、図１０に示されるように一つの電極配線基板１００上に一体に形成され、前記磁気検出器２１、２２の両端に配設した電極を介して接続された前記信号処理回路２３としての電子回路も一つの電極配線基板１００上に形成され、かかる電子回路２３からのセンサ出力を横軸が外部磁場と縦軸が出力電圧を示す図１１に示す。
【００７０】
本実施例の磁気検出器は、自動車分野における適用を考慮して、小型化、薄型化、小容積化（幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとし、長手方向の長さを３ｍｍ）を実現しながら、図１１から明らかなように４０ガウス（Ｇ）で０．２Ｖのフルスケールまでリニアな出力が得られ、リニアな測定および高感度な測定を実現するものである。
【００７１】
また本実施例の磁気検出器は、前記２つのマグネト・インピーダンス素子２１、２２のアモルファスワイヤ２１０、２２０および電磁コイル２１１、２２１が、同一全体基板上に一体に形成され、前記磁気検出器２１、２２の両端に配設した電極を介して接続された前記電子回路２３も同一全体基板上に形成され、同一のパッケージ内に配設されるので、２つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするとともに、センサを小さくし、高感度化を可能にし、処理回路および信号処理もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するという効果を奏する。
【００７２】
本実施例の磁気検出器は、自動車分野における適用を考慮して上述のように小型化、薄型化、小容積（幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、長手方向の長さ３ｍｍ）を実現しながら、図１１から明らかなように４０ガウス（Ｇ）で０．２Ｖのフルスケールまでリニアな出力が得られ、リニアな測定および高感度な測定を実現するものである。
【００７３】
また本実施例の磁気検出器は、マグネト・インピーダンス素子としてアモルファスワイヤを採用したので、アモルファスワイヤの本来の性質上、１２０℃の温度環境でも安定な動作が可能なため、自動車における１２０℃の温度環境でも安定な動作が可能であり、自動車用操舵装置の操舵角の検出に適するという効果を奏するものである。
【００７４】
さらに本実施例の磁気検出器は、マグネト・インピーダンス素子をより高感度な磁気センサとするために、検知コイルとしての電磁コイル２１１、２２１の円相当内径の半径を２００μｍまたは１００μｍ以下にするのが望ましい、本実施例においては一例として６６μｍに設定し、極めて小さくしてアモルファスワイヤと検出コイルとの電磁結合を大きくすることに対して有効であるとともに、センサの薄型化および小容量化にとっても有効である。
【００７５】
また本実施例の磁気検出器は、前記２つのマグネト・インピーダンス素子および信号処理回路を１つの基板にマウント（装荷）することにより、小型かつ取り扱いを容易にすることができ、さらにマグネト・インピーダンス素子が高感度のため回転体とのギャップを１ｍｍ以上に大きくしても安定な磁気計測ができるので自動車に取り付ける際に精密な組付け作業を必要としないので生産コストを抑制するという非常に大きな効果を奏する。
【００７６】
さらに本実施例においては、２  つのマグネト・インピーダンス素子を所定の精度で管理された自動機で製作するとともに、２つのマグネト・インピーダンス素子をそれぞれ駆動するＩＣ回路からなるパルスジェネレータの２つのドライバー回路の駆動特性およびそれぞれに対応するサンプルホールド回路の２つのアナログスイッチのスイッチ特性を同一とするため、それぞれ近接した場所に回路を形成するようにマスク設計を行い、２つのマグネト・インピーダンス素子の特性を互いに等しくしたので、２  つのマグネト・インピーダンス素子の特性を互いに等しくすることが出来るものである。
【００７７】
本実施例においては、基板１００の大きさは、幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとし、長手方向の長さを３ｍｍとし、アモルファスワイヤの長さは３ｍｍ以下であることから、上述した図１１から明らかなように４０ガウスで０．２Ｖのフルスケールまでリニヤーな出力が得られるため、従来ヒステリシス特性や非直線特性を無くするためにアモルファスワイヤにもう一つのコイルを設けてこれにフィードバック電流を流したり、バイアス電流を流したりするフィードバック技術の必要性を解消するものである。これにより常時直流電流を流すことが不要となり低消費電力化が可能となった。またバイアスコイルを省略できマグネト・インピーダンス素子をシンプル化するものである。
【００７８】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の操舵角検知装置を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態の操舵角検知装置における出力波形を示す線図である。
【図３】本発明の第２実施形態の操舵角検知装置のセンサ部を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態の操舵角検知装置を示す詳細ブロック図である。
【図５】本第３実施形態の操舵角検知装置における出力波形を示す線図である。
【図６】本第３実施形態の操舵角検知装置における連続化処理の結果を示す線図である。
【図７】本発明の第４実施形態の操舵角検知装置のセンサ部を示す斜視図である。
【図８】本発明の第５実施形態の操舵角検知装置のセンサ部を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例における磁気検出器を示す平面図である。
【図１０】本実施例における磁気検出器を示す図９中Ａ−Ａ′線に沿う横断面図である。
【図１１】本実施例における磁気検出器の外部磁場と出力電圧の関係を示す線図である。
【符号の説明】
１  磁性体
１０  操舵軸
２  磁気センサ
２０  マグネト・インピーダンス磁気検出器
２１、２２  マグネト・インピーダンス素子
２３  信号処理回路
３  演算回路
【図１】
2004264154.tif 000008
【図２】
2004264154.tif 000009
【図３】
2004264154.tif 000010
【図４】
2004264154.tif 000011
【図５】
2004264154.tif 000012
【図６】
2004264154.tif 000013
【図７】
2004264154.tif 000014
【図８】
2004264154.tif 000015
【図９】
2004264154.tif 000016
【図１０】
2004264154.tif 000017
【図１１】
2004264154.tif 000018