(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体に連動して回転する検出体と、この検出体の中央に装着された磁石と、この磁石に対向して配置された、四つの磁気抵抗素子を略矩形状に接続した二つのホイートストンブリッジが、４５度傾けて形成された異方性磁気抵抗素子と、この異方性磁気抵抗素子に接続された制御手段からなり、いずれか一方の上記ホイートストンブリッジのグランド端子を、抵抗を介してグランドに接続すると共に、この抵抗に並列に設けたスイッチング手段を上記制御手段に接続し、上記制御手段が上記スイッチング手段を切換えて、上記グランド端子が上記抵抗を介さずグランドに接続しているときに、上記異方性磁気抵抗素子からの出力信号によって前記回転体の回転角度を検出し、上記制御手段が所定のタイミングで上記スイッチング手段を切換えて、上記グランド端子を上記抵抗を介してグランドに接続させる回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高機能化が進む中、ブレーキや横滑り防止等の各種制御を行うため、様々な回転角度検出装置を用いてステアリングの回転角度を検出するものが増えている。
【０００３】
このような、従来の回転角度検出装置について、図３〜図６を用いて説明する。
【０００４】
図５は従来の回転角度検出装置の要部ブロック回路図、図６は同斜視図であり、同図において、１は外周に平歯車部１Ａが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。
【０００５】
そして、２は外周に平歯車部２Ａが形成された第一の検出体、３は外周に第一の検出体２とは歯数の異なる平歯車部３Ａが形成された第二の検出体で、第一の検出体２が回転体１に、第二の検出体３が第一の検出体２に各々噛合すると共に、第一の検出体２と第二の検出体３の中央には、磁石４と５がインサート成形等により各々装着されている。
【０００６】
また、６は第一の検出体２と第二の検出体３の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体２の磁石４との対向面には異方性磁気抵抗素子（以下、ＡＭＲ素子と記載する）７が、第二の検出体３の磁石５との対向面にはＡＭＲ素子８が各々装着されている。
【０００７】
そして、このＡＭＲ素子７と８は、図５に示すように、四つの磁気抵抗素子９を略矩形状に接続した第一のホイートストンブリッジ１１と第二のホイートストンブリッジ１２が、４５度傾けて重ねて形成されると共に、この二つのホイートストンブリッジの結合点から導出した電源端子１１Ａと１２Ａが５Ｖの電源に、電源端子１１Ａと１２Ａの対角位置の結合点から導出したグランド端子１１Ｂと１２Ｂがグランドに、各々接続されている。
【０００８】
さらに、これらとは異なる対角位置の結合点から導出した−出力端子１１Ｃと１２Ｃ、及び＋出力端子１１Ｄと１２Ｄが、トランジスタ等の電子部品によって配線基板６上に形成された増幅手段１３に各々接続されると共に、この増幅手段１３の出力端子１３Ａと１３Ｂがマイコン等の制御手段１４に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【０００９】
なお、上記のようなＡＭＲ素子７や８、増幅手段１３、制御手段１４等は、例えば、シリコンウエハー上に４５度傾けて重ねて形成された、第一のホイートストンブリッジ１１と第二のホイートストンブリッジ１２等が、絶縁樹脂製のモールドで覆われると共に、このモールドから所定の間隔で並んで延出した各端子が、半田によって配線基板６の配線パターンに接続されている。
【００１０】
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段１４がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１中央部の係合部１Ｂにはステアリング軸（図示せず）が挿通されて、自動車に装着される。
【００１１】
以上の構成において、運転時、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮの状態で、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１が回転し、この外周の平歯車部１Ａに平歯車部２Ａが噛合した第一の検出体２、及び第一の検出体２に平歯車部３Ａが噛合した第二の検出体３が連動して回転する。
【００１２】
そして、第一の検出体２と第二の検出体３の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石４と５の磁気の方向が変化し、これをＡＭＲ素子７と８が各々検出して、例えば、磁石４と対向したＡＭＲ素子７の第二のホイートストンブリッジ１２の−出力端子１２Ｃからは、図３（ａ）の電圧波形図に示すような、電圧が約２．４Ｖ〜２．６Ｖで正弦波の出力信号が、＋出力端子１２Ｄからは図３（ｂ）に示すような、正弦波の出力信号が、各々増幅手段１３に入力される。
【００１３】
また、ＡＭＲ素子７の第一のホイートストンブリッジ１１の−出力端子１１Ｃからは、図３（ｃ）の電圧波形図に示すような、電圧が約２．４Ｖ〜２．６Ｖで余弦波の出力信号が、＋出力端子１１Ｄからは図３（ｄ）に示すような、余弦波の出力信号が、各々増幅手段１３に入力される。
【００１４】
つまり、回転に伴って変化する磁石４の磁気方向に応じて、ＡＭＲ素子７の第二のホイートストンブリッジ１２からは正弦波の出力信号が出力され、これに対して４５度傾いた第一のホイートストンブリッジ１１からは、余弦波の出力信号が出力される。
【００１５】
さらに、磁石５と対向したＡＭＲ素子８からも同様に、正弦波と余弦波の出力信号が各々増幅手段１３に出力されるが、磁石４が装着された第一の検出体２と、磁石５が装着された第二の検出体３は歯数が異なっているため、これらは位相差のある波形となって増幅手段１３へ出力される。
【００１６】
また、これらの正弦波と余弦波の出力信号を増幅手段１３が差動増幅し、例えば、出力端子１３Ａからは、図４（ａ）の電圧波形図に示すような、電圧が約１．５Ｖ〜３．５Ｖで正弦波の出力信号が、出力端子１３Ｂからは、図４（ｂ）に示すような、余弦波の出力信号が制御手段１４に出力される。
【００１７】
そして、これらの入力された正弦波と余弦波の出力信号を制御手段１４が演算し、第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度から、回転体１の回転角度、即ちステアリングの回転角度を検出するようにして、回転角度検出装置が構成されているものであった。
【００１８】
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。
【特許文献１】特開２００６−２９７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、装置内のＡＭＲ素子７や８近傍に金属粉等の導電性の異物等が侵入し、例えば、−出力端子１１Ｃと１２Ｃ、或いは＋出力端子１１Ｄと１２Ｄの間等が短絡した場合には、増幅手段１３の出力端子１３Ａや１３Ｂから出力された出力信号が、異常な出力信号であることが制御手段１４は判別できない。
【００２０】
つまり、例えば、−出力端子１１Ｃと１２Ｃ間が短絡した場合、出力端子１３Ａからは位相がずれ歪んではいるが正弦波形が出力され、出力端子１３Ｂからは同じく位相がずれ歪んではいるが余弦波形が出力されるため、制御手段１４がこれらの短絡した出力信号と正規の出力信号を識別することができず、誤った回転角度の検出を行ってしまうという課題があった。
【００２１】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ＡＭＲ素子の出力端子間の短絡を検出し、誤判定がなく確実な検出が可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために本発明は、ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体に連動して回転する検出体と、この検出体の中央に装着された磁石と、この磁石に対向して配置された、四つの磁気抵抗素子を略矩形状に接続した二つのホイートストンブリッジが、４５度傾けて形成された異方性磁気抵抗素子と、この異方性磁気抵抗素子に接続された制御手段からなり、いずれか一方の上記ホイートストンブリッジのグランド端子を、抵抗を介してグランドに接続すると共に、この抵抗に並列に設けたスイッチング手段を上記制御手段に接続し、上記制御手段が上記スイッチング手段を切換えて、上記グランド端子が上記抵抗を介さずグランドに接続しているときに、上記異方性磁気抵抗素子からの出力信号によって前記回転体の回転角度を検出し、上記制御手段が所定のタイミングで上記スイッチング手段を切換えて、上記グランド端子を上記抵抗を介してグランドに接続させるようにして回転角度検出装置を構成したものであり、制御手段がスイッチング手段を切換え、異方性磁気抵抗素子からの出力信号によって回転体の回転角度を検出すると共に、制御手段が所定のタイミングでスイッチング手段を切換えて、グランド端子を抵抗を介してグランドに接続させたときに、異方性磁気抵抗素子からの出力信号の違いによって、これらの出力端子間の短絡を検出できるため、誤判定がなく確実な検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるという作用を有するものである。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように本発明によれば、端子間の短絡を検出し、誤判定がなく確実な検出が可能な回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。
【００２５】
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００２６】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部ブロック回路図、図２は同斜視図であり、同図において、１は外周に平歯車部１Ａが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング（図示せず）の軸と係合する係合部１Ｂが設けられている。
【００２７】
そして、２は外周に平歯車部２Ａが形成された第一の検出体、３は外周に第一の検出体２とは歯数の異なる平歯車部３Ａが形成された第二の検出体で、第一の検出体２が回転体１に、第二の検出体３が第一の検出体２に各々噛合すると共に、第一の検出体２と第二の検出体３の中央には、磁石４と５がインサート成形等により各々装着されている。
【００２８】
また、６は第一の検出体２と第二の検出体３の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の検出体２の磁石４との対向面には異方性磁気抵抗素子（以下、ＡＭＲ素子と記載する）７が、第二の検出体３の磁石５との対向面にはＡＭＲ素子８が各々装着されている。
【００２９】
そして、このＡＭＲ素子７と８は、図１に示すように、四つの磁気抵抗素子９を略矩形状に接続した第一のホイートストンブリッジ１１と第二のホイートストンブリッジ１２が、４５度傾けて重ねて形成されると共に、この二つのホイートストンブリッジの結合点から導出した電源端子１１Ａと１２Ａが５Ｖの電源に、電源端子１１Ａの対角位置の結合点から導出したグランド端子１１Ｂがグランドに、各々接続されている。
【００３０】
また、これらとは異なる対角位置の結合点から導出した−出力端子１１Ｃと１２Ｃ、及び＋出力端子１１Ｄと１２Ｄが、トランジスタ等の電子部品によって配線基板６上に形成された増幅手段１３に各々接続されると共に、この増幅手段１３の出力端子１３Ａや１３Ｂ等がマイコン等の制御手段１７に接続されている。
【００３１】
さらに、ＡＭＲ素子７と８の、電源端子１２Ａの対角位置の結合点から導出したグランド端子１２Ｂ等が抵抗１８を介してグランドに接続されると共に、この抵抗１８には並列にＦＥＴ１９Ａ等が接続され、このＦＥＴ１９Ａが制御手段１７のＩＯポート１９Ｂ等に接続されスイッチング手段１９が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。
【００３２】
なお、上記のようなＡＭＲ素子７や８、増幅手段１３、制御手段１７等は、例えば、シリコンウエハー上に４５度傾けて重ねて形成された、第一のホイートストンブリッジ１１と第二のホイートストンブリッジ１２等が、絶縁樹脂製のモールドで覆われると共に、このモールドから所定の間隔で並んで延出した各端子が、半田によって配線基板６の配線パターンに接続されている。
【００３３】
また、図１では判り易いように、第一のホイートストンブリッジ１１と第二のホイートストンブリッジ１２を上下に並べて記載しているが、実際には、第一のホイートストンブリッジ１１と第二のホイートストンブリッジ１２は、互いに同軸心で４５度傾けた状態で重ねて形成されている。
【００３４】
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段１７がコネクタ（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１中央部の係合部１Ｂにはステアリング軸（図示せず）が挿通されて、自動車に装着される。
【００３５】
以上の構成において、運転時、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮの状態で、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体１が回転し、この外周の平歯車部１Ａに平歯車部２Ａが噛合した第一の検出体２、及び第一の検出体２に平歯車部３Ａが噛合した第二の検出体３が連動して回転する。
【００３６】
そして、第一の検出体２と第二の検出体３の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石４と５の磁気の方向が変化し、これをＡＭＲ素子７と８が各々検出して、例えば、磁石４と対向したＡＭＲ素子７の第二のホイートストンブリッジ１２の−出力端子１２Ｃからは、図３（ａ）の電圧波形図に示すような、電圧が約２．４Ｖ〜２．６Ｖで正弦波の出力信号が、＋出力端子１２Ｄからは図３（ｂ）に示すような、正弦波の出力信号が、各々増幅手段１３に入力される。
【００３７】
また、ＡＭＲ素子７の第一のホイートストンブリッジ１１の−出力端子１１Ｃからは、図３（ｃ）の電圧波形図に示すような、電圧が約２．４Ｖ〜２．６Ｖで余弦波の出力信号が、＋出力端子１１Ｄからは図３（ｄ）に示すような、余弦波の出力信号が、各々増幅手段１３に入力される。
【００３８】
つまり、回転に伴って変化する磁石４の磁気方向に応じて、ＡＭＲ素子７の第二のホイートストンブリッジ１２からは正弦波の出力信号が出力され、これに対して４５度傾いた第一のホイートストンブリッジ１１からは、余弦波の出力信号が出力される。
【００３９】
なお、この時、スイッチング手段１９のＩＯポート１９Ｂは電源側に切換えられ、ＦＥＴ１９ＡがＯＮしているため、第二のホイートストンブリッジ１２のグランド端子１２Ｂは、抵抗１８を介さずグランドに接続されている。
【００４０】
さらに、磁石５と対向したＡＭＲ素子８からも同様に、正弦波と余弦波の出力信号が各々増幅手段１３に出力されるが、磁石４が装着された第一の検出体２と、磁石５が装着された第二の検出体３は歯車が異なっているため、これらは位相差のある波形となって増幅手段１３へ出力される。
【００４１】
また、これらの正弦波と余弦波の出力信号を増幅手段１３が差動増幅し、例えば、出力端子１３Ａからは、図４（ａ）の電圧波形図に示すような、電圧が約１．５Ｖ〜３．５Ｖで正弦波の出力信号が、出力端子１３Ｂからは、図４（ｂ）に示すような、余弦波の出力信号が制御手段１７に出力される。
【００４２】
そして、これらの入力された正弦波と余弦波の出力信号を制御手段１７が演算し、第一の検出体２と第二の検出体３の回転角度から、回転体１の回転角度、即ちステアリングの回転角度を検出するようにして、回転角度検出装置が構成されている。
【００４３】
さらに、所定のタイミングで、例えばイグニッションスイッチをＯＮした直後に、制御手段１７がスイッチング手段１９のＩＯポート１９Ｂをグランド側に切換え、ＦＥＴ１９ＡをＯＦＦにして、抵抗１８に電流を流し、装置内のＡＭＲ素子７や８近傍に金属粉等の導電性の異物等が侵入し、出力端子間に短絡があった場合には、これを検出するようになっている。
【００４４】
つまり、ＡＭＲ素子７や８の出力端子、例えば、−出力端子１１Ｃと１２Ｃや、＋出力端子１１Ｄと１２Ｄの間等が短絡していない場合には、第一のホイートストンブリッジ１１の−出力端子１１Ｃと＋出力端子１１Ｄからは、図３（ｃ）や（ｄ）に示したような、余弦波の出力信号が、各々増幅手段１３に出力される。
【００４５】
また、第二のホイートストンブリッジ１２の−出力端子１２Ｃと＋出力端子１２Ｄからは、図３（ａ）や（ｂ）に比べ、抵抗１８の分だけ、例えば中心電圧が２．５Ｖから３．５Ｖとなり、振幅は小さくなっているが、正弦波の出力信号が、各々増幅手段１３に出力される。
【００４６】
そして、これらの出力信号を増幅手段１３によって差動増幅され、正常出力範囲内の電圧となって、出力端子１３Ａから正弦波の、出力端子１３Ｂから余弦波の出力信号として、各々制御手段１７に出力される。
【００４７】
また、これに対し、例えば−出力端子１１Ｃと１２Ｃが短絡している場合には、−出力端子１１Ｃと１２Ｃが接続されているため、両方の−出力端子から、電圧３Ｖ付近で、マイナスの正弦波と余弦波が合成された出力信号が、増幅手段１３に出力される。
【００４８】
したがって、これを増幅手段１３が差動増幅すると、出力端子１３Ａからは、＋出力端子１２Ｄの電圧から−出力端子１２Ｃを減じたマイナスの電圧値が増幅された電圧０Ｖが、出力端子１３Ｂからは、＋出力端子１１Ｄの電圧から−出力端子１１Ｃを減じたプラスの電圧値が増幅された電圧５Ｖが、制御手段１７に出力される。
【００４９】
そして、この電圧を制御手段１７が検出し、出力端子１３Ａや１３Ｂから正弦波形や余弦波形の出力信号が入力された場合には、−出力端子１１Ｃと１２Ｃの間に短絡がなく、電圧０Ｖや５Ｖが出力信号として入力された場合には、短絡があると判定し、短絡がない場合には、スイッチング手段１９のＩＯポート１９Ｂを電源側に切換え、ＦＥＴ１９ＡをＯＮにして、その後のステアリングの回転角度検出を行い、短絡がある場合には、例えば、車両の電子回路への回転角度検出信号の出力を停止する。
【００５０】
つまり、イグニッションスイッチのＯＮ直後等に、制御手段１７がスイッチング手段１９を切換えて、抵抗１８に電流を流し、ＡＭＲ素子７や８からの出力信号の違いによって、これらの出力端子間の短絡を検出できるため、誤判定がなく確実な回転角度の検出が行えるようになっている。
【００５１】
なお、以上と同様にして、ＡＭＲ素子７の−出力端子１１Ｃと＋出力端子１２Ｄ、＋出力端子１１Ｄと−出力端子１２Ｃ、＋出力端子１１Ｄと１２Ｄ間、或いはＡＭＲ素子８の各出力端子間の、短絡の検出も行うことができる。
【００５２】
このように本実施の形態によれば、ＡＭＲ素子７や８のグランド端子１２Ｂ等を、抵抗１８を介してグランドに接続すると共に、この抵抗１８に並列に設けたスイッチング手段１９を制御手段１７に接続することによって、制御手段１７がスイッチング手段１９を切換え、ＡＭＲ素子７や８からの出力信号によって回転体１の回転角度を検出すると共に、これらの出力信号の違いによって、ＡＭＲ素子７や８の出力端子間の短絡を検出できるため、誤判定がなく確実な検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるものである。
【００５３】
なお、以上の説明では、回転体１に第一の検出体２を、この第一の検出体２に第二の検出体３を噛合させた構成について説明したが、第一の検出体２と第二の検出体３の両方を、回転体１に噛合させた構成としても本発明の実施は可能である。
【００５４】
また、以上の説明では、回転体１や第一及び第二の検出体２、３の外周に平歯車部を形成して、これらが噛合して互いに連動して回転する構成として説明したが、平歯車部以外にも傘歯車等、他の形状の歯車を用いた構成や、歯車に代えて、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や検出体の外周に形成し、これによって互いに連動して回転する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明による回転角度検出装置は、ＡＭＲ素子の端子間の短絡を検出し、誤判定がなく確実な検出が可能なものが得られ、自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部ブロック回路図
【図２】同斜視図
【図３】電圧波形図
【図４】電圧波形図
【図５】従来の回転角度検出装置の要部ブロック回路図
【図６】同斜視図
【符号の説明】
【００５７】
１  回転体
１Ａ、２Ａ、３Ａ  平歯車部
１Ｂ  係合部
２  第一の検出体
３  第二の検出体
４、５  磁石
６  配線基板
７、８  ＡＭＲ素子
９  磁気抵抗素子
１１  第一のホイートストンブリッジ
１２  第二のホイートストンブリッジ
１１Ａ、１２Ａ  電源端子
１１Ｂ、１２Ｂ  グランド端子
１１Ｃ、１２Ｃ  −出力端子
１１Ｄ、１２Ｄ  ＋出力端子
１３  増幅手段
１３Ａ、１３Ｂ  出力端子
１７  制御手段
１８  抵抗
１９  スイッチング手段
１９Ａ  ＦＥＴ
１９Ｂ  ＩＯポート
【図１】
0004735362.tif 000002
【図２】
0004735362.tif 000003
【図３】
0004735362.tif 000004
【図４】
0004735362.tif 000005
【図５】
0004735362.tif 000006
【図６】
0004735362.tif 000007