(57)【要約】【課題】インダクタンス方式のトルクセンサとの整合性に優れた簡単な構成で、舵角を精度良く検出する電動パワーステアリング用センサを提供することである。【解決手段】ステアリングの入力軸１２と一体になって回転する入力軸検出リング２６と補償リング３４の間に、磁気感応素子の１つであるホール素子を有する角度検出部５４を挿入する。補償コイル３６で発生する磁束が入力軸検出リング２６、補償リング３４、及び、磁路３８を通る構造になっている。補償リング３４と入力軸検出リング２６の間の空間では、補償リング３４の歯先部７ａと歯底部３４ｂにより局所的に磁束の粗密が生じる。角度検出部５４は、補償リング３４が回転することにより、磁束の状態変化を検出することができる。これにより、入力軸１２の回転角度を検出する角度センサを得ることができる。【選択図】  図２
2005010015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸の回転に応じて回転する磁性体と、前記磁性体を含む磁路に磁束を発生するコイルと、前記回転軸の回転により変化する磁束を検出する磁気感応素子と、前記磁束の変化に応じた前記磁気感応素子の出力を用いて、前記回転軸の回転角度を検出する検出回路を備えたことを特徴とする角度センサ。
【請求項２】
回転軸と、歯形状部を有し、前記回転軸の回転に応じて回転する磁性体と、前記磁性体を含む磁路に磁束を発生するコイルと、前記磁路中の前記回転軸の回転による磁束変化を検出して、互いに位相の異なる交流信号を出力する複数の磁気感応素子と、前記交流信号を用いて前記回転軸の回転角度を検出する検出回路を備え、前記磁性体の歯形状部は、前記磁気感応素子に対して相対的に移動可能であり、前記回転軸の回転に応じて回転方向に移動することを特徴とする角度センサ。
【請求項３】
請求項２において、前記磁気感応素子はいずれも長さが前記歯形状部の凹状部、あるいは、凸状部の幅の概ね１／２であり、前記検出回路は、前記磁気感応素子を少なくとも２つ用いるブリッジ回路であって、位相の異なる複数の交流信号を出力する角度センサ。
【請求項４】
同一軸上に配置された第１及び第２の回転軸と、前記第１の回転軸の回転に応じて回転する第１の磁性体と、前記第２の回転軸の回転に応じて回転する第２の磁性体と、前記第１及び第２の磁性体を含む磁路に磁束を発生するコイルと、前記第１の回転軸の回転により変化する前記磁束を検出する第１の磁気感応素子と、前記第２の回転軸の回転により変化する前記磁束を検出する第２の磁気感応素子と、前記第１及び第２の磁束磁気感応素子の出力を用いて、前記第１及び第２の回転軸の回転角度をそれぞれ検出する第１及び第２の検出回路を備えたことを特徴とする角度センサ。
【請求項５】
請求項４において、前記第１及び第２の回転軸を接続し、発生するトルクによりねじれるトーションバーと、前記第１及び第２の検出回路から得られる回転角度の差により前記トルクを検出するトルク検出回路とを備えた角度・トルクセンサ。
【請求項６】
回転軸と、前記回転軸の回転に応じて回転する磁性体と、前記磁性体を含む磁路に磁束を発生するコイルと、前記回転軸の回転により変化する前記磁束を検出する複数の磁気感応素子と、前記磁束の変化に応じた前記複数の磁気感応素子の出力を用いて前記回転軸の回転角度を検出する検出回路を備え、前記複数の磁気感応素子のうち、少なくとも１つの磁気感応素子が前記回転軸の回転に応じて、減速、あるいは、増速して回転させる機構を有することを特徴とする角度センサ。
【請求項７】
回転軸と、前記回転軸と一体になって回転する第１の磁性体と、前記回転軸を減速、あるいは、増速して回転する第２の磁性体と、前記第１及び第２の磁性体により形成される磁路に磁束を発生するコイルと、前記第１の磁性体の回転により変化する前記磁束を検出する第１の磁気感応素子と、前記第２の磁性体の回転により変化する前記磁束を検出する第２の磁気感応素子と、前記第１、及び、第２の磁束磁気感応素子の出力の差から前記回転軸の回転角度を検出する検出回路を備えたことを特徴とする角度センサ。
【請求項８】
トルクによりねじれるトーションバーにそれぞれ接続された第１及び第２の回転軸と、前記第１の回転軸と一体になって回転する第１の磁性体と、前記第２の回転軸と一体になって回転する第２の磁性体と、前記第１及び第２の磁性体を含む磁路に磁束を発生するトルク検出コイルと、前記第１及び第２の磁性体の相対位置関係により変化する前記トルク検出コイルの出力電圧を検出するトルク検出回路と、前記第２の回転軸の回転に応じて回転する第３の磁性体と、前記第２及び第３の磁性体を含む磁路に磁束を発生する補償コイルと、前記補償コイルの出力電圧により前記トルク検出回路の出力を補正する補償回路を備え、
前記第３の磁性体の回転により変化する磁束を検出する第１の磁気感応素子と、前記磁束の変化に応じた前記第１の磁気感応素子の出力により、前記第３の磁性体の回転角度を検出する第１の角度検出部を備えたことを特徴とする角度・トルクセンサ。
【請求項９】
請求項８において、前記第２の磁性体の回転により変化する前記補償コイルの磁束を検出する第２の磁気感応素子と、前記第２の磁気感応素子の出力により、前記第２の回転軸の回転角度を検出する第２の角度検出部とを備えた角度・トルクセンサ。
【請求項１０】
トルクによりねじれるトーションバーに接続された第１及び第２の回転軸と、前記第１の回転軸と一体になって回転する第１の磁性体と、前記第２の回転軸と一体になって回転する非磁性体と、前記第１の磁性体により形成され、前記非磁性体で遮断される磁路に磁束を発生するトルク検出コイルと、前記第１の磁性体と非磁性体の相対位置関係により変化する前記トルク検出コイルの出力電圧を検出するトルク検出回路と、前記第１、あるいは、第２の回転軸と一体になって回転する第２の磁性体と、前記第２の磁性体に磁束を発生する補償コイルと、該補償コイルの出力電圧により前記トルク検出回路の出力を補正する補償回路を備え、
前記第１、あるいは、第２の回転軸の回転により変化する前記第２の磁性体の磁束を検出する磁気感応素子と、前記磁束の変化に応じた前記磁気感応素子の出力により、前記回転軸の回転角度を検出する角度検出部を備えたことを特徴とする角度・トルクセンサ。
【請求項１１】
トルクによりねじれるトーションバーにそれぞれ接続された第１及び第２の回転軸と、前記第１の回転軸と一体になって回転する第１の磁性体と、前記第２の回転軸と一体になって回転する第２の磁性体と、前記第１及び第２の磁性体を含む磁路に磁束を発生するトルク検出コイルと、前記第１及び第２の磁性体の相対位置関係により変化する前記トルク検出コイルの出力電圧を検出するトルク検出回路と、前記第２の回転軸の回転に応じて回転する第３の磁性体と、前記第２及び第３の磁性体を含む磁路に磁束を発生する補償コイルと、前記補償コイルの出力電圧により前記トルク検出回路の出力を補正する補償回路と、
前記第３の磁性体の回転により変化する磁束を検出する第１の磁気感応素子と、前記磁束の変化に応じた前記第１の磁気感応素子の出力により、前記第３の磁性体の回転角度を検出する第１の角度検出部と、前記回転軸を駆動するモータを備え、検出した前記回転軸のトルク、及び、回転角度を用いて、前記モータのトルクを制御す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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転軸の回転角を計測する角度センサ、角度とトルクを計測する一体化構造の角度・トルクセンサ、及びそれを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵トルクに応じて、モータのトルクを発生し、タイヤの転舵を補助する装置である。このモータのトルクを制御するためには、操舵トルクの大きさを検出する必要があり、安価なトルクセンサが不可欠である。
【０００３】
電動パワーステアリングを装着していない自動車においては、走行中にハンドルを手放した場合、タイヤが自動的に直進方向に向くようになっている。
【０００４】
一方、電動パワーステアリング装置を装着した自動車の場合には、手放し状態で走行しても、モータが負荷状態となって、タイヤが自動的に直進方向を向くとは限らない。そのような状態のときには、電動パワーステアリング装置は、モータを用いて、タイヤが直進方向になるように制御する。
【０００５】
従って、電動パワーステアリング装置では、トルクセンサのほかに、直進方向に対するタイヤの角度を検出する角度センサ、いわゆる舵角センサが必要である。
【０００６】
従来からトルクセンサとして、特許文献１（特開平５−１４９８０５号公報）、特許文献２（特開平６−１０２１１３号公報）に記載されているような非接触式トルクセンサが知られている。これらの装置は、トーションバーのねじれをインダクタンスの変化として検出している。そのため、検出精度やパラメータに対するロバスト性に優れている。
【０００７】
ステアリングホイールに接続された入力軸及び出力軸は、運転者の操作により回転する。出力軸の回転により、左右のタイヤの方向を転舵することができる。
【０００８】
電動パワーステアリング装置は、入力軸と出力軸の間に取り付けられたトルクセンサにより、運転者の操舵トルクを検出する。コントローラは、この検出したトルクを用いて、モータが発生すべき基準のアシストトルクを算出する。
【０００９】
電動パワーステアリング装置は、タイヤの転舵方向を示す舵角を検出する角度センサを備えている。この角度センサにより舵角を検出し、コントローラに入力する。コントローラは、車両の走行速度、舵角に応じて、アシストトルクを補正する演算を行ない、モータの発生するトルクを制御する。従って、電動パワーステアリング装置を制御するためには、運転者の操舵トルクと舵角を検出できるセンサが必要である。
【００１０】
操舵トルクを検出するトルクセンサは、入力軸と出力軸の間に配置されている。トルクセンサには、操舵トルクに応じてねじれるトーションバーが入力軸と出力軸の間に接続されている。また、トーションバーの入力軸側、及び、出力軸側には、それぞれ入力軸検出リング、出力軸検出リングが配置される。
【００１１】
これらの検出リングは、歯形状の磁性体を有しており、それぞれ入力軸及び出力軸と一体になって回転する。これらの検出リングの外周には、車体に固定されたトルク検出コイルが配置されている。トルク検出コイルの外周部に形成される磁路は、入力軸検出リング、出力軸検出リングとともに、コイルの周りを取り囲む磁性体により形成されている。
【００１２】
運転者がステアリングホイールを操舵すると、操舵トルクによりトーションバーがねじれる。このトーションバーのねじれにより、入力軸検出リングの歯形状磁性体と、それに対面した出力軸検出リングとの位置関係がずれる。その結果、トルク検出コイルのインダクタンスが変化する。従って、トルク検出コイルに高周波電圧を印加して、インダクタンスを検出することにより、操舵トルクを得ることができる。
【００１３】
インダクタンスを検出する際に、温度によりその出力値が変化する場合がある。その温度変化を補償するために、補償リングと補償コイルを備えている。補償リングは、入力軸と一体になって回転する。補償コイルは、補償コイルの外周部にある磁路、入力軸検出リングの磁性体、及び、歯形状の部分を含む補償リングの磁性体とから構成される磁路に取り囲まれる構造になっている。
【００１４】
この補償コイルで検出されるインダクタンスは常に一定であり、トルク検出コイルで操舵トルクが０のときに検出されるインダクタンスと同じになるように設定されている。そこで、トルク検出コイルの出力と補償コイルと出力の差を操舵トルクとして検出する。
【００１５】
トルク検出コイルと補償コイルは、それぞれ抵抗を介して発振器に接続されている。発振器からはそれぞれのコイルのインダクタンスを検出するための高周波信号が出力される。この信号が印加されると、トルク検出コイルの出力、補償コイルの出力はそれぞれインダクタンスの状態により変化する。
【００１６】
トルク検出コイルと補償コイルの出力が差動増幅器に入力されて、両者の差が出力される。この出力値が操舵トルクに比例するので、出力増幅器により増幅されて操舵トルクτを得る。
【００１７】
このような構成を採用することにより、周囲温度が変化したときのコイル抵抗の変化や出力特性の変化の影響を補償できるので、簡単な構造で、高精度のトルク検出を行うことができる。
【００１８】
また、インダクタンスの変化は、入力、出力軸検出リングの対面する歯形状の磁性体面積の総和で決定されるので、個々の歯の加工精度がインダクタンスに影響する割合を低減できる利点がある。このトルクセンサは、簡単な構造であるにもかかわらず、優れた特性を持っている。なお、角度センサとしては、接触式のポテンショメータを用いた角度センサがよく知られている。
【００１９】
また、トルクセンサと角度センサを一体にし、構造をコンパクト化することが提案されている。例えば、特許文献３（特開２００１−９１３７５号公報）、特許文献４（特開２００１−９１３７７号公報）などに記載されているような磁気センサやインダクタンスの変化を利用した装置が提案されている。
【００２０】
【特許文献１】
特開平５−１４９８０５号公報
【特許文献２】
特開平６−１０２１１３号公報
【特許文献３】
特開２００１−９１３７５号公報
【特許文献４】
特開２００１−９１３７７号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は、優れたインダクタンス方式のトルクセンサである。しかしながら、電動パワーステアリング装置にインダクタンス方式のトルクセンサを適用する場合には、その他に、別途、舵角センサを配置しなければならなかった。これは取付コストや省スペース化の点から十分ではなかった。
【００２２】
本発明の目的は、インダクタンス方式のトルクセンサとの整合性に優れた簡単な構成で、舵角を精度良く検出する角度センサを提供することである。また、本発明の他の目的は、操舵トルクと舵角をそれぞれ精度良く、一体構造で検出できるセンサを提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの課題解決手段は、回転軸の回転に応じて回転する磁性体と、前記磁性体で構成される磁路中に磁束を発生させるコイルと、前記回転軸の回転により変化する磁束を検出する磁気感応素子と、その磁束の変化に応じた磁気感応素子の出力を用いて前記回転軸の回転角度を検出する検出回路を備えることである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、角度・トルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置の一構成例を示す略図である。ステアリングホイール１０に接続された入力軸１２と出力軸１４は、運転者のステアリングホイール１０の操作に応じて回転する。出力軸１４の回転により、左右のタイヤ１６ａ、１６ｂの方向を転舵することができる。
【００２５】
電動パワーステアリング装置は、入力軸１２と出力軸１４の間に取り付けられた角度・トルクセンサ１８により、運転者の操舵トルクτ及び舵角θを検出する。コントローラ２０は、車両の走行速度、検出したトルクτ、舵角θを用いて、アシストトルクを補正する演算を行って、モータ２２の発生すべきトルクを制御する。
【００２６】
電動パワーステアリング装置は、上記の原理に基づいて動作する。従って、電動パワーステアリング装置を制御するためには、運転者の操舵トルクτと舵角θを検出できるセンサが必要である。
【００２７】
図２は、回転に伴うインダクタンスの変化を利用してトルクを検出するトルクセンサと、局所的な磁束の変化状態から角度を検出するステアリング用一体構造の角度・トルクセンサ１８の一実施例を示す構成図である。
【００２８】
角度・トルクセンサ１８には、操舵トルクτに応じてねじれるトーションバー２４が入力軸１２と出力軸１４の間に接続される。また、トーションバー２４の入力軸側及び出力軸側には、それぞれ入力軸検出リング２６、出力軸検出リング２８が配置される。
【００２９】
これらの検出リング２６、２８は歯形状の磁性体を有しており、それぞれ入力軸１２及び出力軸１４と一体になって回転する。検出リング２６、２８の歯形状は、図４に示すように連続して凹凸形状を反復して形成されており、検出リング２６、２８の周辺端部に沿って設けられている。検出リング２６、２８のそれぞれの歯形状は、互いに対向している。これらの検出リング２６、２８の外周に対向して、車体に固定されたトルク検出コイル３０が配置されている。
【００３０】
内部状態を明示するために、図２ではリング状の検出コイル３０を切断した断面図で示している。トルク検出コイル３０の外周部にある磁路３２は、入力軸検出リング２６、出力軸検出リング２８とともに、コイルの周りを取り囲む磁性体によって構成されている。
【００３１】
運転者がステアリングホイール１０（図１）を操舵すると、操舵トルクによりトーションバー２４がねじれる。このトーションバー２４のねじれにより、入力軸検出リング２６の歯形状磁性体と、それに対面した出力軸検出リング２８の歯形状磁性体との位置関係が図４に示すように相対的にずれる。その結果、トルク検出コイル３０のインダクタンスが変化する。
【００３２】
従って、トルク検出コイル３０に高周波電圧を印加して、インダクタンスを検出することにより、操舵トルクτを得ることができる。なお、操舵トルクτが０のときには、入力、出力軸検出リング２６、２８の歯形状磁性体は、図４に示すように相互に１／２の面積が対面し、ほぼ中間のインダクタンスを計測できる構造になっている。
【００３３】
インダクタンスを検出する際に、温度によりその出力値が変化する場合がある。それを補償するために、補償リング３４と補償コイル３６を備えている。補償リング３４は、入力軸１２と一体になって回転する。補償コイル３６は、その外周部にある磁路３８、入力軸検出リング２６を構成する磁性体、及び、歯形状の部分を含む補償リング３４を構成する磁性体からなる磁路に取り囲まれる構造になっている。補償リング３４の歯形状も検出リング２６、２８と同じようにその歯形状は、連続して凹凸形状を反復して形成されており、その周辺端部に沿って設けられている。
【００３４】
この補償コイル３６で検出されるインダクタンスは常に一定であり、トルク検出コイル３０で操舵トルクτが０のときに検出されるインダクタンスと同じになるように設定されている。そこで、トルク検出コイル３０の出力と補償コイル３６と出力の差を操舵トルクτとして検出する。
【００３５】
トルク検出コイル３０と補償コイル３６は、図６に示すように、それぞれ抵抗４０，４２を介して発振器４４に接続されている。トルク検出コイル３０と補償コイル３６は、それぞれ並列接続されたキャパシタ４６，４８を有する。
【００３６】
各発振器４４からは、それぞれのコイル３０，３６のインダクタンスを検出するための高周波信号が出力される。この信号が印加されると、トルク検出コイル３０の出力、補償コイル３６の出力はそれぞれインダクタンスの状態により変化する。
【００３７】
トルク検出コイル３０と補償コイル３６の出力は、差動増幅器５０に入力されて、両者の差が出力される。この出力値が操舵トルクτに比例するので、出力増幅器５２により増幅されて操舵トルクτを得る。
【００３８】
このような構成を採用することにより、周囲温度が変化したときのコイル抵抗の変化や出力特性の変化の影響を補償できるので、簡単な構造で、高精度のトルク検出を行うことができる。
【００３９】
また、インダクタンスの変化は、入力、出力軸検出リング２６，２８の対面する歯形状の磁性体面積の総和で決定されるので、個々の歯の加工精度がインダクタンスに影響する割合を低減できる利点がある。このトルクセンサは、簡単な構造であるにもかかわらず、優れた特性を持っている。
【００４０】
この実施例は、コンパクト化を目的として、トルクセンサと角度センサは、一体構造である。ステアリング用角度・トルクセンサ１８は、回転に伴うインダクタンスの変化を利用して、トーションバーのねじれ角によりトルクを検出するトルクセンサと、ステアリングの入力軸の回転により変化する回転角度、つまり、舵角を検出する角度センサを一体構造にしたものである。
【００４１】
すなわち、この実施例は従来の装置と異なり、磁気感応素子の１つであるホール素子を有する角度検出部５４を入力軸検出リング２６と補償リング３４の間に挿入している。この角度検出部５４は、補償コイル３６とともに、車体に固定されており、回転しない構造になっている。
【００４２】
なお、図２の角度・トルクセンサ１８を分解したときの各部品の形状を図３に示す。図３に示すように、この角度・トルクセンサ１８は、ステアリング１０の入力軸１２、出力軸１４の間に配置されている。
【００４３】
この実施例では、トルクと角度が１つのセンサ１８で検出できるようにしているため、取付けが容易である。しかも、図２，３の角度・トルクセンサ１８は、従来の角度センサ、トルクセンサと同じ機能を持っている。
【００４４】
ステアリングホイール１０の操舵トルクτを検出する原理は、図２のトーションバー２４のねじれにより生じる入力軸検出リング２６と出力軸検出リング２８の相対位置関係を、インダクタンスの変化としてトルク検出コイル３０で検出することである。補償コイル３６、入力軸検出リング２６、補償リング３４の動作は、温度などによる出力変化を補償するものである。
【００４５】
このようなセンサにおいて、図２のように、角度検出部５４を挿入することにより、舵角を検出する原理について説明する。図５に、２つのホール素子５６，５８を有する角度検出部５４の配置を示す。
【００４６】
図２の補償リング３４の歯幅、及び、歯と歯の間の長さをいずれもピッチλとする。角度検出部５４において、長さがほぼλ／２のホール素子５６，５８は、隣接して配置されている。ホール素子５６，５８は、それぞれの入力端子Ｖｃｃ、ＧＮＤに電圧が印加され、入力電流が流れる。
【００４７】
ここで、ホール素子５６の垂直方向に磁束密度Ｂが加わると、それに比例して、出力端子Ｖａ１、Ｖａ２の間に出力電圧Ｖａが発生する。同様に、ホール素子５８の出力端子Ｖｂ１、Ｖｂ２の間には、その素子に加わる磁束密度に比例して、出力電圧Ｖｂが発生する。
【００４８】
図７に角度検出部５４と補償リング３４の相対位置関係が変化したときの展開図を示す。図７において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ補償リング３４の電気角が０°、９０°、１８０°、２７０°になったときの位置関係を示す。図７では、図７（ａ）から図７（ｄ）まで、歯先面３４ａ、歯底面３４ｂが正方向に回転していることを示している。
【００４９】
なお、電気角３６０°は実際の機械角４５°に相当する。この電気角から入力軸１２の回転角度、つまり、舵角θを算出するものである。図８には、補償リング３４が回転したときのホール素子５６，５８の出力電圧Ｖａ、Ｖｂの特性を示す。横軸は図７の補償リング３４の電気角である。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、電気角が０°の場合、いずれも磁束密度がほぼ０なので、ホール素子５６，５８の出力電圧Ｖａ、Ｖｂは０となっている。この状態から補償リング３４が正方向に回転すると、ホール素子５６の磁束密度は大きくなり、出力電圧Ｖａも増加する。
【００５１】
図７（ｂ）のように、電気角９０°になったときには、その磁束密度が最大となり、出力電圧Ｖａも最大となる。そのとき、ホール素子５８に加わる磁束密度はほぼ０である。さらに、補償リング３４が９０°から１８０°まで回転すると、ホール素子５８の磁束密度が増加し、その出力電圧Ｖｂは０から最大値まで変化する。
【００５２】
その間におけるホール素子５６の磁束密度はほぼ変化しないので、出力電圧Ｖａは最大値を保持する。図７（ｃ）に示すように、電気角が１８０°のときには、ホール素子５６，５８はいずれも磁束密度が最大になるので、そのときの出力電圧Ｖａ、Ｖｂはいずれも最大値になっている。
【００５３】
補償リング３４が１８０°から３６０°まで回転する場合についても、同様に、ホール素子５６，５８に加わる磁束密度が電気角に応じて変化し、それぞれの出力電圧Ｖａ、Ｖｂは図８に示すような特性となる。このような出力が入力軸１２の回転角度に応じて得られるので、角度検出部５４の出力電圧Ｖａ、Ｖｂから舵角θを算出することができる。
【００５４】
この実施例によれば、従来の電動パワーステアリング装置に用いられているトルクセンサにホール素子を配置し、トルクセンサに用いている磁束の変化状態を検出することにより、角度を得ることができる。そのため、センサの体積を大きくすることなく、トルクと角度を一体構造で正確に検出できる効果がある。
【００５５】
次に、磁気感応素子としてホール素子でなく、磁気抵抗効果素子を用いた場合の実施例を図９に示す。
【００５６】
図９が図２と異なる点は、ホール素子を有する角度検出部５４の代わりに、磁気抵抗効果素子を有する角度検出部６０を、補償コイル３６と磁路３８の間に配置したことである。
【００５７】
まず、角度検出部６０に発生する磁束の状態を図１０に示す。図１０は軸を含む平面を断面とする補償リング３４、磁路３８、角度検出部６０の断面図である。
【００５８】
図１０（ａ）のように、歯がある断面の場合、歯先面３４ａを通して、入力側検出リングからの磁束が集中し、磁路３８に流れる。この際、歯先面３４ａを通過した一部の磁束は角度検出部６０の面を斜め下方向から横切り、磁路３８に入る。
【００５９】
これに対して、図１０（ｂ）に示すように、歯がない断面の位置では、歯底面３４ｂから入ってくる磁束は少なく、歯がある位置から入ってきた磁束が円周方向に流れて磁路３８に磁束が流れる。
【００６０】
そのため、図１０（ｂ）において、角度検出部６０を通る磁束は図１０（ａ）の場合と比較して少ない。従って、角度検出部６０の面に生じる磁界の大きさは、補償リング３４の歯の有無、つまり、補償リング３４の位置により変化する。
【００６１】
磁気抵抗効果素子は、素子の面に発生する磁界が大きくなるにしたがい、電気的な抵抗値が小さくなる特性を持っている。そこで、角度検出部６０に磁気抵抗効果素子を備え、その面に発生する磁界の大きさを検出するものである。
【００６２】
次に、角度検出部６０の具体的な構成について、図１１を用いて説明する。図１１に示す角度検出部６０において、４つの磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４がλ／２の間隔で配置されている。
【００６３】
図１１では、長さがほぼλ／２の磁気抵抗効果素子ＭＲ３、ＭＲ１が右から順に隣接し、λ／２の間隔を置いて、同じ長さの磁気抵抗効果素子ＭＲ２、ＭＲ４が並んでいる。また、電源端子Ｖｃｃ、グランド端子ＧＮＤに対して、直列に接続された２つの磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ３の間を出力端子ａとしている。
【００６４】
同様に、出力端子ｂは磁気抵抗効果素子ＭＲ２、ＭＲ４で直列接続された間の端子である。図１２にその回路構成を示す。角度検出部６０の電源端子Ｖｃｃを電圧源６２に接続している。
【００６５】
磁気抵抗効果素子の動作については、後述するが、出力端子ａ、ｂからは、入力軸１２の回転角度に応じて、電気角９０°の位相差を持つ２相の正弦波状の電圧Ｖａ、Ｖｂが発生する。次に、角度演算回路６４では、Ｖａ、Ｖｂを入力し、式（１）により、角度演算を行っている。
【００６６】
θ＝ｔａｎ−１［（Ｖｂ−Ｖｏ）／（Ｖａ−Ｖｏ）］      ・・・（１）
ここで、Ｖｏはオフセット電圧である。この方法で舵角を検出することができる。
【００６７】
磁気抵抗効果素子の動作について、図１３、図１４を用いて説明する。
【００６８】
図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、固定している角度検出部６０に対して、補償リング３４がそれぞれ０°、９０°、１８０°、２７０°の電気角に回転したときの位置関係を示した配置図である。
【００６９】
図１３（ａ）の場合には、磁気抵抗効果素子ＭＲ１の面に最大の磁束が発生し、磁気抵抗効果素子ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の面は磁束が０になっている状態である。このとき、それぞれの磁気抵抗効果素子ＭＲ１の抵抗が最小値、磁気抵抗効果素子ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４が抵抗最大となる。出力端子ａの電圧Ｖａは、電圧の中心値であるオフセット電圧ＶｏよりもＶｓだけ大きく、最大値となる。
【００７０】
出力端子ｂの電圧Ｖｂは、磁気抵抗効果素子ＭＲ２とＭＲ４の抵抗値が同じなので、オフセット電圧Ｖｏとなっている。次に、図１３（ａ）の状態から補償リング３４が正方向に回転すると、徐々に、磁気抵抗効果素子ＭＲ１の面に発生する磁束が減少し、磁気抵抗効果素子ＭＲ２の面の磁束が増加する。それにより、磁気抵抗効果素子ＭＲ１の抵抗値が増加し、磁気抵抗効果素子ＭＲ２の抵抗値が減少する。
【００７１】
図１３（ｂ）に示すように、補償リング３４の回転角度が９０°になったとき、ＭＲ２だけが最大磁束となり、磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ３、ＭＲ４は磁束０となる。そのため、磁気抵抗効果素子ＭＲ２の抵抗が最大値、磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ３、ＭＲ４の抵抗が最小値になる。
【００７２】
電圧Ｖａは図１３（ａ）から図１３（ｂ）まで回転すると、最大電圧（Ｖｏ＋Ｖｓ）の状態からオフセット電圧Ｖｏまで減少する。電圧Ｖｂについては、磁気抵抗効果素子ＭＲ２の抵抗変化により、オフセット電圧Ｖｏから最大電圧（Ｖｏ＋Ｖｓ）に増加する。
【００７３】
補償リング３４の回転角度が９０°から１８０°まで回転するとき、つまり、図１３（ｂ）から図１３（ｃ）まで回転するときには、磁気抵抗効果素子ＭＲ３、及び、ＭＲ４の面に発生する磁束が増加し、それぞれの抵抗値が減少する。そのため、電圧Ｖａは、オフセット電圧Ｖｏの状態から最小電圧（Ｖｏ−Ｖｓ）に、電圧Ｖｂは最大電圧（Ｖｏ＋Ｖｓ）の状態からオフセット電圧Ｖｏに、それぞれ減少する。
【００７４】
同様に、補償リング３４の回転角度が１８０°から２７０°まで、２７０°から３６０°（０°）までについても、それぞれの磁気抵抗効果素子の面に発生する磁束が変化し、出力端子ａ、ｂの電圧Ｖａ、Ｖｂが変化する。この状態をまとめた表が図１４である。
【００７５】
以上のように、電気角で０°から３６０°まで回転することにより、Ｖａ、Ｖｂは９０°の位相を持った正弦波状の電圧となるので、図１２の回路で示した角度演算回路６４において、式（１）のような逆正接の演算を行うことにより、入力軸１２の回転角度を算出することができる。
【００７６】
この実施例の場合についても、角度検出部６０の他には、従来から用いている出力補償用磁束の変化を利用しているので、安価に角度検出機能をトルク検出機能に追加できる利点がある。
【００７７】
図１５はステアリングホイール１０が３回転乃至４回転する絶対角度を検出することができる角度・トルクセンサ１８の実施例である。
【００７８】
図１５が図２、図９と異なる点は、入力軸検出リング２６と補償リング６６の形状、補償コイル３６の外周にある磁路３８の形状、磁気感応素子である磁気抵抗効果素子を備えた角度検出部６８、７０を備えたこと、及び、補償リング６６の回転数をわずかに減速するための減速ギア機構７２を備えたことである。図１５の機構を表した断面図を図１６に示す。入力軸１２には、入力軸検出リング２６と減速機構７２の第１ギア７２ａが取り付けられており、入力軸１２と同じ回転をする。
【００７９】
減速機構７２を構成する第１ギア７２ａ、第２ギア７２ｂ、第３ギア７２ｃ、第４ギア７２ｄにおいて、第１ギア７２ａと噛み合う第２ギア７２ｂは第３ギア７２ｃと一体になって回転する構造になっている。第３ギア７２ｃは補償リング６６に取り付けられた第４ギア７２ｄと噛み合う構造になっている。
【００８０】
ここで、これらの歯数の関係は入力軸１２が１回転したとき、補償リング６６が３１／３２回転するように設計されている。このようにすると、ステアリングホイール１０が４回転したとき、入力検出リング２６も４回転するのに対して、補償リング６６は（３＋７／８）回転する。そのとき、入力検出リング２６と補償リング６６の相対的な回転角度差は機械角で４５°（１／８回転）となる。
【００８１】
また、角度検出部６８は入力軸検出リング２６の電気角を検出するため、角度検出部７０は、補償リング６６を検出するために、それぞれ磁路３８の入力軸検出リング２６側と補償リング６６側に斜めに配置されている。
【００８２】
角度検出部６８、７０において、それぞれに配置している磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の面に平行する磁界成分の大きさに応じて、それぞれの抵抗値が変化するので、角度検出部６８、７０は入力軸１２に対して斜めに傾斜させている。
【００８３】
これにより、入力軸検出リング２６では、角度検出部６８の磁気抵抗効果素子の回転角度が歯先部２６ｃにあるとき、抵抗値が最小となり、歯底部２６ｄにあるとき、抵抗値が最大値になる。
【００８４】
そこで、図１７（ａ）に示すように、角度検出部６８の磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４の配置並びに配線接続方法を図１５の場合と同じようにすると、角度検出部６８から得られる入力軸検出リング２６の角度（電気角）θ１は図１８のようになる。
【００８５】
同様に、図１７（ｂ）に示す角度検出部７０の磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４が、補償リング６６の歯先部６６ａ、歯底部６６ｂの磁界状態を計測することにより、補償リング６６の角度（電気角）θ２を図１８のように得ることができる。電気角における３６０°はこの実施例の場合、機械角で４５°になる。
【００８６】
前述したように、入力検出リング２６と補償リング６６の回転角度は、ステアリングホイール１０の回転位置により相対的な角度差を持っている。入力軸検出リング２６の角度θ１と補償リング６６の角度（電気角）θ２との差は、図１８に示すようになる。
【００８７】
従って、角度差（θ１−θ２）を検出すれば、ステアリングホイール１０の回転位置が０°から１４４０°（４回転）までのいずれにあるかを一義的に決定できる。
【００８８】
以上説明したように、絶対的な舵角を検出できる。しかも、入力軸検出リング２６の角度θ１の値から分解能の高い回転角度も得られるので、両者を併せて、高分解能の絶対舵角を安価に得ることができる。
【００８９】
なお、入力検出リング２６と補償リング６６との相対角度が変化した場合にも、入力検出リング２６、補償リング６６、磁路３８で構成される補償コイル３６の磁気回路の磁気抵抗は、磁束平滑部２６ｅ、６６ｃがあるため、ほとんど変化しない。そのため、補償コイル３６の磁気回路は、トルクセンサの補償信号を得る従来の役割も果たしている。
【００９０】
図１９は、図１５の補償リング６６で示した磁気回路の歯の形状を、矩形波状から正弦波状に変更したものである。図１９において、歯先部６６ａ、歯底部６６ｂは平坦でなく、正弦波状の最大値、最小値付近の形状になっている。
【００９１】
このとき、磁界の大きさも正弦波状になるので、角度検出部８０の磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４は図１９のように小さくすることができる。つまり、磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４がある局所部分の磁界の強さにより、抵抗値が変化するようになっている。
【００９２】
配置方法としては、歯先部６６ａから歯底部６６ｂまでの距離をλとすると、磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４は距離λ／２毎に順番に並べてある。また、電源端子ＶｃｃとグランドＧＮＤの間に、磁気抵抗効果素子ＭＲ１とＭＲ３、ＭＲ２とＭＲ４をそれぞれ直列に接続して、それぞれの接続端子を出力の端子Ａ、端子Ｂとしている。
【００９３】
具体的な磁界の強さと磁気抵抗効果素子の位置関係を図２０により説明する。補償リング６６の歯先部２４ａは補償コイル３６の磁路３８に最も近いので、磁束が集中し、磁界の強さが最大となる。
【００９４】
図２０（ａ）は補償リング６６の回転角度が電気角で０°になっている場合には、磁気抵抗効果素子ＭＲ１が歯先部６６ａの位置になり、磁気抵抗効果素子ＭＲ１の抵抗値は最小になる。そのとき、磁気抵抗効果素子ＭＲ３は磁界の強さが最も小さい歯底部６６ｂの位置になるように配置されているので、磁気抵抗効果素子ＭＲ３の抵抗値は最大となる。
【００９５】
また、磁気抵抗効果素子ＭＲ２、ＭＲ４が配置されている位置は磁界の強さが中間の値になるので、磁気抵抗効果素子ＭＲ２、ＭＲ４の抵抗値も中間値となる。この場合、端子Ａの電圧は中心電圧であるオフセット電圧ＶｏよりもＶｓだけ大きい値になり、端子Ｂの電圧はオフセット電圧Ｖｏとなる。
【００９６】
また、図２０（ｂ）に示すように、補償リング６６が電気角９０だけ正方向に回転したとき、歯先部６６ａ、歯底部６６ｂはそれぞれ磁気抵抗効果素子ＭＲ２、ＭＲ４の位置になる。
【００９７】
そのため、磁気抵抗効果素子ＭＲ２、ＭＲ４の抵抗値はそれぞれ最小値、最大値になる。磁気抵抗効果素子ＭＲ１、ＭＲ３の抵抗値については、いずれも中間値となる。
【００９８】
そのときには、端子Ａの電圧はオフセット電圧Ｖｏとなり、端子Ｂの電圧はオフセット電圧ＶｏよりもＶｓだけ大きい値になる。さらに、補償リング６６が図２０（ｃ）、（ｄ）のように、１８０°、２７０°と回転した場合にも、同様の原理により、端子Ａ、端子Ｂの電圧はそれぞれ決定される。
【００９９】
その関係をまとめた表を図２１に示す。この表からわかるように、補償リング６６が電気角で３６０°回転すると、端子Ａ、端子Ｂの電圧はオフセット電圧Ｖｏを中心に、互いに９０°異なる２相の正弦波となる。従って、先に説明したように、この２相の正弦波から補償リング６６の角度を算出することができる。
【０１００】
本実施例の特徴は、磁気抵抗効果素子の面積が小さく、さらに低コストで角度検出を得ることができる点である。なお、この方法は、図１５の補償リング６６の角度を検出するものとして説明したが、入力軸検出リング２６の角度検出にも適用できることは言うまでもない。
【０１０１】
図２２は磁気抵抗効果素子をトルク検出にも適用した実施例であり、図１５で示した補償コイル３６、磁路３８、入力軸リング２６、補償リング７０の磁気回路だけを取り出したような構成である。図２２を分解した分解図を図２３に示す。
【０１０２】
このシステムは、入力軸１２に取り付けられた入力軸検出リング８２、出力軸１４に取り付けられた出力軸検出リング８４、入力軸１２と出力軸１４を接続するトーションバー２４、入力軸検出リング８２と出力軸検出リング８４とともに、磁気回路を構成する磁路３２、これらの磁気回路に磁束を発生するトルク検出コイル３０、出力軸１４と入力軸１２の角度を検出する角度検出部６８、７０から構成されている。運転者がステアリングホイール１０を回転すると、入力軸１２に操舵トルクτが発生するため、トーションバー２４が操舵トルクτに比例してねじれる。
【０１０３】
入力軸検出リング８２の回転角度により磁界の大きさが変化し、角度検出部７０に配置した磁気抵抗効果素子ＭＲ１１、ＭＲ１２、ＭＲ１３、ＭＲ１４の抵抗値が変化する。また、角度検出部６８の磁気抵抗効果素子ＭＲ２１、ＭＲ２２、ＭＲ２３、ＭＲ２４の抵抗値は、出力軸検出リング８４の回転角度に応じて変化する磁界の大きさにより決定される。
【０１０４】
そこで、図２４に示すように、トルク検出コイル３０には一定の電流が流れるように、電圧源６２に接続してある。これにより発生する磁束が磁路３２、出力軸検出リング８４、入力軸検出リング８２を通り、上述のように、磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化する。
【０１０５】
角度検出部６８では、磁気抵抗効果素子ＭＲ２１とＭＲ２２、ＭＲ２３とＭＲ２４がそれぞれ直列に電圧源６２に接続されており、出力端子Ａ２、Ｂ２の電圧を角度演算回路８６に入力している。この回路で行われる演算は角度演算回路６４（図１２）と同じであり、これにより、出力軸１４の角度θ２を検出することができる。
【０１０６】
同様に、角度検出部７０では、磁気抵抗効果素子ＭＲ１１とＭＲ１２、ＭＲ１３とＭＲ１４がそれぞれ直列に電圧源６２に接続されており、出力端子Ａ１、Ｂ１の電圧を角度演算回路８８に入力している。この角度演算回路８８では、入力軸１２の角度θ１が演算されるので、入力軸１２のトルクτは（θ１−θ２）の差をトルク演算回路９０で算出することで得ている。
【０１０７】
この実施例によれば、ステアリングの角度だけでなく、操舵トルクも本発明により検出することができるので、よりコンパクトな構造で角度・トルクセンサを実現できる。
【０１０８】
図２５の実施例は、２つの検出リングだけで、操舵トルクと絶対舵角を同時に検出するトルク・舵角一体のセンサであり、図２２の装置をさらに拡張したものである。図２５が図２２と異なる点は、入力軸の回転を減速する減速機構９２と、減速した回転軸に配置され、その角度を検出するための角度検出部９４を備えたことである。
【０１０９】
減速機構９２には、入力軸１２に接続された第１ギア９２ａ、このギアにより減速回転する第２ギア９２ｂ、第２ギア９２ｂと同一の軸で回転する第３ギア９２ｃ、第３ギア９２ｃの回転をさらに減速する第４ギア９２ｄから構成されている。
【０１１０】
第４ギア９２ｄは、入力軸１２と同じ回転軸を中心に回転するようになっており、入力軸１２が４回転する間に、第４ギアは機械角で４５°回転（１／８回転）するように設計している。
【０１１１】
これにより、ステアリングホイール１０の回転角度により、第４ギア９２ｃと一体になって回転する角度検出部９４で得られる角度θ３は角度検出部７０で得られる入力軸１２の角度θ１と相対的に変化する。この角度θ１とθ３の関係は図１８に示した特性と同じ関係になるので、角度θ１とθ３の差から、絶対舵角を求めることができる。
【０１１２】
従って、本実施例によれば、２つの検出リングだけを用いて、操舵トルク、絶対舵角、角度分解能の高い相対的な舵角を得ることができる。
【０１１３】
図２６は非磁性体を含むトルクセンサに本発明を適用した実施例である。図２６を分解した図２７の分解図を用いて、基本的な動作を説明する。まず、従来から知られているトルクセンサの部分について説明する。図２７において、入力軸１２と一体になって回転するトルク検出リング９６、補償リング９８は磁性体である。
【０１１４】
それに対して、出力軸１４に接続され、一体になって回転する回転部１００，１０２は非磁性体で構成されている。トーションバー２４は入力軸１２と出力軸１４を接続し、入力軸１２にかかる操舵トルクτによりねじられる。
【０１１５】
トルク検出コイル３０は、トルク検出リング９６と磁路３２で構成される磁気回路のインダクタンスを検出するものであるが、非磁性体の回転部１００に空いた磁束を通す窓とトルク検出リング９６の歯先の相対位置関係により、磁束が通る磁路の断面積が変化する。
【０１１６】
つまり、操舵トルクの大きさにより、磁束の通る磁路の断面積が変化するため、トルク検出コイル３０で検出するインダクタンスが変化する。従って、インダクタンスの大きさを検出することにより、操舵トルクτを算出することができる。
【０１１７】
また、非磁性体の回転部１０２には大きい窓が空いているため、補償リング９８と磁路３８で構成される磁気回路のインダクタンスは、トーションバーのねじれの大きさに拘わらず一定になっている。また、操舵トルクが０のときのインダクタンスを常に保持するために、補償リングの歯先部９８ａは歯底部３５ｂの３倍の角度を占めるように設計されている。
【０１１８】
そのため、補償コイル３６では、操舵トルクが０のときのインダクタンスに対応する出力電圧が常に検出される。この電圧により、トルク検出コイル３０で得られる出力を補償する。このようにすると、温度等により変化する出力信号を補償して、高精度の操舵トルクを得ることができる。
【０１１９】
このトルクセンサにおいて、磁気感応素子であるホール素子１０４，１０６を備えた角度検出部９８を補償コイル３６の内周部に配置している。補償リング９８の歯先部９８ａの長さをＬとすると、ホール素子１０４，１０６はそれぞれ２倍の長さ（２Ｌ）を持っており、ホール素子１０４は磁路３２の左端部に、ホール素子１０６は磁路３２の右端部にそれぞれ配置されている。
【０１２０】
図２６（ａ）に示すように、角度が０°のときには、歯先部９８ａはホール素子１０４にも、ホール素子１０６にも重ならない角度にあり、それぞれの素子が発生する出力電圧は０である。
【０１２１】
補償リング９８が９０°回転して、図２８（ｂ）のような位置関係になると、ホール素子１０４だけに最大の磁束が発生することになる。そのため、ホール素子１０４の出力だけが最大電圧になり、ホール素子１０６の電圧は０のままである。
【０１２２】
さらに、補償リング９８が図２８（ｃ）まで回転するときには、ホール素子１０６の磁束が徐々に大きくなり、それに従って、ホール素子１０６の電圧は最大電圧まで増大する。そのとき、ホール素子１０４の電圧は最大電圧を維持する。
【０１２３】
次に、補償リング９８が２７０°まで回転すると、ホール素子１０４の磁束は徐々に減少し、０に達する。それに応じて、その電圧は０Ｖまで減少する。補償リング９８が２７０°を越えて３６０°まで回転するときには、ホール素子１０６の磁束も減少し、その電圧が０Ｖになる。
【０１２４】
この特性は図２の実施例で説明した図８の特性と同じになる。このようにすることにより、非磁性体を含むトルクセンサにも本発明を適用することができ、操舵トルクと舵角を一体のセンサで検出できる。
【０１２５】
以上本発明の一実施例である、トルクセンサと角度センサを一体にしたコンパクトな電動パワーステアリング用センサについて述べた。また、補償コイルをトルクセンサと角度センサに兼用する装置については、実施例では、電子回路でアナログとして処理しているが、マイクロコンピュータでのソフト処理で実施しても良い。複数の実施例について述べたが、これらを組み合わせて、それぞれの特徴を併せ持つセンサを構築することもできる。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明によれば、磁路のインダクタンス変化により操舵トルクを検出するトルクセンサに、磁気感応素子を追加することにより回転角度を簡単な構造で検出できるので、電動パワーステアリング装置に要求される舵角を安価に、しかも、一体化構造で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】角度・トルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置の構成例を示す構成図である。
【図２】回転に伴うインダクタンスの変化を利用してトルクを検出するトルクセンサと局所的な磁束の変化状態から角度を検出するステアリング用一体構造の角度・トルクセンサの実施例を示す構成図である。
【図３】図１の角度・トルクセンサ１８を分解した構成要素を表す分解図である。
【図４】検出リングの歯形状磁性体の説明図である。
【図５】２つのホール素子５６，５８を有する角度検出部５４の回路配置を示す配置図である。
【図６】図２に示すトルクセンサに用いるトルク検出回路の詳細図である。
【図７】補償リング３４が回転して角度検出部５４との相対位置関係が変化したときの展開図である。
【図８】補償リング３４が回転したときのホール素子５６，５８の出力電圧Ｖａ、Ｖｂの特性を示す特性図である。
【図９】磁気感応素子としてホール素子でなく、磁気抵抗効果素子を用いた場合の角度・トルクセンサの実施例を示す構成図である。
【図１０】角度検出部６０に発生する磁束の状態を示す状態図である。
【図１１】角度検出部６０の具体的な回路構成を示す配置図である。
【図１２】入力軸１２、補償リング３４の回転角度を検出する角度検出部６０の回路構成を示す回路図である。
【図１３】補償リング３４が回転して角度検出部６０との相対位置関係が変化したときの展開図である。
【図１４】補償リング３４が回転したときに、角度検出部６０の出力端子Ａ、Ｂの電圧Ｖａ、Ｖｂが変化する状態を示す特性表である。
【図１５】ステアリングホイール１０が３回転、乃至、４回転する絶対角度を検出することができる角度・トルクセンサ１８の実施例を示す構成図である。
【図１６】図１４の角度・トルクセンサの断面を示す断面図である。
【図１７】図１４に示す角度検出部６８、７０の磁気抵抗効果素子の配置を示す配置図である。
【図１８】入力軸検出リング２６の角度θ１と補償リング６６の角度θ２との差から絶対舵角を検出するための原理を示す特性図である。
【図１９】図１３の補償リング６６で示した磁気回路の歯の形状を矩形波状から正弦波状に変更して角度を検出するための磁気抵抗効果素子の配置を示す角度検出部８０の配置図である。
【図２０】補償リング６６が回転して角度検出部８０との相対位置関係が変化したときの展開図である。
【図２１】補償リング６６が回転したときに、角度検出部８０の出力端子Ａ、Ｂの電圧Ｖａ、Ｖｂが変化する状態を示す特性表である。
【図２２】磁気抵抗効果素子をトルク検出にも適用した実施例を示す構成図である。
【図２３】図２０の角度・トルクセンサを分解した分解図である。
【図２４】図２０の角度・トルクセンサの検出回路を示す回路図である。
【図２５】２つの検出リングだけで、操舵トルクと絶対舵角を同時に検出する角度・トルクセンサの実施例を示す断面図である。
【図２６】非磁性体を含むトルクセンサに本発明の角度検出装置を適用した実施例を示す構成図である。
【図２７】図２４に示す角度・トルクセンサを分解した分解図である。
【図２８】補償リング９８が回転して角度検出部９８との相対位置関係が変化したときの展開図である。
【符号の説明】
１０…ステアリングホイール、１２…入力軸、１４…出力軸、１６ａ、１６ｂ…タイヤ、１８…角度・トルクセンサ、２０…コントローラ、２２…モータ、２４…トーションバー、２６…入力軸検出リング、２８…出力軸検出リング、３０…トルク検出コイル、３２…磁路、３４…補償リング、３６…補償コイル、３８…磁路、４０，４２…抵抗、４４…発振器、４６、４８…キャパシタ、５０…差動増幅器、５２…出力増幅器、５４…角度検出部、５６，５８…ホール素子、６０…角度検出部、６２…電圧源、６４…角度演算回路、６６…補償リング、６８、７０…角度検出部、７２…トルク演算回路、８０…角度検出部、８２…入力軸検出リング、８４…出力軸検出リング、８６…角度演算回路、８８…角度演算回路、９０…トルク演算回路、９２…減速機構、９４…角度検出部、９６…トルク検出リング、９８…補償リング、１００、１０２…回転部、１０４、１０６…ホール素子。
【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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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