(57)【要約】【課題】検出精度を向上した回転角度検出装置を提供することを目的としている。【解決手段】第１、第２の検出手段は、第１、第２のターゲット１４、１６に配置した磁極と対向配置した第１、第２の磁気検知素子１８、２０を設けるとともに第１、第２の磁気検知素子１８、２０により磁極の磁界変化を検知して検出する手段とし、第１のターゲット１４に配置した少なくとも２つの磁極は互いに磁極幅を異ならせており、一方の第１の磁気検知素子１８を互いに磁極幅が異なる一方の磁極に対向させ、他方の第１の磁気検知素子１８を互いに磁極幅の異なる他方の磁極に対向させた構成である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、前記軸部の回転に連動して回転し、回転方向に極性の異なる磁極を交互に配置したターゲットと、前記ターゲットの回転角を検出する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記ターゲットに配置した磁極と対向させて磁気検知素子を設け、前記磁気検知素子により前記磁極の磁界変化を検知して検出する手段とし、前記磁気検知素子は２つ設けるとともに前記ターゲットに配置した少なくとも２つの磁極は互いに磁極幅を異ならせており、一方の前記磁気検知素子を互いに磁極幅の異なる一方の磁極に対向させ、他方の前記磁気検知素子を互いに磁極幅の異なる他方の磁極に対向させた回転角度検出装置。
【請求項２】
一方の磁極を複数隣接して配置した第１磁極群と、他方の磁極を複数隣接して配置した第２磁極群とを設けた請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記ターゲットは前記第１磁極群の領域と前記第２磁極群の領域の２つの領域に分離した請求項３記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記ターゲットは外周面に極性の異なる磁極を交互に配置した多極リング磁石からなる請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記軸部にはトーションバーを設けるとともに前記トーションバーを挟むように前記軸部に２つの前記回転体を設け、２つの前記回転体の回転角差からトルクを検出する検出機構を有する請求項１記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のパワーステアリング等に用いられる回転角度検出装置に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転角を検出する方法として、例えば特許文献１に示されたような方式が知られている。図４において、５１は歯車部であり、回転角を検出したい回転軸（図示せず）に、係合バネ５２を介して固定して取り付けられる。５１の歯車部は、外周端面に複数個の磁極５３を着磁したコード板５４が取り付けられた歯車部５５と噛み合っており、検出する回転軸の回転にしたがって、コード板５４に設けられた磁極５３が移動する。この磁極５３の数を外周端面に対向して設けられた磁気検知素子５６でカウントすることにより、回転角を検出する。また、トーションバーを介して連結された２本の軸に上記機構を各々取り付けることにより、２本の軸間にトルクが作用して、軸間のねじれが発生した時、各々の軸の回転角を比較することによって、作用したトルクの量も検出できる。
【特許文献１】特開平１１−１９４００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構成の回転角度検出装置では、コード板５４に着磁された磁極５３の磁極幅は同等としており、この磁極幅を小さくすれば分解能（回転角の検出精度）が向上し、磁極幅を大きくすれば分解能が劣化するものである。
【０００４】
一般に、相対回転角を検出する場合、分解能を向上するために磁極幅を小さくすれば小さくするだけ、機械角に対してより多くの同一電気角が発生する。図５は機械角に対する電気角の変化を示す三角波信号５７の特性波形図であるが、図５（ａ）に示すように、高分解能の回転角度検出装置における三角波信号５７は機械角１５度ごとに同一電気角が発生し、図５（ｂ）に示すように、低分解能の回転角度検出装置における三角波信号５７は機械角３０度ごとに同一電気角が発生する。例えば、１０ｍｓｅｃの周期で磁界変化を磁気検知素子により検出していた場合は、この周期を上回るような高速で軸部を回転させる（磁気検知素子の検出周期よりも軸部の回転速度が速い）と、回転角（機械角）を飛ばして検出し検出誤差を生じる恐れがある。図５では、図５（ａ）の方が図５（ｂ）よりも回転角（機械角）を飛ばして検出しやすい。
【０００５】
特に、車両のバッテリーの消費を抑制するために、例えば、回転角度検出装置に消費電力を低減するための通常駆動モードとスリープ駆動モード（車両のエンジン停止時に消費電力を低減するモード）を設けた場合、通常駆動モード時は１０ｍｓｅｃの周期で検知し、スリープ駆動モード時は５０ｍｓｅｃの周期で検知させると、スリープ駆動モード時は、より角度を飛ばして検出しやすくなり検出誤差を生じる恐れがある。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決し、角度（機械角）を飛ばして検出されることを抑制し、検出精度を向上した回転角度検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、特に、検出手段は、ターゲットに配置した磁極と対向させて磁気検知素子を設け、前記磁気検知素子により前記磁極の磁界変化を検知して検出する手段とし、前記磁気検知素子は２つ設けるとともに前記ターゲットに配置した少なくとも２つの磁極は互いに磁極幅を異ならせており、一方の前記磁気検知素子を互いに磁極幅の異なる一方の磁極に対向させ、他方の前記磁気検知素子を互いに磁極幅の異なる他方の磁極に対向させた構成である。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、一方の磁気検知素子を磁極幅の小さい一方の磁極に対向させ、他方の磁気検知素子を磁極幅の大きい他方の磁極に対向させれば、検出周期が遅い場合は磁極幅の大きい他方の磁極に対向させた他方の磁気検知素子によって磁界変化を検出すれば角度を飛ばして検出することを抑制できる。特に、磁極幅の大きい他方の磁極によって角度を飛ばすことなく検出し、磁極幅の小さい一方の磁極によって詳細な角度を検出すれば、角度を飛ばすことなく精度を向上した回転角の検出を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施の形態における回転角度検出装置の断面図、図２は図１におけるＡ部の拡大平面図、図３は回転体の左右回転時における機械角に対する電気角の特性波形図である。
【００１１】
図１において、本発明の一実施の形態における回転角度検出装置は、トーションバー２の両端に入力軸４と出力軸６が連結された同一剛体である軸部８と、この軸部８の入力軸４に連結した第１の回転体１０と、この軸部８の出力軸６に連結した第２の回転体１２と、第１、第２の回転体１０、１２の回転角を検出する第１、第２の検出手段とを備えている。
【００１２】
第１の回転体１０は周方向に極性の異なる磁極を交互に配置した第１のターゲット１４を保持し、第２の回転体１２は周方向に極性の異なる磁極を交互に配置した第２のターゲット１６を保持しており、これら第１、第２のターゲット１４、１６は周方向に異なる磁極が交互に配置された多極リング磁石からなる。この第１のターゲット１４および第２のターゲット１６に配置された磁極に対向する位置には、磁界の変化を検知する２つの第１の磁気検知素子１８と、第２の磁気検知素子２０を配置している。第１の回転体１０、第２の回転体１２が回転すると、これに連動して第１のターゲット１４、第２のターゲット１６が回転する。
【００１３】
図２に示すように、第１のターゲット１４に配置した少なくとも２つの磁極は互いに磁極幅（Ｗ１、Ｗ２）を異ならせており、第１の回転体１０の静止時に、一方の第１の磁気検知素子１８を互いに磁極幅が異なる一方の磁極（磁極幅（Ｗ１）の磁極）に対向させ、他方の第１の磁気検知素子１８を互いに磁極幅の異なる他方の磁極（磁極幅（Ｗ２）の磁極）に対向させている。また、一方の磁極を複数隣接して配置した第１磁極群３０と、他方の磁極を複数隣接して配置した第２磁極群３２とを設けており、第１のターゲット１４は第１磁極群３０の領域と第２磁極群３２の領域の２つの領域に分離している。
【００１４】
上記構成において、第１、第２の検出手段は、第１、第２のターゲット１４、１６に配置した磁極の磁界変化を第１、第２の磁気検知素子１８、２０により検出する手段としている。例えば、第１の磁気検知素子１８によって第１のターゲット１４の磁界変化を検知する場合、図３に示す信号が検出される。図３は第１の回転体の回転角（機械角）に対し、磁界変化に起因して第１の磁気検知素子が検出する回転角（電気角）を示す特性波形図である。図３（ａ）は、図２における第１のターゲット１４を右回転させ一方の第１の磁気検知素子１８が検出した回転角（電気角）を示す特性波形図であり、図３（ｂ）は、他方の第１の磁気検知素子１８が検出した回転角（電気角）を示す特性波形図である。図３（ａ）の（ａ）点〜（ｉ）点は図２の（ａ）点〜（ｉ）点における第１の磁気検知素子１８が検出した回転角（電気角）である。第１のターゲット１４に配置された１つの磁極に対しては１周期の正弦波信号および余弦波信号が検出され（第１の回転体１０の１回転（機械角３６０度）あたりに対しては磁極数分の正弦波信号および余弦波信号が検出され）、図３（ａ）または図３（ｂ）に示すように、１つの磁極に対して２周期の三角波信号３４が回転角（電気角）として検出されるものである。第１のターゲット１４を左回転させた場合は、図３（ａ）、（ｂ）の特性波形図が逆になる。この回転角度検出装置を車両用のハンドルの回転角度の検出機構に用いた場合、第１のターゲット１４の回転角（機械角）は、ハンドルの回転角（左右に約２回転）とほぼ同じとなり、図３では機械角が１８０°までしか記載されていないが、これが７２０°まで繰り返されることになる。
【００１５】
上記構成により、一方の第１の磁気検知素子１８を磁極幅の小さい一方の磁極（磁極幅（Ｗ１）の磁極）に対向させ、他方の第１の磁気検知素子１８を磁極幅の大きい他方の磁極（磁極幅（Ｗ２）の磁極）に対向させているので、第１の磁気検知素子１８の検出周期が遅い場合（軸部８が高速回転する場合）には、磁極幅の大きい他方の磁極に対向させた他方の第１の磁気検知素子１８によって磁界変化を検出すれば角度を飛ばして検出することを抑制できる。特に、磁極幅の大きい他方の磁極によって、まず、角度を飛ばすことなく粗く回転角（機械角）を検出し、磁極幅の小さい一方の磁極によって、詳細な回転角（機械角）を検出すれば、軸部８を高速回転させても角度を飛ばすことなく分解能を向上した回転角の検出を行える。この際、一方の第１の磁気検知素子１８と他方の第１の磁気検知素子１８は、常時、互いの磁界変化の検出波形を比較して、粗い回転角（機械角）と詳細な回転角（機械角）とを選択して検出している。常時、いずれか一方の第１の磁気検知素子１８は、磁極幅の大きい磁極（磁極幅（Ｗ２））に対向し、他方は磁極幅の小さい磁極（磁極幅（Ｗ１））に対向し、磁極幅の違いに起因して磁界変化の特性波形が異なるため検出が可能となる。
【００１６】
また、一方の磁極を複数隣接して配置した第１磁極群３０と、他方の磁極を複数隣接して配置した第２磁極群３２とを設け、第１のターゲット１４は第１磁極群３０の領域と第２磁極群３２の領域の２つの領域に分離しているので、周期の短い三角波信号３４と周期の長い三角波信号３４とを連続させて発生させることができ、第１の回転体１０の回転角が約１８０度までは、周期の長い三角波信号３４によって角度を飛ばすことなく粗い回転角を検出し、周期の短い三角波信号３４によって分解能の高い詳細な回転角を検出することができる。
【００１７】
さらに、第１、第２の回転体１０、１２の回転角差を検出して、これにトーションバー定数を乗することでトルクを算出することができる。
【００１８】
なお、２つの第１の磁気検知素子１８について、各々の三角波信号３４の回転角の変化量を常時比較する比較手段を設ければ、第１のターゲット１４に金属等の異物が付着した際、変化量が変わるので、異常状態を検出することができる。
【００１９】
また、本発明の一実施の形態では、第１、第２の回転体１０、１２と第１、第２のターゲット１４、１６は別体であって、第１、第２の回転体１０、１２に第１、第２のターゲット１４、１６を各々保持させているが、第１、第２の回転体１０、１２と第１、第２のターゲット１４、１６とを同一のもので形成してもよい。この場合、金属製の円板状の回転体の周面に磁極を着磁して配置したものでもよい。さらに、第１の回転体１０に第１のターゲット１４を保持させる替わりに、歯車を介して第１の回転体１０と同期回転する第３の回転体を設け、この第３の回転体に第１のターゲット１４を保持させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明にかかる回転角度検出装置は、検出精度を向上し、各種の車両のパワーステアリング等で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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断面図
【図２】図１におけるＡ部の拡大平面図
【図３】回転体の左右回転時における機械角に対する電気角の特性波形図
【図４】従来の回転角度検出装置の断面図
【図５】同回転角度検出装置の回転体の回転時における機械角に対する電気角の特性波形図
【符号の説明】
【００２２】
２  トーションバー
４  入力軸
６  出力軸
８  軸部
１０  第１の回転体
１２  第２の回転体
１４  第１のターゲット
１６  第２のターゲット
１８  第１の磁気検知素子
２０  第２の磁気検知素子
３０  第１磁極群
３２  第２磁極群
３４  三角波信号
５１  歯車部
５２  係合バネ
５３  磁極
５４  コード板
５５  歯車部
５６  磁気検知素子
５７  三角波信号
【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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