(57)【要約】【課題】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し、誤差がなく、確実な検出が可能なものを提供することを目的とする。【解決手段】四つの磁気抵抗１９が略矩形状に接続された磁気抵抗素子１７や１８を、第一の検出体２や第二の検出体３中央の磁石４や５に対向配置すると共に、磁気抵抗素子１７や１８と制御手段３２の間にスイッチング手段２１〜２４を設け、このスイッチング手段２１〜２４を制御手段３２が切換え、一つのホイートストンブリッジから形成された磁気抵抗素子１７や１８からの正弦波と余弦波の出力信号によって、回転角度の検出を行うことによって、使用される周囲温度に係わりなく、誤差のない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。【選択図】図１
2009198181.tif 000002
【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、四つの磁気抵抗が略矩形状に接続された磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に接続された制御手段からなり、上記磁気抵抗素子と上記制御手段の間にスイッチング手段を設けると共に、上記制御手段が上記スイッチング手段を切換え、上記磁気抵抗素子からの出力信号によって上記回転体の回転角度を検出す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なか、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し、この回転角度を用いて車両の各種制御を行うものが増えている。
【０００３】
このような、従来の回転角度検出装置について、図５〜図８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ＤＣ５Ｖ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】
そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段１４がコネクタやリード線（図示せず）等を介して、自動車の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１の係合部１Ｂにはステアリングの軸が挿通されて、自動車に装着される。
【００１０】
以上の構成において、ステアリングを回転すると、回転体１が回転し、これに連動して第一の検出体２が、第一の検出体２に連動して第二の検出体３が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石４と５も回転して、この磁石４と５の磁気の方向が変化し、これをＡＭＲ素子７と８が各々検出する。
【００１１】
そして、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と＋出力端子１２Ｄからは正弦波の出力信号が、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からは余弦波の出力信号が、各々増幅手段１３に入力される。
【００１２】
また、こ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、第一の検出体２の回転角度θに対し、例えば、出力端子１３Ａからは、図７（ａ）の波形図に示すような、２θの正弦波の出力信号Ｍ１が、出力端子１３Ｂからは２θの余弦波の出力信号Ｎ１が、制御手段１４に出力される。
【００１３】
さらに、これを制御手段１４が所定周期で検出し、この正弦波の出力信号Ｍ１と余弦波の出力信号Ｎ１から、図７（ｂ）に示すような、漸次増加を繰返す略鋸歯状のデータ波形Ｌ１を算出する。
【００１４】
また、同時に、磁石５と対向したＡＭＲ素子８からも、正弦波と余弦波の出力信号が制御手段１４に出力され、データ波形の算出が同様に行われるが、第一の検出体２と第二の検出体３は歯数が異なり回転速度も異なるため、第一の検出体２と第二の検出体３のデータ波形は、周期が異なり位相のずれた検出信号となる。
【００１５】
そして、この第一の検出体２と第二の検出体３からの二つの異なる検出信号と、各々の平歯車部の歯数から、制御手段１４が所定の演算を行って、回転体１即ちステアリングの回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、車両の様々な制御が行われるように構成されている。
【００１６】
なお、上記のように、ＡＭＲ素子７と８からの正弦波と余弦波の出力信号によって回転角度の検出を行う際、略矩形状に接続された四つの磁気抵抗９のばらつきによって、特に、回転角度検出装置が使用される周囲温度が高い場合には、制御手段１４に入力される出力信号の電圧に０．１Ｖ前後のばらつきが生じ、３度前後の僅かなものではあるが、回転角度の検出に誤差が発生する場合がある。
【００１７】
つまり、例えば、図８（ａ）の波形図に示すように、第一のホイートストンブリッジ１１からの正弦波の出力信号Ｍ１に対し、磁気抵抗９のばらつきによって、第二のホイートストンブリッジ１２からの余弦波の出力信号が、電圧υだけずれた出力信号Ｎ２となった場合、これらによって制御手段１４が算出する検出信号は、図８（ｂ）に示すようなデータ波形Ｌ２となり、角度Δの誤差が生じるものであった。
【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２００７−２５６１３９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、特に高温下で使用された場合、磁気抵抗９のばらつきによって出力信号の電圧にずれが発生し、回転角度の検出に誤差が生じる場合があるため、高精度な角度検出を行うことが困難であるという課題があった。
【００２０】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、誤差がなく、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】
【００２１】
上記目的を達成するために本発明は、四つの磁気抵抗が略矩形状に接続された磁気抵抗素子を、検出体中央の磁石に対向配置すると共に、磁気抵抗素子と制御手段の間にスイッチング手段を設け、このスイッチング手段を制御手段が切換え、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、一つのホイートストンブリッジから形成された磁気抵抗素子からの正弦波と余弦波の出力信号によって、回転角度の検出を行うことができるため、使用される周囲温度に係わりなく、誤差のない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】
【００２２】
以上のように本発明によれば、誤差がなく、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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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との対向面には磁気抵抗素子１７が、第二の検出体３の磁石５との対向面には磁気抵抗素子１８が各々装着されている。
【００２８】
さらに、この磁気抵抗素子１７と１８は、図１に示すように、四つの磁気抵抗１９を略矩形状に接続した、一つのホイートストンブリッジから形成されると共に、ホイートストンブリッジの結合点から導出した出力端子１７Ａが、ＦＥＴ等のスイッチング手段２１を介して５Ｖの電源と、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３０に各々接続されている。
【００２９】
そして、この電源端子１７Ａの対角位置の結合点から導出した出力端子１７Ｂが、スイッチング手段２２を介してグランドと、増幅手段３０に各々接続されると共に、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１７Ｃが、スイッチング手段２３を介して５Ｖの電源と増幅手段３０に、出力端子１７Ｄがスイッチング手段２４を介してグランドと増幅手段３０に、各々接続されている。
【００３０】
また、符号は付していないが、磁気抵抗素子１８も同様に、一つのホイートストンブリッジの各結合点から導出した各出力端子が、各々のスイッチング手段と増幅手段３１に接続されると共に、この増幅手段３０や３１の出力端子３０Ａや３０Ｂ等がマイコン等の制御手段３２に接続されている。
【００３１】
さらに、この制御手段３２には二つのＩＯポート３２Ａと３２Ｂが設けられると共に、スイッチング手段２１と２４がＩＯポート３２Ｂに、スイッチング手段２２と２３がＩＯポート３２Ａに各々接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
【００３２】
つまり、一つのホイートストンブリッジから形成された磁気抵抗素子１７や１８の各出力端子が、増幅手段３０や３１に接続されると共に、これらの各出力端子と制御手段３２の間には、スイッチング手段２１〜２４が設けられた構成となっている。
【００３３】
そして、このように構成された回転角度検出装置が、制御手段３２がコネクタやリード線（図示せず）等を介して、自動車の電子回路（図示せず）に接続されると共に、回転体１の係合部１Ｂにはステアリングの軸が挿通されて、自動車に装着される。
【００３４】
以上の構成において、ステアリングを回転すると、回転体１が回転し、これに連動して第一の検出体２が、第一の検出体２に連動して第二の検出体３が各々回転するため、これらの中央に装着された磁石４と５も回転して、この磁石４と５の磁気の方向が変化し、これを磁気抵抗素子１７と１８が各々検出する。
【００３５】
そして、この時、制御手段３２が二つのＩＯポート３２Ａと３２Ｂを所定周期、例えば１０〜１００μｓｅｃ前後の間隔で切換えを行い、図１に示すように、ＩＯポート３２Ａが電源側に切換えられ、ＩＯポート３２Ｂがグランド側に切換えられている場合には、スイッチング手段２１と２２がＯＮ、スイッチング手段２３と２４がＯＦＦとなるため、出力端子１７Ｃと１７Ｄから正弦波の出力信号が増幅手段３０に入力される。
【００３６】
また、これに対し、ＩＯポート３２Ａがグランド側、ＩＯポート３２Ｂが電源側に切換えられた場合には、スイッチング手段２１と２２がＯＦＦ、スイッチング手段２３と２４がＯＮとなり、出力端子１７Ａと１７Ｂから余弦波の出力信号が増幅手段３０に入力される。
【００３７】
そして、この正弦波と余弦波の出力信号を増幅手段３０や３１が差動増幅し、第一の検出体２の回転角度θに対し、例えば、出力端子３０Ａからは、図３（ａ）の波形図に示すような、θの正弦波の出力信号Ｍ３が、出力端子３０Ｂからはθの余弦波の出力信号Ｎ３が、制御手段３２に出力される。
【００３８】
さらに、これを制御手段３２が所定周期で検出し、この正弦波の出力信号Ｍ３と余弦波の出力信号Ｎ３から、図３（ｂ）に示すような、漸次増加を繰返す略鋸歯状のデータ波形Ｌ３を算出する。
【００３９】
また、同時に、磁石５と対向した磁気抵抗素子１８からも、正弦波と余弦波の出力信号が制御手段３２に出力され、データ波形の算出が同様に行われるが、第一の検出体２と第二の検出体３は歯数が異なり回転速度も異なるため、第一の検出体２と第二の検出体３のデータ波形は、周期が異なり位相のずれた検出信号となる。
【００４０】
そして、この第一の検出体２と第二の検出体３からの二つの異なる検出信号と、各々の平歯車部の歯数から、制御手段３２が所定の演算を行って、回転体１即ちステアリングの回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力されて、車両の様々な制御が行われるように構成されている。
【００４１】
つまり、制御手段３２が磁気抵抗素子１７や１８との間に設けられたスイッチング手段２１〜２４を所定周期で切換え、一つのホイートストンブリッジから形成された磁気抵抗素子１７や１８から交互に出力される、正弦波と余弦波の出力信号を用いて、回転体１の回転角度を検出するようになっている。
【００４２】
したがって、例えば、磁気抵抗素子１７や１８の略矩形状に接続された四つの磁気抵抗１９のばらつきによって、特に、回転角度検出装置が使用される周囲温度が高い場合等に、制御手段３２に入力される出力信号の電圧に多少のばらつきがあった場合でも、誤差がなく、高精度な角度検出を行うことが可能なように形成されている。
【００４３】
すなわち、例えば、正弦波の出力信号Ｍ３が磁気抵抗１９のばらつきによって、図４（ａ）の波形図に示すように、電圧υだけずれた出力信号Ｍ４となった場合、同じ磁気抵抗１９から交互に出力される余弦波の出力信号も、電圧υだけずれた出力信号Ｎ４となる。
【００４４】
このため、この各々電圧υだけずれた正弦波の出力信号Ｍ４と余弦波の出力信号Ｎ４から、図４（ｂ）に示すように、制御手段３２がデータ波形を算出した場合、このデータ波形は図３（ｂ）と同様のデータ波形Ｌ３となる。
【００４５】
つまり、磁気抵抗素子１７や１８が四つの磁気抵抗１９が略矩形状に接続された一つのホイートストンブリッジから形成されると共に、制御手段３２がスイッチング手段２１〜２４を所定周期で切換え、一つのホイートストンブリッジから交互に出力される、正弦波と余弦波の出力信号によって回転角度を検出することで、出力信号がばらついた出力信号Ｍ４やＮ４であった場合でも、誤差がなく、確実な角度検出が行えるようになっている。
【００４６】
このように本実施の形態によれば、四つの磁気抵抗１９が略矩形状に接続された磁気抵抗素子１７や１８を、第一の検出体２や第二の検出体３中央の磁石４や５に対向配置すると共に、磁気抵抗素子１７や１８と制御手段３２の間にスイッチング手段２１〜２４を設け、このスイッチング手段２１〜２４を制御手段３２が切換え、一つのホイートストンブリッジから形成された磁気抵抗素子１７や１８からの正弦波と余弦波の出力信号によって、回転角度の検出を行うことによって、使用される周囲温度に係わりなく、誤差のない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。
【００４７】
なお、以上の説明では、磁気抵抗素子１７や１８とスイッチング手段２１〜２４を別に設け、これらを各々接続した構成として説明したが、これらを一つのチップ部品として一体に形成した構成としても、本発明の実施は可能である。
【００４８】
また、以上の説明では、回転体１に第一の検出体２が噛合し、この第一の検出体２に第二の検出体３が噛合した構成の回転角度検出装置について説明したが、回転体１に第一の検出体２と第二の検出体３の両方を噛合させた構成や、あるいは一方の検出体のみを回転体１に噛合させた構成のもの等としても、本発明の実施は可能である。
【００４９】
さらに、以上の説明では、回転体１や第一の検出体２、第二の検出体３の外周に各々平歯車部を形成し、これらが噛合して互いに連動して回転する構成について説明したが、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、あるいは歯車に代えて、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や各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】
【００５０】
本発明による回転角度検出装置は、誤差がなく、確実な検出が可能なものが得られ、主に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】
【００５１】
【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】同波形図
【図４】同波形図
【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
【図７】同波形図
【図８】同波形図
【符号の説明】
【００５２】
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
１７、１８  磁気抵抗素子
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ  出力端子
１９  磁気抵抗
２１、２２、２３、２４  スイッチング手段
３０、３１  増幅手段
３０Ａ、３０Ｂ  出力端子
３２  制御手段
３２Ａ、３２Ｂ  ＩＯポート
【図１】
2009198181.tif 000003
【図２】
2009198181.tif 000004
【図３】
2009198181.tif 000005
【図４】
2009198181.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009198181.tif 000008
【図７】
2009198181.tif 000009
【図８】
2009198181.tif 000010