JP4673757B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関するものである。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body.
近年では、車両の高機能化に伴い、車両には車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステムが搭載されつつある。これらシステムは、ステアリングの操舵角を車両の姿勢情報の一つとして取得し、その姿勢情報に基づいて車両の姿勢が安定的な状態になるように制御する。そのため、例えば車両のステアリングコラム内には、ステアリングの操舵角を検出するための回転角度検出装置が組み込まれている。この種の回転角度検出装置としては、操舵角を絶対値で検出する絶対角検出方式及び操舵角を相対値で検出する相対角検出方式がある。さらに絶対角検出方式の回転角度検出装置には、光学式のものと、磁気式のものとに区分される。相対角検出方式及び絶対角検出方式、並びに絶対角検出方式における光学式及び磁気式のうち、いずれの検出方式にするかは製品仕様等に応じて決定される。 In recent years, various systems for improving running stability, such as a vehicle stability control system and an electronically controlled suspension system, are being mounted on the vehicle as the functions of the vehicle become higher. These systems acquire the steering angle of steering as one piece of vehicle posture information, and control the vehicle posture to be in a stable state based on the posture information. Therefore, for example, a rotation angle detecting device for detecting the steering angle of the steering is incorporated in the steering column of the vehicle. As this type of rotation angle detection device, there are an absolute angle detection method for detecting a steering angle with an absolute value and a relative angle detection method for detecting a steering angle with a relative value. Further, the absolute angle detection type rotation angle detection device is classified into an optical type and a magnetic type. Which of the relative angle detection method, the absolute angle detection method, and the optical method and the magnetic method in the absolute angle detection method is determined according to the product specifications and the like.
光学式の回転角度検出装置としては、例えば特許文献1に示されるような構成が知られている。この回転角度検出装置は、ステアリングシャフトに貫通状態で装着された回転板を備えるとともに、当該回転板における異なる半径の複数の円周上には、異なるパターンのスリット列が設けられている。また、回転板には、スリット列と同数の光センサ(フォトインタラプタ)が前記複数のスリット列に対応するように配設されている。各光センサは、スリット列のスリットの有無に基づいて、合計3ビットのコードを出力する。前記スリット列は、当該コードが回転板の1回転中において重複しないように設けられている。このため、回転角度検出装置は、当該コードに基づいて、回転板の1回転中(360°以内)の回転角度を絶対値で検出することができる。
As an optical rotation angle detection device, for example, a configuration as shown in
また、当該回転角度検出装置は、回転板(正確には、ステアリングシャフト)の回転に連動して当該回転板と反対方向へ回転する歯車体を備えている。当該歯車体には、磁石が固定されるとともに、当該磁石に対向するように磁気センサが配設されている。当該磁気センサは磁石から発せられる磁界の強度を検出するとともに、当該検出信号に基づいて、回転角度検出装置は、回転板の回転数を検出する。そして、回転角度検出装置は、各光センサから出力されるコードと、磁気センサから出力される検出信号との組み合わせデータに基づいて、回転板、即ちステアリングシャフトの多回転(例えば±3回転)中の回転角度を絶対値で検出する。 Further, the rotation angle detection device includes a gear body that rotates in the opposite direction to the rotation plate in conjunction with the rotation of the rotation plate (more precisely, the steering shaft). A magnet is fixed to the gear body, and a magnetic sensor is disposed so as to face the magnet. The magnetic sensor detects the intensity of the magnetic field emitted from the magnet, and the rotation angle detection device detects the number of rotations of the rotating plate based on the detection signal. Then, the rotation angle detection device is performing multiple rotations (for example, ± 3 rotations) of the rotating plate, that is, the steering shaft, based on the combination data of the codes output from the respective optical sensors and the detection signals output from the magnetic sensors. The rotation angle of is detected as an absolute value.
一方、磁気式の回転角度検出装置としては、例えば特許文献2に示されるような構成が知られている。この回転角度検出装置は、ステアリングシャフトと一体的に回転する主動歯車と、当該歯車に歯合する2つの従動歯車とを備えている。2つの従動歯車の歯数は異なっており、これにより主動歯車の回転に伴う両従動歯車の回転角度を異ならせるようにしている。両従動歯車には磁石が固定されるとともに、当該磁石に対向するように磁気センサが配設されている。磁気センサは、磁石から発せられる磁界の強度を検出するとともに、両従動歯車の回転に伴う磁石の磁束の方向の変化を検出する。そして、回転角度検出装置は、両磁気センサからの検出信号に基づいて両従動歯車の回転角度を検出し、それら検出した回転角度に基づいてステアリングシャフトの回転角度を求める。
ところが、特許文献1の回転角度検出装置には、次のような問題があった。即ち、当該回転角度検出装置においては、回転板にパターンの異なる複数のスリット列を同心円上に設ける必要があることから、当該回転板の外径をある程度確保する必要があった。このため、回転板の小径化、ひいては回転角度検出装置の小型化には限界があった。ちなみに、検出する回転板の絶対角の分解能を高めるためには、回転板のスリット列を増やせばよい。しかし、この場合、スリット列を増やした分だけ、回転板の外径を大きくする必要があり、それに伴い回転角度検出装置の体格が大きくなる。また、特許文献1の回転角度検出装置においては、スリット列と同数の光センサを設ける必要があることから、当該光センサの削減は困難であるとともに、部品点数の低減化に対する阻害要因の一つとなっていた。
However, the rotation angle detection device of
これに対して、特許文献2の磁気式の回転角度検出装置においては、光学式の場合と異なり回転板は不要であるものの、主動歯車に噛合する2つ従動歯車が必要であった。そして、これら主動歯車及び両従動歯車等を収容するハウジングについても、ある程度の大きさを確保する必要があるため、回転角度検出装置の小型化には限界があった。また、当該回転角度検出装置においては、2つの従動歯車は必須であり、部品点数の低減化にも限界があった。
On the other hand, in the magnetic rotation angle detection device of
近時において、車両に対するコストダウンへの要求は依然として高く、そうした車両に搭載される各種の装置及び部品等についてもさらなるコストダウンが求められている。このような観点から、回転角度検出装置においても、構成の簡素化、ひいては製品コストのさらなる低減化が要望されている。また、ステアリングシャフトの周辺にあっては、当該周辺に配置される他の機構等との配置関係等から、回転角度検出装置の配置スペースを十分に確保することが困難である場合も多い。このため、回転角度検出装置の車両への搭載性の観点から、当該装置の小型化に対する要望は依然としてある。 Recently, there is still a high demand for cost reduction for vehicles, and further cost reduction is required for various devices and parts mounted on such vehicles. From this point of view, there is a demand for simplification of the configuration and further reduction in product cost in the rotation angle detection device. Further, in the vicinity of the steering shaft, it is often difficult to ensure a sufficient space for the rotation angle detection device due to the arrangement relationship with other mechanisms arranged around the steering shaft. For this reason, there is still a demand for downsizing of the apparatus from the viewpoint of mounting the rotation angle detection apparatus on a vehicle.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、構成の簡素化、ひいては小型化が図られる回転角度検出装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that can be simplified in configuration and thus reduced in size.
請求項1に記載の発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、前記回転体に一体回転可能に設けられるとともに、当該回転方向においてN極とS極とが交互に設けられた磁石と、前記磁石の回転に伴う当該磁石から発せられる磁束の方向の変化又は磁束の強度の変化を検出して、位相の異なる複数の検出信号を出力する複数の磁気センサと、前記複数の磁気センサから出力される複数の検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を求める演算手段と、を備え、前記複数の磁気センサは前記磁石に対する位置を相互にずらして配設するとともに、当該複数の磁気センサからの検出信号の値の組み合わせが異なるように、前記磁石の着磁パターンを、各磁極の着磁角が前記回転体の回転方向において徐々に大きく又は小さくなるように設定するようにしたことをその要旨とする。 According to the first aspect of the present invention, in the rotation angle detecting device for detecting the rotation angle of the rotating body, the rotating body is provided so as to be integrally rotatable, and the N pole and the S pole are alternately provided in the rotating direction. A plurality of magnetic sensors for detecting a change in the direction of magnetic flux emitted from the magnet or a change in the strength of the magnetic flux accompanying the rotation of the magnet, and outputting a plurality of detection signals having different phases; Calculating means for obtaining a rotation angle of the rotating body based on a plurality of detection signals output from the magnetic sensor, wherein the plurality of magnetic sensors are disposed with their positions relative to the magnet being shifted from each other. the combination of the values of the detection signals from the magnetic sensor is different, the magnetization pattern of the magnets, is gradually increased or decreased in the direction of rotation of the wearing磁角said rotary member of each pole That it has to be set to so that the gist thereof.
本発明によれば、複数の磁気センサの磁石に対する位置を相互にずらして配置するようにしたことにより、複数の磁気センサからの出力信号の位相は相互にずれる。このため、複数の磁気センサからの出力信号の値の組み合わせは異なることとなる。ここで、磁石の各磁極の着磁パターンによっては、各磁気センサからの検出信号の値の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現することが懸念される。これに対して、本発明では、複数の磁気センサからの出力信号の値の組み合わせが全て異なるように磁石の着磁パターンを設定していることから、複数の磁気センサからの検出信号の値の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現することはない。このため、演算手段は、複数の磁気センサからの検出信号の値の組み合わせに基づいて、回転体の1回転中の回転角度を絶対値で求めることが可能となる。 According to the present invention, since the positions of the plurality of magnetic sensors with respect to the magnets are shifted from each other, the phases of the output signals from the plurality of magnetic sensors are shifted from each other. For this reason, combinations of values of output signals from a plurality of magnetic sensors are different. Here, depending on the magnetization pattern of each magnetic pole of the magnet, there is a concern that the same combination appears in the combination of detection signal values from each magnetic sensor. On the other hand, in the present invention, since the magnetization pattern of the magnet is set so that all combinations of the values of the output signals from the plurality of magnetic sensors are different, the values of the detection signals from the plurality of magnetic sensors are set. In combination, the same combination does not appear. For this reason, the calculation means can obtain the rotation angle during one rotation of the rotating body as an absolute value based on the combination of the values of the detection signals from the plurality of magnetic sensors.
また、従来、回転体と一体的に回転する主動歯車に歯数の異なる2つの従動歯車を噛合させるとともに、主動歯車の回転に伴う2つの従動歯車の回転角度に基づいて、回転体の回転角度を求めるようにした回転角度検出装置が知られている。この従来の回転角検出装置においては、2つの従動歯車が構成の簡素化及び小型化を図る上での障害の一つとなっていた。これに対して、本発明によれば、前記2つの従動歯車は不要となる。このため、部品点数の低減化、ひいては構成の簡素化が図られる。さらに、前記2つの従動歯車が不要となる分、回転角度検出装置の小型化が図られる。 Conventionally, two driven gears having different numbers of teeth are meshed with the main driving gear that rotates integrally with the rotating body, and the rotation angle of the rotating body is based on the rotation angles of the two driven gears accompanying the rotation of the main driving gear. There is known a rotation angle detection device that calculates the above. In this conventional rotation angle detection device, the two driven gears are one of the obstacles to simplifying the configuration and reducing the size. On the other hand, according to the present invention, the two driven gears are not necessary. For this reason, the number of parts can be reduced, and the configuration can be simplified. Further, since the two driven gears are not required, the rotation angle detection device can be reduced in size.
磁石の着磁パターンとしては、例えば、各磁極の着磁角が前記回転体の回転方向において徐々に大きく又は小さくすることが考えられる。このようにすれば、各磁気センサからの出力信号の全ての組み合わせを簡単に異ならせることが可能である。 The magnetization pattern of the magnets, For example, it is contemplated that wear磁角of each magnetic pole is gradually increased or decreased in the direction of rotation of the rotating body. In this way, all combinations of output signals from the magnetic sensors can be easily varied.
また、請求項2に示されるように、各磁極の着磁角が前記回転体の回転方向において等差数列的に大きく又は小さくなるように、磁石の着磁パターンを設定するようにすれば、磁石の着磁パターンの設定がいっそう簡単になる。
Further, as shown in
さらに、磁石の着磁パターンとしては、請求項3に記載するように、隣り合う磁極の着磁角が全て異なるようにしてもよい。このような着磁パターンによっても、各磁気センサからの出力信号の組み合わせを異ならせることが可能となる。 Furthermore, the magnetization pattern of the magnet, as described in 請 Motomeko 3, wearing磁角adjacent magnetic poles may be all different. Even with such a magnetized pattern, the combination of output signals from the magnetic sensors can be varied.
ここで、請求項3に記載された磁石の各磁極の着磁パターンにおいては、各磁極の着磁角の設置によっては、各磁気センサからの検出信号の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現することが懸念される。
Here, in the magnetization pattern of each magnetic pole of the magnet described in
そこで、請求項4に記載するように、演算手段の回転角度の検出分解能を加味して、磁石の着磁パターンを設定することにより、各磁気センサからの検出信号の組み合わせを全て異ならせるようにすれば、回転体の回転角度(絶対角)の検出に対する信頼性を確保することができる。即ち、各磁気センサからの検出信号の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現する角度が、演算手段の回転角度の検出分解能(角度)の整数倍の角度から外れるように、磁石の各磁極の着磁角度を設定する。このようにすれば、磁気センサの検出信号の実際の組み合わせにおいては、同じ組み合わせが発現する場合であれ、演算手段が認識する検出信号の組み合わせとしては、同じ組み合わせが発現することはない。なお、演算手段の検出分解能を調節することにより、当該演算手段が認識する磁気センサの検出信号の組み合わせが全て異なるようにしてもよい。
Therefore, as described in
本発明によれば、回転角度検出装置の構成の簡素化、ひいては小型化が図られる。 According to the present invention, it is possible to simplify the configuration of the rotation angle detection device and to reduce the size thereof.
<第1の実施の形態>
以下、本発明を、例えば車両におけるステアリングの操舵角を絶対値で検出する回転角度検出装置に具体化した第1の実施の形態を図1〜図4に基づいて説明する。
<First Embodiment>
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment in which the present invention is embodied in, for example, a rotation angle detection device that detects the steering angle of a steering wheel in a vehicle as an absolute value will be described with reference to FIGS.
<回転角度検出装置の全体構成>
図1に示すように、回転角度検出装置11は図示しない車両のステアリングコラム内に配設されると共に図示しないステアリングに一体回転可能に連結されたステアリングシャフト12に装着されている。回転角度検出装置11は、ステアリングシャフト12の周囲の図示しない構造体に固定されたハウジング13を備えている。ハウジング13は、下部が開口した有蓋筒状のアッパーハウジング14及び上部が開口した有底筒状のロアハウジング15を備えるとともに、当該アッパーハウジング14とロアハウジング15とは、互いの開口部を突き合わせるようにして組み合わせられている。アッパーハウジング14の頂壁には、ステアリングシャフト12を挿通可能とした挿通孔14aが形成されるとともに、ロアハウジング15の底壁には、ステアリングシャフト12を挿通可能とした挿通孔15aが形成されている。そして、アッパーハウジング14とロアハウジング15とが組み合わせられた状態において、両挿通孔14a,15aは互いに一致するとともに、当該両挿通孔14a,15aにはステアリングシャフト12が図示しない軸受けを介して回動可能に挿通されている。
<Overall configuration of rotation angle detection device>
As shown in FIG. 1, the rotation
ハウジング13内において、ステアリングシャフト12には円環状の磁石(永久磁石)21が一体回転可能に嵌挿されている。また、ハウジング13(正確には、ロアハウジング15)の内底面には、基板22が固定されるとともに、当該基板22上には第1及び第2の磁気センサ23,24が設けられている。第1及び第2の磁気センサ23,24は、磁石21の側方に、且つ若干下方に位置するように配設されている。
In the
<第1及び第2の磁気センサ>
第1及び第2の磁気センサ23,24は、それぞれ図示しない磁気抵抗素子回路及びその信号処理回路が単一のICチップとして集積回路化されたものである。磁気抵抗素子回路は、4つの異方性磁気抵抗素子(いわゆるAMR素子)をブリッジ状に接続した回路である。この異方性磁気抵抗素子は、異方性磁気抵抗効果を有するNi−Co等の強磁性体からなり、その抵抗値は与えられる磁界(正確には、磁束の向き)に応じて変化する。そして、第1及び第2の磁気センサ23,24は、それらに与えられる磁界の変化に応じて前記ブリッジ状の回路の中点電位を磁束の検出信号として出力する。磁気抵抗素子回路は、当該回路から出力される検出信号の信号波形の位相が90°ずれるように、4つの異方性磁気抵抗素子の向きが設定されている。従って、第1及び第2の磁気センサ23,24は、それぞれ正弦関数に準ずる検出信号(正弦信号)及び余弦関数に準ずる検出信号(余弦信号)の2つの信号を出力する。
<First and second magnetic sensors>
The first and second
第1及び第2の磁気センサ23,24を通過する磁束の方向は磁石21の回転位置、即ちステアリングシャフト12の操作位置(操舵角)に応じて変化することから、前記中点電位もステアリングシャフト12の操作位置に応じて変化する。このため、第1及び第2の磁気センサ23,24は、磁石21から発せられる磁束をステアリングシャフト12の操作位置に応じた向きで受けることになり、ステアリングシャフト12の操作位置に応じた電位で検出信号を出力する。
Since the direction of the magnetic flux passing through the first and second
<磁石>
磁石21は、例えばネオジウム及びサマリウム等の強磁性体により形成された円環状の基材の表面を、図示しない着磁装置を使用して所定の着磁パターンとなるように着磁することにより形成されている。本実施の形態では、例えば図2(a)に示されるように、円環状の磁石21の周方向において、異極性、即ちN極とS極とが交互に並ぶように、10極の扇形の磁極P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9,P10が着磁されている。各磁極P1〜P10と極性(N極及びS極)との対応関係は、図2(b)の一覧図に示されるように、磁極P1,P3,P5,P7,P9はN極、磁極P2,P4,P6,P8,P10はS極とされている。
<Magnet>
The
10極の磁極P1〜P10は、それらの外周面(弧)の両端と、磁石21の中心(即ち、ステアリングシャフト12の回転中心)Oとを結んでできる角である着磁角(中心角)θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6,θ7,θ8,θ9,θ10が、図2(a)に示される基準位置Sから時計回りに徐々に大きくなるように設けられている。また、各磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10は、それらの合計が360°となるように設定されている。 The 10 poles P1 to P10 have a magnetization angle (center angle) that is an angle formed by connecting both ends of their outer peripheral surfaces (arcs) and the center of the magnet 21 (that is, the rotation center of the steering shaft 12) O. .theta.1, .theta.2, .theta.3, .theta.4, .theta.5, .theta.6, .theta.7, .theta.8, .theta.9, .theta.10 are provided so as to gradually increase clockwise from the reference position S shown in FIG. In addition, the magnetization angles θ1 to θ10 of the magnetic poles P1 to P10 are set so that the sum thereof is 360 °.
本実施の形態では、磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10は、基準位置Sから時計回りに等差数列的に大きくなるように設定されている。具体的には、着磁角θ1〜θ10は、着磁角θ1を初項(基準)として公差を例えば4°とした等差数列となっている。図2(b)の一覧図に示されるように、本実施の形態では、例えばθ1=18°、θ2=22°、θ3=26°、θ4=30°、θ5=34°、θ6=38°、θ7=42°、θ8=46°、θ9=50°、θ10=54°とされている。なお、磁石21から発せられる磁界(磁束)内に第1及び第2の磁気センサ23,24が位置する程度の強さが、当該磁石21には持たせられている。
In the present embodiment, the magnetization angles θ1 to θ10 of the magnetic poles P1 to P10 are set so as to increase clockwise from the reference position S in an arithmetic progression. Specifically, the magnetization angles θ1 to θ10 are an equidistant sequence with the magnetization angle θ1 as the first term (reference) and a tolerance of 4 °, for example. 2B, in this embodiment, for example, θ1 = 18 °, θ2 = 22 °, θ3 = 26 °, θ4 = 30 °, θ5 = 34 °, θ6 = 38 °. , Θ7 = 42 °, θ8 = 46 °, θ9 = 50 °, and θ10 = 54 °. The
<第1及び第2の磁気センサ並びに磁石の配置関係>
図2(a)に示すように、第1及び第2の磁気センサ23,24は、磁石21に対して異なる位置に配置されている。即ち、磁石21の半径の延長線が、第1及び第2の磁気センサ23,24の中心C1,C2を結んだ線分の中点Mと交わるように、第1及び第2の磁気センサ23,24は配設されている。本実施の形態では、第1及び第2の磁気センサ23,24の中心C1,C2と磁石21の中心Oとをそれぞれ結んでできる角度θsは、例えば50°とされている。従って、磁石21の回転に伴って、第1及び第2の磁気センサ23,24には、50°だけ位相のずれた磁界が印加される。その結果、第1及び第2の磁気センサ23,24から出力される検出信号(正弦信号及び余弦信号)の位相も50°だけずれる。
<First and second magnetic sensors and arrangement of magnets>
As shown in FIG. 2A, the first and second
<電気的構成>
次に、回転角度検出装置の電気的構成について説明する。
図3に示すように、回転角度検出装置11は、前記第1及び第2の磁気センサ23,24に加えて、電源回路31及びマイクロコンピュータ32を備えている。電源回路31は図示しない車両のバッテリから入力される電圧を、第1及び第2の磁気センサ23,24並びにマイクロコンピュータ32等の回転角度検出装置11の各部にそれぞれ応じた所定レベルの電圧に変換し、それら電圧を回転角度検出装置11の各部に供給する。第1及び第2の磁気センサ23,24並びにマイクロコンピュータ32等はそれぞれ電源回路31から安定して供給される所定レベルの電圧を動作電源として動作する。
<Electrical configuration>
Next, the electrical configuration of the rotation angle detection device will be described.
As shown in FIG. 3, the rotation
第1及び第2の磁気センサ23,24は、磁石21の回転に伴う磁束の方向の変化を検出するとともに、当該磁石21の回転角度φに応じて連続的に変化するアナログ信号、即ち正弦関数に準ずる正弦信号及び余弦関数に準ずる余弦信号をそれぞれ出力する。この第1及び第2の磁気センサ23,24からのアナログ信号は前記信号処理回路により増幅等の処理が行われ、その処理後のアナログ信号はマイクロコンピュータ32に送られる。
The first and second
<マイクロコンピュータ>
マイクロコンピュータ32は、は図示しないCPU(中央演算装置)、同じくアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器、同じくROM(読み出し専用メモリ)、同じくRAM(書き込み読み出しメモリ)、同じくデジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器等から構成されている。ROMには、回転角度検出装置11の全体を統括的に制御するための各種の制御プログラム及びデータが予め格納されている。制御プログラムには、回転角度算出プログラムが含まれている。このプログラムは前記A/D変換器によりデジタル変換された第1及び第2の磁気センサ23,24からのアナログ信号(正弦信号及び余弦信号)に基づいてステアリングシャフト12の回転角度φ(即ち、磁石21の回転角度)を算出するためのプログラムである。RAMは、ROMの制御プログラムを展開してCPUが各種処理を実行するためのデータ記憶領域、即ち作業領域である。そして、前記CPUは、前記ROMに格納された回転角度算出プログラムに従って、ステアリングシャフト12の回転角度φを求める。
<Microcomputer>
The
<回転角度の演算方法>
次に、前述のように構成した回転角度検出装置によるステアリングシャフトの回転角度の演算方法を説明する。
<Rotation angle calculation method>
Next, a method for calculating the rotation angle of the steering shaft by the rotation angle detection device configured as described above will be described.
運転者によるステアリング操作によってステアリングシャフト12が回転すると、当該ステアリングシャフト12に固定された磁石21も一体回転する。磁石21が回転すると、当該磁石21から発せられる磁束の方向の変化が第1及び第2の磁気センサ23,24により検出される。第1及び第2の磁気センサ23,24は、磁石21の回転角度φに応じて連続的に変化するアナログ信号(正弦信号及び余弦信号)をマイクロコンピュータ32に出力する。第1及び第2の磁気センサ23,24は、磁石21に対して異なる位置に配置されていることから、当該第1及び第2の磁気センサ23,24から出力されるアナログ信号の位相は相互にずれる。本実施の形態では、第1及び第2の磁気センサ23,24からのアナログ信号の位相は、50°だけずれる。
When the steering
ここで、第1及び第2の磁気センサ23,24からそれぞれ出力されるアナログ信号のうち正弦信号は次式(ア)、同じく余弦信号は次式(イ)で示される。両式(ア),(イ)においてY1は正弦値、Y2は余弦値、A1は正弦信号の振幅(電圧値)、A2は余弦信号の振幅(電圧値)である。また、両式(ア),(イ)においてφは磁石21の回転角度である。
Here, of the analog signals output from the first and second
Y1=A1sinφ…(ア)
Y2=A2cosφ…(イ)
そして、マイクロコンピュータ32は、まず第1及び第2の磁気センサ23,24からそれぞれ出力されるアナログ信号(正弦信号及び余弦信号)を前記A/D変換器によりデジタル変換する。
Y1 = A1sinφ (A)
Y2 = A2cosφ ... (A)
The
次にマイクロコンピュータ32は、デジタル変換された第1及び第2の磁気センサ23,24からのアナログ信号(正弦信号及び余弦信号)に基づいて正接関数に準じた正接値を次式(ウ)に基づいて算出し、その算出した2つの正接値の逆正接値Vh1,Vh2を次式(エ)に基づいて求める。逆正接値Vh1,Vh2は磁石21の回転角度φに対応していることから、マイクロコンピュータ32は逆正接値Vh1,Vh2を求めることにより当該回転角度φを算出する。
Next, the
正接値=Y1/Y2=tanφ…(ウ)
Vh1,Vh2=arctan(Y1/Y2)=arctan(tanφ)=φ…(エ)
ここで、磁石21の回転角度φ、即ちステアリングシャフト12の回転角度φと、第1及び第2の磁気センサ23,24の逆正接値Vh1,Vh2との関係について説明する。即ち、図4に示すように、磁石21の回転角度φ(電気角)を横軸に、また、第1及び第2の磁気センサ23,24の逆正接値Vh1,Vh2(電圧値)を縦軸にプロットしたとき、2つの逆正接値Vh1,Vh2は、磁石21の回転角度φに応じて、出力値(電圧値)が直線的に変化する第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2として求められる。第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2は、各磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10に対応して立ち上がりと、立ち下がりとを繰り返す。
Tangent value = Y1 / Y2 = tan φ (e)
Vh1, Vh2 = arctan (Y1 / Y2) = arctan (tan φ) = φ (D)
Here, the relationship between the rotation angle φ of the
また、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の振幅(電圧値)は一定(5V)であるので、当該第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の傾きは、各磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10により決まる。即ち、着磁角が大きくなるほど第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の傾きは小さくなり、着磁角が小さくなるほど第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の傾きは大きくなる。本実施の形態では、10極の磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10が全て異なっているので、磁石21が1回転(360°回転)する間において、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の立ち上がりの傾きは全て異なる。
Further, since the amplitudes (voltage values) of the first and second arc tangent signals Sc1 and Sc2 are constant (5 V), the slopes of the first and second arc tangent signals Sc1 and Sc2 are the respective magnetic poles P1 to P1. It is determined by the magnetization angles θ1 to θ10 of P10. That is, as the magnetization angle increases, the slopes of the first and second arc tangent signals Sc1, Sc2 become smaller, and as the magnetization angle becomes smaller, the inclinations of the first and second arc tangent signals Sc1, Sc2 become larger. In the present embodiment, since the magnetization angles θ1 to θ10 of the ten magnetic poles P1 to P10 are all different, the first and second arctangent signals are generated while the
また、本実施の形態では、第1及び第2の磁気センサ23,24から出力されるアナログ信号の位相は50°だけずれていることから、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の位相差も50°となる。このため、磁石21が一回転する間において、第1及び第2の磁気センサ23,24から出力される2つの検出信号は重複することはない。即ち、第1及び第2の磁気センサ23,24から出力される検出信号に基づいて求められた2つの逆正接値Vh1,Vh2が一致する場合はなく、2つの逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせは全て異なる。このため、磁石21が1回転する間において、2つの逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせは、磁石21の回転角度φに対して固有の値となる。従って、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号に基づいて逆正接値Vh1,Vh2が分かれば、360°の範囲で磁石21の回転角度φ、即ちステアリングシャフト12の回転角度φ(絶対角)の即時検出が可能となる。
In the present embodiment, the phases of the analog signals output from the first and second
マイクロコンピュータ32は、2つの逆正接値Vh1,Vh2に基づいて、磁石21、即ちステアリングシャフト12の回転角度φを算出すると、当該回転角度φに応じたデジタル信号を図示しないD/A変換器によりアナログ変換する。そして、マイクロコンピュータ32は、当該アナログ信号(連続時間信号)を、車両安定性制御システム及び電子制御サスペンションシステム等の走行安定性を向上させるための種々のシステム(正確には、それらの制御装置)に送る。
When the
なお、磁石21の回転数を検出する回転数センサ(例えばMREセンサ又はホールセンサ等の磁気センサ)を別途設けるようにすれば、当該回転数センサからの検出信号と、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号とに基づいて、磁石21の多回転(360°以上の回転)を検出することも可能である。
If a rotational speed sensor (for example, a magnetic sensor such as an MRE sensor or a Hall sensor) for detecting the rotational speed of the
<実施の形態の効果>
従って、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)第1及び第2の磁気センサ23,24の磁石21に対する位置を相互にずらして配置するようにしたことにより、第1及び第2の磁気センサ23,24からの出力信号の位相は相互にずれる。このため、第1及び第2の磁気センサ23,24からの出力信号の組み合わせは異なることとなる。しかし、磁石21の各磁極P1〜P10の着磁パターンによっては、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号(電圧値)の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現することが懸念される。これに対して、本実施の形態では、第1及び第2の磁気センサ23,24からの出力信号(電圧値)の組み合わせが全て異なるように磁石21の着磁パターンを設定している。このため、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現することはない。従って、マイクロコンピュータ32は、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号の組み合わせに基づいて、磁石21、即ちステアリングシャフト12の1回転中の回転角度φを絶対値で求めることが可能となる。
<Effect of Embodiment>
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the positions of the first and second
(2)従来、ステアリングシャフトと一体的に回転する主動歯車と、当該歯車に歯合する歯数の異なる2つの従動歯車とを備えるとともに、主動歯車の回転に伴う両従動歯車の回転角度に基づいて、ステアリングシャフト12の回転角度φを求めるようにした回転角度検出装置が知られている。本実施の形態によれば、この従来の回転角度検出装置と異なり、前記2つの従動歯車は不要となる。このため、部品点数の低減化が図られるとともに、構成の簡素化が図られる。さらに、前記2つの従動歯車が不要となる分、回転角度検出装置の小型化が図られる。
(2) Conventionally, a main driving gear that rotates integrally with the steering shaft and two driven gears with different numbers of teeth meshing with the gear are provided, and based on the rotation angle of both driven gears accompanying the rotation of the main driving gear. Thus, a rotation angle detection device that obtains the rotation angle φ of the steering
(3)磁石21の着磁パターンとしては、各磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10が当該磁石21の回転方向において徐々に大きくするようにした。具体的には、各磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10が磁石21の回転方向において等差数列的に大きくなるように、磁石21の着磁パターンを設定するようにした。このようにすれば、磁石21が1回転(0°から360°まで回転)する間において、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の立ち上がりの傾きは、徐々に小さくなる(図4参照)。即ち、磁石21が1回転する間において、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の立ち上がりの傾きは全て異なる。従って、第1及び第2の磁気センサ23,24からの出力信号の全ての組み合わせを簡単に異ならせることができる。
(3) As the magnetization pattern of the
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、磁石の着磁パターンの点で前記第1の実施の形態と異なる。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in terms of the magnetized pattern of the magnet.
図5(a)に示されるように、円環状の磁石41は、その周方向において、異極性、即ちN極とS極とが交互に並ぶように、4極の扇形の磁極P1,P2,P3,P4が着磁されている。各磁極P1〜P4と極性(N極及びS極)との対応関係は、図5(b)の一覧図に示されるように、磁極P1,P3はN極、磁極P2,P4はS極とされている。また、磁石41は、複数の磁極P1〜P4のうち同じ極性を有する磁極の着磁角が全て異なるように設けられている。即ち、磁極P1の着磁角θ1及び磁極P3の着磁角θ3が異なるように、且つ磁極P2の着磁角θ2及び磁極P4の着磁角θ4が異なるように、磁石41の各磁極P1〜P4は着磁されている。また、着磁角θ1〜θ4の合計が360°となるように、磁石41の各磁極P1〜P4の着磁角θ1〜θ4は設定されている。しかし、このように磁石41の着磁パターンを設定するようにした場合には、各磁極P1〜P4の着磁角θ1〜θ4の設定によっては、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現することが懸念される。
As shown in FIG. 5A, the
具体的には、図5(b)の一覧図に示されるように、本実施の形態では、θ1=85°、θ2=85°、θ3=95°、θ4=95°とされている。この場合、図6に示されるように、電気角で0°から360°までの間において、逆正接値Vh1,Vh2の3つの組み合わせについて、同じ組み合わせが2回発現する。1つ目は、角度φ1(40°<φ1<60°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせと、角度φ6(320°<φ6<340°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせである。2つめは、角度φ2(80°<φ2<100°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせと、角度φ5(260°<φ5<280°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせである。3つめは、角度φ3(120°φ3<140°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせと、角度φ4(φ4=220°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせである。 Specifically, as shown in the list of FIG. 5B, in this embodiment, θ1 = 85 °, θ2 = 85 °, θ3 = 95 °, and θ4 = 95 °. In this case, as shown in FIG. 6, the same combination appears twice for the three combinations of arctangent values Vh1 and Vh2 between 0 ° and 360 ° in electrical angle. The first is a combination of arctangent values Vh1 and Vh2 at an angle φ1 (40 ° <φ1 <60 °) and an arctangent value Vh1 and Vh2 at an angle φ6 (320 ° <φ6 <340 °). The second is a combination of arctangent values Vh1 and Vh2 at an angle φ2 (80 ° <φ2 <100 °) and an arctangent value Vh1 and Vh2 at an angle φ5 (260 ° <φ5 <280 °). The third is a combination of arctangent values Vh1 and Vh2 at an angle φ3 (120 ° φ3 <140 °) and arctangent values Vh1 and Vh2 at an angle φ4 (φ4 = 220 °).
この場合、磁石41、即ちステアリングシャフト12の回転角度φを0°〜360°の範囲で検出しようとしても、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが2回発現する。このため、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の組み合わせにおいて、磁石41の回転角度φが一義的に決まらない場合がある。従って、磁石41、即ちステアリングシャフト12の回転角度φ(絶対角)の検出に対する信頼性の点が懸念される。
In this case, even if it is attempted to detect the rotation angle φ of the
そこで、本実施の形態では、マイクロコンピュータ32(正確には、A/D変換器又はD/A変換器)の回転角度φの検出分解能を加味して磁石41の着磁パターンを設定することにより、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号の組み合わせ、ひいては第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の組み合わせを全て異ならせるようにしている。即ち、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現する3組の角度のうち、各組を構成する2つの角度の少なくとも一方の角度が、マイクロコンピュータ32の回転角度φの検出分解能(角度)の整数倍の角度から外れるように、磁石41の各磁極P1〜P4の着磁角θ1〜θ4は設定されている。具体的には、角度φ1,φ6、角度φ2,φ5及び角度φ3,φ4のうち、少なくとも角度φ1,φ2,φ3又は角度φ6,φ5,φ4が、マイクロコンピュータ32の回転角度φの検出分解能(角度)の整数倍の角度から外れるようにする。なお、角度φ1,φ2,φ3及び角度φ6,φ5,φ4のうち少なくとも一方の角度群を避けるように、マイクロコンピュータ32の回転角度φの検出分解能を設定するようにしてもよい。
Therefore, in this embodiment, by setting the magnetization pattern of the
本実施の形態では、図6に示されるように、マイクロコンピュータ32の磁石41の回転角度φの検出分解能は、例えば20°とされている。ここで、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の逆正接値の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現する角度φ1,φ6、角度φ2,φ5、角度φ3,φ4において、角度φ4(=220°)以外の角度については、マイクロコンピュータ32の磁石41の回転角度φの検出分解能である20°の整数倍の値から外れている。このため、第1及び第2の磁気センサ23,24の検出信号、即ち第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の実際の組み合わせにおいては、同じ組み合わせが発現する場合であれ、マイクロコンピュータ32が認識する検出信号の組み合わせとしては、同じ組み合わせが発現することはない。このため、磁石41、即ちステアリングシャフト12の回転角度φ(絶対角)の検出に対する信頼性を確保することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the detection resolution of the rotation angle φ of the
従って、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)各磁極P1〜P4のうち同じ極性を有する磁極の着磁角が全て異なるように、磁石41を設けるようにした。即ち、磁極P1の着磁角θ1と磁極P3の着磁角θ3とを異ならせるとともに、磁極P2の着磁角θ2と磁極P4の着磁角θ4とを異ならせるようにした。このような着磁パターンによっても、第1及び第2の磁気センサ23,24からの出力信号の組み合わせを異ならせることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)また、マイクロコンピュータ32の磁石41の回転角度φに対する検出分解能を加味して、磁石41の着磁パターンを設定することにより、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号の組み合わせを全て異ならせるようにした。具体的には、第1及び第2の磁気センサ23,24からの検出信号の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現する角度が、マイクロコンピュータ32の回転角度φに対する検出分解能(角度)の整数倍の角度から外れるように、磁石41の各磁極P1〜P4の着磁角θ1〜θ4を設定するようにした。このため、第1及び第2の磁気センサ23,24の検出信号の実際の組み合わせにおいては、同じ組み合わせが発現する場合であれ、マイクロコンピュータ32が認識する検出信号の組み合わせとしては、同じ組み合わせが発現することはない。従って、磁石41の回転角度φ(絶対角)の検出に対する信頼性を確保することができる。
(2) The detection signal from the first and second
<第3の実施の形態>
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。本実施の形態は、磁石の着磁パターンの点で前記第2の実施の形態と異なる。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the second embodiment in the point of the magnetized pattern.
図7(a)に示されるように、円環状の磁石51は、その周方向において、異極性、即ちN極とS極とが交互に並ぶように、4極の扇形の磁極P1,P2,P3,P4が着磁されている。各磁極P1〜P4と極性(N極及びS極)との対応関係は、図7(b)の一覧図に示されるように、磁極P1,P3はS極、磁極P2,P4はN極とされている。また、磁石51は、隣り合う磁極の着磁角が全て異なるように設けられている。即ち、磁極P1の着磁角θ1は、その両隣の磁極P2,P4の着磁角θ2,θ4と異なるように、磁極P2の着磁角θ2は、その両隣の磁極P1,P3の着磁角θ1,θ3と異なるように設定されている。また、磁極P3の着磁角θ3は、その両隣の磁極P2,P4の着磁角θ2,θ4と異なるように、磁極P4の着磁角θ4は、その両隣の磁極P1,P3の着磁角θ1,θ3と異なるように設定されている。具体的には、図7(b)の一覧図に示されるように、θ1=90°、θ2=80°、θ3=110°、θ4=80°とされている。
As shown in FIG. 7 (a), the
この場合、図8に示されるように、電気角で0°から360°までの間において、逆正接値Vh1,Vh2の2つの組み合わせについて、同じ組み合わせが2回発現する。1つ目は、図8に示されるように、電気角で40°(=φ1)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせと、角度φ4(300°<φ4<320°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせである。2つ目は、角度φ2(120°<φ2<140°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせと、角度φ3(220°<φ3<240°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせである。 In this case, as shown in FIG. 8, the same combination appears twice for the two combinations of arctangent values Vh1 and Vh2 between 0 ° and 360 ° in electrical angle. First, as shown in FIG. 8, a combination of arctangent values Vh1 and Vh2 at an electrical angle of 40 ° (= φ1) and an arctangent value Vh1 at an angle φ4 (300 ° <φ4 <320 °). This is a combination of Vh2. The second is a combination of arctangent values Vh1 and Vh2 at an angle φ2 (120 ° <φ2 <140 °) and an arctangent value Vh1 and Vh2 at an angle φ3 (220 ° <φ3 <240 °).
従って、本実施の形態においても、マイクロコンピュータ32(正確には、A/D変換器又はD/A変換器)の回転角度φの検出分解能を加味して磁石51の着磁パターンを設定するようにしている。即ち、図8に示されるように、マイクロコンピュータ32の磁石51の回転角度φの検出分解能は、例えば20°とされている。ここで、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の逆正接値の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現する角度φ1,φ4、角度φ2,φ3のうち、角度φ1(φ=40°)以外の角度については、マイクロコンピュータ32の磁石41の回転角度φの検出分解能である20°の整数倍の値から外れている。このため、第1及び第2の磁気センサ23,24の検出信号、即ち第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の実際の組み合わせにおいては、同じ組み合わせが発現する場合であれ、マイクロコンピュータ32が認識する検出信号の組み合わせとしては、同じ組み合わせが発現することはない。
Therefore, also in the present embodiment, the magnetization pattern of the
従って、磁石51の着磁パターンを本実施の形態のように設定した場合であれ、磁石51、即ちステアリングシャフト12の回転角度φ(絶対角)の検出に対する信頼性を確保することができる。
Therefore, even when the magnetized pattern of the
<第4の実施の形態>
次に、本発明の第4の実施の形態を説明する。本実施の形態は、磁石の着磁パターンの点で前記第3の実施の形態と異なる。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the third embodiment in the point of the magnet magnetization pattern.
図9(a)に示されるように、円環状の磁石61は、その周方向において、異極性、即ちN極とS極とが交互に並ぶように、2極の扇形の磁極P1,P2が着磁されている。両磁極P1,P2と極性(N極及びS極)との対応関係は、図9(b)の一覧図に示されるように、磁極P1はN極、磁極P2はS極とされている。また、磁石61は、隣り合う両磁極P1,P2の着磁角θ1,θ2が異なるように設けられている。具体的には、図9(b)の一覧図に示されるように、θ1=190°、θ2=170°とされている。
As shown in FIG. 9A, the
この場合、図10に示されるように、電気角で0°から360°までの間において、逆正接値Vh1,Vh2の2つの組み合わせについて、同じ組み合わせが1回発現する。即ち、図10に示されるように、角度φ1(φ1=100°)における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせと、角度φ2(φ2=280°における逆正接値Vh1,Vh2の組み合わせとが一致する。 In this case, as shown in FIG. 10, the same combination appears once for two combinations of arctangent values Vh1 and Vh2 between 0 ° and 360 ° in electrical angle. That is, as shown in FIG. 10, the combination of arctangent values Vh1 and Vh2 at an angle φ1 (φ1 = 100 °) and the combination of arctangent values Vh1 and Vh2 at an angle φ2 (φ2 = 280 °) coincide.
従って、本実施の形態においても、マイクロコンピュータ32(正確には、A/D変換器又はD/A変換器)の回転角度φの検出分解能を加味して磁石51の着磁パターンを設定するようにしている。即ち、図10に示されるように、マイクロコンピュータ32の磁石61の回転角度φの検出分解能は、例えば15°とされている。この場合、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の逆正接値の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現する角度φ1(=100°)及び角度φ2(=280°)は、マイクロコンピュータ32の磁石41の回転角度φの検出分解能である15°の整数倍の値から外れている。このため、第1及び第2の磁気センサ23,24の検出信号、即ち第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の実際の組み合わせにおいては、同じ組み合わせが発現する場合であれ、マイクロコンピュータ32が認識する検出信号の組み合わせとしては、同じ組み合わせが発現することはない。
Therefore, also in the present embodiment, the magnetization pattern of the
従って、本実施の形態のような着磁パターンによっても、磁石61、即ちステアリングシャフト12の回転角度φ(絶対角)の検出に対する信頼性を確保することができる。
<他の実施の形態>
なお、前記各実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
Therefore, the reliability for detecting the rotation angle φ (absolute angle) of the
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・第1の実施の形態では、10極の磁極P1〜P10は、それらの着磁角θ1〜θ10が図2に示される基準位置Sから時計回りに徐々に大きくなるように設けるようにしたが、着磁角θ1〜θ10が図2に示される基準位置Sから時計回りに徐々に小さくなるように設けるようにしてもよい。 In the first embodiment, the ten magnetic poles P1 to P10 are provided so that their magnetization angles θ1 to θ10 gradually increase clockwise from the reference position S shown in FIG. The magnetization angles θ1 to θ10 may be provided so as to gradually decrease clockwise from the reference position S shown in FIG.
・第1の実施の形態では、10極の磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10を、初項θ1=18°、公差4°の等差数列的に設定するようにしたが、増分は一定でなくてもよい。即ち、各磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10が、図2に示される基準位置Sから時計回りに徐々に大きく又は小さくなればよい。例えば各磁極P1〜P10の着磁角θ1〜θ10を等比数列的に設定するようにしてもよい。このようにしても、磁極P1〜P10の全ての着磁角θ1〜θ10が異なるので、磁石21、ひいてはステアリングシャフト12の回転角度φ(絶対角)の検出を簡単に行うことができる。
In the first embodiment, the magnetization angles θ1 to θ10 of the 10 magnetic poles P1 to P10 are set in an arithmetic progression of the initial term θ1 = 18 ° and a tolerance of 4 °. It may not be constant. That is, it is only necessary that the magnetization angles θ1 to θ10 of the magnetic poles P1 to P10 gradually increase or decrease clockwise from the reference position S shown in FIG. For example, the magnetization angles θ1 to θ10 of the magnetic poles P1 to P10 may be set in a geometric sequence. Even in this case, since all the magnetization angles θ1 to θ10 of the magnetic poles P1 to P10 are different, the rotation angle φ (absolute angle) of the
・第1の実施の形態では、磁極P1〜P10を有する10極の磁石21を採用したが、2極以上であれば、磁石21の磁極数は任意に変更するようにしてもよい。
・第1〜第4の実施の形態では、第1及び第2の磁気センサ23,24として磁気抵抗素子を使用した磁気センサ(MREセンサ)を採用したが、例えばホール素子(ホールIC)を使用したホールセンサ又は巨大磁気抵抗素子を使用した磁気センサ(GMRセンサ)を採用するようにしてもよい。また、MREセンサと、ホールセンサ又はGMRセンサとを混在させるようにしてもよい。例えば、第1及び第2の磁気センサ23,24のうち一方を、MREセンサとし、他方をホールセンサ又はGMRセンサとする。なお。ホールセンサは、磁束が感磁面に対して垂直に入るように配設することが好ましい。
In the first embodiment, the 10-
In the first to fourth embodiments, a magnetic sensor (MRE sensor) using a magnetoresistive element is employed as the first and second
・第1〜第4の実施の形態では、第1及び第2の磁気センサ23,24を使用するようにしたが、3つ、4つ又はそれ以上の磁気センサを設けるようにしてもよい。この場合であれ、各磁気センサは磁石21,41,51,61に対して異なる位置に配置する。即ち、各磁気センサは相互にずれるように配設すればよい。このようにすれば、2つの第1及び第2の磁気センサ23,24だけでは、第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の逆正接値の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現する場合であれ、当該同じ組み合わせの発現を回避可能となる。また、磁石21,41,51,61の着磁パターンの簡素化が図られる。
In the first to fourth embodiments, the first and second
・第1〜第4の実施の形態では、4つの磁気抵抗素子をブリッジ状に接続した1組の磁気抵抗素子回路等を備えた、いわゆる単一回路入りのフルブリッジタイプのMREセンサを、第1及び第2の磁気センサ23,24として使用するようにしたが、次のような磁気センサを使用してもよい。即ち、2組の磁気抵抗素子回路等を備えた、いわゆる2回路入りのフルブリッジタイプのMREセンサを使用する。この場合、基板22上において、2組の磁気抵抗素子回路を互いに45°傾けて設ける。このようにすれば、正弦信号及び余弦信号からなる2組のアナログ信号(2つの正弦信号及び2つの余弦信号)が単一の磁気センサから出力される。磁石21,41,51,61の近傍には、単一の磁気センサを配設するだけでよいので、回転角度検出装置11の部品点数をいっそう低減することができる。ひいては、回転角度検出装置11のいっそうの小型化が図られる。
In the first to fourth embodiments, a so-called full-bridge type MRE sensor including a single magnetoresistive element circuit in which four magnetoresistive elements are connected in a bridge shape, etc. Although the first and second
・第1〜第4の実施の形態では、本発明を、例えば車両におけるステアリングの操舵角を絶対値で検出する回転角度検出装置に具体化したが、車両の自動変速装置においてギヤ段を変更する際に運転者に操作されるシフトレバーの操作位置を検出する回転角度検出装置に具体化してもよい。また、ブレーキペダルの操作量及びアクセルペダルの操作量、並びにスロットル開度の検出手段として、回転角度検出装置11を使用してもよい。
In the first to fourth embodiments, the present invention is embodied in, for example, a rotation angle detection device that detects the steering angle of a steering in a vehicle as an absolute value, but the gear stage is changed in the automatic transmission of the vehicle. In some cases, the present invention may be embodied in a rotation angle detection device that detects the operation position of the shift lever operated by the driver. Further, the rotation
・近年では、ステアリングホイールと車輪とを機械的に分離されたバイワイヤ方式の操舵装置(ステアバイワイヤシステム)が知られている。この操舵装置は、ステアリングホイールと一体回転するステアリングシャフトの回転角度(操舵角)を回転角度検出装置により検出し、当該検出結果に基づいて車輪の転舵角度を電気的に制御するものである。このようなバイワイヤ方式の操舵装置の回転角度検出装置として、第1〜第4の実施の形態の回転角度検出装置11を適用するようにしてもよい。
In recent years, a by-wire type steering device (steer-by-wire system) in which a steering wheel and wheels are mechanically separated is known. In this steering device, a rotation angle (steering angle) of a steering shaft that rotates integrally with a steering wheel is detected by a rotation angle detection device, and a steering angle of a wheel is electrically controlled based on the detection result. As such a rotation angle detection device of the by-wire type steering device, the rotation
・第1〜第4の実施の形態では、磁石21,41,51,61を円環状に形成するようにしたが、例えば楕円形等の異形にするようにしてもよい。このようにすれば、磁石21,41,51,61の各磁極の着磁角度を全て同じにしても、第1及び第2の磁気センサ23,24から出力される検出信号、ひいてはそれらに基づく第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の値の組み合わせを異ならせることができる。
In the first to fourth embodiments, the
・また、ステアリングシャフト12を、磁石21,41,51,61の中心からずれた位置に嵌挿するようにしてもよい。このようにすれば、ステアリングシャフト12の回転に伴い磁石21,41,51,61は偏心して回転する。このため、磁石21,41,51,61の各磁極の着磁角度を全て同じにしても、第1及び第2の磁気センサ23,24から出力される検出信号、ひいてはそれらに基づく第1及び第2の逆正接信号Sc1,Sc2の値の組み合わせを異ならせることができる。
-Moreover, you may make it insert the steering
<他の技術的思想>
(イ)回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、前記回転体に一体回転可能に設けられるとともに、当該回転方向においてN極とS極とが交互に設けられた磁石と、前記磁石の回転に伴う当該磁石から発せられる磁束の方向の変化又は磁束の強度の変化を検出して、位相の異なる複数の検出信号を出力する単一の磁気センサと、前記複数の磁気センサから出力される複数の検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を求める演算手段と、を備え、前記複数の磁気センサからの検出信号の値の組み合わせが全て異なるように、前記磁石の着磁パターンを設定するようにした回転角度検出装置。この構成によっても、磁気センサから出力される複数の検出信号の値の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現することはない。
<Other technical ideas>
(A) In the rotation angle detection device for detecting the rotation angle of the rotating body, the magnet is provided so as to be rotatable integrally with the rotating body, and the N pole and the S pole are alternately provided in the rotating direction, and the magnet A single magnetic sensor that detects a change in the direction of magnetic flux emitted from the magnet or a change in the strength of the magnetic flux generated by the rotation of the magnetic field, and outputs a plurality of detection signals having different phases, and is output from the plurality of magnetic sensors. Calculating means for determining a rotation angle of the rotating body based on a plurality of detection signals, and setting the magnetization pattern of the magnets so that all combinations of detection signal values from the plurality of magnetic sensors are different. The rotation angle detection device designed to do this. Even with this configuration, the same combination does not appear in the combination of the values of the plurality of detection signals output from the magnetic sensor.
(ロ)前記(イ)項に記載の回転角度検出装置において、前記単一の磁気センサとして、4つの磁気抵抗素子をブリッジ状に接続した2組の磁気抵抗素子回路を備えることにより正弦信号及び余弦信号からなる2組のアナログ信号(2つの正弦信号及び2つの余弦信号)を出力するMREセンサを使用するようにし、当該2組の磁気抵抗素子回路を互いに45°傾けて設けるようにした回転角度検出装置。このようにすれば、正弦信号及び余弦信号からなる2組のアナログ信号が単一の磁気センサから出力される。磁石の近傍には、単一の磁気センサを配設するだけでよいので、回転角度検出装置の部品点数の低減化が図られる。 (B) In the rotation angle detection device according to (a) above, the single magnetic sensor includes two sets of magnetoresistive element circuits in which four magnetoresistive elements are connected in a bridge shape, thereby providing a sine signal and Rotation using an MRE sensor that outputs two sets of analog signals (two sine signals and two cosine signals) composed of cosine signals, and the two sets of magnetoresistive element circuits are inclined at 45 ° from each other. Angle detection device. In this way, two sets of analog signals consisting of a sine signal and a cosine signal are output from a single magnetic sensor. Since only a single magnetic sensor needs to be provided in the vicinity of the magnet, the number of components of the rotation angle detection device can be reduced.
11…回転角度検出装置、12…ステアリングシャフト(回転体)、
21,41,51,61…磁石、23…第1の磁気センサ、24…第2の磁気センサ、
32…マイクロコンピュータ(演算手段)、P1〜P10…磁極、
θ1〜θ10…着磁角、φ…回転角度。
DESCRIPTION OF
21, 41, 51, 61 ... magnets, 23 ... first magnetic sensor, 24 ... second magnetic sensor,
32: Microcomputer (calculation means), P1 to P10: Magnetic poles,
θ1 to θ10: magnetization angle, φ: rotation angle.
Claims (4)
前記回転体に一体回転可能に設けられるとともに、当該回転方向においてN極とS極とが交互に設けられた磁石と、
前記磁石の回転に伴う当該磁石から発せられる磁束の方向の変化又は磁束の強度の変化を検出して、位相の異なる複数の検出信号を出力する複数の磁気センサと、
前記複数の磁気センサから出力される複数の検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を求める演算手段と、を備え、
前記複数の磁気センサは前記磁石に対する位置を相互にずらして配設するとともに、当該複数の磁気センサからの検出信号の値の組み合わせが異なるように、前記磁石の着磁パターンを、各磁極の着磁角が前記回転体の回転方向において徐々に大きく又は小さくなるように設定するようにした回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device for detecting the rotation angle of the rotating body,
A magnet that is provided so as to be integrally rotatable with the rotating body, and in which the N pole and the S pole are alternately provided in the rotation direction;
A plurality of magnetic sensors for detecting a change in the direction of magnetic flux emitted from the magnet accompanying the rotation of the magnet or a change in the intensity of the magnetic flux, and outputting a plurality of detection signals having different phases;
Calculating means for obtaining a rotation angle of the rotating body based on a plurality of detection signals output from the plurality of magnetic sensors;
The plurality of magnetic sensors are arranged with their positions relative to the magnets shifted from each other, and the magnetized patterns of the magnets are attached to the magnetic poles so that combinations of detection signal values from the plurality of magnetic sensors are different. A rotation angle detection device in which the magnetic angle is set to gradually increase or decrease in the rotation direction of the rotating body .
前記磁石の着磁パターンは、各磁極の着磁角が前記回転体の回転方向において等差数列的に大きく又は小さくなるようにした回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 1 ,
The magnet magnetization pattern is a rotation angle detection device in which the magnetization angle of each magnetic pole is increased or decreased in an arithmetic progression in the rotation direction of the rotating body.
前記回転体に一体回転可能に設けられるとともに、当該回転方向においてN極とS極とが交互に設けられた磁石と、
前記磁石の回転に伴う当該磁石から発せられる磁束の方向の変化又は磁束の強度の変化を検出して、位相の異なる複数の検出信号を出力する複数の磁気センサと、
前記複数の磁気センサから出力される複数の検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を求める演算手段と、を備え、
前記複数の磁気センサは前記磁石に対する位置を相互にずらして配設するとともに、当該複数の磁気センサからの検出信号の値の組み合わせが異なるように、前記磁石の着磁パターンを、隣り合う磁極の着磁角が全て異なるように設定するようにした回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device for detecting the rotation angle of the rotating body,
A magnet that is provided so as to be integrally rotatable with the rotating body, and in which the N pole and the S pole are alternately provided in the rotation direction;
A plurality of magnetic sensors for detecting a change in the direction of magnetic flux emitted from the magnet accompanying the rotation of the magnet or a change in the intensity of the magnetic flux, and outputting a plurality of detection signals having different phases;
Calculating means for obtaining a rotation angle of the rotating body based on a plurality of detection signals output from the plurality of magnetic sensors;
The plurality of magnetic sensors are arranged so that their positions relative to the magnets are shifted from each other, and the magnetized patterns of the magnets are arranged between adjacent magnetic poles so that combinations of detection signal values from the plurality of magnetic sensors are different . A rotation angle detection device in which the magnetization angles are all set differently .
前記複数の磁気センサからの検出信号の組み合わせにおいて、同じ組み合わせが発現する角度が、前記演算手段の回転角度の検出分解能の整数倍の角度から外れるように、各磁極の着磁角を設定することにより、各磁気センサからの検出信号の組み合わせを全て異ならせるようにした回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 3 ,
In the combination of detection signals from the plurality of magnetic sensors, the magnetization angle of each magnetic pole is set so that the angle at which the same combination appears is not an integer multiple of the detection resolution of the rotation angle of the arithmetic means. Thus, the rotation angle detection device is configured to make all combinations of detection signals from the magnetic sensors different.
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