JP2010185828A - Rotation angle detecting device and steering apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology of improving durability and getting quieter. <P>SOLUTION: A rotation angle detecting device includes a first magnet 10 provided on a rotating shaft 110, a second magnet 20 provided across a predetermined clearance from the first magnet 10 to turn by magnetic force generated between it and the first magnet 10 in conjunction with the rotation of the first magnet 10, and a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the second magnet 20 and detecting a rotation angle of the rotating shaft 110 based on the detection result. The rotation angle detecting means includes, for example, a third magnet 30 supported at one of ends in the direction of a rotation center axis of a magnet supporting member 40 for supporting the second magnet 20 and supported to be rotatable, and a magnetic detecting sensor 50 for sensing a rotation angle of the third magnet 30 based on a magnetic field generated from the third magnet 30, and detects the rotation angle of the second magnet 20 based on the detection result of the magnetic detecting element 50. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置及びステアリング装置に関する。   The present invention relates to a rotation angle detection device and a steering device that detect a rotation angle of a rotation shaft.

従来より、ステアリングホイールに連結される回転軸（シャフト）の回転角度を検出する装置が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の車両用ステアリングセンサは、以下のように構成されている。すなわち、ステアリングホイールと一体的に回転する第１の回転体の回転に基づき回転量と回転方向を示す信号を出力する第１，第２のフォトインタラプタと、ステアリングホイールの１回転中での回転位置を示す信号を出力する第３のフォトインタラプタとを有する。この第１の回転体には、回転位置を示すための４個の位置信号用切欠部と４個の位置信号用凸部とが非等間隔で形成されている。また、この車両用ステアリングセンサは、ステアリングホイールが１回転されるごとに間欠ギヤ及びギヤ部を介して間欠的に回転し、これに伴い可変抵抗器を回転操作する第２の回転体を有している。この可変抵抗器は、ステアリングホイールの回転回数（何回転目かの回数）を示す信号を出力する。 Conventionally, a device for detecting a rotation angle of a rotating shaft (shaft) connected to a steering wheel has been proposed.
For example, the vehicle steering sensor described in Patent Document 1 is configured as follows. That is, the first and second photo interrupters that output a signal indicating the amount and direction of rotation based on the rotation of the first rotating body that rotates integrally with the steering wheel, and the rotational position of the steering wheel during one rotation. And a third photo interrupter that outputs a signal indicating. In the first rotating body, four position signal cutout portions and four position signal convex portions for indicating the rotation position are formed at non-equal intervals. The vehicle steering sensor has a second rotating body that rotates intermittently via the intermittent gear and the gear portion every time the steering wheel rotates once, and rotates the variable resistor accordingly. ing. This variable resistor outputs a signal indicating the number of rotations of the steering wheel (the number of rotations).

また、特許文献２に記載の舵角センサは、以下のように構成されている。すなわち、ステアリングシャフトの全回転角度範囲を双方向において１回転未満の回転角度範囲に変換するギア機構の出力軸にヨークを介して取り付けられ、半径方向に磁化された円環帯状磁石と、円環帯状磁石の外周囲に、それぞれが所定のギャップを置いて９０度間隔で固定配置される固定子と、４個のギャップのうち隣接する２個のギャップに設けられる磁気センサとを備えている。そして、この舵角センサは、２つの磁気センサの一方を９０度間隔の領域判定用として使用し、他方を角度信号取得用として使用する。   Moreover, the rudder angle sensor described in Patent Document 2 is configured as follows. That is, a ring-shaped band magnet that is attached to the output shaft of a gear mechanism that converts the entire rotation angle range of the steering shaft into a rotation angle range of less than one rotation in both directions via a yoke and is magnetized in the radial direction; On the outer periphery of the belt-like magnet, there are provided a stator that is fixedly arranged at intervals of 90 degrees with a predetermined gap, and a magnetic sensor that is provided in two adjacent gaps among the four gaps. The rudder angle sensor uses one of the two magnetic sensors for determining a region at an interval of 90 degrees and the other for obtaining an angle signal.

特開平１１−２８７６０８号公報JP 11-287608 A 特開２００２−１４８０１５号公報JP 2002-148015 A

特許文献１及び２に記載の技術においては、回転角度を検出するために、ステアリングホイールに連結される回転軸に設けられるギヤと、センサにより直接的に検出対象となる回転軸に設けられるギヤとのギヤ結合を利用している。そのため、ギヤ結合しているギヤが摩耗すると検出精度が悪くなり、装置の耐久性が悪くなるおそれがある。また、ギヤ結合しているギヤの作動音により装置の音が大きくなるおそれがある。
そこで、本発明は、耐久性が高く、かつより静寂な装置を提供することにある。 In the techniques described in Patent Documents 1 and 2, in order to detect a rotation angle, a gear provided on a rotation shaft connected to a steering wheel, and a gear provided on a rotation shaft directly detected by a sensor, The gear coupling is used. For this reason, if the gears connected to the gear wear, the detection accuracy may be deteriorated, and the durability of the apparatus may be deteriorated. In addition, the sound of the device may increase due to the operating sound of the gears coupled to the gear.
Therefore, the present invention is to provide a device that is highly durable and quieter.

かかる目的のもと、本発明は、回転可能に支持される回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記回転軸に設けられる第１の磁石と、前記第１の磁石と所定のクリアランスを介して配置され、当該第１の磁石との間に生じる磁力により当該第１の磁石の回転に連動して回転する第２の磁石と、前記第２の磁石の回転角度を検出し、その検出結果に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置である。
ここで、前記第１の磁石及び前記第２の磁石は外周面に周方向に交互に配置されたＮ極とＳ極とを有し、当該第１の磁石の外周面と当該第２の磁石の外周面とが対向して配置されていることが好適である。 For this purpose, the present invention provides a rotation angle detection device for detecting a rotation angle of a rotation shaft that is rotatably supported, the first magnet provided on the rotation shaft, the first magnet, A second magnet that is arranged through a predetermined clearance and rotates in conjunction with the rotation of the first magnet by a magnetic force generated between the first magnet and the rotation angle of the second magnet is detected. And a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the rotation shaft based on the detection result.
Here, the first magnet and the second magnet have N poles and S poles alternately arranged in the circumferential direction on the outer circumferential surface, and the outer circumferential surface of the first magnet and the second magnet. It is preferable that the outer peripheral surface of this is arrange | positioned facing.

また、前記第２の磁石を支持し回転可能に支持される磁石支持部材をさらに備え、前記回転角度検出手段は、前記磁石支持部材の回転中心軸方向の一方の端部に支持された第３の磁石と、当該第３の磁石から発生される磁界に基づいて当該第３の磁石の回転角度を検知するセンサとを有し、当該センサの検知結果に基づいて前記第２の磁石の回転角度を検出することが好適である。
また、前記センサは、前記第３の磁石に対向して配置され、当該第３の磁石から発生される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子であることが好適である。
また、前記回転角度検出手段は、前記第２の磁石の外周面の外側に配置され、当該第２の磁石から発生される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を有することが好適である。 Further, a magnet support member that supports the second magnet and is rotatably supported is provided, and the rotation angle detection means is a third supported by one end of the magnet support member in the rotation center axis direction. And a sensor for detecting the rotation angle of the third magnet based on the magnetic field generated from the third magnet, and the rotation angle of the second magnet based on the detection result of the sensor. Is preferably detected.
Moreover, it is preferable that the sensor is a magnetoresistive element that is disposed so as to face the third magnet and whose resistance value changes according to the direction of the magnetic field generated from the third magnet.
In addition, the rotation angle detection means may include a magnetoresistive element that is disposed outside the outer peripheral surface of the second magnet and whose resistance value changes according to the direction of the magnetic field generated from the second magnet. Is preferred.

また、前記第２の磁石を支持し回転可能に支持される磁石支持部材と、当該磁石支持部材に設けられる第１の歯車と、をさらに備え、前記回転角度検出手段は、前記第１の歯車により前記磁石支持部材の回転力が伝達される複数の歯車と、当該複数の歯車のそれぞれの回転角度を検知する複数のセンサと、を有し、当該複数のセンサの検知結果に基づいて前記第２の磁石の回転角度を検出することが好適である。
また、前記センサは、検知対象となる歯車の歯又は当該歯車を支持して回転する回転部材に形成されたマークに基づいて、当該歯車の回転角度を検知することが好適である。
ここで、前記第１の磁石の回転と前記第２の磁石の回転とが非同期となることを抑制する非同期回転抑制手段をさらに有することが好適である。 The rotation angle detecting means further includes a magnet support member that supports the second magnet and is rotatably supported, and a first gear provided on the magnet support member. A plurality of gears to which the rotational force of the magnet support member is transmitted, and a plurality of sensors that detect the rotation angles of the plurality of gears, and the first sensor is based on the detection results of the plurality of sensors. It is preferable to detect the rotation angle of the second magnet.
Further, it is preferable that the sensor detects a rotation angle of the gear based on a tooth of a gear to be detected or a mark formed on a rotating member that supports and rotates the gear.
Here, it is preferable to further include asynchronous rotation suppression means for suppressing the rotation of the first magnet and the rotation of the second magnet from being asynchronous.

他の観点から捉えると、本発明は、ステアリングホイールに連結される回転軸と、前記回転軸に設けられる第１の磁石と、前記第１の磁石と所定のクリアランスを介して配置され、当該第１の磁石との間に生じる磁力により当該第１の磁石の回転に連動して回転する第２の磁石と、前記第２の磁石の回転角度を検出し、その検出結果に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備えることを特徴とするステアリング装置である。   From another point of view, the present invention is arranged via a rotary shaft connected to a steering wheel, a first magnet provided on the rotary shaft, a predetermined clearance with the first magnet, A second magnet that rotates in conjunction with the rotation of the first magnet by a magnetic force generated between the first magnet and the rotation angle of the second magnet, and the rotation shaft based on the detection result. And a rotation angle detecting means for detecting the rotation angle of the steering device.

本発明によれば、装置の耐久性を高めることができる。また、より静寂にすることができる。   According to the present invention, the durability of the device can be increased. It can also be more silent.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る回転角度検出装置１の斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る回転角度検出装置１の軸方向の部分断面図である。
回転角度検出装置１は、例えば自動車などの乗り物の本体フレームに回転可能に支持される回転軸１１０の回転角度を検出する装置である。
回転軸１１０は、例えばステアリングホイールが連結される回転軸であり、本体フレームに固定される部材であるハウジング（不図示）に固定されたボールベアリングなどの軸受を介してハウジングに回転可能に支持されている。 The best mode (embodiment) for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of a rotation angle detection device 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a partial cross-sectional view in the axial direction of the rotation angle detection device 1 according to the first embodiment.
The rotation angle detection device 1 is a device that detects the rotation angle of a rotation shaft 110 that is rotatably supported by a body frame of a vehicle such as an automobile.
The rotating shaft 110 is a rotating shaft to which, for example, a steering wheel is connected, and is rotatably supported by the housing via a bearing such as a ball bearing fixed to a housing (not shown) that is a member fixed to the main body frame. ing.

回転角度検出装置１にて、回転軸１１０の回転角度を検出することにより、回転軸１１０に連結されたステアリングホイールの回転角度の検出、ひいてはステアリングホイールが搭載された乗り物の進行方向の把握が可能となる。そして、回転角度検出装置１の検出結果は、進路案内を行う装置、ステアリングの角度に応じてサスペンションの硬さを変える装置等の各種の制御装置において使用される。   By detecting the rotation angle of the rotation shaft 110 with the rotation angle detection device 1, it is possible to detect the rotation angle of the steering wheel connected to the rotation shaft 110 and thus to grasp the traveling direction of the vehicle on which the steering wheel is mounted. It becomes. The detection result of the rotation angle detection device 1 is used in various control devices such as a device that performs route guidance and a device that changes the hardness of the suspension according to the steering angle.

以下に、回転角度検出装置１について詳述する。
回転角度検出装置１は、回転軸１１０に設けられる第１の磁石１０と、第１の磁石１０と所定のクリアランスを介して配置され、第１の磁石１０との間に生じる磁力により第１の磁石１０の回転に連動して回転する第２の磁石２０と、を有する。また、回転角度検出装置１は、第２の磁石２０の回転角度を検出し、その検出結果に基づいて回転軸１１０の回転角度を検出する回転角度検出手段を有する。 Below, the rotation angle detection apparatus 1 is explained in full detail.
The rotation angle detection device 1 is disposed via a first magnet 10 provided on the rotation shaft 110 and a predetermined clearance with the first magnet 10, and a first magnetic force generated between the first magnet 10 and the first magnet 10. A second magnet 20 that rotates in conjunction with the rotation of the magnet 10. The rotation angle detection device 1 includes a rotation angle detection unit that detects the rotation angle of the second magnet 20 and detects the rotation angle of the rotation shaft 110 based on the detection result.

第１の磁石１０は、リング状（ドーナツ状）であり、その内側に回転軸１１０がしまりばめで嵌合され、回転軸１１０と一体となって回転する。そして、少なくとも外周面に、Ｎ極およびＳ極が周方向に交互に配置されている。
第２の磁石２０は、リング状（ドーナツ状）であり、ハウジングに対して回転可能に支持されている。そして、少なくとも外周面に、Ｎ極およびＳ極が交互に配置されている。第１の磁石１０と第２の磁石２０とは、接触しないように、所定の隙間を介して配置されている。また、第１の磁石１０の外周面と第２の磁石２０の外周面とが対向するように配置されている。なお、所定の隙間とは、第１の磁石１０と第２の磁石２０とが吸引し合い、第１の磁石１０が回転軸１１０の軸心回りに回転した場合に、第２の磁石２０が吸引されながら回転する隙間である。 The first magnet 10 has a ring shape (donut shape), and the rotary shaft 110 is fitted inside the ring by an interference fit, and rotates together with the rotary shaft 110. And at least on the outer peripheral surface, N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction.
The second magnet 20 has a ring shape (donut shape) and is supported so as to be rotatable with respect to the housing. N poles and S poles are alternately arranged at least on the outer peripheral surface. The first magnet 10 and the second magnet 20 are arranged through a predetermined gap so as not to contact each other. Moreover, it arrange | positions so that the outer peripheral surface of the 1st magnet 10 and the outer peripheral surface of the 2nd magnet 20 may oppose. The predetermined gap means that when the first magnet 10 and the second magnet 20 attract each other and the first magnet 10 rotates around the axis of the rotating shaft 110, the second magnet 20 It is a gap that rotates while being sucked.

第２の磁石２０は、図に示すように、磁石支持部材４０にしまりばめで嵌合されている。磁石支持部材４０は、図２に示すように、第２の磁石２０が嵌め合わされる円柱状部分４０ａと、円柱状部分４０ａの径より小さい径の円柱状部分４０ｂとからなる。そして、円柱状部分４０ｂが、乗り物の本体フレーム（不図示）に固定されるハウジング１２０に設けられたボールベアリングなどの軸受け１２１に嵌合されることにより、磁石支持部材４０は、ハウジング１２０に回転可能に支持されている。これにより、第２の磁石２０もハウジング１２０に回転可能に支持されている。   As shown in the figure, the second magnet 20 is fitted to the magnet support member 40 with an interference fit. As shown in FIG. 2, the magnet support member 40 includes a columnar portion 40a into which the second magnet 20 is fitted, and a columnar portion 40b having a diameter smaller than the diameter of the columnar portion 40a. The magnet support member 40 rotates to the housing 120 by fitting the cylindrical portion 40b to a bearing 121 such as a ball bearing provided on the housing 120 fixed to the vehicle body frame (not shown) of the vehicle. Supported as possible. Thereby, the second magnet 20 is also rotatably supported by the housing 120.

また、第１の実施形態に係る回転角度検出装置１の上述した回転角度検出手段は、磁石支持部材４０の回転中心軸方向の一方の端部に支持された第３の磁石３０と、第３の磁石３０から発生される磁界に基づいて第３の磁石３０の回転角度を検知するセンサの一例としての磁気検出素子５０とを有し、磁気検出素子５０の検知結果に基づいて第３の磁石３０の回転角度、ひいては第２の磁石２０の回転角度を検出する。   In addition, the rotation angle detection means described above of the rotation angle detection device 1 according to the first embodiment includes the third magnet 30 supported by one end of the magnet support member 40 in the rotation center axis direction, and the third magnet 30. And a magnetic detection element 50 as an example of a sensor that detects the rotation angle of the third magnet 30 based on the magnetic field generated from the magnet 30 of the second magnet 30, and the third magnet based on the detection result of the magnetic detection element 50 The rotation angle of 30 and thus the rotation angle of the second magnet 20 are detected.

第３の磁石３０は、半円柱状のＮ極と半円柱状のＳ極とを有する円柱状の磁石であり、磁石支持部材４０の上面に装着されて、磁石支持部材４０と一体となって回転する。なお、第３の磁石３０を、磁石支持部材４０に装着する方法としては、両者を接着あるいは粘着する方法、両者を溶接する方法などを例示することができる。   The third magnet 30 is a cylindrical magnet having a semi-cylindrical N pole and a semi-cylindrical S pole. The third magnet 30 is attached to the upper surface of the magnet support member 40 and is integrated with the magnet support member 40. Rotate. In addition, as a method of attaching the third magnet 30 to the magnet support member 40, a method of adhering or sticking them together, a method of welding the two, and the like can be exemplified.

なお、磁石支持部材４０は、Ｎ極とＳ極とを有する第３の磁石３０を支持すればその形状は限定されない。
図３は、磁石支持部材４０と第３の磁石３０との装着態様の他の例を示す図である。
図３に示すように、円柱状の第３の磁石３０と、円柱状の凹みを有する磁石支持部材４０とをしまりばめで嵌合してもよい。また、磁石支持部材４０と第３の磁石３０とを、例えばインサート成形により一体的に成形してもよい。第３の磁石３０の形状は、円柱状に限定されない。 The shape of the magnet support member 40 is not limited as long as the magnet support member 40 supports the third magnet 30 having an N pole and an S pole.
FIG. 3 is a diagram illustrating another example of a mounting mode of the magnet support member 40 and the third magnet 30.
As shown in FIG. 3, the cylindrical third magnet 30 and the magnet support member 40 having a cylindrical recess may be fitted with an interference fit. Moreover, you may shape | mold the magnet support member 40 and the 3rd magnet 30 integrally by insert molding, for example. The shape of the third magnet 30 is not limited to a cylindrical shape.

磁気検出素子５０は、第３の磁石３０から発生される磁界に基づいて第３の磁石３０の回転角度を検出する素子である。この磁気検出素子５０は、第３の磁石３０の円柱の軸方向の一方の端面と対向する位置に、第３の磁石３０との間で所定の間隙を形成するように配置されている。磁気検出素子５０は、例えば、配線パターン（不図示）が形成されたプリント基板５１に実装されている。
本実施形態に係る磁気検出素子５０は、磁界によって抵抗値が変化することを利用した磁気センサであるＭＲセンサ（磁気抵抗素子）であることを例示することができる。磁気検出素子５０の検出手法については後で詳述する。 The magnetic detection element 50 is an element that detects the rotation angle of the third magnet 30 based on the magnetic field generated from the third magnet 30. The magnetic detection element 50 is disposed so as to form a predetermined gap with the third magnet 30 at a position facing one end face in the axial direction of the column of the third magnet 30. The magnetic detection element 50 is mounted on, for example, a printed board 51 on which a wiring pattern (not shown) is formed.
It can be exemplified that the magnetic detection element 50 according to the present embodiment is an MR sensor (magnetoresistance element) that is a magnetic sensor utilizing the fact that the resistance value changes due to a magnetic field. The detection method of the magnetic detection element 50 will be described in detail later.

また、回転角度検出手段は、磁気検出素子５０による第２の磁石２０の回転角度についての検出値を基に回転軸１１０の回転角度を演算する演算手段（不図示）を有している。演算手段は、上述した制御装置の制御基板（不図示）に実装されていてもよいし、プリント基板５１に実装されていてもよい。   Further, the rotation angle detection means has calculation means (not shown) for calculating the rotation angle of the rotation shaft 110 based on the detection value of the rotation angle of the second magnet 20 by the magnetic detection element 50. The arithmetic means may be mounted on the control board (not shown) of the control device described above, or may be mounted on the printed board 51.

演算手段が制御装置の制御基板に実装されている場合には、磁気検出素子５０の検出値が、例えば、プリント基板５１と制御基板とを連結するケーブルを介して演算手段に出力される。また、磁気検出素子５０がプリント基板５１に実装されている場合には、磁気検出素子５０の検出値がプリント基板５１を介して演算手段に出力され、演算手段の演算結果が、プリント基板５１と制御基板とを連結するケーブルを介して制御基板へと出力される。なお、プリント基板５１は、例えば、ネジ止めなどにより本体フレームに固定されるハウジングに装着される。   When the calculation means is mounted on the control board of the control device, the detection value of the magnetic detection element 50 is output to the calculation means via, for example, a cable connecting the printed board 51 and the control board. When the magnetic detection element 50 is mounted on the printed circuit board 51, the detection value of the magnetic detection element 50 is output to the calculation means via the printed circuit board 51, and the calculation result of the calculation means is the same as the printed circuit board 51. The data is output to the control board via a cable connecting the control board. The printed circuit board 51 is mounted on a housing fixed to the main body frame by screwing or the like, for example.

以下に、本実施形態に係る磁気検出素子５０について説明する。
本実施形態に係る磁気検出素子５０は、磁界によって抵抗値が変化することを利用したＭＲセンサ（磁気抵抗素子）である。 Hereinafter, the magnetic detection element 50 according to the present embodiment will be described.
The magnetic detection element 50 according to the present embodiment is an MR sensor (magnetoresistive element) that utilizes a change in resistance value due to a magnetic field.

先ず、ＭＲセンサの動作原理について説明する。
ＭＲセンサは、Ｓｉ若しくはガラス基板と、その上に形成されたＮｉ−Ｆｅなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されており、その薄膜強磁性金属の抵抗値は、特定方向の磁界の強度に応じて変化する。 First, the operation principle of the MR sensor will be described.
The MR sensor is composed of an Si or glass substrate and a thin film of an alloy mainly composed of a ferromagnetic metal such as Ni-Fe formed thereon, and the resistance value of the thin film ferromagnetic metal is in a specific direction. It changes according to the strength of the magnetic field.

図４は、薄膜強磁性金属に流す電流の方向と印加する磁界の方向とを示す図である。図５は、図４の状態で、磁界強度を変化させた場合の、磁界強度と薄膜強磁性金属の抵抗値との関係を示す図である。
図４に示すように、基板の上に矩形状に形成した薄膜強磁性金属に、矩形の長手方向、つまり図中Ｙ方向に電流を流す。一方、磁界Ｈを、電流方向（Ｙ方向）に対して垂直方向（図中Ｘ方向）に印加し、その状態で、磁界の強さを変更する。このときに、薄膜強磁性金属の抵抗値がどのように変化するかを示したのが図５である。 FIG. 4 is a diagram showing the direction of the current flowing through the thin film ferromagnetic metal and the direction of the applied magnetic field. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the magnetic field strength and the resistance value of the thin film ferromagnetic metal when the magnetic field strength is changed in the state of FIG.
As shown in FIG. 4, a current is passed through the thin film ferromagnetic metal formed in a rectangular shape on the substrate in the longitudinal direction of the rectangle, that is, in the Y direction in the figure. On the other hand, the magnetic field H is applied in a direction perpendicular to the current direction (Y direction) (X direction in the figure), and in this state, the strength of the magnetic field is changed. FIG. 5 shows how the resistance value of the thin film ferromagnetic metal changes at this time.

図５に示すように、磁界の強さを変化させたとしても、無磁界（磁界強度ゼロ）時からの抵抗値変化は最大で約３％となる。
以下では、抵抗値変化量(ΔＲ)が、近似的に「ΔＲ∝Ｈ２」の式で表すことができる領域外を「飽和感度領域」と称す。そして、飽和感度領域においては、ある磁界強度（以下、「規定磁界強度」と称す。）以上になると３％の抵抗値変化は変わらない。 As shown in FIG. 5, even if the strength of the magnetic field is changed, the resistance value change from the time of no magnetic field (magnetic field strength zero) is about 3% at the maximum.
Hereinafter, a region outside which the resistance value change amount (ΔR) can be approximately expressed by the equation “ΔR∝H 2 ” is referred to as a “saturation sensitivity region”. In the saturation sensitivity region, the resistance value change of 3% does not change when the magnetic field intensity is higher than a certain magnetic field intensity (hereinafter referred to as “specified magnetic field intensity”).

図６は、薄膜強磁性金属に流す電流の方向と印加する磁界の方向とを示す図である。図７は、磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係を示す図である。
図６のように、矩形状に形成した薄膜強磁性金属の矩形の長手方向、つまり図中Ｙ方向に電流を流し、磁界の方向として電流方向に対して角度変化θを与える。このとき、磁界の向きに起因する薄膜強磁性金属の抵抗値の変化を知るために、印加する磁界強度は、磁界強度に起因しては抵抗値が変化しない上述した規定磁界強度以上とする。 FIG. 6 is a diagram showing the direction of the current flowing through the thin film ferromagnetic metal and the direction of the applied magnetic field. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the direction of the magnetic field and the resistance value of the thin film ferromagnetic metal.
As shown in FIG. 6, a current is passed in the rectangular longitudinal direction of the thin film ferromagnetic metal formed in a rectangular shape, that is, the Y direction in the figure, and an angle change θ is given to the current direction as the direction of the magnetic field. At this time, in order to know the change in the resistance value of the thin film ferromagnetic metal due to the direction of the magnetic field, the applied magnetic field strength is set to be equal to or higher than the above-mentioned prescribed magnetic field strength at which the resistance value does not change due to the magnetic field strength.

図７（ａ）に示すように、抵抗値変化量は、電流方向と磁界の方向が垂直（θ＝９０度、２７０度）の時に最大となり、電流方向と磁界の方向が平行（θ＝０度、１８０度）の時に最小となる。かかる場合の抵抗値の最大の変化量をΔＲとすると、薄膜強磁性金属の抵抗値Ｒは、電流方向と磁界方向の角度成分として変化し、式（１）のように示され、図７（ｂ）に示すようになる。
Ｒ＝Ｒ０−ΔＲｓｉｎ２θ・・・（１）
ここで、Ｒ０は、規定磁界強度以上の磁界を電流方向と平行（θ＝０度あるいは１８０度）に印加した場合の抵抗値である。
式（１）により、規定磁界強度以上の磁界の方向は、薄膜強磁性金属の抵抗値を検出することで把握することができる。 As shown in FIG. 7A, the amount of change in the resistance value becomes maximum when the current direction and the magnetic field direction are perpendicular (θ = 90 °, 270 °), and the current direction and the magnetic field direction are parallel (θ = 0). Degree, 180 degrees). When the maximum amount of change in the resistance value in this case is ΔR, the resistance value R of the thin film ferromagnetic metal changes as an angular component in the current direction and the magnetic field direction, and is expressed as in Equation (1), and is shown in FIG. As shown in b).
R = R0−ΔRsin 2 θ (1)
Here, R0 is a resistance value when a magnetic field having a specified magnetic field strength or more is applied parallel to the current direction (θ = 0 degree or 180 degrees).
From equation (1), the direction of the magnetic field greater than the prescribed magnetic field strength can be grasped by detecting the resistance value of the thin film ferromagnetic metal.

次に、ＭＲセンサの検出原理について説明する。
図８は、規定磁界強度以上の磁界強度で磁界の方向を検出する原理を利用するＭＲセンサの一例を示す図である。
図８に示すＭＲセンサの薄膜強磁性金属は、縦方向が長くなるように形成された第１のエレメントＥ１と横方向が長くなるように形成された第２のエレメントＥ２とが直列に配置されている。 Next, the detection principle of the MR sensor will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an MR sensor that uses the principle of detecting the direction of a magnetic field with a magnetic field strength equal to or greater than a specified magnetic field strength.
In the thin film ferromagnetic metal of the MR sensor shown in FIG. 8, a first element E1 formed so as to be elongated in the longitudinal direction and a second element E2 formed so as to be elongated in the lateral direction are arranged in series. ing.

かかる形状の薄膜強磁性金属においては、第１のエレメントＥ１に対して最も大きな抵抗値変化を促す垂直方向の磁界は、第２のエレメントＥ２に対し最小の抵抗値変化の磁界方向となる。そして、第１のエレメントＥ１の抵抗値Ｒ１は式（２）、第２のエレメントＥ２の抵抗値Ｒ２は式（３）で与えられる。
Ｒ１＝Ｒ０−ΔＲｓｉｎ２θ・・・（２）
Ｒ２＝Ｒ０−ΔＲｃｏｓ２θ・・・（３） In the thin-film ferromagnetic metal having such a shape, the vertical magnetic field that causes the largest resistance value change with respect to the first element E1 is the magnetic field direction with the smallest resistance value change with respect to the second element E2. The resistance value R1 of the first element E1 is given by the formula (2), and the resistance value R2 of the second element E2 is given by the formula (3).
R1 = R0−ΔRsin 2 θ (2)
R2 = R0−ΔRcos 2 θ (3)

図９は、図８に示すＭＲセンサの構成を等価回路で示した図である。
図８に示すエレメント構成のＭＲセンサの等価回路は図９に示すようになる。
図８，９に示すように、第１のエレメントＥ１の、第２のエレメントＥ２と接続されていない方の端部をグランド（Ｇｎｄ）とし、第２のエレメントＥ２の、第１のエレメントＥ１と接続されていない方の端部の出力電圧をＶｃｃとした場合に、第１のエレメントＥ１と第２のエレメントＥ２との接続部の出力電圧Ｖｏｕｔは式（４）で与えられる。
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））×Ｖｃｃ…（４） FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the MR sensor shown in FIG. 8 with an equivalent circuit.
An equivalent circuit of the MR sensor having the element configuration shown in FIG. 8 is as shown in FIG.
As shown in FIGS. 8 and 9, the end of the first element E1 that is not connected to the second element E2 is the ground (Gnd), and the first element E1 of the second element E2 When the output voltage at the end that is not connected is Vcc, the output voltage Vout at the connection between the first element E1 and the second element E2 is given by equation (4).
Vout = (R1 / (R1 + R2)) × Vcc (4)

式（４）に、式（２）、（３）を代入し整理すると、式（５）の通りとなる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ／２＋α×ｃｏｓ２θ…（５）
ここで、αは、α＝（ΔＲ／（２（２×Ｒ０−ΔＲ）））×Ｖｃｃである。
式（５）により、磁界の方向は、Ｖｏｕｔを検出することで把握することができる。 When formulas (2) and (3) are substituted into formula (4) and rearranged, formula (5) is obtained.
Vout = Vcc / 2 + α × cos 2θ (5)
Here, α is α = (ΔR / (2 (2 × R0−ΔR))) × Vcc.
From equation (5), the direction of the magnetic field can be grasped by detecting Vout.

磁石が運動するときの磁界方向の変化とＭＲセンサの出力について説明する。
図１０は、磁石が回転運動するときの磁界方向の変化とＭＲセンサの出力との関係を示す図である。
図１０（ａ）に示すように、図８に示したエレメント構成のＭＲセンサを、半円柱状のＮ極と半円柱状のＳ極からなる円柱状の磁石の中心軸方向の一方の面に対向するように配置する。その際、図１０（ｂ）に示す磁石とＭＲセンサとのギャップＬは、ＭＲセンサに規定磁界強度以上の磁界強度が印加される距離とする。 The change of the magnetic field direction when the magnet moves and the output of the MR sensor will be described.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the change in the magnetic field direction and the output of the MR sensor when the magnet rotates.
As shown in FIG. 10A, the MR sensor having the element configuration shown in FIG. 8 is applied to one surface in the central axis direction of a cylindrical magnet composed of a semi-cylindrical N pole and a semi-cylindrical S pole. Arrange to face each other. At this time, the gap L between the magnet and the MR sensor shown in FIG. 10B is a distance at which a magnetic field strength equal to or higher than the prescribed magnetic field strength is applied to the MR sensor.

そして、図１０（ｃ）に示すように、磁石を、中心軸回りに、（ｉ）→（ｉｉ）→（ｉｉｉ）→（ｉｖ）→（ｉ）と回転させる。かかる場合、磁石にはＮ極からＳ極へ磁束線が出ており、この磁束線が磁界の方向となることから、ＭＲセンサには、磁石の向きに応じて図１０（ｃ）に示した矢印の向きの磁界が印加されることとなる。つまり、磁石が１回転したとき、センサ面では磁界の方向が１回転する。
かかる場合、第１のエレメントＥ１と第２のエレメントＥ２との接続部の出力電圧Ｖｏｕｔの波形は、式（５）に示した「Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ／２＋α×ｃｏｓ２θ」となり、図１０（ｄ）に示すように２周期の波形となる。 Then, as shown in FIG. 10C, the magnet is rotated in the order of (i) → (ii) → (iii) → (iv) → (i) around the central axis. In such a case, a magnetic flux line is emitted from the N pole to the S pole in the magnet, and this magnetic flux line is in the direction of the magnetic field. Therefore, the MR sensor is shown in FIG. 10C according to the direction of the magnet. A magnetic field in the direction of the arrow is applied. That is, when the magnet rotates once, the direction of the magnetic field rotates once on the sensor surface.
In such a case, the waveform of the output voltage Vout at the connection portion between the first element E1 and the second element E2 is “Vout = Vcc / 2 + α × cos 2θ” shown in Expression (5), which is shown in FIG. As shown, it has a two-cycle waveform.

図１１は、磁石が直線運動するときの磁界方向の変化とＭＲセンサの出力との関係を示す図である。
図１１（ａ）に示すように、Ｎ極とＳ極が交互に配列された磁石に対して、図８に示したＭＲセンサを、規定磁界強度以上の磁界強度が印加されるギャップ（磁石とＭＲセンサとの距離）Ｌで、かつ磁界の方向変化がＭＲセンサのセンサ面に寄与するように配置する。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the change in the magnetic field direction and the output of the MR sensor when the magnet moves linearly.
As shown in FIG. 11A, the MR sensor shown in FIG. 8 is applied to a magnet in which N poles and S poles are alternately arranged. It is arranged so that the change in the direction of the magnetic field contributes to the sensor surface of the MR sensor.

そして、磁石を、図１１（ａ）に示すように左方向に移動させる。そして、図１１（ｃ）に示すように、磁石を、Ｎ極中心からＳ極中心までの距離（以下、「着磁ピッチ」と称する場合もある。）λを移動させる。かかる場合、ＭＲセンサには、磁石の位置に応じて図１１（ｃ）に示した矢印の向きの磁界が印加されることとなり、磁石が着磁ピッチλを移動したとき、センサ面では磁界の方向が１／２回転する。ゆえに、第１のエレメントＥ１と第２のエレメントＥ２との接続部の出力電圧Ｖｏｕｔの波形は、式（５）に示した「Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ／２＋α×ｃｏｓ２θ」より、図１１（ｄ）に示すように１周期の波形となる。   Then, the magnet is moved in the left direction as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 11C, the magnet is moved by a distance λ (hereinafter also referred to as “magnetization pitch”) λ from the N-pole center to the S-pole center. In such a case, a magnetic field in the direction of the arrow shown in FIG. 11C is applied to the MR sensor according to the position of the magnet, and when the magnet moves through the magnetization pitch λ, the magnetic field of the sensor surface is reduced. The direction rotates 1/2. Therefore, the waveform of the output voltage Vout at the connection portion between the first element E1 and the second element E2 is shown in FIG. 11D from “Vout = Vcc / 2 + α × cos 2θ” shown in Expression (5). Thus, a waveform of one cycle is obtained.

図１２は、ＭＲセンサの他の例を示す図である。
図８に示したエレメント構成の代わりに図１２（ａ）に示すようなエレメント構成にすれば、図１２（ｂ）に示すように、一般的に知られているホイートストン・ブリッジ（フルブリッジ）の構成にすることができる。ゆえに、図１２（ａ）に示すエレメント構成のＭＲセンサを用いることにより検出精度を高めることが可能となる。 FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the MR sensor.
If the element configuration shown in FIG. 12A is used instead of the element configuration shown in FIG. 8, a generally known Wheatstone bridge (full bridge) is used as shown in FIG. Can be configured. Therefore, detection accuracy can be increased by using the MR sensor having the element configuration shown in FIG.

磁石の運動の方向を検出する手法について説明する。
図７に示した磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係および式（１）「Ｒ＝Ｒ０−ΔＲｓｉｎ２θ」からすると、図６で見た場合に、磁界の向きを電流の方向に対して時計回転方向に回転させても反時計回転方向に回転させても薄膜強磁性金属の抵抗値は同じである。ゆえに、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握できても磁石の運動の方向は把握できない。 A method for detecting the direction of movement of the magnet will be described.
According to the relationship between the direction of the magnetic field shown in FIG. 7 and the resistance value of the thin-film ferromagnetic metal, and from the equation (1) “R = R0−ΔRsin 2 θ”, the direction of the magnetic field is The resistance value of the thin-film ferromagnetic metal is the same whether it is rotated clockwise or counterclockwise with respect to the direction. Therefore, even if the resistance value of the thin film ferromagnetic metal can be grasped, the direction of movement of the magnet cannot be grasped.

図１３は、磁石の運動方向を検出するのに用いる出力の組み合わせの一例を示す図である。図１３のように１／４周期の位相差を持った２つの出力を組み合わせることで磁石の運動方向の検出が可能となる。これらの出力を得る為には、図１１で示す（ｉ）と（ｉｉ）又は（ｉ）と（ｉｖ）の位置に、二つのＭＲセンサを配置すればよい。
図１４は、ＭＲセンサの配置の例を示す図である。図１４に示すように２つのＭＲセンサを重ね、一方のセンサを他方のセンサに対して４５度に傾けて配置することも好適である。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of combinations of outputs used to detect the moving direction of the magnet. As shown in FIG. 13, the direction of movement of the magnet can be detected by combining two outputs having a phase difference of ¼ period. In order to obtain these outputs, two MR sensors may be arranged at the positions (i) and (ii) or (i) and (iv) shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of arrangement of MR sensors. As shown in FIG. 14, it is also preferable that two MR sensors are overlapped and one sensor is inclined at 45 degrees with respect to the other sensor.

図１５は、ＭＲセンサの他の例を示す図である。図１５（ａ）に示すように、２組のフルブリッジ構成のエレメントを互いに４５度傾けて一つの基板上に形成し、図１５（ｂ）に示すような等価回路となるエレメント構成にすることも好適である。これにより、一つのＭＲセンサで、図１５（ｃ）に示すように、正確な正弦波、余弦波の出力が可能となる。それゆえ、図１５に示すエレメント構成のＭＲセンサの出力値により、ＭＲセンサに対する磁石の運動方向及び運動量を把握することができる。   FIG. 15 is a diagram illustrating another example of the MR sensor. As shown in FIG. 15 (a), two sets of full-bridge elements are inclined on each other by 45 degrees and formed on one substrate so as to have an element configuration as an equivalent circuit as shown in FIG. 15 (b). Is also suitable. As a result, as shown in FIG. 15C, an accurate sine wave and cosine wave can be output with one MR sensor. Therefore, the movement direction and the amount of movement of the magnet with respect to the MR sensor can be grasped from the output value of the MR sensor having the element configuration shown in FIG.

以上がＭＲセンサの動作原理・検出原理である。
このＭＲセンサの特性に鑑み、本実施形態に係る回転角度検出装置１においては、磁気検出素子５０として、図１５に示すエレメント構成のＭＲセンサを用いる。そして、磁気検出素子５０を、エレメント（薄膜強磁性金属）と円柱状の第３の磁石３０の軸方向の一方の端面とが対向するように配置する。また、第３の磁石３０と磁気検出素子５０のエレメントとの距離は、エレメントに規定磁界強度以上の磁界強度が印加される距離とする。 The above is the operation principle and detection principle of the MR sensor.
In view of the characteristics of this MR sensor, in the rotation angle detection device 1 according to the present embodiment, the MR sensor having the element configuration shown in FIG. And the magnetic detection element 50 is arrange | positioned so that one end surface of the axial direction of an element (thin film ferromagnetic metal) and the cylindrical 3rd magnet 30 may oppose. The distance between the third magnet 30 and the element of the magnetic detection element 50 is a distance at which a magnetic field strength equal to or higher than the specified magnetic field strength is applied to the element.

磁気検出素子５０として図１５に示すエレメント構成のＭＲセンサを用いた場合には、図１０（ｃ）に示すような磁気検出素子５０に対する磁界方向となり、ＶｏｕｔＡの出力波形と磁界方向との関係は図１０（ｄ）に示すような波形となる。また、同時に１／４周期の位相差を持ったＶｏｕｔＢの出力波形（図１５（ｃ）参照）を得ることができる。それゆえ、磁気検出素子５０の出力値により第３の磁石３０の回転角度、ひいては第２の磁石２０の回転角度を検出することができる。また、その際、第３の磁石３０及び第２の磁石２０の回転方向をも検出することができる。   When the MR sensor having the element configuration shown in FIG. 15 is used as the magnetic detection element 50, the magnetic field direction with respect to the magnetic detection element 50 as shown in FIG. 10C is obtained, and the relationship between the output waveform of VoutA and the magnetic field direction is The waveform is as shown in FIG. At the same time, an output waveform of VoutB (see FIG. 15C) having a phase difference of ¼ period can be obtained. Therefore, the rotation angle of the third magnet 30 and thus the rotation angle of the second magnet 20 can be detected from the output value of the magnetic detection element 50. At that time, the rotation directions of the third magnet 30 and the second magnet 20 can also be detected.

一方、第１の磁石１０の極数と第２の磁石２０の極数との関係、第１の磁石１０の回転方向と第２の磁石２０の回転方向との関係を考慮すると、第３の磁石３０の回転方向を含めた回転角度と第１の磁石１０（回転軸１１０）の回転方向を含めた回転角度との関係を把握することができる。
そこで、上記事項を基に、磁気検出素子５０での検出値と、回転軸１１０の回転角度との関係のテーブルを予め回転角度テーブルとして作成しておき、例えば、上述した演算手段が有する記憶領域に記憶しておく。そして、演算手段が、磁気検出素子５０による第２の磁石２０（第３の磁石３０）の回転方向を含めた回転角度の検出値と、回転角度テーブルとに基づいて、回転軸１１０の回転角度を演算できるようにしておく。 On the other hand, considering the relationship between the number of poles of the first magnet 10 and the number of poles of the second magnet 20 and the relationship between the rotation direction of the first magnet 10 and the rotation direction of the second magnet 20, the third The relationship between the rotation angle including the rotation direction of the magnet 30 and the rotation angle including the rotation direction of the first magnet 10 (rotation shaft 110) can be grasped.
Therefore, based on the above matters, a table of the relationship between the detection value of the magnetic detection element 50 and the rotation angle of the rotating shaft 110 is created in advance as a rotation angle table. Remember it. Then, based on the detected value of the rotation angle including the rotation direction of the second magnet 20 (third magnet 30) by the magnetic detection element 50 and the rotation angle table, the calculation means rotates the rotation angle of the rotating shaft 110. It can be calculated.

上述のように構成された回転角度検出装置１は、以下のように機能する。
すなわち、利用者がステアリングホイールを回転すると、これに伴って回転軸１１０が回転し、第１の磁石１０が回転する。そして、第１の磁石１０が回転するのに伴って第２の磁石２０が第１の磁石１０に吸引され、磁石支持部材４０が、第１の磁石１０の回転方向とは反対の方向に回転する。つまりは、第１の磁石１０の回転に連動して、磁石支持部材４０に支持されている第２の磁石２０および第３の磁石３０も回転する。そして、第２の磁石２０（第３の磁石３０）の回転方向を含めた回転角度を磁気検出素子５０が検出する。
そして、演算手段が、磁気検出素子５０の出力値と回転角度テーブルとに基づいて演算することにより、回転角度検出装置１は、回転軸１１０の回転角度、つまりはステアリングホイールの回転方向を含めた回転角度（舵角）を検出することが可能となる。 The rotation angle detection device 1 configured as described above functions as follows.
That is, when the user rotates the steering wheel, the rotating shaft 110 rotates with the rotation of the steering wheel, and the first magnet 10 rotates. Then, as the first magnet 10 rotates, the second magnet 20 is attracted to the first magnet 10, and the magnet support member 40 rotates in a direction opposite to the rotation direction of the first magnet 10. To do. That is, in conjunction with the rotation of the first magnet 10, the second magnet 20 and the third magnet 30 supported by the magnet support member 40 also rotate. And the magnetic detection element 50 detects the rotation angle including the rotation direction of the 2nd magnet 20 (3rd magnet 30).
The calculation means calculates based on the output value of the magnetic detection element 50 and the rotation angle table, so that the rotation angle detection device 1 includes the rotation angle of the rotating shaft 110, that is, the rotation direction of the steering wheel. It becomes possible to detect the rotation angle (steering angle).

このように、本実施形態に係る回転角度検出装置１においては、回転角度の検出対象である回転軸１１０の回転駆動力が非接触で第２の磁石２０の回転駆動力として伝達され、この第２の磁石２０の回転角度を磁気検出素子５０にて検出し、その検出結果を基に回転軸１１０の回転角度を検出する。それゆえ、第２，第３の磁石２０，３０や磁気検出素子５０などから構成される検出側のユニットと回転角度検出の対象となる回転軸１１０側とをギヤ結合し、回転軸１１０の回転角度を検出する装置よりは、耐久性を向上させることができるとともに静寂な装置にすることができる。   As described above, in the rotation angle detection device 1 according to the present embodiment, the rotation driving force of the rotation shaft 110 that is the detection target of the rotation angle is transmitted as the rotation driving force of the second magnet 20 in a non-contact manner. The rotation angle of the second magnet 20 is detected by the magnetic detection element 50, and the rotation angle of the rotation shaft 110 is detected based on the detection result. Therefore, the detection-side unit including the second and third magnets 20 and 30 and the magnetic detection element 50 is gear-coupled to the rotation shaft 110 that is the target of rotation angle detection, so that the rotation shaft 110 rotates. As compared with the device that detects the angle, the durability can be improved and the device can be made quieter.

また、検出側のユニットと回転軸１１０側とをギヤ結合する場合には、両者を組み付ける際には両ギヤの歯を噛み合わせる必要があるが、本実施形態に係る回転角度検出装置１においては、検出側のユニットと回転軸１１０側とは非接触であるため、検出側のユニットを本体フレームに容易に組み込むことが可能となる。
また、検出側のユニットと回転軸１１０側とは非接触であるため、例えばハウジング内など密閉された空間に配置された回転軸１１０の回転角度を、その空間の外側に配置された検出側のユニットにて検出することが可能となる。 Further, when the detection side unit and the rotating shaft 110 side are gear-coupled, it is necessary to mesh the teeth of both gears when assembling both, but in the rotation angle detection device 1 according to the present embodiment, Since the unit on the detection side and the rotating shaft 110 side are not in contact with each other, the unit on the detection side can be easily incorporated into the main body frame.
Moreover, since the unit on the detection side and the rotation shaft 110 side are not in contact with each other, for example, the rotation angle of the rotation shaft 110 disposed in a sealed space such as the inside of the housing is set on the detection side disposed outside the space. It can be detected by the unit.

なお、第２の磁石２０の極数を、第１の磁石１０の極数のＮ倍にすることで、第２の磁石２０の１回転分の回転角度の検出で回転軸１１０（ステアリングホイール）のＮ回転分の回転角度の検出が可能となる。例えば、第１の磁石１０の極数を１２極、第２の磁石２０の極数を２４極と選択することにより、磁気検出素子５０が７２０度（両回転方向に３６０度（１回転）ずつ）検出可能である場合には、回転軸１１０（ステアリングホイール）の１４４０度（両回転方向に７２０度（２回転）ずつ）分の回転角度の検出が可能となる。   The number of poles of the second magnet 20 is set to N times the number of poles of the first magnet 10, so that the rotation shaft 110 (steering wheel) can be detected by detecting the rotation angle for one rotation of the second magnet 20. It is possible to detect the rotation angle for N rotations. For example, by selecting the number of poles of the first magnet 10 as 12 and the number of poles of the second magnet 20 as 24, the magnetic detection element 50 is 720 degrees (360 degrees (one rotation) in both rotation directions). ) If it is detectable, the rotation angle of 1440 degrees (720 degrees (two rotations) in both rotation directions) of the rotating shaft 110 (steering wheel) can be detected.

なお、上述した実施形態においては、磁気検出素子５０として図１５に示すエレメント構成のＭＲセンサを用いたが、図８に示すエレメント構成のＭＲセンサあるいは図１３に示すエレメント構成のＭＲセンサを用いてもよい。
かかる場合には、磁気検出素子５０の出力波形は、図１０（ｄ）に示すような波形となる。それゆえ、回転角度検出装置１は、磁気検出素子５０にて第２の磁石２０（第３の磁石３０）の回転角度を、検出することで、回転軸１１０（ステアリングホイール）の回転角度を検出することが可能となる。 In the embodiment described above, the MR sensor having the element configuration shown in FIG. 15 is used as the magnetic detection element 50. However, the MR sensor having the element configuration shown in FIG. 8 or the MR sensor having the element configuration shown in FIG. Also good.
In such a case, the output waveform of the magnetic detection element 50 is a waveform as shown in FIG. Therefore, the rotation angle detection device 1 detects the rotation angle of the rotation shaft 110 (steering wheel) by detecting the rotation angle of the second magnet 20 (third magnet 30) by the magnetic detection element 50. It becomes possible to do.

＜第２の実施形態＞
図１６は、第２の実施形態に係る回転角度検出装置２の斜視図である。
本実施形態に係る回転角度検出装置２においては、磁気検出素子５０を、第２の磁石２０の回転半径方向には第２の磁石２０の外周面の外側であり、回転軸１１０の軸方向には第２の磁石２０が設けられた領域内となるように配置し、第２の磁石２０から発生される磁界の変化に基づいて第２の磁石２０の回転角度を検出する点に特徴がある。なお、第２の磁石２０と磁気検出素子５０のエレメントとの距離は、エレメントに規定磁界強度以上の磁界強度が印加される距離とする。以下では第１の実施形態との差異点についてのみ説明する。 <Second Embodiment>
FIG. 16 is a perspective view of the rotation angle detection device 2 according to the second embodiment.
In the rotation angle detection device 2 according to the present embodiment, the magnetic detection element 50 is positioned outside the outer peripheral surface of the second magnet 20 in the rotation radius direction of the second magnet 20 and in the axial direction of the rotation shaft 110. Is characterized in that it is arranged so as to be within the region where the second magnet 20 is provided, and the rotation angle of the second magnet 20 is detected based on a change in the magnetic field generated from the second magnet 20. . The distance between the second magnet 20 and the element of the magnetic detection element 50 is a distance at which a magnetic field strength equal to or higher than the specified magnetic field strength is applied to the element. Only differences from the first embodiment will be described below.

本実施形態は、第２の磁石２０を回転駆動させる第２の磁石２０から発生される磁界と同一の磁界を用いて第２の磁石２０の回転角度を検出する点に特徴がある。それゆえ、本実施形態に係る磁気検出素子５０として、図１５に示すエレメント構成のＭＲセンサを用い、回転軸１１０の軸心に対して薄膜強磁性金属が垂直に延びるようにＭＲセンサを配置する。かかる場合には、第２の磁石２０から発生される磁界により、磁気検出素子５０には、第２の磁石２０の位置に応じて、図１１（ｃ）に示すような磁界方向の変化となり、ＶｏｕｔＡの出力波形と磁界方向との関係は図１１（ｄ）に示すような波形となる。また、同時に１／４周期の位相差を持ったＶｏｕｔＢの出力波形（図１５（ｃ）参照）を得ることができる。それゆえ、磁気検出素子５０の出力値により第２の磁石２０の回転角度を検出することができると共に第２の磁石２０の回転方向をも検出することができる。   The present embodiment is characterized in that the rotation angle of the second magnet 20 is detected using the same magnetic field as the magnetic field generated from the second magnet 20 that rotates the second magnet 20. Therefore, the MR sensor having the element configuration shown in FIG. 15 is used as the magnetic detection element 50 according to the present embodiment, and the MR sensor is arranged so that the thin film ferromagnetic metal extends perpendicularly to the axis of the rotating shaft 110. . In such a case, the magnetic field generated from the second magnet 20 causes the magnetic detection element 50 to change in the magnetic field direction as shown in FIG. 11C according to the position of the second magnet 20. The relationship between the output waveform of VoutA and the magnetic field direction is as shown in FIG. At the same time, an output waveform of VoutB (see FIG. 15C) having a phase difference of ¼ period can be obtained. Therefore, the rotation angle of the second magnet 20 can be detected from the output value of the magnetic detection element 50, and the rotation direction of the second magnet 20 can also be detected.

そこで、上記事項を基に、磁気検出素子５０での検出値と、回転軸１１０の回転角度との関係のテーブルを予め回転角度テーブルとして作成しておき、例えば、上述した演算手段が有する記憶領域に記憶しておく。そして、演算手段が、磁気検出素子５０による第２の磁石２０の回転方向を含めた回転角度の検出値と、回転角度テーブルとに基づいて、回転軸１１０の回転角度を演算できるようにしておく。
これにより、演算手段が、磁気検出素子５０の出力値と回転角度テーブルとに基づいて演算することにより、回転角度検出装置２は、回転軸１１０の回転角度、つまりはステアリングホイールの回転方向を含めた回転角度（舵角）を検出することが可能となる。 Therefore, based on the above matters, a table of the relationship between the detection value of the magnetic detection element 50 and the rotation angle of the rotating shaft 110 is created in advance as a rotation angle table. Remember it. Then, the calculation means is configured to be able to calculate the rotation angle of the rotation shaft 110 based on the rotation angle detection value including the rotation direction of the second magnet 20 by the magnetic detection element 50 and the rotation angle table. .
Thereby, the calculation means calculates based on the output value of the magnetic detection element 50 and the rotation angle table, so that the rotation angle detection device 2 includes the rotation angle of the rotating shaft 110, that is, the rotation direction of the steering wheel. It is possible to detect the rotation angle (steering angle).

＜第３の実施形態＞
図１７は、第３の実施形態に係る回転角度検出装置３の上面図である。図１８は、図１７のＡ−Ａ部における断面図である。
第３の実施形態に係る回転角度検出装置３は、第２の磁石２０を支持し回転可能に支持される磁石支持部材４００と、磁石支持部材４００に設けられる第１の歯車４１０と、を備える。そして、回転角度検出手段は、第１の歯車４１０により磁石支持部材４００の回転力が伝達される複数の歯車と、これら複数の歯車のそれぞれの回転角度を検知する複数のセンサと、を有し、これら複数のセンサの検知結果に基づいて第２の磁石２０の回転角度を検出する点に特徴がある。以下では第１の実施形態と異なる点について説明する。 <Third Embodiment>
FIG. 17 is a top view of the rotation angle detection device 3 according to the third embodiment. 18 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
The rotation angle detection device 3 according to the third embodiment includes a magnet support member 400 that supports the second magnet 20 and is rotatably supported, and a first gear 410 provided on the magnet support member 400. . The rotation angle detection means includes a plurality of gears to which the rotation force of the magnet support member 400 is transmitted by the first gear 410, and a plurality of sensors that detect the rotation angles of the plurality of gears. The feature is that the rotation angle of the second magnet 20 is detected based on the detection results of the plurality of sensors. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

第３の実施形態に係る回転角度検出装置３は、図１７，図１８に示すように、磁石支持部材４００に設けられた第１の歯車４１０と噛み合う第２の歯車４２０と、第１の歯車４１０と噛み合い第２の歯車４２０の歯数とは異なる歯数を有する第３の歯車４３０とを有する。図１８に示すように、第２の歯車４２０は、回転軸４２１、軸受け４２２を介してハウジング１３０に回転可能に支持されており、第３の歯車４３０は、回転軸４３１、軸受け４３２を介してハウジング１３０に回転可能に支持されている。   As shown in FIGS. 17 and 18, the rotation angle detection device 3 according to the third embodiment includes a second gear 420 that meshes with the first gear 410 provided on the magnet support member 400, and the first gear. 410 and a third gear 430 having a number of teeth different from the number of teeth of the second gear 420. As shown in FIG. 18, the second gear 420 is rotatably supported by the housing 130 via a rotating shaft 421 and a bearing 422, and the third gear 430 is supported via a rotating shaft 431 and a bearing 432. The housing 130 is rotatably supported.

また、回転角度検出装置３は、第２の歯車４２０の回転角度を検出する第２の回転角度センサ５２０（図１７参照）を有している。第２の回転角度センサ５２０は、第２の歯車４２０の回転半径方向の外側に配置されており、第２の歯車４２０の歯又は回転軸４２１の周方向に複数形成された角度マークに基づいて第２の歯車４２０の回転角度を検出する。
また、回転角度検出装置３は、第３の歯車４３０の回転角度を検出する第３の回転角度センサ５３０（図１７参照）を有している。第３の回転角度センサ５３０は、第３の歯車４３０の回転半径方向の外側に配置されており、第３の歯車４３０の歯又は回転軸４３１の周方向に複数形成された角度マークに基づいて第３の歯車４３０の回転角度を検出する。 Further, the rotation angle detection device 3 includes a second rotation angle sensor 520 (see FIG. 17) that detects the rotation angle of the second gear 420. The second rotation angle sensor 520 is disposed outside the second gear 420 in the rotational radial direction, and is based on the teeth of the second gear 420 or a plurality of angle marks formed in the circumferential direction of the rotation shaft 421. The rotation angle of the second gear 420 is detected.
Further, the rotation angle detection device 3 includes a third rotation angle sensor 530 (see FIG. 17) that detects the rotation angle of the third gear 430. The third rotation angle sensor 530 is arranged outside the third gear 430 in the radial direction of rotation, and is based on the teeth of the third gear 430 or a plurality of angle marks formed in the circumferential direction of the rotary shaft 431. The rotation angle of the third gear 430 is detected.

このように構成された回転角度検出装置３においては、第１の歯車４１０の歯数と第２の歯車４２０の歯数との関係、第１の歯車４１０の歯数と第３の歯車４３０の歯数との関係を考慮すると共に、第２の歯車４２０の歯数と第３の歯車４３０の歯数とが異なる点を考慮すると、図１９に示すような、第２の磁石２０の回転角度と、第２，３の歯車４２０，４３０の回転角度との関係を示す図を得ることができる。また、第１の磁石１０の極数と第２の磁石２０の極数との関係から、第２の磁石２０の回転角度から回転軸１１０（ステアリングホイール）の回転角度を算出することが可能となる。したがって、第２，３の歯車４２０，４３０の回転角度を検出することで第２の磁石２０の回転角度を検出し、その検出結果に基づいて回転軸１１０の回転角度を把握することが可能となる。   In the rotation angle detection device 3 configured as described above, the relationship between the number of teeth of the first gear 410 and the number of teeth of the second gear 420, the number of teeth of the first gear 410 and the number of teeth of the third gear 430. In consideration of the relationship with the number of teeth and the difference between the number of teeth of the second gear 420 and the number of teeth of the third gear 430, the rotation angle of the second magnet 20 as shown in FIG. And the figure which shows the relationship between the rotation angle of the 2nd, 3rd gearwheels 420 and 430 can be obtained. Further, from the relationship between the number of poles of the first magnet 10 and the number of poles of the second magnet 20, the rotation angle of the rotating shaft 110 (steering wheel) can be calculated from the rotation angle of the second magnet 20. Become. Therefore, it is possible to detect the rotation angle of the second magnet 20 by detecting the rotation angle of the second and third gears 420 and 430 and to grasp the rotation angle of the rotating shaft 110 based on the detection result. Become.

そこで、上記事項を基に、第２，第３の回転角度センサ５２０，５３０での検出値と、第２の磁石２０の回転角度と、回転軸１１０の回転角度との関係のテーブルを予め回転角度テーブルとして作成しておき、例えば、演算手段が有する記憶領域に記憶しておく。そして、演算手段が、第２，第３の回転角度センサ５２０，５３０による第２，３の歯車４２０，４３０の回転角度の出力値と、回転角度テーブルとに基づいて、回転軸１１０の回転角度を演算できるようにしておく。   Therefore, based on the above matters, a table of relationships between the detection values of the second and third rotation angle sensors 520 and 530, the rotation angle of the second magnet 20, and the rotation angle of the rotation shaft 110 is rotated in advance. It is created as an angle table and stored, for example, in a storage area of the calculation means. Then, the calculation means calculates the rotation angle of the rotation shaft 110 based on the rotation angle output values of the second and third gears 420 and 430 by the second and third rotation angle sensors 520 and 530 and the rotation angle table. It can be calculated.

上述のように構成された回転角度検出装置３は、以下のように機能する。
すなわち、利用者がステアリングホイールを回転すると、これに伴って回転軸１１０が回転し、第１の磁石１０が回転する。そして、第１の磁石１０が回転するのに伴って第２の磁石２０が第１の磁石１０に吸引され、磁石支持部材４０が、第１の磁石１０の回転方向とは反対の方向に回転する。つまりは、第１の磁石１０の回転に連動して、磁石支持部材４０に支持されている第２の磁石２０および第１の歯車４１０も回転する。そして、第２，３の歯車４２０，４３０が回転し、これらの回転角度を、第２，第３の回転角度センサ５２０，５３０が検出する。
そして、演算手段が、第２，第３の回転角度センサ５２０，５３０の出力値と回転角度テーブルとに基づいて演算することにより、回転角度検出装置１は、回転軸１１０の回転角度、つまりはステアリングホイールの回転角度（舵角）を検出することが可能となる。 The rotation angle detection device 3 configured as described above functions as follows.
That is, when the user rotates the steering wheel, the rotating shaft 110 rotates with the rotation of the steering wheel, and the first magnet 10 rotates. Then, as the first magnet 10 rotates, the second magnet 20 is attracted to the first magnet 10, and the magnet support member 40 rotates in a direction opposite to the rotation direction of the first magnet 10. To do. That is, in conjunction with the rotation of the first magnet 10, the second magnet 20 and the first gear 410 supported by the magnet support member 40 also rotate. Then, the second and third gears 420 and 430 rotate, and the rotation angles thereof are detected by the second and third rotation angle sensors 520 and 530.
Then, the calculation means calculates based on the output values of the second and third rotation angle sensors 520 and 530 and the rotation angle table, so that the rotation angle detection device 1 can detect the rotation angle of the rotating shaft 110, that is, It becomes possible to detect the rotation angle (steering angle) of the steering wheel.

このように、本実施形態に係る回転角度検出装置３においては、回転角度の検出対象である回転軸１１０の回転駆動力が、非接触で、第２の磁石２０、第１，第２，３の歯車４１０，４２０，４３０、第２，第３の回転角度センサ５２０，５３０などから構成される検出側のユニットに伝達される。そして、第２，３の歯車４２０，４３０の回転角度を第２，第３の回転角度センサ５２０，５３０にて検出し、その検出結果を基に回転軸１１０の回転角度を検出する。それゆえ、検出側のユニットと回転角度検出の対象となる回転軸１１０側とをギヤ結合する装置よりは、耐久性を向上させることができるとともに静寂な装置にすることができる。   As described above, in the rotation angle detection device 3 according to the present embodiment, the rotation driving force of the rotation shaft 110 that is the detection target of the rotation angle is non-contact, and the second magnet 20, the first, second, and third. The gears 410, 420, 430, second and third rotation angle sensors 520, 530, etc. Then, the rotation angles of the second and third gears 420 and 430 are detected by the second and third rotation angle sensors 520 and 530, and the rotation angle of the rotating shaft 110 is detected based on the detection result. Therefore, durability can be improved and the apparatus can be made quieter than the apparatus that gear-couples the detection-side unit and the rotation shaft 110 that is the target of rotation angle detection.

また、本実施形態に係る回転角度検出装置３は、検出側のユニットと回転軸１１０側とは非接触であるため、検出側のユニットを本体フレームに容易に組み込むことが可能となるのは第１の実施形態と同様である。また、密閉された空間に配置された回転軸１１０の回転角度を、その空間の外側に検出側のユニットを配置しても検出することが可能となるのは第１の実施形態と同様である。   Further, in the rotation angle detection device 3 according to the present embodiment, the detection side unit and the rotation shaft 110 side are not in contact with each other, and therefore the detection side unit can be easily incorporated into the main body frame. This is the same as the first embodiment. Further, as in the first embodiment, it is possible to detect the rotation angle of the rotary shaft 110 arranged in a sealed space even if a detection-side unit is arranged outside the space. .

また、第２の磁石２０の極数を、第１の磁石１０の極数のＮ倍にすることで、第２の磁石２０の１回転分の回転角度の検出で回転軸１１０（ステアリングホイール）のＮ回転分の回転角度の検出が可能となるのも第１の実施形態と同様である。   Further, by setting the number of poles of the second magnet 20 to N times the number of poles of the first magnet 10, the rotation shaft 110 (steering wheel) can be detected by detecting the rotation angle of one rotation of the second magnet 20. The rotation angle for N rotations can be detected as in the first embodiment.

なお、図１９においては、第２の磁石２０の回転角度が１４４０度（＝３６０度×４）分の第２，３の歯車４２０，４３０の回転角度を示している。かかる場合、第２の磁石２０の回転角度が７２０度であるときを０度基準とすることにより、右回りに２回転（７２０度）、左回りに２回転（７２０度）の第２の磁石２０の回転角度の検出が可能となる。   FIG. 19 shows the rotation angles of the second and third gears 420 and 430 corresponding to the rotation angle of the second magnet 20 of 1440 degrees (= 360 degrees × 4). In such a case, when the rotation angle of the second magnet 20 is 720 degrees, the second magnet has two rotations (720 degrees) clockwise and two rotations (720 degrees) counterclockwise. 20 rotation angles can be detected.

また、本実施形態に係る第２，第３の歯車４２０，４３０の歯数は異ならせており、両歯数の関係を、図１９に示すように、第２の磁石２０が１４４０度回転しても、両歯車の回転位置が０度の状態に戻らない歯数としている。これにより、第２の歯車４２０及び第３の歯車４３０の回転角度を把握することにより一義的に第２の磁石２０の回転角度を把握することを実現している。   Further, the number of teeth of the second and third gears 420 and 430 according to the present embodiment is made different, and the relationship between the number of teeth is shown in FIG. 19, and the second magnet 20 rotates 1440 degrees. However, the number of teeth is set so that the rotational position of both gears does not return to 0 degrees. Thus, it is possible to uniquely grasp the rotation angle of the second magnet 20 by grasping the rotation angles of the second gear 420 and the third gear 430.

そして、第２，第３の歯車４２０，４３０の歯数として、第２の磁石２０がＮ度回転しても両歯車が０度の状態に戻らない歯数を選択することで、第２の磁石２０の「Ｎ／３６０」回転分の回転角度を把握することが可能となる。   Then, as the number of teeth of the second and third gears 420 and 430, the second number of teeth is selected by selecting the number of teeth that does not return to 0 degrees even if the second magnet 20 rotates N degrees. It becomes possible to grasp the rotation angle corresponding to the “N / 360” rotation of the magnet 20.

なお、第３の実施形態においては、第２，第３の回転角度センサ５２０，５３０を用いて第２，第３の歯車４２０，４３０の回転角度を検出しているが、第２，第３の歯車４２０，４３０の回転角度を検出する手法としてはかかる態様に限定されない。例えば、第２，第３の歯車４２０，４３０を支持する回転軸４２１，４３１に、それぞれ第１の実施形態の第３の磁石３０のような磁石を装着する。そして、第１の実施形態の第３の磁石３０に対する磁気検出素子５０と同様に、それぞれの磁石に対向するように、図８に示すエレメント構成のＭＲセンサあるいは図１３に示すエレメント構成のＭＲセンサを配置する。かかる構成でも、第２，第３の歯車４２０，４３０の回転角度を検出することができるので、その値を基に回転軸１１０の回転角度を検出することが可能となる。   In the third embodiment, the rotation angles of the second and third gears 420 and 430 are detected using the second and third rotation angle sensors 520 and 530. The method of detecting the rotation angle of the gears 420 and 430 is not limited to this mode. For example, magnets such as the third magnet 30 of the first embodiment are mounted on the rotating shafts 421 and 431 that support the second and third gears 420 and 430, respectively. Then, similarly to the magnetic detection element 50 for the third magnet 30 of the first embodiment, the element configuration MR sensor shown in FIG. 8 or the element configuration MR sensor shown in FIG. Place. Even in such a configuration, the rotation angle of the second and third gears 420 and 430 can be detected, so that the rotation angle of the rotation shaft 110 can be detected based on the value.

また、第３の実施形態においては、ともに第１の歯車４１０に噛み合わせた第２の歯車４２０及び第３の歯車４３０の回転角度を検出することにより回転軸１１０の回転角度を検出しているが、第２の磁石２０の回転に起因して回転すれば、全ての歯車が第１の歯車４１０に噛み合っていなくてもよい。
例えば、第３の歯車４３０を、第１の歯車４１０に噛み合わせるのではなく、第２の歯車４２０に噛み合わせてもよい。あるいは、第３の歯車４３０を、第２の歯車４２０から回転駆動力を得る第４の歯車（不図示）に噛み合わせてもよい。かかる場合においても、第２，第３の回転角度センサ５２０，５３０を用いて第２，第３の歯車４２０，４３０の回転角度を検出することで回転軸１１０の回転角度を検出可能であるとともに、センサにて直接的に検知する歯車の歯数及びレイアウトの選択の自由度が増す。また、例えば上述した第４の歯車の回転角度を検出する第４の回転角度センサをも備え、第２，第３の歯車４２０，４３０に加えて第４の歯車の回転角度を加味して第２の磁石２０の回転角度を検出することでより広範囲の角度を検出することが可能となる。 In the third embodiment, the rotation angle of the rotation shaft 110 is detected by detecting the rotation angles of the second gear 420 and the third gear 430 that are meshed with the first gear 410. However, if the second magnet 20 rotates due to the rotation of the second magnet 20, not all the gears need to mesh with the first gear 410.
For example, the third gear 430 may be meshed with the second gear 420 instead of meshing with the first gear 410. Alternatively, the third gear 430 may mesh with a fourth gear (not shown) that obtains a rotational driving force from the second gear 420. Even in such a case, the rotation angle of the rotating shaft 110 can be detected by detecting the rotation angles of the second and third gears 420 and 430 using the second and third rotation angle sensors 520 and 530. This increases the number of gear teeth directly detected by the sensor and the degree of freedom in selecting the layout. In addition, for example, a fourth rotation angle sensor that detects the rotation angle of the fourth gear described above is also provided, and in addition to the second and third gears 420 and 430, the rotation angle of the fourth gear is taken into account. A wider range of angles can be detected by detecting the rotation angle of the second magnet 20.

なお、第１の磁石１０は、外周面に、Ｎ極とＳ極とが交互に周方向に並べられるように着磁されていればよく、回転軸１１０に固定された部材を介して回転軸１１０に固定されていてもよい。同様に、第２の磁石２０は、外周面に、Ｎ極とＳ極とが交互に周方向に並べられるように着磁されていればよく、磁石支持部材４０（４００）に固定された部材を介して磁石支持部材４０（４００）に固定されていてもよい。   The first magnet 10 only needs to be magnetized on the outer peripheral surface so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction, and the rotating shaft is interposed via a member fixed to the rotating shaft 110. 110 may be fixed. Similarly, the second magnet 20 is only required to be magnetized on the outer peripheral surface so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction, and is a member fixed to the magnet support member 40 (400). It may be fixed to the magnet support member 40 (400) via.

なお、上述した第１〜第３の実施形態に係る回転角度検出装置１〜３において、第１の磁石１０の回転と第２の磁石２０の回転の位相がずれて、非同期となることを抑制する非同期回転抑制手段の一例としてのスリップ防止機構２００（図２０参照）を備えることが好適である。なお、第１の磁石１０のＮ極に第２の磁石２０のＳ極が吸引されて、および／または第１の磁石１０のＳ極に第２の磁石２０のＮ極が吸引されて第２の磁石２０が回転し、両磁石の回転速度が両磁石の極数に反比例する場合に、両磁石の回転は同期しているという。   In addition, in the rotation angle detectors 1 to 3 according to the first to third embodiments described above, the rotation of the first magnet 10 and the rotation of the second magnet 20 are out of phase and suppressed from becoming asynchronous. It is preferable to provide an anti-slip mechanism 200 (see FIG. 20) as an example of the asynchronous rotation suppressing means. Note that the S pole of the second magnet 20 is attracted to the N pole of the first magnet 10 and / or the N pole of the second magnet 20 is attracted to the S pole of the first magnet 10. When the magnet 20 rotates and the rotation speed of both magnets is inversely proportional to the number of poles of both magnets, the rotation of both magnets is said to be synchronized.

図２０は、スリップ防止機構２００の概略構成図である。
スリップ防止機構２００は、回転軸１１０に設けられた第１の非同期抑制歯車２０１と、磁石支持部材４０に設けられた第２の非同期抑制歯車２０２とを有している。
図２１は、第１の非同期抑制歯車２０１に形成された歯と第２の非同期抑制歯車２０２に形成された歯との配置関係を説明する模式図である。 FIG. 20 is a schematic configuration diagram of the slip prevention mechanism 200.
The anti-slip mechanism 200 includes a first asynchronous suppression gear 201 provided on the rotating shaft 110 and a second asynchronous suppression gear 202 provided on the magnet support member 40.
FIG. 21 is a schematic diagram for explaining the positional relationship between the teeth formed on the first asynchronous suppression gear 201 and the teeth formed on the second asynchronous suppression gear 202.

第１の非同期抑制歯車２０１と第２の非同期抑制歯車２０２は、共に極数と同数の歯を有している。そして、図２１に示すように、第１の非同期抑制歯車２０１は、図２０の時計回転方向に見た場合に、Ｎ極とＳ極との間に歯が形成されており、第２の非同期抑制歯車２０２は、図２０の反時計回転方向に見た場合に、Ｎ極とＳ極との間に歯が形成されている。それゆえ、第１の磁石１０と第２の磁石２０とが静止しており、第１の磁石１０のＮ極と第２の磁石２０のＳ極が、および第１の磁石１０のＳ極と第２の磁石２０のＮ極が吸引している場合に、第１の非同期抑制歯車２０１または第２の非同期抑制歯車２０２の一方の歯車の歯が対向する他方の歯車の歯の間に位置する。   Both the first asynchronous suppression gear 201 and the second asynchronous suppression gear 202 have the same number of teeth as the number of poles. As shown in FIG. 21, the first asynchronous suppression gear 201 has teeth formed between the N pole and the S pole when viewed in the clockwise direction of FIG. The suppression gear 202 has teeth formed between the N pole and the S pole when viewed in the counterclockwise direction of FIG. Therefore, the first magnet 10 and the second magnet 20 are stationary, the N pole of the first magnet 10, the S pole of the second magnet 20, and the S pole of the first magnet 10. When the N pole of the second magnet 20 is attracted, the tooth of one gear of the first asynchronous restraining gear 201 or the second asynchronous restraining gear 202 is located between the teeth of the opposite gear. .

また、第１の非同期抑制歯車２０１および第２の非同期抑制歯車２０２の歯の大きさは、第１の磁石１０と第２の磁石２０とが同期して回転する場合には、両歯車の歯は干渉しない大きさに形成されている。他方、第１の磁石１０の回転に第２の磁石２０の回転が追従できずに両磁石の回転が非同期となりそうな場合には、第１の非同期抑制歯車２０１又は第２の非同期抑制歯車２０２の一方の歯車が他方の歯車の歯に突き当たる大きさに形成されている。   Further, the sizes of the teeth of the first asynchronous suppression gear 201 and the second asynchronous suppression gear 202 are the same as the teeth of both gears when the first magnet 10 and the second magnet 20 rotate in synchronization. Is formed in a size that does not interfere. On the other hand, when the rotation of the second magnet 20 cannot follow the rotation of the first magnet 10 and the rotations of the two magnets are likely to be asynchronous, the first asynchronous suppression gear 201 or the second asynchronous suppression gear 202. One of the gears is formed in such a size as to abut against the teeth of the other gear.

このように構成されたスリップ防止機構２００は、以下のように機能する。
例えば、ドライバによりステアリングホイールが急に回転させられた場合や、車両が縁石に乗り上げた場合など、第１の磁石１０の回転速度が急上昇して第２の磁石２０が第１の磁石１０の回転に追従できない場合においても、第１の非同期抑制歯車２０１の歯が第２の非同期抑制歯車２０２の歯に突き当たるので、両歯車により第１の磁石１０の回転力が第２の磁石２０の回転力として伝達される。これにより、第１の磁石１０の回転と第２の磁石２０の回転とが非同期となることが抑制される。それゆえ、回転角度検出装置１〜３による検出精度が向上する。 The anti-slip mechanism 200 configured as described above functions as follows.
For example, when the steering wheel is suddenly rotated by the driver, or when the vehicle rides on the curb, the rotational speed of the first magnet 10 rapidly increases and the second magnet 20 rotates the first magnet 10. Even if it cannot follow, the teeth of the first asynchronous restraining gear 201 abut against the teeth of the second asynchronous restraining gear 202, so that the rotational force of the first magnet 10 is caused to rotate by the two gears. As transmitted. Thereby, it is suppressed that rotation of the 1st magnet 10 and rotation of the 2nd magnet 20 become asynchronous. Therefore, the detection accuracy by the rotation angle detection devices 1 to 3 is improved.

なお、図２０に示したスリップ防止機構２００においては、第１の非同期抑制歯車２０１と第１の磁石１０、および第２の非同期抑制歯車２０２と第２の磁石２０とが別々の物体として構成されているが、抑制歯車と磁石とが一体的に形成されていてもよい。
また、第１の非同期抑制歯車２０１および第２の非同期抑制歯車２０２の材質は、磁性材料でも非磁性材料でもよいが、第１の非同期抑制歯車２０１の歯と第２の非同期抑制歯車２０２の歯が衝突したとしても破損しないように、想定される両歯車の衝突エネルギー量に応じて選定することが好適である。 In the slip prevention mechanism 200 shown in FIG. 20, the first asynchronous suppression gear 201 and the first magnet 10, and the second asynchronous suppression gear 202 and the second magnet 20 are configured as separate objects. However, the suppression gear and the magnet may be integrally formed.
Further, the material of the first asynchronous suppression gear 201 and the second asynchronous suppression gear 202 may be a magnetic material or a nonmagnetic material, but the teeth of the first asynchronous suppression gear 201 and the teeth of the second asynchronous suppression gear 202 may be used. It is preferable to select according to the assumed collision energy amount of both gears so that even if they collide, they are not damaged.

第１の実施形態に係る回転角度検出装置の斜視図である。It is a perspective view of the rotation angle detection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る回転角度検出装置の軸方向の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the axial direction of the rotation angle detection device concerning a 1st embodiment. 磁石支持部材と第３の磁石との装着態様の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the mounting aspect of a magnet support member and a 3rd magnet. 薄膜強磁性金属に流す電流の方向と印加する磁界の方向とを示す図である。It is a figure which shows the direction of the electric current sent through a thin film ferromagnetic metal, and the direction of the magnetic field to apply. 図４の状態で、磁界強度を変化させた場合の、磁界強度と薄膜強磁性金属の抵抗値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a magnetic field intensity and the resistance value of a thin film ferromagnetic metal at the time of changing a magnetic field intensity in the state of FIG. 薄膜強磁性金属に流す電流の方向と印加する磁界の方向とを示す図である。It is a figure which shows the direction of the electric current sent through a thin film ferromagnetic metal, and the direction of the magnetic field to apply. 磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the direction of a magnetic field, and the resistance value of a thin film ferromagnetic metal. 規定磁界強度以上の磁界強度で磁界の方向を検出する原理を利用するＭＲセンサの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of MR sensor using the principle which detects the direction of a magnetic field with the magnetic field intensity more than a regular magnetic field intensity. 図８に示すＭＲセンサの構成を等価回路で示した図である。It is the figure which showed the structure of MR sensor shown in FIG. 8 with the equivalent circuit. 磁石が回転運動するときの磁界方向の変化とＭＲセンサの出力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the change of the magnetic field direction when a magnet rotates, and the output of MR sensor. 磁石が直線運動するときの磁界方向の変化とＭＲセンサの出力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the change of the magnetic field direction when a magnet carries out a linear motion, and the output of MR sensor. ＭＲセンサの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of MR sensor. 磁石の運動方向を検出するのに用いる出力の組み合わせの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the combination of the output used in detecting the moving direction of a magnet. ＭＲセンサの配置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of MR sensor. ＭＲセンサの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of MR sensor. 第２の実施形態に係る回転角度検出装置の斜視図である。It is a perspective view of the rotation angle detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係る回転角度検出装置の上面図である。It is a top view of the rotation angle detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 図１７のＡ−Ａ部における断面図である。It is sectional drawing in the AA part of FIG. 第２の磁石の回転角度と、第２，３の歯車の回転角度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation angle of a 2nd magnet, and the rotation angle of the 2nd, 3rd gearwheel. スリップ防止機構の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a slip prevention mechanism. 第１の非同期抑制歯車に形成された歯と第２の非同期抑制歯車に形成された歯との配置関係を説明する図である。It is a figure explaining the arrangement | positioning relationship between the tooth | gear formed in the 1st asynchronous suppression gearwheel, and the tooth | gear formed in the 2nd asynchronous suppression gearwheel.

１，２，３…回転角度検出装置、１０…第１の磁石、２０…第２の磁石、３０…第３の磁石、４０…磁石支持部材、５０…磁気検出素子、１１０…回転軸、２００…スリップ防止機構、４１０…第１の歯車、４２０…第２の歯車、４３０…第３の歯車、５２０…第２の回転角度センサ、５３０…第３の回転角度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2, 3 ... Rotation angle detection apparatus, 10 ... 1st magnet, 20 ... 2nd magnet, 30 ... 3rd magnet, 40 ... Magnet support member, 50 ... Magnetic detection element, 110 ... Rotating shaft, 200 ... Anti-slip mechanism, 410 ... first gear, 420 ... second gear, 430 ... third gear, 520 ... second rotation angle sensor, 530 ... third rotation angle sensor

Claims (9)

回転可能に支持される回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記回転軸に設けられる第１の磁石と、
前記第１の磁石と所定のクリアランスを介して配置され、当該第１の磁石との間に生じる磁力により当該第１の磁石の回転に連動して回転する第２の磁石と、
前記第２の磁石の回転角度を検出し、その検出結果に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備えることを特徴とする回転角度検出装置。 A rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft that is rotatably supported,
A first magnet provided on the rotating shaft;
A second magnet that is arranged via a predetermined clearance with the first magnet and that rotates in conjunction with the rotation of the first magnet by a magnetic force generated between the first magnet and the first magnet;
A rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the second magnet and detecting a rotation angle of the rotation shaft based on the detection result;
A rotation angle detection device comprising: 前記第１の磁石及び前記第２の磁石は外周面に周方向に交互に配置されたＮ極とＳ極とを有し、当該第１の磁石の外周面と当該第２の磁石の外周面とが対向して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。   The first magnet and the second magnet have N poles and S poles alternately arranged in the circumferential direction on the outer circumferential surface, and the outer circumferential surface of the first magnet and the outer circumferential surface of the second magnet. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle detection device and the rotation angle detection device are arranged facing each other. 前記第２の磁石を支持し回転可能に支持される磁石支持部材をさらに備え、
前記回転角度検出手段は、前記磁石支持部材の回転中心軸方向の一方の端部に支持された第３の磁石と、当該第３の磁石から発生される磁界に基づいて当該第３の磁石の回転角度を検知するセンサとを有し、当該センサの検知結果に基づいて前記第２の磁石の回転角度を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。 A magnet support member that supports the second magnet and is rotatably supported;
The rotation angle detection means includes a third magnet supported on one end of the magnet support member in the rotation center axis direction, and a magnetic field generated from the third magnet. The rotation angle detection device according to claim 1, further comprising: a sensor that detects a rotation angle, and detecting a rotation angle of the second magnet based on a detection result of the sensor. 前記センサは、前記第３の磁石に対向して配置され、当該第３の磁石から発生される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。   The said sensor is a magnetoresistive element arrange | positioned facing the said 3rd magnet, and a resistance value changes according to the direction of the magnetic field generate | occur | produced from the said 3rd magnet. The rotation angle detection device described. 前記回転角度検出手段は、前記第２の磁石の外周面の外側に配置され、当該第２の磁石から発生される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detecting means includes a magnetoresistive element that is disposed outside the outer peripheral surface of the second magnet and whose resistance value changes according to the direction of the magnetic field generated from the second magnet. The rotation angle detection device according to claim 1 or 2. 前記第２の磁石を支持し回転可能に支持される磁石支持部材と、当該磁石支持部材に設けられる第１の歯車と、をさらに備え、
前記回転角度検出手段は、前記第１の歯車により前記磁石支持部材の回転力が伝達される複数の歯車と、当該複数の歯車のそれぞれの回転角度を検知する複数のセンサと、を有し、当該複数のセンサの検知結果に基づいて前記第２の磁石の回転角度を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。 A magnet support member that supports the second magnet and is rotatably supported; and a first gear provided on the magnet support member;
The rotation angle detection means includes a plurality of gears to which the rotation force of the magnet support member is transmitted by the first gear, and a plurality of sensors that detect the rotation angles of the plurality of gears, The rotation angle detection device according to claim 1 or 2, wherein a rotation angle of the second magnet is detected based on detection results of the plurality of sensors. 前記センサは、検知対象となる歯車の歯又は当該歯車を支持して回転する回転部材に形成されたマークに基づいて、当該歯車の回転角度を検知することを特徴とする請求項６に記載の回転角度検出装置。   7. The sensor according to claim 6, wherein the sensor detects a rotation angle of the gear based on a tooth of a gear to be detected or a mark formed on a rotating member that supports and rotates the gear. Rotation angle detection device. 前記第１の磁石の回転と前記第２の磁石の回転とが非同期となることを抑制する非同期回転抑制手段をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。   The rotation according to any one of claims 1 to 7, further comprising an asynchronous rotation suppression unit that suppresses the rotation of the first magnet and the rotation of the second magnet from being asynchronous. Angle detection device. ステアリングホイールに連結される回転軸と、
前記回転軸に設けられる第１の磁石と、
前記第１の磁石と所定のクリアランスを介して配置され、当該第１の磁石との間に生じる磁力により当該第１の磁石の回転に連動して回転する第２の磁石と、
前記第２の磁石の回転角度を検出し、その検出結果に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備えることを特徴とするステアリング装置。 A rotating shaft coupled to the steering wheel;
A first magnet provided on the rotating shaft;
A second magnet that is arranged via a predetermined clearance with the first magnet and that rotates in conjunction with the rotation of the first magnet by a magnetic force generated between the first magnet and the first magnet;
A rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the second magnet and detecting a rotation angle of the rotation shaft based on the detection result;
A steering apparatus comprising:
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