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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung
zum Erfassen eines Lenkwinkels einer Fahrzeuglenkung und insbesondere
eine Technik zum Verringern eines Einflusses von einem äußeren Magneten.
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Als
ein herkömmliches
Beispiel einer Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung,
die an ein Fahrzeug angebracht ist, ist diejenige bekannt, die in
DE 195 06 938 A1 beschrieben
ist. In dieser Druckschrift ist, wie in
1 gezeigt, die Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung
102 in
der Säulenabdeckung
101 angebracht.
Die Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung
102 erfasst den Drehwinkel
des Winkelerfassungsmagneten
105, der sich gleichmäßig mit
der Lenkwelle
103 dreht, und zwar mittels eines anisotropischen, magnetoresistiven
Elements (nachfolgend als AMR bezeichnet)
104, wodurch
der Drehwinkel der Lenkwelle
103 berechnet wird.
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In
diesem Fall ist das AMR 104 derart gestaltet, dass es den
Drehwinkel des Winkelerfassungsmagneten 105 erfasst, indem
ein magnetisches Feld in einer Richtung senkrecht zu der Lenkwelle 103 erfasst
wird, das heißt
in einer Richtung, die durch den Pfeil Y101 gezeigt ist.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird, wenn ein Fahrer den Magneten (ein magnetisiertes
Objekt) 106 zu der Innenseite des Fahrzeugs trägt, und
den Magneten 106 nahe zu der Säulenabdeckung 101 anordnet, manchmal
ein magnetisches Feld in der Richtung senkrecht zu der Lenkwelle 103 (in
der Richtung des Pfeiles Y101) erzeugt. Durch dieses magnetische Feld
tritt in manchen Fällen
eine unzutreffende Erfassung des gemessenen Winkels durch das AMR 104 auf.
In einem derartigen Fall führt
diese unzutreffende Erfassung zu einer unzutreffenden Berechnung des
Lenkwinkels.
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Beispielsweise
ist eine Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung, die derart gestaltet
ist, dass ein Schlüsselhalter-Befestigungsmagnet
an der Seitenfläche
eines Säulenschalters
angebracht ist, durch diesen Befestigungsmagneten beeinflusst, und
folglich wird eine Maßnahme
zum Abschirmen der Vorrichtung von dem äußeren Magnetfeld erforderlich. Obwohl
ein Verfahren zum Schaffen einer magnetischen Abschirmung als eine
Maßnahme
betrachtet werden kann, die dem Abschirmen der Vorrichtung von dem äußeren Magnetfeld
dient, vergrößert die Verwendung
dieses Verfahrens die Teilezahl, wodurch ein Problem der Vergrößerung der
Größe und der
Kosten der Vorrichtung verursacht wird.
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DE 101 10 785 A1 beschreibt
eine magnetische Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung
mit einem Magneten und einem magnetischen Sensor, der einen Drehwinkel
der Lenkwelle durch Erfassen einer Veränderung des von dem Magneten
ausgesandten Magnetfelds erfasst.
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Wie
oben beschrieben, führt
die herkömmliche
magnetische Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung zu einem Problem dahingehend,
dass, wenn der Magnet 106 in der Umgebung der Säulenabdeckung 101 angeordnet
ist, das AMR 104 zum Erfassen des Lenkwinkels eine magnetische
Komponente durch diesen Magneten 106 erfasst, wodurch eine
Genauigkeit beim Erfassen des Lenkwinkels verringert wird.
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Darüber hinaus
führte,
wenngleich ein Verfahren des magnetischen Abschirmens der Umgebung
des AMR 104 in Betracht gezogen werden kann, um das oben
genannte Problem zu lösen,
dieses Problem zu einer problematischen Vergrößerung bei der Größe und den
Kosten der Vorrichtung.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung
zu schaffen, die in der Lage ist, einen Einfluss von einem äußeren Magneten
durch eine einfache Gestaltung zu verringern.
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Um
die genannte Aufgabe zu lösen,
schafft die vorliegende Erfindung eine magnetische Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß dem Anspruch 1.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine erläuternde
Ansicht zur Darstellung einer Gestaltung eines herkömmlichen
magnetischen Lenkwinkel-Sensors.
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2 ist
eine Seitenansicht zur Darstellung eines Zustands in der Umgebung
einer Lenkung, bei der eine magnetische Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
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3 ist
eine seitliche Ansicht zur Darstellung einer Gestaltung eines magnetischen
Lenkwinkel-Sensors gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine Draufsicht zur Darstellung der Gestaltung des magnetischen
Lenkwinkel-Sensors gemäß der Ausführungsform
der Erfindung.
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5 ist
eine erläuternde
Darstellung zur Darstellung einer Positionsbeziehung zwischen einem
Magneten und einem Hall IC.
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6A Und 6B sind
erläuternde
Ansichten zur Darstellung der Magnetisierungsrichtungen von Magneten: 6A zeigt
eine Magnetisierung in Durchmesserrichtung; und 6B zeigt
eine ebene Magnetisierung.
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7 ist
eine Erscheinungsansicht eines Hall IC.
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8 ist
eine erläuternde
Ansicht zur Darstellung einer Richtung (einer Erfassungsrichtung), bei
der das Hall IC ein Magnetfeld erfasst, und eine Richtung, in der
das Hall IC das Magnetfeld nicht erfasst.
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9(a) ist eine erläuternde Ansicht zur Darstellung
einer Beziehung zwischen einem herkömmlichen AMR und einem Magnetfeld,
das von dem Magneten ausgegeben wird, und 9(b) ist
eine erläuternde
Ansicht zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Hall IC und
dem Magnetfeld, das von dem Magneten ausgegeben wird.
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10 ist
eine erläuternde
Ansicht zur Darstellung eines Einflusses von äußeren Magneten.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. 2 zeigt
eine Seitenansicht eines Lenkabschnitts, an dem eine magnetische
Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angebracht ist. 3 zeigt
eine erläuternde
Ansicht zur Darstellung von Einzelheiten des Abschnitts der Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung 12,
die in 2 gezeigt ist. 4 zeigt
eine Draufsicht der Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung 12.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt ist, ist diese Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung 12 um
die Lenkwelle 8 und unterhalb des Spiralkabels 13 in
der Säulenabdeckung 11 eines
Fahrzeugs angeordnet.
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Darüber hinaus
weist, wie in 4 gezeigt ist, die Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung 12 ein
erstes Zahnrad 1, das koaxial mit der Lenkwelle vorgesehen
ist, ein zweites Zahnrad 2, dessen Zähnezahl geringer ist als diejenige
des ersten Zahnrads 1, wobei das zweite Zahnrad 2 mit
dem ersten Zahnrad 1 kämmt,
und ein drittes Zahnrad 3 auf, dessen Zähnezahl geringer ist als diejenige
des ersten Zahnrads 1 und größer als diejenige des zweiten
Zahnrads 2, wobei das dritte Zahnrad 3 mit dem
ersten Zahnrad 1 kämmt.
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Hierbei
werden, wenn das in 2 gezeigte Lenkgrad drehend
betätigt
wird, die Lenkwelle 8 und das erste Zahnrad 1 von
dieser Betätigung
begleitet drehend angetrieben. Darüber hinaus werden das zweite
und dritte Zahnrad 2 und 3, die mit dem ersten Zahnrad 1 kämmen, drehend
angetrieben.
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Der
Drehwinkel-Erfassungsmagnet 4 mit einer zweipoligen Magnetisierung
ist an die Drehwelle des zweiten Zahnrads 2 angebracht.
Das Hall IC (ein magnetischer Sensor) 6 zum Erfassen einer
Veränderung
eines Magnetfelds ist an einer festen Seite (einer Säulenseite)
entgegengesetzt zu dem Drehwinkel-Erfassungsmagneten 4 angeordnet.
Wenn sich das zweite Zahnrad 2 und der Drehwinkel-Erfassungsmagnet 4 drehen,
um das Magnetfeld zu verändern,
wird diese Veränderung
des Magnetfelds durch das Hall IC 6 erfasst.
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Darüber hinaus
ist der Referenzsignal-Erfassungsmagnet 5 mit einer zweipoligen
Magnetisierung an die Drehwelle des dritten Zahnrads 3 angebracht, und
das Hall IC (ein magnetischer Sensor) 7 zum Erfassen einer
Veränderung
des Magnetfelds ist an einer festen Seite (der Säulenseite) entgegengesetzt zu
dem Referenz-Erfassungsmagnet 5 angeordnet. Wenn das dritte Zahnrad 3 und
der Referenz-Erfassungsmagnet 5 sich drehen, um das Magnetfeld
zu verändern,
wird diese Änderung
des Magnetfelds durch das Hall IC 7 erfasst.
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Ferner
werden erfasste Daten der jeweiligen Hall ICs 6 und 7 zu
dem Winkelberechnungs-Verarbeitungsmicrocomputer 9 zugeführt, wo
ein Lenkwinkel berechnet wird.
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Zusätzlich sind
die Anzahlen der Zähne
der jeweiligen Zahnräder 1, 2 und 3 derart
eingestellt, dass der Drehwinkel des ersten Zahnrads 1,
wenn das zweite Zahnrad 2 eine Drehung macht, und der Drehwinkel
des Zahnrads 1, wenn das dritte Zahnrad 3 eine
Drehung macht, voneinander unterschiedlich sind. Beispielsweise
ist das zweite Zahnrad 2 derart eingestellt, dass es eine
Drehung (eine Drehung um 360°)
macht, wenn sich das erste Zahnrad 1 um 64° dreht, und
das dritte Zahnrad 3 ist derart eingestellt, dass es eine
Drehung (eine Drehung um 360°) macht,
wenn sich das erste Zahnrad um 180° dreht.
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Darüber hinaus
macht, wenn der Gesamt-Lenkwinkel des Lenkrads 10 bei beispielsweise ± 1080° liegt, das
zweite Zahnrad 2 etwa 34 Umdrehungen. Das dritte Zahnrad 3 ist
derart eingestellt, dass dessen Winkel sich für jede der 34 Umdrehungen unterscheidet.
Somit kann, wenn die Drehwelle des zweiten und dritten Zahnrads 2 und 3 erfasst werden,
ein absoluter Lenkwinkel des Lenkrads 10 berechnet werden.
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5 ist
eine erläuternde
Darstellung zum Zeigen einer Positionsbeziehung zwischen dem Drehwinkel 4 und
dem Hall IC 6, und einer Positionsbeziehung zwischen dem
Referenz-Erfassungsmagnet 5 und
dem Hall IC 7. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist jeder
der Magneten 4 und 5 an einer Position entgegengesetzt
zu jedem der Hall ICs 6 und 7 angeordnet, die
an der Platte 14 angebracht sind. Die Veränderungen
der Magnetfelder, die durch die Drehungen der Magneten 4 und 5 erzeugt
werden, werden durch die Hall ICs 6 und 7 erfasst, und
somit werden die Drehwinkel der Magneten 4 und 5,
das heißt die
Drehwinkel des zweiten und dritten Zahnrads 2 und 3 berechnet.
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In
diesem Fall sind die Hall ICs 6 und 7 derart eingestellt,
dass Verpackungen oder deren Erfassungsrichtungen senkrecht zu den
Oberflächen
der Dichtungen der Hall ICs 6 und 7 sind, das
heißt
der normalen Richtungen der Dichtungsoberflächen. Die Hall ICs 6 und 7 erfassen
magnetische Komponenten in der Normalenrichtung unter den Magnetfeldern, die
von dem Magnet 4 und 5 mit zweipoliger Magnetisierung
ausgegeben werden, so dass sie die Drehwinkel der Magneten 4 und 5 erfassen.
Die Magnetisierungsrichtungen dieser Magneten sind so, wie sie in 6A und 6B gezeigt
sind. Insbesondere zeigt 6A den
Fall einer Magnetisierung in Durchmesserrichtung und 6B zeigt
eine ebene Magnetisierung. Ein jedes Hall ICs 6 und 7 ist
derart angeordnet, dass dessen Erfassungsrichtung derart eingestellt
ist, dass sie im wesentlichen eine einzige Richtung ist, und die
Erfassungsrichtung ist derart vorgesehen, dass sie im wesentlichen
mit der Axialrichtung der Lenkwelle 8 zusammenfällt.
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Insbesondere
weist jedes der Hall ICs 6 und 7 eine Verpackung
oder Dichtung, wie in 7 gezeigt, auf, und ist derart
gestaltet, dass die mehreren Hallelemente b in einer Reihe, wie
gezeigt in 8, angeordnet sind. Ein jedes
der Hall ICs s 6 und 7 erfasst ein Magnetfeld
in der Richtung (der Richtung des Pfeiles Y1 in der Zeichnung) senkrecht
zu deren Dichtungsoberfläche,
und erfasst nicht ein Magnetfeld in einer Richtung (die Richtung
des Pfeiles Y2 in der Zeichnung) parallel zu der Dichtungsoberfläche.
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9(b) ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch
einen Zustand in dem oben genannten Fall zeigt. Wie in der Zeichnung
gezeigt ist, weist die magnetische Kraftlinie, welche den S- und
den N-Pol eines jeden der Magneten 4 und 5 verbindet,
in etwa eine U-Form auf. Ein Abstand zwischen jedem der Hall ICs 6 und 7 und
jedem der Magneten 4 und 5 ist derart eingestellt,
dass eine Komponente (die nachfolgend als eine Z-Achsen-Richtungskomponente bezeichnet
wird) senkrecht zu der Oberfläche
eines jeden der Hall ICs 6 und 7 in der magnetischen
Kraftlinie ein jedes der Hall ICs 6 und 7 schneidet.
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Es
ist anzumerken, dass 9(a) eine erläuternde
Ansicht zur Darstellung einer Anordnungsbeziehung zwischen jedem
der Magneten 4 und 5 und dem anisotropischen magnetoresistiven
(AMR) Element in dem Fall der Verwendung des gleichen Elements ist,
das bei dem herkömmlichen
Beispiel verwendet wird. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, erfasst das
herkömmliche
anisotropische magnetoresistive Element eine Komponente eines Magnetfelds
in einer Richtung parallel zu der Dichtung des Elements. Folglich
ist das herkömmliche
Element an einer Position etwas von dem Magneten getrennt, verglichen mit
dem in 9(b) gezeigten Fall angeordnet.
Darüber
hinaus stellt der Pfeil Y3 in 9 ein äußeres Magnetfeld
dar. Es ist zu verstehen, dass, wenn ein Magnetfeld in der Richtung
des Pfeils Y3 von außen aufgebracht
wird, das in 9(a) gezeigte AMR durch
dieses Magnetfeld beeinflusst wird, während jedes der Hall ICs 6 und 7 durch
das Magnetfeld nicht beeinflusst werden.
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Nachfolgend
wird die Betriebsweise der Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung durch diese Ausführungsform
erläutert.
Wenn eine Bedienperson das Lenkrad 10, das in 2 gezeigt
ist, in Drehrichtung betätigt,
dreht sich die Lenkwelle 8, und das erste Zahnrad 1,
das damit gekoppelt ist, dreht sich.
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Dann
drehen sich, wie in 3 und 4 gezeigt
ist, das zweite und dritte Zahnrad 2 und 3, die mit
dem ersten Zahnrad 1 kämmen.
In diesem Fall dreht sich, weil das zweite Zahnrad 2 derart
eingestellt ist, dass es kleiner im Durchmesser als das dritte Zahnrad 3 ist,
das zweite Zahnrad 2 schneller als das dritte Zahnrad 3.
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Wenn
der Drehwinkel-Erfassungsmagnet 4, der an das zweite Zahnrad 2 angebracht
ist, sich dreht, erfasst das Hall IC 6 die Z-Achsen-Richtungskomponente
des von dem Drehwinkel-Erfassungsmagnet 4 ausgegebenen
Magnetfelds, und basierend auf einem Ergebnis dieser Erfassung wird
der Drehwinkel des zweiten Zahnrads 2 berechnet.
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Auf ähnliche
Weise wie oben beschrieben erfasst, wenn der Referenz-Erfassungsmagnet 5,
der an das dritte Zahnrad 3 angeordnet ist, sich dreht, das
Hall IC 7 die Z-Achsen-Richtungskomponenten des
Magnetfelds, das von dem Referenzsignal-Erfassungsmagneten ausgegeben
wird, und basierend auf dem Ergebnis dieser Erfassung wird der Drehwinkel des
dritten Zahnrads 3 berechnet.
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Nachfolgend
wird der absolute Lenkwinkel des Lenkrads 10 basierend
auf den Drehwinkeln des zweiten und dritten Zahnrads 2 und 3 berechnet.
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Auf
diese Weise werden die Drehwinkel des zweiten und dritten Zahnrads 2 und 3 erfasst,
und es wird ermöglicht,
den absoluten Lenkwinkel basierend auf den Ergebnissen dieser Erfassungen
zu berechnen.
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In
diesem Fall sind die zwei Hall ICs 6 und 7 derart
gestaltet, dass sie Magnetfelder (die Z-Achsen-Richtungskomponenten) in der Richtung
senkrecht zu den Dichtungen der Hall ICs 6 und 7 erfassen,
und deshalb erfassen die Hall ICs 6 und 7 die Magnetfelder,
die zu der Axialrichtung der Lenkwelle 8 gerichtet sind.
Hierbei werden die Hall ICs 6 und 7 kaum durch
das äußere Magnetfeld
beeinflusst. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
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Wie
oben beschrieben, erfassen die Hall IC s 6 und 7 die
Magnetfelder in der Richtung senkrecht zu deren Dichtungen. Demzufolge
erfassen die Hall IC s 6 und 7 nicht Magnetfeldkomponenten
durch Magnete, die an den Positionen der Referenznummern 21, 22 und 23 gemäß 10 angeordnet
sind, erfassen jedoch eine Magnetfeldkomponente durch einen Magneten,
der an der Position der Referenznummer 24 angeordnet ist.
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Hierbei
ist der Magnet, der an der Position der Referenznummer 24 angeordnet
ist, umfangreich von der Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung 12 beabstandet,
die in der Säulenabdeckung 11 angeordnet ist,
und zwar infolge der Anwesenheit des Lenkrades 10. Demzufolge
erreicht das von dem Magneten 24 ausgegebene Magnetfeld
nicht die Stellen, wo die Hall IC s 6 und 7 angeordnet
sind. Hierbei sind, auch wenn ein Magnet an der Position der Referenznummer 24 angeordnet
ist, die Hall IC s 6 und 7 nicht durch ein von
diesen Magneten ausgesandtes Magnetfeld beeinflusst. Folglich kann
vermieden werden, dass die Hall IC s 6 und 7 durch
einen äußeren Magneten
beeinflusst werden.
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Auf
diese Weise werden in der magnetischen Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß dieser Ausführungsform
die Hall IC s 6 und 7 verwendet, um den Drehwinkel
des Drehwinkel-Erfassungsmagnet 4 zu
erfassen, der an das zweite Zahnrad 2 angebracht ist, sowie
den Drehwinkel-Erfassungsmagnet des Referenz-Erfassungsmagnets,
der an das dritte Zahnrad 3 angebracht ist. Darüber hinaus
sind die Hall IC s 6 und 7 derart angeordnet,
dass die normale Richtung (die Richtung senkrecht zu den Dichtungen)
der Dichtungsoberflächen
derselben so ausgeführt
sind, dass sie im wesentlichen mit der Axialrichtung der Lenkwelle 8 zusammenfallen.
Demzufolge kann, auch wenn der äußere Magnet
in der Umgebung der Lenkwelle 8 angeordnet ist, der Einfluss
des von dem äußeren Magneten
ausgegebenen Magnetfelds verhindert werden, und die Erfassungsgenauigkeit
des Lenkwinkels kann verbessert werden.
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Zusätzlich kann,
weil es nicht erforderlich, eine Abschirmung zum Vermeiden der Beeinflussung von
dem äußeren Magneten vorzusehen,
die Vorrichtung verkleinert und hinsichtlich der Kosten verringert werden.
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Wie
oben genannt, wurde die magnetische Lenkwinkel-Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
anhand der dargestellten Ausführungsform beschrieben.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform
beschränkt,
und die jeweiligen Einheiten der Gestaltung können durch solche ersetzt werden,
die ähnliche
Funktionen aufweisen und in beliebiger Weise gestaltet sind.
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Beispielsweise
ist die Erfindung nicht auf diese Gestaltung beschränkt, wenngleich
die vorangehende Ausführungsform
so gestaltet ist, dass das zweite und dritte Zahnrad 2 und 3 die
mit dem ersten Zahnrad 1 kämmen, verwendet werden, und
der Drehwinkel der Lenkwelle 8 erfasst wird, indem die Drehwelle
des zweiten und dritten Zahnrads 2 und 3 erfasst
werden.