JP4055495B2

JP4055495B2 - 回転角検出装置及びトルク検出装置

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Publication number: JP4055495B2
Application number: JP2002201452A
Authority: JP
Inventors: 真人柴
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004045148A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置、並びに回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両に搭載され、運転手の操舵動作を補助する操舵補助装置には、操舵補助力として例えば電動モータの回転力を付与する電動パワーステアリング装置がある。このような電動パワーステアリング装置は、操舵部材及び操向用の車輪側にそれぞれ連結され、運転手の操舵動作に伴って回転する入力軸及び出力軸を備えている。さらに、このステアリング装置には、上記入出力軸の各回転角を検出するセンサ部を含んだ回転角検出装置及びこの検出装置の検出結果を用いて上記操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルク検出装置が組み込まれており、当該ステアリング装置は検出した操舵トルクに基づき電動モータへの指令値を決定し、減速機構を介して操舵系にモータ回転力を伝達させることにより、当該操舵系に操舵補助力を付与させて操舵アシストを行う（例えば特開２００２−１０７１１２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記回転角検出装置のセンサ部には、入出力軸毎に一体回転可能に取り付けられたターゲット円盤と、この円盤の外周面に所定のギャップをおいて対向配置された磁気抵抗効果素子を有し、対応する入出力軸の回転に応じて周期的に変化する出力信号を出力する磁気センサとが設けられている。
ところが、上記磁気センサでは、その出力信号の振幅が周囲温度や上記ギャップの変化の影響を受け易く、当該信号振幅は周囲温度などの変化に応じて変化し易いものであった。具体的には、例えば周囲温度が上昇した場合では、上記磁気抵抗効果素子の抵抗値が小さくなり、その抵抗値の変化によって信号振幅もまた低下した。この結果、磁気センサの出力特性が安定しないという問題があった。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、センサ部における温度変化などの影響を抑えることができ、安定した出力特性を確保することができる回転角検出装置及びトルク検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転角検出装置は、回転体の回転に応じた出力信号を出力するセンサ部を有し、このセンサ部からの出力信号に基づき前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、前記センサ部からの出力信号を増幅する反転増幅器が設けられるとともに、前記センサ部は、当該センサ部の抵抗値の変化に応じて前記反転増幅器の増幅率が変化するように、前記センサ部の出力端が入力抵抗体を介して、その増幅器の反転入力端子側に接続され、かつ前記反転増幅器は、増幅後の前記出力信号の振幅が前記回転体の検出した回転に応じて実質的に一定な値となるように、当該反転増幅器の前記入力抵抗体の抵抗値が、下記式に基づいて設定され、前記センサ部からの前記出力信号を増幅することを特徴とするものである（請求項１）。
Ｃ２＝（ｒ１２ × Ｃ１）／（ｒ１２＋ｒ３）
ただし、上記式中、ｒ３は、前記反転増幅器の入力抵抗体の抵抗値、ｒ１２は、前記センサ部の抵抗値、Ｃ１は、前記センサ部の抵抗値の温度係数、Ｃ２は、前記センサ部の出力信号の信号振幅の温度係数である。
【０００６】
上記のように構成された回転角検出装置では、上記センサ部の抵抗値の変化に応じて反転増幅器の増幅率が変化するように、その増幅器の反転入力端子側にセンサ部を接続するとともに、増幅後の出力信号の振幅が回転体の検出した回転に応じて実質的に一定な値となるように、当該増幅器はセンサ部から入力した上記出力信号を増幅している。これにより、増幅前の出力信号の振幅が周囲温度の変化などに起因して変化したときでも、増幅後の出力信号を実質的に一定な振幅値で常に安定して出力することができる。
【０００７】
また、上記回転角検出装置（請求項１）によれば、反転増幅器の回路規模を複雑かつ大型化することなく、増幅前の出力信号の振幅が周囲温度の変化などに起因して変化したときでも、増幅後の出力信号を実質的に一定な振幅値とすることができる。
【０００８】
また、上記回転角検出装置（請求項１）において、前記センサ部は、前記回転体に一体回転可能に設けられた磁性体を有するターゲットと、磁気抵抗効果素子を有し前記磁性体に対向して配置された磁気センサとを備えてもよい（請求項２）。
この場合、上記磁気センサからの出力信号を、回転体の回転角の変化に応じて周期的に変化する周期信号とすることができ、センサ部での回転体の回転検出精度を安価な構成で容易に向上することができる。
【０００９】
また、本発明のトルク検出装置は、第１の回転軸とこの回転軸と同軸的に連結された第２の回転軸を備えた回転体に対して、前記第１及び第２の各回転軸に請求項１又は２のいずれかに記載の回転角検出装置を設けるとともに、対応する前記回転角検出装置によって検出された前記第１及び第２の回転軸の各回転角を用いて、前記回転体に加わるトルクを検出するトルク検出部を備えたことを特徴とするものである（請求項３）。
【００１０】
上記のように構成されたトルク検出装置（請求項３）では、上記回転角検出装置からトルク検出部への出力信号は、周囲温度の変化などにかかわらず上記実質的に一定な振幅値で常に安定した状態で出力される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転角検出装置及びトルク検出装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、従来例との対比を容易なものとするために、操舵補助装置としての電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング装置の構造を模式的に示す図である。図において、当該装置は、例えば自動車に搭載され、操舵部材（ステアリングホイール）１とピニオン２との間に、操舵軸３を介在させたものである。操舵軸３は、その中心に設けられたトーションバー３１と、トーションバー３１の入力側（上方）に固定された第１の回転軸としての入力軸３２と、トーションバー３１の出力側（下方）に固定された第２の回転軸としての出力軸３３とを備えている。入力軸３２と出力軸３３とは、互いに同軸に配置されているが、相互には直接連結されておらず、トーションバー３１を介在させて同軸的に連結されている。
【００１３】
上記入力軸３２には操舵部材１が連結され、運転手の操舵動作による操舵部材１の回転が直接的に伝えられるようになっている。
上記出力軸３３には、ウォーム５及びこれに噛み合うウォームホイール４を有する減速機構と、上記ウォーム５が出力軸に一体回転可能に取り付けられ制御ユニット２１により制御される操舵補助用の電動モータ６とが連結されており、当該電動モータ６の回転を減速しピニオン２に操舵補助力として伝達する。このピニオン２の回転が、ラック７の直線運動に変換され、左右のタイロッド８を介して操向車輪９が転舵される。尚、上記減速機構と電動モータ６とが、操舵部材１から操向車輪９に至る操舵系に操舵補助力を付与する操舵補助部を構成している。
【００１４】
また、上記入力軸３２及び出力軸３３には、本発明の回転角検出装置に含まれたセンサ部が設けられており、操舵部材１への上記操舵動作に伴い回転する入出力軸３２，３３の各回転角を検出するようになっている。具体的には、図２も参照して、入力軸３２には、第１のターゲット板３４が一体回転可能に取り付けられ、さらにこのターゲット板３４の外周外方に第１の磁気センサＡ１，Ｂ１が配置されている。同様に、出力軸３３には、第２及び第３のターゲット板３５，３６が一体回転可能に取り付けられ、さらにこれらターゲット板３５，３６の外周外方に第２及び第３の磁気センサＡ２，Ｂ２及びＡ３，Ｂ３がそれぞれ配置されている。
【００１５】
上記第１のターゲット板３４と第１の磁気センサＡ１，Ｂ１とが入力軸３２の回転角に応じた信号を制御ユニット２１に出力する第１のセンサ部Ｐを構成し、第２のターゲット板３５と第２の磁気センサＡ２，Ｂ２とが出力軸３３の回転角に応じた信号を制御ユニット２１に出力する第２のセンサ部Ｑを構成している。また、第３のターゲット板３６と第３の磁気センサＡ３，Ｂ３とは出力軸３３の回転角に応じた信号を制御ユニット２１に出力する第３のセンサ部Ｒを構成するものであり、制御ユニット２１が上記第２及び第３のセンサ部Ｑ，Ｒの出力を用いて出力軸３３の絶対回転位置を検出するようになっている。
また、上記センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの各出力信号は、後述の反転増幅器を経て制御ユニット２１内に入力されるようになっており、後に詳述するように、その信号振幅が実質的に一定な値となるように上記増幅器で増幅された後、制御ユニット２１に対して出力される。
【００１６】
上記各ターゲット板３４〜３６は、平歯車状の形態を成し、磁性体から成る外周の歯が周方向に等間隔で凹凸のターゲットを形成している。歯数は、第１のターゲット板３４と第２のターゲット板３５とが同数Ｎ（例えば３６）で、第３のターゲット板３６はＮとは互いに素（１以外の公約数をもたない）である数（例えば３５）である。
また、第１〜第３の磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３は、対応するターゲット板３４〜３６の外周の歯に対向するように、３段２列に配置されており、これらはセンサボックス１０に収められている。センサボックス１０は車体の所定位置に固定されたものであり、各磁気センサＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３と対応する上記外周の歯とのギャップを所定距離で確保して維持するようになっている。また、第１の磁気センサＡ１，Ｂ１は、第１のターゲット板３４の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。同様に、第２の磁気センサＡ２，Ｂ２は、第２のターゲット板３５の互いに異なる周方向位置に対向して配置され、第３の磁気センサＡ３，Ｂ３は、第３のターゲット板３６の互いに異なる周方向位置に対向して配置されている。
【００１７】
上記の各磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３は、磁界の作用により抵抗が変化する特性をもつ素子、例えば磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有するものであり、対向する各ターゲット板３４〜３６の外周の凹凸に応じて周期的に変化する電圧信号を出力する。詳細には、運転手のステアリング操作に応じて、第１のターゲット板３４が入力軸３２と共に回転すると、外周の凹凸により第１の磁気センサＡ１，Ｂ１の出力信号は入力軸３２及びターゲット板３４の回転角の変化（角変位）に応じて周期的に変化する周期信号となる。また、第２のターゲット板３５が出力軸３３と共に回転すると、外周の凹凸により第２の磁気センサＡ２，Ｂ２の出力信号は出力軸３３及びターゲット板３５の回転角の変化に応じて周期的に変化する周期信号となり、第３のターゲット板３６が出力軸３３と共に回転すると、外周の凹凸により第３の磁気センサＡ３，Ｂ３の出力信号は出力軸３３及びターゲット板３６の回転角の変化に応じて周期的に変化する周期信号となる。
【００１８】
また、上記第１の磁気センサＡ１とＢ１とは、それらの出力信号が、図３に示すように、電気角で例えばπ／２の位相差を生じるよう第１のターゲット板３４に対向して配置されている。同様に、第２の磁気センサＡ２とＢ２とは、それらの出力信号がπ／２の位相差を生じるよう第２のターゲット板３５に対向して配置され、第３の磁気センサＡ３とＢ３とは、それらの出力信号がπ／２の位相差を生じるよう第３のターゲット板３６に対向して配置されている。このように、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒにおける２つの磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３からの出力信号の位相を各々ずらすことにより、対応するターゲット板３４〜３６の凹凸形状に応じて、非線形な変化が出力波形の極大値及び極小値付近で現れたときでも、制御ユニット２１は２つの磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の一方の信号が非線形領域のときは他方の線形領域の信号を用いることができ、入出力軸３２，３３の各回転検出精度が低下するのを防ぐことができる。
【００１９】
さらに、第３のターゲット板３６の歯数（＝３５）が第２のターゲット板３５の歯数（＝３６）より１少ないことにより、第３の磁気センサＡ３，Ｂ３の出力は、第２の磁気センサＡ２，Ｂ２の出力と比べて、出力軸３３の回転量（２π／３６）当たりに（（２π／３６）−（２π／３５））の位相ずれを生じ、出力軸３３の１回転で元に戻る。従って、予め出力軸３３の絶対回転位置と上記位相のずれとの関係を調べてテーブル化しておくことにより、位相ずれから出力軸３３の絶対回転位置を割り出すことができる。このようなテーブルは、制御ユニット２１の後述のデータ記憶部に予め格納されている。
【００２０】
また、上記の各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでは、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３が各々反転増幅器を介して制御ユニット２１に接続されている。
詳細には、例えば磁気センサＡ１は、図４（ａ）に示すように、直列に接続され、上記ＭＲ素子を各々構成する２つの抵抗体Ｒ１，Ｒ２と、この直列の抵抗体Ｒ１，Ｒ２の両端に所定の直流電圧を印加する直流源Ｖ１とを有するハーフブリッジタイプのセンサであり、上記抵抗体Ｒ１，Ｒ２の接続点を当該センサＡ１の出力端として反転増幅器１１の反転入力端子側に接続されている。そして、このセンサＡ１の上記出力端での電位が、入力軸３２及びターゲット板３４の回転に応じて周期的に変化することにより、当該センサＡ１は、上記電圧信号を反転入力端子に出力する。尚、他の磁気センサＡ２〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３も同図（ａ）に示したセンサＡ１と同一に構成されている。
【００２１】
上記反転増幅器１１は、信号増幅を行うオペアンプ１１ａと、磁気センサＡ１の上記出力端とオペアンプ１１ａの反転入力端子との間に接続された入力抵抗体Ｒ３と、上記反転入力端子とそのアンプの出力端子との間に接続されたフィードバック抵抗体Ｒ４とを備えている。また、オペアンプ１１ａは、その非反転入力端子から入力される直流電圧により、その出力電圧のオフセット調整が行われるようになっている。
また、反転増幅器１１では、その増幅率が磁気センサＡ１の抵抗値の変化に応じて変化するように、そのセンサＡ１の上記出力端が直接的に反転入力端子側に接続されており、さらにこの増幅器１１は、増幅後の前記出力信号の振幅が入力軸３２の検出した回転に応じて実質的に一定な値となるように、反転入力端子に入力した当該センサＡ１の出力信号を増幅している。
【００２２】
具体的にいえば、上記磁気センサＡ１の回路は、テブナンの定理により、図４（ｂ）に示す等価回路に置き換えられるものであり、その回路に示すように、上記抵抗体Ｒ１，Ｒ２はセンサＡ１と反転増幅器１１との接続点Ｔから見た並列合成抵抗体Ｒ１２に置換され、さらに上記直流源Ｖ１は上記接続点Ｔで電圧出力が周期的に変化する交流源Ｖ２に置換される。この結果、反転増幅器１１の増幅率αは、その増幅器１１が本来的に有する上記入力抵抗体Ｒ３及びフィードバック抵抗体Ｒ４の抵抗値ｒ3及びｒ4だけでなく、センサ側の上記並列合成抵抗体Ｒ１２の抵抗値ｒ12を含んだ次の（１）式で表される。
【００２３】
【式１】

【００２４】
上記並列合成抵抗体Ｒ１２の抵抗値ｒ12は、上記抵抗体Ｒ１，Ｒ２の各温度係数を合成した当該抵抗体Ｒ１２の温度係数Ｃ1に応じて変化するものであり、例えば図５（ａ）に示すように、抵抗値ｒ12は温度によって異なる値を示す。また、増幅前の上記信号振幅Ｖppもまた、例えば同図（ｂ）に示すように、温度変化に応じて変化する。
ここで、温度変化及び増幅前の信号振幅Ｖppの温度係数をそれぞれΔｔ及びＣ2とし、上記温度係数Ｃ1に比べて小さい反転増幅器１１側の入力抵抗体Ｒ３及びフィードバック抵抗体Ｒ４の温度係数を無視すると、当該増幅器１１の出力端Ｖoutから出力される増幅後の信号振幅Ｖａは、下記の（２）式で求められる。
【００２５】
【式２】

【００２６】
上記（２）式の右辺において、温度変化Δｔの係数が同じであれば、増幅後の信号振幅Ｖａを温度変化Δｔの影響を受けることなく一定の値とすることができる。すなわち、下記（３）式が成立する。
【００２７】
【式３】

【００２８】
上記（３）式のうち、並列合成抵抗体Ｒ１２の抵抗値ｒ12は磁気センサＡ１固有の固定値であり、その抵抗体Ｒ１２の温度係数Ｃ1及び信号振幅Ｖppの温度係数Ｃ2はそのセンサ出力特性に基づき当該センサ固有の一定値として定めることができる。それゆえ、反転増幅器１１の入力抵抗体Ｒ３の抵抗値ｒ3を予め調整することにより、増幅後の信号振幅Ｖａを実質的に一定な値にすることができる。具体的には、上記抵抗値ｒ12が５００Ωであり、温度係数Ｃ1及び温度係数Ｃ2がそれぞれ（−１）％／℃及び（−０．３）％／℃とすると、抵抗値ｒ3は（３）式から１１６６Ωと求められ、１２００Ωの抵抗値を選択することができる。そして、反転増幅器１１では、その選択した抵抗値を有する抵抗体を上記抵抗体Ｒ３として用いることにより、並列合成抵抗体Ｒ１２の抵抗値ｒ12が温度変化Δｔにより変化しても、その温度変化Δｔの影響を排除するよう増幅率を自動的に変化させて当該増幅器１１は磁気センサＡ１からの出力信号の振幅を検出した入力軸３２の回転に応じた実質的に一定な値として制御ユニット２１に対し出力することができる。
【００２９】
尚、上記の説明では、反転増幅器１１の増幅率を変化させることにより、上記抵抗値ｒ12の温度変化Δｔに対する温度補償を実施し、増幅後の出力信号の振幅を実質的に一定な値とする構成について説明したが、入力軸３２の軸振れ等に起因するターゲット板３４との間のギャップ変化によって増幅前の出力信号の振幅が変化したときでも、反転増幅器１１は温度変化Δｔの場合と同様に、ギャップ変化の影響を排除するよう増幅率を自動的に変化させることで増幅後の出力信号の振幅を実質的に一定な値とすることができる。
また、上記の説明以外に、上記入力抵抗体Ｒ３を可変抵抗器により構成し、この可変抵抗器と上記出力端Ｖoutとの間に帰還回路などを設けて、フィードバック制御を行い当該可変抵抗器の抵抗値（すなわち上記抵抗値r3）を変更して増幅率を変化させることにより、反転増幅器１１は磁気センサＡ１からの信号振幅を完全に一定値に一致させて出力することもできる。但し、上記のように入力抵抗体Ｒ３の抵抗値ｒ3を予め設定する場合の方が、反転増幅器１１の回路規模を複雑かつ大型化することなく、上記抵抗値ｒ12の温度変化やギャップ変化にかかわらず増幅後の信号振幅Ｖａを実質的に一定値とすることができる点で好ましい。
【００３０】
上記制御ユニット２１は、第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの出力を用いて所定の演算を行う演算部２１ａと、この演算部２１ａの演算結果に基づき電動モータ６の駆動制御を行う駆動制御部２１ｂとを備えている。この制御ユニット２１には、車速センサ２２によって検出された車速の信号が入力されるようになっており、自動車の走行速度を鑑みて電動モータ６で発生させる回転力を決定するようになっている。また、制御ユニット２１には、不揮発性メモリ等により構成されたデータ記憶部（図示せず）が設けられており、このデータ記憶部には、電動モータ６の駆動制御に必要なプログラムやテーブル化された情報等が予め格納され、さらには当該ユニット２１の各部での演算結果などや上記車速センサ２２などからの自動車の走行状態等を示す情報が適宜記憶される。
【００３１】
上記演算部２１ａは、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の出力信号を用いて対応する入出力軸３２，３３の各回転角を検出する回転角検出部の機能、この回転角検出部によって検出された上記各回転角を用いて上記操舵部材１に加わる操舵トルクを検出するトルク検出部の機能、及び上記検出された各回転角を用いて操舵部材１に加わる操舵トルク及び操舵角を演算により求め、その求めた操舵トルク及び操舵角に基づき上記操舵補助部から付与させる操舵補助力を決定する機能をもつように構成されている。具体的には、演算部２１ａは、所定のサンプリング周期で、例えばセンサ部Ｐ，Ｑの出力を取得し、対応する入力軸３２及び出力軸３３の回転角を得た後、入出力軸３２，３３の相対回転角の絶対値を求めて、上記操舵部材１に加わる操舵トルク及び操舵角を算出する。また、演算部２１ａは、算出した操舵トルク及び操舵角に基づき電動モータ６への指令値を決定し駆動制御部２１ｂに指示する。尚、演算部２１ａが、第３のセンサ部Ｒの出力を用いることにより、出力軸３３の絶対回転角の絶対値を求め、上記操舵トルク及び操舵角を算出することもできる。
上記駆動制御部２１ｂは、演算部２１ａから指示された指令値に基づいて電動モータ６に電流を供給して当該電動モータ６を駆動する。これにより、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、運転手の操舵動作を検出しその動作に応じた操舵補助力を付与することができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態による電動パワーステアリング装置では、センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒの抵抗値が周囲温度の変化や対応するターゲット板３４〜３６との間のギャップ変化などに起因して変化したときでも、上記反転増幅器１１がその増幅率を変化することで対応する磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３からの各出力信号の振幅を実質的に一定な値として制御ユニット２１に対し出力することができるので、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の増幅前の各信号振幅が周囲温度の変化などに起因して変化したときでも、増幅後の各出力信号を実質的に一定な振幅値で常に安定して出力することができる。従って、磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３での温度変化などの影響を抑えることができ、安定した出力特性を確保することができる。また、このように温度変化などにかかわらず、センサ出力特性を安定した状態で確保することができることから、制御ユニット２１の演算部２１ａは入出力軸３２，３３の各回転角、操舵部材１に加わる操舵トルク及び操舵角を容易に、かつ精度よく検出することができ、しかも上記操舵補助部から付与させる操舵補助力を運転手の操舵動作に応じて適切に決定して、操舵アシストを行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態の第１〜第３のセンサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでは、各磁気センサＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の出力信号が対応する入力軸３２または出力軸３３の回転角の変化に応じて周期的に変化する周期信号となるので、当該センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒでの入出力軸３２，３３の各回転検出精度を安価な構成で容易に向上することができ、制御ユニット２１は演算により運転手の操舵動作に伴う操舵トルク及び操舵角を正確に把握することができる。この結果、制御ユニット２１は、電動モータ６への指令値を正確に決定し、運転手の操舵動作に対応したさらに適切な操舵補助力でアシストすることができる。
【００３４】
尚、上記の説明では、各センサ部Ｐ，Ｑ，Ｒにおいて、ＭＲ素子を各々構成する直列の抵抗体Ｒ１，Ｒ２と直流源Ｖ１とを有するハーフブリッジタイプの磁気センサを用いた場合について説明したが、本発明はセンサ部の抵抗値の変化に応じて反転増幅器の増幅率が変化するように、その増幅器の反転入力端子側に上記センサ部を接続し、かつ上記反転増幅器が増幅後のセンサ出力信号の振幅が回転体の検出した回転に応じて実質的に一定な値となるように当該センサ部からの出力信号を増幅するものであればよく、センサ方式などのセンサ部の構成は上記のものに何等限定されない。具体的には、４つの抵抗体（ＭＲ素子）からなるフルブリッジタイプのＭＲセンサと、このＭＲセンサからの２つの出力を差動増幅する差動増幅器とを有するセンサ部において、２つの上記反転増幅器を上記ＭＲセンサと差動増幅器との間に配置し、そのＭＲセンサの２つの出力を２つの上記反転増幅器の反転入力端子にそれぞれ入力させることにより、各出力の温度ドリフトなどの影響を排除し温度補償等を施した信号振幅として安定した出力特性を差動増幅器から得ることもできる。
【００３５】
また、上記の説明以外に、平歯車状のターゲット板３４〜３６に代えてスリット状の多数の孔が周方向に等間隔で形成されたリング状のターゲットや、外周面に磁極のＮ・Ｓを交互に配置したターゲットを用いてもよいし、入力軸３２や出力軸３３を磁性体とし、対応するターゲット板３４〜３６と一体的に構成してもよい。さらに、磁気センサの代わりに光学センサ等を用いて上記スリット状の多数の孔位置を検出し軸回転に応じた周期信号を出力させる構成や、ターゲット板３４〜３６の外周ではなくその円盤側面上に磁性体を設けて、この磁性体の上方で操舵軸３の軸方向と平行に配置した磁気センサ等により回転角を検出するものでもよい。
【００３６】
また、上記の説明では、減速機構と電動モータ６とで上記操舵系に操舵補助力を付与する操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、本発明の回転角検出装置及びトルク検出装置は、上記操舵トルクなどに基づき油圧バルブを制御する油圧式パワーステアリング装置にも適用することができる。
また、上記操舵補助装置以外に、本発明の回転角検出装置を、例えばブラシレスモータに適用し、そのモータ軸の回転角を検出させることにより、回転数検出及びモータ制御の各精度を容易に向上させることができる。また、トルク検出を必要とする装置、例えば補助動力付自転車（いわゆる電動自転車）に上記回転角検出装置を含んだトルク検出装置を組み込むことにより、人力駆動力（ペダル踏力）を精度よく検出させることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の回転角検出装置によれば、センサ部の増幅前の信号振幅が周囲温度の変化などに起因して変化したときでも、上記反転増幅器から出力される増幅後のセンサ部の出力信号を実質的に一定な振幅値で常に安定して出力することができるので、上記センサ部における温度変化などの影響を抑えることができ、安定した出力特性を確保することができる。
【００３８】
又、上記回転角検出装置によれば、上記反転増幅器の回路規模を複雑かつ大型化することなく、増幅後の出力信号を実質的に一定な振幅値とすることができ、コスト安価で後続の処理が容易な回転角検出装置を簡単に構成することができる。
【００３９】
請求項２の回転角検出装置によれば、センサ部での回転体の回転検出精度を安価な構成で容易に向上することができるので、センシング性能に優れ、かつコスト安価な回転角検出装置を簡単に構成することができる。
【００４０】
請求項３のトルク検出装置によれば、上記回転角検出装置からトルク検出部への出力信号が周囲温度の変化などにかかわらず上記実質的に一定な振幅値で常に安定した状態で出力されるので、トルク検出部でのトルク検出処理を容易に、かつ精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電動パワーステアリング装置の構造を模式的に示す図である。
【図２】上記電動パワーステアリング装置におけるトーションバー、入力軸、出力軸、各ターゲット板、及び磁気センサを模式的に表した図である。
【図３】上記磁気センサからの出力信号（電圧）を示すグラフである。
【図４】（ａ）は図１に示したセンサ部及び反転増幅器の構成例を示すブロック図であり、（ｂ）はその等価回路を示すブロック図である。
【図５】上記センサ部の周囲温度による特性変化を示すグラフであり、（ａ）はそのセンサ部の並列合成抵抗値の温度変化を示すグラフであり、（ｂ）は２５℃を基準温度とした場合における、図４の接続点Ｔでの出力信号の振幅の変化率を示すグラフである。
【符号の説明】
１操舵部材
３操舵軸
３２入力軸（第１の回転軸）
３３出力軸（第２の回転軸）
６電動モータ（操舵補助部）
９操向車輪
１１反転増幅器
Ｒ３入力抵抗体
２１制御ユニット
２１ａ演算部
３４〜３６ターゲット板
Ｐ，Ｑ，Ｒセンサ部
Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３磁気センサ

Claims

回転体の回転に応じた出力信号を出力するセンサ部を有し、このセンサ部からの出力信号に基づき前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記センサ部からの出力信号を増幅する反転増幅器が設けられるとともに、
前記センサ部は、当該センサ部の抵抗値の変化に応じて前記反転増幅器の増幅率が変化するように、前記センサ部の出力端が入力抵抗体を介して、その増幅器の反転入力端子側に接続され、かつ
前記反転増幅器は、増幅後の前記出力信号の振幅が前記回転体の検出した回転に応じて実質的に一定な値となるように、当該反転増幅器の前記入力抵抗体の抵抗値が、下記式に基づいて設定され、前記センサ部からの前記出力信号を増幅することを特徴とする回転角検出装置。
Ｃ２＝（ｒ１２ × Ｃ１）／（ｒ１２＋ｒ３）
ただし、上記式中、ｒ３は、前記反転増幅器の入力抵抗体の抵抗値、ｒ１２は、前記センサ部の抵抗値、Ｃ１は、前記センサ部の抵抗値の温度係数、Ｃ２は、前記センサ部の出力信号の信号振幅の温度係数である。
前記センサ部は、前記回転体に一体回転可能に設けられた磁性体を有するターゲットと、
磁気抵抗効果素子を有し前記磁性体に対向して配置された磁気センサとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
第１の回転軸とこの回転軸と同軸的に連結された第２の回転軸を備えた回転体に対して、前記第１及び第２の各回転軸に請求項１又は２のいずれかに記載の回転角検出装置を設けるとともに、
対応する前記回転角検出装置によって検出された前記第１及び第２の回転軸の各回転角を用いて、前記回転体に加わるトルクを検出するトルク検出部を備えたことを特徴とするトルク検出装置。