WO2004081490A1 - 回転角度検出装置 - Google Patents

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detection
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magnetic
rotating body
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Masaharu Ushihara
Koji Oike
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
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Definitions

  • the present invention relates to a steering wheel rotation angle detection device used for a vehicle body control system or the like. Background engineer
  • a detecting device for detecting a rotation angle of a main rotating body that rotates finitely more than one rotation like a steering wheel of an automobile is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-508828.
  • This detection device has at least two second and third rotating bodies that cooperate with the first gear fitted to the main rotating body.
  • the second and third rotating bodies have second and third gears, respectively.
  • the sensor determines the angular positions of the second and third rotating bodies, and detects the rotation angle of the main rotating body from the phase difference.
  • the magnets provided on the second and third gears interact with each other to distort the lines of magnetic force, so that the measurement accuracy of the rotation angle is reduced. Ming war
  • the rotation angle detecting device may include any one of the first and second detecting rotators, the first and second magnets, the first and second magnetic detectors, and the first and second magnets and the first and second magnetic detectors. It has a ferromagnetic material that surrounds the perimeter and an operation unit.
  • the detecting rotator is connected to the main rotator and rotates at a higher speed than the main rotator.
  • the first magnet is provided at a central portion of the first rotating body for detection.
  • the first magnetic detector is arranged adjacent to the facing surface of the first magnet.
  • the second rotating body for detection is connected to the first rotating body for detection, and rotates at a rotation speed different from that of the first rotating body for detection.
  • the second magnet is provided at the center of the second detecting rotator.
  • the second magnetic detector is arranged adjacent to the facing surface of the second magnet.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side sectional view of a rotation angle detecting unit in the apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a configuration diagram around the detection rotator and the magnetic detector in the apparatus of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a positional relationship between a magnet and a ferromagnetic material in the apparatus of FIG.
  • FIG. 5A to 5C are plan views showing the positional relationship between the magnet and the anisotropic magnetoresistive element (AMR element) in the apparatus shown in FIG.
  • AMR element anisotropic magnetoresistive element
  • FIG. 6 is a graph showing a sin 20 signal and a cos 20 signal obtained from the AMR element by the rotation of the detecting rotator in the apparatus of FIG.
  • FIG. 7 is a graph showing the t an 20 signal obtained from FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing 2 ⁇ obtained from FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing ⁇ ⁇ ⁇ obtained from FIG.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the main rotator and the rotation angle signal obtained from the first detection rotator in the apparatus of FIG.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the main rotator and the rotation angle signals obtained from the first detection rotator and the second detection rotator in the apparatus of FIG.
  • FIG. 12 is a graph showing the phase difference between the first detection rotator and the second detection rotator obtained from FIG. 11.
  • FIG. 13 is a graph showing rotation angle signals obtained from the first detection rotator and the second detection rotator when the lines of magnetic force exerted an influence on each other.
  • FIG. 14 is a graph showing the phase difference between the first detection rotator and the second detection rotator obtained from FIG.
  • FIG. 15 is a side sectional view of another rotation angle detecting device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a side sectional view of still another rotation angle detecting device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing another ferromagnetic material according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram showing still another ferromagnetic material according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing still another ferromagnetic material according to the embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the rotation angle detection unit.
  • a gear portion 2C is formed on the outer periphery of the main rotating body 2.
  • a steering shaft 3 penetrates the center of the main rotating body 2.
  • the protrusions 2 A, 2 B of the main rotating body 2 are engaged with the grooves 3 A, 3 B of the steering shaft 3.
  • the first detecting rotator (hereinafter referred to as the rotator) 4 is mounted so as to rotate around the bearing portion 8, and the outer peripheral portion thereof has a gear lied to the gear portion 2 C of the main rotator 2. It has part 4A.
  • the outer shape of the rotating body 4 is smaller than that of the main rotating body 2.
  • a second detection rotary member (hereinafter referred to as a rotary member) 5 is mounted so as to rotate around the bearing portion 9, and its outer peripheral portion has a gear portion 5 A meshing with the gear of the rotary member 4. have. Its outer shape is slightly larger than that of rotator 4, so rotator 5 rotates It rotates at a different rotation speed than body 4.
  • the rotator 4 and the rotator 5 have magnets 6 and 7 on the axis of rotation, respectively.
  • a first anisotropic magnetoresistive element (AMR element) 10 and a second AMR element 11, which are magnetic detectors, are provided on a circuit board (hereinafter, a board) 12.
  • the AMR elements 10 and 11 are provided so as to face the magnets 6 and 7 so that the center axis thereof and the rotation axis of the magnets 6 and 7 are aligned with each other.
  • the magnets 6 and 7 and the AMR elements 10 and 11 are provided adjacent to each other with an interval of about 0.5 to 3 mm.
  • the rotating body 4 and the rotating body 5 are provided with ring-shaped ferromagnetic bodies 13 and 14 surrounding the magnets 6 and 7, respectively.
  • the board 12 is provided with at least an operation unit 20 for calculating the rotation angle of the main rotating body 2 from the outputs of the AMR elements 10 and 11. And Case 1 contains them.
  • FIG. 3 shows the relationship between the rotating body 4, the magnet 6, the AMR element 10 and the ferromagnetic body 13 in an enlarged manner.
  • the magnetic flux 15 coming out of the magnet 6 passes through the AMR element 10 and gives an output to the AMR element 10.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the positional relationship between the magnets 6 and 7 and the ring-shaped ferromagnetic materials 13 and 14.
  • 5A to 5C are plan views showing the positional relationship between the magnet 6 and the AMR element 10 when the rotating body 4 rotates.
  • the AMR element 10 When the magnet 6 rotates 0 times sequentially from the reference position shown in FIG. 5A to the positions of FIGS. 5B and 5C with respect to the AMR element 10 fixed on the substrate 12, the AMR element 10 becomes And outputs a voltage having characteristics indicated by a sin 20 curve having a cycle of 20 and a cos 20 curve.
  • t an 20 is calculated from these two curves by the calculation unit 20 on the substrate 12, a graph as shown in FIG. 7 is obtained.
  • arc t a n 20 to 20 are similarly calculated by the arithmetic unit 20 on the substrate 12, a sawtooth graph as shown in FIG. 8 is obtained. From this, the rotation angle 0 of the rotator 4 is calculated as shown in FIG. That is, the circuit on the substrate 12 outputs the same signal twice as the rotation angle 0 during one rotation.
  • the size ratio between the main rotating body 2 and the rotating body 4 is, for example, 2: 1 and
  • the entire rotation range of the main rotating body 2 (corresponding to the entire rotation angle of the steering wheel) is one rotation left and right, and a total of two rotations.
  • the angle signal from the AMR element 10 indicating the rotation angle of the rotator 4 is converted into a sawtooth-shaped graph that repeats a straight line 16 as shown in FIG. 10 where the horizontal axis is the main rotator 2 The rotation angle is shown.
  • the rotation angle of the main rotating body 2 can be increased to twice the resolution, and reading can be performed with high accuracy, as compared with the case where the main rotating body 2 is provided with a magnet and a magnetic detector.
  • the method of detecting the angle of the rotating body 5 is the same as that of the rotating body 4.
  • the rotating speed of the rotating body 5 is slightly lower because the outer shape is slightly larger than that of the rotating body 4.
  • a straight line 17 indicates the rotation angle detected by the second AMR element 11 that detects the rotation angle of the rotating body 5.
  • the slope of the straight line 17 is slightly gentler than that of the straight line 16 indicating the rotation angle of the rotating body 4.
  • Fig. 12 is a graph showing the difference (phase difference) between these two angles as a signal.
  • the approximate rough angular position (from the graph of a straight line 18 indicating the phase difference between the rotation angle of the rotating body 4 and the rotating angle of the rotating body 5 shown in FIG. 12 ( Grab point 3 0) first. Then, for example, the number of the straight line from the left in FIG. 11 is determined. Next, the exact angular position (point 40) is determined by the fine graph in Fig. 11. As a result, the absolute angular position in a wide area with multiple rotations can be accurately read.
  • the total rotation range of the main rotating body 2 can be increased to more than 2 rotations, for example, 4 rotations or 5 rotations. Also, if the gear ratio of the rotating body 4 is made smaller than 1/2 of that of the main rotating body 2, the resolution of the reading angle is further improved. In addition, in this method, errors due to temperature changes are canceled in the process of converting sin 20 and cos 20 to tan 20, so that there are few measurement errors in a wide temperature range. However, in the present embodiment, since the rotating bodies 4 and 5 are directly connected, the magnets 6 and 7 are arranged close to each other. When the size of the apparatus is further reduced, the magnets 6 and 7 provided on the rotating body 4 and the rotating body 5 are arranged at close positions.
  • ferromagnetic substances 13 and 14 surround magnets 6 and 7, respectively.
  • the lines of magnetic force 15 are less likely to leak out of the ferromagnetic bodies 13 and 14 and are not affected by each other. Therefore, each angle signal shows good linearity as shown in Fig. 10, Fig. 11, and Fig. 12, and highly accurate angle detection can be obtained even when the device is downsized.
  • the presence of the ferromagnetic substances 13 and 14 also has an effect of blocking a magnetic field that causes external disturbance, and similarly high detection accuracy is maintained. Also, the parallelism of the magnetic lines of force of magnets 6 and 7 is maintained, so that the detection accuracy of AMR elements 10 and 11 is improved.
  • the distance between magnets 6 and 7 and AMR elements 10 and 11 is very small (less than 1/10) compared to the distance between magnets 6 and 7 and ferromagnetic substances 13 and 14. Is preferred. By doing so, there is no effect such that the magnetic field lines 15 from the magnets 6 and 7 are absorbed by the ferromagnetic bodies 13 and 14 arranged around the magnets.
  • the rotating body 5 does not contact the main rotating body 2 having a large play with the shaft 3, but only contacts the rotating body 4 having a small play with the bearing portion 8 of the case 1. Therefore, the play between the rotator 4 and the rotator 5 is small, and the straight lines 16 and 17 in Fig. 11 are graphs with little distortion (that is, backlash) and high detection accuracy. As a result, the straight line in Fig. As a result, it is possible to obtain a highly reliable multi-rotation angle measurement system with little error in determining the overall angular position.
  • ring-shaped ferromagnetic bodies 13 and 14 are provided on both rotating body 4 and rotating body 5 to form a compact structure.
  • ferromagnetic substances 13 and 14 may be provided on the sides of the AMR elements 10 and 11.
  • one of the ferromagnetic bodies 13 and 14 may be provided on the AMR element 10 side, and the other may be provided on the rotating body 5 side. In this way, the degree of freedom in structural design is increased.
  • merely providing a ferromagnetic material at any one of the AMR elements 10 and 11 and the rotating bodies 4 and 5 can prevent the magnetic lines of force 15 between the magnets 6 and 7 from interfering with each other.
  • the materials 3 and 14 are not limited as long as they have good magnetic permeability, but iron-based materials are advantageous in terms of ease of handling and cost.
  • Figure 17 shows ferromagnetic materials 13 and 14 made by punching out iron-based flat plate material into rings, and is made at low cost. Further, as shown in FIG. 18, the ferromagnetic bodies 13 and 14 may be formed by arranging finely cut strip-shaped materials in a ring shape. As shown in FIG. 19, the ferromagnetic bodies 13 and 14 may be formed by arranging finely punched members into a ring shape. The ferromagnetic bodies 13 and 14 are attached to the rotating bodies 4 and 5 by bonding, fitting, molding, or the like.
  • all of the rotating bodies 2, 4, and 5 have gear portions 2C, 4A, and 5A and are in contact with each other, but the surfaces of the rotating bodies 2, 4, and 5 have frictional forces. It may be made of a material having a large coefficient and pressed.
  • calculation unit 20 is provided on the substrate 12, it may be provided separately.
  • the rotation angle detection device of the present invention two detection rotators for detecting the rotation angle of the main rotator are directly connected.
  • a ring-shaped ferromagnetic material is provided near the magnet or the magnetic detector.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

回転角度検出装置は、主回転体に従動して回転する２つの検出用回転体を有し、それぞれに設けた磁石と磁気検出体とを有する。磁気検出体は、検出用回転体の回転により生じる磁石の磁力線の変化から検出用回転体の回転を検出し、その結果を基に回転角度検出装置は主回転体の回転角度を検出する。そして検出用回転体に設けた磁石または磁気検出体の回りにリング状の強磁性体を設ける。この構成により、磁石相互の磁場を乱すことなく磁気検出が行われ、小型化する場合にも精度の高い回転角度検出装置が得られる

Description

明細書
回転角度検出装置 技術分野
本発明は自動車の車体制御システムなどに用いられるハンドルの 回転角度検出装置に関する。 背景技衛
自動車のハンドルのように 1 回転以上に有限で回転する主回転体 の回転角度を検出する検出装置は、 例えば特表平 1 1 一 5 0 0 8 2 8号公報に開示されている。 この検出装置は、 主回転体に嵌合され た第 1歯車と共動する少なく とも 2つの第 2、第 3回転体を有する。 第 2、 第 3回転体はそれぞれ第 2、 第 3歯車を有する。 そしてセン サが第 2、 第 3回転体の角度位置を求め、 その位相差から主回転体 の回転角度を検出する。
しかしながら、 このような従来の回転角度検出装置においては、 第 1歯車がステアリ ング軸に通されているため、 外形が大きくその 軸受け部の径も大きくなるため第 1歯車は歪みやすくなる。 そのた めに両者の嵌合遊びを大きく とる必要がある。 また第 1歯車と第 2， 第 3歯車との嚙み合いは遊びを大きく設定しておく必要がある。 こ のため、 第 2、 第 3歯車間の遊びは相対的に大きくなり、 絶対角度 を求めるにあたって 2つのセンサ部に測定誤差が発生する。
また、 装置を小型化する際には、 第 2、 第 3歯車に設けた磁石が 相互に影響し合って互いの磁力線を歪めるため回転角度の測定精度 が低下する。 明の闘示
本発明の回転角度検出装置は、 第 1 、 2検出用回転体と第 1 、 2 磁石と第 1 、 2磁気検出体と第 1、 第 2磁石と第 1、 第 2磁気検出 体とのいずれかの周囲を囲む強磁性体と、 演算部とを有する。 第 1 検出用回転体は主回転体に接続され主回転体より高速に回転する。 第 1磁石は第 1検出用回転体の中央部に設けられている。 第 1磁気 検出体は第 1磁石の対面に隣接して配置されている。 第 2検出用回 転体は、 第 1検出用回転体に接続され 第 1検出用回転体とは異な る回転速度で回転する。 第 2磁石は第 2検出用回転体の中央部に設 けられている。 第 2磁気検出体は第 2磁石の対面に隣接して配置さ れている。 園面の簡単な靆明
図 1 は本発明の実施の形態における回転角度検出装置の構成図で ある。
図 2は図 1 の装置における回転角度検出部の側断面図である。 図 3は図 1 の装置における検出用回転体と磁気検出体との周辺の 構成図である。
図 4は図 1 の装置における磁石と強磁性体との位置関係を示す斜 視図である。
図 5 A〜図 5 Cは図 1 の装置における磁石と異方性磁気抵抗素子 ( A M R素子） との位置関係を示す平面図である。
図 6は図 1 の装置において検出用回転体の回転により A M R素子 から得られる s i n 2 0信号、 c o s 2 0信号を示すグラフである。
図 7は図 6から得られる t a n 2 0信号を示すグラフである。 図 8は図 7から得られる 2 Θ を示すグラフである。
図 9は図 8から得られる Θ を示すグラフである。
図 1 0は図 1の装置において主回転体の回転角度と第 1検出用回 転体から得られる回転角度信号との関係を示すグラフである。
図 1 1 は図 1 の装置において主回転体の回転角度と第 1検出用回 転体および第 2検出用回転体から得られる回転角度信号との関係を 示すグラフである。
図 1 2は図 1 1 より求められる、 第 1検出用回転体と第 2検出用 回転体との位相差を表わすグラフである。 図 1 3は互いに磁力線の影響を及ぼした場合の、 第 1検出用回転 体と第 2検出用回転体から得られる回転角度信号を示すグラフであ る。
図 1 4は図 1 3より求められる 第 1検出用回転体と第 2検出用 回転体との位相差を表わすグラフである。
図 1 5は本発明の実施の形態における他の回転角度検出装置の側 断面図である。
図 1 6は本発明の実施の形態におけるさらに他の回転角度検出装 置の側断面図である。
図 1 7は本発明の実施の形態における他の強磁性体を示す図であ る。
図 1 8は本発明の実施の形態におけるさらに他の強磁性体を示す 図である。
図 1 9は本発明の実施の形態におけるさらに他の強磁性体を示す 図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1 は本発明の実施の形態における回転角度検出装置の構成図で ある。 図 2は回転角度検出部の側断面図である。 主回転体 2の外周 部にはギヤ部 2 Cが形成されている。 また、 主回転体 2の中央部に はステアリ ングシャフ ト 3が貫通している。主回転体 2の突起 2 A、 2 Bはステアリ ングシャフ ト 3の溝部 3 A、 3 Bに嚙み合っている。 第 1検出用回転体 （以下、 回転体） 4は軸受け部 8 のまわりに回動 するように取り付けられ、 その外周部には、 主回転体 2のギヤ部 2 Cと嘘み合っているギヤ部 4 Aを有している。 そして回転体 4は主 回転体 2より も外形が小さい。 すなわち、 回転体 4は主回転体 2よ り高速で回転する。 第 2検出用回転体 （以下、 回転体） 5 も同様に 軸受け部 9のまわりに回動するように取り付けられ、 その外周部に は回転体 4のギヤと嚙み合っているギヤ部 5 Aを有している。 その 外形は回転体 4のそれより もわずかに大きいので、 回転体 5は回転 体 4 とは異なる回転速度で回転する。
回転体 4 と回転体 5 とはそれぞれ回転軸心上に磁石 6， 7 を有し ている。 磁気検出体である第 1異方性磁気抵抗素子 ( A M R素子) 1 0 と第 2 AMR素子 1 1 とは回路基板 （以下 基板） 1 2上に設 けられている。 AMR素子 1 0、 1 1 はそれぞれ、 その中心軸と磁 石 6 , 7 の回転軸心とがー致するように磁石 6、 7 に対面して設け られている。 また、 磁石 6 , 7 と AM R素子 1 0 , 1 1 とはそれぞ れ互いの間隔が 0. 5〜 3 mm程度に隣接して設けられている。 回 転体 4 と回転体 5 とにはそれぞれ、 磁石 6， 7 を取り囲むリ ング状 の強磁性体 1 3， 1 4が設けられている。 基板 1 2 には A M R素子 1 0、 1 1 の出力から主回転体 2の回転角度を算出する演算部 2 0 が少なく とも構成されている。 そして、 ケース 1がこれらを収めて いる。
図 3は回転体 4、 磁石 6、 A M R素子 1 0、 強磁性体 1 3の関係 を拡大して示している。 磁石 6より出た磁力線 1 5は AM R素子 1 0の中を貫通し AMR素子 1 0 に出力を与える。 図 4は磁石 6 , 7 とリ ング状の強磁性体 1 3， 1 4 との位置関係を示す斜視図である。 図 5 A〜図 5 Cは回転体 4が回転する場合の磁石 6 と AM R素子 1 0 との位置関係を示す平面図である。
基板 1 2上に固定された AM R素子 1 0 に対して磁石 6が図 5 A に示す基準位置から図 5 B， 図 5 Cの位置へと順次 0 回転すると A MR素子 1 0は図 6のような 2 0 を周期とする s i n 2 0カーブと c o s 2 0カーブとで示される特性の電圧を出力する。 この 2つの カーブから t a n 2 0 を基板 1 2上の演算部 2 0にて計算すると図 7のようなグラフが得られる。 さらに a r c t a n 2 0から 2 0 を 同様に基板 1 2上の演算部 2 0 にて計算すると図 8のような鋸歯状 のグラフが得られる。 これから、 回転体 4の回転角 0 は図 9のダラ フのように算出される。 すなわち、 基板 1 2上の回路は、 1 回転す る間に回転角 0 として同じ信号を 2回出力する。
ここで、 主回転体 2 と回転体 4との大きさの比を例えば 2 ： 1 と し、 また主回転体 2の全回転範囲 （ステアリ ングハンドルの全回転 角に相当） を左右にそれぞれ 1 回転ずつ、 合計 2回転とする。 この 場合、 回転体 4の回転角を示す A M R素子 1 0からの角度信号は図 1 0 に示すような直線 1 6 を繰り返す鋸齒状のグラフに変換される ここで横軸は主回転体 2の回転角度を示している。 直線 1 6では、 主回転体 2 に磁石と磁気検出体とを設けた場合に比ベ、 主回転体 2 の回転角を 2倍の分解能に上げて精度良く読み取ることができる。 回転体 5 における角度検出の方法も回転体 4の場合と同様である, 回転体 5は、 回転体 4より外形がわずかに大きいために回転速度は やや遅い。 図 1 1 において、 直線 1 7は、 回転体 5の回転角度を検 出する第 2 A M R素子 1 1が検出する回転角度を示している。 直線 1 7は回転体 4の回転角度を示す直線 1 6よりは傾斜がやや緩やか である。 例えば全操舵領域の左端を一致させて、 磁力線 1 5の検出 から求めた回転体 4 と回転体 5 との回転角度を示す直線 1 6， 1 7 が少しずつずれて全操舵領域の右端にて再び一致するようにギヤ比 を設定する。 この 2つの角度のずれ （位相差） を信号として表した グラフが図 1 2である。
多回転での回転角度の検出方法においては、 図 1 2 に示す回転体 4の回転角度と回転体 5の回転角度との位相差を示す直線 1 8のグ ラフから全体の大まかな角度位置 （点 3 0 ) をまず掴む。 そして例 えば図 1 1 の左から何番目の直線に属しているのかを決定する。 次 いで図 1 1 の細かいグラフにより正確な角度位置 （点 4 0 ) を決定 する。 これにより多回転の広いエリアの中での絶対的な角度位置が 精度良く読み取られる。
主回転体 2 の全回転範囲は 2回転より多く、 例えば 4回転や 5回 転へと増やすことは可能である。 また、 回転体 4のギヤ比を主回転 体 2 の 1 / 2よりもつと小さくすれば、 読み取り角度の分解能はさ らに良くなる。 また、 本方式では s i n 2 0 , c o s 2 0から t a n 2 0 に変換する過程で温度変化に伴う誤差を打ち消してしまうの で、 広い温度領域で測定誤差が少ない。 しかしながら本実施の形態では回転体 4， 5 を直接接続している ため、 磁石 6 と磁石 7 とは近い位置に配置されている。 さらに装置 を小さくすると、 回転体 4 と回転体 5 に設けたそれぞれの磁石 6 と 磁石 7 とは近い位置に配置される。 その場合には磁石 6， 7から発 する磁力線 1 5が相互に影響を及ぼし、 磁石 6 , 7周辺の磁力線 1 5の方向に乱れが生じる。 その結果、 図 1 1 のように直線で表され るべきグラフが図 1 3 に示すように歪んで曲がったものとなる。 そ の位相差をとつたグラフも図 1 4に示すように歪んだものとなる。 このような状態では、 図 1 4のグラフの角度位置からは図 1 3 にお いて複数の直線を指定したり、 間違った直線を指定したりする可能 性があり、 その結果正確な角度が読み取れない。
本実施の形態では、 強磁性体 1 3 , 1 4がそれぞれ磁石 6 , 7 を 取り囲んでいる。 これにより、 互いの磁力線 1 5が強磁性体 1 3， 1 4の外には漏れにく くなりお互いの影響を受けない。 そのため、 それぞれの角度信号は図 1 0、 図 1 1、 図 1 2 に示すように良好な 直線性を示し、 装置を小型化する場合でも精度の高い角度検出が得 られる。 また、 強磁性体 1 3 , 1 4が存在することにより外部から の外乱となる磁場に対しても遮断効果があり、 同様に高い検出精度 が維持される。 また磁石 6， 7 の磁力線の平行度が保たれることに より A M R素子 1 0、 1 1の検出精度がよくなる。
なお、 磁石 6， 7 と A M R素子 1 0 , 1 1 との間の距離は磁石 6 , 7 と強磁性体 1 3 , 1 4の距離に比べて非常に小さく （ 1 0分の 1 以下） 構成することが好ましい。 このようにすることで、 磁石 6 , 7からの磁力線 1 5がその周囲に配置した強磁性体 1 3， 1 4に吸 い取られるような影響を生じない。
また、 回転体 5はシャフ ト 3 との遊びの大きい主回転体 2 には接 しておらず、 ケース 1 の軸受け部 8 との遊びが少ない回転体 4にの み接している。そのため回転体 4と回転体 5 との間の遊びは小さく、 図 1 1 の直線 1 6， 1 7は歪み （すなわちバックラッシュ） の少な ぃ検知精度の高いグラフとなる。 そのことにより図 1 2の直線も精 度が高くなり、 全体の角度位置を決めるにあたって誤差が生じにく く、 信頼性の高い多回転角度の計測システムが得られる。
また本実施の形態では、 回転体 4 と回転体 5 との両方にリ ング状 の強磁性体 1 3 , 1 4を設けてコンパク トな構造になっている。 こ れ以外に、 図 1 5 に示すように強磁性体 1 3 , 1 4を AM R素子 1 0 , 1 1側に設けてもよい。 また、 図 1 6 に示すように強磁性体 1 3 , 1 4を一方は A M R素子 1 0側に、 他方は回転体 5側に設けて もよい。 このようにすれば構造設計の自由度が広がる。 あるいは、 AM R素子 1 0 , 1 1、 回転体 4、 5のいずれか一箇所に強磁性体 を設けるだけでも磁石 6 と磁石 7 との磁力線 1 5の干渉は防がれる, 強磁性体 1 3 , 1 4の材料は透磁率のよいものなら何でもよいが、 鉄系の材料が扱いやすさやコス トの点で有利である。 図 1 7 は鉄系 の平板の材料を打ち抜いてリ ング状にした強磁性体 1 3， 1 4で、 低コス トで作成される。 また図 1 8 に示すように、 帯状の材料を細 かく切ったものをリング状に配列して強磁性体 1 3， 1 4を構成し てもよい。 図 1 9 に示すように、 細かく平板に打ち抜いた部材をリ ング状に配列した強磁性体 1 3 , 1 4を構成してもよい。 また回転 体 4 , 5 に対する強磁性体 1 3， 1 4の取り付け方は接着やはめ込 み、 モールドなどの方法を用いて設置される。
なお、 本実施の形態では回転体 2 , 4， 5はいずれもギア部 2 C， 4 A， 5 Aを有して互いに嚙合っているが、 回転体 2 , 4 , 5の表 面を摩擦係数の大きい材料で構成し、 圧接させる構成でもよい。
また、 演算部 2 0は基板 1 2 に設けているが、 別体に設けてもよ い。 産業上の利用可能性
本発明の回転角度検出装置では、 主回転体の回転角度を検出する ための 2つの検出用回転体が直接接続されている。 そして磁石また は磁気検出体の近傍にリ ング状の強磁性体が設けられている。 これ により、 装置を小型化する場合に少ない部品点数で大きな誤差を発 生することなく、 多回転する回転体の絶対回転角度を精度よく検出 することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 主回転体と、
前記主回転体に接続され、 前記主回転体より高速に回転する 第 1検出用回転体と、
前記第 1検出用回転体の中央部に設けられた第 1磁石と、 前記第 1磁石の対面に隣接して配置された第 1磁気検出体と， 前記第 1検出用回転体に接続され、 前記第 1検出用回転体と は異なる回転速度で回転する第 2検出用回転体と、
前記第 2検出用回転体の中央部に設けられた第 2磁石と、 前記第 2磁石の対面に隣接して配置された第 2磁気検出体と， 前記第 1磁石と、 第 2磁石と、 前記第 1磁気検出体と、 第 2 磁気検出体との少なく ともいずれかの周囲を囲む強磁性体と、 を—備 えた、
回転角度検出装置。
2 . 前記第 1磁気検出体と前記第 2磁気検出体とが異方性磁気抵 抗素子を有する、
請求項 1 に記載の回転角度検出装置。
3 . 前記強磁性体が、 前記第 1検出用回転体と第 2検出用回転体 との一方と一体に設けられた、
請求項 1 に記載の回転角度検出装置。 4 . 前記強磁性体が、 第 1磁気検出体と第 2磁気検出体との一方 と一体に設けられた、
請求項 1 に記載の回転角度検出装置。 前記強磁性体は第 1、 第 2強磁性体の一方であり、
前記第 1強磁性体は前記第 1検出用回転体と前記第 1磁気検 出体とのいずれか一方に一体に設けられ、 前記第 2強磁性体は第 2 検出用回転体と前記第 2磁気検出体とのいずれか一方に一体に設け られた、
請求項 1 に記載の回転角度検出装置。
6 . 前記強磁性体は、 リ ング状の鉄板からなる、
請求項 1 に記載の回転角度検出装置。
7 . 前記強磁性体は、 リ ング状に配置された複数片からなる、 請求項 1 に記載の回転角度検出装置。
8 . 前記第 1磁気検出体と前記第 2磁気検出体との出力から前記 主回転体の回転角を検出する演算部と、 をさ らに備えた、
請求項 1 に記載の回転角度検出装置。
9 . 前記演算部は前記第 1磁気検出体と前記第 2磁気検出体との 出力の位相差により前記主回転体の回転角を検出する、
請求項 8に記載の回転角度検出装置。
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