回転角度・トルク検出装置
【課題】主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出等に用いられる回転角度・トルク検出装置に関し、全体の小型化が図れ、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】第一の回転体２１に第三の磁石３５を装着すると共に、この第三の磁石３５の磁気を検出する第三の磁気検出素子３６を設け、制御手段２９が第一の磁気検出素子２８からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６からの角度検出信号によって回転角度を、各々検出することによって、使用する検出歯車３２が一つですみ、全体の小型化が図れると共に、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を得ることができる。
【解決手段】第一の回転体２１に第三の磁石３５を装着すると共に、この第三の磁石３５の磁気を検出する第三の磁気検出素子３６を設け、制御手段２９が第一の磁気検出素子２８からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６からの角度検出信号によって回転角度を、各々検出することによって、使用する検出歯車３２が一つですみ、全体の小型化が図れると共に、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出等に用いられる回転角度・トルク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な回転トルク検出装置や回転角度検出装置を用いてステアリングの回転トルクや回転角度を検出し、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の各種制御を行うものが増えている。
【０００３】
このような、従来の回転角度・トルク検出装置について、図７及び図８を用いて説明する。
【０００４】
図７は従来の回転角度・トルク検出装置の断面図、図８は同分解斜視図であり、同図において、１はステアリングに連動して回転する略円筒状の第一の回転体、２は略円筒状の保持体、３は複数のＮ極とＳ極が交互に隣接して形成された略リング状の第一の磁石で、第一の磁石３が保持体２の外周下端に固着されると共に、この保持体２の外周上方が第一の回転体１の内周上方に固着されている。
【０００５】
そして、４は略円筒状の第二の回転体、５は内周に複数の突起部５Ａが形成された略リング状の第一の磁性体、６は同じく内周に複数の突起部６Ａが形成された第二の磁性体で、第二の回転体４が第一の回転体１の下方に配置されると共に、第一の磁性体５と第二の磁性体６がスペーサ７を介して、第一の磁石３外周と所定の間隙を空けて対向するように、第二の回転体４上端に固着されている。
【０００６】
また、８は第一の回転体１と第二の回転体４の側方にほぼ平行に配置された配線基板で、左右面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の磁石３との対向面には、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間に配設された、ホール素子等の第一の磁気検出素子９が実装装着されている。
【０００７】
さらに、配線基板８にはマイコン等の電子部品によって、第一の磁気検出素子９に接続された制御手段１０が形成されると共に、第一の回転体１と第二の回転体４の間には、上端が第一の回転体１に、下端が第二の回転体４に各々固着されたトーションバー等の略円柱状の連結体１１が設けられ、第一の回転体１と第二の回転体４が連結体１１を介して、固着されて回転トルク検出部が構成されている。
【０００８】
また、１２は第二の回転体４の外周下面に形成された回転歯車、１３は第一の検出歯車、１４は第二の検出歯車で、これらが各々異なる歯数に形成されると共に、回転歯車１２に第一の検出歯車１３が、この第一の検出歯車１３に第二の検出歯車１４が各々噛合している。
【０００９】
そして、この第一の検出歯車１３の中央には第二の磁石１５Ａが、第二の検出歯車１４の中央には第三の磁石１６Ａが、各々インサート成形等により装着されると共に、これらの側方にほぼ平行に配置された配線基板８の、第二の磁石１５Ａと第三の磁石１６Ａとの対向面には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の第二の磁気検出素子１５Ｂと第三の磁気検出素子１６Ｂが各々装着されている。
【００１０】
さらに、これらの回転歯車１２や第一の検出歯車１３、第二の検出歯車１４、第二の磁石１５Ａと第二の磁気検出素子１５Ｂ、第三の磁石１６Ａと第三の磁気検出素子１６Ｂによって、回転角度検出部が形成されると共に、第二の磁気検出素子１５Ｂと第三の磁気検出素子１６Ｂが制御手段１０に接続されて、回転角度・トルク検出装置が構成されている。
【００１１】
そして、このように構成された回転角度・トルク検出装置が、第一の回転体１や第二の回転体４にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段１０がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００１２】
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体１が回転し、連結体１１が捩じれた後、第一の回転体１にやや遅れて第二の回転体４が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体１に対する第二の回転体４の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体４の回転の遅れは大きくなる。
【００１３】
そして、この第一の回転体１と第二の回転体４の回転に伴って、これらに固着された第一の磁石３と、これにやや遅れて第一の磁性体５と第二の磁性体６も回転し、交互に隣接形成された第一の磁石３のＮ極とＳ極の磁気の変化を、第一の磁気検出素子９が第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して検出し、これが制御手段１０へ入力される。
【００１４】
なお、この時、第一の磁気検出素子９が検出する磁気は、第一の磁石３が固着された第一の回転体１に対し、第一の磁性体５と第二の磁性体６が固着された第二の回転体４の、回転の遅れが少ない場合には磁気が弱く、回転の遅れが大きな場合には磁気が強くなる。
【００１５】
そして、この第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して検出された第一の磁気検出素子９の磁気の強弱から、制御手段１０が第一の回転体１、即ちステアリング軸の回転トルクを算出して、これが車両本体の電子回路へ出力される。
【００１６】
さらに、第二の回転体４の回転に伴って、この外周下面に形成された回転歯車１２が回転するため、回転歯車１２に噛合した第一の検出歯車１３、及び第一の検出歯車１３に噛合した第二の検出歯車１４が各々連動して回転する。
【００１７】
また、第一の検出歯車１３と第二の検出歯車１４の回転に伴って、これらの中央に装着された第二の磁石１５Ａと第三の磁石１６Ａも回転して、この変化する磁力を第二の磁気検出素子１５Ｂと第三の磁気検出素子１６Ｂが検出し、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の角度検出信号が制御手段１０へ入力される。
【００１８】
なお、この時、第一の検出歯車１３と第二の検出歯車１４とは歯数が異なっているため、第二の磁気検出素子１５Ｂから出力される角度検出信号と、第三の磁気検出素子１６Ｂから出力される角度検出信号は、データ波形の傾き角度や形状が異なり、位相差のあるものとなって制御手段１０へ入力される。
【００１９】
そして、この第一の検出歯車１３と第二の検出歯車１４からの角度検出信号と、各々の歯車の歯数から、制御手段１０が所定の演算を行って回転歯車１２、即ちステアリング軸の回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転角度や、上述した制御手段１０からの回転トルク、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。
【００２０】
つまり、制御手段１０から出力された回転角度や回転トルクに応じて、ステアリングホイールの回転操作角度にあわせたブレーキ装置の効き具合の制御や、ステアリングホイールを回転操作する力の制御等が、電子回路によって行われるように構成されているものであった。
【００２１】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００８−８２８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、上記従来の回転角度・トルク検出装置においては、回転歯車１２に第一の検出歯車１３を、第一の検出歯車１３に第二の検出歯車１４を各々噛合させ、これらの異なる歯数の第一の検出歯車１３と第二の検出歯車１４の、位相差のある角度検出信号から制御手段１０が回転角度の検出を行っているため、使用する歯車の数が多く、全体の形状も大きなものになってしまうという課題があった。
【００２４】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、全体の小型化が図れ、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００２６】
本発明の請求項１に記載の発明は、第一の回転体に第三の磁石を装着すると共に、この第三の磁石の磁気を検出する第三の磁気検出素子を設け、制御手段が第一の磁気検出素子からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子と第三の磁気検出素子からの角度検出信号によって回転角度を、各々検出するようにして回転角度・トルク検出装置を構成したものであり、回転歯車に噛合した一つの検出歯車の、第二の磁石の磁気を検出する第二の磁気検出素子と、第一の回転体の第三の磁石の磁気を検出する第三の磁気検出素子から、制御手段が回転角度を検出することによって、使用する検出歯車が一つですみ、全体の小型化が図れると共に、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を得ることができるという作用を有する。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第三の磁石に代えて、第三の磁気検出素子が第一の磁石の磁気を検出するものであり、第三の磁石が不要となり、構成部品数を減らし簡易な構成で、確実な回転角度と回転トルクの検出を行うことができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように本発明によれば、全体の小型化が図れ、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態による回転角度・トルク検出装置の断面図
【図２】同分解斜視図
【図３】同部分斜視図
【図４】同他の実施の形態による断面図
【図５】同分解斜視図
【図６】同部分斜視図
【図７】従来の回転角度・トルク検出装置の断面図
【図８】同分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００３１】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転角度・トルク検出装置の断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、２１は略円筒状でステアリングに連動して回転するポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第一の回転体、２２は略円筒状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の第一の磁石で、第一の磁石２２が第一の回転体２１の外周下方に固着されている。
【００３２】
そして、この略円筒状の第一の磁石２２は、図３の部分斜視図に示すように、上下左右に磁極の異なる複数のＮ極とＳ極が所定の角度間隔で、例えば２２．５度間隔で８極ずつのＮ極とＳ極が上下２段に隣接して、円周方向に配列形成されている。
【００３３】
また、２３は略円筒状でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第二の回転体、２４はパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第一の磁性体、２５は同じく第二の磁性体で、第二の回転体２３が第一の回転体２１の下方に配置されると共に、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５は、略帯状の板材がリング状に巻回して形成され、これらが第一の磁石２２に対向配置されている。
【００３４】
さらに、２６はパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第三の磁性体で、略矩形状の複数の第三の磁性体２６が第二の回転体２３内に、インサート成形や圧入等によって所定の角度間隔で、例えば８個の第三の磁性体２６が４５度間隔で放射状に配列されて、第一の磁石２２と第一の磁性体２４及び第二の磁性体２５の間に配置されている。
【００３５】
また、２７は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の回転体２１と第二の回転体２３の側方にほぼ平行に配置され、第一の磁石２２との対向面には、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５の間に配設された、垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の、第一の磁気検出素子２８が実装装着されている。
【００３６】
そして、配線基板２７にはマイコン等の電子部品によって、第一の磁気検出素子２８に接続された制御手段２９が形成されると共に、第一の回転体２１と第二の回転体２３の間には、上端が第一の回転体２１に、下端が第二の回転体２３に各々固着されたトーションバー等の略円柱状で鋼等の連結体３０が設けられ、第一の回転体２１と第二の回転体２３が、連結体３０を介して固着されて回転トルク検出部が構成されている。
【００３７】
さらに、３１は第二の回転体２３の外周下方に形成された回転歯車、３２は絶縁樹脂または金属製で外周側面に平歯車部が形成された検出歯車で、これらの歯車の直径及び歯数は、回転歯車３１に比べ検出歯車３２は小さく形成されており、例えば歯数が５９の回転歯車３１に、歯数が１５の検出歯車３２が噛合している。
【００３８】
そして、この検出歯車３２の中央には、フェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の第二の磁石３３がインサート成形等により装着されると共に、上方にほぼ平行に配置された配線基板２７の、第二の磁石３３との対向面には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の第二の磁気検出素子３４が実装装着されている。
【００３９】
また、３５は略リング状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の第三の磁石で、図３に示すように、左右に磁極の異なる複数のＮ極とＳ極が所定の角度間隔で、例えば１５度間隔で１２極ずつのＮ極とＳ極が隣接して、円周方向に配列形成されると共に、第一の回転体２１の外周上方に固着されている。
【００４０】
そして、３６は垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の第三の磁気検出素子で、この第三の磁気検出素子３６が第三の磁石３５側方に対向配置されている。
【００４１】
さらに、これらの回転歯車３１や検出歯車３２、第二の磁石３３と第二の磁気検出素子３４、第三の磁石３５と第三の磁気検出素子３６によって、回転角度検出部が形成されると共に、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６が制御手段２９に接続されて、回転角度・トルク検出装置が構成されている。
【００４２】
そして、このように構成された回転角度・トルク検出装置が、第一の回転体２１や第二の回転体２３にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段２９がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００４３】
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体２１が回転し、連結体３０が捩じれた後、第一の回転体２１にやや遅れて第二の回転体２３が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体２１に対する第二の回転体２３の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体２３の回転の遅れが大きくなる。
【００４４】
そして、この第一の回転体２１の回転に伴って、これに固着された第一の磁石２２が回転し、これにやや遅れて第二の回転体２３も回転して、第一の磁気検出素子２８が第一の磁性体２４と第二の磁性体２５、第三の磁性体２６を介して、第一の磁石２２のＮ極とＳ極の磁気の変化を検出し、これが制御手段２９へ入力される。
【００４５】
つまり、ステアリングホイールが回転操作されず中立位置で、車両が直進状態にある場合には、第一の磁石２２と第一の磁性体２４及び第二の磁性体２５の間に配列された、複数の第三の磁性体２６の中心が、第一の磁石２２の隣接したＮ極とＳ極の中心にあるため、これらのＮ極からＳ極への磁力は各々釣り合った状態となっている。
【００４６】
したがって、複数の第三の磁性体２６外方の、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５の間にも磁束が発生しないため、これらの間に配設された第一の磁気検出素子２８が検出する磁気は０となっている。
【００４７】
これに対し、ステアリングホイールが右または左方向へ回転され、第一の磁石２２が回転して、第一の磁石２２に対して第三の磁性体２６の中心がずれた状態では、第三の磁性体２６に第一の磁石２２によって、Ｎ極からＳ極への閉磁路となった磁束が生じる。
【００４８】
また、同時に、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５にも、第一の磁石２２によってＮ極からＳ極への磁束が発生するため、この磁気を第一の磁気検出素子２８が検出し、これらの磁気の強弱に応じた所定の電圧波形が、トルク検出信号として制御手段２９へ出力される。
【００４９】
なお、この時、第一の回転体２１に対する第二の回転体２３の回転の遅れは、回転トルクが小さな場合には角度として１度前後、回転トルクが大きな場合には４度前後の遅れ角度になると共に、第一の磁気検出素子２８が検出する磁気は、第一の磁石２２が固着された第一の回転体２１に対し、第三の磁性体２６が固着された第二の回転体２３の、回転の遅れが少ない場合には磁気が弱く、回転の遅れが大きな場合には磁気が強いものとなる。
【００５０】
そして、この第一の磁性体２４と第二の磁性体２５、第三の磁性体２６を介して検出された第一の磁気検出素子２８の磁気の強弱から、制御手段２９が第一の回転体２１、即ちステアリング軸の回転トルクを算出して、これが車両本体の電子回路へ出力される。
【００５１】
さらに、第二の回転体２３の回転に伴って、この外周下方に形成された回転歯車３１が回転するため、回転歯車３１に噛合した検出歯車３２が連動して回転する。
【００５２】
そして、検出歯車３２の回転に伴って、中央に装着された第二の磁石３３も回転して磁気の方向が変化し、この第二の磁石３３の磁気の方向を第二の磁気検出素子３４が検出して、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の角度検出信号が制御手段２９へ入力される。
【００５３】
また、第一の回転体２１の回転に伴って、この外周上方に固着された略リング状の第三の磁石３５が回転し、対向配置された第三の磁気検出素子３６が、この隣接形成されたＮ極とＳ極の磁気の変化を検出して、磁気の強弱に応じた所定の電圧波形が、角度検出信号として制御手段２９へ出力される。
【００５４】
なお、この時、第二の磁気検出素子３４から出力される角度検出信号と、第三の磁気検出素子３６から出力される角度検出信号は、データ波形の傾き角度や形状が異なり、位相差のあるものとなって制御手段２９へ入力される。
【００５５】
そして、この第二の磁気検出素子３４からの角度検出信号と、回転歯車３１や検出歯車３２の歯数、及び磁気検出素子３６からの角度検出信号によって、制御手段２９が所定の演算を行い、先ず概略の回転角度を検出した後、詳細な回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転角度や、上述した制御手段２９からの回転トルク、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。
【００５６】
つまり、車両の走行や停車状態に合わせ、例えば、車両が走行中でステアリングの回転トルクが小さな場合には、パワーステアリング装置の利きを緩めて、ステアリングホイールをある程度重い力で回転操作するようにし、車両が停車していてステアリングの回転トルクが大きな場合には、パワーステアリング装置を大きく利かせて、軽い力でもステアリングホイールの回転操作を行えるような制御を行う。
【００５７】
あるいは、制御手段２９からの回転角度によって、ステアリングホイールが大きく回転操作されている場合には、ブレーキ装置の効きを断続的にし、小さく回転操作されている場合には、ブレーキ装置を連続的に効かせる等の、ステアリングホイールの回転に応じたブレーキ装置の制御等が行われる。
【００５８】
また、この時、本発明においては、第一の回転体２１に第三の磁石３５が装着されると共に、第三の磁石３５の磁気を検出する第三の磁気検出素子３６が設けられ、この第三の磁気検出素子３６からの角度検出信号と、回転歯車３１に噛合した一つの検出歯車３２の、第二の磁石３３の磁気を検出する第二の磁気検出素子３４からの角度検出信号によって、制御手段２９が回転角度を検出することで、使用する歯車の数を減らし、全体の小型化が図れるようになっている。
【００５９】
すなわち、制御手段２９が、第一の回転体２１に装着された第一の磁石２２の磁気を検出する、第一の磁気検出素子２８からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６からの角度検出信号によって回転角度を、各々検出することによって、使用する検出歯車３２が一つですみ、全体の小型化が図れると共に、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が行えるように構成されている。
【００６０】
そして、第一の磁石２２に対向配置された第三の磁性体２６を略矩形状に、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５を略帯状に形成することで、所定寸法の板材から切断や曲げ加工等によって、これらを短時間で歩留り良く製作することが可能となり、回転角度・トルク検出装置を安価に形成することができる。
【００６１】
また、制御手段２９が第一の磁気検出素子２８と、第二の磁気検出素子３４及び第三の磁気検出素子３６によって、回転トルクと回転角度の検出を行っているため、万が一、これらのいずれかに破損や故障が生じ、例えば第二の磁気検出素子３４からは角度検出信号が出力されているのに、第三の磁気検出素子３６からは出力されていない場合等には、制御手段２９がこれらの故障等の検出を行うことも可能なようになっている。
【００６２】
さらに、図４の断面図や図５の分解斜視図に示すように、第一の磁石２２Ａを上方へやや延出して形成すると共に、この第一の磁石２２Ａ上面に第三の磁気検出素子３６Ａを対向配置することで、構成部品数を減らし、回転角度・トルク検出装置をより簡易で安価な構成とすることができる。
【００６３】
つまり、同図においては、上述した第一の回転体２１外周上方の第三の磁石３５に代えて、第三の磁気検出素子３６Ａが第一の磁石２２Ａの磁気を検出すると共に、この第三の磁気検出素子３６Ａからの角度検出信号と、回転歯車３１に噛合した一つの検出歯車３２の、第二の磁石３３の磁気を検出する第二の磁気検出素子３４からの角度検出信号によって、制御手段２９が回転角度を検出するように構成されている。
【００６４】
すなわち、上述した第三の磁石３５が不要となるため、構成部品の数が少なくなると共に、第一の回転体２１に装着された第一の磁石２２Ａの磁気を検出する、第一の磁気検出素子２８からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６Ａからの角度検出信号によって回転角度を、制御手段２９が各々検出することによって、簡易な構成で、確実な回転トルクと回転角度の検出を行うことが可能なようになっている。
【００６５】
また、このように回転角度・トルク検出装置を構成した場合には、第二の磁気検出素子３４から出力される角度検出信号と、第三の磁気検出素子３６Ａから出力される角度検出信号を位相差のあるものとするため、略円筒状の第一の磁石２２Ａが、例えば２２．５度間隔で８極ずつのＮ極とＳ極が上下２段に隣接形成されていた場合には、回転歯車３１の歯数は３４、検出歯車３２の歯数は１３に形成されている。
【００６６】
なお、以上の説明では、第二の回転体２３の外周下方に回転歯車３１を形成し、これに検出歯車３２を噛合させた構成について説明したが、第一の回転体２１の外周に回転歯車３１を形成して、これに検出歯車３２を噛合させた構成としても、本発明の実施は可能である。
【００６７】
また、以上の説明では、配線基板２７に第一の磁気検出素子２８や第二の磁気検出素子３４と共に、制御手段２９を設けた構成について説明したが、制御手段２９は車両の電子回路側に一体に設け、これに各磁気検出素子を接続して、ステアリング軸の回転角度や回転トルクを検出する構成としてもよい。
【００６８】
さらに、複数のＮ極とＳ極が上下左右に隣接形成された略円筒状の第一の磁石２２や２２Ａを用いた構成について説明したが、図６（ａ）の部分斜視図に示すように、左右にＮ極とＳ極が隣接形成された二つの略リング状の第一の磁石２２Ｂを上下に重ねた構成や、あるいは、図６（ｂ）に示すように、左右にＮ極とＳ極が隣接形成された略円弧状の複数の第一の磁石２２Ｃを上下に重ね、これを所定間隔で放射状に配列した構成としても、本発明の実施は可能である。
【００６９】
このように本実施の形態によれば、第一の回転体２１に第三の磁石３５を装着すると共に、この第三の磁石３５の磁気を検出する第三の磁気検出素子３６を設け、制御手段２９が第一の磁気検出素子２８からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６からの角度検出信号によって回転角度を、各々検出することによって、使用する検出歯車３２が一つですみ、全体の小型化が図れると共に、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を得ることができるものである。
【００７０】
また、第三の磁石３５に代えて、第三の磁気検出素子３６Ａが第一の磁石２２Ａの磁気を検出することによって、第三の磁石３５が不要となり、構成部品数を減らし簡易な構成で、確実な回転角度と回転トルクの検出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明による回転角度・トルク検出装置は、全体の小型化が図れ、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能なものを実現することができ、主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出用として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
２１ 第一の回転体
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ 第一の磁石
２３ 第二の回転体
２４ 第一の磁性体
２５ 第二の磁性体
２６ 第三の磁性体
２７ 配線基板
２８ 第一の磁気検出素子
２９ 制御手段
３０ 連結体
３１ 回転歯車
３２ 検出歯車
３３ 第二の磁石
３４ 第二の磁気検出素子
３５ 第三の磁石
３６、３６Ａ 第三の磁気検出素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出等に用いられる回転角度・トルク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な回転トルク検出装置や回転角度検出装置を用いてステアリングの回転トルクや回転角度を検出し、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の各種制御を行うものが増えている。
【０００３】
このような、従来の回転角度・トルク検出装置について、図７及び図８を用いて説明する。
【０００４】
図７は従来の回転角度・トルク検出装置の断面図、図８は同分解斜視図であり、同図において、１はステアリングに連動して回転する略円筒状の第一の回転体、２は略円筒状の保持体、３は複数のＮ極とＳ極が交互に隣接して形成された略リング状の第一の磁石で、第一の磁石３が保持体２の外周下端に固着されると共に、この保持体２の外周上方が第一の回転体１の内周上方に固着されている。
【０００５】
そして、４は略円筒状の第二の回転体、５は内周に複数の突起部５Ａが形成された略リング状の第一の磁性体、６は同じく内周に複数の突起部６Ａが形成された第二の磁性体で、第二の回転体４が第一の回転体１の下方に配置されると共に、第一の磁性体５と第二の磁性体６がスペーサ７を介して、第一の磁石３外周と所定の間隙を空けて対向するように、第二の回転体４上端に固着されている。
【０００６】
また、８は第一の回転体１と第二の回転体４の側方にほぼ平行に配置された配線基板で、左右面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の磁石３との対向面には、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間に配設された、ホール素子等の第一の磁気検出素子９が実装装着されている。
【０００７】
さらに、配線基板８にはマイコン等の電子部品によって、第一の磁気検出素子９に接続された制御手段１０が形成されると共に、第一の回転体１と第二の回転体４の間には、上端が第一の回転体１に、下端が第二の回転体４に各々固着されたトーションバー等の略円柱状の連結体１１が設けられ、第一の回転体１と第二の回転体４が連結体１１を介して、固着されて回転トルク検出部が構成されている。
【０００８】
また、１２は第二の回転体４の外周下面に形成された回転歯車、１３は第一の検出歯車、１４は第二の検出歯車で、これらが各々異なる歯数に形成されると共に、回転歯車１２に第一の検出歯車１３が、この第一の検出歯車１３に第二の検出歯車１４が各々噛合している。
【０００９】
そして、この第一の検出歯車１３の中央には第二の磁石１５Ａが、第二の検出歯車１４の中央には第三の磁石１６Ａが、各々インサート成形等により装着されると共に、これらの側方にほぼ平行に配置された配線基板８の、第二の磁石１５Ａと第三の磁石１６Ａとの対向面には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の第二の磁気検出素子１５Ｂと第三の磁気検出素子１６Ｂが各々装着されている。
【００１０】
さらに、これらの回転歯車１２や第一の検出歯車１３、第二の検出歯車１４、第二の磁石１５Ａと第二の磁気検出素子１５Ｂ、第三の磁石１６Ａと第三の磁気検出素子１６Ｂによって、回転角度検出部が形成されると共に、第二の磁気検出素子１５Ｂと第三の磁気検出素子１６Ｂが制御手段１０に接続されて、回転角度・トルク検出装置が構成されている。
【００１１】
そして、このように構成された回転角度・トルク検出装置が、第一の回転体１や第二の回転体４にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段１０がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００１２】
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体１が回転し、連結体１１が捩じれた後、第一の回転体１にやや遅れて第二の回転体４が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体１に対する第二の回転体４の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体４の回転の遅れは大きくなる。
【００１３】
そして、この第一の回転体１と第二の回転体４の回転に伴って、これらに固着された第一の磁石３と、これにやや遅れて第一の磁性体５と第二の磁性体６も回転し、交互に隣接形成された第一の磁石３のＮ極とＳ極の磁気の変化を、第一の磁気検出素子９が第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して検出し、これが制御手段１０へ入力される。
【００１４】
なお、この時、第一の磁気検出素子９が検出する磁気は、第一の磁石３が固着された第一の回転体１に対し、第一の磁性体５と第二の磁性体６が固着された第二の回転体４の、回転の遅れが少ない場合には磁気が弱く、回転の遅れが大きな場合には磁気が強くなる。
【００１５】
そして、この第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して検出された第一の磁気検出素子９の磁気の強弱から、制御手段１０が第一の回転体１、即ちステアリング軸の回転トルクを算出して、これが車両本体の電子回路へ出力される。
【００１６】
さらに、第二の回転体４の回転に伴って、この外周下面に形成された回転歯車１２が回転するため、回転歯車１２に噛合した第一の検出歯車１３、及び第一の検出歯車１３に噛合した第二の検出歯車１４が各々連動して回転する。
【００１７】
また、第一の検出歯車１３と第二の検出歯車１４の回転に伴って、これらの中央に装着された第二の磁石１５Ａと第三の磁石１６Ａも回転して、この変化する磁力を第二の磁気検出素子１５Ｂと第三の磁気検出素子１６Ｂが検出し、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の角度検出信号が制御手段１０へ入力される。
【００１８】
なお、この時、第一の検出歯車１３と第二の検出歯車１４とは歯数が異なっているため、第二の磁気検出素子１５Ｂから出力される角度検出信号と、第三の磁気検出素子１６Ｂから出力される角度検出信号は、データ波形の傾き角度や形状が異なり、位相差のあるものとなって制御手段１０へ入力される。
【００１９】
そして、この第一の検出歯車１３と第二の検出歯車１４からの角度検出信号と、各々の歯車の歯数から、制御手段１０が所定の演算を行って回転歯車１２、即ちステアリング軸の回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転角度や、上述した制御手段１０からの回転トルク、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。
【００２０】
つまり、制御手段１０から出力された回転角度や回転トルクに応じて、ステアリングホイールの回転操作角度にあわせたブレーキ装置の効き具合の制御や、ステアリングホイールを回転操作する力の制御等が、電子回路によって行われるように構成されているものであった。
【００２１】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００８−８２８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、上記従来の回転角度・トルク検出装置においては、回転歯車１２に第一の検出歯車１３を、第一の検出歯車１３に第二の検出歯車１４を各々噛合させ、これらの異なる歯数の第一の検出歯車１３と第二の検出歯車１４の、位相差のある角度検出信号から制御手段１０が回転角度の検出を行っているため、使用する歯車の数が多く、全体の形状も大きなものになってしまうという課題があった。
【００２４】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、全体の小型化が図れ、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００２６】
本発明の請求項１に記載の発明は、第一の回転体に第三の磁石を装着すると共に、この第三の磁石の磁気を検出する第三の磁気検出素子を設け、制御手段が第一の磁気検出素子からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子と第三の磁気検出素子からの角度検出信号によって回転角度を、各々検出するようにして回転角度・トルク検出装置を構成したものであり、回転歯車に噛合した一つの検出歯車の、第二の磁石の磁気を検出する第二の磁気検出素子と、第一の回転体の第三の磁石の磁気を検出する第三の磁気検出素子から、制御手段が回転角度を検出することによって、使用する検出歯車が一つですみ、全体の小型化が図れると共に、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を得ることができるという作用を有する。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第三の磁石に代えて、第三の磁気検出素子が第一の磁石の磁気を検出するものであり、第三の磁石が不要となり、構成部品数を減らし簡易な構成で、確実な回転角度と回転トルクの検出を行うことができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように本発明によれば、全体の小型化が図れ、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態による回転角度・トルク検出装置の断面図
【図２】同分解斜視図
【図３】同部分斜視図
【図４】同他の実施の形態による断面図
【図５】同分解斜視図
【図６】同部分斜視図
【図７】従来の回転角度・トルク検出装置の断面図
【図８】同分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００３１】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転角度・トルク検出装置の断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、２１は略円筒状でステアリングに連動して回転するポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第一の回転体、２２は略円筒状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の第一の磁石で、第一の磁石２２が第一の回転体２１の外周下方に固着されている。
【００３２】
そして、この略円筒状の第一の磁石２２は、図３の部分斜視図に示すように、上下左右に磁極の異なる複数のＮ極とＳ極が所定の角度間隔で、例えば２２．５度間隔で８極ずつのＮ極とＳ極が上下２段に隣接して、円周方向に配列形成されている。
【００３３】
また、２３は略円筒状でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第二の回転体、２４はパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第一の磁性体、２５は同じく第二の磁性体で、第二の回転体２３が第一の回転体２１の下方に配置されると共に、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５は、略帯状の板材がリング状に巻回して形成され、これらが第一の磁石２２に対向配置されている。
【００３４】
さらに、２６はパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第三の磁性体で、略矩形状の複数の第三の磁性体２６が第二の回転体２３内に、インサート成形や圧入等によって所定の角度間隔で、例えば８個の第三の磁性体２６が４５度間隔で放射状に配列されて、第一の磁石２２と第一の磁性体２４及び第二の磁性体２５の間に配置されている。
【００３５】
また、２７は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の回転体２１と第二の回転体２３の側方にほぼ平行に配置され、第一の磁石２２との対向面には、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５の間に配設された、垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の、第一の磁気検出素子２８が実装装着されている。
【００３６】
そして、配線基板２７にはマイコン等の電子部品によって、第一の磁気検出素子２８に接続された制御手段２９が形成されると共に、第一の回転体２１と第二の回転体２３の間には、上端が第一の回転体２１に、下端が第二の回転体２３に各々固着されたトーションバー等の略円柱状で鋼等の連結体３０が設けられ、第一の回転体２１と第二の回転体２３が、連結体３０を介して固着されて回転トルク検出部が構成されている。
【００３７】
さらに、３１は第二の回転体２３の外周下方に形成された回転歯車、３２は絶縁樹脂または金属製で外周側面に平歯車部が形成された検出歯車で、これらの歯車の直径及び歯数は、回転歯車３１に比べ検出歯車３２は小さく形成されており、例えば歯数が５９の回転歯車３１に、歯数が１５の検出歯車３２が噛合している。
【００３８】
そして、この検出歯車３２の中央には、フェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の第二の磁石３３がインサート成形等により装着されると共に、上方にほぼ平行に配置された配線基板２７の、第二の磁石３３との対向面には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の第二の磁気検出素子３４が実装装着されている。
【００３９】
また、３５は略リング状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の第三の磁石で、図３に示すように、左右に磁極の異なる複数のＮ極とＳ極が所定の角度間隔で、例えば１５度間隔で１２極ずつのＮ極とＳ極が隣接して、円周方向に配列形成されると共に、第一の回転体２１の外周上方に固着されている。
【００４０】
そして、３６は垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の第三の磁気検出素子で、この第三の磁気検出素子３６が第三の磁石３５側方に対向配置されている。
【００４１】
さらに、これらの回転歯車３１や検出歯車３２、第二の磁石３３と第二の磁気検出素子３４、第三の磁石３５と第三の磁気検出素子３６によって、回転角度検出部が形成されると共に、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６が制御手段２９に接続されて、回転角度・トルク検出装置が構成されている。
【００４２】
そして、このように構成された回転角度・トルク検出装置が、第一の回転体２１や第二の回転体２３にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段２９がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００４３】
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体２１が回転し、連結体３０が捩じれた後、第一の回転体２１にやや遅れて第二の回転体２３が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体２１に対する第二の回転体２３の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体２３の回転の遅れが大きくなる。
【００４４】
そして、この第一の回転体２１の回転に伴って、これに固着された第一の磁石２２が回転し、これにやや遅れて第二の回転体２３も回転して、第一の磁気検出素子２８が第一の磁性体２４と第二の磁性体２５、第三の磁性体２６を介して、第一の磁石２２のＮ極とＳ極の磁気の変化を検出し、これが制御手段２９へ入力される。
【００４５】
つまり、ステアリングホイールが回転操作されず中立位置で、車両が直進状態にある場合には、第一の磁石２２と第一の磁性体２４及び第二の磁性体２５の間に配列された、複数の第三の磁性体２６の中心が、第一の磁石２２の隣接したＮ極とＳ極の中心にあるため、これらのＮ極からＳ極への磁力は各々釣り合った状態となっている。
【００４６】
したがって、複数の第三の磁性体２６外方の、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５の間にも磁束が発生しないため、これらの間に配設された第一の磁気検出素子２８が検出する磁気は０となっている。
【００４７】
これに対し、ステアリングホイールが右または左方向へ回転され、第一の磁石２２が回転して、第一の磁石２２に対して第三の磁性体２６の中心がずれた状態では、第三の磁性体２６に第一の磁石２２によって、Ｎ極からＳ極への閉磁路となった磁束が生じる。
【００４８】
また、同時に、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５にも、第一の磁石２２によってＮ極からＳ極への磁束が発生するため、この磁気を第一の磁気検出素子２８が検出し、これらの磁気の強弱に応じた所定の電圧波形が、トルク検出信号として制御手段２９へ出力される。
【００４９】
なお、この時、第一の回転体２１に対する第二の回転体２３の回転の遅れは、回転トルクが小さな場合には角度として１度前後、回転トルクが大きな場合には４度前後の遅れ角度になると共に、第一の磁気検出素子２８が検出する磁気は、第一の磁石２２が固着された第一の回転体２１に対し、第三の磁性体２６が固着された第二の回転体２３の、回転の遅れが少ない場合には磁気が弱く、回転の遅れが大きな場合には磁気が強いものとなる。
【００５０】
そして、この第一の磁性体２４と第二の磁性体２５、第三の磁性体２６を介して検出された第一の磁気検出素子２８の磁気の強弱から、制御手段２９が第一の回転体２１、即ちステアリング軸の回転トルクを算出して、これが車両本体の電子回路へ出力される。
【００５１】
さらに、第二の回転体２３の回転に伴って、この外周下方に形成された回転歯車３１が回転するため、回転歯車３１に噛合した検出歯車３２が連動して回転する。
【００５２】
そして、検出歯車３２の回転に伴って、中央に装着された第二の磁石３３も回転して磁気の方向が変化し、この第二の磁石３３の磁気の方向を第二の磁気検出素子３４が検出して、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の角度検出信号が制御手段２９へ入力される。
【００５３】
また、第一の回転体２１の回転に伴って、この外周上方に固着された略リング状の第三の磁石３５が回転し、対向配置された第三の磁気検出素子３６が、この隣接形成されたＮ極とＳ極の磁気の変化を検出して、磁気の強弱に応じた所定の電圧波形が、角度検出信号として制御手段２９へ出力される。
【００５４】
なお、この時、第二の磁気検出素子３４から出力される角度検出信号と、第三の磁気検出素子３６から出力される角度検出信号は、データ波形の傾き角度や形状が異なり、位相差のあるものとなって制御手段２９へ入力される。
【００５５】
そして、この第二の磁気検出素子３４からの角度検出信号と、回転歯車３１や検出歯車３２の歯数、及び磁気検出素子３６からの角度検出信号によって、制御手段２９が所定の演算を行い、先ず概略の回転角度を検出した後、詳細な回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転角度や、上述した制御手段２９からの回転トルク、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。
【００５６】
つまり、車両の走行や停車状態に合わせ、例えば、車両が走行中でステアリングの回転トルクが小さな場合には、パワーステアリング装置の利きを緩めて、ステアリングホイールをある程度重い力で回転操作するようにし、車両が停車していてステアリングの回転トルクが大きな場合には、パワーステアリング装置を大きく利かせて、軽い力でもステアリングホイールの回転操作を行えるような制御を行う。
【００５７】
あるいは、制御手段２９からの回転角度によって、ステアリングホイールが大きく回転操作されている場合には、ブレーキ装置の効きを断続的にし、小さく回転操作されている場合には、ブレーキ装置を連続的に効かせる等の、ステアリングホイールの回転に応じたブレーキ装置の制御等が行われる。
【００５８】
また、この時、本発明においては、第一の回転体２１に第三の磁石３５が装着されると共に、第三の磁石３５の磁気を検出する第三の磁気検出素子３６が設けられ、この第三の磁気検出素子３６からの角度検出信号と、回転歯車３１に噛合した一つの検出歯車３２の、第二の磁石３３の磁気を検出する第二の磁気検出素子３４からの角度検出信号によって、制御手段２９が回転角度を検出することで、使用する歯車の数を減らし、全体の小型化が図れるようになっている。
【００５９】
すなわち、制御手段２９が、第一の回転体２１に装着された第一の磁石２２の磁気を検出する、第一の磁気検出素子２８からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６からの角度検出信号によって回転角度を、各々検出することによって、使用する検出歯車３２が一つですみ、全体の小型化が図れると共に、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が行えるように構成されている。
【００６０】
そして、第一の磁石２２に対向配置された第三の磁性体２６を略矩形状に、第一の磁性体２４と第二の磁性体２５を略帯状に形成することで、所定寸法の板材から切断や曲げ加工等によって、これらを短時間で歩留り良く製作することが可能となり、回転角度・トルク検出装置を安価に形成することができる。
【００６１】
また、制御手段２９が第一の磁気検出素子２８と、第二の磁気検出素子３４及び第三の磁気検出素子３６によって、回転トルクと回転角度の検出を行っているため、万が一、これらのいずれかに破損や故障が生じ、例えば第二の磁気検出素子３４からは角度検出信号が出力されているのに、第三の磁気検出素子３６からは出力されていない場合等には、制御手段２９がこれらの故障等の検出を行うことも可能なようになっている。
【００６２】
さらに、図４の断面図や図５の分解斜視図に示すように、第一の磁石２２Ａを上方へやや延出して形成すると共に、この第一の磁石２２Ａ上面に第三の磁気検出素子３６Ａを対向配置することで、構成部品数を減らし、回転角度・トルク検出装置をより簡易で安価な構成とすることができる。
【００６３】
つまり、同図においては、上述した第一の回転体２１外周上方の第三の磁石３５に代えて、第三の磁気検出素子３６Ａが第一の磁石２２Ａの磁気を検出すると共に、この第三の磁気検出素子３６Ａからの角度検出信号と、回転歯車３１に噛合した一つの検出歯車３２の、第二の磁石３３の磁気を検出する第二の磁気検出素子３４からの角度検出信号によって、制御手段２９が回転角度を検出するように構成されている。
【００６４】
すなわち、上述した第三の磁石３５が不要となるため、構成部品の数が少なくなると共に、第一の回転体２１に装着された第一の磁石２２Ａの磁気を検出する、第一の磁気検出素子２８からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６Ａからの角度検出信号によって回転角度を、制御手段２９が各々検出することによって、簡易な構成で、確実な回転トルクと回転角度の検出を行うことが可能なようになっている。
【００６５】
また、このように回転角度・トルク検出装置を構成した場合には、第二の磁気検出素子３４から出力される角度検出信号と、第三の磁気検出素子３６Ａから出力される角度検出信号を位相差のあるものとするため、略円筒状の第一の磁石２２Ａが、例えば２２．５度間隔で８極ずつのＮ極とＳ極が上下２段に隣接形成されていた場合には、回転歯車３１の歯数は３４、検出歯車３２の歯数は１３に形成されている。
【００６６】
なお、以上の説明では、第二の回転体２３の外周下方に回転歯車３１を形成し、これに検出歯車３２を噛合させた構成について説明したが、第一の回転体２１の外周に回転歯車３１を形成して、これに検出歯車３２を噛合させた構成としても、本発明の実施は可能である。
【００６７】
また、以上の説明では、配線基板２７に第一の磁気検出素子２８や第二の磁気検出素子３４と共に、制御手段２９を設けた構成について説明したが、制御手段２９は車両の電子回路側に一体に設け、これに各磁気検出素子を接続して、ステアリング軸の回転角度や回転トルクを検出する構成としてもよい。
【００６８】
さらに、複数のＮ極とＳ極が上下左右に隣接形成された略円筒状の第一の磁石２２や２２Ａを用いた構成について説明したが、図６（ａ）の部分斜視図に示すように、左右にＮ極とＳ極が隣接形成された二つの略リング状の第一の磁石２２Ｂを上下に重ねた構成や、あるいは、図６（ｂ）に示すように、左右にＮ極とＳ極が隣接形成された略円弧状の複数の第一の磁石２２Ｃを上下に重ね、これを所定間隔で放射状に配列した構成としても、本発明の実施は可能である。
【００６９】
このように本実施の形態によれば、第一の回転体２１に第三の磁石３５を装着すると共に、この第三の磁石３５の磁気を検出する第三の磁気検出素子３６を設け、制御手段２９が第一の磁気検出素子２８からのトルク検出信号によって回転トルクを、第二の磁気検出素子３４と第三の磁気検出素子３６からの角度検出信号によって回転角度を、各々検出することによって、使用する検出歯車３２が一つですみ、全体の小型化が図れると共に、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を得ることができるものである。
【００７０】
また、第三の磁石３５に代えて、第三の磁気検出素子３６Ａが第一の磁石２２Ａの磁気を検出することによって、第三の磁石３５が不要となり、構成部品数を減らし簡易な構成で、確実な回転角度と回転トルクの検出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明による回転角度・トルク検出装置は、全体の小型化が図れ、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能なものを実現することができ、主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出用として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
２１ 第一の回転体
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ 第一の磁石
２３ 第二の回転体
２４ 第一の磁性体
２５ 第二の磁性体
２６ 第三の磁性体
２７ 配線基板
２８ 第一の磁気検出素子
２９ 制御手段
３０ 連結体
３１ 回転歯車
３２ 検出歯車
３３ 第二の磁石
３４ 第二の磁気検出素子
３５ 第三の磁石
３６、３６Ａ 第三の磁気検出素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングに連動して回転する第一の回転体と、この第一の回転体に連結体を介して固着された第二の回転体と、上記第一の回転体に装着された第一の磁石と、この第一の磁石の磁気を検出する第一の磁気検出素子と、上記第一の回転体または第二の回転体に形成された回転歯車と、この回転歯車に噛合した検出歯車と、この検出歯車に装着された第二の磁石と、この第二の磁石の磁気を検出する第二の磁気検出素子と、上記第一の磁気検出素子と第二の磁気検出素子に接続された制御手段からなり、上記第一の回転体に第三の磁石を装着すると共に、この第三の磁石の磁気を検出する第三の磁気検出素子を設け、上記制御手段が上記第一の磁気検出素子からのトルク検出信号によって回転トルクを、上記第二の磁気検出素子と第三の磁気検出素子からの角度検出信号によって回転角度を検出する回転角度・トルク検出装置。
【請求項２】
第三の磁石に代えて、第三の磁気検出素子が第一の磁石の磁気を検出する請求項１記載の回転角度・トルク検出装置。
【請求項１】
ステアリングに連動して回転する第一の回転体と、この第一の回転体に連結体を介して固着された第二の回転体と、上記第一の回転体に装着された第一の磁石と、この第一の磁石の磁気を検出する第一の磁気検出素子と、上記第一の回転体または第二の回転体に形成された回転歯車と、この回転歯車に噛合した検出歯車と、この検出歯車に装着された第二の磁石と、この第二の磁石の磁気を検出する第二の磁気検出素子と、上記第一の磁気検出素子と第二の磁気検出素子に接続された制御手段からなり、上記第一の回転体に第三の磁石を装着すると共に、この第三の磁石の磁気を検出する第三の磁気検出素子を設け、上記制御手段が上記第一の磁気検出素子からのトルク検出信号によって回転トルクを、上記第二の磁気検出素子と第三の磁気検出素子からの角度検出信号によって回転角度を検出する回転角度・トルク検出装置。
【請求項２】
第三の磁石に代えて、第三の磁気検出素子が第一の磁石の磁気を検出する請求項１記載の回転角度・トルク検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５１９（Ｐ２０１２−２５１９Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４７６５（Ｐ２０１０−１３４７６５）
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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