JP2004264154A - Steering angle sensing device of steering apparatus for automobile - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用操舵装置の操舵軸の回転に伴い移動する移動部材の移動に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のハンドル舵角検出装置は、ハンドルの回転と連動するステアリングシャフトに取り付けられた回転カムの外輪部分に多極着磁部と内輪部分に一極の磁界が形成された単極着磁部が配置された着磁リングの前記多極着磁部に対向して多極の磁界の変化を検知する磁気抵抗素子と、前記単極着磁部に対向して一極の磁界の変化を検知するホール素子とからなり、前記磁気抵抗素子および前記ホール素子によって検知された磁界の変化をパルス信号に変換してハンドルの回転角度を検出するものであった(例えば特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−249574号公報(第4−7頁、第1図〜第13図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のハンドル舵角検出装置は、前記着磁リングの前記多極着磁部に対向して多極の磁界の変化を検知する磁気抵抗素子と、前記単極着磁部に対向して一極の磁界の変化を検知するホール素子によって検知された磁界の変化をパルス信号に変換してハンドルの回転角度を検出するものであるので、センサが複雑で大型となり、角度検出精度を上げるために細かく多極化すると磁力が低下するのでセンサとの間隙を小さくする必要があるという問題があった。
【0005】
一方、自動車の制御装置が向上するに伴い角度の検出精度(分解能)の一層の向上が要望されており、従来のハンドル舵角検出装置においては、磁極を細かく高密度に着磁する必要があるが、それには物理的にもコスト的にも限界があった。
【0006】
また、これに伴い検出できる磁場が非常に小さくなるのでホール素子などの磁気センサは感度不足になり、着磁リングとホール素子との距離を一層短く(ギャップを小さく)する必要が生じ、振動などにより回転する着磁リングと固定部のホール素子との接触による不具合、耐久性の低下、組み付けしにくさに伴う高コスト化の問題があった。
【0007】
そこで本発明者は、磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用操舵装置の操舵軸の回転に伴い移動する移動部材の移動に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置において、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器を構成する前記磁気センサを、前記移動部材に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子によって構成し、前記1 個の信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理し、前記演算回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記2つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、センサをシンプルで小型化し、検出感度が高いのでセンサとの間隙を小さくすることを不要にするという目的を達成する本発明に到達した。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明(請求項1に記載の第1発明)の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、
磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用操舵装置の操舵軸の回転に伴い移動する移動部材の移動に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置において、
前記磁気センサが、前記移動部材に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、
前記信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する1個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器を備え、
前記演算回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記2つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知する
ものである。
【0009】
本発明(請求項2に記載の第2発明)の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、
前記第1発明において、
前記2つのマグネト・インピーダンス素子が、前記磁性体の磁極のN−Sからなるピッチに対して90度の位相差を持つように配置され、
前記演算回路が、一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Haと他方のマグネト・インピーダンス素子の出力Hbから、操舵角θを、前記数1の関係によって算出し、
前記演算回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力信号の変化率に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転方向を演算する
ものである。
【0010】
本発明(請求項3に記載の第3発明)の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、
前記第2発明において、
前記2つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤと該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルとから成り、
前記1個の信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータと、これに同期して得られる2つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するサンプルホールド回路からなる1組の電子回路である
ものである。
【0011】
本発明(請求項4に記載の第4発明)の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、
前記第3発明において、
前記2つのマグネト・インピーダンス素子と前記1組の電子回路とが、同一の基板上に形成されている
ものである。
【0012】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第1発明の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器を構成する前記磁気センサを構成する前記移動部材に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子によって、周期的磁場の変化を検知し、前記信号処理回路を構成する前記1 個の信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理するとともに、前記演算回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記2つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知するものであるので、一方のマグネト・インピーダンス素子が動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子が動作していないため、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子の動作による電磁的影響を受けないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、センサをシンプルで小型化し、検出感度が高いためセンサとの間隙を小さくすることを不要にするという効果を奏する。
【0013】
上記構成より成る第2発明の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、前記第1発明において、前記磁性体の磁極のN−Sからなるピッチに対して90度の位相差を持つように配置された前記2つのマグネト・インピーダンス素子によって、前記磁性体の周期的磁場の変化を検知し、前記信号処理回路が一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Haと他方のマグネト・インピーダンス素子の出力Hbから、操舵角θを、前記数1の関係によって算出し、前記演算回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力信号の変化率に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転方向を演算するものであるので、温度誤差の混入の無い高分解能かつ高精度な操舵角検知を可能にするとともに、操舵軸の回転方向の検出を可能にするという効果を奏する。
【0014】
上記構成より成る第3発明の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、前記第2発明において、前記2つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤにパルス電流が印加されたときの周囲磁場を該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルによって電圧が誘起され、前記1個の信号処理回路としての電子回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータのパルス通電に同期して前記サンプルホールド回路が得られる2つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するので、一方のマグネト・インピーダンス素子がパルス通電され動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子はパルス通電され動作していないため、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子のパルス通電および動作による電磁的影響を受けないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、電子回路における同時信号処理をすることはないため、消費電力の低減を可能にし、信号処理回路を小型でシンプルにするという効果を奏する。
【0015】
上記構成より成る第4発明の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、前記第3発明において、前記2つのマグネト・インピーダンス素子と前記1組の電子回路とが、同一の基板上に形成されているので、2つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするとともに、センサを小さくし、高感度化を可能にし、処理回路もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するとともに、従来における操舵角センサの高精密な組み付けを不要にするという効果を奏する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【0017】
(第1実施形態)
本第1実施形態の自動車用操舵装置の操舵角検知装置は、図1および図2に示されるように自動車用操舵装置の操舵軸10の軸方向の一部の外周に磁気的性質が周期的に変化する磁性体1が外周に配設され、操舵軸の回転に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサ2と、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路23および該信号処理回路23から出力された出力信号に基づき自動車用操舵装置の操舵軸の回転角を演算する演算回路3を備えた自動車用操舵装置の操舵角検知装置において、前記磁気センサ2が、前記操舵軸10に配設された前記磁性体1の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子21、22によって構成されるとともに、前記信号処理回路23が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する1 個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器20を備え、前記演算回路3が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子21、22によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記2つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知するものである。
【0018】
本第1実施形態の基本的な構成は、図1に示されるように前記磁性体としての回転体磁石1とこの回転に伴い正弦波状に変化する磁気信号を検出する所定の位相角φとなるべく配設された磁電変換素子としての2つのマグネト・インピーダンス素子21、22と、この2つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えて磁気信号を出力する1つの信号処理回路23からなるマグネト・インピーダンス磁気検出器2と、前記2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の2つの磁気信号の比に基づいて角変位を算出する角度算出装置3とから成る。
【0019】
次に本第1実施形態の自動車用操舵装置の操舵角検知装置における角変位センサの原理について、説明する。
【0020】
いま、磁電変換素子であるマグネト・インピーダンス素子21が、図1において前記回転体磁石1のN極に最も近づいていることとし、またマグネト・インピーダンス素子bが位相φだけ離れたところにあるとし、このaの位置を基点として図1の矢印方向へ角変位(角度)θ(ラジアン)回転するとき前記2つのマグネト・インピーダンス素子a、bが検出する信号Ha、Hbは図2の(イ)のようになる。ここで前記2つのマグネト・インピーダンス素子a、bが受ける磁場の最大値を|B|とすると、Ha 、Hbは、数2、数3で表される。
【数2】
【数3】
【0021】
ここで2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の位相角が、φ=π/2(90度)となる位置に設定されると、上記数3は、数4に書き換えることができる。
【数4】
【0022】
次に2つの検出信号の比Hb/Haを演算すると、数5となる。
【数5】
【0023】
すなわち数5に示されるごとく、分母および分子に|B|があるので、検出信号の比の演算を行うとHb/Haは、 sinθ/ cosθになり、回転体磁石の磁場の強さ|B|の項が消去されることが分かる。これは前記検出信号の比の演算結果には、磁場の強さは関係しないことを表しており、すなわち磁場変動には影響されないことを意味している。そして sinθ/ cosθ= tanθであるから上掲の数1のようにarctan(Hb/Ha)の演算を行うことにより角変位θを線形関係で計測できることが分かる。
【0024】
上記関係を図示すると図2の(ロ)のようになる。
すなわち角変位θの変化幅がπラジアン(ここでは±π/2)の期間に対して出力である縦軸arctan(Hb/Ha)の値が−π/2から+π/2へ直線的に変化する。また、この角変位θの変化が±π/2を超える領域では角度がπ(180度)増減するごとにデータが鋸歯状で不連続になり前記の正負の値を繰り返す。
【0025】
上記数4で見たようにHb/Haの演算結果から磁場強さの項|B|の影響がなくなるということは、前記したごとく回転体磁石1と検出素子であるマグネト・インピーダンス素子とのギャップが機械的な偏心やガタによりマグネト・インピーダンス素子が受ける磁場の強さが変動しても角度計測信号に誤差が混入しないということである。また、温度による前記磁石の磁場強さが変化しても同じ理由で誤差は混入しない。さらに前記Ha、Hbは、マグネト・インピーダンス素子の検出信号であるから、このマグネト・インピーダンス素子の温度による感度変化があっても両者の温度計数を互いに同じにしておけば上記と同様に誤差の混入はなく、高精度の角変位の計測ができる。
【0026】
なおここでは前記マグネト・インピーダンス素子21、22の位相φがπの値をとることとして説明したが、この計測法ではφ≠π以外でも成り立ち(ただしφ=0を除く)上記の磁場強さの変動やマグネト・インピーダンス素子の感度変化の影響を受けないという特徴は維持される。ただし角変位θとHb/Haとの関係が線形関係にならないということのみが上記と異なる。
【0027】
次に前記磁電変換素子としてのマグネト・インピーダンス磁気検出器20は、2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の駆動とその信号処理を交互に切換えて時系列で行うための1つの電子回路23から構成される。これは低消費電力でかつ低コストの角変位センサを実現するためである。
【0028】
このマグネト・インピーダンス磁気検出器2の出力は、前記角度算出装置3に接続される。この角度算出装置3は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器2の2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の2つの信号Ha、Hbから、Hb/Haやarctan(Hb/Ha)の演算を行い、角変位および変化方向(回転方向)を算出し出力する。
【0029】
前記検知コイルと前記1組の電子回路とが、同一の基板上に形成されているものである。
【0030】
上記構成より成る本第1実施形態の操舵角検知装置は、図1に示されるごとく周囲に磁極を持つ回転体磁石1の回転に伴う磁極S−Nの移動による正弦波の時々刻々の振幅信号から、2つの磁場信号の比にもとづいて角度計測を行うので、高分解能かつ高精度な操舵角検知を可能にするという効果を奏する。
【0031】
また本第1実施形態の操舵角検知装置は、前記磁電変換素子としてのマグネト・インピーダンス磁気検出器2は、2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の駆動とその信号処理を交互に切換えて時系列で行うための1つの電子回路23から構成されるので、低消費電力でかつ低コストの角変位センサを実現するという効果を奏する。
【0032】
すなわち本第1実施形態においては、一方のマグネト・インピーダンス素子がパルス通電され動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子はパルス通電されていないため動作していないことから、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子のパルス通電に伴う動作による電磁的影響を受けることはないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、前記2つのマグネト・インピーダンス素子の同時通電および信号処理回路における同時信号処理をすることはないため、信号処理における干渉も無く、消費電力の低減を可能にするものである。
【0033】
さらに本第1実施形態の操舵角検知装置は、2つのマグネト・インピーダンス素子からの2つの磁場信号の比にもとづいて角度計測を行うので、2つのマグネト・インピーダンス素子の温度による感度変化があっても、両者を同一の基板上に形成するとともに、同一のパッケージ内に配置して、温度計数その他の物理的特性を互いに同じにしたので、温度誤差の混入はなく、高精度の操舵角変位の計測を実現するという効果を奏する。
【0034】
また本第1実施形態の操舵角検知装置は、回転体磁石1の回転に伴う磁極S−Nの移動による正弦波の時々刻々の振幅信号から、同一の基板上に形成された前記検知コイルと前記1個の電子回路によって角度計測を行うので、安価でありながら磁場強さの変化および磁電変換素子の感度変化に対して安定かつ高分解能な操舵角検知を可能にするという効果を奏する。
【0035】
さらに本第1実施形態の操舵角検知装置は、角度情報を抽出して連続的に角変位を求めるものであり、従来の磁極ピッチに基づいてパルスを発生する方式と異なり安価でありながら高分解能かつ高安定度な角変位センサを実現するという効果を奏する。
【0036】
(第2実施形態)
本第2実施形態の操舵角検知装置は、上述の第1実施形態において操舵軸10の外周に配設していた回転磁石1を、図3に示されるように自動車の操舵装置の構成要素であるラックに配置された直線状に着磁されたリニア磁石体11の磁性体に変更した点が相違点である。
【0037】
ハンドルの操作による操舵軸の回転に伴い前記ラック上のリニア磁石体11が直線上において図3中矢符によって示されるように直線変位すると、上述の第1実施形態と同様の位相関係で配置されたアモルファスワイヤより成る2つのマグネト・インピーダンス素子21、22によって検知される磁場変化も正弦波となるので、上述の第1実施形態と同様に2つの磁場信号の比に基づいて操舵角を検知するものである。
【0038】
本第2実施形態の操舵角検知装置は、リニア磁石体11の直線変位に応じて、2つのマグネト・インピーダンス素子21、22によって検知される2つの磁場信号の比に基づいて操舵角を検知することにより、操舵角計測を行うことで磁場強さの変化、磁電変換素子の感度変化に対して安定かつ高分解能な計測を可能にするという効果を奏する。
【0039】
また本第2実施形態の操舵角検知装置は、マグネト・インピーダンス素子としてアモルファスワイヤを用いることで高温度領域でも感度よく計測でき、また低消費電力でかつ小型、安価な角変位、直線変位センサを提供できるようにするものである。
【0040】
(第3実施形態)
本第3実施形態の操舵角検知装置は、図1に示される前記第1実施形態の基本的構成と同様の基本的構成より成るもので、以下図4を用いて詳細に説明する。
【0041】
回転体磁石1は、前記図1に示される第1実施形態と同様の構成であるため図4における図示を省略した。図4においてマグネト・インピーダンス磁気検出器2は、2つのマグネト・インピーダンス素子21、22と1つの共通の信号処理回路23からなる。2つのマグネト・インピーダンス素子21、22は、前記回転体磁石の磁場を検出するために互いの位相φがπ/2(90度)となるべく位置に配設されている。
【0042】
2つのマグネト・インピーダンス素子21、22は、アモルファスワイヤ210、220に検出コイル211、221が巻回されてなるもので、このアモルファスワイヤ210、220にパルス電流を通電すると周囲の磁場の軸方向成分に対応する電圧が検出コイル211、221に瞬間的に誘起される。この検出コイル211、221に誘起された電圧を信号処理することで磁場信号を得ることができる。
【0043】
信号処理回路23は、前記2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の信号を処理するためのもので、パルスジェネレータ231とサンプルホールド回路232からなる。
【0044】
前記パルスジェネレータ231は、繰返し周波数が2MHzでパルス幅が数十ns(ナノ秒)でかつ所定の位相差で同期する2つのパルス列を発生し、端子P1、P2の組とP3、P4の組からそれぞれ5μs(マイクロ秒)の周期で切換えて交互に出力する。また、出力端子P5はこのパルス列を5μsごとに交互に切換えるときの同期信号が出力されるが、これは後段の角度算出装置3に出力される。
【0045】
前記パルスジェネレータ231の出力端子P1およびP3は、2つのマグネト・インピーダンス素子21、22のアモルファスワイヤに接続されているので、5μsごとに交互に2MHzのパルス列の電流が印加される。パルスが印加されるとマグネト・インピーダンス素子21、22の検知コイルとしての各検出コイル211、221には周囲の磁場に対応する電圧が瞬間的に誘起される。
【0046】
アナログスイッチS1、S2の制御端子に前記パルスジェネレータ231の出力端子P2、P4のパルスが印加されるが、前記のごとく端子P1のパルスとP2のパルスおよびP3のパルスとP4のパルスはそれぞれ同期しているので、P2あるいはP4のパルスがそれぞれのタイミングで印加されるとごく短期間このアナログスイッチが” 閉” になり前記マグネト・インピーダンス素子21、22の検出コイル211、221に瞬間的に誘起した磁場に対応する電圧が、サンプルホールド回路232を構成するコンデンサCにホールドされる。
【0047】
前述のごとくマグネト・インピーダンス素子に印加されるパルス列は2MHzであるので磁場の計測は2MHzの繰り返し頻度で間欠的に実行されるが、アナログスイッチS1 、S2とコンデンサCおよび増幅器Aが、前記サンプルホールド回路232を形成しているのでこの出力端子P6の信号はほぼ連続的な波形である。
【0048】
しかしながら前述のようにパルスジェネレータ231は、5μsの周期でパルス列をP1、P2の組とP3、P4の組と交互に出力するので、このマグネト・インピーダンス磁気検出器2の出力端子P6の信号は前記マグネト・インピーダンス素子21、22が検出した磁気信号を時系列的に交互に出力する。
【0049】
図5の(イ)は、図1に示される回転体磁石1が回転したときのマグネト・インピーダンス素子21、22が検出する磁場信号を表す。したがって横軸は時間でありかつ角度である。図5の(ロ)はこのときのマグネト・インピーダンス磁気検出器2の出力端子P6の信号波形を表す。図5の(ロ)においてa、bの記号は前記したごとくマグネト・インピーダンス素子21、22の出力が5μsの周期で交互に切換えられていることを表している。図5の(ロ)はわかりやすくするためにa、bの切換えの時間幅を機械的な角度変化する早さに対して誇張して幅広く描いているが、実際の角度変化に対して十分短かい時間であるため実用上角度情報が途絶えるようなことはない。
【0050】
図4に示される角度算出装置3は、主としてA/Dコンバータ31とコンピュータ32からなり信号処理回路2の出力にもとづいて回転角度(操舵角)および回転方向を演算し出力するものである。
【0051】
前記信号処理回路2の出力端子P6の磁場信号は、A/Dコンバータ31に接続されており、時系列的に交互に切換えられたa、bの各磁場信号は順次デジタル変換される。このときA/D変換された信号をaのデータとbのデータとに弁別するため同期信号として前記パルスジェネレータ231の端子P5の切換え信号をマイクロコンピュータ32に入力している。
【0052】
すなわちパルスジェネレータ231の端子P5から出力される前記5μsの切換え信号がロジックレベルの” 1” になっている期間はaの磁場信号そして” 0” の期間はbの磁場信号としてコンピュータ32はa、bのデータを整列する。
【0053】
コンピュータ32は、角度算出の基となるarctan(Hb/Ha)の演算を行う角度演算器321と回転の方向を判別する回転方向判別器322と不連続に算出される角度データを連続化処理する加減算器323からなるが、これらの処理はすべてソフトウエアにしたがって行う。
【0054】
まず角度演算器321は、前記数1にもとづきarctan(Hb/ Ha)の演算を行い基本的な角変位信号を算出する。
この角度演算器321の情報は、回転方向判別器322と加減算器323に出力される。回転方向判別器322は微分演算機能からなるもので前記角度演算器321の出力を微分演算して、その結果が正であれば角度θが正回転、負であれば逆回転していると判断する。この回転方向信号は出力端子P31を通して外部へ出力するとともに加減算器323へも出力する。
【0055】
加減算器323は、前記回転角θが±π/2以上の領域において角度データが不連続になることを防ぐため、データの連続化処理を行うものであり、前記角度演算器321の出力が±π/2を超えたときの角度データ値にθ=±π/2のときのデータの2倍の値を加算あるいは減算することでθの変化に対してデータを連続化する。すなわち回転の方向が正転の場合は加算を行い、逆転の場合は減算を行う。この正転、逆転の情報は前記回転方向判別器322の出力から得る。このように加減算器323によってデータの連続化処理をすることで必要に応じて任意の角度計測範囲を実現することができる。図6はこの連続化処理の結果の例であり、θの値が±π/2を超えたとき前記角度演算器321のデータが点線のごとく鋸歯状になるが、加減算器323の出力は実線のように連続化される。この実線で表されるデータが本角変位センサの出力端子P32の信号である。
【0056】
本第3実施形態の操舵角検知装置は、磁石体1の回転による回転磁場を2つのマグネト・インピーダンス素子21、22で検出し1つの信号処理回路23で信号処理し、その2つの磁気信号の比から角度演算するので、前記数5に示したごとく回転体磁石の磁場の強さ|B|の項が消去されるため、操舵系に加わる加速度、振動などによる回転する磁性体と磁電変換素子とのギャップの変動あるいは温度変化による磁場変動、磁電磁変換素子の感度変化の影響を受けない安定で高精度の操舵角検出を可能にするとともに、その他上述の第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
【0057】
(第4実施形態)
第4実施形態の操舵角検知装置は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器2として2つのマグネト− インピーダンス素子21、22と時系列で切換えて信号処理する1つの信号処理回路をIC化して超小型素子として構成し回転磁場内に容易に配設できるようにまとめたものである。
【0058】
すなわち図7に示されるようにマグネト・インピーダンス磁気検出器200は、マグネト− インピーダンス素子として長さ2mm、直径30μmのアモルファスワイヤ201、203を用い、その周囲に検出コイル202、204を巻回したものである。
【0059】
またこの2つのマグネト・インピーダンス素子は、検出した磁気信号の互いの位相がπ/2となる位置に配設するとともにIC化した信号処理回路205とともに同一の基板BP上に形成して一つのパッケージ206内に収納したものであるので、2つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするものである。
【0060】
また前記信号処理回路205は、上述の実施形態と同様に切換えで2つのマグネト・インピーダンス素子の信号を交互に処理するものであるので、これにより装置全体を低消費電力とともに小型化でき、さらに前記回転磁場内に容易に取り付けることができ、また機械的な振動にも十分対応できるようにした。
【0061】
さらに前記マグネト・インピーダンス素子の材料としてアモルファスワイヤを用いたことで、通常の磁電変換素子では厳しい120℃以上の温度領域でも計測可能になり、温度環境の厳しい自動車のステアリング角センサとして小型、低価格に実現できるようになった。
【0062】
(第5実施形態)
第5実施形態の操舵角検知装置は、図1に示される回転体磁石1の材料としてフェライトを用いるものであり、図8は既設のステアリングシャフト10に多極着磁したフェライト材のリング磁石102を装着したものである。
【0063】
本第5実施形態の操舵角検知装置においては、磁場の強さが弱くても磁電変換素子として後述する高感度のマグネト− インピーダンス素子を用いることで十分な磁場検出が可能であり、堅牢かつ生産コストが安い操舵角センサを実現できるという効果を奏する。
【0064】
【実施例】
以下上述の実施形態の自動車用操舵角検知装置において、用いることが出来る磁気検出器の実施例につき、図面を用いて説明する。
【0065】
(実施例)
本実施例の磁気検出器は、図9に示されるように自動車分野における適用を考慮して、小型化して高感度化したもので、以下図9ないし図11を用いて説明する。
【0066】
前記磁気検出器2を構成する2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の基板100の大きさは、幅0.5mm、高さ0.5mmとし、長手方向の長さを3mmとし、感磁体210、220は、CoFeSiB系合金を使った直径30μmまたは20μmであって長さ3mm以下のアモルファスワイヤである。 電磁コイル211、221は、 前記基板100の長手方向に形成した溝100Gの溝面111に形成されたコイルの片側211A、221Aと、溝100Gに対向する溝上面112(樹脂SRの上面SRU)に形成された残り片側のコイル211B、221Bの2層構造により形成したものである。
【0067】
前記溝面111および溝上面112に形成されるコイルの片側211A、221Aおよび残り片側のコイル211B、221Bは、図9および図10に示されるように電極配線基板100の長手方向に形成された溝100Gの溝上面112よりある程度広い範囲にコイルを構成する導電性の磁性金属薄膜を蒸着により形成し、形成された金属薄膜が螺旋状に残るように間隙部を構成する導電性金属薄膜部を選択エッチング手法により除去することにより、コイルの全体の長手方向の長さを1.5mmまたは2mmの長さに亘り形成される。なお図10において、図9のA−A′断面にかかわらず、理解の便のために溝100Gの全面の4面にロの字状にコイルが形成されている状態を示した。
【0068】
電磁コイル211、221の円相当内径(高さと幅で形成される溝断面積と同一面積となる円の直径)は、200μmまたは100μm以下であるのが望ましいので、66μmに一例として設定した。 電磁コイル211、221の1ターン当たりの(単位長さ当たり)の捲線間隔は100μm/巻以下であるのが望ましいので、一例として50μm/巻に設定されている。
【0069】
素子基板100の長さとして3mmを採用して前記2つのマグネト・インピーダンス素子21、22のアモルファスワイヤ210、220および電磁コイル211、221が、図10に示されるように一つの電極配線基板100上に一体に形成され、前記磁気検出器21、22の両端に配設した電極を介して接続された前記信号処理回路23としての電子回路も一つの電極配線基板100上に形成され、かかる電子回路23からのセンサ出力を横軸が外部磁場と縦軸が出力電圧を示す図11に示す。
【0070】
本実施例の磁気検出器は、自動車分野における適用を考慮して、小型化、薄型化、小容積化(幅0.5mm、高さ0.5mmとし、長手方向の長さを3mm)を実現しながら、図11から明らかなように40ガウス(G)で0.2Vのフルスケールまでリニアな出力が得られ、リニアな測定および高感度な測定を実現するものである。
【0071】
また本実施例の磁気検出器は、前記2つのマグネト・インピーダンス素子21、22のアモルファスワイヤ210、220および電磁コイル211、221が、同一全体基板上に一体に形成され、前記磁気検出器21、22の両端に配設した電極を介して接続された前記電子回路23も同一全体基板上に形成され、同一のパッケージ内に配設されるので、2つのセンサの特性を揃えることが出来るため、精度の高い測定を可能にするとともに、センサを小さくし、高感度化を可能にし、処理回路および信号処理もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するという効果を奏する。
【0072】
本実施例の磁気検出器は、自動車分野における適用を考慮して上述のように小型化、薄型化、小容積(幅0.5mm、高さ0.5mm、長手方向の長さ3mm)を実現しながら、図11から明らかなように40ガウス(G)で0.2Vのフルスケールまでリニアな出力が得られ、リニアな測定および高感度な測定を実現するものである。
【0073】
また本実施例の磁気検出器は、マグネト・インピーダンス素子としてアモルファスワイヤを採用したので、アモルファスワイヤの本来の性質上、120℃の温度環境でも安定な動作が可能なため、自動車における120℃の温度環境でも安定な動作が可能であり、自動車用操舵装置の操舵角の検出に適するという効果を奏するものである。
【0074】
さらに本実施例の磁気検出器は、マグネト・インピーダンス素子をより高感度な磁気センサとするために、検知コイルとしての電磁コイル211、221の円相当内径の半径を200μmまたは100μm以下にするのが望ましい、本実施例においては一例として66μmに設定し、極めて小さくしてアモルファスワイヤと検出コイルとの電磁結合を大きくすることに対して有効であるとともに、センサの薄型化および小容量化にとっても有効である。
【0075】
また本実施例の磁気検出器は、前記2つのマグネト・インピーダンス素子および信号処理回路を1つの基板にマウント(装荷)することにより、小型かつ取り扱いを容易にすることができ、さらにマグネト・インピーダンス素子が高感度のため回転体とのギャップを1mm以上に大きくしても安定な磁気計測ができるので自動車に取り付ける際に精密な組付け作業を必要としないので生産コストを抑制するという非常に大きな効果を奏する。
【0076】
さらに本実施例においては、2 つのマグネト・インピーダンス素子を所定の精度で管理された自動機で製作するとともに、2つのマグネト・インピーダンス素子をそれぞれ駆動するIC回路からなるパルスジェネレータの2つのドライバー回路の駆動特性およびそれぞれに対応するサンプルホールド回路の2つのアナログスイッチのスイッチ特性を同一とするため、それぞれ近接した場所に回路を形成するようにマスク設計を行い、2つのマグネト・インピーダンス素子の特性を互いに等しくしたので、2 つのマグネト・インピーダンス素子の特性を互いに等しくすることが出来るものである。
【0077】
本実施例においては、基板100の大きさは、幅0.5mm、高さ0.5mmとし、長手方向の長さを3mmとし、アモルファスワイヤの長さは3mm以下であることから、上述した図11から明らかなように40ガウスで0.2Vのフルスケールまでリニヤーな出力が得られるため、従来ヒステリシス特性や非直線特性を無くするためにアモルファスワイヤにもう一つのコイルを設けてこれにフィードバック電流を流したり、バイアス電流を流したりするフィードバック技術の必要性を解消するものである。これにより常時直流電流を流すことが不要となり低消費電力化が可能となった。またバイアスコイルを省略できマグネト・インピーダンス素子をシンプル化するものである。
【0078】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の操舵角検知装置を示すブロック図である。
【図2】本第1実施形態の操舵角検知装置における出力波形を示す線図である。
【図3】本発明の第2実施形態の操舵角検知装置のセンサ部を示す斜視図である。
【図4】本発明の第3実施形態の操舵角検知装置を示す詳細ブロック図である。
【図5】本第3実施形態の操舵角検知装置における出力波形を示す線図である。
【図6】本第3実施形態の操舵角検知装置における連続化処理の結果を示す線図である。
【図7】本発明の第4実施形態の操舵角検知装置のセンサ部を示す斜視図である。
【図8】本発明の第5実施形態の操舵角検知装置のセンサ部を示す斜視図である。
【図9】本発明の実施例における磁気検出器を示す平面図である。
【図10】本実施例における磁気検出器を示す図9中A−A′線に沿う横断面図である。
【図11】本実施例における磁気検出器の外部磁場と出力電圧の関係を示す線図である。
【符号の説明】
1 磁性体
10 操舵軸
2 磁気センサ
20 マグネト・インピーダンス磁気検出器
21、22 マグネト・インピーダンス素子
23 信号処理回路
3 演算回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensor for detecting a change in a periodic magnetic field associated with the movement of a moving member that moves with the rotation of a steering shaft of an automobile steering device in which a magnetic material whose magnetic properties change periodically is provided. A vehicle steering system comprising: a signal processing circuit that processes a detected change in a periodic magnetic field; and a calculation circuit that calculates a rotation angle of a steering shaft of a vehicle steering device based on an output signal output from the signal processing circuit. The present invention relates to a device for detecting a steering angle of a device.
[0002]
[Prior art]
The conventional steering angle detection device has a multi-pole magnetized part on the outer ring part of the rotating cam attached to the steering shaft that is linked to the rotation of the steering wheel, and a unipolar magnetized part with a unipolar magnetic field formed on the inner ring part. A magnetoresistive element for detecting a change in a multipolar magnetic field in opposition to the multipolar magnetized portion of the arranged magnetized ring, and detecting a change in a unipolar magnetic field in opposition to the monopolar magnetized portion. It comprises a Hall element, and converts a change in the magnetic field detected by the magnetoresistive element and the Hall element into a pulse signal to detect the rotation angle of the steering wheel (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-249574 (Pages 4 to 7, FIGS. 1 to 13)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional steering angle detection device includes a magnetoresistive element that detects a change in a multipolar magnetic field facing the multipolar magnetized portion of the magnetizing ring, and a magnetic resistance element that faces the single pole magnetized portion. Since the change in the magnetic field detected by the Hall element that detects the change in the magnetic field of the pole is converted into a pulse signal to detect the rotation angle of the steering wheel, the sensor becomes complicated and large, and in order to increase the angle detection accuracy If the number of poles is finely reduced, the magnetic force is reduced, so that there is a problem that the gap between the sensor and the sensor must be reduced.
[0005]
On the other hand, further improvement in angle detection accuracy (resolution) is required with the improvement of automobile control devices. In a conventional steering angle detection device, it is necessary to magnetize magnetic poles finely and densely. But it had physical and cost limitations.
[0006]
In addition, the magnetic field that can be detected becomes extremely small, resulting in insufficient sensitivity of magnetic sensors such as Hall elements, and the distance between the magnetized ring and the Hall elements needs to be further shortened (gap is reduced). Therefore, there is a problem of a defect due to contact between the rotating magnetizing ring and the Hall element of the fixed portion, a decrease in durability, and an increase in cost due to difficulty in assembling.
[0007]
Therefore, the present inventor has proposed a magnetic field detecting device for detecting a change in a periodic magnetic field accompanying the movement of a moving member that moves with the rotation of a steering shaft of an automobile steering device provided with a magnetic body whose magnetic properties change periodically. A vehicle comprising: a sensor; a signal processing circuit for processing a detected change in a periodic magnetic field; and a calculation circuit for calculating a rotation angle of a steering shaft of a vehicle steering device based on an output signal output from the signal processing circuit. In the steering angle detection device for a steering device, the magnetic sensor constituting the magneto-impedance magnetism detector has a phase relationship corresponding to a cycle in which the magnetic property of the magnetic material disposed on the moving member changes. The two magneto-impedance elements are arranged so that the one signal processing circuit switches the output from the two magneto-impedance elements. The signal processing is performed by alternately switching the stages, and the arithmetic circuit detects an angle based on a ratio of outputs of the two magneto-impedance elements detected by the two magneto-impedance elements and alternately output from the signal processing circuit. Focusing on the technical idea of the present invention to detect displacement, and as a result of further research and development, the aim was to make the sensor simple and small, and to eliminate the need to reduce the gap with the sensor because of its high detection sensitivity. Achieved invention reached.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The steering angle detection device for a vehicle steering device according to the present invention (the first invention according to claim 1) includes:
A magnetic sensor that detects a change in a periodic magnetic field accompanying movement of a moving member that moves with rotation of a steering shaft of an automobile steering device in which a magnetic material whose magnetic properties change periodically is provided; A steering angle of a vehicle steering system including a signal processing circuit for processing a change in a periodic magnetic field and a calculation circuit for calculating a rotation angle of a steering shaft of the vehicle steering system based on an output signal output from the signal processing circuit In the detection device,
The magnetic sensor is configured by two magneto-impedance elements arranged so as to have a phase relationship according to a cycle in which the magnetic properties of the magnetic body arranged on the moving member change,
The signal processing circuit includes a magneto impedance magnetic detector including one signal processing circuit that performs signal processing by alternately switching the output from the two magneto impedance elements by switching means,
The arithmetic circuit detects angular displacement based on a ratio of outputs of the two magneto-impedance elements detected by the two magneto-impedance elements and output alternately from the signal processing circuit.
Things.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a steering angle detecting device for a steering device for an automobile.
In the first invention,
The two magneto-impedance elements are arranged so as to have a phase difference of 90 degrees with respect to the pitch of N-S of the magnetic poles of the magnetic body,
The arithmetic circuit calculates a steering angle θ from the output Ha of one magneto-impedance element and the output Hb of the other magneto-impedance element according to the relationship of
The arithmetic circuit calculates a rotation direction of a steering shaft of a vehicle steering device based on a change rate of an output signal from the two magneto-impedance elements.
Things.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a steering angle detecting device for a vehicle steering device.
In the second invention,
The two magneto-impedance elements comprise an amorphous wire and a sensing coil wound around the amorphous wire;
The one signal processing circuit alternately switches the two magneto-impedance elements to supply a pulse, and alternately holds two magnetic signals obtained in synchronization with the pulse generator for a predetermined time. A set of electronic circuits consisting of sample and hold circuits that output in series
Things.
[0011]
The steering angle detecting device of the steering device for a vehicle according to the present invention (the fourth invention according to claim 4) includes:
In the third invention,
The two magneto-impedance elements and the set of electronic circuits are formed on the same substrate.
Things.
[0012]
Function and Effect of the Invention
The steering angle detecting device for a vehicle steering system according to the first aspect of the present invention, wherein the magnetic property of the magnetic body disposed on the moving member that configures the magnetic sensor that configures the magneto-impedance magnetic detector. The two magneto-impedance elements arranged so as to have a phase relationship corresponding to the changing cycle detects a change in the periodic magnetic field, and the one signal processing circuit constituting the signal processing circuit is The output from the two magneto-impedance elements is alternately switched by switching means to perform signal processing, and the arithmetic circuit is detected by the two magneto-impedance elements and output alternately from the signal processing circuit. Detects angular displacement based on the ratio of the outputs of two magneto-impedance elements. Since the other magneto-impedance element is not operating when the other impedance element is operating, it is not electromagnetically affected by the operation of the other magneto-impedance element. In addition, since the sensor is simple and small, and the detection sensitivity is high, it is not necessary to reduce the gap between the sensor and the sensor.
[0013]
The steering angle detecting device for a vehicle steering system according to a second invention having the above-mentioned structure is arranged so as to have a phase difference of 90 degrees with respect to the pitch of NS of the magnetic poles of the magnetic body in the first invention. The two magneto-impedance elements are used to detect a change in the periodic magnetic field of the magnetic material, and the signal processing circuit outputs an output Ha of one magneto-impedance element and an output Hb of the other magneto-impedance element. The steering angle θ is calculated according to the relationship of
[0014]
In the steering angle detecting device for a vehicle steering system according to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the two magneto-impedance elements detect an ambient magnetic field when a pulse current is applied to an amorphous wire. A voltage is induced by the detection coil wound around the wire, and the electronic circuit as the one signal processing circuit is used for the pulse application of the pulse generator that alternately switches the two magneto-impedance elements and applies the pulse. Since the two magnetic signals obtained by the sample-and-hold circuit in synchronization are alternately held for a predetermined time and output in a time series, when one of the magneto-impedance elements is energized by a pulse and is operating, the other of the magneto-impedance elements is operated. Since the impedance elements are not energized due to pulsed current, the other The sensor is not affected by the electromagnetic current caused by the pulsed power supply and operation of the impedance element, which enables high-precision rotation speed detection and reduces power consumption by eliminating simultaneous signal processing in the electronic circuit. This has the effect of making the signal processing circuit compact and simple.
[0015]
The steering angle detecting device for a vehicle steering system according to a fourth aspect of the present invention is the steering angle detecting device according to the third aspect, wherein the two magneto-impedance elements and the set of electronic circuits are formed on a same substrate. Since the characteristics of the two sensors can be matched, high-precision measurement is possible, and at the same time, the size of the sensors is reduced, the sensitivity is increased, the processing circuit is simplified, and the overall size is reduced. In addition to reducing power consumption, it is possible to eliminate the necessity of assembling the conventional steering angle sensor with high precision.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
(1st Embodiment)
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the steering angle detecting device for a vehicle steering system according to the first embodiment has a periodic magnetic property on the outer periphery of a part of the steering
[0018]
The basic configuration of the first embodiment is, as shown in FIG. 1, to have a
[0019]
Next, the principle of the angular displacement sensor in the steering angle detecting device of the automotive steering device according to the first embodiment will be described.
[0020]
Now, suppose that the magneto-
(Equation 2)
[Equation 3]
[0021]
Here, when the phase angle of the two magneto-
(Equation 4)
[0022]
Next, when the ratio Hb / Ha of the two detection signals is calculated, Equation 5 is obtained.
(Equation 5)
[0023]
That is, as shown in Equation 5, since the denominator and the numerator have | B |, when the ratio of the detection signals is calculated, Hb / Ha becomes sin θ / cos θ, and the magnetic field strength | B | Is eliminated. This means that the strength of the magnetic field is not related to the calculation result of the ratio of the detection signals, that is, it is not affected by the magnetic field fluctuation. Then, since sin θ / cos θ = tan θ, it can be seen that the angular displacement θ can be measured in a linear relationship by performing the operation of arctan (Hb / Ha) as shown in
[0024]
The above relationship is illustrated in FIG.
That is, the value of the vertical axis arctan (Hb / Ha), which is the output, changes linearly from -π / 2 to + π / 2 during a period in which the change width of the angular displacement θ is π radians (± π / 2 in this case). I do. In a region where the change of the angular displacement θ exceeds ± π / 2, the data becomes saw-toothed and discontinuous every time the angle increases or decreases by π (180 degrees), and the above-described positive and negative values are repeated.
[0025]
The fact that the term | B | of the magnetic field strength disappears from the calculation result of Hb / Ha as seen from the above equation 4 means that the gap between the
[0026]
Although the description has been given here assuming that the phase φ of the magneto-
[0027]
Next, the magneto-impedance
[0028]
The output of the magneto-impedance
[0029]
The detection coil and the set of electronic circuits are formed on the same substrate.
[0030]
As shown in FIG. 1, the steering angle detecting device according to the first embodiment having the above-described configuration provides a momentary amplitude signal of a sine wave due to the movement of the magnetic pole SN along with the rotation of the
[0031]
Further, in the steering angle detecting device according to the first embodiment, the magneto-
[0032]
That is, in the first embodiment, when one of the magneto-impedance elements is operating with the pulse current, the other magneto-impedance element is not operating because the pulse is not energized. Since there is no electromagnetic influence due to the operation accompanying the pulse energization of the element, high-precision rotation speed detection is enabled, and simultaneous energization of the two magneto-impedance elements and simultaneous signal processing in the signal processing circuit are performed. Therefore, the power consumption can be reduced without interference in signal processing.
[0033]
Further, since the steering angle detecting device of the first embodiment measures the angle based on the ratio of two magnetic field signals from the two magneto impedance elements, there is a sensitivity change due to the temperature of the two magneto impedance elements. Also, since both were formed on the same substrate and arranged in the same package and the temperature counting and other physical characteristics were the same as each other, there was no mixing of temperature error, and the steering angle displacement was highly accurate. This has the effect of realizing measurement.
[0034]
Further, the steering angle detecting device according to the first embodiment uses the detection coil formed on the same substrate based on a sine wave momentary amplitude signal due to the movement of the magnetic pole SN accompanying the rotation of the
[0035]
Further, the steering angle detecting device of the first embodiment extracts angle information and continuously calculates angular displacement. Unlike the conventional method of generating a pulse based on the magnetic pole pitch, the steering angle detecting device is inexpensive and has a high resolution. In addition, there is an effect that an angular displacement sensor having high stability is realized.
[0036]
(2nd Embodiment)
The steering angle detecting device according to the second embodiment uses the
[0037]
When the
[0038]
The steering angle detecting device according to the second embodiment detects a steering angle based on a ratio of two magnetic field signals detected by two
[0039]
Further, the steering angle detecting device of the second embodiment can measure with high sensitivity even in a high temperature region by using an amorphous wire as a magneto-impedance element, and has a small and inexpensive angular displacement and linear displacement sensor with low power consumption. To make it available.
[0040]
(Third embodiment)
The steering angle detecting device according to the third embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and will be described in detail below with reference to FIG.
[0041]
Since the
[0042]
The two magneto-
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
The output terminals P1 and P3 of the
[0046]
The pulses at the output terminals P2 and P4 of the
[0047]
As described above, since the pulse train applied to the magneto-impedance element is 2 MHz, the measurement of the magnetic field is performed intermittently at a repetition frequency of 2 MHz. However, the analog switches S1 and S2, the capacitor C and the amplifier A are Since the
[0048]
However, as described above, the
[0049]
FIG. 5A illustrates a magnetic field signal detected by the magneto-
[0050]
The angle calculation device 3 shown in FIG. 4 mainly includes an A /
[0051]
The magnetic field signal at the output terminal P6 of the
[0052]
That is, while the 5 μs switching signal output from the terminal P5 of the
[0053]
The
[0054]
First, the
The information of the
[0055]
The adder /
[0056]
The steering angle detecting device according to the third embodiment detects the rotating magnetic field due to the rotation of the
[0057]
(Fourth embodiment)
The steering angle detecting apparatus according to the fourth embodiment is a microminiature element which is formed by integrating one signal processing circuit for performing signal processing by switching in time series with two magneto-
[0058]
That is, as shown in FIG. 7, the magneto-impedance
[0059]
The two magneto-impedance elements are arranged at positions where the phases of the detected magnetic signals are π / 2, and are formed on the same substrate BP together with the
[0060]
Since the
[0061]
Further, by using an amorphous wire as the material of the magneto-impedance element, it is possible to measure even in a severe temperature range of 120 ° C. or more with a normal magneto-electric conversion element, and it is small and inexpensive as a steering angle sensor for an automobile having a severe temperature environment. It can now be realized.
[0062]
(Fifth embodiment)
The steering angle detecting device according to the fifth embodiment uses ferrite as a material of the
[0063]
In the steering angle detecting device of the fifth embodiment, even if the strength of the magnetic field is weak, a sufficient magnetic field can be detected by using a high-sensitivity magneto-impedance element, which will be described later, as the magnetoelectric conversion element. There is an effect that a steering angle sensor with low cost can be realized.
[0064]
【Example】
Hereinafter, an example of a magnetic detector that can be used in the vehicle steering angle detecting device of the above embodiment will be described with reference to the drawings.
[0065]
(Example)
As shown in FIG. 9, the magnetic detector of the present embodiment is miniaturized and has high sensitivity in consideration of application in the field of automobiles, and will be described below with reference to FIGS.
[0066]
The size of the
[0067]
The
[0068]
The inner diameter of a circle equivalent to the circle of the
[0069]
By adopting 3 mm as the length of the
[0070]
The magnetic detector of the present embodiment realizes miniaturization, thinning, and volume reduction (width 0.5 mm, height 0.5 mm, and length in the longitudinal direction 3 mm) in consideration of application in the automotive field. On the other hand, as is clear from FIG. 11, a linear output up to a full scale of 0.2 V at 40 Gauss (G) is obtained, realizing a linear measurement and a highly sensitive measurement.
[0071]
Further, in the magnetic detector of this embodiment, the
[0072]
The magnetic detector of the present embodiment realizes miniaturization, thinning, and small volume (width 0.5 mm, height 0.5 mm, length in the longitudinal direction 3 mm) as described above in consideration of application in the automobile field. On the other hand, as is clear from FIG. 11, a linear output up to a full scale of 0.2 V at 40 Gauss (G) is obtained, realizing a linear measurement and a highly sensitive measurement.
[0073]
Further, since the magnetic detector of this embodiment employs an amorphous wire as the magneto-impedance element, it can operate stably even in a temperature environment of 120 ° C. due to the inherent properties of the amorphous wire. It is possible to operate stably even in an environment, and it is effective in detecting a steering angle of a vehicle steering system.
[0074]
Furthermore, in the magnetic detector of this embodiment, in order to make the magneto-impedance element a magnetic sensor with higher sensitivity, the radius of the inner diameter of the
[0075]
Further, the magnetic detector of this embodiment can be compact and easy to handle by mounting (loading) the two magneto-impedance elements and the signal processing circuit on one substrate. However, because of its high sensitivity, stable magnetic measurement can be performed even when the gap with the rotating body is increased to 1 mm or more, so there is no need for precise assembly work when mounting the product on a car, so a very large effect of suppressing production costs. To play.
[0076]
Further, in the present embodiment, two magneto impedance elements are manufactured by an automatic machine controlled with a predetermined accuracy, and two driver circuits of a pulse generator including an IC circuit for driving the two magneto impedance elements, respectively. In order to make the drive characteristics and the switch characteristics of the two analog switches of the corresponding sample-and-hold circuits the same, a mask is designed so that the circuits are formed in close proximity to each other, and the characteristics of the two magneto-impedance elements are compared with each other. Because they are equal, the characteristics of the two magneto-impedance elements can be made equal to each other.
[0077]
In the present embodiment, the size of the
[0078]
The above-described embodiment has been described by way of example, and the present invention is not limited to the embodiment. It will be recognized by those skilled in the art from the claims, the detailed description of the invention, and the drawings. Modifications and additions are possible without violating the technical idea of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a steering angle detection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an output waveform in the steering angle detecting device of the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing a sensor unit of a steering angle detecting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a detailed block diagram illustrating a steering angle detection device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an output waveform in the steering angle detection device according to the third embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a result of a continuation process in the steering angle detection device according to the third embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing a sensor unit of a steering angle detecting device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a sensor unit of a steering angle detecting device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a magnetic detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the magnetic detector according to the present embodiment, taken along line AA 'in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between an external magnetic field and an output voltage of the magnetic detector in the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Magnetic material
10 Steering axis
2 Magnetic sensor
20 magneto impedance magnetic detector
21,22 magneto impedance element
23 signal processing circuit
3 Operation circuit
Claims (4)
前記磁気センサが、前記移動部材に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、
前記信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する1個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器を備え、
前記演算回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子によって検知され、前記信号処理回路から交互に出力される前記2つのマグネト・インピーダンス素子の出力の比に基づき角変位を検知する
ことを特徴とする自動車用操舵装置の操舵角検知装置。A magnetic sensor that detects a change in a periodic magnetic field accompanying movement of a moving member that moves with rotation of a steering shaft of an automobile steering device in which a magnetic material whose magnetic properties change periodically is provided; A steering angle of a vehicle steering system including a signal processing circuit for processing a change in a periodic magnetic field and a calculation circuit for calculating a rotation angle of a steering shaft of the vehicle steering system based on an output signal output from the signal processing circuit In the detection device,
The magnetic sensor is configured by two magneto-impedance elements arranged so as to have a phase relationship according to a cycle in which the magnetic properties of the magnetic body arranged on the moving member change,
The signal processing circuit includes a magneto impedance magnetic detector including one signal processing circuit that performs signal processing by alternately switching the output from the two magneto impedance elements by switching means,
An automobile wherein the arithmetic circuit detects angular displacement based on a ratio of outputs of the two magneto-impedance elements detected by the two magneto-impedance elements and output alternately from the signal processing circuit. Angle detection device for a steering device.
前記2つのマグネト・インピーダンス素子が、前記磁性体の磁極のN−Sからなるピッチに対して90度の位相差を持つように配置され、
前記演算回路が、一方のマグネト・インピーダンス素子の出力Haと他方のマグネト・インピーダンス素子の出力Hbから、操舵角θを、以下の数1の関係によって算出し、
ことを特徴とする自動車用操舵装置の操舵角検知装置。In claim 1,
The two magneto-impedance elements are arranged so as to have a phase difference of 90 degrees with respect to the pitch of N-S of the magnetic poles of the magnetic body,
The arithmetic circuit calculates a steering angle θ from the output Ha of one magneto-impedance element and the output Hb of the other magneto-impedance element according to the following equation 1.
前記2つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤと該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルとから成り、
前記1個の信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータと、これに同期して得られる2つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するサンプルホールド回路からなる1組の電子回路である
ことを特徴とする自動車用操舵装置の操舵角検知装置。In claim 2,
The two magneto-impedance elements comprise an amorphous wire and a sensing coil wound around the amorphous wire;
The one signal processing circuit alternately switches the two magneto-impedance elements to supply a pulse, and alternately holds two magnetic signals obtained in synchronization with the pulse generator for a predetermined time. A steering angle detecting device for a steering device for a vehicle, wherein the steering angle detecting device is a set of electronic circuits including a sample and hold circuit that outputs the signals in a series.
前記2つのマグネト・インピーダンス素子と前記1組の電子回路とが、同一の基板上に形成されている
ことを特徴とする自動車用操舵装置の操舵角検知装置。In claim 3,
A steering angle detecting device for an automobile steering system, wherein the two magneto-impedance elements and the one set of electronic circuits are formed on the same substrate.
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