专利名称：相对角度检测装置、旋转角度检测装置、相对角度检测方法以及旋转角度检测方法
技术领域：
本发明涉及相对角度检测装置、旋转角度检测装置、相对角度检测方法以及旋转角度检测方法。
背景技术：
近年来提出了检测旋转轴的旋转角度的装置。例如在专利文献I中，描述了如下构成的旋转角度检测装置。即，专利文献I所述的旋转角度检测装置具有具备双极磁铁的磁铁转子和检测来自磁铁转子的磁通方向的传感器器件，其中，传感器器件具有由多个磁阻效应元件构成的磁感应面，传感器器件相对于磁铁转子被设置成，使得磁通与磁感应面交叉，且磁感应面内垂直的磁通密度成分彼此的振幅大小相等。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2009-25319号公报
发明内容
发明所要解决的课题作为检测彼此同轴配置的2个旋转轴的相对旋转角度的装置，可考虑如下结构在2个旋转轴中的任意一个旋转轴上安装磁铁，在另ー个旋转轴上安装检测磁铁的磁场的磁场检测单元。另外，作为检测以能够旋转的方式支撑于外壳的旋转体的旋转角度的装置，可考虑如下结构在外壳或旋转体中的任意一方上安装磁铁，在另一方上安装检测磁铁的磁场的磁场检测单元。对于这样的结构而言，希望的是，即使磁场检测単元的磁感应面内垂直的磁场成分彼此的振幅大小不同，也能高精度地检测相对旋转角度或旋转角度。用于解决课题的手段基于该目的，本发明提供一种相对角度检测装置，其检测第I旋转轴与第2旋转轴的相对角度，其特征在干，该相对角度检测装置具有磁铁，其设置于上述第I旋转轴和上述第2旋转轴中的任意ー个旋转轴；第I磁场检测单元，其设置于与上述ー个旋转轴不同的另ー个旋转轴，输出与上述磁铁的磁场对应的值；第2磁场检测单元，其设置于上述另ー个旋转轴，输出与上述磁铁的磁场对应的值，并且即使处干与上述第I磁场检测单元相同的磁场中也输出与该第I磁场检测单元的输出值不同的值；校正単元，其根据上述磁铁的磁场中彼此垂直的磁场成分的振幅比，对上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单元的输出值中的任意一个输出值进行校正；以及运算单元，其根据上述校正単元校正后的上述一个输出值和与该ー个输出值不同的另ー个输出值，运算上述第I旋转轴与上述第2旋转轴的相对角度。
这里，优选的是，上述校正単元使用根据上述磁场成分的振幅比而预先決定的值进行校正。或者，优选的是，该相对角度检测装置还具有决定与上述磁场成分的振幅比对应的校正值的决定单元，上述校正单元使用上述决定单元決定的校正值，对上述一个输出值进行校正。另外，优选的是，上述决定单元还根据上述第I磁场检测单元或上述第2磁场检测単元所处的环境的变化来决定上述校正值。另外，优选的是，上述决定单元根据上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测単元的输出值来决定上述校正值。另外，优选的是，上述预先决定的值或上述校正值是与上述第I旋转轴的旋转半径方向的磁场成分的振幅和该第I旋转轴的圆周方向的磁场成分的振幅之间的振幅比对应的值。
根据另一方面，本发明提供一种旋转角度检测装置，其检测以能够旋转的方式支撑于外壳的旋转体的旋转角度，其特征在干，该旋转角度检测装置具有磁铁，其设置于上述旋转体和上述外壳中的任意一个部件；第I磁场检测单元，其设置于上述旋转体和上述外壳中与上述一个部件不同的另ー个部件，输出与上述磁铁的磁场对应的值；第2磁场检测单元，其设置于上述另ー个部件，输出与上述磁铁的磁场对应的值，并且即使处干与上述第I磁场检测单元相同的磁场中也输出与该第I磁场检测单元的输出值不同的值；校正単元，其根据上述磁铁的磁场中彼此垂直的磁场成分的振幅比，对上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单元的输出值中的任意一个输出值进行校正；以及运算单元，其根据上述校正单兀校正后的上述一个输出值和与该ー个输出值不同的另ー个输出值，运算上述旋转体的旋转角度。这里，优选的是，上述校正単元使用根据上述磁场成分的振幅比而预先決定的值进行校正。或者，优选的是，该旋转角度检测装置还具有决定与上述磁场成分的振幅比对应的校正值的决定单元，上述校正单元使用上述决定单元決定的校正值，对上述一个输出值进行校正。另外，优选的是，上述决定单元还根据上述第I磁场检测单元或上述第2磁场检测単元所处的环境的变化来决定上述校正值。另外，优选的是，上述决定单元根据上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测単元的输出值来决定上述校正值。另外，优选的是，上述预先决定的值或上述校正值是与上述第I旋转轴的旋转半径方向的磁场成分的振幅和该第I旋转轴的圆周方向的磁场成分的振幅之间的振幅比对应的值。另外，根据另一方面，本发明提供一种相对角度检测装置中的相对角度检测方法，该相对角度检测装置检测第I旋转轴与第2旋转轴的相对角度，并且该相对角度检测装置具有磁铁，其设置于上述第I旋转轴和上述第2旋转轴中的任意ー个旋转轴;第I磁场检测单元，其设置于与上述ー个旋转轴不同的另ー个旋转轴，输出与上述磁铁的磁场对应的值；以及第2磁场检测单元，其设置于上述另ー个旋转轴，输出与上述磁铁的磁场对应的值，并且即使处干与上述第I磁场检测单元相同的磁场中也输出与该第I磁场检测单元的输出值不同的值，该相对角度检测方法的特征在于，根据上述磁铁的磁场中彼此垂直的磁场成分的振幅比，对上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单元的输出值中的任意ー个输出值进行校正，根据校正后的上述ー个输出值和与该ー个输出值不同的另ー个输出值，运算上述第I旋转轴与上述第2旋转轴的相对角度。另外，根据另一方面，本发明提供一种旋转角度检测装置中的旋转角度检测方法，该旋转角度检测装置检测旋转体的旋转角度，并且该旋转角度检测装置具有磁铁，其设置于外壳以及以能够旋转的方式支撑于该外壳的上述旋转体中的任意一个部件；第I磁场检测单元，其设置于上述外壳和上述旋转体中与上述一个部件不同的另ー个部件，输出与上述磁铁的磁场对应的值；以及第2磁场检测单元，其设置于上述另ー个部件，输出与上述磁铁的磁场对应的值，并且即使处于与上述第I磁场检测单兀相同的磁场中也输出与该第I磁场检测单元的输出值不同的值，该旋转角度检测方法的特征在于，根据上述磁铁的磁场中彼此垂直的磁场成分的振幅比，对上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单兀的输出值中的任意ー个输出值进行校正，根据校正后的上述ー个输出值和与该ー个输出值不同的另ー个输出值，运算上述旋转体的旋转角度。发明效果根据本发明，与未采用本发明的情况相比，即使磁场检测単元的磁感应面内垂直 的磁场成分彼此的振幅大小不同，也能以更高的精度检测旋转角度。
图I是应用了实施方式的检测装置的电动助力转向装置的剖面图。图2-1是实施方式的检测装置的立体图。图2-2是示出电子控制单元(EOT)的概略结构的一例的图。图3是示出在薄膜强磁性金属中流动的电流的方向与所施加的磁场的方向的图。图4是示出在图3的状态下使磁场强度变化时的、磁场强度与薄膜强磁性金属的阻值之间的关系的图。图5是示出在薄膜强磁性金属中流动的电流的方向与所施加的磁场的方向的图。图6是示出磁场方向与薄膜强磁性金属的阻值之间的关系的图。图7是示出利用了以规定磁场强度以上的磁场强度检测磁场方向的原理的MR传感器的一例的图。图8是用等效电路来表示图7所示的MR传感器的结构的图。图9是示出磁铁进行旋转运动时的磁场方向的变化与MR传感器的输出之间的关系的图。图10是示出磁铁进行直线运动时的磁场方向的变化与MR传感器的输出之间的关系的图。图11是示出MR传感器的其它例子的图。图12是示出为了检测磁铁的运动方向而采用的输出组合的一例的图。图13是示出MR传感器的配置例的图。图14是示出MR传感器的其它例子的图。图15是示出第2旋转轴的旋转角度与第2、3齿轮的旋转角度之间的关系的图。图16是示出相对角度传感器的磁感应面的磁场成分的图。图17 (a)是示出磁化间距的2倍的半径方向磁场成分和圆周方向磁场成分的图，是例示了它们的振幅不同的情况的图。(b)是示出半径方向磁场成分和圆周方向磁场成分如(a)所示发生变化时来自相对角度传感器的输出值的图。(C)是获得了(b)所示的输出值时第I旋转轴与第2旋转轴的相对旋转角度的运算結果。图18 (a)是示出在半径方向磁场成分和圆周方向磁场成分的振幅相等时从校正单元输出的值和来自相对角度传感器的输出值的图。(b)是获得了(a)所示的输出值时第I旋转轴与第2旋转轴的相对旋转角度的运算結果。图19 (a)是示出在半径方向磁场成分和圆周方向磁场成分的振幅不同时从校正单元输出的值和来自相对角度传感器的输出值的图。(b)是获得了(a)所示的输出值时第I旋转轴与第2旋转轴的相对旋转角度的运算結果。图20是示出半径方向磁场成分的振幅与圆周方向磁场成分的振幅的振幅比和偏置系数之间的关系的图。
图21是示出半径方向磁场成分的振幅与圆周方向磁场成分的振幅的振幅比和检测误差之间的关系的图。图22是示出第2实施方式的检测装置I的概略结构的图。
具体实施例方式下面參照附图来详细说明本发明的实施方式。图I是应用了实施方式的检测装置I的电动助力转向装置100的剖面图。图2-1是实施方式的检测装置I的立体图。图2-2是示出电子控制単元(ECU) 200的概略结构的一例的图。并且在图2-1中，为了便于了解结构而省略地示出了后述的扁平电缆套50以及基座60的一部分。检测装置I是如下这样的装置其检测以能够旋转的方式支撑于外壳110的第I旋转轴120与同样以能够旋转的方式支撑于外壳110的第2旋转轴130的相对旋转角度，并检测第2旋转轴130的旋转角度。外壳110是固定于例如汽车等交通工具的主体框架(以下有时也称作“车体”)的部件，并且构成为，例如通过螺栓等将第I外壳111与第2外壳112相结合。第I旋转轴120例如是连接方向盘的旋转轴，经由轴承113以能够旋转的方式支撑于第I外壳111。第2旋转轴130经由扭カ杆140与第I旋转轴120同轴结合，而且经由轴承114以能够旋转的方式支撑于第2外壳112。另外，形成于第2旋转轴130的小齿轮131与和车轮连接的齿条轴(未图示)的齿条(未图示)啮合。并且，第2旋转轴130的旋转运动经由小齿轮131、齿条而转换为齿条轴的直线运动，对车轮进行操纵。另外，在第2旋转轴130上，例如通过压入方式等固定有涡轮150。该涡轮150与蜗杆齿轮161啮合，该蜗杆齿轮161与固定于第2外壳112的电动机160的输出轴连接。在以上这样构成的电动助力转向装置100中，鉴于施加给方向盘的操纵转矩表现为第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度这ー情況，由检测装置I检测第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度。并且，根据检测到的相对旋转角度来掌握操纵转矩，并根据所掌握的操纵转矩来驱动电动机160，经由蜗杆齿轮161、蜗轮150将电动机160的产生转矩传递到第2旋转轴130。由此，电动机160的产生转矩对驾驶员施加给方向盘的操纵カ进行辅助。下面详细叙述检测装置I。检测装置I具有安装于第I旋转轴120的第I磁铁10、和固定于外壳110的第I齿轮20。另外，检测装置I具有第2齿轮30，该第2齿轮30随着第2旋转轴130的旋转而以第2旋转轴130的轴心为旋转中心进行公转，同时与第I齿轮20啮合而进行自转。检测装置I还具有与第2齿轮30的齿数不同的第3齿轮40，该第3齿轮40随着第2旋转轴130的旋转而以第2旋转轴130的轴心为旋转中心进行公转，同时与第I齿轮20啮合而进行自转。第I磁铁10为圆筒(doughnut)状,在其内侧嵌合着第I旋转轴120。而且,在第I旋转轴120的圆周方向上交替地配置有N极和S极(參见图16)，并且沿着圆周方向进行了磁化。第I齿轮20是设置于扁平电缆套50上部的内周面全周的齿轮。扁平电缆套50被固定于外壳110的第2外壳112,从而第I齿轮20被固定于外壳110。作为将扁平电缆套50固定于外壳110的方式，可例示以下方式。即，在扁平电缆套50的外周面，以向外侧延伸的方式，沿着圆周方向等间隔地形成多个(在本实施方式中以90度的间隔形成有4个)凸部50a。另ー方面，在外壳110的第2外壳112上，形成有与凸部50a相同个数的、用于与凸部50a嵌合的凹部112a。并且，通过将扁平电缆套50的凸部50a嵌合到形成于第2外壳112的凹部112a中，来进行第2旋转轴130的旋转方向上的定位。并且，通过用第I外壳111压住扁平电缆套50的上表面来进行第2旋转轴130的轴向上的定位。检测装置I具有固定于第2旋转轴130且与第2旋转轴130 —起旋转的基座60。并且，第2齿轮30和第3齿轮40以能够旋转的方式支撑于基座60。換言之，第2齿轮30和第3齿轮40被设置成能够以第2旋转轴130的轴心为旋转中心，相对于固定在外壳110上的扁平电缆套50进行旋转。在第2齿轮30的内侧,例如通过嵌入成型安装着具有半圆柱状N极和半圆柱状S极的圆柱状的第2磁铁30a。另外，在第3齿轮40的内側，同样例如通过嵌入成型安装着具有半圆柱状N极和半圆柱状S极的圆柱状的第3磁铁40a。作为以能够旋转的方式将第2齿轮30支撑于基座60的方式，可以例示如下方式。如图I所示，在基座60上设置圆柱状的凹部60a，在凹部60a中安装轴承61。另ー方面，在第2齿轮30的下表面设置圆柱状的凸部30b。而且将第2齿轮30的凸部30b嵌合于轴承61的内周面。或者，还可以在第2齿轮30的旋转中心部、即第2磁铁30a的中心部设置非磁性体的旋转轴，将该旋转轴嵌合到设置于基座60的轴承接部(例如轴承)。第3齿轮40也按照上述方式以能够旋转的方式支撑于基座60。形成有布线图案(未图示)的印制基板70以与第2齿轮30及第3齿轮40之间形成预定间隙的方式，例如通过螺纹止动等方式安装在基座60上。換言之，印制基板70被设置为能够以第2旋转轴130的轴心为旋转中心，相对于固定在外壳110上的扁平电缆套50进行旋转。如图1、2所示，在印制基板70上，以在第I旋转轴120的半径方向上处于第I磁铁10的外周面外侧、且在第I旋转轴120的轴向上处于设有第I磁铁10的区域内的方式，安装有相对角度传感器71。关于本实施方式的相对角度传感器71，可以例示利用了阻值随磁场而变化的性质的作为磁传感器的MR传感器(磁阻元件)。而且，该相对角度传感器71构成了根据第I磁铁10的磁场(由第I磁铁10产生的磁场)检测第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度的相对角度检测单元。关于相对角度传感器71以及相对旋转角度的检测方法，将在后面进行详细叙述。另外，在印制基板70上，在与第2磁铁30a的中央部相対的位置处，以与第2磁铁30a之间形成预定间隙的方式安装有第I旋转角度传感器72。并且，在印制基板70上，在与第3磁铁40a的中央部相対的位置处，以与第3磁 铁40a之间形成预定间隙的方式安装有第2旋转角度传感器73。关于本实施方式的第I、第2旋转角度传感器72、73，也可以例示MR传感器(磁阻元件)。而且，该第I、第2旋转角度传感器72、73构成了根据第2齿轮30的自转角度和第3齿轮40的自转角度来检测第2旋转轴130的旋转角度的旋转角度检测单元。关于检测方法，将在后面进行详细叙述。另外，在印制基板70上安装有与布线图案电连接的连接器74，该连接器74连接着设置于扁平电缆80的ー个前端部的连接器(未图示)。如图2-1所示，扁平电缆80在基座60的下方且在扁平电缆套50的内侧，卷绕成涡旋状。而且扁平电缆80的ー个前端部经由形成于基座60的孔与基座60上方的连接器74连接。另外，扁平电缆80的另ー个前端部经由形成于扁平电缆套50的孔而从扁平电缆套50的内部引出到外部，在扁平电缆套50的外侧，与设置于例如进行电动助力转向装置100的控制的电子控制单元(ECU)200的印制基板(控制基板)上的连接器(未图示)连接。E⑶200具有进行各种运算处理的CPU 201、存储有由CPU 201执行的程序和各种数据等的ROM 202、被用作CPU 201的作业用存储器等的RAM 203。另外，检测装置I具有根据相对角度传感器71的检测值运算第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度的相对角度运算部210 ;以及根据第I、第2旋转角度传感器72、73的检测值运算第2旋转轴130的旋转角度的旋转角度运算部220。相对角度运算部210构成上述相对角度检测单元，旋转角度运算部220构成上述旋转角度检测单元。而且，这些相对角度运算部210和旋转角度运算部220既可以与印制基板70分体地安装于设置在扁平电缆套50外侧的印制基板(例如设置于上述ECU200的基板)，也可以安装于印制基板70。图2-2中，例示了相对角度运算部210和旋转角度运算部220在设置于E⑶200的基板上构成的方式。在将相对角度运算部210和旋转角度运算部220安装干与印制基板70不同的印制基板的情况下，相对角度传感器71、第I、第2旋转角度传感器72、73的检测值经由扁平电缆80输出到相对角度运算部210或旋转角度运算部220。另外，在将相对角度运算部210和旋转角度运算部220安装于印制基板70的情况下，相对角度运算部210和旋转角度运算部220根据相对角度传感器71、第I、第2旋转角度传感器72、73的检测值运算相对旋转角度或旋转角度，然后将运算结果经由扁平电缆80输出到ECU 200等。下面对本实施方式的相对角度传感器71、第I、第2旋转角度传感器72、73进行说明。本实施方式的相对角度传感器71、第I、第2旋转角度传感器72、73是利用了阻值随磁场(磁界)而变化的性质的MR传感器(磁阻元件)。
首先，对MR传感器的工作原理进行说明。MR传感器由Si或玻璃基板以及形成于其上的以Ni-Fe等强磁性金属为主成分的合金薄膜构成，该薄膜强磁性金属的阻值与特定方向的磁场强度相应地变化。图3是示出在薄膜强磁性金属中流动的电流的方向与施加的磁场的方向的图。图4是示出在图3的状态下使磁场强度变化时的、磁场强度与薄膜强磁性金属的阻值之间的关系的图。如图3所示，在基板上呈矩形状形成的薄膜强磁性金属中，沿着矩形的长度方向 即图中Y方向流过电流。另ー方面，在与电流方向(Y方向)垂直的方向(图中X方向)上施加磁场H，在此状态下，变更磁场的强度。此时，图4示出了薄膜强磁性金属的阻值以何种方式发生变化。如图4所示，即使改变了磁场的强度，相对于无磁场(磁场强度为零)时的阻值变化最大也就是3%左右。以下，将可用“ AR a H2”的式子近似表示阻值变化量(AR)的区域以外的区域称作“饱和灵敏度区域”。并且，在饱和灵敏度区域中，当达到某磁场强度(以下，称作“规定磁场强度”。)以上吋，3%的阻值变化不再改变。图5是示出在薄膜强磁性金属中流动的电流的方向与施加的磁场的方向的图。图6是示出磁场的方向与薄膜强磁性金属的阻值之间的关系的图。如图5所示，沿着形成为矩形状的薄膜强磁性金属的矩形的长度方向即图中Y方向流过电流，对磁场方向赋予了相对于电流方向的角度变化Θ。此时，为了掌握由磁场方向引起的薄膜强磁性金属的阻值变化，使施加的磁场强度成为阻值不因磁场强度而变化的上述规定磁场强度以上。如图6(a)所示，阻值变化量在电流方向与磁场方向垂直(Θ =90度、270度)时达到最大，在电流方向与磁场方向平行(θ=0度、180度)时达到最小。当把此时的阻值的最大变化量设为△ R吋，薄膜强磁性金属的阻值R作为电流方向与磁场方向的角度成分而变化，该阻值R用式(I)来表示，并成为图6(b)所示的状态。R=RO-ARsin2 Θ …(I)这里，RO是与电流方向平行地(Θ =0度或180度)施加规定磁场强度以上的磁场时的阻值。根据式(I)，可通过掌握薄膜强磁性金属的阻值来检测规定磁场强度以上的磁场的方向。接着，对MR传感器的检测原理进行说明。图7是不出利用了以规定磁场强度以上的磁场强度来检测磁场方向的原理的MR传感器的一例的图。在图7所示的MR传感器的薄膜强磁性金属中，串联配置有以纵向长的方式形成的第I元素El和以横向长的方式形成的第2元素Ε2。在该形状的薄膜强磁性金属中，促使第I元素El发生最大阻值变化的垂直方向的磁场是对于第2元素Ε2而言最小阻值变化的磁场方向。并且，用式(2)给出第I元素El的阻值R1，用式⑶给出第2元素Ε2的阻值R2。Rl=RO-ARsin2 Θ …⑵
R2=R0_ARcos2 θ …(3)图8是用等效电路来表示图7所示的MR传感器的结构的图。
图7所示的元素结构的MR传感器的等效电路如图8所示。如图7、8所示，在设第I元素El的未与第2元素Ε2连接的端部为地(Gnd)、第2元素Ε2的未与第I元素El连接的端部的输出电压为Vcc时，用式(4)给出第I元素El与第2元素Ε2的连接部的输出电压Vout。Vout= (Rl/(R1+R2)) XVcc- (4)在式⑷中代入了式(2)、(3)进行整理时，如式(5)所示。Vout=Vcc/2+ α X cos2 Θ …(5)这里，a= (AR/(2(2XR0-AR))) XVcc0根据式(5)，可通过检测Vout来掌握磁场的方向。下面说明磁铁运动时磁场方向的变化和MR传感器的输出。图9是示出磁铁进行旋转运动时磁场方向的变化与MR传感器的输出之间的关系的图。如图9 (a)所示，将图7所示的MR传感器配置为与由半圆柱状N极和半圆柱状S极构成的圆柱状磁铁的中心轴方向的ー个表面相対。此时，图9 (b)所示的磁铁与MR传感器之间的间隙L是对MR传感器施加规定磁场强度以上的磁场强度的距离。而且如图9 (C)所示,使磁铁绕着中心轴按照(i) —(ii) —(iii) —(iv) —(i)进行旋转。此时，在磁铁中从N极向S极发出磁通线，该磁通线成为磁场方向，因而与磁铁的方向相应地对MR传感器施加图9 (c)所示的箭头方向的磁场。即在磁铁旋转I周时，磁场方向在传感器面上旋转I周。在该情况下，第I元素El与第2元素E2的连接部的输出电压Vout成为式(5)所示的“Vout=Vcc/2+a Xcos2 Θ ”，如图9 (d)所示成为2个周期的波形。图10是示出磁铁进行直线运动时磁场方向的变化与MR传感器的输出之间的关系的图。如图10(a)所示，相对于N极与S极交替排列的磁铁，将图7所示的MR传感器配置成具有能够施加规定磁场强度以上的磁场强度的间隙(磁铁与MR传感器的距离)L，且磁场的方向变化作用于MR传感器的传感器面。并且,使磁铁如图10 (a)所示朝左方向移动。并且,如图10(c)所示,使磁铁移动从N极中心到S极中心的距离(以下，有时也称作“磁化间距”。)λ。在此情况下，与磁铁的位置相应地对MR传感器施加图10(c)所示的箭头方向的磁场，当磁铁移动了磁化间距入时，在传感器面上磁场方向旋转了 1/2周。由此，第I元素El与第2元素Ε2的连接部的输出电压Vout的波形基于式(5)所示的“Vout=Vcc/2+a Xcos2 Θ ”，如图10(d)所示成为I个周期的波形。图11是示出MR传感器的其它例子的图。如果取代图7所示的元素结构而成为图11(a)所示的元素结构，则如图11(b)所示，能够成为普遍知晓的惠斯登电桥(全桥)的结构。由此，通过采用图11(a)所示的元素结构的MR传感器，能够提高检测精度。对检测磁铁运动方向的手段进行说明。
依据图6所示的磁场方向与薄膜强磁性金属的阻值之间的关系以及式(I) "R=RO-ARsin2 Θ ”，在图5中观察时，无论磁场方向相对于电流方向是朝着顺时针旋转方向旋转还是朝着逆时针旋转方向旋转，薄膜强磁性金属的阻值都是相同的。由此，即使能够掌握薄膜强磁性金属的阻值也无法掌握磁铁的运动方向。图12是示出用于检测磁铁的运动方向的输出组合的一例的图。通过如图12那样地组合具有1/4周期相位差的2个输出，能够检测出磁铁的运动方向。为了得到这些输出，可以按照成为图10所示的(i)和(ii)、或者(i)和(iv)的相位关系的方式，配置两个MR传感器。图13是示出MR传感器的配置例的图。如图13所示，重叠地配置2个MR传感器且将ー个传感器配置为相对于另ー个传感器倾斜45度也是优选的。图14是示出MR传感器的其它例子的图。也优选以下 的元素结构如图14(a)所示，将2组全桥结构的元素彼此倾斜45度地形成于ー个基板上，成为图14(b)所示的等效电路。由此，能够利用ー个MR传感器如图14(c)所示地输出正确的正弦波、余弦波。由此，可根据图14所不的兀素结构的MR传感器的输出值来掌握磁铁相对于MR传感器的运动方向以及运动量。鉴于上述MR传感器的特性，在本实施方式的检测装置I中，使用以下所述的MR传感器作为相对角度传感器71、第I、第2旋转角度传感器72、73。首先，使用图14所示的元素结构的MR传感器作为相对角度传感器71。如上所述，相对角度传感器71被配置为垂直于第I磁铁10的外周面，且在第2旋转轴130的轴向上的位置处于第I磁铁10的区域内。由此，在这种情况下，由干与第I旋转轴120 —起旋转的第I磁铁10的磁场的作用，在相对角度传感器71中，与第I磁铁10的位置对应地产生图10 (c)所示的磁场方向的变化。其結果，当第I磁铁10移动(旋转)了磁化间距λ时，在相对角度传感器71的磁感应面中，磁场方向旋转1/2周，并且来自相对角度传感器71的输出值VoutA、VoutB分别成为图14 (c)所示的具备1/4周期相位差的余弦曲线(余弦波)和正弦曲线(正弦波)。因此，相对角度运算部210根据相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB，使用下式(6)来运算第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ。Θ t=arctan (VoutB/VoutA) ··· (6)另外，相对角度传感器71的磁感应面是指相对角度传感器71中能够检测到磁场的面。这样，相对角度传感器71的、以彼此倾斜45度的方式形成于ー个基板上的2组全桥结构的元素中的任意一个全桥结构的元素作为第I磁场检测单元的一例发挥作用，2组全桥结构的元素中的另ー个全桥结构的元素作为第2磁场检测单元的一例发挥作用。另外，使用图11 (a)所示的元素结构的MR传感器作为第I旋转角度传感器72和第2旋转角度传感器73。而且，将第I旋转角度传感器72配置为使得其元素与圆柱状的第2磁铁30a的上表面相对。并且，将第2旋转角度传感器73配置为使得其元素与圆柱状的第3磁铁40a的上表面相对。这种情况下，成为图9 (C)所示的与第I、第2旋转角度传感器72、73对应的磁场方向，Vout的输出波形与磁场方向之间的关系成为图9 (d)所示的波形。因此，能够根据第I、第2旋转角度传感器72、73的检测值来掌握第2、第3齿轮30、40的旋转角度。进而，当考虑了第I齿轮20的齿数与第2齿轮30的齿数之间的关系、以及第I齿轮20的齿数与第3齿轮40的齿数之间的关系，并考虑了第2齿轮30的齿数与第3齿轮40的齿数不同这ー情况时，能够获得图15所示的表示第2旋转轴130的旋转角度与第2、3齿轮30、40的旋转角度之间的关系的图。因此，旋转角度运算部220基于上述事项，能够根据第2齿轮30的旋转角度与第3齿轮40的旋转角度的角度差运算出第2旋转轴130的旋转角度。如上构成的检测装置如下地发挥作用。即，当使用者旋转方向盘时，第I旋转轴120随之旋转，扭カ杆140发生扭转。并且，第2旋转轴130比第I旋转轴120稍稍延迟地进行旋转。该延迟表现为与扭カ杆140
连接的第I旋转轴120和第2旋转轴130的旋转角度之差。相对角度运算部210使用来自相对角度传感器71的输出值和式(6)运算出该旋转角度之差，从而检测装置I能够检测出第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度和扭转方向、即施加给方向盘的转矩的大小和方向。另外，当第2旋转轴130随着方向盘的旋转而旋转时，与第I齿轮20啮合的第2齿轮30以及第3齿轮40以第2旋转轴130的轴心为旋转中心进行公转，同时进行自转。而且与它们的旋转联动地，第2磁铁30a和第3磁铁40a也进行旋转。由第I、第2旋转角度传感器72、73检测这些第2、第3磁铁30a、40a的旋转。而且，旋转角度运算部220根据第I、第2旋转角度传感器72、73的输出信号进行运算，由此，检测装置I能够检测出第2旋转轴130的旋转角度、即方向盘的旋转角度(操纵角)。另外，在组装如上构成的检测装置I吋，预先对扁平电缆套50、安装着印制基板70的基座60、以及收纳于扁平电缆套50与基座60之间的扁平电缆80进行单元化。然后，以使扁平电缆套50的凸部50a嵌入到第2外壳112的凹部112a的方式，将其单元安装到组装有第2旋转轴130的第2外壳112上。此时，将基座60连接到第2旋转轴130。这样，通过使检测装置I成为能够预先实现单元化的构造，能够提高组装性。另外，在扁平电缆套50的内侧设置有第I齿轮20，并且在扁平电缆套50的内侧设置有与第I齿轮20啮合且进行自转和公转的第2、第3齿轮30、40。并且，通过检测第2、第3齿轮30、40的旋转角度来检测第2旋转轴130的旋转角度。另外，根据配置于扁平电缆套50的内侧的相对角度传感器71的输出值来检测第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度。由此实现检测装置I的紧凑化。另外，如上构成的检测装置I还具有如下功能即使在相对角度传感器71的磁感应面内垂直的磁场成分彼此的振幅大小不同的情况下，也能够抑制第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ的检测误差，能够高精度地检测相对旋转角度Θ。下面对这一点进行详细说明。〈第I实施方式〉图16是示出相对角度传感器71的磁感应面的磁场成分的图。设相对角度传感器71的磁感应面内垂直的、第I旋转轴120的旋转半径方向的磁场成分为半径方向磁场成分Br、第I旋转轴120的圆周方向的磁场成分为圆周方向磁场成分B Θ。在这些半径方向磁场成分Br的振幅与圆周方向磁场成分B Θ的振幅的大小相等的情况下，作为来自相对角度传感器71的输出值的VoutA和VoutB分别描绘出完美的余弦曲线、正弦曲线(參见图14 (C))。因此，通过根据它们的输出值运算出第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ，检测装置I能够高精度地检测出相对旋转角度Θ。然而，半径方向磁场成分Br的振幅与圆周方向磁场成分B Θ的振幅的大小有可能不同，这种情况下，作为来自相对角度传感器71的输出值的VoutA和VoutB会产生失真，可能存在检测误差。图17 (a)是示出磁化间距λ的2倍的半径方向磁场成分Br和圆周方向磁场成分ΒΘ的图，是例示出它们的振幅不同的情况的图。图17(b)是示出半径方向磁场成分Br和圆周方向磁场成分B Θ如图17 (a)所示变化时来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB的图。图17 (c)是获得了图17 (b)所示的输出值VoutA和VoutB时第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ的运算結果。
如图17 (a)所示，在余弦曲线所示的半径方向磁场成分Br的振幅与正弦曲线所示的圆周方向磁场成分ΒΘ的振幅不同的情况下，如图17 (b)所示，在来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB的曲线形状中产生失真。即，来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB偏离于半径方向磁场成分Br的振幅与圆周方向磁场成分B Θ的振幅相等时的输出值VoutA和VoutB。其结果，第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ的运算结果(Θ =arctan (VoutB/VoutA))成为图17 (c)所示的曲线,不同于作为根据半径方向磁场成分Br的振幅与圆周方向磁场成分B Θ的振幅相等时的输出值VoutA和VoutB运算的结果的直线。因此，在半径方向磁场成分Br的振幅与圆周方向磁场成分B Θ的振幅不同的情况下，可能会产生检测误差。对此，本发明人反复进行深刻研究的结果是，发现了如下情况通过对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值实施偏置，并使用偏置后的值进行运算，由此能够产生与因半径方向磁场成分Br和圆周方向磁场成分B Θ的振幅差所引起的运算结果的失真相反相位的失真，能够抑制运算结果的检测误差。更具体而言，检测装置I具有校正部300 (參见图2-2)，该校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值加上后述的预定值，或者从ー个输出值减去预定值，由此对这一个输出值进行校正。然后，相对角度运算部210根据从校正部300输出的相加或相减后的ー个输出值和从相对角度传感器71输出的另ー个输出值，运算第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ。另外，图2-2例示了校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutA进行校正的方式。图18 (a)是示出半径方向磁场成分Br与圆周方向磁场成分B Θ的振幅相等时从校正部300输出的相减后的值VoutA’和作为来自相对角度传感器71的输出值的VoutB的图。图18 (b)是获得了图18 (a)所示的输出值VoutA’、VoutB时第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ的运算結果。图18 (a)示出了半径方向磁场成分Br与圆周方向磁场成分B Θ的振幅相等时校正部300从来自相对角度传感器71的输出值VoutA减去预定值而得到的值VoutA’和未用校正部300进行校正的来自相对角度传感器71的输出值VoutB。
而且，相对角度运算部210根据来自校正部300的输出值VoutA’和来自相对角度传感器71的输出值VoutB运算出的第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ(Θ =arctan (VoutB/VoutA’))成为图18 (b)所示的曲线。观察图18 (b)所示的曲线可知，产生了与图17 (c)所示的曲线相反相位的失真。图19 (a)是示出半径方向磁场成分Br与圆周方向磁场成分B Θ的振幅不同时从校正部300输出的相减后的值VoutA’和作为来自相对角度传感器71的输出值的VoutB的图。图19 (b)是获得了图19 (a)所示的输出值VoutA’、VoutB时第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ的运算結果。接着，图19 (a)示出了半径方向磁场成分Br与圆周方向磁场成分B Θ的振幅不同时校正部300从作为来自相对角度传感器71的输出值的VoutA减去预定值而得到的值 VoutA’和未用校正部300进行校正的来自相对角度传感器71的输出值VoutB。而且，相对角度运算部210根据来自校正部300的输出值VoutA’和来自相对角度传感器71的输出值VoutB运算得到的第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ ( Θ =arctan (VoutB/VoutA’))成为图19 (b)所示的线。观察图19 (b)可知,连接运算得到的相对旋转角度Θ的线大致为直线。如上可知，通过进行从来自相对角度传感器71的输出值VoutA减去预定值的校正、即在负方向上对来自相对角度传感器71的输出值VoutA实施偏置，能够抵消掉因半径方向磁场成分Br与圆周方向磁场成分B Θ的振幅差引起的运算出的相对旋转角度Θ的失真，能够抑制相对旋转角度Θ的检测误差。另外，在使用图18、图19所说明的上述具体例中，说明了通过对来自相对角度传感器71的输出值VoutA进行偏置，来抵消因半径方向磁场成分Br与圆周方向磁场成分B Θ的振幅差引起的相对旋转角度Θ的失真的方式，不过，也可以对来自相对角度传感器71的输出值VoutB实施偏置。在该情况下，校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutB进行校正。而且优选的是，由校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutB加上预定值，使得由校正部300校正的VoutB’与来自相对角度传感器71的输出值VoutA的相对关系成为图19 (a)所不的相对关系。接着说明校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值实施偏置的方向和量、即是与一个输出值相加还是相减以及相加或相减的预定值。图20是示出半径方向磁场成分Br的振幅与圆周方向磁场成分B Θ的振幅的振幅比Βγ/ΒΘ与偏置系数Ka之间的关系的图。设来自相对角度传感器71的输出值VoutA的振幅为Ca、输出值VoutA的偏置值为Da、输出值VoutB的振幅为Cb、输出值VoutB的偏置值为Db。振幅Ca与Cb是由相对角度传感器71的特性決定的。由于Ca与Cb几乎没有差异，因而设Ca=Cb=C,并且，设对来自相对角度传感器71的输出值VoutA实施偏置时的偏置系数Ka为Da/C、对输出值VoutB实施偏置时的偏置系数Kb为Db/C。而且,预先导出图20所示的、振幅比Br/B Θ与偏置系数Ka或Kb之间的关系(图20中例示了振幅比Br/B Θ与偏置系数Ka之间的关系)，根据该关系和振幅比Br/B Θ来决定偏置系数Ka或Kb。此后，根据所決定的偏置系数Ka或Kb和振幅C来决定偏置值Da或Db。这样，偏置值是根据振幅比Βγ/ΒΘ和待进行偏置的输出值VoutA或VoutB的振幅決定的。而且，偏置值Da或Db的符号表示进行偏置的方向，偏置值Da或Db的绝对值是应在该方向上进行偏置的预定值。例如，在振幅比Br/B Θ为I. 2时，根据图20，将偏置系数Ka决定为-O. 2。并且，将偏置值Da决定为KaXCa-=-0. 2 X Ca。在如上決定的情况下，校正部300在负方向上对来自相对角度传感器71的输出值VoutA偏置了与振幅Ca的20%相应的量,输出偏置后的值。换言之，校正部300从来自相对角度传感器71的输出值VoutA减去振幅Ca的20%，输出相减后的值。另外，如上所述，振幅Ca是由相对角度传感器71的特性決定的，能够在设计阶段加以把握，因此也能在设计阶段求出偏置值Da的具体值。另外，例如在振幅比Br/B Θ为I. 2时，可以按照预定的、振幅比Br/B Θ与偏置系 数Kb之间的关系，将偏置系数Kb决定为O. 2，将偏置值Db决定为KbXCb-=O. 2XCb。在如上決定的情况下，校正部300在正方向上对来自相对角度传感器71的输出值VoutB偏置了与振幅Cb的20%相应的量，输出偏置后的值。换言之，校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutB加上振幅Cb的20%，输出相加后的值。如上所述，振幅Cb也是由相对角度传感器71的特性決定的，能够在设计阶段加以把握，因此也能在设计阶段求出偏置值Db的具体值。另外，关于偏置的方向和量、即基于来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值进行相减还是相加、以及该相减或相加的值的决定，可例示在如下阶段中进行決定的情況。S卩，在将检测装置I组装于交通工具之后，在用户使用该交通工具之前的阶段、优选在将检测装置I组装于交通工具之后的检查エ序的调整阶段中，进行決定。在决定时，首先对相对角度传感器71的磁感应面中的半径方向磁场成分Br的振幅和圆周方向磁场成分ΒΘ的振幅进行计測。然后，根据它们的振幅比Br/B Θ和图20所示的关系等，决定来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值的偏置系数Ka或Kb。然后，基于偏置系数Ka或Kb、以及由相对角度传感器71的特性決定的输出值VoutA、VoutB的振幅C来决定偏置方向和偏置量。或者，由于是在设计阶段决定所使用的第I磁铁10和相对角度传感器71的特性、以及第I磁铁10与相对角度传感器71的相对配置位置，因此，也可以在设计阶段中决定对输出值VoutA、VoutB中的哪个输出值进行偏置以及偏置方向和偏置量。图21是示出半径方向磁场成分Br的振幅与圆周方向磁场成分B Θ的振幅的振幅比Br/B Θ与检测误差之间的关系的图。图21中，用实线所示的线A来表示使用由校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值进行校正(偏置)后的值执行运算时的检测装置I的相对旋转角度Θ的检测误差，用虚线所示的线B来表示未由校正部300进行校正(偏置)而直接使用来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB执行运算时的检测装置I的相对旋转角度Θ的检测误差。图21中的线A表示如下情况下的检测装置I的相对旋转角度Θ的检测误差，SP 校正部300基于使用根据图20所示的振幅比Br/B Θ与偏置系数Ka之间的关系导出的偏置系数Ka而决定的量，对来自相对角度传感器71的输出值VoutA进行校正，并使用校正后的值进行运算。图20所示的表示振幅比Br/B Θ与偏置系数Ka之间的关系的线是表示两者的理想关系的线。而且，图21的线A表示如下情况下的检测误差，S卩基于使用根据该理想关系得到的偏置系数Ka而决定的偏置值Da的量进行校正，根据校正后的值运算相对旋转角度Θ。S卩，通过使校正部300的校正基于使用根据理想关系得到的偏置系数Ka而决定的偏置值Da，由此能够抑制图21中线A与线B之差的检测误差。換言之，这示出了如下情况未进行校正时的检测误差为图21中的线B，随着使偏置量増加至使用根据理想关系得到的偏置系数Ka而决定的偏置值Da的绝对值，检测误差从线B的值减小。即，校正部300只要在使用根据理想关系得到的偏置系数Ka而决定的偏置方向上略微进行偏置，即可使检测误差比未进行偏置时小。另外，如果使偏置量増加至超过了使用根据理想关系得到的偏置系数Ka而决定的偏置值Da的绝对值，则检测误差反而从线A的值起増大。并且，当过度地増大偏置量吋，检测误差反而比未进行偏置时、即线B的值大。即，当把该检测误差比未进行偏置时大的偏置量设为容许限度量时，即使偏置量超过了使用根据理想关系得到的偏置系数Ka而决 定的偏置值Da的绝对值，只要小于容许限度量，检测误差就比未进行偏置时小。当把该偏置量达到容许限度量的偏置系数Ka设为容许限度偏置系数Kamax吋，容许限度偏置系数Kamax是根据振幅比Br/B Θ決定的，例如在振幅比Br/B Θ为I. 05时，容许限度偏置系数Kamax为-O. I，在振幅比Br/B Θ为I. 65时，容许限度偏置系数Kamax为-O. 74。在振幅比Βγ/ΒΘ大于I. 05且小于1.65的范围内，与振幅比Br/B Θ和偏置系数Ka之间的理想关系同样，成为与振幅比Br/B Θ对应的值，是小于-O. I且大于-O. 74的值。另外，作为參考，为了使检测误差小于未进行偏置时的检测误差，优选的是，例如在振幅比Br/B Θ % 1.05时，使偏置系数Ka为-O. 07 -O. 02，在振幅比Br/B Θ为I. 65时，使偏置系数Ka为-0.6f-0.25。另外，关于偏置系数Ka，优选的是，在振幅比Br/B Θ大于I. 05且小于I. 65的范围内，偏置系数Ka是由以下曲线包围的区域内的值，这些曲线是经过-O. 02和-O. 25的、与振幅比Βγ/ΒΘ和偏置系数Ka之间的理想关系相同的曲线；以及经过-O. 07和-O. 61的、与理想关系相同的曲线。另外，上述校正部300既可以用硬件方式构成也可以用软件方式构成。例如可使用将MR传感器(磁阻元件)与运算元件放入I个封装中而成的传感器IC等产品。这种情况下，运算元件作为校正部300发挥作用。在该成为I个封装的传感器IC中，出于MR传感器(磁阻元件)的校正目的，有的具有能够对MR传感器(磁阻元件)的输出进行偏置的功能，在这种产品中，通过使用该功能，能够防止因具备校正部300而相应导致成本上升的状況。而且，在使用了将MR传感器与运算元件放入I个封装中的传感器IC的情况下，例如，可以在作为校正部300发挥作用的运算元件中设定在设计阶段或检查エ序的调整阶段中決定的、对输出值VoutA、VoutB中的哪个输出值进行偏置以及偏置的方向和量，并将设定后的传感器IC组装于交通工具。在该情况下，相对角度运算部210根据从传感器IC输出的相加或相减后的一个输出值和未进行相加和相减的另ー个输出值，运算第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ。还可以将校正部300设置于配置有相对角度运算部210的印制基板。例如，在E⑶200作为相对角度运算部210发挥作用的情况下，E⑶200可以作为校正部300发挥作用。图2-2例示了 E⑶200作为校正部300发挥作用的方式。在这种情况下，例如在设计阶段或检查エ序的调整阶段中，决定是对输出值VoutA、VoutB中的哪个输出值进行偏置以及偏置的方向和量。并且，在E⑶200的ROM 202中存储运算程序，该运算程序对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值加上预定值或从ー个输出值减去预定值，由此对该一个输出值进行校正。而且，在组装于交通工具之后，CPU 201使用该运算程序对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值进行校正。此后，相对角度运算部210根据所输出的经过相加或相减后的ー个输出值和从相对角度传感器71输出的另ー个输出值，运算第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ。如上，根据本实施方式的检测装置1，即使第I磁铁10与相对角度传感器71的相对位置是相对角度传感器71的磁感应面中垂直的磁场成分彼此的振幅大小不同的位置，也能够高精度地检测第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ。因此，不需要使相对角度传感器71的磁感应面中垂直的磁场成分彼此的振幅一致。因此，能够自由地设定第I磁铁10与相对角度传感器71的相对位置，因而既能提高布局的自由度，又能实现使相对角度传感器71接近第I磁铁10的布局，因此能实现装置的紧凑化。另外，在将检测装置I组装于车体时，不需要高精度地进行定位，因此能够提高制造效率。另外，不需要在第I旋转轴120的轴心方向上具备相对角度传感器71就能够高精度地检测相对旋转角度Θ， 基于这一点也能够提升布局的自由度，并且能够实现装置的紧凑化。另外，上述对来自相对角度传感器71的输出值进行偏置、并将偏置后的值用于相对旋转角度Θ的运算的相对角度检测方法可以与第I磁铁10的特性无关地进行使用。因此，即使第I磁铁10的形状、材料等发生变更，也无需变更其它部件。因此，能够抑制与根据交通工具的种类而变更第I磁铁10的规格相伴的其它部件的规格变更。另外，根据本实施方式的检测装置1，无论第I磁铁10的磁场如何，都能够高精度地进行检测，因此，作为第I磁铁10，可以不使用所形成的磁场中几乎不产生偏差的昂贵磁鉄。即，即便使用便宜的磁铁作为第I磁铁10也能够高精度地进行检測，因此能实现装置的低成本化。另外,上述的、对来自相对角度传感器71的2个输出值中的任意一个输出值进行偏置、并将偏置后的值用于相对旋转角度Θ的运算的相对角度检测方法被应用于本实施方式的检测装置1，以高精度地检测第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度，不过，该方法显然也可以用于例如检测以能够旋转的方式支撑于外壳的旋转体的旋转角度的旋转角度检测装置。即，在作为旋转体的一例的第I旋转轴120上安装第I磁铁10，将作为第I磁场检测单兀和第2磁场检测单兀的一例的相对角度传感器71安装于外壳110。并且,对来自相对角度传感器71的2个输出值中的任意一个输出值实施偏置，将偏置后的值用于第I旋转轴120的旋转角度的运算，由此能够高精度地检测第I旋转轴120的旋转角度。另外，在上述说明中，描述了对2个输出值中的任意一个输出值实施偏置、并将偏置后的值用于相对旋转角度Θ的运算的相对角度检测方法被应用于具备以单体输出2个输出值VoutA、VoutB的相对角度传感器71的检测装置I的情况，不过，显然也可以应用于具有分别输出相位不同的输出值VoutA、VoutB的2个MR传感器的装置。在这种情况下，2个MR传感器中的任意ー个MR传感器作为第I磁场检测单元的一例发挥作用，2个MR传感器中的另ー个MR传感器作为第2磁场检测单元的一例发挥作用。
〈第2实施方式〉在上述第I实施方式的检测装置I中，描述了为了利用校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值进行校正而决定的偏置的方向和量被固定的方式。然而，该偏置的方向和量也可以根据状况进行变更。第2实施方式的检测装置I的特征在于根据状况来变更偏置的方向和量。在以下说明中，对与第I实施方式的不同之处进行描述，对于相同的结构要素标注同一符号并省略其详细说明。图22是示出第2实施方式的检测装置I的概略结构的图。E⑶200具有校正部300，其对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值进行校正；以及相对角度运算部210，其根据由校正部300校正后的一个输出值和未由校正部300进行校正的另ー个输出值，运算第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ。在本实施方式中，在设计阶段或检查エ序的调整阶段中，决定对来 自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的哪个输出值进行偏置，井根据相对角度传感器71所处的环境变化来变更决定该偏置的方向和量的校正值。在图22中，例示了校正部300对来自相对角度传感器71的输出值VoutA进行校正的方式。而且，E⑶200具有校正值决定部310，其决定校正部300进行校正时使用的校正值；以及校正值调整量决定部320，其决定在校正值决定部310决定校正值时使用的校正值调整量。校正值调整量担负如下作用根据相对角度传感器71所处的环境的变化来调整校正部300进行校正时使用的校正值。在第2实施方式的检测装置I中，也与第I实施方式的检测装置I同样地决定偏置系数Ka或Kb。即，设来自相对角度传感器71的输出值VoutA的振幅为Ca、输出值VoutA的偏置值为Da、输出值VoutB的振幅为Cb、输出值VoutB的偏置值为Db。振幅Ca与Cb是由相对角度传感器71的特性決定的。由于Ca与Cb几乎没有差异，因而设Ca=Cb=C,并且设对来自相对角度传感器71的输出值VoutA实施偏置时的偏置系数Ka为Da/C、对输出值VoutB实施偏置时的偏置系数Kb为Db/C。而且，预先导出图20所不的、振幅比Br/B Θ与偏置系数Ka之间的关系或者振幅比Br/B Θ与偏置系数Kb之间的关系，根据该关系和振幅比Br/B Θ来决定偏置系数Ka或Kb。其中，如上所述，所使用的第I磁铁10和相对角度传感器71的特性以及第I磁铁10与相对角度传感器71的相对配置位置是在设计阶段或检查エ序的调整阶段中決定的，因此，在设计阶段或检查エ序的调整阶段中决定对输出值VoutAJoutB中的哪个输出值进行偏置以及待进行偏置的输出值的偏置系数Ka或Kb。并且将決定的偏置系数Ka或Kb存储到ROM 202中。接着对校正值决定部310和校正值调整量决定部320进行说明。在以下说明中，首先说明在设计阶段或检查エ序的调整阶段中决定对输出值VoutA进行偏置、并决定了其偏置系数Ka的情況。如上所述，由于Ka=Da/C，因此Da=CXKa。即，偏置值Da成为与来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB的振幅C以及偏置系数Ka对应的值。而且，偏置系数Ka是在设计阶段或检查エ序的调整阶段中決定的，并被存储到ROM 202中，因此在组装了检测装置I后，偏置值Da根据振幅C而变化。这里，如上所述，振幅C是由相对角度传感器71的特性決定的，在相对角度传感器71的特性上，振幅C随着相对角度传感器71所处的环境的温度发生变化而变化。因此，偏置值Da根据相对角度传感器71所处的环境的温度而变化。另ー方面，来自相对角度传感器71的输出值VoutA、VoutB是具有1/4周期相位差的余弦曲线(余弦波)和正弦曲线(正弦波)。另外，两个输出值的振幅几乎相同，都为振幅C。因此，即使第I磁铁10相对于相对角度传感器71进行了旋转，VoutA2+VoutB2的值也始終恒定，成为VoutA2+VoutB2=C2。由此，C= (VoutA2+VoutB2)1/2，能够根据来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB计算出振幅C。S卩，能够根据C= (VoutA2+VoutB2) 1/2计算出根据相对角度传感器71的温度而变化的振幅C。 基于以上事项，校正值调整量决定部320根据来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB计算出作为校正值调整量的一例的振幅C。而且，校正值决定部310将校正值调整量决定部320计算出的振幅C与预先存储于ROM 202中的偏置系数Ka相乘，由此计算出作为校正值的一例的偏置值Da。并且将计算出的偏置值Da输出到校正部300。而且，校正部300输出对来自相对角度传感器71的输出值VoutA加上校正值决定部310计算出的偏置值Da而得到的值VoutA’。如图20所示，在偏置系数Ka为负值的情况下，校正部300在负方向上对来自相对角度传感器71的输出值VoutA偏置了与偏置值Da的绝对值相应的量，输出偏置后的值。換言之，校正部300从来自相对角度传感器71的输出值VoutA减去偏置值Da的绝对值，将相减后的值作为VoutA’而输出。而且，相对角度运算部210根据来自校正部300的输出值VoutA’和来自相对角度传感器71的输出值VoutB，运算第I旋转轴120与第2旋转轴130的相对旋转角度Θ(Θ =arctan (VoutB/VoutA’))。根据如上说明的第2实施方式的检测装置1，决定了与相对角度传感器71所处环境的变化对应的校正值，根据该校正值对来自相对角度传感器71的输出值VoutA和VoutB中的任意一个输出值进行校正，根据校正后的一个输出值运算相对旋转角度Θ，因此能够以更高的精度运算出相对旋转角度Θ。符号说明I检测装置；10第I磁铁；20第I齿轮；30第2齿轮；40第3齿轮；50扁平电缆套；60基座；70印制基板；71相对角度传感器；72第I旋转角度传感器；73第2旋转角度传感器；80扁平电缆；100电动助力转向装置；110外壳；120第I旋转轴；130第2旋转轴；140扭カ杆；150涡轮；160电动机；200电子控制単元(ECU) ；210相对角度运算部；220旋转角度运算部；300校正部。
权利要求
1.一种相对角度检测装置，其检测第I旋转轴与第2旋转轴的相对角度，其特征在干，该相对角度检测装置具有 磁铁，其设置于上述第I旋转轴和上述第2旋转轴中的任意ー个旋转轴； 第I磁场检测单元，其设置于与上述ー个旋转轴不同的另ー个旋转轴，输出与上述磁铁的磁场对应的值； 第2磁场检测单元，其设置于上述另ー个旋转轴，输出与上述磁铁的磁场对应的值，并且即使处于与上述第I磁场检测单元相同的磁场中也输出与该第I磁场检测单元的输出值不同的值； 校正単元，其根据上述磁铁的磁场中彼此垂直的磁场成分的振幅比，对上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单元的输出值中的任意一个输出值进行校正；以及 运算单元，其根据上述校正単元校正后的上述一个输出值和与该ー个输出值不同的另ー个输出值，运算上述第I旋转轴与上述第2旋转轴的相对角度。
2.根据权利要求I所述的相对角度检测装置，其特征在于，上述校正単元使用根据上述磁场成分的振幅比而预先決定的值进行校正。
3.根据权利要求I所述的相对角度检测装置，其特征在干， 该相对角度检测装置还具有决定与上述磁场成分的振幅比对应的校正值的决定单元， 上述校正単元使用上述决定单元決定的校正值，对上述一个输出值进行校正。
4.根据权利要求3所述的相对角度检测装置，其特征在干，上述决定单元还根据上述第I磁场检测单元或上述第2磁场检测单元所处的环境的变化来决定上述校正值。
5.根据权利要求3或4所述的相对角度检测装置，其特征在干，上述决定单元根据上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单元的输出值来决定上述校正值。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的相对角度检测装置，其特征在干，上述预先决定的值或上述校正值是与上述第I旋转轴的旋转半径方向的磁场成分的振幅和该第I旋转轴的圆周方向的磁场成分的振幅之间的振幅比对应的值。
7.一种旋转角度检测装置，其检测以能够旋转的方式支撑于外壳的旋转体的旋转角度，其特征在干，该旋转角度检测装置具有 磁铁，其设置于上述旋转体和上述外壳中的任意ー个部件； 第I磁场检测单元，其设置于上述旋转体和上述外壳中与上述一个部件不同的另ー个部件，输出与上述磁铁的磁场对应的值； 第2磁场检测单元，其设置于上述另ー个部件，输出与上述磁铁的磁场对应的值，并且即使处干与上述第I磁场检测单元相同的磁场中也输出与该第I磁场检测单元的输出值不同的值； 校正単元，其根据上述磁铁的磁场中彼此垂直的磁场成分的振幅比，对上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单元的输出值中的任意一个输出值进行校正；以及 运算单元，其根据上述校正単元校正后的上述一个输出值和与该ー个输出值不同的另ー个输出值，运算上述旋转体的旋转角度。
8.根据权利要求7所述的旋转角度检测装置，其特征在干，上述校正単元使用根据上述磁场成分的振幅比而预先決定的值进行校正。
9.根据权利要求7所述的旋转角度检测装置，其特征在干，该旋转角度检测装置还具有决定与上述磁场成分的振幅比对应的校正值的决定单元， 上述校正単元使用上述决定单元決定的校正值，对上述一个输出值进行校正。
10.根据权利要求9所述的旋转角度检测装置，其特征在于，上述决定单元还根据上述第I磁场检测单元或上述第2磁场检测单元所处的环境的变化来决定上述校正值。
11.根据权利要求9或10所述的旋转角度检测装置，其特征在于，上述决定单元根据上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单元的输出值来决定上述校正值。
12.根据权利要求8至11中任意一项所述的旋转角度检测装置，其特征在于，上述预先決定的值或上述校正值是与上述第I旋转轴的旋转半径方向的磁场成分的振幅和该第I旋转轴的圆周方向的磁场成分的振幅之间的振幅比对应的值。
13.—种相对角度检测装置中的相对角度检测方法，该相对角度检测装置检测第I旋转轴与第2旋转轴的相对角度，并且该相对角度检测装置具有 磁铁，其设置于上述第I旋转轴和上述第2旋转轴中的任意ー个旋转轴； 第I磁场检测单元，其设置于与上述ー个旋转轴不同的另ー个旋转轴，输出与上述磁铁的磁场对应的值；以及 第2磁场检测单元，其设置于上述另ー个旋转轴，输出与上述磁铁的磁场对应的值，并且即使处于与上述第I磁场检测单元相同的磁场中也输出与该第I磁场检测单元的输出值不同的值， 该相对角度检测方法的特征在干， 根据上述磁铁的磁场中彼此垂直的磁场成分的振幅比，对上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单兀的输出值中的任意一个输出值进行校正， 根据校正后的上述一个输出值和与该ー个输出值不同的另ー个输出值，运算上述第I旋转轴与上述第2旋转轴的相对角度。
14.一种旋转角度检测装置中的旋转角度检测方法，该旋转角度检测装置检测旋转体的旋转角度，并且该旋转角度检测装置具有 磁铁，其设置于外壳以及以能够旋转的方式支撑于该外壳的上述旋转体中的任意ー个部件； 第I磁场检测单元，其设置于上述外壳和上述旋转体中与上述一个部件不同的另ー个部件，输出与上述磁铁的磁场对应的值；以及 第2磁场检测单元，其设置于上述另ー个部件，输出与上述磁铁的磁场对应的值，并且即使处干与上述第I磁场检测单元相同的磁场中也输出与该第I磁场检测单元的输出值不同的值， 该旋转角度检测方法的特征在干， 根据上述磁铁的磁场中彼此垂直的磁场成分的振幅比，对上述第I磁场检测单元的输出值和上述第2磁场检测单兀的输出值中的任意一个输出值进行校正， 根据校正后的上述一个输出值和与该ー个输出值不同的另ー个输出值，运算上述旋转体的旋转角度。
全文摘要
本发明提供一种相对角度检测装置，该相对角度检测装置检测第1旋转轴与第2旋转轴的相对角度，并且具有第1磁场检测单元，其输出与磁铁的磁场对应的值；第2磁场检测单元，其输出与磁铁的磁场对应的值，并且即使处于与第1磁场检测单元相同的磁场中也输出与第1磁场检测单元的输出值不同的值；校正单元，其根据磁铁的磁场内彼此垂直的磁场成分的振幅比，对第1磁场检测单元的输出值和第2磁场检测单元的输出值中的任意一个输出值进行校正；以及运算单元，其根据由校正单元校正后的一个输出值和与这一个输出值不同的另一个输出值，运算第1旋转轴与第2旋转轴的相对角度。由此，即使磁场检测单元的磁感应面内垂直的磁场成分彼此的振幅大小不同，也能高精度地检测相对旋转角度。
文档编号G01D5/18GK102667412SQ201080057979
公开日2012年9月12日 申请日期2010年6月30日 优先权日2009年12月28日
发明者大门巨一, 武藤宽之, 铃木 司 申请人:株式会社昭和