CN101629802A - 角度检测装置和角度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种对检测角度没有限制的角度检测装置及角度检测方法。角度检测装置(10)具有：固定在旋转轴(60)上的旋转体(20)；以输出包含旋转体(20)的旋转角度信息的第一检测信号和第二检测信号的方式对角配置的一对磁传感器(30A、30B)；对第一检测信号和第二检测信号进行差动运算的差动运算电路(41)；以及根据差动运算电路(41)进行差动运算的结果，计算旋转轴(60)的旋转角度的角度计算电路(50)。在此，通过旋转体(20)的旋转中心(P)的直线与旋转体(20)的外周相交的两点间的距离一定。

Description

角度检测装置和角度检测方法

技术领域

本发明涉及用于计算旋转轴的旋转角度的角度检测装置和角度检测方法。

背景技术

日本特开2001-91208号公报中提出了一种旋转角检测装置以作为用于检测节流阀等被检测物的旋转角的机构，该旋转角检测装置具有使磁铁和磁轭之间产生磁场且配置在该磁场中的磁检测元件的位置从转子的旋转中心偏离的结构。如果磁检测元件的位置从转子的旋转中心偏离，那么与磁检测元件互连的磁通角和转子的旋转角之间的关系发生变化。通过利用这个变化，可以在宽范围内任意设定相对于旋转角的磁检测元件的输出特性，并能够提高旋转角的检测特性。

专利文献1：日本特开2001-91208号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，上述的旋转角检测装置存在以下缺点：对检测角度有一定的限制(参考专利文献1图8(b))。

因此，本发明以提出对检测角度没有限制的角度检测装置及角度检测方法作为课题。

解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明所涉及的角度检测装置具有：旋转体，固定在旋转轴上，通过旋转体的旋转中心的直线与旋转体的外周相交的两点间的距离一定的旋转体；第一磁传感器和第二磁传感器，对角配置在旋转体的外周附近，第一磁传感器检测与旋转体的外周和第一磁传感器之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，并输出第一检测信号，第一距离随着旋转体的旋转而发生周期性变化，第二磁传感器检测与旋转体外周和第二磁传感器之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，并输出第二检测信号，第二距离随着第一距离的变化而发生互补性变化；差动运算单元，对第一检测信号和第二检测信号进行差动运算；以及角度计算单元，根据差动运算单元进行差动运算的结果，计算旋转轴的旋转角度。

根据本发明所涉及的角度检测装置，由于使用通过旋转体的旋转中心的直线与旋转体的外周相交的两点间的距离一定的旋转体，因此，通过将对角配置的一对第一及第二磁传感器的检测信号进行差动运算而得到的信号为包含旋转体的旋转角度信息的近似正弦波信号，可以在全角度(0deg～360deg)范围内进行检测误差小的角度检测。另外，由于旋转体也可以不安装在被检测物的端面上，因此，角度检测装置的安装的容易性优异。另外，优选，一对磁传感器各自距离旋转中心的距离相同。这是由于通过输出的信号具有充分的对称性，从而差动输出信号近似为正弦波。

在此，优选，旋转体投影在其旋转平面的形状具有两个不同的半椭圆结合的形状。根据这种形状，在旋转体旋转一周的情况下，在旋转一周的过程中一对磁传感器分别取一次的最大值及最小值，将对角配置的一对第一及第二磁传感器的检测信号进行差动运算而得到的信号成为包含旋转体的旋转角度信息的酷似理想的正弦波形的近似正弦波信号。

在本发明优选的实施方式中，旋转体由铁磁性材质形成。第一磁传感器具有使旋转体的外周与第一磁传感器之间产生磁场的第一磁铁、以及根据随着第一距离的变化而变化的磁场而输出第一检测信号的第一磁阻效应元件。第二磁传感器具有使旋转体的外周和第二磁传感器之间产生磁场的第二磁铁、以及根据随着第二距离的变化而变化的磁场而输出第二检测信号的第二磁阻效应元件。根据这种结构，随着旋转体的旋转，旋转体与第一磁传感器之间的第一距离以及旋转体与第二磁传感器之间的第二距离发生变化，由于这些变化作为第一及第二磁传感器的电阻值的变化出现，因而，在第一及第二检测信号中包含与旋转体的旋转角度相关的信息。

在本发明优选的实施方式中，第一磁阻效应元件具有在旋转体的旋转中心的方向上设定长边方向的第一自由磁性层。第二磁阻效应元件具有在旋转体的旋转中心的方向上设定长边方向的第二自由磁性层。通过将自由磁性层的长边方向设定在旋转中心的方向上，能够提高角度检测精度。

本发明所涉及的角度检测方法，使用第一及第二磁传感器，检测旋转轴的旋转角度，第一及第二磁传感器对角配置在固定在旋转轴上的旋转体的外周附近，该角度检测方法具有：使旋转体与旋转轴一起旋转的步骤，其中，通过旋转体的旋转中心的直线与旋转体的外周相交的两点间的距离一定；从第一磁传感器输出第一检测信号的步骤，其中，第一磁传感器检测与旋转体的外周和第一磁传感器之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，第一距离随着旋转体的旋转而发生周期性变化；从第二磁传感器输出第二检测信号的步骤，其中，第二磁传感器检测与旋转体的外周和第二磁传感器之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，第二距离随着第一距离的变化而发生互补性变化；对第一检测信号和第二检测信号进行差动运算的步骤；以及根据差动运算的结果，计算旋转轴的旋转角度的步骤。

根据本发明所涉及的角度检测方法，由于使用通过旋转体的旋转中心的直线与旋转体的外周相交的两点间的距离一定的旋转体，因此，通过将对角配置的一对第一及第二磁传感器的检测信号进行差动运算而得到的信号为包含旋转体的旋转角度信息的近似正弦波信号，可以在全角度(0deg～360deg)范围内进行检测误差小的角度检测。

基于本发明的其他观点的角度检测装置具有：旋转体，固定在旋转轴上，通过旋转体的旋转中心的直线与旋转体的外周相交的两点间的距离一定；第一磁传感器和第二磁传感器，以相对于旋转体的旋转中心为90deg的相位差且距离旋转中心等距离地配置，第一磁传感器检测与旋转体的外周和第一磁传感器之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，并输出第一检测信号，第一距离随着旋转体的旋转而发生周期性变化，第二磁传感器检测与旋转体的外周和第二磁传感器之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，并输出第二检测信号，第二距离随着旋转体的变化而发生周期性变化；转换表，保存与第一及第二检测信号对应的旋转轴的旋转角度；以及角度计算单元，将从第一及第二磁传感器输出的第一及第二检测信号与转换表进行比较，输出旋转体的旋转角度。

根据本发明所涉及的角度检测装置，由于使用通过旋转体的旋转中心的直线与旋转体的外周相交的两点间的距离一定的旋转体，因此，以相对于旋转体的旋转中心为90deg的相位差(机械角)且距离旋转中心等距离地配置的第一及第二磁传感器与旋转体的外周之间的距离发生周期性变化。从第一及第二磁传感器输出的第一及第二检测信号包含与旋转体的旋转角度相关的信息，且具有相互90deg的相位差(电气角)，因此，通过对第一及第二检测信号进行函数处理，能够求出旋转体的旋转角度。

在本发明优选的实施方式中，优选，第一及第二检测信号是近似正弦波信号，角度计算单元将第一及第二检测信号中、相对于其检测信号采用中间值的角度位于±45deg的角度范围内的检测信号和转换表进行比较，输出旋转体的旋转角度。较之振幅变化量小的信号波形的峰值附近的值，通过读出振幅变化量大的中间值附近的值，能够抑制对噪音的影响。

基于本发明的其他观点的角度检测方法，使用第一磁传感器和第二磁传感器，检测旋转轴的旋转角度，第一及第二磁传感器以相对于固定在旋转轴上的旋转体的旋转中心为90deg的相位差且距离旋转中心等距离地配置，该角度检测方法具有：使旋转体与旋转轴一起旋转的步骤，其中，通过旋转体的旋转中心的直线与旋转体的外周相交的两点间的距离一定；从第一磁传感器输出第一检测信号的步骤，其中，第一磁传感器检测与旋转体的外周和第一磁传感器之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，该第一距离随着旋转体的旋转而发生周期性变化；从第二磁传感器输出第二检测信号的步骤，第二磁传感器检测与旋转体外周和第二磁传感器之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，该第二距离随着旋转体的旋转而发生周期性变化；制作保存与第一及第二检测信号相对应的旋转轴的旋转角度的转换表的步骤；以及将从第一及第二磁传感器输出的第一及第二检测信号与转换表进行比较，输出旋转体的旋转角度的步骤。

根据本发明所涉及的角度检测方法，由于使用通过旋转体的旋转中心的直线与旋转体的外周相交的两点间的距离一定的旋转体，因此，以相对于旋转体的旋转中心为90deg的相位差(机械角)且距离旋转中心等距离地配置的第一及第二磁传感器与旋转体的外周之间的距离发生周期性变化。从第一及第二磁传感器输出的第一及第二检测信号包含与旋转体的旋转角度相关的信息，且具有相互90deg的相位差(电气角)，因此，通过对第一及第二检测信号进行函数处理，能够求出旋转体的旋转角度。

发明的效果

根据本发明，能够提供对检测角度没有限制且安装的容易性优异的角度检测装置及角度检测方法。

附图说明

图1是表示实施例1所涉及的角度检测装置的大致结构的说明图。

图2是表示实施例1所涉及的角度检测装置的系统构成的说明图。

图3是表示磁阻效应元件的输出特性的图。

图4是表示相对于旋转体的旋转角度的磁通密度的变化的图。

图5是表示从对角配置的一对磁传感器输出的两个检测信号的图。

图6是表示通过对从对角配置的一对磁传感器输出的二个检测信号进行差动运算而得到的信号的图。

图7是表示旋转体的平面形状的计算方法的说明图。

图8是a＝0.9的时候的椭圆函数H(X，Y)的图。

图9是a＝1.5的时候的椭圆函数H(X，Y)的图。

图10是a＝a＝0.5的时候的椭圆函数H(X，Y)的图。

图11是表示实施例2所涉及的角度检测装置的大致结构的说明图。

图12是表示实施校正前的cos信号及sin信号的图。

图13是表示cos信号的振幅补正及偏移补正的说明图。

图14是表示sin信号的振幅补正及偏移补正的说明图。

图15是表示cos信号的数字采样的说明图。

图16是表示sin信号的数字采样的说明图。

图17是转换表的说明图。

图18是表示cos信号及sin信号的读入范围的说明图。

图19是线性输出值的图。

符号的说明

10...角度检测装置、20...旋转体、30...磁传感器、31...磁阻效应元件、32...磁轭、33...磁铁、41，42...差动运算电路、50...角度计算电路、60...旋转轴

具体实施方式

以下，参照各图对本发明所涉及的实施例进行说明。在各实施例中，相同符号表示相同部件，省略重复的说明。

实施例1

图1是表示本实施方式所涉及的角度检测装置10的大致结构的说明图。

角度检测装置10具有作为主要结构的固定在旋转轴60上的旋转体(转子)20和配置在旋转体20的外周附近的磁传感器30。旋转体20是由铁磁性材质(例如，铁、钴、镍等)形成的转子。旋转轴60是受到来自动力发生源等的驱动力而进行旋转驱动的旋转轴(例如，车辆的传动轴或电动机的驱动轴等)，其轴心方向是Z方向。如果旋转轴60进行旋转，那么旋转体20在XY平面内旋转。

磁传感器30具有作为主要结构的作为用于产生外部磁场的磁场产生机构而起作用的磁铁33、和将该外部磁场的变化作为电压变化进行检测的磁阻效应元件(GMR元件)31。磁阻效应元件31可以是半桥结构，或者也可以是全桥结构。对于磁传感器30的安装方式，优选，以磁阻效应元件31位于通过磁铁33的中心点的Z方向的直线上的方式，将磁阻效应元件31配置在印刷电路基板70的表面上，并在同基板70的背面配置磁铁33。另外，为了对从磁铁33产生的外部磁场进行高效地集磁，优选，在磁铁33的两极配置磁轭32。

磁阻效应元件31具有磁化方向设定在规定的方向上、并构成为磁化状态(例如，磁化方向和磁化的强度)不受外部磁场的位移影响的被钉扎磁性层(pinned layer)(图中没有表示)、以及通过外部磁场的变化而磁化状态发生位移的自由磁性层(free layer)(图中没有表示)。如果旋转体20与旋转轴60的旋转一起进行旋转，那么旋转体20的外周和磁阻效应元件31之间的间隙G的间隔发生周期性变化。如果间隙G的间隔发生变化，那么从配置在磁阻效应元件31的背面的磁铁33经过磁阻效应元件31而被引到旋转体20的磁通密度发生变化。于是，因为磁阻效应元件31内的自由磁性层的磁化状态发生变动，因而，磁化状态没有发生变动的被钉扎磁性层的磁化状态和磁化状态发生变动的自由磁性层之间产生磁化状态的位移差。该磁化状态的位移差是反映旋转体20的旋转角度的物理量，具体来说，表现为磁阻效应元件31的电阻的变化。从印刷电路基板70向磁阻效应元件31供给偏置电流，磁阻效应元件31的电阻值的变化作为输出电压的变化而被检测。磁阻效应元件31的输出电压作为表示旋转体20的旋转角度的检测信号而进行信号处理。

另外，如图3所示，优选，以磁阻效应元件31的动作区域是通过磁阻效应元件31的磁通密度和磁阻效应元件31的输出电压之间的关系为线性的区域A或区域B的方式，设计外部磁场的强度和间隙G的平均间隔等。在此情况下，对应于间隙G的距离，磁传感器的输出为具有线性的输出。另外，优选，旋转体20和磁传感器30之间的推力方向(轴心方向)的位置关系为包括由旋转体20的旋转而引起的芯移动等的偏离，且旋转体20不从磁阻效应元件31偏离的位置关系。例如，如果安装误差为±0.5mm，芯移动为±0.5mm，磁阻效应元件31的厚度为0.5mm，那么，优选，旋转体20的厚度为3.0mm以上。

图2是表示角度检测装置10的系统构成的说明图。

旋转体20投影在其旋转平面(XY平面)的形状(以下，称为平面形状)为这样的形状：无论通过旋转中心P的直线如何，通过旋转体20的旋转中心P的直线与旋转体20的外周相交的两点间的距离一定。对于这种形状，在本实施例中，例示了通过结合两个不同的半椭圆而形成的形状，但是并不局限于该例示。在旋转体20的外周附近，配置有在通过旋转体20的旋转中心P的第一直线91上对角配置的一对磁传感器30A、30B、以及在与第一直线91正交且通过旋转中心P的第二直线92上对角配置的一对磁传感器30C、30D。各磁传感器30A、30B、30C、30D以相对于旋转中心P为90deg的间隔固定，即使旋转体20旋转，旋转中心P和各磁传感器30A、30B、30C、30D之间的距离也一直保持一定。

另外，为了区分图2所示的磁传感器30A、30B、30C、30D，方便起见标记不同的符号，但是，实际上，具有与图1所示的磁传感器30相同的结构。因此，在不需要区分这些磁传感器30A、30B、30C、30D的情况下，只统称为磁传感器30。

此外，如图4所示，如果旋转体20旋转一周，那么在表示通过磁传感器30的外部磁场的磁通密度的变化的波形上，呈现1个周期的变化。因为旋转体20被加工为两个不同的半椭圆结合的形状，因而，虽然严格意义上说，图4所示的磁通密度的波形不是正弦波形，但是，是类似正弦波形的波形。如上所述，因为通过磁阻效应元件31的磁通密度和磁阻效应元件31的输出电压之间的关系是线形，因而，从磁传感器30输出的检测信号具有类似正弦波的波形。由于形成为无论通过旋转中心P的直线如何、通过旋转体20的旋转中心P的直线与旋转体20的外周相交的两点间的距离一定的形状，因此，如果对角配置的一对磁传感器30A、30B中的一个磁传感器30A和旋转体20的外周之间的第一距离发生变化，那么，另一个磁传感器30B和旋转体20的外周之间的第二距离随着第一距离的变化而发生互补性变化。即，如果第一距离变短，那么第二距离只是变长了该变短的距离。这是由于一对磁传感器以180度对角配置。因此，如图5所示，磁传感器30A，30B的检测信号具有180deg的相位差。在图5中，符号81表示磁传感器30A的检测信号，符号82表示磁传感器30B的检测信号。另外，对于对角配置的另外一对磁传感器30C、30D的检测信号，也具有180deg的相位差。

角度检测装置10除了已经叙述的旋转体20和磁传感器30以外，还具有差动运算电路41、42和角度计算电路50。差动运算电路41、42和角度计算电路50的各功能通过安装在印刷电路基板70上面的IC芯片(图中没有表示)实现。差动运算电路41通过对从一对磁传感器30A、30B输出的二个检测信号进行差动运算而计算sin信号。图6中的符号83表示通过对图5所示的二个检测信号81、82进行差动运算而得到的sin信号。该sin信号是具有酷似理想的正弦波形的波形形状的近似正弦波信号。差动运算电路42通过对从另外一对磁传感器30C、30D输出的二个检测信号进行差动运算而计算cos信号。该cos信号是具有酷似理想的正弦波形的波形形状的近似正弦波信号，相对于sin信号为90deg的相位差。角度计算电路50基于从差动运算电路41输出的sin信号和从差动运算电路42输出的cos信号来计算旋转体20的旋转角度。

而且，注意到：在进行旋转体20的角度检测时，一对磁传感器30C、30D并不是必需的，只需一对磁传感器30A、30B就可以进行角度检测。另外，磁阻效应元件31的自由磁性层的长边方向没有特别的限定，但是，根据本发明者的实验，确认了：在向着旋转中心P的方向(旋转中心方向)上磁化的时候，能进行特别高精度的角度检测。这可以认为是：如果自由磁性层的长边方向被设定为例如直达旋转中心的方向，那么磁阻元件31检测依赖于遍及自由磁性层的整个长边方向的旋转角的平均磁场，从而，与自由磁性层的长边方向为向着旋转中心的方向比较，检测误差变大。另外，对于磁阻效应元件，除了GMR元件以外，还能够适用MR元件、AMR元件和TMR元件等。

其次，参照图7，对旋转体20的平面形状的计算方法进行说明。

在此，旋转体20的平面形状由在XY坐标系中、半椭圆F(Y≥0)和半椭圆函数H(Y≤0)结合的形状而形成，在一个椭圆F是已知的情况下，考察计算另一个椭圆函数H的情况。

按以下所述来定义椭圆F(x，y)。

(x，y)＝(Lcosθ，Lsinθ)…(1)

x²+y²/a²＝r²…(2)

Y≥0…(3)

在此，XY坐标系的圆点与旋转中心P一致，旋转中心P和椭圆F上的点之间的距离，如下式所示。

(r²/(cos²θ+sin²θ/a²))^1/2＝L…(4)

因此，通过将(4)式代入(1)式，能够用θ标记椭圆F的坐标。

此外，因为椭圆函数H(X，Y)必须满足以下条件：无论通过旋转中心P的直线如何、通过旋转中心P的直线与旋转体20的外周相交的两点间的距离一定，因此，下式成立。

H(X)＝X＝2r·cosθ-F(x)…(5)

H(Y)＝Y＝2r·sinθ-F(y)…(6)

在此，F(x)、F(y)表示通过旋转中心P的直线与椭圆F相交的点的X坐标、Y坐标。即，满足(5)式、(6)式的H、F以旋转中心作为起点且与X轴所成的角度相同。另外，如果通过(5)式、(6)式定义函数F(不局限于椭圆)，那么可以求出对应的函数H(不局限于椭圆函数)的坐标。

在此，如果在XY坐标上标记(5)式、(6)式，那么，在a＝0.9的情况下，成为图8所示的波形(r＝1)。但是，根据a的值，例如，在a＝1.5的情况下，成为图9所示的在X＝0处具有凹部的波形，在a＝0.5的情况下，如图10所示，具有通过在Y＞0时取为X＝r而改变曲率的符号的拐点。在此，在如图9和图10所示的情况下，认为在该凹部、该拐点产生磁场的混乱，检测输出可能不稳定。因此，优选，为如图8那样的不具有凹部、改变曲率的符号的拐点的旋转体。因而，优选的旋转体是椭圆(x²+y²/a²＝r²)与在0＜a＜2(坐标原点在闭合曲线面内的条件)的范围内(但不包括a＝1)不具有凹部、改变曲率的符号的拐点的椭圆函数的结合体。因此，椭圆F、H旋转一周，可以得到具有一个最大、一个最小的正弦波。当然，不具有凹部、改变曲率的符号的拐点的形状的旋转体并不局限于椭圆和椭圆函数，可以是各种形状。

根据本实施例，因为使用通过旋转体20的旋转中心P的直线与旋转体20的外周相交的两点间的距离一定的旋转体20，因而，通过将对角配置的一对磁传感器30A、30B(或者30C、30D)的检测信号进行差动运算而得到的信号为包含旋转体20的旋转角度信息的近似正弦波信号，可以在全角度(0deg～360deg)范围内进行检测误差小的角度检测。同时，因为旋转体20也可以不安装在旋转轴60的端面上，因而，角度检测装置10的安装的容易性优异。

另外，旋转体20投影在其旋转平面的形状具有两个不同半椭圆结合的形状，因而，通过将对角配置的一对磁传感器30A、30B(或者30C、30D)的检测信号进行差动运算而得到的信号为包含旋转体20的旋转角度信息的近似正弦波信号，因此，能够进行检测误差小的角度检测。

实施例2

图11是表示实施例2所涉及的角度检测装置100的大致结构的说明图。

角度检测装置100具有作为主要结构的固定在旋转轴60上的旋转体20、配置在旋转体20的外周附近的二个磁传感器30E、30F、以及根据从二个磁传感器30E、30F分别输出的检测信号而输出旋转体20的旋转角度的角度计算电路130。为了相互区分磁传感器30E、30F，方便起见标记不同的符号，但是，实际上，具有与图1所示的磁传感器30相同的结构。磁传感器30E位于通过旋转体20的旋转中心P上的一点点划线93上，磁传感器30F位于通过旋转中心P上的一点点划线94上。二条一点点划线93、94相交的角度为90deg。另外，从旋转中心P分别到磁传感器30E、30F的距离是相同的。因此，二个磁传感器30E、30F以相对于旋转体20的旋转中心P为90deg的相位差(机械角)且距离旋转中心P等距离地配置。磁传感器30E检测与旋转体20的外周和磁传感器30E之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，并输出具有与正弦波形类似的波形形状的第一近似正弦波信号，第一距离随着旋转体20的旋转而发生周期性变化。磁传感器30F检测与旋转体20的外周和磁传感器30F之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，并输出具有与正弦波形类似的波形形状的第二近似正弦波信号，第二距离随着旋转体20的旋转发生而发生周期性变化。第一及第二近似正弦波信号是互相具有90deg的相位差(电气角)的检测信号。为了说明的方便，从磁传感器30E输出的检测信号称为cos信号，从磁传感器30F输出的检测信号称为sin信号。角度计算电路130保持转换表131，从转换表131读出与从磁传感器30E、30F输出的cos信号及sin信号相对应的旋转体20的旋转角度，并输出所读出的旋转角度。该转换表131例如在产品出货或者在安装旋转轴60等之时，通过实施的校正进行制作。

在此，对转换表131的制作方法进行说明。图12表示实施校正前的cos信号201及sin信号202。在实施校正前，cos信号201及sin信号202的振幅及中间值通常相互不一致。因此，分别读入cos信号201及sin信号202的一个周期的波形，并分别计算cos信号201及sin信号202的振幅及中间值。然后，如图13及图14所示，以实施校正后的cos信号201及sin信号202的上限值为V_T，下限值为V_B，中间值为(V_T+V_B)/2的方式，分别调整用于对从磁传感器30E输出的cos信号201进行放大的放大器111的增益及偏移值、和用于对从磁传感器30F输出的sin信号202进行放大的放大器112的增益及偏移值，实施检测信号的振幅补正及偏移补正。而且，在图13及图14中，虚线表示实施校正前的信号波形，实线表示实施校正后的信号波形，一点点划线表示偏移补正后的中间值，两点点划线表示偏移补正前的中间值。

实施校正后的cos信号201及sin信号202分别被A/D转换器121、122转换为数字数据，并向角度计算电路130供给。如图15及图16所示，优选，角度计算电路130在一个周期内按一定角度间隔对数字化的cos信号201及sin信号202进行取样，将取样的读出数据作为cos信号读出值152和sin信号读出值153，保存在转换表131中(参照图17)。例如，为了具有0.2deg的旋转角度的分辨率，角度精度必须是0.1deg以下，因此，在0.1deg以下的角度精度下对cos信号201及sin信号202进行取样，并将取样的读出数据保存在转换表131中。而且，数字化的cos信号201和sin信号202的一个周期的时间可以作为上限值的间隔(或下限值的间隔)进行计算。另外，可以将cos信号201取为上限值的时候或者sin信号202取为中间值的时候作为0deg的判断基准。

如图17所示，转换表131在0deg～360deg的角度范围内将线性输出值151、cos信号读出值152和sin信号读出值153联系在一起。如图19所示，线性输出值151作为在0deg～360deg的角度范围内直线地单调增加的地图数据而预先制作。例如，在试图在1.0V～4.0V的范围内输出线性输出值151的情况下，可以以在0deg时，线性输出值151为1.0V，在180deg时，线性输出值151为2.5V，在359deg时，线性输出值151为4.0V，且旋转体20的旋转角度和线性输出值151之间的关系为线形的方式进行制作。另外，线性值151的输出范围可以任意调整，并不局限于上述数值。另外，线性输出值151也可以制作为在0deg～360deg的角度范围内直线地单调减少的地图数据。

其次，对于使用经过上述步骤制作的转换表131而求出旋转体20的旋转角度的方法进行说明。从磁传感器30E、30F输出的cos信号201和sin信号202通过放大器111、112而实施振幅调整及偏移补正，还通过A/D转换器121、122以一定角度间隔进行取样，并向角度计算电路130供给。角度计算电路130从转换表131检索与已读出的cos信号201的取样数据一致的cos信号读出值152，并从转换表131读出与检索的cos信号读出值152对应的线性输出值151。另外，角度计算电路130从转换表131检索与已读出的sin信号202的取样数据一致的sin信号读出值153，并从转换表131读出与检索的sin信号读出值153对应的线性输出值151。这样，读出的线性输出值151作为表示旋转体20的旋转角度的信号，并通过D/A转换器140转换为模拟数据。

此时，如图18所示，优选，角度计算电路130读出cos信号201和sin信号202中、相对于其信号波形采用中间值的时候的角度位于±45deg的角度范围内的取样数据。例如，在0deg～45deg的角度范围内，因为较之cos信号201，sin信号202的检测信号的振幅变化量大，因此，读入sin信号202的取样数据。在45deg～135deg的角度范围内，较之sin信号202，cos信号201的检测信号的振幅变化量大，因此，读入cos信号201的取样数据。在135deg～225deg的角度范围内，较之cos信号201，sin信号202的检测信号的振幅变化量大，因此，读入sin信号202的取样数据。这样，较之振幅变化量小的信号波形的峰附近的取样数据，通过读出振幅变化量大的中间值附近的取样数据，能够抑制检测误差的偏差，并且提高耐噪音性。

另外，实施例2所涉及的角度检测方法，因为也能适用于实施例1的角度检测装置10，因此，对其原理进行简单地说明。例如，在图1中，通过差动运算电路41对来自磁传感器30A、30B的检测信号进行差动运算而得到的sin信号和通过差动运算电路42对来自磁传感器30C、30D输出的检测信号进行差动运算而得到的cos信号具有90deg的相位差(电气角)。如果在角度计算电路50中预先安装与上述转换表131相同的转换表，那么角度计算电路50能够对从差动运算电路41、42输出的sin信号及cos信号进行取样然后读出，并从转换表检索与读出的取样数据对应的旋转体20的旋转角度，输出检索的旋转角度。在此，优选，读出从差动运算电路41、42输出的cos信号和sin信号中、相对于其信号波形采用中间值的时候的角度位于±45deg的角度范围内的取样数据。

产业上的可利用性

本发明，能够在用于计算各种技术领域中的驱动装置中所使用的旋转轴的旋转角度的装置及方法中进行利用。

Claims (12)

1.一种角度检测装置，其特征在于，

具有：

旋转体，固定在旋转轴上，通过所述旋转体的旋转中心的直线与所述旋转体的外周相交的两点间的距离一定；

第一磁传感器和第二磁传感器，对角配置在所述旋转体的外周附近，所述第一磁传感器检测与所述旋转体的外周和所述第一磁传感器之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，并输出第一检测信号，该第一距离随着所述旋转体的旋转而发生周期性变化；所述第二磁传感器检测与所述旋转体的外周和所述第二磁传感器之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，并输出第二检测信号，该第二距离随着所述第一距离的变化而发生互补性变化；

差动运算单元，对所述第一检测信号和所述第二检测信号进行差动运算；

角度计算单元，根据所述差动运算单元进行差动运算的结果，计算所述旋转轴的旋转角度。

2.如权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于，

所述旋转体投影在其旋转平面上的形状具有两个不同的半椭圆结合的形状。

3.如权利要求1或者2所述的角度检测装置，其特征在于，

所述旋转体由铁磁性材质形成，

所述第一磁传感器具有：第一磁铁，使所述旋转体的外周与所述第一磁传感器之间产生磁场；以及第一磁阻效应元件，根据随着所述第一距离的变化而变化的磁场而输出所述第一检测信号；

所述第二磁传感器具有：第二磁铁，使所述旋转体的外周与所述第二磁传感器之间产生磁场；以及第二磁阻效应元件，根据随着所述第二距离的变化而变化的磁场而输出所述第二检测信号。

4.如权利要求3所述的角度检测装置，其特征在于，

所述第一磁阻效应元件具有在所述旋转体的旋转中心的方向上设定长边方向的第一自由磁性层，

所述第二磁阻效应元件具有在所述旋转体的旋转中心的方向上设定长边方向的第二自由磁性层。

5.一种角度检测方法，使用第一磁传感器和第二磁传感器，检测所述旋转轴的旋转角度，该第一及第二磁传感器对角配置在固定在旋转轴上的旋转体的外周附近，其特征在于，

所述角度检测方法具有：

使所述旋转体与所述旋转轴一起旋转的步骤，其中，通过所述旋转体的旋转中心的直线与所述旋转体的外周相交的两点间的距离一定；

从所述第一磁传感器输出第一检测信号的步骤，其中，所述第一磁传感器检测与所述旋转体的外周和所述第一磁传感器之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，该第一距离随着所述旋转体的旋转而发生周期性变化；

从所述第二磁传感器输出第二检测信号的步骤，其中，所述第二磁传感器检测与所述旋转体的外周和所述第二磁传感器之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，该第二距离随着所述第一距离的变化而发生互补性变化；

对所述第一检测信号和所述第二检测信号进行差动运算的步骤；以及

根据所述差动运算的结果而计算所述旋转轴的旋转角度的步骤。

6.如权利要求5所述的角度检测方法，其特征在于，

所述旋转体投影在其旋转平面上的形状具有两个不同的半椭圆结合的形状。

7.如权利要求5或者6所述的角度检测方法，其特征在于，

所述旋转体由铁磁性材质形成，

所述第一磁传感器具有：第一磁铁，使所述旋转体的外周与所述第一磁传感器之间产生磁场；以及第一磁阻效应元件，根据随着所述第一距离的变化而变化的磁场而输出所述第一检测信号；

所述第二磁传感器具有：第二磁铁，使所述旋转体的外周和所述第二磁传感器之间产生磁场；以及第二磁阻效应元件，根据随着所述第二距离的变化而变化的磁场而输出所述第二检测信号。

8.如权利要求7所述的角度检测方法，其特征在于，

所述第一磁阻效应元件具有在所述旋转体的旋转中心的方向上设定长边方向的第一自由磁性层，

所述第二磁阻效应元件具有在所述旋转体的旋转中心的方向上设定长边方向的第二自由磁性层。

9.一种角度检测装置，其特征在于，

具有：

旋转体，固定在旋转轴上，通过所述旋转体的旋转中心的直线与所述旋转体的外周相交的两点间的距离一定；

第一磁传感器和第二磁传感器，以相对于所述旋转体的旋转中心为90deg的相位差且距离所述旋转中心等距离地配置，所述第一磁传感器检测与所述旋转体的外周和所述第一磁传感器之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，并输出第一检测信号，该第一距离随着所述旋转体的旋转而发生周期性变化；所述第二磁传感器检测与所述旋转体的外周和所述第二磁传感器之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，并输出第二检测信号，该第二距离随着所述旋转体的旋转而发生周期性变化；

转换表，保存与所述第一及第二检测信号对应的所述旋转轴的旋转角度；以及

角度计算单元，将从所述第一及第二磁传感器输出的所述第一及第二检测信号与所述转换表进行比较，输出所述旋转体的旋转角度。

10.如权利要求9所述的角度检测装置，其特征在于，

所述第一及第二检测信号，是近似正弦波信号，

所述角度计算单元将所述第一及第二检测信号中、相对于其检测信号采用中间值的角度位于±45deg的角度范围内的检测信号，和所述转换表进行比较，输出所述旋转体的旋转角度。

11.一种角度检测方法，使用第一磁传感器和第二磁传感器，检测所述旋转轴的旋转角度，该第一及第二磁传感器以相对于固定在旋转轴上的旋转体的旋转中心为90deg的相位差且距离所述旋转中心等距离地配置，其特征在于，

所述角度检测方法具有：

使所述旋转体与所述旋转轴一起旋转的步骤，其中，通过所述旋转体的旋转中心的直线与所述旋转体的外周相交的两点间的距离一定；

从所述第一磁传感器输出第一检测信号的步骤，其中，所述第一磁传感器检测与所述旋转体的外周和所述第一磁传感器之间的第一距离的变化相对应的磁场变化，该第一距离随着所述旋转体的旋转而发生周期性变化；

从所述第二磁传感器输出第二检测信号的步骤，其中，所述第二磁传感器检测与所述旋转体的外周和所述第二磁传感器之间的第二距离的变化相对应的磁场变化，该第二距离随着所述旋转体的旋转而发生周期性变化；以及

将保存与所述第一及第二检测信号对应的所述旋转轴的旋转角度的转换表，与从所述第一及第二磁传感器输出的所述第一及第二检测信号进行比较，输出所述旋转体的旋转角度的步骤。

12.如权利要求11所述的角度检测方法，其特征在于，

所述第一及第二检测信号是近似正弦波信号，

所述输出旋转角度的步骤为，将所述第一及第二检测信号中、相对于其检测信号采用中间值的角度位于±45deg的角度范围内的检测信号与所述转换表进行比较，输出所述旋转体的旋转角度。

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