CN110006466A - 运算处理装置、角度传感器及动力转向装置 - Google Patents

运算处理装置、角度传感器及动力转向装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及运算处理装置、角度传感器及动力转向装置。基于信号频率相互不同的第一输出信号及第二输出信号而算出旋转角度的运算处理装置具备基于第一及第二输出信号进行第一交叉相乘运算的第一交叉相乘运算部及进行第二交叉相乘运算的第二交叉相乘运算部、基于第一交叉相乘运算部的运算结果生成第一利萨如曲线的第一利萨如曲线生成部、基于第二交叉相乘运算部的运算结果生成第二利萨如曲线的第二利萨如曲线生成部、基于第一利萨如曲线及第二利萨如曲线算出旋转角度的旋转角度运算部。

Description

运算处理装置、角度传感器及动力转向装置
技术领域
本发明涉及基于来自传感器元件的输出信号运算旋转角度的运算处理装置、角度传感器及动力转向装置。
背景技术
在车辆用的动力转向装置中，通过角度检测装置检测方向盘的旋转角度，根据检测的旋转角度驱动电动机或油压装置来辅助方向盘的操纵力，由此驾驶者能够以小的操纵力进行操纵。
作为这种角度检测装置，已知有一种装置，其具备极数互不相同的多个磁铁、根据各磁铁的磁通输出传感器信号的多个磁传感器元件、基于从各磁传感器元件输出的传感器信号运算旋转角度的运算处理装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001－183169号公报
发明内容
在专利文献1中公开有位置检测装置。在该位置检测装置中，基于从一方的磁传感器元件输出的传感器信号算出旋转角度(电气角EA1)，基于从另一方的磁传感器元件输出的信号算出旋转角度(电气角EA2)，但利用这些旋转角度(电气角EA1、EA2)的相位伴随着旋转体的旋转逐渐偏移的现象，并根据两电气角的差分(EA1－EA2)运算旋转角度(机械角MA)。
从各传感器元件输出的传感器信号包含表示旋转体的旋转角度θ的正弦波信号(sin信号)和余弦波信号(cos信号)，旋转角度(电气角EA1、EA2)通过利用了正弦波信号和余弦波信号的反正切运算(atan运算)算出。即，需要根据从一方的磁传感器元件输出的传感器信号(sin信号及cos信号)运算反正切(atan)，并且根据从另一方的磁传感器元件输出的传感器信号(sin信号及cos信号)也同样运算反正切(atan)。因此，存在反正切运算处理所需的运算处理电路的电路规模增大，且包含运算处理电路的角度检测装置的消耗电力增大等的问题。另外，因为反正切(atan)运算耗费大量的时钟数，所以也存在运算处理电路的运算处理时间变长等的问题。
鉴于上述技术问题，本发明的目的在于，提供能够短时间地进行旋转动作的旋转体的旋转角度的运算处理，且能够减小进行该运算处理的运算处理电路的消耗电力的运算处理装置、具备该运算处理装置的角度传感器及具备该角度传感器的转向装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种运算处理装置，其特征在于，其是基于从第一磁传感器元件输出的第一输出信号、和从第二磁传感器元件输出且信号频率与所述第一输出信号不同的第二输出信号算出旋转角度的运算处理装置，所述第一输出信号包含相位互不相同的两种信号，所述第二输出信号包含相位互不相同的两种信号，所述运算处理装置具备：第一交叉相乘运算部，基于所述第一输出信号中所含的一方的信号及所述第二输出信号中所含的一方的信号进行第一交叉相乘运算；第二交叉相乘运算部，其基于所述第一输出信号中所含的另一方的信号及所述第二输出信号中所含的另一方的信号进行第二交叉相乘运算；第一利萨如曲线生成部，其基于所述第一交叉相乘运算部的运算结果生成第一利萨如曲线；第二利萨如曲线生成部，其基于所述第二交叉相乘运算部的运算结果生成第二利萨如曲线；旋转角度运算部，其基于所述第一利萨如曲线及所述第二利萨如曲线算出所述旋转角度。
在上述运算处理装置中，优选，所述第一输出信号包含第一正弦波信号及第一余弦波信号，所述第二输出信号包含与所述第一正弦波信号不同的频率的第二正弦波信号及与所述第一余弦波信号不同的频率的第二余弦波信号，所述第一交叉相乘运算部使用包含所述第一正弦波信号及所述第二余弦波信号的第1－1信号组和包含所述第二正弦波信号及所述第一余弦波信号的第1－2信号组的各个进行作为所述第一交叉相乘运算的加减运算处理，所述第二交叉相乘运算部使用包含所述第一正弦波信号及所述第二正弦波信号的第2－1信号组以及包含所述第一余弦波信号及所述第二余弦波信号的第2－2信号组的各个进行作为所述第二交叉相乘运算的加法处理。
在本说明书中，“正弦波信号”中，除由理想的正弦波的波形表示的信号之外，还包含由极其接近该理想的正弦波的波形的波形(变形率：30％以内)表示的信号(大致正弦波信号)。另外，在本说明书中，“余弦波信号”中，除由理想的余弦波的波形表示的信号之外，还包含由极其接近该理想的余弦波的波形的波形(变形率：30％以内)表示的信号(大致余弦波信号)。此外，变形率可使用通过傅立叶解析等方法分离信号的理想的成分和变形成分而能够进行评价的变形率测定装置等进行测定。另外，正弦波信号和余弦波信号单单是指相互的相位偏移，对它们的相位差没有限制，但优选它们的相位差在90deg±20deg的范围内左右即可。
在上述运算处理装置中，优选，所述第一交叉相乘运算部将使用了所述第1－1信号组的加法处理和使用了所述第1－2信号组的减法处理作为所述第一交叉相乘运算来进行。
在上述运算处理装置中，优选，所述第一利萨如曲线和所述第二利萨如曲线相互实际上偏移π/2周期。
在本说明书中，“实际上偏移π/2周期”是容许第一利萨如曲线和第二利萨如曲线的两个曲线的周期在π/2±0.35(rad)的范围内偏移的意思。
另外，本发明提供一种角度传感器，其特征在于，具备：第一磁场产生部及第二磁场产生部，其与旋转体一体地旋转；磁传感器部，其具有所述第一磁传感器元件及所述第二磁传感器元件；上述运算处理装置，所述第一磁场产生部和所述第二磁场产生部是极数互不相同的磁铁，所述第一磁传感器元件根据从所述第一磁场产生部产生的磁场输出所述第一输出信号，所述第二磁传感器元件根据从所述第二磁场产生部产生的磁场输出所述第二输出信号。
在上述角度传感器中，优选，所述第一磁传感器元件及所述第二磁传感器元件分别为TMR元件、GMR元件、AMR元件或霍尔元件。
再有，本发明提供一种转向装置，其特征在于，具备：动力产生部，其对转向的操纵机构赋予动力而辅助所述转向的操纵力；上述角度传感器，其检测所述转向的旋转角度；控制部，其根据由所述角度传感器检测的所述旋转角度驱动所述动力产生部。
根据本发明，能够提供可以短时间地进行旋转动作的旋转体的旋转角度的运算处理，且能够减小进行该运算处理的运算处理电路的消耗电力的运算处理装置、具备该运算处理装置的角度传感器及具备该角度传感器的转向装置。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的概略结构的立体图。
图2是表示本发明的一个实施方式的磁检测装置的概略结构的框图。
图3是概略性地表示本发明的一个实施方式的第1－1惠斯通电桥电路的电路结构的电路图。
图4是概略性地表示本发明的一个实施方式的第1－2惠斯通电桥电路的电路结构的电路图。
图5是概略性地表示本发明的一个实施方式的第2－1惠斯通电桥电路的电路结构的电路图。
图6是概略性地表示本发明的一个实施方式的第2－2惠斯通电桥电路的电路结构的电路图。
图7是表示作为本发明的一个实施方式的磁检测元件的MR元件的概略结构的立体图。
图8是表示作为本发明的一个实施方式的磁检测元件的MR元件的概略结构的剖视图。
图9是由本发明的一个实施方式的第一交叉相乘运算部生成的信号的波形图。
图10是由本发明的一个实施方式的第二交叉相乘运算部生成的信号的波形图。
图11是表示由本发明的一个实施方式的第一利萨如曲线生成部生成的第一利萨如曲线的波形图。
图12是表示由本发明的一个实施方式的第二利萨如曲线生成部生成的第二利萨如曲线的波形图。
图13是表示具备本发明的一个实施方式所涉及的旋转角度检测装置的转向装置的结构的概略图。
符号的说明
1…旋转角度检测装置
2A…第一多极磁铁
2B…第二多极磁铁
3…磁检测装置
3A…第一磁检测装置
3B…第二磁检测装置
3C…运算处理部
31A…第一磁传感器部
31B…第二磁传感器部
32A…第一运算部
32B…第二运算部
321A…第一交叉相乘运算部
321B…第二交叉相乘运算部
322A…第一利萨如曲线生成部
322B…第二利萨如曲线生成部。
具体实施方式
参照附图详细地说明本发明的实施方式。图1是表示本实施方式所涉及的旋转角度检测装置的概略结构的立体图，图2是表示本实施方式的磁检测装置的概略结构的框图，图3～6是概略性地表示本实施方式的第1－1惠斯通电桥电路、第1－2惠斯通电桥电路、第2－1惠斯通电桥电路及第2－2惠斯通电桥电路的电路结构的电路图，图7及图8是表示作为本实施方式的磁检测元件的MR元件的概略结构的立体图及剖视图。
本实施方式所涉及的旋转角度检测装置1具备极数互不相同的第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B、包含分别与第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B相对配置的第一磁检测装置3A及第二磁检测装置3B的磁检测装置3。
第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B以旋转轴RA为中心相互分离且可旋转地设置于轴部4，以旋转轴RA为中心进行旋转，以与轴部4的旋转连动。
第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B包含多个N极及S极的一对极，N极及S极相互交替地呈放射状(环状)排列。第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B基于各自具有的磁化产生磁场。在本实施方式中，第一多极磁铁2A和第二多极磁铁2B具有相互不同的极数。在图1所示的方式中，第一多极磁铁2A的极数为15极，第二多极磁铁2B的极数为14极，但第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B的极数不限于此。另外，第一多极磁铁2A和第二多极磁铁2B的极数的差没有特别限制。
第一磁检测装置3A以与第一多极磁铁2A相对的方式配置，检测由第一多极磁铁2A产生的磁场。第二磁检测装置3B以与第二多极磁铁2B相对的方式配置，检测由第二多极磁铁2B产生的磁场。本实施方式所涉及的旋转角度检测装置1能够基于第一磁检测装置3A及第二磁检测装置3B各自的输出，检测旋转移动的轴部4的旋转角度θ。
磁检测装置3具有第一磁检测装置3A、第二磁检测装置3B、运算处理部3C。第一磁检测装置3A具有基于伴随着第一多极磁铁2A的旋转的磁场的变化而输出传感器信号的第一磁传感器部31A和第一运算部32A。第二磁检测装置3B具有基于伴随着第二多极磁铁2B的旋转的磁场的变化而输出传感器信号的第二磁传感器部31B和第二运算部32B。第一运算部32A具有基于从第一磁传感器部31A及第二磁传感器部31B输出的传感器信号进行第一交叉相乘运算处理的第一交叉相乘运算部321A和第一利萨如曲线生成部322A。第二运算部32B具有基于从第一磁传感器部31A及第二磁传感器部31B输出的传感器信号进行第二交叉相乘运算处理的第二交叉相乘运算部321B和第二利萨如曲线生成部322B。
第一磁传感器部31A及第二磁传感器部31B分别包含至少一个磁检测元件，也可以包含串联连接的一对磁检测元件。在该情况下，第一磁传感器部31A具有包含串联连接的第一磁检测元件对及第二磁检测元件对的第1－1惠斯通电桥电路311A及第1－2惠斯通电桥电路312A，第二磁传感器部31B具有包含串联连接的第一磁检测元件对及第二磁检测元件对的第2－1惠斯通电桥电路311B及第2－2惠斯通电桥电路312B。此外，第一磁传感器部31A及第二磁传感器部31B也可以具有代替第1－1惠斯通电桥电路311A、第1－2惠斯通电桥电路312A、第2－1惠斯通电桥电路311B及第2－2惠斯通电桥电路312B的各个而仅包含第一磁检测元件对，且不包含第二磁检测元件对的半桥电路。
如图3所示，第一磁传感器部31A具有的第1－1惠斯通电桥电路311A包含电源端口V11、接地端口G11、两个输出端口E111、E112、串联连接的第一一对磁检测元件R111、R112、串联连接的第二一对磁检测元件R113、R114。磁检测元件R111、R113的各一端与电源端口V11连接。磁检测元件R111的另一端与磁检测元件R112的一端和输出端口E111连接。磁检测元件R113的另一端与磁检测元件R114的一端和输出端口E112连接。磁检测元件R112、R114的各另一端与接地端口G11连接。对电源端口V11施加规定大小的电源电压，接地端口G11与地线连接。
如图4所示，第一磁传感器部31A具有的第1－2惠斯通电桥电路312A具有与第1－1惠斯通电桥电路311A同样的结构，包含电源端口V12、接地端口G12、两个输出端口E121、E122、串联连接的第一一对磁检测元件R121、Rl22、串联连接的第二一对磁检测元件R123、R124。磁检测元件R121、R123的各一端与电源端口V12连接。磁检测元件R121的另一端与磁检测元件R122的一端和输出端口El21连接。磁检测元件R123的另一端与磁检测元件R124的一端和输出端口E122连接。磁检测元件R122、R124的各另一端与接地端口G12连接。对电源端口V12施加规定大小的电源电压，接地端口G12与地线连接。
如图5所示，第二磁传感器部31B具有的第2－1惠斯通电桥电路311B具有与第1－1惠斯通电桥电路311A同样的结构，包含电源端口V21、接地端口G21、两个输出端口E211、E212、串联连接的第一一对磁检测元件R211、R212、串联连接的第二一对磁检测元件R213、R214。磁检测元件R211、R213的各一端与电源端口V21连接。磁检测元件R211的另一端与磁检测元件R212的一端和输出端口E211连接。磁检测元件R213的另一端与磁检测元件R214的一端和输出端口E212连接。磁检测元件R212、R214的各另一端与接地端口G21连接。对电源端口V21施加规定大小的电源电压，接地端口G21与地线连接。
如图6所示，第二磁传感器部31B具有的第2－2惠斯通电桥电路312B具有与第2－1惠斯通电桥电路311B同样的结构，包含电源端口V22、接地端口G22、两个输出端口E221、E222、串联连接的第一一对磁检测元件R221、R222、串联连接的第二一对磁检测元件R223、R224。磁检测元件R221、R223的各一端与电源端口V22连接。磁检测元件R221的另一端与磁检测元件R222的一端和输出端口E221连接。磁检测元件R223的另一端与磁检测元件R224的一端和输出端口E222连接。磁检测元件R222、R224的各另一端与接地端口G22连接。对电源端口V22施加规定大小的电源电压，接地端口G22与地线连接。
在本实施方式中，作为第1－1惠斯通电桥电路311A、第1－2惠斯通电桥电路312A、第2－1惠斯通电桥电路311B及第2－2惠斯通电桥电路312B所包含的所有的磁检测元件R111～R124、R211～R224，可以使用TMR元件、GMR元件、AMR元件等MR元件、或霍尔元件等磁检测元件，特别优选使用TMR元件。TMR元件、GMR元件具有磁化方向被固定的磁化固定层、磁化方向根据施加的磁场方向变化的自由层、配置于磁化固定层及自由层之间的非磁性层。
具体而言，如图7所示，MR元件具有多个下部电极41、多个MR膜50、多个上部电极42。多个下部电极41设置于基板(未图示)上。各下部电极41具有细长的形状。在下部电极41的长边方向上相邻的两个下部电极41之间形成有间隙。在下部电极41的上表面上的、长边方向的两端附近分别设置有MR膜50。如图8所述，MR膜50为俯视大致圆形状，包含从下部电极41侧起依次层叠的自由层51、非磁性层52、磁化固定层53及反铁磁性层54。自由层51与下部电极41电连接。反铁磁性层54由反铁磁性材料构成，通过在与磁化固定层53之间产生交换耦合，实现固定磁化固定层53的磁化的方向的作用。多个上部电极42设置于多个MR膜50上。各上部电极42具有细长的形状，配置于在下部电极41的长边方向上相邻的两个下部电极41上，将相邻的两个MR膜50的反铁磁性层54彼此电连接。此外、MR膜50也可以具有从上部电极42侧起依次层叠自由层51、非磁性层52、磁化固定层53及反铁磁性层54而成的结构。另外，通过将磁化固定层53设为作为铁磁性层/非磁性中间层/铁磁性层的层叠铁结构(ferristructure)且将两铁磁性层反铁磁性地结合而成的所谓自钉扎型的固定层(SyntheticFerri Pinned层、SFP层)，也可以省略反铁磁性层54。
在TMR元件中，非磁性层52是隧道势垒层。在GMR元件中，非磁性层52是非磁性导电层。在TMR元件、GMR元件中，根据自由层51的磁化的方向相对于磁化固定层53的磁化的方向所成的角度而电阻值变化，在该角度为0°(相互的磁化方向平行)时电阻值最小，在180°(相互的磁化方向反向平行)时电阻值最大。
在图3～6中，磁检测元件R111～R124、R211～R224是TMR元件或GMR元件的情况下，由涂满箭头表示其磁化固定层53的磁化方向。第一磁传感器部31A的第1－1惠斯通电桥电路311A中，磁检测元件R111～R114的磁化固定层53的磁化方向与第一方向D1平行，磁检测元件R111、R114的磁化固定层53的磁化方向和磁检测元件R112、R113的磁化固定层53的磁化方向为相互反向平行方向。另外，第1－2惠斯通电桥电路312A中，磁检测元件R121～R124的磁化固定层53的磁化的方向与和第一方向D1正交的第二方向D2平行，磁检测元件R121、R124的磁化固定层53的磁化方向和磁检测元件Rl22、R123的磁化固定层53的磁化方向为相互反向平行。
第二磁传感器部31B的第2－1惠斯通电桥电路311B中，磁检测元件R211～R214的磁化固定层53的磁化方向与第一方向D1平行，磁检测元件R211、R214的磁化固定层53的磁化方向和磁检测元件R212、R213的磁化固定层53的磁化方向为相互反向平行方向。另外，第2－2惠斯通电桥电路312B中，磁检测元件R221～R224的磁化固定层53的磁化的方向与和第一方向D1正交的第二方向D2平行，磁检测元件R221、R224的磁化固定层53的磁化方向和磁检测元件R222、R223的磁化固定层53的磁化方向为相互反向平行。
第一磁传感器部31A及第二磁传感器部31B中，根据伴随着轴部4的旋转移动的磁场的方向的变化，输出端口E111、E112、E121、E122及输出端口E211、E212、E221、E222的电位差发生变化，输出作为表示磁场强度的信号的第1－1传感器信号S1-1、第1－2传感器信号S1－2、第2－1传感器信号S2-1及第2－2传感器信号S2－2。
差分检测器331A将与输出端口E111、E112的电位差对应的信号作为第1－1传感器信号S1－1输出到第一运算部32A及第二运算部32B。差分检测器332A将与输出端口E121、E122的电位差对应的信号作为第1－2传感器信号S1－2输出到第一运算部32A及第二运算部32B。差分检测器331B将与输出端口E211、E212的电位差对应的信号作为第2－1传感器信号S2-1输出到第一运算部32A及第二运算部32B。差分检测器332B将与输出端口E221、E222的电位差对应的信号作为第2－2传感器信号S2－2输出到第一运算部32A及第二运算部32B。
如图3及图4所示，第1－1惠斯通电桥电路311A中的磁检测元件R111～R114的磁化固定层53的磁化方向和第1－2惠斯通电桥电路312A中的磁检测元件R121～R124的磁化固定层53的磁化方向相互正交。该情况下，第1－1传感器信号S1－1的波形成为依赖于第一多极磁铁2A的旋转角度θ的余弦(Cosine)波形，第1－2传感器信号S1-2的波形成为依赖于第一多极磁铁2A的旋转角度θ的正弦(Sine)波形。即，第1－1传感器信号S1－1可以称为第一cos信号，第1－2传感器信号S1-2可以称为第一sin信号。
如图5及图6所示，第2－1惠斯通电桥电路311B中的磁检测元件R211～R214的磁化固定层53的磁化方向和第2－2惠斯通电桥电路312B中的磁检测元件R221～R224的磁化固定层53的磁化方向相互正交。该情况下，第2－1传感器信号S2－1的波形成为依赖于第二多极磁铁2B的旋转角度θ的余弦(Cosine)波形，第2－2传感器信号S2－2的波形成为依赖于第二多极磁铁2B的旋转角度θ的正弦(Sine)波形。即，第2－1传感器信号S2－1可以称为第二cos信号，第2－2传感器信号S2-2可以称为第二sin信号。此外，因为第一多极磁铁2A和第二多极磁铁2B的极数不同，从而第一cos信号和第二cos信号的频率互不相同，第一sin信号和第二sin信号的频率也互不相同。
第一交叉相乘运算部321A基于从第一磁传感器部31A输出的第一cos信号(Cosθ1)及第一sin信号(Sinθ1)和从第二磁传感器部31B输出的第二cos信号(Cosθ2)及第二sin信号(Sinθ2)进行第一交叉相乘运算处理。具体而言，第一交叉相乘运算部321A进行使用了包含第一sin信号(Sinθ1)及第二cos信号(Cosθ2)的第1－1信号组的加法处理(Sinθ1+Cosθ2)和使用了包含第一cos信号(Cosθ1)及第二sin信号(Sinθ2)的第1－2信号组的减法处理(Cosθ1－Sinθ2)。由此，得到图9所示的那样的振动波形。
第二交叉相乘运算部321B基于从第一磁传感器部31A输出的第一cos信号(Cosθ1)及第一sin信号(Sinθ1)和从第二磁传感器部31B输出的第二cos信号(Cosθ2)及第二sin信号(Sinθ2)进行第二交叉相乘运算处理。具体而言，第一交叉相乘运算部321A进行使用了包含第一sin信号(Sinθ1)及第二sin信号(Sinθ2)的第1－1信号组的加法处理(Sinθ1+Sinθ2)和使用了包含第一cos信号(Cosθ1)及第二cos信号(Cosθ2)的第1－2信号组的加法处理(Cosθ1+Cosθ2)。由此，得到图10所示的那样的振动波形。
第一利萨如曲线生成部322A基于具有由第一交叉相乘运算部321A的第一交叉相乘运算处理获得的振动波形(参照图9)的第一信号SA1生成第一利萨如曲线(图11参照)。第二利萨如曲线生成部322B基于具有由第二交叉相乘运算部321B的第二交叉相乘运算处理获得的振动波形(参照图10)的第二信号SA2生成第二利萨如曲线(图12参照)。这样，能够由第一利萨如曲线生成部322A及第二利萨如曲线生成部322B生成作为单周期的正弦波来表示的第一利萨如曲线(参照图11)和作为单周期的余弦波来表示的第二利萨如曲线(参照图12)。第一利萨如曲线和第二利萨如曲线只要是相互周期偏移了的曲线即可，其周期的偏移的程度没有限制，但如果实际上偏移π/2周期即可。
运算处理部3C基于通过由第一利萨如曲线生成部322A及第二利萨如曲线生成部322B生成的第一利萨如曲线(参照图11)表示的信号S1及通过第二利萨如曲线(参照图12)表示的信号S2进行运算处理，算出轴部4的旋转角度θ。由运算处理部3C算出的轴部4的旋转角度θ存储于运算处理部3C中包含的存储部(未图示)。运算处理部3C例如由微型计算机、ASlC(Application Specific lntegrated Circuit(专用集成电路))等构成。此外，运算处理部3C、第一运算部32A以及第二运算部32B也可以由一个微型计算机、ASIC(ApplicationSpecific lntegrated Circuit)等构成。轴部4的旋转角度θ例如可以通过下述式中表示的反正切计算算出。
θ＝atan(S1/S2)
此外，在360°的范围内上述式的旋转角度θ的解中具有相差180°的两个值。但是，通过信号S1、S2的正负的组合，能够判别旋转角度θ的真值为上述式中的两个解中的哪一个。即，信号S1为正的值时，旋转角度θ比0°大且比180°小。信号S1为负的值时，旋转角度θ比180°大且比360°小。信号S2为正的值时，旋转角度θ为0°以上且低于90°及比270°大且360°以下的范围内。信号S2为负的值时，旋转角度θ比90°大且比270°小。运算处理部3C通过上述式和信号S1、S2的正负的组合的判定在360°的范围内算出旋转角度θ。
在具有上述结构的旋转角度检测装置1中，当伴随着轴部4的旋转而第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B旋转时，第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B的磁场变化。根据该磁场的变化，第一磁传感器部31A及第二磁传感器部31B的磁检测元件R111～R124、R211～R224的电阻值发生变化，根据各个的输出端口E111、E112、E121、E122、E211、E212、E221、E222的电位差，输出第一cos信号(Cosθ1)及第一sin信号(Sinθ1)和第二cos信号(Cosθ2)及第二sin信号(Sinθ2)。于是，通过第一交叉相乘运算部321A及第二交叉相乘运算部321B分别进行第一交叉相乘运算处理及第二交叉相乘运算处理，且通过第一利萨如曲线生成部322A及第二利萨如曲线生成部322B分别生成以单周期的正弦波及余弦波表示的第一利萨如曲线及第二利萨如曲线。然后，通过运算处理部3C算出轴部4的旋转角度θ。
这样，根据本实施方式所涉及的旋转角度检测装置1，能够通过运算处理部3C的1次的反正切(atan)运算处理算出旋转角度θ，因此，无需增大运算处理电路的电路规模，能够减小旋转角度检测装置1中的消耗电力。另外，只要进行一次消耗大量的时钟数的反正切(atan)运算处理即可，因此，能够短时间地算出旋转角度θ。
接着，对使用了本实施方式所涉及的旋转角度检测装置的电动动力转向装置的结构进行说明。图13是使用了本实施方式所涉及的旋转角度检测装置的电动动力转向装置的概略结构图。
在电动动力转向(Electric Power-Assisted Steering)装置中，与方向盘501机械连结的转向轴503进行经由由齿轮等构成的连结部504而与轴部4连动的动作。轴部4是电动机100的旋转轴RA，在一方的端部设置有具备第一多极磁铁2A及第二多极磁铁2B和磁检测装置3(第一磁检测装置3A、第二磁检测装置3B及运算处理部3C)的旋转角度检测装置1。旋转角度检测装置1算出轴部4的旋转角度θ并发送到ECU411。ECU411根据来自设置于转向柱502内的扭矩传感器(未图示)的信号和关于来自旋转角度检测装置1的旋转角度θ的信号，算出适当的电动机驱动量，并将信号发送到电动机驱动部412。由此，电动机100经由轴部4而协助转向轴503的动作。
在作为电动动力转向装置的系统的角度原点(系统原点)设定系统，读出该状态下的轴部4的旋转角度θr0。具体而言，在将方向盘501设定于适当的位置的状态下，通过旋转角度检测装置1求出磁场角度θm，并将与系统原点对应的磁场角度θm0存储到电动动力转向装置的ECU411中。
在旋转角度检测装置1的设置时存在安装误差的情况下，通过将与系统原点对应的磁场角度θm0存储到ECU411，能够进行该误差的补偿。
电动动力转向装置等系统中所需的信息是作为系统的角度θsys、即方向盘501的旋转角度。根据本实施方式，能够根据由来自旋转角度检测装置1的输出信号得到的磁场角度θm，精确地得到作为系统的角度θsys。
以上说明的实施方式是为了容易理解本发明而记载的实施方式，不是为了限定本发明而记载的实施方式。因此，上述实施方式所公开的各要素是也包含属于本发明的技术范围的所有的设计变更或等同物的意思。

Claims (7)

1.一种运算处理装置，其特征在于，
是基于从第一磁传感器元件输出的第一输出信号和从第二磁传感器元件输出且信号频率与所述第一输出信号不同的第二输出信号而算出旋转角度的运算处理装置，
所述第一输出信号包含相位互不相同的两种信号，
所述第二输出信号包含相位互不相同的两种信号，
所述运算处理装置具备：
第一交叉相乘运算部，其基于所述第一输出信号所包含的一方的信号及所述第二输出信号所包含的一方的信号，进行第一交叉相乘运算；
第二交叉相乘运算部，其基于所述第一输出信号所包含的另一方的信号及所述第二输出信号所包含的另一方的信号，进行第二交叉相乘运算；
第一利萨如曲线生成部，其基于所述第一交叉相乘运算部的运算结果，生成第一利萨如曲线；
第二利萨如曲线生成部，其基于所述第二交叉相乘运算部的运算结果，生成第二利萨如曲线；以及
旋转角度运算部，其基于所述第一利萨如曲线及所述第二利萨如曲线，算出所述旋转角度。
2.根据权利要求1所述的运算处理装置，其特征在于，
所述第一输出信号包含第一正弦波信号及第一余弦波信号，
所述第二输出信号包含与所述第一正弦波信号不同的频率的第二正弦波信号及与所述第一余弦波信号不同的频率的第二余弦波信号，
所述第一交叉相乘运算部使用包含所述第一正弦波信号及所述第二余弦波信号的第1－1信号组和包含所述第二正弦波信号及所述第一余弦波信号的第1－2信号组的各个，进行作为所述第一交叉相乘运算的加减运算处理，
所述第二交叉相乘运算部使用包含所述第一正弦波信号及所述第二正弦波信号的第2－1信号组以及包含所述第一余弦波信号及所述第二余弦波信号的第2－2信号组的各个，进行作为所述第二交叉相乘运算的加法处理。
3.根据权利要求2所述的运算处理装置，其特征在于，
所述第一交叉相乘运算部将使用了所述第1－1信号组的加法处理和使用了所述第1－2信号组的减法处理作为所述第一交叉相乘运算来进行。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的运算处理装置，其特征在于，
所述第一利萨如曲线和所述第二利萨如曲线相互实际上偏移π/2周期。
5.一种角度传感器，其特征在于，
具备：
第一磁场产生部及第二磁场产生部，与旋转体一体地旋转；
磁传感器部，具有所述第一磁传感器元件及所述第二磁传感器元件；以及
权利要求1～3中任一项所述的运算处理装置，
所述第一磁场产生部和所述第二磁场产生部是极数互不相同的磁铁，
所述第一磁传感器元件根据从所述第一磁场产生部产生的磁场而输出所述第一输出信号，
所述第二磁传感器元件根据从所述第二磁场产生部产生的磁场而输出所述第二输出信号。
6.根据权利要求5所述的角度传感器，其特征在于，
所述第一磁传感器元件及所述第二磁传感器元件分别为TMR元件、GMR元件、AMR元件或霍尔元件。
7.一种转向装置，其特征在于，
具备：
动力产生部，其对转向的操纵机构赋予动力而辅助所述转向的操纵力；
权利要求5所述的角度传感器，其检测所述转向的旋转角度；以及
控制部，其根据由所述角度传感器检测的所述旋转角度而驱动所述动力产生部。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112577531A (zh) * 2020-11-05 2021-03-30 北京麦格纳材科技有限公司 一种磁传感器芯片抗电磁干扰结构及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019201676A1 (de) * 2019-02-08 2020-08-13 Zf Friedrichshafen Ag Anordnung Bestimmen eines Drehwinkels und elektrische Maschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000258188A (ja) * 1999-03-05 2000-09-22 Mitsutoyo Corp 絶対変位測定装置
WO2006109060A1 (en) * 2005-04-14 2006-10-19 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and systems for estimating density of a material in a mixing process
CN204068930U (zh) * 2014-07-30 2014-12-31 佛山科学技术学院 一种锁相环
CN106897645A (zh) * 2016-12-28 2017-06-27 深圳天珑无线科技有限公司 一种移动设备

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0658766A (ja) * 1992-08-05 1994-03-04 Hitachi Ltd 絶対位置検出装置およびモ−タ制御装置
JP2001183169A (ja) 1999-12-24 2001-07-06 Oriental Motor Co Ltd 位置検出装置
JP4428781B2 (ja) * 1999-12-28 2010-03-10 キヤノン株式会社 光学式ロータリエンコーダ及びモータ制御装置
JP4481137B2 (ja) * 2003-11-13 2010-06-16 アスモ株式会社 モータ、回転制御装置、及び回転検出回路
DE102004001570B4 (de) 2004-01-10 2015-10-01 AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG Messverfahren sowie Messvorrichtung zum Durchführen des Messverfahrens
JP2005326309A (ja) 2004-05-14 2005-11-24 Hitachi Cable Ltd 操舵情報検出装置及びパワーステアリング装置
JP4252555B2 (ja) * 2005-04-25 2009-04-08 アルプス電気株式会社 傾斜センサおよびこれを用いた方位計測装置
JP4769231B2 (ja) * 2007-06-18 2011-09-07 本田技研工業株式会社 電動パワーステアリング装置
US8085036B2 (en) * 2009-01-14 2011-12-27 Infineon Technologies Ag Sensor including two code rings and a magnetic field sensor between the code rings
JP5126325B2 (ja) * 2009-10-09 2013-01-23 株式会社デンソー 回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
JP5096442B2 (ja) 2009-11-17 2012-12-12 株式会社日立製作所 回転角計測装置，モータシステム及び電動パワーステアリング・システム
JP6003372B2 (ja) * 2012-08-07 2016-10-05 富士通株式会社 光学式ロータリーエンコーダ及びその補正方法
JP6455111B2 (ja) 2014-12-05 2019-01-23 株式会社ジェイテクト 回転角検出装置
JP6679927B2 (ja) * 2015-12-25 2020-04-15 株式会社Ｊｖｃケンウッド オフセット値補正装置およびオフセット値補正方法
TWI601939B (zh) 2016-03-04 2017-10-11 國立清華大學 絕對位置偵測裝置及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000258188A (ja) * 1999-03-05 2000-09-22 Mitsutoyo Corp 絶対変位測定装置
WO2006109060A1 (en) * 2005-04-14 2006-10-19 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and systems for estimating density of a material in a mixing process
CN204068930U (zh) * 2014-07-30 2014-12-31 佛山科学技术学院 一种锁相环
CN106897645A (zh) * 2016-12-28 2017-06-27 深圳天珑无线科技有限公司 一种移动设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张建民: "高速高精度角度编码器", 《无线电通信技术》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112577531A (zh) * 2020-11-05 2021-03-30 北京麦格纳材科技有限公司 一种磁传感器芯片抗电磁干扰结构及其制备方法

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Publication number Publication date
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