JP2005300216A - 回転角検出装置および回転角検出装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 360度の範囲の回転角度を測定し測定誤差の少ない回転角検出装置を提供する。360度の範囲の回転角度を測定し小型な回転角検出装置を提供する。
【解決手段】 永久磁石2は回転軸3に取り付けられ主磁界MFを発生する。コイル5は磁気抵抗素子11から14、21から24の感度方向に沿って巻かれた八角形の渦巻状であり補助磁界SFを発生する。主磁界MFは回転軸3の回転にともなって補助磁界SFに対して回転する。第一磁気抵抗センサ10と第二磁気抵抗センサ20とは、互いに45度の位相差の電気信号を出力するように配置されている。コイル5の直線部61から68はそれぞれ磁気抵抗素子11から14、21から24上に位置する。制御部30はコイル駆動部38を制御して所定のタイミングで補助磁界SFを発生させ、センサ駆動部40を制御して第一磁気抵抗センサ10の感度方向D1および第二磁気抵抗センサ20の感度方向D2を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】 永久磁石2は回転軸3に取り付けられ主磁界MFを発生する。コイル5は磁気抵抗素子11から14、21から24の感度方向に沿って巻かれた八角形の渦巻状であり補助磁界SFを発生する。主磁界MFは回転軸3の回転にともなって補助磁界SFに対して回転する。第一磁気抵抗センサ10と第二磁気抵抗センサ20とは、互いに45度の位相差の電気信号を出力するように配置されている。コイル5の直線部61から68はそれぞれ磁気抵抗素子11から14、21から24上に位置する。制御部30はコイル駆動部38を制御して所定のタイミングで補助磁界SFを発生させ、センサ駆動部40を制御して第一磁気抵抗センサ10の感度方向D1および第二磁気抵抗センサ20の感度方向D2を制御する。
【選択図】 図1
Description
本発明は回転角検出装置および回転角検出装置の製造方法に関する。
従来、測定対象の回転軸に配置される磁石と、磁石の磁界(主磁界)に応じた電気信号を出力する2つの磁気抵抗センサと、2つの磁気抵抗センサの出力から測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備える回転角検出装置が知られている。しかし、磁気抵抗センサを用いた回転角検出装置は主磁界の向きを判別することができないため、その測定範囲は最大で180度までに限られていた。
特許文献1には、磁気抵抗センサとしての磁気抵抗素子を有するブリッジ回路と補助磁界を発生する螺旋形のコイルとを備え、補助磁界を排除している状態でブリッジ回路から出力される電気信号と補助磁界を発生させている状態でブリッジ回路から出力される電気信号とに基づいて主磁界の向きを判別することにより、180度以上の回転角度を測定することができる回転角検出装置が開示されている。
特許文献2には、主磁界の向きを判別する測定素子を設けて、180度以上の回転角度を測定することができる回転角検出装置が開示されている。
特許文献2には、主磁界の向きを判別する測定素子を設けて、180度以上の回転角度を測定することができる回転角検出装置が開示されている。
しかし、特許文献1には、螺旋形のコイルにより発生する補助磁界の方向と磁気抵抗素子の感度方向との具体的な関係が開示されていない。螺旋形のコイルを磁気抵抗素子の上に単に配置しただけでは、磁気抵抗素子の部位によって補助磁界の方向が異なってしまい、補助磁界を排除している状態と補助磁界を発生させている状態とで磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化しない。したがって、特許文献1に記載の回転角検出装置では、ブリッジ回路の出力は補助磁界を排除している状態と補助磁界を発生させている状態とで大きく変化しないため、測定誤差が大きいという問題がある。また、後述するように実際には回転角度によって主磁界と補助磁界の相互関係が大きく変化する。従って、磁気抵抗素子によって得られた信号に対して、適正な信号処理をしなければ特定が困難な角度領域が発生してしまうが、特許文献1にはその信号処理の方法についても開示されていない。
また、特許文献2に記載の回転角検出装置では、主磁界の向きを判別する測定素子が必要なため、回転角検出装置が大型化するという問題がある。
また、特許文献2に記載の回転角検出装置では、主磁界の向きを判別する測定素子が必要なため、回転角検出装置が大型化するという問題がある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、本発明の第一の目的は、360度の範囲の回転角度を測定し、測定誤差の少ない回転角検出装置を提供することであり、本発明の第二の目的は、360度の範囲の回転角度を測定し、小型な回転角検出装置を提供することである。
請求項1から26に記載の発明によれば、補助磁界を排除した主磁界だけの状態で動作する第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する位相差を有する電気信号から、180度の回転角度範囲内において測定対象の回転角度の候補を選定できる。
この選定した回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定するためには、測定対象の方向、つまり主磁界の向きが分かればよい。
この選定した回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定するためには、測定対象の方向、つまり主磁界の向きが分かればよい。
請求項1から9、19に記載の発明によれば、補助磁界の方向は第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサに対して放射状である。つまり第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの各磁気抵抗素子における補助磁界の方向はそれぞれ異なる。また、主磁界の方向は単一である。そのため、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態では、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの各磁気抵抗素子における補助磁界と主磁界により形成される合成磁界の方向の主磁界の方向に対する位相差は、主磁界の方向に応じてそれぞれ異なる変化をする。したがって、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサは、主磁界の方向に応じて変化する電気信号を出力する。制御手段がこれらの電気信号を評価することにより、主磁界の向きを判別することができる。したがって、360度の範囲において選定した回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定することができる。
請求項1から3に記載の発明によれば、補助磁界の方向は、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の配置位置においてほぼ平行なので、補助磁界の方向は磁気抵抗素子のすべての部位でほぼ同じである。そのため、補助磁界を排除した状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで、各磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化する。つまり第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号は、補助磁界を排除した主磁界だけの状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで大きく変化する。したがって、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項2に記載の発明によれば、補助磁界発生手段は多角形の環状または渦巻状に巻かれているコイルであることを特徴とする。補助磁界発生手段を簡単な回路で実現できるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項3に記載の発明によれば、コイルは第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向と直線部とがほぼ平行になるように巻かれるので、補助磁界の方向と第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向とが直交する。そのため、補助磁界を排除した状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで、各磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化する。したがって、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項3に記載の発明によれば、コイルは第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向と直線部とがほぼ平行になるように巻かれるので、補助磁界の方向と第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向とが直交する。そのため、補助磁界を排除した状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで、各磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化する。したがって、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項4に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子はそれぞれ同心円状に配置されるので、磁気抵抗素子をコンパクトに配置できる。そのため、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを小型化できる。しかしながら、第一ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子と第二ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子とは点対称状に配置されるため、第一ブリッジ回路と第二ブリッジ回路とに同様の補助磁界を作用させると、回路と第二ブリッジ回路とは互いに相関する電気信号を出力する。また、第三ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子と第四ブリッジ回路を構成する磁気抵抗素子とは点対称状に配置されるため、第三ブリッジ回路と第四ブリッジ回路とは互いに相関する電気信号を出力する。そのため主磁界の向きを判別する処理において、第一ブリッジ回路または第二ブリッジ回路のいずれか一方の回路が出力する電気信号と、第三ブリッジ回路または第四ブリッジ回路のいずれか一方の回路が出力する電気信号とを効果的に利用することができない。
第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が出力する電気信号が主磁界の方向に応じてそれぞれ異なる変化をし、主磁界の向きを判別する処理においてそれらの電気信号を利用できれば、主磁界の向きを正確に判別できる。
第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が出力する電気信号が主磁界の方向に応じてそれぞれ異なる変化をし、主磁界の向きを判別する処理においてそれらの電気信号を利用できれば、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項4に記載の発明によれば、補助磁界を発生するコイルは、第一ブリッジ回路に作用する補助磁界を形成する部分の形状と第二ブリッジ回路に作用する補助磁界を形成する部分の形状とが異なり、第三ブリッジ回路に作用する補助磁界を形成する部分の形状と第四ブリッジ回路に作用する補助磁界を形成する部分の形状とが異なる。そのため、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態では、第一ブリッジ回路および第二ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をし、第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をする。つまり、主磁界の向きを判別する処理において、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が出力する電気信号を利用できるため、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項5に記載の発明によれば、コイルの形状が同心の環状または渦巻状のため、コイルをコンパクトに形成することができる。しかしながら、このような形状のコイルが発生する放射状の補助磁界を点対称状に配置された磁気抵抗素子からなる磁気抵抗センサに対して作用させると、第一ブリッジ回路と第二ブリッジ回路とは互いに相関する電気信号を出力し、第三ブリッジ回路と第四ブリッジ回路とは互いに相関する電気信号を出力する。
請求項5に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は、それぞれ非点対称に配置されているため、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態では、第一ブリッジ回路と第二ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をし、第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をする。つまり、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が出力する電気信号が主磁界の方向に応じてそれぞれ異なる変化をし、主磁界の向きを判別する処理においてそれらの電気信号を利用できるため、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項5に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は、それぞれ非点対称に配置されているため、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態では、第一ブリッジ回路と第二ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をし、第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路が出力する電気信号は互いに異なる変化をする。つまり、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が出力する電気信号が主磁界の方向に応じてそれぞれ異なる変化をし、主磁界の向きを判別する処理においてそれらの電気信号を利用できるため、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項6のようにすることにより、測定対象の回転角度の候補を選定する処理で選定した回転角度の候補に基づいて、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、第四ブリッジ回路のいずれかの回路を選択することができるため、選択した回路が出力する電気信号だけを読み取れば、主磁界の向きを判別できる。したがって、測定対象の回転角度を高速に特定することができる。
請求項7に記載の発明によれば、主磁界の向きの判別に回転角度の候補を使用しないので、測定対象の回転角度の候補を選定する処理が完了する前に補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別するための電気信号を読み取ることができる。また、補助磁界発生開始から補助磁界が安定するまでの期間は、測定対象の回転角度の候補を選定する処理を実行することができる。
請求項8のようにすることにより、異なる方法で選択した第一選択回路と第二選択回路とを比較して、回転角検出装置の異常を認識できる。
請求項7に記載の発明によれば、主磁界の向きの判別に回転角度の候補を使用しないので、測定対象の回転角度の候補を選定する処理が完了する前に補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別するための電気信号を読み取ることができる。また、補助磁界発生開始から補助磁界が安定するまでの期間は、測定対象の回転角度の候補を選定する処理を実行することができる。
請求項8のようにすることにより、異なる方法で選択した第一選択回路と第二選択回路とを比較して、回転角検出装置の異常を認識できる。
請求項9のようにすることにより、補助磁界によって生じた信号の変化量だけを直接取出すことができる。そのため、第一ブリッジ回路、第二ブリッジ回路、第三ブリッジ回路、および第四ブリッジ回路が補助磁界を排除した主磁界だけの状態下で出力する電気信号を用いなくても、主磁界の向きを判別できる。つまり、主磁界の向きを判別する処理を簡素化できる。
請求項10から19に記載の発明によれば、補助磁界を発生させた状態で第一磁気抵抗センサまたは第二磁気抵抗センサから出力される電気信号に基づいて主磁界の向きを判別するため、360度の範囲で測定対象の回転角度を特定できる。
請求項10から14に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサの感度方向を第一角度または第二角度に変更した状態、ならびに第二磁気抵抗センサの感度方向を第三角度または第四角度に変更した状態で出力される電気信号に基づいて主磁界の向きを判別するため、第一磁気抵抗センサの感度方向を第一角度または第二角度のいずれか一方に固定した状態で出力される電気信号と、第二磁気抵抗センサの感度方向を第三角度または第四角度のいずれか一方に固定した状態で出力される電気信号とに基づいて主磁界の向きを判別するときと比較して、広い角度範囲において主磁界の向きを判別できる。したがって、回転角検出装置の測定誤差を少なくできる。
請求項11に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの感度方向を、電源電圧を印加する端子を変更するだけで制御できる。したがって、制御手段を小型化できる。
請求項11に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの感度方向を、電源電圧を印加する端子を変更するだけで制御できる。したがって、制御手段を小型化できる。
請求項12に記載の発明によれば、感度方向をすべての角度に変更してそれぞれの状態で電気信号を実際に読み取ることなく、選択された角度に変更した第一磁気抵抗センサまたは第二磁気抵抗センサが出力する電気信号だけを読み取れば、高速に主磁界の向きを判別できる。
請求項13に記載の発明によれば、主磁界の向きの判別に回転角度の候補を使用しないので、測定対象の回転角度の候補を選定する処理が完了する前に補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別するための電気信号を読み取ることができ、高速に処理できる。また、補助磁界発生開始から補助磁界が安定するまでの期間も利用して、測定対象の回転角度の候補を選定する処理を実行することができる。
請求項14のようにすることにより、異なる方法で選択した第一選択角度と第二選択角度とを比較して、回転角検出装置の異常を認識できる。
請求項13に記載の発明によれば、主磁界の向きの判別に回転角度の候補を使用しないので、測定対象の回転角度の候補を選定する処理が完了する前に補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別するための電気信号を読み取ることができ、高速に処理できる。また、補助磁界発生開始から補助磁界が安定するまでの期間も利用して、測定対象の回転角度の候補を選定する処理を実行することができる。
請求項14のようにすることにより、異なる方法で選択した第一選択角度と第二選択角度とを比較して、回転角検出装置の異常を認識できる。
請求項15および16に記載の発明は、高速に回転角度を特定する回転角検出装置を提供することを目的とする。請求項15および16に記載の発明によれば、測定対象の回転角度の候補を選択する処理の間に補助磁界を発生させ、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成しているときの第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取る。そのため、補助磁界の発生開始から補助磁界が安定するまでの期間は、回転角度の候補を選定する処理を実行できる。また、回転角度の候補が選択された後に補助磁界を発生させて第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取る必要がない。したがって、回転角度の測定時間を短縮できる。
請求項16に記載の発明によれば、対象物の回転角度の候補を選択する処理の間に、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成しているときの第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取る処理を複数回実行し、読み取った複数の電気信号に基づいて主磁界の向きを複数回判別する。そのため、主磁界の向きを判別する処理における誤差を少なくできる。
請求項16に記載の発明によれば、対象物の回転角度の候補を選択する処理の間に、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成しているときの第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取る処理を複数回実行し、読み取った複数の電気信号に基づいて主磁界の向きを複数回判別する。そのため、主磁界の向きを判別する処理における誤差を少なくできる。
請求項17および18に記載の発明によれば、第一方向の補助磁界を発生させた状態と第二方向の補助磁界を発生させた状態とに第一磁気抵抗センサまたは第二磁気抵抗センサが出力する電気信号のレベルの差に基づいて主磁界の向きを判別する。このレベル差は、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態と補助磁界を排除した主磁界だけの状態とに第一磁気抵抗センサまたは第二磁気抵抗センサが出力する電気信号のレベル差と比較して、大きい。そのため、主磁界の向きを判別する処理における誤差を少なくできる。
請求項18に記載の発明によれば、コイルに供給する電流の方向を制御することにより、発生する補助磁界の方向を制御できる。コイルに供給する電流の方向の制御する機能は簡単な回路で実現できるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項18に記載の発明によれば、コイルに供給する電流の方向を制御することにより、発生する補助磁界の方向を制御できる。コイルに供給する電流の方向の制御する機能は簡単な回路で実現できるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項20に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサと第二磁気抵抗センサとは、出力する電気信号が互いに45度の位相差を有するように配置されているので、補助磁界を排除した主磁界だけの状態における第一磁気抵抗センサと第二磁気抵抗センサの出力はそれぞれ回転角度に対して倍角の正弦波と余弦波の関係になる。したがって、制御手段は逆正接演算により簡単に回転角度の候補を選定することができる。
請求項21に記載の発明によれば、第一ブリッジ回路と第三ブリッジ回路とは、出力する電気信号が互いに45度の位相差を有するように配置され、第二ブリッジ回路と第四ブリッジ回路とは、出力する電気信号が互いに45度の位相差を有するように配置されている。そのため、補助磁界を排除した主磁界だけの状態における第一ブリッジ回路と第三ブリッジ回路の出力はそれぞれ回転角度に対して倍角の正弦波と余弦波の関係になり、第二ブリッジ回路と第四ブリッジ回路の出力はそれぞれ回転角度に対して倍角の正弦波と余弦波の関係になる。したがって、制御手段は逆正接演算により簡単に回転角度の候補を選定することができる。
請求項22に記載の発明によれば、補助磁界の方向は、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の配置位置においてほぼ平行である。そのため、補助磁界を排除した主磁界だけの状態と補助磁界が主磁界と合成磁界を形成している状態とで、各磁気抵抗素子の抵抗値は大きく変化する。したがって、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサが出力する電気信号は、主磁界の方向に応じて大きく変化する。そのため、主磁界の向きを正確に判別できる。
請求項23のようにすることにより、コイルを薄く形成することができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項24に記載の発明によれば、コイルは複数層に形成されることを特徴とする。単層に形成するよりも同一の実装面積でも、コイルの巻線数を増やすことができる。つまり、強い補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別できるため、主磁界の向きを判別する処理における誤差を少なくできる。
請求項23のようにすることにより、コイルを薄く形成することができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項24に記載の発明によれば、コイルは複数層に形成されることを特徴とする。単層に形成するよりも同一の実装面積でも、コイルの巻線数を増やすことができる。つまり、強い補助磁界を発生させて主磁界の向きを判別できるため、主磁界の向きを判別する処理における誤差を少なくできる。
請求項25および26に記載の発明は、異常状態を認識する回転角検出装置を提供することを目的とする。
請求項25のようにすることにより、「主磁界の向きが判別不可能な状態」を認識することができるため、それに対応する所定の処理を実行できる。例えば、制御手段は360度の回転角度範囲における測定が不能であることを表す警告信号を出力したり、警告信号を出力したうえで180度までの回転角度範囲の測定結果を出力したりすることができる。
請求項26のようにすることにより、測定した測定対象の回転角度の急激な変化を認識できるため、それに対応する所定の処理を実行できる。例えば、測定した回転角度が誤っている可能性が高いことを表す警告信号を出力したり、測定可能な分解能を超えていることを表す警告信号を出力したりすることができる。
請求項25のようにすることにより、「主磁界の向きが判別不可能な状態」を認識することができるため、それに対応する所定の処理を実行できる。例えば、制御手段は360度の回転角度範囲における測定が不能であることを表す警告信号を出力したり、警告信号を出力したうえで180度までの回転角度範囲の測定結果を出力したりすることができる。
請求項26のようにすることにより、測定した測定対象の回転角度の急激な変化を認識できるため、それに対応する所定の処理を実行できる。例えば、測定した回転角度が誤っている可能性が高いことを表す警告信号を出力したり、測定可能な分解能を超えていることを表す警告信号を出力したりすることができる。
請求項27から31に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は平滑面に形成されるので、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの感度方向は同一平面上に揃う。そのため、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサは、補助磁界と主磁界とにより形成される合成磁界または主磁界に応じて適正な電気信号を出力する。したがって、回転角検出装置の測定誤差を少なくできる。
請求項28に記載の発明によれば、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子を埋没させる絶縁層にコイルを形成する。第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子とコイルとを半導体の積層技術により形成することができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項29のようにすることにより、磁気抵抗素子に強い補助磁界を影響させることができる。そのため、補助磁界と主磁界とにより形成される合成磁界の方向の主磁界の方向に対する位相差を大きくできる。したがって、主磁界の向きを判別する処理における測定誤差を少なくできる。またコイルの巻線数を減らすことができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項29のようにすることにより、磁気抵抗素子に強い補助磁界を影響させることができる。そのため、補助磁界と主磁界とにより形成される合成磁界の方向の主磁界の方向に対する位相差を大きくできる。したがって、主磁界の向きを判別する処理における測定誤差を少なくできる。またコイルの巻線数を減らすことができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項30に記載の発明によれば、第二層に形成されたコイルを被覆する第一層に第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子を形成する。第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子とコイルとを半導体の積層技術により形成することができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項31のようにすることにより、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子に強い補助磁界を影響させることができる。そのため、補助磁界と主磁界とにより形成される合成磁界の方向の主磁界の方向に対する位相差を大きくできる。したがって、主磁界の向きを判別する処理における測定誤差を少なくできる。またコイルの巻線数を減らすことができるため、回転角検出装置を小型化できる。
請求項31のようにすることにより、第一磁気抵抗センサおよび第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子に強い補助磁界を影響させることができる。そのため、補助磁界と主磁界とにより形成される合成磁界の方向の主磁界の方向に対する位相差を大きくできる。したがって、主磁界の向きを判別する処理における測定誤差を少なくできる。またコイルの巻線数を減らすことができるため、回転角検出装置を小型化できる。
以下、本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
(回転角検出装置の第一実施形態)
図1は本発明の回転角検出装置の第一実施形態による回転角検出装置1を示す模式図である。
主磁界発生手段としての永久磁石2は、ステアリングホイール等の測定対象の回転軸4に取り付けられ、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の近傍に主磁界MFを発生させる。そのため、主磁界MFの方向は測定対象の回転角度に応じて変化する。
(回転角検出装置の第一実施形態)
図1は本発明の回転角検出装置の第一実施形態による回転角検出装置1を示す模式図である。
主磁界発生手段としての永久磁石2は、ステアリングホイール等の測定対象の回転軸4に取り付けられ、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の近傍に主磁界MFを発生させる。そのため、主磁界MFの方向は測定対象の回転角度に応じて変化する。
補助磁界発生手段としてのコイル6は渦巻状である。コイル6に電流が供給されると、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の近傍に放射状の補助磁界SFが発生し、主磁界MFと補助磁界SFとの合成磁界CFを形成する(図5参照)。
第一磁気抵抗センサ10は、磁気抵抗素子11から14からなるフルブリッジ回路であり、第二磁気抵抗センサ20は、磁気抵抗素子21から24からなるフルブリッジ回路である。第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20は、それぞれ主磁界MFと補助磁界SFとの合成磁界CFまたは主磁界MFに応じた電気信号を出力する(図6参照)。以下、主磁界MFと補助磁界SFとの合成磁界CFまたは主磁界MFを外部磁界という。磁気抵抗素子は所定方向の外部磁界に対して抵抗値が最大になる。この方向を磁気抵抗素子の感度方向という。また磁気抵抗センサは所定方向の外部磁界に対して最大レベルの電気信号を出力する。この方向を磁気抵抗センサの正の感度方向という。
第一磁気抵抗センサ10は、磁気抵抗素子11から14からなるフルブリッジ回路であり、第二磁気抵抗センサ20は、磁気抵抗素子21から24からなるフルブリッジ回路である。第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20は、それぞれ主磁界MFと補助磁界SFとの合成磁界CFまたは主磁界MFに応じた電気信号を出力する(図6参照)。以下、主磁界MFと補助磁界SFとの合成磁界CFまたは主磁界MFを外部磁界という。磁気抵抗素子は所定方向の外部磁界に対して抵抗値が最大になる。この方向を磁気抵抗素子の感度方向という。また磁気抵抗センサは所定方向の外部磁界に対して最大レベルの電気信号を出力する。この方向を磁気抵抗センサの正の感度方向という。
制御手段としての制御部30は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号に基づいて測定対象の回転角度を特定する。制御部30は、CPU32、ROM34、RAM36等を有する。CPU32は、ROM34に記憶されているプログラムに基づき所定の演算、各部の制御等の処理を実行する。
制御手段としてのコイル駆動部38は、制御部30の制御によりコイル6への電流を供給したり、電流の供給を停止したりする。これにより補助磁界SFを排除した状態と補助磁界を発生させた状態とに回転角検出装置1を制御することができる。
制御手段としてのセンサ駆動部40は、制御部30に制御され、所定のタイミングで第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20に対して電源を供給する。センサ駆動部40は、制御部30の制御により第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の電源電圧を印加する端子を切替える。これにより、第一磁気抵抗センサ10の正の感度方向D1および第二磁気抵抗センサ20の正の感度方向D2を制御できる。詳細については後述する。
制御手段としてのセンサ駆動部40は、制御部30に制御され、所定のタイミングで第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20に対して電源を供給する。センサ駆動部40は、制御部30の制御により第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の電源電圧を印加する端子を切替える。これにより、第一磁気抵抗センサ10の正の感度方向D1および第二磁気抵抗センサ20の正の感度方向D2を制御できる。詳細については後述する。
図2は第一磁気抵抗センサ10と第二磁気抵抗センサ20との配置を表す模式図である。
第一磁気抵抗センサ10の磁気抵抗素子11から14は、測定対象の回転軸4の軸線5を中心とする円上に、それぞれ90度だけ回転した位置に配置される。また、磁気抵抗素子11から14は、各磁気抵抗素子の配置位置における径方向とその磁気抵抗素子の感度方向(D11からD14、D21からD24)とがなす角度が90度になるように配置される。
第一磁気抵抗センサ10の磁気抵抗素子11から14は、測定対象の回転軸4の軸線5を中心とする円上に、それぞれ90度だけ回転した位置に配置される。また、磁気抵抗素子11から14は、各磁気抵抗素子の配置位置における径方向とその磁気抵抗素子の感度方向(D11からD14、D21からD24)とがなす角度が90度になるように配置される。
第二磁気抵抗センサ20の磁気抵抗素子21から24は、第一磁気抵抗センサ10の磁気抵抗素子11から14と同様に配置される。
さらに第一磁気抵抗センサ10と第二磁気抵抗センサ20とは、互いに45度の位相差を有する電気信号を出力するように配置される。したがって、第一磁気抵抗センサ10の磁気抵抗素子11から14と第二磁気抵抗センサ20の磁気抵抗素子21から24とは、測定対象の回転軸4の軸線5を中心とする同心円上に交互に45度だけ回転した位置に配置される。
さらに第一磁気抵抗センサ10と第二磁気抵抗センサ20とは、互いに45度の位相差を有する電気信号を出力するように配置される。したがって、第一磁気抵抗センサ10の磁気抵抗素子11から14と第二磁気抵抗センサ20の磁気抵抗素子21から24とは、測定対象の回転軸4の軸線5を中心とする同心円上に交互に45度だけ回転した位置に配置される。
図3(A)は、補助磁界SFを排除した状態における第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を表すグラフである。グラフ120は、第一磁気抵抗センサ10の端子17から出力される電気信号110と、端子18から出力される電気信号111とのレベル差108を表し、グラフ121は第二磁気抵抗センサ20の端子27から出力される電気信号210と、端子28から出力される電気信号211とのレベル差109を表す。
レベル差108は、主磁界MFの方向に対して倍角の正弦波形である。第二磁気抵抗センサ20は第一磁気抵抗センサに対して45度の位相差を有するため、レベル差109は測定対象の回転角度に対して倍角の余弦波形となる。
ここで、電気信号110(V17)は次式(1)で表され、電気信号111(V18)は次式(2)で表される。Vddは第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の電源電圧である。αは磁気抵抗素子の抵抗変化率である。θは主磁界MFの方向である(図2参照)。また磁気抵抗素子11から14はすべて同一特性の磁気抵抗素子とする。
ここで、電気信号110(V17)は次式(1)で表され、電気信号111(V18)は次式(2)で表される。Vddは第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の電源電圧である。αは磁気抵抗素子の抵抗変化率である。θは主磁界MFの方向である(図2参照)。また磁気抵抗素子11から14はすべて同一特性の磁気抵抗素子とする。
V17=Vdd・{1+(1+sin2θ)・α/2}/(2+α)・・・(1)
V18=Vdd・{1+(1−sin2θ)・α/2}/(2+α)・・・(2)
レベル差108は次式(3)で表され、45度の位相差を有する第二磁気抵抗センサ20のレベル差109(V27―V28)は次式(4)で表される。
V18=Vdd・{1+(1−sin2θ)・α/2}/(2+α)・・・(2)
レベル差108は次式(3)で表され、45度の位相差を有する第二磁気抵抗センサ20のレベル差109(V27―V28)は次式(4)で表される。
V17―V18=Vdd・αsin2θ/(2+α) ・・・(3)
V27―V28=Vdd・αcos2θ/(2+α) ・・・(4)
そのため、制御部30が電気信号110および210に基づいて逆正接演算を行うことにより、回転角度の候補としての2つの回転角度(例えば90度と270度)を容易に選定することができる(図3(B)グラフ122参照)。
V27―V28=Vdd・αcos2θ/(2+α) ・・・(4)
そのため、制御部30が電気信号110および210に基づいて逆正接演算を行うことにより、回転角度の候補としての2つの回転角度(例えば90度と270度)を容易に選定することができる(図3(B)グラフ122参照)。
しかしレベル差108およびレベル差109は、測定対象の回転角度に対して倍角の特性を有するため、主磁界MFの向きを判別できず、360度の回転角度を検出できない。
図4はコイル6の形状と第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20との関係を表す模式図である。
図4はコイル6の形状と第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20との関係を表す模式図である。
コイル6は、測定対象の回転軸4の軸線5を中心に渦巻状に巻かれている(図4(A)参照)。コイル6は、直線部61から64がそれぞれ第一磁気抵抗センサ10の磁気抵抗素子11から14の感度方向(D11からD14)と平行になるように巻かれ、直線部65から68がそれぞれ第二磁気抵抗センサ20の磁気抵抗素子21から24の感度方向(D21からD24)と平行になるように巻かれる(図4(C)参照)。したがって、コイル6は八角形の渦巻状である。そのため、矢印70の向きに電流を供給したときのコイル6が発生する補助磁界SFは、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20に対して放射状であり、各磁気抵抗素子の配置位置において平行である。
図5は、補助磁界SFを発生させた状態における主磁界MFと合成磁界CFとの関係を表す模式図である。角度φ1は、磁気抵抗素子11における主磁界MFの方向と磁気抵抗素子11の感度方向D11とがなす角度であり、位相差Δφ1は、磁気抵抗素子11における合成磁界CFの方向の主磁界MFの方向に対する位相差である。同様に角度φ2からφ4は、それぞれ磁気抵抗素子12から14における主磁界MFの方向とその磁気抵抗素子の感度方向とがなす角度であり、位相差Δφ2からΔφ4は、それぞれ磁気抵抗素子12から14における合成磁界CFの方向の主磁界MFの方向に対する位相差である。
補助磁界SFの方向は第一磁気抵抗センサ10に対して放射状のため、第一磁気抵抗センサ10の磁気抵抗素子11から14における補助磁界SFの方向とその磁気抵抗素子の感度方向とがなす角度は、すべて同じ(90度)である。また主磁界MFの方向は単一方向のため、角度φ1、φ2、φ3、およびφ4は90度ずつの位相差を有する。そのため位相差Δφ1、Δφ2、Δφ3、およびΔφ4は、それぞれ主磁界MFの方向に応じて異なる変化をする(図6(A)参照)。例えば主磁界MFの方向が90度のとき、位相差Δφ1およびΔφ2はともに位相が遅れる方向である(図5(A)参照)。主磁界MFの向きが逆向きの270度のとき、位相差Δφ1およびΔφ2はともに位相が進む方向である(図5(B)参照)。つまり補助磁界SFを発生させた状態で第一磁気抵抗センサ10が端子17から出力する電気信号112は、主磁界MFの方向が90度のとき、補助磁界SFを排除した状態で出力される電気信号110に対して位相が遅れ、主磁界MFの向きが逆向きの270度のとき位相が進む。
図6(B)は、補助磁界SFを排除した状態で第一磁気抵抗センサ10が端子17から出力する電気信号110を示すグラフ123と、補助磁界SFを発生させた状態で端子17から出力される電気信号112を示すグラフ124とを重ねたグラフである。
図7(A)は、電気信号110の電気信号112とのレベル差100を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ302と180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ303を重ねたグラフである。
主磁界MFの方向が0度(または180度)、45度(または215度)、および135度(または315度)のときを除き、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差100と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差100とは異なる。そのため、回転角度の候補が0度(180度)、45度(215度)、および135度(315度)のときを除き、第一磁気抵抗センサ10が端子17から出力する電気信号に基づいて主磁界MFの向きを判別できる。具体的には例えば、回転角度の候補が90度(270度)のとき、レベル差100が正の値であれば測定対象の回転角度は90度であり、負の値であれば270度である。特に回転角度の候補が90度(270度)付近(領域A1参照)のとき、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差100と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差100とが大きく異なるため、主磁界MFの向きを正確に判別できる。
図7(A)は、電気信号110の電気信号112とのレベル差100を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ302と180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ303を重ねたグラフである。
主磁界MFの方向が0度(または180度)、45度(または215度)、および135度(または315度)のときを除き、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差100と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差100とは異なる。そのため、回転角度の候補が0度(180度)、45度(215度)、および135度(315度)のときを除き、第一磁気抵抗センサ10が端子17から出力する電気信号に基づいて主磁界MFの向きを判別できる。具体的には例えば、回転角度の候補が90度(270度)のとき、レベル差100が正の値であれば測定対象の回転角度は90度であり、負の値であれば270度である。特に回転角度の候補が90度(270度)付近(領域A1参照)のとき、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差100と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差100とが大きく異なるため、主磁界MFの向きを正確に判別できる。
図7(B)は、補助磁界SFを排除した状態で第二磁気抵抗センサ20が端子27から出力する電気信号210の補助磁界SFを発生させた状態で端子27から出力する電気信号212とのレベル差101を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ304と180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ305を重ねたグラフである。
第二磁気抵抗センサ20は、第一磁気抵抗センサ10が出力する電気信号に対して45度の位相差を有するため、グラフ304はグラフ302に対して、グラフ305はグラフ303に対して、それぞれ45度の位相差がある。したがって回転角度の候補が45度(215度)付近(領域A2参照)のとき、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差101と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差101とが大きく異なるため、主磁界MFの向きを正確に判別できる。しかし、回転角度の候補が0度(180度)、90度(270度)、135度(315度)のときは、グラフ304とグラフ305とが一致するため、主磁界MFの向きを判別できない。
第二磁気抵抗センサ20は、第一磁気抵抗センサ10が出力する電気信号に対して45度の位相差を有するため、グラフ304はグラフ302に対して、グラフ305はグラフ303に対して、それぞれ45度の位相差がある。したがって回転角度の候補が45度(215度)付近(領域A2参照)のとき、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差101と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差101とが大きく異なるため、主磁界MFの向きを正確に判別できる。しかし、回転角度の候補が0度(180度)、90度(270度)、135度(315度)のときは、グラフ304とグラフ305とが一致するため、主磁界MFの向きを判別できない。
したがって、第一磁気抵抗センサ10の端子17から出力される電気信号と第二磁気抵抗センサ20の端子27から出力される電気信号に基づく主磁界MFの向きの判別では、回転角度の候補が0度(180度)および135度(315度)のときの主磁界MFの向きを判別できない。
図8は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の感度方向の制御について説明する模式図である。図8(A)は端子15、16間に電源電圧を印加した状態と端子18、17間に電源電圧を印加した状態とにおける第一磁気抵抗センサ10の正の感度方向D1を示し、図8(B)は端子25、26間に電源電圧を印加した状態と端子28、27間に電源電圧を印加した状態とにおける第二磁気抵抗センサ20の正の感度方向D2を示している。
図8は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の感度方向の制御について説明する模式図である。図8(A)は端子15、16間に電源電圧を印加した状態と端子18、17間に電源電圧を印加した状態とにおける第一磁気抵抗センサ10の正の感度方向D1を示し、図8(B)は端子25、26間に電源電圧を印加した状態と端子28、27間に電源電圧を印加した状態とにおける第二磁気抵抗センサ20の正の感度方向D2を示している。
磁気抵抗素子11から14には極性がないため、信号出力端子として使用している端子17および18を電源入力端子として使用することができ、電源入力端子としている端子15および16を信号出力端子として使用することができる。信号出力端子と電源入力端子とを切替えることにより、第一磁気抵抗センサ10の正の感度方向D1を変更できる。具体的には、端子18、17間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ10の正の感度方向D101は、端子15、16間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ10の正の感度方向D100に対して90度回転する。そのため、端子18、17間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ10が出力する電気信号は、端子15、16間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ10が出力する電気信号に対して90度の位相差を有する。同様に端子28、27間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ20の正の感度方向D201は、端子25、26間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ20の正の感度方向D200に対して90度回転する。正の感度方向D100と101とが特許請求の範囲に記載の第一角度と第二角度に相当する。正の感度方向D200と201とが特許請求の範囲に記載の第三角度と第四角度に相当する。
図7(C)は、補助磁界SFを排除した状態で第一磁気抵抗センサ10が端子15から出力する電気信号114の補助磁界SFを発生させた状態で端子15から出力する電気信号116とのレベル差102を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ306と180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ307を重ねたグラフである。レベル差102は、主磁界MFの方向が0度(または180度)付近(領域A3参照)で大きく異なる。そのため、回転角度の候補が0度(180度)付近の主磁界MFの向きを正確に判別できる。
図7(D)は、補助磁界SFを排除した状態で第二磁気抵抗センサ20が端子25から出力する電気信号214の補助磁界SFを発生させた状態で端子25から出力する電気信号216とのレベル差103を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ308と180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ309を重ねたグラフである。レベル差103は、主磁界MFの方向が135度(または315度)付近(領域A4参照)で大きく異なる。そのため、回転角度の候補が135度(315度)付近の主磁界MFの向きを正確に判別できる。
ここで、回転角度の候補に応じて採用する電気信号を決めれば、具体的には例えば図9に示す表に従って処理をすれば、レベル差100から103により360度の範囲で主磁界MFの方向を判別することができる。
図10および11は、回転角検出装置1の作動を説明する図である。回転角検出装置の第一実施形態に係る回転角検出装置1は、回転角度の候補に応じてその回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定可能な1種類の電気信号を読み取る。以下、回転角検出装置1の作動について説明する。
図10および11は、回転角検出装置1の作動を説明する図である。回転角検出装置の第一実施形態に係る回転角検出装置1は、回転角度の候補に応じてその回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定可能な1種類の電気信号を読み取る。以下、回転角検出装置1の作動について説明する。
図10(A)は、制御部30が実行する処理を説明する図である。制御部30は、補助磁界SFを排除した状態で第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を読み取る処理T1、回転角度の候補を選定する処理T2、主磁界MFの向きを判別する処理T5に採用する電気信号を読み取るための条件を選択する処理T3、補助磁界SFを発生させた状態で第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を読み取る処理T4、主磁界MFの向きを判別する処理T5、および回転角度を特定する処理T6を実行する。
図10(B)は、コイル駆動部38がコイル6に電流を供給するタイミングを説明する図である。コイル6への電流供給を開始してから補助磁界SFは安定するまでに所定の時間が必要なため、主磁界MFの向きを判別する処理T5に採用する電気信号を読み取るための条件を選択する処理T3の実行以前からコイル駆動部38はコイル6に電流を供給する。
図11は、回転角検出装置1の作動を示すフローチャートである。
図11は、回転角検出装置1の作動を示すフローチャートである。
回転角検出の開始要求を受け付けると、制御部30は第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20に電源を供給する(ステップS100)。具体的には、制御部30は、センサ駆動部40を制御して第一磁気抵抗センサ10の端子15、16間に電源電圧を印加し、第二磁気抵抗センサ20の端子25、26間に電源電圧を印加する。
このとき、コイル6への電流供給は停止されている。つまり補助磁界SFは発生していない。
次に制御部30は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を読み取る(ステップS101)。具体的には、第一磁気抵抗センサ10の端子17と18とから出力される電気信号110と111とを読み取り、第二磁気抵抗センサ20の端子27と28とから出力される電気信号210と211とを読み取る。電気信号110、111、210、および211に相関するデータはRAM36に格納される。
次に制御部30は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を読み取る(ステップS101)。具体的には、第一磁気抵抗センサ10の端子17と18とから出力される電気信号110と111とを読み取り、第二磁気抵抗センサ20の端子27と28とから出力される電気信号210と211とを読み取る。電気信号110、111、210、および211に相関するデータはRAM36に格納される。
次に制御部30は、電気信号110、111、210、および211に相関するデータに基づいて回転角度の候補を選定する(ステップS102)。具体的には、電気信号110と111とに相関するデータの差および電気信号210と211とに相関するデータの差に基づく逆正接演算を実行することにより、回転角度の候補を選定する。回転角度の候補はRAM12に格納される。
次に制御部30は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の端子から主磁界MFの向きを判別する処理において採用する電源入力端子と信号出力端子とを回転角度の候補に基づいて選択する(ステップS103)。具体的には、回転角度の候補が、0度(180度)以上25度(105度)より小さい範囲、25度(105度)以上65度(245度)より小さい範囲、65度(245度)以上116度(195度)より小さい範囲、116度(195度)以上155度(335度)より小さい範囲、または155度(335度)以上180度(360度)より小さい範囲のいずれの範囲に含まれるかを判断し、その範囲に対応する電源入力端子と信号出力端子とを選択する(図9参照)。例えば回転角度の候補が90度(270度)のときは、第一磁気抵抗センサ10の端子15と16とを電源入力端子として選択し、端子17を信号入力端子として選択する。
次に、制御部30は補助磁界SFを発生させる(ステップS104)。具体的には、制御部30はコイル駆動部38を制御してコイル6への電流供給を開始する。
次に、制御部30は、第一磁気抵抗センサ10または第二磁気抵抗センサ20の選択された電源入力端子(例えば、第一磁気抵抗センサ10の端子15と端子16)に電源電圧を印加する(ステップS105)。
次に、制御部30は、第一磁気抵抗センサ10または第二磁気抵抗センサ20の選択された電源入力端子(例えば、第一磁気抵抗センサ10の端子15と端子16)に電源電圧を印加する(ステップS105)。
次に、制御部30は、補助磁界SFを発生させた状態で選択された信号出力端子(例えば、第一磁気抵抗センサ10の端子17)から出力される電気信号118を読み取る(ステップS106)。電気信号118に相関するデータはRAM36に格納される。
次に、制御部30は補助磁界SFを排除する(ステップS107)。具体的には、制御部30はコイル駆動部38を制御してコイル6への電流供給を停止する。
次に、制御部30は補助磁界SFを排除する(ステップS107)。具体的には、制御部30はコイル駆動部38を制御してコイル6への電流供給を停止する。
次に、制御部30は主磁界MFの向きを判別する(ステップS108)。具体的には、制御部30は、補助磁界を発生させた状態で読み取った電気信号118に相関するデータと、補助磁界を排除した状態で選択された信号出力端子から読み取った電気信号に相関するデータと、の差を算出し、その値に基づいて主磁界MFの方向を判別する(図9参照)。
次に、制御部30は、選定した回転角度の候補と判別した主磁界MFの向きとに基づいて測定対象の回転角度を特定する(ステップS109)。
制御部30は、回転角度検出の終了要求を受け付けるまでステップS100からステップS109までの処理を繰り返し実行する(ステップS110)。
制御部30は、回転角度検出の終了要求を受け付けるまでステップS100からステップS109までの処理を繰り返し実行する(ステップS110)。
以上説明した回転角度検出装置の第一実施例によれば、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20は、補助磁界SFを排除した主磁界MFだけの状態で45度の位相差を有する電気信号を出力する。この電気信号に基づいて逆正接演算を行うことにより、回転角度の候補を選定できる。
また、補助磁界SFを排除した状態で出力される第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の電気信号の補助磁界SFを発生させた状態で出力される電気信号とのレベル差は、主磁界MFの向きに応じて変化する。そのため、回転角度の候補が0度(90度)および135度(または315度)のときを除いて、主磁界MFの向きを判別できる。
さらに、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の感度方向を変更し、90度の位相差を有する電気信号を出力させることにより、回転角度の候補が0度(90度)および135度(315度)のときも主磁界MFの向きの判別が可能となり、360度の範囲で主磁界MFの向きを判別できる。そのため、選定した回転角度の候補と特定した主磁界MFの向きとから360度の全範囲で測定対象の回転角度を特定できる。
また、補助磁界SFを排除した状態で出力される第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の電気信号の補助磁界SFを発生させた状態で出力される電気信号とのレベル差は、主磁界MFの向きに応じて変化する。そのため、回転角度の候補が0度(90度)および135度(または315度)のときを除いて、主磁界MFの向きを判別できる。
さらに、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の感度方向を変更し、90度の位相差を有する電気信号を出力させることにより、回転角度の候補が0度(90度)および135度(315度)のときも主磁界MFの向きの判別が可能となり、360度の範囲で主磁界MFの向きを判別できる。そのため、選定した回転角度の候補と特定した主磁界MFの向きとから360度の全範囲で測定対象の回転角度を特定できる。
(回転角度検出装置の第二実施形態)
回転角度検出装置の第二実施形態による回転角検出装置1は、補助磁界SFを排除した状態で読み取った電気信号を用いず、補助磁界SFを発生させた状態で読み取った電気信号のみに基づいて主磁界MFの向きを判別する。以下に説明する複数の実施形態では第一実施形態と実質的に同一な部分については同一の符号を付して説明を省略する。
回転角度検出装置の第二実施形態による回転角検出装置1は、補助磁界SFを排除した状態で読み取った電気信号を用いず、補助磁界SFを発生させた状態で読み取った電気信号のみに基づいて主磁界MFの向きを判別する。以下に説明する複数の実施形態では第一実施形態と実質的に同一な部分については同一の符号を付して説明を省略する。
電気信号を読み取るための条件を選択する処理T3において回転角度の候補に応じて2つの端子を信号出力端子として選択し、選択された2つの端子から出力される電気信号を読み取る。主磁界MFの向きを判別する処理において、選択された磁気抵抗センサが出力する2つの電気信号の信号レベルの和400を算出して、その値に基づいて主磁界MFの向きを判別する。
補助磁界SFを発生させた状態で端子17から出力される電気信号112(V17’)と端子18から出力される電気信号113(V18’)は、それぞれ次式(5)と(6)で表される。ここで、ΔVは補助磁界SFの発生による電気信号の変化分(レベル差100に相当)である。補助磁界SFの方向は第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20に対して放射状に向いているため、対向する位置関係にある磁気抵抗素子(例えば、磁気抵抗素子11に対して磁気抵抗素子14、磁気抵抗素子12に対して磁気抵抗素子13)における補助磁界SFの位相差が180度となり、端子17と18の変化分は180度の位相差を有する。
V17’=Vdd・{1+(1+sin2θ)・α/2}/(2+α)
+ΔV(θ) ・・・(5)
V18’=Vdd・{1+(1−sin2θ)・α/2}/(2+α)
−ΔV(θ+180°) ・・・(6)
+ΔV(θ) ・・・(5)
V18’=Vdd・{1+(1−sin2θ)・α/2}/(2+α)
−ΔV(θ+180°) ・・・(6)
選択された磁気抵抗センサが出力する2つの電気信号の信号レベルの和400は、次式(7)で表される。
V17’+V18’=ΔV(θ)−ΔV(θ+180°)+Vdd ・・・(7)
V17’+V18’=ΔV(θ)−ΔV(θ+180°)+Vdd ・・・(7)
これは、図7(A)において、グラフ302(ΔV(θ)に相当)とグラフ303(ΔV(θ+180°)に相当)の差を直接求めていることにあたり、主磁界MFの向きに応じて異なる値を示すことが分かる。
尚、選択された磁気抵抗センサが出力する2つの電気信号の信号レベルの和400から電源電圧を差し引いてもよい。次式(8)に示すように主磁界MFの向きによって逆符号の値になる。
V17’+V18’−Vdd=ΔV(θ)−ΔV(θ+180°) ・・・(8)
尚、選択された磁気抵抗センサが出力する2つの電気信号の信号レベルの和400から電源電圧を差し引いてもよい。次式(8)に示すように主磁界MFの向きによって逆符号の値になる。
V17’+V18’−Vdd=ΔV(θ)−ΔV(θ+180°) ・・・(8)
以上説明した回転角度検出装置の第二実施例によれば、補助磁界SFを排除した状態で読み取った電気信号を用いないため、主磁界MFの向きを判別する処理T5における制御を簡素化できる。
(回転角検出装置の第三実施形態)
回転角検出装置の第三実施形態による回転角検出装置1は、回転角度の候補を選択する処理T2の処理中に補助磁界SFを発生させ、主磁界MFの向きが判別可能な複数種類の電気信号を読み取る。
図12は、回転角検出装置1の作動を説明する図である。コイル駆動部38は回転角度の候補を選定する処理T2の処理中にコイル6に電流を供給する。制御部30は、コイル6への電流供給が開始されても回転角度の候補を選定する処理T2の処理を継続する。コイル6に流れる電流によって発生する補助磁界SFが安定すると、制御部30は回転角度の候補を選定する処理T2の処理を中断し、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を読み取る処理T4を実行する。
回転角検出装置の第三実施形態による回転角検出装置1は、回転角度の候補を選択する処理T2の処理中に補助磁界SFを発生させ、主磁界MFの向きが判別可能な複数種類の電気信号を読み取る。
図12は、回転角検出装置1の作動を説明する図である。コイル駆動部38は回転角度の候補を選定する処理T2の処理中にコイル6に電流を供給する。制御部30は、コイル6への電流供給が開始されても回転角度の候補を選定する処理T2の処理を継続する。コイル6に流れる電流によって発生する補助磁界SFが安定すると、制御部30は回転角度の候補を選定する処理T2の処理を中断し、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を読み取る処理T4を実行する。
図13は、回転角検出装置1の作動を示すフローチャートである。
制御部30は、補助磁界を排除した状態で第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号110、111、210、および211の読み取り(ステップS201)後、コイル6に電流を供給して補助磁界SFを発生させる(ステップS202)。
制御部30は、補助磁界を排除した状態で第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号110、111、210、および211の読み取り(ステップS201)後、コイル6に電流を供給して補助磁界SFを発生させる(ステップS202)。
次に、制御部30は、第一磁気抵抗センサ10の端子15、16間に電源電圧を印加して端子17から出力される電気信号112を読み取り、第一磁気抵抗センサ10の端子18、17間に電源電圧を印加して端子15から出力される電気信号116を読み取り、第二磁気抵抗センサ20の端子25、26間に電源電圧を印加して端子27から出力される電気信号212を読み取り、第二磁気抵抗センサ20の端子28、27間に電源電圧を印加して端子25から出力される電気信号216を読み取る(ステップS203)。
次に、制御部30はコイル6への電流供給を停止して補助磁界を排除する(ステップS204)。
次に、制御部30は、回転角度の候補を選定する(ステップS205)。
次に、電気信号112、116、212、および216に相関するデータと補助磁界を排除した状態で同じ端子から読み取った電気信号110、114、210、および214に相関するデータとの差をそれぞれに算出し、それらの値に基づいて主磁界MFの向きを判別する。具体的には、所定のしきい値(例えば、図7のTH1)以上または所定のしきい値(例えば、図7のTH2)以下のレベル差を有する電気信号を選択し、選択された電気信号を出力した信号出力端子に応じた評価基準(例えば、図14に示す評価基準)でそのレベル差を評価することにより、主磁界MFの向きを特定することができる。例えば、端子17(電気信号112と電気信号110)が選択されたとき、レベル差100が0より大きければ主磁界MFの向きは0度以上180より小さい範囲であり、レベル差100が0より小さければ主磁界MFの向きは180度以上360度より小さい範囲である。
次に、制御部30は、回転角度の候補を選定する(ステップS205)。
次に、電気信号112、116、212、および216に相関するデータと補助磁界を排除した状態で同じ端子から読み取った電気信号110、114、210、および214に相関するデータとの差をそれぞれに算出し、それらの値に基づいて主磁界MFの向きを判別する。具体的には、所定のしきい値(例えば、図7のTH1)以上または所定のしきい値(例えば、図7のTH2)以下のレベル差を有する電気信号を選択し、選択された電気信号を出力した信号出力端子に応じた評価基準(例えば、図14に示す評価基準)でそのレベル差を評価することにより、主磁界MFの向きを特定することができる。例えば、端子17(電気信号112と電気信号110)が選択されたとき、レベル差100が0より大きければ主磁界MFの向きは0度以上180より小さい範囲であり、レベル差100が0より小さければ主磁界MFの向きは180度以上360度より小さい範囲である。
以上説明した回転角度検出装置の第三実施例によれば、回転角度の候補を選択する処理T2の処理中に補助磁界SFを発生させ、補助磁界SFが主磁界MFと合成磁界CFを形成しているときの第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を読み取るため、補助磁界SFの発生開始から補助磁界SFが安定するまでの期間は、回転角度の候補を選定する処理T2を実行できる。また、回転角度の候補が選択された後に補助磁界を発生させて第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20が出力する電気信号を読み取る必要がない。したがって、回転角度の測定時間を短縮できる。
(回転角検出装置の第四実施形態)
回転角検出装置の第四実施形態による回転角検出装置1は、回転角検出装置の第一実施形態で説明した主磁界MFの向きの判別方法と、回転角検出装置の第三実施形態で説明した主磁界MFの向きを判別する方法との2つの方法で主磁界MFの向きを判別し、その結果が一致しないと異常状態として認識する。
回転角検出装置の第四実施形態による回転角検出装置1は、回転角検出装置の第一実施形態で説明した主磁界MFの向きの判別方法と、回転角検出装置の第三実施形態で説明した主磁界MFの向きを判別する方法との2つの方法で主磁界MFの向きを判別し、その結果が一致しないと異常状態として認識する。
2つの方法で判別した主磁界MFの向きが一致しないときは、回転角度検出装置1に異常が発生している可能性がある。以上説明した回転角度検出装置の第四実施例によれば、2つの方法で判別した主磁界MFの向きが一致しない状態を異常状態として認識できるため、180度の範囲の回転角度であることを警告する信号を出力して180度の範囲の回転角度を出力するなどの処理を実行できる。
(回転角検出装置の第五実施形態)
回転角検出装置の第五実施形態による回転角検出装置1は磁気抵抗素子14および磁気抵抗素子24が、図15に示すように同心円上に配置されていない。
図16(A)は、端子15、16間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ10が補助磁界SFを排除した状態で端子18から出力する電気信号111の補助磁界SFを発生させた状態で端子18から出力する電気信号113とのレベル差104を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ350と、180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ351とを重ねたグラフである。
回転角検出装置の第五実施形態による回転角検出装置1は磁気抵抗素子14および磁気抵抗素子24が、図15に示すように同心円上に配置されていない。
図16(A)は、端子15、16間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ10が補助磁界SFを排除した状態で端子18から出力する電気信号111の補助磁界SFを発生させた状態で端子18から出力する電気信号113とのレベル差104を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ350と、180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ351とを重ねたグラフである。
レベル差104がレベル差100(図7(A)参照)と異なる変化をするのは、磁気抵抗素子13および14からなるハーフブリッジ回路151に作用する補助磁界SFの方向が、磁気抵抗素子11および12からなるハーフブリッジ回路150に作用するような放射状でないためである。主磁界MFの方向が0度(または180度)付近(領域A5参照)のとき、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差104と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差104とが大きく異なるため、回転角度の候補が0度(180度)付近の主磁界MFの向きを判別することができる。
図16(B)は、端子25、26間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ20が補助磁界SFを排除した状態で端子28から出力する電気信号211の補助磁界SFを発生させた状態で端子28から出力する電気信号213とのレベル差105を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ352と、180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ353とを重ねたグラフである。
レベル差105がレベル差101(図7(B)参照)と異なる変化をするのは、磁気抵抗素子23および24からなるハーフブリッジ回路153に作用する補助磁界SFの方向が、磁気抵抗素子21および22からなるハーフブリッジ回路152に作用するような放射状でないためである。主磁界MFの方向が135度(または315度)付近(領域A6参照)のとき、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差105と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差105とが大きく異なるため、回転角度の候補が135度(315度)付近の主磁界MFの向きを判別することができる。
レベル差100(図7(A)参照)とレベル差101(図7(B)参照)とレベル差104とレベル差105とに基づいて主磁界MFの向きを判別すれば、360度の全範囲で主磁界MFの向きを判別できる。ハーフブリッジ回路150から153が特許請求の範囲に記載の第一ブリッジ回路から第四ブリッジ回路に相当する。
(回転角度検出装置の第六実施形態)
回転角検出装置の第六実施形態による回転角検出装置1は、磁気抵抗素子14および24に作用する補助磁界SFを形成するコイル6の部分の形状と磁気抵抗素子14および24を除く磁気抵抗素子に作用する補助磁界SFを形成するコイル6の形状とを異なる形状とが異なる。
図17はコイル6の形状と第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20との関係を表す模式図である。磁気抵抗素子14および24に作用する補助磁界SFを形成するコイル6の部分は、磁気抵抗素子14および24を除く磁気抵抗素子に作用する補助磁界SFを形成するコイル6の部分と第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20を挟んで反対側に形成されている。そのため、磁気抵抗素子14および24における補助磁界SFの方向は、磁気抵抗素子14および24を除く磁気抵抗素子における補助磁界SFの方向と逆向きになる。したがって、磁気抵抗素子11および12から構成されるハーフブリッジ回路150の信号出力端子である端子17と磁気抵抗素子13および14から構成されるハーフブリッジ回路151の信号出力端子である端子18とから出力される電気信号の信号レベルは異なる。
回転角検出装置の第六実施形態による回転角検出装置1は、磁気抵抗素子14および24に作用する補助磁界SFを形成するコイル6の部分の形状と磁気抵抗素子14および24を除く磁気抵抗素子に作用する補助磁界SFを形成するコイル6の形状とを異なる形状とが異なる。
図17はコイル6の形状と第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20との関係を表す模式図である。磁気抵抗素子14および24に作用する補助磁界SFを形成するコイル6の部分は、磁気抵抗素子14および24を除く磁気抵抗素子に作用する補助磁界SFを形成するコイル6の部分と第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20を挟んで反対側に形成されている。そのため、磁気抵抗素子14および24における補助磁界SFの方向は、磁気抵抗素子14および24を除く磁気抵抗素子における補助磁界SFの方向と逆向きになる。したがって、磁気抵抗素子11および12から構成されるハーフブリッジ回路150の信号出力端子である端子17と磁気抵抗素子13および14から構成されるハーフブリッジ回路151の信号出力端子である端子18とから出力される電気信号の信号レベルは異なる。
図18(A)は、端子15、16間に電源電圧を印加した第一磁気抵抗センサ10が補助磁界SFを排除した状態で端子18から出力する電気信号111の補助磁界SFを発生させた状態で端子18から出力する電気信号113とのレベル差106を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ354と、180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ355とを重ねたグラフである。
主磁界MFの方向が0度(または180度)付近のとき、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差106と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差106とが大きく異なるため、回転角度の候補が0度(180度)付近の主磁界MFの向きを判別することができる。
図18(B)は、端子25、26間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ20が補助磁界SFを排除した状態で端子28から出力する電気信号211の補助磁界SFを発生させた状態で端子28から出力する電気信号213とのレベル差107を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ356と、180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ357とを重ねたグラフである。
図18(B)は、端子25、26間に電源電圧を印加した第二磁気抵抗センサ20が補助磁界SFを排除した状態で端子28から出力する電気信号211の補助磁界SFを発生させた状態で端子28から出力する電気信号213とのレベル差107を0度以上180度より小さい範囲で示したグラフ356と、180度以上360度より小さい範囲で示したグラフ357とを重ねたグラフである。
主磁界MFの方向が135度(または315度)付近のとき、主磁界MFの方向が0度以上180度より小さい範囲のときのレベル差107と180度以上360度より小さい範囲のときのレベル差107とが大きく異なるため、回転角度の候補が135度(315度)付近の主磁界MFの向きを判別することができる。
レベル差100(図7(A)参照)とレベル差101(図7(B)参照)とレベル差106とレベル差107とに基づいて主磁界MFの向きを判別すれば、360度の全範囲で主磁界MFの向きを判別できる。
以上説明した回転角度検出装置の第五実施例及び第六実施例によれば、補助磁界SFを発生させた状態でハーフブリッジ回路150から153が主磁界MFの向きに応じてそれぞれ異なる変化をするため、回転角度検出装置の第一実施形態のように第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の感度方向を変更しなくても、360度の全範囲で主磁界MFの向きを判別できる。つまり、主磁界MFの向きを判別する処理T5を簡素化できる。
レベル差100(図7(A)参照)とレベル差101(図7(B)参照)とレベル差106とレベル差107とに基づいて主磁界MFの向きを判別すれば、360度の全範囲で主磁界MFの向きを判別できる。
以上説明した回転角度検出装置の第五実施例及び第六実施例によれば、補助磁界SFを発生させた状態でハーフブリッジ回路150から153が主磁界MFの向きに応じてそれぞれ異なる変化をするため、回転角度検出装置の第一実施形態のように第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の感度方向を変更しなくても、360度の全範囲で主磁界MFの向きを判別できる。つまり、主磁界MFの向きを判別する処理T5を簡素化できる。
(回転角検出装置の第七実施形態)
回転角検出装置の第七実施形態による回転角検出装置1は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の中心から外側に向かう方向と、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の外側から中心に向かう方向とに補助磁界SFを制御する。この補助磁界SFの2つの方向が特許請求の範囲に記載の第一方向と第二方向に相当する。
回転角検出装置の第七実施形態による回転角検出装置1は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の中心から外側に向かう方向と、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の外側から中心に向かう方向とに補助磁界SFを制御する。この補助磁界SFの2つの方向が特許請求の範囲に記載の第一方向と第二方向に相当する。
図19は、測定対象の回転軸4の軸線5から第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の外側に向かう方向と、測定対象の回転軸4の軸線5から第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の外側に向かう方向とに補助磁界SFを制御したときに形成される合成磁界CFの方向を説明する図である。補助磁界SF1は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の中心から外側に向かう補助磁界SFを表す。補助磁界SF2は、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の外側から中心に向かう補助磁界SFを表す。合成磁界CF1は、補助磁界SF1と合成磁界CFとの合成磁界である。合成磁界CF2は、補助磁界SF2と合成磁界CFとの合成磁界である。位相差Δφ11は、合成磁界CF1の方向の合成磁界CF2の方向に対する位相差である。
位相差Δφ11は位相差Δφ1と比較して大きい。位相差Δφ11と同様に、位相差Δφ2、Δφ3、およびΔφ4よりも大きな位相差を有する合成磁界CFが磁気抵抗素子12から14および磁気抵抗素子21から24においても形成される。そのため、補助磁界SF1を発生させた状態で第一磁気抵抗センサ10の端子17から出力される電気信号の補助磁界SF2を発生させた状態で端子17から出力される電気信号とのレベル差は、補助磁界を排除した状態で端子17から出力される電気信号の補助磁界SF1を発生させた状態で第一磁気抵抗センサ10の端子17から出力される電気信号とのレベル差よりも大きい。また、補助磁界SF1を発生させた状態で第二磁気抵抗センサ20の端子27から出力される電気信号と補助磁界SF2を発生させた状態で端子27から出力される電気信号とのレベル差は、補助磁界SFを排除した状態で端子27から出力される電気信号の補助磁界SF1を発生させた状態で第二磁気抵抗センサ20の端子27から出力される電気信号とのレベル差よりも大きい。したがって、正確に主磁界MFの向きを判別することができる。
(回転角検出装置の第八実施形態)
回転角検出装置の第八実施形態による回転角検出装置1は、補助磁界SFを発生させても出力される電気信号に変化が少ないとき、その状態を回転角検出装置1の異常状態として認識する。
制御部30は、補助磁界を発生させた状態で読み取った電気信号に相関するデータと補助磁界を排除した状態において読み取った電気信号に相関するデータとの差の絶対値を評価する。この差の絶対値が所定のしきい値以上のときはその差に基づいて主磁界MFの向きを判別する。所定のしきい値より小さいときはその状態を異常状態として認識して回転角検出装置1の異常状態を警告する信号を出力する。
回転角検出装置の第八実施形態による回転角検出装置1は、補助磁界SFを発生させても出力される電気信号に変化が少ないとき、その状態を回転角検出装置1の異常状態として認識する。
制御部30は、補助磁界を発生させた状態で読み取った電気信号に相関するデータと補助磁界を排除した状態において読み取った電気信号に相関するデータとの差の絶対値を評価する。この差の絶対値が所定のしきい値以上のときはその差に基づいて主磁界MFの向きを判別する。所定のしきい値より小さいときはその状態を異常状態として認識して回転角検出装置1の異常状態を警告する信号を出力する。
(回転角検出装置の第九実施形態)
回転角検出装置の第九実施形態による回転角検出装置1は、急激な回転角度の変化を回転角検出装置1の異常状態として認識する。
制御部30は、今回特定した回転角度と、RAM36に記憶した前回特定した回転角度とを比較する。今回特定した回転角度の前回特定した回転角度に対する位相差が所定のしきい値以下のときは、特定した回転角度をそのまま出力する。位相差が所定のしきい値より大きいときは、その状態を異常状態として認識して回転角検出装置1の異常状態を警告する信号を出力する。
回転角検出装置の第九実施形態による回転角検出装置1は、急激な回転角度の変化を回転角検出装置1の異常状態として認識する。
制御部30は、今回特定した回転角度と、RAM36に記憶した前回特定した回転角度とを比較する。今回特定した回転角度の前回特定した回転角度に対する位相差が所定のしきい値以下のときは、特定した回転角度をそのまま出力する。位相差が所定のしきい値より大きいときは、その状態を異常状態として認識して回転角検出装置1の異常状態を警告する信号を出力する。
回転角検出装置の第八実施形態および第九実施形態によれば、制御部30は異常状態を認識して、警告信号を発生させる等の処理を実行することができる。
(製造方法の実施形態)
製造方法の実施形態による回転角検出装置1の製造方法は、急激な回転角度の変化を回転角検出装置1の異常状態として認識する。
図20は、製造方法の実施形態による回転角検出装置1の製造方法を説明する図である。
製造方法の実施形態による回転角検出装置1の製造方法は、急激な回転角度の変化を回転角検出装置1の異常状態として認識する。
図20は、製造方法の実施形態による回転角検出装置1の製造方法を説明する図である。
まず、第一層500に平滑面を形成する(図20(A)および(B)参照)。平滑面の形成方法は研磨等である。
次に、第一層500の平滑面に磁気抵抗素子502などを形成する(図20(C)参照)。
次に、磁気抵抗素子502を覆うように絶縁材料を成型して、第一層500上に絶縁層504を磁気抵抗素子502の直上を通過するように形成する(図20(D)参照)。
次に、第一層500の平滑面に磁気抵抗素子502などを形成する(図20(C)参照)。
次に、磁気抵抗素子502を覆うように絶縁材料を成型して、第一層500上に絶縁層504を磁気抵抗素子502の直上を通過するように形成する(図20(D)参照)。
次に、絶縁層504上にコイル6を形成する(図20(E)参照)。コイル6を形成する方法は、めっき、スパッタ等である。
以上説明した製造方法の実施形態によれば、磁気抵抗素子502は第一層500平滑面に形成されるので、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の感度方向は同一平面上に揃う。そのため、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20は、補助磁界SFと主磁界MFとにより形成される合成磁界CFまたは主磁界MFに応じて適正な電気信号を出力する。したがって、回転角検出装置の測定誤差を少なくできる。
以上説明した製造方法の実施形態によれば、磁気抵抗素子502は第一層500平滑面に形成されるので、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20の感度方向は同一平面上に揃う。そのため、第一磁気抵抗センサ10および第二磁気抵抗センサ20は、補助磁界SFと主磁界MFとにより形成される合成磁界CFまたは主磁界MFに応じて適正な電気信号を出力する。したがって、回転角検出装置の測定誤差を少なくできる。
また、コイル6を磁気抵抗素子502の直上に形成するため、磁気抵抗素子502に強い補助磁界SFを影響させることができる。そのため、補助磁界SFと主磁界MFとにより形成される合成磁界CFの方向の主磁界MFの方向に対する位相差を大きくできる。したがって、主磁界MFの向きを判別する処理における測定誤差を少なくできる。またコイル6の巻線数を減らすことができるため、回転角検出装置を小型化できる。
(他の実施形態)
上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、永久磁石2を測定対象の回転軸4に配置したが、第一磁気抵抗センサ10、第二磁気抵抗センサ20、およびコイル6を回転軸4に配置してもよい。また、測定対象の回転軸4に主磁界発生手段として永久磁石2を配置したが、主磁界発生手段として電磁石を回転軸4に設置してもよい。
上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、永久磁石2を測定対象の回転軸4に配置したが、第一磁気抵抗センサ10、第二磁気抵抗センサ20、およびコイル6を回転軸4に配置してもよい。また、測定対象の回転軸4に主磁界発生手段として永久磁石2を配置したが、主磁界発生手段として電磁石を回転軸4に設置してもよい。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、第一磁気抵抗センサ10と第二磁気抵抗センサ20とは、互いに45度の位相差を有する電気信号を出力するように配置したが、同一の波形にならなければ、他の位相差でもよい。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、例えば図9に示すような角度範囲に分け、主磁界MFの向きを判別する処理において採用する電気信号を読み取るための条件と、評価基準とをそれぞれの範囲に設定したが、主磁界MFの向きが判別できれば図9に示す範囲に限定されない。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、例えば図9に示すような角度範囲に分け、主磁界MFの向きを判別する処理において採用する電気信号を読み取るための条件と、評価基準とをそれぞれの範囲に設定したが、主磁界MFの向きが判別できれば図9に示す範囲に限定されない。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、主磁界MFの向きを1回だけ判別することとして説明したが、主磁界MFの向きを複数回判定してもよい。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、コイル6は渦巻状として説明したが、図22に示すように環状に巻かれていてもよい。
また、第五実施形態を除き上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、コイル6は八角形の渦巻状として説明したが、八角形に限定されない。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、コイル6は渦巻状として説明したが、図22に示すように環状に巻かれていてもよい。
また、第五実施形態を除き上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、コイル6は八角形の渦巻状として説明したが、八角形に限定されない。
また、第五実施形態を除き上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、同心円上に配置された各磁気抵抗素子の配置位置における径方向とその磁気抵抗素子の感度方向とがなす角度が90度になるように配置するとして説明したが、90度以外の角度であってもよい。
また、第六実施形態を除く上記複数の回転角度検出装置の実施形態に係るコイル6は、測定対象の回転軸4の軸線5を同心とする渦巻状であることが望ましいが、許容される測定誤差に応じた精度で設計してもよい。
また、第六実施形態を除く上記複数の回転角度検出装置の実施形態に係るコイル6は、測定対象の回転軸4の軸線5を同心とする渦巻状であることが望ましいが、許容される測定誤差に応じた精度で設計してもよい。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態に係る第一磁気抵抗センサ10の磁気抵抗素子11から14および第二磁気抵抗センサ20の磁気抵抗素子21から24とは、それぞれ測定対象の回転軸4の軸線5を中心とする円上に配置されるのが望ましいが、許容される測定誤差に応じた精度で設計してもよい。
また、上記複数の回転角度検出装置の実施形態では、コイル6に供給する電流を方形波状に変化させるとして説明したが、緩やかに変化させることが望ましい。誘導ノイズの発生を抑制できる。
また、製造方法の実施形態では、コイル6を第一層500の下層に形成してもよい。具体的には、図21に示すように第二層506上にコイル6を形成し(図21(A)および(B)参照)、コイル6を覆うように絶縁材料を成型して(図21(C)参照)、第二層506上に第一層500を形成してもよい。
1 回転角検出装置、2 永久磁石(主磁界発生手段)、6 コイル(補助磁界発生手段)、10 第一磁気抵抗センサ、11、12、13、14、21、22、23、24 磁気抵抗素子、20 第二磁気抵抗センサ、30 制御部(制御手段)、38 コイル駆動部(制御手段)、40 センサ駆動部(制御手段)、150、151、152、153 ハーフブリッジ回路、500 第一層、502 磁気抵抗素子、504 絶縁層、506 第二層、CF、CF1、CF2 合成磁界、D1 正の感度方向(第一磁気抵抗センサの感度方向)、D2 正の感度方向(第二磁気抵抗センサの感度方向)、D11 感度方向(磁気抵抗素子の感度方向)、D100 正の感度方向(第一角度)、D101 正の感度方向(第二角度)、D200 正の感度方向(第三角度)、D201 正の感度方向(第四角度)、MF 主磁界、SF、SF1、SF2 補助磁界
Claims (31)
- 測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
複数の磁気抵抗素子により構成されるブリッジ回路を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じた電気信号を当該ブリッジ回路から出力する第一磁気抵抗センサと、
複数の磁気抵抗素子により構成されるブリッジ回路を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じて前記第一磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を当該ブリッジ回路から出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して放射状であり、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の配置位置においてほぼ平行であり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。 - 前記補助磁界発生手段は、複数の直線部を有する多角形の環状または渦巻状に巻かれているコイルであり、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向と前記直線部とが所定の角度をなすように巻かれていることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。
- 前記コイルは、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の感度方向と前記直線部とがほぼ平行になるように巻かれていることを特徴とする請求項2に記載の回転角検出装置。
- 測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能なコイルと、
第一ブリッジ回路および第二ブリッジ回路を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路からそれぞれ前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路を有し、前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じて前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路がそれぞれ前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路に対して所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記第一磁気抵抗センサの磁気抵抗素子および前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は、それぞれ同心円状に配置され、
前記第一ブリッジ回路の磁気抵抗素子と、前記第二ブリッジ回路の磁気抵抗素子とが点対称状に配置され、
前記第三ブリッジ回路の磁気抵抗素子と、前記第四ブリッジ回路の磁気抵抗素子とが点対称状に配置され、
前記コイルは、環状または渦巻状に巻かれ、前記第一ブリッジ回路に作用する前記補助磁界を形成する部分の形状と前記第二ブリッジ回路に作用する前記補助磁界を形成する部分の形状とが異なり、前記第三ブリッジ回路に作用する前記補助磁界を形成する部分の形状と前記第四ブリッジ回路に作用する前記補助磁界を形成する部分の形状とが異なり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、または前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。 - 測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能なコイルと、
第一ブリッジ回路および第二ブリッジ回路を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路からそれぞれ前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路を有し、前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じて前記第三ブリッジ回路と前記第四ブリッジ回路とがそれぞれ前記第一ブリッジ回路と前記第二ブリッジ回路とに対して所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置される第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記コイルは、同心の環状または渦巻状に巻かれ、
前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して放射状であり、
前記第一ブリッジ回路の磁気抵抗素子と、前記第二ブリッジ回路の磁気抵抗素子とが非点対称状に配置され、
前記第三ブリッジ回路の磁気抵抗素子と、前記第四ブリッジ回路の磁気抵抗素子とが非点対称状に配置され、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、または前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。 - 前記制御手段は、前記測定対象の回転角度の候補に基づいて前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、前記第四ブリッジ回路のいずれかの回路を選択し、選択した回路が出力する電気信号に基づいて主磁界の向きを判別することを特徴とする請求項4または5に記載の回転角検出装置。
- 前記制御手段は、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに、前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、および前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号を読み取り、最大または最小レベルの電気信号に基づいて主磁界の向きを判別することを特徴とする請求項4または5に記載の回転角検出装置。
- 前記制御手段は、前記測定対象の回転角度の候補に基づいて前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、前記第四ブリッジ回路のいずれかの回路を第一選択回路として選択し、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに、前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、および前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号を読み取り、前記第一ブリッジ回路、前記第二ブリッジ回路、前記第三ブリッジ回路、および前記第四ブリッジ回路から最大または最小レベルの電気信号を出力している回路を第二選択回路として選択し、前記第一選択回路と前記第二選択回路とが一致しているときは前記選択した回路が出力する電気信号に基づいて主磁界の向きを判別し、前記第一選択回路と前記第二選択回路とが一致していないときは、異常状態として認識することを特徴とする請求項4または5に記載の回転角検出装置。
- 測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
第一ブリッジ回路および第二ブリッジ回路を有し、前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
第三ブリッジ回路および第四ブリッジ回路を有し、前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路は複数の磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界の方向に応じて前記第三ブリッジ回路および前記第四ブリッジ回路からそれぞれ前記第一ブリッジ回路および前記第二ブリッジ回路に対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記第一磁気抵抗センサの磁気抵抗素子および前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は、同心円状に配置され、
前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して放射状であり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記合成磁界を形成しているときに前記第一ブリッジ回路が出力する電気信号と前記第二ブリッジ回路が出力する電気信号との信号レベルの和、または前記合成磁界を形成しているときに前記第三ブリッジ回路が出力する電気信号と前記第四ブリッジ回路が出力する電気信号の信号レベルとの和に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。 - 測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じて前記第一磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置される第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記第一磁気抵抗センサは、感度方向を第一角度または第二角度に変更可能であり、
前記第二磁気抵抗センサは、感度方向を第三角度または第四角度に変更可能であり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに感度方向を前記第一角度、前記第二角度、前記第三角度、または前記第四角度に変更した前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。 - 前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサは、それぞれ少なくとも電源電圧を印加可能な2組の端子を有するフルブリッジ回路であり、
前記制御手段は、前記第一磁気抵抗センサの2組の前記端子のいずれか一方の組に電源電圧を印加することにより前記第一磁気抵抗センサの感度方向を前記第一角度に変更し、他方の組に電源電圧を印加することにより前記第二角度に変更し、前記第二磁気抵抗センサの2組の前記端子のいずれか一方の組に電源電圧を印加することにより前記第二磁気抵抗センサの感度方向を前記第三角度に変更し、他方の組に電源電圧を印加することにより前記第四角度に変更することを特徴とする請求項10に記載の回転角検出装置。 - 前記制御手段は、前記検出対象の回転角度の候補に基づいて、前記第一角度、前記第二角度、前記第三角度、前記第四角度のいずれかの角度を選択し、選択した角度に感度方向を制御した前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別することを特徴とする請求項10または11に記載の回転角検出装置。
- 前記制御手段は、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに、前記第一磁気抵抗センサの感度方向を前記第一角度と前記第二角度とに制御し、前記第二磁気抵抗センサの感度方向を前記第三角度と前記第四角度とに制御し、それぞれの状態で前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取り、読み取った電気信号のうち最大または最小レベルの電気信号に基づいて主磁界の向きを判別することを特徴とする請求項10または11に記載の回転角検出装置。
- 前記制御手段は、前記測定対象の回転角度の候補に基づいて前記第一角度、前記第二角度、前記第三角度、前記第四角度のいずれかの角度を第一選択角度として選択し、前記第一磁気抵抗センサの感度方向を前記第一角度と前記第二角度とに制御し、前記第二磁気抵抗センサの感度方向を前記第三角度と前記第四角度とに制御し、それぞれの状態で前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取り、前記第一角度、前記第二角度、前記第三角度、および前記第四角度から最大または最小レベルの電気信号を出力する角度を第二選択角度として選択し、前記第一選択角度と前記第二選択角度とが一致しているときは前記選択した角度に制御した前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて主磁界の向きを判別し、前記第一選択角度と前記第二選択角度とが一致していないときは、異常状態として認識することを特徴とする請求項10または11に記載の回転角検出装置。
- 測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じて前記第一磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記制御手段は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記回転角度の候補を選定する処理の間に前記補助磁界を発生させ、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を読み取り、前記回転角度の候補を選定する処理の間または後に前記読み取った電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別し、前記回転角度の候補を選定する処理の後に判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。 - 前記制御手段は、前記回転角度の候補を選定する処理の間に、前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号を複数回読み取り、前記回転角度の候補を選定する処理の間または後に前記読み取った電気信号に基づいて前記主磁界の向きを判別する処理を複数回実行することを特徴とする請求項15に記載の回転角検出装置。
- 測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
主磁界を発生する主磁界発生手段と、
補助磁界を発生し、前記主磁界との合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じた電気信号を出力する第一磁気抵抗センサと、
磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じて前記第一磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第二磁気抵抗センサと、
前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は、他方に対し前記測定対象とともに回転し、
前記補助磁界発生手段は、第一方向の前記補助磁界と、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの各磁気抵抗素子において、前記第一方向の前記補助磁界および前記主磁界により形成される前記合成磁界の方向の前記主磁界の方向に対する位相差に対して逆方向の位相差の前記合成磁界を形成する第二方向の前記補助磁界と、を発生可能であり、
前記制御手段は、前記補助磁界を排除したときに前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、前記第一方向の前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号と、前記第二方向の前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときに前記第一磁気抵抗センサまたは前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号と、の信号レベルの差に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。 - 前記補助磁界発生手段は、環状または渦巻状に巻かれているコイルであり、
前記制御手段は、前記コイルに供給する電流の方向を制御することを特徴とする請求項17に記載の回転角検出装置。 - 前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサに対して放射状であることを特徴とする請求項10から18に記載の回転角検出装置。
- 前記第一磁気抵抗センサと前記第二磁気抵抗センサとは、互いに45度の位相差を有する電気信号を出力するように配置されていることを特徴とする請求項1から3、10から19のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記第一磁気抵抗センサと前記第二磁気抵抗センサとは、前記第一ブリッジ回路と前記第三ブリッジ回路とが互いに45度の位相差を有する電気信号を出力し、前記第二ブリッジ回路と前記第四ブリッジ回路とが互いに45度の位相差を有する電気信号を出力するように配置されていることを特徴とする請求項4から9のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記補助磁界の方向は、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサを構成する各磁気抵抗素子の配置位置においてほぼ平行であることを特徴とする請求項4から21のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記コイルは、平面状であることを特徴とする請求項2から8、18のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記コイルは、複数層に形成されることを特徴とする請求項2から8、18、23のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記制御手段は、前記補助磁界を排除しているときと前記補助磁界が前記主磁界との前記合成磁界を形成しているときとで前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサが出力する電気信号の信号レベルの差が所定値以下の状態を認識することを特徴とする請求項1から24のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記制御手段は、前回特定した回転角度と今回特定した回転角度との差が所定値以上の状態を認識することを特徴とする請求項1から25のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 請求項2から8、18、23、24のいずれか一項に記載の回転角検出装置の製造方法であって、
第一層に平滑面を形成する平滑面形成工程と、
前記第一層の平滑面に前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子を形成する磁気抵抗素子形成工程とを含むことを特徴とする回転角検出装置の製造方法。 - 前記磁気抵抗素子形成工程後に、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子を埋没させるように前記第一層の平滑面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層に前記コイルを形成するコイル形成工程とをさらに含むことを特徴とする請求項27に記載の回転角検出装置の製造方法。 - 前記コイルは、前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子の直上を通過するように形成されることを特徴とする請求項28に記載の回転角検出装置の製造方法。
- 前記平滑面形成工程前に、第二層に前記コイルを形成するコイル形成工程と、
絶縁材料で前記コイルを埋没させるように前記第二層に前記第一層を形成する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項27に記載の回転角検出装置の製造方法。 - 前記第一磁気抵抗センサおよび前記第二磁気抵抗センサの磁気抵抗素子は前記コイルの直上に形成されることを特徴とする請求項30に記載の回転角検出装置の製造方法。
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- 2004-04-07 JP JP2004113207A patent/JP2005300216A/ja not_active Withdrawn
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