JP2006208049A - Rotation angle detection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面内で回転する磁界を磁電変換素子により検出し、磁電変換素子の出力信号を差動増幅器により増幅して磁界の回転角を検出する回転角検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a magnetic field rotating in a plane with a magnetoelectric conversion element and amplifies an output signal of the magnetoelectric conversion element with a differential amplifier to detect a rotation angle of the magnetic field.
平面内で回転する磁界を磁電変換素子により検出し、磁電変換素子の出力信号を演算することによって磁界の回転角を検出する回転角検出装置が、例えば、特開2004−271495号公報(特許文献1)に開示されている。 A rotation angle detection device that detects a rotation angle of a magnetic field by detecting a magnetic field rotating in a plane by a magnetoelectric conversion element and calculating an output signal of the magnetoelectric conversion element is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-271495 (Patent Document). 1).
図3に、特許文献1に開示された従来の回転角検出装置を示す。
図3(a)は、回転角センサの側面図、図3(b)は、図3(a)のI−I矢視断面図及びこの回転角センサを具備した回転角検出装置である。
FIG. 3 shows a conventional rotation angle detection device disclosed in
3A is a side view of the rotation angle sensor, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the arrow I-I in FIG. 3A and a rotation angle detection device including the rotation angle sensor.
図3(a),(b)に示す回転角検出装置1は、回転軸2の外周側に設けられる回転角センサと回転角演算部6とから構成され、回転角センサで検出した信号に基づいて、回転角演算部6が演算することで、回転軸2の回転角を検出している。
A rotation
回転角センサは、硬磁性体を成す磁石3、軟磁性体を成すヨーク4及び磁束密度検出器を成す磁気センサ(磁電変換素子)5から構成されている。
The rotation angle sensor includes a
磁石3は、リング状であって、回転軸2の外周に連結され、且つ磁気極性の異なる第1の磁極を成すN極3aと第2の磁極を成すS極3bとから成っている。このN極3aとS極3bとは、周方向の略180度間隔に連結されている。
The
ヨーク4は、磁石3の外周に近接して配置される環状体であって、第1から第4のヨーク4a〜4dから構成されている。この第1から第4のヨーク4a〜4dは、それぞれ周方向の略90度間隔にギャップ4gを介して設けられている。
The yoke 4 is an annular body disposed close to the outer periphery of the
磁気センサ5は、第1及び第2の磁気センサ5a、5bとから構成されている。第1の磁気センサ5aは、第1及び第4のヨーク4a、4dとの周方向の間のギャップ4g内に、第2の磁気センサ5bは、第1及び第2のヨーク4a、4bとの周方向の間のギャップ4g内に挿入されており、それぞれ挿入されたギャップ4gに生じる磁束量を磁束密度として検出する。但し、この第1及び第2の磁気センサ5a、5bは、ヨーク4と非接触に設けられている。また、磁気センサ5としては、例えばホール素子及び磁気抵抗素子等を使用することができ、検出した磁束密度を電気信号(例えば電圧信号)に変換して回転角演算部6に出力する。
The magnetic sensor 5 includes first and second
回転角演算部6は、第1及び第2の磁気センサ5a、5bで変換された電気信号に基づいて、回転軸2の回転角(絶対角)を演算する。具体的には、第1及び第2の磁気センサ5a、5bで変換された2つの電気信号をそれぞれつなぎ合わせることで、90deg以上の連続した回転軸2の回転角を演算する。
The rotation angle calculation unit 6 calculates the rotation angle (absolute angle) of the rotating
図4は、回転軸2が周方向に回転した場合の磁気センサ5が検出する磁束密度の変化について説明する図である。図4(a)は、磁石が周方向に回転した状態を示した図、図4(b)は、磁気センサが変換した電気信号の周期波形を示したグラフである。
FIG. 4 is a diagram for explaining a change in magnetic flux density detected by the magnetic sensor 5 when the
図4(a)に示す(I)の状態(0deg)の場合、第1のヨーク4aと第4のヨーク4dとの間のギャップ4gには、磁束が流れず磁束密度としては0となる。また、第1のヨーク4aと第2のヨーク4bとの間のギャップ4gには、負の極性の磁束密度の最大値が生じる。このことから、第1及び第2の磁気センサ5a、5bは、図4(b)の点線(I)に示す電圧信号に変換する。
In the state (I) (0 deg) shown in FIG. 4A, no magnetic flux flows through the
そして、図4(a)に示す(I)の状態から回転軸2が周方向に90度右回転し、(II)の状態(90deg)になった場合、第1のヨーク4aと第4のヨーク4dとの間のギャップ4gには、正の極性の磁束密度の最大値が生じる。また、第1のヨーク4aと第2のヨーク4bとの間のギャップ4gには、磁束が流れず磁束密度としては0となる。このことから、第1及び第2の磁気センサ5a、5bは、図4(b)の点線(II)に示す電圧信号に変換する。
When the
さらに、図4(a)に示す(II)の状態から回転軸2が周方向に90度右回転し、(III)の状態(180deg)になった場合、第1のヨーク4aと第4のヨーク4dとの間のギャップ4gには、磁束が流れず磁束密度としては0となる。また、第1のヨーク4aと第2のヨーク4bとの間のギャップ4gには、正の極性の磁束密度の最大値が生じる。このことから、第1及び第2の磁気センサ5a、5bは、図4(b)の点線(II)に示す電圧信号に変換する。
Further, when the
また、磁石3のN極3a及びS極3bの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量がほぼ一定であることから、回転軸2が周方向に回転している際の第1及び第4のギャップ4gと第1及び第2のギャップ4gとに生じる磁束の磁束密度は、一定の割合で変化する。このことから、第1及び第2の磁気センサ5a、5bは、図4(b)の太線のように、一定の割合で変化する電圧信号に変換する。
Further, since the amount of magnetic flux generated from any part of the
図5は、回転角演算部で演算された電気信号の周期波形を示したグラフである。 FIG. 5 is a graph showing a periodic waveform of the electric signal calculated by the rotation angle calculation unit.
回転角演算部6が演算することで、Voutは、図5に示すように、回転軸2の回転角360度(−180deg〜180deg)の範囲で一定の割合で変化させることができるため、回転軸2の360度の絶対角を検出することができる。
図6に、図3の回転角検出装置を一般化した、従来の別の回転角検出装置を示す。 FIG. 6 shows another conventional rotation angle detection device in which the rotation angle detection device of FIG. 3 is generalized.
図6に示す回転角検出装置90は、平面H内で回転する磁界Bを磁電変換素子91,92により検出し、磁電変換素子91,92の出力信号を演算して磁界Bの回転角を検出する回転角検出装置である。
The rotation
図6の回転角検出装置90は、図3の回転角検出装置1と同様に、2個の磁電変換素子91,92を有している。また、2個の磁電変換素子91,92は、磁界Bの回転中心Pに近接して、互いに90度位相の異なる信号を出力するように配置されている。従って、2個の磁電変換素子91,92の出力端子A−BおよびC−Dには、それぞれ、磁界Bの回転に伴ってsin波およびcos波の電圧信号が出力され、これをarctan演算することにより、図5と同様のリニア出力が得られる。
The rotation
図6に示す回転角検出装置90では、2個の磁電変換素子91,92が互いに近接して配置されているため、磁気ノイズがある場合にも、磁気ノイズは2個の磁電変換素子91,92に等しく作用して、磁界Bの回転角の検出精度は劣化し難い。このため、図6の回転角検出装置90は、磁気ノイズに対して強い構造となっている。一方、図6の回転角検出装置90は、磁電変換素子からの信号を増幅する増幅器のオフセット電圧や電気ノイズの影響を低減する有効な手段を有していない。
In the rotation
そこで本発明は、平面内で回転する磁界を磁電変換素子により検出し、磁界の回転角を検出する回転角検出装置であって、増幅器のオフセット電圧や電気ノイズが発生しても磁界の回転角の検出精度が劣化し難い回転角検出装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is a rotation angle detection device that detects a magnetic field rotating in a plane by a magnetoelectric transducer and detects a rotation angle of the magnetic field, and the rotation angle of the magnetic field even if an offset voltage of the amplifier or electrical noise occurs. It is an object of the present invention to provide a rotation angle detection device in which the detection accuracy of the is difficult to deteriorate.
請求項1に記載の発明は、平面内で回転する磁界を磁電変換素子により検出し、前記磁電変換素子の出力信号を差動増幅器により増幅して前記磁界の回転角を検出する回転角検出装置であって、2n個(nは1以上の整数)の前記磁電変換素子と、3n個の前記差動増幅器を有してなり、2個の前記磁電変換素子と3個の前記差動増幅器を一組とし、各組において、前記2個の磁電変換素子が同じ変換特性を有すると共に、前記2個の磁電変換素子が前記磁界に対して同じ信号を出力するように前記平面内で同じ向きに配置され、前記3個の差動増幅器のうち少なくとも2個の差動増幅器が同じ増幅特性を有すると共に、第1段で、前記2個の磁電変換素子からの出力信号を、それぞれ、前記同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器の入力端子に、互いに反転して入力し、第2段で、2個の前記差動増幅器からの出力信号を、それぞれ、残る1個の前記差動増幅器の入力端子に、互いに反転して入力し、各組の前記第2段の差動増幅器からの出力信号を演算することによって、前記磁界の回転角を検出することを特徴としている。 The invention according to claim 1 detects a magnetic field rotating in a plane by a magnetoelectric conversion element, and amplifies an output signal of the magnetoelectric conversion element by a differential amplifier to detect a rotation angle of the magnetic field. 2n (n is an integer of 1 or more) the magnetoelectric conversion elements and 3n differential amplifiers, and the two magnetoelectric conversion elements and the three differential amplifiers are In each set, the two magnetoelectric conversion elements have the same conversion characteristics, and the two magnetoelectric conversion elements output the same signal to the magnetic field in the same direction in the plane. And at least two differential amplifiers of the three differential amplifiers have the same amplification characteristics, and output signals from the two magnetoelectric transducers are respectively the same amplification in the first stage. Input terminals of two differential amplifiers with characteristics In the second stage, the output signals from the two differential amplifiers are inverted and input to the input terminals of the remaining one differential amplifier, respectively. The rotation angle of the magnetic field is detected by calculating an output signal from the pair of second stage differential amplifiers.
これによれば、第1段の同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器からの出力信号が、それぞれ、第2段の残る1個の前記差動増幅器の入力端子に互いに反転して入力されるために、第1段の同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器にオフセット電圧が発生していも、それらは第2段の差動増幅器で打ち消される。また、第1段の2個の差動増幅器からの出力信号にコモンモードの電気ノイズが重畳した場合も同様に、それら電気ノイズが第2段の差動増幅器で打ち消される。 According to this, the output signals from the two differential amplifiers having the same amplification characteristic in the first stage are respectively input to the input terminals of the remaining one differential amplifier in the second stage in an inverted manner. Therefore, even if an offset voltage is generated in two differential amplifiers having the same amplification characteristics in the first stage, they are canceled out by the second stage differential amplifier. Similarly, when common-mode electrical noise is superimposed on the output signals from the two differential amplifiers in the first stage, the electrical noise is canceled out by the second-stage differential amplifier.
以上のようにして、上記回転角検出装置は、平面内で回転する磁界を磁電変換素子により検出し、磁界の回転角を検出する回転角検出装置であって、増幅器のオフセット電圧や電気ノイズが発生しても磁界の回転角の検出精度が劣化し難い回転角検出装置となっている。 As described above, the rotation angle detection apparatus is a rotation angle detection apparatus that detects a rotation angle of a magnetic field by detecting a magnetic field rotating in a plane with a magnetoelectric conversion element, and an offset voltage or electric noise of an amplifier is detected. Even if it occurs, the rotation angle detection device is unlikely to deteriorate the detection accuracy of the rotation angle of the magnetic field.
請求項2に記載のように、上記回転角検出装置においては、前記2n個の磁電変換素子が、前記磁界の回転中心に隣接して配置されてなることが好ましい。これにより、各磁電変換素子に印加される磁界が均等になって、磁界の回転角の高い検出精度を得ることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the rotation angle detection device, it is preferable that the 2n magnetoelectric conversion elements are arranged adjacent to the rotation center of the magnetic field. Thereby, the magnetic field applied to each magnetoelectric transducer becomes uniform, and the detection accuracy with a high rotation angle of the magnetic field can be obtained.
請求項3に記載のように、前記2n個の磁電変換素子は、前記平面内にリング状に配置されてなることが好ましく、特に請求項4に記載のように、前記磁界の回転中心の周りにリング状に配置されてなることが好ましい。 According to a third aspect of the present invention, the 2n magnetoelectric transducers are preferably arranged in a ring shape in the plane, and particularly as recited in the fourth aspect, around the rotation center of the magnetic field. It is preferable that they are arranged in a ring shape.
これによっても、各磁電変換素子に印加される磁界が均等になって、磁界の回転角の高い検出精度を得ることができる。 Also by this, the magnetic field applied to each magnetoelectric transducer becomes uniform, and the detection accuracy with a high rotation angle of the magnetic field can be obtained.
請求項5に記載のように、上記回転角検出装置は、4個の前記磁電変換素子と、6個の差動増幅器を有してなり、2組の前記磁電変換素子が同じ変換特性を有すると共に、前記2組の磁電変換素子が前記磁界に対して90度位相の異なる信号を出力するように前記平面内で互いに90度回転した向きに配置され、2組の前記第2段の差動増幅器が同じ増幅特性を有すると共に、各組の前記第2段の差動増幅器からの出力信号をarctan演算することによって、前記磁界の回転角を検出するように構成することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, the rotation angle detection device includes four magnetoelectric conversion elements and six differential amplifiers, and two sets of the magnetoelectric conversion elements have the same conversion characteristics. In addition, the two sets of magnetoelectric transducers are arranged in directions rotated by 90 degrees with respect to each other in the plane so as to output signals having a phase difference of 90 degrees with respect to the magnetic field. The amplifiers have the same amplification characteristics, and can be configured to detect the rotation angle of the magnetic field by performing an arctan operation on the output signals from each pair of the second stage differential amplifiers.
上記磁電変換素子と差動増幅器の最小限の組み合わせにより、磁界の回転角に対して線形な出力電圧を、簡単なarctan演算により得ることができる。従って、上記回転角検出装置は、オフセット電圧や電気ノイズが発生しても磁界の回転角の検出精度が劣化し難い回転角検出装置であって、安価な回転角検出装置とすることができる。 With a minimum combination of the magnetoelectric conversion element and the differential amplifier, an output voltage linear with respect to the rotation angle of the magnetic field can be obtained by a simple arctan calculation. Therefore, the rotation angle detection device is a rotation angle detection device in which the detection accuracy of the rotation angle of the magnetic field is hardly deteriorated even if an offset voltage or electrical noise occurs, and can be an inexpensive rotation angle detection device.
請求項6に記載のように、上記回転角検出装置は、前記磁電変換素子が、ホール素子であり、前記2n個のホール素子と3n個の差動増幅器が、同じ半導体基板に形成されてなり、前記平面が、前記半導体基板面であるように構成することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the rotation angle detection device, the magnetoelectric conversion element is a Hall element, and the 2n Hall elements and 3n differential amplifiers are formed on the same semiconductor substrate. The plane can be configured to be the semiconductor substrate surface.
これにより、小型で安価な回転角検出装置とすることができる。 Thereby, it can be set as a small and cheap rotation angle detection apparatus.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の回転角検出装置100における磁電変換素子の配置を模式的に示す図である。図2は、本発明の回転角検出装置100における差動増幅器の接続配置と各差動増幅器の入出力信号を示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the arrangement of magnetoelectric conversion elements in the rotation
図1,2に示す回転角検出装置100は、図1に示す4個の磁電変換素子11a,11b,12a,12bと、図2に示す6個の差動増幅器21a,21b,22a,22b,31,32とを有している。回転角検出装置100では、図1に示すように平面H内で回転する磁界Bを磁電変換素子11a,11b,12a,12bにより検出し、図2に示すように磁電変換素子11a,11b,12a,12bの出力信号を差動増幅器21a,21b,22a,22b,31,32により増幅する。これによって、図1に示す磁界Bの平面H内における回転角を検出する。
1 and 4 includes four
図1,2に示す回転角検出装置100では、磁電変換素子11a,11b,12a,12bとして、例えばホール素子を用いることができ、4個のホール素子11a,11b,12a,12bと6個の差動増幅器21a,21b,22a,22b,31,32が、同じ半導体基板に形成され、図1に示す平面Hが半導体基板面であるように構成することができる。これにより、小型で安価な回転角検出装置とすることができる。尚、図1は配置関係を模式的に示す図であり、磁電変換素子11a,11b,12a,12bとしてホール素子を用いる場合には、ホール素子11a,11b,12a,12bは、半導体基板面H内で回転する磁界Bに対して出力電圧を得るため、例えば半導体基板面Hに対して90度傾いた面に形成されて用いられる。
In the rotation
回転角検出装置100における4個の磁電変換素子11a,11b,12a,12bは、図1に示すように、磁界Bの回転中心Pに隣接して配置されている。これにより、各磁電変換素子11a,11b,12a,12bに印加される磁界Bが均等になって、磁界Bの回転角の高い検出精度を得ることができる。また、回転角検出装置100における4個の磁電変換素子11a,11b,12a,12bは、平面H内に磁界Bの回転中心Pの周りにリング状に配置されている。これによっても、各磁電変換素子11a,11b,12a,12bに印加される磁界Bが均等になって、磁界Bの回転角の高い検出精度を得ることができる。
The four
図1,2に示す回転角検出装置100では、2個の磁電変換素子11a,11bと3個の差動増幅器21a,21b,31を第1組がとして構成されており、2個の磁電変換素子12a,12bと3個の差動増幅器22a,22b,32が第2組として構成されている。
In the rotation
図1,2に示す回転角検出装置100では、4個の磁電変換素子11a,11bおよび12a,12bが同じ変換特性を有すると共に、各組では、2個の磁電変換素子11a,11bおよび12a,12bが、磁界Bに対して同じ信号を出力するように、平面H内で同じ向きに配置されている。2組の磁電変換素子11a,11bおよび12a,12bは、磁界Bに対して90度位相の異なる信号を出力するように、平面H内で互いに90度回転した向きに配置されている。
In the rotation
また、図1,2に示す回転角検出装置100では、6個の差動増幅器21a,21b,31および22a,22b,32のうち、4個の差動増幅器21a,21bおよび22a,22bが同じ増幅特性を有し、2個の差動増幅器31および32が同じ増幅特性を有する。図2に示すように、第1段では、2個の磁電変換素子11a,11bおよび12a,12bからの出力信号を、それぞれ、同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器21a,21bおよび22a,22bの入力端子に、互いに反転して入力する。第2段では、2個の差動増幅器21a,21bおよび22a,22bからの出力信号を、それぞれ、残る1個の差動増幅器31および32の入力端子に、互いに反転して入力している。最後に、各組の第2段の差動増幅器31および32からの出力信号を、演算器40でarctan演算することによって、磁界Bの平面H内での回転角を検出する。
Also, in the rotation
図1,2に示す回転角検出装置100では、第1段の同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器21a,21bおよび22a,22bからの出力信号が、それぞれ、第2段の残る1個の差動増幅器31および32の入力端子に互いに反転して入力される。このため、第1段の同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器21a,21bおよび22a,22bにオフセット電圧が発生していも、それらは第2段の差動増幅器31および32で打ち消される。また、第1段の2個の差動増幅器21a,21bおよび22a,22bからの出力信号にコモンモードの電気ノイズが重畳した場合も、同様に、それら電気ノイズが第2段の差動増幅器31および32で打ち消される。
1 and 2, the output signals from the two
以上のようにして、図1,2に示す回転角検出装置100は、平面H内で回転する磁界Bを磁電変換素子11a,11b,12a,12bにより検出し、磁界Bの回転角を検出する回転角検出装置であって、差動増幅器21a,21b,22a,22b,31,32のオフセット電圧や電気ノイズが発生しても磁界Bの回転角の検出精度が劣化し難い回転角検出装置となっている。
As described above, the rotation
図1,2では、4個の磁電変換素子11a,11b,12a,12bと6個の差動増幅器21a,21b,22a,22b,31,32とを有する回転検出装置100を例にして、本発明による回転検出装置を説明した。図1,2に示す回転検出装置100では、磁電変換素子11a,11b,12a,12bと差動増幅器21a,21b,22a,22b,31,32の最小限の組み合わせにより、磁界Bの回転角に対して線形な出力電圧を、簡単なarctan演算により得ることができる。従って、図1,2の回転検出装置100は、オフセット電圧や電気ノイズが発生しても磁界Bの回転角の検出精度が劣化し難い回転角検出装置であって、安価な回転角検出装置とすることができる。
1 and 2, the
しかしながら本発明の回転検出装置はこれに限らず、増幅器のオフセット電圧や電気ノイズが発生しても磁界の回転角の検出精度が劣化し難い回転角検出装置として、次のように一般化することができる。すなわち、本発明による回転検出装置は、平面内で回転する磁界を磁電変換素子により検出し、前記磁電変換素子の出力信号を差動増幅器により増幅して前記磁界の回転角を検出する回転角検出装置であって、2n個(nは1以上の整数)の前記磁電変換素子と、3n個の前記差動増幅器を有してなり、2個の前記磁電変換素子と3個の前記差動増幅器を一組とし、各組において、前記2個の磁電変換素子が同じ変換特性を有すると共に、前記2個の磁電変換素子が、前記磁界に対して同じ信号を出力するように、前記平面内で同じ向きに配置され、前記3個の差動増幅器のうち少なくとも2個の差動増幅器が同じ増幅特性を有すると共に、第1段で、前記2個の磁電変換素子からの出力信号を、それぞれ、前記同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器の入力端子に、互いに反転して入力し、第2段で、2個の前記差動増幅器からの出力信号を、それぞれ、残る1個の前記差動増幅器の入力端子に、互いに反転して入力し、各組の前記第2段の差動増幅器からの出力信号を演算することによって、前記磁界の回転角を検出する回転角検出装置であればよい。 However, the rotation detection device of the present invention is not limited to this, and is generalized as follows as a rotation angle detection device in which the detection accuracy of the rotation angle of the magnetic field is hardly deteriorated even if an offset voltage of the amplifier or electrical noise occurs. Can do. That is, the rotation detection device according to the present invention detects a magnetic field rotating in a plane by a magnetoelectric conversion element and amplifies an output signal of the magnetoelectric conversion element by a differential amplifier to detect a rotation angle of the magnetic field. 2n (n is an integer equal to or greater than 1) of the magnetoelectric conversion elements and 3n of the differential amplifiers, the two magnetoelectric conversion elements and the three differential amplifiers In each set, the two magnetoelectric transducers have the same conversion characteristics, and the two magnetoelectric transducers output the same signal to the magnetic field in the plane. Arranged in the same direction, at least two of the three differential amplifiers have the same amplification characteristics, and at the first stage, output signals from the two magnetoelectric transducers are respectively Two of the same amplification characteristics Inverted and input to the input terminals of the dynamic amplifier, and in the second stage, the output signals from the two differential amplifiers are respectively inverted to the input terminals of the remaining one of the differential amplifiers. Any rotation angle detection device that detects the rotation angle of the magnetic field by calculating the output signals from the differential amplifiers in the second stage of each set.
これによれば、第1段の同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器からの出力信号が、それぞれ、第2段の残る1個の前記差動増幅器の入力端子に互いに反転して入力されるために、第1段の同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器にオフセット電圧が発生していも、それらは第2段の差動増幅器で打ち消される。また、第1段の2個の差動増幅器からの出力信号にコモンモードの電気ノイズが重畳した場合も同様に、それら電気ノイズが第2段の差動増幅器で打ち消される。 According to this, the output signals from the two differential amplifiers having the same amplification characteristic in the first stage are respectively input to the input terminals of the remaining one differential amplifier in the second stage in an inverted manner. Therefore, even if an offset voltage is generated in two differential amplifiers having the same amplification characteristics in the first stage, they are canceled out by the second stage differential amplifier. Similarly, when common-mode electrical noise is superimposed on the output signals from the two differential amplifiers in the first stage, the electrical noise is canceled out by the second-stage differential amplifier.
また、磁電変換素子は、ホール素子に限らず、磁気抵抗素子等であってもよい。 Further, the magnetoelectric conversion element is not limited to the Hall element, and may be a magnetoresistive element or the like.
以上のようにして、上記本発明の回転角検出装置は、平面内で回転する磁界を磁電変換素子により検出し、磁界の回転角を検出する回転角検出装置であって、増幅器のオフセット電圧や電気ノイズが発生しても磁界の回転角の検出精度が劣化し難い回転角検出装置となっている。 As described above, the rotation angle detection device of the present invention is a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a magnetic field by detecting a magnetic field rotating in a plane with a magnetoelectric transducer, and includes an offset voltage of an amplifier and the like. Even if electrical noise occurs, the rotation angle detection device is less likely to deteriorate the detection accuracy of the rotation angle of the magnetic field.
1,90,100 回転角検出装置
5a,5b,91,92,11a,11b,12a,12b 磁電変換素子
21a,21b,22a,22b,31,32 差動増幅器
40 演算器
H 平面
B 磁界
P 回転中心
DESCRIPTION OF
Claims (6)
2n個(nは1以上の整数)の前記磁電変換素子と、3n個の前記差動増幅器を有してなり、
2個の前記磁電変換素子と3個の前記差動増幅器を一組とし、
各組において、
前記2個の磁電変換素子が同じ変換特性を有すると共に、前記2個の磁電変換素子が前記磁界に対して同じ信号を出力するように前記平面内で同じ向きに配置され、
前記3個の差動増幅器のうち少なくとも2個の差動増幅器が同じ増幅特性を有すると共に、
第1段で、前記2個の磁電変換素子からの出力信号を、それぞれ、前記同じ増幅特性を有する2個の差動増幅器の入力端子に、互いに反転して入力し、
第2段で、2個の前記差動増幅器からの出力信号を、それぞれ、残る1個の前記差動増幅器の入力端子に、互いに反転して入力し、
各組の前記第2段の差動増幅器からの出力信号を演算することによって、前記磁界の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。 A rotation angle detection device that detects a rotation angle of the magnetic field by detecting a magnetic field rotating in a plane by a magnetoelectric conversion element, amplifying an output signal of the magnetoelectric conversion element by a differential amplifier,
2n (n is an integer of 1 or more) the magnetoelectric transducer and 3n differential amplifiers,
A set of two magnetoelectric transducers and three differential amplifiers,
In each group,
The two magnetoelectric transducers have the same conversion characteristics, and the two magnetoelectric transducers are arranged in the same direction in the plane so as to output the same signal to the magnetic field,
At least two of the three differential amplifiers have the same amplification characteristics;
In the first stage, the output signals from the two magnetoelectric transducers are inverted and input to the input terminals of the two differential amplifiers having the same amplification characteristics, respectively.
In the second stage, the output signals from the two differential amplifiers are inverted and input to the input terminals of the remaining one differential amplifier, respectively.
A rotation angle detection apparatus for detecting a rotation angle of the magnetic field by calculating an output signal from each pair of the second stage differential amplifiers.
2組の前記磁電変換素子が同じ変換特性を有すると共に、前記2組の磁電変換素子が前記磁界に対して90度位相の異なる信号を出力するように前記平面内で互いに90度回転した向きに配置され、
2組の前記第2段の差動増幅器が同じ増幅特性を有すると共に、各組の前記第2段の差動増幅器からの出力信号をarctan演算することによって、前記磁界の回転角を検出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の回転角検出装置。 The rotation angle detection device has four magnetoelectric conversion elements and six differential amplifiers,
The two sets of magnetoelectric transducers have the same conversion characteristics, and the two sets of magnetoelectric transducers are rotated 90 degrees relative to each other in the plane so as to output signals having a phase difference of 90 degrees with respect to the magnetic field. Arranged,
Two sets of the second stage differential amplifiers have the same amplification characteristic, and the rotation angle of the magnetic field is detected by performing an arctan operation on the output signals from the second stage differential amplifiers of each group. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle detection device is a rotation angle detection device.
前記2n個のホール素子と3n個の差動増幅器が、同じ半導体基板に形成されてなり、
前記平面が、前記半導体基板面であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回転角検出装置。 The magnetoelectric conversion element is a Hall element,
The 2n Hall elements and 3n differential amplifiers are formed on the same semiconductor substrate,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the plane is a surface of the semiconductor substrate.
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