JP2008107235A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度の検出誤差を低減する回転角度検出装置、特に製品出荷後の回転角度の検出誤差の増大を防止する回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】２個のホール素子は、検出対象の回転に伴う磁界の変化に応じて互いに位相差の異なる正弦波形の出力信号を出力する。ＥＣＵは、２個のホール素子の出力信号にオフセット補正（Ｓ１１４）および振幅補正（Ｓ１１６）を施す。次に、ＥＣＵは、２個のホール素子のいずれか一方の出力信号が０であるとき（Ｓ１１８）、２個のホール素子のいずれか他方の出力信号の大きさから三角関数演算によって２個のホール素子の出力信号の位相差を算出し、算出した位相差で検出対象の回転角度の検出に用いる位相差を更新する（Ｓ１２０）。そしてＥＣＵは、出力信号の位相差に基づいて検出対象の回転角度を検出する（Ｓ１２２）。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置に関するものである。

従来、検出対象の回転にともない、２個の磁気検出素子を有する磁気検出手段を磁界に対して相対回転させ、検出対象の回転により変化する磁気検出素子の出力信号から検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような回転角度検出装置では、２個の磁気検出素子は正弦波形である出力信号（図３参照）を電圧として出力する。そして、出力信号から三角関数演算により、検出対象の回転角度に対して１８０°周期で１対１に変化する鋸歯状の演算角度（図４参照）を算出する。そして、出力信号の符号から、０°〜３６０°の範囲において検出対象の回転角度位置を識別し、演算角度に回転角度位置に応じたオフセット角度を加えて演算角度を結合することにより、検出対象の回転角度に対して３６０°周期で１対１に変化する出力角度を算出する。これにより、０°〜３６０°の範囲において、検出対象の回転角度を検出できる。

ところが、実際には、２個の磁気検出素子の出力信号間の位相差α（図３参照）が回転角度検出装置毎にばらつくため、これらの出力信号から検出対象の回転角度を正しく検出することはできない。
そこで、回転角度検出装置の製品出荷前の工程において、専用の測定装置を用いて磁気検出素子の出力信号のアナログ波形を測定することにより、上述した位相差のばらつきを検出している。そして、検出した位相差のばらつきに応じて、回転角度検出装置の出力を補正している。このような方法によれば、磁気検出素子の製造時に発生したり、回転角度検出装置の組付時に発生する位相差のばらつきに起因する回転角度の検出誤差を低減することができる。
しかしながら、上述した方法では、製品出荷後の経時劣化や環境温度の変化により発生する位相差のばらつきに起因する回転角度の検出誤差を低減することができないという問題がある。

特開２００３−７５１０８号公報

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、回転角度の検出誤差を低減する回転角度検出装置、特に製品出荷後の回転角度の検出誤差の増大を防止する回転角度検出装置を提供することを目的とする。

請求項１〜３に記載の発明では、次のように第１磁気検出素子の出力信号と第２磁気検出素子の出力信号との位相差を算出可能であることに着目し、算出した位相差から検出対象の回転角度を検出している。すなわち、請求項１に記載の発明では、第１磁気検出素子の出力信号の位相が既知である第１磁気検出素子の出力信号の大きさを検出すると、そのときの第２磁気検出素子の出力信号の大きさから、第１磁気検出素子の出力信号と第２磁気検出素子の出力信号との位相差を算出する。また請求項２に記載の発明では、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の出力信号の大きさが同一であることを検出すると、そのときの第１磁気検出素子または第２磁気検出素子の出力信号の大きさから、第１磁気検出素子の出力信号と第２磁気検出素子の出力信号との位相差を算出する。また請求項３に記載の発明では、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の出力信号の大きさから、第１磁気検出素子の出力信号と第２磁気検出素子の出力信号との位相差を算出する。このように算出した出力信号の位相差には機械的な誤差が含まれない。したがって、算出した出力信号の位相差に基づいて検出対象の回転角度を検出することにより、回転角度検出装置の検出誤差を低減することができる。特に、製品出荷後においても出力信号の位相差を算出することができるため、製品出荷後の回転角度の検出誤差の増大を防止することができる。

請求項４に記載の発明では、第１磁気検出素子の出力信号および第２磁気検出素子の出力信号のオフセットを補正し、オフセット後の出力信号から出力信号の位相差を算出している。一方、請求項５に記載の発明では、第１磁気検出素子の出力信号および第２磁気検出素子の出力信号の振幅が略同一の大きさに補正し、振幅補正後の出力信号から出力信号の位相差を算出している。
このような補正によって出力信号を理想的な正弦波形に近づけ、補正後の出力信号の大きさから出力信号の位相差を算出することにより、正確な位相差を求めることができる。したがって、算出した出力信号の位相差から検出対象の回転角度を検出することにより、回転角度検出装置の検出誤差を低減することができる。

請求項６に記載の発明では、第１磁気検出素子の出力信号または第２磁気検出素子の出力信号が所定の大きさであることを複数回検出した後に出力信号の位相差を算出し、算出した位相差で検出対象の回転角度の検出に用いる位相差を更新する。一方、請求項７に記載の発明では、所定時間経過後に出力信号の位相差を算出し、算出した位相差で検出対象の回転角度の検出に用いる位相差を更新する。
このようなタイミングで検出対象の回転角度の検出に用いる位相差を更新することにより、１つの回転角度を検出する処理につき出力信号の位相差を１回算出する場合と比較して、位相差の算出回数を削減することができる。

本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
１．回転角度検出装置の構成
本発明の第１実施形態による回転角速度検出装置を図２に示す。回転角速度検出装置１０は、例えばクランクシャフトや車輪等の検出対象の回転角速度を検出する装置である。回転角速度検出装置１０は、永久磁石１２、１４、ホール素子２１、２２および電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３０を有している。回転角速度検出装置１０では、ホール素子２１、２２とＥＣＵ３０とを別部品にしてもよいし、１個の半導体素子として１部品で構成してもよい。

磁界発生手段としての永久磁石１２、１４は、平行な一定の磁束密度の磁界を形成し、検出対象とともに回転する。
磁気検出手段を構成する磁気検出素子としてのホール素子２１、２２は、交差角度αをなして設置されている。また、ホール素子２１、２２には定電流が供給されている。検出対象とともに永久磁石１２、１４が回転することにより、図３に示すように、ホール素子２１、２２はそれぞれ正弦波の出力信号１００、１０２を電圧として出力する。出力信号１００と出力信号１０２とは位相がα異なる。検出対象の回転角度をθ、出力信号１００をＶａ、出力信号１０２をＶｂ、ホール素子２１、２２の感度で決定される係数をｋ、出力信号１００、１０２の初期位相をそれぞれβ、γ、永久磁石１２、１４が形成する磁界の磁束密度をＢ、定電流をＩとすると、Ｖａ、Ｖｂ、αは次式（１）、（２）、（３）で示される。

Ｖａ＝ｋＢＩ・ｓｉｎ（θ＋β） ・・・（１）
Ｖｂ＝ｋＢＩ・ｓｉｎ（θ＋γ） ・・・（２）
α＝γ−β ・・・（３）

そのため、式（１）〜（３）の三角関数演算により、演算角度θ’は次式（４）で示される。ここで演算角度とは、ホール素子２１、２２の出力特性で決定される１８０°の周期で検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する回転角度である。ＥＣＵ３０は、この演算角度に検出対象の回転角度位置に応じたオフセットを加えて結合することにより、検出対象の回転角度を算出する。
θ’＝ａｒｃｔａｎ（ｃｏｔ（α／２）×（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ））
・・・（４）

しかしながら、実際には、ホール素子２１、２２の出力信号には、それぞれオフセットが加わっていたり、振幅がばらついている（図５に示す出力信号１１２参照）。また、出力信号間の位相差αが回転角度検出装置１０毎にばらつく。こうしたばらつきは、製造誤差のみならず、経時劣化や環境温度の変化によっても生じる。

上述したような出力信号からは、検出対象の回転角度を正確に検出することができない。例えば図５に示すホール素子２２の出力信号１１２のように振幅がホール素子２１の出力信号１００に対して１％小さくなった場合は、図６（Ａ）に示すような検出誤差が生じる。この検出誤差は、検出対象の回転角度に応じて１８０°周期で変化し、最大で＋１．１°程度である。また、例えば図５に示すホール素子２２の出力信号１１２のように負のオフセットが加わった場合は、図６（Ｂ）に示すような検出誤差が生じる。この検出誤差は、検出対象の回転角度に応じて３６０°周期で変化し、最大で±１．２°程度である。また、例えばホール素子２１の出力信号とホール素子２２の出力信号との位相差が１．０°ずれた場合は、図６（Ｃ）に示すような検出誤差が生じる。この検出誤差は、検出対象の回転角度に応じて１８０°周期で変化し、最大で＋０．５°、−１．５°程度である。

そこで、ＥＣＵ３０は、後述するように出力信号のオフセットを補正したり、出力信号の振幅を補正したり、出力信号の現在の位相差を検出した後に、補正後の出力信号と検出した位相差とから上述した演算角度を算出する。このような回転角度検出処理により、回転角度検出装置１０の検出誤差を低減することができる。詳細は後述する。
ＥＣＵ３０は、図示しないＣＰＵと検出対象の回転角度を算出するプログラムを格納したメモリを有している。ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、ＥＣＵ３０は請求項に記載の「角度検出手段」として機能する。

２．回転角度検出装置の作動
以下に、回転角度検出装置１０による回転角度検出処理を図１に基づいて説明する。
はじめに、回転角度検出装置１０は、オフセット補正処理および振幅補正処理の要否を判別する。この処理において、ＥＣＵ３０は以下の処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ３０は、ホール素子２１の出力信号Ｖａとホール素子２２の出力信号Ｖｂを読み込む（図１に示すＳ１００参照）。次に、ＥＣＵ３０は、出力信号Ｖａ又は出力信号Ｖｂがそれぞれの最大値Ｖａｍａｘ、Ｖｂｍａｘよりも大きくなっているか否かを判別し（図１に示すＳ１０２参照）、出力信号Ｖａ又は出力信号Ｖｂがそれぞれの最小値Ｖａｍｉｎ、Ｖｂｍｉｎよりも小さくなっているか否かを判別する（図１に示すＳ１０４参照）。そしてＥＣＵ３０は、出力信号Ｖａ、Ｖｂがそれぞれの最大値Ｖａｍａｘ、Ｖｂｍａｘ以下であり、かつ出力信号Ｖａ、Ｖｂがそれぞれの最小値Ｖａｍｉｎ、Ｖｂｍｉｎ以上であると判別すると、後述するオフセット補正処理や振幅補正処理における補正量を更新することなく、出力信号に各補正を施す（図１に示すＳ１１４、Ｓ１１６参照）。すなわち、ＥＣＵ３０は、出力信号のオフセットや振幅に変化がないと認識すると補正量の更新を省略する。

次に、ＥＣＵ３０は、出力信号Ｖａ又は出力信号Ｖｂがそれぞれの最大値Ｖａｍａｘ、Ｖｂｍａｘよりも大きいと判別した場合、それらの最大値を対応する出力信号の値で更新する（図１に示すＳ１０６参照）。一方、出力信号Ｖａ又は出力信号Ｖｂがそれぞれの最小値Ｖａｍｉｎ、Ｖｂｍｉｎよりも小さくなっていると判別した場合、ＥＣＵ３０は、それらの最小値を対応する出力信号の値で更新する（図１に示すＳ１０８参照）。

次に、回転角度検出装置１０は、出力信号の最大値Ｖａｍａｘ、Ｖｂｍａｘおよび最小値Ｖａｍｉｎ、Ｖｂｍｉｎに基づいて、オフセット補正量を更新する（図１に示すＳ１１０参照）。この処理において、ＥＣＵ３０は、次式（５）、（６）に示す演算を行うことにより、出力信号Ｖａに対するオフセット補正量Ｖａｏｆｆ、出力信号Ｖｂに対するオフセット補正量Ｖｂｏｆｆを更新する。
Ｖａｏｆｆ＝（Ｖａｍａｘ＋Ｖａｍｉｎ）／２ ・・・（５）
Ｖｂｏｆｆ＝（Ｖｂｍａｘ＋Ｖｂｍｉｎ）／２ ・・・（６）

次に、回転角度検出装置１０は、出力信号の最大値Ｖａｍａｘ、Ｖｂｍａｘおよび最小値Ｖａｍｉｎ、Ｖｂｍｉｎに基づいて、振幅補正量を更新する（図１に示すＳ１１２参照）。この処理において、ＥＣＵ３０は、次式（７）、（８）に示す演算を行うことにより、出力信号Ｖａに対する振幅補正量Ｖａｇａｉｎ、出力信号Ｖｂに対する振幅補正量Ｖｂｇａｉｎを更新する。
Ｖａｇａｉｎ＝Ｖａｍａｘ−Ｖａｏｆｆ ・・・（７）
Ｖｂｇａｉｎ＝Ｖｂｍａｘ−Ｖｂｏｆｆ ・・・（８）

次に、回転角度検出装置１０は、オフセット補正量に応じて出力信号のオフセットを補正する（図１に示すＳ１１４参照）。この処理において、ＥＣＵ３０は、次式（９）、（１０）に示す演算を行うことにより、出力信号Ｖａ、Ｖｂのオフセットを補正する。尚、次式（９）、（１０）において、Ｖａ’及びＶｂ’はオフセット補正後の出力信号を示す。
Ｖａ’＝Ｖａ−Ｖａｏｆｆ ・・・（９）
Ｖｂ’＝Ｖｂ−Ｖｂｏｆｆ ・・・（１０）

次に、回転角度検出装置１０は、振幅補正量に応じて出力信号の振幅を補正する（図１に示すＳ１１６参照）。この処理において、ＥＣＵ３０は、次式（１１）、（１２）に示す演算を行うことにより、オフセット補正処理後の出力信号Ｖａ”、Ｖｂ”の振幅を補正する。
Ｖａ”＝Ｖａ’ ・・・（１１）
Ｖｂ”＝Ｖｂ’×Ｖａｇａｉｎ／Ｖｂｇａｉｎ ・・・（１２）

この結果、図５に示す補正前の出力信号１１０及び出力信号１１２は、それぞれのオフセットが除去され、互いの振幅が等しく補正され、図３に示す出力信号１００及び出力信号１０２のように補正される。すなわち、補正後の出力信号Ｖａ”、Ｖｂ”は次式（１３）〜（１５）で示され、演算角度θ’は次式（１６）で示される。尚、次式（１３）、（１４）において、ｋ”はＶａ”、Ｖｂ”の振幅を１に正規化するための係数、α”は現時点における出力信号の位相差を示す。

Ｖａ”＝ｋ”・ｓｉｎ（θ＋β”） ・・・（１３）
Ｖｂ”＝ｋ”・ｓｉｎ（θ＋γ”） ・・・（１４）
α”＝γ”−β” ・・・（１５）
θ’＝ａｒｃｔａｎ（ｃｏｔ（α”／２）×（Ｖａ”−Ｖｂ”）／（Ｖａ”＋Ｖｂ”））
・・・（１６）

次に、回転角度検出装置１０は、補正後の出力信号からそれらの位相差を算出し、検出対象の回転角度を算出に用いる位相差を算出した位相差により更新する。この処理において、ＥＣＵ３０は以下の処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ３０は、補正後のホール素子２１、２２の出力信号の大きさが０であるか否かを判別する（図１に示すＳ１１８参照）。

ここで、補正後のホール素子２１の出力信号の大きさが０である場合、その出力信号の位相は０°又は１８０°であるため、次式（１７）又は式（１８）が成立する。
θ＋β”＝０ ・・・（１７）
θ＋β”＝１８０ ・・・（１８）

したがって、式（１４）、（１５）、（１７）から次式（１９）を導出でき、次式（１９）の三角関数演算により出力信号の位相差α”は次式（２０）で示される。
Ｖｂ”／ｋ”＝ｓｉｎ（θ＋γ”）
＝ｓｉｎ（γ”−β”）
＝ｓｉｎ（α”） ・・・（１９）
α”＝ａｓｉｎ（Ｖｂ”／ｋ”） ・・・（２０）

同様に、式（１４）、（１５）、（１８）から次式（２１）を導出でき、次式（２１）の三角関数演算により出力信号の位相差α”は次式（２２）で示される。
Ｖｂ”／ｋ”＝ｓｉｎ（１８０−（θ＋γ”））
＝ｓｉｎ（１８０−（１８０−β”＋γ”））
＝ｓｉｎ（β”−γ”）
＝ｓｉｎ（−α”） ・・・（２１）
α”＝−ａｓｉｎ（Ｖｂ”／ｋ”） ・・・（２２）

すなわち、ホール素子２１の出力信号の大きさが０であるときのホール素子２２の出力信号の大きさＶｂ”から、次式（２３）に示す出力信号の位相差α”を算出することができる。
α”＝｜ａｓｉｎ（Ｖｂ”／ｋ”）｜ ・・・（２３）

同様にして、ホール素子２２の出力信号の大きさが０である場合、出力信号の位相差α”は次式（２４）で示される。すなわち、ホール素子２２の出力信号の大きさが０であるときのホール素子２１の出力信号の大きさＶａ”から出力信号の位相差α”を算出することができる。
α”＝｜ａｓｉｎ（Ｖａ”／ｋ”）｜ ・・・（２４）
このようにして算出した位相差により、ＥＣＵ３０は検出対象の回転角度の算出に用いる位相差を更新する（図１に示すＳ１２０参照）。

次に、回転角度検出装置１０は、補正後の出力信号の大きさと出力信号の位相差とから検出対象の回転角度を検出する（図１に示すＳ１２２参照）。この処理において、ＥＣＵ３０は、式（１６）に示す三角関数演算により、上述した演算角度１０４（図４参照）を算出する。次に、ＥＣＵ３０は、出力信号Ｖａ”、Ｖｂ”の符号を判定し、演算角度１０４の周期である１８０°の２倍の周期である３６０°の角度範囲内において、検出対象の回転角度位置を識別する。そしてＥＣＵ３０は、識別した検出対象の回転角度位置に基づき、演算角度にオフセット角度を加えて結合し、出力角度θを算出する。この出力角度θの周期は３６０°である。

（第１実施形態の変形例）
上記実施形態では、ホール素子２１の出力信号の大きさが０であるときのホール素子２２の出力信号の大きさ又はホール素子２２の出力信号が０であるときのホール素子２１の大きさから出力信号の位相差を算出した。しかしながら、出力信号の位相差は以下に示す変形例１〜３のように算出してもよい。変形例１〜３の構成は、第１実施形態の回転角度検出装置１０と実質的に同一であり、変形例１〜３の回転角度検出処理は、出力信号の位相差を算出する処理を除き、第１実施形態の回転角度検出処理と実質的に同一である。

（変形例１）
回転角度検出装置１０は、ホール素子２１の出力信号の大きさが１であるときのホール素子２２の出力信号の大きさから出力信号の位相差を次のように算出してもよい。すなわち、ホール素子２１の出力信号の大きさが１であるとき、ホール素子２１の出力信号の位相は９０°である。そのため、次式（２５）、（２６）が成立する。したがって、ＥＣＵ３０は、次式（２７）に示す三角関数演算により、出力信号の位相差α”を算出することができる。

θ＋β”＝９０ ・・・（２５）
Ｖｂ”／ｋ”＝ｓｉｎ（１８０−（θ＋γ”））
＝ｓｉｎ（９０＋β”−γ”）
＝ｓｉｎ（９０−α”） ・・・（２６）
α”＝９０−ａｓｉｎ（Ｖｂ”／ｋ”） ・・・（２７）

同様にして、ＥＣＵ３０は、ホール素子２２の出力信号の大きさが１であるときのホール素子２１の出力信号の大きさから出力信号の位相差を算出してもよい。この場合、出力信号の位相差α”は次式（２８）で示される。したがって、ＥＣＵ３０は、次式（２８）に示す三角関数演算により、出力信号の位相差α”を算出することができる。
α”＝９０−ａｓｉｎ（Ｖａ”／ｋ”） ・・・（２８）

（変形例２）
ＥＣＵ３０は、ホール素子２１の出力信号の大きさが−１であるときのホール素子２２の大きさから出力信号の位相差を次のように算出してもよい。すなわち、ホール素子２１の出力信号の大きさが−１であるとき、ホール素子２１の出力信号の位相は−９０°である。そのため、次式（２９）、（３０）が成立する。したがって、ＥＣＵ３０は、次式（３１）に示す三角関数演算により、出力信号の位相差α”を算出することができる。

θ＋β”＝−９０ ・・・（２９）
Ｖｂ”／ｋ”＝ｓｉｎ（−９０−β”＋γ”）
＝ｓｉｎ（−９０＋α”） ・・・（３０）
α”＝９０＋ａｓｉｎ（Ｖｂ”／ｋ”） ・・・（３１）

同様にして、ＥＣＵ３０は、ホール素子２２の出力信号の大きさが−１であるときのホール素子２１の大きさから出力信号の位相差を算出してもよい。この場合、出力信号の位相差α”は次式（３２）で示される。したがって、ＥＣＵ３０は、次式（３２）に示す三角関数演算により、出力信号の位相差α”を算出することができる。
α”＝９０＋ａｓｉｎ（Ｖａ”／ｋ”） ・・・（３２）

（変形例３）
ＥＣＵ３０は、ホール素子２１およびホール素子２２の出力信号の大きさが同一であるときのホール素子２１又はホール素子２２の出力信号の大きさから出力信号の位相差を次のように算出してもよい。すなわち、ホール素子２１およびホール素子２２の出力信号の大きさが同一であるとき、式（１３）、（１４）から次式（３３）が成立する。
θ＋β”＝θ＋γ” ・・・（３３）

したがって、Ｖａ”及びＶｂ”が０より大きいとき、次式（３４）が成立し、式（１３）〜（１５）及び次式（３４）から次式（３５）、（３６）が成立する。
θ＋β”＝１８０−（θ＋γ”） ・・・（３４）
Ｖｂ”／ｋ”＝ｓｉｎ（１／２×（１８０−β”＋γ”））
＝ｓｉｎ（１／２×（１８０−α”）） ・・・（３５）
α”＝１８０−２×ａｓｉｎ（Ｖｂ”／ｋ”） ・・・（３６）

一方、Ｖａ”及びＶｂ”が０より小さいとき、次式（３７）が成立し、次式（３７）と式（１３）〜（１５）とから次式（３８）、（３９）が成立する。
１８０−（θ＋β”）＝θ＋γ” ・・・（３７）
Ｖｂ”／ｋ”＝ｓｉｎ（１／２×（−１８０＋α”）） ・・・（３８）
α”＝１８０＋２×ａｓｉｎ（Ｖｂ”／ｋ”） ・・・（３９）
したがって、ＥＣＵ３０は、式（３６）又は式（３９）に示す三角関数演算により、出力信号の位相差α”を算出することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による回転角度検出装置を図７に示す。回転角度検出装置２１０は、第１実施形態の回転角度検出装置１０と同様に、例えばクランクシャフトや車輪等の検出対象の回転角度を検出する装置である。回転角度検出装置２１０は、円板状の永久磁石２１２、ホールＩＣ２２０、及びＥＣＵ３０からなる。磁界発生手段としての永久磁石２１２は、回転軸２５０を中心として検出対象と連動して回転する。永久磁石２１２は円板状に形成されており、径方向に向けて着磁されている。

磁気検出手段としてのホールＩＣ２２０は、永久磁石２１２の回転方向の１箇所に設置されている。ホールＩＣ２２０は、永久磁石２１２の外側に永久磁石２１２と向き合って設置されている。具体的には、ホールＩＣ２２０を永久磁石２１２よりも径方向の外側で永久磁石２１２の径方向外側の端面と向き合わせてもよいし、ホールＩＣ２２０を永久磁石２１２よりも軸方向の外側で永久磁石２１２の軸方向外側の端面と向き合わせてもよい。ホールＩＣ２２０は、ホール素子２２１、２２２を１チップの半導体として実装した角度センサである。ホールＩＣ２２０からは、ホール素子２２１、２２２の検出信号がそれぞれＥＣＵ３０に出力される。

ホール素子２２１、２２２は、感磁面が次の条件を満たすように設置されている。第一に、ホール素子２２１、２２２の感磁面は互いに非平行である。第二に、ホール素子２２１、２２２の感磁面はそれぞれ回転軸２５０の回転軸線２５２と非平行である。この結果、ホール素子２２１、２２２の出力信号は、第１実施形態のホール素子２１、２２と同様に、検出対象の回転角度に応じて変化し、互いに位相の異なる正弦波形を示す。
したがって、回転角度検出装置２１０では、第１実施形態と同様の回転角度検出処理（図１参照）により、検出対象の回転角度を検出することができる。尚、回転角度検出装置２１０では、ホール素子２２１、２２２とＥＣＵ３０とを別部品にしてもよいし、１個の半導体として１チップで構成してもよい。

（第３実施形態）
第２実施形態の回転角度検出装置２１０では、ホールＩＣ２２０を永久磁石２１２の回転方向の１箇所に設置した。この結果、ホール素子２２１、２２２は互いの近傍に配置されている。しかしながら、２個のホール素子を永久磁石の回転方向に離間させて配置してもよい。
図８に示す本発明の第３実施形態による回転角度検出装置３１０では、ホール素子３２１、３２２が永久磁石２１２の回転方向に離間して配置されている。ホール素子３２１、３２２の配置は、永久磁石２１２の回転方向の距離を除き、第２実施形態のホール素子２２１、２２２と実質的に同一である。

このような構成の回転角度検出装置３１０においても、ホール素子３２１、３２２の出力信号は、検出対象の回転角度に応じて変化し、互いに位相の異なる正弦波形を示す。したがって、回転角度検出装置３１０では、第１実施形態と同様の回転角度検出処理（図１参照）により、検出対象の回転角度を検出することができる。

（第４実施形態）
上記複数の実施形態では、出力信号が所定の大きさになる毎に出力信号の位相差を算出し、算出した位相差で検出対象の回転角度の検出に用いる位相差を更新した。しかしながら、出力信号が所定の大きさであることを複数回検出した後に位相差を更新する処理を実行してもよいし、所定時間経過後に位相差を更新する処理を実行してもよい。

（第五実施形態）
第五実施形態による回転角度検出装置の各構成要素は、第１実施形態による回転角度検出装置１０の対応する構成要素と実質的に同一である。また、第五実施形態の回転角度検出処理は、位相差を算出する処理を除き、第１実施形態の回転角度検出処理と実質的に同一である。
第五実施形態の回転角度検出処理では、以下に説明するように位相差を算出する。
すなわち、はじめに、２個のホール素子の出力信号の大きさをそれぞれ式（１３）、（１４）に直接代入することにより、出力信号の位相θ＋β”および位相θ＋γ”を算出する。そして、次式（４０）に示すように、これらの位相の差から出力信号の位相差α”を算出する。
（θ＋γ”）−（θ＋β”）＝γ”−β”＝α”・・・（４０）
このような位相差の算出処理は、第２実施形態や第３実施形態による回転角度検出装置にも適用可能である。

以上説明した複数の上記実施形態では、ホール素子の出力信号の大きさから現時点における出力信号の位相差を算出し、算出した位相差で検出対象の回転角度の検出に用いる位相差を更新する。これにより、検出対象の回転角度の検出に用いる位相差に含まれる機械的な誤差を排除することができるため、回転角度検出装置の検出誤差を低減することができる。また、ホール素子の出力信号の大きさから三角関数演算によって出力信号の位相差を算出することにより、製品出荷前のみならず製品出荷後においても出力信号の位相差を容易に検出することができる。したがって、製品出荷の前後を問わず、回転角度検出装置１０の検出誤差を低減することができる。
また、上記複数の実施形態では、所定のタイミングで位相差を更新することにより、１つの回転角度を検出する処理につき１回の位相差更新処理を実行する場合と比較して、位相差の算出回数を削減することができる。

また、上記複数の実施形態では、２個のホール素子の出力信号にオフセット補正処理や振幅補正処理を施すことにより、これらの出力信号を理想的な正弦波形に近づけている。そして、補正後の出力信号の大きさから、出力信号の位相差を算出している。このように、補正によって理想的な正弦波形に近づけた出力信号の大きさから出力信号の位相差を算出することにより、正確な位相差を求めることができる。したがって、算出した出力信号の位相差から検出対象の回転角度を検出することにより、回転角度検出装置の検出誤差を低減することができる。

（他の実施形態）
以上説明した複数の上記複数の実施形態では、０°〜３６０°の範囲の回転角度を検出する回転角度検出装置について説明した。しかしながら、本発明は、所望の範囲の回転角度を検出する回転角度検出装置にも適用可能である。
また、上記複数の実施形態では、磁気検出素子としてホール素子を例示したが、磁気検出素子は磁気抵抗素子などでもよい。

また、上記第１実施形態〜第４実施形態では、２個のホール素子の出力信号のうちいずれか一方の大きさが０、１、―１であるときの他方の大きさから位相差を算出したが、０、１、−１以外の特異点において出力信号の位相差を算出してもよい。ここで特異点とは、対応する位相が既知である出力信号の大きさを検出した時点である。この場合であっても、式（２４）、（２７）、（２８）、（３１）、（３２）と同様の三角関数演算により、出力信号の大きさから出力信号の位相差を算出することができる。

また、上記複数の実施形態では、ホール素子の出力信号にオフセット補正処理や振幅補正処理を施したが、これらの補正処理は回転角度検出装置の仕様に応じて省略することが可能である。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態の回転角度検出処理の流れを示すフローチャート。 本発明の第１実施形態の回転角度検出装置を示す模式図。 ホール素子の出力信号を示す模式図。 演算角度を示す模式図。 ホール素子の出力信号を示す模式図。 本発明の第１実施形態の効果を説明するための説明図。 本発明の第２実施形態の回転角度検出装置を示す模式図。 本発明の第３実施形態の回転角度検出装置を示す模式図。

符号の説明

１０、２１０、３１０：回転角速度検出装置、１２、２１２：永久磁石（磁界発生手段）、２１、２２、２２１、２２２、３２１、３２２：ホール素子（磁気検出素子）、３０：ＥＣＵ（角度検出手段）、２２０：ホールＩＣ（磁気検出手段）

Claims (7)

1. 検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
   前記検出対象の回転に伴い、磁界発生手段に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じて互いに位相の異なる出力信号を出力する第１磁気検出素子および第２磁気検出素子を有する磁気検出手段と、
   前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第２磁気検出素子の出力信号から前記検出対象の回転角度を検出する角度検出手段と、を備え、
   前記角度検出手段は、前記第１磁気検出素子の出力信号の位相が既知である前記第１磁気検出素子の出力信号の大きさを検出すると、前記第２磁気検出素子の出力信号の大きさから前記第１磁気検出素子の出力信号と前記第２磁気検出素子の出力信号との位相差を算出し、算出した前記位相差に基づいて前記検出対象の回転角度を検出する、
   ことを特徴とする回転角度検出装置。
2. 検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
   前記検出対象の回転に伴い、磁界発生手段に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じて互いに位相の異なる出力信号を出力する第１磁気検出素子および第２磁気検出素子を有する磁気検出手段と、
   前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第２磁気検出素子の出力信号から前記検出対象の回転角度を検出する角度検出手段と、を備え、
   前記角度検出手段は、前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子の出力信号の大きさが同一であることを検出すると、前記第１磁気検出素子または前記第２磁気検出素子の出力信号の大きさから前記第１磁気検出素子の出力信号と前記第２磁気検出素子の出力信号との位相差を算出し、算出した前記位相差に基づいて前記検出対象の回転角度を検出する、
   ことを特徴とする回転角度検出装置。
3. 検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
   前記検出対象の回転に伴い、磁界発生手段に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じて互いに位相の異なる出力信号を出力する第１磁気検出素子および第２磁気検出素子を有する磁気検出手段と、
   前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第２磁気検出素子の出力信号から前記検出対象の回転角度を検出する角度検出手段と、を備え、
   前記角度検出手段は、前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子の出力信号の大きさから、前記第１磁気検出素子の出力信号と前記第２磁気検出素子の出力信号との位相差を算出し、算出した前記位相差に基づいて前記検出対象の回転角度を検出する、
   ことを特徴とする回転角度検出装置。
4. 前記角度検出手段は、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第２磁気検出素子の出力信号のオフセットをそれぞれ補正し、オフセット補正後の前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子の出力信号から前記位相差を算出する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
5. 前記角度検出手段は、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第２磁気検出素子の出力信号の振幅を略同一の大きさに補正し、振幅補正後の前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子の出力信号から前記位相差を算出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
6. 前記角度検出手段は、前記第１磁気検出素子または前記第２磁気検出素子の出力信号が所定の大きさであることを複数回検出した後に前記位相差を算出し、算出した前記位相差で前記検出対象の回転角度の検出に用いる位相差を更新する、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
7. 前記角度検出手段は、所定時間経過後に前記位相差を算出し、算出した前記位相差で前記検出対象の回転角度の検出に用いる位相差を更新する、請求項１から６のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。

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