JP2011059103A - Rotational angle detector, position detector, and detection method of the same - Google Patents

Rotational angle detector, position detector, and detection method of the same Download PDF

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潤一郎 岡本
Yoshiro Yamaha
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotational angle detector, a position detector, and its detection method for detecting rotational angle or position where the temperature characteristics are good with a simple constitution without using complicated operation such as division and multiplication. <P>SOLUTION: At least two or more physical quantity detecting elements for performing an output proportional to both physical quantity and the element driving amount are used, and a constitution where, in response to rotation or movement of a detecting object, a sine-wave-like physical quantity is applied to one element and a cosine-wave-like physical quantity is applied to the other element is used. The driving quantity of one physical quantity detecting element is driven in the sine-wave shape, that of the other is driven in the cosine-wave shape, the obtained outputs from the physical quantity detecting elements are added to or subtracted from each other, the phase of the obtained output is detected, and rotational angle detection and position detection are performed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転角度検出装置及び位置検出装置並びにその検出方法に関し、より詳細には、被回転角度検出体の回転角度を検出する回転角度検出装置及び被位置検出体の位置を検出する位置検出装置並びに回転角度検出方法及び位置検出方法に関する。   The present invention relates to a rotation angle detection device, a position detection device, and a detection method thereof, and more specifically, a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation angle detection body and a position detection that detects the position of the position detection body. The present invention relates to an apparatus, a rotation angle detection method, and a position detection method.

例えば、被検出体(被回転角度検出体及び被位置検出体)に磁石を用いて、物理量検出素子として磁電変換素子を用いる場合に、被検出体の回転又は移動とともに、2つ以上の磁電変換素子の感磁面に、一方には正弦波状の磁場が印加され、他方には余弦波状の磁場が印加されるような構成にすると、磁電変換素子の駆動を一定量で行う場合、それぞれの磁電変換素子の一方からは正弦波状の出力を得ることができ、また他方からは余弦波状の出力を得ることができる。   For example, when a magnet is used for a detected object (a rotation angle detection object and a detected position object) and a magnetoelectric conversion element is used as a physical quantity detection element, two or more magnetoelectric conversions are performed along with the rotation or movement of the detection object. When a magneto-electric conversion element is driven at a constant amount, a magneto-electric conversion element is applied to the magneto-sensitive surface of the element by applying a sinusoidal magnetic field on one side and a cosine wave-like magnetic field on the other side. A sinusoidal output can be obtained from one of the conversion elements, and a cosine wave output can be obtained from the other.

このようにして得られる正弦波状信号と余弦波状信号を用いて、回転角度又は位置を演算する手法として、例えば、特許文献1のようなものがある。この特許文献1に記載されている手法は、正弦波状信号と余弦波状信号の比をとり、正接又は余接を計算し、得られた値から角度位置を求めるもので、つまり、逆正接値又は逆余接値を求める方法である。   As a technique for calculating the rotation angle or position using the sine wave signal and the cosine wave signal obtained in this way, for example, there is a technique as described in Patent Document 1. The method described in Patent Document 1 is a method of calculating a tangent or cotangent by taking a ratio of a sine wave signal and a cosine wave signal, and obtaining an angular position from the obtained value, that is, an arc tangent value or This is a method of obtaining an inverse cotangent value.

このような方法を用いると、感度の揃った磁電変換素子を用いることにより、温度特性に優れた出力値を得ることが可能となるが、比をとる演算、つまり、除算を行う必要があり、この演算は電子回路にとっては煩雑な作業となるばかりでなく、その精度を上げることは難しい。また、この除算演算のための回路規模も大きくなってしまう。   By using such a method, it becomes possible to obtain an output value excellent in temperature characteristics by using a magnetoelectric conversion element with uniform sensitivity, but it is necessary to perform an arithmetic operation, that is, a division, This calculation is not only a cumbersome task for an electronic circuit, but it is difficult to increase its accuracy. In addition, the circuit scale for the division operation is increased.

さらに、他の回転角度算出方法としては、例えば、特許文献2に示されているように、電子計算機等でも使用されているCORDIC(COordinate Rotation DIgital Computer)アルゴリズムを用いた手法がある。この手法は、デジタル信号処理となるため、磁電変換素子や、他の物理量検出素子のアナログ出力をADコンバータなどにより、デジタル信号に変換した後に、DSP(デジタル・シグナル・プロセッサー)などを用いて、デジタル信号処理を行う必要があり、回路規模の縮小が困難となってくる。   Further, as another rotation angle calculation method, for example, as disclosed in Patent Document 2, there is a method using a CORDIC (Coordinating Rotation Digital Computer) algorithm that is also used in an electronic computer or the like. Since this method is digital signal processing, the analog output of the magnetoelectric conversion element or other physical quantity detection element is converted into a digital signal by an AD converter or the like, and then a DSP (digital signal processor) is used. It is necessary to perform digital signal processing, which makes it difficult to reduce the circuit scale.

特開昭62−095402号公報JP 62-095402 A 特開2005−180942号公報JP 2005-180942 A

しかしながら、このような磁電変換素子などの物理量検出素子を用いた非接触型回転角度装置や位置検出装置の一般的な回転角度検出方法又は位置検出方法では、物理量検出素子から得られる正弦波状信号や余弦波状信号を用いて、正接・余接演算、また、逆正接・逆余接演算などを行い被検出体の回転角度又は位置情報を得てきた。また、その正接・余接演算回路や逆正接・逆余接演算回路についても提案されてきた。しかしながら、いずれも、乗算・除算回路や、表引きを利用する手法であり、システム又はセンサICが複雑になり、システム又はセンサICの巨大化やコスト高を招いてきた。   However, in a general rotation angle detection method or position detection method of a non-contact type rotation angle device or position detection device using a physical quantity detection element such as a magnetoelectric conversion element, a sinusoidal signal obtained from the physical quantity detection element or Using the cosine wave signal, tangent / cotangent calculation, arc tangent / inverse cotangent calculation, etc. are performed to obtain rotation angle or position information of the detected object. Further, tangent / cotangent arithmetic circuits and arc tangent / inverse cotangent arithmetic circuits have been proposed. However, both are methods using multiplication / division circuits and table lookup, and the system or sensor IC becomes complicated, resulting in an increase in the size or cost of the system or sensor IC.

また、一般的に知られている、少なくとも2つ以上の磁電変換素子を用い、非回転検出体の発生する磁場が、回転とともに正弦波状又は余弦波状に、2つ以上の磁電変換素子の感磁部に印加されるような構成を用い、正接演算や逆正接演算からから回転角度を算出する方法においては、温度に対してこの正弦波と余弦波は供に同じ比率で変化していく磁電変換素子の出力を除算して回転角度位置を決定するため、原理的には温度特性が良好になることが知られている。   In addition, generally known magnetic field generated by a non-rotation detector using at least two or more magnetoelectric transducers is changed to a sine wave or cosine wave with rotation. In the method of calculating the rotation angle from the tangent calculation or arc tangent calculation using a configuration that is applied to the part, this sine wave and cosine wave change at the same rate with respect to temperature. Since the rotation angle position is determined by dividing the output of the element, it is known that the temperature characteristic is improved in principle.

しかしながら、このような方法では、正接演算や逆正接演算のために割り算回路が必要であったり、正接演算値の発散を回避するための方法が必要であったりした。   However, in such a method, a division circuit is required for tangent calculation or arc tangent calculation, or a method for avoiding divergence of the tangent calculation value is required.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成によって、良好な温度特性を実現し、また、除算や乗算といった電子回路にとっては複雑な演算を行うことなく、加算又は減算といった単純な演算回路で回転角度検出及び位置検出を実現するようにした回転角度検出装置及び位置検出装置並びにその検出方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to realize good temperature characteristics with a simple configuration and to perform complicated operations for electronic circuits such as division and multiplication. It is an object of the present invention to provide a rotation angle detection device, a position detection device, and a detection method thereof that realize rotation angle detection and position detection with a simple arithmetic circuit such as addition or subtraction without performing the above.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、被回転角度検出体の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する回転角度検出装置において、前記被回転角度検出体の回転にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する少なくとも2つ以上の物理量検出素子と、前記一方の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加する一方の駆動部と、前記他方の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加する他方の駆動部と、前記一方の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、前記他方の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算する演算部と、該演算部の出力信号と、前記一方の物理量検出素子の駆動信号、又は前記他方の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出する位相検出部と、該位相検出部からの出力信号に基づいて前記被回転角度検出体の回転角度を算出する角度算出部とを備えたことを特徴とする。   The present invention has been made to achieve such an object, and a rotation angle at which a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal as the rotation angle detector is rotated is detected by a physical quantity detection element. In the detection device, at least two or more physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change in the physical quantity with the rotation of the rotation angle detection body and in proportion to the drive amount of the physical quantity detection element, One drive unit that applies a physical quantity that changes to a sine wave signal to the physical quantity detection element, and another drive unit that applies a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the other physical quantity detection element, and the one physical quantity detection element The output signal obtained by changing the drive amount of the signal to a sine wave signal and the output signal obtained by changing the drive amount of the other physical quantity detection element to a cosine wave signal are calculated. A phase detection unit that detects a phase difference between an output signal of the calculation unit, a drive signal of the one physical quantity detection element, or a drive signal of the other physical quantity detection element, and the phase detection unit And an angle calculation unit that calculates the rotation angle of the rotation angle detector based on the output signal.

また、前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする。   Further, the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal.

また、前記演算部の後段に、前記位相検出部における位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロス点検出部を設けたことを特徴とする。   Further, a zero cross point detector for detecting a phase difference in the phase detector by zero cross point detection is provided at a subsequent stage of the arithmetic unit.

また、前記演算部は、加算器又は減算器を備えていることを特徴とする。   In addition, the calculation unit includes an adder or a subtracter.

また、前記位相検出部は、前記演算部で算出された加算値又は減算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする。   Further, the phase detection unit detects a phase difference between the addition value or the subtraction value calculated by the calculation unit and the drive signal.

また、前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする。   Further, the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element.

また、前記磁電変換素子は、Si基板上に回路集積技術によって他の演算回路とともに互いに隣接して設けられ、前記少なくとも2つ以上の磁電変換素子が等しい出力温度特性を有していることを特徴とする。   The magnetoelectric conversion elements are provided adjacent to each other along with other arithmetic circuits on a Si substrate by circuit integration technology, and the at least two or more magnetoelectric conversion elements have equal output temperature characteristics. And

また、前記磁電変換素子が、磁気収束板の下面の端近傍に配置されていることを特徴とする。   Further, the magnetoelectric conversion element is arranged in the vicinity of the end of the lower surface of the magnetic convergence plate.

また、被位置検出体の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する位置検出装置において、前記被位置検出体の移動にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する少なくとも2つ以上の物理量検出素子と、前記一方の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加する一方の駆動部と、前記他方の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加する他方の駆動部と、前記一方の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、前記他方の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算する演算部と、該演算部の出力信号と、前記一方の物理量検出素子の駆動信号、又は前記他方の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出する位相検出部と、該位相検出部の出力信号に基づいて前記被位置検出体の移動量を算出する位置算出部とを備えたことを特徴とする。   Further, in a position detection device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal as the position detection body moves, the physical quantity change caused by the movement of the position detection body. At least two or more physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element, and one drive unit that applies a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the one physical quantity detection element The other drive unit for applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the other physical quantity detection element, an output signal obtained by changing the drive quantity of the one physical quantity detection element to a sine wave signal, and A calculation unit that calculates an output signal obtained by changing the drive amount of the other physical quantity detection element into a cosine wave signal, an output signal of the calculation unit, and the one physical quantity detection element A phase detection unit that detects a phase difference from a motion signal or a drive signal of the other physical quantity detection element; and a position calculation unit that calculates a movement amount of the position detection object based on an output signal of the phase detection unit; It is provided with.

また、被回転角度検出体であるギヤ歯の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する回転角度検出装置において、前記ギヤ歯の回転にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の物理量検出素子と、前記第1及び第3の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加する一方の駆動部と、前記第2及び第4の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加する他方の駆動部と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号と、前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号とを演算する演算部と、該演算部の出力信号と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動信号、又は前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出する位相検出部と、該位相検出部からの出力信号に基づいて前記ギヤ歯の回転角度を算出する角度算出部とを備えたことを特徴とする。   Further, in a rotation angle detection device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the rotation of a gear tooth that is a rotation angle detector, the physical quantity detection element detects the change in the gear tooth as the gear tooth rotates. The first to fourth physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change in physical quantity and in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element, and the first and third physical quantity detection elements change to sinusoidal signals. One driving unit that applies a physical quantity to be applied, the other driving unit that applies a physical quantity changing to a cosine wave signal to the second and fourth physical quantity detection elements, and driving the first and third physical quantity detection elements A signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing the quantity into a sine wave signal, and an output signal obtained by changing the drive quantity of the second and fourth physical quantity detection elements into a cosine wave signal Subtract An arithmetic unit that calculates the obtained signal, an output signal of the arithmetic unit, a driving signal of the first and third physical quantity detection elements, or a driving signal of the second and fourth physical quantity detection elements A phase detection unit that detects a phase difference and an angle calculation unit that calculates a rotation angle of the gear teeth based on an output signal from the phase detection unit.

前記演算部の前段に減算器を備えていることを特徴とする。   A subtractor is provided in the preceding stage of the arithmetic unit.

前記複数の磁電変換素子の配置は、前記ギヤ歯のピッチd/4の間隔で配置されていることを特徴とする。   The plurality of magnetoelectric transducers are arranged at intervals of a pitch d / 4 of the gear teeth.

また、被位置検出体であるギヤ歯の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する位置検出装置において、前記ギヤ歯の移動にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の物理量検出素子と、前記第1及び第3の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加する一方の駆動部と、前記第2及び第4の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加する他方の駆動部と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号と、前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号とを演算する演算部と、該演算部の出力信号と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動信号、又は前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出する位相検出部と、該位相検出部の出力信号に基づいて前記ギヤ歯の移動量を算出する位置算出部とを備えたことを特徴とする。   Further, in a position detection device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the movement of a gear tooth that is a position detection body, in the position detection device, the physical quantity of the physical quantity that accompanies the movement of the gear tooth. The first to fourth physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change and in proportion to the driving amount of the physical quantity detection element, and the physical quantity that changes to a sinusoidal signal in the first and third physical quantity detection elements A drive unit that applies a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second and fourth physical quantity detection elements, and a drive quantity of the first and third physical quantity detection elements. Subtract the signal obtained by subtracting the output signal obtained by changing to a sine wave signal and the output signal obtained by changing the drive amount of the second and fourth physical quantity detection elements to a cosine wave signal. Obtained A phase difference between a calculation unit that calculates a signal, an output signal of the calculation unit, a drive signal of the first and third physical quantity detection elements, or a drive signal of the second and fourth physical quantity detection elements A phase detection unit for detection and a position calculation unit for calculating a movement amount of the gear teeth based on an output signal of the phase detection unit are provided.

また、被回転角度検出体の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する回転角度検出方法において、前記被回転角度検出体の回転にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する少なくとも2つ以上の物理量検出素子を用い、前記一方の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、前記他方の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、前記一方の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、前記他方の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算するステップと、該演算部の出力信号と、前記一方の物理量検出素子の駆動信号、又は前記他方の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出するステップと、該位相検出部からの出力信号に基づいて前記被回転角度検出体の回転角度を算出するステップとを有することを特徴とする。   Further, in the rotation angle detection method for detecting a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the rotation of the rotation angle detector, the physical quantity that accompanies the rotation of the rotation angle detector. And using at least two or more physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element, and applies a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the one physical quantity detection element Applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the other physical quantity detection element; an output signal obtained by changing the drive amount of the one physical quantity detection element to a sine wave signal; and the other physical quantity detection element. A step of calculating an output signal obtained by changing a drive amount of the physical quantity detection element into a cosine wave signal, an output signal of the calculation unit, and the one physical quantity A step of detecting a phase difference between a drive signal of the output element or a drive signal of the other physical quantity detection element, and a step of calculating a rotation angle of the rotation angle detector based on an output signal from the phase detection unit It is characterized by having.

また、前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする。   Further, the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal.

また、前記演算するステップの後段に、前記位相差を検出するステップにおける位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロス点検出ステップを有することを特徴とする。   Further, a zero cross point detecting step for performing phase difference detection in the step of detecting the phase difference by zero cross point detection is provided after the calculating step.

また、前記演算するステップは、加算又は減算するステップを有することを特徴とする。   The step of calculating includes a step of adding or subtracting.

また、前記位相差を検出するステップは、前記演算するステップで算出された加算値又は減算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする。   The step of detecting the phase difference is characterized by detecting a phase difference between the addition value or subtraction value calculated in the step of calculating and the drive signal.

また、前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする。   Further, the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element.

また、被位置検出体の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する位置検出方法において、前記被位置検出体の移動にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する少なくとも2つ以上の物理量検出素子を用い、前記一方の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、前記他方の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、前記一方の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、前記他方の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算するステップと、該演算部の出力信号と、前記一方の物理量検出素子の駆動信号、又は前記他方の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出するステップと、該位相検出部からの出力信号に基づいて前記被位置検出体の位置を算出するステップとを有することを特徴とする。   Further, in the position detection method for detecting a change in physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the movement of the position detection object by a physical quantity detection element, the change in the physical quantity with the movement of the position detection object. Applying at least two or more physical quantity detection elements whose outputs change in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element, and applying a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the one physical quantity detection element; Applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the other physical quantity detection element; an output signal obtained by changing a drive quantity of the one physical quantity detection element to a sine wave signal; and the other physical quantity detection element Calculating the output signal obtained by changing the drive amount of the signal into a cosine wave signal, the output signal of the calculation unit, and the drive of the one physical quantity detection element. A step of detecting a phase difference between a signal or a drive signal of the other physical quantity detection element, and a step of calculating a position of the position detection body based on an output signal from the phase detection unit. And

また、被回転角度検出体であるギヤ歯の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する回転角度検出方法において、前記ギヤ歯の回転にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の物理量検出素子を用い、前記第1及び第3の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、前記第2及び第4の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号と、前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号とを演算するステップと、該演算部の出力信号と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動信号、又は前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出するステップと、該位相検出部からの出力信号に基づいて前記ギヤ歯の回転角度を算出するステップとを有することを特徴とする。   Further, in the rotation angle detection method in which a physical quantity detection element detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal along with the rotation of the gear tooth that is the rotation angle detection body, the rotation angle detection method includes: The first to fourth physical quantity detection elements whose outputs change in proportion to changes in the physical quantity and in proportion to the driving amount of the physical quantity detection element are used, and sinusoidal signals are used for the first and third physical quantity detection elements. Applying a changing physical quantity; applying a physical quantity changing to a cosine wave signal to the second and fourth physical quantity detection elements; and driving amount of the first and third physical quantity detection elements as a sine wave signal Obtained by subtracting the output signal obtained by subtracting the output signal obtained by changing the driving amount of the second and fourth physical quantity detection elements into a cosine wave signal. And a phase difference between the output signal of the calculation unit and the drive signals of the first and third physical quantity detection elements or the drive signals of the second and fourth physical quantity detection elements And a step of calculating a rotation angle of the gear teeth based on an output signal from the phase detector.

また、被位置検出体であるギヤ歯の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する位置検出方法において、前記ギヤ歯の移動にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の物理量検出素子を用い、前記第1及び第3の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、前記第2及び第4の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号と、前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号とを演算するステップと、該演算部の出力信号と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動信号、又は前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出するステップと、該位相検出部からの出力信号に基づいて前記ギヤ歯の位置を算出するステップとを有することを特徴とする。   Further, in a position detection method in which a physical quantity detection element detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the movement of a gear tooth that is a position detection object, the physical quantity of the physical quantity that accompanies the movement of the gear tooth. Using the first to fourth physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change and in proportion to the driving amount of the physical quantity detection element, the first and third physical quantity detection elements change to sinusoidal signals. Applying a physical quantity; applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second and fourth physical quantity detection elements; and changing a drive quantity of the first and third physical quantity detection elements to a sine wave signal. Obtained by subtracting the output signal obtained by subtracting the output signal obtained by subtracting the signal obtained by subtracting the drive amount of the second and fourth physical quantity detection elements into a cosine wave signal. Trust And a phase difference between the output signal of the calculation unit and the drive signals of the first and third physical quantity detection elements or the drive signals of the second and fourth physical quantity detection elements And a step of calculating the position of the gear teeth based on an output signal from the phase detector.

本発明によれば、複雑で巨大な、システム又は信号処理回路を用いることなく、従来技術のものより、複雑さを避けながら大回路面積を要せず、回転角度検出や位置検出を行うことが可能になり、更には必要回路ブロックの減少により回路ブロック起因の角度誤差の低減やセンサ量産検査時間の短縮などが可能になる。   According to the present invention, it is possible to perform rotation angle detection and position detection without using a complicated and huge system or signal processing circuit, and without requiring a large circuit area while avoiding complexity compared to the prior art. Further, by reducing the necessary circuit blocks, it becomes possible to reduce the angle error caused by the circuit blocks and shorten the sensor mass production inspection time.

本発明に係る回転角度検出装置及び位置検出装置の実施形態を説明するためのブロック構成図である。It is a block block diagram for demonstrating embodiment of the rotation angle detection apparatus and position detection apparatus which concern on this invention. 本発明の実施例1に係る回転角度検出装置における回転検出動作を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the rotation detection operation | movement in the rotation angle detection apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 図2を下面より見た図で、被回転角度検出体(磁石)の回転角度位置0°時の磁電変換素子との位置関係を示した図である。It is the figure which looked at FIG. 2 from the lower surface, and is the figure which showed the positional relationship with the magnetoelectric conversion element at the time of the rotation angle position 0 degree of a to-be-rotated angle detection body (magnet). 図2を下面より見た図で、被回転角度検出体(磁石)の回転角度位置15°時の磁電変換素子との位置関係を示した図である。It is the figure which looked at FIG. 2 from the lower surface, and is the figure which showed the positional relationship with the magnetoelectric conversion element at the time of the rotation angle position of 15 degrees of a to-be-rotated angle detection body (magnet). 図2を下面より見た図で、被回転角度検出体(磁石)の回転角度位置30°時の磁電変換素子との位置関係を示した図である。FIG. 3 is a diagram of FIG. 2 as viewed from below, and is a diagram illustrating a positional relationship with a magnetoelectric conversion element at a rotation angle position of 30 ° of a rotation angle detector (magnet). 図2に示した回転検出動作における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the drive amount of the magnetoelectric conversion element in the rotation detection operation | movement shown in FIG. 図2に示した被回転角度検出体の回転にともなう磁電変換素子の各々に印加される磁場強度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the magnetic field intensity applied to each of the magnetoelectric conversion element with rotation of the to-be-rotated angle detection body shown in FIG. 図2に示した被回転角度検出体の回転角度位置0°での各々の磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element in the rotation angle position 0 degree of the to-be-rotated angle detection body shown in FIG. 図2に示した被回転角度検出体の回転角度位置0°での各々の磁電変換素子の出力を互いに加算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of mutually adding the output of each magnetoelectric conversion element in the rotation angle position 0 degree of the to-be-rotated angle detection body shown in FIG. 図2に示した被回転角度検出体の回転角度位置15°での各々の磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element in rotation angle position 15 degrees of the to-be-rotated angle detection body shown in FIG. 図2に示した被回転角度検出体の回転角度位置15°での各々の磁電変換素子の出力を互いに加算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of mutually adding the output of each magnetoelectric conversion element in the rotation angle position 15 degrees of the to-be-rotated angle detection body shown in FIG. 図2に示した被回転角度検出体の回転角度位置30°での各々の磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element in the rotation angle position 30 degrees of the to-be-rotated angle detection body shown in FIG. 図2に示した被回転角度検出体の回転角度位置30°での各々の磁電変換素子の出力を互いに加算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of mutually adding the output of each magnetoelectric conversion element in the rotation angle position 30 degrees of the to-be-rotated angle detection body shown in FIG. 図9と図11と図13で示したそれぞれの被回転角度検出体の回転角度位置での結果による位相の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference in the phase by the result in the rotation angle position of each to-be-rotated angle detection body shown in FIG.9, FIG11 and FIG.13. 本発明に係る回転角度検出装置における回転検出動作の実施例1の変形例を説明するための図で、(a)は底面図、(b)は側面図を示している。It is a figure for demonstrating the modification of Example 1 of the rotation detection operation | movement in the rotation angle detection apparatus which concerns on this invention, (a) is a bottom view, (b) has shown the side view. 本発明における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示す図で、図6の代替となり得る擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動(電流駆動)の一例を示す図である。It is a figure which shows the time change of the drive amount of the magnetoelectric conversion element in this invention, and is a figure which shows an example of the pseudo sine wave drive or cosine wave drive (current drive) which can be substituted for FIG. 本発明における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示すための図で、図6の代替となり得る他の擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動の一例を示す図である。It is a figure for showing the time change of the drive amount of the magnetoelectric conversion element in the present invention, and is a figure showing an example of other pseudo sine wave drive or cosine wave drive which can be substituted for FIG. 本発明における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示すための図で、図6の代替となり得るさらに他の擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動の一例を示す図である。It is a figure for showing the time change of the drive amount of the magnetoelectric conversion element in this invention, and is a figure which shows an example of the further another pseudo sine wave drive or cosine wave drive which can be substituted for FIG. 本発明の実施例2に係る位置検出装置における位置検出動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position detection operation | movement in the position detection apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 図19に示した被位置検出体(磁石)の直動移動にともなう磁電変換素子の各々に印加される磁場強度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the magnetic field intensity applied to each of the magnetoelectric conversion element accompanying the linear motion movement of the to-be-positioned detection body (magnet) shown in FIG. 本発明における磁電変換素子の駆動開始から、加算結果値の符号が正から負に変わる零クロス点までの時間が、磁石角度位置によって変化する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the time from the drive start of the magnetoelectric conversion element in this invention to the zero crossing point from which the sign of an addition result value changes from positive to negative changes with magnet angle positions. 図16に示した擬似的な正弦波で駆動した場合の角度誤差発生量を示す図である。It is a figure which shows the angle error generation amount at the time of driving with the pseudo sine wave shown in FIG. 図16及び図24に示した擬似的な正弦波を作成する手法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the method of producing the pseudo sine wave shown in FIG.16 and FIG.24. 本発明における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示す図で、図6の代替となり得る擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動(電圧駆動)の一例を示す図である。It is a figure which shows the time change of the drive amount of the magnetoelectric conversion element in this invention, and is a figure which shows an example of the pseudo sine wave drive or cosine wave drive (voltage drive) which can be substituted for FIG. 本発明の実施例3に係る回転角度検出装置におけるギヤ歯の回転検出動作を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating rotation detection operation | movement of the gear tooth in the rotation angle detection apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明に係るギヤ歯の回転角度検出装置及び移動量検出装置の実施形態を説明するためのブロック構成図である。It is a block block diagram for demonstrating embodiment of the rotation angle detection apparatus and movement amount detection apparatus of the gear tooth which concern on this invention. ギヤ歯の回転量に対する磁電変換素子の印加磁束密度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the applied magnetic flux density of the magnetoelectric conversion element with respect to the rotation amount of a gear tooth. 図25及び図36に示したギヤ歯の回転又は移動検出動作における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the drive amount of the magnetoelectric conversion element in rotation or movement detection operation | movement of the gear tooth shown in FIG.25 and FIG.36. 図25におけるギヤ歯の回転量が0°時の各磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element in case the rotation amount of the gear tooth in FIG. 25 is 0 degree. 図25におけるギヤ歯の回転量が0°時の磁電変換素子1と3及び磁電変換素子2と4との出力を減算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of subtracting the output of the magnetoelectric conversion elements 1 and 3 and the magnetoelectric conversion elements 2 and 4 when the rotation amount of the gear teeth in FIG. 25 is 0 °. 図25におけるギヤ歯の回転量が0.9375°時の各磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element in case the rotation amount of the gear tooth in FIG. 25 is 0.9375 degrees. 図25におけるギヤ歯の回転量が0.9375°時の磁電変換素子1と3及び磁電変換素子2と4との出力を減算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having subtracted the output of the magnetoelectric conversion elements 1 and 3 and the magnetoelectric conversion elements 2 and 4 when the rotation amount of the gear teeth in FIG. 25 is 0.9375 °. 図25におけるギヤ歯の回転量が1.875°時の各磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element in case the rotation amount of the gear tooth in FIG. 25 is 1.875 degrees. 図25におけるギヤ歯の回転量が1.875°時の磁電変換素子1と3及び磁電変換素子2と4との出力を減算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having subtracted the output of the magnetoelectric conversion elements 1 and 3 and the magnetoelectric conversion elements 2 and 4 when the rotation amount of the gear teeth in FIG. 25 is 1.875 °. 図25におけるギヤ歯の各回転量において、磁電変換素子1と3及び磁電変換素子2と4との出力を減算した結果同士を加算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having added together the result which subtracted the output of the magnetoelectric conversion elements 1 and 3 and the magnetoelectric conversion elements 2 and 4 in each rotation amount of the gear tooth in FIG. 本発明の実施例4に係る回転角度検出装置におけるギヤ歯の移動量検出動作を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the movement detection operation | movement of the gear tooth in the rotation angle detection apparatus which concerns on Example 4 of this invention. 図36におけるギヤ歯の移動量に対する磁電変換素子の印加磁束密度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the applied magnetic flux density of the magnetoelectric conversion element with respect to the movement amount of the gear tooth in FIG. 図36におけるギヤ歯の移動量が0mm時の各磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element in case the moving amount | distance of the gear tooth in FIG. 36 is 0 mm. 図36におけるギヤ歯の移動量が0mm時の第1と第3の磁電変換素子及び第2と第4の磁電変換素子との出力を減算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having subtracted the output of the 1st and 3rd magnetoelectric conversion element and the 2nd and 4th magnetoelectric conversion element in case the moving amount | distance of the gear tooth in FIG. 36 is 0 mm. 図36におけるギヤ歯の移動量が15mm時の各磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element in case the moving amount | distance of the gear tooth in FIG. 36 is 15 mm. 図36におけるギヤ歯の移動量が15mm時の第1と第3の磁電変換素子及び第2と第4の磁電変換素子との出力を減算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having subtracted the output of the 1st and 3rd magnetoelectric conversion element and the 2nd and 4th magnetoelectric conversion element in case the moving amount | distance of the gear tooth in FIG. 36 is 15 mm. 図36におけるギヤ歯の移動量が30mm時の各磁電変換素子の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of each magnetoelectric conversion element when the movement amount of the gear tooth in FIG. 36 is 30 mm. 図36におけるギヤ歯の移動量が30mm時の第1と第3の磁電変換素子及び第2と第4の磁電変換素子との出力を減算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of subtracting the output of the 1st and 3rd magnetoelectric conversion element and the 2nd and 4th magnetoelectric conversion element in case the moving amount | distance of the gear tooth in FIG. 36 is 30 mm. 図36におけるギヤ歯の各移動量において、第1と第3の磁電変換素子及び第2と第4の磁電変換素子との出力を減算した結果同士を加算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having added together the result which subtracted the output of the 1st and 3rd magnetoelectric conversion element and the 2nd and 4th magnetoelectric conversion element in each moving amount | distance of the gear tooth in FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る回転角度検出装置及び位置検出装置の実施形態を説明するためのブロック構成図で、図中符号1は第1の物理量検出素子(磁電変換素子)、2は第2の物理量検出素子(磁電変換素子)、6は正弦波駆動部、7は余弦波駆動部、8は演算部、9(91,92)は零クロス点検出部及びカウンタ、10はカウンタ値出力部(位相検出部)、11は回転角度算出部、12は位置算出部を示している。   FIG. 1 is a block diagram for explaining an embodiment of a rotation angle detection device and a position detection device according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a first physical quantity detection element (magnetoelectric conversion element), and 2 denotes a second. , A sine wave drive unit, 7 a cosine wave drive unit, 8 a calculation unit, 9 (91, 92) a zero cross point detection unit and a counter, 10 a counter value output unit (Phase detector), 11 is a rotation angle calculator, and 12 is a position calculator.

<回転角度検出装置>
本発明の回転角度検出装置は、被回転角度検出体(磁石)の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子(磁電変換素子)で検出するものである。第1及び第2の物理量検出素子は、被回転角度検出体の回転にともなう物理量の変化に比例し、かつ物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化するものである。
<Rotation angle detector>
The rotation angle detection device of the present invention detects a change in a physical quantity that changes into a sine wave signal or a cosine wave signal as the rotation angle detector (magnet) rotates, by a physical quantity detection element (magnetoelectric conversion element). . The output of the first and second physical quantity detection elements is proportional to the change in the physical quantity accompanying the rotation of the rotation angle detector and the output changes in proportion to the drive amount of the physical quantity detection element.

正弦波駆動部6は、第1の物理量検出素子1に正弦波状信号に変化する物理量を印加し、余弦波駆動部7は、第2の物理量検出素子2に余弦波状信号に変化する物理量を印加するものである。   The sine wave drive unit 6 applies a physical quantity that changes to a sine wave signal to the first physical quantity detection element 1, and the cosine wave drive unit 7 applies a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second physical quantity detection element 2. To do.

演算部8は、第1の物理量検出素子1の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、第2の物理量検出素子2の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算するものである。   The calculation unit 8 is obtained by changing the drive amount of the first physical quantity detection element 1 into a sine wave signal and changing the drive amount of the second physical quantity detection element 2 into a cosine wave signal. The output signal is calculated.

零クロス点検出部及びカウンタ9(91,92)は、カウンタ値出力部(位相検出部)10における位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロス点検出部91と、駆動開始時間から演算部8により得られた値の零クロス点までの時間を計測するカウンタ92を備えたものである。カウンタ値出力部(位相検出部)10は、カウンタ92により得られた値を出力するためのものである。また、この位相検出部10は、演算部8の出力信号と、第1の物理量検出素子1の駆動信号、又は第2の物理量検出素子2の駆動信号との位相差を検出するものである。   The zero cross point detection unit and counter 9 (91, 92) includes a zero cross point detection unit 91 for detecting a phase difference in the counter value output unit (phase detection unit) 10 by zero cross point detection, and a drive start time. And a counter 92 that measures the time from the value obtained by the calculation unit 8 to the zero cross point. The counter value output unit (phase detection unit) 10 is for outputting the value obtained by the counter 92. Further, the phase detection unit 10 detects a phase difference between the output signal of the calculation unit 8 and the drive signal of the first physical quantity detection element 1 or the drive signal of the second physical quantity detection element 2.

回転角度算出部11は、カウンタ値出力部(位相検出部)10からの出力信号に基づいて被回転角度検出体の回転角度を算出して回転角度出力を得るものである。   The rotation angle calculation unit 11 calculates a rotation angle of the rotation angle detection body based on an output signal from the counter value output unit (phase detection unit) 10 to obtain a rotation angle output.

このように、本発明によれば、同じ感度を持った物理量検出素子を用いることにより、被回転角度検出体の回転に比例して、位相が変化する正弦波状又は余弦波状の出力を得ることが可能となる。さらには、同一IC上において形成され、ほぼ等しい温度特性をもつ物理量検出素子を用いることにより、この出力の位相は温度依存性のない出力となる。   Thus, according to the present invention, by using a physical quantity detection element having the same sensitivity, it is possible to obtain a sine wave or cosine wave output whose phase changes in proportion to the rotation of the rotation angle detector. It becomes possible. Further, by using physical quantity detection elements formed on the same IC and having substantially the same temperature characteristics, the phase of this output becomes an output having no temperature dependency.

また、被回転角度検出体の回転に比例して、位相が変化する正弦波状又は余弦波状の出力の零クロス点を見ることにより、例えば、コンパレータなどを用いて、容易に位相変化量を検出することが可能であり、温度特性の少ない出力を得ることができる。   In addition, by detecting the zero cross point of the sine wave or cosine wave output whose phase changes in proportion to the rotation of the rotation angle detector, the phase change amount can be easily detected using, for example, a comparator. It is possible to obtain an output with less temperature characteristics.

また、磁電変換素子を磁気収束板の下面の端近傍に配置するようにすることにより、磁気収束板はその周囲の磁束を集め、集められた磁束は磁電変換素子に印加されることとなり、このような形態をとることにより、磁電変換素子1と磁電変換素子2の感磁面に対して、水平な磁場成分を垂直な磁場成分に変換することが可能となる。すなわち、磁電変換素子1と磁電変換素子2の位置で紙面に対して平行な磁場を磁気収束板14により、紙面に対して垂直な磁場に変換することができる。したがって、磁電変換素子1と磁電変換素子2の感磁面に対して垂直な磁場成分のみを検出するホール素子などを磁電変換素子に選択する場合に好適である。また、周囲の磁束を集め、磁電変換素子の感磁面に印加される磁束密度を増幅することも可能である。   Further, by arranging the magnetoelectric conversion element in the vicinity of the end of the lower surface of the magnetic converging plate, the magnetic converging plate collects the surrounding magnetic flux, and the collected magnetic flux is applied to the magnetoelectric conversion element. By adopting such a form, it becomes possible to convert a horizontal magnetic field component into a vertical magnetic field component with respect to the magnetosensitive surfaces of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2. That is, a magnetic field parallel to the paper surface at the position of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 can be converted into a magnetic field perpendicular to the paper surface by the magnetic converging plate 14. Therefore, it is suitable when a Hall element that detects only a magnetic field component perpendicular to the magnetosensitive surface of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 is selected as the magnetoelectric conversion element. It is also possible to collect the surrounding magnetic flux and amplify the magnetic flux density applied to the magnetosensitive surface of the magnetoelectric transducer.

<位置検出装置>
本発明の位置検出装置は、被位置検出体(磁石)の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子(磁電変換素子)で検出するものである。第1及び第2の物理量検出素子1,2は、被位置検出体の移動にともなう物理量の変化に比例し、かつ物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化するものである。
<Position detection device>
The position detection device of the present invention detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the movement of a position detection body (magnet) by a physical quantity detection element (magnetoelectric conversion element). The first and second physical quantity detection elements 1, 2 are proportional to the change in physical quantity accompanying the movement of the position detection object, and the output changes in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element.

正弦波駆動部6は、第1の物理量検出素子1に正弦波状信号に変化する物理量を印加するものである。また、余弦波駆動部7は、第2の物理量検出素子2に余弦波状信号に変化する物理量を印加するものである。   The sine wave drive unit 6 applies a physical quantity that changes to a sine wave signal to the first physical quantity detection element 1. The cosine wave drive unit 7 applies a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second physical quantity detection element 2.

演算部8は、第1の物理量検出素子1の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、第2の物理量検出素子2の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算するものである。   The calculation unit 8 is obtained by changing the drive amount of the first physical quantity detection element 1 into a sine wave signal and changing the drive amount of the second physical quantity detection element 2 into a cosine wave signal. The output signal is calculated.

零クロス点検出部及びカウンタ9(91,92)は、カウンタ値出力部(位相検出部)10における位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロス点検出部91と、駆動開始時間から演算部8により得られた値の零クロス点までの時間を計測するカウンタ92を備えたものである。カウンタ値出力部(位相検出部)10は、カウンタ92により得られた値を出力するためのものである。また、この位相検出部10は、演算部8の出力信号と、第1の物理量検出素子1の駆動信号、又は第2の物理量検出素子2の駆動信号との位相差を検出するものである。   The zero cross point detection unit and counter 9 (91, 92) includes a zero cross point detection unit 91 for detecting a phase difference in the counter value output unit (phase detection unit) 10 by zero cross point detection, and a drive start time. And a counter 92 that measures the time from the value obtained by the calculation unit 8 to the zero cross point. The counter value output unit (phase detection unit) 10 is for outputting the value obtained by the counter 92. Further, the phase detection unit 10 detects a phase difference between the output signal of the calculation unit 8 and the drive signal of the first physical quantity detection element 1 or the drive signal of the second physical quantity detection element 2.

位置算出部12は、カウンタ値出力部(位相検出部)10の出力信号に基づいて被位置検出体の移動量を算出して位置出力を得るものである。   The position calculation unit 12 calculates the amount of movement of the position detection body based on the output signal of the counter value output unit (phase detection unit) 10 to obtain a position output.

本発明によれば、磁石を被位置検出体として用い、また、物理量検出素子として磁電変換素子を用いることにより、電力なしで、磁束密度といった物理量を磁電変換素子に印加することができ、また例えば、物理量として光量などをもちいる場合に必要な光線発生源にくらべ、広い温度範囲において使用が可能であり、その寿命が長い検出手法を提供できる。   According to the present invention, a physical quantity such as magnetic flux density can be applied to a magnetoelectric conversion element without electric power by using a magnet as a position detection body and using a magnetoelectric conversion element as a physical quantity detection element. As compared with a light source required when using a light quantity as a physical quantity, it can be used in a wide temperature range and can provide a detection method with a long lifetime.

上述した正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、また、余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むものである。上述した正弦波及び余弦波は、実際にIC上で製作する場合には回路規模等が大きくなり現実的ではないので、擬似的な正弦波又は余弦波による擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動を用いることが現実的である。演算部8は、加算器又は減算器を備えている。   The sine wave signal described above includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. Since the above-described sine wave and cosine wave are not realistic because the circuit scale becomes large when actually manufactured on an IC, pseudo sine wave drive or cosine wave drive using a pseudo sine wave or cosine wave is not practical. It is realistic to use The calculation unit 8 includes an adder or a subtracter.

物理量検出素子として磁電変換素子を用いた場合には、この磁電変換素子は、Si基板上に回路集積技術によって他の演算回路とともに互いに隣接して設けられ、少なくとも2つ以上の磁電変換素子が等しい出力温度特性を有している。   When a magnetoelectric conversion element is used as the physical quantity detection element, the magnetoelectric conversion element is provided adjacent to each other together with other arithmetic circuits on the Si substrate by circuit integration technology, and at least two or more magnetoelectric conversion elements are equal. Has output temperature characteristics.

また、磁電変換素子は、磁気収束板の下面の端近傍に配置されている。磁気収束板はその周囲の磁束を集め、集められた磁束は磁電変換素子に印加されることとなり、このような形態をとることにより、感磁面に対して垂直な磁場成分しか検出できない磁電変換素子を用いる際に、位置検出装置の感磁面に平行な磁束成分を垂直な成分に変換することができ、位置検出装置に対して好適である。   In addition, the magnetoelectric conversion element is disposed in the vicinity of the end of the lower surface of the magnetic convergence plate. The magnetic focusing plate collects the magnetic flux around it, and the collected magnetic flux is applied to the magnetoelectric conversion element. By taking this form, the magnetoelectric conversion can detect only the magnetic field component perpendicular to the magnetosensitive surface. When the element is used, the magnetic flux component parallel to the magnetic sensing surface of the position detection device can be converted into a vertical component, which is suitable for the position detection device.

以下に、本発明の具体的な回転角度検出装置(実施例1)及び位置検出装置(実施例2)について説明する。   Hereinafter, a specific rotation angle detection device (Example 1) and a position detection device (Example 2) of the present invention will be described.

本実施例1は、物理量が磁場強度で、物理量検出素子が磁電変換素子である場合の回転角度検出装置に関するものである。なお、本実施例1における回転角度検出装置を説明するためのブロック構成図は、上述した図1と同様である。   The first embodiment relates to a rotation angle detection device when the physical quantity is the magnetic field intensity and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. The block diagram for explaining the rotation angle detection device in the first embodiment is the same as FIG. 1 described above.

図2は、本発明の実施例1に係る回転角度検出装置における回転検出動作を説明するための斜視図である。図中符号1は第1の磁電変換素子、2は第2の磁電変換素子、3はN極とS極を有する被回転角度検出体(磁石)、4は被回転角度検出体の回転シャフト、5は回転方向、矢印は磁電変換素子の感磁方向を示している。第1の磁電変換素子1と第2の磁電変換素子2は、被回転角度検出体3の近傍にそれぞれXY軸上に配置されている。   FIG. 2 is a perspective view for explaining a rotation detection operation in the rotation angle detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 is a first magnetoelectric conversion element, 2 is a second magnetoelectric conversion element, 3 is a rotated angle detector (magnet) having N and S poles, 4 is a rotating shaft of the rotated angle detector, Reference numeral 5 denotes a rotation direction, and an arrow denotes a magnetic sensing direction of the magnetoelectric conversion element. The first magnetoelectric conversion element 1 and the second magnetoelectric conversion element 2 are respectively arranged on the XY axes in the vicinity of the rotation angle detector 3.

図3は、図1を下面より見た図で、被回転角度検出体(磁石)の回転角度位置0°時の磁電変換素子との位置関係を示した図である。つまり、XY軸上に配置された第1の磁電変換素子1と第2の磁電変換素子2に対して、被回転角度検出体3は回転しておらず、回転角度は0°の状態を示している。   FIG. 3 is a view of FIG. 1 as viewed from below, and is a diagram showing a positional relationship with the magnetoelectric conversion element when the rotation angle detector (magnet) has a rotation angle position of 0 °. That is, the rotation angle detector 3 is not rotated with respect to the first magnetoelectric conversion element 1 and the second magnetoelectric conversion element 2 arranged on the XY axis, and the rotation angle is 0 °. ing.

図4は、図1を下面より見た図で、被回転角度検出体(磁石)の回転角度位置15°時の磁電変換素子との位置関係を示した図である。つまり、XY軸上に配置された第1の磁電変換素子1と第2の磁電変換素子2に対して、被回転角度検出体3は回転しており、回転角度は15°の状態を示している。   FIG. 4 is a view of FIG. 1 as viewed from below, and is a view showing a positional relationship with the magnetoelectric conversion element when the rotation angle detector (magnet) has a rotation angle position of 15 °. That is, the rotation angle detector 3 is rotated with respect to the first magnetoelectric conversion element 1 and the second magnetoelectric conversion element 2 arranged on the XY axis, and the rotation angle is 15 °. Yes.

図5は、図1を下面より見た図で、被回転角度検出体(磁石)の回転角度位置30°時の磁電変換素子との位置関係を示した図である。つまり、XY軸上に配置された第1の磁電変換素子1と第2の磁電変換素子2に対して、被回転角度検出体3は回転しており、回転角度は30°の状態を示している。   FIG. 5 is a diagram of FIG. 1 as viewed from below, and is a diagram illustrating a positional relationship with the magnetoelectric conversion element when the rotation angle detector (magnet) has a rotation angle position of 30 °. That is, the rotation angle detector 3 is rotated with respect to the first magnetoelectric conversion element 1 and the second magnetoelectric conversion element 2 arranged on the XY axis, and the rotation angle is 30 °. Yes.

次に、本実施例1の各部機能について説明する。   Next, functions of each part of the first embodiment will be described.

第1及び第2の磁電変換素子1,2は、被回転角度検出体(磁石)3の円周付近の直下に配置されており、互いに同一平面上において90°位相がずれた配置になっている。   The first and second magnetoelectric transducers 1 and 2 are arranged immediately below the circumference of the rotation angle detector (magnet) 3 and are arranged 90 ° out of phase on the same plane. Yes.

図6は、図1に示した回転検出動作における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示す図で、この第1及び第2の磁電変換素子1,2は、図6に示されるように、一方は正弦波状に駆動され、また、他方は余弦波状に駆動される。また、被回転角度検出体(磁石)3は、被回転角度検出体の回動方向5のいずれかの向きに回転する時に、それぞれの磁電変換素子1,2に対して、その角度位置に応じて磁場強度を図7に示すように印加している。   FIG. 6 is a diagram showing a temporal change in the driving amount of the magnetoelectric conversion element in the rotation detection operation shown in FIG. 1, and the first and second magnetoelectric conversion elements 1 and 2 are as shown in FIG. , One is driven in a sine wave, and the other is driven in a cosine wave. In addition, when the rotated angle detector (magnet) 3 rotates in any one of the rotation directions 5 of the rotated angle detector, the rotation angle detector (magnet) 3 depends on the angular position of each of the magnetoelectric transducers 1 and 2. The magnetic field strength is applied as shown in FIG.

図7は、図2に示した被回転角度検出体の回転にともなう磁電変換素子の各々に印加される磁場強度の変化を示す図で、上述した図3乃至図5における被回転角度検出体(磁石)の回転にともなう第1及び第2の磁電変換素子1,2に印加される磁場強度の変化の様子を示している。磁電変換素子1,2の出力は、磁電変換素子1,2の駆動量と、磁電変換素子1,2に印加される磁場強度に比例する。つまり、磁電変換素子の出力=k(比例定数)×駆動量×印加磁場強度となる。   FIG. 7 is a diagram showing changes in the magnetic field strength applied to each of the magnetoelectric transducers as the rotation angle detector shown in FIG. 2 rotates, and the rotation angle detector (FIG. 3 to FIG. 5) described above. The state of the change of the magnetic field intensity applied to the 1st and 2nd magnetoelectric conversion elements 1 and 2 accompanying rotation of a magnet is shown. The outputs of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 are proportional to the drive amount of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 and the magnetic field strength applied to the magnetoelectric conversion elements 1 and 2. That is, the output of the magnetoelectric conversion element = k (proportional constant) × drive amount × applied magnetic field strength.

つまり、図3乃至図5に示すように、被回転角度検出体が回転するにともない、それぞれの磁電変換素子1,2には、その角度位置に応じて、図7に示すような磁場が印加される。ここでは、図3に示すような位置関係を0°と定義するが、何れの位置を0°としてもよい。なお、図中の補助線「A」は、図3に示した被回転角度検出体の回転角度位置0°時を示し、「B」は図4に示した被回転角度検出体の回転角度位置15°時を示し、「C」は、図5に示した被回転角度検出体の回転角度位置30°時を示している。   That is, as shown in FIG. 3 to FIG. 5, as the rotation angle detector rotates, a magnetic field as shown in FIG. 7 is applied to each of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 according to the angular position. Is done. Here, the positional relationship as shown in FIG. 3 is defined as 0 °, but any position may be 0 °. In addition, the auxiliary line “A” in the figure indicates the rotation angle position of the rotated angle detector shown in FIG. 3 at 0 °, and “B” indicates the rotation angle position of the rotated angle detector shown in FIG. 15 ° is indicated, and “C” indicates the rotation angle position of the rotated angle detector shown in FIG. 5 at 30 °.

ここで、磁電変換素子1,2の出力は、磁電変換素子1,2の感磁面に印加されている磁場強度と駆動量とに比例した出力をもつため、例えば、磁電変換素子1のための正弦波駆動部6によって磁電変換素子1が正弦波状に駆動され、磁電変換素子2のための余弦波駆動部7によって磁電変換素子2が余弦波状に駆動されるとき、この磁電変換素子1,2の磁気感度を1mV/(mT・mA)(1mAの駆動量で磁電変換素子を駆動した際に、1mTの磁場強度が磁電変換素子に印加された場合、1mVの出力を持つという意味を持つ。)、回転角度検出体の角度位置が0°の位置であった場合、それぞれの磁電変換素子1,2から得られる出力は、図8に示すようになる。   Here, since the output of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 has an output proportional to the magnetic field strength applied to the magnetosensitive surfaces of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 and the driving amount, for example, for the magnetoelectric conversion element 1 When the magnetoelectric conversion element 1 is driven in a sine wave form by the sine wave driving unit 6 and the magnetoelectric conversion element 2 is driven in a cosine wave form by the cosine wave driving unit 7 for the magnetoelectric conversion element 2, the magnetoelectric conversion element 1, When the magnetoelectric transducer is driven with a magnetic sensitivity of 2 mV / (mT · mA) (1 mA drive amount), this means that if a magnetic field strength of 1 mT is applied to the magnetoelectric transducer, it has an output of 1 mV. .) When the angular position of the rotation angle detector is 0 °, the outputs obtained from the respective magnetoelectric transducers 1 and 2 are as shown in FIG.

図8は、図1に示した被回転角度検出体の回転角度位置0°での各々の磁電変換素子の出力を示す図である。図7をみると、被回転角度検出体の回転角度位置が0°(補助線A)のとき、磁電変換素子1に印加される磁場強度は50mTとなっており、また一方、磁電変換素子2に印加される磁場強度は0mTとなっており、磁電変換素子1,2から得られる出力は、磁電変換素子1,2の駆動量とこの磁場強度に比例しているため、それぞれ、磁電変換素子1,2から得られる出力は、図8に示すようになる。つまり、磁電変換素子1の出力は正弦波状に変化し、磁電変換素子2の出力は零である。   FIG. 8 is a diagram showing the output of each magnetoelectric conversion element at the rotation angle position 0 ° of the rotation angle detector shown in FIG. Referring to FIG. 7, when the rotation angle position of the rotated angle detector is 0 ° (auxiliary line A), the magnetic field strength applied to the magnetoelectric conversion element 1 is 50 mT, while the magnetoelectric conversion element 2 The magnetic field strength applied to the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 is proportional to the drive amount of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 and the magnetic field strength. The output obtained from 1 and 2 is as shown in FIG. That is, the output of the magnetoelectric conversion element 1 changes in a sine wave shape, and the output of the magnetoelectric conversion element 2 is zero.

図9は、図1に示した被回転角度検出体の回転角度位置0°での各々の磁電変換素子の出力を互いに加算した結果を示す図で、図8に示された各々の磁電変換素子の出力を加算した結果を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing a result of adding the outputs of the respective magnetoelectric conversion elements at the rotation angle position 0 ° of the rotated angle detection body shown in FIG. 1, and each of the magnetoelectric conversion elements shown in FIG. It is a figure which shows the result of having added the output of these.

このようにして得られたそれぞれの磁電変換素子1,2の出力を、磁電変換素子1と磁電変換素子2の出力を加算するための演算部8によって加算した結果は、図9に示すようになる。つまり、正弦波状の出力になる。   The results obtained by adding the outputs of the respective magnetoelectric conversion elements 1 and 2 thus obtained by the calculation unit 8 for adding the outputs of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 are as shown in FIG. Become. That is, a sine wave output is obtained.

同様に、回転角度検出体の回転角度位置が15°の位置であった場合のそれぞれの磁電変換素子から得られる出力は、図10に示すようになる。   Similarly, the output obtained from each magnetoelectric conversion element when the rotation angle position of the rotation angle detector is 15 ° is as shown in FIG.

図10は、図1に示した被回転角度検出体の回転角度位置15°での各々の磁電変換素子の出力を示す図である。図7をみると、被回転角度検出体の角度位置が15°(補助線B)のとき、磁電変換素子1に印加される磁場強度は約48.3mT(cos(15°)×50mT)となっており、また一方、磁電変換素子2にされる磁場強度は約12.9mT(Sin(15°)×50mT)となっており、磁電変換素子1,2から得られる出力は、磁電変換素子の駆動量とこの磁場強度に比例しているため、それぞれ、磁電変換素子1,2から得られる出力は、図10に示すようになる。   FIG. 10 is a diagram showing the output of each magnetoelectric conversion element at the rotation angle position of 15 ° of the rotation angle detector shown in FIG. Referring to FIG. 7, when the angular position of the rotation angle detector is 15 ° (auxiliary line B), the magnetic field strength applied to the magnetoelectric transducer 1 is about 48.3 mT (cos (15 °) × 50 mT). On the other hand, the magnetic field intensity applied to the magnetoelectric conversion element 2 is about 12.9 mT (Sin (15 °) × 50 mT), and the output obtained from the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 is the magnetoelectric conversion element. Therefore, the outputs obtained from the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 are as shown in FIG.

このようにして得られたそれぞれの磁電変換素子1,2の出力を、磁電変換素子1と磁電変換素子2の出力を加算するための磁電変換素子1,2の出力の演算部8によって加算した結果は、図11に示すようになる。   The outputs of the respective magnetoelectric conversion elements 1 and 2 thus obtained are added by the calculation unit 8 of the outputs of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 for adding the outputs of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2. The result is as shown in FIG.

図11は、図1に示した被回転角度検出体の回転角度位置15°での各々の磁電変換素子の出力を互いに加算した結果を示す図で、図10に示された各々の磁電変換素子の出力を加算した結果を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing the result of adding the outputs of the respective magnetoelectric conversion elements at the rotation angle position of 15 ° of the rotation angle detector shown in FIG. 1, and each of the magnetoelectric conversion elements shown in FIG. It is a figure which shows the result of having added the output of these.

同様に、回転角度検出体の回転角度位置が30°の位置であった場合のそれぞれの磁電変換素子から得られる出力は、図12に示すようになる。   Similarly, the output obtained from each magnetoelectric conversion element when the rotation angle position of the rotation angle detector is 30 ° is as shown in FIG.

図12は、図1に示した被回転角度検出体の回転角度位置30°での各々の磁電変換素子の出力を示す図である。図7をみると、被回転角度検出体の回転角度位置が30°(補助線C)のとき、磁電変換素子1に印加される磁場強度は約43.3mT(cos(30°)×50mT)となっており、また一方、磁電変換素子2にされる磁場強度は25mT(Sin(30°)×50mT)となっており、磁電変換素子1,2から得られる出力は磁電変換素子の駆動量とこの磁場強度に比例しているため、それぞれ、磁電変換素子1,2から得られる出力は、図12に示すようになる。   FIG. 12 is a diagram showing the output of each magnetoelectric conversion element at the rotation angle position 30 ° of the rotation angle detector shown in FIG. Referring to FIG. 7, when the rotation angle position of the rotation angle detector is 30 ° (auxiliary line C), the magnetic field strength applied to the magnetoelectric transducer 1 is about 43.3 mT (cos (30 °) × 50 mT). On the other hand, the magnetic field strength applied to the magnetoelectric conversion element 2 is 25 mT (Sin (30 °) × 50 mT), and the output obtained from the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 is the driving amount of the magnetoelectric conversion element. Therefore, the outputs obtained from the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 are as shown in FIG.

このようにして得られたそれぞれの磁電変換素子1,2の出力を、磁電変換素子1と磁電変換素子2の出力を加算するための磁電変換素子1,2の出力の演算部8によって加算した結果は、図13に示すようになる。   The outputs of the respective magnetoelectric conversion elements 1 and 2 thus obtained are added by the calculation unit 8 of the outputs of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2 for adding the outputs of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2. The result is as shown in FIG.

図13は、図1に示した被回転角度検出体の回転角度位置30°での各々の磁電変換素子の出力を互いに加算した結果を示す図で、図12に示された各々の磁電変換素子の出力を加算した結果を示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing a result of adding the outputs of the respective magnetoelectric conversion elements at the rotation angle position of 30 ° of the rotated angle detector shown in FIG. 1, and each of the magnetoelectric conversion elements shown in FIG. It is a figure which shows the result of having added the output of these.

ここで、それぞれの回転角度位置での加算結果である、図9,図11,図13をみると、回転角度位置の増分に比例して、位相がずれていくことが分かる。   Here, it can be seen from FIGS. 9, 11 and 13 that are the addition results at the respective rotation angle positions that the phase shifts in proportion to the increment of the rotation angle position.

図14は、図9と図11と図13で示したそれぞれの被回転角度検出体の回転角度位置での結果による位相の違いを示す図で、図9,図11,図13で示したそれぞれの回転角度位置での演算出力結果をまとめ、位相の変化を示す図である。   FIG. 14 is a diagram showing the phase difference depending on the result at the rotation angle position of each rotation angle detector shown in FIG. 9, FIG. 11, and FIG. 13, and shown in FIG. 9, FIG. 11, and FIG. It is a figure which puts together the calculation output result in this rotation angle position, and shows the change of a phase.

つまり、図14は、図9,図11,図13を一つにまとめて示した図であるが、磁石角度位置の変化に比例して、位相も対応して変化することが分かり、つまり、それぞれの位相ズレが角度ズレ分に対応することが分かる。   That is, FIG. 14 is a diagram in which FIGS. 9, 11, and 13 are collectively shown, but it can be seen that the phase changes in proportion to the change in the magnet angular position, that is, It can be seen that each phase shift corresponds to the angle shift.

この演算は、B:磁石磁場強度[mT]、K:磁電変換素子の定電流感度[mV/(mT・mA)]、Isinα(t):磁電変換素子1の駆動電流、Icosα(t):磁電変換素子2の駆動電流、t:時間[ms]、θ:磁石角度位置[°]としたとき、磁電変換素子1の出力値をVHALL1とし、磁電変換素子2の出力値をVHALL2とすると、三角関数の加法定理から以下の式(1) This calculation is performed using B: magnet magnetic field strength [mT], K: constant current sensitivity of the magnetoelectric conversion element [mV / (mT · mA)], Isin α (t): driving current of the magnetoelectric conversion element 1, I cos α (t): When the drive current of the magnetoelectric conversion element 2 is t: time [ms], θ: magnet angular position [°], the output value of the magnetoelectric conversion element 1 is V HALL1 and the output value of the magnetoelectric conversion element 2 is V HALL2 Then, from the trigonometric addition theorem, the following equation (1)

Figure 2011059103
Figure 2011059103

となることを意味しており、上記演算結果をみると、振幅がB・K・Iであり、磁石の角度θ分だけ位相がずれた正弦波が、時間tの関数として得られることになる。したがって、この演算により得られる正弦波の位相を演算結果として出力することで、磁石の角度位置に比例した出力を得ることが可能となる。また、この位相は、例えば、駆動開始時間から、磁電変換素子1,2の出力の演算部8により得られた加算結果(時間tの関数で表せる正弦波)の零クロス点までの時間を計測するカウンタ92によって、零クロス点までの時間を観測することで簡単に検出可能となる。また、零クロス点の検出にあたっては、演算部8で得られた結果の加算結果値の符号が正から負に、変化する点、若しくは負から正に変化する点の何れか一方をみることで検出可能となる。   The above calculation result shows that a sine wave whose amplitude is B · K · I and whose phase is shifted by the angle θ of the magnet is obtained as a function of time t. . Therefore, an output proportional to the angular position of the magnet can be obtained by outputting the phase of the sine wave obtained by this calculation as the calculation result. In addition, this phase is measured, for example, from the drive start time to the zero cross point of the addition result (sine wave that can be expressed as a function of time t) obtained by the calculation unit 8 of the output of the magnetoelectric conversion elements 1 and 2. The counter 92 can be easily detected by observing the time until the zero cross point. Further, when detecting the zero cross point, the sign of the addition result value obtained by the calculation unit 8 changes from positive to negative, or the point where the sign changes from negative to positive. It can be detected.

駆動開始から、加算結果の零クロス点(加算結果値の符号が正から負になる点)までの時間が、磁石角度位置によって変化する様子を図21に示す。   FIG. 21 shows how the time from the start of driving to the zero cross point of the addition result (the point where the sign of the addition result value changes from positive to negative) varies depending on the magnet angle position.

図21は、本発明における磁電変換素子の駆動開始から、加算結果値の符号が正から負に変わる零クロス点までの時間が、磁石角度位置によって変化する様子を示す図である。このグラフから、やはり磁石角度位置の変化に比例して、駆動開始から加算結果値の零クロス点までの時間(すなわち、位相)も対応して変化することが分かり、つまり零クロス点を観測することにより、磁石の回転角度位置が同定可能なことが分かる。   FIG. 21 is a diagram showing how the time from the start of driving of the magnetoelectric transducer according to the present invention to the zero cross point at which the sign of the addition result value changes from positive to negative changes depending on the magnet angular position. From this graph, it can be seen that the time (ie, phase) from the start of driving to the zero cross point of the addition result value also changes correspondingly in proportion to the change in the magnet angular position, that is, the zero cross point is observed. This shows that the rotational angle position of the magnet can be identified.

また、上述したものは、互いの磁電変換素子1,2の出力値を加算して、演算結果を得たが、減算することによっても、磁石の回転角度位置に比例した、出力を得ることが可能である。減算によって得られる波形は、以下の式(2)   Moreover, although what was mentioned above added the output value of the mutual magnetoelectric conversion elements 1 and 2 and obtained the calculation result, the output proportional to the rotation angle position of the magnet can be obtained also by subtraction. Is possible. The waveform obtained by subtraction is expressed by the following equation (2).

Figure 2011059103
Figure 2011059103

となる。   It becomes.

また、演算部8などの各構成をアナログ回路でも実施しても、また、デジタル回路で実施することも可能である。   In addition, each configuration such as the arithmetic unit 8 may be implemented by an analog circuit or a digital circuit.

また、図16は、本発明における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示す図で、図6の代替となり得る擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動の一例を示す図である。つまり、上述した正弦波及び余弦波は、実際にIC上で製作する場合には回路規模等が大きくなり現実的ではないので、擬似的な正弦波又は余弦波による擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動を用いることが現実的である。   FIG. 16 is a diagram showing a temporal change in the drive amount of the magnetoelectric conversion element in the present invention, and is a diagram showing an example of pseudo sine wave drive or cosine wave drive that can be substituted for FIG. In other words, the above-described sine wave and cosine wave are not realistic because the circuit scale and the like are large when actually manufactured on an IC. Therefore, pseudo sine wave driving or cosine driving with a pseudo sine wave or cosine wave is not possible. It is practical to use wave driving.

また、図23は、図16及び図24に示した擬似的な正弦波を作成する手法の一例を示す図である。図16のように電流量にて駆動を行う場合には、図23に示される手法の一例の出力を電圧電流変換することで容易に実施できる。それぞれ定電流源ICC1〜ICC4の電流量は、ICC1:ICC2=1:√2、ICC3:ICC4=1:1:√2、ICC1=ICC3といった関係になっており、電気角0〜45°までの区間は、SW1とSW2のみを閉じ、電気角45〜90°までの区間は、SW1のみを閉じ、電気角90〜135°までの区間は、SW3のみを閉じ、電気角135〜225°までの区間は、SW3とSW4のみを閉じ、電気角225〜290°までの区間は、SW3のみを閉じ、電気角290〜315°までの区間は、SW1のみを閉じ、電気角315〜360°までの区間は、SW3とSW4のみを閉じることで、図16のような擬似正弦波を作成できる。また擬似余弦波については、正弦波に対して位相が90°ずれているだけであるので、同様の回路にて、SWを閉じるタイミングをずらすことで、作成できる。   FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a method for creating the pseudo sine wave illustrated in FIGS. 16 and 24. When driving with a current amount as shown in FIG. 16, it can be easily implemented by converting the output of an example of the method shown in FIG. The current amounts of the constant current sources ICC1 to ICC4 are such that ICC1: ICC2 = 1: √2, ICC3: ICC4 = 1: 1: √2, ICC1 = ICC3, and an electrical angle of 0 to 45 °. The section closes only SW1 and SW2, the section from electrical angle 45 to 90 ° closes only SW1, the section from electrical angle 90 to 135 ° closes only SW3, and the electrical angle from 135 to 225 ° The section closes only SW3 and SW4, the section up to electrical angle 225-290 ° closes only SW3, the section up to electrical angle 290-315 ° closes only SW1, and the electrical angle up to 315-360 ° In the section, by closing only SW3 and SW4, a pseudo sine wave as shown in FIG. 16 can be created. Further, since the pseudo cosine wave is only 90 ° out of phase with the sine wave, it can be created by shifting the timing of closing the SW in the same circuit.

上述したように、図23は、図16及び図24に示した擬似的な正弦波を作成する手法の一例を示す図で、図16は電流駆動の例、図24は電圧駆動の例をそれぞれ示しており、何れの駆動例も本発明に適応できることは言うまでもない。図16のように電流駆動を行う場合には、図23に示される手法の一例の出力を電圧電流変換することで容易に実施できる。   As described above, FIG. 23 is a diagram showing an example of a method for creating the pseudo sine wave shown in FIGS. 16 and 24, FIG. 16 is an example of current driving, and FIG. 24 is an example of voltage driving. Needless to say, any driving example can be applied to the present invention. When current driving is performed as shown in FIG. 16, it can be easily carried out by performing voltage-current conversion on the output of an example of the technique shown in FIG.

[実施例1の変形例]
図15(a),(b)は、本発明に係る回転角度検出装置における回転検出動作の実施例1の変形例を説明するための図で、図15(a)は底面図、図15(b)は側面図を示している。図中符号14は磁気収束板を示している。
[Modification of Example 1]
15 (a) and 15 (b) are diagrams for explaining a modification of the first embodiment of the rotation detection operation in the rotation angle detection device according to the present invention. FIG. 15 (a) is a bottom view, and FIG. b) shows a side view. Reference numeral 14 in the figure denotes a magnetic convergence plate.

図15に示す構成では、第1の磁電変素子1と第2の磁電変換素子2が、円形に形成された磁気収束板14の円周付近に配置されている。この磁気集束版14は磁性体からなり、磁電変換素子1と磁電変換素子2の感磁面に対して、水平な磁場成分を垂直な磁場成分に変換することが可能となる。すなわち、図15において、磁電変換素子1と磁電変換素子2の位置で紙面に対して平行な磁場を磁気収束板14により、紙面に対して垂直な磁場に変換することができる。したがって、磁電変換素子1と磁電変換素子2の感磁面に対して垂直な磁場成分のみを検出するホール素子などを磁電変換素子に選択する場合に好適である。また、周囲の磁束を集め、磁電変換素子の感磁面に印加される磁束密度を増幅することも可能である。   In the configuration shown in FIG. 15, the first magnetoelectric conversion element 1 and the second magnetoelectric conversion element 2 are arranged in the vicinity of the circumference of a magnetic convergence plate 14 formed in a circle. The magnetic focusing plate 14 is made of a magnetic material, and can convert a horizontal magnetic field component into a vertical magnetic field component with respect to the magnetosensitive surfaces of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2. That is, in FIG. 15, a magnetic field parallel to the paper surface at the position of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 can be converted into a magnetic field perpendicular to the paper surface by the magnetic converging plate 14. Therefore, it is suitable when a Hall element that detects only a magnetic field component perpendicular to the magnetosensitive surface of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 is selected as the magnetoelectric conversion element. It is also possible to collect the surrounding magnetic flux and amplify the magnetic flux density applied to the magnetosensitive surface of the magnetoelectric transducer.

また、上述した実施例では、磁電変換素子1のための正弦波駆動部6によって磁電変換素子1が正弦波に駆動され、磁電変換素子2のための余弦波駆動部7によって磁電変換素子2が余弦波に駆動され、図6に示すような磁電変換素子1,2の駆動の様子となったが、この際の振幅は如何様にしてもよい。   In the above-described embodiment, the magnetoelectric conversion element 1 is driven into a sine wave by the sine wave driving unit 6 for the magnetoelectric conversion element 1, and the magnetoelectric conversion element 2 is driven by the cosine wave driving unit 7 for the magnetoelectric conversion element 2. The magnetoelectric transducers 1 and 2 are driven by the cosine wave as shown in FIG. 6, but the amplitude at this time may be any way.

また、このような波形の代わりに、図16,図17,図18に示すように、複数の傾きの直線をもちいて、正弦波や余弦波を模倣した擬似正弦波や擬似余弦波を用いても実施可能となる。   Further, instead of such a waveform, as shown in FIGS. 16, 17, and 18, a pseudo sine wave or a pseudo cosine wave imitating a sine wave or a cosine wave is used using a plurality of straight lines. Can also be implemented.

図16は、本発明における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示す図で、図6の代替となり得る擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動の一例を示す図である。つまり、上述した正弦波及び余弦波は、実際にIC上で製作する場合には回路規模等が大きくなり現実的ではないので、擬似的な正弦波又は余弦波による擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動を用いることが現実的である。   FIG. 16 is a diagram illustrating a temporal change in the driving amount of the magnetoelectric conversion element in the present invention, and is a diagram illustrating an example of pseudo sine wave driving or cosine wave driving that can be substituted for FIG. In other words, the above-described sine wave and cosine wave are not realistic because the circuit scale and the like are large when actually manufactured on an IC. Therefore, pseudo sine wave driving or cosine driving with a pseudo sine wave or cosine wave is not possible. It is practical to use wave driving.

また、図23は、図16及び図24に示した擬似的な正弦波を作成する手法の一例を示す図である。図16のように電流量にて駆動を行う場合には、図23に示される手法の一例の出力を電圧電流変換することで容易に実施できる。それぞれ定電流源ICC1〜ICC4の電流量は、ICC1:ICC2=1:√2、ICC3:ICC4=1:1:√2、ICC1=ICC3といった関係になっており、電気角0〜45°までの区間は、SW1とSW2のみを閉じ、電気角45〜90°までの区間は、SW1のみを閉じ、電気角90〜135°までの区間は、SW3のみを閉じ、電気角135〜225°までの区間は、SW3とSW4のみを閉じ、電気角225〜290°までの区間は、SW3のみを閉じ、電気角290〜315°までの区間は、SW1のみを閉じ、電気角315〜360°までの区間は、SW3とSW4のみを閉じることで、図16のような擬似正弦波を作成できる。また、擬似余弦波については、正弦波に対して位相が90°ずれているだけであるので、同様の回路にて、SWを閉じるタイミングをずらすことで、作成できる。   FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a method for creating the pseudo sine wave illustrated in FIGS. 16 and 24. When driving with a current amount as shown in FIG. 16, it can be easily implemented by converting the output of an example of the method shown in FIG. The current amounts of the constant current sources ICC1 to ICC4 are such that ICC1: ICC2 = 1: √2, ICC3: ICC4 = 1: 1: √2, ICC1 = ICC3, and an electrical angle of 0 to 45 °. The section closes only SW1 and SW2, the section from electrical angle 45 to 90 ° closes only SW1, the section from electrical angle 90 to 135 ° closes only SW3, and the electrical angle from 135 to 225 ° The section closes only SW3 and SW4, the section up to electrical angle 225-290 ° closes only SW3, the section up to electrical angle 290-315 ° closes only SW1, and the electrical angle up to 315-360 ° In the section, by closing only SW3 and SW4, a pseudo sine wave as shown in FIG. 16 can be created. Further, since the pseudo cosine wave is only 90 ° out of phase with respect to the sine wave, it can be created by shifting the timing of closing the SW in the same circuit.

上述したように、図23は、図16及び図24に示した擬似的な正弦波を作成する手法の一例を示す図で、図16は電流駆動の例、図24は電圧駆動の例をそれぞれ示しており、何れの駆動例も本発明に適応できることは言うまでもない。図16のように電流駆動を行う場合には、図23に示される手法の一例の出力を電圧電流変換することで容易に実施できる。   As described above, FIG. 23 is a diagram showing an example of a method for creating the pseudo sine wave shown in FIGS. 16 and 24, FIG. 16 is an example of current driving, and FIG. 24 is an example of voltage driving. Needless to say, any driving example can be applied to the present invention. When current driving is performed as shown in FIG. 16, it can be easily carried out by performing voltage-current conversion on the output of an example of the technique shown in FIG.

図17は、本発明における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示すための図で、図6の代替となり得る他の擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動の一例を示す図である。この更なる擬似的な正弦波又は余弦波は、階段波を正弦波又は余弦波として擬似的な正弦波又は余弦波としたものである。   FIG. 17 is a diagram for showing a temporal change in the drive amount of the magnetoelectric conversion element in the present invention, and is a diagram showing an example of another pseudo sine wave drive or cosine wave drive that can be substituted for FIG. The further pseudo sine wave or cosine wave is a pseudo sine wave or cosine wave with the staircase wave as a sine wave or cosine wave.

特に、図16に示す擬似的な正弦波又は余弦波は、実使用上、容易に作成できるので好適である。図6に示すような理想的な正弦・余弦波にて駆動した場合では原理的な回転角度誤差は生じないが、図16に示すような擬似正弦・余弦波の駆動を行った場合は回転角度誤差が発生する。   In particular, the pseudo sine wave or cosine wave shown in FIG. 16 is preferable because it can be easily created in actual use. In the case of driving with an ideal sine / cosine wave as shown in FIG. 6, no theoretical rotation angle error occurs, but in the case of driving a pseudo sine / cosine wave as shown in FIG. An error occurs.

図22は、図16に示した擬似的な正弦波で駆動した場合の回転角度誤差発生量を示す図である。図22に示すように、回転角度誤差は、ほぼ0.5°程度となる。   FIG. 22 is a diagram showing a rotation angle error generation amount when driven by the pseudo sine wave shown in FIG. As shown in FIG. 22, the rotation angle error is about 0.5 °.

また、位相の検出方法として、上述したカウンタを用いて、零ロクロス点までの時間をカウントする方法のほかにも、単に、零クロス点までの間をロジックHighレベル、零クロス点以降をロジックLowレベルとしてPWM出力とすることも可能である。また、逆に、零クロス点までの間をロジックLowレベル、零クロス点以降をロジックHighレベルとしてPWM出力とすることも可能である。また、この場合の零クロス点の検出にあたっても、上述したように演算部8で得られた結果の加算結果値の符号が正から負に、変化する点、若しくは負から正に変化する点の何れか一方を持ってしても検出可能となる。   Further, as a method for detecting the phase, in addition to the method of counting the time to the zero cross point using the above-described counter, the logic level is simply between the zero cross point and the logic low after the zero cross point. The level can also be a PWM output. Conversely, it is also possible to obtain a PWM output with the logic low level between the zero cross point and the logic high level after the zero cross point. Also, in detecting the zero cross point in this case, as described above, the sign of the addition result value obtained by the calculation unit 8 changes from positive to negative, or the point where the sign changes from negative to positive. Detection is possible even with either one.

本実施例1では、物理量の一つである磁場を用いた実施例を示したが、磁場以外の物理量を用いても実施可能である。また、今回は磁電変換素子の駆動を1周期0.033msでの実施例を示してきたが、この周期は如何様でも実施可能であり、必要な応答速度に応じて設定すればよい。   In the first embodiment, an example using a magnetic field, which is one of physical quantities, is shown, but the present invention can also be implemented using a physical quantity other than a magnetic field. In addition, although the example in which the driving of the magnetoelectric conversion element is performed in one cycle of 0.033 ms has been shown this time, this cycle can be implemented in any manner and may be set according to the required response speed.

図18は、本発明における磁電変換素子の駆動量の時間的変化を示すための図で、図6の代替となり得るさらに他の擬似的な正弦波駆動又は余弦波駆動の一例を示す図である。つまり、三角波を用いたものである。この場合においても上述したような効果を奏する。   FIG. 18 is a diagram illustrating a temporal change in the driving amount of the magnetoelectric conversion element according to the present invention, and is a diagram illustrating an example of still another pseudo sine wave drive or cosine wave drive that can be substituted for FIG. . That is, a triangular wave is used. Even in this case, the above-described effects can be obtained.

図19は、本発明の実施例2に係る位置検出装置における位置検出動作を説明するための図で、図中符号15は被位置検出体(磁石)、16は被位置検出体の直動方向、17は第1の磁電変換素子、18は第2の磁電変換素子を示している。上述した実施例1とは、被検出体の形状と移動方向、磁電変換素子の配置が異なっている。その他の構成は実施例1と同様であり、各磁電変換素子の駆動の様子は図6に示すとおりであり、ブロック構成図は、図1に示した構成と同様である。   FIG. 19 is a diagram for explaining a position detection operation in the position detection apparatus according to the second embodiment of the present invention, in which reference numeral 15 denotes a position detection body (magnet), and 16 denotes a linear movement direction of the position detection body. , 17 are first magnetoelectric conversion elements, and 18 is a second magnetoelectric conversion element. The shape and moving direction of the detection target and the arrangement of the magnetoelectric conversion elements are different from those of the first embodiment described above. The other configuration is the same as that of the first embodiment, the driving state of each magnetoelectric conversion element is as shown in FIG. 6, and the block configuration diagram is the same as the configuration shown in FIG.

次に、本実施例2の各部機能について説明する。
第1及び第2の磁電変換素子17,18は、被位置検出体(磁石)15の直下に配置されており、互いに同一平面上において1/4極分離れて配置されている。磁電変換素子17,18は、図6に示されるように、一方は正弦波状に駆動され、また他方は余弦波状に駆動される。また、被位置検出体(磁石)15は、被位置検出体15の直動方向16のいずれかの向きに移動する時に、それぞれの磁電変換素子17,18に対して、その位置に応じて磁場強度を、図20に示すように印加している。
Next, the function of each part of the second embodiment will be described.
The first and second magnetoelectric transducers 17 and 18 are arranged immediately below the position detection body (magnet) 15 and are separated from each other by ¼ pole on the same plane. As shown in FIG. 6, one of the magnetoelectric transducers 17 and 18 is driven in a sine wave shape, and the other is driven in a cosine wave shape. Further, when the position detection body (magnet) 15 moves in any direction of the linear movement direction 16 of the position detection body 15, a magnetic field is applied to each of the magnetoelectric conversion elements 17 and 18 according to the position. The intensity is applied as shown in FIG.

図20は、図19に示した被位置検出体(磁石)の直動移動にともなう磁電変換素子の各々に印加される磁場強度の変化を示す図である。被位置検出体の移動にともない磁電変換素子17,18の間には、位相差が90°ある磁場強度が印加されることがわかる。磁電変換素子17,18の出力は、磁電変換素子の駆動量と、磁電変換素子に印加される磁場強度に比例する。   FIG. 20 is a diagram showing changes in the magnetic field strength applied to each of the magnetoelectric conversion elements accompanying the linear movement of the position detection body (magnet) shown in FIG. It can be seen that a magnetic field strength having a phase difference of 90 ° is applied between the magnetoelectric transducers 17 and 18 as the position detection body moves. The outputs of the magnetoelectric conversion elements 17 and 18 are proportional to the drive amount of the magnetoelectric conversion element and the magnetic field strength applied to the magnetoelectric conversion element.

つまり、被位置検出体の移動にともないそれぞれの磁電変換素子17,18には、その位置に応じて、図20に示すような磁場が印加される。ここでは、図19に示すような位置関係を0μmと定義するが、何れの位置を0μmとしてもよい。   In other words, a magnetic field as shown in FIG. 20 is applied to each of the magnetoelectric conversion elements 17 and 18 in accordance with the movement of the position detection body. Here, the positional relationship as shown in FIG. 19 is defined as 0 μm, but any position may be 0 μm.

上述したような構成において、実施例1で示してきた信号処理を施すことにより、N極S極が移動する距離を線形に検出することが可能となる。また、元の位置を基準とし、何番目の極数が磁電変換素子上を通過したかをカウントすることで、1つのN極S極間の位置検出以上に長い距離において位置検出が可能となる。   In the configuration as described above, by performing the signal processing shown in the first embodiment, it is possible to linearly detect the distance that the N pole S pole moves. In addition, by counting the number of poles that have passed over the magnetoelectric conversion element based on the original position, position detection can be performed at a distance longer than the position detection between one N pole and S pole. .

また、上述した実施例2では、磁電変換素子17のための正弦波駆動部6によって磁電変換素子17が正弦波に駆動され、磁電変換素子18のための余弦波駆動部7によって磁電変換素子18が余弦波に駆動され、図6に示すような磁電変換素子1,2の駆動と同様な様子となったが、この際の振幅は如何様にしてもよい。また、このような波形の代わりに、図16,図17,図18に示すように、複数の傾きの直線をもちいて、正弦波や余弦波を模倣した擬似的な正弦波や擬似的な余弦波を用いても実施可能となる。特に、図16に示すような波形は、実使用上、容易に作成できるので好適である。   In the second embodiment described above, the magnetoelectric conversion element 17 is driven into a sine wave by the sine wave drive unit 6 for the magnetoelectric conversion element 17, and the magnetoelectric conversion element 18 is driven by the cosine wave drive unit 7 for the magnetoelectric conversion element 18. Is driven by the cosine wave, and the state is the same as that of driving the magnetoelectric transducers 1 and 2 as shown in FIG. 6, but the amplitude at this time may be any way. Further, instead of such a waveform, a pseudo sine wave or pseudo cosine imitating a sine wave or cosine wave using a plurality of inclined straight lines as shown in FIGS. It can also be implemented using waves. In particular, the waveform shown in FIG. 16 is preferable because it can be easily created in actual use.

また、図23は、図16及び図24に示した擬似的な正弦波を作成する手法の一例を示す図である。図16のように電流量にて駆動を行う場合には、図23に示される手法の一例の出力を電圧電流変換することで容易に実施できる。それぞれ定電流源ICC1〜ICC4の電流量は、ICC1:ICC2=1:√2、ICC3:ICC4=1:1:√2、ICC1=ICC3といった関係になっており、電気角0〜45°までの区間は、SW1とSW2のみを閉じ、電気角45〜90°までの区間は、SW1のみを閉じ、電気角90〜135°までの区間は、SW3のみを閉じ、電気角135〜225°までの区間は、SW3とSW4のみを閉じ、電気角225〜290°までの区間は、SW3のみを閉じ、電気角290〜315°までの区間は、SW1のみを閉じ、電気角315〜360°までの区間は、SW3とSW4のみを閉じることで、図16のような擬似正弦波を作成できる。また擬似余弦波については、正弦波に対して位相が90°ずれているだけであるので、同様の回路にて、SWを閉じるタイミングをずらすことで、作成できる。   FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a method for creating the pseudo sine wave illustrated in FIGS. 16 and 24. When driving with a current amount as shown in FIG. 16, it can be easily implemented by converting the output of an example of the method shown in FIG. The current amounts of the constant current sources ICC1 to ICC4 are such that ICC1: ICC2 = 1: √2, ICC3: ICC4 = 1: 1: √2, ICC1 = ICC3, and an electrical angle of 0 to 45 °. The section closes only SW1 and SW2, the section from electrical angle 45 to 90 ° closes only SW1, the section from electrical angle 90 to 135 ° closes only SW3, and the electrical angle from 135 to 225 ° The section closes only SW3 and SW4, the section up to electrical angle 225-290 ° closes only SW3, the section up to electrical angle 290-315 ° closes only SW1, and the electrical angle up to 315-360 ° In the section, by closing only SW3 and SW4, a pseudo sine wave as shown in FIG. 16 can be created. Further, since the pseudo cosine wave is only 90 ° out of phase with the sine wave, it can be created by shifting the timing of closing the SW in the same circuit.

上述したように、図23は、図16及び図24に示した擬似的な正弦波を作成する手法の一例を示す図で、図16は電流駆動の例、図24は電圧駆動の例をそれぞれ示しており、何れの駆動例も本発明に適応できることは言うまでもない。図16のように電流駆動を行う場合には、図23に示される手法の一例の出力を電圧電流変換することで容易に実施できる。なお、駆動周波数が高い場合には電圧駆動の方が電流駆動よりも表皮効果の過大電流密度によるダメージを考えると好ましい。   As described above, FIG. 23 is a diagram showing an example of a method for creating the pseudo sine wave shown in FIGS. 16 and 24, FIG. 16 is an example of current driving, and FIG. 24 is an example of voltage driving. Needless to say, any driving example can be applied to the present invention. When current driving is performed as shown in FIG. 16, it can be easily carried out by performing voltage-current conversion on the output of an example of the technique shown in FIG. When the driving frequency is high, the voltage driving is more preferable than the current driving in view of damage due to the excessive current density due to the skin effect.

また、位相の検出方法として、上述したカウンタを用いて、零クロス点までの時間をカウントする方法のほかにも、単に、零クロス点までの間をロジックHighレベル、零クロス点以降をロジックLowレベルとしてPWM出力とすることも可能である。また、逆に、零クロス点までの間をロジックLowレベル、零クロス点以降をロジックHighレベルとしてPWM出力とすることも可能である。また、この場合の零クロス点の検出にあたっても、上述したように演算部8で得られた結果の加算結果値の符号が正から負に、変化する点、若しくは負から正に変化する点の何れか一方を持ってしても検出可能となる。また、N極間S極間の寸法は、図19に示すものに限らず、どのような寸法でもよい。   Further, as a method for detecting the phase, in addition to the method of counting the time to the zero cross point using the counter described above, the logic up to the zero cross point is simply set to the logic high level, and the logic after the zero cross point is set to the logic low level. The level can also be a PWM output. Conversely, it is also possible to obtain a PWM output with the logic low level between the zero cross point and the logic high level after the zero cross point. Also, in detecting the zero cross point in this case, as described above, the sign of the addition result value obtained by the calculation unit 8 changes from positive to negative, or the point where the sign changes from negative to positive. Detection is possible even with either one. Further, the dimension between the N poles and the S poles is not limited to that shown in FIG.

図25は、本発明の実施例3に係る回転角度検出装置におけるギヤ歯の回転検出動作を説明するための構成図である。図中符号24はギヤ歯、25は磁石、26はギヤ歯の回転方向、27は第1の磁電変換素子、28は第2の磁電変換素子、29は第3の磁電変換素子、30は第4の磁電変換素子、dはギヤ歯の中心から中心までの距離で、ピッチを示している。第1の磁電変換素子27、第2の磁電変換素子28、第3の磁電変換素子29、第4の磁電変換素子30は、ギヤ歯24の近傍に配置され、S極とN極を重ねたタイプの固定磁石25上にそれぞれ設けられている。各磁電変換素子は、ピッチd/4の間隔をもって配置されている。   FIG. 25 is a configuration diagram for explaining a gear tooth rotation detection operation in the rotation angle detection device according to the third embodiment of the present invention. In the figure, 24 is a gear tooth, 25 is a magnet, 26 is a rotation direction of the gear tooth, 27 is a first magnetoelectric conversion element, 28 is a second magnetoelectric conversion element, 29 is a third magnetoelectric conversion element, and 30 is a first The magnetoelectric conversion element 4 and d is the distance from the center of the gear teeth to the center, and indicates the pitch. The 1st magnetoelectric conversion element 27, the 2nd magnetoelectric conversion element 28, the 3rd magnetoelectric conversion element 29, and the 4th magnetoelectric conversion element 30 are arrange | positioned in the vicinity of the gear tooth | gear 24, and overlapped S pole and N pole. Each is provided on a fixed magnet 25 of the type. Each magnetoelectric conversion element is arranged with an interval of a pitch d / 4.

また、図26は、本発明に係るギヤ歯の回転角度検出装置の実施形態を説明するためのブロック構成図で、図1の変形形態である。具体的には、図1の演算部8の前段に、減算演算部43,44が追加され、第3の磁電変換素子29と第4の磁電変換素子30が追加されている。この減算演算部43,44は、第1の磁電変換素子27の出力と第3の磁電変換素子29の出力とを、また、第2の磁電変換素子28の出力と第4の磁電変換素子30の出力とを減算するためのものである。また、図1の正弦波駆動部6が、第1の磁電変換素子27及び第3の磁電変換素子29を駆動し、余弦波駆動部7が第2の磁電変換素子28及び第4の磁電変換素子30を駆動する形になっている。図28はこの駆動の様子を示している。   FIG. 26 is a block diagram for explaining an embodiment of the gear tooth rotation angle detecting device according to the present invention, which is a modification of FIG. Specifically, subtraction operation units 43 and 44 are added to the preceding stage of the operation unit 8 in FIG. 1, and a third magnetoelectric conversion element 29 and a fourth magnetoelectric conversion element 30 are added. The subtraction operation units 43 and 44 output the output of the first magnetoelectric conversion element 27 and the output of the third magnetoelectric conversion element 29, and the output of the second magnetoelectric conversion element 28 and the fourth magnetoelectric conversion element 30. For subtracting the output of. 1 drives the first magnetoelectric conversion element 27 and the third magnetoelectric conversion element 29, and the cosine wave drive section 7 performs the second magnetoelectric conversion element 28 and the fourth magnetoelectric conversion. The device 30 is driven. FIG. 28 shows this driving state.

本実施例3は、被回転角度検出体であるギヤ歯の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を磁電変換素子で検出する回転角度検出装置であって、ギヤ歯の回転にともなう物理量の変化に比例し、かつ磁電変換素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の磁電変換素子27,28,29,30と、第1及び第3の磁電変換素子27,29に正弦波状信号に変化する物理量を印加する正弦波駆動部6と、第2及び第4の磁電変換素子28,30に余弦波状信号に変化する物理量を印加する余弦波駆動部7と、第1及び第3の磁電変換素子27,29の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算演算部43により減算して得られた信号と、第2及び第4の磁電変換素子28,30の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算演算部44により減算して得られた信号とを演算する演算部8と、この演算部8の出力信号と、第1及び第3の磁電変換素子27,29の駆動信号、又は前記第2及び第4の磁電変換素子28,30の駆動信号との位相差を検出する位相検出部10と、この位相検出部10からの出力信号に基づいてギヤ歯の回転角度を算出する角度算出部11とを備えている。   The third embodiment is a rotation angle detecting device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with rotation of a gear tooth that is a rotation angle detector, and includes a gear tooth The first to fourth magnetoelectric transducers 27, 28, 29, 30 whose output changes in proportion to the change in the physical quantity with the rotation of the magnetic field and in proportion to the drive amount of the magnetoelectric transducer, and the first and third A sine wave drive unit 6 that applies a physical quantity that changes to a sine wave signal to the magnetoelectric conversion elements 27 and 29, and a cosine wave drive that applies a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second and fourth magnetoelectric conversion elements 28 and 30. A signal obtained by subtracting the output signal obtained by changing the drive amount of the unit 7 and the first and third magnetoelectric transducers 27 and 29 into a sine wave signal by the subtraction operation unit 43, Driving amount of fourth magnetoelectric conversion elements 28 and 30 A calculation unit 8 that calculates a signal obtained by subtracting the output signal obtained by changing to a cosine wave signal by the subtraction calculation unit 44, the output signal of the calculation unit 8, and the first and third magnetoelectrics Based on the phase detection unit 10 that detects the phase difference between the drive signals of the conversion elements 27 and 29 or the drive signals of the second and fourth magnetoelectric conversion elements 28 and 30, and the output signal from the phase detection unit 10 And an angle calculation unit 11 for calculating the rotation angle of the gear teeth.

このような構成により、ギヤ歯24を回転方向26のA点からB点に回転させると、図27に示すように、回転量に対する磁電変換素子の印加磁束密度の変化が得られる。本実施例3では、16歯のギヤを用いて説明しているため、歯間の角度は22.5°となっている。なお、図中符号aが第1の磁電変換素子(実線)27に、bが第2の磁電変換素子(破線)28、cが第3の磁電変換素子(一点鎖線)29に、dが第4の磁電変換素子(二点鎖線)30に対応している。つまり、複数の磁電変換素子27,28,29,30の配置は、ピッチd/4の間隔で配置されている。   With such a configuration, when the gear tooth 24 is rotated from point A to point B in the rotation direction 26, a change in applied magnetic flux density of the magnetoelectric transducer with respect to the amount of rotation is obtained as shown in FIG. In the third embodiment, since the description is made using the 16-tooth gear, the angle between the teeth is 22.5 °. In the figure, symbol a is the first magnetoelectric transducer (solid line) 27, b is the second magnetoelectric transducer (broken line) 28, c is the third magnetoelectric transducer (dashed line) 29, and d is the first. This corresponds to four magnetoelectric conversion elements (two-dot chain lines) 30. That is, the plurality of magnetoelectric conversion elements 27, 28, 29, and 30 are arranged at intervals of a pitch d / 4.

図27を見ると、バックバイアス磁石分のオフセットをもって、ギヤの回転につれそれぞれの磁電変換素子に印加される磁場強度が、正弦・余弦波状に変化することがわかる。このオフセット分の最終的な回転角度出力への影響を除去するために図25、図26に示すように、磁電変換素子を4つ装荷し、減算演算部を装荷している。   FIG. 27 shows that the magnetic field strength applied to each magnetoelectric conversion element changes in a sine / cosine wave shape as the gear rotates with an offset corresponding to the back bias magnet. In order to remove the influence of the offset on the final rotation angle output, as shown in FIGS. 25 and 26, four magnetoelectric transducers are loaded and a subtraction operation unit is loaded.

図29には、ギア歯の回転量が0°のときの各磁電変換素子の出力を示す。このような出力になるのは、上述した実施例1でも説明したように、磁電変換素子の出力は、駆動量と印加磁場量とに比例した出力であり、図27のギヤ回転量0°時に各磁電変換素子に印加されている磁場量をみると、磁電変換素子1には90mT程度、磁電変換素子2には80mT程度、磁電変換素子3には80mT程度、磁電変換素子4には70mT程度となっており、また、磁電変換素子の駆動は図28のようになっているためである。またここでは、各磁電変換素子の磁気感度を1mV/(mT・mA)(1mAの駆動量で磁電変換素子を駆動した際に、1mTの磁場強度が磁電変換素子に印加された場合、1mVの出力を持つという意味を持つ。)としており、各磁電変換素子からの出力は図29のようになる。   FIG. 29 shows the output of each magnetoelectric conversion element when the rotation amount of the gear teeth is 0 °. As described in the first embodiment, the output is such that the output of the magnetoelectric conversion element is an output proportional to the drive amount and the applied magnetic field amount, and when the gear rotation amount is 0 ° in FIG. Looking at the amount of magnetic field applied to each magnetoelectric conversion element, the magnetoelectric conversion element 1 is about 90 mT, the magnetoelectric conversion element 2 is about 80 mT, the magnetoelectric conversion element 3 is about 80 mT, and the magnetoelectric conversion element 4 is about 70 mT. This is because the drive of the magnetoelectric transducer is as shown in FIG. Here, the magnetic sensitivity of each magnetoelectric conversion element is 1 mV / (mT · mA) (when the magnetoelectric conversion element is driven with a drive amount of 1 mA, a magnetic field intensity of 1 mT is applied to the magnetoelectric conversion element. 29, and the output from each magnetoelectric transducer is as shown in FIG.

図29のような磁電変換素子の出力を、図26の減算演算部43,44により、第1の磁電変換素子27と第3の磁電変換素子29の出力を、また、第2の磁電変換素子28と第4の磁電変換素子30の出力を減算すると、それぞれの減算結果は、図30のようになる。また、同様に図31には、ギヤの回転量が0.9375°のときの各磁電変換素子の出力を示し、図32には、第1の磁電変換素子27と第3の磁電変換素子29の出力を減算した結果、また。第2の磁電変換素子28と第4の磁電変換素子30出力を減算した結果を示す。また、図33にはギヤの回転量が1.875°のときの各磁電変換素子の出力を示し、図34には、第1の磁電変換素子27と第3の磁電変換素子29の出力を減算した結果、また、第2の磁電変換素子28と第4の磁電変換素子30の出力を減算した結果を示す。   The outputs of the magnetoelectric conversion elements as shown in FIG. 29 are output from the first magnetoelectric conversion element 27 and the third magnetoelectric conversion element 29 by the subtraction operation units 43 and 44 in FIG. When the outputs of 28 and the fourth magnetoelectric transducer 30 are subtracted, the respective subtraction results are as shown in FIG. Similarly, FIG. 31 shows the output of each magnetoelectric conversion element when the amount of gear rotation is 0.9375 °, and FIG. 32 shows the first magnetoelectric conversion element 27 and the third magnetoelectric conversion element 29. As a result of subtracting the output of. The result of subtracting the outputs of the second magnetoelectric transducer 28 and the fourth magnetoelectric transducer 30 is shown. FIG. 33 shows the output of each magnetoelectric conversion element when the amount of rotation of the gear is 1.875 °, and FIG. 34 shows the outputs of the first magnetoelectric conversion element 27 and the third magnetoelectric conversion element 29. The result of subtraction and the result of subtracting the outputs of the second magnetoelectric conversion element 28 and the fourth magnetoelectric conversion element 30 are shown.

この、図30、図32、図34に示される信号が、図26の演算部8の入力となり、以降の信号処理は上述した実施例1と同様になされる。各ギヤの回転量において、演算部8の出力は、図35のようになり、この結果を見ると、実施例1と同様に、回転量に比例して、位相が変化した波形が得られることがわかる。よって、ギヤ歯間の回転角度を同定できる。   The signals shown in FIGS. 30, 32, and 34 are input to the calculation unit 8 in FIG. 26, and the subsequent signal processing is performed in the same manner as in the first embodiment. With respect to the rotation amount of each gear, the output of the calculation unit 8 is as shown in FIG. 35. From this result, a waveform whose phase is changed in proportion to the rotation amount can be obtained as in the first embodiment. I understand. Therefore, the rotation angle between gear teeth can be identified.

また、ギヤの回転により何個目の歯が、センサ上を行き過ぎたのかをカウントし、上述の出力回転角度+カウント値×22.5°(ギヤ歯間角度)とすることで、ギヤ歯間の角度以上の角度位置同定も可能である。   Also, by counting the number of teeth that have passed over the sensor due to the rotation of the gear, the above-mentioned output rotation angle + count value × 22.5 ° (gear tooth angle) is obtained. It is also possible to identify an angular position greater than this angle.

本実施例3では、ギヤ歯数が16歯のもので説明を行ったが、この歯数はいかようであっても実施可能である。   In the third embodiment, the description has been given on the case where the number of gear teeth is 16, but the present invention can be implemented regardless of the number of teeth.

また、本実施例3では、第1の磁電変換素子27と第3の磁電変換素子29を正弦波様に駆動し、第2の磁電変換素子28と第4の磁電変換素子30を余弦波様に駆動したが、どちらが正弦波様、余弦波様で駆動されても実施可能である。またこの駆動信号は、実施例1で説明したように擬似的な正弦波、余弦波であっても実施可能である。   In the third embodiment, the first magnetoelectric conversion element 27 and the third magnetoelectric conversion element 29 are driven like a sine wave, and the second magnetoelectric conversion element 28 and the fourth magnetoelectric conversion element 30 are cosine wave like. However, it can be carried out regardless of which one is driven in a sine wave-like or cosine wave-like manner. Further, as described in the first embodiment, this drive signal can be implemented as a pseudo sine wave or cosine wave.

また、本実施例3では、バックバイアス磁石分のオフセットの最終的な回転角度出力への影響を除去するために、磁電変換素子を4素子用いたが、実施例1と同様に2素子のみを用いても実施可能である。この場合は、第1の磁電変換素子27と、第2の磁電変換素子28のみを使用する。この際、B0をバックバイアス磁石のオフセット磁場強度とし、磁電変換素子の互いの出力を減算すると、以下の式(3)のような信号になる。 In the third embodiment, four magnetoelectric conversion elements are used to remove the influence of the offset of the back bias magnet on the final rotation angle output. However, as in the first embodiment, only two elements are used. It can be implemented even if it is used. In this case, only the first magnetoelectric conversion element 27 and the second magnetoelectric conversion element 28 are used. At this time, when B 0 is the offset magnetic field strength of the back bias magnet and the outputs of the magnetoelectric transducers are subtracted, a signal such as the following equation (3) is obtained.

Figure 2011059103
Figure 2011059103

この結果をみると、   Looking at this result,

Figure 2011059103
Figure 2011059103

の項がバックバイアス磁石分のオフセットの影響として残っているが、この項の全てのパラメータは、使用者によって定められた既知の値であるため、このバックバイアス磁石の磁場強度×磁電変換素子駆動信号×磁電変換素子感度の信号を図26の減算演算部43,44に入力し、第1の磁電変換素子27及び第2の磁電変換素子28の出力信号から減算することによって、バックバイアス磁石分のオフセットの回転角度出力(演算結果)への影響を除去することが可能である。 However, since all parameters in this term are known values determined by the user, the magnetic field intensity of the back bias magnet x magnetoelectric transducer drive The signal × magnetoelectric conversion element sensitivity signal is input to the subtraction operation units 43 and 44 in FIG. 26 and subtracted from the output signals of the first magnetoelectric conversion element 27 and the second magnetoelectric conversion element 28, thereby obtaining the back bias magnet component. It is possible to eliminate the influence of the offset of the rotation angle output (calculation result).

図36は、本発明の実施例4に係る回転角度検出装置におけるギヤ歯の移動検出動作を説明するための構成図である。図中符号34はギヤ歯、35は磁石、36はギヤ歯の直動方向、37は第1の磁電変換素子、38は第2の磁電変換素子、39は第3の磁電変換素子、40は第4の磁電変換素子を示している。第1の磁電変換素子37と第2の磁電変換素子38と第3の磁電変換素子39と第4の磁電変換素子40は、ギヤ歯34の直下に配置され、S極とN極を重ねたタイプの固定磁石35上にそれぞれ設けられている。また、各磁電変換素子は、ピッチd/4の間隔をもって配置されている。また、本実施例4では、歯間の距離、即ちピッチを360mmとして説明する。   FIG. 36 is a configuration diagram for explaining a gear tooth movement detection operation in the rotation angle detection device according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, 34 is a gear tooth, 35 is a magnet, 36 is a linear movement direction of the gear tooth, 37 is a first magnetoelectric conversion element, 38 is a second magnetoelectric conversion element, 39 is a third magnetoelectric conversion element, and 40 is 4 shows a fourth magnetoelectric transducer. The 1st magnetoelectric conversion element 37, the 2nd magnetoelectric conversion element 38, the 3rd magnetoelectric conversion element 39, and the 4th magnetoelectric conversion element 40 are arrange | positioned directly under the gear tooth 34, and overlapped S pole and N pole. Each is provided on a fixed magnet 35 of the type. Further, the magnetoelectric conversion elements are arranged with an interval of a pitch d / 4. In the fourth embodiment, the distance between teeth, that is, the pitch is assumed to be 360 mm.

また、図26は、本発明に係るギヤ歯の移動量検出装置の実施形態を説明するためのブロック構成図で、図1の変形形態である。具体的には、図1の演算部8の前段に、減算演算部43,44が追加され、第3の磁電変換素子39と第4の磁電変換素子40が追加されている。この減算演算部43,44は、第1の磁電変換素子37の出力と第3の磁電変換素子39の出力とを、また、第2の磁電変換素子38の出力と第4の磁電変換素子40の出力とを減算するためのものである。また、図1の正弦波駆動部6が、第1の磁電変換素子37及び第3の磁電変換素子39を駆動し、余弦波駆動部7が第2の磁電変換素子38及び第4の磁電変換素子40を駆動する形になっている。図28はこの駆動の様子を示している。   FIG. 26 is a block diagram for explaining an embodiment of the gear tooth movement detection device according to the present invention, which is a modification of FIG. Specifically, subtraction operation units 43 and 44 are added to the previous stage of the operation unit 8 in FIG. 1, and a third magnetoelectric conversion element 39 and a fourth magnetoelectric conversion element 40 are added. The subtraction operation units 43 and 44 output the output of the first magnetoelectric conversion element 37 and the output of the third magnetoelectric conversion element 39, and the output of the second magnetoelectric conversion element 38 and the fourth magnetoelectric conversion element 40. For subtracting the output of. 1 drives the first magnetoelectric conversion element 37 and the third magnetoelectric conversion element 39, and the cosine wave drive section 7 performs the second magnetoelectric conversion element 38 and the fourth magnetoelectric conversion. The device 40 is driven. FIG. 28 shows this driving state.

本実施例4は、被位置検出体であるギヤ歯の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を磁電変換素子で検出する位置検出装置であって、ギヤ歯の移動にともなう物理量の変化に比例し、かつ磁電変換素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の磁電変換素子37,38,39,40と、第1及び第3の磁電変換素子37,39に正弦波状信号に変化する物理量を印加する正弦波駆動部6と、第2及び第4の磁電変換素子38,40に余弦波状信号に変化する物理量を印加する余弦波駆動部7と、第1及び第3の磁電変換素子37,39の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算演算部43により減算して得られた信号と、第2及び第4の磁電変換素子38,40の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算演算部44により減算して得られた信号とを演算する演算部8と、この演算部8の出力信号と、第1及び第3の磁電変換素子37,39の駆動信号、又は第2及び第4の磁電変換素子38,40の駆動信号との位相差を検出する位相検出部10と、この位相検出部10の出力信号に基づいてギヤ歯の移動量を算出する位置算出部12とを備えている。   The fourth embodiment is a position detection device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the movement of a gear tooth that is a position detection body, and includes a movement of a gear tooth. First to fourth magnetoelectric transducers 37, 38, 39, and 40 whose outputs change in proportion to the change in physical quantity accompanying them and in proportion to the drive amount of the magnetoelectric transducer, and the first and third magnetoelectric transducers. A sine wave drive unit 6 that applies a physical quantity that changes to a sine wave signal to the elements 37 and 39, and a cosine wave drive unit 7 that applies a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second and fourth magnetoelectric transducers 38 and 40. A signal obtained by subtracting the output signal obtained by changing the drive amount of the first and third magnetoelectric transducers 37 and 39 into a sinusoidal signal by the subtraction operation unit 43, and the second and fourth Drive amount of the magnetoelectric transducers 38 and 40 is a cosine wave A calculation unit 8 for calculating a signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing the signal into a signal by the subtraction calculation unit 44; an output signal of the calculation unit 8; and first and third magnetoelectric transducers 37, 39, or the phase detector 10 for detecting the phase difference between the drive signals of the second and fourth magnetoelectric transducers 38, 40, and the gear teeth based on the output signal of the phase detector 10. A position calculation unit 12 for calculating a movement amount.

このような構成により、ギヤ歯34が直動方向36のA点からB点に移動するにつれ、図37に示すように、移動量に対する磁電変換素子の印加磁束密度の変化が得られる。なお、図中符号aが第1の磁電変換素子(実線)37に、bが第2の磁電変換素子(破線)38、cが第3の磁電変換素子(一点鎖線)39に、dが第4の磁電変換素子(二点鎖線)40に対応している。複数の磁電変換素子37,38,39,40の配置は、ピッチd/4の間隔で配置されている。   With such a configuration, as the gear teeth 34 move from the point A in the linear motion direction 36 to the point B, a change in the applied magnetic flux density of the magnetoelectric transducer with respect to the amount of movement is obtained as shown in FIG. In the figure, symbol a is the first magnetoelectric transducer (solid line) 37, b is the second magnetoelectric transducer (dashed line) 38, c is the third magnetoelectric transducer (dashed line) 39, and d is the first. 4 corresponds to the magnetoelectric conversion element (two-dot chain line) 40. The plurality of magnetoelectric transducers 37, 38, 39, and 40 are arranged at intervals of a pitch d / 4.

図37を見ると、バックバイアス磁石分のオフセットをもって、ギヤの移動につれそれぞれの磁電変換素子に印加される磁場強度が、正弦・余弦波状に変化することがわかる。このオフセット分の最終的な位置出力への影響を除去するために図36、図26に示すように、磁電変換素子を4つ装荷し、減算演算部を装荷している。   As can be seen from FIG. 37, with the offset of the back bias magnet, the magnetic field strength applied to each magnetoelectric conversion element changes in a sine / cosine wave shape as the gear moves. In order to remove the influence of the offset on the final position output, as shown in FIGS. 36 and 26, four magnetoelectric transducers are loaded and a subtraction operation unit is loaded.

図38には、ギアの移動量が0mmのときの各磁電変換素子の出力を示す。このような出力になるのは、上述した実施例1でも説明したように、磁電変換素子の出力は、駆動量と印加磁場量とに比例した出力であり、図37のギヤ移動量0mm時に各磁電変換素子に印加されている磁場量をみると、磁電変換素子1には90mT程度、磁電変換素子2には80mT程度、磁電変換素子3には80mT程度、磁電変換素子4には70mT程度となっており、また、磁電変換素子の駆動は図28のようになっているためである。またここでは、各磁電変換素子の磁気感度を1mV/(mT・mA)(1mAの駆動量で磁電変換素子を駆動した際に、1mTの磁場強度が磁電変換素子に印加された場合、1mVの出力を持つという意味を持つ。)としており、各磁電変換素子からの出力は図38のようになる。   FIG. 38 shows the output of each magnetoelectric conversion element when the amount of movement of the gear is 0 mm. As described in the first embodiment, the output of the magnetoelectric conversion element is an output proportional to the drive amount and the applied magnetic field amount, and each output is obtained when the gear movement amount is 0 mm in FIG. Looking at the amount of magnetic field applied to the magnetoelectric conversion element, the magnetoelectric conversion element 1 is about 90 mT, the magnetoelectric conversion element 2 is about 80 mT, the magnetoelectric conversion element 3 is about 80 mT, and the magnetoelectric conversion element 4 is about 70 mT. This is because the driving of the magnetoelectric transducer is as shown in FIG. Here, the magnetic sensitivity of each magnetoelectric conversion element is 1 mV / (mT · mA) (when the magnetoelectric conversion element is driven with a drive amount of 1 mA, a magnetic field intensity of 1 mT is applied to the magnetoelectric conversion element. The output from each magnetoelectric conversion element is as shown in FIG.

図38のような磁電変換素子の出力を、図26の減算演算部43,44により、第1の磁電変換素子37と第3の磁電変換素子39の出力を減算、また、第2の磁電変換素子38と第4の磁電変換素子40の出力を減算すると、それぞれの減算結果は、図39のようになる。また、同様に図40には、ギヤの移動量が15mmのときの各磁電変換素子の出力を示し、図41には、第一の磁電変換素子と第3の磁電変換素子の出力を減算した結果、また、第2の磁電変換素子28と第4の磁電変換素子40の出力を減算した結果を示す。また、図42にはギヤの移動量が30mmのときの各磁電変換素子の出力を示し、図43には、第1の磁電変換素子37と第3の磁電変換素子39の出力を減算した結果、また、第2の磁電変換素子38と第4の磁電変換素子40の出力を減算した結果を示す。   The subtraction operation units 43 and 44 in FIG. 26 subtract the outputs of the first magnetoelectric conversion element 37 and the third magnetoelectric conversion element 39 from the output of the magnetoelectric conversion element as shown in FIG. When the outputs of the element 38 and the fourth magnetoelectric transducer 40 are subtracted, the respective subtraction results are as shown in FIG. Similarly, FIG. 40 shows the output of each magnetoelectric conversion element when the amount of movement of the gear is 15 mm, and FIG. 41 subtracts the outputs of the first magnetoelectric conversion element and the third magnetoelectric conversion element. The result and the result of subtracting the outputs of the second magnetoelectric conversion element 28 and the fourth magnetoelectric conversion element 40 are shown. FIG. 42 shows the output of each magnetoelectric conversion element when the amount of gear movement is 30 mm, and FIG. 43 shows the result of subtracting the outputs of the first magnetoelectric conversion element 37 and the third magnetoelectric conversion element 39. Also, the result of subtracting the outputs of the second magnetoelectric conversion element 38 and the fourth magnetoelectric conversion element 40 is shown.

この、図39、図41、図43に示される信号が、図26の演算部8の入力となり、以降の信号処理は上述実施例1と同様になされる。各ギヤの移動量において、演算部8の出力は、図44のようになり、この結果を見ると、上述した実施例1と同様に、移動量に比例して、位相が変化した波形が得られることがわかる。よって、ギヤ歯間の移動量を同定できる。   The signals shown in FIG. 39, FIG. 41, and FIG. 43 are input to the calculation unit 8 in FIG. With respect to the movement amount of each gear, the output of the calculation unit 8 is as shown in FIG. 44. Looking at this result, a waveform whose phase is changed in proportion to the movement amount is obtained as in the first embodiment. I understand that Therefore, the movement amount between the gear teeth can be identified.

また、ギヤの移動により何個目の歯がセンサ上を行き過ぎたのかをカウントし、上述の出力移動量+カウント値×360mm(ギヤ歯間距離)とすることで、ギヤ歯間の移動量以上の移動量同定も可能である。   In addition, by counting the number of teeth that have passed over the sensor due to the movement of the gear, the above-mentioned output movement amount + count value × 360 mm (distance between gear teeth) is greater than the movement amount between the gear teeth. It is also possible to identify the amount of movement.

本実施例4では、ギヤ歯間のピッチが360mmのもので説明を行ったが、このピッチはいかようであっても実施可能である。   In the fourth embodiment, the pitch between the gear teeth has been described as being 360 mm. However, this pitch can be implemented regardless of the pitch.

また、本実施例4では、第1の磁電変換素子37と第3の磁電変換素子39を正弦波様に駆動し、第2の磁電変換素子38と第4の磁電変換素子40を余弦波様に駆動したが、どちらが正弦波様、余弦波様で駆動されても実施可能である。またこの駆動信号は、実施例1で説明したように擬似的な正弦波、余弦波であっても実施可能である。   In the fourth embodiment, the first magnetoelectric conversion element 37 and the third magnetoelectric conversion element 39 are driven in a sine wave manner, and the second magnetoelectric conversion element 38 and the fourth magnetoelectric conversion element 40 are made in a cosine wave manner. However, it can be carried out regardless of which one is driven in a sine wave-like or cosine wave-like manner. Further, as described in the first embodiment, this drive signal can be implemented as a pseudo sine wave or cosine wave.

また、本実施例4では、バックバイアス磁石分のオフセットの最終的な位置出力への影響を除去するために、磁電変換素子を4素子用いたが、実施例1と同様に2素子のみを用いても実施可能である。この場合は、第1の磁電変換素子37と、第2の磁電変換素子38のみを使用する。この際、B0をバックバイアス磁石のオフセット磁場強度とし、またθをギヤ歯の移動量とし、磁電変換素子の互いの出力を減算すると、以下の式(4)のような信号になる。 In the fourth embodiment, four magnetoelectric conversion elements are used to remove the influence of the offset of the back bias magnet on the final position output. However, only two elements are used as in the first embodiment. However, it can be implemented. In this case, only the first magnetoelectric conversion element 37 and the second magnetoelectric conversion element 38 are used. At this time, if B 0 is the offset magnetic field strength of the back bias magnet, θ is the amount of movement of the gear teeth, and the mutual outputs of the magnetoelectric transducers are subtracted, a signal of the following equation (4) is obtained.

Figure 2011059103
Figure 2011059103

この結果をみると、   Looking at this result,

Figure 2011059103
Figure 2011059103

の項がバックバイアス磁石分のオフセットの影響として残っているが、この項の全てのパラメータは、使用者によって定められた既知の値であるため、このバックバイアス磁石の磁場強度×磁電変換素子駆動信号×磁電変換素子感度の信号を図26の減算演算部43,44に入力し、第1の磁電変換素子37及び第2の磁電変換素子38の出力信号から減算することによって、バックバイアス磁石分のオフセットの位置出力(演算結果)への影響を除去することが可能である。 However, since all parameters in this term are known values determined by the user, the magnetic field intensity of the back bias magnet x magnetoelectric transducer drive The signal × magnetoelectric conversion element sensitivity signal is input to the subtraction operation units 43 and 44 in FIG. 26, and is subtracted from the output signals of the first magnetoelectric conversion element 37 and the second magnetoelectric conversion element 38. It is possible to eliminate the influence of the offset on the position output (calculation result).

本発明は、簡単な構成において実施可能であり、複雑な演算を用いずとも、温度依存性のない角度或は位置情報を得ることが可能なため、回転角度検出装置や位置検出セン及び回転角度検出方法や位置検出方法を提供できるため、例えば、ローテーションスイッチや、ポテンショメータ、入力装置用途、直動位置検出等に利用可能である。   Since the present invention can be implemented with a simple configuration and can obtain angle or position information that does not depend on temperature without using complicated calculations, the rotation angle detection device, the position detection sensor, and the rotation angle can be obtained. Since a detection method and a position detection method can be provided, it can be used for, for example, a rotation switch, a potentiometer, an input device application, a linear motion position detection, and the like.

1 第1の物理量検出素子(磁電変換素子)
2 第2の物理量検出素子(磁電変換素子)
3 N極とS極を有する被回転角度検出体(磁石)
4 被回転角度検出体の回転シャフト
5 回転方向
6 正弦波駆動部
7 余弦波駆動部
8 演算部
9(91,92) 零クロス点検出部及びカウンタ
10 カウンタ値出力部(位相検出部)
11 角度算出部
12 位置算出部
14 磁気収束板
15 被位置検出体(磁石)
16 被位置検出体の直動方向
17,27,37 第1の磁電変換素子
18,28,38 第2の磁電変換素子
24,34 ギヤ歯
25,35 磁石
26 ギヤ歯の回転方向
29,39 第3の磁電変換素子
30,40 第4の磁電変換素子
36 ギヤ歯の直動方向
43,44 減算演算部
d ギヤ歯の中心から中心までの距離(ピッチ)
A 被検出体の角度位置0°のとき、それぞれの磁電変換素子に印加される磁場強度を示すための補助線
B 被検出体の角度位置15°のとき、それぞれの磁電変換素子に印加される磁場強度を示すための補助線
C 被検出体の角度位置30°のとき、それぞれの磁電変換素子に印加される磁場強度を示すための補助線
1 First physical quantity detection element (magnetoelectric conversion element)
2 Second physical quantity detection element (magnetoelectric conversion element)
3 Rotating angle detector (magnet) having N and S poles
4 Rotating shaft 5 of rotation angle detection body 6 Rotation direction 6 Sine wave drive unit 7 Cosine wave drive unit 8 Calculation unit 9 (91, 92) Zero cross point detection unit and counter 10 Counter value output unit (phase detection unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Angle calculation part 12 Position calculation part 14 Magnetic convergence plate 15 Position detection body (magnet)
16 Linear motion direction of the position detection body 17, 27, 37 First magnetoelectric conversion elements 18, 28, 38 Second magnetoelectric conversion elements 24, 34 Gear teeth 25, 35 Magnet 26 Rotation direction of gear teeth 29, 39 3 Magnetoelectric conversion elements 30, 40 Fourth magnetoelectric conversion element 36 Gear teeth linear movement direction 43, 44 Subtraction calculation unit d Distance (pitch) from center to center of gear teeth
A Auxiliary line for indicating magnetic field strength applied to each magnetoelectric conversion element when the angular position of the detected object is 0 ° B Applied to each magnetoelectric conversion element when the angular position of the detected object is 15 ° Auxiliary line C for indicating magnetic field strength An auxiliary line for indicating the magnetic field strength applied to each magnetoelectric conversion element when the detected object is at an angular position of 30 °.

Claims (60)

被回転角度検出体の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する回転角度検出装置において、
前記被回転角度検出体の回転にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する少なくとも2つ以上の物理量検出素子と、
前記一方の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加する一方の駆動部と、
前記他方の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加する他方の駆動部と、
前記一方の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、前記他方の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算する演算部と、
該演算部の出力信号と、前記一方の物理量検出素子の駆動信号、又は前記他方の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出する位相検出部と、
該位相検出部からの出力信号に基づいて前記被回転角度検出体の回転角度を算出する角度算出部と
を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
In a rotation angle detection device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the rotation of a rotation angle detector,
At least two or more physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change in the physical quantity accompanying rotation of the rotation angle detector and in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element;
One drive unit that applies a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the one physical quantity detection element;
The other drive unit for applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the other physical quantity detection element;
An output signal obtained by changing the drive amount of the one physical quantity detection element into a sine wave signal and an output signal obtained by changing the drive amount of the other physical quantity detection element into a cosine wave signal are calculated. An arithmetic unit;
A phase detection unit that detects a phase difference between the output signal of the calculation unit and the drive signal of the one physical quantity detection element or the drive signal of the other physical quantity detection element;
A rotation angle detection device comprising: an angle calculation unit that calculates a rotation angle of the rotation angle detector based on an output signal from the phase detection unit.
前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. 前記演算部の後段に、前記位相検出部における位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロス点検出部を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1 or 2, further comprising a zero cross point detection unit for detecting a phase difference in the phase detection unit by zero cross point detection at a subsequent stage of the calculation unit. . 前記演算部は、加算器又は減算器を備えていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the calculation unit includes an adder or a subtracter. 前記位相検出部は、前記演算部で算出された加算値又は減算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする請求項4に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 4, wherein the phase detection unit detects a phase difference between the addition value or the subtraction value calculated by the calculation unit and the drive signal. 前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の回転角度検出装置。   6. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. 前記磁電変換素子は、Si基板上に回路集積技術によって他の演算回路とともに互いに隣接して設けられ、前記少なくとも2つ以上の磁電変換素子が等しい出力温度特性を有していることを特徴とする請求項6に記載の回転角度検出装置。   The magnetoelectric conversion elements are provided adjacent to each other along with other arithmetic circuits on a Si substrate by circuit integration technology, and the at least two or more magnetoelectric conversion elements have equal output temperature characteristics. The rotation angle detection device according to claim 6. 前記磁電変換素子が、磁気収束板の下面の端近傍に配置されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 6 or 7, wherein the magnetoelectric conversion element is arranged in the vicinity of the end of the lower surface of the magnetic converging plate. 被位置検出体の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する位置検出装置において、
前記被位置検出体の移動にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する少なくとも2つ以上の物理量検出素子と、
前記一方の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加する一方の駆動部と、
前記他方の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加する他方の駆動部と、
前記一方の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、前記他方の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算する演算部と、
該演算部の出力信号と、前記一方の物理量検出素子の駆動信号、又は前記他方の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出する位相検出部と、
該位相検出部の出力信号に基づいて前記被位置検出体の移動量を算出する位置算出部と
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
In a position detection device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the movement of a position detection body, using a physical quantity detection element,
At least two or more physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change in the physical quantity accompanying the movement of the position detection body and in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element;
One drive unit that applies a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the one physical quantity detection element;
The other drive unit for applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the other physical quantity detection element;
An output signal obtained by changing the drive amount of the one physical quantity detection element into a sine wave signal and an output signal obtained by changing the drive amount of the other physical quantity detection element into a cosine wave signal are calculated. An arithmetic unit;
A phase detection unit that detects a phase difference between the output signal of the calculation unit and the drive signal of the one physical quantity detection element or the drive signal of the other physical quantity detection element;
A position calculation unit comprising: a position calculation unit that calculates a movement amount of the position detection object based on an output signal of the phase detection unit.
前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする請求項9に記載の位置検出装置。   The position detecting device according to claim 9, wherein the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. 前記演算部の後段に、前記位相検出部における位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロスポイント検出部を設けたことを特徴とする請求項9又は10に記載の位置検出装置。   The position detection device according to claim 9 or 10, wherein a zero cross point detection unit for performing phase difference detection in the phase detection unit by zero cross point detection is provided at a subsequent stage of the calculation unit. 前記演算部は、加算器又は減算器を備えていることを特徴とする請求項9,10又は11に記載の位置検出装置。   The position detection device according to claim 9, wherein the calculation unit includes an adder or a subtracter. 前記位相検出部は、前記演算部で算出された加算値又は減算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする請求項12に記載の位置検出装置。   The position detection device according to claim 12, wherein the phase detection unit detects a phase difference between the addition value or the subtraction value calculated by the calculation unit and the drive signal. 前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする請求項9乃至13のいずれかに記載の位置検出装置。   The position detection device according to claim 9, wherein the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. 前記磁電変換素子は、Si基板上に回路集積技術によって他の演算回路とともに互いに隣接して設けられ、前記少なくとも2つ以上の磁電変換素子が等しい出力温度特性を有していることを特徴とする請求項14に記載の位置検出装置。   The magnetoelectric conversion elements are provided adjacent to each other along with other arithmetic circuits on a Si substrate by circuit integration technology, and the at least two or more magnetoelectric conversion elements have equal output temperature characteristics. The position detection device according to claim 14. 前記磁電変換素子が、磁気収束板の下面の端近傍に配置されていることを特徴とする請求項14又は15に記載の位置検出装置。   The position detection device according to claim 14, wherein the magnetoelectric conversion element is disposed in the vicinity of an end of a lower surface of the magnetic convergence plate. 被回転角度検出体であるギヤ歯の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する回転角度検出装置において、
前記ギヤ歯の回転にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の物理量検出素子と、
前記第1及び第3の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加する一方の駆動部と、
前記第2及び第4の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加する他方の駆動部と、
前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号と、前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号とを演算する演算部と、
該演算部の出力信号と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動信号、又は前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出する位相検出部と、
該位相検出部からの出力信号に基づいて前記ギヤ歯の回転角度を算出する角度算出部と
を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
In a rotation angle detection device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the rotation of a gear tooth that is a rotation angle detector,
First to fourth physical quantity detection elements whose output changes in proportion to a change in the physical quantity accompanying the rotation of the gear teeth and in proportion to a drive quantity of the physical quantity detection element;
One drive unit that applies a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the first and third physical quantity detection elements;
The other drive unit for applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second and fourth physical quantity detection elements;
A signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing the drive amount of the first and third physical quantity detection elements into a sine wave signal, and the drive amount of the second and fourth physical quantity detection elements are obtained. An arithmetic unit that calculates a signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing to a cosine wave signal;
A phase detection unit that detects a phase difference between the output signal of the calculation unit and the drive signals of the first and third physical quantity detection elements or the drive signals of the second and fourth physical quantity detection elements;
An angle calculation unit that calculates the rotation angle of the gear teeth based on an output signal from the phase detection unit.
前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする請求項17に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detecting device according to claim 17, wherein the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. 前記演算部の後段に、前記位相検出部における位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロス点検出部を設けたことを特徴とする請求項17又は18に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 17 or 18, wherein a zero cross point detection unit for detecting a phase difference in the phase detection unit by zero cross point detection is provided at a subsequent stage of the calculation unit. . 前記演算部の前段に減算器を備えていることを特徴とする請求項17,18又は19に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 17, 18 or 19, further comprising a subtracter in front of the calculation unit. 前記位相検出部は、前記演算部で算出された減算値又は加算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする請求項20に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection apparatus according to claim 20, wherein the phase detection unit detects a phase difference between the subtraction value or the addition value calculated by the calculation unit and the drive signal. 前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする請求項17乃至21のいずれかに記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to any one of claims 17 to 21, wherein the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. 前記磁電変換素子は、Si基板上に回路集積技術によって他の演算回路とともに互いに隣接して設けられ、前記第1乃至第4の磁電変換素子が等しい出力温度特性を有していることを特徴とする請求項22に記載の回転角度検出装置。   The magnetoelectric conversion elements are provided adjacent to each other together with other arithmetic circuits on a Si substrate by circuit integration technology, and the first to fourth magnetoelectric conversion elements have equal output temperature characteristics. The rotation angle detection device according to claim 22. 前記磁電変換素子が、前記ギヤ歯の直下に配置されていることを特徴とする請求項22又は23に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 22 or 23, wherein the magnetoelectric conversion element is arranged immediately below the gear teeth. 前記複数の磁電変換素子の配置は、前記ギヤ歯のピッチd/4の間隔で配置されていることを特徴とする請求項17乃至24のいずれかに記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to any one of claims 17 to 24, wherein the plurality of magnetoelectric transducers are arranged at an interval of a pitch d / 4 of the gear teeth. 被位置検出体であるギヤ歯の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する位置検出装置において、
前記ギヤ歯の移動にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の物理量検出素子と、
前記第1及び第3の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加する一方の駆動部と、
前記第2及び第4の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加する他方の駆動部と、
前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号と、前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号とを演算する演算部と、
該演算部の出力信号と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動信号、又は前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出する位相検出部と、
該位相検出部の出力信号に基づいて前記ギヤ歯の移動量を算出する位置算出部と
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
In a position detection device that detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the movement of a gear tooth that is a position detection body,
First to fourth physical quantity detection elements whose output is proportional to the change in the physical quantity accompanying the movement of the gear teeth, and whose output changes in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element;
One drive unit that applies a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the first and third physical quantity detection elements;
The other drive unit for applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second and fourth physical quantity detection elements;
A signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing the drive amount of the first and third physical quantity detection elements into a sine wave signal, and the drive amount of the second and fourth physical quantity detection elements are obtained. An arithmetic unit that calculates a signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing to a cosine wave signal;
A phase detection unit that detects a phase difference between the output signal of the calculation unit and the drive signals of the first and third physical quantity detection elements or the drive signals of the second and fourth physical quantity detection elements;
A position calculation unit comprising: a position calculation unit that calculates a movement amount of the gear teeth based on an output signal of the phase detection unit.
前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする請求項26に記載の位置検出装置。   27. The position detecting device according to claim 26, wherein the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. 前記演算部の後段に、前記位相検出部における位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロスポイント検出部を設けたことを特徴とする請求項26又は27に記載の位置検出装置。   28. The position detection device according to claim 26 or 27, further comprising a zero cross point detection unit for detecting a phase difference in the phase detection unit by zero cross point detection at a subsequent stage of the calculation unit. 前記演算部の前段に減算器を備えていることを特徴とする請求項26,27又は28に記載の位置検出装置。   29. The position detection device according to claim 26, 27 or 28, further comprising a subtracter in front of the arithmetic unit. 前記位相検出部は、前記演算部で算出された減算値又は加算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする請求項29に記載の位置検出装置。   30. The position detection device according to claim 29, wherein the phase detection unit detects a phase difference between the subtraction value or the addition value calculated by the calculation unit and the drive signal. 前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする請求項26乃至30のいずれかに記載の位置検出装置。   31. The position detection device according to claim 26, wherein the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. 前記磁電変換素子は、Si基板上に回路集積技術によって他の演算回路とともに互いに隣接して設けられ、前記第1乃至第4の磁電変換素子が等しい出力温度特性を有していることを特徴とする請求項31に記載の位置検出装置。   The magnetoelectric conversion elements are provided adjacent to each other together with other arithmetic circuits on a Si substrate by circuit integration technology, and the first to fourth magnetoelectric conversion elements have equal output temperature characteristics. The position detection device according to claim 31. 前記磁電変換素子が、前記ギヤ歯の直下に配置されていることを特徴とする請求項31又は32に記載の位置検出装置。   The position detection device according to claim 31 or 32, wherein the magnetoelectric conversion element is arranged immediately below the gear teeth. 前記複数の磁電変換素子の配置は、前記ギヤ歯のピッチd/4の間隔で配置されていることを特徴とする請求項26乃至33のいずれかに記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to any one of claims 26 to 33, wherein the plurality of magnetoelectric transducers are arranged at intervals of a pitch d / 4 of the gear teeth. 被回転角度検出体の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する回転角度検出方法において、
前記被回転角度検出体の回転にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する少なくとも2つ以上の物理量検出素子を用い、
前記一方の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、
前記他方の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、
前記一方の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、前記他方の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算するステップと、
該演算部の出力信号と、前記一方の物理量検出素子の駆動信号、又は前記他方の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出するステップと、
該位相検出部からの出力信号に基づいて前記被回転角度検出体の回転角度を算出するステップと
を有することを特徴とする回転角度検出方法。
In a rotation angle detection method in which a physical quantity detection element detects a change in a physical quantity that changes into a sine wave signal or a cosine wave signal as the rotation angle detector is rotated.
Using at least two or more physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change in the physical quantity with the rotation of the rotation angle detector and in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element,
Applying a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the one physical quantity detection element;
Applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the other physical quantity detection element;
An output signal obtained by changing the drive amount of the one physical quantity detection element into a sine wave signal and an output signal obtained by changing the drive amount of the other physical quantity detection element into a cosine wave signal are calculated. Steps,
Detecting a phase difference between the output signal of the arithmetic unit and the drive signal of the one physical quantity detection element or the drive signal of the other physical quantity detection element;
And calculating a rotation angle of the rotation angle detector based on an output signal from the phase detection unit.
前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする請求項35に記載の回転角度検出方法。   The rotation angle detection method according to claim 35, wherein the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. 前記演算するステップの後段に、前記位相差を検出するステップにおける位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロス点検出ステップを有することを特徴とする請求項35又は36に記載の回転角度検出方法。   37. The rotation according to claim 35 or 36, further comprising a zero cross point detecting step for performing phase difference detection by zero cross point detection in the step of detecting the phase difference after the step of calculating. Angle detection method. 前記演算するステップは、加算又は減算するステップを有することを特徴とする請求項35,36又は37に記載の回転角度検出方法。   38. The rotation angle detection method according to claim 35, 36 or 37, wherein the calculating step includes a step of adding or subtracting. 前記位相差を検出するステップは、前記演算するステップで算出された加算値又は減算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする請求項38に記載の回転角度検出方法。   The rotation angle detection method according to claim 38, wherein the step of detecting the phase difference detects a phase difference between the addition value or the subtraction value calculated in the step of calculating and the drive signal. 前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする請求項35乃至39のいずれかに記載の回転角度検出方法。   The rotation angle detection method according to any one of claims 35 to 39, wherein the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. 被位置検出体の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する位置検出方法において、
前記被位置検出体の移動にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する少なくとも2つ以上の物理量検出素子を用い、
前記一方の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、
前記他方の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、
前記一方の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号と、
前記他方の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号とを演算するステップと、
該演算部の出力信号と、前記一方の物理量検出素子の駆動信号、又は前記他方の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出するステップと、
該位相検出部からの出力信号に基づいて前記被位置検出体の位置を算出するステップと
を有することを特徴とする位置検出方法。
In a position detection method for detecting a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the movement of a position detection body, using a physical quantity detection element,
Using at least two or more physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change in the physical quantity accompanying the movement of the position detection body and in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element,
Applying a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the one physical quantity detection element;
Applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the other physical quantity detection element;
An output signal obtained by changing the driving amount of the one physical quantity detection element into a sinusoidal signal;
Calculating an output signal obtained by changing the driving amount of the other physical quantity detection element into a cosine wave signal;
Detecting a phase difference between the output signal of the arithmetic unit and the drive signal of the one physical quantity detection element or the drive signal of the other physical quantity detection element;
Calculating a position of the position detection object based on an output signal from the phase detection unit.
前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする請求項41に記載の位置検出方法。   The position detection method according to claim 41, wherein the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. 前記演算するステップの後段に、前記位相差を検出するステップにおける位相差の検出を零クロスポイント検出で行うための零クロスポイント検出ステップを有することを特徴とする請求項41又は42に記載の位置検出方法。   The position according to claim 41 or 42, further comprising a zero cross point detection step for performing phase difference detection by zero cross point detection in the step of detecting the phase difference after the step of calculating. Detection method. 前記演算するステップは、加算又は減算するステップを有することを特徴とする請求項41,42又は43に記載の位置検出方法。   44. The position detecting method according to claim 41, 42 or 43, wherein the calculating step includes a step of adding or subtracting. 前記位相差を検出するステップは、前記演算するステップで算出された加算値又は減算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする請求項44に記載の位置検出方法。   45. The position detection method according to claim 44, wherein the step of detecting the phase difference detects a phase difference between the addition value or subtraction value calculated in the step of calculating and the drive signal. 前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする請求項41乃至45のいずれかに記載の位置検出方法。   46. The position detection method according to claim 41, wherein the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. 被回転角度検出体であるギヤ歯の回転にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する回転角度検出方法において、
前記ギヤ歯の回転にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の物理量検出素子を用い、
前記第1及び第3の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、
前記第2及び第4の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、
前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号と、前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号とを演算するステップと、
該演算部の出力信号と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動信号、又は前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出するステップと、
該位相検出部からの出力信号に基づいて前記ギヤ歯の回転角度を算出するステップと
を有することを特徴とする回転角度検出方法。
In a rotation angle detection method in which a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal with the rotation of a gear tooth that is a rotation angle detector is detected by a physical quantity detection element,
Using the first to fourth physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change in the physical quantity accompanying the rotation of the gear teeth and in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element,
Applying a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the first and third physical quantity detection elements;
Applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second and fourth physical quantity detection elements;
A signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing the drive amount of the first and third physical quantity detection elements into a sine wave signal, and the drive amount of the second and fourth physical quantity detection elements are obtained. Calculating a signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing to a cosine wave signal;
Detecting a phase difference between the output signal of the calculation unit and the drive signals of the first and third physical quantity detection elements or the drive signals of the second and fourth physical quantity detection elements;
And calculating a rotation angle of the gear teeth based on an output signal from the phase detection unit.
前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする請求項47に記載の回転角度検出方法。   The rotation angle detection method according to claim 47, wherein the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. 前記演算するステップの後段に、前記位相差を検出するステップにおける位相差の検出を零クロス点検出で行うための零クロス点検出ステップを有することを特徴とする請求項47又は48に記載の回転角度検出方法。   49. The rotation according to claim 47 or 48, further comprising a zero cross point detecting step for performing phase difference detection by zero cross point detection in the step of detecting the phase difference after the step of calculating. Angle detection method. 前記演算するステップの前段に、減算するステップを有することを特徴とする請求項47,48又は49に記載の回転角度検出方法。   50. The rotation angle detection method according to claim 47, 48 or 49, further comprising a step of subtracting before the step of calculating. 前記位相差を検出するステップは、前記演算するステップで算出された減算値又は加算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする請求項50に記載の回転角度検出方法。   The rotation angle detection method according to claim 50, wherein the step of detecting the phase difference detects a phase difference between the subtraction value or the addition value calculated in the step of calculating and the drive signal. 前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする請求項47乃至51のいずれかに記載の回転角度検出方法。   52. The rotation angle detection method according to claim 47, wherein the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. 前記複数の磁電変換素子の配置は、前記ギヤ歯のピッチd/4の間隔で配置されていることを特徴とする請求項47乃至52のいずれかに記載の回転角度検出方法。   53. The rotation angle detection method according to claim 47, wherein the plurality of magnetoelectric transducers are arranged at intervals of a pitch d / 4 of the gear teeth. 被位置検出体であるギヤ歯の移動にともなって正弦波状信号又は余弦波状信号に変化する物理量の変化を物理量検出素子で検出する位置検出方法において、
前記ギヤ歯の移動にともなう前記物理量の変化に比例し、かつ前記物理量検出素子の駆動量に比例して出力が変化する第1乃至第4の物理量検出素子を用い、
前記第1及び第3の物理量検出素子に正弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、
前記第2及び第4の物理量検出素子に余弦波状信号に変化する物理量を印加するステップと、
前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動量を正弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号と、前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動量を余弦波状信号に変化させて得られた出力信号を減算して得られた信号とを演算するステップと、
該演算部の出力信号と、前記第1及び第3の物理量検出素子の駆動信号、又は前記第2及び第4の物理量検出素子の駆動信号との位相差を検出するステップと、
該位相検出部からの出力信号に基づいて前記ギヤ歯の位置を算出するステップと
を有することを特徴とする位置検出方法。
In a position detection method in which a physical quantity detection element detects a change in a physical quantity that changes to a sine wave signal or a cosine wave signal along with the movement of a gear tooth that is a position detection body,
Using the first to fourth physical quantity detection elements whose output changes in proportion to the change in the physical quantity accompanying the movement of the gear teeth and in proportion to the drive quantity of the physical quantity detection element,
Applying a physical quantity that changes to a sinusoidal signal to the first and third physical quantity detection elements;
Applying a physical quantity that changes to a cosine wave signal to the second and fourth physical quantity detection elements;
A signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing the drive amount of the first and third physical quantity detection elements into a sine wave signal, and the drive amount of the second and fourth physical quantity detection elements are obtained. Calculating a signal obtained by subtracting an output signal obtained by changing to a cosine wave signal;
Detecting a phase difference between the output signal of the calculation unit and the drive signals of the first and third physical quantity detection elements or the drive signals of the second and fourth physical quantity detection elements;
Calculating a position of the gear teeth based on an output signal from the phase detection unit.
前記正弦波状信号は、擬似的な正弦波状信号を含み、前記余弦波状信号は、擬似的な余弦波状信号を含むことを特徴とする請求項54に記載の位置検出方法。   55. The position detection method according to claim 54, wherein the sine wave signal includes a pseudo sine wave signal, and the cosine wave signal includes a pseudo cosine wave signal. 前記演算するステップの後段に、前記位相差を検出するステップにおける位相差の検出を零クロスポイント検出で行うための零クロスポイント検出ステップを有することを特徴とする請求項54又は55に記載の位置検出方法。   The position according to claim 54 or 55, further comprising a zero cross point detection step for performing phase difference detection by zero cross point detection in the step of detecting the phase difference after the step of calculating. Detection method. 前記演算するステップの前段に、減算するステップを有することを特徴とする請求項54,55又は56に記載の位置検出方法。   57. The position detection method according to claim 54, 55 or 56, further comprising a step of subtracting before the step of calculating. 前記位相差を検出するステップは、前記演算するステップで算出された減算値又は加算値と前記駆動信号との位相差を検出することを特徴とする請求項57に記載の位置検出方法。   58. The position detection method according to claim 57, wherein the step of detecting the phase difference detects a phase difference between the subtraction value or the addition value calculated in the calculation step and the drive signal. 前記物理量が磁場強度で、前記物理量検出素子が磁電変換素子であることを特徴とする請求項54乃至58のいずれかに記載の位置検出方法。   59. The position detection method according to claim 54, wherein the physical quantity is a magnetic field intensity, and the physical quantity detection element is a magnetoelectric conversion element. 前記複数の磁電変換素子の配置は、前記ギヤ歯のピッチd/4の間隔で配置されていることを特徴とする請求項54乃至59のいずれかに記載の回転角度検出方法。   The rotation angle detection method according to any one of claims 54 to 59, wherein the plurality of magnetoelectric transducers are arranged at intervals of a pitch d / 4 of the gear teeth.
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