JP2014098717A

JP2014098717A - 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

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Publication number: JP2014098717A
Application number: JP2014033336A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Okamoto; 潤一郎岡本; Yoshiro Yamaha; 義郎山羽
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-05-29
Also published as: JP2015038519A; JP2011059103A

Abstract

【課題】除算や乗算といった複雑な演算を用いることなく、簡易な構成において、温度特性が良好な、回転角度検出又は位置検出が行え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。
【解決手段】物理量と素子駆動量の両方に比例した出力を行う物理量検出素子を、少なくとも２つ以上用いて、被検出体の回転又は移動にともない、一方には正弦波状の物理量が印加され、また他方には余弦波状の物理量が印加される構成を用い、物理量検出素子の一方の駆動量を正弦波状に駆動し、また他方には余弦波状に駆動して得られるお互いの物理量検出素子からの出力を加算又は減算し、得られる出力の位相を検出して、回転角度検出及び位置検出を行う。
【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

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（ＣＯｏｒｄｉｎａｔｅＲｏｔａｔｉｏｎＤＩｇｉｔａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）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。

特開昭６２−０９５４０２号公報特開２００５−１８０９４２号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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請求項１に記載の回転角度検出装置。

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。

また、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。

また、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。

また、前記物理量は磁場強度で、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。

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。

また、前記被回転角度検出体はギヤ歯であり、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。

また、前記被回転角度検出体はギヤ歯であり、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。

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。

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。

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ポイント検出部を設けたことを特徴とする。

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。

また、前記被位置検出体はギヤ歯であり、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。

また、前記被位置検出体はギヤ歯であり、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。

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。

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。

また、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。

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。

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。

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。

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。

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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、本実施例１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_HALL1とし、磁電変換素子２の出力値をＶ_HALL2とすると、三角関数の加法定理から以下の式（１）

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。

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。

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。

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）

となる。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この結果をみると、

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この結果をみると、

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。

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。

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）
３Ｎ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

Claims

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。
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。
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。
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１，２又は３に記載の回転角度検出装置。
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４に記載の回転角度検出装置。
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。
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６に記載の回転角度検出装置。
前記被回転角度検出体がギヤ歯であり、
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６又は７に記載の回転角度検出装置。
前記被回転角度検出体がギヤ歯であり、
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１乃至８のいずれかに記載の回転角度検出装置。
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。
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１０に記載の位置検出装置。
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１０又は１１に記載の位置検出装置。
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１０，１１又は１２に記載の位置検出装置。
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１３に記載の位置検出装置。
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１０乃至１４のいずれかに記載の位置検出装置。
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１５に記載の位置検出装置。
前記被位置検出体がギヤ歯であり、
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１５又は１６に記載の位置検出装置。
前記被位置検出体がギヤ歯であり、
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１０乃至１７のいずれかに記載の回転角度検出装置。
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。
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１９に記載の回転角度検出方法。
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１９又は２０に記載の回転角度検出方法。
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１９，２０又は２１に記載の回転角度検出方法。
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２２に記載の回転角度検出方法。
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１９乃至２３のいずれかに記載の回転角度検出方法。
前記被回転角度検出体はギヤ歯であり、
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１９乃至２４のいずれかに記載の回転角度検出方法。
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。
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に記載の位置検出方法。
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２６又は２７に記載の位置検出方法。
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２６，２７又は２８に記載の位置検出方法。
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２９に記載の位置検出方法。
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方法。
前記被位置検出体はギヤ歯であり、
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３１のいずれかに記載の位置検出方法。