JP2020067378A

JP2020067378A - 検出信号処理回路およびこれを備える回転検出装置

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Publication number: JP2020067378A
Application number: JP2018200314A
Authority: JP
Inventors: 尚史福田; Naofumi Fukuda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: JP7059893B2

Abstract

【課題】回転検出装置に用いられる検出信号処理回路において、当該検出信号処理回路を構成する磁気センサが、設計上の予定位置と異なる位置に配置された場合における検出角度精度の低下を抑制する。【解決手段】第１磁気センサ５１中の複数のセンサ部５１１から出力される複数の出力信号が伝送される第１の２値化回路６１を、当該出力信号の増幅率を所定の範囲で変更可能な２つのゲイン調整部６１１、６１２と、２つのゲイン調整部６１１、６１２から出力される２つの増幅信号を合成し、合成信号を出力する信号合成部６１３と、当該合成信号を２値化する２値化処理部６１４とを有した構成とする。ゲイン調整部６１１、６１２の増幅率は、センサ部５１１と回転検出装置を構成する磁石との相対位置に応じて、所定の範囲内で変更可能とされる。【選択図】図５

Description

本発明は、回転体に対向して配置され、回転体の回転に応じた信号を出力するセンサ素子を備えるものであって、当該センサ素子からの出力信号を調整する機能を備えた検出信号処理回路およびこれを備える回転検出装置に関する。

従来、この種の検出信号処理回路としては、例えば特許文献１に記載のものが挙げられる。この検出信号処理回路は、回転体と対向して配置され、回転体の回転に応じた信号を出力する２つの磁気センサと、磁気センサからの出力信号を２値化する２値化回路と、２値化されたパルス信号に基づいて回転体の回転方向を判定する正逆判定回路とを備える。また、この検出信号処理回路は、正逆判定回路により判定された回転体の回転方向に応じて動作するスイッチング素子を有しており、回転体の回転方向に応じて異なる信号をＥＣＵ（Electronic Control Unitの略）に出力する。このＥＣＵは、この検出信号処理回路から出力された出力信号に基づいて、回転体の回転数を検出するための回路と回転方向を検出するための回路とを備える。

特開２００５−２４９４８８号公報

ここで、この種の検出信号処理回路を備える回転検出装置は、例えば、検出信号処理回路を備えるＩＣと、磁石と、ＩＣが収容されるケース状の部材のハウジングと、を有してなる。この種の回転検出装置は、回転体に対向して配置された２つの磁気センサから出力された出力信号を検出信号処理回路で処理した後、ハウジングに備えられた配線を通じて外部のＥＣＵに検出信号を出力し、回転体の回転方向と回転数を検出する。

ところが、この種の回転検出装置は、その製造工程上での実装精度の問題などにより、実装されたＩＣ中の磁気センサと磁石との相対位置（以下「実装位置」という）が、設計における予定の相対位置（以下「設計位置」という）からずれることがある。このような磁気センサの実装位置と設計位置とのズレ（以下、単に「位置ズレ」という）が生じた場合、２つの磁気センサからの出力信号の位相が、設計における予定の出力信号の位相に対してずれてしまう。このような出力信号の位相ズレが生じると、出力信号に基づいて生成されるパルス信号の位相もずれてしまい、検出角度精度の低下を招く。

特許文献１に記載の検出信号処理回路は、上記の位置ズレに起因する出力信号の位相ズレを補正する回路等を備えていないため、磁気センサの位置ズレが生じた場合における検出角度精度の低下を抑制することができない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、磁気センサが設計位置と異なる位置に実装された場合であっても、その位置ズレに起因した検出角度精度の低下を抑制できる検出信号処理回路およびこれを備える回転検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の検出信号処理回路は、対向配置された回転体（４）の回転を検出する回転検出装置に用いられる検出信号処理回路（１）であって、回転体と対向配置される、第１磁気センサ（５１）および第２磁気センサ（５２）と、第１磁気センサから出力される第１出力信号の２値化処理を行う第１の２値化回路（６１）と、第２磁気センサから出力される第２出力信号の２値化処理を行う第２の２値化回路（６２）と、を備える。このような構成において、当該回転検出装置は、磁石を有してなり、第１磁気センサは、磁界の強さの変化に応じた信号を出力する複数のセンサ部（５１１）を有してなり、第１の２値化回路は、複数のセンサ部から出力される出力信号を所定の増幅率で増幅し、増幅した増幅信号を出力する２つのゲイン調整部（６１１、６１２）と、２つのゲイン調整部から出力された２つの増幅信号を合成し、１つの合成信号を出力する信号合成部（６１３）と、合成信号の２値化処理を行う２値化処理部（６１４）とを有してなり、ゲイン調整部は、回転検出装置を構成する第１磁気センサと磁石との相対位置に対応して、増幅率を変更可能な構成とされている。

これにより、磁気センサから出力される出力信号を２値化する２値化回路を備える検出信号処理回路が回転検出装置に組み込まれた後に、２値化回路における出力信号の増幅率が所定の範囲内で変更可能な構成となる。すなわち、２値化回路は、回転検出装置の一部として組み込まれた後であっても、ゲイン調整部における増幅率を適宜調整することが可能な構成となっている。

ここで、本発明者らは、磁気センサを備える検出信号処理回路を用いて回転検出装置を製造した場合において、センサ部と磁石との相対位置が設計上の位置と異なる位置になったとき、検出角度精度の低下抑制の対策について鋭意検討を行った。その結果、本発明者らは、合成信号の基礎となる２つの増幅信号の増幅率の調整（以下、「ゲイン調整」という）を行うことで、合成信号を２値化して得られるパルス信号の位相を所定の範囲内で調整できることを見出した。

つまり、この２値化回路を備える検出信号処理回路は、磁気センサが設計上の位置と異なる位置に実装された場合であっても、ゲイン調整を行うことで２値化処理部から出力されるパルス信号の位相を事後的に調整できる構成とされている。そのため、磁気センサが設計上の位置と異なる位置に実装されたとしても、ゲイン調整部でのゲイン調整により、２値化処理部は、磁気センサが設計上の位置に実装された場合における出力信号に基づいて出力されるパルス信号と同様のパルス信号を出力する。

よって、この検出信号処理回路は、磁気センサが設計位置と異なる位置に実装されたとしても、位置ズレをしていない場合のパルス信号と同等のパルス信号を出力するように調整可能とされており、位置ズレに起因した検出角度精度の低下を抑制できる構成となる。

また、請求項４に記載の発明のように、上記の検出信号処理回路を備えることで、位置ズレによる検出角度の精度低下が抑制される回転検出装置となる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態の検出信号処理回路を備える回転検出装置の一例を示すブロック図である。図１の検出信号処理回路を示すブロック図である。回転体が正転または逆転している状態での２つの磁気センサの出力信号およびパルス信号の一例であって、（ａ）は正転状態、（ｂ）は逆転状態を示す図である。従来の検出信号処理回路において、磁気センサの実装位置とこれに対応して出力されるパルス信号の一例を示す図であって、（ａ）は位置ズレが生じていない場合、（ｂ）は位置ズレが生じた場合を示す図である。図２の第１磁気センサおよび第１の２値化回路の概要を示す図である。図２の第１磁気センサが設計位置に実装された場合における出力信号、合成信号およびパルス信号の一例を示す図である。図２の第１磁気センサが狙いからずれた位置に実装された場合であって、ゲイン調整を行わないときの出力信号、合成信号およびパルス信号の一例を示す図である。図２の第１磁気センサが狙いからずれた位置に実装された場合であって、ゲイン調整を行ったときの出力信号、合成信号およびパルス信号の一例を示す図である。出力信号のゲイン調整およびこれによるパルス信号の変化を示すものであって、（ａ）は第１ゲイン調整部でのゲイン調整、（ｂ）は第２ゲイン調整部でのゲイン調整、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）とを合成して２値化したパルス信号の変化を示す図である。ゲイン調整部の構成例を示す図である。検出信号処理回路とＥＣＵとの他の接続例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態の検出信号処理回路１について説明する。本実施形態の検出信号処理回路１は、例えばカム角センサやクランク角センサなどの各種の回転検出装置に適用されると好適であるが、エンジン回転センサや車輪速センサなどの他の回転検出装置にも適用され得る。

〔回転検出装置の構成〕
まず、本実施形態の検出信号処理回路１を備える回転検出装置について、図１、図２を参照して述べるが、検出信号処理回路１を除き、公知の回転検出装置の各種構成が採用されるため、本明細書では検出信号処理回路１以外の構成要素については簡単に説明する。

図１、図２では、後述する回転体４の回転方向を示すと共に、一例として、図１、図２中での時計回りの回転方向を「正転」とし、反時計回りの回転方向を「逆転」としているが、これに限られず、正転および逆転の向きについては、適宜変更されてもよい。

本実施形態の検出信号処理回路１を備える回転検出装置は、例えば、図１に示すように、検出信号処理回路１が回転体４と対向配置されると共に、検出信号処理回路１が配線３１〜３３を介して外部のＥＣＵ２に接続されている。この回転検出装置は、例えば、山部４１と谷部４２とを備える回転体４の回転に対応して、検出信号処理回路１が回転体の回転方向および回転数に応じたパルス信号を外部のＥＣＵ２へ出力する構成とされる。

検出信号処理回路１は、例えば、図２に示すように、２つの磁気センサ５１、５２と、２つの２値化回路６１、６２と、正逆判定回路７１と、定電圧回路７２と、定電流回路７３と、定電流源７４と、スイッチ７５と、トランジスタ７６とを有してなる。

検出信号処理回路１は、回転体４と対向配置された２つの磁気センサ５１、５２が、回転体の回転に応じた出力信号を出力し、当該出力信号を２値化回路６１、６２が２値化処理を行う構成とされている。検出信号処理回路１は、２値化回路６１、６２により２値化されたパルス信号を正逆判定回路７１で処理すると共に、回転体４の回転数に対応する回転数信号を信号線３２に出力する。検出信号処理回路１は、正逆判定回路７１により回転体４の回転方向を判定すると共に、当該回転方向に応じてスイッチ７５を開閉し、検出信号処理回路１内での消費電流を変化させることで、電源線３１を介して接続されたＥＣＵ２側の電位Ｖ１を変化させる。この電位Ｖ１の電位変化が回転体４の回転方向に応じた回転方向信号に相当し、検出信号処理回路１が回転体４の回転方向に応じて、ＥＣＵ２に回転方向信号を出力することと同様の結果となる。検出信号処理回路１は、例えば上記のような構成とされることで、回転体４の回転に応じた各種出力信号をＥＣＵ２に向けて出力する。検出信号処理回路１の概要は上記したとおりであり、詳細について後ほど説明する。

ＥＣＵ２は、例えば、図１に示すように、電源Ｖｃｃと、回転方向信号処理回路２１と、回転数信号処理回路２２と、電位検出抵抗Ｒ１と、プルアップ抵抗Ｒ２とを備えた構成とされる。ＥＣＵ２は、電源Ｖｃｃおよび回転方向信号処理回路２１が電源線３１を介して検出信号処理回路１に接続され、検出信号処理回路１に電源Ｖｃｃから電流を供給する。ＥＣＵ２は、回転数信号処理回路２２が信号線３２を介して、内部のグラウンド部位がグラウンド線３３を介して、それぞれ検出信号処理回路１に接続されている。ＥＣＵ２は、図１に示すように、電源Ｖｃｃと電源線３１との間に電位検出抵抗Ｒ１が直列に接続されると共に、電源Ｖｃｃと信号線３２とが接続され、これらの間にプルアップ抵抗Ｒ２が直列に接続された構成とされている。

ＥＣＵ２は、検出信号処理回路１からの回転数信号を、回転数信号処理回路２２で処理することにより、回転体４の回転数を算出する。ＥＣＵ２は、検出信号処理回路１が回転体４の回転方向に応じて電流値を調整することにより電位Ｖ１が変化した際に、この電位Ｖ１の電位変化が回転方向信号処理回路２１に伝送される構成とされている。ＥＣＵ２は、この電位Ｖ１の電位変化を回転方向信号処理回路２１で処理することで、回転体４の回転方向を検出する。

例えば、上記の構成とされることで、検出信号処理回路１とＥＣＵ２とが３本の配線３１〜３３で接続されつつも、回転体４の回転数および回転方向を検出することができる回転検出装置とされる。以上が、回転検出装置の基本的な構成である。

なお、回転体４は、例えば、自動車などの車両を構成するギアなどの部品であり、磁性体材料により構成され、山部４１と谷部４２とが所定のピッチで形成された形状とされるが、これに限定されるものではない。

〔検出信号処理回路の構成〕
次に、検出信号処理回路１およびその構成要素について、図２を参照して説明する。

磁気センサ５１、５２は、例えば、任意の磁気抵抗素子を有してなり、図２に示すように回転体４と対向配置され、回転体４の回転に伴う磁界の強さの変化に応じた信号を出力するよう構成されている。

具体的には、磁気センサ５１、５２は、例えば、回転体４の山部４１のピッチを整数倍した距離に所定の距離（例えば当該ピッチの１／４の距離など）を加算または減算した距離を隔てて配置される。磁気センサ５１、５２は、例えば図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、それぞれ所定の位相差（前述の配置例の場合、１／４の位相差）をもった正弦波状の出力信号を出力する。

以下、説明の簡略化のため、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、便宜的に、第１磁気センサ５１の出力信号を「第１出力信号」と称し、第２磁気センサ５２の出力信号を「第２出力信号」と称する。また、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、第１出力信号を２値化することで得られるパルス信号を「第１パルス信号」と称し、第２出力信号を２値化することで得られるパルス信号を「第２パルス信号」と称する。さらに、図３（ａ）、図３（ｂ）では、見易くするために、第１出力信号および第１パルス信号を実線で示し、第２出力信号および第２パルス信号を破線で示すと共に、便宜的に、２つのパルス信号のハイレベルとローレベルとをずらした状態で示している。

なお、本実施形態では、第１磁気センサ５１が回転体４の回転数および回転角の検出に、第２磁気センサ５２が第１磁気センサ５１と共に回転体４の回転方向の検出に、それぞれ用いられる例について説明する。第１磁気センサ５１からの第１出力信号は、第１の２値化回路６１に伝送され、第２磁気センサ５２からの第２出力信号は、第２の２値化回路６２に伝送される。

ここで、磁気センサ５１、５２は、検出信号処理回路１が回転検出装置の一部として組み込まれた際に、当該回転検出装置の磁石との相対位置が、実装精度の問題などにより、設計位置と異なる位置に配置されることがある。この場合、磁気センサ５１、５２の出力信号の位相がシフトしてしまい、ひいては当該出力信号に基づいて生成されるパルス信号の位相もシフトし、検出角度精度の低下を招く。２値化回路６１、６２の少なくとも一方は、このような磁気センサ５１、５２の位置ズレが生じた場合において、生成されるパルス信号の位相が設計上で予定されるパルス信号の位相とズレが生じることを抑制する構成とされている。

この磁気センサ５１、５２の実装時における位置ズレとこれに伴う出力信号の位相ズレおよびその影響、並びに２値化回路６１もしくは６２による出力信号の位相ズレ影響の緩和については、後ほど詳しく説明する。

２値化回路６１、６２は、磁気センサ５１、５２から出力された正弦波状の出力信号が、設定された所定の閾値を超えるか否かにより矩形状の２値出力のパルス信号に変換する２値化処理を行う構成とされている。２値化回路６１、６２のうち少なくとも一方は、磁気センサ５１、５２と磁石との相対位置に対応して、第１磁気センサ５１または第２磁気センサ５２からの出力信号の増幅率を所定の範囲内で調整可能な構成とされている。

本実施形態では、第１の２値化回路６１が第１磁気センサ５１の出力信号の増幅率を所定の範囲内で調整可能な構成とされ、第２の２値化回路６２が第２磁気センサ５２の出力信号の増幅率が所定の値に固定された例について説明する。また、第１の２値化回路６１の構成や動作の詳細については、後述する。

第１の２値化回路６１は、第１磁気センサ５１からの出力信号に基づいてパルス信号を生成し、正逆判定回路７１およびトランジスタ７６に当該パルス信号を出力する。第２の２値化回路６２は、第２磁気センサ５２からの出力信号に基づいてパルス信号を生成し、当該パルス信号を正逆判定回路７１に出力する。

正逆判定回路７１は、２値化回路６１、６２それぞれからのパルス信号に基づいて、回転体４の回転方向が正転か逆転かを判定し、その回転方向に応じた電気信号を出力する構成とされている。正逆判定回路７１による回転体４の回転方向の判定は、限定するものではないが、例えば、以下のような方法で行われる。

例えば図３（ａ）に示すように、回転体４が正転している場合には、磁気センサ５１、５２は、所定の位相差をもった第１出力信号および第２出力信号を出力する。第１出力信号、第２出力信号の電圧が任意の閾値を超えるか否かにより、２値化回路６１、６２にて２値化処理（閾値を超える場合にはハイレベル、閾値以下の場合にはローレベルとするなど）を行うことにより、所定の位相差をもった２つのパルス信号が得られる。

一方、回転体４が逆転している場合、回転体４と第１磁気センサ５１との間、および回転体４と第２磁気センサ５２との間における磁界の強さの変化の順序が変わる。そのため、例えば図３（ｂ）に示すように、正転の場合とは異なる順序で第１出力信号および第２出力信号が磁気センサ５１、５２から出力される。そのため、これらの出力信号を２値化回路６１、６２で２値化処理して得られる２つのパルス信号についても、正転の状態と異なる状態となる。

正逆判定回路７１は、このように２値化回路６１、６２から出力される第１パルス信号と第２パルス信号との関係が正転と逆転とで異なることを利用し、回転体４が正転しているか、逆転しているかを判定する。例えば、第１パルス信号のハイレベルが第２パルス信号に対して先行しているか遅れているかにより、回転体４の回転方向を判定することができる。正逆判定回路７１による判定結果は、後述するスイッチ７５の開閉に利用される。

定電圧回路７２は、電源線３１を介して供給される電位を内部で処理し、磁気センサ５１、５２、２値化回路６１、６２、正逆判定回路７１および定電流回路７３に所定の定電圧を印加する。定電圧回路７２は、検出信号処理回路１の外部の電源から供給される電位を所定の定電圧に処理できる回路構成とされていればよく、任意の構成とされる。

定電流回路７３は、定電圧回路７２から印加される所定の定電圧に基づいて、所定の定電流を生じさせる任意の回路構成とされる。

定電流源７４は、図２に示すように、電源線３１に接続され、スイッチ７５が閉の状態とされた際にグラウンド線３３へ定電流を供給する。定電流源７４は、例えば、定電流回路７３による定電流と同じ定電流が生じるように、定電流回路７３と共にカーレントミラー回路となるように構成される。

スイッチ７５は、例えばトランジスタなどのスイッチング素子であり、正逆判定回路７１の出力に基づき、定電流源７４からグラウンド線３３への電流の開閉を行う。スイッチ７５が閉の状態とされた場合、定電流源７４による定電流がグラウンド線３３に供給され、図１に示すように、ＥＣＵ２内部のグラウンド電位とされた部位に接地される。スイッチ７５は、開閉によって検出信号処理回路１内での消費電流に変化が生じさせ、ひいては、電源線３１を介して接続されたＥＣＵ２の電位Ｖ１の電位を変化させるために用いられる。

トランジスタ７６は、図２に示すように、例えばバイポーラトランジスタであり、ベースが第１の２値化回路６１に接続され、コレクタが信号線３２に接続され、エミッタがグラウンド線３３に接続されている。トランジスタ７６のベースに供給された第１の２値化回路６１からの回転数信号は、信号線３２を介してＥＣＵ２の回転数信号処理回路２２に伝送される。

以上が、本実施形態の検出信号処理回路１の基本的な構成である。なお、検出信号処理回路１は、第１磁気センサ５１と回転検出装置の磁石との相対位置に応じて、第１磁気センサ５１からの出力信号の増幅率を変更可能な第１の２値化回路６１を備えていればよい。つまり、検出信号処理回路１は、第１の２値化回路６１を備え、回転数信号と回転方向信号がＥＣＵ２に出力される構成とされていればよく、上記の例に限られず、適宜構成が変更されてもよい。

〔磁気センサの実装における位置ズレ〕
次に、第１の２値化回路６１を備えていない従来の検出信号処理回路（以下、単に「従来の検出信号処理回路」という）における、第１磁気センサ５１の実装での位置ズレおよびこれに伴う検出角度精度の低下について、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

図４（ａ）、（ｂ）では、回転検出装置における磁石と第１磁気センサ５１との配置の概要、および第１磁気センサ５１からの出力信号を従来の２値化回路で２値化して出力されるパルス信号を示している。また、図４（ｂ）では、理解を助けるため、第１磁気センサ５１の配置が設計位置である場合（位置ズレなし）および設計位置と異なる位置である場合（位置ズレあり）を併記すると共に、前者の場合での第１磁気センサ５１およびパルス信号を破線で示している。

従来の検出信号処理回路を用いて回転検出装置を構成した場合において、複数のセンサ部５１１を備える第１磁気センサ５１が設計位置に配置されたときには、例えば図４（ａ）に示すように、所定のパルス信号が従来の２値化回路から出力される。以下、第１磁気センサ５１が設計位置に配置された際に出力されるパルス信号を便宜的に「設計パルス信号」と称する。なお、センサ部５１１は、例えば磁気抵抗素子とされ、図４の例では第１磁気センサ５１内に３つ配置された例を示しているが、少なくとも２つ配置されていればよい。

しかしながら、回転検出装置に従来の検出信号処理回路を組み込む際に、回転検出装置の製造工程における実装精度上の問題により、例えば、図４（ｂ）に示すように、第１磁気センサ５１が当該回転検出装置中の設計位置と異なる位置にずれて配置され得る。この場合、磁石と第１磁気センサ５１との相対位置が、第１磁気センサ５１が設計位置に配置されたときの相対位置とは異なる状態となる。つまり、第１磁気センサ５１中のセンサ部５１１と磁石との相対位置が設計されたものと異なるものとなるため、回転体４が回転した際での磁界の強さの変化も設計とは異なる状態となる。

その結果、図４（ｂ）に示すように、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じた場合には、従来の２値化回路は、設計パルス信号と位相差（位相ズレ）をもったパルス信号を出力する。このような設計パルス信号と位相差をもったパルス信号を出力する状態になると、回転体４の回転角や回転数が正確に反映されなくなり、検出角度精度が低下してしまう。

そこで、本発明者らは、上記の検出角度精度の低下抑制について鋭意検討した結果、パルス信号を生成する際の基礎となる出力信号の増幅率の所定の範囲内で調整を行うことで、パルス信号の位相を所定の範囲内で調整できることを見出した。第１の２値化回路６１を備える検出信号処理回路１は、このような経緯で発明されるに至った。

〔第１の２値化回路の構成〕
次に、位置ズレが生じた場合であっても第１磁気センサ５１からの出力信号を事後的に調整可能な構成とされた、第１の２値化回路６１について、図５を参照して説明する。

第１の２値化回路６１は、例えば、図５に示すように、第１磁気センサ５１内に配置された３つのセンサ部５１１から正弦波状の出力信号が伝送される。第１の２値化回路６１は、２つのゲイン調整部６１１、６１２と、信号合成部６１３と、２値化処理部６１４とを備え、第１磁気センサ５１と回転検出装置の磁石との相対位置に応じて、ゲイン調整部６１１、６１２での増幅率を変更可能な構成とされている。

以下、説明の簡略化のため、図５に示すように、３つのセンサ部５１１をそれぞれ便宜的に「Ａのセンサ部５１１」、「Ｂのセンサ部５１１」、「Ｃのセンサ部５１１」と称する。また、図５では、後述する第１ゲイン調整部６１１から出力される増幅信号の電圧を「Ｖ_ＣＢ」と表記し、第２ゲイン調整部６１２から出力される増幅信号の電圧を「Ｖ_ＡＢ」と表記している。さらに、図５では、信号合成部６１３から出力される合成信号の電圧を「Ｖ_１」と表記し、２値化処理部６１４から出力されるパルス信号の電圧を「Ｖ_２」と表記している。

ゲイン調整部６１１、６１２は、センサ部５１１からの出力信号の差分を所定の範囲内で増幅し、増幅信号を信号合成部６１３に出力する差動増幅回路である。

第１ゲイン調整部６１１は、例えば図５に示すように、抵抗Ｒ３、オペアンプＯＰ２および可変抵抗ＶＲ１を有してなる。第１ゲイン調整部６１１は、例えば、Ｂのセンサ部５１１からの出力信号を基準とし、Ｃのセンサ部５１１からの出力信号とＢのセンサ部５１１からの出力信号との差分を所定の範囲内の増幅率で増幅した増幅信号を出力する構成とされている。

具体的には、Ｂのセンサ部５１１は、図５に示すように、ボルテージフォロアを構成するオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続されている。オペアンプＯＰ１から出力される電圧は、抵抗Ｒ３を介して第１ゲイン調整部６１１の反転入力端子に供給されると共に、抵抗Ｒ４を介して第２ゲイン調整部６１２の反転入力端子に供給される。Ｃのセンサ部５１１は、図５に示すように、第１ゲイン調整部６１１のオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続されている。

第１ゲイン調整部６１１は、図５に示すように、反転入力端子と出力端子とが可変抵抗ＶＲ１を介して接続されたオペアンプＯＰ２を有してなる。そのため、第１ゲイン調整部６１１は、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を所定の範囲内で調整することで、Ｃのセンサ部５１１からの出力信号の増幅率を適宜変更できる構成とされている。第１ゲイン調整部６１１から出力される増幅信号は、抵抗Ｒ５を介して、信号合成部６１３に伝送される。

第２ゲイン調整部６１２は、抵抗Ｒ４、オペアンプＯＰ３および可変抵抗ＶＲ２を有してなり、Ｂのセンサ部５１１からの出力信号を基準とし、Ａのセンサ部５１１からの出力信号を所定の範囲内の増幅率で増幅した増幅信号を出力する構成とされている。

具体的には、オペアンプＯＰ３は、図５に示すように、反転入力端子にはオペアンプＯＰ１を介してＢのセンサ部５１１からの出力信号が入力され、非反転入力端子にはＡのセンサ部５１１からの出力信号が入力される。また、オペアンプＯＰ３は、その反転入力端子と出力端子とが可変抵抗ＶＲ２を介して接続されている。そのため、第２ゲイン調整部６１２は、可変抵抗ＶＲ２の抵抗値を所定の範囲内で調整することで、Ａのセンサ部５１１からの出力信号の増幅率を適宜変更できる構成とされている。第２ゲイン調整部６１２から出力される増幅信号は、抵抗Ｒ６を介して、信号合成部６１３に伝送される。

可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値は、第１磁気センサ５１と回転検出装置の磁石との相対位置に応じて、適宜決定される。この詳細については、後ほど説明する。

信号合成部６１３は、ゲイン調整部６１１、６１２から出力される２つの増幅信号を合成し、合成信号を２値化処理部６１４に出力する構成とされている。信号合成部６１３は、例えば、図５に示すように、オペアンプＯＰ４と抵抗Ｒ７とを有してなる。

オペアンプＯＰ４は、図５に示すように、反転入力端子に第１ゲイン調整部６１１からの増幅信号と、第２ゲイン調整部６１２からの増幅信号とが重畳されて入力される。オペアンプＯＰ４は、非反転入力端子に図示しない任意の回路から所定の定電圧Ｖ_ＲＥＦが入力されると共に、反転入力端子と出力端子とが抵抗Ｒ７を介して接続されている。これにより、信号合成部６１３は、ゲイン調整部６１１、６１２からの２つの増幅信号を合成すると共に、所定の増幅率で増幅した合成信号を出力する構成とされる。

なお、信号合成部６１３は、ゲイン調整部６１１、６１２とは異なり、抵抗Ｒ７の抵抗値が固定されており、その増幅率が固定された構成とされる。

２値化処理部６１４は、例えばオペアンプコンパレータＣＭＰであり、信号合成部６１３から出力された合成信号を２値化し、パルス信号を出力する。オペアンプコンパレータＣＭＰは、＋入力端子に図示しない任意の回路から所定の基準電圧Ｖ_ＴＨが入力され、−入力端子には信号合成部６１３からの合成信号が入力される。

２値化処理部６１４から出力されるパルス信号は、例えば図２に示すように、正逆判定回路７１やトランジスタ７６に伝送される。

以上が、第１の２値化回路６１の基本的な構成である。なお、第２の２値化回路６２は、本実施形態では、ゲイン調整部６１１、６１２での可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２を抵抗値が固定された抵抗に置き換えた点以外の点については、第１の２値化回路６１と同じ構成とされる。

〔第１の２値化回路６１による効果〕
次に、第１の２値化回路６１による効果について、図６〜図１０を参照して説明する。

図６〜図８では、位相ズレを表すための補助線を二点鎖線で示している。図７、図８では、位置ズレが生じた場合と位置ズレが生じない場合との違いを分かり易くするため、位置ズレが生じない場合における合成信号γ_０およびパルス信号δ_０を破線で示している。また、図７では、見易くするため、パルス信号δ_０および位置ズレが生じた場合においてゲイン調整をしないときのパルス信号δ_１を、そのハイレベルとローレベルの信号が重ならない位置にずらして示している。図８では、図７と同じ状況において、第１ゲイン調整部６１１での増幅率を調整した場合を示しており、後述する増幅率の調整（ゲイン調整）を分かり易くするため、ゲイン調整前の増幅信号α_１を破線で示している。また、図８では、ゲイン調整による効果についての理解を助けるため、合成信号γ_０を破線で示すと共に、合成信号γ_１を一点鎖線で示している。

まず、第１磁気センサ５１が回転検出装置の設計位置に配置された場合における、第１の２値化回路６１によるパルス信号の生成について、図６を参照して説明する。

このとき、例えば図６に示すように、第１磁気センサ５１の３つのセンサ部５１１からの出力信号に基づき、第１ゲイン調整部６１１は出力（増幅）信号α_０を出力し、第２ゲイン調整部６１２は出力（増幅）信号β_０を出力する。その後、信号合成部６１３は、これらの出力信号α_０、β_０を合成し、合成信号γ_０を生成する。そして、２値化処理部６１４は、合成信号γ_０について電圧が所定の閾値を超えているか否かにより２値化処理を行い、パルス信号δ_０を生成する。この位置ズレが生じていない場合におけるパルス信号δ_０は、設計上のパルス信号と一致するため、「設計パルス信号」と称し得る。

続いて、第１磁気センサ５１が回転検出装置の設計位置と異なる位置に配置された場合（位置ズレが生じた場合）であって、第１の２値化回路６１にてゲイン調整部６１１、６１２での増幅率を調整しないときのパルス信号生成について、図７を参照して説明する。

位置ズレが生じた場合において、ゲイン調整部６１１、６１２での増幅率を位置ズレが生じない場合における増幅率のままにしたときには、図７に示すように、ゲイン調整部６１１、６１２から出力（増幅）信号α_１、β_１が出力される。具体的には、第１ゲイン調整部６１１からは、増幅信号α_１が出力され、第２ゲイン調整部６１２からは、増幅信号β_１が出力される。このとき、第１磁気センサ５１と磁石との相対位置が設計からずれているため、ゲイン調整部６１１、６１２は、図７に示すように、増幅信号α_０、β_０と位相差をもった増幅信号α_１、β_１を出力する。つまり、増幅信号α_１、β_１は、増幅信号α_０、β_０との位相ズレが生じている。なお、増幅信号α_１、β_１と増幅信号α_０、β_０との位相ズレは、第１磁気センサ５１の位置ズレの度合いに応じて変化する。

これらの増幅信号α_１、β_１は、信号合成部６１３で合成される。その結果、信号合成部６１３から出力される合成信号γ_１は、位置ズレを生じない場合の合成信号γ_０との位相ズレが生じる。この合成信号γ_１を２値化処理部６１４で２値化して得られるパルス信号δ_１は、図７に示すように、位置ズレを生じない場合のパルス信号δ_０（設計パルス信号）と位相がずれてしまう。

このようなパルス信号の位相ズレは、検出角度精度の低下の原因となる。そのため、回転検出装置を製造する際における磁気センサの位置ズレを抑制することが望ましいが、製造コストの増加に繋がる上、位置ズレを完全に防止することは困難である。

そこで、本発明者らは、位置ズレが生じたままの状態における、パルス信号の位相ズレの抑制について鋭意検討をした結果、合成信号の基礎となる増幅信号の増幅率を調整することで、パルス信号の位相ズレを抑制できることを見出した。

次いで、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じた場合であって、第１の２値化回路６１にてゲイン調整部６１１、６１２での増幅率を所定の範囲内で調整したときのパルス信号生成について、図８を参照して説明する。

第１ゲイン調整部６１１でのゲイン調整を行った場合、例えば図８に示すように、増幅信号α_１は、位相の変化はないが、信号の電圧が変化し、増幅信号α_２のような波形となる。このゲイン調整後の増幅信号α_２と第２ゲイン調整部６１２からの増幅信号β_１とを合成した場合、例えば図８に示すように、合成信号がγ_０からγ_２のように変化する。ゲイン調整後の合成信号γ_２は、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じた場合におけるゲイン調整前の合成信号γ_１とは異なる波形となり、所定の閾値以下の電圧となる領域の位相が合成信号γ_１とずれることになる。

このゲイン調整後の合成信号γ_２における所定の閾値以下の電圧となる領域（以下「閾値以下領域」という）の位相は、増幅信号α_１、β_１の増幅率により変化する。その結果、合成信号γ_２を２値化して得られるパルス信号δ_２は、ゲイン調整前のパルス信号δ_１と位相がずれる。言い換えると、合成信号γ_２の閾値以下領域の位相を増幅信号α_１、β_１の増幅率調整により制御し、合成信号γ_０の閾値以下領域の位相に近づけることで、図８に示すように、実際のパルス信号δ_２を設計上のパルス信号δ_０に近づけることができる。

具体的には、ゲイン調整部６１１、６１２は、例えば、図９（ａ）、（ｂ）に白抜き矢印で示すように、増幅信号α、βを段階的にそれぞれ所定の範囲内で増幅する。この所定の範囲内での増幅率は、図５に示す可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値を変更し、可変抵抗ＶＲ１と抵抗Ｒ３との比、または可変抵抗ＶＲ２と抵抗Ｒ４との抵抗比を変更することで調整されることができる。

なお、図９（ａ）〜（ｃ）では、見易くするため、ゲイン調整部６１１、６１２のそれぞれで４段階で増幅率を調整した例について示しているが、増幅率の調整段階の数については、図９に示す例に限られず、適宜変更される。

つまり、ゲイン調整部６１１、６１２での増幅率調整により信号合成部６１３での合成信号の波形を調整することができ、ひいては、例えば図９（ｃ）に白抜き矢印で示すように、２値化処理部６１４で生成されるパルス信号の位相を調整することができる。

よって、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じたとしても、ゲイン調整部６１１、６１２での増幅率調整により、パルス信号δ_２とパルス信号δ_０との位相差が所定以下の状態とされることで、検出角度精度の低下を抑制することができる。

なお、ここでいう「位相差が所定以下の状態」とは、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じた場合においてゲイン調整しないときにおけるパルス信号と設計パルス信号との位相差が、ゲイン調整により小さくなった状態であることを意味する。

ここで、ゲイン調整部６１１の可変抵抗ＶＲ１は、例えば図１０に示すような構成とされる。可変抵抗ＶＲ１は、例えば、図１０に示すように、直列に接続された抵抗Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３と、抵抗Ｒ８〜Ｒ１２それぞれと並列接続され、アクチュエータ素子などで構成される５つのスイッチとを有してなる。可変抵抗ＶＲ１は、この５つのスイッチそれぞれのＯＮ／ＯＦＦの切り替えにより、抵抗Ｒ１３の抵抗値か、抵抗Ｒ１３の抵抗値に５つの抵抗Ｒ８〜Ｒ１２のうち少なくとも１つ以上の抵抗値を加えた抵抗値となる。これにより、ゲイン調整部６１１は、抵抗Ｒ３と可変抵抗ＶＲ１との抵抗比、すなわち増幅率が所定の範囲内で変更可能な構成とされる。また、ゲイン調整部６１２の可変抵抗ＶＲ２についても、可変抵抗ＶＲ１と同様の構成とされる。

可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２は、例えば図示しない不揮発性メモリに予めスイッチのＯＮ／ＯＦＦについての設定データを格納しておき、図示しないＣＰＵにこの設定データを読み込んで実行させることで、その抵抗値を所定の範囲内で変更されることができる。可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２は、回転検出装置に実装された検出信号処理回路１ごとに、第１磁気センサ５１と磁石との相対位置に応じて、その抵抗値が決定される。可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値は、上記のように決定された後に固定され、動的な制御が行われる必要はない。

なお、可変抵抗ＶＲ１は、図１０の例では、５つのスイッチそれぞれのＯＮ／ＯＦＦの状態によりその抵抗値が３２段階で変更可能な構成とされているが、この例に限られず、抵抗やスイッチの数並びに各抵抗の抵抗値などについては適宜変更される。これは、可変抵抗ＶＲ２についても同様である。

なお、本実施形態では、第２の２値化回路６２については、第１の２値化回路６１と異なり、第２磁気センサ５２からの出力信号の増幅率を変更できない構成とされるが、これは、回転体４の回転方向の検出精度については位置ズレの影響が小さいことによる。

具体的には、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じた場合、第２磁気センサ５２の位置ズレも第１磁気センサ５１と同程度に生じることになり、磁気センサ５１、５２からの出力信号に基づいて生成される２つのパルス信号それぞれの位相ズレも同程度に生じる。しかしながら、上記２つのパルス信号それぞれの位相ズレが同程度に生じても、これらのパルス信号のどちらが先行しているかについては変化がなく、回転体４の回転方向の検出については特に支障がない。そのため、第２の２値化回路６２については、第２磁気センサ５２からの出力信号の増幅率を変更できない構成であってもよい。勿論、第２の２値化回路６２は、第１の２値化回路６１と同様の構成にされてもかまわない。

本実施形態によれば、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じた場合であっても、第１磁気センサ５１からの出力信号の増幅率を所定の範囲内で調整できる第１の２値化回路６１を備えるため、位置ズレに伴うパルス信号の位相ズレを抑制することができる。そのため、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じたままの状態であっても、検出角度精度の低下を抑制できる検出信号処理回路１となる。

さらに、この検出信号処理回路１を備える回転検出装置は、第１磁気センサ５１の位置ズレが生じたままの状態であっても、事後的に検出角度精度の低下を抑制できる構成となる。

（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した検出信号処理回路およびこれを備える回転検出装置は、本発明の一例を示したものであり、上記の第１実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

（１）例えば、上記第１実施形態では、検出信号処理回路１が３本の配線３１〜３３を介してＥＣＵ２と接続された例について説明したが、これに限られず、例えば図１１に示すように、４本の配線３１〜３４を介してＥＣＵ２と接続されてもよい。この場合、回転検出装置は、例えば、正逆判定回路７１からの出力信号が、第１信号線３２を介して回転方向信号処理回路２１に伝送され、第１の２値化回路６１からのパルス信号が第２信号線３４を介して回転数信号処理回路２２に伝送されるように構成される。このような構成であっても、検出信号処理回路１による磁気センサ５１、５２の位置ズレに伴うパルス信号の位相ズレを抑制できる効果が損なわれることはない。

（２）上記第１実施形態では、検出信号処理回路１が、３つのセンサ部５１１を備える第１磁気センサ５１を用いて構成された例について説明したが、これに限られず、第１磁気センサ５１は、少なくとも２つのセンサ部５１１を有していればよい。

例えば、第１磁気センサ５１は、センサ部５１１の数が２つのみの場合、図５に示すＢのセンサ部５１１がグラウンド電位とされたグラウンド部に置き換えられた構成とされる。このような場合であっても、検出信号処理回路１は、Ａのセンサ部５１１、Ｃのセンサ部５１１からの出力信号に基づき、回転体４の回転に応じた信号を出力できる構成となる。

１検出信号処理回路
５１、５２磁気センサ
５１１センサ部
６１、６２２値化回路
６１１、６１２ゲイン調整部
６１３信号合成部
６１４２値化処理部

Claims

対向配置された回転体（４）の回転を検出する回転検出装置に用いられる検出信号処理回路（１）であって、
前記回転体と対向配置される、第１磁気センサ（５１）および第２磁気センサ（５２）と、
前記第１磁気センサから出力される第１出力信号の２値化処理を行う第１の２値化回路（６１）と、
前記第２磁気センサから出力される第２出力信号の２値化処理を行う第２の２値化回路（６２）と、を備え、
前記回転検出装置は、磁石を有してなり、
前記第１磁気センサは、磁界の強さの変化に応じた信号を出力する複数のセンサ部（５１１）を有してなり、
前記第１の２値化回路は、前記複数のセンサ部から出力される出力信号を所定の増幅率で増幅し、増幅した増幅信号を出力する２つのゲイン調整部（６１１、６１２）と、２つの前記ゲイン調整部から出力された２つの前記増幅信号を合成し、１つの合成信号を出力する信号合成部（６１３）と、前記合成信号の２値化処理を行う２値化処理部（６１４）とを有してなり、
前記ゲイン調整部は、前記回転検出装置を構成する前記第１磁気センサと前記磁石との相対位置に対応して、前記増幅率を変更可能な構成とされている、検出信号処理回路。
前記ゲイン調整部は、可変抵抗（ＶＲ１、ＶＲ２）を有してなる差動増幅回路であって、前記可変抵抗の抵抗値を変更することで前記増幅率を変更可能な構成とされている、請求項１に記載の検出信号処理回路。
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサを用いて前記回転検出装置を構成した場合において、
前記可変抵抗は、
前記複数のセンサ部が設計上の配置とされたときにおける前記２値化処理部が出力する設計上のパルス信号と、前記複数のセンサ部が前記設計上の配置と異なる配置とされた場合における前記２値化処理部が出力する実際のパルス信号と、の位相差が所定の値以下となるように抵抗値が決定される、請求項２に記載の検出信号処理回路。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の検出信号処理回路を備える、回転検出装置。