JP4145807B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転角検出装置に関する。

従来、測定対象の回転軸に配置される磁石と、磁石の磁界（主磁界）に応じた電気信号を出力する２つの磁気抵抗センサと、２つの磁気抵抗センサの出力から測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備える回転角検出装置が知られている。しかし、磁気抵抗センサを用いた回転角検出装置は主磁界の向きを判別することができないため、その測定範囲は最大で１８０度までに限られていた。

特許文献１には、補助磁界を発生するコイルを備え主磁界の向きを判別することにより、１８０度以上の回転角度を測定することができる回転角検出装置が開示されている。
特許文献２には、主磁界の向きを判別する測定素子を設けて、１８０度以上の回転角度を測定することができる回転角検出装置が開示されている。

特表２００２−５２５５８８号公報 特開平１１−９４５１２号公報

しかし、特許文献１に記載の回転角検出装置では、２つの磁気抵抗センサにそれぞれ異なる方向の補助磁界を加える必要があるため、磁気抵抗センサの配置およびコイルの形状が複雑になる。そのため、磁気抵抗センサおよびコイルの実装に大きなスペースが必要となり、回転角検出装置が大型化するという問題がある。
また、特許文献２に記載の回転角検出装置では、主磁界の向きを判別する測定素子が必要なため、製造コストが増大するという問題および回転角度装置が大型化するという問題がある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、３６０度の範囲の回転角度を測定し、小型で安価な回転角検出装置を提供することを目的とする。

請求項１から９に記載の発明によれば、補助磁界を排除した主磁界だけの状態で動作する第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサが出力する位相差を有する電気信号から、３６０度の回転角度範囲内において測定対象の回転角度の候補を選定できる。
この選定した回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定するためには、測定対象の方向、つまり主磁界の方向が分かればよい。まず、主磁界の方向と補助磁界の方向が平行になる測定対象の回転角度を除き、主磁界の方向は主磁界および補助磁界により形成される合成磁界の方向と異なる。そのため、主磁界だけのときと合成磁界のときとで第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサが出力する電気信号は異なる。この異なる電気信号の差を制御手段が評価することにより、主磁界の向きを判別することができる。

一方、主磁界と補助磁界とが同一方向のとき、第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサは飽和領域の合成磁界で動作し、主磁界と補助磁界が逆方向のとき、第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサは非飽和領域の合成磁界で動作する。飽和領域の合成磁界で動作している第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサは、それぞれ合成磁界の方向に応じた電気信号を出力する。一方、非飽和領域領域の合成磁界で動作している第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサは、同一方向の飽和領域の合成磁界で動作する場合と比較して小さなレベルの電気信号を出力する。そのため、補助磁界を排除した主磁界だけのときの第１の磁気抵抗センサまたは第２の磁気抵抗センサの電気信号と、主磁界と補助磁界とで合成磁界を形成しているときの第１の磁気抵抗センサまたは第２の磁気抵抗センサの電気信号とのレベル差を評価することにより、主磁界と補助磁界の方向が同じか反対かを判別することができる。したがって、３６０度の範囲において選定した回転角度の候補から測定対象の回転角度を特定することができる。

また、請求項１から９に記載の発明によれば、異なる方向の補助磁界を発生させる複数の補助磁界発生手段を設けたり、主磁界の向きを判別する手段を別に設けたりすることなく、第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサに対して一定方向の補助磁界を制御手段で制御することにより、測定対象の回転角度を特定できる。したがって、補助磁界発生手段の小型化および製造コストの削減をすることができる。
また、請求項１から９に記載の発明によれば、補助磁界発生手段は、主磁界と補助磁界とが逆方向のときに第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサを非飽和領域で動作させる強さの補助磁界を発生すればよい。補助磁界の強さを主磁界と比較して小さくできるため、補助磁界発生手段を小型化することができる。

請求項２に記載の発明によれば、補助磁界発生手段は、第１の磁気抵抗センサまたは第２の磁気抵抗センサが最大レベルまたは最小レベルの電気信号を出力する磁界の方向と平行な補助磁界を発生することを特徴とする。当該磁界の方向では、非飽和領域で動作する磁気抵抗センサの出力は、磁界の強さの変化に対して比較的大きく変化する。例えば図５に示すように、磁界の向きに対し、磁気抵抗センサを飽和領域で動作させる強さの磁界（Ｐ１）に対する電気信号と、磁気抵抗センサを非飽和領域で動作させる強さの磁界（Ｐ３）に対する電気信号とのレベル差Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を比較すると、最大レベルの電気信号を出力する磁界の方向におけるレベル差Ｌ１が他の磁界の方向のレベル差Ｌ２およびＬ３よりも大きいことが分かる。つまり、補助磁界の強さが比較的小さくても、第１の磁気抵抗センサまたは第２の磁気抵抗センサは、飽和領域で動作するときと非飽和領域で動作するときとで大きなレベル差のある電気信号を出力する。従って、補助磁界の強さを小さくできるため、補助磁界発生手段を小型化することができる。

請求項３から５によると、補助磁界発生手段はコイルであることを特徴とする。補助磁界発生手段を簡単な回路で実現できるため、補助磁界発生手段の小型化および製造コストの削減をすることができる。
また、請求項３から５によると、補助磁界発生手段のコイルは単一方向に巻くことを特徴とする。多方向に巻く場合と比較して巻き数を容易に増やせるため、コイルに供給する電流を小さくすることができる。
さらに、請求項３から５によると、制御手段はコイルに供給する電流を制御する回路を備えることを特徴とする。電流を制御する回路は簡単な回路で実現できるため、制御手段の小型化および製造コストの削減をすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、コイルを第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサを覆うように巻くことより、補助磁界発生手段の実装スペースを削減できる。また、コイルを立体的に巻くことにより、第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗に対して効率よく補助磁界を影響させることができるため、コイルの巻線数を減らしたり、コイルに流す電流を小さくしたりすることができる。
請求項５に記載の発明によれば、コイルを第１の磁気抵抗センサおよび第２の磁気抵抗センサの上方近傍または下方近傍に積層することにより、補助磁界発生手段の実装スペースを削減できる。また、コイルを半導体の積層技術により形成することができるため、補助磁界発生手段の製造コストを削減できる。

請求項６記載の発明では、第１の磁気抵抗センサと第２の磁気抵抗センサとは、出力する電気信号同士が４５度の位相差を有するように配置されているので、補助磁界を排除した主磁界だけの状態における第１の磁気抵抗センサと第２の磁気抵抗センサの出力はそれぞれ回転角度に対して正弦波と余弦波の関係になる。したがって、制御手段は逆正接演算により簡単に回転角度の候補を選定することができる。
請求項７によると、第１の磁気抵抗センサの磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗センサの磁気抵抗素子とは同心円上に配置されるので、磁気抵抗素子をコンパクトに配置できる。したがって、第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサを小型化することができる。

請求項８記載の発明では、測定対象の回転角度の候補を選定する処理と主磁界の向きを判別する処理とを交互に実施するので、例えば測定対象が高速に回転する場合でも、直前に選定した回転角度の候補に基づいて制御手段が主磁界の向きを判別すれば、回転角度の候補を選定する処理における実際の主磁界の向きと、主磁界の向きを判別する処理において判別される主磁界の向きとを一致させることができる。したがって、正確な回転角度を測定することができる。

請求項９記載の発明では、主磁界の向きを判別する１回の処理につき、測定対象の回転角度の候補を選定する処理を複数回実行するので、回転角度を特定する処理の回数に対して磁界の向きを判別する処理の回数を減らすことができる。したがって、回転角度を特定する処理の実効的な処理時間を短縮することができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態による回転角検出装置１を示す模式図である。請求項に記載の主磁界発生手段としての永久磁石２は、ステアリングホイール等の測定対象の回転軸３に取り付けられ、センサユニット４の近傍に主磁界ＭＦを発生する。
請求項に記載の補助磁界発生手段としてのコイル５は、回転角検出用のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）６より供給される電流により、センサユニット４の近傍に補助磁界ＳＦを発生する。具体的には例えば、コイル５は、センサユニット４が実装されているプリント基板１８に積層されている（図２参照）。プリント基板１８は回転角検出装置１の本体に固定されている。

センサユニット４は、図３に示すように磁気抵抗センサ１００および磁気抵抗センサ２００を備える。磁気抵抗センサ１００および磁気抵抗センサ２００はいずれか一方が第１磁気抵抗センサであり、他方が第２磁気抵抗センサである。磁気抵抗センサ１００と磁気抵抗センサ２００は、それぞれ磁気抵抗素子１０１から１０４と磁気抵抗素子２０１とから２０４のブリッジ回路である。

磁気抵抗センサ１００は、電源用端子１２０とＧＮＤ用端子１２２間に所定の電圧が供給されると、主磁界ＭＦと補助磁界ＳＦにより形成される合成磁界ＣＦの方向に応じた電圧を出力端子１２４と出力端子１２６間に出力する。以下、出力端子１２４と出力端子１２６間に出力される電圧を電気信号１３０と記載する。磁気抵抗センサ２００は、磁気抵抗センサ１００と同様に電気信号２３０を出力する。

磁気抵抗センサ１００と磁気抵抗センサ２００は、同一方向の磁界に対して互いに４５度の位相差を有する電気信号１３０と電気信号２３０を出力するように配置されている。具体的には、磁気抵抗センサ１００が最大レベルの電気信号を出力する磁界の方向（矢印Ｃ）と磁気抵抗センサ２００が最大レベルの電気信号を出力する磁界の方向（矢印Ｄ）のなす角度が４５度になるように配置されている。また、磁気抵抗素子１０１から１０４および磁気抵抗素子２０１から２０４は、互いに交互に同心円上に配置されている。

図１に示すように、請求項に記載の制御手段としての回転角検出用のＡＳＩＣ６は、ＣＰＵ８、ＲＯＭ１０、ＲＡＭ１２、Ａ／Ｄ変換回路１３、演算回路１４および電源回路１６を備える。ＣＰＵ８はＲＯＭ１０に記憶されているプログラムに基づき所定の処理を実行する。
Ａ／Ｄ変換回路１３は、電気信号１３０および電気信号２３０をディジタル化する。演算回路１４は所定の演算を実施する。例えば演算回路１４は、後述する回転角度の候補を選定する処理において逆正接演算を実施する。電源回路１６は、ＣＰＵ８の制御により所定のタイミングで所定の大きさの電流をコイル５に供給する。電源回路１６は、請求項に記載のコイルに流れる電流を制御する回路に相当する。ＲＡＭ１２は、演算回路１４における計算結果等を一時記憶するメモリである。

以下、主磁界ＭＦと補助磁界ＳＦと合成磁界ＣＦの関係について図４に基づいて説明する。
永久磁石２は回転軸３に取り付けられているので、主磁界ＭＦは回転軸３とともに回転する。補助磁界ＳＦの方向は矢印Ｃと同一方向である。つまり、コイル５はセンサユニット４の近傍で矢印Ｃと直交するようにプリント基板１８に配線されている（図２参照）。
以降、主磁界ＭＦと矢印Ｃが同一方向のときの回転角度を０度、回転軸３とともに回転する主磁界の方向は反時計回りに増大するものとする。

電源回路１６によりコイル５に電流が供給されないとき、補助磁界ＳＦは発生しないため、合成磁界ＣＦと主磁界ＭＦは同一の磁界である（図４（ａ）参照）。
主磁界ＭＦと補助磁界ＳＦが同一方向のとき、合成磁界ＣＦと主磁界ＭＦは同一方向で、合成磁界ＣＦの強さは主磁界ＭＦよりも大きくなる（図４（ｂ）参照）。
主磁界ＭＦと補助磁界ＳＦが逆方向のとき、補助磁界ＳＦの強さが主磁界ＭＦの強さよりも小さいとすると、合成磁界ＣＦと主磁界ＭＦは同一方向で、合成磁界ＣＦの強さは主磁界ＭＦよりも小さくなる（図４（ｄ）参照）。
主磁界ＭＦと矢印Ｃのなす角度θが０度より大きく１８０度より小さい範囲では、合成磁界ＣＦと矢印Ｃのなす角度φは主磁界ＭＦと矢印Ｃのなす角度θよりも小さくなる（図４（ｃ）参照）。
主磁界ＭＦと矢印Ｃのなす角度θが１８０度より大きく３６０度より小さい範囲では、合成磁界ＣＦと矢印Ｃのなす角度φは主磁界ＭＦと矢印Ｃのなす角度θよりも大きくなる（図４（ｅ）参照）。

補助磁界ＳＦが発生していない状態において、主磁界ＭＦの強さは、センサユニット４の磁気抵抗センサ１００（抵抗磁気抵抗素子１０１から１０４）、および磁気抵抗センサ２００（磁気抵抗素子２０１から２０４）を回転軸３の回転角度に関わらず飽和領域で動作させる大きさ、例えば図５のＰ１に示す大きさの磁界である。
永久磁石２は測定対象の回転軸３に配置されているため、回転軸３の回転角度は主磁界ＭＦの方向と矢印Ｃのなす角度から特定することができる。以下、主磁界ＭＦの方向と矢印Ｃのなす角度θを回転角度と記載する。補助磁界ＳＦの強さは、コイル５に供給される電流の大きさに応じて変化する。

以下、ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８が電源回路１６にコイル５への電流供給を停止させている状態（以下、電流供給停止状態）、回転軸３の回転角度に関わらず磁気抵抗センサ１００および磁気抵抗センサ２００を飽和領域で動作させる強さの合成磁界ＣＦを発生させる大きさの電流をＡＳＩＣ６がコイル５に供給している状態（以下、飽和電流供給状態）、ならびに回転軸３の回転角度が０度のとき磁気抵抗センサ１００および磁気抵抗センサ２００を飽和領域で動作させ、回転軸３の回転角度が１８０度のとき磁気抵抗センサ１００および磁気抵抗センサ２００を非飽和領域で動作させる強さの合成磁界ＣＦが発生する大きさの電流をＡＳＩＣ６がコイル５に供給している状態（以下、非飽和電流供給状態）における電気信号１３０および電気信号２３０について説明する。

まず、電流供給停止状態における電気信号１３０および電気信号２３０について説明する。
電流供給停止状態では、補助磁界ＳＦが発生していないため、合成磁界ＣＦと主磁界ＭＦは同一方向である。また、磁気抵抗センサ１００と磁気抵抗センサ２００を互いに４５度の位相差を有する電気信号を出力するように配置しているため、電気信号１３０と電気信号２３０は、図６（ａ）に示すように回転角度に対して倍角の余弦波形と正弦波形になる。そのため、電気信号１３０と電気信号２３０に基づいて逆正接演算を実施すると、容易に回転角度の候補として２つの回転角度（例えば４５度と２２５度）を選定することができる（図６（ｂ）参照）。

次に、飽和電流供給状態における電気信号１３０および電気信号２３０について説明する。
図７に示すように、飽和電流供給状態では、補助磁界ＳＦの影響により、電流供給停止状態（図６（ａ）参照）と比較して回転角度が０度より大きく１８０度より小さい範囲では位相が遅れ、回転角度が１８０度より大きく３６０度より小さい範囲では位相が進む。つまり、主磁界ＭＦの方向と補助磁界ＳＦの方向が平行になる０度と１８０度を除く任意の回転角度において、電流供給停止状態と飽和電流供給状態とで電気信号１３０および電気信号２３０のレベルは異なる。

図８（ａ）は、図６（ａ）と図７に示す電気信号１３０のレベル差１５０を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ１５１と１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ１５２を重ねたグラフである。
図８（ｂ）は、図８（ａ）と同様に電気信号２３０のレベル差２５０を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ２５１と１８０度以上３６０度より小さいの範囲で示したグラフ２５２を重ねたグラフである。
ここで、主磁界の向きを判別する際に採用する磁気抵抗センサおよび選択された磁気抵抗センサのレベル差を評価する基準を回転角度の候補に応じて決定すれば、例えば図９に示す表に従って処理をすれば、レベル差１５０またはレベル差２５０から主磁界ＭＦの方向を判別することができる。

例えば、回転角度の候補が４５度と２２５度のとき、回転角度の候補は０度（または、１８０度）より大きく６５度（または、２４５度）より小さいため、磁気抵抗センサ１００が選択される。磁気抵抗センサ１００が出力する電気信号１３０のレベル差１５０が正の値であれば、主磁界ＭＦの向きは０度より大きく６５度より小さい範囲であることが分かるため、回転角度を４５度に特定できる。レベル差１５０が負の値であれば、主磁界ＭＦの向きは１８０度より大きく２４５度より小さい範囲にあることが分かるため、回転角度を２２５度に特定できる。しかし、回転角度の候補が０度と１８０度のときは、レベル差１５０が０であるため、回転角度を特定できない。

次に、非飽和電流供給状態における電気信号１３０および電気信号２３０について説明する。
非飽和電流供給状態では、回転角度が０度の近傍の電気信号１３０および電気信号２３０のレベルは飽和領域で動作し、回転角度が１８０度の近傍の電気信号１３０および電気信号２３０のレベルが非飽和領域で動作する。したがって、図１０に示すように、回転角度が０度の近傍では電気信号１３０および電気信号２３０のレベルは飽和電流供給状態と比較して変化しない。一方、回転角度が１８０度の近傍の電気信号１３０および電気信号２３０のレベルは飽和電流供給状態と比較して小さくなる。

図１１（ａ）は、図６（ａ）と図１０に示す電気信号１３０のレベル差１６０を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ１６１と１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ１６２を重ねたグラフである。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）と同様に電気信号２３０のレベル差２６０を０度以上１８０度より小さい範囲で示したグラフ２６１と１８０度以上３６０度より小さい範囲で示したグラフ２６２を重ねたグラフである。

回転角度の候補が０度と１８０度のとき、レベル差１６０が０であれば主磁界ＭＦの向きは０度であることが分かり、レベル差１６０が負の値であれば主磁界ＭＦの向きは１８０度であることが分かる（図１１（ａ）参照）。また、０度と１８０度を除く回転角度については飽和電流供給状態と同様の処理により主磁界ＭＦの向きを判別できる。したがって、例えば図１２に示す表にしたがって処理をすることにより、主磁界ＭＦの向きを０から３６０度の範囲で判別できる。

つまり、回転角度の候補が０度と１８０度でないときは、合成磁界と主磁界の位相差に伴うレベル差１６０またはレベル差２６０に基づき主磁界の向きを判別し、合成磁界と主磁界とに位相差が生じない回転角度の候補が０度と１８０度のときは、飽和磁界と非飽和磁界とにより生じるレベル差１６０に基づき主磁界の向きを判別することができる。

図１３は、電流供給停止状態において回転角度の候補を選定し、非飽和電流供給状態において主磁界ＭＦの向きを判別し、回転角度を特定する回転角検出装置１の作動を示すフローチャートである。
以下、回転角検出装置１の作動について説明する。
ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８が回転角検出の開始要求を受け付けると、電源回路１６にコイル５への電流供給を停止させ、前述の電流供給停止状態に制御する（Ｓ１）。

次に、ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、Ａ／Ｄ変換回路１３によりディジタル化された任意の回転角度に対する電気信号１３０と電気信号２３０をそれぞれディジタルデータ１３２とディジタルデータ２３２としてＲＡＭ１２に格納する（Ｓ２）。
次に、ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、ＲＡＭ１２に格納されているディジタルデータ１３２およびディジタルデータ２３２に基づき演算回路１４に逆正接演算を実行させ、回転角度の候補として２つの回転角度（例えば４５度と２２５度）を選定する（Ｓ３）。ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、選定された回転角度の候補をＲＡＭ１２に格納する。

次に、ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、電源回路１６にコイル５への電流供給を開始させ、前述の非飽和電流供給状態に制御する（Ｓ４）。
次に、ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、Ａ／Ｄ変換回路１３によりディジタル化された任意の回転角度に対する電気信号１３０と電気信号２３０をそれぞれディジタルデータ１３３とディジタルデータ２３３としてＲＡＭ１２に格納する（Ｓ５）。

ステップＳ６においてＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、ＲＡＭ１２に格納されている回転角度の候補が６５度（または、２４５度）以上１１５度（または、２９５度）より小さい範囲に含まれるか否かを判断し、回転角度の候補が当該範囲に含まれていない場合はステップＳ７を実行し、含まれている場合はステップＳ８を実行する。
ステップ７においてＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、ＲＡＭ１２に格納されているディジタルデータ１３２とディジタルデータ１３３の差分を演算回路１４に計算させ、当該差分の正負に基づいて主磁界ＭＦの向きを判別し（図１２参照）、判別した主磁界ＭＦの向きをＲＡＭ１２に格納する。

ステップＳ８においてＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、演算回路１４にＲＡＭ１２に格納されているディジタルデータ２３２とディジタルデータ２３３の差分を計算させ、当該差分の正負に基づいて主磁界ＭＦの向きを判別し（図１２参照）、判別した主磁界ＭＦの向きをＲＡＭ１２に格納する。
ステップＳ７またはステップＳ８の実行後、ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８はＲＡＭ１２に格納されている回転角度の候補および主磁界ＭＦの向きとにより回転角度を特定する（Ｓ９）。
ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は、回転角度検出の終了要求を受け付けるまでステップＳ１からステップＳ９までの処理を繰り返し実行する（Ｓ１０）。

なお、低速回転する測定対象の回転角度の検出する回転角検出装置においては、主磁界ＭＦの向きを判別する処理の１回の実行につき回転角度の候補を選定する処理の複数回実行してもよい。具体的には例えば、図１４に示すように第１の回転角度の候補を選定し（Ｓ１２）、第２の回転角度の候補を選定し（Ｓ１４）、主磁界ＭＦの向きを判別し（Ｓ１８またはＳ１９）、第１の回転角度および第２の回転角度を特定（Ｓ２０およびＳ２１）してもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１５に示す。第２実施形態では、センサユニット４を覆うようにコイル５を巻いている。これ以外の構成は第１実施形態と実質的に同一である。
第２実施形態では、センサユニット４を覆うように立体的にコイル５を巻くことにより、磁気抵抗センサ１００および磁気抵抗センサ２００に対して効率よく補助磁界を影響させることができるため、コイル５の巻線数を減らしたり、コイル５に流す電流を小さくしたりすることができる。また、センサユニット４に密着してコイル５を巻くことにより、コイル５の実装スペースを削減できる。

以上説明した本発明の上記複数の実施形態によれば、ＡＳＩＣ６のＣＰＵ８は電源回路１６を制御して、電流供給停止状態と非飽和電流供給状態とに制御し、電流供給停止状態において回転角度の候補を選定し、非飽和電流供給状態において主磁界の向きを判別し、回転角度を特定する。これにより、０度から３６０度までの回転角度を特定できる。

さらに、磁気抵抗センサ１００および磁気抵抗センサ２００の出力特性に着目し、０度と１８０度の回転角度の判別を飽和領域で動作する磁気抵抗センサ１００と非飽和領域で動作する磁気抵抗センサ１００との電気信号１３０のレベル差１６０に基づいて行うため、単一方向に巻かれたコイル５を１つ設ければ０度から３６０度の回転角度を特定できる。複数のコイルが必要ないため、回転角検出装置１を小型化することができる。また、単一方向に巻けばよいので簡単にコイル５の巻線数を増やせる。つまり、コイル５に流す電流を小さくできるため、回転角検出装置１の消費電力を削減できる。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、永久磁石２を測定対象の回転軸３に配置し、センサユニット４およびコイル５を本体に固定されているプリント基板１８に実装したが、永久磁石２を本体に配置し、センサユニット４およびコイル５を回転軸３に配置してもよい。また、測定対象の回転軸３に主磁界発生手段として永久磁石２を配置したが、主磁界発生手段として電磁石を回転軸３に設置してもよい。

上記複数の実施形態では、請求項記載の制御手段としてのＡＳＩＣ６は、コイル５に供給する電流を制御することにより、補助磁界が主磁界と合成磁界を形成する状態と、補助磁界を排除し主磁界だけの状態とに電気的に磁界を制御したが、制御手段が補助磁界発生用の永久磁石をセンサユニット４に近づけたり遠ざけたりすることにより機械的に磁界を制御してもよい。

また上記複数の実施形態では、磁気抵抗センサ１００と磁気抵抗センサ２００とは、互いに４５度の位相差を有する電気信号１３０と電気信号２３０とを出力するように配置したが、電気信号１３０と電気信号２３０が同一の波形にならなければ、他の位相差でもよい。また、コイル５をセンサユニット４の近傍で矢印Ｃと直交するように配線し、矢印Ｃと同一方向の補助磁界を発生させたが、電気信号１３０と電気信号２３０が共に０レベルとなる磁界の方向でなければ、他の方向に補助磁界を発生させてもよい。
また上記複数の実施形態では、、電流供給停止状態における電気信号と非飽和電流供給状態における電気信号１３０または電気信号２３０のレベル差１６０またはレベル差２６０の正負に基づいて主磁界ＭＦの向きを判別したが、所定の閾値を設定して主磁界ＭＦの向きを判別してもよい。

また上記複数の実施形態では、例えば図１２に示すように回転角度の候補を０度（または、１８０度）以上６５度（または、２４５度）より小さい範囲と、６５度（または、２４５度）以上１１５度（または、２９５度）より小さい範囲と、１１５度（または、２９５度）以上１８０度（３６０度）より小さい範囲とに分け、主磁界の向きを判別する処理において採用する磁気抵抗センサと、選択された磁気抵抗センサが出力する電気信号のレベル差を評価する基準とをそれぞれの範囲に設定したが、主磁界の向きが判別できれば異なる３つの範囲に分けてもよいし、その他複数の範囲に分けてもよい。

上記複数の実施形態では、ＡＳＩＣ６に演算回路１４を設けて、ＣＰＵ８が演算回路１４に各種の演算を実行させたが、ＡＳＩＣ６に演算回路１４を設けず、ＣＰＵ８が各種の演算を実行してもよい。
上記第１実施形態では、コイル５をプリント基板１８に積層したが、センサユニット４に組み込んでもよい。また第１実施形態では、コイル５をセンサユニット４の下方近傍に配置したが、上方近傍に配置してもよい。

本発明の第１実施形態による回転角検出装置を示す模式構成図である。 第１実施形態のＡＳＩＣ、コイルおよびセンサユニットの実装状態を示す模式図である。 第１実施形態のセンサユニットを示す模式図である。 第１実施形態の磁界と補助磁界と合成磁界との関係を示す模式図である。 第１実施形態の磁気抵抗センサの出力特性を示す特性図である。 （ａ）は第１実施形態の電流供給停止状態における回転角度と磁気抵抗センサが出力する電気信号との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す電気信号に基づく逆正接演算の結果を示すグラフである。 第１実施形態の飽和電流供給状態における回転角度と磁気抵抗センサが出力する電気信号との関係を示すグラフである。 図６（ａ）と図７に示す電気信号とのレベル差を示すグラフである。 第１実施形態において、回転角度の候補と主磁界の向きを判別する際に採用する磁気抵抗センサと選択された磁気抵抗センサが出力する電気信号のレベル差を評価する基準と主磁界の向きとの関係を示す図である。 第１実施形態の非飽和電流供給状態における回転角度と磁気抵抗センサが出力する電気信号との関係を示すグラフである。 図６（ａ）と図１０に示す電気信号のレベル差を示すグラフである。 第１実施形態において、回転角度の候補と主磁界の向きを判別する際に採用する磁気抵抗センサと選択された磁気抵抗センサが出力する電気信号のレベル差を評価する基準と主磁界の向きとの関係を示す図である。 第１実施形態の回転角度の特定処理を示すフローチャートである。 他の回転角度の特定処理を示すフローチャートである。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係るコイルの巻き方を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ方向の側面図である。

符号の説明

１ 回転角検出装置、２ 永久磁石（主磁界発生手段）、５ コイル（補助磁界発生手段）、６ ＡＳＩＣ（制御手段）１００ 磁気抵抗センサ、２００ 磁気抵抗センサ、ＣＦ 合成磁界、ＭＦ 主磁界、ＳＦ 補助磁界

Claims (9)

1. 測定対象の回転角度を検出する回転角検出装置であって、
   主磁界を発生する主磁界発生手段と、
   補助磁界を発生し、前記主磁界と合成磁界を形成可能な補助磁界発生手段と、
   磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じた電気信号を出力する第１の磁気抵抗センサと、
   磁気抵抗素子を有し、前記主磁界または前記合成磁界に応じて前記第１の磁気抵抗センサに対し所定の位相差を有する電気信号を出力するように配置されている第２の磁気抵抗センサと、
   前記主磁界と前記合成磁界を形成するように前記補助磁界発生手段を制御し、前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づき前記測定対象の回転角度を特定する制御手段とを備え、
   前記主磁界発生手段または前記補助磁界発生手段の一方は他方に対し前記測定対象とともに回転し、
   前記主磁界の強さは、前記補助磁界を排除した状態で前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサを飽和領域で動作させる大きさであり、
   前記補助磁界は前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサに対して一定方向の磁界であり、前記補助磁界の強さは前記主磁界と前記補助磁界とが同一方向のとき前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサを飽和領域で動作させ、前記主磁界と前記補助磁界が逆方向のとき前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサを非飽和領域で動作させる大きさであり、
   前記制御手段は、前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサに対して前記補助磁界を排除したときの前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサが出力する電気信号に基づいて前記測定対象の回転角度の候補を選定し、選定した回転角度の候補に基づいて前記第１の磁気抵抗センサまたは前記第２の磁気抵抗センサのいずれか一方の磁気抵抗センサを選択し、前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサに対して前記補助磁界を排除したときの選択された磁気抵抗センサの電気信号と前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサに対して前記補助磁界が前記主磁界と前記合成磁界を形成しているときの前記選択された磁気抵抗センサの電気信号との信号レベルの差に基づいて前記主磁界の向きを判別し、判別した前記主磁界の向きと前記選定した回転角度の候補とから前記測定対象の回転角度を特定することを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記補助磁界発生手段は、前記第１の磁気抵抗センサまたは第２の磁気抵抗センサが最大レベルまたは最小レベルの電気信号を出力する磁界の方向と平行な前記補助磁界を発生することを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記補助磁界発生手段は、一方向に巻かれたコイルであり、前記制御手段は、前記コイルに流れる電流を制御する回路を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角検出装置。
4. 前記コイルは、前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサを覆うように巻かれていることを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
5. 前記コイルは、前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサの上方近傍または下方近傍に積層されていることを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
6. 前記第１の磁気抵抗センサと前記第２の磁気抵抗センサとは、出力する電気信号同士が４５度の位相差を有するように配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の回転角検出装置。
7. 前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサは、それぞれ４つの磁気抵抗素子から構成されるブリッジ回路であり、
   前記第１の磁気抵抗センサおよび前記第２の磁気抵抗センサの前記磁気抵抗素子は、同心円上に配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
8. 前記制御手段は、前記測定対象の回転角度の候補を選定する処理と前記主磁界の向きを判別する処理を交互に実施することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
9. 前記制御手段は、前記主磁界の向きを判別する１回の処理につき、前記測定対象の回転角度の候補を選定する処理を複数回実行することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転角検出装置。

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