JP5105263B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。

従来、磁石などの磁気発生手段およびホール素子などの磁気検出手段の一方を検出対象に設置し、検出対象が回転移動したときの磁気発生手段の磁気を磁気検出手段で検出することにより、検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている。
例えば特許文献１に開示される回転角度検出装置では、２つのホール素子から出力される出力値に基づいて三角関数演算により検出対象の回転角度を算出している。２つのホール素子のそれぞれからは信号が出力されるが、回転角度検出装置が例えば作動回転角の範囲が狭い電子スロットルまたはアクセルペダル等の回転角度を検出するのに用いられる場合、前記信号による波形の１周期分を取得できないため、前記波形の最大値、すなわち前記波形の振幅を検知することができない。そのため、２つの波形の振幅を合わせることができず、検出する回転角度に生じる誤差が大きくなるおそれがある。つまり、磁気発生手段と磁気検出手段とを組み合わせた製品１つ１つの状態において２つの波形の振幅を調整できず、製品毎の検出結果のバラつきを無くすことが困難となる。特に特許文献１に示される軸貫通磁気回路では、ホール素子の感磁面が少しでも傾くと、出力される信号の位相、振幅とも大きく変化するため、製品毎の検出結果のバラつきが大きくなると考えられる。

一方、特許文献２に開示される回転角度検出装置では、１つのホール素子から出力される出力値に基づいて三角関数演算により検出対象の回転角度を算出している。この回転角度検出装置では、ホール素子から出力される信号の最大値に基づいて検出対象の回転角度を算出している。よって、この回転角度検出装置が、作動回転角が小さな電子スロットルまたはアクセルペダル等の回転角度を検出するのに用いられる場合、前記信号の最大値を検知することができない。そのため、前記信号による波形を正規化することができず、検出する回転角度に生じる誤差が大きくなるおそれがある。したがって、特許文献１の回転角度検出装置と同様、製品毎の検出結果のバラつきを無くすことが困難となる。

特開２００８−５１６３８号公報 特開２００１−１２４５１１号公報

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出結果の誤差が小さく、検出精度の高い回転角度検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、磁気発生手段と、磁気検出手段と、処理部と、を備えている。磁気検出手段は、検出対象の回転に伴って磁気発生手段に対して相対回転可能に設けられ、磁気発生手段に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じた信号を出力する磁気検出素子を有する。処理部は、磁気検出素子の出力値を処理可能である。

処理部は、出力値取得手段、波形推定手段、振幅正規化手段および回転角度算出手段、を有している。出力値取得手段は、検出対象の回転角度毎の出力値を取得する。波形推定手段は、出力値取得手段により取得した出力値から、磁気検出素子が出力する信号の１周期分の波形を推定波形として推定する。振幅正規化手段は、波形推定手段により推定した推定波形の振幅を正規化する。回転角度算出手段は、磁気検出素子の出力値、および、振幅正規化手段によって正規化した推定波形の振幅に基づき、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出する。

また、本発明では、波形推定手段により推定波形を推定し、かつ、振幅正規化手段により推定波形の振幅を正規化した上で、回転角度算出手段により検出対象の回転角度を算出する。例えば波形推定手段による波形の推定、および振幅正規化手段による振幅の正規化を事前に行っておけば、回転角度検出装置の製品毎のバラつきが低減される。したがって、検出結果の誤差を小さくすることができ、検出精度を高めることができる。

ところで、正弦波は、０付近では振幅方向の値の変化率が大きく、最大値付近では振幅方向の値の変化率は小さい。よって、推定波形が正弦波を描く場合、この推定波形の０付近は、磁気発生手段と磁気検出手段との相対的な移動量に対する変化が大きいといえる。
そこで、請求項１に記載の発明では、磁気発生手段と磁気検出手段とは、磁気検出素子の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定されている。これにより、磁気検出素子のＳ／Ｎが向上し、推定波形の位相の判別が容易になるため、波形推定手段による波形の推定を高精度に行うことができる。

また、請求項１に記載の発明では、磁気検出素子は、オフセットが０に設定されている。これにより、磁気検出素子と磁気発生手段とを組み合わせた状態でもオフセットがなくなるため、波形推定手段による波形の推定をより高精度に行うことができる。

また、請求項１に記載の発明では、波形推定手段は、推定波形の位相を磁気検出素子の出力値が０となる点から求め、推定波形の振幅を最小二乗法で求めることにより、推定波形を推定する。これにより、推定波形を正確に推定することができる。その結果、回転角度算出手段によって検出対象の回転角度を高精度に算出することができる。

ところで、例えば、回転する磁気発生手段の回転中心の近傍に磁気検出手段が設けられる構成において、磁気検出素子が前記回転中心から所定の距離離れている場合、磁気検出素子が出力する信号は、正確な正弦波とはならないことがわかっている。磁気検出素子が出力する信号が正確な正弦波でない場合、波形推定手段によって推定波形を適切に推定することができず、回転角度検出手段による検出対象の回転角度の検出を正確に行うことができない。

そこで、請求項２に記載の発明では、波形推定手段は、磁気検出素子が出力する信号の周期を補正した上で、推定波形を推定する。すなわち、磁気検出素子が出力する信号が正確な正弦波となるよう周期を補正した上で推定波形を推定し、その後、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出するのである。そのため、推定波形を正確に推定でき、その結果、検出対象の回転角度を正確に算出することができる。このように、本発明では、磁気発生手段と磁気検出手段との位置関係にかかわらず検出対象の回転角度を正確に算出することができる。
請求項３に記載の発明では、回転角度算出手段は、磁気検出素子が出力する信号の周期を補正した上で、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出する。したがって、本発明では、磁気発生手段と磁気検出手段との位置関係にかかわらず検出対象の回転角度を正確に算出することができる。

請求項４に記載の発明では、磁気検出素子、ならびに、出力値取得手段、波形推定手段、振幅正規化手段および回転角度算出手段のうち少なくとも１つは、１つの半導体チップに搭載されている。このように、磁気検出素子および複数の手段を合わせて１つの半導体チップに搭載することにより、装置全体の体格を小さくすることができる。

請求項５に記載の発明は、検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、磁気発生手段と、磁気検出手段と、処理部と、を備えている。磁気検出手段は、検出対象の回転に伴って磁気発生手段に対して相対回転可能に設けられ、磁気発生手段に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じた信号を出力する第１磁気検出素子および第２磁気検出素子を有する。処理部は、第１磁気検出素子の出力値である第１出力値および第２磁気検出素子の出力値である第２出力値を処理可能である。

処理部は、出力値取得手段、波形推定手段、振幅調整手段および回転角度算出手段、を有している。出力値取得手段は、検出対象の回転角度毎の第１出力値および第２出力値を取得する。波形推定手段は、出力値取得手段により取得した第１出力値および第２出力値から、第１磁気検出素子が出力する信号の１周期分の波形を第１推定波形として推定し、第２磁気検出素子が出力する信号の１周期分の波形を第２推定波形として推定する。振幅調整手段は、波形推定手段により推定した第１推定波形の振幅と第２推定波形の振幅とが同等になるよう、第１推定波形および第２推定波形のそれぞれの振幅を調整する。回転角度算出手段は、第１出力値、第２出力値、および、振幅調整手段によって調整した第１推定波形および第２推定波形の振幅に基づき、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出する。

本発明では、波形推定手段により第１推定波形および第２推定波形を推定し、かつ、振幅調整手段により第１推定波形および第２推定波形のそれぞれの振幅を調整した上で、回転角度算出手段により検出対象の回転角度を算出する。例えば波形推定手段による波形の推定、および振幅調整手段による振幅の調整を事前に行っておけば、回転角度検出装置の製品毎の検出結果のバラつきが低減される。したがって、検出結果の誤差を小さくすることができ、検出精度を高めることができる。

また、請求項５に記載の発明では、磁気発生手段と磁気検出手段とは、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定されている。そのため、磁気検出素子が出力する信号のうち０付近の値を、第１推定波形および第２推定波形の推定をするのに用いることができる。これにより、磁気検出素子のＳ／Ｎが向上し、第１推定波形および第２推定波形の位相の判別が容易になるため、波形推定手段による波形の推定を高精度に行うことができる。

また、請求項５に記載の発明では、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子は、オフセットが０に設定されている。これにより、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子と磁気発生手段とを組み合わせた状態でもオフセットがなくなるため、波形推定手段による波形の推定をより高精度に行うことができる。

また、請求項５に記載の発明では、波形推定手段は、第１推定波形および第２推定波形のそれぞれの位相を第１出力値および第２出力値が０となる点から求め、第１推定波形および第２推定波形のそれぞれの振幅を最小二乗法で求めることにより、第１推定波形および第２推定波形を推定する。これにより、第１推定波形および第２推定波形を正確に推定することができる。その結果、回転角度算出手段によって検出対象の回転角度を高精度に算出することができる。

請求項６に記載の発明では、波形推定手段は、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子のそれぞれが出力する信号の周期を補正した上で、第１推定波形および第２推定波形を推定する。すなわち、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子のそれぞれが出力する信号が正確な正弦波となるよう周期を補正した上で第１推定波形および第２推定波形を推定し、その後、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出するのである。そのため、第１推定波形および第２推定波形を正確に推定でき、その結果、検出対象の回転角度を正確に算出することができる。このように、本発明では、磁気発生手段と磁気検出手段との位置関係にかかわらず検出対象の回転角度を正確に算出することができる。
請求項７に記載の発明では、回転角度算出手段は、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子のそれぞれが出力する信号の周期を補正した上で、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出する。したがって、本発明では、磁気発生手段と磁気検出手段との位置関係にかかわらず検出対象の回転角度を正確に算出することができる。

請求項８に記載の発明では、第１磁気検出素子および第２磁気検出素子、ならびに、出力値取得手段、波形推定手段、振幅調整手段および回転角度算出手段のうち少なくとも１つは、１つの半導体チップに搭載されている。第１磁気検出素子および第２磁気検出素子を１つの半導体チップに搭載することにより両素子の特性を同一にでき、高精度な回転角度検出が可能となる。また、第１磁気検出素子、第２磁気検出素子および複数の手段を合わせて１つの半導体チップに搭載することにより、装置全体の体格を小さくすることができる。

上述した本発明による回転角度検出装置は、例えば電子スロットル、アクセルペダル、およびクランクシャフト等の検出対象の回転角度を検出するのに用いることができる。本発明では、検出対象の作動回転角の範囲が狭く１周期分の信号を取得できない場合でも、検出対象の回転角度を高精度に検出可能である。そのため、本発明は、特に電子スロットルおよびアクセルペダル等に対し好適である。

（Ａ）は本発明の第１実施形態による回転角度検出装置を示す模式図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂ方向から見た図。 本発明の第１実施形態による回転角度検出装置の磁気検出手段の構成を示す模式図。 本発明の第１実施形態による回転角度検出装置の磁気検出素子が出力する信号を示す図。 （Ａ）は本発明の第１実施形態による回転角度検出装置の磁気検出素子近傍の磁束密度を示す図、（Ｂ）は磁気検出素子が出力する信号を示す図。 （Ａ）は本発明の第１実施形態による回転角度検出装置の磁気検出素子が出力する信号を示す図、（Ｂ）は推定波形を示す図。 （Ａ）は本発明の第１実施形態の回転角度検出装置による振幅正規化後の推定波形を示す図、（Ｂ）は算出される回転角度を示す図。 （Ａ）は本発明の第２実施形態による回転角度検出装置を示す模式図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂ方向から見た図。 本発明の第２実施形態による回転角度検出装置の磁気検出素子が出力する信号を示す図。 （Ａ）は本発明の第２実施形態による回転角度検出装置の磁気検出素子近傍の磁束密度を示す図、（Ｂ）は磁気検出素子が出力する信号を示す図。 （Ａ）は本発明の第２実施形態による回転角度検出装置の磁気検出素子が出力する信号を示す図、（Ｂ）は推定波形を示す図。 （Ａ）は本発明の第２実施形態の回転角度検出装置による振幅正規化後の推定波形を示す図、（Ｂ）は算出される回転角度を示す図。 （Ａ）は本発明の第３実施形態による回転角度検出装置を示す模式図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂ方向から見た図。 本発明の第３実施形態による回転角度検出装置の磁気検出手段の構成を示す模式図。 （Ａ）は本発明の第３実施形態による回転角度検出装置の第１磁気検出素子が出力する信号を示す図、（Ｂ）は第２磁気検出素子が出力する信号を示す図。 （Ａ）は本発明の第３実施形態による回転角度検出装置の第１磁気検出素子および第２磁気検出素子近傍の磁束密度を示す図、（Ｂ）は第１磁気検出素子および第２磁気検出素子が出力する信号を示す図。 （Ａ）は本発明の第３実施形態による回転角度検出装置の第１磁気検出素子および第２磁気検出素子が出力する信号を示す図、（Ｂ）は第１推定波形および第２推定波形を示す図。 （Ａ）は本発明の第３実施形態の回転角度検出装置による振幅調整後の推定波形を示す図、（Ｂ）は算出される回転角度を示す図。 （Ａ）は本発明の第４実施形態による回転角度検出装置を示す模式図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂ方向から見た図。

本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転角度検出装置を図１（Ａ）および（Ｂ）に示す。回転角度検出装置１は、例えば検出対象としての電子スロットルの弁軸の回転角度を検出する装置である。位置検出装置１は、永久磁石１２、ホールＩＣ２０、および電子制御装置（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）１５等を備えている。

円板状の支持部１３の中央に回転軸１４が接続している。磁気発生手段としての永久磁石１２は、支持部１３の回転軸１４とは反対側の面に設けられている。永久磁石１２は、着磁方向が支持部１３の径方向に沿うようにして、支持部１３の外縁部に設置されている。これにより、永久磁石１２は、回転軸１４の中心軸Ｏを中心として検出対象と連動して回転する。

磁気検出手段としてのホールＩＣ２０は、支持部１３の回転軸１４とは反対側、支持部１３の略中心に設けられている。ホールＩＣ２０は、永久磁石１２が支持部１３とともに回転するときに描く円の内側に位置している。すなわち、ホールＩＣ２０は、検出対象の回転に伴って永久磁石１２に対して相対的に回転可能に設けられている。

ホールＩＣ２０は、磁気を検出可能な磁気検出素子としてのホール素子２１を有している。ホールＩＣ２０は、ホール素子２１等の部品を１つの半導体チップに搭載した磁気センサである。ホールＩＣ２０は、ホール素子２１の感磁面が中心軸Ｏ上に位置するよう設けられている。ホール素子２１は、永久磁石１２に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じた信号を出力する。なお、ホール素子２１は、半導体チップに実装された状態において、オフセットが０に設定されている。

ＥＣＵ１５は、図示しないＣＰＵ、メモリ等から構成されている。ＥＣＵ１５は、メモリに記憶されている各種プログラムを実行することにより種々の処理を行う。図２に示すように、ホールＩＣ２０は、ホール素子２１の他に、Ａ／Ｄ変換器２５、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２６、メモリ２７、および、Ｄ／Ａ変換器２８を有し、それらを１つの半導体チップに実装している。Ａ／Ｄ変換器２５は、ホール素子２１が出力するアナログ値をデジタル値に変換し、ＤＳＰ２６に伝送する。ＤＳＰ２６は、メモリ２７に記憶された各種プログラムを実行することにより、ホール素子２１からの出力値に対し種々の処理を行う。また、ＤＳＰ２６は、処理結果をＤ／Ａ変換器２８に伝送する。Ｄ／Ａ変換器２８は、ＤＳＰ２６から伝送されたデジタル値をアナログ値に変換し、ＥＣＵ１５に伝送する。ここで、ホールＩＣ２０およびＥＣＵ１５は、特許請求の範囲における「処理部」に対応する。ＥＣＵ１５およびＤＳＰ２６による種々の処理については、後に詳述する。

本実施形態では、ホール素子２１が中心軸Ｏ上に設けられているため、例えば永久磁石１２がホールＩＣ２０の周りを３６０°回転したとき、ホール素子２１が出力する信号は、図３に示す線１００のとおりとなる。線１００は、周期が３６０°の正弦波に一致し、正確な正弦波であることがわかる。よって、線１００は例えばＡ×ｓｉｎ（ｋθ）で表すことができ、ｋ＝１である。

以下、ホールＩＣ２０の事前設定について説明する。本実施形態では、事前設定に関する作業として、「出力値取得」、「波形推定」および「振幅正規化」を行う。
＜「出力値取得」段階＞
「出力値取得」段階では、ＥＣＵ１５は、検出対象の回転角度毎に、ホール素子２１から出力される値を取得する。このとき、ＥＣＵ１５は、ホール素子２１から出力される値を、Ａ／Ｄ変換器２５、ＤＳＰ２６およびＤ／Ａ変換器２８を経由して取得する。ここで、Ａ／Ｄ変換器２５、ＤＳＰ２６、Ｄ／Ａ変換器２８およびＥＣＵ１５は、特許請求の範囲における「出力値取得手段」に対応する。以下、本実施形態の説明において、適宜、ホール素子２１から出力される値を単に「出力値」という。

本実施形態では、検出対象が電子スロットルの弁軸であり、その作動角度範囲は例えば０〜９０°である。そのため、ホール素子２１近傍の磁束密度は、図４（Ａ）に示す線１０１のとおりとなる。よって、出力値は、図４（Ｂ）の線１０２上の点で表される。

ＥＣＵ１５は、「出力値取得」段階において、例えば「検出対象の回転角度が０°のときの出力値は−２９」、「検出対象の回転角度が１°のときの出力値は−２８」・・・といった具合に、検出対象の回転角度毎の出力値を取得する。検出対象の作動角度範囲は０〜９０°のため、図４（Ｂ）に示すように、出力値は、０〜９０°の範囲で取得される。そのため、検出対象の作動角度範囲が十分に大きい場合は出力値によって１周期分以上の波形が示されるが、本実施形態では出力値によって示される波形は１／４周期分である。よって、この時点では、出力値によって示される波形の最大値（振幅）は不明である。

なお、本実施形態では、永久磁石１２とホールＩＣ２０とは、予め、ホール素子２１の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定されている。そのため、出力値のとり得る値として「０」が含まれる（図４（Ｂ）の点１０３参照）。

＜「波形推定」段階＞
上述のように、「出力値取得」段階では、出力値によって示される波形の振幅は不明である。そこで、ＥＣＵ１５は、「波形推定」段階において、出力値によって示される波形の１周期分を推定することで当該波形の振幅を求める。ここで、ＥＣＵ１５は、特許請求の範囲における「波形推定手段」に対応する。以下、適宜、ホール素子２１が出力する信号の１周期分の波形を「推定波形」という。

以下、推定波形の推定の仕方を説明する。
推定波形の位相は、出力値が０となる点１０３から求める（図５（Ａ）参照）。本実施形態では、点１０３の角度はβのため、推定波形の位相はβである。推定波形の振幅をＡとすると、推定波形は、Ａ×ｓｉｎ（ｋ（θ−β））である。ここで、ｋは、ホール素子２１が出力する信号が正確な正弦波を描かない場合に、その周期を補正するための係数である。本実施形態ではホール素子２１が中心軸Ｏ上に設けられており、ホール素子２１が出力する信号は周期が３６０°の正確な正弦波を描く（図３の線１００参照）ためｋ＝１であるが、以下の式では、便宜上、ｋを表示している。

推定波形の振幅Ａについては、最小二乗法で求める。ホール素子２１の出力をＶａ（θｉ）とし、推定波形の波形をＡ×ｓｉｎ（ｋθｉ）とすると、

のときに、Ａ×ｓｉｎθｉはＶａ（θｉ）に最も近づく。Ｋ²（Ａ）は二次関数のため、Ｋ²（Ａ）がＭｉｎ（最小値）になるのは、Ｋ²（Ａ）の変曲点における傾きが０になるとき、すなわちＫ²（Ａ）を微分したものが０になるときである。よって、

＝（Σ（Ｖａ²（θｉ）−２Ａ×Ｖａ（θｉ）ｓｉｎ（ｋθｉ）＋Ａ²ｓｉｎ²（ｋθｉ）））’
＝Σ（−２Ｖａ（θｉ）ｓｉｎ（ｋθｉ）＋２Ａ×ｓｉｎ²（ｋθｉ））＝０・・・式２

式２より、
Σ（Ｖａ（θｉ）ｓｉｎ（ｋθｉ））＝ＡΣ（ｓｉｎ²（ｋθｉ）） ・・・式３
式３より、
Ａ＝Σ（Ｖａ（θｉ）ｓｉｎ（ｋθｉ））／Σ（ｓｉｎ²（ｋθｉ）） ・・・式４
本実施形態では、ｋ＝１のため、
Ａ＝Σ（Ｖａ（θｉ）ｓｉｎθｉ）／Σ（ｓｉｎ²θｉ） ・・・式５
以上より、推定波形は、図５（Ｂ）の線１０４で示すとおりとなる。

＜「振幅正規化」段階＞
ＥＣＵ１５は、「振幅正規化」段階において、推定波形の振幅が１になるよう、推定波形の振幅を正規化する。ここで、ＥＣＵ１５は、特許請求の範囲における「振幅正規化手段」に対応する。
具体的には、例えば推定波形をＡで割ることで、推定波形の振幅を１にする。これにより、振幅正規化後の推定波形は、図６（Ａ）に示す線１０５のとおりとなる。
以上、本実施形態におけるホールＩＣ２０の事前設定について説明した。

次に、本実施形態の回転角度検出装置１による、検出対象の回転角度の検出の仕方について説明する。本実施形態では、検出対象の回転角度を検出するために、「回転角度算出」を行う。
＜「回転角度算出」段階＞
ＤＳＰ２６は、「回転角度算出」段階において、ホール素子２１の出力値、および、「振幅正規化手段によって正規化した推定波形の振幅１」に基づき、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出する。ここで、ＤＳＰ２６は、特許請求の範囲における「回転角度算出手段」に対応する。

ホール素子２１の出力値をＶａ、ホール素子２１の雰囲気温度をｔ、温度特性係数をＫ（ｔ）、電流に関する温度特性係数をＩ（ｔ）、磁束密度に関する温度特性係数をＢａ（ｔ）、検出対象の回転角度をθとすると、
Ｖａ＝Ｋ（ｔ）×Ｉ（ｔ）×Ｂａ（ｔ）×ｓｉｎ（θ−β） ・・・式６
本実施形態では、「波形推定」段階で推定波形をＡ×ｓｉｎ（θ−β）と推定し、「振幅正規化」段階で推定波形の振幅を１に調整している。これにより、ｓｉｎ^-1を用いた式（下記式７）によってθを求めることができる。
θ＝１８０°／π×ｓｉｎ^-1（Ｖａ／Ａ）＋β ・・・式７

ＤＳＰ２６は、ホール素子２１から出力値Ｖａを取得し、取得した出力値Ｖａから、三角関数演算（式７）により、図６（Ｂ）の線１０６で示すように検出対象の回転角度θを算出する。なお、本実施形態では、推定波形を余弦波とみなすこともできるため、ｃｏｓ^-1を用いた式（下記式８）によってもθを求めることができる。
θ＝１８０°／π×ｃｏｓ^-1（Ｖａ／Ａ）＋β ・・・式８

以上説明したように、本実施形態では、波形推定手段により推定波形を推定し、かつ、振幅正規化手段により推定波形の振幅を１に正規化した上で、回転角度算出手段により検出対象の回転角度θを三角関数演算によって算出する。本実施形態では、波形推定手段による波形の推定、および振幅正規化手段による振幅の正規化を事前に行っているため、回転角度検出装置１の製品毎の検出結果のバラつきが低減される。したがって、検出結果の誤差を小さくすることができ、検出精度を高めることができる。

また、本実施形態では、永久磁石１２とホールＩＣ２０とは、ホール素子２１の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定されている。そのため、ホール素子２１が出力する信号のうち０付近の値を、推定波形の推定をするのに用いることができる。これにより、ホール素子２１のＳ／Ｎが向上し、推定波形の位相の判別が容易になるため、波形推定手段による波形の推定を高精度に行うことができる。

また、本実施形態では、ホール素子２１は、オフセットが０に設定されている。これにより、ホール素子２１と永久磁石１２とを組み合わせた状態でもオフセットがなくなるため、波形推定手段による波形の推定をより高精度に行うことができる。

また、本実施形態では、波形推定手段は、推定波形の位相を出力値が０となる点から求め、推定波形の振幅を最小二乗法で求めることにより、推定波形を推定する。これにより、推定波形を正確に推定することができる。その結果、回転角度算出手段によって検出対象の回転角度θを高精度に算出することができる。

さらに、本実施形態では、ホール素子２１、ならびに、「出力値取得手段」および「回転角度算出手段」に対応するＤＳＰ２６等が、１つの半導体チップに搭載されている。ホール素子２１およびＤＳＰ２６等を合わせて１つの半導体チップに搭載することにより、装置全体の体格を小さくすることができる。
このように、本実施形態では、検出対象の作動回転角の範囲が狭く１周期分の信号を取得できない場合でも、検出対象の回転角度を高精度に検出可能である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による回転角度検出装置を図７に示す。第２実施形態は、回転角度検出用のホールＩＣに加えバックアップ検出用のホールＩＣを備える点、および、ホールＩＣの配置の点等で、第１実施形態と物理的な構成が異なる。

図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第２実施形態による回転角度検出装置２は、ホールＩＣ２０に加え、ホールＩＣ３０を備えている。
ホールＩＣ３０は、中心軸Ｏを挟んでホールＩＣ２０と反対側に設けられている。ホールＩＣ３０は、中心軸Ｏを挟んでホール素子２１と対向するホール素子３１を有している。本実施形態では、ホールＩＣ３０は、ホールＩＣ２０のバックアップとして設けられている。すなわち、通常はホールＩＣ２０によって磁気の検出を行い、ホールＩＣ２０に何らかの異常が生じて磁気の検出ができなくなった場合など、ホールＩＣ３０によって磁気の検出を行うのである。よって、本実施形態では、ホールＩＣ２０が特許請求の範囲における「磁気検出手段」に、ホール素子２１が「磁気検出素子」に対応する。なお、ホールＩＣ３０の内部構成については、ホールＩＣ２０と同様である。

上述のように、本実施形態では通常時磁気検出用のホールＩＣ２０とバックアップ検出用のホールＩＣ３０とを中心軸Ｏの近傍に設ける構成のため、ホール素子２１の感磁面は、中心軸Ｏから所定の距離ｄ１離れた位置にある。このような構成では、例えば永久磁石１２がホールＩＣ２０の周りを３６０°回転したとき、ホール素子２１が出力する信号は、図８に示す線２００のとおりとなる。図８において、線２０１および線２０２は周期が３６０°の正弦波を表しているが、線２００は、線２０１および線２０２のいずれとも一致しない。つまり、線２００は正確な正弦波ではないことがわかる。一方、周期が３６０／ｋ°である正弦波ｓｉｎ（ｋθ）を図８に表すと、線２０３のとおりとなる。線２００と線２０３とは、線２００の最大値までの範囲において、概ね一致している。

上記を考慮した上で、以下、本実施形態における、ホールＩＣ２０の事前設定について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様、事前設定に関する作業として、「出力値取得」、「波形推定」および「振幅正規化」を行う。

＜「出力値取得」段階＞
「出力値取得」段階では、ＥＣＵ１５は、検出対象の回転角度毎に、ホール素子２１から出力される値を取得する。以下、本実施形態の説明において、適宜、ホール素子２１から出力される値を単に「出力値」という。

本実施形態では、検出対象が電子スロットルの弁軸であり、その作動角度範囲は例えば０〜９０°である。そのため、ホール素子２１近傍の磁束密度は、図９（Ａ）の線２０４のとおりとなる。よって、出力値は、図９（Ｂ）の線２０５上の点で表される。

検出対象の作動角度範囲は０〜９０°のため、図９（Ｂ）に示すように、出力値は、０〜９０°の範囲で取得される。そのため、検出対象の作動角度範囲が十分に大きい場合は出力値によって１周期分以上の波形が示されるが、本実施形態では出力値によって示される波形は１／４周期分である。よって、この時点では、出力値によって示される波形の最大値（振幅）は不明である。

なお、本実施形態では、永久磁石１２とホールＩＣ２０とは、予め、ホール素子２１の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定されている。そのため、出力値のとり得る値として「０」が含まれる（図９（Ｂ）の点２０６参照）。

＜「波形推定」段階＞
上述のように、「出力値取得」段階では、出力値によって示される波形の振幅は不明である。そこで、ＥＣＵ１５は、「波形推定」段階において、出力値によって示される波形の１周期分の波形を推定することで当該波形の振幅を求める。以下、本実施形態の説明において、適宜、ホール素子２１が出力する信号の１周期分の波形を「推定波形」という。

以下、推定波形の推定の仕方を説明する。
推定波形の位相は、出力値が０となる点２０６から求める（図１０（Ａ）参照）。本実施形態では、点２０６の角度はβのため、推定波形の位相はβである。推定波形の振幅をＣとすると、推定波形は、Ｃ×ｓｉｎ（ｋ（θ−β））である（図１０（Ａ）の線２０７参照）。ここで、ｋは、ホール素子２１が出力する信号が正確な正弦波を描かない場合に、その周期を補正するための係数である。上述のように、本実施形態ではホール素子２１が中心軸Ｏ上に設けられていないため、ホール素子２１が出力する信号は正確な正弦波ではない（図８の線２００参照）。そこで、本実施形態では、ｋ（≠１）を用いて推定波形をＣ×ｓｉｎ（ｋ（θ−β））とすることにより周期を補正するのである。

推定波形の振幅Ｃについては、最小二乗法で求める。ホール素子２１の出力をＶａ（θｉ）とし、推定波形の波形をＣ×ｓｉｎ（ｋθｉ）とすると、上記式１〜４に基づき、
Ｃ＝Σ（Ｖａ（θｉ）ｓｉｎ（ｋθｉ））／Σ（ｓｉｎ²（ｋθｉ）） ・・・式９
よって、推定波形は、図１０（Ｂ）の線２０８で示すとおりとなる。

＜「振幅正規化」段階＞
ＥＣＵ１５は、「振幅正規化」段階において、推定波形の振幅が１になるよう、推定波形の振幅を正規化する。
具体的には、例えば推定波形をＣで割ることで、推定波形の振幅を１にする。これにより、振幅正規化後の推定波形は、図１１（Ａ）に示す線２０９のとおりとなる。
以上、本実施形態におけるホールＩＣ２０の事前設定について説明した。

次に、本実施形態の回転角度検出装置２による、検出対象の回転角度の検出の仕方について説明する。本実施形態では、検出対象の回転角度を検出するために、「回転角度算出」を行う。
＜「回転角度算出」段階＞
ＤＳＰ２６は、「回転角度算出」段階において、ホール素子２１の出力値、および、「振幅正規化手段によって正規化した推定波形の振幅１」に基づき、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出する。

ホール素子２１の出力値をＶａ、ホール素子２１の雰囲気温度をｔ、温度特性係数をＫ（ｔ）、電流に関する温度特性係数をＩ（ｔ）、磁束密度に関する温度特性係数をＢａ（ｔ）、検出対象の回転角度をθとすると、
Ｖａ＝Ｋ（ｔ）×Ｉ（ｔ）×Ｂａ（ｔ）×ｓｉｎ（ｋ（θ−β）） ・・・式１０

本実施形態では、「波形推定」段階で推定波形をＣ×ｓｉｎ（ｋ（θ−β））と推定し、「振幅正規化」段階で推定波形の振幅を１に調整している。これにより、ｓｉｎ^-1を用いた式（下記式１１）によってθを求めることができる。
θ＝（１８０°／π×ｓｉｎ^-1（Ｖａ／Ｃ））／ｋ＋β ・・・式１１

ＤＳＰ２６は、ホール素子２１から出力値Ｖａを取得し、取得した出力値Ｖａから、三角関数演算（式１１）により、図１１（Ｂ）の線２１０で示すように検出対象の回転角度θを算出する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様、推定波形を余弦波とみなすこともできるため、ｃｏｓ^-1を用いた式（下記式１２）によってもθを求めることができる。
θ＝（１８０°／π×ｃｏｓ^-1（Ｖａ／Ｃ））／ｋ＋β ・・・式１２

以上説明したように、本実施形態では、回転角度算出手段は、ホール素子２１が出力する信号の周期を補正した上で、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出する。すなわち、ホール素子２１が出力する信号が正確な正弦波となるよう周期を補正して推定波形を推定し、その上で検出対象の回転角度を算出するのである。このように、本実施形態では、永久磁石１２とホールＩＣ２０との位置関係にかかわらず検出対象の回転角度を正確に算出することができる。

なお、本実施形態では、ホールＩＣ２０に何らかの異常が生じて磁気の検出ができなくなった場合、バックアップ検出用のホールＩＣ３０によって、上記と同様の手順にて磁気の検出を行う。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による回転角度検出装置を図１２に示す。第３実施形態による回転角度検出装置３は、１つのホールＩＣが２つのホール素子を有する点等で、第１実施形態と構成が異なる。

第３実施形態では、磁気検出手段としてのホールＩＣ４０は、ホール素子４１およびホール素子４２の２つの磁気検出素子を有する。ここで、ホール素子４１が特許請求の範囲における「第１磁気検出素子」に対応し、ホール素子４２が「第２磁気検出素子」に対応する。

ホールＩＣ４０は、第１実施形態のホールＩＣ２０と同様、支持部１３の回転軸１４とは反対側、支持部１３の略中心に設けられている。ホールＩＣ４０は、ホール素子４１およびホール素子４２等の部品を１つの半導体チップに搭載した磁気センサである。ホールＩＣ４０は、ホール素子４１の感磁面およびホール素子４２の感磁面が中心軸Ｏ上に位置するよう設けられている。なお、ホール素子４１の感磁面とホール素子４２の感磁面とは、所定の角度をなすよう設定されている。ホール素子４１およびホール素子４２は、永久磁石１２に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じた信号を出力する。なお、ホール素子４１およびホール素子４２は、半導体チップに実装された状態において、オフセットが０に設定されている。

図１３に示すように、ホールＩＣ４０は、ホール素子４１およびホール素子４２の他に、Ａ／Ｄ変換器２５、ＤＳＰ２６、メモリ２７、および、Ｄ／Ａ変換器２８を有し、それらを１つの半導体チップに実装している。Ａ／Ｄ変換器２５は、ホール素子４１およびホール素子４２が出力するアナログ値をデジタル値に変換し、ＤＳＰ２６に伝送する。ＤＳＰ２６は、メモリ２７に記憶された各種プログラムを実行することにより、ホール素子４１およびホール素子４２からの出力値に対し種々の処理を行う。また、ＤＳＰ２６は、処理結果をＤ／Ａ変換器２８に伝送する。Ｄ／Ａ変換器２８は、ＤＳＰ２６から伝送されたデジタル値をアナログ値に変換し、ＥＣＵ１５に伝送する。ここで、ホールＩＣ４０およびＥＣＵ１５は、特許請求の範囲における「処理部」に対応する。ＥＣＵ１５およびＤＳＰ２６による種々の処理については、後に詳述する。

本実施形態では、ホール素子４１の感磁面およびホール素子４２の感磁面は中心軸Ｏ上に設けられている。そのため、例えば永久磁石１２がホールＩＣ４０の周りを３６０°回転したとき、ホール素子４１が出力する信号は、図１４（Ａ）に示す線３００のとおりとなる。また、永久磁石１２がホールＩＣ４０の周りを３６０°回転したとき、ホール素子４２が出力する信号は、図１４（Ｂ）に示す線３０１のとおりとなる。線３００および線３０１はそれぞれ、周期が３６０°の正弦波に一致し、正確な正弦波であることがわかる。よって、線３００および線３０１は、例えばＡ×ｓｉｎ（ｋθ）およびＢ×ｓｉｎ（ｋθ）で表すことができ、ｋ＝１である。

以下、ホールＩＣ４０の事前設定について説明する。本実施形態では、事前設定に関する作業として、「出力値取得」、「波形推定」および「振幅調整」を行う。
＜「出力値取得」段階＞
「出力値取得」段階では、ＥＣＵ１５は、検出対象の回転角度毎に、ホール素子４１およびホール素子４２のそれぞれから出力される値を取得する。このとき、ＥＣＵ１５は、ホール素子４１およびホール素子４２のそれぞれから出力される値を、Ａ／Ｄ変換器２５、ＤＳＰ２６およびＤ／Ａ変換器２８を経由して取得する。ここで、Ａ／Ｄ変換器２５、ＤＳＰ２６、Ｄ／Ａ変換器２８およびＥＣＵ１５は、特許請求の範囲における「出力値取得手段」に対応する。以下、適宜、ホール素子４１から出力される値を「第１出力値」、ホール素子４２から出力される値を「第２出力値」という。

本実施形態では、検出対象が電子スロットルの弁軸であり、その作動角度範囲は例えば０〜９０°である。そのため、ホール素子４１およびホール素子４２のそれぞれの感磁面近傍の磁束密度は、図１５（Ａ）に示す線３０２および線３０３のとおりとなる。よって、第１出力値および第２出力値は、それぞれ図１５（Ｂ）の線３０４および線３０５上の点で表される。

ＥＣＵ１５は、「出力値取得」段階において、例えば「検出対象の回転角度が０°のときの第１出力値は−２９、第２出力値は−２６」、「検出対象の回転角度が１°のときの第１出力値は−２８、第２出力値は−２５」・・・といった具合に、検出対象の回転角度毎の第１出力値および第２出力値を取得する。検出対象の作動角度範囲は０〜９０°のため、図１５（Ｂ）に示すように、第１出力値および第２出力値は、０〜９０°の範囲で取得される。そのため、検出対象の作動角度範囲が十分に大きい場合は第１出力値および第２出力値によって１周期分以上の正弦波が示されるが、本実施形態では第１出力値および第２出力値によって示される正弦波は１／４周期分である。よって、この時点では、第１出力値および第２出力値によって示されるそれぞれの波形の最大値（振幅）は不明である。

なお、本実施形態では、永久磁石１２とホールＩＣ４０とは、予め、ホール素子４１およびホール素子４２の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定されている。そのため、第１出力値および第２出力値のとり得る値として「０」が含まれる（図１５（Ｂ）の点３０６および点３０７参照）。

＜「波形推定」段階＞
上述のように、「出力値取得」段階では、第１出力値および第２出力値によって示されるそれぞれの波形の振幅は不明である。そこで、ＥＣＵ１５は、「波形推定」段階において、第１出力値および第２出力値によって示されるそれぞれの波形の１周期分を推定することで当該波形の振幅を求める。ここで、ＥＣＵ１５は、特許請求の範囲における「波形推定手段」に対応する。以下、適宜、ホール素子４１が出力する信号の１周期分の波形を「第１推定波形」といい、ホール素子４２が出力する信号の１周期分の波形を「第２推定波形」という。

まず、第１推定波形の推定の仕方を説明する。
第１推定波形の位相は、第１出力値が０となる点３０６から求める（図１６（Ａ）参照）。本実施形態では、点３０６の角度はβのため、第１推定波形の位相はβである。第１推定波形の振幅をＡとすると、第１推定波形は、Ａ×ｓｉｎ（ｋ（θ−β））である。ここで、ｋは、ホール素子４１が出力する信号が正確な正弦波を描かない場合に、その周期を補正するための係数である。本実施形態ではホール素子４１が中心軸Ｏ上に設けられており、ホール素子４１が出力する信号は周期が３６０°の正確な正弦波を描く（図１４（Ａ）の線３００参照）ためｋ＝１であるが、以下の式では、便宜上、ｋを表示している。

第１推定波形の振幅Ａについては、最小二乗法で求める。ホール素子４１の出力をＶａ（θｉ）とし、第１推定波形の波形をＡ×ｓｉｎ（ｋθｉ）とすると、上記式１〜４に基づき、
Ａ＝Σ（Ｖａ（θｉ）ｓｉｎ（ｋθｉ））／Σ（ｓｉｎ²（ｋθｉ）） ・・・式１３
本実施形態では、ｋ＝１のため、
Ａ＝Σ（Ｖａ（θｉ）ｓｉｎθｉ）／Σ（ｓｉｎ²θｉ） ・・・式１４
以上より、第１推定波形は、図１６（Ｂ）の線３０８で示すとおりとなる。

次に、第２推定波形の推定の仕方を説明する。
第２推定波形の位相は、第２出力値が０となる点３０７から求める（図１６（Ａ）参照）。本実施形態では、点３０７の角度はγのため、第２推定波形の位相はγである。第２推定波形の振幅をＢとすると、第２推定波形は、Ｂ×ｓｉｎ（ｋ（θ−γ））である。ここで、ｋは、ホール素子４２が出力する信号が正確な正弦波を描かない場合に、その周期を補正するための係数である。本実施形態ではホール素子４２が中心軸Ｏ上に設けられており、ホール素子４２が出力する信号は周期が３６０°の正確な正弦波を描く（図１４（Ｂ）の線３０１参照）ためｋ＝１であるが、以下の式では、便宜上、ｋを表示している。

第２推定波形の振幅Ｂについては、第１推定波形と同様、最小二乗法で求める。ホール素子４２の出力をＶｂ（θｉ）とし、第２推定波形の波形をＢ×ｓｉｎ（ｋθｉ）とすると、
Ｂ＝Σ（Ｖｂ（θｉ）ｓｉｎ（ｋθｉ））／Σ（ｓｉｎ²（ｋθｉ）） ・・・式１５
本実施形態では、ｋ＝１のため、
Ｂ＝Σ（Ｖｂ（θｉ）ｓｉｎθｉ）／Σ（ｓｉｎ²θｉ） ・・・式１６
以上より、第２推定波形は、図１６（Ｂ）の線３０９で示すとおりとなる。
図１６（Ｂ）に示すとおり、この時点では、第１推定波形（線３０８）の振幅Ａと第２推定波形（線３０９）の振幅Ｂとは、異なる値である。

＜「振幅調整」段階＞
上述のように、「波形推定」段階では、第１推定波形の振幅Ａと第２推定波形の振幅Ｂとは異なっている。そこで、ＥＣＵ１５は、「振幅調整」段階において、第１推定波形の振幅と第２推定波形の振幅とが同等になるよう、第１推定波形および第２推定波形のそれぞれの振幅を調整する。ここで、ＥＣＵ１５は、特許請求の範囲における「振幅調整手段」に対応する。

具体的には、例えば第１推定波形および第２推定波形をそれぞれ定数倍することで、両波形の振幅をＶにする。これにより、振幅調整後の第１推定波形Ｖ×ｓｉｎ（θ−β）および第２推定波形Ｖ×ｓｉｎ（θ−γ）は、図１７（Ａ）に示す線３１０および線３１１のとおりとなる。ここで、ホールＩＣ４０のメモリ２７に、振幅調整後の第１推定波形および第２推定波形の振幅の値としてＶが記憶される。
以上、本実施形態におけるホールＩＣ４０の事前設定について説明した。

次に、回転角度検出装置１による、検出対象の回転角度の検出の仕方について説明する。本実施形態では、検出対象の回転角度を検出するために、「回転角度算出」を行う。
＜「回転角度算出」段階＞
ＤＳＰ２６は、「回転角度算出」段階において、ホール素子４１の出力値である第１出力値、ホール素子４２の出力値である第２出力値、および、メモリ２７に記憶されている「振幅調整手段によって調整した第１推定波形および第２推定波形の振幅Ｖ」に基づき、三角関数演算により検出対象の回転角度を算出する。ここで、ＤＳＰ２６は、特許請求の範囲における「回転角度算出手段」に対応する。

第１出力値をＶａ、第２出力値をＶｂ、第１出力値が示す波形と第２出力値が示す波形との位相差をα＝γ−β、ホール素子４１およびホール素子４２の雰囲気温度をｔ、温度特性係数をＫ（ｔ）、電流に関する温度特性係数をＩ（ｔ）、ホール素子４１の磁束密度に関する温度特性係数をＢａ（ｔ）、ホール素子４２の磁束密度に関する温度特性係数をＢｂ（ｔ）、検出対象の回転角度をθとすると、
Ｖａ＝Ｋ（ｔ）×Ｉ（ｔ）×Ｂａ（ｔ）×ｓｉｎ（θ−β） ・・・式１７
Ｖｂ＝Ｋ（ｔ）×Ｉ（ｔ）×Ｂｂ（ｔ）×ｓｉｎ（θ−γ） ・・・式１８

本実施形態では、「波形推定」段階で第１推定波形をＡ×ｓｉｎ（θ−β）、第２推定波形をＢ×ｓｉｎ（θ−γ）と推定し、「振幅調整」段階で第１推定波形および第２推定波形の振幅をＶに調整している。これに基づき、Ｖａ’＝Ｖａ×Ｖ／Ａ、Ｖｂ’＝Ｖｂ×Ｖ／Ｂのように出力値Ｖａ、Ｖｂを振幅調整し、ｔａｎ^-1を用いた式（下記式１９）によってθを求める。
θ＝１８０°／π×ｔａｎ^-1（ｃｏｔ（α／２×π／１８０°）×（Ｖａ’−Ｖｂ’）／（Ｖａ’＋Ｖｂ’）） ・・・式１９

ＤＳＰ２６は、ホール素子４１およびホール素子４２から第１出力値Ｖａおよび第２出力値Ｖｂを取得し、取得した第１出力値Ｖａおよび第２出力値Ｖｂから、三角関数演算（式１９）により、図１７（Ｂ）の線３１２で示すように検出対象の回転角度θを算出する。
ここで、特にα＝９０°の場合、下記式２０に示すとおり、簡単な演算式でθを算出することができる。
θ＝１８０°／π×ｔａｎ^-1（Ｖａ’／Ｖｂ’） ・・・式２０
本実施形態では、式１９および２０に示すように、θの算出において、温度特性の影響がキャンセルされる。

以上説明したように、本実施形態では、波形推定手段により第１推定波形および第２推定波形を推定し、かつ、振幅調整手段により第１推定波形および第２推定波形のそれぞれの振幅をＶに調整した上で、回転角度算出手段により検出対象の回転角度θを三角関数演算によって算出する。本実施形態では、波形推定手段による波形の推定、および振幅調整手段による振幅の調整を事前に行っているため、回転角度検出装置１の製品毎の検出結果のバラつきが低減される。したがって、検出結果の誤差を小さくすることができ、検出精度を高めることができる。

また、本実施形態では、永久磁石１２とホールＩＣ４０とは、ホール素子４１およびホール素子４２の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定されている。そのため、ホール素子４１およびホール素子４２が出力する信号のうち０付近の値を、第１推定波形および第２推定波形の推定をするのに用いることができる。これにより、ホール素子４１およびホール素子４２のＳ／Ｎが向上し、第１推定波形および第２推定波形の位相の判別が容易になるため、波形推定手段による波形の推定を高精度に行うことができる。

また、本実施形態では、ホール素子４１およびホール素子４２は、オフセットが０に設定されている。これにより、ホール素子４１およびホール素子４２と永久磁石１２とを組み合わせた状態でもオフセットがなくなるため、波形推定手段による波形の推定をより高精度に行うことができる。

また、本実施形態では、波形推定手段は、第１推定波形および第２推定波形のそれぞれの位相を第１出力値および第２出力値が０となる点から求め、第１推定波形および第２推定波形のそれぞれの振幅を最小二乗法で求めることにより、第１推定波形および第２推定波形を推定する。これにより、第１推定波形および第２推定波形を正確に推定することができる。その結果、回転角度算出手段によって検出対象の回転角度θを高精度に算出することができる。

さらに、本実施形態では、ホール素子４１およびホール素子４２、ならびに、「出力値取得手段」および「回転角度算出手段」に対応するＤＳＰ２６等が、１つの半導体チップに搭載されている。ホール素子４１およびホール素子４２を１つの半導体チップに搭載することにより両素子の特性を同一にでき、高精度な回転角度検出が可能となる。また、ホール素子４１、ホール素子４２およびＤＳＰ２６等を合わせて１つの半導体チップに搭載することにより、装置全体の体格を小さくすることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による回転角度検出装置を図１８に示す。第４実施形態は、回転角度検出用のホールＩＣに加えバックアップ検出用のホールＩＣを備える点、および、ホールＩＣの配置の点等で、第３実施形態と物理的な構成が異なる。
図１８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第４実施形態による回転角度検出装置４は、ホールＩＣ４０に加え、ホールＩＣ５０を備えている。

ホールＩＣ５０は、中心軸Ｏを挟んでホールＩＣ４０と反対側に設けられている。ホールＩＣ５０は、中心軸Ｏを挟んでホール素子４１およびホール素子４２と反対側にホール素子５１およびホール素子５２を有している。本実施形態では、ホールＩＣ５０は、ホールＩＣ４０のバックアップとして設けられている。すなわち、通常はホールＩＣ４０によって磁気の検出を行い、ホールＩＣ４０に何らかの異常が生じて磁気の検出ができなくなった場合など、ホールＩＣ５０によって磁気の検出を行うのである。よって、本実施形態では、ホールＩＣ４０が特許請求の範囲における「磁気検出手段」に、ホール素子４１が「第１磁気検出素子」に、ホール素子４２が「第２磁気検出素子」に対応する。なお、ホールＩＣ５０の内部構成については、ホールＩＣ４０と同様である。

上述のように、本実施形態では通常時磁気検出用のホールＩＣ４０とバックアップ検出用のホールＩＣ５０とを中心軸Ｏの近傍に設ける構成のため、ホール素子４１の感磁面およびホール素子４２の感磁面は、中心軸Ｏから所定の距離ｄ２離れた位置にある。このような構成では、例えば永久磁石１２がホールＩＣ４０の周りを３６０°回転したとき、ホール素子４１が出力する信号およびホール素子４２が出力する信号は、正確な正弦波を描かない。そこで、本実施形態では、第２実施形態で示した方法と同様の方法により、ホール素子４１が出力する信号およびホール素子４２が出力する信号の周期を、ｋ（≠１）を用いて補正する。そして、前記信号の周期を補正した上で、第３実施形態で示した方法と同様の方法により「波形推定」、「振幅調整」および「回転角度算出」を行う。

すなわち、本実施形態では、「回転角度算出」段階において、
θ＝（１８０°／π×ｔａｎ^-1（ｃｏｔ（α／２×π／１８０°）×（Ｖａ’−Ｖｂ’）／（Ｖａ’＋Ｖｂ’）））／ｋ ・・・式２１
により、検出対象の回転角度θを算出する。なお、ホール素子４１が出力する信号とホール素子４２が出力する信号との位相差（γ−β＝α）が９０°の場合、θは、
θ＝（１８０°／π×ｔａｎ^-1（Ｖａ’／Ｖｂ’））／ｋ ・・・式２２
により算出する。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、磁気検出手段（ホールＩＣ）から略正弦波の信号が得られるのであれば、磁気発生手段（永久磁石）の形状および配置は、どのようであってもよい。

上述の実施形態では、永久磁石とホールＩＣとは、磁気検出素子（ホール素子）の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定されている例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、永久磁石とホールＩＣとは、ホール素子の出力値が０となる回転角度を含まないよう位置関係が設定されていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、電子制御装置（ＥＣＵ）は、ホール素子およびＤＳＰ等その他部品とともにホールＩＣの半導体チップ上に実装してもよい。この場合、上述の事前設定を含むすべての処理がホールＩＣにおいて実行される。また、事前設定に関する作業として示した、「波形推定」、「振幅正規化」および「振幅調整」は、事前にではなく、回転角度検出の度に実行することとしてもよい。

上述の実施形態では、「回転角度算出」をホールＩＣ内のＤＳＰが行う例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、「回転角度算出」をＥＣＵが行うこととしてもよい。

また、上述の実施形態では、事前設定に含まれる「波形推定」、「振幅正規化」および「振幅補正」を、車両に搭載されるＥＣＵで実行する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、「波形推定」、「振幅正規化」および「振幅補正」を、車両に搭載されないコンピュータ（処理装置）等により事前に行っておくこととしてもよい。すなわち、この場合、前記コンピュータ（処理装置）等は、本発明による回転角度検出装置の一部を構成する。

本発明による回転角度検出装置は、電子スロットル以外に、例えばアクセルペダルやクランクシャフトの回転軸の回転角度を検出するのにも用いることができる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１、２、３、４：回転角度検出装置、１２：永久磁石（磁気発生手段）、２０、４０：ホールＩＣ（磁気検出手段）、２１：ホール素子（磁気検出素子）、４１：ホール素子（第１磁気検出素子）、４２：ホール素子（第２磁気検出素子）、２５：Ａ／Ｄ変換器（処理部、出力値取得手段）、２６：ＤＳＰ（処理部、出力値取得手段、回転角度算出手段）、２８：Ｄ／Ａ変換器（処理部、出力値取得手段）、１５：ＥＣＵ（処理部、出力値取得手段、波形推定手段、振幅正規化手段、振幅調整手段、回転角度算出手段）

Claims (8)

1. 検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
   磁気発生手段と、
   前記検出対象の回転に伴って前記磁気発生手段に対して相対回転可能に設けられ、前記磁気発生手段に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じた信号を出力する磁気検出素子を有する磁気検出手段と、
   前記磁気検出素子の出力値を処理可能な処理部と、を備え、
   前記処理部は、
   前記検出対象の回転角度毎の前記出力値を取得する出力値取得手段、
   前記出力値取得手段により取得した前記出力値から、前記磁気検出素子が出力する信号の１周期分の波形を推定波形として推定する波形推定手段、
   前記波形推定手段により推定した前記推定波形の振幅を正規化する振幅正規化手段、
   前記出力値、および、前記振幅正規化手段によって正規化した前記推定波形の振幅に基づき、三角関数演算により前記検出対象の回転角度を算出する回転角度算出手段、を有し、
   前記磁気発生手段と前記磁気検出手段とは、前記磁気検出素子の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定され、
   前記磁気検出素子は、オフセットが０に設定され、
   前記波形推定手段は、前記推定波形の位相を前記出力値が０となる点から求め、前記推定波形の振幅を最小二乗法で求めることにより、前記推定波形を推定することを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記波形推定手段は、前記磁気検出素子が出力する信号の周期を補正した上で、前記推定波形を推定することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記回転角度算出手段は、前記磁気検出素子が出力する信号の周期を補正した上で、三角関数演算により前記検出対象の回転角度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
4. 前記磁気検出素子、ならびに、前記出力値取得手段、前記波形推定手段、前記振幅正規化手段および前記回転角度算出手段のうち少なくとも１つは、１つの半導体チップに搭載されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
5. 検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
   磁気発生手段と、
   前記検出対象の回転に伴って前記磁気発生手段に対して相対回転可能に設けられ、前記磁気発生手段に対して相対回転することにより生じる磁界の変化に応じた信号を出力する第１磁気検出素子および第２磁気検出素子を有する磁気検出手段と、
   前記第１磁気検出素子の出力値である第１出力値および前記第２磁気検出素子の出力値である第２出力値を処理可能な処理部と、を備え、
   前記処理部は、
   前記検出対象の回転角度毎の前記第１出力値および前記第２出力値を取得する出力値取得手段、
   前記出力値取得手段により取得した前記第１出力値および前記第２出力値から、前記第１磁気検出素子が出力する信号の１周期分の波形を第１推定波形として推定し、前記第２磁気検出素子が出力する信号の１周期分の波形を第２推定波形として推定する波形推定手段、
   前記波形推定手段により推定した前記第１推定波形の振幅と前記第２推定波形の振幅とが同等になるよう、前記第１推定波形および前記第２推定波形のそれぞれの振幅を調整する振幅調整手段、
   前記第１出力値、前記第２出力値、および、前記振幅調整手段によって調整した前記第１推定波形および前記第２推定波形の振幅に基づき、三角関数演算により前記検出対象の回転角度を算出する回転角度算出手段、を有し、
   前記磁気発生手段と前記磁気検出手段とは、前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子の出力値が０となる回転角度を含むよう位置関係が設定され、
   前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子は、オフセットが０に設定され、
   前記波形推定手段は、前記第１推定波形および前記第２推定波形のそれぞれの位相を前記第１出力値および前記第２出力値が０となる点から求め、前記第１推定波形および前記第２推定波形のそれぞれの振幅を最小二乗法で求めることにより、前記第１推定波形および前記第２推定波形を推定することを特徴とする回転角度検出装置。
6. 前記波形推定手段は、前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子のそれぞれが出力する信号の周期を補正した上で、前記第１推定波形および前記第２推定波形を推定することを特徴とする請求項５に記載の回転角度検出装置。
7. 前記回転角度算出手段は、前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子のそれぞれが出力する信号の周期を補正した上で、三角関数演算により前記検出対象の回転角度を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の回転角度検出装置。
8. 前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子、ならびに、前記出力値取得手段、前記波形推定手段、前記振幅調整手段および前記回転角度算出手段のうち少なくとも１つは、１つの半導体チップに搭載されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。

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