JP5195787B2 - Rotation sensor - Google Patents

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Description

この発明は、磁電変換素子を磁気発生部の磁界中に配置し、磁電変換素子から出力される信号を用いて磁気発生部の相対回転角度を演算する回転センサに関する。   The present invention relates to a rotation sensor in which a magnetoelectric conversion element is arranged in a magnetic field of a magnetic generation unit, and a relative rotation angle of the magnetic generation unit is calculated using a signal output from the magnetoelectric conversion element.

従来、この種の回転センサとして、図33に示すものが知られている(特許文献1)。このものは、図33(a)に示すように、プリント回路板104の表面に1つの磁気センサ100と、ホール素子101とを配置して構成される。磁気センサ100は、永久磁石107から発生し、プリント回路板104の表面に平行な磁界106を検出できるように、永久磁石107の回転面と対向する位置に配置されている。ホール素子101は、永久磁石107から発生し、プリント回路板104の表面に垂直な磁界105を検出できるように、永久磁石107の外側に配置されている。図33(b)に示すように、ホール素子101は、2つの横型ホール素子102,103を備える。横型ホール素子102,103は、磁気センサ100に対して平面方向に角度γで配置されている。   Conventionally, as this type of rotation sensor, one shown in FIG. 33 is known (Patent Document 1). As shown in FIG. 33A, this is configured by arranging one magnetic sensor 100 and a Hall element 101 on the surface of the printed circuit board 104. The magnetic sensor 100 is disposed at a position facing the rotating surface of the permanent magnet 107 so that a magnetic field 106 generated from the permanent magnet 107 and parallel to the surface of the printed circuit board 104 can be detected. The Hall element 101 is arranged outside the permanent magnet 107 so that a magnetic field 105 generated from the permanent magnet 107 and perpendicular to the surface of the printed circuit board 104 can be detected. As shown in FIG. 33B, the Hall element 101 includes two horizontal Hall elements 102 and 103. The horizontal Hall elements 102 and 103 are arranged at an angle γ in the plane direction with respect to the magnetic sensor 100.

そして、永久磁石107が1回転すると、磁気センサ100が、1波長が電気角180°の信号を出力し、各横型ホール素子102,103は、それぞれ1波長が電気角360°の信号を出力する。また、永久磁石107の相対回転角度αは、磁気センサ100の出力信号に基づいて最大180°の角度範囲で求められ、各横型ホール素子102,103の出力値の大小関係に基づいて、永久磁石107の相対回転角度αが0°≦α≦90°、90°≦α≦180°、180°≦α≦270°および270°≦α≦360°のうち、どの範囲に属するかが判定される。   When the permanent magnet 107 rotates once, the magnetic sensor 100 outputs a signal with one wavelength having an electrical angle of 180 °, and the horizontal Hall elements 102 and 103 each output a signal with one wavelength having an electrical angle of 360 °. . Further, the relative rotation angle α of the permanent magnet 107 is obtained in an angle range of 180 ° at the maximum based on the output signal of the magnetic sensor 100, and based on the magnitude relationship between the output values of the horizontal Hall elements 102 and 103, the permanent magnet It is determined to which range the relative rotation angle α of 107 belongs to 0 ° ≦ α ≦ 90 °, 90 ° ≦ α ≦ 180 °, 180 ° ≦ α ≦ 270 ° and 270 ° ≦ α ≦ 360 °. .

特開平11−94512号公報(第22〜24段落、図4,5)。JP-A-11-94512 (paragraphs 22 to 24, FIGS. 4 and 5).

しかし、前述した従来のものは、永久磁石107の相対回転角度αがどの範囲に属するかの判定を、永久磁石107が回転している間、常時行う必要がある。
したがって、前述した従来のものは、永久磁石107の相対回転角度αの演算に時間がかかるという問題がある。
However, in the above-described conventional one, it is necessary to always determine which range the relative rotation angle α of the permanent magnet 107 belongs while the permanent magnet 107 is rotating.
Therefore, the above-described conventional device has a problem that it takes time to calculate the relative rotation angle α of the permanent magnet 107.

そこでこの発明は、上述の諸問題を解決するためになされたものであり、磁気発生部の相対回転角度の演算時間を短縮することができる回転センサを実現することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a rotation sensor that can shorten the calculation time of the relative rotation angle of the magnetism generator.

上記の目的を達成するため、この発明の第1の特徴は、相対回転する磁気発生部(2)の磁界(B1)中に配置されており、前記磁気発生部が1回転する間に前記磁界の強度に応じて信号レベルが2周期で変化する信号(sin2θ,cos2θ)をそれぞれ出力し、かつ、各信号間に位相差が出るように配置された複数の磁電変換素子(M1,M2)を備え、各磁電変換素子から出力される信号を用いて前記磁気発生部に対する相対回転角度(θ)を求めるように構成された回転センサ(1)において、前記磁気発生部が1回転する間に、前記磁界の強度に応じて信号レベルが1周期で変化する検出信号(sinθ,cosθ)を出力し、かつ、検出信号間に位相差が出るように配置された複数の検出素子(H1,H2)と、各磁電変換素子から出力される信号を用い、前記磁気発生部に対する相対回転角度と演算により求めた演算角度(φ)との偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度を演算する角度演算部(60)と、各検出素子から出力された各検出信号の各信号レベルと閾値との各比較結果を用い、相対回転角度の初期値が含まれる角度範囲を判定し、その判定した角度範囲の中で発生し得る相対回転角度の初期値(θ0)と前記演算角度の初期値(φ0)との差の絶対値が90°未満となるように前記演算角度の初期値を決定する初期値決定部(53)と、前記角度演算部が演算した演算角度に対応する信号を、前記磁気発生部が1回転する間に1周期で出力する出力部(70)と、を備えており、前記初期値決定部は、前記磁気発生部が相対回転を開始する前にのみ前記演算角度の初期値を決定し、前記角度演算部は、前記初期値決定部により決定された演算角度の初期値を用いて前記フィードバック制御を開始し、前記相対回転角度を演算することにある。   In order to achieve the above object, the first feature of the present invention is that it is arranged in the magnetic field (B1) of the relatively rotating magnetic generator (2), and the magnetic field is rotated during one rotation of the magnetic generator. A plurality of magnetoelectric transducers (M1, M2) arranged so as to output signals (sin 2θ, cos 2θ) whose signal levels change in two cycles according to the intensity of the signals and to produce a phase difference between the signals. A rotation sensor (1) configured to obtain a relative rotation angle (θ) with respect to the magnetism generation unit using a signal output from each magnetoelectric conversion element, while the magnetism generation unit makes one rotation, A plurality of detection elements (H1, H2) arranged so as to output detection signals (sin θ, cos θ) whose signal levels change in one cycle according to the intensity of the magnetic field and to produce a phase difference between the detection signals. And each magnetoelectric transducer The angle at which the relative rotation angle is calculated by performing feedback control so that the deviation between the relative rotation angle with respect to the magnetism generating portion and the calculation angle (φ) obtained by calculation converges to a predetermined value Using the calculation unit (60) and each comparison result between each signal level and each threshold value of each detection signal output from each detection element, an angle range including the initial value of the relative rotation angle is determined, and the determined angle The initial value for determining the initial value of the calculation angle so that the absolute value of the difference between the initial value (θ0) of the relative rotation angle that can occur in the range and the initial value (φ0) of the calculation angle is less than 90 °. A value determination unit (53), and an output unit (70) that outputs a signal corresponding to the calculation angle calculated by the angle calculation unit in one cycle while the magnetism generation unit makes one rotation, The initial value determination unit includes the magnetic generation unit. The initial value of the calculation angle is determined only before starting relative rotation, and the angle calculation unit starts the feedback control using the initial value of the calculation angle determined by the initial value determination unit, and It is to calculate the rotation angle.

初期値決定部は、磁気発生部が相対回転を開始する前にのみ演算角度の初期値を決定するため、磁気発生部が相対回転しているときの相対回転角度の演算時間を短縮することができる。
つまり、従来は、磁気発生部の相対回転中は、常時、各検出素子からの各検出信号の信号レベルを用いて、相対回転角度が含まれる角度範囲を判定する必要があったが、第1の特徴によれば、各検出素子からの各検出信号の信号レベルは、磁気発生部が相対回転を開始する前に演算角度の初期値を決定するときにのみ用いるだけであり、磁気発生部の相対回転中は、各検出素子からの各検出信号の信号レベルと閾値の比較を行う必要がないため、相対回転角度の演算時間を短縮することができる。
Since the initial value determination unit determines the initial value of the calculation angle only before the magnetism generation unit starts relative rotation, the calculation time of the relative rotation angle when the magnetism generation unit is relatively rotating can be shortened. it can.
That is, conventionally, during the relative rotation of the magnetism generating unit, it has been necessary to determine the angle range including the relative rotation angle using the signal level of each detection signal from each detection element. According to the above feature, the signal level of each detection signal from each detection element is used only when the initial value of the calculation angle is determined before the magnetism generator starts relative rotation. During the relative rotation, it is not necessary to compare the signal level of each detection signal from each detection element with the threshold value, so that the calculation time of the relative rotation angle can be shortened.

この発明の第2の特徴は、相対回転する磁気発生部(2)の磁界(B1)中に配置されており、前記磁気発生部が1回転する間に前記磁界の強度に応じて信号レベルが2周期で変化する信号(sin2θ,cos2θ)をそれぞれ出力し、かつ、各信号間に位相差が出るように配置された複数の磁電変換素子(M1,M2)を備え、各磁電変換素子から出力される信号を用いて前記磁気発生部に対する相対回転角度(θ)を求めるように構成された回転センサ(1)において、前記磁気発生部が1回転する間に、前記磁界の強度に応じて信号レベルが1周期で変化する検出信号(sinθ,cosθ)を出力し、かつ、検出信号間に位相差が出るように配置された複数の検出素子(H1,H2)と、各磁電変換素子から出力される信号を用い、前記磁気発生部に対する相対回転角度と演算により求めた演算角度(φ)との偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度を演算する角度演算部(60)と、各検出素子から出力された各検出信号の各信号レベルと閾値との各比較結果を用い、相対回転角度の初期値(θ0)が含まれる角度範囲を判定し、その判定した角度範囲の中で発生し得る相対回転角度の初期値と前記演算角度の初期値(φ0)との差の絶対値が90°未満となるように前記演算角度の初期値を決定する初期値決定部(53)と、前記角度演算部が演算した演算角度に対応する信号を、前記磁気発生部が1回転する間に1周期で出力する出力部(70)と、を備えており、前記初期値決定部は、前記磁気発生部が相対回転を開始する前と、相対回転を開始した後の予め定めされた時間とにおいてそれぞれ前記演算角度の初期値を決定し、前記角度演算部は、前記初期値決定部により決定された演算角度の初期値を用いて前記フィードバック制御を行い、前記相対回転角度を演算することにある。   The second feature of the present invention is that it is arranged in the magnetic field (B1) of the magnetism generator (2) that rotates relatively, and the signal level depends on the strength of the magnet field during one rotation of the magnetism generator. A plurality of magnetoelectric transducers (M1, M2) arranged so as to output signals (sin 2θ, cos 2θ) that change in two cycles and a phase difference between the signals are output from each magnetoelectric transducer. In the rotation sensor (1) configured to obtain a relative rotation angle (θ) with respect to the magnetic generation unit using the generated signal, a signal is generated according to the strength of the magnetic field during one rotation of the magnetic generation unit. A detection signal (sin θ, cos θ) whose level changes in one cycle is output, and a plurality of detection elements (H1, H2) arranged so as to produce a phase difference between the detection signals, and output from each magnetoelectric conversion element Used before and after An angle calculation unit (60) for calculating the relative rotation angle by performing feedback control so that a deviation between a relative rotation angle with respect to the magnetism generating unit and a calculation angle (φ) obtained by calculation converges to a predetermined value; Using each comparison result between each signal level of each detection signal output from the detection element and the threshold value, an angle range including the initial value (θ0) of the relative rotation angle is determined, and the occurrence occurs within the determined angle range. An initial value determination unit (53) for determining an initial value of the calculation angle so that an absolute value of a difference between an initial value of a possible relative rotation angle and an initial value (φ0) of the calculation angle is less than 90 °; An output unit (70) that outputs a signal corresponding to the calculation angle calculated by the angle calculation unit in one cycle while the magnetism generation unit makes one rotation, and the initial value determination unit includes: Before the magnetism generator starts relative rotation, An initial value of the calculation angle is determined at a predetermined time after starting the counter rotation, and the angle calculation unit uses the initial value of the calculation angle determined by the initial value determination unit to perform the feedback. The control is to calculate the relative rotation angle.

初期値決定部は、磁気発生部が相対回転を開始する前と、相対回転を開始した後の予め定めされた時間とにおいてそれぞれ演算角度の初期値を決定するため、磁気発生部が相対回転しているときの相対回転角度の演算時間を短縮することができる。
つまり、従来は、磁気発生部の相対回転中は、常時、各検出素子からの各検出信号の信号レベルを用いて、相対回転角度が含まれる角度範囲を判定する必要があったが、第2の特徴によれば、各検出素子からの各検出信号の信号レベルは、磁気発生部が相対回転を開始する前と、相対回転を開始した後の予め定めされた時間とにおいてそれぞれ演算角度の初期値を決定するときにのみ用いるだけであり、磁気発生部が相対回転する毎に各検出素子からの各検出信号の信号レベルと閾値の比較を行う必要がないため、相対回転角度の演算時間を短縮することができる。
The initial value determination unit determines the initial value of the calculation angle before the magnetism generation unit starts relative rotation and at a predetermined time after the relative rotation starts. The calculation time of the relative rotation angle can be shortened.
That is, conventionally, during the relative rotation of the magnetism generating unit, it is necessary to always determine the angle range including the relative rotation angle by using the signal level of each detection signal from each detection element. According to the feature, the signal level of each detection signal from each detection element is the initial value of the calculation angle before the magnetism generator starts relative rotation and at a predetermined time after the relative rotation starts. It is only used when determining the value, and it is not necessary to compare the signal level of each detection signal from each detection element and the threshold each time the magnetism generator is relatively rotated. It can be shortened.

この発明の第3の特徴は、前述した第1または第2の特徴において、前記相対回転角度の初期値をθ0とし、前記演算角度の初期値をφ0とした場合に、前記角度演算部(60)は、(φ0−90°)<θ0<(φ0+90°)の範囲に存在する相対回転角度の初期値θ0を演算可能なことにある。   According to a third feature of the present invention, in the first or second feature described above, when the initial value of the relative rotation angle is θ0 and the initial value of the calculation angle is φ0, the angle calculation unit (60 ) Is that the initial value θ0 of the relative rotation angle existing in the range of (φ0−90 °) <θ0 <(φ0 + 90 °) can be calculated.

上記の第3の特徴によれば、相対回転角度の初期値が、初期値判定部において判定された角度範囲に存在せず、実際は、その角度範囲を超えた位置に存在する場合であっても、角度演算部は、相対回転角度を正確に演算することができる。   According to the above third feature, even if the initial value of the relative rotation angle does not exist in the angle range determined by the initial value determination unit and actually exists in a position beyond the angle range. The angle calculator can accurately calculate the relative rotation angle.

たとえば、図22に示すように、初期値判定部において判定された角度範囲が、0≦θ0<90°であり、演算角度の初期値φ0が45°に決定された場合は、(45°−90°)<θ0<(45°+90°)、つまり、−45°<θ0<135°(0°≦θ0<135°および315°<θ0≦360°)まで相対回転角度の初期値θ0を演算可能な範囲を拡げることができる。   For example, as shown in FIG. 22, when the angle range determined by the initial value determination unit is 0 ≦ θ0 <90 ° and the initial value φ0 of the calculation angle is determined to be 45 °, (45 ° − 90 °) <θ0 <(45 ° + 90 °), that is, the initial value θ0 of the relative rotation angle is calculated up to −45 ° <θ0 <135 ° (0 ° ≦ θ0 <135 ° and 315 ° <θ0 ≦ 360 °). The possible range can be expanded.

このため、たとえば、初期値判定部において判定された角度範囲が、0≦θ0<90°であったが、実際の初期値θ0は120°であったとしても、初期値φ0=45°に対応する角度範囲は、120°を含むため、角度演算部は、演算角度φの初期値φ0=45°を用いて相対回転角度θの初期値θ0=120°を演算することができる。   For this reason, for example, the angle range determined by the initial value determination unit is 0 ≦ θ0 <90 °, but even if the actual initial value θ0 is 120 °, it corresponds to the initial value φ0 = 45 °. Since the angle range to include includes 120 °, the angle calculation unit can calculate the initial value θ0 = 120 ° of the relative rotation angle θ using the initial value φ0 = 45 ° of the calculation angle φ.

したがって、たとえば、外来ノイズや外来磁界の影響を受けて、初期値θ0または初期値φ0が変化した場合であっても、相対回転角度θを正確に演算することができる。つまり、外来ノイズや外来磁界の影響を受けても検出精度が低下し難い回転センサを実現することができる。   Therefore, for example, even when the initial value θ0 or the initial value φ0 changes due to the influence of external noise or an external magnetic field, the relative rotation angle θ can be accurately calculated. That is, it is possible to realize a rotation sensor in which the detection accuracy is unlikely to deteriorate even under the influence of external noise or an external magnetic field.

この発明の第4の特徴は、前述した第1ないし第3の特徴のいずれか1つにおいて、前記複数の検出素子(H1,H2)は、各検出信号間に90°の位相差が出るように配置されていることにある。   According to a fourth feature of the present invention, in any one of the first to third features described above, the plurality of detection elements (H1, H2) have a phase difference of 90 ° between the detection signals. It is in being arranged in.

上記の第4の特徴によれば、磁気発生部に対する相対回転角度が90°変化する毎に、各検出素子から位相が90°異なる検出信号を出力することができる。
つまり、相対回転角度が90°変化する毎に、検出信号の信号レベルの組合せを変えることができる。
したがって、初期値決定部は、検出信号の信号レベルの組合せを用いることにより、相対回転角度の初期値が存在する角度範囲を90°単位で判定することができる。
According to the fourth feature, each time the relative rotation angle with respect to the magnetism generator changes by 90 °, detection signals having phases different by 90 ° can be output from the respective detection elements.
That is, each time the relative rotation angle changes by 90 °, the combination of the signal levels of the detection signals can be changed.
Therefore, the initial value determination unit can determine the angle range in which the initial value of the relative rotation angle exists in units of 90 ° by using the combination of the signal levels of the detection signals.

この発明の第5の特徴は、前述した第1ないし第4の特徴のいずれか1つにおいて、前記複数の磁電変換素子(M1,M2)は、各信号間に45°の位相差が出るように配置されていることにある。   According to a fifth feature of the present invention, in any one of the first to fourth features described above, the plurality of magnetoelectric transducers (M1, M2) have a 45 ° phase difference between the signals. It is in being arranged in.

上記の第5の特徴によれば、磁気抵抗素子の一方から正弦波信号(sin信号)を出力し、その正弦波信号から位相が45°遅れた余弦波信号(cos信号)を他方から出力することができる。
したがって、上記の正弦波信号および余弦波信号を用いて相対回転角度を演算することができる。
According to the fifth feature, a sine wave signal (sin signal) is output from one of the magnetoresistive elements, and a cosine wave signal (cos signal) whose phase is delayed by 45 ° from the sine wave signal is output from the other. be able to.
Therefore, the relative rotation angle can be calculated using the above sine wave signal and cosine wave signal.

この発明の第6の特徴は、前述した第1ないし第5の特徴のいずれか1つにおいて、前記相対回転角度(θ)の0〜360°を前記各検出素子(H1,H2)の出力信号間の位相差で除した値をnとし、0〜360°の範囲をnで除することによりn個の角度範囲を設定した場合に、前記各検出信号の各信号レベルと閾値との各比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるように構成されていることにある。   A sixth feature of the present invention is that, in any one of the first to fifth features described above, the relative rotation angle (θ) of 0 to 360 ° is an output signal of each detection element (H1, H2). Each value of each detection signal is compared with a threshold value when n angle ranges are set by dividing the phase difference between them by n and dividing the range of 0 to 360 ° by n. The combination of the results is configured to be different in each angle range.

上記の第6の特徴によれば、各検出信号の各信号レベルと閾値との各比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるため、初期値決定部における角度範囲の判定精度を高めることができる。   According to the sixth feature, the combination of the comparison results between the signal levels of the detection signals and the threshold values is totally different in each angle range, so that the accuracy determination of the angle range in the initial value determination unit can be improved. it can.

この発明の第7の特徴は、前述した第1ないし第6の特徴のいずれか1つにおいて、前記相対回転角度をθとし、前記演算角度をφとした場合に、前記角度演算部(60)は、各磁電変換素子(M1,M2)から出力される信号(sin2θ,cos2θ)を用いて偏差(2θ−2φ)が0になるようにフィードバック制御を行い、かつ、そのフィードバック制御を開始するときの前記演算角度φの初期値(φ0)として前記初期値決定部(53)において決定された初期値を用いることにある。   A seventh feature of the present invention is that, in any one of the first to sixth features described above, when the relative rotation angle is θ and the calculation angle is φ, the angle calculation unit (60) Performs feedback control using the signals (sin2θ, cos2θ) output from the magnetoelectric transducers (M1, M2) so that the deviation (2θ-2φ) becomes zero, and starts the feedback control. The initial value determined in the initial value determination unit (53) is used as the initial value (φ0) of the calculation angle φ.

上記の第7の特徴によれば、偏差(2θ−2φ)が0になるようにフィードバック制御を行って相対回転角度を演算するため、相対回転角度を高精度で演算することができる。   According to the seventh feature, since the relative rotation angle is calculated by performing feedback control so that the deviation (2θ−2φ) becomes zero, the relative rotation angle can be calculated with high accuracy.

この発明の第8の特徴は、前述した第7の特徴において、前記複数の磁電変換素子(M1,M2)は、sin2θ信号およびcos2θ信号を出力し、前記角度演算部(60)は、前記sin2θ信号およびcos2θ信号に基づいてsin(2θ−2φ)を作成し、かつ、その作成されたsin(2θ−2φ)に基づいて偏差(2θ−2φ)を演算し、その偏差(2θ−2Φ)が0になるようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度を演算することにある。   According to an eighth feature of the present invention, in the seventh feature described above, the plurality of magnetoelectric transducers (M1, M2) output a sin 2θ signal and a cos 2θ signal, and the angle calculator (60) is configured to output the sin 2θ. Sin (2θ-2φ) is created based on the signal and the cos 2θ signal, and a deviation (2θ-2φ) is calculated based on the created sin (2θ-2φ), and the deviation (2θ-2φ) is calculated The relative rotation angle is calculated by performing feedback control so as to be zero.

上記の第8の特徴によれば、各磁電変換素子から出力されるsin2θ信号およびcos2θ信号を用いて偏差(2θ−2φ)を演算することができる。つまり、sin(2θ−2φ)=sin2θcos2φ−cos2θsin2φであるから、各磁電変換素子から出力されるsin2θ信号およびcos2θ信号と、sin2φ信号およびcos2φ信号と、信号を乗算する回路と、信号を減算する回路とを用いることにより、偏差(2θ−2φ)を演算することができる。   According to the eighth feature, the deviation (2θ-2φ) can be calculated using the sin 2θ signal and the cos 2θ signal output from each magnetoelectric conversion element. That is, since sin (2θ-2φ) = sin2θcos2φ−cos2θsin2φ, a circuit for multiplying the sin2θ signal and the cos2θ signal, the sin2φ signal and the cos2φ signal output from each magnetoelectric transducer, and a circuit for subtracting the signal Can be used to calculate the deviation (2θ-2φ).

この発明の第9の特徴は、前述した第8の特徴において、前記角度演算部(60)は、前記演算角度φに対応するカウント値をカウントするカウンタを備え、前記偏差(2θ−2φ)の正負を判定し、その判定結果に基いて前記カウンタのカウント値を増減することにある。   According to a ninth feature of the present invention, in the eighth feature described above, the angle calculation unit (60) includes a counter that counts a count value corresponding to the calculation angle φ, and the deviation (2θ-2φ) The determination is positive or negative, and the count value of the counter is increased or decreased based on the determination result.

上記の第9の特徴によれば、演算角度φをカウンタのカウント値に対応させることができるため、演算角度φを高精度で演算することができる。   According to the ninth feature, since the calculation angle φ can be made to correspond to the count value of the counter, the calculation angle φ can be calculated with high accuracy.

この発明の第10の特徴は、前述した第9の特徴において、前記角度演算部(60)は、前記sin(2θ−2φ)信号を逆正弦演算することにより前記偏差(2θ−2φ)を演算し、その演算結果に基いて前記正負を判定することにある。   According to a tenth feature of the present invention, in the ninth feature described above, the angle calculator (60) calculates the deviation (2θ-2φ) by performing an arc sine operation on the sin (2θ-2φ) signal. The positive / negative is determined based on the calculation result.

上記の第10の特徴によれば、sin(2θ−2φ)信号を逆正弦演算することにより偏差(2θ−2φ)を演算し、その演算結果に基いて偏差(2θ−2φ)の正負を判定することができる。   According to the tenth feature, the deviation (2θ-2φ) is calculated by performing an inverse sine operation on the sin (2θ-2φ) signal, and the sign of the deviation (2θ-2φ) is determined based on the calculation result. can do.

この発明の第11の特徴は、前述した第9の特徴において、前記角度演算部(60)は、前記sin(2θ−2φ)信号が0よりも大きいときは前記偏差(2θ−2φ)が正であると判定し、前記sin(2θ−2φ)信号が0よりも小さいときは前記偏差(2θ−2φ)が負であると判定することにある。   According to an eleventh feature of the present invention, in the ninth feature described above, when the sin (2θ-2φ) signal is greater than 0, the angle calculator (60) has a positive deviation (2θ-2φ). When the sin (2θ-2φ) signal is smaller than 0, it is determined that the deviation (2θ-2φ) is negative.

上記の第11の特徴によれば、sin(2θ−2φ)信号が0よりも大きいか否かに基づいて偏差(2θ−2φ)の正負を判定することができるため、sin(2θ−2φ)信号を逆正弦演算する必要がない。   According to the eleventh feature described above, since the sign (2θ-2φ) can be determined whether the sin (2θ-2φ) signal is greater than 0, the sign (2θ-2φ) can be determined. There is no need to perform an arc sine operation on the signal.

この発明の第12の特徴は、前述した第1ないし第11の特徴のいずれか1つにおいて、前記複数の検出素子(H1,H2)は、それぞれホール素子であることにある。   A twelfth feature of the present invention is that, in any one of the first to eleventh features described above, the plurality of detection elements (H1, H2) are Hall elements.

上記の第12の特徴によれば、磁気発生部が1回転する間に、磁界の強度に応じて信号レベルが1周期で変化する検出信号を得ることができる。また、ホール素子は、半導体基板に作り込むことができるため、回転センサを小型化することができる。   According to the twelfth feature, it is possible to obtain a detection signal whose signal level changes in one cycle according to the strength of the magnetic field while the magnetism generator rotates once. In addition, since the Hall element can be built in the semiconductor substrate, the rotation sensor can be downsized.

この発明の第13の特徴は、前述した第1ないし第12の特徴のいずれか1つにおいて、前記複数の磁電変換素子(M1,M2)は、それぞれ磁気抵抗素子であることにある。   A thirteenth feature of the present invention is that, in any one of the first to twelfth features described above, each of the plurality of magnetoelectric transducers (M1, M2) is a magnetoresistive element.

上記の第13の特徴によれば、磁気発生部が1回転する間に、磁界の強度に応じて信号レベルが2周期で変化する信号を得ることができる。また、磁気抵抗素子は、半導体基板に作り込むことができるため、回転センサを小型化することができる。   According to the thirteenth feature described above, a signal whose signal level changes in two cycles according to the strength of the magnetic field can be obtained while the magnetism generator rotates once. In addition, since the magnetoresistive element can be built in the semiconductor substrate, the rotation sensor can be miniaturized.

なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in each said parenthesis shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態の回転センサの主要構成をブロックで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the main structures of the rotation sensor of 1st Embodiment with a block. 図1に示すセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、(a)はセンサチップおよび永久磁石の縦断面図、(b)は(a)に示す永久磁石の平面図である。It is explanatory drawing which shows an example of the use condition of the sensor chip shown in FIG. 1, (a) is a longitudinal cross-sectional view of a sensor chip and a permanent magnet, (b) is a top view of the permanent magnet shown to (a). 図2(a)に示す永久磁石が180°回転した状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which the permanent magnet shown to Fig.2 (a) rotated 180 degrees. センサチップの構造を模式的に示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a sensor chip typically, (a) is a top view, (b) is AA arrow sectional drawing of (a). (a)は、磁気抵抗素子領域E1およびホール素子領域E2の平面図であり、(b)は、ホール素子H1,H2の配置角度を示す説明図である。(A) is a top view of the magnetoresistive element area | region E1 and Hall element area | region E2, (b) is explanatory drawing which shows the arrangement | positioning angle of Hall element H1, H2. AMRセンサM1の構造を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of AMR sensor M1. AMRセンサM2の構造を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the structure of AMR sensor M2. AMRセンサM1の等価回路である。It is an equivalent circuit of the AMR sensor M1. AMRセンサM2の等価回路である。It is an equivalent circuit of the AMR sensor M2. AMRセンサM1,M2およびホール素子H1,H2の各出力信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows each output signal of AMR sensor M1, M2 and Hall element H1, H2. ホール素子H2の説明図であり、(a)はホール素子H2およびその周辺の一部を示す平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図、(c)は(a)のB−B矢視断面図である。It is explanatory drawing of Hall element H2, (a) is a top view which shows a part of Hall element H2 and its periphery, (b) is AA arrow sectional drawing of (a), (c) is (a). It is BB arrow sectional drawing of. 回転センサ1の主な電気的構成をブロックで示す説明図であり、図1に対応する図である。It is explanatory drawing which shows the main electrical structures of the rotation sensor 1 with a block, and is a figure corresponding to FIG. 図12に示す各ブロック間の信号の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the signal between each block shown in FIG. 図12に示す初期値テーブル54bの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the initial value table 54b shown in FIG. ホール素子などの出力波形を示す説明図であり、(a)はホール素子H1の出力波形、(b)は比較回路53aの出力波形、(c)はホール素子H2の出力波形、(d)は比較回路53bの出力波形、(e)は出力部70の出力波形である。It is explanatory drawing which shows output waveforms, such as a Hall element, (a) is an output waveform of Hall element H1, (b) is an output waveform of comparison circuit 53a, (c) is an output waveform of Hall element H2, (d) is The output waveform of the comparison circuit 53b, (e) is the output waveform of the output unit 70. 演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従する過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process in which the initial value (phi) 0 of the calculation angle (phi) follows the initial value (theta) 0 of relative rotation angle (theta). 演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従する過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process in which the initial value (phi) 0 of the calculation angle (phi) follows the initial value (theta) 0 of relative rotation angle (theta). 演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従する過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process in which the initial value (phi) 0 of the calculation angle (phi) follows the initial value (theta) 0 of relative rotation angle (theta). 演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従する過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process in which the initial value (phi) 0 of the calculation angle (phi) follows the initial value (theta) 0 of relative rotation angle (theta). 演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従する過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process in which the initial value (phi) 0 of the calculation angle (phi) follows the initial value (theta) 0 of relative rotation angle (theta). 演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従する過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process in which the initial value (phi) 0 of the calculation angle (phi) follows the initial value (theta) 0 of relative rotation angle (theta). 初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the margin of initial value (theta) 0 corresponding to initial value (phi) 0. 第2実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure of the sensor chip with which the rotation sensor of 2nd Embodiment was equipped. AMRセンサM1,M2およびホール素子H1,H2の各出力信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows each output signal of AMR sensor M1, M2 and Hall element H1, H2. 初期値テーブル54bの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the initial value table 54b. 初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the margin of initial value (theta) 0 corresponding to initial value (phi) 0. 第3実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure of the sensor chip with which the rotation sensor of 3rd Embodiment was equipped. AMRセンサM1,M2およびホール素子H1〜H3の各出力信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows each output signal of AMR sensor M1, M2 and Hall element H1-H3. 初期値テーブル54bの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the initial value table 54b. 初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the margin of initial value (theta) 0 corresponding to initial value (phi) 0. 第4実施形態における初期値テーブル54bの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the initial value table 54b in 4th Embodiment. 初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the margin of initial value (theta) 0 corresponding to initial value (phi) 0. 従来の回転センサの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional rotation sensor.

〈第1実施形態〉
この発明の実施形態について図を参照して説明する。図1は、この実施形態の回転センサの主要構成をブロックで示す説明図である。図2は、図1に示すセンサチップの使用状態の一例を示す説明図であり、(a)はセンサチップおよび永久磁石の縦断面図、(b)は(a)に示す永久磁石の平面図である。図3は、図2(a)に示す永久磁石が180°回転した状態を示す縦断面図である。
<First Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the main configuration of the rotation sensor of this embodiment in blocks. 2A and 2B are explanatory views showing an example of a usage state of the sensor chip shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a longitudinal sectional view of the sensor chip and the permanent magnet, and FIG. 2B is a plan view of the permanent magnet shown in FIG. It is. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a state in which the permanent magnet shown in FIG.

[主要構成]
この実施形態の回転センサの主要構成について説明する。図1に示すように、この実施形態の回転センサ1は、センサチップ5と、このセンサチップ5と電気的に接続された検出回路50とを備える。センサチップ5は、磁気抵抗素子から成る2つの異方性磁気抵抗センサ(以下、AMRセンサという)M1,M2と、2つのホール素子H1,H2とを備える。
[Main configuration]
The main configuration of the rotation sensor of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the rotation sensor 1 of this embodiment includes a sensor chip 5 and a detection circuit 50 electrically connected to the sensor chip 5. The sensor chip 5 includes two anisotropic magnetoresistive sensors (hereinafter referred to as AMR sensors) M1 and M2 made of magnetoresistive elements and two Hall elements H1 and H2.

図2(a)に示すように、センサチップ5は、検出対象の永久磁石(磁気発生部)2の径に沿った回転面2cと対向する位置に配置される。また、センサチップ5は、支持部材(図示せず)によって支持されており、配置位置が変化しないように固定されている。
図2(b)に示すように、永久磁石2は、円板形状を成しており、径方向で同じ大きさに2分された一方がN極の永久磁石2aに、他方がS極の永久磁石2bになっている。図2(a)に示すように、永久磁石2は、回転シャフト3の先端に取付けられており、矢印F1で示す方向に回転する。
As shown in FIG. 2A, the sensor chip 5 is arranged at a position facing the rotating surface 2c along the diameter of the permanent magnet (magnetism generating unit) 2 to be detected. The sensor chip 5 is supported by a support member (not shown), and is fixed so that the arrangement position does not change.
As shown in FIG. 2 (b), the permanent magnet 2 has a disk shape, one of which is divided into the same size in the radial direction is an N pole permanent magnet 2a and the other is an S pole. It is a permanent magnet 2b. As shown in FIG. 2A, the permanent magnet 2 is attached to the tip of the rotating shaft 3 and rotates in the direction indicated by the arrow F1.

また、永久磁石2は、N極の永久磁石2aからS極の永久磁石2bに向けて磁界を発生し、そのうち、センサチップ5の表面5aに平行な磁界B1を発生する。図示の例では、磁界B1はホール素子H1からホール素子H2を貫通している。永久磁石2が図2(a)に示す状態から図3に示すように180°回転すると、磁界B1の向きが180°変化する。図示の例では、磁界B1はホール素子H2からH1を貫通している。   The permanent magnet 2 generates a magnetic field from the N-pole permanent magnet 2 a toward the S-pole permanent magnet 2 b, and generates a magnetic field B 1 parallel to the surface 5 a of the sensor chip 5. In the illustrated example, the magnetic field B1 passes through the Hall element H2 from the Hall element H1. When the permanent magnet 2 rotates 180 ° from the state shown in FIG. 2A as shown in FIG. 3, the direction of the magnetic field B1 changes by 180 °. In the illustrated example, the magnetic field B1 passes through the Hall elements H2 to H1.

図1に示すように、検出回路50は、増幅部51,52と、初期値決定部53と、角度演算部60と、出力部70とを備える。増幅部51は、AMRセンサM1,M2から出力される出力信号を増幅する。角度演算部60は、増幅部51から出力される増幅信号を用い、永久磁石2の相対回転角度θを演算する。
増幅部52は、ホール素子H1,H2から出力される出力信号を増幅する。初期値決定部53は、増幅部52から出力された各増幅信号を閾値と比較し、その各比較結果に基いて永久磁石2の相対回転角度θの初期値θ0が、何度から何度までの角度範囲に存在するかを判定し、その判定した角度範囲に対応する演算角度φの初期値φ0を決定する。
As shown in FIG. 1, the detection circuit 50 includes amplification units 51 and 52, an initial value determination unit 53, an angle calculation unit 60, and an output unit 70. The amplifying unit 51 amplifies output signals output from the AMR sensors M1 and M2. The angle calculation unit 60 calculates the relative rotation angle θ of the permanent magnet 2 using the amplified signal output from the amplification unit 51.
The amplifying unit 52 amplifies output signals output from the Hall elements H1 and H2. The initial value determining unit 53 compares each amplified signal output from the amplifying unit 52 with a threshold value, and the initial value θ0 of the relative rotation angle θ of the permanent magnet 2 is determined from how many times to how many times based on each comparison result. The initial value φ0 of the calculation angle φ corresponding to the determined angle range is determined.

出力部70は、角度演算部60により演算された演算角度φを入力し、演算角度φに対応する電圧Voを有するリニアな特性の信号を、永久磁石2が1回転する間に1周期で出力する。   The output unit 70 receives the calculation angle φ calculated by the angle calculation unit 60 and outputs a linear characteristic signal having a voltage Vo corresponding to the calculation angle φ in one cycle while the permanent magnet 2 makes one rotation. To do.

[センサチップの構造]
センサチップ5の構造について説明する。図4は、センサチップの構造を模式的に示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図である。図5(a)は、磁気抵抗素子領域E1およびホール素子領域E2の平面図であり、(b)は、ホール素子H1,H2の配置角度を示す説明図である。なお、各図では、ホール素子H1,H2の配置状態を分かり易くするため、実際の寸法よりも大きく描いてある。また、磁気抵抗素子の形状も、素子の形成方向を分かり易くするため、実際の寸法よりも大きく描いてある。
[Sensor chip structure]
The structure of the sensor chip 5 will be described. 4A and 4B are explanatory views schematically showing the structure of the sensor chip, in which FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 5A is a plan view of the magnetoresistive element region E1 and the Hall element region E2, and FIG. 5B is an explanatory diagram showing the arrangement angles of the Hall elements H1 and H2. In each drawing, the dimensions of the hall elements H1 and H2 are drawn larger than the actual dimensions for easy understanding. Also, the shape of the magnetoresistive element is drawn larger than the actual size in order to make the formation direction of the element easy to understand.

図4に示すように、センサチップ5は、シリコン基板10と、このシリコン基板10の表面に形成された絶縁膜90と、この絶縁膜90の表面に形成されたAMRセンサM1,M2(磁電変換素子)と、シリコン基板10に作り込まれたホール素子H1,H2(検出素子)とを備える。AMRセンサM1は、磁気抵抗素子R1〜R4を備えており、AMRセンサM2は、磁気抵抗素子R5〜R8を備える。ホール素子H1,H2は、絶縁膜90を介して磁気抵抗素子R1〜R8の下方に重ねて配置されている。   As shown in FIG. 4, the sensor chip 5 includes a silicon substrate 10, an insulating film 90 formed on the surface of the silicon substrate 10, and AMR sensors M1 and M2 (magnetoelectric conversion) formed on the surface of the insulating film 90. Element) and Hall elements H1 and H2 (detection elements) formed in the silicon substrate 10. The AMR sensor M1 includes magnetoresistive elements R1 to R4, and the AMR sensor M2 includes magnetoresistive elements R5 to R8. The Hall elements H1 and H2 are arranged so as to overlap below the magnetoresistive elements R1 to R8 via the insulating film 90.

図5(b)に示すように、ホール素子H1,H2は、各磁気検出部HPの磁気検出面HP1,HP2の成す角度が90°となるように配置されている。つまり、ホール素子H1,H2は、出力信号間の位相差が90°となるように配置されている。センサチップ5の相対回転中心P1から磁気抵抗素子R2の方へ水平に延ばした線を基準線L3とし、ホール素子H1の磁気検出面HP1と平行な線をL4とし、基準線L3の位置を基準角度0°とすると、ホール素子H1は、自身の磁気検出面HP1と基準線L3とが成す角度αが90°となるように配置されている。   As shown in FIG. 5B, the Hall elements H1 and H2 are arranged such that the angle formed by the magnetic detection surfaces HP1 and HP2 of each magnetic detection unit HP is 90 °. That is, the Hall elements H1 and H2 are arranged so that the phase difference between the output signals is 90 °. A line extending horizontally from the relative rotation center P1 of the sensor chip 5 toward the magnetoresistive element R2 is a reference line L3, a line parallel to the magnetic detection surface HP1 of the Hall element H1 is L4, and the position of the reference line L3 is a reference. When the angle is 0 °, the Hall element H1 is arranged such that an angle α formed by its magnetic detection surface HP1 and the reference line L3 is 90 °.

また、ホール素子H2は、自身の磁気検出面HP2と基準線L3とが平行となるように配置されている。また、ホール素子H1の磁気検出面HP1と、基準角度0°に配置された磁気抵抗素子R2の磁化容易軸とが90°の角度を成している。つまり、ホール素子H1は、相対回転角度θに対して同相のsinθ信号を出力し、ホール素子H2は、ホール素子H1に対して位相が90°異なるcosθ信号を出力する。sinθ信号およびcos信号は、永久磁石2が1回転する間に、それぞれ磁界の強度に応じて信号レベルが2周期で変化する。   In addition, the Hall element H2 is arranged so that its magnetic detection surface HP2 and the reference line L3 are parallel to each other. Further, the magnetic detection surface HP1 of the Hall element H1 and the easy axis of the magnetoresistive element R2 arranged at the reference angle of 0 ° form an angle of 90 °. That is, the Hall element H1 outputs a sin θ signal having the same phase with respect to the relative rotation angle θ, and the Hall element H2 outputs a cos θ signal whose phase is 90 ° different from that of the Hall element H1. The signal levels of the sin θ signal and the cos signal change in two periods according to the strength of the magnetic field while the permanent magnet 2 rotates once.

ここで、磁気抵抗素子R1〜R8が配置された領域を磁気抵抗素子領域E1とし、ホール素子H1,H2が配置された領域をホール素子領域E2とする。図5(a)は、図4(a)に基づいて作成したものである。磁気抵抗素子領域E1は、四角形を呈しており、その面積は、磁気抵抗素子R1〜R8を配置するために必要な最小面積に略等しい。また、ホール素子領域E2は、T字形を呈しており、その面積は、ホール素子H1,H2を配置するために必要な最小面積に略等しい。   Here, a region where the magnetoresistive elements R1 to R8 are disposed is referred to as a magnetoresistive element region E1, and a region where the Hall elements H1 and H2 are disposed is referred to as a Hall element region E2. FIG. 5A is created based on FIG. The magnetoresistive element region E1 has a quadrangular shape, and its area is substantially equal to the minimum area required for arranging the magnetoresistive elements R1 to R8. The hall element region E2 has a T-shape, and its area is substantially equal to the minimum area necessary for arranging the hall elements H1 and H2.

図示のように、ホール素子領域E2の全部が磁気抵抗素子領域E1の下方に重ねられており、ホール素子領域E2の一部も磁気抵抗素子領域E1の端部から、はみ出ていない。また、磁気抵抗素子領域E1の対角線L1,L2の交点がセンサチップ5の相対回転中心P1と一致している。   As illustrated, the entire Hall element region E2 is overlapped below the magnetoresistive element region E1, and a part of the Hall element region E2 does not protrude from the end of the magnetoresistive element region E1. Further, the intersection of the diagonal lines L1 and L2 of the magnetoresistive element region E1 coincides with the relative rotation center P1 of the sensor chip 5.

つまり、センサチップ5の相対回転中心P1は、永久磁石2の相対回転軸C1(図2(a))の延長線上に位置しており、センサチップ5の相対回転中心P1および永久磁石2の相対回転中心は同軸上に存在する。このため、永久磁石2が回転していない状態においてセンサチップ5を相対回転中心P1を中心にして相対回転させた場合でも、永久磁石2に対するセンサチップ5の相対回転角度を検出することができる。   That is, the relative rotation center P1 of the sensor chip 5 is located on the extension line of the relative rotation axis C1 (FIG. 2A) of the permanent magnet 2, and the relative rotation center P1 of the sensor chip 5 and the permanent magnet 2 are relative to each other. The center of rotation exists on the same axis. For this reason, even when the sensor chip 5 is relatively rotated around the relative rotation center P1 in a state where the permanent magnet 2 is not rotating, the relative rotation angle of the sensor chip 5 with respect to the permanent magnet 2 can be detected.

センサチップ5は、上記の構造であるため、AMRセンサおよびホール素子を半導体基板の基板面方向に配置した従来の回転センサと比較して、センサチップ5の基板面方向の大きさ(横幅)を小さくすることができる。
また、AMRセンサM1,M2およびホール素子領域H1,H2は、永久磁石2の相対回転軸C1(図2(a))に対応する方向に重ねられている。
したがって、センサチップ5を永久磁石2の相対回転中心方向に縮小することができるため、永久磁石2の回転面2cと対向する空間を有効活用することができる。
Since the sensor chip 5 has the above-described structure, the sensor chip 5 has a size (horizontal width) in the substrate surface direction as compared with the conventional rotation sensor in which the AMR sensor and the Hall element are arranged in the substrate surface direction of the semiconductor substrate. Can be small.
The AMR sensors M1 and M2 and the hall element regions H1 and H2 are overlapped in a direction corresponding to the relative rotation axis C1 of the permanent magnet 2 (FIG. 2A).
Therefore, since the sensor chip 5 can be reduced in the direction of the relative rotation center of the permanent magnet 2, the space facing the rotation surface 2c of the permanent magnet 2 can be used effectively.

(AMRセンサの構造)
次に、AMRセンサM1,M2の構造について説明する。図6は、AMRセンサM1の構造を模式的に示す平面図である。図7は、AMRセンサM2の構造を模式的に示す平面図である。図8は、AMRセンサM1の等価回路であり、図9は、AMRセンサM2の等価回路である。図10は、AMRセンサM1,M2およびホール素子H1,H2の各出力信号を示す説明図である。
(Structure of AMR sensor)
Next, the structure of the AMR sensors M1 and M2 will be described. FIG. 6 is a plan view schematically showing the structure of the AMR sensor M1. FIG. 7 is a plan view schematically showing the structure of the AMR sensor M2. FIG. 8 is an equivalent circuit of the AMR sensor M1, and FIG. 9 is an equivalent circuit of the AMR sensor M2. FIG. 10 is an explanatory diagram showing output signals of the AMR sensors M1, M2 and the Hall elements H1, H2.

磁気抵抗素子R1〜R8は、帯状領域を複数回折り返した形状、つまり、メアンダ状(蛇行状)に形成されている。磁気抵抗素子R1〜R8は、主としてシリコン基板10の表面に平行な磁界の強度および向きにより抵抗値が変化し、抵抗値に応じたレベルの信号を出力する。つまり、磁気抵抗素子R1〜R8は、異方性磁気抵抗効果を発生する素子である。
この実施形態では、磁気抵抗素子R1〜R8は、強磁性体の金属薄膜により形成されている。強磁性体としては、NiFe(パーマロイ)やNiCoなどを用いることができる。また、強磁性体の金属薄膜は、スパッタ法や蒸着法により成膜することができる。
The magnetoresistive elements R <b> 1 to R <b> 8 are formed in a shape obtained by folding a plurality of band-shaped regions, that is, in a meander shape (meandering shape). The resistance values of the magnetoresistive elements R1 to R8 change mainly depending on the intensity and direction of the magnetic field parallel to the surface of the silicon substrate 10, and output a signal having a level corresponding to the resistance value. That is, the magnetoresistive elements R1 to R8 are elements that generate an anisotropic magnetoresistive effect.
In this embodiment, the magnetoresistive elements R1 to R8 are formed of a ferromagnetic metal thin film. As the ferromagnetic material, NiFe (permalloy), NiCo, or the like can be used. The ferromagnetic metal thin film can be formed by sputtering or vapor deposition.

図6に示すように、AMRセンサM1は、4つの磁気抵抗素子R1〜R4を備える。磁気抵抗素子R1〜R4は、相互に隣接する磁気抵抗素子において帯状素子の延設方向の成す角度が90°になるように配置されている。換言すると、磁気抵抗素子R1〜R4は、隣り合う磁気抵抗素子の電流の方向(磁化容易軸)が90°の角度を成すように配置されている。つまり、磁気抵抗素子R1,R4およびR2,R3の各組は、各組において出力信号間の位相が90°異なるように配置されている。   As shown in FIG. 6, the AMR sensor M1 includes four magnetoresistive elements R1 to R4. The magnetoresistive elements R <b> 1 to R <b> 4 are arranged so that the angle formed by the extending direction of the strip-shaped elements in the adjacent magnetoresistive elements is 90 °. In other words, the magnetoresistive elements R <b> 1 to R <b> 4 are arranged so that the current direction (magnetization easy axis) of the adjacent magnetoresistive elements forms an angle of 90 °. That is, each set of the magnetoresistive elements R1, R4 and R2, R3 is arranged such that the phase between the output signals is 90 ° different in each set.

図8に示すように、磁気抵抗素子R1およびR4は電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Vout1を取出すための出力端子31が電気的に接続されている。磁気抵抗素子R2およびR3も電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Vout2を取出すための出力端子32が電気的に接続されている。   As shown in FIG. 8, the magnetoresistive elements R1 and R4 are electrically connected in series to form a half bridge circuit. An output terminal 31 for taking out the midpoint output Vout1 is electrically connected to the midpoint of the half bridge circuit. The magnetoresistive elements R2 and R3 are also electrically connected in series to form a half bridge circuit. An output terminal 32 for taking out the midpoint output Vout2 is electrically connected to the midpoint of the half bridge circuit.

そして、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、cos2θ信号を出力するフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路には、電源Vccを供給するための電源供給端子30と、グランドG1と電気的に接続するための端子33とが電気的に接続されている。このフルブリッジ回路において相対向する磁気抵抗素子R1およびR2は、(R0−ΔRcos2θ)信号を出力し、磁気抵抗素子R3およびR4は、(R0+ΔRcos2θ)信号を出力する。ここで、R0は、無磁界中における磁気抵抗素子の抵抗値であり、ΔRは、抵抗値変化量である。   Both half bridge circuits are connected in parallel to form a full bridge circuit that outputs a cos 2θ signal. The full bridge circuit is electrically connected to a power supply terminal 30 for supplying power Vcc and a terminal 33 for electrically connecting to the ground G1. The magnetoresistive elements R1 and R2 facing each other in the full bridge circuit output (R0−ΔRcos2θ) signals, and the magnetoresistive elements R3 and R4 output (R0 + ΔRcos2θ) signals. Here, R0 is a resistance value of the magnetoresistive element in the absence of a magnetic field, and ΔR is a resistance value change amount.

各中点出力Vout1,Vout2は、それぞれVcc/2を中心に振動するため、環境温度の変化などに起因する出力波形のオフセットを抑制することができる。
また、出力端子31,32は、差動増幅回路(図12において符号51aで示す)に接続され、中点出力Vout1,Vout2が差動増幅される。このため、AMRセンサM1を1つのハーフブリッジ回路によって構成する場合と比較して、AMRセンサM1の出力振幅を2倍にすることができるため、磁気の検出感度を高めることができる。
Since each of the midpoint outputs Vout1 and Vout2 vibrates around Vcc / 2, it is possible to suppress an offset of the output waveform caused by a change in environmental temperature or the like.
The output terminals 31 and 32 are connected to a differential amplifier circuit (indicated by reference numeral 51a in FIG. 12), and the midpoint outputs Vout1 and Vout2 are differentially amplified. Therefore, the output amplitude of the AMR sensor M1 can be doubled compared to the case where the AMR sensor M1 is configured by one half bridge circuit, so that the magnetic detection sensitivity can be increased.

図7に示すように、AMRセンサM2は、4つの磁気抵抗素子R5〜R8を備える。磁気抵抗素子R5〜R8は、相互に隣接する磁気抵抗素子において帯状素子の延設方向の成す角度が90°になるように配置されている。換言すると、磁気抵抗素子R5〜R8は、隣り合う磁気抵抗素子の電流の方向(磁化容易軸)が90°の角度を成すように配置されている。つまり、磁気抵抗素子R5,R7およびR8,R6の各組は、各組において出力信号間の位相が90°異なるように配置されている。   As shown in FIG. 7, the AMR sensor M2 includes four magnetoresistive elements R5 to R8. The magnetoresistive elements R5 to R8 are arranged so that the angle formed by the extending direction of the strip-shaped elements in the adjacent magnetoresistive elements is 90 °. In other words, the magnetoresistive elements R5 to R8 are arranged so that the current direction (magnetization easy axis) of the adjacent magnetoresistive elements forms an angle of 90 °. That is, each set of magnetoresistive elements R5, R7 and R8, R6 is arranged such that the phase between the output signals is 90 ° different in each set.

図9に示すように、磁気抵抗素子R5およびR7は電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Vout3を取出すための出力端子37が電気的に接続されている。磁気抵抗素子R8およびR6も電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Vout4を取出すための出力端子38が電気的に接続されている。   As shown in FIG. 9, the magnetoresistive elements R5 and R7 are electrically connected in series to form a half bridge circuit. An output terminal 37 for taking out the midpoint output Vout3 is electrically connected to the midpoint of the half bridge circuit. The magnetoresistive elements R8 and R6 are also electrically connected in series to form a half bridge circuit. An output terminal 38 for taking out the midpoint output Vout4 is electrically connected to the midpoint of the half bridge circuit.

そして、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、sin2θ信号を出力するフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路には、電源Vccを供給するための電源供給端子36と、グランドG2と電気的に接続するための端子39とが電気的に接続されている。このフルブリッジ回路において相対向する磁気抵抗素子R5およびR6は、(R0+ΔRsin2θ)信号を出力し、磁気抵抗素子R7およびR8は、(R0−ΔRsin2θ)信号を出力する。   Both half-bridge circuits are connected in parallel to form a full-bridge circuit that outputs a sin 2θ signal. The full bridge circuit is electrically connected to a power supply terminal 36 for supplying power Vcc and a terminal 39 for electrically connecting to the ground G2. In the full bridge circuit, the magnetoresistive elements R5 and R6 facing each other output (R0 + ΔRsin2θ) signal, and the magnetoresistive elements R7 and R8 output (R0−ΔRsin2θ) signal.

各中点出力Vout3,Vout4は、それぞれVcc/2を中心に振動するため、環境温度の変化などに起因する出力波形のオフセットを抑制することができる。
また、出力端子37,38は、差動増幅回路(図12において符号51bで示す)に接続され、中点出力Vout3,Vout4が差動増幅される。このため、AMRセンサM2を1つのハーフブリッジ回路によって構成する場合と比較して、AMRセンサM2の出力振幅を2倍にすることができるため、磁気の検出感度を高めることができる。
Since each of the midpoint outputs Vout3 and Vout4 vibrates around Vcc / 2, it is possible to suppress an offset of the output waveform caused by a change in environmental temperature or the like.
The output terminals 37 and 38 are connected to a differential amplifier circuit (indicated by reference numeral 51b in FIG. 12), and the midpoint outputs Vout3 and Vout4 are differentially amplified. For this reason, the output amplitude of the AMR sensor M2 can be doubled as compared with the case where the AMR sensor M2 is configured by one half bridge circuit, so that the magnetic detection sensitivity can be increased.

図4(a)に示すように、AMRセンサM1,M2の各磁気抵抗素子は同心円状に交互に配置されており、隣り合うAMRセンサM1の磁気抵抗素子R1〜R4と、AMRセンサM2の磁気抵抗素子R5〜R8とが、電流の方向(磁化容易軸)が45°の角度を成すように配置されている。異方性磁気抵抗素子の電気抵抗の変化量ΔRは、自身の金属薄膜に流れる電流の方向(磁化容易軸)と、磁界の方向との成す角度が90°および270°のときに最大になり、0°および180°のときに最小になる。   As shown in FIG. 4A, the magnetoresistive elements of the AMR sensors M1 and M2 are alternately arranged concentrically, and the magnetoresistive elements R1 to R4 of the adjacent AMR sensor M1 and the magnetoresistive elements of the AMR sensor M2. The resistance elements R5 to R8 are arranged so that the direction of current (magnetization easy axis) forms an angle of 45 °. The amount of change ΔR in the electrical resistance of the anisotropic magnetoresistive element is maximized when the angle between the direction of the current flowing in its own metal thin film (magnetization easy axis) and the direction of the magnetic field is 90 ° and 270 °. , 0 ° and 180 °.

したがって、図10に示すように、AMRセンサM1は、1波長が電気角180°のsin信号を出力し、AMRセンサM2は、AMRセンサM1との位相差が45°で、1波長が電気角180°のcos信号を出力する。   Therefore, as shown in FIG. 10, the AMR sensor M1 outputs a sin signal whose one wavelength has an electrical angle of 180 °, and the AMR sensor M2 has a phase difference of 45 ° with respect to the AMR sensor M1 and one wavelength has an electrical angle. A 180 ° cos signal is output.

図4(b)に示すように、AMRセンサM1,M2を構成する磁気抵抗素子R1〜R8は、絶縁膜90を解してシリコン基板10の表層部に配置されている。AMRセンサM1,M2は、磁気抵抗素子領域E1、つまり、シリコン基板10に対して平行な磁界B1の磁束密度の変化を主として検出する。ホール素子H1,H2は、シリコン基板10に作り込まれており、絶縁膜90を解して磁気抵抗素子R1〜R8の下方に重ねて配置されている。この実施形態では、ホール素子H1,H2は、それぞれCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)構造の縦型ホール素子である。また、絶縁膜90はシリコン酸化膜である。   As shown in FIG. 4B, the magnetoresistive elements R1 to R8 constituting the AMR sensors M1 and M2 are arranged on the surface layer portion of the silicon substrate 10 through the insulating film 90. The AMR sensors M1 and M2 mainly detect a change in magnetic flux density of the magnetic field B1 parallel to the magnetoresistive element region E1, that is, the silicon substrate 10. The Hall elements H1 and H2 are built in the silicon substrate 10, and are disposed below the magnetoresistive elements R1 to R8 through the insulating film 90. In this embodiment, each of the Hall elements H1 and H2 is a vertical Hall element having a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) structure. The insulating film 90 is a silicon oxide film.

ホール素子H1,H2は、出力信号間の位相差が90°となるように配置されている。このため、図9に示すように、永久磁石2が360°回転すると、ホール素子H1は、1波長が電気角360°のsin信号を出力し、ホール素子H2は、1波長が電気角360°のcos信号を出力する。なお、永久磁石2が2回転以上する場合は、360°および0°は連続しているものとして扱う。   The Hall elements H1 and H2 are arranged so that the phase difference between the output signals is 90 °. For this reason, as shown in FIG. 9, when the permanent magnet 2 rotates 360 °, the Hall element H1 outputs a sin signal having an electrical angle of 360 °, and the Hall element H2 has an electrical angle of 360 °. The cos signal is output. In addition, when the permanent magnet 2 carries out 2 rotations or more, it treats that 360 degrees and 0 degrees are continuous.

(ホール素子の構造)
次に、ホール素子H1,H2の構造について説明する。なお、ホール素子H1,H2は同一の構造であるため、ここでは、ホール素子H2を例に挙げて説明する。図11は、ホール素子H2の説明図であり、(a)はホール素子H2およびその周辺の一部を示す平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図、(c)は(a)のB−B矢視断面図である。
(Hall element structure)
Next, the structure of the Hall elements H1 and H2 will be described. Since the Hall elements H1 and H2 have the same structure, the Hall element H2 will be described as an example here. 11A and 11B are explanatory diagrams of the Hall element H2, in which FIG. 11A is a plan view showing the Hall element H2 and a part of the periphery thereof, FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. [FIG. 2] is a sectional view taken along line BB in FIG.

ホール素子H2は、高耐圧CMOSトランジスタ(HVCMOS)構造を有する。ホール素子H2は、P型(第1導電型)のシリコン基板(P−sub)10と、このシリコン基板10の表層部から深さ方向に形成されたN型(第2導電型)の半導体領域(Nwell)91と、この半導体領域91の全周を囲むP型(第1導電型)の拡散層(Pwell)92と、シリコン基板10の表層部から深さ方向に形成され、半導体領域91の表層部から所定深さまでの領域を3つの半導体領域91a,91b,91cに分割するP型(第1導電型)の拡散層(Pwell)93,99と、半導体領域91a,91b,91cの各表層部に形成されたコンタクト領域(N+拡散層(不純物拡散領域))94〜98とを備える。   The Hall element H2 has a high breakdown voltage CMOS transistor (HVCMOS) structure. The Hall element H2 includes a P-type (first conductivity type) silicon substrate (P-sub) 10 and an N-type (second conductivity type) semiconductor region formed in the depth direction from the surface layer portion of the silicon substrate 10. (Nwell) 91, a P-type (first conductivity type) diffusion layer (Pwell) 92 that surrounds the entire circumference of the semiconductor region 91, and a depth direction from the surface layer portion of the silicon substrate 10. P-type (first conductivity type) diffusion layers (Pwell) 93, 99 that divide a region from the surface layer portion to a predetermined depth into three semiconductor regions 91a, 91b, 91c, and respective surface layers of the semiconductor regions 91a, 91b, 91c Contact regions (N + diffusion layers (impurity diffusion regions)) 94 to 98 formed in the portion.

コンタクト領域94〜98には、配線を介して端子S,V1,V2,G3,G4が電気的に接続されている。端子S,G3,G4は、駆動電流を供給するための端子であり、端子V1,V2は、ホール電圧信号を取出すための端子である。つまり、コンタクト領域97,98が電流供給対であり、コンタクト領域95,96が電圧出力対である。したがって、図4(a)に示したホール素子H1,H2は、電流供給対を結ぶ線が直交するように配置されていることになる。また、電圧出力対を結ぶ線が直交するように配置されていることになる。   Terminals S, V1, V2, G3, and G4 are electrically connected to the contact regions 94 to 98 through wiring. Terminals S, G3, and G4 are terminals for supplying a driving current, and terminals V1 and V2 are terminals for taking out a Hall voltage signal. That is, the contact regions 97 and 98 are current supply pairs, and the contact regions 95 and 96 are voltage output pairs. Therefore, the Hall elements H1 and H2 shown in FIG. 4A are arranged so that the lines connecting the current supply pairs are orthogonal to each other. Further, the lines connecting the voltage output pairs are arranged so as to be orthogonal to each other.

図11(c)に示すように、コンタクト領域95,96によって挟まれる領域が、磁気検出部(ホールプレート)HPとなる。また、その磁気検出部HPのうち、コンタクト領域95,96を結ぶラインと平行な両面がそれぞれ磁気検出面HP2となる。つまり、ホール素子H2は、その磁気検出面HP2から磁気検出部HPに印加される磁界に対応するホール電圧信号を端子V1,V2から出力する。
図11(b)に示すように、端子Sから端子G3へ、さらに、端子Sから端子G4へそれぞれ一定の駆動電流iを流すと、その駆動電流iは、コンタクト領域94から磁気検出部HP、そして拡散層93,98の下方の半導体領域91を通じてコンタクト領域97,98へとそれぞれ流れる。
As shown in FIG. 11C, a region sandwiched between the contact regions 95 and 96 is a magnetic detection unit (hole plate) HP. Further, in the magnetic detection part HP, both surfaces parallel to the line connecting the contact regions 95 and 96 become the magnetic detection surface HP2, respectively. That is, the Hall element H2 outputs the Hall voltage signal corresponding to the magnetic field applied from the magnetic detection surface HP2 to the magnetic detection unit HP from the terminals V1 and V2.
As shown in FIG. 11B, when a constant drive current i is supplied from the terminal S to the terminal G3 and from the terminal S to the terminal G4, the drive current i is supplied from the contact region 94 to the magnetic detection unit HP, Then, it flows to the contact regions 97 and 98 through the semiconductor region 91 below the diffusion layers 93 and 98, respectively.

つまり、磁気検出部HPには、基板表面(センサチップ表面)に垂直な成分を含む駆動電流が流れる。このため、その駆動電流を流した状態において、基板表面(センサチップ表面)に平行な成分を含む磁界(たとえば、図11(c)において矢印B1で示す磁界)が磁気検出部HPに印加されると、ホール効果によって端子V1,V2間にその磁界に対応するホール電圧VHが発生する。ホール電圧VHは、磁気検出面HP2と磁界の方向とが成す角度、つまり、磁気検出面HP2に対する磁界の入射角度に応じて変化する。   That is, a drive current including a component perpendicular to the substrate surface (sensor chip surface) flows through the magnetic detection unit HP. For this reason, a magnetic field (for example, a magnetic field indicated by an arrow B1 in FIG. 11C) including a component parallel to the substrate surface (sensor chip surface) is applied to the magnetic detection unit HP in a state where the drive current flows. The Hall voltage VH corresponding to the magnetic field is generated between the terminals V1 and V2 by the Hall effect. The Hall voltage VH changes according to the angle formed by the magnetic detection surface HP2 and the direction of the magnetic field, that is, the incident angle of the magnetic field with respect to the magnetic detection surface HP2.

図2(a),図3に示したように、ホール素子H1,H2は、各磁気検出面HP1,HP2がシリコン基板10の表面に対して垂直となるように配置されているため、永久磁石2から発生し、シリコン基板10の表面に平行な磁界B1が各磁気検出面HP1,HP2を垂直に貫通する。図示の状態では、磁界B1は、ホール素子H2の磁気検出面HP2に垂直に貫通しているが、永久磁石2が図示の位置から90°回転すると、磁界B1は、ホール素子H1の磁気検出面HP1に垂直に貫通する。つまり、ホール素子H1,H2は、シリコン基板10の表面に平行な磁界B1の磁束密度の変化を主として検出する。   As shown in FIGS. 2A and 3, the Hall elements H <b> 1 and H <b> 2 are arranged so that the magnetic detection surfaces HP <b> 1 and HP <b> 2 are perpendicular to the surface of the silicon substrate 10. 2 and a magnetic field B1 parallel to the surface of the silicon substrate 10 penetrates the magnetic detection surfaces HP1 and HP2 vertically. In the illustrated state, the magnetic field B1 penetrates perpendicularly to the magnetic detection surface HP2 of the Hall element H2, but when the permanent magnet 2 rotates 90 ° from the illustrated position, the magnetic field B1 changes to the magnetic detection surface of the Hall element H1. It penetrates perpendicularly to HP1. That is, the Hall elements H1 and H2 mainly detect changes in the magnetic flux density of the magnetic field B1 parallel to the surface of the silicon substrate 10.

N型の半導体領域91は、低耐圧CMOSトランジスタ構造におけるN型の半導体領域よりも深く形成されており、それに伴い、P型の拡散層92,93,98も、低耐圧CMOSトランジスタ構造におけるP型の拡散層よりも深く形成されている。この実施形態では、P型の拡散層92,93,98は、それぞれN型の半導体領域91の略半分の深さに形成されている。   The N-type semiconductor region 91 is formed deeper than the N-type semiconductor region in the low breakdown voltage CMOS transistor structure, and accordingly, the P-type diffusion layers 92, 93, 98 are also P-type in the low breakdown voltage CMOS transistor structure. It is formed deeper than the diffusion layer. In this embodiment, the P-type diffusion layers 92, 93 and 98 are each formed to a depth approximately half that of the N-type semiconductor region 91.

このようにホール素子H1は、N型の半導体領域91を深く形成しているため、キャリア移動度が高くなり、ホール効果を大きくすることができるため、ホール電圧VHを高くすることができるので、磁界に対する検出感度を高めることができる。
また、ホール素子H1は、CMOS工程で製造するため、バイポーラ工程で製造する縦型ホール素子よりもコスト的に有利である。
Thus, since the Hall element H1 has the N-type semiconductor region 91 formed deeply, the carrier mobility is increased and the Hall effect can be increased, so that the Hall voltage VH can be increased. The detection sensitivity with respect to the magnetic field can be increased.
In addition, since the Hall element H1 is manufactured by a CMOS process, it is more cost-effective than a vertical Hall element manufactured by a bipolar process.

[電気的構成]
次に、回転センサ1の主な電気的構成について説明する。図12は、回転センサ1の主な電気的構成をブロックで示す説明図であり、図1に対応する図である。図13は、図12に示す各ブロック間の信号の流れを示す説明図である。図14は、図12に示す初期値テーブル54bの構成を示す説明図である。図15は、ホール素子などの出力波形を示す説明図であり、(a)はホール素子H1の出力波形、(b)は比較回路53aの出力波形、(c)はホール素子H2の出力波形、(d)は比較回路53bの出力波形、(e)は出力部70の出力波形である。
[Electrical configuration]
Next, the main electrical configuration of the rotation sensor 1 will be described. FIG. 12 is an explanatory diagram showing the main electrical configuration of the rotation sensor 1 in blocks, and corresponds to FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing a signal flow between the blocks shown in FIG. FIG. 14 is an explanatory diagram showing the configuration of the initial value table 54b shown in FIG. FIGS. 15A and 15B are explanatory diagrams showing output waveforms of the Hall element, where FIG. 15A shows the output waveform of the Hall element H1, FIG. 15B shows the output waveform of the comparison circuit 53a, and FIG. 15C shows the output waveform of the Hall element H2. (D) is an output waveform of the comparison circuit 53b, and (e) is an output waveform of the output unit.

(増幅部52および初期値決定部53)
増幅部52は、増幅回路52aおよび52bを備える。増幅回路52aは、ホール素子H1から出力される検出信号sinθを増幅し、増幅回路52bは、ホール素子H2から出力される検出信号cosθを増幅する。初期値決定部53は、比較回路53aおよび53bと、初期値読出し部53cと、初期値テーブル53dとを備える。
比較回路53aは、増幅回路52aから出力される検出信号(図15(a))の信号レベルVH1と閾値(0V)とを比較し、その比較結果に対応するパルス信号(図15(b))を出力する。比較回路53bは、増幅回路52bから出力される検出信号(図15(c))の信号レベルVH2と閾値(0V)とを比較し、その比較結果に対応するパルス信号(図15(d))を出力する。
(Amplifier 52 and initial value determiner 53)
The amplification unit 52 includes amplification circuits 52a and 52b. The amplifier circuit 52a amplifies the detection signal sin θ output from the Hall element H1, and the amplifier circuit 52b amplifies the detection signal cos θ output from the Hall element H2. The initial value determining unit 53 includes comparison circuits 53a and 53b, an initial value reading unit 53c, and an initial value table 53d.
The comparison circuit 53a compares the signal level VH1 of the detection signal (FIG. 15 (a)) output from the amplification circuit 52a with a threshold value (0V), and a pulse signal (FIG. 15 (b)) corresponding to the comparison result. Is output. The comparison circuit 53b compares the signal level VH2 of the detection signal (FIG. 15C) output from the amplification circuit 52b with a threshold value (0V), and a pulse signal corresponding to the comparison result (FIG. 15D). Is output.

初期値決定部53は、ホール素子H1,H2から出力された各検出信号の各信号レベルVH1,VH2と、閾値(0V)との各比較結果、つまり、比較回路53aおよび53bの出力を用い、相対回転角度θの初期値θ0が含まれる角度範囲を判定する。そして、その判定した角度範囲の中で発生し得る相対回転角度θの初期値θ0と演算角度φの初期値φ0との差の絶対値が90°未満(|θ0−φ0|<90°)となるような演算角度φの初期値φ0を、初期値テーブル53dを用いて決定する。   The initial value determination unit 53 uses the comparison results between the signal levels VH1 and VH2 of the detection signals output from the Hall elements H1 and H2 and the threshold value (0 V), that is, the outputs of the comparison circuits 53a and 53b. An angle range including the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is determined. The absolute value of the difference between the initial value θ0 of the relative rotation angle θ and the initial value φ0 of the calculation angle φ that can occur within the determined angle range is less than 90 ° (| θ0−φ0 | <90 °). The initial value φ0 of the calculation angle φ is determined using the initial value table 53d.

図15(b)に示すように、比較回路53aからは、入力角度θが0〜180°の間はハイレベル(H)を維持し、入力角度θが180〜360°の間はローレベル(L)を維持するパルス信号が出力される。また、図15(d)に示すように、比較回路53bからは、入力角度θが90〜270°の間はハイレベル(H)を維持し、入力角度θが270〜90°の間はローレベル(L)を維持するパルス信号が出力される。   As shown in FIG. 15B, the comparison circuit 53a maintains a high level (H) when the input angle θ is 0 to 180 °, and a low level (when the input angle θ is 180 to 360 °). A pulse signal maintaining L) is output. Further, as shown in FIG. 15D, the comparison circuit 53b maintains a high level (H) when the input angle θ is 90 to 270 ° and is low when the input angle θ is 270 to 90 °. A pulse signal that maintains the level (L) is output.

したがって、永久磁石2が回転していない初期状態において、比較回路53aから出力されたパルス信号の信号レベルがHであり、比較回路53bから出力されたパルス信号の信号レベルがLであった場合は、永久磁石2の相対回転角度θの初期値θ0は、第1象限(0°≦θ<90°)に存在すると判定することができる。また、比較回路53aから出力されたパルス信号の信号レベルがHであり、比較回路53bから出力されたパルス信号の信号レベルもHであった場合は、永久磁石2の相対回転角度θの初期値θ0は、第2象限(90°≦θ<180°)に存在すると判定することができる。   Accordingly, when the signal level of the pulse signal output from the comparison circuit 53a is H and the signal level of the pulse signal output from the comparison circuit 53b is L in the initial state where the permanent magnet 2 is not rotating. The initial value θ0 of the relative rotation angle θ of the permanent magnet 2 can be determined to exist in the first quadrant (0 ° ≦ θ <90 °). When the signal level of the pulse signal output from the comparison circuit 53a is H and the signal level of the pulse signal output from the comparison circuit 53b is also H, the initial value of the relative rotation angle θ of the permanent magnet 2 is set. It can be determined that θ0 exists in the second quadrant (90 ° ≦ θ <180 °).

また、比較回路53aから出力されたパルス信号の信号レベルがLであり、比較回路53bから出力されたパルス信号の信号レベルがHであった場合は、永久磁石2の相対回転角度θの初期値θ0は、第3象限(180°≦θ<270°)に存在すると判定することができる。さらに、比較回路53aから出力されたパルス信号の信号レベルがLであり、比較回路53bから出力されたパルス信号の信号レベルもLであった場合は、永久磁石2の相対回転角度θの初期値θ0は、第4象限(270°≦θ<360°)に存在すると判定することができる。
つまり、比較回路53aおよび53bから出力される各パルス信号の信号レベルの組合せを用いることにより、永久磁石2の相対回転角度θの初期値θ0が存在する象限(角度範囲)を判定することができる。
When the signal level of the pulse signal output from the comparison circuit 53a is L and the signal level of the pulse signal output from the comparison circuit 53b is H, the initial value of the relative rotation angle θ of the permanent magnet 2 is set. It can be determined that θ0 exists in the third quadrant (180 ° ≦ θ <270 °). Further, when the signal level of the pulse signal output from the comparison circuit 53a is L and the signal level of the pulse signal output from the comparison circuit 53b is also L, the initial value of the relative rotation angle θ of the permanent magnet 2 is set. It can be determined that θ0 exists in the fourth quadrant (270 ° ≦ θ <360 °).
That is, a quadrant (angle range) where the initial value θ0 of the relative rotation angle θ of the permanent magnet 2 exists can be determined by using a combination of signal levels of the pulse signals output from the comparison circuits 53a and 53b. .

この実施形態では、初期値θ0が含まれる角度範囲は、相対回転角度θの0〜360°をホール素子H1,H2の出力信号間の位相差90°で除した値4で除することにより、4個の角度範囲が設定されている。つまり、図14に示すように、第1象限(0°≦θ0<90°)と、第2象限(90°≦θ0<180°)と、第3象限(180°≦θ0<270°)および第4象限(270°≦θ0<360°)から成る4つの象限が角度範囲として設定されている。   In this embodiment, the angle range including the initial value θ0 is divided by a value 4 obtained by dividing 0 to 360 ° of the relative rotation angle θ by the phase difference 90 ° between the output signals of the Hall elements H1 and H2. Four angle ranges are set. That is, as shown in FIG. 14, the first quadrant (0 ° ≦ θ0 <90 °), the second quadrant (90 ° ≦ θ0 <180 °), the third quadrant (180 ° ≦ θ0 <270 °), and Four quadrants composed of the fourth quadrant (270 ° ≦ θ0 <360 °) are set as the angle range.

また、図14に示すように、初期値テーブル53dは、比較回路53aから出力されるパルス信号の信号レベルVH1(HまたはL)と、比較回路53bから出力されるパルス信号の信号レベルVH2(HまたはL)と、演算角度φの初期値φ0とを対応付けて構成されている。この実施形態では、信号レベルVH1,VH2の組合せH,Lと初期値45°が、信号レベルVH1,VH2の組合せH,Hと初期値135°が、信号レベルVH1,VH2の組合せL,Hと初期値225°が、信号レベルVH1,VH2の組合せL,Lと初期値315°がそれぞれ対応付けられており、信号レベルVH1,VH2の組合せが各象限において総て異なるように構成されている。   As shown in FIG. 14, the initial value table 53d includes the signal level VH1 (H or L) of the pulse signal output from the comparison circuit 53a and the signal level VH2 (H of the pulse signal output from the comparison circuit 53b. Or L) and the initial value φ0 of the calculation angle φ are associated with each other. In this embodiment, the combinations H and L of the signal levels VH1 and VH2 and the initial value 45 ° are the combinations H and H of the signal levels VH1 and VH2 and the initial value 135 ° are the combinations L and H of the signal levels VH1 and VH2. The initial value 225 ° is associated with the combinations L and L of the signal levels VH1 and VH2 and the initial value 315 °, respectively, and the combinations of the signal levels VH1 and VH2 are all different in each quadrant.

各初期値は、デジタル角度であり、後述する角度演算部60を構成するアップダウンカウンタ64によるカウント値であり、そのカウント値が初期値として初期値テーブル53dに格納されている。初期値テーブル53dは、ROMやフラッシュROMなどの格納媒体に格納しておくことができる。   Each initial value is a digital angle, which is a count value by an up / down counter 64 constituting an angle calculation unit 60 described later, and the count value is stored in the initial value table 53d as an initial value. The initial value table 53d can be stored in a storage medium such as a ROM or a flash ROM.

初期値読出し部53c(図12)は、初期値テーブル53dを参照し、比較回路53aおよび53bから出力される各パルス信号の信号レベルVH1,VH2の組合せに対応付けられている初期値φ0を読出す。たとえば、初期値読出し部53cは、比較回路53aおよび53bから出力される各パルス信号の信号レベルVH1,VH2の組合せがH,Lであった場合は、初期値テーブル53dから初期値φ0として45°を読出す。   The initial value reading unit 53c (FIG. 12) reads the initial value φ0 associated with the combination of the signal levels VH1 and VH2 of each pulse signal output from the comparison circuits 53a and 53b with reference to the initial value table 53d. put out. For example, when the combination of the signal levels VH1 and VH2 of the pulse signals output from the comparison circuits 53a and 53b is H and L, the initial value reading unit 53c sets 45 ° as the initial value φ0 from the initial value table 53d. Read out.

(増幅部51および角度演算部60)
増幅部51は、差動増幅回路51aおよび51bを備える。差動増幅回路51aは、AMRセンサM1の出力信号sin2θを差動増幅し、差動増幅回路51bは、AMRセンサM2の出力信号cos2θを差動増幅する。角度演算部60は、トラッキングループ型デジタル角度変換回路であり、信号作成部61と、偏差算出部62と、正負判定部63と、アップダウンカウンタ(U/Dカウンタ)64とを備える。
(Amplifier 51 and angle calculator 60)
The amplifier 51 includes differential amplifier circuits 51a and 51b. The differential amplifier circuit 51a differentially amplifies the output signal sin2θ of the AMR sensor M1, and the differential amplifier circuit 51b differentially amplifies the output signal cos2θ of the AMR sensor M2. The angle calculation unit 60 is a tracking loop type digital angle conversion circuit, and includes a signal creation unit 61, a deviation calculation unit 62, a positive / negative determination unit 63, and an up / down counter (U / D counter) 64.

角度演算部60は、AMRセンサM1,M2から出力される信号を用い、永久磁石2に対する相対回転角度θと演算により求めた演算角度φとの偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行って相対回転角度θを演算する。また、角度演算部60は、相対回転角度θの演算を開始するときの演算角度φの初期値φ0として初期値決定部53により決定された初期値φ0を用いる。   The angle calculator 60 uses the signals output from the AMR sensors M1 and M2 to perform feedback control so that the deviation between the relative rotation angle θ with respect to the permanent magnet 2 and the calculated angle φ obtained by the calculation converges to a predetermined value. To calculate the relative rotation angle θ. Further, the angle calculation unit 60 uses the initial value φ0 determined by the initial value determination unit 53 as the initial value φ0 of the calculation angle φ when the calculation of the relative rotation angle θ is started.

信号作成部61は、差動増幅回路51aから出力される信号Asin(2θ+α)と、差動増幅回路51bから出力される信号Acos(2θ−α)とを用い、信号2Asin(2θ−2φ)を作成する。ここで、Aは振幅であり、αは位相差である。この実施形態では、振幅A=1とし、位相差α=45°とする。偏差算出部62は、信号作成部61から出力される信号2Asin(2θ−2φ)を用いて偏差(2θ−2φ)を算出する。正負判定部63は、偏差算出部により算出された偏差(2θ−2φ)が正の値であるか負の値であるかを判定する。アップダウンカウンタ64は、正負判定部63の判定結果に応じてカウント値を加算(カウントアップ)または減算(カウントダウン)する。   The signal generator 61 uses the signal Asin (2θ + α) output from the differential amplifier circuit 51a and the signal Acos (2θ−α) output from the differential amplifier circuit 51b, and uses the signal 2Asin (2θ−2φ). create. Here, A is the amplitude and α is the phase difference. In this embodiment, the amplitude A = 1 and the phase difference α = 45 °. The deviation calculating unit 62 calculates the deviation (2θ-2φ) using the signal 2Asin (2θ-2φ) output from the signal creating unit 61. The positive / negative determining unit 63 determines whether the deviation (2θ−2φ) calculated by the deviation calculating unit is a positive value or a negative value. The up / down counter 64 adds (counts up) or subtracts (counts down) the count value according to the determination result of the positive / negative determination unit 63.

(信号作成部61が実行する処理内容)
信号作成部61が実行する処理内容について図13を参照して説明する。図13において符号61a〜61kで示す各ブロックは、信号作成部61が実行する処理の内容、または、その処理によって発生する信号、あるいは、データを示す。
(Processing content executed by the signal generator 61)
The processing contents executed by the signal creation unit 61 will be described with reference to FIG. Each block denoted by reference numerals 61a to 61k in FIG. 13 indicates the contents of processing executed by the signal generating unit 61, or signals or data generated by the processing.

信号作成部61は、信号Asin(2θ+α)と信号Acos(2θ−α)とを加算して信号2Asin2θcosαを作成する(61c)。この加算は、公知の加算回路を用いて行うことができる。また、信号作成部61は、信号Asin(2θ+α)から信号Acos(2θ−α)を減算して信号2Acos2θsinαを作成する(61d)。この減算は、公知の減算回路を用いて行うことができる。   The signal creation unit 61 adds the signal Asin (2θ + α) and the signal Acos (2θ−α) to create the signal 2Asin2θcosα (61c). This addition can be performed using a known addition circuit. Further, the signal creation unit 61 creates the signal 2Acos2θsinα by subtracting the signal Acos (2θ−α) from the signal Asin (2θ + α) (61d). This subtraction can be performed using a known subtraction circuit.

続いて、信号作成部61は、信号Asin2θcosαに信号cos2φおよび(1/cosα)を乗算し、信号2Asin2θcos2φを作成する(61c,61i,61g)。また、信号作成部61は、信号2Acos2θsinαに信号sin2φおよび(1/sinα)を乗算し、信号2Acos2θsin2φを作成する(61d,61j,61h)。これらの乗算は、それぞれ公知の乗算回路を用いて行うことができる。   Subsequently, the signal creation unit 61 multiplies the signal Asin2θcosα by the signals cos2φ and (1 / cosα) to create the signal 2Asin2θcos2φ (61c, 61i, 61g). The signal creation unit 61 multiplies the signal 2Acos2θsinα by the signals sin2φ and (1 / sinα) to create the signal 2Acos2θsin2φ (61d, 61j, 61h). Each of these multiplications can be performed using a known multiplication circuit.

(1/cosα)および(1/sinα)は変化しない係数である。cos2φ(61i)およびsin2φ(61j)の各φは、アップダウンカウンタ64のカウント値により変化する変数である。永久磁石2が回転を開始する前、つまり、回転センサ1が相対回転角度θの検出を行う前は、初期値読出し部53cが初期値テーブル53dから読出した初期値φ0を演算角度φとして用いる。   (1 / cos α) and (1 / sin α) are coefficients that do not change. Each φ of cos 2 φ (61 i) and sin 2 φ (61 j) is a variable that varies depending on the count value of the up / down counter 64. Before the permanent magnet 2 starts rotating, that is, before the rotation sensor 1 detects the relative rotation angle θ, the initial value reading unit 53c uses the initial value φ0 read from the initial value table 53d as the calculation angle φ.

続いて、信号作成部61は、信号2Asin2θcos2φから信号2Acos2θsin2φを減算し、信号2Asin(2θ−2φ)、つまり、偏差(2θ−2φ)を変数とするsin信号を作成する(61k)。この減算は、公知の減算回路を用いて行うことができる。   Subsequently, the signal generator 61 subtracts the signal 2Acos2θsin2φ from the signal 2Asin2θcos2φ to generate a sin signal having the signal 2Asin (2θ-2φ), that is, the deviation (2θ-2φ) as a variable (61k). This subtraction can be performed using a known subtraction circuit.

次に、偏差算出部62は、信号作成部61が作成した信号2Asin(2θ−2φ)を逆正弦演算(アークサイン演算)し、偏差(2θ−2φ)を求める(62)。次に、正負判定部63は、偏差算出部62が求めた偏差(2θ−2φ)が正の値であるか負の値であるかを判定する。また、偏差(2θ−2φ)は、信号2Asin(2θ−2φ)が0よりも大きいときは正であると判定し、0よりも小さいときは負であると判定する手法を用いることもできる。この手法を用いれば、信号2Asin(2θ−2φ)を逆正弦演算する必要がない。   Next, the deviation calculation unit 62 performs an arc sine operation (arcsine operation) on the signal 2Asin (2θ-2φ) created by the signal creation unit 61 to obtain a deviation (2θ-2φ) (62). Next, the positive / negative determining unit 63 determines whether the deviation (2θ−2φ) obtained by the deviation calculating unit 62 is a positive value or a negative value. The deviation (2θ-2φ) may be determined to be positive when the signal 2Asin (2θ-2φ) is greater than 0, and may be determined to be negative when the signal 2Asin (2θ-2φ) is less than 0. If this method is used, it is not necessary to perform an inverse sine operation on the signal 2Asin (2θ-2φ).

次に、アップダウンカウンタ64は、正負判定部63の判定結果が正であった場合は、カウンタの最下位ビット(LSB)に1を加算してカウント値を加算し、正負判定部63の判定結果が負であった場合は、カウンタの最下位ビットから1を減算する。このアップダウンカウンタ64のカウント値がデジタル角度、つまり演算角度φである(65)。   Next, when the determination result of the positive / negative determination unit 63 is positive, the up / down counter 64 adds 1 to the least significant bit (LSB) of the counter and adds the count value. If the result is negative, 1 is subtracted from the least significant bit of the counter. The count value of the up / down counter 64 is a digital angle, that is, a calculation angle φ (65).

また、信号作成部61は、アップダウンカウンタ64から出力される演算角度φ(カウント値)を用い、信号cos2φおよびsin2φを作成する(61i,61j)。これらの信号の作成は、たとえば、演算角度φ(カウント値)と、データcos2φおよびsin2φとを対応付けたテーブルを用い、演算角度φに対応付けられているデータcos2φおよびsin2φを読出し、その読出したデータをアナログ信号に変換する手法によって行うことができる。   Further, the signal creation unit 61 creates signals cos2φ and sin2φ using the calculation angle φ (count value) output from the up / down counter 64 (61i, 61j). The generation of these signals uses, for example, a table in which the calculation angle φ (count value) is associated with the data cos2φ and sin2φ, and the data cos2φ and sin2φ associated with the calculation angle φ are read and read. This can be done by converting data into analog signals.

そして、信号作成部61は、再度、信号2Asin2θcosαに信号cos2φおよび(1/cosα)を乗算し、信号2Asin2θcos2φを作成する。また、再度、信号2Acos2θsinαに信号sin2φおよび(1/sinα)を乗算し、信号2Acos2θsin2φを作成する。つまり、偏差(2θ−2φ)が、信号cos2φおよびsin2φにフィードバックされ、信号2Asin(2θ−2φ)が変化する。このフィードバックは、偏差(2θ−2φ)が0に収束するまで繰り返す。   Then, the signal creating unit 61 again multiplies the signal 2Asin2θcosα by the signals cos2φ and (1 / cosα) to create the signal 2Asin2θcos2φ. Further, the signal 2Acos2θsinα is again multiplied by the signals sin2φ and (1 / sinα) to generate the signal 2Acos2θsin2φ. That is, the deviation (2θ-2φ) is fed back to the signals cos2φ and sin2φ, and the signal 2Asin (2θ-2φ) changes. This feedback is repeated until the deviation (2θ-2φ) converges to zero.

(出力部70)
次に、出力部70は、アップダウンカウンタ64から出力される演算角度φをアナログ値に変換した信号を出力する。詳しくは、出力部70は、アップダウンカウンタ64から出力される演算角度φをラッチし、偏差(2θ−2φ)が0になったときにラッチした演算角度φをアナログ電圧Voに変換し、演算角度φの0〜360°に対応して電圧(Vo)がリニアに上昇する特性を有する角度信号を作成して出力する(図15(e))。
(Output unit 70)
Next, the output unit 70 outputs a signal obtained by converting the calculation angle φ output from the up / down counter 64 into an analog value. Specifically, the output unit 70 latches the calculation angle φ output from the up / down counter 64, converts the latched calculation angle φ when the deviation (2θ−2φ) becomes zero, and converts the calculation angle φ into an analog voltage Vo. An angle signal having a characteristic that the voltage (Vo) rises linearly corresponding to 0 to 360 ° of the angle φ is generated and output (FIG. 15E).

[初期値φ0を決定しない場合の問題点]
ここで、この実施形態のように、相対回転角度θの初期値θ0が属する角度範囲に基づいて決定した演算角度φの初期値φ0を用いるのではなく、演算角度φの初期値φ0を決定しないで0°を初期値φ0として用いる場合の問題点について図を参照して説明する。
[Problem when initial value φ0 is not determined]
Here, as in this embodiment, instead of using the initial value φ0 of the calculation angle φ determined based on the angle range to which the initial value θ0 of the relative rotation angle θ belongs, the initial value φ0 of the calculation angle φ is not determined. The problem when 0 ° is used as the initial value φ0 will be described with reference to the drawings.

図16,17は、演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従する過程を示す説明図である。図16,17において「up」で示す矢印は、アップダウンカウンタ64が加算(カウントアップ)することを示し、「down」で示す矢印は、減算(カウントダウン)することを示す。なお、各図において演算角度φの初期値φ0は0°であるとする。また、各図では、分かり易くするため、偏差をカウント値ではなく角度で表す。   16 and 17 are explanatory diagrams illustrating a process in which the initial value φ0 of the calculation angle φ follows the initial value θ0 of the relative rotation angle θ. In FIGS. 16 and 17, an arrow indicated by “up” indicates that the up / down counter 64 adds (counts up), and an arrow indicated by “down” indicates that the counter is subtracted (count down). In each figure, it is assumed that the initial value φ0 of the calculation angle φ is 0 °. Moreover, in each figure, in order to make it easy to understand, a deviation is represented not by a count value but by an angle.

(例1)相対回転角度θの初期値θ0が45°の場合(図16(a))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×45°−2×0°)=90°となる。また、演算角度φが相対回転角度θに対して追従する方向、つまり、演算角度φがカウントアップされるかカウントダウンされるかは、偏差(2θ−2φ)の正負によって決定される。演算角度φは、偏差が正の場合にカウントアップされ、偏差が負の場合にカウントダウンされる。
(Example 1) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 45 ° (FIG. 16A)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 45 ° −2 × 0 °) = 90 °. The direction in which the calculated angle φ follows the relative rotation angle θ, that is, whether the calculated angle φ is counted up or counted down is determined by the sign of the deviation (2θ−2φ). The calculation angle φ is counted up when the deviation is positive, and is counted down when the deviation is negative.

この例では、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=90°であるから、2sin(2θ0−2φ0)=2となるので、sin(2θ0−2φ0)=1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=90°になる。偏差は90°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。したがって、演算角度φは、初期値0°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、0°→1°→・・・→44°→45°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、90°→88°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは45°になり、相対回転角度θの初期値θ0=45°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   In this example, since the deviation of the initial value (2θ0-2φ0) = 90 °, 2sin (2θ0-2φ0) = 2, so sin (2θ0-2φ0) = 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 90 °. Since the deviation is 90 °> 0, the calculation angle φ is counted up. Therefore, the calculation angle φ is counted up by 1 ° from the initial value 0 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted up by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 0 ° → 1 ° →... → 44 ° → 45 °, and the deviation (2θ−2φ) is 90 ° → 88 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 45 °, which is equal to the initial value θ0 = 45 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例2)相対回転角度θの初期値θ0が89°の場合(図16(b))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×89°−2×0°)=178°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)≒0.07となるので、sin(2θ0−2φ0)=0.035となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=2°になる。偏差は2°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 2) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 89 ° (FIG. 16B)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 89 ° −2 × 0 °) = 178 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) ≈0.07, sin (2θ0-2φ0) = 0.035. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 2 °. Since the deviation is 2 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値0°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、0°→1°→・・・→88°→89°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、178°→176°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは89°になり、相対回転角度θの初期値θ0=89°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted up by 1 ° from the initial value 0 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted up by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 0 ° → 1 ° →... → 88 ° → 89 °, and the deviation (2θ−2φ) increases from 178 ° → 176 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 89 °, which is equal to the initial value θ0 = 89 ° of the relative rotation angle θ, and therefore the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例3)相対回転角度θの初期値θ0が91°の場合(図16(c))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×91°−2×0°)=182°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)≒−0.07となるので、sin(2θ0−2φ0)=−0.035となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−2°になる。偏差は−2°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。
(Example 3) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 91 ° (FIG. 16C)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 91 ° −2 × 0 °) = 182 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) ≈−0.07, sin (2θ0-2φ0) = − 0.035. When this is arcsine calculated, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 2 °. Since the deviation is −2 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値0°(360°)から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、0°(360°)→359°→・・・→272°→271°と減少し、偏差(2θ−2φ)は、−178°→−176°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは271°になり、演算角度φは、初期値φ0=0°に近い271°の方向への追従を選択する。このため、演算角度φの相対回転角度θに対する偏差は、常に180°(=271°ー91°)存在し、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従しない。   Accordingly, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value 0 ° (360 °), and the deviation (2θ−2φ) is 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. Subtracted. That is, the calculation angle φ decreases as 0 ° (360 °) → 359 ° →... → 272 ° → 271 °, and the deviation (2θ−2φ) is −178 ° → −176 ° →. It decreases from -2 ° to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 271 °, and the calculation angle φ selects tracking in the direction of 271 ° close to the initial value φ0 = 0 °. For this reason, the deviation of the calculation angle φ from the relative rotation angle θ is always 180 ° (= 271 ° -91 °), and the calculation angle φ does not correctly follow the relative rotation angle θ.

(例4)相対回転角度θの初期値θ0が135°の場合(図17(a))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×135°−2×0°)=270°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−2となるので、sin(2θ0−2φ0)=−1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−90°になる。偏差は−90°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。
(Example 4) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 135 ° (FIG. 17A)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 135 ° −2 × 0 °) = 270 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 2, sin (2θ0-2φ0) = − 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 90 °. Since the deviation is −90 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値0°(360°)から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、0°(360°)→359°→・・・→316°→315°と減少し、偏差(2θ−2φ)は、−90°→−88°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは315°になり、演算角度φは、初期値φ0=0°に近い315°の方向への追従を選択する。このため、演算角度φの相対回転角度θに対する偏差は、常に180°(=315°−135°)存在し、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従しない。   Accordingly, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value 0 ° (360 °), and the deviation (2θ−2φ) is 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. Subtracted. That is, the calculation angle φ decreases as 0 ° (360 °) → 359 ° →... → 316 ° → 315 °, and the deviation (2θ−2φ) is −90 ° → −88 ° →. It decreases from -2 ° to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ is 315 °, and the calculation angle φ selects tracking in the direction of 315 ° close to the initial value φ0 = 0 °. For this reason, the deviation of the calculation angle φ from the relative rotation angle θ is always 180 ° (= 315 ° -135 °), and the calculation angle φ does not correctly follow the relative rotation angle θ.

(例5)相対回転角度θの初期値θ0が225°の場合(図17(b))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×225°−2×0°)=450°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=2となるので、sin(2θ0−2φ0)=1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=90°になる。偏差は90°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 5) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 225 ° (FIG. 17B)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 225 ° −2 × 0 °) = 450 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = 2, sin (2θ0-2φ0) = 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 90 °. Since the deviation is 90 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値0°(360°)から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、0°→1°→・・・→44°→45°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、90°→88°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは45°になり、演算角度φは、初期値φ0=0°に近い45°の方向への追従を選択する。このため、演算角度φの相対回転角度θに対する偏差は、常に180°(=225°−45°)存在し、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従しない。   Therefore, the calculation angle φ is counted up by 1 ° from the initial value 0 ° (360 °), and the deviation (2θ−2φ) is 2φ (= 2 × 1 ° every time the calculation angle φ is counted up by 1 °. ) Is subtracted. That is, the calculation angle φ increases from 0 ° → 1 ° →... → 44 ° → 45 °, and the deviation (2θ−2φ) is 90 ° → 88 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ is 45 °, and the calculation angle φ is selected to follow in the direction of 45 ° close to the initial value φ0 = 0 °. For this reason, there is always 180 ° (= 225 ° −45 °) deviation of the calculation angle φ from the relative rotation angle θ, and the calculation angle φ does not follow the relative rotation angle θ correctly.

(例6)相対回転角度θの初期値θ0が315°の場合(図17(c))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×315°−2×0°)=630°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−2となるので、sin(2θ0−2φ0)=−1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−90°になる。偏差は−90°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。
(Example 6) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 315 ° (FIG. 17C)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 315 ° −2 × 0 °) = 630 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 2, sin (2θ0-2φ0) = − 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 90 °. Since the deviation is −90 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値0°(360°)から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、0°(360°)→359°→・・・→316°→315°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、−90°→−88°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは315°になり、相対回転角度θの初期値θ0=315°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Accordingly, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value 0 ° (360 °), and the deviation (2θ−2φ) is 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. Subtracted. That is, the calculation angle φ increases from 0 ° (360 °) → 359 ° →... → 316 ° → 315 °, and the deviation (2θ−2φ) is −90 ° → −88 ° →. It decreases from -2 ° to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ is 315 °, which is equal to the initial value θ0 = 315 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

上記のように、演算角度φの初期値φ0が0°であると、相対回転角度θの初期値θ0の値によっては、演算角度φが相対回転角度θに正しく追従しない場合が発生する。これは、2倍値の偏差(2θ−2φ)から1倍値の演算角度φを求めるため、演算角度φの解候補Xが2つ(X、X+180°)になることが原因である。つまり、演算角度φの初期値φ0を決定しないで0°を初期値φ0として用いると、相対回転角度θを正確に検出することができない場合がある。   As described above, when the initial value φ0 of the calculation angle φ is 0 °, the calculation angle φ may not correctly follow the relative rotation angle θ depending on the value of the initial value θ0 of the relative rotation angle θ. This is because the solution angle X of the calculation angle φ becomes two (X, X + 180 °) in order to obtain the calculation angle φ of the single value from the deviation (2θ−2φ) of the double value. That is, if 0 ° is used as the initial value φ0 without determining the initial value φ0 of the calculation angle φ, the relative rotation angle θ may not be detected accurately.

[初期値φ0を決定する場合の効果]
ここで、この実施形態のように、初期値φ0を決定する場合の効果について図を参照して説明する。図18ないし図21は、演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従する過程を示す説明図である。前述したように、初期値φ0は、相対回転角度θの初期値θ0が属する角度範囲に基づいて決定する。
[Effect of determining initial value φ0]
Here, the effect of determining the initial value φ0 as in this embodiment will be described with reference to the drawings. 18 to 21 are explanatory diagrams illustrating a process in which the initial value φ0 of the calculation angle φ follows the initial value θ0 of the relative rotation angle θ. As described above, the initial value φ0 is determined based on the angle range to which the initial value θ0 of the relative rotation angle θ belongs.

(φ0=45°の場合)
(例1)相対回転角度θの初期値θ0が0°の場合(図18(a))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×0°−2×45°)=−90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−2となるので、sin(2θ0−2φ0)=−1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−90°になる。偏差は−90°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。
(When φ0 = 45 °)
(Example 1) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 0 ° (FIG. 18A)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 0 ° −2 × 45 °) = − 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 2, sin (2θ0-2φ0) = − 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 90 °. Since the deviation is −90 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値45°から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、45°→44°→・・・→1°→0°と減少し、偏差(2θ−2φ)は、−90°→−88°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φも0°になり、相対回転角度θの初期値θ0=0°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value of 45 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. That is, the calculation angle φ decreases from 45 ° → 44 ° →... → 1 ° → 0 °, and the deviation (2θ−2φ) is −90 ° → −88 ° →. It decreases to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ also becomes 0 °, which is equal to the initial value θ0 = 0 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例2)相対回転角度θの初期値θ0が30°の場合(図18(b))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×30°−2×45°)=−30°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−1となるので、sin(2θ0−2φ0)=−0.5となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−30°になる。偏差は−30°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。
(Example 2) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 30 ° (FIG. 18B)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 30 ° −2 × 45 °) = − 30 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 1, sin (2θ0-2φ0) = − 0.5. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 30 °. Since the deviation is −30 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値45°から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、45°→44°→・・・→31°→30°と減少し、偏差(2θ−2φ)は、−30°→−28°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは30°になり、相対回転角度θの初期値θ0=30°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value of 45 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. That is, the calculation angle φ decreases from 45 ° → 44 ° →... → 31 ° → 30 °, and the deviation (2θ−2φ) is −30 ° → −28 ° →. It decreases to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 30 °, which is equal to the initial value θ0 = 30 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例3)相対回転角度θの初期値θ0が80°の場合(図18(c))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×80°−2×45°)=70°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)≒1.88となるので、sin(2θ0−2φ0)≒0.94となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=70°になる。偏差は70°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 3) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 80 ° (FIG. 18C)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 80 ° −2 × 45 °) = 70 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) ≈1.88, sin (2θ0-2φ0) ≈0.94. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 70 °. Since the deviation is 70 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値45°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、45°→46°→・・・→79°→80°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、70°→68°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは80°になり、相対回転角度θの初期値θ0=80°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted up by 1 ° from the initial value of 45 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted up by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 45 ° → 46 ° →... → 79 ° → 80 °, and the deviation (2θ−2φ) increases from 70 ° → 68 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 80 °, which is equal to the initial value θ0 = 80 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(φ0=135°の場合)
(例1)相対回転角度θの初期値θ0が90°の場合(図19(a))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×90°−2×135°)=−90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−2となるので、sin(2θ0−2φ0)=−1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−90°になる。偏差は−90°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。
(When φ0 = 135 °)
(Example 1) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 90 ° (FIG. 19A)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 90 ° −2 × 135 °) = − 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 2, sin (2θ0-2φ0) = − 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 90 °. Since the deviation is −90 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値135°から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、135°→134°→・・・→89°→90°と減少し、偏差(2θ−2φ)は、−90°→−88°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは90°になり、相対回転角度θの初期値θ0=90°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value of 135 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. That is, the calculation angle φ decreases as 135 ° → 134 ° →... → 89 ° → 90 °, and the deviation (2θ−2φ) is −90 ° → −88 ° →. It decreases to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 90 °, which is equal to the initial value θ0 = 90 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例2)相対回転角度θの初期値θ0が150°の場合(図19(b))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×150°−2×135°)=30°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=1となるので、sin(2θ0−2φ0)=0.5となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=30°になる。偏差は30°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 2) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 150 ° (FIG. 19B)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 150 ° −2 × 135 °) = 30 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = 1, sin (2θ0-2φ0) = 0.5. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 30 °. Since the deviation is 30 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値135°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ加算される。つまり、演算角度φは、135°→136°→・・・→149°→150°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、30°→28°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは150°になり、相対回転角度θの初期値θ0=150°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is incremented by 1 ° from the initial value of 135 °, and the deviation (2θ−2φ) is incremented by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is incremented by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 135 ° → 136 ° →... → 149 ° → 150 °, and the deviation (2θ−2φ) is 30 ° → 28 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 150 °, which is equal to the initial value θ0 = 150 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例3)相対回転角度θの初期値θ0が180°の場合(図19(c))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×180°−2×135°)=90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=2となるので、sin(2θ0−2φ0)=1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=90°になる。偏差は90°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 3) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 180 ° (FIG. 19C)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 180 ° −2 × 135 °) = 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = 2, sin (2θ0-2φ0) = 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 90 °. Since the deviation is 90 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値135°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、135°→136°→・・・→179°→180°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、90°→88°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは180°になり、相対回転角度θの初期値θ0=180°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted up by 1 ° from the initial value of 135 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted up by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 135 ° → 136 ° → ・ ・ ・ → 179 ° → 180 °, and the deviation (2θ−2φ) is 90 ° → 88 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 180 °, which is equal to the initial value θ0 = 180 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(φ0=225°の場合)
(例1)相対回転角度θの初期値θ0が180°の場合(図20(a))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×180°−2×225°)=−90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−2となるので、sin(2θ0−2φ0)=−1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−90°になる。偏差は−90°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。
(When φ0 = 225 °)
(Example 1) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 180 ° (FIG. 20A)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 180 ° −2 × 225 °) = − 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 2, sin (2θ0-2φ0) = − 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 90 °. Since the deviation is −90 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値225°から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、225°→224°→・・・→181°→180°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、−90°→−88°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは180°になり、相対回転角度θの初期値θ0=180°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Accordingly, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value 225 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. That is, the calculation angle φ increases from 225 ° → 224 ° →... → 181 ° → 180 °, and the deviation (2θ−2φ) is −90 ° → −88 ° →. It decreases to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 180 °, which is equal to the initial value θ0 = 180 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例2)相対回転角度θの初期値θ0が240°の場合(図20(b))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×240°−2×225°)=30°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=1となるので、sin(2θ0−2φ0)=0.5となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=30°になる。偏差は30°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 2) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 240 ° (FIG. 20B)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 240 ° −2 × 225 °) = 30 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = 1, sin (2θ0-2φ0) = 0.5. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 30 °. Since the deviation is 30 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値225°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、225°→226°→・・・→239°→240°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、30°→28°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは240°になり、相対回転角度θの初期値θ0=240°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted up by 1 ° from the initial value 225 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted up by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 225 ° → 226 ° →... → 239 ° → 240 °, and the deviation (2θ−2φ) is 30 ° → 28 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ is 240 °, which is equal to the initial value θ0 = 240 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例3)相対回転角度θの初期値θ0が270°の場合(図20(c))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×270°−2×225°)=90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=2となるので、sin(2θ0−2φ0)=1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=90°になる。偏差は90°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 3) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 270 ° (FIG. 20C)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 270 ° −2 × 225 °) = 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = 2, sin (2θ0-2φ0) = 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 90 °. Since the deviation is 90 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値225°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、225°→226°→・・・→269°→270°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、90°→88°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは270°になり、相対回転角度θの初期値θ0=270°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted up by 1 ° from the initial value 225 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted up by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 225 ° → 226 ° →... → 269 ° → 270 °, and the deviation (2θ−2φ) is 90 ° → 88 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 270 °, which is equal to the initial value θ0 = 270 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(φ0=315°の場合)
(例1)相対回転角度θの初期値θ0が270°の場合(図21(a))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×270°−2×315°)=−90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−2となるので、sin(2θ0−2φ0)=−1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−90°になる。偏差は−90°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。
(When φ0 = 315 °)
(Example 1) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 270 ° (FIG. 21A)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 270 ° −2 × 315 °) = − 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 2, sin (2θ0-2φ0) = − 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 90 °. Since the deviation is −90 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値315°から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、315°→314°→・・・→271°→270°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、−90°→−88°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは270°になり、相対回転角度θの初期値θ0=270°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value 315 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. That is, the calculation angle φ increases from 315 ° → 314 ° →... → 271 ° → 270 °, and the deviation (2θ−2φ) is −90 ° → −88 ° →. It decreases to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 270 °, which is equal to the initial value θ0 = 270 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例2)相対回転角度θの初期値θ0が330°の場合(図21(b))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×330°−2×315°)=30°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=1となるので、sin(2θ0−2φ0)=0.5となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=30°になる。偏差は30°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 2) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 330 ° (FIG. 21B)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 330 ° −2 × 315 °) = 30 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = 1, sin (2θ0-2φ0) = 0.5. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 30 °. Since the deviation is 30 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値315°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、315°→316°→・・・→329°→330°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、30°→28°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは240°になり、相対回転角度θの初期値θ0=330°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is incremented by 1 ° from the initial value of 315 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is incremented by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 315 ° → 316 ° →... → 329 ° → 330 °, and the deviation (2θ−2φ) is 30 ° → 28 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ is 240 °, which is equal to the initial value θ0 = 330 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(例3)相対回転角度θの初期値θ0が360°の場合(図21(c))
偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×360°−2×315°)=90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=2となるので、sin(2θ0−2φ0)=1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=90°になる。偏差は90°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。
(Example 3) When the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is 360 ° (FIG. 21C)
The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 360 ° −2 × 315 °) = 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = 2, sin (2θ0-2φ0) = 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = 90 °. Since the deviation is 90 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値315°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減算される。つまり、演算角度φは、315°→316°→・・・→359°→360°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、90°→88°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは270°になり、相対回転角度θの初期値θ0=360°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is incremented by 1 ° from the initial value of 315 °, and the deviation (2θ−2φ) is subtracted by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is incremented by 1 °. The That is, the calculation angle φ increases from 315 ° → 316 ° →... → 359 ° → 360 °, and the deviation (2θ−2φ) is 90 ° → 88 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ is 270 °, which is equal to the initial value θ0 = 360 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

[第1実施形態の効果]
(1)以上のように、この実施形態の回転センサ1は、相対回転角度θの初期値θ0と、演算角度φの初期値φ0との間で、|θ0−φ0|<90°の条件を満たせば、演算角度φは相対回転角度θを正確に追従することができる。また、永久磁石2が相対回転する前に演算角度φの初期値φ0が相対回転角度θの初期値θ0に追従して等しくなり、その後、永久磁石2の回転中は、演算角度φが相対回転角度θに正確に追従することができる。
[Effect of the first embodiment]
(1) As described above, the rotation sensor 1 of this embodiment satisfies the condition of | θ0−φ0 | <90 ° between the initial value θ0 of the relative rotation angle θ and the initial value φ0 of the calculation angle φ. If satisfied, the calculation angle φ can accurately follow the relative rotation angle θ. In addition, the initial value φ0 of the calculation angle φ becomes equal to the initial value θ0 of the relative rotation angle θ before the permanent magnet 2 relatively rotates, and thereafter the calculation angle φ is relatively rotated while the permanent magnet 2 is rotating. It is possible to accurately follow the angle θ.

したがって、永久磁石2が相対回転する前に、相対回転角度θの初期値θ0が存在する象限の判定を行えば良く、相対回転中は象限の判定を行う必要がない。
つまり、永久磁石2が相対回転しているときの相対回転角度θの演算時間を短縮することができるし、検出回路50の処理負荷および消費電力を軽減することもできる。
Therefore, it is sufficient to determine the quadrant where the initial value θ0 of the relative rotation angle θ exists before the permanent magnet 2 relatively rotates, and it is not necessary to determine the quadrant during the relative rotation.
That is, the calculation time of the relative rotation angle θ when the permanent magnet 2 is relatively rotating can be shortened, and the processing load and power consumption of the detection circuit 50 can be reduced.

(2)また、ホール素子H1,H2の各出力信号は、相対回転角度θの初期値θ0が存在する角度範囲を判定するためにのみ用いるため、ホール素子H1,H2およびAMRセンサM1,M2の各出力位相を一致させる必要がない。したがって、ホール素子H1,H2およびAMRセンサM1,M2の相対的な配置位置の精度を高める必要がないので、回転センサ1の製造歩留まりを高めることができる。 (2) Since each output signal of the Hall elements H1 and H2 is used only for determining an angle range in which the initial value θ0 of the relative rotation angle θ exists, the Hall elements H1 and H2 and the AMR sensors M1 and M2 There is no need to match each output phase. Therefore, it is not necessary to increase the accuracy of the relative arrangement positions of the Hall elements H1 and H2 and the AMR sensors M1 and M2, so that the manufacturing yield of the rotation sensor 1 can be increased.

(3)また、ホール素子H1,H2は、各検出信号間に90°の位相差が出るように配置されているため、相対回転角度θが90°変化する毎に、各ホール素子の信号レベルの組合せを変えることができる。
したがって、初期値決定部53は、検出信号の信号レベルの組合せを用いることにより、相対回転角度θの初期値θ0が存在する角度範囲を90°単位で判定することができる。
(3) Since the Hall elements H1 and H2 are arranged so that a phase difference of 90 ° is generated between the detection signals, the signal level of each Hall element is changed every time the relative rotation angle θ changes by 90 °. The combination of can be changed.
Therefore, the initial value determination unit 53 can determine the angle range where the initial value θ0 of the relative rotation angle θ exists in units of 90 ° by using the combination of the signal levels of the detection signals.

(4)また、AMRセンサM1,M2は、各信号間に45°の位相差が出るように配置されているため、AMRセンサの一方から正弦波信号(sin信号)を出力し、その正弦波信号から位相が45°遅れた余弦波信号(cos信号)を他方から出力することができる。
したがって、上記の正弦波信号および余弦波信号を用いて相対回転角度を演算することができる。
(4) Since the AMR sensors M1 and M2 are arranged such that a phase difference of 45 ° is generated between the signals, a sine wave signal (sin signal) is output from one of the AMR sensors, and the sine wave A cosine wave signal (cos signal) whose phase is delayed by 45 ° from the signal can be output from the other.
Therefore, the relative rotation angle can be calculated using the above sine wave signal and cosine wave signal.

(5)また、ホール素子H1,H2の各検出信号の各信号レベルと閾値との各比較結果の組合せが第1ないし第4象限において総て異なるため、初期値決定部53による象限の判定精度を高めることができる。 (5) Since the combinations of the comparison results between the signal levels of the detection signals of the Hall elements H1 and H2 and the threshold values are all different in the first to fourth quadrants, the quadrant determination accuracy by the initial value determination unit 53 Can be increased.

(6)また、AMRセンサM1,M2から出力されるsin2θ信号およびcos2θ信号を用いて偏差(2θ−2φ)が0になるようにフィードバック制御を行って相対回転角度θを演算するため、相対回転角度θを高精度で演算することができる。 (6) Since the relative rotation angle θ is calculated by performing feedback control using the sin 2θ signal and the cos 2θ signal output from the AMR sensors M1, M2 so that the deviation (2θ-2φ) becomes 0, the relative rotation angle The angle θ can be calculated with high accuracy.

(7)また、AMRセンサM1,M2から出力されるsin2θ信号およびcos2θ信号と、sin2φ信号およびcos2φ信号と、信号を乗算する回路と、信号を減算する回路とを用いることにより、偏差(2θ−2φ)を演算することができる。 (7) Further, by using the sin2θ signal and the cos2θ signal output from the AMR sensors M1 and M2, the sin2φ signal and the cos2φ signal, a circuit for multiplying the signal, and a circuit for subtracting the signal, the deviation (2θ− 2φ) can be calculated.

(8)さらに、ホール素子H1,H2およびAMRセンサM1,M2は、シリコン基板10に作り込むことができるため、回転センサ1を小型化することができる。 (8) Furthermore, since the Hall elements H1 and H2 and the AMR sensors M1 and M2 can be built in the silicon substrate 10, the rotation sensor 1 can be downsized.

[初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度]
次に、演算角度φの初期値φ0に対応する相対回転角度θの初期値θ0の余裕度について図を参照して説明する。図22は、初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度を示す説明図である。
[Degree of margin of initial value θ0 corresponding to initial value φ0]
Next, the margin of the initial value θ0 of the relative rotation angle θ corresponding to the initial value φ0 of the calculation angle φ will be described with reference to the drawings. FIG. 22 is an explanatory diagram showing the margin of the initial value θ0 corresponding to the initial value φ0.

演算角度φの初期値φ0と、相対回転角度θの初期値θ0との間において、|θ0−φ0|<90°の条件が満足されていれば、演算角度φは相対回転角度θを正確に追従することができる。図22において、「正」で示す範囲は、初期値φ0が初期値θ0を正確に追従することのできる初期値θ0の範囲を示し、「誤」で示す範囲は、初期値φ0が正確に追従することのできない初期値θ0の範囲を示す。図示のように、各初期値φ0が追従可能な初期値θ0の範囲は、各初期値φ0の対応する象限(図14参照)よりも広くなっている。以下、各初期値φ0が追従可能な初期値θ0の範囲について各初期値φ0毎に説明する。   If the condition of | θ0−φ0 | <90 ° is satisfied between the initial value φ0 of the calculation angle φ and the initial value θ0 of the relative rotation angle θ, the calculation angle φ accurately determines the relative rotation angle θ. Can follow. In FIG. 22, the range indicated by “positive” indicates the range of the initial value θ0 in which the initial value φ0 can accurately follow the initial value θ0, and the range indicated by “false” indicates that the initial value φ0 accurately follows. The range of the initial value θ0 that cannot be performed is shown. As shown in the figure, the range of the initial value θ0 that each initial value φ0 can follow is wider than the corresponding quadrant (see FIG. 14) of each initial value φ0. Hereinafter, the range of the initial value θ0 that can be followed by each initial value φ0 will be described for each initial value φ0.

(初期値φ0=45°の場合)
初期値φ0が45°の場合、追従可能な初期値θ0の範囲は、(45°−90°)<θ0<(45°+90°)、つまり、−45°<θ0<135°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<135°および315°<θ0≦360°になる。
(Initial value φ0 = 45 °)
When the initial value φ0 is 45 °, the range of the initial value θ0 that can be followed is (45 ° −90 °) <θ0 <(45 ° + 90 °), that is, −45 ° <θ0 <135 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <135 ° and 315 ° <θ0 ≦ 360 °.

たとえば、初期値θ0が134°のときに初期値φ0として45°を選択したとする。偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×134°−2×45°)=178°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)≒0.07となるので、sin(2θ0−2φ0)≒0.035となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)≒2°になる。偏差は2°>0であるため、演算角度φはカウントアップされる。   For example, assume that 45 ° is selected as the initial value φ0 when the initial value θ0 is 134 °. The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 134 ° −2 × 45 °) = 178 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) ≈0.07, sin (2θ0-2φ0) ≈0.035. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) ≈2 °. Since the deviation is 2 °> 0, the calculation angle φ is counted up.

したがって、演算角度φは、初期値45°から1°ずつカウントアップされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントアップされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減少する。つまり、演算角度φは、45°→46°→・・・→133°→134°と増加し、偏差(2θ−2φ)は、178°→176°→・・・→2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは134°になり、相対回転角度θの初期値θ0=134°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted up by 1 ° from the initial value 45 °, and the deviation (2θ−2φ) decreases by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted up by 1 °. . That is, the calculation angle φ increases from 45 ° → 46 ° →... → 133 ° → 134 °, and the deviation (2θ−2φ) increases from 178 ° → 176 ° →... → 2 ° → 0 °. Decrease. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 134 °, which is equal to the initial value θ0 = 134 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

以上のように、相対回転角度θの初期値θ0が、演算角度φの初期値φ0=45°に対応する第1象限の範囲(0°≦θ0<90°)外であっても、|θ0−φ0|<90°の条件を満足すれば、演算角度φは相対回転角度θを正確に追従することができる。   As described above, even if the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is outside the first quadrant range (0 ° ≦ θ0 <90 °) corresponding to the initial value φ0 = 45 ° of the calculation angle φ, | θ0 If the condition of −φ0 | <90 ° is satisfied, the calculation angle φ can accurately follow the relative rotation angle θ.

(初期値φ0=135°の場合)
初期値φ0が135°の場合、追従可能な初期値θ0の範囲は、(135°−90°)<θ0<(135°+90°)、つまり、45°<θ0<225°である。
(In case of initial value φ0 = 135 °)
When the initial value φ0 is 135 °, the range of the initial value θ0 that can be followed is (135 ° −90 °) <θ0 <(135 ° + 90 °), that is, 45 ° <θ0 <225 °.

たとえば、初期値θ0が90°のときに初期値φ0として135°を選択したとする。偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×90°−2×135°)=−90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−2となるので、sin(2θ0−2φ0)=−1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−90°になる。偏差は−90°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。   For example, it is assumed that 135 ° is selected as the initial value φ0 when the initial value θ0 is 90 °. The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 90 ° −2 × 135 °) = − 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 2, sin (2θ0-2φ0) = − 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 90 °. Since the deviation is −90 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値135°から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減少する。つまり、演算角度φは、135°→134°→・・・→91°→90°と減少し、偏差(2θ−2φ)は、−90°→−88°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは90°になり、相対回転角度θの初期値θ0=90°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Therefore, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value of 135 °, and the deviation (2θ−2φ) decreases by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. That is, the calculation angle φ decreases as 135 ° → 134 ° →... → 91 ° → 90 °, and the deviation (2θ−2φ) is −90 ° → −88 ° →. It decreases to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 90 °, which is equal to the initial value θ0 = 90 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(初期値φ0=225°の場合)
初期値φ0が225°の場合、追従可能な初期値θ0の範囲は、(225°−90°)<θ0<(225°+90°)、つまり、135°<θ0<315°である。
(In case of initial value φ0 = 225 °)
When the initial value φ0 is 225 °, the range of the initial value θ0 that can be followed is (225 ° −90 °) <θ0 <(225 ° + 90 °), that is, 135 ° <θ0 <315 °.

たとえば、初期値θ0が150°のときに初期値φ0として225°を選択したとする。偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×150°−2×225°)=−150°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−1となるので、sin(2θ0−2φ0)=−0.5となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−150°になる。偏差は−150°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。   For example, assume that 225 ° is selected as the initial value φ0 when the initial value θ0 is 150 °. The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 150 ° −2 × 225 °) = − 150 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 1, sin (2θ0-2φ0) = − 0.5. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 150 °. Since the deviation is −150 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値225°から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減少する。つまり、演算角度φは、225°→224°→・・・→151°→150°と減少し、偏差(2θ−2φ)は、−150°→−148°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは150°になり、相対回転角度θの初期値θ0=150°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Accordingly, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value 225 °, and the deviation (2θ−2φ) decreases by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. That is, the calculation angle φ decreases from 225 ° → 224 ° →... → 151 ° → 150 °, and the deviation (2θ−2φ) is −150 ° → −148 ° →. It decreases to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 150 °, which is equal to the initial value θ0 = 150 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

(初期値φ0=315°の場合)
初期値φ0が315°の場合、追従可能な初期値θ0の範囲は、(315°−90°)<θ0<(315°+90°)、つまり、225°<θ0<405°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<45°および225°<θ0≦360°になる。
(In case of initial value φ0 = 315 °)
When the initial value φ0 is 315 °, the range of the initial value θ0 that can be followed is (315 ° −90 °) <θ0 <(315 ° + 90 °), that is, 225 ° <θ0 <405 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <45 ° and 225 ° <θ0 ≦ 360 °.

たとえば、初期値θ0が270°のときに初期値φ0として315°を選択したとする。偏差(2θ−2φ)の初期値は、(2θ0−2φ0)=(2×270°−2×315°)=−90°となる。したがって、2sin(2θ0−2φ0)=−2となるので、sin(2θ0−2φ0)=−1となる。これをアークサイン演算すると、初期値の偏差(2θ0−2φ0)=−90°になる。偏差は−90°<0であるため、演算角度φはカウントダウンされる。   For example, assume that 315 ° is selected as the initial value φ0 when the initial value θ0 is 270 °. The initial value of the deviation (2θ-2φ) is (2θ0-2φ0) = (2 × 270 ° −2 × 315 °) = − 90 °. Therefore, since 2sin (2θ0-2φ0) = − 2, sin (2θ0-2φ0) = − 1. When arcsine calculation is performed on this, the initial value deviation (2θ0-2φ0) = − 90 °. Since the deviation is −90 ° <0, the calculation angle φ is counted down.

したがって、演算角度φは、初期値315°から1°ずつカウントダウンされ、偏差(2θ−2φ)は、演算角度φが1°カウントダウンされる毎に2φ(=2×1°)ずつ減少する。つまり、演算角度φは、315°→314°→・・・→271°→270°と減少し、偏差(2θ−2φ)は、−90°→−88°→・・・→−2°→0°と減少する。偏差が0°に収束したとき、演算角度φは270°になり、相対回転角度θの初期値θ0=270°と等しくなるため、演算角度φは相対回転角度θに正しく追従する。   Accordingly, the calculation angle φ is counted down by 1 ° from the initial value 315 °, and the deviation (2θ−2φ) decreases by 2φ (= 2 × 1 °) every time the calculation angle φ is counted down by 1 °. That is, the calculation angle φ decreases as 315 ° → 314 ° →... → 271 ° → 270 °, and the deviation (2θ−2φ) is −90 ° → −88 ° →. It decreases to 0 °. When the deviation converges to 0 °, the calculation angle φ becomes 270 °, which is equal to the initial value θ0 = 270 ° of the relative rotation angle θ, so that the calculation angle φ correctly follows the relative rotation angle θ.

以上のように、この実施形態の回転センサ1は、相対回転角度θの初期値θ0と、演算角度φの初期値φ0との間で、|θ0−φ0|<90°の条件を満たせば、初期値テーブル53dから選択した初期値θ0が、初期値φ0に対応する象限の範囲外であっても、演算角度φは相対回転角度θを正確に追従することができる。   As described above, the rotation sensor 1 of this embodiment satisfies the condition | θ0−φ0 | <90 ° between the initial value θ0 of the relative rotation angle θ and the initial value φ0 of the calculation angle φ. Even if the initial value θ0 selected from the initial value table 53d is outside the range of the quadrant corresponding to the initial value φ0, the calculation angle φ can accurately follow the relative rotation angle θ.

たとえば、初期値φ0として45°を選択したときの初期値θ0が、実際は45°であるが誤って90°と検出された場合でも、初期値φ0=45°は、初期値θ0=90°もカバーしているため、演算角度φは相対回転角度θを正確に追従することができる。
また、逆に、図22において、初期値θ0=90°は、初期値φ0=45°および135°のどちらにも対応しているため、初期値θ0が90°のときに初期値φ0として135°を選択するところを誤って45°を選択した場合でも、演算角度φは相対回転角度θを正確に追従することができる。
For example, when 45 ° is selected as the initial value φ0, the initial value θ0 is actually 45 °, but even if it is erroneously detected as 90 °, the initial value φ0 = 45 ° is equal to the initial value θ0 = 90 °. Since it is covered, the calculation angle φ can accurately follow the relative rotation angle θ.
On the other hand, in FIG. 22, the initial value θ0 = 90 ° corresponds to both the initial value φ0 = 45 ° and 135 °. Therefore, when the initial value θ0 is 90 °, the initial value φ0 is 135. Even if 45 ° is selected by mistake when selecting °, the calculation angle φ can accurately follow the relative rotation angle θ.

したがって、たとえば、外来ノイズや外来磁界の影響を受けて、初期値θ0または初期値φ0が変化した場合であっても、演算角度φは相対回転角度θを正確に追従することができる。つまり、外来ノイズや外来磁界の影響を受けても検出精度が低下し難い回転センサを実現することができる。   Therefore, for example, even when the initial value θ0 or the initial value φ0 changes due to the influence of external noise or an external magnetic field, the calculation angle φ can accurately follow the relative rotation angle θ. That is, it is possible to realize a rotation sensor in which the detection accuracy is unlikely to deteriorate even under the influence of external noise or an external magnetic field.

[変更例]
演算角度φの初期値φ0は、永久磁石2が相対回転する前と、相対回転を開始した後の予め定めされた時間とにおいてそれぞれ決定するように構成することもできる。この構成を用いれば、永久磁石2の相対回転中に相対回転角度θに対する演算角度φの追従ルートが外れ、演算角度φに誤差が発生している場合であっても、新たに初期値φ0を決定し、その初期値φ0を用いて相対回転角度θを演算することができるため、追従ルートを元の正確な追従ルートに戻すことができるので、演算角度φの誤差を補正することができる。
[Example of change]
The initial value φ0 of the calculation angle φ can be determined so as to be determined before the permanent magnet 2 relatively rotates and at a predetermined time after the relative rotation starts. If this configuration is used, even if the follow-up route of the calculation angle φ with respect to the relative rotation angle θ deviates during the relative rotation of the permanent magnet 2 and an error occurs in the calculation angle φ, the initial value φ0 is newly set. Since the relative rotation angle θ can be calculated using the determined initial value φ0, the tracking route can be returned to the original accurate tracking route, so that the error of the calculation angle φ can be corrected.

〈第2実施形態〉
次に、この発明の第2実施形態について説明する。図23は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図である。図24は、AMRセンサM1,M2およびホール素子H1,H2の各出力信号を示す説明図である。図25は、初期値テーブル54bの構成を示す説明図である。図26は、初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度を示す説明図である。
Second Embodiment
Next explained is the second embodiment of the invention. FIG. 23 is an explanatory view schematically showing the structure of a sensor chip provided in the rotation sensor of this embodiment. FIG. 24 is an explanatory diagram showing output signals of the AMR sensors M1 and M2 and the Hall elements H1 and H2. FIG. 25 is an explanatory diagram showing the configuration of the initial value table 54b. FIG. 26 is an explanatory diagram showing a margin of the initial value θ0 corresponding to the initial value φ0.

この実施形態の回転センサは、ホール素子H1,H2の各出力信号の位相差を45°としたことを特徴とする。図23に示すように、ホール素子H1,H2は、各磁気検出面(ホールプレート面)が45°を成すように配置されている。このため、図24に示すように、ホール素子H1,H2の出力信号間には45°の位相差が存在し、本例では、ホール素子H1の出力信号がローレベル(L)からハイレベル(H)に変化したタイミングから45°遅れてホール素子H2の出力信号がローレベル(L)からハイレベル(H)に変化している。   The rotation sensor of this embodiment is characterized in that the phase difference between the output signals of the Hall elements H1 and H2 is 45 °. As shown in FIG. 23, the Hall elements H1 and H2 are arranged such that each magnetic detection surface (Hall plate surface) forms 45 °. For this reason, as shown in FIG. 24, there is a 45 ° phase difference between the output signals of the Hall elements H1 and H2, and in this example, the output signal of the Hall element H1 changes from a low level (L) to a high level ( The output signal of the Hall element H2 changes from the low level (L) to the high level (H) with a delay of 45 ° from the timing when the change to H).

図24に示すホール素子H1,H2の出力信号のレベルに基づいて、相対回転角度θの初期値θ0の0〜360°を分割すると、図25に示すように、第1ないし第4範囲の計4個に分割することができる。図示のように、第1範囲は、0°≦θ0<45°であり、第2範囲は、45°≦θ0<180°であり、第3範囲は、180°≦θ0<225°であり、第4範囲は、225°≦θ0<360°である。また、演算角度φの初期値φ0は、初期値テーブル53dにおいて各範囲の中央値に設定されており、第1範囲に対して22.5°が、第2範囲に対して120°が、第3範囲に対して202.5°が、第4範囲に対して300°がそれぞれ設定されている。   When the 0 to 360 ° of the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is divided based on the level of the output signal of the Hall elements H1 and H2 shown in FIG. 24, the total of the first to fourth ranges is obtained as shown in FIG. It can be divided into four. As shown, the first range is 0 ° ≦ θ0 <45 °, the second range is 45 ° ≦ θ0 <180 °, the third range is 180 ° ≦ θ0 <225 °, The fourth range is 225 ° ≦ θ0 <360 °. In addition, the initial value φ0 of the calculation angle φ is set to the median value of each range in the initial value table 53d, 22.5 ° with respect to the first range, 120 ° with respect to the second range, 202.5 ° is set for the third range, and 300 ° is set for the fourth range.

たとえば、ホール素子H1の信号レベルVH1がハイレベル(H)であり、ホール素子H2の信号レベルVH2がローレベル(L)であった場合は、初期値テーブル53dから初期値φ0として22.5°が選択される。   For example, if the signal level VH1 of the Hall element H1 is high (H) and the signal level VH2 of the Hall element H2 is low (L), the initial value φ0 is 22.5 ° from the initial value table 53d. Is selected.

また、図26に示すように、初期値φ0が正確に追従可能な初期値θ0の範囲は、第1ないし第4範囲を超えており、余裕がある。第1実施形態と比較すると、初期値φ0が異なるが、初期値φ0が正確に追従可能な初期値θ0の範囲は、第1実施形態と同様に、|θ0−φ0|<90°の条件を満たすように決めることができる。
初期値φ0=22.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(22.5°−90°)<θ0<(22.5°+90°)、つまり、−67.5°<θ0<112.5°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<112.5°および292.5°<θ0≦360°になる。
Further, as shown in FIG. 26, the range of the initial value θ0 that can be accurately followed by the initial value φ0 exceeds the first to fourth ranges, and there is a margin. Compared with the first embodiment, the initial value φ0 is different, but the range of the initial value θ0 that can be accurately followed by the initial value φ0 is the same as the first embodiment under the condition of | θ0−φ0 | <90 °. You can decide to meet.
The range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 22.5 ° can follow is (22.5 ° −90 °) <θ0 <(22.5 ° + 90 °), that is, −67.5 ° <θ0 <. 112.5 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <112.5 ° and 292.5 ° <θ0 ≦ 360 °.

また、初期値φ0=120°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(120°−90°)<θ0<(120°+90°)、つまり、30°<θ0<210°である。また、初期値φ0=202.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(202.5°−90°)<θ0<(202.5°+90°)、つまり、112.5°<θ0<292.5°である。さらに、初期値φ0=300°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(300°−90°)<θ0<(300°+90°)、つまり、210°<θ0<390°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<30°および210°<θ0≦360°になる。   The range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 120 ° can follow is (120 ° −90 °) <θ0 <(120 ° + 90 °), that is, 30 ° <θ0 <210 °. The range of the initial value θ0 that can be followed by the initial value φ0 = 202.5 ° is (202.5 ° −90 °) <θ0 <(202.5 ° + 90 °), that is, 112.5 ° <θ0. <292.5 °. Further, the range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 300 ° can follow is (300 ° −90 °) <θ0 <(300 ° + 90 °), that is, 210 ° <θ0 <390 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <30 ° and 210 ° <θ0 ≦ 360 °.

上述したように、第2実施形態の回転センサは、ホール素子H1,H2の出力信号間に45°の位相差が存在する以外は、第1実施形態の回転センサと同じ構成であるため、第1実施形態の回転センサと同じ効果を奏することができる。   As described above, the rotation sensor of the second embodiment has the same configuration as the rotation sensor of the first embodiment except that a 45 ° phase difference exists between the output signals of the Hall elements H1 and H2. The same effect as the rotation sensor of one embodiment can be produced.

〈第3実施形態〉
次に、この発明の第3実施形態について説明する。図27は、この実施形態の回転センサに備えられたセンサチップの構造を模式的に示す説明図である。図28は、AMRセンサM1,M2およびホール素子H1〜H3の各出力信号を示す説明図である。図29は、初期値テーブル54bの構成を示す説明図である。図30は、初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度を示す説明図である。
<Third Embodiment>
Next explained is the third embodiment of the invention. FIG. 27 is an explanatory view schematically showing the structure of a sensor chip provided in the rotation sensor of this embodiment. FIG. 28 is an explanatory diagram showing output signals of the AMR sensors M1 and M2 and the Hall elements H1 to H3. FIG. 29 is an explanatory diagram showing the configuration of the initial value table 54b. FIG. 30 is an explanatory diagram showing a margin of the initial value θ0 corresponding to the initial value φ0.

この実施形態の回転センサは、H1,H2,H3の3個のホール素子を備えており、各ホール素子の出力信号間の位相差を60°としたことを特徴とする。図27に示すように、ホール素子H1,H2,H3は、各磁気検出面(ホールプレート面)が60°を成すように配置されている。このため、図28に示すように、ホール素子H1,H2,H3の出力信号間には60°の位相差が存在し、本例では、ホール素子H1の出力信号がローレベル(L)からハイレベル(H)に変化したタイミングから60°遅れてホール素子H2の出力信号がローレベル(L)からハイレベル(H)に変化し、さらに、ホール素子H2の出力信号がローレベル(L)からハイレベル(H)に変化したタイミングから60°遅れてホール素子H3の出力信号がローレベル(L)からハイレベル(H)に変化している。   The rotation sensor of this embodiment includes three Hall elements H1, H2, and H3, and is characterized in that the phase difference between the output signals of the Hall elements is 60 °. As shown in FIG. 27, the Hall elements H1, H2, and H3 are arranged such that each magnetic detection surface (Hall plate surface) forms 60 °. For this reason, as shown in FIG. 28, there is a phase difference of 60 ° between the output signals of the Hall elements H1, H2, and H3. In this example, the output signal of the Hall element H1 changes from low level (L) to high. The output signal of the Hall element H2 changes from the low level (L) to the high level (H) with a delay of 60 ° from the timing of changing to the level (H), and further, the output signal of the Hall element H2 changes from the low level (L). The output signal of the Hall element H3 changes from the low level (L) to the high level (H) with a delay of 60 ° from the timing when the level changes to the high level (H).

図28に示すホール素子H1,H2,H3の出力信号のレベルに基づいて、相対回転角度θの初期値θ0の0〜360°を分割すると、図29に示すように、60°単位の第1ないし第6範囲の6個に分割することができる。また、演算角度φの初期値φ0は、初期値テーブル53dにおいて各範囲の中央値に設定されている。   When the 0 to 360 ° of the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is divided based on the level of the output signal of the Hall elements H1, H2, and H3 shown in FIG. 28, the first 60 ° unit first is obtained as shown in FIG. Or it can be divided into six in the sixth range. The initial value φ0 of the calculation angle φ is set to the median value of each range in the initial value table 53d.

たとえば、ホール素子H1の信号レベルVH1がハイレベル(H)であり、ホール素子H2の信号レベルVH2がローレベル(L)であり、ホール素子H3の信号レベルVH3がローレベル(L)であった場合は、初期値テーブル53dから初期値φ0として30°が選択される。   For example, the signal level VH1 of the Hall element H1 is high level (H), the signal level VH2 of the Hall element H2 is low level (L), and the signal level VH3 of the Hall element H3 is low level (L). In this case, 30 ° is selected as the initial value φ0 from the initial value table 53d.

また、図30に示すように、初期値φ0が正確に追従可能な初期値θ0の範囲は、第1ないし第6範囲を超えており、余裕がある。第1実施形態と比較すると、初期値φ0が異なるが、初期値φ0が正確に追従可能な初期値θ0の範囲は、第1実施形態と同様に、|θ0−φ0|<90°の条件を満たすように決めることができる。
初期値φ0=30°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(30°−90°)<θ0<(30°+90°)、つまり、−60°<θ0<120°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<120°および300°<θ0≦360°になる。
Further, as shown in FIG. 30, the range of the initial value θ0 that can be accurately followed by the initial value φ0 exceeds the first to sixth ranges, and there is a margin. Compared with the first embodiment, the initial value φ0 is different, but the range of the initial value θ0 that can be accurately followed by the initial value φ0 is the same as the first embodiment under the condition of | θ0−φ0 | <90 °. You can decide to meet.
The range of the initial value θ0 that can follow the initial value φ0 = 30 ° is (30 ° −90 °) <θ0 <(30 ° + 90 °), that is, −60 ° <θ0 <120 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <120 ° and 300 ° <θ0 ≦ 360 °.

また、初期値φ0=90°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(90°−90°)<θ0<(90°+90°)、つまり、0°<θ0<180°である。また、初期値φ0=150°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(150°−90°)<θ0<(150°+90°)、つまり、60°<θ0<240°である。また、初期値φ0=210°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(210°−90°)<θ0<(210°+90°)、つまり、120°<θ0<300°である。また、初期値φ0=270°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(270°−90°)<θ0<(270°+90°)、つまり、180°<θ0<360°である。さらに、初期値φ0=330°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(330°−90°)<θ0<(330°+90°)、つまり、240°<θ0<420°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<60°および<θ0≦360°になる。   The range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 90 ° can follow is (90 ° −90 °) <θ0 <(90 ° + 90 °), that is, 0 ° <θ0 <180 °. The range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 150 ° can follow is (150 ° −90 °) <θ0 <(150 ° + 90 °), that is, 60 ° <θ0 <240 °. The range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 210 ° can follow is (210 ° −90 °) <θ0 <(210 ° + 90 °), that is, 120 ° <θ0 <300 °. The range of the initial value θ0 that can be followed by the initial value φ0 = 270 ° is (270 ° −90 °) <θ0 <(270 ° + 90 °), that is, 180 ° <θ0 <360 °. Further, the range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 330 ° can follow is (330 ° −90 °) <θ0 <(330 ° + 90 °), that is, 240 ° <θ0 <420 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <60 ° and <θ0 ≦ 360 °.

上述したように、第3実施形態の回転センサは、ホール素子H1,H2,H3の出力信号間に60°の位相差が存在する以外は、第1実施形態の回転センサと同じ構成であるため、第1実施形態の回転センサと同じ効果を奏することができる。しかも、初期値θ0が存在する角度範囲の数が第1ないし第6範囲と6個であり、第1実施形態の4個よりも2個多いため、その分、初期値θ0が存在する角度範囲を狭い範囲に絞り込むことができるので、演算角度φが初期値θ0に追従し、初期値θ0に収束するまでに要する時間を短縮することができる。   As described above, the rotation sensor of the third embodiment has the same configuration as the rotation sensor of the first embodiment except that a phase difference of 60 ° exists between the output signals of the Hall elements H1, H2, and H3. The same effect as the rotation sensor of the first embodiment can be obtained. Moreover, the number of angle ranges in which the initial value θ0 exists is six in the first to sixth ranges, which is two more than four in the first embodiment, and accordingly, the angle range in which the initial value θ0 exists. Can be narrowed down to a narrow range, the time required for the calculation angle φ to follow the initial value θ0 and converge to the initial value θ0 can be shortened.

〈第4実施形態〉
次に、この発明の第4実施形態について説明する。図31は、初期値テーブル54bの構成を示す説明図である。図32は、初期値φ0に対応する初期値θ0の余裕度を示す説明図である。
<Fourth embodiment>
Next explained is the fourth embodiment of the invention. FIG. 31 is an explanatory diagram showing the configuration of the initial value table 54b. FIG. 32 is an explanatory diagram showing a margin of the initial value θ0 corresponding to the initial value φ0.

この実施形態の回転センサは、H1〜H4の4個のホール素子を備えており、各ホール素子の出力信号間の位相差を45°としたことを特徴とする。ホール素子H1〜H4は、各磁気検出面(ホールプレート面)が45°を成すように配置されている。このため、ホール素子H1〜H4の出力信号間には45°の位相差が存在すし、本例では、出力信号がローレベル(L)からハイレベル(H)に変化したタイミングが、ホール素子H1からH4へ順に45°ずつ遅れている。   The rotation sensor of this embodiment includes four Hall elements H1 to H4, and is characterized in that the phase difference between output signals of the Hall elements is 45 °. The Hall elements H1 to H4 are arranged such that each magnetic detection surface (hole plate surface) forms 45 °. Therefore, there is a 45 ° phase difference between the output signals of the Hall elements H1 to H4. In this example, the timing at which the output signal changes from the low level (L) to the high level (H) is the Hall element H1. From H4 to H4 in order.

ホール素子H1〜H4の出力信号のレベルに基づいて、相対回転角度θの初期値θ0の0〜360°を分割すると、図31に示すように、45°単位の第1ないし第8範囲の計8個に分割することができる。また、演算角度φの初期値φ0は、初期値テーブル53dにおいて各範囲の中央値に設定されている。   When 0 to 360 ° of the initial value θ0 of the relative rotation angle θ is divided based on the level of the output signal of the Hall elements H1 to H4, as shown in FIG. 31, the first to eighth ranges in units of 45 ° are calculated. It can be divided into eight. The initial value φ0 of the calculation angle φ is set to the median value of each range in the initial value table 53d.

たとえば、ホール素子H1〜H4の各信号レベルVH1〜VH4が、順にハイレベル(H)、ローレベル(L)、ローレベル(L)、ローレベル(L)であった場合は、初期値テーブル53dから初期値φ0として22.5°が選択される。   For example, if each of the signal levels VH1 to VH4 of the Hall elements H1 to H4 is high level (H), low level (L), low level (L), and low level (L) in order, the initial value table 53d. Therefore, 22.5 ° is selected as the initial value φ0.

また、図32に示すように、初期値φ0が正確に追従可能な初期値θ0の範囲は、第1ないし第8範囲を超えており、余裕がある。第1実施形態と比較すると、初期値φ0が異なるが、初期値φ0が正確に追従可能な初期値θ0の範囲は、第1実施形態と同様に、|θ0−φ0|<90°の条件を満たすように決めることができる。
初期値φ0=22.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(22.5°−90°)<θ0<(22.5°+90°)、つまり、−67.5°<θ0<112.5°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<112.5°および292.5°<θ0≦360°になる。
Also, as shown in FIG. 32, the range of the initial value θ0 that the initial value φ0 can accurately follow exceeds the first to eighth ranges, and there is a margin. Compared with the first embodiment, the initial value φ0 is different, but the range of the initial value θ0 that can be accurately followed by the initial value φ0 is the same as the first embodiment under the condition of | θ0−φ0 | <90 °. You can decide to meet.
The range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 22.5 ° can follow is (22.5 ° −90 °) <θ0 <(22.5 ° + 90 °), that is, −67.5 ° <θ0 <. 112.5 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <112.5 ° and 292.5 ° <θ0 ≦ 360 °.

また、初期値φ0=67.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(67.5°−90°)<θ0<(67.5°+90°)、つまり、−22.5°<θ0<157.5°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<157.5°および337.5°<θ0≦360°になる。また、初期値φ0=112.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(112.5°−90°)<θ0<(112.5°+90°)、つまり、22.5°<θ0<202.5°である。また、初期値φ0=157.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(157.5°−90°)<θ0<(157.5°+90°)、つまり、67.5°<θ0<247.5°である。   The range of the initial value θ0 that can be followed by the initial value φ0 = 67.5 ° is (67.5 ° −90 °) <θ0 <(67.5 ° + 90 °), that is, −22.5 ° < θ0 <157.5 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <157.5 ° and 337.5 ° <θ0 ≦ 360 °. The range of the initial value θ0 that can be followed by the initial value φ0 = 112.5 ° is (112.5 ° −90 °) <θ0 <(112.5 ° + 90 °), that is, 22.5 ° <θ0. <202.5 °. Further, the range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 157.5 ° can follow is (157.5 ° −90 °) <θ0 <(157.5 ° + 90 °), that is, 67.5 ° <θ0. <247.5 °.

また、初期値φ0=202.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(202.5°−90°)<θ0<(202.5°+90°)、つまり、112.5°<θ0<292.5°である。また、初期値φ0=247.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(247.5°−90°)<θ0<(247.5°+90°)、つまり、157.5°<θ0<337.5°である。また、初期値φ0=292.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(292.5°−90°)<θ0<(292.5°+90°)、つまり、202.5°<θ0<382.5°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<22.5°および202.5°<θ0≦360°になる。さらに、初期値φ0=337.5°が追従可能な初期値θ0の範囲は、(337.5°−90°)<θ0<(337.5°+90°)、つまり、247.5°<θ0<427.5°である。これをφ0=0°(360°)を基準にすると、0°≦θ0<67.5°および247.5°<θ0≦360°になる。   The range of the initial value θ0 that can be followed by the initial value φ0 = 202.5 ° is (202.5 ° −90 °) <θ0 <(202.5 ° + 90 °), that is, 112.5 ° <θ0. <292.5 °. The range of the initial value θ0 that can be followed by the initial value φ0 = 247.5 ° is (247.5 ° −90 °) <θ0 <(247.5 ° + 90 °), that is, 157.5 ° <θ0. <337.5 °. The range of the initial value θ0 that can be followed by the initial value φ0 = 292.5 ° is (292.5 ° −90 °) <θ0 <(292.5 ° + 90 °), that is, 202.5 ° <θ0. <382.5 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <22.5 ° and 202.5 ° <θ0 ≦ 360 °. Further, the range of the initial value θ0 that the initial value φ0 = 337.5 ° can follow is (337.5 ° −90 °) <θ0 <(337.5 ° + 90 °), that is, 247.5 ° <θ0. <427.5 °. When this is based on φ0 = 0 ° (360 °), 0 ° ≦ θ0 <67.5 ° and 247.5 ° <θ0 ≦ 360 °.

上述したように、第4実施形態の回転センサは、ホール素子H1〜H4の各出力信号間にそれぞれ45°の位相差が存在する以外は、第1実施形態の回転センサと同じ構成であるため、第1実施形態の回転センサと同じ効果を奏することができる。しかも、初期値θ0が存在する角度範囲の数が第1ないし第8範囲と8個であり、第3実施形態の6個よりも2個多いため、その分、初期値θ0が存在する角度範囲をより一層狭い範囲に絞り込むことができるので、演算角度φが初期値θ0に追従し、初期値θ0に収束するまでに要する時間をより一層短縮することができる。   As described above, the rotation sensor of the fourth embodiment has the same configuration as the rotation sensor of the first embodiment, except that a 45 ° phase difference exists between the output signals of the Hall elements H1 to H4. The same effect as the rotation sensor of the first embodiment can be obtained. In addition, the number of angle ranges in which the initial value θ0 exists is eight in the first to eighth ranges, which is two more than six in the third embodiment, and accordingly, the angle range in which the initial value θ0 exists. Can be narrowed down to a narrower range, the time required for the calculation angle φ to follow the initial value θ0 and converge to the initial value θ0 can be further reduced.

〈他の実施形態〉
(1)ホール素子H1,H2の各出力信号間の位相差は、90°、60°および45°以外でも良い。つまり、ホール素子H1,H2の各出力信号間の位相差が0°を超えていれば、演算角度φは相対回転角度θを正確に追従することができる。したがって、ホール素子の磁気検出面間が成す角度の選択範囲が非常に広いため、ホール素子の配置位置に関する自由度を高くすることができる。
<Other embodiments>
(1) The phase difference between the output signals of the Hall elements H1 and H2 may be other than 90 °, 60 ° and 45 °. That is, if the phase difference between the output signals of the Hall elements H1 and H2 exceeds 0 °, the calculation angle φ can accurately follow the relative rotation angle θ. Therefore, since the selection range of the angle formed between the magnetic detection surfaces of the Hall element is very wide, the degree of freedom regarding the arrangement position of the Hall element can be increased.

(2)永久磁石2が1回転する間、つまり、相対回転角度θが1周期変化する間に出力信号の信号レベルが1周期変化する素子であれば、ホール素子以外の素子を用いることもできる。たとえば、GMR(Giant Magneto-Resistive effect:巨大磁気抵抗効果)型素子またはTMR(Tunnel Magneto-Resistive effect:トンネル磁気抵抗効果)型素子などの磁気検出素子もしくはコイルなどのスイッチを用いることができる。 (2) An element other than the Hall element can be used as long as the signal level of the output signal changes by one period while the permanent magnet 2 makes one rotation, that is, while the relative rotation angle θ changes by one period. . For example, a magnetic detection element such as a GMR (Giant Magneto-Resistive effect) type element or a TMR (Tunnel Magneto-Resistive effect) type element or a switch such as a coil can be used.

(3)永久磁石2が1回転する間、つまり、相対回転角度θが1周期変化する間に出力信号の信号レベルが2周期変化する素子であれば、AMRセンサ以外のセンサを用いることもできる。 (3) A sensor other than the AMR sensor can be used as long as the signal level of the output signal changes for two cycles while the permanent magnet 2 rotates once, that is, while the relative rotation angle θ changes for one cycle. .

(4)増幅部51から出力されるsin2θ信号およびcos2θ信号の振幅差、オフセットおよび初期位相誤差を補正する補正部を設けることもできる。この構成を設けた回転センサを用いれば、相対回転角度θの検出精度をより一層高めることができる。 (4) A correction unit that corrects the amplitude difference, offset, and initial phase error between the sin 2θ signal and the cos 2θ signal output from the amplification unit 51 may be provided. If the rotation sensor provided with this configuration is used, the detection accuracy of the relative rotation angle θ can be further enhanced.

(5)増幅部52から出力されるsinθ信号およびcosθ信号の振幅差、オフセットおよび初期位相誤差を補正する補正部を設けることもできる。この構成を設けた回転センサを用いれば、相対回転角度θの検出精度をより一層高めることができる。 (5) A correction unit that corrects the amplitude difference, offset, and initial phase error between the sin θ signal and the cos θ signal output from the amplifying unit 52 may be provided. If the rotation sensor provided with this configuration is used, the detection accuracy of the relative rotation angle θ can be further enhanced.

(6)角度演算部60、初期値決定部53および出力部70は、ディスクリート回路などのハードウエアによって実現することができる他、マイクロコンピュータを用いたソフトウエアによって実現することもできる。 (6) The angle calculation unit 60, the initial value determination unit 53, and the output unit 70 can be realized by hardware such as a discrete circuit, or can be realized by software using a microcomputer.

(7)ホール素子H1またはH2のパルス出力の数をカウントし、多回転(360°以上)を検出することもできる。
(8)初期値決定部53が行う内容は、出力部70が行うようにしても良い。
(7) The number of pulse outputs of the Hall element H1 or H2 can be counted to detect multiple rotations (360 ° or more).
(8) The content performed by the initial value determination unit 53 may be performed by the output unit 70.

(9)出力部70が演算角度をアナログ信号に変換しないでデジタル値の状態で出力するように構成することもできる。
(9)検出回路50をシリコン基板10に形成し、センサチップ5および検出回路50を一体化することもできる。
(9) The output unit 70 may be configured to output a digital value without converting the calculation angle into an analog signal.
(9) The detection circuit 50 can be formed on the silicon substrate 10 and the sensor chip 5 and the detection circuit 50 can be integrated.

(10)シリコン基板10に代えてGaAs、InAs、InSbなどの化合物半導体により形成された基板を用いることもできる。
(11)永久磁石に代えて、磁気インクを塗布した部材を用いることもできる。また、導電性部材の表面に着磁した部材を用いることもできる。
(12)縦型ホール素子に代えて横型ホール素子を用いることもできる。また、横型ホール素子を磁気検出部が磁気抵抗素子に対して垂直になるように、磁気抵抗素子領域に重ねて配置して用いることもできる。
(10) Instead of the silicon substrate 10, a substrate formed of a compound semiconductor such as GaAs, InAs, or InSb can also be used.
(11) A member coated with magnetic ink can be used instead of the permanent magnet. A member magnetized on the surface of the conductive member can also be used.
(12) A horizontal Hall element can be used instead of the vertical Hall element. Further, it is also possible to use the horizontal Hall element so as to overlap the magnetoresistive element region so that the magnetic detection portion is perpendicular to the magnetoresistive element.

この発明に係る回転センサ1は、検出対象が相対回転するものであれば、適用用途は限定されない。たとえば、内燃機関に設けられたクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ、カムシャフトのカム角を検出するカム角センサ、車両に設けられた操舵装置の操舵角を検出する操舵角センサなどに適用することができる。また、ロボットに設けられた関節の角度を検出するセンサなどにも適用することができる。   Application of the rotation sensor 1 according to the present invention is not limited as long as the detection target rotates relatively. For example, a crank angle sensor that detects a crank angle of a crankshaft provided in an internal combustion engine, a cam angle sensor that detects a cam angle of a camshaft, a steering angle sensor that detects a steering angle of a steering device provided in a vehicle, etc. Can be applied. The present invention can also be applied to a sensor that detects the angle of a joint provided in a robot.

1・・回転センサ、2・・永久磁石(磁気発生部)、5・・センサチップ、
10・・シリコン基板、H1,H2・・ホール素子、M1,M2・・AMRセンサ、
R1〜R8・・磁気抵抗素子、θ・・相対回転角度、θ0・・初期値、
φ・・演算角度、φ0・・初期値。
1 .... rotation sensor, 2 .... permanent magnet (magnetic generator), 5 .... sensor chip,
10 .. Silicon substrate, H1, H2, .. Hall element, M1, M2, .. AMR sensor,
R1 to R8 .. magnetoresistive element, .theta .. relative rotation angle, .theta.0.
φ ·· Calculation angle, φ0 ·· Initial value.

Claims (13)

相対回転する磁気発生部の磁界中に配置されており、前記磁気発生部が1回転する間に前記磁界の強度に応じて信号レベルが2周期で変化する信号をそれぞれ出力し、かつ、各信号間に位相差が出るように配置された複数の磁電変換素子を備え、
各磁電変換素子から出力される信号を用いて前記磁気発生部に対する相対回転角度を求めるように構成された回転センサにおいて、
前記磁気発生部が1回転する間に、前記磁界の強度に応じて信号レベルが1周期で変化する検出信号を出力し、かつ、検出信号間に位相差が出るように配置された複数の検出素子と、
各磁電変換素子から出力される信号を用い、前記磁気発生部に対する相対回転角度と演算により求めた演算角度との偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度を演算する角度演算部と、
各検出素子から出力された各検出信号の各信号レベルと閾値との各比較結果を用い、相対回転角度の初期値が含まれる角度範囲を判定し、その判定した角度範囲の中で発生し得る相対回転角度の初期値と前記演算角度の初期値との差の絶対値が90°未満となるように前記演算角度の初期値を決定する初期値決定部と、
前記角度演算部が演算した演算角度に対応する信号を、前記磁気発生部が1回転する間に1周期で出力する出力部と、を備えており、
前記初期値決定部は、前記磁気発生部が相対回転を開始する前にのみ前記演算角度の初期値を決定し、
前記角度演算部は、前記初期値決定部により決定された演算角度の初期値を用いて前記フィードバック制御を開始し、前記相対回転角度を演算することを特徴とする回転センサ。
Each of the signals is arranged in a magnetic field of a relatively rotating magnetism generating unit, and outputs a signal whose signal level changes in two cycles according to the strength of the magnetism field while the magnetism generating unit makes one rotation. A plurality of magnetoelectric transducers arranged so that a phase difference appears between them,
In a rotation sensor configured to obtain a relative rotation angle with respect to the magnetism generation unit using a signal output from each magnetoelectric conversion element,
A plurality of detections are arranged so that a detection signal whose signal level changes in one cycle according to the intensity of the magnetic field is output and a phase difference is generated between the detection signals during one rotation of the magnetism generator. Elements,
Using the signal output from each magnetoelectric conversion element, the relative rotation angle is calculated by performing feedback control so that the deviation between the relative rotation angle with respect to the magnetism generating unit and the calculation angle obtained by calculation converges to a predetermined value. An angle calculator,
Using each comparison result between each signal level and each threshold value of each detection signal output from each detection element, an angle range including the initial value of the relative rotation angle is determined, and the detection can occur within the determined angle range. An initial value determination unit that determines the initial value of the calculation angle so that the absolute value of the difference between the initial value of the relative rotation angle and the initial value of the calculation angle is less than 90 °;
An output unit that outputs a signal corresponding to a calculation angle calculated by the angle calculation unit in one cycle while the magnetism generation unit makes one rotation;
The initial value determination unit determines an initial value of the calculation angle only before the magnetism generation unit starts relative rotation,
The angle calculation unit starts the feedback control using the initial value of the calculation angle determined by the initial value determination unit, and calculates the relative rotation angle.
相対回転する磁気発生部の磁界中に配置されており、前記磁気発生部が1回転する間に前記磁界の強度に応じて信号レベルが2周期で変化する信号をそれぞれ出力し、かつ、各信号間に位相差が出るように配置された複数の磁電変換素子を備え、
各磁電変換素子から出力される信号を用いて前記磁気発生部に対する相対回転角度を求めるように構成された回転センサにおいて、
前記磁気発生部が1回転する間に、前記磁界の強度に応じて信号レベルが1周期で変化する検出信号を出力し、かつ、検出信号間に位相差が出るように配置された複数の検出素子と、
各磁電変換素子から出力される信号を用い、前記磁気発生部に対する相対回転角度と演算により求めた演算角度との偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度を演算する角度演算部と、
各検出素子から出力された各検出信号の各信号レベルと閾値との各比較結果を用い、相対回転角度の初期値が含まれる角度範囲を判定し、その判定した角度範囲の中で発生し得る相対回転角度の初期値と前記演算角度の初期値との差の絶対値が90°未満となるように前記演算角度の初期値を決定する初期値決定部と、
前記角度演算部が演算した演算角度に対応する信号を、前記磁気発生部が1回転する間に1周期で出力する出力部と、を備えており、
前記初期値決定部は、前記磁気発生部が相対回転を開始する前と、相対回転を開始した後の予め定めされた時間とにおいてそれぞれ前記演算角度の初期値を決定し、
前記角度演算部は、前記初期値決定部により決定された演算角度の初期値を用いて前記フィードバック制御を行い、前記相対回転角度を演算することを特徴とする回転センサ。
Each of the signals is arranged in a magnetic field of a relatively rotating magnetism generating unit, and outputs a signal whose signal level changes in two cycles according to the strength of the magnetism field while the magnetism generating unit makes one rotation. A plurality of magnetoelectric transducers arranged so that a phase difference appears between them,
In a rotation sensor configured to obtain a relative rotation angle with respect to the magnetism generation unit using a signal output from each magnetoelectric conversion element,
A plurality of detections are arranged so that a detection signal whose signal level changes in one cycle according to the intensity of the magnetic field is output and a phase difference is generated between the detection signals during one rotation of the magnetism generator. Elements,
Using the signal output from each magnetoelectric conversion element, the relative rotation angle is calculated by performing feedback control so that the deviation between the relative rotation angle with respect to the magnetism generating unit and the calculation angle obtained by calculation converges to a predetermined value. An angle calculator,
Using each comparison result between each signal level and each threshold value of each detection signal output from each detection element, an angle range including the initial value of the relative rotation angle is determined, and the detection can occur within the determined angle range. An initial value determination unit that determines the initial value of the calculation angle so that the absolute value of the difference between the initial value of the relative rotation angle and the initial value of the calculation angle is less than 90 °;
An output unit that outputs a signal corresponding to a calculation angle calculated by the angle calculation unit in one cycle while the magnetism generation unit makes one rotation;
The initial value determining unit determines an initial value of the calculation angle before the magnetism generating unit starts relative rotation and at a predetermined time after the relative rotation starts,
The angle calculation unit performs the feedback control using the initial value of the calculation angle determined by the initial value determination unit, and calculates the relative rotation angle.
前記相対回転角度の初期値をθ0とし、前記演算角度の初期値をφ0とした場合に、前記角度演算部は、(φ0−90°)<θ0<(φ0+90°)の範囲に存在する相対回転角度の初期値θ0を演算可能なことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転センサ。   When the initial value of the relative rotation angle is θ0 and the initial value of the calculation angle is φ0, the angle calculation unit has a relative rotation existing in the range of (φ0−90 °) <θ0 <(φ0 + 90 °). The rotation sensor according to claim 1, wherein an initial value θ0 of the angle can be calculated. 前記複数の検出素子は、各検出信号間に90°の位相差が出るように配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の回転センサ。   The rotation sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of detection elements are arranged such that a phase difference of 90 ° is generated between the detection signals. 前記複数の磁電変換素子は、各信号間に45°の位相差が出るように配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載の回転センサ。   The rotation sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of magnetoelectric transducers are arranged so that a phase difference of 45 ° is generated between the signals. 前記相対回転角度の0〜360°を前記各検出素子の出力信号間の位相差で除した値をnとし、0〜360°の範囲をnで除することによりn個の角度範囲を設定した場合に、前記各検出信号の各信号レベルと閾値との各比較結果の組合せが各角度範囲において総て異なるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載の回転センサ。   A value obtained by dividing 0 to 360 ° of the relative rotation angle by a phase difference between output signals of the detection elements is n, and n angle ranges are set by dividing a range of 0 to 360 ° by n. In this case, the combinations of the comparison results between the signal levels of the detection signals and the threshold values are all different in each angle range. The rotation sensor described in 1. 前記相対回転角度をθとし、前記演算角度をφとした場合に、
前記角度演算部は、各磁電変換素子から出力される信号を用いて偏差(2θ−2φ)が0になるようにフィードバック制御を行い、かつ、そのフィードバック制御を開始するときの前記演算角度φの初期値として前記初期値決定部において決定された初期値を用いることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載の回転センサ。
When the relative rotation angle is θ and the calculation angle is φ,
The angle calculation unit performs feedback control using a signal output from each magnetoelectric conversion element so that the deviation (2θ−2φ) becomes 0, and the calculation angle φ when the feedback control is started The rotation sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein an initial value determined by the initial value determination unit is used as an initial value.
前記複数の磁電変換素子は、sin2θ信号およびcos2θ信号を出力し、
前記角度演算部は、
前記sin2θ信号およびcos2θ信号に基づいてsin(2θ−2φ)信号を作成し、かつ、その作成されたsin(2θ−2φ)に基づいて偏差(2θ−2φ)を演算し、その偏差(2θ−2Φ)が0になるようにフィードバック制御を行って前記相対回転角度を演算することを特徴とする請求項7に記載の回転センサ。
The plurality of magnetoelectric transducers output a sin 2θ signal and a cos 2θ signal,
The angle calculator is
A sin (2θ-2φ) signal is created based on the sin2θ signal and the cos2θ signal, and a deviation (2θ-2φ) is calculated based on the created sin (2θ-2φ), and the deviation (2θ− The rotation sensor according to claim 7, wherein the relative rotation angle is calculated by performing feedback control so that 2Φ) becomes zero.
前記角度演算部は、
前記演算角度φに対応するカウント値をカウントするカウンタを備え、前記偏差(2θ−2φ)の正負を判定し、その判定結果に基いて前記カウンタのカウント値を増減することを特徴とする請求項8に記載の回転センサ。
The angle calculator is
A counter for counting a count value corresponding to the calculation angle φ is provided, the sign of the deviation (2θ-2φ) is determined, and the count value of the counter is increased or decreased based on the determination result. The rotation sensor according to claim 8.
前記角度演算部は、
前記sin(2θ−2φ)信号を逆正弦演算することにより前記偏差(2θ−2φ)を演算し、その演算結果に基いて前記正負を判定することを特徴とする請求項9に記載の回転センサ。
The angle calculator is
The rotation sensor according to claim 9, wherein the deviation (2θ-2φ) is calculated by performing an inverse sine operation on the sin (2θ-2φ) signal, and the positive / negative is determined based on the calculation result. .
前記角度演算部は、
前記sin(2θ−2φ)信号が0よりも大きいときは前記偏差(2θ−2φ)が正であると判定し、前記sin(2θ−2φ)信号が0よりも小さいときは前記偏差(2θ−2φ)が負であると判定することを特徴とする請求項9に記載の回転センサ。
The angle calculator is
When the sin (2θ-2φ) signal is greater than 0, it is determined that the deviation (2θ-2φ) is positive, and when the sin (2θ-2φ) signal is less than 0, the deviation (2θ− The rotation sensor according to claim 9, wherein it is determined that 2φ) is negative.
前記複数の検出素子は、それぞれホール素子であることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1つに記載の回転センサ。   The rotation sensor according to claim 1, wherein each of the plurality of detection elements is a Hall element. 前記複数の磁電変換素子は、それぞれ磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1つに記載の回転センサ。   The rotation sensor according to any one of claims 1 to 12, wherein each of the plurality of magnetoelectric conversion elements is a magnetoresistive element.
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