JP5892133B2

JP5892133B2 - 回転角検出システム

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Publication number: JP5892133B2
Application number: JP2013192175A
Authority: JP
Inventors: 憲一峰田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2016-03-23
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Description

本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出システムに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、エンジンのクランク軸の回転に対応した所定角度間隔毎のパルス列のクランク信号に基づいて、エンジンを制御するエンジン制御装置が提案されている。

特開２００５−１３３６１４号公報

クランク軸には所定の角度間隔で回転方向に歯が形成されており、この歯の回転に応じたパルス列を含むクランク信号がエンジン制御装置に入力される。またクランク軸には回転角度の基準位置を示すための欠け歯が１つ形成されており、この欠け歯に応じたパルスがクランク信号に含まれる。エンジン制御装置は、クランク信号に含まれるパルスをカウントするクランクカウンタを有し、欠け歯に応じたパルスを受信すると、カウント値を初期値に戻す。

エンジンを高精度に制御するためには、カウント値が正確であることが求められる。しかしながら、パルス列に含まれるパルスの欠落やノイズの重複のために、カウント値が不正確になる場合がある。そのため、カウント値を補正する必要がある。上記したように、クランクカウンタは欠け歯に応じたパルスを受信すると、カウント値を初期値に戻す。これによってカウント値が補正されるが、回転体が一回転した後にカウント値が補正されるため、補正が遅かった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、カウント値の補正が速くなった回転角検出システムを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明は、回転体（２００）の回転によって生じる回転磁束を検出し、電気信号に変換する回転角センサ（１０）と、回転角センサの電気信号に基づいて、回転体の回転角を算出する算出部（５０）と、を有する回転角検出システムであって、回転体は、自身の回転に伴って回転磁束が周期的に変動するよう、第１部材（２１０）と第２部材（２２０）とが回転体の回転方向に沿って交互に連結されて成り、回転角センサは、回転体の回転による回転磁束の変動を電気信号に変換する、回転体の回転方向に沿って等間隔に並んで配置された複数の磁電変換素子（１１〜１４）と、複数の磁電変換素子それぞれの出力信号をパルス信号に変換する変換部（２０）と、を有し、算出部は、複数の磁電変換素子それぞれに対応するパルス信号の立ち上がりエッジ、若しくは、立ち下がりエッジをカウントするカウンター（５２）と、ｎを複数の磁電変換素子の総数とすると、カウンターにてカウントされたカウント値Ｎを総数ｎで割った値の余りの数ｐを算出する除算部（５３）と、除算部にて算出された余りの数ｐ、および、その余りの数ｐに対応する磁電変換素子のパルス信号に含まれるパルスの入力タイミングを比較することで、パルス信号におけるパルスの欠落とノイズの重複を検出する比較部（５４）と、比較部の比較結果に基づいてカウンターのカウント値を補正する補正部（５５）と、を有し、隣り合う２つの磁電変換素子それぞれと回転体の回転中心（ＲＣ）とを結ぶ２つの線の成す隣接角度は、１つの第２部材を介して隣り合う２つの第１部材それぞれと回転中心とを結ぶ２つの線の成す隣接角度をθとすると、隣接角度θを総数ｎで割った値θ／ｎと等しくなっていることを特徴とする。

このように本発明によれば、カウント値Ｎを磁電変換素子（１１〜１４）の総数ｎで割った値の余りの数ｐと、その余りの数ｐに対応する磁電変換素子（１１〜１４）のパルス信号に含まれるパルスの入力タイミングとの比較結果に基づいて、カウント値Ｎを補正する。これによれば、回転体（２００）が一回転した後にカウント値Ｎを補正する構成と比べて、カウント値Ｎの補正が速くなる。詳しくは、実施形態に上記作用効果を説明している。

回転体は、回転方向の一方向に正転し、一方向の逆方向に逆転する性質を有しており、総数ｎは、３以上の自然数であり、算出部は、変換部から出力される、３個以上の磁電変換素子それぞれに対応するパルス信号の立ち上がりエッジ、若しくは、立ち下がりエッジの入力タイミングの並びパターンに基づいて、回転体の回転方向を検出する方向検出部（５７）を有する。

回転方向に並んで配置された３個以上の磁電変換素子（１１〜１４）それぞれに対応するパルス信号の立ち上がりエッジ、若しくは、立ち下がりエッジ（以下、単にエッジと示す）は、その並び順に方向検出部（５７）に入力される。したがって、回転体が正転している場合は、その正転方向の並びに即したエッジの並びパターンがあり、逆転している場合、その逆転方向の並びに即したエッジの並びパターンがある。方向検出部（５７）は、このエッジの並びパターンに基づいて、回転体（２００）の回転方向を検出する。これによれば、例えば２つのパルス信号の電圧レベルの関係に基づいて回転体（２００）の回転方向を検出する構成と比べて、回転方向の検出に用いている情報（パルス信号）が多いので、回転方向を高精度に検出することができる。

なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけているが、この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。

回転角センサと回転体の位置を概略的に示す上面図である。回転角検出システムを示すブロック図である。算出部を示すブロック図である。正転に対応するパルス信号、加算信号、および、カウント値を示すタイミングチャートである。正転パターンを示すタイミングチャートである。正転パターンと逆転パターンを示すタイミングチャートである。パルスの欠けと補正を示すタイミングチャートである。正転に対応するパルス信号と逆転に対応するパルス信号それぞれのパルス周期を説明するためのタイミングチャートである。回転角センサの変形例を説明するための上面図である。図９に示す回転角センサのパルス信号を示すタイミングチャートである。回転体の変形例を説明するための上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図８に基づいて、本実施形態に係る回転角検出システムを説明する。図４〜図８では電圧レベルの基準となり、時間を示す軸を破線矢印で示し、図５および図６では後述する正転パターンと逆転パターンの並びを白抜き矢印で模式的に表している。

以下においては、回転体２００と回転角センサ１０それぞれが配置された同一の高さ位置における平面を規定平面、規定平面に直交し、回転体２００の回転中心ＲＣ（図１に示す×印）を貫く方向を軸方向と示す。そして、軸方向の周りの方向を回転方向（例えば図１に示す二点鎖線）、軸方向と直交する方向を径方向（例えば図１に示す一点鎖線や実線）と示す。なお、回転体２００は、回転方向の一方向（反時計回り）に正転、その逆方向（時計回り）に逆転する性質を有する。図１に、正転方向を回転中心ＲＣ周りの実線矢印で示し、逆転方向を回転中心ＲＣ周りの破線矢印で示す。

図１および図２に示すように、回転角検出システム１００は、回転角センサ１０と、接続部３０と、算出部５０と、を有し、回転角センサ１０と算出部５０とが接続部３０を介して電気的に接続されている。回転角センサ１０は、回転体２００の回転に応じた電気信号を生成するものであり、算出部５０は、回転角センサ１０から接続部３０を介して入力される回転角センサ１０の出力信号を処理するものである。図示しないが、算出部５０にて処理された信号は、後段に位置する回転体２００の回転を制御する制御部に入力される。制御部は、入力された信号に基づいて回転体２００の回転状態を制御する。

図１に示すように、回転角センサ１０は、磁電変換素子１１〜１３と、磁界発生部１９と、変換部２０と、を有する。回転体２００と磁界発生部１９との間に磁電変換素子１１〜１３が設けられ、磁界発生部１９から発せられたバイアス磁束が、磁電変換素子１１〜１３を介して回転体２００に印加される。回転体２００は、自身の回転に伴ってバイアス磁束が周期的に変動するよう、表面に凸部の形成された第１部材２１０と、凹部の形成された第２部材２２０とが回転方向に沿って交互に連結されて成り、凸部と凹部とが回転方向に沿って等間隔に形成されている。回転体２００の回転に伴って部材２１０，２２０（凹凸）が回転し、その回転によって、磁電変換素子１１〜１３を透過するバイアス磁束（回転磁束）が変動する。磁電変換素子１１〜１３は、この回転体２００の回転による回転磁束の変動を電気信号に変換する。この磁電変換素子１１〜１３にて変換された電気信号は、図２に示すように、変換部２０と接続部３０を介して算出部５０に出力される。算出部５０は、入力された電気信号に基づいて、回転体２００の回転状態（回転角や回転数）を検出する。

上記した３つの磁電変換素子１１〜１３は、図１に示すように回転方向に沿って等間隔に並んで配置されている。３つの磁電変換素子１１〜１３は回転方向に沿って並んでいるが、その隣接間隔は、回転体２００の第１部材２１０（以下、凸部２１０と示す）の隣接角度に応じて決定されている。１つの第２部材２２０（以下、凹部２２０と示す）を介して隣り合う２つの凸部２１０それぞれと回転中心ＣＰとを結ぶ２つの線（図１に示す径方向に沿う２つの実線）の成す隣接角度をθとし、ｎを磁電変換素子１１〜１３の総数とすると、隣り合う２つの磁電変換素子１１〜１３それぞれと回転中心ＣＰとを結ぶ２つの線（図１に示す径方向に沿う実線と一点鎖線）の成す隣接角度は、隣接角度θを上記した総数ｎで割った値θ／ｎと等しくなっている。本実施形態では、磁電変換素子１１〜１３の数は３なので、ｎは３である。したがって、隣り合う２つの磁電変換素子１１〜１３の隣接角度はθ／３となっており、磁電変換素子１１〜１３それぞれから出力される回転体２００の回転に応じた電気信号は、θ／３だけ位相がずれている。

磁電変換素子１１〜１３それぞれから出力される電気信号は三角波であり、以下においては、磁電変換素子１１〜１３それぞれから出力される電気信号を第１〜第３正弦波信号と示す。上記したように、隣り合う２つの磁電変換素子１１〜１３それぞれの隣接角度は、θ／３となっている。そのため、第１正弦波信号と第２正弦波信号とは位相がθ／３異なり、第２正弦波信号と第３正弦波信号とは位相がθ／３異なる。より詳しく言えば、図１に示すように回転体２００が正転する方向において、第１磁電変換素子１１は第２磁電変換素子１２よりも上流側に位置し、第２磁電変換素子１２は第３磁電変換素子１３よりも上流側に位置する。したがって、回転体２００が正転する場合、第１正弦波信号は第２正弦波信号よりも位相がθ／３早く、第２正弦波信号は第３正弦波信号よりも位相がθ／３早い。これとは逆に、回転体２００が逆転する場合、第３正弦波信号は第２正弦波信号よりも位相がθ／３早く、第２正弦波信号は第１正弦波信号よりも位相がθ／３早い。

上記したように、回転体２００には回転方向に沿って複数の凸部２１０が等間隔に並んで形成されているが、その複数の凸部２１０の一部（例えば１つ）が欠け、回転方向の長さが凹部２２０よりも長い第３部材（図示しないが、以下、欠け歯と示す）が形成されている。したがって、磁電変換素子１１〜１３からは、上記した凹凸２１０，２２０に応じた電気信号と、欠け歯に応じた電気信号それぞれが出力されるが、本実施形態では、後述する加算信号を簡明とするために、欠け歯に応じた電気信号の図示を省略している。凹凸２１０，２２０に応じた電気信号が、上記した三角波であり、この三角波は、変換部２０にてパルス信号に変換される。

変換部２０は、磁電変換素子１１〜１３それぞれの出力信号（第１〜第３正弦波信号）をパルス信号に変換するものである。変換部２０は閾値を有しており、その閾値と正弦波信号の電圧レベルとの大小関係に基づいて、正弦波信号をパルス信号に変換する。変換部２０はパルス信号の電圧レベル、デューティ比それぞれを調整する機能を有しており、回転体２００の欠け歯に応じた磁電変換素子１１〜１３の出力信号に基づいて、回転角度の基準位置を検出する機能も有する。変換部２０は、磁電変換素子１１〜１３それぞれに対応する入力端子と出力端子、および、回転角度の基準位置を検出した際にその情報が含まれた基準信号を算出部５０に出力するための出力端子を有する。これら出力端子に、後述する信号線３１〜３３，３９が接続される。以下においては、変換部２０にてパルス信号に変換された第１〜第３正弦波信号を、第１〜第３パルス信号と示す。

上記したように、第１正弦波信号と第２正弦波信号とは位相がθ／３異なり、第２正弦波信号と第３正弦波信号とは位相がθ／３異なる。そのため、第１パルス信号と第２パルス信号とは位相がθ／３異なり、第２パルス信号と第３パルス信号とは位相がθ／３異なる。より詳しく言えば、回転体２００が正転する場合、第１パルス信号は第２パルス信号よりも位相がθ／３早く、第２パルス信号は第３パルス信号よりも位相がθ／３早い。また回転体２００が逆転する場合、第３パルス信号は第２正弦波信号よりも位相がθ／３早く、第２正弦波信号は第１正弦波信号よりも位相がθ／３早い。

接続部３０は、磁電変換素子１１〜１３それぞれに対応する独立した信号線３１〜３３を有し、これらは第１〜第３パルス信号それぞれを独立して算出部５０に出力する。図２に示すように、第１磁電変換素子１１は変換部２０を介して第１信号線３１に接続され、第２磁電変換素子１２は変換部２０を介して第２信号線３２に接続され、第３磁電変換素子１３は変換部２０を介して第３信号線３３に接続される。そして、信号線３１〜３３それぞれは独立して算出部５０に接続されている。これにより、変換部２０にて変換された第１〜第３パルス信号それぞれが算出部５０に独立して入力される。なお、接続部３０は、上記した信号線３１〜３３の他に、基準信号を算出部５０に出力する基準信号線３９を有する。

算出部５０は、回転角センサ１０の電気信号（第１〜第３パルス信号）に基づいて、回転体２００の回転角を算出するものである。図３に示すように算出部５０は、エッジ検出部５１と、カウンター５２と、除算部５３と、比較部５４と、補正部５５と、を有する。本実施形態において算出部５０は、論理ゲート５６と、方向検出部５７と、を更に有する。エッジ検出部５１に第１〜第３パルス信号が入力され、エッジ検出部５１から第１〜第３パルス信号に応じたパルス信号が、論理ゲート５６を介してカウンター５２に入力される。カウンター５２は入力される信号をカウントし、そのカウントした値（カウント値Ｎ）を除算部５３に出力する。エッジ検出部５１から出力される上記したパルス信号は、方向検出部５７にも入力されており、方向検出部５７は入力されるパルス信号に基づいて回転体２００の回転方向を判定し、回転信号を除算部５３に出力する。除算部５３は回転信号とカウント値Ｎに応じたタイミング信号を比較部５４に出力する。比較部５４にはエッジ検出部５１から上記したパルス信号が入力されており、このパルス信号に含まれるパルスの入力タイミングと、除算部５３から入力されるタイミング信号とを比較し、その比較結果を補正部５５に出力する。補正部５５はその比較結果に基づいてカウント値Ｎを補正する。

エッジ検出部５１は、第１〜第３パルス信号の立ち上がりエッジ、若しくは、立ち下がりエッジを検出するものである。本実施形態に係るエッジ検出部５１は、パルス信号の立ち上がりエッジを検出しており、検出したタイミングにおいてパルスを出力する。また、本実施形態ではエッジ検出部５１に基準信号が入力されており、この信号を受信するとエッジ検出部５１は、リセット信号をカウンター５２に入力する。以下においては、説明を簡便とするために、エッジ検出部５１から順に出力されるパルス信号を第１パルス信号、第２パルス信号、第３パルス信号と示す。

カウンター５２は、第１〜第３パルス信号に含まれるパルスをカウントするものである。本実施形態では、論理ゲート５６を介して第１〜第３パルス信号がカウンター５２に入力される。論理ゲート５６は３つの入力端子を有しており、これら３つの入力端子のいずれか１つにＨｉレベルの信号が入力された場合にＨｉレベルの信号をカウンター５２に出力するＯＲゲートである。

上記したように、隣り合う２つの凸部２１０それぞれと回転中心ＣＰとを結ぶ２つの線の成す隣接角度はθで表される。そのため、回転体２００が隣接角度θだけ回転すると、磁電変換素子１１〜１３それぞれの前を、１つの凹凸２１０，２２０が通り過ぎる。この１つの凹凸２１０，２２０が通り過ぎる際、磁電変換素子１１〜１３それぞれは１周期分の三角波を出力する。そのため図４に示すように、その１周期分（以下、この周期をＴ_θと示す）を周期とした第１〜第３パルス信号が変換部２０から出力される。またこれも上記したように、回転方向で隣り合う２つの磁電変換素子１１〜１３の隣接角度はθ／３となっており、磁電変換素子１１〜１３それぞれの出力信号（第１〜第３正弦波信号）は、θ／３だけ位相がずれている。そのため第１〜第３パルス信号は、位相が周期Ｔ_θの３分の１（以下、この周期をＴ_θ／３と示す）だけずれている。以上により、論理ゲート５６の３つの入力端子には、位相がθ／３だけずれたパルス信号が順次入力され、論理ゲート５６からは周期がＴ_θ／３のパルス信号（以下、加算信号と示す）が出力される。カウンター５２は、この周期がＴ_θ／３の加算信号に含まれるパルスの立ち上がりエッジをカウントする。このカウンター５２がカウントしたカウント値Ｎによって回転体２００の回転角や回転数が算出される。なおカウンター５２は、上記したリセット信号が入力されるとカウント値Ｎをリセットしてゼロとする。

除算部５３は、カウント値Ｎを磁電変換素子１１〜１３の総数ｎで割った値の余りの数ｐを算出するものである。本実施形態においてｎは３なので、余りの数ｐは０，１，２のいずれかである。回転体２００が正転している場合、第１パルス信号、第２パルス信号、第３パルス信号の順で第１〜第３パルス信号がエッジ検出部５１（比較部５４）に入力される。そのためｑを０以上の自然数とすると、加算信号に含まれる第１パルス信号が入力される際、カウント値Ｎは３ｑ＋１と表されるので余りの数ｐは１となる。また第２パルス信号が入力される際、カウント値Ｎは３ｑ＋２と表されるので余りの数ｐは２となり、第３パルス信号が入力される際、カウント値Ｎは３ｑと表されるので余りの数ｐは０となる。これとは逆に回転体２００が逆転している場合、第３パルス信号、第２パルス信号、第１パルス信号の順で第１〜第３パルス信号が比較部５４に入力される。しかしながら第１〜第３パルス信号が入力される際のカウント値Ｎは不変である。（図６参照）そのため第１パルス信号が入力される際、カウント値Ｎは３ｑ＋１と表されるので余りの数ｐは１となる。また第２パルス信号が入力される際、カウント値Ｎは３ｑ＋２と表されるので余りの数ｐは２となり、第３パルス信号が入力される際、カウント値Ｎは３ｑと表されるので余りの数ｐは０となる。除算部５３は、回転体２００が正転している場合において、余りの数ｐが１となると、第１パルス信号が入力された情報を含む第１タイミング信号を比較部５４に出力し、余りの数ｐが２となると、第２パルス信号が入力された情報を含む第２タイミング信号を比較部５４に出力し、余りの数ｐが０となると、第３パルス信号が入力された情報を含む第３タイミング信号を比較部５４に出力する。これと同じく回転体２００が逆転している場合、除算部５３は、余りの数ｐが１となると、第１タイミング信号を比較部５４に出力し、余りの数ｐが２となると、第２タイミング信号を比較部５４に出力し、余りの数ｐが０となると、第３タイミング信号を比較部５４に出力する。なお、上記したように、回転体２００の回転方向は方向検出部５７にて検出され、その情報が除算部５３に入力される。

比較部５４は、除算部５３にて算出された余りの数ｐ、および、その余りの数ｐに対応する第１〜第３パルス信号に含まれるパルスの入力タイミングを逐次比較することで、パルス信号におけるパルスの欠落とノイズの重複を検出するものである。比較部５４にエッジ検出部５１から第１パルス信号が入力された際、除算部５３から第１タイミング信号が入力されることが期待される。同様にして、比較部５４に第２パルス信号が入力された際、第２タイミング信号が入力されることが期待され、比較部５４に第３パルス信号が入力された際、第３タイミング信号が入力されることが期待される。比較部５４は、両信号が同時に入力された場合、パルスの欠落とノイズの重複がないと判定し、Ｌｏレベルの信号を補正部５５に出力する。これとは異なり、いずれか一方のみが入力された場合、比較部５４は、パルスの欠落やノイズの重複があると判定し、Ｈｉレベルの信号を補正部５５に出力する。

補正部５５は、比較部５４の比較結果に基づいてカウント値Ｎを補正するものである。具体的に言えば、補正部５５は、比較部５４からＬｏレベルの信号が入力されている場合、パルスの欠落とノイズの重複がないと判定し、カウント値Ｎの補正を行わない。これとは異なり、比較部５４からＨｉレベルの信号が入力された場合、補正部５５は、パルスの欠落やノイズの重複があると判定し、カウント値Ｎの補正を行う。上記したように、比較部５４は余りの数ｐとパルスの入力タイミングとを逐次比較し、その判定信号が補正部５５に逐次入力される。そのため補正部５５は、比較部５４からパルスの欠落やノイズの重複があると判定された際に出力されるＨｉレベルの信号が入力される度に、逐次カウント値Ｎを補正する。

方向検出部５７は、エッジ検出部５１から出力される第１〜第３パルス信号の入力タイミングの並びパターンに基づいて、回転体２００の回転方向を検出するものである。上記したように、回転体２００が正転する場合、第１正弦波信号は第２正弦波信号よりも位相がθ／３早く、第２正弦波信号は第３正弦波信号よりも位相がθ／３早い。したがって図５に示すように回転体２００が正転する場合、第１パルス信号のエッジが立ち上がってＨｉレベルとなるとき、第２パルス信号と第３パルス信号それぞれのエッジはその手前の状態にあり、Ｌｏレベルである。しかしながら、回転体２００がθ／３だけ回転すると、第１パルス信号のエッジが立ち下がってＬｏレベルになるとともに、第２パルス信号のエッジが立ち上がってＨｉレベルとなる。しかしながら、第３パルス信号は以前Ｌｏレベルのままである。さらにθ／３だけ回転すると、第１パルス信号のエッジはＬｏレベルのままであり、第２パルス信号のエッジが立ち下がってＬｏレベルとなる。そして第３パルス信号のエッジが立ち上がりＨｉレベルとなる。以下、このエッジの立ち下がりと立ち上がりの振る舞いを繰り返す。このように、回転体２００が正転している場合、第１パルス信号、第２パルス信号、第３パルス信号の順にエッジが立ち上がる。方向検出部５７は、このエッジの立ち上がりの並びパターン（以下、正転パターンと示す）を検出した場合、回転体２００は正転していると判定し、その情報を含む回転信号を除算部５３に出力する。

これとは逆に、回転体２００が逆転する場合、第３正弦波信号は第２正弦波信号よりも位相がθ／３早く、第２正弦波信号は第１正弦波信号よりも位相がθ／３早い。そのため図６に示すように回転体２００が逆転している場合、第３パルス信号、第２パルス信号、第１パルス信号の順にエッジが立ち上がる。方向検出部５７は、このエッジの立ち上がりの並びパターン（以下、逆転パターンと示す）を検出した場合、回転体２００は逆転していると判定し、その情報を含む回転信号を除算部５３に出力する。

次に、本実施形態に係る回転角検出システム１００の作用効果を説明する。例えば図７に一点鎖線で示すように、第１パルス信号にパルスの欠けが生じた場合、カウンター５２にてカウントされるカウント値Ｎが少なくなる。しかしながら上記したように、除算部５３は、カウント値Ｎを総数ｎで割った値の余りの数ｐを算出し、その余りの数ｐに応じたタイミング信号を比較部５４に出力する。そして比較部５４は、除算部５３にて算出された余りの数ｐ、および、第１〜第３パルス信号に含まれるパルスの入力タイミングを逐次比較することで、パルス信号におけるパルスの欠落とノイズの重複を逐次検出する。最後に補正部５５は、比較部５４の比較結果に基づいてカウンター５２のカウント値Ｎを逐次補正する（図７のカウント値Ｎ参照）。これによれば、回転体２００が一回転した後にカウント値Ｎを補正する構成と比べて、カウント値Ｎの補正が速くなる。

上記したように、回転体２００が正転している場合、第１パルス信号、第２パルス信号、第３パルス信号の順にエッジが立ち上がり、このエッジの立ち上がりの並びパターン（正転パターン）が方向検出部５７に入力される。また、回転体２００が逆転している場合、第３パルス信号、第２パルス信号、第１パルス信号の順にエッジが立ち上がり、このエッジの立ち上がりの並びパターン（逆転パターン）が方向検出部５７に入力される。方向検出部５７は、正転パターンを検出した場合に回転体２００は正転していると判定し、逆転パターンを検出した場合に回転体２００は逆転していると判定する。これによれば、例えば２つのパルス信号の電圧レベルの関係に基づいて回転体２００の回転方向を検出する構成と比べて、回転方向の検出に用いている情報（パルス信号）が多いので、回転方向を高精度に検出することができる。

上記したように、隣り合う２つの磁電変換素子１１〜１３の隣接角度はθ／３となっている。したがって、回転体２００が隣接角度θだけ回転すると、１つの凹凸２１０，２２０が隣接角度θだけ回転し、磁電変換素子１１〜１３それぞれから１つの凹凸２１０，２２０に対応するパルス信号が得られる。また、上記したように磁電変換素子１１〜１３の隣接角度がθ／３となっているため、隣り合う磁電変換素子１１〜１３それぞれから、位相としてθ／３だけ異なるパルス信号が得られる。したがって、これら複数のパルス信号を重複することで、凸部２１０の隣接角度がθであるにも関わらず、凸部２１０の隣接角度がθ／３の場合に得られるパルス信号（加算信号）が得られる。このように、磁電変換素子１１〜１３の数を増やすことで、凸部２１０の隣接角度が広い場合であっても、パルス周期の狭い加算信号を得ることができる。すなわち、回転体２００の形状に依らずに、パルス周期の狭いパルス信号を得ることができる。また、位相がθ／３ずれた複数のパルス信号が順次論理ゲート５６（カウンター５２）に入力されるので、各パルス信号に含まれるパルスがつぶれることが抑制される。これにより回転体２００の回転角度が、凸部２１０の隣接間隔よりも狭いピッチで検出される。

なお、磁電変換素子１１〜１３それぞれに対応する独立した信号線３１〜３３が算出部５０に接続されている。これにより、各信号線３１〜３３に凸部２１０の隣接角度がθであるパルス信号（周期がＴ_θの第１〜第３パルス信号）が入力される。したがって、各信号線３１〜３３に凸部２１０の隣接角度がθ／３であるパルス信号が入力される構成と比べてパルスの密度が粗いので、パルス信号のノイズ耐性が強くなる。

磁電変換素子１１〜１３の隣接間隔はθ／ｎと等しく、総数ｎは磁電変換素子１１〜１３の数である。これにより、総数ｎが磁電変換素子１１〜１３の数とは異なる構成とは異なり、凸部２１０の隣接間隔とパルス間隔との対応関係が明りょうとなる。

本実施形態では、回転角度を検出するための第１〜第３パルス信号それぞれが信号線３１〜３３に入力される。そして、上記したように方向検出部５７は、第１〜第３パルス信号のエッジの並びパターンに基づいて回転体２００の回転方向を検出する。したがって、上記した回転方向を検出するための情報が含まれた電気信号を算出部５０に入力するための信号線が不要となっている。これにより、上記した電気信号を算出部５０に入力するための信号線を有する構成と比べて、本実施形態に係る回転角検出システム１００は部品点数が削減されている。

なお図８に示すように、回転体２００の回転速度は逆転している場合のほうが正転している場合よりも遅い。そのためにパルス周期が長くなるので、例えば第１〜第３パルス信号のパルス幅を正転時よりも逆転時に広く変換したとしても、加算信号のパルスの密度が細かくなることが抑制される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態に係る回転角センサ１０は、磁電変換素子１１〜１３として３つの磁電変換素子１１〜１３を有する例を示した。しかしながら、磁電変換素子１１〜１３の数としては上記例に限定されず、複数であれば良い。例えば図９に示すように、回転角センサ１０が、４つの磁電変換素子１１〜１４を有する構成を採用することもできる。この変形例では、磁電変換素子１１〜１４の隣接角度がθ／４となっており、図１０に示すようにカウンター５２に入力される加算信号のパルス周期はＴ_θの４分の１であるＴ_θ／４となる。このように、磁電変換素子の数を増大することで、パルス周期Ｔ_θ当たりに含まれる加算信号のパルスの数が増大する。したがって、この加算信号に基づくことで、回転体２００を高精度に制御することができる。

なお、図９に示す構成において、例えば図１０に示すように、変換部２０にて磁電変換素子１１〜１４それぞれのパルス信号の電圧レベルに差を設けてもよい。この場合、第１パルス信号と第３パルス信号とを重複した信号を１つの信号線に入力し、第２パルス信号と第４パルス信号とを重複した信号を１つの信号線に入力する構成を採用することもできる。これによれば、磁電変換素子１１〜１４それぞれに対応して４つの信号線を有する構成と比べて信号線の数が低減される。なお、この変形例において方向検出部５７は、上記したパルスのエッジの並びパターンだけではなく、パルス信号の電圧レベルにも基づいて、回転体２００の回転方向を検出する。これによれば、エッジの並びパターンのみに基づいて回転体２００の回転方向を検出する構成と比べて、回転方向を高精度に検出することができる。

本実施形態では、回転体２００は、表面に凸部の形成された第１部材２１０と、凹部の形成された第２部材２２０とが回転方向に沿って交互に連結されて成る例を示した。しかしながら、回転体２００としては、表面に凹部の形成された第１部材２１０と、凸部の形成された第２部材２２０とが回転方向に沿って交互に連結されて成る構成を採用することもできる。更にいえば、図１１に示すように、回転体２００は、第１磁極（Ｎ極）を有する第１部材２１０と、第２磁極（Ｓ極）を有する第２部材２２０とが回転方向に沿って交互に連結されて成る構成を採用することもできる。この場合、回転体２００から磁束が発せられるため、回転角センサ１０は磁界発生部１９を有さなくとも良くなる。磁電変換素子１１〜１３は、回転体２００の回転によって生じる回転磁束の変動を電気信号に変換する。

本実施形態では、算出部５０が論理ゲート５６を有する例を示した。しかしながら、論理ゲート５６はなくともよい。この場合、エッジ検出部５１から出力されるパルス信号がカウンター５２に直接入力される。

本実施形態では、算出部５０が方向検出部５７を有する例を示した。しかしながら、回転体２００が正転だけする場合、方向検出部５７はなくともよい。この場合、除算部５３は、回転体２００の回転方向（方向検出部５７の出力信号）に依らずに、余りの数ｐが１となると第１タイミング信号を比較部５４に出力し、余りの数ｐが２となると第２タイミング信号を比較部５４に出力し、余りの数ｐが０となると第３タイミング信号を比較部５４に出力する。

本実施形態では、算出部５０がエッジ検出部５１を有する例を示した。しかしながらエッジ検出部５１を有していなくともよく、この場合、第１〜第３パルス信号がカウンター５２（論理ゲート５６）、比較部５４、および、方向検出部５７それぞれに直接入力される。

本実施形態ではエッジ検出部５１に基準信号が入力され、この信号を受信するとエッジ検出部５１はリセット信号をカウンター５２に入力する例を示した。しかしながら、基準信号そのものがリセット信号としての機能を果たす場合、基準信号そのものがリセット信号としてカウンター５２に直接入力される構成を採用することもできる。

本実施形態では、論理ゲート５６がＯＲゲートであり、カウンター５２は、論理ゲート５６から出力される加算信号の立ち上がりエッジをカウントする例を示した。しかしながら論理ゲート５６としてはＮＯＲゲートを採用することができ、この場合カウンター５２は、論理ゲート５６から出力される加算信号の立ち下がりエッジをカウントする。

１０・・・回転角センサ
１１〜１４・・・磁電変換素子
２０・・・変換部
５０・・・算出部
５２・・・カウンター
５３・・・除算部
５４・・・比較部
５５・・・補正部
２００・・・回転体

Claims

回転体（２００）の回転によって生じる回転磁束を検出し、電気信号に変換する回転角センサ（１０）と、
前記回転角センサの電気信号に基づいて、前記回転体の回転角を算出する算出部（５０）と、を有する回転角検出システムであって、
前記回転体は、自身の回転に伴って前記回転磁束が周期的に変動するよう、第１部材（２１０）と第２部材（２２０）とが前記回転体の回転方向に沿って交互に連結されて成り、
前記回転角センサは、前記回転体の回転による前記回転磁束の変動を電気信号に変換する、前記回転体の回転方向に沿って等間隔に並んで配置された複数の磁電変換素子（１１〜１４）と、複数の前記磁電変換素子それぞれの出力信号をパルス信号に変換する変換部（２０）と、を有し、
前記算出部は、複数の前記磁電変換素子それぞれに対応するパルス信号の立ち上がりエッジ、若しくは、立ち下がりエッジをカウントするカウンター（５２）と、ｎを複数の前記磁電変換素子の総数とすると、前記カウンターにてカウントされたカウント値Ｎを前記総数ｎで割った値の余りの数ｐを算出する除算部（５３）と、前記除算部にて算出された前記余りの数ｐ、および、その余りの数ｐに対応する前記磁電変換素子のパルス信号に含まれるパルスの入力タイミングを比較することで、前記パルス信号におけるパルスの欠落とノイズの重複を検出する比較部（５４）と、前記比較部の比較結果に基づいて前記カウンターのカウント値を補正する補正部（５５）と、を有し、
隣り合う２つの前記磁電変換素子それぞれと前記回転体の回転中心（ＲＣ）とを結ぶ２つの線の成す隣接角度は、１つの前記第２部材を介して隣り合う２つの前記第１部材それぞれと前記回転中心とを結ぶ２つの線の成す隣接角度をθとすると、前記隣接角度θを前記総数ｎで割った値θ／ｎと等しくなっていることを特徴とする回転角検出システム。
前記回転体は、前記回転方向の一方向に正転し、前記一方向の逆方向に逆転する性質を有しており、
前記総数ｎは、３以上の自然数であり、
前記算出部は、前記変換部から出力される、３個以上の前記磁電変換素子それぞれに対応するパルス信号の立ち上がりエッジ、若しくは、立ち下がりエッジの入力タイミングの並びパターンに基づいて、前記回転体の回転方向を検出する方向検出部（５７）を有することを特徴とする請求項１に記載の回転角検出システム。
前記変換部は、電圧レベルに差が生じるように、複数の前記磁電変換素子それぞれの出力信号をパルス信号に変換し、
前記方向検出部は、入力される前記パルス信号の立ち上がりエッジ、若しくは、前記立ち下がりエッジの入力タイミングの並びパターンだけではなく、前記パルス信号の電圧レベルにも基づいて、前記回転体の回転方向を検出することを特徴とする請求項２に記載の回転角検出システム。
前記回転角センサと前記算出部とを電気的に接続する接続部（３０）を有し、
前記接続部は、前記変換部にて変換された複数の前記磁電変換素子それぞれに対応する複数のパルス信号それぞれを独立して前記算出部に出力する複数の信号線（３１〜３３）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転角検出システム。