JP5967043B2 - 回転角センサ、および、それを含む回転角検出システム - Google Patents

Description

本発明は、回転体の回転角を検出する回転角センサ、および、それを含む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

エンジンを高精度に制御するためには、クランク信号に含まれるパルス列の角度間隔が狭いことが求められる。クランク軸は回転磁束が周期的に変動するよう、形状若しくは磁極の異なる第１部材と第２部材とが回転方向に沿って交互に連結されて成り、この第１部材と第２部材の回転に応じたパルスがクランク信号としてエンジン制御装置に入力される。パルスの角度間隔は第１部材（第２部材）の角度間隔と正比例の関係にあり、角度間隔を狭めれば、パルスの角度間隔も狭まる。このようにパルスの角度間隔を密にすることで、エンジンを高精度に制御することができる。

しかしながら、上記したようにパルスの角度間隔は第１部材（第２部材）の角度間隔に依存するため、パルスの角度間隔をクランク軸の形状に依らずに狭めることができなかった。もちろん、上記した第１部材の角度間隔を狭めた場合、パルスの角度間隔は密とはなる。しかしながら、パルスの立ち上がり時間と立ち下がり時間それぞれは有限であるために、パルスの角度間隔が密になるとパルスが連結され、信号がつぶれる虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、パルス間隔（パルス周期）が狭く、信号つぶれの抑制された信号を出力する回転角センサ、および、それを含む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（４００）の回転によって生じる回転磁束に基づいて、回転体の回転角を検出する回転角センサであって、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複数の磁電変換素子（２１〜２４）を有し、回転体は、回転磁束が周期的に変動するよう、第１部材（４１０）と第２部材（４２０）とが回転方向に沿って交互に連結されて成り、複数の磁電変換素子は、回転方向に沿って等間隔に並んで配置されており、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、ｎを２以上の自然数とし、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を自然数ｎで割った値θ／ｎと等しくなっており、複数の磁電変換素子それぞれに対応する独立した信号線（１５１〜１５４）が、磁電変換素子の出力信号を処理する処理部（２００）に接続されており、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、回転方向の長さが第１部材および第２部材それぞれよりも長い第３部材を有しており、複数の磁電変換素子それぞれに対応し、それぞれの出力信号をパルス信号に変換する複数のパルス信号変換部（３１，３２）と、複数のパルス信号それぞれに対応し、それぞれの電圧レベルを変換する複数の電圧レベル変換部（３３，３４）と、複数の磁電変換素子それぞれの出力信号に基づいて、回転体の回転方向と回転角度の基準位置を判定する判定部（３５）と、を有し、電圧レベル変換部から出力された複数のパルス信号が、対応する複数の信号線に入力され、回転体が正転している場合、複数の信号線それぞれに、対応する磁電変換素子の出力信号を出力し、回転体が逆転している場合、処理部にて回転体の回転方向の検出に用いられる信号線に複数の磁電変換素子の出力信号を重畳する切り換え部を有することを特徴とする。

以下においては、説明を簡便とするために、複数の磁電変換素子（２１〜２４）それぞれからは、第１部材（４１０）と第２部材（４２０）に応じたパルス信号が出力されることとする。具体的に言えば、磁電変換素子（２１〜２４）の前を第１部材（４１０）が通り過ぎた場合にＨｉ信号、第２部材（４２０）が通り過ぎた場合にＬｏ信号が磁電変換素子（２１〜２４）から出力されることとする。

上記したように本発明では、隣り合う２つの磁電変換素子の隣接角度が、隣り合う２つの第１部材（４１０）の隣接角度θを自然数ｎで割った値θ／ｎと等しくなっている。これによれば、１つの第１部材（４１０）が隣接角度θだけ回転すると、複数の磁電変換素子（２１〜２４）それぞれから１つの第１部材（４１０）に対応するパルス信号が出力される。また、上記したように複数の磁電変換素子（２１〜２４）の隣接角度がθ／ｎとなっているため、隣り合う磁電変換素子それぞれから、位相としてθ／ｎだけ異なるパルス信号が出力される。したがって、これら複数のパルス信号を信号線（１５１〜１５４）を介して処理部（２００）に接続すると、各パルス信号に含まれるパルスが処理部（２００）に順次入力されるので、第１部材（４１０）の隣接角度がθであるにも関わらず、第１部材（４１０）の隣接角度がθ／ｎの場合に得られるパルス信号が得られる。このように、磁電変換素子（２１〜２４）の数を増やすことで、第１部材（４１０）の隣接角度が広い場合であっても、パルスの隣接間隔（パルス周期）が狭いパルス信号を得ることができる。すなわち、回転体（４００）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、上記したように、位相がθ／ｎずれた複数のパルス信号が順次入力されるので、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。

なお、複数の磁電変換素子（２１〜２４）それぞれに対応する独立した信号線（１５１〜１５４）が処理部（２００）に接続されている。これにより、各信号線（１５１〜１５４）に隣接角度θに対応するパルス信号が入力される。したがって、各信号線（１５１〜１５４）に隣接角度がθ／２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。

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。 正転に対応するパルス信号と処理信号を示すタイミングチャートである。 逆転に対応するパルス信号と処理信号を説明するためのタイミングチャートである。 欠け歯に対応するパルス信号と処理信号を説明するためのタイミングチャートである。 正転、逆転、および、欠け歯に対応するパルス信号と処理信号を説明するための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８に示す回転角センサから出力されるパルス信号と、回転角信号を示すタイミングチャートである。 回転角検出システムの変形例を示すブロック図である。 図１０に示す回転角検出システムにおいて、逆転に対応するパルス信号と処理信号を説明するためのタイミングチャートである。 逆転時、パルス数とパルス幅それぞれが変換される構成におけるパルス信号と処理信号を説明するためのタイミングチャートである。 逆転時、電圧レベルが変換される構成におけるパルス信号と処理信号を説明するためのタイミングチャートである。 逆転時、電圧レベルとパルス数それぞれが変換される構成におけるパルス信号と処理信号を説明するためのタイミングチャートである。 逆転時、電圧レベル、パルス数、パルス幅それぞれが変換される構成におけるパルス信号と処理信号を説明するためのタイミングチャートである。 回転体の変形例を示す上面図である。

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７に基づいて、本実施形態に係る回転角センサ、および、それを含む回転角検出システムを説明する。以下においては、回転体４００と磁電変換素子２０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４００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４００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３００は、回転角センサ１００と、信号線１５０と、処理部２００と、を有し、回転角センサ１００と処理部２００とは信号線１５０を介して電気的に接続されている。回転角センサ１００は、回転体４００の回転に応じた電気信号を生成するものであり、処理部２００は、回転角センサ１００から信号線１５０を介して入力される回転角センサ１００の出力信号を処理するものである。図示しないが、処理部２００にて処理された信号は、後段に位置する回転体４００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４００の回転状態を制御する。

図１に示すように、回転角センサ１００は、磁界発生部１０と、磁電変換素子２０と、変換部３０と、を有する。回転体４００と磁界発生部１０との間に磁電変換素子２０が設けられ、磁界発生部１０から発せられたバイアス磁界が、磁電変換素子２０を介して回転体４００に印加される。回転体４００は、表面に凸部の形成された第１部材４１０と、凹部の形成された第２部材４２０とが回転方向に沿って交互に連結されて成り、凸部が回転方向に沿って等間隔に形成されるとともに、凹部も回転方向に沿って等間隔に形成されている。回転体４００の回転に伴って部材４１０，４２０（凹凸）が回転し、その回転によって、磁電変換素子２０を透過するバイアス磁界（回転磁束）が変動する。磁電変換素子２０は、この回転体４００の回転によるバイアス磁界の変動を電気信号に変換する。この磁電変換素子２０にて変換された電気信号は、図２に示すように、変換部３０と信号線１５０を介して処理部２００に出力される。処理部２００は、入力された電気信号に基づいて、回転体４００の回転状態（回転角や回転数）を検出する。

回転角センサ１００は、上記した磁電変換素子２０を複数有し、これら複数の磁電変換素子２０は回転方向に沿って等間隔に並んで配置されている。図１に示すように、本実施形態に係る回転角センサ１００は、磁電変換素子２０として２つの磁電変換素子２１，２２を有する。２つの磁電変換素子２１，２２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４００の第１部材４１０（以下、凸部４１０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４２０（以下、凹部４２０と示す）を介して隣り合う２つの凸部４１０それぞれと回転中心ＲＣ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２以上の自然数とすると、隣り合う２つの磁電変換素子２１，２２それぞれと回転中心ＲＣ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を自然数ｎで割った値θ／ｎと等しくなっている。本実施形態では、自然数ｎは磁電変換素子２１，２２の数と同数であり、２である。したがって、隣り合う２つの磁電変換素子２１，２２の隣接角度はθ／２となっており、磁電変換素子２１，２２それぞれから出力される回転体４００の回転に応じた電気信号は、θ／２だけ位相がずれている。なお、磁電変換素子２１，２２それぞれから出力される電気信号は三角波であり、仮に第１磁電変換素子２１から正弦波が出力された場合、第２磁電変換素子２２からは、その正弦波よりも位相がθ／２だけ早い、若しくは、遅い正弦波が出力される。

上記したように、回転体４００には回転方向に沿って複数の凸部４１０が等間隔に並んで形成されているが、その複数の凸部４１０の一部（例えば１つ）が欠け、回転方向の長さが凹部４２０よりも長い第３部材（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２０からは、上記した凹凸４１０，４２０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、後述する回転角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４１０，４２０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３０にてパルス信号に変換される。

変換部３０は、パルス信号変換部３１，３２と、電圧レベル変換部３３，３４と、判定部３５と、を有する。パルス信号変換部３１，３２は、磁電変換素子２１，２２それぞれに対応し、それぞれの出力信号をパルス信号に変換する。電圧レベル変換部３３，３４は、パルス信号変換部３１，３２から出力される複数のパルス信号それぞれに対応し、それぞれの電圧レベルを変換（調整）する。判定部３５は、磁電変換素子２１，２２それぞれの出力信号に基づいて、回転体４００の回転方向と回転角度の基準位置を判定し、その判定に基づいてパルス信号変換部３１，３２と電圧レベル変換部３３，３４を制御する。電圧レベル変換部３３，３４から出力されたパルス信号は、対応する信号線１５１，１５２それぞれに独立して入力される。

第１パルス信号変換部３１は閾値を有しており、その閾値と第１磁電変換素子２１から出力される電気信号との大小関係に基づいて、第１磁電変換素子２１の出力信号をパルス信号に変換する。そして第１電圧レベル変換部３３は、第１パルス信号変換部３１から出力されたパルス信号の電圧レベルを調整し、その調整したパルス信号（以下、第１パルス信号と示す）を第１信号線１５１に出力する。この第１信号線１５１に入力される第１パルス信号が、処理部２００にて回転体４００の回転角度と回転方向の検出に用いられる。

同様にして、第２パルス信号変換部３２は閾値を有しており、その閾値と第２磁電変換素子２２から出力される電気信号との大小関係に基づいて、第２磁電変換素子２２の出力信号をパルス信号に変換する。そして第２電圧レベル変換部３４は、第２パルス信号変換部３２から出力されたパルス信号の電圧レベルを調整し、その調整したパルス信号（以下、第２パルス信号と示す）を第２信号線１５２に出力する。この第２信号線１５２に入力される第２パルス信号が、処理部２００にて回転体４００の回転角度とその基準位置の検出に用いられる。

本実施形態に係る判定部３５は、回転体４００の回転方向、および、回転体４００の回転角度の基準位置の判定に基づいて、第１パルス信号変換部３１、および、第２電圧レベル変換部３４それぞれを制御する。より詳しく言えば、判定部３５は、回転体４００の逆転を判定した場合、第１パルス信号のパルス幅を変換するよう第１パルス信号変換部３１に指示信号を出力し、回転体４００の回転角度の基準位置を検出した場合、第２パルス信号の電圧レベルを変換するよう第２電圧レベル変換部３４に指示信号を出力する。

第１パルス信号変換部３１は、回転体４００が正転している場合、第１磁電変換素子２１の出力信号を第１パルス幅のパルス信号に変換し、回転体４００が逆転している場合、第１パルス幅とは異なる第２パルス幅のパルス信号に変換する。換言すれば、第１パルス信号変換部３１は、判定部３５から指示信号が入力されなかった場合、第１磁電変換素子２１の出力信号を第１パルス幅のパルス信号に変換し、判定部３５から指示信号が入力された場合、第２パルス幅のパルス信号に変換する。

これに対して、第２パルス信号変換部３２は、判定部３５と電気的に接続されていないので、判定部３５から指示信号が入力されない。したがって第２パルス信号変換部３２は、回転体４００の回転方向に依らずに、第２磁電変換素子２２の出力信号を所定のパルス幅のパルス信号に変換する。第２パルス信号変換部３２は、第１パルス信号変換部３１と同様にして、第２磁電変換素子２２の出力信号を第１パルス幅のパルス信号に変換する。

第１電圧レベル変換部３３は、判定部３５と電気的に接続されていないので、指示信号が入力されない。したがって第１電圧レベル変換部３３は、回転体４００に形成された凹凸４１０，４２０や欠け歯に依らずに、第１パルス信号変換部３１から出力されたパルス信号を所定の電圧レベルに変換する。図３〜図６に示すように、本実施形態では、第１電圧レベル変換部３３は上記したパルス信号を第１レベルと第２レベルの電圧レベルから成るパルス信号に変換する。

これに対して、第２電圧レベル変換部３４は、凹凸４１０，４２０が磁電変換素子２０の前を通り過ぎている場合、第２パルス信号変換部３２から出力されたパルス信号を第１レベルと第２レベルから成るパルス信号に変換し、欠け歯が磁電変換素子２０の前を通り過ぎた際、電圧レベルが第３レベルと第２レベルのパルス信号に変換する。換言すれば、第２電圧レベル変換部３４は、判定部３５から指示信号が入力されなかった場合、第２パルス信号変換部３２から出力されたパルス信号を第１レベルと第２レベルから成るパルス信号に変換し、判定部３５から指示信号が入力された場合、第３レベルと第２レベルから成るパルス信号に変換する。以下、第１レベルをＬｏレベル、第２レベルをＨｉレベル、第３レベルをＭｉｄレベルと示す。なお、Ｍｉｄレベルは、ＬｏレベルとＨｉレベルの間の電圧レベルである。

上記したように、磁電変換素子２１，２２は回転方向にθ／２だけ位置がずれている。したがって、磁電変換素子２１，２２の内の一方の電気信号が立ち上がるとき、他方の電気信号はその手前の状態にある。これとは反対に、一方の電気信号が立ち下がるとき、他方の電気信号はその手前にある。この電気信号の振る舞いは、正転時と逆転時とで反転する。判定部３５は、この２つの電気信号の振る舞いの関係性に基づいて、回転体４００の正転と逆転を判定する。

またこれも上記したように、回転体４００には欠け歯が形成されている。そのため、この欠け歯に応じた電気信号が磁電変換素子２１，２２それぞれから出力される。この欠け歯に応じた電気信号に基づいて、判定部３５は回転体４００が回転角度の基準位置を通過したと判定して、指示信号を第２電圧レベル変換部３４に出力する。ちなみに、図３〜図６に示すタイミングチャートでは、欠け歯に応じた磁電変換素子２１，２２それぞれの電気信号の図示を省略している。

信号線１５０として、磁電変換素子２１，２２それぞれに対応する独立した信号線１５１，１５２があり、これらは磁電変換素子２１，２２それぞれを独立して処理部２００に接続する。図２に示すように、第１磁電変換素子２１は、第１変換部３１，３３それぞれを介して第１信号線１５１に接続され、第２磁電変換素子２２は、第２変換部３２，３４それぞれを介して第２信号線１５２に接続されている。そして、信号線１５１，１５２それぞれは独立して処理部２００に接続されている。これにより、第１変換部３１，３３にて変換された第１磁電変換素子２１の電気信号（第１パルス信号）が処理部２００に独立して入力され、第２変換部３２，３４にて変換された第２磁電変換素子２２の電気信号（第２パルス信号）が処理部２００に独立して入力される。

処理部２００は、変換部３０を介した磁電変換素子２０の出力信号を処理する。処理部２００は、変換部３０にて変換された磁電変換素子２１，２２それぞれの出力信号（第１パルス信号と第２パルス信号）を重畳することで、パルスの隣接間隔（パルス周期）が狭い回転角信号を得、この信号に基づいて回転体４００の回転角や回転数を検出する。処理部２００はカウンタを有しており、上記した回転角信号に含まれるパルス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ことで、回転角や回転数を検出する。上記したように、第１パルス信号のパルス幅は、回転体４００の回転方向によって第１パルス信号変換部３１により変換される。また、第２パルス信号の電圧レベルは、回転体４００の欠け歯によって第２電圧レベル変換部３４により変換される。そこで処理部２００は、第１パルス信号のパルス幅に基づいて回転体４００の回転方向を検出し、第２パルス信号の電圧レベルに基づいて回転体４００の回転角度の基準位置を検出する。

図３〜図６に示すように、処理部２００は、第１パルス信号と第２パルス信号に基づいた処理信号を生成する。すなわち処理部２００は、処理信号として、上記した回転角信号、回転体４００の回転方向を示す方向信号、および、回転体４００の回転角度の基準位置を示す基準信号を生成する。方向信号は、回転体４００が正転している場合、Ｌｏレベルの信号であり、逆転している場合、回転角信号と同一のパルス信号である。また基準信号は、磁電変換素子２０の前を凹凸４１０，４２０が通りすぎている場合、Ｌｏレベルの信号であり、欠け歯が通り過ぎた際、１つのパルスが立ち上がる信号である。これら処理信号が後段に位置する制御部に入力される。

以下、図３〜図６に基づいて、第１パルス信号、第２パルス信号、回転角信号、方向信号、基準信号を説明する。図３は、回転体４００が正転している場合のパルス信号と処理信号を示し、図４は、回転体４００が正転から逆転に転じた場合のパルス信号と処理信号を示している。そして図５は、磁電変換素子２０の前を欠け歯が通り過ぎた場合のパルス信号と処理信号を示し、図６は、回転体４００が正転から逆転に転じ、磁電変換素子２０の前を欠け歯が通り過ぎた場合のパルス信号と処理信号を示している。

上記したように、隣り合う２つの凸部４１０それぞれと回転中心ＲＣ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４００が隣接角度θだけ回転すると、磁電変換素子２１，２２それぞれの前を、１つの凹凸４１０，４２０が通り過ぎる。この１つの凹凸４１０，４２０が通り過ぎる際、磁電変換素子２１，２２それぞれは１周期分の三角波を出力する。そのため、図３に示すように、その１周期分（以下、この周期をＴθと示す）を周期とした第１パルス信号と第２パルス信号が電圧レベル変換部３３，３４それぞれから出力される。またこれも上記したように、周方向で隣り合う２つの磁電変換素子２１，２２の隣接角度はθ／２となっており、磁電変換素子２１，２２それぞれから出力される回転体４００の回転に応じた電気信号は、θ／２だけ位相がずれている。そのため、第１パルス信号と第２パルス信号とは、位相が周期Ｔθの半分（以下、この周期をＴ_θ／２と示す）だけずれている。したがって、第１パルス信号と第２パルス信号を重畳した回転角信号は、周期がＴ_θ／２のパルス信号となる。なお、回転体４００は正転しているので、方向信号はＬｏレベルであり、凹凸４１０，４２０が磁電変換素子２０の前を通り過ぎているので、基準信号もＬｏレベルである。

上記したように、第１パルス信号変換部３１は、回転体４００が正転している場合、第１磁電変換素子２１の出力信号を第１パルス幅のパルス信号に変換し、回転体４００が逆転している場合、第１パルス幅よりも大きな第２パルス幅のパルス信号に変換する。図４に示すように、処理部２００は、第２パルス幅の第１パルス信号を受信すると、方向信号をＬｏレベルから、回転角信号と同一のパルス信号に変換する。なお、図７に示すように、正転時と逆転時とではパルス信号の周期が変化するが、図４はそのことを考慮した図とはなっていない。これは、後述する図６でも同様である。

上記したように、第２電圧レベル変換部３４は、凹凸４１０，４２０が磁電変換素子２０の前を通り過ぎている場合、第２パルス信号変換部３２から出力されたパルス信号をＬｏレベルとＨｉレベルから成るパルス信号に変換し、欠け歯が磁電変換素子２０の前を通り過ぎた際、ＭｉｄレベルとＨｉレベルから成るパルス信号に変換する。図５に示すように、処理部２００は、ＭｉｄレベルとＨｉレベルから成る第２パルス信号を受信すると、Ｌｏレベルの基準信号に１つのパルスを立ち上げる。

図４および図５と同様にして、図６に示すように、処理部２００は、第２パルス幅の第１パルス信号を受信すると、方向信号をＬｏレベルから回転角信号と同一のパルス信号に変換する。そして処理部２００は、ＭｉｄレベルとＨｉレベルから成る第２パルス信号を受信すると、Ｌｏレベルの基準信号に１つのパルスを立ち上げる。

次に、本実施形態に係る回転角センサ１００、および、回転角検出システム３００の作用効果を説明する。上記したように、隣り合う２つの磁電変換素子２１，２２の隣接角度はθ／２となっている。したがって、回転体４００が隣接角度θだけ回転すると、１つの凹凸４１０，４２０が隣接角度θだけ回転し、磁電変換素子２１，２２それぞれから１つの凹凸４１０，４２０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２１，２２の隣接角度がθ／２となっているため、隣り合う磁電変換素子２１，２２それぞれから、位相としてθ／２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（第１パルス信号と第２パルス信号）を信号線１５１，１５２を介して処理部２００に接続すると、各パルス信号に含まれるパルスが処理部２００に順次入力される。これにより、凸部４１０の隣接角度がθであるにも関わらず、凸部４１０の隣接角度がθ／２の場合に得られるパルス信号（回転角信号）が得られる。このように、磁電変換素子２０の数を増やすことで、凸部４１０の隣接角度が広い場合であっても、パルス周期の狭い回転角信号を得ることができる。すなわち、回転体４００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、上記したように、位相がθ／ｎずれた複数のパルス信号が順次入力されるので、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４００の回転角度が、凸部４１０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２１，２２それぞれに対応する独立した信号線１５１，１５２が処理部２００に接続されている。これにより、各信号線１５１，１５２に凸部４１０の隣接角度がθであるパルス信号（周期がＴ_θの第１パルス信号と第２パルス信号）が入力される。したがって、各信号線１５１，１５２に凸部４１０の隣接角度がθ／２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。

第１パルス信号変換部３１は、回転体４００が正転している場合、第１磁電変換素子２１の出力信号を第１パルス幅のパルス信号に変換し、回転体４００が逆転している場合、第１パルス幅よりも大きな第２パルス幅のパルス信号に変換する。これにより、回転体４００が正転しているのか逆転しているのかがパルス幅に基づいて判別可能となっている。

図７に示すように、回転体４００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ため、パルス周期が長くなる。そのため上記したように、第１パルス信号のパルス幅を逆転時に第１パルス幅よりも広い第２パルス幅に変換したとしても、パルスの密度が細かくなることが抑制され、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。また、第１パルス信号のノイズ耐性が損なわれることが抑制される。

第２電圧レベル変換部３４は、凹凸４１０，４２０が磁電変換素子２０の前を通り過ぎている場合、第２パルス信号変換部３２から出力されたパルス信号をＬｏレベルとＨｉレベルから成るパルス信号に変換し、欠け歯が磁電変換素子２０の前を通り過ぎた際、ＭｉｄレベルとＨｉレベルから成るパルス信号に変換する。これにより、回転体４００の回転角度の基準位置が電圧レベルに基づいて判別可能となっている。

磁電変換素子２１，２２の隣接間隔はθ／ｎと等しく、自然数ｎは磁電変換素子２１，２２の数と同数であり、２である。これにより、自然数ｎが磁電変換素子２１，２２の数とは異なる構成とは異なり、凸部４１０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パルス信号と第２パルス信号それぞれが信号線１５１，１５２に入力される。そして、第１パルス信号には回転方向を検出するための情報（パルス幅）が重複され、第２パルス信号には回転角度の基準位置を検出するための情報（電圧レベル）が重複されている。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や、回転角度の基準位置を検出するための情報が含まれた電気信号などを処理部２００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、上記した各電気信号を処理部２００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３００は部品点数が削減されている。

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。

本実施形態では、回転角センサ１００が変換部３０を有し、磁電変換素子２０が変換部３０を介して信号線１５０に接続される例を示した。しかしながら、回転角センサ１００は変換部３０を有していなくともよく、磁電変換素子２０が信号線１５０に直接接続される構成を採用することもできる。この変形例においても、周期がＴ_θの信号（三角波）が信号線１５０に入力されるので、信号のノイズ耐性が強まる。この変形例の場合、変換部３０の機能は処理部２００にて奏せられる。

本実施形態に係る回転角センサ１００は、磁電変換素子２０として２つの磁電変換素子２１，２２を有する例を示した。しかしながら、磁電変換素子２０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８に示すように、回転角センサ１００が、４つの磁電変換素子２１〜２４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２１〜２４の隣接角度がθ／４となっており、図９に示すように、回転角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２０の数を増大することで、パルス周期Ｔ_θ当たりに含まれる回転角信号のパルスの数が増大する。したがって、この回転角信号に基づくことで、回転体４００を高精度に制御することができる。なお、磁電変換素子２１〜２４それぞれは対応する信号線１５１〜１５４を介して処理部２００に接続されるが、信号線１５３，１５４は図示していない。

本実施形態では、判定部３５は、回転方向を検出するための情報を含ませるために、第１パルス信号のパルス幅を変換するよう第１パルス信号変換部３１に指示信号を出力する例を示した。しかしながら、例えば図１０に示すように、変換部３０がスイッチ３６と逆流防止素子３７を有する場合、パルス幅を変換するのではなく、スイッチ３６の開閉を制御し、第１パルス信号変換部３１に入力される電気信号を変更することで、回転体４００の正転と逆転を判別可能することができ、このような構成を採用しても良い。図１０に示す変形例では、第１磁電変換素子２１と第１パルス信号変換部３１とを接続する第１配線と、第２磁電変換素子２２と第２パルス信号変換部３２とを接続する第２配線との間に中継配線が接続され、この中継配線にスイッチ３６と逆流防止素子３７が設けられている。スイッチ３６は上記した第１配線と第２配線の接続を制御する機能を果たし、逆流防止素子３７は第１磁電変換素子２１の電気信号が第２パルス信号変換部３２に流入することを抑制する機能を果たす。判定部３５は、回転体４００が正転していると判定した場合、スイッチ３６に指示信号を入力せず、スイッチ３６を非駆動状態とする。これとは異なり、判定部３５は、回転体４００が逆転していると判定した場合、スイッチ３６に指示信号を入力し、スイッチ３６を駆動状態とする。これにより、逆転時に磁電変換素子２１，２２それぞれの電気信号が第１パルス信号変換部３１に入力され、第１パルス信号と第２パルス信号とが重畳された信号が第１信号線１５１に入力される。処理部２００は、この信号を受信すると、回転体４００が逆転していると判定して、方向信号を回転角信号と同一とする（図１１参照）。判定部３５、スイッチ３６、および、逆流防止素子３７によって、特許請求の範囲に記載の切り換え部が構成される。

図１０に示す変形例において、判定部３５は、逆転していると判定した場合、第１パルス信号変換部３１にパルス信号のパルス幅を第２パルス幅とするよう、指示信号を出力しても良い。この場合、図１２に示すように、第１信号線１５１に入力されるパルス信号に含まれるパルスが密となるが、上記したように、逆転している場合、正転している場合と比べてパルス周期が大きくなる。したがって、上記したように第１信号線１５１に第１パルス信号と第２パルス信号を重畳したとしても、その重畳されたパルス信号がノイズに弱くなることが抑制される。

本実施形態では、逆転している場合、第１パルス信号のパルス幅を調整する例を示した。しかしながら、第１パルス信号の電圧レベルを調整することで、逆転を示す構成としても良い。具体的に言えば、例えば図１３に示すように、正転時、第１パルス信号の電圧レベルをＬｏレベルとＨｉレベルとし、逆転時、第１パルス信号の電圧レベルをＬｏレベルとＭｉｄレベルにする。より具体的に記すと、電圧レベル変換部３３，３４それぞれは、回転体４００が正転している場合、パルス信号変換部３１，３２それぞれから出力されるパルス信号の全てをＬｏレベルとＨｉレベルの電圧レベルから成るパルス信号に変換する。そして第１電圧レベル変換部３３は、回転体４００が逆転している場合、第１パルス信号変換部３１から出力されるパルス信号をＭｉｄレベルとＨｉレベルから成るパルス信号に変換する。

なお、この構成においても、図１４に示すように、逆転時に磁電変換素子２１，２２それぞれの電気信号が第１パルス信号変換部３１に入力され、第１パルス信号と第２パルス信号とが重畳された信号が第１信号線１５１に入力される構成（図１０に示す構成）を採用することもできる。また、この構成においても、図１５に示すように、パルス幅を調整してもよい。このような構成は、上記した各構成を組み合わせることで実現され、各構成については詳しく記したので、その記載を省略する。

本実施形態では、回転体４００は、表面に凸部の形成された第１部材４１０と、凹部の形成された第２部材４２０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４００としては、表面に凹部の形成された第１部材４１０と、凸部の形成された第２部材４２０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１６に示すように、回転体４００は、第１磁極（Ｎ極）を有する第１部材４１０と、第２磁極（Ｓ極）を有する第２部材４２０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ができる。この場合、回転体４００から磁束が発せられるため、回転角センサ１００は磁界発生部１０を有さなくとも良くなる。磁電変換素子２０は、回転体４００から発せられる回転磁束の変動を電気信号に変換する。

１０・・・磁界発生部
２１〜２４・・・磁電変換素子
１００・・・回転角センサ
１５１〜１５４・・・信号線
２００・・・処理部
４００・・・回転体

Claims (8)

1. 回転体（４００）の回転によって生じる回転磁束に基づいて、前記回転体の回転角を検出する回転角センサであって、
   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複数の磁電変換素子（２１〜２４）を有し、
   前記回転体は、前記回転磁束が周期的に変動するよう、第１部材（４１０）と第２部材（４２０）とが回転方向に沿って交互に連結されて成り、複数の前記磁電変換素子は、前記回転方向に沿って等間隔に並んで配置されており、
   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、ｎを２以上の自然数とし、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を自然数ｎで割った値θ／ｎと等しくなっており、
   複数の前記磁電変換素子それぞれに対応する独立した信号線（１５１〜１５４）が、前記磁電変換素子の出力信号を処理する処理部（２００）に接続されており、
   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、前記回転方向の長さが前記第１部材および前記第２部材それぞれよりも長い第３部材を有しており、
   複数の前記磁電変換素子それぞれに対応し、それぞれの出力信号をパルス信号に変換する複数のパルス信号変換部（３１，３２）と、
   複数の前記パルス信号それぞれに対応し、それぞれの電圧レベルを変換する複数の電圧レベル変換部（３３，３４）と、
   複数の前記磁電変換素子それぞれの出力信号に基づいて、前記回転体の回転方向と回転角度の基準位置を判定する判定部（３５）と、を有し、
   前記電圧レベル変換部から出力された複数の前記パルス信号が、対応する複数の前記信号線に入力され、
   前記回転体が正転している場合、複数の前記信号線それぞれに、対応する前記磁電変換素子の出力信号を出力し、前記回転体が逆転している場合、前記処理部にて前記回転体の回転方向の検出に用いられる前記信号線に複数の前記磁電変換素子の出力信号を重畳する切り換え部を有することを特徴とする回転角センサ。
2. 前記電圧レベル変換部は、前記回転体が正転している場合、複数の前記パルス信号の全てを第１レベルと第２レベルの電圧レベルから成るパルス信号に変換し、前記回転体が逆転している場合、前記処理部にて前記回転体の回転方向の検出に用いられる前記パルス信号を第３レベルと前記第２レベルから成るパルス信号に変換する電圧レベル変換部を有することを特徴とする請求項１に記載の回転角センサ。
3. 前記パルス信号変換部は、前記回転体が正転している場合、複数の前記磁電変換素子それぞれの出力信号を第１パルス幅のパルス信号に変換し、前記回転体が逆転している場合、前記処理部にて前記回転体の回転方向の検出に用いられる前記磁電変換素子の出力信号を前記第１パルス幅とは異なる第２パルス幅のパルス信号に変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角センサ。
4. 回転体（４００）の回転によって生じる回転磁束に基づいて、前記回転体の回転角を検出する回転角センサであって、
   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複数の磁電変換素子（２１〜２４）を有し、
   前記回転体は、前記回転磁束が周期的に変動するよう、第１部材（４１０）と第２部材（４２０）とが回転方向に沿って交互に連結されて成り、複数の前記磁電変換素子は、前記回転方向に沿って等間隔に並んで配置されており、
   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、ｎを２以上の自然数とし、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を自然数ｎで割った値θ／ｎと等しくなっており、
   複数の前記磁電変換素子それぞれに対応する独立した信号線（１５１〜１５４）が、前記磁電変換素子の出力信号を処理する処理部（２００）に接続されており、
   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、前記回転方向の長さが前記第１部材および前記第２部材それぞれよりも長い第３部材を有しており、
   複数の前記磁電変換素子それぞれに対応し、それぞれの出力信号をパルス信号に変換する複数のパルス信号変換部（３１，３２）と、
   複数の前記パルス信号それぞれに対応し、それぞれの電圧レベルを変換する複数の電圧レベル変換部（３３，３４）と、
   複数の前記磁電変換素子それぞれの出力信号に基づいて、前記回転体の回転方向と回転角度の基準位置を判定する判定部（３５）と、を有し、
   前記電圧レベル変換部から出力された複数の前記パルス信号が、対応する複数の前記信号線に入力されており、
   前記判定部が前記回転体が正転していると判定した場合、前記パルス信号変換部は、複数の前記磁電変換素子それぞれの出力信号を第１パルス幅のパルス信号に変換し、前記電圧レベル変換部は、複数の前記パルス信号の全てを第１レベルと第２レベルの電圧レベルから成るパルス信号に変換し、
   前記判定部が前記回転体が逆転していると判定した場合、前記パルス信号変換部は、前記処理部にて前記回転体の回転方向の検出に用いられる前記磁電変換素子の出力信号を前記第１パルス幅とは異なる第２パルス幅のパルス信号に変換し、前記電圧レベル変換部は、前記処理部にて前記回転体の回転方向の検出に用いられる前記パルス信号を第３レベルと前記第２レベルから成るパルス信号に変換することを特徴とする回転角センサ。
5. 前記回転体の回転速度は正転している場合のほうが逆転している場合よりも速く、
   前記第２パルス幅は前記第１パルス幅よりも大きいことを特徴とする請求項３又は４に記載の回転角センサ。
6. 前記電圧レベル変換部は、前記回転体が正転若しくは逆転している場合、前記パルス信号を第１レベルと第２レベルの電圧レベルから成るパルス信号に変換し、前記回転体が回転角度の基準位置に達した際、前記処理部にて前記回転体の回転角度の基準位置の検出に用いられる前記パルス信号を第３レベルと前記第２レベルから成るパルス信号に変換する電圧レベル変換部を有することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の回転角センサ。
7. 前記自然数ｎは、複数の前記磁電変換素子の数と同数であることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の回転角センサ。
8. 請求項１〜７いずれか１項に記載の前記回転角センサと、前記磁電変換素子（２１〜２４）の出力信号を処理する処理部（２００）と、複数の前記磁電変換素子それぞれに対応し、それぞれ独立して前記処理部に接続された信号線（１５１〜１５４）と、を有する回転角検出システムであって、
   前記処理部は、複数の前記磁電変換素子の出力信号を重畳することで回転角信号を検出し、前記回転角信号に基づいて、前記回転体の回転角度を前記隣接角度θよりも狭いピッチで検出することを特徴とする回転角検出システム。

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