JPS61292503A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は回転角度検出装置に係り、特に強磁性体磁気セ
ンサを用いてデジタル的に回転角度を検出する回転角度
検出装置に関する。

〈従来技術〉 強磁性体磁気センサを用いて回転体の回転角度を検出す
る装置がある。この強磁性体磁気センサは強磁性金属の
磁気抵抗効果、すなわち磁化する方向と電流のなす角度
により抵抗値が変化するという性質を利用したものであ
る。

さて、強磁性金属では磁化の方向と電流の方向が平行に
なった時抵抗値は最大になり、直交したときに最小とな
る。従って、第５図に示すように強磁性金属の薄膜パタ
ーンＡ、Ｂを互いに直交させて配置すると共に電気的に
直列に接続してその両端ａ、ｃを電源電圧Ｖ。０に接続
して強磁性体磁気センサを構成し、薄膜パターンＡ、Ｂ
に磁化を飽和させるに十分な磁界Ｈを印加し、該磁界を
薄膜パターンＡの電流方向を角度θの原点として回転さ
せると第６図に示すように出力端子すより次式 Ｖ０＝ｖｏｏ−に−ＣＯ９θ＋１／２・■ｏ。

で与えられる出力信号ｖ０が出力される。尚、第７図は
薄膜パターンＡ、Ｂの例である。

第８図は従来の強磁性体磁気センサを用し）た回転検出
装置の例であり、多極着磁のリング・マグネッ）ＲＭＧ
の周囲に強磁性体磁気センサＤＭＥが対向配置されてい
る。尚、リング・マグネットＲＭＧの磁極間距離を第９
図に示すようにλとすれば、該λに対してλ／２の間隔
で強磁性体磁気センサＤＭＥの薄膜パターンＡ、Ｂが配
設されている。

さて、端子ａ、Ｑ間に電源電圧ｖ０゜を印加しく第９図
参照）、端子すより出力信号ｖ０を取り出すと、リング
・マグネットＲＭＧの１回転で極数と同数の正弦波信号
が発生する。故にパルス数と回転角度は次式で表わされ θ＝　（３６０／Ｐ）　　・ｎ 該パルス数を計数することにより回転角度の検出が可能
となる。ただし、θは回転角度（度）、ｎはパルス数、
Ｐは極数である。

〈発明が解決しようとしている問題点〉しかし、従来の
強磁性体磁気センサを用いた回転角度検出装置では、そ
の分解能を向上させるには極数を増加させなくてはなら
ず、極数を増加させるには回転マグネットの径を大にし
なくてはならず装置の大型化を招来する。換言すれば従
来は小型で、分解能の秀れた回転角度検出装置を提供で
きない問題があった。

又、従来の強磁性体磁気センサを用いた回転角度検出装
置では絶対原点からの回転角度（アブソリュートの回転
角度）を検出できない問題もある。

以上から、本発明の目的は小型で、かつ分解能を向上す
ることができ、しかもアブソリュ−１・の回転角度を検
出することができる回転角度検出装置を提供することで
ある。

〈問題点を解決するための手段〉 第１図は本発明の概略説明図である。

１１は極数が２の回転マグネット、 １２．１３は回転マグネッ）・１１の周囲にその磁極と
対向するように９０°の間隔で配設された強磁性体磁気
センサ、 １４は第１、第２の強磁性体磁気センサ１１．１２に正
弦波信号ＳＷ、余弦波信号ＣＷを印加する信号発生部、 １５は各強磁性体磁気センサ１２，１３からそれぞれ出
力される信号を合成し、正弦波信号ＳＷに対して回転角
度θに応じた位相差ψの信号ｖ０を出力する合成部、 １６は位相差ψを検出して回転角度Ａを出力する回転角
度検出部である。

〈作用〉 両端に電圧ＥＬが印加された強磁性体磁気センサに磁界
Ｈを印加して回転させるとその出力端子より回転角θに
応じて次式 ％式％（１） で与えられる出力信号Ｖ。、が出力される。

従って、極数が２の回転マグネット１１の周囲に該回転
マグネット１１の磁極と対向するように９０°の間隔で
２つの強磁性体磁気センサ１２．１３を配設し、第１、
第２の強磁性体磁気センナ１２．１３にそれぞれＥ、、
Ｅ２の電圧を入力すると、第１の強磁性体磁気センサ１
１よす（１）式で示す信号Ｖ。、、、が出力され、第２
の強磁性体磁気センサ１３からは次式 ％式％） で示す信号Ｖ。Ｍ。が出力される。

そこで、（ＩＬ　（２）式におけろ直流分を除去すると
共に、Ｅ、、　Ｅ２として次式 ％式％（３） で示す第１、第２の正弦波信号Ｓ　Ｗ　、　ＣＷ　％強
磁性体磁気センサ１１．１２にそれぞれ入力すると次式 ％式％（５１ で示す信号Ｖ０１．Ｖｏ２が得られる。

そして、これら信号■。１及びｖ０２を合成部１５で合
成すれば、次式 ％式％）（７） で示すように正弦波信号ＳＷ　（＝Ｅ、）に対して回転
角度θに応じた位相差ψ（＝θ／ω）を有する信号ｖ０
が出力される。従って、回転角度検出部１６で該位相差
を検出すれば、たとえば該位相差に相当する時間の間ク
ロックパルスを計数すれば該計数値が回転角度となる。

〈実施例〉 第２図は本発明の回転角度検出装置の回路ブロック図、
第３図は強磁性体磁気センサと回転マグネットの位置関
係図、第４図は第２図の動作を説明する波形図である。

１１　（第３図）は極数が２個の回転マグネット、１２
．１３は回転マグネット１１の周囲にその磁極と対向す
るように９０°の間隔で配設された第１、第２の強磁性
体磁気センサであり、それぞれ第４図乃至第７図で説明
した構成を有している。

１４は第１、第２の強磁性体磁気センサ１２．１３に（
３）及び（４）式で示す正弦波信号ＳＷ１余弦波信号Ｃ
Ｗをそれぞれ印加する信号発生部であり、正弦波信号発
生回路１４ａと、９０°だけ入力信号の位相を遅延させ
る位相変換器１４ｂを有している。

１５は各強磁性体磁気センサ１２，１３からそれぞれ出
力される信号Ｖ。。ｌ、ＶＯＭ２を合成し、正弦波信号
ＳＷに対して回転角度θに応じた位相差の信号Ｖ０を出
力する合成部であり、次式７式％（８） で示す信号■。１．ｖｃ２を出力する抵抗部１５ａ。

１５ｂと、それぞれ（５）、（６）式の演算を行って■
。１、Ｖ′。２を出力する差動増幅器１５ｃ、１５ｄと
、（７）式の演算を行って合成信号Ｖ。を出力する加算
増幅Ｎ１５　ｅを有している。尚、加算増幅器１５ｅの
増幅度を１／にとすればＶ　は Ｖｏ＝Ｅ−ｓ　ｉ　ｎ　（ωｔ＋θ） ＝Ｅ−ｓｉｎ［ω（ｔ＋θ／ω）］ となる。

１６は位相差ψ（＝θ／ω）を検出する回転角度検出部
である。この回転角度検出部は正弦波信号ＳＷを所定の
スライスレベルｖ８でスライスして矩形波信号　Ｓ　Ｗ
　ａを出力する波形整形器１６ａと、加算増幅器１５ｅ
から出力される合成信号■をスライスレベルｖ９でスラ
イスして矩形波信号■ａを出力する波形整形器１６ｂと
、信号Ｖａの極性を反転した信号＊ｖａを出力するノッ
トゲート１．６ｃと、高速のクロックパルスＰ０を発生
するクロックジェネレータ１６ｄと、信号Ｓ　Ｗ　ａと
信号＊ｖａが共にハイレベル（＝”１′′）の時にクロ
ックパルスＰ０を通過させるアンドゲート１６ｅと、ア
ンドゲート　１６ａを通過したクロックパルスＰｏを計
数するカウンタ１６ｆを有している。

回転マグネット１１のシャフトＳＦＴを図示しない回転
体に装着すると共に、正弦波信号発生回路１４ａから（
３）式で示す正弦波信号ＳＷを発生すると、回転体の回
転に応じて第１の強磁性体磁気センサ１２より＋１１式
で示す信号Ｖ。、、、が出力され、第２の強磁性体磁気
センサ１３から（２）式で示す信号Ｖ。、、２が出力さ
れる。ただし、（１）、（２）式においてＥ　＝Ｅ−ｓ
　ｉｎωｔ　　　　　　　　　　（３）Ｅ＝Ｅｅｃｏｓ
ωｔ（４） である。

一方、合成部１５の抵抗部１５ａ１１５ｂからそれぞれ
（８）、　（９）式で示す信号ｙ、、　ｖｏ２が出力さ
れるから、各差動増幅器１５ｃ、１５ｄから次式７式％
（５１ で示す信号Ｖ０．．　Ｖ０２が出力される。

これら信号■。１及び■。２は合成部１５の加算増幅器
１５ｅで加算、増幅され、該加算増幅器から次式 ％式％） ）］（７） で示す信号ｖ０、換言すれば正弦波信号ＳＷに対して回
転角度θに応じた位相差φ（＝θ／ω）を有する信号ｖ
０が出力される。

波形整形器１６ａは正弦波信号ＳＷを所定のスライスレ
ベルＶでスライスして矩形波信号Ｓ　Ｗ　ａをアンドゲ
ート１６ｅに入力し、又波形整形器１６ｂは加算増幅器
１５ｅから出力される合成信号■。をスライスレベルｖ
ｓでスライスして矩形波信号　Ｖａを出力し、ノットゲ
−１−１６ｃはその反転信号＊■ａをアントゲ−１−１
６ｅに入力する。

この結果、信号Ｓ　Ｗ　ａ及び信号＊Ｖａが共にへイレ
ベルの時にアンドゲート１６ｅが開き、その間クロック
ジェネレータ１６ｄから発生するクロックパルスＰ。が
該アンドゲート１６ｅを通過し、該通過したクロックパ
ルスＰ。はカウンタ１６ｆにより計数され、該カウンタ
１６ｆの計数値Ａがアブソリュートな回転角度になる。

すなわち、計数値Ａは回転マグネット１１のＮ磁極と強
磁性体磁気センサ１２とが対向する位置を原点とした場
合のアブソリュートの回転角度となる。

尚、アブソリュートの回転角度が得られれば、１周期前
の回転角度をＡ、−１、現在の回転角度をＡ１とすれば
、次式 ％式％ （ａの初期値は零）の演算を実行することにより、イン
クリメンタルの回転角度を得ろこともできろ。

又、第２図の回転角度検出部１６は１方向（第３図のＢ
矢印方向）に回転する場合の回転角度検出のブロック図
であるが、イエ号Ｓ　Ｗ　ａの反転信号と信号Ｖａとク
ロックパルスＰ、、の論理積を演算するアンドゲートを
設け、該アンドゲートの出力パルスでカウンタ１６ｆの
計数値Ａをカウントダウンするように構成すれば両方向
の回転に対応させろことができる。

尚、極数が２の場合について説明したが一般に極数は２
・ｎ（ｎは１以上の整数）であってもよい。

〈発明の効果〉 以上本発明によれば、極数が２・ｎの回転マグネットと
、回転マグネットの周囲に該回転マグネットの磁極と対
向するように電気的にπ／２の位相差をもって配設され
た強磁性体磁気センサと、各強磁性体磁気センサに互い
にπ／２位相のずれた第１、第２の正弦波信号を印加す
る信号発生部と、第１の強磁性体磁気センサと第２の強
磁性体磁気センサからそれぞれ出力される信号を合成し
、第１の正弦波信号に対して回転角度θに応じた位相差
の信号を出力する合成部と、該位相差に相当する間クロ
ックパルスを計数し、該計数値を回転角度とする回転角
度検出部で回転角度検出装置を構成したから、クロック
パルスの周波数を上げるだけで分解能を向上でき、しか
も回転マグネットには着磁極数がたかだか２極あれば良
く、従って小型を維持したま″＞精度を上げることがで
き、更にはアブソリュートの回転角度検出ができろと共
に、インクリメンタルな回転角度も検出することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略説明図、第２図は本発明の回転角
度検出装置の回路ブロック図、第３図は本発明におけろ
回転マグネットと強磁性体磁気センサの位置関係図、第
４図は第２図の動作を説明する波形図、第５図乃至第７
図は強磁性体磁気センサの動作説明図、第８図及び第９
図は従来の回転角度検出装置の説明図である。 １１・・回転マグネット、 １２．１３・・強磁性体磁気センサ、 １４・・信号発生部、 １４ｍ・・正弦波信号発生回路、 １４ｂ・・位相変換器、１５・・合成部、１５ｃ、１５
ｄ＝差動増［器、 １５ａ・・加算増幅器、 １６・・回転角度検出部、 １６　ａ、　　１６　ｂ　・−波形ＤＩ形器、１６ｄ・
・クロックジェネレータ、 １６ｅ・・アンドゲート、 １６ｆ　・・カウンタ 特許出願人　　　　　　　　アルパイン株式会社代理人
　　　　　　　　　　弁理士　齋藤千幹竿ｌ　図 第４図 第５図　　　　　第６図 第７図 第８図　　　　　　第９図 昭和６０年１０月２タ日 侍許庁長　官　　宇賀　道部　殿 瞥 １、事件の表示 昭和６０年特許願第１３４８１８号 ２　発明の名称 回転角度検出装置 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都大田区雪谷大塚町１番７号氏名（名称）　
アルパ、イン株式会社 代表者　　片岡勝太部 し、　代　　理　　人 明細書の「特許請求の範囲の欄」、 「発明の詳細な説明の瀾」及び図面 １１）明細書第１頁第４行目から同頁第１８行量比の特
許請求の範囲の記載を別紙の通り訂正する。 （２）明細書第３頁第】行目、第５頁第１５行目、第６
頁第１４行目、第１Ｏ頁第５行目のｒｃｏｓθ」をｒｃ
ｏｓ２θ」と訂正する。 （３）明細書第３頁第１５行目の「パルス数」を「パル
ス数（正弦波信号数）」と訂正する。 （４）明細書第４頁第２０行目、第５頁第１９行目、第
７頁第１４行目の「９０°」をそれぞれ「４５°」と訂
正する。 （５）明細書第６頁第５行目、第６頁第１５行目、第１
０頁第６行目のｒｓｉｎθ」をそれぞれｒｓ　ｉｎ２θ
」と訂正する。 （６）明細書第６頁第２０行目、第８頁第１５行目、第
１０頁第１２行目のｒｓｉｎ（ωを十〇）」をそれぞれ
ｒ　ｓｉｎ　（ω（＋２θ）」と訂正する。 （７）明細書第７頁第２行目、第８頁第１８行目、第１
０頁第１５行目の「θ／ω」を「２θ／ω」と訂正する
。 「８）明細書第８頁第１６行目及び第１０頁第１３行目
のｒＳｉｎ［ω（ｔ＋θ／ω）］」をそれぞれｒｓｉｎ
［ω（ｔ＋２θ／ω）コ」と訂正する。 ｊ９１明細書第１２頁第１３行目の「２・ｎ」を「２」
と訂正する。 Ｑｔｌｌ明細書　第１２頁　第１５行目の「電気的（こ
π／２」を「π／４」と訂正する。 （Ｉｌ１図面第１図及び第３図（Ａ）を別紙の通り訂正
する。 別紙 「　２、特許請求の範囲 極数がスの回転マグネットと、 回転マグネットの周囲に該回転マグネットの磁極と対向
するようにπ／４の位相差をもって配設された２つの強
磁性体磁気センサと、 各強磁性体磁気センサに互いにπ／２位相のずれた第１
、第２の正弦波信号を印加する信号発生部と、 第１の強磁性体磁気センサと第２の強磁性体磁気センサ
からそれぞれ出力されろ信号を合成し、前記第１の正弦
波信号に対して回転角度θに応じた位相差の４８号を出
力する合成部と、前記位相差を検出する回転角度検出部
とを有することを特徴とする回転角度検出装置。」第１
図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 極数が２・ｎ（ｎは１以上の整数）の回転マグネットと
   、 回転マグネットの周囲に該回転マグネットの磁極と対向
   するように電気的にπ／２の位相差をもって配設された
   強磁性体磁気センサと、 各強磁性体磁気センサに互いにπ／２位相のずれた第１
   、第２の正弦波信号を印加する信号発生部と、 第１の強磁性体磁気センサと第２の強磁性体磁気センサ
   からそれぞれ出力される信号を合成し、前記第１の正弦
   波信号に対して回転角度θに応じた位相差の信号を出力
   する合成部と、 前記位相差を検出する回転角度検出部とを有することを
   特徴とする回転角度検出装置。