JP2007155618A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気感知素子による出力信号に基づき被検出回転体の回転角度を検出するにあたってその出力信号の振幅値やオフセット値にずれが生じた場合であれ、被検出回転体に対する検出精度をより好適に維持することのできる回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】回転角度検出装置は、クランク軸３００の回動に伴って回動する着磁ロータ２００から発せられる磁気ベクトルＭＶの変化を９０度だけ位相のずれた正弦波信号Ａ、Ｂとして感知する３つのホール素子対１１１ａ〜１１１ｃを有している。これら３つのホール素子対１１１ａ〜１１１ｃは、各々傾けて配置されている。ここで、回転角度検出装置は、それらホール素子対１１１ａ〜１１１ｃの別に上記クランク軸３００の回転角度θを「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式に基づいて算出する。次いで、算出した３つの信号の位相関係を維持しつつそれらの平均値を演算する。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁気感知素子を用いてクランク軸等の各種被検出回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。

従来、この種の回転角度検出装置としては、例えば特許文献１に記載の回転角度検出装置が知られている。図８に、この特許文献１に記載されている回転角度検出装置も含めて、磁気感知素子を用いてクランク軸の回転角度を検出する従来一般の回転角度検出装置の概要を示す。

同図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、この装置は、磁気感知素子として一般によく用いられている横型ホール素子を採用しており、２つの横型のホール素子１１ａ、１１ｂがＩＣチップ１ａ、１ｂとして各々樹脂モールドされるかたちで構成されている。また、これら２つのＩＣチップ１ａ、１ｂは互いに９０度の角度をもって配設され、Ｎ極とＳ極とが分離着磁された円盤状の着磁ロータＲＴと対向配設されている。すなわち、これらＩＣチップ１ａ、１ｂは、該着磁ロータＲＴから上記ホール素子１１ａ、１１ｂに対して付与される磁気ベクトルＭＶの角度検出を通じて、同着磁ロータＲＴの中心軸でもあるクランク軸ＣＳの回転角度を得る構成とされている。

図９は、このようなＩＣチップ１ａ、１ｂの内部回路をブロック図として示したものであり、以下、同図９を併せ参照して、その電気的な構成、並びにその構成に基づく動作についてさらに説明する。なお、このような回転角度検出装置は、種々の電気的構成によって実現されるものであるが、ここではＩＣチップ１ａ、１ｂの内部回路として特に現在実用されている回路を説明する。

同図９に示されるように、ＩＣチップ１ａ、１ｂにあって、上記ホール素子１１ａ、１１ｂは、駆動回路１０ａ、１０ｂからの定電流、若しくは定電圧によってそれぞれ駆動される。ここで、これらホール素子１１ａ、１１ｂは、先の図８（ｂ）に示した通り、互いの磁気感知面が直交するかたちで設けられている。また、これらホール素子１１ａ、１１ｂに付与される磁気ベクトルＭＶの向き（角度）は、上記着磁ロータＲＴ（クランク軸ＣＳ）の回転角度が直接反映されたものとなっている。このような構成により、同ホール素子１１ａ、１１ｂからは、上記クランク軸ＣＳの回動に伴って、図１０（ａ）に示される９０°だけ位相のずれたｓｉｎ波形電圧（ホール電圧）Ａ、Ｂがそれらの出力として取り出されるようになる。こうした出力信号Ａ、Ｂは、これらＩＣチップ１ａ、１ｂにおいて、増幅回路１２ａ、１２ｂ、さらにはＡ／Ｄ変換器１３ａ、１３ｂに順次に取り込まれる。そして、上記増幅回路１２ａ、１２ｂでは各々所望に増幅され、上記Ａ／Ｄ変換器１３ａ、１３ｂでは各々所要の分解能にて量子化されて後に離散的な値（デジタル値）に変換される。こうして離散化された２つの出力信号Ａ、Ｂは、上記クランク軸ＣＳの角度情報として当該ＩＣチップ１ａ、１ｂの出力端子から各々取り出され、次いで、例えば車載エンジンの燃料噴射等の制御を行う電子制御装置２０内の角度演算部２４に取り込まれる。そして通常は、この角度演算部２４において、上記クランク軸ＣＳの回動に対して直線的に変化する信号にデジタル補正（角度演算）されることで、この信号に基づいて同クランク軸ＣＳの回転角度が検出されるようになる。

ちなみに、この角度演算部２４においては、まず、上記着磁ロータＲＴ（クランク軸ＣＳ）の回転角度をθとしたときの上記出力信号Ａをｓｉｎθ、他方の出力信号Ｂをｃｏｓθとするとき、同回転角度θが「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」として算出される。ただし、こうして算出される信号波形は、図１０（ｂ）に示されるように、「θ＝９０°」及び「θ＝２７０°」の各角度位置においてその値が最小値まで立ち下がるものであり、その算出結果のみから上記クランク軸ＣＳの回転角度を一義的に導き出すことは困難である。そこで、この角度演算部２４では次に、上記離散化された２つの出力信号Ａ、Ｂの値やそれらの大小関係に基づき、図１０（ｂ）に示される信号波形のうち、例えば「θ＝０°〜９０°」の角度範囲、及び「θ＝９０°〜２７０°」の角度範囲、及び「θ＝２７０°〜３６０°」の角度範囲に所定のオフセット値を各々加減算するなどして、これを図１０（ｃ）に示される信号波形に変換する。これにより、上記クランク軸ＣＳの１回転（０°〜３６０°）毎の回転角度θに対して固有の値を持つリニアな信号波形が得られるようになり、このリニア信号に基づいて同クランク軸ＣＳの回転角度θをきめ細かく検出することができるようになる。
特開２００４−３４０７４０号公報

ところで、上述したような回転角度検出装置は、その配設環境が必ずしも望ましい環境にあるとは限らず、例えば周辺機器の稼働等によって外乱磁界が発生したような場合には、上記磁気ベクトルＭＶの大きさが変化することが懸念される。すなわち、上記磁気ベクトルＭＶの大きさがこうして変化するようなことがあると、同磁気ベクトルＭＶの上記ホール素子１１ａ、１１ｂに作用する各ベクトル成分もその大きさが変化する。このため、それらホール素子１１ａ、１１ｂによる出力信号Ａ、Ｂの振幅値などにずれが生じ、ひいてはこうした出力信号Ａ、Ｂの振幅値などのずれが上記検出される回転角度θの角度誤差として現われるようになる。

一方、上述の角度演算（「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」）には、このような角度誤差を低減せしめる一定の効果があることが発明者によって確認されてはいるものの、より信頼性の高い角度情報を得ることのできる回転角度検出装置の開発が望まれている。

なお、ホール素子を用いた回転角度検出装置に限らず、例えば磁気抵抗素子などの他の磁気感知素子を用いた回転角度検出装置であっても、磁気感知素子による出力信号の振幅値やオフセットにずれが生じたときにその検出精度が低下する傾向は概ね共通したものとなっている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気感知素子による出力信号に基づき被検出回転体の回転角度を検出するにあたってその出力信号の振幅値やオフセット値にずれが生じた場合であれ、被検出回転体に対する検出精度をより好適に維持することのできる回転角度検出装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の回転角度検出装置では、回転角度の検出対象とする回転軸の回動に伴って回動する磁石から発せられる磁気ベクトルの変化を９０度だけ位相のずれた正弦波信号として感知すべく配置された２つの磁気感知素子を有するセンサ部と、前記回転軸の回転角度を「θ」、前記磁気感知素子の一方の出力信号Ａを「Ａ＝ｓｉｎθ」、前記磁気感知素子の他方の出力信号Ｂを「Ｂ＝ｃｏｓθ」とするとき、前記２つの磁気感知素子による出力信号を「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式に基づいて前記回転軸の回動に対してリニアに変化するリニア信号に変換する信号処理部とを備え、該信号処理部から取り出される信号に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置として、前記２つの磁気感知素子を磁気感知素子対とするとき、前記センサ部が、複数の磁気感知素子対を有し、前記信号処理部が、前記複数の磁気感知素子対による出力信号の別に前記リニア信号を得るとともにそれらリニア信号に対して角度誤差を吸収し得る操作を施すことによって算出される１つの信号を前記回転軸の回転角度情報として出力することとした。

前述の通り、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式には、上記磁気感知素子による出力信号Ａ、Ｂの振幅値やオフセット値にずれが生じた場合に現われる角度誤差を低減せしめる一定の効果がある。この点、上記構成では、上記複数の磁気感知素子対による出力信号の別にこのような「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」を演算し、それによって得られる複数のリニア信号に対して角度誤差を吸収し得る操作を施すこととしたため、より信頼性の高い角度情報を得ることが可能となる。

また、発明者は、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式について、その角度誤差の低減効果が同式中の左辺の「θ」を基準とした位相に応じて異なることを見い出した。この点、請求項１に記載の回転角度検出装置において、請求項２に記載の回転角度検出装置では、まず、上記複数の磁気感知素子対を、上記回転軸の回動に伴う磁気ベクトルの変化を各々位相の異なる出力信号として感知すべく配置した。そして、このような位相の異なる出力信号の別に「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式を各々実施した。そしてこの上で、こうしたリニア信号に対してそれらの位相関係を維持しつつ上記角度誤差を吸収し得る操作を施すこととした。このため、上記「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果をその広い角度範囲にわたって得ることが可能となる。

なお、請求項１または２に記載の回転角度検出装置において、前記角度誤差を吸収し得る操作としては、例えば請求項３に記載の角度検出装置によるように、
・前記複数の磁気感知素子対の出力信号の別に得られる前記リニア信号の平均値を得る平均値演算。
あるいは、請求項４に記載の回転角度検出装置によるように、
・前記複数の磁気感知素子対の出力信号の別に得られる前記リニア信号の比較を通じて一致数が多数を占めるリニア信号の１つを選択的に得る多数決演算。
等々、といった操作を採用することが考えられる。これらいずれの操作であっても、被検出回転体（回転軸）に対する検出精度をより好適に維持することができるようになる。ただし、請求項２に記載の回転角度検出装置において、上記請求項３に記載の回転角度検出装置を採用した場合には、特に上記「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果がその広い角度範囲にわたってより好適に得られるようになる。

また、回転角度の検出対象とする回転軸の回動に伴って回動する磁石や、磁気感知素子については、基本的に任意である。ただし、請求項５に記載の回転角度検出装置によるように、前記磁石が、そのＮ極とＳ極とが分離着磁されるかたちで前記回転軸と一体に形成された円盤状の着磁ロータからなり、前記センサ部及び前記信号処理部が、１つの半導体チップとして集積回路化されてなり、前記磁気感知素子が、ホール効果に基づき半導体基板面に平行な磁気ベクトルを感知する縦型ホール素子からなるようにすれば、当該回転角度検出装置としての集積化（小型化）を容易に図ることができるようになる。また、半導体プロセスを通じて、各ホール素子や各ホール素子対の配置関係をより正確に設定することができるようになる。

なお、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転角度検出装置においては、請求項６に記載の回転角度検出装置によるように、前記センサ部は、前記複数の磁気感知素子対として、２つの磁気感知素子対、あるいは請求項７に記載の回転角度検出装置によるように、３つの磁気感知素子対を有するようにすることが実用上望ましい。

以下、この発明にかかる回転角度検出装置の一実施の形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
はじめに、図１を参照して、この回転角度検出装置の構成について詳述する。なお、図１（ａ）は、この装置の概略構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は、この装置の概略構成を示す平面図である。

図１（ａ）に示されるように、この実施の形態にかかる回転角度検出装置も、
・回転角度の検出対象とするクランク軸３００の回動に伴って回動する着磁ロータ（磁石）２００から発せられる磁気ベクトルＭＶの変化を９０度だけ位相のずれた正弦波信号（図１０（ａ）参照）として感知する２つのホール素子を有するセンサ部１１１。
・クランク軸３００の回転角度を「θ」、上記ホール素子の一方の出力信号Ａを「Ａ＝ｓｉｎθ」、上記ホール素子の他方の出力信号Ｂを「Ｂ＝ｃｏｓθ」とするとき、上記２つのホール素子による出力信号を「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式に基づいて１つの信号（図１０（ｃ）参照）に変換する信号処理部。
等々、を備えて構成されている。ただしこの実施の形態では、ホール素子として、ホール効果に基づき半導体基板面に平行な磁気ベクトルＭＶを感知するいわゆる縦型ホール素子が採用されており、これによって上記センサ部１１１及び信号処理部は１つのＩＣチップ１００として集積回路化されている。

ところで、前述のように、このような回転角度検出装置は、その配設環境が必ずしも望ましい環境にあるとは限らず、例えば周辺機器の稼働等によって外乱磁界が発生したような場合には、上記検出される回転角度に角度誤差が生じかねない。一方、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式には、このような角度誤差を低減せしめる一定の効果があることも前述した。

図２及び図３は、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果を該演算式中の左辺の「θ」毎に示したものであり、次に、同図２及び図３を参照して同効果について説明する。なお、図２（ａ）〜（ｃ）は、上記ホール素子による出力信号Ａ、Ｂの振幅値に「１％」のずれが生じた場合に上記リニア信号に現われる角度誤差（％）を示したグラフである。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、上記ホール素子による出力信号Ａ、Ｂのオフセット値に「１％」のずれが生じた場合に上記リニア信号に現われる角度誤差を示したグラフである。

すなわち、上記クランク軸３００の回転角度θを「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式に基づいて上記リニア信号として得るようにすれば、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、上記ホール素子による出力信号Ａ、Ｂの振幅値に「１％」のずれが生じた場合であっても、その角度誤差は「０．１％」以下まで低減される。また同じく、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、上記ホール素子による出力信号Ａ、Ｂのオフセット値に「１％」のずれが生じた場合であっても、その角度誤差は「０．２％強」以下まで低減される。

ただし、発明者は、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、上記ホール素子による出力信号Ａ、Ｂの一方の振幅値のみにずれが生じた場合や、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、オフセット値にずれが生じたような場合には、その角度誤差の低減効果が上記演算式中の左辺の「θ」を基準とした位相に応じて異なることを見い出した。そこで、この実施の形態にかかる回転角度検出装置にあっては、上記２つのホール素子をホール素子対とするとき、上記センサ部１１１が、図１（ｂ）に示されるように、上記クランク軸３００の回動に伴う磁気ベクトルＭＶの変化を各々位相の異なる出力信号として感知すべく配置された３つのホール素子対１１１ａ〜１１１ｃを有するようにしている。また併せて、上記信号処理部が、これらホール素子対１１１ａ〜１１１ｃによる出力信号の別に上記リニア信号を得るとともに、同リニア信号の位相関係を維持しつつそれらの平均値を得る平均値演算を行うようにしている。

このような構成では、上記複数のホール素子対１１１ａ〜１１１ｃによる出力信号の別に得られる上記リニア信号の位相が上記複数のホール素子対１１１ａ〜１１１ｃの配置態様に応じて、ここでは「１２０°」だけ各々異なるようになる。このため、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による角度誤差の低減効果も、このようなリニア信号に対して各々「１２０°」の位相だけずれて作用するようになる。そしてこの上で、このようなリニア信号の位相関係を維持しつつそれらの平均値を得る平均値演算が行われるため、上記「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果が平滑化され、同効果をその広い角度範囲にわたって好適に得ることができるようになる。

ここで、図４（ａ）は、上記角度誤差の低減効果が上記３つのリニア信号に対して各々「１２０°」の位相だけずれて作用する様子をグラフとして示したものである。なお、この図４（ａ）は、先の図２（ａ）に対応しており、上記ホール素子による出力信号Ａの振幅値のみに「１％」のずれが生じた場合を想定している。また、同図４（ａ）中、実線がホール素子対１１１ａから得られる信号に対応しており、２点鎖線がホール素子対１１１ｂから得られる信号に対応しており、１点鎖線がホール素子対１１１ｃから得られる信号に対応している。これに対し、図４（ｂ）は、それらリニア信号を平均化した結果、該平均化信号に現われる角度誤差を上記検出される回転角度θ毎に示したものである。これら図４（ａ）及び（ｂ）からも明らかなように、回転角度検出装置としての上記構成によれば、上記「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果がその広い角度範囲にわたって好適に得られた結果、上記リニア信号に現われる角度誤差が「０．０７％弱」程度まで低減されていることがわかる。

図５は、このようなＩＣチップ１００を実現するための内部回路についてその一例を示したブロック図である。以下、同図５を併せ参照して、その電気的な構成、並びにその構成に基づく動作についてさらに説明する。

同図５に示されるように、このＩＣチップ１００にあって、上記ホール素子対１１１ａは、駆動回路１１０ａ、１１０ｂからの定電流、若しくは定電圧によってそれぞれ駆動される２つのホール素子からなる。ここで上述したが、同ホール素子対１１１ａは、図６（ａ）に併せて示されるように、それら２つのホール素子の感知面が直交するかたちで設けられている。また、同ホール素子対１１１ａに付与される磁気ベクトルＭＶの向き（角度）は、上記クランク軸３００の回転角度θが直接反映されたものとなっている。このような構成により、同ホール素子対１１１ａからは、上記クランク軸３００の回動に伴って、図６（ｂ）に示される９０°だけ位相のずれたｓｉｎ波形電圧（ホール電圧）Ａ、Ｂがそれらの出力として取り出されるようになる。こうした出力信号Ａ、Ｂは、このＩＣチップ１００において、信号処理部の一部を構成する増幅回路１１２ａ、１１２ｂ、さらにはＡ／Ｄ変換器１１３ａ、１１３ｂに順次に取り込まれる。そして、上記増幅回路１１２ａ、１１２ｂでは各々所望に増幅され、上記Ａ／Ｄ変換器１１３ａ、１１３ｂでは各々所要の分解能にて量子化されて後に離散的な値（デジタル値）に変換される。そして、こうして離散化された２つの出力信号Ａ、Ｂは、次いで、角度演算部１１４ａｂに各々取り込まれ、この角度演算部１１４ａｂにおいて「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式の下に、上記クランク軸３００の回動に対してリニアに変化する図６（ｃ）に示されるリニア信号Ｘに変換される。そして後述するが、このリニア信号Ｘが、平均値演算部１１６に取り込まれ、この平均値演算部１１６において、後述のリニア信号Ｙ、Ｚとの平均値が算出される。

一方、上記ホール素子対１１１ｂやホール素子対１１１ｃも、駆動回路１１０ｃ、１１０ｄあるいは駆動回路１１０ｅ、１１０ｆからの定電流、若しくは定電圧によってそれぞれ駆動される２つの縦型ホール素子からなり、これら２つの縦型ホール素子の感知面が直交するかたちで設けられている。また、ホール素子対１１１ｂによる出力信号Ａ、Ｂや、ホール素子対１１１ｃによる出力信号Ａ、Ｂが、上記信号処理部に各々取り込まれて、
・増幅回路１１２ｃ、１１２ｄ、若しくは増幅回路１１２ｅ、１１２ｆにおいて各々所望に増幅されること。
・Ａ／Ｄ変換器１１３ｃ、１１３ｄ、若しくはＡ／Ｄ変換器１１３ｅ、１１３ｆにおいて各々所要の分解能にて量子化されて後に離散的な値（デジタル値）に変換されること。
・角度演算部１１４ｃｄ、若しくは角度演算部１１４ｅｆにおいて「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式の下に、上記クランク軸３００の回動に対してリニアに変化するリニア信号Ｙ、Ｚに変換されること。
等々、といった処理が順次に行われる点についても、上記ホール素子対１１１ａとほぼ同様である。ただし、図６（ｄ）、（ｈ）に、先の図６（ａ）と比較して示すように、これらホール素子対１１１ｂ、１１１ｃは、このＩＣチップ１００において、上記ホール素子対１１１ａに対して時計回りに「１２０°」、「２４０°」だけ傾いて各々実装（配置）されている。このため、同ホール素子対１１１ｂ、１１１ｃからの出力信号は、図６（ｅ）、（ｉ）に、先の図６（ｂ）と比較して示すように、上記クランク軸３００の回動に対し、上記ホール素子対１１１ａによる出力信号よりも「１２０°」、「２４０°」だけ位相が遅れて変化する。さらには、図６（ｆ）、（ｊ）に、先の図６（ｃ）と比較して示すように、上記角度演算部１１４ｃｄ、１１４ｅｆから取り出されるリニア信号Ｙ、Ｚも、上記角度演算部１１４ａｂから取り出されるリニア信号Ｘよりも「１２０°」、「２４０°」だけ遅れた位相関係となる。したがって、このような３つのリニア信号Ｘ〜Ｚの位相関係を維持しつつそれらの平均値を得るようにすることで、上記「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果を平滑化させることができるようになる。

ちなみに、この実施の形態では、図５に示されるように、このような平均値演算に先立って、上記３つのリニア信号Ｘ〜Ｚのうち、リニア信号Ｙ、Ｚは、出力値調整部１１５ｃｄ、１１５ｅｆにまずは取り込まれる。そして、これらリニア信号Ｙ、Ｚは、この出力値調整部１１５ｃｄ、１１５ｅｆにおいて、上記クランク軸３００の回転角度に対して上記リニア信号Ｘとほぼ同一の出力値となる信号、具体的には、図６（ｇ）、（ｋ）に示されるリニア信号Ｙ’、Ｚ’に各々変換される。ただしこの際、リニア信号Ｘ〜Ｚの位相関係（「１２０°」ずつの位相ずれ）は維持され、例えば所定のオフセット値の加減演算のみによってこの信号変換（出力値調整）が行われる。そして、こうして得られる３つのリニア信号Ｘ、Ｙ’、Ｚ’が、平均値演算部１１６に取り込まれ、この平均値演算部１１６においてそれらの平均値を得る平均値演算が行われる。

以上説明したように、この実施の形態にかかる回転角度検出装置によれば、以下に記載するような優れた効果が得られるようになる。
（１）センサ部１１１が、上記クランク軸３００の回動に伴う磁気ベクトルＭＶの変化を各々位相の異なる出力信号として感知すべく配置された３つのホール素子対１１１ａ〜１１１ｃを有することとした。また併せて、信号処理部が、上記複数のホール素子対１１１ａ〜１１１ｃによる出力信号の別にリニア信号Ｘ〜Ｚを得るとともに、同リニア信号の位相関係を維持しつつそれらの平均値を得る平均値演算を行うようにした。このため、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果が平滑化され、同効果をその広い角度範囲にわたって好適に得ることができるようになる。

（２）ホール素子として、ホール効果に基づき半導体基板面に平行な磁気ベクトルＭＶを感知するいわゆる縦型ホール素子を採用し、上記センサ部１１１及び信号処理部を１つのＩＣチップ１００として集積回路化した。このため、当該回転角度検出装置としての小型化が期待できる。また、互いに９０度の関係をもって配されるホール素子や、１２０度の関係をもって配されるホール素子対１１１ａ〜１１１ｂを半導体基板中に正確に形成することができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態のＩＣチップ１００を実現するための内部回路の構成は任意である。例えば、上記実施の形態では、上記リニア信号Ｘを基準として、上記リニア信号Ｙ、Ｚをリニア信号Ｙ’、Ｚ’に各々出力値調整することとした。ただし、リニア信号Ｙを基準として上記リニア信号Ｘ、Ｚの出力値調整を行うようにしてもよいし、リニア信号Ｚを基準として上記リニア信号Ｘ、Ｙの出力値調整を行うようにしてもよい。また、全てのリニア信号Ｘ〜Ｚの出力値調整を行うようにしてもよい。あるいは、３つのリニア信号Ｘ〜Ｙの平均値を演算した後にその平均化信号の出力値を調整するようにしてもよい。また、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果を平滑化するといった効果を得る上では、こうした出力値調整については必ずしも行わなくてもよい。

・上記実施の形態では、ホール素子対１１１ａ〜１１１ｃを備えることとしたが、図７（ａ）に示されるように、２つ以上のホール素子対を各々傾けて配置するものであればよい。なお、図７（ａ）は、６つのホール素子対ＨＣ１１〜ＨＣ１６を各々６０°ずつ傾けて配置した場合を想定している。すなわちこの場合、これらホール素子対ＨＣ１１〜ＨＣ１６の別に得られる上記リニア信号の位相は各々６０°ずつ異なるようになる。したがってこの場合であれ、それらリニア信号の位相関係を維持しつつ、それらの平均値を得るようにすれば、上記（１）の効果を得ることはできる。

・３つ以上のホール素子対を備える場合において、各ホール素子対の角度差は各々異なっていてもよい。例えば、図７（ｂ）に示されるように、ホール素子対ＨＣ２１及びＨＣ２２の角度差を「４５°」に設定するとともに、ホール素子対ＨＣ２２及びＨＣ２３の角度差を「１０５°」に設定するようにしてもよい。

・出力信号の位相をデジタル補正して互いに異ならしめることを条件に、図７（ｃ）に示されるように、ホール素子対ＨＣ３１、ＨＣ３２を平行に配置してもよい。上記ホール素子対としては、要は、クランク軸３００の回動に伴う磁気ベクトルＭＶの変化を各々位相の異なる出力信号として感知すべく配置されるものであればよい。

・上記平均値演算部１１６による平均値演算に際し、該平均値演算部１１６に取り込まれるリニア信号の重み付けを行うようにしてもよい。そしてこの際、該リニア信号の重み付けを上記クランク軸３００の回転角度に応じて行うようにすれば、上記「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果をその広い角度範囲にわたってより好適に得ることが可能となる。

・上記平均値演算部１１６に代えて、取り込まれるリニア信号の比較を通じて一致数が多数を占めるリニア信号の１つを選択的に出力する多数決演算部を採用するようにしてもよい。この場合であれ、上記「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による上記角度誤差の低減効果は平滑化され、リニア信号の角度誤差は吸収され得る。

・「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式には、ホール素子による出力信号Ａ、Ｂの振幅値やオフセット値にずれが生じた場合に現われる角度誤差を低減せしめる一定の効果がある。したがって、複数のホール素子対による出力信号の別にこのような「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」を演算し、それによって得られる複数のリニア信号に対して角度誤差を吸収し得る操作を施すようにしさえすれば、少なくともより信頼性の高い角度情報を得ることは可能になる。

・上記ホール素子として、ホール効果に基づき半導体基板面に垂直な磁気ベクトルを感知する横型ホール素子を採用してもよい。ただしこの場合、回転角度検出装置としての集積化は困難となる。

・上記ホール素子対は複数であればよく、その数は任意である。
・上記ホール素子に代えて、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）を採用してもよい。要は、磁気ベクトルの変化を感知する磁気感知素子であればよい。

・磁石として着磁ロータ２００を採用したが、回転角度の検出対象とする回転軸の回動に伴って回動する磁石であればよい。また、電磁石であってもよい。
・クランク軸の回転角度のほか、スロットルバルブの開度量など、各種回転体の回転角度を検出対象としてもよい。また、変位量を回転角度に変換可能なものであれば、回転体以外の物体を被検出回転体として採用することも可能である。

（ａ）は、この発明にかかる回転角度検出装置の一実施の形態について、磁石との関係も含めて、その側面構造を模式的に示す側面図。（ｂ）は、この発明にかかる回転角度検出装置の一実施の形態について、磁石との関係も含めて、その平面構造を模式的に示す平面図。 （ａ）は、ホール素子による出力信号Ａの振幅値に「１％」のずれが生じた場合において、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による角度誤差の低減効果をクランク軸の回転角度毎に示したグラフ。（ｂ）は、ホール素子による出力信号Ｂの振幅値に「１％」のずれが生じた場合において、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による角度誤差の低減効果をクランク軸の回転角度毎に示したグラフ。（ｃ）は、ホール素子による出力信号Ａ、Ｂの振幅値に各々「１％」のずれが生じた場合において、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による角度誤差の低減効果をクランク軸の回転角度毎に示したグラフ。 （ａ）は、ホール素子による出力信号Ａのオフセット値に「１％」のずれが生じた場合において、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による角度誤差の低減効果をクランク軸の回転角度毎に示したグラフ。（ｂ）は、ホール素子による出力信号Ｂのオフセット値に「１％」のずれが生じた場合において、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による角度誤差の低減効果をクランク軸の回転角度毎に示したグラフ。（ｃ）は、ホール素子による出力信号Ａ、Ｂのオフセット値に各々「１％」のずれが生じた場合において、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による角度誤差の低減効果をクランク軸の回転角度毎に示したグラフ。 （ａ）は、「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式による角度誤差の低減効果が３つのリニア信号に対して各々「１２０°」の位相だけずれて作用する様子を示したグラフ。（ｂ）は、３つのリニア信号を平均化した結果、該平均化信号に現われる角度誤差を「θ」毎に示したグラフ。 同実施の形態の回転角度検出装置の内部回路を示すブロック図。 （ａ）、（ｄ）、（ｈ）は、ホール素子対の配置態様を模式的に示す平面図。（ｂ）、（ｅ）、（ｉ）は、ホール素子対による出力信号（ホール電圧）をクランク軸の回転角度毎に示すグラフ。（ｃ）、（ｆ）、（ｊ）は、ホール素子対による出力信号の別に得られるリニア信号をクランク軸の回転角度毎に示すグラフ。（ｇ）、（ｋ）は、出力値調整部によるリニア信号の変換態様を示すグラフ。 （ａ）〜（ｃ）は、ホール素子対の配置態様などの別例を示す平面図。 （ａ）は、従来の回転角度検出装置の側面構造を模式的に示す側面図。（ｂ）は、従来の回転角度検出装置の平面構造を模式的に示す平面図。 従来の回転角度検出装置の内部回路を示すブロック図。 （ａ）は、従来のホール素子対による出力信号をクランク軸の回転角度毎に示すグラフ。（ｂ）は、従来のホール素子対による出力信号に対して「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算を行った場合に得られる信号をクランク軸の回転角度毎に示すグラフ。（ｃ）は、従来の回転角度検出装置から最終的に出力される信号をクランク軸の回転角度毎に示すグラフ。

符号の説明

１００…ＩＣチップ、１１０ａ〜１１０ｆ…駆動回路、１１１ａ〜１１１ｃ…ホール素子対、１１２ａ〜１１２ｆ…増幅回路、１１３ａ〜１１３ｆ…Ａ／Ｄ変換器、１１４ａｂ、１１４ｃｄ、１１４ｅｆ…角度演算部、１１５ｃｄ、１１５ｅｆ…出力値調整部、１１６…平均値演算部、２００…磁石、３００…クランク軸。

Claims (7)

1. 回転角度の検出対象とする回転軸の回動に伴って回動する磁石から発せられる磁気ベクトルの変化を９０度だけ位相のずれた正弦波信号として感知すべく配置された２つの磁気感知素子を有するセンサ部と、前記回転軸の回転角度を「θ」、前記磁気感知素子の一方の出力信号Ａを「Ａ＝ｓｉｎθ」、前記磁気感知素子の他方の出力信号Ｂを「Ｂ＝ｃｏｓθ」とするとき、前記２つの磁気感知素子による出力信号を「θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）」の演算式に基づいて前記回転軸の回動に対してリニアに変化するリニア信号に変換する信号処理部とを備え、該信号処理部から取り出される信号に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
   前記２つの磁気感知素子を磁気感知素子対とするとき、前記センサ部は、複数の磁気感知素子対を有し、前記信号処理部は、前記複数の磁気感知素子対による出力信号の別に前記リニア信号を得るとともにそれらリニア信号に対して角度誤差を吸収し得る操作を施すことによって算出される１つの信号を前記回転軸の回転角度情報として出力する
   ことを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記複数の磁気感知素子対は、前記回転軸の回動に伴う磁気ベクトルの変化を各々位相の異なる出力信号として感知すべく配置されてなり、前記信号処理部は、同出力信号の別に得られる前記リニア信号に対してそれらの位相関係を維持しつつ前記角度誤差を吸収し得る操作を施す
   請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記角度誤差を吸収し得る操作が、前記複数の磁気感知素子対の出力信号の別に得られる前記リニア信号の平均値を得る平均値演算である
   請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
4. 前記角度誤差を吸収し得る操作が、前記複数の磁気感知素子対の出力信号の別に得られる前記リニア信号の比較を通じて一致数が多数を占めるリニア信号の１つを選択的に得る多数決演算である
   請求項１または２に記載の回転角度検出装置。
5. 前記磁石は、そのＮ極とＳ極とが分離着磁されるかたちで前記回転軸と一体に形成された円盤状の着磁ロータからなり、前記センサ部及び前記信号処理部は、１つの半導体チップとして集積回路化されてなり、前記磁気感知素子は、ホール効果に基づき半導体基板面に平行な磁気ベクトルを感知する縦型ホール素子からなる
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
6. 前記センサ部は、前記複数の磁気感知素子対として、２つの磁気感知素子対を有する
   
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
7. 前記センサ部は、前記複数の磁気感知素子対として、３つの磁気感知素子対を有する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。

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