JP2016145729A - 回転角検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 振幅ずれ補正回路40は、第1ホール素子31及び第2ホール素子32からの信号を振幅Aの基準信号(Cos信号)及び位相が90°ずれた振幅A´の振幅補正対象信号(Sin信号)に変換し、パルス信号生成回路43でSin信号の正、負を表すパルス信号を生成し、振幅補正信号生成回路44でCos信号の位相を90°ずらして全波整流した振幅補正信号(Sin´信号)を生成し、乗算処理回路45でパルス信号とSin´信号とを乗算処理して振幅Aの振幅補正後信号(Sin´´信号)を生成し、遅延回路46でCos信号を遅延させた基準信号(Cos´信号)を生成する。同一振幅Aで位相ずれのないCos´信号とSin´´信号とに基づいて回転角演算回路50でアークタンジェント演算がなされ、回転角度が検出される。
【選択図】 図2
Description
例えば特許文献1に記載の回転角度検出装置90は、図9に示されるように、検出対象と共に回転する磁界発生手段としての円筒状のヨーク91及び一対の永久磁石92、93、検出対象に対して相対的に回転する磁気検出素子としてのホール素子94、95、これらのホール素子94、95を固定する支持部材96、回転角度検出プログラムを実行するECU(Engine Control Unit)97等から構成されている。
ホール素子94、95は、検出対象の回転方向に互いに90°の角度を形成する配置となっており、検出対象の回転により相対的に変化する磁界に応じて互いに90°の位相差を有するsin波形及びcos波形の電圧である出力信号100、101を出力する(図10(A)参照)。こうした出力信号100、101に基づいて、ECU97は検出対象の回転角度103を検出する(図10(B)参照)。
ECU97では、出力信号100、101の比をとりアークタンジェント演算を行って回転角度103を検出する。このため、図11(A)に示されるようなsin波形の出力信号とcos波形の出力信号との間に振幅ずれδが発生すると、図11(B)に示されるように、検出する回転角度に角度誤差(直線性誤差)が生じるという問題がある。
更に、回転角検出装置は、振幅が一致した第1及び第2の出力信号に基づいて回転角度を演算し出力する回転角演算回路を備えるため、検出対象の回転角度を高精度に検出し出力することが可能になる。
このことにより、振幅補正対象信号の振幅が基準信号の振幅と等しい振幅に補正された振幅補正後信号が生成されるため、第1及び第2の出力信号の振幅を一致させることが可能になる。
第一の態様では、基準信号及び振幅補正対象信号がそれぞれ振幅AのA・cosθで表されるCos信号及び振幅A´のSin信号である場合において、振幅補正信号生成回路がA・sinθ=(A2−(A・cosθ) 2)1/2で表される振幅補正信号(Sin´信号)を生成し、乗算処理回路が振幅Aの振幅補正後信号(Sin´´信号)を生成する。このため、基準信号(Cos信号)と振幅補正後信号(Sin´´信号)とは同一の振幅Aを有することになる。
本発明の第1実施形態による回転角検出装置を、図1〜図5を用いて説明する。
図1に示すように、本実施形態による回転角度検出装置10は、検出対象の回転角度を出力する装置であり、ヨーク20、一対の永久磁石21、22、ホールIC30より構成されている。更に、ホールIC30は、第1ホール素子31、第2ホール素子32、振幅ずれ補正回路40、回転角演算回路50等から構成されている。ホールIC30からの最終的な回転角出力信号は、ECU55に伝達される。
なお、第1ホール素子31及び第2ホール素子32の駆動方法は、定電流駆動でもよいし、定電圧駆動でもよい。
本実施形態においては、振幅AのCos信号を基準信号とし、振幅A´のSin信号を振幅補正対象信号とする場合について説明する。
また、ADC42に接続されたパルス信号生成回路43は、図3(B)に示すように、振幅補正対象信号(Sin信号)の正、負を表す矩形波パルス信号を生成する。
このようにして、図5に示されるように角度誤差(直線性誤差)のない検出対象の回転角度信号が、回転角演算回路50から出力される。
検出対象の回転に伴って第1ホール素子31及び第2ホール素子32から出力された互いに90°の位相差を有する電気信号を、振幅ずれ補正回路40において、Cos信号とSin信号とに変換し、更にパルス信号生成回路43、振幅補正信号生成回路44、及び乗算処理回路45により、振幅ずれδを有する振幅A´(=A+δ)の振幅補正対象信号(Sin信号)を振幅Aの基準信号(Cos信号)と同一の振幅Aを有する振幅補正後信号(Sin´´信号)に変換することができる。
本発明の第2実施形態による回転角検出装置を、図6〜図8を用いて説明する。
図6に示すように、本実施形態による回転角度検出装置60は、ヨーク20、一対の永久磁石21、22、ホールIC70より構成されている。更に、ホールIC70は、第1ホール素子31、第2ホール素子32、振幅ずれ補正回路80、回転角演算回路50等から構成されている。ホールIC70からの最終的な回転角出力信号は、ECU55に伝達される。
本実施形態においては、振幅AのSin信号を基準信号とし、振幅A´のCos信号を振幅補正対象信号とする場合について説明する。
また、ADC81に接続されたパルス信号生成回路83は、図8(B)に示すように、振幅補正対象信号(Cos信号)の正、負を表す矩形波パルス信号を生成する。
検出対象の回転に伴って第1ホール素子31及び第2ホール素子32から出力された互いに90°の位相差を有する電気信号を、振幅ずれ補正回路80において、Cos信号とSin信号とに変換し、更にパルス信号生成回路83、振幅補正信号生成回路84、及び乗算処理回路85により、振幅ずれδを有する振幅A´(=A+δ)の振幅補正対象信号(Cos信号)を振幅Aの基準信号(Sin信号)と同一の振幅Aを有する振幅補正後信号(Cos´´信号)に変換することができる。
第1及び第2実施形態において、振幅ずれ補正回路40、80は、第1ホール素子31、第2ホール素子32、及び回転角演算回路50と共にホールIC30に組み込まれているが、必ずしもホールIC30に組み込まれなくともよい。振幅ずれ補正回路40、80は、例えば回転角演算回路50と共にECU55に組み込まれてもよい。
このように本発明は、第1及び第2実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
20 ・・・ヨーク
21、22 ・・・永久磁石(磁気発生手段)
30、70 ・・・ホールIC
31 ・・・第1ホール素子(第1の磁気検出素子)
32 ・・・第2ホール素子(第2の磁気検出素子)
40、80 ・・・振幅ずれ補正回路
43、83 ・・・パルス信号生成回路
44、84 ・・・振幅補正信号生成回路
45、85 ・・・乗算処理回路
46、86 ・・・遅延回路
50 ・・・回転角演算回路
51 ・・・アークタンジェント演算回路
Claims (8)
- 検出対象の回転角度を検出する回転角検出装置(10、60)であって、
磁界を発生する磁気発生手段(21、22)と、
前記検出対象の回転方向に沿って互いに90°の角度差を有して配置され、前記検出対象の回転により前記磁界発生手段に対して相対的に回転する第1及び第2の磁気検出素子(31、32)と、
前記第1及び第2の磁気検出素子がそれぞれ出力する互いに90°異なる位相差の第1及び第2の出力信号の振幅を一致させる振幅ずれ補正回路(40、80)と、
前記振幅ずれ補正回路に接続され、振幅が一致した前記第1及び第2の出力信号に基づいて、前記検出対象の回転角度を演算し出力する回転角演算回路(50)と、
を備えることを特徴とする回転角検出装置。 - 前記振幅ずれ補正回路は、前記第1及び第2の出力信号をそれぞれ基準信号及び振幅補正対象信号とした場合において、
前記振幅補正対象信号の正、負を表すパルス信号を生成するパルス信号生成回路(43、83)と、
前記基準信号の位相を90°ずらして全波整流した振幅補正信号を生成する振幅補正信号生成回路(44、84)と、
前記振幅補正信号と前記パルス信号とを乗算処理し、前記振幅補正対象信号の振幅が前記基準信号の振幅と等しい振幅に補正された振幅補正後信号を生成する乗算処理回路(45、85)と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 - 前記基準信号及び前記振幅補正対象信号が、それぞれ振幅AのA・cosθで表されるCos信号及び振幅A´のSin信号である場合において、
前記振幅補正信号生成回路は、A・sinθ=(A2−(A・cosθ) 2)1/2で表される振幅補正信号(Sin´信号)を生成し、
前記乗算処理回路は、振幅Aの振幅補正後信号(Sin´´信号)を生成することを特徴とする請求項2に記載の回転角検出装置。 - 前記基準信号及び前記振幅補正対象信号が、それぞれ振幅AのA・sinθで表されるSin信号及び振幅A´のCos信号である場合において、
前記振幅補正信号生成回路は、A・cosθ=(A2−(A・sinθ) 2)1/2で表される振幅補正信号(Cos´信号)を生成し、
前記乗算処理回路は、振幅Aの振幅補正後信号(Cos´´信号)を生成することを特徴とする請求項2に記載の回転角検出装置。 - 前記振幅ずれ補正回路は、前記基準信号を所定時間tdだけ遅延させる遅延回路(46、86)を備え、前記遅延回路を経由した前記基準信号と前記振幅補正後信号とを同期させることを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記遅延回路による前記基準信号の遅延時間tdは、前記パルス信号生成回路における前記振幅補正対象信号からの前記パルス信号の生成、前記振幅補正信号生成回路における全波整流信号の生成、及び前記乗算処理回路における前記振幅補正信号と前記パルス信号との乗算処理による前記振幅補正後信号の生成に要する時間と等しいことを特徴とする請求項5に記載の回転角検出装置。
- 前記回転角演算回路は、前記振幅ずれ補正回路から出力された前記基準信号と前記振幅補正後信号とを用いてアークタンジェント演算を行うことにより、前記検出対象の回転角度を検出し出力することを特徴とする請求項2から6のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記第1及び第2の磁気検出素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
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