(57)【要約】【課題】被検出物の回転角度を、環境温度の変動による精度の低下を抑制して検出する。【解決手段】磁界の方向により特性が変化する複数の検出素子（６１，６２）を、磁界の方向を回転する被検出物（１５）に対して異なる回転角度位置にそれぞれ配置した磁気センサ（６０）を固定材（４０）を用いて固定する。固定材によって固定された磁気センサの複数の検出素子のそれぞれに生じ得る温度誤差に対応して、各検出素子毎の補正用の情報を予め記憶しておき、環境温度に従って、補正用の情報を参照することにより、各検出素子の出力する信号を個別に補正した上で、被検出物の回転角度に対応した検出値を求めて出力する。【選択図】図３
2020094816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサモジュール（１００）であって、
磁界の方向により特性が変化する複数の検出素子（６１，６２）を、前記磁界の方向を回転する被検出物（１５）に対して異なる回転角度位置にそれぞれ配置した磁気センサ（６０）と、
前記磁気センサの環境温度を特定する温度特定部（８５）と、
前記磁気センサを固定する固定材（４０）と、
前記固定材によって固定された前記磁気センサの前記複数の検出素子のそれぞれに生じ得る温度誤差に対応して、各検出素子毎に予め用意した補正用の情報を格納する補正情報格納部（８１，８２）と、
前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記各検出素子の出力する信号を個別に補正する補正演算部（７１，７２）と、
前記補正された信号を用いて、前記被検出物の回転角度に対応した検出値を求めて出力する角度演算部（８０）と、
を備えるセンサモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサモジュールであって、
前記磁気センサは、固定材としての樹脂またはポッティング剤により封止された
センサモジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のセンサモジュールであって、
前記複数の検出素子のうちの２つの検出素子は、前記被検出物の回転により変化する前記磁界に対して、３６０度以内の所定角度ずらして配置され、
前記補正演算部は、前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記２つの検出素子が出力する２つの出力信号を、前記所定角度に対応した位相差にあるとして、前記回転角度に対応した検出値を一意に求める
センサモジュール。
【請求項４】
前記２つの検出素子は、互いに直交する位置に配置され、前記位相差は、９０度である請求項３記載のセンサモジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のセンサモジュールであって、
前記補正情報格納部が格納する前記補正用の情報は、前記固定材による固定によって、前記環境温度により前記磁気センサに生じる応力に応じて前記各検出素子に生じる誤差を補正する情報である
センサモジュール。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のセンサモジュールであって、
前記各検出素子の出力する信号に対して前記補正演算部が行なう前記個別の補正は、前記環境温度を変数とする二次以上の高次関数を用いた補正である
センサモジュール。
【請求項７】
請求項６記載のセンサモジュールであって、
前記補正情報格納部は、前記高次関数の係数を、前記検出素子毎に格納しており、
前記補正演算部は、前記検出素子毎に、前記補正情報格納部に格納された係数を用いて、前記高次関数による前記補正を行なう
センサモジュール。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のセンサモジュールであって、
前記磁気センサは、吸気量制御装置、排ガス再循環装置、過給器のうちのいずれか１つに用いられるアクチュエータ（１９）によって回転駆動される被検出物に非接触に設けられた
センサモジュール。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のセンサモジュールであって、
前記検出素子は、ホール素子またはＭＲ素子である、センサモジュール。
【請求項１０】
センサモジュール（２００）であって、
磁界の方向により特性が変化する検出素子（１６１）であって、当該検出素子の温度による誤差を検出素子単体で補償する回路（１６３）を組み込んだ温度補償回路付検出素子を、前記磁界の方向を回転する被検出物に対して配置した磁気センサ（１６０）と、
前記磁気センサを固定する固定材と、
前記磁気センサの環境温度を特定する環境温度センサ（１８５）と、
前記固定材によって固定されたことで前記磁気センサに生じ得る温度誤差に対応して、予め用意した補正用の情報を格納する補正情報格納部（１８１）と、
前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記温度補償回路付検出素子の出力する信号を補正して、前記被検出物の回転角度に対応した検出値を出力する演算部（１８０）と、
を備えるセンサモジュール。
【請求項１１】
磁気センサを用いた回転角度検出の温度補償方法であって、
磁気センサに内蔵され、磁界の方向により特性が変化する複数の検出素子を、前記磁界の方向を回転する被検出物に対して異なる回転角度位置にそれぞれ配置し、
前記磁気センサを固定材を用いて固定し、
前記磁気センサの環境温度を特定し、
前記固定材によって固定された前記磁気センサの前記複数の検出素子のそれぞれに生じ得る温度誤差に対応して、各検出素子毎の補正用の情報を予め記憶し、
前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記各検出素子の出力する信号を個別に補正した上で、前記被検出物の回転角度に対応した検出値を求めて出力する
磁気センサを用いた回転角度検出の温度補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は磁気センサを内蔵するセンサモジュールおよび磁気センサを用いた回転角度検出の温度補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁界の方向の変化を検出するホール素子やＭＲ素子などを用い、被検出物、例えばバルブなどの回転角度を非接触で検出する回転角度検出装置が用いられている。こうした検出装置の出力には、温度依存性が存在する。そこで、従来から検出装置の温度補償を行なう手法が種々提案されている（下記特許文献１、２等）。特許文献１には、回路的に温度補償を行なう構成が、また特許文献２には、温度補償後の出力に存在する非直線性を補償する構成が、それぞれ開示されている。こうした検出装置は、製造の過程でモールディングされ、最終的には、パーケージに収められた形態で提供されことがある（例えば特許文献３など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３９６１１号公報
【特許文献２】特開２０００−２５０５号公報
【特許文献３】特表２０１０−５０６１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、こうした回転角度検出装置を、自動車等の移動体や工場の設備などに実装すると、温度補償を行なっても、十分な精度が得られない場合があった。例えば、スロットルバルブの開度センサとして回転角度検出装置を用いると、角度の検出値が環境温度に依存した誤差を含んでしまい、角度の検出精度が不十分なものとなってしまうことがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の一形態によれば、センサモジュール（１００）が提供される。このセンサモジュールは、磁界の方向により特性が変化する複数の検出素子（６１，６２）を、前記磁界の方向を回転する被検出物（１５）に対して異なる回転角度位置にそれぞれ配置した磁気センサ（６０）と、前記磁気センサの環境温度を特定する温度特定部（８５）と、前記磁気センサを固定する固定材（４０）と、前記固定材によって固定された前記磁気センサの前記複数の検出素子のそれぞれに生じ得る温度誤差に対応して、各検出素子毎に予め用意した補正用の情報を格納する補正情報格納部（８１，８２）と、前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記各検出素子の出力する信号を個別に補正する補正演算部（７１，７２）と、前記補正演算された信号を用いて、前記被検出物の回転角度に対応した検出値を求めて出力する角度演算部（８０）と、を備える。
【０００７】
この形態のセンサモジュールによれば、複数の検出素子の温度誤差を個別に補正演算し、その結果を用いて被検出物の回転角度を求めることによって、検出素子が固定材によって固定されることで生じる環境温度に起因する角度誤差を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態における電子制御スロットルの断面を模式的に示す模式図。
【図２】第１実施形態におけるセンサモジュールの斜視図。
【図３】センサモジュールの内部構成を示すブロック図。
【図４】磁気センサに含まれる検出素子と磁界との関係を示す模式図。
【図５】センサモジュールに生じる応力について模式的に示す説明図。
【図６】第１実施形態における検出素子の温度による誤差の態様および各態様の誤差を補正する手法を説明するための説明図。
【図７】第１実施形態における実際の補正の手法を説明するための説明図。
【図８】第２実施形態におけるセンサモジュールの内部構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
第１実施形態のセンサモジュール１００は、被検出物の角度を検出する機能を有する。図１に示すように、本実施形態のセンサモジュール１００は、車両のエンジンへの吸気量を制御する電子制御スロットル１０に用いられる。具体的には、本実施形態のセンサモジュール１００は、スロットルバルブ装置１３の回転角に応じた信号を出力するものである。もとより、センサモジュール１００は、他のバルブ、例えば車両であれば、ＥＧＲ装置の排気再循環量を制御するＥＧＲバルブや、過給器に用いられる各種バルブ、あるいは水流を制御するバルブなどに設け、回転されるバルブの開度を検出するために用いることも可能である。車両以外の移動体や、工場等の施設の設備に用い、各種回転体の回転角度を検出するのに用いても良い。検出する回転角度範囲は、３６０度以下でも良いし、ギヤダウンして３６０度以上の回転角度を検出するものとしてもよい。
【００１０】
センサモジュール１００の説明に先立って、電子制御スロットル１０について説明する。電子制御スロットル１０は、スロットルバルブ装置１３と、スロットルバルブ装置１３を収納するハウジング１４と、磁界形成部１５と、ハウジングカバー１６と、センサモジュール１００とを備える。ハウジング１４には、エンジンに空気を導入する吸気通路１７が形成されている。
【００１１】
スロットルバルブ装置１３は、略円盤状のバタフライバルブ１２と、バタフライバルブ１２を回転可能に軸支する回転軸１８、回転軸１８を介してバタフライバルブ１２を回転するモータ１９を備える。図示は省略したが、回転軸１８の両端は、ハウジング１４に回転可能に軸受けされている。
【００１２】
スロットルバルブ装置１３のモータ１９は、エンジンの運転を制御するＥＣＵ２５により制御されており、図示しないアクセルペダルが踏み込まれたことでエンジンの出力を増加する際には、バタフライバルブ１２を回転して吸気通路１７の流路を開き、吸入空気量を増加させる。他方、エンジンの出力を低下させる際には、バタフライバルブ１２を全閉方向に回転して、吸入空気量を減少させる。
【００１３】
ＥＣＵ２５は、スロットルバルブ装置１３のバタフライバルブ１２の開度を目標開度に制御するため、バタフライバルブ１２の開度を検出する。スロットルバルブ装置１３のバタフライバルブ１２の回転角度を検出する装置が、センサモジュール１００である。このセンサモジュール１００は、後述するように、ホール素子を用い、非接触でバタフライバルブ１２の回転角度を検出する。このために、回転軸１８のモータ１９とは反対側の端部には、円筒形状のホルダ２０が設けられている。ホルダ２０の内壁には、磁界形成部１５を構成する２個の磁石２１，２２が設けられている。磁界形成部１５により、スロットルバルブ装置１３の回転軸１８の軸方向に直交する方向に磁界が形成される。
【００１４】
センサモジュール１００は、ハウジングカバー１６に固定されている。ハウジングカバー１６は、ねじ２３によってハウジング１４に固定されている。ハウジングカバー１６をネジ２３により固定すると、センサモジュール１００は、磁界形成部１５であるホルダ２０と非接触で、かつ同軸に位置決めされる。センサモジュール１００は、配線２４を通じて外部、ここではＥＣＵ２５と電気信号をやり取り可能となっている。センサモジュール１００とＥＣＵ２５とのやり取りは、アナログ信号によってもよいし、デジタル信号を所定のプロトコルで送受信する通信の手法によってもよい。
【００１５】
次に、図２を用いてセンサモジュール１００について説明する。センサモジュール１００は、検出素子部５０とターミナル３０〜３３とを備える。検出素子部５０は、磁界形成部１５（図１参照）が形成する磁界の向きに応じた電気信号を出力する部品である。ターミナル３０〜３３は、検出素子部５０と配線２４とを電気的に接続する部材である。検出素子部５０とターミナル３０〜３３とは、樹脂などの固定材４０により固定されている。本実施形態では、検出素子部５０とターミナル３０〜３３とは、後述する他の回路部材と共に収納し、熱硬化性樹脂により一体モールドされているが、検出素子部５０をモールドしている部位とその下の部位とは、形状が異なるので、上部を検出素子固定部４１，下部をベース部４３と呼ぶものとする。
【００１６】
図３に示すように、センサモジュール１００を構成する検出素子部５０には、磁気センサ６０、磁気センサ６０から出力される２つのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器（以下、ＡＤＣと記載する）６５，６６、ＡＤＣ６５，６６にそれぞれ接続された第１，第２補正演算部７１，７２、第１，第２補正演算部７１，７２が接続された角度演算部８０、第１，第２補正演算部７１，７２に補正用の情報を出力する第１，第２補正情報格納部８１，８２、検出素子部５０の環境温度を検出する環境温度センサ８５などが内蔵されている。角度演算部８０の出力は、ターミナル３１に接続されている。この結果、ターミナル３１は検出した回転角度信号である角度θを出力する端子として用いられる。ターミナル３２は、接地ラインＧＮＤに接続される端子との間に電圧Ｖｃｃの電源を供給する端子である。ターミナル３０は、センサモジュール１００全体のベースとなる金属端子である。上記の各回路構成部材と各ターミナル３０〜３３とは、固定材４０である熱硬化樹脂により一体にモールドされている。
【００１７】
磁気センサ６０の内部には、磁界形成部１５が形成する磁界の向きを検出する第１，第２検出素子６１，６２が設けられている。第１，第２検出素子６１，６２の出力は、上述したＡＤＣ６５，６６にそれぞれ接続されている。この磁気センサ６０の第１，第２検出素子６１，６２は、磁界の検出角度が互いに９０度ずれた関係となっている。この様子を模式的に図４に示した。磁界形成部１５の磁石２１，２２は、ホルダ２０の内側の径方向に対向する位置に設けられており、磁気センサ６０はホルダ２０の中心の位置に設けられている。従って、磁石２１，２２により形成される磁界ＭＦは、磁気センサ６０の中心を通過する。なお、図４では、ホルダ２０は円環形状としたが、楕円形状などであっても差し支えない。また、図４では、第１，第２検出素子６１，６２は、直方体の対向する面であって、互いに直交する面に設けられているものとしたが、磁束ＭＦの中心に対して位相が９０度ずれた位置関係になるのであれば、互いに交差する配置や、上下にずれた配置などであっても差し支えない。
【００１８】
第１，第２検出素子６１，６２は、いずれもホール素子であり、実際には極めて小さな素子であり、互いに直交する位置関係に配置されている。磁界ＭＦが回転すると、これに合わせて第１，第２検出素子６１，６２からは、位相が９０度ずれた信号が出力される。ホール素子は、素子を正面から貫く磁界の強さに応じた信号を出力する。従って、その出力信号は、磁界ＭＦに対して素子が正対している位置で最も強く、磁界ＭＦと素子とが平行になる位置で最も弱く、かつ磁界の向きに応じて正負の値をとる。従って、第１検出素子６１の出力と第２検出素子６２の出力は、磁界ＭＦの角度、つまりホルダ２０の回転角度θに対して、一方がｃos波、他方がｓin波、という関係になっている。以下、説明の都合上、第１検出素子６１が検出する信号をｃos波、第２検出素子６２が検出する信号をｓin波として、それぞれ扱う。本実施形態では、第１，第２検出素子６１，６２として、ホール素子を用いたが、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive）素子や、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）素子を用いてもよく、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）素子を用いてもよい。なお、図４では、互いに直交する位置関係に配置された第１，第２検出素子６１，６２のみを示したが、両検出素子６１，６２の磁界の検出方向と更に直交する方向の磁束を検出する第３検出素子を備えるチップが、３Ｄセンサとして流通している。磁気センサ６０としては、こうした３Ｄセンサを用い、そのうちの２つの検出素子を組み合わせて用いてもよい。
【００１９】
以上説明した第１実施形態のセンサモジュール１００では、モータ１９により駆動されるバタフライバルブ１２の回転角度に合わせて回転する磁界形成部１５の回転角度θを、検出素子部５０により検出する。このセンサモジュール１００による回転角度の検出において生じ得る誤差には、
（Ａ）回転軸１８と磁界形成部１５と検出素子部５０との芯振れによる誤差
（Ｂ）検出素子部５０の温度による生じる誤差
がある。前者の誤差は、回転軸１８と磁界形成部１５と検出素子部５０とが同軸となるよう、三者の配置のアライメントを正確に行なうことにより解消する。後者の誤差は、前者の誤差を解消してもなおセンサモジュール１００の環境温度が変化することにより発生する。
【００２０】
そこで、環境温度により発生する誤差のメカニズムと本実施形態によりこの誤差を抑制する手法について、図５、図６を用いて説明する。図５に示したように、センサモジュール１００は、ベース部４３の上に検出素子固定部４１が形成された形状をしている。両者は一体に形成されて固定材４０を構成するが、モールドの際の型抜きを容易にするために、上部ほど厚みや幅が小さくなる台形形状をしている。また、検出素子固定部４１は、内部に磁気センサ６０を備えており、素子を貫く磁束うち、センサ法線方向の磁束の成分の大きさ、つまり磁界の方向を精度良く検出できるように、薄く作られている。検出素子固定部４１内部の部品の配置については、特に限定はないが、図３に示した構成部品の内、磁気センサ６０を検出素子固定部４１内に配置し、磁気センサ６０を除く他の構成部品をベース部４３に配置するものとしてもよいし、磁気センサ６０と共に他の回路部品を検出素子固定部４１に配置してもよい。こうした部品の配置は、磁束ＭＦの乱れなどが生じることがなく、磁気センサ６０の検出精度を確保できればよい。
【００２１】
図５示したように、環境温度が変化することによりセンサモジュール１００の固定材４０の膨張・収縮の大きさは部位により異なる。センサモジュール１００の上辺の幅はベース部４３より小さいのが、所定の温度上昇に伴う熱膨張の結果、検出素子固定部４１の上辺において幅方向にかかる応力ＳＣは、ベース部４３の幅方向に生じる応力ＳＢより小さい。また、検出素子固定部４１は、磁束の貫通を妨げないように一般に厚みは薄いのに対して、ベース部４３は、内部に多数の部品を収納する関係で、その厚みは、検出素子固定部４１より厚い。このため検出素子固定部４１に係る総合的な応力ＳＴは、図５に示したように、磁気センサ６０に対して、少なくとも２次元の応力分布を有する。つまり、磁気センサ６０に内蔵された両検出素子６１，６２に加わる温度変化に起因する応力は異なるものとなる。
【００２２】
図４を用いて説明した様に、第１検出素子６１および第２検出素子６２からの出力は、磁界ＭＦに対する角度０〜３６０度に対して、ｃos波およびｓin波となる。完全にアライメントがとられ、温度誤差がない場合の第１検出素子６１および第２検出素子６２の出力を、図６に＜固定前特性＞として示した。図６の符号Mは、第１検出素子６１を固定材４０により固定する前の、つまり素子単体での出力を示し、符号Nは、第２検出素子６２を固定材４０より固定する前の、素子単体での出力を、それぞれ示す。
【００２３】
第１，第２検出素子６１，６２および他の回路構成部材が、固定材４０により固定されて、検出素子固定部４１およびベース部４３としてモールドされ封止されると、第１検出素子６１および第２検出素子６２の出力は、固定材４０によるモールドに伴い、応力を受けて、誤差を生じる。誤差は、基準温度（例えば常温としての２５℃）においても、図６に示したように、振幅誤差、オフセット誤差、位相誤差として生じるが、これらの誤差は、更に温度が変動すると温度に依存して変動する。温度に依存して誤差が変動するのは、モールドに用いた固定材４０が温度により膨張・収縮を生じるからである。
【００２４】
こうした第１検出素子６１および第２検出素子６２の温度誤差は、それぞれ独立した特性を示す。図４に示したように、第１検出素子６１および第２検出素子６２は、直交して配置されているため、検出素子固定部４１の熱膨張・収縮により各素子が受ける応力の方向が異なるからである。本実施形態では、こうした特性を予め試験用センサモジュールで測定し、第１検出素子６１および第２検出素子６２に生じる誤差分を補正するための情報として、第１補正情報格納部８１および第２補正情報格納部８２に、それぞれ記憶する。その上で、補正演算を行なう。この補正演算を行なうのが、第１補正演算部７１および第２補正演算部７２である。第１補正演算部７１および第２補正演算部７２は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）として構成されており、ＡＤＣ６５，６６を介してデジタル信号に変換された第１，第２検出素子６１，６２の出力を、第１，第２補正情報格納部８１，８２に格納された補正用関数を用いて、デジタル演算し、振幅誤差、オフセット誤差、位相誤差を抑制する。
【００２５】
振幅誤差は、第１，第２検出素子６１，６２からの出力信号の振幅が温度により変動する誤差である。オフセット誤差は、第１，第２検出素子６１，６２からの出力信号の０点が温度により変動する誤差である。位相誤差は、第１，第２検出素子６１，６２からの出力信号の位相が温度により変動する誤差である。このため、これらの誤差を補正するための情報も、振幅変動に対応した補正関数、オフセット誤差に対応した補正関数、位相変動に対応した補正関数が、検出素子毎に必要になる。図６では、第１検出素子６１用のこれらの補正関数を、振幅変動＿第１信号、のように「第１信号」を付けて示した。また第２検出素子６２用の補正関数は、「第２信号」を付けて示した。
【００２６】
振幅変動，オフセット変動、位相変動の各々は、温度に依存しているので、第１補正演算部７１および第２補正演算部７２は、環境温度センサ８５から環境温度Ｘを読込み、温度に対応する補正用の第１，第２信号を読み出し、これを用いて、第１検出素子６１，第２検出素子６２の出力を補正する補正演算を行なう。こうした補正演算を行なうので、第１補正演算部７１および第２補正演算部７２の出力は、＜補正後温度特性＞として図６に示したように、環境温度の変動によらず、＜固定前温度特性＞に近い特性となる。
【００２７】
第１補正演算部７１，第２補正演算部７２により上記の補正演算を終えた信号輪入力し、角度演算部８０は、バタフライバルブ１２の回転角度θを出力する。角度演算部８０は、デジタル演算を行なう第１補正演算部７１，第２補正演算部７２から得られた値をアナログ信号に変換すると共に、ｃos波およびｓin波を組み合わせることで、回転角度θを角度０〜３６０度の範囲で一意に確定し、出力する。
【００２８】
具体的な演算の例を図７を用いて説明する。図７の最上段は、固定材４０により固定された検出素子部５０に生じる感度誤差の内訳を、＜第１検出素子振幅誤差＞＜第２出素子振幅誤差＞＜第１検出素子オフセット誤差＞＜第２検出素子オフセット誤差＞として示す。他方、第１補正情報格納部８１，第２補正情報格納部８２に記憶された補正演算用の補正式を＜第１検出素子補正式＞＜第２検出素子補正式＞として示す。これらの補正式は、環境温度Ｘの二次関数として求められており、実際には、第１検出素子補正式については、式の係数α１，β１，γ１が、第２検出素子補正式については、式の係数α２，β２，γ２が、それぞれ第１補正情報格納部８１，第２補正情報格納部８２に記憶されている。二次関数の各係数は、試験用センサモジュールで測定した誤差から、最小自乗法などを用いて、誤差が最小になる二次関数を求めたものである。
【００２９】
本実施形態では、補正式の関数として、二次関数を用いている。このため、固定材４０にガラス転移点のある樹脂を用い、樹脂の性質（熱膨張係数等）が転移点を境に変わっても、これに対応した補正を行なうことができる。また、磁気センサ６０に用いる半導体は、一般に、所定の温度以上でリーク電流が発生するが、リーク電流の発生の有無を境に特性が変わっても、これに対応した補正を行なうことができる。なお、二次関数に限らず、より高次の関数を用いて補正式を特定しても差し支えない。また、固定材４０として、転移点のない材料を用いている場合や、リーク電流が発生しない領域で磁気センサ６０を用いる場合には、一次関数を用いた線形の補正式でも十分な精度を得ることができる。
【００３０】
図７には、感度誤差として、振幅誤差とオフセット誤差とをまとめて１つの補正式により補正するものとし、位相誤差を含めていない。位相誤差は、感度誤差とは補正の対象が異なるからである。位相誤差は、必要があれば、第１検出素子６１，第２検出素子６２からの出力信号を時間軸上で前後する補正式により補正すれば良い。但し、バタフライバルブ１２の回転速度は一定ではないので、バタフライバルブ１２が全閉、全開になるタイミングを用いて位相誤差を特定し、これを補正することが望ましい。もとより、位相誤差は、補正の対象から除いても差し支えない。
【００３１】
図７に示したように、第１検出素子６１と第２検出素子６２の温度誤差は異なる特性を有するので、この温度誤差に応じた補正式をそれぞれ用意することで、補正後の第１検出素子６１の感度変動、第２検出素子６２の感度変動は、それぞれ補正され、温度の変化に対する感度変動は十分に抑制される。角度演算部８０は補正後の信号を入力することで、感度変動が十分に抑制されたｃos波およびｓin波を用いて、バタフライバルブ１２の回転角度θを演算できる。従って、モータ１９により駆動されるバタフライバルブ１２の回転角度θを精度良く検出し、延いては、スロットルバルブ装置１３によるエンジンへの吸入空気量を精度良く制御できる。
【００３２】
更に、センサモジュール１００の第１補正情報格納部８１や第２補正情報格納部８２は、補正式の係数α１，β１，γ１や係数α２，β２，γ２のみを記憶しており、第１補正演算部７１や第２補正演算部７２はこの係数を用いて二次関数の補正式に従って補正演算を行なうので、精度の良い補正演算を行なうために記憶しておく情報を容量の小さなものにできる。
【００３３】
Ｂ．第２実施形態：
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態のセンサモジュール２００は、第１実施形態と同様に、スロットルバルブ装置１３のバタフライバルブ１２の回転角度を検出するものであり、図１に示したセンサモジュール１００に代えて用いられる。センサモジュール２００は、第１実施形態と同様に、熱硬化性樹脂である固定材４０により検出素子部１５０や他の回路構成部材をモールドされている。
【００３４】
このセンサモジュール２００の内部構成を図８に示した。図８では、端子などは図示を省略している。第２実施形態では、磁気センサ１６０を構成する検出素子１６１は、１つしか描いていないが、第１実施形態と同様に、２つのホール素子が用いられている。もとより、第２実施形態では、単一の検出素子を用いた構成としても差し支えない。この検出素子１６１には、温度補償回路１６３が組み込まれている。温度補償回路１６３は、検出素子１６１単体での温度特性を補償する回路である。温度補償回路１６３は、温度センサ１６４からの信号を受け取り、回路的に、検出素子１６１の信号の変動を補償する。こうした温度補償回路としては、例えば特許文献１として示した回路などが採用可能である。
【００３５】
第２実施形態のセンサモジュール２００では、磁気センサ１６０は、それ自体で温度補償を行なっている。温度補償された角度信号（ｃos波やｓin波）は、ＡＤＣ１６５を介して、角度演算部１８０に出力される。角度演算部１８０は、補正演算部１７１と補正情報格納部１８１とを備える。補正情報格納部１８１は、第１実施形態と同様に、固定材４０によりモールドされたことで環境温度の変動により磁気センサ１６０に生じる誤差を補償するための情報、例えば補正式を記憶している。角度演算部１８０は、検出素子部１５０の内部に設けられた環境温度センサ１８５により検出された環境温度Ｘを用いて、補正式から補正量Ｙを求め、磁気センサ１６０の出力を補正できる。この結果、検出素子１６１単体で温度補償されている磁気センサ１６０を用いても、固定材４０により固定することによって生じる温度誤差を更に抑制することができ、センサモジュール２００の精度を高めることができる。補正式として二次関数を用いていることや、係数のみを記憶していることなど、その他、第１実施形態と同様の作用効果を奏するとは勿論である。なお、第２実施形態では、温度センサ１６４の他に環境温度センサ１８５を設けたが、両者を兼用するものとしてもよい。
【００３６】
Ｃ．その他の実施形態：
上記実施形態では、補正演算は、二次関数を用いたが、三次以上の関数や、スプライン関数など、他の関数を用いることも差し支えない。また、区間を細かくした線形補間などを用いて演算しても良い。あるいは、予め温度と感度誤差との関係を測定し、これをルックアップテーブルの形態で第１補正情報格納部８１等に格納し、環境温度に従って、ルックアップテーブルを参照することにより、感度誤差の補正量を求めて、補正演算するものとしても良い。補正演算は、乗算によってもよいし、加減算によってもよい。
【００３７】
上記実施形態では、固定材としての樹脂を用いて磁気センサとしての検出素子をモールドしたが、材料としては、樹脂以外の材料、例えばシリコンゴムなどを用いてもよい。樹脂としては、加熱すると硬化して元に戻らない熱硬化性樹脂や光により硬化する光硬化性樹脂でもよいし、充填時には流動性があり、その後硬化するタイプの樹脂、例えば２液混合により硬化するタイプの樹脂でもよい。また固定の方法としては、モールドに限らず、ポッティングやホットメルトモールディングなど、他の手法によってもよい。これらの手法にも、様々なタイプの樹脂や、その他の材料（例えばシリコンゴムなど）が利用できることは勿論である。更に、単に接着剤としても機能する材料で、検出素子を固定用基板等に接着・固定してもよい。この場合、接着剤を、固定のみならず、封止剤として機能させてもよい。また、こうした複数の材料や手法を適宜組み合わせることも可能である。また、固定材は、磁気センサを固定するものであればよく、必ずしも封止する必要はない。いずれの手法で固定しても、温度の変化により、磁気センサの出力に影響が生じるから、本開示の手法は有効である。
【００３８】
上記実施形態では、環境温度センサ８５，１８５等を用いて磁気センサの環境温度を特定したが、温度特定部は、温度センサに限る必要はなく、例えば温度による樹脂の膨張・収縮をストレインゲージなどにより検出し、これから温度を特定してもよい。
【００３９】
第１実施形態では、磁気センサ６０に対する温度補償回路は特に設けていないものとして説明したが、磁気センサ６０単独での温度補償を行なう回路を備えるものとしてもよい。この場合、第１補正演算部７１，第２補正演算部７２の補正演算に磁気センサ６０としての温度補償処理を取り込んでよい。第１補正演算部７１，第２補正演算部７２の補正演算に、磁気センサ６０としての温度補償処理を取り込んでも、第１検出素子６１，第２検出素子６２毎に個別の補正演算を行なうことになり、検出素子毎に異なる感度誤差を有するセンサモジュール１００，２００が検出する回転角度の検出精度を高めることができる。
【００４０】
上記実施形態では、２つの検出素子６１，６２は直交する位置関係に配置したが、直交に限る必要はなく、３６０度より小さい所定角度だけずらしていれば、２つの検出素子からの出力信号を用いて、０〜３６０度の範囲で、回転角度を一意に求めることができる。
【００４１】
第１実施形態では、２つの検出素子を用いたが、３つ以上の検出素子を用いることも差し支えない。例えば半球形状の被検出物の内側に所定方向の磁界を形成し、この磁界の強さを互いに直交する位置に配置された３つのホール素子で検出すれば、半球形状の被検出物の回転を３次元的に検出できる。こうした検出は、ロボットの関節の動きなどを検出するのに応用できる。
【００４２】
Ｄ．他の態様：
本開示に示すセンサモジュールか以下の態様によっても実施可能である。例えば、センサモジュールの第１の態様として、磁界の方向により特性が変化する複数の検出素子を、前記磁界の方向を回転する被検出物に対して異なる回転角度位置にそれぞれ配置した磁気センサと、前記磁気センサの環境温度を特定する温度特定部と、前記磁気センサを固定する固定材と、前記固定材によって固定された前記磁気センサの前記複数の検出素子のそれぞれに生じ得る温度誤差に対応して、各検出素子毎に予め用意した補正用の情報を格納する補正情報格納部と、前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記各検出素子の出力する信号を個別に補正する補正演算部と、前記補正演算された信号を用いて、前記被検出物の回転角度に対応した検出値を求めて出力する角度演算部と、を備えるセンサモジュールを構成できる。複数の検出素子に対して個別の補正を行なっていることは、センサモジュールの固定材による固定を解除し、例えば２つの検出素子を入替えて、回転角度の出力を観察すれば良い。複数の検出素子に対して個別の補正を行なっていれば、同じ検出素子を用いても、接続関係を変えれば、回転角度の出力は変化するので、個別の補正を行なっていることを知ることができる。
【００４３】
こうしたセンサモジュールにおいて、前記磁気センサは、固定材としての樹脂またはポッティング剤により封止された構成としてもよい。こうすれば、磁気センサの耐水性、耐久性を高めることができる。
【００４４】
こうしたセンサモジュールにおいて、前記複数の検出素子のうちの２つの検出素子は、前記被検出物の回転により変化する前記磁界に対して、３６０度未満の所定角度ずらして配置し、前記補正演算部は、前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記２つ検出素子が出力する２つの出力信号を、前記所定角度に対応した位相差にあるとして、前記回転角度に対応した検出値を一意に求めるものとしてもよい。こうすれば、センサモジュールは、回転角度を一意に求めることができ、回転角度を求める装置として高い有用性を備える。
【００４５】
こうしたセンサモジュールにおいて、前記２つの検出素子は、互いに直交する位置に配置され、前記位相差は、９０度とすることも望ましい。位相差が９０度となるように配置すれば、２つの検出素子から出力される信号は、ｃos波とｓin波の関係となり、回転角度の演算を容易に行なうことができる。
【００４６】
こうしたセンサモジュールにおいて、前記補正情報格納部が格納する前記補正用の情報は、前記固定材による固定によって、前記環境温度により前記磁気センサに生じる応力に応じて前記各検出素子に生じる誤差を補正する情報であるものとしてよい。こうすれば、固定材による固定によって生じる応力に基づく誤差を補正して回転角度の検出精度の環境温度による低下を抑制できる。
【００４７】
こうしたセンサモジュールにおいて、前記各検出素子の出力する信号に対して前記補正演算部が行なう前記個別の補正は、前記環境温度を変数とする二次以上の高次関数を用いた補正としてもよい。二次関数以上の高次関数を用いることにより、補正の精度を高めることができる。
【００４８】
このセンサモジュールにおいて、前記補正情報格納部は、前記高次関数の係数を、前記検出素子毎に格納しており、前記補正演算部は、前記検出素子毎に、前記補正情報格納部に格納された係数を用いて、前記高次関数による前記補正を行なうものとしてよい。この場合、補正演算のために係数を記憶しておければ足り、補正演算のために格納すべき情報量を低減できる。この結果、メモリ容量などを低減できる。
【００４９】
こうしたセンサモジュールにおいて、前記磁気センサは、吸気量制御装置、排ガス再循環装置、過給器のうちのいずれか１つに用いられるアクチュエータによって回転駆動される被検出物に非接触に設けられたものとしてもよい。こうすれば、各種の装置の回転角度を非接触に精度良く検出できる。この結果エンジンの制御を一層精度良く行なうことができる。
【００５０】
こうしたセンサモジュールにおいて、前記検出素子は、ホール素子またはＭＲ素子としてよい。安価な市販のセンサを用いて、回転角度の検出精度を高めることができる。
【００５１】
本開示のセンサモジュールの第２の態様として、磁界の方向により特性が変化する検出素子であって、当該検出素子の温度による誤差を検出素子単体で補償する回路を組み込んだ温度補償回路付検出素子を、前記磁界の方向を回転する被検出物に対して配置した磁気センサと、前記磁気センサを固定する固定材と、前記磁気センサの環境温度を特定する環境温度センサと、前記固定材によって固定されたことで前記磁気センサに生じ得る温度誤差に対応して、予め用意した補正用の情報を格納する補正情報格納部と、前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記温度補償回路付検出素子の出力する信号を補正して、前記被検出物の回転角度に対応した検出値を出力する演算部と、を備えるセンサモジュールを構成できる。
【００５２】
こうすれば、センサモジュールにおいて検出素子単体で温度補償を行なってもなお存在する温度誤差を低減できる。このように温度補償回路付検出素子の出力を更に環境温度で補正しているかは、固定材による固定を解除した状態で回転角度に対応した検出値の出力を観察すればよい。温度補償回路付検出素子の出力を更に環境温度で補正している場合は、環境温度が変化したとき、固定材による固定がある場合と比べて、固定材による固定がない場合の方が、回転角度の検出値の誤差は大きくなる。これに対して、温度補償回路付検出素子の出力を更に環境温度で補正するという対応を取っていない場合には、環境温度が変化したとき、固定材による固定がある場合と比べて、固定材による固定がない場合の方が、回転角度の検出値の誤差は小さくなる。従って、固定材による固定がある場合と、固定材による固定がない場合とを比較すれば、いずれの構成を採用しているかを容易に知ることができる。
【００５３】
本開示の磁気センサを用いた回転角度検出の温度補償方法の第１の態様は、磁気センサに内蔵され、磁界の方向により特性が変化する複数の検出素子を、前記磁界の方向を回転する被検出物に対して異なる回転角度位置にそれぞれ配置し、前記磁気センサを固定材を用いて固定し、前記磁気センサの環境温度を特定し、前記固定材によって固定された前記磁気センサの前記複数の検出素子のそれぞれに生じ得る温度誤差に対応して、各検出素子毎の補正用の情報を予め記憶し、前記特定した前記環境温度に従って前記補正用の情報を参照することにより、前記各検出素子の出力する信号を個別に補正した上で、前記被検出物の回転角度に対応した検出値を求めて出力する。この磁気センサを用いた回転角度検出の温度補償方法によれば、環境温度による変動を抑制して、被検出物の回転角度の検出を精度良く検出できる。
【００５４】
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する本実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  電子制御スロットル、１２  バタフライバルブ、１３  スロットルバルブ装置、１４  ハウジング、１５  磁界形成部、１６  ハウジングカバー、１７  吸気通路、１８  回転軸、１９  モータ、２０  ホルダ、２１，２２  磁石、２３  ネジ、２４  配線、３０〜３４  ターミナル、４０  固定材、４１  検出素子固定部、４３  ベース部、５０  検出素子部、６０  磁気センサ、６１  第１検出素子、６２  第２検出素子、７１  第１補正演算部、７２  第２補正演算部、８０  角度演算部、８１  第１補正情報格納部、８２  第２補正情報格納部、８５  環境温度センサ、１００  センサモジュール、１５０  検出素子部、１６０  磁気センサ、１６１  検出素子、１６３  温度補償回路、１６４  温度センサ、１６５  ＡＤＣ、１７１  補正演算部、１８０  角度演算部、１８１  補正情報格納部、１８５  環境温度センサ、２００  センサモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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