(57)【要約】【課題】磁気収束板を利用した回転角計測装置において、磁気飽和を素早く確実に検出することが可能な回転角計測装置を提供すること。【解決手段】第１の方向の磁気成分を検出する第１のホール素子対２１と、第１の方向と異なる方向の第２の方向の磁気成分を検出する第２のホール素子対２２と、第１の方向及び第２の方向とは異なる方向の第３の方向の磁気成分を検出する第３のホール素子対２３と、第１の方向〜第３の方向とは異なる方向の第４の方向の磁気成分を検出する第４のホール素子対２４とを備える。角度算出部２７は、第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２の出力信号強度に基づいて回転磁石の第１の回転角θを算出し、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４の出力信号強度に基づいて回転磁石の第２の回転角θｃを算出する。故障検知部３０は、第１の回転角θ、第２の回転角θｃから回転角計測装置の故障を検知する。【選択図】図１０Ａ
2014178310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のホール素子対と、
前記複数のホール素子対の感磁面上に設けられた磁気収束板と、
前記磁気収束板を平面視で覆うように前記磁気収束板に近接配置された回転磁石と、
前記複数のホール素子対の複数の対の出力信号に基づいて、故障を検知する故障検知部と、
を備えている回転角計測装置。
【請求項２】
前記複数の対の出力信号に基づいて、前記回転磁石の回転角情報を複数算出する１以上の角度算出部を備え、
前記故障検知部は、
前記複数の回転角情報から故障を検知する請求項１に記載の回転角計測装置。
【請求項３】
前記故障検知部は、
前記角度算出部の出力と、基準信号出力部が出力する基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項２に記載の回転角計測装置。
【請求項４】
前記故障検知部は、
前記複数の回転角情報のうち２つの差分と、前記基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項３に記載の回転角計測装置。
【請求項５】
前記差分を算出する差分算出部を備えている請求項４に記載の回転角計測装置。
【請求項６】
前記故障検知部は、
前記磁気収束板の磁気飽和を検知する請求項２〜５のいずれか１項に記載の回転角計測装置。
【請求項７】
前記複数の回転角情報にそれぞれ対応した前記複数の対の出力信号に基づく複数の振幅情報を算出する振幅算出部をさらに備え、
前記故障検知部は、さらに、
前記複数の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項２〜６のいずれか１項に記載の回転角計測装置。
【請求項８】
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報と、第２の基準信号出力部が出力する第２の基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項７に記載の回転角計測装置。
【請求項９】
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報のうち２つの振幅情報の差分と、前記第２の基準信号とを比較し、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項８に記載の回転角計測装置。
【請求項１０】
前記故障検知部は、
前記角度算出部の出力に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号を出力し、前記複数の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号を出力し、前記第１及び第２の故障判定信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、前記回転角計測装置が故障であると判定する請求項９に記載の回転角計測装置。
【請求項１１】
前記故障検知部は、
前記角度算出部の出力に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号を出力し、前記複数の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号を出力し、前記複数の回転角情報のうち１つの回転角情報と、前記複数の回転角情報のうち２つの回転角情報の差分と、前記複数の振幅情報のうち２つの振幅情報の差分と、前記第１の故障判定信号と、前記第２の故障判定信号とに基づいて、前記磁気収束板の磁気飽和の判定と、前記複数のホール素子対の故障の判定と、を行う判定部をさらに備えている請求項９に記載の回転角計測装置。
【請求項１２】
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報と、第２の基準信号出力部が出力する第２の基準信号と、第３の基準信号出力部が出力する第３の基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項７に記載の回転角計測装置。
【請求項１３】
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報のうち第１の振幅情報と前記第２の基準信号とを比較し、前記複数の振幅情報のうち前記第１の振幅情報と異なる第２の振幅情報と前記第３の基準信号とを比較し、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項１２に記載の回転角計測装置。
【請求項１４】
前記故障検知部は、
前記角度算出部の出力に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号を出力し、前記第１の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号を出力し、前記第２の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第３の故障判定信号を出力し、前記第１〜第３の故障判定信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、前記回転角計測装置が故障であると判定する請求項１３に記載の回転角計測装置。
【請求項１５】
前記複数の対は、少なくとも３つの対であり、
前記故障検知部は、
前記複数の回転角情報のうち２つの回転角情報の差分を２つ以上算出し、これら２つ以上の差分と前記基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項３〜６のいずれか１項に記載の回転角計測装置。
【請求項１６】
前記故障検知部は、
前記２つ以上の差分と前記基準信号とをそれぞれ比較して前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す信号をそれぞれ出力し、これら信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、前記回転角計測装置が故障であると判定する請求項１５に記載の回転角計測装置。
【請求項１７】
前記複数の対の出力信号に基づいて、前記回転磁石の振幅情報を複数算出する振幅算出部を備え、
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報から故障を検知する請求項１に記載の回転角計測装置。
【請求項１８】
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報と、基準信号出力部が出力する基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項１７に記載の回転角計測装置。
【請求項１９】
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報のうち２つの振幅情報の差分と、前記基準信号とを比較し、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項１８に記載の回転角計測装置。
【請求項２０】
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報と、第１の基準信号出力部が出力する第１の基準信号と、第２の基準信号出力部が出力する第２の基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項１７に記載の回転角計測装置。
【請求項２１】
前記故障検知部は、
前記複数の振幅情報のうち第１の振幅情報と前記第１の基準信号とを比較し、前記複数の振幅情報のうち前記第１の振幅情報と異なる第２の振幅情報と前記第２の基準信号とを比較し、前記回転角計測装置の故障を検知する請求項２０に記載の回転角計測装置。
【請求項２２】
前記故障検知部は、
前記第１の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号を出力し、前記第２の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号を出力し、前記第１〜第２の故障判定信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、前記回転角計測装置が故障であると判定する請求項２１に記載の回転角計測装置。
【請求項２３】
前記複数のホール素子対は、
前記磁気収束板の上に極座標が定義されたときに、前記極座標の原点を中心とする円周下に４５度ずつそれぞれずらして配置されている請求項１〜２２のいずれか１項に記載の回転角計測装置。
【請求項２４】
前記複数のホール素子対は、
前記磁気収束板の上に極座標が定義されたときに、前記極座標の原点を基準として、９０°／Ｎの整数倍（Ｎは２以上の整数）の角度の座標軸を挟んで２つのホール素子対が配置されている請求項１〜２３のいずれか１項に記載の回転角計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気収束板を利用した回転角計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気検出素子（ホール素子、磁気抵抗素子など）と信号処理回路（ＬＳＩ）を一体化した高機能な磁気センサＬＳＩのさまざまな利用法が進んでいる。例えば、自動車では、ハンドルの回転角度を検出するための回転角センサがある。この種の回転角センサは、例えば、特許文献１に提案されている。この特許文献１には、周囲の磁場を集めて増幅する磁気収束板とシリコン基板上のホール素子を利用した回転角センサが開示されている。
図１は、特許文献１に記載の回転角センサを説明するための構成図である。この回転角センサは、回転体に取り付けられた回転磁石１と、この回転磁石１の下に離れて置かれた集積回路（シリコン基板）２があり、このシリコン基板２上には、このシリコン基板２上に形成されたホール素子３と、さらにそのホール素子３上に磁気収束板４が設けられている。そして、回転磁石１から発生するシリコン基板２の平面に平行な磁場（横磁場）を、磁気収束板４とホール素子３を用いて検出することで、回転磁石１の回転角度を算出するものである。
【０００３】
図２は、図１におけるシリコン基板上に形成されたホール素子と磁気収束板の配置を説明するための図である。シリコン基板２に並行な面をＸＹ平面として、ＸＹ平面上の原点を中心に、円形の磁気収束板４が配置され、磁気収束板４の縁の円周下にホール素子３が４つ配置されている。ホール素子（Ｈ０、Ｈ１８０）３が、Ｘ軸上に原点を中心として対称な位置に配置され、同じくホール素子（Ｈ９０、Ｈ２７０）３がＹ軸上に原点を中心として対称な位置に配置されている。Ｈ０とＨ９０は、図２のＸＹ座標平面において正の座標成分を有する位置に配置されている。
【０００４】
図３は、図１における回転磁石と磁気収束板とホール素子とシリコン基板とをＸ軸方向に沿ってみた断面図である。シリコン基板２から垂直に回転磁石１へ向かう方向がＺ軸正方向であり、Ｈ１８０からＨ０の方向がＸ軸正方向である。また、ホール素子は、磁気収束板４の縁の下に、磁気収束板４の中心に対して対称な位置に２つ描かれている。これらホール素子Ｈ０及びＨ１８０の感磁面は、シリコン基板２の平面に対して垂直方向となっている。したがって、Ｚ軸方向の磁場を検出する。
しかしながら、図３に示されるように、回転磁石１から発生した磁場は、磁気収束板４に引き寄せられるため、シリコン基板２の平面と並行な横磁場（図３）においてはＸ軸成分）は、シリコン基板２の平面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）へ曲げられ、ホール素子の感磁面を通過する。したがって、これらのホール素子は、横磁場を信号として検出できる。
【０００５】
このような構成によって、図２に示したホール素子Ｈ０とＨ１８０は、磁気収束板４に入射する磁場のＸ軸成分及びＺ軸成分を検出し、同様にＨ９０とＨ２７０は、Ｙ軸成分及びＺ軸成分を検出する。
図２において、磁気収束板４に入射する磁場が、原点を中心にＸ軸から反時計まわりにθの向きに入射している様子が描かれている。この時、Ｈ０は、磁場のＸ軸成分を正符号出力（＋Ｖｘ）で検出し、Ｈ１８０は、負符号出力（−Ｖｘ）で検出するものとする。同様に、Ｈ９０は、磁場のＹ軸成分を正符号出力（＋Ｖｙ）で検出し、Ｈ２７０は、負符号出力（−Ｖｙ）で検出するものとする。そして４つのホール素子は、すべて磁場のＺ軸成分をＸＹ平面に入射する方向を正符号出力（＋Ｖｚ）として検出するものとする。
【０００６】
したがって、Ｈ０とＨ１８０の差分、Ｈ９０とＨ２７０の差分で検出される信号ＨＶＸ、ＨＶＹは、
ＨＶＸ＝＋Ｖｘ＋Ｖｚ−（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝２Ｖｘ  ・・・（１）
ＨＶＹ＝＋Ｖｙ＋Ｖｚ−（−Ｖｙ＋Ｖｚ）＝２Ｖｙ  ・・・（２）
となる。つまり、磁場強度のＸ軸成分及びＹ軸成分である。Ｚ軸成分はキャンセルされて検出されない。
ここで、回転角センサは、ＨＶＸとＨＶＹから磁場の角度θを
θ＝ａｔａｎ（ＨＶＹ／ＨＶＸ）  ・・・（３）
として、算出する。なお、このように角度が算出できるのは回転磁場に対する磁気収束板下の磁場強度が理想的な正弦波状の変化を示すためである。
【０００７】
図４は、上述した特許文献１による回転角センサの信号処理を説明するためのブロック構成図である。回転角センサは、ホール素子Ｈ０、Ｈ１８０、Ｈ９０、Ｈ２７０と、Ｈ０とＨ１８０の検出信号を減算するＸ軸減算部１１Ｘと、Ｈ９０とＨ２７０の検出信号を減算するＹ軸減算部１１Ｙと、Ｘ軸減算部１１Ｘの出力（式（１））と、Ｙ軸減算部１１Ｙの出力（式（２））とから式（３）により角度を算出する演算部１２とからなる。
また、特許文献２に記載の角度算出手法は、上述したようなＸＹ座標系を利用したものでなく、磁気収束板の円周下に等間隔に配置された複数のホール素子において、信号出力の符号が異なる隣接する２つのホール素子の出力から角度を算出するものである。
【０００８】
このような回転角センサにおいては、ホール素子のオフセットや、ホール素子からの信号を増幅する増幅器のオフセット及びゲインがＸ軸とＹ軸で異なることにより発生する算出角度と、検出対象となる回転磁場の角度の誤差が問題となり、いくつかの解決手段が提示されている。例えば、特許文献３は、磁気収束板のホール素子の配置を鏡像関係となるよう配置することでホール素子が有するオフセットを低減するものである。また、例えば、特許文献４は、Ｘ軸とＹ軸に配置された磁気センサが検出するＸ成分信号とＹ成分信号に対し、座標変換を施すことで角度誤差を低減するものである。
また、例えば、特許文献５には、外部磁石の磁場歪みによって発生する角度誤差を低減する手法が開示されている。この特許文献５に記載の回転角センサは、ＭＲ（磁気抵抗）素子が有する誤差又は外部磁石の磁場の歪みによる誤差を低減するものである。
さらに、例えば、特許文献６には、磁気収束板を利用し、２個以上のホール素子によって各軸成分を演算する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第２００２／００２１１２４号明細書（Ａ１）
【特許文献２】米国特許第７，２３５，９６８号明細書（Ｂ２）
【特許文献３】特開２０１２−１５０００３号公報
【特許文献４】特開２０１０−１９０８７２号公報
【特許文献５】特開２０１１−１５８４８８号公報
【特許文献６】特開２００４−２５７９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が対象とする磁気収束板とホール素子を利用した回転角計測装置においては、磁気収束板の性質に注意が必要である。
磁気収束板は、弱い磁場では印加された磁場に対し、線形に磁化されてゆくが、ある一定強度以上の磁場が印加された場合、もはや線形に磁化されなくなる。そのような、線形に磁化されなくなる点を便宜上、磁気飽和点と定義し、線形に磁化されない現象を磁気飽和（現象）と定義する。
図５は、磁気飽和点７０ｍＴの磁気収束板に５０ｍＴと１００ｍＴの磁場を印加したときに、印加方向からなす角度０度〜３６０度における磁気収束板円周下の磁場強度の変化の様子を示す図である。図５では０度方向（印加磁場と並行）の磁場強度を１と規格化している。図５から分かるように、磁気飽和点以下の５０ｍＴの磁場印加では、磁気収束板下の磁場強度は磁場の角度に対して理想的な正弦波（余弦波）を形成する（図５中の菱形プロットとそれらを結ぶ線）が、磁気飽和点以上の１００ｍＴの磁場印加では、歪んだ正弦波となる（図５中の四角プロットとそれらを結ぶ線）ことがわかる。
従って、このような磁気飽和点以上の磁場を回転させたときには、磁場の変化が理想的な正弦波ではなくなるので、上記に説明してきた回転角計測装置の算出角度に誤差が発生する。
【００１１】
図６は、上記に説明した磁気飽和点以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、回転角センサが算出する角度に含まれる角度誤差をシミュレーションした図である。
図６から分かるように、角度誤差は０度、４５度、９０度と４５度おきに最小（０度近辺）となり、１回転３６０度の間に誤差のピークが正負それぞれ４回の波形（以後、角度誤差の４倍波と呼ぶ）となっている。この角度誤差は、磁気収束板の磁気飽和によって発生するものである。高精度かつ高信頼な回転角計測装置において、このような磁気飽和が起きたことを検出することが重要である。磁気飽和が起きるということは、例えば、回転軸に取り付けられた磁石が本来の位置からずれた、あるいは回転軸がずれたということと等価であり、回転角計測装置のユーザーにとって望ましくない故障である。そして、制御の点から角度誤差の増大も望ましくないものでもある。例えば、モーター制御用途の回転角計測装置の場合、角度誤差はトルクリップルにつながることになる。
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜６のすべてにおいて、この磁気飽和を検出する手法も開示されていない。
特に最近、パワーステアリングシステム等の自動車の分野では、ＩＳＯ２６２６２に準拠する機能安全が求められるようになった。ＩＳＯ２６２６２に準拠するために、発明者らは、自動車の分野で使われる回転角計測装置が、回転磁石等の故障を高速に検出可能でなければならないことを見出した。つまり、発明者らは、例えば回転磁石の故障により磁気収束板の磁気飽和が起こったときに、磁気飽和を素早く確実に検出しなければならないという新たな課題を見出した。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、回転磁石を利用した回転角計測装置からなる制御システムが、回転磁石等の故障により誤作動することを防ぐために、磁気収束板を利用した回転角計測装置において、磁気飽和を素早く確実に検出することが可能な回転角計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、複数のホール素子対と、前記複数のホール素子対の感磁面上に設けられた磁気収束板と、前記磁気収束板を平面視で覆うように前記磁気収束板に近接配置された回転磁石と、前記複数のホール素子対の複数の対の出力信号に基づいて、故障を検知する故障検知部と、を備えていることを特徴とする回転角計測装置である。
また、前記複数の対の出力信号に基づいて、前記回転磁石の回転角情報を複数算出する１以上の角度算出部を備え、前記故障検知部は、前記複数の回転角情報から故障を検知することを特徴とする。
【００１４】
また、前記故障検知部は、前記角度算出部の出力と、基準信号出力部が出力する基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
また、前記故障検知部は、前記複数の回転角情報のうち２つの差分と、前記基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
また、前記差分を算出する差分算出部を備えていることを特徴とする。
また、前記故障検知部は、前記磁気収束板の磁気飽和を検知することを特徴とする。
また、前記複数の回転角情報にそれぞれ対応した前記複数の対の出力信号に基づく複数の振幅情報を算出する振幅算出部をさらに備え、前記故障検知部は、さらに、前記複数の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
【００１５】
また、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報と、第２の基準信号出力部が出力する第２の基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
また、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報のうち２つの振幅情報の差分と、前記第２の基準信号とを比較し、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
また、前記故障検知部は、前記角度算出部の出力に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号を出力し、前記複数の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号を出力し、前記第１及び第２の故障判定信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、前記回転角計測装置が故障であると判定することを特徴とする。
【００１６】
また、前記故障検知部は、前記角度算出部の出力に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号を出力し、前記複数の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号を出力し、前記複数の回転角情報のうち１つの回転角情報と、前記複数の回転角情報のうち２つの回転角情報の差分と、前記複数の振幅情報のうち２つの振幅情報の差分と、前記第１の故障判定信号と、前記第２の故障判定信号とに基づいて、前記磁気収束板の磁気飽和の判定と、前記複数のホール素子対の故障の判定と、を行う判定部をさらに備えていることを特徴とする。
【００１７】
また、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報と、第２の基準信号出力部が出力する第２の基準信号と、第３の基準信号出力部が出力する第３の基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
また、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報のうち第１の振幅情報と前記第２の基準信号とを比較し、前記複数の振幅情報のうち前記第１の振幅情報と異なる第２の振幅情報と前記第３の基準信号とを比較し、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
【００１８】
また、前記故障検知部は、前記角度算出部の出力に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号を出力し、前記第１の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号を出力し、前記第２の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第３の故障判定信号を出力し、前記第１〜第３の故障判定信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、前記回転角計測装置が故障であると判定することを特徴とする。
また、前記複数の対は、少なくとも３つの対であり、前記故障検知部は、前記複数の回転角情報のうち２つの回転角情報の差分を２つ以上算出し、これら２つ以上の差分と前記基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
【００１９】
また、前記故障検知部は、前記２つ以上の差分と前記基準信号とをそれぞれ比較して前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す信号をそれぞれ出力し、これら信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、前記回転角計測装置が故障であると判定することを特徴とする。
また、前記複数の対の出力信号に基づいて、前記回転磁石の振幅情報を複数算出する振幅算出部を備え、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報から故障を検知することを特徴とする。
【００２０】
また、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報と、基準信号出力部が出力する基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
また、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報のうち２つの振幅情報の差分と、前記基準信号とを比較し、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
また、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報と、第１の基準信号出力部が出力する第１の基準信号と、第２の基準信号出力部が出力する第２の基準信号とに基づいて、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
【００２１】
また、前記故障検知部は、前記複数の振幅情報のうち第１の振幅情報と前記第１の基準信号とを比較し、前記複数の振幅情報のうち前記第１の振幅情報と異なる第２の振幅情報と前記第２の基準信号とを比較し、前記回転角計測装置の故障を検知することを特徴とする。
また、前記故障検知部は、前記第１の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号を出力し、前記第２の振幅情報に基づいて、前記回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号を出力し、前記第１〜第２の故障判定信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、前記回転角計測装置が故障であると判定することを特徴とする。
【００２２】
また、前記複数のホール素子対は、前記磁気収束板の上に極座標が定義されたときに、前記極座標の原点を中心とする円周下に４５度ずつそれぞれずらして配置されていることを特徴とする。
また、前記複数のホール素子対は、前記磁気収束板の上に極座標が定義されたときに、前記極座標の原点を基準として、９０°／Ｎの整数倍（Ｎは２以上の整数）の角度の座標軸を挟んで２つのホール素子対が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、回転磁石を利用した回転角計測装置からなる制御システムが、回転磁石等の故障により誤作動することを防ぐために、磁気収束板を利用した回転角計測装置において、磁気飽和を素早く確実に検出することが可能な回転角計測装置を提供する。この本発明による効果は、特に、車載用途向けといった安全要求が厳しい用途で使用される回転角センサにおいては、非常に有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】特許文献１に記載の回転角センサを説明するための構成図である。
【図２】図１におけるシリコン基板上に形成されたホール素子と磁気収束板の配置を説明するための図である。
【図３】図１における回転磁石と磁気収束板とホール素子とシリコン基板とをＸ軸方向に沿ってみた断面図である。
【図４】特許文献１による回転角センサの信号処理を説明するためのブロック構成図である。
【図５】磁気飽和点７０ｍＴの磁気収束板に５０ｍＴと１００ｍＴの磁場を印加したときに、印加方向からなす角度０度〜３６０度における磁気収束板円周下の磁場強度の変化の様子を示す図である。
【図６】磁気飽和点以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、回転角計測装置が算出する角度に含まれる角度誤差をシミュレーションした図である。
【図７】本発明に係る回転角計測装置の実施形態１のホール素子の配置を説明する図である。
【図８】図７に示される回転角計測装置の磁気収束板に磁気飽和点７０ｍＴ以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、回転角計測装置が算出する角度に含まれる角度誤差Δθ、Δθ４５をシミュレーションした図である。
【図９】図７に示される回転角計測装置の磁気収束板に磁気飽和点７０ｍＴ以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときのθｄのシミュレーション結果を示す図である。
【図１０Ａ】本発明に係る回転角計測装置の実施形態１の信号処理回路を示す構成図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示した回転角情報補正部の具体例を示す図で、回転角情報補正部が平均値算出部である場合を示している。
【図１０Ｃ】図１０Ａに示した回転角情報補正部の具体例を示す図で、回転角情報補正部が加算値算出部である場合を示している。
【図１０Ｄ】図１０Ａに示した回転角情報補正部の具体例を示す図で、回転角情報補正部が中央値算出部である場合を示している。
【図１１】θａ＝３０°とした場合に、磁気収束板に磁気飽和点以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、回転角計測装置が算出する角度に含まれる角度誤差Δθ、Δθｔ、Δθａｖｅをシミュレーションした図である。
【図１２】θａ＝３０°とした場合に、磁気収束板に磁気飽和点以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときのθｄのシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】本発明に係る回転角計測装置の実施形態２のホール素子の配置を説明する図である。
【図１４】図１３に示される回転角計測装置の磁気収束板に磁気飽和点７０ｍＴ以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、磁気飽和によって発生する角度誤差Δθ、Δθ３０、Δθ６０をシミュレーションした図である。
【図１５】図１３に示される回転角計測装置の磁気収束板に磁気飽和点７０ｍＴ以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、θｄ及びθｄ’のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】本発明に係る回転角計測装置の実施形態２の信号処理回路を示す構成図である。
【図１７】図７に示した実施形態１の変更例を示す図である。
【図１８】本発明に係る回転角計測装置の実施形態３の信号処理回路を示す構成図である。
【図１９】図１８における故障検知部の具体例を示す回路構成図である。
【図２０】図１８に示される回転角計測装置の磁気収束板に対し、磁気飽和前における、配置Ａのホール素子の出力から算出した振幅値Ｍ（実線）と配置Ｂのホール素子の出力から算出した振幅値Ｍｃ（点線）と、磁気飽和後における、振幅値Ｍ（一点鎖線）と振幅値Ｍｃ（二点鎖線）と、が入力磁場の回転に対し、どのように変化するかを表した図である。
【図２１】図１８に示される回転角計測装置の磁気収束板に対し、磁気飽和点以上の回転磁場を印加したときのθｄ及びＭｄのシミュレーション結果を示す図である。
【図２２】図１８における故障検知部の他の具体例を示す回路構成図である。
【図２３】図１８における故障検知部のさらに他の具体例を示す回路構成図である。
【図２４】磁気収束板が磁気飽和を起こした場合と、ＸＹ座標系のホール素子Ｈ０の出力がショート（出力が０）となった場合の、第１の回転角θの角度誤差Δθと、θｄと、Ｍｄのシミュレーション結果を表す図である。
【図２５】本発明に係る回転角計測装置の実施形態４の信号処理回路を示す構成図である。
【図２６】本発明に係る回転角計測装置の実施形態５の信号処理回路を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。なお、各実施形態において、回転角情報補正部、又は平均値算出部が備えられているが、不要の場合は利用しなくて良い。
まず、実施形態１は２つの座標系を用いる場合、実施形態２は３つの座標系を用いる場合で説明を行う。
［実施形態１］
図７は、本発明に係る回転角計測装置の実施形態１のホール素子の配置を説明する図である。円形の磁気収束板１４の円周下の反時計回りに４５度おきにそれぞれ複数のホール素子Ｈ０、Ｈ４５、Ｈ９０、Ｈ１３５、Ｈ１８０、Ｈ２２５、Ｈ２７０、Ｈ３１５が配置されている。複数のホール素子Ｈ０、Ｈ４５、Ｈ９０、Ｈ１３５、Ｈ１８０、Ｈ２２５、Ｈ２７０、Ｈ３１５のうち、Ｈ０とＨ１８０が１つのホール素子対、Ｈ４５とＨ２２５が１つのホール素子対、Ｈ９０とＨ２７０が１つのホール素子対、Ｈ１３５とＨ３１５が１つのホール素子対となっている。そして、複数のホール素子対の感磁面上には円形の磁気収束板１４が設けられている。また、磁気収束板１４には回転磁石が磁気収束板１４を平面視で覆うように近接配置されている。
【００２６】
この円形の磁気収束板１４の中心点Ｇは、複数のホール素子対Ｈ０とＨ１８０、Ｈ４５とＨ２２５、Ｈ９０とＨ２７０、Ｈ１３５とＨ３１５を結ぶ線分の中点でもある。Ｈ１８０からＨ０へ向かう直線上にＸ軸を形成し、Ｈ２７０からＨ９０に向かう直線上にＹ軸を形成すると、図２の従来と同じＸＹ座標系が形成できる。一方、Ｈ２２５からＨ４５へ向かう直線をＸ４５軸、Ｈ３１５からＨ１３５へ向かう直線上にＹ４５軸を形成すると、ＸＹ座標系をＧ中心で反時計回りに４５度回転させたＸＹ４５座標系となる。
つまり、複数のホール素子対は、９０°／Ｎの整数倍の座標系の座標軸の位置にそれぞれ配置されている。この場合はＮ＝２であり、複数のホール素子対は９０°／Ｎの０倍と１倍の座標系の座標軸の位置にそれぞれ配置されている。また、複数のホール素子対は、磁気収束板の円周下に４５度ずつそれぞれずらして配置されていることが好ましい。
【００２７】
従来と同様に、Ｈ０とＨ１８０の差分が磁場のＸ成分を、Ｈ９０とＨ２７０の差分が磁場のＹ成分を表す出力信号（それぞれＨＶＸ、ＨＶＹ）となる。これと同様、Ｈ４５とＨ２２５の差分が磁場のＸ４５成分を、Ｈ１３５とＨ３１５の差分が磁場のＹ４５成分を表す出力信号（それぞれＨＶＸ４５とＨＶＹ４５）となる。
ここでＸＹ座標系を構成しているホール素子Ｈ０、Ｈ９０、Ｈ１８０、Ｈ２７０の配置を配置Ａとし、ＸＹ４５座標系を構成しているホール素子Ｈ４５、Ｈ１３５、Ｈ２２５、Ｈ３１５の配置を配置Ｂとする。
【００２８】
そして、磁気収束板に入射する磁場Ｂが、原点を中心にＸ軸から反時計まわりにθの向きに入射しているとすると、磁場強度を表す信号振幅をＶＢとすると
ＨＶＸ＝ＶＢｃｏｓθ
ＨＶＹ＝ＶＢｓｉｎθ
となる。一方、磁場Ｂは同様にＸ４５軸から反時計回りにθ４５の向きに入射しているとすると、
ＨＶＸ４５＝ＶＢｃｏｓθ４５
ＨＶＹ４５＝ＶＢｓｉｎθ４５
となる。それぞれ、角度θとθ４５は以下の式で表される。
θ＝ａｔａｎ（ＨＶＹ／ＨＶＸ）
θ４５＝ａｔａｎ（ＨＶＹ４５／ＨＶＸ４５）
ここで、角度誤差がない場合をそれぞれ、θｉｄｅａｌ、θ４５ｉｄｅａｌと定義しておく。
【００２９】
ＸＹ４５座標系はＸＹ座標系を反時計回りに４５度回転させたものであるから、θ４５に４５°加算した角度をθｃとすると、角度誤差がない場合はθｉｄｅａｌと同じになる。つまり、
θｃ＝θ４５＋４５°
θｃ＿ｉｄｅａｌ＝θ４５ｉｄｅａｌ＋４５°＝θｉｄｅａｌ
磁気飽和によって角度誤差がＸＹ座標系でΔθ、ＸＹ４５座標系でΔθ４５発生していたとすると、それぞれ
θ＝θｉｄｅａｌ＋Δθ
θ４５＝θ４５ｉｄｅａｌ＋Δθ４５
となる。そして、
θｃ＝θ４５＋４５°＝θ４５ｉｄｅａｌ＋Δθ４５＋４５°＝θｉｄｅａｌ＋Δθ４５
となり、θｃの角度誤差はΔθ４５である。
【００３０】
図８は、図７に示される回転角計測装置の磁気収束板に磁気飽和点７０ｍＴ以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、回転角計測装置が算出する角度に含まれる角度誤差Δθ、Δθ４５をシミュレーションした図である。
磁場の角度に対して配置Ａのホール素子による角度算出誤差Δθは、図中実線で表されており、図６と同じ４倍波である。一方、ＸＹ４５座標系を形成した配置Ｂのホール素子による角度算出θ４５に４５°を加算したθｃの角度誤差Δθ４５は、図中点線で表されており、Δθと同じ４倍波であるが、その極性が反転しているものである。これは、ＸＹ４５座標系で測定されたΔθ４５がΔθに対して４×４５°＝１８０°分位相がずれるためである。表１は、ΔθとΔθ４５の角度範囲毎の極性を示した表である。
【００３１】
【表１】
2014178310.tif 000003
【００３２】
どの角度範囲においても、角度誤差の極性が反対であることがわかる。従って、
Δθ＋Δθ４５≒０
となる。つまり、本発明においてＸＹ４５座標系は、ＸＹ座標系で発生する角度誤差を打ち消すような角度誤差を発生する配置となっているものである。
ここで、θとθｃの平均値をθａｖｅは、
θａｖｅ＝（θ＋θｃ）／２＝（θｉｄｅａｌ＋Δθ＋θｉｄｅａｌ＋Δθ４５）／２≒θｉｄｅａｌ
となり、磁気飽和により角度誤差が発生しても、高精度にＸＹ座標系の角度を求めることができる。つまり、ＸＹ座標系で角度を算出し、かつＸＹ４５座標系で角度を算出し、複数の回転角情報θ、θｃから回転磁石の回転角情報を補正（上述した例では算術平均）することで、高精度な磁場の角度測定を実現するものである。図８中一点鎖線は、θａｖｅの残留誤差Δθａｖｅであり、Δθ、Δθ４５と比較して明らかに低減していることがわかる。
【００３３】
次に、本実施形態の効果である磁気飽和の素早い確実な検出について説明する。
磁気飽和を起こしていない場合、
Δθ−Δθ４５＝０
であることは明らかである。しかし、磁気飽和を起こした場合、角度誤差の４倍波が０°となるＫ×４５°（Ｋは０から７までの整数）の角度付近を除き、表１のようにΔθとΔθ４５の極性は異なるので、
Δθ−Δθ４５≠０となることも、これまでの説明から明らかである。従って、θとθｃが算出された場合、この差分θｄは、
θｄ＝θ−θｃ＝Δθ−Δθ４５≠０
である。適当な閾値θｄ＿ｌｉｍを決めておけば、
｜θｄ｜＜θｄ＿ｌｉｍ
という関係式（｜θｄ｜はθｄの絶対値）により、｜θｄ｜がθｄ＿ｌｉｍよりも大きくなれば、磁気飽和の検出が可能である。つまり、ＸＹ座標系の算出角度θのみでは検出できなかった磁気飽和が、ＸＹ４５座標系の算出角度θ４５を利用することで検出可能となる。
【００３４】
図９は、図７に示される回転角計測装置の磁気収束板に磁気飽和点７０ｍＴ以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときのθｄのシミュレーション結果を示す図である。磁気飽和により、元々飽和による角度誤差が発生しないＫ×４５°の角度を除き、θｄが０ではないことがわかる。
図１０Ａは、本発明に係る回転角計測装置の実施形態１の信号処理回路を示す構成図である。図１０Ａの回転角計測装置は、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）と第２のホール素子対２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）と、配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）と第４のホール素子対２４（Ｈ１３５、Ｈ３１５）と、ＭＵＸ（マルチプレクサ；ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）２５と、Ｘ軸減算部２６Ｘと、Ｙ軸減算部２６Ｙと、角度算出部２７と、第１の記憶レジスタ２８ａと第２の記憶レジスタ２８ｂと、回転角情報補正部２９と、故障検知部３０とから構成されている。故障検知部３０は、減算部３１と閾値比較部３３と閾値メモリ３２とから構成されている。
【００３５】
つまり、本実施形態１の回転角計測装置は、基板上に設けられた複数のホール素子Ｈ０〜Ｈ３１５と、この複数のホール素子Ｈ０〜Ｈ３１５の感磁面上に設けられた磁気収束板１４とを備え、この磁気収束板１４を平面視で覆うようにこの磁気収束板１４に近接して配置された回転磁石の回転角を計測する回転角計測装置である。本実施形態１の回転角計測装置は、複数のホール素子Ｈ０〜Ｈ３１５で構成される複数のホール素子対を備えるものであり、第１の方向の磁気成分を検出する第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）と、第１の方向と異なる方向の第２の方向の磁気成分を検出する第２のホール素子対２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）と、第１の方向及び第２の方向とは異なる方向の第３の方向の磁気成分を検出する第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）と、第１の方向〜第３の方向とは異なる方向の第４の方向の磁気成分を検出する第４のホール素子対２４（Ｈ１３５、Ｈ３１５）とを備えている。
【００３６】
角度算出部２７は、複数のホール素子対のうちの１つの対である第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２の出力信号強度に基づいて、回転磁石の第１の回転角θを算出する。そして、角度算出部２７は、複数のホール素子対のうちの１つの対である第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４の出力信号強度に基づいて、回転磁石の第２の回転角θｃを算出するものである。つまり、角度算出部は、複数のホール素子対の複数の対（第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４）の出力信号強度に基づいて、回転磁石の回転角情報を複数算出する。すなわち、上記複数の対は、第１のホール素子対２１と第２のホール素子対２２とで構成される１つの組（１つの対）、及び第３のホール素子対２３と第４のホール素子対２４とで構成される１つの組（１つの対）のことであり、複数のホール素子対のうち２つのホール素子対で構成される組が、複数の回転角情報にそれぞれ対応して複数あることを意味する。ここで、出力信号の強度とは、出力信号の電圧である。また、すなわち、ホール素子が入力磁場に応じて出力するホール起電力信号である。
【００３７】
また、減算部（差分算出部）３１は、第１の回転角θと第２の回転角θｃとの差分を算出するものである。また、閾値比較部３３（単に比較部３３とも呼ぶ）は、減算部（差分算出部）３１の出力と、閾値メモリ（基準信号出力部）３２が出力する基準信号とから回転角計測装置の故障を検知するものである。ここで、閾値比較部３３は、磁気収束板１４の磁気飽和を検知するものである。
また、回転角情報補正部２９は、第１の回転角θ、第２の回転角θｃから回転角情報の補正を行う。この補正は、第１の回転角θと第２の回転角θｃのうち真の回転角に対して誤差が大きい方の回転角の情報に、真の回転角に対して誤差が小さい方の回転角の情報を与え、真の回転角に近い回転角情報を出力する補正である。これにより、磁気収束板の磁気飽和で決まるダイナミックレンジが広くなる。
【００３８】
図１０Ｂ〜図１０Ｄは、図１０Ａに示した回転角情報補正部の具体例を示す図で、図１０Ｂは、回転角情報補正部が平均値算出部である場合、図１０Ｃは、回転角情報補正部が加算値算出部である場合、図１０Ｄは、回転角情報補正部が中央値算出部である場合をそれぞれ示している。
図１０Ｂにおいて、平均値算出部２９は、第１の回転角θと第２の回転角θｃとから平均値θａｖｅを算出するものである。この平均値θａｖｅは、算術平均であるが、算術平均に限らず相乗平均や調和平均を出力するようにしてもよい。
【００３９】
図１０Ｃにおいて、加算値算出部２９は、第１の回転角θと第２の回転角θｃとから加算値θａｄｄを出力する。この形態では、θａｄｄが真の回転角の約２倍の値となっており、後段に図示しない除算器やアテネータやビットシフタを備えることで真の回転角に近い値を得ることができる。特に、θａｄｄがディジタル信号として表現した場合、下位ビットを切り捨てて上位ビットを取り出すことで上記算術平均と同じ情報が得られる。本回転角計測装置のユーザーは、θａｄｄを真の回転角の２倍と読み取ればよく、θａｄｄの半分の値が真の回転角に近い値であると読み取ればよい。
【００４０】
図１０Ｄにおいて、中央値算出部２９は、第１の回転角θと第２の回転角θｃとから中央値θｃｅｎｔｅｒを出力する。回転角情報が２つの場合は、上記算術平均と同じだが、３以上の場合は、中央値となる。この形態では、例えば、複数の回転角情報のうち１つが極端に誤差を持っている場合、つまり異常値（飛び値）である場合に、この異常値の影響を非常に小さくすることができる。
以下、全ての実施形態において、回転角情報補正部２９は、平均値算出部２９としたもので説明する。また、平均は、算術平均であるとする。なお、言うまでもなく、全ての実施形態において、平均値算出部２９は、相乗平均や調和平均を算出するものでもよく、加算値や中央値を算出するものでもよい。
【００４１】
図１０Ｂにおいて、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）の出力と、第２のホール素子対２２（Ｈ９０とＨ２７０）の出力と、配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）の出力と、第４のホール素子対２４（Ｈ１３５とＨ３１５）の出力がそれぞれＭＵＸ２５に出力される。
ＭＵＸ２５は、時刻φ１において、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）の出力と、第２のホール素子対２２（Ｈ９０とＨ２７０）の出力をそれぞれＸ軸減算部２６ＸとＹ軸減算部２６Ｙに出力する。Ｘ軸減算部２６ＸとＹ軸減算部２６Ｙは、それぞれ出力信号ＨＶＸとＨＶＹを角度算出部２７に出力する。
【００４２】
角度算出部２７は、時刻φ１において、ＸＹ座標系の角度θを算出し、第１の記憶レジスタ２８ａに出力する。そして、時刻φ２においてＭＵＸ２５は、配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）の出力と、第４のホール素子対２４（Ｈ１３５とＨ３１５）の出力をそれぞれＸ軸減算部２６ＸとＹ軸減算部２６Ｙに出力する。Ｘ軸減算部２６ＸとＹ軸減算部２６Ｙは、それぞれ出力信号ＨＶＸ４５とＨＶＹ４５を角度算出部２７に出力する。
角度算出部２７は、時刻φ２において、ＸＹ４５座標系の角度θ４５を算出し、４５°補正した角度θｃを第２の記憶レジスタ２８ｂに出力する。第１及び第２の記憶レジスタ２８ａ、２８ｂは、それぞれθとθｃを平均値算出部２９と故障検知部３０へ出力する。平均値算出部２９では、θとθｃとからθａｖｅを算出する。θａｖｅにおいては、磁気飽和による角度誤差は低減されている。
【００４３】
故障検知部３０に入力されたθとθｃは、減算部３１へと入力される。減算部３１は、θとθｃからθｄを算出し、比較部（閾値比較部）３３へと出力する。比較部３３は、θｄと閾値メモリ（基準信号出力部）３２に格納されている閾値θｄ＿ｌｉｍ（基準信号）とから磁気飽和が起きているか判定する。つまり、比較部３３は、磁気飽和であることが検出されれば「１」を、磁気飽和でなければ「０」を出力する。つまり、故障検知部３０は、角度算出部の出力と、閾値メモリの閾値θｄ＿ｌｉｍとに基づいて、回転角計測装置の故障を検知する。本実施形態での故障検知は、回転磁石が磁気収束板に近づく故障を検知できるものである。言い換えれば、本実施形態は、磁気飽和が起きていると判定できるものであり、磁気飽和が起きていると判定すれば、飽和情報を出力する。
【００４４】
以上のように、磁気収束板１４を利用した回転角計測装置において、磁気収束板１４の磁気飽和を素早く確実に検出することができた。
なお、追加座標系としてのＸＹ４５座標系は、ＸＹ座標をＧを中心に４５°回転させたものとしたが、４５°回転に限らず、追加座標系のためのホール素子の配置が可能な領域が確保できる０°〜９０°内の、どの角度θａであっても、磁気飽和の検出が原理的に実施可能である。
追加座標系で算出した角度θｔに対し、θｃ＝θｔ＋θａとすると、角度誤差低減の場合は、
θａｖｅ＝（θ＋θｃ）／２
とすれば、角度誤差ΔθａｖｅがΔθ、Δθｔに比較して小さくなる。（Δθｔは、Δθの位相が異なる波形であるため、両者の平均は元の波形に比べ小さくなる。）
【００４５】
図１１は、θａ＝３０°とした場合に、磁気収束板に磁気飽和点以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、回転角計測装置が算出する角度に含まれる角度誤差Δθ、Δθｔ、Δθａｖｅをシミュレーションした図である。図中実線がΔθ、点線がΔθｔ、一点鎖線がΔθａｖｅであり、ΔθａｖｅがΔθ、Δθｔに比べ低減していることがわかる。
一方、磁気飽和の検出の場合は、
θｄ＝θ−θｃ
は、磁気飽和していない場合はθｄ＝０、飽和した場合はθｄ≠０であり、上記に説明した手法で磁気飽和が検出できる。
【００４６】
図１２は、θａ＝３０°とした場合に、磁気収束板に磁気飽和点以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときのθｄのシミュレーション結果を示す図である。磁気飽和により、θｄが０ではないことがわかる。
以上のように、θａ＝４５°でない場合においても、上述したような効果が得られ、本発明に含まれるものである。但し、θａ＝４５°の場合が、角度誤差の４倍波の位相が１８０°ずれたもの同士の減算となるので、最もθｄの変動が大きく検出感度が上がり、本発明を利用するのに好適である。
【００４７】
［実施形態２］
図１３は、本発明に係る回転角計測装置の実施形態２のホール素子の配置を説明する図である。
磁気収束板１４の円周下に３０°おきに、Ｈ０、Ｈ３０、Ｈ６０、・・・、Ｈ３３０と計１２個のホール素子が配置されている。第１のホール素子対１２１（Ｈ０、Ｈ１８０）、第２のホール素子対１２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）の配置を配置Ａ’、第３のホール素子対１２３（Ｈ３０、Ｈ２１０）、第４のホール素子対１２４（Ｈ１２０、Ｈ３００）を配置Ｂ’、第５のホール素子対１２５（Ｈ６０、Ｈ２４０）、第６のホール素子対１２６（Ｈ１５０、Ｈ３３０）を配置Ｃ’とする。
つまり、複数のホール素子対は、磁気収束板の円周下に３０度ずつそれぞれずらして配置されている。
【００４８】
この円形の磁気収束板の中心点Ｇは、第１のホール素子対１２１（Ｈ０、Ｈ１８０）、第３のホール素子対１２３（Ｈ３０、Ｈ２１０）、第５のホール素子対１２５（Ｈ６０、Ｈ２４０）、第２のホール素子対１２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）、第４のホール素子対１２４（Ｈ１２０、Ｈ３００）、第６のホール素子対１２６（Ｈ１５０、Ｈ３３０）を結ぶ線分の中点でもある。
配置Ａ’のＨ１８０からＨ０へ向かう直線上にＸ軸を、Ｈ２７０からＨ９０に向かう直線上にＹ軸を形成し、同様に配置Ｂ’のＨ２１０からＨ３０へ向かう直線上にＸ３０軸、Ｈ３００からＨ１２０へ向かう直線上にＹ３０軸を形成し、配置Ｃ’のＨ２４０からＨ６０へ向かう直線上にＸ６０軸、Ｈ３３０からＨ１５０へ向かう直線上にＹ６０軸を形成する。つまり、配置Ａ’、配置Ｂ’、配置Ｃ’のホール素子によって形成される座標系をそれぞれＸＹ座標系、ＸＹ３０座標系、ＸＹ６０座標系とする。ＸＹ３０座標系と、ＸＹ６０座標系は、それぞれＸＹ座標系を中心点Ｇ回りに３０°、６０°回転させた座標系となる。
【００４９】
つまり、複数のホール素子対は、９０°／Ｎの整数倍の座標系の座標軸の位置にそれぞれ配置されている。この場合はＮ＝３であり、複数のホール素子対は９０°／Ｎの０倍、１倍、２倍の座標系の位置に配置されている。すなわち、複数のホール素子対は、磁気収束板の上に極座標が定義されたときに、極座標の原点を基準として、９０°／Ｎの整数倍（Ｎは２以上の整数）の角度の座標軸の位置にそれぞれ配置されている。
それぞれの座標系において算出される角度をθ、θ３０、θ６０とし、磁気飽和によって発生する角度誤差はそれぞれΔθ、Δθ３０、Δθ６０とする。なお、算出角度に角度誤差がない時は、θ、θ３０、θ６０はそれぞれθｉｄｅａｌ、θ３０ｉｄｅａｌ、θ６０ｉｄｅａｌと表記する。
【００５０】
図１４は、図１３に示される回転角計測装置の磁気収束板に磁気飽和点７０ｍＴ以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、磁気飽和によって発生する角度誤差Δθ、Δθ３０、Δθ６０をシミュレーションした図である。
図１４において、実線がΔθ、点線がΔθ３０、二点鎖線がΔθ６０である。そして、Δθの誤差を示す波形に対し、Δθ３０は１２０°、Δθ６０は２４０°位相が異なる波形で誤差を発生していることがわかる。これは、ＸＹ座標系で測定したΔθが４倍波であるため、３０°、６０°と回転させたＸＹ３０座標系で測定したΔθ３０は３０°×４分位相が異なり、同様にＸＹ６０座標系で測定したΔθ６０が６０°×４分位相が異なることによる。従って、
Δθ＋Δθ３０＋Δθ６０≒０
という関係になる。
θ＝θｉｄｅａｌ＋Δθ
θ３０＝θ３０ｉｄｅａｌ＋Δθ３０＝θｉｄｅａｌ−３０°＋Δθ３０
θ６０＝θ６０ｉｄｅａｌ＋Δθ６０＝θｉｄｅａｌ−６０°＋Δθ６０
であるから、ここで、θ、θ３０＋３０°（≡θｃ）、θ６０＋６０°（≡θｃ’）の平均値θａｖｅは、
θａｖｅ＝（θ＋θｃ＋θｃ’）／３＝θｉｄｅａｌ＋（Δθ＋Δθ３０＋Δθ６０）／３≒θｉｄｅａｌ
となり、磁気飽和により角度誤差が発生しても、高精度にＸＹ座標系の角度を求めることができる。つまり、ＸＹ座標系で角度を算出し、そしてＸＹ３０、ＸＹ６０座標系でも角度を算出することで、高精度な磁場の角度測定を実現するものである。図１４中の一点鎖線は、θａｖｅの残留誤差Δθａｖｅであり、Δθ、Δθ３０、Δθ６０と比較して明らかに低減していることがわかる。
【００５１】
次に、本実施形態の効果である磁気飽和の素早い確実な検出について説明する。  
上述した実施形態１と同様に磁気飽和が起きていない場合、
Δθ−Δ３０＝０、Δθ３０−Δ６０＝０
であり、磁気飽和が起きた場合、それぞれ角度誤差が等しくなる角度を除き、
Δθ−Δ３０≠０、Δθ３０−Δ６０≠０
である。適当な閾値θｄ＿ｌｉｍを決めておけば、θｄ＝θ−θｃ、θｄ’＝θｃ−θｃ’として、
｜θｄ｜＜θｄ＿ｌｉｍ
｜θｄ’｜＜θｄ＿ｌｉｍ
という関係式により、磁気収束板１４の磁気飽和が検出できることになる。
【００５２】
図１５は、図１３に示される回転角計測装置の磁気収束板に磁気飽和点７０ｍＴ以上の１００ｍＴの回転磁場を印加したときに、θｄ及びθｄ’のシミュレーション結果を示す図である。図中実線がθｄ、点線がθｄ’である。回転磁場の角度に対して、θｄ、θｄ’のどちらかが必ず０ではないことがわかる。このように座標系を３つ利用することで、座標系２つの場合に比べて確実に磁気飽和を検出できる。
【００５３】
図１６は、本発明に係る回転角計測装置の実施形態２の信号処理回路を示す構成図である。図１６の回転角計測装置は、配置Ａ’、配置Ｂ’、配置Ｃ’のグループのホール素子１２１〜１２６と、ＭＵＸ２２５と、Ｘ軸減算部２２６Ｘと、Ｙ軸減算部２２６Ｙと、角度算出部２２７と、第１の記憶レジスタ２２８ａと、第２の記憶レジスタ２２８ｂと、第３の記憶レジスタ２２８ｃと、平均算出部２２９と、故障検知部２３０とから構成されている。故障検知部２３０は、第１の減算部２３１ａと、第１の閾値比較部２３３ａと、第２の減算部２３１ｂと、第２の閾値比較部２３３ｂと、閾値メモリ２３２と、論理和部２３４とから構成されている。
つまり、本実施形態２の回転角計測装置は、基板上に設けられた複数のホール素子Ｈ０〜Ｈ３３０と、この複数のホール素子Ｈ０〜Ｈ３３０の感磁面上に設けられた磁気収束板１４とを備え、この磁気収束板１４を平面視で覆うようにこの磁気収束板１４に近接して配置された回転磁石の回転角を計測する回転角計測装置である。
【００５４】
本実施形態２の回転角計測装置は、複数のホール素子Ｈ０〜Ｈ３３０で構成される複数のホール素子対を備えるものであり、第１の方向の磁気成分を検出する第１のホール素子対１２１（Ｈ０、Ｈ１８０）と、第１の方向と異なる方向の第２の方向の磁気成分を検出する第２のホール素子対１２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）と、第１の方向及び第２の方向とは異なる方向の第３の方向の磁気成分を検出する第３のホール素子対１２３（Ｈ３０、Ｈ２１０）と、第１の方向〜第３の方向とは異なる方向の第４の方向の磁気成分を検出する第４のホール素子対１２４（Ｈ１２０、Ｈ３００）と、第１の方向〜第４の方向とは異なる方向の第５の方向の磁気成分を検出する第５のホール素子対１２５（Ｈ６０、Ｈ２４０）と、第１の方向〜第５の方向とは異なる方向の第６の方向の磁気成分を検出する第６のホール素子対１２６（Ｈ１５０、Ｈ３３０）とを備えている。
【００５５】
角度算出部２２７は、第１のホール素子対１２１及び第２のホール素子対１２２の出力信号強度に基づいて回転磁石の第１の回転角θを算出するとともに、第３のホール素子対１２３及び第４のホール素子対１２４の出力信号強度に基づいて回転磁石の第２の回転角θｃを算出し、さらに、第５のホール素子対１２５及び第６のホール素子対１２６の出力信号強度に基づいて回転磁石の第３の回転角θｃ’を算出するものである。つまり、角度算出部２２７は、複数のホール素子対の複数の対（第１のホール素子対１２１及び第２のホール素子対１２２、第３のホール素子対１２３及び第４のホール素子対１２４、第５のホール素子対１２５及び第６のホール素子対１２６）の出力信号強度に基づいて、回転磁石の回転角情報を複数算出するものである。すなわち、上記複数の対は、第１のホール素子対１２１と第２のホール素子対１２２とで構成される１つの組（１つの対）、第３のホール素子対１２３と第４のホール素子対１２４とで構成される１つの組（１つの対）、及び第５のホール素子対１２５と第６のホール素子対１２６とで構成される１つの組（１つの対）のことであり、複数のホール素子対のうち２つのホール素子対で構成される組が、複数の回転角情報（ここでは３つの回転角情報）にそれぞれ対応して複数（ここでは３つの組）あることを意味する。ここで、出力信号強度は、出力信号の電圧である。また、すなわち、ホール素子が入力磁場に応じて出力するホール起電力信号である。
【００５６】
また、故障検知部２３０は、第１の回転角θと第２の回転角θｃとの差分を算出する第１の減算部（差分算出部）２３１ａと、第２の回転角θｃと第３の回転角θｃ’との差分を算出する第２の減算部（差分算出部）２３１ｂとを備えている。
また、第１の減算部（差分算出部）２３１ａの出力と、閾値メモリ（基準信号出力部）２３２が出力する基準信号とから回転角計測装置の故障を検知する第１の閾値比較部２３３ａと、第２の減算部（差分算出部）２３１ｂの出力と、閾値メモリ（基準信号出力部）２３２が出力する基準信号とから回転角計測装置の故障を検知する第２の閾値比較部２３３ｂとを備えている。
【００５７】
また、第１の閾値比較部２３３ａと第２の閾値比較部２３３ｂとは、磁気収束板１４の磁気飽和を検知するものである。また、第１の回転角θと第２の回転角θｃと第３の回転角θｃ’とから平均値θａｖｅを算出する平均値算出部２２９を備えている。
図１６において、配置Ａ’の第１のホール素子対１２１（Ｈ０、Ｈ１８０）の出力と、第２のホール素子対１２２（Ｈ９０とＨ２７０）の出力と、配置Ｂ’の第３のホール素子対１２３（Ｈ３０、Ｈ２１０）の出力と、第４のホール素子対１２４（Ｈ１２０とＨ３００）の出力と、配置Ｃ’の第５のホール素子対１２５（Ｈ６０、Ｈ２４０）の出力と、第６のホール素子対１２６（Ｈ１５０とＨ３３０）の出力と、がそれぞれＭＵＸ２２５に出力される。ＭＵＸ２２５は、時刻φ１において、配置Ａ’の第１のホール素子対１２１（Ｈ０、Ｈ１８０）の出力と、第２のホール素子対１２２（Ｈ９０とＨ２７０）の出力をそれぞれＸ軸減算部２２６ＸとＹ軸減算部２２６Ｙに出力する。時刻φ２において、配置Ｂ’の第３のホール素子対１２３（Ｈ３０、Ｈ２１０）の出力と、第４のホール素子対１２４（Ｈ１２０とＨ３００）の出力をそれぞれＸ軸減算部２２６ＸとＹ軸減算部２２６Ｙに出力する。時刻φ３において、配置Ｃ’の第５のホール素子対１２５（Ｈ６０、Ｈ２４０）の出力と、第６のホール素子対１２６（Ｈ１５０とＨ３３０）の出力をそれぞれＸ軸減算部２２６ＸとＹ軸減算部２２６Ｙに出力する。
【００５８】
そして、Ｘ軸及びＹ軸減算部２２６Ｘ、２２６Ｙの出力は、角度算出部２２７に入力される。角度算出部２２７においては、時刻φ１においてはＸＹ座標系の角度θを、時刻φ２においてはＸＹ３０座標系の角度θ３０を補正したθｃを、時刻φ３においてはＸＹ６０座標系の角度θ６０を補正したθｃ’を算出し、それぞれ第１の記憶レジスタ２２８ａ、第２の記憶レジスタ２２８ｂ、第３の記憶レジスタ２２８ｃへと出力する。第１の記憶レジスタ２２８ａ、第２の記憶レジスタ２２８ｂ、第３の記憶レジスタ２２８ｃは、それぞれ角度θ、θｃ、θｃ’を平均算出部２２９と、故障検知部２３０に出力する。平均値算出部２２９では、θ、θｃ、θｃ’とからθａｖｅを算出する。θａｖｅにおいては、磁気飽和による角度誤差は低減されている。
【００５９】
一方、故障検知部２３０に入力されたθ、θｃは第１の減算部２３１ａに、θｃ、θｃ’は第２の減算部２３１ｂに入力される。第１の減算部２３１ａ、第２の減算部２３１ｂはそれぞれ、θｄ、θｄ’を第１の閾値比較部２３３ａ、第２の閾値比較部２３３ｂに出力する。第１の閾値比較部２３３ａ、第２の閾値比較部２３３ｂはそれぞれ閾値メモリ（基準信号出力部）２３２に格納されたθｄ＿ｌｉｍと第１及び第２の減算部２３１ａ、２３１ｂの出力を比較し、磁気飽和であることが検出されれば「１」を、磁気飽和でなければ「０」を論理和部２３４に出力する。論理和部２３４は、第１及び第２の閾値比較部２３３ａ、２３３ｂからの出力の論理和を飽和情報として出力する。従って、θｄ、θｄ’のどちらかがθｄ＿ｌｉｍよりも大きければ、飽和を検出できる。
【００６０】
なお、上記の例では、θｄ、θｄ’に対してθｄ＿ｌｉｍを共通の基準信号としたが、θｄに対して第１の基準信号としてθｄ＿ｌｉｍを、θｄ’に対して第２の基準信号としてθｄ’＿ｌｉｍを用意してもよい。つまり上記の例では第１の基準信号と第２の基準信号は同じとしたものである。
以上、実施形態の説明からわかるように、磁気収束板下のあるホール素子グループによって形成されるＸＹ座標系において、磁気飽和によって発生する角度誤差が４倍波という周期的なものであり、これと異なる位相を持つ角度誤差の４倍波を、別のホール素子グループによって形成される別のＸＹ座標系において発生させ、その位相差（角度差）を減算することで利用し、磁気飽和の検出を素早く確実に行うことができた。
【００６１】
本発明は、基準となっているＸＹ座標系の磁気飽和により発生する角度誤差の波形に対して異なる位相の角度誤差の波形を生じさせる座標系を用意すればよく、実施形態１、２に記載の座標系を２個、３個の場合に限るものではない。
また、本発明の実施形態の説明において、簡便のため各座標系を構成しているホール素子の数は４個、各座標軸の成分ではホール素子の数は２個で説明したが、座標軸を等価的に表せる場合はホール素子の数はその限りではない。例えば、実施形態１において、ＸＹ座標系、ＸＹ４５座標系において、各軸を２個のホール素子としたが、これを４個としても良い。
【００６２】
図１７は、図７に示した実施形態１の変更例を示す図で、磁気収束板の円周下のホール素子を計１６個とした場合のホール素子の配置を示す図である。つまり、複数のホール素子対は、磁気収束板の上に極座標が定義されたときに、極座標の原点を基準として、９０°／Ｎの整数倍の角度の座標軸を挟んで２つのホール素子対が配置されている。ここでは、Ｎ＝２であり、複数のホール素子は、９０°／Ｎの０倍と１倍の座標系の座標軸を挟んで一対のホール素子が配置されている。  図１７において、磁気収束板の円周下の反時計回りに、Ｈ０＿Ａ、Ｈ０＿Ｂ、Ｈ４５＿Ａ、Ｈ４５＿Ｂ、Ｈ９０＿Ａ、Ｈ９０＿Ｂ、Ｈ１３５＿Ａ、Ｈ１３５＿Ｂ、Ｈ１８０＿Ａ、Ｈ１８０＿Ｂ、Ｈ２２５＿Ａ、Ｈ２２５＿Ｂ、Ｈ２７０＿Ａ、Ｈ２７０＿Ｂ、Ｈ３１５＿Ａ、Ｈ３１５＿Ｂの順でホール素子が並べられている。
【００６３】
各ホール素子名の数字がＸ軸からの角度を表し、添え字のＡはその角度からの偏差−δ（度）を、Ｂは偏差＋δ（度）を表す（０°＜δ＜２２．５°）。つまり、Ｈ４５＿ＡはＸ軸から角度４５−δ度、Ｈ４５＿ＢはＸ軸から角度４５＋δ度である。そして、Ｈ１８０＿ＡとＨ１８０＿Ｂの中点からＨ０＿ＡとＨ０＿Ｂの中点を通る直線上にＸ軸を、Ｈ２７０＿ＡとＨ２７０＿Ｂの中点からＨ９０＿ＡとＨ９０＿Ｂの中点を通る直線上にＹ軸を、Ｈ２２５＿ＡとＨ２２５＿Ｂの中点からＨ４５＿ＡとＨ４５＿Ｂの中点を通る直線上にＸ４５軸を、Ｈ３１５＿ＡとＨ３１５＿Ｂの中点からＨ１３５＿ＡとＨ１３５＿Ｂの中点を通る直線上にＹ４５軸を形成すると、実施形態１と同様に、ＸＹ座標系と、ＸＹ４５座標系を形成できる。
【００６４】
つまり、第１Ａのホール素子対２１Ａ（Ｈ０＿Ａ、Ｈ１８０＿Ａ）、第１Ｂのホール素子対２１Ｂ（Ｈ０＿Ｂ、Ｈ１８０＿Ｂ）が０°の座標軸を挟んで配置されている。第３Ａのホール素子対２３Ａ（Ｈ４５＿Ａ、Ｈ２２５＿Ａ）、第３Ｂのホール素子対２３Ｂ（Ｈ４５＿Ｂ、Ｈ２２５＿Ｂ）が４５°の座標軸を挟んで配置されている。第２Ａのホール素子対２２Ａ（Ｈ９０＿Ａ、Ｈ２７０＿Ａ）、第２Ｂのホール素子対２２Ｂ（Ｈ９０＿Ｂ、Ｈ２７０＿Ｂ）が９０°の座標軸を挟んで配置されている。第４Ａのホール素子対２４Ａ（Ｈ１３５＿Ａ、Ｈ３１５＿Ａ）、第４Ｂのホール素子対２５Ｂ（Ｈ１３５＿Ｂ、Ｈ３１５＿Ｂ）が９０°の座標軸を挟んで配置されている。
【００６５】
つまり、Ｈ０＿ＡとＨ０＿Ｂの出力和と、Ｈ１８０＿ＡとＨ１８０＿Ｂの出力和の差分が回転磁場のＸ成分（ＨＶＸ）となり、Ｈ９０＿ＡとＨ９０＿Ｂの出力和と、Ｈ２７０＿ＡとＨ２７０＿Ｂの出力和の差分がＹ成分（ＨＶＹ）となり、Ｈ４５＿ＡとＨ４５＿Ｂの出力和と、Ｈ２２５＿ＡとＨ２２５＿Ｂの出力和の差分がＸ４５成分（ＨＶＸ４５）となり、Ｈ１３５＿ＡとＨ１３５＿Ｂの出力和と、Ｈ３１５＿ＡとＨ３１５＿Ｂの出力和の差分がＹ４５成分（ＨＶＹ４５）となる。このような２個以上のホール素子によって各軸成分を演算する手法ついては、上述した特許文献６に記載されている。
【００６６】
つまり、複数のホール素子対の複数の対は、第１Ａ、第１Ｂ、第２Ａ、第２Ｂで形成される１つの組（４つの対）と第３Ａ、第３Ｂ、第４Ａ、第４Ｂで形成される１つの組（４つの対）であり、複数のホール素子対のうち４つのホール素子対で構成される組が、複数の回転角情報にそれぞれ対応して複数あることを意味する。
このようにすることで、実施形態１の座標軸Ｘ、Ｙ、Ｘ４５、Ｙ４５の成分をそれぞれ４つのホール素子で等価的に構成することができ、本発明の実施が可能である。
また、同様に、実施形態２の各座標軸の成分もそれぞれ４つのホール素子で等価的に構成することができ、本発明の実施が可能である。
これまでの各実施形態においては、配置Ａのホール素子から算出した第１の回転角θと配置Ｂのホール素子から算出した第２の回転角θｃの差分θｄによって、磁気飽和を検出する説明を行った。これまでの各実施形態の構成に角度振幅算出部を追加することで、さらに高精度に磁気飽和の検出が可能となるので以下にそれを説明する。
【００６７】
［実施形態３］
図１８は、本発明に係る回転角計測装置の実施形態３の信号処理回路を示す構成図である。なお、磁気収束板とホール素子の配置は、上述した実施形態１の図７と同じである。
図１８に示した回転角計測装置は、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）と第２のホール素子対２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）と、配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）と第４のホール素子対２４（Ｈ１３５、Ｈ３１５）と、ＭＵＸ２５と、Ｘ軸減算部２６Ｘと、Ｙ軸減算部２６Ｙと、角度振幅算出部（角度算出部４１と振幅算出部４２）４０と、第１の記憶レジスタ２８ａと第２の記憶レジスタ２８ｂと、第３の記憶レジスタ２８ｃと第４の記憶レジスタ２８ｄと、平均値算出部２９と、故障検知部３０とから構成されている。
【００６８】
つまり、本実施形態３の回転角計測装置は、基板上に設けられた複数のホール素子Ｈ０〜Ｈ３１５と、この複数のホール素子Ｈ０〜Ｈ３１５の感磁面上に設けられた磁気収束板１４とを備え、この磁気収束板１４を平面視で覆うようにこの磁気収束板１４に近接して配置された回転磁石の回転角を計測する回転角計測装置である。
第１の方向の磁気成分を検出する第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）と、第１の方向と異なる方向の第２の方向の磁気成分を検出する第２のホール素子対２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）と、第１の方向及び第２の方向とは異なる方向の第３の方向の磁気成分を検出する第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）と、第１の方向〜第３の方向とは異なる方向の第４の方向の磁気成分を検出する第４のホール素子対２４（Ｈ１３５、Ｈ３１５）とを備えている。
【００６９】
角度振幅算出部４０は、角度算出部４１と振幅算出部４２とから構成されている。
角度算出部４１は、第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２の出力信号強度に基づいて回転磁石の第１の回転角θを算出するとともに、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４の出力信号強度に基づいて前記回転磁石の第２の回転角θｃを算出するものである。つまり、角度算出部は、複数のホール素子対の複数の対（第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４）の出力信号強度に基づいて、回転磁石の回転角情報を複数算出する。すなわち、上記複数の対は、第１のホール素子対２１と第２のホール素子対２２とで構成される１つの組（１つの対）、及び第３のホール素子対２３と第４のホール素子対２４とで構成される１つの組（１つの対）のことであり、複数のホール素子対のうち２つのホール素子対で構成される組が、複数の回転角情報にそれぞれ対応して複数あることを意味する。ここで、出力信号強度は、出力信号の電圧である。また、すなわち、ホール素子が入力磁場に応じて出力するホール起電力信号である。
【００７０】
振幅算出部４２は、第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２の出力信号強度に基づいて回転磁石からの磁場強度を表す第１の振幅値Ｍを算出するとともに、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４の出力信号強度に基づいて回転磁石からの磁場強度を表す第２の振幅値Ｍｃを算出するものである。つまり、振幅算出部４２は、複数の回転角情報にそれぞれ対応した複数の対（第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４）の出力信号に基づく複数の振幅情報を算出する。
また、故障検知部３０は、第１、第２の回転角度θ、θｃと、さらに第１、第２の振幅値Ｍ、Ｍｃに基づいて、回転角計測装置の故障を検知し、故障情報を出力するものである。また、平均値算出部２９は、第１の回転角θと第２の回転角θｃとから平均値θａｖｅを算出するものである。
【００７１】
図１８に示した回転角計測装置は、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）の出力と、第２のホール素子対２２（Ｈ９０とＨ２７０）の出力と、配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）の出力と、第４のホール素子対２４（Ｈ１３５とＨ３１５）の出力がそれぞれＭＵＸ２５に出力される。
ＭＵＸ２５は、時刻φ１において、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）の出力と、第２のホール素子対２２（Ｈ９０とＨ２７０）の出力をそれぞれＸ軸減算部２６ＸとＹ軸減算部２６Ｙに出力する。Ｘ軸減算部２６ＸとＹ軸減算部２６Ｙは、それぞれ出力信号ＨＶＸとＨＶＹを角度振幅算出部４０の角度算出部４１と振幅算出部４２に出力する。
【００７２】
角度算出部４１は、時刻φ１において、ＸＹ座標系の角度θを算出し、第１の記憶レジスタに出力する。
振幅算出部４２は、時刻φ１において、例えば以下の式
Ｍ＝ｓｑｒｔ（ＨＶＸ２＋ＨＶＹ２）
に従い、磁場強度を表す第１の振幅値Ｍを算出し、第３の記憶レジスタに出力する。なお、ｓｑｒｔ（Ｘ）はＸの平方根を算出する関数である。また、磁気飽和をしていない場合、Ｍ＝ＶＢとなることは明らかであり、ＨＶＸ、ＨＶＹの信号振幅、すなわち、回転磁石からの磁場強度を表す信号振幅であることは、明らかである。
そして、時刻φ２においてＭＵＸは、配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）の出力と、第４のホール素子対２４（Ｈ１３５とＨ３１５）の出力をそれぞれＸ軸減算部２６ＸとＹ軸減算部２６Ｙに出力する。Ｘ軸減算部２６ＸとＹ軸減算部２６Ｙは、それぞれ出力信号ＨＶＸ４５とＨＶＹ４５を角度振幅算出部４０の角度算出部４１と振幅算出部４２に出力する。
【００７３】
角度算出部４１は、時刻φ２において、ＸＹ４５座標系の角度θ４５を算出し、４５°補正した角度θｃを第２の記憶レジスタに出力する。
振幅算出部４２は、時刻φ２において、例えば以下の式
Ｍｃ＝ｓｑｒｔ（ＨＶＸ４５２＋ＨＶＹ４５２）
に従い、磁場強度を表す第２の振幅値Ｍｃを算出し、第４の記憶レジスタに出力する。なお、先ほどと同様に磁気飽和をしていない場合、Ｍｃ＝ＶＢとなることは明らかであり、ＨＶＸ４５、ＨＶＹ４５の信号振幅、すなわち、回転磁石からの磁場強度を表す信号振幅であることは、明らかである。
第１及び第２の記憶レジスタ２８ａ、２８ｂは、それぞれθとθｃを平均値算出部２９と故障検知部３０へ出力する。第３及び第４の記憶レジスタ２８ｃ、２８ｄは、それぞれＭとＭｃを故障検知部３０へ出力する。
平均値算出部２９では、θとθｃとからθａｖｅを算出する。θａｖｅにおいては、磁気飽和による角度誤差は低減されている。故障検知部３０では、θとθｃとＭとＭｃとから故障を検知し、故障情報を出力する。
【００７４】
図１９は、図１８に示す故障検知部の具体例を示した回路構成図である。  
図１９において、故障検知部３０は、第１の減算部３１ａと、第１の比較部３３ａと、第１の閾値メモリ（第１の基準信号出力部）３２ａと、第２の減算部３１ｂと、第２の比較部３３ｂと、第２の閾値メモリ（第２の基準信号出力部）３２ｂと、論理和部（故障組み合わせ判定部）３４とから構成されている。
第１の減算部３１ａは、第１の回転角θと第２の回転角θｃからθｄを算出し、第１の比較部３３ａへと出力する。第１の比較部３３ａは、θｄと第１の閾値メモリ（に格納されている閾値）θｄ＿ｌｉｍとから故障を検知し、例えば、故障の場合は「１」を正常の場合は「０」となる第１の故障判定信号を、論理和部３４へと出力する。
【００７５】
第２の減算部３１ｂは、第１の振幅値Ｍと第２の振幅値Ｍｃから、
Ｍｄ＝Ｍ−Ｍｃ
で表される差分値Ｍｄを算出し、第２の比較部３３ｂへと出力する。第２の比較部３３ｂは、Ｍｄと第２の閾値メモリ（に格納されている閾値）Ｍｄ＿ｌｉｍとから故障を検知し、例えば、故障の場合は「１」を正常の場合は「０」となる第２の故障判定信号を、論理和部３４へと出力する。
論理和部３４は、第１の比較部３３ａと第２の比較部３３ｂとからの第１及び第２の故障判定信号を受け故障情報を出力する。つまり、論理和部３４は、第１及び第2の故障判定信号の少なくとも一方が故障の場合「１」を出力し、どちらも正常の場合「０」を出力する。
【００７６】
図２０は、図１８に示される回転角計測装置の磁気収束板に対し、磁気飽和前における、配置Ａのホール素子の出力から算出した振幅値Ｍ（実線）と配置Ｂのホール素子の出力から算出した振幅値Ｍｃ（点線）と、磁気飽和後における、振幅値Ｍ（一点鎖線）と振幅値Ｍｃ（二点鎖線）と、が入力磁場の回転に対し、どのように変化するかを表した図である。
磁気飽和前のＭとＭｃに差は見られないが、磁気飽和後のＭとＭｃはどちらもＫ×４５°（Ｋは０から７までの整数）の角度で正又は負のピークを持って振動し、互いの位相が１８０°異なる４倍波となっていることが分かる。そして、その振動の最も低い値が、磁気飽和前のＭとＭｃの近くにあることが分かる。
従って、これまで磁場の回転角度によっては磁気飽和が起きているかどうかは一方の振幅値Ｍ（又はＭｃ）のみを観測することで正確に判断することは難しかった。例えば振幅Ｍに対し、図２０における閾値Ｍ＿ｌｉｍを磁気飽和点とするようにしても、入力磁場が４５度付近にあった時に、ＭはＭ＿ｌｉｍよりも低いため、すぐに磁気飽和が起きていることを正確に判定することが難しかった。
【００７７】
図２１は、図１８に示される回転角計測装置の磁気収束板に対し、磁気飽和点以上の回転磁場を印加したときのθｄ及びＭｄのシミュレーション結果を示す図である。横軸は磁場の回転角度、縦軸はθｄ、Ｍｄを表す。θｄは実線で、Ｍｄは破線で描かれている。
上述した第１の実施形態と同様に、磁気飽和により４倍波となっており、θｄはＫ×４５度の角度を除き、θｄが０ではない。θｄの正のピークは６７．５＋９０×Ｌ度（Ｌは０〜３までの整数）。θｄの負のピークは２２．５＋９０×Ｌ度となっている。
Ｍｄはθｄと同じ４倍波であるが、θｄと異なり、２２．５＋Ｋ×４５度の角度を除いた角度で、Ｍｄが０でなく、θｄに対し位相が９０度進んだ形となっている。Ｍｄの正のピークは９０×Ｌ度であり、負のピークは４５＋９０×Ｌ度である。それゆえ、θｄが０であるところで、Ｍｄは０にはならない。
【００７８】
磁気飽和が起きていなければ、ＸＹ座標系でもＸＹ４５座標系でもホール素子から観測する磁場の強度は変わらない。つまり、Ｍ＝Ｍｃである。そのためＭｄは０である。しかし、磁気飽和が起きた場合、ＭとＭｃは互いの位相が異なる波形なので、
Ｍｄ＝Ｍ−Ｍｃ≠０
である。そのため、Ｍｄに対し、適当な閾値Ｍｄ＿ｌｉｍを決めておけば、第２の比較部において、
｜Ｍｄ｜＜Ｍｄ＿ｌｉｍ
という関係式（｜Ｍｄ｜はＭｄの絶対値）により、｜Ｍｄ｜がＭｄ＿ｌｉｍよりも大きくなれば、Ｍｄだけでも磁気飽和が起きていることが検知できる。
そして、θｄが０であるところで、Ｍｄは０にはならないという関係があるので、実施形態１ではθｄが０であるところで磁気飽和の検出ができなかったが、その時Ｍｄは０ではないので、θｄの代わりに磁気飽和が検出可能である。
【００７９】
従って、第１の比較部３３ａにおいて、θｄとθｄ＿ｌｉｍから磁気飽和（故障）を検知し、第１の故障判定信号を論理和部３４へ出力し、第２の比較部３３ｂにおいて、ＭｄとＭｄ＿ｌｉｍから磁気飽和（故障）を検知し、第２の故障判定信号を論理和部３４へ出力し、論理和部３４において、第１及び第２の故障判定信号の論理和を演算することにより、すべての磁場の回転角度で故障情報を出力することができる。つまり、故障検知部３０が、角度算出部４１の出力に基づいて回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第１の故障判定信号と、複数の振幅情報に基づいて回転角計測装置が故障であるかどうかを示す第２の故障判定信号とのうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、回転角計測装置が故障していると判定するものである。
以上のように、本発明によって、第１、第２の回転角度θ、θｃと、第１、第２の振幅値Ｍ、Ｍｃとから、回転角計測装置の故障を検知し、故障情報を出力することができた。その故障の検知は、実施形態１と比べて入力回転磁場の角度に依存しないので、また、実施形態２と比べてホール素子を少なくして、小規模な演算で実施可能な振幅算出部を追加しただけで、確実に故障が検知できる。
【００８０】
図２２は、図１８における故障検知部の他の具体例を示す回路構成図である。
図２２の故障検知部３０は、第１の減算部３１ａと、第１の比較部３３ａと、第１の閾値メモリ３２ａと、第２の比較部３３ｂと、第２の閾値メモリ３２ｂと、第３の比較部３３ｃと、第３の閾値メモリ（第３の基準信号出力部）３２ｃと論理和部（故障組み合わせ判定部）３４とから構成されている。
第１の減算部３１ａと、第１の比較部３３ａと、第１の閾値メモリ３２ａは、図１９と同様である。
【００８１】
第２の比較部３３ｂは、第１の振幅値Ｍと第２の閾値メモリ（に格納されている閾値）Ｍ＿ｌｉｍとからとから故障を検知し、例えば、ＭがＭ＿ｌｉｍよりも大きい場合は「１」（故障）を、Ｍ＿ｌｉｍよりも小さい場合は「０」（正常）となる第２の故障判定信号を論理和部３４へ出力する。第３の比較部３３ｃは、第２の振幅値Ｍｃと第３の閾値メモリ（に格納されている閾値）Ｍｃ＿ｌｉｍとから故障を検知し、例えば、ＭｃがＭｃ＿ｌｉｍよりも大きい場合は「１」（故障）を、Ｍｃ＿ｌｉｍよりも小さい場合は「０」（正常）となる第３の故障判定信号を論理和部３４へ出力する。Ｍ＿ｌｉｍとＭｃ＿ｌｉｍは同じ値でも良い（なお、以下では同じ値として説明する）。つまり、図１９における故障検知部３０の各比較部と同様に、図２２の故障検知部３０の各比較部も、故障の場合は「１」を正常の場合は「０」を出力するものである。
【００８２】
図２０及び図２１からわかるように、θｄが０となり第１の回転角θと第２の回転角θｃの差分からは磁気飽和を検出することができない時、ＭまたはＭｃのどちらかがＭ＿ｌｉｍを必ず越えているものである。例えば、磁場回転角度が０度のとき、θｄは０であるが、ＭはＭ＿ｌｉｍを越えている。磁場回転角度が４５度のとき、θｄは０であるが、ＭｃはＭ＿ｌｉｍ（＝Ｍｃ＿ｌｉｍ）を越えている。従って、第２の比較部３３ｂと第３の比較部３３ｃの出力の第２と第３の故障判定信号のどちらかがが「１」または「０」を出力している。
従って、論理和部３４において、第１、第２及び第３の故障判定信号の論理和を演算することにより、すべての磁場の回転角度で故障情報を出力することができる。つまり、故障検知部３０が、第１〜第３の故障判定信号のうち少なくとも１つが故障であることを示すときに、回転角計測装置が故障していると判定するものである。
つまり、本発明により、θｄ、Ｍ又はＭｃのみの観測では困難であった、すべての磁場の回転角度での故障情報を正確に出力することができる。
【００８３】
図２３は、図１８における故障検知部のさらに他の具体例を示す回路構成図である。
図１９及び図２２の故障検知部３０は、第１、第２の回転角度θ、θｃと、第１、第２の振幅値Ｍ、Ｍｃとから、磁気飽和という故障が起きているかどうか検知するものであったが、図２３の故障検知部３０は、ホール素子に故障が起きているのか、磁気飽和が起きているのか検知することが可能である。
図２３の故障検知部３０は、第１の減算部３１ａと、第１の比較部３３ａと、第１の閾値メモリ３２ａと、第２の減算部３１ｂと、第２の比較部３３ｂと、第２の閾値メモリ３２ｂと、飽和故障判定部（故障組み合わせ判定部）３５とから構成されている。
【００８４】
第１の減算部３１ａは、第１の回転角θと第２の回転角θｃからθｄを算出し、飽和故障判定部３５と第１の比較部３３ａへと出力する。第１の比較部３３ａは、θｄと第１の閾値メモリ（に格納されている閾値）θｄ＿ｌｉｍとから故障を検知し、例えば、故障の場合は「１」を正常の場合は「０」となる第１の故障判定信号を、飽和故障判定部３５へと出力する。
第２の減算部３１ｂは、第１の振幅値Ｍと第２の振幅値Ｍｃから、Ｍｄを算出し、飽和故障判定部３５と第２の比較部３３ｂへと出力する。第２の比較部３３ｂは、Ｍｄと第２の閾値メモリ（に格納されている閾値）Ｍｄ＿ｌｉｍとから故障を検知し、例えば、故障の場合は「１」を正常の場合は「０」となる第２の故障信号を、飽和故障判定部３５とへと出力する。
【００８５】
飽和故障判定部３５は、第１の回転角と、θｄと、第１の故障判定信号と、Ｍｄと第２の故障判定信号を受け、ホール素子に故障が起きているのか、磁気飽和が起きているのか判定し、ホール素子の故障の場合は故障情報を、磁気飽和の場合は飽和情報を故障情報として出力する。つまり、飽和故障判定部３５は、複数の回転角情報のうち１つの回転角情報と、複数の回転角情報のうち２つの回転角情報の差分と、複数の振幅情報のうち２つの振幅情報の差分と、第１の故障判定信号と、第２の故障判定信号とに基づいて、磁気収束板の磁気飽和の判定と、複数のホール素子（複数のホール素子対）の故障の判定とを行う。
【００８６】
図２４は、磁気収束板が磁気飽和を起こした場合と、ＸＹ座標系のホール素子Ｈ０の出力がショート（出力が０）となった場合の、第１の回転角θの角度誤差Δθと、θｄと、Ｍｄのシミュレーション結果を表す図である。
磁気飽和した時のθｄを実線、第１の回転角θの角度誤差Δθを点線、Ｍｄを破線、ホール素子Ｈ０の出力がショートした場合のθｄを一点鎖線、Ｍｄを二点鎖線で表示している。ＸＹ４５座標系の第３と第４のホール素子対では故障が起きていないので、第２の回転角θｃの角度誤差Δθｃは０となり、第１の回転角θの角度誤差Δθはθｄと一致するので省略する。
【００８７】
図２４からわかるように、角度の差分θｄが０となるとき、磁気飽和していても故障していてもΔθも０となるので、算出されている第１の回転角θは正しいことが分かる。そして、例えば、磁場の回転角度が０度の時の振幅の差分Ｍｄは、磁気飽和の場合には正であるが、ホール素子の故障の場合、負であることが分かる。従って、角度の差分が、θｄが０で第１の回転角θが０のとき、振幅の差分Ｍｄが０でなく負ならば、ホール素子Ｈ０のショートが起きている。また、Ｍｄが０でなく正ならば、磁気飽和が起きていると判定できる。
以下の表２に示すように、同様の手順でその他のホール素子Ｈ４５、Ｈ９０、Ｈ１３５、Ｈ１８０、Ｈ２２５、Ｈ２７０、Ｈ３１５の故障も判定できる。表においては、θｄ、第１の故障判定信号、Ｍｄ、第２の故障判定信号、第１の回転角θ、Ｍｄの正負、判定結果を列として表示している。
【００８８】
【表２】
2014178310.tif 000004
【００８９】
つまり、第１の回転角θと、第１の減算部３１ａの出力θｄと、第１の比較部３３ａの出力と、第２の減算部３１ｂの出力と、第２の比較部３３ｂの出力とを受けて、飽和故障判定部３５が上記の判定を行うことで、ホール素子の故障の場合は故障情報を、磁気飽和の場合は飽和情報を故障情報として出力する。
つまり、第１、第２の回転角度θ、θｃと、第１、第２の振幅値Ｍ、Ｍｃとから、故障検知部３０は、ホール素子に故障が起きているのか、磁気飽和が起きているのか検知することができた。
この本発明による効果は、どのような故障が起きているかが判断できるので、特に、車載用途向けといった安全要求が厳しい用途で使用される回転角センサにおいては、非常に有益なものである。
以上、実施形態の説明からわかるように、磁気収束板下のあるホール素子グループによって形成されるＸＹ座標系において、磁気飽和によって発生する角度誤差及び入力磁場の強度を表す振幅値が４倍波という周期的なものであり、これと異なる位相を持つ角度誤差及び入力磁場の強度を表す振幅値の４倍波を、他のホール素子グループによって形成される他のＸＹ座標系において発生させることで、ＸＹ座標系の角度と振幅値と他の座標系の角度と振幅値とから、正確な磁気飽和の検出、又はホール素子の故障を検出することができた。
【００９０】
なお、以上の振幅算出部４２を有する実施形態３の説明において、故障検知部３０は、磁気飽和の検出を第１、第２の回転角度θ、θｃと、さらに第１、第２の振幅値Ｍ、Ｍｃに基づいて行っているが、これまでの説明から明らかなように、第１、第２の回転角度θ、θｃを使わずに、第１、第２の振幅値Ｍ、Ｍｃに基づいてだけでも、従来技術に比べて磁気飽和のより正確な検出が可能である。つまり、図１９に記載の故障検知部３０の第２の減算部３１ｂと、第２の比較部３３ｂと、第２の閾値メモリ（第２の基準信号出力部）３２ｂとから磁気飽和のより正確な検出（故障情報の出力）が可能なものである。また、図２２に記載の故障検知部３０の第２の比較部３３ｂと、第２の閾値メモリ３２ｂと、第３の比較部３３ｃと、第３の閾値メモリ（第３の基準信号出力部）３２ｃとから磁気飽和のより正確な検出（故障情報の出力）が可能なものである。また、これらの場合、回転角度は複数回算出しなくても良い。このような場合も本発明に含まれる。但し、第１、第２の回転角度θ、θｃと、さらに第１、第２の振幅値Ｍ、Ｍｃに基づくことで、すべての磁場の回転角度での故障情報を正確に出力することができるので好適である。
【００９１】
また、以上の振幅算出部４２を有する実施形態３の説明において、磁気収束板とホール素子の配置は、上述した実施形態１の図７と同じであるとしている。すなわち、ＸＹ座標系に対し、追加座標系としてのＸＹ４５座標系は、ＸＹ座標をＧを中心に４５°回転させたものとしたが、本発明は、振幅算出部４２を有する場合も、上述した配置に限るものではない。すなわち、Ｇを中心に４５°でない追加座標系の場合においても、磁気飽和が起きている場合、ＸＹ座標系において算出される入力磁場の強度を表す第１の振幅値Ｍの４倍波と、他の座標系において算出される第２の振幅値Ｍｃの４倍波は、位相が異なるものであり、磁気飽和のより正確な検出が可能なものであり、その場合も本発明に含まれる。但し、Ｇを中心に４５°回転させた座標系の場合が、振幅値の４倍波の位相が１８０°ずれたもの同士となるので、両者の比較において最も検出感度が上がり、本発明を利用するのに好適である。
【００９２】
また、本発明の各実施形態の説明において、図１０Ａ〜図１０Ｄや図１６や図１８の信号処理回路の構成において、ホール素子以後のＭＵＸ、減算部、角度算出部、振幅算出部を共通化して、各配置グループのホール素子からの信号を時分割で取得した構成にて説明を行ったが、高速な処理を行うために、Ｘ軸減算部、Ｙ軸減算部、角度算出部、振幅算出部をホール素子の配置グループ毎に持たせ、連続的に信号処理を行っても良い。また、平均算出部や故障検知部をホール素子と同じ基板上で形成せずに、外部ＣＰＵなどで構成しても良い。このような信号処理回路の構成も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９３】
上述した全ての実施形態は、ＩＳＯ２６２６２に準拠したシステムであり、角度算出部がＩＳＯ２６２６２に準拠して回転磁石の回転角情報を出力するＩＳＯ２６２６２準拠角度情報出力部である。また、別の見方をすれば、上述した全ての実施形態は、機能安全システムであり、角度算出部が、回転磁石の回転角情報を機能安全で、つまり、ｆｕｎｃｔｉｏｎｎａｌｌｙ  ｓａｆｅｌｙに出力する機能安全角度情報出力部である。さらに、別の見方をすれば、上述した全ての実施形態は、回転角情報２重系出力システムであり、角度算出部が、回転磁石の２重回転角情報を出力する２重角度情報出力部である。
【００９４】
［実施形態４］
図２５は、本発明に係る回転角計測装置の実施形態４の信号処理回路を示す構成図である。なお、磁気収束板とホール素子の配置は、上述した実施形態１の図７と同じである。
上述したように、図１０Ａ〜図１０Ｄや図１６や図１８の信号処理回路の構成において、高速な処理を行うために、Ｘ軸減算部、Ｙ軸減算部、角度算出部、振幅算出部をホール素子の配置グループ毎に持たせ、連続的に信号処理を行っても良い。
図２５において、回転角計測装置は、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）と第２のホール素子対２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）と、配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）と第４のホール素子対２４（Ｈ１３５、Ｈ３１５）と、第１のＸ軸減算部２６Ｘ１と、第１のＹ軸減算部２６Ｙ１と、第１の角度算出部４１ａと、第１の記憶レジスタ２８ａと、第２のＸ軸減算部２６Ｘ２と、第２のＹ軸減算部２６Ｙ２と、第２の角度算出部４１ｂと、第２の記憶レジスタ２８ｂと、平均値算出部２９と、故障検知部３０とから構成されている。故障検知部３０は、減算部３１と閾値比較部３３と閾値メモリ３２とから構成されている。
【００９５】
第１の角度算出部４１ａは、第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２の出力信号強度に基づいて回転磁石の第１の回転角θを算出する。第２の角度算出部４１ｂは、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４の出力信号強度に基づいて回転磁石の第２の回転角θｃを算出するものである。つまり、本実施形態４では、複数の回転角情報を２つの角度算出部が算出している。
平均値算出部２９と故障検知部３０は、上述した実施形態１と同様であるので説明を省略する。
図２５において、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）の出力は、第１のＸ軸減算部２６Ｘ１に入力される。第２のホール素子対２２（Ｈ９０とＨ２７０）の出力は、第１のＹ軸減算部２６Ｙ１に入力される。第１のＸ軸減算部２６Ｘ１と第１のＹ軸減算部２６Ｙ１は、それぞれ出力信号ＨＶＸとＨＶＹを第１の角度算出部４１ａに出力する。
【００９６】
第１の角度算出部４１ａは、ＨＶＸとＨＶＹとからＸＹ座標系の角度θを算出し、第１の記憶レジスタ２８ａに出力する。
配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）の出力は、第２のＸ軸減算部２６Ｘ２に入力される。第４のホール素子対２４（Ｈ１３５とＨ３１５）の出力は、第２のＹ軸減算部２６Ｙ２に入力される。第２のＸ軸減算部２６Ｘ２と第２のＹ軸減算部２６Ｙ２は、それぞれ出力信号ＨＶＸ４５とＨＶＹ４５を第２の角度算出部４１ｂに出力する。
第２の角度算出部４１ｂは、ＨＶＸ４５とＨＶＹ４５とからＸＹ４５座標系の角度θ４５を算出し、４５°補正した角度θｃを第２の記憶レジスタ２８ｂに出力する。第１及び第２の記憶レジスタ２８ａ、２８ｂは、それぞれθとθｃを平均値算出部２９と故障検知部３０へ出力する。
【００９７】
平均値算出部２９と故障検知部３０の動作は、上述した実施形態１で説明したのと同様である。
このように回転角計測装置を構成したので、第１の回転角と第２の回転角を同時に算出可能であるので、高速な信号処理が可能で、高精度な角度算出と、磁気飽和の検出が高速に行える。
また、このように第１の回転角と第２の回転角を別々の角度算出部にて算出する構成としたので、ホール素子から角度算出部までの間に故障が生じた場合、故障検知部において、第１の回転角と第２の回転角の差分θｄにより、実施形態１と同様に、適当な閾値θｄ＿ｌｉｍによって、
｜θｄ｜＜θｄ＿ｌｉｍ
という関係式で故障も検出することが可能である。
つまり、本発明により、磁気飽和だけでなくホール素子から角度算出部までの故障も検出可能である。
【００９８】
［実施形態５］
図２６は、本発明に係る回転角計測装置の実施形態５の信号処理回路を示す構成図である。本実施形態５は、上述した実施形態３の角度振幅算出部を別々に有した場合の連続的な信号処理回路の構成を示す構成図である。なお、磁気収束板とホール素子の配置は、上述した実施形態１の図７と同じである。
図２６において、回転角計測装置は、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）と第２のホール素子対２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）と、配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）と第４のホール素子対２４（Ｈ１３５、Ｈ３１５）と、第１のＸ軸減算部２６Ｘ１と、第１のＹ軸減算部２６Ｙ１と、第１の角度振幅算出部４０ａと、第１の記憶レジスタ２８ａと、第３の記憶レジスタ２８ｃと、第２のＸ軸減算部２６Ｘ２と、第２のＹ軸減算部２６Ｙ２と、第２の角度振幅算出部４０ｂと、第２の記憶レジスタ２８ｂと、第４の記憶レジスタ２８ｄと、平均値算出部２９と、故障検知部３０とから構成されている。
【００９９】
第１の角度振幅算出部４０ａは、第１の角度算出部４１ａと第１の振幅算出部４２ａとから構成されている。第２の角度振幅算出部４０ｂは、第２の角度算出部４１ｂと第２の振幅算出部４２ｂとから構成されている。
第１の角度算出部４１ａは、第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２の出力信号強度に基づいて回転磁石の第１の回転角θを算出する。第２の角度算出部４１ｂは、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４の出力信号強度に基づいて前記回転磁石の第２の回転角θｃを算出するものである。
【０１００】
第１の振幅算出部４２ａは、第１のホール素子対２１及び第２のホール素子対２２の出力信号強度に基づいて回転磁石からの磁場強度を表す第１の振幅値Ｍを算出する。第２の振幅算出部４２ｂは、第３のホール素子対２３及び第４のホール素子対２４の出力信号強度に基づいて回転磁石からの磁場強度を表す第２の振幅値Ｍｃを算出する。平均値算出部２９の動作は、上述した実施形態１で説明したものと同様である。
故障検知部３０は、上述した実施形態３に記載の図１９又は図２２又は図２３のいずれかで構成されている。
【０１０１】
図２６において、配置Ａの第１のホール素子対２１（Ｈ０、Ｈ１８０）の出力は、第１のＸ軸減算部２６Ｘ１に入力される。第２のホール素子対２２（Ｈ９０とＨ２７０）の出力は、第１のＹ軸減算部２６Ｙ１に入力される。第１のＸ軸減算部２６Ｘ１と第１のＹ軸減算部２６Ｙ１は、それぞれ出力信号ＨＶＸとＨＶＹを第１の角度振幅算出部４０ａの第１の角度算出部４１ａ及び第１の振幅算出部４２ａに出力する。
配置Ｂの第３のホール素子対２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）の出力は、第２のＸ軸減算部２６Ｘ２に入力される。第４のホール素子対２４（Ｈ１３５とＨ３１５）の出力は、第２のＹ軸減算部２６Ｙ２に入力される。第２のＸ軸減算部２６Ｘ２と第２のＹ軸減算部２６Ｙ２は、それぞれ出力信号ＨＶＸ４５とＨＶＹ４５を第２の角度振幅算出部４０ｂの第２の角度算出部４１ｂ及び第２の振幅算出部４２ｂに出力する。
【０１０２】
第１の角度算出部４１ａは、ＨＶＸとＨＶＹとからＸＹ座標系の角度θを算出し、第１の記憶レジスタ２８ａに出力する。第１の振幅算出部４２ａは、ＨＶＸとＨＶＹとから振幅値Ｍを算出し、第３の記憶レジスタ２８ｃに出力する。第２の角度算出部４１ｂは、ＨＶＸ４５とＨＶＹ４５とからＸＹ４５座標系の角度θを算出し、第２の記憶レジスタ２８ｂに出力する。第２の振幅算出部４２ｂは、ＨＶＸ４５とＨＶＹ４５とから振幅値Ｍｃを算出し、第４の記憶レジスタ２８ｄに出力する。
平均値算出部２９と故障検知部３０は、上述した実施形態３と同様であるので動作の説明は省略する。
このように回転角計測装置を構成したので、第１の回転角と第２の回転角と第１の振幅値と第２の振幅値を同時に算出可能であるので、高速な信号処理が可能で、高精度な角度算出と、故障の検出が高速に行える。
【０１０３】
また、このように第１の回転角と第２の回転角を別々の角度算出部にて算出し、第１の振幅値と第２の振幅値を別々の振幅算出部で算出する構成としたので、ホール素子から角度振幅算出部までの間に故障が生じた場合、故障検知部において検出が可能であるとともに、ホール素子の故障を検知できるので、一方の座標系のホール素子で故障が起きても、他方の座標系のホール素子を利用することにより、回転角の計測が継続できる。例えば、配置Ａのホール素子に故障が起きた場合、第１の回転角は信頼できなくなるが、配置Ｂのホール素子に故障は起きていないので、第２の回転角を計測し出力し続けることができる。このような本発明の効果は、車載用途向けといった安全要求が厳しい用途で使用される回転角センサにおいては、非常に有益なものである。つまり、本例は、機能安全システムでありＩＳＯ２６２６２に準拠したシステムである。
【０１０４】
本発明の各実施形態において、第１の回転角と第２の回転角の差分、又は第１の振幅値と第２の振幅値の差分を、減算部にて算出し、比較部で閾値との比較を行っているが、これと同様な結果をもつものであれば、どのような演算でも本発明に含まれる。
また、実施の形態３及び５の説明において、角度振幅算出部４０を、角度算出部４１と振幅算出部４２とに分け、それぞれ角度の算出と振幅の算出をお行っているが、例えばＣＯＲＤＩＣ（ＣＯｏｒｄｉｎａｔｅＲｏｔａｔｉｏｎ ＤＩｇｉｔａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）を使うことで、一つの角度振幅算出部として、角度と振幅を同時に算出することもできる。このような演算手法を使った場合の構成も本発明の範囲に含まれる。
つまり、本発明は、これまでに記載された実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。即ち、当業者であればなし得るであろう各種変形や修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  回転磁石
２  集積回路（シリコン基板）
３  ホール素子
４，１４  磁気収束板
１１Ｘ  Ｘ軸減算部
１１Ｙ  Ｙ軸減算部
１２  演算部
２１（Ｈ０、Ｈ１８０）  第１のホール素子対
２２（Ｈ９０、Ｈ２７０）  第２のホール素子対
２３（Ｈ４５、Ｈ２２５）  第３のホール素子対
２４（Ｈ１３５、Ｈ３１５）  第４のホール素子対
２５，２２５  ＭＵＸ（マルチプレクサ）
２６Ｘ，２２６Ｘ  Ｘ軸減算部
２６Ｘ１  第１のＸ軸減算部
２６Ｘ２  第２のＸ軸減算部
２６Ｙ，２２６Ｙ  Ｙ軸減算部
２６Ｙ１  第１のＹ軸減算部
２６Ｙ２  第２のＹ軸減算部
２７，２２７  角度算出部
２８ａ，２２８ａ  第１の記憶レジスタ
２８ｂ，２２８ｂ  第２の記憶レジスタ
２８ｃ，２２８ｃ  第３の記憶レジスタ
２８ｄ  第４の記憶レジスタ
２９，２２９  平均値算出部
３０，２３０  故障検知部
３１  減算部（差分算出部）
３１ａ，２３１ａ  第１の減算部
３１ｂ，２３１ｂ  第２の減算部
３２，２３２  閾値メモリ（基準信号出力部）
３２ａ  第１の閾値メモリ（第１の基準信号出力部）
３２ｂ  第２の閾値メモリ（第２の基準信号出力部）
３２ｃ  第３の閾値メモリ（第３の基準信号出力部）
３３  閾値比較部
３３ａ，２３３ａ  第１の閾値比較部
３３ｂ，２３３ｂ  第２の閾値比較部
３３ｃ  第３の閾値比較部
３４  論理和部（故障組み合わせ判定部）
３５  飽和故障判定部（故障組み合わせ判定部）
４０  角度振幅算出部
４０ａ  第１の角度振幅算出部
４０ｂ  第２の角度振幅算出部
４１  角度算出部
４１ａ  第１の角度算出部
４１ｂ  第２の角度算出部
４２  振幅算出部
４２ａ  第１の振幅算出部
４２ｂ  第２の振幅算出部
１２１（Ｈ０、Ｈ１８０）  第１のホール素子対
１２２（Ｈ９０とＨ２７０）  第２のホール素子対
１２３（Ｈ３０、Ｈ２１０）  第３のホール素子対
１２４（Ｈ１２０とＨ３００）  第４のホール素子対
１２５（Ｈ６０、Ｈ２４０）  第５のホール素子対
１２６（Ｈ１５０とＨ３３０）  第６のホール素子対
【図１】
2014178310.tif 000005
【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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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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