(57)【要約】【課題】  回転角度の検出誤差を低減でき小型化可能な回転角度検出装置を提供する。【解決手段】  ヨークおよび永久磁石は検出対象とともに回転する。ホール素子３０、３１は、検出対象の回転方向に９０°の角度を形成して設置されている。ホール素子３０、３１は、検出対象の回転により変化する磁界に応じて互いに異なる位相のアナログ信号を出力する。これらのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器５２でディジタルに変換され、オフセット調整回路５６でオフセット補正される。制御部５８は、ディジタル変換およびオフセット補正後のホール素子３０、３１の出力から逆正接演算により出力角度を算出する。制御部５８と角度信号生成回路６０は、出力角度をアナログ変換して角度信号を生成する。制御部５８とパルス信号生成回路６２は、複数の角度候補と出力角度との比較結果に応じて出力を変化させることによりパルス信号を生成する。【選択図】    図１
2006226816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
磁界を発生する磁界発生手段と、
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磁気検出手段と、
前記磁気検出手段に設けられ、前記磁気検出手段の前記磁界発生手段に対する相対的な回転により相対的に変化する前記磁界に応じて、互いに異なる位相差のアナログ信号を出力する複数の磁気検出素子と、
前記検出対象の回転角度を示すアナログの角度信号を前記磁気検出手段の出力から生成する角度信号生成手段と、
前記検出対象の回転角度が複数の角度候補のいずれかであるときに信号レベルが変化するパルス信号を前記磁気検出手段の出力から生成するパルス信号生成手段と、
を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記角度信号生成手段は、一方の磁気検出素子の出力信号の位相が他方の磁気検出素子の出力信号の反転位相と異なるように設置されている少なくとも２つの前記磁気検出素子からなる第一磁気検出素子群の出力信号に基づく三角関数の逆演算により前記角度信号を生成し、
前記パルス信号生成手段は、少なくとも２つの前記磁気検出素子からなる第二磁気検出素子群の出力信号レベルと所定閾値との比較結果に応じて出力の信号レベルを変化させることにより、前記パルス信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記第二磁気検出素子群の出力信号の直流成分を除去する補正手段をさらに備え、
前記パルス信号生成手段は、直流成分除去後の前記第二磁気検出素子群の出力信号レベルに応じて前記パルス信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記補正手段はＡＣカップリング回路であることを特徴とする請求項３に記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記磁界が発生していない状態で、一方の磁気検出素子の出力信号の位相が他方の磁気検出素子の出力信号の反転位相と異なるように設置されている少なくとも２つの前記磁気検出素子からなる第一磁気検出素子群の各磁気検出素子の出力信号に基づいて直流成分を除去するためのオフセットを取得し、前記オフセットに基づいて第一磁気検出素子群の出力信号の直流成分を除去する第一補正手段と、
少なくとも２つの前記磁気検出素子からなる第二磁気検出素子群の出力信号の直流成分をＡＣカップリング回路で除去する第二補正手段と、をさらに備え、
前記角度信号生成手段は、直流成分が除去された前記第一磁気検出素子の出力信号に基づく三角関数の逆演算により前記角度信号を生成し、
前記パルス信号生成手段は、直流成分が除去された前記第一磁気検出素子の出力信号に基づく三角関数の逆演算結果と前記角度候補との比較結果に応じて信号レベルを変化させることにより第一候補パルス信号を生成し、直流成分を除去した前記第二磁気検出素子群の出力信号レベルと所定閾値との比較結果に応じて出力の信号レベルを変化させることにより第二候補パルス信号を生成し、前記検出対象の回転速度が所定速度以下の場合は前記第一候補パルス信号を前記パルス信号として選択し、前記検出対象の回転速度が所定速度より速い場合は前記第二候補パルス信号を前記パルス信号として選択することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記磁気検出手段と前記角度信号生成手段と前記パルス信号生成手段とは、１つのチップに搭載されていることを特徴とする請求項１、２又は５のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記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６のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
前記ホール素子は仮想軸線を中心とする同心円状に設置され、各ホール素子は他のホール素子の設置位置の前記仮想軸線に対する点対称位置と異なるように設置されていることを特徴とする請求項７に記載の回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出対象の回転に連動してロータを回転させ、ピックアップセンサのロータの回転により変化する出力信号から検出対象の回転角度を検出する所謂電磁ピックアップ（ＭＰＵ）式の回転角度検出装置が知られている。例えばロータとしては、回転方向の外周に欠け歯部を除いて等間隔に歯部が設けられている歯車が用いられる。このようなＭＰＵ式回転角度検出装置では、ピックアップセンサの出力信号の特定波形（例えば、上述の歯車の欠け歯部に対応する波形）から基準となる回転角度（基準角度）を取得し、ピックアップセンサの出力信号のレベル変化（例えば、上述の歯車の歯部に対応するレベル変化）から基準角度に対する相対的な回転角度（相対角度）を取得し、それら基準角度と相対角度とから検出対象の回転角度を検出する。
一方、検出対象の回転角度を０°から３６０°の範囲で検出する回転角度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の回転角度検出装置では、２つのホール素子を有する磁気検出手段を永久磁石等の磁界発生手段に対して相対的に回転させ、ホール素子の検出対象の回転により変化する出力信号から検出対象の回転角度を検出する。具体的には、ホール素子の出力信号に基づく三角関数の逆演算により検出対象の回転角度に対して３６０°周期で１対１に変化するアナログ信号を生成し、その角度信号から検出対象の回転角度を０°から３６０°の範囲で検出する。
【特許文献１】特開昭６２−９５４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＭＰＵ式回転角度検出装置では、ピックアップセンサが基準角度および相対角度を検出する対象のロータが機械加工されているため、ロータの寸法公差が回転角度の検出誤差となる。一方、特許文献１に記載の回転角度検出装置では、アナログの角度信号から検出対象の回転角度を検出するため、角度信号に重畳するノイズにより回転角度の検出誤差が増大するという問題がある。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、回転角度の検出誤差を低減でき小型化可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１から８に記載の発明によると、角度信号生成手段が生成する角度信号は検出対象の回転角度を示しているので、角度信号から検出対象の絶対的な回転角度を検出できる。
ところが、角度信号から検出対象の回転角度を検出する場合、アナログの角度信号にノイズが重畳すると、そのノイズにより回転角度の検出誤差は増大する。
そこで請求項１から８に記載の発明では、パルス信号生成手段はノイズの影響を受けにくいパルス信号を生成する。パルス信号は検出対象の回転角度が複数の角度候補のいずれかであるときに信号レベルが変化するため、角度信号から検出された回転角度を基準角度とすれば、パルス信号から検出対象の回転角度が複数の角度候補のいずれであるかを特定できる。このように請求項１から８に記載の発明によると、ノイズの影響を受けにくいパルス信号からも検出対象の回転角度を検出できるため、ノイズの多い環境下ではパルス信号から検出対象の回転角度を検出することも可能である。これにより、磁気検出手段の出力から検出対象の回転角度を示すアナログ信号を生成してアナログ信号から検出する場合と比較して、ノイズによる回転角度の検出誤差を抑制することができる。
尚、ＭＰＵ式回転角度検出装置では、ピックアップセンサの出力信号の特定波形（例えば、ロータの回転方向外周の一カ所に形成された欠け歯部に対応する波形）から基準角度を取得するため、検出対象が始動してから検出対象が１回転するまでは検出対象の絶対的な回転角度を検出できない。しかし請求項１から８に記載の発明によると、角度信号から基準角度を取得するため、検出対象が一回転する前、例えば検出対象の始動前または検出対象の始動直後であっても基準角度を取得することができる。つまり請求項１から８に記載の発明では、検出対象の回転始動早期にパルス信号から検出対象の回転角度を検出できる。
【０００５】
また請求項１から８に記載の発明によると、検出対象の回転により磁界発生手段に対して磁気検出手段を相対的に回転させることにより、磁気検出手段で検出する磁界を相対的に変化させている。つまり、磁気検出手段で検出する磁界を変化させるための構成要素に係る寸法公差は磁界の変化に影響しない。また磁気検出手段の磁気検出素子は半導体の製造プロセスを用いて製造可能である。磁気検出素子は半導体の製造プロセスを用いて製造すれば、磁気検出手段に磁気検出素子を適正に配置可能である。したがって請求項１から８に記載の発明によると、機械加工の寸法公差に起因する回転角度の検出誤差を排除可能なため、回転角度の検出誤差を低減できる。
【０００６】
ここでパルス信号は、検出対象の回転角度を示すディジタル信号（例えば特許文献１に記載のマイクロプロセッサから出力される信号）から生成してもよい。そのときは、ディジタル信号が示す回転角度と角度候補との比較結果に応じて信号レベルを変化させることにより、パルス信号を生成すればよい。しかし、このようにして生成したパルス信号には磁界検出手段の出力をディジタル信号に変換する際のサンプリング誤差が含まれるため、そのパルス信号から検出する回転角度にはサンプリング誤差に起因する検出誤差が含まれる。
そこで、請求項２に記載の発明では、第二磁気抵抗素子群の出力信号レベルと所定閾値との比較結果に応じて出力の信号レベルを変化させることによりパルス信号を生成する。つまり第二磁気抵抗素子群の出力信号からアナログ信号処理でＡ／Ｄ変換をすることなくパルス信号を生成する。しがって請求項２に記載の発明によると、上述したサンプリング誤差に起因する回転角度の検出誤差を排除できるため、回転角度の検出誤差を低減できる。
【０００７】
ここで磁気検出素子は、磁界が発生していない状態においても一定レベルの信号（以下、オフセットという）を出力する。つまり第一磁気検出素子群の出力と第二磁気検出素子群の出力とには、直流成分が含まれている。
そこで、請求項３、４に記載の発明では、第二磁気検出素子群の出力信号の直流成分を除去し、直流成分除去後の第二磁気検出素子群の出力信号からパルス信号を生成する。したがって、オフセットに起因する回転角度の検出誤差を排除できるため、パルス信号から検出する回転角度の検出誤差を低減できる。
請求項４に記載の発明では、補正手段をＡＣカップリング回路で構成する。一般にＡＣカップリング回路の回路規模は小さいので、補正手段を小型化できる。
【０００８】
請求項５に記載の発明では、第一補正手段と第二補正手段とがそれぞれ第一磁気検出素子群の出力信号の直流成分と第二磁気検出素子群の出力信号の直流成分とを除去する。
第一補正手段は、磁界が発生していない状態で、第一磁気検出素子群の各磁気検出素子のオフセットを取得し、オフセットに基づいて第一磁気検出素子群の出力信号の直流成分を除去する。そのため第一磁気検出素子群が出力する信号の周波数、すなわち検出対象の回転速度に関わらず第一磁気検出素子群の出力信号の直流成分を除去できる。
一方、第二補正手段は、ＡＣカップリング回路で第二磁気検出素子群の出力信号の直流成分を除去する。上述したように、ＡＣカップリング回路の回路規模は小さいので、第二補正手段を小型化できる。しかしながらＡＣカップリング回路では、第二磁気検出素子群の出力信号の周波数が低い場合、すなわち検出対象の回転速度が遅い場合、周波数の低い出力信号の交流成分とオフセットによる直流成分とを適正に分離できないので、直流成分を除去できない。
そこで、請求項５に記載の発明では、検出対象の回転速度が所定速度以下の場合は、第一磁気検出素子群の出力信号から生成する第一候補パルス信号をパルス信号として選択する。上述のように第一磁気検出素子群の出力信号の直流成分は検出対象の回転速度が遅くても第一補正手段により除去できるため、パルス信号として選択された第一候補パルス信号から検出対象の回転角度を検出すれば、オフセットに起因する回転角度の検出誤差を排除できる。
【０００９】
ところが、第一候補パルス信号から検出した回転角度には、上述したディジタル信号からパルス信号を生成する場合と同様のサンプリング誤差に起因する検出誤差が含まれる。この検出誤差は、検出対象の回転速度が遅いときは小さく問題にならないが、検出対象の回転速度が速くなるにつれて増大する。
そこで、請求項５に記載の発明では、検出対象の回転速度が所定速度より速くＡＣカップリング回路で第二磁気検出素子群の出力信号の直流成分を除去可能な場合は、Ａ／Ｄ変換することなくアナログ処理で第二磁気検出素子群の出力信号から生成した第二候補パルス信号をパルス信号として選択する。これによりサンプリング誤差に起因する回転角度の検出誤差を排除できる。したがって、請求項５に記載の発明によると、検出対象の回転速度が遅い場合にはオフセットに起因する検出誤差を排除でき、検出対象の回転速度が速い場合にはサンプリング誤差に起因する回転角度の検出誤差を排除できる。したがって、回転角度の検出誤差を低減することできる。
【００１０】
請求項６に記載の発明によると、磁気検出手段と角度信号生成手段とパルス信号生成手段が１つのチップに搭載されているため、磁気検出手段から出力されるアナログ信号に重畳するノイズを低減でき、ノイズによる回転角度の検出誤差を抑制できる。
また、磁気検出手段と角度信号生成手段とパルス信号生成手段とを１つのチップに集積するので、磁気検出手段と角度信号生成手段とパルス信号生成手段とを小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。各実施形態において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施形態の構成要素と対応する。
（第一実施形態）
図２に示すように、本発明の第一実施形態による回転角度検出装置１０は、例えば内燃機関用点火装置１２に搭載されるクランク角検出装置である。このとき回転角度検出装置１０は、検出対象としてのクランクシャフトの角度（以下、クランク角という。）に相関するアナログ信号とパルス信号とを出力し、内燃機関の電子制御装置（ＥＣＵ）４０は、それらの信号から特定したクランク角に基づいて点火すべき気筒を判別する。
【００１２】
図１は回転角度検出装置１０のブロック図である。図３は回転角度検出装置１０の模式図である。
図３に示すヨーク２０および永久磁石２２、２４は検出対象とともに回転する。永久磁石２２、２４は円弧状に形成されており、円筒状のヨーク２０の内周壁に１８０°反対側に配置されている。永久磁石２２と永久磁石２４は、平行な一定の磁束密度の磁界を形成する。
【００１３】
図１に示す駆動回路５０、ホール素子３０、３１、アンプ５２、Ａ／Ｄ変換器５４、オフセット調整回路５６、制御部５８、角度信号生成回路６０及びパルス信号生成回路６２は、１チップの半導体素子（以下、センサチップという。）７０に搭載されている。センサチップ７０は、検出対象の回転とともに回転しない支持部材に、ホール素子３０、３１がヨーク２０の中心付近に位置するように取り付けられている。
ホール素子３０とホール素子３１は、それぞれ駆動回路５０により定電流で駆動されている。ホール素子３０とホール素子３１とは、検出対象の回転方向に９０°の角度を形成して配置されている。尚、ホール素子３０とホール素子３１は定電圧で駆動してもよい。
【００１４】
検出対象とともにヨーク２０、永久磁石２２、２４が回転すると、図４に示すように、ホール素子３０とホール素子３１とはそれぞれ電圧として正弦波形の出力信号１００と出力信号１０１とを出力する。ホール素子３０の出力信号１００とホール素子３１の出力信号１０１とは位相が９０°異なる。つまりホール素子３０の出力信号１００とホール素子３１の出力信号は１０１ｓｉｎとｃｏｓの関係になっている。したがって、検出対象の回転角度をθ、ホール素子３０の出力信号１００をＶａ、ホール素子３１の出力信号１０１をＶｂ、ホール素子３０、３１の感度で決定される係数をｋ、永久磁石２２、２４が形成する磁界の磁束密度をＢ、ホール素子３０、３１に供給する定電流をＩとすると、Ｖａ、Ｖｂは次式（１）、（２）で示される。
Ｖａ＝ｋＢＩ・ｓｉｎθ                            ・・・（１）
Ｖｂ＝ｋＢＩ・ｓｉｎ（θ＋９０）＝ｋＢＩ・ｃｏｓθ・・・（２）
アンプ５２は、ホール素子３０とホール素子３１の出力信号１００、１０１を増幅する。そしてＡ／Ｄ変換器５４は、増幅された信号を所定周期でサンプリングすることによりディジタルの数値データに変換する。
【００１５】
ここで、ホール素子の出力にオフセットが発生することがある。オフセットが発生しているホール素子３０、３１の出力信号Ｖａ、Ｖｂを元に検出対象の回転角度を正確に検出することはできない。そこでオフセット調整回路５６は、ホール素子３０、３１のオフセットを補正する。
制御部５８は、オフセット調整回路５６と協働してホール素子３０、３１のオフセットを補正し、角度信号生成回路６０及びパルス信号生成回路６２と協働して、後述する角度信号及びパルス信号を生成する。以下、オフセット補正処理、角度信号生成処理、パルス信号生成処理の順に説明する。
【００１６】
はじめに、オフセット補正処理について説明する。
先ず、制御部５８は、磁界の影響を受けていない状態でホール素子３０、３１の出力信号を読み込む。次に、回転角度検出装置１０は、読み込んだ出力信号の信号レベルをオフセット値として記憶する。具体的には例えば、回転角度検出装置１０はオフセット調整回路５６としての不揮発性のメモリを有し、制御部５８はオフセット値を不揮発性のメモリに記憶する。次に制御部５８は、角度信号生成処理、パルス信号生成処理時に読み込んだホール素子３０、３１の出力信号から記憶しているオフセット値を差し引く。このようにして、制御部５８とオフセット調整回路５６は、ホール素子３０、３１のオフセットを補正する。このときの制御部５８とオフセット調整回路５６が請求項に記載の「補正手段」に相当する。以降では、Ｖａ（式１参照）、Ｖｂ（式２参照）は、ホール素子３０、３１の出力信号をＡ／Ｄ変換してオフセット及びゲイン補正した後の数値データであるとして説明する。
【００１７】
次に、角度信号生成処理について説明する。
先ず、制御部５８は、ＶａとＶｂとの比からによりｔａｎθを算出し（次式（３）参照）、その逆正接演算により図５に示す演算角度１１０を算出する（次式（４）参照）。演算角度１１０の周期は１８０°である。
Ｖａ／Ｖｂ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ  ・・・（３）
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖａ／Ｖｂ）    ・・・（４）
【００１８】
次に、制御部５８は、図７に示すようにＶａとＶｂの符号を判定し、３６０°の角度範囲内において、検出対象の回転角度位置を識別する。次に、制御部５８は、識別した検出対象の回転角度位置に基づいて演算角度１１０にオフセット角度を加えて結合することにより、図６に示す出力角度１２０を算出する。そして制御部５８は、出力角度１２０に相関するアナログの角度信号を角度信号生成回路６０に出力させる。具体的には制御部５８は、角度信号生成回路６０に出力角度１２０を出力する。そして角度信号生成回路６０は、図示しないディジタル・アナログ変換器で出力角度１２０をアナログに変換することにより、出力角度１２０に比例する信号レベルの角度信号を生成する。このようにして、制御部５８と角度信号生成回路６０は角度信号を生成する。このときの制御部５８と角度信号生成回路６０とが、請求項に記載の「角度信号生成手段」に相当する。
【００１９】
次に、パルス信号生成処理について説明する。
制御部５８は、検出対象の回転角度が複数の角度候補のいずれかであるときに信号レベルが変化するパルス信号をパルス信号生成回路６２に発生させる。ここで角度候補とは、回転角度検出装置１０が検出すべき回転角度のことであり、例えば回転角度検出装置１０が内燃機関用点火装置１２に搭載されるクランク角検出装置の場合、角度候補は点火すべきタイミングに対応するクランク角である。具体的には制御部５８は、複数の角度候補と出力角度１２０とを比較し、複数の角度候補のいずれかと出力角度１２０が一致するとパルス信号生成回路６２の出力の信号レベルを変化させる。このときの制御部５８とパルス信号生成回路６２とが、請求項に記載の「パルス信号生成手段」に相当する。
【００２０】
図２に示すように、センサチップ７０とＥＣＵ４０とは、角度信号を伝送する信号線８０とパルス信号を伝送する信号線８１とで電気的に接続されている。Ａ／Ｄ変換器４２は、アナログの角度信号をディジタルの数値データに変換する。
制御部４４は、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭを有し、ＲＯＭに格納されているプログラムを実行することにより、角度信号をディジタル化した数値データから検出対象の回転角度を特定したり、パルス信号から検出対象の回転角度を特定する。以下、パルス信号から検出対象の回転角度を特定する処理について説明する。
【００２１】
図８はパルス信号から検出対象の回転角度を特定する処理の具体例を示す図である。以下に示す具体例では、０°から３６０°の範囲で３０°毎の１２個の角度候補（０°、３０°、６０°・・・３３０°）が設定されているものとする。
先ず、ＥＣＵ４０の制御部４４は、出力角度１２０から検出対象の回転角度を特定し、その回転角度を基準角度とする。そして制御部４４は、基準角度に基づいて複数の角度候補からパルス信号の信号レベルが変化したときの検出対象の回転角度に対応する角度候補を選択する。例えばＥＣＵ４０の制御部４４は、図８に示すように、角度信号から基準角度が４５°であることを特定した場合、パルス信号がその直後に立ち上がると１２個の角度候補から６０°を選択し、その次にパルス信号が立ち下がると９０°を選択する。選択した角度候補がパルス信号の信号レベルが変化した時点での検出対象の回転角度である。
尚、検出対象が同一方向だけでなく正回転および逆回転する場合は、インクリメンタル方式のロータリエンコーダのＡ相パルス信号、Ｂ相パルス信号のように、位相の異なる２つのパルス信号を生成して、回転方向を判別すればよい。
【００２２】
以上説明した本発明の第一実施形態に係る回転角度検出装置１０によると、角度信号とパルス信号の両方から検出対象の回転角度を検出することができる。
ここで、特許文献１に記載のＤ／Ａコンバータから出力される信号や角度信号などのアナログ信号は、ノイズの影響を受けやすい。本発明の第一実施形態に係る回転角度検出装置１０によると、パルス信号からも検出対象の回転角度を検出できるため、ノイズの多い環境下における回転角度の検出誤差を低減できる。
また、ヨーク２０と永久磁石２２、２４を検出対象とともにセンサチップ７０に対して相対的に回転させることによりホール素子３０、３１が検出する磁界の方向を変化させている。そのためヨーク２０と永久磁石２２、２４の寸法公差は磁界の変化に影響しない。またホール素子３０、３１は、半導体の製造プロセスを用いて製造するため、センサチップ７０にホール素子３０、３１を適正に配置できる。したがって、機械加工の寸法公差に起因する回転角度の検出誤差を排除可能なため、回転角度の検出誤差を低減できる。
【００２３】
（第二実施形態）
図９は、本発明の第二実施形態による回転角度検出装置の模式図である。
回転角度検出装置２１０は、ホール素子３０とホール素子３１に加えて、ホール素子３２から３５を備えている。
ホール素子３０から３５は、ヨーク２０の中心軸２０ａを中心とする円９０上に、ホール素子３０から３５の各ホール素子が他のホール素子の形成位置のヨーク２０の中心軸２０ａに対する点対称位置と異なるように配置されている。このようにホール素子３０から３５を配置する理由は、ヨーク２０の中心軸２０ａに対して点対称位置に配置された２つのホール素子が互いに反転位相の信号を出力するため、後述するパルス信号生成回路６２におけるパルス信号生成処理に利用できないからである。具体的には例えば、ホール素子３０から３５の各ホール素子は、隣り合うホール素子に対して検出対象の回転方向に３０°回転するように円９０上の１５０°の範囲に配置されている。このようにホール素子３０から３５を配置することにより、０°から３６０度の範囲で３０°毎の１２個の角度候補で信号レベルが変化するパルス信号を生成できる。詳細は後述する。
【００２４】
ホール素子３０から３５には、それぞれ定電流が駆動回路５０により供給されている。ホール素子３０とホール素子３１とが請求項に記載の「第一磁気検出素子群」に相当し、ホール素子３０から３５が請求項に記載の「第二磁気検出素子群」に相当する。以降では、ホール素子３０とホール素子３１とを第一磁気検出素子群といい、ホール素子３０から３５を第二磁気検出素子群という。
【００２５】
図１０は、回転角度検出装置２１０のブロック図である。
オフセット調整回路２５６およびパルス信号生成回路２６２は、センサチップ７０に搭載されている。
オフセット調整回路２５６は、第二磁気検出素子群のオフセットを補正する。具体的には例えば、オフセット調整回路２５６は抵抗値が調整可能な抵抗を第二磁気検出素子群の各ホール素子に有し、第二磁気検出素子群の各ホール素子のオフセットに応じてそのホール素子に対応する抵抗の抵抗値を調整することにより、第二磁気検出素子群のオフセットを調整する。
パルス信号生成回路２６２は、オフセット補正後の第二磁気検出素子群の出力信号と所定の閾値との比較結果に応じて出力の信号レベルを変化させることにより、パルス信号を生成する。つまりパルス信号生成回路２６２は、アナログ処理でＡ／Ｄ変換をすることなく、第二磁気検出素子群の出力信号からパルス信号を生成する。以下、パルス信号生成回路２６２におけるパルス信号生成処理の具体例を図１１に基づいて説明する。
【００２６】
図１１は、第二磁気検出素子群の出力信号とパルス信号生成回路２６２が生成するパルス信号との関係を説明するためのグラフである。（Ａ）は第二磁気検出素子群の出力信号を示し、（Ｂ）は上述の閾値を０としたときにパルス信号生成回路２６２が（Ａ）に示す第二磁気検出素子群の出力信号から生成するパルス信号を示している。
パルス信号生成回路２６２は、ホール素子３０から３５の出力信号１００から１０４の信号レベルと閾値０との比較結果のいずれかが変化したとき、すなわち出力信号１００から１０４のいずれかの信号レベルの符号が変化したときに、出力の信号レベルを変化させる。より具体的には、パルス信号生成回路２６２は、出力信号１０４の信号レベルの符号が正から負に変化したとき（図１１（Ａ）の回転角度３０°近傍を参照）出力の信号レベルをハイレベルに変化させ、出力信号１０３の信号レベルの符号が正から負に変化するとき（図１１（Ａ）の回転角度６０°近傍を参照）出力の信号レベルをローレベルに変化させる。このようにしてパルス信号生成回路２６２は、回転角度３０°で立ち上がり回転角度６０°で立ち下がる１つのパルスを形成する。
【００２７】
このようにして、パルス信号生成回路２６２は、第二磁気検出素子群の出力の信号レベルと閾値０との比較結果に応じて出力の信号レベルを変化させることにより、０°から３６０度の範囲で３０°毎の１２個の角度候補で信号レベルが変化するパルス信号を生成できる。尚、角度候補は、第二磁気検出素子群の各ホール素子の形成位置と上述の閾値とを設計することにより、所望の角度に設定することができる。
以上説明した本発明の第二実施形態に係る回転角度検出装置２１０によると、アナログ処理でＡ／Ｄ変換をすることなく第二磁気検出素子群の出力信号からパルス信号を生成するため、Ａ／Ｄ変換におけるサンプリング誤差に起因する回転角度の検出誤差を排除できる。
【００２８】
（第三実施形態）
図１２は、本発明の第三実施形態による回転角度検出装置３１０のブロック図である。
オフセット調整回路３５６、第一候補パルス信号生成回路３６２、ＡＣカップリング回路３５７および選択回路３６４は、センサチップ７０に搭載されている。
オフセット調整回路３５６は、第一実施形態に係るオフセット調整回路５６同様に、磁界が発生していない状態で取得したホール素子３０とホール素子３１のオフセットに基づいて、第一磁気検出素子群としてのホール素子３０とホール素子３１のオフセットを補正する。したがってオフセット調整回路３５６は、ホール素子３０の出力信号１００とホール素子３１の出力信号１０１の周波数、すなわち検出対象の回転速度に関わらず、ホール素子３０とホール素子３１のオフセットを除去できる。
第一候補パルス信号生成回路３６２は、第一実施形態に係るパルス信号生成回路６２と実質的に同一である。第一候補パルス信号生成回路３６２は、オフセット調整回路３５６でオフセット調整された数値データに基づいて、パルス信号生成回路６２が生成するパルス信号に相当する第一候補パルス信号を生成する。
【００２９】
ＡＣカップリング回路３５７は、第二磁気検出素子群のオフセットを補正する。
第二候補パルス信号生成回路３６３は、第二実施形態に係るパルス信号生成回路２６２と実質的に同一である。第二候補パルス信号生成回路３６３は、ＡＣカップリング回路３５７でオフセット調整された第二磁気検出素子群の出力信号から、パルス信号生成回路２６２が生成するパルス信号に相当する第二候補パルス信号を生成する。ＡＣカップリング回路３５７は、第二実施形態に係るオフセット調整回路２５６等と比較して、コンデンサ等で構成可能な回路規模の小さな回路である。したがって、回転角度検出装置３１０を小型化することができる。
【００３０】
しかしながら、ＡＣカップリング回路３５７は、「課題を解決するための手段」の欄において説明したように、検出対象の回転速度が遅い場合には第二磁気検出素子群の出力信号のオフセットを補正できない。
そこで選択回路３６４は、検出対象の回転速度に応じて第一候補パルス信号と第二候補パルス信号のいずれか一方を選択し、選択した一方の候補パルス信号をパルス信号として出力する。具体的には選択回路３６４は、検出対象の回転速度が所定速度以下の場合は第一候補パルス信号を選択し、検出対象の回転速度が所定速度より速い場合は第二候補パルス信号を選択する。検出対象の回転速度が遅い場合に第一候補パルス信号を選択することで、検出対象の回転角度が遅くてもオフセット調整が可能なオフセット調整回路３５６でオフセット補正された第一磁気検出素子群の出力信号から、検出対象の回転角度を検出できる。また検出対象の回転速度が速い場合に第二候補パルス信号を選択することで、第二実施形態で説明したサンプリング誤差に起因する回転角度の検出誤差を排除できる。
【００３１】
（第四実施形態）
本発明の第四実施形態から第六実施形態に係る回転角度検出装置４１０、５１０、６１０は、センサチップを除き上述した第二実施形態による回転角度検出装置２１０または第三実施形態による回転角度検出装置３１０と実質的に同一である。
図１３は本発明の第四実施形態に係るセンサチップに搭載されているホール素子の配置を示す模式図である。図１４は比較例を示す模式図である。
【００３２】
第二実施形態において説明したパルス生成処理では、第二磁気検出素子群としてのホール素子数を増やし隣り合うホール素子がなす角度を小さくすることにより、角度候補の数を増やすことができる。具体的には例えば、図１４に示す比較例としての１８個のホール素子４３０から４４７は、隣り合うホール素子と検出対象の回転方向に１０°回転して円９０上に配置されている。このように１８個のホール素子４３０から４４７を配置することにより、０°から３６０°の範囲で１０°毎の３６個の角度候補を設定できる。ところが、角度候補の数を増やすほど隣り合うホール素子がなす角度が小さくなるため、ホール素子に係る配線パターン形成が容易でない。
【００３３】
そこで本発明の第四実施形態に係るセンサチップでは、上述した比較例のホール素子４３９から４４７をヨーク２０の中心軸２０ａに対して点対称に移動して配置している。ここでホール素子をヨーク２０の中心軸２０ａに対して点対称に移動すると、移動後のホール素子の出力信号は移動前のホール素子の出力信号の反転位相になる。しかし、位相が反転関係にある２つの正弦波形（または余弦波形）は同一角度で振幅が０になる。したがって、第二実施形態において説明したパルス生成処理のようにホール素子の出力信号レベルの符号変化に応じてパルス信号を生成すれば、移動後のホール素子の出力信号により移動前のホール素子の出力信号と同一の角度候補を設定できる。つまり第四実施形態に係るセンサチップは、比較例としてのセンサチップと同様に、０°から３６０°の範囲で１０°毎の３６個の角度候補を設定可能である。このようにすれば、隣り合うホール素子（ホール素子４３０と４４７を除く）を２０°回転した位置に配置できる。
尚、第一磁気検出素子群としてのホール素子は、互いに９０°回転した位置に配置されているホール素子（例えばホール素子４３０と４４３）を含むことが望ましい。
【００３４】
以上説明した第四実施形態による回転角度検出装置によると、ホール素子をヨーク２０の中心軸２０ａに対して点対称に移動させて、多数のホール素子を円９０上に分散配置する。したがって、多数のホール素子を隣り合うホール素子との距離を大きくとって配置できるため、ホール素子に係る配線パターンを容易に形成できる。また、全体的なチップサイズを小さくすることができる。
【００３５】
（第五実施形態）
図１５は本発明の第五実施形態に係るセンサチップに搭載されているホール素子の配置を示す模式図である。
ホール素子４３０から４４７は、ヨーク２０の中心軸２０ａを同心とする円９０と円９１上に配置されている。ホール素子４３０から４３８は、隣り合うホール素子と検出対象の回転方向に２０°回転して円９０上に配置されている。同様にホール素子４３９から４４７は、隣り合うホール素子と検出対象の回転方向に２０°回転して円９１上に配置されている。ホール素子４３９から４４７は、ホール素子４３０から４３８に対してヨーク２０の中心軸２０ａを中心に検出対象の回転方向に１０°回転している。
以上説明した第五実施形態による回転角度検出装置によると、多数のホール素子を２つの円上に分散配置することにより、多数のホール素子を隣り合うホール素子との距離を大きくとって配置できるため、ホール素子に係る配線パターンを容易に形成できる。
【００３６】
（第六実施形態）
図１６は本発明の第六実施形態に係るセンサチップに搭載されているホール素子の配置を示す模式図である。
ホール素子４３０から４３８とホール素子４３９から４４７とは、それぞれセンサチップの互いに異なる層に形成されている。ホール素子４３０から４３８は、隣り合うホール素子と検出対象の回転方向に２０°回転してセンサチップの一層に形成されている。同様にホール素子４３９から４４７は、隣り合うホール素子と検出対象の回転方向に２０°回転してセンサチップの他層に形成されている。ホール素子４３８から４４７は、ホール素子４３０から４３８に対してヨーク２０の中心軸２０ａを中心に検出対象の回転方向に１０°回転している。
以上説明した第六実施形態による回転角度検出装置によると、多数のホール素子を２つの層に分散して形成することにより、多数のホール素子を隣り合うホール素子との距離を大きくとって配置できるため、ホール素子に係る配線パターンを容易に形成できる。また、第五実施形態よりさらに全体的なチップサイズを小さくすることができる。
【００３７】
（他の実施形態）
以上説明した上記複数の実施形態では、磁気検出素子としてホール素子を例示したが、磁気検出素子は、磁気抵抗素子でも巨大磁気抵抗素子でもよい。
また、上記第一実施形態から第三実施形態では、第一磁気検出素子群としてのホール素子はホール素子３０、３１であると説明したが、第一磁気検出素子群としてのホール素子は２個以上でもよい。
また、上記第二実施形態、第三実施形態では、第二磁気検出素子群としてのホール素子はホール素子３０から３５であると説明した。第四実施形態から第六実施形態では、第二磁気検出素子群としてのホール素子はホール素子４３０から４４７であると説明した。しかし、第二磁気検出素子群としてのホール素子は、２個以上であればよく６個や１８個でなくてもよい。
また、上記複数の実施形態では、第二磁気検出素子群（例えば、ホール素子３０から３５）は、第一磁気検出素子群のホール素子（例えば、ホール素子３０、３１）を含むものとして説明したが、第一磁気検出素子群と第二磁気検出素子群とを互いに異なるホール素子で構成してもよい。
【００３８】
また、上記第一実施形態では、ホール素子３０、３１、アンプ５２、Ａ／Ｄ変換器５４、オフセット調整回路５６、角度信号生成回路６０及びパルス信号生成回路６２を１つのセンサチップ７０に搭載するとして説明した。しかし、ホール素子３０、３１、アンプ５２、Ａ／Ｄ変換器５４、オフセット調整回路５６、角度信号生成回路６０及びパルス信号生成回路６２は所定の組み合わせで互いに異なる複数チップに搭載されてもよいし、その全てが互いに異なる別部品でもよい。第二実施形態と第三実施形態についても同様に、センサチップ７０に搭載されるとして説明した複数の構成要素は、所定の組み合わせで互いに異なる複数チップに搭載されてもよいし、その全てが互いに異なる別部品でもよい。
また、上記第二実施形態に係るオフセット調整回路２５６は、ＡＣカップリング回路でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一実施形態による回転角度検出装置のブロック図である。
【図２】本発明の第一実施形態による回転角度検出装置を搭載した内燃機関用点火装置の模式図である。
【図３】（Ａ）は本発明の第一実施形態による回転角度検出装置の模式図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】回転角度とホール素子の出力との関係を示す図である。
【図５】回転角度と、出力信号から三角関数の逆演算で求めた演算角度との関係を示す特性図である。
【図６】回転角度と３６０°の周期にした出力角度との関係を示す特性図である。
【図７】出力信号の符号と回転角度との関係を示す図である。
【図８】回転角度とパルス信号との関係を示す図である。
【図９】（Ａ）は本発明の第二実施形態による回転角度検出装置の模式図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】本発明の第二実施形態による回転角度検出装置のブロック図である。
【図１１】（Ａ）は回転角度とホール素子の出力との関係を示す図である。（Ｂ）は回転角度とパルス信号との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第三実施形態による回転角度検出装置のブロック図である。
【図１３】本発明の第四実施形態による回転角度検出装置の模式図である。
【図１４】本発明の第四実施形態に係る比較例としての回転角度検出装置の模式図である。
【図１５】本発明の第五実施形態による回転角度検出装置の模式図である。
【図１６】本発明の第六実施形態による回転角度検出装置の模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０  回転角度検出装置、３０、３１  ホール素子（第一磁気検出素子群、第二磁気検出素子群）、３２〜３５、４３０〜４３８  ホール素子（第二磁気検出素子群）、５８  制御部（角度信号生成手段、パルス信号生成手段）、６０  角度信号生成回路（角度信号生成手段）、６２  パルス信号生成回路（パルス信号生成手段）、２５６  オフセット調整回路、２６２  パルス信号生成回路
３５６  オフセット調整回路（第一補正手段）、３５７  ＡＣカップリング回路（第二補正手段）、３６２  第一候補パルス信号生成回路（パルス信号生成手段）、３６２  第二候補パルス信号生成回路（パルス信号生成手段）、３６４  選択回路（パルス信号生成手段）
【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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【図９】
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【図１０】
2006226816.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006226816.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2006226816.tif 000016
【図１５】
2006226816.tif 000017
【図１６】
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