(57)【要約】【課題】小型且つ低コストで構成でき、分解能を容易に高めることができる回転角検出装置および回転角検出方法を提供する。【解決手段】回転角検出装置１Ａは、周方向に並んで設けられたＮ個（Ｎ≧２）の凸部１６（磁束形成領域）を有し、測定対象である回転体Ｒと共に回転する回転部１０と、Ｎ個の凸部１６に対向して固定配置され、且つ回転部１０の周方向に並んで設けられたＭ個（Ｍ≧２）の磁気センサとを備える。そして、回転部１０の周方向におけるＮ個の凸部１６それぞれの幅、及びＮ個の凸部１６同士の間隔のうち一方または双方は、少なくとも二種類存在する。【選択図】図１
2008224250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に並んで設けられたＮ個（Ｎ≧２）の磁束形成領域を有し、測定対象と共に回転する回転部と、
前記Ｎ個の磁束形成領域に対向して固定配置され、且つ前記回転部の周方向に並んで設けられたＭ個（Ｍ≧２）の磁気センサと
を備え、
前記回転部の周方向における前記Ｎ個の磁束形成領域それぞれの幅、及び前記Ｎ個の磁束形成領域同士の間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在することを特徴とする、回転角検出装置。
【請求項２】
前記Ｎ個の磁束形成領域が、前記回転部の周方向に延在する磁性体で形成されたＮ個の凸部であり、
当該回転角検出装置は、前記Ｍ個の磁気センサを間に挟んで前記Ｎ個の磁束形成領域に対向して配置された磁束発生源を更に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。
【請求項３】
前記Ｎ個の磁束形成領域が、前記回転部の周方向に磁極が交互に並ぶよう配置された磁束発生源であることを特徴とする、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
周方向に並んで設けられたＮ個（Ｎ≧２）の磁束形成領域を有し、測定対象と共に回転する第一回転部と、
周方向に並んで設けられたＪ個（Ｊ≧１）の磁束形成領域を有し、測定対象及び前記第一回転部と共に回転する第二回転部と、
前記第一回転部の前記Ｎ個の磁束形成領域に対向して固定配置され、且つ前記第一回転部の周方向に並んで設けられたＭ個（Ｍ≧２）の磁気センサを含む第一磁気センサ部と、
前記第二回転部の前記Ｊ個の磁束形成領域に対向して固定配置されたＫ個（Ｋ≧１）の磁気センサを含む第二磁気センサ部と
を備え、
前記第一回転部の周方向における前記Ｎ個の磁束形成領域それぞれの幅、及び前記Ｎ個の磁束形成領域同士の間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在することを特徴とする、回転角検出装置。
【請求項５】
前記第二磁気センサ部においてＫ≧２であり、前記Ｋ個の磁気センサが前記第二回転部の周方向に並んで設けられており、
前記第二回転部の周方向における前記Ｊ個の磁束形成領域それぞれの幅、及び前記Ｊ個の磁束形成領域同士の間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在することを特徴とする、請求項４に記載の回転角検出装置。
【請求項６】
周方向に並んで設けられたＮ個（Ｎ≧２）の磁束形成領域を有し、周方向における前記Ｎ個の磁束形成領域それぞれの幅、及び前記Ｎ個の磁束形成領域同士の間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在する回転部を測定対象と共に回転させ、前記Ｎ個の磁束形成領域によって形成された磁束を、前記Ｎ個の磁束形成領域に対向して固定配置され且つ前記回転部の周方向に並んで設けられたＭ個（Ｍ≧２）の磁気センサにより検出し、前記磁気センサの出力信号をディジタル信号に変換し、該ディジタル信号に基づいて回転角を求めることを特徴とする、回転角検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角検出装置および回転角検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転体の回転角や回転数などを検出するためにロータリエンコーダといった回転角検出装置が利用されている。ロータリエンコーダの一形態として、多数の磁極が回転体の周囲に設けられ、これらの磁極と対向して磁気センサが配置されたものが知られている（例えば特許文献１，２参照）。このような磁気エンコーダにおいては、回転体の回転に伴って変化する磁束を磁気センサを用いて検出することにより、回転体の回転を検出する。
【特許文献１】特開平８−１７８６９２号公報
【特許文献２】特開平５−９９６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回転体の絶対（アブソリュート）回転角を検出する従来の磁気エンコーダは、例えば特許文献１に記載された装置のように、等間隔で交互に配置された磁極からなる磁気トラックを回転体に複数設け、各磁気トラックより検出される正弦波状の磁気波形の位相差に基づいて回転角を検出する方式や、或いは特許文献２の図５に記載された構成のように、複数の磁気トラックを対応する複数のビットに割り当て、回転角に応じた２進数コードまたはグレイコードを生成する方式を利用している。これらの方式では、回転角の分解能を高めたい場合には磁気トラックの本数を増す必要があるが、一定の分解能に対して必要な磁気トラックの本数が多く、装置の大きさやコストが制約される場合には、分解能を高めることが難しいという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、小型且つ低コストで構成でき、分解能を容易に高めることができる回転角検出装置および回転角検出方法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】
【０００５】
上記した課題を解決するために、本発明による第１の回転角検出装置は、周方向に並んで設けられたＮ個（Ｎ≧２）の磁束形成領域を有し、測定対象と共に回転する回転部と、Ｎ個の磁束形成領域に対向して固定配置され、且つ回転部の周方向に並んで設けられたＭ個（Ｍ≧２）の磁気センサとを備え、回転部の周方向におけるＮ個の磁束形成領域それぞれの幅、及びＮ個の磁束形成領域同士の間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在することを特徴とする。
【０００６】
この第１の回転角検出装置においては、測定対象と共に回転する回転部の周方向に、複数の磁束形成領域が並んで設けられている。これらの磁束形成領域は、それぞれの幅、及び互いの間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在しており、このような磁束形成領域により形成される磁束をＭ個の磁気センサで読み取ることによって、回転部の回転角に対応する２ビット以上のディジタル信号を好適に取得できる。従って、この第１の回転角検出装置によれば、測定対象の回転角を示すディジタル信号をより少ない回転部によって生成できるので、従来の磁気エンコーダと比較して小型且つ低コストで構成でき、分解能を容易に高めることができる。
【０００７】
また、第１の回転角検出装置は、Ｎ個の磁束形成領域が、回転部の周方向に延在する磁性体で形成されたＮ個の凸部であり、当該回転角検出装置は、Ｍ個の磁気センサを間に挟んでＮ個の磁束形成領域に対向して配置された磁束発生源を更に備えることを特徴としてもよい。或いは、第１の回転角検出装置は、Ｎ個の磁束形成領域が、回転部の周方向に磁極が交互に並ぶよう配置された磁束発生源であることを特徴としてもよい。これらのうち何れかの構成によって、前述した磁束形成領域を好適に実現できる。
【０００８】
また、本発明による第２の回転角検出装置は、周方向に並んで設けられたＮ個（Ｎ≧２）の磁束形成領域を有し、測定対象と共に回転する第一回転部と、周方向に並んで設けられたＪ個（Ｊ≧１）の磁束形成領域を有し、測定対象及び第一回転部と共に回転する第二回転部と、第一回転部のＮ個の磁束形成領域に対向して固定配置され、且つ第一回転部の周方向に並んで設けられたＭ個（Ｍ≧２）の磁気センサを含む第一磁気センサ部と、第二回転部のＪ個の磁束形成領域に対向して固定配置されたＫ個（Ｋ≧１）の磁気センサを含む第二磁気センサ部とを備え、第一回転部の周方向におけるＮ個の磁束形成領域それぞれの幅、及びＮ個の磁束形成領域同士の間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在することを特徴とする。
【０００９】
この第２の回転角検出装置は、前述した第１の回転角検出装置と同様の構成を有する第一回転部及び第一磁気センサ部に加え、第二回転部及び第二磁気センサ部を備えている。第二回転部は周方向に並んで設けられた複数の磁束形成領域を有しており、このような磁束形成領域により形成される磁束をＫ個の磁気センサで読み取ることによって、回転部の回転角に対応する１ビット以上のディジタル信号を好適に取得できる。そして、得られたディジタル信号を第一磁気センサ部のディジタル信号と併用することで、分解能を更に高めることができる。
【００１０】
また、第２の回転角検出装置は、第二磁気センサ部においてＫ≧２であり、Ｋ個の磁気センサが第二回転部の周方向に並んで設けられており、第二回転部の周方向におけるＪ個の磁束形成領域それぞれの幅、及びＪ個の磁束形成領域同士の間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在することを特徴としてもよい。このような構成により、第二回転部及び第二磁気センサ部の構成も、前述した第１の回転角検出装置と同様となり、回転部の回転角に対応する２ビット以上のディジタル信号を好適に取得できる。そして、得られたディジタル信号を第一磁気センサ部のディジタル信号と併用することで、分解能を格段に高めることができる。
【００１１】
また、本発明による回転角検出方法は、周方向に並んで設けられたＮ個（Ｎ≧２）の磁束形成領域を有し、周方向におけるＮ個の磁束形成領域それぞれの幅、及びＮ個の磁束形成領域同士の間隔のうち一方または双方が少なくとも二種類存在する回転部を測定対象と共に回転させ、Ｎ個の磁束形成領域によって形成された磁束を、Ｎ個の磁束形成領域に対向して固定配置され且つ回転部の周方向に並んで設けられたＭ個（Ｍ≧２）の磁気センサにより検出し、磁気センサの出力信号をディジタル信号に変換し、該ディジタル信号に基づいて回転角を求めることを特徴とする。
【００１２】
この回転角検出方法によれば、前述した第１の回転角検出装置と同様にして、回転部の回転角に対応する２ビット以上のディジタル信号を好適に取得できる。従って、この回転角検出方法によれば、測定対象の回転角を示すディジタル信号をより少ない回転部によって生成できるので、従来の磁気エンコーダと比較して小型且つ低コストで構成でき、分解能を容易に高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による回転角検出装置および回転角検出方法によれば、小型且つ低コストで構成でき、分解能を容易に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明による回転角検出装置および回転角検出方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（実施の形態）
図１は、本発明による回転角検出装置の第１実施形態の構成を示す斜視図である。本実施形態の回転角検出装置１Ａは、測定対象である回転体Ｒの回転を検出するいわゆる磁気エンコーダである。図中には、回転体Ｒの回転軸方向Ｃを示している。回転角検出装置１Ａは、円板状の回転部１０および１２と、回転部１０および１２の所定面（本実施形態では外周面）に沿って配置された回転検出ユニット１４とを備えている。回転部１０は本実施形態における第一回転部であり、回転部１２は本実施形態における第二回転部である。回転部１０および１２は、例えば高速回転体Ｒに該回転体Ｒと同軸でもって固定され、回転体Ｒと共に回転する。回転部１０および１２は、回転体Ｒの回転軸方向に並置されており、本実施形態では等しい直径を有する回転部１０および１２が互いに接合された構成となっている。なお、回転部１０および１２は、本実施形態の構成に限らず、例えば一枚の円板によって構成されてもよい。また、回転部１０および１２の回転に応じて回転検出ユニット１４から出力される信号が他方の回転部の磁束の影響を受ける可能性がある場合、回転部１０と回転部１２の間にはスペーサを設けても良い。この場合、他方の回転部の磁束の影響を受けにくくなるので、回転部１０および１２の回転に応じて回転検出ユニット１４から出力される信号は、より精度の高いものとなる。
【００１６】
回転部１０及び１２は、周方向に延在する磁性体を有する。本実施形態では、回転部１０及び１２の全部、または少なくとも外周部分が磁性体からなる。また、回転部１０の磁性体部分には磁束形成領域としてＮ個（Ｎ≧２）の凸部１６が形成されており、回転部１２の磁性体部分には磁束形成領域としてＪ個（Ｊ≧１）の凸部１８が形成されている。Ｎ個の凸部１６は、回転部１０の所定面（外周面）上において回転部１０の周方向に並んで形成されており、凹部に対して半径方向に突出している。回転部１０の周方向における凸部１６の幅は少なくとも二種類存在し、凸部１６同士の間隔もまた少なくとも二種類存在する。具体的には、凸部１６の幅、及び凸部１６同士の間隔は、それぞれ或る単位幅ｘの整数倍（ｘ、２ｘ、３ｘ、…）の数値のうち少なくとも二つの数値を含む。また、Ｊ個の凸部１８も凸部１６と同様に、回転部１２の所定面（外周面）上において回転部１２の周方向に並んで形成されており、凹部に対して径方向に突出している。回転部１２の周方向における凸部１８の幅は少なくとも二種類存在し、凸部１８同士の間隔もまた少なくとも二種類存在する。凸部１８の幅、及び凸部１８同士の間隔は、それぞれ或る単位幅ｙの整数倍（ｙ、２ｙ、３ｙ、…）の数値のうち少なくとも二つの数値を含む。なお、凸部１８における単位幅ｙは、凸部１６における単位幅ｘと同じでもよく、互いに異なっていてもよい。
【００１７】
回転検出ユニット１４は、回転部１０及び１２から径方向に若干離間した位置に固定されている。回転検出ユニット１４は、回転体Ｒと共に回転しない固定構造物、例えばシャーシ等に固定される。回転検出ユニット１４には、固定構造物にネジ止めされるためのネジ穴１４ａが形成されている。
【００１８】
ここで、図２は、回転体Ｒの回転軸方向Ｃから見た回転検出ユニット１４の部分切欠き側面図である。また、図３は、回転部１０及び１２の側から見た回転検出ユニット１４の底面図である。図２及び図３に示すように、回転検出ユニット１４は、磁気センサ部２４及び２６と、磁気センサ部２４及び２６から電気信号を取り出すためのハーネス１４ｂとを有している。
【００１９】
磁気センサ部２４は本実施形態における第一磁気センサ部であり、磁気センサ部２６は本実施形態における第二磁気センサ部である。図３に示すように、磁気センサ部２４はＭ個（Ｍ≧２、本実施形態ではＭ＝４）の磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄを有している。磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄは、回転部１０外周の凸部１６に対向して配置され、且つ回転部１０の周方向に並んで設けられており、各磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄが磁束の有無を検知することで４つのビット成分からなるディジタル信号を生成する。また、磁気センサ部２６はＫ個（Ｋ≧１、本実施形態ではＫ＝４）の磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄを有している。磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄは、回転部１２外周の凸部１８に対向して配置され、且つ回転部１２の周方向に並んで設けられており、各磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄが磁束の有無を検知することで４つのビット成分からなるディジタル信号を生成する。
【００２０】
また、回転検出ユニット１４の内部には永久磁石といった磁束発生源３２が設けられている。磁束発生源３２は、磁気センサ部２４及び２６を間に挟んで凸部１６，１８と対向するように配置されている。
【００２１】
ここで、図４は、回転部１０（または１２）の凸部１６（１８）と磁気センサ２８Ａ（３０Ａ）の近傍部位を示す斜視図である。なお、磁気センサ２８Ｂ〜２８Ｄ（３０Ｂ〜３０Ｄ）は、図４に示す磁気センサ２８Ａ（３０Ａ）と同様の構成を有する。図４に示す磁気センサ２８Ａ（３０Ａ）は、二つの磁気抵抗効果素子ＭＲ１及びＭＲ２を有する。磁気抵抗効果素子ＭＲ１，ＭＲ２は、それぞれ、外部磁界によって磁化の向きが変化するフリー層Ｆ、磁化の向きが固定された固定層ＰＮ、フリー層Ｆと固定層ＰＮとの間に介在する非磁性層ＡＦからなる。非磁性層ＡＦは、Ｃｕ等の導電層からなる。なお、各磁気抵抗効果素子ＭＲ１，ＭＲ２の固定層ＰＮの磁化の向きは互いに逆向きであり、ブリッジを構成した場合に、単一の素子の出力の２倍が出力されるように設定されている。図２に示した磁束発生源３２と凸部１６（１８）との間には磁束（磁力線）が延びており、この磁束によってフリー層Ｆの磁化の向きが変更される。このとき、各磁気抵抗効果素子ＭＲ１，ＭＲ２におけるフリー層Ｆの磁化の向きは、互いに同じとなる。
【００２２】
例えば図４に示すように、磁気抵抗効果素子ＭＲ１の固定層ＰＮの磁化とフリー層Ｆの磁化とが互いに逆向きとなり、磁気抵抗効果素子ＭＲ２の固定層ＰＮの磁化とフリー層Ｆの磁化とが互いに同じ向きとなる場合、磁気抵抗効果素子ＭＲ２の抵抗値が低く、且つ、磁気抵抗効果素子ＭＲ１の抵抗値が高くなる。従って、出力端子ＯＵＴ１の電位は低下する。一方、双方のフリー層Ｆの磁化の向きが図４に示す方向とは逆の方向を向いた場合には、磁気抵抗効果素子ＭＲ２の抵抗値が高く、且つ、磁気抵抗効果素子ＭＲ１の抵抗値が低くなる。したがって、出力端子ＯＵＴ１の電位は上昇する。すなわち、回転部１０（１２）の回転に伴って、出力端子ＯＵＴ１からは、凸部１６（１８）が磁気センサ２８Ａ（３０Ａ）に接近したときに電位が上がる（または下がる）ような電気信号が出力されることとなる。
【００２３】
磁気センサ２８Ａ（３０Ａ）を構成する磁気抵抗効果素子ＭＲ１，ＭＲ２は、スピンバルブＧＭＲ（Giant MagnetoResistive）素子からなる。通常の検出素子においては、回転速度に応じて信号振幅が変動することが多いが、スピンバルブＧＭＲ素子は、回転速度に対する振幅変動が著しく小さい。したがって、高精度の検出が可能となる。
【００２４】
次に、上記構成を備える回転角検出装置１Ａを利用した回転角検出方法について説明する。図５（ａ）は、回転部１０の凸部１６を構成する凹凸形状の例を示す図であり、図５（ｂ）は、回転部１２の凸部１８を構成する凹凸形状の例を示す図である。なお、図５（ａ）において、丸印は回転部１０に対する磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄの相対位置を示しており、三角印は回転部１２に対する磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄの相対位置を示している。
【００２５】
いま、回転部１０の凸部１６と各磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄとの位置関係、および回転部１２の凸部１８と各磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄとの位置関係が図５（ａ）、（ｂ）に示す状態であるとする。このとき、４つの磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄは、いずれかの凸部１６と対向しており、各磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄからは凸部１６に対応する磁束を検出したことを知らせる信号が出力される。同様に、４つの磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄは、いずれかの凸部１８と対向しており、各磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄからは凸部１８に対応する磁束を検出したことを知らせる信号が出力される。
【００２６】
ここで、各磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄ及び３０Ａ〜３０Ｄから出力される信号を、ディジタル信号の各ビットに置き換えて考える。具体的には、磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄによって検出される信号をそれぞれ２の０乗、２の１乗、２の２乗、及び２の３乗に相当させ（すなわち、各磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄの出力信号にそれぞれ１，２，４，及び８の重み付けを行い）、１０進数で０から１５までの１６通りの数字に置き換える。すなわち、図５（ａ）に示す状態では、４つの磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄから出力されるディジタル信号は２進数表記で１１１１となり、１０進数表記では１×２０＋１×２１＋１×２２＋１×２３＝１５となる（図５（ｃ）の最上段参照）。磁気センサ３０Ａ〜３０によって検出される信号も同様に、２の０乗、２の１乗、２の２乗、及び２の３乗に相当させ、０から１５までの１６通りの数字に置き換える。図５（ｂ）に示す状態では、４つの磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄから出力されるディジタル信号は２進数表記で１１１１となり、１０進数表記では１５となる（図５（ｄ）の最上段参照）。
【００２７】
図５（ａ），（ｂ）において、回転体Ｒの回転に伴い回転部１０及び１２が僅かに回転し、回転部１０に対する磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄの相対位置を示す丸印が破線で示す位置へ移動し、回転部１２に対する磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄの相対位置を示す三角印が破線で示す位置へ移動した場合を考える。このとき、磁気センサ２８Ｂでのみ凹部に対応する磁束が検出されるので、磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄから出力されるディジタル信号は２進数表記で１０１１となり、１０進数表記では１×２０＋０×２１＋１×２２＋１×２３＝１３となる（図５（ｃ）の上から２段目参照）。なお、磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄから出力されるディジタル信号は変わらず、２進数表記で１１１１、１０進数表記で１５となる（図５（ｄ）の上から２段目参照）。
【００２８】
このように、磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄから出力されるディジタル信号、及び磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄから出力されるディジタル信号は、回転体Ｒの回転に応じて変化する。いま、磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄから得られるディジタル信号の数値をａ、磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄから得られるディジタル信号の数値をｂとする。これらの数値の組（ａ，ｂ）は、（０，０）から（１５，１５）までの２５６通りの組み合わせで構成される。本実施形態では、回転部１０，１２が一回転する間に組（ａ，ｂ）が重複せずに変化するように、凸部１６及び１８が形成されている。換言すれば、磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄ、磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄのうち凸部１６，１８に対応する磁束を検出する磁気センサの組み合わせが、回転部１０，１２が一回転する間に重複せず変化するように構成されている。従って、組（ａ，ｂ）はそのときの回転角と一対一で対応することとなる。そこで、一つの組（ａ，ｂ）に対して一つの番地Ｎｉ（Ｎｉ＝１〜２５６）を割り当てる。この番地Ｎｉは、回転部１０，１２の回転基準位置から順に増加するように回転角に応じて割り振られる数値である。一周３６０°に２５６の番地を均等に設定するので、１番地あたり３６０／２５６＝１．４°の回転角を表すことになる。そして、回転角の基準位置を１番地と定義し、磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄにより検出された組（ａ，ｂ）に対応する番地がＮｉであったとすると、基準位置からの回転角は（Ｎｉ−１）×１．４°として算出される。
【００２９】
本実施形態の回転角検出装置１Ａおよび回転角検出方法による効果は次の通りである。回転角検出装置１Ａにおいては、回転体Ｒと共に回転する回転部１０の周方向に、磁束形成領域としてＮ個の凸部１６が並んで設けられている。これらの凸部１６は、その幅及び互いの間隔がそれぞれ少なくとも二種類存在しており、このような凸部１６により形成される磁束を複数の磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄで読み取ることによって、回転部１０の回転角に対応する２ビット以上のディジタル信号を好適に取得できる。従って、この回転角検出装置１Ａおよび回転角検出方法によれば、測定対象の回転角を示すディジタル信号をより少ない回転部によって生成できるので、従来の磁気エンコーダと比較して小型且つ低コストで構成でき、分解能を容易に高めることができる。
【００３０】
また、本実施形態のように、回転角検出装置１Ａは、回転部１０および磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄに加え、回転部１２及び磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄを備えることが好ましい。回転部１２は周方向に並んで設けられた複数の磁束形成領域（Ｊ個の凸部１８）を有しており、このような凸部１８により形成される磁束を磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄで読み取ることによって、回転部１２の回転角に対応するディジタル信号を好適に取得できる。そして、得られたディジタル信号を磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄによるディジタル信号と併用することで、分解能を更に高めることができる。
【００３１】
なお、複数の磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄに代えて一つの磁気センサを設けた場合であっても、得られる１ビットのディジタル信号を磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄによるディジタル信号と併用することで、分解能を高めることができる。しかしながら、好ましくは本実施形態のように複数の磁気センサ３０Ａ〜３０Ｄを用いるとよい。これにより、回転部１２の回転角に対応する２ビット以上のディジタル信号を好適に取得でき、分解能を格段に高めることができる。
【００３２】
（第１の変形例）
続いて、上述した回転角検出装置１Ａおよび回転角検出方法の第１変形例について説明する。本変形例では、図６を参照して、回転角検出装置が３つの回転部４０，４２，及び４４を備える場合について説明する。回転部４０，４２，及び４４には、磁束形成領域として複数の凸部４６、４８、及び５０が形成されている。また、磁気センサ６０Ａ〜６０Ｃが回転部４０の凸部４６に対向して配置されており、磁気センサ６２Ａ〜６２Ｃが回転部４２の凸部４８に対向して配置されており、磁気センサ６４Ａ〜６４Ｃが回転部４４の凸部５０に対向して配置されている。
【００３３】
図６（ａ）は、回転部４０の凸部４６を構成する凹凸形状の例を示す図であり、図６（ｂ）は、回転部４２の凸部４８を構成する凹凸形状の例を示す図であり、図６（ｃ）は、回転部４４の凸部５０を構成する凹凸形状の例を示す図である。なお、本変形例において、回転部４０，４２及び４４は、図１に示した回転体Ｒの回転軸方向に並置されており、回転体Ｒと共に回転する。また、図６において、丸印は回転部４０に対する磁気センサ６０Ａ〜６０Ｃの相対位置を示しており、三角印は回転部４２に対する磁気センサ６２Ａ〜６２Ｃの相対位置を示しており、四角印は回転部４４に対する磁気センサ６４Ａ〜６４Ｃの相対位置を示している。
【００３４】
ここで、各磁気センサ６０Ａ〜６０Ｃ、６２Ａ〜６２Ｃ、及び６４Ａ〜６４Ｃから出力される信号を、ディジタル信号のビットに置き換えて考える。具体的には、磁気センサ６０Ａ、６２Ａ、及び６４Ａによって検出される信号をそれぞれ２の０乗、２の１乗、及び２の２乗に相当させ（すなわち、各磁気センサ６０Ａ、６２Ａ、及び６４Ａの出力信号にそれぞれ１，２，及び４の重み付けを行い）、１０進数で０から７までの８通りの数字に置き換える。すなわち、図６に示す状態では、３つの磁気センサ６０Ａ、６２Ａ、及び６４Ａから出力されるディジタル信号は２進数表記で１１１となり、１０進数表記では１×２０＋１×２１＋１×２２＝７となる（図６（ｄ）の最上段参照）。磁気センサ６０Ｂ、６２Ｂ、及び６４Ｂによって検出される信号、並びに磁気センサ６０Ｃ、６２Ｃ、及び６４Ｃによって検出される信号も同様に、２の０乗、２の１乗、及び２の２乗に相当させ、０から７までの８通りの数字に置き換える。図６に示す状態では、磁気センサ６０Ｂ、６２Ｂ、及び６４Ｂから出力されるディジタル信号は２進数表記で１１１となり、１０進数表記では７となる。同じく、磁気センサ６０Ｃ、６２Ｃ、及び６４Ｃから出力されるディジタル信号も２進数表記で１１１となり、１０進数表記では７となる（共に図６（ｄ）の最上段参照）。
【００３５】
図６において、回転体Ｒの回転に伴い回転部４０、４２、及び４４が僅かに回転し、回転部４０に対する磁気センサ６０Ａ〜６０Ｃの相対位置を示す丸印、回転部４２に対する磁気センサ６２Ａ〜６２Ｃの相対位置を示す三角印、回転部４４に対する磁気センサ６４Ａ〜６４Ｃの相対位置を示す四角印がそれぞれ破線で示す位置へ移動した場合を考える。このとき、磁気センサ６０Ａ、６２Ａ、及び６４Ａから出力されるディジタル信号は２進数表記で１１１となり、１０進数表記では７となる（図６（ｄ）の上から２段目参照）。また、磁気センサ６０Ｂ、６２Ｂ、及び６４Ｂから出力されるディジタル信号は２進数表記で０１１となり、１０進数表記では３となる。磁気センサ６０Ｃ、６２Ｃ、及び６４Ｃから出力されるディジタル信号は２進数表記で１０１となり、１０進数表記では５となる（共に図６（ｄ）の上から２段目参照）。
【００３６】
このように、磁気センサ６０Ａ、６２Ａ、及び６４Ａから出力されるディジタル信号、磁気センサ６０Ｂ、６２Ｂ、及び６４Ｂから出力されるディジタル信号、並びに磁気センサ６０Ｃ、６２Ｃ、及び６４Ｃから出力されるディジタル信号は、回転体Ｒの回転に応じて変化する。いま、磁気センサ６０Ａ、６２Ａ、及び６４Ａから得られるディジタル信号の数値をＡ群、磁気センサ６０Ｂ、６２Ｂ、及び６４Ｂから得られるディジタル信号の数値をＢ群、磁気センサ６０Ｃ、６２Ｃ、及び６４Ｃから得られるディジタル信号の数値をＣ群とする。そして、例えばＡ群の数値が７であった場合に可能性のある複数の番地をＡ（７）＝（４，８，…）のように予め番地データとして登録しておき、Ａ群の番地データ、Ｂ群の番地データ、及びＣ群の番地データの何れにも含まれる番地を、回転角を示す番地として選択する。
【００３７】
より具体的に説明すると、まず、以下のような番地データを予めコンピュータのメモリ等に登録しておく。
［Ａ群］
Ａ（０）＝（４，８，１２，１７…）
Ａ（１）＝（６，１１，１３，１９…）
：
Ａ（７）＝（１，２，５，２５…）
［Ｂ群］
Ｂ（０）＝（３，８，２５，３６…）
Ｂ（１）＝（２，６，１２，１９…）
：
Ｂ（７）＝（１，５，１０，１４…）
［Ｃ群］
Ｃ（０）＝（６，１１，１９，２４…）
Ｃ（１）＝（２，５，１０，１７…）
：
Ｃ（７）＝（３，８，１５，２２…）
【００３８】
そして、磁気センサ６０Ａ、６２Ａ、及び６４Ａから得られるディジタル信号の数値が７であればＡ群の番地データからＡ（７）を選択し、磁気センサ６０Ｂ、６２Ｂ、及び６４Ｂから得られるディジタル信号の数値が７であればＢ群の番地データからＢ（７）を選択し、磁気センサ６０Ｃ、６２Ｃ、及び６４Ｃから得られるディジタル信号の数値が１であればＣ群の番地データからＣ（１）を選択する。そして、Ａ（７）、Ｂ（７）、及びＣ（１）の全てに含まれる番地Ｎを、Ｎ＝Ａ（７）∩Ｂ（７）∩Ｃ（１）＝５、と算出する。従って、基準位置からの回転角はＮ×１．２５°（１番地あたりの回転角）＝６．２５°として求まる。
【００３９】
以上の処理をフローチャートに示すと図７のようになる。まず、繰り返し回数ｒをｒ＝１とおく（ステップＳ１）。そして、磁気センサ６０Ａ〜６０Ｃ、６２Ａ〜６２Ｃ、及び６４Ａ〜６４Ｃからの出力信号を読み込む（ステップＳ２）。続いて、磁気センサ６０Ａ、６２Ａ、及び６４Ａから得られるＡ群の数値を決定し（ステップＳ３）、磁気センサ６０Ｂ、６２Ｂ、及び６４Ｂから得られるＢ群の数値を決定し（ステップＳ４）、磁気センサ６０Ｃ、６２Ｃ、及び６４Ｃから得られるＣ群の数値を決定する（ステップＳ５）。
【００４０】
続いて、予め登録された番地データから、Ａ群の番地候補Ａ（ｉ）、Ｂ群の番地候補Ａ（ｊ）、及びＣ群の番地候補Ｃ（ｋ）をそれぞれ選出する（ステップＳ６〜Ｓ８）。そして、Ａ（ｉ）、Ｂ（ｊ）、及びＣ（ｋ）の全てに含まれる番地Ｎ（ｒ）を算出し（ステップＳ９）、この番地Ｎ（ｒ）に１番地あたりの回転角を乗じて基準位置からの回転角θを求める（ステップＳ１０）。続いて、ｒ≧２の場合（ステップＳ１１）、今回の番地Ｎ（ｒ）と前回の番地Ｎ（ｒ−１）との大小を比較する（ステップＳ１２）。今回の番地Ｎ（ｒ）が前回の番地Ｎ（ｒ−１）より大きい場合には、回転体Ｒの回転方向を正転方向（ＣＷ：ClockWise rotation）と判定し（ステップＳ１３）、今回の番地Ｎ（ｒ）が前回の番地Ｎ（ｒ−１）より小さい場合には、回転体Ｒの回転方向を反転方向（ＣＣＷ：CounterClockWiserotation）と判定する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ１０において求めた回転角θを出力し（ステップＳ１５）、繰り返し回数ｒに１を加算して（ステップＳ１６）再びステップＳ２以降を繰り返す。
【００４１】
回転角検出装置および回転角検出方法は、本変形例のような構成及び方法によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、従来の磁気エンコーダと比較して小型且つ低コストで構成でき、分解能を容易に高めることができる。
【００４２】
（第２の変形例）
続いて、上述した回転角検出装置１Ａおよび回転角検出方法の第２変形例について説明する。本変形例と上記実施形態との相違点は、回転部が有する凸部の形状である。図８（ａ）は、回転部７０の凸部（磁束形成領域）７４を構成する凹凸形状の例を示す図であり、図８（ｂ）は、回転部７２の凸部（磁束形成領域）７６を構成する凹凸形状の例を示す図である。なお、図８において、丸印は回転部７０に対する４つの磁気センサ８０Ａ〜８０Ｄの相対位置を示しており、三角印は回転部７２に対する４つの磁気センサ８２Ａ〜８２Ｄの相対位置を示している。また、回転体Ｒの回転に伴い回転部７０及び７２が僅かに回転すると、これらの丸印及び三角印は、それぞれ破線で示す位置へ移動する。
【００４３】
図８に示すように、本変形例の複数の凸部７４は、周方向（回転方向）の幅が互いに等しくなっている。そして、周方向（回転方向）における凸部７４同士の間隔は、少なくとも二種類存在している（例えば、図８（ａ）の間隔Ｄ１と間隔Ｄ２など）。また、複数の凸部７６も同様に、周方向（回転方向）の幅が互いに等しくなっており、周方向（回転方向）における凸部７６同士の間隔が、少なくとも二種類存在している。回転角検出装置および回転角検出方法は、本変形例のような構成及び方法によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
（第３の変形例）
続いて、上述した回転角検出装置１Ａの第３変形例について説明する。図９は、本変形例に係る回転角検出装置１Ｂの構成を示す側面図である。同図に示すように、本変形例の回転部９０は、複数の磁束形成領域として、周方向に磁極が交互に並ぶよう配置された着磁リング（磁束発生源）９２を有する。そして、回転部９０の周方向における着磁リング９２の各磁極の幅は少なくとも二種類存在しており、上記実施形態と同様の構成を有する磁気センサ部２４が着磁リング９２に対向して固定配置され、磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄが回転部９０の周方向に並んで設けられている。
【００４５】
回転角検出装置においては、本変形例のように着磁リング９２によって磁束形成領域を構成しても良い。このような構成によっても、上記した実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、着磁リング９２により形成される磁束を複数の磁気センサ２８Ａ〜２８Ｄで読み取ることによって、回転部９０の回転角に対応する２ビット以上のディジタル信号を好適に取得できる。従って、この回転角検出装置１Ｂによれば、測定対象の回転角を示すディジタル信号をより少ない回転部によって生成できるので、従来の磁気エンコーダと比較して小型且つ低コストで構成でき、分解能を容易に高めることができる。
【００４６】
本発明による回転角検出装置および回転角検出方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、回転部に形成される凸部は、同心円状を基準に僅かにテーパをもって同心円から外れている形状、または凸部の厚さが一定ではなく僅かにテーパをもって変化している形状であってもよい。そのような構成により、回転体の回転が停止した状態であっても磁気センサが磁界分布の変化を捉え、信号を出力することができる。あるいは、磁気センサと磁束発生源を非平行に配置することでも同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、上記実施形態では磁気センサ同士の間隔をほぼ等間隔に設定しているが、磁気センサ同士の間隔は互いに異なっていてもよい。また、上記実施形態では磁気センサ同士に一定の間隔を設けているが、磁気センサは、１番地あたりの回転角に相当するピッチで配置されてもよく、この場合、磁気センサをより小型且つ低コストで構成できる。更に、同一ピッチを有する磁束形成領域を有し、測定対象と共に回転する回転部と、磁気センサとを設けることで、該磁気センサからの出力信号を利用して、例えば、信号を取り出す同期用信号として利用して、ディジタル信号の精度を更に高めることが可能となる。
【００４８】
また、上記実施形態では磁気センサとしてスピンバルブＧＭＲ素子を例示したが、磁気センサはこれに限らず、通常のＧＭＲ素子、ＭＲ素子、ホール素子、電磁ピック、ＡＭＲ（Anisotropic MagnetoResistive）素子、多層ＧＭＲ素子などの様々な磁気検出素子を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による回転角検出装置の第１実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】回転体の回転軸方向から見た回転検出ユニットの部分切欠き側面図である。
【図３】回転部の側から見た回転検出ユニットの下面図である。
【図４】回転部の凸部と磁気センサの近傍部位を示す斜視図である。
【図５】（ａ）第一回転部の凸部を構成する凹凸形状の例を示す図である。（ｂ）第二回転部の凸部を構成する凹凸形状の例を示す図である。（ｃ）第一磁気センサ部から出力されるディジタル信号値を説明する図である。（ｂ）第二磁気センサ部から出力されるディジタル信号値を説明する図である。
【図６】第１変形例における、（ａ）〜（ｃ）回転部の凸部を構成する凹凸形状の例を示す図である。（ｄ）磁気センサから出力されるディジタル信号値を説明する図である。
【図７】第１変形例における処理（回転角検出方法）を示すフローチャートである。
【図８】第２変形例における、（ａ）（ｂ）回転部の凸部を構成する凹凸形状の例を示す図である。
【図９】第３変形例に係る回転角検出装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ，１Ｂ…回転角検出装置、１０，１２…回転部、１４…回転検出ユニット、１６，１８…凸部、２４，２６…磁気センサ部、２８Ａ〜２８Ｄ，３０Ａ〜３０Ｄ…磁気センサ、３２…磁束発生源。
【図１】
2008224250.tif 000003
【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】
2008224250.tif 000009
【図８】
2008224250.tif 000010
【図９】
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