(57)【要約】【課題】不揮発性メモリの使用量を抑制し、効率的に回転角度センサの較正を行う方法を提供する。【解決手段】磁気センサからの出力ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）を回転角度センサから回転角度センサ較正回路に読み出す。回転角度センサ較正回路においては、磁気センサ出力信号（Ｖｘ，  Ｖｙ）をフーリエ級数に展開したときのフーリエ係数が計算され、フーリエ係数は回転角度センサの不揮発性メモリに書き込まれて回転角度センサによって記憶される。回転角度センサにおいて回転角度が計算される際には、不揮発性メモリに記憶されたフーリエ係数を基に既知の回転角度に対応する回転行列係数が計算され、ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）に対する回転行列計算が行われる。また回転行列係数を線形補間することによって、回転角度検出の角度分解能を向上させることも可能である。【選択図】        図２０
2004325140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置され、磁界の強さに応じた信号を出力する２つの磁気センサと、
前記磁気センサが配置された位置に、前記回転体の回転に応じた強さの磁界を発生させる磁石と、
前記２つの磁気センサからの出力信号を処理して前記回転体の回転角度を求める信号処理回路であって、
前記回転体を予め定められた回転角度ずつ回転させて測定した前記出力信号の出力値により表現されるベクトルを前記回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたフーリエ係数を使用して前記回転角度を計算する計算手段とを有する信号処理回路とを備えることを特徴とする回転角度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角度センサにおいて、前記記憶手段は、前記フーリエ係数を量子化した値を記憶することを特徴とする回転角度センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の回転角度センサにおいて、前記計算手段は、
前記記憶手段に記憶された前記フーリエ係数を使用して２次元の回転行列係数を計算する回転行列係数計算手段と、
前記回転行列係数を持つ回転行列により前記出力信号の出力値により表現されるベクトルを回転させるベクトル回転計算手段とを有することを特徴とする回転角度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の回転角度センサにおいて、前記回転行列係数計算手段は、前記回転行列係数のうち、前記回転角度に関して隣あう回転行列係数の間で線形補間を行うことを特徴とする回転角度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の回転角度センサにおいて、前記線形補間は、前記回転角度の正弦関数について行われることを特徴とする回転角度センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転角度センサにおいて、前記ベクトル回転計算手段は、スイッチト・キャパシタ回路から構成されることを特徴とする回転角度センサ。
【請求項７】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転角度センサにおいて、前記回転行列係数計算手段及び前記ベクトル回転計算手段は、スイッチト・キャパシタ回路から構成されることを特徴とする回転角度センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の回転角度センサにおいて、前記回転行列係数計算手段による回転行列係数の計算及び前記ベクトル回転計算手段によるベクトルの回転は、同時に実行されることを特徴とする回転角度センサ。
【請求項９】
回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置され、磁界の強さに応じた信号を出力する２つの磁気センサと、前記磁気センサが配置された位置に、前記回転体の回転に応じた強さの磁界を発生させる磁石と、前記２つの磁気センサからの出力信号を処理して前記回転体の回転角度を求める信号処理回路とを有する回転角度センサの較正装置であって、
前記回転体を複数の予め定められた回転角度ずつ回転させたときに前記出力信号を入力する入力手段と、
前記入力手段から入力された出力信号の出力値により表現されるベクトルを前記回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を計算するフーリエ係数計算手段と、
前記フーリエ係数計算手段により計算されたフーリエ係数を、前記回転角度を計算する際の補正値として前記回転角度センサに出力する出力手段とを備えることを特徴とする回転角度センサの較正装置。
【請求項１０】
回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置され、磁界の強さに応じた信号を出力する２つの磁気センサと、前記磁気センサが配置された位置に、前記回転体の回転に応じた強さの磁界を発生させる磁石と、前記２つの磁気センサからの出力信号を処理して前記回転体の回転角度を求める信号処理回路とを有する回転角度センサの較正方法であって、
前記回転体を複数の予め定められた回転角度ずつ回転させて前記出力信号の出力値を測定する工程と、
前記測定された出力値により表現されるベクトルを前記回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を、前記回転角度を計算する際の補正値として前記回転角度センサの記憶装置に記憶させる工程とを備えることを特徴とする回転角度センサの較正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転角度センサ、その較正装置及び較正方法に関し、より詳細には、回転体の回転角度を検出する回転角度センサ及びその較正方法と、較正を実現する信号処理方式及び信号処理回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置された２つの磁気センサと磁石とが作る磁場を用いて、非接触方式で回転角度を検出する方法が以前より知られており、例として特許文献１にその記述がある。２つの磁気センサを用いて回転角度を検出する場合、通常は磁気センサが持つ温度特性を補正する目的で、２つの磁気センサの出力信号の比を利用して回転角度の検出が行われる。
【０００３】
上記の２つの磁気センサからの出力信号の比は回転角度θに対してｔａｎ（θ）またはｃｏｔ（θ）に比例するため、回転角度を検出する過程では、メモリに記憶されたｔａｎ（θ）またはｃｏｔ（θ）の値を参照する必要がある。しかし、上記のような温度補正に使用するメモリの量が多くなると、回転角度センサのコストの上昇につながる。このため、上記のメモリ量を削減する方法が検討されてきた。例えば特許文献２には、三角関数であるｔａｎ及びｃｏｔの周期性を利用して、回転角度範囲３６０度を複数の領域に分割し、各領域の内部を領域間で共通な参照データ（メモリ）を用いて内挿、補間するといった方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−９５４０２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平０８−１４５７１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に磁石と２つの磁気センサとを用いて回転角度センサを実現する場合には、予め選別された磁気センサ、磁石等を用いて高精度な組み立て加工を行わない限り、２つの磁気センサからの出力信号を位相が互いに９０度ずれた正弦波とみなして扱うことはできないという問題があった。これは、磁気センサのオフセット、２つの磁気センサ間の感度の相違といった原因に加えて、センサ組み立て時の取り付け誤差に起因する回転体の偏心、磁石の着磁ずれといった様々な誤差要因が存在するためである。
【０００７】
本発明は、回転角度センサの高精度な角度検出を実現させるうえで障害となる上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転角度センサを高性能かつ安価に較正できる回転角度センサ及びその較正方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置され、磁界の強さに応じた信号を出力する２つの磁気センサと、前記磁気センサが配置された位置に、前記回転体の回転に応じた強さの磁界を発生させる磁石と、前記２つの磁気センサからの出力信号を処理して前記回転体の回転角度を求める信号処理回路であって、前記回転体を予め定められた回転角度ずつ回転させて測定した前記出力信号の出力値により表現されるベクトルを前記回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を記憶した記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたフーリエ係数を使用して前記回転角度を計算する計算手段とを有する信号処理回路とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度センサにおいて、前記記憶手段は、前記フーリエ係数を量子化した値を記憶することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の回転角度センサにおいて、前記計算手段は、前記記憶手段に記憶された前記フーリエ係数を使用して２次元の回転行列係数を計算する回転行列係数計算手段と、前記回転行列係数を持つ回転行列により前記出力信号の出力値により表現されるベクトルを回転させるベクトル回転計算手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転角度センサにおいて、前記回転行列係数計算手段は、前記回転行列係数のうち、前記回転角度に関して隣あう回転行列係数の間で線形補間を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の回転角度センサにおいて、前記線形補間は、前記回転角度の正弦関数について行われることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転角度センサにおいて、前記ベクトル回転計算手段は、スイッチト・キャパシタ回路から構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転角度センサにおいて、前記回転行列係数計算手段及び前記ベクトル回転計算手段は、スイッチト・キャパシタ回路から構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の回転角度センサにおいて、前記回転行列係数計算手段による回転行列係数の計算及び前記ベクトル回転計算手段によるベクトルの回転は、同時に実行されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に記載の発明は、回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置され、磁界の強さに応じた信号を出力する２つの磁気センサと、前記磁気センサが配置された位置に、前記回転体の回転に応じた強さの磁界を発生させる磁石と、前記２つの磁気センサからの出力信号を処理して前記回転体の回転角度を求める信号処理回路とを有する回転角度センサの較正装置であって、前記回転体を複数の予め定められた回転角度ずつ回転させたときに前記出力信号を入力する入力手段と、前記入力手段から入力された出力信号の出力値により表現されるベクトルを前記回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を計算するフーリエ係数計算手段と、前記フーリエ係数計算手段により計算されたフーリエ係数を、前記回転角度を計算する際の補正値として前記回転角度センサに出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０に記載の発明は、回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置され、磁界の強さに応じた信号を出力する２つの磁気センサと、前記磁気センサが配置された位置に、前記回転体の回転に応じた強さの磁界を発生させる磁石と、前記２つの磁気センサからの出力信号を処理して前記回転体の回転角度を求める信号処理回路とを有する回転角度センサの較正方法であって、前記回転体を複数の予め定められた回転角度ずつ回転させて前記出力信号の出力値を測定する工程と、前記測定された出力値により表現されるベクトルを前記回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を、前記回転角度を計算する際の補正値として前記回転角度センサの記憶装置に記憶させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
１．フーリエ係数による磁気センサ出力信号特性のモデル化
図１は、回転体の回転中心軸に対して、直角をなす位置に配置された２つの磁気センサからの出力信号（以下、「磁気センサ出力信号」という。）の出力値Ｖｘ及びＶｙにより表現されるベクトル（以下、「ホール起電力信号ベクトル」という場合がある。）ａ＝（Ｖｘ，  Ｖｙ）を示す。図２は、磁石の偏心、磁気センサの取り付け誤差等がなく理想的な場合に、回転体の回転角度に対してホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）のＸ成分、Ｙ成分が変化する様子を示したものである。この場合、２つの磁気センサ出力信号は位相差が９０度の正弦波となる。
【００２０】
図３は着磁ずれのある磁石を使用し、かつ磁石の回転中心を２つの磁気センサから決まる正規の回転中心から意図的にずらしたときに得られた磁気センサ出力信号の一例を示す。図３を参照すると、磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分は、お互いに振幅が異なり、またＸ成分及びＹ成分の間の位相差も９０度ではなくなっている。このように、磁石の偏心、着磁ずれなどがある場合には、磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分は位相差が９０度の正弦波という理想的な状態とは異なったものとなる。このような場合において、磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分が回転角度に対して９０度の位相差を有する正弦波であるという前提で角度計算を行う限り、回転角度センサによって検出される角度は大きな誤差を持つものになる。
【００２１】
そこで、２つの磁気センサ出力信号の正弦波が９０度の位相差を有するという理想的な状態から外れた特性をモデル化する手段として、磁気センサ出力信号をフーリエ級数に展開したときのフーリエ係数を用いる。３６０度の範囲をＬ個の均等な区間に分割して各角度位置ｌ（ｌは０≦ｌ≦Ｌ−１を満たす整数）において実測された磁気センサ出力信号のホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ（ｌ），  Ｖｙ（ｌ））に対して、次式のようにフーリエ係数（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））を計算する。
【００２２】
【数１】
2004325140.tif 000003
【００２３】
図４は上記のフーリエ係数の例として、図３に示した磁気センサ出力信号に対してフーリエ係数ＦＴＶｘ（ｋ）を計算したものであり、図５は図３に示した磁気センサ出力信号に対してフーリエ係数ＦＴＶｙ（ｋ）を計算したものである。この例においてはフーリエ級数の長さＬを２のべき乗である６４にしている。また、ここではフーリエ係数の値をＮ＝８ビットに量子化している。
【００２４】
磁気センサの組み立て誤差、磁石の着磁ずれ等がない理想的な状態では、磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分は互いに９０度位相がずれた正弦波になるため、フーリエ係数のうちゼロでない有限な値を持つものはｋ＝１の係数だけになるはずである。また、磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分がオフセットを持つ場合には、ｋ＝０に対するフーリエ係数もゼロでない有限な値を取ることになる。しかし磁気センサ出力信号はもともと正弦波に近い波形である。このため、フーリエ係数においてｋ＝Ｌ／２付近の成分は極めて小さくなり、フーリエ係数が有限ビット数でデジタル表現された場合にはほとんどのフーリエ係数がゼロになる。
【００２５】
図４及び図５に示す例において、Ｘ成分のフーリエ係数においてゼロでない有限な値を持つＦＴＶｘ（ｋ）は７個であり、Ｙ成分のフーリエ係数においても有限な値を持つＦＴＶｙ（ｋ）は１０個である。したがって、この例の場合、必要なメモリの量はフーリエ係数のＸ成分及びＹ成分それぞれ６４個の計１２８個分ではなく、１７個分で済むことになる。
【００２６】
以上のことからわかるように、磁石が作る磁界中においてお互いに９０度の位置に配置された磁気センサを用いて回転角度を検出する場合、磁気センサ出力信号の特性をモデル化するためにフーリエ係数を用いるとほとんどのフーリエ係数が量子化されてゼロになる。このため、不揮発性メモリに記憶すべき情報量を大幅に抑制できることがわかる。その結果、本発明の回転角度センサにおいては、不揮発性メモリの量が少なくなるため、高精度の回転角度センサを低コストで製造することができる。
【００２７】
図６に本発明の回転角度センサを較正するシステムの構成図を示す。回転角度センサは、回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置され、磁界の強さに応じた信号を出力する２つの磁気センサ６０１，６０２と、該磁気センサが配置された位置に、回転体の回転に応じた強さの磁界を発生させる磁石と、２つの磁気センサ出力信号を処理して前記回転体の回転角度を求める信号処理回路６０３とを含んでいる。
【００２８】
回転角度センサ較正装置６０４は上記のように構成された回転角度センサの較正を行うものであり、図７に示すように、回転体を複数の予め定められた回転角度ずつ回転させたときに２つの磁気センサから出力される信号のＸ成分及びＹ成分を入力する入力部２００４と、入力部２００４から入力された信号の出力値により表現されるベクトルを回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を計算するフーリエ係数計算部２００２と、フーリエ係数計算部２００２により計算されたフーリエ係数を、回転角度を計算する際の補正値として回転角度センサに出力する出力部２００６とを含んでいる。
【００２９】
より具体的には、回転角度センサ較正装置６０４はパーソナルコンピュータなどで構成することができる。この場合、入力部２００４及び出力部２００６は周知の通信インタフェース及び通信プログラムの機能により実現される。また、フーリエ係数計算部２００２の機能は、パーソナルコンピュータのＲＯＭやハードディスクなどに記憶されたコンピュータプログラムを、その中央処理装置（ＣＰＵ）が読み出して実行することにより達成される。
【００３０】
図８には、本発明の回転角度センサを較正する手順を示す。以下、図８を参照し、本実施形態に係る回転角度センサの較正方法について説明する。
【００３１】
まず、磁石（不図示）と、回転体に配置した磁気センサ６０１，６０２と、回転角度センサ信号処理回路６０３とを用いて回転角度センサを組み立てる（Ｓ７０２）。ここで、磁気センサ６０１は磁場のＸ成分を検出するホール素子、磁気センサ６０２は磁場のＹ成分を検出するホール素子である。回転角度センサを回転体に取り付ける工程が終了した後、回転角度センサ信号処理回路６０３に、外部の回転角度センサ較正装置６０４を接続する（Ｓ７０４）。次いで、回転体を複数の予め定められた回転角度ずつ回転させて２つの磁気センサからの出力値を測定する（Ｓ７０６）。この処理は、回転体を１回転させながら回転角度３６０度の範囲における磁気センサ出力信号を回転角度センサ信号処理回路６０３から回転角度センサ較正装置６０４に読み出すことにより行う。これにより、回転角度センサ信号処理回路６０３外部の回転角度センサ較正装置６０４において、磁気センサ出力信号の特性をモデル化するためのフーリエ係数を計算することができる（Ｓ７０８）。
【００３２】
次いで、測定された出力値により表現されるベクトルを回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を、回転角度を計算する際の補正値として回転角度センサの記憶装置に記憶させる（Ｓ７１０）。これにより、回転角度センサ較正装置６０４において計算されたフーリエ係数は、回転角度センサ信号処理回路６０３が内蔵する不揮発性メモリに書き込まれる。したがって、回転角度センサのシステムの組み立て時に生じた誤差、使用された磁石の着磁ずれによる誤差等の情報を回転角度センサに記憶させることができる。その後、回転角度センサ信号処理装置６０３から回転角度センサ較正装置６０４を切り離す（Ｓ７１２）。以上の処理が終了した後、この回転角度センサを用いて回転角度検出動作を開始することができる（Ｓ７１４）。
【００３３】
２．回転角度の検出
２．１．フーリエ係数に基づく回転行列係数の計算
本発明の回転角度センサにおいては、回転角度センサ内部において２つの磁気センサ出力信号のホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）を回転角度のステップサイズであるθＳＴＥＰの整数倍だけ回転させ、回転後のホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ’，  Ｖｙ’）がｘ軸を横切るときの回転量をもって検出された回転角度とする。
【００３４】
回転角度３６０度の範囲にわたって磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分が理想的に互いに９０度位相がずれた正弦波である場合には、次のような回転行列で表現されるベクトル回転計算を行って、回転後のホール起電力信号ベクトルがｘ軸を横切るまでに要した回転角度を求めればよい。
【００３５】
【数２】
2004325140.tif 000004
【００３６】
しかしながら実際には、回転角度センサの組み立て時の誤差、磁石の着磁ずれ等の理由により、磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分が位相差９０度の正弦波という理想的な状態から外れている。このため、上記のように正弦波を前提とした信号処理方法では正確な回転角度検出では回転角度検出に誤差が生じる。
【００３７】
そこで、本発明の回転角度センサの不揮発性メモリに記憶されている磁気センサ出力信号の特性をモデル化する情報を用いて上記の誤差要因を補正する。そのために上記の回転行列を次のように変更する。
【００３８】
【数３】
2004325140.tif 000005
【００３９】
ここで回転行列係数（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））は、回転角度センサの内部において不揮発性メモリに記憶されているフーリエ係数（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））を基に以下の様にして計算される。図９は、回転角度センサ信号処理回路内に含まれる回転行列係数の計算に関わる制御部分のブロック図を示す。この制御部分は、ＲＯＭ８０１、不揮発性メモリ８０３、乗算器８０３及び加算器８０４からなる。これらの構成要素のうち、乗算器８０３及び加算器８０４は、回転行列係数計算回路（デジタル回路）を構成する。
【００４０】
ＲＯＭ８０１には、ｋ及びｌの値に応じたｃｏｓ（２πｋｌ／Ｌ）及びｓｉｎ（２πｋｌ／Ｌ）の値が記憶されている。また、不揮発性メモリ８０２には、ｋの値に応じたフーリエ係数ＦＴＶｘ（ｋ）及びＦＴＶｙ（ｋ）が記憶される。ここで、フーリエ係数は、回転角度センサに要求される回転角度要求精度および不揮発性メモリの規模に応じて、適切なビット幅に量子化した値として記憶されることが好ましい。
【００４１】
このように構成された制御部分において、不図示の制御装置により、ｌ及びｋの値に応じた値がＲＯＭ８０１及び不揮発性メモリ８０２から読み出されて乗算器８０３に渡される。乗算器８０３では、以下の式のうち、三角関数とフーリエ係数との積に相当する部分の計算を実行する。次いで、加算器８０４が乗算器８０３によって計算された積を用いて加減算処理に相当する部分の計算を実行することにより、回転行列係数  （ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））が求められる。
【００４２】
【数４】
2004325140.tif 000006
【００４３】
上の式を実際に計算する際には、先に説明した理由によりｋ＝０付近を除いてほとんどのｋの値について（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））がゼロであるから、上の数式で表される信号処理の実際の処理量は、一般の場合に上の数式を計算する場合の処理量と比較して小さくなる。
【００４４】
また、上の式にある（１／Ｌ）という正規化定数の乗算は、Ｌの値を２のべき乗となる値に設定することで、ビットのシフト操作に置き換えることができる。このように乗算操作をシフト操作に置き換えることによって、回転角度センサ信号処理回路をＩＣで実現する場合に回路規模を抑制することができる。
【００４５】
図１０には図４、図５に示したフーリエ係数を基に計算した（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））を示した。図１０を参照すると、不揮発性メモリの使用量としては情報量の少ない（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））を用いているにも関わらず、フーリエ係数を基に計算された（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））は磁気センサ出力信号の特性を精度よく再現することがわかる。
【００４６】
式（３）に基づいて回転体の回転角度を計算する場合、２つの磁気センサから出力される信号のＸ成分及びＹ成分Ｖｘ，  Ｖｙの間の比を利用して回転角度を計算することになる。このため、たとえ温度変化があっても、２つの磁気センサの温度特性が揃っている限り、本発明の回転角度センサの出力は磁気センサ感度の温度特性及び磁石が持つ温度特性に影響されないことになる。ここで、本発明の回転角度センサにおいては、磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分の間の比を利用していながら、磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分の間での除算は行っていない。一般に、除算を実現する回路は複雑になるが、本実施形態では除算を行うことなく磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分の間の比を利用することで回路を簡単化することができ、結果として回転角度センサの低コスト化を可能にしている。
【００４７】
２．２．線形補間計算による回転角度検出分解能の向上
磁気センサ出力信号の特性をモデル化するためのフーリエ級数の長さＬに対して式（４−１），（４−２）で与えられる係数を持つ回転行列を用いて回転角度検出を行った場合、回転角度を検出する分解能は３６０度／Ｌとなる。例えば図４、図５の例の場合にはＬ＝６４であるため、回転角度の検出分解能はθＳＴＥＰ＝３６０度／６４＝５．６２５度となる。
【００４８】
磁気センサ出力信号の特性をモデル化するデータを記憶するための不揮発性メモリ量を削減するためには、できるだけＬを小さい値にする必要がある。一方で、Ｌを小さい値にする程、角度分解能が低下する。そこで、本実施形態では不揮発性メモリ量を抑制しながら、同時に回転角度の検出分解能の向上を達成する目的で回転行列係数（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））の線形補間を行う。
【００４９】
いま、回転角度位置θに関して隣あう回転行列係数（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））と（ＩＦＴＶｘ（ｌ＋１），  ＩＦＴＶｙ（ｌ＋１））を考える。本実施形態では、回転角度θｌ＝ｌ×θＳＴＥＰとθｌ＋１＝（ｌ＋１）×θＳＴＥＰの間の角度を分解できるよう２つの角度に対応した回転行列係数（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））と（ＩＦＴＶｘ（ｌ＋１），  ＩＦＴＶｙ（ｌ＋１））の間をα：（１−α）の比で線形補間する。線形補間によって得られる回転行列係数を用いて計算したＶｙ’は次のようになる。
【００５０】
【数５】
2004325140.tif 000007
【００５１】
ここで、２つの磁気センサ出力信号のＸ成分及びＹ成分が近似的に互いに位相が９０度ずれた正弦波であることを考慮すると、回転角度センサが角度位置θの位置にあるときＶｘ，  Ｖｙは、｜Ｖ｜を信号振幅として、それぞれ近似的に｜Ｖ｜  ｃｏｓ（θ）、｜Ｖ｜  ｓｉｎ（θ）である。このとき回転行列係数ＩＦＴＶｘ（ｌ）、ＩＦＴＶｙ（ｌ）は近似的にそれぞれｃｏｓ（θｌ）、ｓｉｎ（θｌ）に比例すると考えることができる。したがって、線形補間計算された回転行列係数を用いて計算されるＶｙ’は近似的に次のようになる。
【００５２】
【数６】
2004325140.tif 000008
【００５３】
回転体の回転角度位置であるθがθｌとθｌ＋１の間に位置するときはθｌ＜θ＜θｌ＋１であるからｓｉｎ（θ−θｌ）＞０、ｓｉｎ（θ−θｌ＋１）＜０となる。したがって、回転角度検出誤差に対するＶｙ’の依存性は図１１に示した様になる。
【００５４】
本実施形態においては、ホール起電力信号ベクトルを予め定められた角度ずつ回転させ、ｘ軸を横切るとき（即ち、回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が０度のとき）の角度を求めることにより、回転角度を検出する。図１１において、ｌに対応した角度だけホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）を回転させた場合、回転後のホール起電力信号ベクトルのＹ成分Ｖｙ’は正であり、ｌ＋１に対応した角度だけホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）を回転させた場合、回転後のホール起電力信号ベクトルのＹ成分Ｖｙ’は負となる。一般的に、回転行列係数をｎとｎ＋１の間で線形補間する場合には、図１１におけるＶｙ’が補間比率αに対して線形に変化する程、線形補間の誤差が小さくなる。ここでは上の式を見てわかるように、Ｖｙ’は、回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が０度となる点付近において、αに対する正弦関数として変化しているため線形性が高い。そのため回転行列係数を線形補間することによる角度検出誤差は、フーリエ係数を計算する際の角度ステップサイズθＳＴＥＰの範囲において正弦波を直線で近似するときの誤差と考えることができる。以上の理由によって、本発明の回転角度センサにおいては、線形近似という比較的簡単な操作を用いて、高い回転角度分解能を持つ回転行列係数を精度よく作れることがわかる。
【００５５】
本実施形態において、線形補間は、回転角度の正弦波曲線に対して行われる。図１２は、回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が０度となる点を中心にしてθＳＴＥＰ＝３６０度／３２＝１１．２５度の範囲で線形補間を行って正弦波を近似した場合の角度検出誤差を示す。回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が０度となる点付近において正弦波を線形補間する本発明の有効性は、従来技術において回転角度を検出するために利用されていた正接関数を線形補間した場合の誤差との比較によっても明確になる。図１３には、回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が０度となる点付近において正接関数を線形近似したときの角度誤差を示す。本発明の回転角度センサにおいては、正弦波の線形近似は必ず回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が０度となる点付近で行われるが、正接関数を利用した従来技術の場合には、回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が４５度となる点付近でも正接関数を線形近似する必要が出てくる。図１４には、回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が４５度となる点付近において、正接関数を線形近似したときの角度検出誤差を示す。図１４を参照すると、図１２と比較して大きな角度検出誤差が発生しており、本発明の線形補間が、従来技術の正接関数ｔａｎを利用した線形補間と比べて非常に高い精度を持つものであることがわかる。
【００５６】
上記の線形近似においては、補間比率αを次の式のように設定してθＳＴＥＰを２Ｍ個の区間に分割することができる。この場合には、回転角度の分解能は３６０度／（Ｌ×２Ｍ）となる。
【００５７】
【数７】
2004325140.tif 000009
【００５８】
３．回転角度センサの構成
３．１．デジタル回路による回転行列操作の実現方法
図１５に回転行列操作をデジタル回路を用いて実現する場合の信号処理ブロック図を示す。ここでは回転角度センサとして、磁気センサＸ  １４０１及び磁気センサＹ  １４０２にホール素子を用いるものを例に挙げて説明する。図１５における回転角度センサ信号処理回路１４０３はチョッパ駆動回路１４０４、信号増幅回路１４０５、チョッパ復調回路１４０６、サンプルアンドホールド回路１４０７、ＡＤ変換器１４０８、ベクトル回転計算回路１４１３、回転行列係数計算回路１４１４、不揮発性メモリ１４１０、デジタルインターフェイス回路１４０９などからなる。なお上記の回転角度センサ信号処理回路１４０３をＩＣ化することにより回転角度センサの小型化、低価格化を図ることができる。
【００５９】
チョッパ駆動回路１４０４は、磁場のＸ成分を検出する磁気センサＸ  １４０１、及び磁場のＹ成分を検出する磁気センサＹ  １４０２の持つオフセットを除去する目的で用意される。このチョッパ駆動回路１４０４は、４つの端子から成るホール素子を、互いに角度が９０度異なった方向に交互に駆動することによって、ホール素子から出力されるホール起電力信号を交流信号に変調する。
【００６０】
磁気センサＸ  １４０１及び磁気センサＹ  １４０２から出力されるホール起電力信号は信号増幅回路１４０５において増幅される。増幅された信号はチョッパ復調部１４０６において復調され、交流信号から直流信号へと変換される。この段階において磁気センサＸ  １４０１及び磁気センサＹ  １４０２の持つオフセットと信号増幅部のオペアンプの持つオフセットを除去することができる。
【００６１】
上記の操作によってホール素子のオフセットを除去する技術は、Ｒ．Ｓ  Ｐｏｐｏｖｉｃ著，  ”Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｄｅｖｉｃｅｓ”，  Ａｄａｍ  Ｈｉｌｇｅｒ，  １９９１等に記載されている。また上記の方法によって増幅回路で使用されるオペアンプのオフセットを補正する方法は”Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｏｐ−Ａｍｐ  Ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎｓ  ：  Ａｕｔｏｚｅｒｏｉｎｇ，  Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｃｈｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ”，  ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＩＥＥＥ  Ｖｏｌ．８４，  Ｎｏ．１１  １９９６等に記載されている。デジタル回路によって回転行列操作を行う場合には、チョッパ復調された信号はサンプルアンドホールド回路１４０７によってサンプルされた後、ＡＤ変換器１４０８によってデジタル信号へと変換される。デジタル回路によって回転行列操作を実現する場合には、ＡＤ変換されたホール起電力信号のＸ成分及びＹ成分がそれぞれＶｘ，  Ｖｙに相当する。
【００６２】
ベクトル回転計算回路１４１３は回転行列係数を持つ回転行列により２つの磁気センサからの出力値により表現されるベクトルを回転させるデジタル回路である。このベクトル回転計算回路１４１３においては、式（３）に基づいてホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）の回転計算が行われ、回転後のホール起電力信号ベクトルがｘ軸を横切るときの回転量を以って検出角度とする。回転行列係数は回転行列係数計算回路１４１１において計算される。回転行列係数計算回路１４１１は不揮発性メモリ１４１０に記憶されたフーリエ係数を使用して２次元の回転行列係数を計算するものであり、ベクトル回転計算回路１４１３と同様デジタル回路である。この回転行列係数計算回路１４１１は、式（４−１）及び（４−２）に基づいて、不揮発性メモリ１４１０に記憶されたフーリエ係数（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））を基にして回転行列係数（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））を計算する。
【００６３】
上記のベクトル回転計算回路１４１３と回転行列係数計算回路１４１１とが、不揮発性メモリ１４１０に記憶されたフーリエ係数を使用して回転角度を計算する機能を担う。
【００６４】
回転行列係数計算回路１４１１においては上記の計算のためのｃｏｓ（２πｋｌ／Ｌ），  ｓｉｎ（２πｋｌ／Ｌ）の値を記憶したＲＯＭ１４１２が用意される。ここで３６０度をＬ個の区間に分割することから、この余弦、正弦の値はそれぞれＬ個必要になる。しかし、先に述べた回転行列の線形補間を用いて回転角度の分割数を増やすため、Ｌの値は目標とする回転角度検出の分解能に対して比較的小さい値で済ませられる。更に正弦関数、余弦関数の対称性を利用することができるので、ここで必要となるＲＯＭ１４１２のデータ量は回転角度センサを低コストで実現するうえであまり問題とならない。
【００６５】
組み立てが完了して回転体に取り付けられた磁気センサを含む回転角度センサの較正を行う際には、回転角度センサ信号処理回路１４０３の内部においてＡＤ変換されたホール起電力信号のＸ成分及びＹ成分（Ｖｘ，  Ｖｙ）をデジタルインターフェイス回路１４０９を通じて回転角度センサ外部の回転角度センサ較正装置１４１５に出力する。回転角度センサ較正装置１４１５においては、回転角度センサから得られたホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）をフーリエ級数展開したときのフーリエ係数（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））が計算される。計算された（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））は回転角度センサのデジタルインターフェイス回路１４０９を通じて不揮発性メモリ１４１０に書き込まれる。回転角度センサ信号処理回路１４０３による不揮発メモリ１４１０への書き込み操作が終了した後は、回転角度センサ較正装置１４１５が回転角度センサのシステムから切り離されて、回転角度センサは回転角度を検出するための動作が可能な状態になる。
【００６６】
回転角度センサは、回転体の回転角度を計算する際に、先に説明したホール起電力信号ベクトルの回転計算を行う。図１５の回転角度検出回路１４１４においては、回転計算によって得られたホール起電力信号ベクトルがＸ軸を横切るまでに要した回転量が計算される。回転後のホール起電力信号ベクトルがＸ軸を横切るかどうかを判定するためには、回転後のホール起電力信号ベクトルのＹ成分Ｖｙ’の符号を判定する。また回転後のホール起電力信号ベクトルがＸ軸を横切るまでの回転量を求めるために、バイナリ−サーチを用いて、角度分解能が３６０度／（Ｌ×２Ｍ）の場合に（ｌｏｇ２Ｌ＋Ｍ）回の回転計算を行えばよい。
【００６７】
図１５の例に示すようにデジタル回路を用いて回転行列計算を行う場合、回転角度センサの持つＡＤ変換器１４０８から出力される（Ｖｘ，  Ｖｙ）を使用して計算したフーリエ係数（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））は回転角度センサ内部のＡＤ変換器１４０８のオフセット誤差、ゲイン誤差を反映したものになる。図１５の信号処理回路をＩＣ化する場合、ＩＣ内のＡＤ変換器１４０８が持つ上記の誤差はＩＣの個体ごとに異なる。本発明の回転角度センサにおいては、ＡＤ変換器１４０８が持つ上記の誤差情報を不揮発メモリ１４１０に記憶されたフーリエ係数に取り込んで扱うため、ＡＤ変換器１４０８のオフセット誤差、ゲイン誤差を個体によるばらつきを含めて補正することが可能になる。
【００６８】
以上、ＡＤ変換器１４０８の誤差が不揮発性メモリ１４１０に記憶されたフーリエ係数を用いて補正されることを述べたが、本発明の回転角度センサにおいては信号増幅回路１４０５、チョッパ復調回路１４０６などＡＤ変換器１４０８以外の回路が持つ誤差も同様にして補正される。
【００６９】
３．２．スイッチト・キャパシタ回路による回転行列操作の実現方法
図１６に回転行列操作をスイッチト・キャパシタ回路を用いて実現する場合の信号処理ブロック図を示す。ここでは磁気センサとしてホール素子を使用した例を挙げて説明する。図１６における回転角度センサ信号処理回路１５０３は図１５の場合と同様にチョッパ駆動回路１５０４、信号増幅回路１５０５、チョッパ復調回路１５０６、サンプルアンドホールド回路１５０７、回転行列係数計算回路１５１０、不揮発性メモリ１５０９、デジタルインターフェイス回路１５０８などを備えている。図１６においてはベクトル回転計算回路１５１２がスイッチト・キャパシタ回路によって実現される点において図１５の方式と異なっている。
【００７０】
このスイッチト・キャパシタ回路においては、磁場のＸ成分を検出する磁気センサ１５０１及び磁場のＹ成分を検出する磁気センサ１５０２からの磁気センサ出力信号のホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）のうち一方の成分が回転行列係数（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））の一方の成分を線形補間した結果と乗算されるが、この乗算操作のために図１７の例に示すようなスイッチト・キャパシタ回路を使用することができる。このスイッチト・キャパシタ回路は、Ｘ，Ｙ切り替えスイッチ１６０１、乗算器１６０２、リセット機能付き加算器１６０３からなる。スイッチ１６０１は、乗算器１６０２への入力を切り替える。
【００７１】
乗算器１６０２では、ＶｘまたはＶｙのうち一方の成分が、ＩＦＴＶｘ（ｌ）またはＩＦＴＶｙ（ｌ）の一方の成分を線形補間した結果と乗算される。そして、リセット機能付き加算器１６０３が、乗算器１６０２で求められた積の加減算を行うことにより、式（３）の計算を実行する。
【００７２】
次に、図１８及び図１９を参照し、乗算器１６０２及びリセット機能付き加算器１６０３の具体的な回路構成についてそれぞれ説明する。
【００７３】
図１７の中に含まれる乗算回路の一例を図１８に示す。図１８の乗算回路は、以下の式に示されるように入力されたアナログ信号が２つのキャパシタの間の比で決まる値だけ増幅されて出力されるようになっている。そして、可変容量キャパシタを使用してキャパシタ間の比を変えることによって、増幅率を回転行列係数で与えられる値に設定できる。図１８において、ＰＨＩ１，  ＰＨＩ２は互いにオーバーラップしない２相クロックである。乗算器から出力された信号は図１９の例に示すような加算回路において加算され、回転後のホール起電力信号ベクトルの成分が得られる。
【００７４】
【数８】
2004325140.tif 000010
【００７５】
以上説明したスイッチト・キャパシタ回路を用いた方式においては、図１６に示した様に回転行列係数計算回路１５１０というデジタル回路が必要である。この回転行列係数計算回路１５１０の機能をスイッチト・キャパシタ回路によるベクトル回転計算回路１５１２に取り込むことにより、回転角度センサ信号処理回路の回路規模を抑制し、回転角度センサの更なる低コスト化を図ることができる。以下では、この低コスト化の方法について説明する。
【００７６】
回転行列係数計算回路の機能をスイッチト・キャパシタ回路に取り込むためには、（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））を不揮発性メモリ１５０９に記憶する際に、これらの値自体を不揮発性メモリ１５０９に記憶するのではなく、式（９−１）  及び（９−２）を近似的に満たす角度値αｋ，βｋとして記憶する。ここでαｋ，βｋはともに３６０度をＬ個の区間に分割したときに得られるＬ個の角度位置の１つである。式（９−１），（９−２）においてはαｋ，βｋの余弦値を（ＦＴＶｘ（ｋ），  ＦＴＶｙ（ｋ））に対応させて不揮発性メモリ１５０９に記憶させることにしたが、余弦の代わりに正弦を利用してもよい。
【００７７】
【数９】
2004325140.tif 000011
【００７８】
不揮発性メモリにαｋ，βｋが記憶されているときの回転角度センサ信号処理回路のブロック図を図２０に示す。図２０における回転角度センサ信号処理回路１９０３は図１６の場合と同様にチョッパ駆動回路１９０４、信号増幅回路１９０５、チョッパ復調回路１９０６、サンプルアンドホールド回路１９０７、スイッチト・キャパシタ回路である回転行列係数・ベクトル回転計算回路１９１１、不揮発性メモリ１９０９、デジタルインターフェイス回路１９０８などを備えている。
【００７９】
図２０においては回転行列係数及びホール起電力信号ベクトルの回転計算をスイッチト・キャパシタ回路である回転行列係数・ベクトル回転計算回路１９１１が行う点において図１６の方式と異なっている。
【００８０】
回転角度センサ信号処理回路１９０３においては、図２０に示すように不揮発性メモリ１９０９から読み出されたαｋ，βｋに対応するｃｏｓ（αｋ），ｃｏｓ（βｋ）がＲＯＭ１９１０から読み出される。図２０の回転行列係数・ベクトル回転計算回路１９１１においては、先に式（３），（４−１）及び（４−２）に示した操作を１つのスイッチト・キャパシタ回路によって実現することができる。
【００８１】
式（４−１），（４−２）に示した操作が、三角関数の和、差の公式を利用して、以下の式（１０−１），（１０−２）に示すように変形されることに注意されたい。ここでαｋ，βｋはともに３６０度をＬ個の角度位置に分割したときの角度位置の１つなので、２つの整数ａｋ，  ｂｋを用いてαｋ＝２πａｋ／Ｌ，βｋ＝２πｂｋ／Ｌと表すことができる。式（１０−１），（１０−２）において、ＩＦＴＶｘ（ｌ）、ＩＦＴＶｙ（ｌ）はともに、ＲＯＭに格納されたｃｏｓ，ｓｉｎの値を加減算することによって得られる。
【００８２】
【数１０】
2004325140.tif 000012
【００８３】
このとき、回転後のホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ’，  Ｖｙ’）は、次の式で表されるようにＲＯＭ１９１０から読み出したｓｉｎ，ｃｏｓに相当するデジタル信号とホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，  Ｖｙ）のＸ成分及びＹ成分の積和となる。したがって、先に説明したスイッチト・キャパシタ回路を用いて、この積和計算を行うことにより、回転行列係数の計算とベクトル回転計算を同時に行うことができる。先に説明した図１９の回路は、本来、スイッチト・キャパシタ積分器としてよく知られている回路であり、図１８の乗算器とあわせて積和計算を行うために好適な回路である。回転行列係数・ベクトル回転計算回路１９１１において計算されたホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ’，  Ｖｙ’）がＸ軸を横切るときのｌの値は回転角度検出回路１９１２において検出する。
【００８４】
以上、説明した方法を用いることにより、離散フーリエ変換のためのデジタル回路を用いることなく、回転行列係数の計算とベクトル回転計算がスイッチト・キャパシタ回路のみで実行されるため、回転角度センサ信号処理回路を単純化することが可能になる。結果として、回転角度センサ信号処理回路をＩＣ化する場合にＩＣの低コスト化を図ることができる。
【００８５】
【数１１】
2004325140.tif 000013
【００８６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の形態に限らず、他の種々の形態で実施できる。例えば、回転体の回転範囲に関しても、較正時に限って回転体を３６０度回転させてフーリエ係数を利用した較正を行い、実際に回転角度センサを使用して回転角度を検出する回転範囲は３６０度未満にするといったことも可能である。
【００８７】
また、本発明の１つの実施形態として、２つの磁気センサが回転体の回転中心軸に対して、ほぼ９０度の角度の位置に配置される場合について説明したが、２つの磁気センサがなす角度が９０度でない場合にも、本発明は適用可能である。
【００８８】
更に、本発明の実施形態として、磁気センサとしてホール素子を用いる例を説明したが、ここでの磁気センサはＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、ＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）素子、及びフラックスゲート等のホール素子以外の磁気センサも使用可能である。
【００８９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００９０】
【実施例】
磁石として直径φが１０ｍｍ、厚さｔが２ｍｍのネオジウム系磁石、磁気センサとして旭化成電子（会社名）製のホール素子ＨＧ−１０６Ｃを使用し、着磁ずれのある磁石の位置を意図的にずらした回転角度センサを作製して、２つのホール素子からの出力信号を測定した。
【００９１】
図３は、本実施例によるホール起電力信号のＸ成分及びＹ成分の測定値を示す。この測定値に対して、Ｘ成分及びＹ成分それぞれを、長さＬ＝６４のフーリエ級数に展開したときの、８ビットに量子化されたフーリエ係数が図４、図５に示したものである。図３に示した信号のＸ成分及びＹ成分それぞれについて、１０バイト（８０ビット）程度の不揮発性メモリがあれば、図１０に示したように、実測値を精度よく再現できることがわかる。
【００９２】
角度の分解能を細分化するため３６０度をＬ＝６４個に分割した後、本発明の線形補間を用いて各区間を更に６４個に分割したときの回転角度検出精度のシミュレーションを行った。このシミュレーション結果を図２１に示す。
【００９３】
図１０に示したホール起電力信号は、Ｘ成分及びＹ成分それぞれが正弦波から大きくゆがんでおり、Ｘ成分及びＹ成分の振幅も互いに大きく異なっている。このように理想的な正弦波波形から大きくかけ離れたホール起電力信号に対しても、本発明の回転角度センサにおいては図２１に示したような良好な回転角度検出性能が得られる。ここで、理想的な信号からかけ離れたホール起電力信号を補正できるということは、回転角度センサを製造するうえで、安価な磁石、組み立て工程を使用できるということを意味する。このため、本発明の回転角度センサにおいては回転角度センサのシステム全体の低コスト化が可能になる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の回転角度センサにおいては、少ない不揮発性メモリ量を効率的に利用して回転角度センサの組み立て時の誤差、磁石の着磁ずれ等の影響を補正することが可能である。したがって、本発明によって高精度で安価な回転角度センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転体の回転中心に対して互いに直角になる位置に配置された２つの磁気センサ出力信号を示す図である。
【図２】組み立て誤差等がなく理想的な場合の２つの磁気センサ出力信号を示す図である。
【図３】組み立て誤差等がある場合の２つの磁気センサ出力信号を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるフーリエ係数のＸ成分を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によるフーリエ係数のＹ成分を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による回転角度センサを較正するシステムの構成図である。
【図７】本発明の一実施形態による回転角度センサ較正装置のブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態による回転角度センサの較正を行う処理のフロー図である。
【図９】本発明の一実施形態による回転角度センサにおける、回転行列係数を計算する回路のブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態による回転角度センサにおいて、フーリエ係数を基に計算された回転行列係数（ＩＦＴＶｘ（ｌ），  ＩＦＴＶｙ（ｌ））を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による回転角度センサにおいて、線形補間によって計算される回転行列係数を使用したときのＶｙ’成分を示す図である。
【図１２】回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が０度となる点付近において正弦関数を線形補間で近似したときの回転角度検出誤差を示す図である。
【図１３】回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が０度となる点付近において正接関数を線形補間で近似したときの回転角度検出誤差を示す図である。
【図１４】回転後のホール起電力信号ベクトルとｘ軸とがなす角度が４５度となる点付近において正接関数を線形補間で近似したときの回転角度検出誤差を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態において、ベクトル回転計算をデジタル回路で行う場合の信号処理ブロック図である。
【図１６】本発明の一実施形態において、ベクトル回転計算をスイッチト・キャパシタ回路で行う場合の信号処理ブロック図である。
【図１７】本発明の一実施形態において、ベクトル回転計算を行うスイッチト・キャパシタ回路の構成例を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態において、ベクトル回転計算を行うスイッチト・キャパシタ回路の中で用いられる乗算回路の構成例を示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態において、ベクトル回転計算を行うスイッチト・キャパシタ回路の中で用いられるリセット機能付き加算回路の構成例を示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態において、回転行列係数の計算とベクトル回転計算をスイッチト・キャパシタ回路で行う場合の信号処理ブロック図である。
【図２１】図３に示した磁気センサ出力信号の実測値に対して、本発明の方法を適用して角度検出誤差をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
６０１  磁場のＸ成分を検出するホール素子
６０２  磁場のＹ成分を検出するホール素子
６０３  回転角度センサ信号処理回路
６０４  回転角度センサ較正回路
８０１  ＲＯＭ
８０２  不揮発性メモリ
８０３  乗算器
８０４  加算器
１４０１  磁場のＸ成分を検出するホール素子
１４０２  磁場のＹ成分を検出するホール素子
１４０３  回転角度センサ信号処理回路
１４０４  チョッパ駆動回路
１４０５  信号増幅回路
１４０６  チョッパ復調回路
１４０７  サンプルアンドホールド回路
１４０８  ＡＤ変換器
１４０９  デジタルインターフェイス回路
１４１０  不揮発性メモリ
１４１１  回転行列係数計算回路
１４１２  ＲＯＭ
１４１３  ベクトル回転計算回路
１４１４  回転角度検出回路
１４１５  回転角度センサ較正装置
１５０１  磁場のＸ成分を検出するホール素子
１５０２  磁場のＹ成分を検出するホール素子
１５０３  回転角度センサ信号処理回路
１５０４  チョッパ駆動回路
１５０５  信号増幅回路
１５０６  チョッパ復調回路
１５０７  サンプルアンドホールド回路
１５０８  デジタルインターフェイス回路
１５０９  不揮発性メモリ
１５１０  回転行列係数計算回路
１５１１  ＲＯＭ
１５１２  ベクトル回転計算回路
１５１３  回転角度検出回路
１５１４  回転角度センサ較正装置
１６０１  Ｘ，Ｙ切り替えスイッチ
１６０２  スイッチト・キャパシタ回路による乗算器
１６０３  スイッチト・キャパシタ回路によるリセット付き加算器
１９０１  磁場のＸ成分を検出するホール素子
１９０２  磁場のＹ成分を検出するホール素子
１９０３  回転角度センサ信号処理回路
１９０４  チョッパ駆動回路
１９０５  信号増幅回路
１９０６  チョッパ復調回路
１９０７  サンプルアンドホールド回路
１９０８  デジタルインターフェイス回路
１９０９  不揮発性メモリ
１９１０  ＲＯＭ
１９１１  回転行列係数・ベクトル回転計算回路
１９１２  回転角度検出回路
１９１３  回転角度センサ較正装置
【図１】
2004325140.tif 000014
【図２】
2004325140.tif 000015
【図３】
2004325140.tif 000016
【図４】
2004325140.tif 000017
【図５】
2004325140.tif 000018
【図６】
2004325140.tif 000019
【図７】
2004325140.tif 000020
【図８】
2004325140.tif 000021
【図９】
2004325140.tif 000022
【図１０】
2004325140.tif 000023
【図１１】
2004325140.tif 000024
【図１２】
2004325140.tif 000025
【図１３】
2004325140.tif 000026
【図１４】
2004325140.tif 000027
【図１５】
2004325140.tif 000028
【図１６】
2004325140.tif 000029
【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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