(57)【要約】【課題】温度変化や生産時の個体差による検出誤差を補償できる角度センサの回転角度検出装置を提供する。【解決手段】磁界をつくるリング磁石（磁気回路構成部）３と、磁束密度に応じた検出信号を出力する第一、第二ホール素子（磁束密度検出部）７，８と、この検出信号を基に第一、第二ホール素子７，８に対するリング磁石３の回転角度を算出する角度算出手段１２とを備える角度センサの回転角度検出装置１０において、検出信号の振幅ａを検出する振幅検出手段１３と、検出信号の振幅ａから振幅補正値ｅ、オフセット補正値ｆを算出する補正値算出手段１４と、検出信号とこれらの補正値ｅ，ｆとから補正後信号を求める補正手段１５と、角度算出手段１２に出力される信号を検出信号か補正後信号のいずれかに切換える信号切換手段１６とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界をつくる磁気回路構成部と、磁束密度に応じた検出信号を出力する磁束密度検出部と、この検出信号を基にこの磁束密度検出部に対する磁気回路構成部の回転角度を算出する角度算出手段とを備える角度センサの回転角度検出装置において、
前記検出信号の振幅を検出する振幅検出手段と、この検出信号の振幅から補正値を算出する補正値算出手段と、前記検出信号とこの補正値とから補正後信号を求める補正手段と、前記角度算出手段に出力される信号を前記検出信号かこの補正後信号のいずれかに切換える信号切換手段とを備えたことを特徴とする角度センサの回転角度検出装置。
【請求項２】
前記磁気回路構成部が前記磁束密度検出部に対して１回転以上のＮ回転する間に検出される検出信号を基に前記補正値を算出し、Ｎ回転した後に前記角度算出手段に出力される信号を前記検出信号から前記補正後信号に切換える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の角度センサの回転角度検出装置。
【請求項３】
前記磁気回路構成部が前記磁束密度検出部に対して２回転以上のＭ回転する毎に前記検出信号を基に前記補正値を算出し、前記補正値を更新する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の角度センサの回転角度検出装置。
【請求項４】
前記補正値算出手段は前記振幅と前記振幅基準値を基に振幅補正値を振幅補正値＝振幅基準値／振幅として算出するとともに、前記検出信号の最大値と最小値を基にオフセット補正値をオフセット補正値＝０−（最大値＋最小値）／２として算出する構成とし、前記補正手段はこの振幅補正値とオフセット補正値を基に前記補正後信号を補正後信号＝（検出信号＋オフセット補正値）×振幅補正値として算出する構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の角度センサの回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家電製品や自動車等に用いられ、磁気を利用した角度センサの回転角度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の角度センサとして、シャフトの一端にリング状の磁石を固定し、この磁石の内側または外側に複数のホール素子が設けられ、このホール素子が磁石が相対回転するのに伴って変化する磁束密度に応じた電圧を信号として出力するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、この種の角度センサにおいて、温度変化による特性変化を補償する方法として、温度変化に対して角度センサと逆特性の温度補償器を用いるものがあった（特許文献２、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特願２００１−３５２６８３号
【特許文献２】
特開平２−２１６８１８１号公報
【特許文献２】
特開昭４８−４８０８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような磁気を利用した角度センサの場合、検出誤差を生じる要因として、磁石の磁力やホール素子の感度が温度に応じて変化すること、磁石の着磁強度のバラツキやホール素子の取付位置のバラツキといった生産時の不具合、さらにホール素子自体の個体差等があり、これらによってセンサ出力の振幅や後述するセンサ出力の振幅の中心値（オフセット値）が変化するという問題点があった。
【０００６】
また、従来の温度補償器が用いた補償方法の場合、温度補償器のチューニングが難しいという問題点があった。また、生産時の個体差に対応することが難しいという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、温度変化や生産時の個体差による検出誤差を補償できる角度センサの回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、磁界をつくる磁気回路構成部と、磁束密度に応じた検出信号を出力する磁束密度検出部と、この検出信号を基にこの磁束密度検出部に対する磁気回路構成部の回転角度を算出する角度算出手段とを備える角度センサの回転角度検出装置に適用する。
【０００９】
そして、検出信号の振幅を検出する振幅検出手段と、検出信号の振幅から補正値を算出する補正値算出手段と、検出信号とこの補正値とから補正後信号を求める補正手段と、角度算出手段に出力される信号を検出信号か補正後信号のいずれかに切換える信号切換手段とを備えることを特徴とするものとした。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、磁気回路構成部が磁束密度検出部に対して１回転以上のＮ回転する間に検出される検出信号を基に補正値を算出し、Ｎ回転した後に角度算出手段に出力される信号を検出信号から補正後信号に切換える構成としたことを特徴とするものとした。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、磁気回路構成部が磁束密度検出部に対して２回転以上のＭ回転する毎に検出信号を基に補正値を算出し、補正値を更新する構成としたことを特徴とするものとした。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３ののいずれか一つの発明において、補正値算出手段は振幅と振幅基準値を基に振幅補正値を振幅補正値＝振幅基準値／振幅として算出するとともに、検出信号の最大値と最小値を基にオフセット補正値をオフセット補正値＝０−（最大値＋最小値）／２として算出する構成とし、補正手段は振幅補正値とオフセット補正値を基に補正後信号を補正後信号＝（検出信号＋オフセット補正値）×振幅補正値として算出する構成としたことを特徴とするものとした。
【００１３】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、補正後信号を基に角度センサの温度変化による特性変化や製品の個体差に起因する検出誤差が補償された正確な回転角度を算出することができる。また、従来方法のように温度補償器が用いることがなく、チューニングの必要がない。
【００１４】
第２の発明によると、磁気回路構成部が磁束密度検出部に対してＮ回転する間に検出される検出信号を基に補正値を算出し、算出されたこの補正値を基に検出信号を補正した補正後信号を算出し、Ｎ回転した後に角度算出手段に対する出力信号を検出信号から補正後信号に切換え、温度変化や生産時の個体差による検出誤差が補償される
第３の発明によると、Ｍ回転毎に補正値を更新することにより、起動後の温度変化等に起因する検出誤差が補償された正確な回転角度を算出することができる。
【００１５】
第４の発明によると、検出信号の振幅を検出し、振幅補正値を振幅と振幅基準値を基に振幅補正値を算出するとともに、検出信号の最大値と最小値を基にオフセット補正値を算出し、振幅補正値とオフセット補正値を基に補正後信号を算出する。振幅補正値によって角度センサの温度変化による特性変化が補償され、オフセット補正値によって製品の個体差に起因する検出誤差が補償され、正確な回転角度を検出できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
まず、図１に本発明が適用された角度センサの一例を示すが、これ自体は本出願人により特願２００１−３５２６８３号として既に出願されている。
【００１８】
この角度センサ１は、磁気回路構成部として回転シャフトに固定されるリング磁石３と、磁束密度検出部として設けられる対のホール素子７，８を主体として構成される。
【００１９】
永久磁石からなるリング磁石３は、平行着磁により一対のＮ極とＳ極が回転中心Ｏを挟んで回転中心線上に形成される。
【００２０】
第一、第二ホール素子７，８は、リング磁石３が相対回転するのに伴って変化する磁束密度に応じた電圧を信号として出力する。第一、第二ホール素子７，８が互いに直交する回転中心線上に配置される。
【００２１】
図２に示すように、回転角度検出装置１０は、第一、第二ホール素子７，８のセンサ信号をＡＤコンバータ１１によって検出信号として取り込み、この検出信号を基に角度算出手段１２によって回転角度が算出される。
【００２２】
図３は第一、第二ホール素子７，８の検出信号が回転角度に応じて変化する様子を示している。この検出信号は、位相が９０度異なる正弦波となる。
【００２３】
角度算出手段１２は回転角度を算出する信号として、検出信号のうち回転角度に対する電圧変化が大きい方を用いる。そして、検出信号のうち回転角度に対する電圧変化が小さい方を用いて、回転角度を算出する信号として用いられる検出信号がどの回転角度領域にあるかを判定する。例えば第二ホール素子８が１回転する間に、検出信号Ｂによって例えば２点で同一出力が得られるが、検出信号Ａをモニターすることで回転角度を特定する。
【００２４】
ところで、角度センサ１の検出誤差を生じる要因として、温度変化や生産時に生じる個体差によって検出信号の振幅ａや振幅ａの中心値（オフセット値）が変化することがある。永久磁石の磁力は温度上昇に伴って弱くなる。角度センサ１の個体差としては、例えばホール素子７，８の感度、取付位置、リング磁石３の着磁強度等のバラツキがある。
【００２５】
これに対処して、回転角度検出装置１０は、検出信号の振幅ａを検出する振幅検出手段１３と、検出信号の振幅ａを基に振幅補正値ｅを算出するとともに、オフセット補正値ｆを算出する補正値算出手段１４と、これらの補正値ｅ，ｆを基に検出信号を補正した補正後信号を算出する補正手段１５と、この補正後信号が算出されるのに伴って角度算出手段１２に対する出力信号を検出信号から補正後信号に切換える信号切換手段１６とを備える。
【００２６】
これにより、回転角度検出装置１０は、振幅補正値ｅ、オフセット補正値ｆによって角度センサ１の温度変化による特性変化、製品の個体差に起因する検出誤差が補償されるため、正確な回転角度を検出できる。
【００２７】
具体的に、振幅検出手段１３は振幅ａを次式で検出信号の最大値と最小値の差として求める。
振幅ａ＝最大値−最小値
この最大値と最小値を検出する方法は、まずシステム起動時に信号切換手段１６を１側に設定し、前述したように角度算出手段１２によって検出信号を基に回転角度値を算出する。振幅検出手段１３は角度算出手段１２からの回転角度信号を基にリング磁石３が１回転する間、検出信号の最大値と最小値を更新し続けることで最終的な最大値と最小値を求める。
【００２８】
なお、上記検出信号の最大値と最小値が求められるまでの間は、従来通り検出信号を基に回転角度を算出することになるが、この補正が行われない回転角度でも極端に誤った値を算出するわけではなく、大きな問題にならない。この角度センサ１が車両のパワーステアリング装置において操舵角を検出するのに用いられる場合、１５：１程度の減速機を備えていると、電源投入後に車両のハンドルを２４°程度回すことによって上記最大値と最小値が求められるため、実際に車両が走行する際にはほとんど問題にならない。
【００２９】
補正値算出手段１４は、振幅補正値ｅを振幅ａと振幅基準値（本来あるべき振幅）ａ′を基に次式で算出する。
振幅補正値ｅ＝振幅基準値ａ′／振幅ａ
そして、補正値算出手段１４はオフセット補正値ｆを検出信号の最大値と最小値を基に次式で算出する。
オフセット補正値ｆ＝０−（最大値＋最小値）／２
補正手段１５は、振幅補正値ｅとオフセット補正値ｆを基に検出信号を次式で補正し、補正後信号を算出する。
補正後信号＝（検出信号＋オフセット補正値ｆ）×振幅補正値ｅ
こうして補正後信号が算出されるのに伴って信号切換手段１６を２側に設定し、角度算出手段１２に対する出力信号を検出信号から補正後信号に切換える。これにより、角度算出手段１２は補正後信号を基に角度センサ１の温度変化による特性変化や製品の個体差に起因する検出誤差が補償された正確な回転角度を算出することができる。
【００３０】
次に、回転角度検出装置１０で実行される上記の制御動作を図４のフローチャートにしたがって説明する。
【００３１】
システム起動時に補正モードフラグを初期化（０）する。
【００３２】
ステップ１において検出信号を読み込み、ステップ２にて補正モードフラグが０か否かを判定する。補正モードフラグが０の場合、ステップ３に進み、リング磁石３が１回転したか否かを判定する。
【００３３】
ここで、リング磁石３がまだ１回転しない場合には（１回転するまでは）、ステップ４にて検出信号の最大値、最小値を検出、更新し続ける。
【００３４】
一方、リング磁石３が１回転した場合には、補正モードフラグを１とし（ステップ５）、ステップ６にて先に検出した最大値、最小値を基に振幅補正値ｅとオフセット補正値ｆを算出する。こうして各補正値ｅ，ｆが算出されると、ステップ７にて、この値に基づいて補正後信号を算出する。なお、補正モードフラグが１の場合には、以後ステップ３〜６の処理を行うことなくステップ７に進んで（ステップ２）、算出された振幅補正値ｅとオフセット補正値ｆ及び検出信号を基に補正後信号を算出する。
【００３５】
ところで、上記フローチャートに示した実施の形態の他に、補正値の算出は起動後に１回だけ行うのではなく、リング磁石３が２回転以上のＭ回転する毎に行い、補正値を更新しても良い。これにより、起動後の温度変化等に起因する検出誤差が補償されたより正確な回転角度を算出することができる。
【００３６】
さらに上記実施の形態では、起動時に１回転させて、その間の検出信号から最大、最小値を検出し、これに基づき補正値を算出しているが、この他に、起動時に１回だけでなく２回以上のＮ回だけ回転させて、その中で検出された最大、最小値を求め、その平均値から補正値を算出しても良い。これにより、さらに安定した値を求めることが可能となる。
【００３７】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す角度センサの構成図。
【図２】同じく回転角度検出装置の構成図。
【図３】同じく角度センサの出力特性を示す線図。
【図４】同じく回転角度の検出誤差を補償する制御動作をフローチャート。
【符号の説明】
１  角度センサ
２  シャフト
３  リング磁石（磁気回路構成部）
７，８  第一、第二ホール素子（磁束密度検出部）
１０  回転角度検出装置
１２  角度算出手段
１３  振幅検出手段
１４  補正値算出手段
１５  補正手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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