(57)【要約】【課題】温度変化などの影響を受けず高分解能で回転角を正確に検出する回転角検出装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】少なくとも２つの磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５と、磁気抵抗素子１２〜１５に磁界を与える磁気発生部と、磁気抵抗素子１２〜１５からの出力信号より回転角を検出する信号処理部２１と、磁気抵抗素子１２〜１５の出力信号を制御する信号制御部２６からなり、少なくとも２つの磁気抵抗素子１２〜１５を位相差が９０度異なるように配置した回転角検出装置であり、異なる位相になるように配置する磁気抵抗素子１２〜１５の出力信号レベルを制御し、さらに比較することにより回転角の検出精度が向上する。【選択図】  図１
2004245766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に磁界を与える磁気発生部と、前記磁気抵抗素子からの出力信号より回転角を検出する信号処理部と、前記磁気抵抗素子の出力信号を制御する信号制御部とからなり、前記少なくとも２つの磁気抵抗素子からの出力信号の位相が１／４周期異なるように２つの磁気抵抗素子を配置した回転角検出装置。
【請求項２】
信号制御部が電源電圧を切り換える電源回路と、回転角の検出誤差に応じて電源回路を制御する制御部とから構成される請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
信号制御部が電源回路と磁気抵抗素子間およびＧＮＤと磁気抵抗素子間に抵抗素子とこの抵抗素子と並列にスイッチを挿入したスイッチ部と、回転角の検出誤差に応じて前記スイッチを制御する制御部とから構成される請求項１に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気抵抗素子を用いて被検出物の回転角を検出する回転角検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転角検出装置としては、図６に示すものがある。図６に示すように回転角検出装置は、２個の磁石１と主ヨーク２とで構成されるロータと、一組の補助ヨーク３と磁気検出素子４とで構成されるステータとを具備し、被検出物の回転物の回転軸にロータが固定されている。主ヨーク２は２個の磁石１の間をリング状に閉じて磁気回路を構成し、一組の補助ヨーク３は両者間に空隙５を設けるように配置し、その空隙５の中央部に磁気検出素子４が組み込まれている。このステータはロータ内部に配置されロータとの間に設けられるエアギャップＧが周方向で徐々に変化するように配置されている。具体的にはステータの空隙方向をロータの中心線Ａ−Ａに合わせ、さらにステータの中心Ｏｓをロータの中心Ｏｒから所定量だけずらして配置している。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２８９６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転角検出装置では温度変化などにより、磁気検出素子の抵抗値や検出レベルなどが大きく変化し、検出される回転角に誤差が生じ易くなる。
【０００６】
本発明は温度変化などの影響を受けず高分解能で回転角を正確に検出する回転角検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも２つの磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に磁界を与える磁気発生部と、前記磁気抵抗素子からの出力信号より回転角を検出する信号処理部と、前記磁気抵抗素子の出力信号を制御する信号制御部とからなり、前記少なくとも２つの磁気抵抗素子からの出力信号の位相が１／４周期異なるように２つの磁気抵抗素子を配置した回転角検出装置であり、異なる位相になるように配置する磁気抵抗素子の出力信号レベルを制御し、さらにこれらの出力信号を比較することにより回転角の検出精度が向上する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、信号制御部が電源電圧を切り換える電源回路と、回転角の検出誤差に応じて電源回路を制御する制御部とから構成される請求項１に記載の回転角検出装置であり、異なる位相になるように配置する磁気抵抗素子の出力信号レベルを制御し、さらに比較することにより回転角の検出精度が向上する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、信号制御部が電源回路と磁気抵抗素子間およびＧＮＤと磁気抵抗素子間に抵抗素子とこの抵抗素子と並列にスイッチを挿入したスイッチ部と、回転角の検出誤差に応じて前記スイッチを制御する制御部とから構成される請求項１に記載の回転角検出装置であり、異なる位相になるように配置する磁気抵抗素子の出力信号レベルを制御し、さらに比較することにより回転角の検出精度が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の回転角検出装置の回路ブロック図である。
【００１３】
本発明の回転角検出装置の回路構成について図１を用いて説明する。図１に示す本発明の回転角検出装置は２組のブリッジ回路１１，１６からの出力信号の位相が１／４周期異なる４つの磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５と、２組の２つのＯＰアンプ１８，１９からなる増幅部１７，２０と、回転角を検出する信号処理部２１から構成される。
【００１４】
そして、２組のブリッジ回路１１，１６は４つの磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５からなり、電源２７から磁気抵抗素子１２、磁気抵抗素子１２および磁気抵抗素子１３、磁気抵抗素子１３を介してＧＮＤに接続される。同様に電源２７から磁気抵抗素子１４、磁気抵抗素子１４および磁気抵抗素子１５、磁気抵抗素子１５を介してＧＮＤにそれぞれ接続される。
【００１５】
ブリッジ回路１１，１６の磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３の接続点および磁気抵抗素子１４と磁気抵抗素子１５の接続点から増幅部１７，２０のＯＰアンプ１８の反転入力端子および非反転入力端子に接続される。そして増幅部１７，２０のＯＰアンプ１８の出力端子から次段のＯＰアンプ１９、信号処理部２１の入力端子２３，２５に接続される。さらに増幅部１７，２０のＯＰアンプ１９から信号処理部２１の入力端子２２，２４に接続される構成となっている。
【００１６】
以下、本発明の回転角検出装置の動作について図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図２（ａ），（ｂ）は回転角検出装置の構成を示す側面図および正面図、図３は本発明の回転角検出装置内の信号処理部に入力される信号波形図である。
【００１７】
図２（ａ），（ｂ）に示すように磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５からなるブリッジ回路１１とブリッジ回路１６は位相が１／４周期異なるように配置されている。またブリッジ回路１１とブリッジ回路１６に近接して磁気発生部２８ａ，２８ｂが回転する稼働部に配置され、磁気発生部２８ａ，２８ｂが回転することにより磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５の抵抗値が変化し、磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３の接続点と磁気抵抗素子１４と磁気抵抗素子１５の接続点から微小出力信号として出力され、増幅部１７，２０により増幅される。この増幅部１７，２０からの出力信号波形を図３（ａ）に示す。
【００１８】
次に、磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５からなるブリッジ回路１１について説明する。対向する磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１５は同じ感磁方向を有し、また磁気抵抗素子１３と磁気抵抗素子１４も同じ感磁方向を有している。さらにブリッジ回路１１とブリッジ回路１６は１／４周期異なるように配置される。
【００１９】
例えば、磁気発生部２８ａが回転してブリッジ回路１１の磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５に同じ磁界が作用すると、磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５は同じ抵抗値Ｒ１となり磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３の接続点および磁気抵抗素子１４と磁気抵抗素子１５の接続点の電位は電源電圧の１／２となる。さらに磁気発生部２８ａが回転して２つの磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１５の抵抗値がΔＲだけ大きく、もう２つの磁気抵抗素子１３と磁気抵抗素子１４の抵抗値がΔＲだけ小さくなると、磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３の接続点の電位（（Ｒ１−ΔＲ）×Ｖｃｃ）／２Ｒ１と磁気抵抗素子１４と磁気抵抗素子１５の接続点の電位（（Ｒ１＋ΔＲ）×Ｖｃｃ）／２Ｒ１となり、電位差は（ΔＲ１×Ｖｃｃ）／Ｒ１となり、この２つの信号が増幅部１７に入力され電位差の（ΔＲ１×Ｖｃｃ）／Ｒ１に増幅部１７の利得倍された信号として図３に示す電圧２９ａが得られる。そしてさらに磁気発生部２８ａが回転して２つの磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１５の抵抗値がΔＲだけ小さくなり、もう２つの磁気抵抗素子１３と磁気抵抗素子１４の抵抗値がΔＲだけ大きくなると、磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３の接続点の電位（（Ｒ１−ΔＲ）×Ｖｃｃ）／２Ｒ１と磁気抵抗素子１４と磁気抵抗素子１５の接続点の電位（（Ｒ１＋ΔＲ）×Ｖｃｃ）／２Ｒ１が増幅部１７に入力され、増幅部１７により増幅され図３に示す電圧２９ｂが得られる。そして磁気発生部２８ａが連続回転の動作を繰り返すと、図３に示す信号波形２９が得られることになる。
【００２０】
一方、位相が１／４周期異なる磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５からなるブリッジ回路１６についてはブリッジ回路１１と位相が９０度異なる信号を磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３および磁気抵抗素子１４と磁気抵抗素子１５の接続点から出力され、これらの信号が増幅部２０に入力され、同様に図３に示す信号波形３０が得られる。
【００２１】
増幅部１７，２０からの出力信号２９，３０は信号処理部２１の入力端子２２，２４に入力され、結果として回転角が検出される。回転角を検出する方法として、例えば一方の出力信号２９を正弦波ａ・ｓｉｎθとすると、もう一方の出力信号３０を余弦波ａ・ｃｏｓθとすることができる。そしてｔａｎθ＝（ａ・ｓｉｎθ）／（ａ・ｃｏｓθ）となり、Ａ＝ｔａｎθとすると、θ＝ｔａｎ−１Ａとなり、振幅レベルに関係なく回転角θを求めることができる。さらに正弦波を振幅の中心である回転角θ＝０とすると、余弦波が最大となり係数ａの振幅レベルが求まる。また（（ａ・ｓｉｎθ）２＋（ａ・ｃｏｓθ）２）１／２により求めることもできる。
【００２２】
しかし、温度変化などの影響により磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５の抵抗値が変化するため、磁気発生部２８ａ，２８ｂの回転によりブリッジ回路１１，１６の磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３および磁気抵抗素子１４と磁気抵抗素子１５の接続点に発生する信号レベルも変化する。
【００２３】
例えば、周囲温度が低下すると、磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５の抵抗値が変化し、増幅部１７，２０から信号処理部２１の入力端子２２，２４に入力される信号は図３（ｂ）に示すように所定の回転角検出の許容誤差範囲の最大閾値レベルｅ（Ｖ）、ｆ（Ｖ）を超え、さらに増幅部１７，２０の出力電圧の上限および下限にクリップする信号波形３１，３２となる。そこで信号処理部２１の内部の制御部２６が常に回転角の検出誤差を監視し、この回転角の検出誤差が大きくなると瞬時に増幅部１７，２０の利得より数ｄＢ低い利得のＯＰアンプ１８から入力される入力端子２３，２５に切り換え、図３（ａ）に示す信号波形２９，３０となるように制御することができ、回転角の検出精度が向上する。
【００２４】
また、周囲温度が高くなると、増幅部１７，２０からの出力信号は図３（ｃ）に示すように所定の回転角検出の許容誤差範囲の最小閾値レベルｇ（Ｖ）、ｈ（Ｖ）に達しない信号波形３３，３４となる。そこで信号処理部２１の内部の制御部２６が常に回転角の検出誤差を監視し、この回転角の検出誤差が大きくなると瞬時に入力端子２３，２５に入力される信号から数ｄＢ高い利得のＯＰアンプ１９より入力端子２２，２４に入力される信号に切り換え、図３（ａ）に示す信号波形２８，２９となるように制御することができ、回転角の検出精度が向上する。
【００２５】
（実施の形態２）
図４は本発明の回転角検出装置の回路ブロック図である。本発明の実施の形態１と異なる構成および動作について図を用いて説明する。
【００２６】
図４に示すように電源電圧値を切り換える電源回路３５と、４つの磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５からなるブリッジ回路１１，１６と、１つのＯＰアンプからなる増幅部１８ａ，１８ｂ、入力信号より回転角を検出する信号処理部２１から構成される。
【００２７】
信号処理部２１は２つの入力端子２２，２４を有し、さらにこの入力端子２２，２４に入力される信号から常に回転角の検出誤差を監視して、この回転角の検出誤差が大きくなると瞬時に電源回路３５の電源電圧を所定の電圧に切り換えて信号レベルを所定範囲になるように制御する制御部２６を有している。この場合は回転角の検出誤差を抑制するため電源回路３５の電源電圧の切り換えと同時に信号処理部２１に入力される信号レベルの許容範囲の変更またはシフトを信号処理部２１の内部で行われる。
【００２８】
例えば、ブリッジ回路１１，１６に電源回路３５からＶｘ（Ｖ）の電圧が供給されている場合、ブリッジ回路１１，１６に隣接して磁気発生部２８ａ，２８ｂが配置され、この磁気発生部２８ａ，２８ｂの回転により磁界方向が変化し、４つの磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５の抵抗値が変化し、ブリッジ回路１１，１６からそれぞれ位相が１／４周期異なる信号が出力される。この信号はＶｘ／２（Ｖ）を中心に微弱な信号であり、この信号を増幅部１８ａ，１８ｂにより所定の信号レベルに増幅する。そしてこの増幅された信号は信号処理部２１の入力端子２２，２４に入力され回転角の検出が行われる。
【００２９】
しかし、温度変化などの影響により磁気抵抗素子１２，１３，１４，１５の抵抗値が変化するため、磁気発生部２８ａ，２８ｂの回転によりブリッジ回路１１，１６の磁気抵抗素子１２と磁気抵抗素子１３および磁気抵抗素子１４と磁気抵抗素子１５の接続点に発生する信号レベルも変化する。
【００３０】
例えば、周囲温度が低下すると、増幅部１８ａ，１８ｂから信号処理部２１の入力端子２２，２４に入力される信号は図３（ｂ）に示すように所定の回転角検出の許容誤差範囲の最大閾値レベルｅ（Ｖ）、ｆ（Ｖ）を超え、さらに増幅部１８ａ，１８ｂの出力電圧の上限および下限にクリップする信号波形３１，３２となる。そこで信号処理部２１の内部の制御部２６が常に回転角の検出誤差を監視し、この回転角の検出誤差が大きくなると瞬時に信号処理部２１の制御部２６から電源回路３５をＶｙ（Ｖ）となるように切り換え、図３（ａ）に示す信号波形２９，３０となるように制御することができ、回転角の検出精度が向上する。
【００３１】
また、周囲温度が高くなると、増幅部１８ａ，１８ｂからの出力信号は図３（ｃ）に示すように所定の回転角検出の許容誤差範囲の最小閾値レベルｇ（Ｖ）、ｈ（Ｖ）に達しない信号波形３３，３４となる。そこで信号処理部２１の内部の制御部２６が常に回転角の検出誤差を監視し、この回転角の検出誤差が大きくなると瞬時に信号処理部２１の制御部２６から電源回路３５をＶｘ（Ｖ）となるように切り換え、図３（ａ）に示す信号波形２９，３０となるように制御することができ、回転角の検出精度が向上する。
【００３２】
（実施の形態３）
図５は本発明の回転角検出装置の回路ブロック図である。本発明の実施の形態１と異なる構成および動作について図を用いて説明する。
【００３３】
図５に示すように電源２７とブリッジ回路１１，１６の間およびＧＮＤとブリッジ回路１１，１６との間に挿入された抵抗素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄと、この抵抗素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄと並列に挿入されたスイッチとしてのトランジスタ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと、ブリッジ回路１１，１６と、１つのＯＰアンプからなる増幅部１８ａ，１８ｂ、入力信号より回転角を検出する信号処理部２１から構成される。ここでトランジスタ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄのコレクタおよびエミッタが抵抗素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄの両端と接続されている。
【００３４】
信号処理部２１は２つの入力端子２２，２４を有し、さらにこの入力端子２２，２４に入力される信号から常に回転角の検出誤差を監視して、この回転角の検出誤差が大きくなると制御部２６からの信号によりトランジスタ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄをＯＮ／ＯＦＦしてブリッジ回路１１，１６の両端の印加電圧を切り換えて信号レベルを所定範囲になるように制御する制御部２６を有している。
【００３５】
例えば、周囲温度が低下すると、増幅部１８ａ，１８ｂから信号処理部２１の入力端子２２，２４に入力される信号は図３（ｂ）に示すように所定の回転角検出の許容誤差範囲の最大閾値レベルｅ（Ｖ）、ｆ（Ｖ）を超え、さらに増幅部の出力電圧の上限および下限にクリップする信号波形３１，３２となる。そこで信号処理部２１の内部の制御部２６が常に回転角の検出誤差を監視し、この回転角の検出誤差が大きくなると瞬時に信号処理部２１の制御部２６からトランジスタ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄのベースにＯＦＦ信号を入力し、抵抗素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに電圧が生じるため、ブリッジ回路の両端に印加される電圧を低くし、結果として図３（ａ）に示す信号波形２９，３０となるように制御することができ、回転角の検出精度が向上する。
【００３６】
また、周囲温度が高くなると、増幅部１８ａ，１８ｂからの出力信号は図３（ｃ）に示すように所定の回転角検出の許容誤差範囲の最小閾値レベルｇ（Ｖ）、ｈ（Ｖ）に達しない信号波形３３，３４となる。そこで信号処理部２１の内部の制御部２６が常に回転角の検出誤差を監視し、この回転角の検出誤差が大きくなると瞬時に信号処理部２１の制御部２６からトランジスタ３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄのベースにＯＮ信号を入力し、抵抗素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに電圧がほとんど生じなくなりブリッジ回路の両端に印加される電圧が高くなり、結果として図３（ａ）に示す信号波形２９，３０となるように制御することができ、回転角の検出精度が向上する。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、少なくとも２つの磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に磁界を与える磁気発生部と、前記磁気抵抗素子からの出力信号より回転角を検出する信号処理部と、前記磁気抵抗素子の出力信号を制御する制御部からなり、前記少なくとも２つの磁気抵抗素子の位相が１／４周期異なるように２つの磁気抵抗素子を配置した回転角検出装置であり、異なる位相になるように配置する磁気抵抗素子の出力信号レベルを制御し、さらにこれらの出力信号を比較することにより回転角の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転角検出装置の回路ブロック図
【図２】（ａ）本発明の回転角検出装置の構成を示す側面図
（ｂ）本発明の回転角検出装置の構成を示す正面図
【図３】（ａ）〜（ｃ）本発明の回転角検出装置内の信号処理部に入力される信号波形図
【図４】本発明の回転角検出装置の回路ブロック図
【図５】本発明の回転角検出装置の回路ブロック図
【図６】従来の回転角検出装置の構成図
【符号の説明】
１１  ブリッジ回路
１２  磁気抵抗素子
１３  磁気抵抗素子
１４  磁気抵抗素子
１５  磁気抵抗素子
１６  ブリッジ回路
１７  増幅部
１８  ＯＰアンプ
１８ａ  ＯＰアンプ
１８ｂ  ＯＰアンプ
１９  ＯＰアンプ
２０  増幅部
２１  信号処理部
２２  入力端子
２３  入力端子
２４  入力端子
２５  入力端子
２６  制御部
２７  電源
２８ａ  磁気発生部
２８ｂ  磁気発生部
２９  ＯＰアンプからの出力信号
２９ａ  電圧
２９ｂ  電圧
３０  ＯＰアンプからの出力信号
３０ａ  電圧
３０ｂ  電圧
３１  ＯＰアンプからの出力信号
３２  ＯＰアンプからの出力信号
３３  ＯＰアンプからの出力信号
３４  ＯＰアンプからの出力信号
３５  電源回路
３６ａ  抵抗素子
３６ｂ  抵抗素子
３６ｃ  抵抗素子
３６ｄ  抵抗素子
３７ａ  トランジスタ
３７ｂ  トランジスタ
３７ｃ  トランジスタ
３７ｄ  トランジスタ
【図１】
2004245766.tif 000003
【図２】
2004245766.tif 000004
【図３】
2004245766.tif 000005
【図４】
2004245766.tif 000006
【図５】
2004245766.tif 000007
【図６】
2004245766.tif 000008