(57)【要約】【課題】  検出対象の回転角度位置に関わらず検出対象の回転角速度を正確に検出する回転角速度検出装置を提供する。【手段】  永久磁石１２、１４は、平行な一定の磁束密度の磁界を形成し、検出対象１とともに回転する。ホール素子２０、２２は同一部品であり、交差角度αが９０°になるように設置されている。検出対象１とともに永久磁石１２、１４が回転することにより、ホール素子２０、２２は、位相が９０°異なる正弦波形の信号を出力する。この位相の異なる１組の出力信号を元に三角関数の逆演算をすることにより、所定周期で検出対象１の回転角度と１対１に対応する演算角度を算出する。そして、１組の出力信号、および算出した演算角度の符号を元に周期の境界が異なる１組の出力信号を算出する。一方の出力角度が周期の境界にあるときには、他方の出力角度の単位時間当たりの変化率を求めて検出対象１の回転角速度を検出する。【選択図】      図１
2005315764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の回転角速度を検出する回転角速度検出装置において、
磁界を発生する磁界発生手段と、
磁界の方向に応じて変化する信号を出力する第１磁気検出素子および第２磁気検出素子を有する磁気検出手段と、
前記第１磁気検出素子の第１出力信号と前記第２磁気検出素子の第２出力信号とから前記検出対象の回転角速度を算出する算出手段と、
を備え、
前記磁界発生手段または前記磁気検出手段の一方は前記検出対象とともに回転し、
前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子は、前記検出対象の回転にともない前記磁気検出手段が前記磁界発生手段に対して相対回転することにより、前記第１出力信号と前記第２出力信号との位相が異なり、かつ位相差が反転位相と異なるように設置されており、
前記算出手段は、
前記第１出力信号および前記第２出力信号を元に三角関数の逆演算により、前記両磁気検出素子の出力特性によって決定される周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する第１出力角度を算出し、
前記第１出力信号および前記第２出力信号に基づいて前記周期の範囲における前記検出対象の回転角度位置を識別し、識別した前記回転角度位置に応じたオフセット角度を第１出力角度に加えることにより前記第１出力角度と位相の異なる前記第２出力角度を算出し、
前記第１出力角度または前記第２出力角度の単位時間当たりの変化率から前記検出対象の回転角速度を算出するとき、前記第１出力角度または前記第２出力角度の一方の値が前記周期の境界にあるとき、前記第１出力角度または前記第２出力角度の他方の値から前記検出対象の回転角速度を算出することを特徴とする回転角速度検出装置。
【請求項２】
検出対象の回転角速度を検出する回転角速度検出装置において、
磁界を発生する磁界発生手段と、
磁界の方向に応じて変化する信号を出力する第１磁気検出素子および第２磁気検出素子を有する磁気検出手段と、
前記第１磁気検出素子の第１出力信号と前記第２磁気検出素子の第２出力信号とから前記検出対象の回転角速度を算出する算出手段と、
を備え、
前記磁界発生手段または前記磁気検出手段の一方は前記検出対象とともに回転し、
前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子は、前記検出対象の回転にともない前記磁気検出手段が前記磁界発生手段に対して相対回転することにより、前記第１出力信号と前記第２出力信号との位相が異なり、かつ位相差が反転位相と異なるように設置されており、
前記算出手段は、
前記第１出力信号および前記第２出力信号を元に三角関数の逆演算により、前記両磁気検出素子の出力特性によって決定される第１周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する演算角度を算出し、
前記第１出力信号および前記第２出力信号に基づいて前記第１周期の２倍の長さである第２周期の範囲における前記検出対象の回転角度位置を識別し、識別した前記回転角度位置に応じたオフセット角度を前記演算角度に加えることにより、前記第２周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する第１出力角度と、前記第１出力角度と位相が異なる第２出力角度とを算出し、
前記第１出力角度または前記第２出力角度の単位時間当たりの変化率から前記検出対象の回転角速度を算出するとき、前記第１出力角度または前記第２出力角度の一方の値が前記第２周期の境界にあるとき、前記第１出力角度または前記第２出力角度の他方の値から前記検出対象の回転角速度を算出することを特徴とする回転角速度検出装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記第１出力信号および前記第２出力信号に基づいて前記第１出力角度および前記第２出力角度を算出するとき、前記第１出力信号および前記第２出力信号の値の和および差の符号と前記演算角度の符号とを判定して前記第１出力角度および前記第２出力角度を算出することを特徴とする請求項２記載の回転角速度検出装置。
【請求項４】
前記算出手段は、前記第１出力信号および前記第２出力信号に基づいて前記第１出力角度および前記第２出力角度を算出するとき、前記第１出力信号または前記第２出力信号の一方の符号が反転する範囲では、前記第１出力信号または前記第２出力信号の他方の符号と前記演算角度の符号とを判定して前記第１出力角度および前記第２出力角度を算出することを特徴とする請求項２記載の回転角速度検出装置。
【請求項５】
検出対象の回転角速度を検出する回転角速度検出装置において、
磁界を発生する磁界発生手段と、
磁界の方向に応じて変化する信号を出力する第１磁気検出素子、第２磁気検出素子および第３磁気検出素子を有する磁気検出手段と、
を備え、
前記磁界発生手段または前記磁気検出手段の一方は前記検出対象とともに回転し、
前記３個の磁気検出素子は、前記磁界発生手段に対して前記磁気検出手段が相対回転することにより互いに異なる位相差の信号を出力するように設置されているとともに、前記３個の磁気検出素子から２個の磁気検出素子を選択する３組の組み合わせのうち、少なくとも２組の組み合わせにおいて、各組の磁気検出素子の出力信号の位相差が反転位相と異なるように設置されていることを特徴とする回転角速度検出装置。
【請求項６】
前記３個の磁気検出素子の出力信号から前記検出対象の回転角速度を算出する算出手段をさらに備え、
前記算出手段は、
前記２組の組み合わせの一方の組において、２個の磁気検出素子の出力信号を元に三角関数の逆演算により、前記両磁気検出素子の出力特性によって決定される周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する第１出力角度を算出し、前記２組の組み合わせの他方の組において、２個の磁気検出素子の出力信号を元に三角関数の逆演算により、前記周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化し前記第１出力角度と位相の異なる第２出力角度を算出し、
前記第１出力角度または前記第２出力角度の単位時間当たりの変化率から前記検出対象の回転角速度を算出するとき、前記第１出力角度または前記第２出力角度の一方の値が前記周期の境界にあるとき、前記第１出力角度または前記第２出力角度の他方の値から前記検出対象の回転角速度を算出することを特徴とする請求項５記載の回転角速度検出装置。
【請求項７】
前記３個の磁気検出素子の出力信号から前記検出対象の回転角速度を算出する算出手段をさらに備え、
前記算出手段は、
前記２組の組み合わせの一方の組において、２個の磁気検出素子の出力信号を元に三角関数の逆演算により、前記両磁気検出素子の出力特性によって決定される第１周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する第１演算角度を算出し、前記２組の組み合わせの他方の組において、２個の磁気検出素子の出力信号を元に三角関数の逆演算により、前記第１周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化し前記第１演算角度と位相の異なる第２演算角度を算出し、
前記２組の組み合わせの一方の組において、２個の磁気検出素子の一方の第１出力信号および他方の第２出力信号に基づいて前記第１周期の２倍の長さである第２周期の範囲における前記検出対象の回転角度位置を識別し、識別した前記回転角度位置に応じたオフセット角度を前記第１演算角度に加えることにより前記第２周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する第１出力角度を算出し、前記２組の組み合わせの他方の組において、２個の磁気検出素子の一方の第１出力信号および他方の第２出力信号に基づいて前記第２周期の範囲における前記検出対象の回転角度位置を識別し、識別した前記回転角度位置に応じたオフセット角度を前記第２演算角度に加えることにより前記第２周期で前記検出対象の回転角度と１対１に対応して変化し前記第１出力角度と位相の異なる第２出力角度を算出し、
前記第１出力角度または前記第２出力角度の単位時間当たりの変化率から前記検出対象の回転角速度を算出するとき、前記第１出力角度または前記第２出力角度の一方の値が前記第２周期の境界にあるとき、前記第１出力角度または前記第２出力角度の他方の値から前記検出対象の回転角速度を算出することを特徴とする請求項５記載の回転角速度検出装。
【請求項８】
前記算出手段は、前記２組の組み合わせの各組において前記第１出力信号および前記第２出力信号から前記第１出力角度または前記第２出力角度を算出するとき、前記第１出力信号および前記第２出力信号の値の和および差の符号と、各組で算出した演算角度の符号とを判定して前記第１出力角度または前記第２出力角度を算出することを特徴とする請求項７記載の回転角速度検出装置。
【請求項９】
前記算出手段は、前記２組の組み合わせの各組において前記第１出力信号および前記第２出力信号から前記第１出力角度または前記第２出力角度を算出するとき、前記第１出力信号または前記第２出力信号の一方の符号が反転する範囲では、前記第１出力信号または前記第２出力信号の他方の符号と、各組で算出した演算角度の符号とを判定して前記第１出力角度または前記第２出力角度を算出することを特徴とする請求項７記載の回転角速度検出装置。
【請求項１０】
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９のいずれか一項記載の回転角速度検出装置。
【請求項１１】
前記位相差は９０°であることを特徴とする請求項１０記載の回転角速度検出装置。
【請求項１２】
前記磁気検出素子は磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の回転角速度検出装置。
【請求項１３】
前記位相差は４５°であることを特徴とする請求項１２記載の回転角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象の回転角速度を検出する回転角速度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、検出対象の回転にともない、２個の磁気検出素子を有する磁気検出手段を磁界に対して相対回転させ、検出対象の回転により変化する磁気検出素子の出力信号から検出対象の回転角度を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）。
このような回転角度検出装置では、図１６に示すように、２個の磁気検出素子は正弦波形である出力信号１００（Ｖａ）、１０２（Ｖｂ）を電圧として出力する。そして、出力信号１００、１０２から三角関数の逆正接演算により、図１７に示すように、検出対象の回転角度に対して１８０°周期で１対１に変化する鋸歯状の演算角度１０４（θ’）を算出する。
【０００３】
そして、図２０に示すように、出力信号Ｖａ、Ｖｂの符号から、０°〜３６０°の範囲において検出対象の回転角度位置を識別し、演算角度θ’にオフセット角度を加えて演算角度θ’を結合することにより、図１８に示すように検出対象の回転角度に対して３６０°周期で１対１に変化する出力角度θを算出する。これにより、０°〜３６０°の範囲において、検出対象の回転角度を検出できる。
このような回転角度検出装置で求めた出力角度の単位時間当たりの変化率を算出すれば、検出対象の回転角速度を検出できる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４０５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば検出対象が一定方向に回転する場合、図１８に示す出力角度から検出対象の回転角速度を求めようとすると、３６０°周期の境界で出力角度が急激に変化するので、図１９に示すように、３６０°周期の境界で回転角速度を正確に検出できないという問題がある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、検出対象の回転角度位置に関わらず検出対象の回転角速度を正確に検出する回転角速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】
【０００６】
請求項１記載の発明によると、２個の磁気検出素子の第１出力信号および第２出力信号を元に三角関数の逆演算により、両磁気検出素子の出力特性によって決定される所定周期で検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する第１出力角度を算出する。そして、第１出力信号および第２出力信号に基づいて所定周期の範囲における検出対象の回転角度位置を識別し、所定周期で検出対象の回転角度と１対１に対応して変化し第１出力角度と位相の異なる第２出力角度を算出する。
【０００７】
また請求項２記載の発明によると、２個の磁気検出素子の第１出力信号および第２出力信号を元に三角関数の逆演算により、両磁気検出素子の出力特性によって決定される所定周期で検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する演算角度を算出する。そして、第１出力信号および第２出力信号に基づいて、磁気検出素子の出力特性によって決定される第１周期の２倍の長さである第２周期の範囲における検出対象の回転角度位置を識別し、第２周期で検出対象の回転角度と１対１に対応して変化し位相の異なる第１出力角度および第２出力角度を算出する。
【０００８】
このように請求項１、２において算出された第１出力角度と第２出力角度との周期の境界はずれているので、第１出力角度および第２出力角度を元に検出対象の単位時間当たりの変化率から検出対象の回転角速度を検出するとき、一方の出力角度の値が周期の境界にあるときには他方の角度から検出対象の回転角速度を検出できる。したがって、検出対象の回転角度位置に関わりなく検出対象の回転角速度を正確に検出できる。
また、検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する出力角度から、検出対象の回転角度を検出できる。
【０００９】
また請求項２記載の発明によると、第１周期の演算角度から第１周期の２倍の長さの第２周期の第１出力角度および第２出力角度を算出している。また請求項７記載の発明によると、各組において算出した第１周期の演算角度から第１周期の２倍の長さの第２周期の出力角度を算出している。したがって、第１出力角度または第２出力角度から、第１周期よりも広い角度範囲の第２周期で検出対象の回転角度を検出できる。
【００１０】
請求項５から７記載の発明によると、磁気検出手段の３個の磁気検出素子は、磁界発生手段に対して磁気検出手段が相対回転することにより互いに異なる位相差の正弦波形の信号を出力するように設置されているとともに、３個の磁気検出素子から２個の磁気検出素子を選択する３組の組み合わせのうち、少なくとも２組の組み合わせにおいて、各組の２個の磁気検出素子の出力信号の位相差が反転位相と異なるように設置されている。
【００１１】
したがって、選択した２組の磁気検出素子の各組において２個の磁気検出素子の出力信号を元に三角関数の逆演算をしてそれぞれ算出された演算角度は、互いに位相がずれ、それぞれ磁気検出素子の出力特性によって決定される周期で検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する。このようにして算出した１組の演算角度（請求項６では出力角度になる）、または各演算角度にオフセット角度を加えて周期を２倍にした１組の出力角度は、互いの周期の境界がずれている。したがって、１組の出力角度の単位時間当たりの変化率から検出対象の回転角速度を検出するとき、一方の出力角度が周期の境界にあるときには他方の出力角度から検出対象の回転角速度を検出できる。したがって、検出対象の回転角度位置に関わりなく検出対象の回転角速度を正確に検出できる。
また、検出対象の回転角度と１対１に対応して変化する出力角度から、検出対象の回転角度を所定の角度範囲で検出できる。
【００１２】
ところで、磁気検出素子の出力信号にノイズが発生すると、磁気検出素子の出力信号の符号を判定して検出対象の回転角度位置を識別する場合、符号の反転する境界付近では、符号の判定を誤る恐れがある。
そこで請求項３では請求項２の発明において、また請求項８記載の発明では請求項７の発明において、第１出力信号および第２出力信号の値の和および差の符号、ならびに第１出力信号および第２出力信号を元に三角関数の逆演算で算出した演算角度の符号を判定して検出対象の回転角度位置を識別している。位相の異なる第１出力信号および第２出力信号の値の和および差の符号が反転する回転角度位置は、第１出力信号および第２出力信号の符号が反転する回転角度位置と異なっている。また、第１出力信号および第２出力信号を元に三角関数の逆演算で算出した演算角度の符号が反転する回転角度位置は、第１出力信号および第２出力信号の符号が反転する回転角度位置と同じであり、第１出力信号および第２出力信号の値の和および差の符号が反転する回転角度位置と異なっている。したがって、第１出力信号および第２出力信号の値の和および差の一方の符号が反転する回転角度位置の境界では、第１出力信号および第２出力信号の値の和および差の他方の符号と、演算角度の符号とを判定することにより、第１出力信号および第２出力信号にノイズが発生しても、符号の判定を誤ることなく検出対象の回転角度位置を正確に識別できる。その結果、識別した検出対象の回転角度位置に応じた適正なオフセット角度を演算角度に加え、第１出力角度および第２出力角度を正確に算出できる。
【００１３】
また請求項４記載の発明では請求項２記載の発明において、請求項９記載の発明では請求項７記載の発明において、２個の磁気検出素子の第１出力信号または第２出力信号の一方の符号が反転する範囲では、第１出力信号または第２出力信号の符号の反転しない他方の出力信号の符号と、第１出力信号および第２出力信号を元に三角関数の逆演算により算出した演算角度の符号とを判定して、第１出力角度および第２出力角度を算出する。第１出力信号または第２出力信号にノイズが発生しても、符号が反転する角度範囲から外れている出力信号で符号を判定するので、磁気検出素子の出力信号の符号の判定の信頼性が向上する。
【００１４】
請求項１１の発明によると、検出対象の回転にともない正弦波形の信号を出力する磁気検出素子としてホール素子を用いる場合は、磁気検出素子の出力信号の位相差を９０°にしている。また、請求項１３記載の発明によると、検出対象の回転にともない正弦波形の信号を出力する磁気検出素子として磁気抵抗素子を用いる場合は、磁気検出素子の出力信号の位相差を４５°にしている。その結果、出力信号が正弦波と余弦波の関係になる。したがって、三角関数の逆正接演算により、ホール素子または磁気抵抗素子の出力特性により決定される周期で、検出対象の回転角度と１対１に対応した演算角度または出力角度を簡単に算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転角速度検出装置を図１に示す。回転角速度検出装置１０は、例えばクランクシャフトや車輪等の検出対象１の回転角速度を検出する装置である。回転角速度検出装置１０は、永久磁石１２、１４、ホール素子２０、２２および算出手段である電子制御装置（ＥＣＵ）３０を有している。回転角速度検出装置１０では、ホール素子２０、２２とＥＣＵ３０とを別部品にしてもよいし、１個の半導体素子として１部品で構成してもよい。
【００１６】
磁界発生手段としての永久磁石１２、１４は、平行な一定の磁束密度の磁界を形成し、検出対象１とともに回転する。
磁気検出手段を構成する磁気検出素子としてのホール素子２０、２２は同一部品であり、交差角度αが９０°になるように設置されている。また、ホール素子２０、２２には定電流が供給されている。検出対象１とともに永久磁石１２、１４が回転することにより、図１６に示すように、ホール素子２０が電圧として出力する正弦波形の出力信号１００と、ホール素子２２が電圧として出力する正弦波形の出力信号１０２とは位相が９０°異なる。検出対象１の回転角度をθ、出力信号１００をＶａ、出力信号１０２をＶｂ、ホール素子２０、２２の感度で決定される係数をｋ、永久磁石１２、１４が形成する磁界の磁束密度をＢ、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）
ＥＣＵ３０は、図示しないＣＰＵと検出対象１の回転角速度を算出する処理プログラムを格納したメモリを有している。
【００１７】
以下に、ＥＣＵ３０が検出対象１の回転角速度を検出する過程を説明する。
ＥＣＵ３０は、ホール素子２０、２２が出力する図１６に示す出力信号１００、１０２の比から次式（３）によりｔａｎθを算出し、次式（４）の逆正接演算により図１７に示す演算角度１０４を算出する。演算角度１０４の周期はホール素子２０、２２の出力特性により決定され、その周期は１８０°である。演算角度１０４の周期は、特許請求の範囲に記載した第１周期である。
Ｖａ／Ｖｂ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ  ・・・（３）
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖａ／Ｖｂ）    ・・・（４）
演算角度１０４は、ホール素子２０、２２の出力特性で決定される第１周期である１８０°の周期で検出対象１の回転角度と１対１に対応して変化する。
【００１８】
次にＥＣＵ３０は、図４、図５に示すように、Ｖａ、Ｖｂ、および図１７に示す演算角度１０４（図４、図５ではθ’で示されている）の符号を判定し、演算角度１０４の周期である１８０°の２倍の周期である３６０°の第２周期の角度範囲内において、検出対象１の回転角度位置を識別する。この識別した検出対象１の回転角度位置に基づき、演算角度１０４に図４に示すオフセット角度を加えて結合し、図２に示す出力角度１２０を算出する。また、演算角度１０４に図５に示すオフセット角度を加えて結合し、図２に示す出力角度１２２を算出する。出力角度１２０、１２２の周期は３６０°である。
【００１９】
第１実施形態では、ホール素子２０、２２の出力信号１００、１０２（図１６参照）から三角関数の逆演算で算出した演算角度にオフセット角度を加えて結合し、図２の出力角度１２０、１２２を算出するときに、出力信号Ｖａ、Ｖｂそれぞれの符号を演算角度θ’の符号とともに判定し、演算角度θ’に加えて演算角度１０４を結合するオフセット角度を決定する。図４、図５において、×はＶａ、Ｖｂの一方の符号を無視することを示し、Ｖａ、Ｖｂおよびθ’の０は符号が反転する境界を示している。
【００２０】
第１実施形態では、図４、図５に示すように、Ｖａ、Ｖｂ、および演算角度θ’の符号を判定することにより、出力信号Ｖａ、Ｖｂにノイズが発生しても、Ｖａ、Ｖｂのどちらが符号の反転する角度範囲にあるかを判定する。
演算角度θ’に関しては、図１７に示すように検出対象１の回転角度が０°（３６０°）、９０°、１８０°、２７０°のときに符号が反転する。図４では、演算角度θ’の符号が反転する回転角度のうち、演算角度θ’が連続して変化する回転角度０°（３６０°）においては、オフセット角度は回転角度０°（３６０°）の前後で３６０°減少している。また、図４に基づいて演算角度θ’にオフセット角度を加えることにより算出される出力角度１２０は０°（３６０°）の回転角度の前後で３６０°減少している。したがって、回転角度０°（３６０°）付近で出力信号Ｖａ、Ｖｂにノイズが発生し出力信号Ｖａ、Ｖｂから算出される演算角度θ’の符号判定を間違っても、演算角度θ’にオフセット角度を加えて算出される出力角度１２０の誤差は、ノイズにより生じる演算角度θ’の誤差である。
【００２１】
一方図５では、オフセット角度は回転角度０°（３６０°）の前後で同じである。また、図５に基づいて演算角度θ’にオフセット角度を加えることにより算出される出力角度１２２は回転角度０°（３６０°）の前後で連続している。したがって、回転角度０°（３６０°）付近で出力信号Ｖａ、Ｖｂにノイズが発生して演算角度θ’の符号判定を間違っても、演算角度θ’にオフセット角度を加えて算出される出力角度１２２の誤差は、ノイズにより生じる演算角度θ’の誤差である。
【００２２】
また、図４では、符号が反転する回転角度のうち、演算角度θ’が連続して変化する回転角度１８０°においては、オフセット角度は回転角度１８０°の前後で同じである。また、図４に基づいて演算角度θ’にオフセット角度を加えることにより算出される出力角度１２０は回転角度１８０°の前後で連続している。したがって、回転角度１８０°付近で出力信号Ｖａ、Ｖｂにノイズが発生して演算角度θ’の符号判定を間違っても、演算角度θ’にオフセット角度を加えて算出される出力角度１２０の誤差は、ノイズにより生じる演算角度θ’の誤差である。
【００２３】
一方図５では、オフセット角度は回転角度１８０°の前後で３６０°減少している。また、演算角度θ’にオフセット角度を加えることにより算出される出力角度１２２は回転角度１８０°の前後で３６０°減少している。したがって、回転角度１８０°付近で出力信号Ｖａ、Ｖｂにノイズが発生して演算角度θ’の符号判定を間違っても、演算角度θ’にオフセット角度を加えて算出される出力角度１２２の誤差は、ノイズにより生じる演算角度θ’の誤差である。
【００２４】
また、図４、図５では、符号が反転する回転角度のうち、演算角度θ’が＋から−に１８０°減少する回転角度９０°、２７０°においては、オフセット角度は回転角度９０°、２７０°の前後で１８０°増加している。また、図４、図５に基づいて演算角度θ’にオフセット角度を加えることにより算出される出力角度１２０、１２２は回転角度９０°、２７０°の前後で連続している。したがって、回転角度９０°、２７０°付近で出力信号Ｖａ、Ｖｂにノイズが発生して演算角度θ’の符号判定を間違っても、演算角度θ’にオフセット角度を加えて算出される出力角度１２０、１２２の誤差は、ノイズにより生じる演算角度θ’の誤差である。
【００２５】
したがって、第１実施形態では、出力信号Ｖａ、Ｖｂの一方の符号が反転する検出対象１の回転角度の境界では、Ｖａ、Ｖｂの一方の符号を無視し、Ｖａ、Ｖｂの他方の符号と、演算角度θ’の符号とを判定することにより、検出対象１の回転角度位置を正確に識別し、演算角度θ’にオフセット角度を加えて出力角度１２０、１２２を正確に算出できる。
【００２６】
このようにして算出した出力角度１２０、１２２のうち、出力角度１２０は、検出対象１の回転角度が０、３６０、７２０・・・の３６０°周期で大きく変化し、出力角度１２２は、検出対象１の回転角度が１８０、５４０、９００・・・の３６０°周期で大きく変化する。そこで、一方の出力角度が大きく変化する３６０°周期の境界範囲では、直線状に連続して変化する他方の出力角度の値を用い、他方の出力角度の単位時間当たりの変化率から、検出対象１の回転角速度を算出する。これにより、図３に示すように、検出対象１の回転角度位置に関わらず、検出対象１の回転角速度を正確に検出できる。
【００２７】
第１実施形態では、ホール素子２０、２２の交差角度αを９０°にして出力信号の位相差を９０°にしたので、式（３）、（４）から、ａｒｃｔａｎを用いた逆正接演算により検出対象１の回転角度を簡単に算出できた。しかし、ホール素子２０、２２の交差角度αが９０°ではなく出力信号の位相差が９０°ではないαのときにも、ホール素子２０、２２の出力信号であるＶａ、Ｖｂを元に、次式（５）、（６）に示すように、三角関数の逆演算により検出対象１の回転角度θを算出できる。
ｔａｎθ＝ｃｏｔα・（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）・・・（５）
θ＝ａｒｃｔａｎ｛ｃｏｔα・（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）｝・・・（６）
また、第１実施形態の回転角速度検出装置１０は、検出対象１の回転角度の基準位置と、ホール素子２０、２２の出力信号１００、１０２の基準位置とを合わせることにより、３６０°の角度範囲において、回転角度検出装置としても使用できる。
【００２８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６から図８に示す。ＥＣＵ３０内の処理プログラムが異なる以外の構成は、第１実施形態と実質的に同一である。
第２実施形態では、図１７に示す演算角度１０４にオフセット角度を加えて図２に示す出力角度１２０、１２２を算出するときに、第１実施形態の図４、図５のようにホール素子２０、２２の出力信号Ｖａ、Ｖｂの符号ではなく、図７、図８に示すように出力信号の和（Ｖａ＋Ｖｂ）と差（Ｖａ−Ｖｂ）の符号を演算角度θ’の符号とともに判定する。そして、演算角度１０４に加えて演算角度１０４を結合するオフセット角度を決定する。図７、図８において、×は（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）の一方の符号を無視することを示し、θ’の０は符号が反転する境界を示している。
【００２９】
第２実施形態では、ＥＣＵ３０は、次式（７）、（８）に基づいて、図１６に示す出力信号１００、１０２の和（Ｖａ＋Ｖｂ）と差（Ｖａ−Ｖｂ）を求め、図６に示す信号１１０、信号１１２を得る。信号１１０の出力値は（Ｖａ＋Ｖｂ）であり、信号１１２の出力値は（Ｖａ−Ｖｂ）である。
Ｖａ＋Ｖｂ＝ｋＢＩ・ｓｉｎθ＋ｋＢＩ・ｃｏｓθ
＝２１／２ｋＢＩ・ｓｉｎ（θ＋４５）・・・（７）
Ｖａ−Ｖｂ＝ｋＢＩ・ｓｉｎθ−ｋ・Ｂ・ｃｏｓθ
＝２１／２ｋＢＩ・ｓｉｎ（θ−４５）・・・（８）
【００３０】
そして、図７、図８に示すように、（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）、および図１７に示す演算角度１０４（図７、８ではθ’で示されている）の符号を判定し、演算角度１０４の周期である１８０°の２倍の周期である３６０°の第２周期の角度範囲内において、検出対象１の回転角度位置を識別する。この識別した検出対象１の回転角度位置に基づいて演算角度１０４にそれぞれ異なるオフセット角度を加えて結合し、図２に示す出力角度１２０、１２２（図７、８ではθで示されている）を算出する。
【００３１】
第２実施形態では、ホール素子２０、２２の出力信号Ｖａ、Ｖｂの和（Ｖａ＋Ｖｂ）、および差（Ｖａ−Ｖｂ）の符号、ならびにＶａ、Ｖｂを元に三角関数の逆正接演算で算出した演算角度θ’の符号を判定して検出対象１の回転角度位置を識別している。図６に示すように、位相の異なる（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）の符号が反転する回転角度位置は、出力信号Ｖａ、Ｖｂの符号が反転する回転角度位置と異なっている。また、演算角度θ’の符号が反転する回転角度位置は、Ｖａ、Ｖｂの符号が反転する回転角度位置と同じであり、（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）の符号が反転する回転角度位置と異なっている。
【００３２】
したがって、第２実施形態では、（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）、および演算角度θ’の符号を判定することにより、出力信号Ｖａ、Ｖｂにノイズが発生しても、（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）のどちらが符号の反転する角度範囲にあるかを正確に判定できる。これにより、（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）の一方の符号が反転する検出対象１の回転角度の境界では、（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）の一方の符号を無視し、（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）の他方の符号と演算角度θ’の符号とを判定することにより、検出対象１の回転角度位置を正確に識別し、演算角度θ’にオフセット角度を加えて出力角度１２０、１２２を正確に算出できる。これにより、検出対象１の回転角速度を正確に検出できる。
【００３３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
回転角速度検出装置４０は、永久磁石１２、１４、ホール素子２０、２２、２４およびＥＣＵ３０を有している。回転角速度検出装置１０は、ホール素子２０、２２、２４とＥＣＵ３０とを別部品にしてもよいし、１個の半導体素子として１部品で構成してもよい。
【００３４】
ホール素子２０、２２、２４は、ホール素子２０を挟んで互いに９０°の角度で交差している。したがって、検出対象１が回転することにより、図１０に示すように、ホール素子２０、２２、２４は位相が９０°異なる正弦波形の出力信号１３０、１３２、１３４を出力する。出力信号１３０と出力信号１３２とは、三角関数のｓｉｎとｃｏｓの関係にあり、出力信号１３０と出力信号１３４とは、三角関数のｓｉｎと−ｃｏｓの関係にある。
【００３５】
図１１に示すように、ＥＣＵ３０は、ホール素子２０、２２が出力する出力信号１３０、１３２から三角関数の逆正接演算により演算角度１４０を算出し、ホール素子２０、２４が出力する出力信号１３０、１３４から三角関数の逆正接演算により演算角度１４２を算出する。演算角度１４０と演算角度１４２とは位相が９０°ずれている。演算角度１４０、１４２は、ホール素子２０、２２、２４の出力特性で決定される第１周期である１８０°の周期で検出対象１の回転角度と１対１に対応して変化する。
【００３６】
またＥＣＵ３０は、式（５）、（６）に基づいて、出力信号１３０と出力信号１３２の和（Ｖａ＋Ｖｂ）と差（Ｖａ−Ｖｂ）を求め、図６に示す信号１１０、１１２を得る。ここで、出力信号１３４をＶｃとすると、Ｖｃ＝ｋＢＩ・（−ｃｏｃθ）＝−Ｖｂであるから、出力信号１３０と出力信号１３４の和（Ｖａ＋Ｖｃ）と差（Ｖａ−Ｖｃ）において、（Ｖａ＋Ｖｃ）は信号１１２に対応し、（Ｖａ−Ｖｃ）は信号１１０に対応する。
【００３７】
そして、図６に示す信号１１０、１１２の符号、ならびに出力信号１３０、１３２から逆正接演算によって算出した図１１に示す演算角度１４０（θ０’）の符号を元に、図１３において第２周期である３６０°の周期の範囲内で検出対象１の回転角度位置を識別する。この識別した回転角度位置に基づいて演算角度θ０’にオフセット角度を加え、図１２に示す出力角度１５０を算出する。
【００３８】
また、図６に示す信号１１０、１１２の符号、ならびに出力信号１３０、１３４から逆正接演算によって算出した図１１に示す演算角度１４２（θ１’）の符号を元に、図１４において第２周期である３６０°の周期の範囲内で検出対象１の回転角度位置を識別する。この識別した回転角度位置に基づいて演算角度θ１’にオフセット角度を加え、図１２に示す出力角度１５２を算出する。
【００３９】
このようにして得られた出力角度１５０、１５２のうち、出力角度１５０は、検出対象１の回転角度が０°、３６０°、７２０°・・・のときに大きく変化し、出力角度１５２は、検出対象１の回転角度が９０°、４５０°、８１０°・・・のときに大きく変化する。そこで、一方の出力角度が大きく変化する範囲では、直線状に連続して変化する他方の出力角度の値を用い、出力角度の単位時間当たりの変化率から、検出対象１の回転角速度を算出する。これにより、図３に示すように、検出対象１の回転角位置に関わらず、検出対象１の回転角速度を正確に検出できる。
【００４０】
第３実施形態では、ホール素子２０、２２、ならびにホール素子２０、２４の交差角度を９０°に設定し、出力信号の位相差を９０°にすることにより、ａｒｃｔａｎを用いた逆正接演算により検出対象１の回転角度を簡単に算出できた。しかし、ホール素子２０とホール素子２２、ホール素子２０とホール素子２４が交差する角度をαとし出力信号の位相差がαであるときにも、第１実施形態と同様に、式（５）、（６）から検出対象１の回転角度θを算出できる。
【００４１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１５に示す。ＥＣＵ３０内の処理プログラムが異なる以外の構成は、第１実施形態と実質的に同一である。
第３実施形態では、３個のホール素子２０、２２、２４を用いて、図１１に示す位相の異なる演算角度１４０、１４２を算出した。これに対し第４実施形態では、第１実施形態と同様に２個のホール素子２０、２２を用い、ＥＣＵ３０内の処理プログラムにより図１１に示す位相の異なる演算角度１４０、１４２を算出する。
【００４２】
まずＥＣＵ３０は、図１６に示す出力信号１００、１０２から式（３）、（４）に基づく逆正接演算により、図１１に示す演算角度１４０を算出する。
次に、出力信号１００、１０２の符号と演算角度１４０の符号とから、図１５に示す判定にしたがい、演算角度１４０にオフセット角度を加えて演算角度１４０と９０°位相の異なる演算角度１４２を得る。
【００４３】
第４実施形態では、このようにして算出した演算角度１４０、１４２を第１出力角度、第２出力角度として検出対象１の回転角速度を検出する。
出力角度１４０、１４２のうち、出力角度１４０は、検出対象１の回転角度が９０°、２７０°、４５０°・・・のときに大きく変化し、出力角度１４２は、検出対象１の回転角度が０°、１８０°、３６０°・・・のときに大きく変化する。そこで、一方の出力角度が大きく変化する１８０°周期の境界範囲では、直線状に変化する他方の出力角度の値を用い、出力角度の単位時間当たりの変化率から、検出対象１の回転角速度を算出する。これにより、検出対象１の回転角位置に関わらず、検出対象１の回転角速度を正確に検出できる。
【００４４】
（他の実施形態）
以上説明した上記複数の実施形態では、磁界発生手段が検出対象１と回転したが、磁気検出手段が検出対象１と回転してもよい。
また、磁気検出素子としてホール素子を用いたが、磁気抵抗素子を磁気検出素子として用い、検出対象の回転角速度を検出してもよい。この場合、磁気抵抗素子の出力信号、出力信号から三角関数の逆演算で算出する演算角度、演算角度から算出する出力信号の周期は、通常ホール素子の１／２になる。
【００４５】
また第３実施形態の回転角速度検出装置４０において、図１１に示す演算角度１４０、１４２を結合して図１２に示す出力角度１５０、１５２を算出するのではなく、第４実施形態と同様に、図１１に示す演算角度を出力角度として、検出対象１の回転角速度を検出してもよい。
また第３実施形態の回転角速度検出装置４０において、出力角度１５０、１５２を算出するときに、各組の出力信号の和および差の符号と、各組において算出された演算角度の符号とを判定するのではなく、各組において、第１実施形態のように、出力信号の一方が周期の境界にあるときには、出力信号の他方の符号と演算角度の符号とを判定して出力角度を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態による回転角速度検出装置を示す模式的構成図である。
【図２】回転角度と、図１７に示す演算角度に異なるオフセット角度を加え２倍の周期にした出力角度との関係を示す特性図である。
【図３】検出対象の回転角度と、図２に示す出力角度の単位時間当たりの変化率から算出した回転角速度との関係を示す特性図である。
【図４】第１実施形態による出力信号の符号および演算角度の符号とオフセット角度との関係を示す図である。
【図５】第１実施形態による出力信号の符号および演算角度の符号とオフセット角度との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態による出力信号の和と差から求めた信号の回転角度と出力との関係を示す特性図である。
【図７】第２実施形態による出力信号の和と差の符号および演算角度の符号とオフセット角度との関係を示す図である。
【図８】第２実施形態による出力信号の和と差の符号および演算角度の符号とオフセット角度との関係を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態による回転角速度検出装置を示す模式的構成図である。
【図１０】回転角度と出力信号との関係を示す特性図である。
【図１１】回転角度と、出力信号の組み合わせ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１２】回転角度と、図１１に示す演算角度にオフセット角度を加えて２倍の周期にした出力角度との関係を示す特性図である。
【図１３】出力信号の和と差の符号および演算角度の符号とオフセット角度との関係を示す図である。
【図１４】出力信号の和と差の符号および演算角度の符号とオフセット角度との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態による出力信号の符号および演算角度の符号とオフセット角度との関係を示す図である。
【図１６】ホール素子が２個の場合の回転角度と出力信号との関係を示す特性図である。
【図１７】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１８】回転角度と、図１７に示す演算角度にオフセット角度を加えて２倍の周期にした出力角度との関係を示す特性図である。
【図１９】回転角度と、図１８に示す出力角度の単位時間当たりの変化率から算出した回転角速度との関係を示す図である。
【図２０】出力信号の符号とオフセット角度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  検出対象、１０、４０  回転角速度検出装置、１２、１４  永久磁石（磁界発生手段）、２０、２２、２４  ホール素子（磁気検出素子、磁気検出手段）、３０  ＥＣＵ（算出手段）
【図１】
2005315764.tif 000003
【図２】
2005315764.tif 000004
【図３】
2005315764.tif 000005
【図４】
2005315764.tif 000006
【図５】
2005315764.tif 000007
【図６】
2005315764.tif 000008
【図７】
2005315764.tif 000009
【図８】
2005315764.tif 000010
【図９】
2005315764.tif 000011
【図１０】
2005315764.tif 000012
【図１１】
2005315764.tif 000013
【図１２】
2005315764.tif 000014
【図１３】
2005315764.tif 000015
【図１４】
2005315764.tif 000016
【図１５】
2005315764.tif 000017
【図１６】
2005315764.tif 000018
【図１７】
2005315764.tif 000019
【図１８】
2005315764.tif 000020
【図１９】
2005315764.tif 000021
【図２０】
2005315764.tif 000022