(57)【要約】【課題】小型の機器への組み込み、及び高精度な回転角度の検出を可能とするとともに、回転角度の算出をより素早く且つ正確に行うことができる回転検出装置および回転検出装置付き軸受を提供する。【解決手段】回転中心回りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段３と、該磁気発生手段３の磁気を検出する磁気ラインセンサ５と、該磁気ラインセンサ５で検出された出力から磁気発生手段３の回転角度を算出する角度算出手段６とを備えた回転検出装置であって、磁気ラインセンサ５を磁気発生手段３の回転中心回りに１周分並べて配設するとともに、角度算出手段６は、磁気ラインセンサ５で検出された出力に伴う各素子特性又は付随する回路のばらつき、或いはノイズの影響を低減しつつ磁気発生手段３の回転角度を算出し得るものである。【選択図】  図３
2005043070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側部材に配置され、その回転中心回りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段と、
該磁気発生手段と対向した非回転側部材に配置され、当該磁気発生手段の磁気を検出する磁気ラインセンサと、
該磁気ラインセンサで検出された出力から前記磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出手段と、
を備えた回転検出装置であって、
前記磁気ラインセンサを前記磁気発生手段の回転中心回りに１周分並べて配設するとともに、前記角度算出手段は、当該磁気ラインセンサで検出された出力に伴う各素子特性又は付随する回路のばらつき、或いはノイズの影響を低減しつつ前記磁気発生手段の回転角度を算出し得ることを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
前記磁気ラインセンサを複数本平行に並べて配設するとともに、前記角度算出手段は、これら平行に並ぶ各磁気ラインセンサの同じ長さ方向位置の磁気センサ素子の検出値を平均又は加算する平行部出力処理部と、該平行部出力処理部によって平均又は加算された値から前記磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出部とを有することを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
【請求項３】
前記角度算出手段は、前記磁気ラインセンサ全体の出力をまとめてフーリエ変換の演算を行うことによって基本波の位相を求める基本波位相演算部と、該基本波位相演算部により求められた基本波の位相から前記磁気発生手段の角度を算出する角度算出部とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転検出装置。
【請求項４】
前記角度算出手段は、前記磁気ラインセンサの検出値を磁界分布のゼロ付近で最も大きくなるように、且つ、ゼロから離れた位置では殆ど検出値がないように変換することにより、ゼロ付近に重みを持ったデータ列を作る重み付与部と、該重み付与部により作られたデータ列に基づいて２次元座標を用いた重心まわりのモーメント計算を行って前記磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出部とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転検出装置。
【請求項５】
前記角度算出手段は、磁界分布のゼロクロスを検出して前記磁気発生手段の回転角度を計算するものであって、当該ゼロクロスは、前記磁気ラインセンサの出力のうちゼロクロス位置近傍の候補となるデータに対する直線の最小自乗近似を用いて求めることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
【請求項６】
前記角度算出手段は、磁界分布のゼロクロスを検出して前記磁気発生手段の回転角度を計算するものであって、前記磁気ラインセンサの出力と基準波形との差分の和を規定のデータ個数に基づいて計算し、その値が最小となる位相を求め、該位相によりゼロクロスを求めたことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
【請求項７】
前記角度算出手段は、磁界分布のゼロクロスを検出して前記磁気発生手段の回転角度を計算するものであって、前記磁気ラインセンサの出力と基準波形との相関値を規定のデータ個数に基づいて計算し、その値が最大及び最小となる位相をそれぞれ求め、該位相によりゼロクロスを求めたことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
【請求項８】
前記角度算出手段は、回転角度の算出結果をパルス変換して、そのパルス信号を出力するものであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の回転検出装置。
【請求項９】
前記角度算出手段による算出結果に基づく情報を無線で送信し得る送信手段を具備したことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の回転検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の回転検出装置を内蔵した回転検出装置付き軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば小型モータの回転制御のための回転検出等を行う回転検出装置及び回転検出装置付き軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば転がり軸受の回転輪に磁気エンコーダを固定するとともに、静止輪にホール素子等の磁気センサを配設することにより、当該転がり軸受に回転センサを内蔵させたものが提案されていた。然るに、かかる回転検出装置においては、転がり軸受のサイズが小さい小径軸受に適用する場合、磁気センサを静止輪の外径寸法内に収容することが難しいとともに、１回転での回転パルス数を５００以上確保できる程度の高精度な回転角度検出が困難であるという欠点を有していた。
【０００３】
上記欠点を解消すべく、例えば特許文献１で示すように、回転輪からその回転軸方向に磁気発生手段を突設させるとともに、静止輪における該磁気発生手段と対向した位置に磁気センサ素子をアレイ状に配設させ、当該磁気センサ素子で検出された磁界分布の情報から磁気発生手段（即ち、回転輪）の回転角度や回転方向を検出するものが提案されている。かかる回転検出装置によれば、転がり軸受のサイズが小さい小径軸受にも回転検出装置を容易に内蔵させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１４８９９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の回転検出装置においては、磁気センサ素子で検出された磁気分布情報に、各素子特性又は付随する回路のばらつき、或いはノイズの影響が伴い、このような情報のばらつき或いはノイズを除去するする別個の情報処理工程が必要であった。従って、磁気センセ素子で検出された磁気分布情報に基づいて磁気発生手段の回転角度を算出するのに時間がかかってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、小型の機器への組み込み、及び高精度な回転角度の検出を可能とするとともに、回転角度の算出をより素早く且つ正確に行うことができる回転検出装置および回転検出装置付き軸受を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、回転側部材に配置され、その回転中心回りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段と、該磁気発生手段と対向した非回転側部材に配置され、当該磁気発生手段の磁気を検出する磁気ラインセンサと、該磁気ラインセンサで検出された出力から前記磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出手段とを備えた回転検出装置であって、前記磁気ラインセンサを前記磁気発生手段の回転中心回りに１周分並べて配設するとともに、前記角度算出手段は、当該磁気ラインセンサで検出された出力に伴う各素子特性又は付随する回路のばらつき、或いはノイズの影響を低減しつつ前記磁気発生手段の回転角度を算出し得ることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転検出装置において、前記磁気ラインセンサを複数本平行に並べて配設するとともに、前記角度算出手段は、これら平行に並ぶ各磁気ラインセンサの同じ長さ方向位置の磁気センサ素子の検出値を平均又は加算する平行部出力処理部と、該平行部出力処理部によって平均又は加算された値から前記磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出部とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の回転検出装置において、前記角度算出手段は、前記磁気ラインセンサ全体の出力をまとめてフーリエ変換の演算を行うことによって基本波の位相を求める基本波位相演算部と、該基本波位相演算部により求められた基本波の位相から前記磁気発生手段の角度を算出する角度算出部とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の回転検出装置において、前記角度算出手段は、前記磁気ラインセンサの検出値を磁界分布のゼロ付近で最も大きくなるように、且つ、ゼロから離れた位置では殆ど検出値がないように変換することにより、ゼロ付近に重みを持ったデータ列を作る重み付与部と、該重み付与部により作られたデータ列に基づいて２次元座標を用いた重心まわりのモーメント計算を行って前記磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出部とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の回転検出装置において、前記角度算出手段は、磁界分布のゼロクロスを検出して前記磁気発生手段の回転角度を計算するものであって、当該ゼロクロスは、前記磁気ラインセンサの出力のうちゼロクロス位置近傍の候補となるデータに対する直線の最小自乗近似を用いて求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の回転検出装置において、前記角度算出手段は、磁界分布のゼロクロスを検出して前記磁気発生手段の回転角度を計算するものであって、前記磁気ラインセンサの出力と基準波形との差分の和を規定のデータ個数に基づいて計算し、その値が最小となる位相を求め、該位相によりゼロクロスを求めたことを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の回転検出装置において、前記角度算出手段は、磁界分布のゼロクロスを検出して前記磁気発生手段の回転角度を計算するものであって、前記磁気ラインセンサの出力と基準波形との相関値を規定のデータ個数に基づいて計算し、その値が最大及び最小となる位相をそれぞれ求め、該位相によりゼロクロスを求めたことを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の回転検出装置において、前記角度算出手段は、回転角度の算出結果をパルス変換して、そのパルス信号を出力するものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項９記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の回転検出装置において、前記角度算出手段による算出結果に基づく情報を無線で送信し得る送信手段を具備したことを特徴とする。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の回転検出装置を内蔵した回転検出装置付き軸受である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明の実施形態に係る回転検出装置は、所定の軸を中心として回転自在な回転側の部材における非回転側（固定側）に固設された部材に対する回転角度を検出するためのもので、図１に示すように、軸ｍを中心として回転自在な回転側部材１と、該回転側部材１に配設され、その回転側部材１の回転と共に回転する磁気発生手段３とを有している。
【００１８】
磁気発生手段３は、その回転中心回り（軸ｍ回り）の円周方向に対し異方性の磁気を生じるもので、同図に示すように、永久磁石３ａと、該永久磁石３ａの両端面から延設された磁性体３ｂ及び３ｃとから構成されている。即ち、磁気発生手段３は、全体として略Ｕ字形とされ、一方の突端（例えば磁性体３ｂの先端）がＳ極、他方の突端（例えば磁性体３ｃの先端）がＮ極の如く磁気が生じている。
【００１９】
一方、非回転側部材２における上記磁気発生手段３と対向した位置には、同図に示すように、例えばシリコンチップから成る半導体チップ４が固設されており、該半導体チップ４の表面（磁気発生手段３と対向する面）に磁気ラインセンサ５及び例えば集積回路から成る角度算出手段６が形成されている。尚、半導体チップ４上の磁気ラインセンサ５及び角度算出手段６と磁気発生手段３の突端（磁性体３ｂ及び３ｃの先端）との間には微少なクリアランスを有しており、両部材が干渉しないよう構成されている。
【００２０】
より具体的には、磁気ラインセンサ５は、図２に示すように、磁気を検出し得る素子５ａがライン状（直線状）に配設して成るものであり、４つの磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄが磁気発生手段３の回転中心回りに１周分矩形状に並べて配設されたものであり、これら磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄで囲まれた部位に角度算出手段６が形成されている。このような構成とすることで、磁気ラインセンサ５及び角度算出手段６をコンパクトに配置させることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２１】
角度算出手段６は、磁気ラインセンサ５で検出された出力から磁気発生手段３の回転角度を算出するためのもので、図３に示すように、磁気ラインセンサ５全体（磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄの全てを含む全体）の出力をまとめてフーリエ変換の演算を行うことによって基本波の位相を求める基本波位相演算部７と、該基本波位相演算部７により求められた基本波の位相から磁気発生手段３の角度を算出する角度算出部８とを有している。
【００２２】
本実施形態に係る磁気ラインセンサ５においては、その並びが囲む内側と外側との間に配線を通す必要があるため、図２に示すように、各辺の磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄの間に隙間が形成された状態とされており、かかる状態における磁気ラインセンサ５からの出力として、図４の如き不連続波形を得ることができる。尚、同不連続波形は、磁気ラインセンサ５を構成する素子５ａに対して順番に番号を付し、その素子を横軸に、各番号の素子５ａの出力を縦軸にプロットして得られたものである。
【００２３】
以下、上記不連続波形に対するフーリエ変換の演算方法について、各素子５ａの出力をＳｎ、素子の数Ｎ及び基本波φとした場合の演算内容を以下に示す。
【００２４】
【数１】
2005043070.tif 000003
【００２５】
ここで、磁気ラインセンサ５における素子５ａの物理的配置が既知であれば、上記演算により求まった基本波の位相φに基づき磁気発生手段３の物理的角度Θの関係は所定の計算によって求めることができる。例えば角度算出部８において、基本波位相演算部７で求められた位相φと磁気発生手段３の物理的角度Θとの対応関係を変換テーブルとして記憶しておけば、当該磁気発生手段３の回転角度を容易に求めることができる。
【００２６】
上記演算内容に示すように、かかるフーリエ変換の演算方法による手法によれば各センサ素子５ａの座標値を使用しないため、処理回路である角度算出手段６を簡単な構成とすることができる。言い換えると、磁気ラインセンサ５で検出された出力に伴う各素子５ａの特性又は付随する回路のばらつき、或いはノイズの影響を低減しつつ（影響されず）磁気発生手段３の回転角度を検出することができるので、ばらつきやノイズを除去すべく別途の情報処理工程（例えば空間フィルタによるノイズ除去工程等）が不要となり、回転角度の算出をより素早く且つ正確に行うことができる。
【００２７】
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転検出装置は、第１の実施形態と同様、回転側部材１に配設された磁気発生手段３の回転角度を検出するためのもので、図２に示すように、磁気ラインセンサ５は矩形状に配置された磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄで構成され、それらにより囲まれた部位に角度算出手段６が形成されている。
【００２８】
ここで、本実施形態における角度算出手段６は、図５に示すように、磁気ラインセンサの検出値を磁界分布のゼロ付近で最も大きくなるように、且つ、ゼロから離れた位置では殆ど検出値がないように変換することにより、ゼロ付近に重みを持ったデータ列を作る重み付与部９と、該重み付与部９により作られたデータ列に基づいて２次元座標を用いた重心まわりのモーメント計算を行って磁気発生手段３の回転角度を算出する角度算出部１０とを有している。
【００２９】
例えば、主に画像処理において、画像での計測に使用される重心・主軸計算方法を用いることができる。即ち、本実施形態における角度算出手段６では、かかる重心・主軸計算方法を用いることとし、基本的には最小２乗誤差法により、データを質量と考えて慣性モーメントの計算を行い、それが最小になるようにして角度計算を行うものであり、具体的には以下の如き計算を行う。
【００３０】
まず、以下の演算によりセンサ出力の平均値を求め、これをゼロ値とする（図６（ａ）参照）。尚、各素子５ａ毎の出力をＳｉ、データの個数をＮ、ゼロ値をＳａｖｅとおいている。
【００３１】
【数２】
2005043070.tif 000004
【００３２】
次に、平均値（ゼロ値）に近いほど大きな値となるよう以下の如き変換のための演算を行う（同図（ｂ）参照）。
【００３３】
【数３】
2005043070.tif 000005
【００３４】
そして、例えば上記変換値又は固定値を引き算し、負の値になったら０にするなど、平均値（ゼロ値）から遠いデータはできるだけ小さな値に変換する（同図（ｃ）参照）
【００３５】
【数４】
2005043070.tif 000006
【００３６】
上記のデータ変換を行った結果、ゼロラインに近いセンサ出力を主として、ゼロラインに近いほど重みをもったデータ列ができる。このデータ列に対して後述のモーメント計算を施した演算を行うと、図７に示すように、回転角度が検出できる。
【００３７】
即ち、同図で検出された直線を向き情報付きで定義した場合、図８に示すように、当該直線は角度Θと原点からの距離ｆで表すことができ、直線の向きの単位ベクトルｅｉ、それと直交する単位ベクトルをｅｆとすると、
ｅｉ＝（  ｃｏｓθ  ，  ｓｉｎθ  ）
ｅｆ＝（  −ｓｉｎθ  ，  ｃｏｓθ  ）
となり、直線はλを任意の値として、ｆｅｆ＋λｅｉと表すことができるとともに、当該直線と点Ｐ（  ｘ  ，  ｙ  ）との距離は、
2005043070.tif 000007
と表すことができる。
【００３８】
点Ｐ（  ｘ  ，  ｙ  ）のデータがｍｉのとき、直線からのずれ量を以下のように計算し、それを評価値とする。かかる評価値は、既述した２乗誤差の和又は軸回りのモーメント計算と等価である。
【００３９】
【数５】
2005043070.tif 000008
【００４０】
上記評価値Ｉは、Θ及びｆの関数となり、重心を通ってモーメントが最大又は最小な直線となったときに極値をとるものである。そして、
【００４１】
【数６】
2005043070.tif 000009
【００４２】
となる条件を求めると以下のようになる。
【００４３】
【数７】
2005043070.tif 000010
【００４４】
ここで、上記演算式中の各記号は以下の内容を示すものとする。
【００４５】
【数８】
2005043070.tif 000011
【００４６】
更に、Ａ、Ｂ及びＣを以下の如く定義する。
【００４７】
【数９】
2005043070.tif 000012
【００４８】
上記の如く定義したＡ、Ｂ及びＣより回転角度は以下のように求めることができる。
【００４９】
【数１０】
2005043070.tif 000013
【００５０】
条件を指定してまとめると、以下のような結果が得られる。
【００５１】
【数１１】
2005043070.tif 000014
【００５２】
本実施形態によれば、基本的に統計計算にて磁気発生手段３の回転角度を算出するので、素子５ａのばらつきやノイズの影響を受けにくく、また、２次元データとして処理することから、磁気発生手段３と磁気ラインセンサ５の素子５ａとの配置ずれによる悪影響をも回避することができる。
【００５３】
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転検出装置は、第１の実施形態と同様、回転側部材１に配設された磁気発生手段３の回転角度を検出するためのもので、図９に示すように、各磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄにおける磁気ラインセンサ５を複数本平行に配設するとともに、角度算出手段６は、平行に並ぶ各磁気ラインセンサ（各磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄ）の同じ長さ方向位置の磁気センサ素子５ａの検出値を平均又は加算する平行部出力処理部と、該平行部出力処理部によって平均又は加算された値から磁気発生手段３の回転角度を算出する角度算出部とを有している（いずれも不図示）。尚、上記磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄが成す矩形の中心は、回転側部材１の回転軸ｍと一致させているとともに、その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００５４】
上記平行部出力処理部は、平行に並ぶ複数の磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄのそれぞれに設けられるものであり、本実施形態においては、各辺において４本の磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄがそれぞれ平行に設けられているので、４個の平行部出力処理部が設けられる。かかる構成においては、図１０に示すように、平行に並ぶ各磁気ラインセンサ（各磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄ）の同じ長さ方向位置の磁気センサ素子５ａの検出値を平行部出力処理部にて平均又は加算してＳ（ｘ）を求め、それを位置ｘにおける値とする。
【００５５】
上記のように、平行部出力処理部によって平均又は加算された値Ｓ（ｘ）に基づいて角度算出部によって磁気発生手段３の回転角度を算出する。本実施形態においては、各磁気ラインセンサ５Ａ〜５Ｄにおいて４本のラインセンサが配設されているので、各素子５ａのばらつき及びノイズは約１／２に減少することとなる。これは、センサ数Ｎとノイズ量との関係が、正規分布になる現象の場合、ノイズ量＝１／√Ｎとなることが知られているからである。
【００５６】
よって、先に説明した他の実施形態と同様、磁気ラインセンサ５で検出された出力に伴う各素子５ａの特性又は付随する回路のばらつき、或いはノイズの影響を低減しつつ（影響されず）磁気発生手段３の回転角度を検出することができるので、ばらつきやノイズを除去すべく別途の情報処理工程（例えば空間フィルタによるノイズ除去工程等）が不要となり、回転角度の算出をより素早く且つ正確に行うことができる。
【００５７】
次に、本発明に係る第４の実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転検出装置は、第１の実施形態と同様、回転側部材１に配設された磁気発生手段３の回転角度を検出するためのもので、角度算出手段にて磁界分布のゼロクロスを検出して磁気発生手段３の回転角度を計算するよう構成されている。具体的には、図１１に示すように、ゼロクロス位置近傍（同図中符号αで示した範囲）の候補となるデータに対する直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）の最小自乗近似を求めてゼロクロス（同図中符号Ｚで示した位置）を求めるよう構成されている。
【００５８】
上記最小自乗近似の処理は、各磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄについてそれぞれ行うものとし、その演算方法は以下の如くである。まず、既述のようにαで示したゼロクロス位置近傍の候補の出力データを抽出し、仮定した直線と実際に検出された出力データの差の２乗和を評価値とし、該評価値が最小となるような直線を求める（最小自乗法）。
【００５９】
例えば、ｙ＝ａｘ＋ｂなる直線を仮定し、ある位置ｘにおける出力データｓｉとの差ｅｉ＝ｙ−ｓｉの２乗を加算した値Ｅを以下の如く求める。
【００６０】
【数１２】
2005043070.tif 000015
【００６１】
上記Ｅを評価値として、これが最小になるときのａ、ｂ（仮定した直線ｙ＝ａｘ＋ｂの定数）を求める。即ち、評価値Ｅをａ、ｂで微分した値が０となる条件を求めると、抽出された出力データの個数をＮとした場合、以下の如き演算にて求められる。
【００６２】
【数１３】
2005043070.tif 000016
【００６３】
上記の如く求まったａ、ｂにて直線の式が決定され、該直線の式からｙ＝０となるときのｘ、即ちｘ＝−ｂ／ａなる演算にてゼロクロス位置の座標を求めることができる。求まった２つのゼロクロス位置が、例えば図１２の如き位置である場合、同図中の寸法Ａ及びＢを用いて以下の演算を行えば２つのゼロクロスを結んだ直線の角度が求まる。これが磁気発生手段３の回転角度となる。
【００６４】
【数１４】
2005043070.tif 000017
【００６５】
尚、４つの磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄが成す矩形の４隅部分に磁界の境界線が存在し、２つ以上の磁気ラインセンサ列でゼロクロスが求まった場合、演算に使用した点数の多い列のデータを採用する、又は隣接する磁気ラインセンサ列間の平均をとるなどの処理を行い、角度計算に使用する座標を決定するようにするのが好ましい。
【００６６】
本実施形態によれば、最小自乗法により近似直線を求めており、該最小自乗法による演算は統計量の計算となるため、第１〜第３の実施形態と同様、磁気ラインセンサ５で検出された出力に伴う各素子５ａの特性又は付随する回路のばらつき、或いはノイズの影響を低減しつつ（影響されず）磁気発生手段３の回転角度を検出することができる。
【００６７】
次に、本発明に係る第５の実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転検出装置は、第１の実施形態と同様、回転側部材１に配設された磁気発生手段３の回転角度を検出するためのもので、第４の実施形態と同様、角度算出手段にて磁界分布のゼロクロスを検出して磁気発生手段３の回転角度を計算するよう構成されている。本実施形態においては、角度算出手段にて、磁気ラインセンサ５の出力と基準波形との差分の和を規定のデータ個数に基づいて計算し、その値が最小となる位相を求め、該位相よりゼロクロスを求めるよう構成されている。
【００６８】
具体的には、基準波形として、例えば図１３に示すような符号関数、又は図１４に示すような１次関数を予め定義しておく。即ち、図１３で示す基準波形（符号関数）は、
Ｐ（ｘ）＝＋１（ｘ＞０）
０（ｘ＝０）
−１（ｘ＜０）
と定義され、図１４で示す基準波形（直線）は、Ｐ（ｘ）＝ｘと定義される。
【００６９】
そして、例えばｉ番目の素子５ａの出力Ｓ（ｉ）に関して、前後Ｎ個ずつのデータを参照して、基準波形との差分の絶対値を加算した値Ｄ（ｉ）を角度算出手段にて算出する。かかる差分の絶対値の和Ｄの算出は以下の通りである。
【００７０】
【数１５】
2005043070.tif 000018
【００７１】
然るに、対象とするセンサ番号ｉを順次ずらしていき、それぞれの位置における差分の絶対値の和Ｄ（ｉ）を求め、各位置（位相）で計算した差分の和Ｄ（ｉ）をプロットすると、図１５で示したような曲線Ｄ（ｉ）が得られる。かかる曲線Ｄ（ｉ）のうち最小となるセンサ番号がゼロクロス位置となる。例えば、差分値Ｄ（ｉ）の最小値付近を２次関数などでフィッティングして、最小位置を小数点以下まで予測することにより、ゼロクロス位置を精度よく求めることができる。
【００７２】
尚、図１５で示した曲線Ｄ（ｉ）では、２つのゼロクロスのうち一方のみが検出されるので、基準波形Ｐ（ｘ）（図１３で示す符号関数及び図１４で示す直線）の符号を反転して上記と同様の演算を行えば、他方のゼロクロスをも検出することができる。
【００７３】
次に、本発明に係る第６の実施形態について説明する。
本実施形態に係る回転検出装置は、第１の実施形態と同様、回転側部材１に配設された磁気発生手段３の回転角度を検出するためのもので、第４及び第５の実施形態と同様、角度算出手段にて磁界分布のゼロクロスを検出して磁気発生手段３の回転角度を計算するよう構成されている。本実施形態においては、角度算出手段にて、磁気ラインセンサ５の出力と基準波形との相関値を規定のデータ個数に基づいて計算し、その値が最大及び最小となる位相をそれぞれ求め、これら位相によりゼロクロスを求めるよう構成されている。
【００７４】
具体的には、第５の実施形態と同様、基準波形として、例えば図１３に示すような符号関数、又は図１４に示すような１次関数を予め定義しておく。そして、例えばｉ番目の素子５ａの出力Ｓ（ｉ）に関して、前後Ｎ個ずつのデータを参照して、基準波形との相関値Ｃ（ｉ）を角度算出手段にて算出する。かかる相関値Ｃの算出は以下の通りである。
【００７５】
【数１６】
2005043070.tif 000019
【００７６】
然るに、対象とするセンサ番号ｉを順次ずらしていき、それぞれの位置における相関値Ｃ（ｉ）を求め、各位置（位相）で計算した相関値Ｃ（ｉ）をプロットすると、図１６で示したような曲線Ｃ（ｉ）が得られる。かかる曲線Ｃ（ｉ）のうち最大及び最小となるセンサ番号がゼロクロス位置となる。例えば、相関値Ｃ（ｉ）の極値付近を２次関数などでフィッティングして、最大及び最小位置を小数点以下まで予測することにより、ゼロクロス位置を精度よく求めることができる。尚、基準波形を１（一定値）とした場合には、相関値Ｃ（ｉ）は磁気ラインセンサ５の出力波形Ｓ（ｉ）の移動平均値となる。即ち、出力波形Ｓ（ｉ）のノイズを除去した波形を得ることができるので、Ｃ（ｉ）が０となる位相を求めれば、その位相がゼロクロス位置となるのである。
【００７７】
次に、その他の実施形態について説明する。
例えば、第２の実施形態の如く重心まわりのモーメント計算を実施する場合、磁気発生手段３の回転角度方向に磁気ラインセンサ５を構成する素子５ａが等密度で分布している必要がある。かかる素子５ａが等密度で分布していないと、当該密度そのものがモーメントを持ってしまうこととなり、角度検出精度に影響を与えてしまうからである。
【００７８】
ここで、第２実施形態に係る回転検出装置において、矩形状を成す磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄの４隅に当該矩形状の内部と外部との配線のための不連続な部分が存在しているため、重心まわりのモーメント計算をそのまま実施すると、図１７に示すような不連続な部分による不均一な素子５ａの配置密度の影響によって、実際の磁気発生手段３の回転角度との誤差が局所的に大きくなる傾向がある。また、回転中心から見た隣接する素子５ａの角度差が異なることによっても、配置密度に影響を生じることとなり、誤差を大きくしてしまう要因になってしまう。
【００７９】
よって、精度良く角度検出を行うためには、上記の如く局所的に生じる大きな誤差及び回転中心から見た隣接する素子５ａの角度の違いによる誤差を補正する必要がある。例えば、実際の磁気ラインセンサ５の配置によって決まる情報から、配置密度が角度検出に及ぼす影響を予め計算しておき、角度検出のための演算を実行する際に補正を加えることにより、より高精度な角度検出のための演算を可能にすることができる。
【００８０】
具体的には、回転中心から見たｉ番目の素子５ａと（ｉ＋１）番目の角度がそれぞれθ（ｉ）及びθ（ｉ＋１）で、角度差ｄθ＝θ（ｉ）−θ（ｉ＋１）であるとき、ｉ番目の出力データεｉ（図６（ｃ）参照）にはＡ（ｄθ）の重みを掛けることにより、Ａ（ｄθ）εｉを出力データとして扱うこととする。かかる重み付けは、次の素子５ａとの角度差を元に行ってもよいし、前後の素子５ａの個数の角度差を元に行ってもよい。
【００８１】
一方、図１７で示すような磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄ間の不連続な部分によって局所的に生じる大きな誤差を補正するには、その部分（磁気ラインセンサ５の４隅部分）に補正を加えるためのテーブルを予め用意しておき、当該誤差を抑制するのが好ましい。即ち、磁気ラインセンサ５の４隅部分がゼロクロス位置となる４５度、１３５度、２２５度及び３１５度付近で素子５ａの不連続性に基づく局所的な大きな誤差が生じるので、かかる部位に補正係数を掛けて重みを付与し、角度検出誤差を抑制するものである。
【００８２】
要するに、磁界強度のゼロクロス近傍の出力を抽出し、その出力がゼロに近いほど値が大きくなるようにデータ変換して重心まわりのモーメント計算を行うことにより磁気発生手段３の回転角度を算出するものにおいて、磁気ラインセンサ５における素子５ａの角度方向配置密度を元に補正値を計算し、出力データに補正のための重みを付与することにより、当該配置密度の不均一性に起因する角度検出誤差を低減するのである。
【００８３】
上記の如く誤差を小さくした出力データに基づきモーメント計算を施すようにすれば、磁気ラインセンサ５の４隅部分における素子５ａの不連続な部分であっても、回転角度の算出への悪影響を最小限に抑えることができる。尚、このように、磁気ラインセンサ５の４隅部分に相当する極端に大きな補正係数をテーブル化して当該部分の出力データに対する重みを付与するようにすれば、その都度演算処理を施す場合に比べ、出力データを処理するための角度算出手段６の容量を小さくすることができ、装置全体を小型化することができる。
【００８４】
以上、本実施形態に係る回転検出装置について説明したが、上記の如き磁気発生手段が配設された回転側部材を転がり軸受等の回転輪とし、静止輪から当該磁気発生手段と対向する部位まで板材等を延設させ、これを固定側部材とすることにより、上記構成要素を持った回転検出装置付き軸受としてもよい。かかる構成によれば、軸受のサイズが小さい小径軸受にも回転検出装置を容易に内蔵させることができる。また、軸受に回転検出装置を配設して、これらを一体構成することができるので、当該軸受の部品点数、組立工数の削減、及び小型化を図ることができる。
【００８５】
また、角度算出手段により求められた回転角度の算出結果をパルス変換して、そのパルス信号を出力するよう構成してもよい。かかる構成によれば、回転角度出力としてインクリメンタルな信号を出力することができる。更に、角度算出手段による算出結果に基づく情報を無線で送信し得る送信手段を具備するようにしてもよい。この送信手段を具備することにより、出力ケーブルなしで信号を取り出すことができ、当該出力ケーブルの敷設作業を不要とすることができる。尚、送信手段はワイヤレスであれば足り、無線電波、光信号その他の信号送信手段とすることができる。然るに、当該送信手段を磁気ラインセンサに隣接して設けるようにすれば、送信機能付きの小型の回転検出装置を提供することができる。
【００８６】
更に、第３実施形態の如く磁気ラインセンサを複数本平行に並べて配設するとともに、これら平行に並ぶ各磁気ラインセンサの同じ長さ方向位置の磁気センサ素子の検出値を平均又は加算しておき、その平均又は加算された値に基づいて、第１実施形態の如くフーリエ変換による基本波の位相を求め、回転角度を算出したり、或いは第２実施形態の如く重心まわりのモーメント計算を行って回転角度を算出したりすることができる。これら方法（第１実施形態と第３実施形態との組み合わせ、及び第２実施形態と第３実施形態との組み合わせ）によれば、磁気ラインセンサによる出力波を整えた後、各演算を行うことができるので、より精度よく回転角度の算出を行うことができる。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、角度算出手段が磁気ラインセンサで検出された出力に伴う各素子特性又は付随する回路のばらつき、或いはノイズの影響を低減しつつ磁気発生手段の回転角度を算出し得るので、これらばらつきやノイズを除去すべく別途の情報処理工程が不要となり、小型の機器への組み込み、及び高精度な回転角度の検出を可能とするとともに、回転角度の算出をより素早く且つ正確に行うことができる。
【００８８】
請求項２の発明によれば、平行部出力処理部にて平行に並ぶ各磁気ラインセンサの同じ長さ方向位置の磁気センサ素子の検出値を平均又は加算するとともに、角度算出部にて平行部出力処理部によって平均又は加算された値から磁気発生手段の回転角度を算出するので、更に精度よく回転角度の検出を可能とすることができる。
【００８９】
請求項３の発明によれば、基本波位相演算部にて磁気ラインセンサ全体の出力をまとめてフーリエ変換の演算を行い基本波の位相を求めるとともに、角度算出部にて基本波位相演算部により求められた基本波の位相から磁気発生手段の角度を算出するので、更に回転角度の算出を素早く且つ正確に行うことができるとともに、磁気ラインセンサが不連続に配置されている場合でも対応可能である。
【００９０】
請求項４の発明によれば、重み付与部にて磁気ラインセンサの検出値を磁界分布のゼロ付近で最も大きくなるように、且つ、ゼロから離れた位置では殆ど検出値がないように変換することにより、ゼロ付近に重みを持ったデータ列が作られるとともに、角度算出部にて当該データ列に基づいて２次元座標を用いた重心まわりのモーメント計算を行って磁気発生手段の回転角度を算出するので、更に回転角度の算出を素早く且つ正確に行うことができる。
【００９１】
請求項５〜請求項７の発明によれば、データに対する直線の最小自乗近似、出力と基準波形との差分の和、又は出力と基準波形との相関値によりそれぞれゼロクロス位置を求めるので、検出される角度位置の更なる精度向上を図ることができる。
【００９２】
請求項８の発明によれば、角度算出手段が回転角度の算出結果をパルス変換して、そのパルス信号を出力するものであるので、回転角度出力としてインクリメンタルな信号を出力することができる。
【００９３】
請求項９の発明によれば、送信手段にて角度算出手段による算出結果に基づく情報を無線で送信するので、出力ケーブル無しで信号を取り出すことができ、当該出力ケーブルの敷設作業を不要とすることができる。
【００９４】
請求項１０の発明によれば、軸受に回転検出装置を配設して、これらを一体構成することができ、当該軸受の部品点数、組立工数の削減、及び小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転検出装置を示す模式図
【図２】同回転検出装置における磁気ラインセンサ及び角度算出手段を示す模式図
【図３】同回転検出装置における磁気ラインセンサ及び角度算出手段を示すブロック図
【図４】同回転検出装置における磁気ラインセンサからの出力を示すグラフ
【図５】本発明の第２の実施形態に係る回転検出装置における磁気ラインセンサ及び角度算出手段を示すブロック図
【図６】同回転検出装置における角度算出手段での処理手順を示す説明図であって、（ａ）磁気ラインセンサからの出力波形Ｓｉを示す図（ｂ）所定演算を施した後の出力波形ｆｉを示す図（ｃ）更に所定処理を施した後の出力波形εｉを示す図
【図７】同回転検出装置における角度算出手段により画像処理した出力例の画面を示す図
【図８】図７の出力の画面に基づいた情報により得られる直線配置の説明図
【図９】本発明の第３の実施形態に係る回転検出装置における複数平行に配設された磁気ラインセンサを示す説明図
【図１０】同回転検出装置における磁気ラインセンサの出力処理の説明図
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る回転検出装置における磁気ラインセンサからの出力波形及び仮定の直線を示す模式図
【図１２】同回転検出装置における磁気ラインセンサのゼロクロス位置を示す模式図
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る回転検出装置の処理過程で使用される基準波形（符号関数）を示す図（第６の実施形態において使用するものも同様）
【図１４】同回転検出装置の処理過程で使用される基準波形（直線）を示す図（第６の実施形態において使用するものも同様）
【図１５】同回転検出装置における磁気ラインセンサからの出力波形及び処理後の波形Ｄ（ｉ）を示すグラフ
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る回転検出装置における磁気ラインセンサからの出力波形及び処理後の波形Ｃ（ｉ）を示すグラフ
【図１７】本発明の他の実施形態における磁気ラインセンサからの出力波形（処理前の状態）を示すグラフ
【符号の説明】
１…回転側部材
２…非回転側部材
３…磁気発生手段
４…半導体チップ
５…磁気ラインセンサ
５Ａ〜５Ｄ…磁気ラインセンサ列
５ａ…素子
６…角度算出手段
７…基本波位相演算部
８…角度算出部
９…重み付与部
１０…角度算出部
【図１】
2005043070.tif 000020
【図２】
2005043070.tif 000021
【図３】
2005043070.tif 000022
【図４】
2005043070.tif 000023
【図５】
2005043070.tif 000024
【図６】
2005043070.tif 000025
【図７】
2005043070.tif 000026
【図８】
2005043070.tif 000027
【図９】
2005043070.tif 000028
【図１０】
2005043070.tif 000029
【図１１】
2005043070.tif 000030
【図１２】
2005043070.tif 000031
【図１３】
2005043070.tif 000032
【図１４】
2005043070.tif 000033
【図１５】
2005043070.tif 000034
【図１６】
2005043070.tif 000035
【図１７】
2005043070.tif 000036