(57)【要約】【課題】径時的に信頼性が低下することを抑制することができると共に、検出開始時の実際の回転角度と演算した回転角度との誤差を小さくすることができるスロットルバルブ用回転角度検出装置を提供する。【解決手段】第１信号および第２信号を用いて磁気発生部２０の回転角度を演算し、磁気発生部２０の実際の回転角度θと演算により求めた回転角度φとの偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行う角度演算部６０と、角度演算部６０が演算した回転角度φに対応する信号を出力する出力部７０と、を備える。そして、角度演算部６０は、検出開始時の演算した回転角度φとしてスロットルバルブ１０が全閉状態であるときの角度を用いるものとする。【選択図】図９
2013096898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入通路（１２）内を流れる媒体の流量を制御するスロットルバルブ（１０）と一体化して回転する磁気発生部（２０）が生成する磁界中に配置され、前記磁気発生部（２０）の回転に応じた第１信号を出力する第１磁電変換素子（Ｍ１）と、前記第１信号との間に所定の位相差を有する第２信号を出力する第２磁電変換素子（Ｍ２）と、を備え、
前記第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）から出力される前記第１、第２信号を用いて前記磁気発生部（２０）の回転角度を求めるスロットルバルブ用回転角度検出装置において、
前記第１信号および前記第２信号を用いて前記磁気発生部（２０）の回転角度を演算し、前記磁気発生部（２０）の実際の回転角度θと演算により求めた回転角度φとの偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行う角度演算部（６０）と、
前記角度演算部（６０）が演算した回転角度φに対応する信号を出力する出力部（７０）と、を備え、
前記角度演算部（６０）は、検出開始時の演算した回転角度φとして前記スロットルバルブ（１０）が全閉状態であるときの角度を用いることを特徴とするスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項２】
前記第１磁電変換素子（Ｍ１）は前記磁気発生部（２０）の回転に応じてｓｉｎＮθ信号（Ｎは自然数）を出力すると共に、前記第２磁電変換素子（Ｍ２）は前記磁気発生部（２０）の回転に応じてｃｏｓＮθ信号（Ｎは自然数）を出力する状態で前記磁気発生部（２０）が生成する磁界中に配置され、
前記角度演算部（６０）は、前記第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）から出力された前記ｓｉｎＮθ信号および前記ｃｏｓＮθ信号に対して所定の演算を行って同じ位相差αを有するｓｉｎ（Ｎθ＋α）およびｓｉｎ（Ｎθ−α）を生成した後、前記ｓｉｎ（Ｎθ＋α）、前記ｓｉｎ（Ｎθ−α）および前記回転角度φを用いた所定の演算を行うことによってＡｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）信号を生成し、当該Ａｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）に基づく偏差（Ｎθ−Ｎφ）が前記所定値になるようにフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項３】
前記角度演算部（６０）は、前記偏差（Ｎθ−Ｎφ）が０になるようにフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項４】
前記角度演算部（６０）は、前記回転角度φに対応するカウント値をカウントするカウンタ（６４）を備え、前記偏差（Ｎθ−Ｎφ）の正負を判定し、その判定結果に基づいて前記カウンタ（６４）のカウント値を増減することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項５】
前記角度演算部（６０）は、前記ｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）信号を逆正弦演算することにより前記偏差（Ｎθ−Ｎφ）を演算し、その演算結果に基いて前記正負を判定することを特徴とする請求項４に記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項６】
前記角度演算部（６０）は、前記ｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）信号が０よりも大きいときは前記偏差（Ｎθ−Ｎφ）が正であると判定し、前記ｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）信号が０よりも小さいときは前記偏差（Ｎθ−Ｎφ）が負であると判定することを特徴とする請求項４に記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項７】
前記角度演算部（６０）は、前記検出開始時の演算した回転角度φとして０を用いることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項８】
前記角度演算部（６０）は、前記検出開始時の演算した回転角度φとして、前記スロットルバルブ（１０）が前記吸入通路（１２）に組みつけられて全閉状態であるときに計測された角度を用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項９】
前記第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）の温度が入力され、前記第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）から出力される前記第１、第２信号に対して前記温度に応じた補正を行い、補正した信号を前記角度演算部（６０）に入力する温特補正部を備えていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【請求項１０】
前記第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）は、それぞれ磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）にて構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のスロットルバルブ用回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットルバルブと一体となって回転する磁気発生部の磁界中に磁電変換素子を備え、磁電変換素子から出力される信号を用いて磁気発生部の回転角度を演算することにより、スロットルバルブの回転角度を検出するスロットルバルブ用回転角度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、特許文献１には、エンジンの燃焼室内に吸入される吸入空気量を制御するスロットルバルブの回転角度（開度）を検出するスロットルバルブ用回転角度検出装置が提案されている。このスロットルバルブ用回転角度検出装置では、スロットルバルブの回転によって変化するスロットルポジションセンサの抵抗値を検出することによってスロットルバルブの回転角度を検出している。
【０００３】
また、例えば、特許文献２は、回転体の回転に応じて回転検出器から出力される信号からデジタル角度を演算し、このデジタル角度を用いてフィードバック制御する回転角度検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７０５８７号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のスロットルバルブ用回転角度検出装置では、スロットルポジションセンサの抵抗値の変化、つまりいわゆる摺動式抵抗の抵抗値の変化を検出しているため、摩耗等によって経時的に信頼性が低下するという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載の回転角度検出装置では、デジタル角度を用いるフィードバック制御をして回転検出器の回転角度を演算している。このため、このような回転検出装置をスロットルバルブ用回転角度検出装置に適用して経時的に信頼性が低下することを抑制することが考えられる。しかしながら、上記特許文献２に記載の回転角度検出装置をスロットルバルブの回転角度の検出に単純に適用した場合には、検出開始時の演算した回転角度（フィードバックする角度）が定められていないため、検出開始時の実際の回転角度と演算した回転角度との誤差が大きいという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、径時的に信頼性が低下することを抑制することができると共に、検出開始時の実際の回転角度と演算した回転角度との誤差を小さくすることができるスロットルバルブ用回転角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】
【０００８】
上記課題を達成するために本発明者らは鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、スロットルバルブは検出開始時には必ず全閉状態になることに着目し、フィードバック制御を行う回転検出装置において、検出開始時の演算角度としてスロットルバルブが全閉状態であるときの角度を用いることにより、上記課題を解決することができることを見出した。
【０００９】
このため、請求項１に記載の発明では、吸入通路（１２）内を流れる媒体の流量を制御するスロットルバルブ（１０）と一体化して回転する磁気発生部（２０）が生成する磁界中に配置され、磁気発生部（２０）の回転に応じた第１信号を出力する第１磁電変換素子（Ｍ１）と、第１信号との間に所定の位相差を有する第２信号を出力する第２磁電変換素子（Ｍ２）と、を備え、第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）から出力される第１、第２信号を用いて磁気発生部（２０）の回転角度を求めるスロットルバルブ用回転角度検出装置において、以下の点を特徴としている。
【００１０】
すなわち、第１信号および第２信号を用いて磁気発生部（２０）の回転角度を演算し、磁気発生部（２０）の実際の回転角度θと演算により求めた回転角度φとの偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行う角度演算部（６０）と、角度演算部（６０）が演算した回転角度φに対応する信号を出力する出力部（７０）と、を備え、角度演算部（６０）は、検出開始時の演算した回転角度φとしてスロットルバルブ（１０）が全閉状態であるときの角度を用いることを特徴としている。
【００１１】
このようなスロットルバルブ用回転角度検出装置では、フィードバック制御を行って磁気発生部（２０）の回転角度、つまりスロットルバルブ（１０）の回転角度を演算しているため、経時的に信頼性が低下することを抑制することができる。
【００１２】
また、角度演算部（６０）では、検出開始時の演算した回転角度φとしてスロットルバルブ（１０）が全閉状態であるときの角度を用いている。これにより、検出開始時において、スロットルバルブ（１０）の実際の回転角度θと演算した回転角度φとの誤差を小さくすることができる。検出開始時、つまりスロットルバルブ（１０）が作動する直前では、スロットルバルブ（１０）は必ず全閉状態となるためである。
【００１３】
例えば、請求項２に記載の発明のように、第１磁電変換素子（Ｍ１）は磁気発生部（２０）の回転に応じてｓｉｎＮθ信号（Ｎは自然数）を出力すると共に、第２磁電変換素子（Ｍ２）は磁気発生部（２０）の回転に応じてｃｏｓＮθ信号（Ｎは自然数）を出力する状態で磁気発生部（２０）が生成する磁界中に配置されるものとすることができる。そして、角度演算部（６０）は、第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）から出力されたｓｉｎＮθ信号およびｃｏｓＮθ信号に対して所定の演算を行って同じ位相差αを有するｓｉｎ（Ｎθ＋α）およびｓｉｎ（Ｎθ−α）を生成した後、ｓｉｎ（Ｎθ＋α）、ｓｉｎ（Ｎθ−α）および回転角度φを用いた所定の演算を行うことによってＡｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）信号を生成し、当該Ａｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）に基づく偏差（Ｎθ−Ｎφ）が所定値になるようにフィードバック制御を行うものとすることができる。
【００１４】
この場合、請求項３に記載の発明のように、角度演算部（６０）は、偏差（Ｎθ−Ｎφ）が０になるようにフィードバック制御を行うのが好ましい。
【００１５】
そして、請求項４に記載の発明のように、角度演算部（６０）は、演算した回転角度φに対応するカウント値をカウントするカウンタ（６４）を備え、偏差（Ｎθ−Ｎφ）の正負を判定し、その判定結果に基づいてカウンタ（６４）のカウント値を増減するものとすることができる。
【００１６】
これによれば、演算した回転角度φをカウンタ（６４）のカウント値に対応させることができるため、演算した回転角度φを高精度に演算することができる。
【００１７】
さらに、請求項５に記載の発明のように、角度演算部（６０）は、ｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）信号を逆正弦演算することにより偏差（Ｎθ−Ｎφ）を演算し、その演算結果に基づいて正負を判定するものとすることができる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明のように、角度演算部（６０）は、ｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）信号が０よりも大きいときは偏差（Ｎθ−Ｎφ）が正であると判定し、ｓｉｎ（Ｎθ−Ｎφ）信号が０よりも小さいときは偏差（Ｎθ−Ｎφ）が負であると判定するものとすることができる。
【００１９】
そして、請求項７に記載の発明のように、角度演算部（６０）は、検出開始時の演算した回転角度φとして０を用いるものとすることができる。また、請求項８に記載の発明のように、角度演算部（６０）は、検出開始時の演算した回転角度φとして、スロットルバルブ（１０）が吸入通路（１２）に組みつけられて全閉状態であるときに計測された角度を用いるものとすることができる。
【００２０】
さらに、請求項９に記載の発明のように、第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）の温度が入力され、第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）から出力される第１、第２信号に対して第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）の温度に応じた補正を行い、補正した信号を角度演算部（６０）に入力する温特補正部を備えることができる。
【００２１】
これによれば、第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）の温度に応じて温特補正を行うため、検出感度が温度に依存することを抑制することができる。
【００２２】
そして、請求項１０に記載の発明のように、第１、第２磁電変換素子（Ｍ１、Ｍ２）は、それぞれ磁気抵抗素子（Ｒ１〜Ｒ８）にて構成されているものとすることができる。
【００２３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態におけるスロットルバルブ用回転角度検出装置のブロック図である。
【図２】センサチップとスロットルバルブとの配置関係を示す模式図であり、（ａ）はスロットルバルブが閉じている状態を示す図、（ｂ）はスロットルバルブが開いている状態を示す図である。
【図３】図１に示すセンサチップの構造を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】図３に示す第１ＡＭＲセンサの構造を模式的に示す平面図である。
【図５】図３に示す第２ＡＭＲセンサの構造を模式的に示す平面図である。
【図６】図４に示す第１ＡＭＲセンサの等価回路図である。
【図７】図５に示す第２ＡＭＲセンサの等価回路図である。
【図８】第１、第２ＡＭＲセンサの各出力信号を示す図である。
【図９】検出回路の作動を説明するための図である。
【図１０】入力角度と出力角度との関係を示す図である。
【図１１】実際の回転角度θと演算した回転角度φとの関係を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施形態におけるセンサチップとスロットルバルブとの配置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態のスロットルバルブ用回転角度検出装置は、エンジンの燃焼室内に吸入される吸入空気量を制御するスロットルバルブの回転角度（開度）を検出するのに用いられるものである。図１は、本実施形態におけるスロットルバルブ用回転角度検出装置のブロック図である。
【００２６】
図１に示されるように、スロットルバルブ用回転角度検出装置は、センサチップ１と、検出回路２とを備えている。センサチップ１は、磁気抵抗素子から成る２つの異方性磁気抵抗センサ（以下、単に第１、第２ＡＭＲセンサという）Ｍ１、Ｍ２が形成されたものであり、吸入通路内に設けられたスロットルバルブの回転軸上に配置される。なお、本実施形態では第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２が本発明の第１、第２磁電変換素子に相当している。以下に、センサチップ１とスロットルバルブとの配置関係について簡単に説明する。
【００２７】
図２は、センサチップ１とスロットルバルブとの配置関係を示す模式図であり、（ａ）はスロットルバルブが閉じている状態を示す図、（ｂ）はスロットルバルブが開いている状態を示す図である。
【００２８】
図２に示されるように、エンジンの燃焼室内に吸入される吸入空気量を制御するスロットルバルブ１０は、スロットルバルブ１０と共に回転するシャフト１１と一体化されており、このシャフト１１が吸入通路１２を形成するスロットルボディー１３に支持されることによって吸入通路１２内に備えられている。本実施形態では、吸入通路１２は吸入空気の流れの方向に対する断面が円形状とされ、スロットルバルブ１０は全閉時に吸入空気を遮断することができるように吸入通路１２とほぼ同じ径を有する円形板状とされている。また、シャフト１１は、一端部側が吸入通路１２外に突出するようにスロットルボディー１３に備えられ、突出している先端部に本発明の磁界発生部に相当する永久磁石２０を備えている。なお、本実施形態では、吸入空気が本発明の媒体に相当している。
【００２９】
永久磁石２０は、本実施形態では、円板状とされており、径方向で同じ大きさに２分割されている。そして、２分割された一方がＮ極の永久磁石２０ａとされ、他方がＳ極の永久磁石２０ｂとされており、図２（ｂ）に示されるように、シャフト１１を介してスロットルバルブ１０と共に一体化して回転する。
【００３０】
センサチップ１は、永久磁石２０が生成する磁界中に、永久磁石２０の径に沿った回転面２０ｃと対向する状態で図示しない支持部材によって支持されて配置位置が変化しないように固定されて備えられている。なお、周知のように、Ｎ極の永久磁石２０ａからＳ極の永久磁石２０ｂに向かうように磁界が生成されるため、センサチップ１には、スロットルバルブ１０が図２（ａ）の状態である場合には紙面左右方向の磁界Ｂが印加され、図２（ｂ）の状態である場合には紙面垂直方向の磁界Ｂが印加される。また、図２（ｂ）中のθは、スロットルバルブ１０の回転角度のことであり、スロットルバルブ１０が全閉状態（図２（ａ））であるときを基準とし、この基準から回転した角度である。
【００３１】
次に、センサチップ１の具体的な構造について説明する。図３はセンサチップ１の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【００３２】
図３に示されるように、センサチップ１は、シリコン基板４０と、このシリコン基板４０の表面に形成されたシリコン酸化膜等の絶縁膜４１と、この絶縁膜４１の表面に形成された複数の磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８を有する第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２とを備えている。なお、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８の形状は、素子の形成方向を分かり易くするため、実際の寸法よりも大きく描いてある。
【００３３】
図４は第１ＡＭＲセンサＭ１の構造を模式的に示す平面図、図５は第２ＡＭＲセンサＭ２の構造を模式的に示す平面図である。図６は第１ＡＭＲセンサＭ１の等価回路図、図７は第２ＡＭＲセンサＭ２の等価回路図である。図８は、第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２の各出力信号を示す図である。
【００３４】
図４および図５に示されるように、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、帯状領域が複数回折り返された形状、つまり、メアンダ状（蛇行状）に形成されており、主としてシリコン基板４０の表面に平行な磁界の強度および向きにより抵抗値が変化し、抵抗値に応じたレベルの信号を出力する。つまり、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、異方性磁気抵抗効果を発生する素子である。特に限定されるものではないが、本実施形態では、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は、強磁性体の金属薄膜により形成されている。強磁性体としては、ＮｉＦｅ（パーマロイ）やＮｉＣｏ等が用いられる。また、強磁性体の金属薄膜は、スパッタ法や蒸着法により成膜される。
【００３５】
第１ＡＭＲセンサＭ１は、図４に示されるように、４つの磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を備えて構成されている。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、相互に隣接する磁気抵抗素子において帯状素子の延設方向の成す角度が９０°になるように配置されている。言い換えると、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、隣り合う磁気抵抗素子の電流の方向（磁化容易軸）が９０°の角度を成すように配置されている。つまり、磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ３およびＲ２、Ｒ４の各組は、各組において出力信号間の位相が９０°異なるように配置されている。
【００３６】
図４および図６に示されるように、磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ３は電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ１を取出すための出力端子３１が電気的に接続されている。磁気抵抗素子Ｒ２、Ｒ４も電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ２を取出すための出力端子３２が電気的に接続されている。
【００３７】
そして、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、ｓｉｎ２θ信号を出力するフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路には、電源Ｖｃｃを供給するための電源供給端子３０と、グランドＧ１と電気的に接続するための端子３３とが電気的に接続されている。このフルブリッジ回路において相対向する磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は、（Ｒ０＋ΔＲｓｉｎ２θ）信号を出力し、磁気抵抗素子Ｒ３、Ｒ４は、（Ｒ０−ΔＲｓｉｎ２θ）信号を出力する。なお、Ｒ０は、無磁界中における磁気抵抗素子の抵抗値であり、ΔＲは、抵抗値変化量である。また、本実施形態では、ｓｉｎ２θ信号が本発明の第１信号に相当している。
【００３８】
各中点出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２は、それぞれＶｃｃ／２を中心に振動するため、環境温度の変化等に起因する出力波形のオフセットを抑制することができる。また、出力端子３１、３２は、後述の増幅部に接続され、中点出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２が差動増幅される。このように、第１ＡＭＲセンサＭ１を構成することにより、第１ＡＭＲセンサＭ１を１つのハーフブリッジ回路によって構成する場合と比較して、第１ＡＭＲセンサＭ１の出力振幅を２倍にすることができ、磁気の検出感度を高めることができる。
【００３９】
また、図５に示されるように、第２ＡＭＲセンサＭ２は、４つの磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８を備えて構成されている。磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８は、相互に隣接する磁気抵抗素子において帯状素子の延設方向の成す角度が９０°になるように配置されている。言い換えると、磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８は、隣り合う磁気抵抗素子の電流の方向（磁化容易軸）が９０°の角度を成すように配置されている。つまり、磁気抵抗素子Ｒ５、Ｒ８およびＲ６、Ｒ７の各組は、各組において出力信号間の位相が９０°異なるように配置されている。
【００４０】
図５および図７に示されるように、磁気抵抗素子Ｒ５、Ｒ７は電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ３を取出すための出力端子３５が電気的に接続されている。磁気抵抗素子Ｒ２、Ｒ４も電気的に直列接続されており、ハーフブリッジ回路を構成している。このハーフブリッジ回路の中点には、中点出力Ｖｏｕｔ４を取出すための出力端子３６が電気的に接続されている。
【００４１】
そして、両ハーフブリッジ回路は並列接続され、ｃｏｓ２θ信号を出力するフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路には、電源Ｖｃｃを供給するための電源供給端子３４と、グランドＧ２と電気的に接続するための端子３７とが電気的に接続されている。このフルブリッジ回路において相対向する磁気抵抗素子Ｒ５、Ｒ６は、（Ｒ０−ΔＲｃｏｓ２θ）信号を出力し、磁気抵抗素子Ｒ７、Ｒ８は、（Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ２θ）信号を出力する。なお、本実施形態では、ｃｏｓ２θ信号が本発明の第２信号に相当している。
【００４２】
各中点出力Ｖｏｕｔ３、Ｖｏｕｔ４は、それぞれＶｃｃ／２を中心に振動するため、環境温度の変化等に起因する出力波形のオフセットを抑制することができる。また、出力端子３５、３６は、後述の増幅部に接続され、中点出力Ｖｏｕｔ３、Ｖｏｕｔ４が差動増幅される。このように、第２ＡＭＲセンサＭ２を構成することにより、第２ＡＭＲセンサＭ２を１つのハーフブリッジ回路によって構成する場合と比較して、第２ＡＭＲセンサＭ２の出力振幅を２倍にすることができ、磁気の検出感度を高めることができる。
【００４３】
そして、図３（ａ）に示されるように、第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２の各磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ８は同心円状に交互に配置されている。具体的には、隣り合う第１ＡＭＲセンサＭ１の磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４と、第２ＡＭＲセンサＭ２の磁気抵抗素子Ｒ５〜Ｒ８とは、電流の方向（磁化容易軸）が４５°の角度を成すように配置されている。なお、異方性磁気抵抗素子の電気抵抗の変化量ΔＲは、自身の金属薄膜に流れる電流の方向（磁化容易軸）と、磁界の方向との成す角度が９０°および２７０°のときに最大になり、０°および１８０°のときに最小になる。
【００４４】
以上より、図８に示されるように、第１ＡＭＲセンサＭ１は、１波長が電気角１８０°のｓｉｎ信号を出力し、第２ＡＭＲセンサＭ２は、第１ＡＭＲセンサＭ１との位相差が４５°で、１波長が電気角１８０°のｃｏｓ信号を出力する。以上が本実施形態におけるセンサチップ１の構造である。
【００４５】
次に、検出回路２の構成について説明する。検出回路２は、図１に示されるように、増幅部５０と、角度演算部６０と、出力部７０とを備えている。
【００４６】
増幅部５０は、第１、第２差動増幅回路５０ａ、５０ｂを有している。そして、第１差動増幅回路５０ａにて第１ＡＭＲセンサＭ１の出力信号ｓｉｎ２θを差動増幅し、第２差動増幅回路５０ｂにて第２ＡＭＲセンサＭ２の出力信号ｃｏｓ２θを差動増幅する。
【００４７】
角度演算部６０は、トラッキングループ型デジタル角度変換回路であり、信号作成部６１と、偏差算出部６２と、正負判定部６３と、アップダウンカウンタ（Ｕ／Ｄカウンタ）６４と、初期角度記憶部６５とを有している。そして、第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２から出力される信号を用い、永久磁石２０（スロットルバルブ１０）に対する回転角度θと演算により求めた回転角度φとの偏差が所定値に収束するようにフィードバック制御を行って回転角度θを演算する。なお、本実施形態では、この所定値は０とされている。
【００４８】
信号作成部６１は、第１、第２差動増幅回路５０ａ、５０ｂから出力される信号を用い、第１ＡＭＲセンサＭ１から出力されたｓｉｎ信号の増幅信号からＡｓｉｎ（２θ＋α）を生成すると共に、第２ＡＭＲセンサＭ２から出力されたｃｏｓ信号の増幅信号からＡｓｉｎ（２θ−α）を生成する。そして、これらＡｓｉｎ（２θ＋α）およびＡｓｉｎ（２θ−α）を用いた所定の演算を行って信号２Ａｓｉｎ（２θ−２φ）を生成する。なお、Ａは振幅、αは位相差であり、本実施形態では振幅Ａ＝１、位相差α＝４５°とされている。
【００４９】
偏差算出部６２は、信号作成部６１から出力される信号２Ａｓｉｎ（２θ−２φ）を用いて偏差（２θ−２φ）を算出する。
【００５０】
正負判定部６３は、偏差算出部６２により算出された偏差（２θ−２φ）が正の値であるか負の値であるかを判定する。
【００５１】
アップダウンカウンタ６４は、正負判定部６３の判定結果に応じてカウント値を加算（カウントアップ）または減算（カウントダウン）する。
【００５２】
初期角度記憶部６５は、ＥＥＰＲＯＭ等で構成されており、初期角度としてスロットルバルブ１０が全閉状態であるときの角度が記憶されている。例えば、初期角度は、スロットルバルブ１０が組み付けられた時点ではほぼ０となるため、０とすることができる。また、初期角度は、スロットルバルブ１０が組み付けられたときの角度ずれ等を考慮し、スロットルバルブ１０を組み付けたときの全閉状態のときの計測した角度とすることもできる。
【００５３】
出力部７０は、アップダウンカウンタ６４から出力される演算した回転角度φをアナログ値に変換した信号を出力する。
【００５４】
次に、検出回路２の作動について説明する。図９は、検出回路２の作動を説明するための図である。なお、図９では、符号６１ａ〜６１ｋで示す各ブロックは、信号作成部６１が実行する処理の内容、または、その処理によって発生する信号、あるいは、データを示す。
【００５５】
図９に示されるように、永久磁石２０（スロットルバルブ１０）が全閉状態からθ回転すると、第１ＡＭＲセンサＭ１から信号ｓｉｎ２θが出力され、第２ＡＭＲセンサＭ２から信号ｃｏｓ２θが出力される。そして、信号作成部６１は、第１、第２差動増幅回路５０ａ、５０ｂから出力される信号からＡｓｉｎ（２θ＋α）（６１ａ）およびＡｓｉｎ（２θ−α）（６１ｂ）を生成し、Ａｓｉｎ（２θ＋α）とＡｓｉｎ（２θ−α）とを加算して信号２Ａｓｉｎ２θｃｏｓαを生成する（６１ｃ）と共に、Ａｓｉｎ（２θ＋α）からＡｓｉｎ（２θ−α）を減算して信号２Ａｃｏｓ２θｓｉｎαを生成する（６１ｄ）。なお、加算は、公知の加算回路を用いて行うことができ、減算は高知の減算回路を用いて行うことができる。
【００５６】
また、上記のように位相差αは任意に変更可能であるが、次のようにされていることが好ましい。図１０は、入力角度（スロットルバルブ１０の回転角度）と出力角度との関係を示す図である。図１０に示されるように、後述の演算を行った演算した回転角度φは、αが４５°であるときに入力角度（永久磁石２０の回転角度）に対してリニアに変化する信号となり、αが４５°から離れると入力角度と演算した回転角度との誤差が大きくなる。このため、本実施形態では、位相差α＝４５°としている。
【００５７】
続いて、図９に示されるように、信号作成部６１は、信号２Ａｓｉｎ２θｃｏｓαに信号ｃｏｓ２φおよび（１／ｃｏｓα）を乗算し、信号２Ａｓｉｎ２θｃｏｓ２φを作成する（６１ｅ、６１ｉ、６１ｇ）。また、信号作成部６１は、信号２Ａｃｏｓ２θｓｉｎαに信号ｓｉｎ２φおよび（１／ｓｉｎα）を乗算し、信号２Ａｃｏｓ２θｓｉｎ２φを作成する（６１ｆ、６１ｈ、６１ｊ）。これらの乗算は、それぞれ公知の乗算回路を用いて行うことができる。
【００５８】
なお、（１／ｃｏｓα）および（１／ｓｉｎα）は永久磁石２０（スロットルバルブ１０）の回転に応じて変化しない係数である。また、ｃｏｓ２φ（６１ｉ）およびｓｉｎ２φ（６１ｊ）の各φは、アップダウンカウンタ６４のカウント値により変化する変数である。ただし、スロットルバルブ１０の検出を開始した１回目の演算（検出開始時）では、φは初期角度記憶部６５から読み出された値となる（６５）。スロットルバルブ１０は、上記のように吸入空気量を調整するものであり、検出開始時、つまり、スロットルバルブ１０が回転させられる直前は必ず全閉状態となるためである。
【００５９】
続いて、信号作成部６１は、信号２Ａｓｉｎ２θｃｏｓ２φから信号２Ａｃｏｓ２θｓｉｎ２φを減算し、信号２Ａｓｉｎ（２θ−２φ）、つまり、偏差（２θ−２φ）を変数とするｓｉｎ信号を作成する（６１ｋ）。この減算は、公知の減算回路を用いて行うことができる。
【００６０】
次に、偏差算出部６２は、信号作成部６１が作成した信号２Ａｓｉｎ（２θ−２φ）を逆正弦演算（アークサイン演算）し、偏差（２θ−２φ）を求める（６２）。
【００６１】
続いて、正負判定部６３は、偏差算出部６２が求めた偏差（２θ−２φ）が正の値であるか負の値であるかを判定する（６３）。
【００６２】
その後、アップダウンカウンタ６４は、正負判定部６３の判定結果が正であった場合は、カウンタの最下位ビット（ＬＳＢ）に１を加算してカウント値を加算し、正負判定部６３の判定結果が負であった場合は、カウンタの最下位ビットから１を減算する（６４）。このアップダウンカウンタ６４のカウント値がデジタル角度、つまり演算した回転角度φとなる（６５）。
【００６３】
また、信号作成部６１は、アップダウンカウンタ６４から出力される演算した回転角度φ（カウント値）を用い、信号ｃｏｓ２φおよびｓｉｎ２φを作成する（６１ｉ、６１ｊ）。これらの信号の作成は、例えば、演算した回転角度φ（カウント値）と、データｃｏｓ２φおよびｓｉｎ２φとを対応付けたテーブルを用い、演算した回転角度φに対応付けられているデータｃｏｓ２φおよびｓｉｎ２φを読出し、その読出したデータをアナログ信号に変換する手法によって行うことができる。なお、上記のように、スロットルバルブ１０の検出を開始した１回目の演算（検出開始時）では、φは初期角度となる（６５）。
【００６４】
そして、信号作成部６１は、再度、信号２Ａｓｉｎ２θｃｏｓαに信号ｃｏｓ２φおよび（１／ｃｏｓα）を乗算し、信号２Ａｓｉｎ２θｃｏｓ２φを作成する。また、再度、信号２Ａｃｏｓ２θｓｉｎαに信号ｓｉｎ２φおよび（１／ｓｉｎα）を乗算し、信号２Ａｃｏｓ２θｓｉｎ２φを作成する。つまり、偏差（２θ−２φ）が、信号ｃｏｓ２φおよびｓｉｎ２φにフィードバックされ、偏差（２θ−２φ）が０となるように制御される。
【００６５】
また、出力部７０は、アップダウンカウンタ６４から出力される演算した回転角度φをアナログ値に変換した信号を出力する。例えば、出力部７０は、アップダウンカウンタ６４から出力される演算した回転角度φをアナログ電圧に変換して出力する。図１１は、実際の回転角度θと出力部７０から出力される演算した回転角度φとの関係を示す図である。
【００６６】
図１１に示されるように、このような回転角度検出装置では、スロットルバルブ１０の回転角度の１回目の演算（検出開始時）において初期角度記憶部６５に記憶されている初期角度を読み出して演算を行うため、実際の回転角度θと演算した回転角度φとの検出開始時の誤差を小さくすることができる。
【００６７】
なお、上記のような検出回路２では、回転角度θが０〜３６０°の範囲で演算可能であるが、一般的には永久磁石２０（スロットルバルブ１０）の回転角度θは０〜９０°であるため、出力部７０の出力範囲を０〜９０°の範囲となるようにしてもよい。また、取り付け誤差等を考慮し、出力部７０の出力範囲を０〜１２０°の範囲となるようにしてもよい。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態の回転角度検出装置は、角度演算部６０で演算した回転角度φを演算し、演算した回転角度φを用いたフィードバック制御を行っている。このため、経時的に信頼性が低下することを抑制することができる。
【００６９】
また、角度演算部６０では、検出開始時の演算した回転角度φとしてスロットルバルブ１０が全閉状態であるときの角度を用いている。これにより、検出開始時において、永久磁石２０（スロットルバルブ１０）の実際の回転角度θと演算した回転角度φとの誤差を小さくすることができる（図１１参照）。検出開始時では、スロットルバルブ１０が必ず全閉状態となるためである。
【００７０】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、センサチップ１に第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２が形成されているものを説明したが、センサチップ１に次のセンサが形成されていてもよい。すなわち、１波長が電気角３６０°のｓｉｎ信号を出力するＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive effect：巨大磁気抵抗効果）センサと、このＧＭＲセンサとの位相差が９０°であり、１波長が電気角３６０°のｃｏｓ信号を出力するＧＭＲセンサが形成されていてもよい。また、１波長が電気角３６０°のｓｉｎ信号を出力するＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistive effect：トンネル磁気抵抗効果）センサと、このＴＭＲセンサとの位相差が９０°であり、１波長が電気角３６０°のｃｏｓ信号を出力するＴＭＲセンサが形成されていてもよい。同様に、１波長が電気角３６０°のｓｉｎ信号を出力するホール素子と、このホール素子との位相差が９０°であり、１波長が電気角３６０°のｃｏｓ信号を出力するホール素子が形成されていてもよい。
【００７１】
このように、センサチップ１にＧＭＲセンサ、ＴＭＲセンサまたはホール素子が形成されているものを用いた場合には、信号作成部６１にて上記と同様の処理が行われて偏差が（θ−φ）であるｓｉｎ信号が生成される（６１ｋ）。このため、正負判定部６３は、偏差（θ−φ）が正の値であるか負の値であるかを判定した後、上記と同様にアップダウンカウンタ６４のカウント値が加算または減算される。
【００７２】
また、上記第１実施形態では、正負判定部６３は、偏差（２θ−２φ）が０よりも大きいか否かを判定する例について説明したが、次のようにすることもできる。すなわち、角度演算部６０に偏差算出部６２を備えずに、正負判定部６３は、信号２Ａｓｉｎ（２θ−２φ）が０よりも大きいときは正であると判定し、０よりも小さいときは負であると判定するようにしてもよい。
【００７３】
さらに、上記第１実施形態において、増幅部５０は備えられていなくてもよく、第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２の信号がそのまま角度演算部６０に入力されるようにしてもよい。また、特に図示しないが、フィルター等でノイズを除去するようにしてもよい。
【００７４】
また、上記第１実施形態において、温特補正を行うようにしてもよい。すなわち、センサチップ１に温度検出部を形成し、増幅部５０と角度演算部６０との間に、温度と第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２の感度変化に対する補正値とが対応付けられているデータを有する温特補正部を備えてもよい。これにより、温特補正部にて、温度検出部で検出された温度から補正値を読み出し、増幅信号に対して温度に依存する補正値を用いた温特補正を行うことができるため、検出感度が温度に依存することを抑制することができる。
【００７５】
さらに、上記第１実施形態において、第１、第２ＡＭＲセンサＭ１、Ｍ２を室温（２５℃）で最も感度が高くなるように構成してもよい。
【００７６】
また、上記第１実施形態では、センサチップ１が円板状の永久磁石２０が生成する磁界中に配置される例を説明したが、センサチップ１は次のような永久磁石２０が生成する磁界中に配置されていてもよい。図１２は、センサチップ１とスロットルバルブ１０との配置関係を示す図である。
【００７７】
図１２（ａ）に示されるように、永久磁石２０は厚さ方向で同じ大きさに２分割されていると共に径方向で同じ大きさに２分割されて４分割され、厚さ方向に分割されたうちのスロットルボディー１３側の一方がＮ極の永久磁石２０ａとされていると共に他方がＳ極の永久磁石２０ｂとされ、永久磁石２０ａの厚さ方向に積層された部分がＳ極の永久磁石２０ｄとされていると共に永久磁石２０ｂの厚さ方向に積層された部分がＮ極の永久磁石２０ｅとされていてもよい。
【００７８】
また、図１２（ｂ）に示されるように、永久磁石２０は矩形板状部材とこの部材の両端部に板状部材の面方向と垂直方向に突出した突出部とを有する断面がＵ字型のものとされていてもよい。
【００７９】
さらに、図１２（ｃ）に示されるように、永久磁石２０である矩形板状部材とこの部材の両端部に板状部材の面方向と垂直方向に突出した鉄等のヨーク部位２１とを備えた断面がＵ字型のものとされていてもよい。
【００８０】
これら図１２（ｂ）および（ｃ）のように磁気発生部を構成することにより、板状部材から突出した部位の一方から他方に向かう方向に磁界Ｂが生成されるため、センサチップ１にシリコン基板４０の平面方向と平行な方向に磁界Ｂが印加されることになり、印加される磁界の方向が部分的にばらつくことを抑制することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１      センサチップ
２      検出回路
１０    スロットルバルブ
１２    吸入通路
２０    永久磁石
６０    角度演算部
６１    信号作成部
６２    偏差算出部
６３    正負判定部
６４    アップダウンカウンタ
７０    出力部
【図１】
2013096898.tif 000003
【図２】
2013096898.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013096898.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2013096898.tif 000009
【図８】
2013096898.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2013096898.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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