(57)【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、
この磁界の中で相対回転する磁束密度検出部とを備え、
この磁束密度検出部を交差する磁気回路構成部の回転中心線上に配置した第一、第二ホール素子によって構成し、
この第一ホール素子の出力Ａに基づいて磁気回路構成部に対する磁束密度検出部の回転角度を設定した角度変換マップと、
この第二ホール素子の出力Ｂに基づいて磁気回路構成部に対する磁束密度検出部の回転角度を設定した角度変換マップとを設け、
第一、第二ホール素子の出力Ａ，Ｂに応じて各角度変換マップを切り換えて磁気回路構成部に対する磁束密度検出部の回転角度を求める構成とした回転角度センサにおいて、
前記各角度変換マップを変換される回転角度の範囲が互いにオーバーラップするように設定したことを特徴とする回転角度センサ。
【請求項２】
回転角度を検出する信号として前記第一、第二ホール素子の出力のうち回転角度に対する出力変化が大きい方を用いる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の回転角度センサ。
【請求項３】
前記第一、第二ホール素子の出力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領域を判定する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転角度センサの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、回転角度を高精度で検出するには、コイルを用いたレゾルバ方式の回転角度センサが一般的であった。このレゾルバ方式の回転角度センサは、振動、温度変化が大きい周囲環境に耐えられ、高い検出精度が得られる反面、製品のコストが高いという問題点があった。
【０００３】
この対策として、本出願人により特願２００１−１２７２２１号として既に出願されたものがある。この回転角度センサは、互いに相対回転するケースおよび回転軸を備え、磁束密度検出部としてケースに第一、第二ホール素子が固定される一方、磁気回路構成部として回転軸に永久磁石が固定されるものである。
【０００４】
この回転角度センサは、このホール素子を用いることで製品のコストダウンがはかれるとともに、第一、第二ホール素子の出力に応じて角度変換マップの切り換えることにより、全回転角度範囲に渡って高いセンサ出力分解能が得られ、検出精度を高められる。
【０００５】
しかしながら、周囲環境からのノイズ等がセンサ信号に重畳される場合、角度変換マップの切り換えができなくなり、回転角度情報に不連続な部分が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、高性能化と低コスト化を両立し、かつ角度変換マップの切り換えが確実に行われる回転角度センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【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、この磁界の中で相対回転する磁束密度検出部とを備え、この磁束密度検出部を交差する磁気回路構成部の回転中心線上に配置した第一、第二ホール素子によって構成し、この第一ホール素子の出力Ａに基づいて磁気回路構成部に対する磁束密度検出部の回転角度を設定した角度変換マップと、この第二ホール素子の出力Ｂに基づいて磁気回路構成部に対する磁束密度検出部の回転角度を設定した角度変換マップとを設け、第一、第二ホール素子の出力Ａ，Ｂに応じて各角度変換マップを切り換えて磁気回路構成部に対する磁束密度検出部の回転角度を求める構成とした回転角度センサにおいて、各角度変換マップを変換される回転角度の範囲が互いにオーバーラップするように設定したことを特徴とするものとした。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、回転角度を検出する信号として第一、第二ホール素子の出力のうち回転角度に対する出力変化が大きい方を用いる構成としたことを特徴とするものとした。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、第一、第二ホール素子の出力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領域を判定する構成としたことを特徴とするものとした。
【００１０】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、各角度変換マップを変換される回転角度の範囲が互いにオーバーラップすることにより、ノイズ等に起因してマップの切り換えができなくなることを回避し、角度変換マップの切り換えが確実に行われ、回転角度情報に不連続な部分が発生することを防止できる。
【００１１】
また、磁束密度検出部としてホール素子を用いることにより、製品のコストダウンがはかれる。
【００１２】
第２の発明によると、第一、第二ホール素子の出力のうち急勾配となる方を用いて回転角度を検出することにより、広い回転角度範囲に渡って高いセンサ出力分解能が得られ、検出精度を高められる。
【００１３】
第３の発明によると、第一、第二ホール素子の出力のうち緩勾配となる一方を用いて回転角度領域を判定することにより、急勾配となる他方の出力を基に回転角度を特定することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
まず、図１に本発明が適用された回転角度センサの一例を示す。この回転角度センサ１は互いに相対回転するケースおよび回転軸を備え、ケースに第一、第二ホール素子７，８が固定される一方、回転軸の途中にリング磁石３が同心上に固定される。
【００１６】
磁気回路構成部として設けられるリング磁石３は、永久磁石からなり、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。
【００１７】
磁束密度検出部として設けられる第一、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電線を介して出力する。
【００１８】
第一、第二ホール素子７，８が互いに直交する回転軸の中心線上に配置される。つまり、第一、第二ホール素子７，８は互いに直交して設けられている。
【００１９】
本実施の形態では、第一、第二ホール素子７，８が磁気回路構成部として設けられるリング磁石３の回転経路より外側に配置される。
【００２０】
図２は第一、第二ホール素子７，８からそれぞれ出力される電圧が回転角度に応じて変化する様子を示している。第一、第二ホール素子７，８の出力Ａ，Ｂは、位相が９０度異なる正弦波相当の値となる。
【００２１】
コントローラ５は第一、第二ホール素子７，８の出力Ａ，Ｂを入力し、この出力Ａ，Ｂから予め設定された図３に示す４つの角度変換マップ▲１▼〜▲４▼に基づき回転軸の回転角度を求め、求められた回転角度を出力する。
【００２２】
この角度変換マップ▲１▼〜▲４▼は、図３に示すように設定される。図３において、縦軸に設けられるインデックス（マップの配列番号）がセンサ出力のＡ／Ｄ変換値、横軸がインデックスに対応するマップ値を変換した回転角度情報、線がマップ値を結ぶ線である。
【００２３】
角度変換マップ▲１▼、▲３▼のインデックスを第一ホール素子７の出力Ａとし、角度変換マップ▲２▼、▲４▼のインデックスを第二ホール素子８の出力Ｂとする。
・角度変換マップ▲１▼は、第一ホール素子７の出力Ａが立ち上がる領域に設けられる。
・角度変換マップ▲２▼は、第二ホール素子８の出力Ｂが降下する領域に設けられる。
・角度変換マップ▲３▼は、第一ホール素子７の出力Ａが降下する領域に設けられる。
・角度変換マップ▲４▼は、第二ホール素子８の出力Ｂが立ち上がる領域に設けられる。
【００２４】
これにより、回転角度センサ１の回転軸が１回転するとき、角度変換マップ▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼の順に切り換えられ、第一、第二ホール素子７，８の出力Ａ，Ｂはその勾配が大きい領域が交互に切り換えられるようにして取り出される。つまり、第一、第二ホール素子７，８の出力Ａ，Ｂのうち、回転角度を検出する信号として回転角度に対する電圧変化が大きい方が用いられる。
【００２５】
ところで、実機では周囲環境からのノイズ等がセンサ信号に重畳される場合があり、この対策としてノイズを取るフィルタ等をハード面またはソフト面で設けている。しかし、このような対策を実施してもノイズを完全に取りきれない場合があり、マップの切り換えができなくなり、回転角度情報に不連続な部分が発生する可能性があった。
【００２６】
この対策として、本発明は、隣り合う角度変換マップ▲１▼と▲２▼、▲２▼と▲３▼、▲３▼と▲４▼、▲４▼と▲１▼の間で変換される回転角度情報の範囲が互いにオーバーラップするように設定する。これにより、図３において縦に延びる破線上で各マップ値を結ぶ線がオーバーラップしている。
【００２７】
センサ出力が０〜５Ｖの間で変化する場合、センサ出力の５Ｖを１０ｂｉｔ（１０２４ｂｉｎ）の分解能で変換するため、Ａ／Ｄコンバータの１ｂｉｔは、次式で計算される。
５Ｖ÷１０２４ｂｉｎ＝４．８８ｍＶ  …（１）
そして、インデックスは次式で計算される。
インデックス＝センサ出力のＡ／Ｄ変換値−センサ中点値＋３００ｂｉｎ…（２）
したがって、角度変換マップ▲１▼〜▲４▼のインデックスはその中点２．５Ｖを０ｂｉｎとして、±３００ｂｉｎの範囲のＡ／Ｄ変換値とする。
【００２８】
角度変換マップ▲１▼〜▲４▼は、各マップ値を結ぶ線が交差する領域ｅを持つように、インデックスの設定範囲を決める閾値を±３００ｂｉｎに設定している。
【００２９】
図４のフローチャートは角度変換マップ▲１▼〜▲４▼を切り換えるルーチンを示しており、コントローラ５において一定周期毎に実行される。
【００３０】
このルーチンでは、ステップ１にて第一、第二ホール素子７，８の出力Ａ，Ｂの変換値を読み込み、これを基に次の判別を行う。
・出力Ａの変換値が±３００ｂｉｎの範囲にあり、出力Ｂの変換値がプラスのとき、マップ▲１▼に切り換える（ステップ２，３，４）。
・出力Ａの変換値が±３００ｂｉｎの範囲にあり、出力Ｂの変換値がマイナスのとき、マップ▲３▼に切り換える（ステップ２，３，５，６）。なお、ステップ５にて出力Ｂの変換値がマイナスでないと判定された場合、ステップ１２に進んで現在の情報を引き続き採用する。
・出力Ｂの変換値が±３００ｂｉｎの範囲にあり、出力Ａの変換値がプラスのとき、マップ▲２▼に切り換える（ステップ７，８，９）。
・出力Ｂの変換値が±３００ｂｉｎの範囲にあり、出力Ａの変換値がマイナスのとき、マップ▲４▼に切り換える（ステップ７，８，１０，１１）。なお、ステップ１０にて出力Ａの変換値がマイナスでないと判定された場合、ステップ１３に進んで現在の情報を引き続き採用する。
【００３１】
以上のように構成されて、コントローラ５は、角度変換マップ▲１▼〜▲４▼を切り換えて、回転角度を検出する信号として、第一、第二ホール素子７，８の出力Ａ，Ｂのうち回転角度に対する電圧変化が大きい方を用いることにより、全回転角度範囲に渡って高いセンサ出力分解能が得られ、検出精度を高められる。
【００３２】
例えば第二ホール素子８が１回転する間に、出力Ｂによって例えば２点で同一出力が得られるが、出力Ａをモニターすることで回転角度が特定される。
【００３３】
そして、隣り合う角度変換マップ▲１▼と▲２▼、▲２▼と▲３▼、▲３▼と▲４▼、▲４▼と▲１▼の間で変換される回転角度情報の範囲が互いにオーバーラップすることにより、ノイズ等に起因してマップの切り換えができなくなることを回避する。
【００３４】
これに対して、隣り合う角度変換マップの間でオーバーラップ領域を持たない場合、図５に示すように、マップ値を結ぶ線の交差点の近傍にて、周囲環境からのノイズ等がセンサ信号に重畳され、センサ出力がマップ値を結ぶ線の交差点を超える可能性がある。この場合、角度変換マップの切り換えができなくなり、回転角度情報に不連続な部分が発生するという問題点が生じた。
【００３５】
この対策として、本発明は、隣り合う角度変換マップ▲１▼と▲２▼、▲２▼と▲３▼、▲３▼と▲４▼、▲４▼と▲１▼の間で変換される回転角度情報の範囲が互いにオーバーラップするように設定することにより、センサ出力にノイズが重畳したり、周囲温度変化によってセンサの中立位置がドリフトした場合にも、角度変換マップの切り換えが確実に行われ、回転角度情報に不連続な部分が発生することを防止できる。
【００３６】
他の実施の形態として、図６に示すように、回転角度センサ２１は、互いに相対回転するケース２０および回転軸２を備え、磁束密度検出部３０としてケース２０に支持体２６を介して第一、第二ホール素子２７，２８が固定される一方、磁気回路構成部３１として回転軸２にロータ部２３を介して永久磁石２４，２５が固定しても良い。
【００３７】
なお、磁気回路構成部として永久磁石に代えてコイルからなる電磁石を用いてもよい。
【００３８】
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回転角度センサの構成図。
【図２】同じくセンサ出力特性を示す線図。
【図３】同じく角度変換マップを示す線図。
【図４】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図５】同じくセンサ出力が変化する様子を示す説明図。
【図６】他の実施の形態を示す回転角度センサの構成図。
【符号の説明】
１  回転角度センサ
３  リング磁石（磁気回路構成部）
５  コントローラ
７，８  第一、第二ホール素子（磁束密度検出部）
【図１】
0003764103.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003764103.tif 000006
【図６】
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