專利名稱：角度檢測(cè)裝置和角度檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的角度檢測(cè)裝置以及角度 檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
日本特開(kāi)2001-91208號(hào)公報(bào)中提出一種旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置以作為檢 測(cè)節(jié)流閥等被檢測(cè)物的旋轉(zhuǎn)角的機(jī)構(gòu)，其具有使磁鐵和磁軛之間產(chǎn)生 磁場(chǎng)且配置在該磁場(chǎng)中的磁檢測(cè)元件的位置偏離轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心的結(jié) 構(gòu)。如果磁檢測(cè)元件的位置偏離轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心，那么與磁檢測(cè)元件 互連的磁通角和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系發(fā)生變化。通過(guò)利用這個(gè)變 化，可以在寬范圍內(nèi)任意設(shè)定相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角的磁檢測(cè)元件的輸出特性， 并能提高旋轉(zhuǎn)角的檢測(cè)特性。
專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2001-91208號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題
但是，上述的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置具有以下缺點(diǎn)對(duì)檢測(cè)角度有一定 的限制(參考專利文獻(xiàn)1圖8 (b))。
因此，本發(fā)明以提出對(duì)檢測(cè)角度沒(méi)有限制的角度檢測(cè)裝置及角度 檢測(cè)方法作為課題。
解決問(wèn)題的手段
為了解決上述課題，本發(fā)明所涉及的角度檢測(cè)裝置具有旋轉(zhuǎn)體， 固定在旋轉(zhuǎn)軸上，在將旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，且將XY正 交坐標(biāo)系定義在旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，對(duì)于2以上的任意整數(shù)
n，以交角(兀/n)在旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體的外周相交的兩點(diǎn) 分別和旋轉(zhuǎn)中心之間的各自距離之和一定，并且，旋轉(zhuǎn)體投影在旋轉(zhuǎn) 平面上的平面形狀關(guān)于Y^tan ((;c/2n)) X對(duì)稱；第一磁傳感器和第二
7磁傳感器，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心以(7T/n)的角度差配置在旋轉(zhuǎn)體的外周附
近，第一磁傳感器檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)體的外周和第一磁傳感器之間的第一距 離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并輸出第一檢測(cè)信號(hào)，該第一距離隨著 旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化，第二磁傳感器檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)體外周和 第二磁傳感器之間的第二距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并輸出第二
檢測(cè)信號(hào)，該第二距離隨著第一距離的變化而發(fā)生互補(bǔ)性變化；差動(dòng) 運(yùn)算單元，對(duì)第一檢測(cè)信號(hào)和第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算，并輸出差 動(dòng)信號(hào)；以及角度計(jì)算單元，根據(jù)差動(dòng)信號(hào)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的角度檢測(cè)裝置，因?yàn)槭褂眠@樣的旋轉(zhuǎn)體以 交角(兀/n)在旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體的外周相交的兩點(diǎn)分別 和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心之間的各自距離之和一定，并且，旋轉(zhuǎn)體投影在 旋轉(zhuǎn)平面的平面形狀關(guān)于Y=tan ((兀/2n)) X對(duì)稱，所以，通過(guò)對(duì)從相 對(duì)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心以(7T/n)的角度差配置在旋轉(zhuǎn)體的外周附近的 第一和第二磁傳感器分別輸出的第一和第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算而 得到的差動(dòng)信號(hào)為包含旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度信息的近似正弦波信號(hào)，可 以在全角度(0度 360度)范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)誤差小的角度檢測(cè)。另夕卜， 因?yàn)樾D(zhuǎn)體也可以不安裝在旋轉(zhuǎn)軸的端面上，所以，角度檢測(cè)裝置的 安裝容易性優(yōu)異。
在此，優(yōu)選，構(gòu)成為第一磁傳感器與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心之間的距 離和第二磁傳感器與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心之間的距離相等。根據(jù)這樣的 結(jié)構(gòu)，因?yàn)閺牡谝缓偷诙艂鞲衅鬏敵龅牡谝缓偷诙z測(cè)信號(hào)具有充 分的對(duì)稱性，所以，能夠使差動(dòng)信號(hào)接近于理想的正弦波。
另外，優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)體投影在其旋轉(zhuǎn)平面的形狀具有圓心角為(兀/n) 的2n個(gè)部分橢圓結(jié)合的形狀。根據(jù)這種形狀，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周的時(shí) 候，從相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心以(Ti/n)的角度差配置在旋轉(zhuǎn)體的外 周附近的第一和第二磁傳感器分別輸出的第一和第二檢測(cè)信號(hào)為取到 n個(gè)最大值和n個(gè)最小值的n個(gè)周期的近似正弦波信號(hào)，因此，通過(guò)對(duì) 第一和第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算而得到的差動(dòng)信號(hào)成為包含旋轉(zhuǎn)體 的旋轉(zhuǎn)角度信息的酷似理想的正弦波形的n個(gè)周期的近似正弦波信號(hào)。 另外，還優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)體投影在其旋轉(zhuǎn)平面的形狀沒(méi)有凹部。這是由于 在凹部產(chǎn)生磁場(chǎng)的混亂的可能性高。
8在本發(fā)明的最佳實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)體由鐵磁性材質(zhì)形成。第一磁 傳感器具有使旋轉(zhuǎn)體的外周與第一磁傳感器之間產(chǎn)生磁場(chǎng)的第一磁 鐵、和根據(jù)隨著第一距離的變化而變化的磁場(chǎng)而輸出第一檢測(cè)信號(hào)的 第一磁阻效應(yīng)元件。第二磁傳感器具有使旋轉(zhuǎn)體的外周與第二磁傳感 器之間產(chǎn)生磁場(chǎng)的第二磁鐵、和根據(jù)隨著第二距離的變化而變化的磁 場(chǎng)而輸出第二檢測(cè)信號(hào)的第二磁阻效應(yīng)元件。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，隨著旋 轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)體與第一磁傳感器之間的第一距離和旋轉(zhuǎn)體與第二 磁傳感器之間的第二距離發(fā)生變化，因?yàn)檫@些變化作為第一和第二磁 傳感器的電阻值的變化而出現(xiàn)，所以，在第一和第二檢測(cè)信號(hào)中包含 著與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信息。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施方式中，第一磁阻效應(yīng)元件具有在旋轉(zhuǎn)體的 旋轉(zhuǎn)中心方向上設(shè)定長(zhǎng)邊方向的第一自由磁性層。第二磁阻效應(yīng)元件 具有在旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心方向上設(shè)定長(zhǎng)邊方向的第二自由磁性層。通 過(guò)將自由磁性層的長(zhǎng)邊方向設(shè)定在旋轉(zhuǎn)中心方向上，能夠提高角度檢 測(cè)精度。
本發(fā)明所涉及的角度檢測(cè)方法，使用第一和第二磁傳感器，檢測(cè) 旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，該第一和第二磁傳感器相對(duì)于固定在旋轉(zhuǎn)軸上的
旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心，對(duì)于2以上的任意整數(shù)n，以(7t/n)的角度差配 置在旋轉(zhuǎn)體的外周附近，該角度檢測(cè)方法具有使旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的步驟， 在將旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在旋轉(zhuǎn)體的旋 轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，以交角(7c/n)在旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體的 外周相交的兩點(diǎn)分別和旋轉(zhuǎn)中心之間的各自距離之和一定，并且，旋 轉(zhuǎn)體投影在旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀關(guān)于Y^an ((兀/2n)) X對(duì)稱；從第 一磁傳感器輸出第一檢測(cè)信號(hào)的步驟，該第一磁傳感器檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)體 的外周和第一磁傳感器之間的第一距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，該 第一距離隨著旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化；從第二磁傳感器輸出 第二檢測(cè)信號(hào)的步驟，該第二磁傳感器檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)體的外周和第二磁 傳感器之間的第二距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，該第二距離隨著第 一距離的變化而發(fā)生互補(bǔ)性變化；對(duì)第一檢測(cè)信號(hào)和第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn) 行差動(dòng)運(yùn)算并輸出差動(dòng)信號(hào)的步驟；以及根據(jù)差動(dòng)信號(hào)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的 旋轉(zhuǎn)角度的步驟。根據(jù)本發(fā)明所涉及的角度檢測(cè)方法，因?yàn)槭褂眠@樣的旋轉(zhuǎn)體以 交角(7t/n)在旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體的外周相交的 兩點(diǎn)分別和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心之間的各自距離之和一定，并且，旋轉(zhuǎn)
體投影在旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀關(guān)于Y^tan ((兀/2n)) X對(duì)稱，所以， 通過(guò)對(duì)從相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心以(兀/n)的角度差配置在旋轉(zhuǎn)體的 外周附近的第一和第二磁傳感器分別輸出的第一和第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行 差動(dòng)運(yùn)算而得到的差動(dòng)信號(hào)成為包含旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度信息的近似正 弦波信號(hào)，可以在全角度(0度 360度)范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)誤差小的角
^ 、基于本發(fā)明的其他觀點(diǎn)的角度檢測(cè)裝置，具有旋轉(zhuǎn)體，固定在 旋轉(zhuǎn)軸上，在將旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo) 系定義在旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，對(duì)于2以上的任意整數(shù)n，以交 角(兀/n)在旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體的外周相交的兩點(diǎn)分別和 旋轉(zhuǎn)中心之間的各自距離之和一定，并且，旋轉(zhuǎn)體投影在旋轉(zhuǎn)平面上 的平面形狀關(guān)于Y^tan ((TE/2n)) X對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)體；第一磁傳感器和第 二磁傳感器，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心以(兀/2n)的角度差配置在旋轉(zhuǎn)體的外周 附近，第一磁傳感器檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)體的外周和第一磁傳感器之間的第一 距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并輸出第一檢測(cè)信號(hào)，該第一距離隨 著旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化，第二磁傳感器檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)體的外 周和第二磁傳感器之間的第二距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并輸出 第二檢測(cè)信號(hào)，該第二距離隨著旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化；轉(zhuǎn) 換表，保存與第一和第二檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度；以及角 度計(jì)算單元，將從第一和第二磁傳感器輸出的第一和第二檢測(cè)信號(hào)與 轉(zhuǎn)換表進(jìn)行比較，輸出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的角度檢測(cè)裝置，因?yàn)槭褂眠@樣的旋轉(zhuǎn)體在 將旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在旋轉(zhuǎn) 體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，對(duì)于2以上的任意整數(shù)n，以交角(兀/n)在 旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體的外周相交的兩點(diǎn)分別和旋轉(zhuǎn)中心之 間的各自距離之和一定，并且，旋轉(zhuǎn)體投影在旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀 關(guān)于Y^tan((7i/2n))X對(duì)稱，所以，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心以(兀/2n) 的相位差(機(jī)械角)且距離旋轉(zhuǎn)中心等距離地配置的第一和第二磁傳
10感器與旋轉(zhuǎn)體的外周之間的距離發(fā)生周期性變化。從第一和第二磁傳 感器輸出的第一和第二檢測(cè)信號(hào)包含與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信
息，且相互具有90deg的相位差(電氣角)，因此通過(guò)對(duì)第一和第二檢 測(cè)信號(hào)進(jìn)行函數(shù)處理，能夠求出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施方式中，優(yōu)選，第一和第二檢測(cè)信號(hào)是近似 正弦波信號(hào)，角度計(jì)算單元將第一和第二檢測(cè)信號(hào)中、相對(duì)于其檢測(cè) 信號(hào)采用中間值的時(shí)候的角度位于士22.5deg的角度范圍內(nèi)的檢測(cè)信號(hào) 和轉(zhuǎn)換表進(jìn)行比較，輸出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。較之振幅變化量小的信 號(hào)波形的峰附近的值，通過(guò)讀出振幅變化量大的中間值附近的值，能 夠抑制對(duì)噪音的影響。
基于本發(fā)明的其他觀點(diǎn)的角度檢測(cè)方法，使用第一和第二磁傳感 器，檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，該第一和第二磁傳感器相對(duì)于固定在旋 轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心，對(duì)于2以上的任意整數(shù)n，以(7E/2n)的 角度差配置在旋轉(zhuǎn)體外周附近；該角度檢測(cè)方法具有使旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn) 的步驟，在將旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在旋 轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，以交角(7c/n)在旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與 旋轉(zhuǎn)體的外周相交的兩點(diǎn)分別和旋轉(zhuǎn)中心之間的各自距離之和一定， 并且，旋轉(zhuǎn)體投影在旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀關(guān)于Y^tan ((;r/2n)) X對(duì) 稱；從第一磁傳感器輸出第一檢測(cè)信號(hào)的步驟，該第一磁傳感器檢測(cè) 與旋轉(zhuǎn)體的外周和第一磁傳感器之間的第一距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng) 變化，該第一距離隨著旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化；從第二磁傳 感器輸出第二檢測(cè)信號(hào)的步驟，該第二磁傳感器檢測(cè)與所述旋轉(zhuǎn)體的 外周和所述第二磁傳感器之間的第二距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化， 該第二距離隨著旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化；將保存與第一和第 二檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的轉(zhuǎn)換表與從第一和第二磁傳感 器輸出的第一和第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，輸出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的步
一 根據(jù)本發(fā)明所涉及的角度檢測(cè)方法，因?yàn)槭褂眠@樣的旋轉(zhuǎn)體在 將旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在旋轉(zhuǎn) 體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，對(duì)于2以上的任意整數(shù)n，以交角(7E/n)在 旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體的外周相交的兩點(diǎn)分別和旋轉(zhuǎn)中心之間的各自距離之和一定，并且，旋轉(zhuǎn)體投影在旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀
關(guān)于Y^tan((7i/2n))X對(duì)稱，所以，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心以(兀/2n) 的相位差(機(jī)械角)且距離旋轉(zhuǎn)中心等距離地配置的第一和第二磁傳 感器與旋轉(zhuǎn)體的外周之間的距離發(fā)生周期性變化。從第一和第二磁傳 感器輸出的第一和第二檢測(cè)信號(hào)包含與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信 息，且相互具有90deg的相位差(電氣角)，因此，通過(guò)對(duì)第一和第二 檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行函數(shù)處理，能夠求出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。 發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供對(duì)檢測(cè)角度沒(méi)有限制的角度檢測(cè)裝置和角 度檢測(cè)方法。


圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的角度檢測(cè)裝置的大致結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
圖2是表示本實(shí)施方式所涉及的角度檢測(cè)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
圖3是表示磁阻效應(yīng)元件的輸出特性的圖。 圖4是表示相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的磁通密度的變化的圖。 圖5是表示從一對(duì)磁傳感器輸出的兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)的圖。 圖6是表示對(duì)從一對(duì)磁傳感器輸出的二個(gè)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算 而得到的差動(dòng)信號(hào)的圖。
圖7是表示旋轉(zhuǎn)體的平面形狀的計(jì)算方法的說(shuō)明圖。
圖8是表示旋轉(zhuǎn)體的平面形狀的計(jì)算方法的說(shuō)明圖。
圖9是a:0.9的時(shí)候的橢圓函數(shù)H (X， Y)的圖。
圖10是3=1.5的時(shí)候的橢圓函數(shù)H (X, Y)的圖。
圖11是a-a-0.5的時(shí)候的橢圓函數(shù)H (X， Y)的圖。
圖12是表示實(shí)施例2所涉及的角度檢測(cè)裝置的大致結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
圖13是表示實(shí)施校正前的cos信號(hào)及sin信號(hào)的圖。 圖14是表示cos信號(hào)的振幅補(bǔ)正及偏移補(bǔ)正的說(shuō)明圖。 圖15是表示sin信號(hào)的振幅補(bǔ)正及偏移補(bǔ)正的說(shuō)明圖。圖16是表示cos信號(hào)的數(shù)字采樣的說(shuō)明圖。 圖17是表示sin信號(hào)的數(shù)字采樣的說(shuō)明圖。 圖18是轉(zhuǎn)換表的說(shuō)明圖。
圖19是表示cos信號(hào)及sin信號(hào)的讀入范圍的說(shuō)明圖。 圖20是線性輸出值的圖表。
符號(hào)的說(shuō)明
IO...角度檢測(cè)裝置20...旋轉(zhuǎn)體30…磁傳感器31...磁阻效應(yīng)元件 32…磁軛33...磁鐵41, 42…差動(dòng)運(yùn)算電路50…角度計(jì)算電路60...旋 轉(zhuǎn)軸
具體實(shí)施例方式
以下，參照各圖對(duì)本發(fā)明所涉及的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在各實(shí)施例 中，相同符號(hào)表示相同部件，省略重復(fù)的說(shuō)明。 實(shí)施例1
圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的角度檢測(cè)裝置10的大致結(jié)構(gòu)的說(shuō) 明圖。
角度檢測(cè)裝置10具有作為主要結(jié)構(gòu)的固定在旋轉(zhuǎn)軸60上的旋轉(zhuǎn) 體(轉(zhuǎn)子)20、配置在旋轉(zhuǎn)體20的外周附近的磁傳感器30。旋轉(zhuǎn)體 20是由鐵磁性材質(zhì)(例如，鐵、鈷、鎳等)形成的轉(zhuǎn)子。旋轉(zhuǎn)軸60 是受到來(lái)自動(dòng)力發(fā)生源等的驅(qū)動(dòng)力而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸(例如，車輛 的傳動(dòng)軸或電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸等)，其軸心方向是Z方向。如果旋轉(zhuǎn)軸60 旋轉(zhuǎn)，那么旋轉(zhuǎn)體20在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
磁傳感器30具有作為主要結(jié)構(gòu)的作為用于產(chǎn)生外部磁場(chǎng)的磁場(chǎng)產(chǎn) 生機(jī)構(gòu)而起作用的磁鐵33和將該外部磁場(chǎng)的變化作為電壓變化進(jìn)行檢 測(cè)的磁阻效應(yīng)元件31。磁阻效應(yīng)元件31可以是半橋結(jié)構(gòu)，或者也可以 是全橋結(jié)構(gòu)。作為磁傳感器30的安裝方式，優(yōu)選，以磁阻效應(yīng)元件31 位于通過(guò)磁鐵33的中心點(diǎn)的沿Z方向的直線上的方式，在印刷電路基 板70的表面上配置磁阻效應(yīng)元件31，在同基板70的背面配置磁鐵33。 另外，為了高效地對(duì)從磁鐵33產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)進(jìn)行集磁，優(yōu)選，在磁 鐵33的兩極配置磁軛32。磁阻效應(yīng)元件31具有磁化方向設(shè)定在特定的方向上且構(gòu)成為磁化狀態(tài)(例如，磁化方向和磁化的強(qiáng)度)不受外部磁場(chǎng)的位移影響的被釘扎磁性層(pinned layer)(圖中沒(méi)有表示)、和根據(jù)外部磁場(chǎng)的變化而磁化狀態(tài)發(fā)生位移的自由磁性層(free layer)(圖中沒(méi)有表示)。如果旋轉(zhuǎn)體20與旋轉(zhuǎn)軸60的旋轉(zhuǎn)一起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，那么旋轉(zhuǎn)體20的外周和磁阻效應(yīng)元件31之間的間隙G的間隔發(fā)生周期性變化。如果間隙G的間隔發(fā)生變化，那么從配置在磁阻效應(yīng)元件31的背面的磁鐵33經(jīng)過(guò)磁阻效應(yīng)元件31而引到旋轉(zhuǎn)體20上的磁通密度發(fā)生變化。這樣，因?yàn)榇抛栊?yīng)元件31內(nèi)的自由磁性層的磁化狀態(tài)發(fā)生變動(dòng)，所以，磁化狀態(tài)沒(méi)有變動(dòng)的被釘扎磁性層的磁化狀態(tài)和磁化狀態(tài)發(fā)生變動(dòng)的自由磁性層之間產(chǎn)生磁化狀態(tài)的位移差。該磁化狀態(tài)的位移差是反映旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)角度的物理量，具體而言，表現(xiàn)為磁阻效應(yīng)元件31的電阻值的變化。從印刷電路基板70向磁阻效應(yīng)元件31供給偏置電流，磁阻效應(yīng)元件31的電阻值的變化作為輸出電壓的變化而被檢測(cè)。磁阻效 應(yīng)元件31的輸出電壓作為表示旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)信號(hào)而被信號(hào)處理。
而且，如圖3所示，優(yōu)選，以磁阻效應(yīng)元件31在通過(guò)磁阻效應(yīng)元件31的磁通密度和磁阻效應(yīng)元件31的輸出電壓之間的關(guān)系為線形的區(qū)域A或區(qū)域B中進(jìn)行動(dòng)作的方式，設(shè)計(jì)外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度和間隙G的平均間隔等。在此情況下，對(duì)應(yīng)于間隙G的距離，磁傳感器的輸出具有線性。另外，優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)體20和磁傳感器30的沿推力方向(軸心方向)的位置關(guān)系是包括由旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)而造成的芯移動(dòng)等帶來(lái)的偏離且旋轉(zhuǎn)體20不從磁阻效應(yīng)元件31偏離的位置關(guān)系。例如，如果安裝誤差為士0.5mm，芯移動(dòng)為士0.5mm，磁阻效應(yīng)元件31的厚度為0.5mm，那么，優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)體20的厚度為3.0mm以上。圖2是表示角度檢測(cè)裝置10的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。在將旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)中心P作為坐標(biāo)原點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)體20投影在該旋轉(zhuǎn)平面(XY平面)上的形狀(以下，稱為平面形狀)為滿足以下條件的形狀以交角cp=(兀/2)在旋轉(zhuǎn)中心P相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體20的外周相交的兩點(diǎn)(Ql， Q2)分別和旋轉(zhuǎn)中心P之間的各自距離(LI, L2)的和(Ll+L2) —定，并且旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀關(guān)于Y=X對(duì)稱(在此，Ll是線段PQ1的線段長(zhǎng)，L2線段是PQ2的線段長(zhǎng))。滿足這些條件的旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀具有圓心角為(;r/2)的4個(gè)部分橢圓結(jié)合的形狀，如果旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)一周，那么可以得到2個(gè)周期的近似正弦波的檢測(cè)信號(hào)。如果根據(jù)旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀關(guān)于Y=X對(duì)稱這個(gè)條件、以及在旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)候得到2個(gè)周期的檢測(cè)信號(hào)這個(gè)條件，那么想請(qǐng)注意以下方面4個(gè)部分橢圓的橢圓率全部存在2種。
而且，優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀沒(méi)有凹部。這是由于在凹部產(chǎn)生磁場(chǎng)的混亂的可能性高且不適合高精度的角度檢測(cè)。
在旋轉(zhuǎn)體20的外周附近，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心P以(兀/2)的角度差配置有一對(duì)磁傳感器30A、 30B，并且，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心P以(7C/2)的角度差配置有另外一對(duì)磁傳感器30C、 30D。連接磁傳感器30A和旋轉(zhuǎn)中心P的直線91與連接磁傳感器30B和旋轉(zhuǎn)中心P的直線92正交，連接磁傳感器30C和旋轉(zhuǎn)中心P的直線93與連接磁傳感器30D和旋轉(zhuǎn)中心P的直線94正交。另夕卜，鄰接的磁傳感器30A、 30C相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心P以(Ti/4)的角度差配置，鄰接的磁傳感器30B、 30D相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心P以(7t/4)的角度差配置。這樣，各個(gè)磁傳感器30A、 30C、30B、 30D相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心P以(Ti/4)的角度差固定，即使旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)中心P和各個(gè)磁傳感器30A、 30C、 30B、 30D之間的距離也一直保持一定。
而且，為了相互區(qū)分圖2所示的磁傳感器30A、 30B、 30C、 30D，方便起見(jiàn)標(biāo)記不同的符號(hào)，但是，實(shí)際上，與圖1所示的磁傳感器30具有相同的結(jié)構(gòu)。因此，在不需要區(qū)分這些磁傳感器30A、 30B、 30C、30D的情況下，只統(tǒng)稱為磁傳感器30。
此外，如圖4所示，如果旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)半周，那么在表示通過(guò)磁傳感器30的外部磁場(chǎng)的磁通密度的變化的波形上，出現(xiàn)1個(gè)周期的變化。如果以通過(guò)其旋轉(zhuǎn)中心P的線段將旋轉(zhuǎn)體20分割為一半，那么因?yàn)樵撘话氲姆指铙w具有由橢圓率不相同的圓心角為(Ti/2)的2個(gè)部分橢圓結(jié)合的形狀，所以，圖4所示的磁通密度波形不是嚴(yán)格意義上的正弦波形，是類似于正弦波形的波形。如上所述，因?yàn)橥ㄟ^(guò)磁阻效應(yīng)元件31的磁通密度和磁阻效應(yīng)元件31的輸出電壓之間的關(guān)系是線形，
15所以，從磁傳感器30輸出的檢測(cè)信號(hào)具有類似于正弦波的波形。因?yàn)樾D(zhuǎn)體20的平面形狀是以交角q>= (tc/2)在旋轉(zhuǎn)中心P相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體20的外周相交的兩點(diǎn)(Ql， Q2)分別和旋轉(zhuǎn)中心P之間的各自距離(Ll， L2)的和(Ll+L2) —定的形狀，所以，如果相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心P以(7c/2)角度差配置的一對(duì)磁傳感器30A、 30B中的一個(gè)磁傳感器30A和旋轉(zhuǎn)體20的外周之間的第一距離發(fā)生變化，那么另一個(gè)磁傳感器30B和旋轉(zhuǎn)體20的外周之間的第二距離隨著第一距離的變化而發(fā)生互補(bǔ)性變化。g卩，如果第一距離變短，那么第二距離只伸長(zhǎng)該變短的距離。因此，如圖5所示，磁傳感器30A， 30B的檢測(cè)信號(hào)具有90度的相位差。在圖5中，符號(hào)81表示磁傳感器30A的檢測(cè)信號(hào)，符號(hào)82表示磁傳感器30B的檢測(cè)信號(hào)。而且，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心P以(;r/2)的角度差配置的另外一對(duì)磁傳感器30C、 30D的檢測(cè)信號(hào)同樣也具有90度的相位差。符號(hào)83表示磁傳感器30C的檢測(cè)信號(hào)，符號(hào)84表示磁傳感器30D的檢測(cè)信號(hào)。
角度檢測(cè)裝置10除了上述的旋轉(zhuǎn)體20和磁傳感器30之外，還具有差動(dòng)運(yùn)算電路41、 42和角度計(jì)算電路50。差動(dòng)運(yùn)算電路41、 42和角度計(jì)算電路50的各功能通過(guò)安裝在印刷電路基板70上的IC芯片(圖中沒(méi)有表示)來(lái)實(shí)現(xiàn)。差動(dòng)運(yùn)算電路41通過(guò)對(duì)從一對(duì)磁傳感器30A、30B輸出的二個(gè)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算，計(jì)算sin信號(hào)(差動(dòng)信號(hào))。圖6中的符號(hào)85表示通過(guò)對(duì)圖5所示的二個(gè)檢測(cè)信號(hào)81、 82進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算而得到的sin信號(hào)。該sin信號(hào)是具有酷似于理想的正弦波形的波形形狀的近似正弦波信號(hào)。差動(dòng)運(yùn)算電路42通過(guò)對(duì)從另外一對(duì)磁傳感器30C、 30D輸出的二個(gè)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算，計(jì)算cos信號(hào)(差動(dòng)信號(hào))。該cos信號(hào)是具有酷似于理想的正弦波形的波形形狀的近似正弦波信號(hào)，且相對(duì)于sin信號(hào)具有45度的相位差。角度計(jì)算電路50根據(jù)從差動(dòng)運(yùn)算電路41輸出的sin信號(hào)和從差動(dòng)運(yùn)算電路42輸出的cos信號(hào)而計(jì)算旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)角度。
而且，想請(qǐng)注意以下方面在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)體20的角度檢測(cè)時(shí)， 一對(duì)磁傳感器30C、 30D并不是必需的，只需一對(duì)磁傳感器30A、 30B就可以進(jìn)行角度檢測(cè)。另外，磁阻效應(yīng)元件31的自由磁性層的長(zhǎng)邊方向沒(méi)有特別的限定，但是，根據(jù)本發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了在朝向旋轉(zhuǎn)中心P的方向(旋轉(zhuǎn)中心方向)上磁化的時(shí)候，可以得到特別高精度的角度檢測(cè)。這可以認(rèn)為是和以下有關(guān)如果自由磁性層的長(zhǎng)邊方向被設(shè)定為例如直達(dá)旋轉(zhuǎn)中心的方向，那么磁阻元件31檢測(cè)依存于遍及自由層的整個(gè)長(zhǎng)邊方向的旋轉(zhuǎn)角的平均磁場(chǎng)，與自由層的長(zhǎng)邊方向?yàn)槌蛐D(zhuǎn)中心的方向比較，檢測(cè)誤差變大。另夕卜，作為磁阻效應(yīng)元件31，
能夠適用GMR元件、MR元件、AMR元件、TMR元件等。
而且，旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀并不局限于上述的實(shí)施方式，也可以滿足以下條件對(duì)于2以上的任意整數(shù)n,以交角9= (Ti/n)在旋轉(zhuǎn)中心P相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體20的外周相交的兩點(diǎn)(Ql， Q2)分別和旋轉(zhuǎn)中心之間的各自距離(Ll， L2)的和(Ll+L2) —定，并且，旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀關(guān)于Y^tan ((兀/2n)) X對(duì)稱。滿足這些條件的旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀具有圓心角為(Ti/n)的2n個(gè)部分橢圓結(jié)合的形狀，如果旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)一周，那么可以得到n個(gè)周期的檢測(cè)信號(hào)。在此，如果根據(jù)旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀關(guān)于Y=tan ((兀/2n)) X對(duì)稱這個(gè)條件、以及在旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)候得到n個(gè)周期的檢測(cè)信號(hào)這個(gè)條件，那么想請(qǐng)注意以下方面2n個(gè)部分橢圓的橢圓率全部存在有n種(具有相同的橢圓率的部分橢圓的組合為n組)。另外，想請(qǐng)理解為了說(shuō)明的方便，在圖2中，圖示了11=2的情況，但是，n^3的情況，也可以適用與圖2所示的結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本實(shí)施方式，因?yàn)槭褂眠@樣的旋轉(zhuǎn)體20:以交角(71/2)在旋
轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)中心P相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體20的外周相交的兩點(diǎn)(Ql， Q2)分別和旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)中心P之間的各自距離(Ll， L2)的和(Ll+L2) —定，并且，旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀關(guān)于￥= X對(duì)稱，所以，通過(guò)對(duì)從相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)中心P以(71/2)的角度差配置在旋轉(zhuǎn)體20的外周附近的一對(duì)磁傳感器30A、 30B (或一對(duì)磁傳感器30C， 30D)輸出的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算而得到的差動(dòng)信號(hào)成為包含旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)角度信息的近似正弦波信號(hào)，可以在全角度(0度 360度)范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)誤差小的角度檢測(cè)。另外，因?yàn)樾D(zhuǎn)體20也可以不安裝在旋轉(zhuǎn)軸60的端面上，所以角度檢測(cè)裝置10的安裝容易性優(yōu)異。
17其次，參照?qǐng)D7和圖8,對(duì)旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀的計(jì)算方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，如圖7所示，考察通過(guò)組合以實(shí)線圖示的半橢圓f和以虛線圖示的半橢圓g而構(gòu)成的近似橢圓形狀的閉合曲線。如果通過(guò)原點(diǎn)P的直線與該閉合曲線相交的交點(diǎn)分別為R1、 R2，線段PR1的線段長(zhǎng)為L(zhǎng)3，線段PR2的線段長(zhǎng)為L(zhǎng)4，半橢圓f和半橢圓g的函數(shù)按下式定義，那么，無(wú)論通過(guò)原點(diǎn)P的直線如何，L3+L4-—定。
f=x2+y2/a2=r2...... (1)
g (X) =X=2r-cos0-F (x) ...... (2)
g (Y) =Y=2r.sine-F (y) ...... (3)
在此，a、 r是常數(shù)(在此，0<a<2:坐標(biāo)原點(diǎn)存在于閉合曲線內(nèi)的條件；a#l:不包括圓)。在此，如果在XY坐標(biāo)上標(biāo)記(2)式、(3)式，那么在a=0.9的情況下，為圖9所示的波形(r=l)。在此，根據(jù)a的值，例如，在a^.5的情況下，如圖10所示，為在X-O處具有凹部的波形，在3=0.5的情況下，如圖11所示，YX)時(shí)X^且具有改變曲率的符號(hào)的拐點(diǎn)。在此，在圖IO、圖ll那樣的情況下，認(rèn)為在該凹部、該拐點(diǎn)處產(chǎn)生磁場(chǎng)的混亂，存在檢測(cè)輸出不穩(wěn)定的可能性。因此，優(yōu)選如圖9那樣不具有凹部、改變曲率的符號(hào)的拐點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)體。因而，優(yōu)選的旋轉(zhuǎn)體是橢圓(x2+y2/a2=r2)和在(Ka〈2的范圍內(nèi)(在此，不包括a-l)不具有凹部、改變曲率的符號(hào)的拐點(diǎn)的橢圓函數(shù)的結(jié)合體。
在此，本發(fā)明者確認(rèn)如果以旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀與圖7所示的近似橢圓形狀的閉合曲線一致的方式對(duì)旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀進(jìn)行加工，在通過(guò)旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)中心P的直線上對(duì)角配置一對(duì)磁傳感器，然后使旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)，并對(duì)從對(duì)角配置的一對(duì)磁傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算，那么可以得到近似正弦波狀的差動(dòng)信號(hào)(參考日本專利申請(qǐng)2008-182423)。根據(jù)本發(fā)明者所知，如果將(1)式、(2)式和(3)式中記載的x、 y、 g (X) 、 g (Y)標(biāo)記為x=r (0) cos0、y=r (e) sin9、 g (X) =r (6) cos9、 g (Y) =r (0) sin9，線段的長(zhǎng)度r (e)為一定，然后將cose轉(zhuǎn)換為cos (0/2) 、 sin0轉(zhuǎn)換為sin (e/2)，得到的橢圓函數(shù)分別定義為F、 G，那么通過(guò)將由橢圓函數(shù)F表示的二個(gè)部分橢圓和由橢圓函數(shù)G表示的二個(gè)部分橢圓結(jié)合而得到定義旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀的閉合曲線的函數(shù)(參考圖8)。
那么，在圖8中，對(duì)于在旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)候得到2個(gè)周期的近似正弦波的檢測(cè)信號(hào)，必須為L(zhǎng)l+L2-2r^—定且((^7c/2，因此，求出的函數(shù)在6=0、兀/2、 71、 3兀/2的時(shí)候，與半徑為r的圓相交。因此，求出的函數(shù)需要以0=兀/4基準(zhǔn)而對(duì)稱。
如果如上所述定義橢圓函數(shù)F，那么下式成立。
F (X) =X=r (e) cos (0/2) ...... (4)
F (Y) =Y=r (e) sin (6/2) ...... (5)
如果使用加法定理來(lái)整理(4)式及(5)式，那么下式成立。F (X) =X=r (6) cos (0/2)
=r (e) cos (e-e/2)
=r (9) (cose cos (0/2) +sin0 sin (e/2)
=Xcose+Ysin6...... (6)
F (Y) =Y=r (6) sin (e/2)
=r (e) sin (e-e/2)
=r (0) (sin9 cos (0/2) -cos0 sin (e/2)
-Xsine-Ycose...... (7)
在此，因?yàn)? 0=^1 (e) ， sine=y/r (0)，因此，如果整理(6)式及(7)式，那么下式成立。
X= (1/r (9) ) (x.X+y'Y) ...... (8)
Y= (1/r (0) ) (X,y畫Y'x) ...... (9)
在此，如果將x、 y標(biāo)記為X、 Y，那么下式成立。
x= (X2-Y2) .r (e) / (X2+Y2) ...... (10)
y=2XY.r (0) / (X2+Y2) ...... (11)
如果將(10)式及(11)式代入(1)式中的x、 y，那么能夠求出橢圓函數(shù)F。同樣，如果將(10)式及(11)式代入(2)式、(3)式中的x、 y，那么能夠求出橢圓函數(shù)G。另外，因?yàn)閞 (e)是(X2+Y2)1/2，因此，能夠消去。而且，求出的函數(shù)F在0Se^7r/4的角度范圍(X軸和Y-X之間的角度范圍)中，為
(X2-Y2) 2+4X2Y2/a2=r2 (X2+Y2) ...... (12)而且，上述的結(jié)論也能夠應(yīng)用于滿足以下條件的情況以交角cp-(7T/n)在旋轉(zhuǎn)中心P相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體20的外周相交的兩點(diǎn)(Q1 ， Q2)分別和旋轉(zhuǎn)中心P之間的各自距離(Ll， L2)的和(Ll+L2) — 定，并且，旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀關(guān)于Y=tan ((兀/2n) ) X對(duì)稱。
一般來(lái)說(shuō)，下式成立。
cos (e/n) =cos (1- (n-l) /n) 0...... (13)
sin (e/n) =sin (1- (n-l) /n) 0...... (14)
在此，使用加法定理并展開(kāi)(13)式及(14)式中記載的三角函 數(shù)內(nèi)部的((n-l) /n) e,按式(15)及式(16)定義X、 Y后，如果 采用x-r (e) cose、 y=r (6) sin9的關(guān)系式、以及(4)式、(5)式， 那么可以用X、 Y、 x、 y標(biāo)記cos (e/n)禾tl sin (e/n)。
F (X) =X=r (0) cos (e/n) ...... (15)
F (Y) =Y=r (9) sin (6/n) ...... (16)
在此，通過(guò)使用(x2+y2) 1/2或(X2+Y2) 1/2，能夠消去r (e)，因 此，最終x、 y能夠只用X、 Y來(lái)標(biāo)記。如果將用X、 Y標(biāo)記的x、 y 代入(1)式、(2)式和(3)式，那么能夠求出函數(shù)F、 G。然后， 使函數(shù)F、 G關(guān)于Y^tan ((兀/2n) ) X翻折的圖形重疊，在全周圍交 替連續(xù)地配置用函數(shù)F、 G定義的部分橢圓(在與半徑為r的圓相交的 地方)，從而得到定義旋轉(zhuǎn)體20的平面形狀的閉合曲線的函數(shù)。另外， 本實(shí)施方式中對(duì)橢圓函數(shù)進(jìn)行了說(shuō)明，但是，不局限于橢圓，當(dāng)然也 能夠適用能夠?qū)崿F(xiàn)n個(gè)周期的旋轉(zhuǎn)體。在此情況下，用作為與n個(gè)周 期對(duì)應(yīng)的函數(shù)的坐標(biāo)的X、 Y標(biāo)記與1個(gè)周期的函數(shù)對(duì)應(yīng)的x、 y，并 將x、 y代入l個(gè)周期的函數(shù)，從而可以求出與n個(gè)周期對(duì)應(yīng)的函數(shù)。
實(shí)施例2
圖12是表示實(shí)施例2所涉及的角度檢測(cè)裝置100的大致結(jié)構(gòu)的說(shuō) 明圖。
角度檢測(cè)裝置100具有作為主要結(jié)構(gòu)的固定在旋轉(zhuǎn)軸60上的旋轉(zhuǎn) 體20、配置在旋轉(zhuǎn)體20的外周附近的二個(gè)磁傳感器30E、 30F、以及 根據(jù)從二個(gè)磁傳感器30E、 30F分別輸出的檢測(cè)信號(hào)而輸出旋轉(zhuǎn)體20 的旋轉(zhuǎn)角度的角度計(jì)算電路130。為了相互區(qū)分磁傳感器30E、 30F， 方便起見(jiàn)標(biāo)記不同的符號(hào)，但是，實(shí)際上，與圖1所示的磁傳感器30具有相同的結(jié)構(gòu)。磁傳感器30E位于通過(guò)旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)中心P上的 一點(diǎn)點(diǎn)劃線95上，磁傳感器30F位于通過(guò)旋轉(zhuǎn)中心P上的一點(diǎn)點(diǎn)劃線 96上。二條一點(diǎn)點(diǎn)劃線95、 96相交的角度為45deg。另外，從旋轉(zhuǎn)中 心P分別到磁傳感器30E、 30F的距離是相同的。因此，二個(gè)磁傳感器 30E、 30F相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)中心P以45deg的相位差(機(jī)械角) 且距離旋轉(zhuǎn)中心P等距離地配置。磁傳感器30E檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)體20的外 周和磁傳感器30E之間第一距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并輸出具 有與正弦波形類似的波形形狀的第一近似正弦波信號(hào)，該第一距離隨 著旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化。磁傳感器30F檢測(cè)與旋轉(zhuǎn)體20 的外周和磁傳感器30F之間的第二距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并 輸出具有與正弦波形類似的波形形狀的第二近似正弦波信號(hào)，該第二 距離隨著旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化。第一和第二近似正弦波 信號(hào)是由于旋轉(zhuǎn)體20的半周旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)角度180deg)而相互具有90deg 的相位差(電氣角)的檢測(cè)信號(hào)。為了說(shuō)明的方便，從磁傳感器30E 輸出的檢測(cè)信號(hào)稱為cos信號(hào)，從磁傳感器30F輸出的檢測(cè)信號(hào)稱為 sin信號(hào)。角度計(jì)算電路130保持轉(zhuǎn)換表131，從轉(zhuǎn)換表131讀出與從 磁傳感器30E、 30F輸出的cos信號(hào)及sin信號(hào)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn) 角度，并輸出所讀出的旋轉(zhuǎn)角度。該轉(zhuǎn)換表131通過(guò)例如在產(chǎn)品出貨 時(shí)或者在安裝旋轉(zhuǎn)軸60等時(shí)實(shí)施的校正進(jìn)行制作。
在此，對(duì)轉(zhuǎn)換表131的制作方法進(jìn)行說(shuō)明。圖13表示校正實(shí)施前 的cos信號(hào)201及sin信號(hào)202。在校正實(shí)施前，cos信號(hào)201及sin信 號(hào)202的振幅及中間值通常相互不一致。因此，分別讀入cos信號(hào)201 及sin信號(hào)202的一個(gè)周期的波形，并分別計(jì)算cos信號(hào)201及sin信 號(hào)202的振幅及中間值(而且，想請(qǐng)注意以下方面如果旋轉(zhuǎn)體20旋 轉(zhuǎn)半周，那么輸出一個(gè)周期的cos信號(hào)201及sin信號(hào)202)。然后， 如圖14及圖15所示，以校正實(shí)施后的cos信號(hào)201及sin信號(hào)202的 上限值為VT，下限值為VB，中間值為(VT+VB) /2的方式，分別調(diào)整 用于將從磁傳感器30E輸出的cos信號(hào)201放大的放大器111的增益 及偏移值、以及用于將從磁傳感器30F輸出的sin信號(hào)202放大的放大 器112增益及偏移值，實(shí)施檢測(cè)信號(hào)的振幅調(diào)整及偏移補(bǔ)正。而且， 在圖14及圖15中，虛線表示校正實(shí)施前的信號(hào)波形，實(shí)線表示校正實(shí)施后的信號(hào)波形， 一點(diǎn)點(diǎn)劃線表示偏移補(bǔ)正后的中間值，兩點(diǎn)點(diǎn)劃 線表示偏移補(bǔ)正前的中間值。
校正實(shí)施后的cos信號(hào)201及sin信號(hào)202分別被A/D轉(zhuǎn)換器121 、 122轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并向角度計(jì)算電路130供給。如圖16及圖17 所示，優(yōu)選，角度計(jì)算電路130在一個(gè)周期內(nèi)按一定角度間隔對(duì)數(shù)字 化的cos信號(hào)201及sin信號(hào)202進(jìn)行取樣，將取樣的讀出數(shù)據(jù)作為cos 信號(hào)讀出值152和sin信號(hào)讀出值153，并保存在轉(zhuǎn)換表131中(參照 圖18)，例如為了具有0.2(1巧的旋轉(zhuǎn)角度的分辨率，角度精度有必要 是0.1deg以下，因此，在0.1deg以下的角度精度下取樣cos信號(hào)201 及sin信號(hào)202，并將取樣的讀出數(shù)據(jù)保存在轉(zhuǎn)換表131中。而且，數(shù) 字化的cos信號(hào)201和sin信號(hào)202的一個(gè)周期的時(shí)間可以作為上限值 的間隔(或下限值的間隔)算出。另外，可以將cos信號(hào)201采用上限 值的時(shí)候或sin信號(hào)202采用中間值的時(shí)候作為0deg的判斷基準(zhǔn)。
如圖18所示，轉(zhuǎn)換表131在0deg 360deg的角度范圍內(nèi)將線性 輸出值151、 cos信號(hào)讀出值152和sin信號(hào)讀出值153聯(lián)系在一起。 如圖20所示，線性輸出值151作為在0deg 360deg的角度范圍內(nèi)直 線單調(diào)增加的地圖數(shù)據(jù)而預(yù)先制作。例如，想在1.0V 4.0V的范圍內(nèi) 輸出線性輸出值151的情況下，可以以在0deg時(shí)線性輸出值151為 l.OV，在180deg時(shí)線性輸出值151為2.5V，在359deg時(shí)線性輸出值 151為4.0V，且旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)角度和線性輸出值151之間的關(guān)系為 線形的方式進(jìn)行制作。而且，線性值151的輸出范圍可以任意調(diào)整， 并不局限于上述數(shù)值。另外，線性輸出值151也可以制作為在0deg 360deg的角度范圍內(nèi)直線單調(diào)減少的地圖數(shù)據(jù)。
其次，對(duì)使用經(jīng)過(guò)上述步驟制作的轉(zhuǎn)換表131而求出旋轉(zhuǎn)體20的 旋轉(zhuǎn)角度的方法進(jìn)行說(shuō)明。利用放大器lll、 112,對(duì)從磁傳感器30E、 30F輸出的cos信號(hào)201和sin信號(hào)202實(shí)施振幅調(diào)整及偏移補(bǔ)正，再 利用A/D轉(zhuǎn)換器121、 122以一定角度間隔進(jìn)行取樣，并向角度計(jì)算電 路130供給。角度計(jì)算電路130從轉(zhuǎn)換表131檢索與讀出的cos信號(hào) 201的取樣數(shù)據(jù)一致的cos信號(hào)讀出值152，并從轉(zhuǎn)換表131讀出與檢 索的cos信號(hào)讀出值152對(duì)應(yīng)的線性輸出值151。另外，角度計(jì)算電路 130從轉(zhuǎn)換表Bl檢索與讀出的sin信號(hào)202的取樣數(shù)據(jù)一致的sin信號(hào)讀出值153，并從轉(zhuǎn)換表131讀出與檢索的sin信號(hào)讀出值153對(duì)應(yīng) 的線性輸出值151。這樣讀出的線性輸出值151作為表示旋轉(zhuǎn)體20的 旋轉(zhuǎn)角度的信號(hào)，由D/A轉(zhuǎn)換器140轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)據(jù)。
此時(shí)，如圖19所示，優(yōu)選，角度計(jì)算電路130讀出cos信號(hào)201 和sin信號(hào)202中、相對(duì)于其信號(hào)波形采用中間值的時(shí)候的角度位于 士22.5deg的角度范圍內(nèi)的取樣數(shù)據(jù)。例如，在0deg 22.5deg的角度范 圍內(nèi)，因?yàn)檩^之cos信號(hào)201, sin信號(hào)202的檢測(cè)信號(hào)的振幅變化量 大，因此，讀入sin信號(hào)202的取樣數(shù)據(jù)。在22.5deg 67.5deg的角度 范圍內(nèi)，較之sin信號(hào)202， cos信號(hào)201的檢測(cè)信號(hào)的振幅變化量大， 因此，讀入cos信號(hào)201取樣數(shù)據(jù)。在67.5deg 112.5deg的角度范圍 內(nèi)，較之cos信號(hào)201， sin信號(hào)202的檢測(cè)信號(hào)的振幅變化量大，因 此，讀入sin信號(hào)202取樣數(shù)據(jù)。這樣，較之振幅變化量小的信號(hào)波形 的峰值附近的取樣數(shù)據(jù)，通過(guò)讀出振幅變化量大的中間值附近的取樣 數(shù)據(jù)，能夠控制檢測(cè)誤差的偏差，并且能提高耐噪音性能。
而且，作為旋轉(zhuǎn)體20，在使用以交角(Ti/n)在旋轉(zhuǎn)中心P相交的 兩直線與旋轉(zhuǎn)體20的外周相交的兩點(diǎn)分別和旋轉(zhuǎn)中心P之間的各自距 離之和一定、并且旋轉(zhuǎn)體20投影在旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀關(guān)于Y^tan ((兀/2n) )X對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)體的情況下，可以相對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心P以(7i/2n) 的角度差且距離旋轉(zhuǎn)中心P等距離地在旋轉(zhuǎn)體20的外周附近配置磁傳 感器30E、 30F (在此，n為2以上的任意整數(shù)。)。另外，優(yōu)選，讀 出cos信號(hào)201和sin信號(hào)202中、相對(duì)于其信號(hào)波形采用中間值的時(shí) 候的角度位于士7i/4n的角度范圍內(nèi)的取樣數(shù)據(jù)。
而且，因?yàn)閷?shí)施例2所涉及的角度檢測(cè)方法也能適用于實(shí)施例1 的角度檢測(cè)裝置10中，因此，對(duì)其原理進(jìn)行簡(jiǎn)單地說(shuō)明。例如，在圖 l中，通過(guò)差動(dòng)運(yùn)算電路41對(duì)來(lái)自磁傳感器30A、 30B的檢測(cè)信號(hào)進(jìn) 行差動(dòng)運(yùn)算而得到的sin信號(hào)和通過(guò)差動(dòng)運(yùn)算電路42對(duì)來(lái)自磁傳感器 30C、30D的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算而得到的cos信號(hào)之間的相位差(電 氣角)由于旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)一周而為90deg (這是從如圖6所示，如果 旋轉(zhuǎn)體20旋轉(zhuǎn)半周，sin信號(hào)和cos信號(hào)之間的相位差為45deg而導(dǎo)出)。 如果在角度計(jì)算電路50上預(yù)先安裝與上述的轉(zhuǎn)換表131相同的轉(zhuǎn)換 表，那么角度計(jì)算電路50能夠?qū)牟顒?dòng)運(yùn)算電路41、 42輸出的sin信號(hào)及COS信號(hào)進(jìn)行取樣然后讀出，從轉(zhuǎn)換表檢索與讀出的取樣數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)
的旋轉(zhuǎn)體20的旋轉(zhuǎn)角度，并輸出檢索的旋轉(zhuǎn)角度。在此，優(yōu)選，讀出 從差動(dòng)運(yùn)算電路41、 42輸出的cos信號(hào)和sin信號(hào)中、相對(duì)于其信號(hào) 波形采用中間值的時(shí)候的角度位于i22.5deg的角度范圍內(nèi)的取樣數(shù)據(jù)。 產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明能夠在用于計(jì)算各種技術(shù)領(lǐng)域中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中所使用的旋 轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的裝置和方法中得以利用。
權(quán)利要求
1.一種角度檢測(cè)裝置，其特征在于，具有旋轉(zhuǎn)體，固定在旋轉(zhuǎn)軸上，在將所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，對(duì)于2以上的任意整數(shù)n，以交角(π/n)在所述旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與所述旋轉(zhuǎn)體的外周相交的兩點(diǎn)分別和所述旋轉(zhuǎn)中心之間的各自的距離的和一定，并且，所述旋轉(zhuǎn)體投影在所述旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀關(guān)于Y＝tan((π/2n))X對(duì)稱；第一磁傳感器和第二磁傳感器，相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)中心以(π/n)的角度差配置在所述旋轉(zhuǎn)體的外周附近，所述第一磁傳感器檢測(cè)與所述旋轉(zhuǎn)體的外周和所述第一磁傳感器之間的第一距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并輸出第一檢測(cè)信號(hào)，該第一距離隨著所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化；所述第二磁傳感器檢測(cè)與所述旋轉(zhuǎn)體的外周和所述第二磁傳感器之間的第二距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并輸出第二檢測(cè)信號(hào)，該第二距離隨著所述第一距離的變化而發(fā)生互補(bǔ)性變化；差動(dòng)運(yùn)算單元，對(duì)所述第一檢測(cè)信號(hào)和所述第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算，并輸出差動(dòng)信號(hào)；以及角度計(jì)算單元，根據(jù)所述差動(dòng)信號(hào)計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度。
2. 如權(quán)利要求1所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)體投影在所述旋轉(zhuǎn)平面上的形狀具有圓心角為(Ti/n)的2n個(gè)部分橢圓結(jié)合的形狀。
3. 如權(quán)利要求1或者2所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)體投影在所述旋轉(zhuǎn)平面上的形狀是沒(méi)有凹部的形狀。
4. 如權(quán)利要求1或者2所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)體由鐵磁性材質(zhì)形成，所述第一磁傳感器具有第一磁鐵，使所述旋轉(zhuǎn)體的外周與所述第一磁傳感器之間產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及第一磁阻效應(yīng)元件，根據(jù)隨著所述 第一距離的變化而變化的磁場(chǎng)而輸出所述第一檢測(cè)信號(hào)；所述第二磁傳感器具有第二磁鐵，使所述旋轉(zhuǎn)體的外周與所述 第二磁傳感器之間產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及第二磁阻效應(yīng)元件，根據(jù)隨著所述 第二距離的變化而變化的磁場(chǎng)而輸出所述第二檢測(cè)信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求4所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述第一磁阻效應(yīng)元件具有在所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心的方向上設(shè)定長(zhǎng)邊方向的第一自由磁性層，所述第二磁阻效應(yīng)元件具有在所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心的方向上設(shè) 定長(zhǎng)邊方向的第二自由磁性層。
6. —種角度檢測(cè)方法，使用第一磁傳感器和第二磁傳感器，檢測(cè) 所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，該第一及第二磁傳感器相對(duì)于固定在旋轉(zhuǎn)軸 上的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心，對(duì)于2以上的任意整數(shù)n，以(7T/n)的角度 差配置在所述旋轉(zhuǎn)體的外周附近，其特征在于，所述角度檢測(cè)方法具有使所述旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的步驟，其中，在將所述旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原 點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，以 交角(7E/n)在所述旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與所述旋轉(zhuǎn)體的外周相交的 兩點(diǎn)分別和所述旋轉(zhuǎn)中心之間的各自的距離的和一定，并且，所述旋 轉(zhuǎn)體投影在所述旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀關(guān)于Y=tan ((Ti/2n)) X對(duì)稱；從所述第一磁傳感器輸出第一檢測(cè)信號(hào)的步驟，其中，所述第一 磁傳感器檢測(cè)與所述旋轉(zhuǎn)體的外周和所述第一磁傳感器之間的第一距 離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，該第一距離隨著所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā) 生周期性變化；從所述第二磁傳感器輸出第二檢測(cè)信號(hào)的步驟，其中，所述第二 磁傳感器檢測(cè)與所述旋轉(zhuǎn)體的外周和所述第二磁傳感器之間的第二距 離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，該第二距離隨著所述第一距離的變化而 發(fā)生互補(bǔ)性變化；對(duì)所述第一檢測(cè)信號(hào)和所述第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算并輸出差動(dòng)信號(hào)的步驟；以及根據(jù)所述差動(dòng)信號(hào)計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的步驟。
7. 如權(quán)利要求6所述的角度檢測(cè)方法，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)體投影在所述旋轉(zhuǎn)平面上的形狀具有圓心角為(7T/n)的2n個(gè)部分橢圓結(jié)合的形狀。
8. 如權(quán)利要求6或者7所述的角度檢測(cè)方法，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)體投影在所述旋轉(zhuǎn)平面上的形狀是沒(méi)有凹部的形狀。
9. 如權(quán)利要求6或者7所述的角度檢測(cè)方法，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)體由鐵磁性材質(zhì)形成，所述第一磁傳感器具有第一磁鐵，使所述旋轉(zhuǎn)體的外周與所述 第一磁傳感器之間產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及第一磁阻效應(yīng)元件，根據(jù)隨著所述 第一距離的變化而變化的磁場(chǎng)而輸出所述第一檢測(cè)信號(hào)；所述第二磁傳感器具有第二磁鐵，使所述旋轉(zhuǎn)體的外周與所述 第二磁傳感器之間產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及第二磁阻效應(yīng)元件，根據(jù)隨著所述 第二距離的變化而變化的磁場(chǎng)而輸出所述第二檢測(cè)信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的角度檢測(cè)方法，其特征在于， 所述第一磁阻效應(yīng)元件具有在所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心的方向上設(shè)定長(zhǎng)邊方向的第一自由磁性層，所述第二磁阻效應(yīng)元件具有在所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心的方向上設(shè) 定長(zhǎng)邊方向的第二自由磁性層。
11. 一種角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 具有旋轉(zhuǎn)體，固定在旋轉(zhuǎn)軸上，在將所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo) 原點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候， 對(duì)于2以上的任意整數(shù)n，以交角(Ti/n)在所述旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與所述旋轉(zhuǎn)體的外周相交的兩點(diǎn)分別和所述旋轉(zhuǎn)中心之間的各自的 距離的和一定，并且，所述旋轉(zhuǎn)體投影在所述旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀關(guān)于Y^an ((兀/2n)) X對(duì)稱；第一磁傳感器和第二磁傳感器，相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)中心以(7c/2n)的 角度差配置在所述旋轉(zhuǎn)體的外周附近，所述第一磁傳感器檢測(cè)與所述 旋轉(zhuǎn)體的外周和所述第一磁傳感器之間的第一距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁 場(chǎng)變化，并輸出第一檢測(cè)信號(hào)，該第一距離隨著所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而 發(fā)生周期性變化；所述第二磁傳感器檢測(cè)與所述旋轉(zhuǎn)體的外周和所述 第二磁傳感器之間的第二距離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，并輸出第二 檢測(cè)信號(hào)，該第二距離隨著所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生周期性變化；轉(zhuǎn)換表，保存與所述第一及第二檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述旋轉(zhuǎn)軸的旋 轉(zhuǎn)角度；以及角度計(jì)算單元，將從所述第一及第二磁傳感器輸出的所述第一及 第二檢測(cè)信號(hào)與所述轉(zhuǎn)換表進(jìn)行比較，輸出所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
12. 如權(quán)利要求ll所述的角度檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述第一及第二檢測(cè)信號(hào)是近似正弦波信號(hào)， 所述角度計(jì)算單元將所述第一及第二檢測(cè)信號(hào)中、相對(duì)于其檢測(cè)信號(hào)采用中間值的時(shí)候的角度位于i兀/4n的角度范圍內(nèi)的檢測(cè)信號(hào)，和 所述轉(zhuǎn)換表進(jìn)行比較，輸出所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
13. —種角度檢測(cè)方法，使用第一磁傳感器和第二磁傳感器，檢 測(cè)所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，該第一及第二磁傳感器相對(duì)于固定在旋轉(zhuǎn) 軸上的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)中心，對(duì)于2以上的任意整數(shù)n,以(兀/2n)的角 度差配置在所述旋轉(zhuǎn)體的外周附近，其特征在于，所述角度檢測(cè)方法具有使所述旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的步驟，其中，在將所述旋轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原 點(diǎn)，且將XY正交坐標(biāo)系定義在所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面上的時(shí)候，以 交角(;r/n)在所述旋轉(zhuǎn)中心相交的兩直線與所述旋轉(zhuǎn)體的外周相交的 兩點(diǎn)分別和所述旋轉(zhuǎn)中心之間的各自的距離的和一定，并且，所述旋 轉(zhuǎn)體投影在所述旋轉(zhuǎn)平面上的平面形狀關(guān)于Y=tan ((;r/2n)) X對(duì)稱；從所述第一磁傳感器輸出第一檢測(cè)信號(hào)的步驟，其中，所述第一 磁傳感器檢測(cè)與所述旋轉(zhuǎn)體的外周和所述第一磁傳感器之間的第一距 離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，該第一距離隨著所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā) 生周期性變化；從所述第二磁傳感器輸出第二檢測(cè)信號(hào)的步驟，其中，所述第二 磁傳感器檢測(cè)與所述旋轉(zhuǎn)體的外周和所述第二磁傳感器之間的第二距 離的變化相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化，該第二距離隨著所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而發(fā) 生周期性變化；以及將保存與所述第一及第二檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度 的轉(zhuǎn)換表和從所述第一及第二磁傳感器輸出的所述第一及第二檢測(cè)信 號(hào)進(jìn)行比較，輸出所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的角度檢測(cè)方法，其特征在于，所述第一及第二檢測(cè)信號(hào)是近似正弦波信號(hào)，所述輸出旋轉(zhuǎn)角度的步驟為，將所述第一及第二檢測(cè)信號(hào)中、相 對(duì)于其檢測(cè)信號(hào)采用中間值的時(shí)候的角度位于士7i/4n的角度范圍內(nèi)的 檢測(cè)信號(hào)和所述轉(zhuǎn)換表進(jìn)行比較，輸出所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
本發(fā)明提出一種對(duì)檢測(cè)角度沒(méi)有限制的角度檢測(cè)裝置及角度檢測(cè)方法。角度檢測(cè)裝置(10)具有固定在旋轉(zhuǎn)軸(60)上的旋轉(zhuǎn)體(20)、相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體(20)的旋轉(zhuǎn)中心(P)以(π/2)的角度差配置在旋轉(zhuǎn)體(20)的外周附近的一對(duì)磁傳感器(30A、30B)、對(duì)從磁傳感器(30A、30B)輸出的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)算并輸出差動(dòng)信號(hào)的差動(dòng)運(yùn)算電路(41)、和基于差動(dòng)信號(hào)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸(60)的旋轉(zhuǎn)角度的角度計(jì)算電路(50)。旋轉(zhuǎn)體(20)的平面形狀為以交角(π/2)在旋轉(zhuǎn)中心(P)相交的兩直線與旋轉(zhuǎn)體(20)的外周相交的兩點(diǎn)(Q1，Q2)分別和旋轉(zhuǎn)中心(P)之間的各自距離(L1，L2)之和(L1+L2)一定，而且，關(guān)于通過(guò)旋轉(zhuǎn)中心(P)的直線(94)對(duì)稱。
文檔編號(hào)G01B7/30GK101644561SQ200910165568
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者宮本寬和, 木戶利尚, 海田佳生, 福田純也 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社