JP5105201B2 - 角度検出装置、及び角度検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の回転角度を算出するための角度検出装置、及び角度検出方法に関する。

特開２００１−９１２０８号公報には、スロットルバルブ等の被検出物の回転角を検出するための手段として、磁石とヨークとの間に磁界を発生させ、この磁界の中に配置する磁気検出素子の位置をロータの回転中心からずらした構成を有する回転角検出装置が提案されている。磁気検出素子の位置をロータの回転中心からずらすと、磁気検出素子に鎖交する磁束の角度とロータの回転角との関係が変化する。この変化を利用することで、回転角に対する磁気検出素子の出力特性を広い範囲で任意に設定することが可能となり、回転角の検出特性を向上できる。

特開２００１−９１２０８号公報

しかし、上述の回転角検出装置では、検出角度に一定の制限があるという難点を有する（同公報図８（ｂ）参照）。

そこで、本発明は、検出角度に制限がない角度検出装置及び角度検出方法を提案することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係わる角度検出装置は、回転軸に固定される回転体であって、回転体の回転中心を座標原点として回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、２以上の任意の整数ｎについて、回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体の外周と交差する二点のそれぞれと回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体と、回転中心に対して（π／ｎ）の角度差で回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサであって、回転体の回転に伴い周期的に変化する回転体の外周と第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサ、及び第一の距離の変化に追従して相補的に変化する回転体の外周と第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、第一の検出信号と第二の検出信号とを差動演算して差動信号を出力する差動演算手段と、差動信号に基づいて回転軸の回転角度を算出する角度算出手段と、を備える。

本発明に係わる角度検出装置によれば、回転体の回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体の外周と交差する二点のそれぞれと回転体の回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体を用いているので、回転体の回転中心に対して（π／ｎ）の角度差で回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサのそれぞれから出力される第一及び第二の検出信号を差動演算することにより得られる差動信号は、回転体の回転角度情報を含む略正弦波信号となり、全角度（０度〜３６０度）範囲にわたって検出誤差の小さい角度検出を行える。また、回転体は回転軸の端面に取り付けなくてもよいので、角度検出装置の取り付け容易性に優れている。

ここで、第一の磁気センサと回転体の回転中心との間の距離と、第二の磁気センサと回転体の回転中心との間の距離とは等しくなるように構成されているのが望ましい。斯かる構成によれば、第一及び第二の磁気センサから出力される第一及び第二の検出信号は、十分な対称性を有するので、差動信号を理想的な正弦波に近づけることができる。

また、回転体をその回転平面に投影した形状は、中心角（π／ｎ）の２ｎ個の部分楕円が結合した形状を有するものが望ましい。斯かる形状によれば、回転体の回転中心に対して（π／ｎ）の角度差で回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサのそれぞれから出力される第一及び第二の検出信号は、回転体が一回転したときに、ｎ個の最大値及びｎ個の最小値をとるｎ周期分の略正弦波信号となるので、第一及び第二の検出信号を差動演算することにより得られる差動信号は、回転体の回転角度情報を含む理想的な正弦波形に酷似したｎ周期分の略正弦波信号となる。なお、回転体をその回転平面に投影した形状は、谷部を有しないものが更に望ましい。谷部では、磁場の乱れが生じる可能性が高いためである。

本発明の好適な実施態様において、回転体は、強磁性体材質から成る。第一の磁気センサは、回転体の外周と第一の磁気センサとの間に磁界を発生させる第一の磁石と、第一の距離の変化に応じて変化する磁界に応じて第一の検出信号を出力する第一の磁気抵抗効果素子とを備える。第二の磁気センサは、回転体の外周と第二の磁気センサとの間に磁界を発生させる第二の磁石と、第二の距離の変化に応じて変化する磁界に応じて第二の検出信号を出力する第二の磁気抵抗効果素子とを備える。斯かる構成によれば、回転体の回転に伴って、回転体と第一の磁気センサとの間の第一の距離、及び回転体と第二の磁気センサとの間の第二の距離が変化し、これらの変化は、第一及び第二の磁気センサの抵抗値の変化として現れるので、第一及び第二の検出信号には、回転体の回転角度に関する情報が含まれている。

本発明の好適な実施態様において、第一の磁気抵抗効果素子は、回転体の回転中心方向に長手方向が設定されている第一のフリー磁性層を備える。第二の磁気抵抗効果素子は、回転体の回転中心方向に長手方向が設定されている第二のフリー磁性層を備える。フリー磁性層の長手方向を回転中心方向に設定することで、角度検出精度を高めることができる。

本発明に係わる角度検出方法は、回転軸に固定される回転体の回転中心に対して、２以上の任意の整数ｎについて（π／ｎ）の角度差で回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサを用いて回転軸の回転角度を検出する方法であって、回転中心を座標原点として回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体の外周と交差する二点のそれぞれと回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体を回転させるステップと、回転体の回転に伴い周期的に変化する回転体の外周と第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出する第一の磁気センサから第一の検出信号を出力するステップと、第一の距離の変化に追従して相補的に変化する回転体の外周と第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出する第二の磁気センサから第二の検出信号を出力するステップと、第一の検出信号と第二の検出信号とを差動演算して差動信号を出力するステップと、差動信号に基づいて回転軸の回転角度を算出するステップと、を備える。

本発明に係わる角度検出方法によれば、回転体の回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体の外周と交差する二点のそれぞれと回転体の回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体を用いているので、回転体の回転中心に対して（π／ｎ）の角度差で回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサのそれぞれから出力される第一及び第二の検出信号を差動演算することにより得られる差動信号は、回転体の回転角度情報を含む略正弦波信号となり、全角度（０度〜３６０度）範囲にわたって検出誤差の小さい角度検出を行える。

本発明の他の観点に基づく角度検出装置は、回転軸に固定される回転体であって、回転体の回転中心を座標原点として回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、２以上の任意の整数ｎについて、回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体の外周と交差する二点のそれぞれと回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体と、回転中心に対して（π／２ｎ）の角度差で回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサであって、回転体の回転に伴い周期的に変化する回転体の外周と第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサ、及び回転体の回転に伴い周期的に変化する回転体の外周と第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、第一及び第二の検出信号に対応する回転軸の回転角度を格納する変換テーブルと、第一及び第二の磁気センサから出力される第一及び第二の検出信号と、変換テーブルとを比較して、回転体の回転角度を出力する角度算出手段とを備える。

本発明に係わる角度検出装置によれば、回転体の回転中心を座標原点として回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、２以上の任意の整数ｎについて、回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体の外周と交差する二点のそれぞれと回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体を用いているので、回転体の回転中心に対して（π／２ｎ）の位相差（機械角）で且つ回転中心から等距離に配置される第一及び第二の磁気センサと回転体の外周との距離は、周期的に変化する。第一及び第二の磁気センサから出力される第一及び第二の検出信号は、回転体の回転角度に関する情報を含み、且つ相互に９０ｄｅｇの位相差（電気角）を有しているので、第一及び第二の検出信号を関数処理することで、回転体の回転角度を求めることができる。

本発明の好適な実施態様において、第一及び第二の検出信号は、略正弦波信号であり、角度算出手段は、第一及び第二の検出信号のうちその検出信号が中間値をとる角度に対して±２２．５ｄｅｇの角度範囲にある検出信号と、変換テーブルとを比較して、回転体の回転角度を出力するのが好ましい。振幅変化量の小さい信号波形のピーク付近の値よりも、振幅変化量の大きい中間値付近の値を読み取ることで、ノイズに対する影響を抑えることができる。

本発明の他の観点に基づく角度検出方法は、回転軸に固定される回転体の回転中心に対して、２以上の任意の整数ｎについて（π／２ｎ）の角度差で回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサを用いて回転軸の回転角度を検出する方法であって、回転中心を座標原点として回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体の外周と交差する二点のそれぞれと回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体を回転させるステップと、回転体の回転に伴い周期的に変化する回転体の外周と第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出する第一の磁気センサから第一の検出信号を出力するステップと、回転体の回転に伴い周期的に変化する前記回転体の外周と第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出する前記第二の磁気センサから第二の検出信号を出力するステップと、第一及び第二の検出信号に対応する回転軸の回転角度を格納する変換テーブルと、第一及び第二の磁気センサから出力される第一及び第二の検出信号を比較して、回転体の回転角度を出力するステップとを備える。

本発明に係わる角度検出方法によれば、回転体の回転中心を座標原点として回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、２以上の任意の整数ｎについて、回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体の外周と交差する二点のそれぞれと回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体を用いているので、回転体の回転中心に対して（π／２ｎ）の位相差（機械角）で且つ回転中心から等距離に配置される第一及び第二の磁気センサと回転体の外周との距離は、周期的に変化する。第一及び第二の磁気センサから出力される第一及び第二の検出信号は、回転体の回転角度に関する情報を含み、且つ相互に９０ｄｅｇの位相差（電気角）を有しているので、第一及び第二の検出信号を関数処理することで、回転体の回転角度を求めることができる。

本発明によれば、検出角度に制限がない角度検出装置及び角度検出方法を提供することができる。

本実施形態に係わる角度検出装置の概略構成を示す説明図である。 本実施形態に係わる角度検出装置のシステム構成を示す説明図である。 磁気抵抗効果素子の出力特性を示すグラフである。 回転体の回転角度に対する磁束密度の変化を示すグラフである。 一対の磁気センサから出力される二つの検出信号を示すグラフである。 一対の磁気センサから出力される二つの検出信号を差動演算して得られる差動信号を示すグラフである。 回転体の平面形状の算出方法を示す説明図である。 回転体の平面形状の算出方法を示す説明図である。 ａ＝０．９のときの楕円関数Ｈ（Ｘ，Ｙ）のグラフである。 ａ＝１．５のときの楕円関数Ｈ（Ｘ，Ｙ）のグラフである。 ａ＝ａ＝０．５のときの楕円関数Ｈ（Ｘ，Ｙ）のグラフである。 実施例２に係わる角度検出装置の概略構成を示す説明図である。 キャリブレーション実施前のｃｏｓ信号及びｓｉｎ信号を示すグラフである。 ｃｏｓ信号の振幅補正及びオフセット補正を示す説明図である。 ｓｉｎ信号の振幅補正及びオフセット補正を示す説明図である。 ｃｏｓ信号のデジタルサンプリングを示す説明図である。 ｓｉｎ信号のデジタルサンプリングを示す説明図である。 変換テーブルの説明図である。 ｃｏｓ信号及びｓｉｎ信号の読み込み範囲を示す説明図である。 リニア出力値のグラフである。

以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施例について説明する。各実施例において同一符号は同一部材を示すものとし、重複する説明を省略する。

図１は本実施形態に係わる角度検出装置１０の概略構成を示す説明図である。
角度検出装置１０は、回転軸６０に固定される回転体（ロータ）２０と、回転体２０の外周付近に配置される磁気センサ３０とを主要構成として備える。回転体２０は、強磁性体材質（例えば、鉄、コバルト、ニッケル等）から成るロータである。回転軸６０は、動力発生源等から駆動力を受けて回転駆動する回転軸（例えば、車両のドライブシャフトやモータの駆動軸など）であり、その軸心方向はＺ方向である。回転軸６０が回転すると、回転体２０は、ＸＹ平面内で回転する。

磁気センサ３０は、外部磁界を発生させるための磁界発生手段として機能する磁石３３と、その外部磁界の変化を電圧変化として検出する磁気抵抗効果素子３１とを主要構成として備える。磁気抵抗効果素子３１は、ハーフブリッジ構成でもよく、或いはフルブリッジ構成でもよい。磁気センサ３０の実装形態として、磁石３３の中心点を通るＺ方向の直線上に磁気抵抗効果素子３１が位置するようにプリント配線基板７０の表面に磁気抵抗効果素子３１を配置し、同基板７０の裏面に磁石３３を配置するのが好ましい。また、磁石３３から発生する外部磁界を効率よく集磁するために、磁石３３の両極にヨーク３２を配置するのが好ましい。

磁気抵抗効果素子３１は、磁化方向が特定の方向に設定されていて、外部磁界の変位に対して磁化状態（例えば、磁化方向や磁化の強さ）が影響を受けないように構成されたピン磁性層（図示せず）と、外部磁界の変化によって磁化状態が変位するフリー磁性層（図示せず）とを備えている。回転軸６０の回転とともに回転体２０が回転すると、回転体２０の外周と磁気抵抗効果素子３１との間のギャップＧの間隔は、周期的に変化する。ギャップＧの間隔が変化すると、磁気抵抗効果素子３１の裏面に配置された磁石３３から磁気抵抗効果素子３１を通して回転体２０に引かれる磁束密度が変化する。すると、磁気抵抗効果素子３１内のフリー磁性層の磁化状態が変動するので、磁化状態が変動しないピン磁性層の磁化状態と、磁化状態が変動するフリー磁性層との間に磁化状態の変位差が発生する。この磁化状態の変位差は、回転体２０の回転角度を反映する物理量であり、具体的には、磁気抵抗効果素子３１の抵抗値の変化として現れる。磁気抵抗効果素子３１には、プリント配線基板７０からバイアス電流が供給されており、磁気抵抗効果素子３１の抵抗値の変化は、出力電圧の変化として検出される。磁気抵抗効果素子３１の出力電圧は、回転体２０の回転角度を示す検出信号として信号処理される。

なお、磁気抵抗効果素子３１は、図３に示すように、磁気抵抗効果素子３１を通過する磁束密度と、磁気抵抗効果素子３１の出力電圧との関係が線形になる領域Ａ又は領域Ｂで動作するように、外部磁界の強さやギャップＧの平均間隔等を設計するのが好ましい。この場合、ギャップＧの距離に応じて磁気センサの出力は線形性を有することとなる。また、回転体２０と磁気センサ３０とのスラスト方向（軸心方向）の位置関係は、回転体２０の回転による芯ぶれ等によるズレを含めて回転体２０が磁気抵抗効果素子３１から外れない位置関係とするのが望ましい。例えば、取り付け誤差±０．５ｍｍ、芯ぶれ±０．５ｍｍ、磁気抵抗効果素子３１の厚みが０．５ｍｍとすると、回転体２０の厚みは、３．０ｍｍ以上が望ましい。

図２は角度検出装置１０のシステム構成を示す説明図である。
回転体２０の回転中心Ｐを座標原点として回転体２０の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、回転体２０をその回転平面（ＸＹ平面）に投影した形状（以下、平面形状と称する）は、回転中心Ｐで交差角度φ＝（π／２）で交差する２直線が回転体２０の外周と交差する二点（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれと回転中心Ｐとの間のそれぞれの距離（Ｌ１，Ｌ２）の和（Ｌ１＋Ｌ２）が一定であり、且つ回転体２０の平面形状がＹ＝Ｘに関して対称であるという条件を満たす形状を有している（但し、Ｌ１は線分ＰＱ１の線分長であり、Ｌ２は線分ＰＱ２の線分長である。）。このような条件を満たす回転体２０の平面形状は、中心角（π／２）の４個の部分楕円が結合した形状を有しており、回転体２０が一回転すると、２周期分の略正弦波の検出信号が得られる。回転体２０の平面形状は、Ｙ＝Ｘに関して対称であるという条件、及び回転体２０が一回転したときに２周期分の検出信号が得られるという条件を踏まえると、４個の部分楕円の楕円比率は全部で２種類存在するという点に留意されたい。

なお、回転体２０の平面形状は、谷部を有しないことが望ましい。谷部では、磁場の乱れが生じる可能性が高く、高精度な角度検出には不向きであるためである。

回転体２０の外周付近には、回転中心Ｐに対して（π／２）の角度差で一対の磁気センサ３０Ａ，３０Ｂが配置されるとともに、回転中心Ｐに対して（π／２）の角度差で他の一対の磁気センサ３０Ｃ，３０Ｄが配置されている。磁気センサ３０Ａと回転中心Ｐとを結ぶ直線９１は、磁気センサ３０Ｂと回転中心Ｐとを結ぶ直線９２に直交しており、磁気センサ３０Ｃと回転中心Ｐとを結ぶ直線９３は、磁気センサ３０Ｄと回転中心Ｐとを結ぶ直線９４に直交している。また、隣接する磁気センサ３０Ａ，３０Ｃは、回転中心Ｐに対して（π／４）の角度差で配置されており、隣接する磁気センサ３０Ｂ，３０Ｄは、回転中心Ｐに対して（π／４）の角度差で配置されている。このように、それぞれの磁気センサ３０Ａ，３０Ｃ，３０Ｂ，３０Ｄは、回転中心Ｐに対して、（π／４）の角度差で固定されており、回転体２０が回転したとしても、回転中心Ｐとそれぞれの磁気センサ３０Ａ，３０Ｃ，３０Ｂ，３０Ｄとの間の距離は常に一定に保持される。

なお、図２に示す磁気センサ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄには、互いに区別するため、便宜上異なる符号を付してあるが、実質的には、図１に示す磁気センサ３０と同一の構成を有している。このため、これらの磁気センサ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを区別する必要がない場合には、単に磁気センサ３０と総称する。

さて、回転体２０が半回転すると、図４に示すように、磁気センサ３０を通過する外部磁界の磁束密度の変化を示す波形には、１周期分の変化が現れる。回転体２０をその回転中心Ｐを通る線分で半分に分割すると、その半分の分割体は楕円比率の異なる中心角（π／２）の２個の部分楕円が結合した形状を有しているので、図４に示す磁束密度波形は厳密な意味での正弦波形ではないものの、正弦波形に類似した波形となる。上述の如く、磁気抵抗効果素子３１を通過する磁束密度と、磁気抵抗効果素子３１の出力電圧との関係は、線形であるので、磁気センサ３０から出力される検出信号は、正弦波に類似した波形を有する。回転体２０の平面形状は回転中心Ｐで交差角度φ＝（π／２）で交差する２直線が回転体２０の外周と交差する二点（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれと回転中心Ｐとの間のそれぞれの距離（Ｌ１，Ｌ２）の和（Ｌ１＋Ｌ２）が一定となる形状であるので、回転中心Ｐに対して（π／２）の角度差で配置された一対の磁気センサ３０Ａ，３０Ｂのうち一方の磁気センサ３０Ａと回転体２０の外周との間の第一の距離が変化すると、他方の磁気センサ３０Ｂと回転体２０の外周との間の第二の距離は第一の距離の変化に追従するように相補的に変化する。つまり、第一の距離が短くなると、その短くなった距離の分だけ第二の距離が長くなる。このため、磁気センサ３０Ａ，３０Ｂの検出信号は、図５に示すように、９０度の位相差を有している。図５において、符号８１は、磁気センサ３０Ａの検出信号を示し、符号８２は、磁気センサ３０Ｂの検出信号を示している。なお、回転中心Ｐに対して（π／２）の角度差で配置された他の一対の磁気センサ３０Ｃ，３０Ｄの検出信号も同様に９０度の位相差を有している。符号８３は、磁気センサ３０Ｃの検出信号を示し、符号８４は磁気センサ３０Ｄの検出信号を示す。

角度検出装置１０は、既述の回転体２０、及び磁気センサ３０の他に、差動演算回路４１，４２、及び角度算出回路５０を備える。差動演算回路４１，４２、及び角度算出回路５０の各機能は、プリント配線基板７０上に実装されたＩＣチップ（図示せず）によって実現される。差動演算回路４１は、一対の磁気センサ３０Ａ，３０Ｂから出力される二つの検出信号を差動演算することにより、ｓｉｎ信号（差動信号）を算出する。図６の符号８５は、図５に示す二つの検出信号８１，８２を差動演算することにより得られるｓｉｎ信号を示している。このｓｉｎ信号は、理想的な正弦波形に酷似した波形形状を有する略正弦波信号である。差動演算回路４２は、他の一対の磁気センサ３０Ｃ，３０Ｄから出力される二つの検出信号を差動演算することによりｃｏｓ信号（差動信号）を算出する。このｃｏｓ信号は、理想的な正弦波形に酷似した波形形状を有する略正弦波信号であり、ｓｉｎ信号に対して４５度の位相差をしている。角度算出回路５０は、差動演算回路４１から出力されるｓｉｎ信号、及び差動演算回路４２から出力されるｃｏｓ信号を基に回転体２０の回転角度を算出する。

なお、一対の磁気センサ３０Ｃ，３０Ｄは、回転体２０の角度検出を行う上で必須ではなく、一対の磁気センサ３０Ａ，３０Ｂのみで角度検出を行うことが可能である点に留意されたい。また、磁気抵抗効果素子３１のフリー磁性層の長手方向は、特に限定されるものではないが、本発明者の実験によると、回転中心Ｐに向かう方向（回転中心方向）に磁化されているときに、特に、高精度な角度検出が得られることが確認されている。これは、フリー磁性層の長手方向が、例えば、回転中心に直行する向きに設定されていると、フリー層の長手方向全体に渡った回転角に依存する平均的な磁界を磁気抵抗素子３１が検出することになり、フリー層の長手方向が回転中心に向かう方向と比較して検出誤差が大きくなることが関係しているものと考えられる。尚、磁気抵抗効果素子３１としては、ＧＭＲ素子、ＭＲ素子、ＡＭＲ素子、ＴＭＲ素子などを適用することができる。

なお、回転体２０の平面形状は、上述の実施形態に限られるものではなく、２以上の任意の整数ｎについて、回転中心で交差角度φ＝（π／ｎ）で交差する２直線が回転体２０の外周と交差する二点（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれと回転中心との間のそれぞれの距離（Ｌ１，Ｌ２）の和（Ｌ１＋Ｌ２）が一定であり、且つ、回転体２０の平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称であるという条件を満たせばよい。このような条件を満たす回転体２０の平面形状は、中心角（π／ｎ）の２ｎ個の部分楕円が結合した形状を有しており、回転体２０が一回転すると、ｎ周期分の検出信号が得られる。ここで、回転体２０の平面形状は、Ｙ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称であるという条件、及び回転体２０が一回転したときにｎ周期分の検出信号が得られるという条件を踏まえると、２ｎ個の部分楕円の楕円比率は全部でｎ種類（同じ楕円比率を有する部分楕円の組み合わせがｎ組）存在する点に留意されたい。また、説明の便宜上、図２では、ｎ＝２の場合を図示していが、ｎ≧３の場合についても、図２に示す構成に類似した構成を適用し得ることを理解されたい。

本実施形態によれば、回転体２０の回転中心Ｐで（π／２）の交差角度で交差する２直線が回転体２０の外周と交差する二点（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれと回転体２０の回転中心Ｐとの間のそれぞれの距離（Ｌ１，Ｌ２）の和（Ｌ１＋Ｌ２）が一定であり、且つ、回転体２０の平面形状がＹ＝Ｘに関して対称である回転体２０を用いているので、回転体２０の回転中心Ｐに対して（π／２）の角度差で回転体２０の外周付近に配置される一対の磁気センサ３０Ａ，３０Ｂ（又は一対の磁気センサ３０Ｃ，３０Ｄ）から出力される検出信号を差動演算することにより得られる差動信号は、回転体２０の回転角度情報を含む略正弦波信号となり、全角度（０度〜３６０度）範囲にわたって検出誤差の小さい角度検出を行える。また、回転体２０は、回転軸６０の端面に取り付けなくてもよいので、角度検出装置１０の取り付け容易性に優れている。

次に、図７及び図８を参照しながら、回転体２０の平面形状の算出方法について説明する。
まず、図７に示すように、実線で図示されている半楕円ｆと、破線で図示されている半楕円ｇとを組み合わせて成る略楕円形状の閉曲線を考察する。原点Ｐを通る直線がこの閉曲線に交差する交差点をそれぞれＲ１，Ｒ２とし、線分ＰＲ１の線分長をＬ３、線分ＰＲ２の線分長をＬ４とし、半楕円ｆ及び半楕円ｇの関数を下式のように定義すると、原点Ｐを通る如何なる直線に関しても、Ｌ３＋Ｌ４＝一定となる。
ｆ＝ｘ²＋ｙ²／ａ²＝ｒ² …（１）
ｇ（Ｘ）＝Ｘ＝２ｒ・ｃｏｓθ−Ｆ（ｘ） …（２）
ｇ（Ｙ）＝Ｙ＝２ｒ・ｓｉｎθ−Ｆ（ｙ） …（３）
但し、ａ、ｒは定数である（但し、０＜ａ＜２：座標原点が閉曲線面内に存在する条件、ａ≠１：円を除く）。ここで、(２)式、(３)式をＸＹ座標上で表記すると、ａ＝０．９の場合、図９のような波形となる（ｒ＝１）。但し、ａの値によっては、例えば、ａ＝１．５の場合は、図１０のように、Ｘ＝０で谷と有する波形となり、ａ＝０．５の場合は、図１１のように、Ｙ＞０でＸ＝ｒをとることになり、局率の符号を変える変局点を有することになる。ここで、図１０、図１１のような場合は、該谷部、該変局点では磁界の乱れが生じると考えられ、検出出力が安定しない可能性がある。従って、図９のような谷部、局率の符号を変える変局点を有さない回転体であることが好ましい。よって、好ましい回転体は楕円（ｘ²＋ｙ²/ａ²＝ｒ²）と０＜ａ＜２の範囲（但し、ａ＝１は除く）で谷部、局率の符号を変える変局点を有さない楕円関数の結合体である。

ここで、回転体２０の平面形状が図７に示す略楕円形状の閉曲線に一致するように回転体２０の平面形状を加工し、回転体２０の回転中心Ｐを通る直線上に一対の磁気センサを対角配置した上で回転体２０を回転させ、対角配置された一対の磁気センサから出力される検出信号を差動演算すると、略正弦波状の差動信号が得られることが本発明者により確認されている（特願2008−182423参照）。本発明者の知見によれば、（１）式、（２）式、及び（３）式に記載のｘ，ｙ，ｇ（Ｘ），ｇ（Ｙ）を、ｘ＝ｒ（θ）ｃｏｓθ，ｙ＝ｒ（θ）ｓｉｎθ，ｇ（Ｘ）＝ｒ（θ）ｃｏｓθ，ｇ（Ｙ）＝ｒ（θ）ｓｉｎθと表記し、線分の長さｒ（θ）を一定とした上で、ｃｏｓθをｃｏｓ（θ／２）に変換し、ｓｉｎθをｓｉｎ（θ／２）に変換して得られる楕円関数をそれぞれＦ，Ｇと定義すると、楕円関数Ｆによって表される二つの部分楕円と、楕円関数Ｇによって表される二つの部分楕円とを結合することにより回転体２０の平面形状を定義する閉曲線の関数が得られる（図８参照）。

さて、回転体２０が一回転したときに２周期分の略正弦波の検出信号を得るには、図８において、Ｌ１＋Ｌ２＝２ｒ＝一定、且つφ＝π／２となることが必要であるから、求める関数は、θ＝０，π／２，π，３π／２のときに、半径ｒの円と交わることになる。従って、求める関数は、θ＝π／４を基準に対称になることが必要である。

楕円関数Ｆを上記のように定義すると、下式が成立する。
Ｆ（Ｘ）＝Ｘ＝ｒ（θ）ｃｏｓ（θ／２） …（４）
Ｆ（Ｙ）＝Ｙ＝ｒ（θ）ｓｉｎ（θ／２） …（５）

加法定理を使用して（４）式及び（５）式を整理すると、下式が成立する。
Ｆ（Ｘ）＝Ｘ＝ｒ（θ）ｃｏｓ（θ／２）
＝ｒ（θ）ｃｏｓ（θ−θ／２）
＝ｒ（θ）（ｃｏｓθｃｏｓ（θ／２）＋ｓｉｎθｓｉｎ（θ／２））
＝Ｘｃｏｓθ＋ Ｙｓｉｎθ …（６）
Ｆ（Ｙ）＝Ｙ＝ｒ（θ）ｓｉｎ（θ／２）
＝ｒ（θ）ｓｉｎ（θ−θ／２）
＝ｒ（θ）（ｓｉｎθｃｏｓ（θ／２）−ｃｏｓθｓｉｎ（θ／２））
＝Ｘｓｉｎθ−Ｙｃｏｓθ …（７）

ここで、ｃｏｓθ＝ｘ／ｒ（θ），ｓｉｎθ＝ｙ／ｒ（θ）であるから、（６）式及び（７）式を整理すると、下式が成立する。
Ｘ＝（１／ｒ（θ））・（ｘ・Ｘ＋ｙ・Ｙ） …（８）
Ｙ＝（１／ｒ（θ））・（Ｘ・ｙ−Ｙ・ｘ） …（９）

ここで、ｘ，ｙをＸ，Ｙで記すと、下式が成立する。
ｘ＝（Ｘ²−Ｙ²）・ｒ（θ）／（Ｘ²＋Ｙ²） …（１０）
ｙ＝２ＸＹ・ｒ（θ）／（Ｘ²＋Ｙ²） …（１１）

（１）式のｘ，ｙに（１０）式及び（１１）式を代入すると、楕円関数Ｆを求めることができる。同様に、（２）式、（３）式のｘ，ｙに（１０）式及び（１１）式を代入すると、楕円関数Ｇを求めることができる。また、ｒ（θ）は（Ｘ²+Ｙ²）^1/2なので、消去できる。なお、求める関数Ｆは、０≦θ≦π／４の角度範囲（Ｘ軸とＹ＝Ｘとの間の角度範囲）において、
（Ｘ²−Ｙ²）²＋４Ｘ²Ｙ²／ａ²＝ｒ²（Ｘ²＋Ｙ²） …（１２）
である。

なお、上述の議論は、回転中心Ｐで交差角度φ＝（π／ｎ）で交差する２直線が回転体２０の外周と交差する二点（Ｑ１，Ｑ２）のそれぞれと回転中心Ｐとの間のそれぞれの距離（Ｌ１，Ｌ２）の和（Ｌ１＋Ｌ２）が一定であり、且つ、回転体２０の平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称であるという条件を満たす場合にも応用できる。

一般に、下式が成立する。
ｃｏｓ（θ／ｎ）＝ｃｏｓ（１−（ｎ−１）／ｎ）θ …（１３）
ｓｉｎ（θ／ｎ）＝ｓｉｎ（１−（ｎ−１）／ｎ）θ …（１４）

ここで、加法定理を使用して（１３）式及び（１４）式に記載の三角関数内部の（（ｎ−１）／ｎ）θを展開し、Ｘ，Ｙを（１５）式及び（１６）式のように定義した上で、ｘ＝ｒ（θ）ｃｏｓθ，ｙ＝ｒ（θ）ｓｉｎθの関係式、及び（４）式、（５）式を用いると、ｃｏｓ（θ／ｎ）及びｓｉｎ（θ／ｎ）をＸ，Ｙ，ｘ，ｙで表記することが可能になる。
Ｆ（Ｘ）＝Ｘ＝ｒ（θ）ｃｏｓ（θ／ｎ） …（１５）
Ｆ（Ｙ）＝Ｙ＝ｒ（θ）ｓｉｎ（θ／ｎ） …（１６）

ここで、（ｘ²+ｙ²）^1/2又は（Ｘ²+Ｙ²）^1/2を用いることで、ｒ（θ）を消去できるので、最終的に、ｘ，ｙをＸ，Ｙのみで表記できる。Ｘ，Ｙで表記されたｘ，ｙを（１）式、(２）式、及び(３)式に代入すると、関数Ｆ，Ｇを求めることができる。そして関数Ｆ，ＧをＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して折り返した図形を重ね合わせ、全周囲にわたり関数Ｆ，Ｇで定義される部分楕円を（半径ｒの円と交差する箇所で）交互に連続的に配置することで、回転体２０の平面形状を定義する閉曲線の関数が得られる。また、本実施形態では楕円関数について説明したが、楕円に限定されずｎ周期を実現できる回転体に適用できることは言うまでもない。この場合、１周期分の関数に対応するｘ、ｙをｎ周期分に対応する関数の座標であるＸ、Ｙで表記し、ｘ、ｙを１周期分の関数に代入することで、ｎ周期分に対応する関数を求めることが可能である。

図１２は実施例２に係わる角度検出装置１００の概略構成を示す説明図である。
角度検出装置１００は、回転軸６０に固定される回転体２０と、回転体２０の外周付近に配置される二つの磁気センサ３０Ｅ，３０Ｆと、二つの磁気センサ３０Ｅ，３０Ｆから出力されるそれぞれの検出信号に基づいて回転体２０の回転角度を出力する角度算出回路１３０を主要構成として備える。磁気センサ３０Ｅ，３０Ｆには、互いを区別するため、便宜上異なる符号を付してあるが、実質的には図１に示す磁気センサ３０と同一の構成を有している。磁気センサ３０Ｅは、回転体２０の回転中心Ｐ上を通る一点鎖線９５上に位置し、磁気センサ３０Ｆは、回転中心Ｐ上を通る一点鎖線９６上に位置している。二つの一点鎖線９５，９６が交差する角度は、４５ｄｅｇである。また、回転中心Ｐからそれぞれの磁気センサ３０Ｅ，３０Ｆへの距離は同一である。従って、二つの磁気センサ３０Ｅ，３０Ｆは、回転体２０の回転中心Ｐに対して４５ｄｅｇの位相差（機械角）で回転中心Ｐから等距離に配置されている。磁気センサ３０Ｅは、回転体２０の回転に伴い周期的に変化する回転体２０の外周と磁気センサ３０Ｅとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して、正弦波形に類似した波形形状を有する第一の略正弦波信号を出力する。磁気センサ３０Ｆは、回転体２０の回転に伴い周期的に変化する回転体２０の外周と磁気センサ３０Ｆとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して、正弦波形に類似した波形形状を有する第二の略正弦波信号を出力する。第一及び第二の略正弦波信号は、回転体２０の半回転（回転角度１８０ｄｅｇ）につき相互に９０ｄｅｇの位相差（電気角）を有する検出信号である。説明の便宜上、磁気センサ３０Ｅから出力される検出信号をｃｏｓ信号と称し、磁気センサ３０Ｆから出力される検出信号をｓｉｎ信号と称する。角度算出回路１３０は、変換テーブル１３１を保持しており、磁気センサ３０Ｅ，３０Ｆから出力されるｃｏｓ信号及びｓｉｎ信号に対応する回転体２０の回転角度を変換テーブル１３１から読み取り、読み取った回転角度を出力する。この変換テーブル１３１は、例えば製品出荷時又は回転軸６０取り付け時などに実施されるキャリブレーションによって作成される。

ここで、変換テーブル１３１の作成方法について説明する。図１３は、キャリブレーション実施前のｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２を示している。キャリブレーション実施前では、ｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２の振幅及び中間値は、相互に一致していないのが通常である。そこで、ｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２のそれぞれの一周期分の波形を取り込み、ｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２のそれぞれの振幅及び中間値を算出する（なお、回転体２０が半回転すると、一周期分のｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２が出力される点に留意されたい。）。そして、図１４及び図１５に示すように、キャリブレーション実施後のｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２の上限値がＶ_T、下限値がＶ_B、中間値が（Ｖ_T＋Ｖ_B）／２となるように、磁気センサ３０Ｅから出力されるｃｏｓ信号２０１を増幅するための増幅器１１１の利得及びオフセット値と、磁気センサ３０Ｆから出力されるｓｉｎ信号２０２を増幅するための増幅器１１２の利得及びオフセット値をそれぞれ調整し、検出信号の振幅調整及びオフセット補正を実施する。なお、図１４及び図１５において、破線はキャリブレーション実施前の信号波形を示し、実線はキャリブレーション実施後の信号波形を示し、一点鎖線はオフセット補正後の中間値を示し、二点鎖線はオフセット補正前の中間値を示す。

キャリブレーション実施後のｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２は、それぞれＡ／Ｄ変換器１２１，１２２によってデジタルデータに変換され、角度算出回路１３０に供給される。角度算出回路１３０は、図１６及び図１７に示すように、デジタル化されたｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２を一周期分にわたって一定角度間隔でサンプリングし、サンプリングした読み取りデータを、ｃｏｓ信号読み取り値１５２、及びｓｉｎ信号読み取り値１５３として、変換テーブル１３１に格納する（図１８参照）例えば０．２ｄｅｇの回転角度の分解能を有するためには、０．１ｄｅｇ以下の角度精度が必要であるので、ｃｏｓ信号２０１及びｓｉｎ信号２０２を０．１ｄｅｇ以下の角度精度でサンプリングし、サンプリングした読み取りデータを変換テーブル１３１に格納することが好ましい。なお、デジタル化されたｃｏｓ信号２０１、及びｓｉｎ信号２０２の一周期の時間は、上限値の間隔（又は下限値の間隔）として算出することが可能である。また、ｃｏｓ信号２０１が上限値をとるとき、又はｓｉｎ信号２０２が中間値をとるときを０ｄｅｇの判定基準とすればよい。

変換テーブル１３１は、図１８に示すように、リニア出力値１５１、ｃｏｓ信号読み取り値１５２、及びｓｉｎ信号読み取り値１５３を０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの角度範囲で対応付けている。リニア出力値１５１は、図２０に示すように、０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの角度範囲で直線的に単調増加するマップデータとして予め作成されている。例えば、リニア出力値１５１を１．０Ｖ〜４．０Ｖの範囲で出力したい場合には、０ｄｅｇのときにリニア出力値１５１を１．０Ｖとし、１８０ｄｅｇのときにリニア出力値１５１を２．５Ｖとし、３５９ｄｅｇのときにリニア出力値１５１を４．０Ｖとし、回転体２０の回転角度とリニア出力値１５１との関係が線形になるように作成すればよい。なお、リニア値１５１の出力範囲は任意に調整可能であり、上述の数値に限定されるものではない。また、リニア出力値１５１は、０ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの角度範囲で直線的に単調減少するマップデータとして作成してもよい。

次に、上述の手順を経て作成された変換テーブル１３１を用いて回転体２０の回転角度を求める方法について説明する。磁気センサ３０Ｅ，３０Ｆから出力されるｃｏｓ信号２０１、及びｓｉｎ信号２０２は、増幅器１１１，１１２によって振幅調整及びオフセット補正が実施され、更に、Ａ／Ｄ変換器１２１，１２２によって一定角度間隔でサンプリングされ、角度算出回路１３０に供給される。角度算出回路１３０は、読み取ったｃｏｓ信号２０１のサンプリングデータに一致するｃｏｓ信号読み取り値１５２を変換テーブル１３１から検索し、検索されたｃｏｓ信号読み取り値１５２に対応するリニア出力値１５１を変換テーブル１３１から読み出す。また、角度算出回路１３０は、読み取ったｓｉｎ信号２０２のサンプリングデータに一致するｓｉｎ信号読み取り値１５３を変換テーブル１３１から検索し、検索されたｓｉｎ信号読み取り値１５３に対応するリニア出力値１５１を変換テーブル１３１から読み出す。このようにして読み出されたリニア出力値１５１は、回転体２０の回転角度を示す信号として、Ｄ／Ａ変換器１４０によってアナログデータに変換される。

このとき、角度算出回路１３０は、図１９に示すように、ｃｏｓ信号２０１、及びｓｉｎ信号２０２のうちその信号波形が中間値をとるときの角度に対して±２２．５ｄｅｇの角度範囲にあるサンプリングデータを読み取るのが好ましい。例えば、０ｄｅｇ〜２２．５ｄｅｇの角度範囲では、ｃｏｓ信号２０１よりもｓｉｎ信号２０２の方が検出信号の振幅変化量が大きいため、ｓｉｎ信号２０２のサンプリングデータを読み込む。２２．５ｄｅｇ〜６７．５ｄｅｇの角度範囲では、ｓｉｎ信号２０２よりもｃｏｓ信号２０１の方が検出信号の振幅変化量が大きいため、ｃｏｓ信号２０１のサンプリングデータを読み込む。６７．５ｄｅｇ〜１１２．５ｄｅｇの角度範囲では、ｃｏｓ信号２０１よりもｓｉｎ信号２０２の方が検出信号の振幅変化量が大きいため、ｓｉｎ信号２０２のサンプリングデータを読み込む。このように、振幅変化量の小さい信号波形のピーク付近のサンプリングデータよりも、振幅変化量の大きい中間値付近のサンプリングデータを読み取ることで、検出誤差のバラツキを抑えることができるとともに、ノイズに対する耐性を高めることができる。

なお、回転体２０として、回転中心Ｐで（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が回転体２０の外周と交差する二点のそれぞれと回転中心Ｐとの間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、回転体２０を回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称であるものを用いた場合には、回転中心Ｐに対して（π／２ｎ）の角度差で回転中心Ｐから等距離に回転体２０の外周付近に磁気センサ３０Ｅ，３０Ｆを配置すればよい（但し、ｎは２以上の任意の整数とする。）。また、ｃｏｓ信号２０１、及びｓｉｎ信号２０２のうちその信号波形が中間値をとるときの角度に対して±π／４ｎの角度範囲にあるサンプリングデータを読み取るのが好ましい。

尚、実施例２に係わる角度検出方法は、実施例１の角度検出装置１０にも適用できるので、その原理を簡単に説明する。例えば、図１において、磁気センサ３０Ａ，３０Ｂからの検出信号を差動演算回路４１によって差動演算して得られるｓｉｎ信号と、磁気センサ３０Ｃ，３０Ｄからの検出信号を差動演算回路４２によって差動演算して得られるｃｏｓ信号との位相差（電気角）は、回転体２０の一回転につき９０ｄｅｇである（これは、図６に示すように、回転体２０が半回転すると、ｓｉｎ信号とｃｏｓ信号との位相差が４５ｄｅｇになることから導かれる。）。上述の変換テーブル１３１と同様の変換テーブルを予め角度算出回路５０に実装しておけば、角度算出回路５０は、差動演算回路４１，４２から出力されるｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号をサンプリングした上で読み取り、読み取ったサンプリングデータに対応する回転体２０の回転角度を変換テーブルから検索し、検索した回転角度を出力することができる。ここで、差動演算回路４１，４２から出力されるｃｏｓ信号及びｓｉｎ信号のうちその信号波形が中間値をとるときの角度に対して±２２．５ｄｅｇの角度範囲にあるサンプリングデータを読み取るのが好ましい。

本発明は、様々な技術分野における駆動機構に用いられる回転軸の回転角度を算出するための装置及び方法に利用できる。

１０…角度検出装置 ２０…回転体 ３０…磁気センサ ３１…磁気抵抗効果素子 ３２…ヨーク ３３…磁石 ４１，４２…差動演算回路 ５０…角度算出回路 ６０…回転軸

Claims (14)

1. 回転軸に固定される回転体であって、前記回転体の回転中心を座標原点として前記回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、２以上の任意の整数ｎについて、前記回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が前記回転体の外周と交差する二点のそれぞれと前記回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、前記回転体を前記回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体と、
   前記回転中心に対して（π／ｎ）の角度差で前記回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサであって、前記回転体の回転に伴い周期的に変化する前記回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサ、及び前記第一の距離の変化に追従して相補的に変化する前記回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、
   前記第一の検出信号と前記第二の検出信号とを差動演算して差動信号を出力する差動演算手段と、
   前記差動信号に基づいて前記回転軸の回転角度を算出する角度算出手段と、
   を備える角度検出装置。
2. 請求項１に記載の角度検出装置であって、
   前記回転体を前記回転平面に投影した形状は、中心角（π／ｎ）の２ｎ個の部分楕円が結合した形状を有する、角度検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の角度検出装置であって、
   前記回転体を前記回転平面に投影した形状は、谷部を有しない形状である、角度検出装置。
4. 請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の角度検出装置であって、
   前記回転体は、強磁性体材質から成り、
   前記第一の磁気センサは、前記回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間に磁界を発生させる第一の磁石と、前記第一の距離の変化に応じて変化する磁界に応じて前記第一の検出信号を出力する第一の磁気抵抗効果素子とを備え、
   前記第二の磁気センサは、前記回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間に磁界を発生させる第二の磁石と、前記第二の距離の変化に応じて変化する磁界に応じて前記第二の検出信号を出力する第二の磁気抵抗効果素子とを備える、角度検出装置。
5. 請求項４に記載の角度検出装置であって、
   前記第一の磁気抵抗効果素子は、前記回転体の回転中心方向に長手方向が設定されている第一のフリー磁性層を備え、
   前記第二の磁気抵抗効果素子は、前記回転体の回転中心方向に長手方向が設定されている第二のフリー磁性層を備える、角度検出装置。
6. 回転軸に固定される回転体の回転中心に対して、２以上の任意の整数ｎについて（π／ｎ）の角度差で前記回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサを用いて前記回転軸の回転角度を検出する方法であって、
   前記回転中心を座標原点として前記回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、前記回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が前記回転体の外周と交差する二点のそれぞれと前記回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、前記回転体を前記回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体を回転させるステップと、
   前記回転体の回転に伴い周期的に変化する前記回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出する前記第一の磁気センサから第一の検出信号を出力するステップと、
   前記第一の距離の変化に追従して相補的に変化する前記回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出する前記第二の磁気センサから第二の検出信号を出力するステップと、
   前記第一の検出信号と前記第二の検出信号とを差動演算して差動信号を出力するステップと、
   前記差動信号に基づいて前記回転軸の回転角度を算出するステップと、
   を備える角度検出方法。
7. 請求項６に記載の角度検出方法であって、
   前記回転体を前記回転平面に投影した形状は、中心角（π／ｎ）の２ｎ個の部分楕円が結合した形状を有する、角度検出方法。
8. 請求項６又は請求項７に記載の角度検出方法であって、
   前記回転体を前記回転平面に投影した形状は、谷部を有しない形状である、角度検出方法。
9. 請求項６乃至請求項８のうち何れか１項に記載の角度検出方法であって、
   前記回転体は、強磁性体材質から成り、
   前記第一の磁気センサは、前記回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間に磁界を発生させる第一の磁石と、前記第一の距離の変化に応じて変化する磁界に応じて前記第一の検出信号を出力する第一の磁気抵抗効果素子とを備え、
   前記第二の磁気センサは、前記回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間に磁界を発生させる第二の磁石と、前記第二の距離の変化に応じて変化する磁界に応じて前記第二の検出信号を出力する第二の磁気抵抗効果素子とを備える、角度検出方法。
10. 請求項９に記載の角度検出方法であって、
    前記第一の磁気抵抗効果素子は、前記回転体の回転中心方向に長手方向が設定されている第一のフリー磁性層を備え、
    前記第二の磁気抵抗効果素子は、前記回転体の回転中心方向に長手方向が設定されている第二のフリー磁性層を備える、角度検出方法。
11. 回転軸に固定される回転体であって、前記回転体の回転中心を座標原点として前記回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、２以上の任意の整数ｎについて、前記回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が前記回転体の外周と交差する二点のそれぞれと前記回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、前記回転体を前記回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体と、
    前記回転中心に対して（π／２ｎ）の角度差で前記回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサであって、前記回転体の回転に伴い周期的に変化する前記回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサ、及び前記回転体の回転に伴い周期的に変化する前記回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、
    前記第一及び第二の検出信号に対応する前記回転軸の回転角度を格納する変換テーブルと、
    前記第一及び第二の磁気センサから出力される前記第一及び第二の検出信号と、前記変換テーブルとを比較して、前記回転体の回転角度を出力する角度算出手段と、
    を備える角度検出装置。
12. 請求項１１に記載の角度検出装置であって、
    前記第一及び第二の検出信号は、略正弦波信号であり、
    前記角度算出手段は、前記第一及び第二の検出信号のうちその検出信号が中間値をとる角度に対して±π／４ｎの角度範囲にある検出信号と、前記変換テーブルとを比較して、前記回転体の回転角度を出力する、角度検出装置。
13. 回転軸に固定される回転体の回転中心に対して、２以上の任意の整数ｎについて（π／２ｎ）の角度差で前記回転体の外周付近に配置される第一及び第二の磁気センサを用いて前記回転軸の回転角度を検出する方法であって、
    前記回転中心を座標原点として前記回転体の回転平面にＸＹ直交座標系を定義したとき、前記回転中心で（π／ｎ）の交差角度で交差する２直線が前記回転体の外周と交差する二点のそれぞれと前記回転中心との間のそれぞれの距離の和が一定であり、且つ、前記回転体を前記回転平面に投影した平面形状がＹ＝ｔａｎ（（π／２ｎ））Ｘに関して対称である回転体を回転させるステップと、
    前記回転体の回転に伴い周期的に変化する前記回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出する前記第一の磁気センサから第一の検出信号を出力するステップと、
    前記回転体の回転に伴い周期的に変化する前記回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出する前記第二の磁気センサから第二の検出信号を出力するステップと、
    前記第一及び第二の検出信号に対応する前記回転軸の回転角度を格納する変換テーブルと、前記第一及び第二の磁気センサから出力される前記第一及び第二の検出信号とを比較して、前記回転体の回転角度を出力するステップと、
    を備える角度検出方法。
14. 請求項１３に記載の角度検出方法であって、
    前記第一及び第二の検出信号は、略正弦波信号であり、
    前記回転角度を出力するステップは、前記第一及び第二の検出信号のうちその検出信号が中間値をとる角度に対して±π／４ｎの角度範囲にある検出信号と、前記変換テーブルとを比較して、前記回転体の回転角度を出力する、角度検出方法。

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