角度检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种能够迅速获取与旋转磁场的旋转角度对应的近似于一次函数的角度检测输出的角度检测装置。来自第一磁检测部(11)与第二磁检测部(12)的输出向作为差动放大器的第一至第四输出电路(21、22、23、24)供给，由此能够获取相互正负翻转了的近似于正弦波的检测输出(S1、S2)和相互正负翻转了的近似于余弦波的检测输出(S3、S4)。这些检测输出(S1～S4)供给于开关电路(31)，基于检测输出(S1～S4)而获取以90度为周期的部分检测输出。在偏压施加电路(33)中对各个部分检测输出施加偏置电压，部分检测输出被设置为连续输出而获取近似于一次函数的角度检测输出。
【专利说明】角度检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能够通过多个磁检测部检测旋转磁场而获取与旋转角度成比例 的近似于一次函数的模拟输出的角度检测装置。
【背景技术】
[0002] 在对具备磁铁的旋转体的旋转角度进行检测的角度检测装置中使用具备包含磁 阻效应元件的桥接电路的角度检测装置。通常使用两组桥接电路，从一方的桥接电路获取 近似于正弦波的检测输出，而从另一方的桥接电路获取近似于余弦波的检测输出。
[0003] 为了检测旋转体的旋转角度，需要获取与旋转角度成比例的一次函数的检测输 出。为了获取一次函数的检测输出，需要根据近似于正弦波的检测输出与近似于余弦波的 检测输出而计算反正切函数（arc tangent)。一直W来，作为准确地计算反正切函数的方 法，对近似于正弦波的检测输出与近似于余弦波的检测输出进行A/D变换，并执行使用了 编解码等的算法的数字运算。
[0004] 但是，使用所述算法的数字运算存在运算耗费时间的缺点。在旋转体的转速低的 情况下，通过所述数字运算能够获取高精度的角度检测输出，然而在旋转体像马达那样W 高转速旋转的情况下，存在运算无法追随旋转体的旋转的问题。
[0005] 在专利文献1、2中，公开了一种不使用数字运算而用于获取接近一次函数的检测 输出的角度检测装置。
[0006] 专利文献1所记载的角度检测装置使用将磁铁与磁阻效应元件组合而成的磁传 感器。旋转体由强磁性材料形成，其平面形状并非正圆而为加入有正切函数（tangent)而 形成的形状。通过使用该旋转体，从磁传感器获取近似于一次函数的检测输出。
[0007] 然而，制造非圆形而加入有正切函数而形成的形状的旋转体是非常困难的，该会 导致装置的制造成本提高。
[0008] 专利文献2所记载的角度检测装置设置有旋转磁铁、与旋转磁铁对置的四个传感 器元件。从传感器元件获取近似于正弦波与余弦波的输出，根据该两种输出，而通过模拟乘 法器进行间接的除法运算。但是，相对于所述模拟乘法器，在信号处理部中需要模拟除法电 路，因此会导致电路结构复杂。
[0009] 专利文献1 ;日本特开2010-54495号公报
[0010] 专利文献2 ;日本特表2011-508891号公报
【发明内容】
[0011] 【发明要解决的课题】
[0012] 本发明用于解决上述现有的课题，其目的在于，提供一种能够W简单的电路结构 获取近似于一次函数的角度检测输出而且能够追随高速旋转的角度检测装置。
[0013] 【用于解决课题的手段】
[0014] 本发明的角度检测装置的特征在于，在赋予旋转磁场的检测区域设置有第一磁检 测部和第二磁检测部，所述第一磁检测部获取与作为旋转磁场的旋转角度的函数的正弦波 相近似的检测输出，所述第二磁检测部获取与余弦波相近似的检测输出，
[0015] 在所述角度检测装置中设置有开关电路和偏压施加电路，所述开关电路根据从所 述第一磁检测部与所述第二磁检测部获取的模拟的检测输出而提取近似于一次函数的部 分检测输出，所述偏压施加电路对任一个所述部分检测输出供给偏压电力使多个所述部分 检测输出连续而作为角度检测输出。
[0016] 本发明的角度检测装置通过开关电路提取从磁检测部获取的模拟输出的检测输 出并使其连续，因此获取了角度检测输出，因而速度快而且电路结构简单。而且，能够直接 使用从磁检测部获取的模拟输出，或者仅经过增益调整等便能够使用，因此能够获取与旋 转体的旋转角度直接关联了的角度检测输出。
[0017] 本发明能够具备如下的结构，即，具有：
[0018] 从所述第一磁检测部获取第一检测输出W及与第一检测输出的正负极性翻转的 第二检测输出的输出电路；从所述第二磁检测部获取第H检测输出W及与第H检测输出的 正负极性翻转的第四检测输出的输出电路；
[0019] 对所述第一、第二、第及第四检测输出中的任一检测输出进行比较的比较器，
[0020] 根据从所述比较器输出的比较输出来确定所述开关电路的切换时机。
[0021] 在该种情况下，通过所述开关电路，W 90度为周期而分别提取第一、第二、第 及第四检测输出，从而获取所述部分检测输出。
[0022] 优选为，W振幅的中点为起点而在±45度的范围内提取第一、第二、第及第 四检测输出。通过在该范围内获取部分检测输出，能够获取近似于一次函数的部分检测输 出。
[0023] 本发明能够具备如下的结构，即，所述第一磁检测部和第二磁检测部由包含磁阻 效应元件的桥接电路构成，所述第一磁检测部所包含的第一磁阻效应元件与所述第二磁检 测部所包含的第二磁阻效应元件的灵敏度轴的方向相互正交。
[0024] 【发明效果】
[00巧]本发明的角度检测装置，通过由开关电路提取来自第一磁检测部的模拟输出和来 自第二磁检测部的模拟输出并供给偏压而使其连续，从而获取角度检测输出。因此，电路结 构简单，而且即使旋转体的转速高也能够获取迅速追随旋转的角度检测输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是表示本发明的实施方式的角度检测装置中的旋转体与磁检测部的俯视图。
[0027] 图2是表示实施方式的角度检测装置的电路结构的电路框图。
[0028] 图3是表示来自第一与第二磁检测部的四种检测输出的线图。
[0029] 图4是表示提取了来自第一与第二磁检测部的检测输出的部分检测输出的线图。
[0030] 图5是表示使部分检测输出连续后的角度检测输出的线图。
[0031] 图6是表示图5所示的角度检测输出与一次函数的误差的分布的线图。
[00础符号说明
[003引1 角度检测装直
[0034] 2 旋转体
[0035] 3 检测基板
[0036] 11 第一磁检测部
[0037] 12 第二磁检测部
[00測 21 第一输出电路
[00測 22 第二输出电路
[0040] 23 第立输出电路
[00川 24 第四输出电路
[004引 30 模拟混合器
[004引 31 开关电路
[0044] 32a、32b 比较器
[004引 33 偏压施加电路
[004引 H 外部磁场
[0047] Ml、M2 磁铁
[004引 P 灵敏度轴
[0049] R (+S)、R (-S)第一磁阻效应元件
[0050] R(+c)、R(-c)第一磁阻效应元件
[0051] S1、S2、S3、S4 检测输出
[0052] Slc、S2c、S3c、S4c 部分检测输出
【具体实施方式】
[0053] 如图1所示，本发明的实施方式的角度检测装置1具有旋转体2,在旋转体2的内 侧配置有检测基板3。
[0054] 在旋转体2上W 180度的角度间隔安装两个磁铁Ml、M2。磁铁Ml的N极朝向磁 铁M2,磁铁M2的S极朝向磁铁Ml，从磁铁Ml向磁铁M2形成有磁场H。
[0055] 旋转体2具有旋转中也0并向顺时针方向（CW)旋转。其结果为，在旋转体2的内 侧形成磁场H向顺时针方向旋转的旋转磁场。
[0056] 在检测基板3上，作为磁检测元件，搭载有第一磁阻效应元件R(+s)、R(-s)、第二 磁阻效应元件R(+c)、R(-c)。图1中，放大表示检测基板3与磁阻效应元件，然而实际的检 测基板3与磁阻效应元件具有与磁铁Ml、M2的旋转轨迹的直径相比极小的尺寸，当旋转体 2旋转时，施加有与检测基板3上的各个磁阻效应元件相同方向的旋转磁场。
[0057] 需要说明的是，磁铁M1、M2固定在固定部上，即使采取检测基板3相对于旋转中也 0向逆时针方向旋转的结构，也能够对检测基板3施加相对地向顺时针方向（CW)旋转的旋 转磁场。
[0058] 第一磁阻效应元件R (+S)、R (-S)和第二磁阻效应元件R (+C)、R (-C)中，灵敏度轴 P的方向相互正交。第一磁阻效应元件设置有两种，R(+s)的灵敏度轴P的方向为X2方向， R(-s)的灵敏度轴P的方向为XI方向。第二磁阻效应元件设置有两种，R(+c)的灵敏度轴 P的方向为Y2方向，R(-c)的灵敏度轴P的方向为Y1方向。
[0059] 磁阻效应元件为利用巨型磁阻效应的GMR元件、利用隧道效应的TMR元件、或AMR 元件。
[0060] 如图1所示，磁阻效应元件具有电极部4、4与位于电极部4、4之间的元件部5。元 件部5在X-Y平面的平面内形成曲流图案，而且层叠有固定磁性层/非磁性层/自由磁性 层地构成。固定磁性层的固定磁化方向与所述灵敏度轴P的方向一致。自由磁性层按照外 部磁场H的方向而改变磁化的方向。
[0061] 当在灵敏度轴P的方向上施加有外部磁场H时，磁阻效应元件的电阻值达到最小， 当在灵敏度轴P的相反方向上施加有外部磁场H时电阻值达到最大。当在与灵敏度轴P正 交的方向上施加有外部磁场H时，磁阻效应元件的电阻值达到中点的值。
[0062] 固定磁性层与反强磁性层重叠，通过在磁场中实施热处理而固定磁化方向。或者， 也可W将固定磁性层设置为作为磁性层/非磁性中间层/磁性层的层叠费里结构而将各磁 性层反平行地磁化固定而形成的自钉扎型。在该情况下，通过将一方的磁性层设置为磁场 中成膜而固定磁化。
[0063] 如图2所示，在角度检测装置1中，在检测基板3上安装有第一磁检测部11与第 二磁检测部12。
[0064] 第一磁检测部11为由灵敏度轴P的方向相差180度的第一磁阻效应元件R(+s)、 R(-s)构成的全桥电路。第二磁检测部12为由灵敏度轴P的方向相差180度的第二磁阻效 应元件R(+c)、R(-c)构成的全桥电路。
[0065] 如图2所示，第一磁检测部11的全桥电路的中点输出（中点输出电压）11a与Ub 施加于第一输出电路21与第二输出电路22。第一输出电路21为差动放大器，中点输出11a 与（+)输入部连接，中点输出1化与（-)输入部连接。第二输出电路22也为差动放大器， 中点输出1化与（+)输入部连接，中点输出11a与（-)输入部连接。
[0066] 第二磁检测部12的全桥电路的中点输出（中点输出电压）12a与1化施加于第H 输出电路23与第四输出电路24。第H输出电路23为差动放大器，中点输出12a与（+)输 入部连接，中点输出1化与（-)输入部连接。第四输出电路24也为差动放大器，中点输出 1化与（+)输入部连接，中点输出12a与（-)输入部连接。
[0067] 当图1所示的旋转体2向顺时针方向（CW)旋转时，从第一输出电路21获取第一 检测输出S1，从第二输出电路22获取第二检测输出S2。从第H输出电路23获取第H检测 输出S3,从第四输出电路24获取第四检测输出S4。
[006引图3中示出了第一至第四检测输出S1?S4的输出波形。横轴表示旋转角度（0 )， 纵轴表示输出强度（电压）。
[0069] 第一检测输出S1与第二检测输出S2的极性（电压的正负）相反，第H检测输出 S3与第四检测输出S4的极性也相反。第一检测输出S1与第H检测输出S3的相位相差90 度，第二检测输出S2与第四检测输出S4的相位也相差90度。第一检测输出S1与第H检 测输出S3的一方为体现近似于正弦波的H角函数波的变化的输出，另一方为体现近似于 余弦波的H角函数波的变化的输出。
[0070] 图3的横轴表示旋转体2的旋转角度0，W图1所示的磁铁Ml的宽度中也与基准 线Z上一致的情况作为原点（0度）而表示该旋转角度0。图1表示旋转中的旋转体3的 磁铁Ml W原点（基准轴幻为起点而向顺时针方向（CW)旋转了 45度的状态，此时的第一 至第四检测输出S1?S4的输出强度为图3中横轴为45度时的输出强度。当横轴为45度 时，第一检测输出S1的输出强度与第二检测输出S2的输出强度达到中点的值，第H检测输 出S3的输出强度达到极大值，第四检测输出S4的输出强度达到极小值。
[0071] 图3所示的第一至第四检测输出S1?S4的输出波形的强度的绝对值W及振幅取 决于电源电压Vdd W及设定于作为差动放大器的输出电路21、22、23、24的增益等。第一至 第四检测输出S1?S4为直接反映了由检测旋转磁场的第一磁检测部11与第二磁检测部 12检测到的检测输出的变化的模拟输出。
[0072] 如图2所示，第一至第四检测输出S1?S4向模拟混合器30供给。模拟混合器30 具有开关电路31与比较器32a、32b W及偏压施加电路33。
[0073] 第一比较器32a对第一检测输出S1与第四检测输出S4的强度的大小进行比较， 并将其结果向开关电路31供给。第二比较器3化对第一检测输出S1与第H检测输出S3 的强度的大小进行比较，其结果供给于开关电路31。
[0074] 开关电路31根据比较器32a、3化的比较结果进行开关动作，将第一至第四检测输 出S1?S4的任一方作为所选择的部分检测输出而提取。
[0075] 第一比较器32a的比较结果与第二比较器32b的比较结果、W及根据该比较结果 而由开关电路31提取的检测输出如W下的表1所示。
[007引【表1】
[0077]
【权利要求】
1. 一种角度检测装置，其特征在于，在赋予旋转磁场的检测区域设置有第一磁检测部 和第二磁检测部，所述第一磁检测部获取与作为旋转磁场的旋转角度的函数的正弦波相近 似的检测输出，所述第二磁检测部获取与余弦波相近似的检测输出， 在所述角度检测装置中设置有开关电路和偏压施加电路，所述开关电路根据从所述第 一磁检测部与所述第二磁检测部获取的模拟的检测输出而提取近似于一次函数的部分检 测输出，所述偏压施加电路对任一个所述部分检测输出供给偏压电力使多个所述部分检测 输出连续而作为角度检测输出。
2. 如权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于， 具有： 从所述第一磁检测部获取第一检测输出以及与第一检测输出的正负极性翻转的第二 检测输出的输出电路； 从所述第二磁检测部获取第三检测输出以及与第三检测输出的正负极性翻转的第四 检测输出的输出电路； 对所述第一、第二、第三以及第四检测输出中的任一检测输出进行比较的比较器， 根据从所述比较器输出的比较输出来确定所述开关电路的切换时机。
3. 如权利要求2所述的角度检测装置，其特征在于， 通过所述开关电路，以90度为周期而分别提取第一、第二、第三以及第四检测输出，从 而获取所述部分检测输出。
4. 如权利要求3所述的角度检测装置，其特征在于， 以振幅的中点为起点而在±45度的范围内提取第一、第二、第三以及第四检测输出。
5. 如权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于， 所述第一磁检测部和第二磁检测部由包含磁阻效应元件的桥接电路构成，所述第一磁 检测部所包含的第一磁阻效应元件与所述第二磁检测部所包含的第二磁阻效应元件的灵 敏度轴的方向相互正交。
【文档编号】G01B7/30GK104422385SQ201410421450
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】中村德男 申请人:阿尔卑斯电气株式会社