本發(fā)明涉及用于修正生成與檢測(cè)對(duì)象的角度具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的角度檢測(cè)值的角度傳感器中的誤差的修正裝置及修正方法、以及包含修正裝置的角度傳感器。
背景技術(shù):
近年來(lái),在汽車的方向盤(pán)或動(dòng)力轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的檢測(cè)等各種用途中,廣泛利用生成與檢測(cè)對(duì)象的角度具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的角度檢測(cè)值的角度傳感器。作為角度傳感器,例如具有磁角度傳感器。使用磁角度傳感器的系統(tǒng)中,通常設(shè)置與對(duì)象物的旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)連動(dòng)而產(chǎn)生方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生部。磁場(chǎng)產(chǎn)生部為例如磁鐵。磁角度傳感器中的檢測(cè)對(duì)象的角度為例如基準(zhǔn)位置上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相對(duì)于基準(zhǔn)方向所成的角度。
中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)中記載有一種作為磁角度傳感器的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)傳感器。該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)傳感器具備生成與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相互不同的方向的成分的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的第一及第二信號(hào)的信號(hào)生成部、和基于第一及第二信號(hào)而算出角度檢測(cè)值的角度檢測(cè)部。信號(hào)生成部具有輸出第一信號(hào)的第一檢測(cè)電路和輸出第二信號(hào)的第二檢測(cè)電路。第一及第二檢測(cè)電路分別包含至少一個(gè)磁檢測(cè)元件。磁檢測(cè)元件是例如具有磁化方向被固定了的磁化固定層、磁化的方向根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向而變化的自由層、以及配置于磁化固定層和自由層之間的非磁性層的自旋閥型磁阻效應(yīng)元件(以下,均記載為MR元件。)。
該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)傳感器中,在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向以一定的角速度變化的情況下,第一信號(hào)和第二信號(hào)的波形理想性地成為相位相互相差90°的正弦曲線(包含正弦(Sine)波形和余弦(Cosine)波形)。但是,如中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)所記載的那樣,第一信號(hào)和第二信號(hào)的波形有時(shí)從正弦曲線失真。在第一信號(hào)和第二信號(hào)的波形失真的情況下,第一信號(hào)包含以描繪理想的正弦曲線的方式變化的第一理想成分和除此以外的第一誤差成分,第二信號(hào)包含以描繪理想的正弦曲線的方式變化的第二理想成分和除此以外的第二誤差成分。
作為第一信號(hào)和第二信號(hào)的波形失真的原因之一,可舉出MR元件的磁化固定層的磁化方向由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等的影響而變動(dòng)。第一信號(hào)和第二信號(hào)的波形失真時(shí),角度檢測(cè)值有時(shí)產(chǎn)生誤差。
中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)中記載有一種技術(shù),為了降低角度檢測(cè)值中產(chǎn)生的誤差,生成由第一信號(hào)的平方和第二信號(hào)的平方的和構(gòu)成的平方和信號(hào),基于該平方和信號(hào)修正第一及第二信號(hào)。
另外,中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第1769844A號(hào)中記載有一種技術(shù),檢測(cè)由從編碼器輸出的相位偏移的二相正弦波狀信號(hào)形成的李薩如波形所包含的來(lái)自理想的李薩如波形的誤差,基于該誤差,修正二相正弦波狀信號(hào)。中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第1769844A號(hào)中的二相正弦波狀信號(hào)與中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)中的第一及第二信號(hào)相當(dāng)。另外,中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第1769844A號(hào)中的李薩如波形的半徑與中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)中的平方和信號(hào)的平方根相當(dāng)。以下的說(shuō)明中,中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第1769844A號(hào)中的二相正弦波狀信號(hào)也是指第一及第二信號(hào)。
中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)所記載的技術(shù)和中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第1769844A號(hào)所記載的技術(shù)均是以平方和信號(hào)的大小的變動(dòng)變小的方式進(jìn)行修正的技術(shù)。因此,這些技術(shù)可以降低對(duì)平方和信號(hào)的大小造成變動(dòng)那樣的誤差。
但是,就角度傳感器的角度檢測(cè)值中產(chǎn)生的誤差而言,根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的角度而變化,但還具有不會(huì)對(duì)平方和信號(hào)的大小造成變動(dòng)的誤差。以下,將這種誤差稱為角度依賴誤差。該角度依賴誤差由于第一信號(hào)和第二信號(hào)中在相同的相位產(chǎn)生的誤差而產(chǎn)生。更詳細(xì)說(shuō)明時(shí),角度依賴誤差由于如下情況而產(chǎn)生:根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的角度,第一信號(hào)和第二信號(hào)相對(duì)于第一理想成分和第二理想成分,分別相差與角度依賴誤差對(duì)應(yīng)的大小。角度依賴誤差由于如下情況而產(chǎn)生:例如在第一檢測(cè)電路的MR元件的自由層和第二檢測(cè)電路的MR元件的自由層上產(chǎn)生相同方向的磁各向異性,或磁場(chǎng)產(chǎn)生部和信號(hào)生成部的位置關(guān)系偏移。中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)所記載的技術(shù)或中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第1769844A號(hào)所記載的技術(shù)中,不能降低角度依賴誤差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于,提供一種角度傳感器的修正裝置及修正方法以及角度傳感器,其可降低由于第一及第二信號(hào)中在相同相位產(chǎn)生的誤差而在基于第一及第二信號(hào)生成的角度檢測(cè)值中產(chǎn)生的誤差。
本發(fā)明的修正裝置用于角度傳感器,該角度傳感器具備:信號(hào)生成部,其分別生成與檢測(cè)對(duì)象的角度具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的第一信號(hào)和第二信號(hào);角度檢測(cè)部,其進(jìn)行使用了第一信號(hào)和第二信號(hào)的運(yùn)算而生成與檢測(cè)對(duì)象的角度具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的角度檢測(cè)值。本發(fā)明的角度傳感器具備上述信號(hào)生成部、上述角度檢測(cè)部、以及本發(fā)明的修正裝置。
在檢測(cè)對(duì)象的角度以規(guī)定的周期變化的情況下,第一信號(hào)包含第一理想成分和第一誤差成分,第二信號(hào)包含第二理想成分和第二誤差成分。第一理想成分和第二理想成分為相互不同的相位并且以描繪理想的正弦曲線的方式周期性地變化。
本發(fā)明的修正裝置具備:修正信息生成部,其生成修正信息;修正處理部,其在角度檢測(cè)部生成角度檢測(cè)值的過(guò)程中,根據(jù)修正信息進(jìn)行決定了處理內(nèi)容的修正處理。修正處理是如下處理:與相當(dāng)于不進(jìn)行修正處理時(shí)的角度檢測(cè)值的未修正角度檢測(cè)值相比,使角度檢測(cè)值接近相當(dāng)于第一信號(hào)不包含第一誤差成分、第二信號(hào)不包含第二誤差成分且不進(jìn)行修正處理時(shí)的角度檢測(cè)值的理想角度推定值。
修正信息生成部包含:誤差推定值生成部,其基于第一信號(hào)以包含第一理想成分和第一誤差成分的方式時(shí)間性地變化且第二信號(hào)以包含第二理想成分和第二誤差成分的方式時(shí)間性地變化的狀況下的第一信號(hào)及第二信號(hào),生成與未修正角度檢測(cè)值和理想角度推定值的差具有對(duì)應(yīng)關(guān)系并且包含根據(jù)理想角度推定值而變化的變化成分的誤差推定值;修正信息決定部,其基于誤差推定值決定修正信息。
本發(fā)明的修正裝置及角度傳感器中,檢測(cè)對(duì)象的角度也可以是基準(zhǔn)位置上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相對(duì)于基準(zhǔn)方向所成的角度。在該情況下,本發(fā)明的角度傳感器中的信號(hào)生成部也可以包含生成第一信號(hào)的第一檢測(cè)電路和生成第二信號(hào)的第二檢測(cè)電路。第一及第二檢測(cè)電路也可以分別包含檢測(cè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的至少一個(gè)磁檢測(cè)元件。至少一個(gè)磁檢測(cè)元件也可以是具有磁化方向被固定了的磁化固定層、磁化的方向根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向而變化的自由層和配置于磁化固定層和自由層之間的非磁性層的至少一個(gè)磁阻效應(yīng)元件。
另外,本發(fā)明的修正裝置及角度傳感器中,第一理想成分和第二理想成分的相位也可以相互相差90°。
另外,本發(fā)明的修正裝置及角度傳感器中,誤差推定值生成部也可以將檢測(cè)對(duì)象的角度的變化的角速度看作一定值,以規(guī)定的時(shí)間間隔算出理想角度推定值,并且基于第一及第二信號(hào)算出未修正角度檢測(cè)值,進(jìn)而將未修正角度檢測(cè)值和理想角度推定值的差設(shè)為誤差推定值。
另外,本發(fā)明的修正裝置及角度傳感器中,修正處理也可以是修正第一及第二信號(hào)的處理。在該情況下,修正信息也可以包含:第一修正信息,其包含將第一誤差成分以傅立葉級(jí)數(shù)表示時(shí)的多個(gè)系數(shù)中的1個(gè)以上的系數(shù);第二修正信息,其包含將第二誤差成分以傅立葉級(jí)數(shù)表示時(shí)的多個(gè)系數(shù)中的1個(gè)以上的系數(shù)。另外,修正信息決定部也可以對(duì)表示相對(duì)于理想角度推定值的變化的誤差推定值的變化的波形進(jìn)行傅立葉變換,基于其結(jié)果,決定第一及第二修正信息。另外,修正處理中,也可以使用修正處理前的第一及第二信號(hào)和第一及第二修正信息,求得第一誤差成分的推定值和第二誤差成分的推定值,從修正處理前的第一信號(hào)減去第一誤差成分的推定值而生成修正處理后的第一信號(hào),從修正處理前的第二信號(hào)減去第二誤差成分的推定值而生成修正處理后的第二信號(hào)。
另外,本發(fā)明的修正裝置及角度傳感器中,修正處理也可以是基于第一及第二信號(hào)算出未修正角度檢測(cè)值,且對(duì)未修正角度檢測(cè)值進(jìn)行修正而生成角度檢測(cè)值的處理。在該情況下,修正信息也可以是規(guī)定表示相對(duì)于理想角度推定值的變化的誤差推定值的變化成分的變化的波形的信息。另外,修正信息決定部也可以對(duì)表示相對(duì)于理想角度推定值的變化的誤差推定值的變化的波形進(jìn)行傅立葉變換,并基于其結(jié)果決定修正信息。
本發(fā)明的角度傳感器的修正方法用于角度傳感器,該角度傳感器具備:信號(hào)生成部,其分別生成與檢測(cè)對(duì)象的角度具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的第一信號(hào)和第二信號(hào);角度檢測(cè)部,其進(jìn)行使用了第一信號(hào)和第二信號(hào)的運(yùn)算而生成與檢測(cè)對(duì)象的角度具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的角度檢測(cè)值。在檢測(cè)對(duì)象的角度以規(guī)定的周期變化的情況下,第一信號(hào)包含第一理想成分和第一誤差成分,第二信號(hào)包含第二理想成分和第二誤差成分。第一理想成分和第二理想成分為相互不同的相位并且以描繪理想的正弦曲線的方式周期性地變化。
本發(fā)明的修正方法包含:生成修正信息的工序;在角度檢測(cè)部生成角度檢測(cè)值的過(guò)程中,根據(jù)修正信息進(jìn)行決定了處理內(nèi)容的修正處理的工序。修正處理是如下處理:與相當(dāng)于不進(jìn)行修正處理時(shí)的角度檢測(cè)值的未修正角度檢測(cè)值相比,使角度檢測(cè)值接近相當(dāng)于第一信號(hào)不包含第一誤差成分、第二信號(hào)不包含第二誤差成分且不進(jìn)行修正處理時(shí)的角度檢測(cè)值的理想角度推定值。
生成修正信息的工序包含:第一工序,基于第一信號(hào)以包含第一理想成分和第一誤差成分的方式時(shí)間性地變化且第二信號(hào)以包含第二理想成分和第二誤差成分的方式時(shí)間性地變化的狀況下的第一信號(hào)及第二信號(hào),生成與未修正角度檢測(cè)值和理想角度推定值的差具有對(duì)應(yīng)關(guān)系并且包含根據(jù)理想角度推定值而變化的變化成分的誤差推定值;第二工序,基于誤差推定值決定修正信息。
本發(fā)明的修正方法中,檢測(cè)對(duì)象的角度也可以是基準(zhǔn)位置上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相對(duì)于基準(zhǔn)方向所成的角度。
另外,本發(fā)明的修正方法中,第一理想成分和第二理想成分的相位也可以相互相差90°。
另外,本發(fā)明的修正方法中,第一工序中,也可以將檢測(cè)對(duì)象的角度的變化的角速度看作一定值,以規(guī)定的時(shí)間間隔算出理想角度推定值,并且基于第一及第二信號(hào)算出未修正角度檢測(cè)值,進(jìn)而將未修正角度檢測(cè)值和理想角度推定值的差設(shè)為誤差推定值。
另外,本發(fā)明的修正方法中,修正處理也可以是修正第一及第二信號(hào)的處理。在該情況下,修正信息也可以包含:第一修正信息,其包含將第一誤差成分以傅立葉級(jí)數(shù)表示時(shí)的多個(gè)系數(shù)中的1個(gè)以上的系數(shù);第二修正信息,其包含將第二誤差成分以傅立葉級(jí)數(shù)表示時(shí)的多個(gè)系數(shù)中的1個(gè)以上的系數(shù)。另外,第二工序中,也可以對(duì)表示相對(duì)于理想角度推定值的變化的誤差推定值的變化的波形進(jìn)行傅立葉變換,基于其結(jié)果,決定第一及第二修正信息。另外,修正處理中,也可以使用修正處理前的第一及第二信號(hào)和第一及第二修正信息,求得第一誤差成分的推定值和第二誤差成分的推定值,從修正處理前的第一信號(hào)減去第一誤差成分的推定值而生成修正處理后的第一信號(hào),從修正處理前的第二信號(hào)減去第二誤差成分的推定值而生成修正處理后的第二信號(hào)。
另外,本發(fā)明的修正方法中,修正處理也可以是基于第一及第二信號(hào)算出未修正角度檢測(cè)值,且對(duì)未修正角度檢測(cè)值進(jìn)行修正而生成角度檢測(cè)值的處理。在該情況下,修正信息也可以是規(guī)定表示相對(duì)于理想角度推定值的變化的誤差推定值的變化成分的變化的波形的信息。另外,第二工序中,也可以對(duì)表示相對(duì)于理想角度推定值的變化的誤差推定值的變化的波形進(jìn)行傅立葉變換,并基于其結(jié)果決定修正信息。
本發(fā)明中,基于第一及第二信號(hào),生成與未修正角度檢測(cè)值和理想角度推定值的差具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的誤差推定值,且基于該誤差推定值決定修正信息,并根據(jù)該修正信息進(jìn)行決定了處理內(nèi)容的修正處理。由此,根據(jù)本發(fā)明,可以降低由于第一及第二信號(hào)中在相同相位產(chǎn)生的誤差而在基于第一及第二信號(hào)生成的角度檢測(cè)值中產(chǎn)生的誤差。
本發(fā)明的其它目的、特征及益處根據(jù)以下的說(shuō)明而變得充分清楚。
附圖說(shuō)明
圖1是表示包含本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的角度傳感器的角度傳感器系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的方向和角度的定義的說(shuō)明圖。
圖3是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的角度傳感器的信號(hào)生成部的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的角度傳感器的角度檢測(cè)部及修正裝置的結(jié)構(gòu)的功能塊圖。
圖5是表示圖3中的一個(gè)磁檢測(cè)元件的一部分的立體圖。
圖6是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的角度傳感器的修正方法中的生成修正信息的工序的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的角度傳感器中的角度檢測(cè)部的動(dòng)作的流程圖。
圖8是表示角度依賴誤差的波形的一個(gè)例子的波形圖。
圖9是表示角度檢測(cè)值中產(chǎn)生的誤差僅為角度依賴誤差時(shí)的平方和信號(hào)的波形的波形圖。
圖10是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的效果的波形圖。
圖11是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的角度傳感器的角度檢測(cè)部及修正裝置的結(jié)構(gòu)的功能塊圖。
圖12是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的角度傳感器的修正方法中的進(jìn)行修正處理的工序的流程圖。
具體實(shí)施方式
[第一實(shí)施方式]
以下,參照附圖,詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。首先,參照?qǐng)D1對(duì)包含本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的角度傳感器的角度傳感器系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施方式所涉及的角度傳感器1是生成與檢測(cè)對(duì)象的角度θ具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的角度檢測(cè)值θs的傳感器。本實(shí)施方式所涉及的角度傳感器1特別是磁角度傳感器。如圖1所示,本實(shí)施方式所涉及的角度傳感器1檢測(cè)方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF。在該情況下,檢測(cè)對(duì)象的角度θ是基準(zhǔn)位置上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向相對(duì)于基準(zhǔn)方向所成的角度。圖1所示的角度傳感器系統(tǒng)具備角度傳感器1和作為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的構(gòu)件的一個(gè)例子的圓柱狀的磁鐵5。磁鐵5具有以包含圓柱的中心軸的假想的平面為中心對(duì)稱地配置的N極和S極。該磁鐵5以圓柱的中心軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由此,磁鐵5所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向以包含圓柱的中心軸的旋轉(zhuǎn)中心C為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
基準(zhǔn)位置位于與磁鐵5的一端面平行的假想的平面(以下,稱為基準(zhǔn)平面。)內(nèi)。在該基準(zhǔn)平面內(nèi),磁鐵5產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向以基準(zhǔn)位置為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)?;鶞?zhǔn)方向位于基準(zhǔn)平面內(nèi)且與基準(zhǔn)位置交叉。以下的說(shuō)明中,基準(zhǔn)位置上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向是指位于基準(zhǔn)平面內(nèi)的方向。角度傳感器1以與磁鐵5的上述一端面相對(duì)的方式配置。
此外,本實(shí)施方式中的角度傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不限于圖1所示的例子。本實(shí)施方式中的角度傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)只要是以基準(zhǔn)位置上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向從角度傳感器1觀察進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的構(gòu)件和角度傳感器1的相對(duì)的位置關(guān)系變化的結(jié)構(gòu)即可。例如,圖1所示那樣配置的磁鐵5和角度傳感器1中,也可以將磁鐵5固定且角度傳感器1旋轉(zhuǎn),也可以使磁鐵5和角度傳感器1向相互相反的方向旋轉(zhuǎn),也可以使磁鐵5和角度傳感器1向相同的方向以相互不同的角速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
另外,也可以代替磁鐵5,而使用將一組以上的N極和S極交替地排列成環(huán)狀的磁鐵,且在該磁鐵外周的附近配置角度傳感器1。在該情況下,只要磁鐵和角度傳感器1的至少一方旋轉(zhuǎn)即可。
另外,也可以代替磁鐵5,而使用將多組N極和S極交替排列成直線狀的磁尺,并在該磁尺的外周的附近配置角度傳感器1。在該情況下,只要磁尺和角度傳感器1的至少一方沿磁尺的N極和S極排列的方向直線性地移動(dòng)即可。
上述各種角度傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中,存在與角度傳感器1具有規(guī)定的位置關(guān)系的基準(zhǔn)平面,在該基準(zhǔn)平面內(nèi),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向從角度傳感器1觀察,以基準(zhǔn)位置為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
角度傳感器1具備分別生成與檢測(cè)對(duì)象的角度θ具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的第一信號(hào)和第二信號(hào)的信號(hào)生成部2。信號(hào)生成部2包含生成第一信號(hào)的第一檢測(cè)電路10和生成第二信號(hào)的第二檢測(cè)電路20。圖1中,為了容易理解,將第一及第二檢測(cè)電路10、20作為不同個(gè)體進(jìn)行描述,但第一及第二檢測(cè)電路10、20也可以一體化。另外,圖1中,第一及第二檢測(cè)電路10、20沿與旋轉(zhuǎn)中心C平行的方向?qū)盈B,但其層疊順序不限于圖1所示的例子。第一及第二檢測(cè)電路10、20各自包含檢測(cè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的至少一個(gè)磁檢測(cè)元件。
在此,參照?qǐng)D1及圖2說(shuō)明本實(shí)施方式中的方向和角度的定義。首先,將與圖1所示的旋轉(zhuǎn)中心C平行且從圖1中的下朝向上的方向定義為Z方向。圖2中,將Z方向表示為從圖2中的里側(cè)朝向跟前的方向。接著,將與Z方向垂直的兩個(gè)方向即相互正交的兩個(gè)方向定義為X方向和Y方向。圖2中,將X方向表示為朝向右側(cè)的方向,將Y方向表示為朝向上側(cè)的方向。另外,將與X方向相反的方向定義為﹣X方向,將與Y方向相反的方向定義為﹣Y方向。
基準(zhǔn)位置PR是角度傳感器1檢測(cè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的位置。基準(zhǔn)方向DR設(shè)為X方向。如上所述,檢測(cè)對(duì)象的角度θ是基準(zhǔn)位置PR上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向DM相對(duì)于基準(zhǔn)方向DR所成的角度。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向DM在圖2中沿逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行旋轉(zhuǎn)。就角度θ而言,從基準(zhǔn)方向DR沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向觀察時(shí),以正值表示,從基準(zhǔn)方向DR沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向觀察時(shí),以負(fù)值表示。
接著,參照?qǐng)D3詳細(xì)說(shuō)明信號(hào)生成部2的結(jié)構(gòu)。圖3是表示信號(hào)生成部2的結(jié)構(gòu)的電路圖。如上所述,信號(hào)生成部2包含生成第一信號(hào)S1的第一檢測(cè)電路10和生成第二信號(hào)S2的第二檢測(cè)電路20。
旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向DM以規(guī)定的周期旋轉(zhuǎn)時(shí),檢測(cè)對(duì)象的角度θ以規(guī)定的周期變化。在該情況下,第一及第二信號(hào)S1、S2均以與上述規(guī)定的周期相等的信號(hào)周期進(jìn)行周期性地變化。第二信號(hào)S2的相位與第一信號(hào)S1的相位不同。本實(shí)施方式中,優(yōu)選第二信號(hào)S2的相位相對(duì)于第一信號(hào)S1的相位相差信號(hào)周期的1/4的奇數(shù)倍。但是,從磁檢測(cè)元件的制作精度等觀點(diǎn)來(lái)看,第一信號(hào)S1和第二信號(hào)S2的相位差也可以從信號(hào)周期的1/4的奇數(shù)倍稍微偏移。以下的說(shuō)明中,第一信號(hào)S1的相位和第二信號(hào)S2的相位的關(guān)系成為上述優(yōu)選的關(guān)系。
第一檢測(cè)電路10具有惠斯通電橋電路14和差分檢測(cè)器15。惠斯通電橋電路14包含:電源端口V1;接地端口G1;兩個(gè)輸出端口E11、E12;串聯(lián)地連接的第一對(duì)的磁檢測(cè)元件R11、R12;串聯(lián)地連接的第二對(duì)的磁檢測(cè)元件R13、R14。磁檢測(cè)元件R11、R13的各一端與電源端口V1連接。磁檢測(cè)元件R11的另一端與磁檢測(cè)元件R12的一端和輸出端口E11連接。磁檢測(cè)元件R13的另一端與磁檢測(cè)元件R14的一端和輸出端口E12連接。磁檢測(cè)元件R12、R14的各另一端與接地端口G1連接。對(duì)電源端口V1施加規(guī)定大小的電源電壓。接地端口G1與地線連接。差分檢測(cè)器15生成與輸出端口E11、E12的電位差對(duì)應(yīng)且以振幅成為1的方式標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào),并將該信號(hào)作為第一信號(hào)S1輸出。
第二檢測(cè)電路20的電路結(jié)構(gòu)與第一檢測(cè)電路10相同。即,第二檢測(cè)電路20具有惠斯通電橋電路24和差分檢測(cè)器25?;菟雇姌螂娐?4包含:電源端口V2;接地端口G2;兩個(gè)輸出端口E21、E22;串聯(lián)地連接的第一對(duì)的磁檢測(cè)元件R21、R22;串聯(lián)地連接的第二對(duì)的磁檢測(cè)元件R23、R24。磁檢測(cè)元件R21、R23的各一端與電源端口V2連接。磁檢測(cè)元件R21的另一端與磁檢測(cè)元件R22的一端和輸出端口E21連接。磁檢測(cè)元件R23的另一端與磁檢測(cè)元件R24的一端和輸出端口E22連接。磁檢測(cè)元件R22、R24的各另一端與接地端口G2連接。對(duì)電源端口V2施加規(guī)定大小的電源電壓。接地端口G2與地線連接。差分檢測(cè)器25生成與輸出端口E21、E22的電位差對(duì)應(yīng)且以振幅成為1的方式標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào),并將該信號(hào)作為第二信號(hào)S2輸出。
本實(shí)施方式中,作為惠斯通電橋電路(以下,記載為電橋電路。)14、24所包含的全部磁檢測(cè)元件,使用磁阻效應(yīng)元件(MR元件),特別是使用自旋閥型的MR元件。自旋閥型的MR元件具有:磁化方向被固定了的磁化固定層、磁化的方向根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向DM而變化的磁性層即自由層、配置于磁化固定層和自由層之間的非磁性層。自旋閥型的MR元件也可以是TMR元件,也可以是GMR元件。TMR元件中,非磁性層為隧道勢(shì)壘層。GMR元件中,非磁層是非磁性導(dǎo)電層。自旋閥型的MR元件中,根據(jù)自由層的磁化方向相對(duì)于磁化固定層的磁化方向所成的角度,電阻值變化,該角度為0°時(shí),電阻值成為最小值,角度為180°時(shí),電阻值成為最大值。以下的說(shuō)明中,將電橋電路14、24所包含的磁檢測(cè)元件記載為MR元件。圖3中,涂抹的箭頭表示MR元件中的磁化固定層的磁化方向,白色箭頭表示MR元件中的自由層的磁化方向。
第一檢測(cè)電路10中,MR元件R11、R14的磁化固定層的磁化方向?yàn)閄方向,MR元件R12、R13的磁化固定層的磁化方向?yàn)椹乆方向。在該情況下,根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的X方向的成分的強(qiáng)度,輸出端口E11、E12的電位差變化。因此,第一檢測(cè)電路10檢測(cè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的X方向的成分的強(qiáng)度,并將表示該強(qiáng)度的信號(hào)作為第一信號(hào)S1生成。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的X方向的成分的強(qiáng)度與檢測(cè)對(duì)象的角度θ具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。
第二檢測(cè)電路20中,MR元件R21、R24的磁化固定層的磁化方向?yàn)閅方向,MR元件R22、R23的磁化固定層的磁化方向?yàn)椹乊方向。在該情況下,根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的Y方向的成分的強(qiáng)度,輸出端口E21、E22的電位差變化。因此,第二檢測(cè)電路20檢測(cè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的Y方向的成分的強(qiáng)度,并將表示該強(qiáng)度的信號(hào)作為第二信號(hào)S2生成。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的Y方向的成分的強(qiáng)度與檢測(cè)對(duì)象的角度θ具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。
此外,從MR元件的制作精度等觀點(diǎn)來(lái)看,檢測(cè)電路10、20內(nèi)的多個(gè)MR元件中的磁化固定層的磁化方向也可以從上述方向稍微偏移。
在此,參照?qǐng)D5說(shuō)明MR元件的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖5是表示圖3所示的信號(hào)生成部2中的MR元件的一部分的立體圖。該例子中,一個(gè)MR元件具有多個(gè)下部電極142、多個(gè)MR膜150和多個(gè)上部電極143。多個(gè)下部電極142配置于未圖示的基板上。各個(gè)下部電極142具有細(xì)長(zhǎng)的形狀。在下部電極142的長(zhǎng)邊方向上鄰接的兩個(gè)下部電極142之間形成有間隙。如圖5所示,在下部電極142的上面上,在長(zhǎng)邊方向的兩端附近分別配置有MR膜150。MR膜150包含從下部電極142側(cè)依次層疊的自由層151、非磁性層152、磁化固定層153及反鐵磁性層154。自由層151與下部電極142電連接。反鐵磁性層154由反鐵磁性材料構(gòu)成,在與磁化固定層153之間產(chǎn)生交換耦合,將磁化固定層153的磁化方向固定。多個(gè)上部電極143配置于多個(gè)MR膜150之上。各個(gè)上部電極143具有細(xì)長(zhǎng)的形狀,將在下部電極142的長(zhǎng)邊方向上鄰接的兩個(gè)下部電極142上配置而鄰接的兩個(gè)MR膜150的反鐵磁性層154彼此電連接。根據(jù)這種結(jié)構(gòu),圖5所示的MR元件具有利用多個(gè)下部電極142和多個(gè)上部電極143串聯(lián)地連接的多個(gè)MR膜150。此外,就MR膜150中的層151~154的配置而言,上下也可以與圖5所示的配置相反。
如上所述,在檢測(cè)對(duì)象的角度θ以上述規(guī)定的周期變化的情況下,第一及第二信號(hào)S1、S2均以與上述規(guī)定的周期相等的信號(hào)周期進(jìn)行周期性地變化。信號(hào)S1、S2各自的波形理想性地成為正弦曲線(包含正弦(Sine)波形和余弦(Cosine)波形)。但是,實(shí)際上,由于例如MR膜150的磁化固定層153的磁化方向因旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF等影響而變動(dòng),或MR膜150的自由層151的磁化方向因自由層151的磁各向異性等影響而不與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)MF的方向DM一致,信號(hào)S1、S2各自的波形從正弦曲線失真。
信號(hào)S1、S2各自的波形從正弦曲線失真是指信號(hào)S1、S2各自包含以描繪理想的正弦曲線的方式周期性地變化的理想成分和該理想成分以外的誤差成分。本實(shí)施方式中,在檢測(cè)對(duì)象的角度θ以上述規(guī)定的周期變化的情況下,第一信號(hào)S1包含第一理想成分S1i和第一誤差成分S1e,第二信號(hào)S2包含第二理想成分S2i和第二誤差成分S2e。第一理想成分S1i和第二理想成分S2i為相互不同的相位并且以描繪理想的正弦曲線的方式周期性地變化。
圖3所示的例子中,第一理想成分S1i的波形成為依賴于角度θ的余弦(Cosine)波形,第二理想成分S2i的波形成為依賴于角度θ的正弦(Sine)波形。在該情況下,第一理想成分S1i和第二理想成分S2i的相位相互相差π/2(90°)。
接著,參照?qǐng)D4說(shuō)明角度傳感器1的、信號(hào)生成部2以外的部分。角度傳感器1除了具備信號(hào)生成部2以外,還具備圖4所示的角度檢測(cè)部3和修正裝置4。圖4是表示角度檢測(cè)部3及修正裝置4的結(jié)構(gòu)的功能塊圖。角度檢測(cè)部3進(jìn)行使用了第一信號(hào)S1和第二信號(hào)S2的運(yùn)算,生成與檢測(cè)對(duì)象的角度θ具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的角度檢測(cè)值θs。
角度檢測(cè)部3具備進(jìn)行用于生成角度檢測(cè)值θs的運(yùn)算的運(yùn)算部31。修正裝置4具備生成修正信息的修正信息生成部41和修正處理部42。修正處理部42在角度檢測(cè)部3生成角度檢測(cè)值θs的過(guò)程中,根據(jù)修正信息進(jìn)行決定了處理內(nèi)容的修正處理。因此,修正處理部42被組入到角度檢測(cè)部3。
在此,將與不進(jìn)行修正處理時(shí)的角度檢測(cè)值θs相當(dāng)?shù)闹捣Q為未修正角度檢測(cè)值,并以記號(hào)θp表示。另外,將與第一信號(hào)S1不包含第一誤差成分S1e、第二信號(hào)S2不包含第二誤差成分S2e且不進(jìn)行修正處理時(shí)的角度檢測(cè)值θs相當(dāng)?shù)闹捣Q為理想角度推定值,并以記號(hào)θc表示。修正處理是與未修正角度檢測(cè)值θp相比,使角度檢測(cè)值θs接近理想角度推定值θc的處理。
修正信息生成部41包含:基于第一及第二信號(hào)S1、S2生成誤差推定值E的誤差推定值生成部411;基于誤差推定值E決定修正信息的修正信息決定部412。誤差推定值E與未修正角度檢測(cè)值θp和理想角度推定值θc的差(θp-θc)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。誤差推定值E包含根據(jù)理想角度推定值θc而變化的變化成分Ev。此外,修正信息生成部41中使用的第一信號(hào)S1是以第一信號(hào)S1包含第一理想成分S1i和第一誤差成分S1e的方式時(shí)間性地變化的狀況下的第一信號(hào)S1。同樣,修正信息生成部41中使用的第二信號(hào)S2是以第二信號(hào)S2包含第二理想成分S2i和第二誤差成分S2e的方式時(shí)間性地變化的狀況下的第二信號(hào)S2。
角度檢測(cè)部3和修正裝置4可以利用例如面向特定用途的集成電路(ASIC)或微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
以下,參照?qǐng)D4、圖6及圖7說(shuō)明角度檢測(cè)部3及修正裝置4的動(dòng)作和本實(shí)施方式所涉及的角度傳感器1的修正方法。本實(shí)施方式所涉及的修正方法包含:生成修正信息的工序;在角度檢測(cè)部3生成角度檢測(cè)值θs的過(guò)程中,根據(jù)修正信息進(jìn)行決定了處理內(nèi)容的修正處理的工序。圖6是表示生成修正信息的工序的流程圖。圖6所示的工序在角度傳感器1的出庫(kù)前或使用前執(zhí)行。圖7是表示角度檢測(cè)部3的動(dòng)作的流程圖。圖7所示的動(dòng)作包含進(jìn)行修正處理的工序。圖7所示的動(dòng)作在使用角度傳感器1時(shí)執(zhí)行。
如圖6所示,生成修正信息的工序包含基于第一及第二信號(hào)S1、S2生成誤差推定值E的第一工序S110和基于誤差推定值E決定修正信息的第二工序S120。第一工序S110中使用的第一及第二信號(hào)S1、S2與修正信息生成部41中使用的第一及第二信號(hào)S1、S2相同。
以下,說(shuō)明第一工序S110。第一工序S110由誤差推定值生成部411執(zhí)行。誤差推定值生成部411將檢測(cè)對(duì)象的角度θ的變化的角速度看作一定值,以規(guī)定的時(shí)間間隔算出理想角度推定值θc,并且基于第一及第二信號(hào)S1、S2算出未修正角度檢測(cè)值θp,進(jìn)而將未修正角度檢測(cè)值θp和理想角度推定值θc的差設(shè)為誤差推定值E。
第一工序S110在可以將檢測(cè)對(duì)象的角度θ的變化的角速度看作一定值的狀況即檢測(cè)對(duì)象的角度θ以一定或大致一定的角速度變化的狀況下執(zhí)行。該狀況通過(guò)在圖1所示的角度傳感器系統(tǒng)中,使磁鐵5以一定或大致一定的角速度旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)。該狀況也可以說(shuō)是第一信號(hào)S1以包含第一理想成分S1i和第一誤差成分S1e的方式時(shí)間性地變化且第二信號(hào)S2以包含第二理想成分S2i和第二誤差成分S2e的方式時(shí)間性地變化的狀況。
第一工序S110中,在上述狀況下,首先,求得角度θ的變化的角速度的推定值ω。角速度的推定值ω可以通過(guò)例如以下方法求得。即,以規(guī)定的時(shí)間間隔T逐次算出未修正角度檢測(cè)值θp,并且算出未修正角度檢測(cè)值θp的變化的角速度,進(jìn)一步算出至此為止算出的未修正角度檢測(cè)值θp的變化的角速度的平均值。將該處理進(jìn)行某程度的較長(zhǎng)的期間、例如未修正角度檢測(cè)值θp變化1個(gè)周期(360°)的期間,并將最終得到的未修正角度檢測(cè)值θp的變化的角速度的平均值設(shè)為角度θ的變化的角速度的推定值ω。
第一工序S110中,求得角速度的推定值ω后,在上述狀況下,進(jìn)行以規(guī)定的時(shí)間間隔T逐次算出理想角度推定值θc、未修正角度檢測(cè)值θp及誤差推定值E的處理。該處理進(jìn)行例如未修正角度檢測(cè)值θp變化1個(gè)周期的期間。在此,將開(kāi)始逐次算出θc、θp、E的處理后最初算出未修正角度檢測(cè)值θp的時(shí)機(jī)下的θp的值設(shè)為θp(0)。另外,算出θp(0)的時(shí)機(jī)下的θc、E的值不在計(jì)算求得。本實(shí)施方式中,將算出θp(0)的時(shí)機(jī)下的θc、E的值分別設(shè)為θc(0)、E(0),將θc(0)設(shè)定成與θp(0)相等的值,并將E(0)設(shè)定成0。
另外,算出θp(0)的時(shí)機(jī)之后,將在時(shí)間上第i個(gè)時(shí)機(jī)下算出的理想角度推定值θc、未修正角度檢測(cè)值θp及誤差推定值E分別設(shè)為θc(i)、θp(i)、E(i)。i為1以上的整數(shù)。
誤差推定值生成部411通過(guò)下式(1)算出θp。
θp=atan(S2/S1)…(1)
式(1)中的atan(S2/S1)表示求得θp的反正切計(jì)算,S1、S2表示算出θp的時(shí)機(jī)下的第一及第二信號(hào)S1、S2的值。此外,若θp在0°以上且小于360°的范圍內(nèi),則式(1)中的θp的解中,具有相差180°的兩個(gè)值。但是,通過(guò)S1、S2的正負(fù)組合,可以判別θp的真值是否為式(1)中的θp的兩個(gè)解的任一者。即,S1為正值時(shí),θp為0°以上且小于90°及比270°大且360°以下的范圍內(nèi)。S1為負(fù)值時(shí),θp比90°大且比270°小。S2為正值時(shí),θp比0°大且比180°小。S2為負(fù)值時(shí),θp比180°大且比360°小。誤差推定值生成部411通過(guò)式(1)和上述S1、S2的正負(fù)的組合的判定,在0°以上且小于360°的范圍內(nèi)求得θp。
另外,誤差推定值生成部411通過(guò)下式(2)算出θc(i)。
θc(i)=θc(i-1)+ω·T…(2)
誤差推定值生成部411還通過(guò)下式(3)算出E(i)。
E(i)=θp(i)-θc(i)…(3)
接著,說(shuō)明第二工序S120。第二工序S120由修正信息決定部412執(zhí)行。如圖6所示,第二工序S120包含:對(duì)表示相對(duì)于理想角度推定值θc的變化的誤差推定值E的變化的波形(以下,稱為誤差推定值E的波形。)進(jìn)行傅立葉變換的工序S121;基于工序S121的結(jié)果決定修正信息的工序S122。
首先,說(shuō)明對(duì)誤差推定值E的波形進(jìn)行傅立葉變換的工序S121。工序S121中,基于第一工序S110中算出的θc(i)和E(i),對(duì)誤差推定值E的波形進(jìn)行傅立葉變換。此外,本實(shí)施方式中,誤差推定值E的波形通過(guò)離散化的數(shù)據(jù)表示。因此,工序S121中,對(duì)誤差推定值E的波形進(jìn)行離散傅立葉變換(DFT)。在該情況下,工序S121中,按照以0以上的整數(shù)表示的每個(gè)頻率,通過(guò)積和運(yùn)算求得頻域的函數(shù)。工序S121中,求得每個(gè)頻率的頻域的函數(shù)的振幅和相位。
工序S121也可以在工序S110中得到未修正角度檢測(cè)值θp的1個(gè)周期的誤差推定值E之后執(zhí)行,也可以與工序S110并行地執(zhí)行。在與工序S110并行地執(zhí)行工序S121的情況下,在工序S110中得到新的誤差推定值E(i)的時(shí)候,在工序S121中,更新用于求得每個(gè)頻率的頻域的函數(shù)的積和運(yùn)算的結(jié)果。通過(guò)重復(fù)執(zhí)行該動(dòng)作,在工序S110中得到最后的誤差推定值E(i)后,在工序S121中求得每個(gè)頻率的頻域的函數(shù)。
基于工序S121的傅立葉變換的結(jié)果,誤差推定值E可以如式(4A)、(4B)那樣表示。式(4B)中,Ec是與上述傅立葉變換后的頻率0的頻域的函數(shù)的振幅對(duì)應(yīng)的一定值。
E=Ec+Ev…(4A)
Ev=A1cos(θc-α1)
+A2cos{2(θc-α2)}
+A3cos{3(θc-α3)}+……(4B)
以下說(shuō)明中,將式(4B)中的Ancos{n(θc-αn)}的項(xiàng)稱為誤差推定值E的n次成分(n為1以上的整數(shù))。工序S121中,接著求得誤差推定值E的n次成分的振幅An和相位αn。誤差推定值E的n次成分的振幅An和相位αn可以根據(jù)傅立葉變換后的頻率n的頻域的函數(shù)的振幅和相位求得。
接著,說(shuō)明決定修正信息的工序S122。如上所述,工序S122中,基于進(jìn)行傅立葉變換的工序S121的結(jié)果,決定修正信息。本實(shí)施方式中特別是工序S122中,忽視與上述傅立葉變換后的頻率0的頻域的函數(shù)的振幅對(duì)應(yīng)的Ec,基于誤差推定值E的變化成分Ev決定修正信息。
在此,說(shuō)明忽視Ec的原因。如上所述,第一工序S110中,不管實(shí)際的誤差(未修正角度檢測(cè)值θp和檢測(cè)對(duì)象的角度θ的差)為多少,均將算出θp(0)的時(shí)機(jī)下的誤差推定值E的值E(0)設(shè)定成0。由于該處理,Ec根據(jù)算出θp(0)的時(shí)機(jī)而變化。雖然在后面詳細(xì)地說(shuō)明,但本實(shí)施方式中,降低角度依賴誤差。Ec與該角度依賴誤差無(wú)關(guān)系。與角度依賴誤差存在關(guān)系的是誤差推定值E中的變化成分Ev。根據(jù)以上,本實(shí)施方式中,忽視Ec,基于變化成分Ev決定修正信息。
本實(shí)施方式中,修正信息包含第一修正信息和第二修正信息。第一信號(hào)S1的第一誤差成分S1e可以如式(5)那樣以傅立葉級(jí)數(shù)表示。第一修正信息包含將第一誤差成分S1e如式(5)那樣以傅立葉級(jí)數(shù)表示時(shí)的多個(gè)系數(shù)a11、a12、a13、a14、…、b11、b12、b13、b14、…中的1個(gè)以上的系數(shù)。同樣,第二信號(hào)S2的第二誤差成分S2e可以如式(6)那樣以傅立葉級(jí)數(shù)表示。第二修正信息包含將第二誤差成分S2e如式(6)那樣以傅立葉級(jí)數(shù)表示時(shí)的多個(gè)系數(shù)a21、a22、a23、a24、…、b21、b22、b23、b24、…中的1個(gè)以上的系數(shù)。
S1e=a11cosθc+b11sinθc
+a12cos2θc+b12sin2θc
+a13cos3θc+b13sin3θc
+a14cos4θc+b14sin4θc+……(5)
S2e=a21cosθc+b21sinθc
+a22cos2θc+b22sin2θc
+a23cos3θc+b23sin3θc
+a24cos4θc+b24sin4θc+……(6)
工序S122中,基于工序S121中求得的誤差推定值E的n次成分的振幅An和相位αn,算出第一及第二修正信息。
以下,將式(5)中的cos(mθc)、sin(mθc)的系數(shù)分別以記號(hào)a1m、b1m表示,將式(6)中的cos(mθc)、sin(mθc)的系數(shù)分別以記號(hào)a2m、b2m表示。此外,m為1以上的整數(shù)。
在此,以誤差推定值E的變化成分Ev僅包含誤差推定值E的2次成分A2cos{2(θc~α2)}的情況為例說(shuō)明系數(shù)a1m、b1m、a2m、b2m的算出方法。在此,第一信號(hào)S1的第一理想成分S1i的波形假定為依賴于理想角度推定值θc的余弦波形。在該情況下,第一信號(hào)S1的第一誤差成分S1e通過(guò)下式(7)表示。
S1e=S1-S1i
=cos(θc+E)-cosθc
=cosθc·cosE-sinθc·sinE-cosθc…(7)
但是,x充分小時(shí),可以將cosx、sinx分別近似為1、x。本實(shí)施方式中,誤差推定值E的值是可以將cosE、sinE分別近似為1、E那樣小的值。當(dāng)將該近似應(yīng)用于式(7)時(shí),第一誤差成分S1e以下式(8)表示。
S1e≒cosθc-sinθc·E-cosθc
=-sinθc·E
=-sinθc·A2cos{2(θc-α2)}
=-A2{sin(3θc-2α2)+sin(-θc+2α2)}/2
=-A2{sin3θc·cos2α2-cos3θc·sin2α2}/2
+A2{sinθc·cos2α2-cosθc·sin2α2)/2
={(-A2sin2α2)/2}·cosθc
+{(A2cos2α2)/2}·sinθc
+{(A2sin2α2)/2}·cos3θc
+{(-A2cos2α2)/2}·sin3θc…(8)
當(dāng)將式(5)和式(8)比較時(shí),如下所述,求得系數(shù)a1m、b1m。
a11=(-A2sin2α2)/2
b11=(A2cos2α2)/2
a12=0
b12=0
a13=(A2Sin2α2)/2
b13=(-A2cos2α2)/2
a14=0
b14=0
A2、α2在工序S121中求得。因此,可以使用A2、α2算出系數(shù)a11、b11、a13、b13。
另外,將第二信號(hào)S2的第二理想成分S2i的波形假定為依賴于理想角度推定值θc的正弦波形。在該情況下,與式(8)一樣,將表示第二信號(hào)S2的第二誤差成分S2e的式進(jìn)行變形時(shí),第二誤差成分S2e以下式(9)表示。
S2e≒sinθc+cosθc·E-sinθc
={(A2cos2α2)/2}·cosθc
+{(A2sin2α2)/2}·sinθc
+{(A2cos2α2)/2}·cos3θc
+{(A2sin2α2)//2}·sin3θc…(9)
將式(9)和式(6)比較時(shí),如下所述,求得系數(shù)α2m、b2m。
a21=(A2cos2α2)/2
b21=(A2sin2α2)/2
a22=0
b22=0
a23=(A2cos2α2)/2
b23=(A2Sin2α2)/2
a24=0
b24=0
如上所述,A2、α2在工序S121中求得。因此,可以使用A2、α2算出系數(shù)a21、b21、a23、b23。
此外,不限于誤差推定值E的變化成分Ev僅包含誤差推定值E的2次成分的情況,即使在誤差推定值E的變化成分Ev包含誤差推定值E的多個(gè)n次成分的情況下,可以使用多個(gè)n次成分的振幅An和相位αn,算出系數(shù)a1m、b1m、a2m、b2m。例如,在誤差推定值E的變化成分Ev包含1次成分A1cos(θc-α1)、2次成分A2cos{2(θc-α2)}及3次成分A3cos{3(θc-α3)}的情況下,系數(shù)a1m、b1m如下述表示。A1~A3、α1~α3在工序S121中求得。因此,可以使用A1~A3、α1~α3算出系數(shù)a11~a14、b11~b14。
a11=(―A2sin2α2)/2
b11=(A2cos2α2)/2
a12=(A1sinα1-A3sin3α3)/2
b12=(-A1cosα1+A3cos3α3)/2
a13=(A2sin2α2)/2
b13=(-A2cos2α2)/2
a14=(A3sin3α3)/2
b14=(-A3cos3α3)/2
同樣,系數(shù)a2m、b2m如下述表示。A1~A3、α1~α3在工序S121中求得。因此,可以使用A1~A3、α1~α3,算出系數(shù)a21~a24、b21~b24。
a21=(A2cos2α2)/2
b21=(A2sin2α2)/2
a22=(A1cosα1+A3cos3α3)/2
b22=(A1sinα1+A3sin3α3)/2
a23=(A2cos2α2)/2
b23=(A2sin2α2)/2
a24=(A3cos3α3)/2
b24=(A3sin3α3)/2
這樣,通過(guò)算出系數(shù)a1m、b1m、a2m、b2m,決定修正信息。以下的說(shuō)明中,第一修正信息包含算出的全部系數(shù)a1m、b1m,第二修正信息包含算出的全部系數(shù)a2m、b2m。決定修正信息時(shí),進(jìn)行修正處理的工序中的修正處理的內(nèi)容也確定。如上所述,生成圖6所示的修正信息的工序在角度傳感器1的出庫(kù)前或使用前執(zhí)行。因此,修正處理的內(nèi)容在角度傳感器1的使用前進(jìn)行確定。
接著,參照?qǐng)D7說(shuō)明角度檢測(cè)部3的動(dòng)作。圖7所示的動(dòng)作中,首先,執(zhí)行進(jìn)行修正處理的工序S200。進(jìn)行修正處理的工序S200由修正處理部42執(zhí)行。本實(shí)施方式中,修正處理是修正第一及第二信號(hào)S1、S2的處理。如圖7所示,進(jìn)行修正處理的工序S200包含:算出第一誤差成分S1e的推定值Ep1和第二誤差成分S2e的推定值Ep2的工序S201;修正第一及第二信號(hào)S1、S2的工序S202。修正處理部42及工序S200中使用的第一及第二信號(hào)S1、S2是角度傳感器1的使用時(shí)的第一及第二信號(hào)S1、S2。
以下,說(shuō)明算出推定值Ep1、Ep2的工序S201。修正處理部42使用修正處理前的第一及第二信號(hào)S1、S2和第一修正信息即系數(shù)alm、b1m和第二修正信息即系數(shù)a2m、b2m,求得推定值Ep1、Ep2。推定值Ep1以式(10)表示。推定值Ep2以式(11)表示。
Ep1=a11cosθp+b11sinθp
+a12cos2θp+b12sin2θp
+a13cos3θp+b13sin3θp
+a14cos4θp+b14sin4θp+…(10)
Ep2=a21cosθp+b21sinθp
+a22cos2θp+b22sin2θp
+a23cos3θp+b23sin3θp
+a24cos4θp+b24sin4θp+…(11)
式(10)的右邊是在表示第一誤差成分S1e的式(5)的右邊將理想角度推定值θc置換成未修正角度檢測(cè)值θp的內(nèi)容。式(11)的右邊是在表示第二誤差成分S2e的式(6)的右邊將理想角度推定值θc置換成未修正角度檢測(cè)值θp的內(nèi)容。將理想角度推定值θc置換成未修正角度檢測(cè)值θp時(shí),根據(jù)式(5)求得的第一誤差成分S1e的值和基于理想角度推定值θc且根據(jù)式(5)求得的第一誤差成分S1e的值的差非常小。同樣,將理想角度推定值θc置換成未修正角度檢測(cè)值θp時(shí),根據(jù)式(6)求得的第二誤差成分S2e的值和基于理想角度推定值θc且根據(jù)式(6)求得的第二誤差成分S2e的值的差非常小。因此,根據(jù)式(10)、(11)求得的推定值Ep1、Ep2具有充分的精度。
修正處理部42使用式(1)且根據(jù)修正處理前的第一及第二信號(hào)S1、S2求得未修正角度檢測(cè)值θp,將該θp代入式(10)、(11),也可以求得推定值Ep1、Ep2。
或者,修正處理部42也可以不求得未修正角度檢測(cè)值θp,而如下求得推定值Ep1、Ep2。首先,式(10)的右邊和式(11)的右邊的cosθp和sinθp分別是修正處理前的第一信號(hào)S1和修正處理前的第二信號(hào)S2的值。另外,式(10)的右邊和式(11)的右邊的2次以上的高次成分的項(xiàng)可以使用三角函數(shù)的倍角的公式或三倍角的公式等,并使用cosθp和sinθp表示。例如,cos2θp、sin2θp、cos3θp、sin3θp、cos4θp、sin4θp分別通過(guò)下式(12A)、(12B)、(12C)、(12D)、(12E)、(12F)表示。
cos2θp=cos2θp-sin2θp…(12A)
sin2θp=2sinθp·cosθp…(12B)
cos3θp=4cos3θp-3cosθp…(12C)
sin3θp=3sinθp-4sin3θp…(12D)
cos4θp=8cos4θp-8cos2θp+1…(12E)
sin4θp=cosθp·(4sinθp-8sin3θp)…(12F)
因此,推定值Ep1、Ep2可以使用修正處理前的第一信號(hào)S1的值cosθp、修正處理前的第二信號(hào)S2的值sinθp、第一修正信息即系數(shù)alm、b1m和第二修正信息即系數(shù)a2m、b2m算出。
接著,說(shuō)明修正第一及第二信號(hào)S1、S2的工序S202。修正處理部42從修正處理前的第一信號(hào)S1減去第一誤差成分S1e的推定值Ep1而生成修正處理后的第一信號(hào)Sa1,從修正處理前的第二信號(hào)S2減去第二誤差成分S2e的推定值Ep2而生成修正處理后的第二信號(hào)Sa2。修正處理后的第一及第二信號(hào)Sa1、Sa2分別通過(guò)下式(13A)、(13B)表示。
Sa1=S1-Ep1…(13A)
Sa2=S2-Ep2…(13B)
接著,說(shuō)明生成角度檢測(cè)值θs的工序S300。工序S300由角度檢測(cè)部3的運(yùn)算部31執(zhí)行。運(yùn)算部31基于修正處理后的第一及第二信號(hào)Sa1、Sa2,算出與角度θ具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的角度檢測(cè)值θs。具體而言,例如,運(yùn)算部31通過(guò)下式(14)算出θs。此外,“atan”表示反正切。
θs=atan(Sa2/Sa1)…(14)
式(14)中的atan(Sa2/Sal)表示求得θs的反正切計(jì)算。此外,若θs為0°以上且小于360°的范圍內(nèi),則式(14)的θs的解中具有相差180°的兩個(gè)值。但是,通過(guò)Sa1、Sa2的正負(fù)的組合,可以判別θs的真值是否為式(14)中的θs的兩個(gè)解的任一者。θs的真值和Sa1、Sa2的正負(fù)的組合的關(guān)系與上述的θp的真值和S1、S2的正負(fù)的組合的關(guān)系相同。
如上所述,本實(shí)施方式中,降低角度依賴誤差。角度依賴誤差是由于第一信號(hào)S1和第二信號(hào)S2中在相同的相位產(chǎn)生的誤差而在基于第一及第二信號(hào)S1、S2生成的角度檢測(cè)值θs中產(chǎn)生的誤差。更詳細(xì)說(shuō)明時(shí),角度依賴誤差由于如下產(chǎn)生,即,根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的角度θ,第一信號(hào)S1和第二信號(hào)S2相對(duì)于第一理想成分S1i和第二理想成分S2i分別相差與角度依賴誤差對(duì)應(yīng)的大小。該角度依賴誤差根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的角度θ不同而變化,但不會(huì)對(duì)由第一信號(hào)S1的平方和第二信號(hào)S2的平方的和構(gòu)成的平方和信號(hào)的大小造成變動(dòng)。以下,在不進(jìn)行本實(shí)施方式中的修正處理的情況下,將角度檢測(cè)值θs中產(chǎn)生的角度依賴誤差設(shè)為θe。該角度依賴誤差θe由于如下產(chǎn)生,例如,在第一檢測(cè)電路10的MR膜150的自由層151和第二檢測(cè)電路20的MR膜150的自由層151上產(chǎn)生相同方向的磁各向異性,或磁鐵5和信號(hào)生成部2的位置關(guān)系偏移。中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)所記載的技術(shù)或中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第1769844A號(hào)所記載的技術(shù)中,不能降低角度依賴誤差。
在此,說(shuō)明角度檢測(cè)值θs中產(chǎn)生的誤差僅為角度依賴誤差θe時(shí)的第一信號(hào)S1和第二信號(hào)S2。首先,角度依賴誤差θe可以通過(guò)例如與式(4B)同樣的下式(15)表示。
θe=A01cos(θ-α01)
+A02cos{2(θ-α02)}
+A03cos{3(θ-α03)}+……(15)
圖8表示角度依賴誤差θe的波形的一個(gè)例子。圖8中,橫軸表示角度θ,縱軸表示角度依賴誤差θe。圖8中表示角度依賴誤差θe為0.lcos{2(0-45°)}的情況的例子。
角度檢測(cè)值θs中產(chǎn)生的誤差僅為角度依賴誤差θe的情況下,第一信號(hào)S1和第二信號(hào)S2分別可以表示為cos(θ+θe)、sin(θ+θe)。在該情況下,平方和信號(hào)通過(guò)下式(16)表示。
S12+S22=cos2(θ+θe)+sin2(θ+θe)=1…(16)
圖9表示角度檢測(cè)值θs中產(chǎn)生的誤差僅為角度依賴誤差θe時(shí)的平方和信號(hào)的波形。圖9中,橫軸表示角度θ,縱軸表示平方和信號(hào)的值。如從式(16)及圖9可理解,在角度檢測(cè)值θs中產(chǎn)生的誤差僅為角度依賴誤差θe的情況下,平方和信號(hào)的值不管角度θ的值,均成為一定。這樣,角度依賴誤差θe不會(huì)對(duì)平方和信號(hào)的大小造成變動(dòng)。中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第102445221A號(hào)所記載的技術(shù)和中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第1769844A號(hào)所記載的技術(shù)均是以平方和信號(hào)的大小的變動(dòng)變小的方式進(jìn)行修正的技術(shù)。因此,這些技術(shù)中,不能降低角度依賴誤差θe。
本實(shí)施方式中,基于第一及第二信號(hào)S1、S2,生成與未修正角度檢測(cè)值θp和理想角度推定值θc的差具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的誤差推定值E,基于該誤差推定值E決定修正信息,并根據(jù)該修正信息進(jìn)行決定了處理內(nèi)容的修正處理。修正處理中,從修正處理前的第一信號(hào)S1減去第一誤差成分S1e的推定值Ep1而生成修正處理后的第一信號(hào)Sa1,從修正處理前的第二信號(hào)S2減去第二誤差成分S2e的推定值EP2而生成修正處理后的第二信號(hào)Sa2。由此,降低誤差推定值E的變化成分Ev。由式(4B)表示的變化成分Ev可以說(shuō)是式(15)中表示的角度依賴誤差θe的推定值。因此,根據(jù)本實(shí)施方式,可以降低修正處理后的角度依賴誤差。
圖10是表示本實(shí)施方式的效果的波形圖。圖10中,橫軸表示檢測(cè)對(duì)象的角度θ。圖10中,縱軸表示將第一工序S110中求得的誤差推定值E和角度檢測(cè)值θs中的角度依賴誤差進(jìn)行統(tǒng)稱的誤差。圖10中,符號(hào)71表示誤差推定值E的波形的一個(gè)例子,符號(hào)72表示角度檢測(cè)值θs中的角度依賴誤差的波形的一個(gè)例子。圖10所示的例子中,誤差推定值E的波形中的最大值和最小值的差可以說(shuō)是,不進(jìn)行修正處理時(shí)的角度依賴誤差θe的最大值和最小值的差的推定值。該值約為0.45°。與之相對(duì),角度檢測(cè)值θs的角度依賴誤差的波形中的最大值和最小值的差約為0.13°。這樣,根據(jù)本實(shí)施方式,可以降低角度依賴誤差。
[第二實(shí)施方式]
接著,說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。首先,參照?qǐng)D11說(shuō)明本實(shí)施方式中的角度檢測(cè)部3的結(jié)構(gòu)。圖11是表示角度檢測(cè)部3及修正裝置4的結(jié)構(gòu)的功能塊圖。本實(shí)施方式中,角度檢測(cè)部3僅具備第一實(shí)施方式中說(shuō)明的運(yùn)算部31及修正處理部42中的修正處理部42。修正處理部42被組入到角度檢測(cè)部3。此外,如后面說(shuō)明,本實(shí)施方式中,用于生成角度檢測(cè)值θs的運(yùn)算由修正處理部42進(jìn)行。
以下,參照?qǐng)D11及圖12說(shuō)明角度檢測(cè)部3及修正裝置4的動(dòng)作和本實(shí)施方式的角度傳感器1的修正方法。本實(shí)施方式的修正方法包含根據(jù)修正信息進(jìn)行決定了處理內(nèi)容的修正處理的工序來(lái)代替第一實(shí)施方式中的進(jìn)行修正處理的工序S200。圖12是表示進(jìn)行修正處理的工序的流程圖。
本實(shí)施方式的修正方法中,生成修正信息的工序基本上與第一實(shí)施方式中參照?qǐng)D6說(shuō)明的內(nèi)容相同。但是,本實(shí)施方式中,決定修正信息的工序S122的內(nèi)容與第一實(shí)施方式不同。本實(shí)施方式中,修正信息是規(guī)定表示相對(duì)于理想角度推定值θc的變化的誤差推定值E的變化成分Ev的變化的波形的信息。變化成分Ev通過(guò)上述式(4B)表示。決定修正信息的工序S122中,將圖6所示的進(jìn)行傅立葉變換的工序S121中求得的振幅An和相位αn設(shè)為修正信息。
進(jìn)行圖12所示的修正處理的工序由修正處理部42,在決定修正信息的工序S122后執(zhí)行。進(jìn)行修正處理的工序包含基于第一及第二信號(hào)S1、S2算出未修正角度檢測(cè)值θp的工序S401和修正未修正角度檢測(cè)值θp而生成角度檢測(cè)值θs的工序S402。修正處理部42及進(jìn)行修正處理的工序中使用的第一及第二信號(hào)S1、S2是角度傳感器1的使用時(shí)的第一及第二信號(hào)S1、S2。
算出未修正角度檢測(cè)值θp的工序S401中,修正處理部42基于第一及第二信號(hào)S1、S2,通過(guò)上述式(1)算出未修正角度檢測(cè)值θp。
以下,說(shuō)明生成角度檢測(cè)值θs的工序S402的第一~第三例。首先,說(shuō)明工序S402的第一例。第一例中,在工序S402之前,預(yù)先基于修正信息即誤差推定值E的n次成分的振幅An和相位αn,以角度檢測(cè)值θs的規(guī)定的角度間隔,制作表示未修正角度檢測(cè)值θp和角度檢測(cè)值θs的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表。規(guī)定的角度間隔也可以與第一實(shí)施方式中說(shuō)明的式(1)中的ω·T一致,也可以不一致。上述表中,將第i個(gè)對(duì)應(yīng)的θp和θs分別設(shè)為θpa(i)、θsa(i)。i為0以上的整數(shù)。θpa(0)、θsa(0)均設(shè)為0。θsa(i)是0°以上且小于360°的范圍內(nèi)的值。θpa(i)和θsa(i)的關(guān)系通過(guò)下式(17)表示。
θpa(i)=θsa(i)+Eva(i)…(17)
式(17)中,Eva(i)是上述式(4B)中將理想角度推定值θc置換成θsa(i)而得到的Ev的值。
在使用角度傳感器1時(shí),修正處理部42基于上述表,使用線性內(nèi)插,求得相對(duì)于工序S401中算出的未修正角度檢測(cè)值θp的角度檢測(cè)值θs。更具體地說(shuō)明時(shí),修正處理部42基于與未修正角度檢測(cè)值θp的前后的θpa(i)對(duì)應(yīng)的θsa(i),使用線性內(nèi)插,求得與未修正角度檢測(cè)值θp對(duì)應(yīng)的角度檢測(cè)值θs。就角度檢測(cè)值θs而言,在未修正角度檢測(cè)值θp與特定的θpa(i)一致時(shí),是與特定的θpa(i)對(duì)應(yīng)的θsa(i),θp為θpa(i)以外的時(shí),是通過(guò)線性內(nèi)插推定的值。
接著,說(shuō)明工序S402的第二例。第二例中,修正處理部42首先使用修正信息即誤差推定值E的n次成分的振幅An和相位αn,求得與未修正角度檢測(cè)值θp對(duì)應(yīng)的修正值Cv。修正值Cv是上述式(4B)中將理想角度推定值θc置換成θp而得到的Ev的值。修正處理部42將未修正角度檢測(cè)值θp加上修正值CV而得到的值設(shè)為角度檢測(cè)值θs。
此外,式(4B)中將理想角度推定值θc置換成θp而得到的Ev的值和基于理想角度推定值θc并根據(jù)式(4B)求得的Ev的值的差非常小。因此,通過(guò)第二例得到的角度檢測(cè)值θs具有充分的精度。
接著,說(shuō)明工序S402的第三例。第三例中,修正處理部42與第二例相同,求得與未修正角度檢測(cè)值θp對(duì)應(yīng)的修正值Cv。但是,第三例中,修正處理部42通過(guò)下式(18)求得修正值Cv。式(18)的右邊是將上述式(4B)中的理想角度推定值θc置換成θp并進(jìn)一步展開(kāi)的部分。
Cv=A1{cosθp·cosα1+sinθp·sinα1}
+A2{cos2θp·cos2α2+sin2θp·sin2α2}
+A3{cos3θp·cos3α3+sin3θp·sin3α3}
+……(18)
如第一實(shí)施方式中說(shuō)明的那樣,式(18)的右邊中的cosθp和sinθp分別是修正處理前的第一信號(hào)S1和修正處理前的第二信號(hào)S2的值。另外,式(18)的右邊中的2次以上的高次成分的項(xiàng)可以使用cosθp和sinθp表示。第三例中,修正處理部42使用修正處理前的第一信號(hào)S1的值cosθp、修正處理前的第二信號(hào)S2的值sinθp、誤差推定值E的多個(gè)n次成分的振幅An和相位αn,算出修正值Cv。由此,在算出角度檢測(cè)值θs時(shí),可以省略式(4B)中將理想角度推定值θc置換成θp而得到的式中的余弦函數(shù)的運(yùn)算。
本實(shí)施方式中的其它結(jié)構(gòu)、作用及效果與第一實(shí)施方式一樣。
此外,本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式,可以進(jìn)行各種變更。例如,本發(fā)明的角度傳感器中,在利用本發(fā)明的修正裝置降低角度依賴誤差的修正處理的基礎(chǔ)上,還可以進(jìn)行降低角度檢測(cè)值中產(chǎn)生的角度依賴誤差以外的誤差的其它修正處理。其它修正處理也可以是如下處理:使通過(guò)降低角度依賴誤差的修正處理修正的角度檢測(cè)值僅變化一定值而生成新的角度檢測(cè)值。
另外,本發(fā)明不限于磁角度傳感器,可以應(yīng)用于包含光學(xué)式的角度傳感器等的全部角度傳感器。
基于以上說(shuō)明可知,可以實(shí)施本發(fā)明的各種方式及變形例。因此,在權(quán)利要求的均等的范圍內(nèi),也可以以上述最優(yōu)選的方式以外的方式實(shí)施本發(fā)明。