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特開2024-106245多回転角度検出装置およびそのためのセグメントカウンタ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024106245
(43)【公開日】2024-08-07
(54)【発明の名称】多回転角度検出装置およびそのためのセグメントカウンタ
(51)【国際特許分類】
G01D 5/244 20060101AFI20240731BHJP
G01D 5/245 20060101ALI20240731BHJP
【ＦＩ】
G01D5/244 E
G01D5/245 W
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023010486
(22)【出願日】2023-01-26
(71)【出願人】
【識別番号】000103792
【氏名又は名称】オリエンタルモーター株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】弁理士法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】寳田 明彦
(72)【発明者】
【氏名】染谷 雅行
【テーマコード（参考）】
2F077
【Ｆターム（参考）】
2F077AA24
2F077AA28
2F077AA30
2F077CC02
2F077CC09
2F077CC10
2F077NN04
2F077NN17
2F077NN26
2F077NN27
2F077PP12
2F077PP13
2F077PP19
2F077QQ15
2F077QQ17
2F077RR02
2F077RR28
2F077TT32
2F077TT66
2F077TT73
2F077TT87
(57)【要約】
【課題】小型化および低コスト化に有利な多回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】多回転角度検出装置１００は、回転軸３０の１回転周期を区分したセグメントを回転軸の１回転を越える角度領域でカウントするセグメントカウンタ２と、回転軸の１回転周期内のアブソリュート角度検出値を生成する精密アブソリュート角度検出器１と、それらの出力を統合して、多回転アブソリュート角度検出値を生成する演算装置４とを含む。セグメントカウンタは、一つの発電センサ２０と、磁界発生源５０と、センサ要素ＭＳと、カウント値を記憶する不揮発性メモリ９とを含む。磁界発生源は、回転軸の１回転あたり２周期以上の交番磁界を磁性ワイヤの軸方向に与える。演算装置は、外部からの電源供給を受けたときに、不揮発性メモリに記憶されているカウント値をそのまま用いて、精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値と統合する。
【選択図】図１
【解決手段】多回転角度検出装置１００は、回転軸３０の１回転周期を区分したセグメントを回転軸の１回転を越える角度領域でカウントするセグメントカウンタ２と、回転軸の１回転周期内のアブソリュート角度検出値を生成する精密アブソリュート角度検出器１と、それらの出力を統合して、多回転アブソリュート角度検出値を生成する演算装置４とを含む。セグメントカウンタは、一つの発電センサ２０と、磁界発生源５０と、センサ要素ＭＳと、カウント値を記憶する不揮発性メモリ９とを含む。磁界発生源は、回転軸の１回転あたり２周期以上の交番磁界を磁性ワイヤの軸方向に与える。演算装置は、外部からの電源供給を受けたときに、不揮発性メモリに記憶されているカウント値をそのまま用いて、精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値と統合する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸線まわりに回転する回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する多回転角度検出装置であって、
前記回転体の回転に応じて、前記回転体の１回転周期を区分したセグメントを前記回転体の１回転を越える角度領域でカウントしてカウント値を生成するセグメントカウンタと、
外部からの電源供給により動作し、前記回転体の１回転周期内のアブソリュート角度検出値を前記セグメントよりも高い分解能で生成する精密アブソリュート角度検出器と、
外部からの電源供給により動作し、前記セグメントカウンタのカウント値と、前記精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値とを統合して、前記回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する演算装置と、を含み、
前記セグメントカウンタは、一つの発電センサと、前記回転体とともに前記回転軸線まわりに回転する磁界発生源と、前記発電センサとは別のセンサ要素と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記磁界発生源の回転にともなう磁界の変化によりパルス電圧を発生し、
前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたり２周期以上の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与え、
前記セグメントカウンタは、外部からの電源供給を受けることなく、前記発電センサが発生するパルス電圧のエネルギーによって動作可能であり、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、当該パルス電圧の極性（以下「今回のパルス電圧の極性」という。）、当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「今回のセンサ要素状態」という。）、前回のパルス電圧の極性、当該前回のパルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「前回のセンサ要素状態」という。）、および当該前回のパルス電圧の発生により更新されて前記不揮発性メモリに保存されたカウント値（以下「前回のカウント値」という。）を用いて、前記回転体の回転方向および回転位置を識別して前記カウント値を更新して前記不揮発性メモリに保存し、
前記セグメントカウンタは、
前記今回のパルス電圧の極性と前記今回のセンサ要素状態との組み合わせによって前記回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定し、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが同じときには前記カウント量の絶対値を０とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときには前記カウント量の絶対値を２とし、
前記カウント量の絶対値に前記決定された符号を付して得られる前記カウント量を前記前回のカウント値に加算することにより、前記カウント値を更新し、
前記演算装置は、外部からの電源供給を受けたときに、前記不揮発性メモリに記憶されている前記カウント値をそのまま用いて、前記セグメントカウンタの前記カウント値と前記精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値とを統合して、前記回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する、多回転角度検出装置。
前記回転体の回転に応じて、前記回転体の１回転周期を区分したセグメントを前記回転体の１回転を越える角度領域でカウントしてカウント値を生成するセグメントカウンタと、
外部からの電源供給により動作し、前記回転体の１回転周期内のアブソリュート角度検出値を前記セグメントよりも高い分解能で生成する精密アブソリュート角度検出器と、
外部からの電源供給により動作し、前記セグメントカウンタのカウント値と、前記精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値とを統合して、前記回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する演算装置と、を含み、
前記セグメントカウンタは、一つの発電センサと、前記回転体とともに前記回転軸線まわりに回転する磁界発生源と、前記発電センサとは別のセンサ要素と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記磁界発生源の回転にともなう磁界の変化によりパルス電圧を発生し、
前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたり２周期以上の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与え、
前記セグメントカウンタは、外部からの電源供給を受けることなく、前記発電センサが発生するパルス電圧のエネルギーによって動作可能であり、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、当該パルス電圧の極性（以下「今回のパルス電圧の極性」という。）、当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「今回のセンサ要素状態」という。）、前回のパルス電圧の極性、当該前回のパルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「前回のセンサ要素状態」という。）、および当該前回のパルス電圧の発生により更新されて前記不揮発性メモリに保存されたカウント値（以下「前回のカウント値」という。）を用いて、前記回転体の回転方向および回転位置を識別して前記カウント値を更新して前記不揮発性メモリに保存し、
前記セグメントカウンタは、
前記今回のパルス電圧の極性と前記今回のセンサ要素状態との組み合わせによって前記回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定し、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが同じときには前記カウント量の絶対値を０とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときには前記カウント量の絶対値を２とし、
前記カウント量の絶対値に前記決定された符号を付して得られる前記カウント量を前記前回のカウント値に加算することにより、前記カウント値を更新し、
前記演算装置は、外部からの電源供給を受けたときに、前記不揮発性メモリに記憶されている前記カウント値をそのまま用いて、前記セグメントカウンタの前記カウント値と前記精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値とを統合して、前記回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する、多回転角度検出装置。
【請求項2】
前記セグメントカウンタは、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、前記パルス電圧の極性および当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態を前記不揮発性メモリに保存する、請求項１に記載の多回転角度検出装置。
【請求項3】
前記セグメントカウンタは、前記回転体の１回転周期を４以上に区分したセグメントをカウントする、請求項１に記載の多回転角度検出装置。
【請求項4】
前記磁界発生源は、前記回転軸線上に中心を有する円周上にＮ極およびＳ極を交互に配列した２つ以上の磁極対を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の多回転角度検出装置。
【請求項5】
前記発電センサの前記磁性ワイヤは、前記回転軸線上に中心を有する円周の接線上にあり、前記磁性ワイヤの中心は前記接線の接点上にある、請求項４に記載の多回転角度検出装置。
【請求項6】
前記発電センサは、前記磁性ワイヤの両端部にそれぞれ磁気的に結合された第１磁束伝導片および第２磁束伝導片を有する、請求項５に記載の多回転角度検出装置。
【請求項7】
前記センサ要素は、前記発電センサの中央部に対向する磁極の極性を検出する請求項４に記載の多回転角度検出装置。
【請求項8】
回転軸線まわりに回転する回転体の回転に応じて、前記回転体の１回転周期を区分したセグメントを前記回転体の１回転を越える角度領域でカウントしてカウント値を生成するセグメントカウンタであって、
一つの発電センサと、前記回転体とともに前記回転軸線まわりに回転する磁界発生源と、前記発電センサとは別のセンサ要素と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、前記カウント値を更新するカウンタ回路と、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記磁界発生源の回転にともなう磁界の変化によりパルス電圧を発生し、
前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたり２周期以上の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与え、
前記カウンタ回路は、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、当該パルス電圧の極性（以下「今回のパルス電圧の極性」という。）、当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「今回のセンサ要素状態」という。）、前回のパルス電圧の極性、当該前回のパルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「前回のセンサ要素状態」という。）、および当該前回のパルス電圧の発生により更新されて前記不揮発性メモリに保存されたカウント値（以下「前回のカウント値」という。）を用いて、前記回転体の回転方向および回転位置を識別して前記カウント値を更新して前記不揮発性メモリに保存し、
前記カウンタ回路は、
前記今回のパルス電圧の極性と前記今回のセンサ要素状態との組み合わせによって前記回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定し、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが同じときには前記カウント量の絶対値を０とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときには前記カウント量の絶対値を２とし、
前記カウント量の絶対値に前記決定された符号を付して得られる前記カウント量を前記前回のカウント値に加算することにより、前記カウント値を更新する、
セグメントカウンタ。
一つの発電センサと、前記回転体とともに前記回転軸線まわりに回転する磁界発生源と、前記発電センサとは別のセンサ要素と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、前記カウント値を更新するカウンタ回路と、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記磁界発生源の回転にともなう磁界の変化によりパルス電圧を発生し、
前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたり２周期以上の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与え、
前記カウンタ回路は、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、当該パルス電圧の極性（以下「今回のパルス電圧の極性」という。）、当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「今回のセンサ要素状態」という。）、前回のパルス電圧の極性、当該前回のパルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「前回のセンサ要素状態」という。）、および当該前回のパルス電圧の発生により更新されて前記不揮発性メモリに保存されたカウント値（以下「前回のカウント値」という。）を用いて、前記回転体の回転方向および回転位置を識別して前記カウント値を更新して前記不揮発性メモリに保存し、
前記カウンタ回路は、
前記今回のパルス電圧の極性と前記今回のセンサ要素状態との組み合わせによって前記回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定し、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが同じときには前記カウント量の絶対値を０とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときには前記カウント量の絶対値を２とし、
前記カウント量の絶対値に前記決定された符号を付して得られる前記カウント量を前記前回のカウント値に加算することにより、前記カウント値を更新する、
セグメントカウンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、発電センサを用いた多回転角度検出装置に関する。さらに詳しくは、この発明は、発電センサを用いたセグメントカウンタのカウント値と、１回転周期のアブソリュート角度を精密に検出する角度検出器から得らえる角度検出値とを統合し、１回転を超える多回転アブソリュート角度を検出する装置に関する。さらに、この発明は、多回転角度検出装置のためのセグメントカウンタに関する。
【背景技術】
【0002】
大バルクハウゼン効果（大バルクハウゼンジャンプ）を有する磁性ワイヤは、ウィーガンドワイヤまたはパルスワイヤの名で知られている。この磁性ワイヤは、芯部とその芯部を取り囲むように設けられた表皮部とを備えている。芯部および表皮部の一方は弱い磁界でも磁化方向の反転が起きるソフト（軟磁性）層であり、芯部および表皮部の他方は強い磁界を与えないと磁化方向が反転しないハード（硬磁性）層である。このような磁性ワイヤにコイルを巻回することにより、発電センサを構成することができる。
【0003】
ハード層とソフト層とがワイヤの軸方向に沿って同じ向きに磁化されているときに、その磁化方向とは反対方向の外部磁界強度が増加して或る磁界強度に達すると、ソフト層の磁化方向が反転する。この磁化方向の反転は、磁性ワイヤの或る部分を開始位置としてワイヤ全体に伝播し、ソフト層の磁化方向が一斉に反転する。このとき、大バルクハウゼン効果が発現し、磁性ワイヤに巻かれたコイルにパルス信号が誘発される。上述の外部磁界強度がさらに増加し、或る磁界強度に達すると、ハード層の磁化方向が反転する。
【0004】
この明細書では、ソフト層の磁化方向が反転するときの磁界強度を「動作磁界」といい、ハード層の磁化方向が反転するときの磁界強度を「安定化磁界」という。
【0005】
コイルから得られる出力電圧は、入力磁界（外部磁界）の変化スピードにかかわらず一定であり、入力磁界に対するヒステリシス特性を持つためチャタリングがない、などの特徴を有する。そのため、コイルから生成されるパルス信号は、位置検出装置などに使用される。
【0006】
発電センサに交番磁界が与えられた場合、１周期に対して正パルス信号１つおよび負パルス信号１つの計２つのパルス信号が発生する。磁界の発生源として磁石を使い、磁石と発電センサとの相対的な運動により発電センサに交番磁界が加わるようにし、発生するパルス信号をカウントすることで位置を検出できる。
【0007】
コイルからの出力は電力を持つため、外部電力の供給を要しない発電型のセンサ（発電センサ）を構成できる。すなわち、外部電力の供給なしに、コイルの出力エネルギーにより、周辺回路も動作させることができる。
【0008】
アブソリュートエンコーダ等の角度センサは、本質的に、１回転を超える角度の検出はできない。電源が供給されている状態においては移動量を積算すれば１回転以上の角度の検出ができるが、電源が遮断されると１回転以上の情報は失われる。
【0009】
一方、発電センサを利用したセグメントカウンタは、外部電源が遮断された状態においても、コイルの出力エネルギーを利用できるので、カウントを継続でき、１回転以上の多回転の検出ができる。しかし、一般的に発電センサを使ったセグメントカウンタは、粗い角度しか検出できない。したがって、モータ制御に使う場合など、精密な角度検出が必要な場合は、セグメントカウンタのカウント値と、別に設けた精密アブソリュート角度検出器の角度検出値とを統合し、多回転に渡る精密角度検出値（多回転アブソリュート角度検出値）を利用する。
【0010】
特許文献１および特許文献２は、セグメントカウンタのカウント値と、精密アブソリュート角度検出器の角度検出値とを統合する方法および装置を開示している。
【0011】
特許文献１は、３つ発電センサを６０度ずつの位相差の位置に配置したセグメントカウンタを用いている。
【0012】
１つの発電センサの出力のみでは、運動の方向が変化した場合に運動方向を識別できない。そこで、複数の発電センサを用いて、各発電センサの出力の位相差を使えば運動方向を識別することができる。
【0013】
発電センサがパルス電圧を出力するためには、磁性ワイヤのハード層およびソフト層の磁化方向が一致している状態から、ソフト層のみの磁化方向が反転することが必要である。ハード層およびソフト層の磁化方向が不一致の状態で、ソフト層のみの磁化方向が反転したとしても、パルス信号は生じないか、あるいは生じたとしても非常に小さい。
【0014】
一方向への回転が続くとき、動作磁界に達してパルス電圧が出力された後、次に再び動作磁界に達するよりも前に、安定化磁界に到達するタイミングが存在する。したがって、動作磁界に達する角度位置で、必ず、パルス電圧が発生する。
【0015】
しかし、双方向に回転する場合、すなわち、回転方向が切り替わる場合には、動作磁界に達してもパルス電圧が出力されず、いわゆるパルス抜けが発生することがある。具体的には、動作磁界に達してパルス電圧が出力された後、安定化磁界に到達するよりも前に、回転方向が反転すると、再び動作磁界に到達しても、ハード層およびソフト層の磁化方向が不一致の状態であるので、パルス電圧は出力されない。
【0016】
位相差の異なる位置に複数の発電センサを配置し、それらの出力パルスの位相差を用いることによって、回転方向を識別することができる。しかし、２つの発電センサを用いても、それらの一方でパルス抜けが生じれば、回転方向を識別することができない。したがって、特許文献１に開示されているように、３つの発電センサを用いる必要がある。特許文献１では、さらに、セグメントカウンタのカウント値と精密位置検出器の検出値とを統合し、かつ原点位置のずれを補正するために、３つの発電センサを６０度ずつの位相差の位置に配置している。
【0017】
ところが、複数の発電センサを用いると、位置検出器のサイズおよびコストの増加につながる。
【0018】
特許文献２は、一つの発電センサのパルス信号と、発電センサではない別のセンサ要素の出力信号とを信号処理することで回転方向を判別し、それに応じてカウント動作するセグメントカウンタを開示している。この場合でも、前述のパルス抜けが生じれば、セグメントカウンタのカウント値と精密位置検出器の検出値とを統合するときに不都合がある。そこで、特許文献２では、発電センサの磁性ワイヤの磁化状態をモニタし、その磁化状態に応じて、欠落したパルス電圧の分、セグメントカウンタの値を補正している。それにより、セグメントカウンタのカウント値と精密位置検出器の検出値との同期をとり、それらを統合している。
【0019】
特許文献２に開示されている磁化状態のモニタは、具体的には、発電センサのコイルに徐々に増加する電流を流して、コイルが発生する磁界を磁性ワイヤにかける。それによって、磁性ワイヤの磁化方向が反転するかしないかを、コイルの両端に発生する電圧を観測してモニタする。これにより、磁性ワイヤの磁化状態を調べることができる。
【0020】
しかし、特許文献２のような磁性ワイヤの磁化方向判別およびそれに基づくカウント値の補正のためには、複雑な信号処理が必要であり、それに応じて、装置の小型化やコスト削減が難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0021】
【特許文献1】特許第６２２６８１１号
【特許文献2】特許第５７３０８０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0022】
この発明の一実施形態は、装置の小型化および低コスト化に有利な多回転角度検出装置を提供する。
【0023】
より具体的には、この発明の一実施形態は、複数の発電センサを用いることなく構成されたセグメントカウンタのカウント値と、精密アブソリュート角度検出器の角度検出値とを、複雑な信号処理を要することなく統合して多回転アブソリュート角度検出値を生成できる多回転角度検出装置を提供する。
【0024】
また、この発明の一実施形態は、新規なアルゴリズムによりセグメントを計数するセグメントカウンタおよびそれを備える多回転角度検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0025】
この発明の一実施形態は、次のような特徴を有する回転角度検出装置およびセグメントカウンタを提供する。
【0026】
１．回転軸線まわりに回転する回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する多回転角度検出装置であって、
前記回転体の回転に応じて、前記回転体の１回転周期を区分したセグメントを前記回転体の１回転を越える角度領域でカウントしてカウント値を生成するセグメントカウンタと、
外部からの電源供給により動作し、前記回転体の１回転周期内のアブソリュート角度検出値を前記セグメントよりも高い分解能で生成する精密アブソリュート角度検出器と、
外部からの電源供給により動作し、前記セグメントカウンタのカウント値と、前記精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値とを統合して、前記回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する演算装置と、を含み、
前記セグメントカウンタは、一つの発電センサと、前記回転体とともに前記回転軸線まわりに回転する磁界発生源と、前記発電センサとは別のセンサ要素と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記磁界発生源の回転にともなう磁界の変化によりパルス電圧を発生し、
前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたり２周期以上の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与え、
前記セグメントカウンタは、外部からの電源供給を受けることなく、前記発電センサが発生するパルス電圧のエネルギーによって動作可能であり、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、当該パルス電圧の極性（以下「今回のパルス電圧の極性」という。）、当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「今回のセンサ要素状態」という。）、前回のパルス電圧の極性、当該前回のパルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「前回のセンサ要素状態」という。）、および当該前回のパルス電圧の発生により更新されて前記不揮発性メモリに保存されたカウント値（以下「前回のカウント値」という。）を用いて、前記回転体の回転方向および回転位置を識別して前記カウント値を更新して前記不揮発性メモリに保存し、
前記セグメントカウンタは、
前記今回のパルス電圧の極性と前記今回のセンサ要素状態との組み合わせによって前記回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定し、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが同じときには前記カウント量の絶対値を０とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときには前記カウント量の絶対値を２とし、
前記カウント量の絶対値に前記決定された符号を付して得られる前記カウント量を前記前回のカウント値に加算することにより、前記カウント値を更新し、
前記演算装置は、外部からの電源供給を受けたときに、前記不揮発性メモリに記憶されている前記カウント値をそのまま用いて、前記セグメントカウンタの前記カウント値と前記精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値とを統合して、前記回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する、多回転角度検出装置。
前記回転体の回転に応じて、前記回転体の１回転周期を区分したセグメントを前記回転体の１回転を越える角度領域でカウントしてカウント値を生成するセグメントカウンタと、
外部からの電源供給により動作し、前記回転体の１回転周期内のアブソリュート角度検出値を前記セグメントよりも高い分解能で生成する精密アブソリュート角度検出器と、
外部からの電源供給により動作し、前記セグメントカウンタのカウント値と、前記精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値とを統合して、前記回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する演算装置と、を含み、
前記セグメントカウンタは、一つの発電センサと、前記回転体とともに前記回転軸線まわりに回転する磁界発生源と、前記発電センサとは別のセンサ要素と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記磁界発生源の回転にともなう磁界の変化によりパルス電圧を発生し、
前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたり２周期以上の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与え、
前記セグメントカウンタは、外部からの電源供給を受けることなく、前記発電センサが発生するパルス電圧のエネルギーによって動作可能であり、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、当該パルス電圧の極性（以下「今回のパルス電圧の極性」という。）、当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「今回のセンサ要素状態」という。）、前回のパルス電圧の極性、当該前回のパルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「前回のセンサ要素状態」という。）、および当該前回のパルス電圧の発生により更新されて前記不揮発性メモリに保存されたカウント値（以下「前回のカウント値」という。）を用いて、前記回転体の回転方向および回転位置を識別して前記カウント値を更新して前記不揮発性メモリに保存し、
前記セグメントカウンタは、
前記今回のパルス電圧の極性と前記今回のセンサ要素状態との組み合わせによって前記回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定し、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが同じときには前記カウント量の絶対値を０とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときには前記カウント量の絶対値を２とし、
前記カウント量の絶対値に前記決定された符号を付して得られる前記カウント量を前記前回のカウント値に加算することにより、前記カウント値を更新し、
前記演算装置は、外部からの電源供給を受けたときに、前記不揮発性メモリに記憶されている前記カウント値をそのまま用いて、前記セグメントカウンタの前記カウント値と前記精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値とを統合して、前記回転体の多回転アブソリュート角度検出値を生成する、多回転角度検出装置。
【0027】
この構成によれば、回転体とともに磁界発生源が回転軸線まわりに回転することにより、磁界発生源は１回転あたり２周期以上の交番磁界を磁性ワイヤの軸方向に与える。それにより、発電センサは、１回転あたり４個以上のパルス電圧を発生する。それにより、セグメントカウンタは、たとえば、１回転周期を４個以上に区分したセグメントを計数したカウント値を生成することができる。回転方向の反転によってパルス抜けが生じ、それに応じて、カウント誤差が生じても、１回転以上の角度範囲に渡って同じカウント値となるほどの誤差は生じない。このようにして、１回転あたり２周期以上の交番磁界が磁性ワイヤに与えられ、磁性ワイヤが１回転あたり４個以上のパルス電圧を生成することにより、任意の多回転アブソリュート角度において、セグメントカウンタのカウント値と精密アブソリュート角度検出器のアブソリュート角度検出値との組み合わせから、精密な多回転アブソリュート角度値を一意に求めることができる。すなわち、セグメントカウンタのカウント値が誤差を含む場合でも、そのカウント値に対して補正処理を行うことなく（すなわち、そのカウント値をそのまま用いて）、精密アブソリュート角度検出器の角度検出値と統合することができる。
【0028】
こうして、ただ一つの発電センサを用い、しかも磁性ワイヤの磁化方向判別処理やそれに基づく補正／同期処理を行うことなく、セグメントカウンタのカウント値と精密アブソリュート角度検出器の角度検出値とを統合して、精密な多回転アブソリュート角度検出値を生成できる。
【0029】
この実施形態では、セグメントカウンタは、発電センサが発生する全てのパルス電圧に応じてカウント動作を行い、かつパルス抜けを補償する新規なアルゴリズムに従って動作する。すなわち、セグメントカウンタは、今回のパルス電圧の極性と今回のセンサ要素状態との組み合わせによって回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定する。
【0030】
回転体が一方向に回転するときには、パルス電圧の極性が交互に変化するので、パルス電圧の極性が反転すれば、セグメントを跨ぐ角変位があったことになる。そこで、セグメントカウンタは、今回のパルス電圧の極性と前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とする。
【0031】
回転方向が反転することによってパルス抜けが生じ、同じ極性のパルス電圧が連続し、かつセンサ要素状態も同じになる場合がある。この場合には、同じ角度位置に戻ったと見なせるのでカウント量を不変とするのが適切である。そこで、セグメントカウンタは、今回のパルス電圧の極性と前回のパルス電圧の極性とが同じであり、今回のセンサ要素状態と前回のセンサ要素状態とが同じときにはカウント量の絶対値を０とする。
【0032】
また、回転方向が反転することによってパルス抜けが生じ、同じ極性のパルス電圧が連続し、その一方でセンサ要素状態が変化する場合がある。この場合には、セグメントの境界を２回跨いで移動したと見なせる。そこで、セグメントカウンタは、今回のパルス電圧の極性と前回のパルス電圧の極性とが同じであり、今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときにはカウント量の絶対値を２とする。
【0033】
セグメントカウンタは、こうして求められたカウント量の絶対値に決定された符号を付してカウント量を求め、そのカウント量を前回のカウント値に加算することにより、カウント値を更新する。
【0034】
このようにして、発電センサが発生する全てのパルス電圧に応じてカウント動作を行い、かつパルス抜けを補償することができる。パルス抜けの補償はパルス電圧が発生することによって行われるので、セグメントカウンタのカウント値には誤差が含まれる場合がある。その場合でも、セグメントカウンタのカウント値をそのまま用いてアブソリュート角度検出値と統合できることは前述のとおりである。
【0035】
２．前記セグメントカウンタは、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、前記パルス電圧の極性および当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態を前記不揮発性メモリに保存する、項１に記載の多回転角度検出装置。
【0036】
これにより、セグメントカウンタは、不揮発性メモリから前回のパルス電圧の極性およびセンサ要素状態の情報を得て、前述のカウント動作を行うことができる。
【0037】
３．前記セグメントカウンタは、前記回転体の１回転周期を４以上に区分したセグメントをカウントする、項１または２に記載の多回転角度検出装置。
【0038】
この構成により、セグメントカウンタは、１回転あたり、４以上のセグメントを計数できる。典型的には、磁界発生源が回転体の１回転あたりｋ周期（ｋ≧２）の交番磁界を磁性ワイヤに与える場合のセグメント数は２ｋである。
【0039】
４．前記磁界発生源は、前記回転軸線上に中心を有する円周上にＮ極およびＳ極を交互に配列した２つ以上の磁極対を含む、項１～３のいずれか一項に記載の多回転角度検出装置。
【0040】
たとえば、初期状態として、磁性ワイヤのソフト層およびハード層が磁性ワイヤの第１端部から第２端部に向かう方向に磁化されたセット状態（負パルス生成のためのセット状態）で、一つのＳ極が発電センサの中央部に対向し、そのＳ極の両側の一対のＮ極からの磁束がバランスしている状態を考える。この初期状態から、回転体とともに磁界発生源が少し回転すると、磁性ワイヤの第１端部から第２端部へ向かう磁束が増加することで、動作磁界に到達し、磁性ワイヤのソフト層の磁化方向が反転し、負のパルスが発生する。回転体とともに磁界発生源がさらに回転すると、磁性ワイヤの第１端部から第２端部に向かう磁束がさらに増加して安定化磁界に達し、ハード層の磁化方向も反転し、磁性ワイヤは正パルス生成のためのセット状態になる。磁界発生源がさらに回転すると、磁性ワイヤの第２端部から第１端部に向かう磁束が増加し、動作磁界に達して、磁性ワイヤのソフト層の磁化方向が反転し、正のパルスが発生する。磁界発生源がさらに回転すると、磁性ワイヤの第２端部から第１端部に向かう磁束がさらに増加して安定化磁界に達し、ハード層の磁化方向も反転し、磁性ワイヤは負パルス生成のためのセット状態となる。こうして、一つの磁極対が発電センサの検出領域を通過することで、２つのパルスが生成される。
【0041】
磁界発生源が、回転軸線を中心とする円周上にＮ極およびＳ極を交互に配列したｋ個（ｋ≧２）の磁極対を含む場合、回転体の１回転あたり、ｋ周期の交番磁界が磁性ワイヤに与えられ、それに応じて、２ｋ個のパルスが生成される。
【0042】
５．前記発電センサの前記磁性ワイヤは、前記回転軸線上に中心を有する円周の接線上にあり、前記磁性ワイヤの中心は前記接線の接点上にある、項４に記載の多回転角度検出装置。
【0043】
この構成により、磁界発生源と磁性ワイヤを適切に磁気結合させることができ、回転体の回転に伴って磁性ワイヤに交番磁界を適切に与えることができる。
【0044】
６．前記発電センサは、前記磁性ワイヤの両端部にそれぞれ磁気的に結合された第１磁束伝導片および第２磁束伝導片を有する、項５に記載の多回転角度検出装置。
【0045】
この構成では、磁性ワイヤの第１端部に第１磁束伝導片が磁気結合され、磁性ワイヤの第２端部に第２磁束伝導片が磁気結合されている。それにより、磁界発生源と磁性ワイヤとの磁気結合を強めることができ、磁性ワイヤの軸方向に強い磁界を印加して、良好なパルス電圧を発生させることができる。
【0046】
７．前記センサ要素は、前記発電センサの中央部に対向する磁極の極性を検出する項４～６のいずれか一項に記載の多回転角度検出装置。
【0047】
この場合、前記セグメントの境界は、前記磁極対のＮ極およびＳ極のうちのいずれか一方が前記発電センサの中央部に対向する角度位置であってもよい。セグメントの境界とは、セグメントカウンタのカウント値が変化する境界である。
【0048】
８．回転軸線まわりに回転する回転体の回転に応じて、前記回転体の１回転周期を区分したセグメントを前記回転体の１回転を越える角度領域でカウントしてカウント値を生成するセグメントカウンタであって、
一つの発電センサと、前記回転体とともに前記回転軸線まわりに回転する磁界発生源と、前記発電センサとは別のセンサ要素と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、前記カウント値を更新するカウンタ回路と、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記磁界発生源の回転にともなう磁界の変化によりパルス電圧を発生し、
前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたり２周期以上の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与え、
前記カウンタ回路は、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、当該パルス電圧の極性（以下「今回のパルス電圧の極性」という。）、当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「今回のセンサ要素状態」という。）、前回のパルス電圧の極性、当該前回のパルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「前回のセンサ要素状態」という。）、および当該前回のパルス電圧の発生により更新されて前記不揮発性メモリに保存されたカウント値（以下「前回のカウント値」という。）を用いて、前記回転体の回転方向および回転位置を識別して前記カウント値を更新して前記不揮発性メモリに保存し、
前記カウンタ回路は、
前記今回のパルス電圧の極性と前記今回のセンサ要素状態との組み合わせによって前記回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定し、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが同じときには前記カウント量の絶対値を０とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときには前記カウント量の絶対値を２とし、
前記カウント量の絶対値に前記決定された符号を付して得られる前記カウント量を前記前回のカウント値に加算することにより、前記カウント値を更新する、
セグメントカウンタ。
一つの発電センサと、前記回転体とともに前記回転軸線まわりに回転する磁界発生源と、前記発電センサとは別のセンサ要素と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、前記カウント値を更新するカウンタ回路と、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記磁界発生源の回転にともなう磁界の変化によりパルス電圧を発生し、
前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたり２周期以上の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与え、
前記カウンタ回路は、前記発電センサがパルス電圧を発生すると、当該パルス電圧の極性（以下「今回のパルス電圧の極性」という。）、当該パルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「今回のセンサ要素状態」という。）、前回のパルス電圧の極性、当該前回のパルス電圧が発生したときの前記センサ要素の出力状態（以下「前回のセンサ要素状態」という。）、および当該前回のパルス電圧の発生により更新されて前記不揮発性メモリに保存されたカウント値（以下「前回のカウント値」という。）を用いて、前記回転体の回転方向および回転位置を識別して前記カウント値を更新して前記不揮発性メモリに保存し、
前記カウンタ回路は、
前記今回のパルス電圧の極性と前記今回のセンサ要素状態との組み合わせによって前記回転体の回転方向を識別してカウント量の符号を決定し、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが異なるときには前記カウント量の絶対値を１とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが同じときには前記カウント量の絶対値を０とし、
前記今回のパルス電圧の極性と前記前回のパルス電圧の極性とが同じであり、前記今回のセンサ要素状態と前記前回のセンサ要素状態とが異なるときには前記カウント量の絶対値を２とし、
前記カウント量の絶対値に前記決定された符号を付して得られる前記カウント量を前記前回のカウント値に加算することにより、前記カウント値を更新する、
セグメントカウンタ。
【発明の効果】
【0049】
この発明によれば、複数の発電センサを用いることなく構成されたセグメントカウンタのカウント値と、精密アブソリュート角度検出器の角度検出値とを、複雑な信号処理を要することなく統合して多回転アブソリュート角度検出値を生成できる。それにより、小型化および低コスト化に有利な多回転角度検出装置を提供できる。
【0050】
また、この発明によれば、新規なアルゴリズムによりセグメントを計数するセグメントカウンタおよびそれを備える多回転角度検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【発明を実施するための形態】
【0052】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0053】
図１は、この発明の一実施形態に係る多回転角度検出装置の構成例を説明するためのブロック図である。多回転角度検出装置１００は、回転軸線３３まわりに回転する回転軸３０（回転体の一例）の多回転アブソリュート角度を検出し、その検出値である多回転アブソリュート角度検出値を生成する装置である。多回転アブソリュート角度とは、１回転を越える、すなわち多回転に渡る角度領域内での絶対的な角度をいう。多回転角度検出装置１００は、精密アブソリュート角度検出器１と、セグメントカウンタ２と、演算装置４とを含む。
【0054】
精密アブソリュート角度検出器１は、回転軸３０の１回転周期内、すなわち、０度～３６０度の精密なアブソリュート角度検出値を、次に説明するセグメントカウンタ２よりも高い分解能で生成する角度センサである。精密アブソリュート角度検出器１は、たとえば光学式アブソリュートエンコーダで構成されている。精密アブソリュート角度検出器１は、たとえば、１回転周期内（０度～３６０度）の角度領域のアブソリュート角度検出値を、１６ビット（６５５３６段階）の分解能で生成するように構成されている。
【0055】
精密アブソリュート角度検出器１は、典型的には、外部電源からの電力供給を受けて動作する。具体的には、多回転角度検出装置１００は、外部電源に接続可能な電源回路３を備えている。電源回路３は、外部電源に接続されているときに、精密アブソリュート角度検出器１に電力を供給し、その電力を受けて、精密アブソリュート角度検出器１が動作する。精密アブソリュート角度検出器１は、たとえばシリアル通信によって、演算装置４に１６ビットのアブソリュート角度検出値を入力する。
【0056】
セグメントカウンタ２は、回転軸３０の回転に応じて、回転軸３０の１回転周期を区分（等分）したセグメントをカウントし、回転軸３０の多回転に渡る（１回転を越える）角度領域でのセグメント単位の角度値を表すカウント値を生成する。
【0057】
セグメントカウンタ２は、一つ（ただ一つ）の発電センサ２０と、回転軸３０とともに回転軸線３３まわりに回転する磁界発生源５０と、発電センサ２０とは別の（発電センサではない）センサ要素ＭＳと、カウンタ回路８と、カウント値を記憶する不揮発性メモリ９とを含む。不揮発性メモリ９は、ＦｅＲＡＭ（ferroelectric random access memory）で構成されていてもよい。カウンタ回路８および不揮発性メモリ９は、この実施形態では、一つのカウンタメモリＩＣ（集積回路）１０に組み込まれている。セグメントカウンタ２は、さらに、信号評価回路５と、整流／電源回路６と、信号処理回路７とを含む。
【0058】
発電センサ２０は、磁界発生源５０の回転に伴う磁界の変化に応じてパルス電圧を発生する。センサ要素ＭＳは、この実施形態では、磁界発生源５０の回転に応じて、磁界発生源５０の磁界を検出する磁気センサである。磁気センサの一例は、ホールＩＣである。信号評価回路５は、発電センサ２０が発生するパルス電圧の極性を判別し、その極性判別の結果を表す信号（パルス極性ＰＰ）を信号処理回路７に供給する。信号処理回路７は、信号評価回路５から受け取った極性判別の結果を表す信号をディジタルデータ（シリアル信号）に変換して、極性判別データ（パルス極性ＰＰ）としてカウンタ回路８に供給する。また、信号処理回路７は、センサ要素ＭＳの出力信号をディジタルデータ（シリアル信号）に変換して、磁気検出データとしてカウンタ回路８に供給する。
【0059】
整流／電源回路６は、発電センサ２０が発生するパルス電圧を整流し、適切な電圧に変換して、センサ要素ＭＳ、信号評価回路５、信号処理回路７およびカウンタメモリＩＣ１０（カウンタ回路８および不揮発性メモリ９）に供給する。したがって、センサ要素ＭＳ、信号評価回路５、信号処理回路７およびカウンタメモリＩＣ１０（カウンタ回路８および不揮発性メモリ９）は、外部電源からの電力供給を受けることなく動作することができる。つまり、セグメントカウンタ２は、外部電源供給がないときでも、自己発電により生成される電力によって作動する。カウンタメモリＩＣ１０は、電源回路３が外部電源に接続されているときには、電源回路３からの電力供給を受けて動作することができる。
【0060】
カウンタメモリＩＣ１０に内蔵されたカウンタ回路８は、信号処理回路７から供給される極性判別データ（パルス極性ＰＰ）および磁気検出データ（ＭＳ）に基づいて、所定のカウントロジックに従って、カウント動作を実行する。このカウント動作は、電源回路３からの外部電源の供給の有無にかかわらず実行される。そのカウント動作によって得られるカウント値は、不揮発性メモリ９に格納される。このカウント値は、電源供給がないときにも保存される（不揮発記憶）。カウンタメモリＩＣ１０は、外部電源が供給されているときに、不揮発性メモリ９に記憶しているカウント値をシリアル通信によって演算装置４に供給することができる。
【0061】
演算装置４は、電源回路３が外部電源に接続されているときに、電源回路３からの電力供給を受けて動作する。演算装置４は、外部電源が投入されると、精密アブソリュート角度検出器１に精密アブソリュート角度検出値をリクエストし、かつ不揮発性メモリ９にカウント値をリクエストする。精密アブソリュート角度検出器１は、シリアル通信によって、精密アブソリュート角度検出値を演算装置４に供給する。不揮発性メモリ９は、シリアル通信によって、カウント値を演算装置４に供給する。演算装置４は、精密アブソリュート角度検出値およびカウント値を統合して多回転アブソリュート角度検出値を生成して出力する。演算装置４が出力する多回転アブソリュート角度検出値は、たとえば、上位のコントローラ（図示せず）に供給され、電動モータの回転制御等のために用いられる。
【0062】
演算装置４は、不揮発性メモリ９から供給されるカウント値をそのまま用いて精密アブソリュート角度検出値と統合する。すなわち、統合に際して使用されるカウント値は、電源遮断中にセグメントカウンタ２においてカウントされたままの値であり、演算装置４は、カウント値の誤差に関する補正処理、具体的には、カウント値の誤差を補正して精密アブソリュート角度検出値との同期をとるための同期処理などは行わない。
【0063】
図２Ａはセグメントカウンタ２の構造例を説明するための斜視図であり、図２Ｂはその平面図である。また、図２Ｃは、図２Ｂの矢印IIC方向に見た正面図である。セグメントカウンタ２は、発電センサ２０と、磁界発生源５０と、センサ要素ＭＳ（たとえば磁気センサ）とを含む。
【0064】
発電センサ２０は、第１の支持体３１に配置され、当該第１の支持体３１に支持されている。この実施形態では、第１の支持体３１に、センサ要素ＭＳも搭載されている。
【0065】
磁界発生源５０は、第２の支持体３２に固定されている。第２の支持体３２は、第１の支持体３１に対して相対移動する。具体的には、第２の支持体３２は、回転軸３０に結合（固定）されており、回転軸３０とともに回転軸線３３まわりに回転する。したがって、第２の支持体３２は、回転体の一部であり得る。それに対して、第１の支持体３１は、固定配置されていて、非回転状態に保持されている。それにより、磁界発生源５０は、第２の支持体３２とともに回転軸線３３まわりに回転して、第１の支持体３１に対して相対移動する。
【0066】
回転軸３０は、典型的には、電動モータ（図示せず）の駆動軸からの駆動力によって回転される。電動モータが双方向に駆動される場合には、それに応じて、回転軸３０は反時計回り方向ＣＣＷおよび時計回り方向ＣＷの双方向に回転する。第１の支持体３１は、回転軸線３３に直交する平面に沿って配置されたプリント配線基板であってもよい。
【0067】
磁界発生源５０は、回転軸線３３を取り囲むリング状の４極着磁磁石Ｍで構成されている。着磁方向は、回転軸線３３と平行である。４極着磁磁石Ｍは、回転軸線３３の一方向から見たときに、回転軸線３３を中心とする円周上にＮ極およびＳ極が交互に配列されたｋ個（ｋは２以上の整数。図示の例ではｋ＝２）の磁極対（Ｎ極とＳ極との対）が配列された構成を有し、ｋ個のＮ極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋおよびｋ個のＳ極ｓ１，ｓ２，…，ｓｋを有している。各磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋ；ｓ１，ｓ２，…，ｓｋは、回転軸線３３まわりの３６０度／２ｋ（この実施形態では９０度）の角度領域に渡っている。したがって、回転軸３０とともに第２の支持体３２が回転し、それに応じて磁界発生源５０が回転軸線３３まわりに回転することにより、発電センサ２０にはｋ周期（図示の例では２周期）の交番磁界が印加される。
【0068】
発電センサ２０は、第１の支持体３１（プリント配線基板）の一方主面に実装されている。発電センサ２０は、磁性ワイヤＦＥと、磁性ワイヤＦＥの両端部にそれぞれ磁気的に結合された第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２とを備えている。第１磁束伝導片ＦＬ１と第２磁束伝導片ＦＬ２との間で、磁性ワイヤＦＥにコイルＳＰ（誘導コイル）が巻回されている。第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２は、実質的に同形同大の軟磁性体部品からなる。より詳細には、第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２は、磁性ワイヤＦＥの軸中心位置２５（以下「軸中心位置２５」という。）において軸方向ｘに直交する対称面２７（幾何学的配置を説明するための仮想的な平面）に対して互いに対称に構成されている。
【0069】
磁性ワイヤＦＥは、大バルクハウゼン効果を発現するように構成されている。具体的には、磁性ワイヤＦＥは、芯部と、それを被覆する表皮部とを有している。芯部および表皮部の一方は、弱い磁界でも磁化方向の反転が起きるソフト(Soft)層（軟磁性層）であり、芯部および表皮部の他方は強い磁界を与えないと磁化方向が反転しないハード(Hard)層（硬磁性層）である。
【0070】
各磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２は、検出領域ＳＲに対向する磁束伝導端２１，２２を有している。発電センサ２０の磁性ワイヤＦＥは、回転軸線３３上に中心を有する円周の接線上にあり、磁性ワイヤＦＥの軸中心位置２５は、当該接線の接点上にある。発電センサ２０は、回転軸線３３まわりの３６０度／２ｋ（この実施形態では９０度）の角度領域に渡る一つの磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋ；ｓ１，ｓ２，…，ｓｋの中央と磁性ワイヤＦＥの軸中心位置２５とが整合するときに、２つの磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２から伝導される磁気がバランスするように配置されている。コイルＳＰは、Ｎ極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋからの磁束が第１磁束伝導片ＦＬ１から伝導される第１状態で負の電圧パルスを生成し、Ｎ極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋからの磁束が第２磁束伝導片ＦＬ２から伝導される第２状態で正の電圧パルスを生成する。
【0071】
第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２は、この実施形態では、磁性ワイヤＦＥの両端部から軸方向ｘに直交する方向に互いに平行に延びる軸直交部４１と、軸直交部４１の先端部から軸方向ｘに沿って互いに接近する方向に延びる軸平行部４２とを備えている。第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２の軸直交部４１の基端部に、磁性ワイヤＦＥの両端部がそれぞれ固定されている。より具体的には、軸直交部４１の基端部には、軸方向ｘに貫通する穴または溝が形成されたワイヤ配置部２３が設けられている。磁性ワイヤＦＥの両端部は、ワイヤ配置部２３において、第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２の軸直交部４１をそれぞれ貫通して、軸直交部４１に固定されている。たとえば、ワイヤ配置部２３を構成する穴または溝に配置された樹脂（図示せず）によって、磁性ワイヤＦＥと第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２とが互いに結合されて固定されている。それにより、磁性ワイヤＦＥの両端部は、第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２にそれぞれ磁気的に結合されている。
【0072】
発電センサ２０は、軸平行部４２に対して磁性ワイヤＦＥとは反対側を、磁界を検出するための検出領域ＳＲとするように構成されている。
【0073】
軟磁性体部品からなる各磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２は、略直方体形状の軸直交部４１と、軸直交部４１の検出領域ＳＲ側の端部である先端部に連設された略直方体形状の軸平行部４２とを有し、軸直交部４１と軸平行部４２との結合部で直角に曲がったＬ字形状を有している。軸平行部４２は、磁性ワイヤＦＥを覆うように、すなわち、磁性ワイヤＦＥと検出領域ＳＲとの間を遮蔽するように、軸方向ｘに沿って延びている。互いに対称な形状を有する第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２は、磁性ワイヤＦＥの軸中央側に向かって延びており、それらの近接端４２ａは、磁性ワイヤＦＥの軸中心位置２５の付近で間隔を空けて互いに対向している。近接端４２ａは、軸方向ｘに直交する平面をなしており、２つの近接端４２ａをそれぞれ形成する２つの平面は互いに平行であり、それらが軸方向ｘに対峙している。
【0074】
第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２の軸平行部４２は、検出領域ＳＲに対向する検出領域対向面を成す磁束伝導端２１，２２を形成している。磁束伝導端２１，２２（検出領域対向面）は、軸方向ｘに平行な平坦面である。この磁束伝導端２１，２２（検出領域対向面）は、検出領域ＳＲに磁極が配置されたときに、その磁極からの磁束を第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２の内部へと導く。
【0075】
第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２の軸平行部４２が第１の支持体３１（プリント配線板）の一方の主面に形成された配線パターン（図示せず）に接合され、それによって、発電センサ２０が第１の支持体３１（プリント配線板）に面実装されている。発電センサ２０は、回転軸線３３を中心軸とする円周上の一つの点（接点）における接線に磁性ワイヤＦＥの軸方向ｘが沿うように配置されており、磁性ワイヤＦＥの軸中心位置２５が当該接点に一致する配置となっている。発電センサ２０の検出領域ＳＲは、軸平行部４２に対して磁性ワイヤＦＥとは反対側であり、この例では、第１の支持体３１（プリント配線板）の他方の主面側の領域である。
【0076】
第２の支持体３２は、この例では、回転軸線３３を取り囲む円環状に構成されている。より具体的には、第２の支持体３２は、円環状の板状体で構成されており、回転軸線３３と直交する平面に沿って配置されていて、第１の支持体３１（プリント配線板）と平行になっている。第２の支持体３２において、第１の支持体３１（プリント配線板）の前記他方の主面に対向する面に、磁石Ｍが固定されている。磁石Ｍの磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２，…，ｎｋ，ｓｋは、この実施形態では、回転軸線３３まわりの周方向に等間隔で配置されている。図示の具体例では、回転軸線３３まわりに９０度の角度間隔で４つの磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２が配置され、それらが第１の支持体３１（プリント配線板）に対向するように、磁石Ｍが第２の支持体３２に固定されている。回転軸線３３から磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２，…，ｎｋ，ｓｋの中心までの距離は、回転軸線３３から磁性ワイヤＦＥの軸中心位置２５までの距離に等しくてもよい。すなわち、回転軸線３３に沿う平面視において、磁性ワイヤＦＥおよび磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２，…，ｎｋ，ｓｋは、回転軸線３３を中心軸とする等しい半径の円周上に位置し、それによって、回転軸線３３に平行な方向に対向可能な位置関係となっていてもよい。第２の支持体３２は、軟磁性体で構成されたヨークであることが好ましい。
【0077】
第２の支持体３２が回転軸３０とともに回転軸線３３まわりに回転することにより、磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２，…，ｎｋ，ｓｋは、回転軸線３３を中心とし、検出領域ＳＲを通る円周軌道５５上を移動する。磁性ワイヤＦＥの軸方向ｘは、円周軌道５５上の或る点（接点）を通る接線と平行であり、軸中心位置２５は、当該接点において当該接線に立てた垂線（この例では、回転軸線３３に平行な垂線）上にある。換言すれば、磁性ワイヤＦＥの軸中心位置２５は、回転軸線３３上に中心を有し、円周軌道５５と等しい半径の円周上の或る点（接点）に位置し、磁性ワイヤＦＥは、当該接点における接線に沿っている。
【0078】
第１の支持体３１および第２の支持体３２の回転軸線３３に沿う方向の距離は、第２の支持体３２の回転によって、磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２，…，ｎｋ，ｓｋが発電センサ２０の検出領域ＳＲに進入可能な適切な値に定められる。
【0079】
第１の支持体３１を構成するプリント配線板において、発電センサ２０が実装されている主面には、さらに、たとえば磁気センサからなるセンサ要素ＭＳが実装されている。センサ要素ＭＳは、発電センサ２０の中央部に対向する磁極の極性を検出できるように配置されている。センサ要素ＭＳは、たとえば、ホールＩＣ等の磁気センサからなり、Ｎ極を検知すると（発電センサ２０の中央部にＮ極が対向すると）Ｈ信号を出力し、Ｓ極を検知すると（発電センサ２０の中央部にＳ極が対向すると）Ｌ信号を出力する。それにより、センサ要素ＭＳは、その近傍を通る磁極の極性を判別し、結果として、発電センサ２０の中央部に対向する磁極の極性を識別する識別信号を出力する。この実施形態では、センサ要素ＭＳは、発電センサ２０に対して、回転軸線３３まわりの位相差１８０度の位置、すなわち、回転軸線３３に関して対称な位置で磁極を検出するように配置されている。ｋが偶数（たとえば２）であれば、センサ要素ＭＳは、発電センサ２０の中央部に対向する磁極と同じ極性の磁極を検出する。ｋが奇数（たとえば３）のとき、センサ要素ＭＳは、発電センサ２０の中央部に対向する磁極と反対の極性の磁極を検出する。いずれの場合でも、センサ要素ＭＳは、発電センサ２０の中央部に対向する磁極の極性を検出できる。
【0080】
このような構成により、回転軸線３３まわりの反時計回り方向ＣＣＷの回転によって、一つの磁極対ｎ１，ｓ１；ｎ２，ｓ２；…；ｎｋ，ｓｋが円周軌道５５に沿って検出領域ＳＲを通過するたびに、一つの負パルスと一つの正パルスとが順に生成される。また、回転軸線３３まわりの時計回り方向ＣＷの回転によって、一つの磁極対ｎ１，ｓ１；ｎ２，ｓ２；…；ｎｋ，ｓｋが円周軌道５５に沿って検出領域ＳＲを通過するたびに、一つの正パルスと一つの負パルスとが順に生成される。そして、これらのパルスと、第１磁束伝導片ＦＬ１と第２磁束伝導片ＦＬ２との間の円周軌道５５上にある磁極の極性を表す識別信号を出力するセンサ要素ＭＳとによって、回転位置および回転方向を識別することができる。
【0081】
図３Ａ～図３Ｆに動作例を示す。回転軸３０が回転軸線３３まわりに反時計回り方向ＣＣＷ（反時計回り方向）に回転する場合について考える。図３Ａは、図２Ｂの状態を矢印IICに沿って見た動作説明図である。図３Ｂ～図３Ｆも同様の視点での動作説明図である。ただし、図３Ａ～図３Ｆにおいては、説明のために、磁極を直線上に展開して示してある。
【0082】
図３Ａ（図２Ｂ）の状態に至るときには、磁性ワイヤＦＥのハード層およびソフト層は、第２磁束伝導片ＦＬ２から第１磁束伝導片ＦＬ１に向かう方向に磁化された状態、すなわち、負パルス生成のためのセット状態（ＳＥＴ_Ｎ）である。このとき、第１磁束伝導片ＦＬ１がＮ極およびＳ極と対向する面積は、第２磁束伝導片ＦＬ２がＮ極およびＳ極と対向する面積とバランスがとれている。換言すれば、このような状態となるように、磁界発生源５０、発電センサ２０およびそれらの相対配置が設計されている。
【0083】
この状態から、回転軸３０とともに磁界発生源５０が反時計回り方向ＣＣＷに少し回転すると、図３Ｂに示すように、第１磁束伝導片ＦＬ１がＮ極と対向する面積の割合が増え、第２磁束伝導片ＦＬ２がＮ極と対向する割合が減る。それにより、磁性ワイヤＦＥには、第１磁束伝導片ＦＬ１から第２磁束伝導片ＦＬ２に向かう方向の磁界がかかる。その磁界の強さが動作磁界に達すると、ソフト層の磁化方向が反転して、負の電圧パルスが発生する。このとき、センサ要素ＭＳは、Ｓ極を検出しているので（発電センサ２０の中央部にＳ極が対向しているので）、Ｌ信号を生成する。
【0084】
さらに、回転軸３０が反時計回り方向ＣＣＷに回転すると、第１磁束伝導片ＦＬ１から第２磁束伝導片ＦＬ２に向かう方向の磁界がさらに強くなって安定化磁界に達し、図３Ｃに示すように、磁性ワイヤＦＥのハード層の磁化方向も反転し、正パルス生成のためのセット状態（ＳＥＴ_Ｐ）となる。
【0085】
回転軸３０がさらに回転し、図３Ｃの状態から反時計回り方向ＣＣＷに９０度回転した図３Ｄの状態に至ると、極性が反転するが、前述の場合と同様な動作となる。すなわち、磁性ワイヤＦＥのハード層およびソフト層は、第１磁束伝導片ＦＬ１から第２磁束伝導片ＦＬ２に向かう方向に磁化された状態、すなわち、正パルス生成のためのセット状態（ＳＥＴ_Ｐ）である。このとき、第１磁束伝導片ＦＬ１がＮ極およびＳ極と対向する面積は、第２磁束伝導片ＦＬ２がＮ極およびＳ極と対向する面積とバランスがとれている。
【0086】
この状態から、回転軸３０とともに磁界発生源５０が反時計回り方向ＣＣＷに少し回転すると、図３Ｅに示すように、第１磁束伝導片ＦＬ１がＮ極と対向する面積の割合が減り、第２磁束伝導片ＦＬ２がＮ極と対向する割合が増える。それにより、磁性ワイヤＦＥには、第２磁束伝導片ＦＬ２から第１磁束伝導片ＦＬ１に向かう方向の磁界がかかる。その磁界の強さが動作磁界に達すると、ソフト層の磁化方向が反転して、正の電圧パルスが発生する。このとき、センサ要素ＭＳは、Ｎ極を検出しているので（発電センサ２０の中央部にＮ極が対向しているので）、Ｈ信号を生成する。
【0087】
さらに、回転軸３０が反時計回り方向ＣＣＷに回転すると、第２磁束伝導片ＦＬ２から第１磁束伝導片ＦＬ１に向かう方向の磁界がさらに強くなって安定化磁界に達し、図３Ｆに示すように、磁性ワイヤＦＥのハード層の磁化方向も反転し、負パルス生成のためのセット状態（ＳＥＴ_Ｎ）となる。この状態からさらに回転軸３０が反時計回り方向ＣＣＷに回転すると、図３Ａと同等の状態となる。
【0088】
こうして、一つの磁極対が発電センサ２０の検出領域を通ることで、２つのパルスが生成される。磁界発生源５０は、ｋ個（この例では２個）の磁極対を有するので、１回転あたり、２ｋ個（この例では４個）のパルスが生成される。
【0089】
図４は、セグメントカウンタ２の動作を説明するための図である。セグメントカウンタ２は、この実施形態では、回転軸線３３まわりの角度領域をＵｍ個（Ｕｍは４以上の整数）に分割したセグメントを計数し、その計数結果を表すカウント値を生成する。セグメントの区分は磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２，…，ｎｋ，ｓｋの配置に対応する。典型的には、複数の磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２，…，ｎｋ，ｓｋが回転軸線３３まわりに等角度に区分した領域に形成（着磁）され、それに応じて、セグメントは回転軸線３３まわりの角度領域を等分した領域となる。図４には、Ｕｍ＝４の例を示す。回転軸線３３まわりに９０度間隔で設定される４本の境界ａ，ｂ，ｃ，ｄによって、４つのセグメントが規定されている。境界ａ，ｂ，ｃ，ｄは、発電センサ２０が発生する電圧パルスに応答してセグメントカウンタ２のカウント値が切り換わる境界である。具体的には、境界ａ，ｂ，ｃ，ｄはいずれかの磁極が発電センサ２０の中央部に対向する角度位置に相当する。一例として、ここでは、各磁極が発電センサ２０の中央部に対向する位置を跨いで、反時計回り方向ＣＣＷに移動するときにカウントアップ、時計回り方向ＣＷに移動するときにカウントダウンする場合を説明する。
【0090】
磁極ｎ１，ｓ１，ｎ２，ｓ２は円周上に等間隔で設置されている場合、境界ａ、境界ｂ、境界ｃ、境界ｄの間隔は回転角で９０度であり、境界ａを基準角度０度とすると、境界ｂは角度９０度、境界ｃは角度１８０度、境界ｄは角度２７０度となる
セグメントカウンタ２は、この実施形態では、回転角が境界ａ，ｂ，ｃ，ｄを跨いで反時計回り方向ＣＣＷに移動するときにカウントアップし、回転角が境界ａ，ｂ，ｃ，ｄを跨いで時計回り方向ＣＷに移動するときにカウントダウンするように設計されている。これに合わせて、以下の説明では、回転軸線３３まわりの角度値は、境界ａを基準として、反時計回り方向ＣＣＷに向かって増加するものとする。
セグメントカウンタ２は、この実施形態では、回転角が境界ａ，ｂ，ｃ，ｄを跨いで反時計回り方向ＣＣＷに移動するときにカウントアップし、回転角が境界ａ，ｂ，ｃ，ｄを跨いで時計回り方向ＣＷに移動するときにカウントダウンするように設計されている。これに合わせて、以下の説明では、回転軸線３３まわりの角度値は、境界ａを基準として、反時計回り方向ＣＣＷに向かって増加するものとする。
【0091】
磁界発生源５０は、回転軸線３３まわりに回転軸３０が１回転する間にｋ周期（図示の例ではｋ＝２）の交番磁界を発生するように構成されている。より具体的には、この実施形態では、２ｋ個の磁極ｎ１，ｓ２，ｎ２，ｓ２，…，ｎｋ，ｓｋが回転軸線３３まわりに等角度間隔で配置されている。
【0092】
図中の記号の意味は、次のとおりである。「Ｈ」はセンサ要素ＭＳがいずれかのＮ極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋを検出している状態、すなわち、いずれかのＮ極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋが発電センサ２０の中央部に対向している状態を表す状態値である。「Ｌ」はセンサ要素ＭＳがいずれかのＳ極ｓ１，ｓ２，…，ｓｋを検出している状態、すなわち、いずれかのＳ極ｓ１，ｓ２，…，ｓｋが発電センサ２０の中央部に対向している状態を表す状態値である。これらの状態値は、センサ要素ＭＳの出力に基づいて信号処理回路７が生成する磁気検出データに相当する。「Ｐ」は、発電センサ２０の正パルスの発生を表すパルス極性値である。「Ｎ」は、発電センサ２０の負パルスの発生を表すパルス極性値である。これらのパルス極性値は、信号評価回路５の出力に基づいて信号処理回路７が生成する極性判別データに相当する。
【0093】
信号処理回路７からカウンタ回路８に供給される状態値は、これらの組み合わせによって表され、発電センサ２０がパルスを発生するたびに更新され、不揮発性メモリ９に保存される。「ＨＰ」は、いずれかのＮ極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋが発電センサ２０の中央部に対向している状態で正パルスが発生する状態を表す状態値である。「ＬＮ」は、いずれかのＳ極ｓ１，ｓ２，…，ｓｋが発電センサ２０の中央部に対向している状態で負パルスが発生する状態を表す状態値である。「ＨＮ」は、いずれかのＮ極が発電センサ２０の中央部に対向している状態で負パルスが発生する状態を表す状態値である。「ＬＰ」は、いずれかのＳ極が発電センサ２０の中央部に対向している状態で正パルスが発生する状態を表す状態値である。
【0094】
「ＳＥＴ_Ｐ」は、正パルス発生のための準備状態（セット状態）となる角度範囲を表す。「ＳＥＴ_Ｎ」は、負パルス発生のための準備状態（セット状態）となる角度範囲を表す。
【0095】
セグメントカウンタ２の基本的な動作は次のとおりである。
【0096】
回転軸３０が反時計回り方向ＣＣＷに回転するとき、回転角０度、９０度、１８０度および２７０度にそれぞれ相当する境界ａ，ｂ，ｃ，ｄの近傍で、図３Ａ～図３Ｆに示した発電センサ２０の動作によって、一つの正パルスまたは一つの負パルスが生成される。このとき、セット状態ＳＥＴ_Ｐ→状態値ＨＰ（正パルス生成）→セット状態ＳＥＴ_Ｎ→状態値ＬＮ（負パルス生成）→セット状態ＳＥＴ_Ｐ→……のように循環的に変化する。セグメントカウンタ２は、状態値ＨＰおよびＬＮでそれぞれ＋１カウントアップする。すなわち、回転角が０度（境界ａ）、９０度（境界ｂ）、１８０度（境界ｃ）および２７０度（境界ｄ）を通過して増加するときに、それぞれ＋１カウントアップする。
【0097】
回転軸３０が時計回り方向ＣＷに回転するとき、回転角０度、９０度、１８０度および２７０度にそれぞれ相当する境界ａ，ｂ，ｃ，ｄの近傍で、図３Ａ～図３Ｆとは磁極の運動方向を反転した発電センサ２０の動作が生じる。それによって、一つの正パルスまたは一つの負パルスが生成される。このとき、セット状態ＳＥＴ_Ｎ→状態値ＨＮ（負パルス生成）→セット状態ＳＥＴ_Ｐ→状態値ＬＰ（正パルス生成）→セット状態ＳＥＴ_Ｎ→……のように循環的に変化する。セグメントカウンタ２は、状態値ＨＮおよびＬＰで－１カウントダウンする。すなわち、回転角が０度（境界ａ）、９０度（境界ｂ）、１８０度（境界ｃ）および２７０度（境界ｄ）を通過して減少するときに、それぞれ－１カウントダウンする。
【0098】
図５は、セグメントカウンタ２のより詳細なカウント動作の例を説明するためのテーブルである。カウンタメモリＩＣ１０に内蔵されたカウンタ回路８は、このテーブルに従うロジックにより、カウント動作を実行する。発電センサ２０がパルスを発生すると、信号処理回路７からカウンタ回路８に入力される状態値が更新される。更新された状態値（ＮＥＷ：今回値）と、直前の状態値（ＯＬＤ：前回値）との組み合わせによって、カウント動作（Counter operation）が決定される。カウンタ回路８は、不揮発性メモリ９から直前の状態値（ＯＬＤ）を読み出し、それを用いてカウント動作を実行する。
【0099】
更新された状態値がＨＰのときは、直前の状態値がＬＮ，ＨＮのいずれかであれば（すなわち、パルスの極性が異なれば）、＋１カウントアップ動作となる。更新された状態値がＨＮのときは、直前の状態値がＬＰ，ＨＰのいずれかであれば（すなわち、パルスの極性が異なれば）、－１カウントダウン動作が行われる。
【0100】
更新された状態値がＬＰのときは、直前の状態値がＨＮ，ＬＮのいずれかであれば（すなわち、パルスの極性が異なれば）、－１カウントダウン動作となる。更新された状態値がＬＮのときは、直前の状態値がＨＰ，ＬＰのいずれかであれば（すなわち、パルスの極性が異なれば）、＋１カウントアップ動作が行われる。
【0101】
以上が基本的なカウント動作であり、これに加えて、後述するパルス抜けの影響を補償するための例外的なカウント動作が行われる。具体的には、更新された状態値が直前の状態値と等しいときには、カウント値は不変に保持される（カウント値の変化は「０」）。さらに、更新された状態値がＨＰのとき、直前の状態値がＬＰであれば（すなわち、パルス電圧の極性が同じでセンサ要素ＭＳが検出する磁極の極性が異なれば）、＋２カウント動作となる。更新された状態値がＨＮのとき、直前の状態値がＬＮであれば（すなわち、パルス電圧の極性が同じでセンサ要素ＭＳが検出する磁極の極性が異なれば）－２カウント動作となる。更新された状態値がＬＰのとき、直前の状態値がＨＰであれば（すなわち、パルス電圧の極性が同じでセンサ要素ＭＳが検出する磁極の極性が異なれば）－２カウント動作となる。更新された状態値がＬＮのとき、直前の状態値がＨＮであれば（すなわち、パルス電圧の極性が同じでセンサ要素ＭＳが検出する磁極の極性が異なれば）、＋２カウント動作となる。
【0102】
このように、カウンタ回路８は、状態値に応じて、すなわち、センサ要素ＭＳの出力信号と発電センサ２０が発生するパルス電圧とを用いて、回転軸３０の回転方向および回転位置を識別してカウント値を更新し、そのカウント値を不揮発性メモリ９に書き込むように動作する。
【0103】
カウンタ回路８の動作をまとめると、次のとおりである。
【0104】
ステップ１（回転方向の識別）：今回のパルス電圧の極性と今回のセンサ要素状態（ここではセンサ要素ＭＳが検出する磁極の極性）との組み合わせによって回転方向を識別してカウント量の符号を決定する。たとえば、センサ要素ＭＳの状態値Ｈを「＋１」と表し、センサ要素ＭＳの状態値Ｌを「－１」と表す。また、パルス極性値Ｐを「＋１」、パルス極性値Ｎを「－１」と表す。すると、パルス極性値とセンサ要素状態値との積は、＋１または－１となり、これは、回転方向を表す回転方向値である。すなわち、状態値ＨＰおよびＬＮのときの回転方向値は「＋１」であり、反時計回り方向ＣＣＷの回転方向を表す（図４参照）。また、状態値ＨＮおよびＬＰのときの回転方向値は「－１」であり、時計回り方向ＣＷの回転方向を表す。これらの回転方向値の符号をカウント量の符号とする。なお、符号の付し方が上記の限りでないことは自明であり、２つのセンサ要素状態値に異なる符号を付し、２つのパルス極性値に異なる符号を付せば、センサ要素状態値とパルス極性値との積の符号は、回転方向を表す。
【0105】
ステップ２（カウント量の絶対値）：今回のパルス電圧の極性と前回のパルス電圧の極性とが異なるときにはカウント量の絶対値を１とする。今回のパルス電圧の極性と前回のパルス電圧の極性とが同じであり、今回のセンサ要素状態と前回のセンサ要素状態とが同じときにはカウント量の絶対値を０とする。今回のパルス電圧の極性と前回のパルス電圧の極性とが同じであり、今回のセンサ要素状態と前回のセンサ要素状態とが異なるときにはカウント量の絶対値を２とする。
【0106】
ステップ３（カウント量）：決定された符号（ステップ１）をカウント量の絶対値（ステップ２）に付してカウント量を求める。
【0107】
ステップ４（カウント値更新）：求めたカウント量（ステップ３）を前回のカウント値に加算することにより、カウント値を更新する。
【0108】
ステップ１，２の順序は入れ替えてもよく、またそれらを同時に行ってもよい。また、図５に示すテーブルを予め準備し、このテーブルを用いてカウント量を求める構成としてもよい。この場合、ステップ１，２，３は実質的に同時に行われることになる。
【0109】
図６は、パルス抜けによるカウント値への影響を説明するための図である。
【0110】
回転角が軌跡Ｔ１に沿って移動する場合を考える。回転角が境界ａを跨いで反時計回り方向ＣＣＷに移動し、それによって、位置５１で正パルスが発生すると、状態値ＨＰ（図３Ｅ参照）となる。発電センサ２０の磁性ワイヤＦＥに安定化磁界が与えられる位置（図３Ｆ参照）に回転角が達する前に回転方向が反転すると、磁性ワイヤＦＥが負パルス発生準備状態（ＳＥＴ_Ｎ）にならないまま、回転角が時計回り方向ＣＷに境界ａを越えて、状態値ＨＮとなるべき位置５２に到達する。このとき、位置５２で発生すべき負パルスが発生しない（パルス抜け）ので、状態値が更新されない。その後、さらに時計回り方向ＣＷへの回転によって、磁性ワイヤＦＥは正パルス発生準備状態（ＳＥＴ_Ｐ）となる。その後、回転角が境界ｄに達する前に、位置５３で回転方向が反時計回り方向ＣＣＷに反転し、境界ａを再び越えると、位置５１で再び正パルスが発生する。よって、状態値の変化はＨＰ→ＨＰであるので、カウント値は不変である（図５参照）。回転方向が反対の場合の挙動も同様である。このような挙動の間に、カウント値は±１の誤差を含み得る。
【0111】
次に、回転角が軌跡Ｔ２に沿って移動する場合を考える。すなわち、回転角が境界ｄを跨いで時計回り方向ＣＷに移動し、それによって、位置６１で正パルスが発生し、状態値ＬＰとなる。発電センサ２０の磁性ワイヤＦＥに安定化磁界が与えられる位置（図３Ｆ参照）に回転角が達する前に回転方向が反転すると、磁性ワイヤＦＥが負パルス発生準備状態（ＳＥＴ_Ｎ）にならないまま、回転角は、境界ｄを反時計回り方向ＣＣＷに越えて、状態値ＬＮとなるべき位置６２に到達する。このとき、位置６２で発生すべき負パルスが発生しない（パルス抜け）ので、状態値が更新されない。その後、さらに反時計回り方向ＣＣＷへの回転によって、磁性ワイヤＦＥは正パルス発生準備状態（ＳＥＴ_Ｐ）となる。そして、そのまま回転角が境界ａを跨いで時計回り方向ＣＷに移動し、位置６３で正パルスが発生し、状態値ＨＰとなる。したがって、状態値がＬＰ→ＬＮと変化した後にＬＮ→ＨＰと変化すれば、カウント値は、＋１＋１＝＋２の変化となるはずであるが、位置６２でのパルス抜けのために状態値ＬＮを経由せず、ＬＰ→ＨＰと変化する。そこで、このときには、カウント値を＋２（図５参照）することで、パルス抜けの影響を補償する。回転方向が反対の場合の挙動も同様である。このような挙動の間に、カウント値は±１の誤差を含み得る。
【0112】
１回転（３６０度）の角度範囲の正しいカウント値が、境界ａ，ｂの間の区間Ｓ０（０度～９０度）では「０」、境界ｂ，ｃの間の区間Ｓ１（９０度～１８０度）では「１」、境界ｂ，ｃの間の区間Ｓ２（１８０度～２７０度）では「２」、境界ｃ，ｄの間の区間Ｓ３（２７０度～３６０度）では「３」であるとする。この場合、上記のようなカウント誤差を考慮すると、カウント値がそれぞれ「０」，「１」，「２」，「３」となる可能性のある角度範囲Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３は、図６に示すとおりである。これらの角度範囲Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３は、各区間Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の角度範囲（９０度）よりも広いが、図６に示すとおり、いずれも１回転（３６０度）未満である。したがって、複数の回転に渡って重複する領域が存在しないため、カウント値と角度検出値を使った１回転単位の回転数判別が可能である。
【0113】
図７は、セグメントカウンタ２のカウント値と精密アブソリュート角度検出器１の角度検出値との関係を示す。横軸は回転軸３０の回転角（度）であり、縦軸は、多回転アブソリュート角度値であり、１回転（３６０度）を１６ビット（６５５３６段階）の分解能で表してある。ただし、セグメント数Ｕｍ＝２ｋ＝４の場合を想定している。
【0114】
回転軸３０の回転にともなって、精密アブソリュート角度検出器１の角度検出値は、参照符号７０で示すように、０～６５５３６の間で鋸歯波状に変化する。
【0115】
一方、セグメントカウンタ２のカウント値は、回転軸３０の回転にともなって、理想的には、参照符号７１で示す階段状の変化を示す。たとえば、０度を基準として９０度（＝３６０度／４）ずつの間隔で中央値を有する各９０度（＝３６０度／４）の範囲の角度区間におけるカウント値が、…－３，－２，－１，０，１，２，３…となることが理想的である。セグメントカウンタ２のカウントは、１回転あたり４カウントであるので、１カウントあたりの階段の高さは６５５３６／４としてある。
【0116】
実際には、前述のとおりの誤差を含むセグメントカウンタ２のカウント値は、各カウント値の両側の誤差区間ｅ１，ｅ２においても同じ値になる可能性がある。特許文献２においては、この誤差区間を解消するために、外部電源投入時に磁気判別を行って、セグメントカウンタのカウント値を補正し、精密アブソリュート角度検出器の角度検出値との同期をとっている。この実施形態では、このような補正および同期のための処理を行わず、誤差を含むセグメントカウンタ２のカウント値をそのまま用いて、セグメントカウンタ２のカウント値と精密アブソリュート角度検出器１の角度検出値とを統合する。
【0117】
具体的に説明すると、図７に示すように、精密アブソリュート角度検出器１の角度検出値が或る値、たとえば１回転（０度～３６０度）以内の角度範囲において２１０度に相当する「３８２２９」であるときのセグメントカウンタ２のカウント値を調べる。多回転に渡る角度範囲において、精密アブソリュート角度検出値の角度検出値が「３８２２９」（２１０度）となるのは、２１０度を基準として、３６０度間隔の多回転角度である。すなわち、…－８７０度，－５１０度，－１５０度，２１０度，５７０度，９３０度，…である。これらの多回転角度において、セグメントカウンタ２のカウント値がとる可能性のある値は、カウント誤差を考慮すると、次の表１のとおりとなる。
【0118】
【表1】
【0119】
このように、誤差を考慮しても、セグメントカウンタ２の各カウント値がとり得る範囲が３６０度に満たないので、異なる多回転角度において同じカウント値が重複しない。そのため、セグメントカウンタ２のカウント値と精密アブソリュート角度検出器１が検出する角度検出値との組み合わせによって、多回転アブソリュート角度検出値を一意に決定することができる。したがって、セグメントカウンタ２のカウント誤差を補正して、そのカウント値と精密アブソリュート角度検出器１が検出する角度検出値とを同期させるための処理を行うことなく、それらを統合して、図９に示すように、多回転アブソリュート角度検出値を生成できる。
【0120】
演算装置４は、セグメントカウンタ２のカウント値ｍおよび精密アブソリュート角度検出器１の角度検出値θを用い、たとえば、次のような演算を行って、それらを統合し、多回転アブソリュート角度検出値θmtを演算する。前述の図９は、演算結果を示している。次式において、Ｎは、回転軸３０の基準点（回転位置原点）からの回転数（回転量）を表す。Ｕθは１回転あたりの角度検出量（たとえばＵθ＝６５５３６（１６ビット分））を表し、精密アブソリュート角度検出器１の分解能に相当する。Ｕｍ（たとえばＵｍ＝２ｋ＝４）は、１回転あたりのセグメント数であり、セグメントカウンタ２の１回転あたりのカウント数に相当する。
【0121】
【数1】
【0122】
こうして求められた回転数Ｎに１回転あたりの角度検出量Ｕθを乗じることによって、セグメントカウンタ２のカウント値ｍに対する多回転角度検出値を求めることができる。これに１回転以内の精密な角度検出値θを加えることで、精密な多回転アブソリュート角度を表す多回転アブソリュート角度検出値θmtを求めることができる。
【0123】
演算装置４における上記のような演算の一部または全部を実行するために、必要に応じて、予め準備されたテーブルが用いられてもよい。
【0124】
回転数Ｎの実際の演算では、小数点以下の値の取扱いを避けるために、上式と同等の次式を用いるのが便利である。
【0125】
【数2】
【0126】
以上のように、この実施形態では、セグメントカウンタ２は、ただ一つの発電センサ２０とセンサ要素ＭＳとを有し、発電センサ２０の磁気ワイヤに１回転あたり２周期以上の交番磁界が印加される構成を有する。このような構成のセグメントカウンタ２のカウント値を、誤差を含んだまま取り扱って、精密アブソリュート角度検出器１が生成する角度検出値と適切に統合でき、それによって、精密な多回転アブソリュート角度検出値を得ることができる。したがって、複数の発電センサ２０を用いる必要がなく、発電センサ２０の磁性ワイヤＦＥの磁化方向の判別や、それに基づく複雑な補正処理または同期処理も必要としない。したがって、構成を簡単にすることができるので、小型で低コストでありながら、高分解能の多回転精密アブソリュート角度検出装置を提供できる。
【0127】
この発明の第２の実施形態について説明する。
【0128】
磁界発生源は、回転軸線を中心とする円周上に、同じ極性の磁極を発電センサに向けて配列されたｋ個（ｋ≧２）の磁石を含む構成としてもよい。この場合にも、１回転あたりｋ周期の交番磁界を磁性ワイヤに印加できる。この場合にも、発電センサの磁性ワイヤは、前記円周の接線に平行に配置されることが好ましい。また、発電センサは、磁性ワイヤの第１端部および第２端部にそれぞれ磁気的に結合された第１磁束伝導片および第２磁束伝導片を有することが好ましい。磁界発生源の回転に伴って、磁極が、第１磁束伝導片および第２磁束伝導片に順に接近する。発電センサは、磁界発生源の磁極からの磁束が第１磁束伝導片から伝導される第１状態で負のパルス電圧を生成し、磁界発生源からの磁束が第２磁束伝導片から伝導される第２状態で正のパルス電圧を生成する。これらのパルス電圧を前述のセグメントカウンタで計数することにより、１回転あたり２ｋ個のセグメントを計数できる。この場合、典型的には、ｋ個の磁石の同じ極性の磁極が通る円周軌道上には、他の極性の磁極は配置されていない。したがって、回転体の一方向への回転にともなって、同じ極性の磁極が発電センサに順に対向する。
【0129】
たとえば、磁性ワイヤのソフト層およびハード層が第２磁束伝導片から第１磁束伝導片に向かう方向に磁化されたセット状態（負パルス生成のためのセット状態）で、回転体とともに磁界発生源が回転し、磁極が第１磁束伝導片に接近する場合を考える。その磁極からの磁束が第１磁束伝導片から伝導されることで、磁性ワイヤのソフト層の磁化方向が反転し、負のパルスが発生する。その磁極が第１磁束伝導片にさらに接近すると、ハード層の磁化方向も反転し、磁性ワイヤは正パルス生成のためのセット状態になる。磁界発生源がさらに回転して、当該磁極が第２磁束伝導片に接近すると、その磁極からの磁束が第２磁束伝導片から伝導される。それにより、磁性ワイヤのソフト層の磁化方向が反転し、正のパルスが発生する。その磁極が第２磁束伝導片にさらに接近すると、ハード層の磁化方向も反転し、磁性ワイヤは負パルス生成のためのセット状態となる。こうして、一つの磁極が発電センサの検出領域を通過することで、２つのパルスが生成される。
【0130】
この構成を採用する場合、センサ要素は、磁界発生源の磁極が発電センサの中央部に対向する位置に存在するかしないかを検出することが好ましい。セグメントの境界は、磁極が発電センサの中央部に対向する角度位置となる。磁界発生源の磁極が発電センサの中央部に対向するかどうかをセンサ要素によって検出することにより、前述の実施形態の場合と同様に、センサ要素および発電センサの出力に基づいて、回転位置および回転方向の識別が可能になる。
【0131】
以上、この発明の２つの実施形態について説明してきたが、以下に例示するとおり、この発明は、さらに他の形態で実施することができる。
【0132】
前述の実施形態では、Ｌ形の磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２を有する発電センサ２０を用いる例を示したが、磁束伝導片は、他の形態を有していてもよい。たとえば、磁性ワイヤＦＥから検出領域に向けて直線状に延びるＩ形の磁束伝導片を用いてもよい。また、磁性ワイヤの両端にコイルの大きさ程度の筒状の磁束伝導片を有する構成としてもよい。
【0133】
前述の実施形態では、磁界発生源５０が２個の磁極対（図２Ａ参照）または２個の同極磁石（第２の実施形態）を有する場合について主として説明したが、３個以上の磁極対または３個以上の同極磁石を有する構成とし、６個以上のセグメントを有するセグメントカウンタを備えてもよい。
【0134】
また、精密アブソリュート角度検出器１は必ずしも単一の検出器を意味するものではなく、１回転内のアブソリュート角度を得る機能を有するものであればよい。たとえば、１回転以下の検出範囲を持つ複数の検出器で精密アブソリュート角度検出器１を構成してもよい。例として、３２周期／回転の検出器の検出信号と、３１周期／回転の検出器の検出信号とから、演算で１周期／回転の角度も求めるものでもよい。また、そのときの演算も、演算装置４で行ってもよい。
【0135】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【0136】
１ ：精密アブソリュート角度検出器
２ ：セグメントカウンタ
３ ：電源回路
４ ：演算装置
５ ：信号評価回路
６ ：整流／電源回路
７ ：信号処理回路
８ ：カウンタ回路
９ ：不揮発性メモリ
１０ ：カウンタメモリＩＣ
２０ ：発電センサ
３３ ：回転軸線
５０ ：磁界発生源
１００ ：多回転角度検出装置
ＦＥ ：磁性ワイヤ
ＦＬ１ ：第１磁束伝導片
ＦＬ２ ：第２磁束伝導片
Ｍ ：磁石
ＭＳ ：センサ要素
ＳＰ ：コイル
ＳＲ ：検出領域
ａ，ｂ，ｃ，ｄ ：境界
ｎ１，ｎ２ ：Ｎ極
ｓ１，ｓ２ ：Ｓ極
２ ：セグメントカウンタ
３ ：電源回路
４ ：演算装置
５ ：信号評価回路
６ ：整流／電源回路
７ ：信号処理回路
８ ：カウンタ回路
９ ：不揮発性メモリ
１０ ：カウンタメモリＩＣ
２０ ：発電センサ
３３ ：回転軸線
５０ ：磁界発生源
１００ ：多回転角度検出装置
ＦＥ ：磁性ワイヤ
ＦＬ１ ：第１磁束伝導片
ＦＬ２ ：第２磁束伝導片
Ｍ ：磁石
ＭＳ ：センサ要素
ＳＰ ：コイル
ＳＲ ：検出領域
ａ，ｂ，ｃ，ｄ ：境界
ｎ１，ｎ２ ：Ｎ極
ｓ１，ｓ２ ：Ｓ極
【図1】
【図2A-2C】
【図3A-3C】
【図3D-3F】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】