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(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】P2024062660
(43)【公開日】2024-05-10
(54)【発明の名称】多回転角度検出装置
(51)【国際特許分類】
G01D 5/245 20060101AFI20240501BHJP
【ＦＩ】
G01D5/245 W
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022170648
(22)【出願日】2022-10-25
(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）】
2F077AA27
2F077AA30
2F077CC09
2F077NN02
2F077NN17
2F077NN24
2F077PP13
2F077QQ17
2F077TT66
2F077TT71
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回転周期をに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ｋ周期（ｋは３以上の整数）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回転周期をに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ｋ周期（ｋは３以上の整数）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ｋ周期（ｋは３以上の整数）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、前記発電センサが発生するパルス電圧と前記センサ要素の出力信号とを用いて、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ｋ周期（ｋは３以上の整数）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、前記発電センサが発生するパルス電圧と前記センサ要素の出力信号とを用いて、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】
前記磁界発生源は、前記回転軸線を中心とする円周上に、同じ極性の磁極を前記発電センサに向けて配列されたｋ個の磁石を含み、
前記発電センサの前記磁性ワイヤは、前記円周の接線に平行に配置されており、
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磁束伝導片を有し、
前記磁界発生源の回転に伴って、前記磁極が、前記第１磁束伝導片および第２磁束伝導片に順に接近し、
前記発電センサは、前記磁界発生源の前記磁極からの磁束が前記第１磁束伝導片から電動される第１状態で負の電圧パルスを生成し、前記磁界発生源からの磁束が前記第２磁束伝導片から伝導される第２状態で正の電圧パルスを生成する、請求項１に記載の多回転角度検出装置。
前記発電センサの前記磁性ワイヤは、前記円周の接線に平行に配置されており、
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磁束伝導片を有し、
前記磁界発生源の回転に伴って、前記磁極が、前記第１磁束伝導片および第２磁束伝導片に順に接近し、
前記発電センサは、前記磁界発生源の前記磁極からの磁束が前記第１磁束伝導片から電動される第１状態で負の電圧パルスを生成し、前記磁界発生源からの磁束が前記第２磁束伝導片から伝導される第２状態で正の電圧パルスを生成する、請求項１に記載の多回転角度検出装置。
【請求項3】
前記センサ要素は、前記磁界発生源の磁極が前記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し、前記セグメントの境界は、前記磁極が前記発電センサの中央部に対向する角度位置である、請求項１または２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個の磁極対を含む、請求項１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、前記回転軸線を中心と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し、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る、請求項４または５に記載の多回転角度検出装置。
【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。
【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。
【課題を解決するための手段】
【0024】
この発明の一実施形態は、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を提供する。多回転角度検出装置は、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（典型的には等分）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、を含む。前記セグメントカウンタは、一つ（ただ一つ）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（典型的には発電センサ以外のセンサ要素）と、前記カウント値を記憶する不揮発性メモリと、を含む。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する。前記磁界発生源は、前記回転体の１回転あたりｋ周期（ｋは３以上の整数）の交番磁界を前記磁性ワイヤの軸方向に与える。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、前記発電センサが発生するパルス電圧と前記センサ要素の出力信号とを用いて、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する。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（すなわち、前記セグメントカウンタの前記カウント値を補正する補正処理を行うことなく）、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。
【0025】
この構成によれば、磁界発生源が１回転あたりｋ周期の交番磁界を磁性ワイヤの軸方向に与えることにより、発電センサは、１回転あたり２ｋ個のパルス電圧を発生する。ｋ≧３であるので、１回転あたり３周期以上の交番磁界が磁性ワイヤに与えられ、磁性ワイヤは、１回転あたり６個以上のパルス電圧を生成する。セグメントカウンタは、たとえば、１回転周期をｋ個以上（たとえばｋ個または２ｋ個）、すなわち３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３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６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。
【0026】
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。
【0027】
この発明の一実施形態では、前記磁界発生源は、前記回転軸線を中心とする円周上に、同じ極性の磁極を前記発電センサに向けて配列されたｋ個の磁石を含む。前記発電センサの前記磁性ワイヤは、前記円周の接線に平行に配置されている。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。前記磁界発生源の回転に伴って、前記磁極が、前記第１磁束伝導片および第２磁束伝導片に順に接近する。前記発電センサは、前記磁界発生源の前記磁極からの磁束が前記第１磁束伝導片から伝導される第１状態で負の電圧パルスを生成し、前記磁界発生源からの磁束が前記第２磁束伝導片から伝導される第２状態で正の電圧パルスを生成する。
【0028】
この実施形態において、典型的には、前記ｋ個の磁石の同じ極性の磁極が通る前記回転軸線まわりの円周軌道上には、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し、前記第１の状態および第２状態が交互に繰り返される。
【0029】
この構成によれば、磁界発生源を構成するｋ個の磁石は、同じ極性の磁極を発電センサに向けて配列されている。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。
【0030】
この発明の一実施形態では、前記センサ要素は、前記磁界発生源の磁極が前記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し、前記セグメントの境界は、前記磁極が前記発電センサの中央部に対向する角度位置である。
【0031】
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。
【0032】
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、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。
【0033】
この発明の一実施形態では、前記磁界発生源は、前記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個の磁極対を含む。
【0034】
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、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磁束伝導片側端から第２磁束伝導片側端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磁束伝導片側端から第２磁束伝導片側端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磁束伝導片側端から第１磁束伝導片側端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磁束伝導片側端から第１磁束伝導片側端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。
【0035】
この発明の一実施形態では、前記発電センサの前記磁性ワイヤは、前記回転軸線を中心と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。
【0036】
この発明の一実施形態では、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し、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る。
【0037】
発電センサの中央部に対向する磁極の極性をセンサ要素によって検出することにより、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。
【発明の効果】
【0038】
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。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【発明を実施するための形態】
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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（６５３３６段階）の分解能で生成するように構成されている。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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、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、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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
磁界発生源５０は、回転軸線３３から離れた位置に配置されたｋ個（ｋは３以上の整数。この実施形態ではｋ＝３）の磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋを含む。磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋは、第２の支持体３２の回転軸線３３まわりの回転運動によって、発電センサ２０の検出領域ＳＲに順に進入するように第２の支持体３２に固定されている。磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋは、検出領域ＳＲにおいて、発電センサ２０に同じ極性の磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋ（この例ではＮ極）が対向するように着磁されている。磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋは、回転軸線３３まわりの円周軌道５１に沿って移動する。この円周軌道５１が検出領域ＳＲを通るように発電センサ２０と磁界発生源５０との配置が定められている。磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋは、円周軌道５１上で等間隔に配置されている。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。磁性ワイヤＦＥは、一対の磁束伝導端２１，２２の間における円周軌道５１上の点（接点）における接線と平行に軸方向ｘを設定し、かつ当該接点において当該接線に立てた垂線上に軸方向ｘの中心位置２５（以下「軸中心位置２５」という。）を設定して配置されている。コイルＳＰは、磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋの磁極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、磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋの磁極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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
磁界発生源５０を構成するｋ個の磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋは、同じ極性の磁極ｎ１，ｎ２，ｎ３（図示の例ではＮ極）を第１の支持体３１（プリント配線板）に対向させて配置されている。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Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋが固定されている。磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋ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１２０度の角度間隔で３つの磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が配置されている。各磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋの着磁方向は、回転軸線３３に平行である。そして、同じ極性の磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋ（図示の例ではＮ極）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Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋが第２の支持体３２に固定されている。回転軸線３３から磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋ（より詳しくは、第１の支持体３１に対向する磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋ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および磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋ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る。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。
【0065】
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，ｎ２，…，ｎｋは、回転軸線３３を中心とし、検出領域ＳＲを通る円周軌道５１上を移動する。磁性ワイヤＦＥの軸方向ｘは、円周軌道５１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を中心とし、円周軌道５１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。
【0066】
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、磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋの磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋ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。
【0067】
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、この例では、磁性ワイヤＦＥの軸方向ｘの中心位置にほぼ対向する位置に配置されている。それにより、センサ要素ＭＳは、磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋが第１磁束伝導片ＦＬ１および第２磁束伝導片ＦＬ２の間の円周軌道５１上で発電センサ２０に対向するときに、磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋからの磁界を検出して識別信号を出力する。それにより、センサ要素ＭＳは、磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋが発電センサ２０の中央部に対向する位置に存在するかしないかを検出し、その検出結果を表す識別信号を出力する。センサ要素ＭＳの配置は、これ以外であってもよい。具体的には、磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋのいずれか一つが発電センサ２０の中央部に対向するときに、磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋのいずれか一つからの磁界を検出できる位置にセンサ要素ＭＳが配置されればよい。より具体的には、図２Ｂの配置を基準として、回転軸線３３まわりの３６０度／ｋの角度間隔（ｋ＝３のときには１２０度の間隔）の複数の位置のいずれかにセンサ要素ＭＳを配置することができる。
【0068】
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、一つの磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋの磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋが円周軌道５１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、一つの磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋの磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋが円周軌道５１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、磁石Ｍ１，Ｍ２，…，Ｍｋが第１磁束伝導片ＦＬ１と第２磁束伝導片ＦＬ２との間の円周軌道５１上にあるときに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。
【0069】
図３Ａ～図３Ｆは、発電センサ２０の作用を詳しく説明するための図である。図３Ａ(Initial State)は、負の電圧パルスを出力するための準備状態である第１セット状態を示す。すなわち、磁性ワイヤＦＥのソフト層およびハード層の両方の磁化方向が第２軸方向ｘ２に揃っている。この第１セット状態で、図３Ｂ(Trigger Negative)に示すように、磁石Ｍ１の磁極ｎ１（図示の例ではＮ極）が第１磁束伝導片ＦＬ１の磁束伝導端２１（軸平行部４２の検出領域対向面）に接近すると、磁極ｎ１からの磁束が第１磁束伝導片ＦＬ１から伝導される第１状態となり、それによって、磁性ワイヤＦＥには、第１軸方向ｘ１の動作磁界が印加される。これにより、大バルクハウゼン効果が発現して、ソフト層の磁化方向が第１軸方向ｘ１に反転する。それに伴い、コイルＳＰから負の電圧パルスが生成される。
【0070】
第１状態から、図３Ｃ(Set (Positive))に示すように、磁極ｎ１が第１磁束伝導片ＦＬ１の磁束伝導端２１にさらに接近すると、磁性ワイヤＦＥに印加される第１軸方向ｘ１の磁束が強まることにより、安定化磁界が印加され、ハード層の磁化方向も第１軸方向ｘ１に反転する。それにより、ソフト層およびハード層の両方の磁化方向が第１軸方向ｘ１に揃った第２セット状態となる。第２セット状態は、正の電圧パルスを生成するための準備状態である。
【0071】
第２セット状態から、図３Ｅ(Trigger Positive)に示すように、磁石Ｍ１がさらに移動し、磁極ｎ１が第２磁束伝導片ＦＬ２の磁束伝導端２２（軸平行部４２の検出領域対向面）に接近すると、磁極ｎ１からの磁束が第２磁束伝導片ＦＬ２から伝導される第２状態となり、それによって、磁性ワイヤＦＥには、第２軸方向ｘ２の動作磁界が印加される。これにより、大バルクハウゼン効果が発現して、ソフト層の磁化方向が第２軸方向ｘ２に反転する。それに伴い、コイルＳＰから正の電圧パルスが生成される。
【0072】
第２状態から、図３Ｆ(Set (Negative))に示すように、磁石Ｍ１がさらに移動して磁極ｎ１が第２磁束伝導片ＦＬ２の磁束伝導端２２にさらに接近すると、磁性ワイヤＦＥに印加される第２軸方向ｘ２の磁束が強まることにより、安定化磁界が印加され、ハード層の磁化方向も第２軸方向ｘ２に反転する。それにより、ソフト層およびハード層の両方の磁化方向が第２軸方向ｘ２に揃った第１セット状態（負の電圧パルスを出力するための準備状態）に戻る。
【0073】
磁極ｎ１が発電センサ２０の近傍を通って移動するとき、磁性ワイヤＦＥとの間には、磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２の軸平行部４２が位置しており、この軸平行部４２が磁性ワイヤＦＥを磁気的に遮蔽する。そのため、磁極ｎ１からの磁束は軸平行部４２の検出領域対向面である磁束伝導端２１，２２に引き寄せられ、そこから磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２に入って磁性ワイヤＦＥの端部へと導かれる。それにより、磁性ワイヤＦＥのほぼ全軸長範囲において、軸方向ｘの磁界を印加することができる。すなわち、磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２は、磁極ｎ１が磁束伝導端２１，２２に形成する磁界を軸方向ｘの磁界に補正して磁性ワイヤＦＥに印加する磁界補正機能を有するように構成されている。
【0074】
このような磁界補正機能のために、図３Ｄ(Balanced)に示すように、一対の磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２の中間位置に磁極ｎ１が位置しているときにも、磁極ｎ１から磁性ワイヤＦＥの軸方向途中位置に直接導かれる磁束はほとんど存在しない。このとき、磁束伝導片ＦＬ１，ＦＬ２の両方を伝導して磁性ワイヤＦＥの両端部から印加される磁力がバランスすることにより、磁性ワイヤＦＥには磁界がかからず、磁性ワイヤＦＥの磁化方向は変化しない。そして、図３Ｅの状態に至って、ソフト層の一斉反転が生じて、パルス電圧が生成される。
【0075】
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３以上の整数）に分割（典型的には等分）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。図４には、Ｕｍ＝３の例を示す。回転軸線３３まわりに１２０度間隔で設定される３本の境界ａ，ｂ，ｃによって、３つのセグメントが規定されている。境界ａ，ｂ，ｃ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は磁極ｎ１が発電センサ２０の中央部に対向する位置に相当し、境界ｂは磁極ｎ２が発電センサ２０の中央部に対向する位置に相当し、境界ｃは磁極ｎ３が発電センサ２０の中央部に対向する位置に相当する。それぞれの磁極ｎ１，ｎ２，ｎ３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。
【0076】
磁極ｎ１、磁極ｎ２、磁極ｎ３は円周上に等間隔で設置されているので、境界ａ、境界ｂ、境界ｃの間隔は回転角で１２０°であり、境界ａを基準角度０°とすると、境界ｂは角度１２０°、境界ｃは角度２４０°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ＣＣＷに向かって増加するものとする。
【0077】
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＝３）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、ｋ個の磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋが回転軸線３３まわりに等角度間隔で配置されている。
【0078】
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がいずれかの磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋを検出している状態、すなわち、いずれかの磁極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がいずれの磁極ｎ１，ｎ２，…，ｎｋも検出していない状態、すなわち、いずれの磁極ｎ１，ｎ２，ｎ３も発電センサ２０の中央部に対向していない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。
【0079】
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、いずれかの磁極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、いずれの磁極も発電センサ２０の中央部に対向していない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、いずれかの磁極が発電センサ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、いずれの磁極も発電センサ２０の中央部に対向していない状態で正パルスが発生する状態を表す状態値である。
【0080】
「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。
【0081】
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。
【0082】
回転軸３０が反時計回り方向ＣＣＷに回転するとき、回転角０°、１２０°および２４０°にそれぞれ相当する境界ａ，ｂ，ｃ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、一つの負パルスおよび一つの正パルスが順に生成される。このとき、状態値ＬＮ（負パルス生成）→セット状態ＳＥＴ_Ｐ→状態値ＨＰ（正パルス生成）→セット状態ＳＥＴ_Ｎのように変化する。セグメントカウンタ２は、状態値ＨＰで＋１カウントアップする。すなわち、回転角が０°（境界ａ）、１２０°（境界ｂ）および２４０°（境界ｃ）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。
【0083】
回転軸３０が時計回り方向ＣＷに回転するとき、回転角０°、１２０°および２４０°にそれぞれ相当する境界ａ，ｂ，ｃ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、一つの正パルスおよび一つの負パルスが順に生成される。このとき、状態値ＬＰ（正パルス生成）→セット状態ＳＥＴ_Ｎ→状態値ＨＮ（負パルス生成）→セット状態ＳＥＴ_Ｐのように変化する。セグメントカウンタ２は、状態値ＨＮで－１カウントダウンする。すなわち、回転角が０°（境界ａ）、１２０°（境界ｂ）および２４０°（境界ｃ）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。
【0084】
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）と、直前の状態値（ＯＬＤ）との組み合わせによって、カウント動作（Ｃｏｕｎｔ）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。
【0085】
更新された状態値がＨＰのときは、直前の状態値がＨＮ，ＬＰ，ＬＮのいずれかであれば（すなわち、ＨＰ以外であれば）、＋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ＨＰ，ＬＰ，ＬＮのいずれかであれば（すなわち、ＨＮ以外であれば）、－１カウントダウン動作が行われる。
【0086】
更新された状態値がＬＰのときは、直前の状態値がＨＰであるときに限り、－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ＨＮであるときに限り、＋１カウント動作となる。これらは、センサ要素ＭＳの出力が磁極検出状態から磁極非検出状態に変化し、かつパルス極性が変化しなかった場合の例外的なカウント動作であり、後述するパルス抜けの影響を補償する目的で行われる。
【0087】
上記以外の状態値の変化（ｏｔｈｅｒｓ）に関しては、カウント値は不変に保持される（カウント値の変化は「０」）。すなわち、今回および前回の状態値が等しい場合、今回の状態値がＬＰで前回の状態値がＨＮまたはＬＮの場合、ならびに今回の状態値がＬＮで前回の状態値がＨＰまたはＬＰの場合には、カウント値は不変である。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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ＣＣＷ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）となり、回転角が位置５３に達すると、負パルスが発生して状態値ＬＰとなる。したがって、状態値がＨＰ→ＨＮと変化すれば基本的な－１カウントダウン動作となるはずであるが、実際には、状態値がＨＰ→ＬＰと変化するので、例外的な－１カウントダウン動作が行われる（図５参照）。これにより、パルス抜けの影響が補償される。回転方向が反対の場合の挙動も同様であり、状態値がＨＮ→ＬＮと変化して、例外的な＋１カウントダウン動作が行われる（図５参照）。これらの例外的なカウント動作が行われるまではカウント値は±１の誤差を含み得る。
【0091】
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ｂを跨いで反時計回り方向ＣＣＷ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ＨＰ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ｂを時計回り方向ＣＷに越えて、状態値ＨＮ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。そして、再び回転方向が反転すると、回転角が境界ｂを跨いで反時計回り方向ＣＣＷに移動し、位置６１で再び正パルスが発生し、状態値ＨＰとなる。したがって、状態値がＨＰ→ＨＮと変化すれば基本的な－１カウントダウン動作となるはずであるが、実際には、状態値がＨＰ→ＨＰと変化するので、カウント値は不変となる（図５の「ｏｔｈｅｒｓ」）。すなわち、状態値がＨＰ→ＨＰと変化するが、同じ位置であるためカウントしない。よって、軌跡Ｔ２のシナリオの場合に、２つ目の状態値ＨＰが発生してカウントを無視するまでの間、セグメントカウンタ２のカウント値は＋１の誤差を含み得る。回転方向が反対の場合の挙動も同様であり、状態値がＨＮ→ＨＮと変化し、カウント値は不変になる（図５参照）。この場合、カウント値は－１の誤差を含み得る。したがって、例外的なカウント動作が行われるまでは、カウント値は±１の誤差を含み得る。
【0092】
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～１２０度）では「０」、境界ｂ，ｃの間の区間Ｓ１（１２０度～２４０度）では「１」、境界ｂ，ｃの間の区間Ｓ２（２４０度～３６０度）では「２」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」となる可能性のある角度範囲Ａ０，Ａ１，Ａ２は、図６に示すとおりである。これらの角度範囲Ａ０，Ａ１，Ａ２は、各区間Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２の角度範囲（１２０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。具体的には、カウント値がそれぞれ「０」，「１」，「２」となる可能性のある角度範囲Ａ０，Ａ１，Ａ２は、対応する区間Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ隣接する区間Ｓ２，Ｓ１；Ｓ０，Ｓ２；Ｓ１，Ｓ０を越えていない。
【0093】
なお、この実施形態では、１回転当たりｋ周期の交番磁界が磁性ワイヤＦＥに与えられ、それによって、２ｋ個のパルスが発生するときに、ｋ回のカウントを行う仕様のカウンタ回路８を用いる例を示している。この場合、１回転当たりのセグメント数Ｕｍは、ｋ個である。しかし、これは一例であり、たとえば、１回転当たり２ｋ個のパルスが発生する間に２ｋ回のカウント（すなわち、パルス発生に応じて＋１また－１のカウント）を行う仕様のカウンタ回路を用いてもよい。この場合には、１回転当たりのセグメント数Ｕｍは２ｋ個となる。同じ状態値が連続する場合はカウント値を維持し、パルス抜けに関しては、＋２または－２のカウント補正を行えばよい。ｋ個または２ｋ個以外のセグメント数Ｕｍとする設計も可能である。
【0094】
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＝ｋ＝３の場合を想定している。前述のとおり、必ずしもＵｍ＝ｋではなく、セグメント数Ｕｍは、１回転当たりに発電センサ２０が発生するパルス数（２ｋ）の２以上の任意の約数とすることができ、３以上の約数とすることが好ましい。
【0095】
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６１で示すように、０～６５５３６の間で鋸歯波状に変化する。
【0096】
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６２で示す階段状の変化を示す。たとえば、０度を基準として１２０度（＝３６０度／３）ずつの間隔で中央値を有する各１２０度（＝３６０度／３）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３カウントであるので、１カウントあたりの階段の高さは６５５３６／３としてある。
【0097】
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。
【0098】
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「３８２９９」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「３８２９９」（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値は、カウント誤差を考慮すると、次表のとおりとなる。
【0099】
【表1】
【0100】
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８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。
【0101】
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８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＝ｋ＝３）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。
【0102】
【数1】
【0103】
上式のとおり、回転数Ｎは、カウント値ｍをセグメント数Ｕｍで除して回転数に換算し、そこから角度検出値θに相当する回転量（θ／Ｕθ）を減じたうえで、四捨五入して求めることができる。上式の例では、１／２を加えて整数化関数INT（小数部を切り捨てて整数化する関数）で処理することで四捨五入演算が行われている。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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３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。
【0107】
図９Ａはこの発明の他の実施形態に係る多回転角度検出装置に適用される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９Ｂはその平面図である。これらの図面において、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃに示した各部の対応部分に同一参照符号を付してある。
【0108】
この実施形態は、図１の構成の多回転角度検出装置１００において、図９Ａおよび図９Ｂに示す構造を有するセグメントカウンタ２が用いられる。前述の実施形態と比較すると、磁界発生源５０の構成が主たる相違点である。加えて、センサ要素ＭＳの配置も相違している。発電センサ２０を支持する第１の支持体３１は、センサ要素ＭＳの配置に合わせて、センサ要素ＭＳを支持できるように変更されている。なお、図９Ｂにおいては、第１の支持体３１を透視して、磁界発生源５０の配置を示してある。セグメントカウンタ２のその他の構成は、前述の実施形態と同様である。
【0109】
この実施形態では、磁界発生源５０は、回転軸線３３を取り囲むリング状の６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。６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３以上の整数。図示の例ではｋ＝３）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６０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３周期）の交番磁界が印加される。
【0110】
発電センサ２０の磁性ワイヤＦＥは、回転軸線３３を中心と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６０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。
【0111】
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、Ｓ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、Ｎ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判別する。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。ｋが偶数（たとえば４）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。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。
【0112】
図１０Ａ～図１０Ｆ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１０Ａは、図９Ｂの状態を矢印Ｘに沿って見た正面図である。図１０Ｂ～図１０Ｆも同様の視点から見た正面図である。
【0113】
図１０Ａ（図９Ｂ）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。
【0114】
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１０Ｂ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、Ｎ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。よって、状態値ＬＮが得られる。
【0115】
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１０Ｃ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。
【0116】
回転軸３０がさらに回転し、図１０Ｃの状態から反時計回り方向ＣＣＷに６０度回転した図１０Ｄ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。
【0117】
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１０Ｅ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、Ｓ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。よって、状態値ＨＰが得られる。
【0118】
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１０Ｆ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６０度回転すると、図１０Ａと同等の状態となる。
【0119】
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３個）の磁極対を有するので、１回転あたり、２ｋ個（この例では６個）のパルスが生成される。
【0120】
時計回り方向ＣＷの回転についても同様の考察を行うことにより、セグメントカウンタ２の動作は、図１１のようになることが分かる。図４と比較すると、状態値ＬＮ，ＬＰの角度位置が異なるが、図５に示したカウント方法をそのまま適用して、前述の実施形態と同様なカウント動作を行うことができる。よって、前述の実施形態の場合と同じ信号処理を行うことにより、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して、精密多回転アブソリュート角度検出値を生成することができる。セグメントの境界ａ，ｂ，ｃ、すなわち、カウント値が切り替わる境界は、磁極対のＮ極およびＳ極のうちのいずれか一方が発電センサ２０の中央部に対向する角度位置に相当する。
【0121】
以上、この発明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。
【0122】
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。
【0123】
前述の実施形態では、磁界発生源５０が３個の磁石（図２Ａ参照）または３個の磁極対（図９Ａ参照）を有する場合について主として説明したが、４個以上の磁石または４個以上の磁極対を有する構成とし、４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。
【0124】
また、精密アブソリュート検出器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。
【0125】
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】
【0126】
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 ：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
３０ ：回転軸
３１ ：第１の支持体
３２ ：第２の支持体
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 ：６極着磁磁石
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ ：磁石
ＭＳ ：センサ要素
ＳＰ ：コイル
ＳＲ ：検出領域
ｎ１，ｎ２，ｎ３ ：Ｎ極
ｓ１，ｓ２，ｓ３ ：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 ：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
３０ ：回転軸
３１ ：第１の支持体
３２ ：第２の支持体
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 ：６極着磁磁石
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ ：磁石
ＭＳ ：センサ要素
ＳＰ ：コイル
ＳＲ ：検出領域
ｎ１，ｎ２，ｎ３ ：Ｎ極
ｓ１，ｓ２，ｓ３ ：Ｓ極
【図1】
【図2A-2C】
【図3A-3C】
【図3D-3F】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A-9B】
【図10A-10C】
【図10D-10F】
【図11】