JP5727958B2

JP5727958B2 - Anomaly detection device for magnetic field measurement equipment

Info

Publication number: JP5727958B2
Application number: JP2012062512A
Authority: JP
Inventors: 威信中村; 片岡　誠; 誠片岡
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP2013195228A

Description

本発明は、磁場計測装置の異常検出装置に関し、より詳細には、複数の磁電変換素子の出力の和に基づきＺ軸成分に着目して異常を検出演算するようにした磁場計測装置の異常検出装置に関する。 The present invention relates to an abnormality detection device for a magnetic field measurement device, and more specifically, an abnormality detection for a magnetic field measurement device that detects and computes an abnormality focusing on a Z-axis component based on the sum of outputs from a plurality of magnetoelectric transducers. Relates to the device.

近年、磁気検出素子（ホール素子，磁気抵抗素子など）と信号処理回路（ＬＳＩ）を一体化した高機能な磁気センサＬＳＩのさまざまな利用法が進んでいる。例えば、自動車では、ハンドルの回転角度を検出するための回転角センサがある。この種の回転角センサは、例えば、特許文献１に提案されている。この特許文献１には、周囲の磁場を集めて増幅する磁気集束板とシリコン基板上のホール素子を利用した回転角センサが開示されている。 In recent years, various uses of a high-performance magnetic sensor LSI in which a magnetic detection element (Hall element, magnetoresistive element, etc.) and a signal processing circuit (LSI) are integrated have progressed. For example, in an automobile, there is a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of a handle. This type of rotation angle sensor is proposed in Patent Document 1, for example. This patent document 1 discloses a rotation angle sensor using a magnetic focusing plate that collects and amplifies a surrounding magnetic field and a Hall element on a silicon substrate.

図１は、特許文献１に記載の回転角センサを説明するための構成図である。この回転角センサは、回転体に取り付けられた回転磁石１と、この回転磁石１の下に離れて置かれた集積回路（シリコン基板）２があり、このシリコン基板２上には、このシリコン基板２上に形成されたホール素子３と、さらにそのホール素子３上に磁気集束板４が設けられている。そして、回転磁石１から発生するシリコン基板２の平面に平行な磁場（横磁場）を、磁気集束板４とホール素子３を用いて検出することで、回転磁石１の回転角度を算出するものである。 FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a rotation angle sensor described in Patent Document 1. In FIG. The rotation angle sensor includes a rotating magnet 1 attached to a rotating body, and an integrated circuit (silicon substrate) 2 placed under the rotating magnet 1. The silicon substrate 2 has the silicon substrate 2 disposed on the silicon substrate 2. 2 and a magnetic focusing plate 4 is provided on the Hall element 3. The rotation angle of the rotary magnet 1 is calculated by detecting a magnetic field (transverse magnetic field) parallel to the plane of the silicon substrate 2 generated from the rotary magnet 1 using the magnetic focusing plate 4 and the Hall element 3. is there.

図２は、図１におけるシリコン基板上に形成されたホール素子と磁気集束板の配置を説明するための図である。図２において、シリコン基板２に並行な面をＸＹ平面として、ＸＹ平面上の原点を中心に、円形の磁気集束板４が配置され、磁気集束板４の縁の下にホール素子３が４つ配置されている。ホール素子（ＨＸ１，ＨＸ２）３が、Ｘ軸上に原点を中心として対称な位置に配置され、同じくホール素子（ＨＹ１，ＨＹ２）３がＹ軸上に原点を中心として対称な位置に配置されている。ＨＸ１とＨＹ１は、図２のＸＹ座標平面において正の座標成分を有する位置に配置されている。 FIG. 2 is a diagram for explaining the arrangement of the Hall elements and the magnetic focusing plate formed on the silicon substrate in FIG. In FIG. 2, a plane parallel to the silicon substrate 2 is taken as an XY plane, a circular magnetic focusing plate 4 is arranged around the origin on the XY plane, and four Hall elements 3 are arranged under the edge of the magnetic focusing plate 4. Has been placed. The Hall elements (HX1, HX2) 3 are arranged on the X axis at a symmetric position around the origin, and the Hall elements (HY1, HY2) 3 are also arranged on the Y axis at the symmetric position around the origin. Yes. HX1 and HY1 are arranged at positions having positive coordinate components in the XY coordinate plane of FIG.

図３は、図１における回転磁石と磁気集束板とホール素子とシリコン基板とをＸ軸方向に沿ってみた断面図である。図３において、シリコン基板２から垂直に回転磁石１へ向かう方向がＺ軸正方向であり、ＨＸ２からＨＸ１の方向がＸ軸正方向である。また、ホール素子は、磁気集束板４の縁の下に、磁気集束板４の中心に対して対称な位置に２つ描かれている。これらホール素子ＨＸ１及びＨＸ２の感磁面は、シリコン基板２の平面に対して垂直方向となっている。したがって、Ｚ軸方向の磁場を検出する。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotating magnet, the magnetic focusing plate, the Hall element, and the silicon substrate in FIG. 1 as viewed along the X-axis direction. In FIG. 3, the direction from the silicon substrate 2 to the rotating magnet 1 is the Z-axis positive direction, and the direction from HX2 to HX1 is the X-axis positive direction. Two Hall elements are drawn under the edge of the magnetic focusing plate 4 at positions symmetrical with respect to the center of the magnetic focusing plate 4. The magnetic sensitive surfaces of these Hall elements HX 1 and HX 2 are perpendicular to the plane of the silicon substrate 2. Therefore, the magnetic field in the Z-axis direction is detected.

しかしながら、図３に示されるように、回転磁石１から発生した磁場は、磁気集束板４に引き寄せられるため、シリコン基板２の平面と並行な横磁場（図３においてはＸ軸成分）は、シリコン基板２の平面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）へ曲げられ、ホール素子の感磁面を通過する。したがって、これらのホール素子は、横磁場を信号として検出できる。 However, as shown in FIG. 3, since the magnetic field generated from the rotating magnet 1 is attracted to the magnetic focusing plate 4, the transverse magnetic field (X-axis component in FIG. 3) parallel to the plane of the silicon substrate 2 is silicon. It is bent in a direction perpendicular to the plane of the substrate 2 (Z-axis direction) and passes through the magnetic sensitive surface of the Hall element. Therefore, these Hall elements can detect a transverse magnetic field as a signal.

なお、図３に示されているように、図１に示したような構成の回転角センサにおいて回転磁石１が発生する磁場の強度は、通常において横磁場、つまり、Ｘ軸成分及びＹ軸成分が支配的である。
このような構成によって、図２に示したホール素子ＨＸ１とＨＸ２は、磁気集束板４に入射する磁場のＸ軸成分及びＺ軸成分を検出し、同様にＨＹ１とＨＹ２は、Ｙ軸成分及びＺ軸成分を検出する。 As shown in FIG. 3, the intensity of the magnetic field generated by the rotating magnet 1 in the rotation angle sensor having the configuration shown in FIG. 1 is normally a transverse magnetic field, that is, an X-axis component and a Y-axis component. Is dominant.
With such a configuration, the Hall elements HX1 and HX2 shown in FIG. 2 detect the X-axis component and the Z-axis component of the magnetic field incident on the magnetic focusing plate 4, and similarly, HY1 and HY2 are the Y-axis component and the Z-axis component. Detect axis component.

図３において、磁気集束板４に入射する磁場が、原点を中心にＸ軸から反時計まわりにθの向きに入射している様子が描かれている。この時、ＨＸ１は、磁場のＸ軸成分を正符号出力（＋Ｖｘ）で検出し、ＨＸ２は、負符号出力（−Ｖｘ）で検出するものとする。同様に、ＨＹ１は、磁場のＹ軸成分を正符号出力（＋Ｖｙ）で検出し、ＨＹ２は、負符号出力（−Ｖｙ）で検出するものとする。そして４つのホール素子は、すべて磁場のＺ軸成分をＸＹ平面に入射する方向を正符号出力（＋Ｖｚ）として検出するものとする。 In FIG. 3, the magnetic field incident on the magnetic focusing plate 4 is drawn in the direction of θ counterclockwise from the X axis with the origin at the center. At this time, HX1 detects the X-axis component of the magnetic field with a positive sign output (+ Vx), and HX2 detects with a negative sign output (-Vx). Similarly, HY1 detects the Y-axis component of the magnetic field with a positive sign output (+ Vy), and HY2 detects with a negative sign output (-Vy). All the four Hall elements detect the Z-axis component of the magnetic field as the positive sign output (+ Vz) in the direction of incidence on the XY plane.

したがって、ＨＸ１とＨＸ２の差分、ＨＹ１とＨＹ２の差分で検出される信号ＨＶＸ、ＨＶＹは、
ＨＶＸ＝＋Ｖｘ＋Ｖｚ−（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝２Ｖｘ・・・（１）
ＨＶＹ＝＋Ｖｙ＋Ｖｚ−（−Ｖｙ＋Ｖｚ）＝２Ｖｙ・・・（２）
となる。つまり、磁場強度のＸ軸成分及びＹ軸成分である。Ｚ軸成分はキャンセルされて検出されない。
ここで、回転角センサは、ＨＶＸとＨＶＹから磁場の角度θを
θ＝ａｔａｎ（ＨＶＹ／ＨＶＸ）・・・（３）
として、算出する。 Therefore, the signals HVX and HVY detected by the difference between HX1 and HX2 and the difference between HY1 and HY2 are
HVX = + Vx + Vz − (− Vx + Vz) = 2Vx (1)
HVY = + Vy + Vz − (− Vy + Vz) = 2Vy (2)
It becomes. That is, the X-axis component and the Y-axis component of the magnetic field strength. The Z-axis component is canceled and not detected.
Here, the rotation angle sensor calculates the magnetic field angle θ from HVX and HVY θ = atan (HVY / HVX) (3)
Calculate as follows.

図４は、上述した特許文献１による回転角センサの信号処理を説明するためのブロック構成図である。図４において、回転角センサは、ホール素子ＨＸ１，ＨＸ２，ＨＹ１，ＨＹ２と、ＨＸ１とＨＸ２の検出信号を減算するＸ軸減算部１１Ｘと、ＨＹ１とＨＹ２の検出信号を減算するＹ軸減算部１１Ｙと、Ｘ軸減算部１１Ｘの出力（式（１））と、Ｙ軸減算部１１Ｙの出力（式（２））とから式（３）により角度を算出する演算部１２とからなる。 FIG. 4 is a block configuration diagram for explaining the signal processing of the rotation angle sensor according to Patent Document 1 described above. In FIG. 4, the rotation angle sensor includes Hall elements HX1, HX2, HY1, and HY2, an X-axis subtractor 11X that subtracts the detection signals of HX1 and HX2, and a Y-axis subtractor 11Y that subtracts the detection signals of HY1 and HY2. And an arithmetic unit 12 that calculates an angle from the output (formula (1)) of the X-axis subtractor 11X and the output (formula (2)) of the Y-axis subtractor 11Y by formula (3).

なお、ＨＸ１とＨＸ２の和又はＨＹ１とＨＹ２の和は、
ＨＶＸ_Ｓ＝＋Ｖｘ＋Ｖｚ＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ・・・（４）
ＨＶＹ_Ｓ＝＋Ｖｙ＋Ｖｚ＋（−Ｖｙ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ・・・（５）
となって、磁場強度のＺ軸成分が検出されることは、上述した特許文献１に記載されている。 The sum of HX1 and HX2 or the sum of HY1 and HY2 is
HVX_S = + Vx + Vz + (− Vx + Vz) = 2Vz (4)
HVY_S = + Vy + Vz + (− Vy + Vz) = 2Vz (5)
Thus, the detection of the Z-axis component of the magnetic field strength is described in Patent Document 1 described above.

こうした磁気センサＬＳＩにおいて、特に自動車分野などで安全に対する意識の高まりから、ＬＳＩを製品として出荷した後、内部で発生する故障を検出する技術の必要性が高まっている。
また、回転角センサにおける磁気センサの故障検出方法として、例えば、特許文献２にあるような磁気抵抗効果素子を利用したものがある。この特許文献２では、磁気抵抗素子４つを利用してホイートストンブリッジ回路を形成し、信号検出用端子の出力が＋端子側が＋ｓｉｎθであり、−端子側が−ｓｉｎθであることから、通常の角度検出時は両端子の差分を利用して２ｓｉｎθを出力し、故障検出時は、両端子の加算が０となることを利用したものである。 In such a magnetic sensor LSI, a need for a technique for detecting a failure occurring inside the LSI after shipping the LSI as a product is increasing due to an increase in safety awareness especially in the automobile field.
Further, as a method for detecting a failure of a magnetic sensor in a rotation angle sensor, for example, there is a method using a magnetoresistive effect element as disclosed in Patent Document 2. In Patent Document 2, a Wheatstone bridge circuit is formed by using four magnetoresistive elements, and the output of the signal detection terminal is + sin θ on the + terminal side and −sin θ on the −terminal side. At this time, 2 sin θ is output using the difference between both terminals, and when the failure is detected, the addition of both terminals is 0.

米国特許第２００２／００２１１２４号明細書（Ａ１）US 2002/0021124 (A1) 特開２００５−４９０９７号公報JP-A-2005-49097

しかしながら、上述した特許文献１の回転角センサにおいても、シリコン基板上に形成されたホール素子からの出力は、後段に増幅器などをおいて信号処理をされるものであるが、そのホール素子及びその信号線に、断線故障や短絡故障といった故障が経年変化等により発生した場合、検出角度に大きな誤差を発生し、しかも、回転角センサの利用者にはその誤差が発生したことが判別できない状態となってしまう。上述した特許文献１には、そのような故障を検出する方法については何ら述べられていない。 However, even in the rotation angle sensor of Patent Document 1 described above, the output from the Hall element formed on the silicon substrate is subjected to signal processing with an amplifier or the like in the subsequent stage. When a failure such as disconnection failure or short-circuit failure occurs in the signal line due to aging, etc., a large error occurs in the detection angle, and the rotation angle sensor user cannot determine that the error has occurred. turn into. Patent Document 1 described above does not describe any method for detecting such a failure.

また、特許文献２に記載のものも、磁気抵抗素子からの出力の和を求めるものであるが、本発明のような複数の磁電変換素子の出力の和に基づきＺ軸成分に着目して異常を検出演算することについては何ら開示されていない。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数の磁電変換素子の出力の和に基づきＺ軸成分に着目して異常を検出演算するようにした磁場計測装置の異常検出装置を提供することにある。 Also, the one described in Patent Document 2 is to obtain the sum of the outputs from the magnetoresistive elements, but based on the sum of the outputs of a plurality of magnetoelectric transducers as in the present invention, an abnormality is noted. There is no disclosure about detecting and calculating.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is a magnetic field in which an abnormality is detected and calculated by paying attention to a Z-axis component based on a sum of outputs of a plurality of magnetoelectric transducers. An object of the present invention is to provide an abnormality detection device for a measurement device.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、回転体に取り付けられた回転磁石と、該回転磁石に対向して配置された基板上に設けられた複数の磁電変換素子と、該複数の磁電変換素子上に設けられた磁気収束板とを備えた磁場計測装置の異常検出装置において、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場と前記基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力する第１の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場を前記第１の磁電変換素子と異なる符号で検出し、かつ前記基板平面に垂直な磁場を検出し、信号を出力する第２の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場と前記基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力する第３の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場を前記第３の磁電変換素子と異なる符号で検出し、かつ前記基板平面に垂直な磁場を検出し、信号を出力する第４の磁電変換素子と、前記第１の磁電変換素子の出力と前記第２の磁電変換素子の出力との第１の和と、前記第３の磁電変換素子の出力と前記第４の磁電変換素子の出力との第２の和と、所定の閾値とに基づき異常を検出する故障検出部と、前記所定の閾値を記憶した閾値記憶部とを有する演算部と、を備え、前記故障検出部は、前記第１の和と前記第２の和との差、前記第１の和と前記第２の和との比、及び前記第１の和と前記第２の和との比の逆正接のうちのいずれかと前記所定の閾値とに基づき異常を検出することを特徴とする。 The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 is directed to a rotating magnet attached to a rotating body, and a substrate disposed opposite to the rotating magnet. In an abnormality detection device of a magnetic field measurement apparatus including a plurality of magnetoelectric conversion elements provided and a magnetic convergence plate provided on the plurality of magnetoelectric conversion elements, the abnormality detection device is parallel to the plane of the substrate via the magnetic convergence plate. A first magnetoelectric transducer that detects a magnetic field and a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal; and a magnetic field parallel to the substrate plane via the magnetic converging plate. And a magnetic field parallel to the substrate plane and the substrate plane via the magnetic converging plate , a second magnetoelectric conversion element that detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal. Outputs a signal by detecting a magnetic field perpendicular to A magnetic field parallel to the substrate plane is detected with a different sign from the third magnetoelectric conversion element, and a magnetic field perpendicular to the substrate plane is detected via the magnetic converging plate, and a signal is detected. The fourth magnetoelectric conversion element to be output, the first sum of the output of the first magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element, the output of the third magnetoelectric conversion element, and the fourth comprising of a second sum of the output of the magnetoelectric converting element, and a failure detection unit for detecting an abnormality based on a predetermined threshold value, and a calculation unit for chromatic and threshold storage unit that stores the predetermined threshold, The failure detection unit includes a difference between the first sum and the second sum, a ratio between the first sum and the second sum, and the first sum and the second sum. An abnormality is detected based on any one of the arc tangents of the ratio and the predetermined threshold value .

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の磁電変換素子の出力と前記第２の磁電変換素子の出力とに基づいて前記磁場の大きさを計測する計測部を備えていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the magnitude of the magnetic field is measured based on the output of the first magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element. It is characterized by having a measuring unit to perform .

また、請求項３に記載の発明は、回転体に取り付けられた回転磁石と、該回転磁石に対向して配置された基板上に設けられた複数の磁電変換素子と、該複数の磁電変換素子上に設けられた磁気収束板とを搭載した磁場計測装置に対して接触又は非接触で異常を検出する異常検出装置において、前記異常検出装置に搭載され、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場と前記基板平面に垂直な磁場とを検出する第１の磁電変換素子の出力と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場を前記第１の磁電変換素子と異なる符号で検出し、かつ前記基板平面に垂直な磁場を検出する第２の磁電変換素子の出力と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場と前記基板平面に垂直な磁場とを検出する第３の磁電変換素子の出力と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場を前記第３の磁電変換素子と異なる符号で検出し、かつ前記基板平面に垂直な磁場を検出する第４の磁電変換素子の出力とを受信する受信部と、該受信部からの信号を受けて、前記第１の磁電変換素子の出力と前記第２の磁電変換素子の出力との第１の和と、前記第３の磁電変換素子の出力と前記第４の磁電変換素子の出力との第２の和と、所定の閾値とに基づき異常を検出する故障検出部を有する演算部と、を備え、前記故障検出部は、前記第１の和と前記第２の和との差、前記第１の和と前記第２の和との比、及び前記第１の和と前記第２の和との比の逆正接のうちのいずれかと前記所定の閾値とに基づき異常を検出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a rotating magnet attached to a rotating body, a plurality of magnetoelectric conversion elements provided on a substrate disposed to face the rotating magnet, and the plurality of magnetoelectric conversion elements. In an abnormality detection device for detecting an abnormality in contact or non-contact with a magnetic field measurement device equipped with a magnetic convergence plate provided on the substrate, the substrate is mounted on the abnormality detection device, and the substrate is interposed through the magnetic convergence plate. the output of the first magneto-electric conversion element for detecting a magnetic field perpendicular to the substrate plane and the magnetic field parallel to the plane through the magnetic flux concentrator, the first magneto-electric converting a magnetic field parallel to the substrate plane An output of a second magnetoelectric transducer that detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and detects a magnetic field that is different from the element, and a magnetic field that is parallel to the substrate plane and perpendicular to the substrate plane via the magnetic focusing plate Third magnetoelectric transducer for detecting a strong magnetic field And a magnetic field parallel to the substrate plane via the magnetic converging plate, and a fourth magnetoelectric conversion for detecting a magnetic field perpendicular to the substrate plane. a receiver for receiving an output of the device receives a signal from the receiving unit, a first sum of the outputs of said second magnetoelectric conversion element of the first magneto-electric conversion element, the first with 3 and the output of the magnetoelectric converting element and the second sum of the output of said fourth magneto-electric conversion element, and a computation unit having a failure detection unit for detecting an abnormality based on a predetermined threshold, the failure detecting And a difference between the first sum and the second sum, a ratio between the first sum and the second sum, and an inverse of the ratio between the first sum and the second sum. An abnormality is detected based on any one of the tangents and the predetermined threshold value .

また、請求項４に記載の発明は、回転体に取り付けられた回転磁石と、該回転磁石に対向して配置された基板上に設けられた複数の磁電変換素子と、該複数の磁電変換素子上に設けられた磁気収束板とを備えた磁場計測装置の異常検出装置において、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場と前記基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力する第１の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場を前記第１の磁電変換素子と異なる符号で検出し、かつ前記基板平面に垂直な磁場を検出し、信号を出力する第２の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場と前記基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力する第３の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場を前記第３の磁電変換素子と異なる符号で検出し、かつ前記基板平面に垂直な磁場を検出し、信号を出力する第４の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場と前記基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力する第５の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場を前記第５の磁電変換素子と異なる符号で検出し、かつ前記基板平面に垂直な磁場を検出し、信号を出力する第６の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場と前記基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力する第７の磁電変換素子と、前記磁気収束板を介して、前記基板平面に平行な磁場を前記第７の磁電変換素子と異なる符号で検出し、かつ前記基板平面に垂直な磁場を検出し、信号を出力する第８の磁電変換素子と、前記第１の磁電変換素子の出力と前記第２の磁電変換素子の出力と前記第３の磁電変換素子の出力と前記第４の磁電変換素子の出力との第１の和と、前記第５の磁電変換素子の出力と前記第６の磁電変換素子の出力と前記第７の磁電変換素子の出力と前記第８の磁電変換素子の出力との第２の和と、所定の閾値とに基づき異常を検出する故障検出部と、前記所定の閾値を記憶した閾値記憶部とを有する演算部と、を備え、前記故障検出部は、前記第１の和と前記第２の和との差と前記所定の閾値とに基づき異常を検出することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotating magnet attached to a rotating body, a plurality of magnetoelectric conversion elements provided on a substrate disposed to face the rotating magnet, and the plurality of magnetoelectric conversion elements. In the anomaly detection device of the magnetic field measurement apparatus including the magnetic convergence plate provided on the signal, the magnetic field parallel to the substrate plane and the magnetic field perpendicular to the substrate plane are detected and signaled through the magnetic convergence plate. The magnetic field parallel to the substrate plane is detected with a sign different from that of the first magnetoelectric conversion element and the magnetic field perpendicular to the substrate plane is detected via the first magnetoelectric conversion element that outputs A second magnetoelectric transducer that detects and outputs a signal; and a third magnetic field that outputs a signal by detecting a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic focusing plate. Via the magnetoelectric transducer and the magnetic converging plate, the base A magnetic field parallel to the plane is detected with a sign different from that of the third magnetoelectric conversion element, a magnetic field perpendicular to the substrate plane is detected, and a signal is output via the magnetic converging plate. A magnetic field parallel to the substrate plane is detected via a fifth magnetoelectric transducer that detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal, and the magnetic focusing plate. A sixth magnetoelectric transducer that detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal, and detects the magnetic field perpendicular to the substrate plane, and detects the magnetic field perpendicular to the substrate plane. A seventh magnetoelectric transducer that detects a parallel magnetic field and a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal, and a magnetic field parallel to the substrate plane via the magnetic focusing plate, the seventh magnetoelectric conversion Detect with a different code from the element and perpendicular to the substrate plane An eighth magnetoelectric transducer that detects a magnetic field and outputs a signal; an output from the first magnetoelectric transducer; an output from the second magnetoelectric transducer; an output from the third magnetoelectric transducer; The first sum of the outputs of the magnetoelectric conversion elements, the output of the fifth magnetoelectric conversion elements, the output of the sixth magnetoelectric conversion elements, the output of the seventh magnetoelectric conversion elements, and the eighth magnetoelectric conversion A failure detection unit that detects an abnormality based on a second sum of the output of the element and a predetermined threshold, and a calculation unit including a threshold storage unit that stores the predetermined threshold, the failure detection unit Detects an abnormality based on a difference between the first sum and the second sum and the predetermined threshold.

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記磁電変換素子が、ホール素子であることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の磁場計測装置の異常検出装置を用いたことを特徴とする回転角検出装置である。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4 , wherein the magnetoelectric conversion element is a Hall element.
The invention described in Claim 6 is a rotation angle detecting apparatus characterized by using the abnormality detection apparatus for magnetic field measurement apparatus according to any one of claims 1 to 5.

本発明によれば、シリコン基板上に形成されたホール素子と磁気集束板を利用した回転角センサにおいて、磁気収束板の中心点に関して点対称の位置に配置された２つのホール素子からの信号の差を検出することにより、検出対象の磁場の角度情報を得ることが可能であり、２つのホール素子からの信号の和を検出することにより、回転角センサの故障に関する有益な故障検出情報を得ることが可能となる。 According to the present invention, in a rotation angle sensor using a Hall element and a magnetic focusing plate formed on a silicon substrate, signals from two Hall elements arranged at point-symmetrical positions with respect to the center point of the magnetic focusing plate are obtained. By detecting the difference, it is possible to obtain angle information of the magnetic field to be detected. By detecting the sum of signals from the two Hall elements, useful failure detection information regarding the rotation angle sensor failure is obtained. It becomes possible.

また、本発明によれば、ホール素子及びその出力信号線における故障が検出可能であり、さらに、磁気集束板を有することによって、２つのホール素子でシリコン基板平面に並行な磁場を検出するだけでなく、垂直な磁場を検出することもできるので、回転磁石の回転体からの脱落といった故障を検出することも可能である。
したがって、本発明によれば、磁気収束板とホール素子を用いた回転角センサによって、高精度な回転角検出を行うことが可能なばかりでなく、回転角センサを利用している状態での故障検出を行うことが可能となる。この本発明による効果は、特に、車載用途向けといった安全要求が厳しい用途で使用される回転角センサにおいては、非常に有益なものである。 Further, according to the present invention, it is possible to detect a failure in the Hall element and its output signal line, and further, by having a magnetic focusing plate, it is only necessary to detect a magnetic field parallel to the silicon substrate plane with two Hall elements. In addition, since a perpendicular magnetic field can also be detected, it is possible to detect a failure such as dropping of the rotating magnet from the rotating body.
Therefore, according to the present invention, it is possible not only to detect the rotation angle with high accuracy by the rotation angle sensor using the magnetic converging plate and the Hall element, but also in a state where the rotation angle sensor is used. Detection can be performed. This effect according to the present invention is very useful particularly in a rotation angle sensor used in a safety demanding application such as for in-vehicle use.

また、本発明の故障検出機能は、加減算部において、差計算と和計算の間で演算式を切替えるという極めて簡単な演算操作によって実現できるので、集積回路の面積を大きく増加させることが無い。したがって、回転角センサとしての動作中に、回転角センサ自身の故障を検出する自己診断機能を有する高い信頼性の回転角センサを低コストで製造することが可能となる。 In addition, since the failure detection function of the present invention can be realized by an extremely simple arithmetic operation in which the arithmetic expression is switched between the difference calculation and the sum calculation in the adder / subtractor, the area of the integrated circuit is not greatly increased. Accordingly, a highly reliable rotation angle sensor having a self-diagnosis function for detecting a failure of the rotation angle sensor itself during operation as the rotation angle sensor can be manufactured at low cost.

特許文献１に記載の回転角センサを説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the rotation angle sensor of patent document 1. FIG. 図１におけるシリコン基板上に形成されたホール素子と磁気集束板の配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the Hall element and magnetic focusing plate which were formed on the silicon substrate in FIG. 図１における回転磁石と磁気集束板とホール素子とシリコン基板とをＸ軸方向に沿ってみた断面図である。It is sectional drawing which looked at the rotating magnet in FIG. 1, a magnetic focusing plate, the Hall element, and the silicon substrate along the X-axis direction. 特許文献１による回転角センサの信号処理を説明するためのブロック構成図である。It is a block block diagram for demonstrating the signal processing of the rotation angle sensor by patent document 1. FIG. 本発明に係る磁場計測装置の異常検出装置の実施例１を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating Example 1 of the abnormality detection apparatus of the magnetic field measuring apparatus which concerns on this invention. 回転磁石が傾いた場合に２つのホール素子が検出する磁場を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic field which two Hall elements detect when a rotating magnet inclines. 本発明に係る磁場計測装置の異常検出装置の実施例１におけるシリコン基板上に形成されたホール素子と磁気集束板の他の配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating other arrangement | positioning of the Hall element formed on the silicon substrate in the Example 1 of the abnormality detection apparatus of the magnetic field measuring apparatus which concerns on this invention, and a magnetic focusing plate. 本発明に係る磁場計測装置の異常検出装置の実施例２を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating Example 2 of the abnormality detection apparatus of the magnetic field measuring apparatus which concerns on this invention.

以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図５は、本発明に係る磁場計測装置の異常検出装置の実施例１を説明するための構成図である。図中符号２１ＸはＸ軸加減算部、２１ＹはＹ軸加減算部、２２は演算部、２３は角度算出部、２４は故障検出部、２５は閾値記憶部、１２１Ｘ，１２１Ｙは加算部、１２２Ｘ，１２２Ｙは減算部を示している。なお、本発明の磁場計測装置（回転角センサ）の構成は、図３で説明したものと同じであり、また、シリコン基板上に形成された磁電変換素子（ホール素子）と磁気集束板との配置は、図２で説明したものと同じものとする。 FIG. 5 is a configuration diagram for explaining Example 1 of the abnormality detection device for the magnetic field measurement device according to the present invention. In the figure, reference numeral 21X is an X-axis addition / subtraction unit, 21Y is a Y-axis addition / subtraction unit, 22 is a calculation unit, 23 is an angle calculation unit, 24 is a failure detection unit, 25 is a threshold storage unit, 121X and 121Y are addition units, 122X and 122Y. Indicates a subtraction unit. The configuration of the magnetic field measurement apparatus (rotation angle sensor) of the present invention is the same as that described with reference to FIG. 3, and the magnetoelectric transducer (Hall element) formed on the silicon substrate and the magnetic focusing plate The arrangement is the same as that described in FIG.

本発明の磁場計測装置の異常検出装置は、回転体に取り付けられた回転磁石１と、この回転磁石１に対向して配置されたシリコン基板２上に設けられた複数の磁電変換素子（ホール素子）ＨＸ１，ＨＸ２，ＨＹ１，ＨＹ２と、この複数の磁電変換素子ＨＸ１，ＨＸ２，ＨＹ１，ＨＹ２上に設けられた磁気収束板４とを備えている。つまり、本発明の磁場計測装置の異常検出装置は、回転体に取り付けられた回転磁石と、この回転磁石に対向して配置された基板上に設けられた複数の磁電変換素子と、この複数の磁電変換素子上に設けられた磁気収束板とを搭載した磁場計測装置に対して接触又は非接触で異常を検出するものである。そして本実施例は、非接触の場合を例として説明を行うものである。 An abnormality detection device for a magnetic field measurement apparatus according to the present invention includes a rotating magnet 1 attached to a rotating body, and a plurality of magnetoelectric transducers (Hall elements) provided on a silicon substrate 2 disposed to face the rotating magnet 1. ) HX1, HX2, HY1, HY2 and a magnetic converging plate 4 provided on the plurality of magnetoelectric transducers HX1, HX2, HY1, HY2. That is, the abnormality detection device of the magnetic field measurement apparatus of the present invention includes a rotating magnet attached to a rotating body, a plurality of magnetoelectric conversion elements provided on a substrate disposed to face the rotating magnet, and the plurality of the plurality of magnetoelectric conversion elements. An anomaly is detected in a contact or non-contact manner with respect to a magnetic field measurement device equipped with a magnetic converging plate provided on a magnetoelectric conversion element. In this embodiment, the case of non-contact will be described as an example.

また、第１の磁電変換素子ＨＸ１は、磁気収束板４を介して、基板平面に平行な磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力するものである。また、第２の磁電変換素子ＨＸ２は、磁気収束板４を介して、基板平面に平行でかつ第１の磁電変換素子ＨＸ１の出力と位相が１８０度異なる磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力するものである。 The first magnetoelectric conversion element HX1 detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic converging plate 4 and outputs a signal. Further, the second magnetoelectric conversion element HX2 generates, via the magnetic converging plate 4, a magnetic field parallel to the substrate plane and having a phase different from the output of the first magnetoelectric conversion element HX1 by 180 degrees and a magnetic field perpendicular to the substrate plane. It detects and outputs a signal.

また、第３の磁電変換素子ＨＹ１は、磁気収束板４を介して、基板平面に平行な磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力するものである。また、第４の磁電変換素子ＨＹ２は、磁気収束板４を介して、基板平面に平行でかつ第３の磁電変換素子ＨＹ１の出力と位相が１８０度異なる磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力するものである。 Further, the third magnetoelectric transducer HY1 detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic converging plate 4 and outputs a signal. In addition, the fourth magnetoelectric conversion element HY2 generates, via the magnetic converging plate 4, a magnetic field that is parallel to the substrate plane and that is 180 degrees out of phase with the output of the third magnetoelectric conversion element HY1, and a magnetic field that is perpendicular to the substrate plane. It detects and outputs a signal.

また、Ｘ軸加減算部２１Ｘは、加算部１２１Ｘと減算部１２２Ｘとからなり、ホール素子ＨＸ１とＨＸ２の検出信号を加減算するものである。また、Ｙ軸加減算部２１Ｙは、加算部１２１Ｙと減算部１２２Ｙとからなり、ホール素子ＨＹ１とＨＹ２の検出信号を加減算するものである。
演算部２２は、第１の磁電変換素子ＨＸ１の出力と第２の磁電変換素子ＨＸ２の出力との和に基づいて異常を検出演算するものである。また、演算部２２は、第３の磁電変換素子ＨＹ１の出力と第４の磁電変換素子ＨＹ２の出力との和に基づいて異常を検出演算するものである。 The X-axis addition / subtraction unit 21X includes an addition unit 121X and a subtraction unit 122X, and adds and subtracts detection signals from the Hall elements HX1 and HX2. The Y-axis addition / subtraction unit 21Y includes an addition unit 121Y and a subtraction unit 122Y, and adds / subtracts the detection signals of the Hall elements HY1 and HY2.
The calculation unit 22 detects and calculates an abnormality based on the sum of the output of the first magnetoelectric conversion element HX1 and the output of the second magnetoelectric conversion element HX2. The computing unit 22 detects and computes an abnormality based on the sum of the output of the third magnetoelectric conversion element HY1 and the output of the fourth magnetoelectric conversion element HY2.

また、第１の磁電変換素子ＨＸ１と第２の磁電変換素子ＨＸ２との出力が入力されるＸ軸加減算部２１Ｘの減算部１２２Ｘと、第３の磁電変換素子ＨＹ１と第４の磁電変換素子ＨＹ２との出力が入力されるＹ軸加減算部２１Ｙの減算部１２２Ｙとで、磁場の大きさを計測する計測部が構成されている。
また、演算部２２は、所定の閾値を記憶する閾値記憶部２５と、第１の磁電変換素子ＨＸ１の出力と第２の磁電変換素子ＨＸ２の出力との和と所定の閾値とに基づいて異常を検出する故障検出部２４とを備えている。 Also, the subtractor 122X of the X-axis adder / subtractor 21X to which the outputs of the first magnetoelectric conversion element HX1 and the second magnetoelectric conversion element HX2 are input, the third magnetoelectric conversion element HY1, and the fourth magnetoelectric conversion element HY2 are input. And a subtractor 122Y of the Y-axis adder / subtractor 21Y to which the output is input constitutes a measuring unit that measures the magnitude of the magnetic field.
Further, the calculation unit 22 is abnormal based on the threshold storage unit 25 that stores a predetermined threshold, the sum of the output of the first magnetoelectric conversion element HX1 and the output of the second magnetoelectric conversion element HX2, and the predetermined threshold. And a failure detection unit 24 for detecting.

また、同様に、演算部２２は、第３の磁電変換素子ＨＹ１の出力と第４の磁電変換素子ＨＹ２の出力との和と所定の閾値とに基づいて異常を検出する故障検出部２４とを備えている。
なお、上述したような磁場計測装置の異常検出装置を回転角検出装置（回転角センサ）に適用できることは明らかである。 Similarly, the calculation unit 22 includes a failure detection unit 24 that detects an abnormality based on the sum of the output of the third magnetoelectric conversion element HY1 and the output of the fourth magnetoelectric conversion element HY2 and a predetermined threshold value. I have.
It is obvious that the abnormality detection device for the magnetic field measurement device as described above can be applied to a rotation angle detection device (rotation angle sensor).

図４に示した従来の回転角センサと、図５に示した本発明の回転角センサとの相違は、図４に示したＸ軸減算部１１ＸとＹ軸減算部１１Ｙの代わりに、図５においてはＸ軸加減算部２１ＸとＹ軸加減算部２１Ｙとなり、演算部２２に故障検出部２４と閾値記憶部２５とを追加した点である。
通常の角度算出時において、Ｘ軸加減算部２１ＸとＹ軸加減算部２１Ｙは、従来と同様な減算部として動作する。その出力は、それぞれ式（１）と式（２）である。演算部２２の角度算出部２３は、Ｘ軸加減算部２１ＸとＹ軸加減算部２１Ｙの信号を受け、式（３）に従い角度を算出する。 The difference between the conventional rotation angle sensor shown in FIG. 4 and the rotation angle sensor of the present invention shown in FIG. 5 is different from the X-axis subtraction unit 11X and Y-axis subtraction unit 11Y shown in FIG. Is an X-axis addition / subtraction unit 21X and a Y-axis addition / subtraction unit 21Y, and is a point in which a failure detection unit 24 and a threshold storage unit 25 are added to the calculation unit 22.
During normal angle calculation, the X-axis addition / subtraction unit 21X and the Y-axis addition / subtraction unit 21Y operate as a subtraction unit similar to the conventional one. The outputs are Equation (1) and Equation (2), respectively. The angle calculation unit 23 of the calculation unit 22 receives signals from the X-axis addition / subtraction unit 21X and the Y-axis addition / subtraction unit 21Y, and calculates an angle according to Expression (3).

故障診断時において、Ｘ軸加減算部２１ＸとＹ軸加減算部２１Ｙは、加算を行う。すなわち、その出力はそれぞれ、
ＨＶＸ_Ｓ＝＋Ｖｘ＋Ｖｚ＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ・・・（６）
ＨＶＹ_Ｓ＝＋Ｖｙ＋Ｖｚ−（−Ｖｙ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ・・・（７）
となり、どちらも磁場強度のＺ軸成分である。そして、Ｘ，Ｙ軸成分はキャンセルされて検出されない。 At the time of failure diagnosis, the X-axis addition / subtraction unit 21X and the Y-axis addition / subtraction unit 21Y perform addition. That is, each output is
HVX_S = + Vx + Vz + (− Vx + Vz) = 2Vz (6)
HVY_S = + Vy + Vz − (− Vy + Vz) = 2Vz (7)
Both are Z-axis components of the magnetic field strength. The X and Y axis components are canceled and not detected.

上述した特許文献１においては、磁場のＺ軸成分を検出する目的で、磁気収束板の中心点に関して点対称の位置に配置された２つのホール素子において発生される２つの出力信号の間で和を計算することが開示されているが、図１に示した構造の回転角センサにおいては、シリコン基板の面に平行な横磁場成分（磁場のＸ軸成分及びＹ軸成分）の向きを検出するものであるため、回転角センサのセンサ動作においては、シリコン基板の面に垂直な磁場の成分（磁場のＺ軸成分）は、通常、センサ動作において利用されない。また、磁場の図１に示したような、シリコン基板の面に対向して配置された磁石の回転角を検出する回転角センサの構成においては、図３に示した磁力線の図から理解されるように、磁場はＸ軸成分及びＹ軸成分が支配的であって、ホール素子が検出する磁場のＺ軸成分については、理想的にはゼロとなる。 In Patent Document 1 described above, for the purpose of detecting the Z-axis component of the magnetic field, the sum is calculated between two output signals generated in two Hall elements arranged at point-symmetrical positions with respect to the center point of the magnetic focusing plate. In the rotation angle sensor having the structure shown in FIG. 1, the direction of the transverse magnetic field component (X-axis component and Y-axis component of the magnetic field) parallel to the surface of the silicon substrate is detected. Therefore, in the sensor operation of the rotation angle sensor, the magnetic field component perpendicular to the surface of the silicon substrate (Z-axis component of the magnetic field) is not normally used in the sensor operation. Further, in the configuration of the rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the magnet arranged opposite to the surface of the silicon substrate as shown in FIG. 1, the magnetic field lines shown in FIG. 3 can be understood. Thus, the X-axis component and the Y-axis component are dominant in the magnetic field, and the Z-axis component of the magnetic field detected by the Hall element is ideally zero.

以上のようなことから、本発明は、加減算回路を用いることにより、磁場のＸ軸成分とＹ軸成分から角度算出を行うとともに、磁場のＺ軸成分から故障検出を実現するものである。
以下、上述した故障検出部２５の故障判定機能について説明する。 As described above, according to the present invention, by using an addition / subtraction circuit, the angle is calculated from the X-axis component and the Y-axis component of the magnetic field, and the failure detection is realized from the Z-axis component of the magnetic field.
Hereinafter, the failure determination function of the failure detection unit 25 described above will be described.

＜故障判定機能１＞
第１の磁電変換素子ＨＸ１と第２の磁電変換素子ＨＸ２とがＸ軸上に配置され、故障検出部２４が、第１の磁電変換素子ＨＸ１のＸ軸及びＺ軸の出力（＋Ｖｘ＋Ｖｚ）と第２の磁電変換素子ＨＸ２のＸ軸及びＺ軸の出力（−Ｖｘ＋Ｖｚ）との和（（＋Ｖｘ＋Ｖｚ）＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ）を閾値記憶部２５に記憶されている第１の閾値（Ｖｚ_ｌｉｍ）と比較判定する。 <Failure determination function 1>
The first magnetoelectric conversion element HX1 and the second magnetoelectric conversion element HX2 are arranged on the X axis, and the failure detection unit 24 outputs the X axis and Z axis outputs (+ Vx + Vz) of the first magnetoelectric conversion element HX1 and the first The first threshold value (Vz_lim) stored in the threshold value storage unit 25 is the sum ((+ Vx + Vz) + (− Vx + Vz) = 2Vz) of the X-axis and Z-axis outputs (−Vx + Vz) of the second magnetoelectric conversion element HX2 Judge with comparison.

また、第３の磁電変換素子ＨＹ１と第４の磁電変換素子ＨＹ２とがＹ軸上に配置され、故障検出部２４が、第３の磁電変換素子ＨＹ１のＹ軸及びＺ軸の出力（＋Ｖｙ＋Ｖｚ）と第４の磁電変換素子ＨＹ２のＹ軸及びＺ軸の出力（−Ｖｙ＋Ｖｚ）との和（（＋Ｖｙ＋Ｖｚ）＋（−Ｖｙ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ）を閾値記憶部２５に記憶されている第１の閾値（Ｖｚ_ｌｉｍ）と比較判定する。
つまり、磁場強度のＺ軸成分は、Ｘ，Ｙ軸成分に比べると小さい（Ｖｘ，Ｖｙ≫Ｖｚ）。そこで、このＺ軸成分が一定の閾値（Ｖｚ＿ｌｉｍ）を越えた場合、何等かの異常が生じたと考えることができる。 The third magnetoelectric conversion element HY1 and the fourth magnetoelectric conversion element HY2 are arranged on the Y axis, and the failure detection unit 24 outputs the Y axis and the Z axis of the third magnetoelectric conversion element HY1 (+ Vy + Vz). And the sum ((+ Vy + Vz) + (− Vy + Vz) = 2Vz) of the Y-axis and Z-axis outputs (−Vy + Vz) of the fourth magnetoelectric transducer HY2 are stored in the threshold storage unit 25 as a first threshold ( Vz_lim).
That is, the Z-axis component of the magnetic field strength is smaller than the X and Y axis components (Vx, Vy >> Vz). Therefore, when this Z-axis component exceeds a certain threshold value (Vz_lim), it can be considered that some abnormality has occurred.

例えば、ＨＸ１からの信号線が短絡故障（ホール素子の出力端子が短絡して、ホール素子の出力信号がゼロになるような故障）を起こしたとする。すると、式（６）は以下のようになる。
ＨＶＸ_Ｓ＝＋０＋０＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝（−Ｖｘ＋Ｖｚ）
つまり、本来検出すべき２Ｖｚと大きく異なる値になるので、ＨＸ１又はＨＸ２のいずれかからの信号線上に故障が発生したことが判定できる。
すなわち、故障検出部２４は
｜ＨＶＸ_Ｓ｜＜Ｖｚ_ｌｉｍ・・・（８）
｜ＨＶＹ_Ｓ｜＜Ｖｚ_ｌｉｍ・・・（９）
であるかどうかを確認し、上式の関係が崩れれば、故障を判定する。ここで、｜｜は絶対値を表す演算子である。式（８）は、ＨＸ１，ＨＸ２からの信号線上の故障を判定し、式（９）はＨＹ１，ＨＹ２からの信号線上の故障を判定する。 For example, it is assumed that the signal line from HX1 has a short-circuit failure (a failure in which the Hall element output terminal is short-circuited and the Hall element output signal becomes zero). Then, Formula (6) becomes as follows.
HVX_S = + 0 + 0 + (− Vx + Vz) = (− Vx + Vz)
That is, since the value is significantly different from 2Vz that should be detected, it can be determined that a failure has occurred on the signal line from either HX1 or HX2.
That is, the failure detection unit 24 has the following relationship: | HVX_S | <Vz_lim (8)
| HVY_S | <Vz_lim (9)
If the relationship in the above equation breaks, a failure is determined. Here, || is an operator representing an absolute value. Equation (8) determines a failure on the signal line from HX1 and HX2, and Equation (9) determines a failure on the signal line from HY1 and HY2.

図６は、回転磁石が傾いた場合に２つのホール素子が検出する磁場を説明するための図である。図６は、図３と同様に回転磁石と磁気集束板とホール素子とシリコン基板とをＸ軸方向に沿って横からみた断面図であるが、図３とは回転磁石がシリコン基板に対して並行ではなく傾いている図となっている。図３においては、シリコン基板平面に対して並行な磁場（Ｘ軸成分）であったが、傾くことによってホール素子ＨＸ１とＨＸ２の感磁面に対し垂直な磁場（Ｚ軸成分）が入射するようになる。 FIG. 6 is a diagram for explaining the magnetic field detected by the two Hall elements when the rotating magnet is tilted. FIG. 6 is a cross-sectional view of the rotating magnet, the magnetic focusing plate, the Hall element, and the silicon substrate as viewed from the side along the X-axis direction as in FIG. 3, but FIG. 3 is different from FIG. The figure is not parallel but inclined. In FIG. 3, the magnetic field (X-axis component) is parallel to the plane of the silicon substrate, but when tilted, a magnetic field (Z-axis component) perpendicular to the magnetosensitive surfaces of the Hall elements HX1 and HX2 is incident. become.

例えば、回転磁石がシリコン基板平面に対して３度傾いたとした場合、ｓｉｎ（３°）≒０．０５となるので、元々の磁場の強度に対してＺ軸成分が５％近く観測されるようになる。このように、Ｚ軸成分が増大することは、回転磁石が取り付けられている回転体に故障があったか、回転磁石が回転体からの脱落といった故障を示すこともある。
したがって、式（８），式（９）は、ＨＸ１，ＨＸ２，ＨＹ１，ＨＹ２からの信号線上の故障を示すだけでなく、回転磁石の傾きに基づくような回転角センサの構成に故障があったことも検出できる。
以上のように、Ｚ軸成分が理想的にゼロとならない場合に対し、そのようなＺ軸成分をキャンセルするという上記とは異なる故障判定機能も以下のように考えられる。 For example, if the rotating magnet is inclined by 3 degrees with respect to the silicon substrate plane, sin (3 °) ≈0.05, so that the Z-axis component is observed to be close to 5% with respect to the original magnetic field strength. become. Thus, an increase in the Z-axis component may indicate a failure in which the rotating body to which the rotating magnet is attached has failed or the rotating magnet is detached from the rotating body.
Therefore, equations (8) and (9) not only indicate a failure on the signal line from HX1, HX2, HY1, and HY2, but also have a failure in the configuration of the rotation angle sensor based on the inclination of the rotating magnet. Can also be detected.
As described above, when the Z-axis component is not ideally zero, a failure determination function different from the above that cancels such a Z-axis component is also considered as follows.

＜故障判定機能２＞
第１の磁電変換素子ＨＸ１と第２の磁電変換素子ＨＸ２とがＸ軸上に配置されているとともに、第３の磁電変換素子ＨＹ１と第４の磁電変換素子ＨＹ２とがＹ軸上に配置され、故障検出部２４が、第１の磁電変換素子ＨＸ１のＸ軸及びＺ軸の出力（＋Ｖｘ＋Ｖｚ）と第２の磁電変換素子ＨＸ２のＸ軸及びＺ軸の出力（−Ｖｘ＋Ｖｚ）との和（（＋Ｖｘ＋Ｖｚ）＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ）と、第３の磁電変換素子ＨＹ１のＹ軸及びＺ軸の出力（＋Ｖｙ＋Ｖｚ）と第４の磁電変換素子ＨＹ２のＹ軸及びＺ軸の出力（−Ｖｙ＋Ｖｚ）との和（（＋Ｖｙ＋Ｖｚ）＋（−Ｖｙ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ）との差分（＋Ｖｘ＋Ｖｚ＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）−（＋Ｖｙ＋Ｖｚ＋（−Ｖｙ＋Ｖｚ））＝０）を閾値記憶部２５に記憶されている第２の閾値（Ｖ_０_ｌｉｍ）と比較判定する。 <Failure determination function 2>
The first magnetoelectric conversion element HX1 and the second magnetoelectric conversion element HX2 are arranged on the X axis, and the third magnetoelectric conversion element HY1 and the fourth magnetoelectric conversion element HY2 are arranged on the Y axis. The failure detection unit 24 adds the X-axis and Z-axis outputs (+ Vx + Vz) of the first magnetoelectric conversion element HX1 and the X-axis and Z-axis outputs (−Vx + Vz) (−Vx + Vz) of the second magnetoelectric conversion element HX2. + Vx + Vz) + (− Vx + Vz) = 2Vz), Y-axis and Z-axis output (+ Vy + Vz) of the third magnetoelectric conversion element HY1, and Y-axis and Z-axis output (−Vy + Vz) of the fourth magnetoelectric conversion element HY2. The second threshold value stored in the threshold value storage unit 25 is the difference (+ Vx + Vz + (− Vx + Vz) − (+ Vy + Vz + (− Vy + Vz)) = 0) with the sum of (+ Vy + Vz) + (− Vy + Vz) = 2Vz) V ₀ _lim Comparison determines that.

つまり、例えば、ＨＶＸ_ＳとＨＶＹ_Ｓの差を取ると、故障が発生していない場合には、
ＨＶＳＳ＝ＨＶＸ_Ｓ−ＨＶＹ_Ｓ＝＋Ｖｘ＋Ｖｚ＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）−｛＋Ｖｙ＋Ｖｚ＋（−Ｖｙ＋Ｖｚ）｝＝０・・・（１０）
となるはずである。そして、磁場のＺ軸成分をキャンセルした関係となっている。したがって、この関係が崩れた場合に故障が検出できる。例えば、先と同様にＨＸ１からの信号線が短絡故障を起こしたとすると、
ＨＶＳＳ＝−Ｖｘ−Ｖｚ
となって０でないため、故障が判定できる。 That is, for example, if the difference between HVX_S and HVY_S is taken,
HVSS = HVX_S−HVY_S = + Vx + Vz + (− Vx + Vz) − {+ Vy + Vz + (− Vy + Vz)} = 0 (10)
Should be. And it has the relationship which canceled the Z-axis component of the magnetic field. Therefore, a failure can be detected when this relationship is broken. For example, if the signal line from HX1 causes a short-circuit failure as before,
HVSS = −Vx−Vz
Since it is not 0, failure can be determined.

すなわち、故障検出部２４は０に近い閾値Ｖｚｅｒｏ_ｌｉｍを利用し、
｜ＨＶＳＳ｜＜Ｖｚｅｒｏ_ｌｉｍ・・・（１１）
であるかどうかを確認し、式（１１）の関係が崩れれば、故障を判定する。式（１１）により、ＨＸ１，ＨＸ２，ＨＹ１，ＨＹ２からのいずれかの信号線上の故障を判定する。 That is, the failure detection unit 24 uses a threshold value Vzero_lim close to 0,
| HVSS | <Vzero_lim (11)
If the relationship of equation (11) breaks down, a failure is determined. A failure on any one of the signal lines from HX1, HX2, HY1, and HY2 is determined by Expression (11).

＜故障判定機能３＞
第１の磁電変換素子ＨＸ１と第２の磁電変換素子ＨＸ２とがＸ軸上に配置されているとともに、第３の磁電変換素子ＨＹ１と第４の磁電変換素子ＨＹ２とがＹ軸上に配置され、故障検出部２４が、第１の磁電変換素子ＨＸ１のＸ軸及びＺ軸の出力（＋Ｖｘ＋Ｖｚ）と第２の磁電変換素子ＨＸ２のＸ軸及びＺ軸の出力（−Ｖｘ＋Ｖｚ）との和（（＋Ｖｘ＋Ｖｚ）＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ）と、第３の磁電変換素子ＨＹ１のＹ軸及びＺ軸の出力（＋Ｖｙ＋Ｖｚ）と第４の磁電変換素子ＨＹ２のＹ軸及びＺ軸の出力（−Ｖｙ＋Ｖｚ）との和（（＋Ｖｙ＋Ｖｚ）＋（−Ｖｙ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ）との比（２Ｖｚ／２Ｖｚ＝１）を閾値記憶部２５に記憶されている第３の閾値（Ｖｏｎｅ_ｌｉｍ）と比較判定する。 <Failure determination function 3>
The first magnetoelectric conversion element HX1 and the second magnetoelectric conversion element HX2 are arranged on the X axis, and the third magnetoelectric conversion element HY1 and the fourth magnetoelectric conversion element HY2 are arranged on the Y axis. The failure detection unit 24 adds the X-axis and Z-axis outputs (+ Vx + Vz) of the first magnetoelectric conversion element HX1 and the X-axis and Z-axis outputs (−Vx + Vz) (−Vx + Vz) of the second magnetoelectric conversion element HX2. + Vx + Vz) + (− Vx + Vz) = 2Vz), Y-axis and Z-axis output (+ Vy + Vz) of the third magnetoelectric conversion element HY1, and Y-axis and Z-axis output (−Vy + Vz) of the fourth magnetoelectric conversion element HY2. And the ratio (2Vz / 2Vz = 1) to the sum ((+ Vy + Vz) + (− Vy + Vz) = 2Vz) and the third threshold value (Vone_lim) stored in the threshold value storage unit 25.

つまり、
ＨＶＤＤ＝ＨＶＹ_Ｓ／ＨＶＸ_Ｓ＝２Ｖｚ／２Ｖｚ＝１・・・（１２）
であるので、この関係が崩れた場合に故障が検出できる。
すなわち、故障検出部は閾値Ｖｏｎｅ_ｌｉｍを利用し、
１−Ｖｏｎｅ_ｌｉｍ＜｜ＨＶＤＤ｜＜１＋Ｖｏｎｅ_ｌｉｍ・・・（１３）
であるかどうかを確認し、上式の関係が崩れれば、故障を判定する。上式により、ＨＸ１，ＨＸ２，ＨＹ１，ＨＹ２からのいずれかの信号線上の故障を判定する。 That means
HVDD = HVY_S / HVX_S = 2Vz / 2Vz = 1 (12)
Therefore, a failure can be detected when this relationship is broken.
That is, the failure detection unit uses the threshold value Vone_lim,
1-Vone_lim <| HVDD | <1 + Vone_lim (13)
If the relationship in the above equation breaks, a failure is determined. Based on the above equation, a failure on one of the signal lines from HX1, HX2, HY1, and HY2 is determined.

＜故障判定機能４＞
演算部２２が、回転磁石の回転角度を検出する角度算出部２３を備え、この角度算出部２３からの角度情報を利用して、故障検出部２４が、第１の磁電変換素子ＨＸ１のＸ軸及びＺ軸の出力（＋Ｖｘ＋Ｖｚ）と第２の磁電変換素子ＨＸ２のＸ軸及びＺ軸の出力（−Ｖｘ＋Ｖｚ）との和（（＋Ｖｘ＋Ｖｚ）＋（−Ｖｘ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ）と、第３の磁電変換素子ＨＹ１のＹ軸及びＺ軸の出力（＋Ｖｙ＋Ｖｚ）と第４の磁電変換素子ＨＹ２のＹ軸及びＺ軸の出力（−Ｖｙ＋Ｖｚ）との和（（＋Ｖｙ＋Ｖｚ）＋（−Ｖｙ＋Ｖｚ）＝２Ｖｚ）との比（２Ｖｚ／２Ｖｚ＝１）のＡｔａｎが４５°であるかどうかを閾値記憶部２５に記憶されている第４の閾値（Ａｎｇ_ｌｉｍ）と比較判定する。 <Failure determination function 4>
The calculation unit 22 includes an angle calculation unit 23 that detects the rotation angle of the rotating magnet, and using the angle information from the angle calculation unit 23, the failure detection unit 24 uses the X axis of the first magnetoelectric transducer HX1. And the sum ((+ Vx + Vz) + (− Vx + Vz) = 2Vz) of the output (+ Vx + Vz) of the Z axis and the output (−Vx + Vz) of the X axis and the Z axis of the second magnetoelectric conversion element HX2, and the third magnetoelectric conversion The sum ((+ Vy + Vz) + (− Vy + Vz) = 2Vz) of the Y-axis and Z-axis outputs (+ Vy + Vz) of the element HY1 and the Y-axis and Z-axis outputs (−Vy + Vz) of the fourth magnetoelectric transducer HY2 Whether or not Atan of the ratio (2Vz / 2Vz = 1) is 45 ° is compared with the fourth threshold value (Ang_lim) stored in the threshold value storage unit 25.

つまり、角度算出部２３を利用して、
Ａｔａｎ（ＨＶＹ_Ｓ／ＨＶＸ_Ｓ）＝４５° ・・・（１４）
であることから故障を判定しても良い。故障検出部は閾値Ａｎｇ_ｌｉｍを利用し、
４５°−Ａｎｇ_ｌｉｍ＜Ａｔａｎ（ＨＶＹ_Ｓ／ＨＶＸ_Ｓ）＜４５°＋Ａｎｇ_ｌｉｍ
であるかどうかを確認し、上式の関係が崩れれば、故障を判定する。上式により、ＨＸ１，ＨＸ２，ＨＹ１，ＨＹ２からのいずれかの信号線上の故障を判定する。 That is, using the angle calculation unit 23,
Atan (HVY_S / HVX_S) = 45 ° (14)
Therefore, the failure may be determined. The failure detection unit uses the threshold Ang_lim,
45 ° -Ang_lim <Atan (HVY_S / HVX_S) <45 ° + Ang_lim
If the relationship in the above equation breaks, a failure is determined. Based on the above equation, a failure on one of the signal lines from HX1, HX2, HY1, and HY2 is determined.

図７は、本発明に係る磁場計測装置の異常検出装置の実施例１におけるシリコン基板上に形成されたホール素子と磁気集束板の他の配置を説明するための図で、ホール素子の数と配置を変更した例を示す図である。
図７において、シリコン基板平面をＸＹ平面として、ＸＹ平面上の原点を中心に、円形の磁気集束板が配置され、磁気集束板の縁の下にホール素子が８つ配置されている。ホール素子ＨＸ１は、Ｘ軸から原点中心に反時計まわりにδ（＞０°）の角度に配置され、ＨＸ２は−δ、ＨＸ３は１８０°＋δ、ＨＸ４は１８０°−δの角度に配置されている。同様に、ホール素子ＨＹ１は９０°＋δ、ＨＹ２は９０°−δ、ＨＹ３は２７０°＋δ、ＨＹ４は２７０°−δの角度に配置されている。磁場はＸ軸から原点中心に反時計回りにθの角度に入射しているものとする。各ホール素子ＨＸ１〜ＨＸ４，ＨＹ１〜ＨＹ４の磁場による出力は、ＨＶＸ１〜ＨＶＸ４，ＨＶＹ１〜ＨＶＹ４とすると、
ＨＶＸ１＝＋Ｖｌｃｏｓ（θ−δ）＋Ｖｚ・・・（１５）
ＨＶＸ２＝＋Ｖｌｃｏｓ（θ＋δ）＋Ｖｚ・・・（１６）
ＨＶＸ３＝−Ｖｌｃｏｓ（θ−δ）＋Ｖｚ・・・（１７）
ＨＶＸ４＝−Ｖｌｃｏｓ（θ＋δ）＋Ｖｚ・・・（１８）
ＨＶＹ１＝＋Ｖｌｓｉｎ（θ−δ）＋Ｖｚ・・・（１９）
ＨＶＹ２＝＋Ｖｌｓｉｎ（θ＋δ）＋Ｖｚ・・・（２０）
ＨＶＹ３＝−Ｖｌｓｉｎ（θ−δ）＋Ｖｚ・・・（２１）
ＨＶＹ４＝−Ｖｌｓｉｎ（θ＋δ）＋Ｖｚ・・・（２２）
となる。ここで、Ｖｌは入射磁場の横磁場成分の強度、Ｖｚは磁場のＺ軸成分による出力を表す。 FIG. 7 is a diagram for explaining another arrangement of the Hall elements formed on the silicon substrate and the magnetic focusing plate in the first embodiment of the abnormality detection apparatus of the magnetic field measurement apparatus according to the present invention. It is a figure which shows the example which changed arrangement | positioning.
In FIG. 7, a circular magnetic focusing plate is arranged around the origin on the XY plane with the silicon substrate plane as the XY plane, and eight Hall elements are arranged under the edge of the magnetic focusing plate. The Hall element HX1 is arranged at an angle of δ (> 0 °) counterclockwise from the X axis to the origin center, HX2 is arranged at −δ, HX3 is arranged at 180 ° + δ, and HX4 is arranged at an angle of 180 ° −δ. Yes. Similarly, the Hall element HY1 is disposed at an angle of 90 ° + δ, HY2 is disposed at 90 ° −δ, HY3 is disposed at 270 ° + δ, and HY4 is disposed at an angle of 270 ° −δ. It is assumed that the magnetic field is incident at an angle of θ counterclockwise from the X axis to the center of the origin. If the output of each Hall element HX1 to HX4, HY1 to HY4 by the magnetic field is HVX1 to HVX4, HVY1 to HVY4,
HVX1 = + Vlcos (θ−δ) + Vz (15)
HVX2 = + Vlcos (θ + δ) + Vz (16)
HVX3 = −Vlcos (θ−δ) + Vz (17)
HVX4 = −Vlcos (θ + δ) + Vz (18)
HVY1 = + Vlsin (θ−δ) + Vz (19)
HVY2 = + Vlsin (θ + δ) + Vz (20)
HVY3 = −Vlsin (θ−δ) + Vz (21)
HVY4 = −Vlsin (θ + δ) + Vz (22)
It becomes. Here, Vl represents the intensity of the transverse magnetic field component of the incident magnetic field, and Vz represents the output by the Z-axis component of the magnetic field.

図７における回転角センサでは、ＨＸ１とＨＸ３，ＨＸ２とＨＸ４，ＨＹ１とＨＹ３，ＨＹ２とＨＹ４の４つの組み合わせがあり、それぞれ横磁場を１８０°位相が異なる出力で検出する組み合わせとなっている。そして、それぞれの組み合わせ内の差分を利用することで、横磁場成分が検出できる。すなわち、
ＨＶＸ_ＡＬＬ＝（ＨＶＸ１−ＨＶＸ３）＋（ＨＶＸ２−ＨＶＸ４）＝２Ｖｌｃｏｓθｃｏｓδ ・・・（２３）
ＨＶＹ_ＡＬＬ＝（ＨＶＹ１−ＨＶＹ３）＋（ＨＶＹ２−ＨＶＹ４）＝２Ｖｌｓｉｎθｃｏｓδ ・・・（２４）
となり、それぞれ磁場のＸ成分、Ｙ成分に対応する。そして、センサが算出すべき角度θは
θ＝ａｔａｎ（ＨＶＹ_ＡＬＬ／ＨＶＸ_ＡＬＬ）・・・（２５）
である。 In the rotation angle sensor in FIG. 7, there are four combinations of HX1, HX3, HX2, HX4, HY1, HY3, HY2, and HY4. A transverse magnetic field component can be detected by using the difference in each combination. That is,
HVX_ALL = (HVX1-HVX3) + (HVX2-HVX4) = 2Vlcos θ cos δ (23)
HVY_ALL = (HVY1-HVY3) + (HVY2-HVY4) = 2Vlsin θ cos δ (24)
And correspond to the X component and Y component of the magnetic field, respectively. The angle θ to be calculated by the sensor is θ = atan (HVY_ALL / HVX_ALL) (25)
It is.

これらの組み合わせに対し、故障が発生していないときには
ＨＶＸ_ＡＬＬ_ＳＳ＝（ＨＶＸ１＋ＨＶＸ３）−（ＨＶＸ２＋ＨＶＸ４）＝０・・・（２６）
ＨＶＹ_ＡＬＬ_ＳＳ＝（ＨＶＹ１＋ＨＶＹ３）−（ＨＶＹ２＋ＨＶＹ４）＝０・・・（２７）
となる関係や、或いは、
ＨＶＸ_ＡＬＬ_ＤＤ＝（ＨＶＸ１＋ＨＶＸ３）＋（ＨＶＹ１＋ＨＶＹ３）・・・（２８）
ＨＶＹ_ＡＬＬ_ＤＤ＝（ＨＶＸ２＋ＨＶＸ４）＋（ＨＶＹ２＋ＨＶＹ４）・・・（２９）
として、
ＨＶＸ_ＡＬＬ_ＤＤ−ＨＶＹ_ＡＬＬ_ＤＤ＝０・・・（３０）
となる関係を利用して、故障が発生した時には、これらの関係が崩れることを利用して故障を検出することができる。 For these combinations, when no failure occurs, HVX_ALL_SS = (HVX1 + HVX3) − (HVX2 + HVX4) = 0 (26)
HVY_ALL_SS = (HVY1 + HVY3) − (HVY2 + HVY4) = 0 (27)
Relationship or
HVX_ALL_DD = (HVX1 + HVX3) + (HVY1 + HVY3) (28)
HVY_ALL_DD = (HVX2 + HVX4) + (HVY2 + HVY4) (29)
As
HVX_ALL_DD-HVY_ALL_DD = 0 (30)
When a failure occurs using the relationship, the failure can be detected by utilizing the fact that these relationships are broken.

例えば、先と同様にＨＸ１からの信号線が短絡故障を起こしたとすると、式（２６）を利用している場合、
ＨＶＸ_ＡＬＬ_ＳＳ＝（０＋ＨＶＸ３）−（ＨＶＸ２＋ＨＶＸ４）≠０・・・（３１）
となるので、０に近い閾値を利用して、式（２６）の関係が崩れたかどうか判定し、故障が検出できる。この場合、ＨＶＸ１，ＨＶＸ２，ＨＶＸ３，ＨＶＸ４からのいずれかの信号線上の故障を判定できる。 For example, if the signal line from HX1 causes a short-circuit failure as in the previous case, when using equation (26),
HVX_ALL_SS = (0 + HVX3) − (HVX2 + HVX4) ≠ 0 (31)
Therefore, using a threshold value close to 0, it can be determined whether or not the relationship of equation (26) has broken, and a failure can be detected. In this case, a failure on any signal line from HVX1, HVX2, HVX3, and HVX4 can be determined.

このように、横磁場の強度を差で検出する複数個の組み合わせに対し、組み合わせ内の和を複数個利用することで故障を検出することも、本発明に含まれる。
以上、本発明によれば、シリコン基板上に形成されたホール素子と磁気集束板を利用した回転角センサにおいて、磁気収束板の中心点に関して点対称の位置に配置された２つのホール素子からの信号の差を検出することにより、検出対象の磁場の角度情報を得ることが可能であり、２つのホール素子からの信号の和を検出することにより、回転角センサの故障に関する有益な故障検出情報を得ることが可能となる。 Thus, it is also included in the present invention to detect a failure by using a plurality of sums in the combination for a plurality of combinations in which the intensity of the transverse magnetic field is detected by a difference.
As described above, according to the present invention, in the rotation angle sensor using the Hall element formed on the silicon substrate and the magnetic focusing plate, the two beams from the Hall elements arranged at point-symmetrical positions with respect to the center point of the magnetic focusing plate. By detecting the difference between the signals, it is possible to obtain angle information of the magnetic field to be detected. By detecting the sum of the signals from the two Hall elements, useful failure detection information regarding the failure of the rotation angle sensor Can be obtained.

本発明によれば、ホール素子及びその出力信号線における故障が検出可能であり、さらに、磁気集束板を有することによって、２つのホール素子でシリコン基板平面に並行な磁場を検出するだけでなく、垂直な磁場を検出することもできるので、回転磁石の回転体からの脱落といった故障を検出することも可能である。
したがって、本発明によれば、磁気収束板とホール素子を用いた回転角センサによって、高精度な回転角検出を行うことが可能なばかりでなく、回転角センサを利用している状態での故障検出を行うことが可能となる。この本発明による効果は、特に、車載用途向けといった安全要求が厳しい用途で使用される回転角センサにおいては、非常に有益なものである。 According to the present invention, it is possible to detect a failure in the Hall element and its output signal line, and furthermore, by having a magnetic focusing plate, not only a magnetic field parallel to the silicon substrate plane is detected by the two Hall elements, Since a perpendicular magnetic field can also be detected, it is also possible to detect a failure such as dropping of the rotating magnet from the rotating body.
Therefore, according to the present invention, it is possible not only to detect the rotation angle with high accuracy by the rotation angle sensor using the magnetic converging plate and the Hall element, but also in a state where the rotation angle sensor is used. Detection can be performed. This effect according to the present invention is very useful particularly in a rotation angle sensor used in a safety demanding application such as for in-vehicle use.

また、本発明の故障検出機能は、加減算部において、差計算と和計算の間で演算式を切替えるという極めて簡単な演算操作によって実現できるので、集積回路の面積を大きく増加させることが無い。したがって、回転角センサとしての動作中に、回転角センサ自身の故障を検出する自己診断機能を有する高い信頼性の回転角センサを、低コストで製造することが可能となる。 In addition, since the failure detection function of the present invention can be realized by an extremely simple arithmetic operation in which the arithmetic expression is switched between the difference calculation and the sum calculation in the adder / subtractor, the area of the integrated circuit is not greatly increased. Therefore, a highly reliable rotation angle sensor having a self-diagnosis function for detecting a failure of the rotation angle sensor itself during operation as the rotation angle sensor can be manufactured at low cost.

以上の説明において、磁気集束板は円形であり、ホール素子は円の縁付近の下に配置されるものとして説明をしたが、通常横磁場成分（磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分）を互いの出力の差で検出する２つのホール素子が、互いの和により横磁場成分を打消し、Ｚ軸成分を検出する配置になっていれば、磁気集束板の形状とホール素子の配置関係は上述した形態に限られるものではない。また、Ｘ軸とＹ軸は直交していなくてもよい。 In the above description, the magnetic focusing plate is circular and the Hall element is disposed near the edge of the circle. However, normally, the transverse magnetic field components (X-axis component and Y-axis component of the magnetic field) are mutually transmitted. If the two Hall elements that are detected by the difference in output are arranged to cancel the transverse magnetic field component by the sum of each other and detect the Z-axis component, the shape of the magnetic focusing plate and the arrangement relationship of the Hall elements are as described above. It is not limited to the form. Further, the X axis and the Y axis may not be orthogonal.

また、集積回路上の故障として、ホール素子の出力端子が短絡する場合を例に説明したが、出力信号線上の断線や、集積回路上の電源ラインとの短絡、あるいはホール素子にクラックが発生するといった事象など、ホール素子とその出力信号線上に本来検出されない異常な信号が発生する故障すべてに対し、本発明が有効であることはこれまでの説明で明らかである。 Moreover, although the case where the output terminal of the Hall element is short-circuited as an example of the failure on the integrated circuit has been described, the disconnection on the output signal line, the short circuit with the power supply line on the integrated circuit, or the Hall element is cracked It is clear from the above description that the present invention is effective for all faults in which an abnormal signal that is not originally detected on the Hall element and its output signal line occurs, such as the above event.

また、本発明は、シリコン基板上に形成されたホール素子と磁気集束板を利用した磁気センサＬＳＩであれば回転角センサに限らず利用できる。特に、磁場のＺ軸成分をキャンセルする手法については、磁場のＺ軸成分を利用する磁気センサであっても利用できることは、これまでの説明で明らかである。 The present invention can be used not only for a rotation angle sensor, but also for a magnetic sensor LSI using a Hall element and a magnetic focusing plate formed on a silicon substrate. In particular, as for the technique for canceling the Z-axis component of the magnetic field, it is apparent from the above description that even a magnetic sensor using the Z-axis component of the magnetic field can be used.

図８は、本発明に係る磁場計測装置の異常検出装置の実施例２を説明するための構成図である。図中符号３０は磁場計測装置、３１は異常検出装置、４０は受信部、４１ＸはＸ軸加減算部、４１ＹはＹ軸加減算部、４２は演算部、４３は角度算出部、４４は故障検出部、４５は閾値記憶部、１４１Ｘ，１４１Ｙは加算部、１４２Ｘ，１４２Ｙは減算部を示している。 FIG. 8 is a configuration diagram for explaining Example 2 of the abnormality detection device of the magnetic field measurement device according to the present invention. In the figure, reference numeral 30 is a magnetic field measurement device, 31 is an abnormality detection device, 40 is a reception unit, 41X is an X-axis addition / subtraction unit, 41Y is a Y-axis addition / subtraction unit, 42 is a calculation unit, 43 is an angle calculation unit, and 44 is a failure detection unit. , 45 are threshold storage units, 141X and 141Y are addition units, and 142X and 142Y are subtraction units.

本発明の磁場計測装置の異常検出装置は、回転体に取り付けられた回転磁石と、この回転磁石に対向して配置された基板上に設けられた複数の磁電変換素子と、この複数の磁電変換素子上に設けられた磁気収束板とを搭載した磁場計測装置に対して接触又は非接触で異常を検出するものである。
磁場計測装置３０に搭載された第１の磁電変換素子ＨＸ１は、磁気収束板４を介して、基板平面に平行な磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力するものである。また、磁場計測装置３０に搭載された第２の磁電変換素子ＨＸ２は、磁気収束板４を介して、基板平面に平行でかつ第１の磁電変換素子ＨＸ１の出力と位相が１８０度異なる磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力するものである。 An abnormality detection device for a magnetic field measurement apparatus according to the present invention includes a rotating magnet attached to a rotating body, a plurality of magnetoelectric conversion elements provided on a substrate disposed to face the rotating magnet, and the plurality of magnetoelectric conversions. An anomaly is detected in a contact or non-contact manner with respect to a magnetic field measuring apparatus equipped with a magnetic converging plate provided on the element.
The first magnetoelectric conversion element HX1 mounted on the magnetic field measuring device 30 detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic converging plate 4 and outputs a signal. . Further, the second magnetoelectric conversion element HX2 mounted on the magnetic field measuring device 30 is a magnetic field that is parallel to the substrate plane and is 180 degrees out of phase with the output of the first magnetoelectric conversion element HX1 via the magnetic converging plate 4. It detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal.

また、磁場計測装置３０に搭載された第３の磁電変換素子ＨＹ１は、磁気収束板４を介して、基板平面に平行な磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力するものである。また、磁場計測装置３０に搭載された第４の磁電変換素子ＨＹ２は、磁気収束板４を介して、基板平面に平行でかつ第１の磁電変換素子ＨＹ１の出力と位相が１８０度異なる磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出して信号を出力するものである。 The third magnetoelectric transducer HY1 mounted on the magnetic field measuring device 30 detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal via the magnetic converging plate 4. It is. The fourth magnetoelectric conversion element HY2 mounted on the magnetic field measuring device 30 is a magnetic field that is parallel to the substrate plane and is 180 degrees out of phase with the output of the first magnetoelectric conversion element HY1 via the magnetic converging plate 4. It detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal.

受信部４０は、異常検出装置３１に搭載されており、磁気収束板を介して、基板平面に平行な磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出する第１の磁電変換素子ＨＸ１からの出力と、磁気収束板を介して、基板平面に平行でかつ第１の磁電変換素子ＨＸ１の出力と位相が１８０度異なる磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出する第２の磁電変換素子ＨＸ２の出力と、磁気収束板を介して、基板平面に平行な磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出する第３の磁電変換素子ＨＹ１からの出力と、磁気収束板を介して、基板平面に平行でかつ第４の磁電変換素子ＨＹ２の出力と位相が１８０度異なる磁場と基板平面に垂直な磁場とを検出する第２の磁電変換素子ＨＸ２の出力と、を受信するものである。 The receiving unit 40 is mounted on the abnormality detection device 31, and outputs from the first magnetoelectric conversion element HX 1 that detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via a magnetic focusing plate. The output of the second magnetoelectric conversion element HX2 that detects a magnetic field that is parallel to the substrate plane and that is 180 degrees out of phase with the output of the first magnetoelectric conversion element HX1 and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic converging plate. And an output from the third magnetoelectric transducer HY1 that detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic focusing plate, and parallel to the substrate plane via the magnetic focusing plate. In addition, it receives a magnetic field that is 180 degrees out of phase with the output of the fourth magnetoelectric conversion element HY2, and an output of the second magnetoelectric conversion element HX2 that detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane.

また、Ｘ軸加減算部４１Ｘは、加算部１４１Ｘと減算部１４２Ｘとからなり、ホール素子ＨＸ１とＨＸ２の検出信号を加減算するものである。また、Ｙ軸加減算部４１Ｙは、加算部１４１Ｙと減算部１４２Ｙとからなり、ホール素子ＨＹ１とＨＹ２の検出信号を加減算するものである。
また、演算部４２は、受信部４０からの信号を受けて第１の磁電変換素子ＨＸ１の出力と第２の磁電変換素子ＨＸ２の出力との和に基づいて異常を検出するものである。また、演算部４２は、受信部４０からの信号を受けて第３の磁電変換素子ＨＹ１の出力と第４の磁電変換素子ＨＹ２の出力との和に基づいて異常を検出するものである。 The X-axis addition / subtraction unit 41X includes an addition unit 141X and a subtraction unit 142X, and adds and subtracts detection signals from the Hall elements HX1 and HX2. The Y-axis addition / subtraction unit 41Y includes an addition unit 141Y and a subtraction unit 142Y, and adds and subtracts detection signals from the Hall elements HY1 and HY2.
The calculation unit 42 receives the signal from the reception unit 40 and detects an abnormality based on the sum of the output of the first magnetoelectric conversion element HX1 and the output of the second magnetoelectric conversion element HX2. The computing unit 42 receives the signal from the receiving unit 40 and detects an abnormality based on the sum of the output of the third magnetoelectric conversion element HY1 and the output of the fourth magnetoelectric conversion element HY2.

また、第１の磁電変換素子ＨＸ１と第２の磁電変換素子ＨＸ２との出力が入力されるＸ軸加減算部４１Ｘの減算部１４２Ｘと、第３の磁電変換素子ＨＹ１と第４の磁電変換素子ＨＹ２との出力が入力されるＹ軸加減算部４１Ｙの減算部１４２Ｙとで、磁場の大きさを計測する計測部が構成されている。
また、演算部４２は、所定の閾値を記憶する閾値記憶部４５と、第１の磁電変換素子ＨＸ１の出力と第２の磁電変換素子ＨＸ２の出力との和と所定の閾値とに基づいて異常を検出する故障検出部４４とを備えている。 Further, the subtractor 142X of the X-axis adder / subtractor 41X to which the outputs of the first magnetoelectric transducer HX1 and the second magnetoelectric transducer HX2 are input, the third magnetoelectric transducer HY1 and the fourth magnetoelectric transducer HY2 are input. And a subtractor 142Y of the Y-axis adder / subtractor 41Y to which an output is input constitutes a measuring unit that measures the magnitude of the magnetic field.
In addition, the calculation unit 42 is abnormal based on the threshold storage unit 45 that stores a predetermined threshold, the sum of the output of the first magnetoelectric conversion element HX1 and the output of the second magnetoelectric conversion element HX2, and the predetermined threshold. And a failure detection unit 44 for detecting.

また、同様に、演算部４２は、第３の磁電変換素子ＨＹ１の出力と第４の磁電変換素子ＨＹ２の出力との和と所定の閾値とに基づいて異常を検出する故障検出部４４とを備えている。このような構成により、上述した実施例１と同様な故障判定機能１乃至４を有している。 Similarly, the calculation unit 42 includes a failure detection unit 44 that detects an abnormality based on the sum of the output of the third magnetoelectric conversion element HY1 and the output of the fourth magnetoelectric conversion element HY2 and a predetermined threshold value. I have. With such a configuration, the failure determination functions 1 to 4 similar to those of the first embodiment described above are provided.

１回転磁石
２集積回路（シリコン基板）
３ホール素子
４磁気集束板
１１ＸＸ軸減算部
１１ＹＹ軸減算部
１２，２２，４２演算部
２１Ｘ，４１ＸＸ軸加減算部
２１Ｙ，４１ＹＹ軸加減算部
２３，４３角度算出部
２４，４４故障検出部
２５，４５閾値記憶部
３０磁場計測装置
３１異常検出装置
４０受信部
１２１Ｘ，１２１Ｙ，１４１Ｘ，１４１Ｙ加算部
１２２Ｘ，１２２Ｙ，１４２Ｘ，１４２Ｙ減算部
ＨＸ１，ＨＸ２，ＨＹ１，ＨＹ２ホール素子 1 Rotating magnet 2 Integrated circuit (silicon substrate)
3 Hall element 4 Magnetic focusing plate 11X X-axis subtraction unit 11Y Y-axis subtraction unit 12, 22, 42 Calculation unit 21X, 41X X-axis addition / subtraction unit 21Y, 41Y Y-axis addition / subtraction unit 23, 43 Angle calculation unit 24, 44 Failure detection unit 25, 45 Threshold storage unit 30 Magnetic field measurement device 31 Abnormality detection device 40 Reception unit 121X, 121Y, 141X, 141Y Addition unit 122X, 122Y, 142X, 142Y Subtraction unit HX1, HX2, HY1, HY2 Hall element

Claims

A rotating magnet attached to a rotating body, a plurality of magnetoelectric conversion elements provided on a substrate disposed to face the rotating magnet, and a magnetic convergence plate provided on the plurality of magnetoelectric conversion elements In the magnetic field measurement device abnormality detection device,
A first magnetoelectric transducer that outputs a signal by detecting a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic converging plate;
A second magnetoelectric device that detects a magnetic field parallel to the substrate plane with a sign different from that of the first magnetoelectric transducer and detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal through the magnetic converging plate. A conversion element;
A third magnetoelectric transducer that outputs a signal by detecting a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic converging plate;
A fourth magnetoelectric element that detects a magnetic field parallel to the substrate plane with a different sign from the third magnetoelectric transducer and detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal through the magnetic converging plate. A conversion element;
The first sum of the output of the first magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element, and the second of the output of the third magnetoelectric conversion element and the output of the fourth magnetoelectric conversion element and the sum of an arithmetic unit for chromatic and failure detecting section for detecting abnormality on the basis of a predetermined threshold, and a threshold storage unit that stores the predetermined threshold,
Equipped with a,
The failure detection unit
Of the difference between the first sum and the second sum, the ratio of the first sum to the second sum, and the arctangent of the ratio of the first sum to the second sum An abnormality detection device for a magnetic field measurement device, wherein an abnormality is detected based on any of the above and the predetermined threshold .

2. The magnetic field measurement according to claim 1, further comprising a measurement unit that measures the magnitude of the magnetic field based on an output of the first magnetoelectric conversion element and an output of the second magnetoelectric conversion element. Device abnormality detection device.

Mounted with a rotating magnet attached to a rotating body, a plurality of magnetoelectric conversion elements provided on a substrate arranged to face the rotating magnet, and a magnetic converging plate provided on the plurality of magnetoelectric conversion elements In an abnormality detection device that detects an abnormality in contact or non-contact with a magnetic field measurement device,
Is mounted on the abnormality detection device, via the magnetic flux concentrator, the output of the first magneto-electric conversion element for detecting a magnetic field perpendicular to the substrate plane and the magnetic field parallel to the substrate plane, the magnetic flux concentrator The magnetic field parallel to the substrate plane is detected by a sign different from that of the first magnetoelectric conversion element, and the output of the second magnetoelectric conversion element for detecting the magnetic field perpendicular to the substrate plane, and the magnetic convergence An output of a third magnetoelectric transducer that detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via a plate, and a magnetic field parallel to the substrate plane via the magnetic focusing plate A receiver that receives an output of a fourth magnetoelectric transducer that detects a magnetic field perpendicular to the plane of the substrate and that is detected by a code different from that of the third magnetoelectric transducer ;
In response to the signal from the receiving unit , the first sum of the output of the first magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element, the output of the third magnetoelectric conversion element, and the fourth A calculation unit having a failure detection unit that detects an abnormality based on the second sum of the outputs of the magnetoelectric conversion elements and a predetermined threshold ;
Equipped with a,
The failure detection unit
Of the difference between the first sum and the second sum, the ratio of the first sum to the second sum, and the arctangent of the ratio of the first sum to the second sum An abnormality detection device for a magnetic field measurement device, wherein an abnormality is detected based on any of the above and the predetermined threshold .

A rotating magnet attached to a rotating body, a plurality of magnetoelectric conversion elements provided on a substrate disposed to face the rotating magnet, and a magnetic convergence plate provided on the plurality of magnetoelectric conversion elements In the magnetic field measurement device abnormality detection device,
  A first magnetoelectric transducer that outputs a signal by detecting a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic converging plate;
  A second magnetoelectric device that detects a magnetic field parallel to the substrate plane with a sign different from that of the first magnetoelectric transducer and detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal through the magnetic converging plate. A conversion element;
  A third magnetoelectric transducer that outputs a signal by detecting a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane via the magnetic converging plate;
  A fourth magnetoelectric element that detects a magnetic field parallel to the substrate plane with a different sign from the third magnetoelectric transducer and detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal through the magnetic converging plate. A conversion element;
  A fifth magnetoelectric transducer that detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal through the magnetic converging plate;
  A sixth magnetoelectric element that detects a magnetic field parallel to the substrate plane with a different sign from the fifth magnetoelectric transducer and detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal through the magnetic converging plate. A conversion element;
  A seventh magnetoelectric transducer that detects a magnetic field parallel to the substrate plane and a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal through the magnetic focusing plate;
  An eighth magnetoelectric circuit that detects a magnetic field parallel to the substrate plane with a different sign from the seventh magnetoelectric transducer and detects a magnetic field perpendicular to the substrate plane and outputs a signal through the magnetic converging plate. A conversion element;
  A first sum of an output of the first magnetoelectric conversion element, an output of the second magnetoelectric conversion element, an output of the third magnetoelectric conversion element, and an output of the fourth magnetoelectric conversion element; Based on the second sum of the output of the sixth magnetoelectric conversion element, the output of the sixth magnetoelectric conversion element, the output of the seventh magnetoelectric conversion element, and the output of the eighth magnetoelectric conversion element, and a predetermined threshold value. A calculation unit having a failure detection unit for detecting an abnormality and a threshold storage unit storing the predetermined threshold;
  With
  The failure detection unit
  An abnormality detection apparatus for a magnetic field measurement apparatus, wherein an abnormality is detected based on a difference between the first sum and the second sum and the predetermined threshold value.

The magnetoelectric converting element, the abnormality detecting device of magnetic field measurement apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a Hall element.

A rotation angle detection device using the abnormality detection device for a magnetic field measurement device according to any one of claims 1 to 5 .