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1. WO2011024731 - DEVICE FOR DETECTING ANGLE OF ROTATION

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明 細 書

発明の名称 回転角検出装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007   0008   0009  

課題を解決するための手段

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027  

図面の簡単な説明

0028  

発明を実施するための形態

0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096  

符号の説明

0097  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

明 細 書

発明の名称 : 回転角検出装置

技術分野

[0001]
 この発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。

背景技術

[0002]
 電動パワーステアリング装置などに使用されるブラシレスモータは、ロータの回転角度に合わせてステータ巻線に電流を通電することによって制御される。そこで、たとえば、図12に示す回転角検出装置が知られている。回転角検出装置は、2つの磁極N,Sを有する磁石を含むロータ1と、ロータ1の回転中心軸を中心として90°の角度間隔をおいて配置された2つの磁気センサ11,12とを含む。各磁気センサ11,12は、互いに90°の位相差を有する正弦波信号を出力する。回転角検出装置は、これらの2つの正弦波信号に基づいてロータ1の回転角を検出する。
[0003]
 図12に矢印で示す方向をロータ1の正方向の回転方向とする。そして、ロータ1が正方向に回転されるとロータ1の回転角が大きくなり、ロータ1が逆方向に回転されると、ロータ1の回転角が小さくなるものとする。ロータ1の回転角θに対して、一方の磁気センサ11からV1=A1・sinθの出力信号V1が出力されるとすると、他方の磁気センサ12からは、V2=A2・sin(θ+90°)=A2・cosθの出力信号V2が出力される。A1,A2は、それぞれ振幅を表している。
[0004]
 これらの振幅A1,A2が互いに等しい値Aであるとみなすか、あるいは両振幅が所定の規定値Aとなるように両信号S1,S2を正規化したとすると、一方の出力信号V1は、V1=A・sinθと表され、他方の出力信号V2は、V2=A・cosθと表される。さらに、A=1とすると、一方の出力信号V1は、V1=sinθで表され、他方の出力信号V2は、V2=cosθで表される。そこで、説明を簡単にするために、磁気センサ11,12の出力信号V1,V2を、V1=sinθ、V2=sin(θ+90°)=cosθで表すことにする。
[0005]
 ロータの回転角θは、両出力信号V1,V2を用いて、たとえば、次式(1)に基づいて求めることができる。
 θ=tan -1(sinθ/cosθ)
 =tan -1(sinθ/sin(θ+90°))
 =tan -1(V1/V2)…(1)
 図2は、ロータ1の回転角θに対する、磁気センサ11,12の出力信号V1(=sinθ),V2(=sin(θ+90°))および前記式(1)の右辺におけるsinθ/sin(θ+90°)の変化を示している。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 特開2001-324321号公報
特許文献2 : 特開2004-156961号公報
特許文献3 : 特開2008-241411号公報
特許文献4 : 実開平5-55022号公報
特許文献5 : 特開2002-213944号公報
特許文献6 : 特表平9-508214号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 前述したような従来の回転角検出装置においては、前記式(1)に基づいて、ロータ1の回転角θを演算する際、sinθ/cosθの分母になるcosθが零付近になると、演算誤差が大きくなる。したがって、図2に斜線部分で示すように、ロータ角度が90°付近の範囲内または270°付近の範囲内にある場合には、cosθ(=sin(θ+90°))の絶対値が小さくなるため、tan -1(sinθ/cosθ)に基づいて演算される回転角θの誤差が大きくなる。
[0008]
 そこで、この発明の目的は、検出精度を高めることができる回転角検出装置を提供することである。
 また、前述したような従来の回転角検出装置においては、磁気センサの出力信号に含まれるノイズの影響によって検出誤差が発生するおそれがある。そこで、このような検出誤差を低減させるために、磁気センサの出力信号に基づいて検出される回転角を時間方向に平均化することによって、最終的な回転角を求めることが考えられる。しかし、このようにすると、ロータが高速回転している場合には、回転角検出の応答性が悪くなる。
[0009]
 そこで、この発明の目的は、高い応答性を維持しつつ、ノイズの影響による検出誤差を低減できる回転角検出装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010]
 この発明の第1の回転角検出装置は、回転体(1)の回転に応じて、互いに位相差を有する第1、第2および第3の正弦波信号をそれぞれ出力する第1、第2および第3のセンサ(11~13,61~63)を含み、これらのセンサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置(20,70)であって、前記第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号との組合せ、前記第2の正弦波信号と前記第3の正弦波信号との組合せおよび前記第2の正弦波信号と前記第3の正弦波信号との組合せのうちの2以上の組合せにおける組合せ毎に、その組合せに含まれる2つの正弦波信号に基づいて前記回転体の回転角に相当する回転角を演算する回転角演算手段(21,22,71~73)と、前記回転角演算手段によって演算された複数の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する最終回転角演算手段(23,74)とを含む。なお、この項において括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。しかし、このことは、この発明が当該実施形態に限定して解釈されるべきことを意図するものではない。
[0011]
 互いに位相差を有する2つの正弦波信号から演算される回転角には、その演算に用いられる演算式に起因して、演算誤差が大きくなる回転角の範囲が存在する。回転角演算手段によって演算される複数の回転角は、正弦波信号の異なる組合せから演算されるので、それらの演算に用いられる演算式が異なる。このため、これらの複数の回転角間では、演算誤差が大きくなる回転角の範囲が異なる。上記構成によれば、複数の回転角を用いて、演算誤差の少ない回転角を演算することが可能となる。このため、回転角の検出精度を高めることができる。
[0012]
 また、この構成によれば、回転角演算手段によって演算される複数の回転角に基づいて、最終的な回転角が演算されるので、センサの出力信号に含まれるノイズの影響による検出誤差を低減できる。
 この発明の一実施形態では、前記回転角演算手段は、第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第1の回転角を演算する第1回転角演算手段(21)と、前記第2の正弦波信号と前記第3の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第2の回転角を演算する第2回転角演算手段(22)とを含む。そして、前記最終回転角演算手段は、前記第1の回転角および前記第2の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する。
[0013]
 この構成では、第1の正弦波信号と第2の正弦波信号とに基づいて、回転体の回転角に相当する第1の回転角が演算される。また、第2の正弦波信号と第3の正弦波信号とに基づいて、回転体の回転角に相当する第2の回転角が演算される。そして、第1の回転角および第2の回転角を用いて、最終的な回転角が演算される。
 互いに位相差を有する2つの正弦波信号から演算される回転角には、その演算に用いられる演算式に起因して、演算誤差が大きくなる回転角の範囲が存在する。第1の回転角は第1の正弦波信号と第2の正弦波信号から演算され、第2の回転角は第2の正弦波信号と第3の正弦波信号から演算されるので、両者の演算に用いられる演算式が異なる。このため、第1の回転角と第2の回転角とでは、演算誤差が大きくなる回転角の範囲が異なる。上記構成によれば、第1の回転角および第2の回転角を用いて、演算誤差の少ない回転角を演算することが可能となる。このため、回転角の検出精度を高めることができる。
[0014]
 この発明の一実施形態では、前記最終回転角演算手段は、前記回転体の回転角を推定する回転角推定手段(31)と、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じて、前記第1の回転角および前記第2の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する演算手段(32)とを含む。
 前記演算手段(32)は、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じて、前記第1の回転角および前記第2の回転角のうち、演算誤差が小さい方の回転角を、最終的な回転角として選択するものであってもよい。あるいは、前記演算手段は、前記第1の回転角および前記第2の回転角それぞれに、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じた重み付けをして加算することにより、最終的な回転角を求めるものであってもよい。
[0015]
 前記回転角推定手段(31)は、前記第1の回転角と前記第2の回転角との平均値を、前記回転角推定値として演算するものであってもよい。また、前記回転角推定値としては、たとえば、第1の回転角、第2の回転角などを用いることができる。また、第1の回転角と第2の回転角のいずれかが最終的な回転角として最初に選択された後においては、現在選択されている第1または第2の回転角を回転角推定値として用いるようにしてもよい。さらに、最終的な回転角が最初に演算された後においては、前回演算された最終的な回転角を、今回の回転角推定値として用いるようにしてもよい。
[0016]
 この発明の一実施形態では、前記回転角演算手段は、前記第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第1の回転角を演算する第1回転角演算手段(71)と、前記第1の正弦波信号と前記第3の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第2の回転角を演算する第2回転角演算手段(72)と、前記第2の正弦波信号と前記第3の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第3の回転角を演算する第3回転角演算手段(73)とを含む。そして、前記最終回転角演算手段は、前記第1、第2および第3の回転角に基づいて、最終的な回転角を演算する。
[0017]
 この構成では、第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、回転体の回転角に相当する第1の回転角が演算される。また、第1の正弦波信号と第3の正弦波信号とに基づいて、回転体の回転角に相当する第2の回転角が演算される。また、第2の正弦波信号と第3の正弦波信号とに基づいて、回転体の回転角に相当する第3の回転角が演算される。そして、第1、第2および第3の回転角に基づいて、最終的な回転角が演算される。具体的には、たとえば、第1、第2および第3の回転角の平均値または中央値を、最終的な回転角として演算することができる。また、第1、第2および第3の回転角のうち、最も外れているものを除外し、他の2つの平均値を、最終的な回転角として演算することもできる。
[0018]
 この構成によれば、第1、第2および第3の回転角に基づいて、最終的な回転角が演算されるので、センサの出力信号に含まれるノイズの影響による検出誤差を低減できる。また、最終的な回転角は、同時刻に発生したセンサ出力信号から演算された第1、第2および第3の回転角に基づいて演算されるので、回転角検出に時間遅れが発生しない。このため回転体の回転速度が大きい場合でも、高い応答性を実現できる。つまり、この構成によれば、高い応答性を維持しつつ、ノイズの影響による検出誤差を低減できる。
[0019]
 また、この構成では、第1、第2および第3の回転角を演算する場合に、同じセンサの出力信号を複数の回転角演算のために共用している。具体的には、第1の正弦波信号は、第1の回転角および第2の回転角の演算のために共用され、第2の正弦波信号は、第1の回転角および第3の回転角の演算のために共用され、第3の正弦波信号は、第2の回転角および第3の回転角の演算のために共用されている。このため、同じセンサの出力信号を複数の回転角演算のために共用しない場合に比べて、センサの個数が少なくて済むという利点がある。
[0020]
 この発明の一実施形態では、前記第1のセンサは、前記回転体の回転角θに対して、V1=sinθで表される第1の正弦波信号V1を出力するものである。また、前記第2のセンサは、前記回転体の回転角θに対して、前記第1および第2の正弦波信号の位相差αを用いてV2=sin(θ+α)で表される第2の正弦波信号V2を出力するものである。また、前記第3のセンサは、前記回転体の回転角θに対して、前記第1および第3の正弦波信号の位相差βを用いてV3=sin(θ+β)で表される第3の正弦波信号V3を出力するものである。そして、前記第1回転角演算手段は、次式(i)により、第1の回転角θ を求めるものである。また、前記第2回転角演算手段は、次式(ii)により、第2の回転角θ を求めるものである。また、前記第3回転角演算手段は、次式(iii)により、第3の回転角θ を求めるものである。
[0021]
[数1]


[0022]
 この構成では、式(i)により第1の回転角θ が求められ、式(ii)により第2の回転角θ が求められ、式(iii)により、第3の回転角θ が求められる。このようにして求められた、第1、第2および第3の回転角に基づいて、最終的な回転角が演算される。
 この発明の第2の回転角検出装置は、回転体(1)の回転に応じて、互いに位相差を有する第1および第2の正弦波信号をそれぞれ出力する第1および第2のセンサ(11,12)を含み、これらのセンサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置(40)であって、前記第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、所定の第1の演算式を用いて、前記回転体の回転角に相当する第1の回転角を演算する第1回転角演算手段(41)と、前記第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、前記第1の演算式とは異なる所定の第2の演算式を用いて、前記回転体の回転角に相当する第2の回転角を演算する第2回転角演算手段(42)と、前記第1の回転角および前記第2の回転角を用いて最終的な回転角を演算する最終回転角演算手段(43)とを含む。
[0023]
 この構成では、第1の正弦波信号と第2の正弦波信号とに基づいて、所定の第1の演算式を用いて、回転体の回転角に相当する第1の回転角が演算される。また、第1の正弦波信号と第2の正弦波信号とに基づいて、第1の演算式とは異なる所定の第2の演算式を用いて、回転体の回転角に相当する第2の回転角が演算される。そして、第1の回転角および第2の回転角を用いて、最終的な回転角が演算される。
[0024]
 互いに位相差を有する2つの正弦波信号から演算される回転角には、その演算に用いられる演算式に起因して、演算誤差が大きくなる回転角の範囲が存在する。上記構成では、第1の回転角と第2の回転角とでは、その演算に用いられる演算式が異なるため、演算誤差が大きくなる回転角の範囲が異なる。上記構成によれば、第1の回転角および第2の回転角を用いて、演算誤差の少ない回転角を演算することが可能となる。このため、回転角の検出精度を高めることができる。
[0025]
 この発明の一実施形態では、前記最終回転角演算手段は、前記回転体の回転角を推定する回転角推定手段(51)と、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じて、前記第1の回転角および前記第2の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する演算手段(52)とを含む。
 前記演算手段(52)は、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じて、前記第1の回転角および前記第2の回転角のうち、演算誤差が小さい方の回転角を、最終的な回転角として選択するものであってもよい。あるいは、前記演算手段は、前記第1の回転角および前記第2の回転角それぞれに、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じた重み付けをして加算することにより、最終的な回転角を求めるものであってもよい。
[0026]
 前記回転角推定手段(51)は、前記第1の回転角と前記第2の回転角との平均値を、前記回転角推定値として演算するものであってもよい。また、前記回転角推定値としては、たとえば、第1の回転角、第2の回転角などを用いることができる。また、第1の回転角と第2の回転角のいずれかが最終的な回転角として最初に選択された後においては、現在選択されている第1または第2の回転角を回転角推定値として用いるようにしてもよい。さらに、最終的な回転角が最初に演算された後においては、前回演算された最終的な回転角を、今回の回転角推定値として用いるようにしてもよい。
[0027]
 本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。

図面の簡単な説明

[0028]
[図1] 図1は、この発明の第1の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。
[図2] 図2は、第1の回転角の演算誤差の大きい範囲を説明するための説明図である。
[図3] 図3は、第2の回転角の演算誤差の大きい範囲を説明するための説明図である。
[図4] 図4は、回転角選択部の動作を説明するための説明図である。
[図5] 図5は、回転角演算装置による回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
[図6] 図6は、この発明の第2の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。
[図7] 図7は、回転角演算装置による回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
[図8] 図8は、第1の回転角と第2の回転角に重みを付けて加算することにより、最終的な回転角を演算する方法を説明するための説明図である。
[図9] 図9は、この発明の第3の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。
[図10] 図10は、回転角演算装置の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
[図11] 図11は、回転角演算装置による回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
[図12] 図12は、従来の回転角検出装置による回転角検出方法を説明するための模式図である。

発明を実施するための形態

[0029]
 以下では、この発明をブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
 図1は、この発明の第1の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。
 この回転角検出装置は、たとえば、電動パワーステアリング装置のブラシレスモータのロータの回転角を検出するために用いることができる。回転角検出装置は、たとえば、ブラシレスモータの回転に応じて回転する検出用ロータ1(以下、「ロータ1」という)を有している。ロータ1は、2つの磁極N,Sを有する磁石を含んでいる。以上の点は、後述する第2および第3の実施形態に係る回転角検出装置も同様である。
[0030]
 ロータ1の周囲には、3つの磁気センサ11,12,13が、ロータ1の周方向に間隔をおいて配置されている。これら3つの磁気センサ11,12,13を、それぞれ第1の磁気センサ11、第2の磁気センサ12および第3の磁気センサ13という場合がある。磁気センサとしては、たとえば、ホール素子、磁気抵抗素子(MR素子)等、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子を備えたものを用いることができる。
[0031]
 第1の磁気センサ11と第2の磁気センサ12とは、ロータ1の回転中心軸を中心として、αの角度間隔をおいて配置されている。第1の磁気センサ11と第3の磁気センサ13とは、ロータ1の回転中心軸を中心として、αより大きなβの角度間隔をおいて配置されている。この実施形態では、αは90°に設定され、βは180°に設定されている。したがって、この実施形態では、第2の磁気センサ12と第3の磁気センサ13との間の角度間隔は、90°となる。
[0032]
 図1に矢印で示す方向をロータ1の正方向の回転方向とする。そして、ロータ1が正方向に回転されるとロータ1の回転角が大きくなり、ロータ1が逆方向に回転されると、ロータ1の回転角が小さくなるものとする。ロータ1の回転角θに対して、第1の磁気センサ11からV1=A1・sinθの出力信号V1が出力されるとすると、第2の磁気センサ12からは、V2=A2・sin(θ+α)=A2・sin(θ+90°)の出力信号V2が出力され、第3の磁気センサ13からは、V3=A3・sin(θ+β)=A3・sin(θ+180°)の出力信号V3が出力される。A1,A2,A3は、それぞれ振幅を表している。
[0033]
 これらの振幅A1,A2,A3が互いに等しい値Aであるとみなすか、あるいは各振幅が所定の規定値Aとなるように各信号V1,V2,V3を正規化したとすると、各信号V1,V2,V3は、それぞれ、A・sinθ,A・sin(θ+α)およびA・sin(θ+β)と表される。ここで、A=1とすると、各信号V1,V2,V3は、それぞれ、sinθ, sin(θ+α)およびsin(θ+β)と表される。そこで、以下の説明においては、説明を簡単にするために、各磁気センサ11,12,13の出力信号V1,V2,V3を、それぞれV1=sinθ,V2=sin(θ+α)=sin(θ+90°)およびV3=sin(θ+β)=sin(θ+180°)と表すことにする。
[0034]
 各磁気センサ11,12,13の出力信号V1,V2,V3は、回転角演算装置20に入力される。回転角演算装置20は、各磁気センサ11,12,13の出力信号V1,V2,V3に基づいて、ロータ1の回転角θを演算する。回転角演算装置20は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、CPU(中央演算処理装置)およびメモリ(ROM,RAM等)を含んでいる。回転角演算装置20は、ROMに格納された所定のプログラムをCPUが実行することにより、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、第1の回転角演算部(第1回転角演算手段)21、第2の回転角演算部(第2回転角演算手段)22および回転角選択部(最終回転角演算手段)23を含む。
[0035]
 第1の回転角演算部21は、第1の磁気センサ11の出力信号V1と、第2の磁気センサ12の出力信号V2とに基づいて、ロータ1の回転角に相当する第1の回転角θ を演算する。この実施形態では、V1=sinθ,V2=sin(θ+90°)=cosθである。また、tanθは、tanθ=sinθ/cosθと表すことができる。そこで、第1の回転角演算部21は、次式(2)に基づいて、第1の回転角θ を演算する。
[0036]
[数2]


[0037]
 第2の回転角演算部22は、第2の磁気センサ12の出力信号V2と、第3の磁気センサ13の出力信号V3とに基づいて、ロータ1の回転角に相当する第2の回転角θ を演算する。この実施形態では、V2=sin(θ+90°),V3=sin(θ+180°)=cos(θ+90°)である。また、tan(θ+90°)は、tan(θ+90°)=sin(θ+90°)/cos(θ+90°)と表すことができる。そこで、第2の回転角演算部22は、次式(3)に基づいて、第2の回転角θ を演算する。
[0038]
[数3]


[0039]
 回転角選択部23は、ロータ1の回転角推定値に応じて、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちのいずれか一方を、最終的な回転角θとして選択する。回転角選択部23による回転角選択の考え方について説明する。
 図2は、ロータ1の回転角θに対する、磁気センサ11,12の出力信号V1(=sinθ),V2(=sin(θ+90°))および前記式(2)の右辺におけるsinθ/sin(θ+90°)の変化を示している。sinθ/sin(θ+90°)の分母のsin(θ+90°)の絶対値が小さい場合には、tan -1(sinθ/sin(θ+90°))の演算誤差が大きくなり、第1の回転角θ の演算誤差が大きくなる。したがって、図2に斜線部分で示すように、ロータ1の回転角θが、90°付近の範囲(たとえば、90°±22.5°の範囲)および270°付近の範囲(たとえば、270°±22.5°の範囲)では、sin(θ+90°)の絶対値が小さくなるので、第1の回転角θ の演算誤差が大きくなる。
[0040]
 図2において、sinθ/sin(θ+90°)を表す曲線のうち、鎖線の楕円で囲まれた部分は、sin(θ+90°)の絶対値が大きくなるために、tan -1(sinθ/sin(θ+90°))の演算誤差が小さくなる部分(演算精度が高くなる部分)を示している。
 図3は、ロータ1の回転角θに対する、磁気センサ12,13の出力信号V2(=sin(θ+90°),V3(=sin(θ+180°))および前記式(3)の右辺におけるsin(θ+90°)/sin(θ+180°)の変化を示している。sin(θ+90°)/sin(θ+180°)の分母のsin(θ+180°)の絶対値が小さい場合には、tan -1{(sin(θ+90°)/sin(θ+180°)}の演算誤差が大きくなり、第2の回転角θ の演算誤差が大きくなる。したがって、図3に斜線部分で示すように、ロータ1の回転角θが、0°付近の範囲(たとえば、0°~22.5°の範囲)、180°付近の範囲(たとえば、180°±22.5°の範囲)および360°付近の範囲(たとえば、337.5~360°の範囲)では、sin(θ+180°)の絶対値が小さくなるので、第2の回転角θ の演算誤差が大きくなる。
[0041]
 図3において、sin(θ+90°)/sin(θ+180°)を表す曲線のうち、鎖線の楕円で囲まれた部分は、sin(θ+180°)の絶対値が大きくなるために、tan -1sin(θ+90°)/sin(θ+180°)の演算誤差が小さくなる部分(演算精度が高くなる部分)を示している。
 図2および図3で説明したように、第1の回転角θ と第2の回転角θ とでは、演算誤差が大きくなる角度範囲が異なる。そこで、回転角選択部23は、たとえば、第1の回転角θ と第2の回転角θ とからロータ1の回転角を推定し、推定された回転角(回転角推定値)に応じて、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちから、演算誤差が小さい(演算精度が高い)と推定される方を、最終的な回転角θとして選択する。
[0042]
 具体的には、回転角選択部23は、回転角推定部31と、選択部32とを備えている。回転角推定部31は、たとえば、次式(4)に基づいて、第1の回転角θ と第2の回転角θ との平均を演算することにより、回転角推定値θ を求める。
 θ =(θ +θ )/2   …(4)
 選択部32は、回転角推定部31によって得られた回転角推定値θ を用い、次式(5)に示す条件式にしたがって、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちの一方を、最終的な回転角θとして選択する。
[0043]
 If   0°≦θ <45°  then θ=θ
 If  45°≦θ <135° then θ=θ
 If 135°≦θ <225° then θ=θ
 If 225°≦θ <315° then θ=θ
 If 315°≦θ <360° then θ=θ     …(5)
 図4は、回転角推定値θ に対するsinθ/sin(θ+90°)の変化と、回転角推定値θ に対するsin(θ+90°)/sin(θ+180°)の変化とを示している。前述したように、tan -1{(sinθ°)/sin(θ+90°)}は、第1の回転角θ を演算するために用いられ、tan -1{(sin(θ+90°)/sin(θ+180°)}は、第2の回転角θ を演算するために用いられる。
[0044]
 図4においては、sinθ/sin(θ+90°)を表す曲線のうち、演算精度が高い部分(図2において楕円で囲まれた部分に相当する)が、その他の部分より太い線で示されている。同様に、sin(θ+90°)/sin(θ+180°)を表す曲線のうち、演算精度が高い部分(図3において楕円で囲まれた部分に相当する)が、その他の部分より太い線で示されている。前記式(5)で示された条件式にしたがって、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちから最終的な回転角θを選択する場合には、回転角推定値θ に対応する前記曲線の太線部分(演算精度の高い部分)を用いて演算された回転角が、最終的な回転角θとして選択されることになる。
[0045]
 図5は、回転角演算装置20によって実行される回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
 回転角演算処理は、所定の演算周期毎に繰り返し行なわれる。まず、回転角演算装置20は、各磁気センサ11,12,13の出力信号V1(=sinθ),V2(=sin(θ+90°)),V3(=sin(θ+180°))を取り込む(ステップS1)。そして、回転角演算装置20の第1の回転角演算部21は、ステップS1で取り込まれた出力信号V1,V2を用い、前記式(2)に基づいて、第1の回転角θ を演算する(ステップS2)。
[0046]
 また、回転角演算装置20の第2の回転角演算部22は、ステップS1で取り込まれた出力信号V2,V3を用い、前記式(3)に基づいて、第2の回転角θ を演算する(ステップS3)。
 また、回転角演算装置20の回転角選択部23は、第1の回転角θ と第2の回転角θ とに基づいて回転角推定値θ を演算する(ステップS4)。回転角選択部23は、たとえば、前記式(4)に基づいて、第1の回転角θ と第2の回転角θ の平均値を、回転角推定値θ として求める。そして、回転角選択部23は、回転角推定値θ を用い、前記式(5)の条件式にしたがって、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちの一方を、最終的な回転角θとして選択する。(ステップS5)。
[0047]
 前記第1の実施形態では、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうち、演算誤差が小さい方の回転角を、ロータ1の最終的な回転角θとして選択することができるようになる。このため、回転角θの検出精度を高めることができる。
 上記第1の実施形態では、磁気センサが3個設けられているが、磁気センサを4個以上設け、隣り合う2つのセンサの組毎にロータ1の回転角θに相当する回転角を演算することにより、最終的な回転角θの候補となる回転角を3種類以上求め、それらの回転角候補のうちの1つを、最終的な回転角θとして選択するようにしてもよい。
[0048]
 図6は、この発明の第2の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。
 ロータ1の周囲には、2つの磁気センサ11,12が、ロータ1の周方向に間隔をおいて配置されている。これら2つの磁気センサ11,12を、それぞれ第1の磁気センサ11および第2の磁気センサ12という場合がある。第1の磁気センサ11と第2の磁気センサ12とは、ロータ1の回転中心軸を中心として、αの角度間隔をおいて配置されている。この実施形態では、αは90°に設定されている。
[0049]
 図6に矢印で示す方向をロータ1の正方向の回転方向とする。また、第1の実施形態と同様に、各磁気センサ11,12の出力信号を、その振幅が1であるものとして簡易的に表すことにする。ロータ1の回転角θに対して、第1の磁気センサ11からV1=sinθの出力信号V1が出力されるとすると、第2の磁気センサ12からは、V2=sin(θ+α)=sin(θ+90°)の出力信号V2が出力される。
[0050]
 各磁気センサ11,12の出力信号V1,V2は、回転角演算装置40に入力される。回転角演算装置40は、各磁気センサ11,12の出力信号V1,V2に基づいて、ロータ1の回転角θを演算する。回転角演算装置40は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、CPU(中央演算処理装置)およびメモリ(ROM,RAM等)を含んでいる。回転角演算装置40は、ROMに格納された所定のプログラムをCPUが実行することにより、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、第1の回転角演算部(第1回転角演算手段)41、第2の回転角演算部(第2回転角演算手段)42および回転角選択部(最終回転角演算手段)43を含む。
[0051]
 第1の回転角演算部41は、第1の磁気センサ11の出力信号V1と、第2の磁気センサ12の出力信号V2とに基づいて、次式(6)に示す演算式(以下、「第1演算式」という)を用いて、ロータ1の回転角に相当する第1の回転角θ を演算する。この第1演算式は、第1の実施形態において説明した前記式(2)と同じである。
[0052]
[数4]


[0053]
 第2の回転角演算部42は、第1の磁気センサ11の出力信号V1と、第2の磁気センサ13の出力信号V3とに基づいて、次式(7)に示す演算式(以下、「第2演算式」という)を用いて、ロータ1の回転角に相当する第2の回転角θ を演算する。
[0054]
[数5]


[0055]
 第2演算式の導き方について説明する。第1の出力信号V1は、sinθであるので、この信号V1を反転させることにより、V1’=-sinθで表される反転信号V1'を生成することができる。反転信号V1'は、V1'=-sinθ=sin(θ+180°)と表すことができるため、この反転信号V1’は、第1の実施形態における第3の出力信号V3と同様に、第1の出力信号V1に対し、位相が180°進んだ信号となる。言い換えれば、第2の出力信号V2(=sin(θ+90°))に対して、位相が90°進んだ信号となる。
[0056]
 したがって、この反転信号V1’は、V1’=-sinθ=sin(θ+180°)=cos(θ+90°)と表すことができる。tan(θ+90°)は、tan(θ+90°)=sin(θ+90°)/cos(θ+90°)と表すことができる。したがって、回転角θは、θ=tan -1{sin(θ+90°)/-sinθ}-90°=tan -1(V2/-V1)-90°と表すことができる。この回転角θを第2の回転角θ とすることにより、前記式(7)を導くことがてきる。
[0057]
 回転角選択部43は、ロータ1の回転角推定値に応じて、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちのいずれか一方を、最終的な回転角θとして選択する。
 第1の実施形態において、図2を用いて説明したように、第2の実施形態においても、ロータ1の回転角θが、90°付近の範囲(たとえば、90°±22.5°の範囲)および270°付近の範囲(たとえば、270°±22.5°の範囲)では、第1の回転角θ の演算誤差が大きくなる。
[0058]
 第1の出力信号V1の反転信号V1’(=-sinθ)は、第1の実施形態の第3の出力信号V3=sin(θ+180°)と同様に、V1’=sin(θ+180°)と表すことができる。したがって、第2の実施形態における、V2=sin(θ+90°)、V1’=sin(-θ)およびsin(θ+90°)/-sinθを表す曲線は、それぞれ、図3におけるsin(θ+90°)、sin(θ+180°)およびsin(θ+90°)/sin(θ+180°)を表す曲線と同じになる。このため、第2の実施形態においても、図3に斜線部分で示すように、ロータ1の回転角θが、0°付近の範囲、180°付近の範囲および360°付近の範囲では、第2の回転角θ の演算誤差が大きくなる。つまり、第2の実施形態においても、第1の回転角θ と第2の回転角θ とでは、演算誤差が大きくなるロータ角度範囲が異なる。
[0059]
 そこで、回転角選択部43は、たとえば、第1の回転角θ と第2の回転角θ とからロータ1の回転角を推定し、推定された回転角(回転角推定値)に応じて、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちから、演算誤差が小さい(演算精度の高い)と推定される方を、最終的な回転角θとして選択する。
 具体的には、回転角選択部43は、回転角推定部51と、選択部52とを備えている。回転角推定部51は、たとえば、次式(8)に基づいて、第1の回転角θ と第2の回転角θ との平均を演算することにより、回転角推定値θ を求める。
[0060]
 θ =(θ +θ )/2   …(8)
 選択部52は、回転角推定部51によって得られた回転角推定値θ を用い、次式(9)に示す条件式にしたがって、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちの一方を、最終的な回転角θとして選択する。なお、この条件式は、第1の実施形態における条件式(前記式(5)参照)と同じである。
[0061]
 If   0°≦θ <45°  then θ=θ
 If  45°≦θ <135° then θ=θ
 If 135°≦θ <225° then θ=θ
 If 225°≦θ <315° then θ=θ
 If 315°≦θ <360° then θ=θ     …(9)
 図7は、回転角演算装置40によって実行される回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
[0062]
 回転角演算処理は、所定の演算周期毎に繰り返し行なわれる。まず、回転角演算装置40は、各磁気センサ11,12の出力信号V1(=sinθ),V2(=sin(θ+90°))を取り込む(ステップS11)。そして、回転角演算装置40の第1の回転角演算部41は、ステップS11で取り込まれた出力信号V1,V2を用い、前記式(6)に示される第1演算式に基づいて、第1の回転角θ を演算する(ステップS12)。
[0063]
 また、回転角演算装置40の第2の回転角演算部42は、ステップS11で取り込まれた出力信号V1,V2を用い、前記式(7)に示される第2演算式に基づいて、第2の回転角θ を演算する(ステップS13)。
 また、回転角演算装置40の回転角選択部43は、第1の回転角θ と第2の回転角θ とに基づいて回転角推定値θ を演算する(ステップS14)。回転角選択部43は、たとえば、前記式(8)に基づいて、第1の回転角θ と第2の回転角θ の平均値を、回転角推定値θ として求める。そして、回転角選択部43は、回転角推定値θ を用い、前記式(9)の条件式にしたがって、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちの一方を、最終的な回転角θとして選択する。(ステップS15)。
[0064]
 前記第2の実施形態においても、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうち、演算誤差が小さい方の回転角を、ロータ1の最終的な回転角θとして選択することができるようになる。このため、回転角θの検出精度を高めることができる。第2の実施形態では、2個の磁気センサ11,12の出力信号V1,V2から、演算誤差が大きくなる角度範囲が互いに異なる、2種類の回転角θ ,θ を演算することができるため、第1の実施形態に比べて、磁気センサの個数が少なくて済むという利点がある。
[0065]
 以上、この発明の第1および第2の実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第1および第2の実施形態では、回転角推定値θ に応じて、第1の回転角θ および第2の回転角θ のうちのいずれか一方が、最終的な回転角θとして選択されているが、第1の回転角θ および第2の回転角θ それぞれに回転角推定値θ に応じた重み付けをして加算することにより、最終的な回転角θを求めるようにしてもよい。
[0066]
 たとえば、前記式(5),(9)の条件式にしたがって回転角を選択する場合、第1の回転角θ が選択される角度範囲と、第2の回転角θ が選択される角度範囲は、図8(a)に示すようになる。そこで、図8(b)で示すように、回転角推定値θ が、第1の回転角θ が選択される範囲の中央値である0°(360°)および180°に対しては、最終的な回転角θとして第1の回転角θ を設定する。同様に、回転角推定値θ が、第2の回転角θ が選択される範囲の中央値である90°および270°に対しては、最終的な回転角θとして第2の回転角θ を設定する。
[0067]
 そして、0°<θ <90°の範囲、90°<θ <180°の範囲、180°<θ <270°の範囲および270°<θ <360°の範囲では、第1の回転角θ および第2の回転角θ にその範囲内の位置(角度:回転角推定値θ )に応じた重みw ,w (w +w =1)を付けて加算した値を、最終的な回転角θ(=w θ +w θ )として設定する。具体的には、重みw ,w は、次式(10)に基づいて求められる。
[0068]
[数6]


[0069]
 このように重みw ,w を設定した場合には、前記各範囲のちょうど中間位置(θ =45°,135°,225°,315°)では、第1の回転角θ および第2の回転角θ に対する重みw ,w は共に0.5となるので、その位置に対する最終的な回転角θは第1の回転角θ および第2の平均値((θ +θ )/2)となる。
 前記第1および第2の実施形態では、第1の回転角θ と第2の回転角θ との平均を演算することによって、回転角推定値θ を求めているが、第1の回転角θ または第2の回転角θ のいずれかを、回転角推定値θ として用いるようにしてもよい。また、第1の回転角θ と第2の回転角θ のいずれかが最終的な回転角θとして最初に選択された後においては、現在選択されている第1または第2の回転角θ 1,θ を回転角推定値θ として用いるようにしてもよい。さらに、最終的な回転角が最初に演算された後においては、前回演算された最終的な回転角θを、今回の回転角推定値θ として用いるようにしてもよい。
[0070]
 また、前記第1および第2の実施形態では、第1または第2の回転角θ 1,θ を、tan -1Xの演算を行なうことにより求めているが、tan -1Xの演算を行なわずに、たとえばマップにより、求めるようにしてもよい。
 図9は、この発明の第3の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。
 ロータ1の周囲には、3つの磁気センサ61,62,63が、ロータ1の周方向に間隔をおいて配置されている。これら3つの磁気センサ61,62,63を、それぞれ第1の磁気センサ61、第2の磁気センサ62および第3の磁気センサ63という場合がある。第1の磁気センサ61と第2の磁気センサ62とは、ロータ1の回転中心軸を中心として、αの角度間隔をおいて配置されている。このαは、この例では、たとえば30°に設定されている。第1の磁気センサ61と第3の磁気センサ63とは、ロータ1の回転中心軸を中心として、αより大きなβの角度間隔をおいて配置されている。このβは、この例では、たとえば60°に設定されている。したがって、第2の磁気センサ62と第3の磁気センサ63との間の角度間隔は、(β-α)となる。この例では、(β-α)は、30°である。
[0071]
 図9に矢印で示す方向をロータ1の正方向の回転方向とする。また、第1の実施形態と同様に、各磁気センサ11,12の出力信号を、その振幅が1であるものとして簡易的に表すことにする。ロータ1の回転角θに対して、第1の磁気センサ61からV1=sinθの出力信号V1が出力されるとすると、第2の磁気センサ62からは、V2=sin(θ+α)の出力信号V2が出力され、第3の磁気センサ63からは、V3=sin(θ+β)の出力信号V3が出力される。
[0072]
 各磁気センサ61,62,63の出力信号V1,V2,V3は、回転角演算装置70に入力される。回転角演算装置70は、各磁気センサ61,62,63の出力信号V1,V2,V3に基づいて、ロータ1の回転角θを演算する。回転角演算装置70は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、CPU(中央演算処理装置)およびメモリ(ROM,RAM等)を含んでいる。回転角演算装置70は、ROMに格納された所定のプログラムをCPUが実行することにより、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、第1の回転角演算部(第1回転角演算手段)71、第2の回転角演算部(第2回転角演算手段)72、第3の回転角演算部(第3回転角演算手段)73および最終回転角演算部(最終回転角演算手段)74を含む。
[0073]
 第1の回転角演算部71は、第1の磁気センサ61の出力信号V1と、第2の磁気センサ62の出力信号V2とに基づいて、ロータ1の回転角に相当する第1の回転角θ を演算する。第2の回転角演算部72は、第1の磁気センサ61の出力信号V1と、第3の磁気センサ63の出力信号V3とに基づいて、ロータ1の回転角に相当する第2の回転角θ を演算する。第3の回転角演算部73は、第2の磁気センサ62の出力信号V2と、第3の磁気センサ63の出力信号V3とに基づいて、ロータ1の回転角に相当する第3の回転角θ を演算する。
[0074]
 最終回転角演算部74は、第1,第2および第3の回転角演算部71,72,73によってそれぞれ演算された第1,第2および第3の回転角θ ,θ ,θ に基づいて、最終的な回転角θを演算する。
 図10は、回転角演算装置70のさらに詳細な構成を示す機能ブロック図である。
 第1の回転角演算部71は、信号生成部81と、角度演算部82とを含んでいる。信号生成部81は、第1の出力信号V1(=sinθ)と第2の出力信号V2(=sin(θ+α))とから、第1の出力信号V1に対する位相差が90°となる信号V 12(=sin(θ+90°)=cosθ)を生成する。具体的には、信号生成部81は、次式(11)に基づいて、信号V 12を生成する。
[0075]
[数7]


[0076]
 つまり、信号生成部81は、第1の出力信号V1(=sinθ)と、第2の出力信号V2(=sin(θ+α))と、cosαと,sinαとから、信号V 12(=cosθ)を生成する。cosα,sinαは、予めメモリに格納されている。なお、前記式(11)は、sin(θ+α)を三角関数の加法定理により展開した式に基づいて、導出することができる。
 角度演算部82は、信号生成部81によって生成された信号V 12(=cosθ)と第1の出力信号V1(=sinθ)とを用い、次式(12)に基づいて、第1の回転角θ を演算する。
[0077]
[数8]


[0078]
 第2の回転角演算部72は、信号生成部91と、角度演算部92とを含んでいる。信号生成部91は、第1の出力信号V1(=sinθ)と第3の出力信号V3(=sin(θ+β))とから、第1の出力信号V1に対する位相差が90°となる信号V 13(=sin(θ+90°)=cosθ)を生成する。具体的には、信号生成部91は、次式(13)に基づいて、信号V 13を生成する。
[0079]
[数9]


[0080]
 つまり、信号生成部91は、第1の出力信号V1(=sinθ)と、第3の出力信号V3(=sin(θ+β))と、cosβと,sinβとから、信号V 13(=cosθ)を生成する。cosβ,sinβは、予めメモリに格納されている。なお、前記式(13)は、前記式(11)と同様に、sin(θ+β)を三角関数の加法定理により展開した式に基づいて、導出することができる。
[0081]
 角度演算部92は、信号生成部91によって生成された信号V 13(=cosθ )と第1の出力信号V1(=sinθ)とを用い、次式(14)に基づいて、第2の回転角θ を演算する。
[0082]
[数10]


[0083]
 第3の回転角演算部73による第3の回転角θ の演算方法の考え方について説明する。第3の回転角演算部73は、まず、第2の出力信号V2と第3の出力信号V3とに基づいて、ロータ1の回転角θに対してαだけ進んだ回転角θ ’(=θ+α)を演算する。そして、得られた回転角θ ’からαを減算することにより、第3の回転角θ を演算する。
[0084]
 第3の回転角演算部73は、信号生成部101と、角度演算部102と、角度演算部103とを含んでいる。信号生成部101は、第2の出力信号V2(=sin(θ+α))と第3の出力信号V3(=sin(θ+β))とから、第2の出力信号V2に対する位相差が90°となる信号V 23(=sin(θ+α+90°))を生成する。
 θ’=θ+αとして、出力信号V2を正弦波信号sinθ’で表し、出力信号V3を、この正弦波信号sinθ’に対して位相差が(β-α)進んだ正弦波信号sin(θ’+(β-α))で表すと、前記第1の回転角演算部71と同様な方法により、正弦波信号sinθ’に対して位相差が90°となる信号V 23(=sin(θ’+90°)=cosθ’)を求めることができる。
[0085]
 具体的には、信号生成部101は、次式(15)に基づいて、信号V 23を生成する。
[0086]
[数11]


[0087]
 つまり、信号生成部101は、第2の出力信号V2(=sin(θ+α))と、第3の出力信号V3(=sin(θ+β))と、cos(βーα)と、sin(βーα)とから、信号V 23(=cosθ’)を生成する。cos(βーα)、sin(βーα)は、予めメモリに格納されている。
 角度演算部102は、信号生成部101によって生成された信号V 23(=cosθ’)と第2の出力信号V2(=sinθ’=sin(θ+α))とを用い、次式(16)に基づいて、回転角θ ’を演算する。
[0088]
[数12]


[0089]
 角度演算部103は、次式(17)に基づいて、第3の回転角θ を演算する。
   θ =θ ’-α   …(17)
 なお、αは予めメモリに格納されている。
 最終回転角演算部74は、たとえば、次式(18)に基づいて、最終的な回転角θを演算する。つまり、最終回転角演算部74は、第1、第2および第3の回転角θ ,θ ,θ の平均値を、最終的な回転角θとして演算する。
[0090]
   θ=(θ +θ +θ )/3   …(18)
 図11は、回転角演算装置70によって実行される回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
 回転角演算処理は、所定の演算周期毎に繰り返し行なわれる。まず、回転角演算装置70は、各磁気センサ61,62,63の出力信号V1(=sinθ),V2(=sin(θ+α)),V3(=sin(θ+β))を取り込む(ステップS21)。そして、回転角演算装置70の第1の回転角演算部71は、ステップS21で取り込まれた出力信号V1,V2と、メモリに格納されているsinαおよびcosαの値と、前記式(11),(12)とを用いて、第1の回転角θ を演算する(ステップS22)。
[0091]
 また、回転角演算装置70の第2の回転角演算部72は、ステップS21で取り込まれた出力信号V1,V3と、メモリに格納されているsinβおよびcosβの値と、前記式(13),(14)とを用いて、第2の回転角θ を演算する(ステップS23)。
 また、回転角演算装置70の第3の回転角演算部73は、ステップS21で取り込まれた出力信号V2,V3と、メモリに格納されているα、sin(β-α)およびcos(β-α)の値と、前記式(15),(16),(17)とを用いて、第3の回転角θ を演算する(ステップS24)。
[0092]
 そして、回転角演算装置70の最終回転角演算部74は、第1、第2および第3の回転角θ ,θ ,θ に基づいて、最終的な回転角θを演算する(ステップS25)。たとえば、最終回転角演算部74は、前記式(18)に基づいて、第1、第2および第3の回転角θ ,θ ,θ の平均値を、最終的な回転角θとして演算する。
 前記第3の実施形態では、3つの回転角θ ,θ ,θ の平均値が、最終的な回転角θとして求められている。このため、磁気センサの出力信号に含まれるノイズの影響による検出誤差を低減できる。また、最終的な回転角θは、同時刻に発生した出力信号V1,V2,V3から演算された3つの回転角θ ,θ ,θ に基づいて演算されているので、時間方向に回転角を平均化することによって最終的な回転角を演算する場合に比べ、回転角検出に時間遅れが発生しない。このためロータ1の回転速度が大きい場合でも、高い応答性を実現できる。つまり、前記実施形態によれば、高い応答性を維持しつつ、ノイズの影響による検出誤差を低減できる。
[0093]
 また、前記第3の実施形態では、第1,第2および第3の回転角θ ,θ ,θ を演算する場合に、同じ磁気センサの出力信号を複数の回転角演算のために共用している。具体的には、信号V1は、θ ,θ の演算のために共用され、信号V2はθ ,θ の演算のために共用され、信号V3はθ ,θ の演算のために共用されている。このため、同じ磁気センサの出力信号を複数の回転角演算のために共用しない場合に比べて、磁気センサの個数が少なくて済むという利点がある。具体的には、前記のように3種類の回転角を演算する場合、同じ磁気センサの出力信号を複数の回転角演算のために共用しないとすると、6個の磁気センサが必要となるが、この実施形態では3個で済む。
[0094]
 また、前記第3の実施形態では、最終回転角演算部74は、3つの回転角θ ,θ ,θ の平均を最終的な回転角θとして演算しているが、3つの回転角θ ,θ ,θ のうちの中央値を、最終的な回転角θとして演算するようにしてもよい。さらに、最終回転角演算部74は、3つの回転角θ ,θ ,θ のうち、最も外れているものを除外し、他の2つの平均値を、最終的な回転角θとして演算するようにしてもよい。具体的には、3つの回転角θ ,θ ,θ のうちの中央値と、他の2つの回転角のうち、中央値との差が小さいものとの平均値を、最終的な回転角θとする。
[0095]
 また、前記第3の実施形態では、磁気センサは3個設けられているが、磁気センサを4個以上設けるようにしてもよい。たとえば、磁気センサを4個設けた場合には、4個のセンサから2つのセンサをとる組み合わせは6通り存在するので、6種類の回転角を同時に検出することが可能となる。
 また、この発明は、ブラシレスモータのロータ以外の回転体の回転角を検出する場合にも、適用することができる。
[0096]
 本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
 この出願は、2009年8月26日に日本国特許庁に提出された特願2009-195190号および特願2009-195191号ならびに2010年7月23日に日本国特許庁に提出された特願2010-166122号に対応しており、これらの出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。

符号の説明

[0097]
 1 ロータ
 11,12,13,61,62,63 磁気センサ

請求の範囲

[請求項1]
 回転体の回転に応じて、互いに位相差を有する第1、第2および第3の正弦波信号をそれぞれ出力する第1、第2および第3のセンサを含み、これらのセンサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
 前記第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号との組合せ、前記第2の正弦波信号と前記第3の正弦波信号との組合せおよび前記第2の正弦波信号と前記第3の正弦波信号との組合せのうちの2以上の組合せにおける組合せ毎に、その組合せに含まれる2つの正弦波信号に基づいて前記回転体の回転角に相当する回転角を演算する回転角演算手段と、
 前記回転角演算手段によって演算された複数の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する最終回転角演算手段と、を含む回転角検出装置。
[請求項2]
 前記回転角演算手段は、
 第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第1の回転角を演算する第1回転角演算手段と、
 前記第2の正弦波信号と前記第3の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第2の回転角を演算する第2回転角演算手段とを含み、
 前記最終回転角演算手段は、前記第1の回転角および前記第2の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する、請求項1に記載の回転角検出装置。
[請求項3]
 前記最終回転角演算手段は、
 前記回転体の回転角を推定する回転角推定手段と、
 前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じて、前記第1の回転角および前記第2の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する演算手段とを含む、請求項2に記載の回転角検出装置。
[請求項4]
 前記演算手段は、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じて、前記第1の回転角および前記第2の回転角のうち、演算誤差が小さい方の回転角を、最終的な回転角として選択するものである、請求項3に記載の回転角検出装置。
[請求項5]
 前記演算手段は、前記第1の回転角および前記第2の回転角それぞれに、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じた重み付けをして加算することにより、最終的な回転角を求めるものである、請求項3に記載の回転角検出装置。
[請求項6]
 前記回転角推定手段は、前記第1の回転角と前記第2の回転角との平均値を、前記回転角推定値として演算する請求項3~5のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
[請求項7]
 前記回転角演算手段は、
 前記第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第1の回転角を演算する第1回転角演算手段と、
 前記第1の正弦波信号と前記第3の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第2の回転角を演算する第2回転角演算手段と、
 前記第2の正弦波信号と前記第3の正弦波信号とに基づいて、前記回転体の回転角に相当する第3の回転角を演算する第3回転角演算手段とを含み、
 前記最終回転角演算手段は、前記第1、第2および第3の回転角に基づいて、最終的な回転角を演算する、請求項1に記載の回転角検出装置。
[請求項8]
 前記第1のセンサは、前記回転体の回転角θに対して、V1=sinθで表される第1の正弦波信号V1を出力するものであり、
 前記第2のセンサは、前記回転体の回転角θに対して、前記第1および第2の正弦波信号の位相差αを用いてV2=sin(θ+α)で表される第2の正弦波信号V2を出力するものであり、
 前記第3のセンサは、前記回転体の回転角θに対して、前記第1および第3の正弦波信号の位相差βを用いてV3=sin(θ+β)で表される第3の正弦波信号V3を出力するものであり、
 前記第1回転角演算手段は、次式(i)により、第1の回転角θ を求めるものであり、
 前記第2回転角演算手段は、次式(ii)により、第2の回転角θ を求めるものであり、
 前記第3回転角演算手段は、次式(iii)により、第3の回転角θ を求めるものである、請求項7に記載の回転角検出装置。
[数1]


[請求項9]
 回転体の回転に応じて、互いに位相差を有する第1および第2の正弦波信号をそれぞれ出力する第1および第2のセンサを含み、これらのセンサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
 前記第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、所定の第1の演算式を用いて、前記回転体の回転角に相当する第1の回転角を演算する第1回転角演算手段と、
 前記第1の正弦波信号と前記第2の正弦波信号とに基づいて、前記第1の演算式とは異なる所定の第2の演算式を用いて、前記回転体の回転角に相当する第2の回転角を演算する第2回転角演算手段と、
 前記第1の回転角および前記第2の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する最終回転角演算手段と、
 を含む回転角検出装置。
[請求項10]
 前記最終回転角演算手段は、
 前記回転体の回転角を推定する回転角推定手段と、
 前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じて、前記第1の回転角および前記第2の回転角を用いて、最終的な回転角を演算する演算手段とを含む、請求項9に記載の回転角検出装置。
[請求項11]
 前記演算手段は、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じて、前記第1の回転角および前記第2の回転角のうち、演算誤差が小さい方の回転角を、最終的な回転角として選択するものである、請求項10に記載の回転角検出装置。
[請求項12]
 前記演算手段は、前記第1の回転角および前記第2の回転角それぞれに、前記回転角推定手段によって推定された回転角推定値に応じた重み付けをして加算することにより、最終的な回転角を求めるものである、請求項10に記載の回転角検出装置。
[請求項13]
 前記回転角推定手段は、前記第1の回転角と前記第2の回転角との平均値を、前記回転角推定値として演算する請求項10~12のいずれか一項に記載の回転角検出装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]