CN111829557A

CN111829557A - 旋转角度检测装置

Info

Publication number: CN111829557A
Application number: CN202010274073.5A
Authority: CN
Inventors: 西村立男; 深山义浩; 有田秀哲; 西泽晃司
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2040-04-09
Also published as: CN111829557B; JP6779333B2; JP2020176853A

Abstract

本发明的目的在于获得小型且准确的旋转角度检测装置。本发明构成为包括：转子(10)，其具有直径周期性地变化N次的磁性体的凹凸部(12)；定子(20)，其具有在与凹凸部(12)之间产生磁场的磁场产生部(21)、以及由配置在机械角中比180度除以N后的值要小的范围内的3个以上的磁检测元件(22)构成的元件组；旋转角度运算处理部(30)，其基于来自元件组的检测信号，运算转子(10)的旋转角度；以及正负反转机构，其根据元件数n，选择元件组中的一部分元件，使来自所选择的元件的检测信号正负反转。

Description

旋转角度检测装置

技术领域

本申请涉及旋转角度检测装置。

背景技术

作为旋转角度检测装置，一般已知有通过检测由转子与定子的间隙磁导的变化引起的磁通变化来检测旋转角度的技术。例如，公开了如下磁传感器：相对于直径沿着周向变化的转子的外周面，使沿着周向配置有多个磁阻元件的定子相对配置，根据磁阻的变化来检测旋转角度(例如，参照专利文献1。)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006－329888号公报(段落0002～0003、图3～图5、段落0014～0020、图1～图2)

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，在上述磁传感器中，需要将磁检测用的元件配置在电气角180度以上的范围内，难以小型化，并且难以得到高精度的信号分量。

本申请公开了用于解决上述问题的技术，其目的在于得到小型且准确的旋转角度检测装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请所公开的旋转角度检测装置包括：转子，该转子被支承为以旋转轴为中心自由旋转，具有外周面的直径周期性地变化N次的磁性体的凹凸部；定子，该定子具有磁场产生部以及元件组，该磁场产生部与所述转子的所述外周面隔开间隔地相对，在与所述凹凸部之间产生磁场，该元件组由沿着周向配置在机械角中比180度除以N而得到的值要小的范围内、检测产生的所述磁场的3个以上的磁检测元件构成；旋转角度运算处理部，该旋转角度运算处理部基于来自所述元件组的各个元件的检测信号，运算所述转子的旋转角度；以及正负反转机构，该正负反转机构根据所述元件组中的所述磁检测元件的数量即元件数，选择所述元件组中的一部分元件，使来自所选择的元件的检测信号正负反转。

发明效果

根据本申请所公开的旋转角度检测装置，通过将磁检测元件配置在小于电气角半周期的范围内，能够得到小型且准确的旋转角度检测装置。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的旋转角度检测装置的整体结构的示意图。

图2是实施方式1所涉及的旋转角度检测装置的部分放大示意图。

图3是用于说明实施方式1所涉及的旋转角度检测装置的旋转角度运算处理部的结构的功能框图。

图4是表示在实施方式1所涉及的旋转角度检测装置中，从3个磁检测元件输出的磁通密度波形的图。

图5是表示在实施方式1所涉及的旋转角度检测装置中，在对来自3个磁检测元件的磁通密度波形执行直流偏移校正之后，对1个磁检测元件的波形进行了正负反转处理后的磁通密度波形的图。

图6是表示在实施方式1所涉及的旋转角度检测装置中，在对来自3个磁检测元件的磁通密度波形执行直流偏移校正之后，对2个磁检测元件的波形进行了正负反转处理后的磁通密度波形的图。

图7是作为实施方式1的第1变形例的旋转角度检测装置而设置了5个磁检测元件时的部分放大示意图。

图8是表示在实施方式1的第1变形例所涉及的旋转角度检测装置中，从5个磁检测元件输出的磁通密度波形的图。

图9是表示在实施方式1的第1变形例所涉及的旋转角度检测装置中，在对来自5个磁检测元件的磁通密度波形执行直流偏移校正之后，对一部分磁检测元件的波形进行了正负反转处理后的磁通密度波形的图。

图10是作为实施方式1的第2变形例的旋转角度检测装置而设置了7个磁检测元件时的部分放大示意图。

图11是表示在实施方式1的第2变形例所涉及的旋转角度检测装置中，从7个磁检测元件输出的磁通密度波形的图。

图12是表示在实施方式1的第2变形例所涉及的旋转角度检测装置中，在对来自7个磁检测元件的磁通密度波形执行直流偏移校正之后，对一部分磁检测元件的波形进行了正负反转处理后的磁通密度波形的图。

图13是表示本实施方式1所涉及的旋转角度检测装置的执行旋转角度的运算处理的部分的结构例的框图。

图14是实施方式2所涉及的旋转角度检测装置的部分放大示意图。

图15是表示在实施方式2所涉及的旋转角度检测装置中，从3个磁检测元件输出的磁通密度波形的图。

图16是表示在实施方式2所涉及的旋转角度检测装置中，对来自3个磁检测元件的磁通密度波形进行直流偏移校正后的磁通密度波形的图。

图17是实施方式3所涉及的旋转角度检测装置的部分放大示意图。

图18是实施方式3的变形例所涉及的旋转角度检测装置的部分放大示意图。

图19A和图19B分别是实施方式4所涉及的旋转角度检测装置的定子的与轴向垂直的剖视图和定子的与转子相对的相对面侧的侧视图。

图20是表示在实施方式4所涉及的旋转角度检测装置中，从4个磁检测元件输出的磁通密度波形的图。

图21是表示在实施方式4所涉及的旋转角度检测装置中，对来自4个磁检测元件的磁通密度波形进行直流偏移校正后的磁通密度波形的图。

具体实施方式

实施方式1﹒

图1～图6是用于说明实施方式1的旋转角度检测装置的结构以及动作的图，图1是表示作为旋转角度检测装置的整体结构，表示转子和定子在与轴向垂直的面方向上的位置关系的截面形状与旋转角度运算处理部的信号的联系的示意图，图2是图1中的旋转角度检测装置的转子和定子相对的部分附近的放大示意图，图3是用于说明旋转角度运算处理部的结构的功能框图。

图4是表示在定子上配置了3个磁检测元件时，从各个磁检测元件输出到旋转角度运算处理部的磁通密度波形的图，图5是表示由直流偏移校正部对来自图4所示的3个磁检测元件的磁通密度波形进行直流偏移校正后，通过正负反转部对在周向上位于中央的磁检测元件的波形进行正负反转处理后的磁通密度波形的图。另一方面，图6是表示对来自图4所示的3个磁检测元件的磁通密度波形进行直流偏移校正后，通过正负反转部，对在周向上位于两端的磁检测元件的波形进行正负反转处理后的磁通密度波形的图。

下面，基于附图进行说明。

旋转角度检测装置例如与旋转电机的轴等直接连结，检测旋转电机的旋转角度或转速等，用于旋转控制、测量等。如图1所示，实施方式1所涉及的旋转角度检测装置1包括作为机械结构的以旋转轴Xr为中心旋转的转子10、以及与转子10的外周面10fo相对配置的定子20。而且，作为进行运算处理的结构，具备旋转角度运算处理部30，该旋转角度运算处理部30对从定子20的多个磁检测元件22分别输出的信号进行处理，来运算旋转角度。

转子10设置成与未图示的旋转电机的轴等直接连结，与旋转电机联动，以旋转轴Xr为中心旋转。并且，在外周面10fo侧具备外径沿着周向周期性变化的磁性体的凹凸部12。凹凸部12在N为1以上的整数的情况下，形成为沿着周向，相对于机械角360度以N周期变化，即由N个凹凸(凹部12t和凸部12p)形成。一般而言，N(称为凹凸数)设定为旋转电机的磁极对的数量的倍数，但在本例中，示出设定为N＝12的凹凸部12。另外，在本例中，直径以描绘正弦波的方式变化。

定子20与转子10的凹凸部12部分的外周面10fo相对配置，具有在与凹凸部12之间产生磁场的磁场产生部21、多个磁检测元件22、以及磁性体的背面部23。各磁检测元件22距旋转轴Xr的距离相同，以与转子10的凹凸部12部分的外周面10fo相对的方式沿周向等间隔地分离配置。由此，多个磁检测元件22的每一个与凹凸状的转子10的外周面10fo的间隔随着转子10的旋转而周期性地变化。磁场产生部21相对于磁检测元件22位于径向外侧，且以在周向上包括磁检测元件22的配置范围的方式与旋转轴Xr保持一定距离地进行延伸。

背面部23由磁性体形成，以使相对于磁场产生部21覆盖径向外侧的部分与覆盖磁场产生部21的周向上的两端面的部分相连。虽然仅通过磁检测元件22和磁场产生部21也能够进行检测，但通过配置磁性体的背面部23，能够增大从磁检测元件22各自的输出信号得到的磁通密度波形的振幅。由此，能够减小从模拟信号转换为数字信号时的量化误差，提高检测精度。

接着，对磁检测元件22的配置进行说明。在磁检测元件22的元件数n为3以上的奇数的情况下，沿着周向均等配置的部位的数量(配置部位数L)为L＝n。并且，周向上的配置有各磁检测元件22的范围的角度θg设定为比机械角180度除以凹凸部12的凹凸数N而得到的180/N要小。通过将磁检测元件22配置在比电气角半周期的范围要窄的范围，能够缩小定子20的磁场产生部21和背面部23的周向上的设置范围，能够实现装置的小型化。在图1中，由于是凹凸数为N＝12的情况，因此磁检测元件22的配置范围的角度θg小于机械角15度。

例如，如专利文献1那样，在单纯地检测来自各元件的波形的峰值来运算角度的情况下，在将多相信号转换为2相信号的处理中，需要将磁检测元件在周向上配置在机械角360/N度的范围内。在本申请中，如后所述，构成为在多个磁检测元件22中，例如在元件数n为奇数的情况下，以沿着周向的顺序仅为偶数号的信号或者仅为奇数号的信号的方式，每隔一个对信号的正负进行反转处理。另外，关于元件数n为偶数的情况，在实施方式4中进行说明。

这样，通过对来自磁检测元件22的信号中规则地提取的一部分信号进行反转处理，即使在比机械角180/N度要小的范围内配置了磁检测元件22的情况下，也能够取得与在机械角360/N度的范围内配置了元件的情况相同的信号。因此，即使在将多个磁检测元件22配置在比机械角180/N度要小的范围的情况下，也能够将多相信号转换为2相信号，进行高精度的旋转角度位置的检测。

特别是，在本实施方式中，如图2所示，以在周向上相邻的磁检测元件22间的间隔(角度θs)成为机械角180/(N×L)度的方式配置。由此，从各磁检测元件22得到相位分别错开电气角180/L度的a相(＝n)的信号。

此处，在以机械角180/(N×L)度间隔配置磁检测元件22的情况下，从周向上的一端侧的磁检测元件22到另一端侧的磁检测元件22的间隔(角度θg)成为机械角180×(L-1)/(N×L)度。而且，磁检测元件22的配置部位数L越增加，配置磁检测元件22的范围的机械角越逐渐接近180/N度。另一方面，关于电气角的范围，若使配置部位数L增加为10、20、30…，则162度、171度、174度、…不断接近180度，但收敛于小于180(不足半周)的范围。

例如，如本例所示，在配置部位数为L＝3的情况下，相邻的磁检测元件22间的间隔θs为60/N度，从磁检测元件22_U到磁检测元件22_W的角度θg为120/N度。因此，磁检测元件22配置在小于机械角180/N度的范围内。这使得在小于电气角半周期的范围内等间隔地配置磁检测元件22，从而也能够使定子20的磁场产生部21和背面部23的周向上的占有范围变窄，能够实现装置的小型化。

以上述的机械结构为前提，对执行运算处理的旋转角度运算处理部30的结构和动作进行说明。如图3所示，旋转角度运算处理部30主要由从直流偏移计算部31到角度计算部35的5个模块构成，直流偏移计算部31计算从各磁检测元件22接收到的信号的直流偏移值，角度计算部35计算旋转角度。

直流偏移计算部31根据针对从多个磁检测元件22分别接收到的检测信号的直流分量的基准值来计算偏移量，求出直流偏移值。直流偏移值通过对各波形的电气角一个周期的量进行平均化处理来计算得到。另外，偏移值不限于平均化处理，例如，也可以针对各个波形根据波形的最大值和最小值来计算相对于基准值的偏移量，求出直流偏移值，可以适当变更。

在直流偏移校正部32中，使用由直流偏移计算部31计算出的每个磁检测元件22的偏移值，进行从n个磁检测元件22各自的检测信号减去偏移值的偏移处理。

在正负反转部33中，在由直流偏移校正部32进行了偏移处理的来自各磁检测元件22的信号中，使在周向上的排列顺序中每隔一个的磁检测元件22的信号的正负发生反转。即，按照排列顺序，进行反转处理的对象和不进行反转处理的对象交替。例如，使来自图2中的、在周向上排列的3个磁检测元件22_U、22_V、22_W中的、位于第偶数个的中央的磁检测元件22_V的信号的正负反转。

例如，从如图2所示那样在周向上排列的3个磁检测元件22_U、22_V、22_W分别得到如图4所示那样在电气角(横轴)下相位分别错开60度(＝180/L)的3相的正弦波波形P_U、P_V、P_W(统称为检测波形)。但是，在该检测波形的波形组中，磁通密度(纵轴)的峰值在横轴上的位置偏向电气角360度中的小于一半的范围而呈现。

与此相对，若对该3相的正弦波波形P_U、P_V、P_W分别进行偏移处理，使其中的来自位于第偶数个的中央的磁检测元件22V的信号的正负反转，则如图5所示，得到在电气角下相位分别错开120度的3相的正弦波波形Pp_U、Pp_W、Pp_V(统称为处理波形)。即，在电气角度360度内相位均等地错开，能够得到峰值位置或零交叉点等间隔地呈现的与元件数n对应的相数a的处理波形的波形组。

然后，在a相-2相变换部34中，对3个处理波形进行作为a相-2相变换的3相-2相变换，求出相位相差90度的不附加SIN和COS符号的2相信号。通过进行a相-2相变换，能够去除作为同相分量的检测信号的3次分量，能够提高检测精度。然后，在角度计算部35中，运算变换后的2相信号的正切反函数，计算旋转角度。

另外，在正负反转处理中，处理对象不限于第偶数个的情况，在设为第奇数个时也可以获得相同的结果。例如，也可以使来自图2中的、在周向上排列的3个磁检测元件22_U、22_V、22_W中的、位于第奇数个的两端的磁检测元件22_U、22_W的信号的正负反转。在该情况下，如图6所示，也能够得到在电气角下相位分别错开120度的3相的正弦波波形Pp_V、Pp_U、Pp_W。然后，通过对得到的3个处理波形进行3相-2相变换，能够去除作为同相分量的检测信号的3次分量，能够提高检测精度。

变形例1.

在上述示例中，对配置了3个磁检测元件的示例进行了说明，但不限于此，只要是3个以上即可。在本变形例1(第一变形例)中，对配置有5个磁检测元件的示例进行说明。图7～图9是用于说明第一变形例所涉及的旋转角度检测装置的结构和动作的图，图7是旋转角度检测装置的转子与定子相对的部分附近(对应于图2)的放大示意图，图8是表示在定子上配置5个磁检测元件时的、从各个磁检测元件输出到旋转角度运算处理部的磁通密度波形的图(对应于图4)，图9是表示由直流偏移校正部对来自5个磁检测元件的磁通密度波形进行直流偏移校正后，通过正负反转部，对位于第偶数个的2个磁检测元件的波形进行正负反转处理后的磁通密度波形的图(与图5对应)。

在本变形例1中，如图7所示，设为元件数n＝5，将5个磁检测元件22_A、22_B、22_C、22_D、22_E在周方向上均等配置(配置部位数L＝5)。在元件数n＝5的情况下，设为L＝n，也以机械角180/(N×L)度的等间隔配置磁检测元件22。在该情况下，从各磁检测元件22输出的信号在电气角144度(＜180度)的范围内，成为36度间隔。另外，在N＝12的情况下，θs为3度，θg为12度。

在这样的结构的情况下，如图8所示，从5个磁检测元件22_A、22_B、22_C、22_D、22_E分别得到由在电气角(横轴)下相位分别错开36度(＝180/L)的5相的正弦波波形P_A、P_B、P_C、P_D、P_E构成的检测波形。在该情况下，磁通密度(纵轴)的峰值在横轴上的位置也偏向电气角360度中的小于一半的范围而呈现。

与此相对，若对该5相的正弦波波形P_A、P_B、P_C、P_D、P_E分别进行偏移处理，使其中的来自位于第偶数个的磁检测元件22_B、22_D的信号的正负反转，则如图9所示，得到在电气角下相位分别错开72度的5相的正弦波波形Pp_A、Pp_C、Pp_E、Pp_B、Pp_D。即，能够得到在电气角360度内相位均等地错开、峰值位置或零交叉点等间隔地出现的处理波形所构成的波形组。

然后，在a相-2相变换部34中，对5个处理波形进行5相-2相变换以作为a相-2相变换，通过对2相信号计算正切反函数，能够检测旋转角度位置。通过进行a相-2相变换，能够去除作为同相分量的检测信号的5次分量，能够提高检测精度。

另外，对于正负的反转，只要按照磁检测元件22的排列顺序交替地进行即可，在本变形例1中，也可以使来自位于第奇数个的磁检测元件22_A、22_C、22_E的信号的正负反转。

另外，也可以不进行运算处理，而设置磁检测元件22以使由磁检测元件22检测出的磁通的方向规则地反转。例如，在本变形例中，改变极性不同的元件或者改变检测面的朝向来进行设置，以使得磁检测元件22_B和22_D将朝向径向内侧的磁通检测为正，磁检测元件22_A、22_C和22_E将朝向径向外侧的磁通检测为正。

根据这样的结构，即使省略图3中的正负反转部33，仅通过进行直流偏差校正处理，也能够与图9同样地得到电气角分别错开72度的5相的处理波形。另外，在以将朝向径向内侧的磁通检测为正的方式构成磁检测元件22_A、22_C、22_E，以将朝向径向外侧的磁通检测为正的方式构成磁检测元件22_B、22_D的情况下，也能够同样地检测旋转角度位置。

变形例2.

在变形例1中，对配置有5个磁检测元件的示例进行了说明，但在本变形例2(第二变形例)中，对配置有7个磁检测元件的示例进行说明。图10～图12是用于说明第二变形例所涉及的旋转角度检测装置的结构和动作的图，图10是旋转角度检测装置的转子与定子相对的部分附近(对应于图2)的放大示意图，图11是表示在定子上配置7个磁检测元件时的、从各个磁检测元件输出到旋转角度运算处理部的磁通密度波形的图(对应于图4)，图12是表示由直流偏移校正部对来自7个磁检测元件的磁通密度波形进行直流偏移校正后，通过正负反转部，对位于第偶数个的3个磁检测元件的波形进行正负反转处理后的磁通密度波形的图(与图5对应)。

在本变形例2中，如图10所示，设为将7个磁检测元件22_A、22_B、22_C、22_D、22_E、22_F、22_G在周方向上均等配置(配置部位数L＝7)。在元件数n＝7的情况下，设为L＝n，也以机械角180/(N×L)度的等间隔配置磁检测元件22。在该情况下，从各磁检测元件22输出的信号在电气角154度(＜180度)的范围内，成为180/7度(＝180/L)间隔。另外，在N＝12的情况下，θs为2.1度，θg为12.9度。

在这样的结构的情况下，如图11所示，从7个磁检测元件22_A～22_G分别得到由相位分别错开电气角(横轴)180/7度的7相的正弦波波形P_A～P_G构成的检测波形。在该情况下，磁通密度(纵轴)的峰值在横轴上的位置也偏向电气角360度中的小于一半的范围而呈现。

与此相对，若对该7相的正弦波波形P_A、P_B、P_C、P_D、P_E、P_F、P_G分别进行偏移处理，使其中的来自位于第偶数个的磁检测元件22_B、22_D、22_F的3个信号的正负反转，则如图12所示，得到由相位分别错开电气角360/7度的7相的正弦波波形Pp_A、Pp_C、Pp_E、Pp_G、Pp_B、Pp_D、Pp_F构成的处理波形。即，能够得到在电气角360度内相位均等地错开，峰值位置或零交叉点等间隔地出现的波形组。

然后，在a相-2相变换部34中，对7相的量的处理波形进行7相-2相变换以作为a相-2相变换，通过对2相信号计算正切反函数，能够检测旋转角度位置。通过进行a相-2相变换，能够去除作为同相分量的检测信号的7次分量，能够提高检测精度。

在此，如背景技术所示，在将多个元件的设置范围扩大至电气角180～360度的情况下，不利于作为机械结构的小型化。另一方面，还能够看出，能够因对象的选择和正负反转处理的省略而简化运算处理的结构，或者不需要正负检测方向的交替反转设定这样的复杂化。但是，可知在使用从配置在电气角180°以上的范围内的元件得到的信号的情况下，不能去除特定的次数分量，两相变换时的振幅也不同，因此检测精度恶化。即，如本申请那样，通过构成为使磁检测元件22的设置范围小于电气角180°，在周向的排列顺序中每隔一个地对信号进行正负反转处理，不仅能够实现装置的小型化，还能够获得提高检测精度的效果。

上述的、将磁检测元件22配置成机械角180/(N×L)度，每隔一个进行正负反转处理的旋转角度检测装置1的元件数n不限于3、5、7，也可以应用除此之外的奇数个。另外，关于将配置数设为4以上的偶数的情况，在实施方式4中进行说明。

另外，在本申请的各实施方式所涉及的旋转角度检测装置1中，关于旋转角度运算处理部30，例如如图13所示，能够标记为具备处理器301和存储装置302的硬件300。存储装置302虽然没有进行图示，但具备随机存取存储器等易失性存储装置、以及闪存等非易失性的辅助存储装置。此外，可以具备硬盘的辅助存储装置来代替闪存。处理器301执行从存储装置302输入的程序。该情况下，程序从辅助存储装置经由易失性存储装置输入到处理器301。并且，处理器301可以将运算结果等数据输出至存储装置302的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存到辅助存储装置。

实施方式2﹒

在实施方式1中，说明了构成为按照周向的排列顺序，每隔一个对来自磁检测元件的信号进行反转处理，或者在正负相反方向上进行检测的示例，但不限于此。在本实施方式2和实施方式3中，对构成为在周向的排列顺序中，从每隔一个的磁检测元件输出正负反转后的信号的示例进行说明。

图14～图16是用于说明实施方式2所涉及的旋转角度检测装置的结构和动作的图，图14是旋转角度检测装置的转子与定子相对的部分附近(对应于图2)的放大示意图，图15是表示在定子上排列极性不同的3个磁体而成的磁极产生部的每一个上配置磁检测元件时的、从各磁检测元件输出到旋转角度运算处理部的磁通密度波形的图(与图4对应)，图16是表示由直流偏移校正部对来自3个磁检测元件的磁通密度波形进行直流偏移校正后的磁通密度波形的图(与图5对应)。对于旋转角度运算处理部，援引在实施方式1中使用的图3进行说明。

如图14所示，实施方式2所涉及的旋转角度检测装置1构成为磁场产生部21由3个磁体21p、21n、21p构成，在相邻的磁体(21p和21n)中取向相反。旋转角度运算处理部30除了省略了图3中的正负反转部33以外，与在实施方式1中说明的结构相同。

在元件数为n＝3的情况下，作为在周向上分开的配置部位数L＝n，磁检测元件22_U、22_V、22_W在周向上以机械角180/(N×L)度的间隔分别配置在3个磁体21p、21n、21p的径向内侧。由于相对于配置有中央的磁检测元件22_V的磁体21n，配置有两端的磁检测元件22_U、22_W的磁体21p的取向相反，因此由磁检测元件22_V检测出的磁通的方向与由磁检测元件22_U、22_W检测出的磁通的方向相反。

因此，如图15所示，由磁检测元件22_U、22_W检测出的正弦波波形P_U、P_W与由磁检测元件22_V检测出的磁通密度的正弦波波形P_V的正负不同。因此，正弦波波形P_U、P_V、P_W实际上相位分别错开电气角60度(180/L)，但如实施方式1的正负反转处理后那样，按照P_U、P_W、P_V的顺序，以电气角下的相位分别错开120度的方式出现。

对得到的正弦波波形P_U、P_W、P_V分别进行偏移处理。于是，如图16所示，即使在磁检测元件22以电气角60度(180/L)间隔配置的情况下，通过使相邻的磁体的取向相反，也能够得到相位分别错开电气角120度的3相的处理波形。然后，通过对得到的3相的处理波形进行3相-2相变换，能够去除作为同相分量的检测信号的3次分量，能够提高检测精度。另外，也能够实现装置的小型化。

另外，在本实施方式2中，为了简化说明，对元件数n为3的情况进行了说明，但不限于此，只要是3以上的奇数即可。这在接下来的实施方式3中也一样。

实施方式3﹒

在所述实施方式2中，说明了通过配置取向不同的磁体来使正负反转的示例。在本实施方式3中，对通过断续地配置磁体来使正负反转的示例进行说明。图17是实施方式3所涉及的旋转角度检测装置的转子与定子相对的部分附近(与图2对应)的放大示意图。此外，图18是变形例所涉及的旋转角度检测装置的转子与定子相对的部分附近(与图2对应)的放大示意图。旋转角度运算处理部、正弦波波形以及处理波形与在实施方式2中说明的相同。

如图17所示，本实施方式3的旋转角度检测装置1在背面部23的周向的中间部分设置有朝向定子20的内周面20fi突出的突出部23p。并且，将构成磁场产生部21的相同取向的两个磁体在周向上夹持背面部23的突出部23p。并且，在周向上，以机械角180/(N×L)度的间隔沿着内周面20fi配置的磁检测元件22_U、22_V、22_W中的22_U和22_W分别位于两端的磁场产生部21上，22_V位于背面部23的突出部23p上。

通过这样的结构，由位于背面部23上的磁检测元件22_V检测出的磁通的方向与由位于磁场产生部21上的磁检测元件22_U、22_W检测出的磁通的方向相反。因此，如在实施方式2的图15中说明的那样，由磁检测元件22_U、22_W检测出的正弦波波形P_U、P_W与由磁检测元件22_V检测出的磁通密度的正弦波波形P_V的正负不同。此外，正弦波波形P_U、P_W和P_V的相位分别错开电气角60度(180/L)。

对得到的正弦波波形P_U、P_W、P_V分别进行偏移处理。于是，如在实施方式2的图15中说明的那样，即使在磁检测元件22以电气角60度(180/L)间隔配置的情况下，通过使相邻的磁体的取向相反，也能够得到相位分别错开电气角120度的3相的处理波形。然后，通过对得到的3相的处理波形进行3相-2相变换，能够去除作为同相分量的检测信号的3次分量，能够提高检测精度。另外，也能够实现装置的小型化。

变形例.

在上述实施方式3中，说明了针对在周向上配置于第偶数个的磁检测元件，配置磁性体的突出部来代替磁体的示例，但不限于此。在本变形例中，对针对配置在第奇数个的磁检测元件，配置磁性体的突出部来代替磁体的示例进行说明。

如图18所示，本变形例所涉及的旋转角度检测装置1在背面部23的周向的两端设置有朝向定子20的内周面20fi突出的突出部23p。并且，构成磁场产生部21的磁体在周向上被两个突出部23p夹着。并且，在周向上，以机械角180/(N×L)度的间隔沿着内周面20fi配置的磁检测元件22_U、22_V、22_W中的22_U和22_W分别位于两端的背面部23的突出部23p上，22_V位于构成磁场产生部21的磁体上。

通过这样的结构，由位于磁场产生部21上的磁检测元件22_V检测出的磁通的方向与由位于背面部23上的磁检测元件22_U、22_W检测出的磁通的方向相反。因此，如在实施方式2的图15中说明的那样，由磁检测元件22_U、22_W检测出的正弦波波形P_U、P_W与由磁检测元件22_V检测出的磁通密度的正弦波波形P_V的正负不同。此外，正弦波波形P_U、P_W和P_V的相位分别错开电气角60度(180/L)。

实施方式4﹒

在上述实施方式1～3中，说明了元件数为奇数的情况的示例。在本实施方式4中，说明元件数为偶数时的配置和正负反转处理对象的选择。图19～图21是用于说明实施方式4的旋转角度检测装置的结构和动作的图。图19是表示旋转角度检测装置的转子的结构的图，图19A是表示与定子的轴向垂直的截面的剖视图，图19B是定子的与转子相对的相对面、即内周面侧的侧视图。另外，图20是表示在定子的周向上的两处分别配置了两个磁检测元件时的、从各个磁检测元件输出到旋转角度运算处理部的磁通密度波形的图(与图4对应)，图21是表示由直流偏移校正部对来自4个磁检测元件的磁通密度波形进行了直流偏移校正处理后的磁通密度波形的图(与图5对应)。关于转子，与上述的各实施方式中说明的相同。此外，关于旋转角度运算处理部，援引在实施方式1中使用的图3进行说明。

实施方式4所涉及的旋转角度检测装置1中，关于将元件数n设为4以上的偶数时的磁检测元件的配置例，对元件数n为4个的情况进行说明。定子20中的、周向上的磁检测元件的配置部位数L为元件数n(＝4)的一半即2。并且，如图19所示，在周向上分开配置的各配置部位例如配置了在轴向上错开的两个磁检测元件22，使在相同配置部位内的磁检测元件22的一方的正负反转。另外，在相同配置部位内的配置可以在径向上错开，只要在检测灵敏度的分辨率内，也可以在周向上错开。

关于用于正负反转的机构，除了实施方式1中说明的正负反转部33的运算处理之外，也可以是实施方式2、3所示的将周向上的磁场产生部的取向或磁体向磁性体的替换等在轴向上置换的机构等任意机构。在本例中，对在实施方式1中作为应用例而提及的、在两个磁检测元件22中设为正的磁通的方向不同的结构进行例示。具体而言，例如，构成为在图19B中位于轴向的上侧的磁检测元件22_A和22_C将朝向径向内侧的磁通检测为正，位于轴向的下侧的磁检测元件22_B和22_D将朝向径向外侧的磁通检测为正。

而且，作为配置部位数L＝2，周向上的各配置位置的间隔θw设为机械角180/(N×L)，在周向上相邻的配置位置间的电气角为180/L(＝90度)。但是，如上所述，由于在相同的电气角的位置配置有两个磁检测元件22，因此能够从相同的电气角获得正负反转的两个信号。

因此，如图20所示，与磁检测元件22的数量相同，得到4个正弦波波形，由磁检测元件22_A、22_C检测出的正弦波波形P_A、P_C与由磁检测元件22_B、22_D检测出的磁通密度的正负不同。另外，正弦波波形P_A和P_B在相同的电气角下正负反转，正弦波波形P_C和P_D也在相同的电气角下正负反转。并且，相对于正弦波波形P_A和P_B，正弦波波形P_C和P_D的相位错开电气角90度(180/L)。

对得到的正弦波波形P_A～P_D分别进行偏移处理。于是，如图21所示，即使在磁检测元件22以电气角90度(＝180/L)间隔配置在共计180度的电气角以内的情况下，也能够得到由相位分别错开电气角90度的4相的正弦波波形Pp_A、Pp_C、Pp_B、Pp_D构成的处理波形。然后，通过对得到的4相的处理波形进行4相-2相变换，能够去除作为同相分量的检测信号的4次分量，能够提高检测精度。另外，也能够实现装置的小型化。

此外，虽然未图示，但例如若将元件数n设为6、8、10、···个，则配置部位数L分别被设定为元件数量的二分之一，即3、4、5、···。在周向上相邻的配置部位之间以机械角θw、180/(N×L)度间隔配置，机械角θg进入小于180/L度的范围。此时，电气角(＝360/L)为60度、45度、36度、···，作为电气角范围，分别进入120度、135度、144度的范围内。此外，在本示例中，由于配置部位为两个部位，因此成为θg＝θw，但是具有θg＝θw×(L-1)的关系。

即，以元件数n为偶数时的配置部位数L为元件数的一半、元件数n为奇数时的配置部位数L与元件数n一致的方式配置磁检测元件22。由此，无论元件数n是奇数还是偶数，只要在机械角180/N除以配置部位数L而得到的值的位置处配置磁检测元件22即可。并且，如果设置在奇数的情况下、偶数的情况下分别规则地选择出的磁检测元件22的信号进行正负反转的机构，则能够得到起到上述效果的本申请的旋转角度检测装置1。

此外，虽然本申请描述了各种示例性的实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中描述的各种特征、样式和功能不限于特定实施方式的应用，而是可以单独地或以各种组合应用于实施方式。因此，在本申请说明书所公开的技术的范围内，可以设想出未例示的无数变形例。例如，设为也包含对至少1个结构要素进行变形、追加或者省略的情况、以及提取至少1个结构要素并与其它实施方式的结构要素进行组合的情况。

例如，示出了凹凸部12的外径以描绘正弦波的方式变化的示例，但不限于此，只要构成为在能够检测的水平的范围内，直径随着旋转以一定的周期变化即可，例如也可以是锯齿状。

如上所述，根据各实施方式所涉及的旋转角度检测装置1，构成为包括：转子10，该转子10被支承为以旋转轴Xr为中心自由旋转，具有外周面10fo的直径周期性地变化N次的磁性体的凹凸部12；定子20，该定子20具有磁场产生部21以及元件组，该磁场产生部21与转子10的外周面10fo隔开间隔地相对，在与凹凸部12之间产生磁场，该元件组由沿着周向配置在机械角中比180度除以N而得到的值要小的范围内、检测所产生的磁场的3个以上的磁检测元件22构成；旋转角度运算处理部30，该旋转角度运算处理部30基于来自元件组的检测信号，运算转子10的旋转角度；以及正负反转机构，该正负反转机构根据构成元件组的元件(磁检测元件22)的数量即元件数n，选择元件组中的一部分元件，使来自选择的元件的检测信号正负反转，因此，能够得到小型且能够准确地检测旋转角度的旋转角度检测装置1。

特别是，如果将元件组的周向上的配置位置的设定数(配置部位数L)设为2以上的整数，则如果将在周向上相邻的磁检测元件22之间的以旋转轴Xr为中心的角度设定为机械角中180度除以N与设定数(配置部位数L)之积而得到的值(＝180/(N×L))，则峰值或零交叉点等间隔地呈现，能够更准确地检测旋转角度。

若构成为，在元件数n为奇数的情况下，使设定数(配置部位数L)与元件数n一致，在各个配置位置上各配置一个构成元件组的元件，并且，正负反转机构在构成元件组的元件(磁检测元件22)中，在周向上的排列顺序中，将每隔一个的元件(例如，第偶数个或第奇数个)选择为作为反转处理对象的一部分元件，则能够得到在电气角360度内相位均等地错开的波形，能够更可靠地进行准确的旋转角度的检测。

或者，若构成为，在元件数n为偶数的情况下，设定数(配置部位数L)为元件数n的二分之一，在各个配置位置各配置两个构成元件组的元件(磁检测元件22)，并且，正负反转机构将分别配置在配置位置的两个元件中的一方选择为作为反转处理对象的一部分元件，则能够得到在电气角360度内相位均等地错开的波形，能够更可靠地进行准确的旋转角度的检测。

在旋转角度运算处理部30中，由于设置有：基于基准值对从构成元件组的各个元件(磁检测元件22)输出的检测信号的直流分量分别进行偏移处理的偏移处理部(直流偏移计算部31、直流偏移校正部32)；若得到与元件数n相同的相数a的信号，则根据进行了偏移处理后的各个信号(处理波形)进行a相-2相变换而求出2相信号的a相-2相变换部34；以及运算2相信号的正切反函数来检测旋转角度的角度计算部35，因此能够可靠地处理磁检测元件22检测出的检测信号，去除检测信号的a次分量，提高检测精度。

作为正负反转机构，若构成为在旋转角度演算处理部30中设置有通过运算来对来自所选择的元件的检测信号进行正负反转处理的正负反转部33，则在软件上容易进行正负反转处理。

作为正负反转机构，此外，例如，若相对于所选择的元件的检测方向，使其他元件的检测方向反转，来配置构成元件组的元件(磁检测元件22)，则即使不进行运算处理，也能够得到使从最初开始选择的元件的正负反转的信号。

另外，例如，磁场产生部21由配置在3个以上的磁检测元件22的外径侧的多个磁体(21n、21p)构成，作为正负反转机构，设为在构成元件组的元件(磁检测元件22)中，相对于配置在所选择的元件的外径侧的磁体(例如22p)的取向，使配置在其他元件的外径侧的磁体(例如22n)的取向反转，在采用这种结构的情况下，不进行运算处理也能够得到使从最初开始选择的元件的正负反转的信号。

在定子20中设置覆盖磁场产生部21的外径侧的磁性体的背面部23，作为正负反转机构，设为在构成元件组的元件(磁检测元件22)中所选择的元件上配置有构成磁场产生部21的磁体，在其他元件的外径侧配置有从外径侧向内周面20fi侧突出的背面部23的突出部23p，在采用这种结构的情况下，不进行运算处理也能够得到使从最初开始选择的元件的正负反转的信号。

标号说明

1:旋转角度检测装置、10：转子、10fo：外周面、12：凹凸部、20：定子、20fi：内周面、21：磁场产生部(正负反转机构)、21n、21p：磁体(正负反转机构)、22：磁检测元件、23：背面部、23p：突出部(正负反转机构)、30：旋转角度运算处理部、31：直流偏移计算部(偏移处理部)、32：直流偏移校正部(偏移处理部)、33：正负反转部(正负反转机构)、34：a相-2相变换部、a：相数、L：配置部位数(配置位置的数量)、N：凹凸数、n：元件数(个数)、Xr：旋转轴。

Claims

1.一种旋转角度检测装置，其特征在于，包括：

转子，该转子被支承为以旋转轴为中心自由旋转，具有外周面的直径周期性地变化N次的磁性体的凹凸部；

定子，该定子具有磁场产生部以及元件组，该磁场产生部与所述转子的所述外周面隔开间隔地相对，在与所述凹凸部之间产生磁场，该元件组由沿着周向配置在机械角中比180度除以N而得到的值要小的范围内、检测产生的所述磁场的3个以上的磁检测元件构成；

旋转角度运算处理部，该旋转角度运算处理部基于来自所述元件组的各个元件的检测信号，运算所述转子的旋转角度；以及

正负反转机构，该正负反转机构根据所述元件组中的所述磁检测元件的数量即元件数，选择所述元件组中的一部分元件，使来自所选择的元件的检测信号正负反转。

2.如权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于，

若将所述元件组的在所述周向上的配置位置的设定数设为2以上的整数，

则在周向上相邻的配置位置之间的以所述旋转轴为中心的角度被设定为在机械角中180度除以N与设定数之积而得到的值。

3.如权利要求2所述的旋转角度检测装置，其特征在于，

在所述元件数为奇数的情况下，

使所述设定数与所述元件数一致，在所述配置位置的每一个，各配置一个构成所述元件组的元件，

并且，所述正负反转机构在构成所述元件组的元件中，在周向的排列顺序中，选择每隔一个的元件作为所述一部分元件。

4.如权利要求2所述的旋转角度检测装置，其特征在于，

在所述元件数为偶数的情况下，

将所述设定数设为所述元件数的二分之一，在所述配置位置的每一个，各配置两个构成所述元件组的元件，

并且，所述正负反转机构选择分别配置在所述配置位置的两个元件中的一个作为所述一部分元件。

5.如权利要求1至4的任一项所述的旋转角度检测装置，其特征在于，

所述旋转角度运算处理部中设置有：

偏移处理部，该偏移处理部基于基准值对构成所述元件组的元件分别输出的检测信号的直流分量分别进行偏移处理；

a相-2相变换部，该a相-2相变换部若得到与所述元件数相同相数a的信号，则根据所述偏移处理后的各个信号进行a相-2相变换而求取2相信号；以及

角度计算部，该角度计算部运算所述2相信号的正切反函数来检测旋转角度。

6.如权利要求1至5的任一项所述的旋转角度检测装置，其特征在于，

作为所述正负反转机构，

在所述旋转角度运算处理部中设置有通过运算对来自选择的所述元件的检测信号进行正负反转处理的正负反转部。

7.如权利要求1至5的任一项所述的旋转角度检测装置，其特征在于，

作为所述正负反转机构，

相对于选择的所述元件的检测方向、使其他元件的检测方向反转来配置构成所述元件组的元件。

8.如权利要求1至5的任一项所述的旋转角度检测装置，其特征在于，

所述磁场产生部由配置在所述元件组的外径侧的多个磁体构成，

作为所述正负反转机构，

在构成所述元件组的元件中，相对于配置在选择的所述元件的外径侧的磁体的取向，使配置在其他元件的外径侧的磁体的取向反转。

9.如权利要求1至5的任一项所述的旋转角度检测装置，其特征在于，

在所述定子设置覆盖所述磁场产生部的外径侧的磁性体的背面部，

作为所述正负反转机构，

在构成所述元件组的元件中，在选择的所述元件的外径侧配置有构成所述磁场产生部的磁体，在其他元件的外径侧配置有从所述外径侧朝内周面侧突出的所述背面部的突出部。