JP2017181026A - Fault diagnosis device, rotational angle sensor, failure diagnosis method, and program - Google Patents

Fault diagnosis device, rotational angle sensor, failure diagnosis method, and program Download PDF

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茂樹 岡武
Shigeki Okatake
茂樹 岡武
謙 赤松
Ken Akamatsu
謙 赤松
剛生 山本
Takeo Yamamoto
剛生 山本
智史 深瀬
Satoshi Fukase
智史 深瀬
片岡 誠
Makoto Kataoka
誠 片岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect an angular nonlinearity error of a rotational angle sensor while operating a rotational angle sensor.SOLUTION: There are provided a failure diagnosis device, a failure diagnosis method, and a program, including an acquisition part for acquiring the output of a rotational angle sensor outputting an angular signal and an amplitude signal of a rotating body according to the result of detecting the magnetic fields of a first shaft and a second shaft; a correlation signal calculation part for calculating a correlation signal between a predetermined periodic function corresponding to a failure mode of the rotational angle sensor and a measured signal based on the amplitude signal; and a failure determination part for determining whether the rotational angle sensor has a failure based on the correlation signal.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、故障診断装置、回転角センサ、故障診断方法、およびプログラムに関する。   The present invention relates to a failure diagnosis device, a rotation angle sensor, a failure diagnosis method, and a program.

従来、X方向およびY方向の磁場の変化を検出し、当該検出結果に基づき、回転磁石等の回転位置を検出する非接触回転角センサが知られていた。そして、このような回転角センサは、角度非線形性誤差を有するので、誤差の調整および校正等が実行されていた(例えば、特許文献1〜9参照)。
特許文献1 特開2002−71381号公報
特許文献2 特開2011−158488号公報
特許文献3 米国特許出願公開第2006/0290545号明細書
特許文献4 特開平9−196699号公報
特許文献5 特開2010−217151号公報
特許文献6 特開2010−164449号公報
特許文献7 米国特許第6426712号明細書
特許文献8 特開2010−217150号公報
特許文献9 特開2012−181188号公報
非特許文献1 R.S. Popovic著、「Hall Effect Devices」、Inst of Physics Pub Inc、1991年5月
非特許文献2 Bilotti他著、「Monolithic Magnetic Hall Sensor Using Dynamic Quadrature Offset Cancellation」、IEEE Journal of Solid-State Circuits、Vol.32、 No.6、 1997年、 P. 829−836
非特許文献3 Udo Ausserlechner著、「Limits of offset cancellation by the principle of spinning current Hall probe」、Proceedings of IEEE Sensors 2004、Vol.3、P. 1117−1120
非特許文献4 一松信著、「初等関数の数値計算」、教育出版、1974年1月
Conventionally, a non-contact rotation angle sensor that detects a change in a magnetic field in the X direction and the Y direction and detects a rotation position of a rotating magnet or the like based on the detection result has been known. And since such a rotation angle sensor has an angle nonlinearity error, adjustment and calibration of an error, etc. were performed (for example, refer to patent documents 1-9).
Patent Document 1 JP 2002-71381 A Patent Document 2 JP 2011-158488 A Patent Document 3 US Patent Application Publication No. 2006/0290545 Patent Document 4 JP 9-196699 A Patent Document 5 JP 2010 JP-A-217151 Patent Document 6 JP 2010-164449 JP Patent Document 7 US Pat. No. 6,426,712 Patent Document 8 JP 2010-217150 JP Patent Document 9 JP 2012-181188 Non-patent Document 1 RS Popovic "Hall Effect Devices", Inst of Physics Pub Inc, May 1991 Non-Patent Document 2 Bilotti et al., "Monolithic Magnetic Hall Sensor Using Dynamic Quadrature Offset Cancellation", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 32, No. 6, 1997, P. 829-836
Non-Patent Document 3 Udo Ausserlechner, “Limits of offset cancellation by the principle of spinning current Hall probe”, Proceedings of IEEE Sensors 2004, Vol. 3, P. 1117-1120
Non-Patent Document 4 Shin Ichimatsu, “Numerical calculation of elementary functions”, Education Publishing, January 1974

しかしながら、角度非線形性誤差は、温度の変化等に応じて変動するので、出荷段階においてセンサを調整しても、センサを動作し続けると周囲温度の変化等に応じて誤差が生じる場合があった。また、回転角センサは、このような角度非線形性誤差が増大して故障する場合があるが、当該センサの動作中に故障を判断することは困難であった。   However, since the angle non-linearity error fluctuates according to a change in temperature, etc., even if the sensor is adjusted at the shipping stage, an error may occur according to a change in the ambient temperature or the like if the sensor continues to operate. . In addition, the rotation angle sensor sometimes fails due to such an angle nonlinearity error, but it is difficult to determine the failure during the operation of the sensor.

本発明の第1の態様においては、第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの出力を取得する取得部と、回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出する相関信号算出部と、相関信号に基づいて、回転角センサの故障を判定する故障判定部と、を備える故障診断装置、故障診断方法、およびプログラムを提供する。   In the first aspect of the present invention, the acquisition of obtaining the output of the rotation angle sensor that outputs the angle signal and the amplitude signal of the rotating body according to the detection results of the magnetic field of the first axis and the magnetic field of the second axis. A correlation signal calculation unit that calculates a correlation signal between a predetermined periodic function corresponding to a failure mode of the rotation angle sensor and a signal under measurement based on the amplitude signal, and based on the correlation signal, A failure diagnosis device, a failure diagnosis method, and a program are provided.

本発明の第2の態様においては、第1の態様の故障診断装置を備え、第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および当該回転角センサの故障信号を出力する、回転角センサを提供する。   In the second aspect of the present invention, the failure diagnosis apparatus according to the first aspect is provided, and the angle signal of the rotating body and the rotation angle are determined according to the detection results of the magnetic field of the first axis and the magnetic field of the second axis. A rotation angle sensor that outputs a sensor failure signal is provided.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

本実施形態に係る回転角センサ100の構成例を示す。The structural example of the rotation angle sensor 100 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る第1ホール素子対110が第1方向の磁界を検出する場合の一例を示す。An example in which the first Hall element pair 110 according to the present embodiment detects a magnetic field in the first direction is shown. 本実施形態に係る角度検出回路200の構成例を示す。The structural example of the angle detection circuit 200 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る故障診断装置300の構成例を示す。The structural example of the failure diagnosis apparatus 300 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る故障診断装置300の動作フローを示す。The operation | movement flow of the failure diagnosis apparatus 300 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る相関信号算出部330が有する計算回路の一例を示す。An example of the calculation circuit which the correlation signal calculation part 330 which concerns on this embodiment has is shown. ホール起電力信号(V,V)の一例を示す。An example of Hall electromotive force signals (V X , V Y ) is shown. ホール起電力信号(V,V)の振幅の一例を示す。An example of the amplitude of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) is shown. ホール起電力信号(V,V)の角度非線形性誤差の一例を示す。An example of the angle nonlinearity error of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) is shown. ホール起電力信号(V,V)の一例を示す。An example of Hall electromotive force signals (V X , V Y ) is shown. ホール起電力信号(V,V)の振幅の一例を示す。An example of the amplitude of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) is shown. ホール起電力信号(V,V)の角度非線形性誤差の一例を示す。An example of the angle nonlinearity error of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) is shown. 本実施形態に係る故障診断装置300の変形例を示す。The modification of the failure diagnosis apparatus 300 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係るシステムの一例を示す。An example of the system concerning this embodiment is shown. 本実施形態に係る故障診断装置300として機能するコンピュータ1900のハードウェア構成の一例を示す。An example of a hardware configuration of a computer 1900 functioning as the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment is shown.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図1は、本実施形態に係る回転角センサ100の構成例を示す。回転角センサ100は、例えば、当該センサの近傍において回転軸を中心に回転する回転磁石の回転角を非接触で検出する。回転角センサ100は、基板10と、第1ホール素子対110と、第2ホール素子対120と、磁気収束板130と、を備える。   FIG. 1 shows a configuration example of a rotation angle sensor 100 according to the present embodiment. The rotation angle sensor 100 detects, for example, the rotation angle of a rotating magnet that rotates around the rotation axis in the vicinity of the sensor without contact. The rotation angle sensor 100 includes a substrate 10, a first Hall element pair 110, a second Hall element pair 120, and a magnetic convergence plate 130.

基板10は、シリコン等の半導体によって形成され、半導体回路および半導体素子等を含む。基板10は、ICチップであってよく、この場合、端子を備え、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続される。図1において、基板10の一方の表面を、X軸およびY軸を有するXY面とし、XY面に垂直な軸をZ軸とした。即ち、X、Y、Z軸は互いに直交する座標系である。   The substrate 10 is formed of a semiconductor such as silicon and includes a semiconductor circuit and a semiconductor element. The substrate 10 may be an IC chip. In this case, the substrate 10 includes a terminal and is electrically connected to an external substrate, circuit, wiring, and the like. In FIG. 1, one surface of the substrate 10 is an XY plane having an X axis and a Y axis, and an axis perpendicular to the XY plane is a Z axis. That is, the X, Y, and Z axes are coordinate systems orthogonal to each other.

第1ホール素子対110は、基板10上に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。第1ホール素子対110は、一例として、第1方向に配置される。ここで、本実施形態における第1方向は、図1におけるX軸方向(第1の軸)である。第1ホール素子対110は、第1ホール素子112と第2ホール素子114とを有し、X軸に平行に(例えばX軸上に)当該2つのホール素子が配置される。   The first Hall element pair 110 is formed on the substrate 10 and connected to a circuit or the like formed on the substrate 10. As an example, the first Hall element pair 110 is arranged in the first direction. Here, the first direction in the present embodiment is the X-axis direction (first axis) in FIG. The first Hall element pair 110 includes a first Hall element 112 and a second Hall element 114, and the two Hall elements are arranged in parallel to the X axis (for example, on the X axis).

第1ホール素子112および第2ホール素子114は、一例として、X軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたY軸方向の起電力(ホール効果)を発生させる素子である。第1ホール素子112および第2ホール素子114は、半導体等で形成されてよい。   As an example, the first Hall element 112 and the second Hall element 114 are elements that generate an electromotive force (Hall effect) in the Y-axis direction corresponding to a magnetic field input in the Z-axis direction when a current flows in the X-axis direction. . The first hall element 112 and the second hall element 114 may be formed of a semiconductor or the like.

第1ホール素子112および第2ホール素子114は、一例として、基板10上において、Y軸に対して線対称に配置される。これに代えて、第1ホール素子112および第2ホール素子114は、基板10上において、原点に対して点対称に配置されてもよい。本実施例において、第1ホール素子112および第2ホール素子114がY軸に対して線対称に配置される例を説明する。   As an example, the first Hall element 112 and the second Hall element 114 are arranged line-symmetrically with respect to the Y axis on the substrate 10. Alternatively, the first Hall element 112 and the second Hall element 114 may be arranged point-symmetrically with respect to the origin on the substrate 10. In the present embodiment, an example in which the first Hall element 112 and the second Hall element 114 are arranged symmetrically with respect to the Y axis will be described.

第2ホール素子対120は、第1ホール素子対110と同様に、基板10上に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。第2ホール素子対120は、一例として、第2方向に配置される。ここで、本実施形態における第2方向は、図1におけるY軸方向(第2の軸)である。また、第3方向は、図1におけるZ軸方向(第3の軸)である。第2ホール素子対120は、第3ホール素子122と第4ホール素子124とを有し、Y軸に平行に(例えばY軸上に)当該2つのホール素子が配置される。   Similar to the first Hall element pair 110, the second Hall element pair 120 is formed on the substrate 10 and connected to a circuit or the like formed on the substrate 10. For example, the second Hall element pair 120 is arranged in the second direction. Here, the second direction in the present embodiment is the Y-axis direction (second axis) in FIG. The third direction is the Z-axis direction (third axis) in FIG. The second Hall element pair 120 includes a third Hall element 122 and a fourth Hall element 124, and the two Hall elements are arranged in parallel to the Y axis (for example, on the Y axis).

第3ホール素子122および第4ホール素子124は、一例として、Y軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたX軸方向の起電力(ホール効果)を生じさせる素子である。第3ホール素子122および第4ホール素子124は、一例として、基板10上において、X軸に対して線対称に配置される。これに代えて、第3ホール素子122および第4ホール素子124は、基板10上において、原点に対して点対称に配置されてもよい。本実施例において、第3ホール素子122および第4ホール素子124がX軸に対して線対称に配置される例を説明する。   As an example, the third Hall element 122 and the fourth Hall element 124 are elements that generate an electromotive force (Hall effect) in the X-axis direction corresponding to a magnetic field input in the Z-axis direction when a current flows in the Y-axis direction. . As an example, the third Hall element 122 and the fourth Hall element 124 are arranged symmetrically with respect to the X axis on the substrate 10. Alternatively, the third Hall element 122 and the fourth Hall element 124 may be arranged point-symmetrically with respect to the origin on the substrate 10. In the present embodiment, an example in which the third Hall element 122 and the fourth Hall element 124 are arranged symmetrically with respect to the X axis will be described.

以上の第1ホール素子対110および第2ホール素子対120は、オフセット出力をキャンセルすべく、X軸方向の通電およびY軸方向の通電をそれぞれ交互に実行されてもよい。このようなオフセットのキャンセル方法は、非特許文献5に記載されているように、Spinning Current法として知られている。   The first Hall element pair 110 and the second Hall element pair 120 may be alternately energized in the X-axis direction and in the Y-axis direction in order to cancel the offset output. Such an offset canceling method is known as a Spinning Current method as described in Non-Patent Document 5.

磁気収束板130は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120の上方に配置され、回転角センサ100に入力する磁場を曲げる。磁気収束板130は、磁性材料等で形成され、例えば、X軸方向および/またはY軸方向の磁場を、Z軸方向の成分が発生するように曲げ、Z軸方向に感度を有する第1ホール素子対110および第2ホール素子対120に入力させる。磁気収束板130は、基板10の上面に形成されてよく、これに代えて、基板10の上方に、絶縁層等を介して形成されてもよい。   The magnetic flux concentrating plate 130 is disposed above the first Hall element pair 110 and the second Hall element pair 120 and bends the magnetic field input to the rotation angle sensor 100. The magnetic converging plate 130 is formed of a magnetic material or the like, and for example, a first hole having a sensitivity in the Z-axis direction by bending a magnetic field in the X-axis direction and / or the Y-axis direction so as to generate a component in the Z-axis direction. Input is made to the element pair 110 and the second Hall element pair 120. The magnetic flux concentrating plate 130 may be formed on the upper surface of the substrate 10, or alternatively, may be formed above the substrate 10 via an insulating layer or the like.

以上の回転角センサ100は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120からの出力信号(ホール起電力)を外部に出力する。ここで、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120からの出力信号は、回転磁石の回転角に応じて出力される。当該出力信号について、図2を用いて説明する。   The above rotation angle sensor 100 outputs output signals (Hall electromotive force) from the first Hall element pair 110 and the second Hall element pair 120 to the outside. Here, output signals from the first Hall element pair 110 and the second Hall element pair 120 are output according to the rotation angle of the rotating magnet. The output signal will be described with reference to FIG.

図2は、本実施形態に係る第1ホール素子対110が第1方向の磁界を検出する場合の一例を示す。図2において、水平方向(紙面の横方向)をX軸、垂直方向(紙面の縦方向)をZ軸方向とする。   FIG. 2 shows an example in which the first Hall element pair 110 according to the present embodiment detects a magnetic field in the first direction. In FIG. 2, the horizontal direction (the horizontal direction of the paper surface) is the X axis, and the vertical direction (the vertical direction of the paper surface) is the Z axis direction.

ここで、回転角センサ100に入力する磁場ベクトルH(H,H,H)が、磁気収束板130で曲げられ、第1ホール素子112に入力する磁束密度ベクトルB(Hall,X1)は、第1ホール素子112の位置における透磁率Mu(Hall,X1)を用いて、次式で示される。ここで、透磁率Mu(Hall,X1)は、2階のテンソル(3行3列の行列)となる。

Figure 2017181026
Here, the magnetic field vector H (H X , H Y , H Z ) input to the rotation angle sensor 100 is bent by the magnetic converging plate 130 and input to the first Hall element 112, the magnetic flux density vector B (Hall, X 1). Is expressed by the following equation using the magnetic permeability Mu (Hall, X1) at the position of the first Hall element 112. Here, the magnetic permeability Mu (Hall, X1) is a second-order tensor (matrix with 3 rows and 3 columns).
Figure 2017181026

同様に、第2ホール素子114に入力する磁束密度ベクトルB(Hall,X2)は、第2ホール素子114の位置における透磁率Mu(Hall,X2)を用いて、次式で示される。

Figure 2017181026
Similarly, the magnetic flux density vector B (Hall, X2) input to the second Hall element 114 is expressed by the following equation using the magnetic permeability Mu (Hall, X2) at the position of the second Hall element 114.
Figure 2017181026

第1ホール素子112および第2ホール素子114は、Z軸方向の磁場を検出する。したがって、第1ホール素子112および第2ホール素子114は、次式で示すように、磁気収束板130で曲げられたZ軸方向の磁束密度Bを検出することになる。

Figure 2017181026
The first hall element 112 and the second hall element 114 detect a magnetic field in the Z-axis direction. Therefore, the first Hall element 112 and the second Hall element 114, as shown in the following equation, thereby to detect the magnetic flux density B Z of the Z-axis direction that is bent by the magnetic flux concentrator 130.
Figure 2017181026

ここで、図2に示すように、回転角センサ100の上方に+X軸方向の磁場ベクトルHin(H,0,0)が入力する例を説明する。磁気収束板130は、一例として、図中の磁束密度ベクトルBのように、入力した磁場を曲げ、第1ホール素子112に+Z軸方向の磁束を入力させる。 Here, as shown in FIG. 2, an example in which a magnetic field vector H in (H X , 0, 0) in the + X-axis direction is input above the rotation angle sensor 100 will be described. As an example, the magnetic converging plate 130 bends the input magnetic field as shown by a magnetic flux density vector B in the drawing, and causes the first Hall element 112 to input a magnetic flux in the + Z-axis direction.

また、磁性材料等で形成された磁気収束板130の透磁率は、空気の透磁率と比較して値が高くなるので、空気中の磁束密度と比較して、当該磁気収束板130内の磁束密度は高くなる。例えば、第1ホール素子112の位置におけるZ軸方向の磁束密度は、次式で示すように、入力磁場Hに空気の透磁率μを乗じて得られる磁束密度に比較して、略1.4倍程度高くなる。

Figure 2017181026
Further, since the magnetic permeability of the magnetic flux concentrating plate 130 made of a magnetic material or the like is higher than the magnetic permeability of air, the magnetic flux in the magnetic converging plate 130 is compared with the magnetic flux density in the air. Density increases. For example, the magnetic flux density in the Z-axis direction at the position of the first Hall element 112 is approximately 1. as compared with the magnetic flux density obtained by multiplying the input magnetic field HZ by the air permeability μ, as shown by the following equation. About 4 times higher.
Figure 2017181026

同様に、磁気収束板130は、一例として、第2ホール素子114に−Z軸方向の磁束を発生させ、第2ホール素子114の位置におけるZ軸方向の磁束密度は、次式で示される。

Figure 2017181026
Similarly, as an example, the magnetic flux concentrating plate 130 causes the second Hall element 114 to generate a magnetic flux in the −Z-axis direction, and the magnetic flux density in the Z-axis direction at the position of the second Hall element 114 is expressed by the following equation.
Figure 2017181026

第1ホール素子112および第2ホール素子114は、このようにZ軸方向に入力する磁束密度に応じて、ホール起電力を発生させる。ここで、第1ホール素子112および第2ホール素子114が略同一形状、略同一材料で形成される場合、それぞれの磁気感度は略等しくなる。また、第1ホール素子112および第2ホール素子114に入力する磁束密度は互いに逆向きとなるので、発生するそれぞれのホール起電力は正負の符号が異なる。   The first Hall element 112 and the second Hall element 114 thus generate Hall electromotive force according to the magnetic flux density input in the Z-axis direction. Here, when the 1st Hall element 112 and the 2nd Hall element 114 are formed with substantially the same shape and the substantially same material, each magnetic sensitivity becomes substantially equal. Further, since the magnetic flux densities input to the first Hall element 112 and the second Hall element 114 are opposite to each other, the generated hall electromotive forces have different signs.

そこで、当該磁気感度をSとすると、第1ホール素子対110のホール起電力信号Vを、第1ホール素子112のホール起電力Vsig(Hall,X1)および第2ホール素子114のホール起電力Vsig(Hall,X2)の差分である次式のように定めることができる。

Figure 2017181026
Therefore, when the magnetic sensitivity is S, the Hall electromotive force signal V X of the first Hall element pair 110 is converted into the Hall electromotive force V sig (Hall, X1) of the first Hall element 112 and the Hall electromotive force of the second Hall element 114. It can be defined as the following equation, which is the difference between the power V sig (Hall, X2).
Figure 2017181026

このように、回転角センサ100は、ホール起電力信号Vを算出することで、X軸方向に入力される磁場ベクトルHin(H,0,0)に応じたホール起電力を出力することができる。また、ホール起電力信号Vを、各ホール素子のホール起電力の差分としたので、第1ホール素子112および第2ホール素子114に同一方向(+Z軸方向または−Z軸方向)で、かつ、絶対値が略同一の磁場によって生じるホール起電力は、相殺されて略零となる。 Thus, the rotation angle sensor 100 outputs the Hall electromotive force according to the magnetic field vector H in (H X , 0, 0) input in the X-axis direction by calculating the Hall electromotive force signal V X. be able to. Further, since the Hall electromotive force signal V X is the difference between the Hall electromotive forces of the Hall elements, the first Hall element 112 and the second Hall element 114 are in the same direction (+ Z axis direction or −Z axis direction), and The Hall electromotive force generated by the magnetic field having substantially the same absolute value is canceled out and becomes substantially zero.

即ち、回転角センサ100は、ホール起電力信号Vを算出することで、XZ面に平行な方向の磁場ベクトルHXZ(H,0,H)が入力しても、X軸方向の磁場ベクトルの成分H(H,0,0)に応じたホール起電力を算出することができる。また、第1ホール素子112および第2ホール素子114は、Y軸方向の磁場には感度がなく、また、磁気収束板130は、理想的にはY軸方向の磁場をZ軸方向には変換しない。したがって、回転角センサ100は、ホール起電力信号Vを算出することで、直交する3つの各成分が零ではない(任意の方向の)磁場ベクトルHXYZ(H,H,H)が入力しても、X軸方向の磁場ベクトルの成分H(H,0,0)に応じたホール起電力を検出することができる。 That is, the rotation angle sensor 100 calculates the Hall electromotive force signal V X , so that even if a magnetic field vector H XZ (H X , 0, H Z ) in a direction parallel to the XZ plane is input, The Hall electromotive force corresponding to the magnetic field vector component H X (H X , 0, 0) can be calculated. The first Hall element 112 and the second Hall element 114 are insensitive to the magnetic field in the Y-axis direction, and the magnetic focusing plate 130 ideally converts the magnetic field in the Y-axis direction into the Z-axis direction. do not do. Therefore, the rotation angle sensor 100 calculates the Hall electromotive force signal V X so that the three orthogonal components are not zero (in any direction) magnetic field vectors H XYZ (H X , H Y , H Z ). Is input, it is possible to detect the Hall electromotive force according to the component H X (H X , 0, 0) of the magnetic field vector in the X-axis direction.

同様に、Y軸方向に配列した第2ホール素子対120は、Y軸方向の磁場を算出することができる。即ち、回転角センサ100は、第2ホール素子対120を用いて、次式のホール起電力信号Vを算出することで、磁場ベクトルHXYZ(H,H,H)が入力しても、Y軸方向の磁場ベクトルの成分H(0,H,0)に応じたホール起電力を算出することができる。

Figure 2017181026
Similarly, the second Hall element pair 120 arranged in the Y-axis direction can calculate the magnetic field in the Y-axis direction. In other words, the rotation angle sensor 100 uses the second Hall element pair 120 to calculate the Hall electromotive force signal V Y of the following equation, so that the magnetic field vector H XYZ (H X , H Y , H Z ) is input. However, it is possible to calculate the Hall electromotive force according to the component H Y (0, H Y , 0) of the magnetic field vector in the Y-axis direction.
Figure 2017181026

また、同様に、第1ホール素子112および第2ホール素子114は、Z軸方向に入力する磁束密度に応じて、ホール起電力が発生する。そして、第1ホール素子対110のホール起電力信号Vを、第1ホール素子112のホール起電力Vsig(Hall,X1)および第2ホール素子114のホール起電力Vsig(Hall,X2)の和として算出してもよい。本実施形態の回転角センサ100は、ホール起電力信号VおよびVを出力する例を説明し、ホール起電力信号Vについては省略するが、回転角センサ100は、当該ホール起電力信号Vについても、ホール起電力信号VおよびVと同様に出力してもよい。 Similarly, the first Hall element 112 and the second Hall element 114 generate Hall electromotive force according to the magnetic flux density input in the Z-axis direction. Then, the Hall electromotive force signal V Z of the first hall element pair 110, Hall electromotive force V sig of the first Hall element 112 (Hall, X1) and Hall electromotive force V sig of the second Hall element 114 (Hall, X2) May be calculated as the sum of. The rotation angle sensor 100 of the present embodiment will describe an example in which the Hall electromotive force signals V X and V Y are output, and the Hall electromotive force signal V Z will be omitted, but the rotation angle sensor 100 is not related to the Hall electromotive force signal. for even V Z, it may be output like the Hall electromotive force signal V X and V Y.

以上のように、回転角センサ100は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120の出力信号に基づき、入力する磁場ベクトルHXYZ(H,H,H)のX軸成分H(H,0,0)およびY軸成分H(0,H,0)に対応するホール起電力信号VおよびVを出力する。即ち、回転角センサ100は、XY面と水平な方向の磁場に対応するホール起電力を、X軸成分およびY軸成分に分解して算出することができる。 As described above, the rotation angle sensor 100 is based on the output signals of the first Hall element pair 110 and the second Hall element pair 120, and the X-axis component of the input magnetic field vector H XYZ (H X , H Y , H Z ). Hall electromotive force signals V X and V Y corresponding to H X (H X , 0,0) and Y axis component H Y (0, H Y , 0) are output. That is, the rotation angle sensor 100 can calculate the Hall electromotive force corresponding to the magnetic field in the direction parallel to the XY plane by decomposing it into an X-axis component and a Y-axis component.

回転角センサ100は、例えば、回転軸をZ軸と平行にした回転磁石の、XY面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角に応じたホール起電力信号を出力することができる。ここで、回転角センサ100は、一例として、次式で示されるホール起電力信号(V,V)を出力する。ここで、AおよびAは各信号の振幅値、θは回転磁石の回転角、αは信号間の非直交性誤差、Vos_xおよびVos_yは各信号のオフセットである。
(数8)
(θ)=A・cos(θ)+Vos_x
(θ)=A・sin(θ+α)+Vos_y
The rotation angle sensor 100 can detect, for example, a magnetic field caused by rotation of a rotating magnet whose rotation axis is parallel to the Z axis in a plane parallel to the XY plane, and output a Hall electromotive force signal corresponding to the rotation angle. it can. Here, as an example, the rotation angle sensor 100 outputs a Hall electromotive force signal (V X , V Y ) represented by the following equation. Here, A x and A y are amplitude values of each signal, θ is a rotation angle of the rotating magnet, α is a non-orthogonality error between signals, and V os_x and V os_y are offsets of each signal.
(Equation 8)
V X (θ) = A x · cos (θ) + V osx
V Y (θ) = A y · sin (θ + α) + V os_y

以上のホール起電力信号(V,V)を用いて、回転磁石の回転角θに対応する角度信号φ(θ)は、一例として、次式により算出することができる。
(数9)
φ(θ)=tan−1{V(θ)/V(θ)}
Using the Hall electromotive force signals (V X , V Y ) as described above, an angle signal φ (θ) corresponding to the rotation angle θ of the rotating magnet can be calculated by the following equation as an example.
(Equation 9)
φ (θ) = tan −1 {V Y (θ) / V X (θ)}

ここで、回転角センサ100は、XY面と平行な面における磁場を検出することを説明したが、他の面における磁場の変化を検出してもよい。回転角センサ100は、Z軸方向の磁場を検出することもできるので、例えば、回転軸をY軸と平行にした回転磁石の、XZ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することができる。回転角センサ100は、同様に、回転軸をX軸と平行にした回転磁石の、YZ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することもできる。   Here, it has been described that the rotation angle sensor 100 detects a magnetic field in a plane parallel to the XY plane, but a change in a magnetic field in another plane may be detected. The rotation angle sensor 100 can also detect a magnetic field in the Z-axis direction. For example, the rotation angle sensor 100 detects a magnetic field generated by rotation of a rotating magnet whose rotation axis is parallel to the Y-axis in a plane parallel to the XZ plane. A Hall electromotive force signal corresponding to the angle θ can be output. Similarly, the rotation angle sensor 100 detects a magnetic field generated by rotation of a rotating magnet whose rotation axis is parallel to the X axis in a plane parallel to the YZ plane, and outputs a Hall electromotive force signal corresponding to the rotation angle θ. You can also.

また、回転角センサ100は、XYZ軸の三次元の磁場を検出することができるので、XYZ軸で表現できる面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することができる。本実施形態の回転角センサ100は、(数8)式で示されるホール起電力信号を出力する例を説明する。   Further, since the rotation angle sensor 100 can detect a three-dimensional magnetic field of the XYZ axes, it detects a magnetic field due to rotation in a plane that can be expressed by the XYZ axes, and outputs a Hall electromotive force signal corresponding to the rotation angle θ. can do. An example in which the rotation angle sensor 100 according to the present embodiment outputs a Hall electromotive force signal expressed by Equation (8) will be described.

(数8)式において、例えば、AがAに略等しく、αが略零であり、AがAに略等しい場合、即ち、理想的なホール起電力信号(V,V)が得られる場合、(数9)式の角度信号φ(θ)は回転角θと略一致する。しかしながら、振幅値の差分(A−A)、非直交性誤差α、およびオフセットの差分(Vos_x−Vos_y)が略零でない場合、φ(θ)およびθは一致せず、φ(θ)およびθの差異(φ(θ)−θ)が回転角センサ100の角度非線形性誤差となる。 In the formula (8), for example, when A x is approximately equal to A y , α is approximately zero, and A x is approximately equal to A y , that is, ideal Hall electromotive force signals (V X , V Y ) Is obtained, the angle signal φ (θ) in the equation (9) substantially coincides with the rotation angle θ. However, if the amplitude value difference (A x −A y ), the non-orthogonality error α, and the offset difference (V os_x −V os_y ) are not substantially zero, φ (θ) and θ do not match and φ ( The difference between θ) and θ (φ (θ) −θ) is an angle nonlinearity error of the rotation angle sensor 100.

図3は、本実施形態に係る角度検出回路200の構成例を示す。角度検出回路200は、角度誤差信号ε(=φ(θ)−θ)を低減させるように閉ループ処理を実行して、回転角センサ100の角度信号φ(θ)を検出する。即ち、角度検出回路200は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120からホール起電力信号(V,V)を受け取り、ホール起電力信号(V,V)に応じた角度信号φ(θ)を出力する。また、角度検出回路200は、ホール起電力信号(V,V)に応じた振幅信号A(φ)を出力する。 FIG. 3 shows a configuration example of the angle detection circuit 200 according to the present embodiment. The angle detection circuit 200 performs a closed loop process so as to reduce the angle error signal ε (= φ (θ) −θ), and detects the angle signal φ (θ) of the rotation angle sensor 100. That is, the angle detecting circuit 200 includes a first pair of Hall effect devices 110 and the second Hall electromotive force signal from the Hall element pair 120 (V X, V Y) receives, according to the Hall electromotive force signal (V X, V Y) An angle signal φ (θ) is output. The angle detection circuit 200 outputs an amplitude signal A (φ) corresponding to the Hall electromotive force signal (V X , V Y ).

角度検出回路200は、増幅部210、増幅部212、AD変換部220、AD変換部222、乗算部230、乗算部232、積算部240、積算部242、積算部244、位相補償部250、および記憶部260を備える。増幅部210は、第1ホール素子対110に接続され、ホール起電力信号Vを受け取り、予め定められた増幅度で増幅する。増幅部210は、増幅したホール起電力信号VをAD変換部220に供給する。AD変換部220は、増幅部210に接続され、受け取ったホール起電力信号Vをデジタル信号に変換する。AD変換部220は、変換したデジタル信号Vを乗算部230に供給する。 The angle detection circuit 200 includes an amplification unit 210, an amplification unit 212, an AD conversion unit 220, an AD conversion unit 222, a multiplication unit 230, a multiplication unit 232, an accumulation unit 240, an accumulation unit 242, an accumulation unit 244, a phase compensation unit 250, and A storage unit 260 is provided. Amplifying unit 210 is connected to the first Hall element pair 110 receives the Hall electromotive force signal V X, amplified by a predetermined amplification degree. The amplification unit 210 supplies the amplified Hall electromotive force signal V X to the AD conversion unit 220. AD conversion unit 220 is connected to the amplifying section 210, converts the Hall electromotive force signal V X received into a digital signal. The AD conversion unit 220 supplies the converted digital signal V X to the multiplication unit 230.

同様に、増幅部212は、第2ホール素子対120に接続され、ホール起電力信号Vを受け取り、予め定められた増幅度で増幅する。増幅部212は、増幅したホール起電力信号VをAD変換部222に供給する。AD変換部222は、増幅部212に接続され、受け取ったホール起電力信号Vをデジタル信号に変換する。AD変換部222は、変換したデジタル信号Vを乗算部230に供給する。 Similarly, the amplifier 212 is connected to a second pair of Hall effect devices 120, receives Hall electromotive force signal V Y, amplified by a predetermined amplification degree. The amplification unit 212 supplies the amplified Hall electromotive force signal VY to the AD conversion unit 222. The AD conversion unit 222 is connected to the amplification unit 212 and converts the received Hall electromotive force signal VY into a digital signal. The AD conversion unit 222 supplies the converted digital signal V Y to the multiplication unit 230.

乗算部230は、デジタル信号Vに正弦波信号sin(φ)を乗算する。また、乗算部230は、デジタル信号Vに余弦波信号cos(φ)を乗算する。乗算部230は、次式で示すように、2つの乗算結果の差分を角度誤差信号εとして出力する。ここで、増幅部210および増幅部212の増幅度を1とした。
(数10)
ε=−sin(φ)・V+cos(φ)・V
Multiplying unit 230 multiplies the sine wave signal sin (phi) into a digital signal V X. Further, the multiplier 230 multiplies the digital signal VY by the cosine wave signal cos (φ). The multiplier 230 outputs the difference between the two multiplication results as an angle error signal ε, as shown by the following equation. Here, the amplification degree of the amplification unit 210 and the amplification unit 212 is set to 1.
(Equation 10)
ε = −sin (φ) · V X + cos (φ) · V Y

ホール起電力信号(V,V)が理想的な信号の場合、角度誤差信号εは次のように表される。ここで、振幅信号A=A=Aとした。
(数11)
ε=−A・sin(φ)・cos(θ)+A・cos(φ)・sin(θ)
=A・sin(θ−φ)
When the Hall electromotive force signals (V X , V Y ) are ideal signals, the angle error signal ε is expressed as follows. Here, the amplitude signal A = A x = A y .
(Equation 11)
ε = −A · sin (φ) · cos (θ) + A · cos (φ) · sin (θ)
= A · sin (θ−φ)

乗算部230は、算出した角度誤差信号εを積算部240に供給する。積算部240は、乗算部230に接続され、受け取った角度誤差信号εを積算し、積算した角度誤差信号εを位相補償部250に供給する。   The multiplier 230 supplies the calculated angle error signal ε to the integrator 240. The integrating unit 240 is connected to the multiplying unit 230, integrates the received angle error signal ε, and supplies the integrated angle error signal ε to the phase compensating unit 250.

位相補償部250は、積算部240に接続され、閉ループ回路の位相安定性を確保する様に位相補償を行う。図3に示す角度検出回路200は、一例として、閉ループ回路のなかに2つの積算部(時間積分)を備えたことを特徴とする、所謂、2型サーボ回路であることから、位相補償部250の出力は角度φの時間微分である角速度信号となる。位相補償部250は、角速度信号を積算部242に供給する。   The phase compensation unit 250 is connected to the integration unit 240 and performs phase compensation so as to ensure the phase stability of the closed loop circuit. As an example, the angle detection circuit 200 shown in FIG. 3 is a so-called type 2 servo circuit including two integration units (time integration) in a closed loop circuit. Is an angular velocity signal that is a time derivative of the angle φ. The phase compensation unit 250 supplies the angular velocity signal to the integrating unit 242.

積算部242は、位相補償部250に接続され、受け取った角速度信号を積算して角度信号φを生成する。積算部242は、一例として、DCO(Digitally Controlled Oscillator)回路とDCOの出力信号に対してアップカウント/ダウンカウント動作を行うアップダウンカウンターから構成される回路であってもよい。   The accumulator 242 is connected to the phase compensator 250 and accumulates the received angular velocity signals to generate an angle signal φ. For example, the integration unit 242 may be a circuit configured by a DCO (Digitally Controlled Oscillator) circuit and an up / down counter that performs an up / down count operation on an output signal of the DCO.

記憶部260は、複数の角度信号φに対応する正弦波信号sin(φ)および余弦波信号cos(φ)を予めそれぞれ記憶する。記憶部260は、積算部242に接続され、受け取った角度信号φに対応する正弦波信号sin(φ)および余弦波信号cos(φ)を、乗算部230に供給する。即ち、記憶部260は、取得した角度信号φに応じて、対応する正弦波信号sin(φ)および余弦波信号cos(φ)を乗算部230にフィードバックする。   The storage unit 260 previously stores a sine wave signal sin (φ) and a cosine wave signal cos (φ) corresponding to the plurality of angle signals φ. The storage unit 260 is connected to the integration unit 242 and supplies the multiplication unit 230 with a sine wave signal sin (φ) and a cosine wave signal cos (φ) corresponding to the received angle signal φ. That is, the storage unit 260 feeds back the corresponding sine wave signal sin (φ) and cosine wave signal cos (φ) to the multiplication unit 230 in accordance with the acquired angle signal φ.

以上の本実施形態の角度検出回路200は、乗算部230から位相補償部250および記憶部260を経たフィードバックループにより、θにより近づけた角度信号φを積算部242から出力させる。また、角度検出回路200は、角度信号φに基づいて、角度誤差信号εの振幅信号A(φ)を出力する。   The angle detection circuit 200 of the present embodiment described above causes the integrating unit 242 to output the angle signal φ that is closer to θ by the feedback loop that has passed from the multiplying unit 230 to the phase compensating unit 250 and the storage unit 260. Further, the angle detection circuit 200 outputs an amplitude signal A (φ) of the angle error signal ε based on the angle signal φ.

この場合、AD変換部220は、ホール起電力信号Vから変換したデジタル信号Vを、乗算部230に供給すると共に、乗算部232にも供給する。同様に、AD変換部222は、ホール起電力信号VYから変換したデジタル信号Vを、乗算部230に供給すると共に、乗算部232にも供給する。 In this case, the AD conversion unit 220 supplies the digital signal V X converted from the Hall electromotive force signal V X to the multiplication unit 230 and also to the multiplication unit 232. Similarly, the AD conversion unit 222 supplies the digital signal V Y converted from the Hall electromotive force signal V Y to the multiplication unit 230 and also to the multiplication unit 232.

乗算部232は、デジタル信号Vに余弦波信号cos(φ)を乗算する。また、乗算部232は、デジタル信号Vに正弦波信号sin(φ)を乗算する。乗算部232は、次式で示すように、2つの乗算結果の和を振幅信号A(φ)として、積算部244を介して出力する。ここで、増幅部210および増幅部212の増幅度を1とした。
(数12)
A(φ)=cos(φ)・V+sin(φ)・V
Multiplying unit 232 multiplies the cosine wave signal cos (phi) into a digital signal V X. Further, the multiplier 232 multiplies the digital signal VY by the sine wave signal sin (φ). The multiplier 232 outputs the sum of two multiplication results as an amplitude signal A (φ) via the integrator 244 as shown in the following equation. Here, the amplification degree of the amplification unit 210 and the amplification unit 212 is set to 1.
(Equation 12)
A (φ) = cos (φ) · V X + sin (φ) · V Y

ホール起電力信号(V,V)が理想的な信号で、かつ、角度信号φがθに略等しい値となった場合、振幅信号A(φ)は次のように表される。ここで、振幅信号A=A=Aとした。
(数13)
A(φ)=[A ・{cos(φ)}+A ・{sin(φ)}1/2=A
When the Hall electromotive force signals (V X , V Y ) are ideal signals and the angle signal φ is substantially equal to θ, the amplitude signal A (φ) is expressed as follows. Here, the amplitude signal A = A x = A y .
(Equation 13)
A (φ) = [A x 2 · {cos (φ)} 2 + A y 2 · {sin (φ)} 2 ] 1/2 = A

以上のように、本実施形態の角度検出回路200は、入力されるホール起電力信号(V,V)に応じて、角度信号φ(θ)および振幅信号A(φ)を出力する。そして、角度検出回路200は、ホール起電力信号(V,V)が理想的な信号の場合、回転磁石の回転角θと略同一な角度信号φ(θ)を出力することができる。また、角度検出回路200は、ホール起電力信号(V,V)が理想からずれている場合は、回転角θとは異なる角度信号φ(θ)を出力する(即ち、角度非線形性誤差(φ(θ)−θ)が非零となる)。 As described above, the angle detection circuit 200 according to the present embodiment outputs the angle signal φ (θ) and the amplitude signal A (φ) according to the input Hall electromotive force signals (V X , V Y ). Then, when the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) is an ideal signal, the angle detection circuit 200 can output an angle signal φ (θ) that is substantially the same as the rotation angle θ of the rotating magnet. Further, when the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) is deviated from the ideal, the angle detection circuit 200 outputs an angle signal φ (θ) different from the rotation angle θ (that is, the angle nonlinearity error). (Φ (θ) −θ) becomes non-zero).

このような角度非線形性誤差は、2つのホール起電力信号の振幅のミスマッチ(即ち、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120の磁気検出感度のミスマッチ)、非直交性、およびオフセットに起因する。そして、これらの要因は温度依存性を有するので、当該角度非線形性誤差も周囲温度に応じて変動する。このような角度非線形性誤差の温度変動は、回転角センサ100の製造段階および出荷段階で計測することができるので、システム等に搭載する前に予め計測し、校正および補正等を実行することが好ましい。しかしながら、例えば、回転角センサ100が劣化すると、このような角度非線形性誤差の温度変動が当該回転角センサ100を搭載するシステム等に要求される誤差範囲を超えてしまう場合が生じ、システム全体の動作に影響を及ぼしてしまうことがある。   Such angular non-linearity errors are due to mismatch in amplitude of the two Hall electromotive force signals (ie, mismatch in magnetic detection sensitivity of the first Hall element pair 110 and the second Hall element pair 120), non-orthogonality, and offset. to cause. Since these factors have temperature dependence, the angle nonlinearity error also varies according to the ambient temperature. Such temperature fluctuation of the angular non-linearity error can be measured at the manufacturing stage and the shipping stage of the rotation angle sensor 100, so that it can be measured in advance before being mounted on a system or the like, and calibration and correction can be executed. preferable. However, for example, when the rotation angle sensor 100 is deteriorated, the temperature fluctuation of such an angle nonlinearity error may exceed an error range required for a system or the like on which the rotation angle sensor 100 is mounted. It may affect the operation.

このような回転角センサ100の劣化、および経時変化等は、製造段階および出荷段階においては予測することが困難なので、当該回転角センサ100がシステム等に搭載された状態であっても、角度非線形性誤差の変動を検出できることが望ましい。そこで、本実施形態の故障診断装置は、システム等に搭載された回転角センサ100の検出結果に基づき、角度非線形性誤差を検出して、当該回転角センサ100の劣化、異常動作、および故障等を診断する。   Such deterioration of the rotation angle sensor 100, change with time, and the like are difficult to predict at the manufacturing stage and at the shipping stage. Therefore, even if the rotation angle sensor 100 is mounted on the system or the like, the angle nonlinearity It is desirable to be able to detect variations in sex errors. Therefore, the failure diagnosis apparatus according to the present embodiment detects an angle nonlinearity error based on the detection result of the rotation angle sensor 100 mounted on the system or the like, and causes deterioration, abnormal operation, failure, etc. of the rotation angle sensor 100. Diagnose.

図4は、本実施形態に係る故障診断装置300の構成例を示す。故障診断装置300は、ホール起電力信号(V,V)に応じて出力される角度信号φおよび振幅信号A(φ)に基づき、角度非線形性誤差を検出する。故障診断装置300は、取得部310と、記憶部320と、相関信号算出部330と、故障判定部340とを備える。 FIG. 4 shows a configuration example of the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment. The failure diagnosis apparatus 300 detects an angle nonlinearity error based on the angle signal φ and the amplitude signal A (φ) output according to the Hall electromotive force signals (V X , V Y ). The failure diagnosis apparatus 300 includes an acquisition unit 310, a storage unit 320, a correlation signal calculation unit 330, and a failure determination unit 340.

取得部310は、第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号φ(θ)および振幅信号A(φ)を出力する回転角センサ100の出力を取得する。取得部310は、図3で説明した角度検出回路200等を介して、回転角センサ100の出力に応じた角度信号φおよび振幅信号A(φ)を取得してよい。また、回転角センサ100が図3で説明した角度検出回路200等を備える場合、取得部310は、回転角センサ100から角度信号φおよび振幅信号A(φ)を取得してよい。ここで、取得部310は、非接触回転角センサの出力を取得してよい。   The acquisition unit 310 outputs the rotation angle sensor 100 that outputs the angle signal φ (θ) and the amplitude signal A (φ) of the rotating body according to the detection results of the magnetic field of the first axis and the magnetic field of the second axis. To get. The acquisition unit 310 may acquire the angle signal φ and the amplitude signal A (φ) corresponding to the output of the rotation angle sensor 100 via the angle detection circuit 200 described with reference to FIG. Further, when the rotation angle sensor 100 includes the angle detection circuit 200 described with reference to FIG. 3, the acquisition unit 310 may acquire the angle signal φ and the amplitude signal A (φ) from the rotation angle sensor 100. Here, the acquisition unit 310 may acquire the output of the non-contact rotation angle sensor.

取得部310は、回転角センサ100または角度検出回路200等と、有線、無線またはネットワーク等で接続され、角度信号φおよび振幅信号A(φ)を取得してよい。また、取得部310は、記憶装置等に接続され、当該記憶装置等に記憶された回転角センサ100の出力を取得してもよい。取得部310は、取得した角度信号φおよび振幅信号A(φ)を相関信号算出部330に供給する。また、取得部310は、取得した角度信号φおよび振幅信号A(φ)を記憶部320に供給してもよい。   The acquisition unit 310 may be connected to the rotation angle sensor 100, the angle detection circuit 200, or the like by wire, wireless, or a network, and may acquire the angle signal φ and the amplitude signal A (φ). The acquisition unit 310 may be connected to a storage device or the like, and may acquire the output of the rotation angle sensor 100 stored in the storage device or the like. The acquisition unit 310 supplies the acquired angle signal φ and amplitude signal A (φ) to the correlation signal calculation unit 330. In addition, the acquisition unit 310 may supply the acquired angle signal φ and amplitude signal A (φ) to the storage unit 320.

記憶部320は、回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数を記憶する。記憶部320は、周期関数として、正弦関数および余弦関数を記憶する。周期関数については後述する。記憶部320は、故障診断装置300が生成するデータ等を記憶してよい。また、記憶部320は、当該データ等を生成する過程において処理する中間データ等を記憶してもよい。また、記憶部320は、故障診断装置300内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してよい。   The storage unit 320 stores a predetermined periodic function corresponding to the failure mode of the rotation angle sensor. The storage unit 320 stores a sine function and a cosine function as a periodic function. The periodic function will be described later. The storage unit 320 may store data generated by the failure diagnosis apparatus 300 and the like. The storage unit 320 may store intermediate data to be processed in the process of generating the data. Further, the storage unit 320 may supply the stored data to the request source in response to a request from each unit in the failure diagnosis apparatus 300.

例えば、記憶部320は、取得部310に接続され、取得部310から角度信号φおよび振幅信号A(φ)を受け取る場合、当該角度信号φおよび振幅信号A(φ)を記憶する。そして、記憶部320は、相関信号算出部330の要求に応じて記憶した角度信号φおよび振幅信号A(φ)を当該相関信号算出部330に供給する。   For example, when the storage unit 320 is connected to the acquisition unit 310 and receives the angle signal φ and the amplitude signal A (φ) from the acquisition unit 310, the storage unit 320 stores the angle signal φ and the amplitude signal A (φ). Then, the storage unit 320 supplies the angle signal φ and the amplitude signal A (φ) stored in response to the request from the correlation signal calculation unit 330 to the correlation signal calculation unit 330.

相関信号算出部330は、取得部310および記憶部320にそれぞれ接続され、回転角センサ100の故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号A(φ)に基づく被測定信号との相関信号を算出する。相関信号算出部330は、取得部310が取得した角度信号φの値を周期関数に適用し、適用した周期関数および振幅信号A(φ)を用いて相関信号を算出する。   Correlation signal calculation unit 330 is connected to acquisition unit 310 and storage unit 320, respectively, and a predetermined periodic function corresponding to the failure mode of rotation angle sensor 100 and a signal under measurement based on amplitude signal A (φ). A correlation signal is calculated. The correlation signal calculation unit 330 applies the value of the angle signal φ acquired by the acquisition unit 310 to the periodic function, and calculates a correlation signal using the applied periodic function and the amplitude signal A (φ).

相関信号算出部330は、振幅信号のN乗信号(Nは1以上の自然数)を被測定信号として算出する。例えば、相関信号算出部330は、振幅信号A(φ)を被測定信号とする。これに代えて、相関信号算出部330は、振幅信号A(φ)の2乗を被測定信号としてよい。相関信号算出部330は、算出した相関関数を故障判定部340に供給する。   The correlation signal calculation unit 330 calculates the Nth power signal of the amplitude signal (N is a natural number of 1 or more) as the signal under measurement. For example, the correlation signal calculation unit 330 uses the amplitude signal A (φ) as a signal under measurement. Instead, the correlation signal calculation unit 330 may use the square of the amplitude signal A (φ) as the signal under measurement. The correlation signal calculation unit 330 supplies the calculated correlation function to the failure determination unit 340.

故障判定部340は、相関信号に基づいて、回転角センサ100の故障を判定する。故障判定部340は、一例として、相関信号の絶対値が予め定められた閾値を超える場合に、回転角センサ100が故障していると判定する。また、故障判定部340は、相関信号の絶対値が閾値以下の場合に、回転角センサ100が故障していないと判定してよい。   The failure determination unit 340 determines failure of the rotation angle sensor 100 based on the correlation signal. For example, the failure determination unit 340 determines that the rotation angle sensor 100 has failed when the absolute value of the correlation signal exceeds a predetermined threshold. Moreover, the failure determination unit 340 may determine that the rotation angle sensor 100 has not failed when the absolute value of the correlation signal is equal to or less than a threshold value.

以上の本実施形態に係る故障診断装置300の動作について、図5を用いて説明する。図5は、本実施形態に係る故障診断装置300の動作フローを示す。故障診断装置300は、図5に示す動作フローを実行して、回転角センサ100が故障しているか否かを診断する。   The operation of the failure diagnosis apparatus 300 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an operation flow of the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment. The failure diagnosis apparatus 300 executes the operation flow shown in FIG. 5 and diagnoses whether or not the rotation angle sensor 100 has failed.

まず、取得部310は、振幅信号A(φ)を取得する(S400)。取得部310は、一例として、図3で説明した角度検出回路200の積算部244に接続され、積算部244が出力する振幅信号A(φ)を取得する。ここで、取得部310が取得する振幅信号A(φ)は、次式で近似することができる。
(数14)
A(φ)≒A(θ)={V(θ)+V(θ)1/2
=[{A・cos(θ)+Vos_x
+{A・sin(θ+α)+Vos_y1/2
First, the acquisition unit 310 acquires the amplitude signal A (φ) (S400). For example, the acquisition unit 310 is connected to the integration unit 244 of the angle detection circuit 200 described with reference to FIG. 3 and acquires the amplitude signal A (φ) output from the integration unit 244. Here, the amplitude signal A (φ) acquired by the acquisition unit 310 can be approximated by the following equation.
(Equation 14)
A (φ) ≈A (θ) = {V X (θ) 2 + V Y (θ) 2 } 1/2
= [{A x · cos (θ) + V os — x } 2
+ {A y · sin (θ + α) + V os — y } 2 ] 1/2

次に、故障診断装置300は、第1の軸であるX軸のオフセットVos_xが異常な値となっているか否かを判定する(S410)。この場合、相関信号算出部330は、X軸のオフセットの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号との相関信号を算出する。 Next, the failure diagnosis apparatus 300 determines whether or not the offset V os_x of the X axis that is the first axis is an abnormal value (S410). In this case, the correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal between a predetermined periodic function corresponding to the failure mode of the X-axis offset and the amplitude signal.

ここで、故障診断装置300は、当該故障モードを、回転角センサ100が第1の軸方向に対応する信号のオフセット成分を含む第1モードとする。回転角センサ100が、このような第1モードの故障となった場合、X軸のオフセットVos_xが大きくなるので、(数8)式のホール起電力信号(V,V)は、次式のように取り扱うことができる。ここで、Aavgは、AおよびAの平均値とした。
(数15)
(θ)=Aavg・cos(θ)+Vos_x
(θ)=Aavg・sin(θ)
Here, the failure diagnosis apparatus 300 sets the failure mode as a first mode in which the rotation angle sensor 100 includes an offset component of a signal corresponding to the first axial direction. When the rotation angle sensor 100 has such a failure in the first mode, the X-axis offset V os_x becomes large. Therefore, the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) in the equation (8) is It can be handled like an expression. Here, A avg was an average value of A x and A y .
(Equation 15)
V X (θ) = A avg · cos (θ) + V os — x
V Y (θ) = A avg · sin (θ)

したがって、(数14)式の振幅信号A(θ)は、次式のように算出される。ここで、Cは、定数を示す。
(数16)
A(θ)={V(θ)+V(θ)1/2
={Aavg +Vos_x +2・Aavg・Vos_x・cos(θ)}1/2
≒C+Vos_x・cos(θ)
Therefore, the amplitude signal A (θ) in the equation (14) is calculated as the following equation. Here, C X represents a constant.
(Equation 16)
A (θ) = {V X (θ) 2 + V Y (θ) 2 } 1/2
= {A avg 2 + V os — x 2 + 2 · A avg · V osx · cos (θ)} 1/2
≒ C X + V os_x · cos (θ)

このように、振幅信号A(θ)は、回転角θに応じて余弦関数のように変動する成分を有するので、余弦関数cos(θ)との相関を取ることにより、X軸のオフセットVos_xに応じた信号を検出することができる。即ち、相関信号算出部330は、故障モードが第1モードの場合に、周期関数を1倍角の余弦として、被測定信号との相関信号を算出する。 As described above, the amplitude signal A (θ) has a component that varies like a cosine function in accordance with the rotation angle θ. Therefore, by taking a correlation with the cosine function cos (θ), the offset V os_x of the X axis is obtained. It is possible to detect a signal corresponding to. That is, when the failure mode is the first mode, the correlation signal calculation unit 330 calculates the correlation signal with the signal under measurement using the periodic function as a cosine of 1 × square.

より具体的には、回転角θは、360°(2π)周期であり、相関信号算出部330が、当該周期をMで離散化した場合、相関信号は、次式で示される。

Figure 2017181026
More specifically, the rotation angle θ is a 360 ° (2π) cycle, and when the correlation signal calculation unit 330 discretizes the cycle by M, the correlation signal is expressed by the following equation.
Figure 2017181026

このような相関信号の計算は、一例として、図6に示す回路で実行できる。図6は、本実施形態に係る相関信号算出部330が有する計算回路の一例を示す。相関信号算出部330は、バッファメモリ332と、乗算部334と、加算部336とを有する。   Such calculation of the correlation signal can be executed by the circuit shown in FIG. 6 as an example. FIG. 6 shows an example of a calculation circuit included in the correlation signal calculation unit 330 according to the present embodiment. The correlation signal calculation unit 330 includes a buffer memory 332, a multiplication unit 334, and an addition unit 336.

バッファメモリ332は、一例として、取得した振幅信号A(φ)を、一例として、M=8で離散化した周期に対応する45°おきの8点のデータとして記憶する例を示す。即ち、図6は、(数17)式のMを8にした場合の一例を示す。   As an example, the buffer memory 332 shows an example in which the acquired amplitude signal A (φ) is stored as data of 8 points every 45 ° corresponding to a period discretized with M = 8. That is, FIG. 6 shows an example when M in the equation (17) is set to 8.

乗算部334は、バッファメモリ332の数(即ち、回転角センサ100の分解能に対応する数)に応じた数の乗算器を含む。乗算部334は、記憶部320およびバッファメモリ332に接続され、バッファメモリ332の数と少なくとも同数の乗算器を含むことが望ましい。乗算器のそれぞれは、記憶部320から受け取る周期関数(第1モードの場合は1倍角の余弦関数)に、45°おきの8点の角度信号φをそれぞれ代入した周期関数の値と、対応する振幅信号A(φ)の値とを乗算し、乗算結果を加算部336にそれぞれ供給する。   The multiplier 334 includes a number of multipliers corresponding to the number of buffer memories 332 (that is, a number corresponding to the resolution of the rotation angle sensor 100). The multiplier 334 is preferably connected to the storage unit 320 and the buffer memory 332 and includes at least the same number of multipliers as the number of the buffer memories 332. Each of the multipliers corresponds to a periodic function value obtained by substituting eight angle signals φ at 45 ° intervals into the periodic function received from the storage unit 320 (in the case of the first mode, a cosine function of a single angle). The value of the amplitude signal A (φ) is multiplied and the multiplication result is supplied to the adder 336.

ここで、記憶部320は、取得部310から角度信号φを受けとって記憶する場合、当該角度信号φを対応する周期関数に代入して、算出される周期関数の値を乗算部334に供給してもよい。図6の例の場合、記憶部320は、一例として、45°間隔の8点の角度信号φを取得部310から受けとって記憶した後、周期関数であるcos(θ)にそれぞれ代入して算出される8つの値を、乗算部334の対応する8つの乗算器にそれぞれ供給する。   Here, when the storage unit 320 receives and stores the angle signal φ from the acquisition unit 310, the storage unit 320 substitutes the angle signal φ into a corresponding periodic function, and supplies the calculated periodic function value to the multiplication unit 334. May be. In the example of FIG. 6, for example, the storage unit 320 receives and stores eight angle signals φ at 45 ° intervals from the acquisition unit 310 and then substitutes them into cos (θ) that is a periodic function. These eight values are supplied to the corresponding eight multipliers of the multiplier 334, respectively.

加算部336は、乗算部334に接続され、受け取ったそれぞれの乗算結果の総和を算出する。加算部336は、乗算結果の総和を、相関信号の算出結果として出力する。以上のように、本実施形態の相関信号算出部330は、第1モードの故障モードを検出する場合、振幅信号A(φ)と余弦関数の相関信号を算出する。このような相関信号が、X軸のオフセットVos_xに応じた信号となることは、(数16)および(数17)式を用いて説明した。これに加えて、この場合における角度非線形性誤差について、図7から図9を用いて説明する。 The adder 336 is connected to the multiplier 334 and calculates the sum of the received multiplication results. The adder 336 outputs the sum of the multiplication results as a correlation signal calculation result. As described above, the correlation signal calculation unit 330 according to the present embodiment calculates the correlation signal of the amplitude signal A (φ) and the cosine function when detecting the failure mode of the first mode. It has been described using the equations (16) and (17) that such a correlation signal becomes a signal corresponding to the offset V os_x of the X axis. In addition, the angle nonlinearity error in this case will be described with reference to FIGS.

図7は、ホール起電力信号(V,V)の一例を示す。図7の横軸はX軸方向のホール起電力信号Vを示し、縦軸はY軸方向のホール起電力信号Vを示す。点線で示す信号は、理想的なホール起電力信号であり、XY平面において略円形の形状を有する信号となる。実線で示す信号は、X軸のオフセットVos_xを有するホール起電力信号であり、略円形の形状がオフセットVos_xに対応する距離だけV方向に平行移動した例を示す。図7に示した例におけるホール起電力信号(V,V)の振幅を次に説明する。 FIG. 7 shows an example of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ). 7, the horizontal axis shows the Hall electromotive force signal V X of the X-axis direction, the vertical axis represents the Hall electromotive force signal V Y of the Y-axis direction. A signal indicated by a dotted line is an ideal Hall electromotive force signal, and has a substantially circular shape on the XY plane. A signal indicated by a solid line is a Hall electromotive force signal having an X-axis offset V os_x , and shows an example in which a substantially circular shape is translated in the V X direction by a distance corresponding to the offset V os_x . Next, the amplitude of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) in the example shown in FIG. 7 will be described.

図8は、ホール起電力信号(V,V)の振幅の一例を示す。回転磁石が360°回転することに応じて、回転角センサ100は、360°周期のホール起電力信号(V,V)を出力する。図8は、横軸を回転磁石の角度位置θ、縦軸を振幅として、この場合のホール起電力信号(V,V)を示す。 FIG. 8 shows an example of the amplitude of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ). In response to the rotation of the rotating magnet by 360 °, the rotation angle sensor 100 outputs a Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having a period of 360 °. FIG. 8 shows Hall electromotive force signals (V X , V Y ) in this case, where the horizontal axis is the angular position θ of the rotating magnet and the vertical axis is the amplitude.

理想的なホール起電力信号の場合、振幅Aは一定となる。しかしながら、点線で示すホール起電力信号Vのように、一方のホール起電力信号VがオフセットVos_xを含む場合、振幅Aは一点鎖線で示すようにθに応じて変動する。図8の例に示すように、当該変動は、オフセットを有する余弦波信号と正弦波信号との和によって生じるので、周期360°の余弦信号と同期した変動となり、周期360°の余弦信号との相関が強くなる。 In the case of an ideal Hall electromotive force signal, the amplitude A is constant. However, as the Hall electromotive force signal V X indicated by the dotted line, one of the Hall electromotive force signal V X may include an offset V Os_x, the amplitude A will vary depending on θ as indicated by one-dot chain lines. As shown in the example of FIG. 8, the fluctuation is generated by the sum of the cosine wave signal having an offset and the sine wave signal. Therefore, the fluctuation is synchronized with the cosine signal having a period of 360 °, and the fluctuation with the cosine signal having a period of 360 °. Correlation becomes stronger.

図9は、図7および図8に示すホール起電力信号(V,V)の角度非線形性誤差の一例を示す。横軸は回転磁石の角度位置θ、縦軸は角度非線形性誤差(φ−θ)を示す。例えば、角度位置θが0°の場合、ホール起電力信号(V=A+Vos_x,V=0)に応じて算出される角度信号φ(0°)も0°となり、角度非線形性誤差は0°となる。また、角度位置θが90°の場合、ホール起電力信号(V=Vos_x,V=A)に応じて算出される角度信号φ(90°)は90°より小さくなり、角度非線形性誤差は0°より小さい値となる。 FIG. 9 shows an example of the angle nonlinearity error of the Hall electromotive force signals (V X , V Y ) shown in FIGS. The horizontal axis represents the angular position θ of the rotating magnet, and the vertical axis represents the angle nonlinearity error (φ−θ). For example, when the angle position θ is 0 °, the angle signal φ (0 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = A + V os — x , V Y = 0) is also 0 °, and the angle nonlinearity error is 0 °. When the angle position θ is 90 °, the angle signal φ (90 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = V osx , V Y = A) is smaller than 90 °, and the angle nonlinearity The error is a value smaller than 0 °.

また、角度位置θが180°の場合、ホール起電力信号(V=−A+Vos_x,V=0)に応じて算出される角度信号φ(180°)も180°となり、角度非線形性誤差は0°となる。また、角度位置θが270°の場合、ホール起電力信号(V=Vos_x,V=−A)に応じて算出される角度信号φ(270°)は270°より大きくなり、角度非線形性誤差は0°より大きい値となる。このように、角度非線形性誤差は、角度位置θに対して−sin(θ)を示すように変動する。図9に示す角度非線形性誤差の変動、および図8に示す振幅Aの変動は、ホール起電力信号のオフセットVos_xに起因するものであるから、振幅Aの変動を相関信号より検出することは、角度非線形性誤差の変動を検出することに相当する。 When the angular position θ is 180 °, the angle signal φ (180 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = −A + V osx , V Y = 0) is also 180 °, and the angle nonlinearity error Becomes 0 °. When the angular position θ is 270 °, the angle signal φ (270 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = V osx , V Y = −A) is larger than 270 °, and the angle nonlinearity The sex error is a value greater than 0 °. Thus, the angle nonlinearity error fluctuates so as to indicate −sin (θ) with respect to the angle position θ. Since the fluctuation of the angle nonlinearity error shown in FIG. 9 and the fluctuation of the amplitude A shown in FIG. 8 are caused by the offset V os_x of the Hall electromotive force signal, it is impossible to detect the fluctuation of the amplitude A from the correlation signal. This corresponds to detecting a variation in angular nonlinearity error.

そこで、相関信号算出部330は、図6で説明したように、相関信号を算出し、算出結果を故障判定部340に供給する。そして、故障判定部340は、相関信号の大きさと、予め定められた閾値とを比較することで、角度非線形性誤差の大きさが異常か否かを判定することができる(即ち、回転角センサ100の故障を判定することができる)。   Therefore, the correlation signal calculation unit 330 calculates the correlation signal and supplies the calculation result to the failure determination unit 340 as described with reference to FIG. Then, the failure determination unit 340 can determine whether or not the magnitude of the angle nonlinearity error is abnormal by comparing the magnitude of the correlation signal with a predetermined threshold (that is, the rotation angle sensor). 100 faults can be determined).

故障判定部340の判定結果が回転角センサ100の故障(S410:Yes)の場合、故障判定部340は、X軸のオフセットVos_xが異常であることを通知する故障信号を外部に送信する(S420)。これに代えて、またはこれに加えて、故障判定部340は、アラームを発してもよい。当該アラームは、例えば、音、光、および/または振動等を発することで実行される。これによって、回転角センサ100を搭載するシステム等または当該システムの使用者は、回転角センサ100の動作中における故障を感知することができる。 When the determination result of the failure determination unit 340 is a failure of the rotation angle sensor 100 (S410: Yes), the failure determination unit 340 transmits a failure signal notifying that the X-axis offset V os_x is abnormal to the outside ( S420). Instead of or in addition to this, the failure determination unit 340 may issue an alarm. The alarm is executed by, for example, emitting sound, light, and / or vibration. Accordingly, a system or the like equipped with the rotation angle sensor 100 or a user of the system can sense a failure during the operation of the rotation angle sensor 100.

故障判定部340の判定結果が正常である場合(S410:No)、故障診断装置300は、第2の軸であるY軸のオフセットVos_yが異常な値となっているか否かを判定する(S430)。また、故障診断装置300は、X軸のオフセットVos_xが異常であることを送信した後、Y軸のオフセットを判定してもよい。 When the determination result of the failure determination unit 340 is normal (S410: No), the failure diagnosis apparatus 300 determines whether or not the offset V os_y of the Y axis that is the second axis is an abnormal value ( S430). Further, the failure diagnosis apparatus 300 may determine the offset of the Y axis after transmitting that the X axis offset V os_x is abnormal.

相関信号算出部330は、Y軸のオフセットの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号との相関信号を算出する。故障診断装置300は、当該故障モードを、回転角センサ100が第2の軸方向のオフセット成分を含む第2モードとする。回転角センサ100が、このような第2モードの故障となった場合、第1モードの故障と同様に、(数8)式のホール起電力信号(V,V)は、次式のように取り扱うことができる。
(数18)
(θ)=Aavg・cos(θ)
(θ)=Aavg・sin(θ)+Vos_y
The correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal between a predetermined periodic function corresponding to the failure mode of the Y-axis offset and the amplitude signal. The failure diagnosis apparatus 300 sets the failure mode as a second mode in which the rotation angle sensor 100 includes a second axial offset component. When the rotation angle sensor 100 has such a failure in the second mode, the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) in Equation (8) is expressed by the following equation as in the failure in the first mode: Can be handled as follows.
(Equation 18)
V X (θ) = A avg · cos (θ)
V Y (θ) = A avg · sin (θ) + V os_y

したがって、(数14)式の振幅信号A(θ)は、次式のように算出される。ここで、Cは、定数を示す。
(数19)
A(θ)={V(θ)+V(θ)1/2
={Aavg +Vos_y +2・Aavg・Vos_y・sin(θ)}1/2
≒C+Vos_y・sin(θ)
Therefore, the amplitude signal A (θ) in the equation (14) is calculated as the following equation. Here, CY represents a constant.
(Equation 19)
A (θ) = {V X (θ) 2 + V Y (θ) 2 } 1/2
= {A avg 2 + V os — y 2 + 2 · A avg · V osy · sin (θ)} 1/2
≒ C Y + V os_y · sin (θ)

このように、振幅信号A(θ)は、回転角θに応じて正弦関数のように変動する成分を有するので、正弦関数sin(θ)との相関を取ることにより、Y軸のオフセットVos_yに応じた信号を検出することができる。即ち、相関信号算出部330は、故障モードが第2モードの場合に、周期関数を1倍角の正弦として、被測定信号との相関信号を算出する。 As described above, the amplitude signal A (θ) has a component that varies like a sine function in accordance with the rotation angle θ. Therefore, by taking a correlation with the sine function sin (θ), the offset V os_y of the Y axis is obtained. It is possible to detect a signal corresponding to. That is, when the failure mode is the second mode, the correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal with the signal under measurement using the periodic function as a sine of 1 × square.

より具体的には、相関信号は、次式で示される。

Figure 2017181026
More specifically, the correlation signal is expressed by the following equation.
Figure 2017181026

。このような相関信号の計算は、図6に示す回路において、45°おきの角度に対応した係数(即ち、記憶部320から受け取る周期関数)をcos(θ)からsin(θ)に変えることによって実行することが出来る。相関信号算出部330は、相関信号を算出し、算出結果を故障判定部340に供給する。そして、故障判定部340は、相関信号の大きさと、予め定められた閾値とを比較することで、角度非線形性誤差の大きさが異常か否かを判定することができる(即ち、回転角センサ100の故障を判定することができる)。   . In the circuit shown in FIG. 6, the correlation signal is calculated by changing the coefficient corresponding to the angle every 45 ° (that is, the periodic function received from the storage unit 320) from cos (θ) to sin (θ). Can be executed. The correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal and supplies the calculation result to the failure determination unit 340. Then, the failure determination unit 340 can determine whether or not the magnitude of the angle nonlinearity error is abnormal by comparing the magnitude of the correlation signal with a predetermined threshold (that is, the rotation angle sensor). 100 faults can be determined).

故障判定部340の判定結果が回転角センサ100の故障(S430:Yes)の場合、故障判定部340は、Y軸のオフセットVos_yが異常であることを通知する故障信号を外部に送信する(S440)。故障判定部340の判定結果が正常である場合(S430:No)、故障診断装置300は、第1ホール素子対110および第2ホール素子対120の磁気感度のミスマッチを示す振幅値の差分(A−A)が異常な値となっているか否かを判定する(S450)。また、故障診断装置300は、Y軸のオフセットVos_yが異常であることを送信した後、磁気感度のミスマッチを判定してもよい。 When the determination result of the failure determination unit 340 is a failure of the rotation angle sensor 100 (S430: Yes), the failure determination unit 340 transmits a failure signal that notifies the outside that the Y-axis offset V os_y is abnormal ( S440). When the determination result of the failure determination unit 340 is normal (S430: No), the failure diagnosis apparatus 300 determines a difference in amplitude values (A) indicating a magnetic sensitivity mismatch between the first Hall element pair 110 and the second Hall element pair 120. It is determined whether or not x− A y ) is an abnormal value (S450). Moreover, the failure diagnosis apparatus 300 may determine a magnetic sensitivity mismatch after transmitting that the Y-axis offset V os_y is abnormal.

相関信号算出部330は、磁気感度のミスマッチの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号との相関信号を算出する。故障診断装置300は、当該故障モードを、回転角センサが第1の軸に対応する信号および第2の軸に対応する信号の間の磁気感度ミスマッチを含む第3モードとする。回転角センサ100が、このような第3モードの故障となった場合、(数8)式のホール起電力信号(V,V)は、次式のように取り扱うことができる。
(数21)
(θ)={Aavg+(A−A)/2}・cos(θ)
(θ)={Aavg+(A+A)/2}・sin(θ)
The correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal between a predetermined periodic function corresponding to the magnetic sensitivity mismatch failure mode and the amplitude signal. The failure diagnosis apparatus 300 sets the failure mode as a third mode including a magnetic sensitivity mismatch between a signal corresponding to the first axis and a signal corresponding to the second axis of the rotation angle sensor. When the rotation angle sensor 100 becomes such a failure in the third mode, the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) of the equation (8) can be handled as the following equation.
(Equation 21)
V X (θ) = {A avg + (A x −A y ) / 2} · cos (θ)
V Y (θ) = {A avg + (A x + A y ) / 2} · sin (θ)

したがって、(数14)式の振幅信号A(θ)は、次式のように算出される。
(数22)
A(θ)={V(θ)+V(θ)1/2
≒Aavg+{(A−A)/2}・cos(2θ)
Therefore, the amplitude signal A (θ) in the equation (14) is calculated as the following equation.
(Equation 22)
A (θ) = {V X (θ) 2 + V Y (θ) 2 } 1/2
≒ A avg + {(A x -A y ) / 2} · cos (2θ)

このように、振幅信号A(θ)は、回転角θに応じて2倍角の余弦関数のように変動する成分を有するので、2倍角の余弦関数cos(2θ)との相関を取ることにより、磁気感度のミスマッチ(A−A)に応じた信号を検出することができる。即ち、相関信号算出部330は、故障モードが第3モードの場合に、周期関数を2倍角の余弦として、被測定信号との相関信号を算出する。 As described above, the amplitude signal A (θ) has a component that varies like a double angle cosine function in accordance with the rotation angle θ. Therefore, by taking a correlation with the double angle cosine function cos (2θ), A signal corresponding to the magnetic sensitivity mismatch (A x -A y ) can be detected. In other words, when the failure mode is the third mode, the correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal with the signal under measurement using the period function as a double cosine.

より具体的には、相関信号は、次式で示される。

Figure 2017181026
More specifically, the correlation signal is expressed by the following equation.
Figure 2017181026

このような相関信号の計算は、図6に示す回路において、45°おきの角度に対応した係数をcos(θ)からcos(2θ)に変えることによって実行することが出来る。ここで、この場合における角度非線形性誤差について、図10から図12を用いて説明する。   Such correlation signal calculation can be executed by changing the coefficient corresponding to the angle of every 45 ° from cos (θ) to cos (2θ) in the circuit shown in FIG. Here, the angle nonlinearity error in this case will be described with reference to FIGS.

図10は、ホール起電力信号(V,V)の一例を示す。図10は、図7と同様に、横軸がX軸方向のホール起電力信号Vを示し、縦軸がY軸方向のホール起電力信号Vを示す。点線で示す信号は、理想的なホール起電力信号であり、XY平面において略円形の形状を有する信号となる。実線で示す信号は、磁気感度のミスマッチを有するホール起電力信号であり、(A−A)/Aが0.1となる例を示す。図10に示した例におけるホール起電力信号(V,V)の振幅を次に説明する。 FIG. 10 shows an example of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ). Figure 10 is similar to FIG. 7, the horizontal axis represents the Hall electromotive force signal V X of the X-axis direction, the vertical axis represents the Hall electromotive force signal V Y of the Y-axis direction. A signal indicated by a dotted line is an ideal Hall electromotive force signal, and has a substantially circular shape on the XY plane. A signal indicated by a solid line is a Hall electromotive force signal having a magnetic sensitivity mismatch, and shows an example in which (A x −A y ) / A y is 0.1. Next, the amplitude of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) in the example shown in FIG. 10 will be described.

図11は、ホール起電力信号(V,V)の振幅の一例を示す。回転磁石が360°回転することに応じて、回転角センサ100は、360°周期のホール起電力信号(V,V)を出力する。図11は、図8と同様に、横軸を回転磁石の角度位置θ、縦軸を振幅として、ホール起電力信号(V,V)を示す。 FIG. 11 shows an example of the amplitude of the Hall electromotive force signal (V X , V Y ). In response to the rotation of the rotating magnet by 360 °, the rotation angle sensor 100 outputs a Hall electromotive force signal (V X , V Y ) having a period of 360 °. FIG. 11 shows the Hall electromotive force signals (V X , V Y ) with the horizontal axis representing the angular position θ of the rotating magnet and the vertical axis representing the amplitude, as in FIG.

理想的なホール起電力信号の場合、振幅Aは一定となる。しかしながら、点線で示すホール起電力信号Vの振幅が、ホール起電力信号Vの振幅よりも10%程度大きい場合、振幅Aは一点鎖線で示すようにθに応じて変動する。図11の例に示すように、当該変動は、振幅値の異なる正弦波信号および余弦波信号の和によって生じるので、周期180°の余弦信号と同期した変動となり、2倍角の余弦信号との相関が強くなる。 In the case of an ideal Hall electromotive force signal, the amplitude A is constant. However, the amplitude of the Hall electromotive force signal V X indicated by a dotted line, when about 10% greater than the amplitude of the Hall electromotive force signal V Y, amplitude A varies depending on θ as indicated by one-dot chain lines. As shown in the example of FIG. 11, the fluctuation is caused by the sum of a sine wave signal and a cosine wave signal having different amplitude values, so that the fluctuation is synchronized with the cosine signal having a period of 180 ° and is correlated with the double angle cosine signal. Becomes stronger.

図12は、図10および図11に示すホール起電力信号(V,V)の角度非線形性誤差の一例を示す。図12は、図9と同様に、横軸は回転磁石の角度位置θ、縦軸は角度非線形性誤差(φ−θ)を示す。例えば、角度位置θが0°の場合、ホール起電力信号(V=1.1A,V=0)に応じて算出される角度信号φ(0°)も0°となり、角度非線形性誤差は0°となる。同様に、角度位置θが90°、180°、270°の場合、ホール起電力信号に応じて算出される角度信号φ(θ)も0°となり、角度非線形性誤差は0°となる。 FIG. 12 shows an example of the angular nonlinearity error of the Hall electromotive force signals (V X , V Y ) shown in FIGS. In FIG. 12, as in FIG. 9, the horizontal axis indicates the angular position θ of the rotating magnet, and the vertical axis indicates the angle nonlinearity error (φ−θ). For example, when the angular position θ is 0 °, the angle signal φ (0 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = 1.1A, V Y = 0) is also 0 °, and the angle nonlinearity error Becomes 0 °. Similarly, when the angular position θ is 90 °, 180 °, or 270 °, the angle signal φ (θ) calculated according to the Hall electromotive force signal is also 0 °, and the angle nonlinearity error is 0 °.

また、角度位置θが45°の場合、ホール起電力信号(V=1.1・2−1/2,V=2−1/2)に応じて算出される角度信号φ(45°)は45°より小さくなり、角度非線形性誤差は0°より小さい値となる。また、角度位置θが135°の場合、ホール起電力信号(V=−1.1・2−1/2,V=2−1/2)に応じて算出される角度信号φ(135°)は135°より大きくなり、角度非線形性誤差は0°より大きい値となる。このように、角度非線形性誤差は、角度位置θに対して−sin(2θ)を示すように変動する。図12に示す角度非線形性誤差の変動、および図11に示す振幅Aの変動は、ホール起電力信号の磁気感度のミスマッチ(A−A)に起因するものであるから、振幅Aの変動を相関信号より検出することは、角度非線形性誤差のうちの磁気感度のミスマッチ(A−A)成分を検出することに相当する。 When the angular position θ is 45 °, the angle signal φ (45 °) calculated according to the Hall electromotive force signal (V X = 1.1 · 2 −1/2 , V Y = 2 −1/2 ). ) Is smaller than 45 °, and the angle nonlinearity error is smaller than 0 °. When the angular position θ is 135 °, the angle signal φ (135 calculated based on the Hall electromotive force signal (V X = −1.1 · 2 −1/2 , V Y = 2 −1/2 ). °) is greater than 135 °, and the angle nonlinearity error is greater than 0 °. Thus, the angle nonlinearity error fluctuates so as to indicate −sin (2θ) with respect to the angle position θ. The fluctuation of the angle nonlinearity error shown in FIG. 12 and the fluctuation of the amplitude A shown in FIG. 11 are caused by the magnetic sensitivity mismatch (A x −A y ) of the Hall electromotive force signal. Is detected from the correlation signal is equivalent to detecting a magnetic sensitivity mismatch (A x -A y ) component in the angular nonlinearity error.

そこで、相関信号算出部330は、相関信号を算出し、算出結果を故障判定部340に供給する。そして、故障判定部340は、相関信号の大きさと、予め定められた閾値とを比較することで、角度非線形性誤差の大きさが異常か否かを判定することができる(即ち、回転角センサ100の故障を判定することができる)。   Therefore, the correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal and supplies the calculation result to the failure determination unit 340. Then, the failure determination unit 340 can determine whether or not the magnitude of the angle nonlinearity error is abnormal by comparing the magnitude of the correlation signal with a predetermined threshold (that is, the rotation angle sensor). 100 faults can be determined).

故障判定部340の判定結果が回転角センサ100の故障(S450:Yes)の場合、故障判定部340は、磁気感度のミスマッチ(A−A)が異常であることを通知する故障信号を外部に送信する(S460)。故障判定部340の判定結果が正常である場合(S450:No)、故障診断装置300は、ホール起電力信号(V,V)間の非直交性誤差αが異常な値となっているか否かを判定する(S470)。また、故障診断装置300は、磁気感度のミスマッチが異常であることを送信した後、非直交性誤差αを判定してもよい。 If the determination result of the failure determination unit 340 is a failure of the rotation angle sensor 100 (S450: Yes), the failure determination unit 340 generates a failure signal that notifies that the magnetic sensitivity mismatch (A x −A y ) is abnormal. It transmits to the outside (S460). When the determination result of the failure determination unit 340 is normal (S450: No), the failure diagnosis apparatus 300 determines that the non-orthogonal error α between the Hall electromotive force signals (V X , V Y ) is an abnormal value. It is determined whether or not (S470). Moreover, the failure diagnosis apparatus 300 may determine the non-orthogonality error α after transmitting that the magnetic sensitivity mismatch is abnormal.

相関信号算出部330は、非直交性誤差の故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号との相関信号を算出する。故障診断装置300は、当該故障モードを、回転角センサ100が第1の軸に対応する信号および第2の軸に対応する信号の間の非直交性誤差を含む第4モードとする。回転角センサ100が、このような第4モードの故障となった場合、(数8)式のホール起電力信号(V,V)は、次式のように取り扱うことができる。
(数24)
(θ)=Aavg・cos(θ)
(θ)=Aavg・sin(θ+α)
The correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal between a predetermined periodic function corresponding to the failure mode of the non-orthogonal error and the amplitude signal. The failure diagnosis apparatus 300 sets the failure mode as a fourth mode including a non-orthogonal error between the signal corresponding to the first axis and the signal corresponding to the second axis by the rotation angle sensor 100. When the rotation angle sensor 100 becomes such a failure in the fourth mode, the Hall electromotive force signal (V X , V Y ) of the equation (8) can be handled as the following equation.
(Equation 24)
V X (θ) = A avg · cos (θ)
V Y (θ) = A avg · sin (θ + α)

したがって、(数14)式の振幅信号A(θ)は、次式のように算出される。
(数25)
A(θ)={V(θ)+V(θ)1/2
=Aavg・{cos(θ)+sin(θ+α)}1/2
≒Aavg・[1+α・{sin(2θ)}/2]
Therefore, the amplitude signal A (θ) in the equation (14) is calculated as the following equation.
(Equation 25)
A (θ) = {V X (θ) 2 + V Y (θ) 2 } 1/2
= A avg · {cos 2 (θ) + sin 2 (θ + α)} 1/2
≈ A avg · [1 + α · {sin (2θ)} / 2]

このように、振幅信号A(θ)は、回転角θに応じて2倍角の正弦関数のように変動する成分を有するので、2倍角の正弦関数sin(2θ)との相関を取ることにより、非直交性誤差αに応じた信号を検出することができる。即ち、相関信号算出部330は、故障モードが第4モードの場合に、周期関数を2倍角の正弦として、被測定信号との相関信号を算出する。   Thus, since the amplitude signal A (θ) has a component that varies like a double angle sine function in accordance with the rotation angle θ, by taking a correlation with the double angle sine function sin (2θ), A signal corresponding to the non-orthogonal error α can be detected. That is, when the failure mode is the fourth mode, the correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal with the signal under measurement with the periodic function as a double angle sine.

より具体的には、相関信号は、次式で示される。

Figure 2017181026
More specifically, the correlation signal is expressed by the following equation.
Figure 2017181026

このような相関信号の計算は、図6に示す回路において、45°おきの角度に対応した係数をcos(θ)からsin(2θ)に変えることによって実行することが出来る。相関信号算出部330は、相関信号を算出し、算出結果を故障判定部340に供給する。そして、故障判定部340は、相関信号の大きさと、予め定められた閾値とを比較することで、角度非線形性誤差の大きさが異常か否かを判定することができる(即ち、回転角センサ100の故障を判定することができる)。   Such correlation signal calculation can be executed by changing the coefficient corresponding to the angle of every 45 ° from cos (θ) to sin (2θ) in the circuit shown in FIG. The correlation signal calculation unit 330 calculates a correlation signal and supplies the calculation result to the failure determination unit 340. Then, the failure determination unit 340 can determine whether or not the magnitude of the angle nonlinearity error is abnormal by comparing the magnitude of the correlation signal with a predetermined threshold (that is, the rotation angle sensor). 100 faults can be determined).

故障判定部340の判定結果が回転角センサ100の故障(S470:Yes)の場合、故障判定部340は、非直交性誤差αが異常であることを通知する故障信号を外部に送信する(S480)。故障判定部340の判定結果が正常である場合(S470:No)、または、故障判定部340が非直交性誤差αが異常であることを送信した後、故障診断装置300は、角度非線形性誤差の判定を終了するか否かを判断する(S490)。   When the determination result of the failure determination unit 340 is a failure of the rotation angle sensor 100 (S470: Yes), the failure determination unit 340 transmits a failure signal notifying that the non-orthogonal error α is abnormal (S480). ). When the determination result of the failure determination unit 340 is normal (S470: No), or after the failure determination unit 340 transmits that the non-orthogonal error α is abnormal, the failure diagnosis apparatus 300 determines that the angle nonlinearity error It is determined whether or not to end the determination (S490).

故障診断装置300は、角度非線形性誤差の判定を続行する場合(S490:No)、振幅信号の取得の段階(S400)に戻り、角度非線形性誤差の判定を続ける。故障診断装置300は、ユーザ等の入力により、角度非線形性誤差の判定を終了する場合(S490:Yes)は、角度非線形性誤差の判定を停止する。   When diagnosing the angle nonlinearity error continues (S490: No), the failure diagnosis apparatus 300 returns to the amplitude signal acquisition stage (S400) and continues the determination of the angle nonlinearity error. The failure diagnosis apparatus 300 stops the determination of the angle non-linearity error when the determination of the angle non-linearity error is terminated by an input from the user or the like (S490: Yes).

以上のように、本実施形態の故障診断装置300は、X軸のオフセット、Y軸のオフセット、磁気検出感度のミスマッチ、および非直交性誤差に起因する角度非線形性誤差を検出し、動作中の回転角センサ100の故障を有無を診断することができる。したがって、故障診断装置300は、回転角センサ100がシステム等に搭載された状態においても、故障の有無を診断することができ、故障が発生した場合に直ちにシステム等に通知してシステムへの影響を低減させることができる。   As described above, the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment detects an angle nonlinearity error caused by an X-axis offset, a Y-axis offset, a magnetic detection sensitivity mismatch, and a non-orthogonality error, and is in operation. The presence or absence of a failure of the rotation angle sensor 100 can be diagnosed. Therefore, even when the rotation angle sensor 100 is mounted on the system or the like, the failure diagnosis apparatus 300 can diagnose the presence or absence of the failure, and immediately notifies the system or the like when a failure occurs and affects the system. Can be reduced.

以上の本実施形態の故障診断装置300は、相関信号算出部330が、振幅信号A(φ)の1乗信号(即ち、振幅信号そのもの)を被測定信号とする例を説明した。これに代えて、相関信号算出部330は、振幅信号A(φ)の2乗信号を被測定信号としてもよい。   In the failure diagnosis apparatus 300 of the present embodiment described above, the example in which the correlation signal calculation unit 330 uses the first signal of the amplitude signal A (φ) (that is, the amplitude signal itself) as the signal to be measured has been described. Instead, the correlation signal calculation unit 330 may use a square signal of the amplitude signal A (φ) as the signal under measurement.

この場合、(数16)式で示された被測定信号は、次式のように算出される。
(数27)
(θ)=V(θ)+V(θ)
=Aavg +Vos_x +2・Aavg・Vos_x・cos(θ)
In this case, the signal under measurement shown by the equation (16) is calculated as the following equation.
(Equation 27)
A 2 (θ) = V X (θ) 2 + V Y (θ) 2
= A avg 2 + V os_x 2 + 2 · A avg · V os_x · cos (θ)

被測定信号A(θ)は、回転角θに応じて余弦関数のように変動する成分を有するので、余弦関数cos(θ)との相関を取ることにより、X軸のオフセットVos_xに応じた信号を検出することができる。具体的な相関信号は、次式で示される。

Figure 2017181026
Since the signal under measurement A 2 (θ) has a component that varies like a cosine function in accordance with the rotation angle θ, by taking a correlation with the cosine function cos (θ), it corresponds to the X-axis offset V os_x . Signal can be detected. A specific correlation signal is expressed by the following equation.
Figure 2017181026

同様に、(数19)式で示された被測定信号は、次式のように算出される。
(数29)
(θ)=V(θ)+V(θ)
=Aavg +Vos_y +2・Aavg・Vos_y・sin(θ)
Similarly, the signal under measurement shown by the equation (19) is calculated as the following equation.
(Equation 29)
A 2 (θ) = V X (θ) 2 + V Y (θ) 2
= A avg 2 + V os_y 2 + 2 · A avg · V os_y · sin (θ)

被測定信号A(θ)は、回転角θに応じて正弦関数のように変動する成分を有するので、正弦関数sin(θ)との相関を取ることにより、Y軸のオフセットVos_yに応じた信号を検出することができる。具体的な相関信号は、次式で示される。

Figure 2017181026
Since the signal under measurement A 2 (θ) has a component that varies like a sine function in accordance with the rotation angle θ, by taking a correlation with the sine function sin (θ), the signal under measurement A 2 (θ) corresponds to the offset V os_y of the Y axis. Signal can be detected. A specific correlation signal is expressed by the following equation.
Figure 2017181026

以上の第1モードおよび第2モードの故障モードと同様に、第3モードおよび第4モードも、被測定信号A(θ)を被測定信号としてよい。この場合、故障モードに対応する周期関数は、被測定信号をA(θ)とした場合の周期関数としてよい。この場合、(数23)式に示された第3モードの相関信号は(数31)式のように、(数26)式に示された第4モードの相関信号は(数32)式のように示される。

Figure 2017181026
Figure 2017181026
Similar to the failure modes of the first mode and the second mode described above, in the third mode and the fourth mode, the signal under measurement A 2 (θ) may be the signal under measurement. In this case, the periodic function corresponding to the failure mode may be a periodic function when the signal under measurement is A (θ). In this case, the correlation signal of the third mode shown in (Expression 23) is expressed by (Expression 31), and the correlation signal of the fourth mode shown in (Expression 26) is expressed by (Expression 32). As shown.
Figure 2017181026
Figure 2017181026

以上のように、相関信号算出部330は、各モード毎に、被測定信号および故障モードに対応する周期関数を算出することができる。したがって、相関信号算出部330は、振幅信号A(φ)のN乗信号を被測定信号として算出することもできる。   As described above, the correlation signal calculation unit 330 can calculate the periodic function corresponding to the signal under measurement and the failure mode for each mode. Therefore, the correlation signal calculator 330 can also calculate the Nth power signal of the amplitude signal A (φ) as the signal under measurement.

また、本実施形態の故障診断装置300は、第1モードから第4モードの故障モードを有する例を説明した。これに代えて、故障診断装置300は、第1モードから第4モードの故障モードのうちの少なくとも1つのモードを有し、少なくとも1つのモードの故障を診断してもよい。   In addition, the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment has been described as having the failure modes from the first mode to the fourth mode. Instead, the failure diagnosis apparatus 300 may have at least one of the failure modes from the first mode to the fourth mode, and diagnose a failure in at least one mode.

また、本実施形態の故障診断装置300は、角度検出回路200を介して回転角センサ100と接続される例を説明した。これに代えて、故障診断装置300は、回転角センサ100に設けられてもよい。この場合、故障診断装置300は、角度検出回路200と共に回転角センサ100に設けられることが望ましい。即ち、回転角センサ100は、故障診断装置300を備え、第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号、振幅信号、および回転角センサ100の故障信号を出力する。   In addition, the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment has been described as being connected to the rotation angle sensor 100 via the angle detection circuit 200. Instead of this, the failure diagnosis apparatus 300 may be provided in the rotation angle sensor 100. In this case, it is desirable that the failure diagnosis apparatus 300 is provided in the rotation angle sensor 100 together with the angle detection circuit 200. That is, the rotation angle sensor 100 includes the failure diagnosis apparatus 300, and according to the detection results of the magnetic field of the first axis and the magnetic field of the second axis, the angle signal of the rotating body, the amplitude signal, and the rotation angle sensor 100 Output a fault signal.

また、本実施形態の故障診断装置300は、図3に示す角度検出回路200に接続され、角度信号φおよび振幅信号A(φ)を取得する例を説明した。故障診断装置300は、角度信号φおよび振幅信号A(φ)を取得できれば、故障を診断することができるので、角度検出回路200は図3の例に限定されない。例えば、角度検出回路200は、三角関数計算モデルに基づく計算回路等であってよい。   Further, the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment is connected to the angle detection circuit 200 shown in FIG. Since failure diagnosis apparatus 300 can diagnose a failure if angle signal φ and amplitude signal A (φ) can be acquired, angle detection circuit 200 is not limited to the example of FIG. For example, the angle detection circuit 200 may be a calculation circuit based on a trigonometric function calculation model.

図13は、本実施形態に係る故障診断装置300の変形例を示す。本変形例の故障診断装置300は、角度算出回路500から角度信号φおよび振幅信号A(φ)を取得する。角度算出回路500は、増幅部510、増幅部512、AD変換部520、AD変換部522、およびCORDIC回路部530を備える。増幅部510、増幅部512、AD変換部520、およびAD変換部522は、図3で説明した増幅部210、増幅部212、AD変換部220、およびAD変換部222と略同一の動作を実行するので、ここでは説明を省略する。   FIG. 13 shows a modification of the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment. The failure diagnosis apparatus 300 of the present modification obtains the angle signal φ and the amplitude signal A (φ) from the angle calculation circuit 500. The angle calculation circuit 500 includes an amplification unit 510, an amplification unit 512, an AD conversion unit 520, an AD conversion unit 522, and a CORDIC circuit unit 530. The amplification unit 510, amplification unit 512, AD conversion unit 520, and AD conversion unit 522 perform substantially the same operations as the amplification unit 210, amplification unit 212, AD conversion unit 220, and AD conversion unit 222 described in FIG. Therefore, the description is omitted here.

CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computing)回路部530は、三角関数、乗算、および除算等の各種演算を実行するアルゴリズムに基づき、入力信号であるホール起電力信号から角度信号φおよび振幅信号A(φ)を算出する。CORDIC回路部530は、CORDICアルゴリズムが搭載されたFPGA(Field−Programable Gate Array)、およびASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の集積回路でよい。   A CORDIC (Coordinating Rotation Digital Computing) circuit unit 530 generates an angle signal φ and an amplitude signal A (φ) from a Hall electromotive force signal, which is an input signal, based on an algorithm that performs various operations such as trigonometric functions, multiplication, and division. calculate. The CORDIC circuit unit 530 may be an integrated circuit such as a field-programmable gate array (FPGA) on which the CORDIC algorithm is mounted, and an application specific integrated circuit (ASIC).

CORDIC回路部530は、予め定められたCORDICアルゴリズムを実行して、角度信号φおよび振幅信号A(φ)を算出する。ここで、CORDIC回路部530は、図3に示す角度検出回路200が出力する振幅信号と比較して、1.6倍程度大きい振幅信号を出力することが知られている。   The CORDIC circuit unit 530 executes a predetermined CORDIC algorithm to calculate the angle signal φ and the amplitude signal A (φ). Here, it is known that the CORDIC circuit unit 530 outputs an amplitude signal that is about 1.6 times larger than the amplitude signal output by the angle detection circuit 200 shown in FIG.

しかしながら、本実施形態の相関信号算出部330は、当該振幅信号に基づく被測定信号と、故障モードに対応する予め定められた周期関数との相関を算出するので、振幅信号が(1.6倍程度の)定数倍になっても、ほとんど影響のない相関信号を算出する。したがって、本変形例の故障診断装置300は、図4から図12で説明した故障診断装置300と略同一の動作で、回転角センサ100の故障を診断することができる。   However, since the correlation signal calculation unit 330 according to the present embodiment calculates the correlation between the signal under measurement based on the amplitude signal and a predetermined periodic function corresponding to the failure mode, the amplitude signal is (1.6 times). Correlation signals that have almost no effect even if they become a constant multiple (about) are calculated. Therefore, the failure diagnosis apparatus 300 according to this modification can diagnose a failure of the rotation angle sensor 100 with substantially the same operation as the failure diagnosis apparatus 300 described with reference to FIGS.

以上の本実施形態の故障診断装置300は、回転角センサ100とは別個独立の装置であってよく、これに代えて、回転角センサ100の一部であってもよいことは説明した。これに代えて、故障診断装置300は、回転角センサ100が搭載されるシステム等の一部であってもよい。また、故障診断装置300は、システム等を制御する制御回路の一部であってもよい。   It has been described that the failure diagnosis apparatus 300 of the present embodiment described above may be a device independent of the rotation angle sensor 100 and may be a part of the rotation angle sensor 100 instead. Instead of this, the failure diagnosis apparatus 300 may be a part of a system or the like in which the rotation angle sensor 100 is mounted. Moreover, the failure diagnosis apparatus 300 may be a part of a control circuit that controls the system or the like.

図14は、本実施形態に係るシステムの一例を示す。当該システムは、回転磁石等の回転体を安定に制御しつつ、回転体の動作に応じて、他の装置等を制御する。当該システムは、例えば、乗用車の電動パワーステアリングに用いられるモーター制御システム、および乗用車のステアリングの回転角度を検出する操舵角センシングシステム等である。当該システムは、センサーIC140と、制御部600と、システム部610とを備える。   FIG. 14 shows an example of a system according to the present embodiment. The system controls other devices and the like according to the operation of the rotating body while stably controlling the rotating body such as a rotating magnet. The system is, for example, a motor control system used for electric power steering of a passenger car, a steering angle sensing system that detects the rotation angle of the steering of the passenger car, and the like. The system includes a sensor IC 140, a control unit 600, and a system unit 610.

センサーIC140は、回転角センサ100を含む。また、センサーIC140は、角度検出回路200または角度算出回路500を更に含んでよい。センサーIC140は、モーターのローター、ステアリング、および車輪等の回転体の角度信号φおよび振幅信号A(φ)を制御部600に供給する。   The sensor IC 140 includes the rotation angle sensor 100. The sensor IC 140 may further include an angle detection circuit 200 or an angle calculation circuit 500. The sensor IC 140 supplies the control unit 600 with an angle signal φ and an amplitude signal A (φ) of a rotor such as a motor rotor, steering wheel, and wheels.

制御部600は、センサーIC140に接続され、角度信号φおよび振幅信号A(φ)に応じて回転機構を含む回転系システムを制御する。制御部600は、マイクロコンピュータおよびマイクロプロセッサ等の集積回路でよく、入力されたプログラムを実行する機能を有する。制御部600は、当該プログラムの一部として、振幅信号A(φ)に基づく被測定信号を算出し、当該被測定信号と予め定められた周期関数との相関信号を算出し、相関信号に基づいて回転角センサ100の故障を判定するプログラムを有する。   The control unit 600 is connected to the sensor IC 140 and controls a rotating system including a rotating mechanism in accordance with the angle signal φ and the amplitude signal A (φ). The control unit 600 may be an integrated circuit such as a microcomputer and a microprocessor, and has a function of executing an input program. As part of the program, the controller 600 calculates a signal under measurement based on the amplitude signal A (φ), calculates a correlation signal between the signal under measurement and a predetermined periodic function, and based on the correlation signal And a program for judging a failure of the rotation angle sensor 100.

即ち、制御部600は、回転系システムを制御しつつ、回転角センサ100の故障を判定する。制御部600は、判定結果が故障である場合に、故障情報をシステム部610に供給する。システム部610は、制御部600に接続され、故障情報を受け取ったことに応じて、システムの停止、中断、およびアラームの発生等を制御する。これによって、本実施形態のシステムは、回転角センサ100に故障が生じても、システム動作に重大な影響を及ぼす前に、速やかにシステムを停止または中断することができる。   That is, the control unit 600 determines a failure of the rotation angle sensor 100 while controlling the rotation system. The control unit 600 supplies failure information to the system unit 610 when the determination result is failure. The system unit 610 is connected to the control unit 600 and controls system stop, interruption, alarm generation, and the like in response to receiving failure information. As a result, even if a failure occurs in the rotation angle sensor 100, the system according to the present embodiment can quickly stop or interrupt the system before seriously affecting the system operation.

以上の本実施形態の故障診断装置300は、回転角センサ100が第1ホール素子対110および第2ホール素子対120を備える例を説明した。ここで、故障診断装置300は、第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの故障を診断するので、磁場の検出素子はホール素子に限定されない。例えば、回転角センサ100は、第1の軸の磁場と第2の軸の磁場を検出する複数のGMR(Giant Magneto−Resistance)素子および/またはTMR(Tunnel Magneto−Resistance)素子等を備えてもよい。   In the failure diagnosis apparatus 300 of the present embodiment described above, the example in which the rotation angle sensor 100 includes the first Hall element pair 110 and the second Hall element pair 120 has been described. Here, the failure diagnosis apparatus 300 diagnoses the failure of the rotation angle sensor that outputs the angle signal and the amplitude signal of the rotating body according to the detection result of the magnetic field of the first axis and the magnetic field of the second axis. The magnetic field detection element is not limited to a Hall element. For example, the rotation angle sensor 100 may include a plurality of GMR (Giant Magneto-Resistance) elements and / or TMR (Tunnel Magneto-Resistance) elements that detect the magnetic field of the first axis and the magnetic field of the second axis. Good.

図15は、本実施形態に係る故障診断装置300として機能するコンピュータ1900のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ1900は、ホスト・コントローラ2082により相互に接続されるCPU2000、RAM2020、グラフィック・コントローラ2075、および表示装置2080を有するCPU周辺部と、入出力コントローラ2084によりホスト・コントローラ2082に接続される通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、およびDVDドライブ2060を有する入出力部と、入出力コントローラ2084に接続されるROM2010、フレキシブルディスク・ドライブ2050、および入出力チップ2070を有するレガシー入出力部と、を備える。   FIG. 15 shows an example of a hardware configuration of a computer 1900 that functions as the failure diagnosis apparatus 300 according to the present embodiment. A computer 1900 according to this embodiment is connected to a CPU peripheral unit having a CPU 2000, a RAM 2020, a graphic controller 2075, and a display device 2080 that are connected to each other by a host controller 2082, and to the host controller 2082 by an input / output controller 2084. An input / output unit having a communication interface 2030, a hard disk drive 2040, and a DVD drive 2060; a legacy input / output unit having a ROM 2010, a flexible disk drive 2050, and an input / output chip 2070 connected to the input / output controller 2084; Is provided.

ホスト・コントローラ2082は、RAM2020と、高い転送レートでRAM2020をアクセスするCPU2000およびグラフィック・コントローラ2075とを接続する。CPU2000は、ROM2010およびRAM2020に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等がRAM2020内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置2080上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。   The host controller 2082 connects the RAM 2020 to the CPU 2000 and the graphic controller 2075 that access the RAM 2020 at a high transfer rate. The CPU 2000 operates based on programs stored in the ROM 2010 and the RAM 2020 and controls each unit. The graphic controller 2075 acquires image data generated by the CPU 2000 or the like on a frame buffer provided in the RAM 2020 and displays it on the display device 2080. Instead of this, the graphic controller 2075 may include a frame buffer for storing image data generated by the CPU 2000 or the like.

入出力コントローラ2084は、ホスト・コントローラ2082と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、DVDドライブ2060を接続する。通信インターフェイス2030は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ2040は、コンピュータ1900内のCPU2000が使用するプログラムおよびデータを格納する。DVDドライブ2060は、DVD−ROM2095からプログラムまたはデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。   The input / output controller 2084 connects the host controller 2082 to the communication interface 2030, the hard disk drive 2040, and the DVD drive 2060, which are relatively high-speed input / output devices. The communication interface 2030 communicates with other devices via a network. The hard disk drive 2040 stores programs and data used by the CPU 2000 in the computer 1900. The DVD drive 2060 reads a program or data from the DVD-ROM 2095 and provides it to the hard disk drive 2040 via the RAM 2020.

また、入出力コントローラ2084には、ROM2010と、フレキシブルディスク・ドライブ2050、および入出力チップ2070の比較的低速な入出力装置とが接続される。ROM2010は、コンピュータ1900が起動時に実行するブート・プログラム、および/または、コンピュータ1900のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ2050は、フレキシブルディスク2090からプログラムまたはデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。入出力チップ2070は、フレキシブルディスク・ドライブ2050を入出力コントローラ2084へと接続すると共に、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ2084へと接続する。   The input / output controller 2084 is connected to the ROM 2010, the flexible disk drive 2050, and the relatively low-speed input / output device of the input / output chip 2070. The ROM 2010 stores a boot program that the computer 1900 executes at startup and / or a program that depends on the hardware of the computer 1900. The flexible disk drive 2050 reads a program or data from the flexible disk 2090 and provides it to the hard disk drive 2040 via the RAM 2020. The input / output chip 2070 connects the flexible disk drive 2050 to the input / output controller 2084 and inputs / outputs various input / output devices via, for example, a parallel port, a serial port, a keyboard port, a mouse port, and the like. Connect to controller 2084.

RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク2090、DVD−ROM2095、またはICカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、RAM2020を介してコンピュータ1900内のハードディスクドライブ2040にインストールされ、CPU2000において実行される。   A program provided to the hard disk drive 2040 via the RAM 2020 is stored in a recording medium such as the flexible disk 2090, the DVD-ROM 2095, or an IC card and provided by the user. The program is read from the recording medium, installed in the hard disk drive 2040 in the computer 1900 via the RAM 2020, and executed by the CPU 2000.

プログラムは、コンピュータ1900にインストールされ、コンピュータ1900を取得部310、記憶部320、相関信号算出部330、および故障判定部340として機能させる。   The program is installed in the computer 1900, and causes the computer 1900 to function as the acquisition unit 310, the storage unit 320, the correlation signal calculation unit 330, and the failure determination unit 340.

プログラムに記述された情報処理は、コンピュータ1900に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段である取得部310、記憶部320、相関信号算出部330、および故障判定部340として機能する。そして、この具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ1900の使用目的に応じた情報の演算または加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の故障診断装置300が構築される。   The information processing described in the program is read into the computer 1900, whereby the acquisition unit 310, the storage unit 320, and the correlation signal calculation unit 330 are specific means in which the software and the various hardware resources described above cooperate. And function as a failure determination unit 340. And by this specific means, the calculation or processing of information according to the purpose of use of the computer 1900 in the present embodiment is realized, so that a specific failure diagnosis apparatus 300 according to the purpose of use is constructed.

一例として、コンピュータ1900と外部の装置等との間で通信を行う場合には、CPU2000は、RAM2020上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェイス2030に対して通信処理を指示する。通信インターフェイス2030は、CPU2000の制御を受けて、RAM2020、ハードディスクドライブ2040、フレキシブルディスク2090、またはDVD−ROM2095等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェイス2030は、DMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、CPU2000が転送元の記憶装置または通信インターフェイス2030からデータを読み出し、転送先の通信インターフェイス2030または記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。   As an example, when communication is performed between the computer 1900 and an external device or the like, the CPU 2000 executes a communication program loaded on the RAM 2020 and executes a communication interface based on the processing content described in the communication program. A communication process is instructed to 2030. Under the control of the CPU 2000, the communication interface 2030 reads transmission data stored in a transmission buffer area or the like provided on a storage device such as the RAM 2020, the hard disk drive 2040, the flexible disk 2090, or the DVD-ROM 2095, and sends it to the network. The reception data transmitted or received from the network is written into a reception buffer area or the like provided on the storage device. As described above, the communication interface 2030 may transfer transmission / reception data to / from the storage device by the DMA (Direct Memory Access) method. Instead, the CPU 2000 transfers the storage device or the communication interface 2030 as the transfer source. The transmission / reception data may be transferred by reading the data from the data and writing the data to the communication interface 2030 or the storage device of the transfer destination.

また、CPU2000は、ハードディスクドライブ2040、DVDドライブ2060(DVD−ROM2095)、フレキシブルディスク・ドライブ2050(フレキシブルディスク2090)等の外部記憶装置に格納されたファイルまたはデータベース等の中から、全部または必要な部分をDMA転送等によりRAM2020へと読み込ませ、RAM2020上のデータに対して各種の処理を行う。そして、CPU2000は、処理を終えたデータを、DMA転送等により外部記憶装置へと書き戻す。このような処理において、RAM2020は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはRAM2020および外部記憶装置等をメモリ、記憶部、または記憶装置等と総称する。本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なお、CPU2000は、RAM2020の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはRAM2020の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもRAM2020、メモリ、および/または記憶装置に含まれるものとする。   In addition, the CPU 2000 includes all or necessary portions of files or databases stored in an external storage device such as the hard disk drive 2040, DVD drive 2060 (DVD-ROM 2095), and flexible disk drive 2050 (flexible disk 2090). Are read into the RAM 2020 by DMA transfer or the like, and various processes are performed on the data on the RAM 2020. Then, CPU 2000 writes the processed data back to the external storage device by DMA transfer or the like. In such processing, since the RAM 2020 can be regarded as temporarily holding the contents of the external storage device, in the present embodiment, the RAM 2020 and the external storage device are collectively referred to as a memory, a storage unit, or a storage device. Various types of information such as various programs, data, tables, and databases in the present embodiment are stored on such a storage device and are subjected to information processing. Note that the CPU 2000 can also store a part of the RAM 2020 in the cache memory and perform reading and writing on the cache memory. Even in such a form, the cache memory bears a part of the function of the RAM 2020. Therefore, in the present embodiment, the cache memory is also included in the RAM 2020, the memory, and / or the storage device unless otherwise indicated. To do.

また、CPU2000は、RAM2020から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索・置換等を含む各種の処理を行い、RAM2020へと書き戻す。例えば、CPU2000は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数または定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、等しい等の条件を満たすかどうかを判断し、条件が成立した場合(または不成立であった場合)に、異なる命令列へと分岐し、またはサブルーチンを呼び出す。   In addition, the CPU 2000 performs various operations, such as various operations, information processing, condition determination, information search / replacement, etc., described in the present embodiment, specified for the data read from the RAM 2020 by the instruction sequence of the program. Is written back to the RAM 2020. For example, when performing the condition determination, the CPU 2000 determines whether the various variables shown in the present embodiment satisfy the conditions such as large, small, above, below, equal, etc., compared to other variables or constants. When the condition is satisfied (or not satisfied), the program branches to a different instruction sequence or calls a subroutine.

また、CPU2000は、記憶装置内のファイルまたはデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第1属性の属性値に対し第2属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、CPU2000は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第1属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第2属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第1属性に対応付けられた第2属性の属性値を得ることができる。   Further, the CPU 2000 can search for information stored in a file or database in the storage device. For example, in the case where a plurality of entries in which the attribute value of the second attribute is associated with the attribute value of the first attribute are stored in the storage device, the CPU 2000 displays the plurality of entries stored in the storage device. The entry that matches the condition in which the attribute value of the first attribute is specified is retrieved, and the attribute value of the second attribute that is stored in the entry is read, thereby associating with the first attribute that satisfies the predetermined condition The attribute value of the specified second attribute can be obtained.

以上に示したプログラムまたはモジュールは、外部の記録媒体に格納されてもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク2090、DVD−ROM2095の他に、DVD、Blu−ray(登録商標)、またはCD等の光学記録媒体、MO等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ICカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはRAM等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをコンピュータ1900に提供してもよい。   The program or module shown above may be stored in an external recording medium. As a recording medium, in addition to the flexible disk 2090 and the DVD-ROM 2095, an optical recording medium such as a DVD, Blu-ray (registered trademark), or a CD, a magneto-optical recording medium such as an MO, a tape medium, a semiconductor such as an IC card, etc. A memory or the like can be used. Further, a storage device such as a hard disk or a RAM provided in a server system connected to a dedicated communication network or the Internet may be used as a recording medium, and the program may be provided to the computer 1900 via the network.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

10 基板、100 回転角センサ、110 第1ホール素子対、112 第1ホール素子、114 第2ホール素子、120 第2ホール素子対、122 第3ホール素子、124 第4ホール素子、130 磁気収束板、140 センサーIC、200 角度検出回路、210 増幅部、212 増幅部、220 AD変換部、222 AD変換部、230 乗算部、232 乗算部、240 積算部、242 積算部、244 積算部、250 位相補償部、260 記憶部、300 故障診断装置、310 取得部、320 記憶部、330 相関信号算出部、332 バッファメモリ、334 乗算部、336 加算部、340 故障判定部、500 角度算出回路、510 増幅部、512 増幅部、520 AD変換部、522 AD変換部、530 CORDIC回路部、600 制御部、610 システム部、1900 コンピュータ、2000 CPU、2010 ROM、2020 RAM、2030 通信インターフェイス、2040 ハードディスクドライブ、2050 フレキシブルディスク・ドライブ、2060 DVDドライブ、2070 入出力チップ、2075 グラフィック・コントローラ、2080 表示装置、2082 ホスト・コントローラ、2084 入出力コントローラ、2090 フレキシブルディスク、2095 DVD−ROM DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Board | substrate, 100 Rotation angle sensor, 110 1st Hall element pair, 112 1st Hall element, 114 2nd Hall element, 120 2nd Hall element pair, 122 3rd Hall element, 124 4th Hall element, 130 Magnetic convergence plate , 140 sensor IC, 200 angle detection circuit, 210 amplification unit, 212 amplification unit, 220 AD conversion unit, 222 AD conversion unit, 230 multiplication unit, 232 multiplication unit, 240 accumulation unit, 242 accumulation unit, 244 accumulation unit, 250 phase Compensation unit, 260 storage unit, 300 failure diagnosis device, 310 acquisition unit, 320 storage unit, 330 correlation signal calculation unit, 332 buffer memory, 334 multiplication unit, 336 addition unit, 340 failure determination unit, 500 angle calculation circuit, 510 amplification , 512 amplifier, 520 AD converter, 522 AD converter, 530 ORDIC circuit section, 600 control section, 610 system section, 1900 computer, 2000 CPU, 2010 ROM, 2020 RAM, 2030 communication interface, 2040 hard disk drive, 2050 flexible disk drive, 2060 DVD drive, 2070 input / output chip, 2075 graphics Controller, 2080 Display device, 2082 Host controller, 2084 I / O controller, 2090 Flexible disk, 2095 DVD-ROM

Claims (15)

第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの出力を取得する取得部と、
前記回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、前記振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出する相関信号算出部と、
前記相関信号に基づいて、前記回転角センサの故障を判定する故障判定部と、
を備える
故障診断装置。
An acquisition unit that acquires an output of a rotation angle sensor that outputs an angle signal and an amplitude signal of a rotating body according to detection results of a magnetic field of a first axis and a magnetic field of a second axis;
A correlation signal calculation unit for calculating a correlation signal between a predetermined periodic function corresponding to a failure mode of the rotation angle sensor and a signal under measurement based on the amplitude signal;
A failure determination unit for determining failure of the rotation angle sensor based on the correlation signal;
A failure diagnosis apparatus comprising:
前記故障判定部は、前記相関信号の絶対値が予め定められた閾値を超える場合に、前記回転角センサが故障していると判定する請求項1に記載の故障診断装置。   The failure diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the failure determination unit determines that the rotation angle sensor has failed when an absolute value of the correlation signal exceeds a predetermined threshold. 前記故障判定部は、前記相関信号の絶対値が前記閾値以下の場合に、前記回転角センサが故障していないと判定する請求項2に記載の故障診断装置。   The failure diagnosis apparatus according to claim 2, wherein the failure determination unit determines that the rotation angle sensor has not failed when the absolute value of the correlation signal is equal to or less than the threshold value. 前記故障モードは、
前記回転角センサが前記第1の軸方向に対応する信号のオフセット成分を含む第1モードと、
前記回転角センサが前記第2の軸方向のオフセット成分を含む第2モードと、
前記回転角センサが前記第1の軸に対応する信号および前記第2の軸に対応する信号の間の磁気感度ミスマッチを含む第3モードと、
前記回転角センサが前記第1の軸に対応する信号および前記第2の軸に対応する信号の間の非直交性誤差を含む第4モードと、
のうちの少なくとも1つのモードを有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の故障診断装置。
The failure mode is
A first mode in which the rotation angle sensor includes an offset component of a signal corresponding to the first axial direction;
A second mode in which the rotation angle sensor includes an offset component in the second axial direction;
A third mode in which the rotational angle sensor includes a magnetic sensitivity mismatch between a signal corresponding to the first axis and a signal corresponding to the second axis;
A fourth mode in which the rotation angle sensor includes a non-orthogonal error between a signal corresponding to the first axis and a signal corresponding to the second axis;
The fault diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the fault diagnosis apparatus has at least one mode.
前記相関信号算出部は、
前記故障モードが前記第1モードの場合に、前記周期関数を1倍角の余弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
前記故障モードが前記第2モードの場合に、前記周期関数を1倍角の正弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
前記故障モードが前記第3モードの場合に、前記周期関数を2倍角の余弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
前記故障モードが前記第4モードの場合に、前記周期関数を2倍角の正弦として、前記被測定信号との相関信号を算出する、請求項4に記載の故障診断装置。
The correlation signal calculation unit
When the failure mode is the first mode, a correlation signal with the signal under measurement is calculated using the periodic function as a cosine of 1 × square,
When the failure mode is the second mode, a correlation signal with the signal under measurement is calculated using the periodic function as a sine of 1 ×
When the failure mode is the third mode, a correlation signal with the signal under measurement is calculated using the periodic function as a cosine of a double angle,
The failure diagnosis apparatus according to claim 4, wherein when the failure mode is the fourth mode, a correlation signal with the signal under measurement is calculated using the periodic function as a sine of a double angle.
前記相関信号算出部は、前記振幅信号のN乗信号(Nは1以上の自然数)を前記被測定信号として算出する、請求項1から5のいずれか一項に記載の故障診断装置。   6. The fault diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the correlation signal calculation unit calculates an N-th power signal (N is a natural number of 1 or more) of the amplitude signal as the signal under measurement. 前記取得部は、非接触回転角センサの出力を取得する、請求項1から6のいずれか一項に記載の故障診断装置。   The fault diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the acquisition unit acquires an output of a non-contact rotation angle sensor. 請求項1から7のいずれか一項に記載の故障診断装置を備え、
第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および当該回転角センサの故障信号を出力する、
回転角センサ。
A failure diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 7,
According to the detection results of the magnetic field of the first axis and the magnetic field of the second axis, an angle signal of the rotating body and a failure signal of the rotation angle sensor are output.
Rotation angle sensor.
第1の軸の磁場と第2の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの故障診断方法であって、
前記回転角センサの出力を取得し、
前記回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、前記振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出し、
前記相関信号に基づいて、前記回転角センサの故障を判定する、
故障診断方法。
A rotation angle sensor failure diagnosis method for outputting an angle signal and an amplitude signal of a rotating body according to detection results of a magnetic field of a first axis and a magnetic field of a second axis,
Obtaining the output of the rotation angle sensor;
Calculating a correlation signal between a predetermined periodic function corresponding to a failure mode of the rotation angle sensor and a signal under measurement based on the amplitude signal;
A failure of the rotation angle sensor is determined based on the correlation signal.
Fault diagnosis method.
前記故障を判定することは、
前記相関信号の絶対値が予め定められた閾値を超える場合に、前記回転角センサが故障していると判定することを含む請求項9に記載の故障診断方法。
Determining the failure includes
The failure diagnosis method according to claim 9, further comprising: determining that the rotation angle sensor has failed when an absolute value of the correlation signal exceeds a predetermined threshold value.
前記故障を判定することは、
前記相関信号の絶対値が前記閾値以下の場合に、前記回転角センサが故障していないと判定することを含む請求項10に記載の故障診断方法。
Determining the failure includes
The fault diagnosis method according to claim 10, further comprising: determining that the rotation angle sensor is not faulty when an absolute value of the correlation signal is equal to or less than the threshold value.
前記故障モードは、
前記回転角センサが前記第1の軸方向のオフセット成分を含む第1モードと、
前記回転角センサが前記第2の軸方向のオフセット成分を含む第2モードと、
前記回転角センサが前記第1の軸および前記第2の軸の間の磁気感度ミスマッチを含む第3モードと、
前記回転角センサが非直交性誤差を含む第4モードと、
のうちの少なくとも1つのモードを有する、請求項9から11のいずれか一項に記載の故障診断方法。
The failure mode is
A first mode in which the rotation angle sensor includes an offset component in the first axial direction;
A second mode in which the rotation angle sensor includes an offset component in the second axial direction;
A third mode in which the rotational angle sensor includes a magnetic sensitivity mismatch between the first axis and the second axis;
A fourth mode in which the rotation angle sensor includes a non-orthogonal error;
The fault diagnosis method according to any one of claims 9 to 11, which has at least one mode.
前記相関信号を算出することは、
前記故障モードが前記第1モードの場合に、前記周期関数を1倍角の余弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
前記故障モードが前記第2モードの場合に、前記周期関数を1倍角の正弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
前記故障モードが前記第3モードの場合に、前記周期関数を2倍角の余弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
前記故障モードが前記第4モードの場合に、前記周期関数を2倍角の正弦として、前記被測定信号との相関信号を算出する、請求項12に記載の故障診断方法。
Calculating the correlation signal is
When the failure mode is the first mode, a correlation signal with the signal under measurement is calculated using the periodic function as a cosine of 1 × square,
When the failure mode is the second mode, a correlation signal with the signal under measurement is calculated using the periodic function as a sine of 1 ×
When the failure mode is the third mode, a correlation signal with the signal under measurement is calculated using the periodic function as a cosine of a double angle,
The failure diagnosis method according to claim 12, wherein when the failure mode is the fourth mode, a correlation signal with the signal under measurement is calculated using the periodic function as a sine of a double angle.
コンピュータに、請求項9から13のいずれか一項に記載の故障診断方法を実行させるプログラム。   A program for causing a computer to execute the failure diagnosis method according to any one of claims 9 to 13. 請求項14に記載のプログラムを記憶する媒体。   A medium for storing the program according to claim 14.
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