JP2019060694A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体への異物の付着および回転体の傷を検出し、且つ、回転体の異物または傷によって回転体の回転角度の検出精度が低下することを防止する。【解決手段】回転角度検出装置１０は、回転軸Ｓｆと一体に回転し、被検出部２０ａを有する回転体１２と、被検出部２０ａ上の第１検出領域ＤＦ１内において、回転体１２の回転に伴う物理量の変化を検出して、Ａ相信号Ｓａを出力するＡ相検出体３０と、被検出部２０ａ上の第２検出領域ＤＦ２内において、回転体１２の回転に伴う物理量の変化を検出して、Ａ相信号Ｓａとは位相がずれたＢ相信号Ｓｂを出力するＢ相検出体３２と、を備える。この第２検出領域ＤＦ２は、第１検出領域ＤＦ１に比べ、回転体１２の回転方向に対して垂直の方向における長さが短い。【選択図】図１

Description

本発明は、回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。

回転軸の回転角度を検出するエンコーダは、下記に示す特許文献１に示すように、回転軸に設けられた磁性体の回転子と、回転子の周方向に沿って形成された突歯と対向するように設けられた第１検出部および第２検出部とを有する。この第１検出部と第２検出部の検出信号に基づいて、回転軸の回転角度を求めることができる。

特開平１１−１５３４５１号公報

しかしながら、回転子（回転体）に異物の付着や傷があると、第１検出部および第２検出部の検出信号の波形が、本来とは違う波形になってしまい、検出信号に異常が発生する。したがって、精度よく回転角度を求めることができない。検出された回転角度は、特定の制御（例えば、モータ制御等）に用いられるため、検出信号の波形が変形してしまうと、特定の制御に影響が出てしまう。

そこで、本発明は、回転体への異物の付着および回転体の傷を検出し、且つ、回転体の異物または傷によって回転体の回転角度の検出精度が低下することを防止する回転角度検出装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記回転軸と一体に回転し、回転角度の検出に用いられる被検出部を有する回転体と、前記被検出部と対向するように配置され、前記被検出部上の第１検出領域内において、前記回転体の回転に伴う物理量の変化を検出して、前記回転体の回転角度を示す第１検出信号を出力する第１検出体と、前記被検出部と対向するように配置され、前記回転体の回転方向に関して前記第１検出領域とは異なる位置にある前記被検出部上の第２検出領域内において、前記回転体の回転に伴う物理量の変化を検出して、前記第１検出信号とは位相がずれた前記回転体の回転角度を示す第２検出信号を出力する第２検出体と、を備え、前記第２検出領域は、前記第１検出領域に比べ、前記回転体の前記回転方向に対して垂直の方向における長さが短い。

本発明によれば、回転体の異物または傷の影響によって波形が変形する第１検出信号と、回転体の異物または傷によって波形が変形しない第２検出信号とを得ることができる。その結果、回転体の異物または傷を検出し、且つ、回転体の異物または傷によって回転体の回転角度の検出精度が低下することを防止することができる。

実施の形態における回転角度検出装置の構成図である。 図１に示すＡ相検出体およびＢ相検出体の具体的な構成を示す図である。 Ａ相信号およびＢ相信号の波形を示す図である。 Ａ相検出体およびＢ相検出体の検出領域を示す図である。 図１に示すＺ相検出体の具体的な構成を示す図である。 図１に示す回転角度検出装置の電気的な構成を示す構成ブロック図である。 図６に示す回転角度検出装置の動作を示すフローチャートである。 変形例１におけるＡ相検出体およびＢ相検出体の検出領域を示す図である。

本発明に係る回転角度検出装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［実施の形態］
図１は、回転角度検出装置１０の構成図である。回転角度検出装置１０は、回転軸Ｓｆと一体に回転する磁性体の回転体１２と、回転体１２の回転角度θに応じた検出信号を検出して出力する検出部１４と、検出部１４の検出信号に基づいて、所定の演算を行う制御部１６とを備える。この回転体１２は、回転軸Ｓｆの回転中心と同心円状に回転軸Ｓｆに接続されている。したがって、回転体１２の回転中心と回転軸Ｓｆの回転中心とは一致する。

回転体１２は、回転角度θの検出に用いられる被検出部（第１の被検出部）２０ａと、回転体１２の１回転内の位相を検出するために用いられる被検出部（第２の被検出部）２０ｂとを有する。

被検出部２０ａは、回転体１２の外周面に設けられている。この被検出部２０ａは、回転体１２の外周面に、周方向全域に亘って、一定のピッチＰ間隔で径方向外側に突出した複数の歯２２を有する（図２も参照）。なお、図１では、説明をわかり易くするため、複数の歯２２を誇張して大きく図示しているが、実際は小さい。

被検出部２０ｂは、回転体１２の外周面に設けられている。被検出部２０ｂは、回転体１２の外周面の一か所（原点位置）に形成された溝２４を有する（図５参照）。なお、図１では、説明をわかり易くするため、溝２４を誇張して大きく図示しているが、実際は小さい。被検出部２０ａ、２０ｂは、互いに重複しないように、回転体１２の軸方向（回転体１２の回転方向に対して垂直の方向）に沿ってずれて設けられている。

検出部１４は、Ａ相検出体３０、Ｂ相検出体３２、Ｚ相検出体３４、および、磁石３６を備える。磁石３６は、Ａ相検出体３０、Ｂ相検出体３２、および、Ｚ相検出体３４に磁気バイアスを与える。したがって、回転体１２と磁石３６との間に、Ａ相検出体３０、Ｂ相検出体３２、および、Ｚ相検出体３４が設けられている。

Ａ相検出体（第１検出体）３０は、被検出部２０ａと対向するように配置されている。Ａ相検出体３０は、被検出部２０ａ上の第１検出領域ＤＦ１内において、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転に伴う磁束密度（物理量）の変化を検出して、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを示すＡ相信号（第１検出信号）Ｓａを出力する。Ａ相検出体３０から出力された検出信号であるＡ相信号Ｓａは、制御部１６に入力される。

Ｂ相検出体（第２検出体）３２も同様に、被検出部２０ａと対向するように配置されている。Ｂ相検出体３２は、被検出部２０ａ上の第２検出領域ＤＦ２内において、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転に伴う磁束密度（物理量）の変化を検出して、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを示すＢ相信号（第２検出信号）Ｓｂを出力する。Ｂ相信号ＳｂがＡ相信号Ｓａに対して位相が９０度ずれるように、第１検出領域ＤＦ１と第２検出領域ＤＦ２との被検出部２０ａ上の位置は、回転体１２の回転方向（周方向）に沿って互いにずれている。Ｂ相検出体３２から出力された検出信号であるＢ相信号Ｓｂは、制御部１６に入力される。

Ｚ相検出体（位相検出体）３４は、被検出部２０ｂと対向するように配置されている。Ｚ相検出体３４は、被検出部２０ｂ上の第３検出領域ＤＦ３内において、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転に伴う磁束密度（物理量）の変化を検出して、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の１回転内の位相を示すＺ相信号（位相検出信号）Ｓｚを出力する。Ｚ相検出体３４から出力された検出信号であるＺ相信号Ｓｚは、制御部１６に入力される。

次に、図２を用いて、Ａ相検出体３０およびＢ相検出体３２の具体的な構成について詳しく説明する。なお、図２においては、簡略化のため回転体１２の被検出部２０ａを円弧状ではなく直線状に図示している。

Ａ相検出体３０は、２つの磁気抵抗素子３０ａを有する。２つの磁気抵抗素子３０ａは、直流電源Ｖｃｃとアースとの間で、直列に接続されるとともに、回転体１２の周方向に沿って、１／２ピッチＰ間隔で、被検出部２０ａと対向するように配置されている。この２つの磁気抵抗素子３０ａの間の電圧が、Ａ相信号Ｓａとして出力される。回転体１２が回転すると、２つの磁気抵抗素子３０ａを通る磁束密度（物理量）が変化して、Ａ相信号Ｓａが図３の実線で示す正弦波状に変化する。なお、２つの磁気抵抗素子３０ａの形状および大きさは同一とする。

Ｂ相検出体３２も同様に、２つの磁気抵抗素子３２ａを有する。２つの磁気抵抗素子３２ａは、直流電源Ｖｃｃとアースとの間で、直列に接続されるとともに、回転体１２の周方向に沿って、１／２ピッチＰ間隔で、被検出部２０ａと対向するように配置されている。この２つの磁気抵抗素子３２ａの間の電圧が、Ｂ相信号Ｓｂとして出力される。回転体１２が回転すると、２つの磁気抵抗素子３２ａを通る磁束密度が変化して、Ｂ相信号Ｓｂが図３の破線で示す正弦波状に変化する。なお、２つの磁気抵抗素子３２ａの形状および大きさは同一とする。

２つの磁気抵抗素子３２ａは、２つの磁気抵抗素子３０ａに対して、回転体１２の周方向に沿って１／４ピッチＰだけずれて配置されている。これにより、図３に示すように、Ａ相信号ＳａとＢ相信号Ｓｂとの位相を９０度ずらすことができる。

また、磁気抵抗素子３２ａの回転体１２（回転軸Ｓｆ）の軸方向の長さは、磁気抵抗素子３０ａの回転体１２の軸方向の長さより短いものとする。したがって、図４に示すように、磁気抵抗素子３２ａの被検出部２０ａ上における検出領域Ｄｆｂは、磁気抵抗素子３０ａの被検出部２０ａ上における検出領域Ｄｆａに比べ、回転体１２の回転方向に対して垂直の方向における長さが短い。２つの磁気抵抗素子３０ａによる２つの検出領域Ｄｆａが上記したＡ相検出体３０の第１検出領域ＤＦ１となり、２つの磁気抵抗素子３２ａによる２つの検出領域Ｄｆｂが上記したＢ相検出体３２の第２検出領域ＤＦ２となる。なお、検出領域Ｄｆａ、Ｄｆｂは、互いに１／４ピッチＰずれている。

検出領域Ｄｆｂ（第２検出領域ＤＦ２）は、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の軸方向に関して検出領域Ｄｆａ（第１検出領域ＤＦ１）と重複している。つまり、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の軸方向に関して、検出領域Ｄｆｂ（第２検出領域ＤＦ２）は、全領域に亘って検出領域Ｄｆａ（第１検出領域ＤＦ１）と重複している。被検出部２０ａの回転体１２の軸方向の長さは、検出領域Ｄｆａの回転体１２の軸方向の長さ以上の長さである。

なお、被検出部２０ａの軸方向の中心位置付近に検出領域Ｄｆｂ（第２検出領域ＤＦ２）を配置することが好ましい。その理由としては、被検出部２０ａの軸方向の端部側に異物ＥＸが付着しやすく、被検出部２０ａの軸方向の中心位置付近には異物ＥＸが付着しにくいからである。

回転体１２に、具体的には被検出部２０ａに、図４に示すような異物ＥＸが付着している場合は、異物ＥＸは、検出領域Ｄｆａ（第１検出領域ＤＦ１）の回転体１２の軸方向における範囲内に位置する。したがって、異物ＥＸが、回転体１２の回転により検出領域Ｄｆａ（第１検出領域ＤＦ１）内に入ると、Ａ相信号Ｓａは、異物ＥＸが付着していないときとは異なる値を出力する。したがって、異物ＥＸの付着によってＡ相信号Ｓａの波形は、本来の波形（異物ＥＸが付着していないときの波形）とは異なる波形になってしまう。

一方で、異物ＥＸは、検出領域Ｄｆｂ（第２検出領域ＤＦ２）の回転体１２の軸方向における範囲の外に位置する。したがって、異物ＥＸは、回転体１２が回転しても検出領域Ｄｆｂ（第２検出領域ＤＦ２）内に入らないため、異物ＥＸの付着によって、Ｂ相信号Ｓｂの波形が変わることはない。

このように、磁気抵抗素子３２ａの検出領域Ｄｆｂ（Ｂ相検出体３２の第２検出領域ＤＦ２）を、磁気抵抗素子３０ａの検出領域Ｄｆａ（Ａ相検出体３０の第１検出領域ＤＦ１）に対して、回転体１２の軸方向（回転体１２の回転方向に対して垂直の方向）における長さを短くした。これにより、異物ＥＸの付着をＡ相検出体３０で検出することができるとともに、Ｂ相検出体３２で異物ＥＸの付着に影響を受けることなく回転体１２の回転角度θを検出することができる。つまり、回転体１２の異物ＥＸの影響によって波形が変形するＡ相信号Ｓａと、回転体１２の異物ＥＸによって波形が変形しないＢ相信号Ｓｂとを得ることができる。

また、このようなＡ相検出体３０およびＢ相検出体３２を用いてＡ相信号ＳａおよびＢ相信号Ｓｂを得ることによって、回転体１２に付着した異物ＥＸによって波形が変形したかを判断することができる。つまり、Ａ相信号ＳａおよびＢ相信号Ｓｂのうち、Ａ相信号Ｓａの波形のみが変形した場合は、異物ＥＸによって波形が変形したと判断することができる。

なお、回転体１２（具体的には、被検出部２０ａ）に、異物ＥＸが付着している例を用いて説明したが、傷がある場合も同様である。回転体１２（被検出部２０ａ）に、異物ＥＸが付着している場合や傷がある場合を、以下、回転体１２の異常状態と呼ぶ。この傷も、同様に、被検出部２０ａの軸方向の端部側につきやすく、被検出部２０ａの軸方向の中心位置付近にはつきにくい。

次に、図５を用いて、Ｚ相検出体３４の具体的な構成について簡単に説明する。Ｚ相検出体３４は、２つの磁気抵抗素子３４ａを有する。２つの磁気抵抗素子３４ａは、直流電源Ｖｃｃとアースとの間で、直列に接続されるとともに、回転体１２の周方向に沿って、所定の間隔をあけて、被検出部２０ｂと対向するように配置されている。この２つの磁気抵抗素子３４ａの間の電圧が、Ｚ相信号Ｓｚとして出力される。

Ｚ相信号Ｓｚは、回転体１２の回転によって生じる２つの磁気抵抗素子３４ａを通る磁束密度の変化に応じた信号となる。回転体１２の外周面の一か所（回転体１２の原点位置）に形成された溝２４が、磁気抵抗素子３４ａの被検出部２０ｂ上の検出領域Ｄｆｃを通過すると、Ｚ相信号Ｓｚの波形が変化する。したがって、このＺ相信号Ｓｚにより回転体１２の１回転内の位相を検出することができる。

この２つの磁気抵抗素子３４ａの被検出部２０ｂ上における２つの検出領域Ｄｆｃが上記したＺ相検出体３４の第３検出領域ＤＦ３となる。２つの磁気抵抗素子３４ａの形状および大きさは同一とする。なお、第３検出領域ＤＦ３および検出領域Ｄｆｃは、第１検出領域ＤＦ１および検出領域Ｄｆａと同様であるため、第３検出領域ＤＦ３および検出領域Ｄｆｃの図示を省略した。

図６は、回転角度検出装置１０の電気的な構成を示す構成ブロック図である。制御部１６は、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリ等を有するコンピュータで構成される。制御部１６は、信号比較部５０、異常判定部５２、回転角度算出部５４、および、出力部５６を備える。

信号比較部５０は、Ａ相信号Ｓａの振幅とＢ相信号Ｓｂの振幅とを比較してその差ΔＳ（絶対値）を出力する。具体的には、信号比較部５０は、Ａ相信号ＳａとＢ相信号Ｓｂとの位相を合せ、その差ΔＳを出力する。Ａ相信号ＳａとＢ相信号Ｓｂとの位相差は、９０度となっているため、位相差がゼロとなるようにＡ相信号ＳａまたはＢ相信号Ｓｂの位相を９０度だけずらし、Ａ相信号ＳａとＢ相信号Ｓｂとの振幅の差ΔＳを算出する。信号比較部５０は、算出した差ΔＳを異常判定部５２に出力する。

異常判定部５２は、信号比較部５０から送られてきた差ΔＳ（絶対値）が閾値ＴＨを超えたか否かを判断する。異常判定部５２は、差ΔＳが閾値ＴＨを超えている場合は、異常と判定し、異常信号Ｓｅを出力する。この異常信号Ｓｅは、回転角度算出部５４および出力部５６に出力される。回転体１２が異常状態でない場合（異物ＥＸや傷がない場合）は、Ａ相信号ＳａとＢ相信号Ｓｂとは、位相が異なるだけで、波形が略同一となる。したがって、回転体１２に異常が発生していない場合は、差ΔＳは閾値ＴＨ以下となり、理想上はゼロとなる。

回転角度算出部５４は、原則として、Ａ相信号Ｓａ、Ｂ相信号Ｓｂ、および、Ｚ相信号Ｓｚに基づいて、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを算出する。回転角度算出部５４は、回転体１２の原点位置からの回転角度θを算出する。このＡ相信号ＳａまたはＢ相信号Ｓｂから回転体１２の回転量（回転角度）を求めることができ、Ａ相信号ＳａおよびＢ相信号Ｓｂから回転体１２の回転方向がわかる。また、Ｚ相信号Ｓｚから回転体１２の原点位置がわかる。したがって、Ａ相信号Ｓａ、Ｂ相信号Ｓｂ、および、Ｚ相信号Ｓｚから、回転体１２の原点位置からの回転角度θを求めることができる。回転角度算出部５４は、算出した回転角度θを出力部５６に出力する。

回転角度算出部５４は、異常判定部５２から異常信号Ｓｅが送られてくると、Ａ相信号Ｓａを用いずに、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを算出する。つまり、回転体１２が異常状態の場合は、回転角度算出部５４は、Ｂ相信号ＳｂおよびＺ相信号Ｓｚを用いて回転体１２の回転角度θを算出する。回転体１２が異常状態の場合は、Ａ相信号Ｓａを用いないため、回転体１２の回転方向がわからないが、前回求めた回転方向を用いることで補うことができる。このように、回転体１２が異常状態の場合は、回転体１２の回転角度θの算出に、異物ＥＸまたは傷を検出したＡ相検出体３０のＡ相信号Ｓａを用いないようにしたので、精度よく回転体１２の回転角度θを算出することができる。

出力部５６は、回転角度算出部５４が算出した回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを外部（例えば、制御装置）に出力する。外部に設けられた制御装置は、送られてきた回転角度θに基づいて所定の第１制御処理（例えば、回転軸Ｓｆを回転させるモータのフィードバック制御処理等）を行う。

また、出力部５６は、異常判定部５２から送られてきた異常信号Ｓｅを外部（例えば、制御装置）に出力する。外部に設けられた制御装置は、異常信号Ｓｅが送られてくると、所定の第２制御処理（例えば、回転体１２が異常状態である旨を報知する制御処理等）を行う。これにより、オペレータは、回転体１２（被検出部２０ａ）に異物ＥＸまたは傷があることを認識することができ、異物ＥＸの除去や、回転体１２の交換等のメンテナンスを早期に行うことができる。これにより、回転角度検出装置１０の故障を予防することができる。

次に、回転角度検出装置１０の動作を図７に示すフローチャートにしたがって説明する。

ステップＳ１で、信号比較部５０は、Ａ相検出体３０から出力されたＡ相信号Ｓａと、Ｂ相検出体３２から出力されたＢ相信号Ｓｂとを比較して、その差ΔＳを算出する。

次いで、ステップＳ２で、異常判定部５２は、ステップＳ２で算出された差ΔＳが閾値ＴＨより大きいか否かを判断する。ステップＳ２で、差ΔＳが閾値ＴＨ以下であると判断されると、異常判定部５２によって回転体１２が正常状態であると判断され、ステップＳ３に進む。一方で、ステップＳ２で、差ΔＳが閾値ＴＨを超えていると判断されると、異常判定部５２によって回転体１２が異常状態であると判断され、ステップＳ５に進む。異常判定部５２は、差ΔＳが閾値ＴＨを超えていると判断した場合は、異常信号Ｓｅを出力する。

ステップＳ２でＮＯに分岐して、ステップＳ３に進むと、回転角度算出部５４は、Ａ相検出体３０から出力されたＡ相信号Ｓａと、Ｂ相検出体３２から出力されたＢ相信号Ｓｂ、および、Ｚ相検出体３４から出力されたＺ相信号Ｓｚを用いて、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを算出する。

次いで、ステップＳ４で、出力部５６は、ステップＳ３で算出された回転角度θを外部に出力して、ステップＳ１に戻る。

一方で、ステップＳ２でＹＥＳに分岐して、ステップＳ５に進むと、回転角度算出部５４は、Ａ相検出体３０から出力されたＡ相信号Ｓａを用いずに回転体１２の回転角度θを算出する。つまり、回転角度算出部５４は、Ｂ相検出体３２から出力されたＢ相信号Ｓｂと、Ｚ相検出体３４から出力されたＺ相信号Ｓｚとを用いて、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを算出する。

次いで、ステップＳ６で、出力部５６は、ステップＳ５で算出された回転角度θおよび異常信号Ｓｅを外部に出力して、ステップＳ１に戻る。

［変形例］
上記実施の形態は、以下のような変形も可能である。

＜変形例１＞
上記実施の形態では、異物ＥＸが、検出領域Ｄｆｂ（第２検出領域ＤＦ２）の回転体１２の軸方向における範囲内に位置する場合は、Ａ相検出体３０およびＢ相検出体３２によって異物ＥＸ等が検出されてしまう。したがって、Ａ相信号ＳａおよびＢ相信号Ｓｂの波形は、ともに異物ＥＸ等によって影響を受けて変形してしまう。

そこで、変形例１では、Ｂ相検出体３２を複数設けるとともに、複数のＢ相検出体３２の各々の第２検出領域ＤＦ２を、回転軸Ｓｆの軸方向に関して互いに重複しないようにずらしている。なお、回転軸Ｓｆの周方向に関しては、複数のＢ相検出体３２の第２検出領域ＤＦ２の位置は同一とする。

図８は、変形例１におけるＡ相検出体３０およびＢ相検出体３２の検出領域を示す図である。以下の説明では、理解を容易にするため、Ｂ相検出体３２の数は２つとする。２つのＢ相検出体３２の各々の検出領域Ｄｆｂ（第２検出領域ＤＦ２）の回転軸Ｓｆ（回転体１２）の軸方向の長さは、上記実施の形態と同様にＡ相検出体３０の検出領域Ｄｆａ（第１検出領域ＤＦ１）の回転軸Ｓｆの軸方向の長さより短いものとする。本変形例１では、２つのＢ相検出体３２の各々の第２検出領域ＤＦ２（検出領域Ｄｆｂ）の形状および大きさは同一とする。

なお、２つのＢ相検出体３２の各々を互いに区別するため、一方のＢ相検出体３２を３２₁と呼び、他方のＢ相検出体３２を３２₂と呼ぶ場合がある。また、一方のＢ相検出体３２₁の第２検出領域ＤＦ２、検出領域Ｄｆｂ、Ｂ相信号Ｓｂを、ＤＦ２₁、Ｄｆｂ₁、Ｓｂ₁と呼び、他方のＢ相検出体３２₂の第２検出領域ＤＦ２、検出領域Ｄｆｂ、Ｂ相信号Ｓｂを、ＤＦ２₂、Ｄｆｂ₂、Ｓｂ₂と呼ぶ場合がある。

図８に示すように、第２検出領域ＤＦ２₁、ＤＦ２₂（検出領域Ｄｆｂ₁、Ｄｆｂ₂）は、回転軸Ｓｆの軸方向に関して互いに重複しないようにずらして配置されている。したがって、異物ＥＸ等が回転体１２（具体的には、被検出部２０ａ）に付着している場合であっても、どちらか一方のＢ相検出体３２によって、異物ＥＸの影響を受けることなく、本来の波形を得ることができる。

例えば、図８に示すような異物ＥＸが回転体１２に付着している場合は、Ｂ相検出体３２₁は、異物ＥＸの影響を受けた波形を有するＢ相信号Ｓｂ₁を出力し、Ｂ相検出体３２₂は、異物ＥＸの影響を受けない本来の波形を有するＢ相信号Ｓｂ₂を出力することになる。

信号比較部５０は、Ａ相信号Ｓａの振幅とＢ相信号Ｓｂ₁の振幅とを比較しその差ΔＳ（ΔＳ₁）を算出するとともに、Ａ相信号Ｓａの振幅とＢ相信号Ｓｂ₂の振幅とを比較しその差ΔＳ（ΔＳ₂）を算出する。差ΔＳ₁、ΔＳ₂はともに絶対値である。信号比較部５０は、算出した差ΔＳ₁、ΔＳ₂を異常判定部５２に出力する。なお、回転体１２が異常状態（回転体１２に異物ＥＸまたは傷がある状態）となっていない場合は、差ΔＳ₁、ΔＳ₂は、略一致するものとする。

異常判定部５２は、２つの差ΔＳ₁、ΔＳ₂のうち、一方が閾値ＴＨを超えているか否かを判断し、一方が閾値ＴＨを超えている場合は、異常と判定し、異常信号Ｓｅを回転角度算出部５４および出力部５６に出力する。このとき、異常判定部５２は、Ｂ相信号Ｓｂ₁、Ｓｂ₂のうち、閾値ＴＨを超えなかった差ΔＳの元となるＢ相信号Ｓｂを示す情報も一緒に回転角度算出部５４に出力する。異物ＥＸまたは傷を検出したＢ相検出体３２のＢ相信号Ｓｂは、Ａ相信号Ｓａと同様に波形が変形するため、異物ＥＸまたは傷を検出したＢ相検出体３２のＢ相信号Ｓｂの振幅とＡ相信号Ｓａの振幅との差ΔＳは、閾値ＴＨ以下となる。

回転角度算出部５４は、異常判定部５２から異常信号Ｓｅが送られてくると、Ａ相信号Ｓａと、閾値ＴＨを超えなかった差ΔＳの元となるＢ相信号Ｓｂとを用いずに、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを算出する。つまり、Ｂ相信号Ｓｂ₁、Ｓｂ₂のうち、異物ＥＸ等の影響を受けていないＢ相信号ＳｂとＺ相信号Ｓｚとを用いて回転体１２の回転角度θを算出する。この算出された回転角度θは、出力部５６に出力される。

これにより、回転体１２（具体的には、被検出部２０ａ）のどの位置に異物ＥＸまたは傷がある場合であっても、異物ＥＸ等に影響を受けない本来のＢ相信号Ｓｂを得ることができる。したがって、精度よく回転体１２（回転軸Ｓｆ）の回転角度θを算出することができる。

なお、複数のＢ相検出体３２の各々の第２検出領域ＤＦ２の回転軸Ｓｆの軸方向の長さを互いに異ならせてもよい。また、回転軸Ｓｆの周方向に関して、複数のＢ相検出体３２の第２検出領域ＤＦ２の位置を互いにずらしてもよい。

＜変形例２＞
上記変形例１では、回転軸Ｓｆ（回転体１２）の軸方向に関して、Ａ相検出体３０の第１検出領域ＤＦ１より短い第２検出領域ＤＦ２をもつＢ相検出体３２を複数設けた。変形例２の回転角度検出装置１０は、回転軸Ｓｆ（回転体１２）の軸方向に関して、第１検出領域ＤＦ１と同一の長さの第２検出領域ＤＦ２をもつＢ相検出体３２と、第１検出領域ＤＦ１より短い第２検出領域ＤＦ２をもつ１つ以上のＢ相検出体３２とを備える。

変形例２においては、回転体１２が異常状態でない場合（異物ＥＸ等がない場合）は、回転角度算出部５４は、Ａ相検出体３０のＡ相信号Ｓａと、第１検出領域ＤＦ１と同一の長さの第２検出領域ＤＦ２をもつＢ相検出体３２のＢ相信号Ｓｂとを用いて、回転角度θを算出する。そして、回転体１２が異常状態の場合（異物ＥＸ等がある場合）は、回転角度算出部５４は、Ａ相検出体３０のＡ相信号Ｓａと、第１検出領域ＤＦ１と同一の長さの第２検出領域ＤＦ２をもつＢ相検出体３２のＢ相信号Ｓｂとを用いずに、回転角度θを算出する。つまり、第１検出領域ＤＦ１より短い第２検出領域ＤＦ２をもつ１つ以上のＢ相検出体３２のＢ相信号Ｓｂを用いて回転角度θを算出する。

＜変形例３＞
変形例３では、異常判定部５２は、差ΔＳが閾値ＴＨを超えるときの回転体１２の１回転における位相が所定回数同一の場合に異常と判定して、異常信号Ｓｅを出力してもよい。つまり、異常判定部５２は、回転体１２の１回転のうち、差ΔＳが閾値ＴＨを超えるときのタイミング（位相）が所定回数同一の場合に異常と判定する。これにより、異常の誤判定を防止することができる。なお、変形例３においては、異常判定部５２は、Ｚ相検出体３４のＺ相信号Ｓｚも用いて、回転体１２の１回転のうち、差ΔＳが閾値ＴＨを超えるときの位相を把握する。なお、所定回数は、２以上の予め決められた回数である。

＜変形例４＞
上記実施の形態では、Ｚ相検出体３４を備える回転角度検出装置１０を例に挙げて説明したが、Ｚ相検出体３４を備えない回転角度検出装置１０であってもよい。例えば、アブソリュートエンコーダ等を有する回転角度検出装置１０では、Ｚ相検出体３４が無くても、回転体１２（回転軸Ｓｆ）の原点位置からの回転角度θがわかるからである。この場合は、被検出部２０ｂも必要ない。

＜変形例５＞
上記実施の形態では、Ａ相検出体３０、Ｂ相検出体３２、および、Ｚ相検出体３４は、磁気式で回転体１２の回転角度θを検出するようにしたが、光学式で回転体１２の回転角度θを検出するものであってもよい。つまり、Ａ相検出体３０、Ｂ相検出体３２、および、Ｚ相検出体３４は、回転体１２の回転に伴う物理量の変化を検出するものであればよい。したがって、Ａ相検出体３０、Ｂ相検出体３２、および、Ｚ相検出体３４は、磁気抵抗素子３０ａ、３２ａ、３４ａに代えて、光を受光する受光素子を有してもよい。また、上記実施の形態では、磁気センサの一種として磁気抵抗素子３０ａ、３２ａ、３４ａを用いたが、他の磁気センサ（コイル、磁気インピーダンス素子、または、ホール素子等）であってもよい。

＜変形例６＞
また、上記実施の形態では、第１検出領域ＤＦ１や第２検出領域ＤＦ２が回転体１２の外周面上にあるとしたが、回転体１２の端面上にあってもよい。

＜変形例７＞
上記実施の形態では、回転軸Ｓｆ（回転体１２）の軸方向に関して、Ｂ相検出体３２の第２検出領域ＤＦ２（検出領域Ｄｆｂ）を、Ａ相検出体３０の第１検出領域ＤＦ１（検出領域Ｄｆａ）より短くしたが、Ａ相検出体３０の第１検出領域ＤＦ１（検出領域Ｄｆａ）をＢ相検出体３２の第２検出領域ＤＦ２（検出領域Ｄｆｂ）より短くしてもよい。つまり、回転軸Ｓｆ（回転体１２）の軸方向に関して、検出領域が長い検出体が第１検出体となり、検出領域が短い検出体が第２検出体となる。

＜変形例８＞
上記変形例１〜７を任意に組み合わせた態様であってもよい。

〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記実施の形態および変形例１〜８から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

回転角度検出装置（１０）は、回転軸（Ｓｆ）の回転角度（θ）を検出する。回転角度検出装置（１０）は、回転軸（Ｓｆ）と一体に回転し、回転角度（θ）の検出に用いられる被検出部（２０ａ）を有する回転体（１２）と、被検出部（２０ａ）と対向するように配置され、被検出部（２０ａ）上の第１検出領域（ＤＦ１）内において、回転体（１２）の回転に伴う物理量の変化を検出して、回転体（１２）の回転角度（θ）を示す第１検出信号（Ｓａ）を出力する第１検出体（３０）と、被検出部（２０ａ）と対向するように配置され、回転体（１２）の回転方向に関して第１検出領域（ＤＦ１）とは異なる位置にある被検出部（２０ａ）上の第２検出領域（ＤＦ２）内において、回転体（１２）の回転に伴う物理量の変化を検出して、第１検出信号（Ｓａ）とは位相がずれた回転体（１２）の回転角度（θ）を示す第２検出信号（Ｓｂ）を出力する第２検出体（３２）と、を備える。第２検出領域（ＤＦ２）は、第１検出領域（ＤＦ１）に比べ、回転体（１２）の回転方向に対して垂直の方向における長さが短い。

これにより、第１検出体（３０）によって回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷の影響によって波形が変形する第１検出信号（Ｓａ）と、第２検出体（３２）によって回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷によって波形が変形しない第２検出信号（Ｓｂ）とを得ることができる。その結果、回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷を検出し、且つ、回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷によって回転体（１２）の回転角度（θ）の検出精度（算出精度）が低下することを防止することができる。

第２検出領域（ＤＦ２）は、回転体（１２）の回転方向に対して垂直の方向に関して第１検出領域（ＤＦ１）と重複していてもよい。これにより、第１検出体（３０）によって回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷の影響によって波形が変形する第１検出信号（Ｓａ）と、第２検出体（３２）によって回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷によって波形が変形しない第２検出信号（Ｓｂ）とを得ることができる。

第２検出領域（ＤＦ２）は、回転体（１２）の回転方向に対して垂直の方向に関して被検出部（２０ａ）の中央に位置してもよい。これにより、第２検出体（３２）の第２検出信号（Ｓｂ）の波形が、回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷の影響によって変形することを防止することができる。

第２検出体（３２）は、複数設けられていてもよい。複数の第２検出体（３２）の第２検出領域（ＤＦ２）は、回転体（１２）の回転方向に対して垂直の方向に関して互いに重複しないようにずれていてもよい。これにより、回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷の位置にかかわらず、回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷の影響によって波形が変形しない第２検出信号（Ｓｂ）を得ることができる。その結果、回転体（１２）の異物（ＥＸ）または傷によって回転体（１２）の回転角度（θ）の検出精度（算出精度）が低下することを防止することができる。

回転角度検出装置（１０）は、第１検出信号（Ｓａ）と第２検出信号（Ｓｂ）の振幅を比較してその差（ΔＳ）を出力する信号比較部（５０）と、差（ΔＳ）が閾値（ＴＨ）を超えた場合は、異常と判定し、異常信号（Ｓｅ）を出力する異常判定部（５２）と、を備えてもよい。これにより、回転体（１２）に異常があるかどうかを判定することができる。

異常判定部（５２）は、差（ΔＳ）が閾値（ＴＨ）を超えるときの回転体（１２）の１回転における位相が所定回数同一の場合に、異常と判定し、異常信号（Ｓｅ）を出力してもよい。これにより、異常の誤判定を防ぐことができる。

回転体（１２）は、回転体（１２）の１回転内の位相を検出するために用いられる第２の被検出部（２０ｂ）を有してもよい。回転角度検出装置（１０）は、第２の被検出部（２０ｂ）と対向するように配置され、第２の被検出部（２０ｂ）上の第３検出領域（ＤＦ３）において、回転体（１２）の回転に伴う物理量の変化を検出して、回転体（１２）の位相検出信号（Ｓｚ）を出力する位相検出体（３４）を備えてもよい。これにより、回転体（１２）の１回転内の位相、つまり、回転体（１２）の原点位置からの回転角度（θ）がわかる。

回転角度検出装置（１０）は、第１検出信号（Ｓａ）および第２検出信号（Ｓｂ）に基づいて、回転軸（Ｓｆ）の回転角度（θ）を算出する回転角度算出部（５４）を備えてもよい。回転角度算出部（５４）は、異常判定部（５２）によって異常と判定された場合は、第１検出信号（Ｓａ）を用いずに、回転軸（Ｓｆ）の回転角度（θ）を算出してもよい。これにより、回転体（１２）に異物（ＥＸ）または傷がある場合であっても、回転角度（θ）の検出精度（算出精度）が低下することを防止することができる。

１０…回転角度検出装置 １２…回転体
１４…検出部 １６…制御部
２０ａ、２０ｂ…被検出部 ２２…歯
２４…溝 ３０…Ａ相検出体（第１検出体）
３０ａ、３２ａ、３４ａ…磁気抵抗素子 ３２…Ｂ相検出体（第２検出体）
３４…Ｚ相検出体（位相検出体） ３６…磁石
５０…信号比較部 ５２…異常判定部
５４…回転角度算出部 ５６…出力部
ＤＦ１…第１検出領域 ＤＦ２…第２検出領域
Ｄｆａ、Ｄｆｂ…検出領域 Ｓａ…Ａ相信号（第１検出信号）
Ｓｂ…Ｂ相信号（第２検出信号） Ｓｅ…異常信号
Ｓｆ…回転軸 Ｓｚ…Ｚ相信号（位相検出信号）
ＴＨ…閾値 ΔＳ…差
θ…回転角度

Claims (8)

1. 回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
   前記回転軸と一体に回転し、回転角度の検出に用いられる被検出部を有する回転体と、
   前記被検出部と対向するように配置され、前記被検出部上の第１検出領域内において、前記回転体の回転に伴う物理量の変化を検出して、前記回転体の回転角度を示す第１検出信号を出力する第１検出体と、
   前記被検出部と対向するように配置され、前記回転体の回転方向に関して前記第１検出領域とは異なる位置にある前記被検出部上の第２検出領域内において、前記回転体の回転に伴う物理量の変化を検出して、前記第１検出信号とは位相がずれた前記回転体の回転角度を示す第２検出信号を出力する第２検出体と、
   を備え、
   前記第２検出領域は、前記第１検出領域に比べ、前記回転体の前記回転方向に対して垂直の方向における長さが短い、回転角度検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角度検出装置であって、
   前記第２検出領域は、前記回転体の前記回転方向に対して垂直の方向に関して前記第１検出領域と重複している、回転角度検出装置。
3. 請求項１または２に記載の回転角度検出装置であって、
   前記第２検出領域は、前記回転体の前記回転方向に対して垂直の方向に関して前記被検出部の中央に位置する、回転角度検出装置。
4. 請求項１または２に記載の回転角度検出装置であって、
   前記第２検出体は、複数設けられ、
   複数の前記第２検出体の前記第２検出領域は、前記回転体の前記回転方向に対して垂直の方向に関して互いに重複しないようにずれている、回転角度検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置であって、
   前記第１検出信号と前記第２検出信号の振幅を比較してその差を出力する信号比較部と、
   前記差が閾値を超えた場合は、異常と判定し、異常信号を出力する異常判定部と、
   を備える、回転角度検出装置。
6. 請求項５に記載の回転角度検出装置であって、
   前記異常判定部は、前記差が前記閾値を超えるときの前記回転体の１回転における位相が所定回数同一の場合に、異常と判定し、前記異常信号を出力する、回転角度検出装置。
7. 請求項６に記載の回転角度検出装置であって、
   前記回転体は、前記回転体の１回転内の位相を検出するために用いられる第２の被検出部を有し、
   前記第２の被検出部と対向するように配置され、前記第２の被検出部上の第３検出領域において、前記回転体の回転に伴う物理量の変化を検出して、前記回転体の位相検出信号を出力する位相検出体を備える、回転角度検出装置。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の回転角度検出装置であって、
   前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて、前記回転軸の回転角度を算出する回転角度算出部を備え、
   前記回転角度算出部は、前記異常判定部によって異常と判定された場合は、前記第１検出信号を用いずに、前記回転軸の回転角度を算出する、回転角度検出装置。

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