JP5660381B2 - 回転角検出装置 - Google Patents
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Description
θ=tan−1(sinθ/cosθ)
=tan−1(V1/V2)…(1)
この発明では、第1の出力信号から3次高周波成分が除去されるように、第1の出力信号が補正されるとともに、第2の出力信号から3次高周波成分が除去されるように、第2の出力信号が補正される。そして、補正後の各出力信号に基づいて、回転体の回転角が演算される。これにより、各磁気センサの出力信号に3次高調波成分が重畳されている場合においても、正確な回転角を検出することができる。この結果、各磁気センサと磁石とのギャップを小さくすることができ、回転角検出装置を小型化することができる。
請求項3記載の発明は、前記三次高調波成分除去手段は、前記式(a) の補正前信号V1bとして、前記第1の出力信号V1を用いることにより、演算回数が1回目の補正後信号V1aを演算する手段と、演算回数が2回目以降の補正後信号V1aを、その1回前に演算された補正後信号V1aを前記式(a) の補正前信号V1bとして用いることによって演算する処理を、少なくとも1回行うことにより、最終的な補正後信号V1aを演算する手段と、前記式(b) の補正前信号V2bとして、前記第2の出力信号V2を用いることにより、演算回数が1回目の補正後信号V2aを演算する手段と、演算回数が2回目以降の補正後信号V2aを、その1回前に演算された補正後信号V2aを前記式(b) の補正前信号V2bとして用いることによって演算する処理を、少なくとも1回行うことにより、最終的な補正後信号V2aを演算する手段とを含む、請求項1に記載の回転角検出装置である。
請求項4記載の発明は、前記回転体の回転角をθとすると、前記第1の出力信号V1が、前記回転体の回転角をθとして、次式(c)で表される信号V1であり、前記第2の出力信号V2が、次式(d)で表される信号V2であり、前記式(a)が、前記式(c)から導かれる次式(e) であり、前記式(b)が、前記式(d)から導かれる次式(f) であり、前記第1の出力信号V1の補正前信号V1bが前記式(e)の右辺の(1−sin2θ)の項におけるsinθに相当し、前記第1の出力信号V1の補正後信号V1aが前記式(e)の左辺のsinθに相当し、前記第2の出力信号V2の補正前信号V2bが前記式(f)の右辺の(1−cos2θ)の項におけるcosθに相当し、前記第2の出力信号V2の補正後信号V2aが前記式(f)の左辺のcosθに相当する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転角検出装置である。
図1は、この発明の実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。
この回転角検出装置は、たとえば、電動パワーステアリングのブラシレスモータのロータの回転角を検出するために用いることができる。回転角検出装置は、たとえば、ブラシレスモータの回転に応じて回転する検出用ロータ1(以下、単に「ロータ1」という)を有している。ロータ1は、1または複数の磁極対を有する円筒状の磁石2を含んでいる。この例では、磁石2は、1対の磁極対を有している。つまり、磁石2は、等間隔に配置された2つの磁極N,Sを有している。
第2の3次高調波成分除去部22は、第2の出力信号V2から3次高調波成分が除去されるように、第2の出力信号V2を補正する。具体的には、第2の3次高調波成分除去部22は、第2の磁気センサ12の出力信号V2から3次高調波成分が除去された信号cosθの近似値(cosθ)nを演算する。
θ=tan−1{(sinθ)n/(cosθ)n} …(4)
以下、第1の3次高調波成分除去部21および第2の3次高調波成分除去部22の動作について説明する。
前記式(2)を変形することにより、次式(5)を導くことができる。
次に、第2の3次高調波成分除去部22の動作について説明する。
図2は、回転角演算装置20によって実行される回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。図2に示される回転角演算処理は、所定の演算周期毎に繰り返し行なわれる。
前記実施形態によれば、各磁気センサ11,12の出力信号V1,V2から3次高周波成分が除去された信号値を近似的に演算することができるので、各磁気センサ11,12の出力信号に3次高調波成分が重畳されている場合においても、正確な回転角を検出することができる。これにより、各磁気センサ11,12と磁石2とのギャップが小さくても、ロータ1の回転角を高精度で演算することができるようになる。この結果、各磁気センサと磁石2とのギャップを小さくすることができ、回転角検出装置を小型化することができる。
また、前記式(6),(8)内の4K/(1−K)を補正ゲインGとすると、この補正ゲインGは一定であってもよいし、演算回数が1回前のsinθの近似値(sinθ)n-1およびcosθの近似値(cosθ)n-1から算出するようにしてもよい。たとえば、演算回数がn回目の近似値(sinθ)nおよび(cosθ)nを演算する際の補正ゲインGnを、演算回数が(n−1)回目のsinθの近似値(sinθ)n-1およびcosθの近似値(cosθ)n-1から算出するようにしてもよい。具体的には、演算回数が(n−1)回目のsinθの近似値(sinθ)n-1の正弦波曲線とcosθの近似値(cosθ)n-1の正弦波曲線とのθ=45°での交点の値に基づいて、前記補正ゲインGnを算出してもよい。
Gn=Gn−1+α×[1−{(sinθ)n-1 2+(cosθ)n-1 2}] …(9)
Gn :n回目の近似値演算に用いられる補正ゲイン
Gn−1:(n−1)回目の近似値演算に用いられる補正ゲイン
α :任意の定数
以上のように、補正ゲインGを調整すると、各磁気センサ11,12と磁石2とのギャップの経時的変化、個々の製品(回転角検出装置)のばらつきにも対応することができ、制度の高い回転角の演算を行なえるようになる。
なお、磁気センサ11,12が任意の角度間隔で配置されている場合の各3次高調波成分除去部21,22の動作について説明する。K(0<K<1)を3次高調波成分のゲインとし、第1の磁気センサ11の出力信号を第1の出力信号V1とし、第1の3次高調波成分除去部21による第1の出力信号V1の補正後の信号をV1aとし、第1の出力信号V1の補正前の信号をV1bとすると、第1の3次高調波成分除去部21は、次式(10)に基づいて、補正後信号V1aを演算する。また、第2の磁気センサ12の出力信号を第2の出力信号V2とし、第2の3次高調波成分除去部22による第2の出力信号V2の補正後の信号をV2aとし、第2の出力信号V2の補正前の信号をV2bとすると、第2の3次高調波成分除去部22は、次式(11)に基づいて、補正後信号V2aを演算する。
前記各実施形態では、検出用ロータ1の磁石は1組の磁極対を持っているが、検出用ロータ1の磁石は複数組の磁極対を持っていてもよい。
Claims (4)
- 回転体の回転に応じて回転しかつ周方向に複数の磁極が設けられた磁石と、
前記磁石の回転に応じて、互いに位相が異なりかつ3次高調波成分が重畳された正弦波状信号をそれぞれ出力する第1および第2の磁気センサと、
前記各磁気センサの出力信号から3次高調波成分が除去されるように各出力信号を補正する三次高調波成分除去手段と、
前記三次高調波成分除去手段による補正後の各出力信号に基づいて、前記回転体の回転角を演算する回転角演算手段とを含み、
K(0<K<1)を3次高調波成分のゲインとし、前記第1の磁気センサの出力信号を第1の出力信号V1とし、前記三次高調波成分除去手段による前記第1の出力信号V1の補正後の信号をV1aとし、前記第1の出力信号V1の補正前の信号をV1bとし、前記第2の磁気センサの出力信号を第2の出力信号V2とし、前記三次高調波成分除去手段による前記第2の出力信号V2の補正後の信号をV2aとし、前記第2の出力信号V2の補正前の信号をV2bとすると、
前記三次高調波成分除去手段は、
次式(a)に基づいて、前記第1の出力信号の補正後信号V1aを演算する手段と、
次式(b)に基づいて、前記第2の出力信号の補正後信号V2aを演算する手段とを含む、回転角検出装置。
- 前記三次高調波成分除去手段は、
前記式(a) の補正前信号V1bとして、前記第1の出力信号V1を用いることにより、最終的な補正後信号V1aを演算する手段と、 前記式(b) の補正前信号V2bとして、前記第2の出力信号V2を用いることにより、最終的な補正後信号V2aを演算する手段とを含む、請求項1に記載の回転角検出装置。 - 前記三次高調波成分除去手段は、
前記式(a) の補正前信号V1bとして、前記第1の出力信号V1を用いることにより、演算回数が1回目の補正後信号V1aを演算する手段と、
演算回数が2回目以降の補正後信号V1aを、その1回前に演算された補正後信号V1aを前記式(a) の補正前信号V1bとして用いることによって演算する処理を、少なくとも1回行うことにより、最終的な補正後信号V1aを演算する手段と、
前記式(b) の補正前信号V2bとして、前記第2の出力信号V2を用いることにより、演算回数が1回目の補正後信号V2aを演算する手段と、
演算回数が2回目以降の補正後信号V2aを、その1回前に演算された補正後信号V2aを前記式(b) の補正前信号V2bとして用いることによって演算する処理を、少なくとも1回行うことにより、最終的な補正後信号V2aを演算する手段とを含む、請求項1に記載の回転角検出装置。 - 前記回転体の回転角をθとすると、前記第1の出力信号V1が、前記回転体の回転角をθとして、次式(c)で表される信号V1であり、前記第2の出力信号V2が、次式(d)で表される信号V2であり、
前記式(a)が、前記式(c)から導かれる次式(e) であり、前記式(b)が、前記式(d)から導かれる次式(f) であり、
前記第1の出力信号V1の補正前信号V1bが前記式(e)の右辺の(1−sin2θ)の項におけるsinθに相当し、前記第1の出力信号V1の補正後信号V1aが前記式(e)の左辺のsinθに相当し、
前記第2の出力信号V2の補正前信号V2bが前記式(f)の右辺の(1−cos2θ)の項におけるcosθに相当し、前記第2の出力信号V2の補正後信号V2aが前記式(f)の左辺のcosθに相当する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
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