JPWO2016204205A1

JPWO2016204205A1 - 検出装置、回転角度検出装置、検出方法、およびプログラム

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Publication number: JPWO2016204205A1
Application number: JP2017525277A
Authority: JP
Inventors: 潤一郎岡本
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Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-10-19
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Abstract

磁気シールドを用いずに、外乱磁場の影響を低減させた磁気式の回転角度センサまたはエンコーダ。磁場を発生する回転体の回転角度を検出する検出装置であって、回転体の磁場を検出する第１磁電変換部と、回転体の磁場を第１磁電変換部とは異なる位相で検出する第２磁電変換部と、第１磁電変換部および第２磁電変換部の検出結果に基づき、回転体の回転角度を演算する角度演算部と、角度演算部が演算した回転角度に基づき、回転体の回転角度を予測する角度予測部と、角度演算部が演算した回転角度と、角度予測部が予測した回転角度の比較結果に基づき、回転体の回転角度を決定する決定部と、を備える検出装置、検出方法、およびプログラムを提供する。

Description

本発明は、検出装置、回転角度検出装置、検出方法、およびプログラムに関する。

従来、回転体の回転角度検出のために、磁気式の回転角度センサや磁気式エンコーダが利用されている。磁気式の回転角度センサ、エンコーダは、検出対象が被検出対象から発せられる磁場であるため、被検出対象以外から発せられる外乱磁場の影響により、センサの精度劣化が生じる問題があった。このような場合、例えば特許文献１のように、当該外乱磁場を、磁気シールドを用いてセンサに印加されない方向に誘導し、磁気式の回転角検出装置の精度劣化を防ぐことが知られていた。
特許文献１特開２０１３−２２８３７１号公報
特許文献２特開２００２−７１３８１号公報

しかしながら、このような磁気シールドで回転体の周りを囲う手段は、エンコーダを小型化することが困難であり、また、部品点数が増加するので製造工程が複雑になってしまっていた。更には、モータ用のエンコーダとして磁気式の回転角度センサを採用する場合、このような磁気シールドでは、モータ側から伝搬してくる外乱磁場に対しては対策をとることが困難であった。

本発明の第１の態様においては、磁場を発生する回転体の回転角度を検出する検出装置であって、回転体の磁場を検出する第１磁電変換部と、回転体の磁場を第１磁電変換部とは異なる位相で検出する第２磁電変換部と、第１磁電変換部および第２磁電変換部の検出結果に基づき、回転体の回転角度を演算する角度演算部と、角度演算部が演算した回転角度に基づき、回転体の回転角度を予測する角度予測部と、角度演算部が演算した回転角度と、角度予測部が予測した回転角度の比較結果に基づき、回転体の回転角度を決定する決定部と、を備える検出装置、検出方法、およびプログラムを提供する。

本発明の第２の態様においては、第１の態様の検出装置と、回転周期で変化する磁場を発生して検出装置に供給する回転体と、を備える回転角度検出装置を提供する。

（一般的開示）
（項目１）
検出装置は、磁場を発生する回転体の回転角度を検出してよい。
検出装置は、回転体の磁場を検出する第１磁電変換部を備えてよい。
検出装置は、回転体の磁場を第１磁電変換部とは異なる位相で検出する第２磁電変換部を備えてよい。
検出装置は、第１磁電変換部および第２磁電変換部の検出結果に基づき、回転体の回転角度を演算する角度演算部を備えてよい。
検出装置は、角度演算部が演算した回転角度に基づき、回転体の回転角度を予測する角度予測部を備えてよい。
検出装置は、角度演算部が演算した回転角度と、角度予測部が予測した回転角度の比較結果に基づき、回転体の回転角度を決定する決定部を備えてよい。
（項目２）
角度予測部は、角度演算部が前回までに演算した演算結果に基づき、回転体の今回の回転角度を予測してよい。
（項目３）
決定部は、角度演算部が演算した回転角度と、角度予測部が予測した回転角度の差分が、予め定められた閾値を超えたことに応じて、角度予測部が予測した回転角度を回転体の回転角度と決定してよい。
（項目４）
角度予測部は、角度演算部が演算した予め定められた数の演算結果に基づき、回転体の回転角度を予測してよい。
（項目５）
角度予測部は、角度演算部が演算した予め定められた数の演算結果に基づく平均値を用いて、回転体の回転角度を予測してよい。
（項目６）
検出装置は、記憶部を備えてよい。
記憶部は、予め定められた数の設定値を記憶してよい。
（項目７）
記憶部は、予め定められた閾値の設定値を記憶してよい。
（項目８）
角度予測部は、予め定められた周期で回転体の回転角度を予測してよい。
記憶部は、予め定められた周期を設定値として記憶してよい。
（項目９）
予め定められた閾値は、１．０度以上３．６度以下の角度でよい。
予め定められた閾値は、１．０度以上３．６度以下の角度でよい。
予め定められた閾値は、角度に対応するデジタル値でよい。
（項目１０）
検出装置は、角度予測部の予測を用いるか否かを選択する選択部を有してよい。
決定部は、選択部が角度予測部の予測を用いないことを選択した場合、角度演算部が演算した回転角度を回転体の回転角度と決定してよい。
（項目１１）
第１磁電変換部は、正弦波状に変化する回転体の磁場を検出してよい。
（項目１２）
第２磁電変換部は、回転体の回転の周期で変化する磁場を検出してよい。
第２磁電変換部は、第１磁電変換部とは９０度異なる位相で回転体の磁場を検出してよい。
（項目１３）
第１磁電変換部は、ホール素子を有してよい。
第２磁電変換部は、ホール素子を有してよい。
（項目１４）
検出装置は、決定部が決定した回転角度を出力する出力部を備えてよい。
（項目１５）
回転角度検出装置は、検出装置を備えてよい。
回転角度検出装置は、回転周期で変化する磁場を発生して検出装置に供給する回転体を備えてよい。
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。

本実施形態に係る回転体１０の構成例を示す。本実施形態に係る検出装置１００の構成例を示す。本実施形態に係る検出装置１００の動作フローの一例を示す。本実施形態に係る角度演算部１５０が回転体１０の回転角度を演算した結果の一例を示す。本実施形態に係る決定部１８０が回転体１０の回転角度を決定した結果の一例を示す。本実施形態に係る検出装置１００の第１変形例を示す。本実施形態に係る検出装置１００の第２変形例を示す。本実施形態に係る検出装置１００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。

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。

図１は、本実施形態に係る回転体１０の構成例を示す。回転体１０は、モータ等の駆動装置に接続され、回転軸を中心に回転する。回転体１０は、磁場を発生させつつ回転し、当該回転体１０の磁場を検出する磁気センサに回転磁場を印加する。図１は、磁気センサの一例として、第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０を示す。第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０については後に述べる。回転体１０は、回転磁石１２と、回転軸１４とを備える。

回転磁石１２は、回転軸１４回りに回転する。回転磁石１２は、一例として、円盤状の形状を有し、予め定められた第１平面と平行に回転する。回転磁石１２は、当該第１平面と略平行な断面がそれぞれ半円形状となる２つの領域に分割されてよく、一方の領域がＳ極であり、他方の領域がＮ極である磁石で形成されてよい。

これに代えて、回転磁石１２は、当該分割された２つの領域のうち、一方の領域の一部がＳ極であり、他方の領域の一部がＮ極となるように形成されてもよい。これに代えて、回転磁石１２は、４以上の複数の領域に分割されてよく、分割された領域の半分の領域のうち少なくとも一部の領域がＳ極であり、残りの半分の領域のうち少なくとも一部の領域がＮ極となるように形成されてもよい。

回転磁石１２は、第１平面と略平行な面で回転することにより、理想的には、例えば、次式で示されるように、正弦波状または余弦波状に変化する磁場を外部の磁気センサ等に印加する。
（数１）
Ｈ_Ｘ（θ）＝ｃｏｓ（θ）
Ｈ_Ｙ（θ）＝ｓｉｎ（θ）

回転軸１４は、第１平面と略垂直な方向に形成される。回転軸１４は、一端が回転磁石１２に接続される。また、回転軸１４は、他端がモータ等の駆動装置に接続される。即ち、駆動装置は、回転軸１４および当該回転軸に接続された回転磁石１２を回転させる。本実施形態において、駆動装置は、予め定められた回転方向に、予め定められた略一定の回転速度で回転磁石１２を回転させる例を説明する。

第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０は、回転体１０が発生させる回転磁場を検出する。第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０は、例えば、第１平面における平面視で、回転磁石１２の円周と交わるように配置される。即ち、第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０のそれぞれは、回転磁石１２の円周から回転軸１４に平行に延伸させた円筒と交わるように配置される。第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０は、回転磁石１２の駆動装置側とは反対側の面に配置されてよく、これに代えて、駆動装置側の面に配置されてもよい。また、第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０は、回転磁石１２を挟むように配置されてもよい。

図１は、第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０が、回転磁石１２の円周付近、より正確には円周の直下に配置された例を示す。例えば、第１磁電変換部１１０は、正弦波状に変動する磁場が印加され、第２磁電変換部１２０は、余弦波状に変動する磁場が印加される。即ち、図１は、第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０が、互いに位相差が９０°となる正弦波あるいは余弦波状の磁場が印加されるように配置される例を示す。

図２は、本実施形態に係る検出装置１００の構成例を示す。検出装置１００は、磁場を発生する回転体１０の回転角度を検出する。検出装置１００は、図１に示したような回転体１０が発生する回転磁場を検出して、当該回転体１０の回転角度を検出する。検出装置１００は、第１磁電変換部１１０と、第２磁電変換部１２０と、第１増幅部１３０と、第２増幅部１３２と、ＡＤ変換部１４０と、ＡＤ変換部１４２と、記憶部１４６と、角度演算部１５０と、角度予測部１６０と、比較部１７０と、決定部１８０と、角度出力部１９０とを備える。

第１磁電変換部１１０は、回転周期で変化する回転体１０の磁場を検出する。第１磁電変換部１１０は、印加された磁場に略比例した電気信号を当該磁場の検知信号として出力する。第１磁電変換部１１０は、回転体１０の回転磁場によって周期的に変化する磁場が印加され、当該回転磁場の周期で変化する周期的な検知信号を出力する。第１磁電変換部１１０は、正弦波状に変化する回転体１０の磁場を検出してよい。ここで、本実施形態の第１磁電変換部１１０は、正弦波状の磁場が印加され、正弦波状の検知信号を出力する例を説明する。

第１磁電変換部１１０は、図１で説明した第１磁電変換部１１０と略同一の磁気センサであってよい。第１磁電変換部１１０は、一例として、磁場を検出するホール素子を有する。なお、第１磁電変換部１１０が有する磁気センサは、印加される周期的に変化する磁場を検出できる磁気センサであれば、ホール素子に限定されるものではない。第１磁電変換部１１０は、検知信号を第１増幅部１３０に供給する。

第２磁電変換部１２０は、回転周期で変化する回転体１０の磁場を第１磁電変換部１１０とは異なる位相で検出する。第２磁電変換部１２０は、印加された磁場に略比例した電気信号を当該磁場の検知信号として出力する。第２磁電変換部１２０は、回転体１０の回転磁場によって周期的に変化する磁場が印加され、当該回転磁場の周期で変化する周期的な検知信号を出力する。ここで、第２磁電変換部１２０が検出する位相は、第１磁電変換部１１０が検出する位相と比較して予め定められた位相差を有する。第２磁電変換部１２０は、一例として、回転体１０の回転の周期で変化する磁場を第１磁電変換部１１０とは略９０度異なる位相で検出する。なお、本実施形態の第２磁電変換部１２０は、位相が略９０度異なる余弦波状の磁場が印加され、余弦波状の検知信号を出力する例を説明する。

第２磁電変換部１２０は、図１で説明した第２磁電変換部１２０と略同一の磁気センサであってよい。第２磁電変換部１２０は、一例として、磁場を検出するホール素子を有する。なお、第２磁電変換部１２０が有する磁気センサは、印加される周期的に変化する磁場を検出できる磁気センサであれば、ホール素子に限定されるものではない。第２磁電変換部１２０は、検知信号を第２増幅部１３２に供給する。

第１増幅部１３０は、第１磁電変換部１１０の検知信号を受け取り、当該検知信号を増幅する。第１増幅部１３０は、第１磁電変換部１１０に接続されてよく、受けとった検知信号を予め定められた増幅率で増幅してよい。第１増幅部１３０は、増幅した検知信号をＡＤ変換部１４０に供給する。

第２増幅部１３２は、第２磁電変換部１２０の検知信号を受け取り、当該検知信号を増幅する。第２増幅部１３２は、第２磁電変換部１２０に接続されてよく、受けとった検知信号を予め定められた増幅率で増幅してよい。第２増幅部１３２は、増幅した検知信号をＡＤ変換部１４２に供給する。

ＡＤ変換部１４０は、増幅された検知信号を受け取り、当該検知信号をデジタル値に変換する。ＡＤ変換部１４０は、第１増幅部１３０に接続されてよく、受けとった検知信号を予め定められたクロック周期等でデジタル値に変換してよい。ＡＤ変換部１４０は、変換したデジタル信号を角度演算部１５０に供給する。

ＡＤ変換部１４２は、増幅された検知信号を受け取り、当該検知信号をデジタル値に変換する。ＡＤ変換部１４２は、第２増幅部１３２に接続されてよく、受けとった検知信号を予め定められたクロック周期等でデジタル値に変換してよい。ＡＤ変換部１４２は、変換したデジタル信号を角度演算部１５０に供給する。

記憶部１４６は、当該検出装置１００の設定値等を記憶する。また、記憶部１４６は、検出装置１００が回転体１０の回転角度を検出する過程における中間データおよび算出結果等をそれぞれ記憶してもよい。また、記憶部１４６は、検出装置１００内の各部の要求に応じて、記憶した設定値、データ等を要求元に供給してよい。

角度演算部１５０は、第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０の検出結果に基づき、回転体１０の回転角度を演算する。角度演算部１５０は、ＡＤ変換部１４０およびＡＤ変換部１４２にそれぞれ接続されてよく、受けとった検知信号に基づき、回転角度を演算してよい。角度演算部１５０は、受けとった検知信号が正弦波信号および余弦波信号であること、また、２つの信号の位相が予め定められた位相差（本例では略９０度）ずれていること、が判明しているので、第１磁電変換部１１０および第２磁電変換部１２０に印加された磁場の第１平面上の方向（即ち、回転体１０の回転角）を演算することができる。角度演算部１５０は、演算結果を比較部１７０に供給する。

角度予測部１６０は、角度演算部１５０が演算した回転角度に基づき、回転体１０の回転角度を予測する。角度予測部１６０は、角度演算部１５０の演算結果に基づき、当該検出装置１００が決定した１または複数の回転角度を用いて、回転体１０の回転角度を予測してよい。角度予測部１６０は、当該検出装置１００の出力値を順次受けとって、１または複数の回転角度を蓄積してよい。また、記憶部１４６が当該検出装置１００の出力を記憶する場合、角度予測部１６０は、当該記憶部１４６に接続されてよく、当該検出装置１００が決定した１または複数の回転角度を取得してもよい。

角度予測部１６０は、角度演算部１５０が前回までに演算した演算結果に基づき、回転体１０の今回の回転角度を予測する。角度予測部１６０は、例えば、蓄積された過去の検出装置１００の出力値に応じた回転体１０の回転速度を算出し、当該回転速度と前回の当該検出装置１００が決定した回転角度とに応じて、今回の回転体１０の回転角度を予測する。角度予測部１６０は、一例として、回転体１０が等速回転運動で回転していると仮定して、当該回転速度を算出してよい。

角度予測部１６０は、角度演算部１５０が演算した予め定められた数の演算結果に基づき、回転体１０の回転角度を予測してよい。角度予測部１６０は、例えば、蓄積された過去の検出装置１００の予め定められた数の出力値に基づいて、回転体１０の回転速度を予測する。角度予測部１６０は、一例として、角度演算部１５０が演算した予め定められた数の演算結果に基づく平均値を用いて、回転体１０の回転角度を予測する。なお、記憶部１４６は、当該予め定められた数の設定値を記憶してよく、この場合、角度予測部１６０は記憶部１４６から当該予め定められた数を取得してよい。角度予測部１６０は、予測した回転速度と前回の当該検出装置１００の出力とに応じた今回の回転体１０の回転角度を予測し、予測結果を比較部１７０に供給する。

比較部１７０は、角度演算部１５０の演算結果と角度予測部１６０の予測結果とを比較する。即ち、比較部１７０は、今回の角度演算部１５０の演算結果と、前回までの角度予測部１６０の予測結果と、を比較する。比較部１７０は、角度演算部１５０および角度予測部１６０に接続されてよく、受けとった演算結果および予測結果の差分が予め定められた閾値を超えるか否かを判定してよい。

なお、記憶部１４６は、当該予め定められた閾値の設定値を記憶してよく、この場合、比較部１７０は記憶部１４６から当該予め定められた閾値を取得してよい。また、予め定められた閾値は、一例として、１．０度以上３．６度以下の角度、または１．０度以上３．６度以下の角度に対応するデジタル値である。比較部１７０は、比較結果を決定部１８０に供給する。

決定部１８０は、角度演算部１５０が演算した回転角度と、角度予測部１６０が予測した回転角度の比較結果に基づき、回転体１０の回転角度を決定する。決定部１８０は、比較部１７０と接続されてよく、受けとった比較部１７０の比較結果に応じて、回転体１０の回転角度を決定する。決定部１８０は、角度演算部１５０が演算した回転角度と、角度予測部１６０が予測した回転角度の差分が、予め定められた閾値を超えたことに応じて、角度予測部１６０が予測した回転角度を回転体１０の回転角度と決定してよい。

決定部１８０は、角度演算部１５０が演算した回転角度と、角度予測部１６０が予測した回転角度の差分が、予め定められた閾値未満の場合、角度演算部１５０が演算した回転角度を回転体１０の回転角度と決定してよい。決定部１８０は、決定した回転角度を角度出力部１９０に供給する。また、決定部１８０は、決定した回転角度を角度予測部１６０に、次回の予測に用いる検出装置１００の出力値として供給する。

角度出力部１９０は、決定した回転角度を当該検出装置１００の外部に供給する。角度出力部１９０は、決定部１８０に接続されてよく、受けとった回転角度を当該検出装置１００の出力として外部に供給する。角度出力部１９０は、外部とのインターフェイスであってよい。この場合、角度出力部１９０は、出力するデータのフォーマット等を、供給すべき外部の装置等の入力データのフォーマット等に変換してもよい。

以上の本実施形態に係る検出装置１００によれば、被検出対象（即ち、回転体１０）以外の外乱磁場が生じても、当該外乱磁場の影響を低減させてセンサの精度劣化を防止することができる。このような検出装置１００の動作について、図３を用いて説明する。

図３は、本実施形態に係る検出装置１００の動作フローの一例を示す。まず、回転体１０は、予め定められた回転速度で回転して、回転磁場を発生させる（Ｓ３１０）。本実施形態において、回転体１０が３０００［ｒｐｍ］の回転速度で回転する例を説明する。

第１磁電変換部および第２磁電変換部は、回転体１０が発生させた回転磁場を検出する（Ｓ３２０）。ＡＤ変換部１４０は、第１増幅部１３０が増幅した第１磁電変換部１１０の検知信号をデジタル信号に変換し、ＡＤ変換部１４２は、第２増幅部１３２が増幅した第２磁電変換部１２０の検知信号をデジタル信号に変換する。

次に、角度演算部１５０は、ＡＤ変換部１４０およびＡＤ変換部１４２が変換したデジタル信号をそれぞれ受け取り、回転体１０の回転角度を演算する（Ｓ３３０）。ここで、角度演算部１５０は、予め定められた時間毎に回転体１０の回転角度を演算してよい。角度演算部１５０は、予め定められた周期のクロック信号に応じて、回転角度を演算してよい。本実施形態において、角度演算部１５０が、略０．０５５６ｍｓ毎に回転角度を演算する例を説明する。

図４は、本実施形態に係る角度演算部１５０が回転体１０の回転角度を演算した結果の一例を示す。図４は、横軸が時間（単位は「ｍｓ」）を示し、縦軸が回転角度（単位は「°」）を示す。図４は、３０００ｒｐｍで回転する回転体１０の回転角度を、角度演算部１５０が略０．０５５６ｍｓ毎に時系列に演算した結果のうち、１４点をプロットした例を示す。また、図４は、第１１番目のデータ（時刻が略２．５ｍｓのデータ）において、外乱磁場の影響によって角度演算結果に誤差が生じてしまった例を示す。

角度予測部１６０は、角度演算部１５０と同様に、予め定められた時間毎に（即ち、予め定められた周期で）回転体１０の回転角度を予測してよい（Ｓ３４０）。即ち、角度予測部１６０は、角度演算部１５０に供給される予め定められた周期のクロック信号が供給され、当該クロック信号に応じて、回転角度を演算してよい。なお、図３において、角度予測部１６０の角度予測は、角度演算部１５０の回転角度の演算後に実行するフローとなっているが、これに代えて、角度予測部１６０の角度予測は、角度演算部１５０の回転角度の演算と略同一のタイミングで（即ち、略同一のクロック位相で）、実行されてよい。これに代えて、角度予測部１６０の角度予測は、角度演算部１５０の回転角度の演算前に実行されてもよい。

また、当該予め定められた周期は、設定値として記憶部１４６に記憶されてよく、この場合、検出装置１００の内部のクロック信号発生部が、当該設定を読み出して、対応するクロック信号を角度演算部１５０、角度予測部１６０等に供給してよい。

ここで、角度予測部１６０は、まず、予め定められた数の演算結果に基づいて、回転体１０の回転角度を予測する。本実施形態において、角度予測部１６０が、角度演算部１５０の演算結果に基づいて検出装置１００が過去に決定した１０個の回転角度を用いて、回転体１０の回転角度を予測する例を説明する。この場合において、角度予測部１６０は、検出装置１００が回転角度を決定する毎に、最も古い回転角度の情報を破棄して、１０個の回転角度を更新してよい。即ち、角度予測部１６０は、略０．０５５６ｍｓ毎に１０個の回転角度を更新し、当該更新した回転角度を用いて回転角度を予測してよい。

即ち、角度予測部１６０は、直近の１０個の回転角度の決定値から、回転角度の変化の程度を把握し、当該変化の程度に応じた次の回転角度を予測する。角度予測部１６０は、回転角度の変化の程度を、蓄積された１０個の角度位置データのそれぞれの差分の平均値として算出してよい。なお、当該差分の平均値は、回転体１０の回転速度に相当する。また、角度予測部１６０は、当該差分の平均値をクロック周期で割った平均の回転速度を算出してもよい。

次に、比較部１７０は、角度演算部１５０の演算結果と角度予測部１６０の予測結果とを比較する（Ｓ３５０）。本実施形態の比較部１７０は、演算結果および予測結果の差分の絶対値が閾値を超えるか否かを判定する例を説明する。なお、比較部１７０は、当該閾値を１．５°とする例を説明する（即ち、記憶部１４６に、当該閾値が設定されているものとする）。例えば、図４に示す第１番目のデータについては、外乱磁場の影響をほとんど受けていないので、比較部１７０の比較結果は、閾値未満となる。

次に、決定部１８０は、比較部１７０の比較結果に応じて、角度演算部１５０の演算結果および角度予測部１６０の予測結果のいずれか一方を回転体１０の回転角度と決定する（Ｓ３６０）。例えば、決定部１８０は、図４に示す第１番目のデータが閾値未満となることに応じて、角度演算部１５０の演算結果を回転体１０の回転角度と決定する。決定部１８０は、決定した回転角度を角度出力部１９０に供給するとともに、角度予測部１６０に次の予測に用いるデータとして当該回転角度の情報を供給する。角度予測部１６０は、当該回転角度の情報を受けとったことに応じて、最も古い回転角度の情報を破棄して、１０個の回転角度を更新してよい。

検出装置１００は、回転体１０の回転磁場の検出（Ｓ３２０）から回転体１０の回転角度の決定（Ｓ３６０）の動作を、検出動作の終了まで繰り返し（Ｓ３７０：Ｎｏ）、回転角度を時系列に決定していく。例えば、第１磁電変換部および第２磁電変換部は第１の時刻の回転磁場を検出し、検出結果に基づいて角度演算部１５０は図４に示す第１番目の角度演算部１５０の演算結果を出力し、決定部１８０は当該演算結果を回転体１０の第１番目の回転角度として決定する。そして、第１磁電変換部および第２磁電変換部は次の時刻の回転磁場を検出し、角度演算部１５０は図４に示す第２番目の角度演算部１５０の演算結果を出力し、当該演算結果に基づき、決定部１８０は回転体１０の第２番目の回転角度を決定する。

検出装置１００は、以上の動作を繰り返し、回転角度を順次決定する。検出装置１００は、例えば、予め定められたデータ数を出力した場合、当該繰り返しを終了させる（Ｓ３７０：Ｙｅｓ）。また、検出装置１００は、検出動作の終了が指示された場合に、当該繰り返しを終了させてもよい。当該検出動作の終了は、外部の装置等から入力されてよく、当該検出装置１００のユーザが入力してもよい。以上の動作フローによって、図４の角度演算部１５０の演算結果に対して、検出装置１００の各部が算出するデータの例を、表１に示す。

表１は、第１列にデータ番号を示し、第２列に回転磁場の検出時刻を示す。即ち、第２列の検出時刻は、図４の各データの横軸のデータ値に相当する。また、第３列は、それぞれの検出時刻に検出された回転磁場の検出結果に応じて、角度演算部１５０がそれぞれ演算した角度演算結果を示す。即ち、第３列の角度演算結果は、図４の各データの縦軸のデータ値に相当する。また、第４列に決定部１８０の決定結果を示し、第５列に前回の決定部１８０の決定結果（第４列の今回のデータ番号よりも１つ少ないデータ番号に対応する行の値）と今回の決定部１８０の決定結果（第４列の今回のデータ番号に対応する行の値）との差分を示す。なお、第５列の差分は、単位時間（０．０５５６ｓ）当たりの回転速度に相当する。

そして、第６列に平均回転速度を示し（即ち、第５列の回転速度の直近１０回分の平均値）、第７列に角度予測部１６０の予測結果を示し、第８列に角度予測部１６０の予測結果（第７列）と角度演算結果（第３列）との差分を示す。なお、回転体１０は、３０００ｒｐｍの略一定の回転速度で回転しているが、各データは、微弱な雑音、センサ固有の角度誤差等の影響により、ある程度のバラツキを含む結果となっている。

表１のデータ番号０番の行からデータ番号９番の行において、角度予測部１６０の予測結果と角度演算結果との差分（第８列）の絶対値は、それぞれ閾値（１．５°）未満となっている。したがって、決定部１８０は、角度演算部１５０の角度演算結果（第３列）を回転角度の決定結果（第４列）としてそれぞれ決定する。

また、データ番号１０番の行より、角度予測部１６０の予測結果（第７列）は、４４．９５°である。当該値は、データ番号０番から９番までの、今回と前回の決定部１８０の出力の差分（第５列）の平均値（即ち、データ番号１０番第６列の値）である０．９９°を、データ番号９番の決定部１８０の出力（第４列）である４３．９７°に加算して算出した結果である（有効数字を小数点以下第２位としている）。

このように算出された角度予測部１６０の予測結果（第７列）である４４．９５°と、角度演算結果（第３列）である５２．３４°との差分（第８列）は、−７．３８°となり、絶対値が閾値を超える結果となる。したがって、決定部１８０は、角度予測部１６０の予測結果（４４．９５°）を決定結果（第４列）とする。

即ち、検出装置１００は、過去の回転速度の平均値から予測された今回の予測値と、今回の角度演算結果とを比較し、差分が閾値を超えたことに応じて、今回の角度演算結果は外乱磁場の影響を受けた結果と判断して、今回の予測値を回転角の決定値とする。これによって、突発的に生じる外乱磁場の影響を受けた角度演算結果の値を除外して、より確からしい値を採用することができる。また、決定部１８０は、今回の回転角の決定値を角度予測部１６０に供給し、角度予測部１６０は、受けとった決定値を直近の決定値として更新する。したがって、角度予測部１６０は、外乱磁場の影響を受けた角度演算結果を用いずに、次の回転角の予想を実行することができ、次回以降の予測結果もより確からしい値を予測することができる。

以上の本実施形態に係る検出装置１００が、表１で示すように算出した結果を、図５に示す。図５は、本実施形態に係る決定部１８０が回転体１０の回転角度を決定した結果の一例を示す。図５は、図４と同様、横軸が時間（単位は「ｍｓ」）を示し、縦軸が回転角度（単位は「°」）を示す。また、図５は、図４と異なり、第１１番目のデータ（時刻が略２．５ｍｓのデータ）において、外乱磁場による急なデータの変動がなくなり、外乱磁場の影響を低減させたことがわかる。即ち、図４に示す角度演算部１５０の演算結果に対して、決定部１８０は、外乱磁場の影響を低減させるように角度予測部１６０の予測結果を選択して採用することができる。

図６は、本実施形態に係る検出装置１００の第１変形例を示す。第１変形例の検出装置１００において、図２に示された本実施形態に係る検出装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第１変形例の検出装置１００は、選択部２１０を有する。

選択部２１０は、角度予測部１６０の予測を用いるか否かを選択する。選択部２１０は、例えば、装置のアイドリング、試運転、外部磁場の影響がほとんどない状態、外部磁場の影響を測定する場合等において、角度予測部１６０の予測を用いないことを選択する。選択部２１０は、記憶部１４６に記憶された設定値に基づき、当該選択を実行してよく、これに代えて、外部の装置、アプリケーション、ユーザの入力等によって、当該選択を実行してよい。

選択部２１０は、角度予測部１６０および比較部１７０の間に接続されてよい。この場合、選択部２１０は、角度予測部１６０の予測を用いる場合、角度予測部１６０から受けとった予測結果を比較部１７０に供給し、角度予測部１６０の予測を用いない場合、角度予測部１６０から受けとった予測結果を比較部１７０に供給しない。これに代えて、選択部２１０は、角度予測部１６０に接続されてよい。この場合、選択部２１０は、角度予測部１６０の予測を用いる場合、当該角度予測部１６０に予測動作の実行を指示し、角度予測部１６０の予測を用いない場合、当該角度予測部１６０に予測動作の停止を指示する。なお、選択部２１０は、比較部１７０に対して、比較動作の停止を指示してもよい。

比較部１７０は、角度演算部１５０または選択部２１０から角度演算部１５０の演算結果を受けとった場合、上述の比較動作を実行する。また、比較部１７０は、角度演算部１５０または選択部２１０から角度演算部１５０の演算結果を受けとらなかった場合、または比較動作の停止を指示された場合、角度演算部１５０の演算結果を決定部１８０に供給し、決定部１８０は、角度演算部１５０が演算した結果を回転体１０の回転角度として決定する。これによって、検出装置１００は、外部磁場の影響を低減させる動作を、切り換えて実行することができる。

以上のように、本実施形態に係る検出装置１００は、磁気シールド等を用いずに装置内の演算によって、外乱磁場の影響を低減させることができる。したがって、本実施形態に係る検出装置１００は、磁気式の回転角度センサまたはエンコーダを小型化すること、および、製造工程を簡易化することができる。したがって、外乱磁場の発生が顕著で、かつ、センサを配置する空間が限られている環境等においても、低雑音化、低ジッター化、正確なＤｕｔｙ出力等の機能を有する回転検出装置および位置検出装置を実現することができる。

図７は、本実施形態に係る検出装置１００の第２変形例を示す。第２変形例の検出装置１００において、図２に示された本実施形態に係る検出装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２変形例の検出装置１００は、角度演算部１５０が、演算結果を角度予測部１６０に供給する。即ち、第２変形例の角度予測部１６０は、角度演算部１５０から供給される回転体１０の回転角の演算結果を受け取って蓄積し、前回までに演算した演算結果に基づき、回転体１０の今回の回転角度を予測する。角度予測部１６０は、内部に演算結果を蓄積する記憶回路を有してよく、これに代えて、記憶部１４６に接続され、当該記憶部１４６に受け取った演算結果を蓄積してもよい。

以上の本実施形態に係る検出装置１００は、演算を略０．０５５６ｍｓ毎に実行する例を説明したが、当該時間間隔に限定されるものではなく、システム、アプリケーション、用いる部品等に応じて、選択されてよい。また、本実施形態に係る比較部１７０は、閾値を１．５°とする例を説明したが、当該閾値に限定されるものではなく、回転体１０が配置される環境、外乱磁場の強度、アプリケーション等に応じて、選択されてよい。また、本実施形態に係る角度予測部１６０は、過去の１０個の回転速度の平均値を用いて回転角度を予測する例を説明したが、用いる過去のデータ個数はこれに限定されるものではなく、ジステム、アプリケーション、検出装置１００の内部誤差等に応じて、選択されてよい。

なお、図３に示した角度演算部１５０による角度演算は、正接・逆正接演算を用いてもよく、これに代えて、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムとして既知の演算手法を用いてもよい。また、これに代えて、回転角センサの一つであるレゾルバの角度演算手法として既知である、Ｒ／Ｄ変換等に用いられる２型サーボ方式を用いてもよい。この場合、レゾルバは、第１磁電変換部１１０、第２磁電変換部１２０、第１増幅部１３０、第２増幅部１３２、ＡＤ変換部１４０、ＡＤ変換部１４２、角度演算部１５０の代わりに設けられてよく、回転体１０の回転角度を演算し、比較部１７０に供給してよい。

また、本実施形態に係る第１磁電変換部および第２磁電変換部は、正弦波状および余弦波状に変動する磁場が印加されるように、平面視において回転体１０の円周に重なるように配置される例を説明した。これに代えて、第１磁電変換部および第２磁電変換部は、特許文献２に記載のように、磁場コンセントレータとして既知の配置であってもよい。

また、本実施形態に係る回転体１０は、予め定められた回転方向に、予め定められた略一定の回転速度で回転する例を説明した。これに代えて、回転体１０は、速度可変に回転してもよい。この場合、角度予測部１６０は、過去の回転速度の変化に基づき、回転体１０の速度を予測してから、回転角度を予測してよい。

なお、本実施形態に係る検出装置１００は、図１に示すように、回転体１０の近傍に配置され、回転体１０の回転角を検出する例を説明した。これに加えて、検出装置１００は、回転周期で変化する磁場を発生して当該検出装置１００に供給する回転体１０と一体に形成されてもよい。この場合、回転体１０および検出装置１００は、回転角度検出装置として機能してよい。

図８は、本実施形態に係る検出装置１００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。

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。

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。

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。

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。

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を記憶部１４６、角度演算部１５０、角度予測部１６０、比較部１７０、決定部１８０、角度出力部１９０、および選択部２１０として機能させる。

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記憶部１４６、角度演算部１５０、角度予測部１６０、比較部１７０、決定部１８０、角度出力部１９０、および選択部２１０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検出装置１００が構築される。

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。

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。

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。

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。

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。

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、請求の範囲の記載から明らかである。

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。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。

１０回転体、１２回転磁石、１４回転軸、１００検出装置、１１０第１磁電変換部、１２０第２磁電変換部、１３０第１増幅部、１３２第２増幅部、１４０ＡＤ変換部、１４２ＡＤ変換部、１４６記憶部、１５０角度演算部、１６０角度予測部、１７０比較部、１８０決定部、１９０角度出力部、２１０選択部、１９００コンピュータ、２０００ＣＰＵ、２０１０ＲＯＭ、２０２０ＲＡＭ、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、２０６０ＤＶＤ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、２０９５ＤＶＤ−ＲＯＭ

Claims

磁場を発生する回転体の回転角度を検出する検出装置であって、
前記回転体の磁場を検出する第１磁電変換部と、
前記回転体の前記磁場を前記第１磁電変換部とは異なる位相で検出する第２磁電変換部と、
前記第１磁電変換部および前記第２磁電変換部の検出結果に基づき、前記回転体の回転角度を演算する角度演算部と、
前記角度演算部が演算した回転角度に基づき、前記回転体の回転角度を予測する角度予測部と、
前記角度演算部が演算した回転角度と、前記角度予測部が予測した回転角度の比較結果に基づき、前記回転体の回転角度を決定する決定部と、
を備える検出装置。
前記角度予測部は、前記角度演算部が前回までに演算した演算結果に基づき、前記回転体の今回の回転角度を予測する請求項１に記載の検出装置。
前記決定部は、前記角度演算部が演算した回転角度と、前記角度予測部が予測した回転角度の差分が、予め定められた閾値を超えたことに応じて、前記角度予測部が予測した回転角度を前記回転体の回転角度と決定する請求項１または２に記載の検出装置。
前記角度予測部は、前記決定部の出力に基づき、前記回転体の回転角度を予測する請求項３に記載の検出装置。
前記角度予測部は、前記角度演算部が演算した予め定められた数の演算結果に基づき、前記回転体の回転角度を予測する請求項３に記載の検出装置。
前記角度予測部は、前記角度演算部が演算した予め定められた数の演算結果に基づく平均値を用いて、前記回転体の回転角度を予測する請求項５に記載の検出装置。
前記予め定められた数の設定値を記憶する記憶部を備える請求項４から６のいずれか一項に記載の検出装置。
前記記憶部は、前記予め定められた閾値の設定値を記憶する請求項７に記載の検出装置。
前記角度予測部は、予め定められた周期で前記回転体の回転角度を予測し、
当該予め定められた周期は、設定値として前記記憶部に記憶される請求項７または８に記載の検出装置。
前記予め定められた閾値は、１．０度以上３．６度以下の角度、または１．０度以上３．６度以下の角度に対応するデジタル値である請求項３から９のいずれか一項に記載の検出装置。
前記角度予測部の予測を用いるか否かを選択する選択部を更に有し、
前記決定部は、前記選択部が前記角度予測部の予測を用いないことを選択した場合、前記角度演算部が演算した回転角度を前記回転体の回転角度と決定する請求項１から１０のいずれか一項に記載の検出装置。
前記第１磁電変換部は、正弦波状に変化する前記回転体の磁場を検出する請求項１から１１のいずれか一項に記載の検出装置。
前記第２磁電変換部は、前記回転体の回転の周期で変化する前記磁場を前記第１磁電変換部とは９０度異なる位相で検出する請求項１から１２のいずれか一項に記載の検出装置。
前記第１磁電変換部および前記第２磁電変換部は、ホール素子を有する請求項１から１３のいずれか一項に記載の検出装置。
前記決定部が決定した回転角度を出力する出力部を備える請求項１から１４のいずれか一項に記載の検出装置。
請求項１から１５のいずれか一項に記載の検出装置と、
回転周期で変化する磁場を発生して前記検出装置に供給する回転体と、
を備える
回転角度検出装置。
磁場を発生する回転体の回転角度を検出する検出方法であって、
前記回転体の回転角度を演算する角度演算段階と、
前記角度演算段階で演算した回転角度に基づき、前記回転体の回転角度を予測する角度予測段階と、
前記角度演算段階で演算した回転角度と、前記角度予測段階で予測した回転角度の比較結果に基づき、前記回転体の回転角度を決定する決定段階と、
を備える検出方法。
コンピュータに請求項１７に記載の検出方法を実行させるプログラム。