WO2011024730A1 - 回転角検出装置 - Google Patents

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WO2011024730A1
WO2011024730A1 PCT/JP2010/064102 JP2010064102W WO2011024730A1 WO 2011024730 A1 WO2011024730 A1 WO 2011024730A1 JP 2010064102 W JP2010064102 W JP 2010064102W WO 2011024730 A1 WO2011024730 A1 WO 2011024730A1
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WO
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phase difference
rotation angle
signal
sine wave
output signal
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PCT/JP2010/064102
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English (en)
French (fr)
Inventor
上田　武史
冷水　由信
Original Assignee
株式会社ジェイテクト
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Publication date
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Priority to US13/389,985 priority patent/US8933692B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/2448—Correction of gain, threshold, offset or phase control

Definitions

  • the present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body.
  • a brushless motor used in an electric power steering device or the like is controlled by passing a current through the stator winding in accordance with the rotation angle of the rotor. Therefore, for example, a rotation angle detection device shown in FIG. 13 is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the rotation angle detection device has a rotor 1 including a magnet having two magnetic poles, and two magnetic sensors 11 and 12 arranged at an angular interval of 90 ° with the rotation center axis of the rotor 1 as the center.
  • Each of the magnetic sensors 11 and 12 outputs sine wave signals having a phase difference of 90 °, and the rotation angle of the rotor 1 is detected based on these two sine wave signals.
  • Both magnetic sensors 11 and 12 are mounted on a substrate 2 indicated by a chain line in FIG.
  • the direction indicated by the arrow in FIG. 13 is the positive rotation direction of the rotor 1.
  • the rotation angle of the rotor 1 is increased.
  • the rotation angle of the rotor 1 is decreased.
  • ) A2 ⁇ cos ⁇ .
  • A1 and A2 each represent an amplitude.
  • the rotation angle ⁇ of the rotor can be obtained based on, for example, the following equation (1) using both output signals V1 and V2.
  • an object of the present invention is to detect a rotation angle that can detect an accurate rotation angle even when there is a phase difference error due to a relative arrangement error between both sensors between output signals of two sensors. Is to provide a device. Another object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that can arbitrarily determine the relative arrangement of two sensors.
  • an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that can detect when one of the two sensors fails.
  • the rotation angle detection device is a rotation angle detection device that detects the rotation angle of a rotating body, is arranged at a first position around the rotating body, and outputs a first sine wave signal to the rotation of the rotating body.
  • the first sensor that outputs in response to the first position and the first position are arranged at a second position around the rotating body with an angular interval, and the first sine wave signal is the angle A second sensor for outputting a second sine wave signal having an arrangement phase difference corresponding to the interval according to the rotation of the rotating body; and the first sine wave signal and the second sine wave signal.
  • a rotation angle calculation device that calculates the rotation angle based on the rotation angle calculation device, wherein the rotation angle calculation device outputs one sine wave signal of the first sine wave signal and the second sine wave signal, Correct the placement phase difference, which is the phase difference between signals, to the target phase difference.
  • the rotation angle calculation device outputs one sine wave signal of the first sine wave signal and the second sine wave signal
  • Correct the placement phase difference which is the phase difference between signals, to the target phase difference.
  • one of the first sine wave signal and the second sine wave signal is corrected so that the arrangement phase difference, which is the phase difference between the signals, becomes the target phase difference.
  • the rotation angle is calculated based on the corrected one sine wave signal and the other sine wave signal. Therefore, regardless of the arrangement phase difference between the two sine wave signals, one of the sine wave signals can be corrected so that the phase difference between the signals becomes the target phase difference.
  • the target phase difference can be set to a phase difference suitable for calculating the rotation angle of the rotating body, so that an accurate rotation angle can be detected.
  • the difference between the arrangement phase difference and the target phase difference is caused by a relative arrangement error between the first sensor and the second sensor.
  • This is a phase difference error between sinusoidal signals.
  • the rotation angle calculation device further includes a phase difference error calculation unit that calculates the phase difference error, and the signal correction unit corrects the one sine wave signal based on the phase difference error.
  • the phase difference error between two sine wave signals is calculated. Based on the calculated phase difference error, one of the first sine wave signal and the second sine wave signal has an arrangement phase difference that is a phase difference between the signals, and a target phase difference is obtained. It is corrected so that Then, the rotation angle is calculated based on the corrected one sine wave signal and the other sine wave signal. Therefore, an accurate rotation angle can be detected even when there is a phase difference error due to a relative arrangement error between the two sensors between the sine wave signals output from the two sensors.
  • the phase difference error calculating unit calculates a signal amplitude corresponding to the sum of the first sine wave signal and the second sine wave signal
  • a second amplitude calculator that calculates an amplitude of a signal corresponding to a difference between the first sine wave signal and the second sine wave signal; an amplitude calculated by the first amplitude calculator;
  • an error calculator that calculates the phase difference error based on a difference from the amplitude calculated by the two amplitude calculators.
  • the target phase difference is different from the arrangement phase difference.
  • one of the sine wave signals is set to a target phase difference in which the phase difference between the signals is different from the arrangement phase difference. It can be corrected.
  • This target phase difference can be set to, for example, a phase difference (for example, 90 °) suitable for calculating the rotation angle of the rotating body, so that the rotation is performed regardless of the arrangement phase difference between the two sine wave signals. It becomes possible to calculate the rotation angle of the body. Therefore, the relative arrangement of the two sensors can be arbitrarily determined.
  • the arrangement phase difference includes a phase difference between the two sinusoidal signals generated due to a relative arrangement error between the first sensor and the second sensor. Errors are superimposed.
  • the rotation angle calculation device further includes a phase difference error calculation unit that calculates the phase difference error, and the signal correction unit is configured to output the one sine wave signal based on the arrangement phase difference and the phase difference error. Correct.
  • the phase difference error calculating unit calculates a signal amplitude corresponding to the sum of the first sine wave signal and the second sine wave signal
  • a second amplitude calculator for calculating an amplitude of a signal corresponding to a difference between the first sine wave signal and the second sine wave signal
  • an amplitude calculated by the first amplitude calculator
  • an error calculator that calculates the phase difference error based on a difference from the amplitude calculated by the two amplitude calculators.
  • the arrangement phase difference is smaller than the target phase difference. According to this configuration, it is possible to reduce the substrate for mounting the two sensors. For example, when the target phase difference is 90 °, the arrangement phase difference can be made smaller than 90 °. In this case, since the angle interval between the two sensors can be made smaller than 90 °, the board for mounting the two sensors can be formed compared to the case where the angle interval between the two sensors is 90 °. Can be small.
  • the rotation angle calculation device is configured to determine whether the first sine wave signal is based on one sine wave signal corrected by the signal correction unit and the second sine wave signal. Based on the first signal abnormality determination unit that determines whether or not there is an abnormality, one sine wave signal corrected by the signal correction unit, and the first sine wave signal, the second sine And a second signal abnormality determining unit that determines whether or not the wave signal is abnormal.
  • the first signal abnormality determination unit determines that the first sine wave signal is abnormal, and thus detects the failure of the first sensor. can do.
  • the second signal abnormality determination unit determines that the second sine wave signal is abnormal, so that the failure of the second sensor is detected. Can do.
  • the target phase difference is 90 degrees.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a detailed configuration of the rotation angle calculation device.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a calculation method of the phase difference error by the phase difference error calculation unit.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of rotation angle calculation processing by the rotation angle calculation device.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a rotation angle detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of rotation angle calculation processing by the rotation angle calculation device.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a rotation angle detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation example of the first V1 abnormality monitoring unit.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation example of the first V2 abnormality monitoring unit.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example of the second V1 abnormality monitoring unit.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an operation example of the second V2 abnormality monitoring unit.
  • FIG. 12A is an explanatory diagram for explaining operations of the first V1 abnormality monitoring unit and the first V2 abnormality monitoring unit
  • FIG. 12B is a second V1 abnormality monitoring unit and a second V2 abnormality monitoring unit. It is explanatory drawing for demonstrating operation
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a rotation angle detection method by a conventional rotation angle detection device.
  • FIG. 14A is a schematic diagram showing an output signal of each sensor when the angular interval between the two sensors is 90 °
  • FIG. 14B shows the angular error of the rotation angle detected by the conventional rotation angle detection device.
  • FIG. 15A is a schematic diagram showing an output signal of each sensor when the angular interval between the two sensors is deviated from 90 °
  • FIG. 15B shows the angle of the rotation angle detected by the conventional rotation angle detection device. It is a schematic diagram which shows an error.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • This rotation angle detection device can be used, for example, to detect the rotation angle of a rotor of a brushless motor of an electric power steering.
  • the rotation angle detection device has, for example, a detection rotor 1 that rotates according to the rotation of a brushless motor.
  • the rotor 1 includes a cylindrical magnet having a plurality of magnetic pole pairs. In this example, the magnet has one pair of magnetic poles. That is, the magnet has two magnetic poles N and S arranged at equal intervals.
  • a first magnetic sensor 11 and a second magnetic sensor 12 are arranged at a first position and a second position, respectively, at intervals in the circumferential direction of the rotor 1.
  • the magnetic sensor for example, a sensor provided with an element having a characteristic in which an electrical characteristic is changed by the action of a magnetic field, such as a Hall element or a magnetoresistive element (MR element) can be used.
  • Both magnetic sensors 11 and 12 are preferably arranged at an angular interval corresponding to a predetermined phase difference (hereinafter referred to as “target phase difference”) centered on the rotation center axis of the rotor 1. .
  • the target phase difference is set to 90 °.
  • the angular interval between the magnetic sensors 11 and 12 may not be an angular interval corresponding to the target phase difference due to manufacturing errors or the like.
  • the actual angular interval between the magnetic sensors 11 and 12 is (90 ° + ⁇ ) instead of 90 ° corresponding to the target phase difference due to manufacturing errors or the like.
  • ⁇ is a phase difference error with respect to the target phase difference.
  • a phase difference (in this example, (90 ° + ⁇ )) corresponding to an actual angular interval between the two magnetic sensors 11 and 12 is referred to as an arrangement phase difference.
  • Each phase difference is an electrical angle.
  • the direction indicated by the arrow in FIG. 1 is the positive rotation direction of the rotor 1.
  • the rotation angle of the rotor 1 is increased.
  • A1 and A2 each represent an amplitude.
  • both signals V1 and V2 are respectively , A ⁇ sin ⁇ and A ⁇ cos ( ⁇ + ⁇ ).
  • A 1
  • the output signals V1 and V2 of the magnetic sensors 11 and 12 are input to the rotation angle calculation device 20.
  • the rotation angle calculation device 20 calculates the rotation angle ⁇ of the rotor 1 based on the output signals V1 and V2 of the magnetic sensors 11 and 12.
  • the rotation angle calculation device 20 is composed of, for example, a microcomputer, and includes a CPU (Central Processing Unit) and a memory (ROM, RAM, etc.).
  • the rotation angle calculation device 20 functions as a plurality of function processing units when the CPU executes a predetermined program stored in the ROM.
  • the plurality of function processing units include a phase difference error calculation unit (phase difference error calculation unit) 21, an output signal correction unit (signal correction unit) 22, and a rotation angle calculation unit (rotation angle calculation unit) 23.
  • the phase difference error calculation unit 21 calculates the phase difference error ⁇ based on the output signals V1 and V2 of both the magnetic sensors 11 and 12.
  • the phase difference error calculation unit 21 calculates the phase difference error ⁇ in advance and stores it in the memory before performing drive control of the brushless motor. For example, the phase difference error calculation unit 21 calculates the phase difference error ⁇ and stores it in the memory before the product equipped with the rotation angle detection device is shipped. In addition, after the product equipped with the rotation angle detection device is shipped, the phase difference error calculation unit 21 recalculates the phase difference error ⁇ every predetermined period or based on a predetermined command, and stores in the memory. The phase difference error ⁇ may be updated.
  • the output signal correction unit 22 When the drive control of the brushless motor is performed, the output signal correction unit 22 outputs the output signal of one magnetic sensor 12 based on the phase difference error ⁇ calculated by the phase difference error calculation unit 21 and stored in the memory. By correcting V2, a signal V2 ′ in which the phase difference error ⁇ is corrected is obtained.
  • the signal V2 'in which the phase difference error ⁇ is corrected is a signal (cos ⁇ ) in which the phase difference with respect to the output signal V1 becomes the target phase difference (90 ° in this example).
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a more detailed configuration of the rotation angle calculation device 20.
  • the phase difference error calculation unit 21 includes a signal sum calculation unit 31, a first amplitude calculation unit 32, a signal difference calculation unit 33, a second amplitude calculation unit 34, an amplitude difference calculation unit 35, and an error calculation unit. 36 and a memory 37 are included.
  • the signal sum calculation unit 31 calculates the sum of the output signals V1 and V2 of the two magnetic sensors 11 and 12.
  • a signal corresponding to the sum of the output signals V1 and V2 (hereinafter referred to as “sum signal”) is expressed by the following equation (2).
  • the first amplitude calculator 32 obtains the amplitude B1 of the sum signal based on the calculation result of the signal sum calculator 31. Specifically, for example, a signal sum corresponding to each of a plurality of arbitrary rotation angles of the rotor 1 is acquired by causing the signal sum calculation unit 31 to calculate the signal sum (V1 + V2) while rotating the rotor 1. The maximum value and the minimum value of the sum signal are extracted from the signal sum corresponding to the plurality of rotation angles acquired in this way, and the amplitude B1 of the sum signal is obtained based on the extracted maximum value and minimum value. For example, 1/2 of the value obtained by subtracting the average of the extracted minimum values from the average of the extracted maximum values can be obtained as the amplitude B1.
  • the signal difference calculator 33 calculates the difference (V1 ⁇ V2) between the output signals V1 and V2 of the two magnetic sensors 11 and 12.
  • a signal corresponding to the difference between the output signals V1 and V2 (hereinafter referred to as “difference signal”) is expressed by the following equation (4).
  • the second amplitude calculator 34 obtains the amplitude B2 of the difference signal based on the calculation result of the signal difference calculator 33. Specifically, for example, the signal difference (V1 ⁇ V2) is calculated by the signal difference calculation unit 33 while rotating the rotor 1, thereby obtaining signal differences corresponding to each of a plurality of arbitrary rotation angles of the rotor 1. To do. The maximum value and the minimum value of the difference signal are extracted from the signal differences corresponding to the plurality of rotation angles acquired in this manner, and the amplitude B2 of the difference signal is obtained based on the extracted maximum value and minimum value. For example, 1/2 of the value obtained by subtracting the average of the extracted minimum values from the average of the extracted maximum values can be obtained as the amplitude B2.
  • the amplitude difference ⁇ B is expressed by the following equation (6) when calculated using the equations (3) and (5).
  • the error calculator 36 calculates the phase difference error ⁇ based on the amplitude difference ⁇ B calculated by the amplitude difference calculator 35.
  • the amplitude difference ⁇ B is a function of ⁇ (2 ⁇ 2 ⁇ sin ( ⁇ / 2)).
  • this function is represented by a graph, a sine curve as shown in FIG. 3 is obtained.
  • the horizontal axis in FIG. 3 is not ⁇ but ⁇ / 2.
  • This function can be regarded as a substantially straight line in the range where the absolute value of ⁇ is small.
  • ⁇ is in the range of ⁇ / 6 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ / 6
  • ⁇ / 2 is 2 ⁇ 2 ⁇ sin ( ⁇ / 2) as shown in the following formula (7). ).
  • K is a proportionality constant.
  • This proportionality constant K is obtained when the portion of the sine curve shown in FIG. 3 in the range where the value on the horizontal axis is ⁇ ( ⁇ / 6) / 2 to ( ⁇ / 6) / 2 is regarded as a straight line. This corresponds to the slope y / x of the straight line. Therefore, the proportionality constant K is expressed by the following formula (8).
  • the phase difference error calculation unit 36 calculates the phase difference error ⁇ based on the equation (10) using the amplitude difference ⁇ B calculated by the amplitude difference calculation unit 35.
  • the calculated phase difference error ⁇ is stored in the memory 37.
  • Equation (11) can be derived based on an equation obtained by expanding cos ( ⁇ + ⁇ ) by the addition theorem of trigonometric functions.
  • the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 is sin ⁇
  • the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 is cos ( ⁇ + ⁇ )
  • the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 is Although corrected, the output signal V2 of the first magnetic sensor 11 is corrected by setting the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 as cos ⁇ and the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 as sin ( ⁇ + ⁇ ). You may do it.
  • ⁇ is in the range of ⁇ / 6 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ / 6, ⁇ / 2 is considered to be proportional to 2 ⁇ 2 ⁇ sin ( ⁇ / 2), but ⁇ / 2 is 2
  • the range of ⁇ considered to be proportional to ⁇ 2 ⁇ sin ( ⁇ / 2) is not limited to the above range as long as 2 ⁇ 2 ⁇ sin ( ⁇ / 2) is substantially linear.
  • the amplitude B1 of the sum signal and the amplitude B2 of the difference signal are 1 ⁇ 2 of the value obtained by subtracting the average of the minimum values from the average of the extracted maximum values.
  • the phase difference error ⁇ may be calculated for each magnetic pole pair by setting it to 1/2 of the value obtained by subtracting the local minimum value from the local maximum value for each magnetic pole pair.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a rotation angle detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • the rotor 1 includes a magnet having two magnetic poles N and S.
  • a first magnetic sensor 11 and a second magnetic sensor 12 are respectively positioned at a first position and a second position with a predetermined angular interval ⁇ around the rotation center axis of the rotor 1.
  • This angle interval ⁇ can be set to an arbitrary angle.
  • the angle interval ⁇ between the magnetic sensors 11 and 12 is set to an angle interval smaller than 90 degrees.
  • Both magnetic sensors 11 and 12 are mounted on a substrate 33 indicated by a chain line in FIG.
  • the arrangement phase difference is an electrical angle.
  • the output signals V1 and V2 of the magnetic sensors 11 and 12 are input to the rotation angle calculation device 40.
  • the rotation angle calculation device 40 calculates the rotation angle ⁇ of the rotor 1 based on the output signals V1 and V2 of the magnetic sensors 11 and 12.
  • the rotation angle calculation device 40 is composed of, for example, a microcomputer and includes a CPU (Central Processing Unit) and a memory (ROM, RAM, etc.).
  • the rotation angle calculation device 40 functions as a plurality of function processing units when the CPU executes a predetermined program stored in the ROM.
  • the plurality of function processing units include an output signal correction unit (signal correction unit) 41 and a rotation angle calculation unit (rotation angle calculation unit) 42.
  • the angular interval ⁇ between the magnetic sensors 11 and 12, that is, the arrangement phase difference ⁇ between the output signals V1 and V2, is stored in the memory.
  • the value of sin ⁇ and the value of cos ⁇ may be stored in the memory.
  • the output signal correction unit 41 corrects the output signal V2 based on the output signals V1 and V2 of both the magnetic sensors 11 and 12. Specifically, the output signal correction unit 41 corrects the output signal V2 to a signal whose phase difference with respect to the output signal V1 is a predetermined target phase difference.
  • equation (14) for correcting signal V2 to signal V2 ′ is obtained.
  • the second output signal V2 is corrected (step S12).
  • the second embodiment regardless of the arrangement phase difference between the output signals V1 and V2 of the two magnetic sensors 11 and 12, one of the signals is converted into the phase difference between the signals. Can be corrected to a target phase difference (for example, 90 °) suitable for calculating the rotation angle ⁇ of the rotor 1.
  • the rotation angle ⁇ of the rotor 1 can be calculated regardless of the arrangement phase difference between the output signals V1 and V2 of the two magnetic sensors 11 and 12, and therefore the angle between the two magnetic sensors 11 and 12 can be calculated.
  • An interval (relative arrangement of the sensors 11 and 12) can be arbitrarily determined.
  • the angular interval (arrangement phase difference) between the two magnetic sensors 11 and 12 can be set to an angle smaller than 90 ° which is the target phase difference.
  • the angular interval between the two magnetic sensors 11 and 12 is set to an angle smaller than 90 ° as shown in FIG. 5
  • the angular interval between the two magnetic sensors 11 and 12 is set to 90 as shown in FIG.
  • the substrates 2 and 3 on which the magnetic sensors 11 and 12 are mounted can be made smaller.
  • sin ⁇ is a relatively small value when ⁇ is in the range of 0 to 4 degrees, 176 to 184 degrees, and 356 to 360 degrees. Therefore, it is preferable to determine the angle interval ⁇ between the sensors 11 and 12 within a range of 5 to 175 degrees or 185 to 355 degrees.
  • the rotation angle ⁇ can be calculated in consideration of the arrangement error ⁇ of the two magnetic sensors 11 and 12, as in the first embodiment. For example, in FIG. 5, when there is an error (phase difference error) ⁇ in the arrangement of the two magnetic sensors 11, 12, the angular interval between both magnetic sensors 11, 12 is ( ⁇ + ⁇ ), that is, the arrangement Assume that a phase difference error is superimposed on the phase difference.
  • the amplitude difference ⁇ C is a function of ⁇ having ⁇ as a parameter (parameter). Therefore, a table (map) in which the amplitude difference ⁇ C corresponding to ⁇ is associated with ⁇ is created in advance. Then, similarly to the first embodiment, the amplitude difference ⁇ C is calculated, and ⁇ corresponding to the obtained amplitude difference ⁇ C is obtained as the phase difference error ⁇ .
  • ⁇ C is proportional to ⁇ / 2
  • the phase difference error ⁇ may be obtained.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a rotation angle detection device according to the third embodiment of the present invention.
  • the rotor 1 includes a magnet having two magnetic poles N and S.
  • a first magnetic sensor 11 and a second magnetic sensor 12 are respectively positioned at a first position and a second position with a predetermined angular interval ⁇ around the rotation center axis of the rotor 1.
  • This angle interval ⁇ can be set to an arbitrary angle.
  • the angle interval ⁇ between the magnetic sensors 11 and 12 is set to an angle interval smaller than 90 degrees.
  • Both magnetic sensors 11 and 12 are mounted on a substrate 33 indicated by a chain line in FIG.
  • the direction indicated by the arrow in FIG. 7 is the positive rotation direction of the rotor 1.
  • the phase difference (arrangement phase difference) between the two output signals V1 and V2 is ⁇ .
  • the arrangement phase difference is an electrical angle.
  • the output signals V1 and V2 of the magnetic sensors 11 and 12 are input to the rotation angle calculation device 50.
  • the rotation angle calculation device 50 is composed of, for example, a microcomputer and includes a CPU (Central Processing Unit) and a memory (ROM, RAM, etc.).
  • the rotation angle calculation device 50 functions as a plurality of function processing units when the CPU executes a predetermined program stored in the ROM.
  • the plurality of function processing units include a rotation angle calculation unit 60 and a sensor failure detection unit 70.
  • the angular interval ⁇ between the magnetic sensors 11 and 12, that is, the arrangement phase difference ⁇ between the output signals V1 and V2, is stored in the memory. Instead of storing the arrangement phase difference ⁇ in the memory, the value of sin ⁇ and the value of cos ⁇ may be stored in the memory.
  • the rotation angle calculation unit 60 calculates the rotation angle ⁇ of the rotor 1 every predetermined first calculation cycle. That is, the rotation angle calculation unit 60 takes in the output signals V1 and V2 of the magnetic sensors 11 and 12 for each first calculation cycle, and calculates the rotation angle ⁇ of the rotor 1 based on the fetched output signals V1 and V2. To do.
  • the rotation angle calculation unit 60 includes an output signal correction unit (signal correction unit) 61 and a rotation angle calculation unit (rotation angle calculation unit) 62.
  • the output signal correction unit 61 corrects the output signal V2 based on the output signals V1 and V2 of both the magnetic sensors 11 and 12. Specifically, the output signal correction unit 61 corrects the output signal V2 to a signal whose phase difference with respect to the output signal V1 is a predetermined target phase difference.
  • equation (24) for correcting signal V2 to signal V2 ′ is obtained.
  • Sensor failure detection unit 70 detects failure of magnetic sensors 11 and 12 based on output signals V1 and V2 of magnetic sensors 11 and 12, respectively.
  • the output signals V1 and V2 are fixed to zero, an upper limit value, or a lower limit value. Therefore, when the output signals V1 and V2 of the magnetic sensors 11 and 12 are monitored and it is detected that the output signals are fixed to zero, the upper limit value or the lower limit value (the output signal is determined to be abnormal). In the case), it can be determined that a failure has occurred in the corresponding magnetic sensor.
  • the sensor failure unit 70 includes a first V1 abnormality monitoring unit 71, a first V2 abnormality monitoring unit 72, a second V1 abnormality monitoring unit 73, and a second V2 abnormality monitoring unit 74.
  • the first V1 abnormality monitoring unit 71 uses the first magnetic sensor 12 based on the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 and the signal V2 ′ calculated by the output signal correction unit 61 in the rotation angle calculation unit 60. Processing for determining whether or not the output signal V1 of the sensor 11 is fixed to zero is performed.
  • the first V2 abnormality monitoring unit 72 receives the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 based on the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 and the signal V2 ′ calculated by the output signal correction unit 61. A process for determining whether or not it is fixed to zero is performed.
  • the second V1 abnormality monitoring unit 73 determines that the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 is based on the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 and the signal V2 ′ calculated by the output signal correction unit 61. Processing for determining whether or not the upper limit value (+1) or the lower limit value ( ⁇ 1) is fixed is performed.
  • the second V2 abnormality monitoring unit 74 determines whether the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 is based on the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 and the signal V2 ′ calculated by the output signal correction unit 61. Processing for determining whether or not the upper limit value (+1) or the lower limit value ( ⁇ 1) is fixed is performed.
  • the sensor failure detection unit 70 takes in the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 and the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 every predetermined second calculation cycle, and takes the output signal V1 taken in as the first V2.
  • the abnormality monitoring unit 72 and the second V2 abnormality monitoring unit 74 are provided, and the captured output signal V2 is provided to the first V1 abnormality monitoring unit 71 and the second V1 abnormality monitoring unit 73.
  • the second calculation cycle is set to a cycle that is equal to or longer than the cycle (first calculation cycle) in which the rotation angle calculation unit 60 calculates the rotation angle.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation example of the first V1 abnormality monitoring unit 71.
  • the process of FIG. 8 is executed every second calculation cycle.
  • V2 ′ V2 / sin ⁇ .
  • the first V1 abnormality monitoring unit 71 determines whether or not the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 captured in the current computation period does not match any value of sin ⁇ and ⁇ sin ⁇ . It discriminate
  • FIG. 12A shows waveforms of the output signals V1 and V2 when the first magnetic sensor 11 and the second magnetic sensor 12 are normal.
  • the value of the output signal V2 corresponding to the point a1 is sin ⁇ .
  • step S1 If it is determined in step S1 that the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 does not match any value of sin ⁇ and -sin ⁇ (step S1: YES), the first V1 abnormality monitoring unit 71 calculates V2 / sin ⁇ and determines whether or not the signal V2 ′ given from the output signal correction unit 61 is equal to the calculated value (V2 / sin ⁇ ) (step S2).
  • the signal V2 ′ provided from the output signal correction unit 61 is a signal V2 ′ calculated from the same signals V1 and V2 as the output signals V1 and V2 captured by the sensor failure detection unit 70 in the second calculation cycle this time. It is.
  • step S2 When the signal V2 ′ is not equal to the calculated value (V2 / sin ⁇ ) (step S2: NO), the first V1 abnormality monitoring unit 71 decrements ( ⁇ 1) the first count value cnt1 by 1 (step) S3). Then, the process proceeds to step S5.
  • the default value of the first count value cnt1 is zero.
  • the first count value cnt1 is an integer greater than or equal to zero and is not a negative value. Therefore, even if the first count value cnt1 is decremented by 1 in the step S3, the first count value cnt1 never becomes smaller than zero.
  • step S2 When it is determined in step S2 that the signal V2 ′ is equal to the calculated value (V2 / sin ⁇ ) (step S2: YES), the first V1 abnormality monitoring unit 71 sets the first count value cnt1 to one. Increment (+1) (step S4). Then, the process proceeds to step S5. In step S5, the first V1 abnormality monitoring unit 71 determines whether or not the first count value cnt1 is equal to or greater than a predetermined threshold value A. When the first count value cnt1 is less than the threshold value A (step S5: NO), the first V1 abnormality monitoring unit 71 ends the process in the current calculation cycle.
  • step S5 when it is determined that the first count value cnt1 is greater than or equal to the threshold value A (step S5: YES), the first V1 abnormality monitoring unit 71 has failed in the first magnetic sensor 11. This is detected, and a motor stop command is output to a motor control device for a brushless motor (not shown) (step S6). Further, the first V1 abnormality monitoring unit 71 stops the operations of all the abnormality monitoring units 71 to 74 (step S7). When receiving the motor stop command from the first V1 abnormality monitoring unit 71, the motor control device stops the driving of the brushless motor.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation example of the first V2 abnormality monitoring unit 72.
  • the process of FIG. 9 is executed every second calculation cycle.
  • the first V2 abnormality monitoring unit 72 determines whether or not the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 taken in the current computation period does not match any value of sin ⁇ and ⁇ sin ⁇ . It discriminate
  • step S11 If it is determined in step S11 that the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 does not match any value of sin ⁇ and -sin ⁇ (step S11: YES), the first V2 abnormality monitoring unit 72 calculates ⁇ V1 ⁇ cos ⁇ / sin ⁇ , and determines whether or not the signal V2 ′ given from the output signal correction unit 61 is equal to the calculated value ( ⁇ V1 ⁇ cos ⁇ / sin ⁇ ) (step S12).
  • the signal V2 ′ provided from the output signal correction unit 61 is a signal V2 ′ calculated from the same signals V1 and V2 as the output signals V1 and V2 captured by the sensor failure detection unit 70 in the second calculation cycle this time. It is.
  • step S12 When the signal V2 ′ is not equal to the calculated value ( ⁇ V1 ⁇ cos ⁇ / sin ⁇ ) (step S12: NO), the first V2 abnormality monitoring unit 72 decrements the second count value cnt2 by 1 ( ⁇ 1). (Step S13). Then, the process proceeds to step S15.
  • the default value of the second count value cnt2 is zero.
  • the second count value cnt2 is an integer greater than or equal to zero and does not become a negative value. Therefore, even if the second count value cnt2 is decremented by 1 in step S13, the second count value cnt2 never becomes smaller than zero.
  • step S12 If it is determined in step S12 that the signal V2 ′ is equal to the calculated value ( ⁇ V1 ⁇ cos ⁇ / sin ⁇ ) (step S12: YES), the first V2 abnormality monitoring unit 72 uses the second count value cnt2. Is incremented by 1 (+1) (step S14). Then, the process proceeds to step S15.
  • step S15 the first V2 abnormality monitoring unit 72 determines whether or not the second count value cnt2 is greater than or equal to a predetermined threshold value A. When the second count value cnt2 is less than the threshold value A (step S15: NO), the first V2 abnormality monitoring unit 72 ends the process in the current calculation cycle.
  • step S15 when it is determined that the second count value cnt2 is equal to or greater than the threshold value A (step S15: YES), the first V2 abnormality monitoring unit 72 has failed in the second magnetic sensor 12. This is detected, and a motor stop command is output to a motor control device for a brushless motor (not shown) (step S16). Further, the first V2 abnormality monitoring unit 72 stops the operations of all the abnormality monitoring units 71 to 74 (step S17). When receiving the motor stop command from the first V2 abnormality monitoring unit 72, the motor control device stops the driving of the brushless motor.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example of the second V1 abnormality monitoring unit 73.
  • the process of FIG. 10 is executed every second calculation cycle.
  • the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 is fixed to 1
  • V2 ′ (V2 ⁇ cos ⁇ ) / sin ⁇ .
  • the second V1 abnormality monitoring unit 73 determines whether the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 captured in the current calculation cycle is sin (90 ° + ⁇ ) or ⁇ sin (90 ° + ⁇ ). It is determined whether or not the value also matches (step S21). When the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 matches the value of sin (90 ° + ⁇ ) or ⁇ sin (90 ° + ⁇ ) (step S21: NO), the second V1 abnormality monitoring unit 73 Then, the processing in the current calculation cycle is finished.
  • FIG. 12B shows waveforms of output signals V1 and V2 when the first magnetic sensor 11 and the second magnetic sensor 12 are normal.
  • the value of the output signal V2 corresponding to the point c1 is sin (90 ° + ⁇ ).
  • the signal V2 ′ corresponding to cos ⁇ is calculated as ⁇ (V2 ⁇ cos ⁇ ) / sin ⁇ or ⁇ (V2 + cos ⁇ ) / Sin ⁇ is not determined.
  • step S21 If it is determined in step S21 that the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 does not match any of sin (90 ° + ⁇ ) and ⁇ sin (90 ° + ⁇ ) (step S21: YES), the second V1 abnormality monitoring unit 73 calculates (V2 ⁇ cos ⁇ ) / sin ⁇ and (V2 + cos ⁇ ) / sin ⁇ , and the signal V2 ′ given from the output signal correction unit 61 calculates the calculated value ⁇ (V2 ⁇ cos ⁇ ) / Sin ⁇ or ⁇ (V2 + cos ⁇ ) / sin ⁇ is determined (step S22).
  • the signal V2 ′ provided from the output signal correction unit 61 is a signal V2 ′ calculated from the same signals V1 and V2 as the output signals V1 and V2 captured by the sensor failure detection unit 70 in the second calculation cycle this time. It is.
  • step S22 When the signal V2 ′ is not equal to any of the calculated values ⁇ (V2 ⁇ cos ⁇ ) / sin ⁇ and ⁇ (V2 + cos ⁇ ) / sin ⁇ (step S22: NO), the second V1 abnormality monitoring unit 73 The third count value cnt3 is decremented by 1 (-1) (step S23). Then, the process proceeds to step S25.
  • the default value of the third count value cnt3 is zero. Further, the third count value cnt3 is an integer greater than or equal to zero and does not become a negative value. Therefore, even if the third count value cnt3 is decremented by 1 in step S23, the third count value cnt3 never becomes smaller than zero.
  • step S22 If it is determined in step S22 that the signal V2 ′ is equal to the calculated value ⁇ (V2 ⁇ cos ⁇ ) / sin ⁇ or ⁇ (V2 + cos ⁇ ) / sin ⁇ (step S22: YES), the second V1 abnormality monitoring is performed.
  • the unit 73 increments (+1) the third count value cnt3 by 1 (step S24). Then, the process proceeds to step S25.
  • step S25 the second V1 abnormality monitoring unit 73 determines whether or not the third count value cnt3 is equal to or greater than a predetermined threshold value A. When the third count value cnt3 is less than the threshold value A (step S25: NO), the second V1 abnormality monitoring unit 73 ends the process in the current calculation cycle.
  • step S25: YES when it is determined that the third count value cnt3 is greater than or equal to the threshold value A (step S25: YES), the second V1 abnormality monitoring unit 73 has failed in the first magnetic sensor 11. This is detected, and a motor stop command is output to a motor control device for a brushless motor (not shown) (step S26).
  • the second V1 abnormality monitoring unit 73 stops the operations of all the abnormality monitoring units 71 to 74 (step S27).
  • the motor control device stops the driving of the brushless motor.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an operation example of the second V2 abnormality monitoring unit 74.
  • the process in FIG. 11 is executed every second calculation cycle.
  • the output signal V2 of the second magnetic sensor 12 is fixed at 1
  • the signal V2 ′ (signal corresponding to cos ⁇ ) calculated by the output signal correction unit 61 is expressed by the above equation (24).
  • V2 ⁇ 1
  • V2 ′ ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ + 1) / sin ⁇ . Therefore, whether the signal V2 ′ is equal to the operation value ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ 1) / sin ⁇ or ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ + 1) / sin ⁇ is determined every predetermined time (second operation cycle).
  • the second V2 abnormality monitoring unit 74 determines that the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 taken in the current calculation cycle is sin (90 ° ⁇ ) and ⁇ sin (90 ° ⁇ ). It is determined whether or not any of these values matches (step S31). When the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 matches the value of sin (90 ° ⁇ ) or ⁇ sin (90 ° ⁇ ) (step S31: NO), the second V2 abnormality monitoring unit In step 74, the process in the current calculation cycle is completed.
  • the value of the output signal V1 corresponding to the point d1 is sin (90 ° ⁇ ).
  • step S31 If it is determined in step S31 that the output signal V1 of the first magnetic sensor 11 does not match any value of sin (90 ° ⁇ ) and ⁇ sin (90 ° ⁇ ) (step S31) S31: YES), the second V2 abnormality monitoring unit 74 calculates ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ 1) / sin ⁇ and ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ + 1) / sin ⁇ , and the signal V2 ′ given from the output signal correction unit 61 is It is determined whether or not the calculated value is equal to ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ 1) / sin ⁇ or ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ + 1) / sin ⁇ (step S32).
  • the signal V2 ′ provided from the output signal correction unit 61 is a signal V2 ′ calculated from the same signals V1 and V2 as the output signals V1 and V2 captured by the sensor failure detection unit 70 in the second calculation cycle this time. It is.
  • step S32 NO
  • the second V2 The abnormality monitoring unit 74 decrements ( ⁇ 1) the fourth count value cnt4 by 1 (step S33). Then, the process proceeds to step S35.
  • the default value of the fourth count value cnt4 is zero.
  • the fourth count value cnt4 is an integer greater than or equal to zero and does not become a negative value. Therefore, even if the fourth count value cnt4 is decremented by 1 in the step S33, the fourth count value cnt4 never becomes smaller than zero.
  • step S32 If it is determined in step S32 that the signal V2 ′ is equal to the operation value ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ 1) / sin ⁇ or ⁇ (V1 ⁇ cos ⁇ + 1) / sin ⁇ (step S32: YES), The second V2 abnormality monitoring unit 74 increments (+1) the fourth count value cnt4 by 1 (step S34). Then, the process proceeds to step S35. In step S35, the second V2 abnormality monitoring unit 74 determines whether or not the fourth count value cnt4 is greater than or equal to a predetermined threshold value A. When the fourth count value cnt4 is less than the threshold value A (step S35: NO), the second V2 abnormality monitoring unit 74 ends the process in the current calculation cycle.
  • step S35 when it is determined that the fourth count value cnt4 is greater than or equal to the threshold value A (step S35: YES), the second V2 abnormality monitoring unit 74 has failed in the second magnetic sensor 12. This is detected, and a motor stop command is output to a motor control device for a brushless motor (not shown) (step S36). Further, the second V2 abnormality monitoring unit 74 stops the operations of all the abnormality monitoring units 71 to 74 (step S37). Upon receiving the motor stop command from the second V2 abnormality monitoring unit 74, the motor control device stops the driving of the brushless motor.
  • the third embodiment when either the first magnetic sensor 11 or the second magnetic sensor 12 fails, this can be detected. In addition, it is possible to identify which magnetic sensor has failed.
  • the embodiment in the case where the present invention is applied to the apparatus for detecting the rotation angle of the rotor of the brushless motor has been described.
  • the apparatus for detecting the rotation angle of a rotating body other than the rotor of the brushless motor has also been described. The invention can be applied.
  • the magnet of the detection rotor 1 has one set of magnetic pole pairs, but the magnet of the detection rotor 1 may have a plurality of sets of magnetic pole pairs.

Landscapes

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Abstract

　第１の磁気センサ１１からは、Ｖ１＝sinθの出力信号が出力され、第２の磁気センサ１２からは、Ｖ２＝cos（θ＋α）の出力信号が出力される。回転角演算装置２０の出力信号補正部２２は、磁気センサ１１，１２の配置位相差（９０°＋α）が目標位相差９０°となるよう一方の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２を出力信号Ｖ２'（＝cosθ）に補正する。回転角演算部２３は、補正された信号Ｖ２'（＝cosθ）と、他方の出力信号Ｖ１（＝sinθ）とに基づいて、ロータ１の回転角θを演算する。

Description

回転角検出装置
　この発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
　電動パワーステアリング装置などに使用されるブラシレスモータは、ロータの回転角度に合わせてステータ巻線に電流を通電することによって制御される。そこで、例えば、図１３に示す回転角検出装置が知られている（たとえば特許文献１参照）。回転角検出装置は、２つの磁極を有する磁石を含むロータ１と、ロータ１の回転中心軸を中心として９０°の角度間隔をおいて配置された２つの磁気センサ１１，１２とを持つ。各磁気センサ１１，１２は、互いに９０°の位相差を有する正弦波信号を出力し、これらの２つの正弦波信号に基づいてロータ１の回転角が検出される。両磁気センサ１１，１２は、図１３に鎖線で示す基板２上に実装されている。
　図１３に矢印で示す方向をロータ１の正方向の回転方向とする。そして、ロータ１が正方向に回転されるとロータ１の回転角が大きくなり、ロータ１が逆方向に回転されると、ロータ１の回転角が小さくなるものとする。ロータ１の回転角をθとすると、一方の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１は、Ｖ１＝Ａ１・sinθと表され、他方の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２は、Ｖ２＝Ａ２・sin（θ＋π／２）＝Ａ２・cosθと表される。Ａ１，Ａ２は、それぞれ振幅を表している。
　これらの振幅Ａ１，Ａ２が互いに等しい値Ａであるとみなすか、あるいは両振幅が所定の規定値Ａとなるように両信号Ｖ１，Ｖ２を正規化したとすると、一方の出力信号Ｖ１はＶ１＝Ａ・sinθと表され、他方の出力信号Ｖ２はＶ２＝Ａ・cosθと表される。さらに、Ａ＝１とすると、一方の出力信号Ｖ１はＶ１＝sinθで表され、他方の出力信号Ｖ２はＶ２＝cosθで表される。そこで、説明を簡単にするために、各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を、Ｖ１＝sinθ、Ｖ２＝cosθで表すことにする。
　ロータの回転角θは、両出力信号Ｖ１，Ｖ２を用いて、たとえば、次式（１）に基づいて求めることができる。
　θ＝tan－１（sinθ／cosθ）
　　＝tan－１（Ｖ１／Ｖ２）…（１）
特表平9-508214号公報
　前述したような従来の回転角検出装置において、２つの磁気センサ１１，１２を、ロータ１の回転中心軸を中心として、９０°の角度間隔をおいて正確に配置することができれば、図１４Ａに示すように、各磁気センサ１１，１２から、互いに９０°の位相差を有する正弦波信号を出力させることができる。この場合には、図１４Ｂに示すように、回転角検出装置によって検出されるロータの回転角に角度誤差は発生しない。
　しかし、各磁気センサ１１，１２の基板２への取り付け誤差や、基板２の組み付け誤差等により、両磁気センサ１１，１２間の角度間隔が９０°からずれると、たとえば、図１５Ａに示すように、両磁気センサ１１，１２の出力信号間の位相差も９０°からずれてしまい、図１５Ｂに示すように、回転角検出装置によって検出されるロータの回転角に角度誤差が発生する。
　そこで、この発明の目的は、２つのセンサの出力信号間に両センサの相対的な配置誤差に起因した位相差誤差が存在する場合においても、正確な回転角を検出することができる回転角検出装置を提供することである。
　また、この発明の目的は、２つのセンサの相対的な配置を任意に決定することが可能となる回転角検出装置を提供することである。
　また、この発明の目的は、２つのセンサのうちのいずれかが故障した場合に、そのことを検知することができる回転角検出装置を提供することである。
　この発明の回転角検出装置は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置において、前記回転体の周囲である第１の位置に配置され、第１の正弦波信号を前記回転体の回転に応じて出力する、第１のセンサと、前記第１の位置とは角度間隔を持って前記回転体の周囲である第２の位置に配置され、前記第１の正弦波信号とは前記角度間隔に対応する配置位相差を有する第２の正弦波信号を前記回転体の回転に応じて出力する、第２のセンサと、前記第１の正弦波信号と前記第２の正弦波信号とに基づき前記回転角を演算する、回転角演算装置とを含み、前記回転角演算装置は、前記第１の正弦波信号及び前記第２の正弦波信号のうちの一方の正弦波信号を、それらの信号間の位相差である前記配置位相差が、目標位相差となるように補正する、信号補正部と、前記信号補正部によって補正された一方の正弦波信号と、他方の正弦波信号とに基づいて前記回転角を演算する、回転角演算部とを含む。
　この構成では、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号のうちの一方の正弦波信号が、それらの信号間の位相差である配置位相差が、目標位相差となるように補正される。そして、補正された一方の正弦波信号と、他方の正弦波信号とに基づいて回転角が演算される。したがって、２つの正弦波信号の配置位相差にかかわらず、それらの信号のうちの一方の正弦波信号を、それらの信号間の位相差が目標位相差となるように、補正することができる。この目標位相差は、たとえば、回転体の回転角を演算するのに適した位相差に設定することができるので、正確な回転角を検出できるようになる。
　この発明の一実施形態では、前記配置位相差と前記目標位相差との差は、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの相対的な配置誤差に起因して発生する、前記二つの正弦波信号間の位相差誤差である。そして、前記回転角演算装置は、前記位相差誤差を演算する位相差誤差演算部を更に含み、前記信号補正部は、前記位相差誤差に基づいて、前記一方の正弦波信号を補正する。
　この構成では、二つの正弦波信号間の位相差誤差が演算される。演算された位相差誤差に基づいて、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号のうちの一方の正弦波信号が、それらの信号間の位相差である配置位相差が、目標位相差となるように補正される。そして、補正された一方の正弦波信号と、他方の正弦波信号とに基づいて回転角が演算される。したがって、２つのセンサから出力される正弦波信号間に両センサの相対的な配置誤差に起因した位相差誤差が存在する場合でも、正確な回転角を検出することができるようになる。
　この発明の一実施形態では、前記位相差誤差演算部は、前記第１の正弦波信号と第２の正弦波信号との和に相当する信号の振幅を演算する第１の振幅演算部と、前記第１の正弦波信号と第２の正弦波信号との差に相当する信号の振幅を演算する第２の振幅演算部と、　前記第１の振幅演算部によって演算される振幅と、前記第２の振幅演算部によって演算される振幅との差に基づいて、前記位相差誤差を演算する誤差演算部とを含む。
　この発明の一実施形態では、前記目標位相差は、前記配置位相差とは異なる。この構成では、２つの正弦波信号の配置位相差にかかわらず、それらの信号のうちの一方の正弦波信号を、それらの信号間の位相差が配置位相差とは異なる目標位相差となるように、補正することができる。この目標位相差は、たとえば、回転体の回転角を演算するのに適した位相差（たとえば、９０°）に設定することができるので、２つの正弦波信号の配置位相差にかかわらず、回転体の回転角を演算することが可能となる。したがって、２つのセンサの相対的な配置を任意に決定することが可能となる。
　この発明の一実施形態では、前記配置位相差には、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの相対的な配置誤差に起因して発生する、前記二つの正弦波信号間の位相差誤差が重畳されている。そして、前記回転角演算装置は、前記位相差誤差を演算する位相差誤差演算部を更に含み、前記信号補正部は、前記配置位相差及び前記位相差誤差に基づいて、前記一方の正弦波信号を補正する。
　この構成では、第１のセンサと第２のセンサとの相対的な配置誤差に起因して発生する、二つの正弦波信号間の位相差誤差が重畳されている場合においても、２つの正弦波信号のうちの一方の正弦波信号を、それらの信号間の位相差が配置位相差とは異なる目標位相差となるように、補正することができる。
　この発明の一実施形態では、前記位相差誤差演算部は、前記第１の正弦波信号と第２の正弦波信号との和に相当する信号の振幅を演算する第１の振幅演算部と、前記第１の正弦波信号と第２の正弦波信号との差に相当する信号の振幅を演算する第２の振幅演算部と、　前記第１の振幅演算部によって演算される振幅と、前記第２の振幅演算部によって演算される振幅との差に基づいて、前記位相差誤差を演算する誤差演算部とを含む。
　この発明の一実施形態では、前記配置位相差は、前記目標位相差より小さい。この構成によれば、２つのセンサを実装するための基板を小さくすることが可能となる。たとえば、目標位相差が９０°である場合には、配置位相差を９０°より小さくできる。この場合には、２つのセンサ間の角度間隔を９０°より小さい角度間隔にできるので、２つのセンサ間の角度間隔が９０°である場合に比べて、２つのセンサを実装するための基板を小さくできる。
　この発明の一実施形態では、前記回転角演算装置は、前記信号補正部によって補正された一方の正弦波信号と、前記第２の正弦波信号とに基づいて、前記第１の正弦波信号が異常であるか否かを判定する第１の信号異常判定部と、前記信号補正部によって補正された一方の正弦波信号と、前記第１の正弦波信号とに基づいて、前記第２の正弦波信号が異常であるか否かを判定する第２の信号異常判定部とを更に含む。
　この構成では、第１のセンサに故障が発生した場合には、第１の信号異常判定部によって、第１の正弦波信号が異常であると判定されるから、第１のセンサの故障を検知することができる。また、第２のセンサに故障が発生した場合には、第２の信号異常判定部によって、第２の正弦波号が異常であると判定されるから、第２のセンサの故障を検知することができる。
　この発明の一実施形態では、前記目標位相差は９０度である。
　本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図１は、この発明の第１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。 図２は、回転角演算装置の詳細な構成を示す機能ブロック図である。 図３は、位相差誤差演算部による位相差誤差の演算方法を説明するための説明図である。 図４は、回転角演算装置によ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５は、この発明の第２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。 図６は、回転角演算装置によ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７は、この発明の第２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。 図８は、第１のＶ１異常監視部の動作例を示すフローチャートである。 図９は、第１のＶ２異常監視部の動作例を示すフローチャートである。 図１０は、第２のＶ１異常監視部の動作例を示すフローチャートである。 図１１は、第２のＶ２異常監視部の動作例を示すフローチャートである。 図１２Ａは、第１のＶ１異常監視部および第１のＶ２異常監視部の動作を説明するための説明図であり、図１２Ｂは、第２のＶ１異常監視部および第２のＶ２異常監視部の動作を説明するための説明図である。 図１３は、従来の回転角検出装置による回転角検出方法を説明するための模式図である。 図１４Ａは、２つのセンサ間の角度間隔が９０°の場合の各センサの出力信号を示す模式図であり、図１４Ｂは、従来の回転角検出装置によって検出される回転角の角度誤差を示す模式図である。 図１５Ａは、２つのセンサ間の角度間隔が９０°からずれている場合の各センサの出力信号を示す模式図であり、図１５Ｂは、従来の回転角検出装置によって検出される回転角の角度誤差を示す模式図である。
　以下では、この発明をブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、この発明の第1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を有している。ロータ１は、複数の磁極対を有する円筒状の磁石を含んでいる。この例では、磁石は、１対の磁極対を有している。つまり、磁石は、等間隔に配置された２つの磁極Ｎ，Ｓを有している。
　ロータ１の周囲には、第１の磁気センサ１１及び第２の磁気センサ１２が、ロータ１の周方向に間隔をおいてそれぞれ第１の位置及び第２の位置に配置されている。磁気センサとしては、たとえば、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子を備えたものを用いることができる。
　両磁気センサ１１，１２は、ロータ１の回転中心軸を中心として、予め設定された所定の位相差（以下、「目標位相差」という）に対応する角度間隔をおいて配置されることが好ましい。この実施形態では、目標位相差は９０°に設定されている。しかし、実際には、製造誤差等により、両磁気センサ１１，１２間の角度間隔は、目標位相差に対応する角度間隔とならない場合がある。この実施形態では、両磁気センサ１１，１２間の実際の角度間隔が、製造誤差等により、目標位相差に対応した９０°ではなく、（９０°＋α）となっているものとする。αは、目標位相差に対する位相差誤差である。両磁気センサ１１，１２間の実際の角度間隔に対応した位相差（この例では、（９０°＋α））を、配置位相差ということにする。各位相差は、電気角である。
　図１に矢印で示す方向をロータ１の正方向の回転方向とする。そして、ロータ１が正方向に回転されるとロータ１の回転角が大きくなり、ロータ１が逆方向に回転されると、ロータ１の回転角が小さくなるものとする。ロータ１の回転角をθとすると、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１は、Ｖ１＝Ａ１・sinθと表され、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２は、Ｖ２＝Ａ２・sin（θ＋９０°＋α）＝Ａ２・cos（θ＋α）と表される。Ａ１，Ａ２は、それぞれ振幅を表している。
　これらの振幅Ａ１，Ａ２が互いに等しい値Ａであるとみなすか、あるいは両振幅が所定の規定値Ａとなるように両信号Ｖ１，Ｖ２を正規化したとすると、両信号Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ、Ａ・sinθおよびＡ・cos（θ＋α）と表される。ここで、Ａ＝１とすると、両信号Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ、sinθおよびcos（θ＋α）と表される。そこで、以下の説明においては、説明を簡単にするために、各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を、それぞれＶ１＝sinθ，Ｖ２＝cos（θ＋α）と表すことにする。
　各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２は、回転角演算装置２０に入力される。回転角演算装置２０は、各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、ロータ１の回転角θを演算する。回転角演算装置２０は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）を含んでいる。回転角演算装置２０は、ＲＯＭに格納された所定のプログラムをＣＰＵが実行することにより、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、位相差誤差演算部（位相差誤差演算手段）２１、出力信号補正部（信号補正手段）２２および回転角演算部（回転角演算手段）２３を含む。
　位相差誤差演算部２１は、両磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、位相差誤差αを演算する。位相差誤差演算部２１は、ブラシレスモータの駆動制御を行なう前に、位相差誤差αを予め演算して、メモリに格納しておく。たとえば、位相差誤差演算部２１は、この回転角検出装置が備え付けられた製品が出荷される前に、位相差誤差αを演算して、メモリに格納する。なお、この回転角検出装置が備え付けられた製品が出荷された後において、一定期間毎または所定の指令に基づいて、位相差誤差演算部２１が位相差誤差αの再演算を行ない、メモリ内の位相差誤差αを更新させるようにしてもよい。
　出力信号補正部２２は、ブラシレスモータの駆動制御が行なわれる際に、位相差誤差演算部２１によって演算されてメモリに格納されている位相差誤差αに基づいて、一方の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２を補正することにより、位相差誤差αが補正された信号Ｖ２’を求める。ここで、位相差誤差αが補正された信号Ｖ２’とは、出力信号Ｖ１に対する位相差が目標位相差（この例では９０°）となる信号（cosθ）である。回転角演算部２３は、出力信号補正部２２によって位相差誤差αが補正された信号Ｖ２’（＝cosθ）と、他方の出力信号Ｖ１（＝sinθ）とに基づいて、ロータ１の回転角θを演算する。
　図２は、回転角演算装置２０のさらに詳細な構成を示す機能ブロック図である。
　位相差誤差演算部２１は、信号和演算部３１と、第１の振幅演算部３２と、信号差演算部３３と、第２の振幅演算部３４と、振幅差演算部３５と、誤差演算部３６と、メモリ３７とを含んでいる。
　信号和演算部３１は、２つの磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の和を演算する。出力信号Ｖ１，Ｖ２の和に相当する信号（以下、「和信号」という）は、次式(2)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　したがって、この和信号の振幅Ｂ１は、次式 (3)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　第１の振幅演算部３２は、信号和演算部３１の演算結果に基づいて、前記和信号の振幅Ｂ１を求める。具体的には、たとえば、ロータ１を回転させながら、信号和演算部３１によって信号和（Ｖ１＋Ｖ２）を演算させることにより、ロータ１の複数の任意の回転角それぞれに対応する信号和を取得する。このようにして取得された複数の回転角に対応する信号和から、和信号の極大値および極小値を抽出し、抽出した極大値および極小値に基づいて和信号の振幅Ｂ１を求める。たとえば、抽出された極大値の平均から抽出された極小値の平均を減算した値の１／２を振幅Ｂ１として求めることができる。
　信号差演算部３３は、２つの磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の差（Ｖ１－Ｖ２）を演算する。出力信号Ｖ１，Ｖ２の差に相当する信号（以下、「差信号」という）は、次式(4)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　したがって、この差信号の振幅Ｂ２は、次式 (5)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　第２の振幅演算部３４は、信号差演算部３３の演算結果に基づいて、前記差信号の振幅Ｂ２を求める。具体的には、たとえば、ロータ１を回転させながら、信号差演算部３３によって信号差（Ｖ１－Ｖ２）を演算させることにより、ロータ１の複数の任意の回転角それぞれに対応する信号差を取得する。このようにして取得された複数の回転角に対応する信号差から、差信号の極大値および極小値を抽出し、抽出した極大値および極小値に基づいて差信号の振幅Ｂ２を求める。たとえば、抽出された極大値の平均から抽出された極小値の平均を減算した値の１／２を振幅Ｂ２として求めることができる。
　振幅差演算部３５は、第1の振幅演算部３２によって演算された振幅Ｂ１と、第２の振幅演算部３４によって演算された振幅Ｂ２との差ΔＢ（＝Ｂ２－Ｂ１）を演算する。なお、振幅差ΔＢは、前記式(3),(5)を用いて演算すると、次式(6)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　誤差演算部３６は、振幅差演算部３５によって演算された振幅差ΔＢに基づいて、位相差誤差αを演算する。前記式(6)で表されているように、振幅差ΔＢは、αの関数（２√２・sin（α／２））となる。この関数をグラフで表すと、図３に示すようなサインカーブとなる。ただし、図３の横軸は、αではなく、α／２である。この関数は、αの絶対値が小さい範囲では、ほぼ直線とみなすことができる。この実施形態では、αが、－π／６≦α≦π／６の範囲内である場合には、次式（7）に示すように、α／２が２√２・sin（α／２）に比例するとみなしている。
　２√２・sin（α／２）＝Ｋ・α／２　　…(7)
　前記式(7)において、Ｋは比例定数である。この比例定数Ｋは、図３に示すサインカーブのうち、横軸の値が－（π／６）／２～（π／６）／２である範囲内の部分を直線とみなした場合に、その直線の傾きｙ／ｘに相当する。したがって、比例定数Ｋは、次式（8）で表される。
　前記式(6)で示されるように、ΔＢ＝２√２・sin（α／２）であるので、前記式(7)，(8)を用いることにより、次式(9)のように、ΔＢを近似的に表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　前記式(9)を変形することにより、位相差誤差αは、次式(10)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　位相差誤差演算部３６は、振幅差演算部３５によって演算された振幅差ΔＢを用い、前記式(10)に基づいて、位相差誤差αを演算する。演算された位相差誤差αは、メモリ３７に格納される。
　出力信号補正部２２は、次式（11）に基づいて、出力信号Ｖ２（＝cos（θ＋α））を補正することにより、位相差誤差αが補正された信号Ｖ２’（＝cosθ）を得る。つまり、出力信号補正部２２は、出力信号Ｖ１（＝sinθ）と、出力信号Ｖ２（＝cos（θ＋α））と、sinαと、cosαとから、補正された信号Ｖ２’（＝cosθ）を求める。なお、式(11)は、cos（θ＋α)を三角関数の加法定理により展開した式に基づいて、導出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　回転角演算部２３は、位相差誤差αが補正された信号Ｖ２’（＝cosθ）と、他方の出力信号Ｖ１（＝sinθ）とを用い、たとえば、次式（12）に基づいて、ロータ１の回転角θを演算する。
　θ＝tan－１（sinθ／cosθ）
　　＝tan－１（Ｖ１／Ｖ２’）…(12) 
　なお、回転角演算部２３は、式(12)を用いる方法とは異なる方法を用いて、信号Ｖ２’（＝cosθ）および出力信号Ｖ１（＝sinθ）から回転角θを求めるようにしてもよい。たとえば、特開2001-264114号公報に開示されている方法を用いて、信号Ｖ２’（＝cosθ）および出力信号Ｖ１（＝sinθ）から回転角θを求めるようにしてもよい。
　図４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。位相差誤差αは、位相差誤差演算部２１によって既に演算されて、メモリに格納されているものとする。
　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。まず、回転角演算装置２０は、磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１（＝sinθ），Ｖ２（＝cos（θ＋α））を取り込む（ステップＳ１）。そして、回転角演算装置２０の出力信号補正部２２は、ステップＳ１で取り込まれた出力信号Ｖ１，Ｖ２とメモリに格納されている位相差誤差αとを用い、前記式(11)に基づいて、第２の出力信号Ｖ２を補正する（ステップＳ２）。これにより、位相差誤差αが補正された信号Ｖ２’（＝cosθ）が得られる。
　次に、回転角演算装置２０の回転角演算部２３は、位相差誤差αが補正された信号Ｖ２’（＝cosθ）と、ステップＳ１で取り込まれた出力信号Ｖ１（＝sinθ）とを用い、前記式(12)に基づいて、ロータ１の回転角θを演算する（ステップＳ３）。
　前記第１の実施形態によれば、２つの磁気センサ１１，１２間の角度間隔（両センサ１１，１２の相対的な配置）に誤差がある場合でも、正確な回転角θを検出することができるようになる。
　前記第１の実施形態では、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１をsinθとし、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２をcos（θ＋α）として、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２を補正しているが、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２をcosθとし、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１をsin（θ＋α）として、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１を補正するようにしてもよい。また、αが、－π／６≦α≦π／６の範囲内である場合に、α／２が２√２・sin（α／２）に比例するとみなしているが、α／２が２√２・sin（α／２）に比例するとみなすαの範囲は、２√２・sin（α／２）がほぼ線形性を保つ範囲であればよく、前記範囲に限られない。
　また、前記第１の実施形態では、αが小さい範囲においては、α／２が２√２・sin（α／２）に比例するとみなすことにより、αを近似的に求めているが、次のようにしてαを求めてもよい。つまり、前記式(6)に基づいて、αと振幅差ΔＢ（＝２√２・sin（α／２））とを対応付けたテーブル（マップ）を予め作成して記憶しておき、そのテーブルから振幅差演算部３５（図２参照）によって求められた振幅差ΔＢに対応するαを読み出すことにより、αを求める。
　さらに、前記第１の実施形態では、和信号の振幅Ｂ１および差信号の振幅Ｂ２は、抽出した極大値の平均から極小値の平均を減算した値の１／２としているが、ロータ１に複数組の磁極対が設けられている場合には、磁極対毎の極大値から極小値を減算した値の１／２とし、位相差誤差αを磁極対毎に算出してもよい。
　図５は、この発明の第２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。
　ロータ１は、２つの磁極Ｎ，Ｓを有する磁石を含んでいる。ロータ１の周囲には、第１の磁気センサ１１及び第２の磁気センサ１２が、ロータ１の回転中心軸を中心として所定の角度間隔φをおいてそれぞれ第１の位置及び第２の位置に配置されている。この角度間隔φは、任意の角度に設定することができる。この実施形態では、両磁気センサ１１，１２間の角度間隔φは、９０度より小さい角度間隔に設定されている。両磁気センサ１１，１２は、図５に鎖線で示す基板３３上に実装されている。
　第１の実施形態と同様に、図５に矢印で示す方向を、ロータ１の正方向の回転方向とする。また、第１の実施形態と同様に、各磁気センサ１１，１２の出力信号を、その振幅が１であるものとして簡易的に表すことにする。つまり、θをロータ１の回転角として、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１を、Ｖ１＝sinθとして表し、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２を、Ｖ２＝sin（θ＋φ）として表すことにする。したがって、両出力信号Ｖ１，Ｖ２の位相差（配置位相差）はφとなる。配置位相差は電気角である。
　各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２は、回転角演算装置４０に入力される。回転角演算装置４０は、各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、ロータ１の回転角θを演算する。回転角演算装置４０は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）を含んでいる。回転角演算装置４０は、ＲＯＭに格納された所定のプログラムをＣＰＵが実行することにより、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、出力信号補正部（信号補正手段）４１および回転角演算部（回転角演算手段）４２を含む。両磁気センサ１１，１２の角度間隔φ、つまり、両出力信号Ｖ１，Ｖ２の配置位相差φは、メモリに格納されている。なお、配置位相差φをメモリに格納する代わりに、sinφの値およびcosφの値をメモリに格納するようにしてもよい。
　出力信号補正部４１は、両磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、出力信号Ｖ２を補正する。具体的には、出力信号補正部４１は、出力信号Ｖ２を、出力信号Ｖ１に対する位相差が所定の目標位相差となる信号に補正する。目標位相差は電気角である。この実施形態では、目標位相差は、９０°に設定されている。したがって、出力信号補正部４１は、出力信号Ｖ２を、出力信号Ｖ１に対する位相差が９０°となる信号Ｖ２’（＝sin（θ＋９０°）＝cosθ）に補正する。
　出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））は、三角関数の加法定理により、次式(13)のように展開することができる。
　Ｖ２＝sin（θ＋φ）＝sinθ・cosφ＋cosθ・sinφ…(13)
　この式(13)を変形することにより、信号Ｖ２を信号Ｖ２’に補正するための式(14)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　出力信号補正部４１は、前記式(14)に基づいて、出力信号Ｖ２を、出力信号Ｖ１に対する位相差が９０°となる信号Ｖ２’（＝cosθ）に補正する。つまり、出力信号補正部４１は、出力信号Ｖ１（＝sinθ）と、出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））と、メモリに格納されている配置位相差φを用いて、信号Ｖ２を補正する。なお、メモリにsinφの値およびcosφの値が格納されている場合には、配置位相差φの代わりにこれらの値sinφ，cosφを用いて、出力信号Ｖ２が補正される。
　回転角演算部４２は、出力信号補正部４１によって補正された信号Ｖ２’（＝cosθ）と、他方の出力信号Ｖ１（＝sinθ）とを用い、たとえば、次式（15）に基づいて、ロータ１の回転角θを演算する。
　θ＝tan－１（sinθ／cosθ）＝tan－１（Ｖ１／Ｖ２’）…(15)
　なお、回転角演算部４２は、式(15)を用いる方法とは異なる方法で、信号Ｖ２’（＝cosθ）および出力信号Ｖ１（＝sinθ）から回転角θを求めるようにしてもよい。たとえば、特開2001-264114号公報参照に開示されている方法を用いて、信号Ｖ２’（＝cosθ）および出力信号Ｖ１（＝sinθ）から回転角θを求めるようにしてもよい。
　図６は、回転角演算装置４０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。“配置位相差φ”または“sinφおよびcosφ”の値が、メモリに格納されているものとする。
　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。まず、回転角演算装置４０は、磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１（＝sinθ），Ｖ２（＝sin（θ＋φ））を取り込む（ステップＳ１１）。そして、回転角演算装置４０の出力信号補正部４１は、ステップＳ１１で取り込まれた出力信号Ｖ１，Ｖ２と、メモリに格納されている“配置位相差φ”または“sinφおよびcosφ”の値を用い、前記式(14)に基づいて、第２の出力信号Ｖ２を補正する（ステップＳ１２）。これにより、出力信号Ｖ１に対する位相差が９０°（目標位相差）となる補正信号Ｖ２’（＝cosθ）が得られる。
　次に、回転角演算装置４０の回転角演算部４２は、出力信号補正部４１によって得られた信号Ｖ２’（＝cosθ）と、ステップＳ１１で取り込まれた出力信号Ｖ１（＝sinθ）とを用い、前記式(15)に基づいて、ロータ１の回転角θを演算する（ステップＳ１３）。
　前記第２の実施形態によれば、２つの磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の配置位相差にかかわらず、それらの信号のうちの一方の出力信号を、それらの信号間の位相差がロータ１の回転角θを演算するのに適した目標位相差（たとえば９０°）となるように、補正することができる。このため、２つの磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の配置位相差にかかわらず、ロータ１の回転角θを演算することが可能となるので、２つの磁気センサ１１，１２間の角度間隔（両センサ１１，１２の相対的な配置）を任意に決定することができるようになる。
　これにより、たとえば、図５に示したように、２つの磁気センサ１１，１２間の角度間隔（配置位相差）を目標位相差である９０°より小さい角度に設定することが可能となる。図５に示すように２つの磁気センサ１１，１２間の角度間隔を９０°より小さい角度に設定した場合には、図１３に示すように、２つの磁気センサ１１，１２間の角度間隔を９０°に設定した場合に比べて、磁気センサ１１，１２を実装する基板２，３を小さくすることが可能となる。
　前記第２の実施形態において、出力信号Ｖ２を、出力信号Ｖ１に対する位相差が９０°の信号Ｖ２’（＝cosθ）に補正（変換）するための式(14)の右辺の分母は、sinφとなっている。このため、sinφの値が小さいと、式(14)の右辺の分母が小さくなるため、Ｖ２をＶ２’に補正したときの誤差が大きくなる。そこで、sinφの値が比較的小さくなるようなφの範囲を避けて、両センサ１１，１２の角度間隔φを決定することが好ましい。具体的には、φが０～４度、１７６～１８４度および３５６～３６０度の範囲にある場合に、sinφは比較的小さな値となる。したがって、両センサ１１，１２の角度間隔φを、５～１７５度または１８５～３５５度の範囲内で決定することが好ましい。
　前記第２の実施形態においても、前記第１の実施形態のように、２つの磁気センサ１１，１２の配置誤差αを考慮して、回転角θを演算することができる。たとえば、図５において、２つの磁気センサ１１，１２の配置に誤差（位相差誤差）αがあるために、両磁気センサ１１，１２の角度間隔が（φ＋α）となっている場合、すなわち、配置位相差に位相差誤差が重畳されている場合を想定する。
　第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１をsinθとし、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２をsin（θ＋φ＋α）とすると、両信号Ｖ１，Ｖ２の和に相当する和信号は、次式(16)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　したがって、この和信号の振幅Ｃ１は、次式(17)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　一方、両信号Ｖ１，Ｖ２の差（Ｖ１－Ｖ２）に相当する差信号は、次式(18)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　したがって、この差信号の振幅Ｃ２は、次式(19)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　両振幅Ｃ１，Ｃ２の差ΔＣは、次式(20)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　つまり、振幅差ΔＣは、φをパラメータ（媒介変数）として有するαの関数となる。そこで、φに応じた振幅差ΔＣとαとを対応付けたテーブル（マップ）を予め作成しておく。そして、第1の実施形態と同様にして、振幅差ΔＣを演算し、得られた振幅差ΔＣに対応するαを位相差誤差αとして求める。なお、前記式(20)の右辺中の（（φ－９０°）／２）が０に近い場合には、第１の実施形態で説明したように、αが小さい所定範囲内では、振幅差ΔＣがα／２に比例するとみなして、位相差誤差αを求めるようにしてもよい。
　一方、sin（θ＋φ＋α）を、三角関数の加法定理により展開すると、次式（21)が得られる。
　sin（θ＋φ＋α）＝sinθ・cos（φ＋α）＋cosθ・sin（φ＋α）…(21)
　この式(21)を変形すると、次式(22)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　そこで、φ，α，出力信号Ｖ１（＝sinθ）および出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ＋α））を用い、前記式(22)に基づいて、cosθを演算する。そして、得られたcosθと出力信号Ｖ１（＝sinθ）とから、回転角θを演算する。
　図７は、この発明の第３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。
　ロータ１は、２つの磁極Ｎ，Ｓを有する磁石を含んでいる。ロータ１の周囲には、第１の磁気センサ１１及び第２の磁気センサ１２が、ロータ１の回転中心軸を中心として所定の角度間隔φをおいてそれぞれ第１の位置及び第２の位置に配置されている。この角度間隔φは、任意の角度に設定することができる。この実施形態では、両磁気センサ１１，１２間の角度間隔φは、９０度より小さい角度間隔に設定されている。両磁気センサ１１，１２は、図７に鎖線で示す基板３３上に実装されている。
　図７に矢印で示す方向を、ロータ１の正方向の回転方向とする。また、第１の実施形態と同様に、各磁気センサ１１，１２の出力信号を、その振幅が１であるものとして簡易的に表すことにする。つまり、θをロータ１の回転角として、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１を、Ｖ１＝sinθとして表し、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２を、Ｖ２＝sin（θ＋φ）として表すことにする。したがって、両出力信号Ｖ１，Ｖ２の位相差（配置位相差）はφとなる。配置位相差は電気角である。
　各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２は、回転角演算装置５０に入力される。回転角演算装置５０は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）を含んでいる。回転角演算装置５０は、ＲＯＭに格納された所定のプログラムをＣＰＵが実行することにより、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、回転角演算ユニット６０とセンサ故障検出ユニット７０とを含む。両磁気センサ１１，１２の角度間隔φ、つまり、両出力信号Ｖ１，Ｖ２の配置位相差φは、メモリに格納されている。なお、配置位相差φをメモリに格納する代わりに、sinφの値およびcosφの値をメモリに格納するようにしてもよい。
　回転角演算ユニット６０は、所定の第１の演算周期毎にロータ１の回転角θを演算する。つまり、回転角演算ユニット６０は、第１の演算周期毎に各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を取り込み、取り込んだ出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、ロータ１の回転角θを演算する。回転角演算ユニット６０は、出力信号補正部（信号補正手段）６１および回転角演算部（回転角演算手段）６２を含む。
　出力信号補正部６１は、両磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、出力信号Ｖ２を補正する。具体的には、出力信号補正部６１は、出力信号Ｖ２を、出力信号Ｖ１に対する位相差が所定の目標位相差となる信号に補正する。目標位相差は電気角である。この実施形態では、目標位相差は、９０°に設定されている。したがって、出力信号補正部４１は、出力信号Ｖ２を、出力信号Ｖ１に対する位相差が９０°となる信号Ｖ２’（＝sin（θ＋９０°）＝cosθ）に補正する。
　出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））は、三角関数の加法定理により、次式(23)のように展開することができる。
　Ｖ２＝sin（θ＋φ）＝sinθ・cosφ＋cosθ・sinφ…(23)
　この式(23)を変形することにより、信号Ｖ２を信号Ｖ２’に補正するための式(24)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　出力信号補正部６１は、前記式(24)に基づいて、出力信号Ｖ２を、出力信号Ｖ１に対する位相差が９０°となる信号Ｖ２’（＝cosθ）に補正する。つまり、出力信号補正部６１は、出力信号Ｖ１（＝sinθ）と、出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））と、メモリに格納されている配置位相差φを用いて、信号Ｖ２を補正する。なお、メモリにsinφの値およびcosφの値が格納されている場合には、配置位相差φの代わりにこれらの値sinφ，cosφを用いて、出力信号Ｖ２が補正される。
　回転角演算部６２は、出力信号補正部６１によって補正された信号Ｖ２’（＝cosθ）と、他方の出力信号Ｖ１（＝sinθ）とを用い、たとえば、次式（25）に基づいて、ロータ１の回転角θを演算する。
　θ＝tan－１（sinθ／cosθ）＝tan－１（Ｖ１／Ｖ２’）…(25)
　なお、回転角演算部６２は、式(25)を用いる方法とは異なる方法で、信号Ｖ２’（＝cosθ）および出力信号Ｖ１（＝sinθ）から回転角θを求めるようにしてもよい。たとえば、特開2001-264114号公報参照に開示されている方法を用いて、信号Ｖ２’（＝cosθ）および出力信号Ｖ１（＝sinθ）から回転角θを求めるようにしてもよい。
　センサ故障検出ユニット７０は、各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、磁気センサ１１，１２の故障を検出する。磁気センサ１１，１２が故障すると、その出力信号Ｖ１，Ｖ２は、零、上限値または下限値に固定される。そこで、各磁気センサ１１，１２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を監視し、その出力信号が零、上限値または下限値に固定されていることを検出した場合（その出力信号が異常であると判定した場合）に、対応する磁気センサに故障が発生したと判定することができる。
　センサ故障ユニット７０は、第１のＶ１異常監視部７１と、第１のＶ２異常監視部７２と、第２のＶ１異常監視部７３と、第２のＶ２異常監視部７４とを含む。第１のＶ１異常監視部７１は、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２と、回転角演算ユニット６０内の出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’とに基づいて、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が零に固定されたか否かを判定するための処理を行なう。第１のＶ２異常監視部７２は、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１と、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’とに基づいて、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が零に固定されたか否かを判定するための処理を行なう。
　第２のＶ１異常監視部７３は、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２と、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’とに基づいて、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が上限値（＋１）または下限値（－１）に固定されたか否かを判定するための処理を行なう。第２のＶ２異常監視部７４は、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１と、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’とに基づいて、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が上限値（＋１）または下限値（－１）に固定されたか否かを判定するための処理を行なう。
　センサ故障検出ユニット７０は、所定の第２の演算周期毎に第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１および第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２を取り込み、取り込んだ出力信号Ｖ１を第１のＶ２異常監視部７２および第２のＶ２異常監視部７４に与え、取り込んだ出力信号Ｖ２を第１のＶ１異常監視部７１および第２のＶ１異常監視部７３に与える。この実施形態では、第２の演算周期は、回転角演算ユニット６０が回転角を演算する周期（第１演算周期）と等しいかまたはそれより長い周期に設定されている。
　図８は、第１のＶ１異常監視部７１の動作例を示すフローチャートである。図８の処理は、前記第２の演算周期毎に実行される。
　図８の処理は、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１（＝sinθ）が零に固定されているか否かを判定するために行なわれる。第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が零に固定された場合には、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’（cosθに相当する信号）は、前記式(24)にＶ１＝０を代入することにより、Ｖ２’＝Ｖ２／sinφとなる。したがって、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’が演算値（Ｖ２／sinφ）と等しいか否かを所定時間（第２の演算周期）毎に判別し、Ｖ２’＝Ｖ２／sinφの状態が所定回数以上継続する場合には、第１の磁気センサ１１に故障が発生したと判定することができる。
　ただし、第１の磁気センサ１１が正常であっても、回転角θがたとえば０°または１８０°である場合には、その出力信号Ｖ１（＝sinθ）が０となる。そこで、第１の磁気センサ１１が正常である場合に、その出力信号Ｖ１が零となるような回転角θにおいては、信号Ｖ２’が演算値（Ｖ２／sinφ）と等しいか否かの判定を行わないようにしている。
　図８に戻り、第１のＶ１異常監視部７１は、今演算周期で取り込まれた第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が、sinφおよび－sinφのいずれの値にも一致しないか否かを判別する（ステップＳ１）。第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が、sinφまたは－sinφの値と一致した場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、第１のＶ１異常監視部７１は、今演算周期での処理を終了する。
　図１２Ａは、第１の磁気センサ１１および第２の磁気センサ１２が正常である場合の、それらの出力信号Ｖ１，Ｖ２の波形を示している。出力信号Ｖ２の波形を表す正弦波曲線上において、出力信号Ｖ１（＝sinθ）が０となる回転角θに対応する点は、点ａ１および点ａ２である。点ａ１に対応する出力信号Ｖ２の値は、sinφとなる。一方、点ａ２に対応する出力信号Ｖ２の値は、sin（１８０°＋φ）＝－sinφとなる。したがって、出力信号Ｖ２がsinφまたは－sinφに一致する場合には、cosθに相当する信号Ｖ２’が演算値（Ｖ２／sinφ）と等しいか否かの判定を行わないようにしている。
　前記ステップＳ１において、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が、sinφおよび－sinφのいずれの値にも一致しないと判別された場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、第１のＶ１異常監視部７１は、Ｖ２／sinφを演算し、出力信号補正部６１から与えられる信号Ｖ２’が演算値（Ｖ２／sinφ）と等しいか否かを判定する（ステップＳ２）。なお、出力信号補正部６１から与えられる信号Ｖ２’は、今回の第２の演算周期においてセンサ故障検出ユニット７０によって取り込まれた出力信号Ｖ１，Ｖ２と同じ信号Ｖ１，Ｖ２から演算された信号Ｖ２’である。
　信号Ｖ２’が演算値（Ｖ２／sinφ）と等しくない場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、第１のＶ１異常監視部７１は、第１カウント値cnt1を１だけデクリメント（－１）する（ステップＳ３）。そして、ステップＳ５に進む。第１カウント値cnt1のデフォルト値は零である。また、第１カウント値cnt1は、零以上の整数であり、負の値とはならない。したがって、前記ステップＳ３で第１カウント値cnt1が１だけデクリメントされたとしても、第１カウント値cnt1が零より小さい値になることはない。
　前記ステップＳ２において、信号Ｖ２’が演算値（Ｖ２／sinφ）と等しいと判別された場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、第１のＶ１異常監視部７１は、第１カウント値cnt1を１だけインクリメント（＋１）する（ステップＳ４）。そして、ステップＳ５に進む。
　ステップＳ５では、第１のＶ１異常監視部７１は、第１カウント値cnt1が所定のしきい値Ａ以上であるか否かを判別する。第１カウント値cnt1がしきい値Ａ未満である場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、第１のＶ１異常監視部７１は、今演算周期での処理を終了する。一方、第１カウント値cnt1がしきい値Ａ以上であると判別された場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、第１のＶ１異常監視部７１は、第１の磁気センサ１１に故障が発生したことを検知し、図示しないブラシレスモータのモータ制御装置にモータ停止指令を出力する（ステップＳ６）。また、第１のＶ１異常監視部７１は、全ての異常監視部７１～７４の動作を停止させる（ステップＳ７）。モータ制御装置は、第１のＶ１異常監視部７１からのモータ停止指令を受信すると、ブラシレスモータの駆動を停止させる。
　図９は、第１のＶ２異常監視部７２の動作例を示すフローチャートである。図９の処理は、第２の演算周期毎に実行される。
　図９の処理は、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））が零に固定されているか否かを判定するために行なわれる。第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が零に固定された場合には、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’（cosθに相当する信号）は、前記式(24)にＶ２＝０を代入することにより、Ｖ２’＝－Ｖ１・cosφ／sinφとなる。したがって、信号Ｖ２’が演算値（－Ｖ１・cosφ／sinφ）と等しいか否かを所定時間（第２の演算周期）毎に判別し、Ｖ２’＝－Ｖ１・cosφ／sinφの状態が所定回数以上継続する場合には、第２の磁気センサ１２に故障が発生したと判定することができる。
　ただし、第２の磁気センサ１２が正常であっても、図１２Ａに示すように、回転角θがたとえば（１８０°－φ）または（３６０°－φ）である場合には、その出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））が０となる。そこで、第２の磁気センサ１２が正常である場合に、その出力信号Ｖ２が零となるような回転角θにおいては、信号Ｖ２’が演算値（－Ｖ１・cosφ／sinφ）と等しいか否かの判定を行わないようにしている。
　図９に戻り、第１のＶ２異常監視部７２は、今演算周期で取り込まれた第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が、sinφおよび－sinφのいずれの値にも一致しないか否かを判別する（ステップＳ１１）。第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が、sinφまたは－sinφの値と一致した場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、第１のＶ２異常監視部７２は、今演算周期での処理を終了する。
　図１２Ａを参照して、出力信号Ｖ１の波形を表す正弦波曲線上において、出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））が０となる回転角θに対応する点は、点ｂ１および点ｂ２である。点ｂ１に対応する出力信号Ｖ１の値は、sin（１８０°－φ）＝sinφとなる。一方、点ｂ２に対応する出力信号Ｖ１の値は、sin（３６０°－φ）＝－sinφとなる。したがって、出力信号Ｖ１がsinφまたは－sinφに一致する場合には、cosθに相当する信号Ｖ２’が演算値（－Ｖ１・cosφ／sinφ）と等しいか否かの判定を行わないようにしている。
　前記ステップＳ１１において、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が、sinφおよび－sinφのいずれの値にも一致しないと判別された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、第１のＶ２異常監視部７２は、－Ｖ１・cosφ／sinφを演算し、出力信号補正部６１から与えられる信号Ｖ２’が演算値（－Ｖ１・cosφ／sinφ）と等しいか否かを判定する（ステップＳ１２）。なお、出力信号補正部６１から与えられる信号Ｖ２’は、今回の第２の演算周期においてセンサ故障検出ユニット７０によって取り込まれた出力信号Ｖ１，Ｖ２と同じ信号Ｖ１，Ｖ２から演算された信号Ｖ２’である。
　信号Ｖ２’が演算値（－Ｖ１・cosφ／sinφ）と等しくない場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、第１のＶ２異常監視部７２は、第２カウント値cnt2を１だけデクリメント（－１）する（ステップＳ１３）。そして、ステップＳ１５に進む。第２カウント値cnt2のデフォルト値は零である。また、第２カウント値cnt2は、零以上の整数であり、負の値にはならない。したがって、前記ステップＳ１３で第２カウント値cnt2が１だけデクリメントされたとしても、第２カウント値cnt2が零より小さい値になることはない。
　前記ステップＳ１２において、信号Ｖ２’が演算値（－Ｖ１・cosφ／sinφ）と等しいと判別された場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、第１のＶ２異常監視部７２は、第２カウント値cnt2を１だけインクリメント（＋１）する（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ１５に進む。
　ステップＳ１５では、第１のＶ２異常監視部７２は、第２カウント値cnt2が所定のしきい値Ａ以上であるか否かを判別する。第２カウント値cnt2がしきい値Ａ未満である場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、第１のＶ２異常監視部７２は、今演算周期での処理を終了する。一方、第２カウント値cnt2がしきい値Ａ以上であると判別された場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、第１のＶ２異常監視部７２は、第２の磁気センサ１２に故障が発生したことを検知し、図示しないブラシレスモータのモータ制御装置にモータ停止指令を出力する（ステップＳ１６）。また、第１のＶ２異常監視部７２は、全ての異常監視部７１～７４の動作を停止させる（ステップＳ１７）。モータ制御装置は、第１のＶ２異常監視部７２からのモータ停止指令を受信すると、ブラシレスモータの駆動を停止させる。
　図１０は、第２のＶ１異常監視部７３の動作例を示すフローチャートである。図１０の処理は、第２の演算周期毎に実行される。
　図１０の処理は、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１（＝sinθ）が１（上限値）または－１（下限値）に固定されているか否かを判定するために行なわれる。第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が１に固定された場合には、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’（cosθに相当する信号）は、前記式(24)にＶ１＝１を代入することにより、Ｖ２’＝（Ｖ２－cosφ）／sinφとなる。また、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が－１に固定された場合には、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’（cosθに相当する信号）は、前記式(24)にＶ１＝－１を代入することにより、Ｖ２’＝（Ｖ２＋cosφ）／sinφとなる。したがって、信号Ｖ２’が演算値｛（Ｖ２－cosφ）／sinφ｝または｛（Ｖ２＋cosφ）／sinφ｝と等しいか否かを所定時間（第２の演算周期）毎に判別し、Ｖ２’＝（Ｖ２－cosφ）／sinφまたはＶ２’＝（Ｖ２＋cosφ）／sinφの状態が所定回数以上継続する場合には、第１の磁気センサ１１に故障が発生したと判定することができる。
　ただし、第１の磁気センサ１１が正常であっても、回転角θがたとえば９０°であればその出力信号Ｖ１（＝sinθ）は１となり、回転角θがたとえば２７０°であればその出力信号Ｖ１（＝sinθ）は－１となる。そこで、第１の磁気センサ１１が正常である場合に、その出力信号Ｖ１が１または－１となるような回転角θにおいては、信号Ｖ２’が演算値｛（Ｖ２－cosφ）／sinφ｝または｛（Ｖ２＋cosφ）／sinφ｝と等しいか否かの判定を行わないようにしている。
　図１０に戻り、第２のＶ１異常監視部７３は、今演算周期で取り込まれた第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が、sin（９０°＋φ）および－sin（９０°＋φ）のいずれの値にも一致しないか否かを判別する（ステップＳ２１）。第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が、sin（９０°＋φ）または－sin（９０°＋φ）の値と一致した場合には（ステップＳ２１：ＮＯ）、第２のＶ１異常監視部７３は、今演算周期での処理を終了する。
　図１２Ｂは、第１の磁気センサ１１および第２の磁気センサ１２が正常である場合の、それらの出力信号Ｖ１，Ｖ２の波形を示している。出力信号Ｖ２の波形を表す正弦波曲線上において、出力信号Ｖ１（＝sinθ）が１または－１となる回転角θに対応する点は、点ｃ１および点ｃ２である。点ｃ１に対応する出力信号Ｖ２の値は、sin（９０°＋φ）となる。一方、点ｃ２に対応する出力信号Ｖ２の値は、sin（２７０°＋φ）＝－sin（９０°＋φ）となる。したがって、出力信号Ｖ２がsin（９０°＋φ）または－sin（９０°＋φ）に一致する場合には、cosθに相当する信号Ｖ２’が演算値｛（Ｖ２－cosφ）／sinφ｝または｛（Ｖ２＋cosφ）／sinφ｝と等しいか否かの判定を行わないようにしている。
　前記ステップＳ２１において、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が、sin（９０°＋φ）および－sin（９０°＋φ）のいずれの値にも一致しないと判別された場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、第２のＶ１異常監視部７３は、（Ｖ２－cosφ）／sinφおよび（Ｖ２＋cosφ）／sinφを演算し、出力信号補正部６１から与えられる信号Ｖ２’が演算値｛（Ｖ２－cosφ）／sinφ｝または｛（Ｖ２＋cosφ）／sinφ｝と等しいか否かを判定する（ステップＳ２２）。なお、出力信号補正部６１から与えられる信号Ｖ２’は、今回の第２の演算周期においてセンサ故障検出ユニット７０によって取り込まれた出力信号Ｖ１，Ｖ２と同じ信号Ｖ１，Ｖ２から演算された信号Ｖ２’である。
　信号Ｖ２’が演算値｛（Ｖ２－cosφ）／sinφ｝および｛（Ｖ２＋cosφ）／sinφ｝のいずれの値とも等しくない場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、第２のＶ１異常監視部７３は、第３カウント値cnt3を１だけデクリメント（－１）する（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ２５に進む。第３カウント値cnt3のデフォルト値は零である。また、第３カウント値cnt3は、零以上の整数であり、負の値にはならない。したがって、前記ステップＳ２３で第３カウント値cnt3が１だけデクリメントされたとしても、第３カウント値cnt3が零より小さい値になることはない。
　前記ステップＳ２２において、信号Ｖ２’が演算値｛（Ｖ２－cosφ）／sinφ｝または｛（Ｖ２＋cosφ）／sinφ｝と等しいと判別された場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、第２のＶ１異常監視部７３は、第３カウント値cnt3を１だけインクリメント（＋１）する（ステップＳ２４）。そして、ステップＳ２５に進む。
　ステップＳ２５では、第２のＶ１異常監視部７３は、第３カウント値cnt3が所定のしきい値Ａ以上であるか否かを判別する。第３カウント値cnt3がしきい値Ａ未満である場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、第２のＶ１異常監視部７３は、今演算周期での処理を終了する。一方、第３カウント値cnt3がしきい値Ａ以上であると判別された場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、第２のＶ１異常監視部７３は、第１の磁気センサ１１に故障が発生したことを検知し、図示しないブラシレスモータのモータ制御装置にモータ停止指令を出力する（ステップＳ２６）。また、第２のＶ１異常監視部７３は、全ての異常監視部７１～７４の動作を停止させる（ステップＳ２７）。モータ制御装置は、第２のＶ１異常監視部７３からのモータ停止指令を受信すると、ブラシレスモータの駆動を停止させる。
　図１１は、第２のＶ２異常監視部７４の動作例を示すフローチャートである。図１１の処理は、第２の演算周期毎に実行される。
　図１１の処理は、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ１（＝sin（θ＋φ））が１（上限値）または－１（下限値）に固定されているか否かを判定するために行なわれる。第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が１に固定された場合には、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’（cosθに相当する信号）は、前記式(24)にＶ２＝１を代入することにより、Ｖ２’＝－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφとなる。また、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２が－１に固定された場合には、出力信号補正部６１によって演算される信号Ｖ２’（cosθに相当する信号）は、前記式(24)にＶ２＝－１を代入することにより、Ｖ２’＝－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφとなる。したがって、信号Ｖ２’が演算値｛－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφ｝または｛－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφ｝と等しいか否かを所定時間（第２の演算周期）毎に判別し、Ｖ２’＝－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφまたはＶ２’＝－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφの状態が所定回数以上継続する場合には、第２の磁気センサ１２に故障が発生したと判定することができる。
　ただし、第２の磁気センサ１２が正常であっても、図１２Ｂに示すように、回転角θがたとえば（９０°－φ）であればその出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））は１となり、回転角θがたとえば（２７０°－φ）であればその出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））は－１となる。そこで、第２の磁気センサ１２が正常である場合に、その出力信号Ｖ２が１または－１となるような回転角θにおいては、信号Ｖ２’が演算値｛－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφ｝または｛－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφ｝と等しいか否かの判定を行わないようにしている。
　図１１に戻り、第２のＶ２異常監視部７４は、今演算周期で取り込まれた第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が、sin（９０°－φ）および－sin（９０°－φ）のいずれの値にも一致しないか否かを判別する（ステップＳ３１）。第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が、sin（９０°－φ）または－sin（９０°－φ）の値と一致した場合には（ステップＳ３１：ＮＯ）、第２のＶ２異常監視部７４は、今演算周期での処理を終了する。
　図１２Ｂを参照して、出力信号Ｖ１の波形を表す正弦波曲線上において、出力信号Ｖ２（＝sin（θ＋φ））が１または－１となる回転角θに対応する点は、点ｄ１および点ｄ２である。点ｄ１に対応する出力信号Ｖ１の値は、sin（９０°－φ）となる。一方、点ｄ２に対応する出力信号Ｖ１の値は、sin（２７０°－φ）＝－sin（９０°－φ）となる。したがって、出力信号Ｖ１がsin（９０°－φ）または－sin（９０°－φ）に一致する場合には、cosθに相当する信号Ｖ２’が演算値｛－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφ｝または｛－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφ｝と等しいか否かの判定を行わないようにしている。
　前記ステップＳ３１において、第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１が、sin（９０°－φ）および－sin（９０°－φ）のいずれの値にも一致しないと判別された場合には（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、第２のＶ２異常監視部７４は、－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφおよび－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφを演算し、出力信号補正部６１から与えられる信号Ｖ２’が演算値｛－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφ｝または｛－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφ｝と等しいか否かを判定する（ステップＳ３２）。なお、出力信号補正部６１から与えられる信号Ｖ２’は、今回の第２の演算周期においてセンサ故障検出ユニット７０によって取り込まれた出力信号Ｖ１，Ｖ２と同じ信号Ｖ１，Ｖ２から演算された信号Ｖ２’である。
　信号Ｖ２’が演算値｛－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφ｝および｛－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφ｝のいずれの値とも等しくない場合には（ステップＳ３２：ＮＯ）、第２のＶ２異常監視部７４は、第４カウント値cnt4を１だけデクリメント（－１）する（ステップＳ３３）。そして、ステップＳ３５に進む。第４カウント値cnt4のデフォルト値は零である。また、第４カウント値cnt4は、零以上の整数であり、負の値にはならない。したがって、前記ステップＳ３３で第４カウント値cnt4が１だけデクリメントされたとしても、第４カウント値cnt4が零より小さい値になることはない。
　前記ステップＳ３２において、信号Ｖ２’が演算値｛－（Ｖ１・cosφ－１）／sinφ｝または｛－（Ｖ１・cosφ＋１）／sinφ｝と等しいと判別された場合には（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、第２のＶ２異常監視部７４は、第４カウント値cnt4を１だけインクリメント（＋１）する（ステップＳ３４）。そして、ステップＳ３５に進む。
　ステップＳ３５では、第２のＶ２異常監視部７４は、第４カウント値cnt4が所定のしきい値Ａ以上であるか否かを判別する。第４カウント値cnt4がしきい値Ａ未満である場合には（ステップＳ３５：ＮＯ）、第２のＶ２異常監視部７４は、今演算周期での処理を終了する。一方、第４カウント値cnt4がしきい値Ａ以上であると判別された場合には（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、第２のＶ２異常監視部７４は、第２の磁気センサ１２に故障が発生したことを検知し、図示しないブラシレスモータのモータ制御装置にモータ停止指令を出力する（ステップＳ３６）。また、第２のＶ２異常監視部７４は、全ての異常監視部７１～７４の動作を停止させる（ステップＳ３７）。モータ制御装置は、第２のＶ２異常監視部７４からのモータ停止指令を受信すると、ブラシレスモータの駆動を停止させる。
　第３の実施形態では、第１の磁気センサ１１または第２の磁気センサ１２のいずれかが故障した場合に、そのことを検知することができる。また、いずれの磁気センサが故障したかも特定することができる。
　以上、この発明をブラシレスモータのロータの回転角を検出するための装置に適用した場合の実施形態について説明したが、ブラシレスモータのロータ以外の回転体の回転角を検出するための装置にもこの発明を適用することができる。
　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。
　本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
　この出願は、２００９年８月２６日に日本国特許庁に提出された特願２００９－１９５１８８号および２０１０年４月１５日に日本国特許庁に提出された特願２０１０－９４０６１号に対応しており、これらの出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
　１　　　　　ロータ
　１１，１２　磁気センサ

Claims (9)

  1. 　回転体の回転角を検出する回転角検出装置において、
    　前記回転体の周囲である第１の位置に配置され、第１の正弦波信号を前記回転体の回転に応じて出力する、第１のセンサと、
    　前記第１の位置とは角度間隔を持って前記回転体の周囲である第２の位置に配置され、前記第１の正弦波信号とは前記角度間隔に対応する配置位相差を有する第２の正弦波信号を前記回転体の回転に応じて出力する、第２のセンサと、
    　前記第１の正弦波信号と前記第２の正弦波信号とに基づき前記回転角を演算する、回転角演算装置とを含み、
    　前記回転角演算装置は、
    　前記第１の正弦波信号及び前記第２の正弦波信号のうちの一方の正弦波信号を、それらの信号間の位相差である前記配置位相差が、目標位相差となるように補正する、信号補正部と、
    　前記信号補正部によって補正された一方の正弦波信号と、他方の正弦波信号とに基づいて前記回転角を演算する、回転角演算部とを含む、回転角検出装置。
  2. 　前記配置位相差と前記目標位相差との差は、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの相対的な配置誤差に起因して発生する、前記二つの正弦波信号間の位相差誤差であり、
    　前記回転角演算装置は、前記位相差誤差を演算する位相差誤差演算部を更に含み、
    　前記信号補正部は、前記位相差誤差に基づいて、前記一方の正弦波信号を補正する、請求項１に記載の回転角検出装置。
  3. 　前記位相差誤差演算部は、
    　前記第１の正弦波信号と第２の正弦波信号との和に相当する信号の振幅を演算する第１の振幅演算部と、
    　前記第１の正弦波信号と第２の正弦波信号との差に相当する信号の振幅を演算する第２の振幅演算部と、
    　前記第１の振幅演算部によって演算される振幅と、前記第２の振幅演算部によって演算される振幅との差に基づいて、前記位相差誤差を演算する誤差演算部とを含む、請求項２に記載の回転角検出装置。
  4. 　前記目標位相差は、前記配置位相差とは異なる、請求項１に記載の回転角検出装置。
  5. 　前記配置位相差には、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの相対的な配置誤差に起因して発生する、前記二つの正弦波信号間の位相差誤差が重畳されており、
    　前記回転角演算装置は、前記位相差誤差を演算する位相差誤差演算部を更に含み、
    　前記信号補正部は、前記配置位相差及び前記位相差誤差に基づいて、前記一方の正弦波信号を補正する、請求項４に記載の回転角検出装置。
  6. 　前記位相差誤差演算部は、
    　前記第１の正弦波信号と第２の正弦波信号との和に相当する信号の振幅を演算する第１の振幅演算部と、
    　前記第１の正弦波信号と第２の正弦波信号との差に相当する信号の振幅を演算する第２の振幅演算部と、
    　前記第１の振幅演算部によって演算される振幅と、前記第２の振幅演算部によって演算される振幅との差に基づいて、前記位相差誤差を演算する誤差演算部とを含む、請求項５に記載の回転角検出装置。
  7. 　前記配置位相差は、前記目標位相差より小さい、請求項４～６のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
  8. 　前記回転角演算装置は、
    　前記信号補正部によって補正された一方の正弦波信号と、前記第２の正弦波信号とに基づいて、前記第１の正弦波信号が異常であるか否かを判定する第１の信号異常判定部と、
    　前記信号補正部によって補正された一方の正弦波信号と、前記第１の正弦波信号とに基づいて、前記第２の正弦波信号が異常であるか否かを判定する第２の信号異常判定部と、
    　を更に含む、請求項１，４，５，６または７に記載の回転角検出装置。
  9. 　前記目標位相差は９０度である、請求項１～８のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
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