WO2016027838A1

WO2016027838A1 - 故障診断装置、回転角センサ、故障診断方法、およびプログラム

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Publication number: WO2016027838A1
Application number: PCT/JP2015/073274
Authority: WO
Inventors: 茂樹岡武; 謙赤松; 剛生山本; 智史深瀬; 片岡　誠
Original assignee: 旭化成エレクトロニクス株式会社
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2016-02-25
Also published as: JP2017181026A

Abstract

　回転角センサを動作させつつ、回転角センサが有する磁場検出部の角度非線形性誤差を検出する。第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの出力を取得する取得部と、回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出する相関信号算出部と、相関信号に基づいて、回転角センサの故障を判定する故障判定部と、を備える故障診断装置、故障診断方法、およびプログラムを提供する。

Description

故障診断装置、回転角センサ、故障診断方法、およびプログラム

　本発明は、故障診断装置、回転角センサ、故障診断方法、およびプログラムに関する。

　従来、Ｘ方向およびＹ方向の磁場の変化を検出し、当該検出結果に基づき、回転磁石等の回転位置を検出する非接触回転角センサが知られていた。そして、このような回転角センサは、角度非線形性誤差を有するので、誤差の調整および校正等が実行されていた（例えば、特許文献１～９参照）。
　特許文献１　特開２００２－７１３８１号公報
　特許文献２　特開２０１１－１５８４８８号公報
　特許文献３　米国特許出願公開第２００６／０２９０５４５号明細書
　特許文献４　特開平９－１９６６９９号公報
　特許文献５　特開２０１０－２１７１５１号公報
　特許文献６　特開２０１０－１６４４４９号公報
　特許文献７　米国特許第６４２６７１２号明細書
　特許文献８　特開２０１０－２１７１５０号公報
　特許文献９　特開２０１２－１８１１８８号公報
　非特許文献１　R.S. Popovic著、「Hall Effect Devices」、Inst of Physics Pub Inc、１９９１年５月
　非特許文献２　Bilotti他著、「Monolithic Magnetic Hall Sensor Using Dynamic Quadrature Offset Cancellation」、IEEE Journal of Solid-State Circuits、Vol.32、 No.6、 1997年、 P. 829－836
　非特許文献３　Udo Ausserlechner著、「Limits of offset cancellation by the principle of spinning current Hall probe」、Proceedings of IEEE Sensors 2004、Vol.3、P. 1117－1120
　非特許文献４　一松信著、「初等関数の数値計算」、教育出版、１９７４年１月

　しかしながら、角度非線形性誤差は、温度の変化等に応じて変動するので、出荷段階においてセンサを調整しても、センサを動作し続けると周囲温度の変化等に応じて誤差が生じる場合があった。また、回転角センサは、このような角度非線形性誤差が増大して故障する場合があるが、当該センサの動作中に故障を判断することは困難であった。

　本発明の第１の態様においては、第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの出力を取得する取得部と、回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出する相関信号算出部と、相関信号に基づいて、回転角センサの故障を判定する故障判定部と、を備える故障診断装置、故障診断方法、およびプログラムを提供する。

　本発明の第２の態様においては、第１の態様の故障診断装置を備え、第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および当該回転角センサの故障信号を出力する、回転角センサを提供する。

（一般的開示）
（項目１）
　故障診断装置は、第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの出力を取得する取得部を備えてよい。
　故障診断装置は、回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出する相関信号算出部を備えてよい。
　故障診断装置は、相関信号に基づいて、回転角センサの故障を判定する故障判定部を備えてよい。
（項目２）
　故障判定部は、相関信号の絶対値が予め定められた閾値を超える場合に、回転角センサが故障していると判定してよい。
（項目３）
　故障判定部は、相関信号の絶対値が閾値以下の場合に、回転角センサが故障していないと判定してよい。
（項目４）
　故障モードは、回転角センサが第１の軸方向に対応する信号のオフセット成分を含む第１モードを有してよい。
　故障モードは、回転角センサが第２の軸方向のオフセット成分を含む第２モードを有してよい。
　故障モードは、回転角センサが第１の軸に対応する信号および第２の軸に対応する信号の間の磁気感度ミスマッチを含む第３モードを有してよい。
　故障モードは、回転角センサが第１の軸に対応する信号および第２の軸に対応する信号の間の非直交性誤差を含む第４モードを有してよい。
（項目５）
　相関信号算出部は、故障モードが第１モードの場合に、周期関数を１倍角の余弦として、被測定信号との相関信号を算出してよい。
　相関信号算出部は、故障モードが第２モードの場合に、周期関数を１倍角の正弦として、被測定信号との相関信号を算出してよい。
　相関信号算出部は、故障モードが第３モードの場合に、周期関数を２倍角の余弦として、被測定信号との相関信号を算出してよい。
　相関信号算出部は、故障モードが第４モードの場合に、周期関数を２倍角の正弦として、被測定信号との相関信号を算出してよい。
（項目６）
　相関信号算出部は、振幅信号のＮ乗信号（Ｎは１以上の自然数）を被測定信号として算出してよい。
（項目７）
　取得部は、非接触回転角センサの出力を取得してよい。
（項目８）
　回転角センサは、故障診断装置を備えてよい。
　回転角センサは、第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および当該回転角センサの故障信号を出力してよい。
（項目９）
　回転角センサモジュールは、回転角センサを備えてよい。
　回転角センサモジュールは、ＸＹ平面と略垂直な方向に回転軸を有し、回転角センサの上方に設けられる回転磁石を備えてよい。
（項目１０）
　第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの故障診断方法は、回転角センサの出力を取得してよい。
　故障診断方法は、回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出してよい。
　故障診断方法は、相関信号に基づいて、回転角センサの故障を判定してよい。
（項目１１）
　故障を判定することは、相関信号の絶対値が予め定められた閾値を超える場合に、回転角センサが故障していると判定することを含んでよい。
（項目１２）
　故障を判定することは、相関信号の絶対値が閾値以下の場合に、回転角センサが故障していないと判定することを含んでよい。
　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。

本実施形態に係る磁場検出部１００の構成例を示す。本実施形態に係る第１ホール素子対１１０が第１方向の磁界を検出する場合の一例を示す。本実施形態に係る角度検出回路２００の構成例を示す。本実施形態に係る故障診断装置３００の構成例を示す。本実施形態に係る故障診断装置３００の動作フローを示す。本実施形態に係る相関信号算出部３３０が有する計算回路の一例を示す。ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の一例を示す。ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の振幅の一例を示す。ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の角度非線形性誤差の一例を示す。ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の一例を示す。ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の振幅の一例を示す。ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の角度非線形性誤差の一例を示す。本実施形態に係る故障診断装置３００の変形例を示す。本実施形態に係るシステムの一例を示す。本実施形態に係る回転角センサモジュール４００の一例を示す。本実施形態に係る回転角センサモジュール４００に中心軸ずれが生じた組み立て誤差の一例を示す。本実施形態に係る回転角センサモジュール４００に偏芯が生じた組み立て誤差の一例を示す。本実施形態に係る回転角センサモジュール４００に回転磁石４１０の傾きが生じた組み立て誤差の一例を示す。理想的な回転角センサモジュール４００の磁場検出部１００に、８方向の磁場をそれぞれ印加した例を示す。中心軸ずれの組み立て誤差を有する回転角センサモジュール４００の磁場検出部１００に、８方向の磁場をそれぞれ印加した例を示す。回転磁石４１０と、磁場検出部１００との間に、中心軸ずれが発生した場合の磁場検出信号（Ｖ_Ｘ（θ），Ｖ_Ｙ（θ））の一例を示す。回転磁石４１０と、磁場検出部１００との間に、中心軸ずれが発生した場合の振幅信号Ａ（θ）の一例を示す。回転磁石４１０と、磁場検出部１００との間に、中心軸ずれが発生した場合の角度非線形性誤差（φ（θ）－θ）の一例を示す。本実施形態に係る故障診断装置３００として機能するコンピュータ１９００のハードウェア構成の一例を示す。

　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、本実施形態に係る磁場検出部１００の構成例を示す。磁場検出部１００は、例えば、当該磁場検出部１００の近傍において回転軸を中心に回転する回転磁石の回転角を非接触で検出する。磁場検出部１００は、基板１０と、第１ホール素子対１１０と、第２ホール素子対１２０と、磁気収束板１３０と、を備える。

　基板１０は、シリコン等の半導体によって形成され、半導体回路および半導体素子等を含む。基板１０は、ＩＣチップであってよく、この場合、端子を備え、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続される。図１において、基板１０の一方の表面を、Ｘ軸およびＹ軸を有するＸＹ面とし、ＸＹ面に垂直な軸をＺ軸とした。即ち、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は互いに直交する座標系である。

　第１ホール素子対１１０は、基板１０上に形成され、当該基板１０に形成された回路等と接続される。第１ホール素子対１１０は、一例として、第１方向に配置される。ここで、本実施形態における第１方向は、図１におけるＸ軸方向（第１の軸）である。第１ホール素子対１１０は、第１ホール素子１１２と第２ホール素子１１４とを有し、Ｘ軸に平行に（例えばＸ軸上に）当該２つのホール素子が配置される。

　第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４は、一例として、Ｘ軸方向に電流を流すとＺ軸方向に入力する磁場に応じたＹ軸方向の起電力（ホール効果）を発生させる素子である。第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４は、半導体等で形成されてよい。

　第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４は、一例として、基板１０上において、Ｙ軸に対して線対称に配置される。これに代えて、第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４は、基板１０上において、原点に対して点対称に配置されてもよい。本実施例において、第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４がＹ軸に対して線対称に配置される例を説明する。

　第２ホール素子対１２０は、第１ホール素子対１１０と同様に、基板１０上に形成され、当該基板１０に形成された回路等と接続される。第２ホール素子対１２０は、一例として、第２方向に配置される。ここで、本実施形態における第２方向は、図１におけるＹ軸方向（第２の軸）である。また、第３方向は、図１におけるＺ軸方向（第３の軸）である。第２ホール素子対１２０は、第３ホール素子１２２と第４ホール素子１２４とを有し、Ｙ軸に平行に（例えばＹ軸上に）当該２つのホール素子が配置される。

　第３ホール素子１２２および第４ホール素子１２４は、一例として、Ｙ軸方向に電流を流すとＺ軸方向に入力する磁場に応じたＸ軸方向の起電力（ホール効果）を生じさせる素子である。第３ホール素子１２２および第４ホール素子１２４は、一例として、基板１０上において、Ｘ軸に対して線対称に配置される。これに代えて、第３ホール素子１２２および第４ホール素子１２４は、基板１０上において、原点に対して点対称に配置されてもよい。本実施例において、第３ホール素子１２２および第４ホール素子１２４がＸ軸に対して線対称に配置される例を説明する。

　以上の第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０は、オフセット出力をキャンセルすべく、Ｘ軸方向の通電およびＹ軸方向の通電をそれぞれ交互に実行されてもよい。このようなオフセットのキャンセル方法は、非特許文献５に記載されているように、Ｓｐｉｎｎｉｎｇ　Ｃｕｒｒｅｎｔ法として知られている。

　磁気収束板１３０は、第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０の上方に配置され、磁場検出部１００に入力する磁場を曲げる。磁気収束板１３０は、磁性材料等で形成され、例えば、Ｘ軸方向および／またはＹ軸方向の磁場を、Ｚ軸方向の成分が発生するように曲げ、Ｚ軸方向に感度を有する第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０に入力させる。磁気収束板１３０は、基板１０の上面に形成されてよく、これに代えて、基板１０の上方に、絶縁層等を介して形成されてもよい。

　以上の磁場検出部１００は、第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０からの出力信号（ホール起電力）を外部に出力する。ここで、第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０からの出力信号は、回転磁石の回転角に応じて出力される。当該出力信号について、図２を用いて説明する。

　図２は、本実施形態に係る第１ホール素子対１１０が第１方向の磁界を検出する場合の一例を示す。図２において、水平方向（紙面の横方向）をＸ軸、垂直方向（紙面の縦方向）をＺ軸方向とする。

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

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

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

　ここで、図２に示すように、磁場検出部１００の上方に＋Ｘ軸方向の磁場ベクトルＨ_ｉｎ（Ｈ_Ｘ，０，０）が入力する例を説明する。磁気収束板１３０は、一例として、図中の磁束密度ベクトルＢのように、入力した磁場を曲げ、第１ホール素子１１２に＋Ｚ軸方向の磁束を入力させる。

　また、磁性材料等で形成された磁気収束板１３０の透磁率は、空気の透磁率と比較して値が高くなるので、空気中の磁束密度と比較して、当該磁気収束板１３０内の磁束密度は高くなる。例えば、第１ホール素子１１２の位置におけるＺ軸方向の磁束密度は、次式で示すように、入力磁場Ｈ_Ｚに空気の透磁率μを乗じて得られる磁束密度に比較して、略１．４倍程度高くなる。

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

　第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４は、このようにＺ軸方向に入力する磁束密度に応じて、ホール起電力を発生させる。ここで、第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４が略同一形状、略同一材料で形成される場合、それぞれの磁気感度は略等しくなる。また、第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４に入力する磁束密度は互いに逆向きとなるので、発生するそれぞれのホール起電力は正負の符号が異なる。

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

　このように、磁場検出部１００は、ホール起電力信号Ｖ_Ｘを算出することで、Ｘ軸方向に入力される磁場ベクトルＨ_ｉｎ（Ｈ_Ｘ，０，０）に応じたホール起電力を出力することができる。また、ホール起電力信号Ｖ_Ｘを、各ホール素子のホール起電力の差分としたので、第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４に同一方向（＋Ｚ軸方向または－Ｚ軸方向）で、かつ、絶対値が略同一の磁場によって生じるホール起電力は、相殺されて略零となる。

　即ち、磁場検出部１００は、ホール起電力信号Ｖ_Ｘを算出することで、ＸＺ面に平行な方向の磁場ベクトルＨ_ＸＺ（Ｈ_Ｘ，０，Ｈ_Ｚ）が入力しても、Ｘ軸方向の磁場ベクトルの成分Ｈ_Ｘ（Ｈ_Ｘ，０，０）に応じたホール起電力を算出することができる。また、第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４は、Ｙ軸方向の磁場には感度がなく、また、磁気収束板１３０は、理想的にはＹ軸方向の磁場をＺ軸方向には変換しない。したがって、磁場検出部１００は、ホール起電力信号Ｖ_Ｘを算出することで、直交する３つの各成分が零ではない（任意の方向の）磁場ベクトルＨ_ＸＹＺ（Ｈ_Ｘ，Ｈ_Ｙ，Ｈ_Ｚ）が入力しても、Ｘ軸方向の磁場ベクトルの成分Ｈ_Ｘ（Ｈ_Ｘ，０，０）に応じたホール起電力を検出することができる。

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

　また、同様に、第１ホール素子１１２および第２ホール素子１１４は、Ｚ軸方向に入力する磁束密度に応じて、ホール起電力が発生する。そして、第１ホール素子対１１０のホール起電力信号Ｖ_Ｚを、第１ホール素子１１２のホール起電力Ｖ_ｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）および第２ホール素子１１４のホール起電力Ｖ_ｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の和として算出してもよい。本実施形態の磁場検出部１００は、ホール起電力信号Ｖ_ＸおよびＶ_Ｙを出力する例を説明し、ホール起電力信号Ｖ_Ｚについては省略するが、磁場検出部１００は、当該ホール起電力信号Ｖ_Ｚについても、ホール起電力信号Ｖ_ＸおよびＶ_Ｙと同様に出力してもよい。

　以上のように、磁場検出部１００は、第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０の出力信号に基づき、入力する磁場ベクトルＨ_ＸＹＺ（Ｈ_Ｘ，Ｈ_Ｙ，Ｈ_Ｚ）のＸ軸成分Ｈ_Ｘ（Ｈ_Ｘ，０，０）およびＹ軸成分Ｈ_Ｙ（０，Ｈ_Ｙ，０）に対応するホール起電力信号Ｖ_ＸおよびＶ_Ｙを出力する。即ち、磁場検出部１００は、ＸＹ面と水平な方向の磁場に対応するホール起電力を、Ｘ軸成分およびＹ軸成分に分解して算出することができる。

　磁場検出部１００は、例えば、回転軸をＺ軸と平行にした回転磁石の、ＸＹ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角に応じたホール起電力信号を出力することができる。ここで、磁場検出部１００は、一例として、次式で示されるホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）を出力する。ここで、Ａ_ｘおよびＡ_ｙは各信号の振幅値、θは回転磁石の回転角、αは信号間の非直交性誤差、Ｖ_ｏｓ＿ｘおよびＶ_ｏｓ＿ｙは各信号のオフセットである。
　（数８）
　Ｖ_Ｘ（θ）＝Ａ_ｘ・ｃｏｓ（θ）＋Ｖ_ｏｓ＿ｘ
　Ｖ_Ｙ（θ）＝Ａ_ｙ・ｓｉｎ（θ＋α）＋Ｖ_ｏｓ＿ｙ

　以上のホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）を用いて、回転磁石の回転角θに対応する角度信号φ（θ）は、一例として、次式により算出することができる。
　（数９）
　φ（θ）＝ｔａｎ^－１｛Ｖ_Ｙ（θ）／Ｖ_Ｘ（θ）｝

　ここで、磁場検出部１００は、ＸＹ面と平行な面における磁場を検出することを説明したが、他の面における磁場の変化を検出してもよい。磁場検出部１００は、Ｚ軸方向の磁場を検出することもできるので、例えば、回転軸をＹ軸と平行にした回転磁石の、ＸＺ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することができる。磁場検出部１００は、同様に、回転軸をＸ軸と平行にした回転磁石の、ＹＺ面と平行な面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することもできる。

　また、磁場検出部１００は、ＸＹＺ軸の三次元の磁場を検出することができるので、ＸＹＺ軸で表現できる面における回転による磁場を検出して、回転角θに応じたホール起電力信号を出力することができる。本実施形態の磁場検出部１００は、（数８）式で示されるホール起電力信号を出力する例を説明する。

　（数８）式において、例えば、Ａ_ｘがＡ_ｙに略等しく、αが略零であり、Ａ_ｘがＡ_ｙに略等しい場合、即ち、理想的なホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）が得られる場合、（数９）式の角度信号φ（θ）は回転角θと略一致する。しかしながら、振幅値の差分（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）、非直交性誤差α、およびオフセットの差分（Ｖ_ｏｓ＿ｘ－Ｖ_ｏｓ＿ｙ）が略零でない場合、φ（θ）およびθは一致せず、φ（θ）およびθの差異（φ（θ）－θ）が磁場検出部１００の角度非線形性誤差となる。

　図３は、本実施形態に係る角度検出回路２００の構成例を示す。角度検出回路２００は、角度誤差信号ε（＝φ（θ）－θ）を低減させるように閉ループ処理を実行して、磁場検出部１００の角度信号φ（θ）を検出する。即ち、磁場検出部１００および角度検出回路２００は、回転磁石の回転による磁場を検出して回転角を出力する回転角センサとして機能する。角度検出回路２００は、第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０からホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）を受け取り、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）に応じた角度信号φ（θ）を出力する。また、角度検出回路２００は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）に応じた振幅信号Ａ（φ）を出力する。

　角度検出回路２００は、増幅部２１０、増幅部２１２、ＡＤ変換部２２０、ＡＤ変換部２２２、乗算部２３０、乗算部２３２、積算部２４０、積算部２４２、積算部２４４、位相補償部２５０、および記憶部２６０を備える。増幅部２１０は、第１ホール素子対１１０に接続され、ホール起電力信号Ｖ_Ｘを受け取り、予め定められた増幅度で増幅する。増幅部２１０は、増幅したホール起電力信号Ｖ_ＸをＡＤ変換部２２０に供給する。ＡＤ変換部２２０は、増幅部２１０に接続され、受け取ったホール起電力信号Ｖ_Ｘをデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２２０は、変換したデジタル信号Ｖ_Ｘを乗算部２３０に供給する。

　同様に、増幅部２１２は、第２ホール素子対１２０に接続され、ホール起電力信号Ｖ_Ｙを受け取り、予め定められた増幅度で増幅する。増幅部２１２は、増幅したホール起電力信号Ｖ_ＹをＡＤ変換部２２２に供給する。ＡＤ変換部２２２は、増幅部２１２に接続され、受け取ったホール起電力信号Ｖ_Ｙをデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２２２は、変換したデジタル信号Ｖ_Ｙを乗算部２３０に供給する。

　乗算部２３０は、デジタル信号Ｖ_Ｘに正弦波信号ｓｉｎ（φ）を乗算する。また、乗算部２３０は、デジタル信号Ｖ_Ｙに余弦波信号ｃｏｓ（φ）を乗算する。乗算部２３０は、次式で示すように、２つの乗算結果の差分を角度誤差信号εとして出力する。ここで、増幅部２１０および増幅部２１２の増幅度を１とした。
　（数１０）
　ε＝－ｓｉｎ（φ）・Ｖ_Ｘ＋ｃｏｓ（φ）・Ｖ_Ｙ

　ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）が理想的な信号の場合、角度誤差信号εは次のように表される。ここで、振幅信号Ａ＝Ａ_ｘ＝Ａ_ｙとした。
　（数１１）
　ε＝－Ａ・ｓｉｎ（φ）・ｃｏｓ（θ）＋Ａ・ｃｏｓ（φ）・ｓｉｎ（θ）
　＝Ａ・ｓｉｎ（θ－φ）

　乗算部２３０は、算出した角度誤差信号εを積算部２４０に供給する。積算部２４０は、乗算部２３０に接続され、受け取った角度誤差信号εを積算し、積算した角度誤差信号εを位相補償部２５０に供給する。

　位相補償部２５０は、積算部２４０に接続され、閉ループ回路の位相安定性を確保する様に位相補償を行う。図３に示す角度検出回路２００は、一例として、閉ループ回路のなかに２つの積算部（時間積分）を備えたことを特徴とする、所謂、２型サーボ回路であることから、位相補償部２５０の出力は角度φの時間微分である角速度信号となる。位相補償部２５０は、角速度信号を積算部２４２に供給する。

　積算部２４２は、位相補償部２５０に接続され、受け取った角速度信号を積算して角度信号φを生成する。積算部２４２は、一例として、ＤＣＯ（Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）回路とＤＣＯの出力信号に対してアップカウント／ダウンカウント動作を行うアップダウンカウンターから構成される回路であってもよい。

　記憶部２６０は、複数の角度信号φに対応する正弦波信号ｓｉｎ（φ）および余弦波信号ｃｏｓ（φ）を予めそれぞれ記憶する。記憶部２６０は、積算部２４２に接続され、受け取った角度信号φに対応する正弦波信号ｓｉｎ（φ）および余弦波信号ｃｏｓ（φ）を、乗算部２３０に供給する。即ち、記憶部２６０は、取得した角度信号φに応じて、対応する正弦波信号ｓｉｎ（φ）および余弦波信号ｃｏｓ（φ）を乗算部２３０にフィードバックする。

　以上の本実施形態の角度検出回路２００は、乗算部２３０から位相補償部２５０および記憶部２６０を経たフィードバックループにより、θにより近づけた角度信号φを積算部２４２から出力させる。また、角度検出回路２００は、角度信号φに基づいて、角度誤差信号εの振幅信号Ａ（φ）を出力する。

　この場合、ＡＤ変換部２２０は、ホール起電力信号Ｖ_Ｘから変換したデジタル信号Ｖ_Ｘを、乗算部２３０に供給すると共に、乗算部２３２にも供給する。同様に、ＡＤ変換部２２２は、ホール起電力信号Ｖ_Yから変換したデジタル信号Ｖ_Ｙを、乗算部２３０に供給すると共に、乗算部２３２にも供給する。

　乗算部２３２は、デジタル信号Ｖ_Ｘに余弦波信号ｃｏｓ（φ）を乗算する。また、乗算部２３２は、デジタル信号Ｖ_Ｙに正弦波信号ｓｉｎ（φ）を乗算する。乗算部２３２は、次式で示すように、２つの乗算結果の和を振幅信号Ａ（φ）として、積算部２４４を介して出力する。ここで、増幅部２１０および増幅部２１２の増幅度を１とした。
　（数１２）
　Ａ（φ）＝ｃｏｓ（φ）・Ｖ_Ｘ＋ｓｉｎ（φ）・Ｖ_Ｙ

　ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）が理想的な信号で、かつ、角度信号φがθに略等しい値となった場合、振幅信号Ａ（φ）は次のように表される。ここで、振幅信号Ａ＝Ａ_ｘ＝Ａ_ｙとした。
　（数１３）
　Ａ（φ）＝［Ａ_ｘ ^２・｛ｃｏｓ（φ）｝^２＋Ａ_ｙ ^２・｛ｓｉｎ（φ）｝^２］^１／２＝Ａ

　以上のように、本実施形態の角度検出回路２００は、入力されるホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）に応じて、角度信号φ（θ）および振幅信号Ａ（φ）を出力する。そして、角度検出回路２００は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）が理想的な信号の場合、回転磁石の回転角θと略同一な角度信号φ（θ）を出力することができる。また、角度検出回路２００は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）が理想からずれている場合は、回転角θとは異なる角度信号φ（θ）を出力する（即ち、角度非線形性誤差（φ（θ）－θ）が非零となる）。

　このような角度非線形性誤差は、２つのホール起電力信号の振幅のミスマッチ（即ち、第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０の磁気検出感度のミスマッチ）、非直交性、およびオフセットに起因する。そして、これらの要因は温度依存性を有するので、当該角度非線形性誤差も周囲温度に応じて変動する。このような角度非線形性誤差の温度変動は、磁場検出部１００の製造段階および出荷段階で計測することができるので、システム等に搭載する前に予め計測し、校正および補正等を実行することが好ましい。しかしながら、例えば、磁場検出部１００が劣化すると、このような角度非線形性誤差の温度変動が当該磁場検出部１００を搭載するシステム等に要求される誤差範囲を超えてしまう場合が生じ、システム全体の動作に影響を及ぼしてしまうことがある。

　このような磁場検出部１００の劣化、および経時変化等は、製造段階および出荷段階においては予測することが困難なので、当該磁場検出部１００がシステム等に搭載された状態であっても、角度非線形性誤差の変動を検出できることが望ましい。そこで、本実施形態の故障診断装置は、磁場検出部１００がシステム等に搭載された回転角センサの出力結果に基づき、角度非線形性誤差を検出して、当該磁場検出部１００の劣化、異常動作、および故障等を診断する。

　図４は、本実施形態に係る故障診断装置３００の構成例を示す。故障診断装置３００は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）に応じて出力される角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）に基づき、角度非線形性誤差を検出する。故障診断装置３００は、取得部３１０と、記憶部３２０と、相関信号算出部３３０と、故障判定部３４０とを備える。

　取得部３１０は、第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号φ（θ）および振幅信号Ａ（φ）を出力する回転角センサの出力を取得する。取得部３１０は、図３で説明した磁場検出部１００および角度検出回路２００の組み合わせによる回転角センサの出力に応じた角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を取得してよい。また、磁場検出部１００が図３で説明した角度検出回路２００等を備える場合、取得部３１０は、磁場検出部１００から角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を取得してよい。ここで、取得部３１０は、非接触回転角センサの出力を取得してよい。

　取得部３１０は、磁場検出部１００または角度検出回路２００等と、有線、無線またはネットワーク等で接続され、角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を取得してよい。また、取得部３１０は、記憶装置等に接続され、当該記憶装置等に記憶された回転角センサの出力を取得してもよい。取得部３１０は、取得した角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を相関信号算出部３３０に供給する。また、取得部３１０は、取得した角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を記憶部３２０に供給してもよい。

　記憶部３２０は、回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数を記憶する。記憶部３２０は、周期関数として、正弦関数および余弦関数を記憶する。周期関数については後述する。記憶部３２０は、故障診断装置３００が生成するデータ等を記憶してよい。また、記憶部３２０は、当該データ等を生成する過程において処理する中間データ等を記憶してもよい。また、記憶部３２０は、故障診断装置３００内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してよい。

　例えば、記憶部３２０は、取得部３１０に接続され、取得部３１０から角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を受け取る場合、当該角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を記憶する。そして、記憶部３２０は、相関信号算出部３３０の要求に応じて記憶した角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を当該相関信号算出部３３０に供給する。

　相関信号算出部３３０は、取得部３１０および記憶部３２０にそれぞれ接続され、回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号Ａ（φ）に基づく被測定信号との相関信号を算出する。相関信号算出部３３０は、取得部３１０が取得した角度信号φの値を周期関数に適用し、適用した周期関数および振幅信号Ａ（φ）を用いて相関信号を算出する。

　相関信号算出部３３０は、振幅信号のＮ乗信号（Ｎは１以上の自然数）を被測定信号として算出する。例えば、相関信号算出部３３０は、振幅信号Ａ（φ）を被測定信号とする。これに代えて、相関信号算出部３３０は、振幅信号Ａ（φ）の２乗を被測定信号としてよい。相関信号算出部３３０は、算出した相関関数を故障判定部３４０に供給する。

　故障判定部３４０は、相関信号に基づいて、回転角センサの故障を判定する。故障判定部３４０は、一例として、相関信号の絶対値が予め定められた閾値を超える場合に、回転角センサが故障していると判定する。また、故障判定部３４０は、相関信号の絶対値が閾値以下の場合に、回転角センサが故障していないと判定してよい。

　以上の本実施形態に係る故障診断装置３００の動作について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る故障診断装置３００の動作フローを示す。故障診断装置３００は、図５に示す動作フローを実行して、回転角センサが故障しているか否かを診断する。

　まず、取得部３１０は、振幅信号Ａ（φ）を取得する（Ｓ４００）。取得部３１０は、一例として、図３で説明した角度検出回路２００の積算部２４４に接続され、積算部２４４が出力する振幅信号Ａ（φ）を取得する。ここで、取得部３１０が取得する振幅信号Ａ（φ）は、次式で近似することができる。
　（数１４）
　Ａ（φ）≒Ａ（θ）＝｛Ｖ_Ｘ（θ）^２＋Ｖ_Ｙ（θ）^２｝^１／２
　＝［｛Ａ_ｘ・ｃｏｓ（θ）＋Ｖ_ｏｓ＿ｘ｝^２
　＋｛Ａ_ｙ・ｓｉｎ（θ＋α）＋Ｖ_ｏｓ＿ｙ｝^２］^１／２

　次に、故障診断装置３００は、第１の軸であるＸ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘが異常な値となっているか否かを判定する（Ｓ４１０）。この場合、相関信号算出部３３０は、Ｘ軸のオフセットの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号との相関信号を算出する。

　ここで、故障診断装置３００は、当該故障モードを第１モードとする。即ち、第１モードは、回転角センサに含まれる磁場検出部１００が第１の軸方向に対応する信号のオフセット成分を含むモードとする。回転角センサが、このような第１モードの故障となった場合、Ｘ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘが大きくなるので、（数８）式のホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）は、次式のように取り扱うことができる。ここで、Ａ_ａｖｇは、Ａ_ｘおよびＡ_ｙの平均値とした。
　（数１５）
　Ｖ_Ｘ（θ）＝Ａ_ａｖｇ・ｃｏｓ（θ）＋Ｖ_ｏｓ＿ｘ
　Ｖ_Ｙ（θ）＝Ａ_ａｖｇ・ｓｉｎ（θ）

　したがって、（数１４）式の振幅信号Ａ（θ）は、次式のように算出される。ここで、Ｃ_Ｘは、定数を示す。
　（数１６）
　Ａ（θ）＝｛Ｖ_Ｘ（θ）^２＋Ｖ_Ｙ（θ）^２｝^１／２
　＝｛Ａ_ａｖｇ ^２＋Ｖ_ｏｓ＿ｘ ^２＋２・Ａ_ａｖｇ・Ｖ_ｏｓ＿ｘ・ｃｏｓ（θ）｝^１／２
　≒Ｃ_Ｘ＋Ｖ_ｏｓ＿ｘ・ｃｏｓ（θ）

　このように、振幅信号Ａ（θ）は、回転角θに応じて余弦関数のように変動する成分を有するので、余弦関数ｃｏｓ（θ）との相関を取ることにより、Ｘ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘに応じた信号を検出することができる。即ち、相関信号算出部３３０は、故障モードが第１モードの場合に、周期関数を１倍角の余弦として、被測定信号との相関信号を算出する。

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

　このような相関信号の計算は、一例として、図６に示す回路で実行できる。図６は、本実施形態に係る相関信号算出部３３０が有する計算回路の一例を示す。相関信号算出部３３０は、バッファメモリ３３２と、乗算部３３４と、加算部３３６とを有する。

　バッファメモリ３３２は、一例として、取得した振幅信号Ａ（φ）を、一例として、Ｍ＝８で離散化した周期に対応する４５°おきの８点のデータとして記憶する例を示す。即ち、図６は、（数１７）式のＭを８にした場合の一例を示す。

　乗算部３３４は、バッファメモリ３３２の数（即ち、回転角センサの分解能に対応する数）に応じた数の乗算器を含む。乗算部３３４は、記憶部３２０およびバッファメモリ３３２に接続され、バッファメモリ３３２の数と少なくとも同数の乗算器を含むことが望ましい。乗算器のそれぞれは、記憶部３２０から受け取る周期関数（第１モードの場合は１倍角の余弦関数）に、４５°おきの８点の角度信号φをそれぞれ代入した周期関数の値と、対応する振幅信号Ａ（φ）の値とを乗算し、乗算結果を加算部３３６にそれぞれ供給する。

　ここで、記憶部３２０は、取得部３１０から角度信号φを受けとって記憶する場合、当該角度信号φを対応する周期関数に代入して、算出される周期関数の値を乗算部３３４に供給してもよい。図６の例の場合、記憶部３２０は、一例として、４５°間隔の８点の角度信号φを取得部３１０から受けとって記憶した後、周期関数であるｃｏｓ（θ）にそれぞれ代入して算出される８つの値を、乗算部３３４の対応する８つの乗算器にそれぞれ供給する。

　加算部３３６は、乗算部３３４に接続され、受け取ったそれぞれの乗算結果の総和を算出する。加算部３３６は、乗算結果の総和を、相関信号の算出結果として出力する。以上のように、本実施形態の相関信号算出部３３０は、第１モードの故障モードを検出する場合、振幅信号Ａ（φ）と余弦関数の相関信号を算出する。このような相関信号が、Ｘ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘに応じた信号となることは、（数１６）および（数１７）式を用いて説明した。これに加えて、この場合における角度非線形性誤差について、図７から図９を用いて説明する。

　図７は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の一例を示す。図７の横軸はＸ軸方向のホール起電力信号Ｖ_Ｘを示し、縦軸はＹ軸方向のホール起電力信号Ｖ_Ｙを示す。点線で示す信号は、理想的なホール起電力信号であり、ＸＹ平面において略円形の形状を有する信号となる。実線で示す信号は、Ｘ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘを有するホール起電力信号であり、略円形の形状がオフセットＶ_ｏｓ＿ｘに対応する距離だけＶ_Ｘ方向に平行移動した例を示す。図７に示した例におけるホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の振幅を次に説明する。

　図８は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の振幅の一例を示す。回転磁石が３６０°回転することに応じて、磁場検出部１００は、３６０°周期のホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）を出力する。図８は、横軸を回転磁石の角度位置θ、縦軸を振幅として、この場合のホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）を示す。

　理想的なホール起電力信号の場合、振幅Ａは一定となる。しかしながら、点線で示すホール起電力信号Ｖ_Ｘのように、一方のホール起電力信号Ｖ_ＸがオフセットＶ_ｏｓ＿ｘを含む場合、振幅Ａは一点鎖線で示すようにθに応じて変動する。図８の例に示すように、当該変動は、オフセットを有する余弦波信号と正弦波信号との和によって生じるので、周期３６０°の余弦信号と同期した変動となり、周期３６０°の余弦信号との相関が強くなる。

　図９は、図７および図８に示すホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の角度非線形性誤差の一例を示す。横軸は回転磁石の角度位置θ、縦軸は角度非線形性誤差（φ－θ）を示す。例えば、角度位置θが０°の場合、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ＝Ａ＋Ｖ_ｏｓ＿ｘ，Ｖ_Ｙ＝０）に応じて算出される角度信号φ（０°）も０°となり、角度非線形性誤差は０°となる。また、角度位置θが９０°の場合、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ＝Ｖ_ｏｓ＿ｘ，Ｖ_Ｙ＝Ａ）に応じて算出される角度信号φ（９０°）は９０°より小さくなり、角度非線形性誤差は０°より小さい値となる。

　また、角度位置θが１８０°の場合、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ＝－Ａ＋Ｖ_ｏｓ＿ｘ，Ｖ_Ｙ＝０）に応じて算出される角度信号φ（１８０°）も１８０°となり、角度非線形性誤差は０°となる。また、角度位置θが２７０°の場合、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ＝Ｖ_ｏｓ＿ｘ，Ｖ_Ｙ＝－Ａ）に応じて算出される角度信号φ（２７０°）は２７０°より大きくなり、角度非線形性誤差は０°より大きい値となる。このように、角度非線形性誤差は、角度位置θに対して－ｓｉｎ（θ）を示すように変動する。図９に示す角度非線形性誤差の変動、および図８に示す振幅Ａの変動は、ホール起電力信号のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘに起因するものであるから、振幅Ａの変動を相関信号より検出することは、角度非線形性誤差の変動を検出することに相当する。

　そこで、相関信号算出部３３０は、図６で説明したように、相関信号を算出し、算出結果を故障判定部３４０に供給する。そして、故障判定部３４０は、相関信号の大きさと、予め定められた閾値とを比較することで、角度非線形性誤差の大きさが異常か否かを判定することができる（即ち、回転角センサの故障を判定することができる）。

　故障判定部３４０の判定結果が回転角センサの故障（Ｓ４１０：Ｙｅｓ）の場合、故障判定部３４０は、Ｘ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘが異常であることを通知する故障信号を外部に送信する（Ｓ４２０）。これに代えて、またはこれに加えて、故障判定部３４０は、アラームを発してもよい。当該アラームは、例えば、音、光、および／または振動等を発することで実行される。これによって、磁場検出部１００を搭載する回転角センサ、システム等または当該システムの使用者は、磁場検出部１００の動作中における故障を感知することができる。

　故障判定部３４０の判定結果が正常である場合（Ｓ４１０：Ｎｏ）、故障診断装置３００は、第２の軸であるＹ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｙが異常な値となっているか否かを判定する（Ｓ４３０）。また、故障診断装置３００は、Ｘ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘが異常であることを送信した後、Ｙ軸のオフセットを判定してもよい。

　相関信号算出部３３０は、Ｙ軸のオフセットの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号との相関信号を算出する。故障診断装置３００は、当該故障モードを第２モードとする。即ち、第２モードは、回転角センサに含まれる磁場検出部１００が第２の軸方向のオフセット成分を含むモードとする。回転角センサが、このような第２モードの故障となった場合、第１モードの故障と同様に、（数８）式のホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）は、次式のように取り扱うことができる。
　（数１８）
　Ｖ_Ｘ（θ）＝Ａ_ａｖｇ・ｃｏｓ（θ）
　Ｖ_Ｙ（θ）＝Ａ_ａｖｇ・ｓｉｎ（θ）＋Ｖ_ｏｓ＿ｙ

　したがって、（数１４）式の振幅信号Ａ（θ）は、次式のように算出される。ここで、Ｃ_Ｙは、定数を示す。
　（数１９）
　Ａ（θ）＝｛Ｖ_Ｘ（θ）^２＋Ｖ_Ｙ（θ）^２｝^１／２
　＝｛Ａ_ａｖｇ ^２＋Ｖ_ｏｓ＿ｙ ^２＋２・Ａ_ａｖｇ・Ｖ_ｏｓ＿ｙ・ｓｉｎ（θ）｝^１／２
　≒Ｃ_Ｙ＋Ｖ_ｏｓ＿ｙ・ｓｉｎ（θ）

　このように、振幅信号Ａ（θ）は、回転角θに応じて正弦関数のように変動する成分を有するので、正弦関数ｓｉｎ（θ）との相関を取ることにより、Ｙ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｙに応じた信号を検出することができる。即ち、相関信号算出部３３０は、故障モードが第２モードの場合に、周期関数を１倍角の正弦として、被測定信号との相関信号を算出する。

　より具体的には、相関信号は、次式で示される。

　このような相関信号の計算は、図６に示す回路において、４５°おきの角度に対応した係数（即ち、記憶部３２０から受け取る周期関数）をｃｏｓ（θ）からｓｉｎ（θ）に変えることによって実行することが出来る。相関信号算出部３３０は、相関信号を算出し、算出結果を故障判定部３４０に供給する。そして、故障判定部３４０は、相関信号の大きさと、予め定められた閾値とを比較することで、角度非線形性誤差の大きさが異常か否かを判定することができる（即ち、磁場検出部１００の故障を判定することができる）。

　故障判定部３４０の判定結果が回転角センサの故障（Ｓ４３０：Ｙｅｓ）の場合、故障判定部３４０は、Ｙ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｙが異常であることを通知する故障信号を外部に送信する（Ｓ４４０）。故障判定部３４０の判定結果が正常である場合（Ｓ４３０：Ｎｏ）、故障診断装置３００は、第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０の磁気感度のミスマッチを示す振幅値の差分（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）が異常な値となっているか否かを判定する（Ｓ４５０）。また、故障診断装置３００は、Ｙ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｙが異常であることを送信した後、磁気感度のミスマッチを判定してもよい。

　相関信号算出部３３０は、磁気感度のミスマッチの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号との相関信号を算出する。故障診断装置３００は、当該故障モードを第３モードとする。即ち、第３モードは、回転角センサに含まれる磁場検出部１００が第１の軸に対応する信号および第２の軸に対応する信号の間の磁気感度ミスマッチを含むモードとする。回転角センサが、このような第３モードの故障となった場合、（数８）式のホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）は、次式のように取り扱うことができる。
　（数２１）
　Ｖ_Ｘ（θ）＝｛Ａ_ａｖｇ＋（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）／２｝・ｃｏｓ（θ）
　Ｖ_Ｙ（θ）＝｛Ａ_ａｖｇ＋（Ａ_ｘ＋Ａ_ｙ）／２｝・ｓｉｎ（θ）

　したがって、（数１４）式の振幅信号Ａ（θ）は、次式のように算出される。
　（数２２）
　Ａ（θ）＝｛Ｖ_Ｘ（θ）^２＋Ｖ_Ｙ（θ）^２｝^１／２
　≒Ａ_ａｖｇ＋｛（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）／２｝・ｃｏｓ（２θ）

　このように、振幅信号Ａ（θ）は、回転角θに応じて２倍角の余弦関数のように変動する成分を有するので、２倍角の余弦関数ｃｏｓ（２θ）との相関を取ることにより、磁気感度のミスマッチ（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）に応じた信号を検出することができる。即ち、相関信号算出部３３０は、故障モードが第３モードの場合に、周期関数を２倍角の余弦として、被測定信号との相関信号を算出する。

　より具体的には、相関信号は、次式で示される。

　このような相関信号の計算は、図６に示す回路において、４５°おきの角度に対応した係数をｃｏｓ（θ）からｃｏｓ（２θ）に変えることによって実行することが出来る。ここで、この場合における角度非線形性誤差について、図１０から図１２を用いて説明する。

　図１０は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の一例を示す。図１０は、図７と同様に、横軸がＸ軸方向のホール起電力信号Ｖ_Ｘを示し、縦軸がＹ軸方向のホール起電力信号Ｖ_Ｙを示す。点線で示す信号は、理想的なホール起電力信号であり、ＸＹ平面において略円形の形状を有する信号となる。実線で示す信号は、磁気感度のミスマッチを有するホール起電力信号であり、（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）／Ａ_ｙが０．１となる例を示す。図１０に示した例におけるホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の振幅を次に説明する。

　図１１は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の振幅の一例を示す。回転磁石が３６０°回転することに応じて、磁場検出部１００は、３６０°周期のホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）を出力する。図１１は、図８と同様に、横軸を回転磁石の角度位置θ、縦軸を振幅として、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）を示す。

　理想的なホール起電力信号の場合、振幅Ａは一定となる。しかしながら、点線で示すホール起電力信号Ｖ_Ｘの振幅が、ホール起電力信号Ｖ_Ｙの振幅よりも１０％程度大きい場合、振幅Ａは一点鎖線で示すようにθに応じて変動する。図１１の例に示すように、当該変動は、振幅値の異なる正弦波信号および余弦波信号の和によって生じるので、周期１８０°の余弦信号と同期した変動となり、２倍角の余弦信号との相関が強くなる。

　図１２は、図１０および図１１に示すホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）の角度非線形性誤差の一例を示す。図１２は、図９と同様に、横軸は回転磁石の角度位置θ、縦軸は角度非線形性誤差（φ－θ）を示す。例えば、角度位置θが０°の場合、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ＝１．１Ａ，Ｖ_Ｙ＝０）に応じて算出される角度信号φ（０°）も０°となり、角度非線形性誤差は０°となる。同様に、角度位置θが９０°、１８０°、２７０°の場合、ホール起電力信号に応じて算出される角度信号φ（θ）も０°となり、角度非線形性誤差は０°となる。

　また、角度位置θが４５°の場合、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ＝１．１・２^－１／２，Ｖ_Ｙ＝２^－１／２）に応じて算出される角度信号φ（４５°）は４５°より小さくなり、角度非線形性誤差は０°より小さい値となる。また、角度位置θが１３５°の場合、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ＝－１．１・２^－１／２，Ｖ_Ｙ＝２^－１／２）に応じて算出される角度信号φ（１３５°）は１３５°より大きくなり、角度非線形性誤差は０°より大きい値となる。このように、角度非線形性誤差は、角度位置θに対して－ｓｉｎ（２θ）を示すように変動する。図１２に示す角度非線形性誤差の変動、および図１１に示す振幅Ａの変動は、ホール起電力信号の磁気感度のミスマッチ（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）に起因するものであるから、振幅Ａの変動を相関信号より検出することは、角度非線形性誤差のうちの磁気感度のミスマッチ（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）成分を検出することに相当する。

　そこで、相関信号算出部３３０は、相関信号を算出し、算出結果を故障判定部３４０に供給する。そして、故障判定部３４０は、相関信号の大きさと、予め定められた閾値とを比較することで、角度非線形性誤差の大きさが異常か否かを判定することができる（即ち、磁場検出部１００の故障を判定することができる）。

　故障判定部３４０の判定結果が回転角センサの故障（Ｓ４５０：Ｙｅｓ）の場合、故障判定部３４０は、磁気感度のミスマッチ（Ａ_ｘ－Ａ_ｙ）が異常であることを通知する故障信号を外部に送信する（Ｓ４６０）。故障判定部３４０の判定結果が正常である場合（Ｓ４５０：Ｎｏ）、故障診断装置３００は、ホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）間の非直交性誤差αが異常な値となっているか否かを判定する（Ｓ４７０）。また、故障診断装置３００は、磁気感度のミスマッチが異常であることを送信した後、非直交性誤差αを判定してもよい。

　相関信号算出部３３０は、非直交性誤差の故障モードに対応する予め定められた周期関数と、振幅信号との相関信号を算出する。故障診断装置３００は、当該故障モードを第４モードとする。即ち、第４モードは、回転角センサに含まれる磁場検出部１００が第１の軸に対応する信号および第２の軸に対応する信号の間の非直交性誤差を含むモードとする。回転角センサが、このような第４モードの故障となった場合、（数８）式のホール起電力信号（Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙ）は、次式のように取り扱うことができる。
　（数２４）
　Ｖ_Ｘ（θ）＝Ａ_ａｖｇ・ｃｏｓ（θ）
　Ｖ_Ｙ（θ）＝Ａ_ａｖｇ・ｓｉｎ（θ＋α）

　したがって、（数１４）式の振幅信号Ａ（θ）は、次式のように算出される。
　（数２５）
　Ａ（θ）＝｛Ｖ_Ｘ（θ）^２＋Ｖ_Ｙ（θ）^２｝^１／２
　＝Ａ_ａｖｇ・｛ｃｏｓ^２（θ）＋ｓｉｎ^２（θ＋α）｝^１／２
　≒Ａ_ａｖｇ・［１＋α・｛ｓｉｎ（２θ）｝／２］

　このように、振幅信号Ａ（θ）は、回転角θに応じて２倍角の正弦関数のように変動する成分を有するので、２倍角の正弦関数ｓｉｎ（２θ）との相関を取ることにより、非直交性誤差αに応じた信号を検出することができる。即ち、相関信号算出部３３０は、故障モードが第４モードの場合に、周期関数を２倍角の正弦として、被測定信号との相関信号を算出する。

　より具体的には、相関信号は、次式で示される。

　このような相関信号の計算は、図６に示す回路において、４５°おきの角度に対応した係数をｃｏｓ（θ）からｓｉｎ（２θ）に変えることによって実行することが出来る。相関信号算出部３３０は、相関信号を算出し、算出結果を故障判定部３４０に供給する。そして、故障判定部３４０は、相関信号の大きさと、予め定められた閾値とを比較することで、角度非線形性誤差の大きさが異常か否かを判定することができる（即ち、磁場検出部１００の故障を判定することができる）。

　故障判定部３４０の判定結果が回転角センサの故障（Ｓ４７０：Ｙｅｓ）の場合、故障判定部３４０は、非直交性誤差αが異常であることを通知する故障信号を外部に送信する（Ｓ４８０）。故障判定部３４０の判定結果が正常である場合（Ｓ４７０：Ｎｏ）、または、故障判定部３４０が非直交性誤差αが異常であることを送信した後、故障診断装置３００は、角度非線形性誤差の判定を終了するか否かを判断する（Ｓ４９０）。

　故障診断装置３００は、角度非線形性誤差の判定を続行する場合（Ｓ４９０：Ｎｏ）、振幅信号の取得の段階（Ｓ４００）に戻り、角度非線形性誤差の判定を続ける。故障診断装置３００は、ユーザ等の入力により、角度非線形性誤差の判定を終了する場合（Ｓ４９０：Ｙｅｓ）は、角度非線形性誤差の判定を停止する。

　以上のように、本実施形態の故障診断装置３００は、Ｘ軸のオフセット、Ｙ軸のオフセット、磁気検出感度のミスマッチ、および非直交性誤差に起因する角度非線形性誤差を検出し、動作中の回転角センサの故障の有無を診断することができる。したがって、故障診断装置３００は、磁場検出部１００が回転角センサおよびシステム等に搭載された状態においても、故障の有無を診断することができ、故障が発生した場合に直ちにシステム等に通知してシステムへの影響を低減させることができる。

　以上の本実施形態の故障診断装置３００は、相関信号算出部３３０が、振幅信号Ａ（φ）の１乗信号（即ち、振幅信号そのもの）を被測定信号とする例を説明した。これに代えて、相関信号算出部３３０は、振幅信号Ａ（φ）の２乗信号を被測定信号としてもよい。

　この場合、（数１６）式で示された被測定信号は、次式のように算出される。
　（数２７）
　Ａ^２（θ）＝Ｖ_Ｘ（θ）^２＋Ｖ_Ｙ（θ）^２
　＝Ａ_ａｖｇ ^２＋Ｖ_ｏｓ＿ｘ ^２＋２・Ａ_ａｖｇ・Ｖ_ｏｓ＿ｘ・ｃｏｓ（θ）

　被測定信号Ａ^２（θ）は、回転角θに応じて余弦関数のように変動する成分を有するので、余弦関数ｃｏｓ（θ）との相関を取ることにより、Ｘ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｘに応じた信号を検出することができる。具体的な相関信号は、次式で示される。

　同様に、（数１９）式で示された被測定信号は、次式のように算出される。
　（数２９）
　Ａ^２（θ）＝Ｖ_Ｘ（θ）^２＋Ｖ_Ｙ（θ）^２
　＝Ａ_ａｖｇ ^２＋Ｖ_ｏｓ＿ｙ ^２＋２・Ａ_ａｖｇ・Ｖ_ｏｓ＿ｙ・ｓｉｎ（θ）

　被測定信号Ａ^２（θ）は、回転角θに応じて正弦関数のように変動する成分を有するので、正弦関数ｓｉｎ（θ）との相関を取ることにより、Ｙ軸のオフセットＶ_ｏｓ＿ｙに応じた信号を検出することができる。具体的な相関信号は、次式で示される。

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

　以上のように、相関信号算出部３３０は、モード毎に、被測定信号および故障モードに対応する周期関数を算出することができる。したがって、相関信号算出部３３０は、振幅信号Ａ（φ）のＮ乗信号を被測定信号として算出することもできる。

　また、本実施形態の故障診断装置３００は、第１モードから第４モードの故障モードを有する例を説明した。これに代えて、故障診断装置３００は、第１モードから第４モードの故障モードのうちの少なくとも１つのモードを有し、少なくとも１つのモードの故障を診断してもよい。

　また、本実施形態の故障診断装置３００は、角度検出回路２００を介して磁場検出部１００と接続される例を説明した。これに代えて、故障診断装置３００は、磁場検出部１００に設けられてもよい。この場合、故障診断装置３００は、角度検出回路２００と共に磁場検出部１００に設けられることが望ましい。即ち、磁場検出部１００は、故障診断装置３００を備え、第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号、振幅信号、および磁場検出部１００の故障信号を出力する。

　また、本実施形態の故障診断装置３００は、図３に示す角度検出回路２００に接続され、角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を取得する例を説明した。故障診断装置３００は、角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を取得できれば、故障を診断することができるので、角度検出回路２００は図３の例に限定されない。例えば、角度検出回路２００は、三角関数計算モデルに基づく計算回路等であってよい。

　図１３は、本実施形態に係る故障診断装置３００の変形例を示す。本変形例の故障診断装置３００は、角度算出回路５００から角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を取得する。角度算出回路５００は、増幅部５１０、増幅部５１２、ＡＤ変換部５２０、ＡＤ変換部５２２、およびＣＯＲＤＩＣ回路部５３０を備える。増幅部５１０、増幅部５１２、ＡＤ変換部５２０、およびＡＤ変換部５２２は、図３で説明した増幅部２１０、増幅部２１２、ＡＤ変換部２２０、およびＡＤ変換部２２２と略同一の動作を実行するので、ここでは説明を省略する。

　ＣＯＲＤＩＣ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　Ｒｏｔａｔｉｏｎ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）回路部５３０は、三角関数、乗算、および除算等の各種演算を実行するアルゴリズムに基づき、入力信号であるホール起電力信号から角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を算出する。ＣＯＲＤＩＣ回路部５３０は、ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムが搭載されたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、およびＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の集積回路でよい。

　ＣＯＲＤＩＣ回路部５３０は、予め定められたＣＯＲＤＩＣアルゴリズムを実行して、角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を算出する。ここで、ＣＯＲＤＩＣ回路部５３０は、図３に示す角度検出回路２００が出力する振幅信号と比較して、１．６倍程度大きい振幅信号を出力することが知られている。

　しかしながら、本実施形態の相関信号算出部３３０は、当該振幅信号に基づく被測定信号と、故障モードに対応する予め定められた周期関数との相関を算出するので、振幅信号が（１．６倍程度の）定数倍になっても、ほとんど影響のない相関信号を算出する。したがって、本変形例の故障診断装置３００は、図４から図１２で説明した故障診断装置３００と略同一の動作で、回転角センサの故障を診断することができる。

　以上の本実施形態の故障診断装置３００は、回転角センサとは別個独立の装置であってよく、これに代えて、磁場検出部１００の一部であってもよいことは説明した。これに代えて、故障診断装置３００は、磁場検出部１００が搭載されるシステム等の一部であってもよい。また、故障診断装置３００は、システム等を制御する制御回路の一部であってもよい。

　図１４は、本実施形態に係るシステムの一例を示す。当該システムは、回転磁石等の回転体を安定に制御しつつ、回転体の動作に応じて、他の装置等を制御する。当該システムは、例えば、乗用車の電動パワーステアリングに用いられるモーター制御システム、および乗用車のステアリングの回転角度を検出する操舵角センシングシステム等である。当該システムは、センサーＩＣ１４０と、制御部６００と、システム部６１０とを備える。

　センサーＩＣ１４０は、磁場検出部１００を含む。また、センサーＩＣ１４０は、角度検出回路２００または角度算出回路５００を更に含んでよい。センサーＩＣ１４０は、モーターのローター、ステアリング、および車輪等の回転体の角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）を制御部６００に供給する。

　制御部６００は、センサーＩＣ１４０に接続され、角度信号φおよび振幅信号Ａ（φ）に応じて回転機構を含む回転系システムを制御する。制御部６００は、マイクロコンピュータおよびマイクロプロセッサ等の集積回路でよく、入力されたプログラムを実行する機能を有する。制御部６００は、当該プログラムの一部として、振幅信号Ａ（φ）に基づく被測定信号を算出し、当該被測定信号と予め定められた周期関数との相関信号を算出し、相関信号に基づいて回転角センサの故障を判定するプログラムを有する。

　即ち、制御部６００は、回転系システムを制御しつつ、回転角センサの故障を判定する。制御部６００は、判定結果が故障である場合に、故障情報をシステム部６１０に供給する。システム部６１０は、制御部６００に接続され、故障情報を受け取ったことに応じて、システムの停止、中断、およびアラームの発生等を制御する。これによって、本実施形態のシステムは、回転角センサに故障が生じても、システム動作に重大な影響を及ぼす前に、速やかにシステムを停止または中断することができる。

　以上の本実施形態の故障診断装置３００は、磁場検出部１００が第１ホール素子対１１０および第２ホール素子対１２０を備える例を説明した。ここで、故障診断装置３００は、第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの故障を診断するので、磁場の検出素子はホール素子に限定されない。例えば、磁場検出部１００は、第１の軸の磁場と第２の軸の磁場を検出する複数のＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子および／またはＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ　Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等を備えてもよい。

　以上の本実施形態の故障診断装置３００は、磁場検出部１００がシステム等に搭載された状態においても、回転角センサの故障を故障モード毎に検出できることを説明した。これに代えて、または、これに加えて、故障診断装置３００は、回転角センサモジュール等に組み込まれた状態における回転角センサモジュールの故障を検出してもよい。

　図１５は、本実施形態に係る回転角センサモジュール４００の一例を示す。回転角センサモジュール４００は、磁場検出部１００と、回転磁石４１０と、回転軸４１２と、モーター４２０とを備える。磁場検出部１００は、図１から図１３で説明したので、ここでは説明を省略する。

　回転磁石４１０は、回転軸４１２回りに回転する。図１５は、回転磁石４１０が磁場検出部１００の上方に設けられる例を示す。回転磁石４１０は、一例として、円盤状の形状を有し、ＸＹ平面と略平行な面で回転する。回転磁石４１０は、ＸＹ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極である磁石を形成する。回転磁石４１０は、ＸＹ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、（数３３）式で示される回転磁場を磁場検出部１００に発生させる。

　回転軸４１２は、ＸＹ平面と略垂直な方向に形成される。回転軸４１２は、一例として、中心軸の磁場検出部１００側の延長線上に、第１ホール素子対１１０を通過するＸ軸と第２ホール素子対１２０を通過するＹ軸との交点が位置するように、形成される。回転軸４１２は、一端が回転磁石４１０に接続され、他端がモーター４２０に接続される。モーター４２０は、回転軸４１２および当該回転軸に接続された回転磁石４１０を回転させる。

　このように、回転角センサモジュール４００は、磁場検出部１００と、回転軸４１２回りに回転する回転磁石４１０と、を組み立てて形成される。即ち、磁場検出部１００は、ＸＹ平面におけるＸ軸方向の磁場およびＹ軸方向の磁場を検出し、角度検出回路２００は、回転軸４１２回りに回転する回転磁石４１０のＸＹ平面における回転角を検出する。

　このような回転角センサモジュール等を組み立てる過程において、組み立て誤差等が生じると、磁場検出部１００は、（数３３）式とは異なる方向の磁場が印加されることになり、当該組み立て誤差に起因する角度非線形性誤差を発生してしまう。図１６から図１８には、このような組み立て誤差が生じた場合の例を示す。

　図１６は、本実施形態に係る回転角センサモジュール４００に中心軸ずれが生じた組み立て誤差の一例を示す。図１７は、本実施形態に係る回転角センサモジュール４００に偏芯が生じた組み立て誤差の一例を示す。図１８は、本実施形態に係る回転角センサモジュール４００に回転磁石４１０の傾きが生じた組み立て誤差の一例を示す。

　このような誤差が生じた場合においても、磁場検出部１００は、回転磁石４１０の角度位置θに応じて周期関数を示すように変動する角度非線形性誤差を発生させる。そこで、本実施形態の故障診断装置３００は、回転角センサの故障を診断する場合と同様に、回転角センサモジュール４００の組み立て誤差に起因する角度非線形性誤差を検出する。

　図１９は、理想的な回転角センサモジュール４００の磁場検出部１００に、８方向の磁場をそれぞれ印加した例を示す。即ち、図１９は、回転磁石４１０が４５°間隔で回転した場合に、磁場検出部１００が設置されるＸＹ平面に生じる磁場の向きを矢印でそれぞれ示す。図１９の複数の円は、回転磁石４１０をそれぞれ示し、円内の点線で示された四角形は、磁場検出部１００の位置を示す。回転角センサモジュール４００は、理想的な配置関係にあるので、円の中心と、点線で示された四角形の領域の中心とが一致する。回転角が０°から３１５°に４５°ずつ変化することに応じて、磁場検出部１００が位置する領域に発生する磁場ベクトルの向きも対応して４５°ずつ回転することがわかる。

　図２０は、中心軸ずれの組み立て誤差を有する回転角センサモジュール４００の磁場検出部１００に、８方向の磁場をそれぞれ印加した例を示す。即ち、図２０は、図１６に示す中心軸ずれが生じた回転角センサモジュール４００において、回転磁石４１０が４５°間隔で回転した場合に、磁場検出部１００が設置されるＸＹ平面に生じる磁場の向きを矢印でそれぞれ示す。図２０の複数の円は、図１９と同様に、回転磁石４１０をそれぞれ示し、円内の点線で示された四角形は、磁場検出部１００の位置を示す。中心軸ずれが生じているので、円の中心と、点線で示された四角形の領域の中心には、ずれが生じている。

　そして、回転磁石４１０を回転させると、回転角度θが４５°、１３５°、２２５°、３１５°の場合、四角形の領域には回転磁石４１０の回転角度θとは異なる方向の磁場ベクトルが発生し、角度非線形性誤差が発生することがわかる。一方、回転角度θが０°、９０°、１８０°、２７０°の場合、四角形の領域に発生する磁場ベクトルの向きと印加する磁場の向きとが略一致するので、角度非線形性誤差が低減することがわかる。即ち、磁場検出部１００に入力する磁場の方向が、回転磁石４１０の回転角度θに応じて変動し、当該変動が角度θに対してｓｉｎ（２θ）を示すように変動することがわかる。

　即ち、中心軸ずれの組み立て誤差を有する回転角センサモジュール４００に組み込まれた磁場検出部１００は、周期関数の変動を示す角度非線形性誤差を有することになる。したがって、周期関数との相関を取ることにより、第４モードの故障モードとして、回転角センサモジュールの中心軸ズレの変動を検出することができる。同様に、回転角センサモジュール４００は、回転磁石４１０に偏芯および傾きが生じる組み立て誤差を有しても、発生する角度非線形性誤差の変動が周期関数を示すため、（数１７）、（数２０）、（数２３）、および（数２６）を用いて、（または（数２８）、および（数３０）から（数３２）式を用いて、）相関信号を算出することで、偏芯や傾きといった組立誤差の変動も第１から第４までで分類した故障モードとして検出することができる。

　図２１から２３は、本実施形態に係る回転角センサモジュール４００が発生させる角度非線形性誤差をシミュレーションした結果の一例を示す。当該シミュレーションは、一例として、磁場検出部１００と回転磁石４１０との間に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ２ｍｍの中心軸ずれが生じた場合を想定して算出した結果である。

　図２１は、回転磁石４１０と、磁場検出部１００との間に、中心軸ずれが発生した場合の磁場検出信号（Ｖ_Ｘ（θ），Ｖ_Ｙ（θ））の一例を示す。図２１の横軸は回転磁石の角度位置θを示し、縦軸は信号振幅を示す。磁場検出部１００は、回転磁場に応じて周期的に変化する磁場検出信号（Ｖ_Ｘ（θ），Ｖ_Ｙ（θ））を検出する。

　図２２は、回転磁石４１０と、磁場検出部１００との間に、中心軸ずれが発生した場合の振幅信号Ａ（θ）の一例を示す。図２２の横軸は回転磁石の角度位置θを示し、縦軸は振幅信号強度を示す。図２０で説明したように、振幅信号Ａ（θ）は、－ｓｉｎ（２θ）を示すように変動することがわかる。これにより、故障診断装置３００は、回転角センサモジュール４００に故障が発生したことが判断できる。

　実際に、（数１７）、（数２０）、（数２３）、および（数２６）を用いて、角度非線形性誤差の誤差要因となる誤差パラメータ（Ｖ_ｏｓ＿ｘ，Ｖ_ｏｓ＿ｙ，Ａ_ｘ－Ａ_ｙ，α）を算出すると、（０（％Ｆ．Ｓ．），０（％Ｆ．Ｓ．），０（％Ｆ．Ｓ．），１．７°）となった。ここで、「Ｆ．Ｓ．」はフルスケールを意味し、「％Ｆ．Ｓ．」はフルスケールに対するパーセンテージ強度を示す。算出結果より、本シミュレーションの中心軸ずれによる角度非線形性誤差は、非直交性誤差として取り扱うことができることがわかる。即ち、故障診断装置３００は、回転角センサモジュール４００に故障が発生したことが判断できる。

　図２３は、回転磁石４１０と、磁場検出部１００との間に、中心軸ずれが発生した場合の角度非線形性誤差（φ（θ）－θ）の一例を示す。図２３の横軸は回転磁石の角度位置θを示し、縦軸は角度非線形性誤差（φ（θ）－θ）を示す。図２３より、角度非線形性誤差は、ｃｏｓ（２θ）を示すように変動することがわかる。当該変動からも、中心軸ずれは、非直交性誤差と同様に取り扱える誤差であることがわかる。即ち、故障診断装置３００は、回転角センサモジュール４００に故障が発生したことが判断できる。

　以上のように、本実施形態に係る故障診断装置３００は、磁場検出部１００が回転角センサモジュール４００に組み込まれた場合の、組み立て誤差に起因する角度非線形性誤差を検出できる。故障診断装置３００は、回転角センサの出力に応じて、動的に磁場検出部１００の角度非線形性誤差を検出できるので、当該組み立て誤差が経時的に変動しても、当該変動に応じた角度非線形性誤差を検出することもできる。

　図２４は、本実施形態に係る故障診断装置３００として機能するコンピュータ１９００のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ１９００は、ホスト・コントローラ２０８２により相互に接続されるＣＰＵ２０００、ＲＡＭ２０２０、グラフィック・コントローラ２０７５、および表示装置２０８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ２０８４によりホスト・コントローラ２０８２に接続される通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、およびＤＶＤドライブ２０６０を有する入出力部と、入出力コントローラ２０８４に接続されるＲＯＭ２０１０、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０、および入出力チップ２０７０を有するレガシー入出力部と、を備える。

　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を取得部３１０、記憶部３２０、相関信号算出部３３０、および故障判定部３４０として機能させる。

　プログラムに記述された情報処理は、コンピュータ１９００に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段である取得部３１０、記憶部３２０、相関信号算出部３３０、および故障判定部３４０として機能する。そして、この具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ１９００の使用目的に応じた情報の演算または加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の故障診断装置３００が構築される。

　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　基板、１００　磁場検出部、１１０　第１ホール素子対、１１２　第１ホール素子、１１４　第２ホール素子、１２０　第２ホール素子対、１２２　第３ホール素子、１２４　第４ホール素子、１３０　磁気収束板、１４０　センサーＩＣ、２００　角度検出回路、２１０　増幅部、２１２　増幅部、２２０　ＡＤ変換部、２２２　ＡＤ変換部、２３０　乗算部、２３２　乗算部、２４０　積算部、２４２　積算部、２４４　積算部、２５０　位相補償部、２６０　記憶部、３００　故障診断装置、３１０　取得部、３２０　記憶部、３３０　相関信号算出部、３３２　バッファメモリ、３３４　乗算部、３３６　加算部、３４０　故障判定部、４００　回転角センサモジュール、４１０　回転磁石、４１２　回転軸、４２０　モーター、５００　角度算出回路、５１０　増幅部、５１２　増幅部、５２０　ＡＤ変換部、５２２　ＡＤ変換部、５３０　ＣＯＲＤＩＣ回路部、６００　制御部、６１０　システム部、１９００　コンピュータ、２０００　ＣＰＵ、２０１０　ＲＯＭ、２０２０　ＲＡＭ、２０３０　通信インターフェイス、２０４０　ハードディスクドライブ、２０５０　フレキシブルディスク・ドライブ、２０６０　ＤＶＤドライブ、２０７０　入出力チップ、２０７５　グラフィック・コントローラ、２０８０　表示装置、２０８２　ホスト・コントローラ、２０８４　入出力コントローラ、２０９０　フレキシブルディスク、２０９５　ＤＶＤ－ＲＯＭ

Claims

　第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの出力を取得する取得部と、
　前記回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、前記振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出する相関信号算出部と、
　前記相関信号に基づいて、前記回転角センサの故障を判定する故障判定部と、
　を備える
　故障診断装置。
　前記故障判定部は、前記相関信号の絶対値が予め定められた閾値を超える場合に、前記回転角センサが故障していると判定する請求項１に記載の故障診断装置。
　前記故障判定部は、前記相関信号の絶対値が前記閾値以下の場合に、前記回転角センサが故障していないと判定する請求項２に記載の故障診断装置。
　前記故障モードは、
　前記回転角センサが前記第１の軸方向に対応する信号のオフセット成分を含む第１モードと、
　前記回転角センサが前記第２の軸方向のオフセット成分を含む第２モードと、
　前記回転角センサが前記第１の軸に対応する信号および前記第２の軸に対応する信号の間の磁気感度ミスマッチを含む第３モードと、
　前記回転角センサが前記第１の軸に対応する信号および前記第２の軸に対応する信号の間の非直交性誤差を含む第４モードと、
　のうちの少なくとも１つのモードを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の故障診断装置。
　前記相関信号算出部は、
　前記故障モードが前記第１モードの場合に、前記周期関数を１倍角の余弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
　前記故障モードが前記第２モードの場合に、前記周期関数を１倍角の正弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
　前記故障モードが前記第３モードの場合に、前記周期関数を２倍角の余弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
　前記故障モードが前記第４モードの場合に、前記周期関数を２倍角の正弦として、前記被測定信号との相関信号を算出する、請求項４に記載の故障診断装置。
　前記相関信号算出部は、前記振幅信号のＮ乗信号（Ｎは１以上の自然数）を前記被測定信号として算出する、請求項１から５のいずれか一項に記載の故障診断装置。
　前記取得部は、非接触回転角センサの出力を取得する、請求項１から６のいずれか一項に記載の故障診断装置。
　請求項１から７のいずれか一項に記載の故障診断装置を備え、
　第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および当該回転角センサの故障信号を出力する、
　回転角センサ。
　請求項８に記載の回転角センサと、
　ＸＹ平面と略垂直な方向に回転軸を有し、前記回転角センサの上方に設けられる回転磁石と、
　を備える
　回転角センサモジュール。
　第１の軸の磁場と第２の軸の磁場の検出結果に応じて、回転体の角度信号および振幅信号を出力する回転角センサの故障診断方法であって、
　前記回転角センサの出力を取得し、
　前記回転角センサの故障モードに対応する予め定められた周期関数と、前記振幅信号に基づく被測定信号との相関信号を算出し、
　前記相関信号に基づいて、前記回転角センサの故障を判定する、
　故障診断方法。
　前記故障を判定することは、
　前記相関信号の絶対値が予め定められた閾値を超える場合に、前記回転角センサが故障していると判定することを含む請求項１０に記載の故障診断方法。
　前記故障を判定することは、
　前記相関信号の絶対値が前記閾値以下の場合に、前記回転角センサが故障していないと判定することを含む請求項１１に記載の故障診断方法。
　前記故障モードは、
　前記回転角センサが前記第１の軸方向のオフセット成分を含む第１モードと、
　前記回転角センサが前記第２の軸方向のオフセット成分を含む第２モードと、
　前記回転角センサが前記第１の軸および前記第２の軸の間の磁気感度ミスマッチを含む第３モードと、
　前記回転角センサが非直交性誤差を含む第４モードと、
　のうちの少なくとも１つのモードを有する、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の故障診断方法。
　前記相関信号を算出することは、
　前記故障モードが前記第１モードの場合に、前記周期関数を１倍角の余弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
　前記故障モードが前記第２モードの場合に、前記周期関数を１倍角の正弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
　前記故障モードが前記第３モードの場合に、前記周期関数を２倍角の余弦として、前記被測定信号との相関信号を算出し、
　前記故障モードが前記第４モードの場合に、前記周期関数を２倍角の正弦として、前記被測定信号との相関信号を算出する、請求項１３に記載の故障診断方法。
　コンピュータに、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の故障診断方法を実行させるプログラム。
　請求項１５に記載のプログラムを記憶する媒体。