WO2017090265A1 - 角度検出装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

角度検出装置および電動パワーステアリング装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017090265A1
WO2017090265A1 PCT/JP2016/065994 JP2016065994W WO2017090265A1 WO 2017090265 A1 WO2017090265 A1 WO 2017090265A1 JP 2016065994 W JP2016065994 W JP 2016065994W WO 2017090265 A1 WO2017090265 A1 WO 2017090265A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
angle
sensor
signal
rotation angle
output
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/065994
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
古川　晃
佑 川野
勇二 滝澤
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to CN201680067664.7A priority Critical patent/CN108291799B/zh
Priority to EP16868216.9A priority patent/EP3382330B1/en
Priority to JP2017552280A priority patent/JP6779227B2/ja
Priority to US15/748,228 priority patent/US10871365B2/en
Publication of WO2017090265A1 publication Critical patent/WO2017090265A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01D5/14—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 the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—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 the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—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 the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention relates to an angle detection device and an electric power steering device using the angle detection device.
  • the conventional angle detection device for detecting the rotation angle shown in Patent Document 1 has a structure in which a sensor magnet is arranged at the end of the rotation shaft and a magnetoresistive semiconductor sensor is arranged facing the axial direction on the rotation shaft. There is a rotating magnetic field in which the magnitude of the magnetic field of the sensor magnet is constant and the distortion of the spatial magnetic field is small at an angle detection position using such a semiconductor sensor (rotation sensor).
  • a magnetoresistive semiconductor sensor increases the rate of change in electrical resistance with a bias magnetic field and detects the rotation angle based on the direction of the magnetic field.
  • the configuration in which the angle is detected using the sensor magnet and the semiconductor sensor at the end of the rotation shaft can achieve high angle detection accuracy with a rotating magnetic field having a constant size and small distortion. It is a general and appropriate method for angle detection.
  • the angle detecting device configured to detect the angle at the end of the rotating shaft has a problem that the size in the axial direction becomes long and the size becomes large.
  • the spatial magnetic field distortion increases, and the angle detection accuracy deteriorates. There are challenges.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an angle detection device that can increase the accuracy of angle detection without increasing the size of the structure.
  • a sensor magnet that rotates integrally with the rotation axis about the rotation axis and generates a magnetic field for angle detection for detecting the rotation angle, and an angle of 90 [deg] (degrees) on the circumference around the rotation axis
  • the first sensor and the second sensor that are arranged at distant positions and output a signal corresponding to the angle detection magnetic field, and the rotation angle using the signals from the first sensor and the second sensor. Is provided with an angle calculation unit.
  • the angle detection device of the present invention by arranging a sensor that outputs a signal corresponding to the magnetic field for angle detection at a position where the angle is 90 [deg], the device does not increase in size, and the spatial magnetic field distortion is caused. Since the harmonic component of a certain magnetic field and the harmonic component of the output voltage resulting therefrom can be reduced, the angle detection accuracy can be increased.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the angle detection apparatus according to the first embodiment.
  • a sensor magnet 2 and a holder 3 for fixing the sensor magnet 2 are integrally fixed to the rotating shaft 1 around the rotating shaft 1 of the permanent magnet motor.
  • the sensor magnet 2 is an injection-molded neodymium bond magnet, for example, and is molded into a ring shape integrally with the holder 3.
  • the sensor magnet 2 is commonly referred to as double-sided quadrupole magnetization, half of the axial upper surface 2a is magnetized to N-pole S-pole, and the axial lower surface 2b is magnetized to the opposite pole to the upper surface 2a.
  • the magnetic field generated by the sensor magnet 2 is a magnetic field distribution that flows from the N pole to the axial direction and flows from the axial direction to the S pole as indicated by an arrow.
  • a description will be given of what is magnetized in the axial direction, but the same effect can be obtained even if magnetized in another direction such as the radial direction.
  • the sensor magnet 2 is integrally fixed to the rotary shaft 1 by press fitting or the like via a holder 3 made of a nonmagnetic material or magnetic material, and rotates in synchronization with the rotation of the rotary shaft 1.
  • a holder 3 made of a nonmagnetic material or magnetic material
  • the inner periphery of the sensor magnet 2 and the outer periphery of the rotating shaft 1 are arranged apart from each other.
  • a sensor 10a which is a magnetoresistive semiconductor sensor, and a substrate 11 for mounting the sensor 10a are disposed.
  • Other electronic components, wiring patterns, mounting holes and the like constituting the angle detection device are omitted, and only the main parts are illustrated.
  • the sensor 10 a detects a plane perpendicular to the rotation axis 1, that is, a rotating magnetic field direction parallel to the substrate 11.
  • a plurality of bridges for detecting the direction of the rotating magnetic field are built in the sensor 10a, and there are one or two pairs of bridges whose detection directions differ by 90 [deg] with respect to the direction of the rotating magnetic field.
  • a CPU (Central Processing Unit) 12 calculates a rotation angle based on a signal obtained by the sensor 10a. For example, when the angle detection device of the present embodiment is mounted on an AC rotating machine such as a brushless motor, control is performed based on this rotation angle. As shown in FIG.
  • the senor includes a sensor 10 a and a sensor 10 b that are disposed on the substrate 11 at positions 90 [deg] apart from the rotation axis 1 with the same radius.
  • the configuration of the sensor 10b is the same as the sensor 10a described above.
  • the holder 3, the substrate 11, and the CPU are omitted.
  • FIG. 3 shows changes in the direction and direction of the rotating magnetic field when the rotating shaft 1 makes one rotation at the position of the sensor 10a.
  • the radial component is Br and the circumferential component is B ⁇ .
  • the magnitude of the magnetic field is constant and the distortion of the spatial magnetic field is small, so it becomes a first-order sine wave shape.
  • the spatial magnetic field distribution is superimposed with the harmonic components of.
  • the sensor 10a outputs the radial component Br as a cosine signal Vcos1
  • the circumferential component B ⁇ as a sine signal Vsin1
  • the sensor 10b outputs the radial component Br as a cosine signal Vcos2, and the circumferential component B ⁇ .
  • the sine signal Vsin and the cosine signal Vcos may be expressed using only Vsin and Vcos.
  • FIG. 4 shows the output signal of the sensor 10a with the horizontal axis as the rotation angle.
  • the amplitude of the fundamental wave is larger than the amplitude of the signal (thin broken line shown in FIG. 4), and in the sine signal Vsin1, the fundamental wave (thick solid line shown in FIG. 4). Is smaller than the amplitude of the signal (thin solid line shown in FIG. 4). Comparing the fundamental waves, there is a large difference in fundamental wave amplitude between Vcos1 and Vsin1. That is, since the amplitude ratio of the fundamental wave is not 1, it appears as a secondary angle error. In addition, the difference between the original signal and the fundamental wave is an error signal.
  • the signal error is mainly a third-order component.
  • the third-order component included in Vcos1 has a phase that is approximately 90 [deg] ahead of the third-order component included in Vsin1 and has substantially the same amplitude, this also appears as a second-order angular error. That is, in this case, the second-order angle error is almost as shown in FIG.
  • Vcos2 and Vsin2 have 90 [deg] phases with respect to Vcos1 and Vsin1 in FIG. 4 as shown in FIG. It will be advanced.
  • the error included in the angle calculated from Vcos2 and Vsin2 is substantially a second-order angle error as shown in FIG.
  • the phase of the largest secondary angle error is 180 [deg] different, and the angle obtained by the sensor 10a is obtained by the sensor 10b.
  • the secondary angle error can be reduced. That is, the (4n-2) th order component (n is a natural number) as shown in FIG. 9 is mainly a fourth order angle error reduced to almost zero, and the angle error when the sensor 10a or the sensor 10b is used individually. Can be reduced to a sufficiently small value.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the angle detection apparatus according to the first embodiment.
  • the sensor 10a outputs a radial component Br as a cosine signal Vcos1, outputs a circumferential component B ⁇ as a sine signal Vsin1, and the sensor 10b outputs a radial component Br as a cosine signal Vcos2, and the circumferential component B ⁇ as a sine signal.
  • An angle calculation unit 13 in the CPU 12 calculates the rotation angle ⁇ based on signals obtained from the sensors 10a and 10b. For example, the calculation may be performed according to the following procedure. As in equation (1), the rotation angle ⁇ 1 is calculated from Vcos1 and Vsin1.
  • the rotation angle ⁇ 2 is calculated from Vcos2 and Vsin2.
  • the rotation angle ⁇ is calculated from the rotation angle ⁇ 1 and the rotation angle ⁇ 2.
  • a simple arc tangent function is used as a calculation formula for the rotation angle ⁇ 1 and the rotation angle ⁇ 2, but it may be calculated using a predetermined conversion table. If each signal includes an error such as an offset error, a signal corrected by a known method may be used. Even if the sensor outputs an angle without outputting a sine signal and a cosine signal, it can detect the rotation angle ⁇ 1 and the rotation angle ⁇ 2 as shown in FIG. 10aa and the sensor 10ba may be provided, and the same effect can be obtained by calculating the rotation angle ⁇ by the angle calculation unit 13a as shown in Expression (3).
  • an angle calculation unit (not shown, also referred to as an angle calculation unit 13b for convenience) may be provided that corrects the rotation angle ⁇ and calculates the corrected rotation angle ⁇ ′ by Equation (4).
  • an angle calculation unit 13b may be provided that corrects the rotation angle ⁇ and calculates the corrected rotation angle ⁇ ′ by Equation (4).
  • the rotation angle ⁇ obtained by Equation (3) is used, an error is superimposed compared to the case where the correction amount is determined by the true angle value, but the angle error can be reduced as shown in FIG. Since the error included in the rotation angle ⁇ and the correction coefficients k4 and k8 are very small, the expected effect can be obtained.
  • the angle error included in the rotation angle ⁇ ′ after the one-time correction obtained by the angle calculation unit 13b can be reduced to a minute one as shown in FIG.
  • the correction formula is set with the initial phase set to 0 [deg], but the correction formula may be set with the initial phase set according to the actual error component.
  • the rotation angle ⁇ ′′ after correction twice may be calculated.
  • the angle error included in the rotation angle ⁇ ′′ after the two-time correction can be reduced to a finer one as shown in FIG.
  • the correction is performed twice.
  • the original error is large, the higher-order error component increases.
  • more corrections are made. May be implemented.
  • a correction formula for 4nth order components (n is a natural number) including higher order components may be used.
  • an equation for correcting the fourth-order component may be used. It goes without saying that the same effect can be obtained even if a table of rotation angles and angle errors is used instead of the correction formula. Since (2q-1) -order signal errors are often superimposed on Vcos1, Vsin1, Vcos2, and Vsin2, the order component errors are corrected when calculating the rotation angle ⁇ 1 or rotation angle ⁇ 2. You may use what you did.
  • the correction amount can be determined based on the rotation angle.
  • the rotation angle since the rotation angle is calculated from the signal, the rotation angle cannot be calculated at the time of correcting the signal. Since the amount of change from the previously calculated rotation angle is small in the low rotation region, the signal error correction amount may be determined using the previous rotation angle value. When correcting higher-order components, the deviation from the expected signal error correction amount becomes large in the high rotation range, so estimation based on the previous rotation angle value, rotation speed, and change from the previously calculated rotation angle The signal error correction amount may be determined using the rotation angle.
  • a sensor magnet that rotates integrally with the rotation axis about the rotation axis and generates a magnetic field for angle detection for detecting the rotation angle, and an angle on the circumference around the rotation axis Are arranged at positions 90 [deg] apart, and rotate using signals from the first sensor and the second sensor that output a signal corresponding to the angle detection magnetic field, and signals from the first sensor and the second sensor.
  • An angle calculation unit for calculating the angle is provided.
  • the signal output by the first sensor and the second sensor according to the angle detection magnetic field is an angle
  • the angle calculation unit calculates the average of the angle output by the first sensor and the angle output by the second sensor. Is the rotation angle.
  • the signals output by the first sensor and the second sensor in accordance with the angle detection magnetic field are a sine signal and a cosine signal, and the angle calculation unit is calculated from the sine signal and the cosine signal output from the first sensor.
  • the average of the angle and the angle calculated from the sine signal and cosine signal output from the second sensor is used as the rotation angle.
  • Embodiment 2 an angle calculation unit (not shown) that calculates the rotation angle ⁇ based on the equations (6) and (7) instead of the angle calculation unit 13 in the block diagram of FIG. 10 showing the first embodiment. For convenience, it is also referred to as angle calculation 13c).
  • angle calculation 13c When the cosine signal Vcos1 and the sine signal Vsin1 output from the sensor 10a are approximated, they can be expressed as Equation (7).
  • an and dn (n is a natural number) are positive or zero values.
  • Vsin2 when the detection angle is calculated by an arctangent function, Vsin2 can be used as a cosine signal instead of Vcos1, and ⁇ Vcos2 can be used as a sine signal instead of Vsin1.
  • the angle calculator 13c calculates the rotation angle ⁇ 1 from Vcos1 and ⁇ Vcos2, and calculates the rotation angle ⁇ 2 from Vsin1 and Vsin2.
  • the amplitudes of the respective order components including the fundamental wave are equal to each other. Therefore, the (4n-2) th order angle error does not occur, and the angle error included in the rotation angle ⁇ 1 is shown in FIG.
  • the angle error included in the angle ⁇ 2 is as shown in FIG.
  • the phase of the largest fourth-order angle error is 180 [deg] different, and the angle error can be reduced as shown in FIG.
  • the angular error 4nth order is calculated.
  • An unprecedented effect that the component (n is a natural number) can be reduced can be obtained.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a modified example of the angle detection device using the angle calculation unit 13d that calculates the rotation angle ⁇ using the signal from the sensor arranged as shown in FIG.
  • the sensor 10ab includes a detection unit 100a and a detection unit 100b.
  • the detection unit 100a outputs a sine signal Vsin1
  • the detection unit 100b outputs a cosine signal -Vcos1.
  • the sensor 10bb includes a detection unit 100c and a detection unit 100d, and the detection unit 100c outputs a cosine signal Vcos2, and the detection unit 100b outputs a sine signal -Vsin2.
  • the angle calculator 13d calculates the rotation angle ⁇ . Note that the (2q-1) next signal error included in Vcos1, Vsin1, Vcos2, and Vsin2 is corrected by the signal error correction amount based on the previous rotation angle value or the estimated rotation angle, and then the rotation angle ⁇ 1 or rotation angle. ⁇ 2 may be calculated.
  • the signals output by the first sensor and the second sensor in accordance with the angle detection magnetic field are a sine signal and a cosine signal
  • the angle calculation unit is a sine signal output by the first sensor.
  • the rotation angle is an average of the angle calculated from the sine signal output from the second sensor, the cosine signal output from the first sensor, and the angle calculated from the cosine signal output from the second sensor.
  • the angle calculation unit has at least one of a sine signal, a cosine signal, a corrected sine signal, or a corrected cosine signal used for calculating the rotation angle, of (2q-1) th order (q is a natural number).
  • the signal error is corrected.
  • the angle calculation unit corrects the signal error based on the previous rotation angle value.
  • Embodiment 3 FIG.
  • an angle calculation unit (not shown, also referred to as an angle calculation unit 13 e for convenience) that calculates the rotation angle ⁇ is used.
  • Vcos1 + Vsin2 is used instead of Vcos1 as the cosine signal
  • Vsin1 ⁇ Vcos2 is used instead of Vsin1 as the sine signal. Also good.
  • Equation (8) all the order components have the same amplitude, and when n is a natural number, the signal error of the 4n-1 order component is the angle error 4n, the signal error of the 4n + 1 order component is the angle The error 4n will come out next.
  • the angle calculation unit 13e calculates ⁇ from Vcos1 + Vsin2 and Vsin1 ⁇ Vcos2 based on Expression (9).
  • the corrected sine signal obtained by subtracting the cosine signal obtained from the sensor 10b disposed at a position advanced by 90 [deg] phase from the sine signal obtained from the sensor 10a and the cosine signal obtained from the sensor 10a By calculating the rotation angle from the corrected cosine signal obtained by adding the sine signals obtained from the sensor 10b arranged at a position advanced by 90 [deg] phase, the fourth order and the like as shown in FIGS.
  • the angle error can be an eighth-order component, and can be reduced to a sufficiently small value with respect to the angle error when the sensor 10a or the sensor 10b is used alone.
  • the corrected sine signal and the corrected cosine signal have the same fundamental wave amplitude.
  • the fundamental wave amplitudes are different, the same effect can be obtained if they are used after being corrected according to the amplitude ratio. Needless to say, it can be obtained.
  • the corrected sine signal and the corrected cosine signal may be calculated after correction is performed according to the ratio of the fundamental wave amplitudes of the corresponding signals with respect to the input signals from the sensors 10a and 10b.
  • an angle calculation unit that calculates the rotation angle ⁇ ′ or the rotation angle ⁇ ′′ with respect to the rotation angle ⁇ by using a correction expression such as Expression (4) or Expression (5) (see FIG. For convenience, it may be referred to as an angle calculation unit 13f.
  • the angle calculation unit 13f the angle error is small as shown in FIGS. 19 and 20 at the time before correction, so that the correction effect by the expression (4) becomes remarkable as shown in FIGS.
  • the corrected sine signal obtained by subtracting the cosine signal obtained from the sensor 10b arranged at a position advanced by 90 [deg] phase from the sine signal obtained from the sensor 10a, and the cosine obtained from the sensor 10a is subtracted from the rotation angle ⁇ calculated from the corrected cosine signal obtained by adding the sine signal obtained from the sensor 10b arranged at a position advanced by 90 [deg] phase to the signal.
  • the rotation angle ⁇ may be calculated after correcting the (2q ⁇ 1) -th order signal error included in Vcos1 + Vsin2 and Vsin1 ⁇ Vcos2 by a signal error correction amount based on the previous rotation angle value or the estimated rotation angle.
  • Vsin1 and Vcos2 and Vcos1 and Vsin2 only have to exhibit the same axis component, and it goes without saying that the same effect can be obtained even with the arrangement as shown in FIG.
  • the angle calculation unit calculates the rotation angle after multiplying one of the signals by the ratio of the fundamental wave amplitudes of the corrected sine signal and the corrected cosine signal.
  • the angle calculation unit corrects the signal error based on the estimated rotation angle based on the previous rotation angle value.
  • Embodiment 4 FIG.
  • an angle calculation unit (not shown, also referred to as an angle calculation unit 13g for convenience) that calculates the rotation angle ⁇ is used.
  • the angle calculator 13g calculates Vcos1 + kVsin2 and kVsin1-Vcos2 using signals obtained from the sensor 10a and the sensor 10b. Since the ratio of 2n + 1 order components (n is a natural number) of a and d is similar, for example, k is given by Expression (10).
  • rotation angle ⁇ is calculated from Vcos1 + kVsin2 and kVsin1-Vcos2 based on the equation (11).
  • a corrected cosine signal obtained by adding a sine signal obtained from the sensor 10b arranged at a position advanced by 90 [deg] to the cosine signal obtained from the sensor 10a and a ratio of the third-order component By calculating the rotation angle from the angle, most of the angle errors as shown in FIG. 23 and FIG. 24 can be obtained as the angle error of the fourth-order component. It can be reduced to a small value.
  • the ratio of the third-order component is multiplied here, the same effect can be obtained even if the ratio of the (2n + 1) -order component other than the third-order is used.
  • the rotation angle ⁇ may be calculated after correcting the (2q-1) -th order signal error included in Vcos1 + kVsin2 and kVsin1-Vcos2 by the signal error correction amount based on the previous rotation angle value or the estimated rotation angle.
  • Vsin1 and Vcos2 and Vcos1 and Vsin2 only have to exhibit the same axis component, and it goes without saying that the same effect can be obtained even with the arrangement as shown in FIG.
  • the signals output from the first sensor and the second sensor according to the magnetic field for angle detection are a sine signal and a cosine signal, and the angle calculation unit outputs the sine signal output from the first sensor.
  • the rotation angle is calculated from the corrected cosine signal obtained from the sum or difference of Ks times.
  • One of the gains Ks and Kc multiplied by the sine signal or the cosine signal is 1, and the other is based on the ratio of the (2p + 1) -order component (p is a natural number) of the sine signal and the cosine signal. .
  • Embodiment 5 In the case where one of the sensor 10a or the sensor 10b cannot be acquired due to a failure, in the present embodiment, the rotation angle ⁇ is determined in consideration of the correction amount for the rotation angle ⁇ instead of the angle calculation unit 13 in the block diagram of FIG.
  • An angle calculation unit for calculation (not shown, also referred to as an angle calculation unit 13i for convenience) is used.
  • an angle calculation unit 13i for convenience
  • the sensor 10b Since the signal output from the sensor 10b cannot be acquired, it is necessary to calculate the rotation angle based on Vcos1 and Vsin1 output from the sensor 10a. However, since the signal error included in Vcos1 and Vsin1 is large, the error included in the angle obtained from these two signals is also large as shown in FIG.
  • the rotation angle that is the horizontal axis in FIG. 5 is the true value of the angle.
  • the angle calculation unit 13i has the waveform of FIG. 25 as a correction table, and calculates a correction amount ⁇ with respect to the rotation angle ⁇ calculated from Vcos1 and Vsin1.
  • the corrected rotation angle ⁇ ′ is calculated by subtracting the correction amount ⁇ from the rotation angle ⁇ .
  • the angle error included in the rotation angle ⁇ ′ can be reduced to a minute one as shown in FIGS.
  • the electrical angle ⁇ may be calculated after correcting the (2q ⁇ 1) -th order signal error included in Vcos1 and Vsin1 by the signal error correction amount based on the previous rotation angle value or the estimated rotation angle.
  • the angle calculation unit 13i calculates the rotation angle from the sine signal at a position 90 [deg] away from the sine signal when one of the cosine signals of the sensor fails, or among the sensors When one of the sine signals fails, the rotation angle is calculated from the cosine signal and the cosine signal 90 [deg] away from the cosine signal.
  • the angle calculation unit calculates a rotation angle from the output information of the other sensor when one of the sensors fails, corrects the 2n-order (n is a natural number) angle error with respect to the rotation angle, and performs m times.
  • the rotation angle after correction (m is a natural number) is calculated.
  • Embodiment 6 In the case where one of the four signals obtained from the sensor 10a and the sensor 10b cannot be acquired due to a failure, in this embodiment, the correction amount for the rotation angle ⁇ is considered in place of the angle calculation unit 13 in the block diagram of FIG. Then, an angle calculation unit (not shown, also referred to as an angle calculation unit 13j for convenience) that calculates the rotation angle ⁇ is used.
  • an angle calculation unit (not shown, also referred to as an angle calculation unit 13j for convenience) that calculates the rotation angle ⁇ is used.
  • an angle calculation unit 13j for convenience
  • a case where the sine signal of the sensor 10b fails will be described. It is necessary to calculate the rotation angle based on Vcos1 and Vsin1 output from the sensor 10a and Vcos2 output from the sensor 10b. The difference in fundamental wave amplitude is large between Vcos1 and Vsin1, and a very large secondary angle error is generated.
  • the correction amount ⁇ may be calculated using a correction table or a correction formula.
  • the corrected rotation angle ⁇ ′ is calculated by subtracting the correction amount ⁇ from the rotation angle ⁇ . As shown in FIGS. 28 and 29, the angle error included in the rotation angle ⁇ ′ can be further reduced to a finer value than FIGS. 26 and 27 calculated using the two signals of the sensor 10a.
  • the (2q-1) next signal error included in Vcos1, Vsin1, Vcos2, and Vsin2 is corrected by a signal error correction amount based on the previous rotation angle value or the estimated rotation angle, and then the rotation angle ⁇ is calculated. Also good. Further, since Vsin1 and Vcos2 and Vcos1 and Vsin2 only have to have the same axis component, it is needless to say that the same effect can be obtained even with the arrangement as shown in FIG.
  • the angle calculator 13j calculates a rotation angle from the sensor output information of one of the sensors when one of the sensors fails, and an angular error of 2nth order (n is a natural number) with respect to the rotation angle. And the rotation angle after m corrections (m is a natural number) is calculated.
  • Embodiment 7 FIG.
  • an angle calculation unit (not shown, also referred to as an angle calculation unit 13k for convenience) that calculates the rotation angle ⁇ is used.
  • an angle calculation unit 13k for convenience
  • the cosine signal Vcos1 and the sine signal Vsin1 output from the sensor 10a can be expressed as Expression (14)
  • the cosine signal Vcos2 and the sine signal Vsin2 output from the sensor 10b can be expressed as Expression (15).
  • the (4n + 2) -order component (n is an integer) has an opposite phase in the equations (14) and (15). From this, when calculating the detection angle by the arctangent function, Vcos1 + Vcos2 shown in the equation (16) is used as the cosine signal instead of Vcos1, and Vsin1 + Vsin2 shown in the equation (16) is used as the sine signal instead of Vsin1. May be.
  • the nth-order angular error is caused by the (n ⁇ 1) th and n + 1th order signal errors.
  • the second order signal error generated by the influence of the distortion of the magnetic field of the sensor magnet 2 is canceled by taking the signal sum, and the ratio of the fourth order signal error to the fundamental wave amplitude is ⁇ It has doubled.
  • the fourth-order component is smaller, so the effect of canceling the second-order component is better. That is, the third-order angle error can be reduced by calculating using a signal sum as shown in Equation (16).
  • the angle calculation unit 13k calculates ⁇ from Vcos1 + Vcos2 and Vsin1 + Vsin2 shown in Expression (16) based on Expression (17).
  • the corrected sine signal obtained by adding the sine signal obtained from the sensor 10a and the sine signal obtained from the sensor 10b arranged at a position advanced by 90 [deg], and the cosine signal obtained from the sensor 10a By calculating the rotation angle from the corrected cosine signal obtained by adding the cosine signals obtained from the sensor 10b arranged at the position where the phase is advanced by 90 [deg], the influence of the distortion of the magnetic field of the sensor magnet 2 and the like is obtained.
  • the generated third-order angle error can be reduced to a sufficiently small value with respect to the angle error when the sensor 10a or the sensor 10b is used alone.
  • the ratio of the fundamental wave amplitude of the corrected sine signal and the corrected cosine signal has been described as being small. However, if the fundamental wave amplitude is different, it is used after being corrected according to the amplitude ratio. Needless to say, the same effect can be obtained.
  • the corrected sine signal and the corrected cosine signal may be calculated after correction is performed according to the ratio of the fundamental wave amplitudes of the corresponding signals with respect to the input signals from the sensors 10a and 10b. Since the arc tangent function is often calculated using a table or the like, an unprecedented effect that the processing load can be reduced as much as the angle need not be calculated once from the original signal. Furthermore, it goes without saying that the correction effect is more prominent by further correcting the rotation angle ⁇ as in the other embodiments.
  • FIG. 30 is a diagram showing a configuration of an electric power steering device according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the electric power steering includes a steering wheel 101, a steering shaft 102, a rack and pinion gear 103, wheels 104 and 105, an AC rotating machine 106, a reduction gear 107, an angle detection device 108, and a torque sensor.
  • 109, a power source (battery) 110, a vehicle speed sensor 111, and a control device 112 are provided.
  • FIG. 30 is a diagram showing a configuration of an electric power steering device according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the electric power steering includes a steering wheel 101, a steering shaft 102, a rack and pinion gear 103, wheels 104 and 105, an AC rotating machine 106, a reduction gear 107, an angle detection device 108, and a torque sensor.
  • 109, a power source (battery) 110, a vehicle speed sensor 111, and a control device 112 are
  • the steering torque applied to the steering wheel 101 from a driver passes through the torsion bar of the torque sensor 109 and the steering shaft 102, and is transmitted to the rack via the rack and pinion gear 103.
  • the AC rotating machine 106 is connected to the steering shaft 102 via a reduction gear 107.
  • the output torque generated from the AC rotating machine 106 is transmitted to the steering shaft 102 via the reduction gear 107, and the steering torque applied by the driver during steering is reduced.
  • this AC rotating machine 106 for example, a permanent magnet type synchronous rotating machine, a field winding type same machine rotating machine, an induction machine or the like is used.
  • the torque sensor 109 detects the steering torque applied to the torsion bar when the driver steers the steering wheel 101.
  • the torsion bar is twisted in proportion to the steering torque due to the steering torque, and the torsion angle is detected and converted into a steering torque signal ⁇ 0.
  • the vehicle speed sensor 111 outputs a vehicle speed Vx that is a signal that detects the traveling speed of the vehicle.
  • the angle detection device 108 is one of the above-described embodiments, and is attached to the rotation shaft of the AC rotating machine 106 and outputs the rotation angle of the AC rotating machine 106.
  • the control device 112 outputs torque output from the AC rotating machine 106 in accordance with the steering torque signal ⁇ 0 detected by the torque sensor 109, the rotation angle ⁇ obtained by the angle detection device 108, and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 111.
  • the direction and magnitude of the current command corresponding to is determined, and the current flowing from the power source 110 to the AC rotating machine 106 is controlled based on the current command in order to cause the AC rotating machine 106 to generate this output torque.
  • field-weakening control is often used in order to improve the output in a high rotation range exceeding the rated rotation speed.
  • ⁇ angular error
  • the amplitude of the amplitude expressed by the equation (18) using the current absolute value I, the current phase angle ⁇ , the torque constant Kt, and the d-axis current Id. Torque ripple occurs.

Abstract

回転軸（１）を中心としてこの回転軸（１）と一体に回転し、回転角度を検出するための角度検出用磁界を発生するセンサマグネット（２）に対向して、回転軸（１）を中心とした円周上において９０［ｄｅｇ］離れた位置に配置され、角度検出用磁界に応じた信号を出力する第１のセンサ（１０ａ）および第２のセンサ（１０ｂ）を有し、第１のセンサ（１０ａ）および第２のセンサ（１０ｂ）からの信号を用いて回転角を演算する角度演算部（１３）を備えている。

Description

角度検出装置および電動パワーステアリング装置
　この発明は、角度検出装置およびそれを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。
　従来の角度検出装置としては、回転軸端にセンサマグネットを配置し、回転軸上の軸方向に対向して磁気抵抗型の半導体センサを配置して構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３－７７３１号公報
　特許文献１に示された従来の回転角度を検出する角度検出装置は、回転軸端にセンサマグネットを配置し、回転軸上の軸方向に対向して磁気抵抗型の半導体センサを配置する構造であり、このような半導体センサ（回転センサ）を用いた角度検出位置ではセンサマグネットの磁界の大きさが一定で、空間的な磁界の歪が小さな回転磁界が得られる。磁気抵抗型の半導体センサはバイアス磁界で電気抵抗変化率を大きくして、磁界の向きで回転角度を検出する。したがって、特許文献１に示されたように回転軸端部においてセンサマグネットと半導体センサを用いて角度を検出する構成は、大きさが一定で歪の小さな回転磁界により高い角度検出精度を実現できるので、角度検出の方法として一般的かつ適当である。
　しかしながら、このような回転軸端部において角度を検出する構成の角度検出装置は、軸方向の寸法が長くなり大型になるという問題がある。
　一方、回転軸の周囲にセンサマグネットを配置し、センサマグネットの周囲に磁気抵抗型の半導体センサを配置する場合には、空間的な磁界の歪が大きくなり、角度検出精度が悪化してしまうという課題がある。
　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、構造を大型にすることなく、角度検出の精度を高めることができる角度検出装置を提供することを目的とする。
　回転軸を中心としてこの回転軸と一体に回転し、回転角度を検出するための角度検出用磁界を発生するセンサマグネットと、回転軸を中心とした円周上において角度が９０［ｄｅｇ］（度、以下同様）離れた位置に配置され、角度検出用磁界に応じた信号を出力する第１のセンサおよび第２のセンサと、第１のセンサおよび第２のセンサからの信号を用いて回転角を演算する角度演算部を備えたものである。
　この発明の角度検出装置では、角度が９０［ｄｅｇ］離れた位置に角度検出用磁界に応じた信号を出力するセンサを配置することにより、装置が大型せず、また空間的な磁界の歪である磁界の高調波成分やそれに起因する出力電圧の高調波成分を低減できるので、角度検出精度を高めることができる。
この発明の実施の形態１に係る角度検出装置におけるセンサマグネットとセンサの相対位置を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る角度検出装置におけるセンサの配置関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る角度検出装置のセンサ位置での磁界の大きさと向きの変化を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る角度検出装置におけるセンサの出力信号を示す説明図である。 センサが検出する検出信号における角度誤差を説明するための説明図である。 センサが検出する検出信号における角度誤差を説明するための説明図である。 センサが検出する検出信号を説明するための説明図である。 センサが検出する検出信号における角度誤差を説明するための説明図である。 センサが検出する検出信号における角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における角度検出装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における角度検出装置の変形例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２に係る角度検出装置の変形例におけるセンサの配置関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態２における角度検出装置の変形例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態３の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態３の角度検出装置における角度誤差の補正を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態３の角度検出装置における角度誤差の補正を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態４の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態４の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態５の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態５および実施の形態６の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態５および実施の形態６の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態６の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態６の角度検出装置におけるセンサの角度誤差を説明するための説明図である。 この発明に係る角度検出装置が適用される実施の形態８における電動パワーステアリング装置を示す構成図である。
　以下、この発明における角度検出装置の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
　図１は、本実施の形態１における角度検出装置の構成を示す断面図である。
　永久磁石モータの回転軸１の周囲部分に、センサマグネット２とセンサマグネット２を固定するホルダ３が、回転軸１に一体に固定されている。
　センサマグネット２は例えば射出成形ネオジウムボンド磁石であり、ホルダ３と一体にリング形状に成形される。センサマグネット２は通称、両面４極着磁であり、軸方向上面２ａの半分がそれぞれＮ極Ｓ極に着磁され、軸方向下面２ｂは前記上面２ａと逆の極に着磁される。すなわち、センサマグネット２の作る磁界は、矢印のようにＮ極から軸方向に流れ、軸方向からＳ極に流れる磁界分布となる。ここでは、軸方向に着磁されたものについて説明するが、半径方向など別の方向に着磁されたものであっても同様の作用効果を得ることができる。
　センサマグネット２は非磁性材または磁性材のホルダ３を介して回転軸１に圧入等で一体に固定され、回転軸１の回転と同期して回転する。磁性材の回転軸１への漏れ磁束を低減するため、センサマグネット２の内周と回転軸１の外周とは離間して配置される。
　センサマグネット２の前記上面２ａに対向して、磁気抵抗型の半導体センサであるセンサ１０ａとそれを実装する基板１１が配置されている。角度検出装置を構成する他の電子部品や配線パターンや取付穴などは省略して要部のみを図示している。
　センサ１０ａは、回転軸１と垂直な平面、すなわち基板１１と平行方向の回転磁界方向を検出する。センサ１０ａ内部には、回転磁界方向を検知するブリッジが複数個内蔵されており、回転磁界方向に対して検出方向が９０［ｄｅｇ］異なるブリッジの対が１組もしくは２組ある。
　ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１２は、センサ１０ａによって得られた信号を基に回転角を算出する。例えば、本実施の形態の角度検出装置をブラシレスモータなどの交流回転機に搭載した場合には、この回転角を基に制御を行うことになる。
　センサは図２に示すように、基板１１上に回転軸１に対して同一半径の９０［ｄｅｇ］離れた位置に配置されたセンサ１０ａとセンサ１０ｂから構成される。センサ１０ｂの構成は上述したセンサ１０ａと同じある。なお、図２ではホルダ３と基板１１およびＣＰＵを省略して図示している。
　図３にセンサ１０ａの位置で、回転軸１が一回転した時の回転磁界方向の大きさと向きの変化を示す。半径方向成分をＢｒ，周方向成分をＢθとする。ここで一般的な端部検出の場合は磁界の大きさは一定で、空間的な磁界の歪は小さいので、1次の正弦波形状になるが、外周検知の場合は、正弦波に奇数次の高調波成分が重畳した空間的な磁界分布になる。
　例えば、センサ１０ａが半径方向成分Ｂｒを余弦信号Ｖｃｏｓ１で出力し、周方向成分Ｂθを正弦信号Ｖｓｉｎ１で出力し、またセンサ１０ｂが半径方向成分Ｂｒを余弦信号Ｖｃｏｓ２で出力し、周方向成分Ｂθを正弦信号Ｖｓｉｎ２で出力するセンサである場合について説明する。なお、以下の説明においては、正弦信号Ｖｓｉｎ、余弦信号Ｖｃｏｓを表すのに、単にＶｓｉｎ、Ｖｃｏｓのみを用いて表現する箇所もある。
　図４は、横軸を回転角としてセンサ１０ａの出力信号を示したものである。
　余弦信号Ｖｃｏｓ１では基本波（図４に示す太破線）の振幅が信号（図４に示す細破線）の振幅に比べて大きくなっており、正弦信号Ｖｓｉｎ１では基本波（図４に示す太実線）の振幅が信号（図４に示す細実線）の振幅に比べて小さくなっている。基本波同士を比較すると、Ｖｃｏｓ１とＶｓｉｎ１では基本波振幅に大きな差がある。つまり、基本波の振幅比が１では無いため、２次の角度誤差として表れる。また、元信号と基本波の差が誤差信号ということになるが、基本波と元信号の大小関係を見ると、１回転に３回大小関係が入れ替わることから、信号誤差は主に３次成分が大きい。また、Ｖｃｏｓ１に含まれる３次成分はＶｓｉｎ１に含まれる３次成分よりも位相がほぼ９０［ｄｅｇ］進んでいて振幅はほぼ等しいことから、こちらも２次の角度誤差として表れる。つまり、この場合には図５のようにほぼ２次の角度誤差となる。
　基本波振幅に差があることに起因する２次の角度誤差は、振幅を補正することで低減することが可能である。基本波振幅の振幅比をＶｓｉｎ１に乗算したものとＶｃｏｓ１を用いて角度を算出した場合の角度誤差は、図６のように２次以外に４次の誤差も大きく出ている。これは、基本波の振幅比に合わせて元信号にゲインを乗算したことで、３次以上の高調波成分の振幅比にずれが生じたことによる。
　一方、センサ１０ｂは、センサ１０ａに対して９０［ｄｅｇ］位相が進んだ位置にあることから、Ｖｃｏｓ２とＶｓｉｎ２は図７のように図４のＶｃｏｓ１とＶｓｉｎ１に対してそれぞれ９０［ｄｅｇ］位相が進んだものになる。このとき、Ｖｃｏｓ２とＶｓｉｎ２から算出される角度に含まれる誤差は、図８のようにほぼ２次の角度誤差となる。
　図５と図８を比較すると、図８に示すように、最も大きい２次の角度誤差の位相は１８０［ｄｅｇ］異なるものになっており、センサ１０ａで得られた角度とセンサ１０ｂで得られた角度の平均を求めることで、２次の角度誤差を低減できる。つまり、図９のような（４ｎ－２）次成分（ｎは自然数）がほぼ零に低減された主に４次の角度誤差となり、センサ１０ａまたはセンサ１０ｂをそれぞれ単独で使用した場合の角度誤差に対して十分小さな値に低減できる。
　図１０は本実施の形態１における角度検出装置の構成を示すブロック図である。センサ１０ａは半径方向成分Ｂｒを余弦信号Ｖｃｏｓ１で出力し、周方向成分Ｂθを正弦信号Ｖｓｉｎ１で出力し、またセンサ１０ｂは半径方向成分Ｂｒを余弦信号Ｖｃｏｓ２で出力し、周方向成分Ｂθを正弦信号Ｖｓｉｎ２で出力する。ＣＰＵ１２内にある角度演算部１３では、センサ１０ａおよびセンサ１０ｂから得られた信号に基づいて回転角θを算出する。
　例えば、以下のような手順で算出すればよい。式（１）のように、Ｖｃｏｓ１およびＶｓｉｎ１から回転角θ１を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 式（２）のように、Ｖｃｏｓ２およびＶｓｉｎ２から回転角θ２を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 式（３）のように、回転角θ１と回転角θ２から回転角θを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここでは回転角θ１および回転角θ２の算出式として単純な逆正接関数を用いたが、あらかじめ定めた変換テーブルを用いて算出してもよい。また、それぞれの信号にオフセット誤差などの誤差を含む場合には公知の方法で補正したものを使用すればよい。
　なお、正弦信号と余弦信号を出力せずに角度を出力するセンサであっても、磁気抵抗によって角度を検出するものであれば、図１１のように回転角θ１と回転角θ２を検出するセンサ１０ａａ、センサ１０ｂａを設けた構成としてもよく、角度演算部１３ａで式（３）のように回転角θを算出することで同様の効果を得られる。
　さらに、上記回転角θに対して補正を施して１回補正後の回転角θ’を式（４）で算出する角度演算部（図示せず、便宜上角度演算部１３ｂともいう）を設けてもよい。式（３）で得られた回転角θを用いるため、角度真値で補正量を決定する場合に比べて誤差が重畳されることになるが、図９のように角度誤差が低減できた状態で補正式に使用するため、回転角θに含まれる誤差、補正係数ｋ４およびｋ８が微小なため、期待の効果を得ることができる。角度演算部１３ｂによって得られる１回補正後の回転角θ’に含まれる角度誤差は、図１２のような微小なものに低減できる。ここでは、初期位相を０［ｄｅｇ］とした補正式にしているが、実際の誤差成分に応じて初期位相を入れた補正式としてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　さらに、式（４）によって補正をした１回補正後の回転角θ’でも期待の精度を得られない場合には、１回補正後の回転角θ’を用いて式（５）に基づいて２回補正後の回転角θ’’を算出してもよい。２回補正後の回転角θ’’に含まれる角度誤差は、図１３のようなさらに微小なものに低減できる。ここでは、２回の補正を実施したが、元の誤差が大きい場合には高次の誤差成分は増加することになるが、最大振幅の次数成分の低減のために、さらに多くの回数の補正を実施してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　なお、４次および８次成分に対する補正式としたが、さらに高次成分を含んだ４ｎ次成分（ｎは自然数）に対する補正式としてもよい。また、８次成分およびさらに高次の成分は４次成分に比べて小さいため、４次成分を補正する式としてもよい。補正式では無く回転角と角度誤差のテーブルを用いても同様の効果を得られることはいうまでも無い。
　なお、Ｖｃｏｓ１、Ｖｓｉｎ１、Ｖｃｏｓ２、Ｖｓｉｎ２には（２ｑ－１）次の信号誤差が重畳されていることが多いため、回転角θ１または回転角θ２を算出する際にはそれらの次数成分誤差を補正したものを使用してもよい。信号誤差は回転角によって定まるので回転角に基づいて補正量を決定できるが、信号から回転角を算出するので信号を補正する時点では回転角は算出できていない。低回転域では前回算出した回転角からの変化量は小さいため、前回の回転角値を使用して信号誤差補正量を決定してもよい。高次成分を補正する場合には、高回転域では期待の信号誤差補正量からのずれが大きくなるため、前回の回転角値、回転数および前回算出した回転角からの変化量に基づいた推定回転角を使用して信号誤差補正量を決定してもよい。
　本実施の形態においては、回転軸を中心としてこの回転軸と一体に回転し、回転角度を検出するための角度検出用磁界を発生するセンサマグネットと、回転軸を中心とした円周上において角度が９０［ｄｅｇ］離れた位置に配置され、角度検出用磁界に応じた信号を出力する第１のセンサおよび第２のセンサと、第１のセンサおよび第２のセンサからの信号を用いて回転角を演算する角度演算部を備えている。また、第１のセンサおよび第２のセンサが角度検出用磁界に応じて出力する信号は角度であり、角度演算部は第１のセンサが出力した角度と第２のセンサが出力した角度の平均を回転角としている。また、第１のセンサおよび第２のセンサが角度検出用磁界に応じて出力する信号は正弦信号と余弦信号であり、角度演算部は第１のセンサが出力した正弦信号と余弦信号から算出した角度と、第２のセンサが出力した正弦信号と余弦信号から算出した角度との平均を回転角としている。
実施の形態２．
　本実施の形態２では、実施の形態１を示す図１０のブロック図において角度演算部１３の代わりに式（６）、式（７）に基づき回転角θを算出する角度演算部（図示せず、便宜上角度演算１３ｃともいう）を用いる。
　センサ１０ａが出力する余弦信号Ｖｃｏｓ１および正弦信号Ｖｓｉｎ１は近似すると、式（７）のように表現できる。ここで、ａｎおよびｄｎ（ｎは自然数）は正または０の値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　一方、センサ１０ｂが出力する余弦信号Ｖｃｏｓ２および正弦信号Ｖｓｉｎ２は近似すると、式（７）のように表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　つまり、検出角を逆正接関数によって算出する際には、余弦信号としてＶｃｏｓ１の代わりにＶｓｉｎ２を、正弦信号としてＶｓｉｎ１の代わりに－Ｖｃｏｓ２を使用することができる。
　角度演算部１３ｃでは、Ｖｃｏｓ１と－Ｖｃｏｓ２から回転角θ１を、Ｖｓｉｎ１とＶｓｉｎ２から回転角θ２を算出する。いずれの組合せも基本波を含めて各次数成分の振幅が等しいもの同士となっているため、（４ｎ－２）次の角度誤差が出ず、回転角θ１に含まれる角度誤差は図１４、回転角θ２に含まれる角度誤差は図１５のようになる。最も大きい４次の角度誤差の位相は１８０［ｄｅｇ］異なるものになっており、２つの平均を回転角θとすることで図１６のように角度誤差を低減できる。
　さらに、実施の形態１と同様に回転角θに対して補正式を用いて１回補正後の回転角θ’あるいは２回補正後の回転角θ’’を算出することで、角度誤差４ｎ次成分（ｎは自然数）を低減することができるという従来に無い効果を得ることができる。
　なお、Ｖｓｉｎ１とＶｃｏｓ２、Ｖｃｏｓ１とＶｓｉｎ２が同じ軸成分を示すものであればよいので、センサの検出部を図１７のような配置としてもよい。図１８は図１７のように配置されたセンサからの信号を用いて回転角θを算出する角度演算部１３ｄを用いた角度検出装置の変形例を示すブロック図である。図１８に示すように、センサ１０ａｂは検出部１００ａと検出部１００ｂから構成され、検出部１００ａが正弦信号Ｖｓｉｎ１を、検出部１００ｂが余弦信号－Ｖｃｏｓ１を出力する。センサ１０ｂｂは検出部１００ｃと検出部１００ｄから構成され、検出部１００ｃが余弦信号Ｖｃｏｓ２を、検出部１００ｂが正弦信号－Ｖｓｉｎ２を出力する。これらの信号を使用して角度演算部１３ｄで回転角θを算出する。
　なお、Ｖｃｏｓ１、Ｖｓｉｎ１、Ｖｃｏｓ２、Ｖｓｉｎ２に含まれる（２ｑ－１）次の信号誤差を、前回の回転角値あるいは推定回転角に基づく信号誤差補正量によって補正してからを回転角θ１または回転角θ２を算出してもよい。
　本実施の形態においては、第１のセンサおよび第２のセンサが角度検出用磁界に応じて出力する信号は正弦信号と余弦信号であり、角度演算部は第１のセンサが出力する正弦信号と第２のセンサが出力する正弦信号から算出した角度と第１のセンサが出力する余弦信号と第２のセンサが出力する余弦信号から算出した角度との平均を回転角としている。また、角度演算部は、回転角を算出するのに使用する正弦信号、余弦信号、補正後正弦信号、または補正後余弦信号の少なくとも１つは、（２ｑ－１）次（ｑは自然数）の信号誤差を補正したものである。また、角度演算部は、前回の回転角値により信号誤差を補正している。
実施の形態３．
　本実施の形態では、図１０のブロック図において角度演算部１３の代わりに式（９）に基づいて回転角θを算出する角度演算部（図示せず、便宜上角度演算部１３ｅともいう）を用いる。
　前述の式（６）および式（７）から、検出角を逆正接関数によって算出する際には、余弦信号としてＶｃｏｓ１の代わりにＶｃｏｓ１＋Ｖｓｉｎ２を、正弦信号としてＶｓｉｎ１の代わりにＶｓｉｎ１－Ｖｃｏｓ２を使用してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（８）によると、いずれの次数成分も振幅が等しいものになっており、ｎを自然数としたとき４ｎ－１次成分の信号誤差は角度誤差４ｎ次に、４ｎ＋１次成分の信号誤差は角度誤差４ｎ次に出てくることになる。
　角度演算部１３ｅでは、Ｖｃｏｓ１＋Ｖｓｉｎ２とＶｓｉｎ１－Ｖｃｏｓ２から式（９）に基づいて、θを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　つまり、センサ１０ａから得られる正弦信号から９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる余弦信号を減算して得た補正後正弦信号と、センサ１０ａから得られる余弦信号に９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる正弦信号を加算して得た補正後余弦信号から回転角を算出することによって、図１９、図２０のような４次および８次成分の角度誤差とすることができ、センサ１０ａまたはセンサ１０ｂをそれぞれ単独で使用した場合の角度誤差に対して十分小さな値に低減できる。
　ここでは、補正後正弦信号と補正後余弦信号の基本波振幅が等しいものとして説明したが、基本波振幅が異なる場合には、その振幅比に応じて補正してから使用すれば同様の効果が得られることはいうまでも無い。なお、センサ１０ａおよびセンサ１０ｂからの入力信号に対して対応する信号の基本波振幅の比に応じて補正を行ってから、補正後正弦信号および補正後余弦信号を算出してもよい。
　逆正接関数はテーブルなどを用いて演算することが多いため、元信号から一旦角度を算出する必要が無い分、処理負荷を低減できるという従来に無い効果を得られる。
　さらに、実施の形態１と同様に回転角θに対して式（４）あるいは式（５）のような補正式を用いて回転角θ’あるいは回転角θ’’を算出する角度演算部（図示せず、便宜上角度演算部１３ｆともいう）としてもよい。角度演算部１３ｆを用いることで、補正前の時点で図１９、図２０のように角度誤差が小さいため、図２１、図２２のように式（４）による補正効果が顕著に出てくる。
　このように、センサ１０ａから得られる正弦信号から９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる余弦信号を減算して得た補正後正弦信号と、センサ１０ａから得られる余弦信号に９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる正弦信号を加算して得た補正後余弦信号から算出した回転角θに対して４ｎ次の補正関数を減算して回転角θ’を算出することによって、微小な角度誤差に低減できるという従来に無い効果を得ることができる。
　なお、Ｖｃｏｓ１＋Ｖｓｉｎ２、Ｖｓｉｎ１－Ｖｃｏｓ２に含まれる（２ｑ－１）次の信号誤差を、前回の回転角値あるいは推定回転角に基づく信号誤差補正量によって補正してから回転角θを算出してもよい。
　なお、Ｖｓｉｎ１とＶｃｏｓ２、Ｖｃｏｓ１とＶｓｉｎ２が同じ軸成分を示すものであればよいので、図１７のような配置としても、同様の効果が得られることはいうまでも無い。
　本実施の形態においては、角度演算部は、補正後正弦信号と補正後余弦信号の基本波振幅の比をいずれかの信号に乗算してから回転角を算出している。また、角度演算部は、前回の回転角値に基づいた推定回転角により信号誤差を補正している。
実施の形態４．
　本実施の形態では、図１０のブロック図において角度演算部１３の代わりに式（１１）に基づき回転角θを算出する角度演算部（図示せず、便宜上角度演算部１３ｇともいう）を用いる。
　Ｖｃｏｓ１＋Ｖｓｉｎ２およびＶｓｉｎ１－Ｖｃｏｓ２に含まれる信号誤差のうち、最も大きいのは５次成分となるが、Ｖｃｏｓ１およびＶｓｉｎ１の４ｎ－１次成分の信号誤差（ａ３とｄ３、ａ７とｄ７、…）は差異があるため３次成分も比較的大きい場合がある。
　角度演算部１３ｇでは、センサ１０ａおよびセンサ１０ｂから得られた信号を用いて、Ｖｃｏｓ１＋ｋＶｓｉｎ２とｋＶｓｉｎ１－Ｖｃｏｓ２を算出する。ａとｄの２ｎ＋１次成分（ｎは自然数）の比は、類似のものとなっているため、例えばｋは式（１０）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　さらに、Ｖｃｏｓ１＋ｋＶｓｉｎ２とｋＶｓｉｎ１－Ｖｃｏｓ２から式（１１）に基づいて、回転角θを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　つまり、センサ１０ａから得られる正弦信号に３次成分の比を乗算したものから９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる余弦信号を減算して得た補正後正弦信号と、センサ１０ａから得られる余弦信号に９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる正弦信号に３次成分の比を乗算したものを加算して得た補正後余弦信号から回転角を算出することによって、図２３、図２４のような大半が４次成分の角度誤差とすることができ、センサ１０ａまたはセンサ１０ｂをそれぞれ単独で使用した場合の角度誤差に対して十分小さな値に低減できる。ここでは３次成分の比を乗算したが、３次以外の（２ｎ＋１）次成分の比を用いても同様の効果を得ることができる。
　逆正接関数はテーブルなどを用いて演算することが多いため、元信号から一旦角度を算出する必要が無い分、処理負荷を低減できるという従来に無い効果を得られる。
　さらに、実施の形態１と同様に回転角θに対して補正を行う角度演算部（図示せず、便宜上角度演算部１３ｈともいう）としてもよい。角度演算部１３ｈを用いることで、ここでは、４ｎ－１次成分の相殺を狙って振幅を調整して回転角を算出しているため、角度誤差の補正には式（１２）を用いればよい。ただし、図２３、図２４のように４次の振幅が実施の形態３に比べると大きいため、角度誤差を大きく低減したい場合には式（１３）などで複数回の補正をするとよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　このように、センサ１０ａから得られる正弦信号に３次成分の比を乗算したものから９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる余弦信号を減算して得た補正後正弦信号と、センサ１０ａから得られる余弦信号に９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる正弦信号に３次成分の比を乗算したものを加算して得た補正後余弦信号から算出した回転角θに対して４次の補正関数を減算して回転角θ’あるいはθ’’を算出することによって、微小な角度誤差に低減できるという従来に無い効果を得ることができる。
　なお、Ｖｃｏｓ１＋ｋＶｓｉｎ２、ｋＶｓｉｎ１－Ｖｃｏｓ２に含まれる（２ｑ－１）次の信号誤差を、前回の回転角値あるいは推定回転角に基づく信号誤差補正量によって補正してから回転角θを算出してもよい。
　なお、Ｖｓｉｎ１とＶｃｏｓ２、Ｖｃｏｓ１とＶｓｉｎ２が同じ軸成分を示すものであればよいので、図１７のような配置としても、同様の効果が得られることはいうまでも無い。
　本実施の形態においては、第１のセンサおよび第２のセンサが角度検出用磁界に応じて出力する信号は正弦信号と余弦信号であり、角度演算部は第１のセンサが出力する正弦信号のＫｓ倍と第２のセンサが出力する余弦信号のＫｃ倍の和または差から得られる補正後正弦信号と、第１のセンサが出力する余弦信号のＫｃ倍と第２のセンサが出力する正弦信号のＫｓ倍の和または差から得られる補正後余弦信号から回転角を算出している。また、正弦信号または余弦信号に乗算するゲインＫｓまたはＫｃのうちのいずれか一方は１であり、もう一方は正弦信号と余弦信号の（２ｐ＋１）次成分（ｐは自然数）の比に基づいている。
実施の形態５．
　センサ１０ａまたはセンサ１０ｂのうちの１つが故障によって取得できない場合について、本実施の形態では、図１０のブロック図において角度演算部１３の代わりに回転角θに対する補正量を考慮して回転角θを算出する角度演算部（図示せず、便宜上角度演算部１３ｉともいう）を用いる。ここでは、センサ１０ｂが故障した場合について説明する。
　センサ１０ｂが出力する信号が取得できないため、センサ１０ａが出力するＶｃｏｓ１およびＶｓｉｎ１によって回転角を算出する必要がある。ただし、Ｖｃｏｓ１およびＶｓｉｎ１に含まれる信号誤差が大きいため、この２つの信号から得られる角度に含まれる誤差も図５で示したように大きいものとなる。図５の横軸である回転角は角度真値であり、実際に補正に用いることができる検出によって得られる回転角を横軸とした場合には、図２５のような歪んだ形になる。角度演算部１３ｉでは、図２５の波形を補正テーブルとして持ち、Ｖｃｏｓ１とＶｓｉｎ１から算出した回転角θに対して補正量δを算出する。回転角θから補正量δを減算することにより、補正後の回転角θ’を算出する。回転角θ’に含まれる角度誤差は図２６、図２７に示すとおり、微小なものに低減できる。
　ここでは、通常時にセンサ１０ａとセンサ１０ｂの２つを備えており、故障によって１つが使用できなくなる場合について説明したが、３つ以上のセンサを備えている角度検出装置で故障によって９０［ｄｅｇ］位相のずれた位置に配置されたセンサ組が無くなった場合には、同様の効果が得られる。
　このように、複数個のセンサのうちの一部が故障したときに、９０［ｄｅｇ］位相のずれた位置に配置されたセンサ組が無い場合には、センサ１０ａから得られる正弦信号および余弦信号から算出した回転角θに対してセンサマグネット２とセンサ１０ａの位置関係によって決まる角度誤差を減算して回転角θ’を算出することによって、微小な角度誤差に低減できるという従来に無い効果を得ることができる。
　なお、本実施の形態５では補正テーブルを用いて補正をしたが、式（１２）などのような式によって補正しても同様の効果が得られることはいうまでも無い。
　なお、Ｖｃｏｓ１、Ｖｓｉｎ１に含まれる（２ｑ－１）次の信号誤差を、前回の回転角値あるいは推定回転角に基づく信号誤差補正量によって補正してから電気角θを算出してもよい。
　本実施の形態においては、角度演算部１３ｉは、センサのうちの一方の余弦信号が故障したときに正弦信号と９０［ｄｅｇ］離れた位置の正弦信号から回転角を算出し、またはセンサのうちの一方の正弦信号が故障したときに余弦信号と９０［ｄｅｇ］離れた位置の余弦信号から回転角を算出している。また、角度演算部は、センサのうちの一方が故障したときに他方のセンサ出力情報から回転角を算出し、回転角に対して２ｎ次（ｎは自然数）の角度誤差を補正してｍ回補正後（ｍは自然数）の回転角を算出している。
実施の形態６．
　センサ１０ａおよびセンサ１０ｂから得られる４つの信号のうちの１つが故障によって取得できない場合について、本実施の形態では、図１０のブロック図において角度演算部１３の代わり回転角θに対する補正量を考慮して回転角θを算出する角度演算部（図示せず、便宜上角度演算部１３ｊともいう）を用いる。ここでは、センサ１０ｂの正弦信号が故障した場合について説明する。
　センサ１０ａが出力するＶｃｏｓ１およびＶｓｉｎ１、センサ１０ｂが出力するＶｃｏｓ２によって回転角を算出する必要がある。Ｖｃｏｓ１とＶｓｉｎ１では基本波振幅の差異が大きく、非常に大きい２次の角度誤差を生じる。一方、Ｖｃｏｓ２とＶｃｏｓ１では搭載ばらつきなどで小さい差異はあるものの基本波振幅がほぼ等しいため、図１４のように２次の角度誤差を抑制できる。補正を実施する場合においても、補正前の誤差が小さいほど補正後の精度を確保できることから、本実施の形態の角度演算部１３ｊでは、Ｖｃｏｓ１とＶｃｏｓ２から算出した回転角θに対して補正量δを算出する。補正量δは、補正テーブルあるいは補正式によって算出すればよい。回転角θから補正量δを減算することにより、補正後の回転角θ’を算出する。
　回転角θ’に含まれる角度誤差は図２８、図２９に示すとおり、センサ１０ａの２つの信号を用いて算出した図２６、図２７に対して、さらに微小なものに低減できる。
　ここでは、センサ１０ａおよびセンサ１０ｂから得られる４つの信号のうちの１つが故障によって取得できない場合について説明したが、３つ以上のセンサを備えている角度検出装置で故障によって一部の信号が取得できない場合に、９０［ｄｅｇ］位相のずれた位置に配置された正弦信号または余弦信号の組を使用することで、同様の効果が得られる。
　このように、複数個のセンサのうちの一部が故障したときに、９０［ｄｅｇ］位相のずれた位置に配置された正弦信号または余弦信号の組から算出した回転角θに対してセンサマグネット２とセンサ１０ａの位置関係によって決まる角度誤差を減算して回転角θ’を算出することによって、微小な角度誤差に低減できるという従来に無い効果を得ることができる。
　なお、本実施の形態６では補正テーブルを用いて補正をしたが、式（１２）などのような式によって補正しても同様の効果が得られることはいうまでも無い。
　なお、Ｖｃｏｓ１、Ｖｓｉｎ１、Ｖｃｏｓ２、Ｖｓｉｎ２に含まれる（２ｑ－１）次の信号誤差を、前回の回転角値あるいは推定回転角に基づく信号誤差補正量によって補正してから回転角θを算出してもよい。
　また、Ｖｓｉｎ１とＶｃｏｓ２、Ｖｃｏｓ１とＶｓｉｎ２が同じ軸成分を示すものであればよいので、図１７のような配置としても、同様の効果が得られることはいうまでも無い。
　本実施の形態においては、角度演算部１３ｊは、センサのうちの一方が故障したときに他方のセンサ出力情報から回転角を算出し、回転角に対して２ｎ次（ｎは自然数）の角度誤差を補正してｍ回補正後（ｍは自然数）の回転角を算出している。
実施の形態７．
　本実施の形態では、図１０のブロック図において角度演算部１３の代わりに式（９）に基づいて回転角θを算出する角度演算部（図示せず、便宜上角度演算部１３ｋともいう）を用いる。
　センサマグネット２の磁界の歪みが大きい場合には、式（６）および式（７）の項以外に偶数次の成分が信号に表れる。このとき、センサ１０ａが出力する余弦信号Ｖｃｏｓ１および正弦信号Ｖｓｉｎ１は式（１４）、センサ１０ｂが出力する余弦信号Ｖｃｏｓ２および正弦信号Ｖｓｉｎ２は式（１５）のように表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　センサ１０ａとセンサ１０ｂとは９０［ｄｅｇ］位相が異なることから、式（１４）と式（１５）では、（４ｎ＋２）次成分（ｎは整数）は逆位相となっている。このことから、検出角を逆正接関数によって算出する際には、余弦信号としてＶｃｏｓ１の代わりに式（１６）に示すＶｃｏｓ１＋Ｖｃｏｓ２を、正弦信号としてＶｓｉｎ１の代わりに式（１６）に示すＶｓｉｎ１＋Ｖｓｉｎ２を使用してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　ｎ次の角度誤差は、ｎ－１次とｎ＋１次の信号誤差によって生じる。式（１６）では、センサマグネット２の磁界の歪みの影響で出てくる２次の信号誤差が信号和をとることによって相殺されており、また４次の信号誤差の基本波振幅に対する比率は√２倍に増加している。２次と４次の信号誤差を比較すると多くの場合に４次成分の方が小さくなるため２次成分の相殺効果が勝る。つまり、３次の角度誤差は式（１６）のような信号和を用いて計算することで低減できる。
　角度演算部１３ｋでは、式（１６）に示すＶｃｏｓ１＋Ｖｃｏｓ２とＶｓｉｎ１＋Ｖｓｉｎ２から式（１７）に基づいて、θを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　つまり、センサ１０ａから得られる正弦信号と９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる正弦信号を加算して得た補正後正弦信号と、センサ１０ａから得られる余弦信号と９０［ｄｅｇ］位相の進んだ位置に配置されたセンサ１０ｂから得られる余弦信号を加算して得た補正後余弦信号から回転角を算出することによって、センサマグネット２の磁界の歪みなどの影響で生じる３次の角度誤差を、センサ１０ａまたはセンサ１０ｂをそれぞれ単独で使用した場合の角度誤差に対して十分小さな値に低減できる。
　式（１７）では、補正後正弦信号と補正後余弦信号の基本波振幅の比が小さいものとして説明したが、基本波振幅が異なる場合には、その振幅比に応じて補正してから使用すれば同様の効果が得られることはいうまでも無い。なお、センサ１０ａおよびセンサ１０ｂからの入力信号に対して対応する信号の基本波振幅の比に応じて補正を行ってから、補正後正弦信号および補正後余弦信号を算出してもよい。
　逆正接関数はテーブルなどを用いて演算することが多いため、元信号から一旦角度を算出する必要が無い分、処理負荷を低減できるという従来に無い効果を得られる。さらに、他の実施の形態と同様に回転角θに対して更なる補正をすることで、補正効果がより顕著に出てくることはいうまでも無い。
実施の形態８．
　前記実施の形態では角度検出装置について説明したが、該角度検出装置と運転者の操舵を補助するためのアシストトルクを発生する交流回転機とを備えた電動パワーステアリング装置に適用しても良い。
　図３０は、この発明の実施の形態８における電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。図３０において、電動パワーステアリングは、ステアリングホイール１０１と、ステアリングシャフト１０２と、ラック・ピニオンギヤ１０３と、車輪１０４、１０５と、交流回転機１０６と、減速ギヤ１０７と、角度検出装置１０８と、トルクセンサ１０９と、電源（バッテリ）１１０と、車速センサ１１１と、制御装置１１２が設けられている。
　図３０において、図示しない運転者からステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクは、トルクセンサ１０９のトーションバー、ステアリングシャフト１０２を通り、ラック・ピニオンギヤ１０３を介して、ラックに伝達され、車輪１０４、１０５を転舵させる。
　交流回転機１０６は、減速ギヤ１０７を介してステアリングシャフト１０２と連結している。交流回転機１０６から発生する出力トルクは、減速ギヤ１０７を介してステアリングシャフト１０２に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵トルクを軽減する。この交流回転機１０６は、例えば、永久磁石型同期回転機、界磁巻線型同機回転機、誘導機などを使用する。
　トルクセンサ１０９は、運転者がステアリングホイール１０１を操舵することによりトーションバーに加わった操舵トルクを検出する。この操舵トルクによってトーションバーには操舵トルクにほぼ比例した捩れが生じるので、この捩れ角を検出し、操舵トルク信号τ0に換算する。車速センサ１１１は、車両の走行速度を検出した信号である車速Ｖｘを出力する。
　また、角度検出装置１０８は、前記実施の形態のいずれかのものであり、交流回転機１０６の回転軸に取り付けられ、交流回転機１０６の回転角を出力する。
　制御装置１１２は、トルクセンサ１０９で検出した操舵トルク信号τ0と、角度検出装置１０８で得られた回転角θと、車速センサ１１１で検出した車速に応じて、交流回転機１０６が出力する出力トルクに相当する電流指令の方向と大きさを決定し、この出力トルクを交流回転機１０６に発生させるべく、電流指令に基づいて電源１１０から交流回転機１０６に流す電流を制御する。
　この種の装置においては、定格回転数を超える高回転域では、出力を向上させるために弱め界磁制御を利用することが多い。その場合、回転ｎ次（ｎは自然数）の角度誤差δがあると、電流絶対値Ｉ、電流位相角β、トルク定数Ｋｔ、ｄ軸電流Ｉｄを用いて式（１８）で表される振幅のトルクリプルが生じる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 　つまり、ｄ軸電流を流したときには角度誤差に比例したトルクリプルが生じるため、運転者の不快感につながる。本実施の形態の角度検出装置と、運転者の操舵を補助するためのアシストトルクを発生する前記交流回転機とを備える電動パワーステアリング装置では、角度誤差に比例したトルクリプルを低減できるという従来に無い効果を得ることができる。
　この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１　回転軸、２　センサマグネット、１０ａ　センサ、１０ｂ　センサ、１０ａａ　センサ、１０ａｂ　センサ、１０ｂａ　センサ、１０ｂｂ　センサ、１２　ＣＰＵ、１３　角度演算部

Claims (15)

  1. 　回転軸を中心としてこの回転軸と一体に回転し、回転角度を検出するための角度検出用磁界を発生するセンサマグネットと、
    前記回転軸を中心とした円周上において角度が９０［ｄｅｇ］離れた位置に配置され、前記角度検出用磁界に応じた信号を出力する第１のセンサおよび第２のセンサと、
    前記第１のセンサおよび前記第２のセンサからの信号を用いて回転角を演算する角度演算部を備えたことを特徴とする角度検出装置。
  2. 　前記第１のセンサおよび前記第２のセンサが前記角度検出用磁界に応じて出力する信号は角度であり、前記角度演算部は前記第１のセンサが出力した角度と前記第２のセンサが出力した角度の平均を回転角とすることを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
  3. 　前記第１のセンサおよび前記第２のセンサが前記角度検出用磁界に応じて出力する信号は正弦信号と余弦信号であり、前記角度演算部は前記第１のセンサが出力した正弦信号と余弦信号から算出した角度と、前記第２のセンサが出力した正弦信号と余弦信号から算出した角度との平均を回転角とすることを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
  4. 　前記第１のセンサおよび前記第２のセンサが前記角度検出用磁界に応じて出力する信号は正弦信号と余弦信号であり、前記角度演算部は前記第１のセンサが出力する正弦信号と前記第２のセンサが出力する正弦信号から算出した角度と、前記第１のセンサが出力する余弦信号と前記第２のセンサが出力する余弦信号から算出した角度との平均を回転角とすることを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
  5. 　前記第１のセンサおよび前記第２のセンサが前記角度検出用磁界に応じて出力する信号は正弦信号と余弦信号であり、前記角度演算部は前記第１のセンサが出力する正弦信号のＫｓ倍と前記第２のセンサが出力する余弦信号のＫｃ倍の和または差から得られる補正後正弦信号と、前記第１のセンサが出力する余弦信号のＫｃ倍と前記第２のセンサが出力する正弦信号のＫｓ倍の和または差から得られる補正後余弦信号から回転角を算出することを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
  6. 　前記正弦信号または前記余弦信号に乗算するゲインＫｓまたはＫｃのうちのいずれか一方は１であり、もう一方は前記正弦信号と前記余弦信号の（２ｐ＋１）次成分（ｐは自然数）の比に基づくことを特徴とする請求項５に記載の角度検出装置。
  7. 　前記角度演算部は、前記補正後正弦信号と前記補正後余弦信号の基本波振幅の比をいずれかの信号に乗算してから回転角を算出することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の角度検出装置。
  8. 　前記第１のセンサおよび前記第２のセンサが前記角度検出用磁界に応じて出力する信号は正弦信号と余弦信号であり、前記角度演算部は前記第１のセンサが出力する正弦信号と前記第２のセンサが出力する正弦信号の和から得られる補正後正弦信号と、前記第１のセンサが出力する余弦信号と前記第２のセンサが出力する余弦信号の和から得られる補正後余弦信号から回転角を算出することを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
  9. 　前記角度演算部は、前記センサのうちの一方の前記余弦信号が故障したときに正弦信号と９０［ｄｅｇ］離れた位置の正弦信号から回転角を算出し、または前記センサのうちの一方の前記正弦信号が故障したときに余弦信号と９０［ｄｅｇ］離れた位置の余弦信号から回転角を算出することを特徴とする請求項３から請求項８のいずれか１項に記載の角度検出装置。
  10. 　前記角度演算部は、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの信号より算出した前記回転角に対して、４ｎ次（ｎは自然数）の角度誤差を補正してｍ回補正後（ｍは自然数）の回転角を算出することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の角度検出装置。
  11. 　前記角度演算部は、回転角を算出するのに使用する正弦信号、余弦信号、補正後正弦信号、または補正後余弦信号の少なくとも１つは、（２ｑ－１）次（ｑは自然数）の信号誤差を補正したものであることを特徴とする請求項３から請求項１０のいずれか１項に記載の角度検出装置。
  12. 　前記角度演算部は、前回の回転角値により前記信号誤差を補正することを特徴とする請求項１１に記載の角度検出装置。
  13. 　前記角度演算部は、前回の回転角値に基づいた推定回転角により前記信号誤差を補正することを特徴とする請求項１１に記載の角度検出装置。
  14. 　前記角度演算部は、前記センサのうちの一方が故障したときに他方のセンサ出力情報から回転角を算出し、前記回転角に対して２ｎ次（ｎは自然数）の角度誤差を補正してｍ回補正後（ｍは自然数）の回転角を算出することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の角度検出装置。
  15. 　請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の角度検出装置と、運転者の操舵を補助するためのアシストトルクを発生する交流回転機とを備えた電動パワーステアリング装置。
PCT/JP2016/065994 2015-11-26 2016-05-31 角度検出装置および電動パワーステアリング装置 WO2017090265A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680067664.7A CN108291799B (zh) 2015-11-26 2016-05-31 角度检测装置及电动助力转向装置
EP16868216.9A EP3382330B1 (en) 2015-11-26 2016-05-31 Angle detection device and electric power steering device
JP2017552280A JP6779227B2 (ja) 2015-11-26 2016-05-31 角度検出装置および電動パワーステアリング装置
US15/748,228 US10871365B2 (en) 2015-11-26 2016-05-31 Angle detection device and electric power steering apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/083229 WO2017090153A1 (ja) 2015-11-26 2015-11-26 角度検出装置および電動パワーステアリング装置
JPPCT/JP2015/083229 2015-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017090265A1 true WO2017090265A1 (ja) 2017-06-01

Family

ID=58763283

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/083229 WO2017090153A1 (ja) 2015-11-26 2015-11-26 角度検出装置および電動パワーステアリング装置
PCT/JP2016/065994 WO2017090265A1 (ja) 2015-11-26 2016-05-31 角度検出装置および電動パワーステアリング装置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/083229 WO2017090153A1 (ja) 2015-11-26 2015-11-26 角度検出装置および電動パワーステアリング装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10871365B2 (ja)
EP (1) EP3382330B1 (ja)
JP (1) JP6779227B2 (ja)
CN (1) CN108291799B (ja)
WO (2) WO2017090153A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019134627A (ja) * 2018-02-01 2019-08-08 日本精工株式会社 モータ制御システム
JP2019181073A (ja) * 2018-04-17 2019-10-24 日本精工株式会社 ケーブル巻取システム
JP2020016438A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 Tdk株式会社 角度センサの補正装置および角度センサ
JP2020016439A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 Tdk株式会社 角度センサの補正装置および角度センサ
WO2020152761A1 (ja) * 2019-01-22 2020-07-30 三菱電機株式会社 回転角度検出装置、および当該回転角度検出装置を含む電動パワーステアリング装置
CN111976832A (zh) * 2019-05-21 2020-11-24 上海汽车集团股份有限公司 一种方向盘转角数据的计算方法、装置及电子设备

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018054473A (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 アイシン精機株式会社 磁気センサ及び磁気センサシステム
JP6854841B2 (ja) * 2019-04-19 2021-04-07 三菱電機株式会社 角度検出装置
DE102019215949B4 (de) * 2019-10-16 2021-04-08 Infineon Technologies Ag Vorrichtung und verfahren zum bestimmen der übertragungsfunktion eines winkelsensors
DE102020101363A1 (de) * 2020-01-21 2021-07-22 Infineon Technologies Ag Sensor, Steuergerät und Verfahren zur Bestimmung der Richtung eines Magnetfeldes
JP2022179101A (ja) * 2021-05-21 2022-12-02 ミネベアミツミ株式会社 アブソリュートエンコーダ、アブソリュートエンコーダの角度誤差補正装置、及び、アブソリュートエンコーダの角度誤差補正方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2529960B2 (ja) * 1987-03-14 1996-09-04 株式会社日立製作所 磁気的位置検出装置
JP2001012967A (ja) * 1999-04-28 2001-01-19 Asahi Optical Co Ltd エンコーダおよび磁気式エンコーダを搭載した測量機
JP2002506530A (ja) * 1998-04-18 2002-02-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 角度測定用の角度センサ及び方法
JP2006170837A (ja) * 2004-12-16 2006-06-29 Alps Electric Co Ltd 補償機能を備えた角度検出センサ
JP2007271443A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Aisin Seiki Co Ltd 角度検出装置
JP2009031292A (ja) * 2007-07-26 2009-02-12 Magic Technologies Inc 磁場角測定方法および装置、並びにｍｒ素子の磁化方法
JP2010078366A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Aisin Seiki Co Ltd 角度検出装置
JP2011038855A (ja) * 2009-08-07 2011-02-24 Tdk Corp 磁気センサ
JP2013007731A (ja) 2011-05-20 2013-01-10 Asmo Co Ltd モータ及び電動パワーステアリング用モータ

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4376150B2 (ja) * 2004-08-06 2009-12-02 株式会社デンソー 回転角度検出装置
JP2007263585A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Denso Corp 回転角度検出装置
WO2007132603A1 (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki 磁気式エンコーダ装置
JP5041401B2 (ja) * 2006-12-18 2012-10-03 古河電気工業株式会社 回転センサ
JP5583317B2 (ja) * 2007-02-23 2014-09-03 Ｎｔｎ株式会社 回転検出装置および回転検出装置付き軸受
JP5096442B2 (ja) 2009-11-17 2012-12-12 株式会社日立製作所 回転角計測装置，モータシステム及び電動パワーステアリング・システム
JP5177197B2 (ja) * 2010-10-13 2013-04-03 Ｔｄｋ株式会社 回転磁界センサ
US8729890B2 (en) * 2011-04-12 2014-05-20 Allegro Microsystems, Llc Magnetic angle and rotation speed sensor with continuous and discontinuous modes of operation based on rotation speed of a target object
US8508218B2 (en) * 2011-05-11 2013-08-13 Sensima Technology Sa Hall-effect-based angular orientation sensor and corresponding method
JP5679136B2 (ja) 2011-11-24 2015-03-04 トヨタ自動車株式会社 回転角検出装置、および、回転角検出装置を備えた電動パワーステアリング装置
US9182456B2 (en) * 2012-03-06 2015-11-10 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor for sensing rotation of an object
US9523589B2 (en) * 2013-02-12 2016-12-20 Asahi Kasei Microdevices Corporation Rotation angle measurement apparatus
US9671214B2 (en) 2013-07-17 2017-06-06 Infineon Technologies Ag Discrete magnetic angle sensor device, a magnetic angle sensor arrangement, a method for generating an angle signal and a method for providing a sensor signal
JP5822185B2 (ja) 2014-01-20 2015-11-24 Tdk株式会社 回転磁界センサおよびそれを用いた角度決定方法
JP5958572B2 (ja) * 2014-02-27 2016-08-02 株式会社デンソー 回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
JP6128013B2 (ja) * 2014-02-27 2017-05-17 株式会社デンソー 回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
US10359478B2 (en) * 2015-05-15 2019-07-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Magnetic sensor
JP6477933B2 (ja) * 2017-04-25 2019-03-06 日本精工株式会社 回転角度検出装置及び回転角度検出方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2529960B2 (ja) * 1987-03-14 1996-09-04 株式会社日立製作所 磁気的位置検出装置
JP2002506530A (ja) * 1998-04-18 2002-02-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 角度測定用の角度センサ及び方法
JP2001012967A (ja) * 1999-04-28 2001-01-19 Asahi Optical Co Ltd エンコーダおよび磁気式エンコーダを搭載した測量機
JP2006170837A (ja) * 2004-12-16 2006-06-29 Alps Electric Co Ltd 補償機能を備えた角度検出センサ
JP2007271443A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Aisin Seiki Co Ltd 角度検出装置
JP2009031292A (ja) * 2007-07-26 2009-02-12 Magic Technologies Inc 磁場角測定方法および装置、並びにｍｒ素子の磁化方法
JP2010078366A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Aisin Seiki Co Ltd 角度検出装置
JP2011038855A (ja) * 2009-08-07 2011-02-24 Tdk Corp 磁気センサ
JP2013007731A (ja) 2011-05-20 2013-01-10 Asmo Co Ltd モータ及び電動パワーステアリング用モータ

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019134627A (ja) * 2018-02-01 2019-08-08 日本精工株式会社 モータ制御システム
JP2019181073A (ja) * 2018-04-17 2019-10-24 日本精工株式会社 ケーブル巻取システム
JP7106960B2 (ja) 2018-04-17 2022-07-27 日本精工株式会社 ケーブル巻取システム
JP2020016438A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 Tdk株式会社 角度センサの補正装置および角度センサ
JP2020016439A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 Tdk株式会社 角度センサの補正装置および角度センサ
WO2020152761A1 (ja) * 2019-01-22 2020-07-30 三菱電機株式会社 回転角度検出装置、および当該回転角度検出装置を含む電動パワーステアリング装置
CN113302455A (zh) * 2019-01-22 2021-08-24 三菱电机株式会社 旋转角度检测装置以及包含该旋转角度检测装置的电动助力转向装置
JPWO2020152761A1 (ja) * 2019-01-22 2021-09-09 三菱電機株式会社 回転角度検出装置、および当該回転角度検出装置を含む電動パワーステアリング装置
JP7101827B2 (ja) 2019-01-22 2022-07-15 三菱電機株式会社 回転角度検出装置、および当該回転角度検出装置を含む電動パワーステアリング装置
CN113302455B (zh) * 2019-01-22 2024-02-13 三菱电机株式会社 旋转角度检测装置以及包含该旋转角度检测装置的电动助力转向装置
CN111976832A (zh) * 2019-05-21 2020-11-24 上海汽车集团股份有限公司 一种方向盘转角数据的计算方法、装置及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN108291799A (zh) 2018-07-17
US20180252511A1 (en) 2018-09-06
JP6779227B2 (ja) 2020-11-04
CN108291799B (zh) 2021-07-09
EP3382330A1 (en) 2018-10-03
WO2017090153A1 (ja) 2017-06-01
US10871365B2 (en) 2020-12-22
JPWO2017090265A1 (ja) 2019-08-29
EP3382330A4 (en) 2019-06-19
EP3382330B1 (en) 2021-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017090265A1 (ja) 角度検出装置および電動パワーステアリング装置
US10584953B2 (en) Angle detection device and electric power steering device
CN108139232B (zh) 角度检测装置
JP5652181B2 (ja) 回転角検出装置、トルク検出装置、及び電動パワーステアリング装置
WO2013076839A1 (ja) 回転角検出装置、および、回転角検出装置を備えた電動パワーステアリング装置
US10298157B2 (en) Brushless motor and electric power steering apparatus
KR20160059958A (ko) 인코더 및 회전 각도 위치 산출 방법
JP5660381B2 (ja) 回転角検出装置
WO2018168203A1 (ja) 回転センサ
JP6024969B2 (ja) 回転角検出装置およびそれを備えた電動パワーステアリング装置
JP6319538B1 (ja) 回転角度検出器及びトルクセンサ
JP6024971B2 (ja) 回転角検出装置
JP6024970B2 (ja) 回転角検出装置およびそれを備えた電動パワーステアリング装置
JP6710994B2 (ja) 回転角検出装置
JP6796573B2 (ja) 磁極方向検出装置
JP2010002373A (ja) Ｖｒ型レゾルバ
JP7325529B2 (ja) 冗長レゾルバ及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置
JP2013205254A (ja) ツインレゾルバ式トルクセンサ及び電動パワーアシスト装置
WO2022219774A1 (ja) レゾルバ、及びそれを搭載する電動パワーステアリング装置
JP2021135116A (ja) 角度検出装置及び回転電機の制御装置
JP2005172441A (ja) 角度および角速度一体型検出装置
JP2014178178A (ja) 磁気遮蔽部材およびトルク検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16868216

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017552280

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15748228

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE