特開 2022-184555 回転角度検出装置及び回転角度の導出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022184555

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】回転角度検出装置及び回転角度の導出方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/249 20060101AFI20221206BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G01D5/249 Q

G01D5/245 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092482

(22)【出願日】2021-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小澤 崇晴

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077AA12

2F077AA20

2F077CC02

2F077NN03

2F077NN17

2F077PP14

2F077QQ03

2F077TT11

(57)【要約】

【課題】検出した絶対角の精度を担保できる回転角度検出装置及び回転角度の導出方法を得る。
【解決手段】回転軸６０の回転に従って回転する１極対磁石８０Ｂの磁束の変化に応じて１極対磁石８０Ｂの原点位置を基準とした磁極の回転角度を検出し、１極対磁石８０Ｂよりも多い複数の磁極を有し、１極対磁石８０Ｂとの対応関係を保持した状態で回転する多極対磁石８０Ａの対応関係と、１極対磁石８０Ｂの原点位置を基準とした磁極の回転角度と、に基づいて多極対磁石８０Ａの複数の磁極の各々の位置を特定し、特定した多極対磁石８０Ａの複数の磁極各々の位置、多極対磁石８０Ａの磁束の変化、及び多極対磁石８０Ａの磁束の変化に基づいて導出される回転角度と理想角度との誤差を補正する補正値に基づいて、原点位置を基準とした多極対磁石８０Ａの複数の磁極各々の位置における補正された回転角度を絶対角として導出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象の回転に従って回転し、磁極が回転方向に沿って配列された第１磁石（８０Ｂ）と、
前記第１磁石（８０Ｂ）より多い複数の磁極が前記回転方向に沿って配列され、前記第１磁石（８０Ｂ）との対応関係を保持した状態で回転する第２磁石（８０Ａ）と、
前記第１磁石（８０Ｂ）の回転に応じて変化する前記第１磁石（８０Ｂ）の磁束の変化を検出する第１検出部（１０Ｂ）と、
前記第２磁石（８０Ａ）の回転に応じて変化する前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化を検出する第２検出部（１０Ａ）と、
前記第１検出部（１０Ｂ）が検出した前記第１磁石（８０Ｂ）の磁束の変化に応じて定めた前記第１磁石（８０Ｂ）の磁極の原点位置を基準とした回転角度、前記対応関係に基づいて特定される前記第２磁石（８０Ａ）の複数の磁極各々の位置、前記第２検出部（１０Ａ）で検出した前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化、及び前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化に基づいて導出される回転角度と理想角度との誤差を補正する補正値に基づいて、前記原点位置を基準とした前記第２磁石（８０Ａ）の複数の磁極各々の位置における前記補正値により補正された回転角度を絶対角として導出する回転角度導出部と、
を含む回転角度検出装置。

【請求項2】

前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化に基づいて導出される回転角度と理想角度との誤差を補正する補正値を記憶した記憶部を含む請求項１に記載の回転角度検出装置。

【請求項3】

前記補正値は、０度と３６０度との間で離散的に設定された検出角度に対応して予め定められ、
前記回転角度導出部は、補正前の前記第２磁石（８０Ａ）の磁極の回転角度に最も近い前記検出角度に対応する補正値と、補正前の前記第２磁石（８０Ａ）の磁極の回転角度に２番目に近い前記検出角度に対応する補正値との各々を線形補間して得た補正値で、補正前の前記第２磁石（８０Ａ）の磁極の回転角度を補正する請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。

【請求項4】

前記補正値は、０度と３６０度との間で等差に並んだ理想角度と、前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化に基づいて導出される回転角度との差分に基づいて予め定められる請求項１～３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。

【請求項5】

前記補正値は、前記原点位置を基準とした前記第２磁石（８０Ａ）の複数の磁極の各々の回転角度について予め定められる請求項４に記載の回転角度検出装置。

【請求項6】

前記第１磁石（８０Ｂ）は、円形の外周部に１極対の磁極を有し、該円形の中心を前記絶対角の検出対象である回転軸が貫通するように固定される請求項１～５のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。

【請求項7】

前記第２磁石（８０Ａ）は、円形の外周部に２極対以上の磁極を有し、該円形の中心を前記回転軸が貫通するように固定され、前記第１磁石（８０Ｂ）と同軸で回転可能な請求項６に記載の回転角度検出装置。

【請求項8】

前記第１磁石（８０Ｂ）及び前記第２磁石（８０Ａ）が一体に構成された請求項１～７のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。

【請求項9】

第１面に前記第１検出部（１０Ｂ）が、前記第１面と反対側の第２面に前記第２検出部（１０Ａ）が各々実装される基板を有し、該基板は、前記第１検出部（１０Ｂ）が前記第１磁石（８０Ｂ）の磁束を、前記第２検出部（１０Ａ）が前記第２磁石（８０Ａ）の磁束を、各々検出可能なように、前記一体に構成された前記第１磁石（８０Ｂ）及び前記第２磁石（８０Ａ）の外周部の近くに設けられる請求項８に記載の回転角度検出装置。

【請求項10】

ロボット及び自動運転車が各々備えるアクチュエータの回転制御に用いられる請求項１～９のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。

【請求項11】

検出対象の回転に従って回転し、磁極が回転方向に沿って配列された第１磁石（８０Ｂ）の磁束の変化に応じて前記第１磁石（８０Ｂ）の磁極の原点位置を基準とした回転角度を検出する工程と、
前記第１磁石（８０Ｂ）よりも多い複数の磁極が前記回転方向に沿って配列され、前記第１磁石（８０Ｂ）との対応関係を保持した状態で回転する第２磁石（８０Ａ）の前記対応関係、及び前記第１磁石（８０Ｂ）の前記原点位置を基準とした磁極の回転角度に基づいて前記第２磁石（８０Ａ）の複数の磁極各々の位置を特定する工程と、
前記特定した前記第２磁石（８０Ａ）の複数の磁極各々の位置、及び前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化、及び前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化に基づいて導出される回転角度と理想角度との誤差を補正する補正値に基づいて、前記原点位置を基準とした前記第２磁石（８０Ａ）の複数の磁極各々の位置における前記補正値により補正された回転角度を絶対角として導出する工程と、
を含む回転角度の導出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機の出力軸の回転角度を検出する回転角度検出装置及び回転角度の導出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機の出力軸の回転角度を検出する回転角度検出装置として、回転軸と同軸に回転する永久磁石の磁束の変化に基づいて当該回転軸の回転角度を検出する磁気エンコーダ装置が知られている。磁気エンコーダ装置には、回転軸の回転開始時からの回転角度（相対角度）を検出するインクリメンタル方式と、定められた原点からの回転軸の位置（絶対角）を検出するアブソリュート方式とが存在する。磁気エンコーダ装置等の回転角度検出装置は、産業用ロボット及び各種産業用機械等に組み込まれ、産業用ロボット及び各種産業用機械等の制御装置は、回転角度検出装置が検出した回転電機の出力軸の回転角度の情報(現在値)と指令信号(目標値)とを比較して、目標値と現在値との偏差を解消するようなフィードバック制御を行う。かかる用途には、絶対角を検出するアブソリュート方式の磁気エンコーダ装置が適している。

【0003】

特許文献１と、特許文献２の各々には、アブソリュート方式の磁気エンコーダ装置の発明が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許５８４０３７４号公報

【特許文献2】特開２００１－４４０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アブソリュート方式の磁気エンコーダ装置は、高精度で絶対角を検出することが求められるが、回転軸と同軸に設けられた永久磁石、及び当該永久磁石の磁束を検出する回転角センサの位置ずれ等に起因する誤差が、磁気エンコーダ装置が出力する絶対角に含まれる場合がある。特許文献１に係る発明及び特許文献２に係る発明の各々は、絶対角の誤差の補正を考慮していないので、磁気エンコーダ装置が出力する絶対角の精度が担保され難いという問題があった。

【0006】

本発明は上記課題に鑑みて創作されたものであり、検出した絶対角の精度を担保できる回転角度検出装置及び回転角度の導出方法を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために本発明に係る回転角度検出装置は、検出対象の回転に従って回転し、磁極が回転方向に沿って配列された第１磁石（８０Ｂ）と、前記第１磁石（８０Ｂ）より多い複数の磁極が前記回転方向に沿って配列され、前記第１磁石（８０Ｂ）との対応関係を保持した状態で回転する第２磁石（８０Ａ）と、前記第１磁石（８０Ｂ）の回転に応じて変化する前記第１磁石（８０Ｂ）の磁束の変化を検出する第１検出部（１０Ｂ）と、前記第２磁石（８０Ａ）の回転に応じて変化する前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化を検出する第２検出部（１０Ａ）と、前記第１検出部（１０Ｂ）が検出した前記第１磁石（８０Ｂ）の磁束の変化に応じて定めた前記第１磁石（８０Ｂ）の磁極の原点位置を基準とした回転角度、前記対応関係に基づいて特定される前記第２磁石（８０Ａ）の複数の磁極各々の位置、前記第２検出部（１０Ａ）で検出した前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化、及び前記第２磁石（８０Ａ）の磁束の変化に基づいて導出される回転角度と理想角度との誤差を補正する補正値に基づいて、前記原点位置を基準とした前記第２磁石（８０Ａ）の複数の磁極各々の位置における前記補正値により補正された回転角度を絶対角として導出する回転角度導出部と、を含む。

【0008】

この様に構成することで、検出した絶対角の精度を担保できる回転角度検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（Ａ）は、第１実施形態に係る回転角度検出装置の構成の一例を回転軸方向から見た概略図であり、（Ｂ）は、第１実施形態に係る回転角度検出装置を回転軸の周方向から見た概略図である。

【図2】（Ａ）は、回転角センサのパッケージの一例を示した概略図であり、（Ｂ）は、回転角センサの構成の一例を示した概略図である。

【図3】（Ａ）は、回転角センサに含まれる磁束検出部の構成を示した概略図であり、（Ｂ）は、磁束検出部の出力波形を示した概略図である。

【図4】（Ａ）は、回転する１極対磁石の外周の回転方向の接線方向と平行に回転角センサを実装した場合を示した説明図であり、（Ｂ）は、回転する１極対磁石の磁束密度成分を示した説明図であり、（Ｃ）は、回転角センサの出力波形を示した概略図である。

【図5】（Ａ）は、回転する多極対磁石の外周の回転方向の接線方向と平行に回転角センサを実装した場合を示した説明図であり、（Ｂ）は、回転する多極対磁石の磁束密度成分を示した説明図であり、（Ｃ）は、回転角センサの出力波形を示した概略図である。

【図6】第１実施形態に係る回転角度検出装置の絶対角検出の処理の一例を示したフローチャートである。

【図7】（Ａ）は、多極対磁石が５極対（１０極）の場合の１の磁極の電気角の算出を示した説明図であり、（Ｂ）は、複数の磁極の各々の電気角算出の説明図である。

【図8】補正値の設定処理の一例を示したフローチャートである。

【図9】（Ａ）は、理想角度、角度誤差及び検出角度の一例を示した概略図であり、（Ｂ）は、角度誤差マップの一例であり、（Ｃ）は、角度誤差マップを用いた機械角の補正の一態様を示した説明図である。

【図10】マップ点数及び機械角度誤差の範囲を各々決定する際の説明図である。

【図11】第２実施形態に係る回転角度検出装置を回転軸の周方向から見た概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［第１実施形態］
以下、本実施形態を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に係る回転角度検出装置１００の構成の一例を回転軸６０方向から見た概略図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態に係る回転角度検出装置１００を回転軸６０の周方向から見た概略図である。図１（Ａ）、（Ｂ）に各々示したように、本実施形態に係る回転角度検出装置１００は、回転角度の検出対象である回転軸６０と同軸に設けられ、回転軸６０と共に回転可能な永久磁石８０と、永久磁石８０の周方向に配設された基板８４上に実装された回転角センサ１０Ａ、１０Ｂとを含む。

【0011】

図１（Ｂ）に示したように、永久磁石８０は、Ｓ極及びＮ極が複数対存在する多極対磁石８０Ａと、Ｓ極及びＮ極が１対存在する１極対磁石８０Ｂとを含む。多極対磁石８０Ａ及び１極対磁石８０Ｂは、一例として、円柱状をした１つの磁性体の周方向の面に面着磁を行って生成される。

【0012】

基板８４の一方の面には、回転角センサ１０Ａが、基板８４の他方の面には、回転角センサ１０Ｂが各々実装されている。回転角センサ１０Ａは、多極対磁石８０Ａの磁束を、回転角センサ１０Ｂは、１極対磁石８０Ｂの磁束を、各々検出する。回転角センサ１０Ａ及び回転角センサ１０Ｂの各々が、多極対磁石８０Ａ及び１極対磁石８０Ｂの各々の磁束を検出して出力する電気信号は、基板８４に実装されたマイコン等の制御装置（図示せず）に入力される。制御装置は回転角センサ１０Ａ及び回転角センサ１０Ｂの各々が出力した電気信号に基づいて回転軸の回転角を導出する。本実施形態において、制御装置は、回転角センサ１０Ｂが検出した１極対磁石８０Ｂの磁束の変化に応じて定めた１極対磁石８０Ｂの磁極の原点位置を基準とした回転角度、当該対応関係に基づいて特定される多極対磁石８０Ａの複数の磁極各々の位置、回転角センサ１０Ａで検出した多極対磁石８０Ａの磁束の変化、及び多極対磁石８０Ａの磁束の変化に基づいて導出される回転角度と理想角度との誤差を補正する補正値に基づいて、原点位置を基準とした多極対磁石８０Ａの複数の磁極各々の位置における補正された回転角度を絶対角として導出する回転角度導出部と、して機能する。

【0013】

図２（Ａ）は、回転角センサ１０Ａのパッケージの一例を示した概略図であり、図２（Ｂ）は、回転角センサ１０Ａの構成の一例を示した概略図である。以下、回転角センサ１０Ｂは、回転角センサ１０Ａと同様の構成を有するので、本実施形態では回転角センサ１０Ａの構成を説明し、回転角センサ１０Ｂの説明は省略する。

【0014】

図２（Ａ）、（Ｂ）に示したように、回転角センサ１０Ａはパッケージ内に磁束検出部２０Ａ１、及び磁束検出部２０Ａ２の複数の磁束検出部を含む。

【0015】

図３（Ａ）は、回転角センサ１０Ａに含まれる磁束検出部２０Ａ１、２０Ａ２の構成を示した概略図であり、図３（Ｂ）は、磁束検出部２０Ａ１、２０Ａ２の出力波形７０、７２を示した概略図である。

【0016】

図３（Ａ）に示したように、磁束検出部２０Ａ１、２０Ａ２は、一例としてＭＲ（磁気抵抗）素子で構成されている。磁束検出部２０Ａ１、２０Ａ２は、４つの抵抗がブリッジ状に配置されたホイートストンブリッジの一種であり、電圧Ｖｃｃが印加された状態で、磁束を受けると各々の抵抗の抵抗値が変化する。その結果、磁束検出部２０Ａ１は、端子Ｓｉｎ＋、Ｓｉｎ－から電圧が正弦波状に変化する出力波形７０を有する電気信号を出力し、磁束検出部２０Ａ２は、端子Ｃｏｓ＋、Ｃｏｓ－から出力波形７０とは異なる位相で電圧が変化する出力波形７２を有する電気信号を出力する。本実施形態では、回転角センサ１０Ａは、多極対磁石８０Ａの磁束を検出するので、出力波形７０、７２は図５（Ｃ）に示したように、多極対磁石８０Ａの極対数に応じた態様となるが、図３（Ｂ）では、所定の位相差を有する出力波形７０、７２の説明を容易にすべく、典型的な正弦波状の出力波形を例示している。

【0017】

出力波形７０と出力波形７２との位相差は、磁束検出部２０Ａ１、２０Ａ２の実装位置による。図３（Ａ）に示したように、磁束検出部２０Ａ２を、磁束を受ける向きが、磁束検出部２０Ａ１とは９０度異なる位置に実装すると、出力波形７０が正弦波状であれば、出力波形７２は余弦波状となる。

【0018】

出力波形７０と出力波形７２との位相差が９０度であれば、出力波形７０と出力波形７２とから回転軸６０の回転角度の正接（ｔａｎ）が求められる。さらに、逆正接関数（ａｒｃｔａｎ）で正接の値を処理すれば、回転角度が導出される。

【0019】

本実施形態では、磁束検出部２０Ａ１、２０Ａ２はＭＲ素子を採用したが、ホール素子等の他の磁気検出素子を用いてもよい。

【0020】

図４（Ａ）は、回転する１極対磁石８０Ｂの外周の回転方向の接線方向と平行に回転角センサ１０Ｂを実装した場合を示した説明図であり、図４（Ｂ）は、回転する１極対磁石８０Ｂの磁束８８の密度成分を示した説明図であり、図４（Ｃ）は、回転角センサ１０Ｂの出力波形７４、７６を示した概略図である。図４（Ａ）では、円柱状を呈する１極対磁石８０Ｂの外周からギャップΔｄ外側に設けられたセンサ配置領域８２に２つの磁束検出部を含む回転角センサ１０Ｂのパッケージが実装される。その結果、２つの磁束検出部は、１極対磁石８０Ｂの外周の接線に平行な状態で各々実装される。

【0021】

図４（Ａ）に示したように、回転する磁石の接線方向と平行に回転角センサ１０Ｂを実装する場合をｏｆｆ－ａｘｉｓと称する

【0022】

ｏｆｆ－ａｘｉｓでは、一例として、回転角センサ１０Ｂの１の磁束検出部を１極対磁石８０Ｂの法線方向Ｂ（Ｒ）において、磁束密度波形が理想正弦波に近い状態となる位置に実装する。また、回転角センサ１０Ｂの他の磁束検出部を１極対磁石８０Ｂの接線方向Ｂ（θ）において、磁束密度波形が理想正弦波に近い状態となる位置に実装する。法線方向Ｂ（Ｒ）と接線方向Ｂ（θ）が互いに９０度ずれているのであれば、例えば、出力波形７４は正弦波状になり、出力波形７６は余弦波状となる。

【0023】

図４（Ａ）に示した場合と異なり、回転する磁石の軸方向に回転角センサを実装する場合をｏｎ－ａｘｉｓと称する。ｏｎ－ａｘｉｓでは、図４（Ｃ）に示したｏｆｆ－ａｘｉｓの出力波形７４、７６よりも、正弦波と余弦波の各々の振幅が略同等の出力波形が得られるが、回転角センサを出力軸の軸線上に実装することを要する。しかしながら、ステッピングモータ等の回転電機では、回転軸内には、各種のケーブル等を配設する場合があるので、かかる場合には回転角センサをｏｎ－ａｘｉｓで実装することが困難となる。

【0024】

本実施形態では、回転角センサ１０Ｂ、及び後述する回転角センサ１０Ａをｏｆｆ－ａｘｉｓで実装することにより、回転軸６０の内部への各種のケーブル等の配設を可能にしている。

【0025】

図５（Ａ）は、回転する多極対磁石８０Ａの外周の回転方向の接線方向と平行に回転角センサ１０Ａを実装した場合を示した説明図であり、図５（Ｂ）は、回転する多極対磁石８０Ａの磁束８６の密度成分を示した説明図であり、図５（Ｃ）は、回転角センサ１０Ａの出力波形７０、７２を示した概略図である。図５（Ａ）では、図４（Ａ）と同様に、円柱状を呈する多極対磁石８０Ａの外周からギャップΔｄ外側に設けられたセンサ配置領域８２に２つの磁束検出部を含む回転角センサ１０Ａのパッケージが実装される。その結果、２つの磁束検出部は、多極対磁石８０Ａの外周の接線に平行な状態で各々実装される。

【0026】

図５（Ａ）に示したように、回転角センサ１０Ａは、回転角センサ１０Ｂと同様に、ｏｆｆ－ａｘｉｓの状態で実装される。

【0027】

回転角センサ１０Ａの磁束検出部２０Ａ１は、回転角センサ１０Ｂの場合と同様に、多極対磁石８０Ａの法線方向Ｂ（Ｒ）において、磁束密度波形が理想正弦波に近い状態となる位置に実装する。また、回転角センサ１０Ａの磁束検出部２０Ａ２を多極対磁石８０Ａの接線方向Ｂ（θ）において、磁束密度波形が理想正弦波に近い状態となる位置に実装する。法線方向Ｂ（Ｒ）と接線方向Ｂ（θ）が互いに９０度ずれているのであれば、例えば、出力波形７０は正弦波状になり、出力波形７２は余弦波状となる。

【0028】

図６は、本実施形態に係る回転角度検出装置１００の絶対角検出の処理の一例を示したフローチャートである。図６に示した処理は、回転電機等による回転軸６０の回転開始と共に開始される。より具体的には、上位の制御装置（図示せず）から基板８４上の制御装置に、回転軸に直結している回転電機等の機器を作動させる信号が入力されると処理が開始され、ステップ１００で、１極対磁石８０Ｂの機械角度を算出する。１極対磁石８０Ｂの機械角度は、一例として、予め定められた原点に対する１極対磁石８０Ｂの磁極（Ｓ極又はＮ極、以下同）の位置である。前述のように、本実施形態では、図４（Ｃ）に示したような、正弦波状になる出力波形７４と、余弦波状になる出力波形７６とから回転角度の正接（ｔａｎ）が求められ、さらに、逆正接関数（ａｒｃｔａｎ）で回転角度を導出する。予め定められた原点は、例えば、基板８４において回転角センサ１０Ｂが実装される位置であるが、それ以外の基板８４上の位置でもよい。

【0029】

ステップ１０２では、多極対磁石８０Ａの各々の磁極の位置を特定する。図１（Ｂ）に示したように、本実施形態では、１極対磁石８０Ｂと多極対磁石８０Ａとが一体で構成されているので、ステップ１００で１極対磁石８０Ｂの磁極の位置が特定できれば、多極対磁石８０Ａの各々の磁極の位置が特定できる。

【0030】

ステップ１０４では、多極対磁石８０Ａの磁極の電気角を算出する。多極対磁石８０Ａの磁極の電気角は、図５（Ｃ）に示したような、正弦波状になる出力波形７０と、余弦波状になる出力波形７２とから回転角度の正接（ｔａｎ）が求められ。さらに、逆正接関数（ａｒｃｔａｎ）で回転角度を導出する。図７（Ａ）は、多極対磁石８０Ａが５極対（１０極）の場合の磁極Ｐ１の電気角θ₁の算出を示した説明図である。図７（Ａ）及び後述する図７（Ｂ）では、永久磁石８０は、矢印方向に回転している。

【0031】

図７（Ａ）では、予め定められた原点を回転角センサ１０Ｂが実装された位置に一致する回転角センサ１０Ａの実装位置としているが、原点は、それ以外の基板８４上の位置でもよい。図７（Ａ）で、電気角θ₁は、回転軸６０の機械角のように見えるが、便宜上の表現であり、実際のθ₁は、磁極Ｐ１と磁極Ｐ１に隣接する磁極Ｐ５との間で０～３６０度の値を示す。

【0032】

ステップ１０６では、磁極Ｐ１の電気角に、極対数に対応した電気角を加算して、磁極Ｐ２～Ｐ５の各々の電気角を算出する。図７（Ｂ）は、磁極Ｐ２～Ｐ５の各々の電気角算出の説明図である。磁極Ｐ２の電気角は、θ₁＋３６０、磁極Ｐ３の電気角は、θ₁＋２×３６０、磁極Ｐ４の電気角は、θ₁＋３×３６０、そして磁極Ｐ５の電気角は、θ₁＋４×３６０となる。多極対磁石８０Ａの極対数をＮで、多極対磁石８０ＡがＰ１、Ｐ２、…、ＰＮの磁極を有する場合、磁極Ｐｎ（ｎ＝１、２、…、Ｎ）の電気角は、下記の式で算出される。
磁極Ｐｎの電気角＝（磁極Ｐ１の電気角）＋３６０×（ｎ－１）

【0033】

ステップ１０８では、各々の磁極の電気角を機械角に変換する。具体的には、ステップ１０６で算出した各々の磁極の電気角を多極対磁石８０Ａの極対数で除算して機械角を算出する。図７（Ｂ）は多極対磁石８０Ａの極対数が５なので、磁極Ｐ１～Ｐ５の各々の電気角を５で除算する。

【0034】

ステップ１１０では、予め設定されている補正値を用いて、ステップ１１８で算出した機械角を補正する。補正値の設定と、当該補正値の検出値への適用については、後述する。

【0035】

ステップ１１２では、回転軸６０の絶対角を算出する。絶対角は、予め定められた原点と、回転軸６０の定位置との角度である。前述のように、原点を回転角センサ１０Ａ、１０Ｂが実装された位置とし、回転軸６０の定位置を、例えば、磁極Ｐ１～Ｐ５のいずれかに対応する回転軸の位置とすれば、回転軸６０定位置と対応関係にある磁極Ｐ１～Ｐ５のいずれかの補正済み機械角が絶対角となる。

【0036】

また、原点が、基板８４において回転角センサ１０Ａ、１０Ｂが実装された位置以外の基板８４上の位置であり、回転軸６０の定位置が磁極Ｐ１～Ｐ５のいずれかと対応しない場合は、回転角センサ１０Ａ、１０Ｂが実装された位置と当該原点との角度、及び磁極Ｐ１～Ｐ５のいずれかと当該定位置との角度に基づいて、磁極Ｐ１～Ｐ５のいずれかの補正済み機械角から算出する。

【0037】

ステップ１１４では、回転軸６０の回転が停止されるか否かを判定する。具体的には、上位の制御装置から基板８４上の制御装置に、回転軸に直結している回転電機等の機器を停止させる信号が入力されると、回転軸６０の回転が停止されると判定する。ステップ１１４で、回転軸６０の回転が停止されると判定した場合は処理を終了し、回転軸６０の回転が停止されないと判定した場合は、手順をステップ１０４に移行して、ステップ１０４～１１２の手順を繰り返す。

【0038】

以下、図６のステップ１１０で用いた補正値の設定について説明する。本実施形態では、補正値は、回転角度検出装置１００の個体毎に設定すると共に、各個体の多極対磁石８０Ａの各々の磁極毎に個別に設定する。

【0039】

図８は、補正値の設定処理の一例を示したフローチャートである。ステップ２００では、回転軸６０を１回転させて理想角度、角度誤差及び検出角度の各々を算出する。

【0040】

図９（Ａ）は、理想角度、角度誤差及び検出角度の一例を示した概略図である。図９（Ａ）に示したように、理想角度、角度誤差及び検出角度の算出に際しては、機械角度誤差点数を予め設定する。一例として、図９（Ａ）で機械角度誤差点数は５００であるが、機械角度誤差点数は、回転角度検出装置１００における絶対角の分解能と同等以上の細かさで設定する。図９（Ａ）では、回転角度誤差点数に応じて、ｉｎｄｅｘが０から４９９まで設定される。

【0041】

理想角度は、機械角度誤差点数とｉｎｄｅｘの値とで下記の式によって算出される。
理想角度＝ｉｎｄｅｘ×３６０/機械角度誤差点数

【0042】

図９（Ａ）の検出角度は、回転軸６０を１回転させた際に、図６のステップ１００～１０８の手順を実行して算出する。そして、機械角度誤差は、検出角度から理想角度を減算して得られる値である。

【0043】

ステップ２０２では、補正値を記した角度誤差マップに記載する補正値の点数であるマップ点数を決定する。図１０は、マップ点数及び機械角度誤差の範囲を各々決定する際の説明図である。マップ点数は、回転角度検出装置１００において要求される分解能と、角度誤差マップを記憶するメモリ容量とから決定する。図１０では、一例として、マップ点数を８ビット（２⁸＝２５６）とし、３６０度を８ビットで分割することにより、回転角度検出装置１００の分解能に相当する１．４度の単位検出角度を算出している。

【0044】

また、機械角度誤差の範囲は、一例として、図１０の縦軸を１バイトである８ビットで分割することを想定すると共に、３６０度を２バイトである１６ビット（２¹⁶＝６５５３６）で分割して、５．４９×１０^-3の単位機械角度誤差を得る。そして、一例として、縦軸の正方向に１２７個、縦軸の０に１個、縦軸の負方向に１２８個の機械角度誤差の区分を設定することにより、－０．７０３度から０．６９８度の機械角度誤差範囲を設定する。

【0045】

ステップ２０４では、決定したマップ点数に応じて、検出角度と補正値とを角度誤差マップにマッピングして、処理を終了する。

【0046】

図９（Ｂ）は、決定したマップ点数に応じて検出角度及び補正値をマッピングした角度誤差マップの一例である。図９（Ｂ）の角度誤差マップのマップ点数は２５６なので、ｉｎｄｅｘが０から２５５まで設定されると共に、検出角度が前述の単位検出角度刻みで０から３５８．６（≒３６０）まで設定される。従って、角度誤差マップの検出角度は、マップ点数とｉｎｄｅｘの値とで下記の式によって算出される。下記の式の右辺の３６０/マップ点数は、前述の単位検出角度を示している。
検出角度＝ｉｎｄｅｘ×３６０/マップ点数

【0047】

図９（Ｂ）の補正値は、図９（Ａ）の機械角度誤差に基づいて算出するが、図９（Ａ）は機械角度誤差点数が５００だが、図９（Ｂ）の角度誤差マップのマップ点数は２５６なので、図９（Ｂ）の検出角度に最も近い図９（Ａ）の検出角度を２つ選択（換言すれば、最も近い図９（Ａ）の検出角度と、２番目に近い図９（Ａ）の検出角度を選択）し、選択した２つの検出角度に対応する機械角度誤差を線形補間して補正値を算出する。例えば、図９（Ｂ）の検出角度１．４度に最も近い図９（Ａ）の検出角度は１．１５度と１．８８度とであるから、検出角度１．１５度に対応した機械角度誤差０．４３と、検出角度１．８８度に対応した機械角度誤差０．４４とを線形補間して補正値０．４３を得る。

【0048】

以下同様に、図９（Ｂ）の検出角度に最も近い図９（Ａ）の検出角度を２つ選択し、選択した２つの検出角度に対応する機械角度誤差を線形補間して補正値を算出することにより、角度誤差マップの補正値をマッピングする。マッピングが完了した角度誤差マップは、基板８４等に実装された記憶部（図示せず）に記憶する。又は上位の制御装置の記憶部に記憶し、回転角度の補正を要する場合に基板８４等に実装された記憶部に上位の制御装置からダウンロードして回転角度の補正に供してもよい。

【0049】

図９（Ｃ）は、図６のステップ１１０における角度誤差マップを用いた機械角の補正の一態様を示している。図６のステップ１０８で算出した機械角の検出値は、角度誤差マップの１．４度の単位検出角度刻みにはならないので、検出値に最も近い角度誤差マップの検出角度を２つ選択（換言すれば、最も近い図９（Ｃ）の検出角度と、２番目に近い図９（Ｃ）の検出角度を選択）し、選択した２つの検出角度に対応する補正値を線形補間して検出値に対応した補正値を算出する。例えば、検出値が２度の場合、２度に最も近い角度誤差マップの検出角度は１．４度と２．８度とであるから、角度誤差マップの検出角度１．４度に対応した補正値０．４３と、角度誤差マップの検出角度２．８度に対応した補正値０．４５とを線形補間して補正値０．４４を得る。

【0050】

図６のステップ１１０では、ステップ１０８で算出した機械角から、線形補間して得た補正値を減算することによって角度を補正する。

【0051】

本実施形態では、図９（Ｃ）に示したように、補正値の線形補間を行ったが、これに限定されない。マップ点数が２５６よりも十分に多い場合は、補正値の線形補間を行わずに、検出値に最も近い角度誤差マップの検出角度を１つ選択し、選択した１つの検出角度に対応する補正値を検出値に適用してもよい。

【0052】

以上説明したように、本実施形態によれば、予め設定した補正値で、検出値である機械角を補正することにより、検出した絶対角の精度を担保できる回転角度検出装置及び回転角度の導出方法を得ることができる。

【0053】

本実施形態では、補正値を、回転角度検出装置１００の個体毎に設定する。また、絶対角は多極対磁石８０Ａの磁束の変化に基づいて算出するので、各個体の補正値は、０度から３６０度まで所定の差で等差に並んだ理想角度と、回転軸６０を１回転させて得た検出角度との差分に基づいて多極対磁石８０Ａの各々の磁極毎に個別に設定する。

【0054】

設定した補正値は連続値ではなく離散的な値なので、回転角度検出装置１００で検出した機械角（検出値）とは完全に一致しない。本実施形態では、検出値に最も近い２つの補正値を選択し、当該２つの補正値を線形補間して得た補正値で検出値を補正することにより、回転軸６０の絶対角を高精度で得ることができる。

【0055】

回転軸６０の絶対角を高精度で導出可能な本実施形態に係る回転角度検出装置１００によれば、ロボット及び自動運転車が各々備えるアクチュエータの回転制御を的確に実行することが可能となる。

【0056】

［第２実施形態］
続いて第２実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と相違する構成については第１実施形態と異なる符号を付して説明するが、第１実施形態と同じ構成については、第１実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

【0057】

図１１は、本実施形態に係る回転角度検出装置１００を回転軸６０の周方向から見た概略図である。図１１に示したように、本実施形態では、第１実施形態では一体に構成されていた１極対磁石８０Ｂと多極対磁石８０Ａとの各々を独立した構成としている。

【0058】

１極対磁石８０Ｂと多極対磁石８０Ａとの各々は、回転軸６０に同軸で設けられ、互いの磁極の位置関係を維持した状態で回転軸６０と共に回転可能に構成されている。基板８４Ａには多極対磁石８０Ａの磁束を検出する回転角センサ１０Ａが、基板８４Ｂには１極対磁石８０Ｂの磁束を検出する回転角センサ１０Ｂが、各々実装されている。

【0059】

１極対磁石８０Ｂと多極対磁石８０Ａとの各々を独立した構成とすることにより、第１実施形態のように、１極対磁石８０Ｂと多極対磁石８０Ａとを一体とした構成よりも着磁を容易かつ確実に行うことができ、各々確実に着磁された１極対磁石８０Ｂ及び多極対磁石８０Ａの各々の磁束を検出することにより、回転軸６０の絶対角を高精度で導出することが可能となる。

【0060】

第１実施形態、及び第２実施形態では、マイコンがソフトウェア（プログラム）により、図６に示したような処理を実行することを想定しているが、マイコン以外の各種のプロセッサが図６に示したような処理を実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

【符号の説明】

【0061】

１０Ａ、１０Ｂ 回転角センサ、２０Ａ１、２０Ａ２ 磁束検出部、６０ 回転軸、８０ 永久磁石、８０Ａ 多極対磁石、８０Ｂ １極対磁石、８４ 基板、１００ 回転角度検出装置、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５ 磁極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】