特許 7067968 回転角度センサシステムおよび半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-06

(45)【発行日】2022-05-16

(54)【発明の名称】回転角度センサシステムおよび半導体装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/20 20060101AFI20220509BHJP

【ＦＩ】

G01D5/20 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018043816

(22)【出願日】2018-03-12

(65)【公開番号】P2019158490

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2020-08-07

(73)【特許権者】

【識別番号】302062931

【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池永 佳史

(72)【発明者】

【氏名】廣島 茜

【審査官】菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－３１６２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／１３９３３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１９７２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５４４４３６８（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０７４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５２２５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／２０－５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸倍角が２以上の整数であり、第１の極および第２の極を備えるロータと、検出コイルが巻かれる突極を複数備えるステータとを有する回転角度センサと、
前記複数の検出コイルからの検出信号を合成することで、前記ロータの回転角度のサイン成分を表す第１の合成検出信号と、コサイン成分を表す第２の合成検出信号とを生成する合成回路と、
を有する回転角度センサシステムであって、
前記合成回路が前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号のいずれか一方を生成する際に合成対象とする前記検出コイルは、前記第１の極を基準に第１の電気角で設置される第１の検出コイルと、前記第２の極を基準に前記第１の電気角とは異なる第２の電気角で設置される第２の検出コイルとを含み、前記第２の極を基準に前記第１の電気角で設置される検出コイルを含まず、
前記軸倍角は２であり、
前記ステータは、７２°の機械角間隔で順に設置される第１の突極、第２の突極、第３の突極、第４の突極、第５の突極を有し、
前記合成回路は、前記第１の突極と前記第３の突極と前記第４の突極にそれぞれ巻かれる前記検出コイルからの検出信号を合成することで、前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号の一方を生成し、前記第２の突極と前記第５の突極にそれぞれ巻かれる前記検出コイルからの検出信号を合成することで、前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号の他方を生成する、
回転角度センサシステム。

【請求項2】

軸倍角が２以上の整数であり、第１の極および第２の極を備えるロータと、検出コイルが巻かれる突極を複数備えるステータとを有する回転角度センサと、
前記複数の検出コイルからの検出信号を合成することで、前記ロータの回転角度のサイン成分を表す第１の合成検出信号と、コサイン成分を表す第２の合成検出信号とを生成する合成回路と、
を有する回転角度センサシステムであって、
前記合成回路が前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号のいずれか一方を生成する際に合成対象とする前記検出コイルは、前記第１の極を基準に第１の電気角で設置される第１の検出コイルと、前記第２の極を基準に前記第１の電気角とは異なる第２の電気角で設置される第２の検出コイルとを含み、前記第２の極を基準に前記第１の電気角で設置される検出コイルを含まず、
前記軸倍角は２であり、
前記ステータは、
第１の突極と、
前記第１の突極を基準に機械角１３５°離れた位置に設置される第２の突極と、
前記第１の突極を基準に機械角４５°離れた位置に設置される第３の突極と、
前記第３の突極を基準に機械角１３５°離れた位置に設置される第４の突極と、
を有し、
前記合成回路は、前記第１の突極と前記第２の突極にそれぞれ巻かれる前記検出コイルからの検出信号を合成することで、前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号の一方を生成し、前記第３の突極と前記第４の突極にそれぞれ巻かれる前記検出コイルからの検出信号を合成することで、前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号の他方を生成する、
回転角度センサシステム。

【請求項3】

軸倍角が２以上の整数であり、第１の極および第２の極を備えるロータと、検出コイルが巻かれる突極を複数備えるステータとを有する回転角度センサと、
前記複数の検出コイルからの検出信号を合成することで、前記ロータの回転角度のサイン成分を表す第１の合成検出信号と、コサイン成分を表す第２の合成検出信号とを生成する合成回路と、
を有する回転角度センサシステムであって、
前記合成回路が前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号のいずれか一方を生成する際に合成対象とする前記検出コイルは、前記第１の極を基準に第１の電気角で設置される第１の検出コイルと、前記第２の極を基準に前記第１の電気角とは異なる第２の電気角で設置される第２の検出コイルとを含み、前記第２の極を基準に前記第１の電気角で設置される検出コイルを含まず、
前記軸倍角は３であり、
前記ステータは、
第１の突極と、
前記第１の突極を基準に機械角１４０°離れた位置に設置される第２の突極と、
前記第２の突極を基準に機械角１４０°離れた位置に設置される第３の突極と、
前記第１の突極を基準に機械角３０°離れた位置に設置される第４の突極と、
前記第４の突極を基準に機械角１４０°離れた位置に設置される第５の突極と、
前記第５の突極を基準に機械角１４０°離れた位置に設置される第６の突極と、
を有し、
前記合成回路は、前記第１の突極と前記第２の突極と前記第３の突極にそれぞれ巻かれる前記検出コイルからの検出信号を合成することで、前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号の一方を生成し、前記第４の突極と前記第５の突極と前記第６の突極にそれぞれ巻かれる前記検出コイルからの検出信号を合成することで、前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号の他方を生成する、
回転角度センサシステム。

【請求項4】

軸倍角が２以上の整数である回転角度センサからの検出信号を処理する半導体装置であって、
前記回転角度センサは、
第１の極および第２の極を備えるロータと、
検出コイルが巻かれる突極を複数備えるステータと、
を有し、
前記半導体装置は、前記複数の検出コイルからの検出信号を合成することで前記ロータの回転角度のサイン成分を表す第１の合成検出信号と、コサイン成分を表す第２の合成検出信号とを生成する合成回路を有し、
前記合成回路が前記第１の合成検出信号または前記第２の合成検出信号のいずれか一方を生成する際に合成対象とする前記検出コイルは、前記第１の極を基準に第１の電気角で設置される第１の検出コイルと、前記第２の極を基準に前記第１の電気角とは異なる第２の電気角で設置される第２の検出コイルとを含み、前記第２の極を基準に前記第１の電気角で設置される検出コイルを含まず、
前記合成回路は、
増幅率を個別に可変設定可能な複数の可変増幅器と、
第１の加算器および第２の加算器と、
選択信号に応じて、前記複数の可変増幅器からの各出力信号の一部を前記第１の加算器へ伝送し、前記複数の可変増幅器からの各出力信号の他の一部を前記第２の加算器へ伝送する選択回路と、
を有し、
前記第１の加算器は、前記選択回路からの前記各出力信号の一部を加算することで前記第１の合成検出信号を生成し、
前記第２の加算器は、前記選択回路からの前記各出力信号の他の一部を加算することで前記第２の合成検出信号を生成し、
前記第１の検出コイルの巻線数と前記第２の検出コイルの巻線数は同じであり、
前記複数の可変増幅器の前記増幅率は、前記第１の電気角と前記第２の電気角との差を反映して定められる、
半導体装置。

【請求項5】

請求項４記載の半導体装置において、
前記軸倍角は２であり、
前記第１の電気角と前記第２の電気角との差は、７２°である、
半導体装置。

【請求項6】

請求項４記載の半導体装置において、
前記軸倍角は２であり、
前記第１の電気角と前記第２の電気角との差は、９０°である、
半導体装置。

【請求項7】

請求項４記載の半導体装置において、
前記複数の可変増幅器の少なくとも一つは、
複数の抵抗素子と、
前記複数の抵抗素子の抵抗値によって定められる増幅率で増幅動作を行うオペアンプ回路と、
前記複数の抵抗素子の中の一つの抵抗素子の両端に結合され、ＰＷＭ信号に応じてオン・オフが制御されるスイッチ素子と、
を有する、
半導体装置。

【請求項8】

請求項４記載の半導体装置において、
さらに、前記合成回路からの前記第１の合成検出信号に含まれる励磁信号の位相を基準に、前記第２の合成検出信号に含まれる励磁信号の位相を９０°シフトさせ、当該シフト後の２個の信号を加算する変換回路を有する、
半導体装置。

【請求項9】

請求項４記載の半導体装置において、
さらに、前記複数の検出コイルからの検出信号をデジタル変換するアナログデジタル変換器を有し、
前記合成回路内の前記複数の可変増幅器は、前記アナログデジタル変換器からのデジタル値を入力とするデジタル回路で構成される、
半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転角度センサシステムおよび半導体装置に関し、例えば、可変リラクタンス（ＶＲ）型のレゾルバおよびレゾルバデジタル変換器の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、軸倍角（ロータの極対数）が３で、ステータの突極数が１２の可変リラクタンス（ＶＲ）型のレゾルバが示される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】「可変リラクタンス（ＶＲ）型レゾルバの開発」、航空電子技報、Ｎｏ．２９、２００６年３月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、非特許文献１に示されるように、ステータに検出コイルが巻かれた突極を設置し、ロータの極とステータの突極との距離がロータの回転に伴い変化する（その結果、リラクタンスが変化する）ことを利用して回転角度を検出する可変リラクタンス（ＶＲ）型のレゾルバ（回転角度センサ）が知られている。このような回転角度センサでは、回転角度の検出誤差の要因として、主に、突極の位置ズレや、ロータ軸の偏心等が挙げられる。

【0005】

ここで、非特許文献１のように、軸倍角が３、ステータの突極数が１２の回転角度センサは、ロータの各極を基準に電気角が等しくなる位置に各突極が設置されるような対称構造となる。例えば、ロータのある極を基準に、ある電気角で突極（および検出コイル）が設置されていれば、ロータの別の極を基準に、同じ電気角で別の突極が設置されることになる。この場合、例えば、この２個の検出コイルからの検出信号を合成することで、検出誤差を平均化することができる。

【0006】

一方、突極の位置ズレに対する感度（検出コイルからの検出信号のズレ量）は、電気角に応じて適宜変化し得る。このため、非特許文献１のような対称構造を用いる場合、ロータのある極を基準に、最大の感度となる電気角に突極（および検出コイル）が設置されていれば、ロータの別の極を基準に、最大の感度となる電気角に別の突極が設置されることになる。その結果、例えば、この２個の突極に位置ズレが生じた場合、最大のズレ量を持つ２個の検出信号を合成するような事態が生じ、回転角度センサ全体としての検出誤差の最大値が大きくなる恐れがある。

【0007】

後述する実施の形態は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施の形態による回転角度センサシステムは、回転角度センサと、合成回路とを有する。回転角度センサは、軸倍角が２以上の整数であり、第１および第２の極を備えるロータと、検出コイルが巻かれる突極を複数備えるステータとを有する。合成回路は、複数の検出コイルからの検出信号を合成することで、ロータの回転角度のサイン成分およびコサイン成分を表す第１および第２の合成検出信号を生成する。ここで、合成回路が第１または第２の合成検出信号のいずれか一方を生成する際に合成対象とする検出コイルは、第１の極を基準に第１の電気角で設置される第１の検出コイルと、第２の極を基準に第１の電気角とは異なる第２の電気角で設置される第２の検出コイルとを含み、第２の極を基準に第１の電気角で設置される検出コイルを含まない。

【発明の効果】

【0009】

前記一実施の形態によれば、回転角度の検出誤差を低減可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１による回転角度センサシステムの主要部の構成例を示す概略図である。

【図2】本発明の実施の形態１による回転角度センサシステムにおいて、図１の回転角度センサの構成例を示す概略図である。

【図3】図１におけるレゾルバデジタル変換器の構成例を示す概略図である。

【図4】図３における合成回路の構成例を示す概略図である。

【図5】図３のレゾルバデジタル変換器の概略的な動作例を示す波形図である。

【図6】図１を変形した回転角度センサシステムの主要部の構成例を示す概略図である。

【図7】（ａ）は、図２の回転角度センサにおけるある時刻での回転状態を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の回転状態での検出動作の一例を説明する図である。

【図8】（ａ）は、図７（ａ）とは異なる時刻での回転状態を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の回転状態での検出動作の一例を説明する図である。

【図9】図２の回転角度センサにおいて、ロータ軸の偏心が生じた場合の影響を説明する図である。

【図10】（ａ）は、軸倍角が２の回転角度センサにおいて、突極の設置角度と検出誤差との関係を検証した結果の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の補足図である。

【図11】本発明の実施の形態２による回転角度センサシステムにおいて、図１の回転角度センサ周りの構成例を示す概略図である。

【図12】（ａ）は、軸倍角が３の回転角度センサにおいて、突極の設置角度と検出誤差との関係を検証した結果の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の補足図である。

【図13】本発明の実施の形態２による回転角度センサシステムにおいて、図１１とは異なる回転角度センサ周りの構成例を示す概略図である。

【図14】本発明の実施の形態３による回転角度センサシステムの主要部の構成例を示す概略図である。

【図15】図１４における合成回路の構成例を示す概略図である。

【図16】図１５における可変増幅器の構成例を示す回路図である。

【図17】本発明の実施の形態４による回転角度センサシステムにおいて、図２の回転角度センサ内に含まれる各検出コイルの図２とは異なる構成例を示す模式図である。

【図18】（ａ）は、本発明の比較例となる回転角度センサの構成例、および、ある時刻での回転状態を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の回転状態での検出動作の一例を説明する図である。

【図19】（ａ）は、図１８（ａ）とは異なる時刻での回転状態を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の回転状態での検出動作の一例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

【0012】

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

【0013】

また、実施の形態の各機能ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳトランジスタ）等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような半導体基板上に形成される。

【0014】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0015】

（実施の形態１）
《回転角度センサシステムの概略》
図１は、本発明の実施の形態１による回転角度センサシステムの主要部の構成例を示す概略図である。図１に示す回転角度センサシステムは、モータＭＴと、ドライバＤＲＶと、回転角度センサ（レゾルバ）ＲＳＶと、フィルタＦＬＴと、レゾルバデジタル変換器ＲＤＣａと、制御装置となるマイクロコントローラＭＣＵとを有する。ドライバＤＲＶは、例えば、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）インバータ等を含み、マイクロコントローラＭＣＵからの３相のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗに応じて、モータＭＴの３相の駆動端子に駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを印加する。また、ドライバＤＲＶは、電流センサ（例えば、３相インバータ内の電流経路に挿入されるシャント抵抗等）を含み、当該電流センサによって各相に流れる電流に比例する電流センス電圧ＶＩＳを出力する。

【0016】

回転角度センサＲＳＶは、例えば、可変リラクタンス（ＶＲ）型のレゾルバであり、モータＭＴの回転軸に取り付けられ、モータＭＴの回転角度θを検出する。具体的には、回転角度センサＲＳＶは、外部からの励磁信号ＶＩＮ（例えば周波数５ｋＨｚのサイン信号）をモータＭＴの回転角度θに応じて変調することで複数（ここでは５本）の検出信号Ｖｘを出力する。レゾルバデジタル変換器（半導体装置）ＲＤＣａは、例えば、一つの半導体チップで構成され、検出信号Ｖｘを適宜処理することで、モータＭＴの回転角度θに応じた位相を持つ検出クロック信号ＣＫｄを生成する。

【0017】

マイクロコントローラＭＣＵは、例えば、一つの半導体チップで構成され、プロセッサ回路ＣＰＵと、タイマ回路ＴＭＲｍ，ＴＭＲｒ１，ＴＭＲｒ２と、アナログデジタル変換器ＡＤＣｉとを備える。タイマ回路ＴＭＲｒ１は、励磁信号ＶＩＮと同じ周波数で変化する励磁用クロック信号ＣＫｅを出力する。フィルタ（ロウパスフィルタ）ＦＬＴは、当該励磁用クロック信号ＣＫｅを入力として励磁信号ＶＩＮを出力する。タイマ回路ＴＭＲｒ２は、位相差検出回路ＰＨＤＥＴを備える。位相差検出回路ＰＨＤＥＴは、励磁用クロック信号ＣＫｅと検出クロック信号ＣＫｄとの位相差を所定の内部クロック信号（例えばＭＨｚオーダ以上）を用いてカウントする。

【0018】

アナログデジタル変換器ＡＤＣｉは、ドライバＤＲＶからの電流センス電圧ＶＩＳをデジタル変換する。プロセッサ回路ＣＰＵは、所定のプログラム処理によって実現される位置算出回路ＲＰＣＡＬ、速度算出回路ＲＳＣＡＬおよび電流指令回路ＩＣＭＤを備える。位置算出回路ＲＰＣＡＬは、位相差検出回路ＰＨＤＥＴからのカウント値に基づき、モータＭＴの回転角度θを算出する。速度算出回路ＲＳＣＡＬは、位置算出回路ＲＰＣＡＬからの回転角度θの変化率に基づきモータＭＴの回転速度を算出する。

【0019】

電流指令回路ＩＣＭＤは、モータＭＴの回転速度と目標回転速度との誤差を入力とするＰＩ(比例・積分)制御等によって電流指令値を算出し、当該電流指令値とアナログデジタル変換器ＡＤＣｉからのデジタル値（モータ電流の検出値に相当）との誤差を入力とするＰＩ制御等によってＰＷＭデューティ比を算出する。タイマ回路ＴＭＲｍは、ＰＷＭ信号生成回路であり、電流指令回路ＩＣＭＤからのＰＷＭデューティ比に基づくＰＷＭ信号ＰＷＭｕ，ＰＷＭｖ，ＰＷＭｗを生成する。

【0020】

《回転角度センサ（比較例）の構成および問題点》
図１８（ａ）は、本発明の比較例となる回転角度センサの構成例、および、ある時刻での回転状態を示す模式図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の回転状態での検出動作の一例を説明する図である。図１９（ａ）は、図１８（ａ）とは異なる時刻での回転状態を示す模式図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の回転状態での検出動作の一例を説明する図である。

【0021】

図１８（ａ）および図１９（ａ）に示す回転角度センサは、軸倍角が２であり、２個の極Ｐ１，Ｐ２を備えるロータＲＴａと、８個の突極ＳＰ１～ＳＰ８が設置されるステータＳＴ’とを備える。８個の突極ＳＰ１～ＳＰ８は、機械角４５°の間隔で順に設置される。８個の突極ＳＰ１～ＳＰ８には、それぞれ検出コイルが巻かれている。

【0022】

ロータＲＴａが回転すると、ロータＲＴａの各極Ｐ１，Ｐ２と、各突極ＳＰ１～ＳＰ８との距離が変化し、これに応じて各検出コイルのリラクタンス、ひいては検出信号の大きさが変化する。各突極ＳＰ１～ＳＰ８（例えばＳＰ１）からの検出信号（Ｖ１）は、ロータＲＴａの機械角１８０°の回転に対応して、電気角３６０°のサイン信号となる。また、隣接する突極からの検出信号は、電気角が９０°離れている。これにより、突極ＳＰ１の電気角は、突極ＳＰ５の電気角に等しくなり、同様に、突極ＳＰ２～ＳＰ４の電気角は、それぞれ、突極ＳＰ６～ＳＰ８の電気角に等しくなる。

【0023】

このように、図１８（ａ）および図１９（ａ）に示す回転角度センサは、ロータＲＴａの各極Ｐ１，Ｐ２を基準に電気角が等しくなる位置に各突極が設置されるような対称構造となる。例えば、ロータの極Ｐ１を基準に、ある電気角で突極（および検出コイル）ＳＰ１が設置されていれば、ロータの極Ｐ２を基準に、同じ電気角で別の突極ＳＰ５が設置されることになる。回転角度センサからの検出信号は、この電気角が等しい突極（検出コイル）ＳＰ１，ＳＰ５からの検出信号Ｖ１，Ｖ５を合成（加算）することで得られ、この合成検出信号に基づいて、ロータＲＴａの回転角度θのサイン成分またはコサイン成分の一方が算出される。

【0024】

図１８（ｂ）には、突極ＳＰ１の検出コイルからの検出信号Ｖ１と、突極ＳＰ５の検出コイルからの検出信号Ｖ５とが示される。検出信号Ｖ１と検出信号Ｖ５は、位置ズレ等の誤差要因が無ければ等しい波形となる。ここで、図１８（ａ）に示されるように、ロータＲＴａの回転角度θに応じてロータＲＴａの極Ｐ１，Ｐ２と突極ＳＰ１，ＳＰ５との距離が最短となる場合、図１８（ｂ）に示されるように、例えば、検出信号Ｖ１のピーク値と検出信号Ｖ５のピーク値とを加算するような処理が行われる。このピーク値付近の電気角は、突極の位置ズレに対する感度が小さい電気角となる。このため、仮に、突極ＳＰ１や突極ＳＰ５に位置ズレが生じた場合でも（すなわち、検出信号Ｖ１，Ｖ５が電気角方向に若干シフトした場合でも）、検出信号Ｖ１，Ｖ５のズレ量は、さほど大きくならない。

【0025】

一方、図１９（ａ）に示されるように、ロータＲＴａが図１８（ａ）の状態から機械角４５°（電気角９０°）回転した場合、図１９（ｂ）に示されるように、例えば、検出信号Ｖ１の中間値と検出信号Ｖ５の中間値とを加算するような処理が行われる。この中間値付近の電気角は、突極の位置ズレに対する感度が大きい電気角となる。このため、仮に、突極ＳＰ１や突極ＳＰ５に位置ズレが生じた場合（例えば、検出信号Ｖ１，Ｖ５が同じ電気角方向に若干シフトした場合）、個々の検出信号Ｖ１，Ｖ５のズレ量は大きくなり、その加算結果となる合成検出信号のズレ量は、更に大きくなり得る。その結果、回転角度センサ全体としての回転角度の検出誤差（具体的には、検出誤差の最大値）が大きくなる恐れがある。検出誤差が大きくなると、図１のモータＭＴを高精度に制御できない場合がある。

【0026】

なお、図１８（ａ）および図１９（ａ）の構成において、より詳細には、突極ＳＰ１，ＳＰ５の検出コイルは、突極ＳＰ３，ＳＰ７の検出コイルを加えて合成される。具体的には、当該４個の検出コイルは、突極ＳＰ３，ＳＰ７の検出コイルを逆巻き（すなわち検出信号を逆極性）にした上で直列に接続される。当該４個の検出コイルの両端信号に基づき、ロータＲＴａの回転角度θのサイン成分またはコサイン成分の一方が算出される。同様に、突極ＳＰ２，ＳＰ６，ＳＰ４，ＳＰ８の検出コイルは、突極ＳＰ４，ＳＰ８の検出コイルを逆巻きにした上で直列に接続される。当該４個の検出コイルの両端信号に基づき、サイン成分またはコサイン成分の他方が算出される。

【0027】

この場合、例えば、図１９（ａ）および図１９（ｂ）のように、突極ＳＰ１，ＳＰ５が位置ズレに対する感度が大きい電気角に位置する場合、突極ＳＰ３，ＳＰ７も位置ズレに対する感度が大きい電気角に位置することになる。ただし、当該４個の突極全てに同一方向の誤差成分が生じる可能性は低いため、一般的には、合成する突極の数を増やすほど、平均化に伴い回転角度センサ全体としての検出誤差の最大値を小さくできる可能性が高い。しかし、このように合成する突極の数を増やすと、回転角度センサの製造コスト等が増大する恐れがある。

【0028】

《回転角度センサ（実施の形態１）の構成》
図２は、本発明の実施の形態１による回転角度センサシステムにおいて、図１の回転角度センサの構成例を示す概略図である。図２に示す回転角度センサは、軸倍角が２であり、２個の極Ｐ１，Ｐ２を備えるロータＲＴａと、５個の突極ＳＰ１１～ＳＰ１５が設置されるステータＳＴａとを備える。５個の突極ＳＰ１１～ＳＰ１５は、機械角７２°（電気角１４４°）の間隔で順に設置され、それぞれ、検出コイルＬ１～Ｌ５が巻かれている。検出コイルＬ１～Ｌ５の巻線数は、同じである。検出コイルＬ１～Ｌ５の一端には、励磁信号ＶＩＮが共通に印加される。検出コイルＬ１～Ｌ５の他端からは、それぞれ検出電圧Ｖ１１～Ｖ１５が出力される。

【0029】

各検出信号（例えばＶ１１）は、ロータＲＴａの機械角１８０°の回転に対応して、電気角３６０°のサイン信号となる。隣接する突極からの検出信号（例えば、Ｖ１１とＶ１２）は、電気角が１４４°離れている。なお、より詳細には、各検出信号は、励磁信号ＶＩＮを当該サイン信号で変調した信号となる。また、ここでは、励磁信号ＶＩＮは検出コイルに印加されるが、各突極に検出コイルおよび励磁コイルが巻かれた構成を用いてもよく、この場合、励磁信号ＶＩＮは、当該励磁コイルに印加される。

【0030】

図２の回転角度センサは、図１８（ａ）の構成例と異なり、ロータＲＴａの各極Ｐ１，Ｐ２を基準に電気角が異なる位置に各突極が設置されるような非対称構造となる。このため、例えば、ロータの極Ｐ１を基準に、ある電気角で突極（および検出コイル）ＳＰ１１が設置されていれば、ロータの極Ｐ２を基準に、同じ電気角となる突極（および検出コイル）は設置されない。言い換えれば、ステータＳＴａは、ロータの極Ｐ２を基準に、突極ＳＰ１１と同じ電気角で設置される突極を有しない。

【0031】

《レゾルバデジタル変換器の詳細》
図３は、図１におけるレゾルバデジタル変換器の構成例を示す概略図である。図４は、図３における合成回路の構成例を示す概略図である。図５は、図３のレゾルバデジタル変換器の概略的な動作例を示す波形図である。図３に示すレゾルバデジタル変換器（半導体装置）ＲＤＣａは、合成回路ＳＹＣａと、変換回路ＣＶＣとを備える。合成回路ＳＹＣａは、図２に示した複数（ここでは５個）の検出コイルＬ１～Ｌ５からの検出信号Ｖ１１～Ｖ１５を選択的に合成することで、ロータＲＴａの回転角度θのサイン成分およびコサイン成分を表す各合成検出信号ＶＳ，ＶＣを生成する。

【0032】

合成回路ＳＹＣａは、詳細には、図４に示されるように、複数（ここでは５個）の増幅器ＡＭＰ１～ＡＭＰ５と、加算器ＡＤＤｓと、加算器ＡＤＤｃとを備える。複数の増幅器ＡＭＰ１～ＡＭＰ５は、それぞれ、複数の検出コイルＬ１～Ｌ５からの検出信号Ｖ１１～Ｖ１５を、予め個別に設定された増幅率で増幅する。加算器ＡＤＤｓは、複数の増幅器ＡＭＰ１～ＡＭＰ５からの各出力信号の一部（ここでは、ＡＭＰ１，ＡＭＰ３，ＡＭＰ４の出力信号）を加算することでサイン成分を表す合成検出信号ＶＳを生成する。加算器ＡＤＤｃは、複数の増幅器ＡＭＰ１～ＡＭＰ５からの各出力信号の他の一部（ここでは、ＡＭＰ２，ＡＭＰ５の出力信号）を加算することでコサイン成分を表す合成検出信号ＶＣを生成する。

【0033】

ここで、図２および図４から分かるように、合成回路ＳＹＣａが合成検出信号ＶＳを生成する際に対象とする検出コイルは、ロータＲＴａの極Ｐ１を基準に所定の電気角（θＡとする）で設置される検出コイルＬ１と、極Ｐ２を基準にθＡとは異なる電気角（θＡを基準に７２°（機械角３６°））で設置される検出コイルＬ３，Ｌ４とを含む。この際に、当該合成回路ＳＹＣａが対象とする検出コイルは、図１８（ａ）の場合と異なり、ロータＲＴａの極Ｐ２を基準にθＡで設置される検出コイルを含まない。図２の構成例では、ステータＳＴａは、当該検出コイルおよび突極を有しない。

【0034】

同様に、合成回路ＳＹＣａが合成検出信号ＶＣを生成する際に対象とする検出コイルは、ロータＲＴａの極Ｐ１を基準に所定の電気角（θＢとする）で設置される検出コイルＬ２と、極Ｐ２を基準にθＢとは異なる電気角（θＢを基準に７２°）で設置される検出コイルＬ５とを含む。この際に、当該合成回路ＳＹＣａが対象とする検出コイルは、図１８（ａ）の場合と異なり、ロータＲＴａの極Ｐ２を基準にθＢで設置される検出コイルを含まない。図２の構成例では、ステータＳＴａは、当該検出コイルおよび突極を有しない。

【0035】

このような非対称構造を用いる場合、合成回路ＳＹＣａは、合成対象となる各検出コイルからの各検出信号（例えば、Ｖ１１，Ｖ１３，Ｖ１４）を単純に加算することはできず、電気角の差（７２°）を反映した所定の比率で重み付けを行ったのち加算する必要がある。また、合成回路ＳＹＣａは、サイン成分の振幅とコサイン成分の振幅とが一致するように、各検出信号Ｖ１１～Ｖ１５に重み付けを行う必要がある。

【0036】

そこで、この例では、増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ３，ＡＭＰ４の増幅率は、それぞれ、１．７、－０．８５、－０．８５に定められ、増幅器ＡＭＰ２，ＡＭＰ５の増幅率は、共に１．０に定められる。その結果、サイン成分を表す合成検出信号ＶＳは、“ＶＳ＝０．８５（２×Ｖ１１－（Ｖ１３＋Ｖ１４））”となり、コサイン成分を表す合成検出信号ＶＣは、“Ｖ１２－Ｖ１５”となる。当該合成検出信号ＶＳ，ＶＣは、具体的には、例えば、以下のようにして定められる。

【0037】

まず、各検出信号Ｖ１１～Ｖ１５は、ロータＲＴａの回転角度θ、励磁信号ＶＩＮの角周波数ω、および回転角度センサの構造に依存した定数“ｍ”および“α”を用いて、式（１）～式（５）で定められる。“ｍ”は、ロータＲＴａが回転したときの検出コイルにおけるインダクタンスの変動率であり、“α”はロータＲＴａが回転したときの回転角度センサからの検出信号の平均振幅である。

【0038】

Ｖ１１＝α（１＋ｍ×ｓｉｎ（２θ））×ｓｉｎ（ωｔ） …（１）
Ｖ１２＝α（１＋ｍ×ｓｉｎ（２（θ＋７２°）））×ｓｉｎ（ωｔ） …（２）
Ｖ１３＝α（１＋ｍ×ｓｉｎ（２（θ＋７２°×２）））×ｓｉｎ（ωｔ） …（３）
Ｖ１４＝α（１＋ｍ×ｓｉｎ（２（θ＋７２°×３）））×ｓｉｎ（ωｔ） …（４）
Ｖ１５＝α（１＋ｍ×ｓｉｎ（２（θ＋７２°×４）））×ｓｉｎ（ωｔ） …（５）
ここで、サイン成分を“ＶＳ’＝２×Ｖ１１－（Ｖ１３＋Ｖ１４）”で表すことを前提として、θ成分に着目してＶＳ’を求めると、式（６）のようになる。また、コサイン成分を“ＶＣ’＝Ｖ１２－Ｖ１５”で表すことを前提として、θ成分に着目してＶＣ’を求めると、式（７）のようになる。

【0039】

ＶＳ’＝２ｓｉｎ（２θ）－（ｓｉｎ（２θ－７２°）＋ｓｉｎ（２θ＋７２°））
＝２ｓｉｎ（２θ）－（２ｓｉｎ（４θ／２）ｃｏｓ（－１４４°／２））
＝２ｓｉｎ（２θ）（１－ｃｏｓ（７２°）） …（６）
ＶＣ’＝ｓｉｎ（２θ＋１４４°）－ｓｉｎ（２θ－１４４°）
＝２ｓｉｎ（２８８°／２）ｃｏｓ（４θ／２）
＝２ｃｏｓ（２θ）ｓｉｎ（１４４°） …（７）
このように、ＶＳ’からはｓｉｎ（２θ）の成分が得られ、ＶＣ’からはｃｏｓ（２θ）の成分が得られる。ここで、ＶＣ’の振幅を基準にすると（すなわち、合成検出信号ＶＣをＶＣ’に定めると）、ＶＳ’の振幅は、“（１－ｃｏｓ（７２°））／ｓｉｎ（１４４°）”倍になる。そこで、ＶＣ’の振幅とＶＳ’の振幅を同じにするためには、ＶＳ’を“ｓｉｎ（１４４°）／（１－ｃｏｓ（７２°））≒０．８５”倍すればよく、これによって、合成検出信号ＶＳが定められる。

【0040】

図３において、変換回路ＣＶＣは、位相シフタＰＳＦと、加算器ＡＤＤ１と、コンパレータＣＭＰとを備える。位相シフタＰＳＦは、合成回路ＳＹＣａからの合成検出信号ＶＳに含まれる励磁信号ＶＩＮの位相を基準に、合成検出信号ＶＣに含まれる励磁信号ＶＩＮの位相を９０°（π／２）シフトさせる。詳細には、位相シフタＰＳＦは、合成検出信号ＶＳに含まれる励磁信号ＶＩＮの位相を“φ”シフトさせ、合成検出信号ＶＣに含まれる励磁信号ＶＩＮの位相を“φ＋π／２”シフトさせる。加算器ＡＤＤ１は、当該シフト後の２個の信号を加算する。コンパレータＣＭＰは、加算器ＡＤＤ１からの信号とゼロとを比較することで検出クロック信号ＣＫｄを生成する。

【0041】

具体的に説明すると、まず、励磁信号ＶＩＮは、図５に示されるように“ｓｉｎ（ωｔ）”で表される。各検出信号Ｖｘ（Ｖ１１～Ｖ１５）は、当該励磁信号ＶＩＮをロータＲＴａの各極Ｐ１，Ｐ２との距離に応じて変調した信号となる。合成回路ＳＹＣａからの合成検出信号ＶＳは、検出信号Ｖ１１，Ｖ１３，Ｖ１４を所定の比率で加算することで励磁信号ＶＩＮを“ｓｉｎ（２θ）”（２θはロータＲＴの電気角）で変調した信号となり、“ｓｉｎ（２θ）×ｓｉｎ（ωｔ）”で表される。一方、合成回路ＳＹＣａからの合成検出信号ＶＣは、検出信号Ｖ１２，Ｖ１５を所定の比率で加算することで励磁信号ＶＩＮを“ｃｏｓ（２θ）”で変調した信号となり、“ｃｏｓ（２θ）×ｓｉｎ（ωｔ）”で表される。

【0042】

位相シフタＰＳＦは、合成検出信号ＶＳを受けて“ｓｉｎ（２θ）×ｓｉｎ（ωｔ－φ）”で表される信号を出力し、合成検出信号ＶＣを受けて“ｃｏｓ（２θ）×ｓｉｎ（ωｔ－φ＋π／２）＝ｃｏｓ（２θ）×ｃｏｓ（ωｔ－φ）”で表される信号を出力する。加算器ＡＤＤ１は、当該２個の信号を加算することで“ｃｏｓ（ωｔ－φ－２θ）”で表される信号を出力する。すなわち、加算器ＡＤＤ１は、“φ”を適切に調整することで、励磁信号ＶＩＮと同じ周波数で位相が電気角“２θ”だけ異なる信号を出力する。

【0043】

コンパレータＣＭＰは、当該加算器ＡＤＤ１からの信号を矩形波に整形することで検出クロック信号ＣＫｄを生成する。その結果、図５に示されるように、図１の位相差検出回路ＰＨＤＥＴによって励磁用クロック信号ＣＫｅと検出クロック信号ＣＫｄとの位相差をカウントすることで、電気角“２θ”を検出することができ、回転角度（機械角）θを得ることが可能になる。

【0044】

《回転角度センサシステム（変形例）の概略》
図６は、図１を変形した回転角度センサシステムの主要部の構成例を示す概略図である。図６に示す回転角度センサシステムは、図１の構成例と異なり、レゾルバデジタル変換器ＲＤＣｂ内に、複数の検出コイルからの検出信号Ｖｘをデジタル変換するアナログデジタル変換器ＡＤＣｒを備える。また、レゾルバデジタル変換器ＲＤＣｂは、図４に示したような機能を持つ合成回路ＳＹＣｂと、位置検出回路ＲＰＤＥＴとを備える。さらに、マイクロコントローラＭＣＵは、図１の構成例と比較して、位置算出回路ＲＰＣＡＬが設けられない構成となっている。

【0045】

合成回路ＳＹＣｂは、アナログデジタル変換器ＡＤＣｒからのデジタル値を入力とするデジタル回路で構成される。すなわち、合成回路ＳＹＣｂは、図４で述べたような重み付け処理や加算処理をデジタル演算で行う。位置検出回路ＲＰＤＥＴは、合成回路ＳＹＣｂからのデジタル値となる合成検出信号ＶＳ，ＶＣを受け、デジタル演算によってロータＲＴａの回転角度θを算出する。合成検出信号ＶＳ，ＶＣから回転角度θを算出する方法は、様々な方法が知られており、場合によっては、専用のデジタル回路を用いたデジタル演算で実現することも可能である。このような構成例を用いることで、図１の構成例と比較して、マイクロコントローラ（制御装置）ＭＣＵの処理負荷を軽減することが可能になる。

【0046】

《実施の形態１の主要な効果》
図７（ａ）は、図２の回転角度センサにおけるある時刻での回転状態を示す模式図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の回転状態での検出動作の一例を説明する図である。図８（ａ）は、図７（ａ）とは異なる時刻での回転状態を示す模式図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の回転状態での検出動作の一例を説明する図である。

【0047】

図７（ｂ）には、合成検出信号ＶＳの合成対象となる突極ＳＰ１１，ＳＰ１３，ＳＰ１４の各検出コイル（Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４）からの各検出信号Ｖ１１，Ｖ１３，Ｖ１４が示される。より詳細には、各検出信号Ｖ１１，Ｖ１３，Ｖ１４には、図５に示したように励磁信号ＶＩＮが含まれるが、説明の簡素化のため、励磁信号ＶＩＮの記載は省略される。検出信号Ｖ１１と、検出信号Ｖ１３，Ｖ１４のそれぞれとは、電気角が７２°異なる。

【0048】

図７（ａ）では、図１８（ａ）の場合と同様に、ロータＲＴａの回転角度θに応じてロータＲＴａの極Ｐ１と突極ＳＰ１１との距離が最短となっている。この場合、図７（ｂ）に示されるように、突極ＳＰ１１の検出コイルは、図１８（ｂ）の場合と同様に、位置ズレ感度が小さくなる電気角で検出信号Ｖ１１を出力する。一方、突極ＳＰ１３，ＳＰ１４の検出コイルは、図１８（ｂ）の場合とは異なり、ぞれぞれ、位置ズレ感度が中程度となる電気角で検出信号Ｖ１３，Ｖ１４を出力する。

【0049】

また、図８（ａ）では、図１９（ａ）の場合と同様に、ロータＲＴａは、図７（ａ）の状態から機械角４５°（電気角９０°）回転している。この場合、図８（ｂ）に示されるように、突極ＳＰ１１の検出コイルは、図１９（ｂ）の場合と同様に、位置ズレ感度が大きくなる電気角で検出信号Ｖ１１を出力する。一方、突極ＳＰ１３，ＳＰ１４の検出コイルは、図１９（ｂ）の場合とは異なり、ぞれぞれ、位置ズレ感度が小～中程度となる電気角で検出信号Ｖ１３，Ｖ１４を出力する。

【0050】

このように、実施の形態１の方式（すなわち、合成対象となる各突極を非対称に設置する方式）を用いると、図１９（ａ）および図１９（ｂ）で述べたような、位置ズレ感度が大きい電気角での検出信号と、同じく位置ズレ感度が大きい電気角での検出信号とを合成するような事態が生じなくなる。その結果、回転角度センサ全体としての回転角度の検出誤差（具体的には、検出誤差の最大値）を低減できる。

【0051】

図９は、図２の回転角度センサにおいて、ロータ軸の偏心が生じた場合の影響を説明する図である。図９の例では、ロータ軸が突極ＳＰ１１の方向に偏心している。この場合、例えば、検出信号Ｖ１２と検出信号Ｖ１５には、ほぼ同じ量の誤差が生じる。一方、合成検出信号ＶＣを生成する際には、検出信号Ｖ１２と検出信号Ｖ１５の差分が演算されるため、当該誤差は打ち消される。このように、複数の検出信号の合成によって合成検出信号ＶＳ，ＶＣを生成することで、ロータ軸の偏心に伴う検出誤差もある程度低減できる。

【0052】

以上のようにして回転角度θの検出誤差を低減できることで、図１のモータＭＴ（ひいては、モータＭＴを含む各種アクチュエータ等）を高精度に制御することが可能になる。さらに、例えば、図１８（ａ）に示した８突極の構成のように、突極の数を増やさずとも検出誤差を低減できるため、回転角度センサの製造コスト等を低減できる。

【0053】

（実施の形態２）
《突極の設置角度と検出誤差との関係（軸倍角＝２）》
図１０（ａ）は、軸倍角が２の回転角度センサにおいて、突極の設置角度と検出誤差との関係を検証した結果の一例を示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の補足図である。図１０（ｂ）には、図２に示した回転角度センサが示される。図１０（ｂ）において、“γ”はロータＲＴａの極Ｐ１を基準とする突極ＳＰ１２の設置角度（ここでは機械角）と極Ｐ２を基準とする突極ＳＰ１５の設置角度との差分であり、“β”は隣接する突極間の機械角であり、“θ”はロータＲＴの回転角度（機械角）である。

【0054】

ここで、突極ＳＰ１２，ＳＰ１５の各検出コイルからの各検出信号（Ｖ１２，Ｖ１５）を合成することで合成検出信号ＶＣを生成する場合を考える。この場合、検出信号ＶＣは、式（８）で算出される。式（８）における各係数（“ｍ”および“α”）は、式（１）等の場合と同様である。一方、式（８）において、突極ＳＰ１２，ＳＰ１５の設置角度にズレが生じた場合、式（９）に示されるように、突極ＳＰ１２の“θ”は“θ１”となり、突極ＳＰ１５の“θ”は“θ２”となる。

【0055】

ＶＣ＝ＶＢ－ＶＥ＝α（１＋ｍ×ｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ２（θ＋β））－α（１＋ｍ×ｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ２（γ－θ＋β）） …（８）
ＶＣ＝α×ｍ×ｓｉｎ（ωｔ）（ｃｏｓ２（θ１＋β）－ｃｏｓ２（γ－θ２＋β）） …（９）
ここで、式（９）に示される合成検出電圧ＶＣの０≦θ（θ１，θ２）≦３６０°の範囲での最大誤差は、式（１０）に示されるように、“γ”に依存する関数ｆ（γ）となる。式（１０）における“Ａ”は、ｆ（０）＝１となるように定めた定数である。

【0056】

ｆ（γ）＝Ａ（ｍａｘ（∂Ｖ２／∂θ１）＋ｍａｘ（∂Ｖ２／∂θ２）） …（１０）
図１０（ａ）は、０≦γ≦１８０°の範囲で式（１０）のｆ（γ）を演算した結果を示したものである。図１０（ａ）において、実施の形態１に示した図２の構成例（γ＝３６°の構成）を用いると、比較例となる図１８（ａ）の構成（γ＝０°の構成）を用いる場合と比較して、突極（および検出コイル）の位置ズレに対する最大誤差を約２０％程度低減できることが分かる。なお、ここでは、コサイン成分を表す合成検出信号ＶＣを例としたが、サイン成分を表す合成検出信号ＶＳに関しても同様の結果となる。

【0057】

《回転角度センサ周り（実施の形態２）の構成》
図１１は、本発明の実施の形態２による回転角度センサシステムにおいて、図１の回転角度センサ周りの構成例を示す概略図である。図１１に示す回転角度センサは、前述した図２の構成例と比較して、ステータＳＴｂの構成が異なっている。ステータＳＴｂには、４個の突極ＳＰ２１～ＳＰ２４が設置される。突極ＳＰ２３は、突極ＳＰ２１を基準に機械角１３５°離れた位置に設置される。突極ＳＰ２２は、突極ＳＰ２１を基準に機械角４５°離れた位置に設置される。突極ＳＰ２４は、突極ＳＰ２２を基準に機械角１３５°離れた位置に設置される。

【0058】

合成回路ＳＹＣｃは、突極ＳＰ２１と突極ＳＰ２３にそれぞれ巻かれる各検出コイルからの検出信号Ｖ２１，Ｖ２３を所定の比率で合成することで、サイン成分の合成検出信号ＶＳを生成する。また、合成回路ＳＹＣｃは、突極ＳＰ２２と突極ＳＰ２４にそれぞれ巻かれる各検出コイルからの検出信号Ｖ２２，Ｖ２４を所定の比率で合成することで、コサイン成分の合成検出信号ＶＣを生成する。

【0059】

このように、合成回路ＳＹＣｃが合成検出信号ＶＳを生成する際に対象とする検出コイルは、ロータＲＴａの極Ｐ１を基準に所定の電気角（θＡとする）で設置される突極ＳＰ２１の検出コイルと、極Ｐ２を基準にθＡとは異なる電気角（θＡを基準に９０°（機械角４５°））で設置される突極ＳＰ２３の検出コイルとを含む。この際に、当該合成回路ＳＹＣｃが対象とする検出コイルは、実施の形態１の場合と同様に、ロータＲＴａの極Ｐ２を基準にθＡで設置される検出コイルを含まない。図１１の構成例では、ステータＳＴｂは、当該検出コイルおよび突極を有しない。

【0060】

同様に、合成回路ＳＹＣｃが合成検出信号ＶＣを生成する際に対象とする検出コイルは、ロータＲＴａの極Ｐ１を基準に所定の電気角（θＢとする）で設置される突極ＳＰ２２の検出コイルと、極Ｐ２を基準にθＢとは異なる電気角（θＢを基準に９０°（機械角４５°））で設置される突極ＳＰ２４の検出コイルとを含む。この際に、当該合成回路ＳＹＣｃが対象とする検出コイルは、実施の形態１の場合と同様に、ロータＲＴａの極Ｐ２を基準にθＢで設置される検出コイルを含まない。図１１の構成例では、ステータＳＴｂは、当該突極ＳＰ２３および検出コイルを有するが、当該検出コイルは、合成検出信号ＶＣの合成対象から除外される。

【0061】

図１１の構成例は、図１０（ａ）に示したγ＝４５°の構成に該当する。このため、実施の形態１（図２）の構成例と比較して、突極の位置ズレに伴う回転角度の検出誤差を更に低減できる。また、図２の構成例と比較して突極の数が更に少なくなるため、製造コストの更なる低減が図れる場合がある。ただし、図１１の構成例では、ロータ軸の偏心に伴う検出誤差を十分に低減できない可能性があるため、この観点では、各突極が均等に設置される図２の構成例が望ましい。なお、図２および図１１では、γが３６°の場合と４５°の場合を示したが、図１０（ａ）から分かるように、例えば、γが１０°～３６°（電気角が２０°～７２°）の範囲や、３６°～４５°（電気角が７２°～９０°）の範囲であっても、γ＝０°の場合と比較して効果が得られる。

【0062】

《突極の設置角度と検出誤差との関係（軸倍角＝３）》
図１２（ａ）は、軸倍角が３の回転角度センサにおいて、突極の設置角度と検出誤差との関係を検証した結果の一例を示す図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の補足図である。図１２（ｂ）では、ロータＲＴｂの３個の極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対応して、それぞれ、３個の突極ＳＰ３１，ＳＰ３３，ＳＰ３５が配置される。“γ”はロータＲＴｂの極Ｐ１を基準とする突極ＳＰ３１の設置角度（ここでは機械角）と極Ｐ２を基準とする突極ＳＰ３３の設置角度との差分であり、かつ、極Ｐ２を基準とする突極ＳＰ３３の設置角度と極Ｐ３を基準とする突極ＳＰ３５の設置角度との差分である。この場合、突極ＳＰ３１を０°とすると、突極ＳＰ３３は（１２０＋γ）°に設置され、突極ＳＰ３５は（２４０＋２γ）°に設置される。

【0063】

ここで、突極ＳＰ３１，ＳＰ３３，ＳＰ３５の各検出コイルからの各検出信号を合成することで合成検出信号を生成する場合を考える。すなわち、図１２（ｂ）の構成を前提として、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の場合と同様にしてｆ（γ）を計算する。図１２（ａ）は、０≦γ≦１２０°の範囲におけるｆ（γ）の計算結果を示したものである。図１２（ａ）に基づくと、γ＝２０°の場合に回転角度の検出誤差を最小化できる。

【0064】

《回転角度センサ周り（応用例）の構成》
図１３は、本発明の実施の形態２による回転角度センサシステムにおいて、図１１とは異なる回転角度センサ周りの構成例を示す概略図である。図１３に示す回転角度センサでは、図１２（ａ）に基づき、γ＝２０°となるように各突極が設置される。図１３において、ステータＳＴｃは、６個の突極ＳＰ３１～ＳＰ３６を備える。突極ＳＰ３３は、突極ＳＰ３１を基準に機械角１４０°離れた位置に設置される。突極ＳＰ３５は、突極ＳＰ３３を基準に機械角１４０°離れた位置に設置される。突極ＳＰ３２は、突極ＳＰ３１を基準に機械角３０°離れた位置に設置される。突極ＳＰ３４は、突極ＳＰ３２を基準に機械角１４０°離れた位置に設置される。突極ＳＰ３６は、突極ＳＰ３４を基準に機械角１４０°離れた位置に設置される。

【0065】

合成回路ＳＹＣｄは、突極ＳＰ３１，ＳＰ３３，ＳＰ３５にそれぞれ巻かれる各検出コイルからの検出信号Ｖ３１，Ｖ３３，Ｖ３５を所定の比率で合成することで、サイン成分の合成検出信号ＶＳを生成する。また、合成回路ＳＹＣｄは、突極ＳＰ３２，ＳＰ３４，ＳＰ３６にそれぞれ巻かれる各検出コイルからの検出信号Ｖ３２，Ｖ３４，Ｖ３６を所定の比率で合成することで、コサイン成分の合成検出信号ＶＣを生成する。

【0066】

このように、合成検出信号ＶＳの合成対象となる突極は、極Ｐ１を基準に所定の電気角（θＡ１とする）で設置される突極ＳＰ３１と、極Ｐ２を基準にθＡ１とは異なる電気角（θＡ２とする）で設置される突極ＳＰ３３と、極Ｐ３を基準にθＡ１およびθＡ２とは異なる電気角（θＡ３とする）で設置される突極ＳＰ３５とを含む。突極ＳＰ３３は、θＡ１を基準に４０°（機械角２０°）で設置され、突極ＳＰ３５は、θＡ１を基準に８０°（機械角４０°）で設置される。この際に、合成検出信号ＶＳの合成対象となる突極は、実施の形態１の場合と同様に、極Ｐ２を基準にθＡ１やθＡ３で設置される検出コイルや、極Ｐ３を基準にθＡ１やθＡ２で設置される検出コイルを含まない。合成検出信号ＶＣの合成対象となる突極に関しても同様である。

【0067】

《実施の形態２の主要な効果》
以上、実施の形態２の回転角度センサシステムを用いることで、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態１と比較して、回転誤差の更なる低減や、製造コストの更なる低減を図れる場合がある。

【0068】

（実施の形態３）
《回転角度センサシステム（応用例）の概略》
図１４は、本発明の実施の形態３による回転角度センサシステムの主要部の構成例を示す概略図である。図１４に示す回転角度センサシステムは、図１の構成例と比較して、次の点が異なっている。１点目として、レゾルバデジタル変換器（半導体装置）ＲＤＣｃは、図４とは異なる合成回路ＳＹＣｅを備える。２点目として、マイクロコントローラＭＣＵは、ＰＷＭ信号ＰＷＭＲ［１］～ＰＷＭＲ［ｎ］を生成するタイマ回路（ＰＷＭ信号生成回路）ＴＭＲｒ３を備える。

【0069】

《合成回路（応用例）の構成》
図１５は、図１４における合成回路の構成例を示す概略図である。前述した図２、図１１および図１３のような非対称構造の回転角度センサを用いる場合、合成回路は、回転角度センサからの各検出信号に対して適切な比率で重み付けを行う必要がある。この適切な比率は、回転角度センサの構造に応じて適宜変わり得る。この場合、様々な構造の回転角度センサに対応可能な汎用的な合成回路が求められる。

【0070】

そこで、図１５に示す合成回路ＳＹＣｅは、ｎ個の可変増幅器ＶＡＭＰ［１］～ＶＡＭＰ［ｎ］と、選択回路ＳＥＬＵと、加算器ＡＤＤｓ２，ＡＤＤｃ２とを備える。ｎ個の可変増幅器ＶＡＭＰ［１］～ＶＡＭＰ［ｎ］は、増幅率を個別に可変設定可能であり、それぞれ、ｎ個の検出信号Ｖｘ［１］～Ｖｘ［ｎ］を増幅する。選択回路ＳＥＬＵは、選択信号に応じて、ｎ個の可変増幅器ＶＡＭＰ［１］～ＶＡＭＰ［ｎ］からの各出力信号の一部を加算器ＡＤＤｓ２へ伝送し、他の一部を加算器ＡＤＤｃ２へ伝送する。

【0071】

加算器ＡＤＤｓ２は、選択回路ＳＥＬＵからの前述した各出力信号の一部を加算することでサイン成分を表す合成検出信号ＶＳを生成する。加算器ＡＤＤｃ２は、選択回路ＳＥＬＵからの前述した各出力信号の他の一部を加算することでコサイン成分を表す合成検出信号ＶＣを生成する。なお、例えば、回転角度センサの構造に応じて検出信号Ｖｘ［ｎ］を用いないような場合、可変増幅器ＶＡＭＰ［ｎ］の増幅率は、ゼロであってもよく、また、選択回路ＳＥＬＵは、可変増幅器ＶＡＭＰ［ｎ］の出力信号を加算器ＡＤＤｓ２，ＡＤＤｃ２に伝送しなくてもよい。

【0072】

図１６は、図１５における可変増幅器の構成例を示す回路図である。図１６に示す可変増幅器ＶＡＭＰ［ｋ］（ｋ＝１～ｎ）は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２と、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値によって定められる増幅率で増幅動作を行うオペアンプ回路ＯＰＡと、スイッチ素子ＳＷ［ｋ］とを有する。スイッチ素子ＳＷ［ｋ］は、例えば、ＭＯＳトランジスタ等で構成される。スイッチ素子ＳＷ［ｋ］は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の中の一つの抵抗素子（この例ではＲ１）の両端に結合され、マイクロコントローラＭＣＵからのＰＷＭ信号ＰＷＭＲ［ｋ］に応じてオン・オフが制御される。

【0073】

これにより、抵抗素子Ｒ１の実効抵抗値は、抵抗素子Ｒ１の抵抗値にＰＷＭ信号ＰＷＭＲ［ｋ］のＰＷＭデューティ比を乗算した結果となる。このため、マイクロコントローラＭＣＵは、ＰＷＭ信号ＰＷＭＲ［ｋ］を介して可変増幅器ＶＡＭＰ［ｋ］の増幅率を任意に設定することが可能になる。

【0074】

《実施の形態３の主要な効果》
以上、実施の形態３の回転角度センサシステムを用いることで、実施の形態１，２の場合と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態１，２の回転角度センサを用いる前提で、レゾルバデジタル変換器に汎用性を持たせることが可能になる。さらに、図１６のような可変増幅器を用いることで、レゾルバデジタル変換器における回路面積の低減や、増幅率の設定精度の向上（ひいては、回転角度の検出誤差の低減）を図れる場合がある。

【0075】

すなわち、実施の形態１，２の方式を用いる場合、回転角度の検出誤差の低減効果を得るためには、増幅率の設定精度が高いことが前提となる。増幅率を可変設定する方式として、一般的に、複数の抵抗素子を選択的に用いるような方式が知られている。このような方式を用いて増幅率を高精度かつ高分解能に設定するためには、多く抵抗素子が必要とされる。一方、図１６のような方式を用いると、１個のスイッチ素子によって増幅率を設定できるため、多く抵抗素子を用いる場合と比較して回路面積を低減できる。

【0076】

さらに、増幅率の設定分解能は、ＰＷＭデューティ比の分解能によって定められる。マイクロコントローラＭＣＵは、一般的に、ＰＷＭデューティ比を高分解能で設定できる場合が多いため、これを利用して、増幅率の設定分解能を高めることができる。また、可変増幅器を用いると、例えば、各検出コイル（例えば、図２のＬ１～Ｌ５）の巻数にばらつきが生じた場合に、これに伴う誤差を併せて補正することが可能になる。なお、図１６の可変増幅器は、図４の各増幅器ＡＭＰ１～ＡＭＰ５に対して適用してもよい。この場合、各増幅器ＡＭＰ１～ＡＭＰ５における増幅率の誤差をトリミングすることができる。

【0077】

（実施の形態４）
《検出コイルの構成》
図１７は、本発明の実施の形態４による回転角度センサシステムにおいて、図２の回転角度センサ内に含まれる各検出コイルの図２とは異なる構成例を示す模式図である。図４の合成回路ＳＹＣａでは、複数の増幅器ＡＭＰ１～ＡＭＰ５を用いて、各検出信号Ｖ１１～Ｖ１５に対する重み付けを行ったが、その代わりに、各検出コイルＬ１～Ｌ５（図２）の巻数によって重み付けを行うことも可能である。

【0078】

図１７の例では、図３に示した合成検出信号ＶＳ（＝０．８５（２×Ｖ１１－（Ｖ１３＋Ｖ１４）））を得るため、検出コイルＬ１，Ｌ３，Ｌ４が、検出コイルＬ３，Ｌ４を逆巻き（すなわち検出信号Ｖ１３，Ｖ１４を逆極性）にした上で直列に接続される。この際の検出コイルＬ１，Ｌ３，Ｌ４の巻数比は、“Ｌ１：Ｌ３：Ｌ４＝１．７：０．８５：０．８５”である。同様に、合成検出信号ＶＣ（＝Ｖ１２－Ｖ１５）を得るため、検出コイルＬ２，Ｌ５が、検出コイルＬ５を逆巻き（すなわち検出信号Ｖ１５を逆極性）にした上で直列に接続される。この際の検出コイルＬ２，Ｌ５の巻数比は、“Ｌ２：Ｌ５＝１．０：１．０”である。

【0079】

《実施の形態４の主要な効果》
以上、実施の形態４の回転角度センサシステムを用いることで、実施の形態１，２の場合と同様の効果が得られる。さらに、図４のような合成回路ＳＹＣａが不要となるため、レゾルバデジタル変換器の回路面積を低減できる。ただし、実際上は、このように巻数比を微調整することが容易でない場合や、または、巻数比にある程度の誤差が生じる場合がある。このような観点では、図４（または図１５）のような合成回路を設けることが有益となる。

【0080】

なお、ここでは、各検出コイルを直列接続する構成としたが、巻数比を変えた状態で各検出コイルに個別に検出信号を出力させ、合成回路が、当該検出信号を増幅することなく加算するように構成することも可能である。この際に、合成回路は、当該巻数比の誤差を補正するための可変増幅器を備えてもよい。

【0081】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0082】

ＡＤＣ アナログデジタル変換器
ＡＤＤ 加算器
ＡＭＰ 増幅器
ＣＶＣ 変換回路
ＤＲＶ ドライバ
Ｌ 検出コイル
ＭＣＵ マイクロコントローラ
ＭＴ モータ
ＯＰＡ オペアンプ回路
Ｐ 極
ＰＳＦ 位相シフタ
ＰＷＭＲ ＰＷＭ信号
Ｒ 抵抗素子
ＲＤＣ レゾルバデジタル変換器
ＲＳＶ 回転角度センサ
ＲＴ ロータ
ＳＥＬＵ 選択回路
ＳＰ 突極
ＳＴ ステータ
ＳＷ スイッチ素子
ＳＹＣ 合成回路
ＴＭＲ タイマ回路
Ｖ，Ｖｘ 検出信号
ＶＡＭＰ 可変増幅器
ＶＩＮ 励磁信号
ＶＳ，ＶＣ 合成検出信号
θ 回転角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】