(57)【要約】  回転角度検出器（１）は、周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リング（２）と、多極磁石リング（２）の周方向に沿って配置され、多極磁石リング（２）の回転に応じて、電気角で１２０度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力する３個の磁気センサ（３）からなる少なくとも一つの磁気センサ群と、一つの磁気センサ群を構成する３個の磁気センサ（３）から出力される角度情報に基づき多極磁石リング（２）の回転角度を算出する演算部（４）と、を備える。
2018016145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リングと、
前記多極磁石リングの周方向に沿って配置され、前記多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、
一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報に基づき前記多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、を備えることを特徴とする回転角度検出器。
【請求項２】
前記演算部は、一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報の平均値を算出し、算出した平均値に基づき前記回転角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出器。
【請求項３】
前記演算部は、一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報の前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値をＮで除算して前記平均値とすることを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出器。
【請求項４】
前記磁気センサは、前記多極磁石リングの周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転角度検出器。
【請求項５】
前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報から前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値に基づき前記Ｎ個の磁気センサのいずれかに異常が発生したか否かを判定する異常発生判定部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角度検出器。
【請求項６】
前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報から前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報のうち、前記Ｎ個の磁気センサから選択される二つの磁気センサに対応するオフセット後の角度情報同士の差分に基づき、前記Ｎ個の磁気センサのうちから異常が発生した磁気センサを判定する異常センサ判定部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転角度検出器。
【請求項７】
前記磁気センサ群を少なくとも２系統備え、
前記演算部は、前記２系統の一方の系統を構成する磁気センサの異常を判定すると、他方の系統の前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報を用いて前記回転角度を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の回転角度検出器。
【請求項８】
Ｎは、３であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の回転角度検出器。
【請求項９】
トーションバーを介して連結された入力軸と出力軸とのそれぞれに請求項１から８のいずれか１項に記載の回転角度検出器を配置し、前記入力軸の回転角度と前記出力軸の回転角度とを検出し、前記回転角度検出器で検出された前記入力軸の回転角度と前記出力軸の回転角度との差分を捩れ角として算出することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１０】
前記入力軸と前記出力軸のそれぞれは、車両の操舵系の入力軸と出力軸であることを特徴とする請求項９に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出器及びトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転角度検出器としては、例えば、多極磁石リングと、多極磁石リングの周方向に沿って配置された複数の磁気センサとを備え、各磁気センサから得られる角度情報に基づき多極磁石リングの回転角度を算出するものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
また、この特許文献１、２に記載の技術では、角度情報から３次の高調波成分を除去するようになっている。これにより、より正確な回転角度を算出可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８９３７５号公報
【特許文献２】特表２０１１−５０３６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載の技術では、３次の高調波成分（誤差成分）を除去できるものの、角度情報から４次の誤差成分を除去しきれない可能性がある。
本発明は、上記のような点に着目し、角度情報に含まれる４次の誤差成分を削減可能な回転角度検出器及びトルクセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リングと、多極磁石リングの周方向に沿って配置され、多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、一つの磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報に基づき多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、各磁気センサの角度情報に含まれる４次の誤差成分の位相をずらすことができる。そのため、これらの角度情報を基に多極磁石リングの回転角度を算出することで、角度情報に含まれる４次の誤差成分を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。
【図２】４次の誤差成分の削減方法を説明するための図である。
【図３】第１実施形態の回転角度検出器の作用を説明するための図である。
【図４】第２実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。
【図５】第２実施形態の回転角度検出器の作用を説明するための図である。
【図６】１次の誤差成分と４次の誤差成分との削減方法を説明するための図である。
【図７】第３実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。
【図８】第３実施形態の回転角度検出器の作用を説明するための図である。
【図９】第３実施形態の回転角度検出器の作用を説明するための図である。
【図１０】第３実施形態の変形例（１）を説明するための図である。
【図１１】異常センサ判定部の動作を説明するための図である。
【図１２】第３実施形態の変形例（２）を説明するための図である。
【図１３】第４実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。
【図１４】第４実施形態の変形例（１）を説明するための図である。
【図１５】第４実施形態の変形例（２）を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
（第１実施形態）
（構成）
図１に示すように、第１実施形態の回転角度検出器１は、多極磁石リング２と、３個の磁気センサ３からなる少なくとも一つの磁気センサ群と、演算部４と、を備えている。図１の例では、３個の磁気センサ３からなる磁気センサ群の数は一つとなっている。
多極磁石リング２は、軸方向長さの短いリング状に形成され、周方向に沿って多極に磁化されている。各磁極の着磁方向は、外径向きとなっている。また、多極磁石リング２の極対数は、４つとなっている。さらに、４つの極対のうちの、予め定めた極対問（図１の例では、多極磁石リング２の最上部の極対間）に、機械角０度が設定されている。
【００１０】
一つの磁気センサ群を構成する３個の磁気センサ３のそれぞれは、多極磁石リング２の周方向に沿って、多極磁石リング２の外周に対向させて配置されている。３個の磁気センサ３のうち、第１の磁気センサ３１は機械角０度の位置、第２の磁気センサ３２は機械角３０度の位置、第３の磁気センサ３３は機械角６０度の位置に配置されている。３個の磁気センサ３としては、多極磁石リング２の回転に応じて位相を変動させる正弦波信号の該位相を角度情報として出力する、互いに同一規格のセンサＩＣが用いられている。例えば、多極磁石リング２の回転に応じて正弦波信号（現信号）を生成する正弦波信号生成部と、生成された正弦波信号の位相を出力する位相出力部と、からなるＩＣを採用できる。
【００１１】
ここで、上記のように多極磁石リング２の極対数は４つであり、各磁気センサ３の位置は機械角で３０度ずつずれている。そのため、３個の磁気センサ３から出力される角度情報は、電気角で１２０度ずつ異なる位相差を有することになる。例えば、第１の磁気センサ３１から出力される角度情報が０度である場合、第２の磁気センサ３２から出力される角度情報は１２０度、第３の磁気センサ３３から出力される角度情報は２４０度となる。
また、磁気センサ３が配置されている各位置では、極対数が４であるため、多極磁石リング２の１回転中に４周期分の磁界が生成される。それゆえ、磁気センサ３のそれぞれは、多極磁石リング２の１回転中に４周期分の角度情報を生成して演算部４に出力する。
【００１２】
ここで、３個の磁気センサ３から出力される角度情報は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、１２０度ずつずれている。そのため、演算部４は、まず、そのずれ量、つまり、一つの磁気センサ群を構成する３個の磁気センサ３から出力される角度情報の位相差分をオフセットする。具体的には、図２（ｄ）〜（ｆ）に示すように、第１の磁気センサ３１から出力される角度情報の座標系を基準とし、第２の磁気センサ３２から出力される角度情報の座標系に１２０度分の座標を加算し、第３の磁気センサ３３から出力される角度情報の座標系に２４０度分の座標を加算して、三つの座標系をあわせる。続いて、演算部４は、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値を「３」で除算して角度情報の平均値とする。そして、算出した平均値を、角度情報（電気角）の検出値（真値）として、この検出値（真値）に基づき、多極磁石リング２の回転角度（機械角）を算出する。
【００１３】
（作用その他）
一般に、多極磁石リング２と磁気センサ３との組み合わせで検出される角度情報は、原信号が正弦波であれば、角度誤差を小さくすることができる。しかしながら、このような角度情報には、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、電気角１周期分あたり４次の誤差成分が重畳しやすい。この４次の誤差成分の重畳が、高精度な角度情報を阻む主要因となる。
この４次の誤差が重畳する原因は、磁気センサ３が検出する原信号に３次や５次の高調波成分が重畳しやすいためであり、改善には着磁精度や素子配置精度、検出素子特性の調整等の精密な作業が必要とされる。また、磁気センサ３を多数配置することで誤差を削減することも考えられるが、磁気センサ３の数が増加するためコストアップの要因となる。
また、３次の高調波成分の削減にはいわゆる三相二相変換の技術を用いることができる。しかしながら、この三相二相変換の技術は、５次の高調波成分の削減に寄与しない。それゆえ、３次の高調波に比べ、５次の高調波成分は小さいが、誤差の要因として残る。
【００１４】
これに対し、第１実施形態の回転角度検出器１では、図１、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、一つの磁気センサ群を構成する３個の磁気センサ３を、多極磁石リング２の回転に応じて電気角で１２０度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するように配置した。それゆえ、各磁気センサ３の角度情報に含まれる４次の誤差成分の位相をずらすことができる。そのため、これらの角度情報を基に多極磁石リング２の回転角度を算出することで、磁気センサ３の角度情報に含まれる４次の誤差成分を削減することができる。
また、第１実施形態の回転角度検出器１では、磁気センサ３から出力される角度情報の位相差分をオフセットするようにした。それゆえ、オフセット後の角度情報に含まれる４次の誤差成分は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁気センサ３毎に位相のずれた波形となる。それゆえ、これらの角度情報の合計値を「３」で除算して平均値を算出することで、図３（ｄ）に示すように４次の誤差成分を互いに打ち消して削減することができる。
【００１５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る回転角度検出器１について説明する。なお、第１実施形態と同様な構成等については同一の符号を使用して、その詳細は省略する。
第２実施形態は、図４に示すように、３個の磁気センサ３の位置は、３個の磁気センサ３から出力される角度情報が電気角で１２０度ずつ異なる位相差を有し、また多極磁石リング２の周方向に沿って等間隔となるように設定されている点が、第１実施形態と異なる。図４の例では、第１の磁気センサ３１は機械角０度の位置、第２の磁気センサ３２は機械角１２０度の位置、第３の磁気センサ３３は機械角２４０度の位置に配置されている。
なお、その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００１６】
（作用その他）
通常、回転角度検出器１では、例えば、図５（ａ）に示すように、多極磁石リング２が偏芯している場合、磁気センサ３から得られる機械角には、図５（ｂ）に示すように、機械角全周、つまり、機械角０度〜３６０度に対し１次の誤差成分が含まれることになる。
これに対し、第２実施形態の回転角度検出器１は、等間隔となるように、つまり、機械角で１２０度ずつ異なる位置に３個の磁気センサ３を配置した。それゆえ、図５（ｃ）に示すように、各磁気センサ３から得られる機械角が含む１次の誤差成分の位相を１２０度ずつずらすことができる。そのため、機械角の平均値を算出することで、図５（ｄ）に示すように、１次の誤差を打ち消すことができ、回転角度をより高精度に検出できる。
【００１７】
ここで、第２実施形態の回転角度検出器１では、１次の誤差成分の他にも、３の倍数以外の次数の誤差成分を打ち消すことができる。例えば、第１実施形態の電気角の誤差成分は、４次の誤差成分であるため、極対数が４である場合、機械角全周で１６次の誤差成分となって現れる。それゆえ、３の倍数以外の次数であるため、打ち消すことができる。
【００１８】
例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、電気角で４次の誤差成分（機械角全周で１６次の誤差成分）に加え、機械角全周で１次の誤差成分が含まれる場合、第２の磁気センサ３２から得られる機械角の誤差成分は、第１の磁気センサ３１から得られる機械角の誤差成分から１２０度ずれる。また、第３の磁気センサ３３から得られる機械角の誤差成分は、第１の磁気センサ３１から得られる機械角の誤差成分から２４０度ずれる。それゆえ、図６（ｄ）、（ｅ）に示すように、各磁気センサ３（３１、３２、３３）の誤差成分を合成すると、１次の誤差成分と１６次の誤差成分との両方を打ち消すことができる。
また、第２実施形態の回転角度検出器１では、誤差成分の打ち消し効果は、ここまでに挙げた次数（機械角で１次、１６次）以外の誤差成分にも適用でき、機械角で２次の誤差成分や電気角で２次の誤差成分（機械角で８次の誤差成分）等も打ち消すことができる。
【００１９】
なお、第１実施形態、第２実施形態では、多極磁石リング２の極対数を４とする場合について説明したが、極対数は、３個の磁気センサ３を機械角で１２０度ずつ異なる位置に配置した場合に、３個の磁気センサ３から出力される角度情報が電気角で１２０度ずつ異なる位相差を有する構成であればよい。極対数としては、例えば、４、８、１０、１１、１３、１４、１６、１７、１９、２０、２２等を採用することができる。
【００２０】
また、一つの磁気センサ群を構成する磁気センサ３を３個とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）の倍数以外の次数の誤差成分を打ち消す場合には、磁気センサ３をＮ個とする等、誤差成分の次数に応じた個数としてもよい。この場合、各磁気センサ３から得られる機械角の誤差成分の位相を３６０／Ｎ度ずつずらすことができる。また、多極磁石リング２の極対数は、Ｎ個の磁気センサ３から出力される角度情報が電気角で３６０／Ｎ度ずつ異なる位相差を有する極対数とするものとする。そして、演算部４では、Ｎ個の磁気センサ３から得られる機械角の平均値を算出して、多極磁石リング２の回転角度の検出値（真値）とする演算を行う。なお、磁気センサ３が４個の場合、位相差が９０度ずつ異なることになり、４次の誤差成分を削減することが難しいので、本発明からこの場合（Ｎが４の場合）を除くものとする。
【００２１】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る回転角度検出器１について説明する。なお、第１実施形態と同様な構成等については同一の符号を使用して、その詳細は省略する。
第３実施形態は、図７に示すように、Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）個の磁気センサ３のいずれかに異常が発生したか否かを判定する異常発生判定部５を更に備える点が、第１実施形態と異なる。また、Ｎ個の磁気センサ３の位置が、第２実施形態と同様に、多極磁石リング２の周方向に沿って等間隔となるように、つまり、機械角で１２０度ずつずれるように設定されている。なお、図７の例では、Ｎは３に設定されている。
【００２２】
具体的には、異常発生判定部５は、図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、３個の磁気センサ３から出力される角度情報から予め想定される位相差（１２０度、２４０度）分をオフセットし、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値に基づき３個の磁気センサ３のいずれかに異常が発生したか否かを判定する。例えば、オフセット後の角度情報の合計値が、第１の磁気センサ３１から出力される角度情報の３倍、第２の磁気センサ３２から出力される角度情報の３倍、及び第３の磁気センサ３３から出力される角度情報の３倍（以下、「３・α、３・β及び３・γ」とも呼ぶ）と等しいか否かを監視する。
【００２３】
ここで、３個の磁気センサ３に機能失陥がない場合、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、オフセット後の角度情報の合計値が３・α、３・β及び３・γのそれぞれと等しくなる。一方、一つまたは二つの磁気センサ３に機能失陥が発生し、角度情報がゼロ等になった場合、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、合計値が３・α、３・β及び３・γのいずれとも等しくならない。それゆえ、異常発生判定部５は、オフセット後の磁気センサ３から出力される角度情報の合計値が３・α、３・β及び３・γのいずれとも等しくないと判定した場合に、３個の磁気センサ３のいずれかに異常が発生したと判定する。これにより、３個の磁気センサのいずれかに異常が発生したことを比較的容易に確認することができる。
なお、その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００２４】
（変形例）
（１）なお、第３実施形態では、異常発生判定部５が、Ｎ個の磁気センサ３のいずれかに異常が発生したかを判定する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図１０に示すように、Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）個の磁気センサ３のうちから異常が発生した磁気センサ３を判定する異常センサ判定部６を更に備える構成としてもよい。なお、図１０の例では、Ｎは３に設定されている。具体的には、異常センサ判定部６は、図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、３個の磁気センサ３から出力される角度情報から予め想定される位相差（１２０度、２４０度）分をオフセットする。続いて、３個の磁気センサ３から選択される二つの磁気センサ３に対応するオフセット後の角度情報同士の差分に基づき、３個の磁気センサ３のうちから異常が発生した磁気センサ３を判定する。
【００２５】
より具体的には、図１１（ａ）に示すように、オフセット後の第１の磁気センサ３１の出力信号（角度情報）θ１と第２の磁気センサ３２の出力信号（角度情報）θ２との差分が予め定めたしきい値より小さく、ほぼゼロ（ゼロを含む）であるかを監視する。同様に、オフセット後の第２の磁気センサ３２の出力信号（角度情報）θ２と第３の磁気センサ３３の出力信号（角度情報）θ３との差分がしきい値より小さく、ほぼゼロであるかを監視する。また、オフセット後の第３の磁気センサ３３の出力信号θ３と第１の磁気センサ３１の出力信号θ１との差分がしきい値より小さく、ほぼゼロであるかを監視する。
【００２６】
ここで、３個の磁気センサ３に機能失陥がない場合、各差分がそれぞれほぼゼロになるが、一つの磁気センサ３に機能失陥が発生し、角度情報がゼロ等になった場合、機能失陥の磁気センサ３の出力信号（角度情報）との差分のみがゼロから外れた値となる。それゆえ、異常センサ判定部６は、ゼロでない組み合わせがあると判定した場合に、ゼロでない組み合わせに基づき、３個の磁気センサ３のうちから異常が発生した磁気センサ３を判定する。これにより、異常が発生した磁気センサ３を比較的容易に確認することができる。
図１１（ｂ）の例では、第１の磁気センサ３１が機能失陥した揚合には、第２の磁気センサ３２の出力信号（角度情報）θ２と第３の磁気センサ３３の出力信号（角度情報）θ３との差分がゼロとなるため、第１の磁気センサ３１が機能失陥したことを判別できる。
【００２７】
（２）また、例えば、図１２に示すように、回転角度検出器１は、磁気センサ群を少なくとも２系統備える構成としてもよい。例えば、磁気センサ群を構成するＮ個（例えば３個）の磁気センサ３を、ＩＣパッケージ内に絶縁して２系統配置する。図１２の例では、符号３１、３２、３３で表される第１、第２及び第３の磁気センサを含む第１系統と、符号３１ａ、３２ａ、３３ａで表される第１、第２及び第３の磁気センサを含む第２系統とを有している。また、回転角度検出器１には、第１系統の第１〜第３の磁気センサ３１〜３３の電源電圧Ｖcc1、グランド電圧Ｇnd1と、第２系統の第１〜第３の磁気センサ３１ａ〜３３ａの電源電圧Ｖcc2、グランド電圧Ｇnd2とのそれぞれが別々に設けられている。
【００２８】
この場合、演算部４は、２系統のうちの、一方の系統を構成する磁気センサ３の異常を判定すると、他方の系統の３個の磁気センサ３から出力される角度情報号を用いて、多極磁石リング２の回転角度（機械角）を算出する。図１２の例では、第１系統及び第２系統のそれぞれで、上記した異常センサ判定部６を用いて磁気センサ３の異常の発生の判定（角度情報監視）を行っている。この角度情報監視では、磁気センサ３に異常が発生したと判定したときに、異常が発生した磁気センサ３を特定するためのフラグをセット状態とする。なお、図１２の例では、異常センサ判定部６が演算部４内に設けられている。
【００２９】
そして、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）７で、セット状態とされたフラグを基に第１系統の磁気センサ３と第２系統の磁気センサ３とのいずれに異常が発生したのかを判定する。続いて、ＭＣＵ７で、異常が発生していない系統（正常系統）の３個（Ｎ個）の磁気センサ３から出力される角度情報を用いて多極磁石リング２の回転角度（機械角）を算出する。これにより、正常系統を用いて、回転角度の検出機能を継続することができる。
【００３０】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る回転角度検出器１について説明する。なお、第１実施形態と同様な構成等については同一の符号を使用して、その詳細は省略する。
第４実施形態では、図１３に示すように、二つの回転角度検出器１と、捩れ角演算部１１とを用い、トーションバーを介して連結された入力軸９と出力軸１０との捩れ角を検出するトルクセンサ８を構成する点が、第１実施形態と異なる。また、３個の磁気センサ３の位置が、第２実施形態及び第３実施形態と同様に、多極磁石リング２の周方向に沿って等間隔となるように、つまり、機械角で１２０度ずつずれるように設定されている。
【００３１】
具体的には、入力軸９と出力軸１０とのそれぞれに回転角度検出器１を配置する。入力軸９側の回転角度検出器１の多極磁石リング２は、入力軸９と同軸に固定され、入力軸９の回転に伴って回転する。また、出力軸１０側の回転角度検出器１の多極磁石リング２は、出力軸１０と同軸に固定され、出力軸１０の回転に伴って回転する。これにより、回転角度検出器１のそれぞれは、入力軸９の回転角度と出力軸１０の回転角度とを検出する。
【００３２】
そして、捩れ角演算部１１は、回転角度検出器１で検出された入力軸９の回転角度と出力軸１０の回転角度との差分を、トルクと比例関係にある捩れ角として算出する。これにより、より高精度に捩れ角（トルク）を検出できる。また、電動パワーステアリング装置に適用し、入力軸９と出力軸１０とのそれぞれとして、車両の操舵系の入力軸と出力軸とを用いた場合、算出した捩れ角を用いて、モータの出力を制御し、ハンドル操作をアシストすることができる。この場合、車両の走行に伴い操舵系の入力軸と出力軸とに発生する振動により、多極磁石リング２が偏芯したとしても、回転角度をより高精度に検出できる。そのため、ハンドル操作のアシストを、長期的により高精度に行うことができる。
なお、その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００３３】
（変形例）
（１）なお、回転角度検出器１としては、図１４に示すように、第３実施形態及びその変形例に記載の、磁気センサ３の異常を検出可能な回転角度検出器１を用いる構成としてもよい。図１４の例では、第１系統及び第２系統の演算部４と捩れ角演算部１１とがＭＣＵ７内に設けられており、さらに、異常センサ判定部６が演算部４内に設けられている。
【００３４】
（２）また、例えば、ＭＣＵ７は、磁気センサ３（センサＩＣ）とＭＣＵ７との通信機能に磁気センサ３（センサＩＣ）を判別可能とするＩＣ判別機能を付加する構成としてもよい。この場合、ＭＣＵ７が、通信したいＩＣ（磁気センサ３）を指定可能な構成とする。
図１５の例では、入力軸９側の第１系統の磁気センサ３１、３２、３３とＭＣＵ７とを通信可能とする第１の共通信号線１２ａと、入力軸９側の第２系統の磁気センサ３１ａ、３２ａ、３３ａとＭＣＵ７とを通信可能とする第２の共通信号線１２ｂとを備えている。
また同様に、出力軸１０側の第１系統の磁気センサ３１、３２、３３とＭＣＵ７とを通信可能とする第３の共通信号線１２ｃと、出力軸１０側の第２系統の磁気センサ３１ａ、３２ａ、３３ａとＭＣＵ７とを適信可能とする第４の共通信号線１２ｄとを備えている。
【００３５】
さらに、第１系統の第１〜第３の磁気センサ３１、３２、３３に電源電圧Ｖcc1を供給する第５の共通信号線１２ｅ、グランド電圧Ｇnd1を供給する第６の共通信号線１２ｆを備えている。また、第２系統の第１〜第３の磁気センサ３１ａ、３２ａ、３３ａに電源電圧Ｖcc2を供給する第７の共通信号線１２ｇ、グランド電圧Ｇnd2を供給する第８の共通信号線１２ｈを備えている。このような構成により、第１系統の第１〜第３の磁気センサ３１、３２、３３や、第２系統の第１〜第３の磁気センサ３１ａ、３２ａ、３３ａが配置された基板１３上で信号線を纏めることができ、信号線の本数を８本に省線化できる。
図１５の構成は、二つの系統を１パッケージとした合計６個（入力軸９側に３個、出力軸１０側に３個）の磁気センサ３対で形成できる。また、図１５の例では、各系統を監視し、一方の系統に異常が発生しても機能することができ、捩れ角の算出及びハンドル操作のアシストを継続し、さらに、異常発生後の各系統の監視を継続することができる。
【００３６】
（３）また、磁気センサ３に磁極をカウントする磁極カウンタ機能をもたせるようにしてもよい。これにより、入力軸９や出力軸１０の回転の計数を可能とすることができる。
（４）さらに、上記実施形態では、多極磁石リング２の着磁方向を外径向きとすると共に、磁気センサ３を多極磁石リング２の外周に対向させて配置する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、着磁方向に制限はなく、内径着磁、上側着磁、下側着磁としてもよい。この揚合、磁気センサ３を着磁方向（着磁面）に対向させて配置する。
（５）また、上記実施形態では、磁気センサ３として、多極磁石リング２の１極対が電気角３６０度分に対応するセンサを用いる例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば多極磁石リング２の１極が電気角３６０度分に対応するセンサを用いてもよい。  なお、本発明の回転角度検出器１は、上記実施形態の磁気回路以外にも適用できる。
【００３７】
以上、本願が優先権を主張する日本国特許出願２０１６−１４２８２７（２０１６年７月２０日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
【符号の説明】
【００３８】
１  回転角度検出器
２  多極磁石リング
３  磁気センサ
４  演算部
５  異常発生判定部
６  異常センサ判定部
７  ＭＣＵ
８  トルクセンサ
９  入力軸
１０  出力帥
１１  捩れ角演算部
３１、３１ａ  第１の磁気センサ
３２、３２ａ  第２の磁気センサ
３３、３３ａ  第３の磁気センサ
【図１】
2018016145.tif 000003
【図２】
2018016145.tif 000004
【図３】
2018016145.tif 000005
【図４】
2018016145.tif 000006
【図５】
2018016145.tif 000007
【図６】
2018016145.tif 000008
【図７】
2018016145.tif 000009
【図８】
2018016145.tif 000010
【図９】
2018016145.tif 000011
【図１０】
2018016145.tif 000012
【図１１】
2018016145.tif 000013
【図１２】
2018016145.tif 000014
【図１３】
2018016145.tif 000015
【図１４】
2018016145.tif 000016
【図１５】
2018016145.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月6日(2017.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リングと、
前記多極磁石リングの周方向に沿って配置され、前記多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、
一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報の平均値を算出し、算出した平均値に基づき前記多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、を備え、
前記演算部は、一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報の前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値をＮで除算して前記平均値とすることを特徴とする回転角度検出器。
【請求項２】
周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リングと、
前記多極磁石リングの周方向に沿って配置され、前記多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、
一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報に基づき前記多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、
前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報から前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値に基づき前記Ｎ個の磁気センサのいずれかに異常が発生したか否かを判定する異常発生判定部と、を備えることを特徴とする回転角度検出器。
【請求項３】
周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リングと、
前記多極磁石リングの周方向に沿って配置され、前記多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、
一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報に基づき前記多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、
前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報から前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報のうち、前記Ｎ個の磁気センサから選択される二つの磁気センサに対応するオフセット後の角度情報同士の差分に基づき、前記Ｎ個の磁気センサのうちから異常が発生した磁気センサを判定する異常センサ判定部と、を備えることを特徴とする回転角度検出器。
【請求項４】
前記磁気センサ群を少なくとも２系統備え、
前記演算部は、前記２系統の一方の系統を構成する磁気センサの異常を判定すると、他方の系統の前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報を用いて前記回転角度を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の回転角度検出器。
【請求項５】
前記磁気センサは、前記多極磁石リングの周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角度検出器。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
Ｎは、３であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転角度検出器。
【請求項９】
トーションバーを介して連結された入力軸と出力軸とのそれぞれに請求項１から５及び８のいずれか１項に記載の回転角度検出器を配置し、前記入力軸の回転角度と前記出力軸の回転角度とを検出し、前記回転角度検出器で検出された前記入力軸の回転角度と前記出力軸の回転角度との差分を捩れ角として算出することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１０】
前記入力軸と前記出力軸のそれぞれは、車両の操舵系の入力軸と出力軸であることを特徴とする請求項９に記載のトルクセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
、多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、一つの磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報の平均値を算出し、算出した平均値に基づき多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、を備え、演算部は、一つの磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報の位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値をＮで除算して平均値とすることを特徴とする。
発明の効果
［０００６］
本発明の一態様によれば、各磁気センサの角度情報に含まれる４次の誤差成分の位相をずらすことができる。そのため、これらの角度情報を基に多極磁石リングの回転角度を算出することで、角度情報に含まれる４次の誤差成分を削減することができる。
図面の簡単な説明
［０００７］
［図１］第１実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。
［図２］４次の誤差成分の削減方法を説明するための図である。
［図３］第１実施形態の回転角度検出器の作用を説明するための図である。
［図４］第２実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。
［図５］第２実施形態の回転角度検出器の作用を説明するための図である。
［図６］１次の誤差成分と４次の誤差成分との削減方法を説明するための図である。
［図７］第３実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。
［図８］第３実施形態の回転角度検出器の作用を説明するための図である。
［図９］第３実施形態の回転角度検出器の作用を説明するための図である。
［図１０］第３実施形態の変形例（１）を説明するための図である。
［図１１］異常センサ判定部の動作を説明するための図である。
［図１２］第３実施形態の変形例（２）を説明するための図である。
［図１３］第４実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。
［図１４］第４実施形態の変形例（１）を説明するための図である。
［図１５］第４実施形態の変形例（２）を説明するための図である。
発明を実施するための形態
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月18日(2018.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リングと、
前記多極磁石リングの周方向に沿って配置され、前記多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、
一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報の平均値を算出し、算出した平均値に基づき前記多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、を備え、
前記演算部は、一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報の前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値をＮで除算して前記平均値とすることを特徴とする回転角度検出器。
【請求項２】
周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リングと、
前記多極磁石リングの周方向に沿って配置され、前記多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、
一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報に基づき前記多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、
前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報から前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報の合計値を算出し、算出した合計値に基づき前記Ｎ個の磁気センサのいずれかに異常が発生したか否かを判定する異常発生判定部と、を備えることを特徴とする回転角度検出器。
【請求項３】
周方向に沿って多極に磁化されている多極磁石リングと、
前記多極磁石リングの周方向に沿って配置され、前記多極磁石リングの回転に応じて、電気角で３６０／Ｎ（Ｎは４を除く３以上の自然数）度ずつ異なる位相差を有する角度情報を出力するＮ個の磁気センサからなる少なくとも一つの磁気センサ群と、
一つの前記磁気センサ群を構成するＮ個の磁気センサから出力される角度情報に基づき前記多極磁石リングの回転角度を算出する演算部と、
前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報から前記位相差分をオフセットし、オフセット後の角度情報のうち、前記Ｎ個の磁気センサから選択される二つの磁気センサに対応するオフセット後の角度情報同士の差分に基づき、前記Ｎ個の磁気センサのうちから異常が発生した磁気センサを判定する異常センサ判定部と、を備えることを特徴とする回転角度検出器。
【請求項４】
前記磁気センサ群を少なくとも２系統備え、
前記演算部は、前記２系統の一方の系統を構成する磁気センサの異常を判定すると、他方の系統の前記Ｎ個の磁気センサから出力される角度情報を用いて前記回転角度を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の回転角度検出器。
【請求項５】
前記磁気センサは、前記多極磁石リングの周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転角度検出器。
【請求項６】
前記Ｎは、３であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転角度検出器。
【請求項７】
トーションバーを介して連結された入力軸と出力軸とのそれぞれに請求項１から６のいずれか１項に記載の回転角度検出器を配置し、前記入力軸の回転角度と前記出力軸の回転角度とを検出し、前記回転角度検出器で検出された前記入力軸の回転角度と前記出力軸の回転角度との差分を捩れ角として算出することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項８】
前記入力軸と前記出力軸のそれぞれは、車両の操舵系の入力軸と出力軸であることを特徴とする請求項７に記載のトルクセンサ。
【国際調査報告】
2018016145.tif 000018
2018016145.tif 000019
2018016145.tif 000020
2018016145.tif 000021
2018016145.tif 000022