(57)【要約】  回転角演算装置２０は、第１または第２の磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２からピーク値を検出すると、ピーク値が検出された一方の磁気センサに対応する振幅補正用テーブルに基づいて、当該磁気センサが感知している磁極の極番号を特定する。そして、特定された極番号と、磁極特定用テーブルとに基づいて、他方の磁気センサが感知している磁極の極番号を特定する。これにより、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極の極番号が特定されるので、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を、それらが感知している磁極（磁極対）に対応する振幅補正ゲインＧ１，Ｇ２を用いて補正する。
2011108421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転に応じて回転しかつ複数の磁極が設けられた検出用ロータと、検出用ロータの回転に応じて、所定の位相差を有する第１および第２の交番信号をそれぞれ出力する第１および第２の磁気センサとを含み、これらの磁気センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記検出用ロータは、前記複数の磁極のうち少なくとも一つの磁極に対する前記各交番信号の極値が、他の磁極に対する当該交番信号の極値のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有しており、
前記各交番信号の極値を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出される極値と、予め設定された極値データとに基づいて、各磁気センサが感知している磁極を特定し、特定した磁極に応じて、前記各交番信号の振幅を補正する補正手段と、
振幅補正後の各交番信号に基づいて、前記回転体の回転角を演算する回転角演算手段と、
を含む回転角検出装置。
【請求項２】
前記検出用ロータは、周方向に設けられた複数の磁極を有しており、磁極間に磁極面積差が設けられることにより、前記磁極特性を有している、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記検出用ロータは、周方向に等角度間隔で設けられた複数の磁極を有しており、磁極間に前記検出用ロータの回転軸方向長さの差が設けられることにより、前記磁極特性を有している、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項４】
前記検出用ロータは、周方向に等角度間隔で設けられかつ前記検出用ロータの回転軸方向の長さが等しい複数の磁極を有しており、磁極間に磁力の大きさの差が設けられることにより、前記磁極特性を有している、請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項５】
前記検出用ロータは、周方向に設けられた複数の磁極を有しており、磁極間に角度幅差が設けられることにより、前記磁極特性を有しており、
前記回転角演算手段は、位相補正手段を含み、位相補正手段は、振幅補正後の各交番信号から前記検出用ロータの相対角を算出し、算出した相対角を、予め定められた一方の磁気センサが感知している磁極の角度幅に応じた相対角に補正する手段を含む、請求項１または２に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスモータのロータ等の回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置などに使用されるブラシレスモータを制御するためには、ロータの回転角度に合わせてステータ巻線に電流を通電する必要がある。そこで、ブラシレスモータの回転に応じて回転する検出用ロータを用いて、ブラシレスモータのロータの回転角を検出する回転角検出装置が知られている。具体的には、図１０に示すように、検出用ロータ１０１（以下、「ロータ１０１」という）は、ブラシレスモータのロータに設けられている磁極対に相当する複数の磁極対を有する円筒状の磁石１０２を備えている。ロータ１０１の周囲には、２つの磁気センサ１２１，１２２が、ロータ１０１の回転中心軸を中心として所定の角度間隔をおいて配置されている。各磁気センサ１２１，１２２からは、所定の位相差を有する正弦波信号が出力される。これらの２つの正弦波信号に基づいて、ロータ１０１の回転角（ブラシレスモータのロータの回転角）が検出される。【０００３】
この例では、磁石１０２は、５組の磁極対を有している。つまり、磁石１０２は、等角度間隔で配置された１０個の磁極を有している。各磁極は、ロータ１０１の回転中心軸を中心として、３６°（電気角では１８０°）の角度間隔で配置されている。また、２つの磁気センサ１２１，１２２は、ロータ１０１の回転中心軸を中心として１８°（電気角では９０°）の角度間隔をおいて配置されている。【０００４】
図１０に矢印で示す方向を検出用ロータ１０１の正方向の回転方向とする。そして、ロータ１０１が正方向に回転されるとロータ１０１の回転角が大きくなり、ロータ１０１が逆方向に回転されると、ロータ１０１の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ１２１，１２２からは、図１１に示すように、ロータ１０１が１磁極対分に相当する角度（７２°（電気角では３６０°））を回転する期間を一周期とする正弦波信号Ｖ１，Ｖ２が出力される。【０００５】
所定の基準位置からのロータ１０１の絶対的な回転角を、ロータ１０１の絶対回転角（機械角）θＡということにする。ロータ１０１の１回転分の角度範囲を、５つの磁極対に対応して５つの区間に分け、各区間の開始位置を０°とし終了位置を３６０°として表したロータ１０１の角度を、ロータ１０１の相対回転角θＲということにする。この場合には、１０個の磁極の角度幅は等しいので、ロータ１０１の相対回転角θＲは、ブラシレスモータのロータの電気角と一致する。【０００６】
ここでは、第１の磁気センサ１２１からは、Ｖ１＝Ａ１・sinθＲの出力信号が出力され、第２の磁気センサ１２２からは、Ｖ２＝Ａ２・cosθＲの出力信号が出力されるものとする。Ａ１，Ａ２は、振幅である。両出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅Ａ１，Ａ２が互いに等しいとみなすと、ロータ１０１の相対回転角θＲは、両出力信号Ｖ１，Ｖ２を用いて、次式(1)に基づいて求めることができる。【０００７】
θＲ＝tan−１（sinθＲ／cosθＲ）
＝tan−１（Ｖ１／Ｖ２）      …(1)
このようにして、求められた相対角θＲを使って、ブラシレスモータを制御する。
なお、ロータ１０１の絶対回転角θＡ  は、相対角θＲを用いて、たとえば、次式(2)に基づいて求めることができる。【０００８】
θＡ  ＝｛θＲ＋３６０×（ｎ−１）｝／５（ただし、ｎ＝１，２，…５）      …(2)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2003-32823号公報
【特許文献２】特開2002-257649号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したような従来の回転角検出装置においては、磁極ごとの磁力のばらつきなどにより、各磁気センサ１２１，１２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅が磁極ごとに変動するため、ロータ１０１の回転角の検出に誤差が発生する。そこで、ロータ１０１の絶対回転角（機械角）θＡに応じて、各磁気センサ１２１，１２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅が等しくなるように、各磁気センサ１２１，１２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を補正（振幅補正）した後、ロータ１０１の相対角θＲを演算している。【００１１】
磁極毎に磁力がばらつく場合には、各磁気センサ１２１，１２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に対して、相対角（電気角）の１周期または半周期ごとに補正するゲインを変更しなければならない。ロータ１０１が１回転した後においては、各磁気センサ１２１，１２２が感知している磁極を特定することができるので、各磁気センサ１２１，１２２が感知している磁極（磁極対）に応じた振幅補正を行うことができる。しかし、ブラシレスモータの起動直後には、各磁気センサ１２１，１２２が感知している磁極を特定することができないため、各磁気センサ１２１，１２２が感知している磁極に応じた振幅補正や位相補正を行うことができない。【００１２】
この発明の目的は、回転体が回転を開始した直後の早い段階で、磁気センサが感知している磁極を特定できるようになる回転角検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の回転角検出装置は、回転体（１０）の回転に応じて回転しかつ複数の磁極（Ｍ０〜Ｍ９）が設けられた検出用ロータ（１，１Ａ，１Ｂ）と、検出用ロータの回転に応じて、所定の位相差を有する第１および第２の交番信号（Ｖ１，Ｖ２）をそれぞれ出力する第１および第２の磁気センサ（２１，２２）とを含み、これらの磁気センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、前記検出用ロータは、前記複数の磁極のうち少なくとも一つの磁極に対する前記各交番信号の極値が、他の磁極に対する当該交番信号の極値のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有しており、前記各交番信号の極値を検出する検出手段（２０，Ｓ２）と、前記検出手段によって検出される極値と、予め設定された極値データとに基づいて、各磁気センサが感知している磁極を特定し、特定した磁極に応じて、前記各交番信号の振幅を補正する補正手段（２０，Ｓ４〜Ｓ６）と、振幅補正後の各交番信号に基づいて、前記回転体の回転角を演算する回転角演算手段（２０，Ｓ７〜Ｓ９）とを含む。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。しかし、このことは、この発明が当該実施形態に限定して解釈されるべきことを意図するものではない。【００１４】
上記構成では、検出手段によって検出された極値と予め設定された極値データとに基づいて、各磁気センサが感知している磁極が特定され、特定された磁極に応じて、各交番信号の振幅が補正される。そして、振幅補正後の各交番信号に基づいて、回転体の回転角が演算される。
検出用ロータは、それに設けられている複数の磁極のうちの少なくとも一つの磁極に対する各交番信号の極値が、他の磁極に対する当該交番信号の極値のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有している。たとえば、一つの磁極（以下「基準磁極」という）に対する各交番信号の極値が、他の磁極に対する当該交番信号の極値のいずれとも識別可能に異なっている場合には、回転体が回転を開始してから、前記基準磁極に対応する極値が検出手段によって検出された時点で、その極値を出力している方の磁気センサが感知している磁極を特定することが可能となる。また、両磁気センサの配置および角度間隔、検出用ロータの構成等により、他方の磁気センサが感知している磁極を特定することが可能となる。これにより、回転体が回転を開始した後、検出用ロータが１回転する前に、各磁気センサが感知している磁極を特定することができる可能性が高くなる。つまり、回転体が回転を開始した直後の早い段階で、各磁気センサが感知している磁極を特定することができるようになる。【００１５】
前記検出用ロータは、それに設けられている各磁極に対する各交番信号の極値が、他の磁極に対する当該交番信号の極値のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有していてもよい。このような構成では、回転体が回転を開始してから、いずれかの磁極に対する極値が最初に検出された時点で、各磁気センサが感知している磁極を特定することが可能となる。このため、回転体が回転を開始した直後の早い段階で、各磁気センサが感知している磁極を特定することができるようになる。【００１６】
前記検出用ロータは、周方向に設けられた複数の磁極を有しており、磁極間に磁極面積差が設けられることにより、前記磁極特性を有しているものであってもよい。また、前記検出用ロータは、周方向に等角度間隔で設けられた複数の磁極を有しており、磁極間に前記検出用ロータの回転軸方向長さの差が設けられることにより、前記磁極特性を有しているものであってもよい。また、前記検出用ロータは、周方向に等角度間隔で設けられかつ前記検出用ロータの回転軸方向の長さが等しい複数の磁極を有しており、磁極間に磁力の大きさの差が設けられることにより、前記磁極特性を有しているものであってもよい。【００１７】
この発明の一実施形態では、前記検出用ロータは、周方向に設けられた複数の磁極を有しており、磁極間に角度幅差が設けられることにより、前記磁極特性を有しており、前記回転角演算手段は、位相補正手段を含み、位相補正手段は、振幅補正後の各交番信号から前記検出用ロータの相対角を算出し、算出した相対角を、予め定められた一方の磁気センサが感知している磁極の角度幅に応じた相対角に補正する手段を含む。【００１８】
この構成では、振幅補正後の各交番信号から検出用ロータの相対角が算出される。算出された相対角が、予め定められた一方の磁気センサが感知している磁極の角度幅に応じた相対角に補正される。これにより、磁極間に角度幅差が設けられている場合にも、回転体の回転角を演算することが可能となる。
本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る回転角検出装置を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、検出用ロータの構成を示す模式図である。
【図３】図３は、第１の磁気センサの出力信号波形および第２の磁気センサの出力信号波形を示す模式図である。
【図４】図４Ａは、第１の磁気センサに対応する振幅補正用テーブルの内容を示す模式図であり、図４Ｂは、第２の磁気センサに対応する振幅補正用テーブルの内容を示す模式図である。
【図５】図５は、回転角演算装置による回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、制御終了処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、この発明の第２の実施形態に係る回転角検出装置で用いられる検出用ロータを示す斜視図である。
【図８】図８は、この発明の第２の実施形態に係る回転角検出装置で用いられる検出用ロータを示す平面図である。
【図９】図９は、この発明の第３の実施形態に係る回転角検出装置で用いられる検出用ロータを端面側から見た図である。
【図１０】図１０は、従来の回転角検出装置による回転角検出方法を説明するための模式図である。
【図１１】図１１は、第１の磁気センサの出力信号波形および第２の磁気センサの出力信号波形を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、この発明を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第1の実施形態に係る回転角検出装置を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の構成を示す模式図である。
この回転角検出装置は、ブラシレスモータ１０の回転に応じて回転する検出用ロータ（以下、単に「ロータ１」という）を有している。図２に示すように、ロータ１は、ブラシレスモータ１０のロータに設けられている磁極対に相当する複数の磁極対を有する円筒状の磁石２を含んでいる。つまり、ロータ１には、周方向に並んだ複数の磁極が設けられている。この例では、磁石２は、５組の磁極対（Ｍ０，Ｍ１），（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ４，Ｍ５），（Ｍ６，Ｍ７），（Ｍ８，Ｍ９）を有している。つまり、磁石２は、１０個の磁極Ｍ０〜Ｍ９を有している。
【００２１】
ブラシレスモータ１０のロータに設けられた各磁極の周方向の長さは、全て同じである。つまり、ブラシレスモータ１０のロータに設けられた各磁極の角度幅は全て同じであり、３６°である。したがって、このブラシレスモータ１０では、１磁極対の角度幅は、機械角で７２°であり、これが電気角の３６０°に相当する。これに対し、図２に示すように、ロータ１に設けられている各磁極Ｍ０〜Ｍ９のうち、Ｎ極の磁極Ｍ０，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６，Ｍ８の角度幅（ａ，ｃ，ｅ，ｇ，ｉ）は、それぞれ異なっている。つまり、Ｎ極の磁極間では、その着磁面積が異なっている。Ｓ極の磁極Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ７，Ｍ９のうち、磁極Ｍ９以外の４つの磁極Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ７は、それぞれ異なっている。磁極Ｍ９の角度幅（ｊ）は、磁極Ｍ５の角度幅（ｆ）と等しい。
【００２２】
この実施形態においては、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の角度幅は、表１に示すようになっている。ただし、表１では、角度幅は、その角度幅に対応する機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算した値で表されている。なお、図２において、破線は、ロータ１を周方向に３６°（前記電気角では１８０°）間隔で分割した場合の各領域を示している。
【００２３】
【表１】
2011108421.tif 000003
【００２４】
ロータ１の周囲には、２つの磁気センサ２１，２２が、ロータ１の回転中心軸を中心として、所定角度（１８°（前記電気角では９０°））の角度間隔をおいて配置されている。これら２つの磁気センサ２１，２２を、それぞれ第１の磁気センサ２１および第２の磁気センサ２２という場合がある。磁気センサとしては、たとえば、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子を備えたものを用いることができる。
【００２５】
図２に矢印で示す方向をロータ１の正方向の回転方向とする。そして、ロータ１が正方向に回転されるとロータ１の回転角が大きくなり、ロータ１が逆方向に回転されると、ロータ１の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ２１，２２からは、図３に示すように、ロータ１の回転にともなって、正弦波状の信号（以下、「正弦波信号」という）Ｖ１，Ｖ２が出力される。なお、図３における横軸のロータ角度［deg]は、機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算することにより得られた角度を表している。また、図３には、正弦波信号Ｖ１の各ピーク値付近に、その時点において第１の磁気センサ２１が感知している磁極の領域ａ〜ｊが明記されている。
【００２６】
ロータ１が１つの磁極に相当する角度を回転すると、各磁気センサ２１，２２からは、半周期分の正弦波信号が出力される。ただし、この実施形態では、各磁極の角度幅は一定幅ではないため、１つのセンサから出力される正弦波信号における各磁極に対応する半周期は一定ではない。また、磁極Ｍ５および磁極Ｍ９を除いて、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の磁極毎のピーク値は、磁極ごとに異なる。
【００２７】
所定の基準位置からのロータ１の絶対的な回転角を、ロータ１の絶対回転角（機械角）θＡということにする。ロータ１の１回転分の角度範囲を、５つの磁極対の角度幅に対応して、５つの区間（ａ＋ｂ，ｃ＋ｄ，ｅ＋ｆ，ｇ＋ｈ，ｉ＋ｊ）に分け、各区間の開始位置を０°とし終了位置を３６０°として、絶対回転角θＡに対応する角度を０〜３６０°の範囲内で表した角度を、ロータ１の相対回転角θＲということにする。なお、この実施形態では、これらの５つの区間の角度幅は、一定幅ではない。
【００２８】
ここでは、第１の磁気センサ２１からは、５つの磁極対に対応する区間毎に、Ｖ１＝Ａ１・sinθＲの出力信号が出力され、第２の磁気センサ２２からは、５つの磁極対に対応する区間毎に、Ｖ２＝Ａ２・cosθＲの出力信号が出力されるものとする。Ａ１，Ａ２は、それぞれ振幅を表している。ただし、振幅Ａ１は、磁極毎に異なる。同様に、振幅Ａ２も磁極ごとに異なる。また、θＲは、対応する区間における相対回転角θＲを表している。
【００２９】
両出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅Ａ１，Ａ２が互いに等しいとみなすと、対応する区間におけるロータ１の相対角θＲは、両出力信号Ｖ１，Ｖ２を用いて、次式(3)に基づいて求めることができる。
θＲ＝tan−１（sinθＲ／cosθＲ）
＝tan−１（Ｖ１／Ｖ２）      …(3)
図１に戻り、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２は、回転角演算装置２０に入力される。回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、ロータ１の相対回転角θＲを算出する。また、回転角演算装置２０は、得られた相対回転角θＲ等に基いて、ロータ１の絶対回転角（機械角）θＡを算出し、得られたロータ１の絶対回転角θＡに基づいて、ブラシレスモータのロータの電気角θＥを演算する。回転角演算装置２０は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ，書き換え可能な不揮発性メモリ等）を含んでいる。
【００３０】
回転角演算装置２０によって演算された電気角は、モータコントローラ３０に与えられる。モータコントローラ３０は、回転角演算装置２０から与えられた電気角θＥと、所与の指令値とに基づいて、ブラシレスモータ１０を制御する。
以下、回転角演算装置２０の動作について説明する。回転角演算装置２０内の書き換え可能な不揮発性メモリには、磁気センサ２１，２２毎に、振幅補正用テーブルが記憶されている。
【００３１】
図４Ａは、第１の磁気センサ２１に対応する振幅補正用テーブル（以下、「第１テーブル」という場合がある）の内容例を示している。第１テーブルには、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の磁極番号０〜９毎に、その磁極に対応する第１の磁気センサ２１の出力信号Ｖ１のピーク値（極大値または極小値）、その磁極の角度幅［deg］および補正ゲインＧ１が記憶されている。ただし、角度幅は、表１で説明したように、その角度幅に対応する機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算した値である。補正ゲインＧ１は、第１の磁気センサ２１の振幅の磁極毎のばらつきを補正するためのゲインである。
【００３２】
任意の磁極に対する振幅補正ゲインＧ１は、当該磁極に対応する第１の磁気センサ２１の出力信号Ｖ１のピーク値（極大値または極小値）と基準振幅とを用い、次式(4)に基いて求められる。基準振幅は、たとえば、角度幅（機械角×磁極対数）が１８０°の磁極に対応する第１の磁気センサ２１の出力信号Ｖ１のピーク値（絶対値）に相当する値である。基準振幅は、予め設定され、この例では“５００”である。
【００３３】
Ｇ１＝基準振幅／｜ピーク値｜    …(4)
図４Ｂは、第２の磁気センサ２２に対応する振幅補正用テーブル（以下、「第２テーブル」という場合がある）の内容例を示している。第２テーブルには、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の磁極番号０〜９毎に、その磁極に対応する第２の磁気センサ２２の出力信号Ｖ２のピーク値（極大値または極小値）、その磁極の角度幅［deg］および補正ゲインＧ２が記憶されている。補正ゲインＧ２は、第２の磁気センサ２２の振幅の磁極毎のばらつきを補正するためのゲインである。図４Ｂでは、説明の便宜上、各磁極に対する第２の磁気センサ２２のピーク値は、対応する磁極に対する第１の磁気センサ２１のピーク値と同じ値となっているが、実際には互いに異なる場合もある。
【００３４】
任意の磁極に対する補正ゲインＧ２は、当該磁極に対応する第２の磁気センサ２２の出力信号Ｖ２のピーク値（極大値または極小値）と基準振幅とを用い、次式(5)に基いて求められる。基準振幅は、たとえば、角度幅（機械角×磁極対数）が１８０°の磁極に対応する第２の磁気センサ２２１の出力信号Ｖ２のピーク値（絶対値）に相当する値である。基準振幅は、予め設定され、この例では“５００”である。
【００３５】
Ｇ２＝基準振幅／｜ピーク値｜    …(5)
前記振幅補正用テーブルへのピーク値および補正ゲインの記憶は、ブラシレスモータ１０の出荷前に行ってもよいし、ブラシレスモータ１０の出荷後において、モータ制御中にピーク値を検出することにより、行ってもよい。前記振幅補正用テーブルに記憶されるピーク値および補正ゲインは、１周期分のデータから求めてもよいし、複数周期分のデータの平均値から求めてもよい。
【００３６】
また、回転角演算装置２０内の書き換え可能な不揮発性メモリには、磁極毎（磁極番号毎）に、第１の磁気センサ２１によってその磁極に対するピーク値が検出されているときに、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の極番号を示すデータを記憶した磁極特定用テーブル（以下、「第３テーブル」という場合がある）と、磁極毎（磁極番号毎）に、第２の磁気センサ２２によってその磁極に対するピーク値が検出されているときに、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号を示すデータを記憶した磁極特定用テーブル（以下、「第４テーブルという」という場合がある）とが記憶されている。第３テーブルおよび第４テーブルは、両磁気センサ２１，２２の配置および角度間隔ならびにロータ１の構成に基づいて作成される。
【００３７】
回転角演算装置２０は、第１または第２の磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２からピーク値を検出すると、ピーク値が検出された一方の磁気センサに対応する振幅補正用テーブル（第１テーブルまたは第２テーブル）に基づいて、当該磁気センサが感知している磁極の極番号を特定する。この際、センサ信号のピーク値は磁石の温度特性（磁石の温度が高くなるほどピーク値が小さくなる）に応じて変化するので、磁石の温度係数（温度が高くなるほど小さくなる係数）を振幅補正用テーブルのピーク値に乗算することによってテーブル値を補正し、検出されたピーク値と補正後のテーブル値とに基づいて、磁極の極番号を特定するようにしてもよい。
【００３８】
なお、この実施形態では、磁極Ｍ５に対応するピーク値と磁極Ｍ９に対応するピーク値は同じであるので、磁極Ｍ５または磁極Ｍ９に対応するピーク値がいずれか一方の磁気センサによって検出されたとしても、回転角演算装置２０は、当該磁気センサが感知している磁極の極番号を特定することはできない。そこで、回転角演算装置２０は、処理開始後、磁極Ｍ５，Ｍ９以外の磁極に対応するピーク値が一方の磁気センサによって検出されたときに、当該磁気センサが感知している磁極の極番号を特定する。
【００３９】
回転角演算装置２０は、特定された極番号と、第３または第４テーブル（磁極特定用テーブル）とに基づいて、他方の磁気センサが感知している磁極の極番号を特定する。たとえば、第１テーブルに基いて、第1の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号が特定された場合には、特定された極番号と第３テーブルとに基いて、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の極番号が特定される。一方、第２テーブルに基いて、第２の磁気センサ２２が感知している磁極の極番号が特定された場合には、特定された極番号と第４テーブルとに基いて、第１の磁気センサ２１が感知している磁極の極番号が特定される。
【００４０】
これにより、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極の極番号が特定されるので、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を、それらが感知している磁極に対応する補正ゲインＧ１，Ｇ２を用いて補正する。そして、回転角演算装置２０は、振幅補正後の出力信号に基づいて、ロータ１の相対回転角θＲを演算する。また、回転角演算装置２０は、得られた相対回転角θＲ等に基づいて絶対回転角θＡを演算する。そして、回転角演算装置２０は、得られた絶対回転角θＡから、ブラシレスモータ１０の電気角θＥを演算する。
【００４１】
それ以後は、回転角演算装置２０は、第１または第２の磁気センサ２１，２２の出力からピーク値が検出される毎に、ピーク値が検出された一方の磁気センサに対して既に特定されている極番号を更新し、当該磁気センサの出力信号を、更新後の極番号に対応する補正ゲインを用いて補正する。そして、回転角演算装置２０は、上記と同様に、ロータ１の相対回転角θＲ、絶対回転角θＡ、ブラシレスモータ１０の電気角θＥを演算する。
【００４２】
図５は、回転角演算装置２０による回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
モータコントローラ３０が起動されると、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２の出力信号（センサ値）Ｖ１，Ｖ２を読み込む（ステップＳ１）。なお、回転角演算装置２０のメモリ（たとえば、ＲＡＭ）には、所定回数前に読み込まれたセンサ値から最新に読み込まれたセンサ値までの、複数回数分のセンサ値が記憶されるようになっている。回転角演算装置２０は、メモリに記憶されているセンサ値に基づいて、各センサ値Ｖ１，Ｖ２毎にピーク値（極値）を検出したか否かを判定する（ステップＳ２）。以下において、ステップＳ２の判定処理を、ピーク値検出処理という場合がある。具体的には、回転角演算装置２０は、センサ値が上昇傾向から下降傾向に変化したときには、ピーク値（極大値）を検出したと判別するとともに、当該極大値を特定する。また、回転角演算装置２０は、センサ値が下降傾向から上昇傾向に変化したときには、ピーク値（極小値）を検出したと判別するとともに、当該極小値を特定する。
【００４３】
前記ステップＳ２において、ピーク値が検出されなかったときには（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ６に移行する。一方、前記ステップＳ２において、ピーク値が検出されたときには（ステップＳ２：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、コントローラ起動後において後述するステップＳ４の極番号特定処理によって各磁気センサが感知している磁極が既に特定されているか否かを判別する（ステップＳ３）。各磁気センサが感知している磁極が特定されていない場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、極番号特定処理を行なう（ステップＳ４）。つまり、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２がそれぞれ感知している磁極を特定する。
【００４４】
具体的には、回転角演算装置２０は、まず、前記ステップＳ２のピーク値検出処理によって検出されたピーク値（極大値または極小値）と、当該ピーク値を出力した磁気センサに対応する振幅補正用テーブル（第１または第２テーブル）の内容とに基づいて、当該磁気センサが感知している磁極を特定する。つまり、回転角演算装置２０は、振幅補正用テーブルに記憶されている複数のピーク値のうち、ピーク値検出処理によって検出されたピーク値に最も近いピーク値に対応する極番号を、当該磁気センサが感知している磁極の極番号として特定する。
【００４５】
ただし、ピーク値検出処理によって検出されたピーク値に最も近いピーク値に対応する極番号が磁極Ｍ５または磁極Ｍ９に対応する極番号である場合には、回転角演算装置２０は、当該磁気センサが感知している磁極を特定しない。
前記磁気センサが感知している磁極の極番号を特定できた場合には、回転角演算装置２０は、当該磁気センサが感知している磁極の極番号と、第３テーブルまたは第４テーブル（磁極特定用テーブル）とに基づいて、他方の磁気センサが感知している磁極を特定する。これにより、各磁気センサ２１，２２がそれぞれ感知している磁極が特定される。ステップＳ４の処理が終了すると、ステップＳ６に移行する。
【００４６】
前記ステップＳ３において、コントローラ起動後に行なわれたステップＳ４の極番号特定処理によって、各センサ２１，２２が感知している磁極の極番号が特定されたと判別された場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、極番号更新処理を行なう（ステップＳ５）。具体的には、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ２のピーク値検出処理によってピーク値が検出された方の磁気センサに対して既に特定されている極番号を、ロータ１の回転方向に基づいて更新する。より具体的には、回転角演算装置２０は、当該磁気センサに対して既に特定されている極番号を、ロータ１の回転方向に応じて、１だけ多い極番号または１だけ少ない極番号に変更する。
【００４７】
ロータ１の回転方向が正方向（図２に矢印で示す方向）である場合には、既に特定されている前記極番号を、１だけ多い極番号に更新し、ロータ１の回転方向が逆方向である場合には、既に特定されている前記極番号を、１だけ少ない極番号に更新する。ただし、”０”の極番号に対して、１だけ少ない極番号は、”９”となる。また、”９”の極番号に対して、１だけ多い極番号は、”０”となる。ステップＳ５の処理が終了すると、ステップＳ６に移行する。なお、ロータ１の回転方向は、たとえば、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の位相に基いて判別することができる。具体的には、Ｖ２の位相がＶ１より進んでいる場合（同じ磁極に対するピーク値が、Ｖ２で検出されてからＶ１で検出される場合）には、ロータ１の回転方向が正方向であると判別する。一方、Ｖ１の位相がＶ２より進んでいる場合（同じ磁極に対するピーク値が、Ｖ１で検出されてからＶ２で検出される場合）には、ロータ１の回転方向が逆方向であると判別する。
【００４８】
ステップＳ６では、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ１で読み込んだセンサ値Ｖ１，Ｖ２に対して振幅補正を行う。具体的には、回転角演算装置２０は、各磁気センサ２１，２２に対して現在特定されている極番号に対応する振幅補正ゲインＧ１，Ｇ２を、第１テーブルおよび第２テーブルからそれぞれ読み込む。そして、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ１で読み込んだセンサ値Ｖ１，Ｖ２を、第１テーブルおよび第２テーブルから読み込んだゲインＧ１，Ｇ２を用いて、それぞれ補正する。補正後のセンサ値をＶ１’，Ｖ２’とすると、Ｖ１’，Ｖ２’は、それぞれ次式(6)，(7)で表される。
【００４９】
Ｖ１’＝Ｖ１×Ｇ１    …(6)
Ｖ２’＝Ｖ１×Ｇ２    …(7)
ただし、コントローラが起動されてからピーク値が検出されるまでにおいては、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極は特定されないので、ステップＳ６では、センサ値Ｖ１，Ｖ２の補正は行われずに、ステップＳ７に移行する。また、ステップＳ４からステップＳ６に移行してきた場合であって、そのステップＳ４の極番号特定処理において、両磁気センサ２１，２２が感知している磁極の極番号が特定されなかった場合にも、ステップＳ６では、センサ値Ｖ１，Ｖ２の補正は行われずに、ステップＳ７に移行する。
【００５０】
前記ステップＳ６の振幅補正が行われると、回転角演算装置２０は、ロータ１の相対角θＲを算出する（ステップＳ７）。具体的には、回転角演算装置２０は、次式（8)に基づいて、ロータ１の相対角θＲを算出する。
θＲ＝tan−１（Ｖ１’／Ｖ２’）      …(8)
次に、回転角演算装置２０は、ステップＳ７で算出されたロータ１の相対角θＲと、磁気センサ２１が感知している磁極の極番号と、振幅補正テーブルの内容とに基づいて、ロータ１の絶対角（機械角）θＡを算出する（ステップＳ８）。具体的には、回転角演算装置２０は、磁気センサ２１が感知している磁極の極番号に基づいて、磁気センサ２１が感知している磁極を特定する。そして、特定した磁極に対応する角度幅Ｗを求める。たとえば、磁気センサ２１が感知している磁極が、１０個の磁極のうち、１番目の磁極Ｍ０である場合には、その磁極に対応する角度幅Ｗは、１７０［deg］となる。
【００５１】
前記ステップＳ７で算出されたロータ１の相対角θＲは、磁気センサ２１が感知している磁極の角度幅Ｗが１８０°であるとして、算出された角度である。そこで、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ７で算出されたロータ１の相対角θＲを、次式(9)に基づいて、磁気センサ２１が感知している磁極の領域の角度幅に応じた相対角θＲ’に変換（位相補正）する。
【００５２】
θＲ’＝θＲ×（Ｗ／１８０°）  …(9)
そして、回転角演算装置２０は、磁気センサ２１が感知している磁極と、変換後の相対角θＲ’とに基いて、ロータ１の絶対角（機械角）θＡを算出する。たとえば、磁気センサ２１が感知している磁極が１番目の磁極Ｍ０である場合には、ロータ１の絶対角θＡは、変換後の相対角θＲ’と一致する。つまり、θＡ＝θＲ’／５となる。ここで、５は、磁極対数である。
【００５３】
磁気センサ２１が感知している磁極が２番目の磁極Ｍ１である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目の磁極Ｍ０の角度幅）｝／５となる。ただし、角度幅は、表１で説明したように、その角度幅に対応する機械角に磁極対数（この実施形態では”５”）を乗算した値である。磁気センサ２１が感知している磁極が３番目の磁極対Ｍ２である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目および２番目の磁極Ｍ０，Ｍ１の角度幅の総和）｝／５となる。磁気センサ２１が感知している磁極が４番目の磁極Ｍ３である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目〜３番目の磁極Ｍ０〜Ｍ２の角度幅の総和）｝／５となる。磁気センサ２１が感知している磁極が５番目の磁極Ｍ４である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目〜４番目の磁極Ｍ０〜Ｍ３の角度幅の総和）｝／５となる。
【００５４】
磁気センサ２１が感知している磁極が６番目の磁極Ｍ５である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目〜５番目の磁極Ｍ０〜Ｍ４の角度幅の総和）｝／５となる。磁気センサ２１が感知している磁極対が７番目の磁極Ｍ６である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目〜６番目の磁極の角度幅Ｍ０〜Ｍ５の総和）｝／５となる。磁気センサ２１が感知している磁極が８番目の磁極Ｍ７である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目〜７番目の磁極の角度幅Ｍ０〜Ｍ６の総和）｝／５となる。磁気センサ２１が感知している磁極が９番目の磁極Ｍ８である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目〜８番目の磁極の角度幅Ｍ０〜Ｍ７の総和）｝／５となる。磁気センサ２１が感知している磁極が１０番目の磁極Ｍ９である場合には、θＡ＝｛θＲ’＋（１番目〜９番目の磁極の角度幅Ｍ０〜Ｍ８の総和）｝／５となる。
【００５５】
このようにしてロータ１の絶対角θＡが算出されると、回転角演算装置２０は、電気角θＥを、算出する（ステップＳ９）。具体的には、磁気センサ２１が感知している磁極対（Ｍ０，Ｍ１），（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ４，Ｍ５），（Ｍ６，Ｍ７），（Ｍ８，Ｍ９）の番号（１〜５）をｎとすると、回転角演算装置２０は、次式（10）に基づいて、電気角θＥを算出して、モータコントローラ３０に与える。
【００５６】
θＥ＝５θＡ  −｛３６０×（ｎ−１）｝      …(10)
この後、回転角演算装置２０は、モータ制御が終了したか否かを判別する（ステップＳ１０）。モータ制御が終了していなければ（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。モータ制御が終了していれば（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、制御終了処理を行なう（ステップＳ１１）。
【００５７】
図６は、制御終了処理の一例を示すフローチャートである。
制御終了処理においては、回転角演算装置２０は、今回のモータ制御期間中において、ブラシレスモータ１０が十分に回転したか否かを判定する（ステップＳ２１）。具体的には、回転角演算装置２０は、今回のモータ制御期間中におけるモータ１０の回転数が、所定回転数以上であるか否かを判定する。ブラシレスモータ１０が十分に回転したと判別された場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、振幅補正用テーブル（第１テーブルおよび第２テーブル）内の各極番号に対応するピーク値を、その極番号に対応するピーク値として最新に検出されたピーク値に更新する（ステップＳ２２）。そして、制御終了処理を終了する。
【００５８】
なお、前記実施形態では、Ｓ極の磁極Ｍ５の角度幅（ｆ）と磁極Ｍ９の角度幅（ｊ）とは等しいが、Ｓ極の各磁極Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ７，Ｍ９の角度幅も、Ｎ極の磁極Ｍ０，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６，Ｍ８と同様に、それぞれ異なっていてもよい。
図７および図８は、この発明の第２の実施形態に係る回転角検出装置で用いられる検出用ロータを示している。図７は、検出用ロータの斜視図であり、図８は検出用ロータを端面側から見た図である。
【００５９】
この検出用ロータ１Ａは、円筒状の磁石の一端側を、軸方向に対して斜めに切断した形状の磁石２Ａを有している。つまり、磁石２Ａの一端側は平坦状の端面（平坦状端面）となっており、他端側は傾斜状の端面（傾斜状端面）となっている。磁石２Ａには、端面側から見て、周方向に等角度間隔で、１０個の磁極Ｍ０〜Ｍ９が着磁されている。各磁極Ｍ０〜Ｍ９における検出用ロータ１Ａの回転軸方向の長さが異なっている。磁石２Ａの平坦状端面を下側に配置した場合、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の高さが異なる。図７および図８に実線で示すように、ロータ１Ａの傾斜状端面に対して平坦状端面に向かう方向と反対方向となる外方において、ロータ１Ａの傾斜状端面に対向するように、２つの磁気センサ２１，２２が、ロータ１Ａの回転中心軸を中心として、所定角度（１８°（前記電気角では９０°））の角度間隔をおいて配置されている。
【００６０】
ロータ１Ａが回転した場合、磁気センサ２１，２１とそれに対向する磁極Ｍ０〜Ｍ９との距離が、磁極毎に異なるので、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の磁極毎のピーク値は、磁極ごとに異なる。このため、回転角演算装置２０は、前述した第１の実施形態と同様な方法で、つまり、図５に示した処理とほぼ同様な処理を行なうことによって、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅補正を行うことができる。
【００６１】
この実施形態では、各磁極Ｍ０〜Ｍ９は等角度間隔で設けられているので、図５のステップＳ７において、式(8)に基いて算出される相対角θＲ  は、ブラシレスモータ１０の電気角θＥと一致する。したがって、この実施形態では、図５のステップＳ８およびＳ９の処理を行なう必要がない。
図７および図８に、破線で示すように、ロータ１Ａの側面（外周面）に近接して磁気センサ２１，２２を配置してもよい。ただし、ロータ１Ａの回転軸方向の長さが最も短い磁極の傾斜状端面の位置より、ロータ１Ａの平坦状端面に近い位置側に、磁気センサ２１，２２を配置する必要がある。ロータ１Ａが回転した場合、磁気センサ２１，２１が面している磁極の大きさが、磁極毎に異なるので、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の磁極毎のピーク値は、磁極ごとに異なる。このため、回転角演算装置２０は、前述した第１の実施形態と同様な方法で、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅補正を行うことができる。
【００６２】
この場合にも、各磁極Ｍ０〜Ｍ９は等角度間隔で設けられているので、図５のステップＳ７おいて、式(8)に基いて算出される相対角θＲ  は、ブラシレスモータ１０の電気角θＥと一致する。したがって、この実施形態では、図５のステップＳ８およびＳ９の処理を行なう必要がない
図９は、この発明の第３の実施形態に係る回転角検出装置で用いられる検出用ロータを示している。
【００６３】
この検出用ロータ１Ｂは、円筒状の磁石２Ｂを有している。磁石２Ｂには、端面側から見て、周方向に等角度間隔で、１０個の磁極Ｍ０〜Ｍ９が着磁されている。ただし、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の磁力の大きさが、磁極毎に大きく異なっている。つまり、意図的に、各磁極Ｍ０〜Ｍ９の磁力の大きさが変えられている。
各磁極Ｍ０〜Ｍ９の磁力の大きさが磁極毎に大きく異なっているので、ロータ１Ｂが回転した場合、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の磁極毎のピーク値は、磁極ごとに異なる。このため、回転角演算装置２０は、前述した第１の実施形態と同様な方法で、つまり、図５に示した処理とほぼ同様な処理を行なうことによって、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の振幅補正を行うことができる。
【００６４】
この実施形態では、各磁極Ｍ０〜Ｍ９は等角度間隔で設けられているので、図５のステップＳ７において、式(8)に基いて算出される相対角θＲ  は、ブラシレスモータ１０の電気角θＥと一致する。したがって、この実施形態では、図５のステップＳ８およびＳ９の処理を行なう必要がない。
前記第１の実施形態では、ブラシレスモータ１０が起動された後、磁極Ｍ５，Ｍ９以外の磁極に対応するピーク値が、いずれかの磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２から検出された時点で、各磁気センサが感知している磁極を特定することができる。また、前記第２および第３の実施形態では、ブラシレスモータ１０が起動された後、いずれかの磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２から、いずれかの磁極のピーク値が検出された時点で、各磁気センサが感知している磁極を特定することができる。したがって、ブラシレスモータ１０が起動された直後の早い段階で、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極を特定することができるようになる。これにより、ブラシレスモータ１０が起動された直後の早い段階で、各磁気センサ２１，２２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を、その磁気センサが感知している磁極に応じて補正（振幅補正）することができる。この結果、ブラシレスモータ１０が起動された直後の早い段階から、精度の高い回転角検出を行えるようになる。
【００６５】
以上、この発明の第１〜第３の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、ロータ１，１Ａ，１Ｂは、各磁極に対するピーク値が、その磁極以外の磁極に対するピーク値のいずれとも異なるような磁極特性を有しているが、少なくとも１つの磁極に対するピーク値が、他の磁極に対するピーク値のいずれとも異なるような磁極特性を有していればよい。たとえば、１つの磁極（以下、「基準磁極」という）に対するピーク値が、他の磁極に対するピーク値のいずれとも異なる磁極特性を、検出用ロータが有している場合には、ブラシレスモータが起動されてから、前記基準磁極に対応する極値が検出された時点で、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極を特定することが可能となる。これにより、ブラシレスモータが起動されてから、検出用ロータが１回転する前に、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極を特定することができる可能性が高くなる。つまり、ブラシレスモータが起動された直後の早い段階で、各磁気センサ２１，２２が感知している磁極を特定することができるようになる。
【００６６】
また、この発明は、ブラシレスモータのロータ以外の回転体の回転角を検出する場合にも、適用することができる。
本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【００６７】
この出願は、２０１０年３月３日に日本国特許庁に提出された特願２０１０−４６７１９号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
【符号の説明】
【００６８】
１，１Ａ，１Ｂ…ロータ
２１，２２…磁気センサ
１０…ブラシレスモータ
Ｍ０〜Ｍ９…磁極
【図１】
2011108421.tif 000004
【図２】
2011108421.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2011108421.tif 000016
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