(57)【要約】【課題】本発明は、少ない構成要素で安価に回転体の回転角度を正確に検出する。【解決手段】回転角度検出装置１は、回転体の回転角度に応じて変化するとともに、それぞれ位相の異なる複数の検出信号を出力する状態で配設されている複数のホール素子２０ａ、２０ｂの出力する２つ以上の検出信号に基づいて、角度探索部ＫＴが、該回転体の回転角度θを検出して検出角度θｐとして出力する。回転角度検出装置１は、擬似３次高調波生成部１４が、該検出角度θｐを所定倍した倍角検出角度に基づいて、擬似３次高調波を生成し、演算部３が、前記検出信号と該擬似３次高調波を演算して、該検出信号から高調波を除去して角度探索部ＫＴへ出力する。【選択図】          図１
2015132593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角度に応じて変化するとともに、それぞれ位相の異なる複数の検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段と、
２つ以上の前記検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出して検出角度として出力する角度探索手段と、
前記検出角度を所定倍した倍角検出角度に基づいて、擬似高調波を生成する擬似高調波生成手段と、
前記検出信号と前記擬似高調波を演算して、該検出信号から高調波を除去して前記角度探索手段へ出力する高調波除去手段と、
を備えていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記回転角度検出装置は、
前記擬似高調波の振幅値を生成する擬似高調波振幅生成手段を、
さらに備え、
前記擬似高調波振幅生成手段は、
適宜のタイミングに、前記検出信号のうち、適宜の検出信号の振幅値を検出する振幅検出手段と、
前記検出信号の振幅値に基づいて該検出信号に含まれる前記高調波の高調波振幅値を求める高調波振幅値検出手段と、
を備え、
前記擬似高調波生成手段は、
前記高調波振幅値に対応する振幅値の前記擬似高調波を生成することを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記振幅検出手段は、
２つの前記検出信号の振幅値が一致するタイミングを前記タイミングとして、２つの該検出信号のいずれかの振幅値を前記検出信号の振幅値として検出することを特徴とする請求項２記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記回転角度検出装置は、
前記高調波除去手段の出力する前記検出信号を、相互に演算して、直交化する直交化信号を出力する直交化手段と、
２つの前記直交化信号を所定の目標振幅値に一致させる補正を行う振幅補正手段と、
を備え、
前記振幅検出手段は、
２つの前記直交化信号の振幅値が一致するタイミングを前記タイミングとして、２つの該直交化信号のいずれかの振幅値を前記検出信号の振幅値として検出することを特徴とする請求項２または請求項３記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記回転角度検出装置は、
前記高調波除去手段の出力する前記検出信号を、相互に演算して、直交化する直交化信号を出力する直交化手段と、
２つの前記直交化信号を所定の目標振幅値に一致させる補正を行う振幅補正手段と、
を備え、
前記振幅検出手段は、
２つの前記直交化信号の振幅値が一致する位相と前記検出角度とが一致するタイミングを前記タイミングとし、２つの該直交化信号のいずれかの振幅値を前記検出信号の振幅値として検出することを特徴とする請求項２または請求項３記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記回転角度検出装置は、
前記高調波除去手段の出力する前記検出信号の振幅を、所定の目標振幅値に一致させて、高調波除去検出信号を出力する振幅調整手段を、
さらに備え、
前記振幅検出手段は、
２つの前記高調波除去検出信号の振幅値が一致するタイミングを前記タイミングとして、２つの該高調波除去検出信号のいずれかの振幅値を前記検出信号の振幅値として検出し、
前記高調波振幅値検出手段は、
前記振幅検出手段の検出する前記振幅値と、前記検出信号の位相差と、前記目標振幅値に応じた該検出信号の目標検出信号振幅値と、の差分をＰＩＤ制御して、前記高調波振幅値を求めることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記高調波振幅値検出手段は、
前記振幅検出手段の検出する振幅値と、前記目標振幅値に応じた前記検出信号の目標検出信号振幅値との差分をＰＩＤ制御して、前記高調波振幅値を求めることを特徴とする請求項４または請求項５記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
前記高調波振幅値検出手段は、
前記検出角度１周期の間に、前記振幅検出手段の検出する２つの前記直交化信号の振幅値の絶対値の平均値と、前記目標振幅値との差分をＰＩＤ制御して、前記高調波振幅値を求めることを特徴とする請求項４または請求項５記載の回転角度検出装置。
【請求項９】
前記回転角度検出手段は、
出力される相互の前記検出信号の位相差が、π／３の倍数となる状態で配設されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項１０】
回転体の回転角度に応じて変化するとともに、それぞれ位相の異なる複数の検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段のうち、２つ以上の該検出信号に基づいて該回転体の回転角度を検出して検出角度として出力する角度探索処理ステップと、
前記検出角度を所定倍した倍角検出角度に基づいて、擬似高調波を生成する擬似高調波生成処理ステップと、
前記検出信号と前記擬似高調波を演算して、該検出信号から高調波を除去して前記角度探索処理ステップへ出力する高調波除去処理ステップと、
を有していることを特徴とする回転角度検出方法。
【請求項１１】
回転軸の回転角度を回転角度検出部で検出して該回転軸を回転制御し、該回転軸の回転を利用して駆動機構を駆動させて各種画像形成処理を行う画像形成装置において、
前記回転角度検出部は、請求項１から請求項９のいずれかに記載の回転角度検出装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置、回転角度検出方法及び画像形成装置に関し、詳細には、少ない構成要素で安価に回転体の回転角度を正確に検出する回転角度検出装置、回転角度検出方法及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ装置、ファクシミリ装置、複写装置、スキャナ装置、複合装置等の画像処理装置においては、駆動モータによって駆動機構を駆動することで、画像読取動作や画像形成動作等の画像処理を行うのに必要な各部を所定速度で駆動させている。
【０００３】
画像処理装置は、駆動モータを意図する速度で回転駆動するために、従来、回転角度検出部として、磁気検出素子を備えた磁気式エンコーダを用いて、回転体の回転を検出している。
【０００４】
そして、従来、回転体に固定され、且つ、前記回転体の回転軸と垂直な一方向に磁化された円板状の永久磁石と、前記永久磁石の半径方向または軸方向に空隙を介して対向するように固定体に配置された磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダにおいて、前記磁界検出素子は、前記回転体の回転中心に対して同心円状に配置されると共に、互いに周方向に機械角で６０度位相がずれている２個１対の磁界検出素子を互いに機械角で１８０度位相をずらした位置に３対設けてあり、前記信号処理回路は、互いに１８０度位相をずらして対向する１対の磁界検出素子同士の出力信号の差を取ることにより偶数次の高調波成分を除去すると共に、前記３対の磁界検出素子に対して３個設けられた第１差動増幅器と、前記３個の第１差動増幅器により偶数次の高調波成分を除去した差動出力信号を任意に二つずつ組み合わせることにより、前記偶数次の高調波成分を除去した後の差動出力信号に含まれる３次の高調波成分を除去する第２差動増幅器と、前記第２差動増幅器で得た信号から回転角の絶対位置を演算する角度演算回路とより構成してある磁気式エンコーダが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
すなわち、この従来技術は、磁気検出素子が、回転体の回転中心に対して、同心円状に配置されるとともに、相互に周方向において機械角で、６０度位相がずれている２個を１対として、相互に機械角で、１８０度位相がずれた状態で３対高精度に配置されていることを、前提としている。そして、この従来技術は、相対向する１対の磁気検出素子同士の出力信号の差をとることで、偶数次の高調波成分を除去し、高調波成分を除去した差動出力信号のうち任意の２つの信号の差をとることで、３次高調波成分を除去して、角度検出精度の向上を図っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記公報記載の従来技術にあっては、磁気検出素子が、回転体の回転中心に対して、同心円状に配置されるとともに、相互に周方向において機械角で、６０度位相がずれている２個を１対として、相互に機械角で、１８０度位相がずれた状態で３対高精度に配置されていることが前提となっている。したがって、磁気検出素子の出力する信号に含まれている３次高調波を正確に除去するためには、部品の高精度な取付精度が要求され、大型化するとともに、コストが高くつくという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、より少ない回転検出手段で回転体の回転角度を安価かつ正確に検出することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の回転角度検出装置は、回転体の回転角度に応じて変化するとともに、それぞれ位相の異なる複数の検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段と、２つ以上の前記検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出して検出角度として出力する角度探索手段と、前記検出角度を所定倍した倍角検出角度に基づいて、擬似高調波を生成する擬似高調波生成手段と、前記検出信号と前記擬似高調波を演算して、該検出信号から高調波を除去して前記角度探索手段へ出力する高調波除去手段と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より少ない回転検出手段で回転体の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例を適用した回転角度検出装置の回路構成図。
【図２】ＤＣブラシレスモータの腰部概略構成図。
【図３】ホール素子の検出信号の一例を示す図。
【図４】初期位相検出部のブロック構成図。
【図５】直交信号及び除去検出信号の検出角度に対する位相関係を示す図。
【図６】補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙで表されるベクトルの一例を示す図。
【図７】回転ベクトルで表されるベクトルの一例を示す図。
【図８】正弦波生成部のブロック構成図。
【図９】３次高調波振幅演算部のブロック構成図。
【図１０】検出信号の各種位相差による信号Ｘ、Ｙの信号レベルが一致するときの信号レベルの絶対値と３次高調波の割合の関係を示す図。
【図１１】比較部における比較処理を示すフローチャート。
【図１２】角度設定部における検出角度及び周期カウント信号の設定処理を示すフローチャート。
【図１３】他の３次高調波振幅演算部のブロック図。
【図１４】本発明の第２実施例を適用した回転角度検出装置の回路構成図。
【図１５】本発明の第３実施例を適用した回転角度検出装置の回路構成図。
【図１６】補正検出信号ＨＵ’、ＨＶ’の信号レベルが一致するときの各位相差における信号レベルの絶対値と３次高調波割合の関係を示す図。
【図１７】本発明の第４実施例を適用した回転角度検出装置の回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるので、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明によって不当に限定されるものではなく、また、本実施の形態で説明される構成の全てが本発明の必須の構成要件ではない。
【実施例１】
【００１２】
図１〜図１２は、本発明の回転角度検出装置、回転角度検出方法及び画像形成装置の第１実施例を示す図であり、図１は、本発明の回転角度検出装置、回転角度検出方法及び画像形成装置の第１実施例を適用した回転角度検出装置１の回路構成図である。
【００１３】
図１において、回転角度検出装置１は、信号補正部２、演算部３、直交化部４、初期位相検出部５、振幅補正部６、検出角度乗算部７、加・減算部８、比較部９、角度設定部１０、角度変換部１１、正弦波生成部１２、３次高調波振幅演算部１３及び擬似３次高調波生成部１４等を備えている。回転角度検出装置１は、複合装置等の画像処理装置に適用され、画像処理装置の駆動モータ、例えば、ブラシレスモータの回転軸である回転体の回転角度の検出等に適用される。
【００１４】
回転角度検出装置１は、Ｕ相ホール素子２０ａとＶ相ホール素子２０ｂからの回転検出信号ＨＵ０、ＨＶ０が、差動増幅部２１ａ、２１ｂを介して入力される。
【００１５】
Ｕ相ホール素子２０ａ及びＶ相ホール素子２０ｂは、図２に示すように、ＤＣブラシレスモータ（回転機構）３０に取り付けられており、ＤＣブラシレスモータ３０には、さらに、Ｗ相ホール素子２０ｃが取り付けられている。
【００１６】
すなわち、回転角度検出装置１は、ＤＣブラシレスモータ３０の回転軸である回転体３１を検出対象として、該回転体３１の回転角度（以下、適宜、回転角度θと表す。）を検出する。
【００１７】
そして、ＤＣブラシレスモータ３０は、図２に示すように、通常、３相１２極の場合、相互に１２０度の位相差を有し、Ｙ字結線されているＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル（図示略）と、該コイルと対向するとともに３０°毎にＳ極とＮ極が交互に並ぶ状態で配置されている永久磁石である回転体３１とを備えている。ＤＣブラシレスモータ３０は、端子からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動電流が、回転体３１の角度に応じて適切に転流されることで、回転駆動される。なお、ＤＣブラシレスモータ３０は、回転体３１を駆動するためには、ホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの検出する検出信号の出力方向及び磁束の方向に対して、垂直に電圧を印加する必要があるが、図２では、省略している。
【００１８】
この回転角度検出装置１及びＤＣブラシレスモータ３０は、複合装置等の画像処理装置に適用され、回転体３１の回転軸（図示略）には、画像処理装置の駆動機構が連結される。
【００１９】
そして、上記ホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、回転体３１の近傍の所定位置に固定配置されており、回転体３１の磁界に応じて変化するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の検出信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−をそれぞれ出力する。本実施例では、ホール素子２０ａ、２０ｂ,２０ｃは、４０°毎に配置されているが、このような配置に限るものではない。ホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、３相ブラシレスモータに求められる構成として、Ｓ極とＮ極との１周期分の角度に対して、２π／３ずつ位相がずれた位置にＵ相、Ｖ相、Ｗ相のホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配置されていればよい。また、本実施例では、ブラシレスモータ３０が、１２極６ペアの回転体３１である場合を例にして示しているが、他の構成であってもよい。
【００２０】
このように配置されているホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図３に示すような検出信号を出力し、この検出信号は、３次高調波が重畳された信号となっている。図３において、細線で示すｓｉｎθの曲線は、３次高調波が重畳されていない場合の検出信号であり、この場合の検出信号は、ＳＮ極１ペアで１周期の正弦波形状となる。図２のＤＣブラシレスモータ３０の場合、１２極６ペアであるので、検出信号は、回転体３１の１回転で６周期の正弦波となる。図３において、太線で示す（ｓｉｎθ＋ｓｉｎ３θ）の曲線は、３次高調波が重畳されている場合の検出信号であり、ＳＮ極１ペアで１周期の正弦波と、破線で示す３周期の正弦波（３次高調波）が加算された信号である。なお、図３では、比較のために、３次高調波が重畳されていない場合の検出信号ｓｉｎθと３次高調波ｓｉｎ３θが重畳されている場合の検出信号（ｓｉｎθ＋ｓｉｎ３θ）の振幅を一致させている。また、図３では、７％の３次高調波が重畳されている場合を示している。ホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの検出信号に高調波が重畳される原因は、回転体３１の着磁ムラやホール素子の設置位置等による。
【００２１】
図３から分かるように、３次高調波の重畳されている検出信号は、３次高調波の重畳されていない信号に比較して、正弦波の山が膨らんだ状態となる。
【００２２】
そして、Ｕ相ホール素子２０ａ、Ｖ相ホール素子２０ｂ及びＷ相ホール素子２０ｃは、本実施例では、ＤＣブラシレスモータ３検出専用に設けられたものであってもよい。いずれであっても、上述のように配設されているホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれ、Ｕ相検出信号ＨＵ＋、ＨＵ−、Ｖ相検出信号ＨＶ＋、ＨＶ−及びＷ相検出信号ＨＷ＋、ＨＷ−を、差動増幅部２１ａ、２１ｂ及び図示しない差動増幅部へ出力する。
【００２３】
差動増幅部２１ａ、２１ｂ及び図示しない差動増幅部は、各相の検出信号をシングルエンド化して、次式（１）で示す検出信号ＨＵ０、ＨＶ０、ＨＷ０を、回転角度検出装置１へ出力する。
【００２４】
ＨＵ０＝Ａ１ｓｉｎ（θ＋φｕ）＋Ａ３ｓｉｎ３（θ＋φｕ）
ＨＶ０＝Ａ１ｓｉｎ（θ＋φｖ）＋Ａ３ｓｉｎ３（θ＋φｖ）・・・（１）
ＨＷ０＝Ａ１ｓｉｎ（θ＋φｗ）＋Ａ３ｓｉｎ３（θ＋φｗ）
ここで、Ａ１、Ａ３は、振幅を示しており、ＵＶＷ相の各検出信号は、振幅、位相に差がなく、オフセットがないものとした場合が示されている。また、検出角度θは、検出信号１周期を２πとした場合を示しており、本実施例においては、Ｕ相の初期位相φｕを、φｕ＝０とした場合、Ｖ相の初期位相φｖ、Ｗ相の初期位相φｗは、それぞれ、φｖ＝−２π／３、φｗ＝２π／３である。
【００２５】
そして、回転角度検出装置１は、上記３次高調波が重畳された検出信号ＨＵ０、ＨＶ０、ＨＷ０のうち、２つの検出信号ＨＵ０、ＨＶ０が、入力される。
【００２６】
上記ホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの出力する検出信号は、理想的には、正弦波状に変化するが、実際には、上述のように、回転体３１の着磁ムラや、ホール素子の設置位置等の影響等により、回転体３１の回転角度θに応じて、基本正弦波に３次高調波が重畳された波形形状で変化する。そこで、回転角度検出装置１は、後述するように、この３次高調波を適切に除去して、２つのホール素子２０ａ、２０ｂの検出信号に基づいて、回転体３１の回転角度θを正確に検出する。
【００２７】
そして、図１において、回転角度検出装置１は、その信号補正部２が、信号補正器２ａと信号補正器２ｂを備えている。信号補正器２ａと信号補正器２ｂには、上記Ｕ相ホール素子２０ａとＶ相ホール素子２０ｂが検出して、差動増幅部２１ａ、２１ｂでシングルエンド化された検出信号ＨＵ０、ＨＶ０が入力される。
【００２８】
信号補正器２ａ、２ｂは、それぞれ信号の振幅が目標振幅値Ａtgtに一致するように振幅を調整するとともに、それぞれの信号のオフセットを除去して、補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１として演算部３へ出力する。
【００２９】
すなわち、信号補正器２ａは、検出信号ＨＵ０のピーク値の絶対値ＨＵ０peakを検出して、補正ゲインＧｕ＝Ａtgt／ＨＵ０peakを算出し、検出信号ＨＵ０に補正ゲインＧｕを乗算して、振幅を目標振幅値Ａtgtに一致させた補正検出信号ＨＵ１を生成する。また、信号補正器２ａは、検出信号ＨＵ０の上ピーク値ＨＵ０pkp、下ピーク値ＨＵ０pkmを検出して、補正オフセットｏｆｓｕ＝（ＨＵ０pkp＋ＨＵ０pkm）／２を算出し、検出信号ＨＵ０から補正オフセットｏｆｓｕを減算して、オフセットを除去する。信号補正器２ｂは、信号補正器２ａと同様に、検出信号ＨＶ０のピーク値の絶対値ＨＶ０peakを検出して、補正ゲインＧｖ＝Ａtgt／ＨＶ０peakを算出し、検出信号ＨＶ０に補正ゲインＧｖを乗算して、振幅を目標振幅値Ａtgtに一致させた補正検出信号ＨＶ１を生成する。また、信号補正器２ｂは、検出信号ＨＶ０の上ピーク値ＨＶ０pkp、下ピーク値ＨＶ０pkmを検出して、補正オフセットｏｆｓｖ＝（ＨV０pkp＋ＨV０pkm）／２を算出し、検出信号ＨＶ０から補正オフセットｏｆｓｖを減算して、オフセットを除去する。この補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１は、上記式（１）で表わされる。
【００３０】
そして、後述する３次高調波振幅演算部１３は、その３次高調波振幅演算処理において、補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１の振幅が、目標振幅値Ａtgtに一致し、かつ、オフセットがないことを前提としている。したがって、信号補正部２は、各信号補正器２a、２ｂにおける上記オフセット除去処理と振幅補正処理を、所定回数、少なくとも１回以上行うことが望ましい。
【００３１】
演算部（高調波除去手段）３は、減算器３ａと減算器３ｂを備えており、それぞれ信号補正器２ａと信号補正器２ｂから補正検出信号ＨＵ１と補正検出信号ＨＶ１が入力される。演算部３は、補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１から３次高調波を除去して、直交化部４へ出力する。
【００３２】
すなわち、減算器３ａは、後述する擬似３次高調波生成部１４から擬似高調波として擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）が入力される。演算器３ａは、補正検出信号ＨＵ１から擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）を減算することで、補正検出信号ＨＵ１に含まれる３次高調波成分を除去した除去検出信号ＨＵを生成し、直交化部４及び初期位相検出部５へ出力する。また、減算器３ｂは、乗算器１１４から擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）が入力される。減算器３ｂは、補正検出信号ＨＶ１から擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）を減算することで、補正検出信号ＨＶ１に含まれる３次高調波成分を除去した除去検出信号ＨＶを生成し、直交化部４及び初期位相検出部５へ出力する。
【００３３】
なお、本実施例では、補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１に含まれる３次高調波と同相の正弦波を後述する正弦波生成部１２で生成し、演算部３で補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１から減算して高調波の除去を行なっているが、３次高調波の除去は、この方法に限るものではない。例えば、演算部３を、加算器とし、正弦波生成部１２で補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１に含まれる３次高調波と逆相の正弦波を生成して、該加算器で補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１に加算することで、３次高調波を除去してもよい。
【００３４】
直交化部（直交化手段）４は、加算アンプ４ａと差動ゲインアンプ４ｂを備えており、除去検出信号ＨＵと除去検出信号ＨＶの直交化を行って、Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０を生成して、振幅補正部６へ出力する。
【００３５】
すなわち、加算アンプ４ａは、除去検出信号ＨＵと除去検出信号ＨＶが入力され、除去検出信号ＨＵと除去検出信号ＨＶを加算してＸ軸直交信号Ｘ０を生成して、振幅補正部６へ出力する。差動ゲインアンプ４ｂは、そのプラス端子に、除去検出信号ＨＶが入力され、そのマイナス端子に、除去検出信号ＨＵが入力される。差動ゲインアンプ４ｂは、除去検出信号ＨＶから除去検出信号ＨＵを減算して、Ｙ軸直交信号Ｙ０を生成して、振幅補正部６へ出力する。
【００３６】
すなわち、直交化部４は、加算アンプ４ａ及び差動ゲインアンプ４ｂにおいて、除去検出信号ＨＵ、ＨＶに対して、次式（２）に示す演算を行って、Ｘ軸直交信号Ｘ０とＹ軸直交信号Ｙ０を生成する。なお、式（２）においては、明確化するために、初期位相φｕ、φｖをそれぞれ、φｕ＝０、φｖ＝φとし、回転角度検出装置１が起動直後であって、３次高調波が除去されていないものとしている。
【００３７】
Ｘ０＝ＨＶ＋ＨＵ
＝２Ａ1ｃｏｓ（φ／２）・ｓｉｎ（θ＋φ／２）
＋２Ａ３ｃｏｓ（３φ／２）・ｓｉｎ（３θ＋３φ／２）
Ｙ０＝ＨＶ−ＨＵ
＝２Ａ1ｓｉｎ（φ／２）・ｃｏｓ（θ＋φ／２）
＋２Ａ３ｓｉｎ（３φ／２）・ｃｏｓ（３θ＋３φ／２）・・・（２）
このＸ軸直交信号Ｘ０とＹ軸直交信号Ｙ０は、相互に直交の関係となっている。
【００３８】
初期位相検出部５は、図４に示すように、２つのゼロクロス位相検出器５ａ、５ｂを備えており、除去検出信号ＨＵ、ＨＶがそれぞれに別れて入力されるとともに、後述する角度設定部１０から検出角度θｐが入力される。初期位相検出部５は、検出角度θｐを基準にした検出信号ＨＵ、ＨＶの初期位相φｕ、φｖを生成し、擬似３次高調波を生成するために、正弦波生成部１２へ供給する。
【００３９】
すなわち、ゼロクロス位相検出器５ａは、除去検出信号ＨＵを正弦波としてとらえたときの検出角度θｐの変化によって、負から正、または、正から負へのゼロクロスが生じる位相を検出し、該ゼロクロスが生じる位相を初期位相φｕとして検出して出力する。ゼロクロス検出器５ｂは、除去検出信号ＨＶを正弦波としてとらえたときの検出角度θｐの変化によって、負から正、または、正から負へのゼロクロスが生じる位相を検出し、該ゼロクロスが生じる位相を初期位相φｖとして検出して出力する。
【００４０】
すなわち、後述する補正後Ｘ軸直交信号Ｘ及び補正後Ｙ軸直交信号Ｙを基に回転体３１の回転角度θを検出する場合の検出角度θｐと、除去検出信号ＨＵ、ＨＶの関係は、図５のように示される。図５に示されるように、除去検出信号ＨＵ、ＨＶを正弦波として捉えると、検出角度θｐが増加、かつ、負から正へのゼロクロスが生じる位相、または、θｐが減少、かつ、正から負へのゼロクロスが生じる位相を、検出信号ＨＵ、ＨＶの検出角度θｐを基にして正弦波を表わす場合の初期位相φｕ、φｖとすることができる。そこで、ゼロクロス検出器５ａ、５ｂは、除去検出信号ＨＵ、ＨＶがゼロクロスしたときの検出角度θｐを検出して、除去検出信号ＨＵ、ＨＶの初期位相φｕ、φｖとして出力している。
【００４１】
なお、初期位相検出部５は、初期位相φｕ、φｖの検出において、検出角度θｐが減少、かつ、負から正へのゼロクロスが生じる位相、もしくは、検出角度θｐが増加、かつ、正から負へのゼロクロスが生じる位相からπを減じた位相を、初期位相φｕ、φｖとしてもよい。また、初期位相検出部５は、上記両方の動作を行なってもよい。
【００４２】
再び、図１において、振幅補正部（振幅補正手段）６は、Ｘ振幅補正器６ａとＹ振幅補正器６ｂを備えており、それぞれ、直交化部４の加算アンプ４ａと差動ゲインアンプ４ｂからＸ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０が入力される。振幅補正部６は、Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０の振幅値を、所定の目標振幅値Ａtgtに一致させるように、Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０にゲインを乗じて、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙを生成する。振幅補正部６は、生成した補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙを、検出角度乗算部７及び３次高調波振幅演算部１３に出力する。
【００４３】
すなわち、Ｘ振幅補正部６ａは、Ｘ軸直交信号Ｘ０のピークＸ０peakを検出して、補正ゲインＧｘ＝Ａtgt／Ｘ０peakを生成し、Ｘ軸直交信号Ｘ０に補正ゲインＧｘを乗算して補正Ｘ軸直交信号Ｘを生成する。また、Ｙ振幅補正部６ｂは、Ｙ軸直交信号Ｙ０ピークＹ０peakを検出して、補正ゲインＧｙ＝Ａtgt／Ｙ０peakを生成し、Ｙ軸直交信号Ｙ０に補正ゲインＧｙを乗算して補正Ｙ軸直交信号Ｙを生成する。
【００４４】
これら補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙは、互いに直交であり、かつ、振幅が一致した信号となっている。したがって、補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙとで示されるベクトルの角度θによって、図６に示すように検出信号の位相を表現することができる。したがって、直交化部４の加算アンプ４ａと差動ゲインアンプ４ｂは、ベクトル演算するベクトル演算部として機能している。なお、検出信号ＨＵ０と検出信号ＨＶ０の位相差が直交している場合には、加算アンプ４ａと差動ゲインアンプ４ｂ、すなわち、直交化部４は不要である。
【００４５】
検出角度乗算部７は、振幅補正部６から補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙが入力されるとともに、回転角度検出装置１の動作に応じて設定されている検出角度θｐにおける正弦波ｓｉｎθｐ、ｃｏｓθｐが後述する正弦波生成部１２から入力される。検出角度乗算部７は、補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙに、正弦波ｓｉｎθｐ、ｃｏｓθｐを乗算して、加・減算部８に出力する。
【００４６】
すなわち、検出角度乗算部７は、正弦波乗算器７ａ、余弦波乗算器７ｂ、７ｃ、正弦波乗算器７ｄを備えている。正弦波乗算器７ａは、補正Ｘ軸直交信号Ｘと正弦波ｓｉｎθｐが入力され、これら補正Ｘ軸直交信号Ｘと正弦波ｓｉｎθｐを乗算して、加・減算部８へ出力する。余弦波乗算器７ｂは、補正Ｘ軸直交信号Ｘと正弦波ｃｏｓθｐが入力され、これら補正Ｘ軸直交信号Ｘと正弦波ｃｏｓθｐを乗算して、加・減算部８へ出力する。余弦波乗算器７ｃは、補正Ｙ軸直交信号Ｙと余弦波ｃｏｓθｐが入力され、これら補正Ｙ軸直交信号Ｙと余弦波ｃｏｓθｐを乗算して、加・減算部８へ出力する。正弦波乗算器７ｄは、補正Ｙ軸直交信号Ｙと正弦波ｓｉｎθｐが入力され、これら補正Ｙ軸直交信号Ｙと正弦波ｓｉｎθｐを乗算して、加・減算部８へ出力する。
【００４７】
加・減算部８は、減算器８ａと加算器８ｂを備えており、減算器８ａには、正弦波乗算器７ａと余弦波乗算器７ｃの乗算結果が、加算器８ｂには、余弦波乗算器７ｂと正弦波乗算器７ｄの乗算結果が、それぞれ入力される。加・減算部８は、検出角度乗算部７の乗算結果を加・減算処理を行って、回転ベクトルＸ’、Ｙ’を生成して、回転ベクトルＹ’を比較部９へ出力する。
【００４８】
すなわち、減算部８ａは、正弦波乗算器７ａの乗算結果から余弦波乗算器７ｃの乗算結果を、次式（３）のように減算して、回転ベクトルＹ’を生成し、比較部９へ出力する。
【００４９】
Ｙ´＝−Ｘ・ｓｉｎθｐ＋Ｙ・ｃｏｓθｐ・・・（３）
加算器８ｂは、余弦波乗算器７ｂの乗算結果と正弦波乗算器７ｄの乗算結果を、次式（４）のように加算して、回転ベクトルＸ’を生成して、出力する。
【００５０】
Ｘ´＝Ｘ・ｃｏｓθｐ＋Ｙ・ｓｉｎθｐ・・・（４）
上記式（３）、（４）は、補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙによって表されるベクトルを、検出角度θｐだけ時計周りに回転させるため演算である。したがって、回転ベクトルＸ´と回転ベクトルＹ´によって示されるベクトルは、図７に示すように、補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙによって表されるベクトルを、検出角度θｐだけ時計周りに回転させたベクトルとなる。
【００５１】
すなわち、回転角度θが検出角度θｐである（θ＝θｐ）であると、回転ベクトルＹ´の値はゼロであり、回転ベクトルＸ´の値は、上記式（１）における目標振幅値Ａtgtである。
【００５２】
そこで、本実施例の回転角度検出装置１においては、検出角度θｐを調整しながら算出される回転ベクトルＸ´、Ｙ´の値を監視する。そして、回転角度検出装置１は、常に、Ｘ´＝Ａtgt、Ｙ´＝０となるように検出角度θｐを設定しながら、その検出角度θｐの値に基づいて、検出信号ＨＵ０、ＨＶ０の位相を求める。
【００５３】
なお、本実施例の回転角度検出装置１においては、θ＝θｐである場合、すなわち、基準角度が０°である場合について説明するが、図６及び図７に示す角度そのものには関係していない。すなわち、図６、図７に示す角度変化が、検出信号ＨＵ０、ＨＶ０の位相に対応しており、基準角度は、０°に限るものではない。
【００５４】
比較部９は、加・減算部８の減算器８ａの減算結果である回転ベクトルＹ’が入力され、回転ベクトルＹ’の値がゼロであるか否かを判断して、判断結果に応じて検出角度θｐの設定値を変更するためのＵＰ信号及びＤＮ信号を角度設定部１０へ出力する。
【００５５】
角度設定部１０は、単位回転角度θstepを参照して、比較部９から入力されるＵＰ信号及びＤＮ信号に基づいて検出角度θｐの値を設定して正弦波生成部１２等の必要な各部へ出力するとともに、検出角度θｐの値及び周期カウント信号Ｔを角度変換部１１へ出力する。ここで、単位回転角度θstepは、検出角度θｐを設定する際に回転ベクトルＸ’、Ｙ’を回転させる単位回転角度であり、予め角度設定部１０の内部メモリ等に格納されている。また、周期カウント信号Ｔは、０〜５の繰り返しカウントである。
【００５６】
角度変換部１１は、角度設定部１０から検出角度θｐと周期カウント信号Ｔが入力され、検出角度θｐを回転体３１の回転角度θＲに変換して出力する。
【００５７】
すなわち、図２に示した回転体３１は、その１周期が、ホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃからの正弦波状の検出信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−の６周期分に相当する。そして、角度設定部１０の出力する検出角度θｐの値は、ホール素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃの検出信号に基づいて求められた角度であるため、回転体３１の回転角度ではなく、検出信号１周期における位相を示す角度である。
【００５８】
したがって、角度変換部１１は、０〜５の繰り返しカウントである周期カウント信号Ｔにより、回転体３１の回転位置が６周期分の正弦波の周期のどの周期に相当するかを判断するとともに、検出角度θｐの出力を考慮して回転体３１の詳細な回転位置を求める。
【００５９】
具体的に、角度変換部１１は、次式（５）の演算を行うことで、検出角度θｐを、回転体３１の回転角度θＲに変換する。回転角度検出装置１は、この回転角度θＲを、回転体３１の回転角度θとして検出して、出力する。
【００６０】
θＲ＝（３６０×Ｔ＋θｐ）／Ｎ・・・（５）
正弦波生成部１２は、角度設定部１０から検出角度θｐが入力されるとともに、初期位相検出部５から初期位相φｕ、φｖが入力される。正弦波生成部１２は、検出角度θｐの値に応じて、ｓｉｎθｐ、ｃｏｓθｐの値を求めて、検出角度乗算部７へ出力し、また、検出角度θｐ及び初期位相φｕ、φｖの値に応じて、ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、ｓｉｎ３（θ＋φｖ）の値を求めて、擬似３次高調波生成部１４へ出力する。
【００６１】
正弦波生成部１２は、図８に示すように、加算器４１、４２、４３、増幅器４４、４５、メモリ４６及び正弦波ルックアップテーブル部４７等を備えている。算器４１は、検出角度θｐが入力されるとともに、メモリ４６から角度π／２が入力され、検出角度θｐと角度π／２を加算して、加算結果（θｐ＋π／２）を正弦波ルックアップテーブル部４７へ出力する。
【００６２】
加算器４２は、検出角度θｐと初期位相φｕが入力され、検出角度θｐと初期位相φｕを加算して、加算結果（θｐ＋φｕ）を増幅器４４へ出力する。増幅器４４は、加算器４２から入力される加算結果を３倍に増幅（３・（θｐ＋φｕ））して、正弦波ルックアップテーブル部４７へ出力する。
【００６３】
加算器４３は、検出角度θｐと初期位相φｖが入力され、検出角度θｐと初期位相φｖを加算して、加算結果（θｐ＋φｖ）を増幅器４５へ出力する。増幅器４５は、加算器４３から入力される加算結果を３倍に増幅（３・（θｐ＋φｖ））して、正弦波ルックアップテーブル部４７へ出力する。
【００６４】
ルックアップテーブル部４７は、上記加算器４１からの加算結果（θｐ＋π／２）、増幅器４４からの増幅結果（３・（θｐ＋φｕ））、増幅器４５からの増幅結果（３・（θｐ＋φｖ））が入力されるとともに、検出角度θｐが入力される。ルックアップテーブル部４７は、これら検出角度θｐ、加算結果（θｐ＋π／２）、増幅結果（３・（θｐ＋φｕ））、（３・（θｐ＋φｖ））に基づいて、予め内部メモリに登録されているルックアップテーブルを参照して、ｓｉｎθｐの値、ｃｏｓθｐ＝ｓｉｎ（θｐ＋π／２）の値、ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）の値、ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）の値を出力する。
【００６５】
上記検出角度乗算部７、加・減算部８、比較部９、角度設定部１０、角度変換部１１及び正弦波生成部１２は、全体として、２つ以上の前記検出信号に基づいて回転体３１の回転角度θを検出して検出角度θｐとして出力する角度探索部（角度探索手段）ＫＴとして機能している。
【００６６】
３次高調波振幅演算部（擬似高調波振幅生成手段）１３は、振幅補正部６のＸ振幅補正器６ａとＹ振幅補正器６ｂから、検出信号（直交化信号でもある）として補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙが入力され、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙに含まれる３次高調波の振幅値を演算して、擬似３次高調波生成部１４へ出力する。
【００６７】
この３次高調波振幅演算部１３は、図９に示すように、信号レベル一致検出器５１、信号レベル絶対値検出器５２、減算器５３、メモリ５４、ＰＩＤ（ Proportional Integral Derivative）コントローラ５５、加算器５６、不揮発性メモリ５７及び帰還部５８を備えている。
【００６８】
信号レベル一致検出器５１は、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙが入力され、これらの信号レベルが一致すると、信号ｅｎ（ｎ）を信号レベル絶対値検出器５２へ出力する。
【００６９】
信号レベル絶対値検出器５２は、さらに、補正Ｙ軸直交信号Ｙが入力され、信号ｅｎ（ｎ）が入力されると、その瞬間の補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルの絶対値ＹＸ＝Ｙ（ｎ）を検出して、減算器５３へ出力する。なお、このときの補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルの絶対値ＹＸ＝Ｙ（ｎ）は、補正Ｘ軸直交信号Ｘの信号レベルと等しい。
【００７０】
上記信号レベル一致検出器５１及び信号レベル絶対値検出器５２は、全体として、振幅検出部（振幅検出手段）５８として機能している。
【００７１】
減算器５３は、さらに、メモリ５４から所定の目標値が入力され、目標値から絶対値ＹＸ＝Ｙ（ｎ）を減算して、差分ｅｒｒ（ｎ）をＰＩＤコントローラ５５へ出力する。
【００７２】
ＰＩＤコントローラ５５は、入力される差分ｅｒｒ（ｎ）の制御を、出力値と目標値との偏差（Proportional（比例））、その積分（Integral）、及び、微分（Differential）の３つの要素によって演算処理して、３次高調波振幅値補正量ΔＡ３（ｎ）を加算器５６へ出力する。
【００７３】
加算器５６は、さらに、前回の出力である３次高調波振幅値Ａ３（ｎ−１）に目標値補正値ＫＡ３・（目標値−ＹＸ＝Ｙ（ｎ））を加算した値が入力される。加算器５６は、次式（６）で示すように、これらの前回の３次高調波振幅値Ａ３（ｎ−１）と目標値補正値ＫＡ３・（目標値−ＹＸ＝Ｙ（ｎ））の加算結果に、３次高調波振幅値補正量ΔＡ３（ｎ）を加算して、今回の３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を不揮発性メモリ５７へ出力する。
【００７４】
Ａ３（ｎ）＝Ａ３（ｎ−１）＋ＫＡ３・（目標値−ＹＸ＝Ｙ（ｎ））・・・（６）
ここで、ＫＡ３は、正の値である。
【００７５】
すなわち、各ＵＶ相検出信号間位相差（３０°、６０°、２４０°、３００°）におけるＵＶ相検出信号に含まれる３次高調波の振幅に対する割合と、そのときの補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルが一致するときの信号レベル値の絶対値は、図１０に示すような関係にある。補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの振幅は、振幅補正部６によって、例えば、「１」（Ａtgt＝１）に規格化されている。この場合、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルが一致するときの信号レベルの絶対値は、３次高調波割合の増減に対して、図１０に各位相差の場合について示すように、単調に減少する。また、ＵＶ相検出信号の信号間の位相差が、どのような値であっても、上記関係は変わらず、また、３次高調波の割合が０％のときの信号レベル一致時の信号レベルの絶対値は、一定である。
【００７６】
したがって、３次高調波振幅演算部１３は、メモリ５４に、目標値として、図１０に示す３次高調波の割合が０％のときの値0.７０７１（＝１／√２）が格納されると、式（６）の演算を数回実行することで、簡易、かつ、自動的に３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を求めることができる。なお、３次高調波振幅演算部１３は、目標振幅値Ａtgtの値は、「１」以外にも、様々な値を取りうるため、メモリ５４に、目標振幅値Ａtgtの値に応じた目標値を、適宜格納することができる。
【００７７】
上記減算器５３、目標値を記憶するメモリ５４、ＰＩＤコントローラ５５、加算器５６、不揮発性メモリ５７及び帰還部５８は、全体として、前記検出信号の振幅値に基づいて該検出信号に含まれる前記高調波の高調波振幅値を求める高調波振幅値検出部（高調波振幅値検出手段）５９として機能している。
【００７８】
また、本実施例の３次高調波振幅演算部１３は、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルが一致するときに信号ｅｎ（ｎ）を出力しているが、検出角度θｐが、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルが一致するときの位相θX=Yとなるときに、信号ｅｎ（ｎ）を出力してもよい。
【００７９】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１のように、２相の正弦波信号を用いて回転角度を検出する場合、信号レベルが一致するときの検出角度は、どのような誤差が含まれていても一定の値となる。例えば、θＸ＝Ｙは、π／４、または、５π／４である。
【００８０】
したがって、検出角度θｐがπ／４、または、５π／４に一致するときに、信号ｅｎ（ｎ）を出力すると、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルの一致を検出することなく、ＹＸ＝Ｙ（ｎ）を検出することができる。
【００８１】
また、本実施例の３次高調波振幅演算部１３は、加算器５６の後段に読み書き可能な不揮発性メモリ５７を備え、３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）の値が更新される毎に、３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）の値を更新している。したがって、３次高調波振幅演算部１３の電源が一旦ＯＦＦになって、再度、電源がＯＮになり、３次高調波振幅演算処理を開始する際に、不揮発性メモリ５７に記録されている前回処理時の最終的な３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を該処理の初期値として利用することができる。その結果、３次高調波振幅演算部１３は、３次高調波振幅演算処理の初期から３次高調波を除去することができる。
【００８２】
さらに、図１０から分かるように、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの振幅値と、検出信号ＨＵ、ＨＶ間の位相差が既知であると、３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を一意的に決定することができる。したがって、３次高調波振幅演算部１３は、大容量のルックアップテーブル及び高精度な演算器を用いて、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの振幅値と検出信号ＨＵ、ＨＶ間の位相差に基づいて、一意的に３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を決定する構成としてもよい。
【００８３】
擬似３次高調波生成部（擬似高調波生成手段）１４は、上記３次高調波振幅演算部１３から３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）が入力されるとともに、正弦波生成部１２から正弦波ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、ｓｉｎ３（θ＋φｖ）の値が入力される。擬似３次高調波生成部１４は、これらの値から擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）を生成する。
【００８４】
擬似３次高調波生成部１４は、乗算器１４ａ、１４ｂを備えている。乗算器１４ａは、３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）の値と正弦波ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）が入力され、これらを乗算して、擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）を生成して、演算部３の減算器３ａへ出力する。乗算器１４ｂは、３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）の値と正弦波ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）が入力され、これらを乗算して、擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）を生成して、演算部３の減算器３ｂへ出力する。
【００８５】
なお、回転角度検出装置１は、図示しないが、全体の動作を制御する制御部及び操作部等を備えており、制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。制御部は、ＲＯＭ内に、回転角度検出装置１としての基本プログラム及び本発明の回転角度検出方法を実行する回転角度検出プログラムを格納している。制御部は、ＲＯＭ内のプログラムに基づいて、回転角度検出装置１の各部を制御して、回転角度検出装置１としての基本処理を実行するとともに、本発明の回転角度検出方法を実行する。操作部は、各種操作キー等を備えており、回転角度検出装置１に実行させる各種動作の設定、特に、本発明の回転角度検出方法における各種設定操作を行うのに使用される。
【００８６】
すなわち、回転角度検出装置１は、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory ）、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory ）、ＣＤ−ＲＷ（Compact Disc Rewritable ）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＭＯ（Magneto-Optical Disc）等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されている本発明の回転角度検出方法を実行する回転角度検出プログラムを読み込んで制御部のＲＯＭ等に導入することで、後述するより少ない回転検出手段で回転体の回転角度を安価かつ正確に検出する回転角度検出方法を実行する回転角度検出装置として構築されている。この回転角度検出プログラムは、アセンブラ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）等のレガシープログラミング言語やオブジェクト指向プログラミング言語等で記述されたコンピュータ実行可能なプログラムであり、上記記録媒体に格納して頒布することができる。
【００８７】
次に、本実施例の作用を説明する。本実施例の回転角度検出装置１は、より少ないホール素子（回転検出手段）２０ａ、２０ｂで回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出する。
【００８８】
すなわち、本実施例の回転角度検出装置１は、磁気検出素子であるＵ相ホール素子２０ａとＶ相ホール素子２０ｂが、回転角度検出装置１の適用される画像処理装置の駆動モータ、例えば、ＤＣブラシレスモータ３０の回転体３１に対して、理想的には、電気角で、２π／３の位相差を有する状態で配設される。
【００８９】
そして、回転角度検出装置１は、このＤＣブラシレスモータ３０の回転体３１を検出対象として、該回転体３１の回転角度θを検出する。
【００９０】
ホール素子２０ａ、２０ｂは、図３に示したような検出信号を出力するが、この検出信号は、回転体３１の着磁ムラ等によって、高調波、主に、３次高調波が重畳された信号となっている。ホール素子２０ａ、２０ｂの検出信号に３次高調波が重畳されていると、回転角度検出装置１は、ホール素子２０ａ、２０ｂの検出信号に基づいて、正確に回転体３１の回転角度θを検出することができない。
【００９１】
そこで、回転角度検出装置１は、ホール素子２０ａ、２０ｂの検出信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−が、差動増幅部２１ａ、２１ｂでシングルエンド化された検出信号ＨＵ０、ＨＶ０から、３次高調波を除去して、回転体３１の回転角度θを正確に検出する。
【００９２】
まず、回転角度検出装置１は、入力される検出信号ＨＵ０、ＨＶ０を、信号補正部２の信号補正器２ａと信号補正器２ｂで、上述のように、その信号振幅を目標振幅値Ａtgtに一致するように調整するとともに、オフセットを除去する。信号補正部２は、振幅調整及びオフセット除去した補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１を演算部３へ出力する。
【００９３】
演算部３は、その減算器３ａと減算器３ｂで、補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１から擬似３次高調波生成部１４から入力される擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）を減算し、補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１から３次高調波を除去する。演算部３は、３次高調波を除去した除去検出信号ＨＵ、ＨＶを直交化部４及び初期位相検出部５へ出力する。
【００９４】
直交化部４は、加算アンプ４ａと差動ゲインアンプ４ｂによって、上記式（１）の演算を行って、除去検出信号ＨＵと除去検出信号ＨＶの直交化を行い、Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０を生成して、振幅補正部６へ出力する。
【００９５】
振幅補正部６は、Ｘ振幅補正器６ａとＹ振幅補正器６ｂによって、Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０の振幅値を目標振幅値Ａtgtに一致させるように、Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０にゲインを乗じて補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙを生成する。振幅補正部６は、生成した補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙを、検出角度乗算部７及び３次高調波振幅演算部１３に出力する。
【００９６】
検出角度乗算部７は、補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙに、回転角度検出装置１の動作に応じて設定されている検出角度θｐにおける正弦波ｓｉｎθｐ、ｃｏｓθｐを乗算して、加・減算部８に出力する。この正弦波ｓｉｎθｐ、ｃｏｓθｐは、正弦波生成部１２から検出角度乗算部７に入力される。
【００９７】
加・減算部８は、その減算器８ａと加算器８ｂが、検出角度乗算部７の乗算結果に対して、上記式（３）、（４）の加・減算処理を行って、回転ベクトルＸ’、Ｙ’を生成して、回転ベクトルＹ’を比較部９へ出力する。
【００９８】
比較部９は、加・減算部８の減算器８ａの減算結果である回転ベクトルＹ’の値がゼロであるか否かを判断して、判断結果に応じて検出角度θｐの設定値を変更するためのＵＰ信号及びＤＮ信号を角度設定部１０へ出力する。
【００９９】
すなわち、比較部９は、図１１に示すように、減算器８aから入力される回転ベクトル信号Ｙ´の出力値を取得し（ステップＳ１０１）、回転ベクトル信号Ｙ´の絶対値が所定の閾値αを超えているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。
【０１００】
なお、閾値αは、回転ベクトル信号Ｙ´の値がゼロであるか否かを判断するための閾値である。回転ベクトル信号Ｙ´の値がゼロであることを厳格に判断すると、少しでもゼロからずれがあると、検出角度θｐの設定値を頻繁に変更する必要があり、検出角度θｐの値が安定しない。そこで、比較部９は、検出角度θｐの値を安定させるために、閾値αを設けて、回転ベクトル信号Ｙ´のゼロからのズレが許容範囲内であると、ゼロであるとみなす。
【０１０１】
閾値αの値は、目標振幅値Ａtgtと単位回転角度θstepに応じて、例えば、次式（７）によって定められる。
【０１０２】
α＝Ａtgt・sin（θstep／２）×１．０〜１．１・・・（７）
そして、比較部９は、ステップＳ１０２で、回転ベクトル信号Ｙ´の絶対値がα以下であると（ステップＳ１０２で、ＮＯのとき）、現在の検出角度θｐの設定値が回転体３１の回転位置を正確に表していると判断し、処理を修了する。
【０１０３】
比較部９は、ステップＳ１０２で、回転ベクトル信号Ｙ´の絶対値がαよりも大きいと（ステップＳ１０２で、ＹＥＳのとき）、回転ベクトル信号Ｙ´が正の値であるか負の値であるかを判断する（ステップＳ１０３）。
【０１０４】
ステップＳ１０３で、回転ベクトル信号Ｙ´が正の値であると（ステップＳ１０３で、ＹＥＳのとき）、比較部９は、図７に示したベクトル回転において、検出角度θｐの値が、回転角度θの値よりも小さい状態であると判断する。そこで、比較部９は、検出角度θｐの値を増加させるための命令であるＵＰ信号を出力し、比較処理を終了する（ステップＳ１０４）。
【０１０５】
ステップＳ１０３で、回転ベクトル信号Ｙ´が負の値であると（ステップＳ１０３で、ＮＯのとき）、比較部９は、図７に示したベクトル回転において、検出角度θｐの値が、回転角度θの値よりも大きい状態であると判断する。そこで、比較部９は、検出角度θｐの値を減少させるための命令であるＤＮ信号を出力し、比較処理を終了する（ステップＳ１０５）。
【０１０６】
比較部９は、このＵＰ信号及びＤＮ信号を、検出角度θｐを加減算することを命令する信号として、角度設定部１０へ出力する。
【０１０７】
比較部９は、このような比較処理を高速で繰り返し行うことにより、検出角度θｐの設定値を、常に検出信号の位相θに合わせるようにする。
【０１０８】
そして、角度設定部１０は、比較部９から入力されるＵＰ信号及びＤＮ信号に基づいて、単位回転角度θstepを参照して、検出角度θｐの値を設定する。角度設定部１０は、設定した検出角度θｐを、正弦波生成部１２等の必要な各部へ出力するとともに、検出角度θｐの値及び周期カウント信号Ｔを角度変換部１１へ出力する。
【０１０９】
すなわち、角度設定部１０は、図１２に示すように、単位角度θstepを初期値として検出角度θｐの出力を開始する（ステップＳ２０１）。
【０１１０】
角度設定部１０は、その後、上記比較部９から取得した信号がＵＰ信号であるかチェックする（ステップＳ２０２）。
【０１１１】
ステップＳ２０２で、ＵＰ信号であると（ステップＳ２０２で、ＹＥＳのとき）、角度設定部１０は、現在の検出角度θｐの設定値に単位回転角度θstep分の角度を加算し（ステップＳ２０３）、検出角度θｐが３６０°を超えたかチェックする（ステップＳ２０４）。角度設定部１０は、この段階で、出力する検出角度θｐの値を、単位回転角度θstep分増加する。
【０１１２】
ステップＳ２０２で、ＵＰ信号でないとき（ステップＳ２０２で、ＮＯのとき）、角度設定部１０は、ＤＮ信号であるかチェックする（ステップＳ２０５）。
【０１１３】
ステップＳ２０５で、ＤＮ信号であると（ステップＳ２０５で、ＹＥＳのとき）、角度設定部１０は、現在の検出角度θｐの設定値から単位回転角度θstep分の角度を減算し（ステップＳ２０６）、検出角度θｐが３６０°を超えたかチェックする（ステップＳ２０４）。角度設定部１０は、この段階で、出力する検出角度θｐの値を、単位回転角度θstep分減少する。
【０１１４】
ステップＳ２０４で、現在の検出角度θｐの設定値が３６０°を超えていると（ステップＳ２０４で、ＹＥＳのとき）、角度設定部１０は、現在の検出角度θｐの設定値から３６０°を減算する（ステップＳ２０７）。角度設定部１０は、さらに、周期カウント信号Ｔに「１」を加算して出力するとともに（ステップＳ２０８）、周期カウント信号Ｔが「５」を超えているかチェックする（ステップＳ２０９）。
【０１１５】
ステップＳ２０４で、現在の検出角度θｐの設定値が３６０°以下であると（ステップＳ２０４で、ＮＯのとき）、角度設定部１０は、現在の検出角度θｐの設定値が０°以下であるか判断する（ステップＳ２１０）。
【０１１６】
ステップＳ２１０で、現在の検出角度θｐの設定値が０°以下であると（ステップＳ２１０で、ＹＥＳのとき）、角度設定部１０は、現在の検出角度θｐの設定値に３６０°を加算する（ステップＳ２１１）。角度設定部１０は、さらに、周期カウント信号Ｔから「１」を減算して出力するとともに（ステップＳ２１２）、周期カウント信号Ｔが「５」を超えているかチェックする（ステップＳ２０９）。
【０１１７】
そして、ステップＳ２０９で、現在の周期カウント信号Ｔの設定値が「５」を超えていると（ステップＳ２０９で、ＹＥＳのとき）、角度設定部１０は、周期カウント信号Ｔを「０」として出力する（ステップＳ２１３）。角度設定部１０は、周期カウント信号Ｔを出力すると、ステップＳ２０２に戻って、上記同様に処理する（ステップＳ２０２〜Ｓ２１３）。
【０１１８】
ステップＳ２０９で、現在の周期カウント信号Ｔの設定値が「５」未満であると（ステップＳ２０９で、ＮＯのとき）、角度設定部１０は、現在の周期カウント信号Ｔの設定値が０未満であるか判断する（ステップＳ２１４）。
【０１１９】
ステップＳ２１４で、現在の周期カウント信号Ｔの設定値が０未満であると（ステップＳ２１４で、ＹＥＳのとき）、角度設定部１０は、周期カウント信号Ｔを「５」として出力する（ステップＳ２１５）。角度設定部１０は、周期カウント信号Ｔを出力すると、ステップＳ２０２に戻って、上記同様に処理する（ステップＳ２０２〜Ｓ２１５）。
【０１２０】
ステップＳ２１４で、現在の周期カウント信号Ｔの設定値が「０」以上であると（ステップＳ２１４で、ＮＯのとき）、角度設定部１０は、周期カウント信号Ｔの設定値を変更することなく、ステップＳ２０２に戻って、上記同様に処理する（ステップＳ２０２〜Ｓ２１５）。
【０１２１】
角度設定部１０は、上記設定処理を繰り返し行うことで、比較部９の動作に応じて検出角度θｐを調整して、出力する。
【０１２２】
そして、角度変換部１１は、上記式（５）に基づいて、角度設定部１０から入力される周期カウント信号Ｔに基づいて、角度設定部１０から入力される検出角度θｐを、回転体３１の回転角度θＲに変換して出力する。すなわち、角度変換部１１は、０〜５の繰り返しカウントである周期カウント信号Ｔにより、回転体３１の回転位置が６周期分の正弦波の周期のどの周期に相当するかを判断するとともに、検出角度θｐの出力を考慮して回転体３１の詳細な回転位置を求める。
【０１２３】
そして、正弦波生成部１２は、角度設定部１０から入力される検出角度θｐの値に応じて、ｓｉｎθｐ、ｃｏｓθｐの値を求めて、検出角度乗算部７へ出力する。また、正弦波生成部１２は、初期位相検出部５から入力される初期位相φｕ、φｖの値に応じて、ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、ｓｉｎ３（θ＋φｖ）の値を求めて、擬似３次高調波生成部１４へ出力する。
【０１２４】
また、３次高調波振幅演算部１３は、振幅補正部６のＸ振幅補正器６ａとＹ振幅補正器６ｂから入力される補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙに含まれる３次高調波の振幅値Ａ３（ｎ）を演算して、擬似３次高調波生成部１４へ出力する。
【０１２５】
そして、擬似３次高調波生成部１４は、３次高調波振幅演算部１３から入力される３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）の値と、正弦波生成部１２から入力される正弦波ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、ｓｉｎ３（θ＋φｖ）の値を乗算して、擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）を生成する。擬似３次高調波生成部１４は、生成した、擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）を、演算部３の減算器３ａと減算器３ｂへ出力する。演算部３の減算器３ａと減算器３ｂが、上述のように、補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１から擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）、Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）を減算して、補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１から３次高調波を除去する。
【０１２６】
したがって、回転体３１の回転角度を検出する回転検出手段として、２つのホール素子２０ａ、２０ｂを用い、ホール素子２０ａ、２０ｂからの検出信号ＨＵ０、ＨＶ０から正確に３次高調波を除去して、回転体31の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１２７】
なお、上記３次高調波振幅演算部１３は、補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルが一致したときにおける補正Ｙ軸直交信号Ｙの１つの信号レベルの絶対値ＹＸ＝Ｙ（ｎ）に基づいて、３次高調波の振幅値を演算している。この補正Ｘ軸直交信号Ｘと補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルが一致したときにおける補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルの絶対値は、１つに限るものではなく、例えば、図１３に示すように、２つの信号レベルの平均値（アベレージ）を用いてもよい。
【０１２８】
すなわち、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルが一致する位相は、検出信号１周期間で２箇所存在する。そこで、図１３に示す３次高調波振幅演算部１３Ａのように、その２箇所の信号レベルを検出して、平均化した信号レベルを用いて３次高調波振幅値を生成してもよい。なお、図１３において、図９と同様の構成部分には、同一の符号を付与して、その説明を省略または簡略化する。
【０１２９】
図１３において、３次高調波振幅演算部１３Ａは、信号レベル一致検出器５１、検出角度判定器６１ａ、６１ｂ、２つの信号レベル絶対値検出器５２ａ、５２ｂ、平均化処理器６２、減算器５３、メモリ５４、ＰＩＤコントローラ５５、加算器５６、不揮発性メモリ５７及び帰還部５８を備えている。
【０１３０】
この３次高調波振幅演算部１３Ａは、入力された補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルが一致すると、信号レベル一致検出器５１が、信号en（ｎ）を、検出角度判定器６１ａ及び検出角度判定器６１ｂへ出力する。
【０１３１】
検出角度判定器６１ａは、信号ｅｎ（ｎ）が入力されると、検出角度θｐの値が、０＜θｐ≦πであるときに、信号ｅｎ１（ｎ）を、信号レベル絶対値検出器５２ａへ出力する。また、検出角度判定器６１ｂは、信号ｅｎ（ｎ）が入力されると、検出角度θｐの値が、π＜θｐ≦２πであるときに、信号ｅｎ２（ｎ）を、信号レベル絶対値検出器５２ｂへ出力する。
【０１３２】
信号レベル絶対値検出器５２ａは、信号ｅｎ１（ｎ）が入力されると、その瞬間の補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルの絶対値ＹＸ＝Ｙ１（ｎ）を検出し、平均化処理器６２へ出力する。
【０１３３】
信号レベル絶対値検出器５２ｂは、信号ｅｎ２（ｎ）が入力されると、その瞬間の補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベルの絶対値ＹＸ＝Ｙ２（ｎ）を検出し、平均化処理器６２へ出力する。
【０１３４】
平均化処理器６２は、絶対値ＹＸ＝Ｙ１（ｎ）と絶対値ＹＸ＝Ｙ２（ｎ）が入力されると、これら絶対値ＹＸ＝Ｙ１（ｎ）、ＹＸ＝Ｙ２（ｎ）の平均値を算出して、絶対値ＹＸ＝Ｙ（ｎ）として、減算器５３へ出力する。
【０１３５】
上記信号レベル一致検出器５１、検出角度判定器６１ａ、６１ｂ、信号レベル絶対値検出器５２ａ、５２ｂ及び平均化処理器６２は、全体として、全体として、２つの直交化信号である補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの振幅値が一致する位相と検出角度θｐとが一致するタイミングにおいて、２つの該補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙのいずれかの振幅値、または、平均値を検出信号の振幅値として検出する振幅検出部（振幅検出手段）６３として機能している。
【０１３６】
３次高調波振幅演算部１３Ａは、以後の処理を、図９の場合と同様に実行し、３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を求めて、擬似３次高調波生成部１４へ出力する。
【０１３７】
このようにすると、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙにオフセットが存在する場合であっても、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙの信号レベル検出の誤差を抑制することができ、より正確な３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を生成することができる。
【０１３８】
そして、本実施例の回転角度検出装置１は、検出角度乗算部７以降の各部によって、図７に示したベクトルの回転を利用して回転体３１の回転位置に応じた検出角度θｐを求めている。したがって、回転角度検出装置１は、各部の機能を単純化することができ、回路のクロック数を少なくしたり、回路規模を小さくすることができる。
【０１３９】
このように、本実施例の回転角度検出装置１は、回転体３１の回転角度θに応じて変化するとともに、それぞれ位相の異なる複数の検出信号を出力する状態で配設されている複数のホール素子（回転検出手段）２０ａ、２０ｂと、２つ以上の前記検出信号に基づいて前記回転体３１の回転角度θを検出して検出角度θｐとして出力する角度探索部（角度探索手段）ＫＴと、前記検出角度θｐを所定倍した倍角検出角度に基づいて、擬似３次高調波（擬似高調波）を生成する擬似３次高調波生成部（擬似高調波生成手段）１４と、前記検出信号と前記擬似３次高調波を演算して、該検出信号から高調波を除去して角度探索部ＫＴへ出力する演算部（高調波除去手段）３と、を備えている。
【０１４０】
したがって、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂによって検出された検出角度θｐに基づいて、検出信号に重畳されている３次高調波と同等の擬似３次高調波を生成して、検出信号から３次高調波成分を除去することができる。その結果、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１４１】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、回転体３１の回転角度θに応じて変化するとともに、それぞれ位相の異なる複数の検出信号を出力する状態で配設されている複数のホール素子（回転検出手段）２０ａ、２０ｂのうち、２つ以上の該検出信号に基づいて該回転体３１の回転角度θを検出して検出角度θｐとして出力する角度探索処理ステップと、前記検出角度θｐを所定倍した倍角検出角度に基づいて、擬似３次高調波（擬似高調波）を生成する擬似高調波生成処理ステップと、前記検出信号と前記擬似３次高調波（擬似高調波）を演算して、該検出信号から高調波を除去して角度探索処理ステップへ出力する高調波除去処理ステップと、を有する回転角度検出方法を実行している。
【０１４２】
したがって、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂによって検出された検出角度θｐに基づいて、検出信号に重畳されている３次高調波と同等の擬似３次高調波を生成して、検出信号から３次高調波成分を除去することができる。その結果、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１４３】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記擬似高調波の振幅値を生成する３次高調波振幅演算部（擬似高調波振幅生成手段）１３を、さらに備え、該３次高調波振幅演算部１３が、適宜のタイミングに、前記検出信号のうち、適宜の検出信号の振幅値を検出する振幅値検出部（振幅検出手段）５８、６３と、該検出信号の振幅値に基づいて該検出信号に含まれる前記高調波の高調波振幅値を求める高調波振幅値検出部（高調波振幅値検出手段）５９と、を備え、擬似３次高調波生成部（擬似高調波生成手段）１４が、前記高調波振幅値に対応する振幅値の前記擬似３次高調波（擬似高調波）を生成する。
【０１４４】
したがって、検出信号に重畳されている高調波の振幅値が分からない場合にも、適切に、検出信号に重畳されている３次高調波と同等の擬似３次高調波を生成して、検出信号から３次高調波成分を除去することができる。その結果、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１４５】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、振幅検出部（振幅検出手段）５８が、２つの前記検出信号の振幅値が一致するタイミングを前記タイミングとして、２つの該検出信号のいずれかの振幅値を前記検出信号の振幅値として検出している。
【０１４６】
したがって、検出信号に重畳されている高調波の振幅値が分からない場合にも、特定の位相の検出信号の振幅値を検出することができ、検出信号に重畳されている３次高調波と同等の擬似３次高調波を生成して、検出信号から３次高調波成分を除去することができる。その結果、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１４７】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記高調波除去手段である演算部３の出力する前記検出信号を、相互に演算して、直交化するＸ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０（直交化信号）を出力する直交化部（直交化手段）４と、２つの前記直交化信号を所定の目標振幅値に一致させる補正を行う振幅補正部（振幅補正手段）６と、を備え、前記振幅検出部（振幅検出手段）５８が、２つの前記直交化信号の振幅値が一致するタイミングを前記タイミングとして、２つの該直交化信号のいずれかの振幅値を前記検出信号の振幅値として検出する。
【０１４８】
したがって、検出信号に重畳されている高調波の振幅値、検出信号の位相差がわからず、さらに、検出信号に位相差がない場合にも、特定の位相の検出信号の振幅値を検出することができる。その結果、検出信号に重畳されている３次高調波と同等の擬似３次高調波を生成して、検出信号から３次高調波成分を除去することができ、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１４９】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記演算部（高調波除去手段）３０の出力する前記除去検出信号（検出信号）を、相互に演算して、直交化する直交化信号（Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０）を出力する直交化部（直交化手段）４と、２つの前記直交化信号を所定の目標振幅値に一致させる補正を行う振幅補正部（振幅補正手段）６と、を備え、前記振幅検出部（振幅検出手段）５８が、２つの前記直交化信号の振幅値が一致する位相と前記検出角度θｐとが一致するタイミングを前記タイミングとし、２つの該直交化信号のいずれかの振幅値を前記検出信号の振幅値として検出する。
【０１５０】
したがって、検出信号に重畳されている高調波の振幅値、検出信号の位相差がわからず、さらに、検出信号に位相差がない場合にも、特定の位相の検出信号の振幅値をより一層簡易に検出することができる。その結果、検出信号に重畳されている３次高調波と同等の擬似３次高調波を生成して、検出信号から３次高調波成分を除去することができ、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１５１】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記高調波除去手段である演算部３の出力する前記検出信号の振幅を、所定の目標振幅値に一致させて、高調波除去検出信号（補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙ）を出力する振幅補正部（振幅調整手段）６を、さらに備え、前記振幅検出部（振幅検出手段）５８が、２つの前記高調波除去検出信号の振幅値が一致するタイミングを前記タイミングとして、２つの該高調波除去検出信号のいずれかの振幅値を前記検出信号の振幅値として検出し、前記高調波振幅値検出部（高調波振幅値検出手段）５９が、前記振幅検出部５８の検出する前記振幅値と、前記検出信号の位相差と、前記目標振幅値に応じた該検出信号の目標検出信号振幅値と、の差分をＰＩＤ制御して、前記高調波振幅値を求めている。
【０１５２】
したがって、ＰＩＤ制御によって、高調波振幅を容易に求めることができ、検出信号に重畳されている３次高調波と同等の擬似３次高調波を生成して、検出信号から３次高調波成分を除去することができる。その結果、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１５３】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記高調波振幅値検出部（高調波振幅値検出手段）５９が、前記振幅検出部（振幅検出手段）５８の検出する振幅値と、前記目標振幅値に応じた前記検出信号の目標検出信号振幅値との差分をＰＩＤ制御して、前記高調波振幅値を求めている。
【０１５４】
したがって、高調波の振幅が分からず、検出信号の位相差がわからない場合であっても、ＰＩＤ制御によって、簡単かつ容易に校長は振幅値を求めることができる。その結果、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１５５】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記高調波振幅値検出部（高調波振幅値検出手段）５９が、前記検出角度１周期の間に、前記振幅検出部（振幅検出手段）５８の検出する２つの前記直交化信号の振幅値の絶対値の平均値と、前記目標振幅値との差分をＰＩＤ制御して、前記高調波振幅値を求めている。
【０１５６】
したがって、検出信号にオフセットがある場合においても、ＰＩＤ制御によって、簡単かつ容易に校長は振幅値を求めることができる。その結果、少なくとも２つのホール素子２０ａ、２０ｂと安価な回路構成で、３次高調波成分を除去して、回転体３１の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【実施例２】
【０１５７】
図１４は、本発明の回転角度検出装置、回転角度検出方法及び画像形成装置の第２実施例を適用した回転角度検出装置１００の回路構成図である。
【０１５８】
本実施例の回転角度検出装置１００は、上記第１実施例の回転角度検出装置１と同様の回転角度検出装置に適用したものであり、第１実施例の回転角度検出装置１と同様の構成部分には、同一の符号を付与して、その説明を省略または簡略化する。
【０１５９】
本実施例の回転角度検出装置１００は、補正Ｘ軸直交信号Ｘ、補正Ｙ軸直交信号Ｙに基づいて、回転体３１の回転位置に応じた検出角度θｐを求めるものである。
【０１６０】
図１４において、回転角度検出装置１００は、第１実施例の回転角度検出装置１と同様の信号補正部２、演算部３、直交化部４、初期位相検出部５、振幅補正部６、角度変換部１１、正弦波生成部１２、３次高調波振幅演算部１３及び擬似３次高調波生成部１４を備えているとともに、角度設定部１０１を備えている。この回転角度検出装置１００は、第１実施例の回転角度検出装置１が備えていた検出角度乗算部７、加・減算部８及び比較部９を備えていない。そして、回転角度検出装置１００には、Ｕ相ホール素子２０ａとＶ相ホール素子２０ｂからの回転検出信号ＨＵ０、ＨＶ０が、差動増幅部２１ａ、２１ｂを介して入力される。
【０１６１】
そこで、回転角度検出装置１００は、振幅補正部６のＸ振幅補正部６ａは、生成した補正Ｘ軸直交信号Ｘを、３次高調波振幅演算部１３へ出力するとともに、角度設定部１０１へ直接出力する。また、Ｙ振幅補正部６ｂは、生成した補正Ｙ軸直交信号Ｙを、３次高調波振幅演算部１３へ出力するとともに、角度設定部１０１へ直接出力する。
【０１６２】
そして、角度設定部１０１は、Ｘ振幅補正部６ａからの補正Ｘ軸直交信号Ｘと、Ｙ振幅補正部６ｂからの補正Ｙ軸直交信号Ｙとのａｒｃｔａｎ（アークタンジェント）を、次式（８）のように演算することで、検出角度θｐを求める。
【０１６３】
【数１】
2015132593.tif 000003
【０１６４】
また、角度設定部１０１は、第１実施例の角度設定部１０と同様に、演算した検出角度θｐの値が、３６０°を超えて０°に戻ったときには、周期カウント信号Ｔを出力する。
【０１６５】
そして、角度設定部１０１は、式（８）の演算を、回転体３１の回転に追従させてリアルタイムに実現するには、高周波数クロックによって、処理を実行することとなる。
【０１６６】
このようにすると、より一層簡単な構成でかつ安価に、検出信号から３次高調波を適切に除去することができる。
【実施例３】
【０１６７】
図１５及び図１６は、本発明の回転角度検出装置、回転角度検出方法及び画像形成装置の第３実施例を示す図であり、図１５は、本発明の回転角度検出装置、回転角度検出方法及び画像形成装置の第３実施例を適用した回転角度検出装置１１０の回路構成図である。
【０１６８】
なお、本実施例は、上記第１実施例と同様の回転角度検出装置１１０に適用したものであり、本実施例の説明においては、第１実施例と同様の構成部分には、同一の符号を付与して、その説明を省略または簡略化する。
【０１６９】
本実施例の回転角度検出装置１１０は、ホール素子２０ａ、２０ｂからの回転検出信号ＨＵ０、ＨＶ０の位相差が既知の場合、すなわち、ホール素子２０ａ、２０ｂの取付角度が既知で正確である場合に適用したものである。
【０１７０】
図１５において、回転角度検出装置１１０は、第１実施例の回転角度検出装置１と同様の信号補正部２、演算部３、直交化部４、初期位相検出部５、振幅補正部６、検出角度乗算部７、加・減算部８、比較部９、角度設定部１０、角度変換部１１、正弦波生成部１２及び擬似３次高調波生成部１４を備えているとともに、振幅補正部１１１及び３次高調波振幅演算部１１２を備えている。
【０１７１】
そして、回転角度検出装置１１０には、Ｕ相ホール素子２０ａとＶ相ホール素子２０ｂからの回転検出信号ＨＵ０、ＨＶ０が、差動増幅部２１ａ、２１ｂを介して入力される。
【０１７２】
振幅補正部１１１は、Ｕ相振幅補正器１１１ａとＶ相振幅補正器１１１ｂを備えている。振幅補正部１１１は、演算部３で補正検出信号ＨＵ１、ＨＶ１から３次高調波を除去することで目標振幅値Ａtgtから振幅値が変化した除去検出信号ＨＵ、ＨＶの振幅値を、目標振幅値Ａtgtに再度一致させる補正を行う。
【０１７３】
Ｕ相振幅補正器１１１ａは、減算器３ａから除去検出信号ＨＵが入力される。Ｕ相振幅補正器１１１ａは、減算器３ａで補正検出信号ＨＵ１から擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｕ）を減算して３次高調波を除去することで目標振幅値Ａtgtから振幅値が変化した除去検出信号ＨＵの振幅値を、目標振幅値Ａtgtに再度一致させる補正を行う。Ｕ相振幅補正器１１１ａは、振幅補正した補正検出信号ＨＵ’を、直交化部４、初期位相検出部５及び３次高調波振幅演算部１１２へ出力する。
【０１７４】
Ｖ相振幅補正器１１１ｂには、減算器３ｂから除去検出信号ＨＶが入力される。Ｖ相振幅補正器１１１ｂは、減算器３ｂで補正検出信号ＨＶ１から擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３（θｐ＋φｖ）を減算して３次高調波を除去することで目標振幅値Ａtgtから振幅値が変化した除去検出信号ＨＶの振幅値を、目標振幅値Ａtgtに再度一致させる補正を行う。Ｖ相振幅補正器１１１ｂは、振幅補正した補正検出信号ＨＶ’を、直交化部４、初期位相検出部５及び３次高調波振幅演算部１１２へ出力する。
【０１７５】
すなわち、図１６に示すように、補正検出信号ＨＵ’、ＨＶ’の信号レベルが一致するときのＵＶ間の各位相差（３０°、６０°、２４０°、３００°）における信号レベルの絶対値と３次高調波の割合の関係が示される。図１６から分かるように、各ＵＶ相検出信号間の位相差φｕｖが異なることによって、３次高調波割合が０％であるときの信号レベル一致時の信号レベルが異なる。この一致時の信号レベルは、位相差φｕｖを変数とした関数で決定され、３次高調波割合が増加するとともに、一致時の信号レベルは単調増加する。
【０１７６】
したがって、３次高調波振幅演算部１１２は、図９に示した３次高調波振幅演算部１３とする。そして、この３次高調波振幅演算部１１２に、補正検出信号ＨＵ´、ＨＶ´を入力し、目標値Ａtgtを、位相差φｕｖと補正検出信号ＨＵ´、ＨＶ´の振幅値に応じた３次高調波０％時の補正検出信号ＨＵ´、ＨＶ´の信号レベル一致時の信号レベルに設定する。このようにすると、３次高調波振幅演算部１１２は、上記式（６）の演算を行い、簡易的に３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を演算することができる。なお、このときのＫＡ３は負の値となる。
【０１７７】
また、図１０に示したように、補正検出信号ＨＵ´、ＨＶ´の振幅値と、位相差φｕｖが既知であると、３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）を一意的に決定することができる。したがって、３次高調波振幅演算部１１２は、大容量のルックアップテーブルや、高精度な演算器を用いて、補正検出信号ＨＵ´、ＨＶ´の振幅値と、位相差φｕｖを基に、一意的に３次高調波振幅値を決定する構成としてもよい。
【０１７８】
このようにすると、より一層簡単な構成でかつ安価に、検出信号から３次高調波を適切に除去することができる。
【実施例４】
【０１７９】
図１７は、本発明の本発明の回転角度検出装置、回転角度検出方法及び画像形成装置の第４実施例を適用した回転角度検出装置１２０の回路構成図である。
【０１８０】
なお、本実施例は、上記第１実施例と同様の回転角度検出装置１２０に適用したものであり、本実施例の説明においては、第１実施例と同様の構成部分には、同一の符号を付与して、その説明を省略または簡略化する。
【０１８１】
本実施例の回転角度検出装置１２０は、ＤＣブラシレスモータ３０がもともと備えている転流タイミング検出用のホール素子等のように、ホール素子２０ａ、２０ｂは、相互に１２０°の位相差を有して配設されている。
【０１８２】
図１７において、回転角度検出装置１２０は、第１実施例の回転角度検出装置１と同様の信号補正部２、直交化部４、振幅補正部６、検出角度乗算部７、加・減算部８、比較部９、角度設定部１０、角度変換部１１、正弦波生成部１２及び３次高調波振幅演算部１３を備えているとともに、減算器１２１及び擬似３次高調波生成部１２２を備えている。回転角度検出装置１２０は、第１実施例の回転角度検出装置１の備えていた演算部３、初期位相検出部５を備えていない。
【０１８３】
そして、回転角度検出装置１２０は、ＤＣブラシレスモータ３０がもともと備えているホール素子のように、相互に１２０度の位相差を有して配設されているホール素子２０ａｓ、２０ｂｓからＵ相、Ｖ相の検出信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−が、増幅器２１ａ、２１ｂでシングルエンド化されて検出信号ＨＵＯ、ＨＶ０として入力される。
【０１８４】
回転角度検出装置１２０は、この検出信号ＨＵＯ、ＨＶ０を、上記同様に、信号補正部２の信号補正器２ａ、２ｂは、それぞれ信号の振幅が目標振幅値Ａtgtに一致するように振幅を調整するとともに、それぞれの信号のオフセットを除去して、検出信号ＨＵ、ＨＶとして直交化部４へ出力する。
【０１８５】
そして、直交化部４は、去検出信号ＨＵと検出信号ＨＶの直交化を行って、Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０を生成して、Ｘ軸直交信号Ｘ０を、減算器１２１へ、Ｙ軸直交信号Ｙ０を振幅補正部６のＹ振幅補正器６ｂへ出力する。
【０１８６】
すなわち、ＤＣブラシレスモータ３０に元々備わっているホール素子のように、ホール素子２０ａｓ、２０ｂｓから出力される検出信号ＨＵ０、ＨＶ０の位相差φｕｖは、−２π／３である。このとき、上記式（２）より、Ｘ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０は、次式（８）のように求められ、Ｙ軸直交信号Ｙ０には３次高調波が含まれていない。
【０１８７】
Ｘ０＝Ａ１ｓｉｎ（θ−π／３）−２Ａ３ｓｉｎ（３θ−π）
Ｙ０＝−√３／２ｃｏｓ（θ−π／３）・・・（８）
したがって、本実施例の回転角度検出装置１２０は、検出信号ＨＵ０、ＨＶ０から３次高調波を除去するために、Ｘ軸直交化信号Ｘ０を出力する直交化部４の加算器４ａの後段にのみ、減算器１２１を設け、Ｘ軸直交信号Ｘ０から３次高調波を除去する。
【０１８８】
すなわち、減算器１２１は、擬似３次高調波生成部１２２から擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３θｐが入力される。減算器１２１は、Ｘ軸直交信号Ｘ０から該擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３θｐを減算して、３次高調波を除去し、Ｘ軸直交信号Ｘ０’を、振幅補正部６のＸ振幅補正器６ａへ出力する。
【０１８９】
そして、擬似３次高調波生成部１２２は、乗算器１２２ａのみを備えており、３次高調波振幅演算部１３から３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）が入力され、正弦波生成部１２から正弦波ｓｉｎ３θｐのみが入力される。乗算器１２２ａは、３次高調波振幅値Ａ３（ｎ）と正弦波ｓｉｎ３θｐを乗算して、擬似３次高調波Ａ３・ｓｉｎ３θｐを、減算器１２１に出力する。
【０１９０】
また、正弦波生成部１２は、角度設定部１０から入力される検出角度θｐのみに基づいて、ｓｉｎθ、ｃｏｓθを生成して、検出角度乗算部７へ出力するとともに、正弦波ｓｉｎ３θを生成して、乗算器１２２ａへ出力する。
【０１９１】
このように、本実施例の回転角度検出装置１２０は、ホール素子（回転検出手段）２０ａ、２０ｂが、相互に１２０°の位相差を有する状態で配設されている。
【０１９２】
したがって、より一層簡単な構成の回転角度検出装置１２０により、安価にＤＣブラシレスモータ３０の回転体３１回転角度θを正確に検出することができる。
【０１９３】
なお、上記各実施例においては、検出信号に含まれている高調波のうち、３次高調波に着目して、該３次高調波を除去している。
【０１９４】
したがって、より一層安価にかつ効果的に高調波を除去して、回転体３１の回転角度を正確に検出することができる。
【０１９５】
また、上記第１、第３及び第４実施例においては、演算部３で高調波を除去した検出信号に基づいて、回転体３１の回転角度θに応じたＸ軸直交信号Ｘ０、Ｙ軸直交信号Ｙ０で示されるベクトルを、直交化部（ベクトル演算部）４で求めている。そして、これらの実施例は、正弦波生成部１２の出力する正弦波を、検出角度乗算部７及び加・減算部８で該ベクトルに積和して、回転演算した回転ベクトルＸ’、Ｙ’を生成して、回転ベクトルＹ’に追従するように、角度設定部１０で検出角度θｐを設定する。そして、正弦波生成部１２は、この検出角度θｐを用いて正弦波を生成して、擬似３次高調波生成部１４が、この正弦波を用いて擬似３次高調波を生成している。
【０１９６】
したがって、正弦波生成部１２を有効利用することができ、より一層回路構成を小さくして、安価にすることができる。
【０１９７】
さらに、上記第１、第２及び第３実施例においては、検出角度θｐを１周忌とする周期関数として捉えた場合の検出信号の初期位相を、初期位相検出部５で検出し、正弦波生成部１２が、該初期位相に基づいて、前記正弦波を生成している。
【０１９８】
したがって、検出信号の検出角度θｐに対する初期位相が不明な場合においても、適切な擬似３次高調波を生成して、検出信号から３次高調波を適切に除去することができる。
【０１９９】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例で説明したもの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ことはいうまでもない。
【符号の説明】
【０２００】
１  回転角度検出装置
２  信号補正部
２ａ、２ｂ  信号補正器
３  演算部
３Ａ３ｂ  減算器
４  直交化部
４ａ  加算アンプ
４ｂ  差動ゲインアンプ
５  初期位相検出部
５ａ、５ｂ  ゼロクロス位相検出器
６  振幅補正部
６ａ  Ｘ振幅補正器
６ｂ  Ｙ振幅補正器
７  検出角度乗算部
７ａ、７ｄ  正弦波乗算器
７ｂ、７ｃ  余弦波乗算器
８  加・減算部
８ａ  減算器
８ｂ  加算器
９  比較部
１０  角度設定部
１１  角度変換部
１２  正弦波生成部
１３  ３次高調波振幅演算部
１４  擬似３次高調波生成部
１４ａ、１４ｂ  乗算器
２０ａ  Ｕ相ホール素子
２０ｂ  Ｖ相ホール素子
２０ｃ  Ｗ相ホール素子
２１ａ、２１ｂ  差動増幅部
３０  ＤＣブラシレスモータ
３１  回転体
４１、４２、４３  加算器
４４、４５  増幅器
４６  メモリ
４７  正弦波ルックアップテーブル部
５１  信号レベル一致検出器
５２  信号レベル絶対値検出器
５３  減算器
５４  メモリ
５５  ＰＩＤコントローラ
５６  加算器
５７  不揮発性メモリ
５８  帰還部
１００  回転角度検出装置
１０１  角度設定部
１１０  回転角度検出装置
１１１  振幅補正部
１１１ａ  Ｕ相振幅補正器
１１１ｂ  Ｖ相振幅補正器
１１２  ３次高調波振幅演算部
１２０  回転角度検出装置
１２１  減算器
１２２  擬似３次高調波生成部
ＫＴ  角度探索部
ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−  検出信号
ＨＵ０、ＨＶ０  回転検出信号
ＨＵ１、ＨV１  補正検出信号
Ｘ０  Ｘ軸直交信号
Ｙ０  Ｙ軸直交信号
Ａtgt  目標振幅値
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２０１】
【特許文献１】特開２００１−０３３２７７号公報
【図１】
2015132593.tif 000004
【図２】
2015132593.tif 000005
【図３】
2015132593.tif 000006
【図４】
2015132593.tif 000007
【図５】
2015132593.tif 000008
【図６】
2015132593.tif 000009
【図７】
2015132593.tif 000010
【図８】
2015132593.tif 000011
【図９】
2015132593.tif 000012
【図１０】
2015132593.tif 000013
【図１１】
2015132593.tif 000014
【図１２】
2015132593.tif 000015
【図１３】
2015132593.tif 000016
【図１４】
2015132593.tif 000017
【図１５】
2015132593.tif 000018
【図１６】
2015132593.tif 000019
【図１７】
2015132593.tif 000020