WO2018016145A1 - 回転角度検出器及びトルクセンサ - Google Patents

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    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a rotation angle detector and a torque sensor.
  • a rotation angle detector for example, a multipole magnet ring and a plurality of magnetic sensors arranged along the circumferential direction of the multipole magnet ring are provided, and the multipole is based on angle information obtained from each magnetic sensor.
  • the rotation angle of a magnet ring for example, refer to patent documents 1 and 2.
  • the third-order harmonic component is removed from the angle information. Thereby, a more accurate rotation angle can be calculated.
  • An object of the present invention is to provide a rotation angle detector and a torque sensor that can reduce a fourth-order error component included in angle information, paying attention to the above points.
  • one aspect of the present invention is a multipolar magnet ring that is magnetized in multiple poles along the circumferential direction, and a multipolar magnet ring that is disposed along the circumferential direction of the multipolar magnet ring.
  • At least one magnetic sensor group consisting of N magnetic sensors that output angle information having a phase difference of 360 / N (N is a natural number of 3 or more excluding 4) degrees in electrical angle according to the rotation of
  • an arithmetic unit that calculates a rotation angle of the multipolar magnet ring based on angle information output from N magnetic sensors constituting one magnetic sensor group.
  • the phase of the fourth-order error component included in the angle information of each magnetic sensor can be shifted. Therefore, by calculating the rotation angle of the multipolar magnet ring based on these angle information, the fourth-order error component included in the angle information can be reduced.
  • the rotation angle detector 1 includes a multipolar magnet ring 2, at least one magnetic sensor group including three magnetic sensors 3, and a calculation unit 4. Yes.
  • the number of magnetic sensor groups including three magnetic sensors 3 is one.
  • the multipolar magnet ring 2 is formed in a ring shape with a short axial length, and is magnetized in a multipolar manner along the circumferential direction.
  • the magnetization direction of each magnetic pole is the outer diameter direction.
  • the number of pole pairs of the multipolar magnet ring 2 is four.
  • a mechanical angle of 0 degrees is set for a predetermined pole pair question (between the top pole pairs of the multipolar magnet ring 2 in the example of FIG. 1) among the four pole pairs.
  • Each of the three magnetic sensors 3 constituting one magnetic sensor group is disposed so as to face the outer periphery of the multipolar magnet ring 2 along the circumferential direction of the multipolar magnet ring 2.
  • the first magnetic sensor 31 is at a mechanical angle of 0 degrees
  • the second magnetic sensor 32 is at a mechanical angle of 30 degrees
  • the third magnetic sensor 33 is at a mechanical angle of 60 degrees.
  • sensor ICs of the same standard that output the phase of the sine wave signal that changes the phase according to the rotation of the multipolar magnet ring 2 as angle information are used.
  • an IC comprising a sine wave signal generation unit that generates a sine wave signal (current signal) according to the rotation of the multipolar magnet ring 2 and a phase output unit that outputs the phase of the generated sine wave signal is employed. it can.
  • the number of pole pairs of the multipolar magnet ring 2 is four, and the positions of the magnetic sensors 3 are shifted by 30 degrees in mechanical angle. Therefore, the angle information output from the three magnetic sensors 3 has a phase difference different by 120 degrees in electrical angle. For example, when the angle information output from the first magnetic sensor 31 is 0 degrees, the angle information output from the second magnetic sensor 32 is 120 degrees, and the angle information output from the third magnetic sensor 33 is It becomes 240 degrees. Further, at each position where the magnetic sensor 3 is disposed, the number of pole pairs is 4, so that a magnetic field for four cycles is generated during one rotation of the multipolar magnet ring 2. Therefore, each of the magnetic sensors 3 generates angle information for four cycles during one rotation of the multipolar magnet ring 2 and outputs the angle information to the calculation unit 4.
  • the calculation unit 4 first offsets the amount of deviation, that is, the phase difference of the angle information output from the three magnetic sensors 3 constituting one magnetic sensor group. Specifically, as shown in FIGS. 2D to 2F, the angle information output from the second magnetic sensor 32 with reference to the coordinate system of the angle information output from the first magnetic sensor 31. The coordinates for 120 degrees are added to the coordinate system, and the coordinates for 240 degrees are added to the coordinate system of the angle information output from the third magnetic sensor 33, so that the three coordinate systems are matched.
  • the calculation unit 4 calculates the total value of the angle information after offset, and divides the calculated total value by “3” to obtain the average value of the angle information. Then, the calculated average value is used as a detected value (true value) of angle information (electrical angle), and the rotation angle (mechanical angle) of the multipolar magnet ring 2 is calculated based on the detected value (true value).
  • the angle information detected by the combination of the multipolar magnet ring 2 and the magnetic sensor 3 can reduce the angle error if the original signal is a sine wave.
  • a quaternary error component per one electrical angle period is easily superimposed on such angle information.
  • the superimposition of the fourth-order error component is a main factor that hinders highly accurate angle information.
  • the reason why the fourth-order error is superimposed is that the third-order and fifth-order harmonic components are likely to be superimposed on the original signal detected by the magnetic sensor 3, and the improvement includes magnetization accuracy, element placement accuracy, and detection element. Precise work such as characteristic adjustment is required.
  • the rotation angle detector 1 of the first embodiment as shown in FIG. 1 and FIGS. 2A to 2C, three magnetic sensors 3 constituting one magnetic sensor group are provided with a large number of magnetic sensors. According to the rotation of the polar magnet ring 2, it is arranged to output angle information having a phase difference different by 120 degrees in electrical angle. Therefore, the phase of the fourth-order error component included in the angle information of each magnetic sensor 3 can be shifted. Therefore, by calculating the rotation angle of the multipolar magnet ring 2 based on these angle information, the fourth-order error component included in the angle information of the magnetic sensor 3 can be reduced. Moreover, in the rotation angle detector 1 of 1st Embodiment, the phase difference of the angle information output from the magnetic sensor 3 was offset.
  • the fourth-order error component included in the angle information after the offset has a waveform with a phase shift for each magnetic sensor 3, as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). Therefore, by dividing the total value of these angle information by “3” and calculating the average value, the fourth-order error components can be canceled and reduced as shown in FIG.
  • the rotation angle detector 1 Next, the rotation angle detector 1 according to the second embodiment will be described.
  • symbol is used and the detail is abbreviate
  • the position of the three magnetic sensors 3 has a phase difference in which the angle information output from the three magnetic sensors 3 differs by 120 degrees in electrical angle. The point which is set so that it may become equal intervals along the circumferential direction of the multipolar magnet ring 2 differs from 1st Embodiment.
  • the angle information output from the three magnetic sensors 3 differs by 120 degrees in electrical angle.
  • the first magnetic sensor 31 is disposed at a mechanical angle of 0 degrees
  • the second magnetic sensor 32 is disposed at a mechanical angle of 120 degrees
  • the third magnetic sensor 33 is disposed at a mechanical angle of 240 degrees.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the rotation angle detector 1 for example, as shown in FIG. 5A, when the multipolar magnet ring 2 is eccentric, the mechanical angle obtained from the magnetic sensor 3 is as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the first-order error component is included for the entire circumference of the mechanical angle, that is, for the mechanical angle of 0 to 360 degrees.
  • the three magnetic sensors 3 are arranged at equal intervals, that is, at different positions by 120 degrees in mechanical angle. Therefore, as shown in FIG. 5C, the phase of the first-order error component included in the mechanical angle obtained from each magnetic sensor 3 can be shifted by 120 degrees. Therefore, by calculating the average value of the mechanical angles, as shown in FIG. 5D, the first order error can be canceled and the rotation angle can be detected with higher accuracy.
  • the rotation angle detector 1 of the second embodiment in addition to the primary error component, it is possible to cancel error components of orders other than multiples of 3.
  • the error component of the electrical angle in the first embodiment is a fourth-order error component, when the number of pole pairs is 4, it appears as a 16th-order error component around the entire mechanical angle. Therefore, it can be canceled because it is an order other than a multiple of 3.
  • the first-order error component in the entire mechanical angle in addition to the fourth-order error component in the electrical angle (the 16th-order error component in the entire mechanical angle), the first-order error component in the entire mechanical angle. If included, the mechanical angle error component obtained from the second magnetic sensor 32 deviates from the mechanical angle error component obtained from the first magnetic sensor 31 by 120 degrees. Further, the mechanical angle error component obtained from the third magnetic sensor 33 is shifted by 240 degrees from the mechanical angle error component obtained from the first magnetic sensor 31. Therefore, as shown in FIGS. 6D and 6E, when the error components of the magnetic sensors 3 (31, 32, 33) are combined, both the first-order error component and the 16th-order error component are combined. Can be countered.
  • the error component canceling effect can be applied to error components other than the orders listed so far (first order in mechanical angle, 16th order), and 2 in mechanical angle. It is also possible to cancel out the next error component, the second-order error component in electrical angle (the eighth-order error component in mechanical angle), and the like.
  • the number of pole pairs of the multipolar magnet ring 2 is 4 has been described.
  • the number of pole pairs differs from that of the three magnetic sensors 3 by 120 degrees in mechanical angle.
  • the angle information output from the three magnetic sensors 3 may have a phase difference that differs by 120 degrees in electrical angle.
  • the number of pole pairs for example, 4, 8, 10, 11, 13, 14, 16, 17, 19, 20, 22 can be employed.
  • the number of magnetic sensors 3 constituting one magnetic sensor group is three has been shown, other configurations may be employed.
  • the number when canceling an error component of an order other than a multiple of N (N is a natural number of 3 or more excluding 4), the number may be a number corresponding to the order of the error component, such as N magnetic sensors 3.
  • the phase of the mechanical angle error component obtained from each magnetic sensor 3 can be shifted by 360 / N degrees.
  • the number of pole pairs of the multipolar magnet ring 2 is assumed to be the number of pole pairs in which the angle information output from the N magnetic sensors 3 has a phase difference different by 360 / N degrees in electrical angle.
  • the calculation unit 4 calculates an average value of mechanical angles obtained from the N magnetic sensors 3 and performs a calculation to obtain a detection value (true value) of the rotation angle of the multipolar magnet ring 2.
  • the phase difference differs by 90 degrees, and it is difficult to reduce the fourth-order error component. Therefore, the present invention excludes this case (when N is 4).
  • the third embodiment includes an abnormality occurrence determination unit 5 that determines whether an abnormality has occurred in any of N (N is a natural number of 3 or more excluding 4) magnetic sensors 3. Further points differ from the first embodiment. Also, the positions of the N magnetic sensors 3 are set to be equally spaced along the circumferential direction of the multipolar magnet ring 2 as in the second embodiment, that is, to be shifted by 120 degrees in mechanical angle. Has been. In the example of FIG. 7, N is set to 3.
  • the abnormality occurrence determination unit 5 assumes a phase difference (120 degrees, 240 degrees) that is assumed in advance from the angle information output from the three magnetic sensors 3. Offset), the total value of the angle information after the offset is calculated, and based on the calculated total value, it is determined whether or not an abnormality has occurred in any of the three magnetic sensors 3.
  • the total value of angle information after offset is three times the angle information output from the first magnetic sensor 31, three times the angle information output from the second magnetic sensor 32, and the third magnetic sensor. It is monitored whether or not it is equal to three times the angle information output from 33 (hereinafter also referred to as “3 ⁇ ⁇ , 3 ⁇ ⁇ and 3 ⁇ ⁇ ”).
  • the total value of the angle information after the offset is 3 ⁇ ⁇ , 3 ⁇ ⁇ and 3 ⁇ equal to each of ⁇ .
  • the total value is 3 ⁇ ⁇ , 3 as shown in FIGS. ⁇ Neither ⁇ nor 3 ⁇ ⁇ is equal. Therefore, when the abnormality occurrence determination unit 5 determines that the total value of the angle information output from the offset magnetic sensor 3 is not equal to any of 3 ⁇ ⁇ , 3 ⁇ ⁇ , and 3 ⁇ ⁇ , It is determined that an abnormality has occurred in any of the magnetic sensors 3. Thereby, it can be confirmed relatively easily that an abnormality has occurred in any of the three magnetic sensors.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • a configuration may further include an abnormality sensor determination unit 6 that determines a magnetic sensor 3 in which an abnormality has occurred from among N (N is a natural number of 3 or more excluding 4) magnetic sensors 3. Good.
  • N is set to 3.
  • the abnormality sensor determination unit 6 performs a phase difference (120 degrees, 240 degrees) preliminarily assumed from the angle information output from the three magnetic sensors 3. Offset degrees). Subsequently, based on the difference between the offset angle information corresponding to the two magnetic sensors 3 selected from the three magnetic sensors 3, the magnetic sensor 3 in which an abnormality has occurred is determined from the three magnetic sensors 3. To do.
  • the output signal (angle information) ⁇ 1 of the first magnetic sensor 31 after the offset and the output signal (angle information) ⁇ 2 of the second magnetic sensor 32 are obtained. It is monitored whether the difference is smaller than a predetermined threshold and is substantially zero (including zero). Similarly, the difference between the output signal (angle information) ⁇ 2 of the second magnetic sensor 32 after the offset and the output signal (angle information) ⁇ 3 of the third magnetic sensor 33 is smaller than the threshold value and is almost zero. To monitor. Further, it is monitored whether the difference between the output signal ⁇ 3 of the third magnetic sensor 33 after the offset and the output signal ⁇ 1 of the first magnetic sensor 31 is smaller than the threshold value and is substantially zero.
  • the rotation angle detector 1 may be configured to include at least two magnetic sensor groups.
  • N for example, three
  • magnetic sensors 3 constituting the magnetic sensor group are arranged in two lines in an IC package.
  • a first system including first, second, and third magnetic sensors represented by reference numerals 31, 32, and 33, and first, second, and third expressions represented by reference numerals 31a, 32a, and 33a.
  • a second system including a third magnetic sensor.
  • the rotation angle detector 1 includes the power supply voltage Vcc1 and the ground voltage Gnd1 of the first to third magnetic sensors 31 to 33 of the first system, and the first to third magnetic sensors 31a to 33a of the second system.
  • the power supply voltage Vcc2 and the ground voltage Gnd2 are separately provided.
  • the arithmetic unit 4 determines abnormality of the magnetic sensor 3 constituting one of the two systems
  • the angle information sign output from the three magnetic sensors 3 of the other system is used.
  • the rotation angle (mechanical angle) of the multipolar magnet ring 2 is calculated.
  • the occurrence of abnormality of the magnetic sensor 3 is performed using the above-described abnormality sensor determination unit 6 in each of the first system and the second system.
  • a flag for specifying the magnetic sensor 3 in which the abnormality has occurred is set.
  • the abnormality sensor determination unit 6 is provided in the calculation unit 4.
  • an MCU (Micro Controller Unit) 7 determines which one of the first system magnetic sensor 3 and the second system magnetic sensor 3 has an abnormality based on the set flag. Subsequently, the rotation angle (mechanical angle) of the multipolar magnet ring 2 is determined by the MCU 7 using the angle information output from the three (N) magnetic sensors 3 of the system (normal system) in which no abnormality has occurred. calculate. Thereby, the detection function of a rotation angle can be continued using a normal system.
  • the rotation angle detector 1 is disposed on each of the input shaft 9 and the output shaft 10.
  • the multipolar magnet ring 2 of the rotation angle detector 1 on the input shaft 9 side is fixed coaxially with the input shaft 9 and rotates as the input shaft 9 rotates.
  • the multipolar magnet ring 2 of the rotation angle detector 1 on the output shaft 10 side is fixed coaxially with the output shaft 10 and rotates with the rotation of the output shaft 10.
  • the torsion angle calculation unit 11 calculates the difference between the rotation angle of the input shaft 9 and the rotation angle of the output shaft 10 detected by the rotation angle detector 1 as a torsion angle that is proportional to the torque. Thereby, the twist angle (torque) can be detected with higher accuracy.
  • the motor output is calculated using the calculated twist angle. Control and assist steering operation. In this case, even if the multipolar magnet ring 2 is eccentric due to vibrations generated on the input shaft and the output shaft of the steering system as the vehicle travels, the rotation angle can be detected with higher accuracy. Therefore, the steering operation can be assisted with higher accuracy in the long term.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the MCU 7 may be configured to add an IC determination function that enables the magnetic sensor 3 (sensor IC) to be determined to the communication function between the magnetic sensor 3 (sensor IC) and the MCU 7.
  • the MCU 7 is configured to be able to designate an IC (magnetic sensor 3) to be communicated.
  • the first common signal line 12 a that enables communication between the MCU 7 and the first system magnetic sensors 31, 32, 33 on the input shaft 9 side, and the second system magnetic sensor on the input shaft 9 side. 31a, 32a, 33a and the second common signal line 12b enabling the MCU 7 to communicate with each other.
  • a third common signal line 12c that enables communication between the first system magnetic sensors 31, 32, 33 on the output shaft 10 side and the MCU 7, and a second system magnetic sensor 31a on the output shaft 10 side, 32a, 33a and the fourth common signal line 12d that enables the MCU 7 to properly communicate with each other.
  • a fifth common signal line 12e for supplying the power supply voltage Vcc1 to the first to third magnetic sensors 31, 32, 33 of the first system and a sixth common signal line 12f for supplying the ground voltage Gnd1 are provided. Yes.
  • a seventh common signal line 12g for supplying the power supply voltage Vcc2 to the first to third magnetic sensors 31a, 32a, 33a of the second system and an eighth common signal line 12h for supplying the ground voltage Gnd2 are provided. Yes.
  • the first to third magnetic sensors 31, 32, and 33 of the first system and the first to third magnetic sensors 31a, 32a, and 33a of the second system are arranged on the substrate 13. Signal lines can be collected, and the number of signal lines can be reduced to eight.
  • the configuration shown in FIG. 15 can be formed by three pairs of magnetic sensors (three on the input shaft 9 side and three on the output shaft 10 side), each including two systems as one package.
  • each system is monitored and can function even if an abnormality occurs in one of the systems.
  • the calculation of the torsion angle and the assist of the steering operation are continued.
  • System monitoring can be continued.
  • the magnetic sensor 3 may be provided with a magnetic pole counter function for counting magnetic poles. Thereby, the rotation of the input shaft 9 and the output shaft 10 can be counted.
  • the magnetization direction of the multipolar magnet ring 2 was made into the outer diameter direction, the example which arrange
  • the magnetization direction is not limited, and may be inner diameter magnetization, upper magnetization, or lower magnetization. This assembling and magnetic sensor 3 is arranged facing the magnetizing direction (magnetized surface).
  • the magnetic sensor 3 uses a sensor in which one pole pair of the multipolar magnet ring 2 corresponds to an electrical angle of 360 degrees.
  • other configurations may be adopted. it can.
  • a sensor in which one pole of the multipolar magnet ring 2 corresponds to an electrical angle of 360 degrees may be used.
  • the rotation angle detector 1 of the present invention can be applied to other than the magnetic circuit of the above embodiment.

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Abstract

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。

Description

回転角度検出器及びトルクセンサ
　本発明は、回転角度検出器及びトルクセンサに関する。
　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。
特開２０１２－１８９３７５号公報 特表２０１１－５０３６３０号公報
　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。
　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。
　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。
第１実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。 ４次の誤差成分の削減方法を説明するための図である。 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。 第２実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。 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。 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。 第３実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。 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。 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。 第３実施形態の変形例（１）を説明するための図である。 異常センサ判定部の動作を説明するための図である。 第３実施形態の変形例（２）を説明するための図である。 第４実施形態に係る回転角度検出器の構成図である。 第４実施形態の変形例（１）を説明するための図である。 第４実施形態の変形例（２）を説明するための図である。
　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。
（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。
　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。
　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。
　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。
（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。
　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。
（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。
（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
（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。
　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。
　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。
（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。
　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。
　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。
（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。
　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。
　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。
（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。
　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。
　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。
（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。
（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。
　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。
（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。
　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。
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

Claims (10)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018077096A (ja) * 2016-11-08 2018-05-17 日本精工株式会社 回転角度検出器、トルクセンサ、モータ駆動制御装置、電動パワーステアリング装置及び車両
JP2020153806A (ja) * 2019-03-20 2020-09-24 Tdk株式会社 回転角度検出装置
JP2020159993A (ja) * 2019-03-28 2020-10-01 株式会社デンソー 検出ユニット

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019216235A1 (ja) * 2018-05-11 2019-11-14 株式会社三共製作所 角度検出器
CN110542500B (zh) * 2019-06-26 2024-12-20 南京华敏电子有限公司 一种采用轴向充磁磁环的扭矩传感器
US12480755B2 (en) * 2021-05-31 2025-11-25 Nidec Corporation Angle detection method and angle detection device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011220848A (ja) * 2010-04-09 2011-11-04 Jtekt Corp 回転角検出装置
JP2012122963A (ja) * 2010-12-10 2012-06-28 Jtekt Corp 回転角検出装置、トルク検出装置、及び電動パワーステアリング装置
JP2012149909A (ja) * 2011-01-17 2012-08-09 Jtekt Corp 回転角検出装置
JP2013101023A (ja) * 2011-11-08 2013-05-23 Nikon Corp 位置検出装置、及び駆動装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4660021A (en) * 1983-03-25 1987-04-21 Leiby Robert W Method and apparatus for reducing crosstalk effects upon phase measurement
JP2001012967A (ja) * 1999-04-28 2001-01-19 Asahi Optical Co Ltd エンコーダおよび磁気式エンコーダを搭載した測量機
US6926115B2 (en) * 2002-07-31 2005-08-09 Hitachi Cable, Ltd. Angle sensor, angle-torque sensor and electric power steering unit using same
WO2005021359A1 (ja) * 2003-08-28 2005-03-10 Nsk Ltd. 電動パワーステアリング装置の制御装置
JP4858855B2 (ja) * 2006-11-21 2012-01-18 日立金属株式会社 回転角度検出装置および回転機
JP4995605B2 (ja) * 2007-03-16 2012-08-08 オークマ株式会社 回転型アブソリュートエンコーダの異常検出装置
WO2012025777A1 (en) * 2010-08-24 2012-03-01 Aktiebolaget Skf A method and a system for determining the angular position of a rotary element, and a bearing including such a system
JP2012189376A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Jtekt Corp 回転角検出装置およびトルク検出装置
US9627936B2 (en) * 2011-12-23 2017-04-18 Mitsubishi Electric Corporation Permanent magnet motor
JP5675700B2 (ja) * 2012-05-25 2015-02-25 株式会社日本自動車部品総合研究所 トルクセンサ
GB2505226A (en) * 2012-08-23 2014-02-26 Melexis Technologies Nv Arrangement, method and sensor for measuring an absolute angular position using a multi-pole magnet
JP6083428B2 (ja) * 2014-12-16 2017-02-22 トヨタ自動車株式会社 車両の電動パワーステアリング装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011220848A (ja) * 2010-04-09 2011-11-04 Jtekt Corp 回転角検出装置
JP2012122963A (ja) * 2010-12-10 2012-06-28 Jtekt Corp 回転角検出装置、トルク検出装置、及び電動パワーステアリング装置
JP2012149909A (ja) * 2011-01-17 2012-08-09 Jtekt Corp 回転角検出装置
JP2013101023A (ja) * 2011-11-08 2013-05-23 Nikon Corp 位置検出装置、及び駆動装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018077096A (ja) * 2016-11-08 2018-05-17 日本精工株式会社 回転角度検出器、トルクセンサ、モータ駆動制御装置、電動パワーステアリング装置及び車両
JP2020153806A (ja) * 2019-03-20 2020-09-24 Tdk株式会社 回転角度検出装置
CN111721334A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 Tdk株式会社 旋转角度检测装置
US11353526B2 (en) 2019-03-20 2022-06-07 Tdk Corporation Rotational angle detection device
JP2020159993A (ja) * 2019-03-28 2020-10-01 株式会社デンソー 検出ユニット

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Publication number Publication date
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