JP2014016166A - Rotation angle detection device and failure detection method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転角検出装置及びその故障検出方法に関し、より詳細には、信号経路などにおける故障を検出するようにした回転角検出装置及びその故障検出方法に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device and a failure detection method thereof, and more particularly to a rotation angle detection device and a failure detection method thereof that detect a failure in a signal path or the like.
近年、磁気検出素子（ホール素子，磁気抵抗素子など）と信号処理回路（ＬＳＩ）を一体化した高機能な磁気センサＬＳＩのさまざまな利用法が進んでいる。例えば、自動車では、ハンドルの回転角度を検出するための回転角検出装置がある。この種の回転角検出装置は、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
In recent years, various uses of a high-performance magnetic sensor LSI in which a magnetic detection element (Hall element, magnetoresistive element, etc.) and a signal processing circuit (LSI) are integrated have progressed. For example, in an automobile, there is a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a handle. This type of rotation angle detection device is disclosed in
図１は、従来の回転角検出装置を説明するための構成図で、特許文献１に記載されている回転角検出装置の構成図である。この回転角検出装置は、回転体に取り付けられた回転磁石１と、この回転磁石１の下に離れて置かれた集積回路（シリコン基板）２があり、このシリコン基板２上には、このシリコン基板２上に形成されたホール素子３と、さらにそのホール素子３上に磁気集束板４が設けられている。そして、回転磁石１から発生するシリコン基板２の平面に平行な磁場（横磁場）を、磁気集束板４とホール素子３を用いて電気信号として検出することで、回転磁石１の回転角度を算出するものである。
また、特許文献２には、回転角検出装置を構成する信号処理回路のオフセットやゲインミスマッチによる角度誤差を低減する手法が開示されている。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a conventional rotation angle detection device, and is a configuration diagram of the rotation angle detection device described in
図２は、従来の他の回転角検出装置を説明するための構成図で、特許文献２に記載されている回転角検出装置の構成図である。この回転角検出装置は、Ｘ軸ホール素子１１ＸとＹ軸ホール素子１１Ｙと座標変換部１２とＸ軸増幅器１３ＸとＹ軸増幅器１３Ｙと角度算出部１４とから構成されている。
そして、Ｘ，Ｙ軸ホール素子１１Ｘ，１１Ｙは、回転する磁場を受けて電気信号へと変換出力する。座標変換部１２は、Ｘ軸ホール素子１１Ｘの出力（Ｖｈｘ）とＹ軸ホール素子１１Ｙの出力（Ｖｈｙ）を成分とした磁気信号ベクトル（Ｖｈｘ，Ｖｈｙ）を座標変換する。ここで座標変換とは、入力された磁気信号ベクトルの各成分に対し、符号や成分の置換によって、信号ベクトルの座標が変換される機能を有するものである。
FIG. 2 is a configuration diagram for explaining another conventional rotation angle detection device, and is a configuration diagram of the rotation angle detection device described in
The X and Y
図３（ａ），（ｂ）は、座標変換の例を示す図である。図３（ａ）は、座標変換によって信号ベクトルの座標が１８０°変換（変換Ａ）される例を示している。この変換は、入力信号の各成分の符号を反転することで実現される。変換後のベクトルは、（−Ｖｈｘ，−Ｖｈｙ）となる。また、図３（ｂ）は、座標変換によって信号ベクトルの座標成分がＸ，Ｙ軸で入れ替わる例（変換Ｂ）を示している。 3A and 3B are diagrams illustrating an example of coordinate conversion. FIG. 3A shows an example in which the coordinates of the signal vector are converted by 180 ° (conversion A) by coordinate conversion. This conversion is realized by inverting the sign of each component of the input signal. The converted vector is (−V hx , −V hy ). FIG. 3B shows an example (conversion B) in which the coordinate components of the signal vector are switched on the X and Y axes by coordinate conversion.
この座標変換は、入力信号の各成分の置換を行うことで実現される。変換後のベクトルは、（Ｖｈｙ，Ｖｈｘ）となる。座標変換部１２は、図２に示した回転角検出装置の信号処理シーケンスにおいて、変換を行わない処理（φ１）と変換を行う処理（φ２）がある。
そして、座標変換部１２の出力信号ベクトルのＸ成分をＸ軸増幅器１３Ｘに出力し、Ｙ成分をＹ軸増幅器１３Ｙに出力する。各軸増幅器１３Ｘ，１３Ｙの出力は角度算出部１４に入力され、この角度算出部１４は、Ｘデータ，Ｙデータから角度算出を行う。また、角度算出部１４は、座標変換部１２によって座標変換処理していない信号ベクトルから角度θ（φ１）と、座標変換部１２によって座標変換処理した信号ベクトルから角度θ（φ２）を算出する。そして、θ（φ１）とθ（φ２）から平均値θａｖｅを算出して回転角検出装置の出力とする。
This coordinate transformation is realized by replacing each component of the input signal. The vector after conversion is (V hy , V hx ). The
Then, the X component of the output signal vector of the
こうした回転角検出装置において、特に自動車分野などで安全に対する意識の高まりから、ＬＳＩを製品として出荷した後、内部で発生する故障を検出する技術の必要性が高まっている。
また、ホール素子を採用した磁気検出装置においては、ホール素子がオフセット電圧を有することから、このオフセット電圧を除去することが行われており、その一例としては、特許文献３に記載のスピニングカレント（ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）法が知られている。
In such a rotation angle detection device, the need for a technique for detecting a failure occurring inside the LSI after it is shipped as a product is increasing due to an increase in safety awareness especially in the automobile field.
Further, in a magnetic detection device employing a Hall element, since the Hall element has an offset voltage, the offset voltage is removed. As an example, a spinning current (described in Patent Document 3) The spinning current principal) method is known.
また、例えば、特許文献４には、回転角度測定方法が記載されている。この回転角度測定方法は、ほぼ直角のオフセット角で配置された２つの磁気センサからの出力により表現されるベクトルを用いて、磁気センサの磁界内に対する相対的な回転角度を求める磁気センサ信号処理集積回路を用いた回転角度測定方法であって、ベクトルを、予め記憶した所定の角度毎の正弦および余弦を用いて所定の角度ずつ回転させるステップと、この回転させるステップにおいてベクトルを基準位置まで回転させたときの回転角度の合計を検出するステップとを有するものである。 For example, Patent Document 4 describes a rotation angle measurement method. This rotation angle measurement method uses magnetic sensor signal processing integration to obtain a relative rotation angle of a magnetic sensor with respect to the inside of a magnetic field using a vector expressed by outputs from two magnetic sensors arranged at substantially right angle offset angles. A rotation angle measuring method using a circuit, comprising: rotating a vector by a predetermined angle using a sine and cosine for each predetermined angle stored in advance; and rotating the vector to a reference position in the rotating step. And a step of detecting the total rotation angle at the time.
しかしながら、上述した特許文献１の回転角検出装置において、ホール素子（磁気センサ）からの出力は、後段に増幅器などをおいて信号処理をされるものであるが、その信号線に、断線故障や短絡故障といった故障が経年変化などにより発生した場合、検出角度に大きな誤差を発生し、しかも、回転角検出装置の利用者にはその誤差が発生したことが判別できない状態となってしまう。上述した特許文献１には、そのような故障を検出することについては何ら開示されていない。
However, in the rotation angle detection device of
また、上述した特許文献２においては、ホール素子からの出力信号をＸ軸，Ｙ軸の座標系で表し、その信号の符号や経路を変更して座標を変換する前後で角度を算出することでＸ，Ｙ両軸のオフセットやゲインミスマッチの影響による誤差をキャンセルしているものの、各軸の信号経路に故障が発生した場合に故障を検出することについては何ら開示されていない。
In
また、上述した特許文献３には、スピニングカレント（ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）法が開示されているだけであって、磁気センサからの出力信号の信号経路に故障が発生した場合に故障を検出することについては何ら開示されていない。
さらに、上述した特許文献４には、回転角度測定方法が記載されているものの、磁気センサからの出力信号の信号経路に故障が発生した場合に故障を検出することについては何ら開示されていない。
Further,
Furthermore, although Patent Document 4 described above describes a rotation angle measurement method, there is no disclosure about detecting a failure when a failure occurs in the signal path of an output signal from a magnetic sensor.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、磁気センサからの出力信号の符号や信号経路を変更して算出された角度が、変更を行う前に算出された角度と一定の差があることに着目して、信号経路などにおける故障を検出するようにした回転角検出装置及びその故障検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to calculate the angle calculated by changing the sign or signal path of the output signal from the magnetic sensor before the change is made. Focusing on the fact that there is a certain difference from the measured angle, it is an object to provide a rotation angle detection device and a failure detection method for detecting a failure in a signal path or the like.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、回転体の回転中心軸と直交する平面上に、前記回転軸に対して所定の角度を有して配置された第１の磁電変換素子（２１Ｘ）及び第２の磁電変換素子（２１Ｙ）とを備え、前記第１の磁電変換素子の出力と前記第２の磁電変換素子の出力に基づいて前記回転体の回転角に関する情報を算出するように構成された回転角検出装置において、前記第１の磁電変換素子に接続され、前記第１の磁電変換素子の出力を反転させるための符号反転部（２２Ｘ）を有する第１の伝送部と、前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部と、前記第１の伝送部と前記第２の伝送部の出力に基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する回転角情報算出部（２４）と、所定の時刻における前記回転角情報算出部の出力を記憶する記憶部（２６）と、該記憶部に記憶される前記所定の時刻における前記回転角情報算出部の出力に基づく情報と、前記所定の時刻とは異なる時刻における前記回転角情報算出部の出力に基づく情報との比較により、前記回転角検出装置の故障を検知する故障診断部（２７）とを備えていることを特徴とする。（図４，図５，図６，図１１，図１７，図１８；実施例１，２，３，６，７）
The present invention has been made in order to achieve such an object, and the invention according to
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の伝送部が、前記符号反転部を動作させる反転動作部（３１Ｘ）を備え、該反転動作部が、故障検知を行うタイミングに関する信号を受信する検知タイミング信号受信部（３２Ｘ）を備え、前記反転動作部が、前記検知タイミング信号受信部の出力に基づいて前記符号反転部を動作させることを特徴とする。（図５；実施例１）
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記符号反転部の反転動作周期の半周期が、前記磁電変換素子のスピニングカレント法による駆動周期の整数倍であることを特徴とする。
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the half cycle of the inversion operation period of the sign inverting unit is an integral multiple of the driving period of the magnetoelectric transducer by the spinning current method. It is characterized by being.
また、請求項４に記載の発明は、回転体の回転中心軸と直交する平面上に、前記回転軸に対して所定の角度を有して配置された第１の磁電変換素子（２１Ｘ）及び第２の磁電変換素子（２１Ｙ）とを備え、前記第１の磁電変換素子の出力と前記第２の磁電変換素子の出力に基づき前記回転体の回転角に関する情報を算出するように構成された回転角検出装置において、前記第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部と、前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部と、前記第１の伝送部及び第２の伝送部を相互に切り替えるためのスイッチング回路（４２）と、前記第１の伝送部と前記第２の伝送部の出力に基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する回転角情報算出部（２４）と、所定の時刻における前記回転角情報算出部の出力を記憶する記憶部（２６）と、該記憶部に記憶される前記所定の時刻における前記回転角情報算出部の出力に基づく情報と、前記所定の時刻とは異なる時刻における前記回転角情報算出部の出力に基づく情報との比較により、前記回転角検出装置の故障を検知する故障診断部（２７）とを備えていることを特徴とする。（図１４，図１６；実施例４，５） According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the first magnetoelectric transducer (21X) disposed at a predetermined angle with respect to the rotation axis on a plane orthogonal to the rotation center axis of the rotating body. A second magnetoelectric conversion element (21Y), and configured to calculate information relating to the rotation angle of the rotating body based on the output of the first magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element. In the rotation angle detection device, a first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element, a second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element, the first transmission unit and the first transmission unit Rotation angle information calculation for calculating information related to the rotation angle of the rotating body based on the output of the switching circuit (42) for switching between the two transmission units and the first transmission unit and the second transmission unit Part (24) and the rotation angle information at a predetermined time A storage unit (26) for storing the output of the output unit, information based on the output of the rotation angle information calculation unit at the predetermined time stored in the storage unit, and the rotation at a time different from the predetermined time A failure diagnosing unit (27) for detecting a failure of the rotation angle detecting device by comparison with information based on the output of the angle information calculating unit is provided. (FIGS. 14 and 16; Examples 4 and 5)
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第１及び第２の伝送部が、前記スイッチング回路を動作させるスイッチング動作部を備え、該スイッチング動作部が、故障検知を行うタイミングに関する信号を受信する検知タイミング信号受信部を備え、前記スイッチング動作部が、前記検知タイミング信号受信部の出力に基づいて前記スイッチング回路を動作させることを特徴とする。（実施例４）
また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、前記スイッチング回路（４２）の切り替え周期の半周期が、前記磁電変換素子のスピニングカレント法による駆動周期の整数倍であることを特徴とする。（図１６；実施例５）
The invention according to
The invention according to claim 6 is the invention according to
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記第１の伝送部が、前記第１の磁電変換素子（２１Ｘ）の出力信号を変調するＸ軸変調回路（３４Ｘ）と、該Ｘ軸変調回路からの信号を復調するＸ軸復調回路（３６Ｘ）とを備えていることを特徴とする。（図６；実施例２）
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記回転角情報算出部（２４）は、前記第１の伝送部の出力を積分する積分器（３７Ｘ）を備えていることを特徴とする。（図６；実施例２）
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記回転角情報算出部（２４）は、前記第１の伝送部の出力をＡＤ変換するＡＤ変換器（３８Ｘ）と、該ＡＤ変換器の出力を保持するレジスタ（３９Ｘ）とを備えていることを特徴とする。（図１１；実施例３）
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, the first transmission unit modulates an output signal of the first magnetoelectric transducer (21X). An axis modulation circuit (34X) and an X axis demodulation circuit (36X) for demodulating a signal from the X axis modulation circuit are provided. (FIG. 6; Example 2)
The invention according to claim 8 is the invention according to any one of
The invention according to claim 9 is the AD conversion according to any one of
また、請求項１０に記載の発明は、回転体の回転中心軸と直交する平面上に、前記回転軸に対して所定の角度を有して配置された第１の磁電変換素子（２１Ｘ）及び第２の磁電変換素子（２１Ｙ）とを備え、前記第１の磁電変換素子の出力と前記第２の磁電変換素子の出力に基づいて前記回転体の回転角に関する情報を算出するように構成された回転角検出装置の故障検出方法において、前記第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の出力と、前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部の出力とに基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する第１のステップと、前記第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の符号反転部（２２Ｘ）により、前記第１の磁電変換素子の出力を反転させて得られる第１の伝送部の出力と、前記第２の伝送部の出力とに基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する第２のステップと、前記第１のステップで得られる前記回転体の回転角度に関する情報と、前記第２のステップで得られる前記回転体の回転角度に関する情報とを比較して前記回転角検出装置の故障を検知する第３のステップとを有していることを特徴とする。（図１９；実施例１） The invention according to claim 10 is the first magnetoelectric conversion element (21X) disposed at a predetermined angle with respect to the rotation axis on a plane orthogonal to the rotation center axis of the rotating body. A second magnetoelectric conversion element (21Y), and configured to calculate information relating to the rotation angle of the rotating body based on the output of the first magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element. In the failure detection method of the rotation angle detection apparatus, the output of the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element, and the output of the second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element, And the sign reversing unit (22X) of the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element by the first step of calculating information on the rotation angle of the rotating body based on the first magnetoelectric Of the first transmission unit obtained by inverting the output of the conversion element. A second step of calculating information on the rotation angle of the rotating body based on the force and the output of the second transmission unit; information on the rotation angle of the rotating body obtained in the first step; And a third step of detecting a failure of the rotation angle detecting device by comparing with information on the rotation angle of the rotating body obtained in the second step. (FIG. 19; Example 1)
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記第２のステップが、反転動作部（３１Ｘ）により前記符号反転部を動作させるステップと、前記反転動作部が、検知タイミング信号受信部（３２Ｘ）により故障検知を行うタイミングに関する信号を受信するステップとを有し、前記反転動作部が、前記検知タイミング信号受信部の出力に基づいて前記符号反転部を動作させることを特徴とする。（実施例１）
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は１１に記載の発明において、前記第２のステップが、前記符号反転部による前記第１の磁電変換素子の出力の反転動作周期の半周期が前記磁電変換素子のスピニングカレント法による駆動周期の整数倍となるように反転させるステップを含むことを特徴とする。
The invention according to claim 11 is the invention according to claim 10, wherein the second step is a step of operating the sign inversion unit by an inversion operation unit (31X), and the inversion operation unit includes: And a step of receiving a signal related to the timing of failure detection by a detection timing signal receiving unit (32X), wherein the inversion operation unit operates the sign inversion unit based on an output of the detection timing signal reception unit. It is characterized by. Example 1
The invention according to
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記第１のステップ及び前記第２のステップが、Ｘ軸変調回路（３４Ｘ）により前記第１の磁電変換素子（２１Ｘ）の出力信号を変調するステップと、Ｘ軸復調回路（３６Ｘ）により前記Ｘ軸変調回路からの信号を復調するステップとを有していることを特徴とする。（実施例２）
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の発明において、前記第１のステップ及び前記第２のステップが、Ｘ軸積分器（３７Ｘ）により前記Ｘ軸復調回路の出力を積分するステップを有していることを特徴とする。（実施例２）
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１０乃至１４のいずれかに記載の発明において、前記第１のステップ及び前記第２のステップが、前記復調するステップの後段に、Ｘ軸ＡＤ変換器（３８Ｘ）により前記Ｘ軸復調回路の出力をＡＤ変換するステップと、Ｘデータレジスタ（３９Ｘ）により前記Ｘ軸ＡＤ変換器の出力を保持するステップとを有していることを特徴とする。（実施例３）
The invention according to claim 13 is the invention according to any one of claims 10 to 12, wherein the first step and the second step are performed by the X-axis modulation circuit (34X). The method includes a step of modulating an output signal of the magnetoelectric conversion element (21X) and a step of demodulating a signal from the X-axis modulation circuit by an X-axis demodulation circuit (36X). (Example 2)
The invention according to
The invention according to claim 15 is the invention according to any one of claims 10 to 14, wherein the first step and the second step are arranged in an X-axis AD conversion after the step of demodulating. And a step of AD-converting the output of the X-axis demodulator by means of an amplifier (38X) and a step of holding the output of the X-axis AD converter by an X data register (39X). (Example 3)
また、請求項１６に記載の発明は、回転体の回転中心軸と直交する平面上に、前記回転軸に対して所定の角度を有して配置された第１の磁電変換素子（２１Ｘ）及び第２の磁電変換素子（２１Ｙ）とを備え、前記第１の磁電変換素子の出力と前記第２の磁電変換素子の出力に基づき前記回転体の回転角に関する情報を算出するように構成された回転角検出装置の故障検出方法において、前記第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の出力と、前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部の出力とに基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する第１のステップと、前記第１の磁電変換素子に接続された前記第１の伝送部及び前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部を、スイッチング回路（４２）により相互に切り替えて得られる第１の伝送部の出力と、前記第２の伝送部の出力とに基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する第２のステップと、前記第１のステップで得られる前記回転体の回転角度に関する情報と、前記第２のステップで得られる前記回転体の回転角度に関する情報とを比較して前記回転角検出装置の故障を検知する第３のステップとを有していることを特徴とする。（図２０；実施例４） The invention according to claim 16 is the first magnetoelectric transducer (21X) disposed at a predetermined angle with respect to the rotation axis on a plane orthogonal to the rotation center axis of the rotating body. A second magnetoelectric conversion element (21Y), and configured to calculate information relating to the rotation angle of the rotating body based on the output of the first magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element. In the failure detection method of the rotation angle detection device, the output of the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and the output of the second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element Based on the first step of calculating information on the rotation angle of the rotating body, the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and the second connected to the second magnetoelectric conversion element Are mutually connected by a switching circuit (42). Based on the output of the first transmission unit obtained by switching and the output of the second transmission unit, the second step of calculating information on the rotation angle of the rotating body, and the first step A third step of detecting a failure of the rotation angle detection device by comparing the information on the rotation angle of the rotation body obtained by comparing the information on the rotation angle of the rotation body obtained in the second step. It is characterized by. (FIG. 20; Example 4)
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の発明において、前記第２のステップが、スイッチング動作部により前記スイッチング回路を動作させるステップと、前記スイッチング動作部が、検知タイミング信号受信部により故障検知を行うタイミングに関する信号を受信するステップとを有し、前記スイッチング動作部が、前記検知タイミング信号受信部の出力に基づいて前記スイッチング回路を動作させることを特徴とする。 The invention according to claim 17 is the invention according to claim 16, wherein the second step is a step of operating the switching circuit by a switching operation unit, and the switching operation unit receives a detection timing signal. And a step of receiving a signal related to a timing at which failure detection is performed by the unit, wherein the switching operation unit operates the switching circuit based on an output of the detection timing signal reception unit.
（実施例５）
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１６又は１７に記載の発明において、前記スイッチング回路の切り替え周期の半周期が前記磁電変換素子のスピニングカレント法による駆動周期の整数倍となるように切り替えるステップを特徴とする。（実施例５）
(Example 5)
According to an eighteenth aspect of the invention, in the invention of the sixteenth or seventeenth aspect, a half cycle of a switching cycle of the switching circuit is an integral multiple of a driving cycle of the magnetoelectric transducer by a spinning current method. The step of switching is characterized. (Example 5)
本発明によれば、Ｘ軸ホール素子とＹ軸ホール素子の出力信号を伝送する伝送部やその後段の回転角情報算出部の故障を検出することができる。
また、回転角検出装置を利用している状態での故障検出を行うことが可能となる。特に、車載用途向けといった安全要求が厳しい用途で使用される回転角検出装置においては、非常に有益なものである。また、回転角検出装置におけるアナログ回路やデジタル回路の双方の広い範囲に亘る故障を簡単な回路の追加で実現できる。
According to the present invention, it is possible to detect a failure in the transmission unit that transmits the output signals of the X-axis Hall element and the Y-axis Hall element and the subsequent rotation angle information calculation unit.
In addition, it is possible to detect a failure while using the rotation angle detection device. In particular, it is very useful in a rotation angle detection device that is used in applications where safety requirements are strict, such as in-vehicle applications. In addition, failure over a wide range of both the analog circuit and the digital circuit in the rotation angle detection device can be realized by adding a simple circuit.
以下、本発明の実施例を図３（ａ）の場合（変換Ａ；実施例１，２，３及び実施例６）と図３（ｂ）の場合（変換Ｂ；実施例４，５及び実施例７）の場合に分けて説明する。また、回転体の回転角に関する情報とは、回転角θと、回転角θを算出するためのＸ軸成分（Ｖｈｘ）とＹ軸成分（Ｖｈｙ）とがあり、以下の実施例の説明において、故障診断部２７が、回転角情報算出部２４が出力する回転角θを用いて故障診断する場合（実施例１乃至５）と、回転角θを算出するためのＸ軸成分（Ｖｈｘ）とＹ軸成分（Ｖｈｙ）を用いて故障診断する場合（実施例６，７）に分けて説明を行う。
In the following, the embodiment of the present invention is shown in the case of FIG. 3A (conversion A; Examples 1, 2, 3 and 6) and in the case of FIG. 3B (conversion B; Examples 4, 5 and implementation). This will be described separately in the case of Example 7). Further, the information regarding the rotation angle of the rotating body includes a rotation angle θ, an X-axis component (Vhx) and a Y-axis component (Vhy) for calculating the rotation angle θ. When the
図４は、本発明に係る故障検出機能を有する回転角検出装置の実施例１（変換Ａ）を説明するための構成ブロック図で、図中符号２１ＸはＸ軸ホール素子（第１の磁電変換素子）、２１ＹはＹ軸ホール素子（第２の磁電変換素子）、２２ＸはＸ符号反転部、２２ＹはＹ符号反転部、２３ＸはＸデータ伝送部、２３ＹはＹデータ伝送部、２４は回転角情報算出部、２４ＸはＸ軸成分算出部、２４ＹはＹ軸成分算出部、２５は角度算出部、２６は記憶部、２７は故障診断部を示している。
FIG. 4 is a block diagram for explaining the first embodiment (conversion A) of the rotation angle detection device having a failure detection function according to the present invention. In FIG. 4,
本発明の実施例１における回転角検出装置は、Ｘ軸ホール素子２１ＸとＹ軸ホール素子２１Ｙと、Ｘ軸ホール素子２１Ｘに接続されたＸ符号反転部２２ＸとＸデータ伝送部２３Ｘとからなる第１の伝送部と、Ｙ軸ホール素子２１Ｙに接続されたＹ符号反転部２２ＹとＹデータ伝送部２３Ｙとからなる第２の伝送部と、これらの伝送部に接続されている回転角情報算出部２４と、この回転角情報算出部２４に接続された記憶部２６と、この記憶部２６と回転角情報算出部２４に接続された故障診断部２７とから構成されている。また、回転角情報算出部２４は、第１の伝送部の出力から、ホール素子からの出力信号に含まれるオフセット成分やノイズ成分を取り除き、回転角を算出するためのＸ軸成分（Ｖｈｘ）を算出するＸ軸成分算出部２４Ｘと、第２の伝送部の出力から、ホール素子からの出力信号に含まれるオフセット成分やノイズ成分を取り除き、回転角を算出するためのＹ軸成分（Ｖｈｙ）を算出するＹ軸成分算出部２４Ｙと、Ｘ軸成分算出部２４ＸとＹ軸成分算出部２４Ｙから回転角θを算出する角度算出部２５とから構成されている。
The rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention includes an
故障診断部２７は、回転角情報から故障を検知するものである。この回転角情報には、回転角θだけではなく、Ｘ軸成分（Ｖｈｘ）やＹ軸成分（Ｖｈｙ）も含んでも良い。本実施例１において故障診断部２７は、前述のように回転角情報算出部２４の角度算出部２５が出力する回転角θによって故障を検知するものとして説明する。
The
つまり、本発明の実施例１における回転角検出装置は、回転体の回転中心軸と直交する平面上に、回転軸に対して所定の角度を有して配置されたＸ軸ホール素子２１Ｘ及びＹ軸ホール素子２１Ｙとを備え、Ｘ軸ホール素子２１Ｘの出力とＹ軸ホール素子２１Ｙの出力に基づいて回転体の回転角に関する情報を算出するように構成された回転角検出装置である。
In other words, the rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention has the
第１の伝送部は、Ｘ軸ホール素子２１Ｘに接続され、このＸ軸ホール素子２１Ｘの出力を反転させるためのＸ符号反転部２２Ｘを有している。また、第２の伝送部は、Ｙ軸ホール素子２１Ｙに接続されている。
回転角情報算出部２４は、第１の伝送部と第２の伝送部の出力に基づき、回転体の回転角度に関する情報を算出するものである。また、記憶部２６は、所定の時刻における回転角情報算出部２４の出力を記憶するものである。
The first transmission unit is connected to the
The rotation angle
また、故障診断部２７は、記憶部２６に記憶される所定の時刻における回転角情報算出部２４の出力に基づく情報と、所定の時刻とは異なる時刻における回転角情報算出部２４の出力に基づく情報との比較により、回転角検出装置の故障を検知するものである。
本発明の回転角検出装置の動作は、以下のようになる。
すなわち、Ｘ，Ｙ軸ホール素子２１Ｘ，２１Ｙは、回転する磁場を受けて電気信号へと変換出力する。符号反転部２２Ｘ，２２Ｙは、Ｘ軸ホール素子２１Ｘの出力と、Ｙ軸ホール素子２１Ｙの出力を成分とした磁気信号ベクトルを上述したように符号反転することができる。符号反転部２２Ｘ，２２Ｙは、上述したように、信号処理シーケンスにおいて、符号反転を行わない処理（φ１）と符号反転を行う処理（φ２）とがある。
Further, the
The operation of the rotation angle detection device of the present invention is as follows.
In other words, the X and Y
符号反転部２２Ｘ，２２Ｙの出力信号ベクトルのＸ成分をＸデータ伝送部２３Ｘに出力し、Ｙ成分をＹデータ伝送部２３Ｙに出力する。ここでデータ伝送部とは、増幅器，ＡＤ変換器など、磁場を受けてホール素子が検出した信号を、後段の回転角度情報算出部２４へと伝送する信号経路である。そして、Ｘ，Ｙデータ伝送部２３Ｘ，２３Ｙは、それぞれ、Ｘ軸成分算出部２４ＸとＹ軸成分算出部２４Ｙに信号を伝送する。Ｘ軸成分算出部２４ＸとＹ軸成分算出部２４Ｙは、Ｘ，Ｙデータ伝送部２３Ｘ，２３Ｙの出力信号からオフセット成分やノイズ成分を取り除き、Ｘ軸成分（Ｘデータ）、Ｙ軸成分（Ｙデータ）を算出し、角度算出部２５へと出力する。この角度算出部２５は、Ｘデータ及びＹデータから角度算出を行う。このとき角度算出部２５は、符号反転部２２Ｘ，２２Ｙによって符号反転されていない場合（φ１）と、符号反転された場合（φ２）の角度（それぞれθ（φ１）とθ（φ２））を算出する。算出されたθ（φ１）は記憶部２６へと出力される。
The X component of the output signal vector of the
故障診断部２７では、記憶部２６に保持されたθ（φ１）と角度算出部２５から出力されたθ（φ２）に一定の角度差があることから後述の方法により故障診断を行う。この時、第１の伝送部と第２の伝送部と、回転角情報算出部のいずれかに故障が発生していた場合に故障と判定される。
つまり、ホール素子からの検出信号の符号を符号反転部により反転と、非反転のそれぞれで角度算出を行い、その角度差が１８０°であるか否かを確認することで、回転角検出装置の故障を判定するものである。
The
That is, the angle of the detection signal from the Hall element is calculated by inverting and non-inverting the sign by the sign inverting unit, and whether or not the angle difference is 180 ° is determined by the rotation angle detecting device. It is for judging failure.
例えば、Ｘデータ伝送部２３Ｘが故障により一定値しか出力しなくなった場合、Ｘ軸成分算出部２４Ｘは常にＸデータを一定と算出するため、θ（φ１）とθ（φ２）の角度差が１８０°にならない。これにより故障を判定可能である。
なお、実施例１では、故障診断部２７が、記憶部２６に保持されたθ（φ１）と角度算出部２５から出力されたθ（φ２）から故障診断を行っているが、記憶部２６に保持する角度は、θ（φ１）とθ（φ２）のどちらか一方のみでもよい。その場合、故障診断部２７では、記憶部２６に保持されたθ（φ１）とθ（φ２）のどちらか一方と、回転角情報算出部２４からの出力のうち、記憶部２６に保持されていないθ（φ１）とθ（φ２）のどちらか一方を利用して故障診断を行う。
For example, when the X
In the first embodiment, the
また、θ（φ１）とθ（φ２）の両方を記憶部２６に出力してよく、故障診断部２７は、記憶部２６に保持されたθ（φ１）とθ（φ２）を用いて故障診断を行ってもよい。
図５は、図４に示した回転角検出装置の実施例１の更に具体的な構成を説明するための構成ブロック図で、図中符号３１Ｘ，３１Ｙは反転動作部、３２Ｘ，３２Ｙは検知タイミング信号受信部、３３Ｘ，３３Ｙは検知タイミング信号発生部を示している。なお、図４と同じ機能を有する構成要素は同一の符号を付してある。
Further, both θ (φ1) and θ (φ2) may be output to the
FIG. 5 is a block diagram for explaining a more specific configuration of the first embodiment of the rotation angle detection device shown in FIG. 4, in which
第１及び第２の伝送部は、符号反転部２２Ｘ，２２Ｙを動作させる反転動作部３１Ｘ，３１Ｙを備え、この反転動作部３１Ｘ，３１Ｙは、検知タイミング信号発生部３３Ｘ，３３Ｙからの故障検知を行うタイミングに関する信号を受信する検知タイミング信号受信部３２Ｘ，３２Ｙを備え、反転動作部３１Ｘ，３１Ｙは、検知タイミング信号受信部の出力に基づいて符号反転部２２Ｘ，２２Ｙを動作させる。
The first and second transmission units include
図１９は、図４及び図５に示した本発明に係る回転角検出装置の故障検出方法（実施例１に対応）を説明するためのフローチャートを示す図である。
まず、φ１において符号反転部２２Ｘ，２２Ｙによって符号反転されない状態で、Ｘ，Ｙ軸ホール素子２１Ｘ，２１Ｙの出力から角度θ（φ１）を算出する。次に、φ２において符号反転部２２Ｘ，２２Ｙによって符号反転される状態で、Ｘ，Ｙ軸ホール素子２１Ｘ，２１Ｙの出力から角度θ（φ２）を算出する。次に、角度θ（φ１）とθ（φ２）に一定の角度差があることから故障診断を行う。そして、故障診断結果を出力する。
FIG. 19 is a flowchart for explaining the failure detection method (corresponding to the first embodiment) of the rotation angle detection device according to the present invention shown in FIGS. 4 and 5.
First, the angle θ (φ1) is calculated from the outputs of the X and Y
つまり、本実施例１の回転角検出装置の故障検出方法は、回転体の回転中心軸と直交する平面上に、回転軸に対して所定の角度を有して配置された第１の磁電変換素子２１Ｘ及び第２の磁電変換素子２１Ｙとを備え、第１の磁電変換素子の出力と第２の磁電変換素子の出力に基づいて回転体の回転角に関する情報を算出するように構成された回転角検出装置の故障検出方法である。
That is, the failure detection method of the rotation angle detection device according to the first embodiment is the first magnetoelectric conversion arranged at a predetermined angle with respect to the rotation axis on the plane orthogonal to the rotation center axis of the rotating body. Rotation comprising an
まず、第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の出力と、第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部の出力とに基づき、回転体の回転角度に関する情報を算出する（ステップＳ１）。次に、第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の符号反転部２２Ｘにより、第１の磁電変換素子の出力を反転させて得られる第１の伝送部の出力と、第２の伝送部の出力とに基づき、回転体の回転角度に関する情報を算出する（ステップＳ２）。次に、ステップＳ１で得られる回転体の回転角度に関する情報と、ステップＳ２で得られる回転体の回転角度に関する情報とを比較して回転角検出装置の故障を検知する（ステップＳ３）。
First, based on the output of the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and the output of the second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element, information on the rotation angle of the rotating body is obtained. Calculate (step S1). Next, the output of the first transmission unit obtained by inverting the output of the first magnetoelectric conversion element by the
図６は、本発明に係る故障検出機能を有する回転角検出装置の実施例２（変換Ａ）を説明するための構成ブロック図である。図中符号３４ＸはＸ軸変調回路、３４ＹはＹ軸変調回路、３５ＸはＸ軸増幅器、３５ＹはＹ軸増幅器、３６ＸはＸ軸復調回路、３６ＹはＹ軸復調回路、３７ＸはＸ軸積分器、３７ＹはＹ軸積分器を示している。なお、Ｘ軸積分器３７Ｘは、図５におけるＸ軸成分算出部２４Ｘに相当し、Ｙ軸積分器３７Ｙは、図５におけるＹ軸成分算出部２４Ｙに相当している。したがって、回転角情報算出部２４は、Ｘ軸積分器３７ＸとＹ軸積分器３７Ｙと角度算出部２５とから構成されている。また、図４と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
FIG. 6 is a configuration block diagram for explaining Example 2 (conversion A) of the rotation angle detection device having a failure detection function according to the present invention. In the figure, 34X is an X-axis modulation circuit, 34Y is a Y-axis modulation circuit, 35X is an X-axis amplifier, 35Y is a Y-axis amplifier, 36X is an X-axis demodulation circuit, 36Y is a Y-axis demodulation circuit, 37X is an X-axis integrator,
第１の伝送部は、Ｘ軸ホール素子２１Ｘの出力信号を変調するＸ軸変調回路３４Ｘと、このＸ軸変調回路３４Ｘからの信号を増幅した出力を復調するＸ軸復調回路３６Ｘとを備えている。
また、第２の伝送部は、Ｙ軸ホール素子２１Ｙの出力信号を変調するＸ軸変調回路３４Ｙと、このＸ軸変調回路３４Ｙからの信号を増幅した出力を復調するＸ軸復調回路３６Ｙとを備えている。
The first transmission unit includes an
The second transmission unit includes an
Ｘ軸，Ｙ軸変調回路３４Ｘ，３４Ｙは、ホール素子のオフセットキャンセル法としてよく知られるスピニングカレント法を利用したものである。このスピニングカレント法については、上述した特許文献３に詳しく記載されている。
The X-axis and Y-
図７（ａ）乃至（ｄ）は、ホール素子のオフセットキャンセル法としてのスピニングカレント法を説明するために図である。
図７（ａ）乃至（ｄ）には、４つの端子（Ｔ１〜Ｔ４）を持つホール素子がそれぞれ描かれている。図７（ａ）は、Ｔ１からＴ３に向けて電流が流れ、Ｔ４とＴ２間の電位差を信号とする場合である（ＰＨ０）。図７（ｂ）は、Ｔ２からＴ４に向けて電流が流れ、Ｔ１とＴ３間の電位差を信号とする場合である（ＰＨ９０）。図７（ｃ）は、Ｔ４からＴ２に向けて電流が流れ、Ｔ１とＴ３間の電位差を信号とする場合である（ＰＨ２７０）。図７（ｄ）は、Ｔ３からＴ１に向けて電流が流れ、Ｔ４とＴ２間の電位差を信号とする場合である（ＰＨ１８０）。スピニングカレント法は、これら４つの状態をホール素子の端子に接続されたスイッチを適宜切り替えることによって実現する手法である。
FIGS. 7A to 7D are diagrams for explaining the spinning current method as the offset canceling method of the Hall element.
7A to 7D, Hall elements each having four terminals (T1 to T4) are illustrated. FIG. 7A shows a case where a current flows from T1 to T3 and a potential difference between T4 and T2 is used as a signal (PH0). FIG. 7B shows a case where a current flows from T2 to T4 and a potential difference between T1 and T3 is used as a signal (PH90). FIG. 7C shows a case where a current flows from T4 to T2 and a potential difference between T1 and T3 is used as a signal (PH270). FIG. 7D shows a case where a current flows from T3 to T1 and a potential difference between T4 and T2 is used as a signal (PH180). The spinning current method is a method for realizing these four states by appropriately switching a switch connected to the terminal of the Hall element.
この時、図７（ａ）乃至（ｄ）のそれぞれに対応するＸ軸ホール素子２１Ｘの出力信号は、次のようにあらわされる。
Ｖｏｕｔ＿Ｘ（ＰＨ０）＝Ｖｈｘ＋Ｖｏｆｆ ・・・（１）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ（ＰＨ９０）＝Ｖｈｘ−Ｖｏｆｆ ・・・（２）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ（ＰＨ２７０）＝−Ｖｈｘ−Ｖｏｆｆ ・・・（３）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ（ＰＨ１８０）＝−Ｖｈｘ＋Ｖｏｆｆ ・・・（４）
ここで、Ｖｈｘは、Ｘ軸ホール素子２１Ｘが磁場を受けて出力する信号で、ホール出力信号又はホール起電力信号と呼ばれる。また、Ｖｏｆｆは、磁場のない時にホール素子が出力するオフセット成分である。
At this time, the output signal of the
Vout_X (PH0) = V hx + V off (1)
Vout_X (PH90) = V hx −V off (2)
Vout_X (PH270) = − V hx −V off (3)
Vout_X (PH180) = − V hx + V off (4)
Here, V hx is a signal output by the
これらの信号がＸ軸変調回路３４ＸによってＰＨ０，ＰＨ９０，ＰＨ２７０，ＰＨ１８０の順に駆動され、Ｖｏｕｔ＿Ｘ（ＰＨ０）から順にＶｏｕｔ＿Ｘ（ＰＨ１８０）が出力される。そして、Ｘ軸増幅器３５Ｘによって増幅され、Ｘ軸復調回路３６Ｘに入力される。Ｘ軸復調回路３６Ｘにおいては、後２つのＶｏｕｔ＿Ｘ（ＰＨ２７０）とＶｏｕｔ＿Ｘ（ＰＨ１８０）が増幅された信号が反転される。したがって、Ｘ軸増幅器３５ＸのゲインをＧｘとするとＸ軸復調回路３６Ｘの出力は、以下のようになる。
These signals are driven by the
Ｖｏｕｔ＿Ｘ’（ＰＨ０）＝Ｇｘ（Ｖｈｘ＋Ｖｏｆｆ） ・・・（５）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ’（ＰＨ９０）＝Ｇｘ（Ｖｈｘ−Ｖｏｆｆ） ・・・（６）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ’（ＰＨ２７０）＝Ｇｘ（Ｖｈｘ＋Ｖｏｆｆ） ・・・（７）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ’（ＰＨ１８０）＝Ｇｘ（Ｖｈｘ−Ｖｏｆｆ） ・・・（８）
Vout_X ′ (PH0) = G x (V hx + V off ) (5)
Vout_X ′ (PH90) = G x (V hx −V off ) (6)
Vout_X ′ (PH270) = G x (V hx + V off ) (7)
Vout_X ′ (PH180) = G x (V hx −V off ) (8)
そして、Ｘ軸復調回路３６Ｘの出力は、Ｘ軸積分器３７Ｘに入力され、このＸ軸積分器３７Ｘで式（５）乃至式（８）が積分される。したがって、Ｘ軸積分器３７Ｘの出力は、
Ｖｉｎｔ＿Ｘ＝４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（９）
となり、ホール素子のオフセットＶｏｆｆはキャンセルされる。
The output of the
Vint_X = 4 · G x · V hx (9)
Thus, the offset Voff of the Hall element is cancelled.
一方、Ｘ軸変調回路３４Ｘの動作の順をＰＨ１８０，ＰＨ２７０，ＰＨ９０，ＰＨ０の順で行うと、その場合のＸ軸復調回路３６Ｘの出力は、順に以下のようになる。
Ｖｏｕｔ＿Ｘ’（ＰＨ１８０）＝−Ｇｘ（Ｖｈｘ−Ｖｏｆｆ） ・・・（１０）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ’（ＰＨ２７０）＝−Ｇｘ（Ｖｈｘ＋Ｖｏｆｆ） ・・・（１１）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ’（ＰＨ９０）＝−Ｇｘ（Ｖｈｘ−Ｖｏｆｆ） ・・・（１２）
Ｖｏｕｔ＿Ｘ’（ＰＨ０）＝−Ｇｘ（Ｖｈｘ＋Ｖｏｆｆ） ・・・（１３）
On the other hand, when the operation of the
Vout_X ′ (PH180) = − G x (V hx −V off ) (10)
Vout_X ′ (PH270) = − G x (V hx + V off ) (11)
Vout_X ′ (PH90) = − G x (V hx −V off ) (12)
Vout_X ′ (PH0) = − G x (V hx + V off ) (13)
そして、Ｘ軸復調回路３６Ｘの出力は、Ｘ軸積分器３７Ｘに入力され、このＸ軸積分器３７Ｘで式（１０）乃至式（１３）が積分される。したがって、Ｘ軸積分器３７Ｘの出力は、
Ｖｉｎｔ＿Ｘ＝−４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（１４）
となり、先の場合と符号が反転する。つまり、本実施例においては、Ｘ軸変調回路３４ＸとＸ軸復調回路３６Ｘが符号反転部に該当し、第１の伝送部は符号を反転する符号反転部を有する。同様に、Ｙ軸変調回路３４ＹとＹ軸復調回路３６Ｙが符号反転部に該当し、第２の伝送部も同様に符号を反転する符号反転部を有する。
The output of the
Vint_X = −4 · G x · V hx (14)
Thus, the sign is reversed from the previous case. In other words, in the present embodiment, the
本発明において、ＰＨ０，ＰＨ９０，ＰＨ２７０，ＰＨ１８０の順でホール素子を駆動した場合の変換処理をφ１（符号反転を行わない場合）とし、ＰＨ１８０，ＰＨ２７０，ＰＨ９０，ＰＨ０の順でホール素子を駆動した場合の変換処理をφ２（符号反転を行う場合）とする。
図８は、変換処理φ１，φ２とＰＨ０，ＰＨ９０，ＰＨ２７０，ＰＨ１８０と、復調回路の動作タイミングの関係をタイミングチャートで示す図である。
In the present invention, the conversion process when the Hall elements are driven in the order of PH0, PH90, PH270, and PH180 is φ1 (when sign inversion is not performed), and the Hall elements are driven in the order of PH180, PH270, PH90, and PH0. In this case, the conversion process is φ2 (when sign inversion is performed).
FIG. 8 is a timing chart showing the relationship between the conversion processes φ1, φ2, PH0, PH90, PH270, PH180 and the operation timing of the demodulation circuit.
図８において、横軸を時間とし、変換処理φ１とφ２が繰り返すように描かれている。また、φ１において、スピニングカレント法によるＰＨ０，ＰＨ９０，ＰＨ２７０，ＰＨ１８０の駆動時間がφ１の時間と一致し、復調回路の動作タイミングはＰＨ２７０，ＰＨ１８０の駆動時間に一致している。また、φ２において、ＰＨ１８０，ＰＨ２７０，ＰＨ９０，ＰＨ０の駆動時間がφ２の時間と一致している。復調回路の動作タイミングはＰＨ９０，ＰＨ０の駆動時間に一致している。また図８においては、φ１の最後、φ２の最後にそれぞれ角度θ(φ１)と角度θ（φ２）を算出するタイミングを描いている。 In FIG. 8, the horizontal axis is time and the conversion processes φ1 and φ2 are repeated. Further, at φ1, the driving times of PH0, PH90, PH270, and PH180 by the spinning current method coincide with the time of φ1, and the operation timing of the demodulation circuit coincides with the driving time of PH270 and PH180. In φ2, the driving times of PH180, PH270, PH90, and PH0 coincide with the time of φ2. The operation timing of the demodulation circuit coincides with the driving time of PH90 and PH0. In FIG. 8, timings for calculating the angle θ (φ1) and the angle θ (φ2) are illustrated at the end of φ1 and at the end of φ2, respectively.
以上のような動作により、φ１におけるＸ軸，Ｙ軸積分器３７Ｘ，３７Ｙの出力は、それぞれ
Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ１）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（１５）
Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ１）＝４・Ｇｙ・Ｖｈｙ ・・・（１６）
となり、φ２におけるＸ，Ｙ軸積分器３７Ｘ，３７Ｙの出力は、それぞれ
Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ２）＝−４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（１７）
Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ２）＝−４・Ｇｙ・Ｖｈｙ ・・・（１８）
となる。ここで、ＧｙはＹ軸増幅器のゲイン、ＶｈｙはＹ軸ホール素子２１Ｙのホール起電力信号である。
By the operation as described above, the outputs of the X-axis and Y-
Vint_Y (φ1) = 4 · G y · V hy (16)
The output of the X and
Vint_Y (φ2) = − 4 · G y · V hy (18)
It becomes. Here, G y is the gain of the Y-axis amplifier, V hy is a Hall electromotive force signal of the Y-
すなわち、φ１とφ２で符号が反転されることで、座標系が１８０°変換されたことに対応する（図３（ａ））。これらの出力が角度算出部２５へと出力される。
角度算出部２５による角度の算出は、例えば、上した特許文献４に記載の方法を利用する。この時、φ１において算出される角度は、以下で表される。
θ（φ１）＝Ａｔａｎ（Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ１）／Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ１）） ・・・（１９）
ここで、Ａｔａｎ（ＶＹ/ＶＸ）とは、ＸとＹを２次元平面での座標と考えた時に、原点と(ＶＸ, ＶＹ)とを結んだ線の原点周りの角度を０°〜３６０°の範囲で返す関数であるとする。
That is, the sign is inverted between φ1 and φ2 to correspond to the coordinate system being transformed by 180 ° (FIG. 3A). These outputs are output to the
For the calculation of the angle by the
θ (φ1) = Atan (Vint_Y (φ1) / Vint_X (φ1)) (19)
Here, Atan (VY / VX) is an angle around the origin of a line connecting the origin and (VX, VY) when 0 and 360 are considered as coordinates on a two-dimensional plane. Suppose that the function returns in the range of.
同様にφ２において算出される角度は、以下で表される。
θ（φ２）＝Ａｔａｎ（Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ２）／Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ２）） ・・・（２０）
ここで、φ２において算出される角度は、以下のように変換できる。
θ（φ２）＝Ａｔａｎ（−ＧｙＶｈｙ／−ＧｘＶｈｘ）＝１８０°＋Ａｔａｎ（４ＧｙＶｈｙ／４ＧｘＶｈｘ）＝１８０°＋θ（φ１） ・・・（２１）
すなわち、φ２において算出される角度は、φ１において算出される角度に１８０°を加算したものとなる。 尚、θ（φ２）が０°＋θ（φ１）か、１８０°＋θ（φ１）か、については、ＶｉｎｔＸやＶｉｔＹの符号で判定することが可能である。θ（φ１）とθ（φ２）は、記憶部２６に記憶される。
Similarly, the angle calculated for φ2 is expressed as follows.
θ (φ2) = Atan (Vint_Y (φ2) / Vint_X (φ2)) (20)
Here, the angle calculated in φ2 can be converted as follows.
θ (φ2) = Atan (-G y V hy / -G x V hx) = 180 ° + Atan (4G y V hy / 4G x V hx) = 180 ° + θ (φ1) ··· (21)
That is, the angle calculated for φ2 is obtained by adding 180 ° to the angle calculated for φ1. Whether θ (φ2) is 0 ° + θ (φ1) or 180 ° + θ (φ1) can be determined by the sign of VintX or VitY. θ (φ1) and θ (φ2) are stored in the
角度算出部２５は、このようにφ１とφ２で１８０°異なる角度を算出するので、例えば
θａｖｅ＝（θ（φ１）＋θ（φ２）−１８０°）／２ ・・・（２２）
として、回転角検出装置の角度出力とする。
ここで、Ｙ軸積分器３７Ｙの出力が正常でなく、例えば、経年変化により電源電圧Ｖｄｄと短絡した故障が発生したとする。すると、式（１５）乃至式（１８）は、以下のようになる。
The
As an angle output of the rotation angle detection device.
Here, it is assumed that the output of the Y-
Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ１）＝ＧｘＶｈｘ ・・・（２３）
Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ１）＝Ｖｄｄ ・・・（２４）
Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ２）＝−ＧｘＶｈｘ ・・・（２５）
Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ２）＝Ｖｄｄ ・・・（２６）
このように、φ１においてもφ２においてもＶｉｎｔ＿Ｙの符号は変化しないため、先にあげたφ２で算出した角度θ（φ２）は、φ１で算出した角度θ（φ１）に１８０°加算したものではなくなる。すなわち、
θ（φ２）≠１８０°＋θ（φ１） ・・・（２７）
である。
故障診断部２７は、一定の閾値θｔｈ＞０°を利用して
｜θ（φ２）−θ（φ１）｜＜１８０°＋θｔｈ ・・・（２８）
｜θ（φ２）−θ（φ１）｜＞１８０°−θｔｈ ・・・（２９）
かどうかを診断する。ここで、｜｜は絶対値を表す演算子である。なお、閾値θｔｈは、回転角検出装置のサンプリング周期と、検出対象の回転磁場の回転速度に応じて適切に調節する。Ｙ軸積分器３７Ｙの出力がＶｄｄに固定してしまった場合には、上述した関係を満足しなくなるので、故障診断部２７は、回転角検出装置の故障を判定できる。
Vint_X (φ1) = G x V hx (23)
Vint_Y (φ1) = V dd (24)
Vint_X (φ2) = − G x V hx (25)
Vint_Y (φ2) = V dd (26)
Thus, since the sign of Vint_Y does not change in either φ1 or φ2, the angle θ (φ2) calculated for φ2 mentioned above is not obtained by adding 180 ° to the angle θ (φ1) calculated for φ1. . That is,
θ (φ2) ≠ 180 ° + θ (φ1) (27)
It is.
The
| Θ (φ2) −θ (φ1) |> 180 ° −θth (29)
Diagnose whether or not. Here, || is an operator representing an absolute value. The threshold θth is appropriately adjusted according to the sampling period of the rotation angle detection device and the rotation speed of the rotating magnetic field to be detected. When the output of the Y-
図９は、故障診断部の閾値を利用した故障の判定を説明するための図で、上記式（２８）及び式（２９）の関係が成立しないことを説明するための図である。
図９の左側は、符号反転前に角度算出部２５へ入力される信号ベクトルの様子を表す図である。通常の信号強度において信号ベクトルが回転することでなす円が原点を中心として実線で描かれている。この図においては、故障によってＹ成分がＶｄｄとなってしまったため、信号ベクトルはその円の外側に伸びている。この信号ベクトルがＸ軸となす角度はθ（φ１）である。
FIG. 9 is a diagram for explaining failure determination using the threshold value of the failure diagnosis unit, and is a diagram for explaining that the relationship of the above equations (28) and (29) is not established.
The left side of FIG. 9 is a diagram illustrating a state of a signal vector input to the
図９の右側は、符号反転後の信号ベクトルの様子を表す図である。符号反転後は、Ｙ成分がＶｄｄに固定であるが、Ｘ成分の符号が変わっているため、ベクトル（実線で示されている）がＸ軸となす角θ（φ２）は１８０°−θ（φ１）となっており、故障していない場合の角度θ（φ２）＝１８０°＋θ（φ１）（図においてベクトルが点線で示されている）と大きく異なっていることがわかる。 The right side of FIG. 9 is a diagram illustrating a state of a signal vector after sign inversion. After the sign inversion, the Y component is fixed at Vdd, but since the sign of the X component is changed, the angle θ (φ2) that the vector (shown by a solid line) makes with the X axis is 180 ° −θ ( It can be seen that the angle θ (φ2) = 180 ° + θ (φ1) (the vector is indicated by a dotted line in the figure) when there is no failure is greatly different.
図１０は、Ｙ軸積分器の出力がＶｄｄと短絡してしまった場合に、角度θ（φ１）からθ（φ２）の角度差の変化のシミュレーション結果を示す図である。Ｖｄｄは信号振幅に対して、１．７倍としてあり、グラフの横軸を磁場の角度、縦軸を角度差としている。グラフからわかるように、このシミュレーション結果では、角度差は±６０°の範囲で変化しており、故障がない場合角度差は１８０°（又は−１８０°）と大きく異なっていることがわかる。 FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result of a change in the angle difference from the angle θ (φ1) to θ (φ2) when the output of the Y-axis integrator is short-circuited with Vdd. Vdd is 1.7 times the signal amplitude, the horizontal axis of the graph is the magnetic field angle, and the vertical axis is the angle difference. As can be seen from the graph, in the simulation result, the angle difference changes within a range of ± 60 °, and it can be seen that the angle difference is greatly different from 180 ° (or −180 °) when there is no failure.
以上のように、φ１とφ２の符号反転前後における角度差が１８０°であるということを利用して、伝送部やその後段の回転角情報算出部に故障があることが診断された。 As described above, the fact that the angle difference before and after the sign inversion of φ1 and φ2 is 180 ° was diagnosed as a failure in the transmission unit and the rotation angle information calculation unit at the subsequent stage.
図１１は、本発明に係る故障検出機能を有する回転角検出装置の実施例３（変換Ａ）を説明するための構成ブロック図で、図中符号３８ＸはＸ軸ＡＤ変換器、３８ＹはＹ軸ＡＤ変換器、３９ＸはＸデータレジスタ、３９ＹはＹデータレジスタを示している。なお、Ｘ軸ＡＤ変換器３８ＸとＸデータレジスタ３９Ｘは、図５におけるＸ軸成分算出部２４Ｘに相当し、Ｙ軸ＡＤ変換器３８ＹとＹデータレジスタ３９Ｙは、図５におけるＹ軸成分算出部２４Ｙに相当している。したがって、回転角情報算出部２４は、Ｘ軸ＡＤ変換器３８ＸとＸデータレジスタ３９ＸとＹ軸ＡＤ変換器３８ＹとＹデータレジスタ３９Ｙと角度算出部２５とから構成されている。また、図６と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
FIG. 11 is a configuration block diagram for explaining a third embodiment (conversion A) of the rotation angle detection device having a failure detection function according to the present invention, in which reference numeral 38X denotes an X-axis AD converter, and 38Y denotes a Y-axis. An AD converter, 39X indicates an X data register, and 39Y indicates a Y data register. The
Ｘ軸復調回路３６Ｘの後段に、このＸ軸復調回路３６Ｘの出力をＡＤ変換するＸ軸ＡＤ変換器３８Ｘと、このＸ軸ＡＤ変換器３８Ｘの出力を保持するＸデータレジスタ３９Ｘとを備えている。また、Ｙ軸復調回路３６Ｙの後段に、このＹ軸復調回路３６Ｙの出力をＡＤ変換するＹ軸ＡＤ変換器３８Ｙと、このＹ軸ＡＤ変換器３８Ｙの出力を保持するＸデータレジスタ３９Ｙとを備えている。Ｘ軸，Ｙ軸ホール素子２１Ｘ，２１ＹからＸ軸，Ｙ軸復調回路３６Ｘ，３６Ｙまでの動作は、図６の説明と同様であるので省略する。
An
Ｘ軸，Ｙ軸ＡＤ変換器３８Ｘ，３８Ｙは、例えば、ΔΣ型ＡＤ変換器とデシメーションフィルタで構成してもよい。
φ１におけるＸ軸，Ｙ軸ＡＤ変換器３８Ｘ，３８Ｙの出力は、それぞれ
Ｖａｄ＿Ｘ（φ１）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（３０）
Ｖａｄ＿Ｙ（φ１）＝４・Ｇｙ・Ｖｈｙ ・・・（３１）
と表され、φ２におけるＸ軸，Ｙ軸ＡＤ変換器３８Ｘ，３８Ｙの出力は、それぞれ
Ｖａｄ＿Ｘ（φ２）＝−４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（３２）
Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）＝−４・Ｇｙ・Ｖｈｙ ・・・（３３）
と表されるものとする。これらが、Ｘ，Ｙデータレジスタ３９Ｘ，３９Ｙへそれぞれ出力される。本実施例においては、Ｘ軸変調回路３４ＸとＸ軸復調回路３６Ｘが符号反転部に該当し、第１の伝送部は符号を反転する符号反転部を有する。同様に、Ｙ軸変調回路３４ＹとＹ軸復調回路３６Ｙが符号反転部に該当し、第２の伝送部も同様に符号を反転する符号反転部を有する。
The X-axis and Y-
The outputs of the X-axis and Y-
Vad_Y (φ1) = 4 · G y · V hy (31)
And the outputs of the X-axis and Y-
Vad_Y (φ2) = − 4 · G y · V hy (33)
It shall be expressed as These are output to the X and Y data registers 39X and 39Y, respectively. In the present embodiment, the
Ｘ，Ｙデータレジスタ３９Ｘ，３９Ｙは、φ１においては
Ｖｒｅｇ＿Ｘ（φ１）＝Ｖａｄ＿Ｘ（φ１） ・・・（３４）
Ｖｒｅｇ＿Ｙ（φ１）＝Ｖａｄ＿Ｙ（φ１） ・・・（３５）
を保持し、φ２において
Ｖｒｅｇ＿Ｘ（φ２）＝Ｖａｄ＿Ｘ（φ２） ・・・（３６）
Ｖｒｅｇ＿Ｙ（φ２）＝Ｖａｄ＿Ｙ（φ２） ・・・（３７）
を保持する。
The X and Y data registers 39X and 39Y have Vreg_X (φ1) = Vad_X (φ1) (34) in φ1.
Vreg_Y (φ1) = Vad_Y (φ1) (35)
In φ2, Vreg_X (φ2) = Vad_X (φ2) (36)
Vreg_Y (φ2) = Vad_Y (φ2) (37)
Hold.
図１２は、Ｘ，Ｙデータレジスタの構成例を示す図である。図１２においては、簡便のため１ビットレジスタのみを表記している。レジスタは、デジタル回路のマスタークロック（ＭＣＬＫ）で動作し、レジスタの前段のマルチプレクサに入力される更新フラグがＨとなることによってＡＤ変換されたデータをレジスタに保持する。更新フラグがＬの場合は、前回の更新フラグの値を保持することになる。 FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of the X and Y data registers. In FIG. 12, only a 1-bit register is shown for simplicity. The register operates with the master clock (MCLK) of the digital circuit, and the AD-converted data is held in the register when the update flag input to the multiplexer in the previous stage of the register becomes H. When the update flag is L, the previous value of the update flag is held.
Ｘ，Ｙデータレジスタ３９Ｘ，３９Ｙは、角度算出部２５へと接続されている。この角度算出部２５は、例えば、ＣＯＲＤＩＣによる演算を利用したものある。
先の例と同様に、φ１において出力される角度は、
θ（φ２）＝Ａｔａｎ（Ｖｒｅｇ＿Ｙ（φ１）／Ｖｒｅｇ＿Ｘ（φ１）） ・・・（３８）
と表され、φ２において出力される角度は、
θ（φ２）＝Ａｔａｎ（Ｖｒｅｇ＿Ｙ（φ２）／Ｖｒｅｇ＿Ｘ（φ２）） ・・・（３９）
と表される。そして、φ２において算出される角度は、φ１において算出される角度に１８０°を加算したものとなる。
The X and Y data registers 39X and 39Y are connected to the
As in the previous example, the angle output at φ1 is
θ (φ2) = Atan (Vreg_Y (φ1) / Vreg_X (φ1)) (38)
And the angle output at φ2 is
θ (φ2) = Atan (Vreg_Y (φ2) / Vreg_X (φ2)) (39)
It is expressed. The angle calculated in φ2 is obtained by adding 180 ° to the angle calculated in φ1.
ここで、経年変化により、図１２に示したＸ，Ｙデータレジスタ３９Ｘ，３９Ｙのデータ更新フラグがＬ出力（Ｖｓｓに短絡）に固定となってしまったり、Ｘ，Ｙデータレジスタ３９Ｘ，３９Ｙの出力がＬ又はＨに固定となってしまったりする故障が起きた場合、角度算出部２５に入力されるデータは正しく更新されないことになる。
Ｙデータレジスタ３９Ｙにおける更新フラグがＬ出力となってしまった場合、ＹデータがＶｆａｕｌｔという値に固定してしまうと、φ１及びφ２における角度算出部２５への入力データは、それぞれ以下のようになる。
Here, due to secular change, the data update flag of the X and Y data registers 39X and 39Y shown in FIG. 12 is fixed to L output (shorted to Vss), or the output of the X and Y data registers 39X and 39Y. When a failure occurs in which the angle is fixed at L or H, the data input to the
If the update flag in the Y data registers 39Y has become a L output, the Y data may be fixed at a value of V fault, the input data to the
Ｖｒｅｇ＿Ｘ（φ１）＝ＧｘＶｈｘ ・・・（４０）
Ｖｒｅｇ＿Ｙ（φ１）＝Ｖｆａｕｌｔ ・・・（４１）
Ｖｒｅｇ＿Ｘ（φ２）＝−ＧｘＶｈｘ ・・・（４２）
Ｖｒｅｇ＿Ｙ（φ２）＝Ｖｆａｕｌｔ ・・・（４３）
となる。
Vreg_X (φ1) = G x V hx (40)
Vreg_Y (φ1) = V fault (41)
Vreg_X (φ2) = − G x V hx (42)
Vreg_Y (φ2) = V fault (43)
It becomes.
このように、φ１においてもφ２においてもＶｉｎｔ＿Ｙの符号は変化しないため、先にあげたφ２で算出した角度θ（φ２）は、φ１で算出した角度θ（φ１）に１８０°加算したものではなくなる。すなわち、
θ（φ２）≠１８０°＋θ（φ１） ・・・（４４）
である。
Thus, since the sign of Vint_Y does not change in either φ1 or φ2, the angle θ (φ2) calculated for φ2 mentioned above is not obtained by adding 180 ° to the angle θ (φ1) calculated for φ1. . That is,
θ (φ2) ≠ 180 ° + θ (φ1) (44)
It is.
故障診断部２７は、先の実施例２と同様に一定の閾値θｔｈ＞０°を利用して、式（２８）及び式（２９）の関係を満たすか診断し、関係が満たされていない場合には、故障と判定して出力する。
図１３は、Ｙデータレジスタの更新が停止する故障が発生した場合に、角度θ（φ１）からθ（φ２）の角度差の変化のシミュレーション結果を示す図である。Ｙデータレジスタ３９Ｙは、信号振幅の１／２の大きさと仮定している。グラフの横軸を磁場の角度、縦軸を角度差としている。グラフからわかるように、このシミュレーション結果では、角度差は±１２７°の範囲で変化しており、故障がない場合角度差は１８０°（又は−１８０°）と大きく異なっていることがわかる。
The
FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result of a change in the angle difference from the angle θ (φ1) to θ (φ2) when a failure that stops updating the Y data register occurs. The Y data register 39Y is assumed to be half the signal amplitude. The horizontal axis of the graph is the magnetic field angle, and the vertical axis is the angle difference. As can be seen from the graph, in this simulation result, the angle difference changes within a range of ± 127 °, and it can be seen that the angle difference is greatly different from 180 ° (or −180 °) when there is no failure.
以上のように、φ１とφ２の符号反転前後における角度差が１８０°であるということを利用して、伝送部やその後段の回転角情報算出部に故障があることが診断された。
なお、実施例１，２，３において、ホール素子のスピニングカレント法による駆動周期は、図８に示したタイミングチャートのように、ＰＨ０，ＰＨ９０，ＰＨ２７０，ＰＨ１８０の順に駆動する周期が１周期であり、その逆順ＰＨ１８０，ＰＨ２７０，ＰＨ９０，ＰＨ０の順に駆動する周期も1周期である。そして、磁気センサの出力信号の符号を反転しない（φ１）時間と、符号を反転した（φ２）時間を合わせたものを符号反転周期とすると、この符号反転周期の半周期に相当するφ１である時間、又はφ２である時間は、ホール素子のスピニングカレント法による駆動周期の整数倍であることが望ましい。このように構成することで、スピニングカレント法によるオフセットキャンセルと同時に本発明の回転角検出装置の故障検出を行うシーケンスを容易に設計できる。
As described above, the fact that the angle difference before and after the sign inversion of φ1 and φ2 is 180 ° was diagnosed as a failure in the transmission unit and the rotation angle information calculation unit at the subsequent stage.
In Examples 1, 2, and 3, the driving cycle of the Hall element by the spinning current method is one cycle in which PH0, PH90, PH270, and PH180 are driven in this order as shown in the timing chart of FIG. The cycle of driving in reverse order PH180, PH270, PH90, PH0 is also one cycle. Then, if the sum of the time (φ1) when the sign of the output signal of the magnetic sensor is not inverted and the time (φ2) when the sign is inverted is taken as the sign inversion period, it is φ1 corresponding to a half period of the sign inversion period. It is desirable that the time or the time that is φ2 is an integral multiple of the driving period of the Hall element by the spinning current method. With this configuration, it is possible to easily design a sequence for performing failure detection of the rotation angle detection device of the present invention simultaneously with offset cancellation by the spinning current method.
図１４は、本発明に係る故障検出機能を有する回転角検出装置の実施例４（変換Ｂ）を説明するための構成ブロック図で、図中符号４１Ｘ，４１Ｙは第１のチョッパ回路、４２は第１のＸＹ切替回路、４３Ｘ，４３Ｙは第２のチョッパ回路を示している。なお、Ｘ軸積分器３７Ｘは、図５におけるＸ軸成分算出部２４Ｘに相当し、Ｙ軸積分器３７Ｙは、図５におけるＹ軸成分算出部２４Ｙに相当している。したがって、回転角情報算出部２４は、Ｘ軸積分器３７ＸとＹ軸積分器３７Ｙと角度算出部２５とから構成されている。また、図６と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
FIG. 14 is a block diagram for explaining a fourth embodiment (conversion B) of the rotation angle detection device having a failure detection function according to the present invention, in which
本発明の実施例４における回転角検出装置は、回転体の回転中心軸と直交する平面上に、回転軸に対して所定の角度を有して配置されたＸ軸ホール素子２１Ｘ及びＹ軸ホール素子２１Ｙとを備え、Ｘ軸ホール素子２１Ｘの出力とＹ軸ホール素子２１Ｙの出力に基づき回転体の回転角に関する情報を算出するように構成された回転角検出装置である。
第１の伝送部は、Ｘ軸ホール素子２１Ｘに接続され、第２の伝送部は、Ｙ軸ホール素子２１Ｙに接続されている。また、第１のスイッチング回路４２は、第１の伝送部及び第２の伝送部を相互に切り替えるためのものである。
The rotation angle detection device according to the fourth embodiment of the present invention includes an
The first transmission unit is connected to the
また、回転角情報算出部２４は、第１の伝送部と第２の伝送部の出力に基づき、回転体の回転角度に関する情報を算出するものである。また、記憶部２６は、所定の時刻における回転角情報算出部２４の出力を記憶するものである。
また、故障診断部２７は、記憶部２６に記憶される所定の時刻における回転角情報算出部２４の出力に基づく情報と、所定の時刻とは異なる時刻における回転角情報算出部２４の出力に基づく情報との比較により、回転角検出装置の故障を検知するものである。
The rotation angle
Further, the
つまり、図１４において、回転角検出装置は、Ｘ軸ホール素子２１Ｘと、Ｙ軸ホール素子２１Ｙと、Ｘ軸のホール素子２１Ｘの出力信号を変調するＸ軸チョッパ回路４１Ｘと、Ｙ軸ホール素子２１Ｙの出力信号を変調するＹ軸チョッパ回路４１Ｙとを備えている。
また、Ｘ軸チョッパ回路４１Ｘからの信号を、φ１においてＸ信号としてＸ軸増幅器３５Ｘに接続し、φ２においてＹ信号としてＹ軸増幅器３５Ｙに接続するとともに、Ｙ軸チョッパ回路４１Ｙからの信号を、φ１においてＹ信号としてＸ軸増幅器３５Ｘに接続し、φ２においてＸ信号としてＹ軸増幅器３５Ｙに接続する第１のＸＹ切替回路４２を備えている。
That is, in FIG. 14, the rotation angle detection device includes an
Further, the signal from the
また、第１のＸＹ切替回路４２からのＸ信号を増幅するＸ軸増幅器３５Ｘと、第１のＸＹ切替回路４２からのＹ信号を増幅するＹ軸増幅器３５Ｙと、Ｘ軸増幅器３５Ｘの出力を復調するＸ軸チョッパ回路４３Ｘと、Ｙ軸増幅器３５Ｙの出力を復調するＹ軸チョッパ回路４３Ｙと、Ｘ軸チョッパ回路４３Ｘの出力を積分するＸ軸積分器３７Ｘ、Ｙ軸チョッパ回路４３Ｙの出力を積分するＹ軸積分器３７Ｙと、Ｘ軸積分器３７ＸとＹ軸積分器３７Ｙの出力から角度を算出する角度算出部２５と、この角度算出部２５の算出した角度から故障を診断する故障診断部２７を備えている。
Also, the
図１４の回転角検出装置は、第１のＸＹ切替回路４２をＸ，Ｙ軸チョッパ回路４１Ｘ，４１ＹとＸ，Ｙ軸増幅器３５Ｘ，３５Ｙとの間に備えたことが図１１の回転角検出装置と異なる。
Ｘ軸，Ｙ軸チョッパ回路４１Ｘ，４１Ｙは、図６に示した回転角検出装置と同様にホール素子に対して図７で説明したスピニングカレント法を利用する。本実施例４においては、φ１においてもφ２においてもその駆動方法は、ＰＨ０，ＰＨ９０，ＰＨ２７０，ＰＨ１８０の順で駆動するものとする。また、Ｘ軸，Ｙ軸増幅器３５Ｘ,３５Ｙ及びＸ軸，Ｙ軸チョッパ回路４３Ｘ,４３Ｙの動作は、図６に示した回転角検出装置と同様であるとする。
The rotation angle detection apparatus of FIG. 14 includes the first
The X-axis and Y-
そして、Ｘ軸，Ｙ軸チョッパ回路４１Ｘ，４１Ｙの出力は、ＸＹ切替回路４２によってＸ信号がＸ軸増幅器３５Ｘに入力され、Ｙ信号がＹ軸増幅器３５Ｙに入力されるので、増幅器３５Ｘ，３５Ｙ及びチョッパ回路４３Ｘ，４３Ｙを経たＸ軸，Ｙ軸積分器３７Ｘ，３７Ｙの出力は、φ１において
Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ１）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（４５）
Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ１）＝４・Ｇｙ・Ｖｈｙ ・・・（４６）
となる、φ２において
Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ２）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｙ ・・・（４７）
Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ２）＝４・Ｇｙ・Ｖｈｘ ・・・（４８）
となる。
The outputs of the X-axis and Y-
Vint_Y (φ1) = 4 · G y · V hy (46)
In φ2, Vint_X (φ2) = 4 · G x · V hy (47)
Vint_Y (φ2) = 4 · G y · V hx (48)
It becomes.
この時、角度算出部２５において算出される角度は、以下で表される。
θ（φ１）＝Ａｔａｎ（Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ１）／Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ１）） ・・・（４９）
同様にφ２において算出される角度は、以下のように演算される。
θ（φ２）＝Ａｔａｎ（−Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ２）／Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ２）） ・・・（５０）
ここで、Ｇｘ＝Ｇｙとすると、φ２において算出される角度は、以下のように変換できる。
θ（φ２）＝Ａｔａｎ（−ＧｙＶｈｘ／ＧｘＶｈｙ）＝９０°＋Ａｔａｎ（ＧｙＶｈｙ／ＧｘＶｈｘ）＝９０°＋θ（φ１） ・・・（５１）
すなわち、φ２において算出される角度は、φ１において算出される角度から９０°加算されたものとなる。
角度算出部２５は、このようにφ１とφ２で９０°異なる角度を算出するので、上述した特許文献２にあるように、
θａｖｅ＝（θ（φ１）＋θ（φ２）−９０°）／２ ・・・（５２）
として、回転角検出装置の角度出力とする。
At this time, the angle calculated by the
θ (φ1) = Atan (Vint_Y (φ1) / Vint_X (φ1)) (49)
Similarly, the angle calculated in φ2 is calculated as follows.
θ (φ2) = Atan (−Vint_Y (φ2) / Vint_X (φ2)) (50)
Here, if G x = G y , the angle calculated in φ2 can be converted as follows.
θ (φ2) = Atan (-G y V hx / G x V hy) = 90 ° + Atan (G y V hy / G x V hx) = 90 ° + θ (φ1) ··· (51)
That is, the angle calculated in φ2 is 90 ° added from the angle calculated in φ1.
Since the
θave = (θ (φ1) + θ (φ2) −90 °) / 2 (52)
As an angle output of the rotation angle detection device.
ここで、Ｙ軸増幅器３５Ｙの出力が正常でなく、例えば、経年変化によりＶｄｄと短絡した故障が発生したとする。すると、Ｙ軸チョッパ回路４３Ｙの出力は
Ｖｏｕｔ＿Ｙ’（ＰＨ０）＝Ｖｄｄ ・・・（５３）
Ｖｏｕｔ＿Ｙ’（ＰＨ９０）＝Ｖｄｄ ・・・（５４）
Ｖｏｕｔ＿Ｙ’（ＰＨ２７０）＝−Ｖｄｄ ・・・（５５）
Ｖｏｕｔ＿Ｙ’（ＰＨ１８０）＝−Ｖｄｄ ・・・（５６）
となり、そのため、Ｘ軸，Ｙ軸積分器３７Ｘ，３７Ｙの出力は、以下のようになる。
Here, it is assumed that the output of the Y-
Vout_Y ′ (PH90) = Vdd (54)
Vout_Y ′ (PH270) = − Vdd (55)
Vout_Y ′ (PH180) = − Vdd (56)
Therefore, the outputs of the X-axis and Y-
Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ１）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（５７）
Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ１）＝０ ・・・（５８）
Ｖｉｎｔ＿Ｘ（φ２）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｙ ・・・（５９）
Ｖｉｎｔ＿Ｙ（φ２）＝０ ・・・（６０）
このように、φ１においてもφ２においてもＶｉｎｔ＿Ｙが０であるため、先にあげたφ２で算出した角度θ（φ２）は、φ１で算出した角度θ（φ１）に９０°加算したものではなくなる。すなわち、
θ（φ２）≠９０°＋θ（φ１） ・・・（６１）
である。
Vint_X (φ1) = 4 · G x · V hx (57)
Vint_Y (φ1) = 0 (58)
Vint_X (φ2) = 4 · G x · V hy (59)
Vint_Y (φ2) = 0 (60)
Thus, since Vint_Y is 0 in both φ1 and φ2, the angle θ (φ2) calculated for φ2 is not obtained by adding 90 ° to the angle θ (φ1) calculated for φ1. That is,
θ (φ2) ≠ 90 ° + θ (φ1) (61)
It is.
故障診断部２７は、実施例２と同様に一定の閾値θｔｈ＞０°を利用して
θ（φ２）＜９０°＋θ（φ１）＋θｔｈ ・・・（６２）
θ（φ２）＞９０°＋θ（φ１）−θｔｈ ・・・（６３）
かどうかを診断する。Ｙ軸増幅器３５Ｙの出力が、Ｖｄｄに固定してしまった場合には、上述した関係を満足しなくなるので、故障診断部２７は、回転角検出装置の故障を判定する。
The
θ (φ2)> 90 ° + θ (φ1) −θth (63)
Diagnose whether or not. When the output of the Y-
図１５は、Ｙ軸増幅器の出力がＶｄｄと短絡してしまった場合に、角度θ（φ１）からθ（φ２）の角度差の変化のシミュレーション結果を示す図である。グラフの横軸を磁場の角度、縦軸を角度差としている。グラフからわかるように、このシミュレーション結果では角度差は０°又は１８０°であり、故障がない場合の角度差９０°と大きく異なっていることがわかる。 FIG. 15 is a diagram illustrating a simulation result of a change in the angle difference from the angle θ (φ1) to θ (φ2) when the output of the Y-axis amplifier is short-circuited with Vdd. The horizontal axis of the graph is the magnetic field angle, and the vertical axis is the angle difference. As can be seen from the graph, in this simulation result, the angle difference is 0 ° or 180 °, which is greatly different from the angle difference of 90 ° when there is no failure.
以上のように、φ１とφ２の伝送部の切替前後に算出される角度差が９０°であるということを利用して、伝送部やその後段の回転角情報算出部に故障があることが診断された。
なお、図示しないが、第１及び第２の伝送部は、図５に示した構成と同様に、スイッチング回路を動作させるスイッチング動作部を備え、このスイッチング動作部が、故障検知を行うタイミングに関する信号を受信する検知タイミング信号受信部を備え、スイッチング動作部が、検知タイミング信号受信部の出力に基づいてスイッチング回路を動作させるようにすることも可能である。
As described above, by utilizing the fact that the angle difference calculated before and after switching between the transmission units of φ1 and φ2 is 90 °, it is diagnosed that there is a failure in the transmission unit and the rotation angle information calculation unit at the subsequent stage. It was done.
Although not shown, the first and second transmission units are provided with a switching operation unit for operating a switching circuit, as in the configuration shown in FIG. 5, and the switching operation unit is a signal related to the timing at which failure detection is performed. It is also possible to provide a detection timing signal receiving unit that receives the signal, and the switching operation unit operates the switching circuit based on the output of the detection timing signal receiving unit.
図２０は、図１４に示した本発明に係る回転角検出装置の故障検出方法（実施例４に対応）を説明するためのフローチャートを示す図である。
本実施例４における回転角検出装置の故障検出方法は、回転体の回転中心軸と直交する平面上に、回転軸に対して所定の角度を有して配置された第１の磁電変換素子２１Ｘ及び第２の磁電変換素子２１Ｙとを備え、第１の磁電変換素子の出力と第２の磁電変換素子の出力に基づき回転体の回転角に関する情報を算出するように構成された回転角検出装置の故障検出方法である。
FIG. 20 is a flowchart for explaining the failure detection method (corresponding to the fourth embodiment) of the rotation angle detection device according to the present invention shown in FIG.
The failure detection method of the rotation angle detection device according to the fourth embodiment is the first
まず、第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の出力と、第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部の出力とに基づき、回転体の回転角度に関する情報を算出する（ステップ１１）。次に、第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部及び第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部を、スイッチング回路４２により相互に切り替えて得られる第１の伝送部の出力と、第２の伝送部の出力とに基づき、回転体の回転角度に関する情報を算出する（ステップＳ１２）。次に、ステップＳ１１で得られる回転体の回転角度に関する情報と、ステップＳ１２で得られる回転体の回転角度に関する情報とを比較して回転角検出装置の故障を検知する（ステップＳ１３）。
First, based on the output of the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and the output of the second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element, information on the rotation angle of the rotating body is obtained. Calculate (step 11). Next, the first transmission obtained by switching between the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and the second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element by the switching
図１６は、本発明に係る故障検出機能を有する回転角検出装置の実施例５（変換Ｂ）を説明するための構成ブロック図で、図中符号４４は第２のＸＹ切替回路を示している。なお、Ｘ軸積分器３７Ｘと第２のＸＹ切替回路４４は、図５におけるＸ軸成分算出部２４Ｘに相当し、Ｙ軸積分器３７Ｙと第２のＸＹ切替回路４４は、図５におけるＹ軸成分算出部２４Ｙに相当している。したがって、回転角情報算出部２４は、Ｘ軸積分器３７ＸとＹ軸積分器３７Ｙと第２のＸＹ切替回路４４と角度算出部２５とから構成されている。また、図１４と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
FIG. 16 is a configuration block diagram for explaining a fifth embodiment (conversion B) of the rotation angle detection device having a failure detection function according to the present invention, in which
本実施例５の回転角検出装置は、Ｘ軸積分器３７Ｘからの信号を、φ１においてＶＸ’信号として角度算出部２５に接続し、φ２においてＶＹ’信号として角度算出部２５に接続するとともに、Ｙ軸積分器３７Ｙからの信号を、φ１においてＶＹ’信号として角度算出部２５に接続し、φ２においてＶＸ’信号として角度算出部２５に接続する第２のＸＹ切替回路４４を備えた点で、図１４と構成を異にしている。
The rotation angle detection device of the fifth embodiment connects the signal from the
この場合、角度算出部２５に入力される信号ベクトルは、チョッパ回路４１Ｘ，４１Ｙ後の第１のＸＹ切替回路４２でＸＹ切替をおこなった後、この第２のＸＹ切替回路４４で逆変換されるので、φ１においても、φ２においても故障が発生していない場合、角度算出部２５で算出される角度は同じとなる。
すなわち、ＶＸ’信号及びＶＹ’信号は、それぞれφ１において、
ＶＸ’（φ１）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｘ ・・・（６４）
ＶＹ’（φ１）＝４・Ｇｙ・Ｖｈｙ ・・・（６５）
となり、φ２において
ＶＸ’（φ２）＝４・Ｇｙ・Ｖｈｘ ・・・（６６）
ＶＹ’（φ２）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｙ ・・・（６７）
となるので、角度算出部２５が算出するφ１における角度θ（φ１）と、φ２における角度θ（φ２）は、それぞれ
θ（φ１）＝Ａｔａｎ（ＶＹ’（φ１）／ＶＸ’（φ１）） ・・・（６８）
θ（φ２）＝Ａｔａｎ（ＶＹ’（φ２）／ＶＸ’（φ２）） ・・・（６９）
と算出され、Ｇｘ＝Ｇｙとすると、
θ（φ１）＝θ（φ２）
となる。つまり、角度は０°の角度差を持つことになる。
In this case, the signal vector input to the
That is, the VX ′ signal and the VY ′ signal are respectively at φ1
VX ′ (φ1) = 4 · G x · V hx (64)
VY ′ (φ1) = 4 · G y · V hy (65)
Then, in φ2, VX ′ (φ2) = 4 · G y · V hx (66)
VY ′ (φ2) = 4 · G x · V hy (67)
Therefore, the angle θ (φ1) at φ1 calculated by the
θ (φ2) = Atan (VY ′ (φ2) / VX ′ (φ2)) (69)
And G x = G y
θ (φ1) = θ (φ2)
It becomes. That is, the angle has an angle difference of 0 °.
故障診断部２７は、実施例２と同様に一定の閾値θｔｈ＞０°を利用して
｜θ（φ２）−θ（φ１）｜＜０°＋θｔｈ ・・・（７０）
｜θ（φ２）−θ（φ１）｜＞０°−θｔｈ ・・・（７１）
かどうかを診断する。
なお、実施例４，５において、ＸＹ切り替えをしていない時間（φ１）と、ＸＹ切り替えをしている時間（φ２）を合わせたものを、ＸＹ切替回路の切り替え周期とすると、この切り替え周期の半周期に相当するφ１である時間、又はφ２である時間は、ホール素子のスピニングカレント法による駆動周期の整数倍であることが望ましい。このように構成することで、スピニングカレント法によるオフセットキャンセルと同時に本発明の回転角検出装置の故障検出を行うシーケンスを容易に設計できる。
The
| Θ (φ2) −θ (φ1) |> 0 ° −θth (71)
Diagnose whether or not.
In the fourth and fifth embodiments, when the time when the XY switching is not performed (φ1) and the time when the XY switching is performed (φ2) is the switching cycle of the XY switching circuit, this switching cycle It is desirable that the time that is φ1 or the time that is φ2 corresponding to a half cycle is an integral multiple of the driving cycle of the Hall element by the spinning current method. With this configuration, it is possible to easily design a sequence for performing failure detection of the rotation angle detection device of the present invention simultaneously with offset cancellation by the spinning current method.
次に、以下の実施例６と実施例７では、故障診断部２７がＸ軸成分やＹ軸成分を用いて故障診断する場合について説明する。
Next, in the following sixth and seventh embodiments, a case where the
図１７は、本発明に係る故障検出機能を有する回転角検出装置の実施例６を説明するための構成ブロック図である。図中符号５０ＸはＸ軸成分算出部、５０ＹはＹ軸成分算出部、５１ＸはＸ軸ΔΣ変調器、５１ＹはＹ軸ΔΣ変調器、５２ＸはＸ軸ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、５２ＹはＹ軸ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を示している。図６と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。 FIG. 17 is a block diagram for explaining a sixth embodiment of the rotation angle detecting device having a failure detecting function according to the present invention. In the figure, reference numeral 50X denotes an X-axis component calculator, 50Y denotes a Y-axis component calculator, 51X denotes an X-axis ΔΣ modulator, 51Y denotes a Y-axis ΔΣ modulator, 52X denotes an X-axis LPF (low-pass filter), and 52Y denotes a Y-axis LPF. (Low-pass filter). Components having the same functions as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
Ｘ軸成分算出部５０Ｘは、Ｘ軸ΔΣ変調器５１ＸとＸ軸ＬＰＦ５２Ｘとで構成され、Ｙ軸成分算出部５０Ｙは、Ｙ軸ΔΣ変調器５１ＹとＹ軸ＬＰＦ５２Ｙとで構成されている。Ｘ軸ＬＰＦ５２ＸとＹ軸ＬＰＦ５２Ｙは、Ｘ軸ΔΣ変調器５１Ｘと、Ｙ軸ΔΣ変調器５１ＹによってΔΣ変調された信号を復調するもので、ＡＤ化されたＸ軸成分とＹ軸成分を算出する。
The X-axis component calculation unit 50X includes an
Ｘ軸ＬＰＦ５２ＸとＹ軸ＬＰＦ５２ＹによってＡＤ化されたＸ軸成分とＹ軸成分は、角度算出部２５と記憶部２６へと出力される。角度算出部２５においては、ＡＤ化されたＸ軸成分とＹ軸成分から角度を算出する。そして、故障診断部２７は、記憶部２６に記憶されたＸ軸成分とＹ軸成分から故障を診断する。
すなわち、Ｘ軸ＬＰＦ５２ＸとＹ軸ＬＰＦ５２ＹによってＡＤ化されたＸ軸成分とＹ軸成分は、φ１において式（３０）、式（３１）、φ２において式（３２）、式（３３）と同様に表される。
The X-axis component and the Y-axis component converted into AD by the
That is, the X-axis component and the Y-axis component converted into AD by the
そして、Ｖａｄ＿Ｘ（φ１），Ｖａｄ＿Ｙ（φ１），Ｖａｄ＿Ｘ（φ２），Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）は、角度算出部２５と記憶部２６に出力される。そして、角度算出部２５は、φ１において、角度θ（φ１）を、φ２においてθ（φ２）を算出する。θ（φ２）はθ（φ１）と式（２１）で表される関係があるので、式（２２）のように平均化して、回転角検出装置の角度出力とすればよい。
Then, Vad_X (φ1), Vad_Y (φ1), Vad_X (φ2), and Vad_Y (φ2) are output to the
一方、故障診断部２７は記憶部２６に記憶されたＶａｄ＿Ｘ（φ１），Ｖａｄ＿Ｙ（φ１），Ｖａｄ＿Ｘ（φ２），Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）から故障を診断する。この時、φ1とφ２における信号ベクトルは、図３（ａ）の変換Ａで表されるように、大きさが同じで向きが反対であるベクトルであることを利用する。
例えば、Ｖａｄ＿Ｙ（φ１）とＶａｄ＿Ｙ（φ２）は、振幅は同じで符号が異なる量であるから、故障診断部２７において、閾値ΔＡ（＞０）を用いて
｜Ｖａｄ＿Ｙ（φ１）｜−｜Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）｜＜ΔＡ
であることと、符号の同異を確認することで故障が診断される。なお、閾値ΔＡは、回転角検出装置のサンプリング周期と、検出対象の回転磁場の回転の変化に応じて適切に調節する。
On the other hand, the
For example, since Vad_Y (φ1) and Vad_Y (φ2) have the same amplitude but different signs, the
A failure is diagnosed by confirming the difference between the two and the sign. The threshold ΔA is appropriately adjusted according to the sampling period of the rotation angle detection device and the change in rotation of the rotating magnetic field to be detected.
例えば、Ｙ軸ＬＰＦ５２Ｙの出力がＶｆａｕｌｔに固定してしまって場合は、
Ｖａｄ＿Ｙ（φ１）＝Ｖｆａｕｌｔ
Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）＝Ｖｆａｕｌｔ
であるので、符号が同じとなってしまうことで故障検出が可能である。
なお、本実施例においても、実施例１乃至３と同様に、符号反転周期の半周期は、ホール素子のスピニングカレント法による駆動周期の整数倍であることが望ましい。
For example, if the output of the Y-
Vad_Y (φ1) = Vfault
Vad_Y (φ2) = Vfault
Therefore, failure detection is possible by having the same sign.
In this embodiment, as in the first to third embodiments, it is desirable that the half cycle of the sign inversion cycle is an integral multiple of the driving cycle of the Hall element by the spinning current method.
図１８は、本発明に係る故障検出機能を有する回転角検出装置の実施例７（変換Ｂ）を説明するための構成ブロック図である。図１４、図１７と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。図１７と異なるのは、図１８は、第１の伝送部と第２の伝送部の構成を図１４と同じにしたことである。従って、ホール素子から第１の伝送部と第２の伝送部の動作は、実施例４と同じである。また、回転角情報算出部２４の動作は実施例６と同様である。
FIG. 18 is a configuration block diagram for explaining Example 7 (conversion B) of the rotation angle detection device having a failure detection function according to the present invention. Components having the same functions as those in FIGS. 14 and 17 are denoted by the same reference numerals. 18 differs from FIG. 17 in that the configuration of the first transmission unit and the second transmission unit is the same as that in FIG. Therefore, the operations of the first transmission unit and the second transmission unit from the Hall element are the same as those in the fourth embodiment. The operation of the rotation angle
そして、Ｘ軸ＬＰＦ５２ＸとＹ軸ＬＰＦ５２ＹによってＡＤ化されたＸ軸成分とＹ軸成分は、φ１、φ２において以下のように表される。
Ｖａｄ＿Ｘ（φ１）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｘ
Ｖａｄ＿Ｙ（φ１）＝４・Ｇｙ・Ｖｈｙ
Ｖａｄ＿Ｘ（φ２）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｙ
Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）＝４・Ｇｙ・Ｖｈｘ
そして、Ｖａｄ＿Ｘ（φ１），Ｖａｄ＿Ｙ（φ１），Ｖａｄ＿Ｘ（φ２），Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）は、角度算出部２５と記憶部２６に出力される。そして、角度算出部２５は、φ１において、角度θ（φ１）を、φ２においてθ（φ２）を算出する。θ（φ２）はθ（φ１）と式（５１）の関係で表すことができるので、式（５２）のように平均化して、回転角検出装置の角度出力とすればよい。
The X-axis component and the Y-axis component converted into AD by the
Vad_X (φ1) = 4 · G x · V hx
Vad_Y (φ1) = 4 · G y · V hy
Vad_X (φ2) = 4 · G x · V hy
Vad_Y (φ2) = 4 · G y · V hx
Then, Vad_X (φ1), Vad_Y (φ1), Vad_X (φ2), and Vad_Y (φ2) are output to the
一方、故障診断部２７は、記憶部２６に記憶されたＶａｄ＿Ｘ（φ１），Ｖａｄ＿Ｙ（φ１），Ｖａｄ＿Ｘ（φ２），Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）から故障を診断する。この時、φ1とφ２における信号ベクトルは、図３（ｂ）の変換Ｂで表されるように、成分がＸＹで入れ替わっていることを利用する。
例えば、Ｖａｄ＿Ｘ（φ１）とＶａｄ＿Ｙ（φ２）は、第１の伝送部と第２の伝送部の切り替えによって同じベクトル成分が検出されている（ゲインの誤差はないものとする）。したがって、故障診断部２７において、実施例６と同様に閾値ΔＡ（＞０）を用いて
｜Ｖａｄ＿Ｘ（φ１）｜−｜Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）｜＜ΔＡ
であることと、符号の同異を確認することで故障が診断される。
On the other hand, the
For example, in Vad_X (φ1) and Vad_Y (φ2), the same vector component is detected by switching between the first transmission unit and the second transmission unit (assuming that there is no gain error). Therefore, the
A failure is diagnosed by confirming the difference between the two and the sign.
例えば、Ｙ軸増幅器３５Ｙの出力が正常でなく、経年変化によりＶｄｄと短絡した故障が発生したとすると、第２のチョッパ回路４３Ｙによって
Ｖａｄ＿Ｘ（φ１）＝４・Ｇｘ・Ｖｈｘ
Ｖａｄ＿Ｙ（φ２）＝０
であるので、振幅がΔＡよりも大きいことで第２の伝送部の故障検出が可能である。
For example, if the output of the Y-
Vad_Y (φ2) = 0
Therefore, failure detection of the second transmission unit is possible when the amplitude is larger than ΔA.
第１の伝送部の故障も同様に、Ｖａｄ＿Ｙ（φ１）とＶａｄ＿Ｘ（φ２）から検出が可能である。
なお、本実施例においても、先の実施例４乃至５と同様に、ＸＹ切替回路の切り替え周期の半周期は、ホール素子のスピニングカレント法による駆動周期の整数倍であることが望ましい。
Similarly, the failure of the first transmission unit can be detected from Vad_Y (φ1) and Vad_X (φ2).
Also in the present embodiment, as in the fourth to fifth embodiments, it is desirable that the half cycle of the switching cycle of the XY switching circuit is an integral multiple of the driving cycle of the Hall element by the spinning current method.
以上、本発明により、Ｘ軸ホール素子とＹ軸ホール素子の出力信号の符号反転する符号反転部を有する伝送部を備えたことで、伝送部や後段の回転角情報算出部の故障を検出することができる。また、同様に、第１の伝送部と第２の伝送部を切り替えるためのスイッチング回路を備えたことで、伝送部や後段の回転角情報算出部の故障を検出することができる。 As described above, according to the present invention, by including the transmission unit having the sign inversion unit that inverts the sign of the output signal of the X-axis Hall element and the Y-axis Hall element, the failure of the transmission unit and the subsequent rotation angle information calculation unit is detected be able to. Similarly, by providing a switching circuit for switching between the first transmission unit and the second transmission unit, it is possible to detect a failure in the transmission unit or the rotation angle information calculation unit in the subsequent stage.
また、本発明によると、回転角検出装置を利用している状態での故障検出を行うことが可能となる。この本発明による効果は、特に、車載用途向けといった安全要求が厳しい用途で使用される回転角検出装置においては、非常に有益なものである。
また、本発明によると、回転角検出装置におけるアナログ回路、デジタル回路の双方の広い範囲に亘る故障を簡単な回路の追加で実現できる。
In addition, according to the present invention, it is possible to detect a failure while using the rotation angle detection device. This effect according to the present invention is very beneficial particularly in a rotation angle detection device used in an application requiring strict safety such as an in-vehicle application.
Further, according to the present invention, failure over a wide range of both the analog circuit and the digital circuit in the rotation angle detection device can be realized by adding a simple circuit.
なお、本発明は、上述した各実施例に記載の回路構成に限られるものではない。例えば、図１１では、ＡＤ変換器をＸ，Ｙ両軸で別箇のものとして利用しているが、Ｘ，Ｙ両軸で共通のＡＤ変換器を利用した場合でも上述したデータレジスタにおける故障を判定できることは明らかである。
また例えば、図１１のＸ，Ｙ軸変調回路及びＸ，Ｙ復調回路による符号反転は、ＡＤ変換器の前としたが、ＡＤ変換器の後段に、ＡＤ変換器の出力の符号を反転する符号反転部を備え、符号反転部の出力をＸデータレジスタ、Ｙデータレジスタに入力する場合でも上述したデータレジスタにおける故障を判定できる。このような場合も本発明に含まれるものである。
Note that the present invention is not limited to the circuit configurations described in the above embodiments. For example, in FIG. 11, the AD converter is used as a separate unit for both the X and Y axes. However, even when a common AD converter is used for both the X and Y axes, the above-described failure in the data register is detected. It is clear that it can be determined.
Further, for example, the sign inversion by the X, Y axis modulation circuit and the X, Y demodulation circuit in FIG. 11 is performed before the AD converter, but a code for inverting the sign of the output of the AD converter at the subsequent stage of the AD converter. Even when an inverting unit is provided and the output of the sign inverting unit is input to the X data register and the Y data register, the failure in the data register described above can be determined. Such a case is also included in the present invention.
また、以上の実施例において、ホール素子のスピニングカレント法による駆動は、ＰＨ０，ＰＨ９０，ＰＨ２７０，ＰＨ１８０の４つの状態を駆動する手法としたが、２つの状態のみによる駆動法もある。つまり、ＰＨ０とＰＨ９０の組み合わせや、ＰＨ０とＰＨ１８０の組み合わせによる駆動手法などである。このような駆動手法の場合も本発明の範囲に含まれる。 In the above embodiment, the Hall element is driven by the spinning current method using the four driving states PH0, PH90, PH270, and PH180. However, there is a driving method using only two states. That is, a driving method using a combination of PH0 and PH90 or a combination of PH0 and PH180. Such a driving method is also included in the scope of the present invention.
また、例えば、記憶部が記憶する回転角情報算出部の出力（回転角θ又は回転角θを算出するためのＸ軸成分とＹ軸成分）は、φ１又はφ２におけるどちらか一方の出力だけでも良い。例えば、記憶部がφ1における回転角情報算出部の出力を記憶した場合、故障診断部は、記憶部に記憶されたφ1における回転角情報算出部の出力と、記憶部に記憶されていないφ２における回転角情報算出部の出力とを利用して故障診断を行う。記憶部に記憶される回転角情報算出部の出力がφ2における出力だけの場合も同様である。つまり、本発明は、これまでに記載された実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。即ち、当業者であればなし得るであろう各種変形や修正を含むことは勿論である。 Further, for example, the output of the rotation angle information calculation unit stored in the storage unit (the X-axis component and the Y-axis component for calculating the rotation angle θ or the rotation angle θ) can be obtained by either one of the outputs at φ1 or φ2. good. For example, when the storage unit stores the output of the rotation angle information calculation unit at φ1, the failure diagnosis unit outputs the rotation angle information calculation unit at φ1 stored in the storage unit and the φ2 not stored in the storage unit. Fault diagnosis is performed using the output of the rotation angle information calculation unit. The same applies when the output of the rotation angle information calculation unit stored in the storage unit is only the output at φ2. That is, the present invention is not limited to the embodiments described so far, and design changes within a range not departing from the gist of the present invention are included in the present invention. That is, it goes without saying that various modifications and corrections that can be made by those skilled in the art are included.
また、本発明の説明において磁気センサとしてホール素子を利用した回転角検出装置を実施例として説明したが、ＭＲ素子やＭＩ素子などを利用した場合でも、磁場によって検出された信号ベクトルに対して、符号反転又はＸＹ切り替えを行う構成があれば、ホール素子に限らず本発明が利用できる。 Further, in the description of the present invention, the rotation angle detection device using a Hall element as a magnetic sensor has been described as an example. However, even when an MR element, an MI element, or the like is used, for a signal vector detected by a magnetic field, If there is a configuration that performs sign inversion or XY switching, the present invention is not limited to the Hall element.
１ 回転磁石
２ 集積回路（シリコン基板）
３ ホール素子
４ 磁気集束板
１１Ｘ Ｘ軸ホール素子
１１Ｙ Ｙ軸ホール素子
１２ 座標変換部
１３Ｘ Ｘ軸増幅器
１３Ｙ Ｙ軸増幅器
１４ 角度算出部
２１Ｘ Ｘ軸ホール素子
２１Ｙ Ｙ軸ホール素子
２２Ｘ Ｘ符号反転部
２２Ｙ Ｙ符号反転部
２３Ｘ Ｘデータ伝送部
２３Ｙ Ｙデータ伝送部
２４ 回転角情報算出部
２４Ｘ Ｘ軸成分算出部
２４Ｙ Ｙ軸成分算出部
２５ 角度算出部
２６ 記憶部
２７ 故障診断部
３１Ｘ，３１Ｙ 反転動作部
３２Ｘ，３２Ｙ 検知タイミング信号受信部
３３Ｘ，３３Ｙ 検知タイミング信号発生部
３４Ｘ Ｘ軸変調回路
３４Ｙ Ｙ軸変調回路
３５Ｘ Ｘ軸増幅器
３５Ｙ Ｙ軸増幅器
３６Ｘ Ｘ軸復調回路
３６Ｙ Ｙ軸復調回路
３７Ｘ Ｘ軸積分器
３７Ｙ Ｙ軸積分器
３８Ｘ Ｘ軸ＡＤ変換器
３８Ｙ Ｙ軸ＡＤ変換器
３９Ｘ Ｘデータレジスタ
３９Ｙ Ｙデータレジスタ
４１Ｘ，４１Ｙ 第１のチョッパ回路
４２ 第１のＸＹ切替回路
４３Ｘ，４３Ｙ 第２のチョッパ回路
４４ 第２のＸＹ切替回路
５１Ｘ Ｘ軸ΔΣ変調器
５１Ｙ Ｙ軸ΔΣ変調器
５２Ｘ Ｘ軸ＬＰＦ
５２Ｙ Ｙ軸ＬＰＦ
1 Rotating
3 Hall element 4 Magnetic focusing
52Y Y axis LPF
Claims (18)
前記第１の磁電変換素子に接続され、前記第１の磁電変換素子の出力を反転させるための符号反転部を有する第１の伝送部と、
前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部と、
前記第１の伝送部と前記第２の伝送部の出力に基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する回転角情報算出部と、
所定の時刻における前記回転角情報算出部の出力を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶される前記所定の時刻における前記回転角情報算出部の出力に基づく情報と、前記所定の時刻とは異なる時刻における前記回転角情報算出部の出力に基づく情報との比較により、前記回転角検出装置の故障を検知する故障診断部と
を備えていることを特徴とする回転角検出装置。 A first magnetoelectric conversion element and a second magnetoelectric conversion element disposed on the plane perpendicular to the rotation center axis of the rotating body at a predetermined angle with respect to the rotation axis; In the rotation angle detection device configured to calculate information on the rotation angle of the rotating body based on the output of the magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element,
A first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and having a sign inversion unit for inverting the output of the first magnetoelectric conversion element;
A second transmission unit connected to the second magnetoelectric transducer;
A rotation angle information calculation unit that calculates information on the rotation angle of the rotating body based on the outputs of the first transmission unit and the second transmission unit;
A storage unit for storing an output of the rotation angle information calculation unit at a predetermined time;
By comparing the information based on the output of the rotation angle information calculation unit at the predetermined time stored in the storage unit and the information based on the output of the rotation angle information calculation unit at a time different from the predetermined time, A rotation angle detection device comprising: a failure diagnosis unit that detects a failure of the rotation angle detection device.
前記第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部と、
前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部と、
前記第１の伝送部及び第２の伝送部を相互に切り替えるためのスイッチング回路と、
前記第１の伝送部と前記第２の伝送部の出力に基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する回転角情報算出部と、
所定の時刻における前記回転角情報算出部の出力を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶される前記所定の時刻における前記回転角情報算出部の出力に基づく情報と、前記所定の時刻とは異なる時刻における前記回転角情報算出部の出力に基づく情報との比較により、前記回転角検出装置の故障を検知する故障診断部と
を備えていることを特徴とする回転角検出装置。 A first magnetoelectric conversion element and a second magnetoelectric conversion element disposed on the plane perpendicular to the rotation center axis of the rotating body at a predetermined angle with respect to the rotation axis; In the rotation angle detection device configured to calculate information on the rotation angle of the rotating body based on the output of the magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element,
A first transmission unit connected to the first magnetoelectric transducer;
A second transmission unit connected to the second magnetoelectric transducer;
A switching circuit for mutually switching the first transmission unit and the second transmission unit;
A rotation angle information calculation unit that calculates information on the rotation angle of the rotating body based on the outputs of the first transmission unit and the second transmission unit;
A storage unit for storing an output of the rotation angle information calculation unit at a predetermined time;
By comparing the information based on the output of the rotation angle information calculation unit at the predetermined time stored in the storage unit and the information based on the output of the rotation angle information calculation unit at a time different from the predetermined time, A rotation angle detection device comprising: a failure diagnosis unit that detects a failure of the rotation angle detection device.
前記第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の出力と、前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部の出力とに基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する第１のステップと、
前記第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の符号反転部により、前記第１の磁電変換素子の出力を反転させて得られる第１の伝送部の出力と、前記第２の伝送部の出力とに基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する第２のステップと、
前記第１のステップで得られる前記回転体の回転角度に関する情報と、前記第２のステップで得られる前記回転体の回転角度に関する情報とを比較して前記回転角検出装置の故障を検知する第３のステップと
を有していることを特徴とする回転角検出装置の故障検出方法。 A first magnetoelectric conversion element and a second magnetoelectric conversion element disposed on the plane perpendicular to the rotation center axis of the rotating body at a predetermined angle with respect to the rotation axis; In a failure detection method of a rotation angle detection device configured to calculate information on the rotation angle of the rotating body based on the output of the magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element,
Information on the rotation angle of the rotating body based on the output of the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and the output of the second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element A first step of calculating
The output of the first transmission unit obtained by inverting the output of the first magnetoelectric conversion element by the sign inversion unit of the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element, and the second transmission unit A second step of calculating information on the rotation angle of the rotating body based on the output of the transmission unit;
The information on the rotation angle of the rotating body obtained in the first step and the information on the rotation angle of the rotating body obtained in the second step are compared to detect a failure of the rotation angle detecting device. And a step of detecting a failure of the rotation angle detecting device.
前記第１の磁電変換素子に接続された第１の伝送部の出力と、前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部の出力とに基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する第１のステップと、
前記第１の磁電変換素子に接続された前記第１の伝送部及び前記第２の磁電変換素子に接続された第２の伝送部を、スイッチング回路により相互に切り替えて得られる第１の伝送部の出力と、前記第２の伝送部の出力とに基づき、前記回転体の回転角度に関する情報を算出する第２のステップと、
前記第１のステップで得られる前記回転体の回転角度に関する情報と、前記第２のステップで得られる前記回転体の回転角度に関する情報とを比較して前記回転角検出装置の故障を検知する第３のステップと
を有していることを特徴とする回転角検出装置の故障検出方法。 A first magnetoelectric conversion element and a second magnetoelectric conversion element disposed on the plane perpendicular to the rotation center axis of the rotating body at a predetermined angle with respect to the rotation axis; In a failure detection method for a rotation angle detection device configured to calculate information on the rotation angle of the rotating body based on the output of the magnetoelectric conversion element and the output of the second magnetoelectric conversion element,
Information on the rotation angle of the rotating body based on the output of the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and the output of the second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element A first step of calculating
A first transmission unit obtained by switching between the first transmission unit connected to the first magnetoelectric conversion element and the second transmission unit connected to the second magnetoelectric conversion element by a switching circuit. A second step of calculating information on the rotation angle of the rotating body based on the output of the second transmission unit and the output of the second transmission unit;
The information on the rotation angle of the rotating body obtained in the first step and the information on the rotation angle of the rotating body obtained in the second step are compared to detect a failure of the rotation angle detecting device. And a step of detecting a failure of the rotation angle detecting device.
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