絶対角検出方法及び絶対角検出装置
【課題】回転角度センサの誤差が絶対角に反映されにくい絶対角検出方法及び絶対角検出装置を提供する。
【解決手段】第１比例定数と、回転角θｃａと回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求め、回転角θｃａと第２比例定数とを用いて演算しメイン歯車２のシャフト回転角φａｃを求め、仮の絶対角ＫΦから回転角度センサ６におけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求め、シャフト回転角φａｃ及びセンサ周期Θとセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める。
【解決手段】第１比例定数と、回転角θｃａと回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求め、回転角θｃａと第２比例定数とを用いて演算しメイン歯車２のシャフト回転角φａｃを求め、仮の絶対角ＫΦから回転角度センサ６におけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求め、シャフト回転角φａｃ及びセンサ周期Θとセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度センサの誤差が絶対角に反映されにくい絶対角検出方法及び絶対角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体が複数回転するとき、その複数回転分の回転角である絶対角を知りたい場合がある。例えば、ＣＷ方向に２回転（７２０°）、ＣＣＷ方向に２回転（−７２０°）の絶対角を知りたい回転体の場合、絶対角は、全体で−７２０°から＋７２０°までの１４４０°の幅を変化するので、この幅（絶対角検出範囲という）の中で絶対角を一意的に読み取ることができる必要がある。
【０００３】
一方、光学式や磁気式など公知の回転角度センサは、半回転の角度（０°から１８０°）又は１回転の角度（０°から３６０°）を検出するように構成されており、この検出範囲を超えて回転しても同じ値が繰り返すだけで、絶対角は検出できない（この繰り返しの角度幅をセンサ周期と呼ぶ）。
【０００４】
そこで、特許文献１，２のように、複数の回転角度センサを組み合わせ、これらの回転角度センサが回転体の回転に対して異なる比率で回転するように構成し、それぞれの回転角度センサが検出する回転角の差異から回転体の絶対角を一意的に算出可能な絶対角検出装置が提案されている。これらの先行技術では、各回転角度センサが回転体の回転に対してそれぞれ所定の比率で回転するよう、回転体にメイン歯車を取り付け、各回転角度センサにそれぞれメイン歯車に噛み合うセンサ歯車を取り付け、これらの歯車の歯数比でもって所望の上記比率を形成している。
【０００５】
また、メイン歯車として、所定歯数を有する外側メイン歯車とそれより少ない歯数を有する内側メイン歯車とを回転体の回転軸に配置し、外側メイン歯車に噛み合うセンサ歯車と内側メイン歯車に噛み合うセンサ歯車の歯数を同じにすることが提案されている。
【０００６】
なお、このような歯車を組み合わせた絶対角検出装置は、歯車の組み合わせ状態が絶対角と一対一で対応しているので、電源を切った時点でのデータをメモリに保存しておかなくても、電源投入後に他から情報を補わなくても、電源を投入した時点で直ちに２つの回転角度センサの読み値から絶対角が検出できるという利点を有する。
【０００７】
【特許文献１】特許第３７９２７１８号公報（特表平１１−５００８２８号公報）
【特許文献２】特開２００４−１８４２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の絶対角検出方法においては、２つのセンサ歯車の回転角の差分に比例定数をかけて絶対角を求めているので、センサ歯車の回転角検出誤差が増幅されて絶対角に反映する。例えば、センサ歯車に取り付けられた回転角度センサがセンサ歯車の回転角（Ａ＋γ）を検出し、Ａは正しい回転角でγは誤差とした場合、この検出した回転角（Ａ＋γ）に１よりも大きい比例定数を掛けることで回転体の回転角を算出すると、回転角度センサの誤差γも比例定数倍され、回転体の絶対角に反映される。
【０００９】
また、普及品の絶対角検出装置においては、絶対角を求める演算をパソコンに比較すると非常に簡易なマイコン等の演算装置で行うが、この種の演算装置では、取り扱う数値の桁数が限られている。そのため、回転角度センサが検出した回転角はＡ／Ｄ変換によって桁数が小さく、最小桁が丸められ（四捨五入され）た数値としてマイコン等に取り込まれ、記憶され、演算に使用される。したがって、演算上での回転角は最小桁が丸められた数値となる。最小桁が丸められた数値は、掛け算を行うと、その丸め誤差が増幅される。このため、回転角に比例定数をかけて絶対角を求めると、絶対角には丸め誤差が大きく反映される。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、回転角度センサの誤差が絶対角に反映されにくい絶対角検出方法及び絶対角検出装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、絶対角検出装置の故障が自己診断できる絶対角検出方法及び絶対角検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の絶対角検出方法は、絶対角検出対象である回転体の回転軸と同軸上に設けられ該回転体と一体回転する歯数Ｚａの第１メイン歯車と、該第１メイン歯車より歯数が少なく上記回転体の回転軸と同軸上に設けられ上記第１メイン歯車と一体回転する歯数Ｚｂの第２メイン歯車と、上記第１メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車と、上記第２メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車と、上記第１センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第１回転角度センサと、上記第２センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第２回転角度センサと、上記第１回転角度センサ及び上記第２回転角度センサが検知した回転角信号から上記回転体の絶対角Φを求める演算装置とを用い、上記第１回転角度センサにより上記第１センサ歯車の回転角θｃａを検出し、上記第２回転角度センサにより上記第２センサ歯車の回転角θｃｂを検出するセンサ歯車回転角検出ステップと、歯数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃａ、Ｚｃｂから求められる第１比例定数と、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求める仮絶対角演算ステップと、上記仮の絶対角ＫΦから上記第１回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求める第１センサ周期回数検出ステップと、上記第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと歯数Ｚａ、Ｚｃａと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める絶対角演算ステップと、を有するものである。
【００１３】
上記仮の絶対角ＫΦから上記第２回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出ステップと、上記第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと歯数Ｚｂ、Ｚｃと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとから参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算ステップと、上記絶対角Φと上記参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、該差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定ステップと、を有してもよい。
【００１４】
また、本発明の絶対角検出装置は、絶対角検出対象である回転体の回転軸と同軸上に設けられ該回転体と一体回転する歯数Ｚａの第１メイン歯車と、該第１メイン歯車より歯数が少なく上記回転体の回転軸と同軸上に設けられ上記第１メイン歯車と一体回転する歯数Ｚｂの第２メイン歯車と、上記第１メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車と、上記第２メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車と、上記第１センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第１回転角度センサと、上記第２センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第２回転角度センサと、上記第１回転角度センサ及び上記第２回転角度センサが検知した回転角信号から上記回転体の絶対角Φを求める演算装置とを備え、上記演算装置は、上記第１回転角度センサにより検出された上記第１センサ歯車の回転角θｃａを数値化して格納し、上記第２回転角度センサにより検出された上記第２センサ歯車の回転角θｃｂを数値化して格納するセンサ歯車回転角格納手段と、歯数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃａ、Ｚｃｂから求められる第１比例定数と、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求める仮絶対角演算手段と、上記仮の絶対角ＫΦから上記第１回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求める第１センサ周期回数検出手段と、上記第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと歯数Ｚａ、Ｚｃａと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める絶対角演算手段と、を有するものである。
【００１５】
上記演算装置は、上記仮の絶対角ＫΦから上記第２回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出手段と、上記第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと歯数Ｚｂ、Ｚｃと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとから参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算手段と、上記絶対角Φと上記参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、該差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定手段と、を有してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１７】
（１）回転角度センサの誤差が絶対角に反映されにくい。
【００１８】
（２）絶対角検出装置の故障が自己診断できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に本発明の一実施形態としての絶対角検出装置１を示す。
【００２１】
図示のように、歯数Ｚａの第１メイン歯車２と歯数Ｚｂ（Ｚａ＞Ｚｂ）の第２メイン歯車３とが絶対角検出対象の回転体（図示せず）の回転軸（シャフト）１００の同軸上に回転体と一体回転するように設けられる。この第１メイン歯車２には第１メイン歯車２に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車４が設けられる。この第１センサ歯車４には磁石（図示せず）が取り付けられる。この磁石の磁束から第１センサ歯車４の回転角θｃａを検知するセンサ周期Θの第１回転角度センサ６が第１センサ歯車４に対向して設けられる。第２メイン歯車３には第２メイン歯車３に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車５が設けられる。この第２センサ歯車５には磁石（図示せず）が取り付けられる。この磁石の磁束から第２センサ歯車５の回転角θｃｂを検知するセンサ周期Θの第２回転角度センサ７が第２センサ歯車５に対向して設けられる。
【００２２】
絶対角検出装置１は、上記構成に加え、第１回転角度センサ６及び第２回転角度センサ７が検知した回転角信号から絶対角検出対象の回転体の絶対角を算出する演算装置８を備える。
【００２３】
第１回転角度センサ６及び第２回転角度センサ７は、磁気検知素子（図示せず）を有し、この磁気検知素子で検知した回転角信号をマイコン（図示せず）を備えた演算装置８に送るように構成されている。
【００２４】
演算装置８は、第１、第２回転角度センサ６，７のアナログ出力をデジタル出力（数値）に変換するＡ／Ｄ変換器と、その数値を記憶し演算処理するパソコンまたはマイコンで構成することができる。
【００２５】
演算装置８は、図８に示されるように、以下の各手段を備える。
【００２６】
センサ歯車回転角格納手段８１は、第１回転角度センサ６により検出された第１センサ歯車４の回転角θｃａを数値化して格納し、第２回転角度センサ７により検出された第２センサ歯車５の回転角θｃｂを数値化して格納する手段である。
【００２７】
仮絶対角演算手段８２は、格納した回転角θｃａと回転角θｃｂとの差分ΔθＴをセンサ周期Θの範囲に入るように補正したΔθと、第１メイン歯車歯数Ｚａ、第２メイン歯車歯数Ｚｂ、第１センサ歯車歯数Ｚｃａ、第２センサ歯車歯数Ｚｃｂから求まる第１比例定数とを用いて式（１）を演算し、仮の絶対角ＫΦを求める手段である。ここでいうΔθＴ補正とは、センサ周期Θ（−Θ／２〜Θ／２）の場合、ΔθＴが−Θ／２より小さい場合は、ΔθＴにΘを足し、ΔθＴがΘ／２以上の場合はΔθＴからΘを引き、Δθをセンサ周期Θ（−Θ／２〜Θ／２）内に収めることである。
【００２８】
【数１】
【００２９】
第１センサ周期回数検出手段８３は、仮の絶対角ＫΦから第１回転角度センサ６におけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを式（２）により求める手段である。ただし、式（２）のｉｎｔは、与えられた数値以下の整数を返す関数であり、例えば、ｉｎｔ（１．０５）＝１、ｉｎｔ（−１．０５）＝−２である。
【００３０】
【数２】
【００３１】
絶対角演算手段８４は、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと、第１メイン歯車歯数Ｚａ、第１センサ歯車歯数Ｚｃａから求まる第２比例定数と、センサ周期Θと、このセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとを用いて式（３）により絶対角Φを求める手段である。
【００３２】
【数３】
【００３３】
第２センサ周期回数検出手段８５は、仮の絶対角ＫΦから第２回転角度センサ７におけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを式（４）により求める手段である。
【００３４】
【数４】
【００３５】
参照用絶対角演算手段８６は、第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと、第２メイン歯車歯数Ｚｂと第２センサ歯車歯数Ｚｃｂから求まる第３比例定数と、センサ周期Θと、このセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとを用いて式（５）により参照用絶対角ΦＲを求める手段である。
【００３６】
【数５】
【００３７】
故障判定手段８７は、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、この差分が所定値を超えたとき故障と判定する手段である。
【００３８】
演算装置８は、上記各手段をソフトウェアとして備えており、このソフトウェアに基づいて後述する各ステップを実行することにより、絶対角Φの検出及び絶対角検出装置１の故障判定を行う。
【００３９】
以下、第１センサ歯車４の歯数Ｚｃａ及び第２センサ歯車５の歯数Ｚｃｂを第１メイン歯車２の歯数Ｚａの２分の１であるＺｃ＝Ｚａ／２＝Ｚｃａ＝Ｚｃｂとし、第１回転角度センサ６及び第２回転角度センサ７の周期Θ＝１８０°とした場合を考える。なお、本発明は、図示した各歯車歯数に規定されない。また、第１センサ歯車４と第２センサ歯車５を同一の形状にすることにより、センサ歯車を製造するための金型が一つでよく製造コストを抑えることができる。
【００４０】
この絶対角検出装置１において本発明の絶対角検出方法を実施するために、演算装置８は、図２に示した各ステップを実行する。
【００４１】
図２に示されるように、まず、センサ歯車回転角検出ステップＳ１では、第１回転角度センサ６により第１センサ歯車４の回転角θｃａを検出し、第２回転角度センサ７により第２センサ歯車５の回転角θｃｂを検出する。このとき、第１、第２回転角度センサ６，７のセンサ周期は１８０°であるが、この実施形態では−９０°から＋９０°までを検出するものとする。したがって、第１センサ歯車４が１回転するごとに、第１回転角度センサ６は、−９０°から＋９０°までを２回繰り返し検出することになる。第１センサ歯車４の歯数Ｚｃは、第１メイン歯車２の歯数Ｚａの１／２であるから、第１メイン歯車２が１回転すると、第１センサ歯車４が２回転し、第１回転角度センサ６が−９０°から＋９０°までを４回繰り返し検出することになる。第２回転角度センサ７も同様に第２メイン歯車２との歯数比に比例して第２メイン歯車７が一回転するごとに第２回転角度センサ７は−９０°から＋９０°までを２×Ｚｂ／Ｚｃ回繰り返し検出することになる。
【００４２】
このようにして回転角度センサ６，７が検出した回転角θｃａ，θｃｂは、Ａ／Ｄ変換によって演算装置８で処理可能な桁数の数値に変換され、この数値が演算装置８に取り込まれ、記憶され、以下のステップにおいて演算に使用される。
【００４３】
仮絶対角演算ステップＳ２では、まず、第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａと第２回転角度センサ７が検出した回転角θｃｂとの差分ΔθＴ＝θｃａ−θｃｂを計算する。
【００４４】
次に、範囲外の値を変換してΔθＴをΔθとする。ここで、範囲外とは、回転角度センサ６，７の周期外であるΔθＴが−９０°未満であるか、ΔθＴが９０°を超えていることを言う。変換とは、Δθが−９０°から９０°の範囲に入るように、ΔθＴが−９０°より小さいときには１８０°を足し、＋９０°より大きいときには１８０°を引くことである。
【００４５】
次に、ここでの条件Ｚｃ＝Ｚａ／２＝Ｚｃａ＝Ｚｃｂを式（１）の第１比例定数に代入すると、第１メイン歯車２の歯数Ｚａと第２メイン歯車３の歯数Ｚｂとの差を分母とし第１回転角度センサ４の歯数Ｚｃを分子とする第１比例定数を得る。この第１比例定数にΔθをかけて仮の絶対角ＫΦを求める。すなわち、
【００４６】
【数６】
【００４７】
で表される式（６）を演算する。ここで、仮の絶対角ＫΦとは、従来技術において最終の検出値である絶対角としていたものである。既に述べたように、この絶対角には誤差が不可避である。本発明では、この絶対角は最終の検出値ではなく、仮の絶対角ＫΦとしてセンサ周期回数の検出に利用する。
【００４８】
センサ周期回数検出ステップＳ３では、仮の絶対角ＫΦから第１回転角度センサ６におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａを求める。繰り返し回数とは、絶対角検出範囲の一端、例えば、絶対角−７２０°を起点（０回）とし、第１メイン歯車２がＣＷ方向のみに回転するのに伴い第１回転角度センサ６がセンサ周期を１回終えるごとに１回を加算したものに等しい。すなわち、
【００４９】
【数７】
【００５０】
で表される式（７）の整数部ｉである。
【００５１】
ここで、第１センサ歯車４の回転と第１メイン歯車２（シャフト）の回転に対する第１回転角度センサ６が検知する回転角の特性を図３に示す。
【００５２】
図３（ａ）は、横軸が第１センサ歯車４の回転角、縦軸が第１回転角度センサ６の検知する回転角を表す。第１センサ歯車４が１回転するごとに第１回転角度センサ６が検知する回転角が２周期繰り返す。
【００５３】
図３（ｂ）は、横軸が第１メイン歯車２の回転角、縦軸が第１回転角度センサ６が検知する回転角を表す。第１メイン歯車２が１回転するごとに第１回転角度センサ６が検知する回転角が４周期繰り返す。
【００５４】
最後に、絶対角演算ステップＳ４では、第１回転角度センサ６におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａとセンサ周期Θ＝１８０°との積に、第１回転角度センサ１６が検出した回転角θｃａを足し、第１センサ歯車４の絶対角Φｃａを求め、この絶対角Φｃａに第１メイン歯車２と第２センサ歯車４とのギア比１／２＝Ｚｃ／Ｚａ（第２比例定数）を掛け絶対角Φを求める。すなわち、
【００５５】
【数８】
【００５６】
で表される式（８）を演算する。
【００５７】
以上の演算処理において、第１回転角度センサ６におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａとセンサ周期Θ＝１８０°との積に第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａを足し、第１センサ歯車４の絶対角Φｃａを求め、この絶対角Φｃａに第１メイン歯車２と第１センサ歯車４とのギア比１／２＝Ｚｃ／Ｚａを掛け絶対角Φとしている。センサ周期の繰り返し回数とセンサ周期および第１メイン歯車２と第１センサ歯車４との歯数は、誤差のある測定値ではないから、これらの積に測定にかかる誤差が生じることはない。また、これらの積は整数同士の積であるからマイコン内で丸め誤差が生じない。よって、誤差の要因は、第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａのみとなる。このため、従来のように、２つのセンサ歯車の回転角の差分に比例定数をかけて絶対角を求めるのに比べて精度の良い検出が可能となる。
【００５８】
ここで、本発明によって絶対角の検出精度が良くなる事実を検証する。
【００５９】
絶対角検出装置１は第１メイン歯車２の歯数Ｚａ＝６４、第２メイン歯車３の歯数Ｚｂ＝５８、第１センサ歯車４及び第２センサ歯車５の歯数Ｚｃａ＝Ｚｃｂ＝３２、センサ周期Θ＝１８０°とし、絶対角検出範囲±４８０°である。また、絶対角０°において第１回転角度センサ６が０°を検出し、第２回転角度センサ７も０°を検出するものとする。このとき、第１メイン歯車２に噛み合う第１センサ歯車４と第２メイン歯車３に噛み合う第２センサ歯車５は、絶対角の増減（第１メイン歯車２の回転）に対して異なる比で回転角を検出する。
【００６０】
絶対角検出装置１の原理によれば、図４に示されるように、回転軸１００に与えた絶対角（横軸）に対して検出される各センサ歯車の回転角（縦軸）θｃａ，θｃｂの特性は、傾斜及び周期が異なる。回転角θｃａと回転角θｃｂの差分ΔθＴをセンサ周期１８０°（−９０°〜＋９０°）の範囲内に変換したΔθを基に算出した絶対角は、理論的には、図４に示されるように、与えた絶対角と一致する。
【００６１】
しかし、既に述べたように、従来は、Δθに第１比例定数をかけて絶対角を求めているため、誤差が大きい。具体的には、図５に示されるように、従来方法による絶対角の誤差は、±５°を超えている。よって、従来方法は、許容誤差が±５°より狭い用途には不適切である。
【００６２】
図６に示されるように、絶対角０°を起点として第１回転角度センサ６のセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａに対応させた離散的な第１センサ歯車４の絶対角Φｚを考える。つまり、繰り返し回数Ｎｃａ＝０回では絶対角Φｚ＝０°、繰り返し回数Ｎｃａ＝１回では第１センサ歯車４の絶対角Φｚ＝１８０°、繰り返し回数Ｎｃａ＝２回では絶対角Φｚ＝２×１８０°というように階段波形の絶対角Φｚを定義する。この階段波形のフラットな部分に、第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａを重ね合わせると、求める連続的な第１センサ歯車４の絶対角Φｃａとなる。この第１センサ歯車４の絶対角Φｃａに第１メイン歯車２と第１センサ歯車４とのギア比Ｚｃ／Ｚａ（第２比例定数）を掛けることで絶対角Φを得る。この図は、絶対角演算ステップＳ４で行う演算と等価である。
【００６３】
本発明は、上記のような演算を行うため、誤差が小さい。具体的には、図７に示されるように、本発明による絶対角の誤差は、±０．３°以内に収まっている。よって、本発明の方法は、許容誤差が±０．３°程度の用途にも十分適用できる。
【００６４】
次に、本発明の故障判定方法を説明する。このための絶対角検出装置１の構成は、図１、図８に示した通りである。
【００６５】
図１の実施形態において、第１回転角度センサ６のセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａにセンサ周期を掛けて離散的な絶対角Φｚとし、これに第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａを加算して第１センサ歯車４の絶対角Φｃａを得た。また、第２回転角度センサ７のセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃｂに第２回転角度センサ７のセンサ周期を掛けて第２センサ歯車５の離散的な絶対角Φｚｂとし、この絶対角Φｚｂに第２回転角度センサ７が検出した回転角θｃｂを加算すると第２センサ歯車５の絶対角Φｃｂを得ることができる。
【００６６】
このとき、第２回転角度センサ７の絶対角Φｃｂに第２メイン歯車３と第２センサ歯車５との歯数比Ｚｃ／Ｚｂ（第３比例定数）を掛けた第２メイン歯車３の回転角Φを参照用絶対角ΦＲとし、第１回転角度センサ６の絶対角Φｃａに第１メイン歯車２と第１センサ歯車４との歯数比Ｚｃ／Ｚａ（第２比例定数）を掛けた絶対角Φと比較するようにしておく。絶対角検出装置１が正常に動作している限り、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲはほぼ等しい。しかし、絶対角検出装置１になんらかの障害が発生すると、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとに大きな差が出てくる。そこで、故障判定ステップでは、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、差分が所定値を超えたとき故障と判定する。
【００６７】
図９に示されるように、故障判定方法のアルゴリズムは、図２の処理が終わった後、第２回転角度センサ７が検出した回転角θｃｂを用いて仮の絶対角ＫΦから第２回転角度センサ７におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出ステップ９２と、第２回転角度センサ７におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃｂを用いて式（９）に示すように、センサ周期の繰り返し回数Ｎｃｂとセンサ周期Θの１８０°との積に第２回転角度センサ７が検出したθｃｂを足し、これに第２メイン歯車３と第２センサ歯車５とのギア比Ｚｃ／Ｚｂ（第３比例定数）を掛け参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算ステップ９３と、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、この差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定ステップ９４とを有する。
【００６８】
【数９】
【００６９】
ここで、本発明の故障判定方法を検証する。
【００７０】
絶対角検出装置１の構成は、絶対角の検出精度の検証と同一の構成とした。上記故障判定方法の各ステップを行い、参照用絶対角ΦＲを算出したところ、与えた絶対角との誤差は０．３°以内に収まり、回転体の絶対角Φの算出方法と同様に、測定誤差は小さかった。よって、故障判定も高い精度で行うことが可能である。次に、上記で求めた絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、故障判定を行った。ここでは絶対角Φ及び参照用絶対角ΦＲの誤差が±０．３°以内であったため、所定値を±０．６°（±０．３°×２）とした。上記で求めた絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算したところ、差分は±０．６°以内に収まり、所定値±０．６°以内であった。そのため、本実施形態においては絶対角検出装置１は正常であると判断した。なお、所定値は、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲの測定誤差と、絶対角検出装置１に求められる測定精度により適宜定められる。
【００７１】
このような故障判定方法によれば、回転角度センサの回転角検出から絶対角演算までの結果がそのまま故障判定に利用でき、故障判定のための特別な測定や演算が不要であり、マイコンに収容するＩ／Ｏポート数やプログラム量を少なくすることに貢献する。
【００７２】
各々の式は、上記実施形態に限定されず、変形した式により上記実施形態の機能が実現される場合も本発明に含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の絶対角検出方法を実施する絶対角検出装置の構成図である。
【図２】本発明の絶対角検出方法を実施するために、演算装置が実行するアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３】（ａ）は第１センサ歯車の回転角に対して第１回転角度センサが検知する回転角を示した回転角特性図、（ｂ）は第１メイン歯車の回転角に対して第１回転角度センサが検知する回転角を示した回転角特性図である。
【図４】回転軸に与えた絶対角（横軸）に対する検出される各回転角度センサの回転角、理論的に得られる絶対角（縦軸）の特性図である。
【図５】回転軸に与えた絶対角（横軸）に対する従来方法で検出された絶対角（縦軸）と誤差（縦軸）の特性図である。
【図６】本発明の絶対角演算原理を示す回転軸に与えた絶対角（横軸）に対する検出される回転角度センサの回転角（縦軸）、離散的な絶対角、連続的な絶対角（縦軸）の特性図である。
【図７】回転軸に与えた絶対角（横軸）に対する本発明で検出された絶対角（縦軸）と誤差（縦軸）の特性図である。
【図８】図１の絶対角検出装置の演算装置のブロック構成図である。
【図９】本発明の絶対角検出方法の故障判定方法を実施するために、演算装置が実行するアルゴリズムを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１ 絶対角検出装置
２ 第１メイン歯車
３ 第２メイン歯車
４ 第１センサ歯車
５ 第２センサ歯車
６ 第１回転角度センサ
７ 第２回転角度センサ
８ 演算装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度センサの誤差が絶対角に反映されにくい絶対角検出方法及び絶対角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体が複数回転するとき、その複数回転分の回転角である絶対角を知りたい場合がある。例えば、ＣＷ方向に２回転（７２０°）、ＣＣＷ方向に２回転（−７２０°）の絶対角を知りたい回転体の場合、絶対角は、全体で−７２０°から＋７２０°までの１４４０°の幅を変化するので、この幅（絶対角検出範囲という）の中で絶対角を一意的に読み取ることができる必要がある。
【０００３】
一方、光学式や磁気式など公知の回転角度センサは、半回転の角度（０°から１８０°）又は１回転の角度（０°から３６０°）を検出するように構成されており、この検出範囲を超えて回転しても同じ値が繰り返すだけで、絶対角は検出できない（この繰り返しの角度幅をセンサ周期と呼ぶ）。
【０００４】
そこで、特許文献１，２のように、複数の回転角度センサを組み合わせ、これらの回転角度センサが回転体の回転に対して異なる比率で回転するように構成し、それぞれの回転角度センサが検出する回転角の差異から回転体の絶対角を一意的に算出可能な絶対角検出装置が提案されている。これらの先行技術では、各回転角度センサが回転体の回転に対してそれぞれ所定の比率で回転するよう、回転体にメイン歯車を取り付け、各回転角度センサにそれぞれメイン歯車に噛み合うセンサ歯車を取り付け、これらの歯車の歯数比でもって所望の上記比率を形成している。
【０００５】
また、メイン歯車として、所定歯数を有する外側メイン歯車とそれより少ない歯数を有する内側メイン歯車とを回転体の回転軸に配置し、外側メイン歯車に噛み合うセンサ歯車と内側メイン歯車に噛み合うセンサ歯車の歯数を同じにすることが提案されている。
【０００６】
なお、このような歯車を組み合わせた絶対角検出装置は、歯車の組み合わせ状態が絶対角と一対一で対応しているので、電源を切った時点でのデータをメモリに保存しておかなくても、電源投入後に他から情報を補わなくても、電源を投入した時点で直ちに２つの回転角度センサの読み値から絶対角が検出できるという利点を有する。
【０００７】
【特許文献１】特許第３７９２７１８号公報（特表平１１−５００８２８号公報）
【特許文献２】特開２００４−１８４２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の絶対角検出方法においては、２つのセンサ歯車の回転角の差分に比例定数をかけて絶対角を求めているので、センサ歯車の回転角検出誤差が増幅されて絶対角に反映する。例えば、センサ歯車に取り付けられた回転角度センサがセンサ歯車の回転角（Ａ＋γ）を検出し、Ａは正しい回転角でγは誤差とした場合、この検出した回転角（Ａ＋γ）に１よりも大きい比例定数を掛けることで回転体の回転角を算出すると、回転角度センサの誤差γも比例定数倍され、回転体の絶対角に反映される。
【０００９】
また、普及品の絶対角検出装置においては、絶対角を求める演算をパソコンに比較すると非常に簡易なマイコン等の演算装置で行うが、この種の演算装置では、取り扱う数値の桁数が限られている。そのため、回転角度センサが検出した回転角はＡ／Ｄ変換によって桁数が小さく、最小桁が丸められ（四捨五入され）た数値としてマイコン等に取り込まれ、記憶され、演算に使用される。したがって、演算上での回転角は最小桁が丸められた数値となる。最小桁が丸められた数値は、掛け算を行うと、その丸め誤差が増幅される。このため、回転角に比例定数をかけて絶対角を求めると、絶対角には丸め誤差が大きく反映される。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、回転角度センサの誤差が絶対角に反映されにくい絶対角検出方法及び絶対角検出装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、絶対角検出装置の故障が自己診断できる絶対角検出方法及び絶対角検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の絶対角検出方法は、絶対角検出対象である回転体の回転軸と同軸上に設けられ該回転体と一体回転する歯数Ｚａの第１メイン歯車と、該第１メイン歯車より歯数が少なく上記回転体の回転軸と同軸上に設けられ上記第１メイン歯車と一体回転する歯数Ｚｂの第２メイン歯車と、上記第１メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車と、上記第２メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車と、上記第１センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第１回転角度センサと、上記第２センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第２回転角度センサと、上記第１回転角度センサ及び上記第２回転角度センサが検知した回転角信号から上記回転体の絶対角Φを求める演算装置とを用い、上記第１回転角度センサにより上記第１センサ歯車の回転角θｃａを検出し、上記第２回転角度センサにより上記第２センサ歯車の回転角θｃｂを検出するセンサ歯車回転角検出ステップと、歯数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃａ、Ｚｃｂから求められる第１比例定数と、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求める仮絶対角演算ステップと、上記仮の絶対角ＫΦから上記第１回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求める第１センサ周期回数検出ステップと、上記第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと歯数Ｚａ、Ｚｃａと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める絶対角演算ステップと、を有するものである。
【００１３】
上記仮の絶対角ＫΦから上記第２回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出ステップと、上記第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと歯数Ｚｂ、Ｚｃと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとから参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算ステップと、上記絶対角Φと上記参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、該差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定ステップと、を有してもよい。
【００１４】
また、本発明の絶対角検出装置は、絶対角検出対象である回転体の回転軸と同軸上に設けられ該回転体と一体回転する歯数Ｚａの第１メイン歯車と、該第１メイン歯車より歯数が少なく上記回転体の回転軸と同軸上に設けられ上記第１メイン歯車と一体回転する歯数Ｚｂの第２メイン歯車と、上記第１メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車と、上記第２メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車と、上記第１センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第１回転角度センサと、上記第２センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第２回転角度センサと、上記第１回転角度センサ及び上記第２回転角度センサが検知した回転角信号から上記回転体の絶対角Φを求める演算装置とを備え、上記演算装置は、上記第１回転角度センサにより検出された上記第１センサ歯車の回転角θｃａを数値化して格納し、上記第２回転角度センサにより検出された上記第２センサ歯車の回転角θｃｂを数値化して格納するセンサ歯車回転角格納手段と、歯数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃａ、Ｚｃｂから求められる第１比例定数と、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求める仮絶対角演算手段と、上記仮の絶対角ＫΦから上記第１回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求める第１センサ周期回数検出手段と、上記第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと歯数Ｚａ、Ｚｃａと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める絶対角演算手段と、を有するものである。
【００１５】
上記演算装置は、上記仮の絶対角ＫΦから上記第２回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出手段と、上記第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと歯数Ｚｂ、Ｚｃと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとから参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算手段と、上記絶対角Φと上記参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、該差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定手段と、を有してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１７】
（１）回転角度センサの誤差が絶対角に反映されにくい。
【００１８】
（２）絶対角検出装置の故障が自己診断できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に本発明の一実施形態としての絶対角検出装置１を示す。
【００２１】
図示のように、歯数Ｚａの第１メイン歯車２と歯数Ｚｂ（Ｚａ＞Ｚｂ）の第２メイン歯車３とが絶対角検出対象の回転体（図示せず）の回転軸（シャフト）１００の同軸上に回転体と一体回転するように設けられる。この第１メイン歯車２には第１メイン歯車２に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車４が設けられる。この第１センサ歯車４には磁石（図示せず）が取り付けられる。この磁石の磁束から第１センサ歯車４の回転角θｃａを検知するセンサ周期Θの第１回転角度センサ６が第１センサ歯車４に対向して設けられる。第２メイン歯車３には第２メイン歯車３に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車５が設けられる。この第２センサ歯車５には磁石（図示せず）が取り付けられる。この磁石の磁束から第２センサ歯車５の回転角θｃｂを検知するセンサ周期Θの第２回転角度センサ７が第２センサ歯車５に対向して設けられる。
【００２２】
絶対角検出装置１は、上記構成に加え、第１回転角度センサ６及び第２回転角度センサ７が検知した回転角信号から絶対角検出対象の回転体の絶対角を算出する演算装置８を備える。
【００２３】
第１回転角度センサ６及び第２回転角度センサ７は、磁気検知素子（図示せず）を有し、この磁気検知素子で検知した回転角信号をマイコン（図示せず）を備えた演算装置８に送るように構成されている。
【００２４】
演算装置８は、第１、第２回転角度センサ６，７のアナログ出力をデジタル出力（数値）に変換するＡ／Ｄ変換器と、その数値を記憶し演算処理するパソコンまたはマイコンで構成することができる。
【００２５】
演算装置８は、図８に示されるように、以下の各手段を備える。
【００２６】
センサ歯車回転角格納手段８１は、第１回転角度センサ６により検出された第１センサ歯車４の回転角θｃａを数値化して格納し、第２回転角度センサ７により検出された第２センサ歯車５の回転角θｃｂを数値化して格納する手段である。
【００２７】
仮絶対角演算手段８２は、格納した回転角θｃａと回転角θｃｂとの差分ΔθＴをセンサ周期Θの範囲に入るように補正したΔθと、第１メイン歯車歯数Ｚａ、第２メイン歯車歯数Ｚｂ、第１センサ歯車歯数Ｚｃａ、第２センサ歯車歯数Ｚｃｂから求まる第１比例定数とを用いて式（１）を演算し、仮の絶対角ＫΦを求める手段である。ここでいうΔθＴ補正とは、センサ周期Θ（−Θ／２〜Θ／２）の場合、ΔθＴが−Θ／２より小さい場合は、ΔθＴにΘを足し、ΔθＴがΘ／２以上の場合はΔθＴからΘを引き、Δθをセンサ周期Θ（−Θ／２〜Θ／２）内に収めることである。
【００２８】
【数１】
【００２９】
第１センサ周期回数検出手段８３は、仮の絶対角ＫΦから第１回転角度センサ６におけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを式（２）により求める手段である。ただし、式（２）のｉｎｔは、与えられた数値以下の整数を返す関数であり、例えば、ｉｎｔ（１．０５）＝１、ｉｎｔ（−１．０５）＝−２である。
【００３０】
【数２】
【００３１】
絶対角演算手段８４は、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと、第１メイン歯車歯数Ｚａ、第１センサ歯車歯数Ｚｃａから求まる第２比例定数と、センサ周期Θと、このセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとを用いて式（３）により絶対角Φを求める手段である。
【００３２】
【数３】
【００３３】
第２センサ周期回数検出手段８５は、仮の絶対角ＫΦから第２回転角度センサ７におけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを式（４）により求める手段である。
【００３４】
【数４】
【００３５】
参照用絶対角演算手段８６は、第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと、第２メイン歯車歯数Ｚｂと第２センサ歯車歯数Ｚｃｂから求まる第３比例定数と、センサ周期Θと、このセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとを用いて式（５）により参照用絶対角ΦＲを求める手段である。
【００３６】
【数５】
【００３７】
故障判定手段８７は、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、この差分が所定値を超えたとき故障と判定する手段である。
【００３８】
演算装置８は、上記各手段をソフトウェアとして備えており、このソフトウェアに基づいて後述する各ステップを実行することにより、絶対角Φの検出及び絶対角検出装置１の故障判定を行う。
【００３９】
以下、第１センサ歯車４の歯数Ｚｃａ及び第２センサ歯車５の歯数Ｚｃｂを第１メイン歯車２の歯数Ｚａの２分の１であるＺｃ＝Ｚａ／２＝Ｚｃａ＝Ｚｃｂとし、第１回転角度センサ６及び第２回転角度センサ７の周期Θ＝１８０°とした場合を考える。なお、本発明は、図示した各歯車歯数に規定されない。また、第１センサ歯車４と第２センサ歯車５を同一の形状にすることにより、センサ歯車を製造するための金型が一つでよく製造コストを抑えることができる。
【００４０】
この絶対角検出装置１において本発明の絶対角検出方法を実施するために、演算装置８は、図２に示した各ステップを実行する。
【００４１】
図２に示されるように、まず、センサ歯車回転角検出ステップＳ１では、第１回転角度センサ６により第１センサ歯車４の回転角θｃａを検出し、第２回転角度センサ７により第２センサ歯車５の回転角θｃｂを検出する。このとき、第１、第２回転角度センサ６，７のセンサ周期は１８０°であるが、この実施形態では−９０°から＋９０°までを検出するものとする。したがって、第１センサ歯車４が１回転するごとに、第１回転角度センサ６は、−９０°から＋９０°までを２回繰り返し検出することになる。第１センサ歯車４の歯数Ｚｃは、第１メイン歯車２の歯数Ｚａの１／２であるから、第１メイン歯車２が１回転すると、第１センサ歯車４が２回転し、第１回転角度センサ６が−９０°から＋９０°までを４回繰り返し検出することになる。第２回転角度センサ７も同様に第２メイン歯車２との歯数比に比例して第２メイン歯車７が一回転するごとに第２回転角度センサ７は−９０°から＋９０°までを２×Ｚｂ／Ｚｃ回繰り返し検出することになる。
【００４２】
このようにして回転角度センサ６，７が検出した回転角θｃａ，θｃｂは、Ａ／Ｄ変換によって演算装置８で処理可能な桁数の数値に変換され、この数値が演算装置８に取り込まれ、記憶され、以下のステップにおいて演算に使用される。
【００４３】
仮絶対角演算ステップＳ２では、まず、第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａと第２回転角度センサ７が検出した回転角θｃｂとの差分ΔθＴ＝θｃａ−θｃｂを計算する。
【００４４】
次に、範囲外の値を変換してΔθＴをΔθとする。ここで、範囲外とは、回転角度センサ６，７の周期外であるΔθＴが−９０°未満であるか、ΔθＴが９０°を超えていることを言う。変換とは、Δθが−９０°から９０°の範囲に入るように、ΔθＴが−９０°より小さいときには１８０°を足し、＋９０°より大きいときには１８０°を引くことである。
【００４５】
次に、ここでの条件Ｚｃ＝Ｚａ／２＝Ｚｃａ＝Ｚｃｂを式（１）の第１比例定数に代入すると、第１メイン歯車２の歯数Ｚａと第２メイン歯車３の歯数Ｚｂとの差を分母とし第１回転角度センサ４の歯数Ｚｃを分子とする第１比例定数を得る。この第１比例定数にΔθをかけて仮の絶対角ＫΦを求める。すなわち、
【００４６】
【数６】
【００４７】
で表される式（６）を演算する。ここで、仮の絶対角ＫΦとは、従来技術において最終の検出値である絶対角としていたものである。既に述べたように、この絶対角には誤差が不可避である。本発明では、この絶対角は最終の検出値ではなく、仮の絶対角ＫΦとしてセンサ周期回数の検出に利用する。
【００４８】
センサ周期回数検出ステップＳ３では、仮の絶対角ＫΦから第１回転角度センサ６におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａを求める。繰り返し回数とは、絶対角検出範囲の一端、例えば、絶対角−７２０°を起点（０回）とし、第１メイン歯車２がＣＷ方向のみに回転するのに伴い第１回転角度センサ６がセンサ周期を１回終えるごとに１回を加算したものに等しい。すなわち、
【００４９】
【数７】
【００５０】
で表される式（７）の整数部ｉである。
【００５１】
ここで、第１センサ歯車４の回転と第１メイン歯車２（シャフト）の回転に対する第１回転角度センサ６が検知する回転角の特性を図３に示す。
【００５２】
図３（ａ）は、横軸が第１センサ歯車４の回転角、縦軸が第１回転角度センサ６の検知する回転角を表す。第１センサ歯車４が１回転するごとに第１回転角度センサ６が検知する回転角が２周期繰り返す。
【００５３】
図３（ｂ）は、横軸が第１メイン歯車２の回転角、縦軸が第１回転角度センサ６が検知する回転角を表す。第１メイン歯車２が１回転するごとに第１回転角度センサ６が検知する回転角が４周期繰り返す。
【００５４】
最後に、絶対角演算ステップＳ４では、第１回転角度センサ６におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａとセンサ周期Θ＝１８０°との積に、第１回転角度センサ１６が検出した回転角θｃａを足し、第１センサ歯車４の絶対角Φｃａを求め、この絶対角Φｃａに第１メイン歯車２と第２センサ歯車４とのギア比１／２＝Ｚｃ／Ｚａ（第２比例定数）を掛け絶対角Φを求める。すなわち、
【００５５】
【数８】
【００５６】
で表される式（８）を演算する。
【００５７】
以上の演算処理において、第１回転角度センサ６におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａとセンサ周期Θ＝１８０°との積に第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａを足し、第１センサ歯車４の絶対角Φｃａを求め、この絶対角Φｃａに第１メイン歯車２と第１センサ歯車４とのギア比１／２＝Ｚｃ／Ｚａを掛け絶対角Φとしている。センサ周期の繰り返し回数とセンサ周期および第１メイン歯車２と第１センサ歯車４との歯数は、誤差のある測定値ではないから、これらの積に測定にかかる誤差が生じることはない。また、これらの積は整数同士の積であるからマイコン内で丸め誤差が生じない。よって、誤差の要因は、第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａのみとなる。このため、従来のように、２つのセンサ歯車の回転角の差分に比例定数をかけて絶対角を求めるのに比べて精度の良い検出が可能となる。
【００５８】
ここで、本発明によって絶対角の検出精度が良くなる事実を検証する。
【００５９】
絶対角検出装置１は第１メイン歯車２の歯数Ｚａ＝６４、第２メイン歯車３の歯数Ｚｂ＝５８、第１センサ歯車４及び第２センサ歯車５の歯数Ｚｃａ＝Ｚｃｂ＝３２、センサ周期Θ＝１８０°とし、絶対角検出範囲±４８０°である。また、絶対角０°において第１回転角度センサ６が０°を検出し、第２回転角度センサ７も０°を検出するものとする。このとき、第１メイン歯車２に噛み合う第１センサ歯車４と第２メイン歯車３に噛み合う第２センサ歯車５は、絶対角の増減（第１メイン歯車２の回転）に対して異なる比で回転角を検出する。
【００６０】
絶対角検出装置１の原理によれば、図４に示されるように、回転軸１００に与えた絶対角（横軸）に対して検出される各センサ歯車の回転角（縦軸）θｃａ，θｃｂの特性は、傾斜及び周期が異なる。回転角θｃａと回転角θｃｂの差分ΔθＴをセンサ周期１８０°（−９０°〜＋９０°）の範囲内に変換したΔθを基に算出した絶対角は、理論的には、図４に示されるように、与えた絶対角と一致する。
【００６１】
しかし、既に述べたように、従来は、Δθに第１比例定数をかけて絶対角を求めているため、誤差が大きい。具体的には、図５に示されるように、従来方法による絶対角の誤差は、±５°を超えている。よって、従来方法は、許容誤差が±５°より狭い用途には不適切である。
【００６２】
図６に示されるように、絶対角０°を起点として第１回転角度センサ６のセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａに対応させた離散的な第１センサ歯車４の絶対角Φｚを考える。つまり、繰り返し回数Ｎｃａ＝０回では絶対角Φｚ＝０°、繰り返し回数Ｎｃａ＝１回では第１センサ歯車４の絶対角Φｚ＝１８０°、繰り返し回数Ｎｃａ＝２回では絶対角Φｚ＝２×１８０°というように階段波形の絶対角Φｚを定義する。この階段波形のフラットな部分に、第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａを重ね合わせると、求める連続的な第１センサ歯車４の絶対角Φｃａとなる。この第１センサ歯車４の絶対角Φｃａに第１メイン歯車２と第１センサ歯車４とのギア比Ｚｃ／Ｚａ（第２比例定数）を掛けることで絶対角Φを得る。この図は、絶対角演算ステップＳ４で行う演算と等価である。
【００６３】
本発明は、上記のような演算を行うため、誤差が小さい。具体的には、図７に示されるように、本発明による絶対角の誤差は、±０．３°以内に収まっている。よって、本発明の方法は、許容誤差が±０．３°程度の用途にも十分適用できる。
【００６４】
次に、本発明の故障判定方法を説明する。このための絶対角検出装置１の構成は、図１、図８に示した通りである。
【００６５】
図１の実施形態において、第１回転角度センサ６のセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃａにセンサ周期を掛けて離散的な絶対角Φｚとし、これに第１回転角度センサ６が検出した回転角θｃａを加算して第１センサ歯車４の絶対角Φｃａを得た。また、第２回転角度センサ７のセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃｂに第２回転角度センサ７のセンサ周期を掛けて第２センサ歯車５の離散的な絶対角Φｚｂとし、この絶対角Φｚｂに第２回転角度センサ７が検出した回転角θｃｂを加算すると第２センサ歯車５の絶対角Φｃｂを得ることができる。
【００６６】
このとき、第２回転角度センサ７の絶対角Φｃｂに第２メイン歯車３と第２センサ歯車５との歯数比Ｚｃ／Ｚｂ（第３比例定数）を掛けた第２メイン歯車３の回転角Φを参照用絶対角ΦＲとし、第１回転角度センサ６の絶対角Φｃａに第１メイン歯車２と第１センサ歯車４との歯数比Ｚｃ／Ｚａ（第２比例定数）を掛けた絶対角Φと比較するようにしておく。絶対角検出装置１が正常に動作している限り、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲはほぼ等しい。しかし、絶対角検出装置１になんらかの障害が発生すると、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとに大きな差が出てくる。そこで、故障判定ステップでは、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、差分が所定値を超えたとき故障と判定する。
【００６７】
図９に示されるように、故障判定方法のアルゴリズムは、図２の処理が終わった後、第２回転角度センサ７が検出した回転角θｃｂを用いて仮の絶対角ＫΦから第２回転角度センサ７におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出ステップ９２と、第２回転角度センサ７におけるセンサ周期の繰り返し回数Ｎｃｂを用いて式（９）に示すように、センサ周期の繰り返し回数Ｎｃｂとセンサ周期Θの１８０°との積に第２回転角度センサ７が検出したθｃｂを足し、これに第２メイン歯車３と第２センサ歯車５とのギア比Ｚｃ／Ｚｂ（第３比例定数）を掛け参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算ステップ９３と、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、この差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定ステップ９４とを有する。
【００６８】
【数９】
【００６９】
ここで、本発明の故障判定方法を検証する。
【００７０】
絶対角検出装置１の構成は、絶対角の検出精度の検証と同一の構成とした。上記故障判定方法の各ステップを行い、参照用絶対角ΦＲを算出したところ、与えた絶対角との誤差は０．３°以内に収まり、回転体の絶対角Φの算出方法と同様に、測定誤差は小さかった。よって、故障判定も高い精度で行うことが可能である。次に、上記で求めた絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、故障判定を行った。ここでは絶対角Φ及び参照用絶対角ΦＲの誤差が±０．３°以内であったため、所定値を±０．６°（±０．３°×２）とした。上記で求めた絶対角Φと参照用絶対角ΦＲとの差分を計算したところ、差分は±０．６°以内に収まり、所定値±０．６°以内であった。そのため、本実施形態においては絶対角検出装置１は正常であると判断した。なお、所定値は、絶対角Φと参照用絶対角ΦＲの測定誤差と、絶対角検出装置１に求められる測定精度により適宜定められる。
【００７１】
このような故障判定方法によれば、回転角度センサの回転角検出から絶対角演算までの結果がそのまま故障判定に利用でき、故障判定のための特別な測定や演算が不要であり、マイコンに収容するＩ／Ｏポート数やプログラム量を少なくすることに貢献する。
【００７２】
各々の式は、上記実施形態に限定されず、変形した式により上記実施形態の機能が実現される場合も本発明に含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の絶対角検出方法を実施する絶対角検出装置の構成図である。
【図２】本発明の絶対角検出方法を実施するために、演算装置が実行するアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図３】（ａ）は第１センサ歯車の回転角に対して第１回転角度センサが検知する回転角を示した回転角特性図、（ｂ）は第１メイン歯車の回転角に対して第１回転角度センサが検知する回転角を示した回転角特性図である。
【図４】回転軸に与えた絶対角（横軸）に対する検出される各回転角度センサの回転角、理論的に得られる絶対角（縦軸）の特性図である。
【図５】回転軸に与えた絶対角（横軸）に対する従来方法で検出された絶対角（縦軸）と誤差（縦軸）の特性図である。
【図６】本発明の絶対角演算原理を示す回転軸に与えた絶対角（横軸）に対する検出される回転角度センサの回転角（縦軸）、離散的な絶対角、連続的な絶対角（縦軸）の特性図である。
【図７】回転軸に与えた絶対角（横軸）に対する本発明で検出された絶対角（縦軸）と誤差（縦軸）の特性図である。
【図８】図１の絶対角検出装置の演算装置のブロック構成図である。
【図９】本発明の絶対角検出方法の故障判定方法を実施するために、演算装置が実行するアルゴリズムを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１ 絶対角検出装置
２ 第１メイン歯車
３ 第２メイン歯車
４ 第１センサ歯車
５ 第２センサ歯車
６ 第１回転角度センサ
７ 第２回転角度センサ
８ 演算装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶対角検出対象である回転体の回転軸と同軸上に設けられ該回転体と一体回転する歯数Ｚａの第１メイン歯車と、該第１メイン歯車より歯数が少なく上記回転体の回転軸と同軸上に設けられ上記第１メイン歯車と一体回転する歯数Ｚｂの第２メイン歯車と、上記第１メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車と、上記第２メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車と、上記第１センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第１回転角度センサと、上記第２センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第２回転角度センサと、上記第１回転角度センサ及び上記第２回転角度センサが検知した回転角信号から上記回転体の絶対角Φを求める演算装置とを用い、
上記第１回転角度センサにより上記第１センサ歯車の回転角θｃａを検出し、上記第２回転角度センサにより上記第２センサ歯車の回転角θｃｂを検出するセンサ歯車回転角検出ステップと、
歯数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃａ、Ｚｃｂから求められる第１比例定数と、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求める仮絶対角演算ステップと、
上記仮の絶対角ＫΦから上記第１回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求める第１センサ周期回数検出ステップと、
上記第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと歯数Ｚａ、Ｚｃａと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める絶対角演算ステップと、を有することを特徴とする絶対角検出方法。
【請求項２】
上記仮の絶対角ＫΦから上記第２回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出ステップと、
上記第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと歯数Ｚｂ、Ｚｃと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとから参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算ステップと、
上記絶対角Φと上記参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、該差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定ステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載の絶対角検出方法。
【請求項３】
絶対角検出対象である回転体の回転軸と同軸上に設けられ該回転体と一体回転する歯数Ｚａの第１メイン歯車と、該第１メイン歯車より歯数が少なく上記回転体の回転軸と同軸上に設けられ上記第１メイン歯車と一体回転する歯数Ｚｂの第２メイン歯車と、上記第１メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車と、上記第２メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車と、上記第１センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第１回転角度センサと、上記第２センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第２回転角度センサと、上記第１回転角度センサ及び上記第２回転角度センサが検知した回転角信号から上記回転体の絶対角Φを求める演算装置とを備え、
上記演算装置は、
上記第１回転角度センサにより検出された上記第１センサ歯車の回転角θｃａを数値化して格納し、上記第２回転角度センサにより検出された上記第２センサ歯車の回転角θｃｂを数値化して格納するセンサ歯車回転角格納手段と、
歯数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃａ、Ｚｃｂから求められる第１比例定数と、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求める仮絶対角演算手段と、
上記仮の絶対角ＫΦから上記第１回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求める第１センサ周期回数検出手段と、
上記第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと歯数Ｚａ、Ｚｃａと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める絶対角演算手段と、
を有することを特徴とする絶対角検出装置。
【請求項４】
上記演算装置は、
上記仮の絶対角ＫΦから上記第２回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出手段と、
上記第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと歯数Ｚｂ、Ｚｃと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとから参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算手段と、
上記絶対角Φと上記参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、該差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定手段と、
を有することを特徴とする請求項３記載の絶対角検出装置。
【請求項１】
絶対角検出対象である回転体の回転軸と同軸上に設けられ該回転体と一体回転する歯数Ｚａの第１メイン歯車と、該第１メイン歯車より歯数が少なく上記回転体の回転軸と同軸上に設けられ上記第１メイン歯車と一体回転する歯数Ｚｂの第２メイン歯車と、上記第１メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車と、上記第２メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車と、上記第１センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第１回転角度センサと、上記第２センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第２回転角度センサと、上記第１回転角度センサ及び上記第２回転角度センサが検知した回転角信号から上記回転体の絶対角Φを求める演算装置とを用い、
上記第１回転角度センサにより上記第１センサ歯車の回転角θｃａを検出し、上記第２回転角度センサにより上記第２センサ歯車の回転角θｃｂを検出するセンサ歯車回転角検出ステップと、
歯数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃａ、Ｚｃｂから求められる第１比例定数と、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求める仮絶対角演算ステップと、
上記仮の絶対角ＫΦから上記第１回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求める第１センサ周期回数検出ステップと、
上記第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと歯数Ｚａ、Ｚｃａと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める絶対角演算ステップと、を有することを特徴とする絶対角検出方法。
【請求項２】
上記仮の絶対角ＫΦから上記第２回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出ステップと、
上記第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと歯数Ｚｂ、Ｚｃと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとから参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算ステップと、
上記絶対角Φと上記参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、該差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定ステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載の絶対角検出方法。
【請求項３】
絶対角検出対象である回転体の回転軸と同軸上に設けられ該回転体と一体回転する歯数Ｚａの第１メイン歯車と、該第１メイン歯車より歯数が少なく上記回転体の回転軸と同軸上に設けられ上記第１メイン歯車と一体回転する歯数Ｚｂの第２メイン歯車と、上記第１メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃａの第１センサ歯車と、上記第２メイン歯車に噛み合う歯数Ｚｃｂの第２センサ歯車と、上記第１センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第１回転角度センサと、上記第２センサ歯車の回転角を検知するためのセンサ周期Θの第２回転角度センサと、上記第１回転角度センサ及び上記第２回転角度センサが検知した回転角信号から上記回転体の絶対角Φを求める演算装置とを備え、
上記演算装置は、
上記第１回転角度センサにより検出された上記第１センサ歯車の回転角θｃａを数値化して格納し、上記第２回転角度センサにより検出された上記第２センサ歯車の回転角θｃｂを数値化して格納するセンサ歯車回転角格納手段と、
歯数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃａ、Ｚｃｂから求められる第１比例定数と、第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂとの差とを用いて演算し仮の絶対角ＫΦを求める仮絶対角演算手段と、
上記仮の絶対角ＫΦから上記第１回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａを求める第１センサ周期回数検出手段と、
上記第１回転角度センサが検出した回転角θｃａと歯数Ｚａ、Ｚｃａと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃａとから絶対角Φを求める絶対角演算手段と、
を有することを特徴とする絶対角検出装置。
【請求項４】
上記演算装置は、
上記仮の絶対角ＫΦから上記第２回転角度センサにおけるセンサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂを求める第２センサ周期回数検出手段と、
上記第２回転角度センサが検出した回転角θｃｂと歯数Ｚｂ、Ｚｃと上記センサ周期Θと該センサ周期Θの繰り返し回数Ｎｃｂとから参照用絶対角ΦＲとする参照用絶対角演算手段と、
上記絶対角Φと上記参照用絶対角ΦＲとの差分を計算し、該差分が所定値を超えたとき故障と判定する故障判定手段と、
を有することを特徴とする請求項３記載の絶対角検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１３３７７３（Ｐ２００９−１３３７７３Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１１２１７（Ｐ２００７−３１１２１７）
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]