JP4166653B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft.
先行技術として、本出願人が先に出願した回転角検出装置（特許文献１参照）がある。 As a prior art, there is a rotation angle detection device (see Patent Document 1) filed earlier by the present applicant.
この回転角検出装置は、回転軸に連結され、且つＮ極とＳ極とが周方向略１８０度間隔に連結されたリング状の磁石と、この磁石の外周側に設けられると共に、周方向の略９０度毎に放射状のギャップが形成された磁気ヨークと、この磁気ヨークの周方向に連続した２つのギャップ内にそれぞれ１つずつ配置され、ギャップ内に発生する磁束密度を検出して電気信号に変換する磁気センサと、この磁気センサで変換した電気信号に基づいて回転軸の回転角を演算すると共に、磁気センサの電気信号の短絡を判定する回転角検出部とから構成されている。
上述の特許文献１に記載された回転角検出装置では、２つの磁気センサで変換された電気信号の周期波形が略９０度位相のずれた略三角波形となることから、回転軸の回転角３６０度の間において、２つの磁気センサで変換された電気信号がそれぞれ一致する一致部が２点存在する。
In the rotation angle detection device described in
また、２つの磁気センサが短絡故障した場合には、２つの磁気センサで変換された電気信号がそれぞれ一致するため、回転角演算部が２つの磁気センサで変換された電気信号が一致したときに、２つの磁気センサの短絡故障を判定できる。
ところが、２つの磁気センサに短絡故障が発生していなくても、上述の如く、２つの磁気センサで変換された電気信号が一致する一致部が２点存在するため、回転角演算部が２つの磁気センサに短絡故障が発生していないのにも関わらずに、２つの磁気センサが短絡故障していると誤判定してしまうという問題がある。
In addition, when the two magnetic sensors have a short circuit failure, the electric signals converted by the two magnetic sensors match each other, so when the rotation angle calculation unit matches the electric signals converted by the two magnetic sensors A short-circuit failure between the two magnetic sensors can be determined.
However, even if no short-circuit failure has occurred in the two magnetic sensors, there are two coincident portions where the electric signals converted by the two magnetic sensors coincide as described above, so that there are two rotation angle calculation units. There is a problem in that it is erroneously determined that two magnetic sensors are short-circuited in spite of no short-circuit failure occurring in the magnetic sensor.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、少なくとも２つの磁気センサ間の短絡故障を誤判定することなく、確実に短絡故障を判定することができる回転角検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that can reliably determine a short-circuit failure without erroneously determining a short-circuit failure between at least two magnetic sensors. And
上記課題を解決するために、請求項１では、回転軸と、磁気極性の異なる第１の磁極と第２の磁極とが周方向に交互に設けられる硬磁性体と、硬磁性体により形成される磁界内に設けられて磁気回路を形成し、この磁気回路が回転軸の回転によって硬磁性体との相対位置が変化すると、磁束密度が変化するように構成された軟磁性体と、軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度をそれぞれ電気信号に変換する複数の磁束密度変換器と、磁束密度変換器で変換した電気信号に基づいて、回転軸の回転角を演算するための回転角演算部とを備え、複数の電気信号は、回転軸の回転角に対してそれぞれ同電位とならないように変換された電気信号であって、少なくとも２つの電気信号が同電位となったときに、磁束密度変換器間が短絡故障であると判定することを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, in
この構成により、磁束密度変換器は、磁束密度を回転軸の回転角に対してそれぞれ同電位とならないように電気信号に変換することから、少なくとも２つの磁束密度変換器間に短絡故障が発生したときにのみに、磁束密度変換器が変換した複数の電気信号が同電位となる。このことから、少なくとも２つの磁束密度変換器で変換した電気信号が同電位となったときに、磁束密度変換器間が短絡故障であると判定することで、少なくとも２つの磁束密度変換器間の短絡故障を誤判定することなく、確実に短絡故障を判定することができる。 With this configuration, the magnetic flux density converter converts the magnetic flux density into an electric signal so as not to have the same electric potential with respect to the rotation angle of the rotation shaft, so that a short circuit failure occurs between at least two magnetic flux density converters. Only occasionally, the plurality of electrical signals converted by the magnetic flux density converter have the same potential. From this, when the electric signals converted by at least two magnetic flux density converters have the same potential, it is determined that there is a short-circuit failure between the magnetic flux density converters. It is possible to reliably determine the short circuit failure without erroneously determining the short circuit failure.
また、請求項２では、複数の電気信号が回転軸の回転角に対してそれぞれ同電位とならないとは、回転軸の回転角３６０度の範囲において、それぞれ同電位とならないことであることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, the fact that the plurality of electrical signals are not at the same potential with respect to the rotation angle of the rotating shaft means that the electric potentials are not at the same potential within the range of the rotation angle of the rotating shaft of 360 degrees. It is said.
この構成により、複数の磁束密度変換器間で短絡故障が発生していない場合に、複数の電気信号が回転軸の回転角３６０度の範囲において、それぞれ同電位とならないため、回転軸が回転することが可能な全角度領域において、少なくとも２つの磁束密度変換器間が短絡故障したときのみに、磁束密度変換器が変換した複数の電気信号を同電位にすることができる。 With this configuration, when there is no short-circuit failure between the plurality of magnetic flux density converters, the plurality of electrical signals are not at the same potential in the range of the rotation angle of the rotation shaft of 360 degrees, so the rotation shaft rotates. A plurality of electrical signals converted by the magnetic flux density converter can be set to the same potential only when a short circuit failure occurs between at least two magnetic flux density converters in all possible angular regions.
また、請求項３では、電気信号は、回転角演算部に出力される磁束密度変換器で変換した後の電気信号であって、磁束密度変換器は、磁束密度を変換前の電気信号に変換し、その変換した電気信号をオフセットして変換後の電気信号に変換することを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, the electric signal is an electric signal after being converted by the magnetic flux density converter output to the rotation angle calculation unit, and the magnetic flux density converter converts the magnetic flux density into an electric signal before conversion. Then, the converted electric signal is offset and converted into a converted electric signal.
この構成により、磁束密度変換器が変換前の電気信号をオフセットさせることで、複数の変換後の電気信号を回転軸の回転角に対してそれぞれ同電位とならないようにできる。 With this configuration, the magnetic flux density converter offsets the electric signal before conversion, so that the plurality of converted electric signals can be prevented from having the same potential with respect to the rotation angle of the rotating shaft.
また、請求項４では、磁束密度変換器で変換した複数の電気信号は、回転軸の回転角に対してそれぞれ所定角度位相がずれた略三角波であって、複数の磁束密度変換器には、変換前の電気信号をオフセットさせるためのオフセット値がそれぞれ予め設定されており、回転角演算部は、予め設定されたオフセット値をそれぞれ記憶し、記憶しているオフセット値に基づいて、複数の変換後の電気信号を変換前の電気信号に変換し、変換前の電気信号をそれぞれつなぎ合わせて回転軸の回転角を演算することを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, the plurality of electrical signals converted by the magnetic flux density converter are substantially triangular waves each having a predetermined angle phase shifted with respect to the rotation angle of the rotating shaft, and the plurality of magnetic flux density converters include: Offset values for offsetting the electrical signal before conversion are set in advance, and the rotation angle calculation unit stores each of the preset offset values, and performs a plurality of conversions based on the stored offset values. The subsequent electrical signal is converted into an electrical signal before conversion, and the electrical signals before conversion are connected to calculate the rotation angle of the rotating shaft.
この構成により、回転角演算部は、予め設定されているオフセット値を記憶し、記憶しているオフセット値に基づいて、変換後の電気信号をオフセットさせていないときの変換前の電気信号に再度変換して、その複数の変換前の電気信号をそれぞれつなぎ合わせて回転軸の回転角を演算することから、磁束密度変換器で変換した電気信号をオフセットさせたとしても、回転角演算部が回転軸の回転角を正常に演算することができる。 With this configuration, the rotation angle calculation unit stores a preset offset value, and based on the stored offset value, reverts to the electric signal before conversion when the converted electric signal is not offset. The rotation angle calculation unit rotates even if the electrical signal converted by the magnetic flux density converter is offset because it converts the multiple electrical signals before conversion and calculates the rotation angle of the rotating shaft. The rotation angle of the shaft can be calculated normally.
また、請求項５では、磁束密度変換器は、回転角演算部に接続される出力信号線を有し、短絡故障とは、少なくとも２つの磁束密度変換器の出力信号線が短絡することであることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, the magnetic flux density converter has an output signal line connected to the rotation angle calculation unit, and the short circuit failure means that output signal lines of at least two magnetic flux density converters are short-circuited. It is characterized by that.
この構成により、磁束密度変換器の回転角演算部に接続される出力信号線の短絡故障を確実に判定できるため、回転角演算部が回転軸の回転角を誤って演算し続けることを防止できる。 With this configuration, it is possible to reliably determine the short-circuit failure of the output signal line connected to the rotation angle calculation unit of the magnetic flux density converter, and thus it is possible to prevent the rotation angle calculation unit from continuing to erroneously calculate the rotation angle of the rotation shaft. .
図１の（ａ）は、回転角センサの側面図、（ｂ）は、（ａ）のI−I矢視断面
図及びこの回転角センサを具備した回転角検出装置である。図２は、磁石を示した斜視図である。図３の（ａ）は、磁石から発生する磁束量φの方向を示した図、（ｂ）は、（ａ）の周方向の角度θにおける磁石から発生する磁束量φの周期波形を示したグラフである。図４の（ａ）は、磁石が周方向に回転した状態を示した図、（ｂ）は、磁気センサが変換した電気信号の周期波形を示したグラフである。図５は、回転角演算部での演算手順を示したフローチャートである。図６は、回転角演算部で演算された電気信号を示したグラフである。
1A is a side view of the rotation angle sensor, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1A and a rotation angle detection device including the rotation angle sensor. FIG. 2 is a perspective view showing a magnet. 3A shows the direction of the magnetic flux amount φ generated from the magnet, and FIG. 3B shows the periodic waveform of the magnetic flux amount φ generated from the magnet at the circumferential angle θ of FIG. It is a graph. 4A is a diagram showing a state in which the magnet is rotated in the circumferential direction, and FIG. 4B is a graph showing a periodic waveform of an electric signal converted by the magnetic sensor. FIG. 5 is a flowchart showing a calculation procedure in the rotation angle calculation unit. FIG. 6 is a graph showing an electrical signal calculated by the rotation angle calculation unit.
本実施形態での回転角検出装置１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転軸２の外周側に設けられる回転角センサと回転角演算部６とから構成され、回転角センサで検出した信号に基づいて、回転角演算部６が演算することで、回転軸２の回転角を検出している。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the rotation
回転角センサは、硬磁性体を成す磁石３、軟磁性体を成すヨーク４及び磁束密度検出器を成す磁気センサ５から構成されている。
The rotation angle sensor includes a
磁石３は、リング状であって、回転軸２の外周に連結され、且つ磁気極性の異なる第１の磁極を成すＮ極３ａと第２の磁極を成すＳ極３ｂとから成っている。このＮ極３ａとＳ極３ｂとは、周方向の略１８０度間隔に連結されている。また、図２に示すように、磁石３の軸方向の厚さｈは、周方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとの境界部３ｃからＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部に向かって漸減している。
The
ヨーク４は、磁石３の外周に近接して配置される環状体であって、第１から第４のヨーク４ａ〜４ｄから構成されている。この第１から第４のヨーク４ａ〜４ｄは、それぞれ周方向の略９０度間隔にギャップ４１を介して設けられている。また、図１（ａ）に示すように、ヨーク４の軸方向の厚さは、磁石３の軸方向の厚さよりも厚く形成され、且つヨーク４の軸方向の厚さ方向の中心位置は、磁石３の軸方向の厚さ方向の中心位置と全周に渡って軸方向に一致して設けられている。
The
磁気センサ５は、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂとから構成されている。第１の磁気センサ５ａは、第１及び第４のヨーク４ａ、４ｄとの周方向の間のギャップ４１内に、第２の磁気センサ５ｂは、第１及び第２のヨーク４ａ、４ｂとの周方向の間のギャップ４１内に挿入されており、それぞれ挿入されたギャップ４１に生じる磁束量を磁束密度として検出する。但し、この第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、ヨーク４と非接触に設けられている。また、磁気センサ５としては、例えばホール素子、ホールＩＣ及び磁気抵抗素子等を使用することができ、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して回転角演算部６に出力する。さらに、磁気センサ５は、変換した電気信号を自由にオフセットさせることが可能なパラメータを持っている。また、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、変換した電気信号を回転角演算部６に出力するための出力信号線５０ａ、５０ｂを有している。
The
回転角演算部６には、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂの出力信号線５０ａ、５０ｂが接続されており、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換された電気信号が出力信号線５０ａ、５０ｂ（図１２参照）を通じて入力される。そして、回転角演算部６は、入力された電気信号に基づいて、回転軸２の回転角（絶対角）を演算する。具体的には、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換された２つの電気信号をそれぞれつなぎ合わせることで、９０ｄｅｇ以上の連続した回転軸２の回転角を演算する。
次に、本実施形態の基本作動について説明する。 Next, the basic operation of this embodiment will be described.
先ず、磁石３から発生する磁束の磁束密度について説明する。上述のように磁石３の軸方向の厚さｈは、周方向にＮ極３ａとＳ極３ｂとの境界部３ｃからＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部に向かって漸減していることから、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央部分の厚さがＮ極３ａ及びＳ極３ｂの境界部３ｃの厚さよりも薄くなる。そのため、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近の外周面の面線が小さくなり、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から径方向に発生する磁束の磁束密度が厚さｈが全周に渡って等しい磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束の磁束密度よりも低減する。このことから、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から径方向に発生する磁束量は、厚さｈが全周に渡って等しい磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量よりも低減する。つまり、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの磁束量が大きい部分から発生する磁束量を低減させることができる。このことから、本実施形態の磁石３から発生する磁束量の周期波形は、図３（ｂ）に示す波形となり、範囲Ｘ（Ｎ極３ａの周方向中央付近）と範囲Ｙ（Ｓ極３ｂの周方向中央付近）との磁束量をそれぞれほぼ一定に設定することができる。
First, the magnetic flux density of the magnetic flux generated from the
なお、図３（ｂ）のように、Ｎ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量をほぼ一定になるように、磁石３の厚さｈをＮ極３ａ及びＳ極３ｂの境界部３ｃからＮ極及びＳ極の周方向中央部に向かって漸減させる。
As shown in FIG. 3B, the thickness h of the
次に、図４に示すように、回転軸２が周方向に回転した場合の磁気センサ５が検出する磁束密度の変化について説明する。
Next, as shown in FIG. 4, a change in magnetic flux density detected by the
図４（ａ）に示す（I）の状態（０ｄｅｇ）の場合、第１のヨーク４ａと第４
のヨーク４ｄとの間のギャップ４１には、磁束が流れず磁束密度としては０となる。また、第１のヨーク４ａと第２のヨーク４ｂとの間のギャップ４１には、負の極性の磁束密度の最大値が生じる。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、図４（ｂ）の点線（I）に示す電圧信号に変換する。
そして、図４（ａ）に示す（I）の状態から回転軸２が周方向に９０度右回転
し、（II）の状態（９０ｄｅｇ）になった場合、第１のヨーク４ａと第４のヨー
ク４ｄとの間のギャップ４１には、正の極性の磁束密度の最大値が生じる。また、第１のヨーク４ａと第２のヨーク４ｂとの間のギャップ４１には、磁束が流れず磁束密度としては０となる。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、図４（ｂ）の点線（II）に示す電圧信号に変換する。
さらに、図４（ａ）に示す（II）の状態から回転軸２が周方向に９０度右回転
し、（III）の状態（１８０ｄｅｇ）になった場合、第１のヨーク４ａと第４のヨ
ーク４ｄとの間のギャップ４１には、磁束が流れず磁束密度としては０となる。また、第１のヨーク４ａと第２のヨーク４ｂとの間のギャップ４１には、正の極性の磁束密度の最大値が生じる。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、図４（ｂ）の点線（III）に示す電圧信号に変換する。
また、磁石３のＮ極３ａ及びＳ極３ｂの周方向中央付近のいずれの部分から発生する磁束量がほぼ一定であることから、回転軸２が周方向に回転している際の第１及び第４のギャップ４１と第１及び第２のギャップ４１とに生じる磁束の磁束密度は、一定の割合で変化する。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂは、図４（ｂ）の太線のように、一定の割合で変化する電圧信号に変換する。
In the case of the state (I) (0 deg) shown in FIG. 4A, the
Magnetic flux does not flow in the
When the
Further, when the
Further, since the amount of magnetic flux generated from any part of the
なお、以上説明した第１及び第２の磁気センサ５で変換した電気信号Ｖａ、Ｖｂは、パラメータを何も設定していないため、オフセットされていない。そのため、図４（ｂ）に示すように、回転軸２の回転角３６０度の範囲において、磁気センサ５ａで変換した電気信号Ｖａと磁気センサ５ｂで変換した電気信号Ｖｂとが一致する一致電圧（ＶＨ，ＶＬ）が２点存在している。
The electric signals Va and Vb converted by the first and second
次に、図５に示すフローチャートに基づいて回転角演算部６の処理手順について説明する。なお、第１の磁気センサ５ａの出力電圧をＶａ、第２の磁気センサ５ｂの出力電圧をＶｂ及び回転角演算部６の出力電圧をＶｏｕｔとする。
Next, the processing procedure of the rotation
Ｓ１では、Ｖａが３．０［Ｖ］よりも大きいかを判定する。Ｖａが３．０［Ｖ］よりも大きい場合には、Ｓ６に進み、以下の式（１）の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、Ｖａが３．０［Ｖ］よりも小さい場合には、Ｓ２に進む。 In S1, it is determined whether Va is larger than 3.0 [V]. When Va is larger than 3.0 [V], the process proceeds to S6, the following equation (1) is calculated, and the process returns to S1. When Va is smaller than 3.0 [V], the process proceeds to S2.
Ｖｏｕｔ＝１＋Ｖｂ・・・・・・・・・・（１）
Ｓ２では、Ｖａが２．０［Ｖ］よりも小さいかを判定する。Ｖａが２．０［Ｖ］よりも小さい場合には、Ｓ７に進み、以下の式（２）の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、Ｖａが２．０［Ｖ］よりも大きい場合には、Ｓ３に進む。
Vout = 1 + Vb (1)
In S2, it is determined whether Va is smaller than 2.0 [V]. When Va is smaller than 2.0 [V], the process proceeds to S7, the following equation (2) is calculated, and the process returns to S1. If Va is greater than 2.0 [V], the process proceeds to S3.
Ｖｏｕｔ＝４−Ｖｂ・・・・・・・・・・（２）
Ｓ３では、Ｖｂが２．４［Ｖ］よりも小さいかを判定する。Ｖｂが２．４［Ｖ］よりも小さい場合には、Ｓ８に進み、以下の式（３）の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、Ｖｂが２．４［Ｖ］よりも大きい場合には、Ｓ４に進む。
Vout = 4-Vb (2)
In S3, it is determined whether Vb is smaller than 2.4 [V]. When Vb is smaller than 2.4 [V], the process proceeds to S8, the following equation (3) is calculated, and the process returns to S1. If Vb is greater than 2.4 [V], the process proceeds to S4.
Ｖｏｕｔ＝Ｖａ・・・・・・・・・・・・（３）
Ｓ４では、Ｖｂが２．６［Ｖ］よりも大きいか、Ｖａが２．５［Ｖ］よりも小さいかを判定する。Ｖｂが２．６［Ｖ］よりも大きく、Ｖａが２．５［Ｖ］よりも小さい場合には、Ｓ９に進み、以下の式（４）の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、それ以外の場合には、Ｓ５に進む。
Vout = Va (3)
In S4, it is determined whether Vb is larger than 2.6 [V] or Va is smaller than 2.5 [V]. When Vb is larger than 2.6 [V] and Va is smaller than 2.5 [V], the process proceeds to S9, the following equation (4) is calculated, and the process returns to S1. In other cases, the process proceeds to S5.
Ｖｏｕｔ＝３−Ｖａ・・・・・・・・・・（４）
Ｓ５では、Ｖｂが２．６［Ｖ］よりも大きいか、Ｖａが２．５［Ｖ］以上であるかを判定する。Ｖｂが２．６［Ｖ］よりも大きく、Ｖａが２．５［Ｖ］以上の場合には、Ｓ１０に進み、以下の式（５）の演算を行い、Ｓ１に戻る。また、それ以外の場合には、Ｓ１１に進み、以下の式（６）の演算を行い、Ｓ１に戻る。
Vout = 3-Va (4)
In S5, it is determined whether Vb is larger than 2.6 [V] or Va is 2.5 [V] or more. When Vb is larger than 2.6 [V] and Va is 2.5 [V] or more, the process proceeds to S10, the following equation (5) is calculated, and the process returns to S1. In other cases, the process proceeds to S11, the following equation (6) is calculated, and the process returns to S1.
Ｖｏｕｔ＝７−Ｖａ・・・・・・・・・・（５）
Ｖｏｕｔ＝０・・・・・・・・・・・・・（６）
以上の処理を回転角演算部６が演算することで、Ｖｏｕｔは、図６に示すように、回転軸２の回転角３６０度（−１８０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇ）の範囲で一定の割合で変化させることができるため、回転軸２の３６０度の絶対角を検出することができる。
Vout = 7−Va (5)
Vout = 0 (6)
When the rotation
ここで、本発明の特徴部分である回転角演算部６での第１の磁気センサ５ａの出力信号線５０ａと第２の磁気センサ５ｂの出力信号線５０ｂとの間の短絡故障検出方法について説明する。
Here, a short-circuit fault detection method between the
上述した基本作動については、第１及び第２の磁気センサ５で変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂは、パラメータを何も設定していないため、オフセットされていないが、ここでの第１の磁気センサ５ａは、変換した電気信号Ｖａが−１［Ｖ］オフセットされるように予めパラメータ（オフセット値）が設定されている。さらに、第２の磁気センサ５ｂは、変換した電気信号Ｖｂが１［Ｖ］オフセットされるように予めパラメータ（オフセット値）が設定されている。このことから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂでオフセットした後の電気信号Ｖａ，Ｖｂは、図７に示す周期波形となり、回転軸２の回転角３６０度の範囲において、一致電圧が存在しない。
Regarding the basic operation described above, the electric signals Va and Vb converted by the first and second
なお、オフセットする前の第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ、Ｖｂが特許請求の範囲の変換前の電気信号であって、オフセットした後の第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂ（回転角演算部６に出力する電気信号Ｖａ，Ｖｂ）が特許請求の範囲の変換後の電気信号である。
The electric signals Va and Vb converted by the first and second
そして、回転角演算部６は、図８に示すフローチャートに基づいて、磁気センサ５の短絡故障判定を行う。
And the rotation
ステップＳ１００では、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂを読み込み、ステップＳ１０１に進む。なお、ここで、読み込む電気信号Ｖａ，Ｖｂは、上述したように、電気信号Ｖａが−１［Ｖ］、電気信号Ｖｂが１［Ｖ］それぞれオフセットされている。
In step S100, the electric signals Va and Vb converted by the first and second
ステップＳ１０１では、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂが一致しているか否かを判定し、電気信号Ｖａ，Ｖｂが一致していないときには、ステップＳ１０２に進み、電気信号Ｖａ，Ｖｂが一致しているときには、ステップＳ１０４に進む。
In step S101, it is determined whether or not the electrical signals Va and Vb converted by the first and second
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で電気信号Ｖａ，Ｖｂが一致していないと判定していることから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂの出力信号線５０ａ、５０ｂ間に短絡故障が発生していないため、オフセットさせた電気信号Ｖａ、Ｖｂをオフセットさせる前の電気信号Ｖａ，Ｖｂに再度戻すために、以下の式（７）及び式（８）をそれぞれ演算し、ステップＳ１０３に進む。
In step S102, since it is determined in step S101 that the electrical signals Va and Vb do not match, a short-circuit failure occurs between the
Ｖａ＝Ｖａ＋１（オフセット値）・・・・・（７）
Ｖｂ＝Ｖｂ−１（オフセット値）・・・・・（８）
ステップＳ１０３では、上述した図５のフローチャートに基づいて、回転軸２の回転角を演算し、ステップＳ１００に戻る。
Va = Va + 1 (offset value) (7)
Vb = Vb-1 (offset value) (8)
In step S103, the rotation angle of the
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１で電気信号Ｖａ，Ｖｂが一致していると判定していることから、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂの出力信号線５０ａ、５０ｂ間に短絡故障が発生しているため、以下の異常処理を行い、ステップＳ１００に戻る。
In step S104, since it is determined in step S101 that the electrical signals Va and Vb match, a short-circuit failure occurs between the
異常処理では、回転角演算部６からの信号を受けているシステムに回転角演算部６が回転軸２の回転角を演算することが不可能であると知らせる。
In the abnormal process, the system that receives the signal from the rotation
［実施例１の効果］
以上説明したように、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂをオフセットさせていない場合には、電気信号Ｖａ，Ｖｂがそれぞれ一致する一致電圧（ＶＨ，ＶＬ）が２点存在する。また、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂの出力信号線５０ａ、５０ｂ間が短絡故障した場合には、回転角演算部６に入力される電気信号Ｖａ，Ｖｂが一致する。このことから、回転角演算部６が出力信号線５０ａ、５０ｂ間に短絡故障が発生していないにも関わらずに、一致電圧（ＶＨ，ＶＬ）のときに、出力信号線５０ａ、５０ｂ間が短絡故障であると誤判定してしまう。しかし、本構成では、一致電圧が存在しないように、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂがそれぞれオフセットされるように、予めパラメータ（オフセット値）を設定しておき、オフセットさせた電気信号Ｖａ，Ｖｂが一致したときに、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂの出力信号線５０ａ、５０ｂ間に短絡故障が発生していると判定していることから、回転角演算部６が第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂの出力信号線５０ａ、５０ｂ間の短絡故障を誤判定することなく、確実に短絡故障を検出することができる。
[Effect of Example 1]
As described above, when the electrical signals Va and Vb converted by the first and second
また、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂをそれぞれオフセットさせているため、電気信号Ｖａ、Ｖｂが一致する一致電圧が存在することがない。
Further, since the electrical signals Va and Vb converted by the first and second
さらに、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂの出力信号線５０ａ、５０ｂ間に短絡故障が発生していない場合、回転角演算部６がオフセットさせた電気信号Ｖａ、Ｖｂをオフセットさせる前の電気信号Ｖａ，Ｖｂに再度戻すことで、回転軸２の回転角を基本アルゴリズムによって演算することができる。
Further, when no short-circuit failure has occurred between the
なお、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂが変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂをオフセットさせるために、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂに予め設定されているパラメータ（オフセット値）は、電気信号Ｖａ，Ｖｂをオフセットさせることで、一致電圧が存在しないパラメータに設定していればよい。
In order to offset the electrical signals Va and Vb converted by the first and second
図９は、（ａ）は、磁石が周方向に回転した状態を示した図、（ｂ）は、磁気センサが変換した電気信号の周期波形を示したグラフである。図１０は、図９（ｂ）に示す電気信号をオフセットさせた周期波形を示したグラフである。図１１は、回転角演算部での磁気センサの短絡故障判定の処理手順を示したフローチャートである。 9A is a diagram showing a state in which the magnet is rotated in the circumferential direction, and FIG. 9B is a graph showing a periodic waveform of an electric signal converted by the magnetic sensor. FIG. 10 is a graph showing a periodic waveform obtained by offsetting the electrical signal shown in FIG. FIG. 11 is a flowchart illustrating a processing procedure for determining a short-circuit fault of the magnetic sensor in the rotation angle calculation unit.
実施例１では、磁気センサ５が２つ設けられる場合について説明したが、本実施例では、磁気センサ５が３つ設けられる場合について説明する。
In the first embodiment, the case where two
図９（ａ）に示すように、第３のヨーク４ｃの周方向中央部にも、放射状のギャップ４１が形成されている。磁気センサ５は、新たに第３の磁気センサ５ｃが追加されている。第３の磁気センサ５ｃは、ヨーク４ｃの周方向中央部に形成されたギャップ４１内にそれぞれ挿入されている。この第３の磁気センサ５ｃは、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂのそれぞれの異常を検出するために設けられている。
As shown in FIG. 9A, a
また、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃをそれぞれオフセットさせていない場合、第３の磁気センサ５ｃで変換した電気信号Ｖｃの周期波形は、図９（ｂ）に示すように、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂの周期波形から略４５度位相がずれる。なお、第３の磁気センサ５ｃで変換された電気信号Ｖｃの直線部は、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換された電気信号Ｖａ，Ｖｂの直線部よりも検出する磁束密度に若干の乱れを生じ、略一定の割合で変化する。
Further, when the electrical signals Va, Vb, and Vc converted by the first to third
ここで、図９（ｂ）に示す第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃで変換した電気信号の周期波形は、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂをオフセットさせていないが、実施例１と同様に、第１の磁気センサ５ａは、変換した電気信号Ｖａが−１［Ｖ］オフセットされるように予めパラメータ（オフセット値）が設定されている。さらに、第２の磁気センサ５ｂは、変換した電気信号Ｖｂが１［Ｖ］オフセットされるように予めパラメータ（オフセット値）が設定されている。なお、第３の磁気センサ５ｃのパラメータは、変換した電気信号Ｖｃがオフセットされないように、何も設定されていない。このことから、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃは、図１０に示すように、回転軸２の回転角３６０度の範囲において、一致電圧が存在しない。
Here, the periodic waveforms of the electric signals converted by the first to third
そして、回転角演算部６は、図１１に示すフローチャートに基づいて、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃの出力信号線の短絡故障判定を行う。
And the rotation
ステップＳ２００では、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃを読み込み、ステップＳ１０１に進む。なお、ここで、読み込む電気信号Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃは、Ｖａが−１［Ｖ］、Ｖｂが１［Ｖ］それぞれオフセットされ、Ｖｃはオフセットされていない。
In step S200, the electric signals Va, Vb and Vc converted by the first to third
ステップＳ２０１では、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃで変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃが以下の式（９）〜（１１）のいずれかの１つの条件を満たしているか否かを判定し、いずれの条件を満たしていないときには、ステップＳ２０２に進み、いずれか１つの条件を満たしているときには、ステップＳ２０４に進む。
In step S201, it is determined whether or not the electrical signals Va, Vb, and Vc converted by the first to third
Ｖａ＝Ｖｂ・・・・・（９）
Ｖｂ＝Ｖｃ・・・・・（１０）
Ｖｃ＝Ｖａ・・・・・（１１）
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で上記の式（９）〜（１１）のいずれの条件を満たしていないと判定していることから、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃの少なくとも２つの出力信号線間に短絡故障が発生していないため、オフセットさせた電気信号Ｖａ、Ｖｂをオフセットさせていない電気信号Ｖａ，Ｖｂに再度戻すために、実施例１と同様に、上記の式（７）及び式（８）をそれぞれ演算し、ステップＳ２０３に進む。
Va = Vb (9)
Vb = Vc (10)
Vc = Va (11)
In step S202, since it is determined in step S201 that any one of the above formulas (9) to (11) is not satisfied, at least two output signals of the first to third
ステップＳ２０３では、実施例１で説明した図５のフローチャートに基づいて、回転軸２の回転角を演算し、ステップＳ２００に戻る。
In step S203, the rotation angle of the
ステップＳ２０４では、ステップＳ２０１で上記の式（９）〜（１１）のいずれか１つを満たしていると判定していることから、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃの少なくとも２つの出力信号線間に短絡故障が発生しているため、以下の異常処理を行い、ステップＳ２００に戻る。
In step S204, since it is determined in step S201 that any one of the above formulas (9) to (11) is satisfied, at least two outputs of the first to third
異常処理では、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃの少なくとも２つの出力信号線間に短絡故障が発生していることから、回転角演算部６が回転軸２の回転角を演算することが不可能であるため、実施例１と同様に、回転角演算部６からの信号を受けているシステムに回転角演算部６が回転軸２の回転角を演算することが不可能であると知らせる。
In the abnormality processing, since a short circuit failure has occurred between at least two output signal lines of the first to third
以上説明したように、磁気センサ５を３つ設けた場合であっても、実施例１と同様に、回転角演算部６が第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃの少なくとも２つの出力信号線間の短絡故障を誤判定することなく、確実に短絡故障を検出することができる。
As described above, even when three
なお、第３の磁気センサ５ｃの出力信号線は、図示していないが、第１及び第２の磁気センサ５ａ、５ｂの出力信号線５０ａ、５０ｂと同様に、回転角演算部６に接続されている。
Although not shown, the output signal line of the third
なお、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃが変換した電気信号Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃをオフセットさせるために、第１から第３の磁気センサ５ａ〜５ｃにそれぞれ予め設定されているパラメータ（オフセット値）は、電気信号Ｖａ，Ｖｂ、Ｖｃをオフセットさせることで、一致電圧が存在しないパラメータに設定していればよい。
In addition, in order to offset the electric signals Va, Vb, Vc converted by the first to third
１…回転角検出装置、
２…回転軸、
３…磁石、
４…ヨーク、
５…磁気センサ、
６…回転角演算部
1 ... Rotation angle detection device,
2 ... Rotation axis,
3 ... Magnet,
4 ... York,
5 ... Magnetic sensor,
6 ... Rotation angle calculator
Claims (5)
磁気極性の異なる第１の磁極と第２の磁極とが周方向に交互に設けられる硬磁性体と、
前記硬磁性体により形成される磁界内に設けられて磁気回路を形成し、この磁気回路が前記回転軸の回転によって前記硬磁性体との相対位置が変化すると、磁束密度が変化するように構成された軟磁性体と、
前記軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度をそれぞれ電気信号に変換する複数の磁束密度変換器と、
前記磁束密度変換器で変換した前記電気信号に基づいて、前記回転軸の回転角を演算するための回転角演算部とを備え、
複数の前記電気信号は、前記回転軸の回転角に対してそれぞれ同電位とならないように変換された電気信号であって、
少なくとも２つの前記電気信号が同電位となったときに、前記磁束密度変換器間が短絡故障であると判定することを特徴とする回転角検出装置。 A rotation axis;
A hard magnetic body in which first and second magnetic poles having different magnetic polarities are alternately provided in the circumferential direction;
A magnetic circuit is formed in a magnetic field formed by the hard magnetic material, and the magnetic circuit is configured to change the magnetic flux density when the relative position of the magnetic circuit changes with the rotation of the rotating shaft. Soft magnetic material,
A plurality of magnetic flux density converters each converting magnetic flux density generated in the magnetic circuit of the soft magnetic material into an electrical signal;
A rotation angle calculation unit for calculating a rotation angle of the rotation shaft based on the electric signal converted by the magnetic flux density converter;
The plurality of electrical signals are electrical signals converted so as not to have the same potential with respect to the rotation angle of the rotation shaft,
A rotation angle detecting device, wherein when at least two of the electric signals have the same potential, it is determined that a short circuit failure occurs between the magnetic flux density converters.
前記磁束密度変換器は、前記磁束密度を変換前の前記電気信号に変換し、その変換した前記電気信号をオフセットして前記変換後の電気信号に変換することを特徴とする請求項１又は２記載の回転角検出装置。 The electrical signal is an electrical signal after being converted by the magnetic flux density converter output to the rotation angle calculation unit,
The magnetic flux density converter converts the magnetic flux density into the electric signal before conversion, and offsets the converted electric signal to convert it into the electric signal after conversion. The rotation angle detection device described.
複数の前記磁束密度変換器には、前記変換前の電気信号をオフセットさせるためのオフセット値がそれぞれ予め設定されており、
前記回転角演算部は、予め設定された前記オフセット値をそれぞれ記憶し、
記憶している前記オフセット値に基づいて、複数の前記変換後の電気信号を前記変換前の電気信号に変換し、
前記変換前の電気信号をそれぞれつなぎ合わせて前記回転軸の回転角を演算することを特徴とする請求項３記載の回転角検出装置。 A plurality of the electrical signals converted by the magnetic flux density converter are substantially triangular waves each having a predetermined angle phase shifted with respect to the rotation angle of the rotating shaft,
Each of the plurality of magnetic flux density converters is preset with an offset value for offsetting the electric signal before the conversion,
The rotation angle calculation unit stores the preset offset value, respectively.
Based on the stored offset value, a plurality of the converted electric signals are converted into the electric signals before the conversion,
The rotation angle detection device according to claim 3, wherein the rotation angle of the rotation shaft is calculated by connecting the electric signals before conversion.
前記短絡故障とは、少なくとも２つの前記磁束密度変換器の前記出力信号線が短絡することであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の回転角検出装置。
The magnetic flux density converter has an output signal line connected to the rotation angle calculation unit,
5. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the short circuit failure is a short circuit of the output signal lines of at least two of the magnetic flux density converters.
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