JP4166653B2

JP4166653B2 - 回転角検出装置

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Publication number: JP4166653B2
Application number: JP2003318524A
Authority: JP
Inventors: 繁利深谷; 直樹中根
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP2005083983A

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。

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。

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。
特願２００３−６３４９号

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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＝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＝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＝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＝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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。（実施例１）磁石を示した斜視図である。（実施例１）（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。（実施例１）（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。（実施例１）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。（実施例１）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。（実施例１）図４（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。（実施例１）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。（実施例１）（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。（実施例２）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。（実施例２）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。（実施例２）磁気センサ５と回転角演算部６との接続関係を示した図である。

符号の説明

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

Claims

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、
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。
複数の前記電気信号が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とは、前記回転軸の回転角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する請求項１記載の回転角検出装置。
前記電気信号は、前記回転角演算部に出力される前記磁束密度変換器で変換した後の電気信号であって、
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。
前記磁束密度変換器で変換した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所定角度位相がずれた略三角波であって、
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。
前記磁束密度変換器は、前記回転角演算部に接続される出力信号線を有し、
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。