JP7394969B2

JP7394969B2 - 多重系回転センサおよび多重系回転センサを搭載した電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP7394969B2
Application number: JP2022513794A
Authority: JP
Inventors: 昇平藤倉; 紘子池田; 辰也森; 憲司池田; 建太久保; 俊宏松永
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2023-12-08
Anticipated expiration: 2040-04-09
Also published as: US20230078128A1; EP4134632B1; CN115427763A; EP4134632A1; WO2021205597A1; EP4134632A4; JPWO2021205597A1

Description

本願は、多重系回転センサおよび多重系回転センサを搭載した電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、等間隔で内方へ向けて突出する多数の磁極を有するステータと、各磁極に巻回されるステータ巻線とを備えた多重系回転センサで、第１系統巻線と第２系統巻線とからなるステータ巻線の各系統巻線を１個飛びの磁極、または２個飛びの磁極毎に交互に巻回された巻線配置とする巻線構造が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３－２４７８２８号公報

このような多重系回転センサでは、ステータ巻線の各系統巻線はロータの磁極数に依らず、所定の磁極数毎に交互に巻回される。ここで、ロータ形状の製造ばらつき、または偏心等が存在した場合、各系統巻線には回転周波数のノイズ電圧が発生する。そのため、この巻線配置では、発生するノイズ電圧により角度検出精度が悪化するという課題があった。

本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、角度検出精度が向上する巻線配置を備えた多重系回転センサを提供することを目的とする。

本願に開示される多重系回転センサは、
等間隔に配置されたＳ個の磁極を有するステータコアと、該磁極に巻回されるステータ巻線と、ステータコアと対向して配設されたＲ個の磁極を有するロータコアとを備え、ステータ巻線は系統数Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の系統巻線からなる多重系回転センサにおいて、ステータ巻線は、励磁巻線と２相の出力巻線とから構成され、ステータコアの磁極数Ｓはロータコアの磁極数Ｒとステータ巻線の系統数Ｎとの間にＳ＝ｎＲＮ（ｎは自然数）の関係を有し、ステータコアのＳ個の磁極中、Ｒ個の磁極ずつに分けて各系統巻線が巻回されており、各系統巻線の巻線配置がロータの回転軸に対しＲ回回転対称となっていることを特徴とする。

本願に開示される多重系回転センサによれば、前記ステータ巻線の各系統巻線は前記ロータコアの磁極数Ｒに対応した巻線配置となる。そのため、ロータ形状の製造ばらつき、または偏心等によるノイズ電圧の位相が各系統巻線が巻回された各ステータ磁極間で３６０/Ｒ°となるため、各系統巻線に発生するノイズ電圧が抑制され、角度検出精度が向上する。

実施の形態１係る多重系回転センサを用いたモータシステムの構成図である。実施の形態１係る多重系回転センサが２系統巻線を施した場合の回路構成を示す図である。実施の形態１に係る多重系回転センサのロータコア及びステータコアの構成を示す図である。実施の形態１に係る２系統巻線を施した多重系回転センサのロータ磁極数とステータ磁極数の関係を示す図である。実施の形態１及び２に係るステータ磁極に巻回される各系統巻線の配置を示す図である。実施の形態１に係るステータ磁極に巻回される各系統巻線の配置を示す別の図である。実施の形態１に係るステータ磁極に巻回される各系統巻線の配置を示す別の図である。実施の形態１に係る多重系回転センサの同系統の系統巻線の結線例を示す図である。実施の形態１に係る第１系統巻線に誘起する各ノイズ電圧の複素ベクトルを示す図である。実施の形態３に係るアウターロータコアを用いた多重系回転センサを示す構成図である。実施の形態４に係る多重系回転センサの各系統巻線の結線例を示す図である。実施の形態４に係る多重系回転センサの各系統巻線の結線例を示す別の図である。実施の形態５に係る３系統以上の系統巻線を施した多重系回転センサの回路構成を示す図である。実施の形態５に係る３系統巻線を施した多重系回転センサのロータ磁極数とステータ磁極数の関係を示す図である。実施の形態５に係る３系統の系統巻線がステータ磁極に巻回される配置を示す図である。実施の形態５に係る３系統の系統巻線がステータ磁極に巻回される配置を示す別の図である。実施の形態６に係る２系統の系統巻線がステータ磁極に巻回される配置を示す図である。実施の形態７に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。実施の形態１及び７に係る角度演算部、励磁回路部、及びＥＣＵのハードウエア構成の一例を示す図である。

以下、本願に係る多重系回転センサの好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施の形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。

実施の形態１．
<２系統直列に関する構成>
本実施の形態に係る多重系回転センサを用いたモータシステムの構成について図１を用いて説明する。図１は多重系回転センサを用いたモータシステム１００を示す構成図である。モータシステム１００は、回転電機２、シャフト３、及び多重系回転センサ８から構成される。回転電機２は例えば自動車に搭載されるモータを示す。回転電機２と多重系回転センサ８はシャフト３を介して接続される。多重系回転センサ８はシャフト３が接続され、シャフト３を回転軸として回転可能なロータを形成するロータコア６、ロータコア６に対向するステータコア４、ステータコア４に巻回されたステータ巻線５、ステータ巻線５と接続される励磁回路部１及び角度演算部７から構成される。

多重系回転センサ８の回路構成を図２を用いて説明する。図２は２系統の系統巻線を施した多重系回転センサ８における回路構成図である。図１で示した多重系回転センサ８のステータ巻線５は、図２において、第１系統巻線９、第２系統巻線１３の２系統から構成され、各系統巻線１６は各々第１出力巻線１０、第２出力巻線１１及び励磁巻線１２から構成される。

第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１は角度演算部７に接続され、各系統の励磁巻線１２は励磁回路部１に接続される。角度演算部７及び励磁回路部１は各系統毎に別体でもよいが、複数系統で１つの励磁回路部１及び角度演算部７に接続する構成としてもよい。

次に、多重系回転センサ８のロータコア６及びステータコア４の構成について図３を用いて説明する。図３は２系統の系統巻線１６を施した多重系回転センサ８におけるロータコア６及びステータコア４の構成図である。ロータコア６はステータコア４に対し内径側に位置する。ロータコア６は凸形状に周方向に等間隔に外径が変化する複数のロータ磁極２４を有する。また、ステータコア４は内方へ向けて周方向に等間隔に突出する複数のステータ磁極２１を有する。ロータ磁極２４とステータ磁極２１は、互いに対向して配置される。

ロータコア６の内径部には、回転軸となるシャフト３が接続される。ここで、ロータコア６とシャフト３は一体となっていてもよい。ステータ磁極２１には系統巻線１６が巻回される。ここで、１つのステータ磁極２１につき１系統の系統巻線１６が巻回される。なお、系統巻線１６を構成する、励磁巻線１２、第１出力巻線１０、および第２出力巻線１１の巻回する順序はいずれを先に巻回してもよい。

次に、２系統の系統巻線１６により構成されるロータ磁極２４及びステータ磁極２１の関係と、２系統の系統巻線９、１３の配置例を図４～図７を用いて説明する。図４は２系統の系統巻線９，１３を施した多重系回転センサ８におけるロータ磁極数とステータ磁極数の組合せ例を示す。系統巻線１６の系統数Ｎ＝２、ロータコア６のロータ磁極数をＲ、ｎを自然数とすると、ステータコア４は次式で表されるステータ磁極数Ｓを有する。ここで、図４に示す組合せは一例であり、式（１）を満たす組合せであればよい。

図５において、Ｒ＝４、Ｎ＝２、ｎ＝２、Ｓ=１６の場合のステータ磁極に巻回される系統巻線の配置例を示す。各系統巻線９，１３の巻回されるステータ磁極２１の位置は、ロータの回転軸に対し、周方向に４回回転対称となるように配置される。
そして、各系統巻線９、１３の巻回されるステータ磁極数はそれぞれＳ／Ｎ＝８個に巻回される。図中、各ステータ磁極にＡ～Ｐの符号を付しているが、第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）及びステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）に巻回され、第２系統巻線１３はステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）及びステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）に巻回される。

このように、各系統巻線９，１３は、４回回転対称となるように磁極に巻回されていればよく、例えば、図６のように第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）及びステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）に巻回され、第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）及びステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）に巻回された巻線配置でもよい。

また、図７のＲ＝４、Ｎ＝２、ｎ＝３、Ｓ＝２４の場合にて、第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ｂ、Ｈ、Ｎ、Ｔ）及びステータ磁極（Ｃ、Ｉ、Ｏ、Ｕ）及びステータ磁極（Ｅ、Ｋ、Ｑ、Ｗ）に巻回され、第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｄ、Ｊ、Ｐ、Ｖ）及びステータ磁極（Ｆ、Ｌ、Ｒ、Ｘ）及びステータ磁極（Ｇ、Ｍ、Ｓ、Ａ）に巻回された巻線配置でもよい。

各ステータ磁極２１に巻回された同系統の系統巻線１６同士は直列に接続される。図８に同系統の巻線を全て直列に接続した際の結線例を示す。直列の場合はステータ磁極間を渡り線３０で直列接続する構成が考えられる。但し、渡り線３０の代わりに端子台を設けて接続する構成でもよい。

<動作>
次に本実施の形態の動作について、まず、図３を用いて説明する。ロータコア６は回転電機２と同期して回転する。各系統の励磁巻線１２には図１または図２に示した励磁回路部１から電圧をかけることにより、予め定められた電流が流れ、ロータコア６及びステータコア４の内部に磁束が発生する。その際、ロータコア６の回転によりロータコア６の外径の周方向分布が変化するため、各系統の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１には回転周波数ωに対し、ロータコア６の磁極数Ｒに対応した周波数Ｒωの正弦波電圧が誘起される。角度演算部７により正弦波電圧の位相を算出することでロータ角度を演算する。

<効果>
次に本実施の形態の効果について図５を用いて説明する。前述したように、各系統巻線９、１３の巻回されるステータ磁極位置はロータの回転軸に対し、周方向にＲ＝４回、回転対称となるように配置される。すなわち、図４のように第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）及びステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）に巻回され、第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）及びステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）に巻回される。また、ロータコア６の回転により、ロータコア６の外径が変化することで、各系統の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１に正弦波電圧が誘起される。

ロータコア６が動的偏心している場合、またはロータコア６の形状が製造ばらつきにより変化した場合、各系統巻線９、１３の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１には周波数Ｒωの正弦波電圧に加え、回転周波数ωのノイズ電圧が誘起される。第１系統巻線が巻回されたステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）を例にとると、このステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）におけるノイズ電圧の位相差は各磁極間で３６０/Ｒ度となる。そのため、ノイズ電圧を複素ベクトル空間で表すと図９のようになる。ここで、ベクトルＡ_１～ベクトルＡ_４はステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）各々に誘起されるノイズ電圧ベクトルを示す。ベクトルＶ_{ｎｏｉｓｅ}は、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）各々に誘起されるノイズ電圧の合計ベクトルを示す。誘起されるノイズ電圧の合計Ｖ_{ｎｏｉｓｅ}は、図９におけるベクトルＶ_{ｎｏｉｓｅ}の実部となるため、下記式（２）にて表現され、ほぼゼロとなる。

ここで、Ａ_１～Ａ_４はステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）各々に誘起されるノイズ電圧の振幅を示し、θ_０はノイズ電圧の初期位相、ωはノイズ電圧の周波数を示す。

上記式（２）は、各系統巻線９、１３が巻回されるその他のステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）、ステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）及びステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）においても同様に成立する。これによりノイズ電圧による多重系回転センサの角度検出誤差を抑制でき角度検出精度を向上することができる。上記効果は図５の構成に限らず、系統巻線１６が周方向にＲ回対称に配置された構造、すなわち、ステータの各磁極に巻回されている各系統巻線の巻線配置がロータの回転軸に対しＲ回回転対称となっている構造であれば、全てにおいて成立する。

また、前述したように各系統巻線の巻回されるステータ磁極位置は周方向にＲ回対称となるように配置されていればよく、各系統巻線がステータ磁極Ｓ／ＲＮ個毎に異なる系統の系統巻線１６を配置する構成も可能となる。例えば図６のように第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）及びステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）に巻回され、第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）及びステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）に巻回された巻線配置でもよい。このような構成により、各系統巻線の磁極間の渡り線の長さを最小にすることができ、製造性を向上させることができる。

図５の場合、前述したように第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）及びステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）に巻回され、第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）及びステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）に巻回された巻線配置となり、各系統巻線の磁極配置が全周に均等に配置される。

また、図５～図７に各系統巻線１６の巻回されるステータ磁極数は全てＳ／Ｎ個に巻回される。これにより、各系統巻線の巻回されるステータ磁極数は同一となるため、各系統巻線の角度検出精度を同一にすることができる。

また、上述した巻線配置に限らず製造性等の事情に合わせて巻線の配置を自由に変更しながら同様の効果を得ることができるため、製造性の向上を図ることができる。

実施の形態２．
<２系統直列、同ターン数に関する構成>
実施の形態１において説明した各系統巻線９、１３の配置例において、例えば図５中、Ｓ／Ｒ＝４個のステータ磁極毎に巻回される同系統の巻線は、各々同じターン数巻回され、接続されている。すなわち、第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）に同ターン数の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１が巻回され、ステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）に同ターン数の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１が巻回される。また、第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）に同ターン数の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１が巻回され、ステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）に同ターン数の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１が巻回される。

但し、第１系統巻線９に関して、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）とステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）は互いに異なるターン数で巻回されていてもよく、同様に、第２系統巻線１３に関しても、ステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）とステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）は互いに異なるターン数で巻回されてもよい。また、第１系統巻線９および第２系統巻線１３を構成する第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１は互いに異なるターン数で巻回されてもよい。

また図５では系統数が２の場合を示しているがこの限りではなく、ロータ磁極数及びステータ磁極数が式（１）を満たし各系統巻線１６の巻回されるステータ磁極２１の位置が周方向にＲ回対称となるように配置されていればよい。すなわち、ステータの各磁極に巻回されている各系統巻線の巻線配置がロータの回転軸に対しＲ回回転対称となっていればよい。

<効果>
次に本実施の形態の効果について図５を用いて説明する。前述したようにＳ／Ｒ個のステータ磁極毎に巻回される同系統の巻線は各々同じターン数巻回され、接続されている。例えば図５のように第１系統巻線９はステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）に同ターン数の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１が巻回される。このとき、ロータコア６が動的偏心している場合、またはロータコア６の形状が製造ばらつきにより変化した場合に、第１系統巻線９の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１に誘起されるノイズ電圧の振幅は巻回されたステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）各々で同一となるため、誘起されるノイズ電圧の合計Ｖ_{ｎｏｉｓｅ}は下記式（３）によりゼロとなる。

ここで、Ａは、ステータ磁極（Ａ、Ｅ、Ｉ、Ｍ）各々に誘起されるノイズ電圧の振幅を示す。上記式（３）は、各系統巻線１６が巻回されるその他のステータ磁極（Ｃ、Ｇ、Ｋ、Ｏ）、ステータ磁極（Ｂ、Ｆ、Ｊ、Ｎ）及びステータ磁極（Ｄ、Ｈ、Ｌ、Ｐ）においても成立する。これにより、軸倍角に応じてロータ形状ずれ、偏心等により発生するノイズ電圧による角度検出誤差をさらに抑制でき、角度検出精度を向上することができる。

上記効果は図５の構成に限らず、ロータ磁極数及びステータ磁極数が前記式（１）を満たし、各系統巻線１６の巻回されるステータ磁極位置が周方向にＲ回対称となるように配置された構造、すなわち、ステータの各磁極に巻回されている各系統巻線の巻線配置がロータ回転軸に対しＲ回回転対称となっている構造であれば、全てにおいて成立する。

実施の形態３．
<アウターロータの構成>
図１０はロータコア６がアウターロータとなる多重系回転センサ８におけるロータコア６及びステータコア４の構成図を示す。ロータコア６はステータコア４に対して外径側に位置する。ロータコア６は凸形状に周方向に等間隔に内径が変化する複数のロータ磁極２４を有し、ステータコア４は外方へ向けて周方向に等間隔に突出する複数のステータ磁極２１を有する。ロータコア６とステータコア４は、互いに対向して配置される。そして、ロータコア６の外径側にシャフト３が接続される。ここで、ロータコア６とシャフト３は一体となっていてもよい。

<効果>
次に本実施の形態の効果について図１０を用いて説明する。前述したように、ロータコア６はステータコア４に対して外径側に位置する。これにより、多重系回転センサの製造性、または多重系回転センサの設置される周辺機器の事情に合わせて、実施の形態１の構成のようなロータコア６がステータコア４に対し内径側に位置する構成から本実施の形態のようなロータコア６がステータコア４に対し外径側に位置する構造に変更しつつ同様の効果を得ることができるため、多重系回転センサの製造性が向上する。

実施の形態４．
<２系統並列の構成>
図１１、図１２は２系統の系統巻線１６を施した多重系回転センサ８における第１系統巻線９の結線例を示した図である。前述したように、１つのステータ磁極２１につき１系統の系統巻線が巻回される。そして、各ステータ磁極２１に巻回された同系統の系統巻線１６同士は並列に接続される。図１１に各系統巻線を全て並列に接続した際の結線例を示す。図１１のように、並列の場合は結線板３１を設けて各ステータ磁極を接続しているが、結線板３１を設けず各ステータ磁極を渡り線で接続する構成でもよい。また、各系統巻線は直列または並列で接続さえされていればよく、図１２のように直列接続と並列接続が混合していてもよい。また、本構成は上記の構成に限らず、２系統以上の複系統による多重系回転センサの構成全てにおいて成立する。

<効果>
次に本実施の形態の効果について図１１及び図１２を用いて説明する。前述したように、各ステータ磁極２１に巻回された同系統の系統巻線１６同士は並列に接続される。これにより、各系統巻線１６の抵抗を最も小さくすることができる。また、前述したように、各系統巻線は接続さえされていればよく、例えば図１２のように直列接続と並列接続が混合していてもよい。これにより、回転電機２の各系統巻線の結線構造に依らず、実施の形態１と同様の効果を得ることができ、巻線の製造性向上、またはモータの設計自由度向上を図ることができる。

実施の形態５．
<３系統以上の構成>
図１３は３系統以上のＮ系統の複系統巻線を施した場合の多重系回転センサ８における回路構成を示した図である。図１３のように多重系回転センサ８のステータ巻線５はＮ系統の系統巻線９、１３、１４、１５から構成され、各系統巻線１６は各々第１出力巻線１０、第２出力巻線１１、励磁巻線１２から構成される。各系統の第１出力巻線１０及び第２出力巻線１１は各々角度演算部７、各系統の励磁巻線１２は励磁回路部１に接続される。ここで、角度演算部７及び励磁回路部１は各系統毎に別体となっていてもよいが、全系統で１つの励磁回路部１及び角度演算部７に接続する構成としてもよい。図１４に系統数が３の場合におけるロータ磁極数Ｒとステータ磁極数Ｓの組合せ例を示す。図１４に示す組合せは一例であり、式（１）を満たす組合せであればよい。

図１５は、３系統の系統巻線を施した場合における各系統巻線１６の配置例を示す。前述したように系統巻線１６の系統数をＮ、ロータコア６のロータ磁極数をＲ、ｎを自然数とすると、ステータコア４は式（１）で表されるステータ磁極数Ｓを有する。図１５ではＲ＝４、Ｎ＝３、ｎ＝２、Ｓ＝２４の場合を示している。

各系統巻線１６の巻回されるステータ磁極位置は、ロータの回転軸に対し、周方向に４回、回転対称となるように配置される。すなわち、第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ｂ、Ｈ、Ｎ、Ｔ）及びステータ磁極（Ｅ、Ｋ、Ｑ、Ｗ）に巻回される。第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｃ、Ｉ、Ｏ、Ｕ）及びステータ磁極（Ｆ、Ｌ、Ｒ、Ｘ）に巻回される。第３系統巻線１４は、ステータ磁極（Ｄ、Ｊ、Ｐ、Ｖ）及びステータ磁極（Ｇ、Ｍ、Ｓ、Ａ）に巻回される。

なお、各系統巻線１６は、ロータの回転軸に対し、４回回転対称に配置されていればよい。例えば、図１６のように第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ｂ、Ｈ、Ｎ、Ｔ）及びステータ磁極（Ｃ、Ｉ、Ｏ、Ｕ）に巻回される。第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｄ、Ｊ、Ｐ、Ｖ）及びステータ磁極（Ｅ、Ｋ、Ｑ、Ｗ）に巻回される。第３系統巻線１４は、ステータ磁極（Ｆ、Ｌ、Ｒ、Ｘ）及びステータ磁極（Ｇ、Ｍ、Ｓ、Ａ）に巻回される。Ｎ＞３の系統での系統巻線の配置も同様な手順により行うことが可能である。すなわち、ステータの各磁極に巻回されている各系統巻線の巻線配置がロータの回転軸に対しＲ回回転対称となっている構造であればよい。

<効果>
このような構成により、Ｎ≧３の複系統で構成することが可能となり、２系統以上の複系統の巻線故障時でも動作することができる。また、Ｎ≧３の複系統でもＮ＝２の場合と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
＜主系統と補助系統の構成＞
図１７は系統数が２の場合における多重系回転センサ８における系統巻線１６の配置例を示す。系統巻線１６の系統数をＮ＝２、ロータコア６のロータ磁極数をＲ、ｎを自然数とすると、ステータコア４は、式（１）で表されるステータ磁極数Ｓを有する。図１７ではＲ＝４、Ｎ＝２、ｎ＝３、Ｓ＝２４の場合を示している。各系統巻線１６の巻回されるステータ磁極位置は、ロータの回転軸に対し、周方向に４回回転対称となるように配置される。すなわち、第１系統巻線９は、ステータ磁極（Ｂ、Ｈ、Ｎ、Ｔ）及びステータ磁極（Ｃ、Ｉ、Ｏ、Ｕ）及びステータ磁極（Ｄ、Ｊ、Ｐ、Ｖ）及びステータ磁極（Ｅ、Ｋ、Ｑ、Ｗ）に巻回される。第２系統巻線１３は、ステータ磁極（Ｆ、Ｌ、Ｒ、Ｘ）及びステータ磁極（Ｇ、Ｍ、Ｓ、Ａ）に巻回される。

この構成では、各系統巻線９、１３が巻回されるステータ磁極２１の数が系統間で異なることとなる。これは一例であり、ステータ磁極数Ｓが、式（１）を満たし、各系統巻線１６の巻回されるステータ磁極位置は周方向にＲ回対称となるように配置される構成であればよい。すなわち、ステータの各磁極に巻回されている各系統巻線の巻線配置がロータの回転軸に対しＲ回回転対称となるように配置されていればよい。

＜効果＞
このような構成により、主系統である第１系統巻線９の巻回されるステータ磁極数を多くすることができ、各系統巻線１６の巻回されるステータ磁極２１の数が系統間で同一である場合に比べ、主系統の角度検出精度を向上することができる。なお、図１７ではＮ＝２の場合を示したがこの限りではなく、Ｎ≧２の整数であれば同様の効果を得ることができる。

実施の形態７．
＜本回転センサを電動パワーステアリングに搭載した場合の構成＞
以上説明した多重系回転センサは、車両用の電動パワーステアリング装置に適用することができる。以下、実施の形態７に係る電動パワーステアリング装置について図１８を用いて説明する。

図１８は自動車の電動パワーステアリング装置の構成図である。運転者はステアリングホイール（図示しない）を操舵し、そのトルクがステアリングシャフト（図示しない）を介してシャフト４１に伝達される。このときトルクセンサ４２が検出したトルクは電気信号に変換されケーブル（図示しない）を通じて第一系統電力供給源４３および第二系統電力供給源４４に伝達される。一方、車速などの自動車の情報が電気信号に変換されケーブルを介して第一系統電力供給源４３および第二系統電力供給源４４に伝達される。第一系統電力供給源４３および第二系統電力供給源４４は、トルクと車速などの自動車の情報に基づいて、必要なアシストトルクを演算し、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）４９を通じて回転電機２に電流を供給する。回転電機２はラック軸の移動方向（矢印で示す）に平行な向きに配置されている。また、第一系統電力供給源４３および第二系統電力供給源４４への電源供給はバッテリ、またはオルタネータから電源コネクタ４６、電源コネクタ４７を介して送られる。回転電機２が発生したトルクは、ベルト（図示せず）とボールネジ（図示せず）が内蔵されたギヤボックス５２によって減速されハウジング５４の内部にあるラック軸（図示せず）を矢印の方向に動かす推力を発生させ、運転者の操舵力をアシストする。

これにより、タイロッド４０が動き，タイヤが転舵して車両を旋回させることができる。回転電機２のトルクによってアシストされ、運転者は少ない操舵力で車両を旋回させることができる。なお、ラックブーツ５３は異物が装置内に侵入しないように設けられている。図１で説明したように、回転電機２のシャフト３に多重系回転センサ８が取り付けられている。多重系回転センサ８は、回転電機２の回転子の回転角を検出し、それに対応する角度信号を出力する。ＥＣＵ４９には電源４５から電源コネクタ４８を介して電力が供給される。

このような電動パワーステアリング装置においては、回転電機が発生するコギングトルクまたはトルクリップルはギヤを介して運転者に伝わるため、良好な操舵感覚を得るためにはコギングトルクまたはトルクリップルが小さい方が望ましい。また，回転電機が動作するときの振動・騒音も小さい方が望ましい。

<効果>
実施の形態１～６で述べた多重系回転センサ８を電動ステアリング装置に搭載することにより、各々の実施の形態で述べた効果、すなわち多重系回転センサ８の角度検出誤差を抑制することにより角度検出精度を向上することができ、快適な操舵感を得ることができる。また、多重系回転センサ８は、３系統以上の複数系統を構成することができ、２系統以上の巻線が故障した際にも動作をすることができる。これにより、故障が発生した場合でも、安全に操舵のためのアシスト力を出力することができる。

なお、図１で示した励磁回路部１、角度演算部７、および図１８で示したＥＣＵ４９は、マイコンで構成されていても良い。励磁回路部１、角度演算部７およびＥＣＵのマイコンのハードウエアの一例を図１９に示す。プロセッサ５００と記憶装置５１０から構成され、図示していないが、記憶装置５１０はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ５００は、記憶装置５１０から入力されたプログラムを実行することにより、例えば、角度演算部７での角度演算を行う。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ５００にプログラムが入力される。また、プロセッサ５００は、演算結果等のデータを記憶装置５１０の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
なお、励磁回路部１、角度演算部７およびＥＣＵ４９内のハードウエアはマイコンでなくてもよく、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、簡単な論理回路、またはリレーなどでもよい。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：励磁回路部、２：回転電機、３：シャフト、４：ステータコア、５：ステータ巻線、６：ロータコア、７：角度演算部、８：多重系回転センサ、９：第１系統巻線、１０：第１出力巻線、１１：第２出力巻線、１２：励磁巻線、１３：第２系統巻線、１４：第３系統巻線、１５：第Ｎ系統巻線、１６：系統巻線、２１：ステータ磁極、２４：ロータ磁極、３０：渡り線、３１：結線板

Claims

等間隔に配置されたＳ個の磁極を有するステータコアと、該磁極に巻回されるステータ巻線と、前記ステータコアと対向して配設されたＲ個の磁極を有するロータコアとを備え、前記ステータ巻線は系統数Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の系統巻線からなる多重系回転センサにおいて、
前記ステータ巻線は、励磁巻線と２相の出力巻線とから構成され、前記ステータコアの磁極数Ｓは前記ロータコアの磁極数Ｒと前記ステータ巻線の系統数Ｎとの間にＳ＝ｎＲＮ（ｎは自然数）の関係を有し、前記ステータコアのＳ個の磁極中、Ｒ個の磁極ずつに分けて各系統巻線が巻回されており、前記各系統巻線の巻線配置がロータの回転軸に対しＲ回回転対称となっていることを特徴とする多重系回転センサ。
前記ステータ巻線は前記ステータコアの周方向に、Ｓ／Ｒ毎に位置する磁極に同じ系統の系統巻線が同じターン数巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の多重系回転センサ。
前記ステータコアのＳ／ＲＮおきの磁極に異なる系統の系統巻線が巻回されていることを特徴とする、請求項１に記載の多重系回転センサ。
それぞれの系統巻線は前記ステータコアのＳ/Ｎ個の磁極に巻回されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多重系回転センサ。
系統の別に応じて、巻回される前記ステータコアの磁極数が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の多重系回転センサ。
請求項１から５のいずれか一項に記載の多重系回転センサを搭載した電動パワーステアリング装置。