JP2008196938A - 回転情報算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３相の磁気検出器の磁気検出信号の異常を検出することが可能であり、異常発生後も、３相中の２相の磁気検出信号が正常な場合に、継続して回転情報の計算を正確に行うことが可能な回転情報算出装置を提供する。
【解決手段】３相の磁気検出信号のサンプリング値ａ、ｂ、ｃを取得し、取得したサンプリング値に基づいて、式（３）の第２式〜第４式により、各相に対する回転角度位置を算出する。そして、これら算出した回転角度位置に基づき各相のサンプリング値の異常を検出すると共に、１相のサンプリング値のみに異常が検出されたときは、異常検出フラグを出力すると共に残り２相のサンプリング値で回転角度位置の算出を行う。２相以上のサンプリング値の異常が検出されたときは、回転情報算出装置２の動作を停止する。また、正常な相のサンプリング値に基づき第２式〜第４式で算出した回転角度位置の平均値を出力用の回転角度位置θとして算出する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、回転情報算出装置の有する３相の磁気検出器の出力信号の異常を検出する装置に関する。

従来、モータ等の回転軸の回転角度や回転角速度などを検出するセンサとして、例えば、特許文献１記載の技術が知られている。
特許文献１には、磁界を発生するマグネットと、磁界内に設けられた４つの磁気検出器（ホール素子）と、各磁気検出器間に設けられていて、磁気検出器に固定されて一体に回転するように結合された、強磁性材製の磁束案内部材とを備え、マグネットは、磁気検出器および磁束案内部材に関して回転可能に構成された角度センサが開示されている。

また、回転軸の回転状態を示す情報を検出する機能を有するセンサを軸受に付加したセンサ付き軸受装置が提案されている。例えば、多極に着磁されたマグネットの磁極をデジタル出力のホールＩＣで検出し、ホールＩＣからパルス信号を出力するようにしたものがある。
特表２００２−５０６５３０号公報

しかしながら、上記特許文献１の従来技術では、ホール素子を４つも必要とするため、コストがかかってしまう。
また、上記特許文献１の従来技術では、磁束案内部材をマグネットの外周に沿って、当該マグネットを囲むように配置するため、磁束案内部材の円周方向のサイズを小さくすることが困難であった。

また、上記特許文献１の従来技術では、４つのホール素子のうち１つでも故障すると、角度センサとしての機能が維持できなくなる。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、低コストで磁束案内部材の円周方向のサイズを小さくでき、磁気検出器等から構成されるセンサ部分を軸受に組み込むことで取り付けも容易に行うことが可能な回転情報算出装置を提供することを第１の目的としている。

また、３相の磁気検出器の磁気検出信号の異常を検出することが可能であり、異常発生後も、３相中の２相の磁気検出信号が正常な場合に、継続して軸受の回転輪の回転状態を示す情報の計算を正確に行うことが可能な回転情報算出装置を提供することを第２の目的としている。

〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１の回転情報算出装置は、回転子に支持された磁石ホルダと、前記磁石ホルダに支持された磁石と、固定子に支持され、当該固定子の円周方向にそれぞれ所定間隔で配置された、入力磁束に応じた信号を出力する３つの磁気検出器と、前記固定子に支持され且つ前記３つの磁気検出器の間に配設された、前記３つの磁気検出器に前記磁石からの磁束を導く３つの磁路を有した磁路部材と、
前記回転子の回転時に、前記磁路部材の各磁路と前記磁石との位置関係に応じて位相の変化する、前記３つの磁気検出器からの３相の出力信号に基づき、前記回転子の回転状態を示す情報を算出する回転状態算出手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成であれば、回転輪の回転に伴って磁石が回転し、磁路部材の磁路と磁石との位置関係が周期的に変化する。これによって、磁路部材を介して３つの磁気検出器に入力される磁束の量も周期的に変化する。この周期的に変化する磁束は、位相の異なる３相の磁気検出信号として、３つの磁気検出器から出力される。
また、回転状態算出手段は、３つの磁気検出器から出力される、３相の磁気検出信号に基づき、回転輪の回転状態を示す情報を算出する。

〔発明２〕 上記目的を達成するために、発明２の回転情報算出装置は、静止輪と回転輪との間に複数の転動体が配設された軸受と、前記回転輪に支持された磁石ホルダと、
前記磁石ホルダに支持された磁石と、前記静止輪に支持され、当該静止輪の円周方向にそれぞれ所定間隔で配置された、入力磁束に応じた信号を出力する３つの磁気検出器と、前記静止輪に支持され且つ前記３つの磁気検出器の間に配設された、前記３つの磁気検出器に前記磁石からの磁束を導く３つの磁路を有した磁路部材と、前記回転輪の回転時に、前記磁路部材の各磁路と前記磁石との位置関係に応じて位相の変化する、前記３つの磁気検出器からの３相の出力信号に基づき、前記回転輪の回転状態を示す情報を算出する回転状態算出手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成であれば、回転輪の回転に伴って磁石が回転し、磁路部材の磁路と磁石との位置関係が周期的に変化する。これによって、磁路部材を介して３つの磁気検出器に入力される磁束の量も周期的に変化する。この周期的に変化する磁束は、位相の異なる３相の磁気検出信号として、３つの磁気検出器から出力される。
また、回転状態算出手段は、３つの磁気検出器から出力される、３相の磁気検出信号に基づき、回転輪の回転状態を示す情報を算出する。

〔発明３〕 また、上記目的を達成するために、発明３の回転情報算出装置は、静止輪及び回転輪の一方に支持された磁石と、前記静止輪及び前記回転輪の他方の円周方向に所定の間隔をもって配設され、前記磁石からの入力磁束に応じた磁気検出信号を出力する３つの磁気検出器とを有するセンサ付き軸受装置における、前記３つの磁気検出器から出力される、位相の異なる３つの磁気検出信号を入力し、入力した前記磁気検出信号に基づき、前記回転輪の回転状態を示す情報を算出する回転情報算出装置であって、前記３つの磁気検出信号について、サンプリング値を取得するサンプリング値取得手段と、前記サンプリング値に基づき、前記回転輪の回転状態を示す情報を算出する回転情報算出手段と、前記サンプリング値に基づき、前記３つの磁気検出信号の異常を検出する異常検出手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成であれば、サンプリング値取得手段によって、３相の磁気検出器から出力される、位相の異なる３つの磁気検出信号について、サンプリング値を取得することが可能であり、回転情報算出手段によって、前記取得したサンプリング値に基づいて、前記回転子の回転角度位置を算出することが可能であり、異常検出手段によって、前記取得したサンプリング値に基づいて、前記３つの磁気検出信号の異常を検出することが可能である。

〔発明４〕 更に、発明４の回転情報算出装置は、発明３の回転情報算出装置において、前記異常検出手段は、前記位相の異なる３つの磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、前記磁気検出器の構成する３つの相の各相毎に、少なくとも２通りの算出方法で、前記回転情報の１つである回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記３つの磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする。

このような構成であれば、異常検出手段によって、前記位相の異なる３つの磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、前記磁気検出器の構成する相毎に、少なくとも２通りの算出方法で回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記３つの磁気検出信号の異常を検出することが可能である。

〔発明５〕 更に、発明５の回転情報算出装置は、発明４の回転情報算出装置において、前記磁気検出器の３つの相をＡ相、Ｂ相、Ｃ相とし、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する磁気検出信号のサンプリング値をそれぞれａ、ｂ、ｃとし、
前記異常検出手段は、前記サンプリング値ａ及びｂ、前記サンプリング値ａ及びｃ、並びに前記サンプリング値ｂ及びｃの３つの組み合わせのうち少なくとも２つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも２つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記位相の異なる３つの磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする。

このような構成であれば、サンプリング値取得手段によって、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応するサンプリング値ａ、ｂ、ｃを取得することが可能であり、異常検出手段によって、前記サンプリング値ａ及びｂ、前記サンプリング値ａ及びｃ、並びに前記サンプリング値ｂ及びｃの３つの組み合わせのうち少なくとも２つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも２つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記位相の異なる３つの磁気検出信号の異常を検出することが可能である。

〔発明６〕 更に、発明６の回転情報算出装置は、発明４又は５の回転情報算出装置において、前記異常検出手段は、前記各相に対する前記回転角度位置同士の差分値に基づき、前記位相の異なる３つの磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする。
このような構成であれば、前記異常検出手段によって、前記各相に対する前記回転角度位置同士の差分値に基づき、前記位相の異なる３つの磁気検出信号の異常を検出することが可能である。

〔発明７〕 更に、発明７の回転情報算出装置は、発明４乃至６のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記回転情報算出手段は、前記３つの磁気検出信号のうち、前記異常検出手段によって異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた前記回転角度位置の平均値を、前記回転輪の回転角度位置として算出することを特徴とする。

このような構成であれば、回転情報算出手段によって、前記３つの磁気検出信号のうち、前記異常検出手段によって異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた前記回転角度位置の平均値を、前記回転輪の回転角度位置として算出することが可能である。

〔発明８〕 更に、発明８の回転情報算出装置は、発明３乃至７のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記回転情報算出手段は、前記異常検出手段によって、前記３つの磁気検出信号のうちいずれか１つに異常が検出されたときに、当該異常の検出された磁気検出信号の相を除く、残り２つの相の磁気検出信号に対するサンプリング値に基づき回転角度位置を算出することを特徴とする。

このような構成であれば、回転情報算出手段によって、前記異常検出手段によって、前記３つの磁気検出信号のうちいずれか１つに異常が検出されたときに、当該異常の検出された磁気検出信号の相を除く、残り２つの相の磁気検出信号に対するサンプリング値に基づき回転角度位置を算出することが可能である。

〔発明９〕 更に、発明９の回転情報算出装置は、発明３乃至８のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記異常検出手段は、異常が検出されたときに、当該異常の情報を含む異常検出フラグを出力することを特徴とする。
このような構成であれば、異常検出手段によって、異常が検出されたときに、当該異常の情報を含む異常検出フラグを出力することが可能である。

〔発明１０〕 更に、発明１０の回転情報算出装置は、発明１乃至９のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記３つの磁気検出器を、電気角１２０°の位相を持たせて配置することを特徴とする。

〔発明１１〕 更に、発明１１の回転情報算出装置は、発明１乃至１０のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記磁石は、円周方向にＳ極とＮ極の２極に着磁した円環状の永久磁石であることを特徴とする。

〔発明１２〕 更に、発明１２の回転情報算出装置は、発明１乃至１０のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記磁石は、円周方向にＳ極とＮ極を交互に４極以上着磁した円環状の永久磁石であることを特徴とする。

〔発明１３〕 更に、発明１３の回転情報算出装置は、発明１乃至１２のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記磁気検出器は、アナログホールＩＣであることを特徴とする。

〔発明１４〕 更に、発明１４の回転情報算出装置は、発明１３の回転情報算出装置において、前記アナログホールＩＣは、温度変化に伴う出力変動を補正することができるプログラマブルＩＣであることを特徴とする。

〔発明１５〕 更に、発明１５の回転情報算出装置は、発明１乃至１４のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記回転情報算出手段は、前記回転状態を示す情報を含むアナログ信号を出力することを特徴とする。
〔発明１６〕 更に、発明１６の回転情報算出装置は、発明１乃至１４のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記回転情報算出手段は、前記回転状態を示す情報を含むデジタル信号を出力することを特徴とする。

〔発明１７〕 更に、発明１７の回転情報算出装置は、発明１乃至１４のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記回転情報算出手段は、前記回転状態を示す情報を含むパルス信号を出力することを特徴とする。

〔発明１８〕 更に、発明１８の回転情報算出装置は、発明１乃至１７のいずれか１つの回転情報算出装置において、前記回転情報算出手段は、前記回転状態を示す情報として、相対回転角度、絶対回転角度、回転角速度及び回転方向の少なくとも１つを算出することを特徴とする。

以上説明したように、発明１及び２の回転情報算出装置によれば、磁路部材を、３つの磁気検出器の間に配設するようにしたので、磁路部材の円周方向のサイズを、容易に磁石の円周方向のサイズ以下にすることができるという効果が得られる。
また、発明３の回転情報算出装置によれば、３相の磁気検出器から出力される３つの磁気検出信号の異常を検出することができるので、回転角度位置の信頼性を高めることができるという効果が得られる。

更に、発明４の回転情報算出装置によれば、各相毎に、少なくとも２通りの算出方法で回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて異常を検出するようにしたので、３相のうちいずれの相の磁気検出信号に異常が発生しているのかを、容易に検出することができるという効果が得られる。
更に、発明５の回転情報算出装置によれば、各相の磁気検出信号の異常を、容易且つ正確に検出することができるという効果が得られる。

更に、発明６の回転情報算出装置によれば、例えば、２つの相の回転角度位置の差分値が所定の誤差以上である場合に異常を検出するなど、ノイズやＡ／Ｄ変換による誤差を考慮した、より正確な異常検出を行うことができるという効果が得られる。
更に、発明７の回転情報算出装置によれば、各算出方法で算出した正常な回転角度位置の平均値を、最終的な回転輪の回転角度位置として算出するようにしたので、より高精度な回転角度位置を算出することができるという効果が得られる。

更に、発明８の回転情報算出装置によれば、磁気検出器の３つの相のうち１つの相の磁気検出信号に異常があっても、回転角度位置の算出処理を止めずに継続して行うことができるという効果が得られる。
更に、発明９の回転情報算出装置によれば、磁気検出信号に異常があったときに、例えば、異常の発生した相の情報を含む異常検出フラグを出力することができるので、出力先の外部装置等において、異常の発生及び異常の発生箇所を知ることができるという効果が得られる。

更に、発明１４の回転情報算出装置によれば、温度変化により磁石の磁束密度が変化した場合でも、プログラマブルホールＩＣによって出力を補正することができるので、回転角度位置の信頼性を高めることができるという効果が得られる。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図７は、本発明に係る回転情報算出装置の第１の実施の形態を示す図である。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る回転情報算出装置の構成を図１に基づき説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る回転情報算出装置１の構成を示すブロック図である。

回転情報算出装置１は、図１に示すように、モータ等の回転軸に回転自在に取り付けられた磁気センサ付き軸受装置１００と、磁気センサ付き軸受装置１００からの磁気検出信号に基づいて回転軸の回転状態を示す情報である回転情報を算出する回転情報算出器２００とを有して構成されている。なお、図１に示す、磁気センサ付き軸受装置１００は、径方向の断面図である。

更に、図２〜図６に基づき、磁気センサ付き軸受装置１００の詳細な構成を説明する。
ここで、図２は、磁気センサ付き軸受装置１００の斜視図であり、図３は、磁気センサ付き軸受装置１００の分解斜視図であり、図４は、磁気センサ付き軸受装置１００の軸方向の断面図である。また、図５は、磁気センサ付き軸受装置１００の磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される磁気検出信号を示す図である。また、図６は、磁気検出信号の出力原理を示す図である。

図２及び図３に示すように、本実施の形態の磁気センサ付き軸受装置１００は、玉軸受を備え、当該玉軸受には回転軸の回転状態を検出するための磁気センサが組み込まれている。
玉軸受は、内輪２４と、外輪２２と、内輪２４及び外輪２２との間に介在する転動体としての複数個のボール２６とを備えた構成となっている。また、内輪２４及び外輪２２のうちの一方が静止輪となり、他方が回転輪となる。回転輪は、モータ等の回転軸の回転に連動して、静止輪との間に介在するボール２６を転動させながら回転する。

以下、内輪２４を回転輪として構成を説明する。
内輪２４を回転輪とすると、内輪２４には円環状の磁石ホルダ３０が支持される。磁石ホルダ３０は磁性体として、磁性材料から構成されている。更に、磁石ホルダ３０には、円環状の磁石４０が支持される。磁石４０は、その半周の円周面がＳ極に着磁され、あとの半周の円周面がＮ極に着磁されている。つまり、磁石４０は、２極に着磁されている。

一方、静止輪となる外輪２２には、磁路部材５０と、回路基板７０とが支持される。回路基板７０には、３つの磁気検出器６０ａ〜６０ｃがそれぞれ電気角１２０°の位相をもつように実装されている。なお、本実施の形態においては、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにアナログホールＩＣを用いる。
磁性材料で構成された磁路部材５０は、磁石４０からの磁束を磁気検出器６０ａ〜６０ｃに導くための３つの磁路を形成する。この３つの磁路は、磁束の通る空隙５２と、この空隙５２を通る磁束を案内する軸方向に突設された壁５０ａから形成される。つまり、突設された壁５０ａと壁５０ａとを空隙５２を挟んで対向させることで磁路を形成する。

磁路部材５０は、磁路を形成する壁５０ａと壁５０ａとの間に磁気検出器６０ａ〜６０ｃを挟み込むように配置され、且つ磁路部材５０の前記突設された壁５０ａがある面とは反対側の面が、磁石４０とアキシャル対向する位置に配置される。この構成によって、磁石４０の磁束は、磁路を形成する突設された２つの壁５０ａに案内されて、磁気検出器６０ａ〜６０ｃを通過する。

また、磁路部材５０、磁気検出器６０ａ〜６０ｃ、磁石４０、磁石ホルダ３０によって構成される磁気センサ部は、センサカバー８０で覆われている。
上記のような構成の磁気センサ付き軸受装置１００は、図３に示すように、磁気センサ部を構成する、磁気検出器６０ａ〜６０ｃ、磁路部材５０、磁石４０、及び磁石ホルダ３０がそれぞれ軸方向に積層された構造となる。

また、図４に示すように、磁石４０と磁路部材５０との間には空間ギャップがある。この空間ギャップは、狭い方が磁気検出器６０ａ〜６０ｃに案内される磁束の量が多くなるが、あまり狭すぎると磁石４０と磁路部材５０が接触する可能性があるので、０．１[ｍｍ]〜２．０[ｍｍ]くらいが望ましい。
また、内輪２４が回転すると、それに伴って磁石ホルダ３０及び磁石４０が回転する。この回転によって、磁石４０と磁路部材５０の磁路との位置関係（重なり具合）が周期的に変化する。この変化によって、磁気検出器６０ａ〜６０ｃを通る磁束の量及び磁極がそれぞれ変化し、磁気検出信号は、図５に示すように、それぞれが１２０°ずつ位相のずれた３つの正弦波として出力される。つまり、象限判別が可能となるので、磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される磁気検出信号に基づいて回転角度位置θなどを算出することができる。

図６の下図は、磁石４０と磁路部材５０との径方向の断面を軸方向から見たときの両者の位置関係を示す図であり、図６の上図には、下図中の丸で囲んだ位置にある磁気検出器６０ａの出力信号の変化が示されている。磁石４０が、図６の下図に示す、１０２の位置から１０８に示す位置へと回転位置１０４〜１０６を介して順に右回転することによって、磁気検出器６０ａと磁石４０との位置関係が変化し、磁気検出器６０ａを通る磁束の量及び磁極が変化する。これにより、磁気検出器６０ａの出力も、図６の上図に示すように変化し、この出力の変化が正弦波を形成する。

また、磁気検出器６０ａ〜６０ｃの信号出力部（不図示）は、回転情報算出器２００の信号入力部（不図示）に接続されている。
図１に戻って、回転情報算出器２００は、磁気センサ付き軸受装置１００から出力される３つの磁気検出信号に基づき、絶対回転角度位置θ、回転角速度ω、回転方向などの回転輪（回転軸）の回転状態を示す回転情報を周期的に算出する。そして、算出した回転情報は、不図示の出力対象へと出力される。

また、回転情報算出器２００は、回転角速度ωを算出するために、回転輪の回転に応じたパルス信号を出力する不図示のパルス発生器と、そのパルス信号をカウントする不図示のパルスカウンタとを有している。
また、回転情報算出器２００は、回転方向を算出するために、算出した絶対回転角度位置θをＲＡＭに保持するようになっている。

また、回転情報算出器２００は、図示しないが、各種制御や演算処理を担う演算処理装置（Processing Unit）と、主記憶装置（Main Storage）を構成するＲＡＭ（Random Access Memory）と、読み出し専用の記憶装置であるＲＯＭ（Read Only Memory）と、前記各装置間をデータ授受可能に接続するバスとを有した構成となっている。
そして、ＲＯＭに予め記憶された専用のコンピュータプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムに記述された命令に従って演算処理装置が各種ハードウェアの制御および各種演算処理を行うことで前述した回転情報の算出処理を実現するようになっている。

更に、図７に基づき、回転情報算出器２００における回転情報算出処理の流れを説明する。ここで、図７は、回転情報算出器２００における回転情報算出処理を示すフローチャートである。
回転情報算出処理は、回転情報算出器２００で実行されると、図７に示すように、まずステップＳ１００に移行し、回転情報算出器２００において、磁気検出器６０ａ〜６０ｃから、磁気検出信号のサンプリング値を取得したか否かを判定し、取得したと判定された場合(Yes)は、ステップＳ１０２に移行し、そうでない場合(No)は、取得するまで待機する。

ステップＳ１０２に移行した場合は、回転情報算出器２００において、ステップＳ１００で取得したサンプリング値に基づき、絶対回転角度位置θを算出してステップＳ１０４に移行する。
ステップＳ１０４では、回転情報算出器２００において、ステップＳ１０２で算出した絶対回転角度位置θと、不図示のパルスカウンタでカウントした、内輪２４の回転に応じたパルス信号数とに基づき回転角速度ωを算出して、ステップＳ１０６に移行する。

ステップＳ１０６では、回転情報算出器２００において、ステップＳ１０２で算出した絶対回転角度位置θと、過去に算出した絶対回転角度位置θとに基づき回転方向を算出して、ステップＳ１０８に移行する。
ステップＳ１０８では、回転情報算出器２００において、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６の算出結果の信号を出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
ここでは、磁気センサ付き軸受装置１００を、モータの回転軸の軸受に適用した場合の動作を説明する。
不図示のドライバからの駆動信号に応じてモータが駆動すると、モータの回転軸が回転し、この回転に連動して磁気センサ付き軸受装置１００の内輪２４が回転する。内輪２４には磁石４０が支持されているので、内輪２４と共に磁石４０も回転する。そして、磁石４０が回転することにより、磁路部材５０の各磁路と磁石４０との位置関係も周期的に変化する。

磁気検出器６０ａ〜６０ｃには、磁路部材５０の各磁路を介して磁石４０からの磁束が通過し、それぞれ、通過磁束に対応する磁気検出信号を出力する。
磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される３つの磁気検出信号は、先述したように、磁気検出器６０ａ〜６０ｃが電気角１２０°の位相を有するように配置されているため、磁気検出信号cosθ、cos(θ-2π/3)、cos(θ-4π/3)となって出力される。ここで、磁気検出器６０ａをＡ相、磁気検出器６０ｂをＢ相、磁気検出器６０ｃをＣ相とする。

回転情報算出器２００は、サンプリングタイミングになると、磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３つの磁気検出信号について、サンプリング値ａ、ｂ、ｃを同時に取得する（ステップＳ１００）。そして、取得したサンプリング値ａ、ｂ、ｃに基づき、絶対回転角度位置θを算出する（ステップＳ１０２）。絶対回転角度位置θは、本実施の形態においては、３相のサンプリング値ａ、ｂ、ｃを、３相−２相変換で２相に変換し、その比（アークタンジェント）から求める。

絶対回転角度位置θが算出されると、この絶対回転角度位置θと、不図示のパルスカウンタによってカウントされた回転輪の回転に応じたパルス信号のカウント数とに基づき、回転角速度ωを算出する。
例えば、１周を１０ビット（１０２４）に分割し、パルス発生器から、内輪２４の回転に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号をパルスカウンタでカウントし、このカウント値から回転に応じた時間ｔを算出する。そして、この時間ｔと、絶対回転角度位置θとにより、回転角速度ωを算出する。

回転角速度ωが算出されると、次に、ＲＡＭに保持してある過去（例えば、１回前）の絶対回転角度位置θと、今回の絶対回転角度位置θとに基づき、回転方向を算出（判別）する（ステップＳ１０６）。
回転方向が算出されると、これと、上記算出した、絶対回転角度位置θと、回転角速度ωとの情報を含む信号を、不図示の出力対象に出力する（ステップＳ１０８）。

ここで、回転情報算出器２００は、上記算出結果を、アナログ又はデジタルの信号で出力することが可能である。アナログの信号で出力する場合は、例えば、絶対回転角度位置θであれば、０〜３６０°を０〜５Ｖに均等に割り当て、角度に応じたアナログ電圧信号を出力する。また、上記算出結果を、デジタルの信号で出力する場合は、例えば、絶対回転角度位置θであれば、０〜３６０°を１０ビット（０〜１０２３）に均等に割り当て、角度に応じたデジタル信号を出力する。

以上、本実施の形態の回転情報算出装置１は、その磁気センサ付き軸受装置１００の構成を、磁路部材５０と、３つの磁気検出器６０ａ〜６０ｃと、磁石４０とを積み重ねた積層構成とし、且つ、磁路部材５０を、磁石４０からの磁束を軸方向に磁気検出器６０ａ〜６０ｃまで案内するように構成したので、磁路部材５０の円周方向のサイズを、容易に磁石４０の円周方向のサイズ以下にすることが可能である。

また、回転情報算出器２００は、磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される３相の磁気検出信号に基づき、内輪２４（回転軸）の回転状態を示す回転情報を算出することが可能である。
上記第１の実施の形態において、回転情報算出装置１は、発明１又は２の回転情報算出装置に対応し、外輪２２及び内輪２４は、発明２の静止輪及び回転輪に対応し、回転情報算出器２００及びステップＳ１００〜Ｓ１０８は、発明１及び２並びに発明１５乃至１８のいずれか１の回転情報算出手段に対応する。

なお、上記第１の実施の形態において、回転情報算出装置１を、回転情報算出器２００がセンサ付き軸受装置１００とは別体となる構成としたが、これに限らず、回転情報算出器２００を、センサ付き軸受装置１００に組み込んで一体とする構成としても良い。
また、上記第１の実施の形態において、回転角度位置を、３相−２相変換で２相に変換し、その比（アークタンジェント）から求めたが、これに限らず、他の方法を用いて求める構成としても良い。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を図面に基づき説明する。図８〜図１１は、本発明に係る回転情報算出装置の第２の実施の形態を示す図である。

まず、本発明の第２の実施の形態に係る回転情報算出装置の構成を図８に基づき説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態に係る回転情報算出装置２の構成を示すブロック図である。
回転情報算出装置２は、図８に示すように、モータ等の回転軸に回転自在に取り付けられた磁気センサ付き軸受装置１００からの磁気検出信号に基づいて回転軸の回転状態を示す情報である回転情報を算出する回転情報算出装置２を有して構成されている。なお、図８に示す、磁気センサ付き軸受装置１００は、径方向の断面図である。

ここで、磁気センサ付き軸受装置１００は、上記第１の実施の形態と同様の構成であるので詳細な説明を省略する。
更に、図９に基づき、回転情報算出装置２の詳細な構成を説明する。
ここで、図９は、回転情報算出装置２の詳細な構成を示すブロック図である。
回転情報算出装置２は、図９に示すように、磁気センサ付き軸受装置１００からの、３相のアナログの磁気検出信号cosθ、cos(θ-2π/3)、cos(θ-4π/3)の異常を検出する異常検出部２ａと、回転輪（内輪２４）の回転情報を算出する回転情報算出部２ｂとを有して構成されている。以下、上記第１の実施の形態と同様に、磁気検出器６０ａ〜６０ｃの構成する各相をそれぞれＡ相〜Ｃ相とする。

異常検出部２ａは、磁気検出器６０ａ〜６０ｃのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各相の磁気検出信号のサンプリング値ａ、ｂ、ｃに基づき、磁気検出器６０ａ〜６０ｃのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各相毎に、少なくとも２通りの算出方法で回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づき、各相の磁気検出信号に異常が発生しているか否かを検出する。
具体的に、異常検出部２ａは、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相毎に、サンプリング値ａ、ｂ、ｃを用いて絶対回転角度位置を算出する第１式を、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの数学的関係を用いて変形した第２〜第４式を用いて、前記各相の絶対回転角度位置を算出する。

ここで、第２式は、第１式を、サンプリング値ａ及びｂの数学的関係に基づき、サンプリング値ｃを含まないように変形した算出式である。また、第３式は、第１式を、サンプリング値ａ及びｃの数学的関係に基づき、サンプリング値ｂを含まないように変形した算出式である。また、第４式は、第１式を、サンプリング値ｂ及びｃの数学的関係に基づき、サンプリング値ａを含まないように変形した算出式である。

そして、第２式を用いて算出したＡ〜Ｃ相の３つの絶対回転角度位置の各２つの絶対回転角度位置の差分値と、第３式を用いて算出したＡ〜Ｃ相の３つの絶対回転角度位置の各２つの絶対回転角度位置の差分値と、第４式を用いて算出したＡ〜Ｃ相の３つの絶対回転角度位置の各２つの絶対回転角度位置の差分値とに基づき、サンプリング値ａ、ｂ、ｃのいずれかに異常が発生しているか否かを検出する。

サンプリング値ａ、ｂ、ｃのいずれか１つに異常が検出された場合は、該当する相に異常が発生していることを示す異常検出フラグを外部装置等に出力すると共に、Ａ相〜Ｃ相に対して、正常なサンプリング値のみで算出された３つの絶対回転角度位置を、回転情報算出部２ｂに出力する。
一方、サンプリング値ａ、ｂ、ｃのうち２つ以上に異常が発生している場合は、動作停止用の異常検出フラグを、回転情報算出装置２内部の不図示の動作制御部及び外部装置に出力する。

また、サンプリング値ａ、ｂ、ｃのいずれも正常である場合は、第２〜第４式で算出した９つの絶対回転角度位置を、回転情報算出部２ｂに出力する。
回転情報算出部２ｂは、異常検出部２ａから入力された絶対回転角度位置を平均して、外部出力用の絶対回転角度位置θとして算出し、更に、回転角速度ω、回転方向を回転情報として算出する。そして、当該算出した回転情報を、不図示の出力対象に出力する。

また、回転情報算出装置２は、回転角速度ωを算出するために、回転輪（内輪２４）の回転に応じたパルス信号を出力する不図示のパルス発生器と、そのパルス信号をカウントする不図示のパルスカウンタとを有している。
また、回転情報算出装置２は、回転方向を算出するために、算出した絶対回転角度位置θをＲＡＭに保持するようになっている。

また、回転情報算出装置２は、前記異常検出部２ａ、前記回転情報算出部２ｂなどにおける上記各機能をソフトウェア上で実現するため、及び上記各機能の実現に必要なハードウェアを制御するソフトウェアを実行するための不図示のコンピュータシステムを備えている。このコンピュータシステムのハードウェア構成は、各種制御や演算処理を担う演算処理装置（Processing Unit）と、主記憶装置（Main Storage）を構成するＲＡＭ（Random Access Memory）と、読み出し専用の記憶装置であるＲＯＭ（Read Only Memory）と、前記各装置間をデータ授受可能に接続する各種内外バスとを有した構成となっている。

そして、電源を投入すると、ＲＯＭに予め記憶された各種専用のコンピュータプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムに記述された命令に従って演算処理装置が各種ハードウェアの制御およ各種演算処理を行うことで前述したような各機能を実現するようになっている。
更に、図１０に基づき、異常検出部２ａにおける異常検出処理の流れを説明する。

ここで、図１０は、異常検出部２ａの異常検出処理を示すフローチャートである。
異常検出処理は、専用のソフトウェアを演算処理装置に実行させることで行われる処理であって、回転情報算出装置２の演算処理装置において実行されると、図１０に示すように、まずステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、異常検出部２ａにおいて、磁気検出器６０ａ〜６０ｃからの３相の磁気検出信号の各相のサンプリング値ａ、ｂ、ｃを同時に取得して、ステップＳ２０２に移行する。

ステップＳ２０２では、異常検出部２ａにおいて、ステップＳ２００で取得したサンプリング値ａ及びｂと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第２式とを用いて絶対回転角度位置θ_A2、θ_B2、θ_C2を算出して、ステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０４では、異常検出部２ａにおいて、第２式で算出した３つの絶対回転角度位置は、３つとも等しいか否かを判定し、３つとも等しいと判定された場合(Yes)は、ステップＳ２０６に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２１６に移行する。

具体的に、第２式で算出した３つの絶対回転角度位置θ_A2、θ_B2、θ_C2の各２つの差分値（θ_A2-θ_B2）、（θ_A2-θ_C2）、（θ_B2-θ_C2）が、所定の誤差範囲内に３つとも収まっているときに等しいと判定される。以下、第３式及び第４式においても同様の方法で判定を行う。
ここで、θ_A2、θ_B2、θ_C2は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に対する第２式を用いて算出した絶対回転角度位置である。同様に、θ_A3、θ_B3、θ_C3は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に対する第３式を用いて算出した絶対回転角度位置であり、θ_A4、θ_B4、θ_C4は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に対する第４式を用いて算出した絶対回転角度位置である。つまり、下付き文字のアルファベットが磁気検出器６０ａ〜６０ｃの相の種類を表し、数字が算出式の種類を表している。

ステップＳ２０６に移行した場合は、異常検出部２ａにおいて、ステップＳ２００で取得したサンプリング値ａ及びｃと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第３式とを用いて絶対回転角度位置θ_A3、θ_B3、θ_C3を算出して、ステップＳ２０８に移行する。
ステップＳ２０８では、異常検出部２ａにおいて、第３式で算出した３つの絶対回転角度位置は、３つとも等しいか否かを判定し、３つとも等しいと判定された場合(Yes)は、ステップＳ２１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２１４に移行する。

ステップＳ２１０に移行した場合は、異常検出部２ａにおいて、ステップＳ２００で取得したサンプリング値ｂ及びｃと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第４式とを用いて絶対回転角度位置θ_A4、θ_B4、θ_C4を算出して、ステップＳ２１２に移行する。
ステップＳ２１２では、異常検出部２ａにおいて、第２〜第４式で算出した９つの絶対回転角度位置を、回転情報算出部２ｂに出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。

一方、ステップＳ２０８において、第３式で算出した絶対回転角度位置が３つとも等しくなく、ステップＳ２１４に移行した場合は、異常検出部２ａにおいて、第２式で算出した３つの絶対回転角度位置θ_A2、θ_B2、θ_C2を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにおけるＣ相の磁気検出信号に異常が発生していることを示すＣ相信号異常検出フラグを外部装置に出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。

また、ステップＳ２０４において、第２式で算出した回転角度位置が３つとも等しくなく、ステップＳ２１６に移行した場合は、異常検出部２ａにおいて、ステップＳ２００で取得したサンプリング値ａ及びｃと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第３式とを用いて絶対回転角度位置θ_A3、θ_B3、θ_C3を算出して、ステップＳ２１８に移行する。
ステップＳ２１８では、異常検出部２ａにおいて、第３式で算出した３つの絶対回転角度位置は、３つとも等しいか否かを判定し、３つとも等しいと判定された場合(Yes)は、ステップＳ２２０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２２２に移行する。

ステップＳ２２０に移行した場合は、異常検出部２ａにおいて、第３式で算出した３つの絶対回転角度位置θ_A3、θ_B3、θ_C3を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにおけるＢ相の磁気検出信号に異常が発生していることを示すＢ相信号異常検出フラグを外部装置に出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
また、ステップＳ２１８において、第３式で算出した絶対回転角度位置が３つとも等しくなく、ステップＳ２２２に移行した場合は、異常検出部２ａにおいて、ステップＳ２００で取得したサンプリング値ｂ及びｃと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第４式とを用いて絶対回転角度位置θ_A4、θ_B4、θ_C4を算出して、ステップＳ２２４に移行する。

ステップＳ２２４では、異常検出部２ａにおいて、第４式で算出した３つの絶対回転角度位置は、３つとも等しいか否かを判定し、３つとも等しいと判定された場合(Yes)は、ステップＳ２２６に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２２８に移行する。
ステップＳ２２６に移行した場合は、異常検出部２ａにおいて、第４式で算出した３つの絶対回転角度位置θ_A4、θ_B4、θ_C4を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにおけるＡ相の磁気検出信号に異常が発生していることを示すＡ相信号異常検出フラグを外部装置に出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。

一方、ステップＳ２２８に移行した場合は、異常検出部２ａにおいて、動作停止用の異常検出フラグを、内部の動作制御部（演算処理装置）や外部装置などに出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
更に、図１１に基づき、回転情報算出部２ｂの回転情報算出処理の流れを説明する。
ここで、図１１は、回転情報算出部２ｂの回転情報算出処理を示すフローチャートである。

回転情報算出処理は、専用のソフトウェアを演算処理装置に実行させることで行われる処理であって、回転情報算出装置２の演算処理装置において実行されると、図１１に示すように、まずステップＳ３００に移行する。
ステップＳ３００では、回転情報算出部２ｂにおいて、異常検出部２ａから絶対回転角度位置を取得したか否かを判定し、取得したと判定された場合(Yes)は、ステップＳ３０２に移行し、そうでない場合(No)は、取得するまで待機する。

ステップＳ３０２に移行した場合は、回転情報算出部２ｂにおいて、取得した絶対回転角度位置の平均値を、内輪２４（回転軸）の絶対回転角度位置θとして算出して、ステップＳ３０４に移行する。
ステップＳ３０４では、回転情報算出部２ｂにおいて、ステップＳ３０２で算出した絶対回転角度位置θと、不図示のパルスカウンタでカウントした、内輪２４の回転に応じたパルス信号数とに基づき回転角速度ωを算出して、ステップＳ３０６に移行する。

ステップＳ３０６では、回転情報算出部２ｂにおいて、ステップＳ３０２で算出した絶対回転角度位置θと、過去に算出した絶対回転角度位置θとに基づき回転方向を算出して、ステップＳ３０８に移行する。
ステップＳ３０８では、回転情報算出部２ｂにおいて、ステップＳ３０２〜Ｓ３０６の算出結果の信号を出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
まず、異常検出部２ａにおいて、磁気検出器６０ａ〜６０ｃのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対する回転角度位置の算出に用いられる算出式について説明する。
磁気検出器６０ａ〜６０ｃのＡ相〜Ｃ相からの磁気検出信号のサンプリング値ａ、ｂ、ｃは、下式（１）で表すことができる。

Ａ相：ａ＝cosθ
Ｂ相：ｂ＝cos(θ-2π/3) ・・・（１）
Ｃ相：ｃ＝cos(θ-4π/3)

上式（１）より、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの数学的関係を利用して、異常検出用の回転角度位置の算出式（上述した第１式〜第４式）を求めるための異常検出パラメータとして、下式（２）を求める。

更に、上式（２）に示す異常検出パラメータを用いて、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対して、サンプリング値ａ、ｂ、ｃを全て用いた回転角度位置の算出式である、下式（３）に示す第１式を求める。次に、上式（２）に示す異常検出パラメータを用いて、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対して、第１式を変形し、下式（３）に示すように、サンプリング値ａ及びｂのみを変数とした第２式を求める。同様に、上式（２）に示す異常検出パラメータを用いて、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対して、第１式を変形し、下式（３）に示すように、サンプリング値ａ及びｃのみを変数とした第３式、並びにサンプリング値ｂ及びｃのみを変数とした第４式を求める。

以下、上記のようにして求めた、上式（３）に示す、第２〜第４式を用いて、回転情報算出装置２の異常検出処理及び回転情報算出処理の動作を説明する。
ここでは、磁気センサ付き軸受装置１００を、モータの回転軸の軸受に適用した場合の動作を説明する。

不図示のドライバからの駆動信号に応じてモータが駆動すると、モータの回転軸が回転し、この回転に連動して磁気センサ付き軸受装置１００の内輪２４が回転する。内輪２４には磁石４０が支持されているので、内輪２４と共に磁石４０も回転する。そして、磁石４０が回転することにより、磁路部材５０の各磁路と磁石４０との位置関係も周期的に変化する。

磁気検出器６０ａ〜６０ｃには、磁路部材５０の各磁路を介して磁石４０からの磁束が通過し、それぞれ、通過磁束に対応する磁気検出信号cosθ、cos(θ-2π/3)、cos(θ-4π/3)が出力される。
回転情報算出装置２は、サンプリングタイミングになると、異常検出部２ａにおいて、磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される３相の磁気検出信号のサンプリング値ａ、ｂ、ｃを取得する（ステップＳ２００）。

異常検出部２ａは、サンプリング値ａ、ｂ、ｃを取得すると、まず、サンプリング値ａ及びｂと、上式（３）に示す、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相にそれぞれ対応する第２式とを用いて、絶対回転角度位置θ_A2、θ_B2、θ_C2を算出する（ステップＳ２０２）。
次に、異常検出部２ａは、第２式で算出したθ_A2、θ_B2、θ_C2に対して、各２つの差分値「θ_A2-θ_B2」、「θ_A2-θ_C2」、「θ_B2-θ_C2」を算出する。そして、これら差分値と、予め設定されている閾値Ｅ_t＝±０．１[°]とを比較し、差分値が３つとも閾値Ｅ_tの範囲内にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しいと判定する（ステップＳ２０４の「Ｙｅｓ」の分岐）。また、差分値が１つでも閾値Ｅ_tの範囲外にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しくないと判定する（ステップＳ２０４の「Ｎｏ」の分岐）。

ここで、閾値Ｅ_tを−０．１[°]〜＋０．１[°]の範囲にしたのは、ノイズによる誤差や、Ａ／Ｄ変換による誤差等を考慮するためである。
以下、第２式で算出した絶対回転角度位置が３つとも等しかった場合の動作を説明する。
この場合、異常検出部２ａは、サンプリング値ａ及びｃと、上式（３）に示す、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相にそれぞれ対応する第３式とを用いて、絶対回転角度位置θ_A3、θ_B3、θ_C3を算出する（ステップＳ２０６）。

そして、上記第２式のときと同様に、第３式で算出したθ_A3、θ_B3、θ_C3に対して、各２つの差分値「θ_A3-θ_B3」、「θ_A3-θ_C3」、「θ_B3-θ_C3」を算出する。更に、これら差分値と閾値Ｅ_tとを比較し、差分値が３つとも閾値Ｅ_tの範囲内にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しいと判定する（ステップＳ２０８の「Ｙｅｓ」の分岐）。また、差分値が１つでも閾値Ｅ_tの範囲外にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しくないと判定する（ステップＳ２０８の「Ｎｏ」の分岐）。

ここで、第３式に対する３つの絶対回転角度位置が等しくない場合は、既にサンプリング値ａ及びｂが正常であることが解っているので、サンプリング値ｃにのみ異常があることが解る。また、サンプリング値ｃを変数に含む第４式についても異常値が算出されることが解る。
従って、異常検出部２ａは、第２式で算出した絶対回転角度位置θ_A2、θ_B2、θ_C2を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ｃ相の信号に異常が発生していることを示すＣ相信号異常検出フラグを外部装置等に出力する（ステップＳ２１４）。

例えば、Ｃ相信号異常検出フラグを外部のコンピュータなどに出力し、そこで異常個所を示すメッセージ画像等を表示装置に表示することで、磁気検出器６０ａ〜６０ｃに異常が発生していることが解ると共に、異常の発生箇所も解るので迅速な対応が可能となる。
また、異常検出部２ａは、Ｃ相に異常があるという情報を保持し、以降は、Ａ相及びＢ相からのサンプリング値ａ及びｂのみを用いて、第２式から３つの絶対回転角度位置θ_A2、θ_B2、θ_C2を算出し、これらを回転情報算出部２ｂに出力する。つまり、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにおけるＣ相（磁気検出器６０ｃ）に異常があっても、残りのＡ相及びＢ相（磁気検出器６０ａ及び６０ｂ）が正常であれば、回転角度位置の算出処理を継続して行い、算出結果を回転情報算出部２ｂに出力する。

また、異常検出部２ａにおいては、例えば、電源投入毎、又はサンプリングタイミング毎など定期的に異常検出処理を行うようにすることで、残り２つの相に異常が発生したときにも対応することが可能である。
一方、回転情報算出部２ｂは、異常検出部２ａから、絶対回転角度位置θ_A2、θ_B2、θ_C2を取得すると（ステップＳ３００）、まず、３つの絶対回転角度位置の平均値「（θ_A2＋θ_B2＋θ_C2）／３」を出力用の絶対回転角度位置θとして算出する（ステップＳ３０２）。

絶対回転角度位置θが算出されると、回転情報算出部２ｂは、次に、回転角速度ωを算出する（ステップＳ３０４）。絶対回転角度位置ωの算出方法は、上記第１の実施の形態と同様となるので具体的な説明を省略する。
更に、回転角速度ωが算出されると、回転情報算出部２ｂは、次に、回転位置を算出する（ステップＳ３０６）。回転位置の算出方法は、上記第１の実施の形態と同様となるので具体的な説明を省略する。

そして、上記算出した絶対回転角度位置θ、回転角速度ω及び回転方向の情報を含む信号を、不図示の出力対象に出力する（ステップＳ３０８）。この信号は、アナログ又はデジタルの信号で出力され、その出力方法は、上記第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
次に、上式（３）に示す、第２式及び第３式で算出した絶対回転角度位置が正常である場合（ステップＳ２０８の「Ｙｅｓ」の分岐）の動作について説明する。

この場合、異常検出部２ａは、サンプリング値ａ、ｂ、ｃが全て正常であることが解るので、更に、サンプリング値ｂ及びｃと、上式（３）に示す、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相にそれぞれ対応する第４式とを用いて、絶対回転角度位置θ_A4、θ_B4、θ_C4を算出する（ステップＳ２１０）。そして、上記取得したサンプリング値ａ、ｂ、ｃ、及び第２式〜第４式で算出した９つの絶対回転角度位置の全てを、回転情報算出部２ｂに出力する（ステップＳ２１２）。

一方、回転情報算出部２ｂは、異常検出部２ａから、９つの絶対回転角度位置θ_A2、θ_B2、θ_C2、θ_A3、θ_B3、θ_C3、θ_A4、θ_B4、θ_C4とを取得すると（ステップＳ３００）、これら９つの絶対回転角度位置の平均値を出力用の絶対回転角度位置θとして算出する（ステップＳ３０２）。
そして、この絶対回転角度位置θを用いて回転角速度ωを算出する（ステップＳ３０４）。一方、上記算出した絶対回転角度位置θと、１回前に算出した絶対回転角度位置θとに基づき、回転方向を算出する（ステップＳ３０６）。

つまり、磁気検出器６０ａ〜６０ｃの各相に異常がない場合は、９つの絶対回転角度位置の平均値を、出力用の絶対回転角度位置θとして算出することができるので、高精度な絶対回転角度位置θ及び回転角速度ωを出力対象に出力することが可能である。また、この場合は、異常が無いので異常検出フラグは出力されない。
次に、上式（３）に示す、第２式で算出した回転角度位置が異常と判定された場合（ステップＳ１０４の「Ｎｏ」の分岐）の動作について説明する。

この場合、異常検出部２ａは、サンプリング値ａ及びｃと、上式（３）に示す、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相にそれぞれ対応する第３式とを用いて、絶対回転角度位置θ_A3、θ_B3、θ_C3を算出する（ステップＳ２１６）。
そして、上記第２式のときと同様に、第３式で算出したθ_A3、θ_B3、θ_C3に対して、各２つの差分値「θ_A3-θ_B3」、「θ_A3-θ_C3」、「θ_B3-θ_C3」を算出する。更に、これら差分値と閾値Ｅ_tとを比較し、差分値が３つとも閾値Ｅ_tの範囲内にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しいと判定する（ステップＳ２１８の「Ｙｅｓ」の分岐）。また、差分値が１つでも閾値Ｅ_tの範囲外にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しくないと判定する（ステップＳ２１８の「Ｎｏ」の分岐）。

ここで、３つの絶対回転角度位置が等しいと判定された場合（ステップＳ２１８の「Ｙｅｓ」の分岐）は、サンプリング値ａ及びｂのいずれか一方が異常であることに加え、サンプリング値ａ及びｃが正常であることが解るので、これにより、サンプリング値ｂのみに異常があることが解る。従って、異常検出部２ａは、第３式で算出した絶対回転角度位置θ_A3、θ_B3、θ_C3を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ｂ相の信号に異常が発生していることを示すＢ相信号異常検出フラグを外部装置等に出力する（ステップＳ２２０）。

また、異常検出部２ａは、Ｂ相に異常があるという情報を保持し、以降は、Ａ相及びＣ相からのサンプリング値ａ及びｃのみを用いて、第３式から３つの絶対回転角度位置をθ_A3、θ_B3、θ_C3を算出し、これらを回転情報算出部２ｂに出力する。つまり、磁気検出器６０ａ〜６０ｃのＢ相に異常があっても、残りのＡ相及びＣ相が正常であれば、回転角度位置の算出処理を継続して行い、算出結果を回転情報算出部２ｂに出力する。

一方、回転情報算出部２ｂは、異常検出部２ａから、絶対回転角度位置θ_A3、θ_B3、θ_C3を取得すると（ステップＳ３００）、これら３つの絶対回転角度位置の平均値を出力用の絶対回転角度位置θとして算出する（ステップＳ３０２）。
更に、この絶対回転角度位置θを用いて回転角速度ωを算出する（ステップＳ３０４）。一方、上記算出した絶対回転角度位置θと、１回前に算出した絶対回転角度位置θとに基づき、回転方向を算出する（ステップＳ３０６）。

そして、上記算出した絶対回転角度位置θ、回転角速度ω及び回転方向を含む信号を、不図示の出力対象に出力する（ステップＳ３０８）。
次に、第２式及び第３式で算出した回転角度位置が異常と判定された場合（ステップＳ２１８の「Ｎｏ」の分岐）の動作について説明する。
この場合は、サンプリング値ａ及びｂのいずれか一方、及びサンプリング値ａ及びｃのいずれか一方に異常があることが解る。しかし、これだけでは、サンプリング値ａのみに異常があるのか、サンプリング値ｂ及びｃに異常があるのかが正確に解らない。従って、異常検出部２ａは、更に、サンプリング値ｂ及びｃと、上式（３）に示す、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相にそれぞれ対応する第４式とを用いて、絶対回転角度位置θ_A4、θ_B4、θ_C4を算出する（ステップＳ２２２）。

そして、上記第２式のときと同様に、第４式で算出したθ_A4、θ_B4、θ_C4に対して、各２つの差分値「θ_A4-θ_B4」、「θ_A4-θ_C4」、「θ_B4-θ_C4」を算出する。更に、これら差分値と閾値Ｅ_tとを比較し、差分値が３つとも閾値Ｅ_tの範囲内にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しいと判定する（ステップＳ２２４の「Ｙｅｓ」の分岐）。また、差分値が１つでも閾値Ｅ_tの範囲外にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しくないと判定する（ステップＳ２２４の「Ｎｏ」の分岐）。

ここで、３つの絶対回転角度位置が等しいと判定された場合（ステップＳ２２４の「Ｙｅｓ」の分岐）は、サンプリング値ａのみが異常であることが解るので、異常検出部２ａは、第４式で算出した絶対回転角度位置θ_A4、θ_B4、θ_C4を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ａ相の信号に異常が発生していることを示すＡ相信号異常検出フラグを外部装置等に出力する（ステップＳ２２６）。

また、異常検出部２ａは、Ａ相に異常があるという情報を保持し、以降は、Ｂ相及びＣ相からのサンプリング値ｂ及びｃのみを用いて、第４式から３つの絶対回転角度位置をθ_A4、θ_B4、θ_C4を算出し、これらを回転情報算出部２ｂに出力する。つまり、磁気検出器６０ａ〜６０ｃのＡ相に異常があっても、残りのＢ相及びＣ相が正常であれば、回転角度位置の算出処理を継続して行い、算出結果を回転情報算出部２ｂに出力する。

一方、回転情報算出部２ｂは、異常検出部２ａから、絶対回転角度位置θ_A4、θ_B4、θ_C4を取得すると（ステップＳ３００）、これら３つの絶対回転角度位置の平均値を出力用の絶対回転角度位置θとして算出する（ステップＳ３０２）。
更に、この絶対回転角度位置θを用いて回転角速度ωを算出する（ステップＳ３０４）。一方、上記算出した絶対回転角度位置θと、１回前に算出した絶対回転角度位置θとに基づき、回転方向を算出する（ステップＳ３０６）。

そして、上記算出した絶対回転角度位置θ、回転角速度ω及び回転方向を含む信号を、不図示の出力対象に出力する（ステップＳ３０８）。
次に、第２式〜第４式で算出した回転角度位置が全て異常と判定された場合（ステップＳ２２４の「Ｎｏ」の分岐）の動作について説明する。
この場合は、サンプリング値ａ、ｂ、ｃのうち２つ以上に異常があることが解るので、異常検出部２ａは、回転情報の算出処理を正常に機能させることは不可能であると判断し、動作停止用の異常検出フラグを、内部の動作制御部及び外部装置に出力する（ステップＳ２２８）。

回転情報算出装置２の内部にある動作制御部は、異常検出部２ａから動作停止用の異常検出フラグを取得すると、停止コマンドを発行して、異常検出部２ａ及び回転情報算出部２ｂの動作を停止する。
上記したように、本実施の形態の回転情報算出装置２は、回転情報算出装置２の異常検出部２ａにおいて、３相の磁気検出信号のサンプリング値のうちＡ相及びＢ相の値ａ、ｂ、Ａ相及びＣ相の値ａ、ｃ、並びにＢ相及びＣ相の値ｂ、ｃと、上式（３）の第２式〜第４式とに基づき、絶対回転角度位置θ_A2〜θ_C2、θ_A3〜θ_C3、θ_A4〜θ_C4を算出することが可能である。また、各算出式で算出した各３つの絶対回転角度位置の差分値と閾値Ｅ_tとの比較結果に基づき、サンプリング値の異常を検出することが可能である。また、異常があったときに、該当するサンプリング値の相に対する異常検出フラグや、動作停止用の異常検出フラグを出力することが可能である。

これにより、磁気検出器６０ａ〜６０ｃのどの相に異常があるのかを正確に判断することができると共に、異常検出フラグを外部装置等に出力することで、異常の有無及び異常個所を判断することができるので、迅速な対応が可能となる。また、正常な情報を算出できないときは動作を停止することができるので、出力対象の誤動作等を防ぐことが可能である。

また、本実施の形態の回転情報算出装置２は、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにそれぞれ対応するＡ相、Ｂ相、Ｃ相のうち、異常の発生していない相が１つしかない場合に、残り２つの正常な相のサンプリング値を用いて、継続して絶対回転角度位置θ、回転角速度ω及び回転方向の算出処理を行うことが可能である。
これにより、１相だけに異常が発生した場合でも回転情報の算出処理を継続し、出力対象の正常な動作を維持できるので、誤動作による出力対象の破損や危険の発生等を防ぐことが可能である。

また、本実施の形態の回転情報算出装置２は、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにそれぞれ対応するＡ相、Ｂ相、Ｃ相のうち、正常な相に対する上記第１〜第４式で算出した絶対回転角度位置の平均値を、出力用の絶対回転角度位置θとして算出することが可能である。
これにより、信頼性の高い高精度な回転角度位置の算出が可能である。
上記第２の実施の形態において、磁気検出器６０ａ〜６０ｃは、発明３の３つの磁気検出器に対応し、ステップＳ２００は、発明３又は５のサンプリング値取得手段に対応し、異常検出部２ａ及びステップＳ２０２〜Ｓ２２８は、発明２並びに発明４乃至９のいずれか１の異常検出手段に対応し、回転情報算出部２ｂ及びステップＳ３００〜Ｓ３０８は、発明３、７、８、並びに発明１５乃至１８のいずれか１の回転情報算出手段に対応する。

なお、上記第２の実施の形態においては、異常検出部２ａの異常検出処理及び回転情報算出部２ｂの回転情報算出処理を、演算処理装置に専用のソフトウェアを実行させることで行う構成としたが、これに限らず、ハードウェア主体で前記各処理を実行する構成としても良い。
また、上記第２の実施の形態においては、事前に異常検出パラメータから、上式（３）を求めておき、異常検出部２ａはこの算出式を用いて、異常検出処理を実行する構成としたが、これに限らず、例えば、電源投入毎、又は出荷後の最初の電源投入時などに、異常検出パラメータの算出処理及び上式（３）に示す回転角度位置の算出式の生成処理を行う構成としても良い。また、一度生成した算出式は、電源が落ちるまで保持するか又は電源が落ちた後も保持し続けるようにすることで、上式（３）に示す算出式の生成処理負荷を軽減することが可能である。

また、上記第２の実施の形態においては、磁気センサ付き軸受装置１００と、回転情報算出装置２とを別々の構成としたが、これに限らず、回転情報算出装置２に磁気センサ付き軸受装置１００を含む構成としても良い。この場合に、回転情報算出装置２を、センサ付き軸受装置１００に組み込んで一体とする構成としても良い。
また、上記第２の実施の形態において、回転角度位置θを、上記第２式〜第４式のいずれかで算出したＡ相〜Ｃ相に対する回転角度位置の平均値により求める構成としたが、これに限らず、回転角度位置を、３相−２相変換で２相に変換し、その比（アークタンジェント）から求める構成やその他の構成としても良い。

また、上記第１及び第２の実施の形態において、磁気センサ付き軸受装置１００に、回転情報算出装置２を適用したが、これに限らず、回転軸の回転に応じた３相の磁気検出信号が得られるのであれば、磁気センサと、軸受とが別体となったものや、磁気センサ付き軸受装置が別の構成であるものなど、他の構成のものに適用しても良い。
また、上記第１及び第２の実施の形態において、磁気センサ付き軸受装置１００に、回転情報算出装置２を適用したが、これに限らず、軸受装置以外の回転子を有する装置に適用してもよい。

また、上記第１及び第２の実施の形態において、磁石４０が２極に着磁された構成を説明したが、これに限らず、磁石４０を、４極以上に着磁した多極着磁の構成としても良い。この場合は、絶対回転角度位置を算出することができないが、相対回転角度位置を正確に算出することができる。
また、上記第１及び第２の実施の形態において、磁気検出器６０ａ〜６０ｃがアナログホールＩＣである構成を説明したが、これに限らず、他のアナログ素子であっても良い。

しかしながら、ホール素子等のような一般のアナログ素子の場合、感度が低く、外部に増幅回路が必要になるが、アナログホールＩＣを使用すると、アナログホールＩＣ内部に増幅回路が組み込まれているので、外部に増幅回路を設ける必要がなくなるため、アナログホールＩＣを使うのが望ましい。
また、上記第１及び第２の実施の形態において、磁路部材５０は薄い板状の構造としたが、これに限らず、壁５０ａの高さと同じ厚みの円弧形状の部材でもよい。しかし、板状にすることにより、軽量化及び材料コストの削減を実現できるので、板状のほうが望ましい。

また、上記第１及び第２の実施の形態において、磁気センサ付き軸受装置１００が玉軸受を有する構成を説明したが、これに限らず、円錐ころ軸受、ニードル軸受、ころ軸受、複列軸受その他任意の種類の軸受を有する構成としても良い。

本発明の回転情報算出装置１の構成を示すブロック図である。 磁気センサ付き軸受装置１００の斜視図である。 磁気センサ付き軸受装置１００の分解斜視図である。 磁気センサ付き軸受装置１００の軸方向の断面図である。 磁気センサ付き軸受装置１００の磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される磁気検出信号を示す図である。 磁気検出信号の出力原理を示す図である。 回転情報算出器２００における回転情報算出処理を示すフローチャートである。 本発明の回転情報算出装置２の構成を示すブロック図である。 回転情報算出装置２の詳細な構成を示すブロック図である。 異常検出部２ａの異常検出処理を示すフローチャートである。 回転情報算出部２ｂの回転情報算出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 磁気センサ付き軸受装置
２００ 回転情報算出器
１，２ 回転情報算出装置
２２ 外輪
２４ 内輪
３０ 磁石ホルダ
４０ 磁石
５０ 磁路部材
６０ａ〜６０ｃ 磁気検出器
２ａ 異常検出部
２ｂ 回転情報算出部

Claims (18)

1. 回転子に支持された磁石ホルダと、前記磁石ホルダに支持された磁石と、固定子に支持され、当該固定子の円周方向にそれぞれ所定間隔で配置された、入力磁束に応じた信号を出力する３つの磁気検出器と、前記固定子に支持され且つ前記３つの磁気検出器の間に配設された、前記３つの磁気検出器に前記磁石からの磁束を導く３つの磁路を有した磁路部材と、
   前記回転子の回転時に、前記磁路部材の各磁路と前記磁石との位置関係に応じて位相の変化する、前記３つの磁気検出器からの３相の出力信号に基づき、前記回転子の回転状態を示す情報を算出する回転状態算出手段と、を備えることを特徴とする回転情報算出装置。
2. 静止輪と回転輪との間に複数の転動体が配設された軸受と、前記回転輪に支持された磁石ホルダと、前記磁石ホルダに支持された磁石と、前記静止輪に支持され、当該静止輪の円周方向にそれぞれ所定間隔で配置された、入力磁束に応じた信号を出力する３つの磁気検出器と、前記静止輪に支持され且つ前記３つの磁気検出器の間に配設された、前記３つの磁気検出器に前記磁石からの磁束を導く３つの磁路を有した磁路部材と、
   前記回転輪の回転時に、前記磁路部材の各磁路と前記磁石との位置関係に応じて位相の変化する、前記３つの磁気検出器からの３相の出力信号に基づき、前記回転輪の回転状態を示す情報を算出する回転状態算出手段と、を備えることを特徴とする回転情報算出装置。
3. 静止輪及び回転輪の一方に支持された磁石と、前記静止輪及び前記回転輪の他方の円周方向に所定の間隔をもって配設され、前記磁石からの入力磁束に応じた磁気検出信号を出力する３つの磁気検出器とを有するセンサ付き軸受装置における、前記３つの磁気検出器から出力される、位相の異なる３つの磁気検出信号を入力し、入力した前記磁気検出信号に基づき、前記回転輪の回転状態を示す情報を算出する回転情報算出装置であって、
   前記３つの磁気検出信号について、サンプリング値を取得するサンプリング値取得手段と、
   前記サンプリング値に基づき、前記回転輪の回転状態を示す情報を算出する回転情報算出手段と、
   前記サンプリング値に基づき、前記３つの磁気検出信号の異常を検出する異常検出手段と、を備えることを特徴とする回転情報算出装置。
4. 前記異常検出手段は、前記位相の異なる３つの磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、前記磁気検出器の構成する３つの相の各相毎に、少なくとも２通りの算出方法で、前記回転情報の１つである回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記３つの磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項３に記載の回転情報算出装置。
5. 前記磁気検出器の３つの相をＡ相、Ｂ相、Ｃ相とし、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する磁気検出信号のサンプリング値をそれぞれａ、ｂ、ｃとし、
   前記異常検出手段は、前記サンプリング値ａ及びｂ、前記サンプリング値ａ及びｃ、並びに前記サンプリング値ｂ及びｃの３つの組み合わせのうち少なくとも２つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも２つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記位相の異なる３つの磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項４に記載の回転情報算出装置。
6. 前記異常検出手段は、前記各相に対する前記回転角度位置同士の差分値に基づき、前記位相の異なる３つの磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の回転情報算出装置。
7. 前記回転情報算出手段は、前記３つの磁気検出信号のうち、前記異常検出手段によって異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた前記回転角度位置の平均値を、前記回転輪の回転角度位置として算出することを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
8. 前記回転情報算出手段は、前記異常検出手段によって、前記３つの磁気検出信号のうちいずれか１つに異常が検出されたときに、当該異常の検出された磁気検出信号の相を除く、残り２つの相の磁気検出信号に対するサンプリング値に基づき前記回転状態を示す情報を算出することを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
9. 前記異常検出手段は、異常が検出されたときに、当該異常の情報を含む異常検出フラグを出力することを特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
10. 前記３つの磁気検出器を、電気角１２０°の位相を持たせて配置することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
11. 前記磁石は、円周方向にＳ極とＮ極の２極に着磁した円環状の永久磁石であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
12. 前記磁石は、円周方向にＳ極とＮ極を交互に４極以上着磁した円環状の永久磁石であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
13. 前記磁気検出器は、アナログホールＩＣであることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
14. 前記アナログホールＩＣは、温度変化に伴う出力変動を補正することができるプログラマブルＩＣであることを特徴とする請求項１３に記載の回転情報算出装置。
15. 前記回転情報算出手段は、前記回転状態を示す情報をアナログ信号として出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
16. 前記回転情報算出手段は、前記回転状態を示す情報をデジタル信号として出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
17. 前記回転情報算出手段は、前記回転状態を示す情報をパルス信号として出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。
18. 前記回転情報算出手段は、前記回転状態を示す情報として、相対回転角度、絶対回転角度、回転角速度及び回転方向の少なくとも１つを算出することを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の回転情報算出装置。

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