JP2010261857A - 回転情報算出装置、軸受装置、モータ制御装置、ステアリング装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】位置検出信号の異常検出に係る演算負荷を軽減する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（位置検出信号）のサンプリング値ａ、ｂ、ｃからＡ相の回転角度位置θＡ４、Ｂ相の回転角度位置θＢ３、Ｃ相の回転角度位置θＣ４を算出し、それらが同等であるときには、それらの回転角度位置を正常な回転角度位置として算出出力する。一方、これらの回転角度位置が同等でない場合には、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対応する理想角度データを算出し、それらを比較することで、異常の発生している磁気検出信号（位置検出信号）を特定する。また、異常の発生している磁気検出信号（位置検出信号）が１つだけである場合には、正常な残りの磁気検出信号（位置検出信号）を用いた回転角度位置を算出出力する。
【選択図】図８
【解決手段】３相の磁気検出信号（位置検出信号）のサンプリング値ａ、ｂ、ｃからＡ相の回転角度位置θＡ４、Ｂ相の回転角度位置θＢ３、Ｃ相の回転角度位置θＣ４を算出し、それらが同等であるときには、それらの回転角度位置を正常な回転角度位置として算出出力する。一方、これらの回転角度位置が同等でない場合には、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対応する理想角度データを算出し、それらを比較することで、異常の発生している磁気検出信号（位置検出信号）を特定する。また、異常の発生している磁気検出信号（位置検出信号）が１つだけである場合には、正常な残りの磁気検出信号（位置検出信号）を用いた回転角度位置を算出出力する。
【選択図】図８
Description
本発明は、回転角度などを算出する回転情報算出装置、その回転情報算出装置を用いた軸受装置、モータ制御装置、ステアリング装置、及び電動パワーステアリング装置に関するものである。
回転子の回転角度を検出する位置検出センサとしては、例えばレゾルバやホールＩＣが挙げられる。このような位置検出センサを備え、位相の異なる３相の位置検出信号から回転角度を算出する回転情報算出装置が考えられている。そして、例えば下記特許文献１に記載される回転情報算出装置では、位相の異なる３相の位置検出信号のサンプリング値から、３つの異なる算出方法に従って、各相毎に３つの回転角度位置を回転情報として算出すると共に、各相毎の回転角度位置が互いに同等であるか否かに基づいて、各相の位置検出信号の異常を検出するようにしている。
しかしながら、前記特許文献１に記載される回転情報算出装置では、各相の位置検出信号の異常を検出するために、３相の位置検出信号のサンプリング値から、３つの異なる算出方法に従って、計９つの回転角度位置を算出する必要があり、その演算負荷を軽減するために、更なる改善の余地がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、位置検出信号の異常検出に係る演算負荷を軽減することが可能な回転情報算出装置、軸受装置、モータ制御装置、ステアリング装置、及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、位置検出信号の異常検出に係る演算負荷を軽減することが可能な回転情報算出装置、軸受装置、モータ制御装置、ステアリング装置、及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するため、本発明の回転情報算出装置は、３相の位置検出センサから出力され且つ回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる３つの位置検出信号を入力し、入力した位置検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を算出する回転情報算出装置であって、前記３つの位置検出信号の夫々について、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回転角度位置算出手段と、前記取得したサンプリング値に基づいて、前記位置検出信号の異常を検出する異常検出手段とを備え、前記異常検出手段は、前記位相の異なる３つの位置検出信号のサンプリング値に基づいて、前記位置検出センサの各相に対して、少なくとも１つ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つの位置検出信号の異常を検出することを特徴とするものである。
また、前記３相の位置検出センサは、磁石とホールＩＣからなる３相の磁気式位置検出センサであることを特徴とするものである。
また、前記位置検出センサの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位置検出信号のサンプリング値を夫々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ｂ及びｃ、並びに前記サンプリング値ｃ及びａの３つの組合せに基づいて、前記組合せ毎に異なる算出方法を用いて、前記位置検出センサの各相に対して、少なくとも１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同士が同等であるか否かの判定に基づき、前記位相の異なる３つの位置検出信号の異常を検出することを特徴とするものである。
また、前記位置検出センサの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位置検出信号のサンプリング値を夫々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ｂ及びｃ、並びに前記サンプリング値ｃ及びａの３つの組合せに基づいて、前記組合せ毎に異なる算出方法を用いて、前記位置検出センサの各相に対して、少なくとも１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同士が同等であるか否かの判定に基づき、前記位相の異なる３つの位置検出信号の異常を検出することを特徴とするものである。
また、前記異常検出手段は、前記各相間の前記回転角度位置同士の差分値の絶対値が所定値以下である場合に、それらの回転角度位置が同等であると判定することを特徴とするものである。
また、前記サンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対応する理想角度データを比較することによって、異常の発生している位置検出信号を特定することを特徴とするものである。
また、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ものである。
また、前記サンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対応する理想角度データを比較することによって、異常の発生している位置検出信号を特定することを特徴とするものである。
また、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ものである。
また、前記回転角度位置算出手段は、前記異常検出手段によって、前記３つの位置検出信号のうちの何れか１つに異常が検出された場合、当該異常の検出された位置検出信号の相を除く、残り２つの相の位置検出信号に対するサンプリング値に基づいて回転角度位置を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の軸受装置は、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装置において、前記各回転情報算出装置で回転輪の回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することを特徴とするものである。
また、本発明の軸受装置は、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装置において、前記各回転情報算出装置で回転輪の回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することを特徴とするものである。
また、本発明のモータ制御装置は、前記各回転情報算出装置で回転軸の回転角度を算出し、算出された回転角度情報に基づいて回転軸の回転制御を行うことを特徴とするものである。
また、本発明のステアリング装置は、前記各回転情報算出装置でステアリングホイールの回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することを特徴とするものである。
また、本発明の電動パワーステアリング装置は、前記各回転情報算出装置でトーションバーの入力側及び出力側の回転角度を算出し、それらの回転角度情報に基づいてステアリングホイールからステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを算出し、算出された操舵トルクに基づいて電動モータから前記ステアリングシャフトに補助トルクを伝達することを特徴とするものである。
また、本発明のステアリング装置は、前記各回転情報算出装置でステアリングホイールの回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することを特徴とするものである。
また、本発明の電動パワーステアリング装置は、前記各回転情報算出装置でトーションバーの入力側及び出力側の回転角度を算出し、それらの回転角度情報に基づいてステアリングホイールからステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを算出し、算出された操舵トルクに基づいて電動モータから前記ステアリングシャフトに補助トルクを伝達することを特徴とするものである。
而して、本発明の回転情報算出装置によれば、３相の位置検出センサから出力され且つ回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる３つの位置検出信号を入力し、入力した位置検出信号に基づいて回転子の回転角度位置を算出するにあたり、３つの位置検出信号の夫々について、サンプリング値を取得し、取得したサンプリング値に基づいて、回転子の回転角度位置を算出すると共に、取得した位相の異なる３つのサンプリング値に基づいて、位置検出センサの各相に対して、少なくとも１つ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、３つの位置検出信号の異常を検出する構成としたため、異常検出に必要な回転角度位置は最小で３つでよく、その分だけ、演算負荷を軽減することができる。
また、３相の位置検出センサを、磁石とホールＩＣからなる３相の磁気式位置検出センサとしたことにより、発明を実施化し易い。
また、位置検出センサの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位置検出信号のサンプリング値を夫々ａ、ｂ、ｃとしたとき、サンプリング値ａ及びｂ、ｂ及びｃ、並びにｃ及びａの３つの組合せ毎に異なる算出方法を用いて、位置検出センサの各相に対して、少なくとも１つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相間の回転角度位置同士が同等であるか否かの判定に基づき、位相の異なる３つの位置検出信号の異常を検出することとしたため、位置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。
また、位置検出センサの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位置検出信号のサンプリング値を夫々ａ、ｂ、ｃとしたとき、サンプリング値ａ及びｂ、ｂ及びｃ、並びにｃ及びａの３つの組合せ毎に異なる算出方法を用いて、位置検出センサの各相に対して、少なくとも１つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相間の回転角度位置同士が同等であるか否かの判定に基づき、位相の異なる３つの位置検出信号の異常を検出することとしたため、位置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。
また、各相間の回転角度位置同士の差分値の絶対値が所定値以下である場合に、それらの回転角度位置が同等であると判定することとしたため、位置検出信号の異常を容易且つ正確に検出することが可能となる。
また、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対応する理想角度データを比較することによって、異常の発生している位置検出信号を特定することとしたため、容易且つ確実に異常の発生している位置検出信号を特定することができる。
また、異常が検出されたときには、当該異常の情報を含む異常検出フラグを出力することとしたため、回転角度位置を算出する場合に、算出処理が容易になる。
また、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対応する理想角度データを比較することによって、異常の発生している位置検出信号を特定することとしたため、容易且つ確実に異常の発生している位置検出信号を特定することができる。
また、異常が検出されたときには、当該異常の情報を含む異常検出フラグを出力することとしたため、回転角度位置を算出する場合に、算出処理が容易になる。
また、３つの位置検出信号のうちの何れか１つに異常が検出された場合、当該異常の検出された位置検出信号の相を除く、残り２つの相の位置検出信号に対するサンプリング値に基づいて回転角度位置を算出することとしたため、位置検出信号に異常が発生した場合でも、回転角度位置を継続して算出することが可能となる。
また、本発明の軸受装置によれば、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装置において、前記各回転情報算出装置で回転輪の回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することとしたため、回転輪の回転状態を制御することが可能となる。
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記各回転情報算出装置で回転軸の回転角度を算出し、算出された回転角度情報に基づいて回転軸の回転制御を行うこととしたため、より正確な回転軸の回転制御が可能となる。
また、本発明の軸受装置によれば、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装置において、前記各回転情報算出装置で回転輪の回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することとしたため、回転輪の回転状態を制御することが可能となる。
また、本発明のモータ制御装置によれば、前記各回転情報算出装置で回転軸の回転角度を算出し、算出された回転角度情報に基づいて回転軸の回転制御を行うこととしたため、より正確な回転軸の回転制御が可能となる。
また、本発明のステアリング装置によれば、前記各回転情報算出装置でステアリングホイールの回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することとしたため、高精度且つフェールセーフを考慮した回転情報を提供することができる。
また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、前記各回転情報算出装置でトーションバーの入力側及び出力側の回転角度を算出し、それらの回転角度情報に基づいてステアリングホイールからステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを算出し、算出された操舵トルクに基づいて電動モータから前記ステアリングシャフトに補助トルクを伝達することとしたため、運転者の操舵力をアシストすることができる。
また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、前記各回転情報算出装置でトーションバーの入力側及び出力側の回転角度を算出し、それらの回転角度情報に基づいてステアリングホイールからステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを算出し、算出された操舵トルクに基づいて電動モータから前記ステアリングシャフトに補助トルクを伝達することとしたため、運転者の操舵力をアシストすることができる。
次に、本発明の回転情報算出装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の回転情報算出装置の第１実施形態を示すブロック図である。
本実施形態の回転情報算出装置１は、モータ等の回転軸に回転自在に取付けられた磁気センサ（位置検出センサ）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（位置検出信号）に基づいて回転軸（或いは軸受装置の回転輪）の回転情報を算出する回転情報算出器２００とを備えて構成されている。なお、図１に示す磁気センサ付き軸受装置１００は、径方向の断面状態を示している。また、回転情報算出器２００内で算出された回転軸（或いは軸受装置の回転輪）の回転情報は、モータ制御装置のモータ動作制御部等の外部装置に出力され、特にモータ制御装置のモータ動作制御部では、それらの回転情報に基づいてモータの回転状態を制御する。
図１は、本発明の回転情報算出装置の第１実施形態を示すブロック図である。
本実施形態の回転情報算出装置１は、モータ等の回転軸に回転自在に取付けられた磁気センサ（位置検出センサ）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（位置検出信号）に基づいて回転軸（或いは軸受装置の回転輪）の回転情報を算出する回転情報算出器２００とを備えて構成されている。なお、図１に示す磁気センサ付き軸受装置１００は、径方向の断面状態を示している。また、回転情報算出器２００内で算出された回転軸（或いは軸受装置の回転輪）の回転情報は、モータ制御装置のモータ動作制御部等の外部装置に出力され、特にモータ制御装置のモータ動作制御部では、それらの回転情報に基づいてモータの回転状態を制御する。
更に、図２〜図６を用いて、磁気センサ付き軸受装置１００の詳細な構成を説明する。本実施形態の磁気センサ付き軸受装置１００は、図２及び図３に示すように、玉軸受を備え、当該玉軸受には回転軸（或いは回転輪）の回転状態を検出するための磁気センサが組込まれている。玉軸受は、内輪２４と、外輪２２と、内輪及び外輪２２の間に介在する転動体としての複数個のボール２６とを備えて構成される。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。
本実施形態では、内輪２４を回転輪とした。回転輪である内輪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、三日月板状の着磁部材４２ａ、４２ｂを磁化した磁石４２が支持される。２つの着磁部材４２ａ、４２ｂは、板厚方向の外周面及び内周面が回転方向に正弦波状に変化している部材であり、軸方向からみて、後述する磁路部材５０とほぼ同一の円形状となるように、互いの最も板幅が小さい部分を向かい合わせるようにして配置されている。
ここで、２つの着磁部材４２ａ、４２ｂの具体的な形状は、下記１、２式によって求められる。
着磁部材４２ａ、４２ｂの内周面の形状ＦＩＮ＝ｒ−（Ａcosθ／２） ……… (1)
着磁部材４２ａ、４２ｂの外周面の形状ＦＯＵＴ＝ｒ＋（Ａcosθ／２） ……… (2)
但し、θは絶対回転角度位置、ｒは磁石４２の中心半径、Ａは磁石４２の最大幅寸法である。
このうち、一方の着磁部材４２ａの磁石ホルダ３０側面はＳ極に着磁され、その反対側面、即ち後述する磁路部材５０側面はＮ極に着磁されている。また、他方の着磁部材４２ｂの磁石ホルダ３０側面はＮ極に着磁され、その反対側面、即ち後述する磁路部材５０側面はＳ極に着磁されている。
着磁部材４２ａ、４２ｂの内周面の形状ＦＩＮ＝ｒ−（Ａcosθ／２） ……… (1)
着磁部材４２ａ、４２ｂの外周面の形状ＦＯＵＴ＝ｒ＋（Ａcosθ／２） ……… (2)
但し、θは絶対回転角度位置、ｒは磁石４２の中心半径、Ａは磁石４２の最大幅寸法である。
このうち、一方の着磁部材４２ａの磁石ホルダ３０側面はＳ極に着磁され、その反対側面、即ち後述する磁路部材５０側面はＮ極に着磁されている。また、他方の着磁部材４２ｂの磁石ホルダ３０側面はＮ極に着磁され、その反対側面、即ち後述する磁路部材５０側面はＳ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、円環板状の一部を切り欠くことで軸方向からみて馬蹄形に形成した回路基板７０とが支持される。回路基板７０の板厚方向の一方の面には、３つの磁気検出器（位置検出センサ）６０ａ〜６０ｃが夫々電気角１２０°の位相を持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を用いた。
磁性材料で構成された磁路部材５０は、磁石４２からの磁束を磁気検出器６０ａ〜６０ｃに導くために３つの磁路を形成する。この３つの磁路は、軸方向からみて回路基板７０とほぼ同一の円形状となるように、円弧形状の３つの円弧部５１の互いの周方向端部の間に３カ所の空隙５２を設けて配置し、各空隙５２に、回路基板７０に実装した磁気検出器６０ａ〜６０ｃを配置することで、各空隙５２に磁束が通り、それらの空隙５２が磁路を形成している。
磁性材料で構成された磁路部材５０は、磁石４２からの磁束を磁気検出器６０ａ〜６０ｃに導くために３つの磁路を形成する。この３つの磁路は、軸方向からみて回路基板７０とほぼ同一の円形状となるように、円弧形状の３つの円弧部５１の互いの周方向端部の間に３カ所の空隙５２を設けて配置し、各空隙５２に、回路基板７０に実装した磁気検出器６０ａ〜６０ｃを配置することで、各空隙５２に磁束が通り、それらの空隙５２が磁路を形成している。
そして、磁石４２を構成する２つの着磁部材４２ａ、４２ｂの板厚方向に直交する面と、磁路部材５０を構成する３つの円弧部５１とがアキシャル方向に対向する。
また、磁路部材５０、磁気検出器６０ａ〜６０ｃ、磁石４２、磁石ホルダ４０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。
前記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４２、及び磁石ホルダ３０が夫々軸方向（アキシャル方向）に積層された構造となる。
また、磁路部材５０、磁気検出器６０ａ〜６０ｃ、磁石４２、磁石ホルダ４０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。
前記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４２、及び磁石ホルダ３０が夫々軸方向（アキシャル方向）に積層された構造となる。
また、図４に示すように、磁石４２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、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度が望ましい。
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４２が回転する。この回転によって、磁石４２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夫々変化し、磁気検出信号は、図５に示すように、夫々が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。
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４２が回転する。この回転によって、磁石４２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夫々変化し、磁気検出信号は、図５に示すように、夫々が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（図では、磁石４２を三日月型でなく、内周と外周が平行なリング状に描いている）、磁石４２と磁路部材５０との径方向の断面を軸方向からみ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○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４２が、図６の下図に示す、１０２の位置から１０８の位置へと回転位置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４２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。
磁気検出器６０ａ〜６０ｃの図示しない信号出力部は、回転情報算出器２００の図示しない信号入力部に接続されている。回転情報算出器２００は、図７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、磁気検出器６０ａ〜６０ｃの出力信号の各相を夫々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１つの算出方法で、少なくとも１つの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、後述する第２式〜第４式から各相の回転角度位置を算出する。なお、この第２式〜第４式は、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ための後述する第１式を、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの数学的関係で変形したものである。
ここで、第２式は、サンプリング値ａ及びｂの数学的関係から、サンプリング値ｃを含まないように第１式を変形した算出式である。同様に、第３式は、サンプリング値ｃ及びａの数学的関係から、サンプリング値ｂを含まないように第１式を変形した算出式である。また、第４式は、サンプリング値ｂ及びｃの数学的関係から、サンプリング値ａを含まないように第１式を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相の回転角度位置のうちの１つ、ここではＣ相の回転角度位置θＣ２、第３式を用いて算出したＡ〜Ｃ相の回転角度位置のうちの１つ、ここではＢ相の回転角度位置θＢ３、第４式を用いて算出したＡ〜Ｃ相の回転角度位置のうちの１つ、ここではＡ相の回転角度位置θＡ４を比較し、それらが同等であるか否かによって各相の磁気検出信号の異常を検出する。
サンプリング値ａ、ｂ、ｃの何れか１つに異常が検出された場合は、該当する層に異常が発生していることを示す異常検出フラグを出力すると共に、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回転角度位置を回転情報算出部２ｂに出力する。
サンプリング値ａ、ｂ、ｃの何れか１つに異常が検出された場合は、該当する層に異常が発生していることを示す異常検出フラグを出力すると共に、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外部装置に出力する。
また、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの何れも正常である場合は、前記第２〜第４式で算出した３つの回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４の全てを回転情報算出部２ｂに出力する。
回転情報算出部２ｂは、例えば異常検出部２ａから入力された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図示しない出力対象に出力する。
また、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの何れも正常である場合は、前記第２〜第４式で算出した３つの回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４の全てを回転情報算出部２ｂに出力する。
回転情報算出部２ｂは、例えば異常検出部２ａから入力された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図示しない出力対象に出力する。
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（内輪２４）の回転に応じたパルス信号を出力する図示しないパルス発生器や、そのパルス信号をカウントする図示しないパルスカウンタなどを備えている。
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に記憶保持するようになっている。
また、回転情報算出器２００は、前記異常検出部２ａ、回転情報算出部２ｂなどにおける前記各機能をソフトウエア上で実現するため、及び前記各機能の実現に必要なハードウエアを制御するソフトウエアを実行するための図示しない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エア構成は、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。
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に記憶保持するようになっている。
また、回転情報算出器２００は、前記異常検出部２ａ、回転情報算出部２ｂなどにおける前記各機能をソフトウエア上で実現するため、及び前記各機能の実現に必要なハードウエアを制御するソフトウエアを実行するための図示しない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エア構成は、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エアの制御及び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８のフローチャートに従って、異常検出部２ａにおける異常検出のための演算処理を説明する。この演算処理では、まずステップＳ１で、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を同時に取得する。
更に、図８のフローチャートに従って、異常検出部２ａにおける異常検出のための演算処理を説明する。この演算処理では、まずステップＳ１で、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を同時に取得する。
次にステップＳ２に移行して、前記ステップＳ１で取得したサンプリング値ａ及びｂから、後述する第２式に従ってＣ相の回転角度位置θＣ２を算出し、サンプリング値ｃ及びａから、後述する第３式に従ってＢ相の回転角度位置θＢ３を算出し、サンプリング値ｂ及びｃから、後述する第４式に従ってＡ相の回転角度位置θＡ４を算出する。後述する第２式〜第４式では、夫々、３相の回転角度位置を算出することが可能であり、極論すると、第２式〜第４式により全部で９個の回転角度位置を算出することもできる。しかしながら、本実施形態の回転状態算出装置の目的は、異常検出のための演算負荷を軽減することであるから、異常検出のために必要な最小限の回転角度位置は３つであり、そのためにはサンプリング値ａ及びｂから第２式に従ってＣ相の回転角度位置θＣ２を算出し、サンプリング値ｃ及びａから第３式に従ってＢ相の回転角度位置θＢ３を算出し、サンプリング値ｂ及びｃから第４式に従ってＡ相の回転角度位置θＡ４を算出するのが好ましい。
次にステップＳ３に移行して、前記ステップＳ２で算出された３つの回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４が３つとも等しい（同等）か否かを判定し、３つの回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４が３つとも等しい（同等）場合（TRUE）にはステップＳ４に移行し、そうでない場合（FALSE）にはステップＳ５に移行する。なお、これ以後も、本実施形態では、例えば２つの回転角度位置が同等であるか否かの判定は、比較対象となる２つの回転角度位置の差分値の絶対値が、例えば予め設定された誤差（ノイズ）許容値である所定値以下である場合に、それら２つの回転角度位置が同等であるとし、差分値の絶対値が所定値を超える場合に、それらの回転角度位置が同等でないとする。この所定値は、例えば角度成分として、０．１°程度とした。
前記ステップＳ４では、前記ステップＳ２で算出された３つの回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４が全て正しいとして、それらの３つの回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４を回転情報算出部２ｂに出力し、一連の処理を終了してからメインプログラムに復帰する。
前記ステップＳ４では、前記ステップＳ２で算出された３つの回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４が全て正しいとして、それらの３つの回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４を回転情報算出部２ｂに出力し、一連の処理を終了してからメインプログラムに復帰する。
一方、ステップＳ５では、磁気検出器６０ａ〜６０ｃに異常があると検知し、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、ステップＳ１で取得したサンプリング値ａ、ｂ、ｃと、予め用意されたサンプリング値に対応する理想角度のデータテーブルとを比較して、サンプリング値ａ、ｂ、ｃに対応するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の夫々の理想角度データθａ、θｂ、θｃを算出する。なお、磁気検出器６０ａ〜６０ｃの出力が正弦波であることから、或るサンプリング値に対する理想角度データは各相毎に２つずつ算出されるが、２つとも理想角度データとして保持しておく。また、理想角度データテーブルは、磁気検出器６０ａ〜６０ｃからの磁気検出信号が正常な状態で、予め磁気検出信号値と回転角度位置との関係を求め、磁気検出信号値がサンプリング値であったときに、その回転角度位置を理想角度データとして記憶しておく。
ステップＳ６では、ステップＳ１で取得したサンプリング値ａ、ｂ、ｃと、予め用意されたサンプリング値に対応する理想角度のデータテーブルとを比較して、サンプリング値ａ、ｂ、ｃに対応するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の夫々の理想角度データθａ、θｂ、θｃを算出する。なお、磁気検出器６０ａ〜６０ｃの出力が正弦波であることから、或るサンプリング値に対する理想角度データは各相毎に２つずつ算出されるが、２つとも理想角度データとして保持しておく。また、理想角度データテーブルは、磁気検出器６０ａ〜６０ｃからの磁気検出信号が正常な状態で、予め磁気検出信号値と回転角度位置との関係を求め、磁気検出信号値がサンプリング値であったときに、その回転角度位置を理想角度データとして記憶しておく。
次にステップＳ７に移行して、各相の２つの理想角度データのうち、Ａ相の理想角度データθａとＢ相の理想角度データθｂの少なくとも１つデータの組合せが同等であり（θａ＝θｂ）、且つＢ相の理想角度データθｂとＣ相の理想角度データθｃの全てのデータの組合せが同等でない（θｂ≠θｃ）場合（TRUE）にはステップＳ８に移行し、そうでない場合（FALSE）にステップＳ９に移行する。
ステップＳ８では、正常と判断されるサンプリング値ａ及びｂから算出したＣ相の回転角度位置θＣ２を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ｃ相の磁気検出信号（位置検出信号）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からメインプログラムに復帰する。
ステップＳ８では、正常と判断されるサンプリング値ａ及びｂから算出したＣ相の回転角度位置θＣ２を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ｃ相の磁気検出信号（位置検出信号）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からメインプログラムに復帰する。
また、前記ステップＳ９では、各相の２つの理想角度データのうち、Ａ相の理想角度データθａとＣ相の理想角度データθｃの少なくとも１つデータの組合せが同等であり（θａ＝θｃ）、且つＣ相の理想角度データθｃとＢ相の理想角度データθｂの全てのデータの組合せが同等でない（θｂ≠θｃ）場合（TRUE）にはステップＳ１０に移行し、そうでない場合（FALSE）にステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１０は、正常と判断されるサンプリング値ｃ及びａから算出したＢ相の回転角度位置θＢ３を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ｂ相の磁気検出信号（位置検出信号）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からメインプログラムに復帰する。
ステップＳ１０は、正常と判断されるサンプリング値ｃ及びａから算出したＢ相の回転角度位置θＢ３を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ｂ相の磁気検出信号（位置検出信号）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からメインプログラムに復帰する。
また、前記ステップＳ１１では、各相の２つの理想角度データのうち、Ｂ相の理想角度データθｂとＣ相の理想角度データθｃの少なくとも１つデータの組合せが同等であり（θｂ＝θｃ）、且つＣ相の理想角度データθｃとＡ相の理想角度データθａの全てのデータの組合せが同等でない（θｂ≠θａ）場合（TRUE）にはステップＳ１２に移行し、そうでない場合（FALSE）にステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１２では、正常と判断されるサンプリング値ｂ及びｃから算出したＡ相の回転角度位置θＡ４を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ａ相の磁気検出信号（位置検出信号）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からメインプログラムに復帰する。
ステップＳ１２では、正常と判断されるサンプリング値ｂ及びｃから算出したＡ相の回転角度位置θＡ４を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ａ相の磁気検出信号（位置検出信号）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からメインプログラムに復帰する。
また、ステップＳ１３では、各相の２つの理想角度データのうち、全てのデータの組合せが同等でない（θａ≠θｂ≠θｃ）としてステップＳ１４に移行する。
ステップＳ１４では、異常検出部において、動作停止用の異常検出フラグを外部装置などに出力し、一連の処理を終了してからメインプログラムに復帰する。
なお、前記ステップＳ３では、回転角度位置の差分値が所定値以下であるか否かによって回転角度位置が同等であるか否かの判定を行ったが、これに限らず、他の方法で行ってもよい。例えば、３相正弦波の和は０になるので、３相の和が０であるか否かで磁気検出器６０ａ〜６０ｃの異常を検出することも可能である。
ステップＳ１４では、異常検出部において、動作停止用の異常検出フラグを外部装置などに出力し、一連の処理を終了してからメインプログラムに復帰する。
なお、前記ステップＳ３では、回転角度位置の差分値が所定値以下であるか否かによって回転角度位置が同等であるか否かの判定を行ったが、これに限らず、他の方法で行ってもよい。例えば、３相正弦波の和は０になるので、３相の和が０であるか否かで磁気検出器６０ａ〜６０ｃの異常を検出することも可能である。
次に、図９のフローチャートに従って、回転情報算出部２ｂにおける回転情報算出のための演算処理を説明する。この演算処理では、まずステップＳ３００で、異常検出部２ａからサンプリング値及び回転角度位置を取得したか否かを判定し、サンプリング値及び回転角度位置を取得した場合（Yes）にはステップＳ３０２に移行し、そうでない場合（No）には取得するまで待機する。
ステップＳ３０２では、取得した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として算出する。
ステップＳ３０２では、取得した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として算出する。
次にステップＳ３０４に移行して、ステップＳ３０２で算出された絶対回転角度位置θと、図示しない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を算出する。
次にステップＳ３０６に移行して、ステップＳ３０２で算出され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する。
次にステップＳ３０８に移行して、ステップＳ３０２〜ステップＳ３０６の算出結果の信号を出力し、一連の処理を終了してからメインプログラムに復帰する。
次にステップＳ３０６に移行して、ステップＳ３０２で算出され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する。
次にステップＳ３０８に移行して、ステップＳ３０２〜ステップＳ３０６の算出結果の信号を出力し、一連の処理を終了してからメインプログラムに復帰する。
次に、本実施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相の磁気検出信号のサンプリング値ａ、ｂ、ｃは、夫々、下記３式で表すことができる。
Ａ相：ａ＝cosθ
Ｂ相：ｂ＝cos（θ−２π／３）
Ｃ相：ｃ＝cos（θ−４／３） ……… (3)
この３式で表されるサンプリング値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（前述の第１式〜第４式に相当）を求めるための異常検出パラメータとして下記４式を求める。
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相の磁気検出信号のサンプリング値ａ、ｂ、ｃは、夫々、下記３式で表すことができる。
Ａ相：ａ＝cosθ
Ｂ相：ｂ＝cos（θ−２π／３）
Ｃ相：ｃ＝cos（θ−４／３） ……… (3)
この３式で表されるサンプリング値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（前述の第１式〜第４式に相当）を求めるための異常検出パラメータとして下記４式を求める。
更に、前記４式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記５式の第１式を求める。次に、前記４式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、下記５式に示すように、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、前記４式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、下記５式に示すように、サンプリング値ｃ及びａのみを変数とした第３式、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、前記第２式〜第４式を用いて回転情報算出装置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。
例えば図示しない駆動装置からの駆動信号に応じてモータが回転すると、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４２が支持されているので、内輪２４と共に磁石４２も回転する。そして、磁石４２が回転することにより、磁路部材５０の各磁路と磁石４２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４２からの磁束が通過し、夫々、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。
例えば図示しない駆動装置からの駆動信号に応じてモータが回転すると、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４２が支持されているので、内輪２４と共に磁石４２も回転する。そして、磁石４２が回転することにより、磁路部材５０の各磁路と磁石４２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４２からの磁束が通過し、夫々、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。
回転情報算出器２００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。
異常検出部２ａは、サンプリング値ａ、ｂ、ｃを取得すると、サンプリング値ａ及びｂと、前記５式中の第２式を用いて、Ｃ相の回転角度位置θＣ２を算出すると共に、サンプリング値ｃ及びａと、前記５式中の第３式を用いて、Ｂ相の回転角度位置θＢ３を算出し、更にサンプリング値ｂ及びｃと、前記５式中の第４式を用いて、Ａ相の回転角度位置θＡ４を算出する。
異常検出部２ａは、サンプリング値ａ、ｂ、ｃを取得すると、サンプリング値ａ及びｂと、前記５式中の第２式を用いて、Ｃ相の回転角度位置θＣ２を算出すると共に、サンプリング値ｃ及びａと、前記５式中の第３式を用いて、Ｂ相の回転角度位置θＢ３を算出し、更にサンプリング値ｂ及びｃと、前記５式中の第４式を用いて、Ａ相の回転角度位置θＡ４を算出する。
次に、算出された各回転角度位置θＣ２、θＢ３、θＡ４の夫々の差分値の絶対値と予め設定されている所定値０．１°を比較し、差分値の絶対値が所定値０．１°以下である場合には比較対象となっている回転角度位置同士が同等であるとして、３つの回転角度位置が３つとも同等であるか否かを判定し、３つの回転角度位置が３つとも同等である場合には、それらの３つの回転角度位置を３つとも回転情報算出部２ｂに出力する。
一方、３つの回転角度位置が３つとも同等でない場合には磁気検出器６０ａ〜６０ｃに異常が発生したと検知し、サンプリング値ａ、ｂ、ｃに対する理想角度データθａ、θｂ、θｃを理想角度データテーブルから算出する。そして、各相の２つの理想角度データのうち、Ａ相の理想角度データθａとＢ相の理想角度データθｂの少なくとも１つデータの組合せが同等であり、且つＢ相の理想角度データθｂとＣ相の理想角度データθｃの全てのデータの組合せが同等でない場合には、正常と判断されるサンプリング値ａ及びｂから算出したＣ相の回転角度位置θＣ２を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ｃ相信号異常検出フラグを外部装置に出力する。
また、各相の２つの理想角度データのうち、Ａ相の理想角度データθａとＣ相の理想角度データθｃの少なくとも１つデータの組合せが同等であり、且つＣ相の理想角度データθｃとＢ相の理想角度データθｂの全てのデータの組合せが同等でない場合、正常と判断されるサンプリング値ｃ及びａから算出したＢ相の回転角度位置θＢ３を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ｂ相信号異常検出フラグを外部装置に出力する。
また、各相の２つの理想角度データのうち、Ｂ相の理想角度データθｂとＣ相の理想角度データθｃの少なくとも１つデータの組合せが同等であり、且つＣ相の理想角度データθｃとＡ相の理想角度データθａの全てのデータの組合せが同等でない場合には、正常と判断されるサンプリング値ｂ及びｃから算出したＡ相の回転角度位置θＡ４を回転情報算出部２ｂに出力すると共に、Ａ相信号異常検出フラグを外部装置に出力する。
また、各相の２つの理想角度データのうち、全てのデータの組合せが同等でない場合には、動作停止用の異常検出フラグを内部のモータ動作制御部や外部装置などに出力する。
また、各相の２つの理想角度データのうち、全てのデータの組合せが同等でない場合には、動作停止用の異常検出フラグを内部のモータ動作制御部や外部装置などに出力する。
次に、理想角度データの組合せから磁気検出信号（位置検出信号）の異常発生相を特定する原理について説明する。
図１０は磁気検出器６０ａ〜６０ｃの出力（電圧）を位相（回転位置）の変化と共に表したものである。例えば図１０に示す一点鎖線の正弦波が正常な場合のＡ相の磁気検出信号（位置検出信号）、破線の正弦波が正常な場合のＢ相の磁気検出信号（位置検出信号）、実線の正弦波が正常な場合のＣ相の磁気検出信号（位置検出信号）であり、何らかの原因で、Ａ相の磁気検出信号（位置検出信号）の振幅が１／３となり、二点鎖線のように変化した場合を考える。
図１０は磁気検出器６０ａ〜６０ｃの出力（電圧）を位相（回転位置）の変化と共に表したものである。例えば図１０に示す一点鎖線の正弦波が正常な場合のＡ相の磁気検出信号（位置検出信号）、破線の正弦波が正常な場合のＢ相の磁気検出信号（位置検出信号）、実線の正弦波が正常な場合のＣ相の磁気検出信号（位置検出信号）であり、何らかの原因で、Ａ相の磁気検出信号（位置検出信号）の振幅が１／３となり、二点鎖線のように変化した場合を考える。
理想角度データのデータテーブルには、例えばサンプリングタイミングｔ０におけるＡ相の正常な磁気検出信号のサンプリング値ａに対する理想角度データθａ１、θａ２、Ｂ相の正常な磁気検出信号のサンプリング値ｂに対する理想角度データθｂ１、θｂ２、Ｃ相の正常な磁気検出信号のサンプリング値ｃに対する理想角度データθｃ１、θｃ２が記憶されている。全ての磁気検出信号が正常であれば、サンプリング値ａ、ｂ、ｃに対する理想角度データのうち、理想角度データθａ１＝θｂ１＝θｃ１となる。
しかしながら、Ａ相の磁気検出信号が二点鎖線のように異常となり、サンプリング値がａからａ’に変化すると、データテーブルから算出される理想角度データはθａ’１、θａ’２となり、Ｂ相の磁気検出信号のサンプリング値ｂに対する理想角度データθｂ１、θｂ２とも、Ｃ相の磁気検出信号のサンプリング値ｃに対する理想角度データθｃ１、θｃ２とも異なる。
従って、３つのサンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の理想角度データのうち、同等の組合せの存在する２つの理想角度データの相は正常であり、同等の組合せが全く存在しない理想角度データの相は異常であると判断できる。
従って、３つのサンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の理想角度データのうち、同等の組合せの存在する２つの理想角度データの相は正常であり、同等の組合せが全く存在しない理想角度データの相は異常であると判断できる。
一方、回転情報算出部２ｂは、異常検出部２ａから、回転角度位置情報を取得すると、絶対回転角度位置θ、回転角速度ω、回転方向を算出し、それらに相当する信号を図示しない出力対象に出力する。また、異常検出部２ａから２以上の磁気検出信号（位置検出信号）の異常を示す動作停止用異常検出フラグが出力された場合には、回転情報の算出並びにモータの回転制御を停止する。
このように、本実施形態の回転情報算出装置によれば、３相の磁気検出信号（位置検出信号）のサンプリング値ａ、ｂ、ｃからＡ相の回転角度位置θＡ４、Ｂ相の回転角度位置θＢ３、Ｃ相の回転角度位置θＣ４を算出し、それらが同等であるときには、それらの回転角度位置を正常な回転角度位置として出力することができる。一方、これらの回転角度位置が同等でない場合には、何れかの磁気検出信号（位置検出信号）に異常が発生していると検出することができる。
このように、本実施形態の回転情報算出装置によれば、３相の磁気検出信号（位置検出信号）のサンプリング値ａ、ｂ、ｃからＡ相の回転角度位置θＡ４、Ｂ相の回転角度位置θＢ３、Ｃ相の回転角度位置θＣ４を算出し、それらが同等であるときには、それらの回転角度位置を正常な回転角度位置として出力することができる。一方、これらの回転角度位置が同等でない場合には、何れかの磁気検出信号（位置検出信号）に異常が発生していると検出することができる。
そして、予め磁気検出信号（位置検出信号）が正常な状態での磁気検出信号（位置検出信号）値と回転角度位置の関係を理想角度データテーブルとして記憶し、サンプリング値ａ、ｂ、ｃに応じた理想角度データをデータテーブルから算出し、それらの理想角度データが同等であるか否かを比較することで、異常の発生している磁気検出信号（位置検出信号）を特定することができる。また、異常の発生している磁気検出信号（位置検出信号）が１つだけである場合には、正常な残りの磁気検出信号（位置検出信号）を用いた回転角度位置を出力することが可能となる。
次に、本発明の第２実施形態について、図１１及び図１２を用いて説明する。
図１１は、本発明の係る回転情報算出装置を電動直結式パワーステアリング装置（以下、電動パワーステアリング装置と称する）に適用した場合の全体構成図である。
図１１の符号３は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール３に運転者から作用される操舵力が入力軸４ａと出力軸４ｂとを有するステアリングシャフト４に伝達される。このステアリングシャフト４は、入力軸４ａの一端がステアリングホイール３に連結され、入力軸４ａの他端は、回転情報算出装置を備えたトルクセンサ５を介して出力軸４ｂの一端に連結されている。
図１１は、本発明の係る回転情報算出装置を電動直結式パワーステアリング装置（以下、電動パワーステアリング装置と称する）に適用した場合の全体構成図である。
図１１の符号３は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール３に運転者から作用される操舵力が入力軸４ａと出力軸４ｂとを有するステアリングシャフト４に伝達される。このステアリングシャフト４は、入力軸４ａの一端がステアリングホイール３に連結され、入力軸４ａの他端は、回転情報算出装置を備えたトルクセンサ５を介して出力軸４ｂの一端に連結されている。
出力軸４ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント６を介してロアシャフト７に伝達され、更にユニバーサルジョイント８を介してピニオンシャフト９に伝達される。このピニオンシャフト９に伝達された操舵力はステアリングギヤ１０を介してタイロッド１１に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ１０は、ピニオンシャフト９に連結されたピニオン１０ａと、このピニオン１０ａに噛合するラック１０ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン１０ａに伝達された回転運動をラック１０ｂで直進運動に変換している。
ステアリングシャフト４の出力軸４ｂには、操舵補助力を出力軸４ｂに伝達する操舵補助機構１２が連結されている。この操舵補助機構１２は、出力軸４ｂに連結した減速ギヤ１３と、この減速ギヤ１３に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ１４とを備えている。
ステアリングシャフト４の出力軸４ｂには、操舵補助力を出力軸４ｂに伝達する操舵補助機構１２が連結されている。この操舵補助機構１２は、出力軸４ｂに連結した減速ギヤ１３と、この減速ギヤ１３に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ１４とを備えている。
トルクセンサ５から出力される操舵トルクＴはコントローラ１６に入力される。また、コントローラ１６には、操舵トルクＴの他に走行速度センサ１７から出力される走行速度検出値Ｖも入力される。コントローラ１６は、操舵トルクＴ及び走行速度Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１４で発生するための電流指令値を算出し、当該電流指令値に基づいて電動モータ１４を駆動制御する。
トルクセンサ５は、図１２に示すように、ステアリングシャフト４の入力軸４ａ及び出力軸４ｂの間に同軸に連結され、捻れトルクが入力されると自身に捻れが生じる弾性部材からなるトーションバー１８と、入力軸４ａに連結された第１の回転情報算出装置２Ａと、出力４ｂに連結された第２の回転情報算出装置２Ｂと、演算部１５とで構成されている。
トルクセンサ５は、図１２に示すように、ステアリングシャフト４の入力軸４ａ及び出力軸４ｂの間に同軸に連結され、捻れトルクが入力されると自身に捻れが生じる弾性部材からなるトーションバー１８と、入力軸４ａに連結された第１の回転情報算出装置２Ａと、出力４ｂに連結された第２の回転情報算出装置２Ｂと、演算部１５とで構成されている。
第１の回転情報算出装置２Ａは、前述した第１実施形態の回転情報算出装置１と同一構成であり、第１の磁気センサ付き軸受装置１００ａ及び第１の回転情報算出器２００ａとで構成され、第１の磁気センサ付き軸受装置１００ａの内輪２４が入力軸４ａの外周に外嵌されている。また、第２の回転情報算出装置１ｂも、前述した第１実施形態の回転情報算出装置１と同一構成であり、第２の磁気センサ付き軸受装置１００ｂ及び第２の回転情報算出器２００ｂとで構成され、第２の磁気センサ付き軸受装置１００ｂの内輪２４が出力軸４ｂの外周に外嵌されている。
次に、本実施形態における動作及び効果について説明する。
運転者がステアリングホイール３を操作すると、ステアリングホイール３に連結された入力軸４ａが回転し、この回転に連動して第１の回転情報算出装置２Ａの第１の磁気センサ付き軸受装置１００ａの磁石ホルダ３０が回転する。そして、磁石ホルダ３０には磁石４２が支持されているので、磁石ホルダ３０と共に磁石４２も回転する。そして、磁石４２が回転することにより、磁路部材５０の各磁路と磁石４２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４２からの磁束が通過し、夫々、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。そして、第１の回転情報算出器２００ａは、前記３相の磁気検出信号に基づいて入力軸４ａの絶対回転角度位置θ１を算出し、これを演算部１５に出力する。
運転者がステアリングホイール３を操作すると、ステアリングホイール３に連結された入力軸４ａが回転し、この回転に連動して第１の回転情報算出装置２Ａの第１の磁気センサ付き軸受装置１００ａの磁石ホルダ３０が回転する。そして、磁石ホルダ３０には磁石４２が支持されているので、磁石ホルダ３０と共に磁石４２も回転する。そして、磁石４２が回転することにより、磁路部材５０の各磁路と磁石４２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４２からの磁束が通過し、夫々、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。そして、第１の回転情報算出器２００ａは、前記３相の磁気検出信号に基づいて入力軸４ａの絶対回転角度位置θ１を算出し、これを演算部１５に出力する。
また、入力軸４ａが回転すると、この回転トルクがトーションバー１８を介して出力軸４ｂに伝達されて出力軸４ｂが回転し、この回転に連動して第２の回転情報算出装置２Ｂの第２の磁気センサ付き軸受装置１００ｂの磁石ホルダ３０が回転する。そして、第２の回転情報算出器２００ｂは、第２の磁気センサ付き軸受装置１００ｂから出力される３相の磁気検出信号に基づいて、出力軸４ｂの絶対回転角度位置θ２を算出し、これを演算部１５に出力する。
演算部１５は、絶対回転角度位置θ１と絶対回転角度位置θ２との差分値を算出し、当該差分値に基づいて操舵トルクＴを算出し、これをコントローラ１６に出力する。
演算部１５は、絶対回転角度位置θ１と絶対回転角度位置θ２との差分値を算出し、当該差分値に基づいて操舵トルクＴを算出し、これをコントローラ１６に出力する。
コントローラ１６は、操舵トルクＴ及び走行速度Ｖに応じた電流指令値を算出し、当該電流指令値に基づいて電動モータ１４が駆動制御されることで、電動モータ１４の発生トルクが減速ギヤ１３を介してステアリングシャフト４の回転トルクに変換されて、運転者の操舵力がアシストされる。
本実施形態によれば、トルクセンサ５を構成する２つの回転情報算出装置２Ａ、２Ｂは３相の磁気検出信号を用いて回転状態を算出しており、３相の磁気検出信号のうち何れか１つに異常が発生した場合であっても、残りの２相の磁気検出信号に基づいて回転状態を検出することができる。従って、操舵トルクＴを算出する装置として２重系を構成することができ、信頼性の高いトルクセンサ５を備えたフェールセーフ制御を実行することができる。
本実施形態によれば、トルクセンサ５を構成する２つの回転情報算出装置２Ａ、２Ｂは３相の磁気検出信号を用いて回転状態を算出しており、３相の磁気検出信号のうち何れか１つに異常が発生した場合であっても、残りの２相の磁気検出信号に基づいて回転状態を検出することができる。従って、操舵トルクＴを算出する装置として２重系を構成することができ、信頼性の高いトルクセンサ５を備えたフェールセーフ制御を実行することができる。
また、第１及び第２の回転情報算出器２００ａ、２００ｂに、３相の磁気検出信号の異常を検出する異常検出部２ａを設けることで、トルクセンサ５で検出される回転角度位置の信頼性を高めることができ、より信頼性の高いトルクセンサとすることができる。
なお、前記第２実施形態においては、第１の磁気センサ付き軸受装置１００ａを入力軸４ａに同軸に連結する場合について説明したが、第１の磁気センサ付き軸受装置１００ａをトーションバー１８の入力軸４ａ側の端部に連結してもよい。同様に、第２の磁気センサ付き軸受１００ｂをトーションバー１８の出力軸４ｂ側端部に連結してもよい。
なお、前記第２実施形態においては、第１の磁気センサ付き軸受装置１００ａを入力軸４ａに同軸に連結する場合について説明したが、第１の磁気センサ付き軸受装置１００ａをトーションバー１８の入力軸４ａ側の端部に連結してもよい。同様に、第２の磁気センサ付き軸受１００ｂをトーションバー１８の出力軸４ｂ側端部に連結してもよい。
また、トーションバー１８の捻れ角より小さい差分値（誤差）である２つの絶対回転角度を検出しているため、その誤差が許容範囲ならば、ステアリングホイール３の舵角や回転方向などの回転情報を算出する舵角センサとして２重系を構成することもできる。
また、本実施形態は、電動モータ１４の操舵補助力を減速ギヤ１３に伝達するパワーステアリング装置に適用したが、オイルポンプを電動モータで駆動して油圧を発生する電動油圧式のパワーステアリング装置に適用してもよい。
また、本実施形態は、電動モータ１４の操舵補助力を減速ギヤ１３に伝達するパワーステアリング装置に適用したが、オイルポンプを電動モータで駆動して油圧を発生する電動油圧式のパワーステアリング装置に適用してもよい。
また、本実施形態では、第１の回転情報算出装置２Ａだけを具備してもよい。それによって、高精度の絶対回転角度位置などの回転情報を算出し、出力することができる。また、第１の回転情報算出装置２Ａは３相の磁気検出信号を用いて回転情報を算出しており、３相の磁気検出信号のうち何れか１つの異常が発生した場合であっても、残りの２相の磁気検出信号に基づいて回転情報を検出することができる。従って、全体回転角度位置等の回転情報を算出する装置として２重系を構築することができ、信頼性の高い回転情報を得ることができる。
また、第１の回転情報算出装置２Ａだけを具備する場合、電動パワーステアリング装置だけでなく、油圧パワーステアリング装置やアシスト機能がないステアリング装置に適用してもよい。
また、前記各実施形態では、着磁部材は端が尖っている形状の構成を示したが、これに限らず、生産性を考えて、着磁部材の端に丸みを付けた形状でもよい。この場合、端が尖っている形状の場合と同じ位置に着磁部材を配置するため、着磁部材間に空隙を設けて配置する。
また、前記各実施形態では、着磁部材は端が尖っている形状の構成を示したが、これに限らず、生産性を考えて、着磁部材の端に丸みを付けた形状でもよい。この場合、端が尖っている形状の場合と同じ位置に着磁部材を配置するため、着磁部材間に空隙を設けて配置する。
また、回路基板は馬蹄形に形成したものとしたが、これに限らず、リング状やその他形状でもよい。
また、前記各実施形態において、磁石の形状が回転方向に正弦波状に変化している構成を説明したが、これに限らず、円環状の磁石を正弦波状に着磁する方法でもよい。
また、前記各実施形態において、磁気式のセンサでの構成を説明したが、これに限らず、レゾルバやその他の１２０度位相３相正弦波を出力するセンサでもよい。
また、前記各実施形態において、磁石の形状が回転方向に正弦波状に変化している構成を説明したが、これに限らず、円環状の磁石を正弦波状に着磁する方法でもよい。
また、前記各実施形態において、磁気式のセンサでの構成を説明したが、これに限らず、レゾルバやその他の１２０度位相３相正弦波を出力するセンサでもよい。
また、前記各実施形態において、磁気検出器がアナログホール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よい。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、前記各実施形態において、磁気センサ付き軸受装置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よい。
また、前記各実施形態において、磁気センサ付き軸受装置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よい。
１は回転情報算出装置、２ａは異常検出部、２ｂは回転情報算出部、２Ａは第１の回転情報算出装置、２Ｂは第２の回転情報算出装置、３はステアリングホイール、４はステアリングシャフト、４ａは入力軸、４ｂは出力軸、５はトルクセンサ、１４は電動モータ、１６はコントローラ、１８はトーションバー、２２は外輪、２４は内輪、２６はボール（転動体）、３０は磁石ホルダ、４２は磁石、４２ａ、４２ｂは着磁部材、５０は磁路部材、５１は円弧部、５２は空隙、６０ａ〜６０ｃは磁気検出器（位置検出センサ）、７０は回路基板、８０はセンサカバー、１００は磁気センサ付き軸受装置、１００ａは第１の磁気センサ付き軸受装置、１００ｂは第２の磁気センサ付き軸受装置、２００は回転情報算出器、２００ａは第１の回転情報算出器、２００ｂは第２の回転情報算出器
Claims (11)
- ３相の位置検出センサから出力され且つ回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる３つの位置検出信号を入力し、入力した位置検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を算出する回転情報算出装置であって、
前記３つの位置検出信号の夫々について、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回転角度位置算出手段と、
前記取得したサンプリング値に基づいて、前記位置検出信号の異常を検出する異常検出手段とを備え、
前記異常検出手段は、前記位相の異なる３つの位置検出信号のサンプリング値に基づいて、前記位置検出センサの各相に対して、少なくとも１つ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つの位置検出信号の異常を検出することを特徴とする回転情報算出装置。 - 前記３相の位置検出センサは、磁石とホールＩＣからなる３相の磁気式位置検出センサであることを特徴とする請求項１に記載の回転情報算出装置。
- 前記位置検出センサの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位置検出信号のサンプリング値を夫々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ｂ及びｃ、並びに前記サンプリング値ｃ及びａの３つの組合せに基づいて、前記組合せ毎に異なる算出方法を用いて、前記位置検出センサの各相に対して、少なくとも１つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相間の回転角度位置同士が同等であるか否かの判定に基づき、前記位相の異なる３つの位置検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の回転情報算出装置。 - 前記異常検出手段は、前記各相間の前記回転角度位置同士の差分値の絶対値が所定値以下である場合に、それらの回転角度位置が同等であると判定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。
- 前記サンプリング値ａ、ｂ、ｃの夫々に対応する理想角度データを比較することによって、異常の発生している位置検出信号を特定することを特徴とする請求項３又は４に記載の回転情報算出装置。
- 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１乃至５の何れか一項に記載の回転情報算出装置。
- 前記回転角度位置算出手段は、前記異常検出手段によって、前記３つの位置検出信号のうちの何れか１つに異常が検出された場合、当該異常の検出された位置検出信号の相を除く、残り２つの相の位置検出信号に対するサンプリング値に基づいて回転角度位置を算出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の回転情報算出装置。
- 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装置において、前記請求項１乃至７の何れか一項に記載の回転情報算出装置で回転輪の回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することを特徴とする軸受装置。
- 前記請求項１乃至７の何れか一項に記載の回転情報算出装置で回転軸の回転角度を算出し、算出された回転角度情報に基づいて回転軸の回転制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
- 前記請求項１乃至７の何れか一項に記載の回転情報算出装置でステアリングホイールの回転角度を算出し、算出された回転角度情報を出力することを特徴とするステアリング装置。
- 前記請求項１乃至７の何れか一項に記載の回転情報算出装置でトーションバーの入力側及び出力側の回転角度を算出し、それらの回転角度情報に基づいてステアリングホイールからステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを算出し、算出された操舵トルクに基づいて電動モータから前記ステアリングシャフトに補助トルクを伝達することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009113796A JP2010261857A (ja) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | 回転情報算出装置、軸受装置、モータ制御装置、ステアリング装置及び電動パワーステアリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2009113796A JP2010261857A (ja) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | 回転情報算出装置、軸受装置、モータ制御装置、ステアリング装置及び電動パワーステアリング装置 |
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|---|---|
| JP2010261857A true JP2010261857A (ja) | 2010-11-18 |
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ID=43360050
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2009
- 2009-05-08 JP JP2009113796A patent/JP2010261857A/ja active Pending
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