JP2013044679A

JP2013044679A - レゾルバ、回転センサ、及び回転角検出装置

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Publication number: JP2013044679A
Application number: JP2011183919A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kichise; 浩吉瀬
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-03-04

Abstract

【課題】信号線の短絡異常をより的確に検出することのできるレゾルバ、回転センサ、及び回転角検出装置を提供する。
【解決手段】レゾルバ２は、ロータ２０の周方向Ｒ１に離間して配置される３つのレゾルバコイル２３〜２５と、レゾルバコイル２３〜２５に電圧を誘起させるべく通電に基づき磁界を生成する励磁コイル２２とを有している。そして、ロータ２０の回転に伴って励磁コイル２２から３つのレゾルバコイル２３〜２５に付与される磁界が変化したときにレゾルバコイル２３〜２５に誘起される電圧が変化することで、ロータの回転角θに対して振幅が正弦波状に変化する３相の信号Ｖａ〜Ｖｃを出力する。ここでは、励磁コイル２２とレゾルバコイル２３〜２５との間のそれぞれの変圧比を全て異なる値に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータの回転角に応じた３相の信号を出力するレゾルバ、回転センサ、及びこれらを用いた回転角検出装置に関する。

従来、車両のパワーステアリング装置では、ステアリングシャフトや電動モータに回転角検出装置が設けられている。図９に、ステアリングシャフトなどの回転軸の回転角を検出する回転角検出装置の一例を示す。

図９に示すように、この回転角検出装置は、回転軸１の回転角に応じた３相の電圧信号Ｖａ〜Ｖｃを出力するレゾルバ２と、レゾルバ２の出力信号Ｖａ〜Ｖｃに基づき回転軸１の回転角を検出する制御部３とを備えている。なおここでは、レゾルバ２の軸倍角が「１Ｘ」に設定されている場合について例示している。

レゾルバ２は、回転軸１と一体となって回転する磁性体からなるロータ２０と、励磁コイル２２及び第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５を有してロータ２０と所定の間隙を隔てて配置されるステータ２１とによって構成されている。第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５は、ロータ２０の回転中心Ｏを中心としてその周方向（図中の矢印Ｒ１で示す方向）に電気角の位相で１２０°の間隔を隔ててそれぞれ配置されている。レゾルバコイル２３〜２５は、それぞれの一端同士が電気的に接続されるとともに、それぞれの他端が信号線２３ａ〜２５ａを介して出力端子Ｔａ〜Ｔｃに電気的にそれぞれ接続されている。また、励磁コイル２２は、回転角検出装置に設けられた発振回路４からの交流電圧の供給に基づき交番磁界を生成する。そして、このレゾルバ２では、励磁コイル２２にて生成される交番磁界がロータ２０を介して第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５に付与されることで、電磁誘導作用により第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５にロータ２０の回転角（電気角）θｅに応じた以下の（ａ１）〜（ａ３）に示す電圧が誘起される。なおここでは、発振回路４から励磁コイル２２に交流電圧Ｖｒ（＝Ｅ×ｓｉｎ（ωｔ））が印加されているとしている（但し、「Ｅ」は振幅、「ω」は角周波数、「ｔ」は時刻）。また、「Ｋ」は、励磁コイル２２とレゾルバコイル２３〜２５との間の変圧比を示す。

（ａ１）第１のレゾルバコイル２３には、電圧Ｖａ（＝Ｋ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ）×ｓｉｎ（ωｔ））が誘起される。
（ａ２）第２のレゾルバコイル２４には、電圧Ｖｂ（＝Ｋ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ＋１２０°）×ｓｉｎ（ωｔ））が誘起される。

（ａ３）第３のレゾルバコイル２５には、電圧Ｖｃ（＝Ｋ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ＋２４０°）×ｓｉｎ（ωｔ））が誘起される。
そして、これら第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５に誘起される電圧Ｖａ〜Ｖｃがレゾルバ２の出力端子Ｔａ〜Ｔｃからそれぞれ出力されて制御部３に取り込まれる。

制御部３は、レゾルバ２の出力信号Ｖａ〜Ｖｃからそれらの振幅成分を抽出する信号処理を実行する。これにより、制御部３は、出力信号Ｖａからその振幅値Ｓａ（＝Ｋ×Ｅｓｉｎ（θｅ））を取得する。また、出力信号Ｖｂからその振幅値Ｓｂ（＝Ｋ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ＋１２０°））を取得する。さらに、出力信号Ｖｃからその振幅値Ｓｃ（＝Ｋ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ＋２４０°））を取得する。図１０は、出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃとロータ２０の機械角θとの関係を、それぞれ縦軸及び横軸にとって示したグラフである。なお、図１０では、レゾルバ２の軸倍角が「４Ｘ」、励磁コイル２２に印加される交流電圧Ｖｒのピーク間の電位差Ｖｐｐ（＝２×Ｅ）が「４［Ｖ］」、変圧比Ｋが「０．２」に設定されている場合について例示している。そして、制御部３は、図１０に例示するように変化する出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃから以下に示す式（１）〜（３）を用いてロータ２０の電気角θｅを３通りの方法で演算する。ここでは、式（１）〜（３）のそれぞれの式から算出される電気角をθｅ１〜θｅ３としている。なお、式（１）〜式（３）は、出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃを正弦値及び余弦値の関係にそれぞれ変換し、それらの逆正接値からロータ２０の電気角を演算する式となっている。

θｅ１＝ｔａｎ^−１（（√３×Ｓａ）／（−２×Ｓｂ−Ｓａ））・・・（１）
θｅ２＝ｔａｎ^−１（（√３×Ｓｂ）／（−２×Ｓｃ−Ｓｂ））−１２０°・・・（２）
θｅ３＝ｔａｎ^−１（（√３×Ｓｃ）／（−２×Ｓａ−Ｓｃ））−２４０°・・・（３）
なお、図１１は、式（１）〜式（３）により演算されるロータ２０の電気角θｅ１〜θｅ３とロータ２０の機械角θとの関係を、それぞれ縦軸及び横軸にとって示したグラフである。正常時、電気角θｅ１〜θｅ３は全て同じ値で推移する。制御部３は、このようにしてロータ２０の電気角θｅ１〜θｅ３、換言すれば回転軸１の電気角を検出する。

ところで、こうした回転角検出装置では、第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５の配線系に断線や天絡、地絡などの異常が生じると、レゾルバ２の出力信号Ｖａ〜Ｖｃが異常値を示すため、ロータ２０の電気角θｅ１〜θｅ３を適切に検出することができなくなるおそれがある。このため、第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５の配線系に断線などの異常が生じた場合には、これを的確に検出することが要求される。

そこで、従来の回転角検出装置では、例えば特許文献１に見られるように、上記出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃの二乗和に基づいて異常を検出するようにしている。具体的には、出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃの二乗和Ｓは以下の式（４）に示すように求められる。

Ｓ＝Ｖａ^２＋Ｖｂ^２＋Ｖｃ^２
＝（Ｋ×Ｖｐｐ／２）^２×（（ｓｉｎ（θｅ））^２＋（ｓｉｎ（θｅ＋１２０°））^２＋（ｓｉｎ（θｅ＋２４０°））^２）・・・（４）
ここで、ｓｉｎ（θｅ）、ｓｉｎ（θｅ＋１２０°）、及びｓｉｎ（θｅ＋２４０°）の間には以下の式（５）の関係が成り立つ。

（ｓｉｎ（θｅ））^２＋（ｓｉｎ（θｅ＋１２０°））^２＋（ｓｉｎ（θｅ＋２４０°））^２＝１．５・・・（５）
したがって、二乗和Ｓは以下の式（６）に示す固定値となる。

Ｓ＝１．５×（Ｋ×Ｖｐｐ／２）^２・・・（６）
このため、例えば励磁コイル２２に印加される交流電圧Ｖｒのピーク間の電位差Ｖｐｐが「４［Ｖ］」、変圧比Ｋが「０．２」にそれぞれ設定されている場合、二乗和Ｓは「０．２４」となる。

なお、式（６）は理想式であり、実際には検出誤差や演算誤差などに起因して二乗和Ｓの値にばらつきが発生する。このため、制御部３は、二乗和Ｓに対して、理論値「０．２４」よりも大きい上限閾値と、理論値「０．２４」よりも小さい下限閾値とを設定している。そして、二乗和Ｓが上限閾値以上になった場合、あるいは下限閾値以下になった場合には、レゾルバコイルの配線系に断線などの異常が発生したと判定する。これにより、レゾルバ２の出力信号Ｖａ〜Ｖｃの二乗和Ｓと閾値とを比較するだけで断線などの異常を検出することができるため、異常検出が容易となる。

特開２００６−１３８７７８号公報

ところで、レゾルバコイル２３〜２５の配線系に発生する異常としては、上述した断線や地絡などの他、例えばレゾルバコイル２３〜２５に対応する信号線２３ａ〜２５ａの短絡がある。そして、信号線２３ａ〜２５ａが短絡した場合、これを出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃの二乗和Ｓに基づいて検出することは困難である。以下、その詳細を説明する。はじめに、図９、図１２、及び図１３を参照して、信号線２３ａ〜２５ａが短絡したときに制御部３を通じて検出されるロータ２０の電気角について説明する。

図９に二点差線で示すように、例えば第１のレゾルバコイル２３に対応する信号線２３ａと第２のレゾルバコイル２４に対応する信号線２４ａとが短絡したとする。この場合、レゾルバ２の出力端子Ｔａ，Ｔｂからそれぞれ出力される信号Ｖａ，Ｖｂは、第１及び第２のレゾルバコイル２３，２４にそれぞれ誘起される電圧の平均値となる。これにより、制御部３により検出される出力信号振幅値Ｓａ，Ｓｂの波形は、先の図１０に例示した形から図１２に示す形に変化する。このとき、制御部３により上記式（１）〜式（３）を用いて演算されるロータ２０の電気角θｅ１〜θｅ３は図１３に示すようになる。すなわち、演算電気角θｅ１〜θｅ３は、「３０°」及び「２１０°」のいずれかの値となって、実際のロータ２０の電気角と大きく異なる値となる。図１４（ａ）は、先の図１１に例示した正常時の演算電気角θｅ１から図１３に例示した信号線短絡異常時の演算電気角θｅ１を減算した電気角誤差Δθｄと、ロータの機械角θとの関係を、それぞれ縦軸及び横軸にとって示したグラフである。図１４（ａ）に示すように、信号線の短絡異常時に演算されるロータ２０の電気角と実際のロータ２０の電気角との間には、「−９０°」から「９０°」の範囲といった大きな誤差が生じることとなる。

一方、出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃが先の図１２に示すように推移する場合、それらの二乗和Ｓは、図１４（ｂ）に示すように、ロータ２０の機械角θに対して正弦波状に推移する。ここで、二乗和Ｓの理論値「０．２４」に対して、その下限閾値Ｓｍｉｎが「０．１１７６（＝０．２４×０．７^２）」に、また上限閾値が「０．４０５６（＝０．２４×１．３^２）」に設定されているとする。なお、図１４（ｂ）では、便宜上、上限閾値の図示を割愛する。この場合、制御部３は、図１４（ｃ）に示すように、二乗和Ｓが下限閾値Ｓｍｉｎ以下の値であるときに異常を検出することができるのに対し、二乗和Ｓが下限閾値Ｓｍｉｎよりも大きい値であるときには異常を検出することができない。そして、制御部３は、二乗和Ｓが下限閾値Ｓｍｉｎ以下となるロータ２０の回転角範囲Ａ１〜Ａ９においてロータ２０の電気角θｅ１〜θｅ３を演算すると、これを正常な電気角として検出してしまう。したがって、制御部３により誤検出されるロータ２０の電気角と実際のロータ２０の電気角との誤差は、図１４（ｄ）に示すようになる。そして、例えばパワーステアリング装置において、こうした誤差の大きい電気角に基づいて電動モータの駆動が制御されると、電動モータの挙動が大きく変化するなどの不都合が生じるおそれがある。

なお、このような課題は、レゾルバに限らず、ロータの周方向に離間して配置される３つの磁気検出部からロータの回転角に応じた３相の信号が出力される回転センサにおいても共通する課題である。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、信号線の短絡異常をより的確に検出することのできるレゾルバ、回転センサ、及び回転角検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ロータの周方向に離間して配置される３つのレゾルバコイルと、同３つのレゾルバコイルに電圧を誘起させるべく通電に基づき磁界を生成する励磁コイルとを有して、前記ロータの回転に伴い前記励磁コイルから前記３つのレゾルバコイルに付与される磁界が変化したときに前記３つのレゾルバコイルに誘起される電圧が変化することにより、前記ロータの回転角に対して振幅が正弦波状に変化する３相の信号を出力するレゾルバにおいて、前記励磁コイルと前記３つのコイルとの間のそれぞれの変圧比を全て異なる値に設定したことを要旨とする。

この発明にあたって、発明者は種々の実験等を通じて次のことを新たに見いだした。すなわち、上記構成によれば、３つのレゾルバコイルに対応する３つの信号線のうちのいずれか２つの信号線が短絡したときに、レゾルバの３相の出力信号から演算可能な３つのロータ電気角が互いに異なる値を示しやすくなる。このため、例えば第１〜第３の演算電気角のうちのいずれか２つの差分値を求めるなどすれば、求められた差分値に基づいて信号線の短絡異常をより的確に検出することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、ロータの周方向に離間して配置される３つの磁気検出部と、これら３つの磁気検出部に付与する磁界を生成する磁界生成部とを有して、前記ロータの回転に伴い前記磁界生成部から前記３つの磁気検出部に付与される磁界が変化することで前記ロータの回転角に対して正弦波状に変化する３相の信号を出力する回転センサにおいて、前記３相の信号のそれぞれの最大出力レベルを全て異なるレベルに設定したことを要旨とする。

同構成によれば、３つの磁気検出部に対応する３つの信号線のうちのいずれか２つの信号線が短絡したときに、回転センサの３相の出力信号から演算可能な３つのロータ電気角が互いに異なる値を示しやすくなる。このため、例えば第１〜第３の演算電気角のうちのいずれか２つの差分値を求めるなどすれば、求められた差分値に基づいて信号線の短絡異常をより的確に検出することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、回転センサから出力される３相の信号に基づいてロータの電気角を検出する回転角検出装置において、前記回転センサとして請求項１に記載のレゾルバ、あるいは請求項２に記載の回転センサを用いるとともに、前記回転センサから出力される３相の信号から演算可能な３つのロータ電気角を第１〜第３の演算電気角とするとき、これら第１〜第３の演算電気角のうちのいずれか２つの差分値に基づき前記回転センサの異常を検出する制御手段とを備えることを要旨とする。

同構成によれば、差分値を演算するだけで、レゾルバあるいは回転センサの信号線の短絡異常を検出することができるため、制御手段の演算負担を軽減することができるようになる。

本発明にかかるレゾルバ、回転センサ、及び回転角検出装置によれば、信号線の短絡異常をより的確に検出することができるようになる。

本発明にかかる回転角検出装置の一実施形態についてその構成を模式的に示すブロック図。同実施形態の回転角検出装置により演算されるレゾルバ出力信号振幅値とロータの機械角との関係を示すグラフ。同実施形態の回転角検出装置により演算される３つのロータ電気角とロータの機械角との関係を示すグラフ。レゾルバの信号線の短絡時に同実施形態の回転角検出装置により演算されるレゾルバ出力信号振幅値とロータの機械角との関係を示すグラフ。レゾルバの信号線の短絡時に同実施形態の回転角検出装置により演算される３つのロータ電気角とロータの機械角との関係を示すグラフ。（ａ）〜（ｄ）は、同実施形態の回転角検出装置の動作例を示すタイミングチャート。本発明にかかる回転センサを利用した回転角検出装置についてその構成を模式的に示すブロック図。同回転センサから出力される３相の信号とロータの機械角との関係を示すグラフ。従来の回転角検出装置についてその構成を模式的に示すブロック図。同従来の回転角検出装置により演算されるレゾルバ出力信号振幅値とロータの機械角との関係を示すグラフ。同従来の回転角検出装置により演算される３つのロータ電気角とロータの機械角との関係を示すグラフ。レゾルバの信号線の短絡時に同従来の回転角検出装置により演算されるレゾルバ出力信号振幅値とロータの機械角との関係を示すグラフ。レゾルバの信号線の短絡時に同従来の回転角検出装置により演算される３つのロータ電気角とロータの機械角との関係を示すグラフ。（ａ）〜（ｄ）は、同従来の回転角検出装置の動作例を示すタイミングチャート。

以下、本発明にかかる回転角検出装置の一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。なお、本実施形態にかかる回転角検出装置は、例えば車両のステアリングシャフトなどの回転軸の回転角を検出するものである。はじめに、図１を参照して、本実施形態の回転角検出装置の概略構成について説明する。なお、図１に示す回転角検出装置も、回転軸１の回転角を検出するための構成は、先の図９に例示した回転角検出装置と基本的に同様である。すなわち、この回転角検出装置も、回転軸１の回転角に応じてレゾルバ２から出力される３相の出力信号Ｖａ〜Ｖｃに基づいてロータ２０の回転角を検出する装置であり、その動作も基本的には先の図９を参照して説明した通りである。なおここでも、レゾルバ２の軸倍角が「１Ｘ」に設定されている場合について例示している。また、図１において先の図９に示した要素と同一の機能を有する要素には各々同一の符号を付しており、それらの要素についての重複する説明は割愛する。

図１に示すように、本実施形態では、励磁コイル２２とレゾルバコイル２３〜２５との間のそれぞれの変圧比Ｋａ〜Ｋｃが全て異なる値に設定されている。具体的には、励磁コイル２２と第１のレゾルバコイル２３との間の変圧比Ｋａが「０．４」、励磁コイル２２と第２のレゾルバコイル２４との間の変圧比Ｋｂが「０．０６」、励磁コイル２２と第３のレゾルバコイル２５との間の変圧比Ｋｃが「０．２４」に設定されている。

そして、レゾルバ２では、励磁コイル２２において生成される交番磁束がロータ２０を介して第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５に付与されることで、電磁誘導作用により第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５にロータ２０の電気角θｅ及び変圧比Ｋａ〜Ｋｃに応じた以下の（ｂ１）〜（ｂ３）に示す電圧がそれぞれ誘起される。なおここでは、発振回路４から励磁コイル２２に交流電圧Ｖｒ（＝Ｅ×ｓｉｎ（ωｔ））が印加されているとしている（但し、「Ｅ」は振幅、「ω」は角周波数、「ｔ」は時刻）。

（ｂ１）第１のレゾルバコイル２３には、電圧Ｖａ（＝Ｋａ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ）×ｓｉｎ（ωｔ））が誘起される。
（ｂ２）第２のレゾルバコイル２４には、電圧Ｖｂ（＝Ｋｂ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ＋１２０°）×ｓｉｎ（ωｔ））が誘起される。

（ｂ３）第３のレゾルバコイル２５には、電圧Ｖｃ（＝Ｋｃ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ＋２４０°）×ｓｉｎ（ωｔ））が誘起される。
一方、制御部（制御手段）３は、レゾルバ２の出力信号Ｖａ〜Ｖｃからそれらの振幅成分を抽出する信号処理を行う。これにより、制御部３は、出力信号Ｖａからその振幅値Ｓａ（＝Ｋａ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ））を取得する。また、出力信号Ｖｂからその振幅値Ｓｂ（＝Ｋｂ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ＋１２０°））を取得する。さらに、出力信号Ｖｃからその振幅値Ｓｃ（＝Ｋｃ×Ｅ×ｓｉｎ（θｅ＋２４０°））を取得する。図２は、出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃとロータ２０の機械角θとの関係を、それぞれ縦軸及び横軸にとって示したグラフである。なお、図２では、レゾルバ２の軸倍角が「４Ｘ」、励磁コイル２２に印加される交流電圧Ｖｒのピーク間の電位差Ｖｐｐ（＝２×Ｅ）が「４［Ｖ］」に設定されている場合について例示している。そして、制御部３は、図２に例示するように変化する出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃから以下の式（７）〜（９）を用いてロータ２０の電気角θｅを３通りの方法で演算する。ここでは、式（７）〜（９）のそれぞれの式から算出される電気角をθｅ１〜θｅ３としている。なお、式（７）〜式（９）は、出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃを正弦値及び余弦値の関係にそれぞれ変換し、それらの逆正接値からロータ２０の電気角を求める式となっている。

θｅ１＝ｔａｎ^−１（（√３×Ｓａ×（Ｋａ／Ｋａ））／（−２×Ｓｂ×（Ｋａ／Ｋｂ）−Ｓａ×（Ｋａ／Ｋａ）））・・・（７）
θｅ２＝ｔａｎ^−１（（√３×Ｓｂ×（Ｋａ／Ｋｂ））／（−２×Ｓｃ×（Ｋａ／Ｋｃ）−Ｓｂ×（Ｋａ／Ｋｂ）））−１２０°・・・（８）
θｅ３＝ｔａｎ^−１（（√３×Ｓｃ×（Ｋａ／Ｋｃ））／（−２×Ｓａ×（Ｋａ／Ｋａ）−Ｓｃ×（Ｋａ／Ｋｃ）））−２４０°・・・（９）
図３は、式（７）〜式（９）により演算されるロータ２０の電気角θｅ１〜θｅ３とロータ２０の機械角θとの関係を、それぞれ縦軸及び横軸にとって示したグラフである。このように、本実施形態の回転角検出装置でも、先の図９に例示した回転角検出装置と同様に、正常時の演算電気角θｅ１〜θｅ３は全て同じ値で推移する。

一方、レゾルバコイル２３〜２５の変圧比Ｋａ〜Ｋｃを先の図１に示すように設定することにより、第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５に対応する信号線２３ａ〜２５ａのうちのいずれか２つの信号線が短絡したときに、演算電気角θｅ１〜θｅ３が互いに異なる値を示しやすくなることが発明者によって確認されている。以下、発明者によって確認された内容を図４及び図５を参照して説明する。

図１に二点鎖線で示すように、例えば第１のレゾルバコイル２３に対応する信号線２３ａと第２のレゾルバコイル２４に対応する信号線２４ａとが短絡したとする。この場合、出力信号振幅値Ｓａ，Ｓｂの波形は先の図２に例示した形から図４に示す形へとそれぞれ変化する。このとき、制御部３により上記式（７）〜式（９）に基づき演算される電気角θｅ１〜θｅ３は図５に示すようになる。なお、図中の実線は演算電気角θｅ１、一点鎖線は演算電気角θｅ２、二点鎖線は演算電気角θｅ３、破線は演算電気角θｅ１〜θｅ３の平均値θｅａを示す。同図５と先の図３を比較して明らかなように、信号線２３ａと信号線２４ａとが短絡すると、演算電気角θｅ１〜θｅ３が互いに異なる値となる。

そこで、本実施形態では、演算電気角θｅ１〜θｅ３のうちのいずれか２つの差分値に基づいてレゾルバ２の信号線の短絡異常を検出することとしている。具体的には、制御部３は、以下の（ｃ１）〜（ｃ３）に示す電気角差分値Δθｅ１〜Δθｅ３の絶対値｜Δθｅ１｜〜｜Δθｅ３｜をそれぞれ演算する。

（ｃ１）演算電気角θｅ１，θｅ２の差分値Δθｅ１（＝θｅ１−θｅ２）の絶対値｜Δθｅ１｜。
（ｃ２）演算電気角θｅ２，θｅ３の差分値Δθｅ２（＝θｅ２−θｅ３）の絶対値｜Δθｅ２｜。

（ｃ３）演算電気角θｅ３，θｅ１の差分値Δθｅ３（＝θｅ３−θｅ１）の絶対値｜Δθｅ３｜。
また、制御部３は、演算された絶対値｜Δθｅ１｜〜｜Δθｅ３｜のいずれかが予め定められた異常判定閾値θｔｈ（＞０）よりも大きい場合には、レゾルバ２の信号線の短絡異常が発生していると判定する。

次に、図６を参照して、制御部３によりレゾルバ２の信号線の短絡異常が検出される様子について説明する。なおここでは、異常判定閾値θｔｈが「５°」に設定されている場合について例示している。

例えば、レゾルバ２の信号線の短絡異常により演算電気角θｅ１〜θｅ３が先の図５に示すように推移するようになったとする。このとき、制御部３により演算される電気角差分値Δθｅ１〜Δθｅ３は、ロータ２０の機械角θに対して図６（ａ）に示すように推移する。なお、図中の実線は電気角差分値Δθｅ１、一点鎖線は電気角差分値Δθｅ２、二点鎖線は電気角差分値Δθｅ３を示す。制御部３は、電気角差分値Δθｅ１〜Δθｅ３のいずれかが「５°」よりも大きいとき、あるいは電気角差分値Δθｅ１〜Δθｅ３のいずれかが「−５°」よりも小さいときにレゾルバ２の信号線の短絡異常を検出する。これにより、図６（ｂ）に示すように、ロータ２０の回転角θが角度範囲Ｂ１〜Ｂ９であるときにレゾルバ２の信号線の短絡異常が検出されるため、制御部３による異常検出がより的確に行われるようになる。

また、図６（ｃ）は、先の図３に示した正常時の演算電気角θｅ１から先の図５に例示した異常時の演算電気角θｅ１〜θｅ３の平均値θｅａを減算することにより求められる電気角誤差Δθｄの推移を示したものである。ここで、制御部３は、ロータ２０の回転角が角度範囲Ｂ１〜Ｂ８であるときにはレゾルバ２の信号線の短絡異常を検出することができるため、実際に誤差を含む電気角が誤検出されるのは、ロータ２０の回転角θが、角度範囲Ｂ１〜Ｂ８以外であるとき、すなわち図中の角度範囲Ｃ１〜Ｃ８であるときである。したがって、制御部３によって誤検出されるロータ２０の電気角と実際のロータ２０の電気角との誤差は、図６（ｄ）に示すようになる。この図６（ｄ）と先の図１４（ｄ）とを比較して明らかなように、本実施形態にかかる回転角検出装置によれば、制御部３により誤検出されるロータ２０の電気角と実際の電気角との誤差を小さくすることができる。これは、回転角検出装置を通じて検出されるロータ２０の電気角に基づいて電動モータの駆動を制御する装置、例えば車両のパワーステアリング装置などにおいて有効となる。すなわち、仮にレゾルバ２に信号線の短絡異常が発生したとしても、回転角検出装置を通じて誤検出されるロータ２０の電気角の誤差が小さいため、電動モータの挙動が大きく変化するような事態を未然に回避することができる。

なお、例えば第２のレゾルバコイル２４に対応する信号線２４ａと第３のレゾルバコイル２５に対応する信号線２５ａとが短絡した場合や、第３のレゾルバコイル２５に対応する信号線２５ａと第１のレゾルバコイル２３に対応する信号線２３ａとが短絡した場合にも、同様に制御部３により異常を検出可能であることは言うまでもない。

以上説明したように、本実施形態にかかるレゾルバ及び回転角検出装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５の変圧比Ｋａ〜Ｋｃを全て異なる値に設定することとした。これにより、信号線２３ａ〜２５ａのうちのいずれか２つの信号線が短絡したときに、その異常をより的確に検出することができるようになる。

（２）上記式（７）〜（９）により演算されるロータ２０の電気角θｅ１〜θｅ３のうちのいずれか２つの差分をとることにより求められる電気角差分値Δθｅ１〜Δθｅ３に基づいてレゾルバ２の信号線の短絡異常を検出することとした。これにより、差分値を演算するだけでレゾルバ２の信号線の短絡異常を検出することができるため、制御部３の演算負担を軽減することができるようになる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、演算電気角θｅ１〜θｅ３のうちのいずれか２つの差分をとることにより求められる電気角差分値Δθｅ１〜Δθｅ３に基づいてレゾルバ２の信号線の短絡異常を検出することとした。これに代えて、例えば演算電気角θｅ１〜θｅ３の平均値θｅａと、演算電気角θｅ１〜θｅ３との差分値に基づいてレゾルバ２の信号線の短絡異常を検出することも可能である。要は、演算電気角θｅ１〜θｅ３が先の図５に示すように変化していることを検知したときに異常を検出するものであればよい。

・第１〜第３のレゾルバコイル２３〜２５の変圧比Ｋａ〜Ｋｃは、全て異なる値であれば、適宜変更可能である。
・本発明は、ホール素子や磁気抵抗素子などの磁気検出部を利用してロータの回転を検出する回転センサにも適用可能である。図７に、こうした回転センサの一例を示す。図７に示すように、この回転センサ５は、永久磁石からなるロータ５０と、ロータ５０の周方向Ｒ１に離間して配置される３つの磁気検出部５１〜５３とを備えている。なおここでは、ロータ５０が磁界生成部となっている。そして、ロータ５０の回転に伴ってロータ５０から磁気検出部５１〜５３に付与される磁界が変化すると、磁気検出部５１〜５３からロータの回転角（電気角）θに対して正弦波状に変化する信号がそれぞれ出力される。また、磁気検出部５１〜５３の出力は、信号線５１ａ〜５３ａ及び端子Ｔａ〜Ｔｃを介して制御部３に取り込まれる。こうした回転センサ５では、例えば磁気検出部５１〜５３の最大出力レベルを調整するなどして、回転センサ５から出力される３相の出力信号Ｖｄ〜Ｖｆの最大出力レベルを全て異なるレベルに設定すれば、回転センサ５の出力信号Ｖｄ〜Ｖｆを図８に示すように推移させることができる。すなわち、回転センサ５の出力信号Ｖｄ〜Ｖｅを、ロータ５０の機械角θに対して先の図２に例示した出力信号振幅値Ｓａ〜Ｓｃと同様の態様で推移させることができる。これにより、制御部３では、上記実施形態に準じた異常検出方法を用いることにより、出力信号Ｖｄ〜Ｖｅから回転センサ５の信号線の短絡異常を検出することができる。

・上記実施形態では、レゾルバ２の軸倍角を「１Ｘ」や「４Ｘ」に設定する場合について例示したが、レゾルバ２の軸倍角に限定があるわけではない。
・本発明にかかる回転角検出装置は、車両のステアリングシャフトの回転角を検出する装置に限らず、適宜の回転軸の回転角を検出する装置に適用することが可能である。

Ｔａ〜Ｔｃ…出力端子、１…回転軸、２…レゾルバ、３…制御部、４…発振回路、５…回転センサ、２０，５０…ロータ、２１…ステータ、２２…励磁コイル、２３〜２５…レゾルバコイル、２３ａ〜２５ａ，５１ａ〜５３ａ…信号線、５１〜５３…磁気検出部。

Claims

ロータの周方向に離間して配置される３つのレゾルバコイルと、同３つのレゾルバコイルに電圧を誘起させるべく通電に基づき磁界を生成する励磁コイルとを有して、前記ロータの回転に伴い前記励磁コイルから前記３つのレゾルバコイルに付与される磁界が変化したときに前記３つのレゾルバコイルに誘起される電圧が変化することにより、前記ロータの回転角に対して振幅が正弦波状に変化する３相の信号を出力するレゾルバにおいて、
前記励磁コイルと前記３つのコイルとの間のそれぞれの変圧比を全て異なる値に設定した
ことを特徴とするレゾルバ。
ロータの周方向に離間して配置される３つの磁気検出部と、これら３つの磁気検出部に付与する磁界を生成する磁界生成部とを有して、前記ロータの回転に伴い前記磁界生成部から前記３つの磁気検出部に付与される磁界が変化することで前記ロータの回転角に対して正弦波状に変化する３相の信号を出力する回転センサにおいて、
前記３相の信号のそれぞれの最大出力レベルを全て異なるレベルに設定した
ことを特徴とする回転センサ。
回転センサから出力される３相の信号に基づいてロータの電気角を検出する回転角検出装置において、
前記回転センサとして請求項１に記載のレゾルバ、あるいは請求項２に記載の回転センサを用いるとともに、
前記回転センサから出力される３相の信号から演算可能な３つのロータ電気角を第１〜第３の演算電気角とするとき、これら第１〜第３の演算電気角のうちのいずれか２つの差分値に基づき前記回転センサの異常を検出する制御手段と
を備えることを特徴とする回転角検出装置。