JP2013072773A - 位置検出装置、回転式アクチュエータ、および、それを用いたシフトバイワイヤシステム - Google Patents

Abstract

【課題】パルス信号の出力に関する異常が生じても可動部材の位置の検出を継続可能な位置検出装置を提供する。
【解決手段】エンコーダ４０は、モータ軸２１が回転するのに応じ、所定の位相差を有する３相のパルス信号を出力する。ＥＣＵ３は、カウント値を保持し、エンコーダ４０が出力する３相のパルス信号のすべてが正常のとき出現する各パルス信号の組み合わせパターンである正常時パターン、および、３相のパルス信号のうち１相のパルス信号が異常のときのみ出現する各パルス信号の組み合わせパターンである異常時パターンに基づき、前記カウント値に対し第１所定値「１」、または、第２所定値「２」を加算または減算する。ＥＣＵ３は、前記カウント値に基づき、モータ軸２１の回転位置を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動部材の位置を検出する位置検出装置、回転式アクチュエータ、および、それを用いたシフトバイワイヤシステムに関する。

従来、可動部材の回転または直線移動に応じてエンコーダから出力される複数相のパルス信号に基づき、可動部材の位置を検出する位置検出装置が知られている。例えば特許文献１に記載された位置検出装置のエンコーダは、パルス出力部から、可動部材の回転または直線移動に応じ３相のパルス信号を出力する。当該３相のパルス信号は、位相差が１２０°となるよう出力される。そのため、特許文献１のエンコーダでは、パルス出力部に異常が生じると、パルス出力部から出力される３相のパルス信号の組み合わせパターンとして、高レベルまたは低レベルのいずれかのレベルが３相共一致するパターン（異常時パターン）が出現する。

特開平１−２２３３１１号公報

特許文献１のエンコーダは、３相のパルス信号の高レベルまたは低レベルのいずれかのレベルが３相共一致するパターン（異常時パターン）を検出することにより、パルス出力部の異常を検出することは可能である。しかしながら、特許文献１の位置検出装置では、エンコーダのパルス出力部に異常が生じると、それ以降、可動部材の位置を正確に検出することができなくなる。

また、特許文献１には、上述のエンコーダを適用したサーボモータ、および、それを用いたサーボ機構が開示されている。エンコーダは、サーボモータにより回転駆動される送りねじの回転に応じて３相のパルス信号を出力する。位置検出装置は、当該３相のパルス信号に基づき、送りねじ（機械送り台）の回転位置を検出する。サーボモータの回転は、位置検出装置により検出された前記回転位置に基づき、フィードバック制御される。ここで、エンコーダのパルス出力部に異常が生じた場合、位置検出装置は前記回転位置を正確に検出できず、サーボモータの回転を継続できなくなるおそれがある。サーボモータの回転を継続できなくなると、サーボ機構の機械送り台を駆動することができなくなる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パルス信号の出力に関する異常が生じても可動部材の位置の検出を継続可能な位置検出装置、回転式アクチュエータおよびシフトバイワイヤシステムを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、回転または直線移動する可動部材の位置を検出する位置検出装置であって、パルス信号出力手段とカウント手段と位置検出手段とを備えている。パルス信号出力手段は、可動部材が回転または直線移動するのに応じ、所定の位相差を有する３相のパルス信号を出力する。カウント手段は、カウント値を保持し、パルス信号出力手段が出力する３相のパルス信号のすべてが正常のとき出現する各パルス信号の組み合わせパターンである正常時パターン、および、３相のパルス信号のうち１相のパルス信号が異常のときのみ出現する各パルス信号の組み合わせパターンである異常時パターンに基づき、前記カウント値に対し第１所定値、または、当該第１所定値とは異なる第２所定値を加算または減算する。ここで、パルス信号が異常となるのは、例えばパルス信号出力手段の回路の一部が断線（オフ故障）することでパルス信号が低レベルの状態のまま（Ｌ固着）となること、あるいは、パルス信号出力手段の回路の一部がショート（オン故障）することでパルス信号が高レベルの状態のまま（Ｈ固着）となること等が想定される。また、例えば、第１所定値としては「１」、第２所定値としては「２」を設定することが考えられる。位置検出手段は、カウント手段により加算または減算されるカウント値に基づき、可動部材の位置を検出する。

本発明では、パルス信号出力手段が出力する３相のパルス信号のうち１相のパルス信号が異常であっても、カウント値に対し第１所定値または第２所定値を加算または減算することで、当該カウント値に基づき可動部材の位置を検出可能である。よって、本発明では、パルス信号出力手段の一部が故障しても、可動部材の位置の検出を継続することができる。なお、位置検出手段により検出した可動部材の位置の時間経過に伴う変化を検出することにより、可動部材の回転状態（回転方向および回転数等）または移動状態（移動方向および移動速度等）を検出することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出装置のカウント手段に関し、一作動例を具体的に例示するものである。請求項２に記載の発明では、カウント手段は、可動部材が回転または直線移動するとき、所定の正常時パターンから別の正常時パターンに変化した場合、カウント値に対し第１所定値を加算または減算する。また、カウント手段は、可動部材が回転または直線移動するとき、正常時パターンから異常時パターンに変化した場合、または、異常時パターンから正常時パターンに変化した場合、カウント値に対し第２所定値を加算または減算する。すなわち、本発明では、異常時パターンを含むパターンの変化があった場合、カウント値に対し第１所定値の代わりに第２所定値を加算または減算する。これにより、パルス信号出力手段の一部が故障しても、可動部材の位置の検出を継続することができる。
請求項３に記載の発明は、前記異常時パターンを検出することにより、パルス信号出力手段の異常を検出する異常検出手段をさらに備えている。これにより、位置検出装置（パルス信号出力手段）の一部が故障していることを知ることができる。

請求項４に記載の発明は、前記可動部材とハウジングとロータとステータと巻線と請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置検出装置と回転制御手段とを備えた回転式アクチュエータの発明である。ハウジングは、可動部材を回転可能に支持している。ロータは、可動部材に一体に設けられ、ハウジングに対し相対回転可能である。ステータは、ロータの径外側に位置するようハウジングに固定されている。巻線は、ステータに巻回されている。回転制御手段は、位置検出装置が検出した可動部材の回転位置に基づき巻線に供給する電力を調節することで、ロータの回転を制御する。

本発明では、可動部材、ロータ、ステータおよび巻線によりモータを構成している。ここで、可動部材は、モータのモータ軸を構成している。巻線に電力を供給すると、ロータ、ステータおよび巻線に磁気回路が形成され、モータ軸と一体のロータが回転する。これにより、モータ軸としての可動部材が回転し、可動部材からトルクが出力される。本発明では、位置検出装置により、可動部材の回転位置を検出することができる。回転制御手段は、可動部材の回転位置からロータの回転位置を検出し、検出したロータの回転位置に基づき巻線に供給する電力を調節する。つまり、回転制御手段は、フィードバック制御によりロータ（回転式アクチュエータ）の回転を継続する。
上述のように、本発明の位置検出装置は、パルス信号出力手段の一部が故障しても、可動部材の位置の検出を継続することができる。よって、位置検出装置（パルス信号出力手段）の一部が故障しても、ロータ（回転式アクチュエータ）の回転を継続することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の回転式アクチュエータとシフトレンジ切替装置とを備えたシフトバイワイヤシステムの発明である。シフトレンジ切替装置は、回転式アクチュエータの可動部材（モータ軸）に接続され、可動部材の回転により自動変速機のシフトレンジを切り替え可能である。
上述のように、本発明の回転式アクチュエータは、位置検出装置（パルス信号出力手段）の一部が故障しても、回転を継続することができる。よって、位置検出装置（パルス信号出力手段）の一部が故障しても、自動変速機のシフトレンジを切り替えることができる。

本発明の一実施形態による位置検出装置、回転式アクチュエータおよびシフトバイワイヤシステムを示す模式図。 本発明の一実施形態によるシフトバイワイヤシステムのシフトレンジ切替装置を示す概略図。 （Ａ）は本発明の一実施形態による回転式アクチュエータを示す断面図、（Ｂ）は本発明の一実施形態による位置検出装置の一部を示す図であって（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た図。 （Ａ）は本発明の一実施形態による位置検出装置のパルス信号出力手段から出力される３相パルス信号を示す図、（Ｂ）は３相パルス信号の組み合わせパターンを示す表。 本発明の一実施形態による位置検出装置のパルス信号出力手段から出力される３相パルス信号を示す図であって、（Ａ）はＣ相がＬ固着した場合の図、（Ｂ）はＢ相がＬ固着した場合の図、（Ｃ）はＡ相がＬ固着した場合の図。 本発明の一実施形態による位置検出装置のパルス信号出力手段から出力される３相パルス信号を示す図であって、（Ａ）はＣ相がＨ固着した場合の図、（Ｂ）はＢ相がＨ固着した場合の図、（Ｃ）はＡ相がＨ固着した場合の図。 本発明の一実施形態による位置検出装置のカウント手段による処理を示すフロー図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による位置検出装置、回転式アクチュエータ、および、それを用いたシフトバイワイヤシステムを図１に示す。

シフトバイワイヤシステム１は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）３、回転式アクチュエータ１０、シフトレンジ切替装置１００等を備えている。シフトバイワイヤシステム１は、例えば自動変速機とともに車両に搭載され、車両の運転者の指令に基づき回転式アクチュエータ１０およびシフトレンジ切替装置１００を駆動させることにより、バイワイヤ制御で自動変速機のシフトレンジを切り替える。

ＥＣＵ３は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＡＭおよびＲＯＭ、ならびに、入出力手段等を有する小型のコンピュータである。ＥＣＵ３は、車両に搭載された各種センサからの信号、ならびに、ＲＯＭおよびＲＡＭに格納されたデータ等に基づき、ＲＯＭに格納された各種プログラムに従って、各種装置および機器類を制御するよう作動する。ＥＣＵ３は、車両の電源であるバッテリ１１に、リレー１２を経由して電気的に接続されており、このバッテリ１１から供給される電力によって作動する。

図３（Ａ）に示すように、回転式アクチュエータ１０は、可動部材としてのモータ軸２１、ハウジング２２、ロータ２３、ステータ２４、巻線２５、減速機３０、および、パルス信号出力手段としてのエンコーダ４０等を備えている。
モータ軸２１は、例えば金属により略円柱状に形成されている。ハウジング２２は、例えば樹脂により中空円筒状に形成され、端部が塞がれている。ハウジング２２の軸方向の長さは短く形成されている。よって、ハウジング２２は、外形が略円盤状に形成されている。ハウジング２２は、内側に、モータ軸２１を同軸に、かつ、回転可能に収容している。すなわち、ハウジング２２は、モータ軸２１を回転可能に支持している。

ロータ２３は、例えば積層鉄板により略円筒状に形成され、内壁にモータ軸２１が嵌合するよう、モータ軸２１と一体に設けられている。これにより、ロータ２３は、モータ軸２１と一体に、ハウジング２２に対し相対回転可能である。
ステータ２４は、例えば積層鉄板により略円環状に形成され、ロータ２３の径外側に位置するようハウジング２２の内壁に固定されている。これにより、ロータ２３は、モータ軸２１と一体に、ステータ２４に対し相対回転可能である。

本実施形態では、巻線２５は、ステータ２４の径内側へ突出する複数の突極のそれぞれに巻回されるようにして複数設けられている。モータ軸２１、ロータ２３、ステータ２４および巻線２５は、モータ部２０を構成している。当該モータ部２０は、本実施形態では、スイッチトリラクタンス（ＳＲ）モータであり、永久磁石を用いることなく駆動力を発生するブラシレスモータである。ここで、巻線２５は、それぞれモータ部２０の複数の相に対応している。

巻線２５は、リレー１３を経由してバッテリ１１に電気的に接続される。また、回転式アクチュエータ１０には、ＥＣＵ３が接続される（図１参照）。ＥＣＵ３は、バッテリ１１から巻線２５に供給する電力を調節する。ＥＣＵ３は、複数の相に対応する巻線２５に所定のタイミングで順次通電する。これにより、ステータ２４に回転磁界が生じ、ロータ２３がモータ軸２１とともに回転する。
減速機３０は、モータ軸２１に接続するよう、ハウジング２２に収容されている。減速機３０は、図示しない遊星歯車を有し、モータ軸２１の回転を減速して出力軸３１から出力する。

エンコーダ４０は、ロータ２３の減速機３０とは反対側に位置するようハウジング２２に収容されている。エンコーダ４０は、インクリメンタル型のロータリエンコーダであり、モータ軸２１（ロータ２３）の回転、すなわち回転角の変化分に応じてパルス信号を出力する。ＥＣＵ３は、エンコーダ４０から出力されたパルス信号に基づき、モータ軸２１（ロータ２３）の回転に関する位置（回転位置）を検出する。これにより、ＥＣＵ３は、モータ軸２１（ロータ２３）の回転状態（回転方向および回転数等）を検出可能である。ＥＣＵ３は、検出したロータ２３の回転状態をフィードバックすることにより、回転式アクチュエータ１０に供給する電力を調節し、ロータ２３を脱調させることなく高速回転させることができる。ここで、ＥＣＵ３は、特許請求の範囲における「回転制御手段」として機能する。エンコーダ４０については、後に詳述する。
なお、車両電源のオン毎（シフトバイワイヤシステム１の起動毎）に、モータ部２０の励磁通電相学習（エンコーダ４０から出力されたパルス信号と通電相の同期）のための初期駆動制御が行われる。この初期駆動制御により、回転式アクチュエータ１０の回転を適切に制御できるようになる。

図２に示すように、シフトレンジ切替装置１００は、シフトレンジ切替機構１１０およびパーキング切替機構１２０を備えている。
シフトレンジ切替機構１１０は、マニュアルシャフト１０１、ディテントプレート１０２および油圧バルブボディ１０４等から構成されている。マニュアルシャフト１０１は、一方の端部が回転式アクチュエータ１０の出力軸３１にスプライン結合される。ディテントプレート１０２は、マニュアルシャフト１０１から径外方向に延びる扇形状に形成され、マニュアルシャフト１０１と一体に回転する。ディテントプレート１０２には、マニュアルシャフト１０１に対し平行に突出するピン１０３が設けられている。ピン１０３は、油圧バルブボディ１０４に設けられるマニュアルスプール弁１０５の端部に係止されている。このため、マニュアルスプール弁１０５は、マニュアルシャフト１０１と一体で回転するディテントプレート１０２によって、軸方向へ往復移動する。マニュアルスプール弁１０５は、軸方向に往復移動することで、図示しない自動変速機の油圧クラッチへの油圧供給路を切り替える。この結果、油圧クラッチの係合状態が切り替わり、自動変速機のシフトレンジが変更される。

ディテントプレート１０２は、径方向の端部に凹部１５１、凹部１５２、凹部１５３および凹部１５４を有している。凹部１５１〜１５４は、例えば、それぞれ図示しない自動変速機のシフトレンジであるＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、およびＤレンジに対応している。ディテントスプリング１０６の先端に支持されているディテントローラ１０７が、ディテントプレート１０２の凹部１５１〜１５４のいずれかと噛み合うことにより、マニュアルスプール弁１０５の軸方向の位置が決定する。

回転式アクチュエータ１０からマニュアルシャフト１０１を経由してディテントプレート１０２に回転力が加わると、ディテントローラ１０７は隣接する他の凹部（凹部１５１〜１５４のいずれか）へ移動する。これにより、マニュアルスプール弁１０５の軸方向の位置が変化する。
例えば、マニュアルシャフト１０１を図２の矢印Ｙ方向から見て時計回り方向に回転させると、ディテントプレート１０２を介してピン１０３がマニュアルスプール弁１０５を油圧バルブボディ１０４の内部に押し込み、油圧バルブボディ１０４内の油路がＤ、Ｎ、Ｒ、Ｐの順に切り替えられる。これにより、自動変速機のシフトレンジがＤ、Ｎ、Ｒ、Ｐの順に切り替えられる。

一方、マニュアルシャフト１０１を反時計回り方向に回転させると、ピン１０３がマニュアルスプール弁１０５を油圧バルブボディ１０４から引き出し、油圧バルブボディ１０４内の油路がＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄの順に切り替えられる。これにより、自動変速機のシフトレンジがＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄの順に切り替えられる。
このように、回転式アクチュエータ１０により回転駆動されるマニュアルシャフト１０１の回転角度は、自動変速機の各シフトレンジに対応している。なお、以下、回転式アクチュエータ１０がマニュアルシャフト１０１を時計回り方向に回転させるときのロータ２３の回転方向を正回転方向とする。一方、回転式アクチュエータ１０がマニュアルシャフト１０１を反時計回り方向に回転させるときのロータ２３の回転方向を逆回転方向とする。

パーキング切替機構１２０は、ロッド１２１、パーキングロックポール１２３およびパーキングギア１２６等から構成されている。ロッド１２１は、略Ｌ字型に形成され、一方の端部にディテントプレート１０２が接続されている。ロッド１２１の他方の端部には、円錐部１２２が設けられている。ディテントプレート１０２の回転運動をロッド１２１が直線運動に変換することで、円錐部１２２は、軸方向へ往復移動する。円錐部１２２の側面には、パーキングロックポール１２３が当接している。そのため、ロッド１２１が往復移動すると、パーキングロックポール１２３は軸部１２４を中心に回転駆動する。パーキングロックポール１２３の回転方向には突部１２５が設けられており、この突部１２５がパーキングギア１２６の歯車に噛み合うと、パーキングギア１２６の回転が規制される。これにより、図示しないドライブシャフトまたはディファレンシャルギア等を経由して駆動輪がロックする。一方、パーキングロックポール１２３の突部１２５がパーキングギア１２６の歯車から外れると、パーキングギア１２６は回転可能となり、駆動輪のロックは解除する。

次に、エンコーダ４０について詳細に説明する。
図３（Ａ）に示すように、エンコーダ４０は、磁界発生手段としてのマグネットプレート４１、基板４２、磁気検出手段としてのホールＩＣ５１〜５３等を有している。
図３に示すように、マグネットプレート４１は、円環の板状に形成され、ロータ２３の減速機３０とは反対側の端面に、ロータ２３と同軸に固定されている。これにより、マグネットプレート４１は、ロータ２３とともに回転する。

図３（Ｂ）に示すように、マグネットプレート４１には、Ｎ極およびＳ極が周方向に交互に等間隔で着磁されている。本実施形態では、Ｎ極およびＳ極の各着磁数は２４である。
基板４２は、例えば樹脂により円環の板状に形成され、マグネットプレート４１に対向するようにしてハウジング２２の内壁に固定されている。これにより、マグネットプレート４１は、ロータ２３が回転すると、基板４２に対し相対回転する。

ホールＩＣ５１〜５３は、それぞれ、基板４２のマグネットプレート４１側の面の所定の位置に、周方向に互いに所定の間隔をあけて設けられている。そのため、ホールＩＣ５１〜５３は、マグネットプレート４１に対向している。マグネットプレート４１とホールＩＣ５１〜５３との位置関係は、図３（Ｂ）に示すとおりである。

エンコーダ４０は、ホールＩＣ５１〜５３とＥＣＵ３とを電気的に接続する電力線４３を有している（図１参照）。これにより、ホールＩＣ５１〜５３には、ＥＣＵ３および電力線４３を経由してバッテリ１１からの電力が供給される。
ホールＩＣ５１〜５３は、それぞれ、周囲の磁界の向きおよび大きさに応じた電圧を出力するホール素子を有している。本実施形態では、ホールＩＣ５１〜５３は、それぞれ、ホール素子から出力される電圧の大きさが所定値以下の場合、低レベル（Ｌレベル）の信号を出力し、ホール素子から出力される電圧の大きさが所定値より大きい場合、高レベル（Ｈレベル）の信号をＥＣＵ３に出力する。

マグネットプレート４１がロータ２３とともに回転すると、ホールＩＣ５１〜５３の周囲の磁界の向きおよび大きさが変化する。これにより、ホールＩＣ５１〜５３は、それぞれ、低レベルおよび高レベルを交互に繰り返すパルス状の信号を出力する。本実施形態では、マグネットプレート４１（ロータ２３）が１回転する毎に、ホールＩＣ５１〜５３から２４のパルス信号（ＬレベルとＨレベルとの組）が出力される。すなわち、パルス信号の１周期は、マグネットプレート４１の回転変位に関し、機械角で１５°分に対応する。ここで、機械角とは、機械的な角度、すなわちマグネットプレート４１（ロータ２３）の１回転を３６０°とした場合の角度（回転角）である。

エンコーダ４０は、ホールＩＣ５１〜５３とＥＣＵ３とを電気的に接続する信号線４４を有している（図１参照）。これにより、マグネットプレート４１（ロータ２３）が回転するときにエンコーダ４０（ホールＩＣ５１〜５３）から出力されるパルス信号は、信号線４４を経由してＥＣＵ３に伝達される（図１参照）。すなわち、エンコーダ４０は、可動部材としてのモータ軸２１（ロータ２３）が回転移動するのに応じ、所定の位相差を有する３相のパルス信号を出力する。

本実施形態では、ホールＩＣ５１〜５３それぞれを基板４２の所定の位置に配置することにより、図４（Ａ）に示すように、エンコーダ４０（ホールＩＣ５１〜５３）から所定の位相差を有するパルス信号が出力される。以下、ホールＩＣ５１から出力されるパルス信号をＡ相、ホールＩＣ５２から出力されるパルス信号をＢ相、ホールＩＣ５３から出力されるパルス信号をＣ相とする。また、図４（Ａ）に示すように、各相の位相差は電気角で６０°（機械角で２．５°）である。そのため、マグネットプレート４１が２．５°回転する毎に、各相のＬレベルとＨレベルとの組み合わせに関し、異なるパターンが出現する。ここで、電気角とは、各相のパルス信号の発生周期を１周期（３６０°）とした場合の角度である。

図４（Ｂ）に示すように、各相のＬレベルとＨレベルとの組み合わせに関し、例えばパターン１〜８を定義する。本実施形態では、ホールＩＣ５１〜５３自体、ホールＩＣ５１〜５３とＥＣＵ３との間の電力供給経路、および、ホールＩＣ５１〜５３とＥＣＵ３との間の信号伝達経路のいずれもが正常な場合、図４（Ａ）に示すように、各相のＬレベルとＨレベルとの組み合わせに関し、出現するパターンはパターン１〜６である。図４（Ａ）に示すｔ０〜８のそれぞれは、各相のパルス信号のパルス（Ｈレベル）の立ち上がり、および、立ち下がりに対応する時刻である。本実施形態では、ロータ２３が正回転するとき、ｔ１〜７において、パターン１〜６が順に出現する。

ＥＣＵ３は、ＲＡＭにカウント値を保持（記憶）している。当該カウント値は、シフトバイワイヤシステム１の起動時、すなわちＥＣＵ３への通電時、初期値「０」にリセットされる。ＥＣＵ３は、ｔ０〜８において、ホールＩＣ５１〜５３が出力するパルス信号に基づき、その時点（ｔ０〜８）毎に、パターン（番号）が何であるかを検出する。そして、前回検出時と比べ、パターン番号が「１」増大した場合、または、パターン番号が「６」から「１」に変化した場合、カウント値に対し、第１所定値としての「１」を加算する。また、前回検出時と比べ、パターン番号が「１」減少した場合、または、パターン番号が「１」から「６」に変化した場合、カウント値から、第１所定値としての「１」を減算する。ここで、ＥＣＵ３は、特許請求の範囲における「カウント手段」として機能する。

上記構成により、例えばロータ２３が正回転するとき、各相のパルス信号のパルスの立ち上がり、および、立ち下がりのタイミングで、カウント値が「１」増大する。一方、ロータ２３が逆回転するとき、各相のパルス信号のパルスの立ち上がり、および、立ち下がりのタイミングで、カウント値が「１」減少する。これにより、ＥＣＵ３は、カウント値に基づき、ロータ２３（モータ軸２１）の回転に関する位置（回転位置）を検出することができる。

つまり、ＥＣＵ３は、カウント値が所定値増大した場合、ロータ２３（モータ軸２１）が、正回転方向に所定値に対応した量分回転したことがわかる。一方、カウント値が所定値減少した場合、ロータ２３（モータ軸２１）が、逆回転方向に所定値に対応した量分回転したことがわかる。ここで、ＥＣＵ３は、特許請求の範囲における「位置検出手段」として機能する。また、位置検出装置２は、エンコーダ４０とＥＣＵ３とにより構成されている。

ところで、ホールＩＣ５１〜５３自体、ホールＩＣ５１〜５３とＥＣＵ３との間の電力供給経路、および、ホールＩＣ５１〜５３とＥＣＵ３との間の信号伝達経路のいずれかに何らかの異常が生じていると、各相のＬレベルとＨレベルとの組み合わせに関し、パターン１〜６以外に、パターン７または８が出現する（図４（Ｂ）参照）。
例えばホールＩＣ５３（Ｃ相）とＥＣＵ３との間の経路（導線等）に断線等の異常（オフ故障）が生じている場合、図４（Ａ）に波線で示すように、ホールＩＣ５３（Ｃ相）からは低レベル（Ｌレベル）の信号のみが出力されること（Ｌ固着）となる。そのため、ｔ４とｔ５との間でパターン７（Ａ相：Ｌレベル、Ｂ相：Ｈレベル、Ｃ相：Ｌレベル）が出現する。

また、例えばホールＩＣ５２（Ｂ相）とＥＣＵ３との間の経路（導線等）に断線等の異常（オフ故障）が生じている場合、図５（Ｂ）に示すように、ｔ３とｔ４との間でパターン８（Ａ相：Ｈレベル、Ｂ相：Ｌレベル、Ｃ相：Ｈレベル）が出現する。また、例えばホールＩＣ５１（Ａ相）とＥＣＵ３との間の経路（導線等）に断線等の異常（オフ故障）が生じている場合、図５（Ｃ）に示すように、ｔ３とｔ４との間でパターン７（Ａ相：Ｌレベル、Ｂ相：Ｈレベル、Ｃ相：Ｌレベル）が出現する。

また、例えばホールＩＣ５３（Ｃ相）とＥＣＵ３との間の経路（導線等）にショート等の異常（オン故障）が生じている場合、図６（Ａ）に波線で示すように、ホールＩＣ５３（Ｃ相）からは高レベル（Ｈレベル）の信号のみが出力されること（Ｈ固着）となる。そのため、ｔ１とｔ２との間、および、ｔ７とｔ８との間でパターン８（Ａ相：Ｈレベル、Ｂ相：Ｌレベル、Ｃ相：Ｈレベル）が出現する。

また、例えばホールＩＣ５２（Ｂ相）とＥＣＵ３との間の経路（導線等）にショート等の異常（オン故障）が生じている場合、図６（Ｂ）に示すように、ｔ０とｔ１との間、および、ｔ６とｔ７との間でパターン７（Ａ相：Ｌレベル、Ｂ相：Ｈレベル、Ｃ相：Ｌレベル）が出現する。また、例えばホールＩＣ５１（Ａ相）とＥＣＵ３との間の経路（導線）にショート等の異常（オン故障）が生じている場合、図６（Ｃ）に示すように、ｔ５とｔ６との間でパターン８（Ａ相：Ｈレベル、Ｂ相：Ｌレベル、Ｃ相：Ｈレベル）が出現する。

ここで、エンコーダ４０が正常なときに出現するパターン（パターン１〜６）を「正常時パターン」と定義し、エンコーダ４０の一部に異常が生じているときのみ出現するパターン（パターン７、８）を「異常時パターン」と定義する。
ＥＣＵ３は、異常時パターン（パターン７、８）を検出することで、エンコーダ４０の異常を検出することができる。また、ホールＩＣ５１〜５３から出力される信号と出現するパターンとから、エンコーダ４０のどの箇所（Ａ〜Ｃ相）に異常が生じているかを検出することができる。ここで、ＥＣＵ３は、特許請求の範囲における「異常検出手段」として機能する。

図５（Ａ）〜（Ｃ）および図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、エンコーダ４０の一部が異常なとき、異常時パターン（パターン７、８）の両隣には、必ず同じ正常時パターンが２回連続して出現することがわかる。そのため、本実施形態では、ＥＣＵ３は、カウント手段として機能し、パルスの立ち上がり、または、立ち下がりのタイミングで検出するパターンが正常時パターンから異常時パターンに変化したとき、あるいは、異常時パターンから正常時パターンに変化したとき、カウント値に対し、第２所定値としての「２」を加算または減算する。

より具体的には、図４（Ａ）に示すように、例えばロータ２３が正回転している状態で、ｔ４でパターン２（正常時パターン）からパターン７（異常時パターン）に変化したとき、ＥＣＵ３は、カウント値に対し、第２所定値としての「２」を加算する。また、ｔ５でパターン７（異常時パターン）からパターン６（正常時パターン）に変化したとき、ＥＣＵ３は、カウント値に対し、第２所定値としての「２」を加算する。一方、例えばロータ２３が逆回転している状態で、ｔ５でパターン６（正常時パターン）からパターン７（異常時パターン）に変化したとき、ＥＣＵ３は、カウント値から第２所定値としての「２」を減算する。また、ｔ４でパターン７（異常時パターン）からパターン２（正常時パターン）に変化したとき、ＥＣＵ３は、カウント値から第２所定値としての「２」を減算する。

上述の方法により、本実施形態では、エンコーダ４０の一部に異常が生じていても、ＥＣＵ３は、位置検出手段として機能し、ロータ２３（モータ軸２１）の位置（回転位置）の検出を継続することができる。また、ＥＣＵ３は、エンコーダ４０が正常なときは勿論、エンコーダ４０の一部に異常が生じていても、正常時パターンおよび異常時パターンの出現順序に基づき、ロータ２３（モータ軸２１）の回転方向が正回転方向であるか逆回転方向であるかを判定することができる。

次に、本実施形態のＥＣＵ３が上述のようにカウント手段として機能するときの処理フローを図７に示す。
図７に示す一連の処理は、エンコーダ４０からＥＣＵ３に伝達される３相のパルス信号のパルスの立ち上がり、および、立ち下がりのタイミング（例えば図４（Ａ）に示すｔ０〜８それぞれ）で、繰り返し実行される処理である。

Ｓ２０１では、ＥＣＵ３は、前回検出したパターンが正常時パターンであったか否かを判定する。前回検出したパターンが正常時パターンであった場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、処理はＳ２０２へ移行する。一方、前回検出したパターンが正常時パターンでなかった（異常時パターンであった）場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、処理はＳ２０５へ移行する。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ３は、今回検出したパターンが正常時パターンであるか否かを判定する。今回検出したパターンが正常時パターンである場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、処理はＳ２０３へ移行する。一方、今回検出したパターンが正常時パターンでない（異常時パターンである）場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、処理はＳ２０４へ移行する。

Ｓ２０３では、ＥＣＵ３は、カウント値に対し「１」を加算または減算する。より具体的には、前回検出時と比べパターン番号が「１」増大した場合、または、パターン番号が「６」から「１」に変化した場合、カウント値に対し「１」を加算する。また、前回検出時と比べ、パターン番号が「１」減少した場合、または、パターン番号が「１」から「６」に変化した場合、カウント値から「１」を減算する。

Ｓ２０４では、ＥＣＵ３は、カウント値に対し「２」を加算または減算する。より具体的には、ＥＣＵ３は、直前のパターンの出現順序に基づきロータ２３の回転方向が正回転方向であると判定した場合、カウント値に対し「２」を加算する。一方、ロータ２３の回転方向が逆回転方向であると判定した場合、カウント値から「２」を減算する。

Ｓ２０５では、ＥＣＵ３は、カウント値に対し「２」を加算または減算する。より具体的には、ＥＣＵ３は、直前のパターンの出現順序に基づきロータ２３の回転方向が正回転方向であると判定した場合、カウント値に対し「２」を加算する。一方、ロータ２３の回転方向が逆回転方向であると判定した場合、カウント値から「２」を減算する。
このように、図７に示す一連の処理（Ｓ２０１〜２０５）により、エンコーダ４０の一部に異常が生じていても、カウント値を適宜更新でき、ロータ２３（モータ軸２１）の位置（回転位置）の検出を継続することができる。

以上説明したように、本実施形態では、ＥＣＵ３は、エンコーダ４０が出力する３相のパルス信号のうち１相のパルス信号が異常であっても、カウント値に対し第１所定値「１」または第２所定値「２」を加算または減算することで、当該カウント値の変化に基づきモータ軸２１の位置（回転位置）を検出可能である。よって、本実施形態では、エンコーダ４０の一部が故障しても、モータ軸２１の回転位置の検出を継続することができる。なお、検出したモータ軸２１の回転位置の時間経過に伴う変化を検出することにより、モータ軸２１の回転状態（回転方向および回転数等）を検出することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ３は、モータ軸２１が回転移動するのに応じ、所定の正常時パターンから別の正常時パターンに変化した場合、カウント値に対し第１所定値「１」を加算または減算する。また、ＥＣＵ３は、正常時パターンから異常時パターンに変化した場合、または、異常時パターンから正常時パターンに変化した場合、カウント値に対し第２所定値「２」を加算または減算する。すなわち、本実施形態では、異常時パターンを含むパターンの変化があった場合、カウント値に対し第１所定値「１」の代わりに第２所定値「２」を加算または減算する。これにより、エンコーダ４０の一部が故障しても、モータ軸２１の回転位置の検出を継続することができる。

また、本実施形態は、前記異常時パターンを検出することにより、エンコーダ４０の異常を検出する異常検出手段をさらに備えている。これにより、位置検出装置２の一部（エンコーダ４０）が故障していることを知ることができる。

また、本実施形態の回転式アクチュエータ１０は、上述の位置検出装置２（エンコーダ４０およびＥＣＵ３）を備えている。上述のように、当該位置検出装置２は、エンコーダ４０の一部が故障しても、モータ軸２１の回転位置の検出を継続することができる。よって、位置検出装置２（エンコーダ４０）の一部が故障しても、ロータ２３（回転式アクチュエータ１０）の回転を継続することができる。

また、本実施形態のシフトバイワイヤシステム１は、上述の回転式アクチュエータ１０を備えている。上述のように、当該回転式アクチュエータ１０は、位置検出装置２（エンコーダ４０）の一部が故障しても、回転を継続することができる。よって、位置検出装置２（エンコーダ４０）の一部が故障しても、自動変速機のシフトレンジを切り替えることができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、回転する可動部材（モータ軸）側に設けた磁界発生手段（マグネットプレート）と、当該磁界発生手段に対し相対回転可能に設けた磁気検出手段（ホールＩＣ）とを有し、可動部材の回転に応じ所定の位相差を有する３相のパルス信号を出力するパルス信号発生手段（磁気式ロータリエンコーダ）を例示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、直線移動する可動部材側に設けた磁界発生手段と、当該磁界発生手段に対し相対移動可能に設けた磁気検出手段とによりパルス信号発生手段（磁気式リニアエンコーダ）を構成し、可動部材の直線移動に応じ所定の位相差を有する３相のパルス信号を出力することとしてもよい。また、磁界発生手段と磁気検出手段とが相対回転または相対移動可能であれば、磁気検出手段は、可動部材側に設けてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、例えば周方向に複数のスリットを有する円板を可動部材（モータ軸）に設け、光を発生する発光手段を前記円板の一方の面側に設け、発光手段から発生した光を受光する受光手段を前記円板の他方の面側に設けることでパルス信号発生手段（光学式ロータリエンコーダ）を構成し、可動部材の回転に応じ所定の位相差を有する３相のパルス信号を出力することとしてもよい。また、例えば可動部材の移動方向に複数のスリットを有する板部材を可動部材に設け、光を発生する発光手段を前記板部材の一方の面側に設け、発光手段から発生した光を受光する受光手段を前記板部材の他方の面側に設けることでパルス信号発生手段（光学式リニアエンコーダ）を構成し、可動部材の直線移動に応じ所定の位相差を有する３相のパルス信号を出力することとしてもよい。

また、上述の実施形態では、第１所定値を「１」、第２所定値を「２」に設定する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、第１所定値と第２所定値とは、異なる値であれば、どのような値に設定してもよい。ただし、第２所定値は、第１所定値の２倍であることが好ましい。
また、本発明の他の実施形態では、マグネットプレートのＮ極およびＳ極の着磁数は２４でなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ホールＩＣに代えて例えば磁気抵抗素子を用いた磁気センサ等を用いてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、回転式アクチュエータのモータ部は、ＳＲモータ以外のモータでもよい。

また、本発明の他の実施形態では、位置検出装置を例えば車両の他のバルブ装置等の可動部材の位置を検出するのに用いてもよいし、例えば産業ロボットや工作機械等の他の装置の可動部材の位置を検出するのに用いてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、回転式アクチュエータを、シフトバイワイヤシステムの駆動手段に限らず、例えば車両の他のバルブ装置等の駆動手段として用いてもよいし、例えば産業ロボットや工作機械等の他の装置の駆動手段として用いてもよい。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

２ ・・・・位置検出装置
３ ・・・・ＥＣＵ（電子制御ユニット、カウント手段、位置検出手段）
２１ ・・・モータ軸（可動部材）
４０ ・・・エンコーダ（パルス信号出力手段）

Claims (5)

1. 回転または直線移動する可動部材の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記可動部材が回転または直線移動するのに応じ、所定の位相差を有する３相のパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、
   カウント値を保持し、前記３相のパルス信号のすべてが正常のとき出現する各パルス信号の組み合わせパターンである正常時パターン、および、前記３相のパルス信号のうち１相のパルス信号が異常のときのみ出現する各パルス信号の組み合わせパターンである異常時パターンに基づき、前記カウント値に対し第１所定値、または、当該第１所定値とは異なる第２所定値を加算または減算するカウント手段と、
   前記カウント値に基づき、前記可動部材の位置を検出する位置検出手段と、
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記カウント手段は、前記可動部材が回転または直線移動するとき、
   所定の前記正常時パターンから別の前記正常時パターンに変化した場合、前記カウント値に対し前記第１所定値を加算または減算し、
   前記正常時パターンから前記異常時パターンに変化した場合、または、前記異常時パターンから前記正常時パターンに変化した場合、前記カウント値に対し前記第２所定値を加算または減算することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記異常時パターンを検出することにより、前記パルス信号出力手段の異常を検出する異常検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記可動部材と、
   前記可動部材を回転可能に支持するハウジングと、
   前記可動部材に一体に設けられ、前記ハウジングに対し相対回転可能なロータと、
   前記ロータの径外側に位置するよう前記ハウジングに固定されるステータと、
   前記ステータに巻回される巻線と、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
   前記位置検出装置が検出した前記可動部材の回転位置に基づき前記巻線に供給する電力を調節することで、前記ロータの回転を制御する回転制御手段と、
   を備える回転式アクチュエータ。
5. 請求項４に記載の回転式アクチュエータと、
   前記可動部材に接続され、前記可動部材の回転により自動変速機のシフトレンジを切り替え可能なシフトレンジ切替装置と、
   を備えるシフトバイワイヤシステム。

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