JP2013257231A

JP2013257231A - 回転角センサ

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Publication number: JP2013257231A
Application number: JP2012133926A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Abe; 健一安部; Tsutomu Matsumoto; 勤松本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2013-12-26
Also published as: US9097509B2; EP2674728A2; US20130335070A1; EP2674728A3; CN103486963A

Abstract

【課題】冗長性がさらに向上する回転角センサを提供する。
【解決手段】この回転角センサ６は、回転軸の回転角に応じた検出信号を出力する。回転角センサ６から出力される検出信号は、回転軸の回転角θに対して正弦波状に変化するとともに位相がそれぞれ異なる第１〜第４の検出信号Ｓ１〜Ｓ４からなる。ここでは、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２との位相差、及び第３の検出信号Ｓ３と第４の検出信号Ｓ４との位相差を「９０°」にそれぞれ設定する。また、第１の検出信号Ｓ１と第３の検出信号Ｓ３との位相差、及び第２の検出信号Ｓ２と第４の検出信号Ｓ４との位相差を「４５°」にそれぞれ設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転軸の回転角を検出する回転角センサに関する。

従来、この種の回転角センサとしては特許文献１に記載の装置が知られている。この回転角センサは、４つの磁気抵抗素子によりそれぞれ構成される２つのブリッジ回路、及び２つのブリッジ回路の各磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石を備えている。バイアス磁石は回転軸と一体となって回転する。このバイアス磁石の回転により各磁気抵抗素子に付与されるバイアス磁界の向きが変化し、各磁気抵抗素子の抵抗値が変化する。これにより、一方のブリッジ回路は、回転軸の回転角θに対して正弦波状に変化する＋ｓｉｎθ信号、及び余弦波状に変化する＋ｃｏｓθ信号を出力する。他方のブリッジ回路は、＋ｓｉｎθ信号に対して１８０°だけ位相のずれた−ｓｉｎθ信号、及び＋ｃｏｓθ信号に対して１８０°だけ位相のずれた−ｃｏｓθ信号を出力する。したがって、回転角センサから出力されるこれらの検出信号を取り込んで、＋ｓｉｎθ信号及び＋ｃｏｓθ信号に基づいて逆正接値を演算したり、−ｓｉｎθ信号及び−ｃｏｓθ信号に基づいて逆正接値を演算すれば、回転軸の回転角θを検出することができる。

このような構成によれば、例えば一方のブリッジ回路の＋ｃｏｓθ信号が異常となった場合でも、−ｓｉｎθ信号及び−ｃｏｓθ信号に基づいて逆正接値を演算することにより回転角θを演算することができる。また、他方のブリッジ回路の−ｓｉｎθ信号が更に異常となった場合でも、残りの＋ｓｉｎθ信号及び−ｃｏｓθ信号のそれぞれの正符号及び負符号を調整し、逆正接値を演算すれば、回転角θを演算することができる。よって、冗長性を確保することができる。

特開２０１１−９９８４６号公報

ところで、特許文献１に記載の回転角センサでは、一方のブリッジ回路の＋ｃｏｓθ信号が異常となった後、他方のブリッジ回路の−ｃｏｓθ信号が更に異常となった場合、正常な信号は＋ｓｉｎθ信号及び−ｓｉｎθ信号となる。しかしながら、それらの信号に基づいて逆正接値を演算することができないため、結局、回転軸の回転角θを検出することができなくなる。すなわち、特許文献１に記載の回転角センサでは、４つの検出信号のうちの２つの検出信号が異常となったとき、残りの正常な信号がｓｉｎθ系の信号だけの場合や、ｃｏｓθ系の信号だけの場合には、回転角θを演算することができなくなる。

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、冗長性がさらに向上する回転角センサ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、回転軸の回転角に応じた検出信号を出力する回転角センサにおいて、前記検出信号は、前記回転軸の回転角に対して正弦波状に変化するとともに位相がそれぞれ異なる第１〜第４の検出信号からなり、前記第１〜第４の検出信号のそれぞれの位相差は、その値をφとするとき、「０°＜φ＜１８０°」あるいは「１８０°＜φ＜３６０°」に設定されることを要旨とする。

同構成によれば、第１〜第４の検出信号のいずれか一つが異常となった場合には、残りの正常な３つの検出信号に基づいて逆正接値を演算することが可能なため、回転軸の回転角を検出することができる。また、３つの検出信号のいずれか一つがさらに異常となった場合でも、残りの正常な２つの検出信号に基づいて逆正接値を演算することが可能なため、回転軸の回転角を検出することができる。よって、冗長性がさらに向上する。

請求項１に記載の回転角センサでは、請求項２に記載の発明のように、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との位相差が「９０°」に設定され、前記第３の検出信号と前記第４の検出信号との位相差が「９０°」に設定される、といった構成を採用することが有効である。

同構成によれば、第２の検出信号は、第１の検出信号と同相の余弦波信号となる。また、第４の検出信号は、第３の検出信号と同相の余弦波信号となる。したがって、第１の検出信号及び第２の検出信号のいずれか一方が異常となった場合、あるいはそれらの両方が異常となった場合には、第３の検出信号及び第４の検出信号に基づいて逆正接値を演算することにより回転軸の回転角を検出することができる。同様に、第３の検出信号及び第４の検出信号のいずれか一方が異常となった場合、あるいはそれらの両方が異常となった場合にも、第１の検出信号及び第２の検出信号に基づいて逆正接値を演算することにより回転軸の回転角を検出することができる。

一方、第２の検出信号及び第４の検出信号が異常となった場合、正常な信号は共に正弦波信号からなる第１の検出信号及び第３の検出信号となる。ここで、第１の検出信号及び第３の検出信号の位相差φが上述の範囲に設定されていれば、それらから第２の検出信号の正常値、すなわち正常な余弦値を演算することができる。よって、演算した正常な余弦値、及び正常な第１の検出信号の値に基づいて逆正接値を演算すれば、回転軸の回転角を検出することができる。同様に、第１の検出信号及び第３の検出信号が異常となった場合にも、第２の検出信号及び第４の検出信号に基づいて第１の検出信号の正常値を演算すれば、回転軸の回転角を検出することができる。

また、第１の検出信号及び第４の検出信号が異常となった場合、正常な信号は第２の検出信号及び第３の検出信号となる。これらの検出信号はそれぞれ余弦波信号及び正弦波信号であるが、それらには位相差があるため、それらから直接的に逆正接値を演算することはできない。ところで、第２の検出信号及び第３の検出信号の位相差φが上述の範囲に設定されていれば、それらから第１の検出信号の正常値、すなわち正常な正弦値を演算することができる。よって、演算した正常な正弦値、及び正常な第２の検出信号の値に基づいて逆正接値を演算すれば、回転軸の回転角を演算することができる。同様に、第２の検出信号及び第３の検出信号が異常となった場合にも、第１の検出信号及び第４の検出信号に基づいて第２の検出信号の正常値を演算すれば、回転軸の回転角を演算することができる。

このように、上記構成によれば、４つの検出信号のうちのいずれか一つが異常となった場合でも回転軸の回転角を演算することが可能である。また、４つの検出信号のうち、どの２つの検出信号が異常となった場合でも回転軸の回転角を演算することが可能である。

請求項２に記載の回転角センサでは、請求項３に記載の発明のように、前記第１の検出信号と前記第３の検出信号との位相差、及び前記第２の検出信号と前記第４の検出信号との位相差が同一の所定値に設定されるとともに、同所定値が、「４５°」、「１３５°」、「２２５°」、及び「３１５°」のいずれかの値に設定される、といった構成を採用することが有効である。これにより、上述した第１の検出信号及び第３の検出信号に基づいて第２の検出信号の正常値を演算する場合や、第２の検出信号及び第３の検出信号に基づいて第１の検出信号の正常値を演算する際の演算量が軽減される。よって、回転角の演算速度が向上する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転角センサにおいて、磁気センサと、同磁気センサにバイアス磁界を付与するとともに前記回転軸と一体となって回転するバイアス磁石とを備え、前記磁気センサは、４つの磁気抵抗素子がブリッジ接続された第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路を有して、前記回転軸が回転するときに前記バイアス磁界に生じる変化を前記第１のブリッジ回路及び前記第２のブリッジ回路により感知して、前記第１のブリッジ回路を構成する２つのハーフブリッジ回路のそれぞれの中点から前記第１の検出信号及び前記第２の検出信号を出力するとともに、前記第２のブリッジ回路を構成する２つのハーフブリッジ回路のそれぞれの中点から前記第３の検出信号及び第４の検出信号を出力するものであり、前記第２のブリッジ回路が前記第１のブリッジ回路に対して前記回転軸の回転方向に所定の角度だけずれるように配置されることを要旨とする。

同構成によれば、回転角センサの製造の際、第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路を回転軸の回転方向に所定の角度だけずれるように配置するだけで、第１の検出信号と第３の検出信号との位相差、及び第２の検出信号と第４の検出信号との位相差をそれぞれ同一の所定値にすることができる。よって、請求項３に記載の回転角センサの製造が容易となる。

本発明の回転角センサによれば、冗長性がさらに向上する。

車両のパワーステアリング装置の構成を模式的に示すブロック図。本発明の回転角センサの一実施形態について同回転角センサが搭載された電動モータの断面構造を示す断面図。実施形態の回転角センサについてその斜視構造を示す斜視図。実施形態の回転角センサについてその等価回路を示す回路図。（ａ）は、実施形態の回転角センサについて第１のブリッジ回路から出力される第１の検出信号と回転軸の回転角との関係を示すグラフ。（ｂ）は、第１のブリッジ回路から出力される第２の検出信号と回転軸の回転角との関係を示すグラフ。（ａ）は、実施形態の回転角センサについて第２のブリッジ回路から出力される第３の検出信号と回転軸の回転角との関係を示すグラフ。（ｂ）は、第２のブリッジ回路から出力される第４の検出信号と回転軸の回転角との関係を示すグラフ。実施形態の回転角センサについて第２の検出信号及び第４の検出信号が異常となったときに制御装置に取り込まれる正常な検出信号を示すグラフ。実施形態の回転角センサについて第１の検出信号及び第４の検出信号が異常となったときに制御装置に取り込まれる正常な検出信号を示すグラフ。

以下、本発明を電動モータの回転角センサに適用した一実施形態について説明する。はじめに、図１を参照して、本実施形態の回転角センサを利用した車両のパワーステアリング装置の概要について説明する。

図１に示すように、このパワーステアリング装置は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づき転舵輪１８を転舵させる操舵機構１、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構２を備えている。

操舵機構１は、ステアリングホイール１０の回転軸となるステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０の中心に連結されるコラムシャフト１２、コラムシャフト１２の下端部に連結されるインターミディエイトシャフト１３、及びインターミディエイトシャフト１３の下端部に連結されるピニオンシャフト１４からなる。ピニオンシャフト１４の下端部にはラックアンドピニオン機構１５を介してラックシャフト１６が連結されている。これにより、運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト１１が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構１５を介してラックシャフト１６の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト１６の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド１７を介して転舵輪１８に伝達されることにより転舵輪１８の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

アシスト機構２は、コラムシャフト１２にアシストトルクを付与する電動モータ２０を備えている。この電動モータ２０の回転軸２１の回転がギア機構２２を介してコラムシャフト１２に伝達されることによりステアリングシャフト１１にモータトルクが付与され、ステアリング操作が補助される。

また、このパワーステアリング装置には、ステアリングホイール１０の操作量や車両の状態量を検出する各種センサが設けられている。例えばコラムシャフト１２には、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト１１に付与されるトルク（操舵トルク）Ｔｈを検出するトルクセンサ４が設けられている。車両には、その走行速度Ｖを検出する車速センサ５が設けられている。電動モータ２０には、その回転角θを検出する回転角センサ６が設けられている。これらのセンサの出力は制御装置３に取り込まれている。制御装置３は、各センサの出力に基づいて目標アシストトルクを設定し、電動モータ２０からコラムシャフト１２に付与されるアシストトルクが目標アシストトルクとなるように電動モータ２０に供給される電流をフィードバック制御する。

次に、図２及び図３を参照して、電動モータ２０及び回転角センサ６の構造について詳述する。
図２に示すように、電動モータ２０は、回転軸２１に固定されて同回転軸２１と一体となって回転するロータ２３、及びロータ２３の周囲を囲むように配置されるステータ２４を備えている。ロータ２３及びステータ２４はハウジング２５の内部に収容されている。ロータ２３の外周には、永久磁石が貼付されている。ステータ２４はハウジング２５の内壁に固定されている。ステータ２４の内周には、内側に向かって突出する複数の突出部が周方向に沿って所定の角度間隔で設けられており、この複数の突出部にコイル２６が巻回されている。電動モータ２０では、コイル２６への通電により形成される回転磁界により、ロータ２３が回転軸２１と共に回転する。

回転角センサ６は、回転軸２１の端部に固定されたバイアス磁石６０と、このバイアス磁石６０と対向するようにハウジング２５の内壁面に固定されたＭＲセンサ７０とを備えている。

図３に示すように、バイアス磁石６０は、径方向にＮ極及びＳ極が着磁された円柱状の２極磁石からなる。このバイアス磁石６０により、ＭＲセンサ７０には、実線の矢印で示す方向のバイアス磁界が付与されている。そして、例えば回転軸２１が図中の位置から矢印ａで示す方向に所定角度θだけ回転すると、バイアス磁石６０も矢印ａで示す方向に所定角度θだけ回転する。これにより、ＭＲセンサ７０に付与されているバイアス磁界の向きが、実線の矢印の方向から、軸線ｍを中心に所定角度θだけ回転した二点鎖線の矢印の方向に変化する。このように、ＭＲセンサ７０に付与される磁界の方向は回転軸２１の回転角θに応じて変化する。

ＭＲセンサ７０は、バイアス磁石６０から付与されるバイアス磁界の向きを検出し、その向きに応じた検出信号を出力する。図４に示すように、ＭＲセンサ７０は、４つの磁気抵抗素子ＭＲＥ１１〜ＭＲＥ１４からなる第１のブリッジ回路７１、及び同じく４つの磁気抵抗素子ＭＲＥ２１〜ＭＲＥ２４からなる第２のブリッジ回路７２を備えている。

第１のブリッジ回路７１は、磁気抵抗素子ＭＲＥ１１及びＭＲＥ１２が直列接続されたハーフブリッジ回路７１ａ、並びに磁気抵抗素子ＭＲＥ１３及びＭＲＥ１４が直列接続されたハーフブリッジ回路７１ｂからなる。ハーフブリッジ回路７１ａ，７１ｂのそれぞれの一端は電源（電源電圧「＋Ｖｃｃ」）に接続され、それぞれの他端は接地されている。そして、この第１のブリッジ回路７１では、磁気抵抗素子ＭＲＥ１１及びＭＲＥ１２の中点電位が第１の検出信号Ｓ１として出力され、磁気抵抗素子ＭＲＥ１３及びＭＲＥ１４の中点電位が第２の検出信号Ｓ２として出力される。

第１のブリッジ回路７１では、上記回転軸２１の回転に伴いバイアス磁石６０が回転して磁気抵抗素子ＭＲＥ１１〜ＭＲＥ１４に付与されるバイアス磁界の向きが変化すると、磁気抵抗素子ＭＲＥ１１〜ＭＲＥ１４の抵抗値が変化する。これらの抵抗値の変化によりハーフブリッジ回路７１ａから出力される第１の検出信号Ｓ１、及びハーフブリッジ回路７１ｂから出力される第２の検出信号Ｓ２が変化する。すなわち、第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２は回転軸２１の回転角θに応じて変化する。図５（ａ），（ｂ）は、回転軸２１の回転角θを横軸に、第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２を縦軸にとって、両者の関係をそれぞれ示したものである。図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２は共に回転軸２１の回転角θに対して正弦波状に変化する信号である。また、本実施形態では、磁気抵抗素子ＭＲＥ１１〜ＭＲＥ１４の配置を適宜調整することにより、第２の検出信号Ｓ２が第１の検出信号Ｓ１に対して「９０°」だけ位相が進んだ信号となっている。すなわち、各検出信号Ｓ１，Ｓ２は以下の式（１），（２）で表すことができる。なお、「Ａ」は、各検出信号Ｓ１，Ｓ２の振幅を示す。

Ｓ１＝Ａｓｉｎθ・・・（１）
Ｓ２＝Ａｓｉｎ（θ＋９０°）
＝Ａｃｏｓθ・・・（２）
図４に示すように、第２のブリッジ回路７２は、第１のブリッジ回路７１と同様の回路構成を有している。すなわち、第２のブリッジ回路７２も、磁気抵抗素子ＭＲＥ２１及びＭＲＥ２２が直列接続されたハーフブリッジ回路７２ａ、並びに磁気抵抗素子ＭＲＥ２３及びＭＲＥ２４が直列接続されたハーフブリッジ回路７２ｂからなる。ハーフブリッジ回路７２ａ，７２ｂのそれぞれの一端は電源に接続され、それぞれの他端は接地されている。そして、第２のブリッジ回路７２では、磁気抵抗素子ＭＲＥ２１及びＭＲＥ２２の中点電位が第３の検出信号Ｓ３として出力され、磁気抵抗素子ＭＲＥ２３及びＭＲＥ２４の中点電位が第４の検出信号Ｓ４として出力される。

本実施形態では、図示は割愛するが、第２のブリッジ回路７２が第１のブリッジ回路７１に対して上記回転軸２１の回転方向に所定角度だけずれるように配置されている。これにより、図６（ａ）に示すように、第３の検出信号Ｓ３は、第１の検出信号Ｓ１に対して「４５°」だけ位相が遅れた正弦波状の信号となっている。また、図６（ｂ）に示すように、第４の検出信号Ｓ４は、第３の検出信号Ｓ３に対して「９０°」だけ位相が進んで且つ、第２の検出信号Ｓ２に対して「４５°」だけ位相が遅れた正弦波状の信号となっている。すなわち、各検出信号Ｓ３，Ｓ４は以下の式（３），（４）で表すことができる。

Ｓ３＝Ａｓｉｎ（θ−４５°）・・・（３）
Ｓ４＝Ａｓｉｎ（（θ−４５°）＋９０°）
＝Ａｃｏｓ（θ−４５°）・・・（４）
図４に示すように、第１のブリッジ回路７１から出力される検出信号Ｓ１，Ｓ２、及び第２のブリッジ回路７２から出力される検出信号Ｓ３，Ｓ４は、制御装置３に取り込まれている。制御装置３は、第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２に基づいて逆正接値ａｒｃｔａｎθを演算したり、第３の検出信号Ｓ３及び第４の検出信号Ｓ４に基づいて逆正接値ａｒｃｔａｎ（θ−４５°）を演算することで回転軸２１の回転角θを検出する。また、制御装置３は、４つの検出信号Ｓ１〜Ｓ４のいずれかが異常となった場合、残りの正常な検出信号を利用して回転軸２１の回転角θを演算する。以下、その詳細を本実施形態の回転角センサ６の作用とともに説明する。

例えば第１のブリッジ回路７１に何らかの異常が生じて第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２のいずれか一方が異常となるか、あるいはそれらの両方が異常となったとする。この場合、制御装置３は、第３の検出信号Ｓ３及び第４の検出信号Ｓ４に基づいて逆正接値ａｒｃｔａｎ（θ−４５°）を演算し、演算した逆正接値ａｒｃｔａｎ（θ−４５°）に「４５°」を加算することにより回転軸２１の回転角θを検出する。同様に、第２のブリッジ回路７２の第３の検出信号Ｓ３及び第４の検出信号Ｓ４のいずれか一方が異常となるか、あるいはそれらの両方が異常となった場合、制御装置３は、第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２に基づいて逆正接値ａｒｃｔａｎθを演算することにより回転軸２１の回転角θを検出する。

一方、例えば第２の検出信号Ｓ２及び第４の検出信号Ｓ４が異常となったとする。この場合、制御装置３に取り込まれる正常な信号は第１の検出信号Ｓ１及び第３の検出信号Ｓ３となる。しかしながら、第１の検出信号Ｓ１及び第３の検出信号Ｓ３は、図７に示すように、両方とも正弦波信号であるため、それらから直接的に逆正接値を演算することはできない。そこで、本実施形態の制御装置３は、第１の検出信号Ｓ１及び第３の検出信号Ｓ３を利用して、第２の検出信号Ｓ２の正常値、すなわち正常な余弦値Ａｃｏｓθを演算する。詳しくは、上記式（３）は、三角関数の公式及び上記式（１）を用いると、以下のように変形することができる。

Ｓ３＝Ａｓｉｎ（θ−４５°）
＝Ａ（ｓｉｎθｃｏｓ４５°−ｃｏｓθｓｉｎ４５°）
＝Ａ（ｓｉｎθ−ｃｏｓθ）／√２
＝（Ｓ１−Ａｃｏｓθ）／√２
よって、余弦値Ａｃｏｓθは以下の式（５）に基づいて演算することができる。

Ａｃｏｓθ＝Ｓ１−√２×Ｓ３・・・（５）
ここで、制御装置３は、正常な第１の検出信号Ｓ１及び第３の検出信号Ｓ３のそれぞれの値から式（５）を用いて余弦値Ａｃｏｓθを演算する。そして、演算した余弦値Ａｃｏｓθ、及び第１の検出信号Ｓ１（＝Ａｓｉｎθ）の値に基づいて逆正接値ａｒｃｔａｎθを演算することにより回転軸２１の回転角θを検出する。同様に、第１の検出信号Ｓ１及び第３の検出信号Ｓ３が異常となった場合、制御装置３は、正常な第２の検出信号Ｓ２及び第４の検出信号Ｓ４から第１の検出信号Ｓ１の値、すなわち正弦値Ａｓｉｎθを演算する。そして、演算した正弦値Ａｓｉｎθ、及び第２の検出信号Ｓ２（＝Ａｃｏｓθ）の値に基づいて逆正接値ａｒｃｔａｎθを演算することにより回転軸２１の回転角θを演算する。

また、例えば第１の検出信号Ｓ１及び第４の検出信号Ｓ４が異常となったとする。この場合、制御装置３に取り込まれる正常な信号は第２の検出信号Ｓ２及び第３の検出信号Ｓ３となる。これら第２の検出信号Ｓ２及び第３の検出信号Ｓ３は、図８に示すように、それぞれ余弦波信号及び正弦波信号であるが、それらには位相差があるため、それらから直接的に逆正接値を演算することはできない。そこで、本実施形態の制御装置３は、第２の検出信号Ｓ２及び第３の検出信号Ｓ３に基づいて第１の検出信号Ｓ１の正常値、すなわち正常な正弦値Ａｓｉｎθを演算する。詳しくは、上記式（３）は、三角関数の公式及び上記式（１）を用いると、以下のように変形することができる。

Ｓ３＝Ａｓｉｎ（θ−４５°）
＝Ａ（ｓｉｎθｃｏｓ４５°−ｃｏｓθｓｉｎ４５°）
＝Ａ（ｓｉｎθ−ｃｏｓθ）／√２
＝（Ａｓｉｎθ−Ｓ２）／√２
よって、正弦値Ａｓｉｎθは、以下の式（６）により演算することができる。

Ａｓｉｎθ＝Ｓ２＋√２×Ｓ３・・・（６）
ここで、制御装置３は、正常な第２の検出信号Ｓ２及び第３の検出信号Ｓ３のそれぞれの値から式（６）を用いて正弦値Ａｓｉｎθを演算する。そして、演算した正弦値Ａｓｉｎθ、及び第２の検出信号Ｓ２（＝Ａｃｏｓθ）の値に基づいて逆正接値を演算することにより回転軸２１の回転角θを検出する。同様に、第２の検出信号Ｓ２及び第３の検出信号Ｓ３が異常となった場合、制御装置３は、正常な第１の検出信号Ｓ１及び第４の検出信号Ｓ４から第２の検出信号Ｓ２の正常値、すなわち正常な余弦値Ａｃｏｓθを演算する。そして、演算した余弦値Ａｃｏｓθ、及び第１の検出信号Ｓ１（＝Ａｓｉｎθ）の値に基づいて逆正接値ａｒｃｔａｎθを演算することにより回転軸２１の回転角θを検出する。

このように、本実施形態の回転角センサ６によれば、４つの検出信号Ｓ１〜Ｓ４のいずれか一つが異常となった場合でも回転軸２１の回転角θを演算することができる。また、４つの検出信号Ｓ１〜Ｓ４のうち、どの２つの検出信号が異常となった場合でも回転軸２１の回転角θを演算することができる。よって、冗長性が向上する。

以上説明したように、本実施形態の回転角センサによれば以下の効果が得られる。
（１）回転角センサ６では、回転軸２１の回転角θに対して正弦波状に変化するとともに位相の異なる４つの検出信号Ｓ１〜Ｓ４を出力した。そして、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２との位相差、及び第３の検出信号Ｓ３と第４の検出信号Ｓ４との位相差を「９０°」にそれぞれ設定した。これにより、冗長性がさらに向上する。

（２）第１の検出信号Ｓ１と第３の検出信号Ｓ３との位相差、及び第２の検出信号Ｓ２と第４の検出信号Ｓ４との位相差を「４５°」にそれぞれ設定した。これにより、第１の検出信号Ｓ１及び第３の検出信号Ｓ３に基づいて第２の検出信号Ｓ２の正常値を演算する場合や、第２の検出信号Ｓ２及び第３の検出信号Ｓ３に基づいて第１の検出信号Ｓ１の正常値を演算する際の演算量が軽減される。よって、回転角θの演算速度が向上する。

（３）ＭＲセンサ７０には、４つの磁気抵抗素子がブリッジ接続された第１のブリッジ回路７１及び第２のブリッジ回路７２を設けた。そして、第１のブリッジ回路７１を構成する２つのハーフブリッジ回路７１ａ，７１ｂのそれぞれの中点から第１の検出信号Ｓ１及び第２の検出信号Ｓ２を出力した。また、第２のブリッジ回路７２を構成する２つのハーフブリッジ回路７２ａ，７２ｂのそれぞれの中点から第３の検出信号Ｓ３及び第４の検出信号Ｓ４を出力した。さらに、第２のブリッジ回路７２を第１のブリッジ回路７１に対して回転軸２１の回転方向に所定の角度だけずれるように配置した。これにより、回転角センサ６の製造の際、第１のブリッジ回路７１及び第２のブリッジ回路７２を回転軸２１の回転方向に所定の角度だけずれるように配置するだけで、第１の検出信号Ｓ１と第３の検出信号Ｓ３との位相差、及び第２の検出信号Ｓ２と第４の検出信号Ｓ４との位相差をそれぞれ「４５°」にすることができる。よって、回転角センサ６の製造が容易となる。

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、バイアス磁界の変化を検出する磁気センサとしてＭＲセンサ７０を用いたが、これに代えて、例えばホールセンサなどを用いてもよい。要は、回転軸２１が回転するときにバイアス磁界に生じる変化を感知して４つの検出信号Ｓ１〜Ｓ４を出力する磁気センサが設けられていればよい。

・上記実施形態では、バイアス磁石６０及びＭＲセンサ７０により構成される回転角センサ６を用いたが、回転角センサ６の構造は任意である。例えば回転角センサ６としてレゾルバなどを用いてもよい。回転角センサ６は、回転軸２１の回転角θに応じた４つの検出信号Ｓ１〜Ｓ４を出力するものであればよい。

・上記実施形態では、第１の検出信号Ｓ１と第３の検出信号Ｓ３との位相差、及び第２の検出信号Ｓ２と第４の検出信号Ｓ４との位相差を「４５°」にそれぞれ設定したが、それらの位相差を「１３５°」、「２２５°」、及び「３１５°」のいずれかの値に設定してもよい。各位相差をこのように設定しても、上記（２）の効果と同等の効果を得ることができる。

・上記実施形態及びその変形例では、第１の検出信号Ｓ１と第３の検出信号Ｓ３との位相差、及び第２の検出信号Ｓ２と第４の検出信号Ｓ４との位相差を「４５°」、「１３５°」、「２２５°」、及び「３１５°」のいずれかの値に設定したが、これに限らず、それらの位相差は適宜変更可能である。その際、前者の位相差と後者の位相差とを異なる値に設定してもよい。また、上記実施形態では、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２との位相差、及び第３の検出信号Ｓ３と第４の検出信号Ｓ４との位相差を「９０°」にそれぞれ設定したが、これに限らず、それらの位相差も適宜変更可能である。その際、前者の位相差と後者の位相差とを異なる値に設定してもよい。要は、第１〜第４の検出信号Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの位相が異なるとともに、それらの位相差φが「０°＜φ＜１８０°」あるいは「１８０°＜φ＜３６０°」に設定されていればよい。第１〜第４の検出信号Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの位相差φがこのように設定されていれば、第１〜第４の検出信号のいずれか一つが異常となったとき、残りの正常な３つの検出信号に基づいて上記式（５），（６）に準じた演算を行うことにより逆正接値を演算することができる。よって、回転軸２１の回転角θを検出することが可能である。また、３つの検出信号のいずれか一つがさらに異常となった場合でも、残りの正常な２つの検出信号に基づいて上記式（５），（６）に準じた演算を行うことにより逆正接値を演算することができる。よって、回転軸２１の回転角θを検出することが可能である。

・上記実施形態では、電動モータ２０の回転軸２１の回転角θを検出する回転角センサ６に本発明を適用したが、例えばステアリングシャフトの回転角を検出する回転角センサなど、適宜の回転角センサに本発明を適用することが可能である。すなわち、回転角センサが検出対象とする回転軸は任意である。要は、回転軸の回転角に応じた検出信号を出力する回転角センサであれば、本発明は適用可能である。

ＭＲＥ１１〜ＭＲＥ１４，ＭＲＥ２１〜ＭＲＥ２４…磁気抵抗素子、Ｓ１…第１の検出信号、Ｓ２…第２の検出信号、Ｓ３…第３の検出信号、Ｓ４…第４の検出信号、θ…回転角、６…回転角センサ、２１…回転軸、６０…バイアス磁石、７０…ＭＲセンサ（磁気センサ）、７１…第１のブリッジ回路、７２…第２のブリッジ回路、７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ…ハーフブリッジ回路。

Claims

回転軸の回転角に応じた検出信号を出力する回転角センサにおいて、
前記検出信号は、前記回転軸の回転角に対して正弦波状に変化するとともに位相がそれぞれ異なる第１〜第４の検出信号からなり、
前記第１〜第４の検出信号のそれぞれの位相差は、その値をφとするとき、「０°＜φ＜１８０°」あるいは「１８０°＜φ＜３６０°」に設定される
ことを特徴とする回転角センサ。
前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との位相差、及び前記第３の検出信号と前記第４の検出信号との位相差が「９０°」にそれぞれ設定される
請求項１に記載の回転角センサ。
前記第１の検出信号と前記第３の検出信号との位相差、及び前記第２の検出信号と前記第４の検出信号との位相差が同一の所定値に設定されるとともに、同所定値が、「４５°」、「１３５°」、「２２５°」、及び「３１５°」のいずれかの値に設定される
請求項２に記載の回転角センサ。
請求項３に記載の回転角センサにおいて、
磁気センサと、同磁気センサにバイアス磁界を付与するとともに前記回転軸と一体となって回転するバイアス磁石とを備え、
前記磁気センサは、４つの磁気抵抗素子がブリッジ接続された第１のブリッジ回路及び第２のブリッジ回路を有して、前記回転軸が回転するときに前記バイアス磁界に生じる変化を前記第１のブリッジ回路及び前記第２のブリッジ回路により感知して、前記第１のブリッジ回路を構成する２つのハーフブリッジ回路のそれぞれの中点から前記第１の検出信号及び前記第２の検出信号を出力するとともに、前記第２のブリッジ回路を構成する２つのハーフブリッジ回路のそれぞれの中点から前記第３の検出信号及び前記第４の検出信号を出力するものであり、
前記第２のブリッジ回路が前記第１のブリッジ回路に対して前記回転軸の回転方向に所定の角度だけずれるように配置される
ことを特徴とする回転角センサ。