JP2015040708A - 回転角センサおよび回転角検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減するために、使用状況に合わせて柔軟に運用することができる回転角センサおよび回転角検出装置を提供する。
【解決手段】ＥＰＳのマイクロコンピュータ４２は４つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂにより生成される第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４に基づきモータの回転角θを演算するとともに、回転角θを使用して操舵角θｓを演算する。第１の電気信号Ｓ１は正弦信号、第２の電気信号Ｓ２は第１の電気信号と逆相の正弦信号、第３の電気信号Ｓ３は余弦信号、第４の電気信号Ｓ４は第３の電気信号Ｓ３と逆相の余弦信号である。第２および第４の電気信号Ｓ２，Ｓ４を生成するハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂに対する給電経路には、第１および第２のスイッチ１１０，１２０が設けられている。イグニッションスイッチがオフされたとき、第１および第２のスイッチ１１０，１２０はオフされる。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転角センサおよび回転角検出装置に関する。

従来、たとえば特許文献１に記載されるように、モータの回転角を検出する回転角センサとして、磁気センサを利用したものが知られている。当該磁気センサは、それぞれ４つの磁気抵抗素子を含む２つのブリッジ回路を有している。２つのブリッジ回路はそれぞれモータの回転軸に設けられた磁石から発せられる磁界の方向に応じた電気信号を生成する。一のブリッジ回路は回転軸の回転角に応じた２つの余弦信号を、他のブリッジ回路は回転軸の回転角度に応じた２つの正弦信号を生成する。制御部は余弦信号および正弦信号に基づき回転軸の回転角を得る。

特開２０１１−９９８４６号公報

特許文献１の回転角センサでは多重化のために２つのブリッジ回路を有する磁気センサが採用されている。磁気センサが多重化されるほど磁気センサによる消費電力は増加するが、その運用は固定的である。近年では回転角センサに対する要求の多様化および製品仕様の肥大化などに反して、消費電力低減への要望が高まっている。

本発明の目的は、消費電力を低減するために、使用状況に合わせて柔軟に運用することができる回転角センサおよび回転角検出装置を提供することにある。

上記目的を達成し得る回転角センサは、電源から給電されて検出対象の回転に伴い互いに位相が異なる電気信号を生成する複数のハーフブリッジ回路と、前記複数のハーフブリッジ回路のうち少なくとも一に対する給電経路を開閉するスイッチと、を備えてなる。

この構成によれば、スイッチを閉状態にして複数のハーフブリッジ回路のすべてを使用することにより、回転角センサの多重化を図ることができる。またスイッチを開状態にして少なくとも一のハーフブリッジ回路への給電を遮断することにより回転角センサでの消費電力の低減を図ることができる。したがって、回転角センサの使用状況に合わせてスイッチの開閉状態を柔軟に運用することで、回転角センサを多重化するとともに消費電力の低減を図ることができる。

上記目的を達成し得る回転角検出装置は、車両に搭載される回転角検出装置であって、上記の回転角センサと、前記複数のハーフブリッジ回路により生成される電気信号のうち少なくとも一に基づき前記検出対象の回転角を演算する演算回路と、を備えている。前記スイッチは、車両のイグニッションスイッチがオフされたときに前記複数のハーフブリッジ回路のうち一部のハーフブリッジ回路に対する給電経路を閉状態にする。

上記目的を達成し得る回転角検出装置は、車両に搭載される回転角検出装置であって、上記の回転角センサと、前記複数のハーフブリッジ回路により生成される電気信号のうち少なくとも一に基づき前記検出対象の回転角を演算する演算回路と、を備えている。前記スイッチは、車両の走行用の駆動源が停止されたときに前記複数のハーフブリッジ回路のうち一部のハーフブリッジ回路に対する給電経路を閉状態にする。

これらの構成によれば、車両のイグニッションスイッチがオフされたとき、または車両の走行用の駆動源が停止されたとき、すなわち車両での発電が停止されるため直流電源の電力が消費されやすいときに、スイッチが開くことにより一部のハーフブリッジ回路に対する給電が遮断されるので、その分、直流電源の電力消費が抑えられる。また、演算回路は、給電されているハーフブリッジ回路により生成される電気信号に基づき検出対象の回転角を演算することができる。このように車両の電源スイッチがオフされているときの電力消費を抑制しつつも、回転角の監視が要求される状況に対応することができる。

上記の回転角検出装置において、前記演算回路は、前記スイッチのオンオフを切り替えることが可能であってもよい。そして演算回路は、前記スイッチをオフしている状態で給電されるハーフブリッジ回路により生成される電気信号に変化があったとき、これまでオフしていた前記スイッチをオンするとともに、すべてのハーフブリッジ回路により生成される電気信号を使用して前記回転角を演算してもよい。

この構成によれば、前記駆動源が停止しているとき、または前記イグニッションスイッチがオフされているときにはスイッチをオフすることによって電力消費を抑えつつ、必要なときにはスイッチをオンすることによって回転角の演算に用いる電気信号の数を増やし、より正確な回転角を演算することができる。ハーフブリッジ回路により生成される電気信号が変化するのは検出対象が回転するときである。このようなときには、より正確な回転角を演算することが好ましい場合もある。演算回路によりスイッチのオンオフを制御することができるので、回転角センサのより高度な使い方が可能となる。

本発明に係る回転角センサおよび回転角検出装置よれば、消費電力を低減するために、使用状況に合わせて柔軟に運用することができる。

一実施の形態における電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図。 一実施の形態における電子制御装置の構成を示すブロック図。 一実施の形態における回転角センサが搭載されたモータの要部断面図。 一実施の形態における回転角センサの斜視図。 一実施の形態における磁気センサの回路図。 （ａ）は一実施の形態における第１および第２のスイッチの構成を示す磁気センサの回路図、（ｂ）は他の実施の形態における第３のスイッチを示す磁気センサの回路図。 （ａ）はイグニッションスイッチがオンされたときの電流経路を示す磁気センサの回路図、（ｂ）はイグニッションスイッチがオフされたときの電流経路を示す磁気センサの回路図。

以下、回転角センサを車両の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に適用した一実施の形態について説明する。車両の走行用の駆動源はエンジン（内燃機関）である。
＜ＥＰＳの概要＞
図１に示すように、ＥＰＳ１０は、運転者のステアリング操作に基づいて転舵輪２６，２６を転舵させる操舵機構２０、運転者のステアリング操作を補助する操舵補助機構３０、および操舵補助機構３０の作動を制御するＥＣＵ（電子制御装置）４０を備えている。

操舵機構２０は、運転者により操作されるステアリングホイール２１、およびステアリングホイール２１と一体回転するステアリングシャフト２２を備えている。ステアリングシャフト２２は、ステアリングホイール２１の中心に連結されたコラムシャフト２２ａ、コラムシャフト２２ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２２ｂ、およびインターミディエイトシャフト２２ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト２２ｃからなる。ピニオンシャフト２２ｃの下端部は、ピニオンシャフト２２ｃに交わる方向へ延びるラック軸２３（正確には、ラック歯が形成された部分２３ａ）に噛合されている。したがって、ステアリングシャフト２２の回転運動は、ピニオンシャフト２２ｃおよびラック軸２３からなるラックアンドピニオン機構２４によりラック軸２３の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラック軸２３の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２５を介して左右の転舵輪２６，２６にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪２６，２６の転舵角が変更される。転舵輪２６，２６の転舵角が変更されることにより車両の進行方向が変更される。

操舵補助機構３０は、操舵補助力（アシスト力）の発生源であるモータ３１を備えている。モータ３１としては、たとえばブラシレスモータが採用される。モータ３１の回転軸３１ａは、減速機構３２を介してコラムシャフト２２ａに連結されている。減速機構３２はモータ３１の回転を減速し、当該減速した回転力をコラムシャフト２２ａに伝達する。すなわち、ステアリングシャフト２２にモータのトルクが操舵補助力として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

ＥＣＵ４０は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果を運転者の要求あるいは走行状態を示す情報として取得し、これら取得される各種の情報に応じてモータ３１を制御する。各種のセンサとしては、たとえば車速センサ５１、トルクセンサ５２および回転角センサ５３がある。車速センサ５１は、車両に設けられて車速（車両の走行速度）Ｖを検出する。トルクセンサ５２はコラムシャフト２２ａに設けられている。トルクセンサ５２は、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２２に付与される操舵トルクτを検出する。回転角センサ５３は、モータ３１に設けられて回転軸３１ａの回転角θに応じた第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。ＥＣＵ４０は、回転角センサ５３により生成される第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４に基づき回転角θを検出し、当該回転角θに基づきモータ３１をベクトル制御する。また、ＥＣＵ４０は車速Ｖおよび操舵トルクτに基づき目標アシストトルクを演算する。ＥＣＵ４０は、モータ３１からコラムシャフト２２ａ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、モータ３１に供給される電流をフィードバック制御する。

＜ＥＣＵの構成＞
つぎに、ＥＣＵの構成を説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ４０は駆動回路（インバータ回路）４１およびマイクロコンピュータ４２を備えている。駆動回路４１およびマイクロコンピュータ４２には、それぞれ車両に搭載されるバッテリなどの直流電源６１から電力が供給される。また、車速センサ５１、トルクセンサ５２および回転角センサ５３などの各種のセンサにも直流電源６１から電力が供給される。

マイクロコンピュータ４２の電源端子Ｔ１と直流電源６１（正確には、そのプラス端子）との間は第１の給電線６２により接続されている。第１の給電線６２にはイグニッションスイッチ６３および電源回路６４が設けられている。電源回路６４はイグニッションスイッチ６３と電源端子Ｔ１との間に設けられている。電源回路６４は直流電源６１の電圧（たとえば１２Ｖ）をマイクロコンピュータ４２および各種のセンサの動作に適した所定の電圧（たとえば５Ｖ）に変換する。

第１の給電線６２における直流電源６１とイグニッションスイッチ６３との間には第１の接続点６５が設定されている。第１の接続点６５と駆動回路４１との間は第２の給電線６６により接続されている。第２の給電線６６には電源リレー６７が設けられている。第２の給電線６６おける電源リレー６７と駆動回路４１との間には第２の接続点６８が設定されている。第２の接続点６８と電源回路６４との間は第３の給電線６９により接続されている。

また、第１の給電線６２における電源回路６４と電源端子Ｔ１との間には第３の接続点７０が設定されている。第３の接続点７０と回転角センサ５３との間は第４の給電線７１により接続されている。第４の給電線７１に設定された第４の接続点Ｐ４とトルクセンサ５２との間は第５の給電線７２により接続されている。

イグニッションスイッチ６３がオンされたとき、直流電源６１の電力は第１、第４および第５の給電線６２，７１，７２を介してマイクロコンピュータ４２、トルクセンサ５２および回転角センサ５３にそれぞれ供給される。

電源リレー６７がオンされたとき、直流電源６１の電力は第２の給電線６６を介して駆動回路４１へ供給される。また、電源リレー６７がオンされたとき、直流電源６１の電力は第３の給電線６９を介して電源回路６４に供給される。さらに電源回路６４からの電力はマイクロコンピュータ４２に供給されるとともに、第４および第５の給電線７１，７２を介してトルクセンサ５２および回転角センサ５３にそれぞれ供給される。

駆動回路４１は、直列に接続された２つの電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）などのスイッチング素子を基本単位であるアームとして、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各相に対応する３つのアームが並列接続されてなる周知のＰＷＭインバータである。駆動回路４１は、マイクロコンピュータ４２により生成されるモータ制御信号Ｓｃ（ＰＷＭ駆動信号）に基づいて、直流電源６１から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。当該変換された三相交流電力は各相の給電経路７３を介してモータ３１に供給される。各相の給電経路７３には電流センサ７４が設けられている。これら電流センサ７４は各相の給電経路７３に生ずる実際の電流値Ｉｍを検出する。なお、図２では、説明の便宜上、各相の給電経路７３および各相の電流センサ７４をそれぞれ１つにまとめて図示する。

マイクロコンピュータ４２は、車速センサ５１、トルクセンサ５２、回転角センサ５３および電流センサ７４の検出結果である車速Ｖ、操舵トルクτ、第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４および実際の電流値Ｉｍをそれぞれ定められたサンプリング周期で取り込む。マイクロコンピュータ４２は第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４に基づきモータ３１の回転角θを演算する。すなわち、マイクロコンピュータ４２および回転角センサ５３は回転角検出装置を構成する。またマイクロコンピュータ４２は、車速Ｖおよび操舵トルクτに基づき、操舵補助機構３０に発生させるべき目標アシストトルクに対応する電流指令値を演算する。そして、マイクロコンピュータ４２は、電流のフィードバック制御によりモータ制御信号Ｓｃ（ＰＷＭ駆動信号）を生成する。モータ制御信号Ｓｃは、駆動回路４１の各スイッチング素子のオンデューティを規定する。駆動回路４１を通じてモータ制御信号Ｓｃに応じた電流がモータ３１に供給されることにより、モータ３１は目標アシストトルクに応じた回転力を発生する。

また、マイクロコンピュータ４２はモータ３１の回転角θに基づき操舵角θｓ（ステアリングホイール２１の回転角度）を求める。操舵角θｓはたとえばＥＰＳ１０におけるステアリング戻し制御などの補償制御、あるいは他の車載システムで使用される。

また、マイクロコンピュータ４２は電源リレー６７に対する駆動信号Ｓｄを生成し、当該生成される駆動信号Ｓｄの供給および停止を通じて電源リレー６７のオンオフを制御する。

マイクロコンピュータ４２はイグニッションスイッチ６３がオンからオフへ切り替えられた後においても電源リレー６７をオンした状態に維持する。このためイグニッションスイッチ６３がオフされた後であれ、マイクロコンピュータ４２は自身の記憶装置４２ａに何らかの情報を書き込んだり、各種センサの検出結果を監視したりすることが可能である。電源リレー６７がオンされているとき、回転角センサ５３にも直流電源６１の電力が供給される。このため、マイクロコンピュータ４２は回転角センサ５３の検出結果を取り込み、当該検出結果に基づき回転角θ、ひいては操舵角θｓを算出することが可能である。

マイクロコンピュータ４２は、直流電源６１からの電力の供給が不要となったとき、電源リレー６７をオンからオフへ切り替えることにより自身への電力の供給を遮断することが可能である。

＜回転角センサ＞
つぎに、回転角センサの構成を説明する。
図３に示すように、回転角センサ５３は、ハウジング８１の内部に収容されるバイアス磁石８２と、磁気センサ８３とを有している。磁気センサ８３としては、たとえばＭＲセンサ（磁気抵抗効果センサ）が採用される。バイアス磁石８２は、回転軸３１ａの端部に固定されている。磁気センサ８３は、ハウジング８１の内底面に固定された基板８４に設けられている。また磁気センサ８３は、回転軸３１ａの軸線８５に沿う方向においてバイアス磁石８２と対向している。

図４に示すように、バイアス磁石８２は、径方向にＮ極及びＳ極が着磁された円柱状の２極磁石である。このバイアス磁石８２により、磁気センサ８３には、Ｎ極からＳ極へ向かう実線の矢印８６で示される方向のバイアス磁界が付与される。たとえば回転軸３１ａが図中の位置から矢印８７で示す方向に回転角θだけ回転したとき、バイアス磁石８２も矢印８７で示す方向へ回転角θだけ回転する。これにより、磁気センサ８３に付与されるバイアス磁界の向きが、実線の矢印８６で示される方向から、軸線８５を中心として回転角θだけ回転した二点鎖線の矢印８８で示される方向に変化する。このように、磁気センサ８３に付与される磁界の方向は回転軸３１ａの回転角θに応じて変化する。

＜磁気センサ＞
つぎに、磁気センサ８３について詳細に説明する。
磁気センサ８３は、バイアス磁石８２から付与されるバイアス磁界の向きを検出し、その向きに応じた第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。

図５に示すように、磁気センサ８３は、第１のブリッジ回路９０、および第２のブリッジ回路１００を備えている。第１のブリッジ回路９０は４つの磁気抵抗素子９１〜９４を有し、第２のブリッジ回路１００は４つの磁気抵抗素子１０１〜１０４を有する。

詳述すると、第１のブリッジ回路９０は、４つのうち２つの磁気抵抗素子９１，９２が直列接続されたハーフブリッジ回路９０ａ、および残りの２つの磁気抵抗素子９３，９４が直列接続されたハーフブリッジ回路９０ｂを並列接続してなる。２つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂの第１の端部はそれぞれ電源（電源電圧「＋Ｖｄｄ」）に接続されている。２つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂの第２の端部はそれぞれ接地されている。第１のブリッジ回路９０は、２つの磁気抵抗素子９１，９２の中点電位を第１の電気信号Ｓ１として、また２つの磁気抵抗素子９３，９４の中点電位を第２の電気信号Ｓ２として、それぞれマイクロコンピュータ４２へ供給する。

回転軸３１ａと共にバイアス磁石８２が回転して各磁気抵抗素子９１〜９４に付与されるバイアス磁界の向きが変化するとき、当該変化に応じて各磁気抵抗素子９１〜９４の抵抗値が変化する。各磁気抵抗素子９１〜９４の抵抗値が変化することにより、第１および第２の電気信号Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ変化する。すなわち、第１および第２の電気信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ回転軸３１ａの回転角θに応じて変化する。

本例では、各磁気抵抗素子９１〜９４の配置（基準方向）を適宜に調整することにより、第１および第２の電気信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ次式（１），（２）に表されるように変化する。すなわち、第１の電気信号Ｓ１は、回転軸３１ａの回転角θに対して正弦波状に変化する振幅Ａのｓｉｎ信号である。第２の電気信号Ｓ２は、第１の電気信号Ｓ１に対して１８０°だけ位相がずれた振幅Ａの−ｓｉｎ信号である。

Ｓ１＝ Ａｓｉｎθ …（１）
Ｓ２＝−Ａｓｉｎθ …（２）
第２のブリッジ回路１００は、第１のブリッジ回路９０と同様の回路構成である。すなわち、第２のブリッジ回路１００も、２つの磁気抵抗素子１０１，１０２が直列接続されたハーフブリッジ回路１００ａ、および２つの磁気抵抗素子１０３，１０４が直列接続されたハーフブリッジ回路１００ｂを並列接続してなる。２つのハーフブリッジ回路１００ａ，１００ｂの第１の端部はそれぞれ電源に接続されている。２つのハーフブリッジ回路１００ａ，１００ｂの第２の端部はそれぞれ接地されている。第２のブリッジ回路１００は、２つの磁気抵抗素子１０１，１０２の中点電位を第３の電気信号Ｓ３として、また２つの磁気抵抗素子１０３，１０４の中点電位を第４の電気信号Ｓ４として、それぞれマイクロコンピュータ４２へ供給する。

第２のブリッジ回路１００は、第３の電気信号Ｓ３が第１の電気信号Ｓ１に対して９０ーだけ位相が遅れた振幅Ａのｃｏｓ信号となり、第４の電気信号Ｓ４が第３の電気信号Ｓ３に対して１８０°だけ位相がずれた振幅Ａの−ｃｏｓ信号となるように配置される。すなわち、第３および第４の電気信号Ｓ３，Ｓ４は次式（３），（４）のように表すことができる。

Ｓ３＝ Ａｃｏｓθ …（３）
Ｓ４＝−Ａｃｏｓθ …（４）
＜回転角の検出処理＞
マイクロコンピュータ４２は、第１および第２の電気信号Ｓ１，Ｓ２、ならびに第３および第４の電気信号Ｓ３，Ｓ４を、それぞれ所定のサンプリング周期で取り込む。マイクロコンピュータ４２は、次式（５），（６）に示されるように第１の電気信号Ｓ１と第２の電気信号Ｓ２との差分、および第３の電気信号Ｓ３と第４の電気信号Ｓ４との差分をそれぞれ演算する。これにより、第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４の２倍の振幅「２Ａ」の信号が得られる。そしてマイクロコンピュータ４２は、次式（７）に示されるように第１および第２の差分値に基づき逆正接値を演算することにより回転軸３１ａの回転角θを検出する。

第１の差分値（正弦成分）＝Ｓ１−Ｓ２＝２Ａｓｉｎθ …（５）
第２の差分値（余弦成分）＝Ｓ３−Ｓ４＝２Ａｃｏｓθ …（６）
θ＝Ａｒｃｔａｎ（２Ａｓｉｎθ／２Ａｃｏｓθ） …（７）
ただし、マイクロコンピュータ４２は、次式（８）に示されるように第１の電気信号Ｓ１および第３の電気信号Ｓ３に基づき逆正接値を演算したり、次式（９）に示されるように第２の電気信号Ｓ２および第４の電気信号Ｓ４に基づき逆正接値を演算したりすることにより、回転軸３１ａの回転角θを検出することも可能である。

θ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｓ１／Ｓ３） …（８）
θ＝Ａｒｃｔａｎ（Ｓ２／Ｓ４） …（９）
＜操舵角の検出処理＞
マイクロコンピュータ４２は、次式（１０）に示されるように、モータ３１の回転角θを使用して操舵角θｓを演算する。

θｓ＝（θ＋Ｎ×３６０°）／Ｇｒ …（１０）
ただし、「Ｎ」は整数であり中点からのモータ３１の回転回数を示す。「Ｇｒ」は減速機構３２のギヤ比（減速比）である。

ここで図５に示すように、マイクロコンピュータ４２は回転回数カウンタ４２ｂを有している。マイクロコンピュータ４２は回転回数カウンタ４２ｂを通じて回転軸３１ａの回転回数Ｎを計測する。回転回数カウンタ４２ｂは、たとえば電気信号の周期数に応じてモータ３１の回転回数Ｎを求めることができる。ギヤ比Ｇｒを示す情報は記憶装置４２ａに記憶されている。またマイクロコンピュータ４２への給電が停止される場合、マイクロコンピュータ４２への給電が停止される直前におけるモータ３１の回転角θおよび回転回数Ｎに関する情報が記憶装置４２ａに記憶される。

＜電力消費の抑制について＞
ここで、イグニッションスイッチ６３がオフされた後、直ちにマイクロコンピュータ４２および各種のセンサへの給電が停止されると、その後イグニッションスイッチ６３がオンされたときに、正確な操舵角θｓを検出することが困難となるおそれがある。これはイグニッションスイッチ６３がオフされた後にステアリングホイール２１が操作されることにより、マイクロコンピュータ４２への給電が停止される直前に記憶装置４２ａに記憶されたモータ３１の回転角θおよび回転回数Ｎが、実際の回転角θおよび回転回数Ｎとずれるおそれがあるからである。このため、マイクロコンピュータ４２はイグニッションスイッチ６３がオフされた後も、電源リレー６７がオンした状態を維持することにより直流電源６１の電力を自身および各種のセンサへ供給し、モータ３１の回転角θ、ひいては操舵角θｓを監視している。しかし、近年では車両の電子化に伴い、車両で消費される電力は増大傾向にある。このため、消費電力の低減に対して厳しい要求がある。そこで本例では、イグニッションスイッチ６３がオフされているときの電力消費を抑えるために、つぎの構成を採用している。

図５に示すように、第１のブリッジ回路９０におけるハーフブリッジ回路９０ｂの電源（＋Ｖｄｄ）側には第１のスイッチ１１０が、第２のブリッジ回路１００におけるハーフブリッジ回路１００ｂの電源（＋Ｖｄｄ）側には第２のスイッチ１２０が設けられている。第１および第２のスイッチ１１０，１２０が閉じているとき、ハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂには電力が供給される。第１および第２のスイッチ１１０，１２０が開いているとき、ハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂへの電力の供給が遮断される。

図６（ａ）に示すように、第１のスイッチ１１０は、コイル１１１および接点１１２を有している。コイル１１１の第１の端部は第１の給電線６２におけるイグニッションスイッチ６３の負荷側に設定された第５の接続点Ｐ５に接続されている。コイル１１１の第２の端部は接地されている。接点１１２は電源（＋Ｖｄｄ）とハーフブリッジ回路９０ｂとの間に設けられている。第２のスイッチ１２０もコイル１２１および接点１２２を有している。コイル１２１の第１の端部は第５の接続点Ｐ５に接続され、同じく第２の端部は接地されている。接点１２２は電源（＋Ｖｄｄ）とハーフブリッジ回路１００ｂとの間に設けられている。

イグニッションスイッチ６３がオンされたとき、コイル１１１，１２１には直流電源６１の電力が供給される。これにより、コイル１１１，１２１は励磁されて電磁力を発生する。この電磁力により接点１１２，１２２は閉じ、ハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂには電源回路６４からの電力が供給される。イグニッションスイッチ６３がオンされている間、接点１１２，１２２は閉じた状態に維持される。イグニッションスイッチ６３がオフされたとき、コイル１１１，１２１に対する電力の供給が停止されることにより、コイル１１１，１２１による電磁力が消滅する。これにより接点１１２，１２２は開き、ハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂへの電力の供給が遮断される。このように、接点１１２，１２２はイグニッションスイッチ６３のオンオフに連動して開閉する。

＜回転角センサの作用＞
つぎに、回転角センサの作用を説明する。
図７（ａ）に示すように、イグニッションスイッチ６３がオンされているとき、第１および第２のスイッチ１１０，１２０は閉じた状態に維持される。このため、電源回路６４からの電力は４つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂのすべてに供給される。このとき、磁気センサ８３へ供給される電流Ｉｄは次式（１１）で表される。

Ｉｄ＝Ｉ_１＋Ｉ_２＋Ｉ_３＋Ｉ_４ …（１１）
ただし、「Ｉ_１」はハーフブリッジ回路９０ａに供給される電流、「Ｉ_２」はハーフブリッジ回路９０ｂに供給される電流を示す。「Ｉ_３」はハーフブリッジ回路１００ａに供給される電流、「Ｉ_４」はハーフブリッジ回路１００ｂに供給される電流を示す。

イグニッションスイッチ６３がオンされているとき、マイクロコンピュータ４２は第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４のすべてを使用して先の式（５）〜（７）に基づきモータ３１の回転角θを演算する。

図７（ｂ）に示すように、イグニッションスイッチ６３がオフされているとき、第１および第２のスイッチ１１０，１２０は開いた状態に維持される。このため、電源回路６４からの電力は２つのハーフブリッジ回路９０ａ，１００ａのみに供給される。このとき、磁気センサ８３へ供給される電流Ｉｄは次式（１２）で表される。

Ｉｄ＝Ｉ_１＋Ｉ_３ …（１２）
イグニッションスイッチ６３がオフされているとき、マイクロコンピュータ４２は第１および第３の電気信号Ｓ１，Ｓ３を使用して先の式（８）に基づきモータ３１の回転角θを演算する。

式（１２）からも分かるように、イグニッションスイッチ６３がオフされているとき、磁気センサ８３に供給される電流Ｉｄはイグニッションスイッチ６３がオンされているときよりも電流Ｉ_２，Ｉ_４を合計した分だけ少ない。すなわち、イグニッションスイッチ６３がオフされている場合であれ４つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂのすべてに電力を供給するときと比較して、回転角θ（操舵角θｓ）を監視するために消費される電力（電流）が低減される。

＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）マイクロコンピュータ４２は、４つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂにより生成される第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４のうち少なくとも第１および第３の電気信号Ｓ１，Ｓ３に基づき回転軸３１ａの回転角θを演算する。また、４つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂのうち一部のハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂに対する給電経路には当該給電経路を開閉する第１および第２のスイッチ１１０，１２０が設けられている。

この構成によれば、第１および第２のスイッチ１１０，１２０をそれぞれ閉状態にして４つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂのすべてを使用することにより、回転角センサ５３の多重化を図ることができる。また第１および第２のスイッチ１１０，１２０をそれぞれ開状態にして一部のハーフブリッジ回路９０ａ，１００ａへの給電を遮断することにより回転角センサ５３での消費電力の低減を図ることができる。したがって、回転角センサ５３の使用状況に合わせて第１および第２のスイッチ１１０，１２０の開閉状態を柔軟に運用することで、回転角センサ５３を多重化するとともに消費電力の低減を図ることができる。

（２）イグニッションスイッチ６３がオフされたとき、車両の走行用の駆動源であるエンジンが停止する。このとき、車両での発電も停止されるため直流電源６１の電力が消費されやすい。そこでイグニッションスイッチ６３がオフされたとき、２つのハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂへの電力の供給が遮断される。これらハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂに電力を供給しない分、消費電力が抑えられる。また、イグニッションスイッチ６３がオフされている場合にステアリングホイール２１が操作されたときであれ、マイクロコンピュータ４２は、電力の供給が継続される２つのハーフブリッジ回路９０ａ，１００ａにより生成される第１および第３の電気信号Ｓ１，Ｓ３に基づき回転角θ、ひいては操舵角θｓを算出することができる。このようにイグニッションスイッチ６３がオフされているときの電力消費を抑制しつつも、回転角θの監視が要求される状況に対応することができる。

（３）イグニッションスイッチ６３がオフされたとき、マイクロコンピュータ４２は正弦信号である第１の電気信号Ｓ１および余弦信号である第３の電気信号を使用することにより磁気センサ８３の異常判定を行うことが可能である。たとえばマイクロコンピュータ４２は、磁気センサ８３が正常であるとき、正弦信号および余弦信号の二乗和（＝ｓｉｎ^２θ＋ｃｏｓ^２θ）の値が一定値になることを利用して、磁気センサ８３の異常の有無を検出する。マイクロコンピュータ４２は、二乗和の値が許容範囲から外れているとき、磁気センサ８３に異常が発生している旨判断する。このように、イグニッションスイッチ６３がオフされている場合、回転角θだけでなく磁気センサ８３の異常有無についても監視することが要求されるときには、正弦信号および余弦信号の２つの信号を監視することが好ましい。

＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・本例ではイグニッションスイッチ６３のオンおよびオフによって直流電源６１から第１および第２のスイッチ１１０，１２０への電力の供給および遮断を切り替えるようにしたが、つぎのようにしてもよい。

図６（ｂ）に示すように、電源（＋Ｖｄｄ）と第１および第２のスイッチ１１０，１２０（正確にはコイル１１１，１２１）との間に第３のスイッチ１３０を設ける。マイクロコンピュータ４２はイグニッションスイッチ６３がオンされたときには第３のスイッチ１３０をオンすることにより、コイル１１１，１２１に電力を供給する。またマイクロコンピュータ４２はイグニッションスイッチ６３がオフされたときには第３のスイッチ１３０をオフすることにより、コイル１１１，１２１への電力の供給を遮断する。

・第１〜第３のスイッチ１１０，１２０，１３０については機械的なリレーに限定されるわけではなく、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体リレーを採用してもよい。なお、半導体リレーを採用する場合は、マイクロコンピュータ４２がイグニッションスイッチ６３のオンオフ状態を検出する手段を設ける。

・本例ではイグニッションスイッチ６３がオフされたとき、ハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂへの給電を遮断するようにしたが、ハーフブリッジ回路９０ａ，１００ａへの給電を遮断するようにしてもよい。この場合、ハーフブリッジ回路９０ａ，１００ａに対する給電経路に第１および第２のスイッチ１１０，１２０を設ける。このようにしても、第１および第２のスイッチ１１０，１２０がオフされているとき、マイクロコンピュータ４２は正弦信号である第２の電気信号Ｓ２および余弦信号である第４の電気信号Ｓ４に基づき回転角θを演算することができる。

・また、イグニッションスイッチ６３がオフされたときに給電が遮断されるハーフブリッジ回路の数は２つに限定されるわけではない。４つのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂのうちいずれか３つまたは１つに対する給電を遮断してもよい。給電を遮断するハーフブリッジ回路が多いほど、消費電力をさらに抑制することができる。この場合、給電を遮断したいハーフブリッジ回路に対して給電を遮断するためのスイッチを設ければよい。また、第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４のいずれか一のみ監視することができれば、回転角θを演算することが可能である。たとえば、イグニッションスイッチ６３がオフされた場合、第２のブリッジ回路１００のハーフブリッジ回路１００ａにのみ電力を供給するようにしたとき、マイクロコンピュータ４２は第３の電気信号Ｓ３（＝Ａｃｏｓθ）の逆余弦（アークコサイン）を計算することにより回転角θを演算する。

・マイクロコンピュータ４２は、イグニッションスイッチ６３がオフされたときには第１〜第４の電気信号Ｓ１〜Ｓ４のうちいずれか一のみ監視し、当該監視する電気信号の変化に基づきステアリングホイール２１が操作されたことが検出されるとき、残りの３つの電気信号のうち少なくともいずれか一をさらに監視するようにしてもよい。さらに監視する電気信号としては、当初からの監視対象である電気信号と位相が９０°ずれている電気信号がよい。このようにすれば、イグニッションスイッチ６３がオフされているときの消費電力を抑制しつつも、回転角θが変化したとき、すなわちステアリングホイール２１が操作されたときには正弦信号および余弦信号に基づき、より正確な回転角θを算出することができる。

・また、すべてのハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂに対してマイクロコンピュータ４２により給電がオンオフ制御されるスイッチを設けてもよい。これにより各ハーフブリッジ回路９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂに対する給電のオンオフを各種状況に応じて適宜切り替えることができるため、高度な制御が可能となる。たとえばハーフブリッジ回路９０ｂ，１００ｂに対する給電を遮断するとともに、ハーフブリッジ回路９０ａ，１００ａに対する給電を間欠的に行うことにより、消費電力をさらに抑制することができる。

・本例では、イグニッションスイッチ６３がオフされているとき、第１および第２のスイッチ１１０，１２０を常にオフした状態に維持したが、第１および第２のスイッチ１１０，１２０を間欠的にオフするようにしてもよい。

・本例の磁気センサ８３は第１および第２のブリッジ回路９０，１００を有していたが、ブリッジ回路の数に限定はない。複数のハーフブリッジ回路により多重化されていれば、ブリッジ回路の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

・ＭＲセンサに代えてホールセンサを採用してもよい。ホールセンサは等価的に４つのホール素子を有するホイーストンブリッジ回路（フルブリッジ回路）で表すことができる。本例の磁気センサ８３と同様にホール素子による２組のフルブリッジ回路を設け、これらフルブリッジ回路にそれぞれ第１および第２のスイッチ１１０，１２０を設ける。

・近年では、地球温暖化を抑制するなどの観点から、エコラン制御システム（アイドリングストップシステム）が搭載される車両が増えつつある。エコラン制御システムは、停車時にはエンジンを自動的に停止させる一方、走行再開時にはエンジンを再始動させる。このエコラン制御システムが搭載された車両に本例の回転角センサ５３を設けてもよい。この場合、第１および第２のスイッチ１１０，１２０としては、たとえば図６（ｂ）に示されるように、マイクロコンピュータ４２による制御を通じてオンオフが切り替えられる構成を採用することが好ましい。そしてマイクロコンピュータ４２は、エコラン制御システムによりエンジンが停止されたときに第１および第２のスイッチ１１０，１２０をオンからオフへ切り替え、エコラン制御システムによりエンジンが再始動されたときに第１および第２のスイッチ１１０，１２０をそれぞれオフからオンへ切り替える。なお、エコラン制御システムによる制御の実行中においては、イグニッションスイッチ６３はオンした状態に維持される。運転者の意思によりエンジンが停止される場合だけでなく、エコラン制御システムによってエンジンが自動停止されたときにおいても第１および第２のスイッチ１１０，１２０がオフされることにより電力消費が抑えられる。このように車両が有する機能に応じて、回転角センサ５３を柔軟に運用すること、あるいは回転角センサ５３のより高度な使い方が可能となる。

・本例では回転角センサ５３によりＥＰＳ１０のモータ３１の回転角θを検出するようにしたが、他の回転角を検出するようにしてもよい。たとえば、回転角センサ５３により、電気自動車あるいはいわゆるハイブリッド自動車などの車輪駆動用のモータの回転角を検出するようにしてもよい。また、回転角センサ５３はステアリングシャフト２２の回転角（操舵角θｓ）を検出するステアリングセンサとして使用してもよい。さらに、エンジン回転数を取得するための基礎となるクランク軸の回転角（クランク角）を検出するクランク角センサとして本例の回転角センサ５３を適用することもできる。

・また、回転角センサ５３は車載用途に限らない。たとえば工作機械などの回転軸の回転を検出することもできる。
＜他の技術的思想＞
つぎに、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。

（イ）前記複数のハーフブリッジ回路は、前記電気信号として第１の正弦信号、前記第１の正弦信号と逆相である第２の正弦信号、第１の余弦信号および前記第１の余弦信号と逆相である第２の余弦信号を生成する４つのハーフブリッジ回路を含み、前記スイッチは、前記第１の正弦信号および前記第１の余弦信号を生成する２つのハーフブリッジ回路に対する給電経路、または前記第２の正弦信号および前記第２の余弦信号を生成する２つのハーフブリッジ回路に対する給電経路にそれぞれ設けられること。

この構成によれば、スイッチがオフされているとき、演算回路は第１の正弦信号および第１の余弦信号、または第２の正弦信号および第２の余弦信号に基づき検出対象の回転角を演算することができる。

（ロ）前記複数のハーフブリッジ回路は、前記電気信号として正弦信号および余弦信号を生成する２つのハーフブリッジ回路を含み、前記スイッチは、２つのハーフブリッジ回路のいずれか一に対する給電経路に設けられること。

この構成によれば、スイッチがオフされているとき、演算回路は正弦信号または余弦信号に基づき検出対象の回転角を演算することができる。
（ハ）前記車両は、停止条件が満たされたとき前記駆動源であるエンジンを自動停止させる一方、再始動条件が満たされたとき前記エンジンを再始動させるエコラン制御機能を有し、前記演算回路は、前記スイッチのオンオフを切り替えることが可能であって、前記エンジンが自動停止されたとき前記スイッチをオフし、前記エンジンが再始動されたとき前記スイッチをオンすること。

この構成によれば、運転者の意思によりエンジンが停止される場合だけでなく、エコラン制御機能によってエンジンが自動停止されたときにおいてもスイッチがオフされることにより電力消費が抑えられる。このように車両が有する機能に応じて、回転角センサを柔軟に運用すること、あるいは回転角センサのより高度な使い方が可能となる。

３１…モータ、３１ａ…回転軸（検出対象）、４２…マイクロコンピュータ（演算回路）、４２ｂ…回転回数カウンタ、５３…回転角センサ、６１…直流電源、６３…イグニッションスイッチ（電源スイッチ）、９０ａ，９０ｂ，１００ａ，１００ｂ…ハーフブリッジ回路、１１０…第１のスイッチ、１２０…第２のスイッチ、１３０…第３のスイッチ。

Claims (4)

1. 電源から給電されて検出対象の回転に伴い互いに位相が異なる電気信号を生成する複数のハーフブリッジ回路と、
   前記複数のハーフブリッジ回路のうち少なくとも一に対する給電経路を開閉するスイッチと、を備えてなる回転角センサ。
2. 車両に搭載される回転角検出装置であって、
   請求項１に記載の回転角センサと、
   前記複数のハーフブリッジ回路により生成される電気信号のうち少なくとも一に基づき前記検出対象の回転角を演算する演算回路と、を備え、
   前記スイッチは、車両のイグニッションスイッチがオフされたときに前記複数のハーフブリッジ回路のうち一部のハーフブリッジ回路に対する給電経路を閉状態にする回転角検出装置。
3. 車両に搭載される回転角検出装置であって、
   請求項１に記載の回転角センサと、
   前記複数のハーフブリッジ回路により生成される電気信号のうち少なくとも一に基づき前記検出対象の回転角を演算する演算回路と、を備え、
   前記スイッチは、車両の走行用の駆動源が停止されたときに前記複数のハーフブリッジ回路のうち一部のハーフブリッジ回路に対する給電経路を閉状態にする回転角検出装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の回転角検出装置において、
   前記演算回路は、前記スイッチのオンオフを切り替えることが可能であって、前記スイッチをオフしている状態で給電されるハーフブリッジ回路により生成される電気信号に変化があったとき、これまでオフしていた前記スイッチをオンする回転角検出装置。