JP2015059790A

JP2015059790A - 回転角検出装置

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Publication number: JP2015059790A
Application number: JP2013192761A
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Inventors: 創齋藤; So Saito; 裕二狩集; Yuji Karizume
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Filing date: 2013-09-18
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Abstract

【課題】２つの磁気センサが電気角の９０［deg］以外の角度間隔をおいて配置されている場合でも、それらの磁気センサが正常であるか否かを判定することができる回転角検出装置を提供する。【解決手段】第１の磁気センサ１１と第２の磁気センサ１２とは、ロータ２の回転中心軸を中心として、電気角の１２０［deg］の角度間隔をおいて配置されている。第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ１は、Ｖ１＝sinθで表され、第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ２は、Ｖ２＝sin（θ＋１２０）で表される。回転角演算装置２０は、Ｌを下限値とし、Ｕを上限値とすると、Ｌ≰Ｖ１２＋Ｖ２２＋Ｖ１・Ｖ２−０．７５≰Ｕを満たしているか否かに基づいて、両磁気センサ１１，１２が正常であるか、またはそれらの少なくとも一方が故障しているかを判定する。【選択図】図１

Description

この発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。

電動パワーステアリング装置などに使用されるブラシレスモータは、ロータの回転角度に合わせてステータ巻線に電流を通電することによって制御される。そこで、たとえば、図５に示す回転角検出装置が知られている。回転角検出装置は、２つの磁極Ｎ，Ｓを有する磁石を含むロータ１０２と、ロータ１０２の回転中心軸を中心として電気角の９０[deg]の角度間隔をおいて配置された２つの磁気センサ１１１，１１２とを含む。各磁気センサ１１１，１１２は、互いに９０[deg]の位相差を有する正弦波信号を出力する。回転角検出装置は、これらの２つの正弦波信号に基づいてロータ１０２の回転角を検出する。

図５に矢印で示す方向をロータ１０２の正方向の回転方向とする。そして、ロータ１０２が正方向に回転されるとロータ１０２の回転角が大きくなり、ロータ１０２が逆方向に回転されると、ロータ１０２の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ１１１，１１２からは、図６に示すように、互いに９０[deg]の位相差を有する正弦波信号が出力される。ロータ１０２の回転角θに対して、一方の磁気センサ１１１からＶ_１＝φ_１・sinθの出力信号Ｖ_１が出力されるとすると、他方の磁気センサ１１２からは、Ｖ_２＝φ_２・sin（θ＋９０）＝φ_２・cosθの出力信号Ｖ_２が出力される。φ_１，φ_２は、それぞれ振幅を表している。

これらの振幅φ_１，φ_２が互いに等しい値φであるとみなすか、あるいは両振幅が所定の規定値φとなるように両信号Ｖ_１，Ｖ_２を正規化したとすると、一方の出力信号Ｖ_１は、Ｖ_１＝φ・sinθと表され、他方の出力信号Ｖ_２は、Ｖ_２＝φ・cosθと表される。さらに、φ＝１とすると、一方の出力信号Ｖ_１は、Ｖ_１＝sinθで表され、他方の出力信号Ｖ_２は、Ｖ_２＝cosθで表される。そこで、説明を簡単にするために、磁気センサ１１１，１１２の出力信号Ｖ_１，Ｖ_２を、Ｖ_１＝sinθ、Ｖ_２＝sin（θ＋９０）＝cosθで表すことにする。

ロータの回転角θは、両出力信号Ｖ_１，Ｖ_２を用いて、たとえば、次式(1)に基づいて求めることができる。
θ＝tan^−１（sinθ／cosθ）
＝tan^−１（sinθ／sin（θ＋９０））
＝tan^−１（Ｖ_１／Ｖ_２）…(1)

特開２０１３−６１３４６号公報特開２０１０−１０１７４６号公報特開２００７−３２２１９７号公報

前述したような従来の回転角検出装置においては、両磁気センサ１１１，１１２の出力信号の少なくとも一方が故障した場合には、ロータ１０２の回転角θを検出できなくなる。そこで、sin^２θ＋cos^２θ＝１の関係（Ｖ_１ ^２＋Ｖ_２ ^２＝１の関係）を利用して、次式(2)に基づいて、両磁気センサ１１１，１１２が正常であるか否かを判別している。
下限値≦Ｖ_１ ^２＋Ｖ_２ ^２≦上限値…(2)
下限値は、例えば０．９に設定され、上限値は例えば１．１に設定される。前記式(2)を満たしている場合には、両磁気センサ１１１，１１２は正常であると判定され、前記式(2)を満たしていない場合には、両磁気センサ１１１，１１２のうちの少なくとも一方が故障していると判定される。

２つの磁気センサが電気角の９０［deg］以外の角度間隔をおいて配置された場合にも、それらの角度間隔が電気角の１８０［deg］でなければ、それらの２つの磁気センサの出力信号に基づいて、回転体の回転角を検出することが可能である。そのような場合には、前記式(2)によって、両磁気センサが正常であるか否かを判定することはできない。
この発明の目的は、２つの磁気センサが電気角の９０［deg］以外の角度間隔をおいて配置されている場合でも、それらの磁気センサが正常であるか否かを判定することができる回転角検出装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、回転体の回転に応じて、互いに位相差αを有する第１および第２の正弦波信号Ｖ_１，Ｖ_２をそれぞれ出力する第１および第２の磁気センサ（１１，１２）を含み、前記位相差αが電気角の９０［deg］または１８０［deg］以外の角度であり、これらの磁気センサの出力信号Ｖ_１，Ｖ_２に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置（１）であって、前記第１の正弦波信号Ｖ_１と前記第２の正弦波信号Ｖ_２とに基づいて、前記回転体の回転角θを演算する手段（２０）と、前記第１の正弦波信号Ｖ_１と前記第２の正弦波信号Ｖ_２と前記位相差αとに基づいて、前記両磁気センサが正常であるかまたは前記両磁気センサのうちの少なくとも一方が故障しているかを判定する判定手段（２０）とを含み、前記判定手段は、予め設定された下限値をＬ（Ｌ＜０）とし、予め設定された上限値をＵ（Ｕ＞０）とすると、次式(a)を満たしているときには前記両磁気センサが正常であると判定し、次式(a)を満たしていないときには前記両磁気センサのうちの少なくとも一方が故障していると判定するように構成されている、回転角検出装置である。

Ｌ≦Ｘ_１２≦Ｕ …(a)
Ｘ_１２＝Ｖ_１ ^２＋Ｖ_２ ^２−２｛１−２sin^２（α／２）｝Ｖ_１・Ｖ_２−１
＋｛１−２sin^２（α／２）｝^２
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。

この発明によれば、２つの磁気センサが電気角の９０［deg］以外の角度間隔をおいて配置されている場合でも、それらの磁気センサが正常であるか否かを判定することができるようになる。
請求項２記載の発明は、前記位相差αが電気角の１２０［deg］である、請求項１に記載の回転角検出装置である。

図１は、この発明の一実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。図２は、第１の磁気センサ、第２の磁気センサおよび第３の磁気センサの出力信号の波形を示す模式図である。磁気センサの故障検出方法の基本的な考え方について説明するための模式図である。図４Ａは、回転角演算装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図４Ｂは、回転角演算装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図４Ｃは、回転角演算装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図５は、従来の回転角検出装置による回転角演算方法を説明するための模式図である。図６は、第１の磁気センサおよび第２の磁気センサの出力信号の波形を示す模式図である。

以下では、この発明をブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す模式図である。
この回転角検出装置１は、たとえば、電動パワーステアリング装置のブラシレスモータのロータの回転角を検出するために用いることができる。回転角検出装置１は、たとえば、ブラシレスモータの回転に応じて回転する検出用ロータ２（以下、「ロータ２」という）を有している。ロータ２は、２つの磁極Ｎ，Ｓ（１組の磁極対）を有する磁石を含んでいる。

ロータ２の周囲には、３つの磁気センサ１１，１２，１３が、ロータ２の周方向に間隔をおいて配置されている。これら３つの磁気センサ１１，１２，１３を、それぞれ第１の磁気センサ１１、第２の磁気センサ１２および第３の磁気センサ１３という場合がある。磁気センサとしては、たとえば、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子を備えたものを用いることができる。

３つの磁気センサ１１，１２，１３は、ロータ２の中心軸を中心した同心円上に配置されている。また、この実施形態では、隣り合う２つの磁気センサの角度間隔を電気角で表した場合、３つの磁気センサ１１，１２，１３は等角度間隔をおいて配置されている。第１の磁気センサ１１と第２の磁気センサ１２とは、ロータ２の回転中心軸を中心として、α（αは電気角）［deg］の角度間隔をおいて配置されている。第１の磁気センサ１１と第３の磁気センサ１３とは、ロータ２の回転中心軸を中心として、α［deg］より大きなβ（βは電気角）［deg］の角度間隔をおいて配置されている。この実施形態では、αは１２０［deg］に設定され、βは２４０［deg］に設定されている。したがって、この実施形態では、第２の磁気センサ１２と第３の磁気センサ１３との間の角度間隔および第３磁気センサ１３と第１磁気センサ１１との間の角度間隔は、α（＝１２０）［deg］である。

図１に示すロータ２の基準位置Ｐと第１の磁気センサ１１との間の角度間隔θをロータ２の回転角（ロータ回転角）と定義する。また、図１の矢印の方向を正転方向とする。そして、ロータ２が正方向に回転されるとロータ回転角θが大きくなり、ロータ２が逆方向に回転されると、ロータ回転角θが小さくなるものとする。第１の磁気センサ１１からは、Ｖ_１＝φ_１・sinθの出力信号Ｖ_１が出力される。第２の磁気センサ１２からは、Ｖ_２＝φ_２・sin（θ＋α）＝φ_２・sin（θ＋１２０）の出力信号Ｖ_２が出力される。第３の磁気センサ１３からは、Ｖ_３＝φ_３・sin（θ＋β）＝φ_３・sin（θ＋２４０）の出力信号Ｖ_３が出力される。φ_１，φ_２，φ_３は、それぞれ振幅を表している。

これらの振幅φ_１，φ_２，φ_３が互いに等しい値φであるとみなすか、あるいは各振幅が所定の規定値φとなるように各信号Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３を正規化したとすると、各信号Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３は、それぞれ、φ・sinθ，φ・sin（θ＋α）およびφ・sin（θ＋β）と表される。ここで、φ＝１とすると、各信号Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３は、それぞれ、sinθ，sin（θ＋α）およびsin（θ＋β）と表される。そこで、以下の説明においては、説明を簡単にするために、各磁気センサ１１，１２，１３の出力信号Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３を、それぞれＶ_１＝sinθ，Ｖ_２＝sin（θ＋α）＝sin（θ＋１２０）およびＶ_３＝sin（θ＋β）＝sin（θ＋２４０）と表すことにする。

図２に、各磁気センサ１１，１２，１３の出力信号Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３の波形を示す。以下において、出力信号Ｖ_１を第１の出力信号といい、出力信号Ｖ_２を第２の出力信号といい、出力信号Ｖ_３を第３の出力信号という場合がある。
この実施形態では、第１の出力信号Ｖ_１と第２の出力信号Ｖ_２との位相差、第２の出力信号Ｖ_２と第３の出力信号Ｖ_３との位相差および第３の出力信号Ｖ_３と第１の出力信号Ｖ_３との位相差は、１２０［deg］である。つまり、この実施形態では、隣り合う２つの磁気センサの出力信号の位相差が１２０（＝３６０／磁気センサの総数）［deg］となるように、隣り合う２つの磁気センサの角度間隔が設定されている。

各磁気センサ１１，１２，１３の出力信号Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３は、回転角演算装置２０に入力される。回転角演算装置２０は、各磁気センサ１１，１２，１３の出力信号Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３に基づいて、ロータ２の回転角θを演算する。回転角演算装置２０は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）を含んでいる。回転角演算装置２０は、各磁気センサ１１，１２，１３の故障を検出する機能と、正常な２つの磁気センサの出力信号に基づいてロータ２の回転角θを演算する機能とを備えている。

図３を参照して、磁気センサの故障を検出する機能について説明する。
回転角演算装置２０は、隣り合う２つの磁気センサの出力信号に基づいて、それらの磁気センサが正常であるか否かを判定する機能を備えている。第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ_１と第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ_２とに基づいて、それらの磁気センサが正常であるか否かを判定する場合について説明する。

ロータ２の回転中心軸と第１の磁気センサ１１とを結ぶ直線の長さをＡとし、ロータ２の回転中心軸と第２の磁気センサ１２とを結ぶ直線の長さをＢとし、第１の磁気センサ１１と第２の磁気センサ１２とを結ぶ直線の長さをＣとする。
ロータ２の回転角度の基準位置Ｐと第１の磁気センサ１１との角度間隔をθ_１（この実施形態では、ロータ回転角θに相当する）とし、ロータ２の回転角度の基準位置Ｐと第２の磁気センサ１２との角度間隔をθ_２とすると、Ｖ_１＝sinθ_１となり、Ｖ_２＝sinθ_２＝sin（θ_１＋α）となる。

余弦定理により、次式(3)が成り立つ。
Ａ^２＋Ｂ^２−２ＡＢcos（θ_２−θ_１）＝Ｃ^２ …(3)
両磁気センサ１１，１２は、ロータ２の中心軸を中心した同心円上に配置されているので、Ａ＝Ｂである。また、直線Ａ，Ｂ，Ｃを３辺とする三角形は、二等辺三角形であるので、Ｃ＝２Ａsin（α／２）である。

前記式(3)に、Ａ＝ＢおよびＣ＝２Ａsin（α／２）を代入すると、次式(4)が得られる。
（cosθ_２cosθ_１＋sinθ_２sinθ_１）＝１−２sin^２（α／２）…(4)
前記式(4)を変形すると、次式(5)が得られる。
cosθ_２cosθ_１＝｛１−２sin^２（α／２）｝−sinθ_２sinθ_１…(5)
前記式(5)の両辺を二乗すると、次式(6)が得られる。

（cosθ_２cosθ_１）^２＝｛１−２sin^２（α／２）｝^２
−２｛１−２sin^２（α／２）｝sinθ_２sinθ_１
＋（sinθ_２sinθ_１）^２ …(6)
前記式(6)に、cos^２θ_１＝１−sin^２θ_１およびcos^２θ_２＝１−sin^２θ_２を代入すると、次式(7)が得られる。

sinθ_１ ^２＋sinθ_２ ^２−２｛１−２sin^２（α／２）｝sinθ_１sinθ_２
＝１−｛１−２sin^２（α／２）｝^２…(7)
前記式(7)に、sinθ_１＝Ｖ_１および、sinθ_２＝Ｖ_２を代入すると、次式(8)が得られる。
Ｖ_１ ^２＋Ｖ_２ ^２−２｛１−２sin^２（α／２）｝Ｖ_１・Ｖ_２
＝１−｛１−２sin^２（α／２）｝^２ …(8)
そこで、予め設定された下限値をＬ（Ｌ＜０）とし、予め設定された上限値をＵ（Ｕ＞０）とすると、次式(9)に基づいて、両磁気センサ１１，１２が正常であるか否かを判定することができる。

Ｌ≦Ｘ_１２≦Ｕ…(9)
Ｘ_１２＝Ｖ_１ ^２＋Ｖ_２ ^２−２｛１−２sin^２（α／２）｝Ｖ_１・Ｖ_２
−１＋｛１−２sin^２（α／２）｝^２
前記式(9)を満たしている場合には、両磁気センサ１１，１２が正常であると判定される。一方、前記式(9)を満たしていない場合には、両磁気センサ１１，１２のうちの少なくとも一方が故障していると判定される。

第２の磁気センサ１２の出力信号Ｖ_２と第３の磁気センサ１３の出力信号Ｖ_３とに基づいて、それらの磁気センサが正常であるか否かを判定する場合には、次式(10)に基づいて、両磁気センサ１１，１２が正常であるか否かを判定することができる。
Ｌ≦Ｘ_２３≦Ｕ…(10)
Ｘ_２３＝Ｖ_２ ^２＋Ｖ_３ ^２−２｛１−２sin^２（α／２）｝Ｖ_２・Ｖ_３
−１＋｛１−２sin^２（α／２）｝^２
第１の磁気センサ１１の出力信号Ｖ_１と第３の磁気センサ１３の出力信号Ｖ_３とに基づいて、それらの磁気センサが正常であるか否かを判定する場合には、次式(11)に基づいて、両磁気センサ１１，１２が正常であるか否かを判定することができる。

Ｌ≦Ｘ_３１≦Ｕ…(11)
Ｘ_３１＝Ｖ_３ ^２＋Ｖ_１ ^２−２｛１−２sin^２（α／２）｝Ｖ_３・Ｖ_１
−１＋｛１−２sin^２（α／２）｝^２
この実施形態では、αは１２０［deg］であるので、前記式(9)，(10)，(11)におけるＸ_１２，Ｘ_２３，Ｘ_３１は、それぞれ次式(12)，(13)，(14)で表される。

Ｘ_１２＝Ｖ_１ ^２＋Ｖ_２ ^２＋Ｖ_１・Ｖ_２−０．７５…(12)
Ｘ_２３＝Ｖ_２ ^２＋Ｖ_３ ^２＋Ｖ_２・Ｖ_３−０．７５…(13)
Ｘ_３１＝Ｖ_３ ^２＋Ｖ_１ ^２＋Ｖ_３・Ｖ_１−０．７５…(14)
この場合、下限値Ｕおよび上限値は、たとえば、次式(15)，(16)で表される。
Ｌ=−０．７５×（γ／１００）…(15)
Ｕ=０．７５×（γ／１００） …(16)
前記式(15)，(16)において、γは、予め設定される値であり、例えば５に設定される。

同心円上に３個以上のＮ個の磁気センサが間隔をおいて配置され、隣り合う２つの磁気センサの出力信号間の位相差が３６０／Ｎ［deg］となるように隣り合う磁気センサの角度間隔が設定されている場合の故障判定方法について説明する。このような場合には、隣り合う２つの磁気センサのうちの一方の磁気センサの出力信号をＶ_ａとし、他方の磁気センサの出力信号をＶ_ｂとし、予め設定された下限値をＬ（Ｌ＜０）とし、予め設定された上限値をＵ（Ｕ＞０）とすると、次式(17)に基づいて、両磁気センサが正常であるか否かを判定することができる。

Ｌ≦Ｘ_ａｂ≦Ｕ…(17)
Ｘ_ａｂ＝Ｖ_ａ ^２＋Ｖ_ｂ ^２−２｛１−２sin^２（１８０／Ｎ）｝Ｖ_ａ・Ｖ_ｂ
−１＋｛１−２sin^２（１８０／Ｎ）｝^２
次に、ロータ回転角を演算する機能について説明する。回転角演算装置２０は、第１の出力信号Ｖ_１と第２の出力信号Ｖ_２とに基づいてロータ回転角θを演算する機能と、第１の出力信号Ｖ_１と第３の磁出力信号Ｖ_３とに基づいてロータ回転角θを演算する機能と、第２の出力信号Ｖ_２と第３の出力信号Ｖ_３とに基づいてロータ回転角θを演算する機能とを備えている。

まず、第１の出力信号Ｖ_１と第２の出力信号Ｖ_２とに基づいてロータ回転角θを演算する機能について説明する。前述したように、Ｖ_１＝sinθであり、Ｖ_２＝sin（θ＋α）である。sin（θ＋α）は、加法定理により、次式(18)に示すよう展開することができる。
sin（θ＋α）＝sinθ・cosα＋cosθ・sinα …(18)
前記式(18)により、次式(19)を得ることができる。

cosθ＝｛sin（θ＋α）−sinθ・cosα}／sinα
＝（Ｖ_２−Ｖ_１・cosα）／sinα …(19)
ロータ回転角θは、次式(20)に基づいて演算することができる。
θ＝tan^−１（sinθ／cosθ）
＝tan^−１｛Ｖ_１・sinα／（Ｖ_２−Ｖ_１・cosα）｝…(20)
なお、この実施形態の場合には、α＝１２０［deg］である。

次に、第１の出力信号Ｖ_１と第３の出力信号Ｖ_３とに基づいてロータ回転角θを演算する機能について説明する。前述したように、Ｖ_１＝sinθであり、Ｖ_３＝sin（θ＋β）である。sin（θ＋β）は、加法定理により、次式(21)に示すよう展開することができる。
sin（θ＋β）＝sinθ・cosβ＋cosθ・sinβ …(21)
前記式(21)により、次式(22)を得ることができる。

cosθ＝｛sin（θ＋β）−sinθ・cosβ}／sinβ
＝（Ｖ_３−Ｖ_１・cosβ）／sinβ …(22)
ロータ回転角θは、次式(23)に基づいて演算することができる。
θ＝tan^−１（sinθ／cosθ）
＝tan^−１｛Ｖ_１・sinβ／（Ｖ_３−Ｖ_１・cosβ）｝…(23)
なお、この実施形態の場合には、β＝２４０［deg］である。

次に、第２の出力信号Ｖ_２と第３の出力信号Ｖ_３とに基づいてロータ回転角θを演算する機能について説明する。Θ＝（θ＋α）とすると、Ｖ_２＝sinΘで表され、Ｖ_３＝sin（Θ＋α）で表される。sin（Θ＋α）は、加法定理により、次式(24)に示すよう展開することができる。
sin（Θ＋α）＝sinΘ・cosα＋cosΘ・sinα …(24)
前記式(24)により、次式(25)を得ることができる。

cosΘ＝｛sin（Θ＋α）−sinΘ・cosα}／sinα
＝（Ｖ_３−Ｖ_２・cosα）／sinα …(25)
ロータ回転角θは、次式(26)に基づいて演算することができる。
θ＝Θ−α
＝｛tan^−１（sinΘ／cosΘ）｝−α
＝［tan^−１｛Ｖ_２・sinα／（Ｖ_３−Ｖ_２・cosα）｝］−α…(26)
なお、この実施形態の場合には、α＝１２０［deg］である。

図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、回転角演算装置２０の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示される処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
まず、回転角演算装置２０によって使用されるフラグについて説明する。回転角演算不能フラグＦ０は、３つの磁気センサ１１，１２，１３のうちの２個以上の磁気センサが故障していることを記憶するためのフラグであり、２個以上の磁気センサが故障していると判定されたときにセット（Ｆ０＝１）される。

第１故障フラグＦ１は、第１の磁気センサ１１が故障していることを記憶するためのフラグであり、第１の磁気センサ１１が故障していると判定されたときにセット（Ｆ１＝１）される。第２故障フラグＦ２は、第２の磁気センサ１２が故障していることを記憶するためのフラグであり、第２の磁気センサ１２が故障していると判定されたときにセット（Ｆ２＝１）される。第３故障フラグＦ３は、第３の磁気センサ１３が故障していることを記憶するためのフラグであり、第３の磁気センサ１３が故障していると判定されたときにセット（Ｆ３＝１）される。なお、回転角演算装置２０の電源がオンされたときには、全てのフラグＦ０，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、リセット（Ｆ０＝Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３＝０）される。

図４Ａを参照して、回転角演算装置２０は、まず、各磁気センサ１１，１２，１３の出力信号Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３を取得する（ステップＳ１）。そして、回転角演算不能フラグＦ０がセット（Ｆ０＝１）されているか否かを判別する（ステップＳ２）。回転角演算不能フラグＦ０がリセット（Ｆ０＝０）されている場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、前記式(12)，(13)，(14)に基づいて、Ｘ_１２，Ｘ_２３，Ｘ_３１をそれぞれ演算する（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５）。

次に、回転角演算装置２０は、第１故障フラグＦ１がセットされているか否かを判別する（ステップＳ６）。第１故障フラグＦ１がリセット（Ｆ１＝０）されている場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、第２故障フラグＦ２がセットされているか否かを判別する（ステップＳ７）。第２故障フラグＦ２がリセット（Ｆ２＝０）されている場合には（ステップＳ７：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ３で演算されたＸ_１２が、Ｌ≦Ｘ_１２≦Ｕの条件を満たしているか否かを判別する（ステップＳ８）。

Ｌ≦Ｘ_１２≦Ｕの条件を満たしている場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、第１および第２の磁気センサ１１，１２は正常であると判定し、前記ステップＳ５で演算されたＸ_３１が、Ｌ≦Ｘ_３１≦Ｕの条件を満たしているか否かを判別する（ステップＳ９）。Ｌ≦Ｘ_３１≦Ｕの条件を満たしている場合には（ステップＳ９：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、第１および第３の磁気センサ１１，１３は正常であると判定し、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、回転角演算装置２０は、第１の出力信号Ｖ１と第２の出力信号Ｖ２とを用い、前記式(20)に基づいて回転角θを演算する。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。なお、ステップＳ１０において、回転角演算装置２０は、前記式(23)または前記式(26)に基づいて、回転角θを演算してもよい。

前記ステップＳ９において、Ｌ≦Ｘ_３１≦Ｕの条件を満たしていないと判別された場合には（ステップＳ９：ＮＯ）、図４Ｂに示すように、回転角演算装置２０は、第３の磁気センサ１３が故障していると判定し、第３故障フラグＦ３をセット（Ｆ３＝１）する（ステップＳ１１）。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。
前記ステップＳ８（図４Ａ参照）において、Ｌ≦Ｘ_１２≦Ｕの条件を満たしていないと判別された場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、図４Ｂに示すように、回転角演算装置２０は、第３故障フラグＦ３がセット（Ｆ３＝１）されているか否かを判別する(ステップＳ１２)。第３故障フラグＦ３がリセット（Ｆ３＝０）されている場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ４で演算されたＸ_２３が、Ｌ≦Ｘ_２３≦Ｕの条件を満たしているか否かを判別する（ステップＳ１３）。

Ｌ≦Ｘ_２３≦Ｕの条件を満たしている場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、第１の磁気センサ１１が故障していると判定し、第１故障フラグＦ１をセット（Ｆ１＝１）する（ステップＳ１４）。また、回転角演算装置２０は、第２の出力信号Ｖ２と第３の出力信号Ｖ３とを用い、前記式(26)に基づいて回転角θを演算する（ステップＳ１５）。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。

前記ステップＳ１３において、Ｌ≦Ｘ_２３≦Ｕの条件を満たしていないと判別された場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、第２の磁気センサ１２が故障していると判定し、第２故障フラグＦ２をセット（Ｆ２＝１）する（ステップＳ１６）。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。
前記ステップＳ１２において、第３故障フラグＦ３がセット（Ｆ３＝１）されていると判別された場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、２以上の磁気センサが故障していると判定し、回転角演算不能フラグＦ０をセット（Ｆ０＝１）する(ステップＳ１７)。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。

前記ステップＳ７（図４Ａ参照）において、第２故障フラグＦ２がセット（Ｆ２＝１）されていると判別された場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、図４Ｃに示すように、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ５で演算されたＸ_３１が、Ｌ≦Ｘ_３１≦Ｕの条件を満たしているか否かを判別する（ステップＳ１８）。Ｌ≦Ｘ_３１≦Ｕの条件を満たしている場合には（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、第１の出力信号Ｖ１と第３の出力信号Ｖ３とを用い、前記式(23)に基づいて回転角θを演算する（ステップＳ１９）。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。

前記ステップＳ１８において、Ｌ≦Ｘ_３１≦Ｕの条件を満たしていないと判別された場合には（ステップＳ１８：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、２以上の磁気センサが故障していると判定し、回転角演算不能フラグＦ０をセット（Ｆ０＝１）する(ステップＳ２０)。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。
前記ステップＳ６（図４Ａ参照）において、第１故障フラグＦ１がセット（Ｆ１＝１）されていると判別された場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、図４Ｃに示すように、回転角演算装置２０は、前記ステップＳ４で演算されたＸ_２３が、Ｌ≦Ｘ_２３≦Ｕの条件を満たしているか否かを判別する（ステップＳ２１）。Ｌ≦Ｘ_２３≦Ｕの条件を満たしている場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、第２の出力信号Ｖ２と第３の出力信号Ｖ３とを用い、前記式(26)に基づいて回転角θを演算する（ステップＳ２２）。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。

前記ステップＳ２１において、Ｌ≦Ｘ_２３≦Ｕの条件を満たしていないと判別された場合には（ステップＳ２１：ＮＯ）、回転角演算装置２０は、２以上の磁気センサが故障していると判定し、回転角演算不能フラグＦ０をセット（Ｆ０＝１）する(ステップＳ２３)。そして、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。
前記ステップＳ２（図４Ａ参照）において回転角演算不能フラグＦ０がセット（Ｆ０＝１）されていると判別された場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、回転角演算装置２０は、今演算周期での処理を終了する。

前記実施形態では、隣り合う２つの磁気センサの角度間隔が電気角の９０[deg]以外の角度であっても、それらの２つの磁気センサが正常であるかまたはそれらの少なくとも一方の磁気センサが故障しているかを判別することができる。
また、前記実施形態では、３つの磁気センサ１１，１２，１３のうち、いずれか１つが故障した場合でも、他の正常な２つの磁気センサの出力信号に基づいて、ロータ２の回転角θを演算することができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。前述の実施形態では、隣り合う磁気センサの角度間隔は、電気角で１２０［deg］であるが、９０［deg］および１８０［deg］以外の角度であれば、１２０［deg］以外の角度であってもよい。また、隣り合う磁気センサの角度間隔は、全て同じでなくてもよい。また、前述の実施形態では、磁気センサは３個設けられているが、磁気センサは２個または４個以上設けられていてもよい。

また、前記実施形態では、第１、第２および第３の出力信号Ｖ_１、Ｖ_２およびＶ_３は、それぞれsinθ、sin（θ＋α）およびsin（θ＋β）で表されているが、第１、第２および第３の出力信号Ｖ_１、Ｖ_２およびＶ_３が、cosθ、cos（θ＋α）およびcos（θ＋β）で表されるような場合にも、この発明を適用することができる。
また、前記実施形態では、ロータ２には磁極対が１組設けられているが、磁極対が２組以上設けられていてもよい。

また、この発明は、ブラシレスモータのロータ以外の回転体の回転角を検出する場合にも、適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…回転角検出装置、２…ロータ、１１，１２，１３…磁気センサ、２０…回転角演算装置

Claims

回転体の回転に応じて、互いに位相差αを有する第１および第２の正弦波信号Ｖ_１，Ｖ_２をそれぞれ出力する第１および第２の磁気センサを含み、前記位相差αが電気角の９０［deg］または１８０［deg］以外の角度であり、これらの磁気センサの出力信号Ｖ_１，Ｖ_２に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記第１の正弦波信号Ｖ_１と前記第２の正弦波信号Ｖ_２とに基づいて、前記回転体の回転角θを演算する手段と、
前記第１の正弦波信号Ｖ_１と前記第２の正弦波信号Ｖ_２と前記位相差αとに基づいて、前記両磁気センサが正常であるかまたは前記両磁気センサのうちの少なくとも一方が故障しているかを判定する判定手段とを含み、
前記判定手段は、予め設定された下限値をＬ（Ｌ＜０）とし、予め設定された上限値をＵ（Ｕ＞０）とすると、次式(a)を満たしているときには前記両磁気センサが正常であると判定し、次式(a)を満たしていないときには前記両磁気センサのうちの少なくとも一方が故障していると判定するように構成されている、回転角検出装置。
Ｌ≦Ｘ_１２≦Ｕ …(a)
Ｘ_１２＝Ｖ_１ ^２＋Ｖ_２ ^２−２｛１−２sin^２（α／２）｝Ｖ_１・Ｖ_２−１
＋｛１−２sin^２（α／２）｝^２
前記位相差αが電気角の１２０［deg］である、請求項１に記載の回転角検出装置。