JP2023050986A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの構成を簡素化可能な検出装置を提供する
【解決手段】回転検出装置１の回転角センサ３１は、メイン検出素子４０１、サブ検出素子４０２、４０３、メイン検出素子の検出信号をデジタル変換するＡＤ変換部４５１、デジタル変換されたメイン検出素子４０１の検出信号を用いて角度情報の演算を行う角度演算部４５２を有し、角度情報を含むデジタル信号、および、サブ検出素子４０２、４０３の検出信号に応じたアナログ信号を出力する。制御部６２は、アナログ信号をデジタル変換するＡＤ変換部６１２、６１３、および、デジタル信号に含まれる角度情報に応じたメイン情報と、検出素子４０２、４０３の検出信号に応じたサブ情報とを用いて異常検出を行う異常検出部６５を有する。異常検出部６５は、サブ情報としてアナログ信号を角度情報に変換した値、または、メイン情報として角度情報をアナログ出力換算した値を用いて異常検出を行う。
【選択図】 図２３

Description

本発明は、検出装置に関する。

従来、モータの回転を検出する回転検出装置が知られている。例えば特許文献１では、回転検出装置は、複数のセンサ部を有している。

特開２０１７－１９１０９２号公報

特許文献１では、各センサ素子に対して回転角演算部およびデジタル通信部が設けられており、第１センサ部と第２センサ部が同じ構成となっている。しかしながら、複数のセンサ部において、必ずしも同等の構成が必要でない場合がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサの構成を簡素化可能な異常検出装置を提供することにある。

本発明の検出装置は、センサ（３１～３８、１３０、２３０）と、制御部（６０～６４、１６０、２６０）と、を備える。センサは、検出対象（８０）の物理量の変化を検出する少なくとも１つのメイン検出素子（４０１）、検出対象の物理量の変化を検出する少なくとも１つのサブ検出素子（４２０、４０３）、メイン検出素子の検出信号をデジタル変換するメインデジタル変換部（４５１）、デジタル変換されたメイン検出素子の検出信号を用いて状態情報の演算を行う演算部（４５２）を有する。センサは、状態情報を含むデジタル信号、および、サブ検出素子の検出信号に応じたアナログ信号を出力する。

制御部は、センサから取得したアナログ信号をデジタル変換するサブデジタル変換部（６１２、６１３）、および、デジタル信号に含まれる状態情報に応じたメイン情報と、デジタル変換されたサブ検出素子の検出信号に応じたサブ情報とを用いて異常検出を行う異常検出部（６５）を有する。異常検出部は、サブ情報としてアナログ信号を状態情報に換算した値、または、メイン情報として前記状態情報をアナログ出力換算した値を用いて異常検出を行う。これにより、センサの構成を簡素化可能である。

第１実施形態によるステアリングシステムの概略構成図である。 第１実施形態による駆動装置の断面図である。 第１実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 第１実施形態による回転角センサの封止部を除いた状態を示す平面図である。 第１実施形態による回転角センサのチップ配置を示す平面図である。 図５のＶＩ方向矢視図である。 第２実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 第２実施形態による回転角センサのチップ配置を示す平面図である。 第３実施形態による回転角センサのチップ配置を示す平面図である。 図９のＸ方向矢視図である。 第４実施形態による回転角センサのチップ配置を示す平面図である。 図１１のＸＩＩ方向矢視図である。 第４実施形態による回転角センサのチップ配置を示す平面図である。 第５実施形態による回転角センサのチップ配置を示す平面図である。 図１４のＸＶ方向矢視図である。 第５実施形態による回転角センサのチップ配置を示す平面図である。 第６実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 第６実施形態による回転角センサの側面図である。 第６実施形態による回転角センサの側面図である。 第７実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 第７実施形態による回転角センサの側面図である。 第８実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 第９実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 第１０実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 第１０実施形態による信号取得タイミングを説明するタイムチャートである。 第１１実施形態による信号取得タイミングを説明するタイムチャートである。 第１２実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 第１３実施形態による回転検出装置を示すブロック図である。 参考例による信号取得タイミングを説明するタイムチャートである。

以下、本発明による回転検出装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態を図１～図６に示す。図１～図３に示すように、検出装置としての回転検出装置１は、回転角センサ３１と、制御部６０と、を備え、電動パワーステアリング装置８００に適用される。図１は、電動パワーステアリング装置８００を備えるステアリングシステム９０の構成を示す。ステアリングシステム９０は、操舵部材であるステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、および、電動パワーステアリング装置８００等を備える。

ステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２と接続される。ステアリングシャフト９２には、操舵トルクを検出するトルクセンサ９４が設けられる。ステアリングシャフト９２の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。ピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が連結される。

運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換される。一対の車輪９８は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に操舵される。

電動パワーステアリング装置８００は、ＥＣＵ２０およびモータ８０を有する駆動装置１０、および、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える動力伝達部である減速ギア８９等を備える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置８００は、所謂「コラムアシストタイプ」であり、ステアリングシャフト９２が駆動対象といえる。モータ８０の回転をラック軸９７に伝える所謂「ラックアシストタイプ」等としてもよい。

モータ８０は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、図示しないバッテリから電力が供給されることにより駆動され、減速ギア８９を正逆回転させる。駆動装置１０は、モータ８０の軸方向の一方側にＥＣＵ２０が設けられており、いわゆる「機電一体型」であるが、モータとＥＣＵとが別途に設けられる機電別体であってもよい。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ＥＣＵ２０およびモータ８０を効率的に配置することができる。ＥＣＵ２０は、モータ８０の出力軸とは反対側において、シャフト８７０の軸線に対して同軸に配置されている。

図２に示すように、モータ８０は、３相ブラシレスモータであって、モータ巻線１８０、２８０、ステータ８４０、ロータ８６０、および、それらを収容するハウジング８３０等を備える。ハウジング８３０は、筒状のケース８３１、フロントフレームエンド８３２、および、リアフレームエンド８３３を有する。ケース８３１とフレームエンド８３２、８３３とは、ボルト等により互いに締結される。

ステータ８４０は、ケース８３１に固定され、モータ巻線１８０、２８０が巻回される。モータ巻線１８０、２８０からは、それぞれリード線１８９、２８９が取り出される。リード線１８９、２８９は、リアフレームエンド８３３に形成される挿通孔８３４からＥＣＵ２０側に取り出され、基板２１と接続される。ロータ８６０は、ステータ８４０の径方向内側にて、ステータ８４０に対して相対回転可能に設けられる。

シャフト８７０は、ロータ８６０に嵌入され、ロータ８６０と一体に回転する。シャフト８７０は、軸受８３５、８３６により、ハウジング８３０に回転可能に支持される。シャフト８７０のＥＣＵ２０側の端部は、リアフレームエンド８３３からＥＣＵ２０側に突出する。シャフト８７０のＥＣＵ２０側の端部には、マグネット８７５が設けられる。以下、マグネット８７５の中心を通る軸線を中心線Ｃとする。

ＥＣＵ２０は、基板２１、および、カバー２９等を備える。カバー２９は、リアフレームエンド８３３に固定され、外部の衝撃から電子部品を保護したり、ＥＣＵ２０内部への埃や水の浸入を防止したりする。カバー２９には、図示しないコネクタが設けられる。

基板２１は、例えばプリント基板であって、リアフレームエンド８３３に固定される。基板２１には、スイッチング素子２３、カスタムＩＣ２６、コンデンサ２７、回転角センサ３１、および制御部６０を構成するマイコン等が実装される。図２では、制御部６０を構成するマイコンについて、「６０」を付番する。

本実施形態では、基板２１のモータ８０側の面であるモータ面２１１にスイッチング素子２３、カスタムＩＣ２６、および、回転角センサ３１等が実装され、基板２１のモータ８０と反対側の面であるカバー面２１２に、コンデンサ２７およびマイコン等が実装される。本実施形態では、１枚の基板２１に電子部品が実装されているが、複数枚の基板に電子部品を実装するようにしてもよい。

スイッチング素子２３は、モータ巻線１８０、２８０の通電を切り替えるインバータを構成する。スイッチング素子２３は、リアフレームエンド８３３に放熱可能に設けられるが、リアフレームエンド８３３とは別途にヒートシンクを設けて放熱させるようにしてもよい。カスタムＩＣ２６には、プリドライバや増幅回路等が含まれている。

図３に示すように、回転角センサ３１は、チップ４１、４４、信号処理チップ４５、および、これらを封止する封止部３１１を有する。メインチップ４１は、検出素子４０１を有する。サブチップ４４は、検出素子４０２、４０３を有する。検出素子４０２、４０３は、同一チップ内にて、絶縁部４４５にて分離されている。

検出素子４０１～４０３は、例えばＡＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、ＧＭＲセンサ等の磁気抵抗素子やホール素子等であって、モータ８０の回転により変化するマグネット８７５の磁界を検出し、アナログ信号である１組のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を出力する。検出素子４０１～４０３は同じであってもよいし、振幅等が異なっていてもよい。また、例えば検出素子４０１は検出素子４０２、４０３よりも検出精度が高い、といった具合に異なっていてもよい。検出素子４０１～４０３の少なくとも一部を異なる種類の素子を用いる場合、故障モードが異なるため、同時故障の発生確率を低減することができる。

本実施形態では、メイン検出素子４０１の検出値を制御用に用い、サブ検出素子４０２、４０３の検出値を異常検出用に用いる。なお、メイン検出素子４０１の異常時におけるバックアップ制御に検出素子４０２、４０３の検出値を用いるようにしてもよい。以下適宜、検出素子４０１～４０３に対応する構成を「系統」とし、検出素子４０１に係る系統をメイン系統、検出素子４０２、４０３に対応する系統をサブ系統とする。

信号処理チップ４５は、信号処理部４５０を構成し、メインチップ４１と接続される。信号処理部４５０は、ＡＤ変換部４５１、角度演算部４５２、回転回数演算部４５３、および、通信部４５５を有する。ＡＤ変換部４５１は、メイン検出素子４０１から出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号をデジタル信号に変換する。

角度演算部４５２は、ＡＤ変換部４５１にてデジタル変換されたｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を用い、ロータ８６０の回転角であるモータ回転角θを演算する。回転回数演算部４５３は、ＡＤ変換部４５１にてデジタル変換されたｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を用い、モータ８０の回転回数ＴＣを演算する。通信部４５５は、モータ回転角θおよび回転回数ＴＣに係る情報を含むデジタル信号を制御部６０に送信する。モータ回転角θおよび回転回数ＴＣは、制御部６０にて各種制御演算に用いられる。

封止部３１１には、出力端子３８１～３８３、および、電源端子３８５～３８８が設けられている。出力端子３８１は、制御部６０の端子６０１と接続され、メイン検出素子４０１の検出値を用いて演算された値を含むデジタル信号の出力に用いられる。

出力端子３８２は、制御部６０の端子６０２と接続され、サブ検出素子４０２の検出値に応じたアナログ信号の出力に用いられる。出力端子３８３は、制御部６０の端子６０３と接続され、サブ検出素子４０３の検出値に応じたアナログ信号の出力に用いられる。

図３では、出力端子３８１～３８３および通信線は、各系統に１つずつ記載しているが、通信方式やデータ方式に応じ、少なくとも一部の系統にて複数設けるようにしてもよい。また、増幅回路やフィルタ回路を設けてもよい。

端子６０１、６０２の間には少なくとも１つのＮＣ（Non Connection）端子６０４が設けられ、端子６０２、６０３の間には少なくとも１つのＮＣ端子６０５が設けられる。ここで、端子６０１～６０３が隣接配置されている場合、隣接端子間が異物等によりショートした場合、共通原因故障により複数の検出信号が異常となる虞がある。本実施形態では、端子６０１～６０３の間にＮＣ端子６０４、６０５を設けているので、共通原因故障により複数の検出信号が異常になるのを防ぐことができる。

電源端子３８５は、バッテリと直接的に接続されるＰＩＧ電源９００と接続される。電源端子３８６～３８８は、車両の始動スイッチ（以下「ＩＧ」）を経由してバッテリと接続されるＩＧ電源９０１～９０３と接続される。図３ではＩＧ電源９０１～９０３が別途に記載されているが、少なくとも一部が共通電源であってもよい。また、電源端子３８５～３８８には、各電源９００～９０３から昇降圧された電力が供給されるようにしてもよい。

電源端子３８５、３８６は、メインチップ４１および信号処理チップ４５と接続され、一点鎖線で囲んだ検出素子４０１、ＡＤ変換部４５１および回転回数演算部４５３には、電源端子３８５を経由してＩＧオフ中も常時給電される。電源端子３８７はサブチップ４４のサブ検出素子４０２と接続され、電源端子３８８はサブチップ４４のサブ検出素子４０３と接続される。すなわち本実施形態では、各検出素子４０１～４０３ごとに電源端子３８５～３８８を個別に設けることで、パッケージ内で電源が互いに干渉しないように構成されている。また、検出素子４０１～４０３は素子間で絶縁性が確保されるように構成されている。

制御部６０は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部６０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記憶媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。

制御部６０は、ＡＤ変換部６１２、６１３、および、異常検出部６５等を有する。ＡＤ変換部６１２は、サブ検出素子４０２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部６１３は、サブ検出素子４０３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ＡＤ変換部６１２、６１３は、制御部６０側に設けられている。すなわち、サブ検出素子４０２、４０３の検出値は、デジタル変換されず、アナログ信号のまま制御部６０に出力される。換言すると、回転角センサ３１において、サブ検出素子４０２、４０３の信号処理に係る構成が省略されており、回転角センサ３１の構成が簡素化されている。

異常検出部６５は、検出素子４０１～４０３の検出値を比較することで、異常検出を行う。本実施形態では、検出素子４０１～４０３のそれぞれに対応して出力される３つの信号を用いることで、多数決にて異常系統を特定し、正常系統の検出値に基づく制御や異常監視を継続することができる。異常検出の詳細は第８実施形態以降にて後述する。

ここで、舵角θｓの演算について説明する。制御部６０では、モータ回転角θ、回転回数ＴＣおよび減速ギア８９のギア比を用いることで、舵角θｓを演算可能である。舵角演算は、回転角センサ３１側で行ってもよい。回転回数ＴＣは、例えばモータ８０の１回転を３以上の領域に分け、領域が変わるごとに回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンすることで、カウント値に基づいて演算可能である。本実施形態では、ＩＧがオフされている期間中も回転回数ＴＣの演算が継続されるように、検出素子４０１、ＡＤ変換部４５１および回転回数演算部４５３には常時給電される。

これにより、ＩＧがオフされている期間にステアリングホイール９１が操舵されることでモータ８０が回転した場合であっても、基準位置の再学習を行うことなく舵角θｓを演算可能である。なお、モータ回転角θは、ＩＧオン時の値を用いればよいため、常時給電による演算継続はしなくてもよい。

図４に示すように、メインチップ４１は信号処理チップ４５を経由して端子群４７と接続され、サブチップ４４はワイヤボンディング等により端子群４８と直接的に接続されている。端子群４７には、出力端子３８１、電源端子３８５、３８６およびグランド端子が含まれる。端子群４８には、出力端子３８２、３８３、電源端子３８７、３８８およびグランド端子が含まれる。

図４～図６に示すように、信号処理チップ４５はリードフレーム４６上に実装され、チップ４１、４４は信号処理チップ４５のリードフレーム４６と反対側の面に積層される。チップ４１、４４は、非導電性接着材４９にて信号処理チップ４５上に固定される。以下適宜、基板２１に実装したときにマグネット８７５側となる方向を上側とする。

メインチップ４１は信号処理チップ４５の略中央に配置され、サブチップ４４はメインチップ４１と絶縁性を確保可能な程度、離間して配置される。なお図５は、リードフレーム４６上の素子配置を模式的に示した図であって、基板２１や端子群４７、４８等の記載は省略した。また図６は封止部３１１の内部構成を示しており、サイズ等は実際とは必ずしも一致しない。後述の実施形態に係る模式図についても同様である。

本実施形態では、信号処理チップ４５の上にチップ４１、４４を配置する積層構造とすることで、回転角センサ３１の体格を小型化することができる。また、検出素子４０１～４０３とマグネット８７５との物理的距離の素子間での差が小さいため、検出誤差を低減することができる。

以上説明したように、回転検出装置１は、回転角センサ３１と、制御部６０と、を備える。回転角センサ３１は、検出対象の物理量の変化を検出する少なくとも１つのメイン検出素子４０１、メイン検出素子４０１と同一の検出対象の物理量の変化を検出する少なくとも１つのサブ検出素子４０２、４０３、メイン検出素子の検出信号をデジタル変換するＡＤ変換部４５１、デジタル変換されたメイン検出素子４０１の検出信号を用いて状態情報の演算を行う角度演算部４５２を有する。

本実施形態の状態情報は、モータ８０の回転角に応じた角度情報である。回転角センサ３１は、角度情報を含むデジタル信号、および、サブ検出素子４０２、４０３の検出信号に応じたアナログ信号を出力する。

本実施形態のメイン検出素子４０１およびサブ検出素子４０２、４０３は、検出対象であるモータ８０の回転状態を検出するものであって、検出対象の物理量の変化として、モータ８０の回転に伴うマグネット８７５の磁界の変化を検出する。制御部６０は、検出対象の物理量の変化に応じた信号を取得する。

制御部６０は、回転角センサ３１から取得したアナログ信号をデジタル変換するＡＤ変換部６１２、６１３、および、デジタル信号に含まれる角度情報に応じたメイン情報と、デジタル変換されたサブ検出素子４０２、４０３の検出信号に応じたサブ情報とを用いて異常検出を行う異常検出部６５を有する。異常検出部６５は、サブ情報としてアナログ信号を角度情報に変換した値、または、メイン情報として角度情報をアナログ出力換算した値を用いて異常検出を行う。

本実施形態の回転角センサ３１は、デジタル信号およびアナログ信号を出力するデジタル／アナログ混載のセンサとなっている。本実施形態では、メイン検出素子４０１を制御用、サブ検出素子４０２、４０３を異常検出用としている。そこで、回転角センサ３１において、検出精度が求められるメイン検出素子４０１に対してデジタル処理回路である信号処理部４５０を設けているのに対し、制御用と比較して検出精度が要求されない異常検出用のサブ検出素子４０２、４０３に対するデジタル処理回路を省略している。これにより、制御用のメイン検出素子４０１の検出精度を確保しつつ、回転角センサ３１の構成を簡素化することができる。

また、サブ検出素子４０２、４０３の検出値に係るアナログ信号を角度換算した値、または、メイン検出素子４０１に係る角度情報をアナログ出力（本実施形態ではｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号）に換算した値を用い、データを揃えることで、センサ側の構成を簡素化していても、適切に異常検出を行うことができる。

回転角センサ３１は、１つのメイン検出素子４０１、および、２つのサブ検出素子４０２、４０３を有する。これにより簡素な構成にて、異常系統を特定することができる。

メイン検出素子４０１およびサブ検出素子４０２、４０３は、同一の封止部３１１に封止されている。これにより、回転角センサ３１の体格を小型化することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態を図７および図８に示す。図７、図１７および図２０では、異常検出部６５の記載を省略した。また、以降の実施形態に係る図ではＮＣ端子６０４、６０５を省略した。図７および図８に示すように、回転検出装置２は、回転角センサ３２および制御部６０を有する。回転角センサ３２は、チップ４１～４３、信号処理チップ４５、および、これらを封止する封止部３１１を有する。サブチップ４２はサブ検出素子４０２を有し、サブチップ４３はサブ検出素子４０３を有する。すなわち本実施形態ではサブ検出素子４０２、４０３が別のチップにて構成されている。

図８に示すように、チップ４１～４３は、信号処理チップ４５の上側に実装される。メインチップ４１は信号処理チップ４５の略中央に配置され、サブチップ４２、４３はチップ４１を挟んで両側に配置される。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
第３実施形態を図９および図１０に示す。図１０は、図６と対応する側面図であるが、非導電性接着材４９の記載を省略した。後述の実施形態も同様である。図９および図１０に示すように、回転角センサ３３は、第２実施形態と同様、チップ４１～４３、信号処理チップ４５、および、これらを封止する封止部３１１を有する。メインチップ４１は信号処理チップ４５上の略中央に実装される。サブチップ４２、４３は、信号処理チップ４５を挟んで両側に配置される。

メインチップ４１を中心線Ｃ上に配置し、サブチップ４２、４３をチップ４１に対して点対称に配置することで、サブ検出素子４０２、４０３の出力の平均と、メイン検出素子４０１の出力とを略一致させることができる。ここで、点対称配置とは、サブ検出素子４０２、４０３の検出値の平均値がメイン検出素子４０１の検出値と一致しているとみなせる程度の誤差は許容されるものとし、サブチップ４２、４３の配置は図９および図１０と異なっていてもよい。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第４、第５実施形態）
第４実施形態を図１１～図１３、第５実施形態を図１４～図１６に示す。図１１および図１２に示すように、第４実施形態の回転角センサ３４では、メインチップ４１が信号処理チップ４５上に配置され、サブチップ４２、４３は信号処理チップ４５の一方の辺に沿って配置されている。サブチップ４２、４３を隣接して配置することで、回転角センサ３４を小型化することができる。また、サブ検出素子４０２、４０３の検出誤差を小さくすることができる。

図１４および図１５に示すように、第５実施形態の回転角センサ３５では、メインチップ４１が信号処理チップ４５上に配置され、サブチップ４２、４３は信号処理チップ４５の一方側において、信号処理チップ４５側からサブチップ４２、４３の順に配列されている。また、第１実施形態のように、複数のサブ検出素子４０２、４０３を１つのサブチップ４４にて構成してもよい（図１３および図１６参照）。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第６実施形態）
第６実施形態を図１７～図１９に示す。図１７に示すように、回転検出装置３は、回転角センサ３６、および、制御部６０を有する。回転角センサ３６は、３つの封止部３６１、３６２、３６３を有する。

メイン封止部３６１には、メインチップ４１および信号処理チップ４５が封止され、出力端子３８１および電源端子３８５、３８６が設けられる。サブ封止部３６２には、サブチップ４２が封止され、出力端子３８２および電源端子３８７が設けられる。サブ封止部３６３には、サブチップ４３が封止され、出力端子３８３および電源端子３８８が設けられる。すなわち本実施形態では、検出素子ごとに別パッケージとなっている。検出素子ごとに別パッケージとすることで、基板２１に実装する際の配置の自由度が高まる。

図１８に示すように、メイン封止部３６１は、基板２１のモータ面２１１側の中心線Ｃ上に配置される。サブ封止部３６２、３６３は、基板２１のモータ面２１１において、メイン封止部３６１を挟んで両側に配置される。サブ封止部３６２、３６３を点対称配置することで、サブ検出素子４０２、４０３の出力の平均と、メイン検出素子４０１の出力とを略一致させることができる。

また、図１９に示すように、サブ封止部３６２、３６３を基板２１のカバー面２１２に実装してもよい。これにより、サブ検出素子４０２、４０３を中心線Ｃに近接させることができ、マグネット８７５と検出素子４０１～４０３との距離の差を小さくできるので、検出誤差を低減することができる。

メイン検出素子４０１とサブ検出素子４０２、４０３とは、別途の封止部３６１、３６２に封止されており、同一の基板２１に実装されている。メイン検出素子４０１と、サブ検出素子４０２、４０３とを別パッケージとすることで、基板２１上での配置の自由度が高まる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第７実施形態）
第７実施形態を図２０および図２１に示す。図２０に示すように、回転検出装置４は、回転角センサ３７、および、制御部６０を有する。回転角センサ３７は、封止部３６１、３６４を有する。サブ封止部３６４には、サブチップ４２、４３が封止され、出力端子３８２、３８３および電源端子３８７、３８８が設けられる。すなわち本実施形態では、異常検出用のサブ検出素子４０２、４０３が１つのパッケージとなっており、制御用のメイン検出素子４０１が異常検出用のサブ検出素子４０２、４０３とは別パッケージとなっている。図２１に示すように、封止部３６４は、基板２１のカバー面２１２の中心線Ｃ上に実装される。

サブ検出素子４０２、４０３を１つのパッケージとすることで、サブ検出素子４０２、４０３を個別にパッケージする場合と比較し、基板２１における実装面積を低減することができる。また、マグネット８７５とサブ検出素子４０２、４０３との距離を相対的に小さくすることができるので、系統間の出力誤差を低減することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第８実施形態）
第８実施形態以降は、主に異常検出について説明する。第８実施形態を図２２に示す。図２２に示すように、回転検出装置５は、回転角センサ３１、および、制御部６１を備える。図２２等では、センサ側の構成として第１実施形態の回転角センサ３１を記載しているが、第２実施形態以降のものを用いてもよい。また、電源に係る構成の記載を省略した。

制御部６１は、ＡＤ変換部６１２、６１３、逆角度演算部６２１、および、異常検出部６５を有する。上記実施形態にて説明したように、メイン検出素子４０１の検出値は角度換算されたデジタル信号にて制御部６１に出力され、サブ検出素子４０２、４０３の検出値はアナログ信号にて制御部６１に出力される。すなわち、メイン検出素子４０１に係る検出値と、サブ検出素子４０２、４０３に係る検出値とで、制御部６１にて取得されるデータが異なっているため、直接的な比較を行うことができない。

そこで本実施形態では、逆角度演算部６２１にて、デジタル信号に含まれるモータ回転角θに基づき、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を演算する。モータ回転角θからｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を演算することは、角度情報をアナログ出力換算している、と捉えることができる。異常検出部６５は、検出素子４０１～４０３に係るｓｉｎ信号同士の比較、および、ｃｏｓ信号同士の比較を行う。これにより、検出素子４０１～４０３の異常検出、および、多数決の理論での異常系統の特定を行うことができる。

本実施形態では、メイン情報として、角度情報であるモータ回転角θをｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号にアナログ出力換算した値を用いて異常検出を行う。これにより、ｓｉｎ信号同士、ｃｏｓ信号同士の比較により、適切に異常検出を行うことができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第９実施形態）
第９実施形態を図２３に示す。図２３に示すように、回転検出装置６は、回転角センサ３１、および、制御部６２を備える。制御部６２は、ＡＤ変換部６１２、６１３、角度演算部６２２、６２３、および、異常検出部６５を有する。

角度演算部６２２は、サブ検出素子４０２に係るｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号のＡＤ変換値を用いてモータ回転角θＢを演算する。角度演算部６２３は、サブ検出素子４０３に係るｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号のＡＤ変換値を用いてモータ回転角θＣを演算する。また、角度演算部４５２で演算されるメイン検出素子４０１の検出値に基づくモータ回転角をθＡとする。

異常検出部６５は、検出素子４０１～４０３の検出値に基づいて演算されたモータ回転角θＡ、θＢ、θＣを比較することで、検出素子４０１～４０３の異常検出、および、多数決の理論での異常系統の特定を行うことができる。

本実施形態では、サブ情報として、アナログ信号を角度情報であるモータ回転角θに換算した値を用いて異常検出を行う。これにより、モータ回転角θＡ、θＢ、θＣの比較により、適切に異常検出を行うことができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第１０実施形態）
第８実施形態を図２４および図２５に示す。図２４に示すように、回転検出装置７は、回転角センサ３１、制御部６３、および、フィルタ回路６９を備える。フィルタ回路６９は、検出素子４０２、４０３のｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号のノイズを抑制する。

制御部６３は、ＡＤ変換部６１２、６１３、角度演算部６２２、６２３、タイミング補正部６３０、異常検出部６５等を有する。タイミング補正部６３０は、異常検出に用いるモータ回転角θＡ、θＢ、θＣの演算に用いられたｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の取得タイミングの系統間でのずれを補正する補正演算を行う。

系統間の信号取得タイミングずれを図２５に基づいて説明する。図２５に示すように、モータ回転角θＡは、時刻ｘ０の検出値に基づいて演算された値θ０が時刻ｘ０から時刻ｘ１の間継続され、時刻ｘ１の検出値に基づいて演算された値θ１が時刻ｘ１から時刻ｘ２の間継続される、といった具合に、回転角センサ３１のＩＣ内にて定期的に更新される。ここでは簡略化のためＡＤ変換に要する時間は省略している。図２５では時刻ｘ０に対応する角度θ０から時刻ｘ５に対応する角度θ５を示した。

時刻ｘｄにて、制御部６３が回転角センサ３１からメイン系統に係るデータ取得を行う場合、遅延時間Ｄ１の分、遅れたデータを取得することになる。遅延時間Ｄ１は、回転角センサ３１のデータ更新タイミング、および、データ取得タイミングに応じて変動する。また、時刻ｘｄにて回転角センサ３１にて送信されたモータ回転角θＡは、通信時間に応じた遅延時間Ｄ２後の時刻ｘｍにて異常検出に利用可能となる。

サブ検出素子４０２、４０３から出力されるアナログ信号は、制御部６３に常時入力されている。本実施形態では、フィルタ回路６９が設けられているため、遅延時間Ｄ３が生じる。また、時刻ｘｄにてデータ取得を行う場合、モータ回転角θＢ、θＣは、角度演算部６２２、６２３での角度演算に要する時間に応じた遅延時間Ｄ４後の時刻ｘｓにて異常検出に利用可能となる。

すなわち、時刻ｘｄにおける指令に基づいて取得されるモータ回転角θＡと、同じ時刻ｘｄにおける指令に基づいて角度演算されるモータ回転角θＢ、θＣとでは、遅延時間Ｄ１～Ｄ４に応じたズレが生じる。また、モータ回転角θＡ、θＢ、θＣは、モータ８１の回転に応じて経時的に変化する値であるため、異常検出部６５では、検出素子４０１～４０３での検出タイミングが略同時である値を用いて異常検出を行うことが好ましい。

そこで本実施形態では、タイミング補正部６３０にて、遅延時間Ｄ１～Ｄ４に応じたデータ検出タイミングズレを補正する推定演算を行うことで、モータ回転角θＡ、θＢ、θＣの検出タイミングズレを低減する。タイミング補正部６３０は、例えば前回値を用い、等速直線による推定や加速度による推定等により、モータ回転角θＡを補正する。複数回分の過去値を用いて推定を行ってもよい。また、本実施形態では、タイミング補正部６３０は、モータ回転角θＡを補正しているが、モータ回転角θＢ、θＣを補正してもよいし、モータ回転角θＡ、θＢ、θＣをそれぞれ補正するようにしてもよい。これにより、特に高速回転にて発生する検出タイミングによる角度ズレを抑制可能であり、適切に異常検出を行うことができる。

本実施形態では、制御部６３は、メイン情報またはサブ情報の少なくとも一方のデータタイミングを補正するタイミング補正部６３０を有する。これにより、メイン系統とサブ系統とでデータのタイミングズレを低減可能であるので、より適切に異常検出を行うことができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第１１実施形態）
第１１実施形態を図２６に示す。第１１実施形態の構成は図２３であるものとし、異常検出に用いるデータの取得タイミングを中心に説明する。

第１１実施形態の説明に先立ち、図２９に示す参考例を説明する。ここでは簡略化のため、フィルタ遅延についての説明は省略する。上記実施形態でも説明したように、本実施形態では、メイン検出素子４０１の検出値は回転角センサ３１にて角度演算されたモータ回転角θＡとしてデジタル通信にて制御部６２に出力され、サブ検出素子４０２、４０３の検出値はアナログ信号にて制御部６２に常時出力される。

図２９に矢印ＣＭで示すように、時刻ｘ２にて、制御部６２からの指令に応じてモータ回転角θＡを取得する場合、取得される値は時刻ｘ０の検出値に基づいて演算された値θ０となる。また矢印ＣＳで示すように、矢印ＣＭと同じタイミングである時刻ｘ２にて、制御部６２での指令によりサブ検出素子４０２、４０３に係るｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号のＡＤ変換および角度演算を行うと、演算されるモータ回転角θＢ、θＣは、時刻ｘ２の検出値に基づいて演算された値θ２となる。したがって、モータ回転角θＡと、モータ回転角θＢ、θＣとでデータのタイミングズレが生じる

そこで本実施形態では、制御部６２にてメイン系統からモータ回転角θＡの取得を指令するタイミングと、サブ系統からＡＤ変換によるデータ取得を指令するタイミングとを異ならせる。本実施形態では、通信部４５５からデジタル信号を取得することをメイン系統におけるデータ取得とし、ＡＤ変換部６１２、６１３にてＡＤ変換を行うことをサブ系統におけるデータ取得とする。

図２６に矢印ＣＳで示すように、時刻ｘ２にて、制御部６２の指令により検出素子４０２、４０３に係るｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号のＡＤ変換および角度演算を行うと、演算されるモータ回転角θＢ、θＣは、時刻ｘ２の検出値に基づいて演算された値θ２となる。異常検出部６５は、モータ回転角θＢ、θＣの値を値θ２として保持しておく。

また、矢印ＣＭで示すように、時刻ｘ２からＡＤ変換時間および角度演算時間に応じて遅らせたタイミングである時刻ｘ４にて、制御部６２からの指令によりモータ回転角θＡを取得すると、取得された値は時刻ｘ２の検出値に基づいて演算された値θ２となる。異常検出部６５では、保持されていたモータ回転角θＢ、θＣと、タイミングをずらして取得されたモータ回転角θＡとを比較することで、概ね揃ったタイミングの検出値に応じたデータを用いて異常判定を行うことができる。また、第１０実施形態の補正演算をさらに行ってもよい。

本実施形態では、異常検出部６５は、異なるタイミングで取得されたメイン情報およびサブ情報を用いて異常検出を行う。これにより、メイン系統とサブ系統とで同時にデータを取得した場合と比較し、メイン系統とサブ系統とでのデータのタイミングズレを低減可能であるので、より適切に異常検出を行うことができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第１２実施形態）
第１２実施形態を図２７に示す。図２７に示すように、回転検出装置８は、回転角センサ３８、および、制御部６４を備える。回転角センサ３８の信号処理部４５８は、信号補正部６３１が設けられている点以外は、信号処理部４５０と同様である。ここでは、検出素子４０１～４０３のチップ構成は第１実施形態のものを例示したが、第２実施形態等のものとしてもよい。制御部６４は、信号補正部６３２、６３３、および、角度補正部６４１～６４３が設けられている点以外は、制御部６２と同様である。

信号補正部６３１～６３３は、対応するＡＤ変換部４５１、６１２、６１３と角度演算部４５２、６２２、６２３との間に設けられている。本実施形態では、メイン系統に係る信号補正部６３１は回転角センサ３８に設けられており、サブ系統に係る信号補正部６３２、６３３は制御部６４に設けられている。信号補正部６３１～６３３は、検出素子４０１～４０３から出力されるｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の振幅、位相およびオフセットの少なくとも１つを補正する。

角度補正部６４１～６４３は、角度演算部４５２、６２２、６２３と異常検出部６５との間であって、いずれも制御部６４に設けられる。角度補正部６４１～６４３は、演算されたモータ回転角θＡ、θＢ、θＣについて、外乱磁場による磁場の乱れ、マグネット８７５の中心からの距離、組み付け誤差等による角度ズレを、例えばマップ演算により補正する。マップ演算に替えて、多項式等の関数を用いて補正してもよい。

信号補正部６３１～６３３および角度補正部６４１～６４３を設けることで、検出信号誤差や角度演算誤差を異常であると誤判定するのを防ぐことができる。また、サブ系統においても信号補正部６３２、６３３および角度補正部６４２、６４３を設けることで、メイン系統に異常が生じた場合のバックアップ時においても、比較的高精度にて角度演算を継続することができる。

また、信号補正部６３１～６３３および角度補正部６４１～６４３は、必ずしも全て設ける必要はなく、少なくとも一部を省略してもよい。例えばサブ系統において、信号補正および角度補正を行わなくても異常検出部６５にて誤判定しない程度であれば、信号補正部６３２、６３３または角度補正部６４２、６４３を省略することで、構成を簡素化することができる。

本実施形態では、回転角センサ３８に設けられメイン検出素子４０１の検出信号を補正する信号補正部６３１、および、制御部６４に設けられサブ検出素子４０２、４０３の検出信号を補正する信号補正部６３２、６３３の少なくとも一方を有する。これにより、振幅、オフセット、位相等の誤差が低減されるので、各種演算や異常検出をより精度よく行うことができる。

また、制御部６４は、メイン検出素子４０１の検出信号に応じたモータ回転角θＡ、および、サブ検出素子４０２、４０３の検出信号に応じたモータ回転角θＢ、θＣの少なくとも一方を補正する角度補正部６４１～６４３を有する。これにより、外乱磁場や、マグネット８７５との位置関係による誤差が低減されるので、各種演算や異常検出をより精度よく行うことができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第１３実施形態）
第１３実施形態を図２８に示す。図２８に示すように、回転検出装置９は、回転角センサ１３０、２３０と、制御部１６０、２６０と、を備える。回転角センサ１３０、２３０は、検出素子４０３に係る系統が省略されておりサブ系統が１系統となっている点を除き、第１２実施形態と同様である。また、制御部１６０、２６０は、検出素子４０３に係る系統が省略されておりサブ系統が１系統となっている点を除き、第１２実施形態と同様である。回転角センサ１３０、２３０は、上記のいずれの実施形態に対応するものとして構成してもよい。また、回転角センサ１３０と回転角センサ２３０とで構成が異なっていてもよい。制御部１６０、２６０についても同様である。

回転角センサ１３０の封止部１３１には、電源端子９１０～９１２が設けられている。電源端子９１０はＰＩＧ電源９００と接続され、電源端子９１１、９１２はＩＧ電源９０１と接続される。回転角センサ２３０の封止部２３１には、電源端子９１５～９１７が設けられている。電源端子９１５はＰＩＧ電源９０５と接続され、電源端子９１６、９１７はＩＧ電源９０６と接続される。

また、封止部１３１には、出力端子９２１、９２２が設けられている。出力端子９２１は、制御部１６０の端子９３１と接続され、メイン系統に係るデジタル信号の出力に用いられる。出力端子９２２は、制御部１６０の端子９３１と接続され、サブ系統に係るアナログ信号の出力に用いられる。

封止部２３１には、出力端子９２６、９２７が設けられている。出力端子９２６は、制御部２６０の端子９３６と接続され、メイン系統に係るデジタル信号の出力に用いられる。出力端子９２２は、制御部２６０の端子９２７と接続され、サブ系統に係るアナログ信号の出力に用いられる。

本実施形態では、制御部１６０、２６０は複数であって、回転角センサ１３０、２３０は、制御部１６０、２６０ごとに設けられている。すなわち本実施形態では、制御部１６０、２６０と回転角センサ１３０、２３０との組み合わせが複数組（本実施形態では２組）設けられているので、一方の制御部が異常になった場合であっても、他方の制御部によりモータ８０の駆動を継続することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

実施形態では、回転検出装置１～９が「検出装置」、モータ８０が「検出対象」、回転角センサ３１～３８、１３０、２３０が「センサ」、ＡＤ変換部４５１が「メインデジタル変換部」、ＡＤ変換部６１２、６１３が「サブデジタル変換部」、信号補正部６３１が「メイン信号補正部」、信号補正部６３２、６３３が「サブ信号補正部」、角度補正部６４１～６４３が「状態量補正部」に対応する。また、モータ回転角θが「状態情報」および「角度情報」に対応する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、回転角センサには、１つのメイン検出素子、および、１または２のサブ検出素子が設けられている。他の実施形態では、２以上のメイン検出素子、および、３以上のサブ検出素子を設けてもよい。

上記実施形態では、検出素子ごとに電源端子が設けられている。他の実施形態では、複数の検出素子にて電源端子を共用してもよい。また、上記実施形態では、メインチップには常時給電されている。他の実施形態では、メインチップへの常時給電を行わなくてもよい。

上記実施形態では、１つの回転角センサに対して１つの制御部が設けられている。他の実施形態では、１つの回転角センサに対して複数の制御部を設けてもよい。上記実施形態は、センサはモータの回転を検出する回転角センサである。他の実施形態では、センサは、例えばトルクセンサやステアリングセンサ等、回転角センサ以外であってもよく、検出対象はモータに限らず、例えばステアリングシャフト等であってもよい。

上記実施形態では、モータは三相ブラシレスモータである。他の実施形態では、モータ部は、三相ブラシレスモータに限らず、どのようなモータであってもよい。また、モータ部は、モータ（電動機）に限らず、発電機であってもよいし、電動機および発電機の機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであってもよい。上記実施形態では、検出装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、検出装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明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。

１～９・・・回転検出装置（検出装置）
３１～３８、１３０、２３０・・・回転角センサ（センサ）
４０１・・・メイン検出素子
４０２、４０３・・・サブ検出素子
４５１・・・ＡＤ変換部（メインデジタル変換部）
４５２・・・角度演算部（演算部）
６０～６４、１６０、２６０・・・制御部
６１２、６１３・・・ＡＤ変換部（サブデジタル変換部）
６５・・・異常検出部

Claims (10)

1. 検出対象（８０）の物理量の変化を検出する少なくとも１つのメイン検出素子（４０１）、前記検出対象の物理量の変化を検出する少なくとも１つのサブ検出素子（４０２、４０３）、前記メイン検出素子の検出信号をデジタル変換するメインデジタル変換部（４５１）、デジタル変換された前記メイン検出素子の検出信号を用いて状態情報の演算を行う演算部（４５２）を有し、前記状態情報を含むデジタル信号、および、前記サブ検出素子の検出信号に応じたアナログ信号を出力するセンサ（３１～３８、１３０、２３０）と、
   前記センサから取得した前記アナログ信号をデジタル変換するサブデジタル変換部（６１２、６１３）、および、前記デジタル信号に含まれる前記状態情報に応じたメイン情報と、デジタル変換された前記サブ検出素子の検出信号に応じたサブ情報とを用いて異常検出を行う異常検出部（６５）を有する制御部（６０～６４、１６０、２６０）と、
   を備え、
   前記異常検出部は、前記サブ情報として前記アナログ信号を前記状態情報に換算した値、または、前記メイン情報として前記状態情報をアナログ出力換算した値を用いて異常検出を行う検出装置。
2. 前記制御部は、前記メイン情報および前記サブ情報の少なくとも一方のデータタイミングを補正するタイミング補正部（６３０）を有する請求項１に記載の検出装置。
3. 前記異常検出部は、異なるタイミングで取得された前記メイン情報および前記サブ情報を用いて異常検出を行う請求項１または２に記載の検出装置。
4. 前記センサに設けられ前記メイン検出素子の検出信号を補正するメイン信号補正部（６３１）、および、前記制御部に設けられ前記サブ検出素子の検出信号を補正するサブ信号補正部（６３２、６３３）の少なくとも一方を有する請求項１～３のいずれか一項に記載の検出装置。
5. 前記制御部は、前記メイン検出素子の検出信号に応じた前記状態情報、および、前記サブ検出素子の検出信号に応じた前記状態情報の少なくとも一方を補正する状態量補正部（６４１～６４３）を有する請求項１～４のいずれか一項に記載の検出装置。
6. 前記センサは、１つの前記メイン検出素子、および、２つの前記サブ検出素子を有する請求項１～５のいずれか一項に記載の検出装置。
7. 前記制御部は、複数であって、
   前記センサは、前記制御部ごとに設けられている請求項１～６のいずれか一項に記載の検出装置。
8. 前記メイン検出素子および前記サブ検出素子は、同一の封止部（３１１）に封止されている請求項１～７のいずれか一項に記載の検出装置。
9. 前記メイン検出素子と前記サブ検出素子とは、別途の封止部（３６１～３６４）に封止されており、同一の基板（２１）に実装されている請求項１～７のいずれか一項に記載の検出装置。
10. 前記メイン検出素子および前記サブ検出素子は、前記検出対象の回転状態を検出するものであって、
    前記状態情報は、前記検出対象の回転角に応じた角度情報である請求項１～９のいずれか一項に記載の検出装置。

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