JP7459233B2

JP7459233B2 - 冗長レゾルバ及び冗長レゾルバを搭載した電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP7459233B2
Application number: JP2022513793A
Authority: JP
Inventors: 紘子池田; 昇平藤倉; 辰也森; 憲司池田; 建太久保; 俊宏松永
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2024-04-01
Anticipated expiration: 2040-04-09
Also published as: US12163809B2; EP4134631A1; EP4134631A4; JPWO2021205596A1; US20230125647A1; CN115443401A; WO2021205596A1

Description

本願は、冗長レゾルバ及び冗長レゾルバを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。

回転子と固定子の空隙におけるパーミアンスの変化を利用したレゾルバにおいて、異なる励磁回路に接続された２組の励磁巻線を有する多重系のレゾルバ、いわゆる冗長レゾルバが知られている。

例えば、特許文献１においては、２つの励磁巻線を有する冗長レゾルバにおいて、軸方向寸法を小さくするために、一つのレゾルバ固定子を周方向に分割し、第一系統、第二系統とすることで冗長化したものが開示されている。

特許第４１４７９３０号特開２００９－２２２４３５号公報

しかしながら、特許文献１では、第一系統および第二系統を構成するティースの数が、レゾルバステータの全ティース数の半数であるため、一重系のレゾルバと比較して角度検出精度が悪化するという課題があった。

このような冗長レゾルバにおける角度検出精度の悪化を抑制するために、２つのレゾルバを軸線方向に２段積みし、一方のレゾルバには第一出力巻線のみを巻回し、他方のレゾルバには第二出力巻線のみを巻回したものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、特許文献２では、２つのレゾルバを、シャフトを介して２段積みしているため、一系統レゾルバに比べ、軸線方向寸法が２倍に増大するという課題があった。

本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、大型化することなく、主系統の角度検出精度が高い冗長レゾルバを提供することを目的とする。

本願に開示される冗長レゾルバは、
Ｎx（Ｎxは自然数）個の突極を有する回転子、回転子と対向し回転子の全周に渡ってＮs（Ｎsは３以上の整数）個配置されたティースを有する固定子、ティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線、を有し、Ｎｓ個のティースのうちＮｓｍ（Ｎｓｍは２以上の整数）個のティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線を主系統とし、Ｎｓ－Ｎｓｍ個のティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線を副系統とし、前記主系統に対応するティース数Ｎｓｍが前記副系統に対応するティース数Ｎｓ－Ｎｓｍより多く構成されたレゾルバ本体、
励磁巻線に電圧を印加する励磁回路、
主系統における２相の出力巻線の電圧を入力し主系統における角度を演算する主系統角度演算部、
副系統における２相の出力巻線の電圧を入力し副系統における角度を演算する副系統角度演算部、
主系統角度演算部と前記副系統角度演算部とを接続し、主系統および副系統がいずれも正常な場合は、主系統角度演算部で演算された主系統検出角度を回転電機の制御装置に出力し、主系統が故障している場合は、副系統角度演算部で演算された副系統検出角度を回転電機の制御装置に出力し、副系統が故障している場合は、主系統検出角度を回転電機の制御装置に出力する角度演算部通信器、
を備え、
前記主系統のティースに巻かれる励磁巻線と前記副系統に巻かれる励磁巻線は巻方向が正方向と負方向が交互に配置されて連続しており、
励磁回路は、主系統に対応する励磁巻線に電圧を印加する主系統励磁回路および副系統に対応する励磁巻線に電圧を印加する副系統励磁回路から構成され、主系統励磁回路が励磁巻線に供給する交流電圧の主系統励磁周波数と、副系統励磁回路が励磁巻線に供給する交流電圧の副系統励磁周波数とが異なる周波数であり、
主系統角度演算部は、主系統の励磁信号の周期の２倍でサンプルした値に基づいて主系統の励磁信号のピークに加算された副系統の励磁信号周波数の成分を除去することにより主系統の励磁信号の成分を抽出し、
副系統角度演算部は、副系統の励磁信号の周期の２倍でサンプルした値に基づいて副系統の励磁信号のピークに加算された主系統の励磁信号周波数の成分を除去することにより副系統の励磁信号の成分を抽出することを特徴とするものである。

本願に開示される冗長レゾルバによれば、主系統を構成するステータのティース数を全ティース数の半数より多くすることで、大型化することなく、角度検出精度が向上する。

実施の形態１に係る冗長レゾルバを回転電機に取り付けた例を示す図である。制御回路のハードウエア構成の一例を示す図である。実施の形態１に係る冗長レゾルバの構成を示す図である。実施の形態１に係る冗長レゾルバのレゾルバ本体の断面図である。実施の形態１に係る冗長レゾルバの固定子の断面図である。実施の形態１に係る冗長レゾルバの励磁巻線の巻数を示す図である。実施の形態１に係る冗長レゾルバの出力巻線の巻数を示す図である。実施の形態１に係る冗長レゾルバと比較例との角度検出精度を示す図である。実施の形態１に係る冗長レゾルバの主系統のティースの数と角度検出精度の関係を示す図である。実施の形態２に係る冗長レゾルバの構成を示す図である。実施の形態２に係る冗長レゾルバの主系統の励磁信号および副系統の励磁信号を示す図である。実施の形態２に係る冗長レゾルバの主系統の出力信号波形を示す図である。実施の形態２に係る冗長レゾルバの副系統の出力信号波形を示す図である。実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。
実施の形態１．
<励磁同期>
以下、実施の形態１に係る冗長レゾルバについて説明する。
図１は、本実施の形態１に係る冗長レゾルバ１を回転電機に取り付けた例を示す図である。なお、回転電機２のシャフト３に取り付けた例を示すが、その他、種々の装置の回転部（回転体）の回転軸であれば、取り付け対象は回転電機に限るものではない。

図１において、冗長レゾルバ１は回転電機２の回転軸であるシャフト３に取り付けられている。冗長レゾルバ１は、センサであるレゾルバ本体４とそれを制御する制御回路５とを具備する。レゾルバ本体４は、一対の固定子４１と回転子４２とを備え、固定子４１には巻線４３が巻回されている。回転子４２はシャフト３を介して回転電機２の回転部と接続されている。制御回路５は、巻線４３のうち後述する励磁巻線に交流電圧を印加して励磁する励磁回路５１と巻線４３のうち後述する出力巻線の信号波形から回転角度を演算する角度演算部５２とを備える。図３で後述するように、励磁回路５１および角度演算部５２は、主系統と副系統に励磁回路５１１、５１２、角度演算部５２１、５２２を備える。

制御回路５のマイコンのハードウエアの一例を図２に示す。プロセッサ５００と記憶装置５１０から構成され、図示していないが、記憶装置５１０はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ５００は、記憶装置５１０から入力されたプログラムを実行することにより、例えば、角度演算部５２での角度演算を行う。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ５００にプログラムが入力される。また、プロセッサ５００は、演算結果等のデータを記憶装置５１０の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
なお、制御回路５内のハードウエアはマイコンでなくてもよく、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、簡単な論理回路、またはリレーなどでもよい。

図３は、本実施の形態１に係る冗長レゾルバ１の構成を示す図である。図において冗長レゾルバ１は主系統１０１のレゾルバと副系統１０２のレゾルバとを備えている。主系統１０１のレゾルバ及び副系統１０２のレゾルバは、巻線４３の構成として、第一出力巻線Ｓａ、第二出力巻線Ｓｂ、励磁巻線Ｒを有している。第一出力巻線Ｓａ及び第二出力巻線Ｓｂは角度演算部５２１、５２２にそれぞれ接続され、励磁巻線Ｒは励磁回路５１１、５１２にそれぞれ接続されている。主系統１０１の角度演算部５２１および副系統１０２の角度演算部５２２は角度演算部通信器６により接続されている。角度演算部通信器６には、主系統検出角度θｍと副系統検出角度θｓが入力され、主系統１０１および副系統１０２がいずれも正常な場合は主系統検出角度θｍを、例えば制御装置１３（図１４参照）へ出力する。

角度演算部通信器６には、主系統検出角度θｍと副系統検出角度θｓが入力され、主系統１０１が故障している場合には、副系統検出角度θｓを制御装置１３へ出力する。また、副系統１０２が故障している場合には、主系統検出角度θｍを制御装置１３へ出力する。同様に、主系統１０１の励磁回路５１１と副系統１０２の励磁回路５１２は励磁回路通信器７により接続されている。励磁回路通信器７では、主系統１０１の励磁回路５１１および副系統１０２の励磁回路５１２から出力される主系統励磁信号および副系統励磁信号の位相を一致させ、主系統１０１と副系統１０２との間の磁気干渉を回避している。このように、角度演算部５２１，５２２及び励磁回路５１１、５１２は各系統に設けられ、冗長性を確保している。

図４は、図１中、Ｘ―Ｘ線のレゾルバ本体４の断面図である。図４において、ヨーク４１２とティース４１１を有する固定子４１の各ティース４１１に巻線４３が巻回されている。突極部を有する回転子４２はシャフト３に取り付けられている。本実施の形態１において、冗長レゾルバ１の固定子のティース４１１の数Ｎｓは１２、回転子４２の突極の数Ｎｘを５とする。突極の数Ｎｘは軸倍角とも呼ばれている。

図５は、図４から回転子４２とシャフト３を除いた図で固定子４１の断面図に相当し、主系統１０１及び副系統１０２のレゾルバの一部構成を示す図である。上述したように、冗長レゾルバ１の固定子４１のティース４１１の数Ｎｓは１２である。図５中、各ティース４１１を時計方向にティースＴ１～ティースＴ１２とすると、図中Ｙ－Ｙ線で分けられるように、ティースＴ１～ティースＴ７からなる主系統ティース、ティースＴ８～ティースＴ１２からなる副系統ティースに周方向に２分割されている。つまり、主系統ティースの数は７つ、副系統ティースの数は５となり、主系統ティースの数が多い構成である。この主系統ティースは主系統１０１のレゾルバを、副系統ティースは副系統１０２のレゾルバを構成し、両者で二重系の冗長レゾルバ１を構成している。

次に、各ティースＴ１～Ｔ１２に巻回される巻線４３について説明する。
各ティースＴ１～Ｔ１２には、１相の励磁巻線Ｒと、２相の出力巻線である第一出力巻線Ｓａ、第二出力巻線Ｓｂからなる巻線群が巻回されている。つまり、主系統ティースＴ１～Ｔ７には、主系統１０１の励磁巻線Ｒ１～Ｒ７、主系統１０１の第一出力巻線Ｓａ１～Ｓａ７、主系統１０１の第二出力巻線Ｓｂ１～Ｓｂ７が巻回されている。同様に、副系統ティースＴ８～Ｔ１２には、副系統１０２の励磁巻線Ｒ８～Ｒ１２、副系統１０２の第一出力巻線Ｓａ８～Ｓａ１２、副系統１０２の第二出力巻線Ｓｂ８～Ｓｂ１２が巻回されている（図５中では、ティースＴ１の第一出力巻線Ｓａ１、第二出力巻線Ｓｂ１、励磁巻線Ｒ１、ティースＴ１１の第一出力巻線Ｓａ１１、第二出力巻線Ｓｂ１１、励磁巻線Ｒ１１のみを示している）。

主系統１０１の励磁巻線Ｒ１～Ｒ７および副系統１０２の励磁巻線Ｒ８～Ｒ１２はそれぞれレゾルバの延出部（図示せず）に設けられた励磁端子（図示せず）を介して主系統１０１の励磁回路５１１、副系統１０２の励磁回路５１２に接続されている。

主系統１０１の第一出力巻線Ｓａ１～Ｓａ７、主系統１０１の第二出力巻線Ｓｂ１～Ｓｂ７はそれぞれレゾルバの延出部に設けられた出力端子（図示せず）を介して主系統１０１の角度演算部５２１に接続されている。副系統１０２の第一出力巻線Ｓａ８～Ｓａ１２、副系統１０２の第二出力巻線Ｓｂ８～Ｓｂ１２はそれぞれレゾルバの延出部に設けられた出力端子（図示せず）を介して副系統１０２の角度演算部５２２に接続されている。主系統１０１の角度演算部５２１および副系統１０２の角度演算部５２２は、それぞれ第一出力巻線Ｓａ及び第二出力巻線Ｓｂの２相の出力巻線から出力される出力信号により、回転子の主統検出角度θｍおよび副系統検出角度θｓを計算して出力する（図３参照）。

図５中、ティースＴ１に着目すると、まず励磁巻線Ｒ１が巻回され、次に第一出力巻線Ｓａ１、第二出力巻線Ｓｂ１の順で巻回されている。すなわち、励磁巻線Ｒ１を先に巻き、その上から２相の出力巻線を巻いた構成となっている。この２相の第一出力巻線Ｓａ１、第二出力巻線Ｓｂ１の巻回する順序はこの順に限らず、いずれを先に巻回してもよい。また、２相の第一出力巻線Ｓａ１、第二出力巻線Ｓｂ１のうちいずれか１相の出力巻線を巻回しないティースを設ける場合がある。ティースＴ１を含む固定子鉄心と巻線Ｒ１、Ｓａ１、Ｓｂ１とは絶縁紙、塗装、樹脂等（図示せず）により絶縁されている。なお、ティースＴ１について説明したが、他のティースＴ２～Ｔ１２も同様の方法で励磁巻線Ｒ２～Ｒ１２、第一出力巻線Ｓａ２～Ｓａ１２、第二出力巻線Ｓｂ２～Ｓｂ１２が巻回されている。

励磁巻線Ｒ１～Ｒ７、第一出力巻線Ｓａ１～Ｓａ７、第二出力巻線Ｓｂ１～Ｓｂ７は、それぞれ直列に接続される。同様に、励磁巻線Ｒ８～Ｒ１２、第一出力巻線Ｓａ８～Ｓａ１２、第二出力巻線Ｓｂ８～Ｓｂ１２もそれぞれ直列に接続される。
なお、ここではそれぞれの巻線は、ティースＴ１～Ｔ７およびティースＴ８～Ｔ１２の順に直列に接続されるとしたが、巻き始めのティースはそれぞれ系統内の任意のティースＴｉであって、かつ隣接するティースから順に直列に接続されていても、同様の効果が得られる。

また、１相の励磁巻線Ｒと２相の出力巻線である第一出力巻線Ｓａ、第二出力巻線Ｓｂを周方向に並べて巻回するものとしたがこの限りではなく、径方向に並べる、あるいはティースごとに巻回する順序を変更する等しても同様の効果を得ることができる。

次に、本実施の形態１に係る冗長レゾルバの主系統１０１の励磁巻線Ｒ１～Ｒ７および副系統１０２の励磁巻線Ｒ８～Ｒ１２の巻数について説明する。図６は本実施の形態１に係る冗長レゾルバにおける巻線の分布を示す図である。図において、励磁巻数を振幅で規格化し、主系統ティースＴ１～Ｔ７および副系統ティースＴ８～Ｔ１２に巻かれる励磁巻線Ｒの巻数を連続的に示している。レゾルバの励磁巻線には、巻き方向（＋）、巻き方向（－）が定義されている。本実施の形態１における冗長レゾルバ１では、励磁巻線Ｒの巻方向（＋）と巻方向（―）が交互に配置されている。巻方向（＋）および巻方向（－）は、巻線の互いに異なる巻極性を表し、あるコイルの巻線の方向を巻き方向（＋）で表すと、巻線が逆向きに巻かれているコイルは巻き方向（－）と表現する。巻き方向（＋）の巻数と巻き方向（－）の巻数は、絶対値が同じである。よって、励磁巻線Ｒの空間次数Ｎｅは６である。すなわち、巻き方向（＋）の巻数を＋Ｘ回とすると巻き方向（－）の巻数は、－Ｘ回となる。なお、ここでは巻き方向（＋）、巻き方向（－）が交互に巻かれており、励磁巻線Ｒの空間次数が６であるとしたが、この限りではなく、巻き方向（＋）、巻き方向（－）が２ティースごとに配置された励磁巻線の空間次数が３となる巻線配置など、ほかの巻線配置であってもよい。

図７は、本実施の形態に係る冗長レゾルバ１の主系統１０１の第一出力巻線Ｓａ１～Ｓａ７、第二出力巻線Ｓｂ１～Ｓｂ７と副系統１０２の第一出力巻線Ｓａ８～Ｓａ１２、第二出力巻線Ｓｂ８～Ｓｂ１２の巻数の分布を示す図である。図において、出力巻数を振幅で規格化し、主系統ティースＴ１～Ｔ７および副系統ティースＴ８～Ｔ１２に巻かれる出力巻線の巻数を連続的に示している。ｉ番目のティースに巻回される第一出力巻線、第二出力巻線の巻数Ｎ_ＳａｉおよびＮ_Ｓｂｉは巻線の位相差が９０°であり、以下の式（１）で表すことができる。

ここで、Ｎ_１は出力巻線の巻数の振幅、θ_teethはティースの周方向位置を表している。励磁巻線Ｒの空間次数Ｎｅが６、軸倍角Ｎｘが５であるから、ここでは出力巻線の空間次数は１である。出力巻線は、ティースの周方向に正弦波状に分布している。巻数が小数になる場合は四捨五入して整数としている。ここで同図において、出力巻線の巻数は、その振幅、すなわちＮ_１で規格化している。

図８は、本実施の形態１に係る冗長レゾルバ１と、比較例、すなわち主系統ティースの数が６である冗長レゾルバの角度検出精度を比較したものである。縦軸は角度誤差の電気角５次成分を、比較例の値で規格化している。主系統ティースの数を７とすることで、出力信号を得るティースの数が増えるため、主系統１０１の角度検出精度を向上することができるといった効果を得ることができる。

本実施の形態１に係る冗長レゾルバ１は、主系統１０１の角度演算部５２１と副系統１０２の角度演算部５２２の間で通信し、主系統検出角度θｍを制御装置１３へ入力し、回転電機２を制御している。角度演算部５２１または角度演算部通信器６で主系統１０１の故障を検知した場合には副系統検出角度θｓを制御装置１３に入力する。角度演算部５２２または角度演算部通信器６で副系統１０２の故障を検知した場合には主系統検出角度θｍを制御装置１３に入力する。このように、本実施の形態１に係る冗長レゾルバでは、一重系レゾルバと同等の寸法でありながら冗長化が可能となり、かつ、ステータを半分に分けて冗長化した冗長レゾルバと比較して、正常時の角度検出精度を向上することができる。

図９は、主系統ティースの数を３から１１まで変化させたときの角度検出精度を示すものである。ここで、縦軸は角度誤差の電気角５次成分を、比較例の値で規格化している。主系統ティースの数を７以上、すなわち全ティースの数の半数より多くすることにより、主系統ティースと副系統ティースの数が同数であるときと比べ、角度検出精度を向上することが可能である。

ここで、本実施の形態１に係る冗長レゾルバの軸倍角Ｎｘを５、ティースの数Ｎｓを１２としたが、この限りではなく、Ｎｘは自然数、Ｎｓは３以上の整数であれば、他の数であっても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
<励磁周波数分離>
図１０は、本実施の形態２に係る冗長レゾルバ１ａの構成を示す図である。図において冗長レゾルバ１ａは主系統１０１ａのレゾルバと副系統１０２ａのレゾルバとを備えている。主系統１０１ａの励磁回路５１１ａと副系統１０２ａの励磁回路５１２ａは励磁回路通信器により接続されておらず、互いに独立している。このような構成にすることにより、励磁回路通信器による共通故障を防ぐことができるため、冗長レゾルバの安全性をより向上することができるといった効果を得ることができる。

上述したように、本実施の形態２に係る冗長レゾルバ１ａは、主系統１０１ａの励磁巻線Ｒ１～Ｒ７に励磁信号を与える励磁回路５１１ａと副系統１０２ａの励磁巻線Ｒ８～Ｒ１２に励磁信号を与える励磁回路５１２ａとは互いに独立して、冗長性を確保している。

しかし、互いに独立させることにより、主系統１０１ａの励磁信号および副系統１０２ａの励磁信号を同期させることが難しい。励磁回路５１１ａおよび励磁回路５１２ａを構成する、例えばマイコンには製造上ばらつきがあるため、主系統１０１ａの励磁信号および副系統１０２ａの励磁信号の周波数を同等に設計しても、完全に一致せず、微小な差が生じる。これにより、主系統１０１ａの励磁信号および副系統１０２ａの励磁信号の差異は一定ではなく時刻とともに変化し、他系統に影響を及ぼし、角度検出精度悪化の原因となる。

このため、それぞれの励磁回路５１１ａ、５１２ａから異なる周波数の励磁信号を、対応する励磁巻線Ｒに供給する。図１１は、本実施の形態２に係る冗長レゾルバ１の主系統１０１ａの励磁信号および副系統１０２ａの励磁信号を示したものである。主系統１０１ａの励磁信号の周波数ｆ１は１０ｋＨｚ、副系統１０２ａの励磁信号の周波数ｆ２は２０ｋＨｚである。なお、縦軸は励磁信号の電圧を振幅で規格化している。

さらに、主系統１０１ａの角度演算部５２１ａおよび副系統１０２ａの角度演算部５２２ａはそれぞれ他系統の周波数成分を除去する機能を有する。つまり、主系統１０１ａの第一出力信号、主系統１０１ａの第二出力信号から副系統１０２ａの励磁信号による成分を除去し、主系統１０１ａの励磁信号による成分のみを取り出す。また、副系統１０２ａの第一出力信号、副系統１０２ａの第二出力信号から主系統１０１ａの励磁信号による成分を除去し、副系統１０２ａの励磁信号による成分のみを取り出す。以下に、他系統の周波数成分を除去する方法について説明する。

図１２は、主系統１０１ａの出力信号の波形を説明する図で、上から順に、主系統１０１ａの出力信号、主系統１０１ａの励磁信号、副系統１０２ａの励磁信号の波形を示している。主系統１０１ａの出力信号は、本来、主系統１０１ａの励磁信号に対応した周波数ｆ１の波形となるところ、副系統１０２ａの励磁信号の周波数ｆ２の成分が加算された波形となる。

図１２に示すように、主系統１０１ａの励磁信号の＋Ａ、－Ａのそれぞれは、信号の正のピーク、負のピークに相当する。しかし、それぞれ副系統１０２ａの励磁信号成分＋Ｂｎが加算されるため、主系統１０１ａの出力信号では正弦波から歪んだ波形となることがわかる。そのため、この主系統１０１ａの出力信号を周期１/ｆ１でサンプルし、そのまま逆正接演算を行うと、副系統の励磁信号周波数ｆ２の成分に起因した誤差を生ずる。

そこで、主系統１０１ａの出力信号を２/ｆ１でサンプルし、｛（Ａ＋Ｂｎ）－（－Ａ＋Ｂｎ）｝/２とする。これにより、主系統１０１ａの励磁信号周波数ｆ１の成分Ａのみを抽出し、副系統１０２ａの励磁信号周波数ｆ２の成分Ｂｎを除去することが可能となり、回転角度の検出精度を向上することが可能である。

図１３は、副系統１０２ａの出力信号の波形を説明する図で、上から順に、副系統１０２ａの出力信号、副系統１０２ａの励磁信号、主系統１０１ａの励磁信号の波形を示している。副系統１０２ａの出力信号は、本来、副系統１０２ａの励磁信号に対応した周波数ｆ２の波形となるところ、主系統１０１ａの励磁信号の周波数ｆ１の成分が加算された波形となる。図に示すように、副系統１０２ａの励磁信号の＋Ｂ、－Ｂ、＋Ｂ、－Ｂのそれぞれは信号の正のピーク、負のピークに相当する。しかし、それぞれ主系統１０１ａの励磁信号成分＋Ａｎ１、＋Ａｎ２、―Ａｎ１、―Ａｎ２が加算されるため、副系統１０２ａの出力信号では正弦波から歪んだ波形となることがわかる。そのため、この副系統１０２ａの出力信号を周期１/ｆ２でサンプルし、そのまま逆正接演算を行うと、主系統１０１ａの励磁信号周波数ｆ１の成分に起因した誤差を生ずる。

そこで、副系統１０２ａの出力信号を２/ｆ２でサンプルし、｛（Ｂ＋Ａｎ１）＋（Ｂ－Ａｎ１）－（－Ｂ＋Ａｎ２）―（－Ｂ－Ａｎ２）｝/４とする。これにより、副系統１０２ａの励磁信号周波数ｆ２の成分Ｂのみを抽出し、主系統１０１ａの励磁信号周波数ｆ１の成分Ａｎを除去することが可能となり、回転角度の検出精度を向上することが可能である。

本実施の形態２における冗長レゾルバでは、一円状の固定子に主系統１０１ａと副系統１０２ａが配置されている。そして、系統ごとに異なる周波数の励磁信号を供給し、各角度演算部５２１ａ、５２２ａにおいて他系統の励磁信号の影響を除去している。このことにより、主系統１０１ａと副系統１０２ａとは独立した状態、すなわち、主系統１０１ａに着目すると、副系統１０２ａのティースに巻回された副系統１０２ａの励磁巻線Ｒには励磁信号が印加されず、副系統１０２ａが断線等の故障が起きた場合と同様の物理状態となる。逆に副系統１０２ａに着目すると、主系統１０１ａが断線等の故障が起きた場合と同様の物理状態となる。このことは、独立した励磁回路５１１ａ、５１２ａから互いに異なる周波数の励磁信号を供給することで、他系統の信号に影響しない信号が得られる、という優位性を示唆している。
このような構成にすることにより、励磁回路通信器による共通故障が起きないため安全性を向上することができるといった効果を得ることができる。また、主系統と副系統間の磁気干渉を回避することができるため、角度検出精度を向上することができる。

実施の形態３．
<電動パワーステアリングへの搭載>
以上説明した冗長レゾルバ１は、車両用の電動パワーステアリング装置に適用することができる。
以下、実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置について図１４を用いて説明する。

図１４は、自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置の概略構成図である。図１４において、シャフト８の一端には運転者が操作するステアリングホイール（図示せず）が連結されており、運転者がステアリングホイールを操舵し、そのトルクがシャフト８に伝達される。シャフト８はハウジング９内のラック軸（図示せず）に連結されている。ラック軸の両端には、それぞれ前右輪用タイロッド１０ａ、前左輪用タイロッド１０ｂが連結され、前右輪用タイロッド１０ａにはナックルアーム（図示せず）を介して右輪（図示せず）が連結され、前左輪用タイロッド１０ｂにはナックルアーム（図示せず）を介して左輪（図示せず）が連結されている。運転者のステアリングホイール操作に応じて、左右の前輪が操向される。なお、ラックブーツ１４は異物が装置内に侵入しないように設けられている。

電動パワーステアリング装置は、運転者が行うステアリングホイール操作をアシストする。そのアシストは運転者がステアリングホイールを操舵し、操舵トルクを発生させた場合、その操舵トルクを補助する補助トルクを発生させることにより行われる。この補助トルクは、図１で説明したように、永久磁石型回転電機である回転電機２を動力源として発生させる。運転者がステアリングホイールを操舵すると、シャフト８に取り付けられたトルクセンサ１１によりトルクが検知される。検知されたトルクは主系統電力供給源２０および副系統電力供給源２１に伝達される。また、車速などの車両の情報も電気信号に変換され主系統電力供給源２０および副系統電力供給源２１に伝達される。主系統電力供給源２０および副系統電力供給源２１は検知されたトルクと車速などの車両の情報から、必要なアシストトルクを演算し、回転電機の制御装置１３（インバータなど）を通じて回転電機２に電流を供給する。制御装置１３には電源２２から電源コネクタを介して電力が供給される。また、図１で説明したように、回転電機２のシャフト３に冗長レゾルバ１が取り付けられている。冗長レゾルバ１は、回転電機２の回転子の回転角を検出し、それに対応する回転角度信号を出力する。なお、制御装置１３は、制御回路５同様、図２で示したハードウエア構成で構成されていてもよい。

回転電機２は、ラック軸の移動方向（矢印Ｚ）に平行な向きに配置されている。回転電機２で発生したトルクはギヤボックス１２内のベルト及びボールネジに伝達され、ハウジング８内部にあるラック軸を矢印Ｚの方向に動かす推力を発生させる。この推力により、運転者の操舵力をアシストする。回転電機２による推力と運転者による操舵力により前右輪用タイロッド１０ａ及び前左輪用タイロッド１０ｂが動作し、両輪が転舵され車両を旋回させることができる。

このように、回転電機２のトルクによってアシストされるため、運転者は少ない操舵力で車両を旋回させることができる。本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置においては、上記実施の形態１または２の冗長レゾルバ１を回転電機２の回転角度検出用に適用した。電動パワーステアリング装置においては、回転電機２が発生するコギングトルク及びトルクリップルはギヤを介して運転者に伝わるため、良好な操舵感覚を得るためにはコギングトルク及びトルクリップルが小さい方が望ましい。また、回転電機２が動作するときの振動及び騒音も小さい方が望ましい。

このため、回転電機２の回転角度を精度よく検知することで回転電機を円滑に制御することが可能となり、回転角度の検出精度が低い場合よりもトルクリップルの発生を抑制することが可能となる。また、振動及び騒音についても同様である。そのため、上記実施の形態１または２の冗長レゾルバ１を回転電機２に搭載した電動パワーステアリング装置は、運転者に良好な操舵感を提供することが可能となる。

さらに、実施の形態１または２の冗長レゾルバ１は、一系統が故障した場合であっても他系統で回転角度を高精度に検出することが可能であり、継続してアシスト力を出力することができる。なお、図１において、回転電機に冗長レゾルバ１を取り付けて示したが、冗長レゾルバ１の本体を回転電機内部に取り付け、制御回路５は回転電機２の外部に設けることができることは言うまでもない。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：冗長レゾルバ、２：回転電機、３：シャフト、４：レゾルバ本体、５：制御回路、６：角度演算部通信器、７：励磁回路通信器、１０１、１０１ａ：主系統、１０２、１０２ａ：副系統、５１１、５１１ａ、５１２、５１２ａ：励磁回路、５２１、５２１ａ、５２２、５２２ａ：角度演算部

Claims

Ｎx（Ｎxは自然数）個の突極を有する回転子、前記回転子と対向し前記回転子の全周に渡ってＮs（Ｎsは３以上の整数）個配置されたティースを有する固定子、前記ティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線、を有し、Ｎｓ個のティースのうちＮｓｍ（Ｎｓｍは２以上の整数）個のティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線を主系統とし、Ｎｓ－Ｎｓｍ個のティースに巻回された励磁巻線及び２相の出力巻線を副系統とし、前記主系統に対応するティース数Ｎｓｍが前記副系統に対応するティース数Ｎｓ－Ｎｓｍより多く構成されたレゾルバ本体、
前記励磁巻線に電圧を印加する励磁回路、
前記主系統における２相の出力巻線の電圧を入力し前記主系統における角度を演算する主系統角度演算部、
前記副系統における２相の出力巻線の電圧を入力し前記副系統における角度を演算する副系統角度演算部、
前記主系統角度演算部と前記副系統角度演算部とを接続し、前記主系統および前記副系統がいずれも正常な場合は、前記主系統角度演算部で演算された主系統検出角度を回転電機の制御装置に出力し、前記主系統が故障している場合は、前記副系統角度演算部で演算された副系統検出角度を前記回転電機の制御装置に出力し、前記副系統が故障している場合は、前記主系統検出角度を前記回転電機の制御装置に出力する角度演算部通信器、
を備え、
前記主系統のティースに巻かれる励磁巻線と前記副系統に巻かれる励磁巻線は巻方向が正方向と負方向が交互に配置されて連続しており、
前記励磁回路は、前記主系統に対応する前記励磁巻線に電圧を印加する主系統励磁回路および前記副系統に対応する前記励磁巻線に電圧を印加する副系統励磁回路から構成され、前記主系統励磁回路が前記励磁巻線に供給する交流電圧の主系統励磁周波数と、前記副系統励磁回路が前記励磁巻線に供給する交流電圧の副系統励磁周波数とが異なる周波数であり、
前記主系統角度演算部は、前記主系統の励磁信号の周期の２倍でサンプルした値に基づいて前記主系統の励磁信号のピークに加算された前記副系統の励磁信号周波数の成分を除去することにより前記主系統の励磁信号の成分を抽出し、
前記副系統角度演算部は、前記副系統の励磁信号の周期の２倍でサンプルした値に基づいて前記副系統の励磁信号のピークに加算された前記主系統の励磁信号周波数の成分を除去することにより前記副系統の励磁信号の成分を抽出することを特徴とする冗長レゾルバ。
請求項１に記載の冗長レゾルバを搭載した電動パワーステアリング装置。