変位検出装置、車両用操舵装置及びモータ
【課題】検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができる変位検出装置、車両用操舵装置及びモータ。
【解決手段】モータ回転角センサ１６は、複数のホール素子ＨＡ〜ＨＣと、これら複数のホール素子ＨＡ〜ＨＣを動作させるための電力供給をそれぞれ遮断可能な複数のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣとを備える。
【解決手段】モータ回転角センサ１６は、複数のホール素子ＨＡ〜ＨＣと、これら複数のホール素子ＨＡ〜ＨＣを動作させるための電力供給をそれぞれ遮断可能な複数のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位検出装置、車両用操舵装置及びモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、変位検出センサを備えた変位検出装置として種々のものが提案されている。例えば特許文献１に記載されたものは、変位検出センサとしてのホール素子を備えており、同ホール素子により検出対象物（車輪）の回転に伴って発生する磁束密度の変化を変位として検出している。
【０００３】
尚、ホール素子は、その動作のための電力供給を行う電源と電気的に接続されている。そして、冗長性の向上等のためにホール素子を複数備える変位検出装置では、いずれかのホール素子がショート故障を発生した場合の対策として、以下の手段が取られている。
【０００４】
第１の手段は、電源を分離して、いずれかのホール素子がショート故障しても、残りのホール素子を生かすというものである。すなわち、図５に示すように、複数のホール素子ＨＡ〜ＨＣには、個別に電源回路ＰＡ〜ＰＣが接続されている。この場合、例えばホール素子ＨＡがショート故障したとしても、他のホール素子ＨＢ，ＨＣには依然として別の電源回路ＰＢ，ＰＣからの電力供給が可能であり、これらホール素子ＨＢ，ＨＣによる変位検出を継続することができる。
【０００５】
また、第２の手段は、電源を分離せず、いずれかのホール素子がショート故障しても電圧が低下しないだけの電流供給能力を有する電源を採用するというものである。すなわち、図６に示すように、単一の電源回路Ｐに複数のホール素子ＨＡ〜ＨＣが並列接続されるとともに、これらホール素子ＨＡ〜ＨＣにそれぞれ制限抵抗ＲＡ〜ＲＣが直列接続されている。この場合、例えばホール素子ＨＡがショート故障したとしても、該ホール素子ＨＡを流れる電流値以上の電流供給能力が電源回路Ｐにあれば、他のホール素子ＨＢ，ＨＣによる変位検出を継続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第２５９６６２１号公報（第４図）
【特許文献２】特開平９−３１８３０５号公報（第［００２７］−［００２８］、［００３４］、第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記した第１の手段（図５参照）では、複数の電源回路（ＰＡ〜ＰＣ）が必要になるため、装置全体としての回路規模が大きくなってしまう。また、複数のホール素子（ＨＡ〜ＨＣ）に個別に電源回路が接続されるため、各ホール素子に加わる電圧に差が発生して検出誤差となってしまう。
【０００８】
一方、前記した第２の手段（図６参照）では、電源回路（Ｐ）の電流供給能力を高くするために、該電源回路の規模が大きくなってしまう。また、ショート故障したホール素子を流れる電流値（電流制限値）を小さくするために制限抵抗（ＲＡ〜ＲＣ）の抵抗値を大きくしてしまうと、該制限抵抗での電圧降下が増大する分、ホール素子に加わる電圧が小さくなって、変位検出のダイナミックレンジが小さくなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができる変位検出装置、車両用操舵装置及びモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の変位検出センサと、前記複数の変位検出センサを動作させるための電力供給をそれぞれ遮断可能な複数の遮断手段とを備えたことを要旨とする。
【００１１】
同構成によれば、前記複数の変位検出センサの全てが正常なとき、前記複数の遮断手段の全てで前記複数の変位検出センサを動作させるための電力供給を許容することで、これら複数の変位検出センサの全てで変位検出することができる。一方、前記複数の変位検出センサのいずれかがショート故障を発生した場合、当該変位検出センサに過電流が流れる。このとき、ショート故障を発生した当該変位検出センサに接続される前記遮断手段により当該変位検出センサへの電力供給を遮断することで、該変位検出センサに過電流が流れ続けることを解消できる。
【００１２】
従って、例えば前記複数の変位検出センサへの電力供給を単一の電源回路で全て行う場合、これら複数の変位検出センサのいずれかがショート故障を発生したとしても、正常な他の変位検出センサへの電力供給に対する影響が解消され、当該変位検出センサによる変位検出を継続することができる。これにより、電源回路の規模を縮小することができ、ひいては装置全体としての回路規模を縮小することができる。また、前記複数の変位検出センサへの電力供給を単一の電源回路で全て行う場合、該電力供給を個別の電源回路で行う場合に比べて前記複数の変位検出センサ間でそれらへの電力供給に差が発生しにくくなる。つまり、前記複数の変位検出センサ間でそれらの検出精度にばらつきが発生しにくくなる。これにより、特に前記複数の変位検出センサによる変位検出の協働で所定の物理量を検出する場合には、当該物理量の検出精度を向上することができる。
【００１３】
尚、特許文献２では、二つの変位検出センサとしてのホール素子と、スイッチのように見えるフォトインタラプタとが共通の電源に電気的に接続されてなる位置検出装置が提案されている。しかしながら、このフォトインタラプタは、検出誤差の大きかったホール素子による検出を追加で補正するためのものでスイッチとして機能し得ず、電力供給を遮断するものではない。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変位検出装置において、前記変位検出センサは、磁気センサであることを要旨とする。
同構成によれば、前記変位検出センサが磁気センサ（例えばホール素子、磁気抵抗効果素子（ＭＲ）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ）など）であることで、例えば検出対象物と接触することなく該検出対象物の変位を検出することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の変位検出装置において、前記変位検出センサは、ホール素子であることを要旨とする。
同構成によれば、前記変位検出センサを、小型で信頼性の高い前記ホール素子とすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位検出装置において、前記各変位検出センサには、制限抵抗が直列接続されていることを要旨とする。
同構成によれば、前記複数の変位検出センサのいずれかがショート故障を発生した場合、当該変位検出センサと共にこれに接続される該当の前記遮断手段に過電流が流れる。しかしながら、前記遮断手段等に流れる電流は、前記制限抵抗における電圧降下分だけ低減されることで、前記遮断手段の耐久性を向上することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位検出装置を備えた車両用操舵装置であることを要旨とする。
同構成によれば、検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができる変位検出装置を備えた車両用操舵装置を提供することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位検出装置を、モータの回転角を検出可能なモータ回転角センサとして備えたモータであることを要旨とする。
【００１９】
同構成によれば、例えば前記モータ回転角センサ又は前記トルクセンサが、前記複数の変位検出センサの一部のみでモータの回転角又はモータのねじりを検出可能な場合には、例えば一の前記変位検出センサがショート故障を発生した場合であっても、残りの前記変位検出センサでモータの回転角又はモータのねじりを検出し続けることができ、該モータの信頼性を応急的に維持することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができる変位検出装置、車両用操舵装置及びモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】モータ回転角センサの概略構成図。
【図３】電気角（回転角）とホール電圧との関係を示す説明図。
【図４】同実施形態の電気的構成を概略的に示す回路図。
【図５】従来形態の電気的構成を概略的に示すブロック図。
【図６】別の従来形態の電気的構成を概略的に示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３ａ、インターミディエイトシャフト３ｂ、及びピニオンシャフト３ｃを連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
【００２３】
また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御するＥＣＵ１１とを備えている。
【００２４】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、駆動源であるモータ１２が減速機構１３を介してコラムシャフト３ａと駆動連結された所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態のモータ１２には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に基づき回転するブラシレスモータが採用されている。そして、ＥＰＳアクチュエータ１０は、同モータ１２の回転を減速してコラムシャフト３ａに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する。
【００２５】
一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されている。そして、そのトルクセンサ１４により検出される操舵トルクτ及び車速センサ１５により検出される車速Ｖに基づいて、操舵系に付与するアシスト力の目標値（目標アシスト力）を決定する。
【００２６】
また、本実施形態のモータ１２には、その回転角（電気角）θを検出するための変位検出装置としてのモータ回転角センサ１６が設けられている。具体的には、検出対象物としてのモータ１２の回転軸の先端には、これに同軸で円盤状の永久磁石（図示略）が固定されている。この永久磁石は、例えば等角度（３６ｄｅｇ）間隔で１０極に着磁されており、極対数「５（＝１０／２）」を有する。
【００２７】
一方、図２に示すように、前述の永久磁石に近接してこれに対向配置される基板２１上には、モータ１２の回転軸（永久磁石の中心）を中心とする周方向に等角度（２４ｄｅｇ）間隔に複数（３つ）の変位検出センサ及び磁気センサとしてのホール素子ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが配設されている。尚、各ホール素子ＨＡ〜ＨＣは、自らを流れる電流（制御電流）と垂直な方向に加わった磁束密度に応じた電圧（ホール電圧ＶｈＡ，ＶｈＢ，ＶｈＣ）を発生・出力する。
【００２８】
ここで、モータ１２の１周に対して永久磁石が極対数「５」で着磁されていることから以下の関係が成立する。
電気角３６０ｄｅｇ＝機械角７２ｄｅｇ
∴電気角１２０ｄｅｇ＝機械角２４ｄｅｇ
つまり、ホール素子ＨＡ〜ＨＣは、電気角１２０ｄｅｇ毎に配置されている。そして、図３に示すように、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣは、モータ１２の回転に対して振幅変化の位相が互いに電気角１２０ｄｅｇ毎ずれている。各ホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣは、振動中心の嵩上げ分及び位相を無視すれば「ＳＩＮθ」で表されることから、ＥＣＵ１１は、回転角θの検出自体はいずれか一つのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣのみで下式により可能である。
【００２９】
θ＝ＡＲＣＳＩＮ（ＳＩＮθ）
ただし、ＥＣＵ１１は、一つのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣのみではモータ１２の回転方向が把握できない。従って、ＥＣＵ１１は、ホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣのいずれか二つを利用してモータ１２の回転方向を把握するようにしている。
【００３０】
即ち、ＥＣＵ１１は、全てのホール素子ＨＡ〜ＨＣのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣに基づいてそれぞれ回転角θを演算しており、いずれか二つのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣ（本実施形態ではホール電圧ＶｈＡ，ＶｈＢ）を利用して回転角θ及び回転方向を検出している。尚、残りのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣ（本実施形態ではホール電圧ＶｈＣ）はバックアップ用である。
【００３１】
ＥＣＵ１１は、回転角θ等を用いた電流制御の実行により、モータ１２に対して三相の駆動電力を供給する。即ち、本実施形態のＥＣＵ１１は、その駆動電力の供給を通じてモータ１２の作動、即ちＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する。そして、上記目標アシスト力に相当するモータトルクが発生するようにモータ電流を制御することにより、最適なアシスト力を操舵系に付与することが可能である（パワーアシスト制御）。
【００３２】
次に、本実施形態のモータ回転角センサ１６の電気的構成について説明する。
図４に示すように、ＥＣＵ１１のＤ／Ａ出力端子（図示略）にその非反転入力端子（＋）が電気的に接続されたオペアンプ３１の出力端子には、複数（３つ）の回転角検出回路部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが並列接続されている。即ち、これら回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃの各々は、例えばトランジスタ（ＦＥＴ、バイポーラトランジスタなど）からなる遮断手段としてのスイッチＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＣと、前記ホール素子ＨＡ〜ＨＣと、制限抵抗ＲＡ，ＲＢ，ＲＣとが直列接続されてなる。そして、スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣにおいてオペアンプ３１の出力端子にそれぞれ電気的に接続されるとともに、制限抵抗ＲＡ〜ＲＣにおいてそれぞれ接地されている。尚、オペアンプ３１の出力端子は、同オペアンプ３１の反転入力端子（−）にも電気的に接続されている。そして、各回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃには、ＥＣＵ１１からオペアンプ３１を介して電力としての一定電圧Ｖｐが供給されるように構成されている。オペアンプ３１は、回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃの全てに共有の電源回路（定電圧回路）を構成する。
【００３３】
スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣは、その制御端子（例えばＦＥＴにおけるゲート）においてＥＣＵ１１と電気的に接続されており、該ＥＣＵ１１からの制御信号に基づいてそのオン・オフが切替制御される。スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣは、通常はオン状態に維持されており、例えばいずれかのホール素子ＨＡ〜ＨＣがショート故障を発生した場合に当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣに接続される該当のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣがオフ状態に切り替えられる。これは、ショート故障を発生したホール素子ＨＡ〜ＨＣを有する回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃをオペアンプ３１（システム）から切り離すためである。
【００３４】
ホール素子ＨＡ〜ＨＣには、スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣがオン状態にあるときに、オペアンプ３１からの一定電圧Ｖｐが供給されることで、自らの抵抗値及び制限抵抗ＲＡ〜ＲＣの抵抗値に応じた電流（制御電流）がそれぞれ流れる。各ホール素子ＨＡ〜ＨＣが、自らを流れる電流と垂直な方向に加わった磁束密度に応じたホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣを発生することは既述のとおりである。ホール素子ＨＡ〜ＨＣは、それらのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣをそれぞれＥＣＵ１１のＡ／Ｄ入力端子（図示略）に出力する。ＥＣＵ１１は、これらホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣに基づいて前述の態様でモータ１２の回転角θ等を検出する。
【００３５】
尚、いずれかのホール素子ＨＡ〜ＨＣがショート故障を発生した場合、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣは、Ｌｏｗレベルまで落ちることになる。ＥＣＵ１１は、ホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣがＬｏｗレベルまで落ちることを、例えば閾値判定にて確認することで、当該ホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣを出力した該当のホール素子ＨＡ〜ＨＣのショート故障を検知するように構成されている。
【００３６】
制限抵抗ＲＡ〜ＲＣは、互いに同等の抵抗値を有しており、電流が流れることで各々の抵抗値に応じて電圧を降下させる。制限抵抗ＲＡ〜ＲＣは、例えばいずれかのホール素子ＨＡ〜ＨＣがショート故障を発生した場合に当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣに接続される該当のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣに流れる電流値を抑えるためのものである。具体的には、例えばホール素子ＨＡがショート故障を発生したとして、制限抵抗ＲＡの抵抗値がｒａであるとすると、スイッチＳＷＡ（回転角検出回路部３２Ａ）に流れる電流値ｉａは最大でも「Ｖｐ／ｒａ」となる。従って、この電流値ｉａがスイッチＳＷＡの最大定格を下回るように制限抵抗ＲＡの抵抗値ｒａを設定しておくことで、スイッチＳＷＡにその最大定格を超える電流が流れることが回避され、同スイッチＳＷＡの耐久性が向上される。他のホール素子ＨＢ，ＨＣがショート故障を発生した場合についても同様である。
【００３７】
尚、既述のように、本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれか二つでモータ１２の回転角θ等を検出可能である。従って、ホール素子ＨＡ〜ＨＣ（回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃ）のいずれか一つをシステムから切り離したとしても、モータ１２の回転角θの検出に直ちに支障を来すことはない。
【００３８】
次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、全てのホール素子ＨＡ〜ＨＣが正常に動作しており、全てのスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣがオン状態に維持されているものとする。このとき、全てのホール素子ＨＡ〜ＨＣにそれぞれ制御電流が流れることで、これらホール素子ＨＡ〜ＨＣは前述の磁束密度に応じたホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣをそれぞれ発生する。ＥＣＵ１１は、これらホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣのいずれか二つ（本実施形態ではホール電圧ＶｈＡ，ＶｈＢ）を利用してモータ１２の回転角θ等を検出する。
【００３９】
ここで、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれか一つ（例えばホール素子ＨＡ）がショート故障を発生したとする。このとき、ショート故障を発生した当該ホール素子ＨＡを有する回転角検出回路部３２Ａに、図４中の破線で表すように過電流が流れる。同時に、当該ホール素子ＨＡのホール電圧ＶｈＡがＬｏｗレベルまで落ちる。ＥＣＵ１１は、ホール電圧ＶｈＡがＬｏｗレベルまで落ちることを確認することで、当該ホール電圧ＶｈＡを出力した該当のホール素子ＨＡのショート故障を検出するとともに、同ホール素子ＨＡを有する回転角検出回路部３２Ａをシステムから切り離すべく、該当のスイッチＳＷＡをオフ状態に切り替える。これにより、回転角検出回路部３２Ａに流れようとする過電流が遮断され、オペアンプ３１による電力供給の動作が安定化される。従って、他の回転角検出回路部３２Ｂ，３２Ｃ（ホール素子ＨＢ，ＨＣ）への電圧供給に対する影響が解消される。同時に、ＥＣＵ１１は、正常な二つのホール電圧ＶｈＢ，ＶｈＣを利用してモータ１２の回転角θ等を検出するように切り替える。これにより、ホール素子ＨＢ，ＨＣによる回転角θ等の検出が継続可能となる。そして、ＥＣＵ１１は、ショート故障したホール素子ＨＡに影響されることなく、正常な他のホール素子ＨＢ，ＨＣのホール電圧ＶｈＢ，ＶｈＣに基づいてモータ１２の回転角θ等の検出を継続することができる（バックアップ動作）。
【００４０】
尚、既述のように、ホール素子ＨＡがショート故障を発生したとしても、スイッチＳＷＡに流れる電流値ｉａが制限抵抗ＲＡによって最大でも「Ｖｐ／ｒａ」に抑えられている。これにより、スイッチＳＷＡにその最大定格を超える電流が流れることが回避される。
【００４１】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれかがショート故障を発生した場合、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣに接続される該当のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣにより電力供給を遮断することで、該ホール素子ＨＡ〜ＨＣに過電流が流れ続けることを解消できる。
【００４２】
従って、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれかがショート故障を発生したとしても、正常な他のホール素子ＨＡ〜ＨＣへの電力供給に対する影響が解消され、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣによる回転角θ等の検出を継続することができる。換言すれば、オペアンプ３１の電力供給能力は、全てのホール素子ＨＡ〜ＨＣが動作可能な通常のレベルを有していればよい。これにより、電力供給に係るオペアンプ３１の回路規模を縮小することができ、ひいては装置全体としての回路規模を縮小することができる。また、ホール素子ＨＡ〜ＨＣへの電力供給をオペアンプ３１で全て行う場合、該電力供給を個別の電源回路で行う場合に比べてホール素子ＨＡ〜ＨＣ間でそれらへの電力供給に差が発生しにくくなる。つまり、ホール素子ＨＡ〜ＨＣ間でそれらの検出精度にばらつきが発生しにくくなる。これにより、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれか二つのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣ（通常はホール電圧ＶｈＡ，ＶｈＢ）の協働でモータ１２の回転角θ及び回転方向を検出する際の検出精度を向上することができる。
【００４３】
（２）本実施形態では、磁気センサであるホール素子ＨＡ〜ＨＣにより、モータ１２の回転軸（永久磁石）と接触することなくその回転角θを検出することができる。
（３）本実施形態では、小型で信頼性の高いホール素子ＨＡ〜ＨＣにより、モータ１２の回転角θを検出することができる。
【００４４】
（４）本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれかがショート故障を発生した場合、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣと共にこれに接続される該当のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣに過電流が流れる。しかしながら、スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣに流れる電流は、制限抵抗ＲＡ〜ＲＣにおける電圧降下分だけ低減されることで、スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣの耐久性を向上することができる。
【００４５】
（５）本実施形態では、検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができるモータ回転角センサ１６を備えたＥＰＳ１を提供することができる。
【００４６】
（６）本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣの一つがショート故障を発生した場合であっても、残りのホール素子ＨＡ〜ＨＣでモータ１２の回転角θを検出し続けることができ、該モータ１２の信頼性を応急的に維持することができる。
【００４７】
（７）本実施形態では、制限抵抗ＲＡ〜ＲＣの各抵抗値は、ホール素子ＨＡ〜ＨＣがショート故障を発生した場合にスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣに流れる過電流が、その最大定格を超えないように電圧を降下させ得るものであればよく、比較的小さく設定することができる。従って、ホール素子ＨＡ〜ＨＣが正常なとき、制限抵抗ＲＡ〜ＲＣでの電圧降下が低減する分、ホール素子ＨＡ〜ＨＣに加わる電圧が大きくなって、回転角θの検出のダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００４８】
（８）本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれかがショート故障を発生した場合、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣを有する回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃをシステムから切り離すことができ、正常な他のホール素子ＨＡ〜ＨＣによるバックアップ動作をより安定した状態で行うことができる。
【００４９】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、オペアンプ３１に回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃ（スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣ、ホール素子ＨＡ〜ＨＣ及び制限抵抗ＲＡ〜ＲＣの直列回路）を並列接続した。これに対し、例えばオペアンプ３１にスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣ及びホール素子ＨＡ〜ＨＣの直列回路を並列接続するとともに、同並列回路に共通の制限抵抗を直列接続するようにしてもよい。このように変更することで回路構成がより簡素化される。
【００５０】
・上記実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣ（回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃ）に対しＥＣＵ１１からオペアンプ３１を介して一定電圧Ｖｐを供給するようにしたが、例えばホール素子ＨＡ〜ＨＣに対しＥＣＵ１１とは独立の定電圧回路から一定電圧（Ｖｐ）を供給するようにしてもよい。あるいは、ホール素子ＨＡ〜ＨＣに対し電源回路としてのバッテリから直に一定電圧（Ｖｐ）を供給するようにしてもよい。
【００５１】
・上記実施形態では、バックアップ用を含めて３つのホール素子ＨＡ〜ＨＣを備えたモータ回転角センサ１６とした。これに対し、例えばモータ１２の回転角θのみの検出であれば、バックアップ用を含めて２つのホール素子を備えたモータ回転角センサでもよい。あるいは、バックアップ用を増やして４つ以上のホール素子を備えたモータ回転角センサでもよい。
【００５２】
・上記実施形態では、３つのホール素子ＨＡ〜ＨＣを電気角１２０ｄｅｇ（機械角２４ｄｅｇ）毎に配置した。これに対し、３つのホール素子ＨＡ〜ＨＣを、その検出対象に応じて適宜の電気角又は機械角毎に配置してもよい。また、ホール素子を２つ又は４つ以上備えたモータ回転角センサの場合には、その検出対象に応じて適宜の電気角又は機械角毎に配置してもよい。
【００５３】
・上記実施形態では、磁気センサとしてホール素子（ＨＡ〜ＨＣ）を採用したが、磁気抵抗効果素子（ＭＲ）や磁気インピーダンス素子（ＭＩ）などのその他の磁気センサでもよい。
【００５４】
・上記実施形態では、変位検出センサとしてホール素子（ＨＡ〜ＨＣ）を採用したが、例えばフォトインタラプタなどのその他の変位検出センサでもよい。要は、その動作のために電力供給を要する変位検出センサであればよい。
【００５５】
・上記実施形態では、遮断手段としてトランジスタからなるスイッチ（ＳＷＡ〜ＳＷＣ）を採用したが、例えばリレー式のスイッチでもよい。
・上記実施形態では、本発明をモータ１２の回転角θを検出するモータ回転角センサ１６に具体化したが、例えばモータ１２の回転軸のねじりを検出するトルクセンサに具体化してもよい。あるいは、操舵トルク（ステアリングシャフト３のねじり）を検出するトルクセンサに具体化してもよい。要は、冗長性の向上のために複数の変位検出センサを備えた変位検出装置であればよい。
【００５６】
・上記実施形態では、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに具体化してもよい。
・上記実施形態では、本発明をＥＰＳ１に具体化したが、パワーアシスト機能を有しない車両用操舵装置やこれら以外の適宜の装置に具体化してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
ＨＡ〜ＨＣ…ホール素子（変位検出センサ、磁気センサ）、ＲＡ〜ＲＣ…制限抵抗、ＳＷＡ〜ＳＷＣ…スイッチ（遮断手段）、１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、１０…ＥＰＳアクチュエータ、１１…ＥＣＵ、１２…モータ、１６…モータ回転角センサ（変位検出装置）、３１…オペアンプ、３２Ａ〜３２Ｃ…回転角検出回路部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位検出装置、車両用操舵装置及びモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、変位検出センサを備えた変位検出装置として種々のものが提案されている。例えば特許文献１に記載されたものは、変位検出センサとしてのホール素子を備えており、同ホール素子により検出対象物（車輪）の回転に伴って発生する磁束密度の変化を変位として検出している。
【０００３】
尚、ホール素子は、その動作のための電力供給を行う電源と電気的に接続されている。そして、冗長性の向上等のためにホール素子を複数備える変位検出装置では、いずれかのホール素子がショート故障を発生した場合の対策として、以下の手段が取られている。
【０００４】
第１の手段は、電源を分離して、いずれかのホール素子がショート故障しても、残りのホール素子を生かすというものである。すなわち、図５に示すように、複数のホール素子ＨＡ〜ＨＣには、個別に電源回路ＰＡ〜ＰＣが接続されている。この場合、例えばホール素子ＨＡがショート故障したとしても、他のホール素子ＨＢ，ＨＣには依然として別の電源回路ＰＢ，ＰＣからの電力供給が可能であり、これらホール素子ＨＢ，ＨＣによる変位検出を継続することができる。
【０００５】
また、第２の手段は、電源を分離せず、いずれかのホール素子がショート故障しても電圧が低下しないだけの電流供給能力を有する電源を採用するというものである。すなわち、図６に示すように、単一の電源回路Ｐに複数のホール素子ＨＡ〜ＨＣが並列接続されるとともに、これらホール素子ＨＡ〜ＨＣにそれぞれ制限抵抗ＲＡ〜ＲＣが直列接続されている。この場合、例えばホール素子ＨＡがショート故障したとしても、該ホール素子ＨＡを流れる電流値以上の電流供給能力が電源回路Ｐにあれば、他のホール素子ＨＢ，ＨＣによる変位検出を継続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第２５９６６２１号公報（第４図）
【特許文献２】特開平９−３１８３０５号公報（第［００２７］−［００２８］、［００３４］、第７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記した第１の手段（図５参照）では、複数の電源回路（ＰＡ〜ＰＣ）が必要になるため、装置全体としての回路規模が大きくなってしまう。また、複数のホール素子（ＨＡ〜ＨＣ）に個別に電源回路が接続されるため、各ホール素子に加わる電圧に差が発生して検出誤差となってしまう。
【０００８】
一方、前記した第２の手段（図６参照）では、電源回路（Ｐ）の電流供給能力を高くするために、該電源回路の規模が大きくなってしまう。また、ショート故障したホール素子を流れる電流値（電流制限値）を小さくするために制限抵抗（ＲＡ〜ＲＣ）の抵抗値を大きくしてしまうと、該制限抵抗での電圧降下が増大する分、ホール素子に加わる電圧が小さくなって、変位検出のダイナミックレンジが小さくなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができる変位検出装置、車両用操舵装置及びモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の変位検出センサと、前記複数の変位検出センサを動作させるための電力供給をそれぞれ遮断可能な複数の遮断手段とを備えたことを要旨とする。
【００１１】
同構成によれば、前記複数の変位検出センサの全てが正常なとき、前記複数の遮断手段の全てで前記複数の変位検出センサを動作させるための電力供給を許容することで、これら複数の変位検出センサの全てで変位検出することができる。一方、前記複数の変位検出センサのいずれかがショート故障を発生した場合、当該変位検出センサに過電流が流れる。このとき、ショート故障を発生した当該変位検出センサに接続される前記遮断手段により当該変位検出センサへの電力供給を遮断することで、該変位検出センサに過電流が流れ続けることを解消できる。
【００１２】
従って、例えば前記複数の変位検出センサへの電力供給を単一の電源回路で全て行う場合、これら複数の変位検出センサのいずれかがショート故障を発生したとしても、正常な他の変位検出センサへの電力供給に対する影響が解消され、当該変位検出センサによる変位検出を継続することができる。これにより、電源回路の規模を縮小することができ、ひいては装置全体としての回路規模を縮小することができる。また、前記複数の変位検出センサへの電力供給を単一の電源回路で全て行う場合、該電力供給を個別の電源回路で行う場合に比べて前記複数の変位検出センサ間でそれらへの電力供給に差が発生しにくくなる。つまり、前記複数の変位検出センサ間でそれらの検出精度にばらつきが発生しにくくなる。これにより、特に前記複数の変位検出センサによる変位検出の協働で所定の物理量を検出する場合には、当該物理量の検出精度を向上することができる。
【００１３】
尚、特許文献２では、二つの変位検出センサとしてのホール素子と、スイッチのように見えるフォトインタラプタとが共通の電源に電気的に接続されてなる位置検出装置が提案されている。しかしながら、このフォトインタラプタは、検出誤差の大きかったホール素子による検出を追加で補正するためのものでスイッチとして機能し得ず、電力供給を遮断するものではない。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変位検出装置において、前記変位検出センサは、磁気センサであることを要旨とする。
同構成によれば、前記変位検出センサが磁気センサ（例えばホール素子、磁気抵抗効果素子（ＭＲ）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ）など）であることで、例えば検出対象物と接触することなく該検出対象物の変位を検出することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の変位検出装置において、前記変位検出センサは、ホール素子であることを要旨とする。
同構成によれば、前記変位検出センサを、小型で信頼性の高い前記ホール素子とすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位検出装置において、前記各変位検出センサには、制限抵抗が直列接続されていることを要旨とする。
同構成によれば、前記複数の変位検出センサのいずれかがショート故障を発生した場合、当該変位検出センサと共にこれに接続される該当の前記遮断手段に過電流が流れる。しかしながら、前記遮断手段等に流れる電流は、前記制限抵抗における電圧降下分だけ低減されることで、前記遮断手段の耐久性を向上することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位検出装置を備えた車両用操舵装置であることを要旨とする。
同構成によれば、検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができる変位検出装置を備えた車両用操舵装置を提供することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位検出装置を、モータの回転角を検出可能なモータ回転角センサとして備えたモータであることを要旨とする。
【００１９】
同構成によれば、例えば前記モータ回転角センサ又は前記トルクセンサが、前記複数の変位検出センサの一部のみでモータの回転角又はモータのねじりを検出可能な場合には、例えば一の前記変位検出センサがショート故障を発生した場合であっても、残りの前記変位検出センサでモータの回転角又はモータのねじりを検出し続けることができ、該モータの信頼性を応急的に維持することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができる変位検出装置、車両用操舵装置及びモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】モータ回転角センサの概略構成図。
【図３】電気角（回転角）とホール電圧との関係を示す説明図。
【図４】同実施形態の電気的構成を概略的に示す回路図。
【図５】従来形態の電気的構成を概略的に示すブロック図。
【図６】別の従来形態の電気的構成を概略的に示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３ａ、インターミディエイトシャフト３ｂ、及びピニオンシャフト３ｃを連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
【００２３】
また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御するＥＣＵ１１とを備えている。
【００２４】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、駆動源であるモータ１２が減速機構１３を介してコラムシャフト３ａと駆動連結された所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態のモータ１２には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に基づき回転するブラシレスモータが採用されている。そして、ＥＰＳアクチュエータ１０は、同モータ１２の回転を減速してコラムシャフト３ａに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する。
【００２５】
一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されている。そして、そのトルクセンサ１４により検出される操舵トルクτ及び車速センサ１５により検出される車速Ｖに基づいて、操舵系に付与するアシスト力の目標値（目標アシスト力）を決定する。
【００２６】
また、本実施形態のモータ１２には、その回転角（電気角）θを検出するための変位検出装置としてのモータ回転角センサ１６が設けられている。具体的には、検出対象物としてのモータ１２の回転軸の先端には、これに同軸で円盤状の永久磁石（図示略）が固定されている。この永久磁石は、例えば等角度（３６ｄｅｇ）間隔で１０極に着磁されており、極対数「５（＝１０／２）」を有する。
【００２７】
一方、図２に示すように、前述の永久磁石に近接してこれに対向配置される基板２１上には、モータ１２の回転軸（永久磁石の中心）を中心とする周方向に等角度（２４ｄｅｇ）間隔に複数（３つ）の変位検出センサ及び磁気センサとしてのホール素子ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが配設されている。尚、各ホール素子ＨＡ〜ＨＣは、自らを流れる電流（制御電流）と垂直な方向に加わった磁束密度に応じた電圧（ホール電圧ＶｈＡ，ＶｈＢ，ＶｈＣ）を発生・出力する。
【００２８】
ここで、モータ１２の１周に対して永久磁石が極対数「５」で着磁されていることから以下の関係が成立する。
電気角３６０ｄｅｇ＝機械角７２ｄｅｇ
∴電気角１２０ｄｅｇ＝機械角２４ｄｅｇ
つまり、ホール素子ＨＡ〜ＨＣは、電気角１２０ｄｅｇ毎に配置されている。そして、図３に示すように、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣは、モータ１２の回転に対して振幅変化の位相が互いに電気角１２０ｄｅｇ毎ずれている。各ホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣは、振動中心の嵩上げ分及び位相を無視すれば「ＳＩＮθ」で表されることから、ＥＣＵ１１は、回転角θの検出自体はいずれか一つのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣのみで下式により可能である。
【００２９】
θ＝ＡＲＣＳＩＮ（ＳＩＮθ）
ただし、ＥＣＵ１１は、一つのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣのみではモータ１２の回転方向が把握できない。従って、ＥＣＵ１１は、ホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣのいずれか二つを利用してモータ１２の回転方向を把握するようにしている。
【００３０】
即ち、ＥＣＵ１１は、全てのホール素子ＨＡ〜ＨＣのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣに基づいてそれぞれ回転角θを演算しており、いずれか二つのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣ（本実施形態ではホール電圧ＶｈＡ，ＶｈＢ）を利用して回転角θ及び回転方向を検出している。尚、残りのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣ（本実施形態ではホール電圧ＶｈＣ）はバックアップ用である。
【００３１】
ＥＣＵ１１は、回転角θ等を用いた電流制御の実行により、モータ１２に対して三相の駆動電力を供給する。即ち、本実施形態のＥＣＵ１１は、その駆動電力の供給を通じてモータ１２の作動、即ちＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する。そして、上記目標アシスト力に相当するモータトルクが発生するようにモータ電流を制御することにより、最適なアシスト力を操舵系に付与することが可能である（パワーアシスト制御）。
【００３２】
次に、本実施形態のモータ回転角センサ１６の電気的構成について説明する。
図４に示すように、ＥＣＵ１１のＤ／Ａ出力端子（図示略）にその非反転入力端子（＋）が電気的に接続されたオペアンプ３１の出力端子には、複数（３つ）の回転角検出回路部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが並列接続されている。即ち、これら回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃの各々は、例えばトランジスタ（ＦＥＴ、バイポーラトランジスタなど）からなる遮断手段としてのスイッチＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＣと、前記ホール素子ＨＡ〜ＨＣと、制限抵抗ＲＡ，ＲＢ，ＲＣとが直列接続されてなる。そして、スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣにおいてオペアンプ３１の出力端子にそれぞれ電気的に接続されるとともに、制限抵抗ＲＡ〜ＲＣにおいてそれぞれ接地されている。尚、オペアンプ３１の出力端子は、同オペアンプ３１の反転入力端子（−）にも電気的に接続されている。そして、各回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃには、ＥＣＵ１１からオペアンプ３１を介して電力としての一定電圧Ｖｐが供給されるように構成されている。オペアンプ３１は、回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃの全てに共有の電源回路（定電圧回路）を構成する。
【００３３】
スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣは、その制御端子（例えばＦＥＴにおけるゲート）においてＥＣＵ１１と電気的に接続されており、該ＥＣＵ１１からの制御信号に基づいてそのオン・オフが切替制御される。スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣは、通常はオン状態に維持されており、例えばいずれかのホール素子ＨＡ〜ＨＣがショート故障を発生した場合に当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣに接続される該当のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣがオフ状態に切り替えられる。これは、ショート故障を発生したホール素子ＨＡ〜ＨＣを有する回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃをオペアンプ３１（システム）から切り離すためである。
【００３４】
ホール素子ＨＡ〜ＨＣには、スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣがオン状態にあるときに、オペアンプ３１からの一定電圧Ｖｐが供給されることで、自らの抵抗値及び制限抵抗ＲＡ〜ＲＣの抵抗値に応じた電流（制御電流）がそれぞれ流れる。各ホール素子ＨＡ〜ＨＣが、自らを流れる電流と垂直な方向に加わった磁束密度に応じたホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣを発生することは既述のとおりである。ホール素子ＨＡ〜ＨＣは、それらのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣをそれぞれＥＣＵ１１のＡ／Ｄ入力端子（図示略）に出力する。ＥＣＵ１１は、これらホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣに基づいて前述の態様でモータ１２の回転角θ等を検出する。
【００３５】
尚、いずれかのホール素子ＨＡ〜ＨＣがショート故障を発生した場合、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣは、Ｌｏｗレベルまで落ちることになる。ＥＣＵ１１は、ホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣがＬｏｗレベルまで落ちることを、例えば閾値判定にて確認することで、当該ホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣを出力した該当のホール素子ＨＡ〜ＨＣのショート故障を検知するように構成されている。
【００３６】
制限抵抗ＲＡ〜ＲＣは、互いに同等の抵抗値を有しており、電流が流れることで各々の抵抗値に応じて電圧を降下させる。制限抵抗ＲＡ〜ＲＣは、例えばいずれかのホール素子ＨＡ〜ＨＣがショート故障を発生した場合に当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣに接続される該当のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣに流れる電流値を抑えるためのものである。具体的には、例えばホール素子ＨＡがショート故障を発生したとして、制限抵抗ＲＡの抵抗値がｒａであるとすると、スイッチＳＷＡ（回転角検出回路部３２Ａ）に流れる電流値ｉａは最大でも「Ｖｐ／ｒａ」となる。従って、この電流値ｉａがスイッチＳＷＡの最大定格を下回るように制限抵抗ＲＡの抵抗値ｒａを設定しておくことで、スイッチＳＷＡにその最大定格を超える電流が流れることが回避され、同スイッチＳＷＡの耐久性が向上される。他のホール素子ＨＢ，ＨＣがショート故障を発生した場合についても同様である。
【００３７】
尚、既述のように、本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれか二つでモータ１２の回転角θ等を検出可能である。従って、ホール素子ＨＡ〜ＨＣ（回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃ）のいずれか一つをシステムから切り離したとしても、モータ１２の回転角θの検出に直ちに支障を来すことはない。
【００３８】
次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、全てのホール素子ＨＡ〜ＨＣが正常に動作しており、全てのスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣがオン状態に維持されているものとする。このとき、全てのホール素子ＨＡ〜ＨＣにそれぞれ制御電流が流れることで、これらホール素子ＨＡ〜ＨＣは前述の磁束密度に応じたホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣをそれぞれ発生する。ＥＣＵ１１は、これらホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣのいずれか二つ（本実施形態ではホール電圧ＶｈＡ，ＶｈＢ）を利用してモータ１２の回転角θ等を検出する。
【００３９】
ここで、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれか一つ（例えばホール素子ＨＡ）がショート故障を発生したとする。このとき、ショート故障を発生した当該ホール素子ＨＡを有する回転角検出回路部３２Ａに、図４中の破線で表すように過電流が流れる。同時に、当該ホール素子ＨＡのホール電圧ＶｈＡがＬｏｗレベルまで落ちる。ＥＣＵ１１は、ホール電圧ＶｈＡがＬｏｗレベルまで落ちることを確認することで、当該ホール電圧ＶｈＡを出力した該当のホール素子ＨＡのショート故障を検出するとともに、同ホール素子ＨＡを有する回転角検出回路部３２Ａをシステムから切り離すべく、該当のスイッチＳＷＡをオフ状態に切り替える。これにより、回転角検出回路部３２Ａに流れようとする過電流が遮断され、オペアンプ３１による電力供給の動作が安定化される。従って、他の回転角検出回路部３２Ｂ，３２Ｃ（ホール素子ＨＢ，ＨＣ）への電圧供給に対する影響が解消される。同時に、ＥＣＵ１１は、正常な二つのホール電圧ＶｈＢ，ＶｈＣを利用してモータ１２の回転角θ等を検出するように切り替える。これにより、ホール素子ＨＢ，ＨＣによる回転角θ等の検出が継続可能となる。そして、ＥＣＵ１１は、ショート故障したホール素子ＨＡに影響されることなく、正常な他のホール素子ＨＢ，ＨＣのホール電圧ＶｈＢ，ＶｈＣに基づいてモータ１２の回転角θ等の検出を継続することができる（バックアップ動作）。
【００４０】
尚、既述のように、ホール素子ＨＡがショート故障を発生したとしても、スイッチＳＷＡに流れる電流値ｉａが制限抵抗ＲＡによって最大でも「Ｖｐ／ｒａ」に抑えられている。これにより、スイッチＳＷＡにその最大定格を超える電流が流れることが回避される。
【００４１】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれかがショート故障を発生した場合、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣに接続される該当のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣにより電力供給を遮断することで、該ホール素子ＨＡ〜ＨＣに過電流が流れ続けることを解消できる。
【００４２】
従って、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれかがショート故障を発生したとしても、正常な他のホール素子ＨＡ〜ＨＣへの電力供給に対する影響が解消され、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣによる回転角θ等の検出を継続することができる。換言すれば、オペアンプ３１の電力供給能力は、全てのホール素子ＨＡ〜ＨＣが動作可能な通常のレベルを有していればよい。これにより、電力供給に係るオペアンプ３１の回路規模を縮小することができ、ひいては装置全体としての回路規模を縮小することができる。また、ホール素子ＨＡ〜ＨＣへの電力供給をオペアンプ３１で全て行う場合、該電力供給を個別の電源回路で行う場合に比べてホール素子ＨＡ〜ＨＣ間でそれらへの電力供給に差が発生しにくくなる。つまり、ホール素子ＨＡ〜ＨＣ間でそれらの検出精度にばらつきが発生しにくくなる。これにより、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれか二つのホール電圧ＶｈＡ〜ＶｈＣ（通常はホール電圧ＶｈＡ，ＶｈＢ）の協働でモータ１２の回転角θ及び回転方向を検出する際の検出精度を向上することができる。
【００４３】
（２）本実施形態では、磁気センサであるホール素子ＨＡ〜ＨＣにより、モータ１２の回転軸（永久磁石）と接触することなくその回転角θを検出することができる。
（３）本実施形態では、小型で信頼性の高いホール素子ＨＡ〜ＨＣにより、モータ１２の回転角θを検出することができる。
【００４４】
（４）本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれかがショート故障を発生した場合、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣと共にこれに接続される該当のスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣに過電流が流れる。しかしながら、スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣに流れる電流は、制限抵抗ＲＡ〜ＲＣにおける電圧降下分だけ低減されることで、スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣの耐久性を向上することができる。
【００４５】
（５）本実施形態では、検出精度を低下させることなく、装置全体としての回路規模をより縮小することができるモータ回転角センサ１６を備えたＥＰＳ１を提供することができる。
【００４６】
（６）本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣの一つがショート故障を発生した場合であっても、残りのホール素子ＨＡ〜ＨＣでモータ１２の回転角θを検出し続けることができ、該モータ１２の信頼性を応急的に維持することができる。
【００４７】
（７）本実施形態では、制限抵抗ＲＡ〜ＲＣの各抵抗値は、ホール素子ＨＡ〜ＨＣがショート故障を発生した場合にスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣに流れる過電流が、その最大定格を超えないように電圧を降下させ得るものであればよく、比較的小さく設定することができる。従って、ホール素子ＨＡ〜ＨＣが正常なとき、制限抵抗ＲＡ〜ＲＣでの電圧降下が低減する分、ホール素子ＨＡ〜ＨＣに加わる電圧が大きくなって、回転角θの検出のダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００４８】
（８）本実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣのいずれかがショート故障を発生した場合、当該ホール素子ＨＡ〜ＨＣを有する回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃをシステムから切り離すことができ、正常な他のホール素子ＨＡ〜ＨＣによるバックアップ動作をより安定した状態で行うことができる。
【００４９】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、オペアンプ３１に回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃ（スイッチＳＷＡ〜ＳＷＣ、ホール素子ＨＡ〜ＨＣ及び制限抵抗ＲＡ〜ＲＣの直列回路）を並列接続した。これに対し、例えばオペアンプ３１にスイッチＳＷＡ〜ＳＷＣ及びホール素子ＨＡ〜ＨＣの直列回路を並列接続するとともに、同並列回路に共通の制限抵抗を直列接続するようにしてもよい。このように変更することで回路構成がより簡素化される。
【００５０】
・上記実施形態では、ホール素子ＨＡ〜ＨＣ（回転角検出回路部３２Ａ〜３２Ｃ）に対しＥＣＵ１１からオペアンプ３１を介して一定電圧Ｖｐを供給するようにしたが、例えばホール素子ＨＡ〜ＨＣに対しＥＣＵ１１とは独立の定電圧回路から一定電圧（Ｖｐ）を供給するようにしてもよい。あるいは、ホール素子ＨＡ〜ＨＣに対し電源回路としてのバッテリから直に一定電圧（Ｖｐ）を供給するようにしてもよい。
【００５１】
・上記実施形態では、バックアップ用を含めて３つのホール素子ＨＡ〜ＨＣを備えたモータ回転角センサ１６とした。これに対し、例えばモータ１２の回転角θのみの検出であれば、バックアップ用を含めて２つのホール素子を備えたモータ回転角センサでもよい。あるいは、バックアップ用を増やして４つ以上のホール素子を備えたモータ回転角センサでもよい。
【００５２】
・上記実施形態では、３つのホール素子ＨＡ〜ＨＣを電気角１２０ｄｅｇ（機械角２４ｄｅｇ）毎に配置した。これに対し、３つのホール素子ＨＡ〜ＨＣを、その検出対象に応じて適宜の電気角又は機械角毎に配置してもよい。また、ホール素子を２つ又は４つ以上備えたモータ回転角センサの場合には、その検出対象に応じて適宜の電気角又は機械角毎に配置してもよい。
【００５３】
・上記実施形態では、磁気センサとしてホール素子（ＨＡ〜ＨＣ）を採用したが、磁気抵抗効果素子（ＭＲ）や磁気インピーダンス素子（ＭＩ）などのその他の磁気センサでもよい。
【００５４】
・上記実施形態では、変位検出センサとしてホール素子（ＨＡ〜ＨＣ）を採用したが、例えばフォトインタラプタなどのその他の変位検出センサでもよい。要は、その動作のために電力供給を要する変位検出センサであればよい。
【００５５】
・上記実施形態では、遮断手段としてトランジスタからなるスイッチ（ＳＷＡ〜ＳＷＣ）を採用したが、例えばリレー式のスイッチでもよい。
・上記実施形態では、本発明をモータ１２の回転角θを検出するモータ回転角センサ１６に具体化したが、例えばモータ１２の回転軸のねじりを検出するトルクセンサに具体化してもよい。あるいは、操舵トルク（ステアリングシャフト３のねじり）を検出するトルクセンサに具体化してもよい。要は、冗長性の向上のために複数の変位検出センサを備えた変位検出装置であればよい。
【００５６】
・上記実施形態では、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに具体化してもよい。
・上記実施形態では、本発明をＥＰＳ１に具体化したが、パワーアシスト機能を有しない車両用操舵装置やこれら以外の適宜の装置に具体化してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
ＨＡ〜ＨＣ…ホール素子（変位検出センサ、磁気センサ）、ＲＡ〜ＲＣ…制限抵抗、ＳＷＡ〜ＳＷＣ…スイッチ（遮断手段）、１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、１０…ＥＰＳアクチュエータ、１１…ＥＣＵ、１２…モータ、１６…モータ回転角センサ（変位検出装置）、３１…オペアンプ、３２Ａ〜３２Ｃ…回転角検出回路部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の変位検出センサと、
前記複数の変位検出センサを動作させるための電力供給をそれぞれ遮断可能な複数の遮断手段とを備えたことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記変位検出センサは、磁気センサであることを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の変位検出装置において、
前記変位検出センサは、ホール素子であることを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位検出装置において、
前記各変位検出センサには、制限抵抗が直列接続されていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位検出装置を備えた車両用操舵装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位検出装置を、モータの回転角を検出可能なモータ回転角センサ又はモータのねじりを検出可能なトルクセンサとして備えたモータ。
【請求項１】
複数の変位検出センサと、
前記複数の変位検出センサを動作させるための電力供給をそれぞれ遮断可能な複数の遮断手段とを備えたことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記変位検出センサは、磁気センサであることを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の変位検出装置において、
前記変位検出センサは、ホール素子であることを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位検出装置において、
前記各変位検出センサには、制限抵抗が直列接続されていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位検出装置を備えた車両用操舵装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位検出装置を、モータの回転角を検出可能なモータ回転角センサ又はモータのねじりを検出可能なトルクセンサとして備えたモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６４６８４（Ｐ２０１３−６４６８４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４３８４（Ｐ２０１１−２０４３８４）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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