特許 7452757 位置検出装置および位置検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-11

(45)【発行日】2024-03-19

(54)【発明の名称】位置検出装置および位置検出方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20240312BHJP

【ＦＩ】

H02P6/16

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023510175

(86)(22)【出願日】2021-06-11

(86)【国際出願番号】 JP2021022352

(87)【国際公開番号】W WO2022208913

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-05-30

(31)【優先権主張番号】P 2021056376

(32)【優先日】2021-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(72)【発明者】

【氏名】藤田 淳

【審査官】三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１４９９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９６９４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ６／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの回転位置を検出する位置検出装置であって、 前記モータに同期して回転する磁石と対向し且つ前記磁石の回転方向に沿って所定間隔で配置される３つの磁気センサと、 前記３つの磁気センサから出力される、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の信号を処理する信号処理部と、 を備え、 前記信号処理部は、 前記三相の信号に含まれるＵ相信号、Ｖ相信号およびＷ相信号のそれぞれをデジタル変換することより、前記Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、前記Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’および前記Ｗ相信号の瞬時値Ｈｗ’を取得する取得処理と、 前記Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、前記Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’および前記Ｗ相信号の瞬時値Ｈｗ’が、第１ケース、第２ケースおよび第３ケースの全てにおいて下式（１）を満たすか否かを判定することにより、前記３つの磁気センサのうち異常な磁気センサである異常センサを特定する異常判別処理と、 前記３つの磁気センサのうち前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて、残り一相の信号を生成する信号生成処理と、 前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号と、生成された前記残り一相の信号とに基づいて、前記モータの回転位置を推定する位置推定処理と、 前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号のうち、一方の信号を第１信号とし、前記第１信号に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する他方の信号を第２信号とする場合に、 前記信号処理部は、前記信号生成処理において、 前記第１信号及び前記第２信号をデジタル変換することより、前記第１信号の瞬時値と前記第２信号の瞬時値とを取得する第１処理と、 前記第１信号の瞬時値から前記第２信号の瞬時値を減算することにより、前記第１信号に含まれる第１基本波信号と前記第２信号に含まれる第２基本波信号との合成信号の瞬時値を算出する第２処理と、 前記合成信号の瞬時値と予め用意された前記合成信号のノルムとに基づいて前記合成信号の偏角を算出する第３処理と、 前記合成信号の偏角と、前記合成信号のノルムと、予め用意された前記合成信号と前記第１基本波信号との位相差とに基づいて、前記合成信号と直交関係にある第３基本波信号の瞬時値を前記残り一相の信号の瞬時値として算出する第４処理と、を実行する、位置検出装置。

【数1】

【請求項2】

前記合成信号の偏角をωｔ＋φ２とし、前記合成信号の瞬時値をＨｕｖとし、前記合成信号のノルムを||Ｈｕｖ||とする場合に、 前記信号処理部は、前記第３処理において、下式（１３）に基づいて前記合成信号の偏角ωｔ＋φ２を算出し、算出された偏角ωｔ＋φ２を拡張処理することにより、－１８０°以上且つ１８０°未満の範囲に含まれる偏角θを取得する、請求項１に記載の位置検出装置。

【数2】

【請求項3】

前記合成信号と前記第１基本波信号との位相差をφ２とし、前記第３基本波信号の瞬時値をＨｗとする場合に、 前記信号処理部は、前記第２処理において、予め用意された、前記第１信号の振幅値と前記第２信号の振幅値とが等しくなる振幅補正値に基づいて、前記第１信号の瞬時値と前記第２信号の瞬時値との少なくとも一方を補正し、 前記信号処理部は、前記第４処理において、前記合成信号のノルム||Ｈｕｖ||と、前記位相差φ２と、前記偏角θとを下式（１４）に代入することにより、前記第３基本波信号の瞬時値を算出する、請求項２に記載の位置検出装置。

【数3】

【請求項4】

前記信号処理部は、前記信号生成処理において、 前記第１信号の瞬時値と、前記第２信号の瞬時値と、前記第３基本波信号の瞬時値とに基づいて、前記第１信号及び前記第２信号に含まれる同相信号の瞬時値を算出する第５処理と、 前記第１信号の瞬時値から前記同相信号の瞬時値を減算することにより、前記第１基本波信号の瞬時値を算出する第６処理と、 前記第２信号の瞬時値から前記同相信号の瞬時値を減算することにより、前記第２基本波信号の瞬時値を算出する第７処理と、 をさらに実行する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置検出装置。

【請求項5】

前記第１信号の瞬時値をＨｕ’とし、前記第２信号の瞬時値をＨｖ’とし、前記第３基本波信号の瞬時値をＨｗとし、前記同相信号の瞬時値をＮとする場合に、 前記信号処理部は、前記第５処理において、下式（１５）及び下式（１６）に基づいて前記同相信号の瞬時値を算出する、請求項４に記載の位置検出装置。

【数4】

【請求項6】

前記信号処理部は、前記３つの磁気センサのうち前記異常センサへの電源供給を遮断する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置検出装置。

【請求項7】

モータに同期して回転する磁石と対向し且つ前記磁石の回転方向に沿って所定間隔で配置される３つの磁気センサから出力される、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の信号を用いて、前記モータの回転位置を検出する位置検出方法であって、 前記三相の信号に含まれるＵ相信号、Ｖ相信号およびＷ相信号のそれぞれをデジタル変換することより、前記Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、前記Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’および前記Ｗ相信号の瞬時値Ｈｗ’を取得する取得ステップと、 前記Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、前記Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’および前記Ｗ相信号の瞬時値Ｈｗ’が、第１ケース、第２ケースおよび第３ケースの全てにおいて下式（１）を満たすか否かを判定することにより、前記３つの磁気センサのうち異常な磁気センサである異常センサを特定する異常判別ステップと、 前記３つの磁気センサのうち前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて、残り一相の信号を生成する信号生成ステップと、 前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号と、生成された前記残り一相の信号とに基づいて、前記モータの回転位置を推定する位置推定ステップと、 前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号のうち、一方の信号を第１信号とし、前記第１信号に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する他方の信号を第２信号とする場合に、 前記信号生成ステップは、 前記第１信号及び前記第２信号をデジタル変換することより、前記第１信号の瞬時値と前記第２信号の瞬時値とを取得する第１ステップと、 前記第１信号の瞬時値から前記第２信号の瞬時値を減算することにより、前記第１信号に含まれる第１基本波信号と前記第２信号に含まれる第２基本波信号との合成信号の瞬時値を算出する第２ステップと、 前記合成信号の瞬時値と予め用意された前記合成信号のノルムとに基づいて前記合成信号の偏角を算出する第３ステップと、 前記合成信号の偏角と、前記合成信号のノルムと、予め用意された前記合成信号と前記第１基本波信号との位相差とに基づいて、前記合成信号と直交関係にある第３基本波信号の瞬時値を前記残り一相の信号の瞬時値として算出する第４ステップと、を含む、位置検出方法。

【数5】

【請求項8】

前記合成信号の偏角をωｔ＋φ２とし、前記合成信号の瞬時値をＨｕｖとし、前記合成信号のノルムを||Ｈｕｖ||とする場合に、 前記第３ステップにおいて、下式（１３）に基づいて前記合成信号の偏角ωｔ＋φ２を算出し、算出された偏角ωｔ＋φ２を拡張処理することにより、－１８０°以上且つ１８０°未満の範囲に含まれる偏角θを取得する、請求項７に記載の位置検出方法。

【数6】

【請求項9】

前記合成信号と前記第１基本波信号との位相差をφ２とし、前記第３基本波信号の瞬時値をＨｗとする場合に、 前記第２ステップにおいて、予め用意された、前記第１信号の振幅値と前記第２信号の振幅値とが等しくなる振幅補正値に基づいて、前記第１信号の瞬時値と前記第２信号の瞬時値との少なくとも一方を補正し、 前記第４ステップにおいて、前記合成信号のノルム||Ｈｕｖ||と、前記位相差φ２と、前記偏角θとを下式（１４）に代入することにより、前記第３基本波信号の瞬時値を算出する、請求項８に記載の位置検出方法。

【数7】

【請求項10】

前記信号生成ステップは、 前記第１信号の瞬時値と、前記第２信号の瞬時値と、前記第３基本波信号の瞬時値とに基づいて、前記第１信号及び前記第２信号に含まれる同相信号の瞬時値を算出する第５ステップと、 前記第１信号の瞬時値から前記同相信号の瞬時値を減算することにより、前記第１基本波信号の瞬時値を算出する第６ステップと、 前記第２信号の瞬時値から前記同相信号の瞬時値を減算することにより、前記第２基本波信号の瞬時値を算出する第７ステップと、 をさらに含む、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の位置検出方法。

【請求項11】

前記第１信号の瞬時値をＨｕ’とし、前記第２信号の瞬時値をＨｖ’とし、前記第３基本波信号の瞬時値をＨｗとし、前記同相信号の瞬時値をＮとする場合に、 前記第５ステップにおいて、下式（１５）及び下式（１６）に基づいて前記同相信号の瞬時値を算出する、請求項１０に記載の位置検出方法。

【数8】

【請求項12】

前記３つの磁気センサのうち前記異常センサへの電源供給を遮断するステップをさらに含む、請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の位置検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位置検出装置および位置検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、モータの回転を検出するのに必要な回路を二系統備えることにより、回路の一部に異常が生じたとしても回転検出動作を継続して行うことのできる回転検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１９１０９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の従来技術では、モータの回転を検出するのに必要な回路を二系統備えることに起因して、装置の大型化と部品コストの増加を招く。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の位置検出装置における一つの態様は、モータの回転位置を検出する位置検出装置であって、前記モータに同期して回転する磁石と対向し且つ前記磁石の回転方向に沿って所定間隔で配置される３つの磁気センサと、前記３つの磁気センサから出力される、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の信号を処理する信号処理部と、を備える。前記信号処理部は、前記三相の信号に含まれるＵ相信号、Ｖ相信号およびＷ相信号のそれぞれをデジタル変換することより、前記Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、前記Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’および前記Ｗ相信号の瞬時値Ｈｗ’を取得する取得処理と、前記Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、前記Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’および前記Ｗ相信号の瞬時値Ｈｗ’が、第１ケース、第２ケースおよび第３ケースの全てにおいて下式（１）を満たすか否かを判定することにより、前記３つの磁気センサのうち異常な磁気センサである異常センサを特定する異常判別処理と、前記３つの磁気センサのうち前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて、残り一相の信号を生成する信号生成処理と、前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号と、生成された前記残り一相の信号とに基づいて、前記モータの回転位置を推定する位置推定処理と、を実行する。

【0006】

本発明の位置検出方法における一つの態様は、モータに同期して回転する磁石と対向し且つ前記磁石の回転方向に沿って所定間隔で配置される３つの磁気センサから出力される、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の信号を用いて、前記モータの回転位置を検出する位置検出方法であって、前記三相の信号に含まれるＵ相信号、Ｖ相信号およびＷ相信号のそれぞれをデジタル変換することより、前記Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、前記Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’および前記Ｗ相信号の瞬時値Ｈｗ’を取得する取得ステップと、前記Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、前記Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’および前記Ｗ相信号の瞬時値Ｈｗ’が、第１ケース、第２ケースおよび第３ケースの全てにおいて下式（１）を満たすか否かを判定することにより、前記３つの磁気センサのうち異常な磁気センサである異常センサを特定する異常判別ステップと、前記３つの磁気センサのうち前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて、残り一相の信号を生成する信号生成ステップと、前記異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号と、生成された前記残り一相の信号とに基づいて、前記モータの回転位置を推定する位置推定ステップと、を含む。

【0007】

【数1】

【発明の効果】

【0008】

本発明の上記態様によれば、３つの磁気センサのうち１つの磁気センサに異常が発生した場合であっても、異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて残り一相の信号を生成することにより、モータの回転位置の推定を継続して行うことができる位置検出装置および位置検出方法が提供される。従って、モータの回転を検出するのに必要な回路を二系統用意する従来技術と比較して、装置の小型化と部品コストの削減を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態における位置検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。

【図2】図２は、本実施形態における３つの磁気センサと電源回路と処理部との接続関係を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態における位置検出装置の処理部が実行する各処理を示すフローチャートである。

【図4】図４は、本実施形態における位置検出装置の処理部が実行する異常判別処理に関する説明図である。

【図5】図５は、本実施形態における位置検出装置の処理部が実行する信号生成処理を示すフローチャートである。

【図6】図６は、第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’を複素平面上において回転するベクトルで表した図である。

【図7】図７は、複素平面上において第１信号Ｈｕ’のベクトルが１回転する間に得られる第１信号Ｈｕ’の波形データと、複素平面上において第２信号Ｈｖ’のベクトルが１回転する間に得られる第２信号Ｈｖ’の波形データとの一例を示す図である。

【図8】図８は、第１基本波信号Ｈｕと第２基本波信号Ｈｖとの合成信号Ｈｕｖを複素平面上において回転するベクトルで表した図である。

【図9】図９は、複素平面上において第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’のベクトルが１回転する間に得られる合成信号Ｈｕｖの波形データの一例を示す図である。

【図10】図１０は、学習処理において第１信号Ｈｕ’と第２信号Ｈｖ’との位相差φ１を算出する方法に関する説明図である。

【図11】図１１は、学習処理において合成信号Ｈｕｖと第１信号Ｈｕ’との位相差φ２を算出する方法に関する説明図である。

【図12】図１２は、合成信号Ｈｕｖと第１基本波信号Ｈｕとの位相差は、合成信号Ｈｕｖと第１信号Ｈｕ’との位相差φ２と等しいことを示す説明図である。

【図13】図１３は、合成信号Ｈｕｖの偏角ωｔ＋φ２に関する説明図である。

【図14】図１４は、合成信号Ｈｕｖと直交関係にある第３基本波信号Ｈｗを複素平面上において回転するベクトルで表した図である。

【図15】図１５は、複素平面上において合成信号Ｈｕｖのベクトルが１回転する間に得られる第３基本波信号Ｈｗの波形データの一例を示す図である。

【図16】図１６は、第１基本波信号Ｈｕの波形データと、第２基本波信号Ｈｖの波形データと、第３基本波信号Ｈｗの波形データとの一例を示す図である。

【図17】図１７は、本実施形態における位置検出装置の処理部が実行する位置推定処理に関する第１説明図である。

【図18】図１８は、本実施形態における位置検出装置の処理部が実行する位置推定処理に関する第２説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態における位置検出装置１の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、位置検出装置１は、モータ１００の回転位置（回転角）を検出する装置である。本実施形態においてモータ１００は、例えばインナーロータ型の三相ブラシレスＤＣモータである。モータ１００は、ロータシャフト１１０と、センサマグネット１２０と、を有する。ロータシャフト１１０は、モータ１００の回転軸である。モータ１００の回転位置とは、ロータシャフト１１０の回転位置を意味する。

【0011】

センサマグネット１２０は、ロータシャフト１１０に取り付けられる円板状の磁石である。センサマグネット１２０は、ロータシャフト１１０に同期して回転する磁石である。センサマグネット１２０は、Ｐ個（Ｐは２以上の整数）の磁極対を有する。本実施形態では、一例として、センサマグネット１２０は、４つの磁極対を有する。なお、磁極対とは、Ｎ極とＳ極とのペアを意味する。すなわち、本実施形態においてセンサマグネット１２０は、Ｎ極とＳ極とのペアを４つ有し、計８つの磁極を有する。

【0012】

位置検出装置１は、３つの磁気センサ１１、１２及び１３と、信号処理部２０と、を備える。図１では図示を省略するが、モータ１００には回路基板が装着されており、３つの磁気センサ１１、１２及び１３と、信号処理部２０とは、回路基板上に配置される。センサマグネット１２０は、回路基板と干渉しない位置に配置される。センサマグネット１２０は、モータ１００のハウジングの内部に配置されてもよいし、或いはハウジングの外部に配置されてもよい。

【0013】

磁気センサ１１、１２及び１３は、回路基板上において、センサマグネット１２０と対向し且つセンサマグネット１２０の回転方向ＣＷに沿って所定の間隔で配置される。本実施形態において、磁気センサ１１、１２及び１３は、センサマグネット１２０の回転方向ＣＷに沿って３０°間隔で配置される。例えば、磁気センサ１１、１２及び１３は、それぞれ、例えばホール素子、或いはリニアホールＩＣなど、磁気抵抗素子を含めたアナログ出力タイプの磁気センサである。磁気センサ１１、１２及び１３は、それぞれ、ロータシャフト１１０の回転位置、すなわちセンサマグネット１２０の回転位置に応じて変化する磁界強度を示すアナログ信号を出力する。

【0014】

磁気センサ１１、１２及び１３から出力される各アナログ信号の電気角１周期は、機械角１周期の１／Ｐに相当する。本実施形態では、センサマグネット１２０の極対数Ｐが「４」なので、各アナログ信号の電気角１周期は、機械角１周期の１／４、すなわち機械角で９０°に相当する。また、磁気センサ１１、１２及び１３から出力されるアナログ信号は、互いに電気角で１２０°の位相差を有する。

【0015】

以下では、磁気センサ１１から出力されるアナログ信号をＵ相信号Ｈｕ’と呼称し、磁気センサ１２から出力されるアナログ信号をＶ相信号Ｈｖ’と呼称し、磁気センサ１３から出力されるアナログ信号をＷ相信号Ｈｗ’と呼称する。Ｖ相信号Ｈｖ’は、Ｕ相信号Ｈｕ’ に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する。Ｗ相信号Ｈｗ’は、Ｖ相信号Ｈｖ’に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する。

【0016】

上記のように、３つの磁気センサ１１、１２及び１３は、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の信号を出力する。磁気センサ１１は、Ｕ相信号Ｈｕ’を信号処理部２０に出力する。磁気センサ１２は、Ｖ相信号Ｈｖ’を信号処理部２０に出力する。磁気センサ１３は、Ｗ相信号Ｈｗ’を信号処理部２０に出力する。

【0017】

信号処理部２０は、３つの磁気センサ１１、１２及び１３から出力される、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の信号を処理する信号処理回路である。信号処理部２０は、磁気センサ１１から出力されるＵ相信号Ｈｕ’と、磁気センサ１２から出力されるＶ相信号Ｈｖ’と、磁気センサ１３から出力されるＷ相信号Ｈｗ’とに基づいて、モータ１００の回転位置、すなわちロータシャフト１１０の回転位置を推定する。信号処理部２０は、電源回路２１と、処理部２２と、記憶部２３と、を備える。

【0018】

電源回路２１は、バッテリなどの直流電源２００から供給される外部電源電圧を、信号処理部２０の内部回路を動作させるのに必要な内部電源電圧に変換する回路である。一例として、直流電源２００から供給される外部電源電圧は５Ｖであり、電源回路２１から出力される内部電源電圧は３．３Ｖである。例えば、電源回路２１として、ロードロップアウトレギュレータが使用されてもよい。

【0019】

電源回路２１は、電源線Ｖｃｃと、グランド線ＧＮＤとを介して処理部２２と電気的に接続される。電源回路２１は、電源線Ｖｃｃと、グランド線ＧＮＤとを介して内部電源電圧を処理部２２に出力する。図１では図示を省略するが、電源回路２１は、電源線Ｖｃｃと、グランド線ＧＮＤとを介して記憶部２３とも電気的に接続される。

【0020】

処理部２２は、例えばＭＣＵ(Microcontroller Unit)などのマイクロプロセッサである。磁気センサ１１から出力されるＵ相信号Ｈｕ’と、磁気センサ１２から出力されるＶ相信号Ｈｖ’と、磁気センサ１３から出力されるＷ相信号Ｈｗ’とは、それぞれ、処理部２２に入力される。処理部２２は、不図示の通信バスを介して記憶部２３と通信可能に接続される。詳細は後述するが、処理部２２は、記憶部２３に予め記憶されるプログラムに従って、取得処理、異常判別処理、信号生成処理および位置推定処理を実行する。

【0021】

図２に示すように、処理部２２は、３つの出力ポートＰ１、Ｐ２及びＰ３を有する。出力ポートＰ１、Ｐ２及びＰ３は、例えばＣＭＯＳ出力ポートである。出力ポートＰ１は、センサ用電源線Ｖｃｃ１を介して磁気センサ１１と電気的に接続される。出力ポートＰ２は、センサ用電源線Ｖｃｃ２を介して磁気センサ１２と電気的に接続される。出力ポートＰ３は、センサ用電源線Ｖｃｃ３を介して磁気センサ１３と電気的に接続される。なお、図２に示すように、電源回路２１は、グランド線ＧＮＤを介して磁気センサ１１、１２及び１３のそれぞれと電気的に接続される。

【0022】

処理部２２は、センサ用電源電圧としてハイレベル電圧を出力ポートＰ１から磁気センサ１１に出力する。処理部２２は、センサ用電源電圧としてハイレベル電圧を出力ポートＰ２から磁気センサ１２に出力する。処理部２２は、センサ用電源電圧としてハイレベル電圧を出力ポートＰ３から磁気センサ１３に出力する。例えば、電源回路２１によって生成される内部電源電圧が３．３Ｖの場合、ハイレベル電圧は３．３Ｖである。

【0023】

磁気センサ１１への電源供給を遮断する場合、処理部２２は、出力ポートＰ１の出力電圧をローレベルに切り替える。磁気センサ１２への電源供給を遮断する場合、処理部２２は、出力ポートＰ２の出力電圧をローレベルに切り替える。磁気センサ１３への電源供給を遮断する場合、処理部２２は、出力ポートＰ３の出力電圧をローレベルに切り替える。

【0024】

記憶部２３は、処理部２２に各種処理を実行させるのに必要なプログラムおよび各種設定データなどを記憶する不揮発性メモリと、処理部２２が各種処理を実行する際にデータの一時保存先として使用される揮発性メモリとを含む。不揮発性メモリは、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）又はフラッシュメモリなどである。揮発性メモリは、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などである。

【0025】

次に、処理部２２によって実行される、取得処理、異常判別処理、信号生成処理および位置推定処理について説明する。

【0026】

電源回路２１が内部電源電圧を処理部２２に出力すると、処理部２２は起動して所定の初期化処理を行った後、出力ポートＰ１、Ｐ２及びＰ３のそれぞれからハイレベル電圧を出力する。これにより、３つの磁気センサ１１、１２及び１３のそれぞれにセンサ用電源電圧が供給され、各磁気センサ１１、１２及び１３は磁界強度を検出可能な状態になる。

【0027】

図３に示すように、処理部２２は、各磁気センサ１１、１２及び１３への電源供給を開始した後、３つの磁気センサ１１、１２及び１３から出力される三相の信号に含まれるＵ相信号Ｈｕ’、Ｖ相信号Ｈｖ’およびＷ相信号Ｈｗ’のそれぞれをデジタル変換することより、Ｕ相信号Ｈｕ’の瞬時値、Ｖ相信号Ｈｖ’の瞬時値およびＷ相信号Ｈｗ’の瞬時値を取得する取得処理を実行する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、取得ステップに相当する。

【0028】

具体的には、処理部２２にはＡ／Ｄ変換器が内蔵されており、処理部２２は、Ａ／Ｄ変換器によってＵ相信号Ｈｕ’、Ｖ相信号Ｈｖ’およびＷ相信号Ｈｗ’のそれぞれを所定のサンプリング周波数でデジタル変換することにより、Ｕ相信号Ｈｕ’の瞬時値、Ｖ相信号Ｈｖ’の瞬時値およびＷ相信号Ｈｗ’の瞬時値をデジタル値として取得する。

【0029】

そして、処理部２２は、Ｕ相信号Ｈｕ’の瞬時値、Ｖ相信号Ｈｖ’の瞬時値およびＷ相信号Ｈｗ’の瞬時値が、第１ケース、第２ケースおよび第３ケースの全てにおいて下式（１）を満たすか否かを判定することにより、３つの磁気センサ１１、１２及び１３のうち異常な磁気センサである異常センサを特定する異常判別処理を実行する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、異常判別ステップに相当する。

【0030】

【数2】

【0031】

上式（１）において、最小閾値ＴＨｍｉｎ及び最大閾値ＴＨｍａｘは、事前に行われる第１の学習処理によって得られる学習値であり、予め記憶部２３の不揮発性メモリに記憶されている。以下では、第１の学習処理について説明する。

【0032】

図４は、３つの磁気センサ１１、１２及び１３の全てが正常の場合に得られる、Ｕ相信号Ｈｕ’の瞬時値の時系列データ（Ｕ相信号Ｈｕ’の波形データ）と、Ｖ相信号Ｈｖ’の瞬時値の時系列データ（Ｖ相信号Ｈｖ’の波形データ）と、Ｗ相信号Ｈｗ’の瞬時値の時系列データ（Ｗ相信号Ｈｗ’の波形データ）との一例を示す。図４において、横軸は時間を示し、縦軸はデジタル値を示す。

【0033】

第１の学習処理において、処理部２２は、上記のように３つの磁気センサ１１、１２及び１３の全てが正常の場合に得られた三相信号の波形データに基づいて、三相不平衡成分Ｎｚｐｎ（＝Ｈｕ’＋Ｈｖ’＋Ｈｗ’）の最大値Ｎｚｐｎ１と最小値Ｎｚｐｎ２とを演算する。そして、処理部２２は、三相不平衡成分の最大値Ｎｚｐｎ１に、設計上のマージンである設定値Δｔｈを加算して得られる値を最大閾値ＴＨｍａｘ（＝Ｎｚｐｎ１＋Δｔｈ）として記憶部２３の不揮発性メモリに格納する。また、処理部２２は、三相不平衡成分の最小値Ｎｚｐｎ２から設定値Δｔｈを減算して得られる値を最小閾値ＴＨｍｉｎ（＝Ｎｚｐｎ２－Δｔｈ）として記憶部２３の不揮発性メモリに格納する。

【0034】

以上が第１の学習処理の説明である。ステップＳ２において、処理部２２は、記憶部２３の不揮発性メモリから最大閾値ＴＨｍａｘ及び最小閾値ＴＨｍｉｎを読み出し、ステップＳ１で取得した三相信号の瞬時値が、第１ケース、第２ケースおよび第３ケースの全てにおいて式（１）を満たすか否かを判定することにより、３つの磁気センサ１１、１２及び１３のなかから異常センサを特定する。

【0035】

図４に示すように、例えば磁気センサ１３が天絡状態にあるとき、磁気センサ１３から出力されるＷ相信号Ｈｗ’の瞬時値は、ハイレベル（例えば３．３Ｖ）を示すデジタル値に固定される。例えば磁気センサ１３が地絡状態にあるとき、磁気センサ１３から出力されるＷ相信号Ｈｗ’の瞬時値は、ローレベル（例えば０Ｖ）を示すデジタル値に固定される。例えば磁気センサ１３が故障状態にあるとき、磁気センサ１３から出力されるＷ相信号Ｈｗ’の波形データは、正常時の波形データと異なる異常なデジタル値を示す。

【0036】

上記のように、例えば磁気センサ１３が異常状態にあるとき、第１ケースにおいて式（１）が満たされない。処理部２２は、第１ケースにおいて式（１）が満たされない場合、磁気センサ１３を異常センサとして特定する。同様に、磁気センサ１１が異常状態にあるとき、第２ケースにおいて式（１）が満たされない。処理部２２は、第２ケースにおいて式（１）が満たされない場合、磁気センサ１１を異常センサとして特定する。また、磁気センサ１２が異常状態にあるとき、第３ケースにおいて式（１）が満たされない。処理部２２は、第３ケースにおいて式（１）が満たされない場合、磁気センサ１２を異常センサとして特定する。

【0037】

処理部２２は、ステップＳ２の異常判別処理によって異常センサを特定すると、３つの磁気センサ１１、１２及び１３のうち異常センサへの電源供給を遮断する。例えば、磁気センサ１１が異常センサの場合、処理部２２は、出力ポートＰ１の出力電圧をローレベルに切り替えることにより、磁気センサ１１への電源供給を遮断する。磁気センサ１２が異常センサの場合、処理部２２は、出力ポートＰ２の出力電圧をローレベルに切り替えることにより、磁気センサ１２への電源供給を遮断する。磁気センサ１３が異常センサの場合、処理部２２は、出力ポートＰ３の出力電圧をローレベルに切り替えることにより、磁気センサ１３への電源供給を遮断する。

【0038】

そして、処理部２２は、３つの磁気センサ１１、１２及び１３のうち異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて、残り一相の信号を生成する信号生成処理を実行する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、信号生成ステップに相当する。以下では、異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号のうち、一方の信号を第１信号とし、第１信号に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する他方の信号を第２信号とする。例えば、磁気センサ１３が異常センサの場合、磁気センサ１１から出力されるＵ相信号Ｈｕ’が第１信号であり、磁気センサ１２から出力されるＶ相信号Ｈｖ’が第２信号である。

【0039】

ロータシャフト１１０とともにセンサマグネット１２０が回転すると、センサマグネット１２０の回転位置に応じて変化する磁界強度を示す第１信号Ｈｕ’が磁気センサ１１から出力され、第１信号Ｈｕ’に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する第２信号Ｈｖ’が磁気センサ１２から出力される。処理部２２は、Ａ／Ｄ変換器によって第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’を所定のサンプリング周波数でデジタル変換する。処理部２２は、デジタル変換の実行タイミング、すなわちサンプリングタイミングが到来するたびに、図５のフローチャートで示される信号生成処理を実行する。

【0040】

図５に示すように、サンプリングタイミングが到来すると、処理部２２は、上記のようにセンサマグネット１２０の回転に伴って処理部２２に出力される第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’をデジタル変換することにより、第１信号Ｈｕ’の瞬時値と、第２信号Ｈｖ’の瞬時値とをデジタル値として取得する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１は第１ステップに相当し、ステップＳ１１で実行される処理は第１処理に相当する。

【0041】

図６は、第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’を複素平面上において回転するベクトルで表した図である。図６において、横軸は実数軸であり、縦軸は虚数軸である。第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’は、複素平面上において矢印の方向に角速度ωで回転する。図６に示すように、第１信号Ｈｕ’は、基本波信号である第１基本波信号Ｈｕと、同相信号Ｎとを含む。第１信号Ｈｕ’は、第１基本波信号Ｈｕと同相信号Ｎとの合成ベクトルで表される。すなわち、第１信号Ｈｕ’は、下式（２）で表される。第２信号Ｈｖ’は、基本波信号である第２基本波信号Ｈｖと、同相信号Ｎとを含む。第２信号Ｈｖ’は、第２基本波信号Ｈｖと同相信号Ｎとの合成ベクトルで表される。すなわち、第２信号Ｈｖ’は、下式（３）で表される。同相信号Ｎは、直流信号および第３次高調波信号などを含むノイズ信号である。

【0042】

【数3】

【0043】

ステップＳ１１で取得される第１信号Ｈｕ’の瞬時値は、図６においてベクトルで表される第１信号Ｈｕ’の実数部（実数軸に投影される部分）に相当する。同様に、ステップＳ１１取得される第２信号Ｈｖ’の瞬時値は、図６においてベクトルで表される第２信号Ｈｖ’の実数部に相当する。例えば、第１信号Ｈｕ’の瞬時値は、下式（４）で表される。下式（４）において、||Ｈｕ’||は第１信号Ｈｕ’のノルムであり、ｋは１以上の整数である。

【0044】

【数4】

【0045】

図７は、複素平面上において第１信号Ｈｕ’のベクトルが１回転する間に得られる第１信号Ｈｕ’の瞬時値の時系列データ（第１信号Ｈｕ’の波形データ）と、複素平面上において第２信号Ｈｖ’のベクトルが１回転する間に得られる第２信号Ｈｖ’の瞬時値の時系列データ（第２信号Ｈｖ’の波形データ）との一例を示す図である。図７において、横軸は時間を示し、縦軸はデジタル値を示す。図７に示すように、同相信号Ｎを含む第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’の波形は完全な正弦波形にならず、歪みを有する波形となる。

【0046】

図５に戻り、処理部２２は、第１信号Ｈｕ’の瞬時値から第２信号Ｈｖ’の瞬時値を減算することにより、第１信号Ｈｕ’に含まれる第１基本波信号Ｈｕと第２信号Ｈｖ’に含まれる第２基本波信号Ｈｖとの合成信号Ｈｕｖの瞬時値を算出する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２は第２ステップに相当し、ステップＳ１２で実行される処理は第２処理に相当する。

【0047】

下式（５）に示すように、第１信号Ｈｕ’の瞬時値から第２信号Ｈｖ’の瞬時値を減算することにより、両信号に含まれる同相信号Ｎが相殺され、第１基本波信号Ｈｕと第２基本波信号Ｈｖとの合成信号Ｈｕｖの瞬時値が得られることがわかる。図８は、第１基本波信号Ｈｕと第２基本波信号Ｈｖとの合成信号Ｈｕｖを複素平面上において回転するベクトルで表した図である。図９は、複素平面上において第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’のベクトルが１回転する間に得られる合成信号Ｈｕｖの瞬時値の時系列データ（合成信号Ｈｕｖの波形データ）の一例を示す図である。図９に示すように、合成信号Ｈｕｖの波形は、完全な正弦波形となる。

【0048】

【数5】

【0049】

なお、ステップＳ１２において、処理部２２は、合成信号Ｈｕｖの瞬時値を算出する前に、予め用意された振幅補正値に基づいて、第１信号Ｈｕ’の瞬時値と第２信号Ｈｖ’の瞬時値との少なくとも一方を補正する。振幅補正値とは、第１信号Ｈｕ’の振幅値と第２信号Ｈｖ’の振幅値とが等しくなる補正値である。振幅補正値は、事前に行われる第２の学習処理によって得られる学習値の一つであり、予め記憶部２３の不揮発性メモリに記憶されている。すなわち、ステップＳ１２において、処理部２２は、記憶部２３の不揮発性メモリから振幅補正値を読み出し、読み出した振幅補正値に基づいて、第１信号Ｈｕ’の振幅値と第２信号Ｈｖ’の振幅値とが等しくなるように第１信号Ｈｕ’の瞬時値と第２信号Ｈｖ’の瞬時値との少なくとも一方を補正する。

【0050】

図５に戻り、処理部２２は、合成信号Ｈｕｖの瞬時値と予め用意された合成信号Ｈｕｖのノルムとに基づいて、合成信号Ｈｕｖの偏角を算出する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３は第３ステップに相当し、ステップＳ１３で実行される処理は第３処理に相当する。

【0051】

合成信号Ｈｕｖのノルムは、上記の振幅補正値と同様に、事前に行われる第２の学習処理によって得られる学習値の一つであり、予め記憶部２３の不揮発性メモリに記憶されている。振幅補正値および合成信号Ｈｕｖのノルムの他、合成信号Ｈｕｖと第１基本波信号Ｈｕとの位相差も学習値として予め記憶部２３の不揮発性メモリに記憶されている。以下では、事前に行われる第２の学習処理について説明する。

【0052】

第２の学習処理は、ロータシャフト１１０とともにセンサマグネット１２０が回転する状態で行われる。第２の学習処理において、処理部２２は、少なくとも第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’の電気角１周期に相当する時間が経過するまで、つまり、少なくともセンサマグネット１２０が機械角で９０°回転するまで、上記のステップＳ１１及びステップＳ１２の処理を所定のサンプリング周波数で繰り返す。言い換えれば、処理部２２は、複素平面上において第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’のベクトルが少なくとも１回転するまで、上記のステップＳ１１及びステップＳ１２の処理を所定のサンプリング周波数で繰り返す。

【0053】

これにより、処理部３１は、第１信号Ｈｕ’の瞬時値と、第２信号Ｈｖ’の瞬時値と、合成信号Ｈｕｖの瞬時値とを逐次取得し、過去の各瞬時値の最大値と現時刻（現在のサンプリングタイミング）の各瞬時値とを比較し、現時刻の各瞬時値が過去の各瞬時値の最大値より大きい場合に、過去の各瞬時値の最大値を現時刻の各瞬時値に更新する処理を行う。また、処理部３１は、第１信号Ｈｕ’の瞬時値と、第２信号Ｈｖ’の瞬時値と、合成信号Ｈｕｖの瞬時値とを逐次取得し、過去の各瞬時値の最小値と現時刻の各瞬時値とを比較し、現時刻の各瞬時値が過去の各瞬時値の最小値より小さい場合に、過去の各瞬時値の最小値を現時刻の各瞬時値に更新する処理を行う。

【0054】

処理部２２は、上記のような逐次更新処理を行うことにより各信号の最大値及び最小値を取得する。そして、処理部２２は、第１信号Ｈｕ’の最大値Ｍａｘ（Ｈｕ’）及び最小値Ｍｉｎ（Ｈｕ’）を下式（６）に代入することにより、第１信号Ｈｕ’の振幅値であるノルム||Ｈｕ’||を算出する。処理部２２は、第２信号Ｈｖ’の最大値Ｍａｘ（Ｈｖ’）及び最小値Ｍｉｎ（Ｈｖ’）を下式（７）に代入することにより、第２信号Ｈｖ’の振幅値であるノルム||Ｈｖ’||を算出する。処理部２２は、合成信号Ｈｕｖの最大値Ｍａｘ（Ｈｕｖ）及び最小値Ｍｉｎ（Ｈｕｖ）を下式（８）に代入することにより、合成信号Ｈｕｖの振幅値であるノルム||Ｈｕｖ||を算出する。

【0055】

【数6】

【0056】

処理部２２は、第１信号Ｈｕ’のノルム||Ｈｕ’||と、第２信号Ｈｖ’のノルム||Ｈｖ’||とが等しくなる振幅補正値を算出する。処理部２２は、第１信号Ｈｕ’の波形データに含まれる全ての瞬時値と、第２信号Ｈｖ’の波形データに含まれる全ての瞬時値との少なくとも一方を、振幅補正値によって補正する。これにより、振幅値（ノルム）が等しい第１信号Ｈｕ’の波形データと第２信号Ｈｖ’の波形データとが得られる。

【0057】

図１０に示すように、処理部２２は、振幅補正後の第１信号Ｈｕ’の波形データと第２信号Ｈｖ’の波形データとに基づいて、第１信号Ｈｕ’を基準として、第１信号Ｈｕ’と第２信号Ｈｖ’との位相差φ１（≒ｔｙｐ．－１２０°）を算出する。具体的には、図１０に示すように、処理部２２は、第１信号Ｈｕ’の最大値Ｍａｘ（Ｈｕ’）と第２信号Ｈｖ’の最大値Ｍａｘ（Ｈｖ’）との間の時間を基準エンコーダなどでカウントし、カウント結果Ｎｍａｘを下式（９）に代入することで位相差φ１を算出する。または、処理部２２は、第１信号Ｈｕ’の最小値Ｍｉｎ（Ｈｕ’）と第２信号Ｈｖ’の最小値Ｍｉｎ（Ｈｖ’）との間の時間を基準エンコーダなどでカウントし、カウント結果Ｎｍｉｎを下式（１０）に代入することで位相差φ１を算出してもよい。式（９）及び式（１０）において、Ｎｃｐｒは、基準エンコーダの分解能である。なお、第２の学習処理において、基準エンコーダは回転軸に予め取り付けられる。

【0058】

【数7】

【0059】

図１１に示すように、処理部２２は、第１信号Ｈｕ’と第２信号Ｈｖ’との位相差φ１に基づいて、合成信号Ｈｕｖと第１信号Ｈｕ’との位相差φ２（≒ｔｙｐ．＋３０°）を算出する。具体的には、処理部２２は、第１信号Ｈｕ’と第２信号Ｈｖ’との位相差φ１を下式（１１）に代入することにより、合成信号Ｈｕｖと第１信号Ｈｕ’との位相差φ２を算出する。

【0060】

【数8】

【0061】

図１２に示すように、合成信号Ｈｕｖと第１信号Ｈｕ’との位相差φ２は、合成信号Ｈｕｖと第１基本波信号Ｈｕとの位相差と等しい。従って、処理部２２は、合成信号Ｈｕｖと第１信号Ｈｕ’との位相差φ２を、合成信号Ｈｕｖと第１基本波信号Ｈｕとの位相差として取得する。上記のような第２の学習処理によって、振幅補正値と、合成信号Ｈｕｖのノルム||Ｈｕｖ||と、合成信号Ｈｕｖと第１基本波信号Ｈｕとの位相差φ２とが学習値として得られる。処理部２２は、第２の学習処理によって得られた各学習値を記憶部２３の不揮発性メモリに格納する。

【0062】

以上が第２の学習処理の説明であり、以下では図５に戻って信号生成処理の説明を続ける。図５のステップＳ１３において、処理部２２は、ステップＳ１２で算出された合成信号Ｈｕｖの瞬時値と、第２の学習処理によって事前に得られた合成信号Ｈｕｖのノルム||Ｈｕｖ||とに基づいて、合成信号Ｈｕｖの偏角を算出する。図１３に示すように、合成信号Ｈｕｖの偏角をωｔ＋φ２とすると、合成信号Ｈｕｖの瞬時値は下式（１２）で表される。

【0063】

【数9】

【0064】

そこで、処理部２２は、ステップＳ１３において、下式（１３）に基づいて合成信号Ｈｕｖの偏角ωｔ＋φ２を算出する。すなわち、処理部２２は、記憶部２３の不揮発性メモリから合成信号Ｈｕｖのノルム||Ｈｕｖ||を読み出し、読み出した合成信号Ｈｕｖのノルム||Ｈｕｖ||と、ステップＳ１２で算出された合成信号Ｈｕｖの瞬時値とを下式（１３）に代入することにより、合成信号Ｈｕｖの偏角ωｔ＋φ２を算出する。

【0065】

ただし、式（１３）によって得られる合成信号Ｈｕｖの偏角ωｔ＋φ２は、０°以上且つ１８０°以下の値に制限される。そのため、偏角ωｔ＋φ２のサイン値は、０以上且つ１以下の正極性の値に制限される。そこで、本実施形態において処理部２２は、算出された偏角ωｔ＋φ２を拡張処理することにより、－１８０°以上且つ１８０°未満の範囲に含まれる偏角θを取得する。これにより、偏角θのサイン値は、－１以上且つ１以下の範囲内で正極性及び負極性の両方の値を取り得る。

【0066】

【数10】

【0067】

そして、処理部２２は、合成信号Ｈｕｖの偏角θと、合成信号Ｈｕｖのノルム||Ｈｕｖ||と、予め用意された合成信号Ｈｕｖと第１基本波信号Ｈｕとの位相差φ２とに基づいて、合成信号Ｈｕｖと直交関係にある第３基本波信号Ｈｗの瞬時値を算出する（ステップＳ１４）。このステップＳ１４は第４ステップに相当し、ステップＳ１４で実行される処理は第４処理に相当する。

【0068】

図１４は、合成信号Ｈｕｖと直交関係にある第３基本波信号Ｈｗを複素平面上において回転するベクトルで表した図である。振幅補正により、第１信号Ｈｕ’の振幅値（||Ｈｕ’||）と第２信号Ｈｖ’の振幅値（||Ｈｖ’||）とが等しいという条件が成立する場合、第１基本波信号Ｈｕの振幅値（||Ｈｕ||）と第２基本波信号Ｈｖの振幅値（||Ｈｖ||）とが等しくなる。この場合、合成信号Ｈｕｖのノルム||Ｈｕｖ||と、第３基本波信号Ｈｗのノルム||Ｈｗ||との比は、１／２ｓｉｎ（φ２）となる。従って、合成信号Ｈｕｖと直交関係にある第３基本波信号Ｈｗの瞬時値は、下式（１４）で表される。

【0069】

ステップＳ１４において、処理部２２は、記憶部２３の不揮発性メモリから合成信号Ｈｕｖのノルム||Ｈｕｖ||と位相差φ２とを読み出し、これら合成信号Ｈｕｖのノルム||Ｈｕｖ||及び位相差φ２と、ステップＳ１３で取得した偏角θとを下式（１４）に代入することにより、第３基本波信号Ｈｗの瞬時値を算出する。図１５は、複素平面上において合成信号Ｈｕｖのベクトルが１回転する間に得られる第３基本波信号Ｈｗの瞬時値の時系列データ（第３基本波信号Ｈｗの波形データ）の一例を示す図である。図１５に示すように、第３基本波信号Ｈｗの波形は、合成信号Ｈｕｖ、第１基本波信号Ｈｕ及び第２基本波信号Ｈｖの波形と同様に、完全な正弦波形となる。

【0070】

【数11】

【0071】

図５に戻り、処理部２２は、第１信号Ｈｕ’の瞬時値と、第２信号Ｈｖ’の瞬時値と、第３基本波信号Ｈｗの瞬時値とに基づいて、第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’に含まれる同相信号Ｎの瞬時値を算出する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５は第５ステップに相当し、ステップＳ１５で実行される処理は第５処理に相当する。具体的には、ステップＳ１５において、処理部２２は、下式（１５）及び下式（１６）に基づいて同相信号Ｎの瞬時値を算出する。

【0072】

【数12】

【0073】

ステップＳ１５において、処理部２２は、まず、第１信号Ｈｕ’の瞬時値と第２信号Ｈｖ’の瞬時値とを上式（１５）に代入することにより、第３信号Ｈｗ’の瞬時値を算出する。第３信号Ｈｗ’は、第１信号Ｈｕ’及び第２信号Ｈｖ’とともに三相平衡式（Ｈｕ’＋Ｈｖ’＋Ｈｗ’＝０）を満たす信号である。言い換えれば、第３信号Ｈｗ’は、第１信号Ｈｕ’に対して電気角で２４０°の位相遅れを有し、第２信号Ｈｖ’に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する信号である。

【0074】

図１４に示すように、第３信号Ｈｗ’を複素平面上において回転するベクトルで表したとき、第３信号Ｈｗ’は、第３基本波信号Ｈｗのベクトルと、同相信号Ｎの負の２倍のベクトルとを合成したベクトル（Ｈｗ’＝Ｈｗ－２Ｎ）で表される。従って、同相信号Ｎは、上式（１６）で表すことができる。ステップＳ１５において、処理部２２は、式（１５）により算出した第３信号Ｈｗ’の瞬時値と、ステップＳ１４で算出した第３基本波信号Ｈｗの瞬時値とを式（１６）に代入することにより、同相信号Ｎの瞬時値を算出する。図１５に、第３信号Ｈｗ’の波形及び同相信号Ｎの波形の一例を示す。

【0075】

図５に戻り、処理部２２は、第１信号Ｈｕ’の瞬時値から同相信号Ｎの瞬時値を減算することにより、第１基本波信号Ｈｕの瞬時値を算出する（ステップＳ１６）。このステップＳ１６は第６ステップに相当し、ステップＳ１６で実行される処理は第６処理に相当する。式（２）を参照すれば、第１信号Ｈｕ’の瞬時値から同相信号Ｎの瞬時値を減算することにより、第１基本波信号Ｈｕの瞬時値を算出できることは容易に理解できるであろう。

【0076】

最後に、処理部２２は、第２信号Ｈｖ’の瞬時値から同相信号Ｎの瞬時値を減算することにより、第２基本波信号Ｈｖの瞬時値を算出する（ステップＳ１７）。このステップＳ１７は第７ステップに相当し、ステップＳ１７で実行される処理は第７処理に相当する。式（３）を参照すれば、第２信号Ｈｖ’の瞬時値から同相信号Ｎの瞬時値を減算することにより、第２基本波信号Ｈｖの瞬時値を算出できることは容易に理解できるであろう。

【0077】

上記のようなステップＳ１１からステップＳ１７までの処理を含む信号生成処理が、サンプリングタイミングが到来するたびに処理部２２によって実行される。その結果、図１６に示すように、第１基本波信号Ｈｕの瞬時値の時系列データ（第１基本波信号Ｈｕの波形データ）と、第２基本波信号Ｈｖの瞬時値の時系列データ（第２基本波信号Ｈｖの波形データ）と、第３基本波信号Ｈｗの瞬時値の時系列データ（第３基本波信号Ｈｗの波形データ）とが得られる。図１６に示すように、第１基本波信号Ｈｕ、第２基本波信号Ｈｖ及び第３基本波信号Ｈｗの波形は完全な正弦波形となる。また、第１基本波信号Ｈｕ、第２基本波信号Ｈｖ及び第３基本波信号Ｈｗは、互いに電気角で１２０°の位相差を有する。

【0078】

以上のような信号生成処理によって、３つの磁気センサ１１、１２及び１３のうち異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の基本波信号を生成することができる。

【0079】

図３に戻り、処理部２２は、異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号と、生成された残り一相の信号とに基づいて、モータ１００の回転位置を推定する位置推定処理を実行する（ステップＳ４）。すなわち、処理部２２は、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗに基づいて、モータ１００の回転位置を推定する。このステップＳ４は、位置推定ステップに相当する。

【0080】

モータ１００の回転位置の推定に必要な学習値を取得するために第３の学習処理が事前に行われる。以下では、事前に行われる第３の学習処理について説明する。第３の学習処理は、磁気センサ１１、１２及び１３の全てが正常な状態で行われる。

【0081】

第３の学習処理において、処理部２２は、ロータシャフト１１０とともにセンサマグネット１２０が回転する状態で、Ｕ相信号Ｈｕ’、Ｖ相信号Ｈｖ’およびＷ相信号Ｈｗ’のそれぞれの波形データ（瞬時値の時系列データ）を取得する。そして、処理部２２は、これら３つの波形データに基づいて、Ｕ相信号Ｈｕ’に含まれる第１基本波信号Ｈｕの波形データと、Ｖ相信号Ｈｖ’に含まれる第２基本波信号Ｈｖの波形データと、Ｗ相信号Ｈｗ’に含まれる第３基本波信号Ｈｗの波形データとを算出する。なお、３つの磁気センサ１１、１２及び１３から出力される三相の信号のそれぞれから基本波信号を抽出する演算式として、例えば特許第６２３３５３２号公報に記載された式（１）、式（２）及び式（３）を使用できる。

【0082】

図１７に示すように、処理部２２は、３つの基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの波形データに基づいて、機械角１周期を、４つの磁極対のそれぞれの極対位置を表す極対番号に紐付けられた４つの極対領域に分割し、４つの極対領域のそれぞれをさらに複数のセクションに分割し、複数のセクションのそれぞれに、ロータシャフト１１０の回転位置を表すセグメント番号を紐づける。

【0083】

本実施形態では、ロータシャフト１１０の回転位置を推定するために、センサマグネット１２０の４つの磁極対に対して、極対位置を表す極対番号が割り当てられる。例えば、図１に示すように、センサマグネット１２０の４つの磁極対には、時計回りに、「０」、「１」、「２」、「３」の順で極対番号が割り当てられる。

【0084】

図１７に示すように、処理部２２は、機械角１周期に得られた基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの波形データに基づいて、機械角１周期を４つの極対領域に分割する。図１７において、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間が、機械角１周期に相当する。図１７において、「Ｎｏ．Ｃ」は極対番号を示す。
処理部２２は、機械角１周期のうち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間を、極対番号「０」に紐づけられた極対領域として分割する。
処理部２２は、機械角１周期のうち時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間を、極対番号「１」に紐づけられた極対領域として分割する。
処理部２２は、機械角１周期のうち時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間を、極対番号「２」に紐づけられた極対領域として分割する。
処理部２２は、機械角１周期のうち時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間を、極対番号「３」に紐づけられた極対領域として分割する。

【0085】

図１７に示すように、処理部２２は、機械角１周期に得られた基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの波形データに基づいて、４つの極対領域のそれぞれをさらに１２個のセクションに分割し、１２個のセクションのそれぞれに、ロータシャフト１１０の回転位置を表すセグメント番号を紐づける。図１７において、「Ｎｏ．Ａ」はセクションに割り当てられたセクション番号を示し、「Ｎｏ．Ｂ」はセグメント番号を示す。

【0086】

図１７に示すように、４つの極対領域のそれぞれに含まれる１２個のセクションには、「０」から「１１」までのセクション番号が割り当てられる。一方、機械角１周期の全期間にわたって連続する番号がセグメント番号として各セクションに紐づけられる。具体的には、図１７に示すように、極対番号「０」に紐づけられた極対領域では、セクション番号「０」から「１１」までに対して、セグメント番号「０」から「１１」までが紐づけられる。極対番号「１」に紐づけられた極対領域では、セクション番号「０」から「１１」までに対して、セグメント番号「１２」から「２３」までが紐づけられる。極対番号「２」に紐づけられた極対領域では、セクション番号「０」から「１１」までに対して、セグメント番号「２４」から「３５」までが紐づけられる。極対番号「３」に紐づけられた極対領域では、セクション番号「０」から「１１」までに対して、セグメント番号「３６」から「４７」までが紐づけられる。

【0087】

図１８は、１つの極対領域に含まれる基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの拡大図である。以下、図１８を参照しながら、極対領域を１２個のセクションに分割する方法について説明する。図１８において、振幅の基準値は「０」である。図１８において、正値である振幅のデジタル値は、一例として、Ｎ極の磁界強度のデジタル値を表す。また、負値である振幅のデジタル値は、一例として、Ｓ極の磁界強度のデジタル値を表す。

【0088】

処理部２２は、４つの極対領域のそれぞれに含まれる３つの基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗが基準値「０」と交差する点であるゼロクロス点を抽出する。図１８に示すように、処理部２２は、ゼロクロス点として、点Ｐ１、点Ｐ３、点Ｐ５、点Ｐ７、点Ｐ９、点Ｐ１１、及び点Ｐ１３を抽出する。

【0089】

そして、処理部２２は、４つの極対領域のそれぞれに含まれる３つの基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗが互いに交差する点である交点を抽出する。図１８に示すように、処理部２２は、交点として、点Ｐ２、点Ｐ４、点Ｐ６、点Ｐ８、点Ｐ１０、及び点Ｐ１２を抽出する。そして、処理部２２は、互いに隣り合うゼロクロス点と交点との間の区間をセクションとして決定する。

【0090】

図１８に示すように、処理部２２は、ゼロクロス点Ｐ１と交点Ｐ２との間の区間を、セクション番号「０」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、交点Ｐ２とゼロクロス点Ｐ３との間の区間を、セクション番号「１」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、ゼロクロス点Ｐ３と交点Ｐ４との間の区間を、セクション番号「２」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、交点Ｐ４とゼロクロス点Ｐ５との間の区間を、セクション番号「３」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、ゼロクロス点Ｐ５と交点Ｐ６との間の区間を、セクション番号「４」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、交点Ｐ６とゼロクロス点Ｐ７との間の区間を、セクション番号「５」が割り当てられるセクションとして決定する。

【0091】

処理部２２は、ゼロクロス点Ｐ７と交点Ｐ８との間の区間を、セクション番号「６」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、交点Ｐ８とゼロクロス点Ｐ９との間の区間を、セクション番号「７」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、ゼロクロス点Ｐ９と交点Ｐ１０との間の区間を、セクション番号「８」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、交点Ｐ１０とゼロクロス点Ｐ１１との間の区間を、セクション番号「９」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、ゼロクロス点Ｐ１１と交点Ｐ１２との間の区間を、セクション番号「１０」が割り当てられるセクションとして決定する。
処理部２２は、交点Ｐ１２とゼロクロス点Ｐ１３との間の区間を、セクション番号「１１」が割り当てられるセクションとして決定する。

【0092】

さらに、処理部２２は、基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの瞬時値（デジタル値）の大小関係、および各瞬時値の正負の符号などの特徴データをセクションごとに抽出し、抽出した特徴データを各セクションのセクション番号に紐づける。

【0093】

以上のような処理が実行されることにより、図１７に示すように、機械角１周期が極対番号に紐付けられた４つの極対領域に分割され、４つの極対領域のそれぞれが１２個のセクションに分割され、各セクションのセクション番号のそれぞれにセグメント番号が紐づけられる。なお、以下の説明において、例えば、セクション番号「０」が割り当てられたセクションを、「０番セクション」と呼称し、セクション番号「１１」が割り当てられたセクションを、「１１番セクション」と呼称する。

【0094】

処理部２２は、セクション番号に紐づけられた特徴データと、セクション番号に紐づけられた回転位置を表すセグメント番号と、極対位置を表す極対番号との対応関係を示すデータを学習データとして取得し、取得した学習データを記憶部２３に格納する。以上が第３の学習処理の説明である。

【0095】

ステップＳ４において、処理部２２は、位置推定処理を開始すると、まず、ステップＳ３で得られた各基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの瞬時値に基づいて、１２個のセクションのなかから現在のセクションを特定する。例えば図１８において、第１基本波信号Ｈｕの波形上に位置する点ＰＨｕと、第２基本波信号Ｈｖの波形上に位置する点ＰＨｖと、第３基本波信号Ｈｗの波形上に位置する点ＰＨｗとが、任意のサンプリングタイミングで得られた各基本波信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの瞬時値であると仮定する。処理部２２は、点ＰＨｕ、点ＰＨｖ及び点ＰＨｗの瞬時値の大小関係と、各瞬時値の正負の符号などの特徴データを抽出し、抽出した特徴データを記憶部２３に格納された学習データと照合することにより、抽出した特徴データと一致する特徴データに紐づけられたセクション番号を現在のセクションとして特定する。図１８の例では、９番セクションが現在のセクションとして特定される。

【0096】

そして、処理部２２は、特定された現在のセクション（セクション番号）と、記憶部２３に格納された学習データとに基づいて、現在のセグメント番号をモータ１００の回転位置として決定する。例えば、上記のように、９番セクションが現在のセクションとして特定されたと仮定する。また、点ＰＨｕ、点ＰＨｖ及び点ＰＨｗの瞬時値が得られたときの極対番号が「２」であると仮定する。この場合、図１７に示すように、処理部２２は、セグメント番号「３３」をモータ１００の回転位置として決定する。

【0097】

以上のように、本実施形態の位置検出装置は、モータに同期して回転する磁石と対向し且つ磁石の回転方向に沿って所定間隔で配置される３つの磁気センサと、３つの磁気センサから出力される、互いに電気角で１２０°の位相差を有する三相の信号を処理する信号処理部とを備える。信号処理部は、三相の信号に含まれるＵ相信号、Ｖ相信号およびＷ相信号のそれぞれをデジタル変換することより、Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’およびＷ相信号の瞬時値Ｈｗ’を取得する取得処理と、Ｕ相信号の瞬時値Ｈｕ’、Ｖ相信号の瞬時値Ｈｖ’およびＷ相信号の瞬時値Ｈｗ’が、第１ケース、第２ケースおよび第３ケースの全てにおいて式（１）を満たすか否かを判定することにより、３つの磁気センサのうち異常な磁気センサである異常センサを特定する異常判別処理と、３つの磁気センサのうち異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて、残り一相の信号を生成する信号生成処理と、異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号と、生成された残り一相の信号とに基づいて、モータの回転位置を推定する位置推定処理と、を実行する。
このような本実施形態によれば、３つの磁気センサのうち１つの磁気センサに異常が発生した場合であっても、異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号に基づいて残り一相の信号を生成することにより、モータの回転位置の推定を継続して行うことができる。従って、モータの回転を検出するのに必要な回路を二系統用意する従来技術と比較して、装置の小型化と部品コストの削減を実現できる。

【0098】

異常センサを除く２つの磁気センサから出力される二相の信号のうち、一方の信号を第１信号とし、第１信号に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する他方の信号を第２信号とする場合、本実施形態の信号処理部は、信号生成処理において、第１信号の瞬時値と第２信号の瞬時値とを取得する第１処理と、第１信号の瞬時値から第２信号の瞬時値を減算することにより、第１信号に含まれる第１基本波信号と第２信号に含まれる第２基本波信号との合成信号の瞬時値を算出する第２処理と、合成信号の瞬時値と予め用意された合成信号のノルムとに基づいて合成信号の偏角を算出する第３処理と、合成信号の偏角と、合成信号のノルムと、予め用意された合成信号と第１基本波信号との位相差とに基づいて、合成信号と直交関係にある第３基本波信号の瞬時値を算出する第４処理と、を実行する。
これにより、異常センサを除く２つの磁気センサによって得られる二相の信号（第１信号及び第２信号）から、同相信号を含まない三相目の信号（第３基本波信号）を生成することができる。

【0099】

本実施形態の信号処理部は、第３処理において、式（１３）に基づいて合成信号の偏角ωｔ＋φ２を算出し、算出された偏角ωｔ＋φ２を拡張処理することにより、－１８０°以上且つ１８０°未満の範囲に含まれる偏角θを取得する。
これにより、処理負荷の小さい簡易な数式によって、合成信号の瞬時値及びノルムから合成信号の偏角ωｔ＋φ２を算出できる。なお、式（１３）に基づいて合成信号の偏角ωｔ＋φ２を算出する際に、テーブル値を用いた補間処理によって合成信号の偏角ωｔ＋φ２を算出してもよい。また、算出された偏角ωｔ＋φ２を拡張処理して、－１８０°以上且つ１８０°未満の範囲に含まれる偏角θを取得することにより、偏角θのサイン値は、－１以上且つ１以下の範囲内で正極性及び負極性の両方の値を取ることができるため、第４処理によって生成される第３基本波信号の波形を完全な正弦波形にすることができる。

【0100】

本実施形態の信号処理部は、第２処理において、予め用意された、第１信号の振幅値と第２信号の振幅値とが等しくなる振幅補正値に基づいて、第１信号の瞬時値と第２信号の瞬時値との少なくとも一方を補正し、信号処理部は、第４処理において、合成信号のノルム||Ｈｕｖ||と、位相差φ２と、偏角θとを式（１４）に代入することにより、第３基本波信号の瞬時値を算出する。
これにより、処理負荷の小さい簡易な数式によって、合成信号のノルム及び偏角と、合成信号と第１基本波信号との位相差とから、合成信号と直交関係にある第３基本波信号の瞬時値を算出できる。

【0101】

本実施形態の信号処理部は、第１信号の瞬時値と第２信号の瞬時値と第３基本波信号の瞬時値とに基づいて同相信号の瞬時値を算出する第５処理と、第１信号の瞬時値から同相信号の瞬時値を減算することにより、第１基本波信号の瞬時値を算出する第６処理と、第２信号の瞬時値から同相信号の瞬時値を減算することにより、第２基本波信号の瞬時値を算出する第７処理と、をさらに実行する。
これにより、第１信号から正弦波形を有する第１基本波信号を抽出でき、第２信号から正弦波形を有し且つ第１基本波信号に対して電気角で１２０°の位相遅れを有する第２基本波信号を抽出することができる。

【0102】

本実施形態の信号処理部は、第５処理において、式（１５）及び式（１６）に基づいて同相信号の瞬時値を算出する。
これにより、処理負荷の小さい簡易な数式によって、第１信号及び第２信号から同相信号を抽出できる。

【0103】

本実施形態の信号処理部は、３つの磁気センサのうち異常センサへの電源供給を遮断する。
このように、異常センサへの電源供給を遮断することにより、位置検出装置の内部回路を保護することができる。

【0104】

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されず、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

【0105】

例えば、上記実施形態では、磁気センサ１３が異常センサである場合の信号生成処理について説明した。すなわち、上記実施形態では、磁気センサ１１から出力されるＵ相信号Ｈｕ’が第１信号であり、磁気センサ１２から出力されるＶ相信号Ｈｖ’が第２信号である場合の信号生成処理について説明した。これに対して、磁気センサ１１が異常センサである場合には、磁気センサ１２から出力されるＶ相信号Ｈｖ’を第１信号とし、磁気センサ１３から出力されるＷ相信号Ｈｗ’を第２信号として信号生成処理を実行することができる。また、磁気センサ１２が異常センサである場合には、磁気センサ１３から出力されるＷ相信号Ｈｗ’を第１信号とし、磁気センサ１１から出力されるＵ相信号Ｈｕ’を第２信号として信号生成処理を実行することができる。

【0106】

上記実施形態では、処理部２２が出力ポートＰ１の出力電圧をローレベルに切り替えることにより、磁気センサ１１への電源供給を遮断する場合を例示した。これに対して、出力ポートＰ１と磁気センサ１１との間にトランジスタを備えるバッファを設け、出力ポートＰ１の出力電圧によってバッファを制御することにより、磁気センサ１１への電源供給を遮断する構成を採用してもよい。磁気センサ１２及び１３についても同様である。

【0107】

例えば、上記実施形態では、モータと位置検出装置との組み合わせを例示したが、本発明はこの形態に限定されず、回転軸に取り付けられたセンサマグネットと位置検出装置との組み合わせもあり得る。
上記実施形態では、回転軸の軸方向において、３つの磁気センサが、円板状のセンサマグネットに対向する状態で配置される形態を例示したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、円板状のセンサマグネットの代わりにリング状磁石を用いる場合、リング状磁石の半径方向に磁束が流入するため、リング状磁石の半径方向において、３つの磁気センサが、リング状磁石と対向する状態で配置されてもよい。
上記実施形態では、回転する磁石として、モータ１００のロータシャフト１１０に取り付けられるセンサマグネット１２０を使用する場合を例示したが、モータ１００のロータに取り付けられるロータマグネットを、回転する磁石として用いてもよい。ロータマグネットもロータシャフト１１０に同期して回転する磁石である。

【0108】

上記実施形態では、センサマグネット１２０が４つの磁極対を有する場合を例示したが、センサマグネット１２０の極対数は４つに限定されない。回転する磁石としてロータマグネットを用いる場合も同様に、ロータマグネットの極対数は４つに限定されない。

【符号の説明】

【0109】

１…位置検出装置、１１、１２、１３…磁気センサ、２０…信号処理部、２１…電源回路、２２…処理部、２３…記憶部、１００…モータ、１１０…ロータシャフト、１２０…センサマグネット（磁石）、２００…直流電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】