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专利名称：位置检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及位置检测器，其将来自位置传感器的输出信号转换为位置信息，所述位置传感器输出两个信号，这两个信号相对于测量出的位移做正弦变化，并且相位彼此移位90度。
背景技术：
目前已知了这样的位置检测器其用于基于由位置传感器输出的输出信号来检测位置，所述位置传感器输出两个信号，这两个信号根据测量目标的位移做正弦变化并且相位彼此移位90度。在这种装置中，包含在由位置传感器输出的输出信号中的偏移分量是使用半径计算器获得的，上述半径计算器计算出两个信号的和的平方根以自动地消除偏移分量从而使得输出信号被转换成高精度的位置信息。在诸如JP 2008-232649A中公开了这种类型的位置检测器。图4是图示出JP 2008-232649A中公开的装置的图。在图4中，未示出对描述本发明不必要的器件等。图4中所示的转子1由这样的磁性元件构成在以波长λ = 10度的节距的一圈旋转中上述磁性元件在其外周上具有36个凹陷和凸起，并且联接到旋转轴上。 当旋转轴旋转时，由转子外周上的凹陷和凸起引起的磁阻变化引起了将在两个检测线圈2 和3中产生的旋转位移θ/36的余弦模拟信号AC和正弦模拟信号AS。这些信号分别由A/ D转换器4和5转换成数字信号DC和DS。在接通电源时，在位置检测器制造时测量出的偏移分量存储在存储单元6和7中。减法器8和9输出已消除了包含在数字信号DC和DS中的偏移分量的信号DCA和DSC。内插计算器12利用两个变量，即信号DCA和DSC作为输入进行反正切计算。结果，将信号DCA和DSC转换成表示在旋转轴的1/36&旋转内的旋转量的位置信号IP。在接通电源之后，已消除了偏移分量的信号DCA和DSC由半径计算器10根据以下等式(1)进行计算，并且由半径计算器10输出半径值RD。RD = SQRT (DCA"2+DSC"2)... (1)其中，SQRT表示平方根，而且~2表示平方。每当旋转位置改变λ时，傅里叶分析器(FFT) 11基于从内插计算器12输出的内插值IP和与对于位置每变化λ /2η(η是大于或者等于3的整数)的半径值RD相对应的值来实施傅里叶分析。然后，作为傅里叶分析的结果获得的一阶分量的余弦分量Cl和正弦分量Si，以及存储在存储单元6和7中的偏移分量CO和SO分别通过加法器13和14相加。 结果，在傅里叶分析器11输出的存储命令信号SET被输入到存储单元6和7时，存储在存储单元6和7中的偏移分量CO和SO在必要的时候被更新。因为在JP 2008-232649A中描述了作为傅里叶分析的结果获得的一阶分量对应于偏移位移的量所基于的原理，此处不再重复说明。根据JP 2008-232649A中描述的基于半径值RD计算偏移分量的方法，为了实施傅里叶分析，必须计算出与波长λ的节距内的位置每变化1/2"的半径值RD对应的值。结果， 存在这样的问题在每个AD样品周期中λ /2η或者更大的位置变化所处于的速度处，因为不可能实施傅里叶分析，所以不可能提取偏移分量。考虑到上述情况做出了本发明，本发明的目的在于，即使在高速旋转期间，也能确定降低了内插精度的包含在两个信号中的偏移分量，从而提高内插精度，其中所述两个信号根据测量目标的位移做正弦变化，并且相位彼此移位90度。因此同时地在位置检测器中实现高精度和高速度也是本发明的目的。

发明内容
根据本发明的一个方案，提供了一种用于根据测量目标的位移来输出位置信息的位置检测器，所述位置检测器包括位置传感器，其用于输出两个信号，所述两个信号根据测量目标的位移做正弦变化并且相位彼此移位90度；偏移分量消除器，其用于从由所述位置传感器输出的输出信号中消除包含在所述输出信号中的偏移分量；内插计算器，其用于将已消除了所述偏移分量的两个信号转换成位置信息；半径计算器，其用于计算由位置传感器输出的两个信号或者所述已消除了偏移分量的两个信号的和的平方根；相关性计算器，其用于分别以来自所述半径计算器的输出的波动分量乘以由所述位置传感器输出的两个信号；DC分量提取器，其用于提取由所述相关性计算器输出的输出值的DC分量；以及输出器，其用于基于由所述DC分量提取器输出的输出值来输出包含偏移位移部分的偏移分量。根据本发明的优选方案，位置检测器进一步包括速度转换器，其用于计算由所述内插计算器输出的位置信息的微分以将所述位置信息转换成速度信号；以及偏移存储器， 其用于存储偏移分量，其中所述DC分量提取器由使用来自所述相关性计算器的输出作为输入的低通滤波器构成，并且当所述速度信号具有大于预定阈值的值时，所述偏移存储器存储包含所述偏移位移部分的偏移分量作为新的偏移分量。根据本发明的另一个优选方案，在位置检测器中，当假设由所述位置传感器输出的输出信号变化一个周期的移动量是λ时，每当所述位置信息变化X/m(m表示大于或者等于2的整数)时所述DC分量提取器使用由所述相关性计算器输出的输出值作为输入，并且DC分量提取器基于由所述相关性计算器输出的m个输出值的平均值和位置信息移动λ 的时间段内的输入来提取DC分量。根据本发明的另一个优选方案，在位置检测器中，所述相关性计算器包括低通滤波器，其用于输出由所述半径计算器输出的输出值的DC分量；以及减法器，其用于从由所述半径计算器输出的输出值中消除由所述低通滤波器输出的DC分量，其中所述减法器的输出作为来自所述半径计算器的输出的波动分量被输入至所述相关性计算器。通过采用本发明，即使不使用傅里叶变换，也能够通过半径计算器的输出和来自位置传感器的两个信号的相关性来计算提取对应于偏移分量的分量。因此，可以如JP 2008-232649Α中描述的技术一样精确地确定偏移。而且，即使是在A/D转换器的每个采样周期中入/2"或者更大的位置变化所处的旋转速度处，可以精确地确定偏移。因此，以使在高速旋转期间，可以精确地确定偏移随时间的变化，以消除降低了精度的分量并且显著地提高内插精度。结果，能够在位置检测器中同时实现高精度和高速度。


图1是示出根据本发明的第一实施例的位置检测器的方框图。图2是示出根据本发明的第二实施例的位置检测器的方框图。图3是示出根据本发明的第三实施例的位置检测器的方框图。图4是示出现有技术的位置检测器的构造的方框图。
具体实施例方式(第一实施例)下文将参照附图描述本发明的第一实施例。图1是示出根据本发明的第一实施例的位置检测器的构造的方框图。在图1中，与图4中所示的元件具有相同功能的元件以相同的附图标记表示，并且不再重复对它们的说明。如图1所示，由两种检测线圈2和3输出的模拟信号AC和AS由A/D转换器转换成数字信号DC和DS。使用减法器8和9从数字信号DC和DS减去制造时测量的偏移分量 CO和SO获得的信号DCA和DSC被输入至半径计算器10。半径计算器根据等式(1)实施计算以输出半径值RD。由半径计算器10输出的半径值RD输入至低通滤波器(LPF) 15，并且输出作为半径值RD的DC分量的信号RDD。然后，由减法器16从半径RD减去信号RDD，并且输出作为半径RD的波动分量的信号RDA。乘法器17和18实施将信号RDA分别乘以信号DCA和DSC 以输出信号COM和SOM的相关性计算，信号DCA和DSC是通过从数字信号DC和DS中减去偏移分量CO和SO而获得的。信号COM和SOM输入至用作DC分量提取器的低通滤波器(LPFs) 19和20，并且输出信号COM和SOM的DC分量COMDC和SOMDC。在位置传感器输出信号AC和AS的变化频率充分高于低通滤波器19和20的截止频率的旋转速度处，信号COMDC和SOMDC对应于信号 COM和SOM的DC分量。此外，因为信号COMDC和SOMDC与信号DCA和DSC的振幅分量成比例，计算器21和22用信号COMDC和SOMDC除以与信号DCA和DSC的振幅分量相等的半径 DC分量RDD，并且以结果乘以2从而输出包含在信号DCA和DSC中的偏移位移部分CODF和 SODF。加法器13和14将用于消除由存储单元6和7存储的信号DC和DS的偏移分量的信号CO和SO加至由计算器21和22输出的偏移位移部分CODF和SODF。然后，在存储单元 6和7中设定包含由加法器13和14输出的偏移位移部分的偏移分量。通过以这种方式设定偏移分量，在位置传感器输出信号AC和AS的变化频率充分高于低通滤波器19和20的截止频率的旋转速度处获得了适当的偏移分量。另一方面，在位置传感器输出信号AC和AS的变化频率低于低通滤波器19和20 的截止频率的旋转速度处，低通滤波器19和20不可能提取出DC分量。因此在低速旋转期间暂停偏移的设定是必要的。为此目的，速度转换器23通过由内插计算器12输出的内插值IP的微分计算输出速度信号VEL。比较器25对速度信号VEL和存储在存储单元M中的设定速度进行比较，并且，当速度信号VEL是大于设定速度的速度时，比较器25输出存储命令信号SET。当存储命令信号SET输入至存储单元6和7中时，在存储单元6和7中设定包含由加法器13和14输出的偏移位移部分的偏移分量。另一方面，当未输入存储命令信号 SET时，存储单元6和7不实施对包含偏移位移部分的偏移分量的设定。结果，仅当旋转速度足够高于低通滤波器19和20的截止频率时，偏移分量CO和SO才被更新。(第二实施例)接下来，将描述第二实施例。图2是示出根据第二实施例的位置检测器的构造的图。虽然，在第一实施例中，已消除了偏移分量的信号DCA和DSC被用作半径计算器10的输入，但是如图2所示，在本实施例中被用作半径计算器10的输入的是尚未消除偏移分量的信号DC和DS。在这种情形中，因为由计算器21和22输出的值是信号DC和DS的偏移分量CO和S0，所以如图1所示的加法器13和14不是必要的。然而，在这个构造中，存在这样的可能性当包含在位置传感器输出信号中的偏移分量大时，偏移确定精度可能降低。(第三实施例)接下来，将描述第三实施例。图3是示出根据第三实施例的位置检测器的构造的图。虽然，在第一实施例中，低通滤波器19和20是用作用于提取由乘法器17和18输出的信号COM和SOM的DC分量的器件，但是如图3所示，在第三实施例中对于在其中位置传感器输出信号变化一个周期的时间段的平均值被提取作为DC分量。更加特别地，每当由内插计算器12输出的内插值IP变化λ/πι(λ代表对于转子1 的一个节距的移动量，并且m代表大于或者等于2的整数)时，平均处理器沈和27输出信号ACOMDC和AS0MDC，信号ACOMDC和ASOMDC是通过对于由乘法器17和18输出的信号COM 和SOM的m个值求平均值而获得的。信号ACOMDC和ASOMDC是信号COM和SOM的DC分量。 计算器21和22使用信号ACOMDC和ASOMDC作为输入来实施类似于在第一实施例中实施的计算以输出包含在信号DCA和DSC中的偏移位移部分CODF和S0DF。此外，当内插值IP的移动量是λ时，平均处理器沈和27输出存储命令信号SET， 并且存储在存储单元6和7中的偏移分量CO和SO在必要的时候以与第一实施例的原理类似的原理被更新。从上述说明中清楚地知道，通过采用根据上述三个实施例中的一个的构造，可以精确地确定信号DC和DS的偏移分量以从信号DC和DS中消除偏移分量。应当注意的是 虽然在上述说明书中使用了低通滤波器15来消除半径RD的DC分量以提取波动分量，但是还可以测量半径值的DC分量，以及使得非易失性存储器在位置检测器制造时预先存储值以使用减法器16提取半径值RD的波动分量。此外，还可以将第一实施例或者第二实施例与第三实施例相结合，以便在低速运行期间使用第三实施例和在高速运行期间使用第一实施例或第二实施例之间切换的同时确定偏移分量。
权利要求
1.一种用于根据测量目标的位移而输出位置信息的位置检测器，包括位置传感器，其用于输出两个信号，所述两个信号根据所述测量目标的所述位移而做正弦变化，并且相位彼此移位90度；偏移分量消除器，其用于从由所述位置传感器输出的输出信号中消除包含在所述输出信号中的偏移分量；内插计算器，其用于将已消除了所述偏移分量的两个信号转换成位置信息； 半径计算器，其用于计算由所述位置传感器输出的两个信号或者已消除了所述偏移分量的两个信号的和的平方根；相关性计算器，其用于分别以来自所述半径计算器的输出的波动分量乘以由所述位置传感器输出的两个信号；DC分量提取器，其用于提取由所述相关性计算器输出的输出值的DC分量；以及输出器，其用于基于由所述DC分量提取器输出的输出值来输出包含偏移位移部分的偏移分量。
2.根据权利要求1所述的位置检测器，进一步包括速度转换器，其用于计算由所述内插计算器输出的所述位置信息的微分以将所述位置信息转换成速度信号；以及偏移存储器，其用于存储所述偏移分量，其中所述DC分量提取器由使用来自所述相关性计算器的输出作为输入的低通滤波器构成，并且当所述速度信号具有大于预定阈值的值时，所述偏移存储器将包含所述偏移位移部分的所述偏移分量存储为新的偏移分量。
3.根据权利要求1所述的位置检测器，其中当假设由所述位置传感器输出的所述输出信号变化一个周期的移动量是λ时， 每当所述位置信息变化λ/m(m表示大于或者等于2的整数)时，所述DC分量提取器使用由所述相关性计算器输出的输出值作为输入，并且基于由所述相关性计算器输出的m 个输出值的平均值和位置信息移动λ的时间段内的输入来提取DC分量。
4.根据权利要求1所述的位置检测器，其中所述相关性计算器包括 低通滤波器，其用于输出由所述半径计算器输出的输出值的DC分量；以及减法器，其用于从由所述半径计算器输出的所述输出值中消除由所述低通滤波器输出的所述DC分量，其中来自所述减法器的输出作为来自所述半径计算器的输出的波动分量被输入至所述相关性计算器。
全文摘要
本发明提供了一种位置检测器，其包括检测线圈2和3，其用于输出相位彼此移位90度的两个正弦信号；减法器8和9，其用于消除包含在由检测线圈2和3输出的输出信号DCA和DSC中的偏移分量；内插计算器12，其用于将已消除了偏移分量的两个信号DCA和DSC转换成位置信息IP；半径计算器10，其用于计算由检测线圈2和3输出的两个信号DC和DS的和的平方根；相关性计算器17和18，其用于分别以来自半径计算器10的输出的波动分量RDA乘以已消除了偏移分量的信号DCA和DSC；低通滤波器(LPFs)19和20，其用于提取由相关性计算器17和18输出的输出值的DC分量；和输出器，其用于基于由LPF 19和20输出的输出值COMDC和SOMDC来输出包含偏移位移部分的偏移分量。
文档编号G01D5/243GK102401664SQ201110219930
公开日2012年4月4日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年7月29日
发明者嶋田太志, 林康一 申请人:大隈株式会社