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专利名称：旋转角检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测无刷电动机的转子等旋转体的旋转角的旋转角检测装置。
背景技术：
为了控制在电动动力转向装置等中使用的无刷电动机，需要按照转子的旋转角度，向定子线圈中通入电流。于是，公知有使用根据无刷电动机的旋转而旋转的检测用转子，检测无刷电动机的转子的旋转角的旋转角检测装置。具体而言，如图9所示，检测用转子101 (以下，称为“转子101”)具备圆筒状的磁铁102，该磁铁102具有与设置于无刷电动机的转子的磁极对相当的多个磁极对。在转子101的周围，2个磁传感器121、122以转子 101的旋转中心轴为中心隔开规定的角度间隔而配置。由各磁传感器121、122输出具有规定的相位差的正弦波信号。基于这2个正弦波信号来检测转子101的旋转角(无刷电动机的转子的旋转角)。(例如，参照日本特开2003-241411号公报，日本特开2002-213944号公报)在该例中，磁铁102 具有 5 组磁极对(MO、Ml) (M2、M3) (M4、M5) (M6、M7) (M8、M9)。 也就是说，磁铁102具有以等角度间隔配置的10个磁极MO M9。各磁极MO M9以转子 101的旋转中心轴为中心，以36° (电角度为180° )的角度间隔而配置。另外，2个磁传感器121、122以转子101的旋转中心轴为中心隔开18° (电角度为90° )的角度间隔而配置。将图9中箭头所示方向设为检测用转子101的正方向的旋转方向。而且，当转子 101向正方向旋转时，转子101的旋转角变大，当转子101向反方向旋转时，转子101的旋转角变小。如图10所示，由各磁传感器121、122输出正弦波信号Vl、V2，该正弦波信号VI、 V2以转子101旋转与I磁极对的量相当的角度(72° (电角度为360° ))的期间为一个周期。根据5个磁极对将转子101的I周旋转量的角度范围划分为5个区间，将各区间的开始位置表示为0°、结束位置表示为360°的转子101的角度称为转子101的电角度 Θ e。在该情况下，10个磁极的角度幅度相等，因此转子101的电角度Θ e与无刷电动机的转子的电角度一致。这里，由第I磁传感器121输出Vl = Al · sin Θ e的输出信号，由第2磁传感器 122输出V2 = A2 · cos Θ e的输出信号。Al、A2是振幅。当两输出信号VI、V2的振幅Al、 A2被设为相互相等时，转子101的电角度9e能够使用两输出信号V1、V2基于下式(I)来求出。Θ e = tan-1 (sin Θ e/cos Θ e)= tan-1 (V1/V2). . . (I)这样，使用求出的电角度0e来控制无刷电动机。在控制在电动动力转向装置等中使用的无刷电动机的情况下，往往将转向角、转向角的角速度用于无刷电动机的控制。转向角、转向角的角速度能够基于无刷电动机的转子的机械角来运算。另外，转向角的角速度能够基于以旋转角运算处理开始时的转子的初 始位置为基准的转子的机械角〈以下，称作“相对的机械角”)来运算。 〔0011〕 在检测出转子的机械角、相对的机械角的情况下，需要检测磁传感器的输出信号 的磁极的变化。这里，检测磁传感器的输出信号的磁极的变化是指检测该磁传感器检测出 的磁极发生变化以及其移动方向。考虑例如，基于图9所示的2个磁传感器121、122的输 出信号VI、V〗检测出磁传感器的输出信号的磁极的变化。
〔0012〕 当2个磁传感器121、122的输出信号乂112的振幅41、八2被设为相互相等的值八 或者将两信号标准化以使两振幅成为规定的规定值4时，一个输出信号VI表示为VI 二八“8111 9 6，另一个输出信号、2表示为乂2 二 4 08 9 6。此外，当4 二 1时，一个输出信 号VI用VI 二 81�。� 9 6表示，另一个输出信号乂2用乂2 二 008 6 6表示。于是，为了使说明变 得简单，用VI 二 8111 0 6，72 = 8111(0+90。〉二⑶8 0 6表示磁传感器121、122的输出信 号 乂1、乂2。
〔0013〕 图10表示相对于转子101的磁极19与磁极觀的边界与第1磁传感器121相对 时的转子101的旋转角取0。时的转子角度(机械角)的、各磁传感器121、122的输出信号 乂112。其中，转子角度用对实际的机械角乘以转子101的磁极对数(在该例中为“5”〉的 角度表示。另外，在图10中，磁极觀 19表示第1磁传感器121检测出的磁极。 〔0014〕 第1磁传感器121检测出的磁极的变化存在以下4个种类。 〔0015〕 ⑷当转子101向正方向旋转时，第1磁传感器121检测出的磁极从~极变化为3 极的情况。例如，如图10中用符号版表示的椭圆内的箭头所示，第1磁传感器121检测出 的磁极从磁极12变化为13的情况。
〔0016〕 ⑶当转子101向正方向旋转时，第1磁传感器121检测出的磁极从3极变化为~ 极的磁极的情况。例如，如图10中用符号恥表示的椭圆内的箭头所示，第1磁传感器121 检测出的磁极从II变化为12的情况。
〔0017〕 ⑷当转子101向反方向旋转时，第1磁传感器121检测出的磁极从~极变化为3 极的情况。例如，如图10中用符号如表示的椭圆内的箭头所示，第1磁传感器121检测出 的磁极从15变化为16的情况。
〔0018〕 ⑷当转子101向反方向旋转时，第1磁传感器121检测出的磁极从3极变化为~ 极的磁极的情况。例如，如图10中用符号㈨表示的椭圆内的箭头所示，第1磁传感器121 检测出的磁极从17变化为16的情况。
^00193 上述的磁极的变化〈参照图10的版)能够通过判断是否满足下面的第1判 断条件来检测。
〔0020〕 第1判断条件“、2〈 0”且“VI的上次值〉0”且“VI的这次值≤0”
〔0021〕 上述…)的磁极的变化〈参照图10的恥)能够通过判断是否满足下面的第2判
断条件来检测。
〔0022〕 第2判断条件“、2〉0”且“VI的上次值〈0”且“VI的这次值≥0”
〔0023〕 上述(()的磁极的变化〈参照图10的如)能够通过判断是否满足下面的第3判
断条件来检测。
〔0024〕 第3判断条件"V2 〉0”且“VI的上次值≥0”且“VI的这次值〈0”
〔0025〕 上述⑷的磁极的变化〈参照图10的如)能够通过判断是否满足下面的第4判断条件来检测。第4判断条件“V2 < O”且“VI的上次值彡O”且“VI的这次值> O”也就是说，当判断为满足了上述第I判断条件时，判别为发生了上述(a)的磁极的变化。当判断为满足了上述第2判断条件时，判别为发生了上述(b)的磁极的变化。当判断为满足了上述第3判断条件时，判别为发生了上述(C)的磁极的变化。当判断为满足了上述第4判断条件时，判别为发生了上述(d)的磁极的变化。但是，当磁传感器发生故障时，该输出信号成为异常的状态。该异常有下面3个种类。(I)上限固着异常(上限張>9付务異常)磁传感器的输出信号固定为比正常时的上限值大的值的异常。(2)下限固着异常磁传感器的输出信号固定为比正常时的下限值小的值的异常。
(3)中点固着异常磁传感器的输出信号固定为正常时的上限值与正常时的下限值之间的中央值附近的值的异常。对于上限固着异常以及下限固着异常而言，由于来自磁传感器的输入信号为正常输入范围外，因此容易检测出该异常。另一方面，对于中点固着异常而言，由于来自磁传感器的输入信号在正常输入范围内，因此不容易检测出该异常。当第I磁传感器121的输出信号Vl或者第2磁传感器122的输出信号V2中发生了中点固着异常时，会不能正确地检测出磁极的变化。例如，当第2输出信号V2中发生了中点固着异常，第2输出信号V2被固定于“O”时，上述第I 第4判断条件的任意一个判断条件都不会被满足。因此，无法检测出上述(a) (d)的磁极的变化。另外，当第2输出信号V2在“O”附近，但被固定为“O”以外的值，例如“O. I”时， 也会误检测磁极的变化。图11表示第2输出信号V2被固定为“O. I”时的各磁传感器121、 122的输出信号VI、V2。在图11中，在用椭圆Qa内的箭头表示的磁极的变化中，本来应该成为V2 < O却成为V2 > O,因此成为不满足上述第I判断条件，而满足上述第3判断条件。因此，将上述 (a)的磁极的变化误检测为上述(c)的磁极的变化。同样地，在图11中，在用椭圆Qd内的箭头表示的磁极的变化中，本来应该成为V2 < O却成为V2 > O,因此成为不满足上述第4 判断条件，而满足上述第2判断条件。因此，会将上述(d)的磁极的变化误检测为上述(b) 的磁极的变化。

发明内容
本发明的目的之一是提供一种即使在多个正弦波信号之中的I个正弦波信号中发生了中点固着异常的情况下，也能够正确地检测出磁极的变化的旋转角检测装置。本发明的一个方式的旋转角检测装置的结构，是一种包括检测用转子，其根据旋转体的旋转而旋转，并且设置了多个磁极；和传感器，其根据上述检测用转子的旋转，输出相互具有规定的相位差的3个正弦波信号；基于这些正弦波信号来检测上述旋转体的旋转角的旋转角检测装置，该旋转角检测装置包括信号读取单元，其按每个规定的运算周期读取上述各正弦波信号；和检测单元，其基于通过上述信号读取单元读取到的上述各正弦波信号，检测至少I个正弦波信号的磁极的变化，其中，上述检测单元，在将上述各正弦波信号中的、磁极的变化被检测的正弦波信号作为第I正弦波信号，其他的2个正弦波信号中的一个作为第2正弦波信号，另一个作为第3正弦波信号时，基于上述第2正弦波信号的这次值与上述第3正弦波信号的这次值中其绝对值大的一方的值、上述第I正弦波信号的上次值和上述第I正弦波信号的这次值，来检测上述第I正弦波信号的磁极的变化。


通过下述基于附图对实施方式的描述，前面提到的以及其他的本发明的特征和优点会变得更明显，其中相同的附图标记表示相同的要素，其中图I是表示将本发明的一实施方式的旋转角检测装置应用于检测无刷电动机的转子的旋转角用的旋转角检测装置时的构成的示意图。图2是表示检测用转子的构成的示意图。图3是表示第I、第2以及第3磁传感器的输出信号波形以及第I磁传感器检测出的磁极的示意图。图4是表示旋转角运算装置进行的旋转角运算处理的顺序的流程图。图5是表示旋转角运算装置进行的旋转角运算处理的顺序的流程图。图6是表示图5的步骤S12的相对极号码的设定处理的顺序的流程图。图7是用于说明相对极号码的设定处理的示意图。图8是表示第3输出信号固定为零时的各输出信号波形以及第I磁传感器检测出的磁极的示意图。图9是用于说明以往的旋转角检测装置进行的旋转角检测方法的示意图。图10是表不第I磁传感器的输出信号波形以及第2磁传感器的输出信号波形的示意图。图11是用于说明当2个磁传感器的输出信号中的一个输出信号中发生了中点固着异常时，误检测磁极的变化的示意图。
具体实施例方式下面参照附图对将本发明应用于检测无刷电动机的转子的旋转角用的旋转角检测装置时的实施方式详细地进行说明。图I是表示将本发明的一实施方式的旋转角检测装置应用于检测无刷电动机的转子的旋转角用的旋转角检测装置时的构成的示意图。该旋转角检测装置具有根据无刷电动机10的旋转而旋转的检测用转子(以下，仅称为“转子I”)。如图2所示，转子I包含具有与无刷电动机10的转子中设置的磁极对相当的多个磁极对的圆筒状的磁铁2。磁铁2 具有 5 组磁极对(MO、Ml) (M2、M3) (M4、M5) (M6、M7) (M8、M9)。也就是说，磁铁2具有以等角度间隔配置的10个磁极MO M9。各磁极MO M9以转子I的旋转中心轴为中心，以36° (电角度为180° )的角度间隔被配置。在转子I的周围，3个磁传感器21、22、23以转子I的旋转中心轴为中心，隔开规定角度(9° (上述电角度为45° ))的角度间隔而配置。往往将这3个磁传感器21、22、23分别称为第I磁传感器21、第2磁传感器22以及第3磁传感器23。能够使用具备例如霍尔元件、磁阻元件(MR元件)等具有电特性通过磁场的作用发生变化的特性的元件的传感器作为磁传感器。将图2中用箭头表示的方向设为转子I的正方向的旋转方向。而且，当转子I向正方向旋转时，转子I的旋转角变大，当转子I向反方向旋转时，转子I的旋转角变小。如图3所示，由各磁传感器21、22、23输出以转子I旋转相当于I磁极对的角度(72° (电角度为360° ))的期间为一个周期的正弦波信号VI、V2、V3。图3表不相对于转子I的磁极M9与磁极MO的边界与第I磁传感器21相对时的转子I的旋转角取0°时的转子角度(机械角)的各磁传感器21、22、23的输出信号VI、V2、 V3。图3中的横轴的转子角度“deg”表示通过对机械角乘以磁极对数(在该实施方式中为 “5”)而得到的角度。另外，在图3中根据转子角度表示了第I磁传感器21检测出的磁极 MO M9。将以旋转角运算处理开始时的转子I的初始位置为基准的转子I的机械角称为相对的机械角ΘΠ!。但是，在该实施方式中，用对旋转角运算处理开始时的转子I的初始位置为基准的转子I的机械角乘以转子I的磁极对数(在该例中为“5”)的值表示相对的机械角θπι。根据5个磁极对将转子I的I周旋转量的角度范围划分为5个区间，将各区间的开始位置表示为0°、结束位置表示为360°的转子I的角度称为转子I的电角度Θ e。在该情况下，10个磁极的角度幅度相等，因此转子I的电角度Θ e与无刷电动机的转子的电角度 —致。这里,从第I磁传感器21对与5个磁极对对应的每个区间输出Vl = Al · sin Θ e 的输出信号。在该情况下，从第2磁传感器22对与5个磁极对对应的每个区间输出V2 = A2 ·8； η( Θ e+45° )的输出信号。另外，从第3磁传感器23对与5个磁极对对应的每个区间输出V3 = A3 · sin( Θ e+90° ) = A3 · cos Θ e的输出信号。Al、A2、A3分别表示振幅。 也就是说，从各磁传感器21、22、23输出具有规定的相位差45° (电角度)的正弦波信号。 往往将各磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3分别称为第I输出信号VI、第2输出信号V2以及第3输出信号V3。当3个磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3的振幅A1、A2、A3被设为相互相等的值A，或者以各振幅成为规定的规定值A的方式将各信号VI、V2、V3标准化时，第I、第
2以及第 3 输出信号 VI、V2、V3 表示为 Vl = A · sin Θ e、V2 = A · sin(0e+45° )以及 V3 =A ·8 η( Θ e+90° )。此外，当A = I时，第I、第2以及第3输出信号V1、V2、V3用Vl = sin Θ e, V2 = sin( Θ e+45。)以及V3 = sin( Θ e+90。)表示。于是，为了使说明变得简单，用 Vl = sin Θ e, V2 = sin ( Θ e+45° )以及 V3 = sin ( Θ e+90° ) = cos Θ e 表不各磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3。返回图1，各磁传感器21、22、23的输出信号VI、V2、V3被输入到旋转角运算装置 20。旋转角运算装置20基于各磁传感器21、22、23的输出信号VI、V2、V3来对转子I的电角度Ge进行运算。另外，旋转角运算装置20基于得到的电角度0e等对转子I的相对的机械角em进行运算。旋转角运算装置20例如由微型计算机构成，包含CPU (中央运算处理装置)以及存储器(ROM、RAM、可擦写的非易失性存储器等)。通过旋转角运算装置20运算出的电角度0e以及相对的机械角0m被赋予给电动机控制器30。电动机控制器30使用由旋转角运算装置20赋予的电角度0e以及相对的机械角Θ m来控制无刷电动机10。为了对相对的机械角θπι进行运算，需要检测输出信号V1、V2、V3中的至少I个输出信号的磁极的变化(磁传感器21、22、23中的至少I个磁传感器检测出的磁极的变化)。 该旋转角运算装置20的特征在于具备在检测第I或者第3磁传感器21、23的输出信号VI、 V3的磁极的变化的情况下，即使在该磁传感器以外的2个磁传感器的输出信号中的一个发生了中点固着异常，也能够正确地检测出该磁传感器的变化的功能。另外，旋转角运算装置 20的特征在于具备即使3个磁传感器21、22、23的输出信号中的I个输出信号中发生了中点固着异常，也能够正确地运算相对的机械角Θ m的功能。图4以及图5是表示旋转角运算装置20的旋转角运算处理的顺序的流程图。图4以及图5所示的旋转角运算处理按每个规定的运算周期重复地进行。将在旋转角运算处理开始时，第I磁传感器21检测出的磁极作为基准磁极，对各磁极分配相对的号码时的各磁极的号码定义为相对极号码。用变量Pl表示第I磁传感器 21检测出的相对极号码(以下，称为“第I相对极号码”)，用变量p3表示第3磁传感器23 检测出的相对极号码(以下，称为“第3相对极号码”)。在该实施方式中，在旋转角运算处理开始时，第I磁传感器21检测出的磁极(基准磁极)为N极的磁极的情况下，向该磁极分配相对极号码“O”。另一方面，当旋转角运算处理开始时，第I磁传感器21检测出的磁极 (基准磁极)为S极的磁极的情况下，向该磁极分配相对极号码“ I ”。当旋转角运算处理开始时，旋转角运算装置20读入各磁传感器21、22、23的输出信号(传感器值)￥1、￥2、￥3(步骤31)。此外，在旋转角运算装置20的存储器(例如RAM) 中存储有从规定次数前读入的传感器值到最新读入的传感器值的多次的传感器值。当在上述步骤SI中各传感器值V1、V2、V3被读入时，旋转角运算装置20判别第I 传感器值Vl是否比上限固着异常判断用的阈值Ul大(步骤S2)。阈值Ul被设定为例如在第I传感器值Vl的正常时的上限值(在该例中为“+I”)上加上规定值α (α彡O)的值。 α被设定为例如O O. I范围内的值。当第I传感器值Vl在阈值Ul以下时(步骤S2:否)，旋转角运算装置20判断为在第I输出信号Vl中未发生上限固着异常，判别第I传感器值Vl是否比下限固着异常判断用的阈值Dl小(步骤S3)。阈值Dl被设定为例如从第I传感器值Vl的正常时的下限值 (在该例中为“-I”)减去上述规定值α的值。当第I传感器值Vl在阈值Dl以上时(步骤S3 :否)，旋转角运算装置20判断为在第I输出信号Vl中未发生下限固着异常，移向步骤S5。当在上述步骤S2中，判别为第I传感器值Vl比阈值Ul大时(步骤S2 :是)，旋转角运算装置20判断为在第I输出信号Vl中发生了上限固着异常，移向步骤S4。另外，当在上述步骤S3中，判别为第I传感器值Vl比阈值Dl小时(步骤S3 :是)，旋转角运算装置 20判断为在第I输出信号Vl中发生了下限固着异常，移向步骤S4。在步骤S4中，旋转角运算装置20存储并显示在第I输出信号Vl中发生了上限固着异常或者下限固着异常。然后，移向步骤S5。在步骤S5中，旋转角运算装置20判别第2传感器值V2是否比上限固着异常判断用的阈值U2大。阈值U2被设定为例如在第2传感器值V2的正常时的上限值(在该例中为“I”)上加上上述规定值α (α彡O)的值。当第2传感器值V2在阈值U2以下时(步骤S5 :否)，旋转角运算装置20判断为在第2输出信号V2中未发生上限固着异常，判别第2传感器值V2是否比下限固着异常判断用的阈值D2小(步骤S6)。阈值D2例如被设定为从第2传感器值V2的正常时的下限值(在该例中为“-I”)中减去上述规定值α的值。当第2传感器值V2在阈值D2以上时 (步骤S6 :否)，旋转角运算装置20判断为在第2输出信号V2中未发生下限固着异常，移向步骤S8。当在上述步骤S5中，判别为第2传感器值V2比阈值U2大时(步骤S5:是)，旋转角运算装置20判断为在第2输出信号V2中发生了上限固着异常，移向步骤S7。另外，当在上述步骤S6中，判别为第2传感器值V2比阈值D2小时(步骤S6 :是)，旋转角运算装置 20判断为在第2输出信号V2中发生了下限固着异常，移向步骤S7。在步骤S7中，旋转角运算装置20存储并显示在第2输出信号V2中发生了上限固着异常或者下限固着异常。然后，移向步骤S8。在步骤S8中，旋转角运算装置20判别第3传感器值V3是否比上限固着异常判断用的阈值U3大。阈值U3被设定为例如在第3传感器值V3的正常时的上限值(在该例中为“+I”)上加上上述规定值α (α彡0)的值。当第3传感器值V32在阈值U3以下时(步骤S8 :否)，旋转角运算装置20判断为在第3输出信号V3中未发生上限固着异常，判别第3传感器值V3是否比下限固着异常判断用的阈值D3小(步骤S9)。阈值D3被设定为例如从第3传感器值V3的正常时的下限值(在该例中为“-I”)中减去上述规定值α的值。当第3传感器值V3在阈值D3以上时 (步骤S9 :否)，旋转角运算装置20判断为在第3输出信号V3中未发生下限固着异常，移向图5的步骤S11。当在上述步骤S8中，判别为第3传感器值V3比阈值U3大时(步骤S8:是)，旋转角运算装置20判断为在第3输出信号V3中发生了上限固着异常，移向步骤S10。另外，当在上述步骤S9中，判别为第3传感器值V3比阈值D3小时(步骤S9 :是)，旋转角运算装置 20判断为在第3输出信号V3中发生了下限固着异常，移向步骤S10。在步骤SlO中，旋转角运算装置20存储并显示在第3输出信号V3中发生了上限固着异常或者下限固着异常。 然后，移向步骤S11。参照图5，在步骤Sll中，旋转角运算装置20判别本次的处理是否是旋转角运算处理开始后的首次处理。当本次处理是旋转角运算处理开始后的首次处理时(步骤Sll 是)，旋转角运算装置20进行相对极号码的设定处理(步骤S12)。图6表不相对极号码的设定处理的详细的顺序。旋转角运算装置20首先判别第I输出信号Vl是否比O大(步骤S31)。当第I输出信号Vl比O大时(步骤S31 :是)，旋转角运算装置20判别为第I磁传感器21检测出的磁极(基准磁极)为N极磁极，将第I相对极号码pi设定为O (步骤S34)。然后，进入步骤 S36。另一方面，当第I输出信号Vl在O以下时(步骤S31 :否)，旋转角运算装置20 判别第I输出信号Vl是否比O小(步骤S32)。当第I输出信号Vl比O小时(步骤S32 是)，判别为第I磁传感器21检测出的磁极(基准磁极)为S极磁极，将第I相对极号码Pl设定为1(步骤S35)。然后，进入步骤S36。当在上述步骤S32中，判别为第I输出信号Vl在O以上时(步骤S32 :否)，也就是说，第I输出信号Vl为O时，旋转角运算装置20为了判别转子旋转角(电角度)为O。 还是180°，判别第3输出信号V3是否比O大(步骤S33)。当第3输出信号V3比O大时 (步骤S33:是)，旋转角运算装置20判别为转子旋转角(电角度)为0°，将第I相对极号码Pl设定为0(步骤S34)。然后，进入步骤S36。另一方面，当第3输出信号V3为O以下时(步骤S33 :否)，旋转角运算装置20判别为转子旋转角(电角度)为180°，将第I相对极号码pi设定为I (步骤S35)。然后，进入步骤S36。在步骤S36中，旋转角运算装置20判别是否满足“VI彡O且V3 < O”或者“VI < O 且V3彡O”的条件。当满足该条件时(步骤S36:是)，旋转角运算装置20判别为第I磁传感器21检测出的磁极与第3磁传感器23检测出的磁极不同，将第3相对极号码p3设定比第I相对极号码Pl多I的号码(步骤S38)。然后，返回图5的步骤S14。另一方面，当不满足上述步骤S36的条件时(步骤S36 :否)，旋转角运算装置20 判别为第I磁传感器21检测出的磁极与第3磁传感器23检测出的磁极相同，将第3相对极号码P3设定与第I相对极号码Pl相同的号码(步骤S37)。然后，返回图5的步骤S14。对当满足上述步骤S36的条件时，判别为第I磁传感器21检测出的磁极与第3磁传感器23检测出的磁极不同，当不满足上述步骤S36的条件时，判别为第I磁传感器21检测出的磁极与第3磁传感器23检测出的磁极相同的理由进行说明。例如，当示意地表示由转子I的磁极MO与磁极Ml构成的磁极对通过第I磁传感器21时的第I、第2以及第3磁传感器21、22、23的输出信号VI、V2、V3的信号波形时，如图 7 (a) (b) (c)所示。在图7(a) (C)中，用SI表示的区域是第I磁传感器21以及第3磁传感器23共同检测出磁极MO的区域。用S2表示的区域是第I磁传感器21检测出磁极MO，第3磁传感器 23检测出磁极Ml的区域。用S3表示的区域是第I磁传感器21以及第3磁传感器23共同检测出磁极Ml的区域。用S4表示的区域是第I磁传感器21检测出磁极M1，第3磁传感器 23检测出磁极M2的区域。也就是说，在区域SI以及S3中，第3磁传感器23检测出的磁极的极号码会与第I 磁传感器21检测出的磁极的极号码相等。另一方面，在区域S2以及S4中，第3磁传感器 23检测出的磁极的极号码会比第I磁传感器21检测出的磁极的极号码大I。在区域SI中，两传感器值VI、V3满足Vl≥O且V3 > O的第I条件。在区域S2 中，两传感器值VI、V3满足Vl > O且V3 < O的第2条件。在区域S3中，两传感器值VI、 V3满足Vl < O且V3 < O的第3条件。在区域S4中，两传感器值VI、V3满足Vl <0且 V3 ≥ O的第4条件。于是，旋转角运算装置20，当满足上述第2条件(VI≥O且V < 30)或者上述第4 条件(VI < O且V3 > O)时，判别为第I磁传感器21检测出的磁极与第3磁传感器23检测出的磁极不同，当不满足上述第2条件或者上述第4条件时，判别为第I磁传感器21检测出的磁极与第3磁传感器23检测出的磁极相同。返回图5，在上述步骤Sll中，当判别为本次处理不是旋转角运算处理开始后的首次处理时(步骤Sll :否)，移向步骤S13。在步骤S13中，旋转角运算装置20进行磁极的变化的检测以及相对极号码的更新处理。在该实施方式中，旋转角运算装置20进行用于检测第I磁传感器21检测出的磁极的变化以及第3磁传感器23检测出的磁极的变化的处理。 而且，旋转角运算装置20当检测出第I磁传感器21检测出的磁极发生变化时，更新第I相对极号码Pi。另外，旋转角运算装置20当检测到第3磁传感器23检测出的磁极发生变化时，更新第3相对极号码p3。参照图3，对第I磁传感器21检测出的磁极的变化的检测处理以及第I相对极号码Pi的更新处理进行说明。第I磁传感器21检测出的磁极的变化有下面4个种类。(a)当转子I向正方向旋转时，第I磁传感器21检测出的磁极从N极变化为S极的情况。例如，如图3中用符号Qa表示的椭圆内的箭头所示那样，第I磁传感器21检测出的磁极从M2变化为M3的情况。(b)当转子I向正方向旋转时，第I磁传感器21检测出的磁极从S极变化为N极的磁极的情况。例如，如图3中用符号Qb表示的椭圆内的箭头所示那样，第I磁传感器21 检测出的磁极从Ml变化为M2的情况。(c)当转子I向反方向旋转时，第I磁传感器21检测出的磁极从N极变化为S极的情况。例如，如图3中用符号Qc表示的椭圆内的箭头所示那样，第I磁传感器21检测出的磁极从M6变化为M5的情况。(d)当转子I向反方向旋转时，第I磁传感器21检测出的磁极从S极变化为N极的磁极的情况。例如，如图3中用符号Qd表示的椭圆内的箭头所示那样，第I磁传感器21 检测出的磁极从M7变化为M6的情况。旋转角运算装置20判别是否发生了上述(a) ⑷的磁极的变化，当判别为发生了磁极的变化时，更新第I相对极号码pl。旋转角运算装置20为了判断上述(a)的磁极的变化(参照图3的Qa)的有无，判断是否满足下面的第I判断条件。第I判断条件“V2与V3中其绝对值大的一方的传感器值< _β (β > O) ”且“VI 的上次值> O”且“VI的这次值彡O”。β是用于判断磁极的变化的阈值，当发生了磁传感器的输出中点固着异常时，该输出信号被设定为比固定的值的绝对值大的值。优选阈值β 考虑各输出信号VI、V2、V3的相位差来设定。在本实施方式(各输出信号VI、V2、V3的相位差为45° )中，阈值β例如被设定为O. 25。旋转角运算装置20当判断为满足上述第I判断条件时，将第I相对极号码Pl更新为仅大了 I的值。另外，旋转角运算装置20为了判断上述(b)的磁极的变化(参照图3的Qb)的有无，判断是否满足下面的第2判断条件。第2判断条件“V2与V3中其绝对值大的一方的传感器值> β ”且“VI的上次值
<O”且“VI的这次值彡O”旋转角运算装置20当判断为满足上述第2判断条件时，将第I相对极号码Pl更新为仅大了 I的值。其中，当第I相对极号码Pl为“9”时，比其仅大了 I的值为“O”。另外，旋转角运算装置20为了判断上述(C)的磁极的变化(参照图3的Qc)的有无，判断是否满足下面的第3判断条件。第3判断条件“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值> β ”且“VI的上次值彡O”且“VI的这次值< O”旋转角运算装置20当判断为满足上述第3判断条件时，将第I相对极号码Pl更新为仅小了 I的值。其中，当第I相对极号码Pi为“O”时，比其仅小了 I的值为“9”。另外，旋转角运算装置20为了判断上述⑷的磁极的变化(参照图3的Qd)的有无，判断是否满足下面的第4判断条件。第4判断条件“V2与V3中其绝对值大的一方的传感器值< ”且“VI的上次值彡O”且“VI的这次值> O”旋转角运算装置20当判断为满足上述第4判断条件时，将第I相对极号码Pl更新为仅小了 I的值。另外，旋转角运算装置20为了判别是否发生了第3磁传感器23检测出的磁极的变化，判别是否满足下面的4个条件(第5条件 第8条件)。第5判断条件(旋转方向为正方向时的从N极向S极的变化)“V1与V2中其绝对值大的一方的传感器值> β ”且“V3的上次值> O”且“V3的这次值彡O”第6判断条件(旋转方向为正方向时的从S极向N极的变化):“V1与V2中其绝对值大的一方的传感器值< ”且“V3的上次值< O”且“V3的这次值彡O”第7判断条件(旋转方向为反方向时的从N极向S极的变化)“V1与V2中其绝对值大的一方的传感器值< ”且“V3的上次值彡O”且“V3的这次值< O”第8判断条件(旋转方向为反方向时的从S极向N极的变化)“V1与V2中其绝对值大的一方的传感器值> β ”且“V3的上次值彡O”且“V3的这次值> O”在满足第5判断条件或者第6判断条件的情况下，旋转角运算装置20将第3相对极号码Ρ3更新为仅大了 I的值。但是，在第3相对极号码ρ3为“9”时，比其仅大了 I的值为“O”。另一方面，当满足第7判断条件或者第8判断条件时，旋转角运算装置20将第3相对极号码Ρ3更新为仅小了 I的值。但是，当第3相对极号码ρ3为“O”时，比其仅小了 I的值为“9”。使用上述那样的判断条件检测出第I或者第3磁传感器21、23检测出的磁极的变化，因此即使在该磁传感器以外的2个磁传感器的输出信号中的I个输出信号中发生了中点固着异常，也能够正确地检测出该磁传感器检测出的磁极的变化。对此，以检测出第I磁传感器21检测出的磁极的变化的情况为例进行验证。图8表示第3输出信号V3由于中点固着异常，固定为“O”的值时的各输出信号。验证图8中用椭圆Qa内的箭头表示的磁极的变化(旋转方向为正方向时的从N极向S极的变化)是否可以通过上述第I判断条件来检测。第I判断条件为“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值< (β > O) ”且“VI的上次值> O”且“VI的这次值彡O”。 发生了中点固着异常的第3输出信号V3成为零附近的值(在图8的例中为零)。因此，在图8中用椭圆Qa内的箭头表示的磁极的变化时刻，V2的绝对值变得比V3的绝对值大。其结果，对第I判断条件中的“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值<_β ” 这样的条件不使用发生了中点固着异常的第3输出信号V3而使用第2输出信号V2来判断。 在图8中用椭圆Qa内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为V2 < -O. 25，因此会满足第I判断条件。也就是说，即使在第3输出信号V3中发生了中点固着异常时，也能够基于第I判断条件正确地检测出旋转方向为正方向时的从N极向S极的变化。验证图8中用椭圆Qb内的箭头表示的磁极的变化(旋转方向为正方向时的从S 极向N极的变化)是否可以通过上述第2判断条件来检测。第2判断条件为“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值> β ”且“VI的上次值< O”且“VI的这次值彡O”。在图 8中用椭圆Qb内的箭头表示的磁极的变化时刻，V3的绝对值变得比V2的绝对值小。其结果，对第2判断条件中的“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值> β ” 这样的条件不使用发生了中点固着异常的第3输出信号V3而使用第2输出信号V2来判断。 在图8中用椭圆Qb内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为V2 > O. 25，因此会满足第2判断条件。也就是说，即使当第3输出信号V3中发生了中点固着异常时，也能够基于第2判断条件正确地检测出旋转方向为正方向时的从S极向N极的变化。验证图8中用椭圆Qc内的箭头表示的磁极的变化(旋转方向为反方向时的从N 极向S极的变化)是否可以通过上述第3判断条件来检测。第3判断条件为“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值> β ”且“VI的上次值彡O”且“VI的这次值< O”。在图 8中用椭圆Qc内的箭头表示的磁极的变化时刻，V3的绝对值变得比V2的绝对值小。其结果，对第3判断条件中的“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值> β ” 这样的条件不使用发生了中点固着异常的第3输出信号V3而使用第2输出信号V2来判断。 在图8中用椭圆Qc内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为V2 > O. 25，因此会满足第3判断条件。也就是说，即使当第3输出信号V3中发生了中点固着异常时，也能够基于第3判断条件正确地检测出旋转方向为反方向时的从N极向S极的变化。验证图8中用椭圆Qd内的箭头表示的磁极的变化(旋转方向为反方向时的从S 极向N极的变化)是否可以通过上述第4判断条件来检测。第4判断条件为“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值< ”且“VI的上次值彡O”且“VI的这次值> O”。在图 8中用椭圆Qd内的箭头表示的磁极的变化时刻，V3的绝对值变得比V2的绝对值小。其结果，对第4判断条件中的“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值<_ β ” 这样的条件不使用发生了中点固着异常的第3输出信号V3而使用第2输出信号V2来判断。 在图8中用椭圆Qd内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为V2 < -O. 25，因此会满足第4判断条件。也就是说，即使当第3输出信号V3中发生了中点固着异常时，也能够基于第4判断条件正确地检测出旋转方向为反方向时的从S极向N极的变化。取代第3输出信号V3，当第2输出信号V2中发生了中点固着异常时，在上述(a) (d)的磁极的变化时刻，在与此对应的第I 第4判断条件中，成为第3输出信号V3与β 或者-β比较。也就是说，发生了中点固着异常的第2输出信号V2不用于磁极的变化判断。 因此，即使当第2输出信号V2中发生了中点固着异常时，也能够使用上述第I 第4判断条件来正确地检测出第I磁传感器21检测出的磁极的变化。此外，当判断第3磁传感器23的输出信号V3的磁极的变化时，也同样地，即使其他的磁传感器21、22的输出信号V1、V2的任意一方中发生了中点固着异常也能够正确地检测出第3磁传感器23的输出信号V3的磁极的变化。另外，在图4的步骤SI SlO的处理中，当判别为第I、第2以及第3输出信号VI、 V2、V3的所有的输出信号中发生了上限或者下限固着异常时，旋转角运算装置20也可以在移向上述步骤Sll之前，将电动机停止指令赋予电动机控制器30，并且停止旋转角运算处理。另外，在图4的步骤SI SlO的处理中，当判别为仅第I、第2以及第3输出信号 V1、V2、V3中的I个输出信号中发生了上限或者下限固着异常时，也可以在上述步骤S13的磁极的变化的检测以及相对极号码的更新处理中，基于未发生上限或者下限固着异常的2 个输出信号进行磁极的变化的检测以及相对极号码的更新处理。具体而言，当发生了上限或者下限固着异常的I个输出信号为第2输出信号V2 时，旋转角运算装置20基于与上述第I判断条件 第4判断条件同样的判断条件，判别是否发生了第I磁传感器21检测出的磁极的变化，根据该判别结果来更新第I相对极号码 Pl。但是，在该情况下，使用“V3的传感器值”作为上述第I判断条件 第4判断条件中的最初的条件中的“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值”。另外，旋转角运算装置20 基于与上述第5判断条件 第8判断条件同样的判断条件，判别是否发生了第3磁传感器 23检测出的磁极的变化，根据该判别结果来更新第3相对极号码p3。其中，在该情况下，使用“VI的传感器值”作为上述第5判断条件 第8判断条件中的最初的条件中的“VI与V2 中其绝对值大的一方的传感器值”。当发生了上限或者下限固着异常的I个输出信号为第I输出信号Vl时，旋转角运算装置20不进行是否发生了第I磁传感器21检测出的磁极的变化的判别。另一方面，旋转角运算装置20使用与上述第5判断条件 第8判断条件同样的判断条件，判别是否发生了第3磁传感器23检测出的磁极的变化，根据该判别结果来进行第3相对极号码p3的更新。其中，在该情况下，使用“V2的传感器值”作为上述第5判断条件 第8判断条件中的最初的条件中的“VI与V2中其绝对值大的一方的传感器值”。另外，当发生了上限或者下限固着异常的I个输出信号为第3输出信号V3时，旋转角运算装置20不进行是否发生了第3磁传感器23检测出的磁极的变化的判别。另一方面，旋转角运算装置20使用与上述第I判断条件 第4判断条件同样的判断条件，判别是否发生了第I磁传感器21检测出的磁极的变化，根据该判别结果来进行第I相对极号码Pl 的更新。其中，在该情况下，使用“V2的传感器值”作为上述第I判断条件 第4判断条件中的最初的条件中的“V2与V3中的其绝对值大的一方的传感器值”。当上述步骤S13的处理结束时，移向步骤S14。在步骤S14中，旋转角运算装置20 判别在上述步骤SI中读入的传感器值VI、V2、V3是否都正常。具体而言，旋转角运算装置 20首先进行各输出信号VI、V2、V3中是否发生了中点固着异常的判断。在各输出信号VI、 V2、V3中是否发生了中点固着异常的判断、能够通过例如对每个输出信号V1、V2、V3调查经过规定次数传感器值是否几乎不变化来进行。也就是说，旋转角运算装置20当传感器值经过规定次数几乎不变化时，判断为与该传感器值对应的输出信号中发生了中点固着异常。然后，旋转角运算装置20基于中点固着异常的判别结果和上述步骤SI SlO的处理中的上限或者下限固着异常的判别结果这两者的判别结果，判别在上述步骤SI中读入的传感器值(输出信号)V1、V2、V3是否都正常。当判别为3个传感器值VI、V2、V3都正常时(步骤S14 :是)，旋转角运算装置20 根据在上述步骤SI中读入的3个传感器值V1、V2、V3来运算与转子I的旋转角相当的电角度Θ e (步骤S15)。
具体而言，旋转角运算装置20基于第I输出信号Vl与第2输出信号V2来运算与转子I的旋转角相当的第I电角度9el。另外，旋转角运算装置20基于第I输出信号Vl 与第3输出信号V3来运算与转子I的旋转角相当的第2电角度0e2。另外，旋转角运算装置20基于第2输出信号V2与第3输出信号V3来运算与转子I的旋转角相当的第3电角度Θ e3。对于第I、第2以及第3电角度Θ el、Θ e2、Θ e3的运算方法将在后述。然后，旋转角运算装置20例如基于下式(2)来运算最终的电角度Θ e。也就是说， 旋转角运算装置20将第I、第2以及第3电角度Θ el、Θ e2、Θ e3的平均值运算为最终的电角度Θθ。Θ e = ( Θ el+ Θ e2+ Θ e3)/3…⑵此外，当判断为所有的输出信号V1、V2、V3都正常时，旋转角运算装置20能够将第
I、第2以及第3电角度Θ el、Θ e2、Θ e3的中央值运算为最终的电角度Θ e。另外，该情况下，也能够删除第I、第2以及第3电角度Θ el、Θ e2、Θ e3中最偏离其他2个的那一个，将其他2个的平均值运算为最终的电角度Ge。此外，该情况下，旋转角运算装置20也可以将第I、第2以及第3电角度Θ el、Θ e2、Θ e3的任意一个电角度决定为最终的电角度Θ e。对第I电角度Θ el的运算方法进行说明。旋转角运算装置20首先根据第I输出信号Vl ( = sin Θ e)与第2输出信号V2( = sin( Θ e+45° ))运算成为相对于第I输出信号Vl的相位差为90°的信号V12( = sin(0e+9O° ) = cos Θ e)。更具体而言，旋转角运算装置20基于下式(3)来运算信号V12。
权利要求
1.一种旋转角检测装置，其包括检测用转子，其根据旋转体的旋转而旋转，并且设置有多个磁极；以及传感器，其根据所述检测用转子的旋转，输出相互具有规定的相位差的3 个正弦波信号；基于这些正弦波信号来检测所述旋转体的旋转角，该旋转角检测装置的特征在于，包括信号读取单元，其按每个规定的运算周期读取所述各正弦波信号；以及检测单元，其基于通过所述信号读取单元读取到的所述各正弦波信号，检测至少I个正弦波信号的磁极的变化，其中，当在所述各正弦波信号中，将磁极的变化被检测的正弦波信号设为第I正弦波信号，将其他的2个正弦波信号中的一个设为第2正弦波信号，将另一个设为第3正弦波信号时，所述检测单元基于所述第2正弦波信号的这次值与所述第3正弦波信号的这次值中的其绝对值大的一方的值、所述第I正弦波信号的上次值和所述第I正弦波信号的这次值， 来检测所述第I正弦波信号的磁极的变化。
2.根据权利要求I所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述规定的相位差在电角度中为45°。
3.根据权利要求I所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述规定的相位差在电角度中为120°。
全文摘要
本发明提供一种旋转角检测装置。在转子的周围，3个磁传感器以转子的旋转中心轴为中心，隔开规定角度的角度间隔而配置。由磁传感器输出具有规定的相位差45°的正弦波信号。旋转角运算装置按照下述方式检测第1输出信号的磁极的变化。具体而言，旋转角运算装置基于第2输出信号的这次值与第3输出信号的这次值中其绝对值大的一方的值、第1输出信号的上次值和第1输出信号的这次值，检测第1输出信号(V1)的磁极的变化。
文档编号G01B7/30GK102589411SQ20111043230
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年1月17日
发明者上田武史, 小松逸人 申请人:株式会社捷太格特