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专利名称：旋转角检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对旋转体的旋转角进行检测的旋转角检测装置。
背景技术：
在电动转向装置等中使用的无刷电动机，通过与转子的旋转角度相对应地对定子绕组进行通电而被控制。因此，例如已知有图13所示的旋转角检测装置(例如参照专利文献1)。旋转角检测装置具有转子1，该转子1包括具有两个磁极的磁铁；以及两个磁传感器11、12，该两个磁传感器11、12以转子1的旋转中心轴为中心隔开90°的角度间隔配置。 各磁传感器11、12输出相互间具有90°的相位差的正弦波信号，基于这两个正弦波信号对转子1的旋转角进行检测。两个磁传感器11、12安装于图13中利用点划线表示的基板2 上。将图13中利用箭头表示的方向设定为转子1的正方向的旋转方向。进而，设定为若转子1绕正方向旋转，则转子1的旋转角增大，若转子1绕反方向旋转，则转子1的旋转角减小。若将转子1的旋转角设为θ，则将一方的磁传感器11的输出信号Vl表示为Vl =Al · Sin θ，将另一方的磁传感器12的输出信号V2表示为V2 = Α2 · sin ( θ + ji /2)= A2 · cos θ。A1、A2分别表示振幅。若将这些振幅A1、A2视为互相相等的值Α、或对两个信号V1、V2进行归一化以使两个振幅成为规定的规定值A，则将一方的输出信号Vl表示为Vl = Al -sin θ，将另一方的输出信号V2表示为V2 =Α· cos θ。进而，若设定为A = 1，则利用Vl = sin θ来表示一方的输出信号VI，利用V2 = C0S θ来表示另一方的输出信号V2。因此为了简化说明， 利用Vl = sin θ、V2 = cos θ来表示各磁传感器11、12的输出信号VI、V2。利用两个输出信号VI、V2、且例如基于下式⑴能够求出转子的旋转角θ。θ = tarT1 (sin θ /cos θ )= tan_1(Vl/V2)— (1)专利文献1 日本特表平9-508214号公报在上述那样的现有的旋转角检测装置中，若能够将两个磁传感器11、12以转子1 的旋转中心轴为中心隔开90°的角度间隔正确地配置，则如图14A所示，能够从各磁传感器11、12输出相互间具有90°的相位差的正弦波信号。在该情况下，如图14B所示，利用旋转角检测装置检测出的转子的旋转角不会产生角度误差。然而，若因各磁传感器11、12朝基板2的安装误差、或基板2的组装误差等而使得两个磁传感器11、12之间的角度间隔偏离90°，则例如图15A所示，两个磁传感器11、12的输出信号之间的相位差也完全偏离90°，从而如图15B所示，利用旋转角检测装置检测出的转子的旋转角会产生角度误差。

发明内容
因而，本发明的目的在于提供一种旋转角检测装置，即使当在两个传感器的输出信号之间存在因两个传感器的相对配置误差而引起的相位差误差时，该旋转角检测装置也能够检测出正确的旋转角。并且，本发明的目的还在于提供一种旋转角检测装置，该旋转角检测装置能够任意地决定两个传感器的相对配置。并且，本发明的目的还在于提供一种旋转角检测装置，当两个传感器中的任一传感器发生故障时，该旋转角检测装置能够检知该情况。本发明的旋转角检测装置对旋转体的旋转角进行检测，该旋转角检测装置包括 第一传感器，该第一传感器配置于上述旋转体周围亦即第一位置，根据上述旋转体的旋转输出第一正弦波信号；第二传感器，该第二传感器配置于与上述第一位置隔开角度间隔、且位于上述旋转体周围亦即第二位置，根据上述旋转体的旋转输出与第一正弦波信号之间存在对应于上述角度间隔的配置相位差的第二正弦波信号；以及旋转角运算装置，该旋转角运算装置基于上述第一正弦波信号和上述第二正弦波信号对上述旋转角进行运算，上述旋转角运算装置包括信号修正部，该信号修正部对上述第一正弦波信号及上述第二正弦波信号中的一方的正弦波信号进行修正，使得作为这些信号之间的相位差的上述配置相位差变成目标相位差；以及旋转角运算部，该旋转角运算部基于利用上述信号修正部修正后的一方的正弦波信号、以及另一方的正弦波信号对上述旋转角进行运算。在该结构中，对第一正弦波信号及第二正弦波信号中的一方的正弦波信号进行修正，使得作为这些信号之间的相位差的配置相位差变成目标相位差。进而，基于修正后的一方的正弦波信号、以及另一方的正弦波信号对旋转角进行运算。因此，无论两个正弦波信号的配置相位差如何，都能够对这些信号中的一方的正弦波信号进行修正，使得这些信号之间的相位差变成目标相位差。由于例如能够将该目标相位差设定成适合于对旋转体的旋转角进行运算的相位差，因此能够检测出正确的旋转角。在本发明的一实施方式中，上述配置相位差与上述目标相位差的差，是因上述第一传感器与上述第二传感器的相对配置误差而产生的上述两个正弦波信号之间的相位差误差。进而，上述旋转角运算装置还包括对上述相位差误差进行运算的相位差误差运算部， 上述信号修正部基于上述相位差误差对上述一方的正弦波信号进行修正。在该结构中，对两个正弦波信号之间的相位差误差进行运算。基于运算后的相位差误差对第一正弦波信号及第二正弦波信号中的一方的正弦波信号进行修正，使得作为这些信号之间的相位差的配置相位差变成目标相位差。进而，基于修正后的一方的正弦波信号、与另一方的正弦波信号对旋转角进行运算。因此，即使在因两个传感器的相对配置误差而在从两个传感器输出的正弦波信号之间存在相位差的情况下，也能够检测出正确的旋转角。在本发明的一实施方式中，上述相位差误差运算部包括第一振幅运算部，该第一振幅运算部对与上述第一正弦波信号与上述第二正弦波信号的和相当的信号的振幅进行运算；第二振幅运算部，该第二振幅运算部对与上述第一正弦波信号与上述第二正弦波信号的差相当的信号的振幅进行运算；以及误差运算部，该误差运算部基于利用上述第一振幅运算部运算所得的振幅、与利用上述第二振幅运算部运算所得的振幅的差，对上述相位差误差进行运算。在本发明的一实施方式中，上述目标相位差与上述配置相位差不同。在该结构中，无论两个正弦波信号的配置相位差如何，都能够对这些信号中的一方的正弦波信号进行修正，使得这些信号之间的相位差变成与配置相位差不同的目标相位差。由于例如能够将该目标相位差设定成适合于对旋转体的旋转角进行运算的相位差(例如90° )，因此无论两个正弦波信号的配置相位差如何，都能够对旋转体的旋转角进行运算。因此，能够任意地决定两个传感器的相对配置。在本发明的一实施方式中，因上述第一传感器与上述第二传感器的相对配置误差而产生的上述两个正弦波信号之间的相位差误差，与上述配置相位差重叠。进而，上述旋转角运算装置还包括对上述相位差误差进行运算的相位差误差运算部，上述信号修正部基于上述配置相位差以及上述相位差误差对上述一方的正弦波信号进行修正。在该结构中，即使在因第一传感器与第二传感器的相对配置误差而产生的两个正弦波信号之间的相位差误差与配置相位差重叠的情况下，也能够对两个正弦波信号中的一方的正弦波信号进行修正，使得这些信号之间的相位差变成与配置相位差不同的目标相位差。在本发明的一实施方式中，上述相位差误差运算部包括第一振幅运算部，该第一振幅运算部对与上述第一正弦波信号与上述第二正弦波信号的和相当的信号的振幅进行运算；第二振幅运算部，该第二振幅运算部对与上述第一正弦波信号与上述第二正弦波信号的差相当的信号的振幅进行运算；以及误差运算部，该误差运算部基于利用上述第一振幅运算部运算所得的振幅、与利用上述第二振幅运算部运算所得的振幅的差，对上述相位差误差进行运算。在本发明的一实施方式中，上述配置相位差小于上述目标相位差。根据该结构，能够减小用于安装两个传感器的基板。例如在目标相位差为90°的情况下，能够使配置相位差小于90°。在该情况下，由于能够使两个传感器之间的角度间隔形成为小于90°的角度间隔，因此与两个传感器之间的角度间隔为90°的情况相比，能够减小用于安装两个传感器的基板。在本发明的一实施方式中，上述旋转角运算装置还包括第一信号异常判定部，该第一信号异常判定部基于被上述信号修正部修正后的一方的正弦波信号、以及上述第二正弦波信号，判定上述第一正弦波信号是否异常；以及第二信号异常判定部，该第二信号异常判定部基于被上述信号修正部修正后的一方的正弦波信号、以及上述第一正弦波信号，判定上述第二正弦波信号是否异常。在该结构中，当第一传感器发生故障时，由于利用第一信号异常判定部判定为第一正弦波信号异常，因此能够检知第一传感器的故障。并且，当第二传感器发生故障时， 由于利用第二信号异常判定部判定为第二正弦波信号异常，因此能够检知第二传感器的故障。在本发明的一实施方式中，上述目标相位差为90度。通过对以下参照附图所叙述的实施方式进行的说明，能够使本发明的上述或其它目的、特征以及效果更加明显。


图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转角检测装置的结构的示意图。
图2是示出旋转角运算装置的详细结构的功能框图。图3是用于对基于相位差误差运算部的相位差误差的运算方法进行说明的说明图。图4是示出基于旋转角运算装置的旋转角运算处理的顺序的流程图。图5是示出本发明的第二实施方式所涉及的旋转角检测装置的结构的示意图。图6是示出基于旋转角运算装置的旋转角运算处理的顺序的流程图。图7是示出本发明的第二实施方式所涉及的旋转角检测装置的结构的示意图。图8是示出第一 Vl异常监视部的动作例的流程图。图9是示出第一 V2异常监视部的动作例的流程图。图10是示出第二 Vl异常监视部的动作例的流程图。图11是示出第二 V2异常监视部的动作例的流程图。图12A是用于对第一 Vl异常监视部及第一 V2异常监视部的动作进行说明的说明图，图12B是用于对第二 Vl异常监视部及第二 V2异常监视部的动作进行说明的说明图。图13是用于对基于现有的旋转角检测装置的旋转角检测方法进行说明的示意图。图14A是示出两个传感器之间的角度间隔为90°时的各传感器的输出信号的示意图，图14B是示出利用现有的旋转角检测装置检测出的旋转角的角度误差的示意图。图15A是示出两个传感器之间的角度间隔偏离90°时的各传感器的输出信号的示意图，图15B是示出利用现有的旋转角检测装置检测出的旋转角的角度误差的示意图。
具体实施例方式以下，参照附图对将本发明应用于用来检测无刷电动机的转子的旋转角的旋转角检测装置时的实施方式进行详细说明。图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的旋转角检测装置的结构的示意图。该旋转角检测装置例如能够用于对电动动力转向装置的无刷电动机的转子的旋转角进行检测。旋转角检测装置例如具有检测用转子1，该检测用转子1根据无刷电动机的旋转而旋转。转子1包括具有多个磁极对的圆筒状的磁铁。在本例中，磁铁具有一对磁极对。也就是说，磁铁具有以相等间隔配置的两个磁极N、S。在转子1的周围，第一磁传感器11及第二磁传感器12在转子1的周向上隔开间隔地分别配置于第一位置和第二位置。作为磁传感器，例如能够使用具备霍尔元件、磁阻元件(MR元件)等具有电特性因磁场的作用而变化的特性的元件的传感器。优选地，两个磁传感器11、12以转子1的旋转中心轴为中心、且隔开与预先设定的规定的相位差(以下称作“目标相位差”)对应的角度间隔配置。在本实施方式中，将目标相位差设定为90°。然而，实际上，两个磁传感器11、12之间的角度间隔有时会因制造误差等而无法达到与目标相位差对应的角度间隔。在本实施方式中，因制造误差等而不将两个磁传感器11、12之间的实际的角度间隔设定为与目标相位差对应的90°，而是设定为 (90° +α)。α是相对于目标相位差的相位差误差。将与两个磁传感器11、12之间的实际的角度间隔对应的相位差(在本例中为(90° +α))称作配置相位差。各相位差是电角度。将图1中利用箭头表示的方向设为转子1的正方向的旋转方向。进而，设定为若转子1绕正方向旋转，则转子1的旋转角增大，若转子1绕反方向旋转，则转子1的旋转角减小。若将转子1的旋转角设为θ，则将第一磁传感器11的输出信号Vl表示为Vl =Al · sin θ，将第二磁传感器12的输出信号V2表示为V2 = Α2 · sin(e+90° +α) = A2*cos(e+a)。Al、A2 分另Ij表示振幅。若将这些振幅A1、A2视为互相相等的值Α、或对两个信号V1、V2进行归一化以使两个振幅成为规定的规定值A，则将两个信号Vl、V2分别表示为A ^in θ与4%08(9+0)。 此处，若设定为A= 1，则利用sin θ与cos(e+a)来表示两个信号V1、V2。因此，在以下说明中为了简化说明，将各磁传感器11、12的输出信号V1、V2分别表示为Vl = sin θ、V2 =cos ( θ + a )。将各磁传感器11、12的输出信号VI、V2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11、12的输出信号VI、V2对转子1的旋转角θ进行运算。旋转角运算装置20例如由微计算机构成，包括CPU(中央运算处理装置)以及存储器(R0M、RAM 等)。旋转角运算装置20通过CPU执行存储于ROM的规定的程序而作为多个功能处理部发挥功能。该多个功能处理部包括相位差误差运算部(相位差误差运算单元)21、输出信号修正部(信号修正单元)22以及旋转角运算部(旋转角运算单元)23。相位差误差运算部21基于两个磁传感器11、12的输出信号VI、V2对相位差误差 α进行运算。相位差误差运算部21在进行无刷电动机的驱动控制之前预先对相位差误差 α进行运算，并将其预先存储于存储器。例如，相位差误差运算部21在装备有该旋转角检测装置的产品出厂之前对相位差误差α进行运算，并将其存储于存储器。另外，相位差误差运算部21也可以在装备有该旋转角检测装置的产品出厂以后，在每个恒定期间内或基于规定的指令进行相位差误差α的再运算，并对存储器内的相位差误差α进行更新。当进行无刷电动机的驱动控制时，输出信号修正部22基于利用相位差误差运算部21进行运算进而存储于存储器中的相位差误差α，对一方的磁传感器12的输出信号V2 进行修正，由此求出相位差误差α被修正后所得的信号V2'。此处，相位差误差α被修正后所得的信号V2'是指相对于输出信号Vl的相位差成为目标相位差(在本例中为90° ) 的信号(cos θ)。旋转角运算部23基于利用输出信号修正部22对相位差误差α进行修正后所得的信号V2' ( = cos θ)、以及另一方的输出信号Vl ( = sin Θ)，对转子1的旋转角θ进行运算。图2是示出旋转角运算装置20的更加详细的结构的功能框图。相位差误差运算部21包括信号和运算部31、第一振幅运算部32、信号差运算部 33、第二振幅运算部34、振幅差运算部35、误差运算部36以及存储器37。信号和运算部31对两个磁传感器11、12的输出信号VI、V2的和进行运算。利用下式⑵表示与输出信号V1、V2的和相当的信号(以下称作“和信号”)。[数学式1]Vi +ν/2=ε η Θ +cos! 0 + ￠)因此，利用下式(3)表示该和信号的振幅Bi。[数学式2]
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权利要求
1.一种旋转角检测装置，该旋转角检测装置对旋转体的旋转角进行检测， 所述旋转角检测装置的特征在于，所述旋转角检测装置包括第一传感器，该第一传感器配置于所述旋转体周围亦即第一位置，根据所述旋转体的旋转输出第一正弦波信号；第二传感器，该第二传感器配置于与所述第一位置隔开角度间隔、且位于所述旋转体周围亦即第二位置，根据所述旋转体的旋转输出与第一正弦波信号之间存在对应于所述角度间隔的配置相位差的第二正弦波信号；以及旋转角运算装置，该旋转角运算装置基于所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号对所述旋转角进行运算，所述旋转角运算装置包括信号修正部，该信号修正部对所述第一正弦波信号及所述第二正弦波信号中的一方的正弦波信号进行修正，使得作为这些信号之间的相位差的所述配置相位差变成目标相位差；以及旋转角运算部，该旋转角运算部基于利用所述信号修正部修正后的一方的正弦波信号、以及另一方的正弦波信号对所述旋转角进行运算。
2.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述配置相位差与所述目标相位差的差，是因所述第一传感器与所述第二传感器的相对配置误差而产生的所述两个正弦波信号之间的相位差误差，所述旋转角运算装置还包括对所述相位差误差进行运算的相位差误差运算部， 所述信号修正部基于所述相位差误差对所述一方的正弦波信号进行修正。
3.根据权利要求2所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述相位差误差运算部包括第一振幅运算部，该第一振幅运算部对与所述第一正弦波信号与所述第二正弦波信号的和相当的信号的振幅进行运算；第二振幅运算部，该第二振幅运算部对与所述第一正弦波信号与所述第二正弦波信号的差相当的信号的振幅进行运算；以及误差运算部，该误差运算部基于利用所述第一振幅运算部运算所得的振幅、与利用所述第二振幅运算部运算所得的振幅的差，对所述相位差误差进行运算。
4.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述目标相位差与所述配置相位差不同。
5.根据权利要求4所述的旋转角检测装置，其特征在于，因所述第一传感器与所述第二传感器的相对配置误差而产生的所述两个正弦波信号之间的相位差误差，与所述配置相位差重叠，所述旋转角运算装置还包括对所述相位差误差进行运算的相位差误差运算部， 所述信号修正部基于所述配置相位差以及所述相位差误差对所述一方的正弦波信号进行修正。
6.根据权利要求5所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述相位差误差运算部包括第一振幅运算部，该第一振幅运算部对与所述第一正弦波信号与所述第二正弦波信号的和相当的信号的振幅进行运算；第二振幅运算部，该第二振幅运算部对与所述第一正弦波信号与所述第二正弦波信号的差相当的信号的振幅进行运算；以及误差运算部，该误差运算部基于利用所述第一振幅运算部运算所得的振幅、与利用所述第二振幅运算部运算所得的振幅的差，对所述相位差误差进行运算。
7.根据权利要求4 6中任一项所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述配置相位差小于所述目标相位差。
8.根据权利要求1、4、5、6或7所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述旋转角运算装置还包括第一信号异常判定部，该第一信号异常判定部基于利用所述信号修正部修正后的一方的正弦波信号、以及所述第二正弦波信号，判定所述第一正弦波信号是否异常；以及第二信号异常判定部，该第二信号异常判定部基于利用所述信号修正部修正后的一方的正弦波信号、以及所述第一正弦波信号，判定所述第二正弦波信号是否异常。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述目标相位差为90度。
全文摘要
本发明提供一种旋转角检测装置。从第一磁传感器(11)输出V1＝sin θ的输出信号，从第二磁传感器(12)输出V2＝cos(θ+α)的输出信号。旋转角运算装置(20)的输出信号修正部(22)将一方的磁传感器(12)的输出信号V2修正为V2′(＝cos θ)，使得磁传感器(11、12)的配置相位差(90°+α)变成目标相位差90°。旋转角运算部(23)基于修正后的信号V2′(＝cos θ)、以及另一方的输出信号V1(＝sinθ)对转子(1)的旋转角(θ)进行运算。
文档编号G01D5/244GK102483335SQ20108003755
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月26日
发明者上田武史, 冷水由信 申请人:株式会社捷太格特