专利名称：旋转角检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋检测转体的旋转角的旋转角检测装置。
背景技术：
用于电カ转向装置等的无刷电机通过配合转子的旋转角度来向定子绕组通上电流而控制。因此，公知有使用与无刷电机的旋转对应地旋转的检测用转子来检测无刷电机的转子的旋转角的旋转角检测装置。具体而言，如图10所示，检测用转子101 (以下称为“转子101”)具备圆筒状的磁铁102，该磁铁具有相当于在无刷电机的转子上设置的磁极对的多个磁极对。在转子101的周围，以转子101的旋转中心轴为中心而空开规定的角度间隔地配置有两个磁传感器121、122。具有规定的相位差的正弦波信号从各磁传感器121、122输出。根据这两个正弦波信号检测转子101的旋转角(无刷电机的转子的旋转角)。
在该例中，磁铁102具有5组磁极对。S卩，磁铁102具有等角度间隔地配置的10个磁扱。各磁极以转子101的旋转中心轴为中心并按照36° (电角度为180° )的角度间隔而配置。另外，两个磁传感器121、122以转子101的旋转中心轴为中心并空开18° (电角度为90° )的角度间隔而配置。将图10中箭头所示的方向设为检测用转子101的正方向的旋转方向。而且，若使转子101朝正方向旋转则转子101的旋转角变大，若使转子101朝相反方向旋转，则转子101的旋转角变小。如图11所示，从各磁传感器121、122输出正弦波信号Vl、V2，该正弦波信号VI、V2以转子101旋转相当于I个磁极对的角度(72° (电角度为360° ))的期间为
一周期。将转子101相对于规定的基准位置的绝对的旋转角设为转子101的绝对旋转角(与机械角对应的旋转角)θ A。将转子101旋转I周的角度范围以与5个磁极对相对应的方式分为5个区间，并将以各区间的开始位置为0°而以结束位置为360°所表示的转子101的角度设为转子101的相对旋转角θκ。在这种情况下，10个磁极的角宽度相等，所以转子101的相对旋转角0R与无刷电机的转子的电角度一致。这里,从第一磁传感器121输出Vl = Al *sin θ R的输出信号,从第二磁传感器122输出V2 = A2 · cos θ R的输出信号。Al、A2是振幅。若假设两输出信号VI、V2的振幅Al、A2相互相等，则使用两输出信号VI、V2并通过下式(I)而能够求出转子101的相对旋转角
Θ EoΘ R = tarf1 (sin Θ R/cos Θ R) = tarf1 (V1/V2) ... (I)这样，使用求出的相对旋转角θκ来控制无刷电机。此外，在转子101的绝对旋转角θ Α与转子101相对于规定的基准位置的机械角相等的情况下，使用相对旋转角θ κ并通过例如下式(2)而能够求出转子101的绝对旋转角
θ Α。ΘΑ = { ΘΕ + 360Χ (j-l)}/5 (其中，j = 1，2，···5)··· (2) 參考文献I :日本特开2006-208025号公报
在为了检测无刷电机的转子的旋转角而使用上述的现有的旋转角检测装置的情况下，为了高精度地检测用于无刷电机的控制的电角度，优选使检测用转子101的磁极数与无刷电机的磁极数相等。然而，若对检测用转子101磁化的磁极数增多，则由于磁化误差而使各磁极的角宽度产生差別。若各磁极的角宽度产生差别，则由旋转角检测装置检测的旋转角产生误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使设置于检测用转子的各磁极的角宽度存在差別，也能够高精度地检测旋转体的旋转角的旋转角检测装置。本发明的旋转角检测装置具备检测用转子(1)，其随着旋转体(10)的旋转而旋转并且设置有多个磁极(M(TM9);第一磁传感器(21)，其根据上述检测用转子的旋转而输出作为基准的正弦波信号亦即第一输出信号(VI =Al · sin0 );以及第二磁传感器(22)，其 根据上述检测用转子的旋转而输出相对于上述第一输出信号具有规定的相位差的正弦波信号亦即第二输出信号(V2 = A2 · cos Θ )，根据这些磁传感器的输出信号检测上述旋转体的旋转角的旋转角检测装置(20)具备存储被预先測定出的上述各磁极的角宽度的存储単元(20);按照上述多个磁极的每个磁极对设定与其角宽度对应的区间的单元(20);根据上述第一输出信号而确定上述第一磁传感器所感知的磁极的磁极确定单兀(20、S2^S5);根据上述第一输出信号而计算作为上述区间内的旋转角的第一旋转角(eKS)的第一计算单元(20、S7);根据上述第二输出信号而计算作为上述区间内的旋转角的第二旋转角(θ〖)的第ニ计算单元(20、S9);根据由上述第一计算单元计算出的第一旋转角、存储于上述存储单元的上述各磁极的角宽度、由上述磁极确定单元确定出的磁极而计算上述检测用转子的第一绝对旋转角(Qas)的第三计算单元(20、S8);根据由上述第二计算单元计算出的第二相对旋转角、存储于上述存储单元的上述各磁极的角宽度、由上述磁极确定单元确定出的磁极而计算上述检测用转子的第二绝对旋转角(ΘΑ。)的第四计算单元(20、S10);以及根据由上述第三计算单元计算出的第一绝对旋转角、由上述第四计算单元计算出的第二绝对旋转角而计算上述旋转体的旋转角(θ E)的第五计算单元(20、Sll、S12、S31、S32、S12A)。此外，括弧内的英文数字表示后述的实施方式中的对应结构要素等。然而，这并不意味着将本发明限定地解释为该实施方式。在上述结构中，根据第一输出信号，确定第一磁传感器所感知的磁极。根据第一输出信号，计算作为磁极对的区间内的旋转角的第一旋转角(第一相对旋转角)。根据第一旋转角、各磁极的角宽度、以及第一磁传感器所感知的磁极计算检测用转子的第一绝对旋转角。由此，即使在设置于检测用转子的多个磁极的角宽度存在差别的情况下，也能够根据第一旋转角计算正确的绝对旋转角。另外，根据第二输出信号，计算作为磁极对的区间内的旋转角的第二旋转角(第二相对旋转角)。根据第二旋转角、各磁极的角宽度、以及第一磁传感器所感知的磁极计算检测用转子的第二绝对旋转角。由此，即使在设置于检测用转子的多个磁极的角宽度存在差别的情况下，也能够根据第二旋转角计算正确的绝对旋转角。而且，根据第一绝对旋转角和第二绝对旋转角来计算旋转体的旋转角。由此，即使各磁极的角宽度存在差别，也能够高精度地检测旋转体的旋转角。在本发明的ー实施方式中，上述第五计算单元具备如下的单元该单元根据上述第一输出信号的信号值以及上述第二输出信号的信号值切换基于上述第一绝对旋转角以及上述第二绝对旋转角的上述旋转体的旋转角的计算方法。在该结构中，根据第一输出信号的信号值以及第ニ输出信号的信号值切换基于第一绝对旋转角以及第ニ绝对旋转角的旋转体的旋转角的计算方法。由此，通过与第一输出信号的信号值以及第ニ输出信号的信号值对应的适当的计算方法，能够计算旋转体的旋转角。在本发明的ー实施方式中，上述第一输出信号与上述第二输出信号的相位差为90° (相对旋转角为90° )，上述第一计算单元是根据上述第一输出信号和上述第二输出信号的极性而计算上述第一旋转角的単元，上述第二计算单元是根据上述第二输出信号和上述第一输出信号的极性而计算上述第二旋转角的単元，上述第五计算单元具备在上述第ー输出信号在极值附近时，根据由上述第四计算单元计算出的第二绝对旋转角而计算上述旋转体的旋转角的単元(20、SlU S12);在上述第二输出信号在极值附近时，根据由上述第三计算单元计算出的第一绝对旋转角而计算上述旋转体的旋转角的单元(20、Sll、S12);以及在上述第一输出信号以及上述第二输出信号都不在极值附近的情况下，根据由上述第三计算单元计算出的第一绝对旋转角以及由上述第四计算单元计算出的第二绝对旋转角中的一方或者双方而计算上述旋转体的旋转角的单元(20、Sll、S12)。在该结构中，根据第一输出信号和第二输出信号的极性计算第一旋转角(第一相对旋转角)。第二输出信号的极性以第二输出信号的零交位置为边界而反转。因此，若第一输出信号的峰值位置与第二输出信号的零交位置错开，则在该第一输出信号的峰值位置附近，第一旋转角可能产生误差。因此，当第一输出信号在极值附近时，根据由第四计算单元计算出的第二绝对旋转角计算旋转体的旋转角。即，当第一输出信号在极值附近时，不使用根据可能产生误差的第一旋转角计算的第一绝对旋转角而是使用第二绝对旋转角计算旋转体的旋转角。由此，即使第一输出信号的峰值位置与第二输出信号的零交位置错开，也能够高精度地计算旋转体的旋转角。另外，根据第二输出信号和第一输出信号的极性计算第二旋转角(第二相对旋转 角)。第一输出信号的极性以第一输出信号的零交位置作为边界而反转。因此，若第二输出信号的峰值位置与第一输出信号的零交位置错开，则在该第二输出信号的峰值位置附近，第二旋转角可能产生误差。因此，当第二输出信号在极值附近时，根据由第三计算单元计算出的第一绝对旋转角计算旋转体的旋转角。即，当第二输出信号在极值附近时，不使用根据可能产生误差的第二旋转角计算的第二绝对旋转角而使用第一绝对旋转角计算旋转体的旋转角。由此，即使第二输出信号的峰值位置与第一输出信号的零交位置错开，也能够高精度地计算旋转体的旋转角。在第一输出信号以及第ニ输出信号都不在极值附近的情况下，根据由第三计算单元计算出的第一绝对旋转角以及由第四计算单元计算出的第二绝对旋转角的一方或者双方计算旋转体的旋转角。在根据第一绝对旋转角以及第ニ绝对旋转角的双方计算旋转体的旋转角的情况下，例如将第一绝对旋转角和第二绝对旋转角进行平均，或者分别进行加权而相加，从而计算旋转体的旋转角。在本发明的ー实施方式中，上述第五计算单元具备将与上述第一绝对旋转角对应的第一输出信号值所对应的值(Sin( eAS))作为第三输出信号值而计算的单元(20、S31);将与上述第二绝对旋转角对应的第二输出信号值所对应的值(cos ( ΘΑ。))作为第四输出信号值而计算的单元(20、S32);以及根据上述第三输出信号值和上述第四输出信号值而计算上述旋转体的旋转角的单元(20、S12A)。在该结构中，将与第一绝对旋转角对应的第一输出信号值所对应的值作为第三输出信号值而计算。此外，将与第二绝对旋转角对应的第二输出信号值所对应的值作为第四输出信号值而计算。而且，根据第三输出信号值和第四输出信号值计算旋转体的旋转角。在本发明的ー实施方式中，上述磁极确定单兀具备检测上述第一输出信号的极值的检测单元(20、S2);以及根据由上述检测单元检测的极值和预先设定的极值数据而确定上述第一磁传感器所感知的磁极的単元(20、S3飞5)。 在该结构中，利用检测单元检测第一输出信号的极值。根据由检测单元检测的极值和预先设定的极值数据确定第一磁传感器所感知的磁极。參照附图并通过下述的实施方式阐明本发明的上述的或者进ー步其他的目的、特征以及效果。
图I是表示将本发明的第一实施方式所涉及的旋转角检测装置应用到用于检测无刷电机的转子的旋转角的旋转角检测装置的情况的结构的示意图。图2是表示检测用转子的结构的示意图。图3是表不第一磁传感器的输出信号波形以及第二磁传感器的输出信号波形的示意图。图4A是用于说明第一相对旋转角的计算方法的说明图，图4B是用于说明第二相对旋转角的计算方法的说明图。图5A是表不与第一磁传感器对应的振幅修正用表的内容的不意图，图5B是表不与第二磁传感器对应的振幅修正用表的内容的示意图。图6是表示旋转角计算装置进行的旋转角计算处理的步骤的流程图。图7是表示控制结束处理的一个例子的流程图。图8是用于对根据第一绝对旋转角和第二绝对旋转角来计算最終的绝对旋转角的方法进行说明的说明图。图9是表示旋转角计算装置进行的旋转角计算处理的其他的例子的流程图。图10是用于说明现有的旋转角检测装置进行的旋转角检测方法的示意图。图11是表不第一磁传感器的输出信号波形以及第二磁传感器的输出信号波形的示意图。
具体实施例方式以下參照附图，对将本发明应用到用于检测无刷电机的转子的旋转角的旋转角检测装置的情况的实施方式详细地进行说明。图I是表示将本发明的第一实施方式所涉及的旋转角检测装置应用到用于检测无刷电机的转子的旋转角的旋转角检测装置的情况的结构的示意图。
该旋转角检测装置具有随着无刷电机10的旋转而旋转的检测用转子(以下，简单地称为“转子I”)。如图2所示，转子I包括圆筒状的磁铁2，该磁铁2具有相当于在无刷电机10的转子上设置的磁极对的多个磁极对。即，在转子I上设置有沿周向排列的多个磁扱。在该例中，磁铁 2 具有 5 组磁极对(MO，Ml)、(M2，M3)、(M4，M5)、(M6，M7)、(M8，M9)。即，磁铁2具有10个磁极Μ(ΓΜ9。被设置于无刷电机10的转子的各磁极在周向的长度全部相同。即，被设置于无刷电机10的转子的各磁极的角宽度全部相同，为36°。因此,在该无刷电机10中，I个磁极对的角宽度的机械角为72°，这相当于电角度的360°。与此相对，如图2所示，设置于转子I的各磁极Μ(ΓΜ9的角宽度a j由于磁化误差而存在差別。換言之，各磁极Μ(ΓΜ9的磁化面积存在差別。在该例中』极的磁极勵^2、14^6^8的角宽度(a、C、e、g、i)分别不同。3极的磁极肌、10、15、17、19中的除了磁极M9以外的4个磁极Ml、M3、M5、M7分别不同。磁极M9的角宽度(j)与磁极M5个角宽度(f)相等。在本实施方式中，各磁极Μ(ΓΜ9的角宽度如表I所示。其中，在表I中，角宽度是 由将与该角宽度对应的机械角乘以磁极对数(在本实施方式中为“5”)所得的值表示的。此夕卜，在图2中，虚线表示将转子I沿周向以36° (上述电角度为180° )间隔分割的情况的各区域。[表 I]表I
Μ416权利要求
1.一种旋转角检测装置，具备检测用转子，其随着旋转体的旋转而旋转并且设置有多个磁极；第一磁传感器，其根据所述检测用转子的旋转而输出作为基准的正弦波信号亦即第一输出信号；以及第二磁传感器，其根据所述检测用转子的旋转而输出相对于所述第一输出信号具有规定的相位差的正弦波信号亦即第二输出信号，该旋转角检测装置根据这些磁传感器的输出信号检测所述旋转体的旋转角，其特征在于，该旋转角检测装置具备 存储被预先测定出的所述各磁极的角宽度的存储单元； 按照所述多个磁极的每个磁极对设定与其角宽度对应的区间的单元； 根据所述第一输出信号而确定所述第一磁传感器所感知的磁极的磁极确定单兀； 根据所述第一输出信号而计算作为所述区间内的旋转角的第一旋转角的第一计算单元; 根据所述第二输出信号而计算作为所述区间内的旋转角的第二旋转角的第二计算单元; 根据由所述第一计算单元计算出的第一旋转角、存储于所述存储单元的所述各磁极的角宽度、由所述磁极确定单元确定出的磁极而计算所述检测用转子的第一绝对旋转角的第三计算单元； 根据由所述第二计算单元计算出的第二旋转角、存储于所述存储单元的所述各磁极的角宽度、由所述磁极确定单元确定出的磁极而计算所述检测用转子的第二绝对旋转角的第四计算单元；以及 根据由所述第三计算单元计算出的第一绝对旋转角、由所述第四计算单元计算出的第二绝对旋转角而计算所述旋转体的旋转角的第五计算单元。
2.根据权利要求I所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述第五计算单元具备如下的单元该单元根据所述第一输出信号的信号值以及所述第二输出信号的信号值切换基于所述第一绝对旋转角以及所述第二绝对旋转角的所述旋转体的旋转角的计算方法。
3.根据权利要求2所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述第一输出信号与所述第二输出信号的相位差为90°， 所述第一计算单元是根据所述第一输出信号和所述第二输出信号的极性而计算所述第一旋转角的单元， 所述第二计算单元是根据所述第二输出信号和所述第一输出信号的极性而计算所述第二旋转角的单元， 所述第五计算单元具备 在所述第一输出信号在极值附近时，根据由所述第四计算单元计算出的第二绝对旋转角而计算所述旋转体的旋转角的单元； 在所述第二输出信号在极值附近时，根据由所述第三计算单元计算出的第一绝对旋转角而计算所述旋转体的旋转角的单元；以及 在所述第一输出信号以及所述第二输出信号都不在极值附近的情况下，根据由所述第三计算单元计算出的第一绝对旋转角以及由所述第四计算单元计算出的第二绝对旋转角双方而计算所述旋转体的旋转角的单元。
4.根据权利要求I所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述第五计算单元，具备 将与由所述第三计算单元计算出的第一绝对旋转角对应的第一输出信号值所对应的值作为第三输出信号值而计算的单元； 将与由所述第四计算单元计算出的第二绝对旋转角对应的第二输出信号值所对应的值作为第四输出信号值而计算的单元；以及 根据所述第三输出信号值和所述第四输出信号值而计算所述旋转体的旋转角的单元。
5.根据权利要求广4中任一项所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述磁极确定单元具备 检测所述第一输出信号的极值的检测单元；以及 根据由所述检测单元检测的极值和预先设定的极值数据而确定所述第一磁传感器所感知的磁极的单元。
全文摘要
存储检测用转子(1)的各磁极(a～j)的角宽度并按照每个磁极对设定区间(a＋b、c＋d、e＋f、g＋h、i＋j)。旋转角计算装置根据磁传感器(21、22)的输出信号(V1、V2)，计算作为上述区间内的旋转角的第一旋转角(θRS)、第二旋转角(θRC)。旋转角计算装置还根据上述角宽度而确定第一磁传感器(21)所感知的磁极，并使用第一旋转角(θRS)计算第一绝对旋转角(θAS)。旋转角计算装置根据上述确定出的磁极和第二旋转角(θRC)而计算第二绝对旋转角(θAC)。根据第一绝对角(θAS)，第二绝对角(θAC)而计算检测用转子的旋转角。
文档编号G01D5/14GK102859327SQ20118001886
公开日2013年1月2日 申请日期2011年3月25日 优先权日2010年4月16日
发明者上田武史, 小松逸人, 狩集裕二 申请人:株式会社捷太格特