专利名称：旋转角检测装置及转矩检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测无刷电机的转子等的旋转体的旋转角的旋转角检测装置及转矩检测装置。
背景技术：
为了控制电动动力转向装置等中使用的无刷电机，需要根据转子的旋转角度来对定子绕组通以电流。因此，已知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旋转角的旋转角检测装置。具体地说，如图13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具有与设于无刷电机的转子的磁极对相当的多个磁极对。在转子101的周围，以转子101的旋转中心轴为中心且拉开规定角度间 隔地配置有两个磁性传感器121、122。从各磁性传感器121、122输出具有规定的相位差的正弦波信号。根据这两个磁性传感器121、122的正弦波信号来检测转子101的旋转角(无刷电机的转子的旋转角)。(例如，参照日本特开平6-109750号公报)在该例子中，磁铁102具有5组磁极对。也就是说，磁铁102具有10个以等角度间隔配置的磁极。各磁极以转子101的旋转中心轴为中心、以36° (电角为180° )的角度间隔配置。并且，两个磁性传感器121、122以转子101的旋转中心轴为中心拉开18° (电角为90° )的角度间隔配置。在图13中将箭头所示的方向设为检测用转子101的正向的旋转方向。并且，转子101向正向旋转时转子101的旋转角增大，转子101向反向旋转时转子101的旋转角减小。如图14所示，从各磁性传感器121、122输出以转子101旋转与一个磁极对的量相当的角度(72° (电角为360° ))的期间为一个周期的正弦波信号VI、V2。将转子101的与旋转一圈相当的角度范围与5个磁极对对应地分成5个区间，并且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Θθ。在这里,从第一磁性传感器121输出Vl = Al · sin Θ e的输出信号，从第二磁性传感器122输出V2=A2 ^cosee的输出信号。A1、A2是振幅。若视为两输出信号VI、V2的振幅A1、A2彼此相等，则使用两输出信号V1、V2，根据下式(I)能够求得转子101的电角Θ e。Θ e = tan-1 (sin Θ e/cos θ e)= tan-1 (V1/V2)…(I)这样，使用所求得的电角0e来控制无刷电机。在上述那样的现有旋转角检测装置中，由于每个磁极的磁力的偏差等，各磁性传感器121、122的输出信号V1、V2的振幅会因各个磁极的不同而变动，因此，在转子101的旋转角的检测中产生误差。因此，想到了根据转子101的机械角而对各磁性传感器121、122的输出信号VI、V2进行修正(振幅修正)，以使各磁性传感器121、122的输出信号VI、V2的振幅相等，然后再运算转子101的电角Ge的方法。
在各个磁极磁力存在偏差的情况下，针对各磁性传感器121、122的输出信号VI、V2，必需在电角的每个周期或者每半个周期更正为了修正振幅而使用的振幅修正值。因此，为了进行这样的振幅修正，需要确定各磁性传感器121、122所感知的磁极。由于在转子101旋转一圈之后，能够根据各磁极的峰值的不同来确定各磁性传感器121、122所感知的磁极，因此能够进行与各磁性传感器121、122所感知的磁极对应的振幅修正。然而，由于无法在无刷电机刚启动之后立即确定各磁性传感器121、122所感知的磁极，因此，无法进行与各磁性传感器121、122所感知的磁极对应的振幅修正。另外，使用于电动动力转向装置等的转矩检测装置构成为，通过检测将输入轴与输出轴连结起来的扭杆的扭转角，来运算施加于输入轴的转矩。扭杆的扭转角是与输入轴的旋转角和输出轴的旋转角之差对应的值。因此，想到了用与现有旋转角检测装置同样的方法检测输入轴及输出轴的旋转角，并根据检测出的输入轴与输出轴的旋转角之差，来运算施加于输入轴的转矩的方法。
发明内容
本发明的目的之一在于提供旋转角检测装置及转矩检测装置，能够在旋转体刚开始旋转之后的早期阶段确定磁性传感器所感知的磁极。本发明的一个方式的的旋转角检测装置的构成上的特征为，一种检测旋转体的旋转角的旋转角检测装置，具备多极磁铁，该多极磁铁与所述旋转体的旋转对应地旋转，并且具备具有第一磁力的一个或多个磁极对和具有第二磁力的一个或多个磁极对；多个磁性传感器，所述多个磁性传感器根据所述多极磁铁的旋转而分别输出相互间具有相位差的多个正弦波信号；峰值检测单元，该峰值检测单元分别检测各磁性传感器的输出信号的峰值；以及磁极对确定单元，该磁极对确定单元基于由所述峰值检测单元检测出的各磁性传感器的峰值的组合，来确定作为基准的一个磁性传感器所感知的磁极对，设定所述磁极对的数目、所述磁性传感器的数目、具有所述第一磁力的磁极对与具有所述第二磁力的磁极对的配置形态以及所述磁性传感器的配置位置，以使得各磁性传感器的峰值的组合相对于作为所述基准的磁性传感器所感知的每个磁极对而不同。根据以下的参照附图对实施方式的说明能够更清楚本发明的上述的和进一步的特征以及优点，图中，相同的标号用于表示相同的部件。
图I是示出将本发明应用于用于检测无刷电机的转子旋转角的旋转角检测装置的情况下的第一实施方式的构成的示意图。图2是示出检测用转子的构成的示意图。图3是示出第一、第二及第三磁性传感器的输出信号波形及第一磁性传感器所感知的磁极的示意图。图4是示出峰值表的内容的示意图。图5是示出基于旋转角运算装置的旋转角运算处理的步骤的流程图。图6是示出图5的步骤S3的相对极编号的设定处理的步骤的流程图。图7(a) 图7(c)是示出用于说明相对极编号的设定处理的示意图。
图8是示出将本发明应用于车辆转向操作装置的转矩检测装置的情况下的第二实施方式的构成的示意图。图9是示出第一磁铁的构成的示意图。图10是示出第二磁铁的构成的示意图。图11是示出基于第二旋转角运算部的旋转角运算处理部的步骤的流程图。图12是示意性地示出扭杆没有扭转的情况下的、第一磁铁的区域I VIII与第_■磁铁的各组Gl G4的相对位直关系的不意图。图13是用于说明基于现有旋转角检测装置的旋转角检测方法的示意图。图14是示出第一磁性传感器的输出信号波形及第二磁性传感器的输出信号波形的示意图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图I是示出将本发明发明应用于用于检测无刷电机的转子旋转角的旋转角检测 装置的情况下的第一实施方式的构成的示意图。本旋转角检测装置具有与无刷电机10的旋转对应地旋转的检测用转子(以下、简称为“转子I，，)。如图2所示，转子I具备圆筒状的磁铁(多极磁铁)2，该磁铁2具有与设于无刷电机10的转子的磁极对相当的多个磁极对。磁铁2具有8个磁极对Ml M8。也就是说，磁铁2具有以等角度间隔配置的16个磁极ml ml6。各磁极ml ml6以转子I的旋转中心轴为中心，以22. 5 ° (电角为180° )的角度间隔配置。在本实施方式中，磁极对中的磁力大小的种类,存在磁力大的第一磁力和磁力比第一磁力小的第二磁力两种。在本实施方式中，8个磁极对Ml M8中的、第一、第二、第三及第五磁极对Ml、M2、M3、M5的磁力被设定为第二磁力(弱磁力)，第四、第六、第七及第八磁极对M4、M6、M7、M8的磁力被设定为第一磁力(强磁力)。在转子I的周围配置有3个磁性传感器21、22、23。有时将这3个磁性传感器21、22,23分别称为第一磁性传感器21、第二磁性传感器22及第三磁性传感器23。在图2中，第二磁性传感器22相对于第一磁性传感器21配置在以转子I的旋转中心轴为中心沿顺时针方向分离75° (电角为600° )的位置。第三磁性传感器23相对于第一磁性传感器21配置在以转子I的旋转中心轴为中心沿顺时针方向分离105° (电角为840° )的位置。换言之，将3个磁性传感器21、22、23配置成当第一磁性传感器21与第一磁极对Ml中的0°电角的位置对置时，第二磁性传感器22与第二磁极对M2中的240°电角的位置对置，第三磁性传感器23与第三磁极对M3中的120°电角的位置对置。作为磁性传感器例如能够使用具有霍尔元件、磁阻元件(MR元件)等电特性因磁场的作用而变化的特性的元件的传感器。将图2中箭头所示的方向设为转子I的正向旋转方向。并且，当转子I向正向旋转时转子I的旋转角增大，当转子I反向旋转时转子I的旋转角减小。如图3所示，从各磁性传感器21、22、23输出正弦波信号V1、V2、V3，该正弦波信号V1、V2、V3以转子I旋转与一个磁极对的量相当的角度(45° (电角为360° ))的期间为一个周期。
图3示出各磁性传感器21、22、23针对如下所述的情况下的转子角度(机械角)的输出信号V1、V2、V3，即，将转子I的磁极对M8与磁极对Ml的边界与第一磁性传感器21对置时的转子I的旋转角设为0°的情况。并且，在图3中，对应转子角度，示出第一磁性传感器21所感知的磁极对Ml M8及磁极ml ml6，并且示出各磁极对Ml M8的磁力大小。将转子I的与旋转一圈相当的角度范围与8个磁极对Ml M8对应地分成8个区间，并且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Θ e。这里，从第一磁性传感器21，针对与8个磁极对Ml M8对应的每个区间，输出Vl = Al · sin Θ e的输出信号。该情况下，从第二磁性传感器22,针对与8个磁极对Ml M8对应的每个区间，输出V2 = A2 · sin( Θ e+600° ) = A2 · sin( Θ e+240° )的输出信号。并且，从第三磁性传感器23，针对与8个磁极对Ml M8对应的每个区间，输出V3 =A3 · sin( Θ e+840° ) = A3 · sin( Θ e+120° )的输出信号。A1、A2、A3 分别表示振幅。但是，振幅Al、A2、A3与各磁极对Ml M8的磁力大小对应地变化。 因此，从各磁性传感器21、22、23输出相互间具有规定的相位差120° (电角)的正弦波信号。有时将各磁性传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3分别称为第一输出信号VI、第二输出信号V2及第三输出信号V3。回到图1，各磁性传感器21、22、23的输出信号VI、V2、V3被输入旋转角运算装置
20。旋转角运算装置20基于各磁性传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3，确定各磁性传感器21、22、23所感知的磁极。基于各磁性传感器21、22、23所感知的磁极的确定结果，旋转角运算装置20修正各磁性传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3的振幅。并且，旋转角运算装置20基于振幅修正后的各输出信号，运算转子I的电角Ge及机械角0 m。由旋转角运算装置20运算出的电角Ge及机械角Θ m，被赋予电机控制器30。电机控制器30使用从旋转角运算装置20所赋予的电角Ge及机械角0111来控制无刷电机10。旋转角运算装置20例如由微计算机构成，具备CPU(中央运算处理装置)及存储器(R0M、RAM、可擦写的非易失性存储器等)。在旋转角运算装置20的非易失性存储器中对每个磁性传感器21、22、23存储了峰值表。图4是示出峰值表的内容的示意图。在峰值表中，按照各磁极ml ml6的磁极编号I 16,存储与其磁极对应的第一磁性传感器21的输出信号Vl的峰值(极大值或极小值)Pl (I) Pl (16)、与其磁极对应的第二磁性传感器22的输出信号V2的峰值(极大值或极小值)P2 (I) P2 (16)、以及与其磁极对应的第三磁性传感器23的输出信号V3的峰值(极大值或极小值)P3 (I) P3(16)。另外，作为各磁性传感器21、22、23使用特性大致相同的传感器，因此相对于相同磁极的各磁性传感器21、22、23的峰值为大致相同的值。例如在无刷电机10出厂前向所述峰值表存储峰值。存储于所述振幅修正用峰值表的峰值，可以根据相当于I个周期的量的数据求得，也可以根据相当于多个周期的量的数据的平均值求得。图5是示出基于旋转角运算装置20的旋转角运算处理的步骤的流程图。图5中示出的旋转角运算处理按照规定的运算周期反复进行。
将旋转角运算处理开始时第一磁性传感器21所感知的磁极作为基准磁极，将对各磁极分配相对的编号的情况下的各磁极的编号定义为相对极编号。用变量rl表不第一磁性传感器21所感知的磁极的相对极编号(以下称为“第一相对极编号”)，用变量r2表示第二磁性传感器22所感知的磁极的相对极编号(以下称为“第二相对极编号”)，用变量r3表示第三磁性传感器23所感知的磁极的相对极编号(以下称为“第三相对极编号”)。其中，各相对极编号rl、r2、r3取I 16的整数，比I少I的相对极编号为16，比16大I的相对极编号为I。在本实施方式中，当旋转角运算处理开始时第一磁性传感器21所感知的磁极(基准磁极)为N极磁极的情况下，对该磁极分配“I”这一相对极编号。另一方面，当旋转角运算处理的开始时第一磁性传感器21所感知的磁极(基准磁极)为S极磁极的情况下，对该磁极分配“ 2 ”这一相对极编号。
并且，用ql表示第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号、用q2表示第二磁性传感器22所感知的磁极的极编号、用q3表示第三磁性传感器23所感知的磁极的极编号。其中，各极编号ql、q2、q3取I 16的整数，比I少I的极编号为16，比16大I的极编号为I。并且，用Ql表示第一磁性传感器21所感知的磁极对的磁极对编号。其中，磁极对编号Ql取I 8的整数，比I少I的极编号为8，比8大I的极编号为I。当旋转角运算处理开始时，旋转角运算装置20读取各磁性传感器21、22、23的输出信号(传感器值)VI、V2、V3(步骤SI)。其中，在旋转角运算装置20的存储器(例如，RAM)，存储有从规定次数前读取的传感器值到最新读取的传感器值的、多次的传感器值。并且，在本实施方式中，为了检测传感器值Vl的峰值(极大值及极小值)，将所读取的传感器值Vl中的绝对值更大的传感器值，作为传感器值Vl的峰值候补保存于存储器。同样，为了检测传感器值V2的峰值(极大值及极小值)，将所读取的传感器值V2中的绝对值更大的传感器值作为传感器值V2的峰值候补保存于存储器。同样，为了检测传感器值V3的峰值(极大值及极小值)，将所读取的传感器值V3中的绝对值更大的传感器值作为传感器值V3的峰值候补保存于存储器。但是，当检测到对应的输出信号的零交叉(Zero-Cross)时，这些峰值候补在后述的规定时刻被复位成零。若在所述步骤SI中读取各传感器值V1、V2、V3，则旋转角运算装置20判别本次处理是否是旋转角运算处理开始后的第一次处理(步骤S2)。在本次处理是旋转角运算处理开始后的第一次处理的情况下(步骤S2 :是)，旋转角运算装置20进行相对极编号的设定处理(步骤S3)。图6示出相对极编号的设定处理的详细的步骤。旋转角运算装置20首先判别第一输出信号Vl是否大于O (步骤S21)。在第一输出信号Vl大于O的情况下(步骤S21 :是)，旋转角运算装置20判别第一磁性传感器21所感知的磁极(基准磁极)为N极磁极，将第一相对极编号rl设定为I (步骤S24)。然后进入步骤S26。另一方面，在第一输出信号Vl为O以下的情况下(步骤S21 :否)，旋转角运算装置20判别第一输出信号Vl是否小于O (步骤S22)。在第一输出信号Vl小于O的情况下(步骤S22 :是)，判别第一磁性传感器21所感知的磁极(基准磁极)为S极磁极，将第一相对极编号rl设定为2 (步骤S25)。然后进入步骤S26。在所述步骤S22中判别第一输出信号Vl为O以上的情况下(步骤S22 :否)，也就是说，第一输出信号Vl为O的情况下，旋转角运算装置20为了判别转子旋转角(电角)是0°还是180°，而判别第三输出信号V3是否大于0(步骤S23)。在第三输出信号V3大于O的情况下(步骤S23:是)，旋转角运算装置20判别转子旋转角(电角)为0°，将第一相对极编号rl设定为I (步骤S24)。然后进入步骤S26。另一方面，在第三输出信号V3为O以下的情况下(步骤S23:否)，旋转角运算装置20判别转子旋转角(电角)为180°， 将第一相对极编号rl设定为2(步骤S25)。然后进入步骤S26。另外，也可以在所述步骤S23中，旋转角运算装置20判别第二输出信号V2是否小于O。在该情况下，当第二输出信号V2小于O时，旋转角运算装置20进入步骤S24，将第一相对极编号rl设定为I。另一方面，在第二输出信号V2为O以上的情况下，旋转角运算装置20进入步骤S25，将第一相对极编号rl设定为2。在步骤S26中，旋转角运算装置20判别是否满足“VI彡O且V2 < O”或“VI ( O且V2>0”的条件。在满足该条件的情况下(步骤S26:是)，旋转角运算装置20判别第二磁性传感器22所感知的磁极的极编号是比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大3的编号，对第二相对极编号r2设定比第一相对极编号rl大3的编号(r2 = rl+3)(步骤S27)。然后转移到步骤S29。另一方面，在不满足所述步骤S26的条件的情况下(步骤S26 :否)，旋转角运算装置20判别第二磁性传感器22所感知的磁极的极编号是比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大4的编号,对第二相对极编号r2设定比第一相对极编号rl大4的编号(r2=rl+4)(步骤S28)。然后转移到步骤S29。在步骤S29中，旋转角运算装置20判别是否满足“VI > O且V3彡O”或“VI < O且V3彡O”的条件。在满足该条件的情况下(步骤S29:是)，旋转角运算装置20判别第三磁性传感器23所感知的磁极的极编号是比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大5的编号，对第三相对极编号r3设定比第一相对极编号rl大5的编号(r3 = rl+5)(步骤S30)。然后返回图5的步骤S12。另一方面，在不满足所述步骤S29的条件的情况下(步骤S29 :否)，旋转角运算装置20判别第三磁性传感器23所感知的磁极的极编号是比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大4的编号,对第三相对极编号r3设定比第一相对极编号rl大4的编号(r3=rl+4)(步骤S31)。然后返回图5的步骤S12。对在满足所述步骤S26的条件的情况下，对第二相对极编号r2设定比第一相对极编号rl大3的编号(r2 = rl+3)，在不满足所述步骤S26的条件的情况下，对第二相对极编号r2设定比第一相对极编号rl大4的编号(r2 = rl+4)的理由进行说明。并且，对在满足所述步骤S29的条件的情况下，对第三相对极编号r3设定比第一相对极编号rl大5的编号(r3 = rl+5)，在不满足所述步骤S29的条件的情况下，对第三相对极编号r3设定比第一相对极编号rl大4的编号(r3 = rl+4)的理由进行说明。例如,若示意性地表示当转子I的由磁极ml和磁极m2构成的磁极对Ml,通过第一磁性传感器21时的、第一、第二及第三磁性传感器21、22、23的输出信号VI、V2、V3的信号波形，则如图7 (a)、图7(b)、图7(c)所示。在图7(a)、图7(b)中，SI、S2所表示的区域是，第一磁性传感器21感知磁极ml、第二磁性传感器22感知磁极m4的区域。S3所表示的区域是，第一磁性传感器21感知磁极ml、第二磁性传感器22感知磁极m5的区域。S4、S5所表示的区域是，第一磁性传感器21感知磁极m2、第二磁性传感器22感知磁极m5的区域。S6所表示的区域是，第一磁性传感器21感知磁极m2、第二磁性传感器22感知磁极m6的区域。也就是说，在区域SI、S2、S4及S5中，第二磁性传感器22所感知的磁极的极编号比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大3。另一方面，在区域S3及S6中，第二磁性传感器22所感知的磁极的极编号是比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大4的编号。在区域SI、S2中，两传感器值VI、V2满足Vl彡O且V2 < O的第一条件。在区域 S3中，两传感器值VI、V2满足Vl > O且V2 > O的第二条件。在区域S4、S5中，两传感器值VI、V2满足Vl < O且V2 > O的第三条件。在区域S6中，两传感器值VI、V2满足Vl < O且V2彡O的第四条件。因此，在满足所述第一条件(VI > O且V2 < O)或所述第三条件(VI彡O且V2 >O)的情况下，旋转角运算装置20判别第二磁性传感器22所感知的磁极的极编号比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大3，在不满足所述第一条件或所述第三条件的情况下，旋转角运算装置20判别第二磁性传感器22所感知的磁极的极编号比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大4。并且，在图7(a)、图7(c)中，SI所表示的区域是第一磁性传感器21感知磁极ml、第三磁性传感器23感知磁极m5的区域。S2及S3所表示的区域是第一磁性传感器21感知磁极ml、第三磁性传感器23感知磁极M6的区域。S4所表示的区域是第一磁性传感器21感知磁极m2、第三磁性传感器23感知磁极M6的区域。S5及S6所表示的区域是第一磁性传感器21感知磁极m2、第三磁性传感器23感知磁极m7的区域。也就是说，在区域SI及S4中，第三磁性传感器23所感知的磁极的极编号为比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大4的编号。另一方面,在区域S2、S3、S5及S6中，第二磁性传感器22所感知的磁极的极编号比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大5。在区域SI中，两传感器值Vl、V3满足Vl彡O且V3 > O的第一条件。在区域S2、S3中，两传感器值Vl、V3满足Vl > O且V3 < O的第二条件。在区域S4中，两传感器值Vl、V3满足Vl < O且V3 < O的第三条件。在区域S5、S6中，两传感器值VI、V3满足Vl < O且V3彡O的第四条件。因此，在满足所述第二条件(VI > O且V3 < O)或所述第四条件(VI < O且V3彡O)的情况下，旋转角运算装置20判别第三磁性传感器23所感知的磁极的极编号比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大5，在不满足所述第二条件或所述第四条件的情况下，旋转角运算装置20判别第三磁性传感器23所感知的磁极的极编号比第一磁性传感器21所感知的磁极的极编号大4。回到图5，在所述步骤S2中判别为本次处理不是旋转角运算处理开始后的第一次处理的情况下(步骤S2 :否)，转移到步骤S4。
在步骤S4中，旋转角运算装置20基于存储于存储器的传感器值VI、V2、V3，对传感器值V1、V2、V3的每一个，判别是否检测到传感器值的符号反转的零交叉。在未检测到零交叉时(步骤S4 :否)，旋转角运算装置20转移到步骤S12。在所述步骤S4中，在对任意一个传感器值V1、V2、V3检测到零交叉的情况下(步骤S4 :是)，旋转角运算装置20利用后述的步骤SlO的极编号确定处理，判别各磁极传感器
21、22、23所检测的磁极是否已经确定(步骤S5)。在各磁极传感器21、22、23所检测的磁极尚未确定的情况下，旋转角运算装置20进行相对极编号的更新处理(步骤S6)。具体地说，针对所述步骤S4中检测到零交叉的磁性传感器，旋转角运算装置20根据转子I的旋转方向，将当前设定的相对极编号rl、r2或r3更新为大I的编号或小I的编号。在转子I的旋转方向为正向(图2中箭头所示方向)的情况下，旋转角运算装置 20将针对所述步骤S4中检测到零交叉的磁性传感器当前设定的相对极编号rl、r2或r3更新为大I的编号。另一方面，在转子I的旋转方向为反向的情况下，旋转角运算装置20将针对检测到零交叉的磁性传感器当前设定的相对极编号rl、r2或r3更新为小I的编号。但是，如前所述，比“I”这一相对极编号小I的相对极编号为“16”。并且，比“16”这一相对极编号大I的相对极编号为“I”。另外，转子I的旋转方向，可基于检测到零交叉的输出信号的前次值及本次值、和其他I个输出信号的本次值来判定。具体地说，在检测到零交叉的输出信号为第一输出信号Vl的情况下，在满足“第一输出信号Vl的前次值大于O且其本次值在O以下、第三输出信号V3小于O (或第二输出信号V2大于O) ”这样的条件、或满足“第一输出信号Vl的前次值小于O且其本次值为O以上、第三输出信号V3大于O (或第二输出信号V2小于O) ”这样的条件的情况下，判定旋转方向是正向(图2中箭头所示方向)。另一方面，在满足“第一输出信号Vl的前次值为O以上且其本次值小于O、第三输出信号V3大于O (或第二输出信号V2小于O) ”这样的条件、或“第一输出信号Vl的前次值为O以下且其本次值大于O、第三输出信号V3小于O (或第二输出信号V2大于O) ”这样的条件的情况下，判定旋转方向是反向。在检测到零交叉的输出信号是第二输出信号V2的情况下，在满足“第二输出信号V2的前次值大于O且其本次值为O、第一输出信号Vl小于O (或第三输出信号V3大于O) ”这样的条件、或“第二输出信号V2的前次值小于O且其本次值为O以上、第一输出信号Vl大于0(或第三输出信号V3小于O) ”这样的条件的情况下，判定旋转方向是正向(图2中箭头所示方向)。另一方面，在满足“第二输出信号V2的前次值为O以上且其本次值小于O、第一输出信号Vl大于O (或第三输出信号V3小于O) ”这样的条件、或“第二输出信号V2的前次值为O以下且其本次值大于O、第一输出信号Vl小于O (或第三输出信号V3大于O) ”这样的条件的情况下，判定旋转方向是反向。在检测到零交叉的输出信号是第三输出信号V3的情况下，在满足“第三输出信号V3的前次值大于O且其本次值为O以下、第一输出信号Vl大于O (或第二输出信号V2小于O) ”这样的条件、或“第三输出信号V3的前次值小于O且其本次值为O以上、第一输出信号Vl小于O (或第二输出信号V2大于O) ”这样的条件的情况下，判定旋转方向是正向(图2中箭头所示方向)。另一方面，在满足“第三输出信号V3的前次值为O以上且其本次值小于O、第一输出信号Vl小于0(或第二输出信号V2大于O”这样的条件、或“第三输出信号V3的前次值为O以下且其本次值大于O、第一输出信号Vl大于O (或第二输出信号V2小于O) ”这样的条件的情况下，判定旋转方向是反向。当所述步骤S6的相对极编号的更新处理结束时，旋转角运算装置20进行峰值检测处理(步骤S7)。对峰值检测处理进行具体说明。将与所述步骤S4中检测到零交叉的输出信号对应的磁性传感器称为峰值检测对象的磁性传感器。旋转角运算装置20首先判别峰值检测对象的磁性传感器所感知的磁极是否已变化。也就是说，旋转角运算装置20判定峰值检测对象的磁性传感器所感知的磁极位置，在前次检测到该磁性传感器的输出信号的零交叉的时刻、与在本次检测到的时刻，是不同还是相同。在转子I的旋转方向逆转的情况下，存在所述两时刻的磁极位置相同的可能性。该判定是例如根据检测到前次零交叉时的转子I的旋转方向、与当前转子I的旋转方向是否是相同方向来进行的。即，如果转子I的旋转方向是相同方向，则旋转角运算装置20判定峰值检测对象的磁性传感器所感知的磁极已变化。另一方面，如果转子I的旋转 方向不同，则旋转角运算装置20判定峰值检测对象的磁性传感器所感知的磁极未变化。在判定为峰值检测对象的磁性传感器所感知的磁极已变化的情况下，旋转角运算装置20判别为检测到峰值，并且将与该磁性传感器对应的峰值候补确定为峰值。另一方面，在判定为峰值检测对象的磁性传感器所感知的磁极未变化的情况下，旋转角运算装置20判定为未检测到峰值。其中，对于峰值，有大于O的极大值、和小于O的极小值。在本实施方式中，基于峰值中的极大值确定第一磁性传感器21所感知的磁极对。以下，有时用PI、P2及P3分别表示峰值检测处理中检测到的第一输出信号VI、第二输出信号V2及第三输出信号V3的极大值。在峰值检测处理中未检测到极大值的情况下(步骤S8 :否)，旋转角运算装置20将与所述步骤S4中检测到零交叉的输出信号对应的峰值候补复位为0，之后转移到步骤S12。另一方面，在峰值检测处理中检测到极大值时(步骤S8 :是)，将该极大值存储为与所述步骤S4中检测到零交叉的输出信号对应的极大值P1、P2或P3(步骤S9)。然后，旋转角运算装置20将与所述步骤S4中检测到零交叉的输出信号对应的峰值候补复位为0，之后转移到步骤SlO。在步骤SlO中，旋转角运算装置20进行极编号确定处理(磁极对确定处理)。参照图3，对极编号确定处理的方法进行说明。如图3所示，在对磁力弱的磁极对M1、M2、M3、M5内的N磁极ml、m3、m5、m9而言的各输出信号V1、V2、V3的峰值(极大值)、与对磁力强的磁极对M4、M6、M7、M8内的N磁极1117、11111、11113、11115而言的各输出信号￥1、￥2、V3的峰值(极大值)的中间，设定阈值A(A > O)。从图3可知,第一磁性传感器21所感知的磁极对Ml M8的每一个,3个输出信号V1、V2、V3的极大值的组合不同。因此，能够基于3个输出信号V1、V2、V3的极大值P1、P2、P3的组合,确定第一磁性传感器21所感知的磁极对。并且，能够基于确定第一磁性传感器21所感知的磁极对的时刻，确定第一磁性传感器21所感知的磁极。并且，能够基于第一磁性传感器21所感知的磁极，确定第二及第三磁性传感器22、23所感知的磁极。第一磁性传感器21所感知的磁极对Ml M8、与3个输出信号VI、V2、V3的极大值P1、P2、P3的组合的关系如表I所示。
表I
权利要求
1.一种旋转角检测装置，该旋转角检测装置检测旋转体的旋转角， 该旋转角检测装置的特征在于，具备 多极磁铁，该多极磁铁与所述旋转体的旋转对应地旋转，并且具备具有第一磁力的一个或多个磁极对和具有第二磁力的一个或多个磁极对； 多个磁性传感器，所述多个磁性传感器根据所述多极磁铁的旋转而分别输出相互间具有相位差的多个正弦波信号； 峰值检测单元，该峰值检测单元分别检测各磁性传感器的输出信号的峰值；以及磁极对确定单元，该磁极对确定单元基于由所述峰值检测单元检测出的各磁性传感器的峰值的组合，来确定作为基准的一个磁性传感器所感知的磁极对， 设定所述磁极对的数目、所述磁性传感器的数目、具有所述第一磁力的磁极对与具有所述第二磁力的磁极对的配置形态以及所述磁性传感器的配置位置，以使得各磁性传感器 的峰值的组合相对于作为所述基准的磁性传感器所感知的每个磁极对而不同。
2.根据权利要求I所述的旋转角检测装置，其特征在于， 该旋转角检测装置还具备 磁极确定单元，该磁极确定单元基于所述磁极对确定单元的磁极对确定结果，来确定至少两个磁性传感器所感知的磁极； 振幅修正单元，该振幅修正单元基于所述磁极确定单元的磁极确定结果，来修正至少两个磁性传感器的输出信号的振幅；以及 旋转角运算单元，该旋转角运算单元基于由振幅修正单元修正了振幅的至少两个输出信号，来检测所述旋转体的旋转角。
3.根据权利要求I或2所述的旋转角检测装置，其特征在于， 所述多个磁极对由第一磁极对至第八磁极对这八个磁极对构成， 所述多个磁性传感器由第一磁性传感器至第三磁性传感器这三个磁性传感器构成， 将所述三个磁性传感器配置成当所述第一磁性传感器与所述第一磁极对中的0°电角的位置对置时，所述第二磁性传感器与所述第二磁极对中的240°电角的位置对置，并且所述第三磁性传感器与所述第三磁极对中的120°电角的位置对置。
4.一种转矩检测装置，该转矩检测装置具备连结第一轴与第二轴的连结轴，并且基于因所述连结轴的扭转而引起的所述第一轴与所述第二轴的相对旋转变位量，来对施加于所述第一轴和所述第二轴的转矩进行检测，该转矩检测装置的特征在于，具备 第一旋转角检测装置，该第一旋转角检测装置具有与权利要求I至权利要求3中的任一项所述的旋转角检测装置、即基本旋转角检测装置相同的结构、或者相对于所述基本旋转角检测装置除了所述多极磁铁的结构以外其他结构相同的结构，用于检测所述第一轴的旋转角；以及 第二旋转角检测装置，该第二旋转角检测装置具有相对于所述基本旋转角检测装置除了所述多极磁铁的结构以外其他结构相同的结构，用于检测所述第二轴的旋转角， 所述第一旋转角检测装置中的多极磁铁具有以下结构所述基本旋转角检测装置中的多极磁铁的各磁极对由具有与该磁极对相同的磁力的一个或多个磁极对构成， 所述第一旋转角检测装置中的磁极对确定单元构成为，确定对与所述基本旋转角检测装置的多极磁铁中的各磁极对对应的角度区域进行表示的区域编号中的、与在所述第一旋转角检测装置中作为基准的磁性传感器所感知的角度区域对应的区域编号； 若将以磁力强弱的排列表示所述基本旋转角检测装置中的多个磁极对的排列的磁极对形态来作为基准磁极对形态，则所述第二旋转角运算装置中的多极磁铁具有所述基准磁极对形态重复n次而得的磁极对形态，其中n是2以上的整数， 所述第二旋转角检测装置中的磁极对确定单元具备第一磁极对确定单元和第二磁极对确定单元， 所述第一磁极对确定单元构成为，若将表示所述第二旋转角检测装置的多极磁铁所具有的磁极对形态中所包含的各基准磁极对形态内的各磁极对的顺序的编号为相对磁极对编号，则该第一磁极对确定单元确定与在所述第二旋转角检测装置中作为基准的磁性传感器所感知的磁极对对应的相对磁极对编号， 所述第二磁极对确定单元构成为，基于由所述第一磁极对确定单元确定的相对磁极对编号、和由所述第一旋转角运算装置中的所述磁极对确定单元确定的区域编号，确定在所述第二旋转角检测装置中作为基准的磁性传感器所感知的磁极对。
5.根据权利要求4所述的转矩检测装置，其特征在于， 该转矩检测装置是车辆转向操作装置中的转矩检测装置， 所述第二旋转角检测装置构成为将所述第二轴的旋转角作为转向操作角来进行检测。
全文摘要
本发明提供旋转角检测装置及转矩检测装置。转子具备具有多个磁极对的圆筒状的磁铁。磁极对中的磁力大小的种类有磁力大的第一磁力和磁力比第一磁力小的第二磁力这两种。在转子的周围，配置有3个磁性传感器。旋转角运算装置检测各磁性传感器的输出信号的峰值。并且，旋转角运算装置基于3个输出信号的极大值的组合，来确定第一磁性传感器所感知的磁极对。
文档编号G01L3/22GK102853758SQ201210057439
公开日2013年1月2日 申请日期2012年3月6日 优先权日2011年3月9日
发明者上田武史 申请人:株式会社捷太格特