旋转角检测装置以及具备其的电动动力转向装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及旋转角检测装置以及具备该检测装置的电动动力转向装置。伴随着输入轴（8）的旋转，从两个磁传感器（71、72）输出具有120度的相位差的正弦波状的信号S1、S2。第1旋转角运算部（77A）基于通过两次的取样而得到的各磁传感器（71、72）的输出信号S1[n]、S1[n-1]、S2[n]、S2[n-1]来对旋转角θ[n]进行运算。此时，第1旋转角运算部（77A）视为没有因相同的磁传感器的输出信号S1、S2在两个取样期间的温度变化所引起的振幅的变化，而对旋转角θ[n]进行运算。
【专利说明】旋转角检测装置以及具备其的电动动力转向装置
[0001]本发明将在2012年12月12日提交的日本专利申请N0.2012-271637的公开内容，包括其说明书、附图以及摘要，通过引用全部并入本文中。【技术领域】
[0002]本发明涉及检测旋转体的旋转角的旋转角检测装置以及具备该检测装置的电动动力转向装置。
【背景技术】
[0003]作为检测旋转体的旋转角的旋转角检测装置，已知有使用与无刷马达的旋转对应地旋转的检测用转子，对无刷马达的转子的旋转角进行检测的旋转角检测装置。具体而言，如图22所示，检测用转子201以下称为转子201，具备具有与设在无刷马达的转子上的磁极对相当的多个磁极对的圆筒状的磁铁202。两个磁传感器221、222以转子201的旋转中心轴为中心、且隔开规定的角度间隔配置在转子201的周围。从各磁传感器221、222输出具有规定的相位差的正弦波信号。基于这两个正弦波信号来检测转子201的旋转角(无刷马达的转子的旋转角)。
[0004]在该例子中，磁铁202具有5组磁极对。换句话说，磁铁102具有以等角度间隔配置的10个磁极。各磁极以转子201的旋转中心轴为中心、且以36° (电角度为180° )的角度间隔配置。另外，两个磁传感器221、222以转子201的旋转中心轴为中心、且隔开18°(电角度为90° )的角度间隔配置。
[0005]将图22中以箭头表示的方向作为检测用转子201的正方向的旋转方向。而且，若转子201沿正方向旋转，则转子201的旋转角变大，若转子201沿反方向旋转，则转子201的旋转角变小。如图23所示，从各磁传感器221、222输出以转子201旋转相当于I组磁极对的角度72° (电角度为360° )的期间为一周期的正弦波信号S1、S2。
[0006]与5组磁极对对应地将转子201旋转一圈的角度范围划分为5个区间，将各区间的开始位置设为0°、将结束位置设为360°，并将以此表示的转子201的旋转角称为转子201的电角度Θ。
[0007]此处，从第I磁传感器221输出SI = Al -sin Θ的输出信号，从第2磁传感器222输出S2 = A2.cos Θ的输出信号。
[0008]A1、A2为振幅。若视为两输出信号S1、S2的振幅A1、A2相互相等，则转子201的电角度Θ能够使用两输出信号S1、S2并基于下式求出。
[0009]Θ =tan —1 (sin θ / cos θ )
[0010]= tan — 1 (SI / S2)
[0011]这样，使用求出的电角度Θ来控制无刷马达。
[0012]例如参照日本特开2008-26297号公报。
[0013]在前述那样的以往的旋转角检测装置中，视为两磁传感器221、222的输出信号S1、S2的振幅Al、A2相等来对旋转角θ进行运算，但两输出信号S1、S2的振幅Al、A2根据两磁传感器221、222的温度特性的偏差以及温度变化而变化。因此，因两磁传感器221、222的温度特性的偏差以及温度变化，在转子的旋转角的检测中产生误差。
【发明内容】
[0014]本发明的目的之一在于提供一种能够检测高精度的旋转角的旋转角检测装置以及具备该检测装置的电动动力转向装置。
[0015]作为本发明的一方式的旋转角运算装置包括:多个传感器，其用于检测旋转体的旋转角；取样器，其按每个照规定时间对上述多个传感器的各个的输出信号进行取样；以及运算器，其使用上述多个传感器中的至少两个传感器在两个以上的规定数量的不同的时刻所取样的多个输出信号，来对上述旋转体的旋转角进行运算，在为了上述旋转体的旋转角的运算而对被上述运算器使用的多个输出信号的各个信号进行算式化的情况下，将所得到的多个算式的数量设为X、将这些算式所包含的未知数的数量设为Y，则满足Y大于X这一条件，上述运算器构成为，在通过将上述多个算式所包含的未知数中的规定的多个不同未知数视为相互相等而使Y为X以下之后，通过解答由上述多个算式构成的联立方程式，从而对上述旋转体的旋转角进行运算。
[0016]在上述方式中，基于在多个传感器中的至少两个传感器的两个以上的规定量的不同的时刻所取样的多个输出信号来对旋转体的旋转角进行运算，所以与前述的以往技术相t匕，能够对高精度的旋转角进行运算。另外，在上述方式中，即使在旋转体的旋转角的运算中所使用的算式的数X比这些算式所包含的未知数的数Y少，也能够对旋转体的旋转角进行运算，所以能够减少用于对旋转体的旋转角进行运算所使用的算式的数量。
[0017]上述方式的旋转角运算装置也可以包括与上述旋转体的旋转对应地旋转、并具有多个磁极的多极磁铁，上述多个传感器是根据上述多极磁铁的旋转，分别输出相互具有规定的相位差的正弦波信号的多个磁传感器，上述运算器构成为，使用上述多个传感器中的两个传感器在两个不同的时刻所取样的4个输出信号来对上述旋转体的旋转角进行运算，上述多个算式由对上述4个输出信号进行算式化的4个算式构成，各算式包括振幅以及上述旋转体的旋转角作为未知数，上述运算器通过将上述4个算式所包含的未知数中的相同的传感器的取样时刻不同的两个输出信号的振幅视为相互相等，从而使Y为X以下。
[0018]在上述构成中，相同的传感器的取样时刻不同的两个输出信号的振幅被视为相互相等。相同的传感器的取样时刻不同的两个输出信号的振幅有可能因温度变化的影响而成为不同的值。然而，在相同的传感器的上述两个输出信号的取样间隔较小时，之间的温度变化非常小，所以上述两个输出信号的振幅能够视为相等。
[0019]因此，在该构成中，在较小地设定相同的传感器的上述两个输出信号的取样间隔的情况下，能够补偿因温度变化的影响所引起的上述两个输出信号的振幅的偏差。另外，在该构成中，各传感器间的振幅作为各个未知数处理，所以能够补偿各传感器间的温度特性的偏差的影响。由此，能够检测高精度的旋转角。
[0020]上述方式的旋转角运算装置还可以包括与上述旋转体的旋转对应地旋转并具有多个磁极的多极磁铁。上述多个传感器是根据上述多极磁铁的旋转，分别输出相互具有规定的相位差的正弦波信号的多个磁传感器，上述运算器构成为使用在上述多个传感器中的两个传感器在3个不同的时刻所取样的6个输出信号来对上述旋转体的旋转角进行运算，上述多个算式由对上述6个输出信号进行算式化的6个算式构成，各算式包括振幅、上述旋转体的旋转角以及与上述多极磁铁的各磁极的磁极宽度有关的信息作为未知数，上述运算器通过将上述6个算式所包含的未知数中的相同的传感器的取样时刻不同的3个输出信号的振幅视为相互相等，并且将上述6个算式所包含的全部与磁极宽度有关的信息视为相互相等，从而使Y为X以下也可以。
[0021]在该构成中，相同的传感器的取样时刻不同的3个输出信号的振幅被视为相互相等。相同的传感器的取样时刻不同的3个输出信号的振幅有可能因温度变化的影响而成为不同的值。然而，在相同的传感器的上述3个输出信号的取样间隔较小时，之间的温度变化非常小，所以能够视为上述3个输出信号的振幅相等。
[0022]因此，在该构成中，在较小地设定相同的传感器的上述3个输出信号的取样间隔的情况下，能够补偿因温度变化的影响所引起的上述3个输出信号的振幅的偏差。另外，在该构成中，各传感器间的振幅作为各个的未知数处理，所以能够补偿各传感器间的温度特性的偏差的影响。由此，能够检测高精度的旋转角。
[0023]另外，在该构成中，在旋转角的运算中所使用的6个算式所包含的全部与磁极宽度有关的信息被视为相互相等。与磁极的磁极宽度有关的信息按每个磁极而不同。因此，表示在旋转角的运算中所使用的6个输出信号的算式所包含的与磁极宽度有关的信息未必全部是相同的值。然而，提供在旋转角的运算中所使用的6个输出信号的传感器在对这6个输出信号进行取样的期间持续检测到同一磁极的情况下，表示这6个输出信号的算式所包含的与磁极宽度有关的信息全部成为相同的值。因此，在这样的情况下，能够补偿多极磁铁的各磁极的磁极宽度的偏差，所以能够检测精度更高的旋转角。
[0024]上述方式的旋转角检测装置还可以包括在上述旋转角检测装置的电源刚接通之后，暂时使上述旋转体强制旋转，并使上述运算器对上述旋转体的旋转角进行运算的设备。
[0025]运算器基于在多个传感器中的至少两个传感器的两个以上的规定量的不同的时刻所取样的多个输出信号来对旋转体的旋转角进行运算，所以在上述各传感器的输出信号未发生变化时，不能够对旋转体的旋转角进行运算。但是，当从前次的旋转角运算时，上述各传感器的输出信号未发生变化时，在从前次的旋转角运算时，旋转角也未发生变化，所以能够将前次运算出的旋转角(旋转角的前次值)作为此次的旋转角使用。然而，在电源刚接通之后，旋转角的前次值不存在，所以从在电源刚接通之后，各传感器的输出信号未发生变化时，不能够对旋转体的旋转角进行运算。
[0026]于是，在该构成中，在电源接通时，暂时使旋转体强制旋转，并使运算器对旋转体的旋转角进行运算。这样，在暂时运算出旋转体的旋转角后，在各传感器的输出信号未发生变化时，能够将旋转角的前次值作为此次的旋转角使用。由此，从电源刚接通之后，能够对旋转角进行运算。
[0027]作为本发明的一方式的电动动力转向装置包括转向操作部件；用于产生转向操作辅助力的电动马达；包括输入轴、输出轴以及连结这两个轴的扭杆，并通过上述转向操作部件以及上述电动马达而旋转的转向轴；将上述输入轴或者上述输出轴中的任意一方作为旋转体，用于检测该旋转体的旋转角的上述方式的旋转角运算装置；以及在电源被接通时，暂时使上述电动马达强制旋转，并使上述旋转角运算装置的上述运算装置对上述旋转体的旋转角进行运算的设备。
[0028]根据上述方式的电动动力转向装置，从电源刚接通之后，就能够对输入轴或者输出轴的旋转角进行运算，而且能够对高精度的旋转角进行运算。[0029]在上述方式的电动动力转向装置中，还可以包括在上述电动马达暂时被强制旋转时，将上述电动马达暂时被强制旋转的情况通知给驾驶员的报警器。在电源被接通时，若电动马达暂时被强制旋转，则转向操作部件自动地旋转，所以驾驶员有可能误解为产生了什么故障。在该构成中，由于将电动马达暂时被强制旋转的情况通知给驾驶员，所以能够不产生这样的误解。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]通过以下参照附图对本发明的实施方式进行描述，本发明的上述和其它特征及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素，其中:
[0031]图1是表示应用本发明的一实施方式所涉及的旋转角检测装置的电动动力转向装置的简要结构的示意图。
[0032]图2是表示马达控制用E⑶的电构成的简图。
[0033]图3是图解地表示电动马达的构成的示意图。
[0034]图4是表示q轴电流指令值Iq *相对于检测转向操作转矩Th的设定例的图表。
[0035]图5是图解地表示转矩传感器的构成的示意图。
[0036]图6是表示第I磁铁的构成以及两个磁传感器的配置的示意图。
[0037]图7是表示第I磁传感器以及第2磁传感器的输出波形的示意图。
[0038]图8是表示第I旋转角运算部的动作的流程图。
[0039]图9是表示基于图8的步骤SI的强制旋转的旋转角运算处理的顺序的流程图。
[0040]图10是表示图8的步骤S2的通常时的旋转角运算处理的顺序的流程图。
[0041]图11是表示图8的步骤S2的通常时的旋转角运算处理的其它例子的顺序的流程图。
[0042]图12是表示转矩运算用E⑶内的存储器的内容的一部分的示意图。
[0043]图13是表示相对极编号的设定处理的详细顺序的流程图。
[0044]图14A是用于说明相对极编号的设定处理的示意图。
[0045]图14B是用于说明相对极编号的设定处理的示意图。
[0046]图15是表示第I磁铁的构成以及3个磁传感器的配置的示意图。
[0047]图16是表示第I磁传感器、第2磁传感器以及第3磁传感器的输出波形的示意图。
[0048]图17是表示第I旋转角运算部的动作的流程图。
[0049]图18是表示图17的步骤S72的通常时的旋转角运算处理的顺序的流程图。
[0050]图19是表示相对极编号的设定处理的详细顺序的流程图。
[0051]图20A是用于说明相对极编号的设定处理的示意图。
[0052]图20B是用于说明相对极编号的设定处理的示意图。
[0053]图20C是用于说明相对极编号的设定处理的示意图。
[0054]图21A是表示图17的步骤S72的通常时的旋转角运算处理的其它例子的顺序的一部分的流程图。
[0055]图21B是表示图17的步骤S72的通常时的旋转角运算处理的其它例子的顺序的一部分的流程图。
[0056]图22是用于说明以往的旋转角检测装置的旋转角检测方法的示意图。[0057]图23是表示第I磁传感器以及第2磁传感器的输出信号波形的示意图。
【具体实施方式】
[0058]以下，参照附图，详细地对本发明的实施方式进行说明。
[0059]参照图1，电动动力转向装置I具备作为用于操作车辆的转向操作部件的转向盘
2、与该转向盘2的旋转联动地使转向轮3转向的转向机构4、和用于辅助驾驶员的转向操作的转向操作辅助机构5。转向盘2和转向机构4经由转向轴6以及中间轴7机械式地连结。
[0060]转向轴6包括与转向盘2连结的输入轴8、和与中间轴7连结的输出轴9。输入轴8和输出轴9经由扭杆10在同一轴线上能够相对旋转地被连结。即、若转向盘2被旋转，则输入轴8以及输出轴9相互相对旋转,并且沿同一方向旋转。
[0061]在转向轴6的周围设置有应用了本发明的一实施方式所涉及的旋转角检测装置的转矩传感器(转矩检测装置)11。转矩传感器11基于输入轴8以及输出轴9的相对旋转位移量来检测施加给转向盘2的转向操作转矩。由转矩传感器11所检测出的转向操作转矩被输入至马达控制用EQJ (电子控制单元！Electronic Control Unit) 12。
[0062]转向机构4由包含小齿轮轴13和作为转向轴的齿条轴14的齿轮齿条机构构成。在齿条轴14的各端部经由转向横拉杆15以及转向臂(图示略)连结有转向轮3。小齿轮轴13与中间轴7连结。小齿轮轴13与转向盘2的转向操作联动地旋转。在小齿轮轴13的前端连结有小齿轮16。
[0063]齿条轴14沿着汽车的左右方向(与前进方向正交的方向)呈直线状地延伸。在齿条轴14的轴向的中间部形成有与小齿轮16啮合的齿条17。通过该小齿轮16以及齿条17，小齿轮轴13的旋转被变换为齿条轴14的轴向移动。通过使齿条轴14沿轴向移动，能够使转向轮3转向。
[0064]若转向操作(旋转)转向盘2，则该旋转经由转向轴6以及中间轴7传递给小齿轮轴13。然后，小齿轮轴13的旋转通过小齿轮16以及齿条17被变换为齿条轴14的轴向移动。由此，使转向轮3转向。
[0065]转向操作辅助机构5包括用于产生转向操作辅助力的电动马达18、和用于将电动马达18的输出转矩传递到转向机构4的减速机构19。电动马达18在本实施方式中，由三相无刷马达构成。减速机构19由包括蜗杆轴20和与该蜗杆轴20啮合的蜗轮21的蜗轮机构构成。减速机构19被收容在作为传递机构壳体的齿轮壳体22内。
[0066]蜗杆轴20通过电动马达18被旋转驱动。另外，蜗轮21能够与转向轴6同方向旋转地连结。蜗轮21通过蜗杆轴20被旋转驱动。
[0067]若蜗杆轴20通过电动马达18被旋转驱动，则蜗轮21被旋转驱动，转向轴6旋转。而且，转向轴6的旋转经由中间轴7传递到小齿轮轴13。小齿轮轴13的旋转被变换为齿条轴14的轴向移动。由此，使转向轮3转向。即、通过电动马达18使蜗杆轴20旋转驱动，由此使转向轮3转向。
[0068]电动马达18的转子的旋转角(转子旋转角)由分解器等旋转角传感器25检测。旋转角传感器25的输出信号被输入至马达控制用ECU12。电动马达18被作为马达控制装置的马达控制用E⑶12控制。[0069]图2是表示马达控制用E⑶12的电构成的简图。
[0070]马达控制用E⑶12根据通过转矩传感器11检测出的转向操作转矩Th来驱动电动马达18，从而实现与转向操作状况对应的适当的转向操作辅助。马达控制用E⑶12具备微型计算机40、被微型计算机40控制且向电动马达18供给电力的驱动电路(逆变器电路)31、以及对在电动马达18流动的马达电流进行检测的电流检测部32。
[0071]电动马达18例如是三相无刷马达，如图3图解所示，具备作为磁场的转子100、和包括U相、V相以及W相的定子绕组101、102、103的定子105。电动马达18也可以是在转子的外部对置配置定子的内转子型的，也可以是在筒状的转子的内部对置配置定子的外转子型的。
[0072]在各相的定子绕组101、102、103的方向上定义设为U轴、V轴以及W轴的三相固定坐标(UVW坐标系)。定义在转子100的磁极方向上取为d轴(磁极轴)，在转子100的旋转平面内在与d轴成直角的方向上取为q轴(转矩轴)的二相旋转坐标系(dq坐标系。实际旋转坐标系)。dq坐标系是与转子100 —起旋转的旋转坐标系。在dq坐标系中,仅q轴电流有助于转子100的转矩产生，所以将d轴电流设为零，根据所希望的转矩来控制q轴电流即可。转子100的旋转角(电角度)Θ-S是d轴相对于U轴的旋转角。dq坐标系是依据转子角Θ-S的实际旋转坐标系。通过使用该转子角Θ-S，能够进行UVW坐标系与dq坐标系之间的坐标变换。
[0073]微型计算机40具备CPU以及存储器(ROM、RAM、非易失性存储器等)，通过执行规定的程序，作为多个功能处理部发挥作用。该多个功能处理部中包括电流指令值设定部41、电流偏差运算部42、PI (比例积分)控制部43、dq / UVW变换部44、PWM (Pulse WidthModulation:脉冲宽度调制)控制部45、UVff / dq变换部46、以及旋转角运算部47。
[0074]旋转角运算部47基于旋转角传感器25的输出信号来对电动马达18的转子的旋转角(电角度)，以下称为转子角Θ S进行运算。
[0075]电流指令值设定部41将应流到dq坐标系的坐标轴的电流值设定为电流指令值。具体而言，电流指令值设定部41设定d轴电流指令值Id *以及q轴电流指令值Iq * ,以下在总称它们时称为二相电流指令值Idq *。电流指令值设定部41将q轴电流指令值Iq*作为有效值，另一方面，将d轴电流指令值Id *作为零。更具体而言，电流指令值设定部41基于通过转矩传感器11检测出的转向操作转矩(检测转向操作转矩)Th来设定q轴电流指令值Iq *。
[0076]图4示出q轴电流指令值Iq 相对于检测转向操作转矩Th的设定例。
[0077]对于检测转向操作转矩Th而言，例如，将用于向右方向的转向操作的转矩设为正的值，将用于向左方向的转向操作的转矩设为负的值。对于q轴电流指令值Iq *而言，在从电动马达18应产生用于右方向转向操作的操作辅助力时，设为正的值，在从电动马达18应产生用于左方向转向操作的操作辅助力时，设为负的值。q轴电流指令值Iq *相对于检测转向操作转矩Th的正的值而取正，相对于检测转向操作转矩Th的负的值而取负。在检测转向操作转矩Th为零时，q轴电流指令值Iq *成为零。以检测转向操作转矩Th的绝对值越大，q轴电流指令值Iq *的绝对值越大的方式设定q轴电流指令值Iq *。
[0078]通过电流指令值设定部41所设定的二相电流指令值Idq *被赋予给电流偏差运算部42。[0079]电流检测部32对电动马达18的U相电流IU、V相电流IV以及W相电流IW，以下在总称它们时称为三相检测电流IUVW进行检测。通过电流检测部32检测出的三相检测电流IUVW被赋予给UVW / dq变换部46。
[0080]UVff / dq变换部46将通过电流检测部32检测出的UVW坐标系的三相检测电流IUVff (U相电流IU、V相电流IV以及W相电流IW)坐标变换为dq坐标系的二相检测电流Id以及Iq，以下总称时称为二相检测电流Idq。在该坐标变换中使用通过旋转角运算部47运算出的转子角9S。
[0081]电流偏差运算部42对通过电流指令值设定部41设定的二相电流指令值Idq *与从UVW/ dq变换部46赋予的二相检测电流Idq的偏差进行运算。电流偏差运算部42对d轴检测电流Id相对于d轴电流指令值Id *的偏差以及q轴检测电流Iq相对于q轴电流指令值Iq *的偏差进行运算。这些偏差被赋予给PI控制部43。
[0082]PI控制部43进行针对通过电流偏差运算部42运算出的电流偏差的PI运算，从而生成应施加给电动马达18的二相电压指令值Vdq *(d轴电压指令值Vd *以及q轴电压指令值Vq * )。该二相电压指令值Vdq *被赋予给dq / UVff变换部44。
[0083]dq / UVW变换部44将二相电压指令值Vdq *坐标变换为三相电压指令值VUVW *。在该坐标变换中使用通过旋转角运算部47运算出的转子角0S。三相电压指令值VUVW *由U相电压指令值VU *、V相电压指令值VV *以及W相电压指令值VW *构成。该三相电压指令值VUVW ±被赋予给PWM控制部45。
[0084]PWM控制部45生成分别与U相电压指令值VU *、V相电压指令值VV *以及W相电压指令值VW *对应的占空比的U相PWM控制信号、V相PWM控制信号以及W相PWM控制信号，并供给给驱动电路31。
[0085]驱动电路31由与U相、V相以及W相对应的三相逆变器电路构成。利用从PWM控制部45赋予的PWM控制信号来控制构成该逆变器电路的功率元件，从而与三相电压指令值VUVff *相当的电压被施加到电动马达18的各相的定子绕组101、102、103。
[0086]电流偏差运算部42以及PI控制部43构成电流反馈控制器。通过该电流反馈控制器的动作，控制为使流到电动马达18的马达电流与通过电流指令值设定部41设定的二相电流指令值Idq *接近。
[0087]图5是图解地表示转矩传感器11的构成的示意图。
[0088]环状的第I磁铁(多极磁铁)61能够一体旋转地连结在输入轴8。在第I磁铁61的下侧配置有根据第I磁铁61的旋转而分别输出相互具有相位差的正弦波状的信号的两个磁传感器71、72。
[0089]环状的第2磁铁(多极磁铁)62能够一体旋转地连结在输出轴9。在第2磁铁62的上侧配置有根据第2磁铁62的旋转而分别输出相互具有相位差的正弦波状的信号的两个磁传感器74、75。
[0090]各磁传感器71、72、74、75的输出信号S1、S2、S4、S5被输入到用于运算施加给输入轴8的转向操作转矩的转矩运算用ECU77。转矩运算用ECU77的电源通过对点火钥匙进行接通操作而接通。在点火钥匙被进行断开操作时，表示其意思的点火钥匙断开操作信号被输入给转矩运算用ECU77。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。在本实施方式中，作为磁传感器，使用霍尔元件。
[0091]由上述磁铁61、62、上述磁传感器71、72、74、75以及转矩运算用E⑶77构成转矩传感器11。
[0092]转矩运算用E⑶77包括微型计算机。微型计算机具备CPU以及存储器(ROM、RAM、非易失性存储器等)，通过执行规定的程序，而作为多个功能处理部发挥作用。该多个功能处理部中包括第I旋转角运算部77A、第2旋转角运算部77B、和转矩运算部77C。
[0093]第I旋转角运算部77A基于两个磁传感器71、72的输出信号S1、S2来对输入轴8的旋转角(电角度ΘΑ)进行运算。第2旋转角运算部77B基于两个磁传感器74、75的输出信号S4、S5来对输出轴9的旋转角(电角度Θ B)进行运算。
[0094]转矩运算部77C基于通过第I旋转角运算部77A检测出的输入轴8的旋转角Θ A和通过第2旋转角运算部77B检测出的输出轴9的旋转角Θ B来对施加到输入轴8的转向操作转矩Th进行运算。具体而言，若将扭杆10的弹簧常数设为K、将设在各磁铁61、62的磁极对数设为N，则转向操作转矩Th基于下式(I)来进行运算。
[0095]Th = {( ΘΑ- ΘΒ) / N} XK (I)
[0096]由第I磁铁61、磁传感器71、72以及第I旋转角运算部77A构成用于检测输入轴8的旋转角Θ A的第I旋转角检测装置。另外，由第2磁铁62、磁传感器74、75以及第2旋转角运算部77B构成用于检测输出轴9的旋转角Θ B的第2旋转角检测装置。第I旋转角检测装置(第I旋转角运算部77A)的动作与第2旋转角检测装置(第2旋转角运算部77B)动作相同，所以以下，仅对第I旋转角检测装置(第I旋转角运算部77A)的动作进行说明。
[0097]图6是表示第I磁铁61的构成以及两个磁传感器的配置的示意图。
[0098]第I磁铁61具有在周方向上以等角度间隔配置的4组磁极对(M1、M2)、(M3、M4)、(M5、M6)、(M7、M8)。换句话说，第I磁铁61具有以等角度间隔配置的8个磁极Ml~M8。各磁极Ml~M8以输入轴8的中心轴为中心，且几乎以45° (电角度几乎为180° )的角度间隔配置。各磁极Ml~M8的磁力的大小几乎相同的。
[0099]与第I磁铁61的下侧的环状端面对置地配置两个磁传感器71、72。这些磁传感器71、72以输入轴8的中心轴为中心，且以电角度为120°的角度间隔配置。以下，存在将一个磁传感器71称为第I磁传感器71,将另一个磁传感器72称为第2磁传感器72的情况。
[0100]将图6中以箭头表示的方向作为输入轴8的正方向的旋转方向。若输入轴8沿正方向旋转，则输入轴8的旋转角变大，若输入轴8沿反方向旋转，则输入轴2的旋转角变小。如图7所示，伴随着输入轴8的旋转，从各磁传感器71、72输出正弦波状的信号S1、S2。此外，图6的横轴的旋转角[deg]表示机械角。
[0101]以下，存在将第I磁传感器71的输出信号SI称为第I输出信号SI或者第I传感器值SI,将第2磁传感器72的输出信号S2称为第2输出信号S2或者第2传感器值S2的情况。
[0102]以下，为了便于说明，不是利用ΘΑ而是利用Θ表示输入轴8的旋转角。若各输出信号S1、S2视为正弦波信号,将输入轴8的旋转角设为Θ (电角度)，则第I磁传感器71的输出信号SI表示为SI = Al ?sin Θ，第2磁传感器72的输出信号S2表示为S2 = A2-sin(θ + 120)。Al、A2分别表不振幅。第I输出信号SI与第2输出信号S2的相位差为120度。[0103]对由第I旋转角运算部77A进行的旋转角Θ的运算方法的基本观点进行说明。运算旋转角Θ的方法为2种。第一种是基于两个磁传感器71、72中的两个取样份的输出信号来对旋转角Θ进行运算的方法，以下称为第I运算方法。第二种是基于两个磁传感器71、72中的3个取样份的输出信号来对旋转角Θ进行运算的方法，以下称为第2运算方法。
[0104]对第I运算方法的基本观点进行说明。利用C表示第I输出信号SI与第2输出信号S2的相位差(电角度)。另外，以[η]表示此次的取样周期的编号(此次运算周期的编号)，利用[η-1]表示前次的取样周期的编号(前次运算周期的编号)。
[0105]若使用相位差C以及取样周期的编号[η]、[η-1]，则能够分别利用下式(2a)、(2b)、(2c)、(2d)表不此次取样的第I输出信号S1、前次取样的第I输出信号S1、此次取样的第2输出信号S2以及前次取样的第2输出信号S2。
[0106]SI [n] = Al [n] sin θ [n] (2a)
[0107]SI [η-1] = Al [η-1 ] sin θ [η-1 ] (2b)
[0108]S2[η] = Α2[η] sin ( θ [η] + C) (2c)
[0109]S2[η-1] = Α2[η_1] sin ( θ [η-1 ] + C) (2d)
[0110]若C已知，则这4个式子所包含的未知数(Α1[η]、Α1[η-1]、Α2[η]、Α2[η-1]、θ [η]、θ [η-1])的数量为6。换句话说，未知数的数量比方程式的数量多，所以就这样，不能够解开由4个式子构成的联立方程式。
[0111]于是，通过较短地设定取样间隔(取样周期)，视为没有因两个取样期间的温度变化所引起的振幅的变化。换句话说，视为两个取样期间的第I磁传感器71的输出信号的振幅Al [n]、Al [η-1]相互相等，并利用Al表示它们。同样地，视为两个取样期间的第2磁传感器72的输出信号的振幅Α2[η]、Α2[η-1]相互相等,并利用Α2表不它们。
[0112]由此，能够分别利用下式(3a)、(3b)、(3c)以及(3d)表示上述式(2a)、(2b)、(2c)以及(2d)。
[0113]SI [η] = Alsin θ [η] (3a)
[0114]SI [η-1] = Alsin θ [η-1] (3b)
[0115]S2[η] = A2sin ( θ [η] + C) (3c)
[0116]S2[η-1] = A2sin ( θ [η-1 ] + C) (3d)
[0117]这4个式子所包含的未知数(Al、Α2、θ [η]、θ [η_1 ])的数量为4个。
[0118]换句话说，未知数的数量为方程式的数量以下，所以能够解开由4个式子构成的联立方程式。因此，通过解开由上述4个式子(3a)、(3b)、(3c)以及(3d)构成的联立方程式，能够运算输入轴8的旋转角Θ [n]。
[0119]以下，具体地对在两磁传感器71、72间的相位差C为120度的情况进行说明。在相位差C为120度的情况下，上述4个式子(3a)、(3b)、(3c)以及(3d)能够分别利用下式(4a)、(4b)、(4c)以及(4d)表示。
[0120]SI [η] = Alsin Θ [n] (4a)
[0121]SI [η-1] = Alsin θ [η-1] (4b)
[0122]S2[η] = A2sin ( θ [η] + 120) (4c)
[0123]S2 [η-1] = A2sin ( θ [η-1 ] + 120) (4d)
[0124]若解开由上述4个式子(4a)、(4b)、(4c)以及(4d)构成的联立方程式，则输入轴8的旋转角θ [η]利用下式(5)，以下称为“基本运算式(5)”表示。
【权利要求】
1.一种旋转角运算装置，其特征在于，包括: 多个传感器，其用于检测旋转体的旋转角； 取样器，其按照每个规定时间对所述多个传感器的各个的输出信号进行取样；以及运算器，其使用所述多个传感器中的至少两个传感器在两个以上的规定数量的不同的时刻所取样的多个输出信号，来对所述旋转体的旋转角进行运算， 在为了所述旋转体的旋转角的运算而对被所述运算器使用的多个输出信号的各个信号进行算式化的情况下，将所得到的多个算式的数量设为X、将这些算式所包含的未知数的数量设为Y，则满足Y大于X这一条件， 所述运算器构成为，在通过将所述多个算式所包含的未知数中的规定的多个不同未知数视为相互相等而使Y为X以下之后，通过解答由所述多个算式构成的联立方程式，从而对所述旋转体的旋转角进行运算。
2.根据权利要求1所述的旋转角运算装置，其特征在于， 还包括与所述旋转体的旋转对应地旋转并具有多个磁极的多极磁铁， 所述多个传感器是根据所述多极磁铁的旋转，分别输出相互具有规定的相位差的正弦波信号的多个磁传感器， 所述运算器构成为，使用所述多个传感器中的两个传感器在两个不同的时刻所取样的4个输出信号，来对所述旋转体的旋转角进行运算， 所述多个算式由对所述4个输出信号进行算式化的4个算式构成，各算式包括振幅以及所述旋转体的旋转角作为未知数， 所述运算器通过将所述4个 算式所包含的未知数中的相同的传感器的取样时刻不同的两个输出信号的振幅视为相互相等，从而使Y为X以下。
3.根据权利要求1所述的旋转角运算装置，其特征在于， 还包括与所述旋转体的旋转对应地旋转并具有多个磁极的多极磁铁， 所述多个传感器是根据所述多极磁铁的旋转，分别输出相互具有规定的相位差的正弦波信号的多个磁传感器， 所述运算器构成为，使用在所述多个传感器中的两个传感器在3个不同的时刻所取样的6个输出信号，来对所述旋转体的旋转角进行运算， 所述多个算式由对所述6个输出信号进行算式化的6个算式构成，各算式包括振幅、所述旋转体的旋转角以及与所述多极磁铁的各磁极的磁极宽度有关的信息作为未知数， 所述运算器通过将所述6个算式所包含的未知数中的相同的传感器的取样时刻不同的3个输出信号的振幅视为相互相等，并且将所述6个算式所包含的全部与磁极宽度有关的信息视为相互相等，从而使Y为X以下。
4.根据权利要求1~3中的任意一项所述的旋转角检测装置，其特征在于， 还包括在所述旋转角检测装置的电源刚接通之后，暂时使所述旋转体强制旋转，并使所述运算器对所述旋转体的旋转角进行运算的设备。
5.—种电动动力转向装置,其特征在于,包括: 用于使车辆换向而被操作的转向操作部件； 用于使转向操作辅助力产生的电动马达； 包括输入轴、输出轴以及连结这两个轴的扭杆，并通过所述转向操作部件以及所述电动马达而旋转的转向轴； 将所述输入轴或者所述输出轴中的任意一方作为旋转体，用于检测该旋转体的旋转角的所述权利要求1~3中的任意一项所记载的旋转角运算装置；以及 在电源被接通时，暂时使所述电动马达强制旋转，并使所述旋转角运算装置的所述运算装置对所述旋转体的旋转角进行运算的设备。
6.根据权利要求5所述的电动动力转向装置，其特征在于， 还包括在所述电动马达暂时被强制旋转时，将所述电动马达暂时被强制旋转的情况通知给驾驶员的报警器。`
【文档编号】B62D119/00GK103863389SQ201310665240
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】高木刚, 狩集裕二, 冷水由信, 吉井康之 申请人:株式会社捷太格特