CN102570943A - 旋转角检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转角检测装置。旋转角运算装置包括：第1旋转角运算部、第2旋转角运算部、第3旋转角运算部、异常监视部以及最终旋转角运算部。异常监视部基于第1、第2以及第3这各个输出信号，来判定各输出信号是正常还是异常。最终旋转角运算部基于异常监视部的最终判定结果和由第1、第2以及第3旋转角运算部分别运算出的第1、第2以及第3这各个旋转角，来运算最终的旋转角。

Description

旋转角检测装置

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

电动动力转向装置等中所使用的无刷电机通过对应转子的旋转角度向定子线圈通电而被控制。例如，公知有一种图4所示的旋转角检测装置。旋转角检测装置包括：含有具有2个磁极N、S的磁铁的转子1；和以转子1的旋转中心轴为中心相隔90°的角度间隔配置的2个磁传感器11、12。各磁传感器11、12输出相互具有90°相位差的正弦波信号。旋转角检测装置基于这2个正弦波信号来检测转子1的旋转角。(例如参照日本特开2008-241411号公报、日本特开2002-213944号公报、日本特开2010-110147号公报、日本特开2006-78392号公报、日本特开2010-48760号公报)

将图4中箭头所示的方向设为转子1的正方向的旋转方向。而且，假设转子1向正方向旋转时转子1的旋转角变大，转子1向反方向旋转时转子1的旋转角变小。如果相对转子1的旋转角θ，从一方的磁传感器11输出V1＝A1·sinθ的输出信号V1，则从另一方的磁传感器12输出V2＝A2·sin(θ+90°)＝A2·cosθ的输出信号V2。A1、A2分别表示振幅。

如果按照将这些振幅A1、A2看作是相等的值A、或者两振幅成为既定的规定值A的方式对两信号V1、V2进行规一化，则一方的输出信号V1表示为V1＝A·sinθ，另一方的输出信号V2表示为V2＝A·cosθ。并且，若设A＝1，则一方的输出信号V1由V1＝sinθ表示，另一方的输出信号V2由V2＝cosθ表示。鉴于此，为了简化说明，将磁传感器11、12的输出信号V1、V2用V1＝sinθ、V2＝sin(θ+90°)＝cosθ表示。图5中表示了磁传感器11、12的输出信号V1、V2相对转子1的旋转角θ的变化。

转子的旋转角θ可以利用两输出信号V1、V2，例如基于下式(1)来求出。

θ＝tan^-1(sinθ/cosθ)

＝tan^-1(sinθ/sin(θ+90°))

＝tan^-1(V1/V2)...(1)

在上述那样的现有的旋转角检测装置中，如果一个磁传感器的输出信号发生异常，就无法运算出准确的旋转角。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种在多个传感器的输出信号中的一个输出信号发生了异常的情况下，能够确定发生了异常的输出信号，并且，能够基于正常的其他输出信号来运算准确的旋转角的旋转角检测装置。

本发明的1个方式的旋转角检测装置在构成上的特征是：包括根据旋转体的旋转，分别输出相互具有相位差的第1、第2以及第3正弦波信号的第1、第2以及第3传感器，并基于这些传感器的输出信号，检测出上述旋转体的旋转角，并包括：判定装置，其基于上述第1、第2以及第3正弦波信号，来判定上述各正弦波信号是正常还是异常；和旋转角运算装置，其基于上述第1、第2以及第3正弦波信号中由上述判定装置判定为正常的2个以上正弦波信号，来运算旋转角。

附图说明

本发明的上述以及进一步的特征、益处可以通过下述具体的实施方式以及附图更加明确。

图1是表示本发明的一个实施方式涉及的旋转角检测装置的构成的示意图。

图2是表示由旋转角运算装置进行的旋转角运算处理的步骤的流程图。

图3A是表示图2的步骤S3的异常监视处理的步骤的流程图。

图3B是表示图2的步骤S3的异常监视处理的步骤的流程图。

图4是用于对由现有的旋转角检测装置实现的旋转角检测方法进行说明的示意图。

图5是表示2个磁传感器间的角度间隔为90°时的各磁传感器的输出信号的示意图。

具体实施方式

下面，利用附图，对将本发明应用在用于检测无刷电机的转子的旋转角的旋转角检测装置中时的实施方式详细进行说明。

图1是表示本发明的一个实施方式涉及的旋转角检测装置的构成的示意图。

该旋转角检测装置例如可以被用于检测电动动力转向装置的无刷电机的转子的旋转角。旋转角检测装置例如具有根据无刷电机的旋转而旋转的检测用转子1(以下称为“转子1”)。转子1包含具有2个磁极N、S的磁铁。在转子1的周围，3个磁传感器11、12、13沿着转子1的周方向隔开间隔配置。有时将这3个磁传感器11、12、13分别称为第1磁传感器11、第2磁传感器12以及第3磁传感器13。磁传感器例如可以使用具备霍耳元件、磁电阻元件(MR元件)等具有电特性基于磁场的作用而变化的特性的元件的设备。

第1磁传感器11与第2磁传感器12以转子1的旋转中心轴为中心，隔着角度α间隔配置。该α在该例子中例如被设定为30°。第1磁传感器11与第3磁传感器13以转子1的旋转中心轴为中心，隔着角度比α大的β间隔配置。该β在该例子中例如被设定为60°。因此，第2磁传感器12与第3磁传感器13之间的角度间隔为(β-α)。在该例子中，(β-α)为30°。

将图1中用箭头表示的方向设为转子1的正方向的旋转方向。而且，如果转子1向正方向旋转，则转子1的旋转角变大。如果转子1向反方向旋转，则转子1的旋转角变小。如果相对转子1的旋转角θ，从第1磁传感器11输出V1＝A1·sinθ的输出信号V1，则从第2磁传感器12输出V2＝A2·sin(θ+α)的输出信号V2，从第3磁传感器13输出V3＝A3·sin(θ+β)的输出信号V3。A1、A2、A3分别表示振幅。

如果按照将这些振幅A1、A2、A3看作是相等的值A、或者各振幅成为既定的规定值A的方式，将各信号V1、V2、V3规一化，则各信号V1、V2、V3分别被表示为A·sinθ、A·sin(θ+α)以及A·sin(θ+β)。这里，若设A＝1，则各信号V1、V2、V3分别被表示为sinθ、sin(θ+α)以及sin(θ+β)。鉴于此，在以下的说明中，为了简化说明，将各磁传感器11、12、13的输出信号V1、V2、V3分别表示为V1＝sinθ、V2＝sin(θ+α)以及V3＝sin(θ+β)。

各磁传感器11、12、13的输出信号V1、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11、12、13的输出信号V1、V2、V3，来运算转子1的旋转角θ。以下，有时将第1磁传感器11、第2磁传感器12以及第3磁传感器13的输出信号V1、V2、V3分别称为第1、第2以及第3输出信号V1、V1、V3。

旋转角运算装置20例如由微机构成，包含CPU(中央运算处理装置)以及存储器(ROM、RAM等)。旋转角运算装置20通过由CPU执行ROM中保存的规定程序，而作为多个功能处理部发挥功能。该多个功能处理部包括：第1旋转角运算部(第1旋转角运算单元)21、第2旋转角运算部(第2旋转角运算装置)22、第3旋转角运算部(第3旋转角运算装置)23、异常监视部(判定装置)24以及最终旋转角运算部(第4旋转角运算装置)25。

第1旋转角运算部21基于第1输出信号V1和第2输出信号V2，运算与转子1的旋转角相当的第1旋转角θ₁。具体而言，第1旋转角运算部21首先根据第1输出信号V1(＝sinθ)和第2输出信号V2(＝sin(θ+α))，生成相对第1输出信号V1的相位差为90°的信号V₁₂(＝sin(θ+90°)＝cosθ)。更具体而言，第1旋转角运算部21基于下式(2)生成信号V₁₂。

$V_{12}=\cos \mathrm{\θ}$

$=\frac{\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})-\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}}$

$=\frac{V2-V1\·\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}}...\left(2\right)$

即，第1旋转角运算部21根据第1输出信号V1(＝sinθ)、第2输出信号V2(＝sin(θ+α))、cosα、sinα，生成信号V₁₂(＝cosθ)。cosα、sinα被预先保存在存储器中。其中，上述式(2)可以通过利用三角函数的加法定理将sin(θ+α)展开的公式来导出。

然后，第1旋转角运算部21利用上述信号V₁₂(＝cosθ)和第1输出信号V1(＝sinθ)，基于下式(3)运算出第1旋转角θ₁。

${\mathrm{\θ}}_1={\tan }^{-1}\frac{\sin \mathrm{\θ}}{\cos \mathrm{\θ}}$

$={\tan }^{-1}\frac{V1}{V_{12}}...\left(3\right)$

第2旋转角运算部22基于第1输出信号V1和第3输出信号V3，运算与转子1的旋转角相当的第2旋转角θ₂。具体而言，第2旋转角运算部22首先根据第1输出信号V1(＝sinθ)和第3输出信号V3(＝sin(θ+β))，生成相对第1输出信号V1的相位差为90°的信号V₁₃(＝sin(θ+90°)＝cosθ)。更具体而言，第2旋转角运算部22基于下式(4)生成信号V₁₃。

$V_{13}=\cos \mathrm{\θ}$

$=\frac{\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})-\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\β}}{\sin \mathrm{\β}}$

$=\frac{V3-V1\·\cos \mathrm{\β}}{\sin \mathrm{\β}}...\left(4\right)$

即，第2旋转角运算部22根据第1输出信号V1(＝sinθ)、第3输出信号V3(＝sin(θ+β))、cosβ、sinβ，生成信号V₁₃(＝cosθ)。cosβ、sinβ被预先保存在存储器中。其中，上述式(4)与上述式(2)同样，可以基于利用三角函数的加法定理将sin(θ+β)展开的公式来导出。

然后，第2旋转角运算部22利用上述信号V₁₃(＝cosθ)和第1输出信号V1(＝sinθ)，基于下式(5)运算出第2旋转角θ₂。

${\mathrm{\θ}}_2={\tan }^{-1}\frac{\sin \mathrm{\θ}}{\cos \mathrm{\θ}}$

$={\tan }^{-1}\frac{V1}{V_{13}}...\left(5\right)$

第3旋转角运算部23基于第2输出信号V2和第3输出信号V3，运算与转子1的旋转角相当的第3旋转角θ₃。

针对由第3旋转角运算部23实现的第3旋转角θ₃的运算方法的想法进行说明。第3旋转角运算部23首先基于第2输出信号V2和第3输出信号V3，运算相对转子1的旋转角θ前进了α的旋转角θ3’(＝θ+α)。

然后，通过从获得的旋转角θ3’中减去α，来运算第3旋转角θ₃。

第3旋转角运算部23首先根据第2输出信号V2(＝sin(θ+α))和第3输出信号V3(＝sin(θ+β))，生成相对第2输出信号V2的相位差为90°的信号V₂₃(＝sin(θ+α+90°))。

作为θ’＝θ+α，如果用正弦波信号sinθ’表示输出信号V2，用相位差相对该正弦波信号sinθ’前进了(β-α)的正弦波信号sin(θ’+(β-α))表示输出信号V3，则通过与上述第1旋转角运算部21同样的方法，可以求出相对正弦波信号sinθ’相位差为90°的信号V₂₃(＝sin(θ’+90°)＝cosθ’)。

具体而言，第3旋转角运算部23基于下式(6)生成信号V₂₃。

$V_{23}=\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}$

$=\frac{\sin ({\mathrm{\θ}}^{\′}+(\mathrm{\β}-\mathrm{\α}))-\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}{\sin (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}$

$=\frac{\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\β})-\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}{\sin (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}$

$=\frac{V3-V2\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}{\sin (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}...\left(6\right)$

即，第3旋转角运算部23根据第2输出信号V2(＝sin(θ+α))、第3输出信号V3(＝sin(θ+β))、cos(β-α)、sin(β-α)，生成信号V₂₃(＝cosθ’)。cos(β-α)、sin(β-α)被预先保存在存储器中。

接着，第3旋转角运算部23利用上述信号V₂₃(＝cosθ’)和第2输出信号V2(＝sinθ’＝sin(θ+α))，基于下式(7)来运算旋转角θ₃’。

${\mathrm{\θ}}_3^{\′}={\tan }^{-1}\frac{{\sin \mathrm{\θ}}^{\′}}{{\cos \mathrm{\θ}}^{\′}}$

$={\tan }^{-1}\frac{\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})}{\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}}$

$={\tan }^{-1}\frac{V2}{V_{23}}...\left(7\right)$

然后，第3旋转角运算部23基于下式(8)来运算第3旋转角θ₃。

θ₃＝θ₃’-α...(8)

其中，α被预先保存在存储器中。

异常监视部24基于第1输出信号V1、第2输出信号V2、第3输出信号V3，判定各输出信号V1、V2、V3是正常还是异常。更具体而言，异常监视部24利用各输出信号V1、V2、V3、基于上述式(2)运算出的V₁₂、基于上述式(4)运算出的V₁₃、和基于上述式(6)运算出的V₂₃，来判定各输出信号V1、V2、V3是正常还是异常。

换言之，异常监视部24对各磁传感器11、12、13的故障进行检测。如果磁传感器11、12、13发生故障，则其输出信号V1、V2、V3例如被固定为零、上限值或者下限值。

针对由异常监视部24实现的正常/异常判定的想法进行说明。

第1输出信号V1由sinθ表示，根据第1输出信号V1和第2输出信号V2生成的上述信号V₁₂由cosθ表示。由于sinθ²+cosθ²＝1，所以如果第1以及第2输出信号V1、V2正常，则V1²+V₁₂ ²＝1肯定会成立。

鉴于此，如果V1²+V₁₂ ²的值位于1±d(d≥0)的范围内，则异常监视部24判定为第1以及第2输出信号V1、V2正常，如果在范围外，则判定为有可能这些输出信号V1、V2中的至少一方发生了异常。其中，在该实施方式中，每隔规定的运算周期就进行V1²+V₁₂ ²的值是否在1±d的范围内的判定，当V1²+V₁₂ ²的值在1±d的范围外的状态持续规定次数以上时，判定为有可能第1以及第2输出信号V1、V2中的至少一方发生了异常。有时将该判定结果称为第1判定结果。d为常量，例如被设定为0～0.1范围内的值。在d被设定为0的情况下，判别V1²+V₁₂ ²的值是否为1。在d被设定为0.1的情况下，判别V1²+V₁₂ ²的值是否在0.9以上且1.1以下的范围内。

另外，第1输出信号V1由sinθ表示，根据第1输出信号V1和第3输出信号V3生成的上述信号V₁₃由cosθ表示。由于sinθ²+cosθ²＝1，所以如果第1以及第3输出信号V1、V3正常，则V1²+V₁₃ ²＝1肯定会成立。

鉴于此，如果V1²+V₁₃ ²的值在1±d(d≥0)的范围内，则异常监视部24判定为第1以及第3输出信号V1、V3正常，如果在范围外，则判定为有可能这些输出信号V1、V3中的至少一方发生异常。其中，在该实施方式中，每隔规定的运算周期就进行V1²+V₁₃ ²的值是否在1±d的范围内的判定，当V1²+V₁₃ ²的值在1±d的范围外的状态持续规定次数以上时，判定为有可能第1以及第3输出信号V1、V3中的至少一方发生异常。有时将该判定结果称为第2判定结果。

另外，如果如上所述，设θ’＝θ+α，则第2输出信号V2由sinθ’表示。根据第2输出信号V2和第3输出信号V3生成的上述信号V₂₃由cosθ’表示。由于sinθ’²+cosθ’²＝1，所以如果第2以及第3输出信号V2、V3正常，则V2²+V₂₃ ²＝1肯定会成立。

鉴于此，如果V2²+V₂₃ ²的值在1±d(d≥0)的范围内，则异常监视部24判定为第2以及第3输出信号V2、V3正常，如果在范围外，则判定为有可能这些输出信号V2、V3中的至少一方发生异常。其中，在该实施方式中，每隔规定的运算周期就进行V2²+V₂₃ ²的值是否在1±d的范围内的判定，当V2²+V₂₃ ²的值在1±d的范围外的状态持续规定次数以上时，判定为有可能第2以及第3输出信号V2、V3中的至少一方发生异常。有时将该判定结果称为第3判定结果。

然后，异常监视部24基于第1、第2以及第3判定结果，判定各输出信号V1、V2、V3是正常还是异常。有时将该判定结果称为最终的判定结果。表1表示了第1、第2以及第3判定结果、与最终的判定结果的关系。

表1

具体而言，在第1、第2以及第3判定结果全部正常(没有异常可能性的判定结果)的情况下，异常监视部24判定为所有输出信号V1、V2、V3都正常。另一方面，在第1、第2以及第3判定结果全部异常(有异常可能性的判定结果)的情况下，异常监视部24判定为输出信号V1、V2、V3中的2个以上信号异常。该情况下，由于无法运算旋转角，所以电机停止。

在第1判定结果以及第2判定结果异常、第3判定结果正常的情况下，异常监视部24判定为第1输出信号V1异常、第2以及第3输出信号V2、V3正常。在第1判定结果以及第3判定结果异常、第2判定结果正常的情况下，异常监视部24判定为第2输出信号V2异常、第1以及第3输出信号V1、V3正常。在第2判定结果以及第3判定结果异常、第1判定结果正常的情况下，异常监视部24判定为第3输出信号V3异常、第1以及第2输出信号V1、V2正常。

最终旋转角运算部25基于异常监视部24的最终判定结果、和由第1、第2以及第3旋转角运算部21、22、23分别运算出的第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃，运算最终的旋转角θ。具体而言，最终旋转角运算部25基于第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃中根据被异常监视部24判定为正常的输出信号的组合而运算出的旋转角，来运算最终的旋转角θ。

更具体而言，在由异常监视部24判定为全部输出信号V1、V2、V3正常的情况下，最终旋转角运算部25例如基于下式(9)，运算最终的旋转角θ。即，最终旋转角运算部25运算第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃的平均值来作为最终的旋转角θ。

θ＝(θ₁+θ₂+θ₃)/3...(9)

其中，在由异常监视部24判定为全部输出信号V1、V2、V3正常的情况下，最终旋转角运算部25可以运算出第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃的中央值来作为最终的旋转角。另外，该情况下，也可以将第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃中偏差最大的除去，运算出其他2个平均值来作为最终的旋转角。并且，该情况下，最终旋转角运算部25还可以将第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃中的任意一个旋转角决定为最终的旋转角θ。

在由异常监视部24判定为第1输出信号V1异常、第2以及第3输出信号V2、V3正常的情况下，最终旋转角运算部25将基于第2以及第3输出信号V2、V3运算出的第3旋转角θ₃决定为最终的旋转角θ。

在由异常监视部24判定为第2输出信号V2异常、第1以及第3输出信号V1、V3正常的情况下，最终旋转角运算部25将基于第1以及第3输出信号V1、V3运算出的第2旋转角θ₂决定为最终的旋转角θ。

在由异常监视部24判定为第3输出信号V3异常、第1以及第2输出信号V1、V2正常的情况下，最终旋转角运算部25将基于第1以及第2输出信号V1、V2运算出的第1旋转角θ₁决定为最终的旋转角θ。

图2是对由旋转角运算装置20执行的旋转角运算处理的步骤进行表示的流程图。

旋转角运算处理每隔规定的运算周期就反复地进行。首先，旋转角运算装置70取入各磁传感器11、12、13的输出信号V1(＝sinθ)、V2(＝sin(θ+α))、V3(＝sin(θ+β))(步骤S1)。

然后，第1、第2以及第3旋转角运算部21、22、23分别运算第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃(步骤S2)。即，第1旋转角运算部21利用在步骤S1中读入的输出信号V1、V2、存储器中保存的sinα以及cosα的值、和上述式(2)、(3)，来运算第1旋转角θ₁。另外，第2旋转角运算部22利用在步骤S1中读入的输出信号V1、V3、存储器中保存的sinβ以及cosβ的值、和上述式(4)、(5)，来运算第2旋转角θ₂。另外，第3旋转角运算部23利用在步骤S1中读入的输出信号V2、V3、存储器中保存的α、sin(β-α)以及cos(β-α)的值、和上述式(6)、(7)、(8)，来运算第3旋转角θ₃。

接着，异常监视部24进行异常判定处理(步骤S3)。异常判定处理的详细内容将在后面叙述。在通过异常判定处理判定为2个以上输出信号异常的情况下(步骤S4：是)，异常监视部24输出电机停止指令(步骤S5)。由此，电机停止。该情况下，旋转角运算处理也停止。

在通过异常判定处理判定为全部输出信号V1、V2、V3常的情况下(步骤S6：是)，最终旋转角运算部25基于第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃，运算最终的旋转角θ(步骤S7)。例如，最终旋转角运算部25基于上述式(9)，运算第1、第2以及第3旋转角θ₁、θ₂、θ₃的平均值来作为最终的旋转角θ。然后，结束当前运算周期下的处理。

在由异常监视部24判定为第1输出信号V1异常的情况下(步骤S8：是)，最终旋转角运算部25将第3旋转角θ₃决定为最终的旋转角θ(步骤S9)。然后，结束当前运算周期的处理。

在由异常监视部24判定为第2输出信号V2异常的情况下(步骤S10：是)，最终旋转角运算部25将第2旋转角θ₂决定为最终的旋转角θ(步骤S11)。然后，结束当前运算周期的处理。

在由异常监视部24判定为第3输出信号V3异常的情况下(步骤S10：否)，最终旋转角运算部25将第1旋转角θ₁决定为最终的旋转角θ(步骤S12)。然后，结束当前运算周期的处理。

图3A以及图3B是表示图2的步骤S3的异常监视处理的步骤的流程图。

异常监视部24判别V1²+V₁₂ ²的值是否在1±d(d≥0)的范围内(步骤S21)。即，异常监视部24判别是否满足由下式(10)表示的第1条件。

1-d≤V1²+V₁₂ ²≤1+d

其中 $V_{12}=\frac{V2-V1\·\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}}...\left(10\right)$

当V1²+V₁₂ ²的值在1±d的范围内时(满足了第1条件时)(步骤S21：是)，异常监视部24将第1计数值K1减1(-1)(步骤S22)。然后，进入到步骤S26。第1计数值K1的初始值为零。而且，第1计数值K1为零以上的整数，不为负值。因此，即使在上述步骤S22中第1计数值K1被减1，第1计数值K1也不成为比零小的值。

当在上述步骤S21中判别为V1²+V₁₂ ²的值在1±d的范围外(不满足第1条件)时(步骤S21：否)，异常监视部24将第1计数值K1加1(+1)(步骤S23)。然后，异常监视部24判别第1计数值K1是否为规定的阈值B以上(步骤S24)。在第1计数值K1小于阈值B的情况下(步骤S24：否)，进入到步骤S26。

另一方面，在判别为第1计数值K1为阈值B以上的情况下(步骤S24：是)，异常监视部24在设定了第1标志F1(F＝1)之后(步骤S25)，进入到步骤S26。第1标志F1是用于存储第1判定结果的标志，初始值为零(F1＝0)。

在步骤S26中，异常监视部24判别V1²+V₁₃ ²的值是否在1±d(d≥0)的范围内。即，异常监视部24判别是否满足由下式(11)表示的第2条件。

1-d≤V1²+V₁₃ ²≤1+d

其中 $V_{13}=\frac{V3-V1\·\cos \mathrm{\β}}{\sin \mathrm{\β}}...\left(11\right)$

当V1²+V₁₃ ²的值在1±d的范围内时(满足了第2条件时)(步骤S26：是)，异常监视部24将第2计数值K2减1(-1)(步骤S27)。然后，进入到步骤S31。第2计数值K2的初始值为零。而且，第2计数值K2是零以上的整数，不为负值。

当在上述步骤S26中判定为V1²+V₁₃ ²的值在1±d的范围外(不满足第2条件)时(步骤S26：否)，异常监视部24将第2计数值K2加1(+1)(步骤S28)。然后，异常监视部24判别第2计数值K2是否为阈值B以上(步骤S29)。在第2计数值K2小于阈值B的情况下(步骤S29：否)，进入到步骤S31。

另一方面，在判别为第2计数值K2为阈值B以上的情况下(步骤S29：是)，异常监视部24在设定了第2标志F2(F＝1)之后(步骤S30)，进入到步骤S31。第2标志F2是用于存储第2判定结果的标志，初始值为零(F2＝0)。

在步骤S31中，异常监视部24判别V2²+V₂₃ ²的值是否在1±d(d≥0)的范围内。即，异常监视部24判别是否满足由下式(12)表示的第3条件。

1-d≤V2²+V₂₃ ²≤1+d

其中 $V_{23}=\frac{V3-V2\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}{\sin (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}...\left(12\right)$

当V2²+V₂₃ ²的值在1±d的范围内时(满足了第3条件时)(步骤S31：是)，异常监视部24将第3计数值K3减1(-1)(步骤S32)。然后，进入到步骤S36。第3计数值K3的初始值为零。而且，第3计数值K3是零以上的整数，不为负值。

当在上述步骤S31中判别为V2²+V₂₃ ²的值在1±d的范围外(不满足第3条件)时(步骤S31：否)，异常监视部24将第3计数值K3加1(+1)(步骤S33)。然后，异常监视部24判别第3计数值K3是否为阈值B以上(步骤S34)。在第3计数值K3小于阈值B的情况下(步骤S34：否)，进入到步骤S36。

另一方面，在判别为第3计数值K3为阈值B 以上的情况下(步骤S34：是)，异常监视部24在设定了第3标志F3(F3＝1)之后(步骤S35)，进入到步骤S36。第3标志F3是用于存储第3判定结果的标志，初始值为零(F3＝0)。

在步骤S36中，异常监视部24判别是否设定了第1、第2以及第3标志F1、F2、F3中的2个以上标志。在没有设定第1、第2以及第3标志F1、F2、F3中的2个以上标志的情况下(步骤S36：否)、即在第1判定结果、第2判定结果以及第3判定结果中2个以上判定结果正常的情况下，异常监视部24判定为全部输出信号V1、V2、V3正常(步骤S37)。然后，异常监视部24返回到步骤S4(参照图2)。

当在上述步骤S36中判别为设定了第1、第2以及第3标志F1、F2、F3中的2个以上标志时(步骤S36：是)，异常监视部24判别是否设定了所有标志F1、F2、F3(步骤S38)。在设定了所有标志F1、F2、F3的情况下(步骤S38：是)、即在第1判定结果、第2判定结果以及第3判定结果异常的情况下，异常监视部24判定为第1、第2以及第3输出信号V1、V2、V3中的2个以上输出信号异常(步骤S39)。然后，异常监视部24返回到步骤S4。

另一方面，在设定了第1、第2以及第3标志F1、F2、F3中的2个标志、一个标志被复位的情况下(步骤S38：否)，异常监视部24判别是否设定了第1标志F1和第2标志F2(步骤S40)。在设定了第1标志F1和第2标志F2的情况下(步骤S40：是)、即在第1判定结果以及第2判定结果异常且第3判定结果正常的情况下，异常监视部24判定为第1输出信号V1异常(步骤S41)。然后，异常监视部24返回到步骤S4。

当在上述步骤S40中判别为没有设定第1标志F1以及第2标志F2中的任意一方时(步骤S40：否)，异常监视部24判别是否设定了第1标志F1和第3标志F3(步骤S42)。在设定了第1标志F1和第3标志F3的情况下(步骤S42：是)、即在第1判定结果以及第3判定结果异常且第2判定结果正常的情况下，异常监视部24判定为第2输出信号V2异常(步骤S43)。然后，异常监视部24返回到步骤S4。

当在上述步骤S42中判别为没有设定第1标志F1以及第3标志F3的任意一方时(步骤S42：否)，异常监视部24判别为设定了第2标志F2和第3标志F3。即，异常监视部24判别为第2判定结果以及第3判定结果异常、第1判定结果正常。该情况下，异常监视部24判定为第3输出信号V3异常(步骤S44)。然后，异常监视部24返回到步骤S4。

在上述实施方式中，当第1、第2以及第3输出信号V1、V2、V3中的一个发生了异常时，不仅可以检测出输出信号发生了异常，而且能够确定发生了异常的一个输出信号。而且，能够通过第1、第2以及第3输出信号V1、V2、V3中除了异常的输出信号以外的正常的2个输出信号，运算出转子1的旋转角θ。因此，即使在3个磁传感器11、12、13中的一个磁传感器发生了故障的情况下，也能够准确地运算转子1的旋转角θ。

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明在权利要求的范围所记载的事项范围中能够实施各种设计变更。

另外，本发明在检测无刷电机的转子以外的旋转体的旋转角时也能够应用。

Claims (5)

1.一种旋转角检测装置，包括根据旋转体的旋转，分别输出相互具有相位差的第1、第2以及第3正弦波信号的第1、第2以及第3传感器，并基于这些传感器的输出信号来检测上述旋转体的旋转角，其特征在于，包括：

判定单元，其基于上述第1、第2以及第3正弦波信号，来判定上述各正弦波信号是正常还是异常；和

旋转角运算单元，其基于上述第1、第2以及第3正弦波信号中由上述判定单元判定为正常的2个以上正弦波信号，来运算旋转角。

2.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，

上述判定单元包括：

第1判定单元，其基于上述第1以及第2正弦波信号，来判定这些信号中的至少一个信号是否有发生异常的可能性；

第2判定单元，其基于上述第1以及第3正弦波信号，来判定这些信号中的至少一个信号是否有发生异常的可能性；

第3判定单元，其基于上述第2以及第3正弦波信号，来判定这些信号中的至少一个信号是否有发生异常的可能性；和

第4判定单元，其基于上述第1、第2以及第3判定单元的判定结果，来判定上述各正弦波信号是正常还是异常。

3.根据权利要求2所述的旋转角检测装置，其特征在于，

上述第1传感器针对上述旋转体的旋转角θ，输出由V1＝sinθ表示的第1正弦波信号V1，

上述第2传感器针对上述旋转体的旋转角θ，输出利用上述第1以及第2正弦波信号的相位差α而由V2＝sin(θ+α)表示的第2正弦波信号V2，

上述第3传感器针对上述旋转体的旋转角θ，输出利用上述第1以及第3正弦波信号的相位差β而由V3＝sin(θ+β)表示的第3正弦波信号V3，

当将d设为常量时，上述第1判定单元基于是否满足了由下式(i)表示的第1条件，来判定上述第1以及第2正弦波信号中的至少一个信号是否有发生异常的可能性，

上述第2判定单元基于是否满足了由下式(ii)表示的第2条件，来判定上述第1以及第3正弦波信号中的至少一个信号是否有发生异常的可能性，

上述第3判定单元基于是否满足了由下式(iii)表示的第3条件，来评定上述第2以及第3正弦波信号中的至少一个信号是否有发生异常的可能性，其中，d≥0，

1-d≤V1²+V₁₂ ²≤1+d

其中， $V_{12}=\frac{V2-V1\·\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}}...\left(i\right)$

1-d≤V1²+V₁₃ ²≤1+d

其中， $V_{13}=\frac{V3-V1\·\cos \mathrm{\β}}{\sin \mathrm{\β}}...\left(\mathrm{ii}\right)$

1-d≤V2²+V₂₃ ²≤1+d

其中， $V_{23}=\frac{V3-V2\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}{\sin (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}...\left(\mathrm{iii}\right).$

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的旋转角检测装置，其特征在于，

上述旋转角运算单元包括：

第1旋转角运算单元，其基于上述第1正弦波信号和上述第2正弦波信号，来运算与上述旋转体的旋转角相当的第1旋转角；

第2旋转角运算单元，其基于上述第1正弦波信号和上述第3正弦波信号，来运算与上述旋转体的旋转角相当的第2旋转角；

第3旋转角运算单元，其基于上述第2正弦波信号和上述第3正弦波信号，来运算与上述旋转体的旋转角相当的第3旋转角；和

第4旋转角运算单元，其利用由上述第1、第2以及第3旋转角运算单元运算出的上述第1、第2以及第3旋转角中、基于由上述判定单元判定为正常的正弦波信号的组合而运算出的旋转角，来运算最终的旋转角。

5.根据权利要求4所述的旋转角检测装置，其特征在于，

上述第1传感器针对上述旋转体的旋转角θ，输出由V1＝sinθ表示的第1正弦波信号V1，

上述第2传感器针对上述旋转体的旋转角θ，输出利用上述第1以及第2正弦波信号的相位差α而由V2＝sin(θ+α)表示的第2正弦波信号V2，

上述第3传感器针对上述旋转体的旋转角θ，输出利用上述第1以及第3正弦波信号的相位差β而由V3＝sin(θ+β)表示的第3正弦波信号V3，

上述第1旋转角运算单元基于下式(iv)，求出第1旋转角θ₁，

上述第2旋转角运算单元基于下式(v)，求出第2旋转角θ₂，

上述第3旋转角运算单元基于下式(vi)，求出第3旋转角θ₃，

${\mathrm{\θ}}_1={\tan }^{-1}\frac{V1}{V_{12}}...\left(\mathrm{iv}\right)$

其中， $V_{12}=\frac{V2-V1\·\cos \mathrm{\α}}{\sin \mathrm{\α}}$

${\mathrm{\θ}}_2={\tan }^{-1}\frac{V1}{V_{13}}...\left(v\right)$

其中， $V_{13}=\frac{V3-V1\·\cos \mathrm{\β}}{\sin \mathrm{\β}}$

θ₃＝θ′₃-α…(Vi)

其中， ${\mathrm{\θ}}_3^{\′}={\tan }^{-1}\frac{V2}{V_{23}}$

$V_{23}=\frac{V3-V2\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}{\sin (\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}.$

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