CN102594230A - 旋转角检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转角检测装置。在转子的周围，3个磁传感器以转子的旋转中心轴为中心，隔开规定角度的角度间隔而配置。由磁传感器输出具有规定的相位差120°的正弦波信号。旋转角运算装置按照下述方式检测第1输出信号的磁极的变化。具体而言，旋转角运算装置基于第2输出信号V2的这次值以及第3输出信号的这次值中其上次值与这次值的差的绝对值大的一方的值、第1输出信号的上次值和第1输出信号的这次值，来检测第1输出信号的磁极的变化。

Description

旋转角检测装置

技术领域

本发明涉及检测无刷电动机的转子等旋转体的旋转角的旋转角检测装置。

背景技术

为了控制在电动动力转向装置等中使用的无刷电动机，需要按照转子的旋转角度，向定子线圈中通入电流。于是，公知有使用根据无刷电动机的旋转而旋转的检测用转子，检测无刷电动机的转子的旋转角的旋转角检测装置。具体而言，如图8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具有与无刷电动机的转子中设置的磁极对相当的多个磁极对。在转子101的周围，2个磁传感器121、122以转子101的旋转中心轴为中心隔开规定的角度间隔而配置。由各磁传感器121、122输出具有规定的相位差的正弦波信号。基于这2个正弦波信号来检测转子101的旋转角(无刷电动机的转子的旋转角)。(例如，参照日本特开2003-241411号公报，日本特开2002-213944号公报)

在该例中，磁铁102具有5组磁极对(M0、M1)(M2、M3)(M4、M5)(M6、M7)(M8、M9)。也就是说，磁铁102具有以等角度间隔配置的10个磁极M0～M9。各磁极M0～M9以转子101的旋转中心轴为中心，以36°(电角度为180°)的角度间隔而配置。另外，2个磁传感器121、122以转子101的旋转中心轴为中心隔开18°(电角度为90°)的角度间隔而配置。

将图8中箭头所示方向设为检测用转子101的正方向的旋转方向。而且，当转子101向正方向旋转时，转子101的旋转角变大，当转子101向反方向旋转时，转子101的旋转角变小。如图9所示，由各磁传感器121、122输出正弦波信号V1、V2，该正弦波信号V1、V2以转子101旋转与1磁极对的量相当的角度(72°(电角度为360°))的期间为一个周期。

根据5个磁极对将转子101的1周旋转量的角度范围划分为5个区间，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的电角度θe。在该情况下，10个磁极的角度幅度相等，因此转子101的电角度θe与无刷电动机的转子的电角度一致。

这里，由第1磁传感器121输出V1＝A1·sinθe的输出信号，由第2磁传感器122输出V2＝A2·cosθe的输出信号。A1、A2是振幅。当两输出信号V1、V2的振幅A1、A2被设为相互相等时，转子101的电角度θe能够使用两输出信号V1、V2基于下式(1)来求出。

θe＝tan^-1(sinθe/cosθe)

   ＝tan^-1(V1/V2)  ...(1)

这样，使用求出的电角度θe来控制无刷电动机。

在控制在电动动力转向装置等中使用的无刷电动机的情况下，往往将转向角、转向角的角速度用于无刷电动机的控制。转向角、转向角的角速度能够基于无刷电动机的转子的机械角来运算。另外，转向角的角速度能够基于以旋转角运算处理开始时的转子的初始位置为基准的转子的机械角(以下，称作“相对的机械角”)来运算。

在检测出转子的机械角、相对的机械角的情况下，需要检测磁传感器的输出信号的磁极的变化。这里，检测磁传感器的输出信号的磁极的变化是指检测该磁传感器检测出的磁极发生变化以及其移动方向。考虑例如，基于图8所示的2个磁传感器121、122的输出信号V1、V2检测出磁传感器的输出信号的磁极的变化。

当2个磁传感器121、122的输出信号V1、V2的振幅A1、A2被设为相互相等的值A或者将两信号V1、V2标准化以使两振幅成为规定的规定值A时，一个输出信号V1表示为V1＝A·sinθe，另一输出信号V2表示为V2＝A·cosθe。此外，当A＝1时，一个输出信号V1用V1＝sinθe表示，另一个输出信号V2用V2＝cosθe表示。于是，为了使说明变得简单，用V1＝sinθe，V2＝sin(θ+90°)＝cosθe表示磁传感器121、122的输出信号V1、V2。

图9表示相对于转子101的磁极M9与磁极M0的边界与第1磁传感器121相对时的转子101的旋转角取0°时的转子角度(机械角)的、各磁传感器121、122的输出信号V1、V2。其中，转子角度用对实际的机械角乘以转子101的磁极对数(在该例中为“5”)的角度表示。另外，在图9中，磁极M0～M9表示第1磁传感器121检测出的磁极。

第1磁传感器121检测出的磁极的变化存在以下4个种类。

(a)当转子101向正方向旋转时，第1磁传感器121检测出的磁极从N极变化为S极的情况。例如，如图9中用符号Qa表示的椭圆内的箭头所示，第1磁传感器121检测出的磁极从磁极M2变化为M3的情况。

(b)当转子101向正方向旋转时，第1磁传感器121检测出的磁极从S极变化为N极的磁极的情况。例如，如图9中用符号Qb表示的椭圆内的箭头所示，第1磁传感器121检测出的磁极从M1变化为M2的情况。

(c)当转子101向反方向旋转时，第1磁传感器121检测出的磁极从N极变化为S极的情况。例如，如图9中用符号Qc表示的椭圆内的箭头所示，第1磁传感器121检测出的磁极从M6变化为M5的情况。

(d)当转子101向反方向旋转时，第1磁传感器121检测出的磁极从S极变化为N极的磁极的情况。例如，如图9中用符号Qd表示的椭圆内的箭头所示，第1磁传感器121检测出的磁极从M7变化为M6的情况。

上述(a)的磁极的变化(参照图9的Qa)能够通过判断是否满足下面的第1判断条件来检测。

第1判断条件：“V2＜0”且“V1的上次值＞0”且“V1的这次值≤0”

上述(b)的磁极的变化(参照图9的Qb)能够通过判断是否满足下面的第2判断条件来检测。

第2判断条件：“V2＞0”且“V1的上次值＜0”且“V1的这次值≥0”

上述(c)的磁极的变化(参照图9的Qc)能够通过判断是否满足下面的第3判断条件来检测。

第3判断条件：“V2＞0”且“V1的上次值≥0”且“V1的这次值＜0”

上述(d)的磁极的变化(参照图9的Qd)能够通过判断是否满足下面的第4判断条件来检测。

第4判断条件：“V2＜0”且“V1的上次值≤0”且“V1的这次值＞0”

也就是说，当判断为满足了上述第1判断条件时，判别为发生了上述(a)的磁极的变化。当判断为满足了上述第2判断条件时，判别为发生了上述(b)的磁极的变化。当判断为满足了上述第3判断条件时，判别为发生了上述(c)的磁极的变化。当判断为满足了上述第4判断条件时，判别为发生了上述(d)的磁极的变化。

但是，当磁传感器发生故障时，往往该输出信号会固定为某值。将这样的输出信号的异常称为固着异常。当第1输出信号V1或者第2输出信号V2中发生了固着异常时，会无法正确地检测出磁极的变化。例如，当第2输出信号V2固定为“0”时，不会满足上述第1～第4判断条件的任意一个判断条件。因此，会无法检测出上述(a)～(d)的磁极的变化。

另外，当第2输出信号V2被固定为“0”以外的值，例如0.5时，会误检测磁极的变化。图10表示第2输出信号V2被固定为0.5时的各磁传感器121、122的输出信号V1、V2。

在图10中，在用椭圆Qa内的箭头表示的磁极的变化中，本来应该成为V2＜0却成为V2＞0，因此成为不满足上述第1判断条件，而满足上述第3判断条件。因此，将上述(a)的磁极的变化误检测为上述(c)的磁极的变化。同样地，在图10中，在用椭圆Qd内的箭头表示的磁极的变化中，本来应该成为V2＜0却成为V2＞0，因此成为不满足上述第4判断条件，而满足上述第2判断条件。因此，会将上述(d)的磁极的变化误检测为上述(b)的磁极的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即使在多个正弦波信号中的1个正弦波信号中发生了固着异常时，也能够正确地检测出磁极的变化的旋转角检测装置。

本发明的一个方式的旋转角检测装置的结构，是一种包括检测用转子，其根据旋转体的旋转而旋转并且设置有多个磁极；和传感器，其根据上述检测用转子的旋转，输出相互具有规定的相位差的3个正弦波信号；基于这些正弦波信号检测上述旋转体的旋转角的旋转角检测装置，该旋转角检测装置包括：信号读取单元，其按每个规定的运算周期读取上述各正弦波信号；以及检测单元，其基于通过上述信号读取单元读取到的上述各正弦波信号，检测至少1个正弦波信号的磁极的变化，其中，上述检测单元，当在上述各正弦波信号中，将磁极的变化被检测的正弦波信号设为第1正弦波信号，将其他的2个正弦波信号中的一个设为第2正弦波信号，将另一个设为第3正弦波信号时，基于上述第2正弦波信号的这次值以及上述第3正弦波信号的这次值中其上次值与这次值的差的绝对值大的一方的值、上述第1正弦波信号的上次值和上述第1正弦波信号的这次值，来检测上述第1正弦波信号的磁极的变化。

附图说明

通过下述基于附图对实施方式的描述，前面提到的以及其他的本发明的特征和优点会变得更明显，其中相同的附图标记表示相同的要素，其中：

图1是表示将本发明的一实施方式的旋转角检测装置应用于检测无刷电动机的转子的旋转角用的旋转角检测装置时的构成的示意图。

图2是表示检测用转子的构成的示意图。

图3是表示第1、第2以及第3磁传感器的输出信号波形以及第1磁传感器检测出的磁极的示意图。

图4是表示旋转角运算装置进行的旋转角运算处理的顺序的流程图。

图5是表示图4的步骤S3的相对极号码的设定处理的顺序的流程图。

图6是用于说明相对极号码的设定处理的示意图。

图7是表示第2输出信号固定为0.5时的各输出信号波形以及第1磁传感器检测出的磁极的示意图。

图8是用于说明以往的旋转角检测装置进行的旋转角检测方法的示意图。

图9是表示第1磁传感器的输出信号波形以及第2磁传感器的输出信号波形的示意图。

图10是用于说明当2个磁传感器的输出信号中的一个输出信号中发生了固着异常时，误检测磁极的变化的示意图。

具体实施方式

下面，对将本发明应用于检测无刷电动机的转子的旋转角用的旋转角检测装置时的实施方式，参照附图详细地进行说明。

图1是表示将本发明的一实施方式的旋转角检测装置应用于检测无刷电动机的转子的旋转角用的旋转角检测装置时的构成的示意图。

该旋转角检测装置具有根据无刷电动机10的旋转而旋转的检测用转子(以下，仅称为“转子1”)。如图2所示，转子1包含具有与无刷电动机10的转子中设置的磁极对相当的多个磁极对的圆筒状的磁铁2。

磁铁2具有5组磁极对(M0、M1)(M2、M3)(M4、M5)(M6、M7)(M8、M9)。也就是说，磁铁2具有以等角度间隔配置的10个磁极M0～M9。各磁极M0～M9以转子1的旋转中心轴为中心，以36°(电角度为180°)的角度间隔而配置。

在转子1的周围，3个磁传感器21、22、23以转子1的旋转中心轴为中心，隔开规定角度(24°(上述电角度为120°))的角度间隔而配置。往往将这3个磁传感器21、22、23分别称为第1磁传感器21、第2磁传感器22以及第3磁传感器23。能够使用具备例如霍尔元件、磁阻元件(MR元件)等具有电特性通过磁场的作用发生变化的特性的元件的传感器作为磁传感器。

将图2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，当转子1向正方向旋转时，转子1的旋转角变大，当转子1向反方向旋转时，转子1的旋转角变小。如图3所示，由各磁传感器21、22、23输出以转子1旋转相当于1磁极对的角度(72°(电角度为360°))的期间为一个周期的正弦波信号V1、V2、V3。

图3表示相对于转子1的磁极M9与磁极M0的边界与第1磁传感器21相对时的转子1的旋转角取0°时的转子角度(机械角)的各磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3。图3中的横轴的转子角度“deg”表示通过对机械角乘以磁极对数(在该实施方式中为“5”)而得到的角度。另外，在图3中根据转子角度表示了第1磁传感器21检测出的磁极M0～M9。

将以旋转角运算处理开始时的转子1的初始位置为基准的转子1的机械角称为相对的机械角θm。但是，在该实施方式中，用对旋转角运算处理开始时的转子1的初始位置为基准的转子1的机械角乘以转子1的磁极对数(在该例中为“5”)的值表示相对的机械角θm。根据5个磁极对，将转子1的1周旋转量的角度范围划分为5个区间，将各区间的开始位置表示为0°、结束位置表示为360°的转子1的角度称为转子1的电角度θe。在该情况下，10个磁极的角度幅度相等，因此转子1的电角度θe与无刷电动机的转子的电角度一致。

这里，从第1磁传感器21对与5个磁极对对应的每个区间输出V1＝A1·sinθe的输出信号。在该情况下，从第2磁传感器22对与5个磁极对对应的每个区间输出V2＝A2·sin(θe+120°)的输出信号。另外，从第3磁传感器23对与5个磁极对对应的每个区间输出V3＝A3·sin(θe+240°)的输出信号。A1、A2、A3分别表示振幅。也就是说，从各磁传感器21、22、23输出具有规定的相位差120°(电角度)的正弦波信号。往往将各磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3分别称为第1输出信号V1、第2输出信号V2以及第3输出信号V3。

当3个磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3的振幅A1、A2、A3被设为相互相等的值A，或者以各振幅成为规定的规定值A的方式将各信号V1、V2、V3标准化时，第1、第2以及第3输出信号V1、V2、V3表示为V1＝A·sinθe、V2＝A·sin(θe+120°)以及V3＝A·sin(θe+240°)。此外，当A＝1时，第1、第2以及第3输出信号V1、V2、V3用V1＝sinθe，V2＝sin(θe+120°)以及V3＝sin(θe+240°)表示。于是，为了使说明变得简单，用V1＝sinθe，V2＝sin(θe+120°)以及V3＝sin(θe+240°)表示各磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3。

返回图1，各磁传感器21、22、23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21、22、23的输出信号V1、V2、V3来对转子1的电角度θe进行运算。另外，旋转角运算装置20基于得到的电角度θe等对转子1的相对的机械角θm进行运算。旋转角运算装置20例如由微型计算机构成，包含CPU(中央运算处理装置)以及存储器(ROM、RAM、可擦写的非易失性存储器等)。

通过旋转角运算装置20运算出的电角度θe以及相对的机械角θm被赋予给电动机控制器30。电动机控制器30使用由旋转角运算装置20赋予的电角度θe以及相对的机械角θm来控制无刷电动机10。

为了对相对的机械角θm进行运算，需要检测输出信号V1、V2、V3中的至少1个输出信号的磁极的变化(磁传感器21、22、23中的至少1个磁传感器检测出的磁极的变化)。该旋转角运算装置20的特征在于，具备当检测任意的磁传感器的输出信号的磁极变化时，即使该磁传感器以外的2个磁传感器的输出信号中的一个中发生了固着异常，也能够正确地检测出该磁传感器的变化的功能。另外，旋转角运算装置20的特征在于具备即使3个磁传感器21、22、23的输出信号中的1个输出信号中发生了固着异常，也能够正确地运算相对的机械角θm的功能。

图4是表示旋转角运算装置20进行的旋转角运算处理的顺序的流程图。

图4所示的旋转角运算处理按每个规定的运算周期重复地进行。

将在旋转角运算处理开始时，第1磁传感器21检测出的磁极作为基准磁极，对各磁极分配相对的号码时的各磁极的号码定义为相对极号码。用变量p1表示第1磁传感器21检测出的相对极号码(以下，称为“第1相对极号码”)，用变量p2表示第2磁传感器22检测出的相对极号码(以下，称为“第2相对极号码”)。在该实施方式中，在旋转角运算处理开始时，第1磁传感器21检测出的磁极(基准磁极)为N极的磁极的情况下，向该磁极分配相对极号码“0”。另一方面，当旋转角运算处理开始时，第1磁传感器21检测出的磁极(基准磁极)为S极的磁极的情况下，向该磁极分配相对极号码“1”。

当旋转角运算处理开始时，旋转角运算装置20读入各磁传感器21、22、23的输出信号(传感器值)V1、V2、V3(步骤S1)。此外，在旋转角运算装置20的存储器(例如RAM)中存储有从规定次数前读入的传感器值到最新读入的传感器值的多次的传感器值。

当在上述步骤S1中各传感器值V1、V2、V3被读入时，旋转角运算装置20判别本次的处理是否为旋转角运算处理开始后的首次处理(步骤S2)。当本次的处理是旋转角运算处理开始后的首次处理时(步骤S2：是)，旋转角运算装置20进行相对极号码的设定处理(步骤S3)。

图5是表示相对极号码的设定处理的详细的顺序。

旋转角运算装置20首先判别第1输出信号V1是否比0大(步骤S21)。当第1输出信号V1比0大时(步骤S21：是)，旋转角运算装置20判别为第1磁传感器21检测出的磁极(基准磁极)为N极的磁极，将第1相对极号码p1设定为0(步骤S24)。然后，进入步骤S26。

另一方面，当第1输出信号V1在0以下时(步骤S21：否)，旋转角运算装置20判别第1输出信号V1是否比0小(步骤S22)。当第1输出信号V1比0小时(步骤S22：是)，判别为第1磁传感器21检测出的磁极(基准磁极)为S极的磁极，将第1相对极号码p1设定为1(步骤S25)。然后，进入步骤S26。

在上述步骤S22中，当判别为第1输出信号V1在0以上时(步骤S22：否)，也就是说，当第1输出信号V1为0时，旋转角运算装置20为了判别转子旋转角(电角度)为0°还是为180°，判别第2输出信号V2是否比0大(步骤S23)。当第2输出信号V3比0大时(步骤S23：是)，旋转角运算装置20判别为转子旋转角(电角度)为0°，将第1相对极号码p1设定为0(步骤S24)。然后，进入步骤S26。

另一方面，当第2输出信号V2在0以下时(步骤S23：否)，旋转角运算装置20判别为转子旋转角(电角度)为180°，并将第1相对极号码p1设定为1(步骤S25)。然后，进入步骤S26。

此外，在上述步骤S23中，旋转角运算装置20也可以判别第3输出信号V3是否比0小。在该情况下，当第3输出信号V3比0小时，旋转角运算装置20进入步骤S24并将第1相对极号码p1设定为0。另一方面，当第3输出信号V3在0以上时，旋转角运算装置20进入步骤S25并将第1相对极号码p1设定为1。

在步骤S26中，旋转角运算装置20判别是否满足“V1≥0且V2≤0”或者“V1＜0且V20”的条件。当满足该条件时(步骤S26：是)，旋转角运算装置20判别为第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极不同，将仅比第1相对极号码p1大了1的号码设定为第2相对极号码p2(步骤S28)。然后，返回图4的步骤S5。

另一方面，当不满足上述步骤S26的条件时(步骤S24：否)，旋转角运算装置20判别为第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极相同，对第2相对极号码p2设定与第1相对极号码p1相同的号码(步骤S27)。然后，返回图4的步骤S5。

针对当满足了上述步骤S26的条件时，判别为第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极不同，当不满足上述步骤S26的条件时，判别为第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极相同的理由进行说明。

例如，当示意地表示由转子1的磁极M0与磁极M1构成的磁极对通过第1磁传感器21时的第1、第2以及第3磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3的信号波形时，如图6(a)(b)(c)所示。

在图6(a)(b)中，用S1表示的区域是第1磁传感器21以及第2磁传感器22共同检测出磁极M0的区域。用S2表示的区域是第1磁传感器21检测出磁极M0，第2磁传感器22检测出磁极M1的区域。用S3表示的区域是第1磁传感器21以及第2磁传感器22共同检测出磁极M1的区域。用S4表示的区域是第1磁传感器21检测出磁极M1，第2磁传感器22检测出磁极M2的区域。

也就是说，在区域S1以及S3中，第2磁传感器22检测出的磁极的极号码与第1磁传感器21检测出的磁极的极号码会相等。另一方面，在区域S2以及S4中，第2磁传感器22检测出的磁极的极号码会比第1磁传感器21检测出的磁极的极号码大1。

在区域S1中，两传感器值V1、V2满足V1≥0且V2＞0的第1条件。在区域S2中，两传感器值V1、V2满足V1≥0且V2≤0的第2条件。在区域S3中，两传感器值V1、V2满足V1＜0且V2＜0的第3条件。在区域S4中，两传感器值V1、V2满足V1＜0且V2≥0的第4条件。

于是，旋转角运算装置20，当满足上述第2条件(V1≥0且V20)或者上述第4条件(V1＜0且V20)时，判别为第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极不同，当不满足上述第2条件或者上述第4条件时，判别为第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极相同。

返回图4，在上述步骤S2中，当判别为本次的处理不是旋转角运算处理开始后的首次的处理时(步骤S2：否)，移向步骤S4。在步骤S4中，旋转角运算装置20进行磁极的变化的检测以及相对极号码的更新处理。在该实施方式中，旋转角运算装置20进行用于检测第1磁传感器21检测出的磁极的变化以及第2磁传感器22检测出的磁极的变化的处理。而且，旋转角运算装置20当检测到第1磁传感器21检测出的磁极发生变化时，更新第1相对极号码p1。另外，旋转角运算装置20当检测到第2磁传感器22检测出的磁极发生变化时，更新第2相对极号码p2。

参照图3，对第1磁传感器21检测出的磁极的变化的检测处理以及第1相对极号码p1的更新处理进行说明。

第1磁传感器21检测出的磁极的变化有以下4个种类。

(a)当转子1向正方向旋转时，第1磁传感器21检测出的磁极从N极变化为S极的情况。例如，如图3中用符号Qa表示的椭圆内的箭头所示那样，第1磁传感器21检测出的磁极从M2变化为M3的情况。

(b)当转子1向正方向旋转时，第1磁传感器21检测出的磁极从S极变化为N极的磁极的情况。例如，如图3中用符号Qb表示的椭圆内的箭头所示那样，第1磁传感器21检测出的磁极从M1变化为M2的情况。

(c)当转子1向反方向旋转时，第1磁传感器21检测出的磁极从N极变化为S极的情况。例如，如图3中用符号Qc表示的椭圆内的箭头所示那样，第1磁传感器21检测出的磁极从M6变化为M5的情况。

(d)当转子1向反方向旋转时，第1磁传感器21检测出的磁极从S极变化为N极的磁极的情况。例如，如图3中用符号Qd表示的椭圆内的箭头所示那样，第1磁传感器21检测出的磁极从M7变化为M6的情况。

旋转角运算装置20判别是否发生了上述(a)～(d)的磁极的变化，当判别为发生了磁极的变化时，更新第1相对极号码p1。

旋转角运算装置20为了判断上述(a)的磁极的变化(参照图3的Qa)的有无，判断是否满足下面的第1判断条件。其中，ΔV2表示第2输出信号V2的上次值与这次值的差的绝对值，ΔV3表示第3输出信号V3的上次值与这次值的差的绝对值。

第1判断条件：“当ΔV2≥ΔV3时V2＜0，当ΔV2＜ΔV3时V3＞0”且“V1的上次值＞0”且“V1的这次值≤0”。

旋转角运算装置20，当判断为满足上述第1判断条件时，将第1相对极号码p1更新为仅大了1的值。

另外，旋转角运算装置20为了判断上述(b)的磁极的变化(参照图3的Qb)的有无，判断是否满足下面的第2判断条件。

第2判断条件：“当ΔV2≥ΔV3时V2＞0，当ΔV2＜ΔV3时V3＜0”且“V1的上次值＜0”且“V1的这次值≥0”。

旋转角运算装置20，当判断为满足上述第2判断条件时，将第1相对极号码p1更新为仅大了1的值。但是，当第1相对极号码p1为“9”时，比其仅大了1的值为“0”。

另外，旋转角运算装置20为了判断上述(c)的磁极的变化(参照图3的Qc)的有无，判断是否满足下面的第3判断条件。

第3判断条件：“当ΔV2≥ΔV3时V2＞0，当ΔV2＜ΔV3时V3＜0”且“V1的上次值≥0”且“V1的这次值＜0”。

旋转角运算装置20，当判断为满足上述第3判断条件时，将第1相对极号码p1更新为仅小了1的值。但是，当第1相对极号码p1为“0”时，比其仅小了1的值为“9”。

另外，旋转角运算装置20为了判断上述(d)的磁极的变化(参照图3的Qd)的有无，判断是否满足下面的第4判断条件。

第4判断条件：“当ΔV2≥ΔV3时V2＜0，当ΔV2＜ΔV3时V3＞0”且“V1的上次值≤0”且“V1的这次值＞0”。

旋转角运算装置20，当判断为满足上述第4判断条件时，将第1相对极号码p1更新为仅小了1的值。

另外，旋转角运算装置20为了判别是否发生了第2磁传感器22检测出的磁极的变化，判别是否满足下面的4个条件(第5条件～第8条件)。其中，ΔV1表示第1输出信号V1的上次值与这次值的差的绝对值。

第5判断条件(当旋转方向为正方向时的从N极向S极的变化)：“当ΔV1≥ΔV3时V1＞0，当ΔV1＜ΔV3时V3＜0”且“V2的上次值＞0”且“V2的这次值≤0”。

第6判断条件(当旋转方向为正方向时的从S极向N极的变化)：“当ΔV1≥ΔV3时V1＜0，当ΔV1＜ΔV3时V3＞0”且“V2的上次值＜0”且“V2的这次值≥0”。

第7判断条件(当旋转方向为反方向时的从N极向S极的变化)：“当ΔV1≥ΔV3时V1＜0，当ΔV1＜ΔV3时V3＞0”且“V2的上次值≥0”且“V2的这次值＜0”。

第8判断条件(当旋转方向为反方向时的从S极向N极的变化)：“当ΔV1≥ΔV3时V1＞0，当ΔV1＜ΔV3时V3＜0”且“V2的上次值≤0”且“V2的这次值＞0”。

当满足了第5判断条件或者第6判断条件时，旋转角运算装置20将第2相对极号码p2更新为仅大了1的值。但是，当第2相对极号码p2为“9”时，比其仅大了1的值为“0”。另一方面，当满足第7判断条件或者第8判断条件时，旋转角运算装置20将第2相对极号码p2更新为仅小了1的值。但是，当第2相对极号码p2为“0”时，比其仅小了1的值为“9”。

在该实施方式中，虽不判别是否发生了第3磁传感器23检测出的磁极的变化，但也能够判别是否发生了第3磁传感器23检测出的磁极的变化。具体而言，能够通过判别是否满足下面的4个条件(第9条件～第12条件)来判别第3磁传感器23检测出的磁极的变化。

第9判断条件(当旋转方向为正方向时的从N极向S极的变化)：“当ΔV1≥ΔV2时V1＜0，当ΔV1＜ΔV2时V2＞0”且“V3的上次值＞0”且“V3的这次值≤0”

第10判断条件(当旋转方向为正方向时的从S极向N极的变化)：“当ΔV1≥ΔV2时V1＞0，当ΔV1＜ΔV2时V2＜0”且“V3的上次值＜0”且“V3的这次值≥0”

第11判断条件(当旋转方向为反方向时的从N极向S极的变化)：“当ΔV1≥ΔV2时V1＞0，当ΔV1＜ΔV2时V2＜0”且“V3的上次值≥0”且“V3的这次值＜0”

第12判断条件(当旋转方向为反方向时的从S极向N极的变化)：“当ΔV1≥ΔV2时V1＜0，当ΔV1＜ΔV2时V2＞0”且“V3的上次值≤0”且“V3的这次值＞0”

使用上述那样的判断条件来检测任意的磁传感器检测出的磁极的变化，因此即使该磁传感器以外的2个磁传感器的输出信号中的1个输出信号中发生了固着异常，也能够正确地检测出该磁传感器检测出的磁极的变化。对此，以检测第1磁传感器21检测出的磁极的变化的情况为例进行验证。图7表示由于第2输出信号V2发生固着异常，固定为0.5的值时的各输出信号。

验证图7中用椭圆Qa内的箭头表示的磁极的变化(旋转方向为正方向时的从N极向S极的变化)是否可以通过上述第1判断条件来检测。第1判断条件为“当ΔV2≥ΔV3时V2＜0，当ΔV2＜ΔV3时V3＞0”且“V1的上次值＞0”且“V1的这次值≤0”。发生了固着异常的第2输出信号V2几乎没有变化，因此ΔV2成为小的值。因此，在图7中用椭圆Qa内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为ΔV2＜ΔV3。

其结果，第1判断条件中的“当ΔV2≥ΔV3时V2＜0，当ΔV2＜ΔV3时V3＞0”这样的条件成为不使用发生了固着异常的第2输出信号V2，而使用第3输出信号V3来判断。在图7中用椭圆Qa内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为V3＞0，因此满足第1判断条件。也就是说，即使当第2输出信号V2中发生了固着异常时，也能够基于第1判断条件来正确地检测出旋转方向为正方向时的从N极向S极的变化。

验证图7中用椭圆Qb内的箭头表示的磁极的变化(旋转方向为正方向时的从S极向N极的变化)是否可以通过上述第2判断条件来检测。第2判断条件为“当ΔV2≥ΔV3时V2＞0，当ΔV2＜ΔV3时V3＜0”且“V1的上次值＜0”且“V1的这次值≥0”。ΔV2成为小的值，因此在图7中用椭圆Qb内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为ΔV2＜ΔV3。

其结果，第2判断条件中的“当ΔV2≥ΔV3时V2＞0，当ΔV2＜ΔV3时V3＜0”这样的条件成为不使用发生了固着异常的第2输出信号V2而使用第3输出信号V3来判断。在图7中用椭圆Qb内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为V3＜0，因此满足第2判断条件。也就是说，即使当第2输出信号V2中发生了固着异常时，也能够基于第2判断条件来正确地检测出旋转方向为正方向时的从S极向N极的变化。

验证图7中用椭圆Qc内的箭头表示的磁极的变化(旋转方向为反方向时的从N极向S极的变化)是否可以通过上述第3判断条件来检测。第3判断条件为“当ΔV2≥ΔV3时V2＞0，当ΔV2＜ΔV3时V3＜0”且“V1的上次值≥0”且“V1的这次值＜0”。ΔV2成为小的值，因此在图7中用椭圆Qc内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为ΔV2＜ΔV3。

其结果，第3判断条件中的“当ΔV2≥ΔV3时V2＞0，当ΔV2＜ΔV3时V3＜0”这样的条件成为不使用发生了固着异常的第2输出信号V2而使用第3输出信号V3来判断。在图7中用椭圆Qc内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为V3＜0，因此满足第3判断条件。也就是说，即使当第2输出信号V2中发生了固着异常，也能够基于第3判断条件来正确地检测出旋转方向为反方向时的从N极向S极的变化。

验证图7中用椭圆Qd内的箭头表示的磁极的变化(旋转方向为反方向时的从S极向N极的变化)是否可以通过上述第4判断条件来检测。第4判断条件为“当ΔV2≥ΔV3时V2＜0，当ΔV2＜ΔV3时V3＞0”且“V1的上次值≤0”且“V1的这次值＞0”。ΔV2成为小的值，因此在图7中用椭圆Qd内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为ΔV2＜ΔV3。

其结果，第4判断条件中的“当ΔV2≥ΔV3时V2＜0，当ΔV2＜ΔV3时V3＞0”这样的条件成为不使用发生了固着异常的第2输出信号V2而使用第3输出信号V3来判断。在图7中用椭圆Qb内的箭头表示的磁极的变化时刻，成为V3＞0，因此满足第4判断条件。也就是说，即使当第2输出信号V2中发生了固着异常时，也能够基于第4判断条件来正确地检测出旋转方向为反方向时的从S极向N极的变化。

取代第2输出信号V2，当第3输出信号V3中发生了固着异常时，在第1磁传感器21检测出的磁极的变化时刻，成为ΔV2≥ΔV3，判断第2输出信号V2的符号。也就是说，发生了固着异常的第3输出信号V3不用于磁极的变化判断。因此，当第3输出信号V3中发生了固着异常时，也能够使用上述第1～第4判断条件，正确地检测出第1磁传感器21检测出的磁极的变化。

此外，当判断第2磁传感器22的输出信号V2的磁极的变化时，也同样地，即使其他的磁传感器21、23的输出信号V1、V3中的任意一个中发生了固着异常，也能够正确地检测出第2磁传感器22的输出信号V2的磁极的变化。另外，当判断第3磁传感器23的输出信号V3的磁极的变化时，也同样地，即使其他的磁传感器21、22的输出信号V1、V2中的任意一个发生了固着异常，也能够正确地检测出第3磁传感器23的输出信号V3的磁极的变化。

当上述步骤S4的处理结束时，移向步骤S5。在步骤S5中，旋转角运算装置20基于在上述步骤S1中读入的传感器值V1、V2、V3，运算电角度θe。此外，这时，旋转角运算装置20进行各输出信号V1、V2、V3中是否发生了固着异常的判断。各输出信号V1、V2、V3中是否发生了固着异常的判断能够通过例如对每个输出信号V1、V2、V3调查传感器值是否经过规定次数几乎没发生变化来进行。也就是说，旋转角运算装置20当传感器值经规定次数几乎没有发生变化时，判断为与该传感器值对应的输出信号中发生了固着异常。

旋转角运算装置20基于第1输出信号V1与第2输出信号V2，运算与转子1的旋转角相当的第1电角度θe1。另外，旋转角运算装置20基于第1输出信号V1与第3输出信号V3，运算与转子1的旋转角相当的第2电角度θe2。另外，旋转角运算装置20基于第2输出信号V2与第3输出信号V3，运算与转子1的旋转角相当的第3电角度θe3。对于第1、第2以及第3电角度θe1、θe2、θe3的运算方法将在后述。

然后，旋转角运算装置20当判断为所有的输出信号V1、V2、V3都正常时，例如基于下式(2)运算最终的电角度θe。也就是说，旋转角运算装置20将第1、第2以及第3电角度θe1、θe2、θe3的平均值运算为最终的电角度θe。

θe＝(θe1+θe2+θe3)/3 ...(2)

此外，当判断为所有的输出信号V1、V2、V3都正常时，旋转角运算装置20能够将第1、第2以及第3电角度θe1、θe2、θe3的中央值运算为最终的电角度θe。另外，在该情况下，也能够删除第1、第2以及第3电角度θe1、θe2、θe3中最偏离其他2个的那一个，将其他2个的平均值运算为最终的电角度θe。此外，在该情况下，旋转角运算装置20也可以将第1、第2以及第3电角度θe1、θe2、θe3中的任意1个电角度确定为最终的电角度θe。

另外，旋转角运算装置20当判断为第1输出信号V1异常，第2以及第3输出信号V2、V3正常时，将基于第2以及第3输出信号V2、V3运算出的第3电角度θe3决定为最终的电角度θe。

另外，旋转角运算装置20当判断为第2输出信号V2异常，第1以及第3输出信号V1、V3正常时，将基于第1以及第3输出信号V1、V3运算出的第2电角度θe2决定为最终的旋转角θe。

另外，旋转角运算装置20当判断为第3输出信号V3异常，第1以及第2输出信号V1、V2正常时，将基于第1以及第2输出信号V1、V2运算出的第1电角度θe1决定为最终的电角度θe。

此外，当判断为3个输出信号V1、V2、V3中的2个以上的输出信号异常时，无法运算电角度θe，因此旋转角运算装置20向电动机控制器30输出电动机停止指令，并且停止旋转角运算处理。

对第1电角度θe1的运算方法进行说明。旋转角运算装置20首先根据第1输出信号V1(＝sinθe)与第2输出信号V2(＝sin(θe+120°))运算成为相对于第1输出信号V1的相位差为90°的信号V₁₂(＝sin(θe+90°)＝cosθe)。更具体而言，旋转角运算装置20基于下式(3)运算信号V₁₂。

数1 $V_{12}=\cos \mathrm{\θe}$

$=\frac{2\·V2+V1}{\sqrt{3}}\·\·\·\left(3\right)$

上述式(3)能够基于通过三角函数的加法定理展开sin(θe+120°)的式子导出。然后，旋转角运算装置20使用上述信号V12(＝cosθe)与第1输出信号V1(＝sinθe)，基于下式(4)来运算第1电角度θe1。

数2 $\mathrm{\θe}1={\tan }^{-1}\frac{\sin \mathrm{\θe}}{\cos \mathrm{\θe}}$

$={\tan }^{-1}\frac{V1}{V_{12}}\·\·\·\left(4\right)$

对第2电角度θe2的运算方法进行说明。旋转角运算装置20首先根据第1输出信号V1(＝sinθe)与第3输出信号V3(＝sin(θe+240°))生成成为相对于第1输出信号V1的相位差为90°的信号V₁₃(＝sin(θe+90°)＝cosθe)。更具体而言，旋转角运算装置20基于下式(5)，生成信号V₁₃。

数3 $V_{13}=\cos \mathrm{\θe}$

$=\frac{-2\·V3-V1}{\sqrt{3}}\·\·\·\left(5\right)$

上述式(5)与上述式(3)同样地，能够基于通过三角函数的加法定理展开sin(θe+240°)的式子导出。然后，旋转角运算装置20使用上述信号V₁₃(＝cosθe)与第1输出信号V1(＝sinθe)，基于下式(6)运算第2电角度θe2。

数4 $\mathrm{\θe}2={\tan }^{-1}\frac{\sin \mathrm{\θe}}{\cos \mathrm{\θe}}$

$={\tan }^{-1}\frac{V1}{V_{13}}\·\·\·\left(6\right)$

对第3电角度θe3的运算方法进行说明。旋转角运算装置20首先基于第2输出信号V2与第3输出信号V3，运算相对于转子1的旋转角(电角度)θe前进了120°的电角度θe3’(＝θe+120°)。然后，通过从得到的旋转角θe3’中减去120°，来运算第3电角度θe3。

旋转角运算装置20根据第2输出信号V2(＝sin(θe+120°))与第3输出信号V3(＝sin(θe+240°))，生成成为相对于第2输出信号V2的相位差为90°的信号V₂₃(＝sin(θe+120°+90°))。

设定θe’＝θe+120°，当用正弦波信号sinθe’表示输出信号V2，用相对于该正弦波信号sinθe’相位差前进了120°的正弦波信号sin(θ’+120°)表示输出信号V3时，能够与上述第1电角度θe1的运算方法同样地，求出成为相对于正弦波信号sinθe’相位差为90°的信号V₂₃(＝sin(θe’+90°)＝cosθe’)。

具体而言，旋转角运算装置20基于下式(7)生成信号V₂₃。

数5 $V_{23}=\cos \mathrm{\θ}{e}^{\′}$

$=\frac{2\·V3+V2}{\sqrt{3}}\·\·\·\left(7\right)$

接下来，旋转角运算装置20使用上述信号V₂₃(＝cosθe’)与第2输出信号V2(＝sinθe’＝sin(θe+120°))，基于下式(8)来运算旋转角θe3’。

数6 $\mathrm{\θe}{3}^{\′}={\tan }^{-1}\frac{\sin \mathrm{\θ}{e}^{\′}}{\cos \mathrm{\θ}{e}^{\′}}$

$={\tan }^{-1}\frac{V2}{V_{23}}\·\·\·\left(8\right)$

然后，旋转角运算装置20基于下式(9)来运算第3电角度θe3。

θe3＝θe3’-120°...(9)

当在上述步骤S5中运算电角度θe时，旋转角运算装置20判别第1输出信号V1是否被判断为异常(固着异常)(步骤S6)。当第1输出信号V1未被判断为异常时(步骤S6：否)，旋转角运算装置20将第1相对极号码p1的值设定为用于相对的机械角θm的运算的机械角运算用极号码p(步骤S7)。机械角运算用极号码p表示第1磁传感器21检测出的磁极的相对极号码。当第1输出信号V1正常时，可以认为第1相对极号码p1正确地表示第1磁传感器1检测出的磁极的相对极号码，因此第1相对极号码p的值被设定为机械角运算用极号码p。然后，移向步骤S11。

另一方面，当第1输出信号V1被判断为异常时(步骤S6：是)，第1相对极号码p1不能够信赖，因此旋转角运算装置20基于第2相对极号码p2来运算机械角运算用极号码p。具体而言，旋转角运算装置20判断第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极相同还是不同(步骤S8)。更具体而言，判断在上述步骤S5中运算出的电角度θe是否在60°＜θe≤180°或者240°≤θe＜360°的范围内。在图6(a)(b)中，在区域S1以及区域S3中，第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极相同。另一方面，在区域S2以及区域S4中，第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极不同。

区域S2是电角度θe处于60°＜θe≤180°的范围的区域，区域S4是电角度θe处于240°≤θe＜360°的范围的区域。因此，当电角度θe在60°＜θe≤180°或者240°≤θe＜360°的范围内时(步骤S8：是)，旋转角运算装置20判断为第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极不同。于是，在该情况下，旋转角运算装置20将比第2相对号码p2仅小了1的值设定为机械角运算用极号码p(步骤S9)。然后，移向步骤S11。

另一方面，在上述步骤S8中，当判别为电角度θe不在60°＜θe≤180°的范围内，且也不在240°≤θe＜360°的范围内时(步骤S8：否)，旋转角运算装置20判断为第1磁传感器21检测出的磁极与第2磁传感器22检测出的磁极相同。因此，在该情况下，旋转角运算装置20将第2相对号码p2的值设定为机械角运算用极号码p(步骤S10)。然后，移向步骤S11。

在步骤S11中，旋转角运算装置20使用在上述步骤S5中运算出的电角度θe与机械角运算用极号码p，基于下式(10)来运算相对的机械角θm。然后，将在上述步骤S5中运算出的电角度θe与在步骤S11中运算出的相对的机械角θm赋予给电动机控制器30。

θm＝θe+n×360°...(10)

其中，当p＝0或者1时，n＝0，

当p＝2或者3时，n＝1，

当p＝4或者5时，n＝2，

当p＝6或者7时，n＝3，

当p＝8或者9时，n＝4。

当步骤S11的处理结束时，结束在当前运算周期的处理。

根据上述实施方式，旋转角运算装置20能够对每个规定的运算周期，运算电角度θe与相对的机械角θm，并赋予给电动机控制器30。即使3个磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3中的1个中发生了固着异常，旋转角运算装置20也能够运算正确的电角度θe。另外，即使3个磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3的1个中发生了固着异常，旋转角运算装置20也能够正确地检测出3个磁传感器21、22、23中至少1个磁传感器检测出的磁极的变化。由此，能够运算正确的相对的机械角θm。

上面，对本发明的第1～第3实施方式进行说明，但本发明还能够以其他的方式实施。例如，在上述的实施方式中，各磁传感器21、22、23的输出信号V1、V2、V3的相位差在电角度中为120°，但是若各输出信号的在过零附近的其他2个输出信号的变化率是变得比较大的相位差，也可以是120°以外的角度。具体而言，输出信号V1、V2、V3的相位差也可以是在电角度中在20°～35°的范围内、55°～70°的范围内、110°～125°的范围内或者145°～160°的范围内的角度。

另外，在上述实施方式中，在转子1中设置了5组磁极对，也可以设置比5组少的数量或者多的数量的磁极对。(与G20110142【0089】开头相同)

另外，在上述实施方式中，对第1磁传感器21检测出的相对极号码p1与第2磁传感器22检测出的相对极号码p2进行设定，并且进行更新，但也可以设定第1磁传感器21检测出的相对极号码p1与第3磁传感器23检测出的相对极号码p3，并进行更新。此外，也可以设定第1磁传感器21检测出的相对极号码p1、第2磁传感器22检测出的相对极号码p2与第3磁传感器23检测出的相对极号码p3并且进行更新。

另外，在作为磁极的变化的判别对象的传感器信号发生了故障的瞬间，例如，当传感器信号比0小时，当发生了固着于+1那样的故障时，该传感器信号的上次值与这次值的差的绝对值异常地变大。若不考虑这种异常状态，使用相互的差的绝对值异常地大的上次值以及这次值，进行上述磁极的变化判断，则有可能发生误判断。于是，也可以将作为磁极的变化的判断对象的传感器信号的上次值与这次值的差的绝对值与规定的阈值比较，当上述差的绝对值比上述规定的阈值大时，判别为该信号中发生了异常，不将该信号用于磁极的变化判断。

另外，本发明也能够应用于检测无刷电动机的转子以外的旋转体的旋转角的情况。

此外，可以在权利要求书记载的事项的范围内实施种种的设计变更。

Claims (2)

1.一种旋转角检测装置，其包括：检测用转子，其根据旋转体的旋转而旋转，并且设置有多个磁极；以及传感器，其根据所述检测用转子的旋转，输出相互具有规定的相位差的3个正弦波信号；基于这些正弦波信号来检测所述旋转体的旋转角，该旋转角检测装置的特征在于，

包括：

信号读取单元，其按每个规定的运算周期读取所述各正弦波信号；以及

检测单元，其基于通过所述信号读取单元读取到的所述各正弦波信号，检测至少1个正弦波信号的磁极的变化，

其中，当在所述各正弦波信号中，将磁极的变化被检测的正弦波信号设为第1正弦波信号，将其他的2个正弦波信号中的一个设为第2正弦波信号，将另一个设为第3正弦波信号时，

所述检测单元基于所述第2正弦波信号的这次值以及所述第3正弦波信号的这次值中的其上次值与这次值的差的绝对值大的一方的值、所述第1正弦波信号的上次值、和所述第1正弦波信号的这次值，来检测所述第1正弦波信号的磁极的变化。

2.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，

所述规定的相位差在电角度中为120°。

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