CN102597709A - 旋转角检测装置 - Google Patents

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Abstract

旋转角检测装置具备：电角度的360°被设定得比机械角的360°小、输出与转子的电角度对应的二相编码信号的电角度检测部(分解器(12)以及R/D转换器(14))；对二相编码信号进行计数、输出与电角度对应的数字值的二相编码计数器(41)；轴倍角数检测部(42)，其基于二相编码计数器的计数值的变化，检测检测器输出的信号表示的电角度相当于机械角的哪一位置。由此，能够提供一种使用二相编码输出就能够识别机械角的位置的旋转角检测装置。

Description

旋转角检测装置
技术领域
本发明涉及旋转角检测装置，特别涉及与输出信号的一个周期相当的角度被设定得比机械角的360°小的旋转角检测装置。
背景技术
在搭载电气马达的汽车、混合动力汽车等车辆、使用马达的其他电气设备中搭载有马达驱动系统。在这样的马达驱动系统中使用了检测马达的旋转角的旋转角检测装置。
例如，在日本特开2009-77481号公报(专利文献1)中公开了：使用分解器(resolver)作为旋转检测传感器，将其输出变换为数字值的R/D(resolver/digital，分解器/数字)转换器使计数值增减。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2009-77481号公报
专利文献2：日本特开2004-242370号公报
专利文献3：日本特开2008-259347号公报
专利文献4：日本特开平11-337371号公报
专利文献5：日本特开2004-61157号公报
专利文献6：日本特开2000-314639号公报
发明内容
发明要解决的课题
马达的控制基本上使用根据极对数变化的电角度。例如，若为1极对的马达则机械角与电角度一致。但是，在2极对马达时，若机械角从0°到360°变化，则电角度重复2次0°～360°的变化。即，在2极对马达中，仅通过电角度0°～360°的输出，不知道是与机械角的0°～180°对应还是与机械角的180°～360°对应。
近年来，在汽车用等的马达中要求高转矩化、小型化以及平稳的控制性等，也存在使马达的极对数从2极对增加到4极对、5极对等的可能性。在该情况下，通常分解器分别使用2、4、5(也表示为2×、4×、5×)的轴倍角的装置。在此，轴倍角(multiplication factor of angle)是指分解器输出的一个周期的角度(通常为电角度θe)相对于分解器的实际的机械角θm的比。即，机械角θm＝电角度θe/轴倍角N的关系成立。此外，轴倍角不是角度而是倍数，因此在本说明书中有时将轴倍角也称为轴倍角数。
然而，在使分解器等旋转角传感器小型化时、增大了轴倍角时，有时由于加工精度的问题，即使是相同的电角度，轴倍角数的特性也不均。在传感器具有这样的特性不均的情况下，希望对输出进行修正来使用以使其成为理想的特性。
图13是用于对轴倍角Nx的分解器的特性的修正进行说明的图。
参照图13，横轴表示分解器的机械角，纵轴表示与机械角对应的计数值。在将分解器的特性直接变换为数字值的情况下，相对于理想值而产生输出值的偏差。通过进行使输出值与理想值一致的修正，能够正确地算出转速等。
这样的输出值的偏差由于传感器的加工精度等而成为与机械角的0°～360°的位置对应的偏差。即，即使电角度是相同的值，根据与机械角的哪个位置对应，偏差量不同，因此也需要改变修正值。具体而言，电角度的0°～360°在轴倍角2×的情况下，需要在确认了输出值(电角度)是与机械角0°～180°对应还是与180°～360°对应之后进行修正。在轴倍角5×的情况下，当前的输出值表示的电角度可与5个机械角对应。
作为将分解器的输出变换为数字值的R/D转换器的输出而使用二相编码输出。二相编码输出包括A相信号、B相信号及Z相信号。A相信号、B相信号是包括与旋转角度相应数量的脉冲的信号。在A相信号与B相信号之间在脉冲的上升沿和下降沿设置相位差，能够通过A相信号和B相信号的相位关系得知是正转还是反转。另外，Z相信号是每旋转1电角度输出一次的信号。在马达控制的领域内广泛地使用这样的接口。在接受二相编码输出来计数的通常的二相编码计数器中，能够识别电角度，但无法识别机械角。
本发明的目的在于提供一种使用二相编码输出就能够识别机械角的位置的旋转角检测装置。
用于解决课题的手段
本发明概括而言是一种旋转角检测装置，具备：与输出信号的一个周期相当的角度被设定得比机械角的360°小的角度检测部；输出与角度检测部的输出信号对应的数字值的计数器；和轴倍角数检测部，其基于计数器的计数值，检测角度检测部输出的信号表示的角度相当于机械角的哪一位置。
优选的是，角度检测部是电角度的360°被设定得比机械角的360°小、输出与转子的电角度对应的二相编码信号的电角度检测部，计数器是对二相编码信号进行计数、输出与电角度对应的数字值的二相编码计数器，轴倍角数检测部基于二相编码计数器的计数值的变化，检测电角度检测部输出的信号表示的电角度相当于机械角的哪一位置。
更优选的是，轴倍角数检测部生成将二相编码计数器的高位进一步扩展到与机械角的360°相当的值而得到的计数值，输出扩展后的计数值。
更优选的是，电角度检测部包括：电角度的360°被设定得比机械角的360°小的分解器；和将分解器的信号变换为数字值的分解器/数字转换器。分解器/数字转换器输出包括A相信号、B相信号及Z相信号的二相编码信号。
更优选的是，二相编码计数器根据A相信号及B相信号来进行递增计数或递减计数，当Z相信号被输入时清除计数值。轴倍角数检测部，在二相编码计数器的计数值增加中二相编码计数器的计数值被清除了的情况下，在即将清除之前的二相编码计数器的计数值超过了阈值时，对扩展后的计数值进行递增计数。
更优选的是，电角度检测部还包括检测机械角的基准位置的传感器。二相编码计数器根据A相信号及B相信号来进行递增计数或递减计数，根据传感器的输出来清除计数值，轴倍角数检测部根据传感器的输出来清除扩展后的计数值。
更优选的是，二相编码计数器根据A相信号及B相信号来进行递增计数或递减计数，当Z相信号被输入时清除计数值。旋转角检测装置还具备：Z相异常检测部，其判断Z相信号被输入时的二相编码计数器的计数值是否处于与异常定时对应的预定范围内；和Z相异常判定部，其在由Z相异常检测部判断为处于预定范围内的情况下，对Z相信号被输入的次数进行计数，在Z相信号被输入的次数超过了错误计数阈值的情况下清除轴倍角数检测部保持的扩展后的计数值。
优选的是，角度检测部作为输出信号按预定角度输出表示一个周期完成的信号。计数器包括转子位置检测部，该转子位置检测部在从输出信号被输入到下一次输出信号被输入的期间基于时钟信号对计数值进行递增计数。旋转角检测装置还具备：Z相异常检测部，其判断输出信号被输入时的计数器的计数值是否处于与异常定时对应的预定范围内；和Z相异常判定部，其在由Z相异常检测部判断为处于预定范围内的情况下，对输出信号被输入的次数进行计数，在输出信号被输入的次数超过了错误计数阈值的情况下清除轴倍角数检测部保持的扩展后的计数值。
优选的是，旋转角检测装置还具备角度修正部，该角度修正部基于轴倍角数检测部的输出，对计数器输出的数字值进行与机械角的正确位置对应的修正。
发明的效果
根据本发明，使用二相编码输出就能够识别机械角的位置，因此即使不大幅改变以往的控制方式，也能够修正旋转角传感器的特性。
附图说明
图1是使用实施方式1的旋转角检测装置的车辆1的框图。
图2是用于对分解器的轴倍角进行说明的图。
图3是用于说明本实施方式中的二相编码计数器的位扩展的图。
图4是用于说明实施方式1中由CPU40执行的二相编码计数器的扩展位的计数控制的流程图。
图5是表示使用了轴倍角5×的分解器时的计数器的计数值的变化的一例的波形图。
图6是将计数增加中的计数值的NorthMarker前后的变化进行放大表示的波形图。
图7是使用实施方式2的旋转角检测装置的车辆1A的框图。
图8是用于说明实施方式2中由CPU40A执行的二相编码计数器的扩展位的计数控制的流程图。
图9是使用实施方式3的旋转角检测装置的车辆1B的框图。
图10是用于说明实施方式3中执行的处理的流程图。
图11是用于说明图10的Xmax、Xmin的图。
图12是使用实施方式4的旋转角检测装置的车辆1C的框图。
图13是用于对分解器的特性的修正进行说明的图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对图中相同或相当的部分标记相同的附图标记，不重复其说明。
[实施方式1]
图1是应用了本发明的旋转角检测装置的车辆1的构成的框图。
参照图1，车辆1包括逆变器装置2、电动发电机4和与电动发电机的转子轴连接的分解器12。在车辆1为电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车的情况下，电动发电机4能够被用来驱动车轮。此外，也可以将电动发电机4用作其他用途。
分解器12包括：转子轴，其形成为外周部的形状与中心的距离周期性变化；设置于定子的一次绕组15；和以产生90°的相位差的方式配置于定子的两个二次绕组16、17。转子轴的外形为与定子之间的间隙根据角度不同呈正弦波状变化的形状，与轴倍角对应地决定其正弦波的数量。当向分解器的一次绕组输入正弦波sinωt的信号时，以产生90°的相位差的方式配置的两个二次绕组分别得到根据马达旋转角θ调制的信号sinωtsinθ、sinωtcosθ。
逆变器装置2包括CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)40、IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)7、电流传感器8、9、R/D(分解器/数字)转换器14。IPM7包括用于控制在电动发电机的定子线圈中流动的电流的IGBT等功率开关元件。电动发电机的定子线圈包括U相、V相、W相的线圈。U相、V相、W相的线圈呈Y型结线，因此若由电流传感器8、9测量出V相、W相的电流，则能够通过运算求出U相的电流。
逆变器装置2还包括：分别对电流传感器8、9的输出进行增幅的放大器A1、A2；和基于来自CPU40的励磁用参照信号Ref对分解器的一次绕组进行励磁的放大器A3。
CPU40基于从R/D转换器14输出的二相编码信号，通过对其进行计数来得到与电角度θe对应的计数值θ1。二相编码信号包括A相信号PA、B相信号PB、Z相信号PZ。另外，CPU40还进行与轴倍角对应的计数，得到与机械角θm对应的计数值θ2。CPU40基于计数值θ2来算出修正了由于分解器的加工精度等引起的特性不均而得到的值θ3，将其用于马达控制。
这样的CPU40的工作能够通过软件也能够通过硬件来实现。CPU40包括：二相编码计数器41，其根据A相信号PA和B相信号PB来进行递增计数或递减计数，根据Z相信号PZ进行清除；轴倍角数检测部42，其根据与二相编码计数器41输出的电角度对应的计数值θ1的变化，考虑轴倍角而输出与机械角对应的计数值θ2；角度修正部43，其输出与基于计数值θ2修正的电角度对应的计数值θ3；和马达控制部44，其基于计数值θ3和转矩指令值TR、马达电流值IV、IW来输出U、V、W相的三相PWM信号。基于U、V、W相的三相PWM信号，对IPM7内的IGBT进行接通断开控制，对电动发电机MG进行通电。
在电动发电机MG上机械地连接有分解器12的转子轴。由电流增幅放大器A3对通过由CPU40内的D/A转换器等实现的励磁信号产生部45生成的例如10kHz的励磁正弦波信号进行增幅，将其施加到分解器一次绕组15。
分解器12为旋转变压器，在二次侧的SIN绕组16、COS绕组17中伴随电动发电机MG的旋转感应出经调制的例如10kHz的正弦波。从SIN绕组16、COS绕组17提供到R/D转换器14的信号通过R/D转换器14变换为数字值，根据该数字值的变化输出二相编码输出信号PA、PB、PZ。
IPM7的V相、W相电流值由电流传感器8、9检测，经由放大器A1、A2施加到CPU40的未图示的A/D变换输入，对应的数字值被提供到马达控制部44。
基于经通信由上位的ECU(例如在混合动力车辆中为混合动力ECU)发送来的转矩指令TR、修正后的电角度θ3、电流值IV、IW，马达控制部44进行dq轴运算，通过与PWM定时器的比较来决定通电占空比(duty)。
图2是用于对分解器的轴倍角进行说明的图。
参照图2，对轴倍角为2×时的分解器进行例示说明。图2中示出了对三相2极的电动发电机4安装了轴倍角2×的分解器12的状态。电动发电机4的定子包含各自2极的U相、V相、W相线圈，其转子包括N极、S极两对永磁体。分解器12与电动发电机4的极数2对应地，选择了轴倍角为2×的分解器。通过如此选择，在马达控制时仅考虑电角度θe即可，能够简单地进行控制。
当电动发电机4的转子以机械角θm从0°到180°旋转半圈时，分解器12输出的电角度θe从0°到360°变化。并且，当电动发电机4的转子以机械角θm从180°到360°旋转半圈时，分解器12输出的电角度θe进一步从0°到360°变化。
在此，在增大了分解器的轴倍角的情况下，为了输出相同精度的电角度信号，在不提高部件加工的精度的情况下需要增大分解器的大小。另外，在使分解器小型化的情况下如果部件加工的精度相同，则电角度信号的精度恶化。因此，考虑对分解器的输出进行修正来使用。
然而，在图2的例子中，在与机械角0°～180°对应的电角度和与机械角180°～360°对应的电角度中，假定分解器的特性的偏差不同。这是因为，特性的偏差是由分解器的转子的中心偏移、转子的外周的加工不均等引起的。例如，在轴倍角为2×，以使转子与定子之间的间隙(距离)呈正弦波状变化的方式加工了转子的VR(variable reluctance：可变磁阻)分解器中，也认为与机械角0°～180°对应的转子的加工面和与机械角180°～360°对应的加工面，精度不同。
然而，电角度的修正需要与机械角对应地进行。具体而言，例如在修正相同电角度10°的输出值的情况下，需要根据机械角是10°还是190°来改变修正值。因此，在本实施方式中，使分解器的转子位置检测功能与轴倍角相应地扩展而得到机械角。
图3是用于说明本实施方式中的二相编码计数器的位扩展的图。
参照图3，设为使用10位的计数器作为通常的二相编码计数器。在该情况下，图1的二相编码计数器41为10位的计数器。以10位的计数值来表示电角度0°～360°的范围。
通过使该10位的计数器的高位与轴倍角的大小相应地扩展来进行计数，能够得到机械角。若例如轴倍角为2×，则取0、1这2个状态即可，因此扩展位可以为1位。若例如轴倍角为5×，则需要取0～5这5个状态(000、001、010、011、100)，因此扩展位需要为3位。与扩展后的位相当的计数由图1的轴倍角数检测部42来进行。
因此，通常的二相编码计数器的计数值为与电角度θe＝0°～360°相应的计数值θ1。扩展后的计数器的计数值为与机械角θm＝0°～360°相应的计数值θ2。
如此，若能够识别与机械角对应的计数值，则能够进行分解器的特性偏差的修正。特性偏差的修正在图1的角度修正部43中进行。
例如，特性偏差的修正能够在使电动发电机旋转时以使其学习的方式进行。例如，若通过应用日本特开2004-242370号公报所记载的方法使其与机械角对应地进行扩展，则能够进行修正。具体而言，在机械角的第一周(0°～360°)求出规定时间的二相编码计数器的计数值的平均增加率。并且，在机械角的第二周(0°～360°)，基于已求出的平均增加率来算出二相编码计数器的预测值。若预测值和实际的二相编码计数器的值(实际值)处于预定的范围内，则采用预测值来作为修正后的值。若预测值和实际的二相编码计数器的值处于预定的范围外，则采用对实际值加上或减去基准值的1/2得到的值作为修正后的值。
图4是用于说明实施方式1中由CPU40执行的二相编码计数器的扩展位的计数控制的流程图。该处理与在图1的轴倍角数检测部42中执行的处理对应。
图4的流程图的处理在图1的二相编码计数器的计数值(扩展前的计数值)每次变化时从预定的主程序中调出并执行。
首先，在步骤S1中判断θ1(n-1)＞X、且θ1(n)＝0是否成立。在此，θ1(n)为第n周期的二相编码计数器41的计数值，为与对应于执行图4的流程图的第n周期的时刻的电角度对应的值。另外，在此，θ1(n-1)为第n-1周期的二相编码计数器41的计数值，为与对应于执行图4的流程图的第n-1周期的时刻的电角度对应的值。X表示阈值。关于该阈值X，稍后在图6中进行说明。
步骤S1的条件为：在向二相编码计数器41输入Z相信号而计数值θ1(n)被清为零的情况下，判断其一个周期前的计数值θ1(n-1)是否大于阈值X。若该条件成立，则处理从步骤S1进入步骤S2。该情况为在二相编码计数器41正递增计数时被清除的情况。这样的情况需要对扩展位进行递增计数。
在步骤S2中，判断扩展位的计数值COUNT是否为与轴倍角对应的最大值MAX以上。如果是轴倍角2×的分解器则最大值MAX为1位的二进制数1，如果是轴倍角5×的分解器则最大值MAX为3位的二进制数100。
在步骤S2中，如果计数值COUNT为最大值MAX以上，则处理进入步骤S3，将计数值COUNT设定为0。另一方面，若计数值COUNT没有达到最大值MAX，则处理进入步骤S4，对计数值COUNT加一，进行图3的扩展位部分的递增计数。
在步骤S1中条件不成立的情况下，处理进入步骤S5。在步骤S5中判断θ1(n-1)＝0且θ1(n)≥θMAX是否成立。在此，θ1(n)为第n周期的二相编码计数器41的计数值，为与对应于第n周期的时刻的电角度对应的值。另外，在此，θ1(n-1)为第n-1周期的二相编码计数器41的计数值，为与对应于第n-1周期的时刻的电角度对应的值。θMAX为与电角度的最大值对应的二相编码计数器41的计数值。
步骤S5的条件为：在向二相编码计数器41输入Z相信号而计数值θ1(n-1)被清为零的情况下，判断其一个周期后的计数值θ1(n)是否为θMAX以上。若该条件成立，则处理从步骤S5进入步骤S6。该情况为二相编码计数器41变为零后进行递减计数的情况。这样的情况需要对扩展位的计数值COUNT进行递减计数。
在步骤S6中，判断扩展位的计数值COUNT是否为零以下。在步骤S6中，若计数值COUNT为零以下，则处理进入步骤S7，将计数值COUNT设定为MAX。另一方面，在计数值COUNT大于零的情况下，处理进入步骤S8，从计数值COUNT减去1来进行图3的扩展位部分的递减计数。
在执行了步骤S3、S4、S7、S8的任一处理后，处理进入步骤S9。在步骤S9中，根据作为二相编码计数器41的输出值的θ1和与扩展位相当的计数值COUNT，如图3中说明的那样合成与机械角θm相当的扩展后的计数值θ2。
在步骤S9中得到了计数值θ2之后，在步骤S10中控制被移至主程序。
图5是表示使用了轴倍角5×的分解器时的计数器的计数值的变化的一例的波形图。
参照图5，横轴表示机械角(0°～360°)。计数值COUNT在每次从0°变化到360°时进行递增计数。与电角度对应的计数值θ1从0到θMAX反复变化。在电角度变为360°的时刻Z相信号被输入，变为了θMAX的计数值θ1被清为零。此时，对与扩展位对应的计数值COUNT加上1(图4的步骤S4)。
如此，每次Z相信号被输入时计数值θ1被清为零，计数值COUNT按二进制数000→001→010→011→100递增计数。并且，在轴倍角5×的情况下图4的流程图的MAX为100，因此在COUNT＝100之后Z相信号被输入时，计数值COUNT被清为000(步骤S3)。
另外，图5中也示出了基于计数值θ1和计数值COUNT来得到与机械角相当的计数值θ2。
图6是将计数增加中的计数值的NorthMarker前后的变化进行放大表示的波形图。也将二相编码输出的Z相信号称为NorthMarker(NM)。在图5中，θ1变化至θMAX，紧接着在变为零时对COUNT进行加法运算。但是，Z相信号有时会产生定时的偏差，因此，以允许些许偏差的方式进行处理。
图6中示出了图4的步骤S1的阈值X。根据步骤S1的条件，若θ1超过了阈值X，则即使计数值没有递增计数至θMAX也进行计数值COUNT的递增计数。即，θ1(n)变为零是指Z相信号被输入图1的二相编码计数器41的情况、或二相编码计数器41变为最大值θMAX而基于A相、B相信号的变化进行了下一次加法运算的情况。
通过进行步骤S1的处理，即使在即将变为最大值θMAX之前Z相信号被输入的情况下，也能够与此时相应地进行计数值COUNT的递增计数。由此，能够得到与机械角正确对应的计数值θ2。
因此，使用二相编码输出就可以识别机械角的位置，因此能够不必大幅改变以往的控制方式也能够进行旋转角传感器的特性的修正。
[实施方式2]
在例如轴倍角2×的分解器的情况下，机械角0°～360°旋转一圈期间，电角度0°～360°的变化出现两次。在实施方式1中，能够用于在旋转中对精度进行学习并修正的情况等，能够区分是第一次的电角度还是第二次的电角度，并在进行与各自对应的修正即可的情况。因此，没有必要掌握机械角的绝对位置。
然而，例如也假定了预先在工厂等使用精密的测量设备制作了修正数据、该精密的测量设备没有包含在出场产品本身的情况。在这样的情况下将修正数据适用于出厂产品时，需要使其与修正数据制作时的机械角正确对应。即，需要使机械角在修正数据制作时与修正数据使用时相吻合。
图7是使用实施方式2的旋转角检测装置的车辆1A的框图。
参照图7，车辆1A在包括分解器12A、CPU40A来代替分解器12、CPU40这一点上与图1的车辆1不同。关于其他部分，车辆1A的构成与已经说明的车辆1同样，因此不重复说明。
分解器12A包括用于检测转子的机械角的0°位置并输出清除信号CLR的传感器18。关于一次绕组15以及二次绕组16、17，与图1的情况同样，不重复说明。
CPU40A在包括二相编码计数器41A、轴倍角数检测部42A来代替二相编码计数器41、轴倍角数检测部42这一点上与图1的CPU40不同。关于其他部分，与CPU40同样，不重复说明。
二相编码计数器41A根据A相信号PA和B相信号PB进行递增计数或递减计数，代替Z相信号PZ而基于清除信号CLR来进行清零。此外，可以构成为Z相信号PZ、清除信号CLR任一个被输入都进行清除工作。
轴倍角数检测部42A根据与二相编码计数器41输出的电角度对应的计数值θ1的变化，考虑轴倍角而输出与机械角对应的计数值θ2。并且，轴倍角数检测部42A在清除信号CLR被输入时将计数值θ2清为零。
图8是用于说明实施方式2中由CPU40A执行的二相编码计数器的扩展位的计数控制的流程图。
图8的流程图在图4说明的流程图中追加步骤S11以及S12。关于步骤S1～S8的处理，与图4说明的情况同样，不重复说明。
当步骤S3、S4、S7、S8的任一处理结束、计数值COUNT一旦被决定时，处理进入步骤S11。在步骤S11中，判断是否有从传感器18提供的清除信号CLR的输入。在没有信号CLR的输入的情况下，计数值COUNT被直接应用于步骤S9。另一方面，在有了信号CLR的输入的情况下，在步骤S12中计数值COUNT被清为零，然后处理进入步骤S9。
在步骤S9中，根据作为二相编码计数器41的输出值的θ1和与扩展位相当的计数值COUNT，如图3说明的那样合成与机械角θm相当的扩展后的计数值θ2。
在步骤S9中得到了计数值S2之后，在步骤S10中控制被移至主程序。
在实施方式2所示的旋转角检测装置中，能够根据来自旋转传感器的二相编码输出来得到机械角的绝对位置。因此，即使在工厂等制作了旋转传感器的修正数据等的情况下，也能够将其适用于正确的位置，能够实现进一步提高了精度的旋转传感器。
关于以上的实施方式1、2，在此参照图1、图7进行概括。
参照图1，本实施方式的旋转角检测装置具备：电角度的360°被设定得比机械角的360°小、输出与转子的电角度对应的二相编码信号的电角度检测部(分解器12和R/D转换器14)；对二相编码信号进行计数，输出与电角度对应的数字值的二相编码计数器41；基于二相编码计数器的计数值的变化，检测检测器输出的信号表示的电角度相当于机械角的哪一位置的轴倍角数检测部42。
优选的是，如图3所示，轴倍角数检测部42生成将二相编码计数器41的高位进一步扩展到与机械角的360°相当的值而得到的计数值COUNT，输出扩展后的计数值COUNT。
更优选的是，电角度检测部包括：电角度的360°被设定得比机械角的360°小的分解器12；和将分解器的信号变换为数字值的分解器/数字转换器14。分解器/数字转换器14输出包括A相信号、B相信号及Z相信号的二相编码信号。
更优选的是，二相编码计数器41根据A相信号及B相信号来进行递增计数或递减计数，当Z相信号被输入时清除计数值。如图4所示，轴倍角数检测部42，在二相编码计数器41的计数值θ1增加中二相编码计数器的计数值θ1被清除了的情况下，在即将清除之前的二相编码计数器的计数值θ1超过了阈值X时(步骤S1中是)，对扩展后的计数值COUNT进行递增计数。另外，在计数值θ1超过了阈值X时、且扩展后的计数值COUNT为MAX时(步骤S2中是)，清除扩展后的计数值COUNT。
更优选的是，如图7所示，电角度检测部还包括检测机械角的基准位置的传感器18。二相编码计数器41A根据A相信号及B相信号来进行递增计数或递减计数，根据传感器18的输出来清除计数值θ1。轴倍角数检测部42A根据传感器18的输出来清除扩展后的计数值COUNT(图8的步骤S11中是)。
优选的是，旋转角检测装置还具备角度修正部43，该角度修正部基于轴倍角数检测部42的输出，对二相编码计数器输出的数字值进行与机械角的正确位置对应的修正。
[实施方式3]
在实施方式1中说明的旋转角检测装置中，接受位置传感器(分解器+R/D转换器和/或编码器等)输出的Z相信号、A相信号以及B相信号来进行轴倍角的判定。但是，在由于某种影响而在不希望的定时输入了Z相信号的情况下，不能正确地进行轴倍角的判定。例如，当不是在分解器角0度附近输入Z相信号时，二相编码计数器被清零，如此可能误判定为变为了下一个轴倍角。
于是，在实施方式3中，针对根据Z相信号、A相信号以及B相信号求出的分解器角，在发生了不希望的定时的Z相信号时，无视该Z相信号的输入。另外，在连续发生了不希望的定时的Z相信号时，重做一次轴倍角的检测。
图9是使用实施方式3的旋转角检测装置的车辆1B的框图。
参照图9，车辆1B在图1所示的车辆1B的构成中，逆变器装置2包括CPU40B来代替CPU40。关于其他部分，车辆1B的构成与已经说明的车辆1同样，因此不重复说明。
CPU40B在包括二相编码计数器41B、轴倍角数检测部42B来代替二相编码计数器41、轴倍角数检测部42，还包括Z相异常检测部46和Z相异常判定部47这一点上与图1的CPU40不同。关于其它部分与CPU40同样，不重复说明。
二相编码计数器41B根据A相信号PA及B相信号PB来进行计数值θ1的递增计数或递减计数，根据Z相信号进行清除工作。轴倍角数检测部42B根据与二相编码计数器41B输出的电角度对应的计数值θ1的变化，考虑轴倍角而输出与机械角对应的计数值θ2。具体而言，与二相编码计数器41B的进位脉冲信号(carry)和借位脉冲信号(borrow)相应地对轴倍角计数器进行增减。
Z相异常检测部46将在计数值θ1处于适当范围时输入的Z相信号设为正常，将在计数值θ1处于适当范围外时输入的Z相信号设为异常。即，对希望的定时的Z相信号和不希望的定时的Z相信号进行判别。
Z相异常判定部47对在不希望的定时输入的Z相信号的次数进行计数，进行异常状态的判定。具体而言，Z相异常判定部47对由Z相异常检测部46设为异常的Z相信号的次数进行计数，在计数值超过了错误极限值的情况下，输出清除信号CLR。通过清除信号CLR，将二相编码计数器41B及轴倍角数检测部42B保持的值清为零。
图10是用于说明实施方式3中执行的处理的流程图。该流程图的处理是在实施方式1中说明的图4的处理的基础上执行的处理，在每次Z相信号PZ被输入Z相异常检测部46时被执行。
参照图10，首先，在步骤S21中，判断已输入的Z相信号PZ被输入的定时时的计数值θ1的值是否满足Xmax＜θ1(n)＜Xmin的条件。此外，表示第n次执行该流程图的处理的情况，下一次执行该流程图的处理时的计数值为θ1(n+1)。
图11是用于说明图10的Xmax、Xmin的图。
参照图11，将计数值θ1(n)的值为Xmin以上且θmax以下的期间设为TA，将计数值θ1(n)的值为θmin以上且Xmax以下的期间设为TB，将除此以外的期间设为TC。Xmax表示+0度附近的Z相输入正常判定阈值，Xmin表示-0度附近的Z相输入正常判定阈值。
来自R/D转换器14的Z相信号PZ本来应该在变为θ1(n)＝θmax时输出，但有时由于某种理由，计数值θ1与Z相信号PZ产生偏差。例如，由于角度检测器(编码器、分解器和/或R/D转换器)以及角度检测器的构成部件(线圈和/或连接器)的故障原因，在实际的电角度与角度检测器识别的角度之间产生偏差，Z相信号被输出。或者，由于噪声的影响在实际的电角度与角度检测器识别的角度之间产生偏差，Z相信号被输出。也考虑Z相信号自身叠加了电噪声的情况。
于是，在期间TA或TB输入的Z相信号作为正常处理，在除此以外的期间TC输入的Z相信号作为异常处理。二相编码计数器41B根据设为了正常的Z相信号来进行清除工作，但根据作为异常处理的Z相信号而不进行清除工作。
但是，当在异常的期间Z相信号被输入多次时，二相编码计数41B的计数值θ1也不可信赖。因此，对异常的Z相信号发生的次数进行计数，若次数比预定值多，则进行控制使得清除二相编码计数器41B，并且也清除轴倍角数检测部42B计数的扩展位的计数值COUNT。
再次参照图10，在步骤S21中，若条件Xmax＜θ1(n)＜Xmin不成立(若在图11的期间TA或TB中存在Z相信号PZ的输入)，则处理进入步骤S25，控制被移至主程序。
另一方面，在步骤S21中条件Xmax＜θ1(n)＜Xmin成立的情况下(若在图11的期间TC中存在Z相信号PZ的输入)，则处理进入步骤S22。
在步骤S22中，使Z相的异常定时输入的计数值ERROR_COUNT加1。计数值ERROR_COUNT为用于对在图11的期间TC输入的Z相信号PZ进行计数的计数值。
然后，在步骤S23中判断计数值ERROR_COUNT是否超过异常判定阈值。在ERROR_COUNT＞ERROR成立的情况下，处理进行如步骤S24，另一方面，若不成立则处理进入步骤S25，控制被移至主程序。此外，只要异常判定阈值ERROR为1以上可以是任何整数。在异常判定阈值ERROR被设定为1的情况下，即使在图11的期间TC存在一次Z相信号PZ的输入，也进行计数值COUNT的复位工作。通常将异常判定阈值ERROR设定为2以上的值，使得无视由于噪声等引起的单次的Z相信号PZ，在图11的期间TC多次输入Z相信号的情况下进行复位工作。
在步骤S24中，轴倍角数检测部42B计数得到的计数值COUNT被清为零，同时计数值ERROR_COUNT也被清为零。然后处理进入步骤S25，控制被移至主程序。
对实施方式3进行概括，图9所示的旋转角检测装置具备：与输出信号的一个周期相当的角度被设定得比机械角的360°小的角度检测部(12、14)；输出与角度检测部的输出信号对应的数字值的计数器(41B)；和轴倍角数检测部42B，其基于计数器(41B)的计数值的变化，检测所述角度检测部输出的信号表示的角度相当于机械角的哪一位置。
优选的是，角度检测部是电角度的360°被设定得比机械角的360°小、输出与转子的电角度对应的二相编码信号的电角度检测部(12、14)，计数器是对二相编码信号进行计数、输出与电角度对应的数字值θ1的二相编码计数器41B，轴倍角数检测部42B基于二相编码计数器41B的计数值的变化，检测电角度检测部输出的信号表示的电角度相当于机械角的哪一位置。
更优选的是，轴倍角数检测部42B生成将二相编码计数器41B的高位进一步扩展到与机械角的360°相当的值而得到的计数值θ2，输出扩展后的计数值。
更优选的是，二相编码计数器41B根据A相信号及B相信号来进行递增计数或递减计数，当Z相信号被输入时清除计数值。旋转角检测装置还具备：Z相异常检测部46，其判断Z相信号被输入时的二相编码计数器41B的计数值是否处于与异常定时对应的预定范围内(图11的期间TC内)；和Z相异常判定部47，其在由Z相异常检测部46判断为处于预定范围内的情况下，对Z相信号被输入的次数进行计数，在Z相信号被输入的次数ERROR_COUNT超过了错误计数阈值ERROR的情况下(步骤S23中是)，清除轴倍角数检测部42B保持的扩展后的计数值θ2以及扩展位COUNT。
在实施方式3中，检测在异常的定时重复输入Z相信号的情况，清除计数值，因此即使发生误动作，正常恢复的可能性也提高。
[实施方式4]
在实施方式1～3中，示出了使用分解器作为转子位置检测装置的例子。对代替分解器而使用霍尔元件作为转子位置检测装置的情况进行说明。
图12是使用实施方式4的旋转角检测装置的车辆1C的框图。图12中通过霍尔元件18C输入与Z相信号相当的信号。
参照图12，车辆1C包括逆变器装置2C、电动发电机4和与电动发电机的转子轴连接的转子位置检测器12C。在车辆1C为电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车的情况下，电动发电机4能够被用来驱动车轮。此外，也可以将电动发电机4用作其他用途。
转子位置检测器12C包括霍尔元件18C，该霍尔元件检测被埋入在电动发电机4的旋转轴上固定的转子的磁体的位置。
逆变器装置2C包括CPU40C、IPM7、和电流传感器8、9。IPM7包括用于控制在电动发电机的定子线圈中流动的电流的IGBT等功率开关元件。电动发电机的定子线圈包括U相、V相、W相的线圈。U相、V相、W相的线圈呈Y型结线，因此若由电流传感器8、9测量出V相、W相的电流，则能够通过运算求出U相的电流。
CPU40C包括转子位置检测器41C、轴倍角数检测部42C、角度修正部43、马达控制部44、正常定时判定部48C、Z相异常检测部46C、和Z相异常判定部47C。关于角度修正部43和马达控制部44，进行与实施方式1中说明的情况同样的工作，因此不重复说明。
在使用了霍尔元件的情况下，因为传感器的分解能力低，所以不能直接检测实际角度。因此，马达旋转暂定为不急变，转子位置检测器41C基于根据Z相信号的输入间隔得到的转速和根据从最终Z相输入起的经过时间来推定角度。
更具体而言，例如，转子位置检测器41C包括根据CPU40的时钟信号进行递增计数、并根据来自霍尔元件18C的Z相信号进行清除工作的计时计数器，将即将清除之前的计时计数器的值存储为与360°对应的值C0，将该存储值C0与当前的计数值C的比乘以360°来算出与电角度对应的计数值θ1。即成为θ1＝C/C0×360。
正常定时判定部48C算出希望下次Z相输入的输入期间(希望输入期间)，将表示当前的时刻是否处于所算出的希望输入期间的信号输出到Z相异常检测部46C。该希望输入期间相当于图11的期间TA+TB。
Z相异常检测部46C基于来自霍尔元件18C的Z相信号是否是在希望输入期间中被输入的Z相信号来检测Z相信号的异常。在图11的期间TC输入的Z相信号被判断为异常信号而被无视。另外，在该情况下向Z相异常判定部47C输出意为有了异常信号的输入的输出信号。
Z相异常判定部47C基于从Z相异常检测部46C的输出结果得到的检测次数和/或继续时间来进行异常判定。例如，在预定期间内的异常信号的检测次数超过了错误阈值ERROR_COUNT的情况下，可以判定为异常。
Z相异常判定部47C在判定为Z相信号异常的情况下，对轴倍角数检测部42C的计数器进行清除。
实施方式4的旋转角检测装置具备：与输出信号的一个周期相当的角度被设定得比机械角的360°小的角度检测部(18C)；输出与角度检测部的输出信号对应的数字值的计数器(转子位置检测器41C)；和轴倍角数检测部42C，其基于计数器(转子位置检测器41C)的计数值θ1的变化，检测角度检测部输出的信号表示的角度相当于机械角的哪一位置。
优选的是，角度检测部(18C)为构成为按预定角度输出表示一个周期完成的信号作为输出信号的霍尔元件。计数器包括转子位置检测器(41C)，该转子位置检测器在从输出信号被输入到下一次输出信号被输入的期间基于时钟信号对计数值进行递增计数。旋转角检测装置还具备：Z相异常检测部46C，其判断输出信号被输入时的计数器(转子位置检测器41C)的计数值是否处于与异常定时对应的预定范围内；和Z相异常判定部47C，其在由Z相异常检测部46C判断为处于预定范围内的情况下，对输出信号被输入的次数进行计数，在输出信号被输入的次数超过了错误计数阈值的情况下清除轴倍角数检测部42C保持的扩展后的计数值。
与实施方式3同样地，在实施方式4中，也检测在异常的定时重复输入Z相信号的情况，清除计数值，因此即使发生误动作，正常恢复的可能性也提高。
应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。
附图标记的说明
1、1A～1C车辆；2逆变器装置；4电动发电机；7IPM；8电流传感器；12、12A分解器；14R/D转换器；15一次绕组；16、17二次绕组；18传感器；40、40A～40C CPU；41、41A、41B二相编码计数器；41C转子位置检测器；42、42A～42C轴倍角数检测部；43角度修正部；44马达控制部；45励磁信号产生部；180机械角；A1～A3放大器。

Claims (9)

1.一种旋转角检测装置，具备：
与输出信号的一个周期相当的角度被设定得比机械角的360°小的角度检测部(12、14、18C)；
输出与所述角度检测部的输出信号对应的数字值的计数器(41、41C)；和
轴倍角数检测部(42)，其基于所述计数器(41、41C)的计数值的变化，检测所述角度检测部输出的信号表示的角度相当于机械角的哪一位置。
2.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其中，
所述角度检测部是电角度的360°被设定得比机械角的360°小、输出与转子的电角度对应的二相编码信号的电角度检测部(12、14)，
所述计数器是对所述二相编码信号进行计数、输出与所述电角度对应的数字值的二相编码计数器(41)，
所述轴倍角数检测部(42)基于所述二相编码计数器(41)的计数值的变化，检测所述电角度检测部输出的信号表示的电角度相当于机械角的哪一位置。
3.根据权利要求2所述的旋转角检测装置，其中，
所述轴倍角数检测部(42)生成将所述二相编码计数器(41)的高位进一步扩展到与机械角的360°相当的值而得到的计数值，输出所述扩展后的计数值。
4.根据权利要求3所述的旋转角检测装置，其中，
所述电角度检测部包括：
电角度的360°被设定得比机械角的360°小的分解器(12)；和
将所述分解器的信号变换为数字值的分解器/数字转换器(14)，
所述分解器/数字转换器(14)输出包括A相信号、B相信号及Z相信号的所述二相编码信号。
5.根据权利要求4所述的旋转角检测装置，其中，
所述二相编码计数器(14)根据所述A相信号及所述B相信号来进行递增计数或递减计数，当所述Z相信号被输入时清除计数值，
所述轴倍角数检测部(42)，在所述二相编码计数器(41)的计数值增加中所述二相编码计数器(41)的计数值被清除了的情况下，在即将清除之前的所述二相编码计数器(41)的计数值超过了阈值时，对所述扩展后的计数值进行递增计数。
6.根据权利要求4所述的旋转角检测装置，其中，
所述电角度检测部还包括检测机械角的基准位置的传感器(18)，
所述二相编码计数器(41A)根据所述A相信号及所述B相信号来进行递增计数或递减计数，根据所述传感器(18)的输出来清除计数值，
所述轴倍角数检测部(42A)根据所述传感器(18)的输出来清除所述扩展后的计数值。
7.根据权利要求4所述的旋转角检测装置，其中，
所述二相编码计数器(41B)根据所述A相信号及所述B相信号来进行递增计数或递减计数，当所述Z相信号被输入时清除计数值，
所述旋转角检测装置还具备：
Z相异常检测部(46)，其判断所述Z相信号被输入时的所述二相编码计数器(41B)的计数值是否处于与异常定时对应的预定范围内；和
Z相异常判定部(47)，其在由所述Z相异常检测部(46)判断为处于所述预定范围内的情况下，对所述Z相信号被输入的次数进行计数，在所述Z相信号被输入的次数超过了错误计数阈值的情况下清除所述轴倍角数检测部(42B)保持的所述扩展后的计数值。
8.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其中，
所述角度检测部(18C)按预定角度输出表示所述一个周期完成的信号作为输出信号，
所述计数器包括转子位置检测部(41C)，该转子位置检测部在从所述输出信号被输入到下一次输出信号被输入的期间基于时钟信号对计数值进行递增计数，
所述旋转角检测装置还具备：
Z相异常检测部(46C)，其判断所述输出信号被输入时的所述计数器(41C)的计数值是否处于与异常定时对应的预定范围内；和
Z相异常判定部(47C)，其在由所述Z相异常检测部(46C)判断为处于所述预定范围内的情况下，对所述输出信号被输入的次数进行计数，在所述输出信号被输入的次数超过了错误计数阈值的情况下清除所述轴倍角数检测部(42C)保持的所述扩展后的计数值。
9.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其中，
还具备角度修正部(43)，该角度修正部基于所述轴倍角数检测部(42)的输出，对所述计数器输出的数字值进行与机械角的正确位置对应的修正。
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