CN103487069A - 旋转角传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及旋转角检测装置，该旋转角检测装置具备输出与旋转轴（3）的旋转角对应的三相信号（Va～Vc）的分解器（1）和经由与各相对应的信号线（W2a～W2c）获取上述三相的输出信号（Va～Vc）的R/D转换器（2）。R/D转换器（2）基于各相的输出信号（Va～Vc）来求出旋转轴（3）的旋转角。这里，在R/D转换器（2）中设置能够变更第1相信号线（W2a）和第2相信号线（W2b）的电位的开关元件（SW1、SW2）。

Description

旋转角传感器
技术领域
本申请引用2012年6月11日提交的日本专利申请号2012-132086的公开内容，包括说明书、附图和摘要。
本发明涉及检测旋转轴的旋转角的旋转角检测装置。
背景技术
公知有利用输出与旋转轴的旋转角对应的多相信号的分解器作为这种旋转角检测装置。分解器具备与旋转轴成为一体而旋转的转子和被配置为包围转子周围的定子。在分解器中设置有励磁线圈和多相检测线圈。分解器通过向励磁线圈输入励磁信号来形成磁场。通过赋予多相检测线圈该磁场来使各相检测线圈产生感应电压。由此，从各相检测线圈输出相位不同的正弦波状的信号。另外，通过使赋予给各相输出线圈的磁场伴随着转子的旋转发生变化而使各相检测线圈产生感应电压发生变化。由此，从各相检测线圈输出的信号的振幅根据转子的旋转角的变化而变化。而且，将从各相检测线圈输出的信号经由与各相对应的信号线获取至R/D转换器（分解器/数字转换器）。R/D转换器基于各相的输出信号运算转子的旋转角，换言之，运算旋转轴的旋转角。
然而，在这样的旋转角检测装置中，若各相信号线间发生短路则被获取至R/D转换器的信号就不是与旋转角对应的信号，并且无法恰当地检测出旋转角。由此，期望在这样的旋转角检测装置中能够检测信号线间的短路。以往，作为具备这样的短路检测功能的旋转角检测装置公知有US2004/0017206A1所记载的装置。
在US2004/0017206A1的旋转角检测装置中，在连接分解器的各相检测线圈与信号线的布线的中途设置有电阻元件。而且，通过将与各相对应的电阻元件的电阻值设定为相互不同的值来将从分解器输出至各相信号线的输出信号的中值设定为相互不同的值。由此，在各相信号线间发生短路时，使被获取至R/D转换器的各相的输出信号的中值根据短路的信号线的位置而变化。由此，能够通过监视被获取至R/D转换器的输出信号的中值来检测信号线间的短路。
然而，在US2004/0017206A1的旋转角检测装置中需要在分解器中设置电阻元件。因此，有分解器大型化的顾虑。
发明内容
本发明提供一种能够检测各相信号线间的短路并能够避免分解器的大型化的旋转角检测装置。
根据本发明的一个特征的例子,在具备输出与旋转轴的旋转角对应的多相信号的分解器、经由与各相对应的信号线获取上述多相信号并基于上述多相信号来求出上述旋转轴的旋转角的分解器/数字转换器的旋转角检测装置中，在上述分解器/数字转换器中设置能够变更上述信号线的电位的电位变更单元。
附图说明
为了明确本发明的上述和其他目标、特征以及优点，参照附图对本发明的实施方式进行说明，其中，对相同元素赋予相同符号。
图1是针对本发明的旋转角检测装置的一实施方式，表示其电路构成的电路图。
图2是用于说明由实施方式的旋转角检测装置进行的各相信号线间的短路检测的原理的电路图。
图3A、图3B是用于说明由实施方式的旋转角检测装置进行的各相信号线间的短路检测的原理的图表。
图4是表示由实施方式的旋转角检测装置进行的短路检测处理的顺序的流程图。
图5是针对本发明的旋转角检测装置的其他例子，表示其电路构成的电路图。
图6是针对本发明的旋转角检测装置的其他例子，表示其电路构成的电路图。
图7是针对本发明的旋转角检测装置的其他例子，表示其电路构成的电路图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
参照图1～图4对将本发明具体化的一实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的旋转角检测装置具备输出与旋转轴3的旋转角对应的多相信号的一相励磁三相输出的分解器1和将分解器1的输出信号Va～Vc转换为角度数据的R/D转换器（分解器/数字转换器）2。
分解器1具备与旋转轴3成为一体而旋转的转子10和被配置为包围转子10的周围的未图示的定子。在定子上设置有励磁线圈12和第1相～第3相的检测线圈13a～13c。
励磁线圈12的一端与分解器1的输入端子T10连接。输入端子T10经由输入线W1与R/D转换器2的输出端子T20连接。励磁线圈12的另一端与分解器1的接地端子T12连接。接地端子T12经由接地线W3与R/D转换器2的接地端子T22连接。该接地端子T22与R/D转换器2内的接地线连接。即，励磁线圈12的另一端为接地电位。
第1相～第3相的检测线圈13a～13c的一端分别与分解器1的输出端子T11a～T11c连接。输出端子T11a～T11c经由与各相对应的信号线W2a～W2c分别与R/D转换器2的输入端子T21a～T21c连接。第1相～第3相的检测线圈13a～13c的另一端分别与分解器1的接地端子T12连接。即、第1相～第3相的检测线圈13a～13c的另一端为接地电位。
在分解器1中，若由交流电压构成的励磁信号Vex经由输入线W1被输入至励磁线圈12，则励磁线圈12生成磁场。通过经由在转子10与定子之间形成的磁路赋予各相检测线圈13a～13c该磁场而使检测线圈13a～13c产生感应电压。由此，从各相检测线圈13a～13c输出相位不同的正弦波状的信号Va～Vc。另外，赋予给各相检测线圈13a～13c的磁场随转子10的旋转而变化，从而在各相检测线圈13a～13c产生的感应电压发生变化。由此，从各相检测线圈13a～13c输出的信号Va～Vc的振幅根据转子10的旋转角发生变化。而且，这些输出信号Va～Vc经由各相信号线W2a～W2c被输入至R/D转换器2的输入端子T21a～T21c。
R/D转换器2具备生成励磁信号Vex的励磁信号生成电路22和差动放大输入至输入端子T21a～T21c的信号的差动放大电路23～25。
差动放大电路23具备对第1基准电压V1进行分压的分压电阻23b、23c。分压电阻23b、23c的分压值被输入运算放大器23a的非反相输入端子。来自输入端子T21a的信号经由输入电阻23d被输入至运算放大器23a的反相输入端子。另外，对运算放大器23a实施负反馈，在该负反馈电路中设置有反馈电阻23e。此外，分压电阻23b和输入电阻23d具有相同的电阻值R1。另外，分压电阻23c和反馈电阻23e具有相同的电阻值R2。该差动放大电路23利用以电阻值R1与R2之比设定的放大率对来自输入端子T21a的信号Va与第1基准电压V1之差进行放大后输出。
差动放大电路24、25与差动放大电路23具有相同的构成。即，差动放大电路24具备运算放大器24a、分压电阻24b及24c、输入电阻24d以及反馈电阻24e。而且，差动放大电路24利用以电阻值R1与R2比设定的放大率对来自输入端子T21b的信号Vb与第1基准电压V1之差进行放大后输出。另外，差动放大电路25具有运算放大器25a、分压电阻25b及25c、输入电阻25d以及反馈电阻25e。而且，差动放大电路25利用以电阻值R1与R2比设定的放大率对来自输入端子T21c的信号Vc与第1基准电压V1之差进行放大后输出。
被差动放大电路23～25差动放大的各相信号Va’～Vc’在A/D转换器（模拟/数字转换器）26中被转换为数字值并被输入至微型计算机27。微型计算机27基于被输入的数字值运算转子10的旋转角、换言之运算旋转轴3的旋转角。另外，微型计算机27通过使励磁信号生成电路22产生指令来经由输出端子T20向输入线W1输出励磁信号Vex。
另外，该R/D转换器2具备：与差动放大电路23的输入电阻23d和反馈电阻23e之间的连接点P1连接的开关元件SW1、与差动放大电路24的输入电阻24d和反馈电阻24e之间的连接点P2连接的开关元件SW2。开关元件SW1、SW2通过接通/断开的切换分别进行向连接点P1、P2施加第2基准电压V2或切断第2基准电压V2。在本实施方式中，在接通开关元件SW1时，第2基准电压V2经由输入电阻23d被施加至第1相信号线W2a。由此，第1相信号线W2a的电位发生变更。另外，在接通开关元件SW2时，第2基准电压V2经由输入电阻24d被施加至第2相信号线W2b。由此，第2相信号线W2b的电位发生变更。这样，在本实施方式中，开关元件SW1、SW2作为变更第1相信号线W2a和第2相信号线W2b的电位的电位变更单元。由微型计算机27控制切换开关元件SW1、SW2的接通/断开。
微型计算机27以规定周期执行检测各相信号线W2a～W2c的短路的短路检测处理。微型计算机27在不执行短路检测处理时使开关元件SW1、SW2断开。另外，微型计算机27在执行短路检测处理时使开关元件SW1、SW2接通/断开并监视各相的差动放大信号Va’～Vc’各自的中值。此外，微型计算机27通过监视该差动放大信号Va’～Vc’的中值来间接地监视各相的输出信号Va～Vc的中值。例如通过在规定周期对正弦波状的差动放大信号Va’～Vc’各自的值进行取样并求出在恒定时间取样的多个值的平均值来进行差动放大信号Va’～Vc’的中值的运算。而且，微型计算机27基于开关元件SW1、SW2中的任意一个接通时的各相的差动放大信号Va’～Vc’的中值的变化来检测各相信号线W2a～W2c间的短路。这样在本实施方式中，微型计算机27成为检测各相信号线W2a～W2c间的短路的异常检测单元。
接下来，对基于微型计算机27的各相信号线W2a～W2c间的短路的检测原理进行说明。例如，如图1中双点划线所示，第1相信号线W2a和第2相信号线W2b间短路。在该种情况下，若保持开关元件SW2断开而仅使开关元件SW1接通，则第1相信号线W2a的电位发生变化。而且，由于该第1相信号线W2a的电位的变化，与其短路的第2相信号线W2b的电位也发生变化。因此，第2相的差动放大信号Vb’的中值发生变化。由此，在接通开关元件SW1时，如果第2相的差动放大信号Vb’的中值发生变化，则能够判断为第1相信号线W2a和第2相信号线W2b间短路。
相同的，在接通开关元件SW1时，如果第3相的差动放大信号Vc’的中值发生变化，则能够判断为第1相信号线W2a和第3相信号线W2c间短路。另外，在接通开关元件SW1时，如果第2相的差动放大信号Vb’和第3相的差动放大信号Vc’各自的中值发生变化，则能够判断为第1相信号线W2a未与其他相的信号线短路。
另一方面，例如，如图2中双点划线所示，第2相信号线W2b和第3相的信号线W2c间短路。在该种情况下，若保持开关元件SW1断开而使开关元件SW2接通，则第2相信号线W2b的电位发生变化。而且，由于该第2相信号线W2b的电位的变化，与其短路的第3相信号线W2c的电位也发生变化。因此，第3相的差动放大信号Vc’的中值发生变化。由此，在使开关元件SW2接通时，如果第3相的差动放大信号Vc’的中值发生变化，则能够判断为第2相信号线W2b和第3相信号线W2c间短路。
相同的，在接通开关元件SW2时，如果第1相的差动放大信号Va’的中值发生变化，则能够判断为第1相信号线W2a和第2相信号线W2b间短路。另外，在接通开关元件SW2时，如果第1相的差动放大信号Va’和第3相的差动放大信号Vc’各自的中值发生变化，则能够判断为第2相信号线W2b未与其他相的信号线短路。
综上所述，如图3所示，能够基于在使开关元件SW1、SW2接通时的各相的差动放大信号Va’～Vc’各自的中值的变化来检测各相信号线W2a～W2c间的短路。此外，第1相信号线W2a和第2相信号线W2b间的短路检测可以利用开关元件SW1接通时和开关元件SW2接通时中的任意一种情况。另外，例如利用在使开关元件SW1、SW2接通前的中值与接通后的中值之间的差值在规定值以上时，判断为中值已发生变化的方法，来进行各相的差动放大信号Va’～Vc’各自的中值是否发生变化的判断。
接下来，参照图4对利用了该原理的短路检测处理的具体顺序和其作用进行说明。此外，在本处理开始时，开关元件SW1、SW2为断开状态。另外，微型计算机27以规定周期执行图4所示的处理。
如图4所示，首先，微型计算机27仅使开关元件SW1接通（步骤S1），判断第2相的差动放大信号Vb’的中值是否已发生变化（步骤S2）。在第2相的差动放大信号Vb’的中值发生变化的情况下（步骤S2：是），微型计算机27判断为第1相信号线W2a和第2相信号线W2b间发生短路（步骤S3）。
在第2相的差动放大信号Vb’的中值未发生变化（步骤S2：否）或者已执行步骤S3的处理的情况下，微型计算机27判断第3相的差动放大信号Vc’的中值是否已发生变化（步骤S4）。在第3相的差动放大信号Vc’的中值发生变化的情况下（步骤S4：是），微型计算机27判断为第1相信号线W2a和第3相的信号线W2c间发生短路（步骤S5）。
在第3相的差动放大信号Vc’的中值未发生变化（步骤S4：否）或者已执行步骤S5的处理的情况下，微型计算机27使开关元件SW1断开并使开关元件SW2接通（步骤S6）。然后，微型计算机27判断第3相的差动放大信号Vc’的中值是否已发生变化（步骤S7）。在第3相的差动放大信号Vc’的中值已发生变化的情况下（步骤S7：是），微型计算机27判断为第2相信号线W2b和第3相的信号线W2c间发生短路（步骤S8）。
在第3相的差动放大信号Vc’的中值未发生变化（步骤S7：否）或者已执行步骤S8的处理的情况下，微型计算机27使开关元件SW2断开（步骤S9）并结束一系列的处理。
这样，根据本实施方式能够检测各相信号线W2a～W2c间的短路。而且，能够这样进行短路的检测并且无需对分解器1附加特别的构成，因此能够避免分解器1的大型化。
另外，分解器1在旋转角检测时温度较高。由此，如上述专利文献1所记载的旋转角检测装置那样，假设在连接分解器1的各相检测线圈13a～13c和信号线W2a～W2c的各个布线的中途设置电阻元件时，该电阻值伴随分解器1的温度上升而发生变化。由此，若分解器1的各相的输出信号Va～Vc发生变化，则又有可能无法利用R/D转换器2适当地检测旋转轴3的旋转角。对于该点，在本实施方式中，因未在分解器1中设置电阻元件，所以能够抑制因分解器1的温度上升而引起的各相的输出信号Va～Vc的变化。由此，提高分解器1的可靠性。
如上所述，根据本实施方式的旋转角检测装置能够得到以下效果。
（1）能够在R/D转换器中设置通过接通/断开的切换来向第1相信号线W2a和第2相信号线W2b施加规定电压或切断规定电压的开关元件SW1、SW2，并且能够容易地变更第1相信号线W2a和第2相信号线W2b的电位。由此，能够检测各相信号线W2a～W2c间的短路并避免分解器1的大型化。另外，与在分解器1中设置电阻元件的情况相比较，能够抑制因分解器1的温度上升而引起的各相的输出信号Va～Vc的变化，由此提高分解器1的可靠性。
（2）微型计算机27通过切换开关元件SW1、SW2的接通/断开来变更第1相信号线W2a和第2相信号线W2b中的任意一个的特定相的信号线的电位。而且，微型计算机27基于输入至R/D转换器2的特定相以外的相的信号的变化来检测各相信号线W2a～W2c间的短路。由此，能够容易地检测各相信号线W2a～W2c间的短路。
（3）微型计算机27基于各相的差动放大信号Va’～Vc’的中值来检测各相的差动放大信号Va’～Vc’的变化。由此，能够容易地检测差动放大信号Va’～Vc’各自的信号波形的变化。
（4）微型计算机27仅在执行短路检测处理时变更第1相信号线W2a和第2相信号线W2b的电位。由此，能够尽可能地缩短第1相信号线W2a和第2相信号线W2b的电位被变更的期间。由此，能够尽可能不阻碍由R/D转换器2进行的旋转角的运算而检测各相信号线W2a～W2c间的短路。
（5）在R/D转换器2中设置通过接通/断开的切换来向第1相信号线W2a和第2相信号线W2b施加规定电压的或切断规定电压的开关元件SW1、SW2。由此，能够仅用切换开关元件SW1、SW2的接通/断开而容易地变更第1相信号线W2a和第2相信号线W2b的电位。
此外，也能够对此进行适当地变更而以以下的方式来实施上述实施方式。
如果能够变更第1相信号线W2a和第2相信号线W2b各自的电位，则可以适当地变更开关元件SW1、SW2各自的位置。例如，如图5所示，也可以将开关元件SW1连接在输入端子T21a与输入电阻23d之间、并将开关元件SW2连接在输入端子T21b与输入电阻24d之间。另外，如图6所示，也可以以并联的方式将开关元件SW1、SW2分别与输入电阻23d、24d连接。并且，如图7所示，也可以以并联的方式将开关元件SW1、SW2分别与分压电阻23c、24c连接。图5～图7所示的任意一种构成都能够通过切换开关元件SW1、SW2的接通/断开来变更第1相信号线W2a和第2相信号线W2b各自的电位。由此，能够利用与上述实施方式相同的方法来检测各相信号线W2a～W2c间的短路。
在上述实施方式中，利用开关元件SW1、SW2来变更第1相信号线W2a和第2相信号线W2b各自的电位，但也可以代替此，变更第2相信号线W2b和第3相信号线W2c各自的电位。另外，也可以变更第1相信号线W2a和第3相信号线W2c的电位。并且，也可以通过另外追加一个开关元件而能够变更所有信号线W2a～W2c的电位。也就是说，只要能够变更各相信号线W2a～W2c中的任意2个的电位即可。
在上述实施方式中，虽基于各相的差动放大信号Va’～Vc’的中值来检测各相的差动放大信号Va’～Vc’的变化，但各相的差动放大信号Va’～Vc’的变化的检测方法是任意的。
在上述实施方式中，基于各相的差动放大信号Va’～Vc’的中值的变化来检测信号线W2a～W2c间的短路。然而，若各相的差动放大信号Va’～Vc’的中值发生变化则由微型计算机27运算的旋转角也发生变化。也可以利用这点基于微型计算机27根据来自变更了电位的信号线以外的信号线的信号运算出的旋转角的变化来检测各相信号线W2a～W2c间的短路。
例如能够按照以下的方式设定图4所示的短路检测处理的执行周期。在车辆的电动动力转向装置中设置赋予车辆的转向系统辅助扭矩的电动马达。另外，在该电动马达为无刷马达时，为了控制电动马达的驱动而设置检测电动马达的旋转角的旋转角检测装置。一般在将上述实施方式的旋转角检测装置用于这样的旋转角检测装置时，从各相信号线W2a～W2c间短路的时刻到电动马达实际出现异常的举动需要20［ms］～30［ms］的时间。因此，此时如果将如图4所示的短路检测处理的执行周期设定为20［ms］，则能够在电动马达出现异常举动之前检测各相信号线W2a～W2c间的短路。此外，短路检测处理的执行周期并不局限于20［ms］可以适当地变更该周期。
本发明并不局限于使用了一相励磁三相输出的分解器的旋转角检测装置，例如也能够用于使用了一相励磁二相输出的分解器的旋转角检测装置。另外，也能够用于具备2个分解器的旋转角检测装置、扭矩传感器。

Claims (4)

1.一种旋转角检测装置，其具备输出与旋转轴的旋转角对应的多相信号的分解器、经由与各相对应的信号线获取所述多相信号并基于所述多相信号来求出所述旋转轴的旋转角的分解器/数字转换器，其特征在于，
在所述分解器/数字转换器中设置能够变更所述信号线的电位的电位变更单元。
2.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，具备，
异常检测单元，所述异常检测单元利用所述电位变更单元变更所述各相信号线中的任意一个特定相的信号线的电位，基于此时输入至所述分解器/数字转换器的所述特定相以外的相的信号的变化来检测所述各相信号线间的短路。
3.根据权利要求2所述的旋转角检测装置，其特征在于，
所述异常检测单元以规定的周期执行检测所述各相信号线间的短路的短路检测处理，并且仅在执行相同短路检测处理时利用所述电位变更单元变更所述信号线的电位。
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，
所述电位变更单元由开关元件构成，该开关元件通过接通/断开的切换来向所述信号线施加规定电压或切断规定电压。
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