CN103868447A - 旋转角检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转角检测装置，能够以简单的电路构成迅速检测出多个分解器的异常。具备检测旋转体的旋转角的多个分解器（2a、2b）、和对这些多个分解器的输出信号进行处理的信号处理电路（10），信号处理电路具备用于由多个分解器的输出信号来获得与分解器的电角对应的电角信号（A1、A2）的检测信号处理部（30）、和能够检测来自多个分解器中的至少一个分解器的输入信号的异常的异常检测部（50），异常检测部（50）通过进行在同一时刻对由多个分解器获得的各个电角信号（A1、A2）进行比较的比较判定、和按每个电角信号（A1、A2）对在多个时刻的连续的时间序列的电角信号进行比较的比较判定的双方或者一方的比较判定。

Description

旋转角检测装置

技术领域

本发明涉及能够检测出对旋转角进行检测的分解器中的异常的旋转角检测装置。

背景技术

旋转角检测装置例如在被马达驱动的转子的旋转角的检测、汽车的动力转向装置中的扭杆的转矩检测等中使用。在这样的旋转角检测装置中，例如在转子安装多个分解器，根据这些分解器的电角来检测转子的旋转角、转子的驱动转矩。

例如在汽车的动力转向装置中，通过检测被转向盘旋转操作的扭杆的两端的旋转角的不同，能够知晓转向盘的操舵角。然而，在使用了多个分解器的旋转角检测装置中，如果一个分解器中发生了异常（分解器的故障、分解器与旋转角检测装置之间的布线的断线或者短路等），则由于无法进行准确的旋转角检测，所以需要针对各分解器分别独立地进行异常检测。

对此，通过经由上拉电阻等对不同分解器的2相的各输出线（sin相分量输出线以及cos相分量输出线）分别施加不同的直流偏置电压，能够检测出同一分解器中的2相的输出线的哪一相断线、同一分解器中的2相的输出线间的短路、以及不同分解器的不同相的输出线间的短路。然而，由于在不同分解器的同相的输出线间（直流偏置电压为同电压）产生了短路时，输出线中的偏置电不发生变化，所以无法检测上述短路。

鉴于此，公开了一种如下所述的异常检测装置：在不同分解器的同相的输出线间，着眼于预先判断它们的电角与转子的机械式旋转一致时的组合，将这些电角的组合预先存储于表等，在不同分解器的各同相的输出线间的信号一致时，判定是否存储有根据这些信号求出的电角，在没有存储时，判定为不同分解器的同相的输出线间短路（专利文献1）。

然而，为了判定多个分解器的异常，需要对信号线进行直流偏置来识别断线以及短路的多个情形，并且为了判定无法通过直流偏置识别的短路，需要用表来存储正常时的复杂的电角的组合。因此，异常判定处理繁琐且花费处理时间，存在存储数据与分解器的旋转角对照的精度降低因素这一问题。与之相伴地，还存在因电路构成复杂，部件个数、组装工时增加等而导致制造成本增加这一问题。

专利文献1：日本特开2005－147733号公报

发明内容

鉴于此，本发明为了消除上述问题而提出，其技术问题在于，实现一种能够以简单的电路构成迅速且高精度地检测多个分解器中的任意的异常的旋转角检测装置。

为了解决上述课题，本发明涉及的旋转角检测装置具备用于检测旋转体（转子等）的机械旋转角（以下记作“机械角”）的多个分解器、和对这些多个分解器的输出信号进行处理的信号处理电路。信号处理电路具备用于由多个分解器的各个输出信号来获得与各个分解器的电角对应的电角信号的检测信号处理部、和能够检测来自多个分解器中的至少一个分解器的输入信号的异常的异常检测部。

在对应于旋转体的旋转而被旋转驱动的多个分解器的各个电角所对应的电角信号之间存在相关关系。因此，异常检测部通过将各个电角信号在实际上同一时刻进行比较，能够判定来自多个分解器的至少一个分解器的输出信号是否存在异常。

其中，实际上同一时刻是指考虑分解器的机械角的时间性变化（机械角的角速度），在机械角以及电角的检测中允许不产生有意的误差的范围的时间性误差（在本说明书中记作“同一时刻”）。

另外，由于机械式旋转必然是连续的，所以可按每个分解器来比较连续的时间序列（多个时刻）的电角信号，如果检测出电角信号的时间序列的变化，则按每个分解器判定异常的有无（在检测出电角信号的不规则的变化时，判定为异常）。

这样，异常检测部通过在同一时刻对由多个分解器获得的各个电角信号进行比较的比较判定，能够检测出来自至少一个分解器的输入信号的异常，通过按各个电角信号对电角信号的时间序列的变化进行比较判定，能够检测来自多个分解器的任意分解器的输入信号的异常（技术方案1）。

另外，异常检测部可以具备电角信号转换部以及信号比较判定部（技术方案2）。电角信号转换部将轴倍角不同的多个分解器的各个电角信号转换为成为这些电角信号的公倍数或者公约数的各个转换电角信号。这样，在使各个转换电角信号的电角一致后，如果来自多个分解器的输出信号正常，则任意的转换电角信号也实际上一致。因此，如果利用信号比较判定部对上述转换电角信号实际上是否一致进行比较判定，则可以判定来自至少一个分解器的输出信号是否存在异常。其中，转换电角信号的实际上一致是考虑了该旋转角检测装置的构成要素所被允许的偏差等的转换电角信号的允许误差范围内的一致。

电角信号转换部可以使用轴倍角为第一整数（nX）的第一分解器以及轴倍角为第二整数（mX）的第二分解器，将第一分解器以及第二分解器的电角信号转换为成为第一整数以及第二整数的公倍数（典型情况为最小公倍数）的各个转换电角信号（技术方案3）。例如，在第一分解器的轴倍角为2、第二分解器的轴倍角为3的情况下，可以通过将第一分解器的电角转换为3倍的电角，将第二分解器的电角转换为2倍的电角，来获得成为两者的电角信号的最小公倍数的转换电角信号。

另外，异常检测部可以具备前后角度比较判定部（技术方案4）。前后角度比较判定部按每个分解器的电角信号对连续的时间序列的在多个时刻的多个电角信号的关系分别进行比较，按每个分解器判定电角信号是否表示了与时间的经过相伴的规则的变化。

由于电角与机械角必然同样地连续变化，所以如果在上述判定中检测出不规则的变化（无连续性的变化），则可判定为来自产生了该电角信号的分解器的输出信号中存在异常。当然，前后角度比较判定部实际上将该旋转角检测装置所具备的多个分解器的电角信号（例如通过分时（time sharing））同时进行比较判定。

上述时间序列中相邻接的时刻只要以考虑了分解器的机械角的角速度的充分短的时间间隔排列即可，可以是等时间间隔，也可以将旋转角检测装置检测到机械角的时间性变化的时刻作为时间序列中的下一时刻。

根据本发明，由于是简单的异常判定处理，因此能够通过简单的电路构成、异常判定处理而不花费时间地迅速且高精度地检测具备多个分解器的旋转角检测装置中的各分解器的异常，不需要利用表来存储正常时的复杂的电角的组合，另外，也不存在存储数据与分解器的旋转角对照的精度降低因素等问题。另外，根据本发明，由于电路构成简单，所以还能够削减旋转角检测装置的部件个数、减少组装工时并降低制造成本。

附图说明

图1是用于对本发明涉及的旋转角检测装置的一个实施方式（实施例1）的概略结构进行说明的图。

图2是图1所示的旋转角检测装置所具有的异常检测部的电角信号转换部的概略结构图。

图3是表示图1所示的旋转角检测装置中的异常检测步骤的流程图。

图4是本发明涉及的旋转角检测装置的另一实施方式（实施例2）的概略结构图。

图5是表示图4所示的旋转角检测装置中的异常检测步骤的流程图。

图6是本发明涉及的旋转角检测装置的又一实施方式（实施例3）的概略结构图。

附图标记的说明：1a、1b、1c...旋转角检测装置；2a、2b...分解器；10、10a、10b...信号处理电路；20...励磁信号控制部；30...检测信号处理部；40...电角选择部；50、50a、50b...异常检测部；51...电角信号转换部；52...信号比较判定部；53、54...公倍数转换部；55、56...前后角度比较判定部；A1、A2...电角信号；Ax...电角信号信息；B1、B2...转换电角信号；Sc1、Sc2...分解器的余弦波信号；Ss1、Ss2...分解器的正弦波信号；Sj1、Sj2、Sj3...判定信号。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的旋转角检测装置进行说明。

【实施例1】

图1是本发明涉及的旋转角检测装置的一个实施方式（实施例1）的概略结构图。

＜旋转角检测装置的概略结构＞

旋转角检测装置1具有轴倍角（nX）为2倍的第一分解器2a、轴倍角（mX）为3倍的第二分解器2b、以及信号处理电路10。例如，第一分解器2a被安装在旋转体（未图示）的一端侧，而第二分解器2b被安装在该旋转体的另一端侧。两个分解器被按照它们的机械角的零度与旋转体的旋转角零度一致的方式安装于旋转体。

因此，在旋转体不弯曲地旋转的情况下，第一分解器2a以及第二分解器2b的机械角一致（两个分解器的机械角不产生相位差）。另一方面，当在旋转时旋转体产生了扭曲时，两个分解器的机械角对应于上述扭曲而不同（两个分解器的机械角产生相位差）。

信号处理电路10具有励磁信号控制部20、检测信号处理部30、电角选择部40以及异常检测部50，在来自第一分解器2a以及第二分解器2b的至少一方的输出信号存在异常时，检测该异常。

励磁信号控制部20对第一分解器2a以及第二分解器2b输出励磁信号Se（例如正弦波信号）。被励磁信号Se励磁后的第一分解器2a输出具有与其机械角对应的振幅的正弦波信号Ss1以及余弦波信号Sc1（以下将这些信号记作“第一分解器2a的输出信号”），同样被励磁信号Se励磁后的第二分解器2b输出具有与其机械角对应的振幅的正弦波信号Ss2以及余弦波信号Sc2（以下将这些信号记作“第二分解器2b的输出信号”）。

检测信号处理部30对两个分解器的输出信号进行模拟/数字转换，作为第一分解器2a的电角信号A1以及第二分解器2b的电角信号A2而输出。第一分解器2a的电角信号A1是与根据来自第一分解器2a的正弦波信号Ss1的振幅以及余弦波信号Sc1的振幅而求出的电角对应的信号，第二分解器2b的电角信号A2也同样。电角选择部40选择电角信号A1、A2中至少一方的电角信号信息Ax向外部输出。

＜来自分解器的输出信号的异常检测＞

信号处理电路10利用具有电角信号转换部51以及信号比较判定部52的异常检测部50来进行来自第一分解器2a以及第二分解器2b的输出信号的异常检测。

如图2所示，检测信号处理部30输出的第一分解器2a的电角信号A1被输入至电角信号转换部51所具有的第一公倍数转换部53，同样地，第二分解器2b的电角信号A2被输入至第二公倍数转换部54。第一公倍数转换部53将第一分解器2a的电角信号A1的电角转换为3倍作为转换电角信号B1。第二公倍数转换部54将第二分解器2b的电角信号A2的电角转换为2倍作为转换电角信号B2（对转换电角信号B1以及B2而言，与机械角360度对应的电角都为2160度）。

这样，通过使转换电角信号B1以及B2的电角一致，来使如果来自第一分解器2a以及第二分解器2b的输出信号正常，则转换电角信号B1以及B2的转换电角一致。

因此，信号比较判定部52在同一时刻比较判定转换电角信号B1以及B2是否一致，如果两个转换电角信号一致，则能够判定为来自第一分解器2a以及第二分解器2b的输出信号正常（能够判定为两个分解器、两个分解器与信号处理电路10之间的布线、以及连接器等电连接部件等正常）。在判定为正常的情况下，信号比较判定部52不输出判定信号Sj1（该情况下，信号比较判定部52的输出电平为Low电平）。

另一方面，当在上述判定中两个转换电角信号不一致时，能够判定为来自第一分解器2a以及第二分解器2b至少一方的输出信号异常（能够判定为至少一方的分解器、该分解器与信号处理电路10之间的布线、以及连接器等电连接部件等任意一个发生了异常）。该情况下，信号比较判定部52输出判定信号Sj1（High电平）。

其中，对旋转角检测装置1允许误差，两个分解器的转换电角信号的一致只要是允许误差的范围内的一致即可。另外，两个分解器的各机械角会因旋转体的扭曲而产生不同，但从控制的目的出发（例如汽车的操舵装置等），如果这样的不同属于预想内的范围，则不被判定为异常。

＜异常检测步骤＞

图3是表示旋转角检测装置1中的异常检测步骤的流程图。

旋转角检测装置1首先执行检测信号处理（步骤S1）。在步骤S1中，信号处理电路10的检测信号处理部30根据来自第一分解器2a的输出信号（正弦波信号Ss1及余弦波信号Sc1）、以及来自第二分解器2b的输出信号（正弦波信号Ss2及余弦波信号Sc2）来生成电角信号A1以及电角信号A2。

接着，旋转角检测装置1执行信号转换处理（步骤S2）。在步骤S2中，异常检测部50的电角信号转换部51将电角信号A1以及电角信号A2转换为作为这些电角的公倍数的电角信号的转换电角信号B1以及B2。

接着，旋转角检测装置1利用信号比较判定部52来判定转换电角信号（转换信号）B1以及B2是否一致（是）（否）（步骤S3）。

在转换信号一致的情况下，旋转角检测装置1认为来自第一分解器2a的输出信号以及来自第二分解器2b的输出信号没有异常而返回到步骤S1的处理。

在转换信号不一致（否）的情况下，旋转角检测装置1从信号比较判定部52输出判定信号Sj1（步骤S4）。

【实施例2】

接着，利用图4以及图5对本发明涉及的旋转角检测装置的另一实施方式（实施例2）进行说明。

＜旋转角检测装置的概略结构＞

在图4所示的旋转角检测装置1a中，针对具有与旋转角检测装置1同样功能的构成要素赋予相同的附图标记而省略它们的说明。

旋转角检测装置1a与旋转角检测装置1的不同之处在于，取代异常检测部50（具有电角信号转换部51以及信号比较判定部52）而具有异常检测部50a（具有第一前后角度比较判定部55以及第二前后角度比较判定部56）。在旋转角检测装置1a中，信号处理电路10a的检测信号处理部30输出的第一分解器2a的电角信号A1被输入至第一前后角度比较判定部55，同样地，第二分解器2b的电角信号A2被输入至第二前后角度比较判定部56。

＜来自分解器的输出信号的异常检测＞

第一前后角度比较判定部55判定电角信号A1是否表示了与时间的经过相伴的规则的变化。具体而言，第一前后角度比较判定部55对在时间序列上连续输入的电角信号A1的值进行比较，来判定电角信号A1的连续性是否存在异常，当判定为是异常时，向外部输出判定信号Sj2。

例如，将在时间序列上得到与第n个电角（例如20度）对应的电角信号的时刻设为时间序列的中心时刻，将与中心时刻的前一个时刻对应的第（n-1）个电角（例如15度）所对应的电角信号、以及与中心时刻的后一个时刻对应的第（n＋1）个电角（例如25度）所对应的电角信号这3个电角信号进行比较，判定与这些第（n-1）、第（n）以及第（n＋1）个电角对应的各个电角信号是否表示了与时刻的经过相伴的规则的变化（15度、20度、25度这样的具有连续性的变化）。

由于电角与机械角必然同样地连续变化，所以在上述判定中，如果电角信号A1产生了不规则的变化（无连续性的变化），则能够判定为由第一分解器2a获得的电角信号A1为异常（能够判定为第一分解器2a、该分解器与信号处理电路10之间的布线、以及连接器等电连接部件等任意一个产生了异常）。同样地，还能够判定由第二分解器2b获得的电角信号A2的异常。

＜异常检测步骤＞

图5是表示旋转角检测装置1a中的异常检测步骤的流程图。

旋转角检测装置1a首先执行检测信号处理（步骤S11）。在步骤S11中，信号处理电路10的检测信号处理部30基于来自第一分解器2a的输出信号以及来自第二分解器2b的输出信号来生成电角信号A1以及电角信号A2。

接着，旋转角检测装置1a执行前后角度比较处理（步骤S12）。在步骤S12中，异常检测部50a所具有的第一前后角度比较判定部55将与多个电角对应的多个电角信号A1进行比较。对于电角信号A2，第二前后角度比较判定部56也进行同样的比较。

接着，旋转角检测装置1a判定步骤12中的比较结果的电角信号A1以及A2是否进行了规则的变化（连续的变化）（步骤S13）。在两者进行了规则变化的情况下（为是时），旋转角检测装置1a判定为来自第一分解器2a的输出信号以及来自第二分解器2b的输出信号没有异常而返回到步骤S11的处理。

在步骤S13中的比较结果的电角信号A1未规则变化时（为否时），第一前后角度比较判定部55向外部输出判定信号Sj2，另外在电角信号A2未规则变化时（为否时），第二前后角度比较判定部56向外部输出判定信号Sj3（步骤S14）。当然，在电角信号A1以及A2双方未规则变化时，输出判定信号Sj2以及Sj3双方。

【实施例3】

接着，利用图6对本发明涉及的旋转角检测装置的又一实施方式（实施例3）进行说明。

对图6所示的旋转角检测装置1b而言，信号处理电路10b的构成与旋转角检测装置1的信号处理电路10以及旋转角检测装置1a的信号处理电路10a不同。具体而言，旋转角检测装置1b与旋转角检测装置1以及旋转角检测装置1a的不同之处在于，信号处理电路10b的异常检测部50b具有对各分解器的电角信号进行转换来检测异常的分解器电角信号转换部51以及信号比较判定部52，并且具有判定各分解器的电角信号是否进行规则的变化的第一前后角度比较判定部55以及第二前后角度比较判定部56。

因此，旋转角检测装置1b与旋转角检测装置1同样，能够判定来自第一分解器2a以及第二分解器2b的至少一方的输出信号为异常，并且，与旋转角检测装置1a同样，能够判定由第一分解器2a获得的电角信号A1的异常、以及由第二分解器2b获得的电角信号A2的异常。

此外，本发明涉及的旋转角检测装置以及其异常检测处理步骤并不限定于上述各实施例中记载的内容，能够在不改变其主旨的情况下适当进行变形来加以实施。

例如，分解器的数量并不限定于2个，另外也不限定于2相输出型。

在具有电角信号转换部的旋转角检测装置（实施例1）中，分解器的轴倍角并不限定于实施例的轴倍角，各分解器也可以是相同的轴倍角。该情况下，各分解器的电角为等倍（典型情况下为1倍）。另外，电角信号转换部也可以取代公倍数转换部而具有公约数转换部。只要通过电角信号转换部将多个分解器的各电角转换为相同的电角即可。电角信号的转换可以通过乘法处理等进行，也可以通过预先准备的转换表来进行。

在具有前后角度比较判定部的旋转角检测装置（实施例2）中，进行比较的电角信号的数量并不限定于第（n-1）个、第（n）以及第（n＋1）个这3个，只要至少为第（n-1）个以及第（n）个这2个即可（也可以是第（n）个以及第（n＋1）个这2个）。由此，能够判定电角信号的变化中的异常的有无以及机械角的增减方向。另外，电角信号的规则的变化的判定中的电角信号的移动量可以每次通过乘法处理等来求取，也可以利用预先准备的转换表进行求取。

也可以将信号处理装置的一部分或者全部作为集成电路，检测信号处理部可以是一般的R／D（分解器－数字转换）LSI。旋转角检测装置的各构成要素可以由硬件构成，或者也可以通过软件处理实现。

【工业上的可利用性】

由于本发明涉及的旋转角检测装置能够在工业上制造以及使用等，而且能够成为商品交易的对象，所以本发明是具有经济价值而能够在工业上利用的发明。

Claims (4)

1.一种旋转角检测装置，具备用于检测旋转体的机械旋转角的多个分解器、和对这些分解器的输出信号进行处理的信号处理电路，所述旋转角检测装置的特征在于，

所述信号处理电路具备：检测信号处理部，所述检测信号处理部用于由所述多个分解器的各个输出信号来获得与各个分解器的电角对应的电角信号；和异常检测部，所述异常检测部能够检测来自所述多个分解器中的至少一个分解器的输入信号的异常，

所述异常检测部通过进行在实际上同一时刻对由所述多个分解器获得的各个电角信号进行比较的比较判定、和按每个所述各个电角信号在时间序列上对电角信号的规则的变化进行比较的比较判定中的一方或者双方的比较判定，来检测来自所述至少一个分解器的输入信号的异常。

2.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，

所述异常检测部具备：

电角信号转换部，所述电角信号转换部将所述多个分解器的各个所述电角信号转换为成为这些电角信号的公倍数或者公约数的各个转换电角信号；和

信号比较判定部，所述信号比较判定部对从所述电角信号转换部输出的所述各个转换电角信号进行比较，

所述异常检测部进行在所述实际上同一时刻的比较判定。

3.根据权利要求2所述的旋转角检测装置，其特征在于，

所述多个分解器是具有第一整数的轴倍角的第一分解器和具有第二整数的轴倍角的第二分解器，

所述电角信号转换部将所述第一分解器的电角信号以及所述第二分解器的电角信号转换为成为所述第一整数以及所述第二整数的公倍数的各个转换电角信号。

4.根据权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，

所述异常检测部具备前后角度比较判定部，

所述前后角度比较判定部按每个所述各个电角信号对所述连续的时间序列的在多个时刻的多个电角信号的关系进行比较判定，

所述前后角度比较判定部按来自所述多个分解器的每个输入信号进行异常的检测。

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