CN113841028A - 角度检测器、交流旋转电机的控制装置及电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本申请所公开的角度检测器包括：具有磁化为P极对的第一轨道(11)和磁化为Q极对的第二轨道(12)且安装在旋转轴上的磁体(3)；感测来自第一轨道(11)的磁通并输出第一霍尔信号的第一霍尔元件组(13)；感测来自第二轨道(12)的磁通并输出第二霍尔信号的第二霍尔元件组(14)；基于第一霍尔信号输出将电角度一次旋转进行M分割后的M个绝对角度信号的第一检测部(15)；基于第二霍尔信号输出对M分割后的区间内进行N分割后的N个相对角度信号的第二检测部(16)；基于绝对角度信号和相对角度信号对电角度一次旋转进行(M×N)分割从而运算(M×N)个阶梯状的电角度信号的角度运算部(17)；以及输出为使电角度信号平滑的校正后的校正角度的角度校正部(18)。

Description

角度检测器、交流旋转电机的控制装置及电动助力转向装置

技术领域

本申请涉及角度检测器、交流旋转电机的控制装置和电动助力转向装置。

背景技术

交流旋转电机通过基于由角度检测器检测到的电角度进行电流矢量控制来产生期望的转矩。因此，电流矢量控制的控制性能取决于角度检测器的性能。以往公开了一种角度检测器，该角度检测器包括检测具有将一次旋转的电角度一分为四的分辨率的绝对角度信号的部分、以及在将一次旋转的电角度一分为四的区间内输出连续值的相对角度信号的部分(例如，参照专利文献1)。根据该专利文献1所公开的磁编码器装置，通过组合绝对角度信号和相对角度信号，从而能够检测具有高分辨率的电角度。

以往还公开了一种角度检测器，该角度检测器包括检测具有将一次旋转的电角度一分为六的分辨率的绝对角度信号的部分、以及将一次旋转的电角度一分为六后得到的区间进一步一分为八的相对角度信号输出的部分(例如，参照专利文献2)。根据该专利文献2所公开的角度检测器，在将一次旋转的电角度一分为六的区间内，相对角度信号是4个信号出现2次，通过使相对角度信号递增，从而实现一分为八。此外，通过校正根据绝对角度信号和相对角度信号求出的电角度信号来实现高分辨率。

专利文献1中所公开的现有的角度检测器和专利文献2中所公开的角度检测器都使用霍尔元件来检测编码区域的图案的推移。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2018－105757号公报

专利文献2：国际专利公开WO2008/020231号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

对于检测交流旋转电机的电角度的角度检测器，要求得到高分辨率的角度。专利文献1所公开的角度检测器如上所述，通过组合绝对角度信号和相对角度信号，从而能够检测具有高分辨率的电角度。然而，存在下述问题：由于相对角度信号是连续值，信号处理部分的结构变得复杂，并且由于因容易受到噪声的影响而需要滤波电路等理由，因此角度检测器变得昂贵。

另外，在专利文献2所公开的角度检测器的情况下，由于相对角度信号是对在4个信号中出现2次的信号进行递增而得到的，所以在刚刚开始角度检测之后不能立即识别是第1次出现的信号还是第2次出现的信号。因此存在下述问题：在刚刚开始角度检测之后，只能以绝对角度信号的分辨率来设定电角度信号。

本申请公开了一种用于解决现有角度检测器中的上述问题的技术，其目的在于提供一种角度检测器，能够在刚刚开始角度检测之后立即获得高分辨率的角度。

此外，本申请的目的在于提供一种交流旋转电机的控制装置，具备能够在刚刚开始角度检测之后立即获得高分辨率的角度的角度检测器。

并且，本申请的目的在于提供一种电动助力转向装置，包括具有能够在刚刚开始角度检测之后立即获得高分辨率的角度的角度检测器的交流旋转电机的控制装置，并且对汽车等车辆的转向进行辅助。

用于解决技术问题的技术手段

本申请所公开的角度检测器是下述角度检测器，即：

构成为能够在将P设为自然数时，检测对相当于旋转轴的一次旋转的机械角一次旋转进行P分割后而获得的一个区分的机械角范围，以作为相当于一个周期的电角度的电角度一次旋转，所述角度检测器的特征在于，包括：

磁体，该磁体具有由磁化成P极对的磁体构成的第一轨道和由磁化成Q极对的磁体构成的第二轨道，并且固定在所述旋转轴上，其中Q设为2P以上的正偶数；

第一霍尔元件组，该第一霍尔元件组与所述磁体相对配置，感测来自所述第一轨道的磁通并输出第一霍尔信号；

第二霍尔元件组，该第二霍尔元件组与所述磁体相对配置，感测来自所述第二轨道的磁通并输出第二霍尔信号；

第一检测部，该第一检测部基于来自所述第一霍尔元件组的所述第一霍尔信号，输出与通过对所述电角度一次旋转进行M分割而获得的M个角度区间相对应的M个绝对角度信号，其中M设为正偶数；

第二检测部，该第二检测部基于来自所述第二霍尔元件组的所述第二霍尔信号，输出对通过对所述电角度一次旋转的电角度范围进行所述M分割后得到的一个角度区间进行N分割而获得的N个相对角度信号，其中N设为与所述M不同的正偶数；

角度运算部，该角度运算部基于所述绝对角度信号和所述相对角度信号，对所述电角度一次旋转的电角度范围进行[M×N]分割，从而运算并输出[M×N]个阶梯状的电角度信号；以及

角度校正部，该角度校正部输出以使所述[M×N]个所述电角度信号平滑的补足后的校正角度。

本申请所公开的交流旋转电机的控制装置的特征在于，构成为具备所述角度检测器，

基于所述校正角度来控制交流旋转电机。

本申请所公开的电动助力转向装置的特征在于，具备所述交流旋转电机的控制装置，

构成为所述交流旋转电机基于驾驶员的转向转矩来产生辅助转矩。

发明效果

根据本申请公开的角度检测器，可提供能够在刚刚开始角度检测之后立即获得高分辨率的角度的角度检测器。

此外，根据本申请公开的交流旋转电机的控制装置，可提供具备下述角度检测器的交流旋转电机的控制装置，该角度检测器能够在刚刚开始角度检测之后立即获得高分辨率的角度。

并且，根据本申请公开的电动助力转向装置，能够提供一种具有交流旋转电机的控制装置、并且辅助汽车等车辆的转向的电动助力转向装置，其中，交流旋转电机的控制装置包括能够在刚刚开始角度检测之后立即获得高分辨率的角度的角度检测器。

附图说明

图1A是表示实施方式1的角度检测器的一部分的结构图。

图1B是表示实施方式1的角度检测器的另一部分的结构图。

图2是在实施方式1的角度检测器中，将电角度一次旋转的霍尔信号显出并表示在直线上的示意图。

图3是表示实施方式1的角度检测器中的第一霍尔信号和第二霍尔信号相对于电角度的关系的说明图。

图4是表示实施方式1的角度检测器中对校正角度进行运算的角度运算部的结构的框图。

图5是表示实施方式1的角度检测器中的电角度与各信号的关系的说明图。

图6是表示现有的角度检测器中的电角度与各信号的关系的说明图。

图7是表示实施方式1的角度检测器中的角度校正部的结构的框图。

图8是表示实施方式2的角度检测器中的制造误差的影响的示意图。

图9是表示实施方式2的角度检测器中的初始角度设定部的动作的流程图。

图10是表示实施方式2的角度检测器中的初始角度设定部的变形例的动作的流程图。

图11是在实施方式3的角度检测器中，将电角度一次旋转的霍尔信号提取出并表示在直线上的示意图。

图12是表示实施方式4的交流旋转电机的控制装置的结构图。

图13是表示实施方式4的交流旋转电机的控制装置中的电流控制部的结构的框图。

图14是表示实施方式5的电动助力转向装置的结构图。

图15是表示图4中的角度运算部和角度校正部、图9中的初始角度设定部以及图10中的初始角度设定部的硬件的结构图。

具体实施方式

实施方式1

以下，对实施方式1的角度检测器进行详细说明。图1A是表示实施方式1的角度检测器的一部分的结构图，图1B是表示实施方式1的角度检测器的另一部分的结构图。如图1A和图1B所示，角度检测器1包括固定在交流旋转电机等的旋转轴上的圆板状的磁体3和用于感测磁体3的磁通的霍尔元件4。霍尔元件4固定在预定位置，磁体3和霍尔元件4相对移动。圆板状的磁体3具有第一轨道11和第二轨道12。

图1A中，第一轨道11由环形磁体构成，并且N极和S极沿周向1极1极地交替被磁化。N极和S极为一极对，全部磁化为P极对。另外，P是自然数。机械角一次旋转下包含多次旋转量的电角度。例如，当机械角一次旋转即360度中包含有电角度的5次旋转量时，[P＝5]。即，在电角度一次旋转中，N极和S极为一极对，5极对的量被磁化。第二轨道12是位于第一轨道11的外周侧的环形磁体，并且N极和S极沿周向1极1极地交替被磁化。N极和S极为一极对，全部磁化为Q极对。另外，Q设为2P以上的偶数，这里[Q＝30]。即，在电角度一次旋转中，N极和S极为一极对，6极对的量被磁化。

图1B中，用于感测磁体的磁通的霍尔元件4被配置成通过间隙与圆板上的磁体3的表面部相对。霍尔元件4具有感测来自磁体3的第一轨道11的磁通并输出第一霍尔信号的第一霍尔元件组13、以及感测来自磁体3的第二轨道12的磁通并输出第二霍尔信号的第二霍尔元件组14。

第一霍尔元件组13包括三个霍尔元件H1、H2、H3。霍尔元件H1、H2、H3分别以电角度120[deg]的间隔沿周向并排安装。例如，当机械角一次旋转下包含电角度的五次旋转量时，即[P＝5]时，霍尔元件H1和霍尔元件H2之间的间隔、以及霍尔元件H2和霍尔元件H3之间的间隔被配置成使得在机械角下分别成为24度。第二霍尔元件组14包括两个霍尔元件A、B。各个霍尔元件A和B沿周向以机械角15度的间隔进行配置。第二霍尔元件组14配置在第一霍尔元件组13的外周侧。

图3是表示实施方式1的角度检测器中的第一霍尔信号和第二霍尔信号相对于电角度的关系的说明图，纵轴表示构成后述的第一霍尔信号的A相、B相和构成后述的第二霍尔信号的H1相、H2相、H3相，横轴表示电角度[deg]。

由于磁体3固定在旋转轴上，所以磁体3随着旋转轴的旋转而旋转，并且相对于霍尔元件4进行相对移动。其结果是，霍尔元件4的第一霍尔元件组13中的各霍尔元件H1、H2、H3感测磁体3的第一轨道11的N极和S极的磁通，例如，当面对N极时输出“1”的值，当面对S极时输出“0”的值，并且交替且连续地输出这些值。由于在霍尔元件H1和霍尔元件H2之间存在电角度120[deg]的相位差，并且在霍尔元件H2和霍尔元件H3之间存在电角度120[deg]的相位差，因此从第一霍尔元件组13输出分别具有电角度120[deg]的相位差的“0”或“1”的值的信号。

这里，将从第一霍尔元件组13输出的信号称为第一霍尔信号。第一霍尔信号由来自霍尔元件H1的H1相信号、来自霍尔元件H2的H2相信号和来自霍尔元件H3的H3相信号三个信号组成。在下面的说明中，将H1相信号、H2相信号、H3相信号分别简单地描述为H1相、H2相和H3相。

此外，霍尔元件4的第二霍尔元件组14中的各霍尔元件A、B感测磁体3的第二轨道12的N极和S极的磁通，例如，当面对N极时输出“1”的值，当面对S极时输出“0”的值，并且交替且连续地输出这些值。由于在霍尔元件A和霍尔元件B之间存在电角度120[deg]的相位差，并且在霍尔元件H2和霍尔元件H3之间存在电角度90[deg]的相位差，因此从第二霍尔元件组14输出分别具有电角度90[deg]的相位差的“0”或“1”的值的信号。

这里，将从第二霍尔元件组14输出的信号称为第二霍尔信号。第二霍尔信号由来自霍尔元件A的A相信号和来自霍尔元件B的B相信号组成。在下面的说明中，将A相信号、B相信号分别简单地描述为A相、B相。

图4是表示实施方式1的角度检测器中对校正角度进行运算的角度运算部的结构的框图。图5是表示实施方式1的角度检测器中的电角度与各信号的关系的说明图，(a)表示作为第一霍尔信号的H1相、H2相、H3相以及作为第二霍尔信号的A相、B相，(b)表示绝对角度信号，(c)表示相对角度信号，(d)表示电角度信号。图5示出了一个周期的电角度360[deg]。在下面的说明中，将电角度360[deg]称为电角度一次旋转，将机械角360度称为机械角一次旋转。

在图4和图5中，第一检测部15基于作为来自第一霍尔元件组13的第一霍尔信号的H1相、H2相、H3相，输出将电角度一次旋转进行M分割而获得的M个绝对角度信号。M是正偶数。此外，第二检测部16基于作为来自第二霍尔元件组的第二霍尔信号的A相、B相，输出在将电角度一次旋转进行M分割而获得的区间内进行N分割而得到的N个相对角度信号。N是正偶数。

在这种情况下，第一轨道11具有每机械角一次旋转5极对和每电角度一次旋转1极对。此外，第一霍尔元件组13的元件数m为[m＝3]。此时，[M＝2m＝6]。并且，第二轨道12具有每机械角一次旋转30极对(Q＝30)和每电角度一次旋转6极对。该每电角度一次旋转6极对等于M。并且，第二霍尔元件组14的元件数n为[n＝2]。此时，[N＝2n＝4]。

从第一检测部15输出的绝对角度信号是如图5的(b)所示那样对电角度1次旋转进行6分割而获得的6个信号，是“0”、“1”、“2”、“3”、“4”和“5”中的任一个的值。从第二检测部16输出的相对角度信号是如图5的(c)所示那样对将电角度1次旋转进行6分割而获得的区间进一步进行4分割而获得的4个信号，是“0”、“1”、“2”、“3”中的任一个的值。

角度运算部17基于绝对角度信号和相对角度信号对电角度一次旋转进行[M×N]分割，从而运算[M×N]个阶梯状的电角度信号。由于是M个信号和N个信号的组合，因此能够输出[M×N]个信号。由于[M＝6]、[N＝4]，因此[M×N＝24]。由于电角度一次旋转、即360[deg]被分割为24，因此如图5的(d)所示那样，输出分辨率为15[deg]的阶梯状的电角度信号。

这里，说明作为本申请的特征之一的M个信号和N个信号。图6是表示现有角度检测器中的电角度与各信号的关系的说明图，(a)表示作为第一霍尔信号的H1相、H2相、H3相以及作为第二霍尔信号的A相、B相，(b)表示绝对角度信号，(c)表示相对角度信号，(d)表示电角度信号。图6示出了电角度一次旋转即360[deg]。另外，作为现有角度检测器的一个示例，图6示出了根据专利文献2的图3的结构的信号。

根据专利文献2的现有技术，如图6的(b)所示，绝对角度信号与本申请的实施方式1相同，输出将电角度一次旋转分割为6的6个信号。图6的(c)所示的相对角度信号为四个，与本发明的实施方式1相同，但第二轨道构成为将对电角度一次旋转分割为6而得的区间进行8分割。即，在对电角度一次旋转进行6分割的区间内，相对角度信号的4个信号出现两次。在该现有技术中，通过使相对角度信号递增，实现了比相对角度信号的图案数要多的分割数。然而，由于相同的相对角度信号在将电角度一次旋转进行6分割而获得的区间内出现两次，因此不能判别该信号是第1次的信号还是第2次的信号。即，作为刚刚开始角度检测后的初始角度，只能以绝对角度信号的低分辨率进行设定。

与此相对，在本申请的实施方式1中，将相对角度信号作为将电角度一次旋转进行6分割而得的区间分割为4而得到的四个信号。由此，通过绝对角度信号和相对角度信号的组合唯一地确定电角度信号。因此，可以以比现有更高的分辨率来设定刚刚开始角度检测之后的初始角度。

这里，第二轨道的极对数Q被构成为[Q＝2mP＝MP]的关系成立，因此不需要递增，并且可以在刚刚开始角度检测之后立即设定高分辨率的电角度信号，由于该内容是要点，因此对此关系进行说明。图4所示的第一检测部15输出的绝对角度信号是将电角度一次旋转M分割的M个信号。第一检测部15中的每电角度一次旋转的极对数为1极对，霍尔元件数是m个。由于1极对是两极，因此可以实现对电角度一次旋转进行2m分割的2m个信号。即，[M＝2m]。

第二检测部16输出的相对角度信号是将电角度一次旋转进行M分割后的区间进一步进行N分割的N个信号。这里，图1A所示的第二轨道12通过在将电角度一次旋转进行M分割后的区间内磁化一极对来防止重复产生相同的相对角度信号。即，由于不重复产生相同的相对角度信号，因此不需要进行递增，从而能够在刚刚开始角度检测之后立即设定高分辨率的电角度信号。由于霍尔元件数为n，因此可以实现在将电角度一次旋转进行M分割后的区间内进行2n分割的2n个信号。即，[N＝2n]。由于第二轨道12在将电角度一次旋转进行2m分割后的区间内磁化一极对，所以在机械角一次旋转下，第二轨道12成为[2m×P＝2mP]极。即，第二轨道12的极对数Q为[Q＝2mP]。

图1A所示的第一轨道11在机械角一次旋转下具有P极对，并且第一霍尔元件组13的霍尔元件数为m个。因此，第一检测部15获得具有相当于机械角一次旋转的2mP分割的分辨率的绝对角度信号。即，通过使绝对角度信号的相对于机械角的分割数等于第二轨道12的极对数Q，从而不需要进行递增，可以在刚刚开始角度检测之后立即设定高分辨率的电角度信号。在实施方式1中，[Q＝6P]。当该关系成立时，通过组合M个信号和N个信号，可以输出[M×N]个电角度信号号。因此，可以在刚刚开始角度检测后立即以[360/(M×N)][deg]的高分辨率获得电角度信号。

图4中的角度运算部17基于来自第一检测部15的绝对角度信号和来自第二检测部16的相对角度信号运算并输出电角度信号θh。该运算方法可以使用以绝对角度信号和相对角度信号为变量的函数，也可以使用映射。在使用函数的情况下，例如通过[θh＝(Δθ1×i)+(Δθ2×j)]进行运算。这里，Δθ1是绝对角度信号的分辨率，Δθ2是电角度信号θh的分辨率，i是从“0”到“5”的绝对角度信号，j是从“0”到“3”的相对角度信号，并且为[Δθ1＝60deg]、[Δθ2＝15deg]。

角度运算部17可以构成为通过将预设的偏移值与电角度信号相加来输出新的电角度信号。该偏移值不限于一个，可以使用预设的映射或函数，并根据霍尔传感器角度、机械角、旋转速度等来进行设定。由此，可以校正由制造误差或角度检测的延迟而引起的角度误差。

接下来，对角度校正部18进行说明。图7是表示实施方式1的角度检测器中的角度校正部的结构的框图。图7中，角度校正部18包括速度运算部181、PI控制器182和积分器183。速度运算部181根据来自第二检测部16的相对角度信号变化的时间T运算并输出第一速度ω1，PI控制器182根据校正角度θa和电角度信号θh之间的偏差运算并输出第二速度ω2，积分器183对第一速度ω1和第二速度ω2的和进行积分来运算并输出校正角度θa。由此，角度校正部18输出以使阶梯状的电角度信号θh平滑的补足后的校正角度θa。通过校正角度，可以平滑将电角度360[deg]进行[M×N]分割而得到的阶梯状的电角度信号，从而获得更高分辨率的角度。

在实施方式1中，由于不像现有技术那样在将电角度一次旋转进行M分割后的区间内多次重复相对角度信号，所以在开始进行递增之后，分辨率比现有技术降低。然而，由于具备角度校正部18，因此可以使阶梯状的电角度信号平滑化，并且可以获得高分辨率的角度，因此与现有技术相比，分辨率不会降低。

为了使阶梯状的电角度信号平滑化，也可以使用低通滤波器、或者移动平均等来进行平滑化，但是在电角度信号的分辨率低的情况下，如下文所述，使用通过两种运算方法求出的第一速度ω1和第二速度ω2的方法能够进行减小校正角度相对于真实电角度的误差的运算。

角度校正部18中，首先，根据相对角度信号变化的时间T运算相当于电角度的速度的第一速度ω1。利用相对角度信号变化期间的时间T和角度变化量Δθh，通过[ω1＝Δθh/T]运算相当于电角度的速度的第一速度ω1。另外，角度变化量Δθh是相当于电角度信号的分辨率的值，为[θh＝15deg]。

关于相对角度信号变化期间的时间T，即使根据第二霍尔信号求得也可以获得相同的效果。例如，由于从A相的上升沿到B相的下降沿的时间T2等于相对角度信号变化期间的时间T，因此通过运算第一速度ω1作为[T＝T2]可以获得相同的效果。

此外，当使用从A相上升沿到A相下降沿的时间T3时，可以运算为[T＝T3/2]。此外，当使用从A相上升沿到下一个A相上升沿的时间T4时，运算为[T＝T4/4]即可。

然后，基于校正角度θa和电角度信号θh之间的偏差来运算第二速度ω2。具体地说，通过将校正角度θa和电角度信号θh之间的偏差输入到作为比例/积分控制器的PI控制器182来运算第二速度ω2。校正角θa通过对第一速度ω1和第二速度ω2之和即速度ω进行积分来运算。

这里，通过减小作为比例/积分控制器的PI控制器182的控制增益，可以进一步使阶梯状的电角度信号平滑化。然而，校正角度相对于真实电角度延迟，并且校正角度相对于真实电角度的误差变大。因此，通过使用由两种运算方法求得的第一速度ω1和第二速度ω2，可以利用第一速度ω1来补偿第二速度ω2的延迟，从而可以减小校正角度相对于真实电角度的误差。

如上所述，实施方式1的角度检测器具有以下(1)至(4)的结构。

(1)在构成为能够在将P设为自然数时，检测对相当于旋转轴的一次旋转的机械角一次旋转进行P分割后而获得的一个区分的机械角范围来作为相当于一个周期的电角度的电角度一次旋转的角度检测器中，包括：

磁体，该磁体具有由磁化成P极对的磁体构成的第一轨道和由磁化成Q极对的磁体构成的第二轨道，并且固定在所述旋转轴上，其中Q设为2P以上的正偶数；

第一霍尔元件组，该第一霍尔元件组与所述磁体相对配置，感测来自所述第一轨道的磁通并输出第一霍尔信号；

第二霍尔元件组，该第二霍尔元件组与所述磁体相对配置，感测来自所述第二轨道的磁通并输出第二霍尔信号；

第一检测部，该第一检测部基于来自所述第一霍尔元件组的所述第一霍尔信号，输出与通过对所述电角度一次旋转进行M分割而获得的M个角度区间相对应的M个绝对角度信号，其中M设为正偶数；

第二检测部，该第二检测部基于来自所述第二霍尔元件组的所述第二霍尔信号，输出对通过对所述电角度一次旋转的电角度范围进行所述M分割后得到的一个角度区间进行N分割而获得的N个相对角度信号，其中N设为与所述M不同的正偶数；

角度运算部，该角度运算部基于所述绝对角度信号和所述相对角度信号，对所述电角度一次旋转的电角度范围进行[M×N]分割，从而运算并输出[M×N]个阶梯状的电角度信号；以及

角度校正部，该角度校正部输出以使所述[M×N]个所述电角度信号平滑的补足后的校正角度。

根据该结构的角度检测器，由于基于将M分割后的区间内进行N分割而获得的N个相对角度信号来运算作为绝对角度的电角度信号，因此可以在刚刚开始角度检测后立即以[360/(M×N)][deg]的高分辨率获得电角度信号。并且，通过校正电角度信号，可以使将360[deg]进行[M×N]分割而得到的电角度信号平滑，从而能获得更高分辨率的角度。

并且，第一霍尔元件组13具有m个霍尔元件，第二轨道12的极对数Q为[Q＝2mP]。第一霍尔元件组13具有三个霍尔元件，第二霍尔元件组14具有两个霍尔元件，第二轨道12的极对数Q为[Q＝6P]。通过按此方式来构成，可以在刚刚开始角度检测后立即以[360/(M×N)]度的高分辨率获得电角度信号。

此外，角度校正部18构成为根据相对角度信号变化期间的时间来运算相当于电角度的速度的第一速度，基于校正角度与电角度信号之间的偏差来运算相当于电角度的速度的第二速度，并且通过对第一速度和第二速度的和进行积分来运算校正角度。利用该结构，通过使用由两种运算方法运算的速度来运算校正角度，从而可以获得能够减小角度误差的附加效果。通过校正角度，可以使将360[deg]进行[M×N]分割而得到的电角度信号平滑，从而获得更高分辨率的角度。

(2)具备上述(1)的结构的角度检测器的特征在于，

在将m设为自然数时，所述第一霍尔元件组具有m个霍尔元件，

所述第二轨道的极对数Q为[Q＝2mP]。

根据具备该结构的角度检测器，可以在刚刚开始角度检测后立即以[360deg/(M×N)]的高分辨率获得电角度信号。

(3)具备上述(1)或(2)的结构的角度检测器的特征在于，

所述第一霍尔元件组具有三个霍尔元件，

所述第二霍尔元件组具有两个霍尔元件，

所述第二轨道的极对数Q为[Q＝6P]。

根据具备该结构的角度检测器，可以在刚刚开始角度检测后立即以[360deg/(M×N)]的高分辨率获得电角度信号。

(4)具备上述(1)至(3)中任一结构的角度检测器的特征在于，

所述角度校正部构成为：

根据所述相对角度信号变化期间的时间运算第一速度，基于所述校正角度和所述电角度信号的偏差运算第二速度，对所述第一速度和所述第二速度的和进行积分来运算所述校正角度。

根据具备该结构的角度检测器，通过校正角度，可以使将360[deg]进行[M×N]分割而得到的电角度信号平滑，从而获得更高分辨率的角度。

实施方式2

接着，对实施方式2的角度检测器进行说明。本申请的实施方式2中，角度运算部的结构与实施方式1不同，其它相同。具体而言，实施方式2的角度运算部在具有初始角度设定部这一点上不同。图8是表示实施方式2的角度检测器中的制造误差的影响的示意图，(a)表示没有制造误差的情况，(b)是存在制造误差的情况，示出H1相、H2相、H3相的基准与A相、B相的基准偏离的情况。这里，绝对角度信号是从“0”到“5”的值，并且在图8中描述为h0、h1...h5(未图示)。此外，相对角度信号是从“0”到“3”的值，并且在图8中描述为a0、a1、a2、a3。电角度图案是从1到[M×N]的值，对应于电角度信号“0”到“345”[deg]。

如图8的(a)所示，在没有制造误差的情况下，可以通过绝对角度信号和相对角度信号检测出合适的电角度图案，从而设定合适的电角度信号。然而，如图8的(b)所示，在存在制造误差的情况下，由于制造误差，H1相、H2相和H3相的基准与A相、B相的基准发生偏离，将检测出错误的电角度图案，并设定错误的电角度信号。

当不存在图8的(a)所示的制造误差时，绝对角度信号为h1，并且在相对角度信号a0的区域中，电角度图案为“5”。然而，当存在如(b)所示的制造误差时，即使在相同区域中也产生绝对角度信号为h1而相对角度信号为a3的部分，由于该组合电角度图案变为“8”，因此将设定错误的电角度信号。因此，在实施方式2中，角度运算部17具备初始角度设定部，通过该初始角度设定部来防止由于制造误差而错误地设定电角度信号。

图9是表示实施方式2的角度检测器中的初始角度设定部的动作的流程图。这里，从将电角度一次旋转进行M分割而获得的M个角度中，基于绝对角度信号选择一个角度，并将其设为θM。从对将电角度一次旋转进行M分割后的区间进一步进行N分割而得到的[M×N]个角度中，基于绝对角度信号和相对角度信号选择一个角度，并将其设为θN。上述图8中所示的相对角度信号即a0和a3分别相当于相对角度信号的第1个和第N个。

当相对角度信号是相当于第1个和第N个的值时，所述电角度信号中产生误差，所以在图9的步骤S101中，判定是否是相对角度信号为a0或a3的区域。在步骤S101中的判定结果为是相对角度信号为a0或a3的区域的情况下(是)，前进到步骤S102，并且将电角度信号θh设定为[θh＝θM]。由此，可以防止电角度信号的误差。另一方面，在步骤S101中的判定结果为不是相对角度信号为a0或a3的区域的情况下(否)，前进到步骤S104，并且将电角度信号θh设定为[θh＝θN]。

在步骤S102中设定电角度信号之后，处理前进到步骤S103，判定是否变化为相对角度信号为a1或a2的区域。当步骤S103中的判定结果为判定为变化成相对角度信号为a1或a2的区域时(是)，在步骤S104中将电角度信号θh设定为[θh＝θN]。另一方面，当步骤S103中的判定结果为判定为没有变化成相对角度信号为a1或a2的区域时(否)，重复步骤S103中的判定，直到变化成相对角度信号为a1或a2的区域为止。

另外，初始角度设定部也可以具有如下所述的结构。即，图10是表示实施方式2的角度检测器中的初始角度设定部的变形例的动作的流程图。在图10所示的实施方式2的变形例中，与图9的情况相比，步骤S103之后的处理内容不同，但其它相同。

图10中，当步骤S103中的判定结果为判定为变化成相对角度信号为a1或a2的区域时(是)，前进至步骤S104，将电角度信号θh设定为[θh＝θN]。另一方面，在步骤S103中的判定结果为判定为没有变化成相对角度信号为a1或a2的区域时(否)，在步骤S201中判定相对角度信号和绝对角度信号是否均发生了变化，在判定为相对角度信号和绝对角度信号均发生了变化的情况下(是)，前进到步骤S104，将电角度信号θh设定为[θh＝θN]。另一方面，在步骤S201中判定为相对角度信号和绝对角度信号均没有发生变化的情况下(否)，处理返回到步骤S103，并重复上述判定。

在图10所示的实施方式2的变形例中，通过增加步骤S201的判定处理，从而能够更早地通过步骤S104将电角度信号θh设定为[θh＝θN]。

如上所述，根据实施方式2，角度运算部具有初始角度设定部，该初始角度设定部在检测到N个相对角度信号中的第1个或第N个的情况下，将对电角度一次旋转进行M分割而获得的M个角度中的一个设定作为初始角度，由此，能够防止由制造误差产生的电角度信号的错误，能够抑制角度误差。并且，在检测到N个相对角度信号中的第2个至第N-1个的情况下，与实施方式1相同，能够以比绝对角度信号更高的分辨率设定电角度信号。

以上所述的实施方式2的角度检测器是具备上述(1)的结构的角度检测器，还具备以下(5)的结构。

(5)所述角度运算部具备初始角度设定部，

所述初始角度设定部在检测到所述N个相对角度信号的第1个或第N个的信号的情况下，将对所述一个周期的电角度范围进行M分割而获得的M个角度中的一个设定作为初始角度。

根据该结构，即使存在制造误差也能够设定适当的电角度信号。

实施方式3

接着，对实施方式3的角度检测器进行说明。在本申请的实施方式3中，与上述实施方式1相比，第一霍尔元件组的数量和第二霍尔元件组的霍尔元件的数量、以及第二轨道的极对数不同，其它结构相同。图11是在实施方式3的角度检测器中，将电角度一次旋转的霍尔信号提取出并表示在直线上的示意图。

在实施方式3中，如图11所示，第一霍尔元件组13中的霍尔元件的数量m为[m＝2]，第二霍尔元件组14中的霍尔元件的数量n为[n＝3]。第一轨道11的极对数与实施方式1相同，每机械角一次旋转5极对，即[P＝5]，每电角度一次旋转1极对。第二轨道12的极对数为每机械角一次旋转20极对、即[Q＝20]，每电角度一次旋转4极对。在该结构中，[M＝2m＝4]，每电角度一次旋转4极对是指等于M。并且，[N＝2n＝6]。

角度运算部17基于来自第一检测部15的绝对角度信号和来自第二检测部16的相对角度信号对电角度一次旋转进行[M×N]分割，从而运算[M×N]个阶梯状的电角度信号。由于是M个信号和N个信号的组合，因此能够输出[M×N]个信号。由于[M＝4]、[N＝6]，因此[M×N＝24]。由于电角度一次旋转、即360[deg]被分割为24，因此角度运算部17输出分辨率为15[deg]的阶梯状的电角度信号。

这里，关于第二轨道12的极对数Q，[Q＝2×m×P＝M×P]的关系成立。在实施方式3中，[Q＝4P]。当该关系成立时，通过组合M个信号和N个信号，可以输出[M×N]个电角度信号号。因此，可以在刚刚开始角度检测后立即以[360/(M×N)][deg]的高分辨率获得电角度信号。

以上所述的实施方式3的角度检测器是具备上述(1)的结构的角度检测器，还具备以下(6)的结构。

(6)所述第一霍尔元件组具有两个霍尔元件，

所述第二霍尔元件组具有三个霍尔元件，

所述第二轨道的极对数Q为[Q＝4P]。

根据具备该结构的角度检测器，可以在刚刚开始角度检测后立即以[360/(M×N)][deg]的高分辨率获得电角度信号。

实施方式4

接着，对实施方式4的角度检测器进行说明。图12是表示实施方式4的交流旋转电机的控制装置的结构图。另外，在图12中，还一并图示了作为交流旋转电机的控制装置300的控制对象的交流旋转电机2。实施方式4的交流旋转电机的控制装置300具备上述实施方式1的角度检测器1。角度检测器1测定交流旋转电机2的电角度θ以获取电角度信号θh，并校正电角度信号θh以输出校正角度θa。

作为具有三相绕组的交流旋转电机，交流旋转电机2可以使用例如表面磁体式同步电动机(SPM)或嵌入磁体式同步电动机(IPM)等通常已知的电动机。交流旋转电机2具有由U相绕组、V相绕组和W相绕组构成的一组三相绕组(未图示)。此外，交流旋转电机2具有转子(未图示)，该转子被构成为通过永磁体或励磁绕组产生励磁磁通。

另外，在实施方式3中，举例说明了交流旋转电机2是具有一组三相绕组的交流旋转电机的情况，但也能适用于具有两组三相绕组或四相以上的多相绕组的交流旋转电机。

在图12中，功率转换器33通过对后述的三相电压指令vu*、vv*和vw*实施现有的调制处理，从而将交流电压施加到U相绕组、V相绕组和W相绕组中的每一个。另外，作为由功率转换器33进行的现有的调制处理，例如可举出PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)方式或PAM(Pulse Amplitude Modulation：脉冲幅度调制)方式等。

电流检测器(未图示)安装在功率转换器33上，并且检测U相绕组的电流Iu、V相绕组的电流Iv和W相绕组的电流Iw。这里，Iu、Iv、Iw统称为三相绕组电流。电流检测器通过使用分流电阻或霍尔元件等现有电流检测器来构成。另外，三相绕组电流Iu、Iv、Iw是从电流检测器获得的检测值，但也可以不使用电流检测器，而使用从电压方程式等推定得到的值。

电流指令运算部31运算对三相绕组通电的电流的目标值即电流指令。作为电流指令，运算作为旋转坐标轴的dq轴上的d轴电流指令id*和q轴电流指令iq*。

关于电流控制部32，如图13所示那样构成。即，图13是表示实施方式4的交流旋转电机的控制装置中的电流控制部的结构的框图。如图13所示，电流控制部32包括坐标转换部324和电压指令运算部321。坐标转换部324基于校正角度θa对d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*进行坐标转换，由此来生成U相电压指令vu*、V相电压指令vv*和W相电压指令vw*。并且，坐标转换部324基于校正角度θa对U相检测电流iu、V相检测电流iv和W相检测电流iw进行坐标转换，由此来生成d轴检测电流id和q轴检测电流iq。

电压指令运算部321运算用于控制功率转换器的输出电压的d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*，以使得电流指令和检测电流之间的偏差变小。d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*的运算方法没有特别限制，可以使用以往的电压指令的运算方法。例如，作为针对d轴电流指令id*和d轴检测电流id之间的偏差的反馈控制器，构成比例/积分控制器即PI控制器322，并运算d轴电压指令vd*。同样地，作为针对q轴电流指令iq*和q轴检测电流iq之间的偏差的反馈控制器，构成比例/积分控制器即PI控制器323，并运算q轴电压指令vq*。

以上所述的实施方式4所涉及的交流旋转电机的控制装置具有以下(7)所述的结构。

(7)构成为具备上述(1)至(6)中任一项所述的角度检测器，基于所述校正角度来控制交流旋转电机。

根据该结构，通过具备上述角度检测器从而能够以高分辨率检测角度，并使用该角度来进行电流控制，因此，能够平滑地使交流旋转电机旋转。

实施方式5

接着，对实施方式5所涉及的电动助力转向装置进行说明。实施方式5涉及具有上述实施方式4所述的交流旋转电机的控制装置的电动助力转向系统。图14是表示实施方式5的电动助力转向装置的结构图。

在图14中，电动助力转向装置具备方向盘401、转向轴403、齿条·小齿轮405、车轮404、对驾驶员的转向进行辅助的交流旋转电机2、对交流旋转电机2进行控制的控制装置300、以及检测驾驶员的转向转矩的转矩传感器402。

从未图示的驾驶员施加到方向盘401的转向转矩经由设置在转矩传感器402中的扭杆以及转向轴403传递到齿条·小齿轮405，并且从齿条·小齿轮传递到齿条以使车轮404转向。交流旋转电机2由交流旋转电机的控制装置300驱动，并产生辅助力以作为输出。辅助力被传递至转向轴403，以减轻在转向时驾驶员所施加的转向转矩。

基于由转矩传感器402检测到的驾驶员的转向转矩来计算在交流旋转电机的控制装置300中运算的电流指令，以驱动交流旋转电机2。例如，以与驾驶员的转向转矩成比例的值计算电流指令。由此，能够从交流旋转电机2获得用于减小驾驶员的转向转矩的辅助转矩。

以上所述的实施方式5所涉及的电动助力转向装置具有以下(8)所述的结构。

(8)具备上述(7)所述的交流旋转电机的控制装置，

构成为所述交流旋转电机基于驾驶员的转向转矩来产生辅助转矩。

通过这种结构，由于能够以高分辨率检测角度并使交流旋转电机平滑地旋转，因此驾驶员能够平滑地进行转向。

虽然本申请记载了各种示例性实施方式，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。因此，在本申请所公开的技术范围内可以设想无数未举例示出的变形例。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。

另外，图4中的角度运算部17和角度校正部18、图9中的初始角度设定部以及图10中的初始角度设定部的硬件例如如图15所示，由处理器100和存储装置101构成。即，图15中，存储装置虽然没有进行图示，但具备随机存取存储器等易失性存储装置、以及闪存等非易失性的辅助存储装置。另外，也可以具备硬盘这样的辅助存储装置以代替闪存。处理器100执行从存储装置101输入的程序。该情况下，程序从辅助存储装置经由易失性存储装置输入到处理器100。另外，处理器100可以将运算结果等数据输出至存储装置101的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存至辅助存储装置。

标号说明

1角度检测器，11第一轨道，12第二轨道，13第一霍尔元件组，14第二霍尔元件组，15第一检测部，16第二检测部，17角度运算部，18角度校正部，181速度运算部，182、322、323PI控制器，183积分器，2交流旋转电机，300交流旋转电机的控制装置，31电流指令运算部，32电流控制部，33功率转换器，321电压指令运算部，324坐标转换部，401方向盘，402转矩传感器，403转向轴，404车轮，405齿条·小齿轮。

Claims (8)

1.一种角度检测器，构成为能够在将P设为自然数时，检测对相当于旋转轴的一次旋转的机械角一次旋转进行P分割后而获得的一个区分的机械角范围，以作为相当于一个周期的电角度的电角度一次旋转，所述角度检测器的特征在于，包括：

磁体，该磁体具有由磁化成P极对的磁体构成的第一轨道和由磁化成Q极对的磁体构成的第二轨道，并且固定在所述旋转轴上，其中Q设为2P以上的正偶数；

第一霍尔元件组，该第一霍尔元件组与所述磁体相对配置，感测来自所述第一轨道的磁通并输出第一霍尔信号；

第二霍尔元件组，该第二霍尔元件组与所述磁体相对配置，感测来自所述第二轨道的磁通并输出第二霍尔信号；

第一检测部，该第一检测部基于来自所述第一霍尔元件组的所述第一霍尔信号，输出与通过对所述电角度一次旋转进行M分割而获得的M个角度区间相对应的M个绝对角度信号，其中M设为正偶数；

第二检测部，该第二检测部基于来自所述第二霍尔元件组的所述第二霍尔信号，输出对通过对所述电角度一次旋转的电角度范围进行所述M分割后得到的一个角度区间进行N分割而获得的N个相对角度信号，其中N设为正偶数；

角度运算部，该角度运算部基于所述绝对角度信号和所述相对角度信号，对所述电角度一次旋转的电角度范围进行[M×N]分割，从而运算并输出[M×N]个阶梯状的电角度信号；以及

角度校正部，该角度校正部输出以使所述[M×N]个所述电角度信号平滑的补足后的校正角度。

2.如权利要求1所述的角度检测器，其特征在于，

所述角度运算部包括初始角度设定部，

该初始角度设定部在检测到所述N个相对角度信号的第1个或第N个的信号的情况下，将对所述电角度一次旋转的电角度范围进行M分割而获得的M个角度中的一个设定作为初始角度。

3.如权利要求1或2所述的角度检测器，其特征在于，

在将m设为自然数时，所述第一霍尔元件组具有m个霍尔元件，

所述第二轨道的极对数Q为[Q＝2mP]。

4.如权利要求1或2所述的角度检测器，其特征在于，

所述第一霍尔元件组具有三个霍尔元件，

所述第二霍尔元件组具有两个霍尔元件，

所述第二轨道的极对数Q为[Q＝6P]。

5.如权利要求1或2所述的角度检测器，其特征在于，

所述第一霍尔元件组具有两个霍尔元件，

所述第二霍尔元件组具有三个霍尔元件，

所述第二轨道的极对数Q为[Q＝4P]。

6.如权利要求1至5的任一项所述的角度检测器，其特征在于，

所述角度校正部构成为：

根据所述相对角度信号变化期间的时间运算第一速度，基于所述校正角度和所述电角度信号的偏差运算第二速度，对所述第一速度和所述第二速度的和进行积分来运算所述校正角度。

7.一种交流旋转电机的控制装置，其特征在于，

包括权利要求1至6中任一项所述的角度检测器，

构成为基于所述校正角度来控制交流旋转电机。

8.一种电动助力转向装置，其特征在于，

包括权利要求7所述的交流旋转电机的控制装置，

构成为所述交流旋转电机基于驾驶员的转向转矩来产生辅助转矩。

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