CN116897272A - 角度检测方法及角度检测装置 - Google Patents

角度检测方法及角度检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116897272A
CN116897272A CN202280017925.XA CN202280017925A CN116897272A CN 116897272 A CN116897272 A CN 116897272A CN 202280017925 A CN202280017925 A CN 202280017925A CN 116897272 A CN116897272 A CN 116897272A
Authority
CN
China
Prior art keywords
angle
straight line
sensor signal
points
mechanical angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280017925.XA
Other languages
English (en)
Inventor
石上翔太
北野谷透
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Corp
Original Assignee
Nidec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Corp filed Critical Nidec Corp
Publication of CN116897272A publication Critical patent/CN116897272A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/24485—Error correction using other sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

本发明的角度检测装置的一个实施例包括：三个磁性传感器，检测旋转轴的旋转引起的磁通变化；及信号处理部，对从三个磁性传感器输出的信号进行处理。信号处理部获取从三个传感器信号输出的传感器信号，选取三个传感器信号中的两个传感器信号彼此交叉的交点、及三个传感器信号分别与基准信号电平交叉的零交叉点，生成表示将彼此相邻的交点与零交叉点相连的直线的一次函数θ(Δx)，对于直线上的多个点，算出基于一次函数θ(Δx)所算出的机械角θ与从设置于旋转轴的编码器获取的机械角θe的偏差作为第一角度误差，并基于针对直线上的多个点所算出的第一角度误差，生成用来算出与直线上的任意点相对应的第一角度误差的第一角度误差函数。

Description

角度检测方法及角度检测装置
技术领域
本发明涉及一种角度检测方法及角度检测装置。
背景技术
以往作为能够准确地控制旋转位置的马达，已知包括光学编码器、旋转变压器(resolver)等绝对角位置传感器的结构。但是，绝对角位置传感器为大型，成本高。因此，专利文献1公开一种位置推定方法，所述位置推定方法不使用绝对角位置传感器，而是使用廉价且小型的三个磁性传感器来推定马达的旋转位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6233532号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1所记载的位置推定方法中，能够使用廉价且小型的三个磁性传感器来高精度地推定旋转轴的机械角，但有时市场要求更高的精度。
解决问题的技术手段
本发明的角度检测方法中的一个实施例是一种角度检测方法，其检测旋转轴的机械角，且包括：获取从检测所述旋转轴的旋转引起的磁通变化的三个磁性传感器输出的信号作为传感器信号的步骤，所述三个传感器信号彼此具有电角度120°的相位差；在机械角1周期内选取所述三个传感器信号中的两个传感器信号彼此交叉的交点、及所述三个传感器信号分别与基准信号电平交叉的零交叉点的步骤；生成表示将彼此相邻的所述交点与所述零交叉点相连的直线的一次函数θ(Δx)的步骤，所述Δx为所述直线的起点至所述直线上的任意点的长度，所述θ为与所述直线上的任意点相对应的机械角；对于所述直线上的多个点，算出基于所述一次函数θ(Δx)所算出的机械角θ与从设置于所述旋转轴的编码器所获取的机械角θe的偏差作为第一角度误差的步骤；将针对所述直线上的多个点所算出的所述第一角度误差存储为学习值的步骤；及基于针对所述直线上的多个点所算出的所述第一角度误差，生成用来算出与所述直线上的任意点相对应的第一角度误差的第一角度误差函数的步骤。
本发明的角度检测装置中的一个实施例是一种角度检测装置，其检测旋转轴的机械角，且包括：三个磁性传感器，检测所述旋转轴的旋转引起的磁通变化；及信号处理部，对从所述三个磁性传感器输出的信号进行处理，所述信号处理部执行如下处理：获取从所述三个传感器信号输出的信号作为传感器信号，所述三个传感器信号彼此具有电角度120°的相位差；在机械角1周期内选取所述三个传感器信号中的两个传感器信号彼此交叉的交点、及所述三个传感器信号分别与基准信号电平交叉的零交叉点；生成表示将彼此相邻的所述交点与所述零交叉点相连的直线的一次函数θ(Δx)，所述Δx为所述直线的起点至所述直线上的任意点的长度，所述θ为与所述直线上的任意点相对应的机械角；对于所述直线上的多个点，算出基于所述一次函数θ(Δx)所算出的机械角θ与从设置于所述旋转轴的编码器所获取的机械角θe的偏差作为第一角度误差；将针对所述直线上的多个点所算出的所述第一角度误差存储为学习值；及基于针对所述直线上的多个点所算出的所述第一角度误差，生成用来算出与所述直线上的任意点相对应的第一角度误差的第一角度误差函数。
发明的效果
根据本发明的所述实施例，提供一种能够提高旋转轴的机械角的推定精度(检测精度)的角度检测方法及角度检测装置。
附图说明
[图1]图1是示意性地表示本发明的一实施方式中的角度检测装置的结构的框图。
[图2]图2是表示U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw的波形的一例的图。
[图3]图3是图2所示的一个极对区域所包含的U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw的放大图。
[图4]图4是表示包含作为噪声分量的同相信号的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的波形的一例的图。
[图5]图5是表示执行第一修正处理后所获得的传感器信号Hiu0、传感器信号Hiv0及传感器信号Hiw0的波形的一例的图。
[图6]图6是表示执行第二修正处理后所获得的传感器信号Hiu1、传感器信号Hiv1及传感器信号Hiw1的波形的一例的图。
[图7]图7是表示执行第三修正处理后所获得的传感器信号Hiu2、传感器信号Hiv2及传感器信号Hiw2的波形的一例的图。
[图8]图8是表示进行第三修正处理之前的传感器信号Hiu1、传感器信号Hiv1及传感器信号Hiw1的波形与角度误差的关系的图。
[图9]图9是表示进行第三修正处理后所获得的传感器信号Hiu2、传感器信号Hiv2及传感器信号Hiw2的波形与角度误差的关系的图。
[图10]图10是表示使用基本专利方法实机验证相对于主超前角量的评估编码器误差量所得的结果的图。
[图11]图11是表示本实施方式中的角度检测装置1的处理部21以离线处理的形式所执行的学习处理的流程图。
[图12]图12是表示对于区段上的多个点而算出机械角推定值θ与机械角真值θe的偏差作为第一角度误差的方法的图。
[图13]图13是表示对于一个极对区域所包含的12个区段上的多个点所算出的第一角度误差的一例的图。
[图14]图14是表示仅使用第一角度误差修正机械角推定值θ的情况下的实机验证相对于主超前角量的评估编码器误差量所得的结果的图。
[图15]图15是表示使用第一角度误差及第二角度误差这两者修正机械角推定值θ的情况下的实机验证相对于主超前角量的评估编码器误差量所得的结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行详细说明。
图1是示意性地表示本发明的一实施方式中的角度检测装置1的结构的框图。如图1所示，角度检测装置1是检测作为马达100的旋转轴的转子轴110的机械角(旋转角)的装置。在本实施方式中，马达100例如为内转子型的三相无刷直流(direct current，DC)马达。马达100包括转子轴110、及传感磁铁120。
传感磁铁120是安装于转子轴110的圆板状的磁铁。传感磁铁120与转子轴110同步旋转。传感磁铁120具有P个(P为1以上的整数)磁极对。在本实施方式中，作为一例，传感磁铁120具有四个磁极对。此外，磁极对意指N极与S极对。即，在本实施方式中，传感磁铁120具有四对N极与S极，共计具有八个磁极。
角度检测装置1包括传感器组10、及信号处理部20。图1中省略图示，但在马达100装配有电路基板，传感器组10及信号处理部20配置于电路基板上。传感磁铁120配置于不与电路基板发生干涉的位置。传感磁铁120可配置于马达100的壳体的内部，或者也可以配置于壳体的外部。
传感器组10包括三个磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13。磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13在电路基板上与传感磁铁120相向且沿着传感磁铁120的旋转方向以规定的间隔配置。在本实施方式中，磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13沿着传感磁铁120的旋转方向以30°为间隔而配置。磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13分别为例如霍尔元件、或线性霍尔集成电路(integrated circuit，IC)等包括磁阻元件的模拟输出类型的磁性传感器。
若转子轴110旋转，则传感磁铁120与转子轴110同步旋转。三个磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13分别检测转子轴110的旋转、即传感磁铁120的旋转引起的磁通变化，并将表示磁通变化的检测结果的模拟信号输出至信号处理部20。
从磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的各模拟信号的电角度1周期相当于机械角1周期的1/P。在本实施方式中，传感磁铁120的极对数P为“4”，因此各模拟信号的电角度1周期相当于机械角1周期的1/4，即以机械角计相当于90°。而且，从磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的模拟信号彼此具有电角度120°的相位差。
以下，将从三个磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出至信号处理部20的各模拟信号称为传感器信号。而且，在以下说明中，有时将从磁性传感器11输出的传感器信号称为U相传感器信号Hu，将从磁性传感器12输出的传感器信号称为V相传感器信号Hv，将从磁性传感器13输出的传感器信号称为W相传感器信号Hw。
信号处理部20是对从三个磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的传感器信号进行处理的信号处理电路。信号处理部20基于从磁性传感器11输出的U相传感器信号Hu、从磁性传感器12输出的V相传感器信号Hv、及从磁性传感器13输出的W相传感器信号Hw，推定作为旋转轴的转子轴110的机械角。信号处理部20包括处理部21、及存储部22。
处理部21例如为微控制器单元(Microcontroller Unit，MCU)等微处理器。从磁性传感器11输出的U相传感器信号Hu、从磁性传感器12输出的V相传感器信号Hv、及从磁性传感器13输出的W相传感器信号Hw分别被输入处理部21。处理部21经由未图示的通信总线而与存储部22以能够通信的方式连接。处理部21依照预先存储于存储部22中的程序，至少执行以下两个处理。
作为离线处理，处理部21执行获取转子轴110的机械角的推定所需的学习数据的学习处理。所谓离线处理是在将角度检测装置1从制造工厂出货之前、或将角度检测装置1组装于顾客侧的系统而实际运用之前所执行的处理。在学习处理中，处理部21基于从磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw、以及编码器200(参照图1)的输出信号AS获取学习数据。编码器200仅在进行学习处理时设置于转子轴110。编码器200的输出信号AS是表示转子轴110的机械角的信号。编码器200可为增量型编码器及绝对型编码器的任一者。
而且，作为在线处理，处理部21基于从磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw、以及通过学习处理所获得的学习数据，执行推定转子轴110的机械角的角度推定处理。所谓在线处理是在将角度检测装置1组装于顾客侧的系统而实际运用时所执行的处理。
存储部22包括存储使处理部21执行各种处理所需的程序、各种设定数据及所述学习数据等的不挥发性存储器、及在处理部21执行各种处理时作为数据的临时保存处所使用的挥发性存储器。不挥发性存储器例如为电子式可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)或快闪存储器等。挥发性存储器例如为随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。
以下，在对以所述方式构成的角度检测装置1的处理部21所执行的学习处理及角度推定处理进行说明之前，为了使本发明容易理解，而对由日本专利第6233532号公报所公开的位置推定方法进行简单说明。在以下说明中，有时将由日本专利第6233532号公报所公开的位置推定方法称为基本专利方法。基本专利方法的详细请参照日本专利第6233532号公报。此外，以下为了方便说明，而使用图1所示的各构件对基本专利方法进行说明。
首先，对在基本专利方法中处理部21所执行的学习处理进行说明。
处理部21在使传感磁铁120与转子轴110一起旋转的状态下，获取从磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的信号作为传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw。具体而言，在处理部21中内置A/D转换器，处理部21通过A/D转换器将U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw分别以规定的采样频率进行数字转换，由此获取U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw的数字值。
此外，在执行学习处理时，可通过经由未图示的马达控制装置对马达100进行通电控制，而使转子轴110旋转。或可将转子轴110连接于未图示的旋转机械，通过所述旋转机械使转子轴110旋转。
图2是表示U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw的波形的一例的图。如图2所示，传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw各自的电角度1周期相当于机械角1周期的1/4、即机械角90°。在图2中，时刻t1至时刻t5的期间相当于机械角1周期(机械角360°)。在图2中，时刻t1至时刻t2的期间、时刻t2至时刻t3的期间、时刻t3至时刻t4的期间、及时刻t4至时刻t5的期间分别相当于机械角90°。而且，传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw彼此具有电角度120°的相位差。
处理部21基于传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值，在机械角1周期内选取三个传感器信号中的两个传感器信号彼此交叉的交点、及三个传感器信号分别与基准信号电平交叉的零交叉点。基准信号电平例如为接地电平。在基准信号电平为接地电平的情况下，基准信号电平的数字值为“0”。
如图2所示，处理部21基于零交叉点的选取结果，将机械角1周期分割成与极对编号建立关联的四个极对区域。在图2中，“No.C”表示极对编号。如图1所示，预先对传感磁铁120的四个磁极对分配极对编号。例如，对设置于机械角0°至90°的范围的磁极对分配极对编号“0”。对设置于机械角90°至180°的范围的磁极对分配极对编号“1”。对设置于机械角180°至270°的范围的磁极对分配极对编号“2”。对设置于机械角270°至360°的范围的磁极对分配极对编号“3”。
例如在以传感器信号Hu作为基准的情况下，处理部21识别传感器信号Hu的零交叉点中在机械角为0°的采样时机(时刻t1)所获得的零交叉点作为与极对编号“O”建立关联的极对区域的起点。而且，处理部21识别传感器信号Hu的零交叉点中在机械角为90°的采样时机(时刻t2)所获得的零交叉点作为与极对编号“0”建立关联的极对区域的终点。即，处理部21决定在时刻t1所获得的零交叉点与在时刻t2所获得的零交叉点之间的区间作为与极对编号“0”建立关联的极对区域。
处理部21也识别传感器信号Hu的零交叉点中在机械角为90°的采样时机(时刻t2)所获得的零交叉点作为与极对编号“1”建立关联的极对区域的起点。而且，处理部21识别传感器信号Hu的零交叉点中在机械角180°的采样时机(时刻t3)所获得的零交叉点作为与极对编号“1”建立关联的极对区域的终点。即，处理部21决定在时刻t2所获得的零交叉点与在时刻t3所获得的零交叉点之间的区间作为与极对编号“1”建立关联的极对区域。
处理部21也识别传感器信号Hu的零交叉点中在机械角为180°的采样时机(时刻t3)所获得的零交叉点作为与极对编号“2”建立关联的极对区域的起点。而且，处理部21识别传感器信号Hu的零交叉点中在机械角270°的采样时机(时刻t4)所获得的零交叉点作为与极对编号“2”建立关联的极对区域的终点。即，处理部21决定在时刻t3所获得的零交叉点与在时刻t4所获得的零交叉点之间的区间作为与极对编号“2”建立关联的极对区域。
处理部21也识别传感器信号Hu的零交叉点中在机械角为270°的采样时机(时刻t4)所获得的零交叉点作为与极对编号“3”建立关联的极对区域的起点。而且，处理部21识别传感器信号Hu的零交叉点中在机械角360°的采样时机(时刻t5)所获得的零交叉点作为与极对编号“3”建立关联的极对区域的终点。即，处理部21决定在时刻t4所获得的零交叉点与在时刻t5所获得的零交叉点之间的区间作为与极对编号“3”建立关联的极对区域。
如图2所示，处理部21基于交点及零交叉点的选取结果，将四个极对区域分别分割成与区编号建立关联的12个区。在图2中，“No.A”表示与各区建立关联的区编号。如图2所示，四个极对区域各自所包括的12个区与“0”至“11”的区编号建立关联。
图3是图2所示的一个极对区域所包含的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的放大图。在图3中，振幅的基准值(基准信号电平)为“0”。在图3中，作为一例，为正值的振幅的数字值表示N极的磁场强度的数字值。而且，作为一例，为负值的振幅的数字值表示S极的磁场强度的数字值。
在图3中，点P1、点P3、点P5、点P7、点P9、点P11、及点P13为从一个极对区域所包含的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值中选取的零交叉点。而且，在图3中，点P2、点P4、点P6、点P8、点P10、及点P12为从一个极对区域所包含的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值中选取的交点。如图3所示，处理部21决定彼此相邻的零交叉点与交点之间的区间作为区。
处理部21决定零交叉点P1与交点P2之间的区间作为与区编号“0”建立关联的区。处理部21决定交点P2与零交叉点P3之间的区间作为与区编号“1”建立关联的区。处理部21决定零交叉点P3与交点P4之间的区间作为与区编号“2”建立关联的区。处理部21决定交点P4与零交叉点P5之间的区间作为与区编号“3”建立关联的区。处理部21决定零交叉点P5与交点P6之间的区间作为与区编号“4”建立关联的区。处理部21决定交点P6与零交叉点P7之间的区间作为与区编号“5”建立关联的区。
处理部21决定零交叉点P7与交点P8之间的区间作为与区编号“6”建立关联的区。处理部21决定交点P8与零交叉点P9之间的区间作为与区编号“7”建立关联的区。处理部21决定零交叉点P9与交点P10之间的区间作为与区编号“8”建立关联的区。处理部21决定交点P10与零交叉点P11之间的区间作为与区编号“9”建立关联的区。处理部21决定零交叉点P11与交点P12之间的区间作为与区编号“10”建立关联的区。处理部21决定交点P12与零交叉点P13之间的区间作为与区编号“11”建立关联的区。
此外，在以下说明中，例如将被分配了区编号“0”的区称为“0号区”，将被分配了区编号“11”的区称为“11号区”。
如图2所示，在机械角1周期的整个期间内连续的编号作为区段编号而与各区编号建立关联。在图2中，“No.B”表示与各区编号建立关联的区段编号。此外，所谓区段是表示将彼此相邻的交点与零交叉点相连的直线的用语。换言之，将连接各区的起点与终点的直线称为区段。在图3中，例如，0号区的起点为零交叉点P1，0号区的终点为交点P2。因此，与0号区相对应的区段为将零交叉点P1与交点P2相连的直线。同样地，在图3中，例如，1号区的起点为交点P2，1号区的终点为零交叉点P3。因此，与1号区相对应的区段为将交点P2与零交叉点P3相连的直线。
如图2所示，在与极对编号“0”建立了关联的极对区域中，对于区编号“0”至区编号“11”关联区段编号“0”至区段编号“11”。在与极对编号“1”建立关联的极对区域中，对于区编号“0”至区编号“11”关联区段编号“12”至区段编号“23”。在与极对编号“2”建立关联的极对区域中，对于区编号“0”至区编号“11”关联区段编号“24”至区段编号“35”。在与极对编号“3”建立关联的极对区域中，对于区编号“0”至区编号“11”关联区段编号“36”至区段编号“47”。
此外，在以下说明中，例如将被分配了区段编号“0”的区段称为“1号区段”，将被分配了区段编号“11”的区段称为“11号区段”。
处理部21生成表示各区段的一次函数θ(Δx)。Δx为区段的起点至区段上的任意点的长度(数字值)，θ为与区段上的任意点相对应的机械角。在图3中，例如与0号区相对应的区段的起点为零交叉点P1，与0号区相对应的区段的终点为交点P2。同样地，在图3中，例如与1号区相对应的区段的起点为交点P2，与1号区相对应的区段的终点为零交叉点P3。
例如，表示区段的一次函数θ(Δx)以下式(1)表示。在下式(1)中，“i”为区段编号，为0至47的整数。在以下说明中，有时将下式(1)所表示的一次函数θ(Δx)称为机械角推定式，将通过下式(1)所算出的机械角θ称为机械角推定值。
θ(Δx)＝k[i]×Δx+θres[i]…(1)
在上式(1)中，k[i]为被称为正态化系数的系数。换言之，k[i]为表示i号区段的斜率的系数。正态化系数k[i]以下式(2)表示。在下式(2)中，ΔXnorm[i]为i号区段的起点与终点之间的数字值的偏差。在图3中，例如与0号区相对应的区段的ΔXnorm[i]为零交叉点P1与交点P2之间的数字值的偏差。同样地，在图3中，例如与1号区相对应的区段的ΔXnorm[i]为交点P2与零交叉点P3之间的数字值的偏差。
k[i]＝θnorm[i]/ΔXnorm[i]…(2)
在上式(2)中，θnorm[i]为i号区段的起点与终点之间的机械角的偏差，以下式(3)表示。在下式(3)中，t[i]为i号区段的起点与终点之间的时间，t[0]为0号区段的起点与终点之间的时间，t[47]为47号区段的起点与终点之间的时间。在图3中，例如在与0号区相对应的区段为0号区段的情况下，t[0]为零交叉点P1与交点P2之间的时间。
θnorm[i]＝{t[i]/(t[0]+…+t[47])}×360[degM]…(3)
在上式(1)中，θres[i]为i号区段的被称为角度复位值的常数(一次函数θ(Δx)的截距)。在区段编号“i”为“0”时，角度复位值θres[i]以下式(4)表示。在区段编号“i”为“1”至“47”的任一者时，角度复位值θres[i]以下式(5)表示。此外，可并非如上所述那样由t[i]求出θnorm[i]，而是由机械角真值(例如由安装于转子轴110的编码器的输出信号所表示的机械角)求出。
θres[i]＝0[degM]…(4)
θres[i]＝Σ(θnorm[i-1])…(5)
处理部21通过进行如上所述的学习处理，获取极对编号、区编号、及区段编号的对应关系、各区的特征数据、及各区段的机械角推定式，并将所获取的这些数据作为学习数据存储于存储部22中。此外，各区的特征数据为各区所包含的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值的大小关系及正负的符号等。而且，构成各区段的机械角推定式的正态化系数k[i]及角度复位值θres[i]作为学习数据存储于存储部22中。
接着，对基本专利方法中处理部21所执行的角度推定处理进行说明。
处理部21获取从磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw。具体而言，处理部21通过A/D转换器将U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw分别以规定的采样频率进行数字转换，由此获取U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw的数字值。
然后，处理部21基于本次采样时机所获得的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值，确定目前的区编号及极对编号。例如在图3中，假定位于U相传感器信号Hu的波形上的点PHu、位于V相传感器信号Hv的波形上的点PHv、及位于W相传感器信号Hw的波形上的点PHw为在本次采样时机所获得的各传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值。处理部21通过将点PHu、点PHv及点PHw的数字值的大小关系及正负的符号等特征数据与存储于存储部22中的学习数据所包括的各区的特征数据进行对照，而确定目前的区(区编号)。在图3的例子中，确定9号区为目前的区。此外，本说明书中未对极对编号的确定方法进行说明。关于极对编号的确定方法，请参照日本专利第6233532号公报。作为本次采样时机下的极对编号，假定例如确定了极对编号“2”。
然后，处理部21基于所确定的目前的区编号及极对编号，确定目前的区段编号。例如，处理部21通过式子“区段编号＝12×极对编号+区编号”来确定目前的区段编号。如上所述，假定确定区编号“9”为目前的区编号，确定极对编号“2”为目前的极对编号。在所述情况下，处理部21确定区段编号“33”为目前的区段编号(参照图2)。
处理部21从存储于存储部22中的学习数据中读出与所确定的区段编号“i”相对应的正态化系数k[i]及角度复位值θres[i]，通过上式(1)所表示的机械角推定式算出机械角推定值θ。此处，作为代入机械角推定式中的Δx，使用与所确定的区段相对应的传感器信号的数字值。例如，如上所述，在确定了区段编号“33”为目前的区段编号的情况下，处理部21从存储部22中读出正态化系数k[33]及角度复位值θres[33]，将点PHv的数字值(参照图3)作为Δx代入机械角推定式中，由此算出本次采样时机下的机械角推定值θ。
以上为成为本发明的基础的基本专利方法中的机械角的基本的推定程序。
在基本专利方法中，为了提高机械角的推定精度(机械角推定值θ的精度)，而进行传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的修正处理。例如，如图2所示，各传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的振幅值未必一致。而且，例如，如图4所示，存在各传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw包含作为噪声分量的同相信号(直流信号及三次谐波信号等)的情况。图4是表示包含作为噪声分量的同相信号的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的波形的一例的图。在图4中，纵轴表示数字值，横轴表示电角度。
因此，基本专利方法中的处理部21在执行学习处理及角度推定处理时获取传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值后，首先基于下式(6)、(7)及(8)，执行第一修正处理，以从传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw中去除同相信号。
Hiu0＝Hu-(Hv+Hw)/2…(6)
Hiv0＝Hv-(Hu+Hw)/2…(7)
Hiw0＝Hw-(Hu+Hv)/2…(8)
在式(6)中，Hiu0为通过对U相传感器信号Hu进行第一修正处理所获得的U相传感器信号的数字值。在式(7)中，Hiv0为通过对V相传感器信号Hv进行第一修正处理所获得的V相传感器信号的数字值。在式(8)中，Hiw0为通过对W相传感器信号Hw进行第一修正处理所获得的W相传感器信号的数字值。图5是表示执行第一修正处理后所获得的传感器信号Hiu0、传感器信号Hiv0及传感器信号Hiw0的波形的一例的图。在图5中，纵轴表示数字值，横轴表示电角度。
在执行第一修正处理后，基本专利方法中的处理部21基于下式(9)至下式(14)，对传感器信号Hiu0、传感器信号Hiv0及传感器信号Hiw0执行第二修正处理，以使振幅值一致。
Hiu1(ppn)＝au_max(ppn)×Hiu0(ppn)+bu…(9)
Hiu1(ppn)＝au_min(ppn)×Hiu0(ppn)+bu…(10)
Hiv1(ppn)＝av_max(ppn)×Hiv0(ppn)+bv…(11)
Hiv1(ppn)＝av_min(ppn)×Hiv0(ppn)+bv…(12)
Hiw1(ppn)＝aw_max(ppn)×Hiw0(ppn)+bw…(13)
Hiw1(ppn)＝aw_min(ppn)×Hiw0(ppn)+bw…(14)
处理部21使用存储于存储部22中的信息，根据上式(9)对U相传感器信号Hiu0的正侧的数字值进行第二修正处理。而且，处理部21使用存储于存储部22中的信息，根据上式(10)对U相传感器信号Hiu0的负侧的数字值进行第二修正处理。
处理部21使用存储于存储部22中的信息，根据上式(11)对V相传感器信号Hiv0的正侧的数字值进行第二修正处理。而且，处理部21使用存储于存储部22中的信息，根据上式(12)对V相传感器信号Hiv0的负侧的数字值进行第二修正处理。
处理部21使用存储于存储部22中的信息，根据上式(13)对W相传感器信号Hiw0的正侧的数字值进行第二修正处理。而且，处理部21使用存储于存储部22中的信息，根据上式(14)对W相传感器信号Hiw0的负侧的数字值进行第二修正处理。
在式(9)及式(10)中，Hiu1为通过对U相传感器信号Hiu0进行第二修正处理所获得的U相传感器信号的数字值。在式(11)及式(12)中，Hiv1为通过对V相传感器信号Hiv0进行第二修正处理所获得的V相传感器信号的数字值。在式(13)及式(14)中，Hiw1为通过对W相传感器信号Hiw0进行第二修正处理所获得的W相传感器信号的数字值。图6是表示执行第二修正处理后所获得的传感器信号Hiu1、传感器信号Hiv1及传感器信号Hiw1的波形的一例的图。在图6中，纵轴表示数字值，横轴表示电角度。
而且，在式(9)至式(14)中，ppn为0～3的极对编号。在式(9)、式(11)、及式(13)中，au_max(ppn)、av_max(ppn)、及aw_max(ppn)分别为相对于与预先存储于存储部22中的各磁极对相对应的电角度1周期量的正侧的数字值的正侧增益修正值。在式(10)、式(12)、及式(14)中，au_min(ppn)、av_min(ppn)、及aw_min(ppn)分别为相对于与预先存储于存储部22中的各磁极对相对应的电角度1周期量的负侧的数字值的负侧增益修正值。在式(9)至式(14)中，bu、bv、及bw分别为存储于存储部22中的各相的偏移修正值。此外，au_max(ppn)、av_max(Ppn)、aw_max(ppn)、au_min(ppn)、av_min(ppn)、及aw_min(ppn)分别为各极对的修正值。因此，正侧增益修正值的个数为12个(＝3相×4极对数)。同样地，负侧增益修正值的个数为12个。
在执行第二修正处理后，基本专利方法中的处理部21对传感器信号Hiu1、传感器信号Hiv1及传感器信号Hiw1执行第三修正处理，以将与各区段相对应的传感器信号的一部分(分割信号)进行线性化。在图3中，在例如与0号区相对应的区段为0号区段的情况下，与所述0号区段相对应的分割信号为U相传感器信号Hu中将零交叉点P1与交点P2相连的部分的信号。同样地，在图3中，在例如与1号区相对应的区段为1号区段的情况下，与所述1号区段相对应的分割信号为W相传感器信号Hw中将交点P2与零交叉点P3相连的部分的信号。
处理部21通过使用预先存储于存储部22中的值作为系数，来对传感器信号Hiu1、传感器信号Hiv1及传感器信号Hiw1进行变更各传感器信号的标度的第三修正处理。通过进行第三修正处理，能够将与各区段相对应的分割信号的大致S字状的形状进行线性化。此处，存储于存储部22中的值为预先设计的值。所述第三修正处理使用预先设计的值，通过二次函数、三次函数、或三角函数等修正式进行计算处理。
作为一例，处理部21基于下式(15)至下式(17)，对传感器信号Hiu1、传感器信号Hiv1及传感器信号Hiw1执行第三修正处理。在下式(15)至下式(17)中，a及b为预先存储于存储部22中的系数。
Hiu2＝b×tan(a×Hiu1)…(15)
Hiv2＝b×tan(a×Hiv1)…(16)
Hiw2＝b×tan(a×Hiw1)…(17)
在式(15)中，Hiu2为通过对U相传感器信号Hiu1进行第三修正处理所获得的U相传感器信号的数字值。在式(16)中，Hiv2为通过对V相传感器信号Hiv1进行第三修正处理所获得的V相传感器信号的数字值。在式(17)中，Hiw2为通过对W相传感器信号Hiw1进行第三修正处理所获得的W相传感器信号的数字值。图7是表示执行第三修正处理后所获得的传感器信号Hiu2、传感器信号Hiv2及传感器信号Hiw2的波形的一例的图。在图7中，纵轴表示数字值，横轴表示电角度。
如以上所述，在基本专利方法中，通过第一修正处理，能够减少传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw所包含的同相噪声。而且，在基本专利方法中，通过第二修正处理，能够修正各传感器信号的彼此偏差。此处，所谓彼此偏差例如为各传感器信号的振幅值及偏移分量的偏差等。进而，在基本专利方法中，通过第三修正处理，能够将各传感器信号的波形的曲线部分进行线性化。尤其是通过进行第二修正处理，与区段相对应的传感器信号的一部分(分割信号)的长度得以均一化，因此，在第三修正处理中，容易对全部分割信号应用同样的计算处理。因此，通过在第三修正处理之前进行第二修正处理，能够进一步将波形的曲线部分线性化。
其结果为，在基本专利方法中，基于上式(1)的机械角推定值θ的运算所需的信号部分(分割信号)进一步线性化，能够减小机械角推定值θ与机械角真值(例如由安装于转子轴110的编码器的输出信号所表示的机械角)的差，因此能够进行高精度的机械角推定。
图8是表示进行第三修正处理之前的传感器信号Hiu1、传感器信号Hiv1及传感器信号Hiw1的波形与角度误差的关系的图。图9是表示进行第三修正处理后所获得的传感器信号Hiu2、传感器信号Hiv2及传感器信号Hiw2的波形与角度误差的关系的图。在图8及图9中，角度误差是基于上式(1)所算出的机械角推定值θ减去机械角真值(例如由安装于转子轴110的编码器的输出信号所表示的机械角)所得的值。
如图8所示，在基于进行第三修正处理之前的传感器信号Hiu1、传感器信号Hiv1及传感器信号Hiw1算出机械角推定值θ的情况下，角度误差约为±0.5[deg]。另一方面，如图9所示，在基于进行第三修正处理后所获得的传感器信号Hiu2、传感器信号Hiv2及传感器信号Hiw2算出机械角推定值θ的情况下，角度误差约为±0.1[deg]。如上所述，在基本专利方法中，通过进行与各区段相对应的分割信号的线性化，能够减小机械角推定值θ与机械角真值之间的角度误差。
如图10所示，本申请发明人使用基本专利方法实机验证相对于主超前角量的评估编码器误差量所得的结果为机械角推定值θ与机械角真值之间的角度误差约为±0.06[deg]以内。但是，角度误差会因温度等使用环境的变化而增大或减小，因此也可能存在使用环境导致角度误差大于所述误差的情况。
本发明的目的在于相较于所述基本专利方法，能够进一步减小机械角推定值θ与机械角真值之间的角度误差，由此实现旋转轴的机械角检测精度的提高。
以下，为了解决所述技术课题，对本实施方式中的角度检测装置1的处理部21所执行的学习处理及角度推定处理进行说明。
首先，对本实施方式中的角度检测装置1的处理部21所执行的学习处理进行说明。
图11是表示本实施方式中的角度检测装置1的处理部21以离线处理的形式所执行的学习处理的流程图。处理部21以离线处理的形式执行获取转子轴110的机械角的推定所需的学习数据的学习处理。
如图11所示，处理部21在使传感磁铁120与转子轴110一起旋转的状态下，获取从三个磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的信号作为传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw(步骤S1)。具体而言，在处理部21中内置有A/D转换器，处理部21通过A/D转换器将U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw分别以规定的采样频率进行数字转换，由此获取U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw的数字值。
接着，处理部21基于传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值，在机械角1周期内选取三个传感器信号中的两个传感器信号彼此交叉的交点、及三个传感器信号分别与基准信号电平交叉的零交叉点(步骤S2)。然后，处理部21生成表示将彼此相邻的交点与零交叉点相连的直线(区段)的一次函数θ(Δx)、即各区段的机械角推定式(步骤S3)。
所述步骤S1至步骤S3的处理与基本专利方法中的学习处理相同，因此省略详细说明。此外，对于通过步骤S1所获取的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw，可进行基本专利方法中的第一修正处理、第二修正处理及第三修正处理，并基于进行第三修正处理后所获得的传感器信号Hiu2、传感器信号Hiv2及传感器信号Hiw2进行步骤S2之后的处理。
处理部21通过执行所述步骤S1至步骤S3的处理，获取极对编号、区编号、及区段编号的对应关系、各区的特征数据、及各区段的机械角推定式，并将所获取的这些数据作为学习数据存储于存储部22中。此外，各区的特征数据为各区所包含的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值的大小关系及正负的符号等。而且，构成各区段的机械角推定式的正态化系数k[i]及角度复位值θres[i]作为学习数据存储于存储部22中。
接着，对于区段上的多个点，处理部21算出基于机械角推定式所算出的机械角推定值θ与从设置于转子轴110的编码器200的输出信号AS所获取的机械角θe的偏差作为第一角度误差(步骤S4)。以下，有时将从编码器200获取的机械角θe称为机械角真值。作为一例，如图12所示，本实施方式中的处理部21对于区段上的九个点，算出机械角推定值θ与机械角真值θe的偏差作为第一角度误差θerr。以下，有时将区段上的九个点称为关注点。
在图12中，“k”为对区段上的九个关注点分配的编号“0号”至“8号”。以下，有时将被分配了编号“k”的关注点称为k号关注点。如图12所示，区段上的九个关注点包括区段的起点及终点。0号关注点对应于区段的起点，8号关注点对应于区段的终点。0号关注点至8号关注点的长度相当于i号区段的起点与终点之间的数字值的偏差即ΔXnorm[i]。在本实施方式中，区段上的多个关注点的间隔为等间隔。换言之，在本实施方式中，通过等间隔地配置的九个关注点将区段8等分。
处理部21通过将“k×ΔXnorm[i]/8”带入上式(1)的Δx中，而算出与k号关注点相对应的机械角推定值θ，算出在与k号关注点相同的采样时机从编码器200获得的机械角真值θe与所算出的机械角推定值θ的偏差作为第一角度误差θerrk。此外，在图12中，第一角度误差θerr0是通过所述方法针对0号关注点所算出的第一角度误差。第一角度误差θerr1是通过所述方法针对1号关注点所算出的第一角度误差。第一角度误差θerr7是通过所述方法针对7号关注点所算出的第一角度误差。第一角度误差θerr8是通过所述方法针对8号关注点所算出的第一角度误差。处理部21依次读出0号区段至47号区段的全部区段相关的学习数据，并针对各区段上的九个关注点，算出机械角推定值θ与机械角真值θe的偏差作为第一角度误差θerr。
通过执行如上所述的步骤S4的处理，对于一个极对区域所包含的12个区段分别可获得8个第一角度误差θerr，因此如图13所示，对于一个极对区域，可获得共计96个第一角度误差θerr。因此，四个极对区域整体可获得共计384个第一角度误差θerr。如上所述，处理部21按照各区段，将针对区段上的九个关注点所算出的第一角度误差θerr作为学习值存储于存储部22中(步骤S5)。
接着，处理部21按照各区段，基于针对区段上的九个关注点所算出的第一角度误差θerr，生成用来算出与区段上的任意点相对应的第一角度误差θerr的第一角度误差函数(步骤S6)。第一角度误差函数以下式(18)表示。在下式(18)中，“x”与Δx的含义相同，为i号区段的起点至任意点的长度(数字值)(参照图12)。而且，在下式(18)中，Xnorm与ΔXnorm[i]的含义相同。
[数1]
接着，对于区段上的多个点，处理部21算出基于机械角推定式所算出的机械角推定值θ减去基于上式(18)所表示的第一角度误差函数所算出的第一角度误差θer1所获得的值与从编码器200获取的机械角真值θe的偏差作为第二角度误差(步骤S7)。步骤S7中所使用的区段上的多个点可与步骤S4中所使用的九个关注点相同，也可以为不同的点。通过所述步骤S7的处理，能够在使用步骤S4中所获得的第一角度误差的状态下，进一步学习角度误差(第二角度误差)。处理部21按照各区段，将针对区段上的多个点所算出的第二角度误差作为学习值存储于存储部22中(步骤S8)。
最后，处理部21按照各区段，基于针对区段上的多个点所算出的第二角度误差，生成用来算出与区段上的任意点相对应的第二角度误差的第二角度误差函数(步骤S9)。第二角度误差函数由与上式(18)相同的数式表示。
处理部21通过进行如上所述的学习处理中步骤S1至步骤S3的处理，获取极对编号、区编号、及区段编号的对应关系、各区的特征数据、及各区段的机械角推定式，并将所获取的这些数据作为学习数据存储于存储部22中。而且，处理部21通过进行如上所述的学习处理中步骤S4至步骤S9的处理，生成用来算出与各区段上的任意点相对应的第一角度误差的第一角度误差函数、及用来算出与各区段上的任意点相对应的第二角度误差的第二角度误差函数，并将这些生成所需的各学习值作为学习数据存储于存储部22中。
接着，对本实施方式中的处理部21所执行的角度推定处理进行说明。
处理部21获取从磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13输出的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw。具体而言，处理部21通过A/D转换器将U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw分别以规定的采样频率进行数字转换，由此获取U相传感器信号Hu、V相传感器信号Hv及W相传感器信号Hw的数字值。
然后，处理部21基于本次采样时机所获得的传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值，确定目前的区编号及极对编号。例如在图3中，假定位于U相传感器信号Hu的波形上的点PHu、位于V相传感器信号Hv的波形上的点PHv、及位于W相传感器信号Hw的波形上的点PHw为在本次采样时机所获得的各传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的数字值。处理部21通过将点PHu、点PHv及点PHw的数字值的大小关系及正负的符号等特征数据与存储于存储部22中的学习数据所包括的各区的特征数据进行对照，而确定目前的区(区编号)。在图3的例子中，确定9号区为目前的区。而且，作为本次采样时机下的极对编号，假定例如确定了极对编号“2”。
然后，处理部21基于所确定的目前的区编号及极对编号，确定目前的区段编号。例如，处理部21通过式子“区段编号＝12×极对编号+区编号”来确定目前的区段编号。如上所述，假定确定区编号“9”为目前的区编号，确定极对编号“2”为目前的极对编号。在所述情况下，处理部21确定区段编号“33”为目前的区段编号(参照图2)。
处理部21从存储于存储部22中的学习数据中读出与所确定的区段编号“i”相对应的正态化系数k[i]及角度复位值θres[i]，通过下式(19)所表示的机械角推定式算出机械角推定值θ。此处，作为代入机械角推定式中的Δx，使用与所确定的区段相对应的传感器信号的数字值。在式(19)中，θer1为将Δx代入通过学习处理所获得的第一角度误差函数中所获得的第一角度误差，θer2为将Δx代入通过学习处理所获得的第二角度误差函数中所获得的第二角度误差。
θ(Δx)＝k[i]×Δx+θres[i]-(θer1+θer2)…(19)
例如，如上所述，在确定了区段编号“33”为目前的区段编号的情况下，处理部21从存储部22中读出正态化系数k[33]及角度复位值θres[33]，将点PHv的数字值(参照图3)作为Δx代入第一角度误差函数及第二角度误差函数中，由此算出与点PHv的数字值相对应的第一角度误差θer1及第二角度误差θer2，将这些Δx、第一角度误差θer1及第二角度误差θer2代入上式(19)所表示的机械角推定式，由此算出本次采样时机下的机械角推定值θ。
图14是表示仅使用第一角度误差修正机械角推定值θ的情况下的实机验证相对于主超前角量的评估编码器误差量所得的结果的图。换言之，图14是表示实机验证通过下式(20)所算出的机械角推定值θ与机械角真值θe之间的角度误差所得的结果的图。图15是表示使用第一角度误差及第二角度误差这两者修正机械角推定值θ的情况下的实机验证相对于主超前角量的评估编码器误差量所得的结果的图。换言之，图15是实机验证通过上式(19)所算出的机械角推定值θ与机械角真值θe之间的角度误差所得的结果的图。
θ(Δx)＝k[i]×Δx+θres[i]-θer1…(20)
如图14所示，本申请发明人使用本发明的角度推定方法实机验证相对于主超前角量的评估编码器误差量所得的结果为，即使在仅使用第一角度误差修正机械角推定值θ的情况下，机械角推定值θ与机械角真值θe之间的角度误差也约为±0.03[deg]以内。而且，如图15所示，本申请发明人使用本发明的角度推定方法实机验证相对于主超前角量的评估编码器误差量所得的结果为，在使用第一角度误差及第二角度误差这两者修正机械角推定值θ的情况下，机械角推定值θ与机械角真值θe之间的角度误差约为±0.02[deg]以内。
根据这些结果，通过本发明能够使角度误差小于基本专利方法。
如以上所述，本实施方式中的角度检测装置1包括：三个磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13，检测转子轴110的旋转引起的磁通变化；及信号处理部20，对从三个磁性传感器输出的信号进行处理。信号处理部20的处理部21执行如下处理：获取从三个传感器信号输出的信号作为传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw的处理(步骤S1)，三个传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw彼此具有电角度120°的相位差；在机械角1周期内选取三个传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw中两个传感器信号彼此交叉的交点以及三个传感器信号Hu、传感器信号Hv及传感器信号Hw分别与基准信号电平交叉的零交叉点的处理(步骤S2)；生成表示将彼此相邻的交点与零交叉点相连的直线(区段)的一次函数θ(Δx)的处理(步骤S3)，Δx为区段的起点至区段上的任意点的长度，θ为与区段上的任意点相对应的机械角；对于区段上的多个点，算出基于一次函数θ(Δx)所算出的机械角θ与从设置于转子轴110的编码器200获取的机械角θe的偏差作为第一角度误差的处理(步骤S4)；将针对区段上的多个点所算出的第一角度误差存储为学习值的处理(步骤S5)；及基于针对区段上的多个点所算出的第一角度误差，生成用来算出与区段上的任意点相对应的第一角度误差的第一角度误差函数的处理(步骤S6)。
根据如上所述的本实施方式，与日本专利第6233532号公报所公开的基本专利方法相比，能够进一步减小机械角推定值θ与机械角真值θe之间的角度误差，由此能够实现旋转轴的机械角检测精度的提高。
在本实施方式中，处理部21进而包括以下的处理：对于区段上的多个点，算出基于一次函数θ(Δx)所算出的机械角θ减去基于第一角度误差函数所算出的第一角度误差所得的值与从编码器200获取的机械角θe的偏差作为第二角度误差的处理(步骤S7)；将针对区段上的多个点所算出的第二角度误差存储为学习值的处理(步骤S8)；及基于针对区段上的多个点所算出的第二角度误差，生成用来算出与区段上的任意点相对应的第二角度误差的第二角度误差函数的处理(步骤S9)。
由此，由于使用第一角度误差及第二角度误差这两者修正机械角推定值θ，故而与仅使用第一角度误差修正机械角推定值θ的情况相比，能够进一步减小机械角推定值θ与机械角真值θe之间的角度误差。
在本实施方式中，区段上的多个点的间隔为等间隔。
由此，能够通过例如式(18)所表示的线性插值式而精度良好地算出区段上的任意点处的第一角度误差及第二角度误差，通过使用这些第一角度误差及第二角度误差的至少一者修正机械角推定值θ，能够提高机械角推定值θ的精度。
(变形例)
本发明并不限定于所述实施方式，本说明书中所说明的各结构可在相互不矛盾的范围内适当组合。
例如，在所述实施方式中，例示了通过使用第一角度误差及第二角度误差这两者的式(19)修正机械角推定值θ的情况。但是，即使在仅使用第一角度误差修正机械角推定值θ的情况(使用式(20)的情况)下，机械角推定值θ与机械角真值θe之间的角度误差也没有大的差异。因此，也可以通过仅使用第一角度误差的式(20)修正机械角推定值θ。在所述情况下，可将图11所示的学习处理中的步骤S7至步骤S9的处理删除。
在所述实施方式中，例示了处理部21对于区段上的九个关注点算出机械角推定值θ与机械角真值θe的偏差作为第一角度误差θerr的情况，但配置于区段上的关注点的数量并不限定于九个。而且，在所述实施方式中，例示了通过等间隔地配置的九个关注点将区段8等分的情况，但配置于区段上的多个关注点的间隔也可以不为等间隔。区段的分割数也不限定于8个。
在所述实施方式中，例示了使用传感磁铁120作为位置检测用的磁铁、即与马达100的转子轴110同步旋转的磁铁的情况，但也可以将安装于马达100的转子上的转子磁铁用作位置检测用的磁铁。转子磁铁也是与转子轴110同步旋转的磁铁，且具有多个磁极对。
在所述实施方式中，例示了传感器组10包括三个磁性传感器11、磁性传感器12及磁性传感器13的情况，但磁性传感器的个数并不限定于三个，只要为N个(N为3的倍数)即可。而且，在所述实施方式中，例示了传感磁铁120具有四个磁极对的情况，但传感磁铁120的极对数并不限定于四个。使用转子磁铁作为位置检测用的磁铁的情况也是同样，转子磁铁的极对数并不限定于四个。
符号的说明
1：角度检测装置
10：传感器组
11、12、13：磁性传感器
20：信号处理部
21：处理部
22：存储部
100：马达
110：转子轴
120：传感磁铁
200：编码器。

Claims (6)

1.一种角度检测方法，检测旋转轴的机械角，其特征在于，包括：
获取从检测所述旋转轴的旋转引起的磁通变化的三个磁性传感器输出的信号作为传感器信号的步骤，所述三个传感器信号彼此具有电角度120°的相位差；
在机械角1周期内选取所述三个传感器信号中的两个传感器信号彼此交叉的交点、及所述三个传感器信号分别与基准信号电平交叉的零交叉点的步骤；
生成表示将彼此相邻的所述交点与所述零交叉点相连的直线的一次函数θ(Δx)的步骤，所述Δx为所述直线的起点至所述直线上的任意点的长度，所述θ为与所述直线上的任意点相对应的机械角；
对于所述直线上的多个点，算出基于所述一次函数θ(Δx)所算出的机械角θ与从设置于所述旋转轴的编码器所获取的机械角θe的偏差作为第一角度误差的步骤；
将针对所述直线上的多个点所算出的所述第一角度误差存储为学习值的步骤；及
基于针对所述直线上的多个点所算出的所述第一角度误差，生成用来算出与所述直线上的任意点相对应的第一角度误差的第一角度误差函数的步骤。
2.根据权利要求1所述的角度检测方法，其特征在于，还包括：
对于所述直线上的多个点，算出基于所述一次函数θ(Δx)所算出的所述机械角θ减去基于所述第一角度误差函数所算出的所述第一角度误差所获得的值与从所述编码器获取的所述机械角θe的偏差作为第二角度误差的步骤；
将针对所述直线上的多个点所算出的所述第二角度误差存储为学习值的步骤；及
基于针对所述直线上的多个点所算出的所述第二角度误差，生成用来算出与所述直线上的任意点相对应的第二角度误差的第二角度误差函数的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的角度检测方法，其特征在于，
所述直线上的多个点的间隔为等间隔。
4.一种角度检测装置，检测旋转轴的机械角，其特征在于，包括：
三个磁性传感器，检测所述旋转轴的旋转引起的磁通变化；及
信号处理部，对从所述三个磁性传感器输出的信号进行处理，
所述信号处理部执行如下处理：
获取从所述三个传感器信号输出的信号作为传感器信号，所述三个传感器信号彼此具有电角度120°的相位差；
在机械角1周期内选取所述三个传感器信号中的两个传感器信号彼此交叉的交点、及所述三个传感器信号分别与基准信号电平交叉的零交叉点；
生成表示将彼此相邻的所述交点与所述零交叉点相连的直线的一次函数θ(Δx)，所述Δx为所述直线的起点至所述直线上的任意点的长度，所述θ为与所述直线上的任意点相对应的机械角；
对于所述直线上的多个点，算出基于所述一次函数θ(Δx)所算出的机械角θ与从设置于所述旋转轴的编码器所获取的机械角θe的偏差作为第一角度误差；
将针对所述直线上的多个点所算出的所述第一角度误差存储为学习值；及
基于针对所述直线上的多个点所算出的所述第一角度误差，生成用来算出与所述直线上的任意点相对应的第一角度误差的第一角度误差函数。
5.根据权利要求4所述的角度检测装置，其特征在于，
所述信号处理部进一步执行如下处理：
对于所述直线上的多个点，算出基于所述一次函数θ(Δx)所算出的所述机械角θ减去基于所述第一角度误差函数所算出的所述第一角度误差所获得的值与从所述编码器获取的所述机械角θe的偏差作为第二角度误差；
将针对所述直线上的多个点所算出的所述第二角度误差存储为学习值；及
基于针对所述直线上的多个点所算出的所述第二角度误差，生成用来算出与所述直线上的任意点相对应的第二角度误差的第二角度误差函数。
6.根据权利要求4或5所述的角度检测装置，其特征在于，
所述直线上的多个点的间隔为等间隔。
CN202280017925.XA 2021-05-31 2022-03-10 角度检测方法及角度检测装置 Pending CN116897272A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021090841 2021-05-31
JP2021-090841 2021-05-31
PCT/JP2022/010670 WO2022254863A1 (ja) 2021-05-31 2022-03-10 角度検出方法および角度検出装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116897272A true CN116897272A (zh) 2023-10-17

Family

ID=84324251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280017925.XA Pending CN116897272A (zh) 2021-05-31 2022-03-10 角度检测方法及角度检测装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240167804A1 (zh)
EP (1) EP4350299A1 (zh)
JP (1) JPWO2022254863A1 (zh)
CN (1) CN116897272A (zh)
WO (1) WO2022254863A1 (zh)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0465632A (ja) * 1990-07-04 1992-03-02 Toshio Fukuda 測定装置
JP4370799B2 (ja) * 2003-04-18 2009-11-25 株式会社安川電機 絶対値エンコーダおよびその補正装置ならびにその補正方法、該エンコーダ付モータ
JP4358827B2 (ja) * 2004-05-27 2009-11-04 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 内燃機関のカムシャフトに配置された位相センサの改善された位相信号形成方法および形成装置
CN111245306B (zh) 2014-12-22 2024-02-20 日本电产株式会社 信号处理装置以及信号处理方法
US10460251B2 (en) * 2015-06-19 2019-10-29 Preferred Networks Inc. Cross-domain time series data conversion apparatus, methods, and systems
JP2017156164A (ja) * 2016-02-29 2017-09-07 Ｎｅｃソリューションイノベータ株式会社 センサシステム、センサ補正装置、センサ補正方法、及びプログラム
DE102017216536B4 (de) * 2017-09-19 2023-07-06 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zur Kompensation von Störungen eines gemessenen Winkelsignals eines magnetischen Winkelsensors einer elektrischen Maschine und ein entsprechend ausgebildeter Mikrokontroller, eine elektrische Maschine, sowie ein Computerprogrammprodukt
FR3103047B1 (fr) * 2019-11-07 2021-11-26 Thales Sa Procede et dispositif d'apprentissage par reseau de neurones artificiels pour l'aide a l'atterrissage d'aeronef

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022254863A1 (zh) 2022-12-08
WO2022254863A1 (ja) 2022-12-08
US20240167804A1 (en) 2024-05-23
EP4350299A1 (en) 2024-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6575582B2 (ja) 位置推定方法および位置制御装置
EP2827106B1 (en) Angle detection device
US11448526B2 (en) Position estimation method, position estimation device, and motor module for estimating position of rotor in motor
CN112970188B (zh) 位置推定装置和位置推定方法
CN116897272A (zh) 角度检测方法及角度检测装置
US20240263935A1 (en) Angle detection method and angle detection device
WO2023167329A1 (ja) 信号生成装置および信号生成方法
CN112970187A (zh) 位置推定装置和位置推定方法
WO2023167328A1 (ja) 信号生成装置および信号生成方法
WO2023053598A1 (ja) 三相信号生成装置および三相信号生成方法
WO2023053596A1 (ja) 三相信号生成装置および三相信号生成方法
WO2024004448A1 (ja) 信号生成装置および信号生成方法
US20240235333A9 (en) Position detection device, position detection method, automated guided vehicle, and sewing device
WO2024142429A1 (ja) 信号生成装置および信号生成方法
WO2024004474A1 (ja) 角度検出装置および角度検出方法
CN118844022A (zh) 信号生成装置以及信号生成方法
WO2024143256A1 (ja) 角度検出装置
WO2024142430A1 (ja) 角度検出装置
CN117121363A (zh) 位置检测装置及位置检测方法
CN117063388A (zh) 三相信号发生装置及三相信号发生方法
CN118318145A (zh) 信号生成装置以及电梯

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination