旋轉(zhuǎn)角檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)角檢測裝置，在滿足三個磁傳感器中的兩個傳感器連續(xù)三個取樣周期均檢測同一個磁極這樣的條件的情況下，基于這兩個傳感器中的三次取樣量的輸出信號，對旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算。在這三次取樣量的輸出信號滿足規(guī)定要件時，對與兩個傳感器檢測的磁極對應(yīng)的角寬度誤差修正值以及振幅進(jìn)行運算，并與該磁極相關(guān)聯(lián)地存儲。在不滿足上述條件的情況下，使用三個磁傳感器中的兩個傳感器的輸出信號、和存儲于存儲器的信息對旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算，上述兩個傳感器包括檢測其角寬度誤差修正值存儲于存儲器的磁極的一個傳感器。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)角檢測裝置
[0001]本申請主張于2012年12月12日提出的日本專利申請2012-271640號的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其全部內(nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及檢測旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]作為檢測旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角檢測裝置，已知有使用與無刷馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)對應(yīng)地旋轉(zhuǎn)的檢測用轉(zhuǎn)子，并檢測無刷馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角檢測裝置。具體而言，如圖16所示，檢測用轉(zhuǎn)子201，以下稱為轉(zhuǎn)子201具備具有與設(shè)于無刷馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的磁極對相當(dāng)?shù)亩鄠€磁極對的圓筒狀的磁鐵202。在轉(zhuǎn)子201的周圍以轉(zhuǎn)子201的旋轉(zhuǎn)中心軸為中心隔開規(guī)定的角度間隔地配置有兩個磁傳感器221、222。從各磁傳感器221、222輸出具有規(guī)定的相位差的正弦波信號?；谶@兩個正弦波信號，檢測轉(zhuǎn)子201的旋轉(zhuǎn)角(無刷馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角)。
[0004]在該例中，磁鐵202具有五組磁極對。換句話說，磁鐵102具有以等角度間隔配置的10個磁極。各磁極以轉(zhuǎn)子201的旋轉(zhuǎn)中心軸為中心，以36° (為電角180° )的角度間隔配置。另外，兩個磁傳感器221、222以轉(zhuǎn)子201的旋轉(zhuǎn)中心軸為中心隔開18° (為電角90° )的角度間隔地配置。
[0005]將圖16箭頭所示的方向設(shè)為檢測用轉(zhuǎn)子201的正方向的旋轉(zhuǎn)方向。于是，若轉(zhuǎn)子201向正方向旋轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)子201的旋轉(zhuǎn)角增大，若轉(zhuǎn)子201向反方向旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子201的旋轉(zhuǎn)角變小。如圖17所示，從各磁傳感器221、222輸出將轉(zhuǎn)子201旋轉(zhuǎn)與一個磁極對的量相當(dāng)?shù)慕嵌?72° (為電角360° ))的期間作為一個周期的正弦波信號S1、S2。
[0006]將轉(zhuǎn)子201的一次旋轉(zhuǎn)的量的角度范圍與五個磁極對對應(yīng)地分為五個區(qū)間，將使各區(qū)間的開始位置為0°并使結(jié)束位置為360°表示的轉(zhuǎn)子201的旋轉(zhuǎn)角稱為轉(zhuǎn)子201的電角Θ。
[0007]這里，從第I磁傳感器221輸出SI = Al -sin Θ的輸出信號，從第2磁傳感器222輸出S2 = A2.cos Θ的輸出信號。Al、A2是振幅。若視為兩輸出信號S1、S2的振幅Al、A2彼此相等，則轉(zhuǎn)子201的電角Θ能夠使用兩輸出信號S1、S2，基于下式求出。
[0008]Θ =tan —1 (sin θ / cos θ )
[0009]= tan — 1 (SI / S2)
[0010]這樣一來，使用求出的電角Θ，控制無刷馬達(dá)。例如參照日本特開2008-26297號公報。
[0011]在上述那樣的以往的旋轉(zhuǎn)角檢測裝置中，認(rèn)為兩磁傳感器221、222的輸出信號S1、S2的振幅A1、A2相等來對旋轉(zhuǎn)角Θ進(jìn)行運算，但兩輸出信號S1、S2的振幅A1、A2對應(yīng)于兩磁傳感器221、222的溫度特性的偏差以及溫度變化而變化。因此，因兩磁傳感器221、222的溫度特性的偏差以及溫度變化，使得轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角的檢測產(chǎn)生誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的之一是提供能夠檢測高精度的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角檢測裝置。
[0013]本發(fā)明的一種方式的旋轉(zhuǎn)角運算裝置包含:多極磁鐵，其對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，且具有多個磁極；三個磁傳感器，它們根據(jù)上述多極磁鐵的旋轉(zhuǎn)，分別輸出彼此具有規(guī)定相位差的正弦波信號；取樣器，其按每個規(guī)定時間對各上述磁傳感器的輸出信號進(jìn)行取樣；第I運算器，其在滿足上述三個磁傳感器中的兩個磁傳感器連續(xù)三個取樣周期均檢測同一個磁極這樣的條件時，基于這兩個磁傳感器的三次取樣量的輸出信號，對上述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算，并且總是對與這兩個磁傳感器檢測的磁極的磁極寬度有關(guān)的信息以及與這兩個磁傳感器的輸出信號的振幅有關(guān)的信息進(jìn)行運算并與該磁極相關(guān)聯(lián)地存儲，或者在上述三次取樣量的輸出信號滿足規(guī)定要件時，對與這兩個磁傳感器檢測的磁極的磁極寬度有關(guān)的信息以及與這兩個磁傳感器的輸出信號的振幅有關(guān)的信息進(jìn)行運算并與該磁極相關(guān)聯(lián)地存儲；以及第2運算器，其在不滿足上述條件時，使用上述三個磁傳感器中的兩個磁傳感器的一次取樣量的輸出信號、和通過上述第I運算器存儲的上述信息，對上述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算，上述兩個磁傳感器包括檢測與磁極寬度有關(guān)的信息相關(guān)聯(lián)地存儲的磁極的一個磁傳感器。
[0014]在上述方式中，在滿足三個磁傳感器中的兩個磁傳感器連續(xù)三個取樣周期均檢測同一個磁極這樣的條件時，基于這兩個磁傳感器的三次取樣量的輸出信號對旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算，所以能夠?qū)Ω呔鹊男D(zhuǎn)角進(jìn)行運算。另外，不滿足上述條件時，使用兩個磁傳感器的一次取樣量的輸出信號、和通過第I運算器存儲的信息，對旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算，上述兩個磁存儲器包括檢測和與磁極寬度有關(guān)的信息相關(guān)聯(lián)地存儲的磁極的一個磁傳感器，所以能夠以接近第I運算器的檢測精度的檢測精度對旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算。
[0015]對上述方式的旋轉(zhuǎn)角運算裝置來說，若將上述三個磁傳感器設(shè)為第I磁傳感器、第2磁傳感器以及第3磁傳感器，則也可以構(gòu)成為上述第I磁傳感器的輸出信號與上述第2磁傳感器的輸出信號的相位差為120°，上述第I磁傳感器的輸出信號與上述第3磁傳感器的輸出信號的相位差為240°。
[0016]在該構(gòu)成中，在由第I磁傳感器以及第2磁傳感器的組合構(gòu)成的兩個磁傳感器分別檢測不同的磁極時，由第2磁傳感器以及第3磁傳感器的組合構(gòu)成的兩個磁傳感器均檢測同一個磁極。相反地，在由第2磁傳感器以及第3磁傳感器的組合構(gòu)成的兩個磁傳感器分別檢測不同的磁極時，由第I磁傳感器以及第2磁傳感器的組合構(gòu)成的兩個磁傳感器均檢測同一個磁極。因此，滿足三個磁傳感器中的兩個磁傳感器連續(xù)三個取樣周期均檢測同一個磁極這樣的條件的概率提高。由此，能夠通過能以高精度對旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算的第I運算器對旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算的概率提高。
[0017]上述方式的旋轉(zhuǎn)角運算裝置也可以構(gòu)成為，與上述磁極的磁極寬度有關(guān)的信息是用于修正基于上述磁極的磁極寬度誤差的旋轉(zhuǎn)角誤差的磁極寬度誤差修正值，若將上述第I磁傳感器的輸出信號的振幅設(shè)為Al、將與上述第I磁傳感器檢測的磁極對應(yīng)的磁極寬度誤差修正值設(shè)為E1、將上述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角設(shè)為Θ，則上述第I磁傳感器的輸出信號SI被以SI = Alsin (El Θ )表不,若將上述第2磁傳感器的輸出信號的振幅設(shè)為A2、將上述第2磁傳感器檢測的磁極的磁極寬度誤差修正值設(shè)為E2,則上述第2磁傳感器的輸出信號S2被以S2 = A2sin (E2 θ + 120)表示，若將上述第3磁傳感器的輸出信號的振幅設(shè)為A3、將上述第3磁傳感器檢測的磁極的磁極寬度誤差修正值設(shè)為E3，則上述第3磁傳感器的輸出信號 S3 被以 S3 = A3sin (E3 Θ + 240)表示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]通過以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述以及其它特征、優(yōu)點會變得更加清楚，其中，對相同的要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，其中:
[0019]圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的一實施方式所涉及的旋轉(zhuǎn)角檢測裝置的電動動力轉(zhuǎn)向裝置的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0020]圖2是表示馬達(dá)控制用ECU的電構(gòu)成的示意圖。
[0021]圖3是圖解表示電動馬達(dá)的構(gòu)成的示意圖。
[0022]圖4是表示q軸電流指令值Iq*相對于檢測操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th的設(shè)定例的圖。
[0023]圖5是圖解表示扭矩傳感器的構(gòu)成的示意圖。
[0024]圖6是表示第I磁鐵的構(gòu)成以及三個磁傳感器的配置的示意圖。
[0025]圖7是表示第I磁傳感器、第2磁傳感器以及第3磁傳感器的輸出波形的示意圖。
[0026]圖8A是用于說明應(yīng)用第3運算模式的情況的示意圖。
[0027]圖SB是用于說明應(yīng)用第4運算模式的情況的示意圖。
[0028]圖SC是用于說明應(yīng)用第5運算模式的情況的示意圖。
[0029]圖9是用于說明第3運算模式的說明圖。
[0030]圖10是表示第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A的動作的流程圖。
[0031]圖1lA是表示圖10的步驟SI的基于強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角運算處理的順序的一部分的流程圖。
[0032]圖1lB是表示圖10的步驟SI的基于強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角運算處理的順序的一部分的流程圖。
[0033]圖1lC是表示圖10的步驟SI的基于強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角運算處理的順序的一部分的流程圖。
[0034]圖12是表示扭矩運算用E⑶內(nèi)的存儲器的內(nèi)容的一部分的示意圖。
[0035]圖13是表示相對極編號的設(shè)定處理的詳細(xì)順序的流程圖。
[0036]圖14A是用于說明相對極編號的設(shè)定處理的示意圖。
[0037]圖14B是用于說明相對極編號的設(shè)定處理的示意圖。
[0038]圖14C是用于說明相對極編號的設(shè)定處理的示意圖。
[0039]圖15A是表示圖10的步驟S2的通常時的旋轉(zhuǎn)角運算處理的順序的一部分的流程圖。
[0040]圖15B是表示圖10的步驟S2的通常時的旋轉(zhuǎn)角運算處理的順序的一部分的流程圖。
[0041]圖16是用于說明以往的旋轉(zhuǎn)角檢測裝置的旋轉(zhuǎn)角檢測方法的示意圖。
[0042]圖17是表示第I磁傳感器以及第2磁傳感器的輸出信號波形的示意圖。
【具體實施方式】[0043]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0044]參照圖1，電動動力轉(zhuǎn)向裝置I具備作為用于操縱車輛的操縱轉(zhuǎn)向部件的方向盤
2、與該方向盤2的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動地使轉(zhuǎn)向輪3轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4、以及用于輔助駕駛員的操縱轉(zhuǎn)向的操縱轉(zhuǎn)向輔助機(jī)構(gòu)5。方向盤2與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸6以及中間軸7機(jī)械連接。
[0045]轉(zhuǎn)向軸6包含與方向盤2連接的輸入軸8、和與中間軸7連接的輸出軸9。輸入軸8與輸出軸9經(jīng)由扭桿10在同一軸線上能夠相對旋轉(zhuǎn)地連接。即，若旋轉(zhuǎn)方向盤2，則輸入軸8以及輸出軸9彼此相對旋轉(zhuǎn)的同時向同一方向旋轉(zhuǎn)。
[0046]轉(zhuǎn)向軸6的周圍設(shè)有應(yīng)用了本發(fā)明的一實施方式所涉及的旋轉(zhuǎn)角檢測裝置的扭矩傳感器(扭矩檢測裝置)11。扭矩傳感器11基于輸入軸8以及輸出軸9的相對旋轉(zhuǎn)位移量，檢測給予方向盤2的操縱轉(zhuǎn)向扭矩。通過扭矩傳感器11檢測出的操縱轉(zhuǎn)向扭矩向馬達(dá)控制用ECU (電子控制單元!Electronic Control Unit) 12輸入。[0047]轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4由包含小齒輪軸13、和作為轉(zhuǎn)向軸的齒條軸14的齒條小齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成。齒條軸14的各端部經(jīng)由橫拉桿15以及轉(zhuǎn)向臂(省略圖示)與轉(zhuǎn)向輪3連接。小齒輪軸13與中間軸7連接。小齒輪軸13與方向盤2的操縱轉(zhuǎn)向聯(lián)動地旋轉(zhuǎn)。小齒輪軸13的前端連接有小齒輪16。
[0048]齒條軸14沿汽車的左右方向(與前進(jìn)方向正交的方向)直線狀地延伸。齒條軸14的軸向上的中間部形成有與小齒輪16嚙合的齒條17。通過該小齒輪16以及齒條17，小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換為齒條軸14的軸向移動。通過使齒條軸14在軸向上移動，能夠使轉(zhuǎn)向輪3轉(zhuǎn)向。
[0049]若方向盤2被操縱轉(zhuǎn)向(旋轉(zhuǎn))，則該旋轉(zhuǎn)經(jīng)由轉(zhuǎn)向軸6以及中間軸7，被傳遞給小齒輪軸13。然后，小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)通過小齒輪16以及齒條17,被轉(zhuǎn)換為齒條軸14的軸向移動。由此，轉(zhuǎn)向輪3被轉(zhuǎn)向。
[0050]操縱轉(zhuǎn)向輔助機(jī)構(gòu)5包含用于產(chǎn)生操縱轉(zhuǎn)向輔助力的電動馬達(dá)18、和用于將電動馬達(dá)18的輸出扭矩傳遞給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4的減速機(jī)構(gòu)19。在本實施方式中，電動馬達(dá)18由三相無刷馬達(dá)構(gòu)成。減速機(jī)構(gòu)19由包含蝸桿軸20、和、與該蝸桿軸20嚙合的蝸輪21的蝸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成。減速機(jī)構(gòu)19收納在作為傳動機(jī)構(gòu)殼體的齒輪殼體22內(nèi)。
[0051]蝸桿軸20被電動馬達(dá)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。另外，蝸輪21與轉(zhuǎn)向軸6以能夠向同方向旋轉(zhuǎn)的方式連接。蝸輪21被蝸桿軸20旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
[0052]若蝸桿軸20被電動馬達(dá)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，則蝸輪21被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，轉(zhuǎn)向軸6旋轉(zhuǎn)。然后，轉(zhuǎn)向軸6的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由中間軸7被傳遞給小齒輪軸13。小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換為齒條軸14的軸向移動。由此，轉(zhuǎn)向輪3被轉(zhuǎn)向。即，通過電動馬達(dá)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動蝸桿軸20，從而轉(zhuǎn)向輪3被轉(zhuǎn)向。
[0053]電動馬達(dá)18的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角)被分解器等旋轉(zhuǎn)角傳感器25檢測。旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出信號被輸入給馬達(dá)控制用ECU12。電動馬達(dá)18被作為馬達(dá)控制裝置的馬達(dá)控制用ECU12進(jìn)行控制。
[0054]圖2是表示馬達(dá)控制用E⑶12的電構(gòu)成的示意圖。
[0055]馬達(dá)控制用E⑶12根據(jù)扭矩傳感器11檢測出的操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th驅(qū)動電動馬達(dá)18，從而實現(xiàn)與操縱轉(zhuǎn)向狀況對應(yīng)的適當(dāng)?shù)牟倏v轉(zhuǎn)向輔助。馬達(dá)控制用ECU12具備微型計算機(jī)40、通過微型計算機(jī)40控制，向電動馬達(dá)18供給電力的驅(qū)動電路(逆變器電路)31、以及檢測流過電動馬達(dá)18的馬達(dá)電流的電流檢測部32。
[0056]電動馬達(dá)18例如是三相無刷馬達(dá)，如圖3圖解所示，具備勵磁用的轉(zhuǎn)子100、和包含U相、V相以及W相的定子繞組101、102、103的定子105。電動馬達(dá)18可以是將定子對置配置于轉(zhuǎn)子的外部的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的電動馬達(dá)，也可以是將定子對置配置于筒狀的轉(zhuǎn)子的內(nèi)部的外轉(zhuǎn)子型的電動馬達(dá)。
[0057]定義在各相的定子繞組101、102、103的方向上取U軸、V軸以及W軸的三相固定坐標(biāo)亦即UVW坐標(biāo)系。另外，定義在轉(zhuǎn)子100的磁極方向取作為磁極軸的d軸，在轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)與d軸成直角的方向取作為扭矩軸的q軸的二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系亦即dq坐標(biāo)系(實旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系)。dq坐標(biāo)系是與轉(zhuǎn)子100 —起旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。在dq坐標(biāo)系中,僅q軸電流有助于轉(zhuǎn)子100的扭矩產(chǎn)生，所以使d軸電流為零，并根據(jù)所希望的扭矩控制q軸電流即可。轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)角(電角)Θ-S是d軸相對于U軸的旋轉(zhuǎn)角。dq坐標(biāo)系是追隨轉(zhuǎn)子角Θ -S的實旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。通過使用該轉(zhuǎn)子角Θ -S，能夠進(jìn)行UVW坐標(biāo)系和dq坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
[0058]微型計算機(jī)40具備CPU以及存儲器(ROM、RAM、非易失性存儲器等)，通過執(zhí)行規(guī)定的程序，來作為多個功能處理部發(fā)揮作用。該多個功能處理部包含電流指令值設(shè)定部41、電流偏差運算部42、PI (比例積分)控制部43、dq / UVW轉(zhuǎn)換部44、PWM (Pulse WidthModulation:脈沖寬度調(diào)制)控制部45、UVff / dq轉(zhuǎn)換部46、以及旋轉(zhuǎn)角運算部47。
[0059]旋轉(zhuǎn)角運算部47基于旋轉(zhuǎn)角傳感器25的輸出信號，對電動馬達(dá)18的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角(電角。以下稱為轉(zhuǎn)子角Θ S。)進(jìn)行運算。
[0060]電流指令值設(shè)定部41將應(yīng)該流過dq坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸的電流值設(shè)定為電流指令值。具體而言，電流指令值設(shè)定部41對d軸電流指令值Id*以及q軸電流指令值Iq*，以下總稱這些時稱為二相電流指令值Idq*，進(jìn)行設(shè)定。更具體而言，電流指令值設(shè)定部41使q軸電流指令值Iq*為有效值，另一方面使d軸電流指令值Id*為零。更具體而言，電流指令值設(shè)定部41基于通過扭矩傳感器11檢測出的檢測操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th，設(shè)定q軸電流指令值 Iq*。
[0061]q軸電流指令值Iq*相對于檢測操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th的設(shè)定例如圖4所示。對檢測操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th來說，例如，用于向右方向操縱轉(zhuǎn)向的扭矩取為正值，用于向左方向操縱轉(zhuǎn)向的扭矩取為負(fù)值。q軸電流指令值Iq*在要使電動馬達(dá)18產(chǎn)生用于右方向操縱轉(zhuǎn)向的操作輔助力時取正值，在要使電動馬達(dá)18產(chǎn)生用于左方向操縱轉(zhuǎn)向的操作輔助力時取負(fù)值。q軸電流指令值Iq*相對于檢測操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th的正值取為正，相對于檢測操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th的負(fù)值取為負(fù)。在檢測操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th為零時，q軸電流指令值Iq*取為零。q軸電流指令值Iq*以檢測操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th的絕對值越大，q軸電流指令值Iq*的絕對值越大的方式被設(shè)定。
[0062]通過電流指令值設(shè)定部41設(shè)定的二相電流指令值Idq*給予電流偏差運算部42。
[0063]電流檢測部32對電動馬達(dá)18的U相電流IU、V相電流IV以及W相電流IW，以下總稱這些時稱為三相檢測電流IUVW，進(jìn)行檢測。通過電流檢測部32檢測出的三相檢測電流IUVff給予UVW / dq轉(zhuǎn)換部46。
[0064]UVff / dq轉(zhuǎn)換部46將通過電流檢測部32檢測出的UVW坐標(biāo)系的三相檢測電流IUVff (U相電流IU、V相電流IV以及W相電流IW)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為dq坐標(biāo)系的二相檢測電流Id以及Iq，以下總稱時稱為二相檢測電流Idq。該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換使用通過旋轉(zhuǎn)角運算部47運算出的轉(zhuǎn)子角9S。
[0065]電流偏差運算部42對通過電流指令值設(shè)定部41設(shè)定的二相電流指令值Idq*和從UVW / dq轉(zhuǎn)換部46給予的二相檢測電流Idq的偏差進(jìn)行運算。更具體而言，電流偏差運算部42對d軸檢測電流Id相對于d軸電流指令值Id*的偏差以及q軸檢測電流Iq相對于q軸電流指令值Iq*的偏差進(jìn)行運算。這些偏差給予PI控制部43。
[0066]PI控制部43進(jìn)行針對通過電流偏差運算部42運算出的電流偏差的PI運算，從而生成應(yīng)該施加給電動馬達(dá)18的二相電壓指令值Vdq* (d軸電壓指令值Vd*以及q軸電壓指令值Vq*)。該二相電壓指令值Vdq*給予dq / UVW轉(zhuǎn)換部44。
[0067]dq / UVff轉(zhuǎn)換部44將二相電壓指令值Vdq*坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三相電壓指令值VUVW*。該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換使用通過旋轉(zhuǎn)角運算部47運算出的轉(zhuǎn)子角Θ S。三相電壓指令值VUVW*由U相電壓指令值VU*、V相電壓指令值VV*以及W相電壓指令值VW*構(gòu)成。該三相電壓指令值VUVff*給予PWM控制部45。
[0068]PWM控制部45生成分別與U相電壓指令值VU*、V相電壓指令值VV*以及W相電壓指令值VW*對應(yīng)的占空比的U相PWM控制信號、V相PWM控制信號以及W相PWM控制信號，并供給至驅(qū)動電路31。
[0069]驅(qū)動電路31由與U相、V相以及W相對應(yīng)的三相逆變器電路構(gòu)成。構(gòu)成該逆變器電路的執(zhí)行元件通過從PWM控制部45給予的PWM控制信號而被控制，從而與三相電壓指令值VUVW*相當(dāng)?shù)碾妷罕皇┘咏o電動馬達(dá)18的各相的定子繞組101、102、103。
[0070]電流偏差運算部42以及PI控制部43構(gòu)成電流反饋控制器。通過該電流反饋控制器的動作，流過電動馬達(dá)18的馬達(dá)電流以接近通過電流指令值設(shè)定部41設(shè)定的二相電流指令值Idq*的方式被控制。
[0071]圖5是圖解表示扭矩傳感器11的構(gòu)成的示意圖。
[0072]輸入軸8上以能夠一體旋轉(zhuǎn)的方式連接有環(huán)狀的第I磁鐵(多極磁鐵)61。在第I磁鐵61的下側(cè)配置有對應(yīng)于第I磁鐵61的旋轉(zhuǎn)分別輸出彼此具有相位差的正弦波狀的信號的三個磁傳感器71、72、73。
[0073]輸出軸9上以能夠一體旋轉(zhuǎn)的方式連接有環(huán)狀的第2磁鐵(多極磁鐵)62。在第2磁鐵62的上側(cè)配置有對應(yīng)于第2磁鐵62的旋轉(zhuǎn)分別輸出彼此具有相位差的正弦波狀的信號的三個磁傳感器74、75、76。
[0074]各磁傳感器71?76的輸出信號SI?S6輸入用于對施加給輸入軸8的操縱轉(zhuǎn)向扭矩進(jìn)行運算的扭矩運算用ECU77。扭矩運算用ECU77的電源通過對點火開關(guān)進(jìn)行打開操作而打開。在對點火開關(guān)進(jìn)行了關(guān)閉操作時，表示該情況的點火開關(guān)關(guān)閉操作信號被輸入扭矩運算用ECU77。此外，作為磁傳感器，例如，能夠使用具備了霍爾元件、磁阻元件(MR元件)等具有因磁場的作用使得電特性變化的特性的元件的磁傳感器。在本實施方式中，作為磁傳感器，使用霍爾兀件。
[0075]通過上述磁鐵61、62、上述磁傳感器71?76以及扭矩運算用E⑶77，構(gòu)成扭矩傳感器11。
[0076]扭矩運算用E⑶77包括微型計算機(jī)。微型計算機(jī)具備CPU以及存儲器(ROM、RAM、非易失性存儲器等)，通過執(zhí)行規(guī)定的程序，而作為多個功能處理部發(fā)揮作用。該多個功能處理部包含第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A、第2旋轉(zhuǎn)角運算部77B、以及扭矩運算部77C。
[0077]第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A基于三個磁傳感器71、72、73的輸出信號S1、S2、S3對輸入軸8的旋轉(zhuǎn)角(電角ΘΑ)進(jìn)行運算。第2旋轉(zhuǎn)角運算部77B基于三個磁傳感器74、75、76的輸出信號S4、S5、S6對輸出軸9的旋轉(zhuǎn)角(電角Θ B)進(jìn)行運算。
[0078]扭矩運算部77C基于通過第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A檢測出的輸入軸8的旋轉(zhuǎn)角Θ A和通過第2旋轉(zhuǎn)角運算部77B檢測出的輸出軸9的旋轉(zhuǎn)角Θ B,對施加給輸入軸8的操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th進(jìn)行運算。具體而言，若將扭桿10的彈簧常數(shù)設(shè)為K，將設(shè)于各磁鐵61、62的磁極對數(shù)設(shè)為N，則操縱轉(zhuǎn)向扭矩Th基于下式(I)進(jìn)行運算。
[0079]Th = {( ΘΑ— ΘΒ) / N} XK...(I)
[0080]通過第I磁鐵61、磁傳感器71、72、73以及第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A，構(gòu)成用于檢測輸入軸8的旋轉(zhuǎn)角Θ A的第I旋轉(zhuǎn)角檢測裝置。另外，通過第2磁鐵62、磁傳感器74、75、76以及第2旋轉(zhuǎn)角運算部77B，構(gòu)成用于檢測輸出軸9的旋轉(zhuǎn)角Θ B的第2旋轉(zhuǎn)角檢測裝置。
[0081]第I旋轉(zhuǎn)角檢測裝置(第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A)的動作與第2旋轉(zhuǎn)角檢測裝置(第2旋轉(zhuǎn)角運算部77B)的動作相同，所以以下，僅對第I旋轉(zhuǎn)角檢測裝置(第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A)的動作進(jìn)行說明。
[0082]圖6是表示第I磁鐵61的構(gòu)成以及兩個磁傳感器的配置的示意圖。 [0083]第I磁鐵61具有在圓周方向上以等角度間隔配置的四組磁極對(Ml、M2)、(M3、M4)、(M5、M6)、(M7、M8)。換句話說，第I磁鐵61具有以等角度間隔配置的八個磁極Ml~M8。各磁極Ml~M8以輸入軸8的中心軸為中心，以大致45° (大致電角180° )的角度間隔(角寬度)配置。各磁極Ml~M8的磁力的大小幾乎恒定。
[0084]三個磁傳感器71、72、73與第I磁鐵61的下側(cè)的環(huán)狀端面對置地配置。以下，存在將磁傳感器71稱為第I磁傳感器71,將磁傳感器72稱為第2磁傳感器72,將磁傳感器73稱為第3磁傳感器73的情況。第I磁傳感器71和第2磁傳感器72以輸入軸8的中心軸為中心，以為電角120°的角度間隔配置。另外，第2磁傳感器72和第3磁傳感器73以輸入軸8的中心軸為中心，以為電角120°的角度間隔配置。因此，第I磁傳感器71和第3磁傳感器73以輸入軸8的中心軸為中心，以為電角240°的角度間隔配置。
[0085]將圖6中以箭頭表不的方向設(shè)為輸入軸8的正方向的旋轉(zhuǎn)方向。而且,若向正方向旋轉(zhuǎn)輸入軸8則輸入軸8的旋轉(zhuǎn)角增大，若向相反方向旋轉(zhuǎn)輸入軸8，則輸入軸2的旋轉(zhuǎn)角變小。如圖7所示，隨著輸入軸8的旋轉(zhuǎn)，從各磁傳感器71、72、73輸出正弦波狀的信號
S1、S2、S3。
[0086]此外，圖6的橫軸的旋轉(zhuǎn)角[deg]表示機(jī)械角。
[0087]以下，存在將第I磁傳感器71的輸出信號SI稱為第I輸出信號SI或者第I傳感器值SI,將第2磁傳感器72的輸出信號S2稱為第2輸出信號S2或者第2傳感器值S2,將第3磁傳感器73的輸出信號S3稱為第3輸出信號S3或者第3傳感器值S3的情況。
[0088]以下，為了方便說明，以Θ表示輸入軸8的旋轉(zhuǎn)角，而不是以ΘΑ表示。若視各輸出信號S1、S2、S3為正弦波信號，將輸入軸8的旋轉(zhuǎn)角設(shè)為Θ (電角)，則第I磁傳感器71的輸出信號SI表示為SI = Al ?sin Θ，第2磁傳感器72的輸出信號S2表示為S2 = A2-sin(Θ + 120)，第3磁傳感器73的輸出信號S3表示為S3 = A3.sin ( Θ + 240)。Al、A2、A3分別表不振幅。第I輸出信號SI與第2輸出信號S2的相位差為120°。第2輸出信號S2和第3輸出信號S3的相位差也為120°。因此，第I輸出信號SI和第3輸出信號S3的相位差為240。ο
[0089]對第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A的旋轉(zhuǎn)角Θ的運算方法的基本的想法進(jìn)行說明。第I旋轉(zhuǎn)角運算部77A的旋轉(zhuǎn)角運算模式有第I運算模式?第5運算模式。以下，對各運算模式進(jìn)行說明。
[0090]第I運算模式是應(yīng)用于第I以及第2磁傳感器71、72連續(xù)三個取樣周期(三個運算周期)均檢測同一個磁極的情況的運算模式。在第I運算模式中，基于第I以及第2磁傳感器71、72中的三次取樣量的輸出信號對旋轉(zhuǎn)角Θ進(jìn)行運算。
[0091]以C表不第I輸出信號SI與第2輸出信號S2的相位差(電角)。以[η]表不這次的取樣周期的編號(這次的運算周期的編號)，以[η-l]表示上一次的取樣周期的編號，以[η-2]表示上上次的取樣周期的編號。將用于修正基于各磁極Ml?Μ8的角寬度(磁極寬度、間距寬度)的偏差的旋轉(zhuǎn)角運算誤差的修正值稱為角寬度誤差修正值(磁極寬度誤差修正值)，以E表示。
[0092]若使用相位差C、取樣周期編號[η]、[η-1]、[η-2]以及角寬度誤差修正值Ε，則能夠分別以下式(2a)、(2b)、(2c)、(2d)、(2e)、(2f)表示這次、上一次以及上上次取樣的第I輸出信號SI以及這次、上一次以及上上次取樣的第2輸出信號S2。
[0093]SI [n] =Al [n] sin (El [η] θ [η] ) (2a)
[0094]SI [η-1] = Al [η-1] sin (El [η-1] θ [η-1] ) (2b)
[0095]SI [η-2] = Al [η-2] sin (El [η-2] θ [η-2] ) (2c)
[0096]S2 [η] = Α2 [η] sin (Ε2 [η] θ [η] + C) (2d)
[0097]S2[η-1] = Α2[η-1] sin (Ε2[η_1] θ [η-1] + C) (2e)
[0098]S2[n-2] = Α2 [η-2] sin (Ε2[η_2] θ [η-2] + C) (2f)
[0099]在上述式(2a)?(2f)中，El[x]是與在第x次的運算周期中第I磁傳感器71檢測的磁極對應(yīng)的角寬度誤差修正值。E2[x]是與在第X次的運算周期中第2磁傳感器72檢測的磁極對應(yīng)的角寬度誤差修正值。
[0100]若將某一磁極的角寬度設(shè)為W (電角),則該磁極的角寬度誤差Qerr (電角)利用下式(3)定義。
[0101]Θ err = w — 180 (3)
[0102]針對該磁極的角寬度誤差修正值E利用下式(4)定義。
[0103]E = 180 / w = 180 / ( Θ err + 180) (4)
[0104]各磁極的角寬度誤差修正值E是與各磁極的磁極寬度有關(guān)的信息。此外，與各磁極的磁極寬度有關(guān)的信息也可以是各磁極的角寬度W，也可以是各磁極的角寬度誤差Θ err ο
[0105]若C已知，則上述式(2a)?(2f)表示的六個式子所包含的未知數(shù)的個數(shù)為16。未知數(shù)的個數(shù)比方程式的個數(shù)多，所以這樣不能夠解開由六個式子構(gòu)成的聯(lián)立方程式。
[0106]在本實施方式中，通過較短地設(shè)定取樣間隔(取樣周期)，而認(rèn)為沒有由三次取樣期間的溫度變化引起的振幅的變化。換句話說，認(rèn)為三次取樣期間的第I磁傳感器71的輸出信號的振幅Al [η]、Al [η-1]、Al [η-2]彼此相等，將這些振幅設(shè)為Al。同樣地，認(rèn)為三次取樣期間的第2磁傳感器72的輸出信號的振幅A2 [η]、Α2[η_1]、Α2[η_2]彼此相等，并將這些振幅設(shè)為Α2。
[0107]在三次取樣期間，兩磁傳感器71、72均檢測同一個磁極的情況下，三次取樣量的兩磁傳感器71、72的輸出信號所包含的角寬度誤差修正值El [n]、El [n-1]、El [η-2]、Ε2[η]、Ε2[η-1]、Ε2[η-2]成為相同的值，所以以E表示這些角寬度誤差修正值。由此，上述式(2a)~(2f)分別以下式(5a)~(5f)表示。
[0108]SI [n] =Alsin (Ε θ [n] ) (5a)
[0109]SI [n-1] =Alsin (Ε θ [η-1] ) (5b)
[0110]SI [η-2] =Alsin (Ε θ [η-2] ) (5c)
[0111]S2[η] = A2sin (Ε θ [η] + C) (5d)
[0112]S2[η-1] = A2sin (Ε θ [η-1] + C) (5e)
[0113]S2[n-2] = A2sin (Ε θ [η-2] + C) (5f)
[0114]這六個式子所包含的未知數(shù)(Α1、Α2、Ε、θ [η]、θ [η-1], θ [η_2])的個數(shù)為六個。換句話說，未知數(shù)的個數(shù)成為方程式的個數(shù)以下，所以能夠解開由六個式子構(gòu)成的聯(lián)立方程式。通過求解由上述六個式子(5a)~(5f)構(gòu)成的聯(lián)立方程式，能夠?qū)斎胼S8的旋轉(zhuǎn)角θ [η]進(jìn)行運算。
[0115]以下，對兩磁傳感器間的相位差C為120度的情況進(jìn)行具體的說明。
[0116]相位差C為120度的情況下，上述六個式子(5a)~(5f)能夠分別以下式(6a)~(6f )表示。
[0117]SI [n] =Alsin (Ε θ [n] ) (6a)
[0118]SI [n-1] =Alsin (Ε θ [η-1] ) (6b)
[0119]SI [η-2] =Alsin (Ε θ [η-2] ) (6c)
[0120]S2[η] = A2sin (Ε θ [η] + 120) (6d)
[0121]S2[n-1] = A2sin (Ε θ [η-1] + 120) (6e)
[0122]S2[n-2] = A2sin (Ε θ [η-2] + 120) (6f)
[0123]若將Εθ [η]作為一個未知數(shù)考慮，則通過求解由上述六個式子(6a)~(6f)中的四個式子(6a)、(6b)、(6d)、(6e)構(gòu)成的聯(lián)立方程式，Εθ [n]以下式(7)，以下稱為E Θ基本運算式(7)表示。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)角運算裝置，其特征在于，包含: 多極磁鐵，其對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，且具有多個磁極； 三個磁傳感器，它們根據(jù)所述多極磁鐵的旋轉(zhuǎn)，分別輸出彼此具有規(guī)定相位差的正弦波信號； 取樣器，其按每個規(guī)定時間對各所述磁傳感器的輸出信號進(jìn)行取樣； 第I運算器，其在滿足所述三個磁傳感器中的兩個磁傳感器連續(xù)三個取樣周期均檢測同一個磁極這樣的條件時，基于這兩個磁傳感器的三次取樣量的輸出信號，對所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算，并且總是對與這兩個磁傳感器檢測的磁極的磁極寬度有關(guān)的信息以及與這兩個磁傳感器的輸出信號的振幅有關(guān)的信息進(jìn)行運算并與該磁極相關(guān)聯(lián)地存儲，或者在所述三次取樣量的輸出信號滿足規(guī)定要件時對與這兩個磁傳感器檢測的磁極的磁極寬度有關(guān)的信息以及與這兩個磁傳感器的輸出信號的振幅有關(guān)的信息進(jìn)行運算并與該磁極相關(guān)聯(lián)地存儲；以及 第2運算器，其在不滿足所述條件時，使用所述三個磁傳感器中的兩個磁傳感器的一次取樣量的輸出信號、和通過所述第I運算器所存儲的所述信息，對所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行運算，所述兩個磁傳感器包括檢測出和與磁極寬度有關(guān)的信息相關(guān)聯(lián)地存儲的磁極的一個磁傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角運算裝置，其特征在于， 若將所述三個磁傳感器設(shè)為第I磁傳感器、第2磁傳感器以及第3磁傳感器，則所述第I磁傳感器的輸出信號與所述第2磁傳感器的輸出信號的相位差為120°，所述第I磁傳感器的輸出信號與所述第3磁傳感器的輸出信號的相位差為240°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角運算裝置，其特征在于， 與所述磁極的磁極寬度有關(guān)的信息是用于修正基于所述磁極的磁極寬度誤差的旋轉(zhuǎn)角誤差的磁極寬度誤差修正值， 若將所述第I磁傳感器的輸出信號的振幅設(shè)為Al、將與所述第I磁傳感器檢測的磁極對應(yīng)的磁極寬度誤差修正值設(shè)為E1、將所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角設(shè)為Θ，則所述第I磁傳感器的輸出信號SI被以SI = Alsin (El Θ )表示， 若將所述第2磁傳感器的輸出信號的振幅設(shè)為A2、將所述第2磁傳感器檢測的磁極的磁極寬度誤差修正值設(shè)為E2，則所述第2磁傳感器的輸出信號S2被以S2 = A2sin(E2 Θ +120)表示， 若將所述第3磁傳感器的輸出信號的振幅設(shè)為A3、將所述第3磁傳感器檢測的磁極的磁極寬度誤差修正值設(shè)為E3，則所述第3磁傳感器的輸出信號S3被以S3 = A3sin(E3 Θ +240)表示。
【文檔編號】G01B7/30GK103868449SQ201310666346
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】高木剛, 狩集裕二, 冷水由信 申請人:株式會社捷太格特