位置傳感器的製作方法

2023-07-13 20:19:41 2

專利名稱：位置傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種位置傳感器，其包括用於接收通過高頻波 的振幅調製形成的勵磁信號的勵磁線圈以及用於輸出檢測信號 的檢測線圈，該位置傳感器用於基於隨著設置有勵磁線圈或檢 測線圈的運動物體的位置變化而改變的檢測信號，檢測該運動 物體的位置的變化。
背景技術：
迄今為止，高功率無刷電動機已經應用於混合動力車或電 動車中。為了控制混合動力車中的無刷電動機，需要精確地檢 測電動機的輸出軸的轉動位置。這是因為，為了控制對各線圈 的通電切換，必需檢測出電動機的轉動位置(轉動角度)。尤其
在車輛中，齒槽(cogging)易於使駕駛性能劣化，因此，存在減 少這種齒槽的需求。為此，要求精確的通電切換。
由於旋轉變壓器(resolver)具有良好的耐高溫性、耐噪聲 性、耐振動性、耐高溼性等，因而使用旋轉變壓器來檢測車輛 的電動機軸的位置。旋轉變壓器包括在電動機內部並直接安裝 在轉子軸上。
例如，設置專利文獻l中的旋轉變壓器，以利用正弦波和餘 弦波對高頻波進行振幅調製，然後將振幅調製後的高頻波作為 勵磁信號輸入勵磁線圈。這可以提供減少各勵磁線圈的匝數的 效果。這裡，正弦波、餘弦波和高頻波為模擬波。
此外，專利文獻2 4公開了將檢測線圏檢測到並輸出的輸 出信號轉換成數位訊號。
引用列表
3專利文獻 專利文獻l
專利文獻2:
專利文獻3
專利文獻4:
日本專利3047231 曰本特開平10(1998)-111145 日本特開2007-57316A 曰本特開2008-89409A

發明內容
發明要解決的問題
然而，傳統的旋轉變壓器具有如下缺點。具體地，通常， 使作為模擬波的正弦波進行分支，並且在CR電i 各中對該正弦波 進行相位偏移以生成餘弦波。因此，如果外部溫度改變，則出 現由於電路溫度特性而導致的餘弦波相對於正弦波的相位偏移 的誤差。這種餘弦波中產生的誤差將導致運動物體的位置檢測 的錯誤結果。
為解決上述問題做出了本發明，本發明的目的是提供一種 即使在出現溫度變化時也產生較小的檢測誤差的位置傳感器。 '用於解決問題的方案
為實現上述目的，提供了一種位置傳感器，包括勵磁線 圏，用於接收通過高頻信號的振幅調製形成的勵磁信號；以及 檢測線圏，用於輸出檢測信號，所述勵磁線圈和所述檢測線圏 之一設置在運動物體上，並且所述位置傳感器被設置為基於隨 著所述運動物體的位置變化而改變的#r測信號來4企測所述運動 物體的位置變化，其中，所述勵磁信號是基於基準時鐘產生的 數位化信號。
發明的有益效果
以下說明具有上述結構的位置傳感器的作用和效果。 本發明的位置傳感器包括勵磁線圈，用於接收通過高頻信號的振幅調製形成的勵磁信號；以及檢測線圏，用於輸出檢 測信號，所述勵磁線圏和所述檢測線圏之一設置在運動物體上， 並且所述位置傳感器被設置為基於隨著所述運動物體的位置變 化而改變的檢測信號來檢測所述運動物體的位置變化。所述勵 磁信號是基於基準時鐘產生的數位化信號。因此，不使用模擬 用CR電路來進行相位偏移。因此不會由於溫度改變而產生相位 偏移(偏差)誤差。具體地，通過使用基準時鐘來產生相互準確 地偏移或偏差90。的正弦波和餘弦波，乂人而減少相位偏移誤差。
將用於使檢測信號通過的門的開啟時刻延遲與檢測信號的 上升相對應的時間，以防止檢測信號中所產生的噪聲。因此， 可以進行精確檢測，從而提高了位置傳感器的檢測位置精度。 因此，不太可能在位置傳感器的檢測位置中出現誤差。
此外，基於基準時鐘產生勵磁信號，作為在相位上相互偏 移90°的正弦波數位化信號和餘弦波數位化信號。通過低通濾波 器將矩形波勵磁信號轉換為正弦波。因此，能夠以更精確的波 形生成正弦波和餘弦波，從而提高了位置傳感器的檢測位置精 度。
在從屬權利要求中給出了本發明的進 一 步改進。


圖l是示出本發明第 一 實施例中的旋轉變壓器的結構的框
圖2是示出本發明第二實施例中的旋轉變壓器的結構的框
圖3是由第一D/A轉換器生成的振幅調製的正弦波的說明
圖4是由第二D/A轉換器生成的振幅調製的餘弦波的說明圖5是示出當將第二實施例中的正弦波輸入到低通濾波器
電路時低通濾波器電路的輸出信號的波形的圖；以及 圖6A到6C是示出同步檢波器的操作的說明圖。
具體實施例方式
現在將參考附圖給出實現本發明的位置傳感器的第 一 實施 例的"^細i兌明。
包括第 一 實施例中的位置傳感器的旋轉變壓器包括傳感器 部、定子、轉子和控制電路。圖l是示出包括本實施例的位置傳 感器的旋轉變壓器的控制結構的框圖。旋轉變壓器主要包括傳 感器部2和電路部1。
在定子中，固定設置第一勵磁線圈22和第二勵磁線圈23。 在轉子中，固定設置檢測線圈24。轉動變換器對25和26分別安 裝到定子和轉子，以將檢測線圈24中作為感應電流生成的輸出 信號發送至定子。第一勵磁線圏22、第二勵磁線圏23、檢測線 圏24、轉動變換器25和26構成傳感器部2。
另一方面，在電路部l中，用於生成高頻基準時鐘的基準時 鍾發生器11連接至分頻電路12。該分頻電路12連接至計數器13。 該計數器13還分別連接至ROM 14、矩形波發生電^各17以及分頻 電路18。 ROM 14連接至用於生成勵磁用正弦波的第一D/A轉換 器15以及用於生成勵磁用餘弦波的第二D/A轉換器16。
第一 D / A轉換器15連接至傳感器部2的第 一 勵磁線圏2 2 ，第 二D/A轉換器16連接至第二勵磁線圏23。
由第 一 和第二勵磁線圈2 2和2 3生成的磁場在檢測線圈2 4中 產生感應電流。檢測線圈24連接至轉動變換器對25和26。轉動 變換器26連接至同步檢波器19。該同步檢波器19分別連接至矩形波發生電路20和分頻電路18。矩形波發生電路20連接至計數 器21。該計數器21連接至矩形波發生電路17並且設置有要連接 至外部裝置的輸出端子29。
以下對具有上述結構的旋轉變壓器的操作進行說明。說明 D/A轉換器15和16的功能。如圖3所示，首先說明通過脈衝信號 的振幅調製來產生正弦波的功能。當接收到來自基準時鐘發生 器ll的高頻信號時，分頻電路12產生600kHz的脈沖信號Pl。計 數器13對600kHz的脈衝信號Pl的脈衝進4於計數，並通過ROM 14將脈衝信號P 2連同計數數據 一 起發送至第 一 和第二 D / A轉換 器15和16。ROM 14已存儲有用於產生振幅調製的正弦波和振幅 調製的餘弦波的程序。ROM 14用於與D/A轉換器15和16—同進 行如下操作。
ROM 14和第一D/A轉換器15根據脈衝信號P2的第 一 個基 準脈衝，生成圖3所示的具有負振幅tl的脈衝，然後根據第二個 基準脈衝生成具有正振幅sl的脈衝。以這種方式，在圖3的時間
段T1期間，基於基準脈沖順序生成振幅為t2、 s2、 t3、 s3.....
s15、 U6和sl6的脈衝。此外，在圖3的時間段T2期間，生成振 幅為tl7、 s17、 t18、…、t32和s32的脈沖。
利用時間,殳Tl中具有正振幅sl、 s2..... sl6的脈衝和時間
段T2中具有負振幅sl7、 s18..... s32的脈沖來生成0。 360。的
一個正弦波周期。因此，第一D/A轉換器15輸出圖3所示的振幅 調製的正弦波P3作為信號。正弦波P3的頻率為 300kHz/32=9.375kHz。
類似地，ROM 14和第二D/A轉換器16根據與圖3中相同的 脈衝信號P2的第一個基準脈衝，生成圖4所示的具有負振幅tl 的脈衝，然後根據第二個基準脈衝生成具有正振幅sl的脈衝。 這樣，基於基準脈衝順序產生振幅為t2、 s2、 t3、 s3..... s15、U6和sl6的脈衝。此外，還生成振幅為t17、 s17、 t18..... t32
和s32的脈沖。
利用具有正振幅sl、 s2、…、s8，負振幅s9、 s10、…、s24， 以及正振幅s25、 s26、…、s32的脈衝來產生0。 360。的一個餘弦 波周期。因此，第二D/A轉換器16輸出圖4所示的振幅調製的餘 弦波P4作為信號。餘弦波P4的頻率為300kHz/32-9.375kHz。正 弦波P3和餘弦波P4的頻率完全相等，並且正弦波P3和餘弦波P4 相互準確地偏移或偏差9 0 ° 。
將從第一 D / A轉換器15輸出的正弦波P 3輸入至第 一 勵磁線 圈22。將從第二D/A轉換器16輸出的餘弦波P4輸入至第二勵磁 線圏23。具體地，將9.375kHz的振幅調製的正弦波P3(Asincot) 提供至第 一 勵磁線圈22 。將9.375kHz的振幅調製的餘弦波 P4(Acoscot)提供至第二勵磁線圏23 。
在檢測線圈24中，作為感應電流生成輸出信號P5即 ABsin(cot+e)。通過轉動變換器25和26將輸出信號P5作為輸出信 號P6發送至設置在定子上的同步檢波器19。圖6B示出輸出信號 P6的波形。圖6A示出從分頻電路18發送至同步檢波器19的檢波 定時信號P10的波形。生成檢波定時信號P10作為1200kHz的信 號。圖6C示出作為基於檢波定時信號P10的脈沖定時進行檢波 (解調)的結果而獲得的檢波(解調)後信號P7。
如圖6B所示，在從轉動變換器26輸出的旋轉變壓器的輸出 信號P6的波形中，在脈衝信號的上升部出現延遲。這是由於生 成感應電流時的延遲所引起的。如果直接測量該輸出信號P6， 則輸出信號P6可能由於其不理想的波形而被錯誤地檢測為噪 聲。為了避免這種缺點，在本實施例中，同步檢波器19被配置 為將檢波時間(對應於1200kHz)設置成信號切換時間(對應於 600kHz)的 一 半，並將檢波時間延遲與1200kHz相對應的時間。
8因此，可以將輸出信號P6的各波形sl、 s2、…中的良好信號部 分提取為檢波後信號P7的各波形ssl、 ss2、...(圖6C中的斜線所 示)。這使得能夠提高旋轉變壓器的檢測精度。
同步檢波器19將檢波後信號P7發送至矩形波發生電路20。 該矩形波發生電路20將旋轉變壓器的檢測信號發送至計數器 21。計數器21對從矩形波發生電路20發送來的旋轉變壓器信號 的定時和從矩形波發生電路17發送來的基準信號的定時之間的 差別進行計數，以計算旋轉變壓器的移動量。然後，計數器21 經由輸出端子29將旋轉變壓器移動量信號P11輸出至外部裝 置。
如上所述，在本實施例中，旋轉變壓器包括勵磁線圈22和 23以及檢測線圏24,其中，將通過高頻信號P2的振幅調製形成 的勵磁信號P3和P4輸入至勵磁線圈22和23， 4企測線圏24用於輸 出檢測信號P5。旋轉變壓器用於基於根據轉子的位置變化而改 變的檢測信號P5,來檢測設置有勵磁線圏22和23或檢測線圏24 的轉子的位置的變化。由於高頻信號P2是基於脈衝信號P1生成 的數位訊號，所以不使用模擬信號用C R電路來進行相位偏移。 因此，不可能由於溫度變化而產生相位偏移(偏差)。
具體地，通過使用脈衝信號P1來產生相互準確地偏移90。 的正弦波和餘弦波，從而減少相位偏移誤差。因此，在旋轉變 壓器的檢測位置中出現較小的誤差。
此外，將用作使檢測信號通過的門的同步檢波器19的開啟 時刻延遲與4企測信號的上升相對應的時間。這樣防止了勵^茲信 號切換時檢測信號中生成的噪聲。因此，可以進行精確的檢測， 並且因此可以提高旋轉變壓器的檢測位置精度。
接著，將說明本發明的第二實施例。第二實施例與第一實 施例基本相同。因此，下面的說明集中在與第一實施例不同的結構和操作上。使用相同的附圖標記表示相同的組件或部分， 並且下文中不再重複各自的說明。
圖2示出第二實施例中的旋轉變壓器的結構。該旋轉變壓器 與第 一 實施例中的旋轉變壓器的差別僅在於，在第一D/A轉換 器15和第 一 勵磁線圈2 2之間設置有第 一 低通濾波器電路2 7,以 及在第二D/A轉換器16和第二勵磁線圏23之間設置有第二低通 濾波器電路28。
低通濾波器電路27和28均具有產生正弦波形的功能。因此， 當將脈沖信號輸入至低通濾波器電路27和28中的每一個時，脈 衝信號的兩個上角部被平滑化，從而將脈衝信號的波形改變為 平滑曲線。具體地，第一低通濾波器電路27將圖3所示的由ROM 14和第一 D / A轉換器15振幅調製的正弦波P 3改變為圖5所示的 平滑脈衝形狀的波形。
類似地，將從第二D/A轉換器16輸出的振幅調製的餘弦波 P4輸入至第二低通濾波器電路28。低通濾波器電路28將作為高 頻信號的脈衝信號的兩個角平滑化，從而將脈衝形狀的直角角 部圓滑為曲線。
當以上述方式對振幅調製的正弦波P 3和振幅調製的餘弦 波P4的高頻分量進行平滑化時，正弦波P3和餘弦波P4的波形可 以改變為圖5所示的、更加類似於正弦波和餘弦波的波形P8。
如上面所詳細說明的，根據第二實施例的旋轉變壓器，基 於基準時鐘，將勵磁信號形成為相位上相互偏移90。的正弦波數 字信號P3以及餘弦波數位訊號P4。在低通濾波器電路27和28中 平滑高頻信號P2。因此，可以產生具有更精確波形的正弦波P8 和餘弦波P9，從而提高了旋轉變壓器的檢測位置精度。
在不偏離本發明本質特徵的情況下，本發明可以以其它具
體形式實現。例如，上面的實施例說明了使用旋轉變壓器的角度檢測。可選地，可以線性地設置第一和第二勵磁線圈，以將 第 一 和第二勵磁線圈用於檢測線性位置的位置傳感器。
上面的實施例解釋了與高頻調製結合的相位差技術的系 統。本發明還可以應用於與高頻調製結合的振幅技術的系統。
儘管已示出並說明了本發明目前的優選實施例，但應當理 解，這種公開是用於說明的目的，並且在不脫離所附權利要求 書說明的本發明的範圍內，可以做出各種修改和變形。
權利要求
1.一種位置傳感器，包括勵磁線圈(22，23)，用於接收通過高頻信號(P2)的振幅調製形成的勵磁信號(P3，P4)；以及檢測線圈(24)，用於輸出檢測信號，所述勵磁線圈(22，23)和所述檢測線圈(24)之一設置在運動物體上，並且所述位置傳感器被設置為基於隨著所述運動物體的位置變化而改變的檢測信號(P5)來檢測所述運動物體的位置變化，其中，所述勵磁信號(P3，P4)是基於基準時鐘(P1)產生的數位化信號。
2. 根據權利要求l所述的位置傳感器，其特徵在於，基於所述基準時鐘(P1)產生所述勵磁信號(P3， P4),作為相位偏移90。的、波高值被振幅調製成正弦波形的數位化信號(P3)和波高值被振幅調製成餘弦波形的數位化信號(P 4)。
3. 根據權利要求1或2所述的位置傳感器，其特徵在於，用於使所述檢測信號(P5)通過的門(19)的開啟時刻被確定為延遲與所述檢測信號(P5)的上升相對應的時間。
4. 根據權利要求2所述的位置傳感器，其特徵在於，具有矩形波形狀的勵磁信號(P3、 P4)通過低通濾波器(27、 28)轉換成正弦波信號。
全文摘要
本發明提供一種位置傳感器。該位置傳感器為旋轉變壓器，該旋轉變壓器包括用於接收通過高頻信號(P2)的振幅調製形成的勵磁信號(P3，P4)的勵磁線圈(22，23)以及用於輸出檢測信號(P5)的檢測線圈(24)。該旋轉變壓器被設置為基於隨著設置有勵磁線圈(22，23)或檢測線圈(24)的轉子的位置變化而改變的檢測信號(P5)來檢測該轉子的位置變化。高頻信號(P2)是從基準時鐘(P1)生成的數位訊號。
文檔編號G01B7/00GK101676680SQ20091017759
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月16日 優先權日2008年9月16日
發明者中村健英, 井上智昭 申請人:愛三工業株式會社