旋轉角傳感器的製造方法
2023-12-09 13:23:06
旋轉角傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及旋轉角檢測裝置，該旋轉角檢測裝置具備輸出與旋轉軸（3）的旋轉角對應的三相信號（Va～Vc）的分解器（1）和經由與各相對應的信號線（W2a～W2c）獲取上述三相的輸出信號（Va～Vc）的R/D轉換器（2）。R/D轉換器（2）基於各相的輸出信號（Va～Vc）來求出旋轉軸（3）的旋轉角。這裡，在R/D轉換器（2）中設置能夠變更第1相信號線（W2a）和第2相信號線（W2b）的電位的開關元件（SW1、SW2）。
【專利說明】旋轉角傳感器
【技術領域】
[0001]本申請引用2012年6月11日提交的日本專利申請號2012-132086的公開內容，包括說明書、附圖和摘要。
[0002]本發明涉及檢測旋轉軸的旋轉角的旋轉角檢測裝置。
【背景技術】
[0003]公知有利用輸出與旋轉軸的旋轉角對應的多相信號的分解器作為這種旋轉角檢測裝置。分解器具備與旋轉軸成為一體而旋轉的轉子和被配置為包圍轉子周圍的定子。在分解器中設置有勵磁線圈和多相檢測線圏。分解器通過向勵磁線圈輸入勵磁信號來形成磁場。通過賦予多相檢測線圈該磁場來使各相檢測線圈產生感應電壓。由此，從各相檢測線圈輸出相位不同的正弦波狀的信號。另外，通過使賦予給各相輸出線圈的磁場伴隨著轉子的旋轉發生變化而使各相檢測線圈產生感應電壓發生變化。由此，從各相檢測線圈輸出的信號的振幅根據轉子的旋轉角的變化而變化。而且，將從各相檢測線圈輸出的信號經由與各相對應的信號線獲取至R/D轉換器(分解器/數字轉換器)。R/D轉換器基於各相的輸出信號運算轉子的旋轉角，換言之，運算旋轉軸的旋轉角。
[0004]然而，在這樣的旋轉角檢測裝置中，若各相信號線間發生短路則被獲取至R/D轉換器的信號就不是與旋轉角對應的信號，並且無法恰當地檢測出旋轉角。由此，期望在這樣的旋轉角檢測裝置中能夠檢測信號線間的短路。以往，作為具備這樣的短路檢測功能的旋轉角檢測裝置公知有US2004/0017206A1所記載的裝置。
[0005]在US2004/0017206A1的旋轉角檢測裝置中，在連接分解器的各相檢測線圈與信號線的布線的中途設置有電阻元件。而且，通過將與各相對應的電阻元件的電阻值設定為相互不同的值來將從分解器輸出至各相信號線的輸出信號的中值設定為相互不同的值。由此，在各相信號線間發生短路時，使被獲取至R/D轉換器的各相的輸出信號的中值根據短路的信號線的位置而變化。由此，能夠通過監視被獲取至R/D轉換器的輸出信號的中值來檢測信號線間的短路。
[0006]然而，在US2004/0017206A1的旋轉角檢測裝置中需要在分解器中設置電阻元件。因此，有分解器大型化的顧慮。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種能夠檢測各相信號線間的短路並能夠避免分解器的大型化的旋轉角檢測裝置。
[0008]根據本發明的一個特徵的例子，在具備輸出與旋轉軸的旋轉角對應的多相信號的分解器、經由與各相對應的信號線獲取上述多相信號並基於上述多相信號來求出上述旋轉軸的旋轉角的分解器/數字轉換器的旋轉角檢測裝置中，在上述分解器/數字轉換器中設置能夠變更上述信號線的電位的電位變更單元。【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]為了明確本發明的上述和其他目標、特徵以及優點，參照附圖對本發明的實施方式進行說明，其中，對相同元素賦予相同符號。
[0010]圖1是針對本發明的旋轉角檢測裝置的一實施方式，表示其電路構成的電路圖。
[0011]圖2是用於說明由實施方式的旋轉角檢測裝置進行的各相信號線間的短路檢測的原理的電路圖。
[0012]圖3A、圖3B是用於說明由實施方式的旋轉角檢測裝置進行的各相信號線間的短路檢測的原理的圖表。
[0013]圖4是表示由實施方式的旋轉角檢測裝置進行的短路檢測處理的順序的流程圖。
[0014]圖5是針對本發明的旋轉角檢測裝置的其他例子，表示其電路構成的電路圖。
[0015]圖6是針對本發明的旋轉角檢測裝置的其他例子，表示其電路構成的電路圖。
[0016]圖7是針對本發明的旋轉角檢測裝置的其他例子，表示其電路構成的電路圖。
【具體實施方式】
[0017]以下參照附圖對本發明的實施方式進行說明。
[0018]參照圖1?圖4對將本發明具體化的一實施方式進行說明。如圖1所示，本實施方式的旋轉角檢測裝置具備輸出與旋轉軸3的旋轉角對應的多相信號的一相勵磁三相輸出的分解器I和將分解器I的輸出信號Va?Vc轉換為角度數據的R/D轉換器(分解器/數字轉換器)2。
[0019]分解器I具備與旋轉軸3成為一體而旋轉的轉子10和被配置為包圍轉子10的周圍的未圖示的定子。在定子上設置有勵磁線圈12和第I相?第3相的檢測線圈13a?13c0
[0020]勵磁線圈12的一端與分解器I的輸入端子TlO連接。輸入端子TlO經由輸入線Wl與R/D轉換器2的輸出端子T20連接。勵磁線圈12的另一端與分解器I的接地端子T12連接。接地端子T12經由接地線W3與R/D轉換器2的接地端子T22連接。該接地端子T22與R/D轉換器2內的接地線連接。S卩，勵磁線圈12的另一端為接地電位。
[0021]第I相?第3相的檢測線圈13a?13c的一端分別與分解器I的輸出端子Tlla?Tllc連接。輸出端子Tlla?Tllc經由與各相對應的信號線W2a?W2c分別與R/D轉換器2的輸入端子T21a?T21c連接。第I相?第3相的檢測線圈13a?13c的另一端分別與分解器I的接地端子T12連接。S卩、第I相?第3相的檢測線圈13a?13c的另一端為接地電位。
[0022]在分解器I中，若由交流電壓構成的勵磁信號Vex經由輸入線Wl被輸入至勵磁線圈12，則勵磁線圈12生成磁場。通過經由在轉子10與定子之間形成的磁路賦予各相檢測線圈13a?13c該磁場而使檢測線圈13a?13c產生感應電壓。由此,從各相檢測線圈13a?13c輸出相位不同的正弦波狀的信號Va?Vc。另外,賦予給各相檢測線圈13a?13c的磁場隨轉子10的旋轉而變化，從而在各相檢測線圈13a?13c產生的感應電壓發生變化。由此，從各相檢測線圈13a?13c輸出的信號Va?Vc的振幅根據轉子10的旋轉角發生變化。而且，這些輸出信號Va?Vc經由各相信號線W2a?W2c被輸入至R/D轉換器2的輸入端子T21a?T21c。[0023]R/D轉換器2具備生成勵磁信號Vex的勵磁信號生成電路22和差動放大輸入至輸入端子T21a?T21c的信號的差動放大電路23?25。
[0024]差動放大電路23具備對第I基準電壓Vl進行分壓的分壓電阻23b、23c。分壓電阻23b、23c的分壓值被輸入運算放大器23a的非反相輸入端子。來自輸入端子T21a的信號經由輸入電阻23d被輸入至運算放大器23a的反相輸入端子。另外，對運算放大器23a實施負反饋，在該負反饋電路中設置有反饋電阻23e。此外，分壓電阻23b和輸入電阻23d具有相同的電阻值R1。另外，分壓電阻23c和反饋電阻23e具有相同的電阻值R2。該差動放大電路23利用以電阻值Rl與R2之比設定的放大率對來自輸入端子T21a的信號Va與第I基準電壓Vl之差進行放大後輸出。
[0025]差動放大電路24、25與差動放大電路23具有相同的構成。即，差動放大電路24具備運算放大器24a、分壓電阻24b及24c、輸入電阻24d以及反饋電阻24e。而且，差動放大電路24利用以電阻值Rl與R2比設定的放大率對來自輸入端子T21b的信號Vb與第I基準電壓Vl之差進行放大後輸出。另外，差動放大電路25具有運算放大器25a、分壓電阻25b及25c、輸入電阻25d以及反饋電阻25e。而且，差動放大電路25利用以電阻值Rl與R2比設定的放大率對來自輸入端子T21c的信號Vc與第I基準電壓Vl之差進行放大後輸出。
[0026]被差動放大電路23?25差動放大的各相信號Va』?Vc』在A/D轉換器(模擬/數字轉換器)26中被轉換為數字值並被輸入至微型計算機27。微型計算機27基於被輸入的數字值運算轉子10的旋轉角、換言之運算旋轉軸3的旋轉角。另外，微型計算機27通過使勵磁信號生成電路22產生指令來經由輸出端子T20向輸入線Wl輸出勵磁信號Vex。
[0027]另外，該R/D轉換器2具備:與差動放大電路23的輸入電阻23d和反饋電阻23e之間的連接點Pl連接的開關元件SW1、與差動放大電路24的輸入電阻24d和反饋電阻24e之間的連接點P2連接的開關元件SW2。開關元件SW1、SW2通過接通/斷開的切換分別進行向連接點P1、P2施加第2基準電壓V2或切斷第2基準電壓V2。在本實施方式中，在接通開關元件SWl時，第2基準電壓V2經由輸入電阻23d被施加至第I相信號線W2a。由此，第I相信號線W2a的電位發生變更。另外，在接通開關元件SW2時，第2基準電壓V2經由輸入電阻24d被施加至第2相信號線W2b。由此，第2相信號線W2b的電位發生變更。這樣，在本實施方式中，開關元件SWl、SW2作為變更第I相信號線W2a和第2相信號線W2b的電位的電位變更單元。由微型計算機27控制切換開關元件SW1、SW2的接通/斷開。
[0028]微型計算機27以規定周期執行檢測各相信號線W2a?W2c的短路的短路檢測處理。微型計算機27在不執行短路檢測處理時使開關元件SW1、SW2斷開。另外，微型計算機27在執行短路檢測處理時使開關元件SW1、SW2接通/斷開並監視各相的差動放大信號Va』?Ne』各自的中值。此外，微型計算機27通過監視該差動放大信號Va』?Ne』的中值來間接地監視各相的輸出信號Va?Vc的中值。例如通過在規定周期對正弦波狀的差動放大信號Va』?Vc』各自的值進行取樣並求出在恆定時間取樣的多個值的平均值來進行差動放大信號Va』?Ne，的中值的運算。而且，微型計算機27基於開關元件SW1、SW2中的任意一個接通時的各相的差動放大信號Va』?Vc』的中值的變化來檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。這樣在本實施方式中，微型計算機27成為檢測各相信號線W2a?W2c間的短路的異常檢測單元。[0029]接下來，對基於微型計算機27的各相信號線W2a?W2c間的短路的檢測原理進行說明。例如，如圖1中雙點劃線所示，第I相信號線W2a和第2相信號線W2b間短路。在該種情況下，若保持開關元件SW2斷開而僅使開關元件SWl接通，則第I相信號線W2a的電位發生變化。而且，由於該第I相信號線W2a的電位的變化，與其短路的第2相信號線W2b的電位也發生變化。因此，第2相的差動放大信號Vb』的中值發生變化。由此，在接通開關元件SWl時，如果第2相的差動放大信號Vb』的中值發生變化，則能夠判斷為第I相信號線W2a和第2相信號線W2b間短路。
[0030]相同的，在接通開關元件SWl時，如果第3相的差動放大信號Vc』的中值發生變化，則能夠判斷為第I相信號線W2a和第3相信號線W2c間短路。另外，在接通開關元件SWl時，如果第2相的差動放大信號Vb，和第3相的差動放大信號Vc』各自的中值發生變化，則能夠判斷為第I相信號線W2a未與其他相的信號線短路。
[0031]另一方面，例如，如圖2中雙點劃線所示，第2相信號線W2b和第3相的信號線W2c間短路。在該種情況下，若保持開關元件SWl斷開而使開關元件SW2接通，則第2相信號線W2b的電位發生變化。而且，由於該第2相信號線W2b的電位的變化，與其短路的第3相信號線W2c的電位也發生變化。因此，第3相的差動放大信號Vc』的中值發生變化。由此，在使開關元件SW2接通時，如果第3相的差動放大信號Vc』的中值發生變化，則能夠判斷為第2相信號線W2b和第3相信號線W2c間短路。
[0032]相同的，在接通開關元件SW2時，如果第I相的差動放大信號Va』的中值發生變化，則能夠判斷為第I相信號線W2a和第2相信號線W2b間短路。另外，在接通開關元件SW2時，如果第I相的差動放大信號Va』和第3相的差動放大信號Vc』各自的中值發生變化，則能夠判斷為第2相信號線W2b未與其他相的信號線短路。
[0033]綜上所述,如圖3所示,能夠基於在使開關元件SW1、SW2接通時的各相的差動放大信號Va』?Vc』各自的中值的變化來檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。此外，第I相信號線W2a和第2相信號線W2b間的短路檢測可以利用開關元件SWl接通時和開關元件SW2接通時中的任意一種情況。另外，例如利用在使開關元件SW1、SW2接通前的中值與接通後的中值之間的差值在規定值以上時，判斷為中值已發生變化的方法，來進行各相的差動放大信號Va』?Vc』各自的中值是否發生變化的判斷。
[0034]接下來，參照圖4對利用了該原理的短路檢測處理的具體順序和其作用進行說明。此外，在本處理開始時，開關元件SW1、SW2為斷開狀態。另外，微型計算機27以規定周期執行圖4所示的處理。
[0035]如圖4所示，首先，微型計算機27僅使開關元件SWl接通(步驟SI )，判斷第2相的差動放大信號Vb』的中值是否已發生變化(步驟S2)。在第2相的差動放大信號Vb』的中值發生變化的情況下(步驟S2:是)，微型計算機27判斷為第I相信號線W2a和第2相信號線W2b間發生短路(步驟S3)。
[0036]在第2相的差動放大信號Vb』的中值未發生變化(步驟S2:否)或者已執行步驟S3的處理的情況下，微型計算機27判斷第3相的差動放大信號Vc』的中值是否已發生變化(步驟S4)。在第3相的差動放大信號Vc』的中值發生變化的情況下(步驟S4:是)，微型計算機27判斷為第I相信號線W2a和第3相的信號線W2c間發生短路(步驟S5)。
[0037]在第3相的差動放大信號Vc』的中值未發生變化(步驟S4:否)或者已執行步驟S5的處理的情況下，微型計算機27使開關元件SWl斷開並使開關元件SW2接通(步驟S6)。然後，微型計算機27判斷第3相的差動放大信號Vc』的中值是否已發生變化(步驟S7)。在第3相的差動放大信號Vc』的中值已發生變化的情況下(步驟S7:是)，微型計算機27判斷為第2相信號線W2b和第3相的信號線W2c間發生短路(步驟S8)。
[0038]在第3相的差動放大信號Vc』的中值未發生變化(步驟S7:否)或者已執行步驟S8的處理的情況下，微型計算機27使開關元件SW2斷開(步驟S9)並結束一系列的處理。
[0039]這樣，根據本實施方式能夠檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。而且，能夠這樣進行短路的檢測並且無需對分解器I附加特別的構成，因此能夠避免分解器I的大型化。
[0040]另外，分解器I在旋轉角檢測時溫度較高。由此，如上述專利文獻I所記載的旋轉角檢測裝置那樣，假設在連接分解器I的各相檢測線圈13a?13c和信號線W2a?W2c的各個布線的中途設置電阻元件時，該電阻值伴隨分解器I的溫度上升而發生變化。由此，若分解器I的各相的輸出信號Va?Vc發生變化，則又有可能無法利用R/D轉換器2適當地檢測旋轉軸3的旋轉角。對於該點，在本實施方式中，因未在分解器I中設置電阻元件，所以能夠抑制因分解器I的溫度上升而引起的各相的輸出信號Va?Vc的變化。由此，提高分解器I的可靠性。
[0041]如上所述，根據本實施方式的旋轉角檢測裝置能夠得到以下效果。
[0042](I)能夠在R/D轉換器中設置通過接通/斷開的切換來向第I相信號線W2a和第2相信號線W2b施加規定電壓或切斷規定電壓的開關元件SW1、SW2，並且能夠容易地變更第I相信號線W2a和第2相信號線W2b的電位。由此，能夠檢測各相信號線W2a?W2c間的短路並避免分解器I的大型化。另外，與在分解器I中設置電阻元件的情況相比較，能夠抑制因分解器I的溫度上升而引起的各相的輸出信號Va?Vc的變化，由此提高分解器I的可靠性。
[0043](2)微型計算機27通過切換開關元件SW1、SW2的接通/斷開來變更第I相信號線W2a和第2相信號線W2b中的任意一個的特定相的信號線的電位。而且，微型計算機27基於輸入至R/D轉換器2的特定相以外的相的信號的變化來檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。由此，能夠容易地檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。
[0044](3)微型計算機27基於各相的差動放大信號Va』?Ne』的中值來檢測各相的差動放大信號Va』?Vc』的變化。由此，能夠容易地檢測差動放大信號Va』?Vc』各自的信號波形的變化。
[0045](4)微型計算機27僅在執行短路檢測處理時變更第I相信號線W2a和第2相信號線W2b的電位。由此，能夠儘可能地縮短第I相信號線W2a和第2相信號線W2b的電位被變更的期間。由此，能夠儘可能不阻礙由R/D轉換器2進行的旋轉角的運算而檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。
[0046](5)在R/D轉換器2中設置通過接通/斷開的切換來向第I相信號線W2a和第2相信號線W2b施加規定電壓的或切斷規定電壓的開關元件SW1、SW2。由此，能夠僅用切換開關元件SW1、SW2的接通/斷開而容易地變更第I相信號線W2a和第2相信號線W2b的電位。
[0047]此外，也能夠對此進行適當地變更而以以下的方式來實施上述實施方式。
[0048]如果能夠變更第I相信號線W2a和第2相信號線W2b各自的電位，則可以適當地變更開關元件SW1、SW2各自的位置。例如，如圖5所示，也可以將開關元件SWl連接在輸入端子T21a與輸入電阻23d之間、並將開關元件SW2連接在輸入端子T21b與輸入電阻24d之間。另外，如圖6所示，也可以以並聯的方式將開關元件SWl、SW2分別與輸入電阻23d、24d連接。並且，如圖7所示，也可以以並聯的方式將開關元件SW1、SW2分別與分壓電阻23c、24c連接。圖5?圖7所示的任意一種構成都能夠通過切換開關元件SW1、SW2的接通/斷開來變更第I相信號線W2a和第2相信號線W2b各自的電位。由此，能夠利用與上述實施方式相同的方法來檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。
[0049]在上述實施方式中，利用開關元件SWl、SW2來變更第I相信號線W2a和第2相信號線W2b各自的電位，但也可以代替此，變更第2相信號線W2b和第3相信號線W2c各自的電位。另外，也可以變更第I相信號線W2a和第3相信號線W2c的電位。並且，也可以通過另外追加一個開關元件而能夠變更所有信號線W2a?W2c的電位。也就是說，只要能夠變更各相信號線W2a?W2c中的任意2個的電位即可。
[0050]在上述實施方式中，雖基於各相的差動放大信號Va』?Vc』的中值來檢測各相的差動放大信號Va』?Vc』的變化，但各相的差動放大信號Va』?Vc』的變化的檢測方法是任意的。
[0051]在上述實施方式中，基於各相的差動放大信號Va』?Vc』的中值的變化來檢測信號線W2a?W2c間的短路。然而，若各相的差動放大信號Va』?Vc』的中值發生變化則由微型計算機27運算的旋轉角也發生變化。也可以利用這點基於微型計算機27根據來自變更了電位的信號線以外的信號線的信號運算出的旋轉角的變化來檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。
[0052]例如能夠按照以下的方式設定圖4所示的短路檢測處理的執行周期。在車輛的電動動力轉向裝置中設置賦予車輛的轉向系統輔助扭矩的電動馬達。另外，在該電動馬達為無刷馬達時，為了控制電動馬達的驅動而設置檢測電動馬達的旋轉角的旋轉角檢測裝置。一般在將上述實施方式的旋轉角檢測裝置用於這樣的旋轉角檢測裝置時，從各相信號線W2a?W2c間短路的時刻到電動馬達實際出現異常的舉動需要20 [ms]?30 [ms]的時間。因此，此時如果將如圖4所示的短路檢測處理的執行周期設定為20 [ms]，則能夠在電動馬達出現異常舉動之前檢測各相信號線W2a?W2c間的短路。此外，短路檢測處理的執行周期並不局限於20 [ms]可以適當地變更該周期。
[0053]本發明並不局限於使用了一相勵磁三相輸出的分解器的旋轉角檢測裝置，例如也能夠用於使用了一相勵磁二相輸出的分解器的旋轉角檢測裝置。另外，也能夠用於具備2個分解器的旋轉角檢測裝置、扭矩傳感器。
【權利要求】
1.一種旋轉角檢測裝置，其具備輸出與旋轉軸的旋轉角對應的多相信號的分解器、經由與各相對應的信號線獲取所述多相信號並基於所述多相信號來求出所述旋轉軸的旋轉角的分解器/數字轉換器，其特徵在幹， 在所述分解器/數字轉換器中設置能夠變更所述信號線的電位的電位變更單元。
2.根據權利要求1所述的旋轉角檢測裝置，其特徵在於，具備， 異常檢測單元，所述異常檢測單元利用所述電位變更單元變更所述各相信號線中的任意ー個特定相的信號線的電位，基於此時輸入至所述分解器/數字轉換器的所述特定相以外的相的信號的變化來檢測所述各相信號線間的短路。
3.根據權利要求2所述的旋轉角檢測裝置，其特徵在幹， 所述異常檢測單元以規定的周期執行檢測所述各相信號線間的短路的短路檢測處理，並且僅在執行相同短路檢測處理時利用所述電位變更單元變更所述信號線的電位。
4.根據權利要求1?3中任意一項所述的旋轉角檢測裝置，其特徵在幹， 所述電位變更單元由開關元件構成，該開關元件通過接通/斷開的切換來向所述信號線施加規定電壓或切斷規定電壓。
【文檔編號】G01B7/30GK103487069SQ201310206654
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年5月29日 優先權日:2012年6月11日
【發明者】裡則嶽 申請人:株式會社捷太格特