專利名稱：旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，該旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置特別適合用于無(wú)刷DC電 動(dòng)機(jī)，該無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)作為用于車(chē)載用設(shè)備的節(jié)流閥、EGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))閥、 VG(Variable Geometry 可變翼)渦輪系統(tǒng)的可動(dòng)片等的驅(qū)動(dòng)源而使用。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置例如使用兩個(gè)磁傳感器，將來(lái)自各磁傳感器的、與無(wú)刷DC電動(dòng) 機(jī)等旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)輸出的傳感器輸出信號(hào)輸入到信號(hào)處理部，進(jìn)行預(yù)定的信號(hào)處 理，從而檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。此時(shí)，信號(hào)處理部基于與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)輸出的正弦波、余弦波狀這兩個(gè) 傳感器輸出信號(hào)中的一個(gè)傳感器輸出信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角和另一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的 符號(hào)，來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)一周(360度)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開(kāi)2004-191101號(hào)公報(bào)(第0048 0051段，圖9)根據(jù)上述專利文獻(xiàn)1所揭示的技術(shù)，能夠高精度地檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角 度，但是在旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一周以上時(shí)，由于存在多個(gè)作為相同信號(hào)狀態(tài)的條件，因此極難對(duì)旋 轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)。因此，例如作為用于車(chē)載用設(shè)備的節(jié)流閥、EGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))閥、 VG(Variable Geometry 可變翼)渦輪系統(tǒng)的可動(dòng)片等的驅(qū)動(dòng)源而使用的無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)在 旋轉(zhuǎn)多周時(shí)(例如旋轉(zhuǎn)兩周)對(duì)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行全局控制(日文全域制御)，因此存在 精度上的問(wèn)題而難以采用現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置， 該旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置使用可檢測(cè)旋轉(zhuǎn)一周的旋轉(zhuǎn)角度傳感器、可簡(jiǎn)單、高精度地檢測(cè)出旋 轉(zhuǎn)多周旋轉(zhuǎn)角度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置包括運(yùn)算處理單元，該運(yùn)算處理 單元基于相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)中的一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)的 變化方向和另一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)，來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)了一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化進(jìn)行檢 測(cè)，基于與上述檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)了一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化相關(guān)的信息和由上述傳感器輸 出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成旋轉(zhuǎn)多周角度信息。另外，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置包括運(yùn)算處理單元，該運(yùn)算處理單元基于根據(jù) 相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成 在每旋轉(zhuǎn)一周中具有任意分割數(shù)的、相位不同的兩相的信號(hào)，并且與上述兩相的信號(hào)的變 化方向和信號(hào)的大小相對(duì)應(yīng)地增加或減少上述信號(hào)的變化次數(shù)，來(lái)生成旋轉(zhuǎn)多周角度信 肩、ο根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，能夠使用可檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)一周的旋轉(zhuǎn)角度傳感器來(lái)簡(jiǎn)單、高精度地檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)多周旋轉(zhuǎn)角度。


圖1是表示用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中所使用的傳感器及 其檢測(cè)系統(tǒng)的圖。圖2是表示相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)的矢量的圖。圖3是用〈表1>說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的旋轉(zhuǎn)多周的檢測(cè) 原理的圖。圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置進(jìn)行正轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)作的時(shí)序圖。圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)作的時(shí)序圖。圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的檢測(cè)裝置的動(dòng)作的圖，是用表格形式〈表2>來(lái)表 示旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)與旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算處理的關(guān)系的圖。圖8是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的框圖。圖9是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置進(jìn)行正轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)作的時(shí)序圖。圖10是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)作的時(shí)序圖。圖11是表示在本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中所使用的AB相信號(hào)生成 器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。圖12是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置進(jìn)行正轉(zhuǎn)時(shí)的AB相的信號(hào)變 化與計(jì)數(shù)值的增減的關(guān)系的圖。圖13是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)時(shí)的AB相的信號(hào)變 化與計(jì)數(shù)值的增減的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下，為了更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，根據(jù)附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式1.圖1是表示用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置中所使用的傳感器及 其檢測(cè)系統(tǒng)的圖。此處，在與未圖示的DC電動(dòng)機(jī)同時(shí)繞軸旋轉(zhuǎn)的磁體圓板1的大致呈直角的偏移位 置上固定配置有兩個(gè)霍爾傳感器2、3，從而構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)。如圖2(a)所示，霍爾傳感器2、3的輸出即Vx、Vy可以用矢量來(lái)表現(xiàn)。如圖2(b) 所示，實(shí)際的輸出波形例是相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)。此處，設(shè)兩個(gè)傳感 器輸出信號(hào)的周期為旋轉(zhuǎn)一周的1/n周期(η為任意的整數(shù))。此外，所使用的傳感器不限于霍爾傳感器2、3，也可以用其他磁傳感器等旋轉(zhuǎn)角度 檢測(cè)傳感器來(lái)代替。圖3是用〈表1>示出本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置對(duì)旋轉(zhuǎn)超過(guò)一周(360 度)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)多周的檢測(cè)原理的圖。眾所周知，可以根據(jù)錯(cuò)開(kāi)90度相位的兩個(gè)傳感器輸出信號(hào)，可以檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)一周 中的旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置可根據(jù)錯(cuò)開(kāi)90度相位的兩個(gè)傳感器輸出信號(hào)來(lái)檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)多周中的旋轉(zhuǎn)角度。具體的檢測(cè)原理是，在具有如圖2(b)所示那樣的錯(cuò)開(kāi)相位的兩個(gè)正弦波狀的傳 感器輸出信號(hào)Vx、Vy的情況下，若使用圖3中以〈表1>示出的組合中的、在過(guò)360度這點(diǎn) 的時(shí)刻的組合，則可以基于一個(gè)傳感器輸出信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)時(shí)的信號(hào)的符號(hào)的變化方向和另 一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)，來(lái)判斷是否旋轉(zhuǎn)了一周以上。例如，在正轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)第零周(0度)、旋轉(zhuǎn)第一周(360度)、及旋轉(zhuǎn)第二周(720度) 的Vx過(guò)零點(diǎn)時(shí)的符號(hào)的變化方向?yàn)閺腳向+方向變化，此時(shí)的Vy的符號(hào)為+。另外，在反 轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)第零周(0度)、(360度)第一周旋轉(zhuǎn)、及旋轉(zhuǎn)第二周(720度)的Vx過(guò)零點(diǎn)時(shí)的 符號(hào)的變化方向?yàn)閺?向-方向變化，此時(shí)的Vy的符號(hào)為_(kāi)。因而，根據(jù)該組合可以判斷是 否旋轉(zhuǎn)了一周以上。由此可知，例如若使用比較器等來(lái)檢測(cè)符號(hào)和變化邊緣(日文變化- , ^ )，則 可以僅利用正或負(fù)這兩個(gè)值的運(yùn)算來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)多周角度檢測(cè)，容易得到以運(yùn)算器為中心的 硬件的組合而成的結(jié)構(gòu)。此處，將該硬件總稱為運(yùn)算處理單元。圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的 框圖。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置包括AD(模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換器 11、12 ；校正運(yùn)算器13、14 ；比較器15、16 ；邊緣檢測(cè)器17 ；脈沖計(jì)數(shù)器18 ；—周旋轉(zhuǎn)角度計(jì) 算器19 ；多周旋轉(zhuǎn)處理電路20 ；以及DA (數(shù)字模擬)轉(zhuǎn)換器21。上述各構(gòu)成塊11 21協(xié)同地進(jìn)行動(dòng)作，從而起到運(yùn)算處理單元的作用即，基于 傳感器輸出信號(hào)(霍爾傳感器2、3)中的一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)的變化方向和另一個(gè) 傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)，來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化進(jìn)行檢測(cè)，基于與所檢測(cè)出 的旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化相關(guān)的信息和根據(jù)傳感器輸出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周 中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成旋轉(zhuǎn)多周角度信息，以下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖5、圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖，分別示 出進(jìn)行正轉(zhuǎn)時(shí)(圖5)和反轉(zhuǎn)時(shí)(圖6)的情況。此外，在圖5、圖6中，具有與圖4相同名 稱的信號(hào)的波形與圖4所示的信號(hào)相同，示出了(a)旋轉(zhuǎn)角度Θ、(b)X分量信號(hào)、(C)Y分 量信號(hào)、(d) X分量符號(hào)信號(hào)、(e) Y分量符號(hào)信號(hào)、(f) +脈沖、(g)_脈沖、(h)脈沖計(jì)數(shù)器18 的輸出。以下，參照?qǐng)D5、圖6的時(shí)序圖對(duì)圖4所示的本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝 置的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，由霍爾傳感器2、3輸出的兩個(gè)正弦波狀的傳感器信號(hào)即模擬信號(hào)Vx、Vy分 別由AD(模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換器11、12轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并分別輸出到校正運(yùn)算器13、14。由于 以下處理與現(xiàn)有的處理相同即，校正運(yùn)算器13、14在校正部位進(jìn)行與振幅和偏移相關(guān)的 校正，將校正后的信號(hào)提供給一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器19，由一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器19計(jì)算旋轉(zhuǎn) 一周內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度，輸出旋轉(zhuǎn)角度θ (η比特的旋轉(zhuǎn)一周位置信號(hào)數(shù)字值)，因此省略具體 說(shuō)明。另一方面，除了將上述校正運(yùn)算器13、14的輸出提供給一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器19之 外，還將其提供給比較器15、16的一個(gè)輸入端子。向比較器15、16的另一個(gè)輸入端子提供 預(yù)先設(shè)定的0基準(zhǔn)值，此處，進(jìn)行與0基準(zhǔn)值的大小比較。將比較器15、16的“高電平”、“低電平”的符號(hào)(信號(hào))輸入到邊緣檢測(cè)器17。邊緣檢測(cè)器17采用以下結(jié)構(gòu)S卩，接收來(lái)自 比較器15、16的信號(hào)，在圖3的表所示的正轉(zhuǎn)的0度、360度、720度的條件下輸出+脈沖， 在反轉(zhuǎn)的0度、360度、720度的條件下輸出-脈沖，將此處所檢測(cè)出的+脈沖或_脈沖輸出 到脈沖計(jì)數(shù)器18。此外，上述邊緣檢測(cè)器17的結(jié)構(gòu)例如詳細(xì)記載于綜合出版社“AC伺服系統(tǒng)的理論 和設(shè)計(jì)的實(shí)際”的圖6. 5的增量式編碼器的位置檢測(cè)法中。此處，脈沖計(jì)數(shù)器18采用2比特的結(jié)構(gòu)，若從邊緣檢測(cè)器17輸入+脈沖則更新為 +1，若輸入-脈沖則更新為-1。此處，將計(jì)數(shù)后的值作為旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)輸出到多周旋轉(zhuǎn) 處理電路20。多周旋轉(zhuǎn)處理電路20采用以下結(jié)構(gòu)即，根據(jù)由脈沖計(jì)數(shù)器18輸出的2比特的旋 轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)，進(jìn)行例如圖7的〈表2>所示的處理，將與從0度到720度相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn) 多周位置信號(hào)(n+1)比特的數(shù)據(jù)輸出到DA轉(zhuǎn)換器21，用DA轉(zhuǎn)換器21將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模 擬信號(hào)來(lái)輸出到未圖示的脈沖控制系統(tǒng)。此外，圖7所示的 < 表2>是表示由脈沖計(jì)數(shù)器18輸出的2比特的旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別 信號(hào)與由多周旋轉(zhuǎn)處理電路20進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)角度θ的計(jì)算處理(旋轉(zhuǎn)一周角度信號(hào)士360 度的處理)的關(guān)系的圖。此處，圖7示出了以下情況即，在由脈沖計(jì)數(shù)器18輸出的旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)為 “0”的情況下，多周旋轉(zhuǎn)處理電路20將由一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器19輸出的旋轉(zhuǎn)角度θ直接 輸出到DA轉(zhuǎn)換器21，在由脈沖計(jì)數(shù)器18輸出的旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)為“1”的情況下，多周 旋轉(zhuǎn)處理電路20將由一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器19輸出的旋轉(zhuǎn)角度θ附加上360度來(lái)輸出到 DA轉(zhuǎn)換器21，在由脈沖計(jì)數(shù)器18輸出的旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)為“2”的情況下，多周旋轉(zhuǎn)處理 電路20將由一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器19輸入的旋轉(zhuǎn)角度θ附加上720度來(lái)輸出到DA轉(zhuǎn)換器 21。此外，在此，由于設(shè)定為在旋轉(zhuǎn)兩周(720度)時(shí)對(duì)整個(gè)區(qū)域的閥開(kāi)關(guān)位置進(jìn)行監(jiān) 視，因此在由脈沖計(jì)數(shù)器18輸出的旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)為“3”的情況下，多周旋轉(zhuǎn)處理電路 20也不更新一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器19輸出的旋轉(zhuǎn)角度θ。假設(shè)要在旋轉(zhuǎn)六周時(shí)對(duì)整個(gè)區(qū)域 的閥開(kāi)關(guān)位置進(jìn)行監(jiān)視的情況下，則需要3比特的旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)。而且該比特?cái)?shù)的設(shè) 定是任意的。如上所述，根據(jù)上述本發(fā)明實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，運(yùn)算處理單元基于 傳感器輸出信號(hào)中的一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)的變化方向和另一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的 符號(hào)，來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化進(jìn)行檢測(cè)，基于與檢測(cè)得到的旋轉(zhuǎn)一周以上的 旋轉(zhuǎn)角度的變化相關(guān)的信息和根據(jù)傳感器輸出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息， 來(lái)生成旋轉(zhuǎn)多周角度信息，從而不需要使用CPU (Central Processing Unit:中央處理器) 那樣的大規(guī)模的電路，而僅利用運(yùn)算器等簡(jiǎn)單的硬件就能運(yùn)算旋轉(zhuǎn)多周中的旋轉(zhuǎn)角度。因 而，能夠提供一種小型且廉價(jià)的、可以使用能夠可檢測(cè)旋轉(zhuǎn)一周的旋轉(zhuǎn)角度傳感器來(lái)檢測(cè) 出旋轉(zhuǎn)多周中的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置。另外，以下對(duì)特別是旋轉(zhuǎn)范圍不足兩周時(shí)簡(jiǎn)化圖4的脈沖計(jì)數(shù)器18的方法進(jìn)行說(shuō) 明。在圖2(b)的配置中，Vx為+、Vy處于上升狀態(tài)的定時(shí)存在于0度、360度、720度這三 處，脈沖計(jì)數(shù)器18在這三處進(jìn)行動(dòng)作。然而，在旋轉(zhuǎn)不足兩周時(shí)，僅在360度位置使脈沖計(jì)數(shù)器動(dòng)作，從而能夠只提供示出表2中的360度以下和360度以上這兩個(gè)值的信息，以1比 特來(lái)構(gòu)成脈沖計(jì)數(shù)器。在這種情況下，將在圖2(b)中超過(guò)了全行程的初始位置δ 1的位置 作為起點(diǎn)，將比720度減少了 δ 2的位置作為終點(diǎn)，對(duì)起點(diǎn)與終點(diǎn)進(jìn)行極小的偏移。δ1、δ2 是旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的檢測(cè)誤差范圍以上的值，若是常用的傳感器，則將Si、δ 2設(shè)為幾度以上。由此，在720度_( δ 1+ δ 2)的全行程范圍內(nèi)，Vx為+、Vy為上升狀態(tài)的定時(shí)只出 現(xiàn)一次，因此表2所示的旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)僅為0和1，可以將脈沖計(jì)數(shù)器18和多周旋轉(zhuǎn)處 理電路的處理比特?cái)?shù)降低到1比特，從而能夠獲得簡(jiǎn)化裝置整體的效果。實(shí)施方式2.圖8是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的框圖。如圖8所示，本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置包括AD(AnalogDigital 模 擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換器31、32 ；校正運(yùn)算器33、34 ；—周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器35 ；AB相信號(hào)生成器36 ； 編碼器用計(jì)數(shù)器37 ；以及DA轉(zhuǎn)換器38。上述各構(gòu)成塊31 38協(xié)同地進(jìn)行動(dòng)作，從而起到運(yùn)算處理單元的作用S卩，基于 根據(jù)相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái) 生成在每一周旋轉(zhuǎn)中具有任意分割數(shù)的、相位不同的兩相的信號(hào)，并且與上述兩相的信號(hào) 的變化方向和信號(hào)的大小對(duì)應(yīng)地增加或減少上述信號(hào)的變化次數(shù)來(lái)生成多周旋轉(zhuǎn)角度信 息，以下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖9、圖10是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖，分別示 出進(jìn)行正轉(zhuǎn)時(shí)和反轉(zhuǎn)時(shí)的情況。此外，在圖9、圖10中，具有與圖8相同名稱的波形與圖8 所示的波形相同，分別示出了(a)旋轉(zhuǎn)角度θ、(b)X分量信號(hào)、(C)Y分量信號(hào)、(d) 一周旋 轉(zhuǎn)角度計(jì)算器輸出θ、(e)A相、(f)B相。以下，參照?qǐng)D9、圖10的時(shí)序圖對(duì)圖8所示的本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝 置的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先，由霍爾傳感器2、3輸出的兩個(gè)正弦波狀的傳感器信號(hào)即模擬信號(hào)Vx、Vy分 別由AD(模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換器31、32轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并分別輸出到校正運(yùn)算器33、34。由于 以下處理與現(xiàn)有的處理相同即，校正運(yùn)算器33、34在校正部位進(jìn)行與振幅和偏移相關(guān)的 校正，將校正后的信號(hào)提供給一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器35，由一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器35計(jì)算旋轉(zhuǎn) 一周內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度，輸出旋轉(zhuǎn)角度θ (η比特?cái)?shù)值)，因此省略具體說(shuō)明。實(shí)施方式2的特征在于，AB相信號(hào)生成器36生成并輸出AB兩相的數(shù)字信號(hào)，上 述AB兩相是與上述旋轉(zhuǎn)角度θ的旋轉(zhuǎn)一周或1/η (η為任意的整數(shù))相對(duì)應(yīng)的相位，且彼 此相位不同。AB相信號(hào)生成器36例如可以采用輸出相位因旋轉(zhuǎn)方向而不同的脈沖的轉(zhuǎn)式編碼 器的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)式編碼器在電動(dòng)機(jī)軸每旋轉(zhuǎn)一定量時(shí)根據(jù)分辨率來(lái)生成的脈沖數(shù)不同，能夠 根據(jù)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)獲取關(guān)于軸旋轉(zhuǎn)了幾度、軸旋轉(zhuǎn)了幾周的信息。然而，由于無(wú)法判斷 旋轉(zhuǎn)方向，因此，AB相信號(hào)生成器36輸出兩相的脈沖。例如，在軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的情況下，首先輸出A相的脈沖，并在輸出A相的脈沖的中 途輸出B相的脈沖。相反的，在軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的情況下，首先輸出B相的脈沖，并在輸出B 相的脈沖的中途輸出A相的脈沖。即，使用它們的關(guān)系能夠獲取軸當(dāng)前向著哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn) 了多少的信息。
7
AB相信號(hào)生成器36基于由相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)計(jì)算得到 的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成在每旋轉(zhuǎn)一周中具有任意分割數(shù)的、相位不同的兩 相的信號(hào)。AB相信號(hào)生成器36采用ROM(ReadC)nIy Memory 只讀存儲(chǔ)器)的結(jié)構(gòu)，或如圖 11的一個(gè)例子所示的那樣，采用簡(jiǎn)單的硬連線邏輯(hard wired logic)的結(jié)構(gòu)。例如，如圖11所示，AB相信號(hào)生成器36基于由一周旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算器35輸出的旋 轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息的任意連續(xù)的2比特(此處，為Dm比特和Dm+1比特)的信號(hào)來(lái) 生成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)輸出到編碼器用計(jì)數(shù)器37。而且，此處，利用XOR 門(mén)39對(duì)Dm比特信號(hào)和Dm+1比特信號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算來(lái)輸出A相的信號(hào)，將Dm+1比特信號(hào) 作為B相的信號(hào)輸出到編碼器用計(jì)數(shù)器37。編碼器用計(jì)數(shù)器37對(duì)由AB相信號(hào)生成器36生成并輸出的兩相的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 編碼器用計(jì)數(shù)器37根據(jù)由AB相信號(hào)生成器36生成并輸出的兩相的信號(hào)的變化方向和信 號(hào)的大小來(lái)增加或減少信號(hào)的變化次數(shù)，生成旋轉(zhuǎn)多周角度信息。以下對(duì)具體例子進(jìn)行說(shuō) 明。圖12、圖13分別示出了在正轉(zhuǎn)時(shí)和反轉(zhuǎn)時(shí)AB相的信號(hào)的變化與編碼器用計(jì)數(shù)器 37的計(jì)數(shù)值的增減的關(guān)系。在圖12、圖13中，圖12(a)和圖13(a)示出了 A相B相的脈沖 波形，圖12(b)和圖13(b)示出了此時(shí)的計(jì)數(shù)條件。例如，在圖12(a)所示的進(jìn)行正轉(zhuǎn)時(shí)、AB各相的脈沖發(fā)生變化的定時(shí)對(duì)編碼器用 計(jì)數(shù)器37進(jìn)行更新(遞增計(jì)數(shù))的情況下，如圖12(b)所示，在變化點(diǎn)α，A相從“低電平” 變化為“高電平”、B相為“低電平”，另外，在變化點(diǎn)β，A相為“高電平”、而B(niǎo)相從“低電平” 變化為“高電平”。另外，在變化點(diǎn)Υ，Α相從“高電平”變化為“低電平”、B相為“高電平”， 另外，在變化點(diǎn)S，A相為“低電平”、而B(niǎo)相從“高電平”變化為“低電平”。此外，如圖13(a)、(b)所示，在反轉(zhuǎn)時(shí)也基于以變化點(diǎn)α δ示出的AB各項(xiàng)的 脈沖發(fā)生變化的定時(shí)來(lái)對(duì)編碼器用計(jì)數(shù)器37進(jìn)行更新(遞減計(jì)數(shù))。編碼器用計(jì)數(shù)器37通過(guò)對(duì)由AB相信號(hào)生成器36輸出的上述信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而 生成與從0度到720度相對(duì)應(yīng)的(η+2)比特的數(shù)據(jù)。編碼器用計(jì)數(shù)器37與實(shí)施方式1相 同，采用以下結(jié)構(gòu)即，將該數(shù)據(jù)輸出到DA轉(zhuǎn)換器來(lái)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并將該模擬信號(hào)提供 給未圖示的閥控制系統(tǒng)。如上所述，運(yùn)算控制單元根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度θ生成相位不同的AB兩相的信號(hào)，利用編 碼器用計(jì)數(shù)器37對(duì)AB兩相的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而可以進(jìn)行360度以上的旋轉(zhuǎn)多周的角度 檢測(cè)處理，此外，運(yùn)算控制單元也可以利用開(kāi)關(guān)操作等的外部信號(hào)來(lái)對(duì)編碼器用計(jì)數(shù)器37 進(jìn)行復(fù)位，從而任意地設(shè)定原點(diǎn)位置。因此，不需要利用軟件等在程序中特意地存儲(chǔ)原點(diǎn)位 置，從而能夠有利于簡(jiǎn)化軟件處理。根據(jù)上述本發(fā)明實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，運(yùn)算處理單元基于根據(jù)相位不 同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成在每一 周旋轉(zhuǎn)中具有任意分割數(shù)的、相位不同的兩相的信號(hào)，并且與上述兩相的信號(hào)的變化方向 和信號(hào)的大小相對(duì)應(yīng)地增加或減少上述信號(hào)的變化次數(shù)，來(lái)生成旋轉(zhuǎn)多周角度信息，從而 能夠不使用CPU那樣的大規(guī)模的電路，而僅利用運(yùn)算器等簡(jiǎn)單的硬件來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)多周中的旋 轉(zhuǎn)角度進(jìn)行運(yùn)算。因而，能夠提供一種小型且廉價(jià)的、可以使用能夠檢測(cè)旋轉(zhuǎn)一周的旋轉(zhuǎn)角 度傳感器來(lái)檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)多周中的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置。
另外，運(yùn)算處理單元將基于旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息來(lái)生成在每旋轉(zhuǎn)一周中具 有任意分割數(shù)的、相位不同的兩相的信號(hào)設(shè)為二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，而且，還基于旋轉(zhuǎn)一周中 的旋轉(zhuǎn)角度信息的任意連續(xù)的2比特的信號(hào)來(lái)生成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，從而能夠以數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)來(lái)進(jìn)行獲取旋轉(zhuǎn)一周角度信號(hào)θ及其之后的全部處理。其結(jié)果是，能夠提供一種具有強(qiáng) 耐噪聲，對(duì)信號(hào)噪聲的錯(cuò)誤檢測(cè)較少的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置。工業(yè)上的實(shí)用性如上所述，本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，該旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置能夠使用 可檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)一周的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，來(lái)簡(jiǎn)單、高精度地檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)多周旋轉(zhuǎn)角度，該旋轉(zhuǎn) 角度檢測(cè)裝置采用包括以下運(yùn)算處理單元的結(jié)構(gòu)，即，該運(yùn)算處理單元基于相位不同的兩 個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)中的一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)的變化方向和另一個(gè)傳感 器輸出信號(hào)的符號(hào)，來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化進(jìn)行檢測(cè)，基于與上述檢測(cè)得到 的旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化相關(guān)的信息和根據(jù)上述傳感器輸出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn) 一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成旋轉(zhuǎn)多周角度信息，或者，該旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置也采用包括 以下運(yùn)算處理單元的結(jié)構(gòu)即，基于根據(jù)相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)計(jì)算 出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成在每一周旋轉(zhuǎn)中具有任意分割數(shù)的、相位不同的 兩相的信號(hào)，并且與上述兩相的信號(hào)的變化方向和信號(hào)的大小相對(duì)應(yīng)地增加或減少上述信 號(hào)的變化次數(shù)，來(lái)生成多周旋轉(zhuǎn)角度信息，因此，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置適用于小型且 廉價(jià)的、能夠檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)多周中的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，或者是對(duì)信號(hào)噪聲的錯(cuò) 誤檢測(cè)較少的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置等。
權(quán)利要求
一種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，基于相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)使用矢量來(lái)求出旋轉(zhuǎn)角度，其特征在于，包括運(yùn)算處理單元，該運(yùn)算處理單元基于所述傳感器輸出信號(hào)中的一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)的變化方向和另一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)，來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化進(jìn)行檢測(cè)，基于與所述檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化相關(guān)的信息和根據(jù)所述傳感器輸出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成旋轉(zhuǎn)多周角度信息。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述運(yùn)算處理單元將所述傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，將對(duì)振幅、偏移進(jìn)行了校正 后的信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的零基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行邊緣檢測(cè)，對(duì)基于旋轉(zhuǎn)η周(η為任意整 數(shù))的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的條件而輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)后的值作為旋轉(zhuǎn)周數(shù)識(shí)別信號(hào)， 與基于所述傳感器輸出信號(hào)計(jì)算得到的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息組合，來(lái)生成所述旋轉(zhuǎn) 多周角度信息。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述運(yùn)算處理單元在將從運(yùn)轉(zhuǎn)范圍的起點(diǎn)到終點(diǎn)設(shè)為旋轉(zhuǎn)角度全行程θ的情況下， 傳感器信號(hào)的絕對(duì)值輸出配置的起點(diǎn)為超過(guò)了 0度δ 1的位置，終點(diǎn)為比720度減少了 δ2 的位置，δ 1、δ 2為旋轉(zhuǎn)檢測(cè)誤差范圍以上的值，同時(shí)，使θ滿足θ < 720度_(δ 1+δ 2) 的范圍，以這種方式來(lái)輸出旋轉(zhuǎn)多周角度信息。
4.一種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，基于相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出信號(hào)使用矢量來(lái)求出旋轉(zhuǎn)角度，其特征在 于，包括運(yùn)算處理單元，該運(yùn)算處理單元基于根據(jù)所述相位不同的兩個(gè)正弦波狀的傳感器輸出 信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成在每旋轉(zhuǎn)一周中具有任意分割數(shù)的、相 位不同的兩相的信號(hào)，并且與所述兩相的信號(hào)的變化方向和信號(hào)的大小相對(duì)應(yīng)地增加或減 少所述信號(hào)的變化次數(shù)，來(lái)生成旋轉(zhuǎn)多周角度信息。
5.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述運(yùn)算處理單元將基于所述旋轉(zhuǎn)一周中的角度信息生成的、在每旋轉(zhuǎn)一周中具有任 意分割數(shù)的相位不同的兩相的信號(hào)設(shè)為二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述運(yùn)算處理單元基于所述一周旋轉(zhuǎn)中的角度信息的任意連續(xù)的2比特的信號(hào)，來(lái)生 成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)。
7.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述運(yùn)算處理單元根據(jù)由外部提供的復(fù)位信號(hào)在任意位置上設(shè)定原點(diǎn)位置。全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置，該旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)裝置包括運(yùn)算處理單元，該運(yùn)算處理單元基于傳感器輸出信號(hào)中的一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)的變化方向和另一個(gè)傳感器輸出信號(hào)的符號(hào)，來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化進(jìn)行檢測(cè)，基于與檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)一周以上的旋轉(zhuǎn)角度的變化相關(guān)的信息和根據(jù)傳感器輸出信號(hào)計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)一周中的旋轉(zhuǎn)角度信息，來(lái)生成多周旋轉(zhuǎn)角度信息。
文檔編號(hào)G01D5/14GK101925800SQ20098010318
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者三好帥男, 井上正哉, 大西良孝, 家澤雅宏, 川村敏, 森剛, 竹長(zhǎng)史貴 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社