[发明专利]旋转传感器和旋转角度检测设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转传感器以及一种采用该旋转传感器的旋转角度检测设备，其中该旋转传感器输出与转子的旋转角度对应的三相信号。

背景技术

传统上，车辆的动力转向设备具有安装在转向轴和电动机中的旋转角度检测设备。图12示出了检测诸如转向轴的旋转轴的旋转角度的旋转角度检测设备的示例。

如图12所示，旋转角度检测设备包括：用作旋转传感器的旋转变压器(resolver)2，其输出与旋转轴1的旋转角度对应的三相电压信号Va、Vb和Vc；以及控制器3，用于基于从旋转变压器2输出的信号Va至Vc而检测旋转轴1的旋转角度。在此处描述的情况下，旋转变压器2的角度的倍增因数被设置为1。

旋转变压器2由转子20和定子21构成，其中转子20由与旋转轴1一体地旋转的磁体形成，定子21以预定间隔与转子20隔开。定子21具有励磁线圈(excitation coil)22、第一旋转变压器线圈23、第二旋转变压器线圈24以及第三旋转变压器线圈25。第一至第三旋转变压器线圈23至25在圆周方向(图12中以箭头R1表示的方向)上关于转子20的旋转中心O以电角度相位120°的间隔彼此间隔开。旋转变压器线圈23至25的相应端电连接在一起。旋转变压器线圈23至25的其它端通过相关联的信号线23a、24a、25a电连接到相应的输出端子Ta、Tb、Tc。励磁线圈22从安装在旋转角度检测设备中的振荡电路4接收AC(交流)电压，以生成交变磁场。在旋转变压器2中，励磁线圈22所生成的交变磁场通过转子20被提供给第一至第三旋转变压器线圈23至25。这通过电磁感应分别在第一至第三旋转变压器23、24和25中感应出以下描述的电压(a1)、(a2)和(a3)，其中电压(a1)、(a2)和(a3)中的每个电压均具有相对于转子20的旋转角度(电角度)θe以正弦方式变化的幅度。在该情况下，振荡电路4将AC电压Vr(Vr＝E×sin(ωt))供给到励磁线圈22(E表示幅度，ω表示角频率，并且t表示时间)。此外，K表示变压比。

(a1)在第一旋转变压器线圈23中感应出电压Va(Va＝K×E×sin(θe)×sin(ωt))。

(a2)在第二旋转变压器线圈24中感应出电压Vb(Vb＝K×E×sin(θe+120°)×sin(ωt))。

(a3)在第三旋转变压器线圈25中感应出电压Vc(Vc＝K×E×sin(θe+240°)×sin(ωt))。

在第一至第三旋转变压器线圈23至25中感应出的电压Va至Vc从旋转变压器2的相应输出端子Ta至Tc输出并且被控制器3接收。

控制器3执行信号处理，以从自旋转变压器2输出的信号Va至Vc提取幅度分量。因而，控制器3从输出信号Va获得幅度值Sa(Sa＝K×E×sin(θe))，从输出信号Vb获得幅度值Sb(Sb＝K×E×sin(θe+120°))，以及从输出信号Vc获得幅度值Sc(Sc＝K×E×sin(θe+240°))。图13是表示输出信号幅度值Sa至Sc与转子20的机械角度θ之间的关系的图，其中，沿纵坐标轴绘制输出信号幅度值Sa至Sc，并且沿横坐标轴绘制机械角度θ。图13示出了如下情况：其中，旋转变压器2的角度的倍增因数被设置为四倍(4×)，提供到励磁线圈22的AC电压Vr的峰值之间的电势差Vpp(Vpp＝2×E)被设置为4[V]，并且变压比K被设置为0.2。控制器3根据以图13所示的方式变化的输出信号幅度值Sa至Sc，使用下述表达式(1)至(3)以三种不同的方式计算转子20的电角度θe。使用表达式(1)、(2)和(3)算出的电角度分别被表示为θe1、θe2和θe3。表达式(1)至(3)中的每个表达式均将输出信号幅度值Sa至Sc中的相应输出信号幅度值变换成正弦值与余弦值之间的关系，并且根据输出信号幅度值Sa至Sc的反正弦值获得转子20的电角度。

θe1＝tan^-1((√3×Sa)/(-2×Sb-Sa))...(1)

θe2＝tan^-1((√3×Sb)/(-2×Sc-Sb))-120°...(2)

θe3＝tan^-1((√3×Sc)/(-2×Sa-Sc))-240°...(3)