专利名称：带有故障检测器的角位置确定设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于测量一个旋转部件的角位置的角位置确定设备，更具体地，涉及这样一种配备有多个磁传感器和一个故障检测器的角位置确定设备，该故障检测器被设计成即使在任一磁传感器发生故障时仍能准确确定回转轴的角位置。
背景技术：
用于测量回转轴角位置的典型角位置传感器由环状磁体、围绕该磁体外圆周设置的磁轭和磁传感器构成，其中该环状磁体具有沿其圆周方向排列的N极和S极。磁轭在其中形成构成气隙的径向凹槽。磁传感器设置在气隙中并用于测量气隙中的磁通密度。角位置传感器利用磁传感器的输出检测回转轴的角位置。例如，1996年6月18日公布的Oudet等人的美国专利No.5,528,139(对应于日本专利No.2842482)讲述了这种类型的角位置传感器。
上述类型的角位置传感器不具有故障检测器，因此如果任一磁传感器出现故障，则回转轴的角位置的确定将遇到困难。

发明内容
因此，本发明的主要目的是避免现有技术的缺陷。
本发明的又一目的是提供一个角位置确定设备，该设备被设计用于检测磁传感器故障的出现，并且即使出现这种故障，也能保证设备运转的可靠性。
根据本发明的一个方面，提供一种可以在汽车的电子动力转向装置中使用的角位置确定设备。该角位置确定设备包括(a)连接到旋转部件的硬磁部件，该硬磁部件具有一圆周，并且在其圆周方向磁化以获得在附近产生磁场的第一和第二磁极；(b)设置在硬磁部件圆周外部、并位于由硬磁部件产生的磁场中的软磁部件，软磁部件具有一圆周并且由多个沿软磁部件的圆周经由缝隙的多个磁段阵列构成，旋转部件的旋转改变所述硬磁部件和所述软磁部件之间的相对角位置，并引起每个缝隙内的磁通密度改变；(c)多个磁通密度测量传感器，其中每一个用于测量一个缝隙中的磁通密度以产生作为磁通密度的函数的电信号以表示旋转部件的角位置；(d)角位置确定电路，用于利用从磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置；以及(e)故障检测电路，用于基于从磁通密度测量传感器输出的电信号检测每个磁通密度测量传感器故障的出现，并且输出表示故障出现的信号。
该角位置确定电路监视从故障检测电路输出的信号，并且在磁通密度测量传感器出现故障时，可以采取所需要的行动排除其错误输出。
在本发明的优选模式中，当故障检测电路已经检测到任何磁通密度测量传感器的故障时，故障检测电路确定哪一个磁通密度测量传感器出现故障。角位置确定电路利用从正常运行的磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。
故障检测电路可以设计成测量在给定时间周期从磁通密度测量传感器输出的电信号的变化。当该变化具有异常値时，故障检测电路确定磁通密度测量传感器出现故障。
具体来说，故障检测电路测量在给定时间周期内从两个磁通密度测量传感器输出的电信号的变化。当这种变化之间的差的绝对値比给定値大时，故障检测电路确定两个磁通密度测量传感器中的一个出现故障。
当两个磁通密度测量传感器的电信号以固定速率变化时，故障检测电路优选测量从这两个磁通密度测量传感器输出的电信号的变化。当磁通密度测量传感器正常运行时，上述电信号的变化彼此基本相同。这样，当任意两个磁通密度测量传感器的电信号的变化之间存在一个差时，就可以确定两个磁通密度测量传感器中的一个正发生故障。
磁通密度测量传感器可以通过分别设置在缝隙中的第一、第二和第三磁通密度测量传感器实现。从第一至第三磁通密度测量传感器中的每一个输出的电信号以作为回转轴角位置的函数的周期性三角波的形式循环变化。当从第一至第三磁通密度测量传感器中的一个输出的电信号具有出现在其三角波上的最大値或最小値之一时，故障检测电路测量在给定时间周期内从第一至第三磁通密度测量传感器中的另外两个输出的电信号。具体来说，当由第一至第三磁通密度测量传感器中的一个产生的电信号具有最大値或最小値时，意味着由第一至第三磁通密度测量传感器中另外两个产生的电信号落在其周期性三角波的直线段，其中电信号随回转轴的旋转以恒定速率变化。因此，通过监视不具有最大値和最小値中的任何一个的两个磁通密度测量传感器的电信号的变化，可以准确探测磁通密度测量传感器的故障。
由第一至第三磁通密度测量传感器输出的电信号可以是电压信号。第一和第二磁通密度测量传感器的电压信号可以具有彼此异相90°的周期性三角波。在这种情况下，第一和第二磁通密度测量传感器的电压信号的三角波在回转轴的角位置360°范围内具有第一和第二交叉点。第一交叉点处电压信号的电压电平比第二交叉点处高。当从第一和第二磁通密度测量传感器中的一个输出的电压信号具有出现在其三角波上的最大値时，第一和第二磁通密度测量传感器中的这一个的电压信号在电压电平上比第一交叉点高。当从第一和第二磁通密度测量传感器中的一个输出的电压信号具有出现在其三角波上的最小値时，第一和第二磁通密度测量传感器中的这一个的电压信号在电压电平上比第二交叉点小。利用这些关系能够确定由第一至第三磁通密度测量传感器中的每一个产生的电压信号是具有将被产生的最大値还是最小値。
第一和第二磁极中的每一个可以设计成占据硬磁部件的圆周的180°。软磁部件中的缝隙可以由第一、第二、第三、第四和第五缝隙构成。第一至第四缝隙沿软磁部件的圆周以基本上彼此远离90°的间隔排列。第五缝隙形成在第三和第四缝隙之间。第一和第二磁通密度测量传感器分别设置在彼此相邻的第一和第二缝隙中，而第三磁通密度测量传感器设置在第五缝隙中。具体来说，由第一至第三磁通密度测量传感器产生的电信号的波形彼此不一致。这样，比如，当由第一磁通密度测量传感器产生的电信号具有最大値和最小値中的任何一个时，由第二和第三磁通密度测量传感器产生的电信号将落在其周期性三角波的直线段，在该直线段处电信号作为回转轴角位置的函数以恒定速率变化。这使故障检测电路能够正确检测第二和第三磁通密度测量传感器的故障。
磁通密度测量传感器可以设置在一些缝隙中。与没有设置磁通密度测量传感器的缝隙之一相比，设置了磁通密度测量传感器的缝隙中的每一个在软磁部件的圆周方向具有更小的长度。这可以减少在没有设置磁通密度测量传感器的缝隙之外的磁通的泄露。
当变化之间的差的绝对値比给定值大时，故障确定电路可以确定两个磁通密度测量传感器中具有表现出异常值的电信号变化的一个出现故障。在这种情况下，角位置确定电路可以利用从其他使用中的磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。具体来说，如果任何一个磁通密度测量传感器失效，则角位置确定电路可以继续计算回转轴的角位置。这确保角位置确定设备的运行的可靠性，当从第三磁通密度测量传感器输出的电信号具有出现在其三角波上的最大値和最小値中的一个时，故障检测电路可以测量在给定时间周期内从第一和第二磁通密度测量传感器输出的电信号的变化。当第一和第二磁通密度测量传感器的电信号的变化之间的差的绝对值比给定值大时，故障确定电路可以确定第一和第二磁通密度测量传感器中有一个出现故障。如果第一磁通密度测量传感器被确定为出现故障，则角位置确定电路可以利用从第二和第三磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。可选地，如果第二磁通密度测量传感器被确定为出现故障，则角位置确定电路可以利用从第一和第三磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。
故障检测电路可以在其中存储在第一和第二磁通密度测量传感器的电信号随着回转轴的旋转以一恒定速率改变的一时间周期内，从第一和第二磁通密度测量传感器输出的电信号的异常值，当第一和第二磁通密度测量传感器出现故障时其如预期的那样被确定。在这种情况下，故障检测电路确定第一和第二磁通密度测量传感器中具有对应于所存储的异常值中的一个的电信号变化的那个传感器出现故障。
由第一至第三磁通密度测量传感器输出的电信号可以通过电压信号而被提供。第一至第三磁通密度测量传感器的电压信号可以具有彼此异相120°的周期性三角波。在这种情况下，第一和第二磁通密度测量传感器的电压信号的三角波在回转轴角位置的360°范围内具有第一和第二交叉点。在第一交叉点处的电压信号的电压电平比第二交叉点处的高。当从第一和第二磁通密度测量传感器中的一个输出的电信号具有出现在其三角波上的最大值时，第一和第二磁通密度测量传感器中的这一个的电信号在电压电平上比第一交叉点大。当从第一和第二磁通密度测量传感器中的一个输出的电信号具有出现在其三角波上的最小值时，第一和第二磁通密度测量传感器中的这一个的电信号在电压电平上比第二交叉点小。利用这些关系能够确定由第一至第三磁通密度测量传感器中的每一个产生的电压信号具有将要产生的最大値还是最小値。
第一和第二磁极中的每一个可以设计成占据硬磁部件圆周的180°。软磁部件中的缝隙可以由第一、第二、第三缝隙构成，第一至第三缝隙沿软磁部件的圆周以基本上彼此远离120°的间隔排列。第一至第三磁通密度测量传感器分别设置在第一至第三缝隙中。具体来说，由第一至第三磁通密度测量传感器产生的电信号的波形彼此不一致。这样，比如，如果由第一磁通密度测量传感器产生的电信号具有最大値或最小値，则由第二和第三磁通密度测量传感器产生的电信号落在其周期性三角波的直线段，其中，电压信号作为回转轴角位置的函数以固定速率变化。这使故障检测电路能够正确地检测第二和第三磁通密度测量传感器的故障。
当第一至第三磁通密度测量传感器中任意两个的电信号变化的差的绝对值比给定值大时，故障检测电路确定这两个磁通密度测量传感器中的任一个出现故障。如果第一磁通密度测量传感器被确定出现故障，则角位置确定电路利用从第二和第三磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。如果第二磁通密度测量传感器被确定出现故障，则角位置确定电路利用从第一和第三磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。如果第三磁通密度测量传感器被确定出现故障，则角位置确定电路利用从第一和第二磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。具体来说，如果任一磁通密度测量传感器失效，角位置确定电路可以继续计算回转轴的角位置。这保证角位置确定设备运行的可靠性。
故障检测电路可以在其中存储在第一至第三磁通密度测量传感器的电信号随回转轴的旋转以一固定速率变化的时间周期内，从第一至第三磁通密度测量传感器输出的电信号的异常值，当第一至第三磁通密度测量传感器出现故障时其如期望的那样而被提供。在这种情况下，故障检测电路确定第一至第三磁通密度测量传感器中具有显示出对应于存储的异常值中的一个的电信号变化的那个传感器出现故障。


从在下文中给出的详细说明和本发明优选实施例的附图中可以更充分地理解本发明，然而，这些优选实施例不能看作将本发明被限制为这些具体实施例，而是仅仅用于解释和理解。
在图中图1(a)是显示根据本发明第一实施例的角位置传感器的侧视图；图1(b)是沿图1(a)中的线I-I剖开的横截面图，其显示根据本发明第一实施例的角位置检测器；图2是显示图1(a)和1(b)中角位置传感器的磁体的透视图；图3(a)是显示从图2的磁体流出的磁通的方向的平面图；图3(b)是显示表示附着有磁体的回转轴旋转后，磁通量变化的周期波的图。
图4(a)是显示当回转轴在角位置为0°时磁体和回转轴之间位置关系的横截面图；图4(b)是显示当回转轴在角位置为90°时磁体和回转轴之间位置关系的横截面图；图4(c)是显示当回转轴在角位置为180°时磁体和回转轴之间位置关系的横截面图；图4(d)是显示表示附着有磁体的回转轴旋转后磁传感器的感应元件输出电压的变化的周期波的图。
图5(a)是在角位置计算电路中执行的用于产生表示回转轴的角位置的输出电压的程序的流程图；图5(b)和5(c)是当感应元件中的一个出现故障时，由角位置计算电路所执行的程序的流程图；
图6是显示由图5(a)的程序产生的输出电压图；图7是由角位置计算电路执行的用于确定哪个感应元件出现故障，并且在出现这种故障的情况下确定回转轴角位置所需要采取措施的程序的流程图；图8是显示来自角位置计算电路的电压输出的变化的图；图9是显示本发明第一实施例的角位置传感器的横截面图；图10是显示本发明第二实施例的角位置传感器的横截面图；图11是显示本发明第二实施例中附着有磁体的回转轴旋转后磁传感器的感应元件输出电压的变化的周期波的图。
图12是本发明第二实施例中在角位置计算电路中执行的用以产生表示回转轴的角位置的输出电压的程序的流程图；图13是当感应元件中的一个出现故障时由角位置计算电路所执行的程序的流程图；图14是显示当第三感应元件失效时，磁传感器的第一和第二感应元件输出电压的周期波的图。
图15是显示如果第三感应元件出现故障，角位置计算电路的输出的图。
具体实施例方式
参照附图，其中在几个图中，尤其是图1(a)和图1(b)中，相同的参考数字代表相同部件，图中显示了根据本发明第一实施例的角位置确定设备1，其在下文中将被称作角位置检测器。
角位置检测器1主要由角位置计算电路6和安装在回转轴2外圆周上的角位置传感器构成。角位置计算电路6用于利用角位置传感器的输出来确定回转轴2的角位置。
角位置传感器包括由硬磁材料制成的磁体3、软磁材料制成的磁轭4和用于测量磁通密度的磁传感器5。
磁体3是环形形状并且附着在回转轴2的外圆周上。磁体3由两个半圆部件构成一个具有N极3a，另一个具有S极3b。N极3a和S极3b一彼此远离180°的位置在其端部结合成一体。磁体3具有厚度h，该厚度h如图2所示，从N极3a和S极3b之间的分界面3c到N极3a和S极3b的圆周中心逐渐减小。
磁轭4是环形形状并且由4个弧段4a-4d(以下也称为第一、第二、第三、第四磁轭段)构成，这4个弧段通过彼此相隔约90°的缝隙41围绕磁体3的外圆周的排列成一个园。第三弧段4c也是由其间存在缝隙41的两个分立部分构成。磁轭4具有一厚度，该厚度如图1(a)所示，比磁体3的厚度更大。磁轭4的圆周中心线(即通过磁轭4的厚度中心延伸的线)在其整个圆周上与磁体的圆周中心线重合。换句话，磁体3和磁轭4这样设置，使得在磁体3的圆周中心线上在其厚度方向定义出的一平面与在磁轭4圆周中心线上在其厚度方向上定义出的一平面一致。
磁传感器5由第一感应元件5a、第二感应元件5b和第三感应元件5c构成。第一感应元件5a设置在第一和第四磁轭段4a和4d之间的缝隙41中。第二感应元件5b设置在第一和第二磁轭段4a和4b之间的缝隙41中。第三感应元件5c设置在形成于第三磁轭段4c圆周中心的缝隙41中。第一至第三元件5a至5c分别用于测量缝隙41中形成的磁通以表示磁通密度。第一至第三感应元件5a-5c与磁轭4分开，并且每一个由例如用于将作为缝隙41中磁通密度函数的电信号(例如，电压信号)输出到角位置计算电路6的霍尔传感器、霍尔IC，或者磁阻(magneto-resistive)装置实现。提供第三感应元件5c，如稍后详细介绍的，用于监视第一和第二感应元件5a和5b的运行故障。在其内部设置了第一至第三感应元件5a-5c的缝隙41的尺寸，即，缝隙41的圆周长度Ka，Kb和Kd，如图9所示，彼此基本上相同，并且比其内部没有设置感应元件的第二和第三感应元件5b和5c之间以及第三和第四感应元件5c和5d之间的缝隙41的圆周长度Kc和Ke更大。
角位置计算电路6用于利用从第一至第三感应元件5a-5c输出的电信号确定回转轴2的角位置(即绝对角度)。具体来说，当第一至第三感应元件5a-5c正常运行时，角位置计算电路6将第一和第二感应元件5a、5b的输出组合或联系在一起，在90°上连续地确定回转轴2的角位置。
下面将说明由磁体3产生的磁通的密度。
磁体3的厚度h，如上所述，从N极3a和S极3b之间的分界面3c到其圆周中心逐渐减小，使得N极3a和S极3b的圆周中心的厚度比分界面3c的厚度小。具体来说，围绕磁体3的N极3a和S极3b圆周中心的外围表面的面积比厚度h在磁体整个圆周上恒定不变时的小。换句话说，在从具有最大磁通密度的N极3a和S极3b的圆周中心的磁体3的径向方向上产生的磁通量减少了。这导致总磁通量围绕磁体3的N极3a和S极3b的圆周中心几乎均匀分布。磁体3(即，回转轴2)的旋转将导致流过磁传感器5的感应元件5a至5c中的每一个的磁通量以如图3(b)所示的波的形式周期性变化。范围X(即围绕N极3a的圆中心)内的磁通量与范围Y(即围绕S极3b的圆中心)内的磁通量基本上相同。
这样选择从N极3a和S极3b之间的分界面3c开始的磁体3的厚度h的减小，使得由围绕每个N极3a和S极3b的圆周中心产生的磁通量基本不变。可选择地，磁体3的半径厚度可以从分界面3c向N极3a和S极3b的圆周中心减小。
下面将参照图4(a)-4(d)说明当回转轴2沿其圆周方向旋转时，由磁传感器5所测量的磁通密度的变化。
如图4(a)所示，当回转轴2在角位置I为零(0°)时，没有磁通流过第一和第四磁轭段4a、4d之间的缝隙41，因此磁通密度显示为零(0)，而在第一和第二磁轭段4a、4b之间的缝隙41中产生负极性的最大磁通密度。第一和第二感应元件5a、5b输出具有如图4(d)所示虚线I上的电平的电压信号。
当回转轴2从角位置I到角位置II顺时针旋转90°时，如图4(b)所示，将导致第一和第四磁轭段4a、4d之间的缝隙41中产生正极性的最大磁通密度，而在第一和第二磁轭段4a、4b之间的缝隙41中没有磁通流过。第一和第二感应元件5a、5b输出具有如图4(d)所示虚线II上的电平的电压信号。
当回转轴2从角位置II到角位置III顺时针再旋转90°时，如图4(c)所示，将导致第一和第二磁轭段4a、4b之间的缝隙41中产生正极性的最大磁通密度，而在第一和第四磁轭段4a、4d之间的缝隙41中没有磁通流过。第一和第二感应元件5a、5b输出具有如图4(d)所示虚线III上的电平的电压信号。
具体来说，由第一和第二感应元件5a和5b产生的电压信号表现为彼此异相90°的三角波。这导致第一和第二感应元件5a和5b的电压信号之间的交叉点VL和VH出现在回转轴2的角位置-45°和135°处。由第三感应元件5c产生的电压信号，如可从图4(d)中看到的，与第一和第二感应元件5a和5b产生的电压信号异相约45°。
从每个N极3a和S极3b的圆周中心周围流出的磁通量，如上所述，基本不变，这样造成第一和第四磁轭段4a、4d之间以及第一和第二磁轭段4a、4b之间的缝隙41中的磁通密度在回转轴2旋转期间以恒定速率变化，因此第一和第二感应元件5a和5b输出如图4(d)中实线所示的电压信号。与第一和第二感应元件5a和5b相比，第三感应元件5c经历了磁通密度的较小的恒定变化。这种变化表现在图4(d)波形的直线段。
图5(a)显示由角位置检测器1的角位置计算电路6执行的逻辑步骤或程序的流程图。在下面的讨论中，第一和第二感应元件5a和5b的电压输出将由Va和Vb表示，角位置计算电路6的输出电压由Vout表示。
进入程序后，程序进行到步骤1，判断电压输出Va是否大于3.0V。如果得到“是”的答案(Va＞3.0V)，则程序进行到步骤6，根据Vout＝1+Vb的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤1。
可选择地，如果得到“否”答案(Va≤3.0V)，择程序进行到步骤2，判断电压输出Va是否小于2.0V。如果得到“是”的答案(Va＜2.0V)，则程序进行到步骤7，根据Vout＝4-Vb的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤1。
可选择地，如果得到“否”答案(Va≥2.0V)，则程序进行到步骤3，判断电压输出Va是否小于2.4V。如果得到“是”的答案(Va＜2.4V)，则程序进行到步骤8，根据Vout＝Va的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤1。
可选择地，如果得到“否”答案(Va≥2.4V)，则程序进行到步骤4，判断输出电压Vb是否大于2.6V，以及电压输出Va是否小于2.5V。如果得到“是”的答案(Vb＞2.6V且Va＜2.5V)，则程序进行到步骤9，根据Vout＝3-Va的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤1。
可选择地，如果在步骤4得到“否”答案，则程序进行到步骤5，判断输出电压Vb是否大于2.6V，并且电压输出Va是否大于或等于2.5V。如果得到“是”的答案，则程序进行到步骤10，根据Vout＝7-Va的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤1。
可选择地，如果在步骤5得到“否”答案，则程序进行到步骤11，根据Vout＝0的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤1。
图6显示由上述步骤得到的角位置计算电路6的输出电压Vout，其通过组合由第一和第二感应元件5a和5b产生的电压信号的波形的直线段得到，并且在回转轴2的360°角度范围(即-180°到180°)上以恒定速率变化。具体来说，角位置计算电路6用于在其全部角度范围内输出回转轴2的绝对角位置。
图7是由角位置计算电路6执行的用来检测磁传感器5的故障的事件并采取所需措施以确定有故障时回转轴2的角位置的程序的流程图。作为回转轴2的角位置的函数所产生的第一至第三感应元件5a-5c的电压输出分别由Va、Vb和Vc表示。
进入程序后，程序进行到步骤100，角位置计算电路6拾取磁传感器5的第一至第三感应元件5a-5c的电压输出Va、Vb和Vc。
程序进行到步骤101，判断电压输出Va是否表现为接近它的最大和最小电压中之一的值，即电压输出Va是否处于其周期性三角波的顶部或底部，如图4(d)所示，其中电压输出Va每单位时间的变化速率在回转轴2旋转期间不是固定的。如果得到“是”的答案，则意味着电压输出Va的值接近最大或最小电压，则程序进行到步骤102。可选择地，如果得到“否”的答案，则程序进行到步骤107。在步骤101中的判断可以通过判断是否满足关系Va＜VL和Va＞VH中的一个来实现，其中VL和VH表示在交叉点VL和VH上出现的电压输出Va、Vb的电平，如图4(d)所示，其可以提前计算。
在步骤102中，确定第一和第三感应元件5a、5c在给定时间周期内电压输出Va、Vc的变化Eva、Vic。具体来说，当电压输出Va的值接近最大或最小电压时，换句话说，当分别与电压输出Va异相90°和45°的第二和第三感应元件5b、5c的电压输出Vb、Vc的电平出现在其三角波的直线段时，如图4(d)所示，则进入步骤102，其中在其三角波的直线段处电压输出Vb、Vc的电平作为回转轴2的角位置的函数以恒定速率变化。因此在步骤102，确定作为回转轴2的角位置的函数变化的电压输出Vb、Vc的变化ΔVb和Vic。
程序进行到步骤103，确定在步骤102中得到的电压变化ΔVb、Vic之间的差(即，ΔVb-Vic)。
程序进行到步骤104，判断在步骤103中得到的电压差ΔVb-Vic的绝对値是否比给定值大。当第二和第三感应元件5b、5c正常运行时，电压输出Vb、Vc以基本上相同的速率变化。在这种情况下，电压差ΔVb-Vic的绝对値几乎变为零(0)。如果在步骤104中得到“是”的答案则意味着|ΔVb-Vic|比给定值大，即电压输出Vb、Vc以彼此不同的速率变化，则程序进行到步骤106。可选择地，如果得到“否”的答案，则程序进行到步骤105。
如果在步骤1 04中判断绝对值|ΔVb-Vic|比给定值小，则进入步骤105，在步骤105中，角位置计算电路6确定第一至第三感应元件5a-5c目前工作正常，并根据图5(a)的程序利用第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va、Vb确定回转轴2的角位置。程序返回到步骤100。
如果在步骤104中判断绝对值|ΔVb-Vic|比给定值大，则进入步骤106，在步骤106中，角位置计算电路6推断第二和第三感应元件5b、5c中的任意一个出现故障，并启动一个错误校正/警告动作1来确定第二和第三感应元件5b、5c中的哪一个出现故障，并执行如下讨论的错误校正/警告操作。
角位置计算电路6已经在其中安装了列出容许电压范围Eva’、ΔVb’、Vic’的映射表，这些容许电压范围由电压输出Va、Vb、Vc在给定时间周期内的变化定义，如在感应元件5a-5c正常运行在基于角位置计算电路6中操作周期(即信号采样周期)和回转轴2的最大速率而预先确定的加和减给定允许电平上的情况下，在电压输出Va、Vb、Vc的值作为回转轴2的角位置的函数以恒定速率变化的范围内(即，三角波的直线段，如在图4(d)中所示)所期望出现的。角位置计算电路6判断在步骤102中得到的第二和第三感应元件5b、5c的电压变化ΔVb、Vic是否处于容许电压范围ΔVb’、Vic’之内，并确定第二和第三感应元件5b、5c中哪一个目前出现故障。
如果判断只有第二感应元件5b的电压变化ΔVb处在容许的电压范围ΔVb’之外，则意味着只有第二感应元件5b目前出现故障，角位置计算电路6利用第一和第三感应元件5a和5c的电压输出Va和Vc根据如图5(b)中所示的程序计算回转轴2的角位置，其中图5(b)的程序与图5(a)中的不同之处仅在于步骤30、40、50、60和70。具体来说，使用电压输出Vc而不是电压输出Vb。在步骤40、60和70的判断中使用的参考值，如附图中清楚显示的，不同于图5(a)程序中的参考值。其他操作相同，因此在此省略关于它们的具体解释。
可选择地，如果已经判定仅仅第三感应元件5c的电压变化Vic处在容许的电压范围Vic’之外，则意味着只有第三感应元件5c目前出现故障，角位置计算电路6利用第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va和Vb计算回转轴2的角位置。
具体来说，使用电压输出Vc而不是电压输出Vb。在步骤41、61和71的判断中使用的参考值，如附图中清楚显示的，不同于图5(a)程序中的参考值。其他操作相同，因此在此省略关于它们的具体解释。
可选择地，如果已经判定电压变化ΔVb和Vic都处在容许的电压范围ΔVb’和Vic’之外，则意味着第二和第三感应元件5b、5c目前都出现故障，角位置计算电路6产生一个报警输出表明磁传感器5失效，即，不能向要接收角位置检测器1的输出的外部系统确定回转轴2的角位置。
注意，如果仅有第二感应元件5b出现故障，则角位置计算电路6的输出Vout具有如图8所示的波形，其上出现第三感应元件5c输出电压Vc的变化。这种变化很小，电压输出Vout用于确定回转轴2的角位置。
如果在步骤101中得到“否”答案，则意味着第一感应元件5a的电压输出Va远远偏离最大或最小值，如上所述，程序进行到步骤107，确定电压输出Vb的值是否表现为接近其最大和最小电压中的一个。如果得到“是”的答案，则意味着电压输出Vb接近最大或最小电压，则程序进行到步骤112。可选择地，如果得到“否”答案，那么程序进行到步骤108。在步骤107中的判断可以通过判断是否满足Vb＜VL和Vb＞VH的关系中的一个来实现，其中，如图4(d)所示，VL和VH表示电压输出Va、Vb在交叉点VL和VH处的电平，其可以预先计算。
在步骤108，确定第一和第二感应元件5a、5b在给定时间周期内电压输出Va、Vb的变化Eva、ΔVb。具体来说，当电压输出Va的值远远偏离最大或最小电压时，换句话说，当彼此异相90°的第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va、Vb的电平如图4(d)所示出现在其三角波的直线段上时，进入步骤108，其中在三角波的直线段处电压输出Va、Vb的电平作为回转轴2的角位置的函数以恒定速率变化。因此，步骤108确定第一和第二感应元件5a、5b电压输出Va、Vb的变化Eva和ΔVb。
程序进行到步骤109，确定在步骤108中得到的电压变化Eva和ΔVb之间的差(即，ΔVb-ΔVb)。
程序进行到步骤110，判断在步骤109中得到的电压差ΔVb-ΔVb的绝对值是否比给定值大。如果得到“是”的答案则意味着|ΔVb-ΔVb]比给定值大，则程序进行到步骤111。可选择地，如果得到“否”的答案，则程序进行到步骤105。
如果在步骤110中判断绝对值|ΔVb-ΔVb|比给定值大，则进入步骤111，在步骤111中，角位置计算电路6推断第一和第二感应元件5a、5b中的任意一个出现故障，并启动一个错误校正/警告动作2来确定第一和第二感应元件5a、5b中的哪一个出现故障，并执行错误校正/警告操作，如下讨论。
象在步骤111中那样，角位置计算电路6确定步骤108中得到的第一和第二感应元件5a和5b的电压变化Eva、ΔVb是否处在存储在映射表中的容许电压范围Eva’、ΔVb’之内，并确定第一和第二感应元件5a和5b中的哪一个目前出现故障。
如果已经判定仅仅第一感应元件5a出现故障，则角位置计算电路6利用第二和第三感应元件5b和5c的电压输出Vb和Vc根据图5(c)中的程序计算回转轴2的角位置，其中使用电压输出Vb而不是电压输出Va，并且在步骤的判断中使用与图5(a)中不同的参考值。步骤31、41、51、61和71的操作是自解释性的，在此不再描述它们。
可选择地，如果已经判定仅仅第二感应元件5b现在出现故障，则角位置计算电路6利用第一和第三感应元件5a、5c的电压输出Va、Vc根据图5(b)中的程序计算回转轴2的角位置。可选择地，如果已经判定第一和第二感应元件5a、5b现在都出现故障，则角位置计算电路6产生一个报警输出表明磁传感器失效，即，不能向要接收角位置检测器1的输出的外部系统确定回转轴2的角位置。
如果在步骤107中得到“是”的答案，则意味着第二感应元件5b的电压输出Vb的值接近最大或最小值，则如上所述，程序进行到步骤112，确定第一和第三感应元件5a、5c在给定时间周期内电压输出Va和Vc的变化Eva、Vic。具体来说，当与电压输出Vb异相45°的第一和第三感应元件5a、5c的电压输出Va和Vc的电平如图4(d)所示出现在其波形的直线段时，进入步骤112，其中在波形的直线段处电压输出Va和Vc的电平作为回转轴2的角位置的函数以恒定速率变化，并且步骤112确定第一和第三感应元件5a、5c电压输出Va和Vc的变化Eva和Vic。
程序进行到步骤113，确定在步骤112中得到的电压变化Eva和Vic之间的差(即，ΔVa-ΔVc)。
程序进行到步骤114，判断在步骤113中得到的电压差ΔVa-ΔVc的绝对值是否比给定值大。如果得到“是”的答案则意味着|ΔVa-ΔVc|比给定值大，则程序进行到步骤115。可选择地，如果得到“否”的答案，则程序进行到步骤105。
如果在步骤114中判断绝对值|ΔVa-ΔVc|比给定值大，则进入步骤115，在步骤115中，角位置计算电路6推断第一和第三感应元件5a、5c中的任意一个出现故障，并启动一个错误校正/警告动作3来确定第一和第三感应元件5a、5c中的哪一个出现故障，并执行如下讨论的错误校正/警告操作。
象在步骤111中那样，角位置计算电路6确定在步骤112中得到的第一和第三元件5a、5c的电压变化Eva、Vic是否处在存储在映射表中的容许电压范围Eva’、Vic’之内，并确定第一和第三感应元件5a、5c中的哪一个目前出现故障。
如果已经判定仅仅第一感应元件5a出现故障，则角位置计算电路6利用第二和第三感应元件5b、5c的电压输出Vb、Vc根据图5(c)中的程序计算回转轴2的角位置。可选择地，如果已经判定仅仅第三感应元件5c现在出现故障，则角位置计算电路6利用第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va、Vb根据图5(a)中的程序计算回转轴2的角位置。可选择地，如果已经判定第一、第三感应元件5a、5c现在都出现故障，则角位置计算电路6产生一个报警输出表明磁传感器失效，即，不能向要接收角位置检测器1的输出的外部系统确定回转轴2的角位置。
如从以上讨论明显看到的，角位置检测器1用于利用电压输出Va、Vb和Vc监视磁传感器5的第一至第三感应元件5a-5c的操作故障，以便避免在角位置计算电路6中计算回转轴的角位置的错误。
第一、第二、第三感应元件5a、5b、5c的电压输出Va、Vb和Vc中的每一个作为回转轴2的角位置的函数以变化速率在其最大和最小值附近变化，并且为彼此异相的周期波。这样，例如，当第一感应元件5a的电压输出Va接近其最大或最小值时，其他的第二和第三感应元件5b、5c的电压输出Vb和Vc将出现在其最大最小值之间的周期性三角波的直线段上，在该直线段处电压输出Vb和Vc作为回转轴2角位置的函数以恒定速率变化。这使角位置计算电路6能够通过计算在给定时间周期内电压输出Vb和Vc的变化之间的差并将它们与允许电压范围ΔVb’和Vic’进行比较，对第二和第三感应元件5b、5c中的任一个是否失效作出判断。当第二感应元件5b的电压输出Vb接近其最大或最小值时，其他的第一和第三感应元件5a、5c的电压输出Va、Vc将出现在其最大最小值之间的周期波直线段上，在该直线段处电压输出Va和Vc作为回转轴2角位置的函数以恒定速率变化。同上所述，这使角位置计算电路6能够通过计算在给定时间周期内电压输出Va和Vc的变化之间的差并将它们与容许电压范围Eva’和Vic’进行比较，对第一和第三感应元件5a、5c中的任一个是否失效做出判断。这种操作可以应用于判断第三感应元件5c的运行故障。
第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va和Vb，如已描述的，表现为彼此异相约90°的周期性三角波。这使第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va和Vb在其最大和最小值(即，图4(d)中的交叉点VL和VH)附近彼此相同。因此，在步骤101和107的判断中使用的第一和第二电压输出Va和Vb的最大和最小值，可以基于出现在交叉点VLk和VHk的电平得到，从而能使电压输出Va、Vb和Vc中的两个被选择用于在步骤112、108或102中确定它们的变化。
其内部没有设置感应元件的缝隙41的圆周长度Kc、Ke比其内部设置了第一至第三感应元件5a-5c的缝隙41的圆周长度Ka、Kb、Kd小，从而使流向缝隙41外的磁通泄露最小化。这导致第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va和Vb以在回转轴旋转的180°角度范围上的矩形波的形式稳定地周期性变化。
如果，例如第一和第二感应元件5a、5b中的任一个出现故障，则角位置计算电路6确定它们中的哪个失效，并且利用另外两个正常运行的感应元件的输出确定回转轴2的角位置。这保证角位置检测器1运行的可靠性。
第一至第三感应元件5a-5c中的哪一个失效的判断通过监视电压变化Eva、ΔVb、Vic是否处于容许电压范围Eva’、ΔVb’、Vic’之内来实现，这些容许电压范围存储在安装于角位置计算电路6中的映射表中。
图10显示根据本发明第二实施例的角位置检测器1。与第一实施例中所使用的参考标号相同的参考标号将代表相同部件，在此省略关于它们的具体解释。
磁轭4由环绕磁体3的环形部件形成，该环形部件由3个弧段第一磁轭段4e、第二磁轭段4f、第三磁轭段4g构成。第一至第三磁轭段4e、4f、4g通过彼此相隔约120°的缝隙41排列。
与第一实施例相似，磁传感器5由第一感应元件5a、第二感应元件5b和第三感应元件5c构成。第一感应元件5a设置在第一和第三磁轭段4e和4g之间的缝隙41中。第二感应元件5b设置在第一和第二磁轭段4e和4f之间的缝隙41中。第三感应元件5c设置在第二和第三磁轭段4f和4g之间的缝隙41中。第一至第三感应元件5a-5c分别用于测量缝隙41中形成的磁通以指示磁通密度。
角位置计算电路6用于利用从第一至第三感应元件5a-5c输出的电信号确定回转轴2的角位置(即绝对角度)。具体来说，当第一至第三感应元件5a-5c正常运行时，角位置计算电路6将第一和第二感应元件5a和5b组合或联系在一起，在90°上连续地确定回转轴2的角位置。
由第一至第三感应元件5a-5c产生的电压信号Va、Vb和Vc，如图11所示，表现为彼此异相约120°的三角波。这导致第一至第三感应元件5a-5c的电压信号Va、Vb和Vc中的两个之间的交叉点VH和VL出现在回转轴2的角位置-180°、-60°、60°和180°以及角位置-120°、0°、120°处。
图12显示角位置检测器1的角位置计算电路6执行的逻辑步骤或程序的流程图。
在进入程序后，程序进行到步骤20，确定第二感应元件5b的电压输出Vb是否在交叉点VL和VH之间的电压范围内，并且第三感应元件5c的电压输出Vc是否大于或等于电压输出Vb。
如果得到“是”的答案(VL＜Vb＜VH，Vb≤Vc)，则程序进行到步骤26，根据Vout＝2.833-Vb的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤20。
可选择地，如果在步骤20得到“否”答案，则程序进行到步骤21，判断第一感应元件5a的电压输出Va是否在交叉点VL和VH之间的电压范围内，并且电压输出Vc是否大于或等于电压输出Vb。
如果得到“是”的答案(VL＜Va＜VH，Vb≤Vc)，则程序进行到步骤27，根据Vout＝-2.167+Va的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤20。
可选择地，如果在步骤21得到“否”答案，则程序进行到步骤22，判断第三感应元件5c的电压输出Vc是否在交叉点VL和VH之间的电压范围内，并且电压输出Vc是否大于或等于电压输出Vb。
如果得到“是”的答案(VL＜Vc＜VH，Vb≤Vc)，则程序进行到步骤28，根据Vout＝2.167-Vc的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤20。
可选择地，如果在步骤22得到“否”答案，则程序进行到步骤23，判断第二感应元件5b的电压输出Vb是否在交叉点VL和VH之间的电压范围内，并且电压输出Vb是否大于或等于电压输出Vc。
如果得到“是”的答案(VL＜Vb＜VH，Vc≤Vb)，则程序进行到步骤29，根据Vout＝0.333+Vb的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤20。
可选择地，如果在步骤23得到“否”答案，则程序进行到步骤24，判断第一感应元件5a的电压输出Va是否在交叉点VL和VH之间的电压范围内，并且电压输出Vb是否大于或等于电压输出Vc。
如果得到“是”的答案(VL＜Va＜VH，Vc≤Vb)，则程序进行到步骤30，根据Vout＝6.0-Va的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤20。
可选择地，如果在步骤24得到“否”答案，则程序进行到步骤25，判断第三感应元件5c的电压输出Vc是否在交叉点VL和VH之间的电压范围内，并且电压输出Vb是否大于或等于电压输出Vc。
如果得到“是”的答案(VL＜Vc＜VH，Vc≤Vb)，则程序进行到步骤31，根据Vout＝1.667+Vc的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤20。
如果在步骤25得到“否”的答案，则程序进行到步骤32，根据Vout＝0的关系确定输出电压Vout，并且返回到步骤20。
具体来说，类似于第一实施例，角位置计算电路6产生输出电压Vout，其中输出电压Vout通过组合第一至第三感应元件5a-5c输出的电压信号Va-Vc的如图11所示的周期波的直线段Vbl1、Val1、Vcl1、Vbl2、Val2和Vcl2而生成，并且在回转轴2的360°角度范围上(即，-180°-+180°)以恒定速率变化。
图13是由角位置计算电路6执行的，用以检测磁传感器5的故障，并且如果确定已经出现这样的故障时采取行动的程序的流程图。
在进入程序后，程序进行到步骤200，角位置计算电路6拾取磁传感器5的第一至第三感应元件5a-5c的电压输出Va、Vb、Vc。
程序进行到步骤201，判断电压输出Va是否表现为接近其最大、最小电压中的一个，即电压输出Va是否处于其周期波的顶部或底部，如图11所示，其中在周期波的顶部或底部，在回转轴2旋转期间，电压输出Va每单位时间的变化速率不是常数。如果得到“是”的答案，则意味着电压输出Va的值接近最大值或最小值，则程序进行到步骤202。可选择地，如果得到“否”的答案，则程序进行到步骤207。在步骤201中的判断可以通过判断是否满足Va＜VLk和Va＞VHk的关系中的一个来实现，其中VLk是一个最小参考电平，其为交叉点VL上的电平减去一给定电平，而VHk是一个最大参考电平，其为交叉点VH上的电平加上一给定电平。
在步骤202中，确定第二和第三感应元件5b、5c的电压输出Vb、Vc在给定时间周期内的变化ΔVb和Vic。具体来说，当电压输出Va的值接近最大或最小电压，换句话说，当分别与电压输出Va异相120°的第二和第三感应元件5b、5c的电压输出Vb、Vc的电平如图11所示出现在其周期波的直线段时，进入步骤202，其中在周期波的直线段处电压输出Vb和Vc的电平作为回转轴2的角位置函数以恒定速率变化。因此步骤202确定作为回转轴2的角位置函数变化的电压输出Vb和Vc的变化ΔVb和Vic。
程序进行到步骤203，确定在步骤202中得到的电压变化ΔVb、Vic之间的差(即，ΔVb-Vic)。
程序进行到步骤204，判断在步骤203中得到的电压差ΔVb-Vic的绝对值是否比给定值大。如果得到“是”的答案则意味着|ΔVb-Vic|比给定值大，则程序进行到步骤206。可选择地，如果得到“否”的答案，则程序进行到步骤205。
如果在步骤204中判断绝对值|ΔVb-Vic|比给定值小则进入步骤205，在步骤205中，角位置计算电路6确定第一至第三感应元件5a-5c目前工作正常，并根据图12的流程图中的操作利用第一和第二感应元件5a和5b的电压输出Va和Vb确定回转轴2的角位置。程序返回到步骤200。
如果在步骤204中判断绝对值|ΔVb-Vic|比给定值大则进入步骤206，在步骤206中，角位置计算电路6推断第二和第三感应元件5b、5c中的任意一个出现故障，并启动一个错误校正/警告动作1来确定第二和第三感应元件5b、5c中的哪一个出现故障，并执行如在第一实施例中讨论的错误校正/警告操作。
例如，如果已经判定仅仅第三感应元件5c目前出现故障，则角位置计算电路6利用第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va、Vb计算回转轴2的角位置。具体来说，第三感应元件5c的电压输出Vc以以下方式进行数学投影(project)。首先，第一感应元件5a的电压输出Va加到第二感应元件5b的电压输出Vb上。然后，电压输出Va和Vb的和被除以二(2)以得到中间值Vf1或Vf2，如图14所示。这些操作在给定角度范围内(比如，在图14说明的例子中的-60°至0°以及120°至180°)周期地执行来重复地计算中间值Vf1或Vf2，以定义如图14中虚线所示的段。这些段的斜率利用预定的斜率校正值来校正，以定义如图15所示的对应于图11所示的电压输出Vc的周期电压波的段Vf1’或Vf2’。最后，角位置计算电路6如图15所示将感应元件5a和5b的电压输出Va、Vb的周期波的直线段Vbl1、Val1、Vbl2、Val2组合，并以数学方式投影直线段Vf1’或Vf2’来确定回转轴2的角位置。
如果在步骤201中得到“否”答案，则意味着第一感应元件5a的电压输出Va远远偏离最大或最小值，则如上所述，程序进行到步骤207，确定电压输出Vb的值是否表现为接近其最大和最小电压中的一个。如果得到“是”的答案，则意味着电压输出Vb接近最大或最小电压，则程序进行到步骤212。可选择地，如果得到“否”答案，则程序进行到步骤208。在步骤207中的判断可以通过判断是否满足Vb＜VLk和Vb＞VHk的关系中的一个来实现，其中，如上所述，VLk为最小参考电平，VHk为最大参考电平。
在步骤208中，确定第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va、Vb在给定时间周期内的变化Eva和ΔVb。具体来说，当电压输出Va的值远远偏离最大或最小电压时，换句话说，当彼此异相120°的第一和第二感应元件5a、5b的电压输出Va、Vb的电平如图11所示出现在其波形的直线段时，进入步骤208，其中在波形的直线段处电压输出Va和Vb的电平作为回转轴2的角位置的函数以恒定速率变化，并且步骤208确定第一和第二感应元件5a和5b的电压输出Va和Vb的变化Eva和ΔVb。
程序进行到步骤209，确定在步骤208中得到的电压变化Eva、ΔVb之间的差(即，ΔVb-ΔVb)。
程序进行到步骤210，判断步骤209中得到的电压差ΔVb-ΔVb的绝对值是否比给定值大。如果得到“是”的答案则意味着|ΔVb-ΔVb|比给定值大，则程序进行到步骤211。可选择地，如果得到“否”的答案，则程序进行到步骤205。
如果在步骤110中判断绝对值|ΔVb-ΔVb|比给定值大则进入步骤211，在步骤211中，角位置计算电路6推断第一和第二感应元件5a和5b中的任意一个出现故障，并启动一个错误校正/警告动作2来确定第一和第二感应元件5a和5b中的哪一个出现故障，并执行错误校正/警告操作。具体来说，第一和第二感应元件5a、5b中目前出现故障的一个的周期性电压波形的直线段以与步骤206中同样的方式进行数学计算。其他操作与图7中步骤111的那些相同，因此在此省略对它们的说明。
如果在步骤207中得到“是”的答案，则意味着第二感应元件5b的电压输出Vb的值接近最大或最小值，则如上所述，程序进行到步骤212，确定第一和第三感应元件5a和5c的电压输出Va和Vc在给定时间周期内的变化Eva和Vic。具体来说，当与电压输出Vb异相120°的第一和第三感应元件5a和5c的电压输出Va和Vc的电平如图11所示出现在其波形的直线段时进入步骤212，其中在波形的直线段处电压输出Va和Vc的电平作为回转轴2的角位置的函数以恒定速率变化，并且步骤212确定第一和第三感应元件5a、5c电压输出Va和Vc的变化Eva和Vic。
程序进行到步骤213，确定在步骤112中得到的电压变化Eva和Vic之间的差(即，ΔVa-ΔVc)。
程序进行到步骤214，判断步骤213得到的电压差ΔVa-ΔVc的绝对值是否比给定值大。如果得到“是”的答案则意味着|ΔVa-ΔVc|比给定值大，则程序进行到步骤215。可选择地，如果得到“否”的答案，则程序进行到步骤205。
如果在步骤114中判断绝对值|ΔVa-ΔVc|比给定值大则进入步骤215，在步骤215中，角位置计算电路6推断第一额第三感应元件5a和5c中的任意一个出现故障，并启动一个错误校正/警告动作3来确定第一和第三感应元件5a、5c中的哪一个出现故障，并执行错误校正/警告操作。具体来说，第一和第三感应元件5a、5c中目前出现故障的一个的周期性电压波形的直线段以与步骤206中同样的方式进行数学计算。其他操作与图7中步骤115的那些相同，因此在此省略对它们的说明。
如从以上讨论可以清楚地看到的，本实施例的角位置检测器1，使磁传感器5的第一至第三感应元件5a-5c彼此隔开120°。角位置计算电路6组合感应元件5a、5b和5c的电压输出Va、Vb和Vc的直线段Vbl1、Val1、Vcl1、Vbl2、Val2和Vcl2来确定回转轴2的角位置。
类似于第一实施例，角位置检测器1用于利用电压输出Va、Vb和Vc监视磁传感器5的第一至第三感应元件5a-5c的操作故障，以便避免在角位置计算电路6中计算回转轴的角位置的错误。
具体来说，第一、第二和第三感应元件5a、5b和5c的电压输出Va、Vb和Vc中的每一个作为回转轴2的角位置的函数以变化速率在其最大和最小值附近变化，并且为彼此异相的周期波。这样，例如，当第一感应元件5a的电压输出Va接近其最大或最小值时，其他的第二和第三感应元件5b、5c的电压输出将出现在其最大和最小值之间的周期波的直线段Vbl1和Vcl1或Vbl2和Vcl2上，在这些直线段处电压输出Vb和Vc作为回转轴2的角位置的函数以恒定速率变化。这使角位置计算电路6能够通过计算在给定时间周期内电压输出Vb和Vc的变化之间的差并将它们与容许电压范围ΔVb’、Vic’进行比较，对第二和第三感应元件5b、5c中的任一个是否失效做出判断。当第二感应元件5b的电压输出Vb接近其最大或最小值时，其他的第一和第三感应元件5a、5c的电压输出Va、Vc将出现在其最大和最小值之间的周期波直线段Val1和Vcl1或Val2和Vcl2上，在这些直线段处电压输出Va和Vc作为回转轴2角位置的函数以恒定速率变化。同上所述，这使角位置计算电路6能够通过计算在给定时间周期内电压输出Va和Vc的变化之间的差并将它们与容许电压范围Eva’、Vic’进行比较，对第一和第三感应元件5a、5c中的任一个是否失效做出判断。这种操作可以应用于判断第三感应元件5c的运行故障。
第一至第三感应元件5a-5c的电压输出Va至Vc，如已描述的，表现为彼此异相约120°的周期波。这使第一至第三感应元件5a-5c的电压输出Va、Vb和Vc在其最大和最小值(即，图11中的交叉点VLk和VHk)附近彼此相同。因此，在步骤201和207的判断中使用的第一至第三电压输出Va至Vc的最大最小值，可以基于出现在交叉点VLk和VHk上的电平加上或减去一给定电平得到，从而能使电压输出Va、Vb和Vc中的两个被选择用于在步骤212、208或202中确定它们的变化。
例如，如果第一和第二感应元件5a、5b中的任一个出现故障，则角位置计算电路6确定它们中的哪个失效并且利用另外两个正常运行的感应元件的输出确定回转轴2的角位置。这确保了角位置检测器1运行的可靠性。
对第一至第三感应元件5a-5c中的哪个元件失效的判断，通过监视电压变化Eva、ΔVb、Vic是否处于容许电压范围Eva’、ΔVb’、Vic’之内来实现，这些容许电压范围存储在安装于角位置计算电路6中的映射表中。
当来自感应元件5a至5c中的两个感应元件的电压输出的变化差比给定值大时，在第一和第二实施例的每一个中的角位置计算电路6确定磁传感器5目前出现故障，但是，可选择地，当来自感应元件5a至5c中的任意两个感应元件的电压输出的变化中的至少一个显示为列于存储在角位置计算电路6的映射表中的异常值时，或者当这些电压输出的至少一个具有异常或过量的电压电平时，也可以做出这种判断。角位置计算电路6可以启动误差校正/警告操作(即图7和图13中的动作1、2和3)以确定回转轴2的角位置或者输出一个警告信号表明磁传感器5出现故障。
虽然本发明已经根据优选实施例进行了公开以便有助于对其进行更好的理解，但是应当理解本发明可以在不脱离本发明的原理的情况下以多种方式体现。因此，本发明应当理解为包括对所示实施例来说所有可能的实施例和变体，其可以在不脱离由所附的权利要求限定的本发明原理的情况下实现。
权利要求
1.一种角位置确定设备，包括连接到一旋转部件的硬磁部件，所述硬磁部件具有一圆周并在其圆周方向被磁化以具有在其周围产生磁场的第一和第二磁极；设置在所述硬磁部件的圆周外部、在由所述硬磁部件产生的磁场内的一软磁部件，所述软磁部件具有一圆周并且由沿所述软磁部件的圆周通过缝隙排列的多个磁段构成，改变所述硬磁部件和所述软磁部件之间的相对角位置的旋转部件的旋转，造成在缝隙中的每一个内的磁通密度改变；多个磁通密度测量传感器，其中的每一个用于测量缝隙中的一个内的磁通密度，以产生作为磁通密度的函数的电信号，以表示旋转部件的角位置；角位置确定电路，用于利用从磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置；以及故障检测电路，用于基于从磁通密度测量传感器输出的电信号检测每个磁通密度测量传感器的故障的出现，并且输出一表示故障出现的信号。
2.根据权利要求1所述的角位置确定设备，其中所述故障检测电路用于测量在给定时间周期内从磁通密度测量传感器输出的电信号的变化，当该变化具有异常值时，所述故障确定电路确定磁通密度测量传感器出现故障。
3.根据权利要求1所述的角位置确定设备，其中所述故障检测电路用于测量在给定时间周期内从两个磁通密度测量传感器输出的电信号的变化，当该变化之间的差的绝对值比一给定值大时，所述故障确定电路确定这两个磁通密度测量传感器中的任一个出现故障。
4.根据权利要求3所述的角位置确定设备，其中所述故障检测电路测量当这两个磁通密度测量传感器的电信号以恒定速率变化时，从这两个磁通密度测量传感器输出的电信号的变化。
5.根据权利要求3所述的角位置确定设备，其中磁通密度测量传感器由分别设置在缝隙中的第一、第二和第三磁通密度测量传感器实现，其中从第一至第三磁通密度测量传感器中的每一个输出的电信号作为回转轴角位置的函数以周期性三角波的形式循环变化，其中当从第一至第三磁通密度测量传感器中的一个输出的电信号具有出现在其三角波上的最大值和最小值中的一个时，所述故障检测电路测量在给定时间周期内从第一至第三磁通密度测量传感器中的另外两个输出的电信号的变化。
6.根据权利要求5所述的角位置确定设备，其中由第一至第三磁通密度测量传感器输出的电信号是电压信号，第一和第二磁通密度测量传感器的电压信号具有彼此异相90°的周期三角波，第一和第二磁通密度测量传感器的电压信号的三角波在回转轴的角位置的360°范围内具有第一和第二交叉点，其中第一交叉点处电压信号的电压电平比第二交叉点处大，并且当从第一和第二磁通密度测量传感器中的一个输出的电压信号具有出现在其三角波上的最大值时，第一和第二磁通密度测量传感器中的该一个的电压信号的电压电平比第一交叉点大，并且其中当从第一和第二磁通密度测量传感器中的一个输出的电压信号具有出现在其三角波上的最小值时，第一和第二磁通密度测量传感器中的该一个的电压信号的电压电平比第二交叉点小。
7.根据权利要求5所述的角位置确定设备，其中第一和第二磁极中的每一个占据所述硬磁部件的圆周的180°，其中所述软磁部件的缝隙为第一、第二、第三、第四和第五缝隙，第一至第四缝隙沿所述软磁部件的圆周以彼此基本上远离90°的间隔排列，第五缝隙在第三和第四缝隙之间在中间形成，其中第一和第二磁通密度测量传感器分别设置在彼此相邻的第一和第二缝隙中，而第三磁通密度测量传感器设置在第五缝隙中。
8.根据权利要求1所述的角位置确定设备，其中磁通密度测量传感器设置在缝隙中的一些的内部，其内部设置了磁通密度测量传感器的缝隙的每一个在所述软磁部件的圆周方向上的长度，比内部没有设置磁通密度测量传感器的缝隙中的一个小。
9.根据权利要求3所述的角位置确定设备，其中当所述变化之间的差的绝对值比给定值大时，所述故障确定电路确定两个磁通密度测量传感器中电信号变化出现异常值的一个出现故障，并且其中角位置确定电路利用从使用中的其它磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。
10.根据权利要求5所述的角位置确定设备，其中当从第三磁通密度测量传感器输出的电信号具有出现在其三角波上的最大值和最小值中的一个时，所述故障检测电路测量在给定时间周期内从第一和第二磁通密度测量传感器输出的电信号的变化，其中当第一和第二磁通密度测量传感器的电信号的变化之间差的绝对值比给定值大时，所述故障确定电路确定第一和第二磁通密度测量传感器中的任一个出现故障，并且其中如果判断第一磁通密度测量传感器出现故障，则所述角位置确定电路利用从第二和第三磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置，而如果判断第二磁通密度测量传感器出现故障，则所述角位置确定电路利用从第一和第三磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。
11.根据权利要求10所述的角位置确定设备，其中，所述故障检测电路在其中存储当第一和第二磁通密度测量传感器的电信号随回转轴的旋转以一恒定速率改变期间，从第一和第二磁通密度测量传感器输出的电信号的异常值，这些异常值在第一和第二磁通密度测量传感器出现故障时如预想的被确定，并且其中所述故障检测电路确定第一和第二磁通密度测量传感器中电信号变化显示存储的异常值中对应的一个的那个传感器出现故障。
12.根据权利要求5所述的角位置确定设备，其中由第一至第三磁通密度测量传感器输出的电信号是电压信号，第一至第三磁通密度测量传感器的电压信号具有彼此异相120°的周期性三角波，第一和第二磁通密度测量传感器的电压信号的三角波在回转轴角位置的360°范围中具有第一和第二交叉点，其中电压信号的电压电平在第一交叉点比第二交叉点处大，并且当从第一和第二磁通密度测量传感器中的一个输出的电压信号具有出现在其三角波上的最大值时，第一和第二磁通密度测量传感器中的该一个的电压信号的电压电平上比第一交叉点大，而其中当从第一和第二磁通密度测量传感器中的一个输出的电压信号具有出现在其三角波上的最小值时，第一和第二磁通密度测量传感器中的该一个的电压信号的电压电平上比第二交叉点小。
13.根据权利要求12所述的角位置确定设备，其中第一和第二磁极中的每一个占据所述硬磁部件圆周的180°，其中所述软磁部件的缝隙为第一、第二和第三缝隙，第一、第二和第三缝隙沿所述软磁部件的圆周彼此以彼此远离基本上120°的间隔排列，其中第一至第三磁通密度测量传感器分别设置在第一至第三缝隙中。
14.根据权利要求12所述的角位置确定设备，其中当第一至第三磁通密度测量传感器中任意两个的电信号变化的差的绝对值比给定值大时，所述故障检测电路确定这两个磁通密度测量传感器中的任一个出现故障，并且其中如果判断第一磁通密度测量传感器出现故障，则所述角位置确定电路利用从第二和第三磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置，如果判断第二磁通密度测量传感器出现故障，则所述角位置确定电路利用从第一和第三磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置，而如果判断第三磁通密度测量传感器出现故障，则所述角位置确定电路利用从第一和第二磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。
15.根据权利要求14所述的角位置确定设备，其中所述故障检测电路在其中存储当第一至第三磁通密度测量传感器的电信号随回转轴的旋转以一恒定速率改变期间，从第一至第三磁通密度测量传感器输出的电信号的异常值，这些异常值在第一至第三磁通密度测量传感器出现故障时如预想的被确定，并且其中所述故障检测电路确定第一至第三磁通密度测量传感器中电信号变化显示存储的异常值中对应的一个的那个传感器出现故障。
16.根据权利要求1所述的角位置确定设备，其中当所述故障检测电路已经检测到任何磁通密度测量传感器的故障时，所述故障检测电路确定哪一个磁通密度测量传感器出现故障，并且其中所述角位置确定电路利用从正常运行的磁通密度测量传感器输出的电信号确定回转轴的角位置。
全文摘要
提供一种角位置确定设备，其包括附着到回转轴上的磁体和多个磁感应元件，用于利用磁感应元件的输出确定回转轴的角位置。该设备还包括故障检测器，用于确定哪一个磁感应元件目前出现故障，并且在出现这种故障时采取所需的措施以准确确定回转轴角位置。
文档编号G01D5/14GK1590954SQ20041008329
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年8月29日
发明者深谷繁利, 市川阳子, 中根直树 申请人:株式会社电装