专利名称：角度检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够检测绝对角度且安全性以及可靠性高的角度检测装置。
背景技术：
在角度检测装置中，提出通过组合相同类型的2个角度检测装置，提高故障时的 冗余性的构成的方案(例如，參照专利文献I)。但是，在角度检测中，要求具有能够检测绝对角度的功能。绝对角度是指成为旋转角的检测对象的旋转轴的角度本身的值。例如，轴倍角为2X的旋转变压器对应旋转轴的I周旋转而输出2周期量的信号，因此得到的特定的旋转角信息是在实际的旋转轴的旋转角的2点(在该情况下，是相差180°角度的位置)得到的，仅根据轴倍角2X的旋转变压器的输出是不能判断其中哪个是实际的角度(也就是绝对角度)。像该情况这样的，从角度检测部得到的角度信息不以1:1与实际的角度对应时，为了区别两者，将实际的旋转轴的旋转角称为绝对角度。作为能够检测绝对角度的角度检测装置，公知有轴倍角为IX的旋转变压器。轴倍角为IX的旋转变压器通过I周旋转得到I个周期的正弦输出以及余弦输出，因此可以进行绝对角度的检测。专利文献I :特开2006-250864号公报但是，当组合相同类型的角度检测装置时，故障的模式相同，因此当一方发生了故障时，另一方也发生故障的可能性较高。因此，虽说增强了故障时的冗余性，但可靠性令人担心。另外，当采用了 IX的旋转变压器时，虽能够检测绝对角度，但在原理上检测误差大，不适合以高精度检测角度的用途。
发明内容在这样的背景下，本发明的目的在于提供一种针对故障的冗余性高，能够检测错误并实现功能安全的，能够以高精度进行绝对角度的检测的技木。本发明的第一方面的发明是ー种角度检测装置，在具备检测旋转轴的角度的第I角度检测器和第2角度检测器的角度检测装置中，所述第I角度检测器与所述第2角度检测器是不同种类的角度检测器。本发明的第二方面的发明，其中，在本发明的第一方面所述的发明中，所述第I角度检测器是具有2X以上的轴倍角的旋转变压器，所述第2角度检测器是具有2X以上的轴倍角的MR传感器。本发明的第三方面的发明，其中，在本发明的第一方面或第二方面所述的发明中，所述第I角度检测器的轴倍角与所述第2角度检测器的轴倍角的差为I。本发明的第四方面的发明，其中，在本发明的第三方面所述的发明中，还具备计算部，该计算部基于根据所述旋转变压器的输出而计算出的第I角度与根据所述MR传感器的输出而计算出的第2角度的差，来计算所述旋转轴的旋转角的绝对角度。[0012]本发明的第五方面的发明，其中，在本发明的第四方面所述的发明中，所述计算部，通过2个微机监视相互的动作。本发明的第六方面的发明，其中，在本发明的第五方面所述的发明中，所述计算部，在来自所述2个微机的信号中的任意ー个信号、或者双方的信号中存在异常时，输出错 误信号。本发明的第七方面的发明，其中，在本发明的第四方面至第六方面中任意ー项所述的发明中，所述计算部，在所述第I轴倍角比所述第2轴倍角大时，进行从所述第I角度减去所述第2角度的第I处理；在所述第2轴倍角比所述第I轴倍角大时，进行从所述第2角度减去所述第I角度的第2处理；在所述第I处理以及所述第2处理中，当得到的值为O以及正吋，将该值作为所述旋转轴的旋转角的绝对角度；在所述第I处理以及所述第2处理中，当得到的值为负时，将对该值加上360°后的值作为所述旋转轴的绝对角度。本发明的第八方面的发明，其中，在本发明的第七方面所述的发明中，所述计算部将高精度的绝对角度设为A，将得到的绝对角度设为a，将相对高精度的角度检测器的轴倍角设为n，将该角度检测器的检测角度设为b，将舍弃除法运算后的商的小数点之后的值而仅表示整数的函数设为QUOTIENT，进行下述公式I的运算。公式IA= {QUOTIENT (a/360/n) X 360+b} /n根据本发明的第八方面的发明，能够进一歩得到精度高的绝对角度。根据本发明，提供针对故障的冗余性高，能够检测错误并实现功能安全的，能够以高精度进行绝对角度的检测的技木。

图I是实施方式的角度检测装置的剖视图。图2是表示电气系统的构成的框图。图3是微机内部的框图。图4是表示轴角度与利用转换器计算出的计算角度的关系的图表。图5是表示轴角度与利用转换器计算出的计算角度的关系的图表。附图标记说明100. · ·角度检测装置，101. · ·壳体，102. · ·轴承，103. · ·轴，104. · ·旋转变压器转子，105···旋转变压器定子，106. . ·绝缘体，107. .·线圈，108···电路基板，109. . ·微机，110. . .MR传感器元件，111. . ·连接器端子，112. .·连接器，113. .·磁铁，114. .· MR传感器。
具体实施方式
图I表示实施方式的角度检测装置100。角度检测装置100具有组合了轴倍角为3X的VR旋转变压器120与轴倍角为2X的MR传感器114的构造。角度检测装置100被收纳于壳体101内。轴103经由轴承102以旋转自如的状态被保持于壳体101。轴103是作为旋转角的检测对象的旋转轴。在轴103上安装有旋转变压器转子104。旋转变压器转子104由磁性材料构成，从轴向来观察具有在等角度的周围的3个位置上具备成为磁极的凸部的剖面形状。这与轴倍角为3X相对应。旋转变压器转子104的构造与通常的轴倍角为3X的VR旋转变压器的转子的构造相同。在隔开间隙与旋转变压器转子104对置的位置上配置有旋转变压器定子105。旋转变压器定子105由软磁性材料构成，具有多个极齿朝旋转变压器转子104延伸的构造，以被绝缘体106保持的状态，固定于壳体101的内側。在旋转变压器定子105的各极齿上缠绕有线圈107。线圈107包含有励磁绕线、sin输出用绕线、cos输出用绕线。这里，sin输出用绕线与cos输出用绕线的缠 绕方法被设定为输出的电压值变化的相位相差90°。这些定子侧的构造与通常的3X的VR旋转变压器中的定子侧的构造相同。由轴103、旋转变压器转子104、旋转变压器定子105、绝缘体106、线圈107构成VR旋转变压器120。线圈107的绕线与电路基板108连接。电路基板108被安装于壳体101的内側，并搭载有后述的微机109以及其他的电路。另外，电路基板108具备连接器端子111，连接器端子111与在壳体101外部露出的连接器112连接。从连接器112向电路基板108供给电力，另外，各种输出信号从连接器112向外部输出。该输出信号中包含与轴103的旋转角相关的信息。在轴103的前端安装有从轴向来观察为圆形，从图示的方向来观察扁平的磁铁113。磁铁113具有从轴向来观察包括半圆直径形状的N极与S极的2极构造。在轴向上与磁铁113对置的电路基板108侧配置有2个MR传感器元件110。由上述2个MR传感器元件110以及磁铁113构成轴倍角为2X的MR传感器114。图2是表示角度检测装置100的电气构成的框图。图2所示的放大器201、监视微机202、0R电路203虽在图I中被省略了图示，但搭载于电路基板108上。微机109被输入来自旋转变压器109的sin相输出与cos相输出，此外被输入MR传感器114的输出。微机109基于这些输入信号，进行后述的处理，计算轴103的角度数据。微机109输出励磁电流，用放大器201将其放大并供给旋转变压器120，并取入来自旋转变压器的sin相、cos相的输出。另外，也取入MR传感器的输出。监视微机202取入MR传感器114的输出。微机109与监视微机202相互地监视动作。OR电路203被输入来自微机109的通知旋转变压器120的正常的动作的信号与来自监视微机的通知MR传感器的正常的动作的信号，当任意ー个信号或者双方的信号中存在异常时，输出错误信号。下面，对图I以及图2的微机109进行说明。图3是表示微机109的概要的框图。微机109是具有作为能够运行程序的计算机的功能的电路。在微机109的内部，构成有软件上的RD转换器部121、MR传感器输出转换器部122、绝对角度计算部123。这些功能部的一部分或者全部也可以由专用的硬件构成。另外，也可以由FPGA之类的可编程逻辑器件构成。另外，微机109具备存储部124与励磁电流产生部125，在存储部124中，保存有用于使上述功能部发挥作用的程序以及在由微机109进行的运算中所需要的各种信息。另外，存储部124提供对于由微机109运算所需要的存储区域，还存储该运算的結果。励磁电流产生部125产生成为励磁电流的周期波形，并将其输入到图2的放大器201。RD转换器部121基于从线圈107的sin输出用绕线以及cos输出用绕线得到sin相的输出信号以及COS相的输出信号，计算轴103的旋转角的角度信息。该功能与通常的轴倍角3X的VR旋转变压器的信号处理相同。下面，简单地说明在RD转换器部121中进行的处理的概要。首先，形成向励磁绕线流入了数KHz 数百KHz的励磁电流的状态。在该状态下，当旋转变压器转子104旋转时，根据旋转变压器转子104的旋转角的变化，定子侧的极齿与旋转变压器转子104之间的间隙发生变化。这是由于旋转变压器转子104从轴向来观察具有3处的凸部。这时，当将旋转变压器转子的旋转角设为Θ时，对于sincot的励磁电流，从sin输出用绕线得到sin Θ sin ω 的波形,从cos输出用绕线得到cos Θ sincot的波形。RD转换器121基于这2个波形sin Θ sin ω 以及cos Θ sin ω 来计算Θ。此外,如后所述,在轴倍角为3X的VR旋转变压器的情况下，在轴103旋转I周期间得到对应3个周期量的输出，因此在RD转换器121中计算出的Θ的值与实际的轴的旋转角(绝对角度)不一致。MR传感器输出转换器部122基于MR传感器元件110的电阻值的变化，计算轴103的旋转角的角度信息。在MR传感器输出转换器部122中进行的处理与通常的轴倍角2X的MR传感器的信号处理相同。下面，简单地说明在MR传感器输出转换器部122中进行的处理的概要。当磁铁113旋转时,磁铁113的磁极与2个MR传感器兀件110的姆一个的位置关系发生变化。该变化作为MR传感器元件110的电阻值的变化被检测。该电阻值的变化在2个MR传感器元件110中不同，与VR旋转变压器120的情况同样，成为相位被错开的2种类的周期波形。这2个周期波形包含与磁铁113的旋转角相关的信息，MR传感器输出转换器部122基于这2个周期波形计算磁铁113的旋转角。但是，轴倍2X的MR传感器114在轴103旋转I周期间得到2个周期量的输出，因此在MR传感器输出转换器部122中计算出的角度的值与实际的轴的旋转角(绝对角度)不一致。图4表示轴角度与由转换器计算出的计算角度的关系。图4的横轴与轴103的旋转角的绝对角度对应。图4的纵轴是从RD转换器部121输出的轴103的旋转角的角度信息(表示为3X)、从MR传感器输出转换器部输出的轴103的旋转角的角度信息(表示为2X)、从绝对角度计算部123输出的轴103的旋转角的角度信息(表示为3X-2X)。如图4所示，从轴倍角3X的旋转变压器120得到的角度信息(3X)在旋转变压器转子104旋转I周期间得到3个周期的量。即，当旋转变压器转子104旋转I周时，得到3个周期量的sin波形以及cos波形，根据这些计算旋转变压器转子的旋转角。这时，与用横轴表示的实际的轴角度(绝对角度)对应的计算值，由于每当旋转变压器转子104旋转I周输出3次，因此该绝对角度无法仅根据轴倍角3X的旋转变压器的输出来进行判断。例如，当基于轴倍角3X的旋转变压器120的输出，在RD转换器121中，计算出180°时，如图4所示，实际的轴角度(轴103的旋转角的绝对角)为60°、180°、300°这3点中的任意一点。这里，仅根据RD转换器121的输出，不能判断这3点中的哪ー个是实际的角度(即绝对角度)。此外，绝对角度以某角度位置为基准作为距该角度位置的旋转角被检测。成为该基准的某角度位置采用预先确定的位置。另外，如图4所示，从轴倍角2X的MR传感器得到的角度信息(2X)在磁铁113旋转I周期间得到2个周期的量。这时，与用横轴表示的实际的轴角度(绝对角度)对应的计算值，由于每当磁铁113旋转I周被输出2次，因此仅根据轴倍角2X的MR传感器的输出不能判断该绝对角度。 例如，当基于轴倍角2X的MR传感器元件110的输出，在MR传感器输出转换器部122中计算出240°时，如图4所示，实际的轴角度(轴103的旋转角的绝对角)为120°、300°的2点之一。这里，仅根据MR传感器输出转换器部122的输出，不能判断这2点中的哪一点是实际的角度(即绝对角度)。图3 的绝对角度计算部123计算从RD转换器部121输出的轴103的旋转角的计算值(3X)与从MR传感器输出转换器部输出的轴103的旋转角的计算值(2X)的差，并基于该结果计算轴103的旋转角的绝对角度。在该处理中，计算3X-2X，当该值为O以上的值时，将其作为轴103的旋转角的绝对角度来计算，当3X-2X的结果为负时，在该值上加上360°，将其结果作为轴103的旋转角的绝对角度来计算。该处理，根据在存储部124中所保存的动作程序来进行。也可以是使用使该动作程序保存于适当的存储介质中，从该存储介质中下载来执行的方式。下面，说明在绝对角度计算部123中进行的处理的具体例。例如，假设从RD转换器部121输出的轴103的旋转角的计算值(3X)为180°，从MR传感器输出转换器部122输出的轴103的旋转角的计算值(2X)为120°。在该情况下，3X-2X = 60°被计算为轴103的旋转角的绝对角度。例如，假设从RD转换器部121输出的轴103的旋转角的计算值(3X)为90。，从MR传感器输出转换器部122输出的轴103的旋转角的计算值(2X)为300°。在该情况下，3X-2X = -210°，因此在该值上加上360°而得到的150°被计算为轴103的绝对角度。例如，假设从RD转换器部121输出的轴103的旋转角的计算值(3X)为180°，从MR传感器输出转换器部122输出的轴103的旋转角的计算值(2X)为240°。在该情况下，3X-2X = -60°，因此在该值上加上360°而得到的300°被计算为轴103的绝对角度。此夕卜，在本发明的实施方式中，虽使用MR传感器来说明，但不限于此，也可以用使用了霍尔元件的磁传感器，也可以是使用了光学元件的传感器。(故障时的处理)例如，当起因于MR传感器元件110的损坏等在MR传感器114中产生了故障时，来自MR传感器输出转换器部122的计算值(2X)不会被输出，或者输出不能正确地反应旋转角的值。在该情况下，以临近来自MR传感器输出转换器部122的计算值(2X)的输出停止前的绝对角度的数据(即，绝对角度计算部123的输出)为基准，根据由RD转换器部121输出的计算值(3X)来计算绝对角度。另外，当由于任何理由，来自RD转换器部121的3X角度信息不能被输出吋，以同样的考虑方法，基于来自MR传感器输出转换器部122的2X角度信息来进行绝对角度的计算。下面，详细地说明该处理的一例。首先，当正常动作时，使过去一定期间的绝对角度计算部123的输出存储于存储部124中。然后，当来自ー个转换器部的输出中断时(或者输出异常值的信号吋)，从存储部124中读出其之前紧邻的绝对角度，以该值为基准，将以后的来自正常的转换器部的计算值替换为绝对角。根据该方法，知道来自一个转换器部的输出中断之前紧邻的绝对角度，因此能够知道与来自正常的另ー个转换器的计算值对应的绝对角。由此，可以确保MR传感器110发生故障时的冗余性。该处理，在绝对角度计算部123中进行。另外，当一个转换器的输出中断时或来自ー个转换器的信号为异常的值时，从图2的OR电路203输出错误信号。如此，能够向外部报告在角度检测机构中发生了异常。(优点)在本实施方式中，组合了基于旋转变压器与MR传感器这样不同的动作原理的角度检测装置，因此能够进行故障时的冗余性优良的绝对角度的检测。即，旋转变压器与MR传感器的动作原理不同，因此产生故障时的模式不同，在某特定的状况下，同时发生故障的概率小。換言之，在一方发生故障的状况下，该状况不会成为另一方的故障原因的概率高。因此，能够降低旋转变压器与MR传感器同时发生故障的概率，能够降低突然发生角度信息完全无法得到的状况的概率。另外，基干与IX相比、检测精度优良的2X以上的角度检测 装置的输出，因此，可以得到与IX的角度检测装置的检测精度相比精度高的绝对角度的信息。另外，在来自2个角度检测器的输出中存在确定的关系，能够通过微机等构成的运算装置检测在角度检测器中是否存在异常，能够利用由此产生的错误信号而实现功能安全。有时根据所要求的故障率，使运算装置也具有冗余性。(其他)作为轴倍角的组合，也可以将旋转变压器设为5X，将MR传感器设为4X。S卩，当将旋转变压器的轴倍角设为n，将MR传感器的轴倍角设为m时，按照η与m的差为I的方式设定轴倍角即可。另外，若比较旋转变压器与MR传感器，则旋转变压器能够以高精度进行检測，因此当MR传感器为4X时，优选选择旋转变压器的轴倍角为5X。即，优选将进行更高精度的角度检测的角度检测器一方分配为轴倍角大的一方。图5表示组合轴倍角5X的旋转变压器与轴倍角4X的MR传感器时的轴角度与计算角度的关系。这里基于轴倍角5X的旋转变压器的输出的RD转换器部121中的计算值，对应实际的I周旋转而输出5个周期的量。另外，基于轴倍角4X的MR传感器的输出的MR传感器输出转换器部122中的计算值，对应实际的I周旋转而输出4个周期的量。在该情况下，在绝对角度计算部123中，进行5X-4X的运算。下面，说明在该情况下的绝对角度计算部123中的处理的一例。例如，假设从RD转换器部121输出的轴103的旋转角的计算值(5X)为300°，从MR传感器输出转换器部122输出的轴103的旋转角的计算值(4X)为240°。在该情况下，5X-4X = 60°被计算为轴103的绝对角度。例如，假设从RD转换器部121输出的轴103的旋转角的计算值(5X)为60°，从MR传感器输出转换器部122输出的轴103的旋转角的计算值(4X)为120°。在该情况下，5X-4X = -60°，因此在该值上加上360°而得到的300°被计算为轴103的绝对角度。在该绝对角度中包含第I角度检测器、第2角度检测器双方的误差，当角度检测器中的任意一方为更高精度时，能够使用下述的公式2重新计算为误差成分少的绝对角度(高精度的绝对角度)。在公式2中，将由微机109得到的绝对角度设为a，将高精度的角度检测器的轴倍角设为n，将该角度检测器的检测角度设为b，将高精度的绝对角度设为A。其中，QUOTIENT是舍弃除法运算后的商的小数点之后的值仅表示整数的函数。另外，该运算在绝对角度计算部123中被进行。公式2A= {QUOTIENT (a/360/n) X 360+b}/n 另外，作为MR传感器，也能够采用贯通轴的环状磁铁与在其侧面配置了 MR传感器元件的构造。另外，也可以形成将微机109配置于壳体101的外部的构成或通过外部的控制计算机执行该处理的构成。本发明的形态不限于上述的各个实施方式，也包含本领域的技术人员可以想到的各种变形，本发明的效果也不限于上述的内容。即，可以在不脱离从权利要求书规定的内容以及其等价物导出的本发明的概念性的思想与宗g的范围内进行各种追加、变更以及部分地删除。 产业上的可利用性本发明能够用于检测旋转角的角度的技木。
权利要求1.ー种角度检测装置，其具备检测旋转轴的角度的第I角度检测器和第2角度检测器，该角度检测装置的特征在干， 所述第I角度检测器与所述第2角度检测器是不同种类的角度检测器。
2.根据权利要求I所述的角度检测装置，其特征在干， 所述第I角度检测器为具有2X以上的轴倍角的旋转变压器，所述第2角度检测器为具有2X以上的轴倍角的MR传感器。
3.根据权利要求I或2所述的角度检测装置，其特征在干， 所述第I角度检测器的轴倍角与所述第2角度检测器的轴倍角的差为I。
4.根据权利要求3所述的角度检测装置，其特征在干， 还具备计算部，该计算部基于根据所述旋转变压器的输出而计算出的第I角度与根据所述MR传感器的输出而计算出的第2角度的差，来计算所述旋转轴的旋转角的绝对角度。
5.根据权利要求4所述的角度检测装置，其特征在干， 所述计算部使用2个微机监视相互的动作。
6.根据权利要求5所述的角度检测装置，其特征在干， 所述计算部，在来自所述2个微机的信号中的任意ー个信号或者双方的信号中存在异常时，输出错误信号。
7.根据权利要求4 6中任意一项所述的角度检测装置，其特征在干， 所述计算部， 在所述第I轴倍角比所述第2轴倍角大时，进行从所述第I角度减去所述第2角度的第I处理， 在所述第2轴倍角比所述第I轴倍角大时，进行从所述第2角度减去所述第I角度的第2处理， 在所述第I处理以及所述第2处理中，当得到的值为O以及为正时，将该值设定为所述旋转轴的旋转角的绝对角度， 在所述第I处理以及所述第2处理中，当得到的值为负时，将对该值加上360°后的值设为所述旋转轴的绝对角度。
8.根据权利要求7所述的角度检测装置，其特征在干， 所述计算部将高精度的绝对角度设为A，将得到的绝对角度设为a，将相对高精度的角度检测器的轴倍角设为n，将该角度检测器的检测角度设为b，将舍弃除法运算后的商的小数点之后的值而仅表示整数的函数设为QUOTIENT，A= {QUOTIENT (a/360/n) X360+b}/n 进行上式所示的运算。
专利摘要本实用新型提供一种角度检测装置。其是针对故障的冗余性高，能够以高精度进行绝对角度的检测的技术。在轴(103)上安装VR旋转变压器(120)与MR传感器(114)，将两者的轴倍角设为2以上，且将两者的轴倍角的差设为1。根据由VR旋转变压器(120)的输出计算出的角度与由MR传感器(114)的输出得到的角度的差来计算轴(103)的绝对角。这里，VR旋转变压器与MR传感器(114)的故障模式不同，因此能够确保针对故障的冗余性。
文档编号G01B7/30GK202420431SQ20112053360
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年3月28日
发明者坂本良树, 野上田弥 申请人:美蓓亚株式会社