专利名称：旋转传感器和旋转角度检测设备的制作方法
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I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I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I。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I 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(excitationcoil) 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Rl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(al)、(a2)和(a3)，其中电压(al)、(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)Θ e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 = EXsin(Cot))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。(al)在第一旋转变压器线圈23中感应出电压Va(Va =KXEXs in ( Θ e) X sin (ω t))。(a2)在第二旋转变压器线圈24中感应出电压Vb (Vb =KXEXsin( Θ e+120° )Xsin(cot))。(a3)在第三旋转变压器线圈25中感应出电压Vc (Vc =KXEXsin( Θ e+240° )Xsin(cot))。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 = KXEX sin ( Θ e))，从输出信号Vb获得幅度值Sb(Sb = KXEXsin(0e+12O° ))，以及从输出信号Vc获得幅度值Sc (Sc =KXEXsin(0e+24O° ))。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(4X)，提供到励磁线圈22的AC电压Vr的峰值之间的电势差Vpp (Vpp = 2XE)被设置为4 [V]，并且变压比K被设置为O. 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(I)至(3)以三种不同的方式计算转子20的电角度Θ e。使用表达式(I)、(2)和(3)算出的电角度分别被表示为Θ el、Θ e2和Θ e3。表达式⑴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。Θ el = tarf1 (( V 3 X Sa) / (_2 X Sb-Sa)). . . (I)Θ e2 = tan_1(( V 3 X Sb) / (-2 X Sc-Sb))-120° …(2)
Θ e3 = tarT1 (( V 3 X Sc) / (_2 X Sa_Sc)) -240。...(3)图14是表示使用相应表达式⑴至(3)算出的转子20的电角度0el至Θ e3与转子20的机械角度Θ之间的关系的图，其中，沿纵坐标轴绘制电角度Qel至0e3，并且沿横坐标轴绘制机械角度Θ。通常，电角度Qel至0e3变化同时彼此相等。控制器3以此方式检测转子20的电角度Θ el至Θ e3，换言之，旋转轴I的电角度。在旋转角度检测设备中，当设备具有故障(诸如，第一至第三旋转变压器线圈23至25中的任一个的布线系统的断开、电线接触供电线路的电力故障或者电线接触接地线的接地故障)时，旋转变压器2输出的信号Va至Vc具有非正常值。这妨碍了对转子20的电角度Qel至0e3的正确检测。因此，如果在第一至第三旋转变压器线圈23至25中的任一个的布线系统中发生诸如断开的故障，则要求正确地检测故障。为了满足该要求，如例如日本早期公开专利公布第2006-138778号中所描述的那样，传统的旋转角度检测设备基于输出信号幅度值Sa、Sb、Sc的平方和检测上述故障。具体地，如下述表达式(4)所表不的那样,确定输出信号幅度值Sa至Sc的平方和S。S = Va2+Vb2+Vc2= (KXVpp/2)2X ((sin( Θ e))2+(sin( θ e+120° ))2+(sin( θ e+240° ))2). . . (4)具体地,值sin( Θ e)、sin( Θ e+120° )以及sin( Θ e+240° )之间的关系由下述表达式(5)表不。(sin ( Θ e))2+(sin ( Θ e+120。))2+(sin ( Θ e+240。))2 = I. 5. . . (5)因此，平方和S是由下述表达式(6)表示的固定值。S = I. 5X (KXVpp/2)2. . . (6)结果，例如，如果供给到励磁线圈22的AC电压Vr的峰值之间的电势差被设置为
4[V]，并且变压比被设置为O. 2，则平方和S是O. 24。具体地，表达式(6)是理想表达式。即，平方和S实际上由于各种类型的误差(诸如，检测误差或计算误差)而是变化的。因此，控制器3设置大于理论值(0.24)的上限阈值以及小于理论值的下限阈值。如果平方和S大于或等于上限阈值或者小于或等于下限阈值，则控制器3确定在旋转变压器线圈的布线系统中发生了诸如断开的故障。以此方式，简单地通过将旋转变压器2的输出信号Va至Vc的平方和S与阈值进行比较来检测故障。这有利于故障的检测。除了上述断开或接地故障之外，在旋转变压器线圈23至25的布线系统中发生的故障包括例如与旋转变压器线圈23至25对应的信号线23a至25a的短路。如将详细描述的一样，当短路发生在信号线23a至25a中的任意信号线中时，难以基于输出信号幅度值Sa至Sc的平方和S检测短路。具体地，参照图12、图15和图16，将描述在任意信号线23a至25a中发生短路时通过控制器3检测到的转子20的电角度。例如，如图12中的双点划线所示，短路可能发生在对应于第一旋转变压器线圈23的信号线23a与对应于第二旋转变压器线圈24的信号线24a之间。在该情况下，从旋转变压器2的相应输出端子Ta、Tb输出的信号Va、Vb中的每一个均表示在第一和第二旋转变压 器线圈23、24的相应旋转变压器线圈中感应出的电压的平均值。因此，由控制器3检测到的输出信号幅度值Sa、Sb的波形从图13所示的形状改变为图15所示的形状。在该状态下，由控制器3使用表达式(I)至(3)确定的转子20的电角度Θ el至Θ e3表示图16所示的值。换言之，所算出的电角度Qel至0e3表示30°或210°，并且大大不同于转子20的实际电角度。图17A是表示电角度误差Λ Gd与转子机械角度Θ之间的关系的图，其中，沿纵坐标轴绘制电角度误差Λ Θ d，并且沿横坐标轴绘制转子机械角度Θ。通过从图14表示的正常状态下所算出的电角度Θ el减去图16中表示的信号线中短路时所算出的电角度Qel来获得电角度误差Λ 0d。参照图17A，在短路时所算出的转子20的电角度与转子20的实际电角度之间产生在-90°至90°范围内的大误差。当输出信号幅度值Sa至Sc以图15表不的方式变化时,输出信号幅度值Sa至Sc的平方和S如图17B表示的那样、相对于转子20的机械角度Θ以正弦方式变化。具体地，在该情况下，平方和S的下限阈值Smin相对于理论值(O. 24)被设置为(O. 1176(0. 1176 =O. 24X0. 72))，并且平方和S的上限阈值被设置为(O. 4056(0. 4056 = O. 24X I. 32))。出于说明目的，图17B不包括上限阈值。在该情况下，参照图17C，当平方和S小于或等于下限阈值Smin时，允许控制器3检测故障，但是如果平方和S大于下限阈值Smin，则控制器3无法检测故障。因此，当在平方和S超过下限阈值Smin的、转子20的旋转角度范围Al至A9中计算转子20的电角度Qel至0e3时，控制器3检测所算出的电角度Θ el至Θ e3作为正常电角度。结果，由控制器3错误地检测到的转子20的电角度与转子20的实际电角度之间的误差表示图17D所示的值。如果基于例如动力转向设备中具有这样大的误差的电角度而控制电动机的激励，则电动机的行为可能不利地较大程度地改变。该问题不限于旋转变压器，而是通常对于旋转传感器而言是显著的，其中旋转传感器从三个磁场变化检测部输出与转子的旋转角度对应的三相信号，这三个磁场变化检测部在转子的圆周方向上间隔开。

发明内容
因此，本发明的目的是提供能够更加适当地检测信号线的短路故障的旋转传感器和旋转角度检测设备。为了实现上述目的并且根据本发明的第一方面，提供了一种旋转传感器，其包括具有旋转中心的转子、第一至第三磁场变化检测部以及磁场生成部。第一至第三磁场变化检测部在转子的圆周方向上间隔布置。磁场生成部生成提供给第一至第三磁场变化检测部的磁场。从磁场生成部提供给第一至第三磁场变化检测部的磁场随着转子旋转而变化。第一至第三磁场变化检测部输出与转子的旋转角度相对应地变化的三相信号。当在转子的圆周方向上关于转子的旋转中心的、第一至第三磁场变化检测部的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度时，第一至第三磁场变化检测部以使得第一至第三分割角度彼此不同的方式布置。根据本发明的第二方面，提供了一种旋转角度检测设备，其基于从旋转传感器输出的三相信号而检测转子的电角度。旋转传感器包括具有旋转中心的转子、第一至第三磁场变化检测部以及磁场生成部。第一至第三磁场变化检测部在转子的圆周方向上间隔布置。磁场生成部生成提供给第一至第三磁场变化检测部的磁场。从磁场生成部提供给第一至第三磁场变化检测部的磁场随着转子旋转而变化。第一至第三磁场变化检测部输出与转子的旋转角度相对应地变化的三相信号。当在转子的圆周方向上关于转子的旋转中心的、第一至第三磁场变化检测部的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度时，第一至第三磁场变化检测部以使得第一至第三分割角度彼此不同的方式布置。旋转角度检测设备包括控制器，该控制器使用从旋转传感器输出的三相信号计算均表示转子电角度的第一、第二和第三算出的电角度，并且基于第一至第三算出的电角度中的任意两个之间的差检测旋转传感器的故障。 根据本发明的第三方面，提供了一种旋转变压器，其包括三个旋转变压器线圈，在转子的圆周方向上间隔布置；以及励磁线圈，在接收到电力时生成磁场，以在三个旋转变压器线圈中感应出电压。当随着转子旋转，在三个旋转变压器线圈中感应出的电压由于从励磁线圈提供给三个旋转变压器线圈中的每个旋转变压器线圈的磁场的变化而改变时，旋转变压器输出具有相对于转子的旋转角度以正弦方式变化的幅度的三相信号。当在转子的圆周方向上关于转子的旋转中心的、三个旋转变压器线圈的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度时，三个旋转变压器线圈以使得第一至第三分割角度彼此不同的方式布置。根据本发明的第四方面，提供了一种旋转传感器，其包括具有旋转中心的转子、第一至第三磁性检测部以及磁场生成部。第一至第三磁性检测部在转子的圆周方向上间隔布置。磁场生成部生成提供给第一至第三磁性检测部的磁场。从磁场生成部提供给第一至第三磁性检测部的磁场随着转子旋转而变化，并且第一至第三磁性检测部输出与转子的旋转角度相对应地变化的三相信号。当在转子的圆周方向上关于转子的旋转中心的、第一至第三磁性检测部的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度时，第一至第三磁性检测部以使得第一至第三分割角度彼此不同的方式布置。从结合附图给出的、作为示例说明本发明的原理的以下描述中，本发明的其它方面和优点将变得明显。


参照当前优选实施例的以下描述连同附图，可最好地理解本发明及其目的和优点，在附图中图I是示意性地表示根据本发明的一个实施例的旋转角度检测设备的配置的框图；图2是表示图I的旋转角度检测设备算出的旋转变压器输出信号幅度值与转子机械角度之间的关系的图3是表示图I的旋转角度检测设备算出的三个转子电角度与转子机械角度之间的关系的图；图4是表示在旋转变压器信号线短路时图I的旋转角度检测设备算出的旋转变压器输出信号幅度值与转子机械角度之间的关系的图；图5是表示在旋转变压器信号线短路时图I的旋转角度检测设备算出的三个转子电角度与转子机械角度之间的关系的图；图6A、图6B、图6C和图6D是每一个均表示图I的旋转角度检测设备的操作示例的时序图；·图7A和图7B是每一个均示意性地表示无法检测旋转变压器信号线的短路故障的、图I的旋转角度检测设备中的旋转变压器线圈的布置示例的视图；图8是表示由图I的旋转角度检测设备错误地检测到的转子电角度与实际的转子电角度之间的误差与转子机械角度之间的关系的图；图9A和图9B是每一个均示意性地表示最大地提高对旋转变压器信号线的短路故障的检测准确性的、图I的旋转角度检测设备中的旋转变压器线圈的布置示例的视图；图10是示意性地表示采用根据本发明的旋转传感器的旋转角度检测设备的配置的框图；图11是表示图10的旋转传感器输出的三相信号与转子机械角度之间的关系的图；图12是示意性地表示传统旋转角度检测设备的配置的框图；图13是表示图12的旋转角度检测设备算出的旋转变压器输出信号幅度值与转子机械角度之间的关系的图；图14是表示图12的旋转角度检测设备算出的三个转子电角度与转子机械角度之间的关系的图；图15是表示在旋转变压器信号线短路时图12的旋转角度检测设备算出的旋转变压器输出信号幅度值与转子机械角度之间的关系的图；图16是表示在旋转变压器信号线短路时图12的旋转角度检测设备算出的三个转子电角度与转子机械角度之间的关系的图；以及图17A、图17B、图17C和图17D是每一个均表示图12的旋转角度检测设备的操作不例的时序图。
具体实施例方式现在将参照图I至图9描述根据本发明的一个实施例的旋转角度检测设备。所示出的实施例的旋转角度检测设备检测车辆的旋转轴(诸如，转向轴)的旋转角度。首先将参照图I描述旋转角度检测设备的示意配置。图I所示的旋转角度检测设备具有与图12所示的传统旋转角度检测设备的相应配置相同的、用于检测旋转轴I的旋转角度的配置。即，所示出的实施例的旋转角度检测设备还基于与旋转轴I的旋转角度相对应地从旋转变压器2输出的三相信号Va至Vc而检测转子20的旋转角度。实施例的旋转角度检测设备的操作与已参照图12描述的操作基本相同。此外，同样对于所示出的实施例，旋转变压器2的角度的倍增因数被设置为一倍，即IX)。相同的或相似的附图标记给予图I中与图12中的相应部件相同或相似的部件，并且此处省略对这些部件的重复描述。如图I所示，第二旋转变压器线圈24在转子20的圆周方向(在图I中以箭头Rl表示)上关于转子20的旋转中心O布置在从第一旋转变压器线圈23移位了 90°的电角度相位的位置。第三旋转变压器线圈25在圆周方向Rl上关于转子20的旋转中心O布置在与第一旋转变压器线圈23移位了 210°的电角度相位的位置。以此方式，将第一至第三旋转变压器线圈23至25的相应的相邻对之间的电角度的相位差在转子20的圆周方向Rl上定义为第一分割角度Θ I、第二分割角度Θ 2以及第三分割角度Θ 3。第一分割角度Θ I、第二分割角度Θ 2以及第三分割角度Θ 3分别被设置为90°、120°和150°。如已描述的那样，第一至第三旋转变压器线圈23至25以使得第一至第三分割角度Θ I至Θ 3变得彼此不同的方式布置。在旋转变压器2中，励磁线圈22产生的交变磁通量通过转子20被提供给第一至 第三旋转变压器线圈23至25，每个旋转变压器线圈均用作磁场变化检测部。这通过电磁感应与转子20的电角度Θ相对应地在第一至第三旋转变压器线圈23至25中感应出下述电压(bl)、(b2)和(b3) ο具体地,在该情况下,AC电压Vr (Vr = EXsin(cot))从振荡电路4被供给到励磁线圈22 (E表示幅度，ω表示角频率，并且t表示时间)。此外，K表示励磁线圈22与旋转变压器线圈23至25中的每一个之间的变压比。(bl)在第一旋转变压器线圈23中感应出电压Va(Va =KXEXs in ( Θ e) X sin (ω t))。(b2)在第二旋转变压器线圈24中感应出电压Vb (Vb =KXEXsin( Θ e+90° )Xsin(cot))。(bl)在第三旋转变压器线圈25中感应出电压Vc (Vc =KXEXsin( Θ e+210。)Xsin(cot))。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。因此，控制器3从输出信号Va获得幅度值Sa (Sa = KXEX sin ( Θ e))，从输出信号Vb获得幅度值Sb (Sb = KXEX sin (0e+9O° ))，以及从输出信号Vc获得幅度值Sc (Sc =KXEXsin(0e+21O° ))。图2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2示出了如下情况将旋转变压器2的角度的倍增因数设置为四倍(4X)，将提供给励磁线圈22的AC电压Vr的峰值之间的电势差Vpp (Vpp = 2XE)设置为4[V]，并且将变压比K设置为O. 2。控制器3根据以图2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(7)至(9)以三种不同的方式计算转子20的电角度Ge。使用表达式
(7)、⑶和(9)算出的电角度分别被定义为电角度Θ el、Θ e2以及Θ e3。表达式(7)至
(9)中的每个表达式将输出信号幅度值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，并且从输出信号幅度值Sa至Sc的反正弦值获得转子20的电角度。Θ el = tarT1 (Sa/Sb) · . . (7)Θ e2 = tarT1 ((Sb/2+Sc) / (-Sb X V 3/2)-90。...(8)Θ e3 = tan_1((-Sa/2)/(Sc+SaX V 3/2)-210° ... (9)图3是表示使用相应表达式(7)至(9)算出的转子20的电角度Θ el至Θ e3与转子20的机械角度Θ之间的关系的图，其中，沿纵坐标轴绘制电角度Qel至0e3，并且沿横坐标轴绘制机械角度Θ。从该图清楚看出，同样在所示出的实施例的旋转角度检测设备中，算出的电角度Qel至Θ e3通常被维持为相等的角度，如在图12所示的旋转角度检测设备的情况下一样。本发明的发明人发现，当第一至第三旋转变压器线圈23至25以图I所示的方式来布置并且在对应于旋转变压器线圈23至25的信号线23a至25a中的任意两条信号线之间发生短路时，算出的电角度Qel至0e3易于变为相互不同的值。此后将参照图4和图5描述本发明人发现的事实。例如，如图I中的双点划线所示，短路可能发生在对应于第一旋转变压器线圈23的信号线23a与对应于第二旋转变压器线圈24的信号线24a之间。在该情况下，输出信号幅度值Sa、Sb的波形从图2所示的形状改变为图4所示的形状。在该状态下，控制器3使用表达式(7)至(9)算出的电角度Qel至0e3以图5表示的方式相对于转子20的 机械角度Θ变化。在图5中，实线表示算出的电角度Θ el，并且单点划线表示算出的电角度Θθ2。双点划线表示算出的电角度0e3，并且虚线表示算出的电角度Qel至Θ e3的平均值0ea。如从图5与图3之间的比较显而易见，当短路发生在信号线23a与信号线24a之间时，算出的电角度Qel至0e3变得彼此不同。因此，在所示出的实施例中，基于算出的电角度0el至0e3中的任意两个电角度之间的差而检测旋转变压器2的信号线的短路故障。具体地，如将在项(Cl)、(c2)和(c3)中分别描述的一样，控制器3计算相应电角度差Λ Θ el、Λ Θ e2和Λ Θ e3的绝对值
Δ Θ elU I Δ Θ e2 和 | Δ Θ e3 |。(cl)算出的电角度Θ el与Θ e2之间的差Λ Θ el(A Θ el = Θ el-Θ e2)的绝对值 I Λ Θ el|。(c2)算出的电角度0e2与0e3之间的差Λ Θ e2 ( Λ Θ e2 = θ e2- θ e3)的绝对值 I Λ Θ e2|。(c3)算出的电角度Θ e3与Θ el之间的差Λ Θ e3 ( Λ Θ e3 = θ e3- θ el)的绝对值 I Λ Θ e3|。当算出的绝对值I Λ 0el|至| Λ Θ e3中的任一个超过预定的故障确定阈值Θ th( Θ th > O)时，控制器3确定在旋转变压器2的信号线中发生了短路故障。控制器3按以下参照图6描述的方式检测旋转变压器2的信号线的短路故障。在此处所描述的情况下，故障确定阈值eth被设置为5°。例如，当旋转变压器2的信号线中发生短路时，算出的电角度Qel至0e3开始如图5所表示的那样变化。在该状态下，控制器3算出的电角度差Λ 0el至Λ Θ e3相对于转子20的机械角度Θ以图6A表示的方式变化。在图6A中，实线表示电角度差Λ 0el，单点划线表示电角度差Λ 0e2，并且双点划线表示电角度差Λ 0e3。当电角度差Λ Θ el至Λ 0e3中的任一个大于5°或小于-5°时，控制器3检测到旋转变压器2的信号线的短路故障。结果，如图6B所表示的一样，当转子20的旋转角度Θ在角度范围BI至B9的每个角度范围中时，检测到旋转变压器2的信号线的短路故障。这进一步保证了控制器3对故障的正确检测。图6C是表示通过从在图3所表示的正常状态下算出的电角度0el减去在图5表示的故障时算出的电角度Qel至0e3的平均值0ea而获得的电角度误差Λ Θ d的变化的图。具体地，当转子20的旋转角度落入角度范围BI至B9中任一个角度范围中时，允许控制器3检测旋转变压器2的信号线的短路故障。因此，当转子20的旋转角度Θ在角度范围BI至B9之外，或者换言之，在图6B所示的角度范围Cl至C8中的任一个角度范围中时，发生对包括误差的电角度的实际错误检测。结果，控制器3错误地检测到的转子20的电角度与转子20的实际电角度之间的误差以图6D所表示的方式变化。如从图6D与图17D之间的比较清楚可见，所示出的实施例的旋转角度检测设备减小了控制器3错误地检测到的转子20的电角度与实际电角度之间的误差。在基于通过旋转角度检测设备检测到的转子20的电角度来控制电动机的操作的设备(诸如，车辆的动力转向设备)中，该效果是有益的。即，由于通过旋转角度检测设备错误地检测到的转子20的电角度仅包括小误差，因此，即使在旋转变压器2的信号线中发生短路故障，也防止电动机的行为大大改变。控制器3还能够在例如在对应于第二旋转变压器线圈24的信号线24a与对应于第三旋转变压器线圈25的信号线25a之间或者对应于第三旋转变压器线圈25的信号线25a与对应于第一旋转变压器线圈23的信号线23a之间发生短路时检测故障。 发明人进行的仿真分析表明了如将参照图7至图9详细描述的一样，通过调整三个旋转变压器线圈的分割角度来改进控制器3用于检测故障的性能。在图7和图8中，在圆周方向Rl上关于旋转中心O的、第一旋转变压器线圈(第一磁场变化检测部)50的位置与第二旋转变压器线圈(第二磁场变化检测部)51的位置之间的电角度的相位差以角度间隔0a来表示。另外，在圆周方向Rl上关于旋转中心O的、第一旋转变压器线圈(第一磁场变化检测部)50的位置与第三旋转变压器线圈(第三磁场变化检测部)52的位置之间的电角度的相位差以角度间隔Qb来表示。参照图7A，第二旋转变压器线圈51的角度间隔Θ a被设置为120°，并且第三旋转变压器线圈52的角度间隔0b被设置为240°。在该情况下，第一至第三旋转变压器线圈50至52以与图12所示的旋转变压器2的旋转变压器线圈相同的方式布置。因此，当在对应于第一旋转变压器线圈50的信号线50a与对应于第二旋转变压器线圈51的信号线51a之间发生短路时，控制器3算出的转子20的电角度Qel至0e3变为图16所表示的值。换言之，算出的电角度0el至0e3变得都相等。结果，电角度0el至Θ e3中相应的两个电角度之间的电角度差Λ 0el至Λ 0e3恒定为O。这使得不可能通过电角度差Λ Θ el至Δ Θ e3的上述绝对值I Λ Θ el I至I Λ Θ e3与故障确定阈值Θ th之间的比较来检测故障。同样在如下所述的情况(dl)、(d2)和(d3)下，当短路发生在信号线50a与51a之间时，算出的角度Qel至0e3变得相等。(dl)如下情况在如图7A所示第二旋转变压器线圈51的角度间隔Θ a被设置为120°的情况下，如图中的双点划线所表示的那样，第三旋转变压器线圈52的角度间隔0b被设置为60°。(d2)如下情况如图7B所表示的那样，第二旋转变压器线圈51的角度间隔Θ a被设置为90°，并且第三旋转变压器线圈52的角度间隔Qb被设置为225°。(d3)如下情况在如图7B所示第二旋转变压器线圈51的角度间隔Θ a被设置为90°的情况下，如图中的双点划线所表示的那样，第三旋转变压器线圈52的角度间隔0b被设置为45°。根据发明人进行的仿真分析，包括对上述情况的分析，当第二旋转变压器线圈51、52的角度间隔0a、0b满足以下将描述的表达式(10)或表达式(11)时，算出的电角度ΘθΙ至0e3变得相等。在这些情况下，发现了阻止控制器3检测故障。Θ b = Θ a/2. · · (10)Θ b = Θ a/2+180° . . . (11)发明人进行的仿真分析还发现，当如图7B所示第二旋转变压器线圈51的角度间隔Ga被设置为90°，并且第三旋转变压器线圈52的角度间隔0b从225°逐渐增大时，如图8所表示的那样，改变控制器3检测故障的方式。图8对应于图6D，并且是表示控制器3错误地检测到的转子电角度与实际转子电角度之间的误差与转子20的机械角度Θ之间的关系的图，其中，沿纵坐标轴绘制误差，并且沿横坐标轴绘制机械角度Θ。参照图8，错误地检测到电角度的转子20的角度范围随着第三旋转变压器线圈52的角度间隔Θ b从225°变得越大而变得越窄，并且当第三旋转变压器线圈52的角度间隔0b为247. 5°时，该角度 范围最小化。另外，错误地检测到电角度的转子20的角度范围随着第三旋转变压器线圈52的角度间隔Θ b从247. 5°变得越大而变得越宽。因此，当第三旋转变压器线圈52的角度间隔Qb被设置为247.5°时，错误地检测到电角度的转子20的角度范围最小化。换言之，最大地增强旋转角度检测设备用于检测故障的性能。此外，根据发明人进行的仿真分析，包括上述仿真分析，发现当第二和第三旋转变压器线圈51、52的角度间隔0a、0b满足以下将描述的表达式(12)、(13)、(14)和(15)中的任一个时，最大地改进了旋转角度检测设备用于检测故障的性能。Θ b = Θ aX (1/4). . . (12)Θ b = Θ aX (1/4)+180° …(13)Θ b = Θ aX (3/4). . . (14)Θ b = Θ aX (3/4)+180° …(15)具体地，当如图9A所示第二旋转变压器线圈51的角度间隔Θ a被设置为120°时，通过将第三旋转变压器线圈52的角度间隔Qb设置为90°或270°，最大地改进了旋转角度检测设备用于检测故障的性能。同样在该情况下，尽管未示出，但是通过将第三旋转变压器线圈52的角度间隔Qb设置为30°或210°，最大地增强了旋转角度检测设备用于检测故障的性能。相反地，当如图9B所示第二旋转变压器线圈51的角度间隔Ga被设置为90°时，通过将第三旋转变压器线圈52的角度间隔0b设置为67. 5°或247. 5°，最大地改进了旋转角度检测设备用于检测故障的性能。同样在该情况下，尽管未示出，但是通过将第三旋转变压器线圈52的角度间隔0b设置为22. 5°或202. 5°，最大地增强旋转角度检测设备用于检测故障的性能。此外，在图I所示的旋转变压器2中，第二旋转变压器线圈24、第三旋转变压器线圈25以及第一旋转变压器线圈23在图9A中分别布置在第一旋转变压器线圈50、第二旋转变压器线圈51以及第三旋转变压器线圈52的位置处。换言之，图I所示的旋转角度检测设备还具有最大改进的用于检测故障的性能。此外，如图9A所示，通过将第二旋转变压器线圈51的角度间隔0a设置为120°以及将第三旋转变压器线圈52的角度间隔Θ b设置为270，三个旋转变压器线圈50至52分离地布置在转子20的圆周方向Rl上。这降低了诸如磁噪声的干扰对第一至第三旋转变压器线圈50至52的影响。因此，提高了旋转变压器2对干扰的抵抗性。如已描述的，所示出的实施例的旋转变压器和旋转角度检测设备具有下述优点。
(I)如图I所示，第一旋转变压器线圈23、第二旋转变压器线圈24和第三旋转变压器线圈25相应的分割角度Θ1、Θ2和Θ 3分别被设置为90°、120°和150°。换言之，如图9Α所示，在转子20的圆周方向Rl上第一旋转变压器线圈50的位置与第二旋转变压器线圈51的位置之间的角度间隔0a被设置为120°。另外，在转子20的圆周方向Rl上第一旋转变压器线圈50的位置与第三旋转变压器线圈52的位置之间的角度间隔Θ b被设置为270°。该布置确保了当在信号线23a至25a中的任意两条信号线之间发生短路时对故障的更正确检测。另外，减小了诸如磁噪声的干扰对第一至第三旋转变压器线圈23至25的影响。这提高了旋转变压器2对干扰的抵抗性。(2)基于电角度差Λ Θ el至Λ Θ e3检测旋转变压器2的信号线的短路故障，其中电角度差Λ Θ el至Λ Θ e3中的每一个均是根据使用相应表达式(7)至(9)算出的转子20的电角度0el至Θ e3中的相应两个电角度之间的差而确定的。以此方式，简单地通过计算这些差来检测旋转变压器2的信号线的短路故障。这减轻了对控制器3的计算负担。可将所示出的实施例修改为下述形式。 在所示出的实施例中，基于电角度差Λ 0el至Λ Θ e3检测旋转变压器2的信号线的短路故障，其中电角度差Λ 0el至Λ Θ e3中的每个电角度差是根据算出的电角度ΘθΙ至0e3中的相应两个电角度之间的差而确定的。替代地，可基于例如算出的电角度Θ el至Θ e3的平均值Θ ea与算出的电角度Θ el至Θ e3中的每个电角度之间的差，检测旋转变压器2的信号线的短路故障。换言之，可以以任何适当的方式来执行短路故障的检测，只要当检测到算出的电角度Θ el至Θ e3以图5表示的方式变化时确保对故障的检测即可。在所示出的实施例中，第一旋转变压器线圈23、第二旋转变压器线圈24和第三旋转变压器线圈25的分割角度Θ I、Θ 2和Θ 3分别被设置为90°、120°和150°。可根据需要改变分割角度Θ1至Θ 3，只要角度Θ1至Θ 3彼此不同即可。然而，为了改进旋转角度检测设备用于检测故障的性能，期望以满足表达式(12)至(15)的这种方式布置三个旋转变压器线圈。本发明可用于使用磁性检测部(诸如，霍尔元件或磁阻元件)检测转子的旋转的旋转传感器中。图10不出了旋转传感器的一个不例。参照图10,旋转传感器6具有由永磁体形成的转子60和在转子60的圆周方向Rl上间隔开的三个磁性检测部61、62和63。在该情况下，转子60是磁场生成部。当转子60旋转以改变从转子60提供给磁性检测部61至63的磁场时，磁性检测部61至63输出相对于转子旋转角度(转子电角度)Θ以正弦方式变化的信号。从磁性检测部61至63输出的信号通过信号线61a、61b、61c和相应的端子Ta、Tb、Tc被发送到控制器3。在旋转传感器6中，如在所不出的实施例的情况下一样,相应的磁性检测部61,62和63的分割角度Θ I、Θ 2和Θ 3分别被设置为90。、120。和150。。这使得旋转传感器6的输出信号Vd、Ve、Vf以图11表示的方式变化。换言之，输出信号Vd至Vf以与图2所示的输出信号幅度值Sa至Sc相同的方式相对于转子60的机械角度Θ变化。因此，使用与所示出的实施例的方法类似的故障检测方法，控制器3使用输出信号Vd至Vf检测旋转传感器6的信号线的短路故障。即，根据本发明的旋转传感器可用作如下旋转传感器其使用任意适当的磁场变化检测部(诸如，旋转变压器线圈或霍尔元件或磁阻元件)检测转子的旋转。
在所示出的实施例中，旋转变压器2的角度的倍增因数被设置为一倍IX或四倍4X。然而，旋转变压器2的角度的倍增因数不限于任意特定值。根据本发明的旋转角度检测设备不仅用作用于检测车辆转向轴的旋转角度的设备，还用作用于检测任意适当的旋转轴的旋转角度的设备。因此，本示例和实施例应被视为说明性的而非限制性的，并且本发明不限于本文中给出的细节，而是可在所附权利要求书的范围和等同物内进行修改。·
权利要求
1.一种旋转传感器，包括； 转子(20)，具有旋转中心； 第一、第二和第三磁场变化检测部(23-25 ;50-52)，在所述转子(20)的圆周方向上间隔布置；以及 磁场生成部(22)，生成提供给所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ;50-52)的磁场，其中， 从所述磁场生成部(22)提供给所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ；50-52)的磁场随着所述转子(20)旋转而变化，并且所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ；50-52)输出与所述转子(20)的旋转角度相对应地变化的三相信号(Va，Vb，Vc)， 所述旋转传感器的特征在于， 当在所述转子(20)的圆周方向上关于所述转子(20)的旋转中心的、所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ；50-52)的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度(Θ I- Θ 3)时，所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ；50-52)以使得所述第一至第三分割角度(Θ I- Θ 3)彼此不同的方式布置。
2.根据权利要求I所述的旋转传感器，其特征在于，当在所述转子(20)的圆周方向上的、所述转子(20)的电角度相位在所述第一磁场变化检测部(23 ；50)的位置与所述第二磁场变化检测部(24;51)的位置之间的角度间隔被定义为值0a，并且在所述转子(20)的圆周方向上的、所述转子(20)的电角度相位在所述第一磁场变化检测部(23 ；50)的位置与所述第三磁场变化检测部(25;52)的位置之间的角度间隔被定义为值0b时，所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ;50-52)以使得满足下述表达式中的任一个表达式的方式布置Θ b = Θ aX (1/4)；Θ b = Θ aX (1/4)+180。；θ b = θ aX (3/4)；以及θ b = θ aX (3/4)+180。。
3.根据权利要求2所述的旋转传感器，其特征在于，所述角度0a被设置为120°，并且所述角度Θ b被设置为270°。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的旋转传感器，其特征在于，所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ；50-52)中的每个磁场变化检测部均包括旋转变压器线圈。
5.—种旋转角度检测设备,其基于从旋转传感器输出的三相信号(Va, Vb, Vc)而检测转子(20)的电角度，所述旋转传感器包括 转子(20)，具有旋转中心； 第一、第二和第三磁场变化检测部(23-25 ;50-52)，在所述转子(20)的圆周方向上间隔布置；以及 磁场生成部(22)，生成提供给所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ;50-52)的磁场，其中， 从所述磁场生成部(22)提供给所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ；50-52)的磁场随着所述转子(20)旋转而变化，并且所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ；50-52)输出与所述转子(20)的旋转角度相对应地变化的三相信号(Va，Vb，Vc)， 所述旋转角度检测设备的特征在于，当在所述转子(20)的圆周方向上关于所述转子(20)的旋转中心的、在所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ;50-52)的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度(Θ I- Θ 3)时，所述第一至第三磁场变化检测部(23-25 ；50-52)以使得所述第一至第三分割角度(Θ I- Θ 3)彼此不同的方式布置，以及 所述旋转角度检测设备包括控制器(3)，所述控制器(3)使用从所述旋转传感器输出的三相信号(Va，Vb, Vc)来计算每一个均表示转子电角度的第一、第二和第三算出的电角度(Θ el-0e3)，并且基于所述第一至第三算出的电角度(0el-0e3)中的任意两个算出的电角度之间的差而检测所述旋转传感器的故障。
6.根据权利要求5所述的旋转角度检测设备，其特征在于，当所述差大于或等于预定阈值时，所述控制器(3)检测到所述旋转传感器的故障。
7.一种旋转变压器(2)，包括 三个旋转变压器线圈(23-25)，在转子(20)的圆周方向上间隔布置；以及励磁线圈(22)，在接收到电力时生成磁场，以在所述三个旋转变压器线圈(23-25)中感应出电压，其中， 当随着所述转子(20)旋转，在所述三个旋转变压器线圈(23-25)中感应出的电压由于从所述励磁线圈(22)提供给所述三个旋转变压器线圈(23-25)中的每个旋转变压器线圈的磁场的变化而改变时，所述旋转变压器(2)输出具有相对于所述转子(20)的旋转角度而以正弦方式变化的幅度的三相信号(Va，Vb, Vc)， 所述旋转变压器的特征在于， 当在所述转子(20)的圆周方向上关于所述转子(20)的旋转中心的、所述三个旋转变压器线圈(23-25)的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度(Θ1-Θ3)时，所述三个旋转变压器线圈(23-25)以使得所述第一至第三分割角度(Θ I- Θ 3)彼此不同的方式布置。
8.—种旋转传感器,包括 转子(60)，具有旋转中心； 第一、第二和第三磁性检测部￠1-63)，在所述转子￠0)的圆周方向上间隔布置；以及 磁场生成部(60)，生成提供给所述第一至第三磁性检测部￠1-63)的磁场，其中， 从所述磁场生成部￠0)提供给所述第一至第三磁性检测部￠1-63)的磁场随着所述转子￠0)旋转而变化，并且所述第一至第三磁性检测部(61-63)输出与所述转子￠0)的旋转角度相对应地变化的三相信号(Vd，Ve, Vf)， 所述旋转传感器的特征在于， 当在所述转子￠0)的圆周方向上关于所述转子￠0)的旋转中心的、所述第一至第三磁性检测部￠1-63)的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度(θ 1-Θ3)时，所述第一至第三磁性检测部￠1-63)以使得所述第一至第三分割角度(Θ I- Θ 3)彼此不同的方式布置。
全文摘要
本发明公开了一种旋转传感器和旋转角度检测设备，一种旋转变压器包括在转子的圆周方向上间隔布置的三个旋转变压器线圈；以及励磁线圈，在接收到电力时生成磁场，以在旋转变压器线圈中感应出电压。当从励磁线圈提供给三个旋转变压器线圈的磁场由于转子的旋转而变化时，在旋转变压器线圈中感应出的电压改变。这使得三个旋转变压器线圈中的每一个均输出三相信号，该三相信号的幅度相对于转子的旋转角度而以正弦方式变化。在转子的圆周方向上第一至第三旋转变压器线圈的相应的相邻对之间的角度间隔被定义为第一、第二和第三分割角度。具体地，第一至第三分割角度被设置为彼此不同的值。
文档编号G01B7/30GK102954755SQ201110444999
公开日2013年3月6日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年8月25日
发明者吉濑浩 申请人:株式会社捷太格特