[发明专利]旋转角度检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用旋转变压器(resolver)对电机等的旋转角度进行检测的装置，特别涉及使用了单一的励磁电路的单励磁方式的旋转角度检测装置。

背景技术

旋转变压器是在与轴连接的转子的周围具备励磁线圈和两个输出线圈的旋转角度传感器。旋转角度传感器中，除了旋转变压器之外也有旋转编码器(rotary encoder)，但由于旋转编码器利用光学元件或磁性电阻元件，因此容易受到温度、噪声、尘埃等的影响，在环境抵抗力(environment resistance)方面较差。相对于此，旋转变压器基本上仅由线圈和铁心构成，不使用上述那样的元件，因此在严酷的环境条件下也能够使用，例如，被用于汽车中的电机或转向的旋转角度的检测。

若对旋转变压器的励磁线圈施加正弦波信号，则各个输出线圈上，根据轴的旋转角度而感应出振幅调制为正弦波状的2相的电压。即，从一个输出线圈输出振幅的峰值以sin函数形式变化的信号，从另一个输出线圈输出振幅的峰值以cos函数形式变化的信号。从而，通过以规定周期检测各个输出信号的振幅并求其tan^-1，从而能够算出轴的旋转角度。

图6是利用了旋转变压器的旋转角度检测装置的方框图。旋转角度检测装置100由旋转变压器1和控制单元50构成。旋转变压器1包括初级侧的励磁线圈L1和次级侧的输出线圈L2、L3。这些线圈L1～L3配置在转子(rotor)11的周围。

图7是表示了旋转变压器1的概略结构的图。转子11与轴13连接，从而与轴13一同旋转。轴13是电机等的旋转轴或者与其连接的轴。在转子11的周围设置有定子(stator)12。定子12上沿圆周方向等间隔地形成有磁极(省略图示)，该磁极上缠绕着线圈L(概括L1～L3从而用标号L表示)。

这里所示的旋转变压器1是可变磁阻型的旋转变压器。转子11的形状设计为，转子11和定子12的间隙的磁阻(磁性电阻)根据转子11的旋转角度而周期性地变化，从而在输出线圈L2、L3上感应出振幅调制为正弦波状的电压。这里，转子11是椭圆形，在转子11旋转一次的期间，从输出线圈L2、L3取出振幅调制为正弦波状的两周期量的电压。作为转子11的形状，还有十字形等各种形状。

控制单元50包括CPU51、励磁电路52、信号放大电路55。励磁电路52生成由图8(a)那样的正弦波信号sin(ωt)构成的励磁信号，并将该励磁信号提供给励磁线圈L1。转子11旋转时，从输出线圈L2输出图8(b)那样的振幅的峰值以sin函数形式变化的信号(以下，称为“sin信号”)。该信号表示为α·sin(θ)·sin(ωt)。这里，α是旋转变压器1的信号变压比，θ是转子11(轴13)的旋转角度。此外，从输出线圈L3输出图8(c)那样的振幅的峰值以cos函数形式变化的信号(以下，称为“cos信号”)。该信号表示为α·cos(θ)·sin(ωt)。

从输出线圈L2输出的sin信号通过信号放大电路55放大，成为图8(d)那样的用β·α·sin(θ)·sin(ωt)表示的信号。此外，从输出线圈L3输出的cos信号通过信号放大电路55放大，成为图8(e)那样的用β·α·cos(θ)·sin(ωt)表示的信号。这里，β是信号放大电路55的放大率。放大后的各个信号被输入到CPU51。

在CPU51中，对于所输入的sin信号以及cos信号以规定周期进行采样。其结果，对于sin信号，提取图8(f)那样的用β·α·sin(θ)表示的采样信号，对于cos信号，提取图8(g)那样的用β·α·cos(θ)表示的采样信号。CPU51运算各个采样时刻中的两个采样信号的振幅值之比、即sin(θ)/cos(θ)＝tan(θ)。并且，基于该运算结果，根据θ＝tan^-1[sin(θ)/cos(θ)]检测出旋转角度θ。

另外，作为旋转变压器的励磁方式，从以往开始一般为双励磁式。在双励磁式中，对励磁电路52设置用于生成励磁信号的励磁信号生成电路、以及生成与励磁信号的相位相差180°的反转励磁信号的反转励磁信号生成电路(例如，参照专利文献1)。

图9是使用了双励磁式的旋转角度检测装置200的方框图。在9中，对于与图6相同的部分附上相同标号。励磁电路52由励磁信号生成电路53以及反转励磁信号生成电路54构成。由励磁信号生成电路53生成的励磁信号经由端子T1提供给旋转变压器1的励磁线圈L1的一端，由反转励磁信号生成电路54生成的反转励磁信号经由端子T2提供给励磁线圈L1的另一端。励磁信号和反转励磁信号的振幅相同且相位相差180°。励磁线圈L1上施加对这两个信号进行了合成后的信号。