位置检测装置及位置检测方法

技术领域

本发明涉及位置检测装置及位置检测方法。

背景技术

在下述专利文献1中，公开了一种旋转检测装置，其具有两个系统的检测马达的旋转所需的电路，由此，即使电路的一部分产生了异常，也能够继续进行旋转检测动作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-191093号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述的现有技术中，由于具有两个系统的检测马达的旋转所需的电路，导致装置的大型化和部件成本的增加。

用于解决课题的方案

本发明的位置检测装置的一个方案为检测马达的旋转位置的位置检测装置，其具备：三个磁传感器，其与和所述马达同步旋转的磁铁对置，并且沿着所述磁铁的旋转方向以预定间隔配置；以及信号处理部，其对从所述三个磁传感器输出的相互具有120°电角度的相位差的三相的信号进行处理。所述信号处理部执行：取得处理，对所述三相的信号所含的U相信号、V相信号以及W相信号分别进行数字转换，由此取得所述U相信号的瞬时值Hu’、所述V相信号的瞬时值Hv’以及所述W相信号的瞬时值Hw’；异常判别处理，判定所述U相信号的瞬时值Hu’、所述V相信号的瞬时值Hv’以及所述W相信号的瞬时值Hw’是否在第一情况、第二情况以及第三情况的全部情况下满足下式(1)，由此确定所述三个磁传感器中的异常的磁传感器即异常传感器；信号生成处理，基于从所述三个磁传感器中除了所述异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号，生成剩余一相的信号；以及位置推定处理，基于从除了所述异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号和所生成的所述剩余一相的信号，推定所述马达的旋转位置。

本发明的位置检测方法的一个方案是使用从与和马达同步旋转的磁铁对置且沿所述磁铁的旋转方向以预定间隔配置的三个磁传感器输出的相互具有120°电角度的相位差的三相的信号，检测所述马达的旋转位置，其中，包括：取得步骤，对所述三相的信号所含的U相信号、V相信号以及W相信号分别进行数字转换，由此取得所述U相信号的瞬时值Hu’、所述V相信号的瞬时值Hv’以及所述W相信号的瞬时值Hw’；异常判别步骤，判定所述U相信号的瞬时值Hu’、所述V相信号的瞬时值Hv’以及所述W相信号的瞬时值Hw’是否在第一情况、第二情况以及第三情况的全部情况下满足下式(1)，由此确定所述三个磁传感器中的异常的磁传感器即异常传感器；信号生成步骤，基于从所述三个磁传感器中除了所述异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号，生成剩余一相的信号；以及位置推定步骤，基于从除了所述异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号和所生成的所述剩余一相的信号，推定所述马达的旋转位置。

[数式1]

(THmin-Hz')<(Hx'+Hy')<(THmax-Hz')…(1)

其中，第一情况是x＝u，y＝v，z＝w，第二情况是x＝v，y＝w，z＝v，第三情况是x＝w，y＝u，z＝v，THmin是最小阈值，THmax是最大阈值。

发明效果

根据本发明的上述方案，提供一种位置检测装置及位置检测方法，即使在三个磁传感器中的一个磁传感器发生看异常的情况下，通过基于从除了异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号生成剩余一相的信号，也能够继续进行马达的旋转位置的推定。因此，与准备两个系统的检测马达的旋转所需的电路的现有技术相比，能够实现装置的小型化和部件成本的削减。

附图说明

图1是示意性地表示本实施方式的位置检测装置的结构的块图。

图2是表示本实施方式中的三个磁传感器、电源电路以及处理部的连接关系的图。

图3是表示本实施方式的位置检测装置的处理部执行的各处理的流程图。

图4是关于本实施方式的位置检测装置的处理部执行的异常判别处理的说明图。

图5是表示本实施方式的位置检测装置的处理部执行的信号生成处理的流程图。

图6是用在复平面上旋转的矢量表示第一信号Hu’和第二信号Hv’的图。

图7是表示在复平面上第一信号Hu’的矢量旋转一圈的期间得到的第一信号Hu’的波形数据和在复平面上第二信号Hv’的矢量旋转一圈的期间得到的第二信号Hv’的波形数据的一例的图。

图8是用在复平面上旋转的矢量表示第一基波信号Hu与第二基波信号Hv的合成信号Huv的图。

图9是表示在复平面上第一信号Hu’和第二信号Hv’的矢量旋转一圈的期间得到的合成信号Huv的波形数据的一例的图。

图10是关于在学习处理中计算第一信号Hu’与第二信号Hv’的相位差φ1的方法的说明图。

图11是关于在学习处理中计算合成信号Huv与第一信号Hu’的相位差φ2的方法的说明图。

图12是表示合成信号Huv与第一基波信号Hu的相位差和合成信号Huv与第一信号Hu’的相位差φ2相等的情况的说明图。

图13是关于合成信号Huv的偏角ωt+φ2的说明图。

图14是用在复平面上旋转的矢量表示与合成信号Huv处于正交关系的第三基波信号Hw的图。

图15是表示在复平面上合成信号Huv的矢量旋转一圈的期间得到的第三基波信号Hw的波形数据的一例的图。

图16是表示第一基波信号Hu的波形数据、第二基波信号Hv的波形数据以及第三基波信号Hw的波形数据的一例的图。

图17是关于本实施方式的位置检测装置的处理部执行的位置推定处理的第一说明图。

图18是关于本实施方式的位置检测装置的处理部执行的位置推定处理的第二说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式详细地进行说明。

图1是示意性地表示本发明的一实施方式的位置检测装置1的结构的块图。如图1所示，位置检测装置1是检测马达100的旋转位置(旋转角)的装置。在本实施方式中，马达100例如是内转子型的三相无刷DC马达。马达100具有转子轴110和传感器磁体120。转子轴110是马达100的旋转轴。马达100的旋转位置是指转子轴110的旋转位置。

传感器磁体120是安装在转子轴110上的圆板状的磁铁。传感器磁体120是与转子轴110同步旋转的磁铁。传感器磁体120具有P个(P为2以上的整数)磁极对。在本实施方式中，作为一例，传感器磁体120具有四个磁极对。另外，磁极对是指N极与S极的对。即，在本实施方式中，传感器磁体120具有四个N极与S极的对，具有共计八个磁极。

位置检测装置1具备三个磁传感器11、12以及13和信号处理部20。虽然在图1中省略了图示，但在马达100安装有电路基板，三个磁传感器11、12及13和信号处理部20配置在电路基板上。传感器磁体120配置在与电路基板不干涉的位置。传感器磁体120可以配置于马达100的壳体的内部，或者也可以配置于壳体的外部。

磁传感器11、12及13在电路基板上与传感器磁体120对置且沿着传感器磁体120的旋转方向CW以预定的间隔配置。在本实施方式中，磁传感器11、12以及13沿着传感器磁体120的旋转方向CW以30°间隔配置。例如，磁传感器11、12及13分别是例如霍尔元件或线性霍尔IC等包含磁阻元件的模拟输出型的磁传感器。磁传感器11、12及13分别输出表示根据转子轴110的旋转位置、即传感器磁体120的旋转位置变化的磁场强度的模拟信号。

从磁传感器11、12及13输出的各模拟信号的电角度一周期相当于机械角度一周期的1/P。在本实施方式中，传感器磁体120的极对数P为“4”，因此各模拟信号的电角度一周期相当于机械角度一周期的1/4、即机械角度90°。另外，从磁传感器11、12及13输出的模拟信号彼此在电角度上具有120°的相位差。

以下，将从磁传感器11输出的模拟信号称为U相信号Hu’，将从磁传感器12输出的模拟信号称为V相信号Hv’，将从磁传感器13输出的模拟信号称为W相信号Hw’。V相信号Hv’相对于U相信号Hu’具有120°电角度的相位延迟。W相信号Hw’相对于V相信号Hv’具有120°电角度的相位延迟。

如上所述，三个磁传感器11、12及13输出彼此具有120°电角度的相位差的三相的信号。磁传感器11将U相信号Hu’输出到信号处理部20。磁传感器12将V相信号Hv’输出到信号处理部20。磁传感器13将W相信号Hw’输出到信号处理部20。

信号处理部20是对从三个磁传感器11、12及13输出的、相互具有120°的电角度的相位差的三相的信号进行处理的信号处理电路。信号处理部20基于从磁传感器11输出的U相信号Hu’、从磁传感器12输出的V相信号Hv’以及从磁传感器13输出的W相信号Hw’，推定马达100的旋转位置、即转子轴110的旋转位置。信号处理部20具备电源电路21、处理部22以及存储部23。

电源电路21是将从电池等直流电源200提供的外部电源电压变换成使信号处理部20的内部电路工作所需的内部电源电压的电路。作为一例，从直流电源200提供的外部电源电压为5V，从电源电路21输出的内部电源电压为3.3V。例如，作为电源电路21，也可以使用低压降稳压器。

电源电路21经由电源线Vcc和接地线GND与处理部22电连接。电源电路21经由电源线Vcc和接地线GND将内部电源电压输出到处理部22。虽然在图1中省略了图示，但电源电路21还经由电源线Vcc和接地线GND与存储部23电连接。

处理部22例如是MCU(Microcontroller Unit)等微处理器。从磁传感器11输出的U相信号Hu’、从磁传感器12输出的V相信号Hv’以及从磁传感器13输出的W相信号Hw’分别输入处理部22。处理部22经由未图示的通信总线与存储部23可通信地连接。详细情况在后面叙述，处理部22按照预先存储于存储部23的程序，执行取得处理、异常判别处理、信号生成处理以及位置推定处理。

如图2所示，处理部22具有三个输出端口P1、P2及P3。输出端口P1、P2及P3例如是CMOS输出端口。输出端口P1经由传感器用电源线Vcc1与磁传感器11电连接。输出端口P2经由传感器用电源线Vcc2与磁传感器12电连接。输出端口P3经由传感器用电源线Vcc3与磁传感器13电连接。另外，如图2所示，电源电路21经由接地线GND与磁传感器11、12及13分别电连接。

处理部22将高电平电压作为传感器用电源电压从输出端口P1输出到磁传感器11。处理部22将高电平电压作为传感器用电源电压从输出端口P2输出到磁传感器12。处理部22将高电平电压作为传感器用电源电压从输出端口P3输出到磁传感器13。例如，在由电源电路21生成的内部电源电压为3.3V的情况下，高电平电压为3.3V。

在切断对磁传感器11的电源供给的情况下，处理部22将输出端口P1的输出电压切换为低电平。在切断对磁传感器12的电源供给的情况下，处理部22将输出端口P2的输出电压切换为低电平。在切断对磁传感器13的电源供给的情况下，处理部22将输出端口P3的输出电压切换为低电平。

存储部23包括非易失性存储器和易失性存储器，该非易失性存储器存储使处理部22执行各种处理所需的程序及各种设定数据等，该易失性存储器在处理部22执行各种处理时作为数据的临时保存目的地而被使用。非易失性存储器例如是EEPROM(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)或闪速存储器等。易失性存储器例如是RAM(Random Access Memory)等。

接着，对由处理部22执行的取得处理、异常判别处理、信号生成处理以及位置推定处理进行说明。

当电源电路21向处理部22输出内部电源电压时，处理部22启动并进行预定的初始化处理，然后从输出端口P1、P2及P3分别输出高电平电压。由此，对三个磁传感器11、12以及13分别供给传感器用电源电压，各磁传感器11、12以及13成为能够检测磁场强度的状态。

如图3所示，处理部22在开始向各磁传感器11、12及13的电源供给后，执行取得处理(步骤S1)，该取得处理是对从三个磁传感器11、12及13输出的三相信号所包含的U相信号Hu’、V相信号Hv’以及W相信号Hw’分别进行数字转换，由此取得U相信号Hu’的瞬时值、V相信号Hv’的瞬时值以及W相信号Hw’的瞬时值。该步骤S1相当于取得步骤。

具体而言，在处理部22内置有A/D转换器，处理部22通过利用A/D转换器以预定的采样频率对U相信号Hu’、V相信号Hv’以及W相信号Hw’分别进行数字转换，取得U相信号Hu’的瞬时值、V相信号Hv’的瞬时值以及W相信号Hw’的瞬时值作为数字值。

然后，处理部22执行异常判别处理(步骤S2)，该异常判别处理是通过判定U相信号Hu’的瞬时值、V相信号Hv’的瞬时值以及W相信号Hw’的瞬时值是否在第一情况、第二情况以及第三情况的全部情况下满足下式(1)，确定三个磁传感器11、12以及13中异常的磁传感器即异常传感器。该步骤S2相当于异常判别步骤。

[数式2]

(THmin-Hz’)<(Hx’+Hy’)<(THmax-Hz')…(1)

其中，第一情况：x＝u，y＝v，z＝w

第二情况：x＝v，y＝w，z＝u

第三情况：x＝w，y＝u，z＝v

THmin：最小阈值

THmax：最大阈值

在上式(1)中，最小阈值THmin和最大阈值THmax是通过事先进行的第一学习处理而得到的学习值，预先存储在存储部23的非易失性存储器中。以下，对第一学习处理进行说明。

图4表示三个磁传感器11、12及13全部正常的情况下得到的、U相信号Hu’的瞬时值的时间序列数据(U相信号Hu’的波形数据)、V相信号Hv’的瞬时值的时间序列数据(V相信号Hv’的波形数据)以及W相信号Hw’的瞬时值的时间序列数据(W相信号Hw’的波形数据)的一例。在图4中，横轴表示时间，纵轴表示数字值。

在第一学习处理中，处理部22基于上述那样在三个磁传感器11、12及13都正常的情况下得到的三相信号的波形数据，计算三相不平衡分量Nzpn(＝Hu’+Hv’+Hw’)的最大值Nzpn1和最小值Nzpn2。然后，处理部22将三相不平衡分量的最大值Nzpn1加上设计上的余量即设置值Δth得到的值作为最大阈值THmax(＝Nzpn1+Δth)存储到存储部23的非易失性存储器。此外，处理部22将从三相不平衡分量的最小Nzpn2减去设置值Δth而得到的值作为最小阈值THmin(＝Nzpn2-Δth)存储到存储部23的非易失性存储器。

以上是第一学习处理的说明。在步骤S2中，处理部22从存储部23的非易失性存储器读出最大阈值THmax和最小阈值THmin，判定在步骤S1所取得的三相信号的瞬时值是否在第一情况、第二情况以及第三情况的全部情况下满足式(1)，由此从三个磁传感器11、12及13中确定异常传感器。

如图4所示，在例如磁传感器13处于电源短接状态时，从磁传感器13输出的W相信号Hw’的瞬时值固定为表示高电平(例如3.3V)的数字值。在例如磁传感器13处于接地短接状态时，从磁传感器13输出的W相信号Hw’的瞬时值固定为表示低电平(例如0V)的数字值。在例如磁传感器13处于故障状态时，从磁传感器13输出的W相信号Hw’的波形数据表示与正常时的波形数据不同的异常的数字值。

如上所述，在例如磁传感器13处于异常状态时，在第一情况下不满足式(1)。在第一情况下不满足式(1)的情况下，处理部22将磁传感器13确定为异常传感器。同样，在磁传感器11处于异常状态时，在第二情况下不满足式(1)。在第二情况下不满足式(1)的情况下，处理部22将磁传感器11确定为异常传感器。另外，在磁传感器12处于异常状态时，在第三情况下不满足式(1)。在第三情况下不满足式(1)的情况下，处理部22将磁传感器12确定为异常传感器。

处理部22当通过步骤S2的异常判别处理确定了异常传感器时，切断对三个磁传感器11、12及13中的异常传感器的电源供给。例如，在磁传感器11为异常传感器的情况下，处理部22将输出端口P1的输出电压切换为低电平，由此切断向磁传感器11的电源供给。在磁传感器12为异常传感器的情况下，处理部22将输出端口P2的输出电压切换为低电平，由此切断向磁传感器12的电源供给。在磁传感器13为异常传感器的情况下，处理部22将输出端口P3的输出电压切换为低电平，由此切断向磁传感器13的电源供给。

然后，处理部22执行信号生成处理(步骤S3)，该信号生成处理是基于从三个磁传感器11、12以及13中的除了异常传感器的两个磁传感器输出的两相的信号，生成剩余一相的信号。该步骤S3相当于信号生成步骤。以下，将从除了异常传感器的两个磁传感器输出的两相的信号中的一个信号设为第一信号，将相对于第一信号具有120°电角度的相位延迟的另一个信号设为第二信号。例如，在磁传感器13为异常传感器的情况下，从磁传感器11输出的U相信号Hu’为第一信号，从磁传感器12输出的V相信号Hv’为第二信号。

当传感器磁体120与转子轴110一起旋转时，从磁传感器11输出表示根据传感器磁体120的旋转位置变化的磁场强度的第一信号Hu’，从磁传感器12输出相对于第一信号Hu’具有120°电角度的相位延迟的第二信号Hv’。处理部22通过A/D转换器以预定的采样频率对第一信号Hu’和第二信号Hv’进行数字转换。每当数字转换的执行定时、即采样定时到来时，处理部22执行图5的流程图所示的信号生成处理。

如图5所示，当采样定时到来时，处理部22如上述那样对伴随传感器磁体120的旋转而输出到处理部22的第一信号Hu’和第二信号Hv’进行数字转换，由此取得第一信号Hu’的瞬时值和第二信号Hv’的瞬时值作为数字值(步骤S11)。该步骤S11相当于第一步骤，在步骤S11执行的处理相当于第一处理。

图6是用在复平面上旋转的矢量表示第一信号Hu’和第二信号Hv’的图。在图6中，横轴是实数轴，纵轴是虚数轴。第一信号Hu’和第二信号Hv’在复平面上沿箭头的方向以角速度ω旋转。如图6所示，第一信号Hu’包括作为基波信号的第一基波信号Hu和同相信号N。第一信号Hu’用第一基波信号Hu与同相信号N的合成矢量表示。即，第一信号Hu’由下式(2)表示。第二信号Hv’包括作为基波信号的第二基波信号Hv和同相信号N。第二信号Hv’由第二基波信号Hv与同相信号N的合成矢量表示。即，第二信号Hv’由下式(3)表示。同相信号N是包含直流信号和第三次谐波信号等的噪声信号。

[数式3]

Hu’＝Hu+N…(2)

Hv'＝Hv+N…(3)

在步骤S11中取得的第一信号Hu’的瞬时值相当于图6中用向量表示的第一信号Hu’的实数部(投影到实数轴的部分)。同样地，在步骤S11中取得的第二信号Hv’的瞬时值相当于图6中用矢量表示的第二信号Hv’的实数部。例如，第一信号Hu’的瞬时值由下式(4)表示。在下式(4)中，||Hu’||是第一信号Hu’的范数，k是1以上的整数。

[数式4]

Hu’＝||Hu’||·cos(ωkt)…(4)

图7是表示在复平面上第一信号Hu’的矢量旋转一圈的期间得到的第一信号Hu’的瞬时值的时间序列数据(第一信号Hu’的波形数据)和在复平面上第二信号Hv’的矢量旋转一圈的期间得到的第二信号Hv’的瞬时值的时间序列数据(第二信号Hv’的波形数据)的一例的图。在图7中，横轴表示时间，纵轴表示数字值。如图7所示，包含同相信号N的第一信号Hu’和第二信号Hv’的波形不是完全的正弦波形，而是具有失真的波形。

返回图5，处理部22通过从第一信号Hu’的瞬时值减去第二信号Hv’的瞬时值，计算出第一信号Hu’所包含的第一基波信号Hu与第二信号Hv’所包含的第二基波信号Hv的合成信号Huv的瞬时值(步骤S12)。该步骤S12相当于第二步骤，在步骤S12中执行的处理相当于第二处理。

如下式(5)所示，可知，通过从第一信号Hu’的瞬时值减去第二信号Hv’的瞬时值，两信号所包含的同相信号N抵消，得到第一基波信号Hu与第二基波信号Hv的合成信号Huv的瞬时值。图8是用在复平面上旋转的矢量表示第一基波信号Hu与第二基波信号Hv的合成信号Huv的图。图9是表示在复平面上第一信号Hu’和第二信号Hv’的矢量旋转一圈的期间得到的合成信号Huv的瞬时值的时间序列数据(合成信号Huv的波形数据)的一例的图。如图9所示，合成信号Huv的波形是完全的正弦波形。

[数式5]

Huv＝Hu’-Hv’

＝Hu+N-Hv-N

＝Hu-Hv…(5)

此外，在步骤S12中，在计算合成信号Huv的瞬时值之前，处理部22基于预先准备的振幅补正值补正第一信号Hu’的瞬时值和第二信号Hv’的瞬时值中的至少一个。振幅补正值是使第一信号Hu’的振幅值和第二信号Hv’的振幅值相等的补正值。振幅补正值是通过事先进行的第二学习处理得到的学习值之一，预先存储于存储部23的非易失性存储器中。即，在步骤S12中，处理部22从存储部23的非易失性存储器读出振幅补正值，并基于所读出的振幅补正值对第一信号Hu’的瞬时值和第二信号Hv’的瞬时值中的至少一方进行补正，以使第一信号Hu’的振幅值和第二信号Hv’的振幅值相等。

返回到图5，处理部22基于合成信号Huv的瞬时值和预先准备的合成信号Huv的范数，计算合成信号Huv的偏角(步骤S13)。该步骤S13相当于第三步骤，在步骤S13中执行的处理相当于第三处理。

合成信号Huv的范数与上述的振幅补正值同样，是通过事先进行的第二学习处理而得到的学习值之一，预先存储于存储部23的非易失性存储器。除了振幅补正值和合成信号Huv的范数，合成信号Huv与第一基波信号Hu的相位差也作为学习值预先存储于存储单元23的非易失性存储器。以下，对事先进行的第二学习处理进行说明。

第二学习处理在传感器磁体120与转子轴110一起旋转的状态下进行。在第二学习处理中，直至至少经过相当于第一信号Hu’及第二信号Hv’的电角度一周期的时间，即，直至至少传感器磁体120旋转90°机械角度，处理部22以预定的采样频率重复进行上述的步骤S11和步骤S12的处理。换言之，直至在复平面上第一信号Hu’和第二信号Hv’的矢量至少旋转一圈，处理部22以预定的采样频率重复上述步骤S11和步骤S12的处理。

由此，处理部31依次取得第一信号Hu’的瞬时值、第二信号Hv’的瞬时值以及合成信号Huv的瞬时值，并将过去的各瞬时值的最大值和当前时刻(当前的采样定时)的各瞬时值比较，在当前时刻的各瞬时值比过去的各瞬时值的最大值大的情况下，进行将过去的各瞬时值的最大值更新为当前时刻的各瞬时值的处理。另外，处理部31依次取得第一信号Hu’的瞬时值、第二信号Hv’的瞬时值以及合成信号Huv的瞬时值，并比较过去的各瞬时值的最小值和当前时刻的各瞬时值，在当前时刻的各瞬时值比过去的各瞬时值的最小值小的情况下，进行将过去的各瞬时值的最小值更新为当前时刻的各瞬时值的处理。

处理部22通过进行上述那样的依次更新处理而取得各信号的最大值和最小值。然后，处理部22将第一信号Hu’的最大值Max(Hu’)和最小值Min(Hu’)代入下式(6)，由此计算作为第一信号Hu’的振幅值的范数||Hu’||。处理部22将第二信号Hv’的最大值Max(Hv’)和最小值Min(Hv’)代入下式(7)，由此计算作为第二信号Hv’的振幅值的范数||Hv’||。处理部22将合成信号Huv的最大值Max(Huv)和最小值Min(Huv)代入下式(8)，计算作为合成信号Huv的振幅值的范数||Huv||。

[数式6]

||Hu’||＝{Max(Hu’)-Min(Hu’)}/2…(6)

||Hv’||＝{Max(Hv')-Min(Hv')}/2…(7)

||Huv||＝{Max(Huv)-Min(Huv)}/2…(8)

处理部22计算使第一信号Hu’的范数||Hu’||和第二信号Hv’的范数||Hv’||相等的振幅补正值。处理部22通过振幅补正值补正第一信号Hu’的波形数据所包含的全部瞬时值和第二信号Hv’的波形数据所包含的全部瞬时值中的至少一方。由此，得到振幅值(范数)相等的第一信号Hu’的波形数据和第二信号Hv’的波形数据。

如图10所示，处理部22基于振幅补正后的第一信号Hu’的波形数据和第二信号Hv’的波形数据，以第一信号Hu’为基准，计算第一信号Hu’与第二信号Hv’的相位差φ1(≈typ.-120°)。具体而言，如图10所示，处理部22通过基准编码器等对第一信号Hu’的最大值Max(Hu’)与第二信号Hv’的最大值Max(Hv’)之间的时间进行计数，并将计数结果Nmax代入下式(9)，从而计算相位差φ1。或者，处理部22也可以通过基准编码器等对第一信号Hu’的最小值Min(Hu’)与第二信号Hv’的最小值Min(Hv’)之间的时间进行计数，并将计数结果Nmin代入下式(10)，从而计算相位差φ1。在式(9)及式(10)中，Ncpr是基准编码器的分辨率。另外，在第二学习处理中，基准编码器预先安装于旋转轴上。

[数式7]

如图11所示，处理部22基于第一信号Hu’与第二信号Hv’的相位差φ1，计算合成信号Huv与第一信号Hu’的相位差φ2(≈typ.+30°)。具体而言，处理部22将第一信号Hu’与第二信号Hv’的相位差φ1代入下式(11)，由此计算合成信号Huv与第一信号Hu’的相位差φ2。

[数式8]

如图12所示，合成信号Huv与第一信号Hu’之间的相位差φ2和合成信号Huv与第一基波信号Hu的相位差相等。因此，处理部22取得合成信号Huv与第一信号Hu’的相位差φ2作为合成信号Huv与第一基波信号Hu的相位差。通过上述这样的第二学习处理，振幅补正值、合成信号Huv的范数||Huv||、以及合成信号Huv与第一基波信号Hu的相位差φ2作为学习值而得到。处理部22将通过第二学习处理所得到的各学习值存储于存储部23的非易失性存储器中。

以上是第二学习处理的说明，以下返回图5，继续信号生成处理的说明。在图5的步骤S13中，处理部22基于在步骤S12中计算出的合成信号Huv的瞬时值和通过第二学习处理预先得到的合成信号Huv的范数||Huv||，计算合成信号Huv的偏角。如图13所示，当将合成信号Huv的偏角设为ωt+φ2时，合成信号Huv的瞬时值由下式(12)表示。

[数式9]

因此，在步骤S13中，处理部22基于下式(13)计算合成信号Huv的偏角ωt+φ2。即，处理部22从存储部23的非易失性存储器读出合成信号Huv的范数||Huv||，将读出的合成信号Huv的范数||Huv||和在步骤S12中计算出的合成信号Huv的瞬时值代入下式(13)，由此计算合成信号Huv的偏角ωt+φ2。

但是，通过式(13)得到的合成信号Huv的偏角ωt+φ2被限制为0°以上且180°以下的值。因此，偏角ωt+φ2的正弦值被限制为0以上且1以下的正极性的值。因此，在本实施方式中，处理部22对计算出的偏角ωt+φ2进行扩展处理，由此取得包含在-180°以上且小于180°的范围内的偏角θ。由此，偏角θ的正弦值在-1以上且1以下的范围内取得正极性及负极性双方的值。

[数式10]

其中，-1≤(Huv/||Huv||)≤1

0≤(ωt+φ2)≤+180°

然后，处理部22基于合成信号Huv的偏角θ、合成信号Huv的范数||Huv||、以及预先准备的合成信号Huv与第一基波信号Hu之间的相位差φ2，计算与合成信号Huv存在正交关系的第三基波信号Hw的瞬时值(步骤S14)。该步骤S14相当于第四步骤，在步骤S14中执行的处理相当于第四处理。

图14是用在复平面上旋转的矢量表示与合成信号Huv存在正交关系的第三基波信号Hw的图。在通过振幅补正使第一信号Hu’的振幅值(||Hu’||)和第二信号Hv’的振幅值(||Hv’||)相等的条件成立的情况下，第一基波信号Hu的振幅值(||Hu||)和第二基波信号Hv的振幅值(||Hv||)相等。在这种情况下，合成信号Huv的范数||Huv||与第三基波信号Hw的范数||Hw||之比为1/2sin(φ2)。从而，与合成信号Huv存在正交关系的第三基波信号Hw的瞬时值由下式(14)表示。

在步骤S14中，处理部22从存储部23的非易失性存储器读出合成信号Huv的范数||Huv||和相位差φ2，将这些合成信号Huv的范数||Huv||及相位差φ2和在步骤S13中所取得的偏角θ代入下式(14)，由此计算第三基波信号Hw的瞬时值。图15是表示在复平面上合成信号Huv的矢量旋转一圈的期间得到的第三基波信号Hw的瞬时值的时间序列数据(第三基波信号Hw的波形数据)的一例的图。如图15所示，第三基波信号Hw的波形与合成信号Huv、第一基波信号Hu以及第二基波信号Hv的波形同样地为完全的正弦波形。

[数式11]

其中，φ2＝Typ.30°＞0°

返回图5，处理部22基于第一信号Hu’的瞬时值、第二信号Hv’的瞬时值以及第三基波信号Hw的瞬时值，计算在第一信号Hu’和第二信号Hv’中所含的同相信号N的瞬时值(步骤S15)。该步骤S15相当于第五步骤，在步骤S15中执行的处理相当于第五处理。具体而言，在步骤S15中，处理部22基于下式(15)及下式(16)，计算同相信号N的瞬时值。

[数式12]

Hw'＝-(Hu’+Hv')…(15)

N＝-(Hw’-Hw)/2…(16)

在步骤S15中，处理部22首先将第一信号Hu’的瞬时值和第二信号Hv’的瞬时值代入上式(15)，由此计算第三信号Hw’的瞬时值。第三信号Hw’是与第一信号Hu’和第二信号Hv’一起满足三相平衡式(Hu’+Hv’+Hw’＝0)的信号。换言之，第三信号Hw’是相对于第一信号Hu’具有240°电角度的相位延迟、且相对于第二信号Hv’具有120°电角度的相位延迟的信号。

如图14所示，当用在复平面上旋转的矢量表示第三信号Hw’时，第三信号Hw’用组合了第三基波信号Hw的矢量和同相信号N的负两倍的矢量的矢量(Hw’＝Hw-2N)表示。因此，同相信号N能够由上式(16)表示。在步骤S15中，处理部22将根据式(15)计算出的第三信号Hw’的瞬时值和在步骤S14中计算出的第三基波信号Hw的瞬时值代入式(16)，由此计算同相信号N的瞬时值。图15表示第三信号Hw’的波形以及同相信号N的波形的一例。

返回图5，处理部22通过从第一信号Hu’的瞬时值减去同相信号N的瞬时值，计算第一基波信号Hu的瞬时值(步骤S16)。该步骤S16相当于第六步骤，在步骤S16中执行的处理相当于第六处理。如果参照式(2)，则能够容易理解，通过从第一信号Hu’的瞬时值减去同相信号N的瞬时值，能够计算出第一基波信号Hu的瞬时值。

最后，处理部22通过从第二信号Hv’的瞬时值减去同相信号N的瞬时值，计算第二基波信号Hv的瞬时值(步骤S17)。该步骤S17相当于第七步骤，在步骤S17中执行的处理相当于第七处理。如果参照式(3)，则能够容易理解，通过从第二信号Hv’的瞬时值减去同相信号N的瞬时值，能够计算出第二基波信号Hv的瞬时值。

每当采样定时到来时，便由处理部22执行包含上述那样的从步骤S11到步骤S17的处理的信号生成处理。其结果，如图16所示，得到第一基波信号Hu的瞬时值的时间序列数据(第一基波信号Hu的波形数据)、第二基波信号Hv的瞬时值的时间序列数据(第二基波信号Hv的波形数据)、以及第三基波信号Hw的瞬时值的时间序列数据(第三基波信号Hw的波形数据)。如图16所示，第一基波信号Hu、第二基波信号Hv以及第三基波信号Hw的波形为完全的正弦波形。另外，第一基波信号Hu、第二基波信号Hv以及第三基波信号Hw相互具有120°电角度的相位差。

通过以上那样的信号生成处理，能够基于从三个磁传感器11、12以及13中除了异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号，生成相互具有120°电角度的相位差的三相的基波信号。

返回到图3，处理部22执行位置推定处理(步骤S4)，该位置推定处理是基于从除了异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号和所生成的剩余一相的信号，推定马达100的旋转位置。即，处理部22基于相互具有120°电角度的相位差的三相的基波信号Hu、Hv及Hw，推定马达100的旋转位置。该步骤S4相当于位置推定步骤。

为了取得马达100的旋转位置的推定所需的学习值，事先进行第三学习处理。以下，对事先进行的第三学习处理进行说明。第三学习处理在磁传感器11、12以及13全部正常的状态下进行。

在第三学习处理中，处理部22在传感器磁体120与转子轴110一起旋转的状态下，取得U相信号Hu’、V相信号Hv’以及W相信号Hw’的每一个的波形数据(瞬时值的时间序列数据)。然后，基于这三个波形数据，处理部22计算包含在U相信号Hu’中的第一基波信号Hu的波形数据、包含在V相信号Hv’中的第二基波信号Hv的波形数据以及包含在W相信号Hw’中的第三基波信号Hw的波形数据。另外，作为从三个磁传感器11、12及13输出的三相信号的每一个提取基波信号的运算式，能够使用例如日本专利第6233532号公报中记载的式(1)、式(2)以及式(3)。

如图17所示，处理部22基于三个基波信号Hu、Hv及Hw的波形数据，将机械角度一周期分割为与表示四个磁极对各自的极对位置的极对编号关联的四个极对区域，再将四个极对区域分别分割为多个节，对多个节分别关联表示转子轴110的旋转位置的段号。

在本实施方式中，为了推定转子轴110的旋转位置，对传感器磁体120的四个磁极对分配表示磁极对位置的磁极对编号。例如，如图1所示，绕顺时针，以“0”、“1”、“2”、“3”的顺序对传感器磁体120的四个磁极对分配磁极对编号。

如图17所示，处理部22基于在机械角度一周期所得到的基波信号Hu、Hv以及Hw的波形数据，将机械角度一周期分割为四个极对区域。在图17中，从时刻t1到时刻t5的期间相当于机械角度一周期。在图17中，“No.C”表示极对编号。

处理部22将机械角度一周期中的从时刻t1到时刻t2的期间分割为与极对编号“0”关联的极对区域。

处理部22将机械角度一周期中的从时刻t2到时刻t3的期间分割为与极对编号“1”关联的极对区域。

处理部22将机械角度一周期中的从时刻t3到时刻t4的期间分割为与极对编号“2”关联的极对区域。

处理部22将机械角度一周期中的从时刻t4到时刻t5的期间分割为与极对编号“3”关联的极对区域。

如图17所示，处理部22基于在机械角度一周期中所得到的基波信号Hu、Hv及Hw的波形数据，将四个极对区域分别进一步分割为12个节，并对12个节分别关联表示转子轴110的旋转位置的段号。在图17中，“No.A”表示分配给节的节号，“No.B”表示段号。

如图17所示，对四个极对区域的每一个所含有的12个节分配从“0”到“11”的节号。另一方面，将在机械角度一周期的整个期间连续的编号作为段号与各节取得关联。具体而言，如图17所示，在与极对编号“0”关联的极对区域中，将段号“0”到“11”与节号“0”到“11”关联。在与极对编号“1”关联的极对区域中，将段号“12”至“23与节号“0”至“11”关联。在与极对编号“2”关联的极对区域中，将段号“24”至“35”与节号“0”至“11”关联。在与极对编号“3”关联的极对区域中，将段号“36”至“47”与节号“0”至“11”关联。

图18是一个极对区域所含的基波信号Hu、Hv以及Hw的放大图。以下，参照图18，说明将极对区域分割为12个节的方法。在图18中，振幅的基准值为“0”。在图18中，作为一例，正值的振幅的数字值表示N极的磁场强度的数字值。另外，作为一例，负值的振幅的数字值表示S极的磁场强度的数字值。

处理部22提取四个极对区域的每一个所包含的三个基波信号Hu、Hv以及Hw与基准值“0”交叉的点即零交叉点。如图18所示，处理部22提取点P1、点P3、点P5、点P7、点P9、点P11以及点P13作为零交叉点。

然后，处理部22提取四个极对区域的每一个所包含的三个基波信号Hu、Hv以及Hw相互交叉的点即交点。如图18所示，处理部22提取点P2、点P4、点P6、点P8、点P10以及点P12作为交点。然后，处理部22将彼此相邻的零交叉点和交点之间的区间决定为节。

如图18所示，处理部22将零交叉点P1与交点P2之间的区间决定为分配节号“0”的节。

处理部22将交点P2与零交叉点P3之间的区间决定为分配节号“1”的节。

处理部22将零交叉点P3与交点P4之间的区间决定为分配节号“2”的节。

处理部22将交点P4与零交叉点P5之间的区间决定为分配节号“3”的节。

处理部22将零交叉点P5与交点P6之间的区间决定为分配节号“4”的节。

处理部22将交点P6与零交叉点P7之间的区间决定为分配节号“5”的节。

处理部22将零交叉点P7与交点P8之间的区间决定为分配节号“6”的节。

处理部22将交点P8与零交叉点P9之间的区间决定为分配节号“7”的节。

处理部22将零交叉点P9与交点P10之间的区间决定为分配节号“8”的节。

处理部22将交点P10与零交叉点P11之间的区间决定为分配节号“9”的节。

处理部22将零交叉点P11与交点P12之间的区间决定为分配节号“10”的节。

处理部22将交点P12与零交叉点P13之间的区间决定为分配节号“11”的节。

进一步地，处理部22按节提取基波信号Hu、Hv以及Hw的瞬时值(数字值)的大小关系以及各瞬时值的正负符号等特征数据，并将所提取出的特征数据与各节的节号关联。

通过执行以上那样的处理，如图17所示，将机械角度一周期分割为与极对编号关联的四个极对区域，将四个极对区域分别分割为12个节，对各节的节号分别关联段号。另外，在以下的说明中，例如，将分配了节号“0”的节称为“0号节”，将分配了节号“11”的节称为“11号节”。

处理部22取得与节号关联的特征数据和表示与节号相关联且表示旋转位置的段号与表示极对位置的极对编号的对应关系的数据作学习数据，并将所取得的学习数据存储于存储部23中。以上是第三学习处理的说明。

在步骤S4中，处理部22当开始位置推定处理时，首先，基于在步骤S3中得到的各基波信号Hu、Hv以及Hw的瞬时值，从12个节中确定当前的节。例如在图18中，假设位于第一基波信号Hu的波形上的点PHu、位于第二基波信号Hv的波形上的点PHv、以及位于第三基波信号Hw的波形上的点PHw是在任意的采样定时得到的各基波信号Hu、Hv以及Hw的瞬时值。处理部22提取点PHu、点PHv以及点PHw的瞬时值的大小关系和各瞬时值的正负的符号等特征数据，将提取出的特征数据与存储于存储部23中的学习数据进行对照，由此将与提取出的特征数据一致的特征数据所关联的节号确定为当前的节。在图18的示例中，9号节被确定为当前的节。

然后，处理部22基于所确定的当前的节(节号)和存储于存储部23的学习数据，将当前的段号决定为马达100的旋转位置。例如，如上所述，假设9号节被确定为当前的节。另外，假设得到点PHu、点PHv以及点PHw的瞬时值时的极对编号为“2”。在该情况下，如图17所示，处理部22将段号“33”决定为马达100的旋转位置。

如上所述，本实施方式的位置检测装置具备：三个磁传感器，其与和马达同步旋转的磁铁对置且沿磁铁的旋转方向以预定间隔配置；以及信号处理部，其对从三个磁传感器输出的且相互具有120°电角度的相位差的三相的信号进行处理。信号处理部执行：取得处理，通过对三相的信号所含的U相信号、V相信号以及W相信号分别进行数字转换，取得U相信号的瞬时值Hu’、V相信号的瞬时值Hv’以及W相信号的瞬时值Hw’；异常判别处理，通过判定U相信号的瞬时值Hu’、V相信号的瞬时值Hv’以及W相信号的瞬时值Hw’是否在第一情况、第二情况以及第三情况的全部情况下满足式(1)，确定三个磁传感器中异常的磁传感器即异常传感器；信号生成处理，基于从三个磁传感器中除了异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号，生成剩余一相的信号；以及位置推定处理，其基于从除了异常传感器以外的两个磁传感器输出的二相的信号和所生成的剩余一相的信号，推定马达的旋转位置。

根据这样的本实施方式，即使在三个磁传感器中的一个磁传感器发生了异常的情况下，通过基于从除了异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号生成剩余一相的信号，也能够继续进行马达的旋转位置的推定。因此，与准备两个系统的检测马达的旋转所需的电路的现有技术相比，能够实现装置的小型化和部件成本的削减。

在将从除了异常传感器的两个磁传感器输出的二相的信号中的一个信号设为第一信号、将相对于第一信号具有120°电角度的相位延迟的另一个信号设为第二信号的情况下，本实施方式的信号处理部在信号生成处理中执行：第一处理，取得第一信号的瞬时值和第二信号的瞬时值；第二处理，通过从第一信号的瞬时值减去第二信号的瞬时值，计算第一信号所含的第一基波信号与第二信号所含的第二基波信号的合成信号的瞬时值；第三处理，基于合成信号的瞬时值和预先准备的合成信号的范数，计算出合成信号的偏角；以及第四处理，基于合成信号的偏角、合成信号的范数、以及预先准备的合成信号与第一基波信号的相位差，计算与合成信号处于正交关系的第三基波信号的瞬时值。

由此，能够根据由除了异常传感器的两个磁传感器得到的二相的信号(第一信号和第二信号)，生成不包含同相信号的第三相的信号(第三基波信号)。

本实施方式的信号处理部在第三处理中，基于式(13)计算合成信号的偏角ωt+φ2，并对计算出的偏角ωt+φ2进行扩展处理，由此取得包含在-180°以上且小于180°的范围内的偏角θ。

由此，通过处理负荷小的简单的数式，能够根据合成信号的瞬时值以及范数计算合成信号的偏角ωt+φ2。另外，在基于式(13)计算合成信号的偏角ωt+φ2时，也可以通过使用了表值的插值处理计算合成信号的偏角ωt+φ2。另外，对计算出的偏角ωt+φ2进行扩展处理，取得包含在-180°以上且小于180°的范围内的偏角θ，由此偏角θ的正弦值能够在-1以上且1以下的范围内取正极性及负极性双方的值，因此能够使通过第四处理生成的第三基波信号的波形成为完全的正弦波形。

本实施方式的信号处理部在第二处理中，基于预先准备的使第一信号的振幅值和第二信号的振幅值相等的振幅补正值，对第一信号的瞬时值和第二信号的瞬时值中的至少一方进行补正，信号处理部在第四处理中，将合成信号的范数||Huv||、相位差φ2以及偏角θ代入式(14)，由此计算第三基波信号的瞬时值。

由此，通过处理负荷小的简单的数式，根据合成信号的范数及偏角和合成信号与第一基波信号的相位差，能够计算与合成信号处于正交关系的第三基波信号的瞬时值。

本实施方式的信号处理部还执行：第五处理，基于第一信号的瞬时值、第二信号的瞬时值以及第三基波信号的瞬时值，计算同相信号的瞬时值；第六处理，通过从第一信号的瞬时值减去同相信号的瞬时值，计算第一基波信号的瞬时值；以及第七处理，通过从第二信号的瞬时值减去同相信号的瞬时值，计算第二基波信号的瞬时值。

由此，能够从第一信号中提取具有正弦波形的第一基波信号，能够从第二信号中提取具有正弦波形且相对于第一基波信号具有120°电角度的相位延迟的第二基波信号。

本实施方式的信号处理部在第五处理中，基于式(15)和式(16)计算同相信号的瞬时值。

由此，通过处理负荷小的简单的数式，能够从第一信号和第二信号中提取同相信号。

本实施方式的信号处理部切断对三个磁传感器中的异常传感器的电源供给。

这样，通过切断对异常传感器的电源供给，能够保护位置检测装置的内部电路。

(变形例)

本发明不限于上述实施方式，在本说明书中所说明的各结构能够在不相互矛盾的范围内适当组合。

例如，在上述实施方式中对磁传感器13为异常传感器的情况下的信号生成处理进行了说明。即，在上述实施方式中，说明了从磁传感器11输出的U相信号Hu’是第一信号、从磁传感器12输出的V相信号Hv’是第二信号的情况下的信号生成处理。与此相对，在磁传感器11为异常传感器的情况下，能够将从磁传感器12输出的V相信号Hv’作为第一信号，将从磁传感器13输出的W相信号Hw’作为第二信号来执行信号生成处理。另外，在磁传感器12为异常传感器的情况下，能够将从磁传感器13输出的W相信号Hw’作为第一信号，将从磁传感器11输出的U相信号Hu’作为第二信号来执行信号生成处理。

在上述实施方式中，示例了处理部22通过将输出端口P1的输出电压切换为低电平来切断对磁传感器11的电源供给的情况。与此相对，也可以采用如下结构：在输出端口P1与磁传感器11之间设置具有晶体管的缓冲器，通过输出端口P1的输出电压控制缓冲器，由此切断对磁传感器11的电源供给。对于磁传感器12和13也同样。

例如，在上述实施方式中，示例了马达与位置检测装置的组合，但本发明不限于该方式，也可以是安装于旋转轴的传感器磁体与位置检测装置的组合。

在上述实施方式中，示例了在旋转轴的轴向上，三个磁传感器以与圆板状的传感器磁体对置的状态配置的方式，但本发明并不限定于该方式。例如，在使用环状磁铁代替圆板状的传感器磁体的情况下，由于磁通沿环状磁铁的半径方向流入，因此也可以在环状磁铁的半径方向上以与环状磁铁对置的状态配置三个磁传感器。

在上述实施方式中，作为旋转的磁铁，示例了使用安装于马达100的转子轴110的传感器磁体120的情况，但也可以将安装于马达100的转子的转子磁体用作旋转的磁铁。转子磁体也是与转子轴110同步旋转的磁铁。

在上述实施方式中，示例了传感器磁体120具有四个磁极对的情况，但传感器磁体120的极对数不限定于四个。在使用转子磁体作为旋转磁铁的情况下，转子磁体的极对数也同样地不限定于四个。

符号说明

1—位置检测装置，11、12、13—磁传感器，20—信号处理部，21—电源电路，22—处理部，23—存储部，100—马达，110—转子轴，120—传感器磁体(磁铁)，200—直流电源。