CN117063388A - 三相信号发生装置及三相信号发生方法 - Google Patents

Abstract

本发明的三相信号发生装置的一个方面包括：输出第一信号的第一磁传感器；输出相对于第一信号具有120°电气角的相位延迟的第二信号的第二磁传感器；以及信号处理部。信号处理部执行：第一处理，该第一处理获取第一信号的瞬时值和第二信号的瞬时值；第二处理，该第二处理计算第一信号中包含的第一基波信号和第二信号中包含的第二基波信号的合成信号的瞬时值；第三处理，该第三处理计算合成信号的偏角；以及第四处理，该第四处理计算与合成信号有正交关系的第三基波信号的瞬时值。

Description

三相信号发生装置及三相信号发生方法

技术领域

本发明涉及三相信号发生装置和三相信号发生方法。

背景技术

以往，作为能够准确控制旋转位置的电动机，已知具备光学编码器、旋转变压器等绝对角位置传感器的结构。但是，绝对角位置传感器是大型，且高成本的。因此，专利文献1公开了一种基于使用廉价且小型的3个磁传感器生成的三相信号来推定电动机的旋转位置的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6233532号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

根据上述专利文献1记载的位置推定方法，使用3个磁传感器生成旋转位置的推定所需的三相信号，但是期望一种能够以更廉价且小型的装置结构实现三相信号的生成的技术。

用于解决技术问题的技术手段

本发明的三相信号发生装置的一个方面包括：第一磁传感器，该第一磁传感器与旋转的磁体相对，并输出表示磁场强度的第一信号；第二磁传感器，该第二磁传感器与所述磁体相对，并输出相对于所述第一信号具有120°电气角的相位延迟的第二信号；以及信号处理部，该信号处理部用于处理所述第一信号和所述第二信号，所述信号处理部执行：第一处理，该第一处理通过对所述第一信号和所述第二信号进行数字转换，来获取所述第一信号的瞬时值和所述第二信号的瞬时值；第二处理，该第二处理通过从所述第一信号的瞬时值减去所述第二信号的瞬时值，来计算所述第一信号中包含的第一基波信号和所述第二信号中包含的第二基波信号的合成信号的瞬时值；第三处理，该第三处理基于所述合成信号的瞬时值和预先准备的所述合成信号的范数来计算所述合成信号的偏角；以及第四处理，该第四处理基于所述合成信号的偏角、所述合成信号的范数、预先准备的所述合成信号和所述第一基波信号之间的相位差，来计算与所述合成信号具有正交关系的第三基波信号的瞬时值。

本发明的三相信号发生方法的一个方面是使用：第一磁传感器，该第一磁传感器与旋转的磁体相对，并输出表示磁场强度的第一信号；以及第二磁传感器，该第二磁传感器与所述磁体相对并输出相对于第一信号具有120°电气角的相位延迟的第二信号，并且该三相信号发生方法包括：第一步骤，该第一步骤中通过对所述第一信号和所述第二信号进行数字转换，来获取所述第一信号的瞬时值和所述第二信号的瞬时值；第二步骤，该第二步骤中通过从所述第一信号的瞬时值减去所述第二信号的瞬时值，来计算所述第一信号中包含的第一基波信号和所述第二信号中包含的第二基波信号的合成信号的瞬时值；第三步骤，该第三步骤中基于所述合成信号的瞬时值和预先准备的所述合成信号的范数来计算所述合成信号的偏角；以及第四步骤，该第四步骤中基于所述合成信号的偏角、所述合成信号的范数、预先准备的所述合成信号和所述第一基波信号之间的相位差，来计算与所述合成信号具有正交关系的第三基波信号的瞬时值。

发明效果

根据本发明的上述方面，提供了一种能够使用2个磁传感器生成三相信号的三相信号发生装置和三相信号发生方法。因此，与使用3个磁传感器的现有技术相比，三相信号的生成能以更廉价且更小型的装置结构来实现。

附图说明

图1是示意性地表示本实施方式的三相信号发生装置的结构的框图。

图2是示出在本实施方式1中的三相信号发生装置的处理部执行的信号生成处理的流程图。

图3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4是示出在第一信号Hu′的矢量在复平面上旋转一次的期间内获得的第一信号Hu′的波形数据、在第二信号Hv′的矢量在复平面上旋转一次的期间内获得的第二信号Hv′的波形数据的一个示例的图。

图5是用在复平面上旋转的矢量表示第一基波信号Hu和第二基波信号Hv的合成信号Huv的图。

图6是示出在第一信号Hu′和第二信号Hv′的矢量在复平面上旋转一次的期间内获得的合成信号Huv的波形数据的一个示例的图。

图7是与在学习处理中计算第一信号Hu′和第二信号Hv′之间的相位差的方法相关的说明图。

图8是与在学习处理中计算合成信号Huv和第一信号Hu′之间的相位差的方法相关的说明图。

图9是示出合成信号Huv和第一基波信号Hu之间的相位差等于合成信号Huv和第一信号Hu′之间的相位差的说明图。

图10是与合成信号Huv的偏角相关的说明图。

图11是用在复平面上旋转的矢量来表示与合成信号Huv具有正交关系的第三基波信号Hw的图。

图12是示出在合成信号Huv的矢量在复平面上旋转一次的期间内获得的第三基波信号Hw的波形数据的一个示例的图。

图13是示出第一基波信号Hu的波形数据、第二基波信号Hv的波形数据、第三基波信号Hw的波形数据的一个示例的图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的一个实施方式详细地进行说明。图1是示意性示出本发明的一个实施方式的三相信号发生装置1的结构的框图。如图1所示，三相信号发生装置1是产生三相的基波信号的装置，该三相的基波信号用于表示根据电动机100的旋转位置(旋转角)而变化的磁场强度。在本实施方式中，三相的基波信号是指在电气角上彼此具有120°相位差的3个基波信号。

在本实施方式中，电动机100例如是内转子型三相无刷DC电动机。电动机100具有转轴110和传感器磁体120。转轴110是安装到电动机100的转子的旋转轴。电动机100的旋转位置是指转轴110的旋转位置。

传感器磁体120是安装在转轴110上，并与转轴110同步旋转的圆盘状磁体。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，作为一个示例，传感器磁体120具有4个磁极对。另外，磁极对是指成对的N极和S极。也就是说，在本实施方式中，传感器磁体120具有4对N极和S极，并且合计具有8个磁极。

三相信号发生装置1包括第一磁传感器10、第二磁传感器20、信号处理部30。尽管在图1中省略图示，但是电动机100上安装有电路基板，第一磁传感器10、第二磁传感器20和信号处理部30配置在电路基板上。传感器磁体120配置在不与电路基板发生干涉的位置处。传感器磁体120可以配置在电动机100的壳体的内部或壳体的外部。

第一磁传感器10和第二磁传感器20配置在电路基板上且处于与传感器磁体120相对的状态。在本实施方式中，第一磁传感器10和第二磁传感器20沿着传感器磁体120的旋转方向CW以30°间隔配置在电路基板上。例如，第一磁传感器10和第二磁传感器20分别是包括例如霍尔元件或线性霍尔IC等磁阻元件的模拟输出型的磁传感器。第一磁传感器10和第二磁传感器20分别输出表示根据转轴110的旋转位置即传感器磁体120的旋转位置而变化的磁场强度的模拟信号。

从第一磁传感器10和第二磁传感器20输出的模拟信号的一个电气角周期相当于一个机械角周期的1/P。在本实施方式中，由于传感器磁体120的极对数P为“4”，因此各个模拟信号的一个电角周期相当于一个机械角周期的1/4，即相当于90°的机械角。此外，从第二磁传感器20输出的模拟信号相对于从第一磁传感器10输出的模拟信号具有电气角120°的相位延迟。

以下，将从第一磁传感器10输出的模拟信号称为第一信号Hu′，将从第二磁传感器20输出的模拟信号被称为第二信号Hv′。第一磁传感器10与作为旋转的磁体的传感器磁体120相对，并将表示磁场强度的第一信号Hu′输出到信号处理部30。第二磁传感器20与传感器磁体120相对，并将相对于第一信号Hu′具有120°电气角的相位延迟的第二信号Hv′输出到信号处理部30。

信号处理部30是用于处理从第一磁传感器10输出的第一信号Hu′和从第二磁传感器20输出的第二信号Hv′的信号处理电路。信号处理部30基于第一信号Hu′和第二信号Hv′生成三相的基波信号，该三相的基波信号表示根据传感器磁体120的旋转位置而变化的磁场强度。信号处理部30包括处理部31、存储部32。

处理部31是例如MCU(Microcontroller Unit：微控制器单元)等微处理器。从第一磁传感器10输出的第一信号Hu′和从第二磁传感器20输出的第二信号Hv′被输入到处理部31。处理部31经由未图示出的通信总线以能够通信的方式连接到存储部32。尽管后面将描述详细情况，处理部31根据预先存储在存储部32中的程序执行信号生成处理。信号生成处理是基于第一信号Hu′和第二信号Hv′生成三相的基波信号的处理。

存储部32包括：存储使处理部31执行各种处理所需的程序以及各种设定数据等的非易失性存储器；以及在处理部31执行各种处理时作为数据的暂时保存目的地使用的易失性存储器。非易失性存储器例如是EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory：电子可擦除编程只读存储器)或闪存等。易失性存储器例如是RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)等。

接着，对处理部31所执行的信号生成处理进行说明。在传感器磁体120与转轴110一起旋转时，从第一磁传感器10输出表示根据传感器磁体120的旋转位置而变化的磁场强度的第一信号Hu′，从第二磁传感器20输出相对于第一信号Hu′具有120°电气角的相位延迟的第二信号Hv′。

处理部31中内置有A/D转换器，处理部31通过A/D转换器以规定的采样频率对第一信号Hu′和第二信号Hv′进行数字转换。处理部31在每次数字转换的执行定时，即采样定时到来时，执行图2的流程图所示的信号生成处理。

如图2所示，在采样定时到来时，如上所述，处理部31对伴随着传感器磁体120的旋转而输出到处理部31的第一信号Hu′和第二信号Hv′进行数字转换，从而获取第一信号Hu′的瞬时值和第二信号Hv′的瞬时值作为数字值(步骤S1)。该步骤S1相当于第一步骤，在步骤S1中执行的处理相当于第一处理。

图3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3中，横轴为实数轴，纵轴为虚数轴。第一信号Hu′和第二信号Hv′在复平面上沿箭头方向以角速度ω旋转。如图3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。用第一基波信号Hu和同相信号N的合成矢量表示第一信号Hu′。即，第一信号Hu′用下式(1)表示。第二信号Hv′包括作为基波信号的第二基波信号Hv、同相信号N。用第二基波信号Hv和同相信号N的合成矢量表示第二信号Hv′。即，第二信号Hv′用下式(2)表示。同相信号N是包括直流信号和三次谐波信号等的噪声信号。

[数学式1]

Hu’＝Hu+N···(1)

Hv’＝Hv+N···(2)

在步骤S1中获得的第一信号Hu′的瞬时值对应于在图3中用矢量表示的第一信号Hu′的实数部分(投影在实数轴上的部分)。同样地，在步骤S1中获得的第二信号Hv′的瞬时值相当于图3中用矢量表示的第二信号Hv′的实数部分。例如，第一信号Hu′的瞬时值用下式(3)表示。在下式(3)中，||Hu′||是第一信号Hu′的范数，k是1以上的整数。

[数学式2]

Hu’＝||Hu’||·cos(ωkt)·•·(3)

图4是示出在第一信号Hu′的矢量在复平面上旋转一次的期间内获得的第一信号Hu′的瞬时值的时间序列数据(第一信号Hu′的波形数据)、在第二信号Hv′的矢量在复平面上旋转一次的期间内获得的第二信号Hv′的瞬时值的时间序列数据(第二信号Hv′的波形数据)的一个示例的图。在图4中，横轴表示时间，纵轴表示数字值。如图4所示，包括同相信号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。

返回到图2，处理部31通过从第一信号Hu′的瞬时值减去第二信号Hv′的瞬时值，从而计算第一信号Hu′中包含的第一基波信号Hu和第二信号Hv′中包含的第二基波信号Hv的合成信号Huv的瞬时值(步骤S2)。该步骤S2相当于第二步骤，在步骤S2中执行的处理相当于第二处理。

如下式(4)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，从而抵消包含在两个信号中的同相信号N，得到第一基波信号Hu和第二基波信号Hv的合成信号Huv的瞬时值。图5是用在复平面上旋转的矢量表示第一基波信号Hu和第二基波信号Hv的合成信号Huv的图。图6是示出在第一信号Hu′和第二信号Hv′的矢量在复平面上旋转一次的期间内获得的合成信号Huv的瞬时值的时间序列数据(合成信号Huv的波形数据)的一个示例的图。如图6所示，合成信号Huv的波形是完全的正弦波形。

[数学式3]

Huv＝Hu’-Hv’

＝Hu+N-Hv-N

＝Hu-Hv···(4)

在步骤S2，处理部31在计算合成信号Huv的瞬时值之前，基于预先准备的振幅校正值，校正第一信号Hu′的瞬时值和第二信号Hv′的瞬时值中的至少一方。振幅校正值是使第一信号Hu′的振幅值与第二信号Hv′的振幅值相等的校正值。振幅校正值是通过预先进行的学习处理获得的学习值之一，并且预先存储在存储部32的非易失性存储器中。即，在步骤S2，处理部31从存储部32的非易失性存储器读取振幅校正值，并且基于所读取的振幅校正值，校正第一信号Hu′的瞬时值和第二信号Hv′的瞬时值中的至少一方，使得第一信号Hu′的振幅值与第二信号Hv′的振幅值相等。

返回到图2，处理部31基于合成信号Huv的瞬时值和预先准备的合成信号Huv的范数来计算合成信号Huv的偏角(步骤S3)。该步骤S3相当于第三步骤，在步骤S3中执行的处理相当于第三处理。

合成信号Huv的范数是与上述振幅校正值同样地通过预先进行的学习处理获得的学习值之一，并且预先存储在存储部32的非易失性存储器中。除了振幅校正值和合成信号Huv的范数之外，合成信号Huv和第一基波信号Hu之间的相位差也作为学习值预先存储在存储部32的非易失性存储器中。下面，对事先进行的学习处理进行说明。

在传感器磁体120与转轴110一起旋转的状态下进行学习处理。在学习处理中，处理部31以规定的采样频率重复上述步骤S1和步骤S2的处理，直到至少经过了与第一信号Hu′和第二信号Hv′的一个电气角周期对应的时间，即，至少传感器磁体120旋转90°的机械角为止。换句话说，处理部31以规定的采样频率重复上述步骤S1和步骤S2的处理，直到第一信号Hu′和第二信号Hv′的矢量在复平面上至少旋转一次为止。

由此，处理部31依次获取第一信号Hu’的瞬时值、第二信号Hv’的瞬时值、合成信号Huv的瞬时值，比较过去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，在当前时刻的各瞬时值大于过去的各瞬时值的最大值的情况下，处理部31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。此外，处理部31依次获取第一信号Hu’的瞬时值、第二信号Hv’的瞬时值、合成信号Huv的瞬时值，比较过去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小于过去的各瞬时值的最小值的情况下，处理部31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31通过进行如上所述的依次更新处理来获取各个信号的最大值和最小值。然后，处理部31通过将第一信号Hu′的最大值Max(Hu′)和最小值Min(Hu′)代入到下式(5)中来计算作为第一信号Hu′的振幅值的范数||Hu′||。处理部31通过将第二信号Hv′的最大值Max(Hv′)和最小值Min(Hv′)代入到下式(6)中来计算作为第二信号Hv′的振幅值的范数||Hv′||。处理部31通过将合成信号Huv的最大值Max(Huv)和最小值Min(Huv)代入到下式(7)中来计算作为合成信号Huv的振幅值的范数||Huv||。

[数学式4]

||Hu’||＝{Max(Hu’)-Min(Hu’)}/2···(5)

||Hv’||＝{Max(Hv’)-Min(Hv’)}/2···(6)

||Huv||＝{Max(Huv)-Min(Huv)}/2···(7)

处理部31计算使第一信号Hu′的范数||Hu′||等于第二信号Hv′的范数||Hv′||的振幅校正值。处理部31通过振幅校正值校正第一信号Hu′的波形数据中包含的所有瞬时值和第二信号Hv′的波形数据中包含的所有瞬时值中的至少一方。由此，获得振幅值(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7所示，处理部31基于经振幅校正后的第一信号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′和第二信号Hv′之间的相位差具体地，如图7所示，处理部31通过使用基准编码器等对第一信号Hu′的最大值Max(Hu′)和第二信号Hv′的最大值Max(Hv′)之间的时间进行计数，并将计数结果Nmax代入到下式(8)来计算相位差或者，处理部31可以通过使用基准编码器等对第一信号Hu′的最小值Min(Hu′)和第二信号Hv′的最小值Min(Hv′)之间的时间进行计数，并将计数结果Nmin代入到下式(9)来计算相位差在式(8)和式(9)中，Ncpr是基准编码器的分辨率。在学习处理中，基准编码器预先安装在旋转轴上。

[数学式5]

如图8所示，处理部31基于第一信号Hu′和第二信号Hv′之间的相位差计算合成信号Huv和第一信号Hu′之间的相位差具体地，处理部31通过将第一信号Hu′和第二信号Hv′之间的相位差代入下式(10)，计算合成信号Huv和第一信号Hu′之间的相位差

[数学式6]

如图9所示，合成信号Huv和第一信号Hu′之间的相位差等于合成信号Huv和第一基波信号Hu之间的相位差。因此，处理部31获取合成信号Huv和第一信号Hu′之间的相位差作为合成信号Huv和第一基波信号Hu之间的相位差。通过如上所述的学习处理，获取振幅校正值、合成信号Huv的范数||Huv||、合成信号Huv和第一基波信号Hu之间的相位差作为学习值。

处理部31将这些学习值存储在存储部32的非易失性存储器中。

以上是对学习处理的说明，下面返回图2继续对信号生成处理的说明。在图2的步骤S3，处理部31基于在步骤S2中计算出的合成信号Huv的瞬时值、通过学习处理预先获得的合成信号Huv的范数||Huv||，计算合成信号Huv的偏角。如图10所示，在合成信号Huv的偏角为时，合成信号Huv的瞬时值用下式(11)表示。

[数学式7]

因此，在步骤S3，处理部31基于下式(12)计算合成信号Huv的偏角即，处理部31从存储部32的非易失性存储器读取出合成信号Huv的范数||Huv||，并将读取出的合成信号Huv的范数||Huv||和在步骤S2中计算出的合成信号Huv的瞬时值代入下式(12)，由此计算合成信号Huv的偏角

然而，通过式(12)获得的合成信号Huv的偏角被限制为0°以上且180°以下的值。因此，偏角的正弦值被限制为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31通过对计算出的偏角进行扩展处理，获得包含在-180°以上且小于180°的范围内的偏角θ。由此，偏角θ的正弦值可以在-1以上且1以下的范围内取得正极性的和负极性的值。

[数学式8]

其中，-1≤(Huv/||Huv||≤1

然后，处理部31基于合成信号Huv的偏角θ、合成信号Huv的范数||Huv||、预先准备的合成信号Huv与第一基波信号Hu之间的相位差计算与合成信号Huv有正交关系的第三基波信号Hw的瞬时值(步骤S4)。该步骤S4相当于第四步骤，在步骤S4中执行的处理相当于第四处理。

图11是用在复平面上旋转的矢量来表示与合成信号Huv具有正交关系的第三基波信号Hw的图。在通过振幅校正，从而使第一信号Hu′的振幅值(||Hu′||)与第二信号Hv′的振幅值(||Hv′||)相等的条件成立时，第一基波信号Hu的振幅值(||Hu||)与第二基波信号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||之比为因此，与合成信号Huv具有正交关系的第三基波信号Hw的瞬时值用下式(13)表示。

在步骤S4，处理部31从存储部32的非易失性存储器读取合成信号Huv的范数||Huv||和相位差并且将这些合成信号Huv的范数||Huv||以及相位差在步骤S3中获取的偏角θ代入下式(13)，从而计算第三基波信号Hw的瞬时值。图12是示出在合成信号Huv的矢量在复平面上旋转一次的期间内获得的第三基波信号Hw的瞬时值的时间序列数据(第三基波信号Hw的波形数据)的一个示例的图。如图12所示，与合成信号Huv、第一基波信号Hu和第二基波信号Hv的波形同样，第三基波信号Hw的波形是完全的正弦波形。

[数学式9]

其中，

返回到图2，处理部31基于第一信号Hu′的瞬时值、第二信号Hv′的瞬时值、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′中包含的同相信号N的瞬时值(步骤S5)。该步骤S5相当于第五步骤，在步骤S5中执行的处理相当于第五处理。具体地，在步骤S5，处理部31基于下式(14)和下式(15)计算同相信号N的瞬时值。

[数学式10]

Hw'＝-(Hu'+Hv’)···(14)

N-(Hw'-HW)/2···(15)

在步骤S5，处理部31首先通过将第一信号Hu′的瞬时值和第二信号Hv′的瞬时值代入到上述式(14)中，来计算第三信号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。换句话说，第三信号Hw′是相对于第一信号Hu′具有240°电气角的相位延迟，且相对于第二信号Hv′具有120°电气角的相位延迟的信号。

如图11所示，在用在复平面上旋转的矢量表示第三信号Hw′时，用通过将第三基波信号Hw的矢量与同相信号N的-2倍的矢量合成而得到的矢量(Hw′＝Hw-2N)表示第三信号Hw′。因此，可以用上式(15)表示同相信号N。在步骤S5，处理部31将通过式(14)计算出的第三信号Hw′的瞬时值和在步骤S4计算出的第三基波信号Hw的瞬时值代入式(15)，从而计算同相信号N的瞬时值。在图12示出了第三信号Hw′的波形和同相信号N的波形的一个示例。

返回到图2，处理部31通过从第一信号Hu′的瞬时值减去同相信号N的瞬时值，来计算第一基波信号Hu的瞬时值(步骤S6)。该步骤S6相当于第六步骤，在步骤S6中执行的处理相当于第六处理。若参照上式(1)，则可以容易地理解，通过从第一信号Hu′的瞬时值减去同相信号N的瞬时值，可以计算第一基波信号Hu的瞬时值。

最后，处理部31通过从第二信号Hv′的瞬时值减去同相信号N的瞬时值，来计算第二基波信号Hv的瞬时值(步骤S7)。该步骤S7相当于第七步骤，在步骤S7中执行的处理相当于第七处理。若参照上式(2)，则可以容易地理解，通过从第二信号Hv′的瞬时值减去同相信号N的瞬时值，可以计算第二基波信号Hv的瞬时值。

每次采样定时到来时，由处理部31执行包括上述的从步骤S1到步骤S7的处理的信号生成处理。结果，如图13所示，获得第一基波信号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)、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13所示，第一基波信号Hu、第二基波信号Hv和第三基波信号Hw的波形是完全的正弦波形。此外，第一基波信号Hu、第二基波信号Hv和第三基波信号Hw在电气角上彼此具有120°的相位差。

如上所述，本实施方式的三相信号发生装置1可以使用第一磁传感器10和第二磁传感器20这2个磁传感器，来产生表示根据电动机100的旋转位置而变化的磁场强度的三相的基波信号。因此，与使用3个磁传感器的现有技术相比，三相信号的生成能以更廉价且更小型的装置结构来实现。

本实施方式的三相信号发生装置包括：第一磁传感器，其与旋转的磁体相对，并输出表示磁场强度的第一信号；第二磁传感器，其输出相对于第一信号具有120°电气角的相位延迟的第二信号；以及信号处理部，其用于处理第一信号和第二信号。信号处理部执行：第一处理，该第一处理获取第一信号的瞬时值和第二信号的瞬时值；第二处理，该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来计算第一信号中包含的第一基波信号和第二信号中包含的第二基波信号的合成信号的瞬时值；第三处理，该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来计算合成信号的偏角；以及第四处理，该第四处理基于合成信号的偏角、合成信号的范数、预先准备的合成信号和第一基波信号之间的相位差，来计算与合成信号具有正交关系的第三基波信号的瞬时值。由此，能从通过2个磁传感器获得的二相信号(第一信号和第二信号)生成不包含同相信号的第三相信号(第三基波信号)。因此，与使用3个磁传感器的现有技术相比，三相信号的生成能以更廉价且更小型的装置结构来实现。

本实施方式的信号处理部在第三处理中，基于式(12)计算合成信号的偏角并通过对计算出的偏角进行扩展处理，获取包含在-180°以上且小于180°的范围内的偏角θ。由此，通过处理负荷较小的简单的数学式，能根据合成信号的瞬时值和范数来计算合成信号的偏角在基于式(12)计算合成信号的偏角时，可以通过使用了表值的插值处理来计算合成信号的偏角另外，通过对计算出的偏角进行扩展处理，获取包含在-180°以上且小于180°的范围内的偏角θ，从而，偏角θ的正弦值可以在-1以上且小于1的范围内取正极性和负极性双方的值，因而能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基于在第二处理中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校正值来校正第一信号的瞬时值和第二信号的瞬时值中的至少一方，信号处理部在第四处理中通过将合成信号的范数||Huv||、相位差偏角θ代入式(13)来计算第三基波信号的瞬时值。由此，通过处理负荷较小的简单的数学式，能根据合成信号的范数和偏角、合成信号和第一基波信号之间的相位差，计算与合成信号有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：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来计算同相信号的瞬时值的第五处理；通过从第一信号的瞬时值减去同相信号的瞬时值来计算第一基波信号的瞬时值的第六处理；以及通过从第二信号的瞬时值减去同相信号的瞬时值来计算第二基波信号的瞬时值的第七处理。由此，能从第一信号中提取具有正弦波形的第一基波信号，能从第二信号中提取具有正弦波形并且相对于第一基波信号具有120°电气角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(14)和式(15)计算同相信号的瞬时值。由此，能通过处理负荷较小的简单的数学式从第一信号和第二信号中提取同相信号。

(变形例)本发明不限于上述实施方式，在本说明书中说明的各个结构可以在相互不矛盾的范围内适当地组合。例如，在上述实施方式中，例示了电动机和三相信号发生装置的组合，但本发明并不限定于该方式，也可以是安装在旋转轴上的传感器磁体和三相信号发生装置的组合。在上述实施方式中，例示了在旋转轴的轴向上，第一磁传感器和第二磁传感器以与圆板状的传感器磁体相对的状态配置的方式，但是本发明不限于该方式。例如，在使用圆环状磁体代替圆板状的传感器磁体时，由于磁通沿圆环状磁体的半径方向流入，因此第一磁传感器和第二磁传感器可以配置成在圆环状磁体的半径方向上与圆环状磁体相对的状态。例如，在上述实施方式中，举例示出了将安装在电动机100的转轴110上的传感器磁体120用作旋转的磁体的情况，但是也可以将安装在电动机100的转子上的转子磁体用作旋转的磁体。转子磁体也是与转轴110同步旋转的磁体。

在上述实施方式中，例示了传感器磁体120具有4个磁极对的情况，但是传感器磁体120的极对数不限于4个。使用转子磁体作为旋转的磁体的情况也同样，转子磁体的极对数不限于4个。

标号说明

1…三相信号发生装置、10…第一磁传感器、20…第二磁传感器、30…信号处理部、31…处理部、32…存储部、100…电动机、110…转轴、120…传感器磁体(磁体)。

Claims (10)

1.一种三相信号发生装置，其特征在于，包括：

第一磁传感器，该第一磁传感器与旋转的磁体相对，并输出表示磁场强度的第一信号；

第二磁传感器，该第二磁传感器与所述磁体相对，并输出相对于所述第一信号具有120°电气角的相位延迟的第二信号；以及

信号处理部，该信号处理部用于处理所述第一信号和所述第二信号，

所述信号处理部执行：

第一处理，该第一处理通过对所述第一信号和所述第二信号进行数字转换，来获取所述第一信号的瞬时值和所述第二信号的瞬时值；

第二处理，该第二处理通过从所述第一信号的瞬时值减去所述第二信号的瞬时值，来计算所述第一信号中包含的第一基波信号和所述第二信号中包含的第二基波信号的合成信号的瞬时值；

第三处理，该第三处理基于所述合成信号的瞬时值和预先准备的所述合成信号的范数来计算所述合成信号的偏角；以及

第四处理，该第四处理基于所述合成信号的偏角、所述合成信号的范数、预先准备的所述合成信号和所述第一基波信号之间的相位差，来计算与所述合成信号具有正交关系的第三基波信号的瞬时值。

2.如权利要求1所述的三相信号发生装置，其特征在于，

在将所述合成信号的偏角设为将所述合成信号的瞬时值设为Huv，并且将所述合成信号的范数设为||Huv||的情况下，

所述信号处理部在所述第三处理中，基于下式(12)计算所述合成信号的偏角并通过对计算出的偏角进行扩展处理，来获取包含在-180°以上且小于180°的范围内的偏角θ，

[数学式1]

其中，

3.如权利要求2所述的三相信号发生装置，其特征在于，

在将所述合成信号和所述第一基波信号之间的相位差设为并且将所述第三基波信号的瞬时值设为Hw的情况下，

所述信号处理部在所述第二处理中，基于预先准备的使所述第一信号的振幅值和所述第二信号的振幅值相等的振幅校正值，来校正所述第一信号的瞬时值和所述第二信号的瞬时值中的至少一方，

所述信号处理部在所述第四处理中，通过将所述合成信号的范数||Huv||、所述相位差所述偏角θ代入下式(13)，来计算所述第三基波信号的瞬时值，

[数学式2]

其中，

4.如权利要求1至3中任一项所述的三相信号发生装置，其特征在于，

所述信号处理部还执行：

第五处理，该第五处理基于所述第一信号的瞬时值、所述第二信号的瞬时值、以及所述第三基波信号的瞬时值，来计算所述第一信号以及所述第二信号中包含的同相信号的瞬时值；

第六处理，该第六处理通过从所述第一信号的瞬时值减去所述同相信号的瞬时值，来计算所述第一基波信号的瞬时值；以及

第七处理，该第七处理通过从所述第二信号的瞬时值减去所述同相信号的瞬时值，来计算所述第二基波信号的瞬时值。

5.如权利要求4所述的三相信号发生装置，其特征在于，

在将所述第一信号的瞬时值设为Hu′，将所述第二信号的瞬时值设为Hv′，将所述第三基波信号的瞬时值设为Hw，并且将所述同相信号的瞬时值设为N的情况下，

所述信号处理部在所述第五处理中，基于下式(14)和下式(15)计算所述同相信号的瞬时值，

[数学式3]

Hw’＝-(Hu’+Hv’)···(14)

N＝-(Hw’-Hw)/2···(15)。

6.一种三相信号发生方法，使用：第一磁传感器，该第一磁传感器与旋转的磁体相对，并输出表示磁场强度的第一信号；以及

第二磁传感器，该第二磁传感器与所述磁体相对并输出相对于所述第一信号具有120°电气角的相位延迟的第二信号，

该三相信号发生方法的特征在于，包括：

第一步骤，该第一步骤中通过对所述第一信号和所述第二信号进行数字转换，来获取所述第一信号的瞬时值和所述第二信号的瞬时值；

第二步骤，该第二步骤中通过从所述第一信号的瞬时值减去所述第二信号的瞬时值，来计算所述第一信号中包含的第一基波信号和所述第二信号中包含的第二基波信号的合成信号的瞬时值；

第三步骤，该第三步骤中基于所述合成信号的瞬时值和预先准备的所述合成信号的范数来计算所述合成信号的偏角；以及

第四步骤，该第四步骤中基于所述合成信号的偏角、所述合成信号的范数、预先准备的所述合成信号和所述第一基波信号之间的相位差，来计算与所述合成信号具有正交关系的第三基波信号的瞬时值。

7.如权利要求6所述的三相信号发生方法，其特征在于，

在将所述合成信号的偏角设为将所述合成信号的瞬时值设为Huv，并且将所述合成信号的范数设为||Huv||的情况下，

在所述第三步骤中，基于下式(12)计算所述合成信号的偏角并通过对计算出的偏角进行扩展处理，来获取包含在-180°以上且小于180°的范围内的偏角θ，

[数学式4]

其中，

8.如权利要求7所述的三相信号发生方法，其特征在于，

在将所述合成信号和所述第一基波信号之间的相位差设为并且将所述第三基波信号的瞬时值设为Hw的情况下，

在所述第二步骤中，基于预先准备的使所述第一信号的振幅值和所述第二信号的振幅值相等的振幅校正值，来校正所述第一信号的瞬时值和所述第二信号的瞬时值中的至少一方，

在所述第四步骤中，通过将所述合成信号的范数||Huv||、所述相位差所述偏角θ代入下式(13)，来计算所述第三基波信号的瞬时值，

[数学式5]

其中，

9.如权利要求6至8中任一项所述的三相信号发生方法，其特征在于，还包括：

第五步骤，该第五步骤中基于所述第一信号的瞬时值、所述第二信号的瞬时值、以及所述第三基波信号的瞬时值，来计算所述第一信号以及所述第二信号中包含的同相信号的瞬时值；

第六步骤，该第六步骤中通过从所述第一信号的瞬时值减去所述同相信号的瞬时值，来计算所述第一基波信号的瞬时值；以及

第七步骤，该第七步骤中通过从所述第二信号的瞬时值减去所述同相信号的瞬时值，来计算所述第二基波信号的瞬时值。

10.如权利要求9所述的三相信号发生方法，其特征在于，

在将所述第一信号的瞬时值设为Hu′，将所述第二信号的瞬时值设为Hv′，将所述第三基波信号的瞬时值设为Hw，将所述同相信号的瞬时值设为N的情况下，在所述第五步骤中，根据下式(14)和下式(15)来计算所述同相信号的瞬时值，

[数学式6]

Hw’＝-(Hu’+Hv’)···(14)

N＝-(Hw’-Hw)/2···(15)。