(57)【要約】      （修正有）【課題】振れ回り変位量測定装置においてモータシャフトの振れ回り変位量を計測すること、及びモータ制御装置においてモータシャフトの振れ回りに伴うモータのトルクリップルを抑制することにある。【解決手段】モータシャフト２０ａの軸回転時に、モータシャフト２０ａに形成される被照射面２０ｂにレーザを照射する。測定部は、このとき受光部を通じて受光した入射光に基づき、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅを測定する。具体的に、被照射面２０ｂは、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅに応じて、レーザの照射位置とレーザ変位センサ３５との距離が変化する面形状となるように形成されている。したがって、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅに応じて、受光部を通じて受光した入射光の入射角に基づき、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅを測定することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向端面から軸方向に延びる穴が形成されたモータシャフトと、
ステータ側に固定されるレーザ変位センサと、
前記レーザ変位センサからの信号に基づき前記モータシャフトの振れ回り変位量を測定する測定部と、を備え、
前記穴の底面には、前記モータシャフトの中心軸から離れるほど前記穴が形成されたモータシャフトの端面との距離が変化する被照射部が形成され、
前記レーザ変位センサは、前記モータシャフトの回転軸に沿って前記被照射部にレーザを照射するレーザ照射部と、前記被照射部で反射した光線の一部である入射光を受光して前記測定部に信号を出力する受光部と、を有し、
前記測定部は、前記モータシャフトの回転時に受光した前記入射光に基づき前記モータシャフトの振れ回り変位量を測定する
ことを特徴とする振れ回り変位量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振れ回り変位量測定装置によって測定したモータシャフトの振れ回り変位量に基づき電流指令値を補正する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振れ回り変位量測定装置及びモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータのトルクをステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置が知られている。
電動パワーステアリング装置では、モータのトルクリップルに起因する振動がステアリングホイールに伝達され、操舵フィーリングを悪化させるおそれがあった。例えば、特許文献１には、このようなトルクリップルを抑制するべく、モータトルクの実測データに基づき補正テーブルを作成し、その補正テーブルから読み取った補正値によりモータへの電流指令値を補正する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３７１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電動パワーステアリング装置において、モータの回転数が大きくなるにつれてモータシャフトの振れ回りが発生する。これにより、モータシャフトが偏心しながら回転するため、トルクリップルが大きくなる。しかし、上記特許文献１に代表される従来の電動パワーステアリング装置では、モータシャフトの振れ回りまでは考慮されておらず、モータシャフトの振れ回りが大きくなると、トルクリップルを効果的に抑制できなくなるという問題があった。
【０００５】
このような現状から、モータシャフトの振れ回りを計測することが望まれていた。
また、このモータシャフトの振れ回りの問題は、上記電動パワーステアリング装置に限らず、その他の装置に利用されるモータにおいても生じうる。
【０００６】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータシャフトの振れ回り変位量を計測できる振れ回り変位量測定装置、及びモータシャフトの振れ回りに伴うモータのトルクリップルを抑制したモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する振れ回り変位量測定装置は、軸方向端面から軸方向に延びる穴が形成されたモータシャフトと、ステータ側に固定されるレーザ変位センサと、前記レーザ変位センサからの信号に基づき前記モータシャフトの振れ回り変位量を測定する測定部と、を備え、前記穴の底面には、前記モータシャフトの中心軸から離れるほど前記穴が形成されたモータシャフトの端面との距離が変化する被照射部が形成され、前記レーザ変位センサは、前記モータシャフトの回転軸に沿って前記被照射部にレーザを照射するレーザ照射部と、前記被照射部で反射した光線の一部である入射光を受光して前記測定部に信号を出力する受光部と、を有し、前記測定部は、前記モータシャフトの回転時に受光した前記入射光に基づき前記モータシャフトの振れ回り変位量を測定する。
【０００８】
この構成によれば、モータシャフトの振れ回りがないとき、レーザ変位センサのレーザ照射部から投光されたレーザは、モータシャフトの回転軸に沿って被照射部の中心位置に照射される。これに対し、モータシャフトの振れ回りがあるとき、モータシャフトの被照射部には振れ回りによる偏心が生じる。そのため、レーザ変位センサのレーザ照射部から投光されたレーザは、モータシャフトの回転軸に沿って被照射部の中心から外れた位置に照射される。ここで、被照射部は、レーザの照射位置が中心から外れるほど、穴が形成されたモータシャフトの端面とレーザの照射位置との距離が変化するように形成されている。したがって、モータシャフトの振れ回りにより生じる被照射部における偏心量、即ち、振れ回り変位量が大きくなる程、レーザ変位センサとレーザの照射位置との距離が変化することになる。そのため、被照射部の振れ回り変位量が大きくなる程、モータシャフトの回転軸と、受光部への入射光とがなす角度が大きく変化する。よって、測定部は、受光部への入射光の入射角に基づき、モータシャフトの振れ回り変位量を測定することができる。
【０００９】
上記課題を解決するモータ制御装置は、上記振れ回り変位量測定装置によって測定したモータシャフトの振れ回り変位量に基づき電流指令値を補正する。
この構成によれば、モータシャフトの振れ回りに伴うモータのトルクリップルを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、振れ回り変位量測定装置においてモータシャフトの振れ回り変位量を計測すること、及びモータ制御装置においてモータシャフトの振れ回りに伴うモータのトルクリップルを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態における振れ回り変位量測定装置の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の一実施形態における振れ回り変位量測定装置及びモータシャフト等の断面図。
【図４】本発明の一実施形態における（ａ）はモータシャフトの振れ回りがないときのレーザ及びその入射光の態様を示す説明図、（ｂ）はモータシャフトの振れ回りがあるときのレーザ及びその入射光の態様を示す説明図。
【図５】本発明の一実施形態におけるモータ制御装置の制御ブロックを示したブロック図。
【図６】本発明の一実施形態における補正テーブルを示したグラフ。
【図７】本発明の一実施形態における（ａ）は実測トルクリップル及び平均トルクを示したグラフ、（ｂ）は補正割合を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、振れ回り変位量測定装置及びモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。
図１に示すように、この電動パワーステアリング装置は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づき転舵輪３を転舵させる操舵機構１と、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構２とを備えている。
【００１３】
操舵機構１は、ステアリングホイール１０の回転軸となるステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１の下端部にはラックアンドピニオン機構１２を介してラックシャフト１３が連結されている。運転者のステアリングホイール１０の操作に伴いステアリングシャフト１１が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構１２を介してラックシャフト１３の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト１３の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド１４を介して転舵輪３に伝達される。これにより、転舵輪３の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
【００１４】
アシスト機構２は、ステアリングシャフト１１にアシストトルクを付与するモータ２０を備えている。モータ２０は三相交流モータからなる。モータ２０におけるモータシャフト２０ａの回転がギア機構１９を介してステアリングシャフト１１に伝達される。これにより、ステアリングシャフト１１にモータトルクが付与され、ステアリングの回動操作が補助される。
【００１５】
また、ステアリングシャフト１１には、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト１１に付与されるトルク（操舵トルク）Ｔｈを検出するトルクセンサ５が設けられている。モータ２０には、モータ回転角θｍを検出する回転角センサ６が設けられている。さらに、モータ２０には、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅを検出する振れ回り変位量測定装置３０が設けられている。車両には、その車速Ｖを検出する車速センサ７が設けられている。これらセンサ５〜７及び振れ回り変位量測定装置３０の検出結果はモータ制御装置４に出力される。モータ制御装置４は各センサ５〜７及び振れ回り変位量測定装置３０の検出結果に基づいてモータ２０の駆動を制御する。
【００１６】
図２に示すように、振れ回り変位量測定装置３０は、測定部３１と、レーザ変位センサ３５と、被照射面２０ｂ（被照射部）と、を備える。レーザ変位センサ３５は、レーザ照射部３２と、受光部３３と、を有する。
【００１７】
本実施形態の測定部３１は、モータ制御装置４に形成されている。測定部３１は、レーザ照射部３２に対して投光信号を出力するとともに、受光部３３から受光信号を受け、三角測量を応用した方式で測定対象物（被照射面２０ｂ）の変位量（振れ回り変位量Ｅ）を測定する。
【００１８】
レーザ照射部３２は、例えば、半導体レーザ等の投光素子３２ａ及び投光レンズ３２ｂからなる。また、受光部３３は、例えば受光レンズ３３ａ及びリニアイメージセンサや位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensitive Device）等の受光素子３３ｂからなる。投光素子３２ａの光は投光レンズ３２ｂを通し集光され、モータシャフト２０ａの回転軸に沿って被照射面２０ｂに照射される。そして、被照射面２０ｂから拡散反射された光線の一部は受光レンズ３３ａを通じて受光素子３３ｂ上に光スポットを形成する。被照射面２０ｂが移動するごとに光スポットも移動するため、測定部３１は、光スポットの位置変化を受光部３３の受光信号から検出することで被照射面２０ｂの変位量（振れ回り変位量Ｅ）を測定することができる。測定部３１は、測定した振れ回り変位量Ｅをモータ制御装置４に出力する。
【００１９】
図３に示すように、モータ２０は、ハウジング２６内に固定されたステータコア２８と、外周に永久磁石が装着された円筒状のロータコア２９とを備える。ロータコア２９には円柱状のモータシャフト２０ａが挿入され、ロータコア２９とモータシャフト２０ａとは、一体的に回転するように固定される。モータシャフト２０ａは、軸方向に離れて配置された２つの軸受け２７、２７を介してステータコア２８に対して軸回転可能に支持されている。モータ制御装置４は、ステータコア２８に対して通電することでモータシャフト２０ａを回転させることができる。
【００２０】
モータシャフト２０ａの軸方向端面（図中右側端面）には軸方向に延びる凹部２０ｃ（穴）が形成され、その凹部２０ｃの底面に被照射面２０ｂが形成されている。そして、凹部２０ｃに対向するように、レーザ変位センサ３５が配置されている。被照射面２０ｂは、モータシャフト２０ａの振れ回りによる偏心量が大きくなる２つの軸受け２７，２７の略中央に位置することが望ましい。被照射面２０ｂは、円錐状に形成され、モータシャフト２０ａの回転軸から外周側に離間するにつれて凹部２０ｃが形成されたモータシャフト２０ａの端面やレーザ変位センサ３５との距離が短くなるように形成されている。
【００２１】
次に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、モータシャフト２０ａの振れ回りの有無に応じたレーザの反射態様について説明する。
図４（ａ）に示すように、モータシャフト２０ａの振れ回りがないとき、レーザ変位センサ３５のレーザ照射部３２から投光されたレーザは、モータシャフト２０ａの回転軸に沿って被照射面２０ｂの中心位置、即ち、被照射面２０ｂのうちレーザ変位センサ３５から最も遠い位置付近に照射される。そして、被照射面２０ｂで反射した光線の一部が入射光として受光部３３に入射する。このとき、モータシャフト２０ａの回転軸と、受光部３３への入射光とがなす角度β０とする。
【００２２】
一方、図４（ｂ）に示すように、モータシャフト２０ａの振れ回りがあるとき、モータシャフト２０ａの被照射面２０ｂが形成された部分には振れ回りによる偏心が生じる。そのため、レーザ変位センサ３５のレーザ照射部３２から投光されたレーザは、モータシャフト２０ａの回転軸に沿って被照射面２０ｂの中心から外れた位置に照射される。そして、被照射面２０ｂで反射した光線の一部が入射光として受光部３３に入射する。ここで、被照射面２０ｂは、中心から外れるほどレーザ変位センサ３５との距離が短くなるように形成されている。したがって、モータシャフト２０ａの振れ回りにより生ずる被照射面２０ｂが形成された部分における偏心量、即ち、振れ回り変位量Ｅが大きくなる程、レーザ変位センサ３５とレーザの照射位置との距離が短くなる。そのため、被照射面２０ｂの振れ回り変位量Ｅが大きくなる程、モータシャフト２０ａの回転軸と、受光部３３への入射光とがなす角度β（＞β０）が大きくなる。よって、測定部３１は、受光部３３への入射光の入射角に基づき、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅを算出することができる。
【００２３】
図５を参照しつつ、モータ制御装置４による電流指令値の設定について説明する。モータ制御装置４は、マイクロコンピュータを含む構成であって、このマイクロコンピュータによるプログラム処理により、モータ２０に供給すべき電流値に応じた電流指令値Ｉが設定される。
【００２４】
図５に示すように、モータ制御装置４は、基本指令値設定部２１と、リップル補正値設定部２２と、加算部２３と、補正テーブル２４と、を備える。
基本指令値設定部２１はトルクセンサ５によって検出される操舵トルクＴｈおよび車速センサ７によって検出される車速Ｖに応じた基本指令値Ｉｂを設定する。基本指令値設定部２１は、たとえば、零を含む微小な範囲を不感帯として、この不感帯外の操舵トルクに対して、操舵トルクが大きいほど基本指令値Ｉｂを大きな値に設定する。また、車速が小さいほど基本指令値Ｉｂを大きな値に設定する。これにより、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクが大きいほど、また、車速センサ７によって検出される車速が小さいほど、大きな操舵補助力がモータ２０から発生される。
【００２５】
測定部３１は、上述のように角度βに基づき、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅを算出し、その算出結果を補正テーブル２４に出力する。また、補正テーブル２４には、上記変位量Ｅの他、回転角センサ６を通じて検出されるモータ回転角θｍが入力される。
【００２６】
リップル補正値設定部２２には、補正テーブル２４の出力値（補正割合α）が与えられる。リップル補正値設定部２２は、補正割合αに基づき、モータ２０のトルクリップルを低減するためのリップル補正値ΔＩを設定する。加算部２３は、基本指令値設定部２１が設定した基本指令値Ｉｂとリップル補正値設定部２２が設定したリップル補正値ΔＩとを加算して、その加算結果を電流指令値Ｉとして出力する。
【００２７】
以下、リップル補正値設定部２２によるリップル補正値ΔＩの設定方法について説明する。
図６に示すように、補正テーブル２４は、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅ及びモータ回転角θｍに対する電流指令値の補正割合αを定めたものである。
【００２８】
例えば、補正テーブル２４は、メモリに記憶された補正曲線Ａ１〜Ａ３により構成されている。補正曲線Ａ１〜Ａ３はモータ２０に予め定める基準電流を供給した時に発生するトルクリップルの実測結果に基づいて作成されている。また、補正曲線Ａ１〜Ａ３は、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅが大きくなるにつれて振幅が大きくなるように設定されている。
【００２９】
図７（ａ）に示すように、各補正曲線Ａ１〜Ａ３を設定するにあたって、所定の振れ回り変位量Ｅ１〜Ｅ３（Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３）における電気角１周期分のトルクリップル波形を実測し、この実測したトルクリップル波形からトルクリップルの平均値を求める。なお、本実施形態では、「Ｅ１＝０」としている。
【００３０】
さらに、図７（ｂ）に示すように、各モータ回転角におけるトルクリップル値に対するトルクリップル平均値の割合α（＝トルクリップル平均値／トルクリップル値）を求めて、その求めた割合αを所定の振れ回り変位量Ｅ１〜Ｅ３及びモータ回転角θｍに対応づけることで補正曲線Ａ１〜Ａ３を設定する。また、振れ回り変位量Ｅの大きさが、Ｅ１とＥ２の間の場合の補正割合αは、補正曲線Ａ１及びＡ２の値を線形補完することで設定される。同様に、振れ回り変位量Ｅの大きさが、Ｅ２とＥ３の間の場合の補正割合αは、補正曲線Ａ２及びＡ３の値を線形補完することで設定される。
【００３１】
リップル補正値設定部２２は、トルクセンサ５および車速センサ７の検出タイミングと同じタイミングで、補正テーブル２４を通じて補正割合αを読み出す。リップル補正値設定部２２は、その補正割合αおよび基本指令値設定部２１によって設定された基本指令値Ｉｂからリップル補正値ΔＩを演算する。
【００３２】
すなわち、リップル補正値設定部２２は、以下の式（１）に従ってリップル補正値ΔＩを演算する。
ΔＩ＝Ｉｂ（α−１）・・（１）
リップル補正値設定部２２は、演算したリップル補正値ΔＩを加算部２３に出力する。加算部２３は、基本指令値Ｉｂおよびリップル補正値ΔＩを足し合わせて電流指令値Ｉ＝Ｉｂ＋ΔＩを出力する。よって、電流指令値Ｉは以下のようになる。
【００３３】
Ｉ＝Ｉｂ＋Ｉｂ×（α−１）＝Ｉｂ×α・・・・（２）
上記式（２）のように、電流指令値Ｉは、基本指令値設定部２１によって設定された基本指令値Ｉｂに補正テーブル２４から読み出された補正割合αを乗じた値に設定される。
【００３４】
補正割合αは、トルクリップル値が大きいほど小さな値をとり、トルクリップル値が小さいほど大きな値をとる。よって、基本指令値Ｉｂに補正割合αを乗じて設定される電流指令値Ｉは、トルクリップル値が大きくなるモータ回転角では小さな値に設定され、トルクリップル値が小さくなるモータ回転角では大きな値に設定される。また、この補正割合αは、モータシャフトの振れ回りに起因するトルクリップル値も加味して設定されている。このため、モータ２０のトルクリップルの発生をより抑制することができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【００３５】
以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）モータシャフト２０ａの軸回転時に、モータシャフト２０ａに形成される被照射面２０ｂにレーザを照射する。測定部３１は、このとき受光部３３を通じて受光した入射光に基づき、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅを測定する。具体的には、被照射面２０ｂは、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅに応じて、レーザの照射位置とレーザ変位センサ３５との距離が変化する面形状となるように形成されている。したがって、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅに応じて、受光部３３を通じて受光した入射光の入射角に基づき、モータシャフト２０ａの振れ回り変位量Ｅを測定することができる。
【００３６】
（２）電流指令値Ｉが基本指令値Ｉｂと振れ回り変位量Ｅに応じたリップル補正値ΔＩとに基づき生成される。よって、モータシャフト２０ａの振れ回りに伴うモータ２０のトルクリップルを抑制することができる。ひいては、このトルクリップルに起因してステアリングホイールが振動することが抑制される。
【００３７】
（３）被照射面２０ｂは、モータシャフト２０ａに形成される凹部２０ｃの底面に形成される。この構成では、モータシャフト２０ａとレーザ照射部３２とを近い位置に設けても、被照射面２０ｂとレーザ照射部３２との距離を振れ回り検出可能な程度に確保することができる。よって、振れ回り変位量測定装置３０をよりコンパクトに構成することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態においては、被照射面２０ｂはモータシャフト２０ａと一体で構成されていたが、被照射面２０ｂはモータシャフト２０ａと別体で構成されてもよい。例えば、被照射面２０ｂを有する部材を、モータシャフト２０ａの端部にはめ込み可能としてもよい。これにより、既存のモータシャフト２０ａに容易に被照射面２０ｂを形成することができる。
【００３９】
・上記実施形態においては、振れ回り変位量測定装置３０が電動パワーステアリング装置のモータ２０に適用されていたが、その他のモータを有する装置に適用してもよい。この場合でも、モータシャフト２０ａの振れ回りに伴うモータ２０のトルクリップルの発生を抑制することができる。
【００４０】
・上記実施形態においては、基本指令値設定部２１で設定される基本指令値Ｉｂとリップル補正値設定部２２で設定されるリップル補正値ΔＩとが加算されて電流指令値Ｉが設定されていた。しかし、リップル補正値設定部２２及び加算部２３に代えて乗算部を設け、この乗算部において、基本指令値設定部２１で設定される基本指令値Ｉｂに補正テーブル２４から読み出される補正割合αを乗じて電流指令値Ｉを設定してもよい。
【００４１】
・上記実施形態においては、被照射面２０ｂは円錐状に形成されていたが、被照射面２０ｂを例えば半球面状又は曲面状に形成してもよい。
・上記実施形態において、被照射面２０ｂは中心から外れるほどレーザ変位センサ３５との距離が短くなるように形成されたが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、被照射面２０ｂを、中心から外れるほどレーザ変位センサ３５との距離が長くなるように形成してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…操舵機構、２…アシスト機構、３…転舵輪、４…モータ制御装置、５…トルクセンサ、６…回転角センサ、７…車速センサ、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト、２０…モータ、２０ａ…モータシャフト、２０ｂ…被照射面（被照射部）、２０ｃ…凹部、２１…基本指令値設定部、２２…リップル補正値設定部、２３…加算部、２４…補正テーブル、２５…リップル補正値設定部、３０…変位量測定装置、３１…測定部、３２…レーザ照射部、３３…受光部、３５…レーザ変位センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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