(57)【要約】【課題】  センサ部への供給電圧の増減によるオフセットずれを完全にキャンセルすることができるブラシレスモータを提供すること。【解決手段】  磁石MG1と、この磁石MG1とウォームギア８ｂの歯との間に設けられるMR素子１９ａａと、このMR素子に電源を供給するVCC1と、MR素子１９ａａの出力信号を検出する検出部１９ａｃとを備えるセンサ部分と、磁石MG1とウォームギア８ｂとの間に設けられるMR素子１９ａｂと、このMR素子１９ａｂに流れる電流の方向がMR素子１９ａａに流れる電流の方向と逆方向となるよう電源を供給するVCC2と、MR素子１９ａｂの出力信号を検出する検出部１９ａｄとを備えたセンサ部分とを有し、回転位置算出部３０７は、検出部１９ａｃ，１９ａｄの差分を演算し、差分をキャンセルする。【選択図】        図３
2006050720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の外周に設けられ、複数の磁極を有する永久磁石を備えたロータと、
前記ロータの外周であって、このロータに対して相対回転可能に設けられ、電機子コイルを備えたステータと、
前記回転軸に設けられたロータ回転位置の被検出部と、
前記被検出部に対向して設けられたロータ回転位置検出手段と、
前記検出手段によって検出された検出信号に基づき、前記ロータの回転位置を算出するロータ位置算出手段と、
前記ロータ位置算出手段によって算出されたロータ位置に基づき、前記電機子コイルに通電する電流を制御する通電制御手段と、を備えたブラシレスモータにおいて、
前記検出手段は第１永久磁石と、この第１永久磁石と前記被検出部との間に設けられる第１磁気センサと、この第１磁気センサに電源を供給する第１電源供給部と、前記第１磁気センサの出力信号を検出する第１信号検出部と、を備える第１検出部と、
前記第１永久磁石と前記被検出部との間に設けられる第２磁気センサと、この第２磁気センサに流れる電流の方向が前記第１磁気センサに流れる電流の方向と逆方向となるように電源を供給する第２電源供給部と、前記第２磁気センサの出力信号を検出する第２信号検出部と、を備えた第２検出部と、
前記第１検出部によって検出された第１検出出力と、前記第２検出部によって検出された第２検出出力との差分を演算し、前記ロータ位置算出手段に演算結果を出力する差分演算部と、を備えることを特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータの回転を検出してモータを制御するブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において開示されている回転角検出用磁石ユニットにおいては、ロータの回転をホール素子で検知し、ロータの１回転を１周期とするパルス状の回転位置信号を用いてPWM制御を行っている。且つ、このホール素子は、３相の正弦波信号を得るために、隣接するもの同士が互いに電気角で１２０°の間隔を得るように配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２００３−２７４６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術においては、検出磁石の回転位置に応じた３相の正弦波信号を得るために、ホール素子を用いているが、このようなモータの電気角を検出するセンサは、環境温度の変化や供給電圧の変化等により検出出力に誤差が生じ、検出精度が低下するという問題があった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、センサ部への供給電圧の増減によるオフセットずれを完全にキャンセルすることができるブラシレスモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明では、回転軸と、前記回転軸の外周に設けられ、複数の磁極を有する永久磁石を備えたロータと、前記ロータの外周であって、このロータに対して相対回転可能に設けられ、電機子コイルを備えたステータと、前記回転軸に設けられたロータ回転位置の被検出部と、前記被検出部に対向して設けられたロータ回転位置検出手段と、前記検出手段によって検出された検出信号に基づき、前記ロータの回転位置を算出するロータ位置算出手段と、前記ロータ位置算出手段によって算出されたロータ位置に基づき、前記電機子コイルに通電する電流を制御する通電制御手段と、を備えたブラシレスモータにおいて、前記検出手段は第１永久磁石と、この第１永久磁石と前記被検出部との間に設けられる第１磁気センサと、この第１磁気センサに電源を供給する第１電源供給部と、前記第１磁気センサの出力信号を検出する第１信号検出部と、を備える第１検出部と、前記第１永久磁石と前記被検出部との間に設けられる第２磁気センサと、この第２磁気センサに流れる電流の方向が前記第１磁気センサに流れる電流の方向と逆方向となるように電源を供給する第２電源供給部と、前記第２磁気センサの出力信号を検出する第２信号検出部と、を備えた第２検出部と、前記第１検出部によって検出された第１検出出力と、前記第２検出部によって検出された第２検出出力との差分を演算し、前記ロータ位置算出手段に演算結果を出力する差分演算部と、を備えることとした。
【０００５】
よって、供給電圧の増減が第１磁気センサと第２磁気センサとに同様に発生するため、供給電圧の増減によるオフセットずれを完全にキャンセルすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の操舵制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づき説明する。
【実施例１】
【０００７】
［操舵制御装置のシステム構成］
実施例１のブラシレスモータを用いた操舵制御装置につき、図１に基づき説明する。図１は実施例１における操舵制御装置のシステム構成図である。
操作が入力されるステアリングホイール１は、コラムシャフト２、中間軸４、入力軸６、また、これらを接続するユニバーサルジョイント３，５により、操作力を回転力としてピニオン軸９へ伝達する。さらに操作力は、ピニオン軸９とラック軸１０で直線運動に変換され、タイロッド１１、タイヤ１８で操舵角の変更が成される。
【０００８】
さらに、入力軸６に、操作力を検出するトルクセンサ７を設け、ピニオン軸９に、ブラシレスモータ１２（電動機）によるアシスト駆動力を減速して出力する減速器８を設ける。このブラシレスモータ１２の回転は、モータ回転角センサ１９で検出する。また、トルクセンサ７の検出情報、モータ回転角センサ１９の検出情報、バッテリ１７に接続されるイグニッションスイッチ１６のON/OFF、車速センサ１４の出力（また、ENG回転センサ１５の出力を加えてもよく、図示しておく）は、コントロールユニット１３へ入力され、情報が演算されて、ブラシレスモータ１２の駆動を制御する。
【０００９】
［電動パワーステアリング装置の構成］
上記操舵制御装置における減速器８、ブラシレスモータ１２、コントロールユニット１３、モータ回転角センサ１９で構成される電動パワーステアリング装置の構成について、図２に基づき説明する。図２は、電動パワーステアリング装置の断面図である。ギアハウジング２０内において、モータ回転軸１２ｃの両端を軸受で支持し、モータ回転軸１２ｃの外周に、永久磁石１２ｂを設け、永久磁石１２ｂの所定の間隙外周側に、励磁コイル１２ａを設け、モータ回転軸１２ｃ，永久磁石１２ｂ，励磁コイル１２ａと共にブラシレスモータ１２を構成する。ブラシレスモータ１２のモータ回転軸１２ｃの出力軸側に、一体で形成されたウォームギア８ｂを設ける。このウォームギア８ｂの歯は、２条歯となるよう設けられている。よって、ウォームギア８ｂの１回転で、２つの歯の山が現われることになる。
【００１０】
磁気の変化を検知することで、モータの回転角を得るモータ回転角センサ１９をウォームギア８ｂの歯と検出面側を対向させ、ギアハウジング２０の外部の基板上に検出面と反対側を取付ける。つまり、ギアハウジング２０の一部を開口させ、その外側に基板を設け、基板上に配置したモータ回転角センサ１９が開口から内部にギアハウジング内部に突出する構造である。この基板上の構成によりコントロールユニット１３が構成される。ピニオン軸９の外周に、ウォームホイール８ａを設け、モータ回転軸１２ｃのウォームギア８ｂと係合させて、ブラシレスモータ１２の駆動力をピニオン軸９に伝達する。
【００１１】
［ブラシレスモータの詳細］
実施例１におけるブラシレスモータ１２は、直流３相ブラシレスモータである。永久磁石１２ｂの外周は、所定角度毎に磁極を有する複数極となるよう着磁され、その外周方向に配置される励磁コイル１２ａは、図示しないステータコアへ３相のコイル巻き線が成されている。つまり、実施例１におけるブラシレスモータ１２は３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の励磁コイル１２ａへの通電を切り替えていくことにより進角させて、永久磁石１２ｂを回転させる。
【００１２】
［モータ回転角センサの詳細］
図４に示すのは、モータ回転角センサ１９の詳細を示すセンサ構造図である。モータ回転角センサ１９は２つの磁界センサ１９ａ，１９ｂの２組からなる。磁界センサ１９ａについて説明する。まず、２つのMR素子１９ａａをVCC1とグランド間に直列に配置し、２つのMR素子１９ａａの間を検出部１９ａｃとし、出力電圧OUT1を検出する構成にする。さらに、VCC2とグランド間に２つのMR素子１９ａｂを配置し、２つのMR素子１９ａｂ間を検出部１９ａｄとして、出力電圧OUT2を得る構成にする。但し、図４に示すようにMR素子１９ａａに流れる電流の通電方向は、MR素子１９ａｂに対して逆にする。MR素子１９ａａとMR素子１９ａｂは、ウォームギア８ｂの同じ位置に対向するよう隣接した配置となる。この４つのMR素子１９ａａ，１９ａｂのウォームギア８ｂと反対側に、磁石MG1を設け、磁石MG1の磁界が磁性の強い被検出物（ウォームギア８ｂ）に強く流れることにより、その被検出物とMR素子の相対位置における磁界の強さの変化を検知する。
磁界センサ１９ｂは、磁界センサ１９ａと同様に、磁石MG2とウォームギア８ｂの間に、それぞれが逆の通電方向のMR素子１９ｂａ，１９ｂｂを設ける。さらに、そのMR素子１９ｂａ，１９ｂｂの間を検出部１９ｂｃ，１９ｂｄとして、出力電圧(OUT3,OUT4)を得るようにしたものである。この磁界センサ１９ｂを、磁界センサ１９ａの出力OUT1,OUT2の正弦波信号に対して、出力OUT3,OUT4の正弦波信号の位相差が９０°となるように配置する。これにより、OUT1とOUT2、OUT3とOUT4は逆位相の波形を出力する。２条歯であるウォームギア８ｂに対するOUT1〜OUT4の出力波形例及び、OUT1−OUT2として差分を取った波形、OUT3-OUT4として差分を取った波形は、図５に示すものとなる。なお、実施例１においては、直列に接続されたMR素子は磁気の強さに対する抵抗の特性は同じものとする。
【００１３】
［コントロールユニットの詳細］
図３に示すのは、コントロールユニット１３のブロック図である。
コントロールユニット１３は、アシストトルク算出部３０１、指示電流算出部３０２、インバータ制御部３０３、モータ駆動部３０４、電流センサ３０５、回転角算出部３０７を主要な構成としている。これらは、図示しないマイコンとして設けられるものとする。アシストトルク算出部３０１は、トルクセンサ信号と車速信号からモータ駆動電流の基となるアシストトルク（又はアシスト電流）を算出する。
【００１４】
指示電流算出部３０２は、アシストトルクからモータ駆動用の指示電流Ｉ*を算出する。インバータ制御部３０３は、モータ回転角算出部３０７によって算出されたモータ回転角によって、電流センサ３０５で検出したU,V,W各相電流を３相−２相変換してPI制御等のフィードバック制御により、モータ駆動信号（PWM信号）を生成する。
【００１５】
モータ駆動部３０４は、FET等のパワー素子で構成し、インバータ制御部３０３で生成されたモータ駆動信号に基づいてパワー素子をスイッチングしてバッテリ電源１７からブラシレスモータ１２に指示電流Ｉ*に応じた電流を通電する。
電流センサ３０５は、U,V,W各相電流を検出する。
回転角算出部３０７は、モータ回転角センサ１９の信号を基に、モータの回転角を算出する。
【００１６】
［電気角度算出処理］
図６に示すのは、コントロールユニット１３で実行される電気角度算出処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００１７】
ステップＳ６０１〜Ｓ６０４では、モータ回転角センサ１９の出力信号OUT1,OUT2,OUT3,OUT4をAD変換してマイコンに読み込む。
ステップＳ６０５では、センサ信号OUT1とOUT2の差分演算を行い、SINとする。
ステップＳ６０６では、センサ信号OUT3とOUT4の差分演算を行い、COSとする。ステップＳ６０５、Ｓ６０６の演算により、温度変化、電源変動に起因するセンサ出力のオフセットずれがキャンセルされる。
【００１８】
ステップＳ６０７では、TANθを算出する際に除数となるCOSの０割エラーを回避するために、COSと０を比較する。COS＝０とならない場合にはステップＳ６０８に進み、COS＝０の場合にはステップＳ６０９に進む。
ステップＳ６０８では、SIN/COSの除算を行い、TANθを算出する。
【００１９】
ステップＳ６０９では、COS＝０の場合にはθにπ/2の値をセットしてステップＳ６１１に進む。
ステップＳ６１０では、予め用意してあるTANθとθの対応MAP(図７の特性)から、ステップＳ６０８で算出したTANθをインデックスとして、θを求める。
ステップＳ６１１では、SINの符号を調べ、負であればステップＳ６１２へ、正であればステップＳ６１３へ進む。
【００２０】
ステップＳ６１２では、ステップＳ６１０又はＳ６０９で求めたθにπを加算する。
ステップＳ６１３、Ｓ６１４では、図８に示すθ−SINθ、θ−COSθ変換MAPにより、インバータ制御で３相−２相変換、２相−３相変換時に必要なSINθ，COSθを、θをインデックスとして求める。θはマップ参照時のインデックスであるため、実際の角度である必要はなく、単なるデータナンバーでよい（この際、π、π/2もマップのナンバリングに一致したデータナンバーとなる）。
【００２１】
［本願実施例１における作用効果］
実施例１のブラシレスモータ１２は、ロータの回転角の検出を行うのに、検出用の回転部材を設けずに、モータの駆動力をピニオン軸９に出力する。そのためにモータ回転軸１２ｃに設けたウォームギア８ｂの歯に対向してモータ回転角センサ１９を配置し、ウォームギア８ｂの歯を用いて検出を行う。この構成により、検出用部材を省略するコストの抑制と省スペース化の効果が得られる。また、モータ回転角センサ１９は、コントロールユニット１３の基板に直接、取付けるため、電気的な取り回しの省略、センサ固定に関する取付部の省略が行われる。よって、さらにコストの抑制と省スペース化の効果が得られる。本願発明は、その上で、正確な検出を行うという課題を解決している。
【００２２】
実施例１では、１つの磁石の磁界中に、直列したMR素子を２組配置して、各々の供給電源とGNDを逆向きに接続し、直列接続したMR素子の中点電位を逆位相で出力する（OUT1とOUT2、OUT3とOUT4）。OUT1とOUT2、OUT3とOUT4の差分を取ることで、温度変化、供給電源の変化に起因して発生する中点電位のオフセットずれをキャンセルする。よって、検出の精度、信頼性をより向上させることができる。さらに、実施例１では、オフセットをキャンセルした波形（OUT1-OUT2,OUT3-OUT4）は、位相が９０°ずらしてある。そのため、図６に示す電気角度算出処理で、ロータの絶対角を得ることができ、従来のような例えば６０°きざみ等のものに比べて、細かく、精度のよい制御を行うことを可能にしている。なお、実施例１において、OUT1-OUT2,OUT3-OUT4でキャンセルされるオフセットずれの要因は、温度変化、供給電源以外の要因によるものであってもキャンセルされることを付け加えておく。
【００２３】
更に上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００２４】
(イ)請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記第１電源供給部と第２電源供給部は共通の電圧供給部である。
【００２５】
供給電圧の増減が第１磁気センサと第２磁気センサとに同様に発生するため、供給電圧の増減によるオフセットずれを完全にキャンセルすることができる。
【００２６】
(ロ)請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記第１検出部と前記第２検出部とは同じ被検出部に対向するように隣接して設けられる。
【００２７】
第１検出出力と第２検出出力とが非常によく一致した正負対称に出力するため、両出力の位相が一致し、検出精度が向上する。
【００２８】
(ハ)前記ブラシレスモータは、検出手段が第１検出手段と第２検出手段との２組から構成され、第１検出手段の検出出力の位相と第２検出手段の検出出力の位相とは９０°ずれるように設けられる。
【００２９】
２組の検出手段の検出出力を組み合わせることにより、ロータの絶対角を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１における操舵制御装置のシステム構成図である。
【図２】実施例１における電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図３】実施例１におけるコントロールユニットのブロック図である。
【図４】実施例１におけるモータ回転角センサの詳細を示すセンサ構造図である。
【図５】実施例１におけるモータ回転角センサの出力とウォーム回転角の関係を示す説明図である。
【図６】実施例１におけるコントロールユニットで実行される電気角度算出処理の流れを示すフローチャート図である。
【図７】実施例１における電気角度算出処理で用いられるMAP1の特性図である。
【図８】実施例１における電気角度算出処理で用いられるMAP2の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ステアリングホイール
２  コラムシャフト
３  ユニバーサルジョイント
４  中間軸
５  ユニバーサルジョイント
６  入力軸
７  トルクセンサ
８  減速器
８ａ  ウォームホイール
８ｂ  ウォームギア
９  ピニオン軸
１０  ラック軸
１１  タイロッド
１２  ブラシレスモータ（電動機）
１２ａ  励磁コイル
１２ｂ  永久磁石
１２ｃ  モータ回転軸
１３  コントロールユニット
３０１  アシストトルク算出部
３０２  指示電流算出部
３０３  インバータ制御部
３０４  モータ駆動部
３０５  電流センサ
３０７  回転角算出部
１４  車速センサ
１５  ENG回転センサ
１６  イグニッションスイッチ
１７  バッテリ
１８  タイヤ
１９  モータ回転角センサ
１９ａ  磁気センサ
１９ａａ  MR素子
１９ａｂ  MR素子
１９ａｃ  検出部
１９ａｄ  検出部
１９ｂ  磁気センサ
１９ｂａ  MR素子
１９ｂｂ  MR素子
１９ｂｃ  検出部
１９ｂｄ  検出部
MG1  磁石
MG2  磁石
２０  ギアハウジング
【図１】
2006050720.tif 000003
【図２】
2006050720.tif 000004
【図３】
2006050720.tif 000005
【図４】
2006050720.tif 000006
【図５】
2006050720.tif 000007
【図６】
2006050720.tif 000008
【図７】
2006050720.tif 000009
【図８】
2006050720.tif 000010