(57)【要約】    【課題】  位置検出にレゾルバを用いた高分解能な回転センサを提供する。    【解決手段】  １相の正弦波電圧入力により正弦波および余弦波電圧を出力するレゾルバ２と、その出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１８と、その出力から前記駆動軸の角度を計算する計算部１７と、前記Ａ／Ｄコンバータ１８と同期して矩形波を生成する矩形波生成部１４と、その矩形波から前記レゾルバ２に入力する正弦波電圧を生成する励磁波生成部１とからなり、前記駆動軸の回転角度の象限を判定する第１段階と、その判定された象限をさらに２等分に分割したときに、前記駆動軸の回転角度がどちらの側にあるかを判定する第２段階を経た後、その判定結果に応じて前記駆動軸の角度を計算することを特徴とする回転センサＡ。【選択図】  図１
2006349591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と、
その駆動軸の回転角度を検出して、１相の正弦波電圧入力により正弦波および余弦波電圧を出力するレゾルバと、
その正弦波および余弦波電圧の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータと、
そのＡ／Ｄコンバータの出力から前記駆動軸の角度を計算する計算部と、
前記Ａ／Ｄコンバータと同期して矩形波を生成する矩形波生成部と、
その矩形波から前記レゾルバに入力する正弦波電圧を生成する励磁波生成部とからなり、
前記Ａ／Ｄコンバータ、計算部および矩形波生成部がマイコンで構成され、
前記計算部が、Ａ／Ｄ変換された正弦波および余弦波電圧の出力から前記駆動軸の回転角度の象限を判定する第１段階と、その判定された象限をさらに２等分に分割したときに、前記駆動軸の回転角度がどちらの側にあるかを判定する第２段階を経た後、その判定結果に応じて前記駆動軸の角度を計算することを特徴とする回転センサ。
【請求項２】
前記マイコンが、前記判定結果に応じて前記計算部で前記駆動軸の角度対正弦波および余弦波電圧に対応した前記駆動軸の角度を検索するためのテーブルを保存した記憶部を備えている請求項１記載の回転センサ。
【請求項３】
請求項１記載の回転センサと、前記駆動軸を駆動させる駆動モータと、その駆動モータによって作動する車両用移動体と、その車両用移動体の開閉を制御する制御部とからなる車両用移動体システム。
【請求項４】
前記車両用移動体が、車両の側面に設けられたスライドドアまたは車両の後方に設けられたバックドアないしトランクリッドのいずれかである請求項３記載の車両用移動体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転センサおよびそれを用いた車両用移動体システムに関する。さらに詳しくは、レゾルバを用いて軸の回転角度を検出するための回転センサ並びにそのセンサを用いてスライドドアなどの移動体を駆動するための車両用移動体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スライドドアの位置検出と、その位置検出に基づいて行われるスライドドアを開閉するための速度制御および挟み込み時における反転制御には、そのスライドドアのモータ軸などの駆動部に、ホール素子または光学式のパルスエンコーダなどの検出装置が用いられている。他方、回転センサとしては、ホール素子または光学式のパルスエンコーダの他に、モータの位置検出装置としてレゾルバを用いたものがある。このものは、レゾルバから出力されるアナログ出力のデジタル変換のためのＲ／Ｄ（レゾルバ／デジタル）コンバータ、モータ軸角度の演算部および励磁用の正弦波の生成部などを備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したような、ホール素子または光学式のパルスエンコーダなどを利用した装置を用いて、高い分解能でモータ回転軸の角度検出をすることもできるが、分解能を高くしようとすると、ホール素子などの個数を多くしたり、またその配置などの精度が要求されることになる。そのような問題を解決するために、レゾルバなどの検出装置を用いることで高い分解能を得ることもできるが、このような検出装置は、その内部に高価なＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサー）などが備え付けられており、そこから得られる分解能は一回転につき４０００分割にもおよび、このような高分解能を必要としない車両用のドアには不向きであり、高価でもある。
【０００４】
しかしながら、モータ駆動される前記スライドドアの他、車両後方のバックドアやトランクリッド等の安全性を確保するためには、高い分解能と位置精度に基づく挟み込み荷重の低減が必要であり、加えて、車両に搭載するためには小型かつ、信頼性の高いセンサが必要となる。
【０００５】
本発明は、このような背景のもとに、車両用移動体の位置検出にレゾルバを用いて、さらにＲ／ＤコンバータとしてＤＳＰなどの高価な機器を用いず、ホール素子、光学式センサなどよりも小型で信頼性が高く、かつ、高分解能な位置検出装置である回転センサを提供すること、およびそれにより安全性が高い車両用移動体システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回転センサ（請求項１）は、駆動軸と、その駆動軸の回転角度を検出するために、１相の正弦波電圧入力により正弦波および余弦波電圧を出力するレゾルバと、その正弦波および余弦波電圧の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータと、そのＡ／Ｄコンバータの出力から前記駆動軸の角度を計算する計算部と、前記Ａ／Ｄコンバータと同期して矩形波を生成する矩形波生成部と、その矩形波から前記レゾルバに入力する正弦波電圧を生成する励磁波生成部とからなり、前記Ａ／Ｄコンバータ、計算部および矩形波生成部がマイコンで構成され、前記計算部がＡ／Ｄ変換された正弦波および余弦波電圧の出力から前記駆動軸の回転角度の象限を判定する第１段階と、その判定された象限をさらに２等分に分割したときに、前記駆動軸の回転角度がどちらの側にあるかを判定する第２段階を経た後、その判定結果に応じて前記駆動軸の角度を計算することを特徴とする。
【０００７】
このような回転センサは、前記マイコンが、前記判定結果に応じて前記計算部で前記駆動軸の角度対正弦波および余弦波電圧に対応した前記駆動軸の角度を検索するためのテーブルを保存した記憶部を備えているもの（請求項２）が好ましい。
【０００８】
本発明の車両用移動体システム（請求項３）は、前述の回転センサと、前記駆動軸を駆動させる駆動モータと、その駆動モータによって作動する車両用移動体と、その車両用移動体の開閉を制御する制御部を備えていることを特徴とする。さらに、このような回転センサを用いた車両用移動体システムにおける車両用移動体は、車両の側面に設けられたスライドドアまたは車両の後方に設けられたバックドアやトランクリッドのいづれでもよい（請求項４）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の回転センサ（請求項１）は、マイコンを用いてレゾルバの正弦波および余弦波電圧出力を処理するので、簡単な構成で高分解能な位置検出が可能であり、低廉なセンサとなる。
【００１０】
また、前記マイコンが、前記判定結果に応じて前記計算部で前記駆動軸の角度対正弦波および余弦波電圧に対応した前記駆動軸の角度を検索するためのテーブルを保存した記憶部を備えている場合（請求項２）は、高速の応答を可能とする。
【００１１】
本発明の車両用移動体システム（請求項３）は、前述の回転サンサによって移動体の位置を検出するので、その車両用移動体の位置検出精度を向上させることができる。そのため、精度の高い速度制御を可能とし、さらに挟み込みの検知荷重の低減も可能となる。また、位置検出装置のサイズを小型にすることができる。
【００１２】
前記車両用移動体が車両の側面後方に設けられたスライドドア、バックドアまたはトランクリッドである場合（請求項４）も上述と同様に移動体の位置検出精度を向上させることができ、特に挟み込みの検知荷重の低減により安全な車両用移動体システムとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎに図面を参照しながら本発明の回転センサの実施形態を説明する。図１は本発明の回転センサの実施形態を示すブロック図、図２はレゾルバの一例を示す一部切り欠き斜視図、図３は図１の回転センサの計算部の第１段階を示すフロー図、図４は図１の回転センサの計算部の第２段階の第１象限を示すフロー図、図５は図１の回転センサの計算部の第２段階の第３象限を示すフロー図である。
【００１４】
まず、図１および図２を用いて本発明の回転センサＡを説明する。回転センサＡは励磁波生成部１と、その励磁波生成部１よって生成される励磁波で励磁されるレゾルバ２と、そのレゾルバ２からの出力を処理するための出力回路３と、その出力回路３から得られる出力を演算するマイコン４とからなる。
【００１５】
図１に示す励磁波生成部１は後述するマイコン内部の矩形波生成部より生成された矩形波を分周する分周回路１５と、その分周回路１５に続くローパスフィルタ１６（以下ＬＰＦという）と、ＬＰＦ１６に続くバッファアンプ７とからなる。生成される矩形波は、分周回路１５によって分周される。この分周された矩形波はＬＰＦ１６およびそれに続くバッファアンプ７により入力正弦波１１となる。なお、マイコン４から矩形波の代わりに直接に正弦波を生成することもできる。
【００１６】
図２にブラシレスレゾルバの一例を示す。このものはそのシャフト２０と、そのシャフト２０の後端部に配置されるレゾルバ２とを有する。そのレゾルバ２はステータ５とロータ６とからなる。ステータ５は、中心部に前記ロータ６を回転自在に保持するための開口を有する円筒状であり、その円筒状の周縁に９０度の角度で２個１組の出力コイル８、９が配置されている。ロータ６には励磁コイル１０が設けられており、ロータ６の回転に伴って回転する。
【００１７】
このように構成されるブラシレスレゾルバは、ロータ６に交流電圧を印加し、シャフト２０と共にロータ６を回転すると、ステータ５には回転角に応じた位相差を持つ電圧が誘起される。この位相差を取り出すことにより回転角が求められる。前記出力回路３は、このような位相差を持つ出力電圧を増幅し、その後その出力をマイコン４へと伝送する。
【００１８】
マイコン４は、その内部にＡ／Ｄコンバータ１８、計算部１７、出力ポート１９および矩形波生成部１４を備えている。このマイコン４はコンピュータの中央処理部と周辺回路が１つのチップのＩＣに集積された例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換機および時間間隔を作ったり、外部信号パルスをカウントしたりするためのタイマ、カウンタなどが配置されている。なお、このマイコン４はモータ制御用のマイコンを兼ねることもできる。
【００１９】
前記出力回路３から得られた出力は、まずＡ／Ｄコンバータ１８によってＡ／Ｄ変換される。次いで計算部１７によって得られたＡ/Ｄ変換された情報により回転角度が計算される。計算部１７にはＡ／Ｄコンバータ１８から得られる情報により回転角度を決定するための演算部２１と、それら得られた情報および演算部２１の演算結果などを基にして参照されるテーブル２２がある。そのテーブル２２には得られる情報と回転角度の関係が蓄積されている、数種のテーブルから構成されている。なお、矩形波生成部１４はマイコン内部のカウンタなどにより生成された時間間隔毎に矩形波を生成するものであり、その生成された矩形波は前述した励磁波生成部１へと送られて、レゾルバ２のロータ６に入力される励磁用正弦波となる。
【００２０】
図１に戻って、このように構成される回転センサＡの動作を説明する。まず、マイコン４内部の矩形波生成部１４によって生成された矩形波は、励磁波生成部１へと送られる。この励磁波生成部１では、生成された矩形波を分周回路１５によって分周した後、ＬＰＦ１６を介して正弦波を生成し、バッファアンプ７を介して励磁用正弦波入力１１となる。
【００２１】
この励磁用正弦波入力１１（ｓｉｎωｔ）は前述のレゾルバ２のロータ６に係止されている励磁コイル１０に流される。ステータ６に係止されている２個１組の出力コイル８、９は、ロータ６に係止されている励磁コイル１０の回転方向に対して互いに９０度位相をずらして配置されている。このように配置された励磁コイル１０に前記励磁波生成部１から送られる励磁用正弦波入力１１を入力すると、出力コイル８、９からそれぞれ以下に表す２つのＳＩＮ出力１２およびＣＯＳ出力１３が得られる。
ＳＩＮ＝Ａｓｉｎθｓｉｎωｔ
ＣＯＳ＝Ａｃｏｓθｓｉｎωｔ
ここで        Ａ：レゾルバ励磁振幅
θ：ロータ角度
ω：励磁周波数
である。
【００２２】
次いで、レゾルバ２の出力として得られたＳＩＮ出力１２およびＣＯＳ出力１３は出力回路３に入力される。出力回路３は、前記２つの出力を増幅するための増幅回路であり、マイコン４で得られたアナログのＳＩＮ出力１２およびＣＯＳ出力１３をデジタル信号に変換する前に用いられる。
【００２３】
前記出力回路３で増幅されたＳＩＮ出力１２およびＣＯＳ出力１３は、マイコン４内部のＡ／Ｄコンバータ１８により、Ａ／Ｄ変換される。このＡ／Ｄ変換のタイミングは、マイコン４のタイマなどによって前記正弦波入力１１と同期するように行われる。つまり、前述した励磁用正弦波入力１１の周波数と同期させてＡ／Ｄ変換のデータの取り込みタイミングとするため、前述の式中にあるｓｉｎωｔは定数とみなすことができる。そうすると、ＳＩＮ出力１２およびＣＯＳ出力のＡ／Ｄ変換値は、ｓｉｎθとｃｏｓθによって決まる。
【００２４】
このようにして得られたＡ／Ｄ変換されたｓｉｎθおよびｃｏｓθによって、モータの回転角度がマイコン４内部の計算部１７で計算される。その計算部１７を含めたマイコン４内部の動作を図３に示すフローチャートに示す。まずＳＩＮ出力１２およびＣＯＳ出力１３がマイコン４内部に入力されると、レゾルバの励磁を安定させるために所定時間の初期励磁が行われた後（Ｓ１）、前述したように励磁用正弦波入力１１の周波数と同期して、Ａ／Ｄコンバータ１８でＡ／Ｄ変換が行われる（Ｓ２）。その後、ＡＤ変換値の電圧調整、ＡＤ変換値のヒステリシス設定などが行われる。このようにして得られたｓｉｎθとｃｏｓθよりモータの回転軸の角度をまず第１〜４象限のどこにあるかを判定する（Ｓ３）。この判定にはｓｉｎθとｃｏｓθの正負の符号により判定される。
【００２５】
ここから図４に基づいて説明していく。図４は前述した象限判定するステップ（Ｓ３）でモータの回転軸の角度が第１象限にあると判定された時のフローチャートを示す。まず、得られたｓｉｎθの値が０．７０７（θが４５度）以下であるかどうかを判定する（Ｓ４）。つまり、ｓｉｎθが０．７０７より大きい範囲では、θの値の変化量に対するｓｉｎθの値の変化量が大きくなるので、その場合はｃｏｓθの値を参照してθの値を計算するようにする。
【００２６】
ｓｉｎθが０．７０７以下である場合は、ｓｉｎθのヒステリシスを設定した
後、ｓｉｎθとθのテーブル２３からθの値が設定される（Ｓ５）。このようなテーブル２２はマイコン４内部のＲＯＭなどに予め保存させることもできる。次いで、得られたθの値は、ステップ（Ｓ７）で、車両用のドア、トランクリッドなどの制御のための次処理へと引き渡される。
【００２７】
また、先ほど説明したように、ｓｉｎθの値が０．７０７以上である場合は、ｃｏｓθの値を用いる。まず、得られたｃｏｓθのヒステリシス設定が行われた後、ｃｏｓθ対θの正規化テーブル２４に基づいてθが決定される（Ｓ６）。このテーブル２４も前述したようにマイコン４内部のＲＯＭなどに予め保存しておくこともでき、またそれらを外部のデータとして参照することもできる。その後は、得られたθの情報を次処理へと引き渡すステップ（Ｓ７）へと移る。また、前記ｃｏｓθ対θの正規化テーブル２４に基づいてθが決定されるステップ（Ｓ６）において、そのｃｏｓθの値からｓｉｎθの値を求めて、そのｓｉｎθを用いて前記ｓｉｎθとθのテーブル２３からθの値を決定する（Ｓ５）ようにすることもできる。
【００２８】
次に、モータの回転軸の角度が第３象限にあると判定された時のフローチャートを図５に示す。第３象限にあるときも、前述の第１象限とほぼ同じなので、重複する箇所の説明は省略する。第１象限の場合と異なり、第３象限ではｓｉｎθおよびｃｏｓθの値が負である。そのため、その絶対値を求めるステップを新たに挿入する（Ｓ８）。ｓｉｎθの絶対値を求めるステップ（Ｓ８ａ）はｓｉｎθの値が０．７０７（θが４５度）以下であるかどうかを判定するステップ（Ｓ４）の前に挿入され、ｃｏｓθの絶対値を求めるステップ（Ｓ８ｂ）はｃｏｓθとθの正規化テーブルサーチステップ（Ｓ７）の前に挿入される。第２象限または第４象限の場合も同様に、絶対値を用いてｓｉｎθまたはｃｏｓθの値を正の値にして同様に処理を行なっていく。このようにすることで、正規化テーブルのデータ量を減らして、テーブル検索にかかる負荷を小さくすることができる。
【００２９】
このように正規化テーブル２２を用いて駆動軸角度を決定するので、計算部１７に大きな負担をかけることがない。そのため、高価なＤＳＰなどを用いなくとも、ある程度高速な応答が可能となる。
【００３０】
さらに、本発明のシステムを車両用のドア、例えば車両の側面を開閉するためのスライドドアまたは後部に設けられたバックドアなどに用いると、容易な構成で、約１００程度の分解能を得ることができ、それが低廉な価格で実現できる。また、例えばその分解能が回転軸の回転毎につき１００以上であるとすると、その１００分割の１分割毎にドア位置およびドア速度を検知することができるため、人体や物が挟まれた場合でもその挟み込みの検知が敏速に行われ、ドアの挟み込みの荷重がそのまま人体や物に伝わりにくく、安全なドアシステムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は本実施形態のブロック図である。
【図２】図２はレゾルバの一例を示す概略図である。
【図３】図３は図１の回転センサの計算部の第１段階のフロー図である。
【図４】図４は図１の回転センサの計算部の第２段階の第１象限のフロー図である。
【図５】図５は図１の回転センサの計算部の第２段階の第３象限のフロー図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ｓ１  初期励磁ステップ
Ｓ２  Ａ／Ｄ変換ステップ
Ｓ３  象限判定ステップ
Ｓ４  ｓｉｎθ≦０．７０７ステップ
Ｓ５  ｓｉｎθ対θテーブルサーチステップ
Ｓ６  ｃｏｓθ対θテーブルサーチステップ
Ｓ７  次処理引渡ステップ
Ｓ８ａ  ＡＢＳ（ｓｉｎθ）を求めるステップ
Ｓ８ｂ  ＡＢＳ（ｃｏｓθ）を求めるステップ
１  励磁電源
２  レゾルバ
３  出力回路
４  マイコン
５  ステータ
６  ロータ
７  バッファアンプ
８  出力コイル
９  出力コイル
１０  励磁コイル
１１  入力正弦波
１２  ＳＩＮ出力
１３  ＣＯＳ出力
１４  矩形波生成部
１５  分周回路
１６  ローパスフィルタ
１７  計算部
１８  Ａ／Ｄコンバータ
２０  シャフト
２１  演算部
２２  テーブル
２３  テーブル（ｓｉｎθ、θ）
２４  テーブル（ｃｏｓθ、θ）
【図１】
2006349591.tif 000003
【図２】
2006349591.tif 000004
【図３】
2006349591.tif 000005
【図４】
2006349591.tif 000006
【図５】
2006349591.tif 000007