(57)【要約】【課題】回転角センサおよび信号処理回路間において、回転角センサの出力信号へのノイズの混入を抑制できる電動モータを提供する。【解決手段】モータケース１ａ内には、回転角センサ１１、信号処理回路１２、熱電変換素子１３、充電回路１４および二次電池１５を含むセンサ回路が設けられている。回転角センサ１１は複数のホール素子１１ａ，１１ｂからなる。信号処理回路１２は、各ホール素子１１ａ，１１ｂの出力信号を増幅する増幅回路１２ａ，１２ｂを含んでいる。熱電変換素子１３は、電動モータ１によって発生する熱を電力に変換する。充電回路１４は、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔを、二次電池１５を充電可能な電圧まで昇圧し、昇圧後の電圧を用いて二次電池１５を充電する。二次電池１５は、信号処理回路１２に電力を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータとを有する電動モータであって、
前記ロータの回転角を検出するための回転角センサと、
前記回転角センサの出力信号に対して所定の処理を施す信号処理回路と、
前記信号処理回路に電力を供給するための発電素子とを含む、電動モータ。
【請求項２】
前記発電素子で発生した電力を蓄積する二次電池をさらに含み、前記二次電池によって前記信号処理回路に電力が供給される、請求項１に記載の電動モータ。
【請求項３】
前記発電素子が熱電変換素子であり、
前記信号処理回路は、前記熱電素子の出力電圧に基づいて、前記回転角センサの出力信号を補正する補正手段を含む、請求項１または２に記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスモータ等のように、それを制御するためにロータの回転角を検出することが必要な電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータとして、ロータの回転角を検出するための回転角センサが内蔵されているものが開発されている。回転角センサの出力信号を増幅するための増幅回路を含む信号処理回路は、ブラシレスモータを制御するためのモータ制御装置内に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０１７６３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２０８１号公報
【特許文献３】特開２００９−１５４５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の従来技術では、回転角センサとモータ制御装置内の信号処理回路とを信号線で接続しているため、回転角センサの出力信号にノイズが混入しやすい。そこで、回転角センサおよび信号処理回路間のノイズ対策が必要であった。
この発明の目的は、回転角センサおよび信号処理回路間において、回転角センサの出力信号へのノイズの混入を抑制できる電動モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、ステータとロータとを有する電動モータ（１）であって、前記ロータの回転角を検出するための回転角センサ（１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）と、前記回転角センサの出力信号に対して所定の処理を施す信号処理回路（１２）と、前記信号処理回路に電力を供給するための発電素子（１３）とを含む、電動モータである。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【０００６】
この発明によれば、電動モータに、回転角センサとその信号処理回路とが設けられているので、回転角センサと信号処理回路との間の配線を短くすることができる。これにより、回転角センサの出力信号にノイズが混入するのを抑制することができる。また、このように電動モータに信号処理回路を設けても、信号処理回路に電力を供給するための発電素子が電動モータに設けられているので、モータ制御装置側から電動モータ内の信号処理回路に電力を供給するための配線は不要である。このため、電動モータとモータ制御装置との間の配線数を低減することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記発電素子で発生した電力を蓄積する二次電池（１５）をさらに含み、前記二次電池によって前記信号処理回路に電力が供給される、請求項１に記載の電動モータである。この構成では、発電素子で発生した電力を二次電池に蓄積することができる。
請求項３記載の発明は、前記発電素子が熱電変換素子であり、前記信号処理回路は、前記発電素子の出力電圧に基づいて、前記回転角センサの出力信号を補正する補正手段（６１，６２）を含む、請求項１または２に記載の電動モータである。
【０００８】
この構成では、信号処理回路に電力を供給するために設けられた発電素子の出力電圧に基づいて、回転角センサの出力信号を補正しているので、回転角センサの出力信号の周辺温度による変動を補償することができる。これにより、ロータ回転角の演算精度を向上させることができる。また、回転角センサの出力信号の周辺温度による変動を補償するために、温度センサを設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係る電動モータとモータ制御装置とを示す模式図である。
【図２】図２は、センサ回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、電動モータに設けられているモータ回路の他の例を示すブロック図である。
【図４】図４は、電動モータに設けられているモータ回路のさらに他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動モータとモータ制御装置とを示す模式図である。
電動モータ１は、モータ制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic  Control  Unit）２によって駆動制御される。
【００１１】
電動モータ１は、三相ブラシレスモータであり、モータケース１ａと、モータケース１ａ内に配され、モータケース１ａに固定されたステータ（図示略）と、モータケース１ａ内に配され、モータケース１ａに回転自在に支持されたロータ（図示略）とを含んでいる。ロータには、モータ出力軸１ｂが固定されている。ステータには、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線が設けられている。ロータには、磁石が設けられている。モータ出力軸１ｂは、モータケース１ａの一端から突出している。
【００１２】
モータケース１ａ内には、さらに、回転角センサ１１、信号処理回路１２、熱電変換素子１３、充電回路１４および二次電池１５を含むセンサ回路が設けられている。図２は、センサ回路の構成を示すブロック図である。
回転角センサ１１は、ロータの回転角を検出するためのものである。この実施形態では、回転角センサ１１は、ロータの回転に伴って互いに位相が異なる正弦波信号をそれぞれ出力する複数のホール素子（この例では２つのホール素子１１ａ，１１ｂ）からなる。信号処理回路１２は、各ホール素子１１ａ，１１ｂの出力信号を増幅する増幅回路１２ａ，１２ｂを含んでいる。
【００１３】
熱電変換素子１３は、電動モータ１によって発生する熱を、電力に変換する素子である。充電回路１４は、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔを、二次電池１５を充電可能な電圧まで昇圧し、昇圧後の電圧を用いて二次電池１５を充電するものである。二次電池１５は、信号処理回路１２に電力を供給するものである。熱電変換素子１３と充電回路１４と二次電池１５とによって、信号処理回路１２に電力を供給するための電源回路が構成されている。
【００１４】
熱電変換素子１３で発生した電力は、充電回路１４を介して二次電池１５に供給され、これにより二次電池１５が充電される。二次電池１５によって、信号処理回路１２内の各増幅回路１２ａ．１２ｂに電力が供給される。各ホール素子１１ａ，１１ｂの出力信号Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓは、それぞれ増幅回路１２ａ，１２ｂによって増幅される。増幅回路１２ａの出力信号をＶ１で表し、増幅回路１２ｂの出力信号をＶ２で表すことにする。
【００１５】
図１に戻り、ＥＣＵ２は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリなど）を備えたマイクロコンピュータ２１と、マイクロコンピュータ２１によって制御され、電動モータ１に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）２２を含んでいる。駆動回路２２は、電力供給線３１，３２，３３を介して、電動モータ１のステータに設けられたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線にそれぞれ接続されている。
【００１６】
マイクロコンピュータ２１には、信号線４１，４２を介して、電動モータ１に設けられた信号処理回路１２の出力信号（増幅回路１２ａ，１２ｂの出力信号Ｖ１，Ｖ２）が入力される。マイクロコンピュータ２１は、増幅回路１２ａ，１２ｂの出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいて、電動モータ１のロータ回転角（電気角）を検出し、検出されたロータ回転角等を用いて、駆動回路２２を制御する。
【００１７】
この実施形態によれば、電動モータ１に、回転角センサ１１（ホール素子１１ａ，１１ｂ）とその信号処理回路１２（増幅回路１２ａ，１２ｂ）とが設けられているので、回転角センサ１１と信号処理回路１２との間の配線を短くすることができる。これにより、回転角センサ１１から出力される微小電圧信号にノイズが混入するのを抑制することができる。また、このように電動モータ１に信号処理回路１２を設けても、信号処理回路１２に電力を供給するための発電素子１３を含む電源回路１３，１４，１５が電動モータ１に設けられているので、ＥＣＵ２側から電動モータ１内の信号処理回路１２に電力を供給するための配線は不要である。このため、電動モータ１とＥＣＵ２との間の配線数を低減することができる。
【００１８】
図３は、電動モータ１に設けられているモータ回路の他の例を示すブロック図である。図３において、図２に示されている各部に対応する部分には、図２の場合と同一の参照番号を付して示す。
図３のモータ回路は、図２のモータ回路に比べて、回転角センサ１１が異なっている。このモータ回路では、回転角センサ１１は、レゾルバ１１ｃからなる。レゾルバ１１ｃは、励磁コイルと正弦波相コイルと余弦波相コイルとを備えている。レゾルバ１１ｃの励磁コイルに所定の励磁信号が入力されると、レゾルバ１１ｃの正弦波相コイルおよび余弦波相コイルからロータ回転角（電気角）に対応した正弦波信号Ｖ１ｓおよび余弦波信号Ｖ２ｓが出力される。
【００１９】
信号処理回路１２は、レゾルバ１１ｃの励磁コイルに供給される励磁信号を生成する励磁信号生成回路（発振回路）１２ｃと、レゾルバ１１ｃから出力される正弦波信号Ｖ１ｓおよび余弦波信号Ｖ２ｓをそれぞれ増幅する増幅回路１２ｄ，１２ｅとを含んでいる。
図４は、電動モータ１に設けられているモータ回路のさらに他の例を示すブロック図である。図４において、図２に示されている各部に対応する部分には、図２の場合と同一の参照番号を付して示す。
【００２０】
図４のモータ回路は、図２のモータ回路に比べて、信号処理回路１２の構成が異なっている。
回転角センサ１１は、図２の回転角センサ１１と同様に、ロータの回転に伴って互いに位相が異なる正弦波信号Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓをそれぞれ出力する２つのホール素子１１ａ，１１ｂからなる。この実施形態では、ロータの回転角（電気角）をθとすると、一方のホール素子１１ａ（以下、「第１のホール素子１１ａ」という）からはＶ１ｓ＝Ａ１・sinθで表される正弦波信号が出力され、他方のホール素子１１ｂ（以下、「第２のホール素子１１ｂ」という）からはＶ２ｓ＝Ａ２・sin（θ＋９０°）＝Ａ２・cosθで表される正弦波信号が出力されるものとする。Ａ１およびＡ２は、振幅である。
【００２１】
信号処理回路１２は、第１のホール素子１１ａの出力信号Ｖ１ｓを増幅する第１の増幅回路５１と、第２のホール素子１１ｂの出力信号Ｖ２ｓを増幅する第２の増幅回路５２と、各増幅回路５１，５２の出力信号Ｖ１，Ｖ２に基づいてロータ回転角θを演算するマイクロコンピュータ６０とを含んでいる。
マイクロコンピュータ６０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、第１の増幅回路５１の出力信号Ｖ１（以下、「第１の出力信号Ｖ１」という）を補正する第１の信号補正部６１と、第２の増幅回路５２の出力信号Ｖ２（以下、「第２の出力信号Ｖ２」という）を補正する第２の信号補正部６２と、各信号補正部６１，６２による補正後の信号に基づいて、ロータ回転角θを演算する回転角演算部６３とが含まれている。
【００２２】
第１の信号補正部６１には、第１の出力信号Ｖ１と熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔとが入力している。第２の信号補正部６２には、第２の出力信号Ｖ２と熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔとが入力している。
第１の信号補正部６１は、予め設定された第１の出力信号Ｖ１のピーク値の絶対値（第１の振幅補正値）に基づいて、第１の出力信号Ｖ１の振幅が基準振幅となるように、第１の出力信号Ｖ１を補正する。一方、第２の信号補正部６２は、予め設定された第２の出力信号Ｖ２のピーク値の絶対値（第２の振幅補正値）に基づいて、第２の出力信号Ｖ２の振幅が基準振幅となるように、第２の出力信号Ｖ２を補正する。
【００２３】
ホール素子１１ａ，１１ｂの出力信号Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓの振幅（ピーク値）は、周辺温度によって変動する。具体的には、出力信号Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓの振幅（ピーク値）は、周辺温度が高くなるほど小さくなる。このため、第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を補正する場合には、補正に用いられる第１および第２の振幅補正値として、周辺温度に応じた振幅補正値を用いることが好ましい。
【００２４】
熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔの大きさは周辺温度に対応しているので、各信号補正部６１，６２は、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔに基づいて、周辺温度に応じた振幅補正値を設定するようにしている。以下、より具体的に説明する。
マイクロコンピュータ６０内の不揮発性メモリには、周辺温度毎の第１の出力信号Ｖ１ピーク値の絶対値（第１の振幅補正値）と、周辺温度毎の第２の出力信号Ｖ２のピーク値の絶対値（第２の振幅補正値）が予め記憶されている。具体的には、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔ毎の第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２のピーク値の絶対値Ｐ１（Ｖｔ），Ｐ２（Ｖｔ）が、それぞれ第１の振幅補正値および第２の振幅補正値として予め記憶されている。
【００２５】
ある温度（ある出力電圧Ｖｔ）での第１の出力信号Ｖ１のピーク値の絶対値（第１の振幅補正値）は、例えば当該温度での第１の出力信号Ｖ１の各磁極に対するピーク値の絶対値の平均値に相当する。同様に、ある温度（ある出力電圧Ｖｔ）での第２の出力信号Ｖ２のピーク値の初期値（第２の振幅補正値）は、例えば当該温度での第２の出力信号Ｖ２の各磁極に対するピーク値の絶対値の平均値に相当する。
【００２６】
第１の信号補正部６１は、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔに対応する第１の出力信号Ｖ１のピーク値の絶対値Ｐ１（Ｖｔ）を不揮発性メモリから読み込む。そして、第１の信号補正部６１は、第１の出力信号Ｖ１を、不揮発性メモリから読み込んだＰ１（Ｖｔ）と基準振幅を用いて、補正する。補正後の信号をＶ１’とすると、Ｖ１’は、次式(1)で表される。
【００２７】
Ｖ１’＝Ｖ１×基準振幅／Ｐ１（Ｖｔ）    …(1)
同様に、第２の信号補正部６２は、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔに対応する第２の出力信号Ｖ２のピーク値の絶対値Ｐ２（Ｖｔ）を不揮発性メモリから読み込む。そして、第２の信号補正部６２は、第２の出力信号Ｖ２を、不揮発性メモリから読み込んだＰ２（Ｖｔ）と基準振幅を用いて、補正する。補正後の信号をＶ２’とすると、Ｖ２’は、次式(2)で表される。
【００２８】
Ｖ２’＝Ｖ２×基準振幅／Ｐ２（Ｖｔ）    …(2)
なお、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔに対応する第１および第２の振幅補正値Ｐ１（Ｖｔ），Ｐ２（Ｖｔ）を、次のようにして求めてもよい。つまり、ある基準温度（基準温度に対応する熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔｏ）のときの第１および第２の基準振幅補正値Ｐ１（Ｖｔｏ），Ｐ２（Ｖｔｏ）のみを不揮発性メモリに記憶しておき、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔに基づいて、第１および第２の基準振幅補正値Ｐ１（Ｖｔｏ），Ｐ２（Ｖｔｏ）を周辺温度（出力電圧Ｖｔ）に応じた第１および第２の振幅補正値Ｐ１（Ｖｔ），Ｐ２（Ｖｔ）に変換する。
【００２９】
例えば、各信号補正部６１，６２は、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔに応じた補正係数Ｋ（＞０）を求め、対応する基準振幅補正値Ｐ１（Ｖｔｏ），Ｐ２（Ｖｔｏ）に補正係数Ｋを乗算することにより、周辺温度（出力電圧Ｖｔ）に応じた振幅補正値Ｐ１（Ｖｔ），Ｐ２（Ｖｔ）を演算する。
補正係数Ｋは、基準温度に対応する熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔｏを基準電圧として、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｔｏと等しい場合には１の値をとり、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｔｏに対して大きくなるほど小さくなり、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｔｏに対して小さくほど大きくなる。補正係数Ｋは、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔと補正係数Ｋとの関係を記憶したマップまたは熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔと補正係数Ｋとの関係を表す関数と、熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔとに基づいて求められる。
【００３０】
回転角演算部６３は、信号補正部６１，６２による補正後の信号Ｖ１’，Ｖ２’に基づいて、ロータ回転角θを演算する。具体的には、回転角演算部６３は、次式（3)に基づいて、ロータ回転角θを演算する。
θ＝tan−１（sinθ／cosθ）
＝tan−１（Ｖ１’／Ｖ２’）      …(3)
回転角演算部６３によって演算されたロータ回転角θは、信号線（図１の信号線４１または４２）を介してＥＣＵ２内のマイクロコンピュータ２１に送られる。
【００３１】
この実施形態によれば、信号処理回路１２に電力を供給するために設けられた熱電変換素子１３の出力電圧Ｖｔに基づいて、第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２を補正しているので、第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２（ホール素子１１ａ，１１ｂの出力信号Ｖ１ｓ，Ｖ２ｓ）の周辺温度による変動を補償することができる。これにより、ロータ回転角θの演算精度を向上させることができる。また、第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２の周辺温度による変動を補償するために、温度センサを設ける必要はない。
【００３２】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、信号処理回路１２に電力を供給するために熱電変換素子１３が用いられているが、圧電変換素子等の他の発電素子を用いてもよい。
また、充電回路１４は、所定の条件を満たしている場合にのみ、二次電池１５の充電を行うようにしてもよい。例えば、図２、図３および図４に破線で示すように、充電回路１４は、二次電池１５から二次電池１５の充電残量を示す情報を取得し、二次電池１５の充電残量が所定値未満であるか否かを判定する。また、充電回路１４は、熱電素子１３の出力電圧Ｖｔに基づいて、周辺温度が二次電池１５の充電に適した温度範囲であるか否かを判定する。そして、二次電池１５の充電残量が所定値未満でありかつ周辺温度が二次電池１５の充電に適した温度範囲であると判定されたときのみ、充電回路１４は二次電池１５の充電を行う。このようにすると、二次電池１５の寿命が長くなるという利点がある。
【００３３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…電動モータ、１１…回転角センサ、１１ａ，１１ｂ…ホール素子、１１ｃ…レゾルバ、１２…信号処理回路、１２ａ，１２ｂ，１２ｄ，１２ｅ，５１，５２…増幅回路、１２ｃ…励磁信号生成回路、１３…熱電変換素子、１５…二次電池、６０…マイクロコンピータ、６１，６２…信号補正部、６３…回転角演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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