(57)【要約】【課題】コネクタの酸化皮膜を確実に除去することができる安価で信頼性の高いモータ角度検出装置を提供する。【解決手段】モータに連結され、励磁信号により磁束を発生する励磁コイル及び回転角度に応じて検出信号を発生する検出コイルで成るレゾルバと、検出信号を入力する受信回路と、励磁信号を発生し、受信回路からの検出信号及び励磁信号に基づいて回転角度を演算するコントロールユニットとを備え、受信回路の入力側に電圧クランプ回路が設けられ、必要なときに、ＥＣＵ始動時に励磁信号の振幅を大きくする機能を具備したモータ角度検出装置において、予め決められたモータ角度にモータ電流ベクトルを流す機能を有し、モータ電流ベクトルを流して後に励磁信号を大きくする。【選択図】図３
2016046986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに連結され、励磁信号により磁束を発生する励磁コイル及び回転角度に応じて検出信号を発生する検出コイルで成るレゾルバと、前記検出信号を入力する受信回路と、前記励磁信号を発生し、前記受信回路からの検出信号及び前記励磁信号に基づいて前記回転角度を演算するコントロールユニットとを備え、前記受信回路の入力側に電圧クランプ回路が設けられ、前記励磁信号の振幅を大きくする機能を具備したモータ角度検出装置において、
予め決められたモータ角度にモータ電流ベクトルを流す機能を有し、前記モータ電流ベクトルを流して後に前記励磁信号を大きくするようになっていることを特徴とするモータ角度検出装置。
【請求項２】
前記モータ電流ベクトルが、前記モータ及び前記レゾルバの各磁気位相、各機械位相に基づく逆算で予め算出されている請求項１に記載のモータ角度検出装置。
【請求項３】
前記モータ角度が、前記レゾルバのコイル位相sin45°、sin135°、sin225°、sin315°及びcos45°、cos135°、cos225°、cos315°である請求項１又は２に記載のモータ角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転角度を検出するために用いられるレゾルバを備えたモータ角度検出装置に関し、特に、レゾルバと受信回路を繋ぐコネクタの接点に形成された酸化皮膜を確実に破壊する機能を有し、特に車両の電動パワーステアリング装置に最適なモータ角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置のアクチュエータにブラシレスモータを用いる場合、該モータの角度（位置）検出器としてレゾルバが広く用いられている。レゾルバは、モータ等の回転体（モータロータ）に取り付けられ、該回転体と一体回転するロータと、モータケース等に固定されているステータとを有している。かかるレゾルバは、一般的にワイヤーハーネス、コネクタ等を介してコントロールユニット（ＥＣＵ）と接続されている。
【０００３】
図１は、従来のモータ角度検出装置の一例を示す構成図である。レゾルバは、レゾルバステータ及びレゾルバロータ３で成り（モータケースに固定されているレゾルバステータは図示せず）、励磁コイル２、ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５が、レゾルバステータに巻回されている。励磁コイル２、ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５は、それぞれコネクタ９Ａ及び９Ｂ、９Ｃ及び９Ｄ、９Ｅ及び９Ｆを経て、励磁増幅部１、ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７と接続されている。
【０００４】
励磁増幅部１は、コントロールユニット８の励磁信号発生部８０１により発生された正弦波の励磁信号を入力して増幅し、コネクタ９Ａ、９Ｂを介して励磁コイル２を駆動して磁束を発生している。ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５は、レゾルバロータ３を介して励磁コイルで発生した磁束に励磁され、それぞれｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号を発生する。ｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号が、それぞれコネクタ９Ｃ、９Ｄ及び９Ｅ、９Ｆを介してｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７へ入力されている。
【０００５】
ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７は、それぞれｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号を入力して所定の処理を行い、処理されたｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号をコントロールユニット８内のＡ/Ｄ変換器８０２及び８０３へ入力している。コントロールユニット８は、ディジタル信号に変換されたｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号に基づいてモータの回転角度を算出する。
【０００６】
このような構成において、ｓｉｎ受信回路６及びｓｉｎ検出コイル４部分の等価回路は図２に示すように、ｓｉｎ検出コイル４の抵抗成分はＲ４であり、インダクタンス成分はＬ４であり、ｓｉｎ受信回路６の入力インピーダンスはＲＬであり、ｓｉｎ検出コイル４とｓｉｎ受信回路６はコネクタ９Ｃ及び９Ｄにより接続され、コネクタ９Ｃ及び９Ｄは所定の接触抵抗を有している。ｓｉｎ検出コイル４の抵抗成分Ｒ４は、温度等の外乱により変動しやすいので、抵抗成分Ｒ４の温度依存性等の影響を低減し、角度検出精度を向上させるために、ｓｉｎ受信回路６において、入力インピーダンスＲＬはｓｉｎ検出信号の出力インピーダンスの抵抗成分Ｒ４に対して十分に高く設定することが望ましい。
【０００７】
しかし、レゾルバの出力インピーダンスの抵抗成分Ｒ４は数百オーム程度であるため、入力インピーダンスＲＬを高く設定してしまうと、ｓｉｎ検出コイル４に流れる電流は数μＡ〜数十μＡと非常に小さい電流になってしまう。更に、ｓｉｎ検出コイル４に流れる電流が小さい場合、経時劣化等の要因でコネクタ９Ｃ及び９Ｄの接点に酸化皮膜が形成され、接触抵抗が増大し、正確な信号の受信が困難になる恐れがある。ｃｏｓ検出コイル５の場合も同様である。
【０００８】
このような問題を解決するために、特許文献１（特開２００７−８２３２２号公報）では、モータのスイッチオン時に、モータのロータ位置を検出する検出回路の信号入力端部を短絡し、検出回路に接続されるコネクタの接続端子に通常使用時以上の電流を流すようにしているモータ位置検出装置が提案されている。また、特許文献２（特開２００１−８２９８０号公報）では、励磁増幅部の電源電圧を別系統とし、高い電圧を加えることにより、装置全体の発熱を抑制しながら、コネクタの絶縁被膜を破壊する電気車用レゾルバ処理装置が提案されている。更に、コネクタ接触部の酸化を防ぐため、金メッキ処理等の特別処理も広く知られている。
【０００９】
しかし、コネクタ９に金メッキ処理等を行うと、コストアップしてしまうという問題がある。特許文献１に記載のモータ位置検出装置は、モータのスイッチオン時のみにレゾルバ入力端を短絡させるための短絡回路が必要となり、コストが高くなる問題がある。また、特許文献２に記載のレゾルバ処理装置では、励磁増幅部ための特別な電流確保用回路が必要となり、コストが高くなる問題がある。
【００１０】
このような問題を解決するモータ角度検出装置として、特許第５４８８４２０号公報（特許文献３）に示されるものがある。特許文献３のモータ角度検出装置では、受信回路の入力側に電圧クランプ回路（ツェナーダイオード構成）を設け、検出精度の向上対策が必要なときに励磁信号の振幅を大きくする機能、或いはコントロールユニットの励磁信号発生部で励磁信号の振幅を大きくし、受信回路の入力側に電圧クランプ回路（ツェナーダイオード構成）を設け、検出精度の向上対策が必要なときに励磁信号の振幅を大きくする機能を具備し、いずれの場合も、検出精度の向上対策の必要性の判定を判定部で行い、モータのロータが回転していないときに、判定部が検出精度の向上対策が必要であると判定するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−８２３２２号公報
【特許文献２】特開２００１−８２９８０号公報
【特許文献３】特許第５４８８４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献３の装置では、あるモータ角度で、レゾルバコイル位相がcos90°、sin0°となる位置があり、いくら励磁コイルの増幅を図っても、コネクタの接触部、カシメ部に十分な電流を流すことができず、酸化被膜を破壊できない事象が生じる可能性がある。
【００１３】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、コネクタの酸化皮膜を確実に除去することができる安価で信頼性の高いモータ角度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、モータに連結され、励磁信号により磁束を発生する励磁コイル及び回転角度に応じて検出信号を発生する検出コイルで成るレゾルバと、前記検出信号を入力する受信回路と、前記励磁信号を発生し、前記受信回路からの検出信号及び前記励磁信号に基づいて前記回転角度を演算するコントロールユニットとを備え、前記受信回路の入力側に電圧クランプ回路が設けられ、前記励磁信号の振幅を大きくする機能を具備したモータ角度検出装置に関し、本発明の上記目的は、予め決められたモータ角度にモータ電流ベクトルを流す機能を有し、前記モータ電流ベクトルを流して後に前記励磁信号を大きくすることにより達成される。
【００１５】
本発明の上記目的は、前記モータ電流ベクトルが、前記モータ及び前記レゾルバの各磁気位相、各機械位相に基づく逆算で予め算出されていることにより、或いは前記モータ角度が、前記レゾルバのコイル位相sin45°、sin135°、sin225°、sin315°及びcos45°、cos135°、cos225°、cos315°であることにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、レゾルバ検出信号の受信回路を過大な入力電圧から保護できると共に、レゾルバのコイル位相に関係なく、レゾルバのコネクタ部分に大きな電流を流すことにより、確実にコネクタ接点の酸化皮膜を除去することができる。従って、モータ角度検出装置の検出精度を向上することができ、信頼性も向上する。
【００１７】
また、本発明によれば、金メッキ等の特別処理を行う必要がなく、電圧クランプ回路の構造が簡単であるため、コストアップすることはなく、安価で信頼性の高いモータ角度検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のモータ角度検出装置の一例を示す構成図である。
【図２】従来のモータ角度検出装置のsin検出コイル部分の等価回路である。
【図３】本発明のモータ角度検出装置の一例を示す構成図である。
【図４】本発明に係るモータ角度検出装置のｓｉｎ検出部分の結線図である。
【図５】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係るモータ角度検出装置において、通常駆動時の励磁信号とｓｉｎ検出信号の波形図である。
【図７】本発明に係るモータ角度検出装置において、検出精度の向上対策を行う時の励磁信号とｓｉｎ検出信号の波形図である。
【図８】本発明に係るモータ角度検出装置において、ｓｉｎ検出信号の振幅がクランプ電圧より高い時のｓｉｎ検出回路部分の挙動を説明するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明では、コネクタ９部分に発生する酸化皮膜がもたらす問題を解決するために、コネクタ９に一時的に大きな電流を流すことにより、該酸化皮膜を破壊するようにしている。即ち、sin受信回路６及びcos受信回路７の入力側に電圧クランプ回路（例えばツェナーダイオード構成）を設け、検出精度の向上対策を行うときに、励磁信号の振幅を通常駆動時の振幅の所定倍にすることにより、コネクタ９に大きい電流を流させ、酸化皮膜を破壊するようにしている。しかも、本発明ではレゾルバコイル位相がsin0°及びcos90°とならないように、予め決められたモータ角度にモータ電流ベクトルを流し、レゾルバコネクタ部に確実に電流を流すようになっている。
【００２０】
即ち、モータが駆動されていないオペレーティング初期に、レゾルバコイルのコネクタ接触部、カシメ部に酸化被膜除去（破壊）に必要十分な電流を流すために、（例えばレゾルバコイル位相がsin45°、sin135°、sin225°、sin315°及びcos45°、cos135°、cos225°、cos315°となるような）予め決められたモータ角度にモータ電流（モータ電流ベクトル）を流せば、レゾルバコイル位相がsin0°、cos90°とならずに、それぞれのレゾルバコイルのコネクタ部（９Ｃ及び９Ｄ，９Ｅ及び９Ｆ）に確実に電流を流すことができ、コネクタの接触抵抗、カシメ部の酸化被膜を除去（破壊）することができる。
【００２１】
これにより、金メッキ等の特別な処理を行う必要がなく、コストアップすることなく、安価で信頼性の高いモータ角度検出装置を提供することができる。
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図３の構成図は、本発明に係るモータ角度検出装置の構成例を図１に対応させて示しており、レゾルバのロータ軸にはモータ１００が連結されており、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。コネクタ９に発生した酸化皮膜を破壊するために、コントロールユニット８には判定部８０４、励磁信号発生部８０１Ａ及びモータ電流生成部１１０を設けており、検出精度の向上対策が必要であると判定されたときに、モータ１００は、モータ電流生成部１１０で生成されたモータ電流ベクトルの電流指令値ＭＣにより、モータ駆動部１２０を介して所定角度だけ駆動される。また、sin受信回路６及びcos受信回路７の各入力側に、ツェナーダイオードで構成された電圧クランプ回路１１及び１２を備えている。
【００２４】
コントロールユニット８は、励磁信号発生部８０１Ａにより励磁信号を発生し、励磁増幅部１へ出力すると共に、sin受信回路６及びcos受信回路７からsin検出信号及びcos検出信号を入力し、それぞれＡ/Ｄ変換器８０２及び８０３によりディジタル信号に変換する。コントロールユニット８の演算部（図示せず）は、励磁信号、及びディジタル変換されたｓｉｎ検出信号、cos検出信号に基づく三角関数の演算により、モータ１００のモータ角度θを検出する。
【００２５】
判定部８０４は、検出精度の向上対策を行うか否かを判定する機能を有しており、判定基準として、モータ１００を備えた電動パワーステアリング装置が初期診断中であるか、或いは直進走行中であるか、或いはモータ１００のロータが回転していないか等を適用することができる。また、車両の仕様に合わせて、他の基準を加えることも可能である。
【００２６】
判定部８０４が検出精度の向上対策を行わないと判定したときに、「０」である判定信号ＳＷをモータ電流生成部１１０及び励磁信号発生部８０１Ａへ入力する。この場合には、モータ電流生成部１１０は電流指令値ＭＣを生成せず、検出精度の向上対策は行わない。励磁信号発生部８０１Ａは通常駆動時の振幅の励磁信号を発生し、励磁増幅部１を経てレゾルバを励磁し、通常のモータ角度の検出を行う。
【００２７】
一方、判定部８０４が検出精度の向上対策を行うべきであると判定したときに、「１」である判定信号ＳＷをモータ電流生成部１１０及び励磁信号発生部８０１Ａへ入力する。この場合、先ずモータ電流生成部１１０は、予め決められたモータ角度となるように電流指令値ＭＣを生成し、モータ駆動部１２０を介してモータ１００を所定角度駆動し、その後、励磁信号発生部８０１Ａは判定信号ＳＷに応じて所定倍（例えば１．５倍）の振幅の励磁信号を発生し、励磁増幅部１へ入力する。このようにすると、検出精度の向上対策を行わないとき（判定信号ＳＷが「０」のとき）には通常駆動を行い、検出精度の向上対策を行うとき（判定信号ＳＷが「１」のとき）に、振幅が通常駆動時の所定倍である励磁信号が励磁信号発生部８０１Ａで発生される。
【００２８】
ここで、モータ１００を３相ＤＣモータとすれば、そのモータロータとレゾルバロータは同一軸上にあり、モータ１００の３相の電流位相と、レゾルバの磁気位相は、それぞれのロータの位相配置角度とそれぞれのコイルの磁気位相は、機械的位相によって決まる。従って、例えばレゾルバコイル位相がsin45°、sin135°、sin225°、sin315°、cos45°、cos135°、cos225°、cos315°となるようなロータ位相になるような、モータ電流ベクトルは、モータ１００及びレゾルバそれぞれの磁気位相、機械位相のハードウェアで予め逆算できる。勿論、モータ及びレゾルバの種類で機械位相は異なるが、それぞれの位相さえ分かればモータ電流は逆算でき、どのレゾルバ付き３相モータでも使用可能である。
【００２９】
励磁増幅部１は、コントロールユニット８から入力された励磁信号を増幅して励磁コイル２へ印加する。励磁信号はコネクタ９Ａ、９Ｂを介して励磁コイル２を駆動して磁束を発生する。sin検出コイル４及びcos検出コイル５は、レゾルバロータ３を介して励磁コイル２で発生した磁束に対して三角関数の関係で励磁され、それぞれsin検出信号及びcos検出信号を発生する。sin検出信号及びcos検出信号が、それぞれコネクタ９Ｃ、９Ｄ及び９Ｅ、９Ｆを介してsin受信回路６及びcos受信回路７へ入力されている。
【００３０】
本発明では、sin受信回路６及びcos受信回路７の入力側に電圧クランプ回路１１及び１２が接続されており、電圧クランプ回路１１及び１２は、静電気等の影響で高電圧が発生された際に、受信回路６又は７に過大な電圧が印加され、素子が破壊されるのを保護する目的で挿入される保護回路であり、図４はsin検出部分を例として、電圧クランプ回路１１の構成例を示す結線図である。
【００３１】
図４に示すように、電圧クランプ回路１１は、２つの互いに対向して配置されているツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２から成る。sin受信回路６の入力耐電圧を±Ｃ［Ｖ］、電圧クランプ回路１１のクランプ電圧Ｄ［Ｖ］とする。ここで、ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２のツェナー降伏電圧は（Ｃ−Ｖｆ）［Ｖ］以下に選ぶことが好ましく（ＶｆはツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２の順方向の電圧降下）、つまり、クランプ電圧Ｄ［Ｖ］は（Ｃ−Ｖｆ）［Ｖ］以下である。このようにすると、sin検出コイル４に高電圧が発生し、ツェナーダイオードＺＤ１又はＺＤ２の一方に印加されている電圧がツェナー降伏電圧を超えると、ツェナー効果が起き、受信回路６の入力電圧がクランプ電圧Ｄ［Ｖ］に維持され、ｓｉｎ受信回路６が高電圧から保護される。電圧クランプ回路１２についても同様である。
【００３２】
モータ１００のロータ角度がθであり、励磁周波数がｆである場合、励磁信号、sin検出信号、cos検出信号の電圧関係は下記数１である。
（数１）
Ｖ＝Ａ・sin（２πｆ・ｔ）
Ｖsin＝Ａ・Ｂ・sinθ・sin（２πｆ・ｔ＋φ）
Ｖcos＝Ａ・Ｂ・cosθ・cos（２πｆ・ｔ＋φ）
ｔ：時間
Ａ：励磁信号の振幅
Ｂ：励磁振幅に対する受信振幅の係数（レゾルバの固有定数）
φ：励磁位相に対する受信位相の遅れ（レゾルバの固有定数）
ただし、温度、電圧及び経年劣化等による変動は無視できるものと仮定する。
図５は本発明に関連する部分の動作例を示しており、判定部８０４は、検出精度の向上対策を行うか否かを判定し（ステップＳ１）、検出精度の向上対策を行わないと判定したときに、「０」である判定信号ＳＷを出力し（ステップＳ１０）、励磁信号発生部８０１Ａは通常振幅の励磁信号を発生し（ステップＳ１１）、通常のモータ角度検出の駆動を行う（ステップＳ１２）。
【００３３】
また、上記ステップＳ１で判定部８０４が検出精度の向上対策を行うべきであると判定したときは、「１」である判定信号ＳＷを出力し（ステップＳ２）、モータ電流生成部１１０は電流指令値（モータ電流ベクトル）を生成し（ステップＳ３）、モータ１００を駆動する（ステップＳ４）。これにより、レゾルバのコイル位相がsin0°、cos90°になることを確実に防止することができる。
【００３４】
その後、励磁信号発生部８０１Ａは判定信号ＳＷに応じて所定倍（例えば通常時の１．５倍の振幅）の励磁信号を発生し（ステップＳ５）、この励磁信号が励磁増幅部１で増幅されて励磁コイル２へ印加され、レゾルバからsin検出信号及びcos検出信号が出力され（ステップＳ６）、それぞれがネクタ９Ｃ、９Ｄ及び９Ｅ、９Ｆを介してsin受信回路６及びcos受信回路７へ入力されて処理される（ステップＳ７）。
【００３５】
図６（Ａ）は通常駆動時の励磁信号であり、図６（Ｂ）はsin検出信号の波形図であり、励磁信号の振幅はＡであり、sin検出信号の振幅はＡ・Ｂである（図示しないが、cos検出信号の振幅もＡ・Ｂである）。sin検出信号の振幅はクランプ電圧Ｄ［Ｖ］以下であり、sin検出コイルに流れている電流Ｉの全てはsin受信回路６に入力されている。
【００３６】
一方、図７（Ａ）は振幅が所定倍Ｋ（Ｋ＞１）にされた励磁信号により励磁コイル２を駆動しているときの励磁信号の波形図を示し、図７（Ｂ）はsin検出信号の波形図を示している。励磁信号の振幅はＫ・Ａであり、sin検出信号の振幅はＫ・Ａ・Ｂであり、電圧クランプ回路１１のクランプ電圧Ｄ［Ｖ］より大きくなっている。図７に示すように、モータのロータ角度θがθ１〜θ２又はθ３〜θ４であるときに、sin検出信号はクランプ電圧Ｄより大きいので、ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２の両端に印加された電圧はツェナー降伏電圧以上であり、ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２両端の電圧がＤ［Ｖ］にクランプされる。このとき、sin検出コイル４部分の回路挙動は図８に示すようになっている。即ち、生成した誘起電圧をＶとし、誘起電圧がクランプ電圧を超えた部分をＺ［Ｖ］とすると、sin検出コイル４、コネクタ９Ｃ及び９Ｄに流れている電流ＩはＺ/Ｒ４であり、sin受信回路６の入力電流Ｉ２はＤ/ＲＬであり、ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２に流れている電流Ｉ１は（Ｚ/Ｒ４−Ｄ/ＲＬ）である。sin検出コイル４の抵抗成分Ｒ４が小さいため、コネクタ９Ｃ及び９Ｄに流れている電流Ｉ＝Ｚ/Ｒ４は十分大きいものであり、これにより、コネクタ９Ｃ、９Ｄの酸化皮膜が除去される。この結果、コネクタ９Ｃ、９Ｄの接触抵抗を小さくすることができる。
【００３７】
本発明に係るモータ角度検出装置は車両の電動パワーステアリング装置に最適であり、電動パワーステアリング装置の初期診断時に合わせて、酸化皮膜の破壊動作を実施することが望ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１、１Ｂ          励磁増幅部
２                励磁コイル
３                レゾルバロータ
４                ｓｉｎ検出コイル
５                ｃｏｓ検出コイル
６                ｓｉｎ受信回路
７                ｃｏｓ受信回路
８                コントロールユニット
９                コネクタ
１１、１２        電圧クランプ回路
１００            モータ
１１０            モータ電流生成部
１２０            モータ駆動部
８０１、８０１Ｂ  励磁信号発生部
８０２、８０３    Ａ/Ｄ変換器
８０４            判定部
【図１】
2016046986.tif 000003
【図２】
2016046986.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016046986.tif 000006
【図５】
2016046986.tif 000007
【図６】
2016046986.tif 000008
【図７】
2016046986.tif 000009
【図８】
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