(57)【要約】【課題】比較的簡素な構成で、安価に、モータの回転位置を高精度に検出可能な回転位置検出装置を提供する。【解決手段】回転位置検出装置１は、電気角θＥに伴って変化する正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥに基づいて、電気角θＥのとり得る全角度範囲を４５°刻みの８個の角度区分に分割するとともに、モータ角度θＥの属する角度区分を判定する区分判定部５と、正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥに基づいて、０≦Ｒ＜１の範囲の変数Ｒを計算する変数演算部６と、角度区分“１”の関係“θＴ＝ｔａｎ−１Ｒ”を用いて、変数Ｒに対応する０≦θＣ＜４５°の範囲の圧縮角度信号θＣを求める圧縮角度信号生成部７と、角度区分毎に予め定められた計算式に基づいて圧縮角度信号θＣを復元し、０≦θＤ＜３６０°の範囲の検出角信号θＤを生成する角度復元部９と、を備える。【選択図】図２
2009145305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に対する回転子の相対的な回転位置に応じて電気角θＥが変化するモータに一対の磁電変換器が備えられ、前記磁電変換器から出力される正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥに基づいて前記回転位置を検出する回転位置検出装置であって、
ｉ）前記正弦波信号ｓｉｎθＥ及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥが正であるか否か、及び前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値と前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値との大小関係に基づいて、前記電気角θＥのとり得る全角度範囲を４５°刻みの複数の角度区分に分割するとともに、前記電気角θＥの属する前記角度区分を判定する角度区分判定部と、
ｉｉ）前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値のうち、小さい方を大きい方で割る除算を行って、０≦Ｒ＜１の範囲の変数Ｒを計算する変数演算部と、
ｉｉｉ）式“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”の関係を用いて、０≦θＣ＜４５°の範囲に圧縮された圧縮角度信号θＣを求める圧縮角度信号生成部と、
ｉｖ）前記角度区分毎に予め定められた計算式に基づいて、前記圧縮角度信号θＣを前記電気角θＥのとり得る全角度範囲に復元し、検出角度信号θＤを生成する角度復元部と、
を備えたことを特徴とする回転位置検出装置。
【請求項２】
前記変数Ｒの計算式が、前記角度区分毎に予め決定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項３】
ｖ）前記変数Ｒと前記圧縮角度信号θＣの関係を保持するマップと、
をさらに備え、
前記圧縮角度信号θＣを求める度に、式“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”の計算を行うことなく、前記圧縮角度信号θＣを求めることができることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項４】
ｉ）請求項１〜３のいずれかに記載の回転位置検出装置と、
ｉｉ）前記回転位置検出装置によって、固定子と回転子の相対回転位置に応じて変化する電気角θＥが検出されるＥＰＳモータと、
ｉｉｉ）前記ＥＰＳモータによって制御される操舵輪と、
ｉｖ）前記ＥＰＳモータを駆動するモータドライバと、
を備え、
前記モータドライバは、前記回転位置検出装置から出力される検出角度信号θＤを参照しつつ、前記ＥＰＳモータを駆動することを特徴とする走行車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに備えられた一対の磁電変換素子から出力される正弦波信号及び余弦波信号を用いて、モータの回転位置を検出する回転位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータを用いた被駆動対象の位置制御では、モータの回転位置を検出し、その検出結果に応じたフィードバック制御が行われている。この位置制御を正確に行うためには、回転位置の検出精度を向上させることが極めて重要である。
なお、周知のように、モータの回転位置は「機械角」及び「電気角」を用いて表現することができるが、本明細書では、特に断りのない限り「電気角θＥ」で回転位置を表現するものとする。機械角と電気角の関係は、図９に示す通りである。例えば、６極のモータ３において、固定子に対して回転子が一回転（＝機械角３６０°）すると、電気角は１０８０°変化する。また、電気角３６０°は機械角１２０°に相当する。
【０００３】
上記位置制御が行われている一例として、図８に示す荷役車両１０では、搭乗者によってハンドル１２が操作され、その操作量に応じた指令値（電気信号）がＥＰＳモータ１３に入力される。そして、ＥＰＳモータ１３の回転動作によって操舵輪１１の角度が制御され、荷役車両１０の進行方向が決定される。
この荷役車両１０において、ＥＰＳモータ１３の回転位置が正確に検出できないとすると、ハンドル１２の操作量と操舵輪１１の角度との関係にズレが生じたり、ＥＰＳモータ１３の不自然なトルク変動によって、搭乗者の乗り心地が悪化したりする。荷役車両に限らず、他の走行車両についても同様である。
【０００４】
そこで、従来から、モータの回転位置を高精度に検出するための種々の検討がなされている。例えば、特許文献１に記載されている位置制御モータ装置では、電気角を９０°ずらした一対のホール素子（４ａ、４ｂ）がモータ３の近傍に配置され（図９参照）、電気角θＥに応じて変化する正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥが得られるようになっている。
そして、０°≦θＥ＜４５°、１３５°≦θＥ＜２２５°、３１５°≦θＥ＜３６０°の範囲の正弦波信号ｓｉｎθＥ、及び４５°≦θＥ＜１３５°、２２５°≦θＥ＜３１５°の範囲の余弦波信号ｃｏｓθＥを繋ぎ合わせ、これを直線として取り扱うことによって、電気角θＥに応じた検出信号が生成されるようになっている。
【特許文献１】特開平４−２０８０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記範囲の正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥは厳密には直線ではないので、生成された検出信号によってモータの回転位置を高精度に検出することはできなかった（特許文献１の図３参照）。
したがって、この位置制御モータ装置における手法を図８に示す荷役車両１０に適用したとしても、やはり、ハンドル１２の操作量と操舵輪１１の角度との関係にズレが生じたり、ＥＰＳモータ１３の不自然なトルク変動によって、搭乗者の乗り心地が悪化したりする場合があった。
【０００６】
そこで本発明は、比較的簡素な構成で、安価に、モータの回転位置を高精度に検出可能な回転位置検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る回転位置検出装置は、
固定子に対する回転子の相対的な回転位置に応じて電気角θＥが変化するモータに一対の磁電変換器が備えられ、前記磁電変換器から出力される正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥに基づいて前記回転位置を検出する回転位置検出装置であって、ｉ）前記正弦波信号ｓｉｎθＥ及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥが正であるか否か、及び前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値と前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値との大小関係に基づいて、前記電気角θＥのとり得る全角度範囲を４５°刻みの複数の角度区分に分割するとともに、前記電気角θＥの属する前記角度区分を判定する角度区分判定部と、ｉｉ）前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値のうち、小さい方を大きい方で割る除算を行って、０≦Ｒ＜１の範囲の変数Ｒを計算する変数演算部と、ｉｉｉ）式“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”の関係を用いて、０≦θＣ＜４５°の範囲に圧縮された圧縮角度信号θＣを求める圧縮角度信号生成部と、ｉｖ）前記角度区分毎に予め定められた計算式に基づいて、前記圧縮角度信号θＣを前記電気角θＥのとり得る全角度範囲に復元し、検出角度信号θＤを生成する角度復元部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記変数Ｒの計算式が、前記角度区分毎に予め決定されている。
【０００９】
さらに好ましくは、本発明に係る回転位置検出装置は、ｖ）前記変数Ｒと前記圧縮角度信号θＣの関係を保持するマップと、をさらに備え、前記圧縮角度信号θＣを求める度に、式“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”の計算を行うことなく、前記圧縮角度信号θＣを求めることができる。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る走行車両は、
ｉ）上記いずれかの回転位置検出装置と、ｉｉ）前記回転位置検出装置によって、固定子と回転子の相対回転位置に応じて変化する電気角θＥが検出されるＥＰＳモータと、ｉｉｉ）前記ＥＰＳモータによって制御される操舵輪と、ｉｖ）前記ＥＰＳモータを駆動するモータドライバと、を備え、前記モータドライバは、前記回転位置検出装置から出力される検出角度信号θＤを参照しつつ、前記ＥＰＳモータを駆動する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、比較的簡素な構成で、安価に、モータの回転位置を高精度に検出可能な回転位置検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
はじめに、本発明に係る回転位置検出装置の基本概念について説明する。なお、以下では、６極モータの回転位置を検出する場合について説明する。
【００１３】
［基本概念］
図２に示すように、本発明に係る回転位置検出装置１は、第１磁電変換器４ａから出力される正弦波信号ｓｉｎθＥと、第２磁電変換器４ａから出力される余弦波信号ｃｏｓθＥとに基づいてモータ３の回転位置、すなわち電気角θＥを検出するものである。第１磁電変換器４ａ及び第２磁電変換器４ｂは、互いに電気角を９０°（＝機械角３０°）ずらした状態でモータ３の近傍、または内部に備えられる（図９参照）。
【００１４】
正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥという２つの信号に基づいて電気角θＥを求めるためには、例えば、“ｓｉｎθＥ／ｃｏｓθＥ”のような計算を行って２つの信号をひとまとめにする必要がある。図１（Ａ）は、式“ｓｉｎθＥ／ｃｏｓθＥ”を用いてｔａｎθＥを計算し、電気角θＥを求めようとするものであるが、これには以下の問題点があった。
すなわち、図１（Ａ）に示す方法によれば、例えば、ｔａｎθＥ＝０の場合に、電気角θＥは０°であるのか１８０°であるのかを特定することができない（第１の問題）。また、電気角θＥ＝９０°、２７０°の漸近線付近では、ｔａｎθＥが極端に大きく、または小さくなり、計算に支障が生じる（第２の問題）。
【００１５】
そこで、本発明に係る回転位置検出装置では、電気角θＥのとり得る全角度範囲を４５°刻みの８個の角度区分に分割し、図１（Ｂ）に示す電気角θＥと正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥとの関係から、検出すべき電気角θＥが属している角度区分を判定する。図１（Ｂ）から明らかなように、角度区分の判定は、（１）正弦波信号ｓｉｎθＥの正負、（２）余弦波信号ｃｏｓθＥの正負、及び（３）正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値の大小関係、を判定して行うことができる。
例えば、｜ｃｏｓθＥ｜＞｜ｓｉｎθＥ｜、ｓｉｎθＥ＞０、ｃｏｓθＥ＞０の場合、角度区分は“１”である。また、｜ｓｉｎθＥ｜＞｜ｃｏｓθＥ｜、ｓｉｎθＥ＜０、ｃｏｓθＥ＜０の場合の角度区分は“６”である。
角度区分を判定することにより、第１の問題が解消できる。
【００１６】
また、本発明に係る回転位置検出装置では、第２の問題が起こりえない領域、すなわち、角度区分“１”のｔａｎθＥと電気角θＥの関係を用いて、全ての角度区分における電気角θＥの特定を行うことを特徴とする。
具体的には、図１（Ａ）に示すように、角度区分“１”におけるｔａｎθＥは０以上で、かつ１未満の値しかとり得ないので、この範囲に収まる変数を正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥとから生成する必要がある。本発明では、この変数を“変数Ｒ”とし、正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値及び余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値のうち、小さい方を大きい方で割る除算によって計算する。
そして、角度区分“１”の関係“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”を用いて、変数Ｒに対応する圧縮角度信号θＣを求める。
【００１７】
しかしながら、変数Ｒのとり得る値は０≦Ｒ＜１なので、圧縮角度信号θＣのとり得る角度は０≦θＣ＜４５°であり、角度区分に関する情報が欠落してしまっている。
そこで、本発明に係る回転位置検出装置では、予め判定されている角度区分に基づいて圧縮角度信号θＣを復元し、最終的に、電気角θＥに対応する検出角度信号θＤ（０≦θＤ＜３６０°）を得ることができる。
【００１８】
［実施形態］
続いて、添付図面を参照して、上記本発明の基本概念を実現するための好ましい実施形態について説明する。
図２は本発明に係る回転位置検出装置の構成を示すブロック図、図３は本発明に係る回転位置検出装置の動作を示すフロー図、図４は本発明に係る回転位置検出装置のステップＳ２の動作を詳細に示すフロー図、図５は角度区分毎に予め定められた変数Ｒの計算式、及び圧縮角度信号θＣを復元するための計算式を示す表、図６は圧縮角度信号θＣを求める際に参照されるマップを示すグラフである。
【００１９】
図２に示すブロック図おいて、モータドライバ２は主にＩＧＢＴ等のパワー半導体素子からなり、モータ３に対して指令値を出力する。モータ３は、例えば三相同期モータであり、電圧指令値を受けて回転する。また、モータ３は、回転子とともに回転するセンサ磁石（図示を省略）を備えている。センサ磁石には、モータ３の極数（例えば、６極）に応じた正弦波着磁がなされている。
【００２０】
センサ磁石の近傍には、第１磁電変換器４ａと第２磁電変換器４ｂが備えられ、固定子に対する回転子の相対的な回転位置に応じた磁界の変化が電気信号として出力される。本実施形態において、第１磁電変換器４ａ及び第２磁電変換器４ｂは、同一の特性を有するホール素子である。図９に示すように、第１磁電変換器４ａ及び第２磁電変換器４ｂは電気角を９０°（＝機械角３０°）ずらした状態で配置されているので、第１磁電変換器４ａから出力される電気信号を正弦波信号ｓｉｎθＥとした場合、第２磁電変換器４ｂから出力される電気信号は余弦波信号ｃｏｓθＥとなる。
【００２１】
通常、第１磁電変換器４ａ及び第２磁電変換器４ｂからはアナログ信号が出力されるが、この信号形式は任意に変更することができる。例えば、Ａ／Ｄ変換器によってディジタル信号に変換し、ディジタル信号となった正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥが回転位置検出装置１に入力されるようにしてもよい。
【００２２】
回転位置検出装置１に正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥが入力されると（図３のステップＳ１）、まず、区分判定部５において、電気角θＥの属する角度区分が判定される（ステップＳ２）。
【００２３】
図４を参照して、ステップＳ２では、まず、正弦波信号ｓｉｎθＥが正であるか否かが判定される（ステップＳ２−１）。正弦波信号ｓｉｎθＥが正の場合、角度区分は“１”〜“４”のいずれかであると判定されたことになる。続いて、余弦波信号ｃｏｓθＥが正であるか否かが判定される（ステップＳ２−２ａ）。余弦波信号ｃｏｓθＥも正の場合、角度区分は“１”、“２”のいずれかであると判定されたことになる。
続いて、ステップＳ２では、余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値が正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ２−３ａ）。そして、この条件を満たす場合は、角度区分は“１（０≦θＥ＜４５°）”であると判定される（ステップＳ２−４ａ）。一方、ステップＳ２−３ａの条件を満たさない場合は、角度区分は“２（４５≦θＥ＜９０°）”であると判定される（ステップＳ２−４ｂ）。
他の場合も同様に、電気角θＥが“３”〜“８”のどの角度区分に属しているのかが判定される。
【００２４】
結局、図４に示すステップＳ２では、（１）正弦波信号ｓｉｎθＥが正であるか否か、（２）余弦波信号ｃｏｓθＥが正であるか否か、及び（３）正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値の大小関係が順次判定される。そして、この判定結果に基づいて、電気角θＥの属する角度区分が判定される。
【００２５】
区分判定部５による角度区分の判定（図３のステップＳ２）が終了すると、変数演算部６によって変数Ｒの計算が行われる（ステップＳ３）。この計算には、第１磁電変換器４ａから出力される正弦波信号ｓｉｎθＥと、第２磁電変換器４ｂから出力される余弦波信号ｃｏｓθＥと、区分判定部５における判定結果とが使用される。
【００２６】
図５に示すように、本実施例における変数Ｒの計算は、角度区分毎に予め定められた計算式に基づいて行われる。各計算式では、正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥのうち、絶対値の大きい方が分母となり、小さい方が分子となっている。また、正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥは、適宜、符合“−”を付けて正の値に変換される。これにより、変数Ｒは、０以上で、かつ１未満であることが保証される。
【００２７】
具体的には、角度区分が“１”の場合、変数Ｒは式“ｓｉｎθＥ／ｃｏｓθＥ”で計算される。図１（Ｂ）から明らかなように、角度区分“１”では、｜ｃｏｓθＥ｜＞｜ｓｉｎθＥ｜、ｓｉｎθＥ＞０、ｃｏｓθＥ＞０が成立しているから、変数Ｒのとり得る値は０≦Ｒ＜１となる。また、角度区分が“６”の場合、変数Ｒは式“−ｃｏｓθＥ／−ｓｉｎθＥ”で計算される。角度区分“６”では、｜ｓｉｎθＥ｜＞｜ｃｏｓθＥ｜、ｓｉｎθＥ＜０、ｃｏｓθＥ＜０が成立しているから、この場合も変数Ｒのとり得る値は０≦Ｒ＜１となる。
【００２８】
変数演算部６による変数Ｒの計算（図３のステップＳ３）が終了すると、圧縮角度信号生成部７によって圧縮角度信号θＣが求められる（ステップＳ４）。これには、マップ８と、変数演算部６で計算された変数Ｒとが使用される。
図６に示すように、マップ８には、図１（Ａ）に示す角度区分“１”の変数Ｒと圧縮角度信号θＣの関係“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”が保持されている。マップ８によれば、変数Ｒに対応する圧縮角度信号θＣ（０≦θＣ＜４５°）を求めることができる。なお、マップ８を使用せずに、圧縮角度信号θＣを求める度に“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”の計算を行ってもよい。
【００２９】
具体的には、検出すべき電気角θＥが３０°（ｓｉｎθＥ＝０．５００、ｃｏｓθＥ＝０．８６６）の場合、ステップＳ２において角度区分は“１”であると判定され、ステップＳ３において変数Ｒ（＝ｓｉｎθＥ／ｃｏｓθＥ）は０．５７７と計算される。そして、図６のマップより、０．５７７の変数Ｒに対応する圧縮角度信号θＣ（＝３０°）が求められる。
また、検出すべき電気角θＥが６０°（ｓｉｎθＥ＝０．８６６、ｃｏｓθＥ＝０．５００）の場合、ステップＳ２において角度区分は“２”であると判定され、ステップＳ３において変数Ｒ（＝ｃｏｓθＥ／ｓｉｎθＥ）は０．５７７と計算される。そして、図６のマップより、０．５７７の変数Ｒに対応する圧縮角度信号θＣ（＝３０°）が求められる。すなわち、検出すべき電気角θＥが３０°と６０°の場合では、圧縮角度信号θＣはいずれも３０°となる。
【００３０】
さらに具体的には、検出すべき電気角θＥが１１０°（ｓｉｎθＥ＝０．９４０、ｃｏｓθＥ＝−０．３４２）の場合、ステップＳ２において角度区分は“３”であると判定され、ステップＳ３において変数Ｒ（＝−ｃｏｓθＥ／ｓｉｎθＥ）は０．３６４と計算される。そして、図６のマップより、０．３６４の変数Ｒに対応する圧縮角度信号θＣ（＝２０°）が求められる。
また、検出すべき電気角θＥが２５０°（ｓｉｎθＥ＝−０．９４０、ｃｏｓθＥ＝−０．３４２）の場合、ステップＳ２において角度区分は“６”であると判定され、ステップＳ３において変数Ｒ（＝−ｃｏｓθＥ／−ｓｉｎθＥ）は０．３６４と計算される。そして、図６のマップより、０．３６４の変数Ｒに対応する圧縮角度信号θＣ（＝２０°）が求められる。すなわち、検出すべき電気角θＥが１１０°と２５０°の場合でも、圧縮角度信号θＣはいずれも２０°となる。
【００３１】
圧縮角度信号θＣが求められると、続いて、角度復元部９による圧縮角度信号θＣの復元が行われる（図３のステップＳ５）。この復元は、区分判定部５での判定結果を参照し、角度区分毎に定められている計算式（図５参照）に基づいて行われる。
【００３２】
すなわち、検出すべき電気角θＥが６０°（角度区分“２”）の場合は式“９０−θＣ”によって復元が行われる。前記の通り、圧縮角度信号θＣは３０°であるから、結局、検出角度信号θＤは６０°となる。
また、検出すべき電気角θＥが１１０°（角度区分“３”）の場合は式“９０＋θＣ”によって復元が行われる。前記の通り、圧縮角度信号θＣは２０°であるから、結局、検出角度信号θＤは１１０°となる。
さらに、検出すべき電気角θＥが２５０°（角度区分“６”）の場合は式“２７０−θＣ”によって復元が行われる。前記の通り、圧縮角度信号θＣは２０°であるから、結局、検出角度信号θＤは２５０°となる。
なお、検出すべき電気角θＥが３０°（角度区分“１”）の場合は、特に復元を行う必要はないので、検出角度信号θＤは３０°のままである。
【００３３】
図２を参照して、角度復元部９で生成された検出角度信号θＤは、モータドライバ２に出力される。そして、モータドライバ２は、目標とするモータ３の電気角θＥと検出角度信号θＤとを比較して、誤差がある場合は、その誤差を修正するような指令値をモータ３に出力する。
【００３４】
以上のように、本発明に係る回転位置検出装置によれば、正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥに基づいて、検出すべき電気角θＥに対応する検出角度信号θＤを得ることができる。また、本発明に係る回転位置検出装置では、図６に示すマップを用いて複雑な計算を省略しているので、高度な演算処理を行う必要がなく、簡素な構成で、しかも安価に電気角θＥを検出することができる。
【００３５】
なお、本発明に係る回転位置検出装置は上記構成に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。
例えば、圧縮角度信号生成部７において取り扱うことのできる値が正の整数に限定される場合は、図７に示すマップを使用することにより、検出精度を向上させることができる。すなわち、図７に示すマップにおいて、横軸は変数Ｒに“２５６”を乗じた値であり、縦軸は圧縮角度信号θＣに“４”を乗じた値である。これにより、４５°を１８０段階に区切って取り扱うことができるので、０．２５°という高い精度で電気角θＥを検出することができる。
【００３６】
また、本発明に係る回転位置検出装置の適用可能範囲は非常に広く、モータの回転位置を検出することが必要な、あらゆる分野に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る回転位置検出装置の基本概念であって、（Ａ）はｔａｎθＥと電気角θＥの関係、及び角度区分“１”における変数Ｒと圧縮角度信号θＣの関係を示すグラフ、（Ｂ）は電気角θＥと正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥの関係を示すグラフである。
【図２】本発明に係る回転位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る回転位置検出装置の動作の全体を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る回転位置検出装置の動作において、ステップＳ２部分を詳細に説明するフロー図である。
【図５】角度区分毎に予め定められている変数Ｒの計算式、及び圧縮角度信号θＣを復元するための計算式を示す表である。
【図６】ステップＳ５において参照されるマップを示すグラフである。
【図７】ステップＳ５において参照されるマップの変形例を示すグラフである。
【図８】荷役車両の構成を簡単に説明するブロック図である。
【図９】電気角と機械角の関係を説明するための、６極モータの模式断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      回転位置検出装置
２      モータドライバ
３      モータ
４ａ    第１磁電変換器
４ｂ    第２磁電変換器
５      区分判定部
６      変数演算部
７      圧縮角度信号生成部
８      マップ
９      角度復元部
１０    荷役車両
１１    操舵輪
１２    ハンドル
１３    ＥＰＳモータ
Ｒ      変数
【図１】
2009145305.tif 000003
【図２】
2009145305.tif 000004
【図３】
2009145305.tif 000005
【図４】
2009145305.tif 000006
【図５】
2009145305.tif 000007
【図６】
2009145305.tif 000008
【図７】
2009145305.tif 000009
【図８】
2009145305.tif 000010
【図９】
2009145305.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月27日(2009.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
固定子に対する回転子の相対的な回転位置に応じて電気角θＥが変化するモータに一対の磁電変換器が備えられ、前記磁電変換器から出力される正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥに基づいて前記回転位置を検出する回転位置検出装置であって、
ｉ）前記正弦波信号ｓｉｎθＥ及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥが０より大きいか否かを判定する第１の判定と、前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値が前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値よりも大きいか否か、または前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値が前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値よりも大きいか否かを判定する第２の判定との結果に基づいて、前記電気角θＥのとり得る全角度範囲を４５°刻みの複数の角度区分に切れ目なく分割するとともに、前記電気角θＥの属する前記角度区分を判定する角度区分判定部と、
ｉｉ）前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値に差異がある場合は小さい方を大きい方で割る除算を行い、前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値が等しい場合はいずれか一方を他方で割る除算を行うことにより、０≦Ｒ≦１の範囲の変数Ｒを計算する変数演算部と、
ｉｉｉ）式“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”の関係を用いて、０≦θＣ≦４５°の範囲に圧縮された圧縮角度信号θＣを求める圧縮角度信号生成部と、
ｉｖ）前記角度区分毎に予め定められた計算式に基づいて、前記圧縮角度信号θＣを前記電気角θＥのとり得る全角度範囲に復元し、検出角度信号θＤを生成する角度復元部と、
を備えたことを特徴とする回転位置検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る回転位置検出装置は、
固定子に対する回転子の相対的な回転位置に応じて電気角θＥが変化するモータに一対の磁電変換器が備えられ、前記磁電変換器から出力される正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥに基づいて前記回転位置を検出する回転位置検出装置であって、ｉ）前記正弦波信号ｓｉｎθＥ及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥが０より大きいか否かを判定する第１の判定と、前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値が前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値よりも大きいか否か、または前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値が前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値よりも大きいか否かを判定する第２の判定との結果に基づいて、前記電気角θＥのとり得る全角度範囲を４５°刻みの複数の角度区分に切れ目なく分割するとともに、前記電気角θＥの属する前記角度区分を判定する角度区分判定部と、ｉｉ）前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値に差異がある場合は小さい方を大きい方で割る除算を行い、前記正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値及び前記余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値が等しい場合はいずれか一方を他方で割る除算を行うことにより、０≦Ｒ≦１の範囲の変数Ｒを計算する変数演算部と、ｉｉｉ）式“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”の関係を用いて、０≦θＣ≦４５°の範囲に圧縮された圧縮角度信号θＣを求める圧縮角度信号生成部と、ｉｖ）前記角度区分毎に予め定められた計算式に基づいて、前記圧縮角度信号θＣを前記電気角θＥのとり得る全角度範囲に復元し、検出角度信号θＤを生成する角度復元部と、を備えたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
［基本概念］
図２に示すように、本発明に係る回転位置検出装置１は、第１磁電変換器４ａから出力される正弦波信号ｓｉｎθＥと、第２磁電変換器４ｂから出力される余弦波信号ｃｏｓθＥとに基づいてモータ３の回転位置、すなわち電気角θＥを検出するものである。第１磁電変換器４ａ及び第２磁電変換器４ｂは、互いに電気角を９０°（＝機械角３０°）ずらした状態でモータ３の近傍、または内部に備えられる（図９参照）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
そこで、本発明に係る回転位置検出装置では、電気角θＥのとり得る全角度範囲を４５°刻みの８個の角度区分に分割し、図１（Ｂ）に示す電気角θＥと正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥとの関係から、検出すべき電気角θＥが属している角度区分を判定する。図１（Ｂ）から明らかなように、角度区分の判定は、（１）正弦波信号ｓｉｎθＥの正負、（２）余弦波信号ｃｏｓθＥの正負、及び（３）正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値の大小関係、を判定して行うことができる。
例えば、｜ｃｏｓθＥ｜＞｜ｓｉｎθＥ｜、ｓｉｎθＥ＞０、ｃｏｓθＥ＞０の場合、角度区分は“１”である。また、｜ｓｉｎθＥ｜≧｜ｃｏｓθＥ｜、ｓｉｎθＥ≦０、ｃｏｓθＥ≦０の場合の角度区分は“６”である。
角度区分を判定することにより、第１の問題が解消できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明に係る回転位置検出装置では、第２の問題が起こりえない領域、すなわち、角度区分“１”のｔａｎθＥと電気角θＥの関係を用いて、全ての角度区分における電気角θＥの特定を行うことを特徴とする。
具体的には、図１（Ａ）に示すように、角度区分“１”におけるｔａｎθＥは０以上で、かつ１以下の値しかとり得ないので、この範囲に収まる変数を正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥとから生成する必要がある。本発明では、この変数を“変数Ｒ”とし、正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値及び余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値のうち、小さい方を大きい方で割る除算によって計算する。
そして、角度区分“１”の関係“θＣ＝ｔａｎ−１Ｒ”を用いて、変数Ｒに対応する圧縮角度信号θＣを求める。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
しかしながら、変数Ｒのとり得る値は０≦Ｒ≦１なので、圧縮角度信号θＣのとり得る角度は０≦θＣ≦４５°であり、角度区分に関する情報が欠落してしまっている。
そこで、本発明に係る回転位置検出装置では、予め判定されている角度区分に基づいて圧縮角度信号θＣを復元し、最終的に、電気角θＥに対応する検出角度信号θＤ（０＜θＤ≦３６０°）を得ることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図４を参照して、ステップＳ２では、まず、正弦波信号ｓｉｎθＥが０より大きいか否かが判定される（ステップＳ２−１）。正弦波信号ｓｉｎθＥが０より大きい場合、角度区分は“１”〜“４”のいずれかであると判定されたことになる。続いて、余弦波信号ｃｏｓθＥが０より大きいか否かが判定される（ステップＳ２−２ａ）。余弦波信号ｃｏｓθＥも０より大きい場合、角度区分は“１”、“２”のいずれかであると判定されたことになる。
続いて、ステップＳ２では、余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値が正弦波信号ｓｉｎθＥの絶対値よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ２−３ａ）。そして、この条件を満たす場合は、角度区分は“１（０＜θＥ＜４５°）”であると判定される（ステップＳ２−４ａ）。一方、ステップＳ２−３ａの条件を満たさない場合は、角度区分は“２（４５≦θＥ＜９０°）”であると判定される（ステップＳ２−４ｂ）。
他の場合も同様に、電気角θＥが“３”〜“８”のどの角度区分に属しているのかが判定される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
結局、図４に示すステップＳ２では、（１）正弦波信号ｓｉｎθＥが０より大きいか否か、（２）余弦波信号ｃｏｓθＥが０より大きいか否か、及び（３）正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値の大小関係が順次判定される。そして、この判定結果に基づいて、電気角θＥの属する角度区分が判定される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図５に示すように、本実施例における変数Ｒの計算は、角度区分毎に予め定められた計算式に基づいて行われる。各計算式では、正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値に差異がある場合は、大きい方が分母となり、小さい方が分子となっている。正弦波信号ｓｉｎθＥと余弦波信号ｃｏｓθＥの絶対値が等しい場合は、いずれか一方が分母となり、他方が分子となっている。また、正弦波信号ｓｉｎθＥ及び余弦波信号ｃｏｓθＥは、適宜、符合“−”を付けて正の値に変換される。これにより、変数Ｒは、０以上で、かつ１以下であることが保証される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
具体的には、角度区分が“１”の場合、変数Ｒは式“ｓｉｎθＥ／ｃｏｓθＥ”で計算される。図１（Ｂ）から明らかなように、角度区分“１”では、｜ｃｏｓθＥ｜＞｜ｓｉｎθＥ｜、ｓｉｎθＥ＞０、ｃｏｓθＥ＞０が成立しているから、変数Ｒのとり得る値は０＜Ｒ＜１となる。また、角度区分が“６”の場合、変数Ｒは式“−ｃｏｓθＥ／−ｓｉｎθＥ”で計算される。角度区分“６”では、｜ｓｉｎθＥ｜≧｜ｃｏｓθＥ｜、ｓｉｎθＥ≦０、ｃｏｓθＥ≦０が成立しているから、この場合は変数Ｒのとり得る値は０≦Ｒ≦１となる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2009145305.tif 000012
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2009145305.tif 000013