JP2003509999A - 電動パワーステアリングシステム用のインデックスパルスを確実に生成するための方法及び装置 - Google Patents
電動パワーステアリングシステム用のインデックスパルスを確実に生成するための方法及び装置Info
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
- B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
- B62D5/046—Controlling the motor
Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 第１に、多相正弦波モーター制御回路（３４）に基づく第１レベル及び第２レベルを含んでいる第１電子信号の生成を含む、インデックスパルスを生成する方法、及びその方法を使う装置が開示されている。第２は、少なくとも、多相正弦波モーター制御回路（３４）に基づく第１レベル及び第２レベルを含んでいる第２電子信号の生成であり、第１の電子信号及び第２の電子信号は、多相正弦波モーター制御回路の位相の数に基づいてレベル的に離間されており、レベルに設定された差異が、第１の特定された期間の間、第１及び第２電子信号の間に存在する。第３は、第１電子信号の第１レベルから第２レベルへの過渡現象に基づくインデックスパルスの決定である。
Description
【０００１】
本発明は、概括的にはインデックスパルスの生成に係り、より詳細には、トル
ク脈動のない（ＴＲＦ）電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムでの制御に
使うためのインデックスパルスを確実に生成することに関する。
ク脈動のない（ＴＲＦ）電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムでの制御に
使うためのインデックスパルスを確実に生成することに関する。
【０００２】
電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）では、インデックスパルスの強固
な生成用の１つの用途が必要とされている。ＥＰＳは、従来型の油圧式パワース
テアリング（ＨＰＳ）に比べて燃費が良く制御も容易であることから、この１０
年に亘って自動車製造業者及び自動車部品製造業者の開発課題となっている。し
かし、ＥＰＳシステムの実用化の歩みは遅々としており、コストと性能上の課題
のゆえに、現在のところ小型及び超小型乗用車に限られている。とりわけ難しい
技術課題は、操舵要件を満足させるのに必要な高性能電気駆動の型式に伴う、ス
テアリングホイール上での脈動感と、可聴騒音とである。
な生成用の１つの用途が必要とされている。ＥＰＳは、従来型の油圧式パワース
テアリング（ＨＰＳ）に比べて燃費が良く制御も容易であることから、この１０
年に亘って自動車製造業者及び自動車部品製造業者の開発課題となっている。し
かし、ＥＰＳシステムの実用化の歩みは遅々としており、コストと性能上の課題
のゆえに、現在のところ小型及び超小型乗用車に限られている。とりわけ難しい
技術課題は、操舵要件を満足させるのに必要な高性能電気駆動の型式に伴う、ス
テアリングホイール上での脈動感と、可聴騒音とである。
【０００３】
ＥＰＳ用のモーターの型式を選定することは、それが、駆動特性とパワー切り
替え装置、制御系、従ってコストに関する要件とを決めることになるので、非常
に重要である。先頭を切って競争しているのは、永久磁石（ＰＭ）ブラシレスモ
ーター、永久磁石（ＰＭ）整流子型モーター、及び磁気抵抗（ＳＲ）切替式モー
ターであり、この３つの選択肢にはそれぞれ固有の長所と限界とがある。ＰＭブ
ラシレスモーターが、整流子型モーターとの数年に亘る実験に基づいて選ばれた
。整流子型モーターは、モーターサイズが大きく、回転子の慣性も大きいため、
操舵アシスト要件の小さな超小型乗用車に採用するのには限界がある。加えて、
ブラシが破損して回転子をロックする可能性もあるため、ブラシが故障した際に
モーターを駆動軸から切り離すために、クラッチを使用する必要がある。ＳＲ駆
動は、魅力的で、頑丈で、低コストの選択肢であるが、何らかの低減策を取らな
い限り、トルク脈動と可聴騒音とが非常に大きいという固有の問題を抱えている
。コラムアシスト式の場合、モーターは車室内に配置されるため、現在のＳＲモ
ーター技術では対応できない厳しいパッケージング及び可聴騒音要件を満足させ
ねばならなくなる。従って、ＰＭブラシレスモーターは、整流子モータに比べて
慣性が小さく効率とトルク密度が高いという優れた特性を備えているので、現在
の要件を満たすのみならず、将来の中型及び大型乗用車用の高性能ＥＰＳシステ
ムとしての可能性も秘めているように見える。
替え装置、制御系、従ってコストに関する要件とを決めることになるので、非常
に重要である。先頭を切って競争しているのは、永久磁石（ＰＭ）ブラシレスモ
ーター、永久磁石（ＰＭ）整流子型モーター、及び磁気抵抗（ＳＲ）切替式モー
ターであり、この３つの選択肢にはそれぞれ固有の長所と限界とがある。ＰＭブ
ラシレスモーターが、整流子型モーターとの数年に亘る実験に基づいて選ばれた
。整流子型モーターは、モーターサイズが大きく、回転子の慣性も大きいため、
操舵アシスト要件の小さな超小型乗用車に採用するのには限界がある。加えて、
ブラシが破損して回転子をロックする可能性もあるため、ブラシが故障した際に
モーターを駆動軸から切り離すために、クラッチを使用する必要がある。ＳＲ駆
動は、魅力的で、頑丈で、低コストの選択肢であるが、何らかの低減策を取らな
い限り、トルク脈動と可聴騒音とが非常に大きいという固有の問題を抱えている
。コラムアシスト式の場合、モーターは車室内に配置されるため、現在のＳＲモ
ーター技術では対応できない厳しいパッケージング及び可聴騒音要件を満足させ
ねばならなくなる。従って、ＰＭブラシレスモーターは、整流子モータに比べて
慣性が小さく効率とトルク密度が高いという優れた特性を備えているので、現在
の要件を満たすのみならず、将来の中型及び大型乗用車用の高性能ＥＰＳシステ
ムとしての可能性も秘めているように見える。
【０００４】
従来型のＰＭブラシレスモーターを使用するＥＰＳは、トルク脈動と騒音とが
比較的低いにも関わらず、１０年に亘る性能改良の努力の歴史を持つＨＰＳの滑
らかさと静粛性には達していない。消費者はそのような特徴には妥協したがらな
い。従って、新しいトルク脈動のない（ＴＲＦ）システムが必要とされており、
それは名前の示すとおり（理想的条件下で）トルク脈動の源を根絶し、騒音レベ
ルを著しく低減したものでなければならない。短期の目標はＥＰＳシステムの性
能を高めることであり、長期の目標は、ＥＰＳシステムの広汎な使用に向けて受
け入れられる可能性を広げることである。
比較的低いにも関わらず、１０年に亘る性能改良の努力の歴史を持つＨＰＳの滑
らかさと静粛性には達していない。消費者はそのような特徴には妥協したがらな
い。従って、新しいトルク脈動のない（ＴＲＦ）システムが必要とされており、
それは名前の示すとおり（理想的条件下で）トルク脈動の源を根絶し、騒音レベ
ルを著しく低減したものでなければならない。短期の目標はＥＰＳシステムの性
能を高めることであり、長期の目標は、ＥＰＳシステムの広汎な使用に向けて受
け入れられる可能性を広げることである。
【０００５】
広範なＥＰＳの実用化の過程には、使用される技術に関わらず、困難さの程度
は異なるが、幾つかの性能及びコストの課題が立ちはだかっている。そのために
は以下の取り組みが必要である。
は異なるが、幾つかの性能及びコストの課題が立ちはだかっている。そのために
は以下の取り組みが必要である。
【０００６】
ＴＲＦシステムの滑らかな操舵感には、モーターの設計とコントローラの作動
に限界があるためにモーターの駆動によって生じるアシストトルクの過渡現象も
影響を及ぼす。例えば、永久磁石の間の磁気的相互作用及び電機子の細溝構造に
よるぎくしゃくトルクは、トルク脈動の原因となる。この他にも、電流センサー
フィードバックの精度不良やコントローラ関係のエラーによりモーターに供給さ
れる電流に少量のＤＣオフセットがあれば、モーターの電気周波数でトルク脈動
が生じることもある。上記のようなトルク脈動は、特定の時間又は回転子の特定
の位置で生じる一貫したトルクレベルの変動である。トルクの大きさ又は方向の
予期せぬ又は不完全な変化も、トルクの過渡現象の源となる。これは随時起こり
得るし、大きい場合も小さい場合もあるので、更に不利である。この様なトルク
の不完全な変化は無くすべきであるし、本発明は、この様な不完全なトルクの、
ある潜在的な源を如何にして取り除くかを教示する。
に限界があるためにモーターの駆動によって生じるアシストトルクの過渡現象も
影響を及ぼす。例えば、永久磁石の間の磁気的相互作用及び電機子の細溝構造に
よるぎくしゃくトルクは、トルク脈動の原因となる。この他にも、電流センサー
フィードバックの精度不良やコントローラ関係のエラーによりモーターに供給さ
れる電流に少量のＤＣオフセットがあれば、モーターの電気周波数でトルク脈動
が生じることもある。上記のようなトルク脈動は、特定の時間又は回転子の特定
の位置で生じる一貫したトルクレベルの変動である。トルクの大きさ又は方向の
予期せぬ又は不完全な変化も、トルクの過渡現象の源となる。これは随時起こり
得るし、大きい場合も小さい場合もあるので、更に不利である。この様なトルク
の不完全な変化は無くすべきであるし、本発明は、この様な不完全なトルクの、
ある潜在的な源を如何にして取り除くかを教示する。
【０００７】
通常、ＴＲＦ−ＥＰＳシステムでは、モーター軸上に位置エンコーダを配置す
る必要がある。このエンコーダは、増分型高分解能パルストレインと、モーター
の整流即ち正弦波電流を適正な位相に導くために使用される３つの低分解能信号
と、正弦波電流の適正なタイミングのためのインデックスパルスとを提供する。
インデックスパルスは、通常は低分解能整流信号から導き出される。小さなタイ
ミングの変動は、ヒステリシス、温度変化、時効化などによって、インデックス
パルス生成回路内に生じる。そのような小さなタイミングの変動は、不完全なイ
ンデックスパルスを生み出す元になる。ある特定のクラスの不完全なインデック
スパルスは、操舵方向が変化する際に生じることが分かっている。不完全なイン
デックスパルスが生じると、望ましくないトルクの過渡現象が後に続く。その結
果、ステアリングホイールに強いキックバックが生じる。
る必要がある。このエンコーダは、増分型高分解能パルストレインと、モーター
の整流即ち正弦波電流を適正な位相に導くために使用される３つの低分解能信号
と、正弦波電流の適正なタイミングのためのインデックスパルスとを提供する。
インデックスパルスは、通常は低分解能整流信号から導き出される。小さなタイ
ミングの変動は、ヒステリシス、温度変化、時効化などによって、インデックス
パルス生成回路内に生じる。そのような小さなタイミングの変動は、不完全なイ
ンデックスパルスを生み出す元になる。ある特定のクラスの不完全なインデック
スパルスは、操舵方向が変化する際に生じることが分かっている。不完全なイン
デックスパルスが生じると、望ましくないトルクの過渡現象が後に続く。その結
果、ステアリングホイールに強いキックバックが生じる。
【０００８】
本発明は、多相ブラシレスモーターを制御するための位置パルスを生成するこ
とに関する。ブラシレスモーターは、大きく２つのカテゴリ、即ち、１）台形波
電流波形を使用するモーターと、２）正弦波電流波形を使用するモーターとに分
類される。両カテゴリのモータは共に、何時であれ所与の時間にモーターのどの
相を励磁しなければならないかを決めるために使うセンサーのセットを持ってい
る。台形波電流の場合、位置情報に関して必要なのはセンサーのセットだけであ
る。このために３つのセンサーから成るセットが用いられ、１２０電気度ずつ離
れた３つの信号（詳細な説明の項のＨ１、Ｈ２、Ｈ３信号参照）を作り出す。こ
れらのセンサーは、モーター電流を１つの位相から他の位相へ整流するのに使わ
れるため、しばしば「整流」センサーと呼ばれる。
とに関する。ブラシレスモーターは、大きく２つのカテゴリ、即ち、１）台形波
電流波形を使用するモーターと、２）正弦波電流波形を使用するモーターとに分
類される。両カテゴリのモータは共に、何時であれ所与の時間にモーターのどの
相を励磁しなければならないかを決めるために使うセンサーのセットを持ってい
る。台形波電流の場合、位置情報に関して必要なのはセンサーのセットだけであ
る。このために３つのセンサーから成るセットが用いられ、１２０電気度ずつ離
れた３つの信号（詳細な説明の項のＨ１、Ｈ２、Ｈ３信号参照）を作り出す。こ
れらのセンサーは、モーター電流を１つの位相から他の位相へ整流するのに使わ
れるため、しばしば「整流」センサーと呼ばれる。
【０００９】
次に、正弦波電流の生成に関しては、数電気度（electrical degrees）以下の
オーダーの所用分解能で絶対位置を検出するのが望ましい。しかし、絶対位置セ
ンサーは高価なので、厳しいコスト制約がない場合にしか使用できない。正弦波
電流波形が有用だが低コストで設計、作動させなければならないという場合には
、ハイブリッド解決策が用いられている。低コストのハイブリッド解決策は、通
常、増分センサーと共に３つの整流センサーで構成されている。３つの整流セン
サーは、６０電気度毎に更新される、ある絶対位置を提供する。増分センサーは
、整流パルス間の分解能を低コストで改良する手段となる。何故改良手段となる
かといえば、整流パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジが、予め定義さ
れた絶対回転子位置と対応するからである。インデックスパルスは、既知の初期
位置を示す整流のエッジの１つから生成することができる。
オーダーの所用分解能で絶対位置を検出するのが望ましい。しかし、絶対位置セ
ンサーは高価なので、厳しいコスト制約がない場合にしか使用できない。正弦波
電流波形が有用だが低コストで設計、作動させなければならないという場合には
、ハイブリッド解決策が用いられている。低コストのハイブリッド解決策は、通
常、増分センサーと共に３つの整流センサーで構成されている。３つの整流セン
サーは、６０電気度毎に更新される、ある絶対位置を提供する。増分センサーは
、整流パルス間の分解能を低コストで改良する手段となる。何故改良手段となる
かといえば、整流パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジが、予め定義さ
れた絶対回転子位置と対応するからである。インデックスパルスは、既知の初期
位置を示す整流のエッジの１つから生成することができる。
【００１０】
本発明は、不正確なインデックスパルスによって生じる意図せぬトルク過渡現
象を取り除く新奇な方法を備えている。増分情報をここで行うようにインデック
スパルスと組み合わせて絶対位置情報を生成すれば、インデックスパルス情報は
常時正しいものとなることが理解されよう。何らかの理由で不正確なインデック
スパルスが生成されると、システム側が信じていたモーターの位置が急にしかも
恐らく大きく変化することになり、急に望ましくないトルク変化が生じることに
なる。不正確なインデックスパルスの定義は、コントローラが誤って生成した望
ましくないインデックスパルス、である。ある環境下では、従来技術によるセン
サーシステムは、ある特定の不正確なインデックスパルスを生成することが分か
っている。不正確なインデックスパルスの分析に基づいて、不正確なインデック
スパルスはエンコーダ信号内のタイミングジッタによって作り出され、しかもこ
の不正確なインデックスパルスはエンコーダが１８０電気度かその近傍にあると
きにのみ生じることが分かっている。電気度は、回転子の物理的な回転をモータ
ーの極の対の数で除したものと定義される。なお、位置「１８０」は０度に対し
て定義され、０度は正しいインデックスパルス位置である。従って、整流信号か
ら導かれたエンコーダ位置情報を、インデックスパルス生成ロジックにフィード
バックして１８０電気度位置近傍領域のインデックスパルスを使用禁止にする単
純な解決策が提案される。この方法は、ソフトウェアでもハードウェアでも実現
することができる。理解頂けるであろうが、本発明は、３相機器内で唯２つの整
流信号だけを利用することもできる。例えば、センサーのコストを低減するため
など様々な理由で、「整流」信号は、３つではなく唯の２つだけでもよい。それ
でも、１８０度位置近傍にブロックウィンドウを設ける本方法を使うことができ
る。唯一の違いは、可能化ウィンドウを違う範囲に変えることである。可能化ウ
ィンドウは、他の信号の間と同じく、整流信号の間に設定された関係が存在する
範囲と定義される。この様に、本発明の無欠陥作動原理はなお維持されている。
象を取り除く新奇な方法を備えている。増分情報をここで行うようにインデック
スパルスと組み合わせて絶対位置情報を生成すれば、インデックスパルス情報は
常時正しいものとなることが理解されよう。何らかの理由で不正確なインデック
スパルスが生成されると、システム側が信じていたモーターの位置が急にしかも
恐らく大きく変化することになり、急に望ましくないトルク変化が生じることに
なる。不正確なインデックスパルスの定義は、コントローラが誤って生成した望
ましくないインデックスパルス、である。ある環境下では、従来技術によるセン
サーシステムは、ある特定の不正確なインデックスパルスを生成することが分か
っている。不正確なインデックスパルスの分析に基づいて、不正確なインデック
スパルスはエンコーダ信号内のタイミングジッタによって作り出され、しかもこ
の不正確なインデックスパルスはエンコーダが１８０電気度かその近傍にあると
きにのみ生じることが分かっている。電気度は、回転子の物理的な回転をモータ
ーの極の対の数で除したものと定義される。なお、位置「１８０」は０度に対し
て定義され、０度は正しいインデックスパルス位置である。従って、整流信号か
ら導かれたエンコーダ位置情報を、インデックスパルス生成ロジックにフィード
バックして１８０電気度位置近傍領域のインデックスパルスを使用禁止にする単
純な解決策が提案される。この方法は、ソフトウェアでもハードウェアでも実現
することができる。理解頂けるであろうが、本発明は、３相機器内で唯２つの整
流信号だけを利用することもできる。例えば、センサーのコストを低減するため
など様々な理由で、「整流」信号は、３つではなく唯の２つだけでもよい。それ
でも、１８０度位置近傍にブロックウィンドウを設ける本方法を使うことができ
る。唯一の違いは、可能化ウィンドウを違う範囲に変えることである。可能化ウ
ィンドウは、他の信号の間と同じく、整流信号の間に設定された関係が存在する
範囲と定義される。この様に、本発明の無欠陥作動原理はなお維持されている。
【００１１】
なお、本発明は電動パワーステアリングを意図したものであるが、高分解能の
信号及び整流信号を備えたエンコーダを使って位置フィードバックを行い、イン
デックスパルスを整流信号の１つから導き出している電気モーター駆動システム
であればどのようなものにでも適用できる。
信号及び整流信号を備えたエンコーダを使って位置フィードバックを行い、イン
デックスパルスを整流信号の１つから導き出している電気モーター駆動システム
であればどのようなものにでも適用できる。
【００１２】
図１において、本発明を実施するに適した自動車のパワーステアリングシステ
ムを全体として参照番号１０で示す。操舵機構１２はラックアンドピニオンタイ
プのシステムであり、ギアハウジング１４内に配置された、歯切りされたラック
（図示せず）と、ピニオンギア（図示せず）とを含んでいる。ステアリングホイ
ール１６が回転されると、アッパーステアリングシャフト１８と、これとユニバ
ーサルジョイント２２を介して連結されているロアーステアリングシャフト２０
とがピニオンギアを回転する。ピニオンギアが回転すると、歯切りされたラック
が動き、このラックが両タイロッド２４（一方だけを示す）を動かして、両ステ
アリングナックル２６（一方だけを示す）を動かし、ステアリングナックルが車
輪２８（一方だけを示す）を動かす。
ムを全体として参照番号１０で示す。操舵機構１２はラックアンドピニオンタイ
プのシステムであり、ギアハウジング１４内に配置された、歯切りされたラック
（図示せず）と、ピニオンギア（図示せず）とを含んでいる。ステアリングホイ
ール１６が回転されると、アッパーステアリングシャフト１８と、これとユニバ
ーサルジョイント２２を介して連結されているロアーステアリングシャフト２０
とがピニオンギアを回転する。ピニオンギアが回転すると、歯切りされたラック
が動き、このラックが両タイロッド２４（一方だけを示す）を動かして、両ステ
アリングナックル２６（一方だけを示す）を動かし、ステアリングナックルが車
輪２８（一方だけを示す）を動かす。
【００１３】
電動パワーステアリングのアシストは、全体を参照番号３０で示し、コントロ
ーラ３２と電気モーター３４とを含むユニットで作り出される。コントローラ３
２には、車両の電源３６から配線３８を通して電力が供給される。コントローラ
３２は、配線４０を通して車速を表す信号を受け取る。ステアリングピニオンギ
アの角度は、位置センサー４２を通して計測され、配線４４を通してコントロー
ラ３２に送られるが、このセンサーは、光学エンコーディング式センサーでも、
可変抵抗式センサーでも、適していればどのような型式の位置センサーでもよい
。
ーラ３２と電気モーター３４とを含むユニットで作り出される。コントローラ３
２には、車両の電源３６から配線３８を通して電力が供給される。コントローラ
３２は、配線４０を通して車速を表す信号を受け取る。ステアリングピニオンギ
アの角度は、位置センサー４２を通して計測され、配線４４を通してコントロー
ラ３２に送られるが、このセンサーは、光学エンコーディング式センサーでも、
可変抵抗式センサーでも、適していればどのような型式の位置センサーでもよい
。
【００１４】
ステアリングホイール１６が回転すると、トルクセンサー４３が、車両の運転
者によってステアリングホイール１６に掛けられたトルクを感知する。トルクセ
ンサー４３は、トーションバー（図示せず）と可変抵抗型センサー（図示せず）
とを含んでおり、トーションバーのねじれ量に関わる可変抵抗信号を、配線４６
を通してコントローラ３２に出力する。これが好適なトルクセンサーであるが、
既知の信号処理技術で使われている適切なトルク感知装置であれば、どのような
ものでもよい。
者によってステアリングホイール１６に掛けられたトルクを感知する。トルクセ
ンサー４３は、トーションバー（図示せず）と可変抵抗型センサー（図示せず）
とを含んでおり、トーションバーのねじれ量に関わる可変抵抗信号を、配線４６
を通してコントローラ３２に出力する。これが好適なトルクセンサーであるが、
既知の信号処理技術で使われている適切なトルク感知装置であれば、どのような
ものでもよい。
【００１５】
配線４０、４４及び４６からの入力に応えて、コントローラ３２は、配線４８
を通して、電流コマンド又は電圧コマンドを電気モーター３４に送る。モーター
３４は、これに応じて、ウォーム５０及びウォームギア５２を通して、トルクア
シストをステアリングシステムに供給し、この様にして、車両運転者が出す駆動
力に加えて、トルクアシストが車両の操舵のために作り出されることになる。
を通して、電流コマンド又は電圧コマンドを電気モーター３４に送る。モーター
３４は、これに応じて、ウォーム５０及びウォームギア５２を通して、トルクア
シストをステアリングシステムに供給し、この様にして、車両運転者が出す駆動
力に加えて、トルクアシストが車両の操舵のために作り出されることになる。
【００１６】
ある型式の正弦波ＴＲＦモーターは、従来は１つのモーター内で一緒に組み合
わせることのなかった幾つかの新しい要素と材料とを含んでいる。図２は、全体
を参照番号５４で表す、正弦波ＴＲＦモーターの断面図である。正弦波ＴＲＦモ
ーター５４は、ａ）エアギャップ（細溝無し）巻き線５８と、ｂ）ハウジングの
役目も果たす複合鉄ヨーク６０とを備えた新型の固定子５６と、高エネルギ磁石
６４と、ｃ）磁石の正弦波磁化と、ｄ）モールドされた複合プラスチックシャフ
ト６６とを備えた新型の回転子６２とを含んでいる。新型の高分解能位置センサ
ー（図示せず）は、磁気抵抗（ＭＲ）感知要素と鋼輪（図示せず）とを備えてい
る。
わせることのなかった幾つかの新しい要素と材料とを含んでいる。図２は、全体
を参照番号５４で表す、正弦波ＴＲＦモーターの断面図である。正弦波ＴＲＦモ
ーター５４は、ａ）エアギャップ（細溝無し）巻き線５８と、ｂ）ハウジングの
役目も果たす複合鉄ヨーク６０とを備えた新型の固定子５６と、高エネルギ磁石
６４と、ｃ）磁石の正弦波磁化と、ｄ）モールドされた複合プラスチックシャフ
ト６６とを備えた新型の回転子６２とを含んでいる。新型の高分解能位置センサ
ー（図示せず）は、磁気抵抗（ＭＲ）感知要素と鋼輪（図示せず）とを備えてい
る。
【００１７】
正弦波形状のモーター電流を生成するために、インバータ切り替え装置（例え
ばＭＯＳＦＥＴＳ）を、特定の回転子角度位置でオンオフしなければならない。
従って、回転子の位置は常時分かっていなければならず、エンコーダが必要であ
る。この要件は、正弦波駆動のコストに付加される因子の１つであり、このため
従来は高性能の装置にだけ使用が限られていた。ＥＰＳは高性能の駆動装置であ
るが、厳しいコスト要件も満足しなければならない。従って、高分解能と低コス
トを兼ね備えた新型のエンコーダが必要となっている。
ばＭＯＳＦＥＴＳ）を、特定の回転子角度位置でオンオフしなければならない。
従って、回転子の位置は常時分かっていなければならず、エンコーダが必要であ
る。この要件は、正弦波駆動のコストに付加される因子の１つであり、このため
従来は高性能の装置にだけ使用が限られていた。ＥＰＳは高性能の駆動装置であ
るが、厳しいコスト要件も満足しなければならない。従って、高分解能と低コス
トを兼ね備えた新型のエンコーダが必要となっている。
【００１８】
回転子の位置を感知する２つの最も一般的な方法は、光学的検知と磁場変動に
基づくものである。光学エンコーダは、温度の制約があり、粉塵の影響も受け易
い。一方、半導体ベースの磁気センサー（例えば磁気抵抗器、ＭＲ）は高温でも
作動するので、自動車でも使用され始めている。
基づくものである。光学エンコーダは、温度の制約があり、粉塵の影響も受け易
い。一方、半導体ベースの磁気センサー（例えば磁気抵抗器、ＭＲ）は高温でも
作動するので、自動車でも使用され始めている。
【００１９】
基本構想は、図３に示すように、一組の磁気抵抗器７２（ＭＲ）を固定永久磁
石７４上に組み付けた４個一体式のセンサーシステム７０を含んでいる。固定永
久磁石７４は、幾つかのトラック７８及び８０を備えた鋼輪７６と面しており、
このトラックにはそれぞれ、図示のように、外周に歯と溝が切られている。この
歯と溝は、磁場を変調し、磁場に変動を作り出す。磁場の変動は、磁気抵抗器７
２が感知する。鋼輪７６上に幾つかのトラック７８及び８０が設けられているの
で、感知機構は、磁気抵抗器７２を使って同時に幾つかの機能を実行することが
できる。高分解能トラック８０は、増分信号を提供し、モーター内に正弦波電流
を生成できるようにする。他の３つのトラック７８は、６０電気角度毎に絶対信
号を提供する。これらの絶対信号は、モータの整流、即ち電流を適切な相に導く
のに使用され、特に、始動時に、例えインデックスパルスで補足したとしても、
回転子位置が増分センサーだけでは導き出せない時に使用される。
石７４上に組み付けた４個一体式のセンサーシステム７０を含んでいる。固定永
久磁石７４は、幾つかのトラック７８及び８０を備えた鋼輪７６と面しており、
このトラックにはそれぞれ、図示のように、外周に歯と溝が切られている。この
歯と溝は、磁場を変調し、磁場に変動を作り出す。磁場の変動は、磁気抵抗器７
２が感知する。鋼輪７６上に幾つかのトラック７８及び８０が設けられているの
で、感知機構は、磁気抵抗器７２を使って同時に幾つかの機能を実行することが
できる。高分解能トラック８０は、増分信号を提供し、モーター内に正弦波電流
を生成できるようにする。他の３つのトラック７８は、６０電気角度毎に絶対信
号を提供する。これらの絶対信号は、モータの整流、即ち電流を適切な相に導く
のに使用され、特に、始動時に、例えインデックスパルスで補足したとしても、
回転子位置が増分センサーだけでは導き出せない時に使用される。
【００２０】
ＴＲＦ装置用のエンコーダは、センサーを低コストで作れるほど単純なものと
したまま、最高の分解能を備えている必要がある。鋼輪外周の歯の数が多いほど
分解能は高くなる。しかし、歯の数を増やすには現実的な限界がある。この限界
は、ＭＲの厚さと、磁石及びＭＲ表面双方の上の保護層を配慮し、センサーと目
標鋼輪との間に幾らかの間隙を設けるためには、磁石を目標鋼輪から１．５ｍｍ
よりもっと近づけて配置するのは困難であるという事実に起因する。鋼輪外周上
の形状が磁石と鋼輪との間の間隙より遙かに小さければ、磁場の変調は不十分で
あり、生成される信号は使用するには小さすぎるものとなる。従って、センサー
の分解能はセンサー鋼輪の直径に比例することになる。この特定の例では、単一
のＭＲがほぼ４機械度の分解能を提供するが、それでは不十分であると考えられ
る。従って、幾つかのＭＲを使って追加の信号を生成し、満足なレベルまで分解
能を上げる。
したまま、最高の分解能を備えている必要がある。鋼輪外周の歯の数が多いほど
分解能は高くなる。しかし、歯の数を増やすには現実的な限界がある。この限界
は、ＭＲの厚さと、磁石及びＭＲ表面双方の上の保護層を配慮し、センサーと目
標鋼輪との間に幾らかの間隙を設けるためには、磁石を目標鋼輪から１．５ｍｍ
よりもっと近づけて配置するのは困難であるという事実に起因する。鋼輪外周上
の形状が磁石と鋼輪との間の間隙より遙かに小さければ、磁場の変調は不十分で
あり、生成される信号は使用するには小さすぎるものとなる。従って、センサー
の分解能はセンサー鋼輪の直径に比例することになる。この特定の例では、単一
のＭＲがほぼ４機械度の分解能を提供するが、それでは不十分であると考えられ
る。従って、幾つかのＭＲを使って追加の信号を生成し、満足なレベルまで分解
能を上げる。
【００２１】
多くのＭＲを備えたセンサーを設計する際に難しいのは、ＭＲ信号は全て同じ
様な大きさでなければならないということにある。ＭＲ信号は、通常、ＤＣバイ
アスの掛かった振動信号である。最終的な方形波信号出力を得るためには、ＤＣ
バイアスを取り除かなければならない。結果として得られる信号ゼロ交差を使っ
てフリップフロップをトリガし、方形波を得る。しかし、ＤＣバイアスは、エア
ギャップ、鋼輪同心度、温度、ＭＲ材のドーピング等によって変動するため、予
測は困難である。従って、ＭＲ信号は、これらの変動の大部分に自動的に内部補
償が掛けられるので、互いに比較するのが最善である。そのような比較ができる
ようにするため、センサーは各ＭＲの間で最高の均一性を確保するように設計し
なければならない。同じトラックに面する幾つかのＭＲの列に関する配置が選定
される。代表的な数は４である。この様なアプローチでは、ＭＲチップは互いに
近接して配置されるので、エアギャップと磁場は確実に一様になる。加えて、各
ＭＲを、半導体ウェーハ上の実質的に同じ位置から切り出すように設計して、Ｍ
Ｒ材料の変動を最小化する。各ＭＲ間の比較を行ってＤＣバイアスを取り除くの
は、以下のように行う。ＭＲ列の両端に位置するＭＲを正確に歯のピッチの半分
だけ離して配置し、それらの信号の出力が位相の半分の周期となるようにする。
従って、それらの出力を平均すればＤＣバイアスとなる。こうすると、分解能は
１．２５機械度（２極対で２．５電気度）となる。全体に亘る駆動テストをした
結果、この用途にはこの分解能で十分であることが分かった。
様な大きさでなければならないということにある。ＭＲ信号は、通常、ＤＣバイ
アスの掛かった振動信号である。最終的な方形波信号出力を得るためには、ＤＣ
バイアスを取り除かなければならない。結果として得られる信号ゼロ交差を使っ
てフリップフロップをトリガし、方形波を得る。しかし、ＤＣバイアスは、エア
ギャップ、鋼輪同心度、温度、ＭＲ材のドーピング等によって変動するため、予
測は困難である。従って、ＭＲ信号は、これらの変動の大部分に自動的に内部補
償が掛けられるので、互いに比較するのが最善である。そのような比較ができる
ようにするため、センサーは各ＭＲの間で最高の均一性を確保するように設計し
なければならない。同じトラックに面する幾つかのＭＲの列に関する配置が選定
される。代表的な数は４である。この様なアプローチでは、ＭＲチップは互いに
近接して配置されるので、エアギャップと磁場は確実に一様になる。加えて、各
ＭＲを、半導体ウェーハ上の実質的に同じ位置から切り出すように設計して、Ｍ
Ｒ材料の変動を最小化する。各ＭＲ間の比較を行ってＤＣバイアスを取り除くの
は、以下のように行う。ＭＲ列の両端に位置するＭＲを正確に歯のピッチの半分
だけ離して配置し、それらの信号の出力が位相の半分の周期となるようにする。
従って、それらの出力を平均すればＤＣバイアスとなる。こうすると、分解能は
１．２５機械度（２極対で２．５電気度）となる。全体に亘る駆動テストをした
結果、この用途にはこの分解能で十分であることが分かった。
【００２２】
確実に、４つのＭＲにできるだけ均一な磁場でバイアスが掛けられるようにす
るため、厚さ０．１３ｍｍの強磁性層を、ＭＲ列の下の磁石表面上に配置する。
強磁性層の効果を図４Ａ、４Ｂに示す。固定磁石８２上で、強磁性層有り、無し
で行ったテストの結果をプロットしたものである。磁束密度は、目標鋼輪に匹敵
する鋼目標８４がある状態で、磁石表面を横切って計測した。図４Ｂは実践装置
のスケッチである。強磁性層がない場合、磁束密度パターンは、図４に破線で示
すようにドーム型になる。各ＭＲが０．５ｍｍ離れている４ＭＲの列（このよう
な４ＭＲの列も図上にスケッチされている）の場合、隣接するＭＲの間で磁気バ
イアスに１％の差が生じる。強磁性層がある場合、磁気バイアスは全く同じで、
実線で示すようになり、この１％の変動は取り除かれる。強磁性層は、ＭＲを保
持し外側に接合するのに使用される、単なるリードフレームであってもよい。
るため、厚さ０．１３ｍｍの強磁性層を、ＭＲ列の下の磁石表面上に配置する。
強磁性層の効果を図４Ａ、４Ｂに示す。固定磁石８２上で、強磁性層有り、無し
で行ったテストの結果をプロットしたものである。磁束密度は、目標鋼輪に匹敵
する鋼目標８４がある状態で、磁石表面を横切って計測した。図４Ｂは実践装置
のスケッチである。強磁性層がない場合、磁束密度パターンは、図４に破線で示
すようにドーム型になる。各ＭＲが０．５ｍｍ離れている４ＭＲの列（このよう
な４ＭＲの列も図上にスケッチされている）の場合、隣接するＭＲの間で磁気バ
イアスに１％の差が生じる。強磁性層がある場合、磁気バイアスは全く同じで、
実線で示すようになり、この１％の変動は取り除かれる。強磁性層は、ＭＲを保
持し外側に接合するのに使用される、単なるリードフレームであってもよい。
【００２３】
本発明をハードウェアで実現した例を図５Ａ、５Ｂに示す。３つの整流信号Ｈ
１、Ｈ２、Ｈ３が示されている。図５Ａは、電気度における、整流信号Ｈ１、Ｈ
２、Ｈ３の間の論理関係を示している。図示のように、０−６０度の間では、整
流信号Ｈ１は論理的高位にあり、整流信号Ｈ２は論理的低位にあり、整流信号Ｈ
３は論理的高位にある。通常、整流信号は、電気回転当たり１つのインデックス
パルスを作り、先に述べたように、増分位置信号と組み合わせて回転子の絶対位
置を生成するために使われる。整流信号の立ち上がり及び立ち下がりエッジは全
て電気回転当たり１回生じるので、そのどれでも、所望のインデックスパルスを
生成するのに使うことができる。整流信号Ｈ１の立ち上がりエッジを使ってイン
デックス信号を生成するとすれば、電気度における整流信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の
間の上記関係を使って、真のインデックス信号を確認し、不正確なインデックス
信号を取り除くことができる。以前の例では、整流信号Ｈ１は、エッジトリガの
ワンショット回路に送られていた。そのような回路は、整流信号Ｈ１の、それぞ
れ０及び１８０電気度に対応する立ち上がり及び立ち下がりエッジの両方で短持
続時間パルスを生成していた。
１、Ｈ２、Ｈ３が示されている。図５Ａは、電気度における、整流信号Ｈ１、Ｈ
２、Ｈ３の間の論理関係を示している。図示のように、０−６０度の間では、整
流信号Ｈ１は論理的高位にあり、整流信号Ｈ２は論理的低位にあり、整流信号Ｈ
３は論理的高位にある。通常、整流信号は、電気回転当たり１つのインデックス
パルスを作り、先に述べたように、増分位置信号と組み合わせて回転子の絶対位
置を生成するために使われる。整流信号の立ち上がり及び立ち下がりエッジは全
て電気回転当たり１回生じるので、そのどれでも、所望のインデックスパルスを
生成するのに使うことができる。整流信号Ｈ１の立ち上がりエッジを使ってイン
デックス信号を生成するとすれば、電気度における整流信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の
間の上記関係を使って、真のインデックス信号を確認し、不正確なインデックス
信号を取り除くことができる。以前の例では、整流信号Ｈ１は、エッジトリガの
ワンショット回路に送られていた。そのような回路は、整流信号Ｈ１の、それぞ
れ０及び１８０電気度に対応する立ち上がり及び立ち下がりエッジの両方で短持
続時間パルスを生成していた。
【００２４】
システムが、パワーステアリングシステムの場合の様に、時計回りと反時計回
りの両方向に回転すれば、同じ整流信号のエッジが、時計回り回転では立ち上が
りエッジになり、反時計回り回転では立ち下がりエッジになることが理解されよ
う。しかし、インデックスパルスは、常に、回転子の同じ回転角度で生成されな
ければならない。従って、２つの矩形増分パルスから（本技術分野で既知な方法
によって）導いた回転方向の信号を使って、２つの位置の内の一方においてワン
ショット回路の出力パルスをブロックして、我々が０度と呼ぶ、同じ角度位置に
おいて一貫して所望のインデックスパルスを提供していた。これも又、回転方向
の信号にエラーが生じれば、１８０度位置（０度から半電気周期離れている）で
間違ったインデックスパルスが作られることが理解されよう。本発明は正しくこ
の種の欠陥を防ごうとしている。
りの両方向に回転すれば、同じ整流信号のエッジが、時計回り回転では立ち上が
りエッジになり、反時計回り回転では立ち下がりエッジになることが理解されよ
う。しかし、インデックスパルスは、常に、回転子の同じ回転角度で生成されな
ければならない。従って、２つの矩形増分パルスから（本技術分野で既知な方法
によって）導いた回転方向の信号を使って、２つの位置の内の一方においてワン
ショット回路の出力パルスをブロックして、我々が０度と呼ぶ、同じ角度位置に
おいて一貫して所望のインデックスパルスを提供していた。これも又、回転方向
の信号にエラーが生じれば、１８０度位置（０度から半電気周期離れている）で
間違ったインデックスパルスが作られることが理解されよう。本発明は正しくこ
の種の欠陥を防ごうとしている。
【００２５】
本発明では、両Ｈ１エッジでパルスを作るために、図５Ｂに８６で示すエッジ
トリガのワンショット回路を存続させている。図５Ｂに示す追加の回路は、この
エッジトリガのワンショット回路を以下のように補足する。
トリガのワンショット回路を存続させている。図５Ｂに示す追加の回路は、この
エッジトリガのワンショット回路を以下のように補足する。
【００２６】
整流信号Ｈ２はインバータ８８に掛けられ、次に、インバータ８８からの出力
は、整流信号Ｈ３及びエッジトリガのワンショット回路８６からの出力１０４と
連結されＡＮＤゲート９０の入力となる。理解頂けるように、図５Ｂに示す回路
は、ＡＮＤゲートの３つの入力全てが論理的高位にない限りインデックスパルス
を生成しない。この回路は、インデックスパルスを生成するのに、なお整流信号
Ｈ１に依存していることが分かる。しかしながら、それに加え、不能化ウィンド
ウを１８０−１２０度と１８０＋１２０度の間に規定するのに整流信号Ｈ２及び
Ｈ３も使用している。この不能化ウィンドウは、図５Ａに薄いハッチングを付け
て示してある。ゼロ度では常に正しいインデックスパルスを作り出さなければな
らないので、不能化ウィンドウが正しいインデックスパルスをブロックすること
はない。
は、整流信号Ｈ３及びエッジトリガのワンショット回路８６からの出力１０４と
連結されＡＮＤゲート９０の入力となる。理解頂けるように、図５Ｂに示す回路
は、ＡＮＤゲートの３つの入力全てが論理的高位にない限りインデックスパルス
を生成しない。この回路は、インデックスパルスを生成するのに、なお整流信号
Ｈ１に依存していることが分かる。しかしながら、それに加え、不能化ウィンド
ウを１８０−１２０度と１８０＋１２０度の間に規定するのに整流信号Ｈ２及び
Ｈ３も使用している。この不能化ウィンドウは、図５Ａに薄いハッチングを付け
て示してある。ゼロ度では常に正しいインデックスパルスを作り出さなければな
らないので、不能化ウィンドウが正しいインデックスパルスをブロックすること
はない。
【００２７】
なお、本発明によるインデックスパルス生成法では、Ｈ１の立ち上がりエッジ
と立ち下がりエッジの何れが０度に対応するかを判別するのに、回転方向信号は
必要ない。
と立ち下がりエッジの何れが０度に対応するかを判別するのに、回転方向信号は
必要ない。
【００２８】
要約すると、再度図５Ｂに関してであるが、代表的インデックスパルス生成回
路１００が記載されている。整流信号Ｈ１は、エッジトリガのワンショット回路
８６と電子的に連結されその入力となっている。エッジトリガのワンショット回
路８６の出力１０４は、ＡＮＤゲート９０の入力を構成している。整流信号Ｈ２
はインバータ８８によって反転される。反転されたＨ２信号１１０は、ＡＮＤゲ
ート９０のもう一つの入力を構成する。更に、Ｈ３は、ＡＮＤゲート９０の更に
もう一つの入力を構成する。反転されたＨ２（１１０）とＨ３との信号が、一緒
に或いは単独で、出力１０４をチェックする働きをすることも理解されよう。
路１００が記載されている。整流信号Ｈ１は、エッジトリガのワンショット回路
８６と電子的に連結されその入力となっている。エッジトリガのワンショット回
路８６の出力１０４は、ＡＮＤゲート９０の入力を構成している。整流信号Ｈ２
はインバータ８８によって反転される。反転されたＨ２信号１１０は、ＡＮＤゲ
ート９０のもう一つの入力を構成する。更に、Ｈ３は、ＡＮＤゲート９０の更に
もう一つの入力を構成する。反転されたＨ２（１１０）とＨ３との信号が、一緒
に或いは単独で、出力１０４をチェックする働きをすることも理解されよう。
【００２９】
３つの整流信号を備えた３相機器の場合について方法を説明した。場合によっ
ては、センサーのコスト削減などの理由で、３つではなく唯２つの「整流」信号
しかない場合もある。その場合でも、１８０度位置の周りにブロックウィンドウ
を作る本方法を使うことができる。可能化ウィンドウを違う範囲に変えるだけで
ある。無欠陥作動原理は維持される。図５Ｃ及び５Ｄに、２つの整流センサーに
対する詳細な実行態様を示す。
ては、センサーのコスト削減などの理由で、３つではなく唯２つの「整流」信号
しかない場合もある。その場合でも、１８０度位置の周りにブロックウィンドウ
を作る本方法を使うことができる。可能化ウィンドウを違う範囲に変えるだけで
ある。無欠陥作動原理は維持される。図５Ｃ及び５Ｄに、２つの整流センサーに
対する詳細な実行態様を示す。
【００３０】
図５Ｃ及び５Ｄに提案する回路は以下のように作動する。先ず図５Ｃでは、Ｈ
２の反転された信号は、１２０度の位置から３００度の位置、即ち１８０度−６
０度から１８０度＋１２０度の位置の範囲のウィンドウをブロックしており、図
５Ｅでハッチングした領域がそうである。同様に図５では、Ｈ３信号が、６０度
の位置から２４０度の位置、即ち１８０度−１２０度から１８０度＋６０度の位
置の範囲のウィンドウをブロックしており、図５Ｆでハッチングした領域がそう
である。
２の反転された信号は、１２０度の位置から３００度の位置、即ち１８０度−６
０度から１８０度＋１２０度の位置の範囲のウィンドウをブロックしており、図
５Ｅでハッチングした領域がそうである。同様に図５では、Ｈ３信号が、６０度
の位置から２４０度の位置、即ち１８０度−１２０度から１８０度＋６０度の位
置の範囲のウィンドウをブロックしており、図５Ｆでハッチングした領域がそう
である。
【００３１】
図５Ｇに又別のアプローチを示す。このシナリオでは、Ｈ２の反転された信号
が、エッジトリガのワンショット回路８６の出力と連結される前に、Ｈ３信号と
ＯＲ処理される。その結果、今度は１２０度の位置から２４０度（１８０度＋／
−６０度）の位置の範囲の狭いウィンドウがブロックされており、図５Ｈでハッ
チングした領域がそうである。
が、エッジトリガのワンショット回路８６の出力と連結される前に、Ｈ３信号と
ＯＲ処理される。その結果、今度は１２０度の位置から２４０度（１８０度＋／
−６０度）の位置の範囲の狭いウィンドウがブロックされており、図５Ｈでハッ
チングした領域がそうである。
【００３２】
従って、本発明の方法は、ブロックウィンドウを作るために、特に、不正確な
インデックスパルス生成の起こることが観測されている１８０度位置を含む、少
なくとも１つの整流信号のような、少なくとも１つの入手できる信号を使用する
工程から成っていることが理解されよう。
インデックスパルス生成の起こることが観測されている１８０度位置を含む、少
なくとも１つの整流信号のような、少なくとも１つの入手できる信号を使用する
工程から成っていることが理解されよう。
【００３３】
図６から理解できるように、位置センサー信号のセットが示されている。信号
ＥＡ９２及びＥＢ９４は、増分位置信号（ＥＡ９２及びＥＢ９４は方形波）であ
る。信号ＥＡ９２及びＥＢ９４は、例えば、図３及び４に示す増分位置センサー
で生成される。増分センサーは、絶対位置に対するパルスカウントを更新し確か
めるため、何らかの型式のインデックスパルス９５を必要とする。整流センサー
信号が無い場合でも、インデックスパルス９５は必要である。インデックスパル
ス９５は、別体のセンサー及びトラックのような何らかの手段で供給されるか、
或いは、増分パルスの１つが、１回転当たり１度違うように見える様な方法でセ
ンサーを構築して提供される。ブラシレスモーター用のハイブリッド整流／増分
センサーの場合、整流信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、又は３つの中の何れかを使って所
望のインデックスパルス９５を作ることができる。整流信号の１つを使えば、１
電気回転当たり１つのインデックスパルス９５があることになる。
ＥＡ９２及びＥＢ９４は、増分位置信号（ＥＡ９２及びＥＢ９４は方形波）であ
る。信号ＥＡ９２及びＥＢ９４は、例えば、図３及び４に示す増分位置センサー
で生成される。増分センサーは、絶対位置に対するパルスカウントを更新し確か
めるため、何らかの型式のインデックスパルス９５を必要とする。整流センサー
信号が無い場合でも、インデックスパルス９５は必要である。インデックスパル
ス９５は、別体のセンサー及びトラックのような何らかの手段で供給されるか、
或いは、増分パルスの１つが、１回転当たり１度違うように見える様な方法でセ
ンサーを構築して提供される。ブラシレスモーター用のハイブリッド整流／増分
センサーの場合、整流信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、又は３つの中の何れかを使って所
望のインデックスパルス９５を作ることができる。整流信号の１つを使えば、１
電気回転当たり１つのインデックスパルス９５があることになる。
【００３４】
整流信号の１つからインデックスパルスを作るのは、モーターが常に同じ方向
に回転している場合には、直接的である。従って、例えば、Ｈ１の立ち上がりエ
ッジを使って、直接、所望のインデックスパルスを生成することができる。しか
し、電動パワーステアリングの場合のようにモーターが両方向に回転する場合に
は、インデックスパルス９５は、時計回り方向（ＣＷ）の回転ではＨ１の立ち上
がりエッジで生じ、反時計回り方向（ＣＣＷ）の回転ではＨ１の立ち下がりエッ
ジで生じる。又、Ｈ１の立ち上がりエッジを反時計回り方向（ＣＣＷ）の回転で
用い、Ｈ１の立ち下がりエッジを時計回り方向（ＣＷ）の回転で用いてもよい。
識別は、図６に示すように、ハンドル１６が、時計回り方向に回わされているか
反時計回り方向に回わされているかを判定する方向信号９６の助けを得て行われ
る。なお、方向信号９６は、ＥＡ９２及びＥＢ９４が方形波であることに基づい
てＥＡ９２とＥＢ９４の間の差を判定することによって生成される。このように
方向信号９６自身は、２つの方形の増分信号から得られる。
に回転している場合には、直接的である。従って、例えば、Ｈ１の立ち上がりエ
ッジを使って、直接、所望のインデックスパルスを生成することができる。しか
し、電動パワーステアリングの場合のようにモーターが両方向に回転する場合に
は、インデックスパルス９５は、時計回り方向（ＣＷ）の回転ではＨ１の立ち上
がりエッジで生じ、反時計回り方向（ＣＣＷ）の回転ではＨ１の立ち下がりエッ
ジで生じる。又、Ｈ１の立ち上がりエッジを反時計回り方向（ＣＣＷ）の回転で
用い、Ｈ１の立ち下がりエッジを時計回り方向（ＣＷ）の回転で用いてもよい。
識別は、図６に示すように、ハンドル１６が、時計回り方向に回わされているか
反時計回り方向に回わされているかを判定する方向信号９６の助けを得て行われ
る。なお、方向信号９６は、ＥＡ９２及びＥＢ９４が方形波であることに基づい
てＥＡ９２とＥＢ９４の間の差を判定することによって生成される。このように
方向信号９６自身は、２つの方形の増分信号から得られる。
【００３５】
なお、先行技術によるアプローチでは、温度変動や構成要素の時効化により作
動条件が変化すると、不正確な出力が作られることもあった。不正確な状態は、
一般的に、インデックス信号を作るのに必要な各種信号、即ちＥＡ、ＥＢ、及び
Ｈ１整流信号から導き出される回転方向の信号の遅延の結果である。これらの信
号は、即座に適正な時間に切り替わるのが理想だが、これらの信号の１つ又は幾
つかにジッタがあれば、例えば、回転方向信号が更新される前に整流信号Ｈ１が
立ち上がるかもしれない。従って、インデックスパルスは、特に、その適正な位
置から１８０電気度離れたところ又はその近傍で生じ得る。
動条件が変化すると、不正確な出力が作られることもあった。不正確な状態は、
一般的に、インデックス信号を作るのに必要な各種信号、即ちＥＡ、ＥＢ、及び
Ｈ１整流信号から導き出される回転方向の信号の遅延の結果である。これらの信
号は、即座に適正な時間に切り替わるのが理想だが、これらの信号の１つ又は幾
つかにジッタがあれば、例えば、回転方向信号が更新される前に整流信号Ｈ１が
立ち上がるかもしれない。従って、インデックスパルスは、特に、その適正な位
置から１８０電気度離れたところ又はその近傍で生じ得る。
【００３６】
この問題は、他の駆動システム、特に、両方向に回転するシステムにも存在し
得る。特に、電動パワーステアリングシステムでは、そのような欠陥は、運転者
の手が感じることになるので受容できない。本発明は、無欠陥作動のための新奇
なインデックスパルス生成回路を考案したものである。
得る。特に、電動パワーステアリングシステムでは、そのような欠陥は、運転者
の手が感じることになるので受容できない。本発明は、無欠陥作動のための新奇
なインデックスパルス生成回路を考案したものである。
【００３７】
図７には、先行技術の場合の、信号タイミングの変動による不正確なインデッ
クスパルスの生成を説明する例１１０を示している。時計回りセグメント１１４
と反時計回りセグメント１１６を有する回転子角度のセットが描かれており、時
計回り方向に１８０度を越えて回転し、方向を変え、０度位置に向けて逆に回転
される回転子を表している。回転方向ＤＩＲ信号９６は、方向検知論理回路（図
示せず）からの出力である。ＤＩＲ過渡現象の後１８０度近くでＨ１立ち上がり
エッジが生じれば、ワンショット回路からの出力パルスはブロックされ、１８０
度の連結点では不正確なインデックスパルスは生成されないのが理想である。し
かし、システム内のタイミング変動によってＤＩＲ信号過渡現象の直前にＨ１立
ち上がりエッジが生じれば、ワンショット回路からのパルスはブロックされず、
不正確なインデックスパルスが１８０度近くに現れることになる。
クスパルスの生成を説明する例１１０を示している。時計回りセグメント１１４
と反時計回りセグメント１１６を有する回転子角度のセットが描かれており、時
計回り方向に１８０度を越えて回転し、方向を変え、０度位置に向けて逆に回転
される回転子を表している。回転方向ＤＩＲ信号９６は、方向検知論理回路（図
示せず）からの出力である。ＤＩＲ過渡現象の後１８０度近くでＨ１立ち上がり
エッジが生じれば、ワンショット回路からの出力パルスはブロックされ、１８０
度の連結点では不正確なインデックスパルスは生成されないのが理想である。し
かし、システム内のタイミング変動によってＤＩＲ信号過渡現象の直前にＨ１立
ち上がりエッジが生じれば、ワンショット回路からのパルスはブロックされず、
不正確なインデックスパルスが１８０度近くに現れることになる。
【００３８】
なお、本発明は、電動パワーステアリングを意図してはいるが、高分解能信号
と整流信号とを備えたエンコーダを位置フィードバックのために使用し、インデ
ックスパルスを整流信号の１つから導き出しているような電気モーター駆動シス
テムであればどのようなものにでも適用できる。より一般的には、本発明は、増
分エンコーダが２つ又はそれ以上の絶対位置信号から導き出したインデックスパ
ルスを使用している駆動システムであれば、どのようなものにでも使うことがで
きる。
と整流信号とを備えたエンコーダを位置フィードバックのために使用し、インデ
ックスパルスを整流信号の１つから導き出しているような電気モーター駆動シス
テムであればどのようなものにでも適用できる。より一般的には、本発明は、増
分エンコーダが２つ又はそれ以上の絶対位置信号から導き出したインデックスパ
ルスを使用している駆動システムであれば、どのようなものにでも使うことがで
きる。
【００３９】
本発明は、第１に、例えば、多相正弦波モーター制御回路に基づく第１レベル
及び第２レベルを含んでいる第１電子信号の生成を含む、インデックスパルスを
生成する方法であることが理解されよう。第２に、少なくとも、同じく例えば、
多相正弦波モーター制御回路に基づく第１レベル及び第２レベルを含んでいる第
２電子信号の生成を含む、インデックスパルスを生成する方法であり、第１の電
子信号及び第２の電子信号は、多相正弦波モーター制御回路の位相の数に基づい
てレベル的に離間されており、レベルに設定された差異が、第１の特定された期
間の間、第１及び第２電子信号の間に存在し続けるような方法である。第３に、
第１の電子信号の第１レベルから第２レベルへの過渡現象に基づいてインデック
スパルスを決める方法である。
及び第２レベルを含んでいる第１電子信号の生成を含む、インデックスパルスを
生成する方法であることが理解されよう。第２に、少なくとも、同じく例えば、
多相正弦波モーター制御回路に基づく第１レベル及び第２レベルを含んでいる第
２電子信号の生成を含む、インデックスパルスを生成する方法であり、第１の電
子信号及び第２の電子信号は、多相正弦波モーター制御回路の位相の数に基づい
てレベル的に離間されており、レベルに設定された差異が、第１の特定された期
間の間、第１及び第２電子信号の間に存在し続けるような方法である。第３に、
第１の電子信号の第１レベルから第２レベルへの過渡現象に基づいてインデック
スパルスを決める方法である。
【００４０】
本発明は、コンピューターが実行するプロセスとそのプロセスを実行するため
の装置の形態で具体化できる。本発明は、フロッピー（Ｒ）ディスク、ＣＤ−Ｒ
ＯＭ、ハードドライブ、或いはその他のコンピューター読み取り可能記憶媒体の
ような有形の媒体に収録された命令を含んでいるコンピュータープログラムコー
ドの形態で、コンピュータープログラムコードをコンピューターにロードして実
行させると、コンピューターが本発明を実行する装置となるような形態でも具体
化できる。本発明は又、例えば、記憶媒体に記憶され、コンピューターにロード
され、及び／又は実行され、或いは、電線、ケーブル、光ファイバーのような何
らかの送信媒体又は電磁放射で送信され、コンピュータープログラムコードがコ
ンピューターにロードされ実行されるとコンピューターが本発明を実行する装置
となるような形態でも具体化できる。汎用マイクロプロセッサで実行される場合
、コンピュータープログラムコードセグメントは、マイクロプロセッサに特定の
論理回路を作らせる。
の装置の形態で具体化できる。本発明は、フロッピー（Ｒ）ディスク、ＣＤ−Ｒ
ＯＭ、ハードドライブ、或いはその他のコンピューター読み取り可能記憶媒体の
ような有形の媒体に収録された命令を含んでいるコンピュータープログラムコー
ドの形態で、コンピュータープログラムコードをコンピューターにロードして実
行させると、コンピューターが本発明を実行する装置となるような形態でも具体
化できる。本発明は又、例えば、記憶媒体に記憶され、コンピューターにロード
され、及び／又は実行され、或いは、電線、ケーブル、光ファイバーのような何
らかの送信媒体又は電磁放射で送信され、コンピュータープログラムコードがコ
ンピューターにロードされ実行されるとコンピューターが本発明を実行する装置
となるような形態でも具体化できる。汎用マイクロプロセッサで実行される場合
、コンピュータープログラムコードセグメントは、マイクロプロセッサに特定の
論理回路を作らせる。
【００４１】
当業者であれば、請求の範囲の精神及び意図の範囲内で、ここに示した好適な
実施例に手を加え変更し得ることが理解できるであろう。以上本発明を特定の実
施例に基づいて説明してきたが、説明は発明の範囲を限定することを意図したも
のではなく、本発明は、請求の範囲の精神及び意図の範囲内で広汎にカバーされ
ているものである。
実施例に手を加え変更し得ることが理解できるであろう。以上本発明を特定の実
施例に基づいて説明してきたが、説明は発明の範囲を限定することを意図したも
のではなく、本発明は、請求の範囲の精神及び意図の範囲内で広汎にカバーされ
ているものである。
【図１】
図１は、電動パワーステアリングシステムの概略図である。
【図２】
図２は、ＴＲＦモーターの実施例の概略断面図である。
【図３】
図３は、本発明に用いる４個一体式センサーを示す図である。
【図４】
図４Ａ、図４Ｂは、強磁性層の効果を示す実験を表す。
【図５】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明のインデックスパルス生成回路のハードウェア設
備を示す。 図５Ｃ乃至図５Ｅは、本発明のインデックスパルス生成回路の代替となるハー
ドウェア設備を示す。 図５Ｆ乃至図５Ｈは、本発明のインデックスパルス生成回路の更に別のハード
ウェア設備を示す。
備を示す。 図５Ｃ乃至図５Ｅは、本発明のインデックスパルス生成回路の代替となるハー
ドウェア設備を示す。 図５Ｆ乃至図５Ｈは、本発明のインデックスパルス生成回路の更に別のハード
ウェア設備を示す。
【図６】
図６は、位置センサー信号のセットを示す図である。
【図７】
図７は、不正確なインデックスパルスの発生を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 レケスネ，ブルーノ・ピー・ビー
アメリカ合衆国ミシガン州48084，トロイ，
サンリッジ 2812
Ｆターム(参考） 2F077 AA38 AA49 CC02 NN04 NN21
PP14 QQ05 QQ07 TT00
3D033 CA20
5H560 AA10 BB04 BB12 DA04 DA08
DC02 DC03 DC04 EB01 EC01
RR10 SS02 TT15 UA05
Claims (19)
- 【請求項１】 インデックスパルスを生成する方法において、 モーター制御回路に基づく第１レベルと第２レベルとを含んでいる第１電子信
号を生成する工程と、 少なくとも、モーター制御回路に基づく前記第１レベルと前記第２レベルとを
含んでいる第２電子信号を生成する工程であって、前記第１電子信号と前記第２
電子信号とはレベル的に離間されており、レベルに設定された差異が、第１の特
定された期間の間は、前記第１及び前記第２信号の間に存在する、前記第２電子
信号を生成する工程と、 前記第１電子信号の前記第１レベルから前記第２レベルへの過渡現象に基づい
て前記インデックスパルスを決定する工程と、 を含む方法。 - 【請求項２】 モーター制御回路に基づく前記第１レベルと前記第２レベル
とを含んでいる第３電子信号を生成する工程であって、前記第１電子信号、前記
第２電子信号及び前記第３電子信号はレベル的に離間されており、レベルに設定
された差異が、第２の特定された期間の間は、前記第１、前記第２及び前記第３
電子信号の間に存在する、前記第３電子信号を生成する工程を更に含む、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記レベルに設定された差異が、ゼロ値及び非ゼロ値を含む
、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記インデックスパルスを決定する工程が、前記第１電子信
号の前記第２レベルから前記第１レベルへの過渡現象を含む、請求項１に記載の
方法。 - 【請求項５】 前記モーター制御回路は多相正弦波である、請求項１に記載
の方法。 - 【請求項６】 第１レベルと第２レベルとを含んでいる追加信号を生成する
追加の工程を更に含んでおり、前記インデックスパルスは、前記追加信号が前記
第１レベルにある場合は使用可能であり、前記追加信号が前記第２レベルにある
場合は使用禁止である、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 インデックスパルスを生成するための機械読み取り可能コン
ピュータープログラムコードでエンコードされた記憶媒体において、前記記憶媒
体が、コンピューターに、 多相正弦波モーター制御回路に基づく第１レベルと第２レベルとを含んでいる
第１電子信号を生成する工程と、 少なくとも、モーター制御回路に基づく前記第１レベルと前記第２レベルとを
含んでいる第２電子信号を生成する工程であって、前記第１電子信号と前記第２
電子信号とは前記多相正弦波モーター制御回路の位相の数に基づいてレベル的に
離間されており、レベルに設定された差異が、第１の特定された期間の間は、前
記第１及び前記第２信号の間に存在する、前記第２電子信号を生成する工程と、 前記第１電子信号の前記第１レベルから前記第２レベルへの過渡現象に基づい
て前記インデックスパルスを決定する工程と、を含む方法を実行させる命令を含
む、記憶媒体。 - 【請求項８】 コンピューターに、多相正弦波モーター制御回路に基づく前
記第１レベルと前記第２レベルとを含んでいる第３電子信号を生成する工程であ
って、前記第１電子信号、前記第２電子信号及び前記第３電子信号は、前記多相
正弦波モーター制御回路の位相の数に基づいてレベル的に離間されており、レベ
ルに設定された差異が、第２の特定された期間の間は、前記第１、前記第２及び
前記第３電子信号の間に存在する、前記第３電子信号を生成する工程を実行させ
る命令を更に含む、請求項７に記載の記憶媒体。 - 【請求項９】 前記レベルに設定された差異が、ゼロ値及び非ゼロ値を含む
、請求項７に記載の記憶媒体。 - 【請求項１０】 前記インデックスパルスを決定する工程が、前記第１電子
信号の前記第２レベルから前記第１レベルへの過渡現象を含む、請求項７に記載
の記憶媒体。 - 【請求項１１】 前記モーター制御回路は多相正弦波である、請求項７に記
載の記憶媒体。 - 【請求項１２】 第１レベルと第２レベルとを含んでいる追加信号を生成す
る追加の工程を更に含んでおり、前記インデックスパルスは、前記追加信号が前
記第１レベルにある場合は使用可能であり、前記追加信号が前記第２レベルにあ
る場合は使用禁止である、請求項７に記載の記憶媒体。 - 【請求項１３】 インデックスパルスを生成するためのシステムにおいて、 センサーのセットと、 前記センサーのセットにより生成されたモーター制御回路に基づく第１レベル
と第２レベルとを含んでいる第１電子信号と、少なくとも、前記多相正弦波モー
ター制御回路に基づく前記第１レベルと前記第２レベルとを含んでいる第２電子
信号とを含んでいる電子信号のセットであって、前記第１電子信号と前記第２電
子信号とは前記多相正弦波モーター制御回路の位相の数に基づいてレベル的に離
間されており、レベルに設定された差異が、第１の特定された期間の間は、前記
第１及び前記第２信号の間に存在する、前記電子信号のセットと、 前記電子信号のセットを使って前記インデックスパルスを生成する論理回路と
を備えており、前記論理回路は、 前記多相正弦波モーター制御回路に基づく前記第１レベルと前記第２レベルと
を含んでいる前記第１電子信号を生成する工程と、 少なくとも、前記多相正弦波モーター制御回路に基づく前記第１レベルと前記
第２レベルとを含んでいる前記第２電子信号を生成する工程であって、前記第１
電子信号と前記第２電子信号とは前記多相正弦波モーター制御回路の位相の数に
基づいてレベル的に離間されており、前記レベルに設定された差異が、前記第１
の特定された期間の間は、前記第１及び前記第２信号の間に存在する、前記第２
電子信号を生成する工程と、 前記第１電子信号の前記第１レベルから前記第２レベルへの過渡現象に基づい
て前記インデックスパルスを決定する工程と、のための方法を含む、システム。 - 【請求項１４】 前記回路が、 前記第２電子信号を反転する少なくとも１つのインバータゲートと、 前記第１信号と前記反転された第２信号とを入力として有し、前記インデック
ス信号を出力として生成するＡＮＤゲートと、を備えている、請求項１３に記載
のシステム。 - 【請求項１５】 インデックスパルスを生成するための前記方法が、 多相正弦波モーター制御回路に基づく前記第１レベルと前記第２レベルとを含
んでいる第３電子信号を生成する工程であって、前記第１電子信号、前記第２電
子信号及び前記第３電子信号は、前記多相正弦波モーター制御回路の前記位相の
数に基づいてレベル的に離間されており、レベルに設定された差異が、第２の特
定された期間の間は、前記第１、前記第２及び前記第３電子信号の間に存在する
、前記第３電子信号を生成する工程を更に含む、請求項１３に記載のシステム。 - 【請求項１６】 前記レベルに設定された差異が、ゼロ値及び非ゼロ値を含
む、請求項１３に記載のシステム。 - 【請求項１７】 前記インデックスパルスを決定する工程が、前記第１電子
信号の前記第２レベルから前記第１レベルへの過渡現象を含む、請求項１３に記
載のシステム。 - 【請求項１８】 前記モーター制御回路は多相正弦波である、請求項１３に
記載のシステム。 - 【請求項１９】 前記論理回路は、 第１レベルと第２レベルとを含んでいる追加信号を生成する追加の工程を実行
し、前記インデックスパルスは、前記追加信号が前記第１レベルにある場合は使
用可能であり、前記追加信号が前記第２レベルにある場合は使用禁止となってい
る、請求項１３に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15467999P | 1999-09-17 | 1999-09-17 | |
| US60/154,679 | 1999-09-17 | ||
| PCT/US2000/040763 WO2001020600A1 (en) | 1999-09-17 | 2000-08-29 | Method and apparatus for robust generation of an index pulse for an electric power steering system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003509999A true JP2003509999A (ja) | 2003-03-11 |
Family
ID=22552303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001524098A Withdrawn JP2003509999A (ja) | 1999-09-17 | 2000-08-29 | 電動パワーステアリングシステム用のインデックスパルスを確実に生成するための方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6329782B1 (ja) |
| EP (1) | EP1216475A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003509999A (ja) |
| WO (1) | WO2001020600A1 (ja) |
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-
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- 2000-08-29 JP JP2001524098A patent/JP2003509999A/ja not_active Withdrawn
- 2000-08-29 EP EP00971065A patent/EP1216475A1/en not_active Withdrawn
- 2000-08-29 US US09/650,170 patent/US6329782B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-08-29 WO PCT/US2000/040763 patent/WO2001020600A1/en active Application Filing
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071106 |