JP2004271503A - 電子スイッチング・モータを位置信号により制御する装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、主多極トラック(2a)及び所謂「回転ピップ」多極トラック(2b)を備えるエンコーダと、2つのデジタル位置信号(A,B)及び1つの回転ピップ信号(C)を供給する固定センサ(3)と、2×P×N個のスイッチを備えるモータの相巻線における電流のスイッチングを行うための回路と、回転ピップ信号(C)又は位置信号(A,B)に基づいて決定される論理状態に対応する切替のためのスイッチング信号を供給可能である、スイッチング回路のための制御回路と、を備える電子スイッチング・モータを制御するための装置に関する。また、本発明は、そのような装置を備えた軸受及びモータ、同じくそのようなモータを制御する方法にも関する。
【選択図】 図3
Description
具体的には、このような用途の一例は、電気式の補助ステアリング・システムを用いた自動車のステアリングの支援である。
N対の極を備えたエンコーダに対向して配置されたP個の検出素子が設けられたセンサを備える制御装置の使用方法は既知であり、前記エンコーダはモータにより回転される。
この理由は、既知の制御装置において、スイッチング信号の精度は、磁気エンコーダの製造及び磁化並びに支持材上の検出素子の位置決めにおける許容誤差の関数であり、これら2つの因子は非ゼロ許容誤差のみを伴って得られるからである。
しかしながら、この種の解決方法は、「レゾルバ」型センサの寸法に起因して機械的一体化の制限を生じさせるという点において満足のいくものではない。加えて、レゾルバから発信されるアナログ信号を、回転子の絶対位置を計算する復調器へ伝達することに関する別の困難が存在する。
モータの回転子と共同して回転するエンコーダであって、同心状の主多極トラック及び所謂「回転ピップ」多極トラックを備え、前記回転ピップ・トラックは角度的に等配分されたN個の特異部を備える、エンコーダと、
エンコーダと対向し、かつ、エンコーダから空隙距離を離間して配置された固定センサであって、その少なくとも2つは、2つの直角位相の周期的電気信号S1,S2を供給するように主トラックと対向して配置され、その少なくとも1つは、電気信号S3を供給するように回転ピップ・トラックと対向して配置された少なくとも3つの検出素子と、信号S1,S2及びS3に基づいて、回転子の角度位置を表す2つの直角位相の方形デジタル位置信号A,B及びエンコーダの1回転当たりのNパルスの形態で回転ピップ信号Cを供給可能な電子回路とを備える固定センサと、
2×P×N個のスイッチを備えるモータの相巻線における電流のスイッチングを行うための回路と、
回転ピップ信号Cのパルスが検出されたとき、前記パルスの角度位置に対応する相巻線における電流のスイッチング論理の状態を決定し、検出された位置信号A,Bに基づいて回転子の角度位置に適合するスイッチング論理の状態を連続的に決定し、回転ピップ信号C又は位置信号A,Bに基づいて決定された論理の状態に対応する切替のためのスイッチング信号を供給することが可能な、スイッチング回路を制御するための回路と、を備える。
N対の極を備える第3の多極トラックと、
P個の検出素子を備える第2の固定センサであって、前記検出素子は、相巻線における電流を切替えるための信号U,V,Wを供給するように、第3の多極トラックと対向し、かつ、第3の多極トラックから空隙距離を離間して配置された固定センサとを更に備える。
第4の態様に従って、本発明は、そのようなモータを制御するための方法を提案する。この方法は、次の一連のステップを含む。
最初の回転ピップ・パルスを検出するステップと、
前記パルスの角度位置に対応するスイッチング論理の状態を決定するステップと、
決定された状態に対応するスイッチング信号をスイッチング回路へ送信するステップと、
位置信号A,Bに基づいてスイッチング論理のその後の状態を反復的に決定し、
決定された状態に対応するスイッチング信号をスイッチング回路へ送信するステップである。
本発明の他の目的及び利点は、添付の図面を参照した以下の説明で明確となる。
この種のモータは、N対のN/S磁極を有する回転子1と、相巻線によりそれぞれ形成された複数のPコイルを有する固定子とを備えており、回転子1は、P相巻線における電力供給を制御することにより、既知の様式で回転される。
センサは少なくとも3つの検出素子を備え、それらのうちの少なくとも2つは主トラック2aと対向して配置され、それらのうちの少なくとも1つは回転ピップ・トラック2bと対向して配置される。
使用されるセンサ3は、主トラック2aと対向して配置された検出素子を使用して2つの直角位相の周期的電気信号S1,S2を供給し、回転ピップ・トラック2bと対向して配置された検出素子を使用して、電気信号S3を供給することができる。
しかしながら、信号S1及びS2を供給可能な2つの検出素子を備えたセンサ3も既知である。
一実施形態に従って、センサ3は、例えば、本出願人によるフランス国特許第2754063号に記載されたタイプの、出力信号の分解能を向上させる補間回路も備える。
スイッチング回路は2×P×N個のスイッチを備えており、例えば、各スイッチは、20kHzで動作するMOSFET型の電界効果トランジスタにより形成されており、それらは、適切な方法で相巻線を提供するようにブリッジ内に配置される。
スイッチング装置の制御、即ち、切替の選択的作動は、
回転ピップ信号Cのパルスが検出されたとき、パルスの角度位置に対応する、相巻線における電流のスイッチング論理の状態を決定し、
検出された位置信号A,Bに従って、回転子1の角度位置に適合するスイッチング論理の状態を連続的に決定し、
回転ピップ信号C又は位置信号A,Bにより決定される論理の状態に対応する、スイッチのスイッチング信号を供給すること、
が可能な制御回路により実行される。
第1の実施形態に従う制御装置は以下のように機能する。
最初の回転ピップ・パルスが検出されるとすぐに、制御回路は、前記パルスの角度位置に対応する相巻線における電流のスイッチング論理の状態を決定し、対応するスイッチング信号をスイッチング回路に送信する。ここで、回転ピップ・パルスは、モータのスイッチング論理の開始に対応するように、回転子1の位置に関して指標付けられ得る。
図2及び3に関係して、制御装置の第2の実施形態を説明する。その制御装置は、
N対の極4aを備える第3の多極トラック4と、
P個の検出素子からなる第2の固定センサ5であって、前記検出素子は、相巻線における電流を切替えるための信号U,V,Wを供給すべく、第3の多極トラックと対向し、かつ、第3の多極トラックから空隙距離を離間して配置されている第2の固定センサ5と、を更に備える。
図2に示す変形例では、第3の多極トラック4は第2のエンコーダ6上に設けられ、制御装置は2つのエンコーダ2,6を備える(図1及び図2)。
制御装置における第1及び第2の実施形態の機能的な差は、最初の回転ピップ・パルスが検出される前の初期位相に関係する。
軸受は、固定部材と結合される固定外側レース8と、電気モータの回転子1により回転される回転内側レース9と、前記レース間に配置された回転体10とを備える。
図5〜11に示す実施形態では、制御装置は、図1及び2にそれぞれ示す2つのエンコーダ2,6を備える。
2つのエンコーダ2,6は互いに離間し、測定手段7を受け止め、センサ3,5の検出素子をそれぞれエンコーダ2,6と対向し、かつ、エンコーダ2,6から空隙距離だけ離間するように配置された環状空間を有する(図11a)。測定手段7(図11b)は、両側に2つのセンサ3,5が配置された突出部12aを有するリング12を備え、前記突出部は、前記センサの入力/出力の接続部13を収容する。測定手段7は、例えば、プラスチック・オーバーモールド技術により得られる。
図12〜14及び16、17に関係して、本発明に従う制御装置を備えた電子スイッチング・モータを説明すると、前記モータは、本発明に従う軸受によって回転すべく搭載された回転子1を備える。軸受の外側レース8はモータのケーシング15と結合されており、内側レース9は、例えば縮化工程により前記モータの回転子1と結合される。2つのセンサ3,5は、ケーシング15内の枠15a,15b内にそれぞれ配置され、モータのケーシング15と結合される。変形例では、少なくとも1つのセンサ3,5を軸受の外側レース8に結合させてもよい。
図12では、2つのセンサ3,5は、それらがエンコーダ2,6と対向し、かつ、エンコーダ2,6から空隙距離を離間してそれぞれ配置されるように、ねじ止めによりケーシング15と結合される。センサ3,5は、検出素子と一体化された延長部16aを有するボディ16と、結合ねじ17を受承するための開口部16bと、センサ3,5の入力/出力の接続部13とを備える。
Claims (27)
- N対の極及びP相を備える電子スイッチング型電気モータを制御するための装置であって、
モータの回転子(1)と共同して回転するエンコーダ(2)であって、同心状の主多極トラック(2a)及び所謂「回転ピップ」多極トラック(2b)を備え、前記回転ピップ・トラックは角度的に等配分されたN個の特異部(2b1)を備えるエンコーダと、
前記エンコーダ(2)と対向し、かつ、エンコーダ(2)から空隙距離を離間して配置された固定センサであって、その少なくとも2つは、2つの直角位相の周期的電気信号S1,S2を供給するように前記主トラック(2a)と対向して配置され、その少なくとも1つは、電気信号S3を供給するように前記回転ピップ・トラック(2b)と対向して配置された少なくとも3つの検出素子と、信号S1,S2及びS3に基づいて、回転子(1)の角度位置を表す2つの直角位相の方形デジタル位置信号(A,B)及び前記エンコーダ(2)の1回転当たりのNパルスの形態で回転ピップ信号(C)を供給可能な電子回路とを備える固定センサ(3)と、
2×P×N個のスイッチを備えるモータの相巻線における電流のスイッチングを行うための回路と、
前記回転ピップ信号(C)のパルスが検出されたとき、前記パルスの角度位置に対応する相巻線における電流のスイッチング論理の状態を決定し、検出された前記位置信号(A,B)に基づいて回転子(1)の角度位置に適合するスイッチング論理の状態を連続的に決定し、回転ピップ信号(C)又は位置信号(A,B)に基づいて決定された論理の状態に対応する切替のためのスイッチング信号を供給することが可能な、スイッチング回路を制御するための回路と、を備える装置。 - N対の極(4a)を備える第3の多極トラック(4)と、
P個の検出素子を備える第2の固定センサ(5)であって、前記検出素子は、相巻線における電流を切替えるための信号(U,V,W)を供給すべく、第3の多極トラック(4)と対向し、かつ、第3の多極トラック(4)から空隙距離を離間して配置された固定センサとを備える、請求項1に記載の装置。 - 前記第3の多極トラック(4)は、前記主トラック(2a)及び前記回転ピップ・トラック(2b)と同心の状態で、エンコーダ(2)上に配置される、請求項2に記載の装置。
- 前記第3の多極トラック(4)は第2のエンコーダ(6)上に設けられる、請求項2に記載の装置。
- 前記各多極トラック(2a,2b,4)は、一定の角度幅で等配分されたN及びSの磁極が存在する磁気リングから形成され、前記回転ピップ・トラック(2b)の磁気特異部(2b1)は、接合が他とは異なる2対の隣接した極から形成される、請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の装置。
- 第1及び第2のセンサ(3,5)は同じ1つの測定手段(7)と一体化されている、請求項2〜5のうちいずれか1項に記載の装置。
- 固定部材と結合される固定レース(8)と、前記電気モータの回転子(1)により回転される回転レース(9)と、前記レース間に配置された回転体(10)とを備える軸受であって、請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の制御装置の少なくとも1つのエンコーダ(2,6)が回転レース(9)と結合されている軸受。
- 前記エンコーダの外面が前記固定レース(8)の側面の平面P内に実質的に含まれるように、少なくとも1つのエンコーダ(2,6)が前記回転レース(9)と結合している、請求項7に記載の軸受。
- 前記エンコーダの外面が回転レース(9)の側面の平面P’内に実質的に包含されるように、少なくとも1つのエンコーダ(2,6)が前記回転レース(9)と結合している、請求項7又は8に記載の軸受。
- 前記回転レース(9)は、少なくとも1つのエンコーダ(2,6)が結合された軸方向延長部(9a)を備える、請求項7〜9のうちいずれか1項に記載の軸受。
- 少なくとも1つのエンコーダ(2,6)が、半径方向におけるパルスの読み取りを可能とすべく前記回転レース(9)と結合されている、請求項7〜10のうちいずれか1項に記載の軸受。
- 少なくとも1つのエンコーダ(2,6)が、面上におけるパルスの読み取りを可能とすべく前記回転レース(9)と結合されている、請求項7〜11のうちいずれか1項に記載の軸受。
- 少なくとも1つのエンコーダ(2,6)が、結合電機子(11)に搭載されている、請求項7〜12のうちいずれか1項に記載の軸受。
- 2つのエンコーダ(2,6)が同一の結合電機子(11)に搭載されている、請求項4に従属する請求項13に記載の軸受。
- 2つのエンコーダ(2,6)は前記回転体(10)の同じ側に設けられている、請求項14に記載の軸受。
- 2つのエンコーダ(2,6)は、対向して配置されている、請求項15に記載の軸受。
- 2つのエンコーダ(2,6)は前記回転体(10)の両側に設けられている、請求項14に記載の軸受。
- 請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の制御装置の少なくとも1つのセンサ(3,5)が、軸受の固定レース(8)と結合されている、請求項7〜17のうちいずれか1項に記載の軸受。
- 請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の制御装置を備え、請求項18に記載の軸受による回転のために搭載された回転子(1)を備える、電子スイッチング・モータ。
- 請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の制御装置を備え、請求項7〜18のうちいずれか1項に記載の軸受による回転のために搭載された回転子(1)を備え、少なくとも1つのセンサ(3,5)がモータの固定片と結合している、電子スイッチング・モータ。
- 少なくとも1つのセンサ(3,5)は、そのパルスが検出されるエンコーダ(2,6)から空隙距離だけ離間した検出素子の位置決めを可能とする少なくとも1つの弾性支持舌片(18c)を備える、請求項20に記載のモータ。
- 少なくとも1つのエンコーダ(2,6)は前記回転子(1)と結合している、請求項19〜21のうちいずれか1項に記載のモータ。
- 請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の制御装置を備え、回転子(1)及び固定片を備えた電子スイッチング・モータであって、少なくとも1つのエンコーダ(2,6)が回転子(1)と結合し、少なくとも1つのセンサ(3,5)が固定片と結合している、電子スイッチング・モータ。
- 請求項1に従属する請求項19〜23のうちいずれか1項に記載のモータを制御するための方法であって、
前記回転子(1)の回転及びそれによる前記エンコーダ(2)の回転を許容するように、所定の時系列に従いモータを供給するステップと、
最初の回転ピップ・パルスを検出するステップと、
前記パルスの角度位置に対応するスイッチング論理の状態を決定するステップと、
決定された状態に対応するスイッチング信号をスイッチング回路へ送信するステップと、
位置信号(A,B)に基づいてスイッチング論理のその後の状態を反復的に決定するステップと、
決定された状態に対応するスイッチング信号をスイッチング回路へ送信するステップと、を備える方法。 - 請求項2に従属する請求項19〜23のうちいずれか1項に記載のモータを制御するための方法であって、
モータの位相間のスイッチング論理の状態を決定するためのスイッチング信号(U,V,W)を初期に使用するステップと、
最初の回転ピップ・パルスを検出するステップと、
前記パルスの角度位置に対応するスイッチング論理の状態を決定するステップと、
決定された状態に対応するスイッチング信号をスイッチング回路へ送信するステップと、
位置信号(A,B)に基づいてスイッチング論理のその後の状態を反復的に決定するステップと、
決定された状態に対応するスイッチング信号をスイッチング回路へ送信するステップと、を備える方法。 - 前記位置信号(A,B)と前記回転ピップ信号(C)とを比較して、異常を検出し、異常が検出された場合は、前記スイッチング信号(U,V、W)からその後のスイッチング時間を決定する反復的ステップを備える、請求項25に記載の方法。
- モータの相における電動力のゼロ合わせに関係して、回転ピップ・パルスの角度の指標付けをする前ステップを備える、請求項24〜26のうちいずれか1項に記載の方法。
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