JP2007101301A - レゾルバの基準位置調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の回転角の検出誤差を最小にするレゾルバの基準位置調整方法を得る。
【解決手段】この発明に係るレゾルバの基準位置調整方法は、モータの回転子が固定されたシャフトの端部に設けられ、回転子の回転角を検出する軸倍角ｎのレゾルバにおける、回転子に対する基準位置調整の方法であって、互いに（機械角１８０/軸倍角n）度離れた前記回転子の位置である、第１の点及び第２の点におけるそれぞれの前記レゾルバからの前記回転角を用いて、前記基準位置調整を行う。
【選択図】図１０

Description

この発明は、シャフトの端部に設けられ、回転子の回転角を検出するレゾルバの基準位置調整方法に関するものである。

従来、回転子に対するレゾルバの基準位置を調整するには、先ず２相を短絡した３相モータに所定の電流を流して３相モータを基準位置に停止させ、そのときの回転子の回転角をレゾルバにより検出し、その１箇所のみの回転角の値からレゾルバの基準位置調整を行っていた（特許文献１参照）。

特開２００１−１２８４８４号公報

従来のレゾルバの基準位置調整方法では、回転子の基準位置において、レゾルバにより検出された回転角の誤差が０になるように、即ち図１２に示すように、回転子の回転角が０のときにレゾルバの検出値の誤差が０になるようにしてレゾルバの基準位置調整を行っていた。
しかしながら、通常回転子の回転角に対するレゾルバにより検出される検出値の誤差は、ＳＩＮ波形状であるものの、図１２に示すように＋側の誤差振幅Ｄ１と−側の誤差振幅Ｅ１とが等しくないので、この方法によりレゾルバの基準位置調整を行った場合、回転子の全回転角域（０度〜３６０度）で見たときに、大きな誤差を生じる回転角域（Ｄ１を中心とした領域）を残したまま回転子の回転角を検出しなければならないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、回転子の回転角の検出誤差を最小にするレゾルバの基準位置調整方法を提供することを目的とする。

この発明に係るレゾルバの基準位置調整方法は、モータの回転子が固定されたシャフトの端部に設けられ、回転子の回転角を検出する軸倍角ｎのレゾルバにおける、回転子に対する基準位置調整の方法であって、互いに（機械角１８０/軸倍角n）度離れた前記回転子の位置である、第１の点及び第２の点におけるそれぞれの前記レゾルバからの前記回転角を用いて、前記基準位置調整を行う。

この発明によるレゾルバの基準位置調整方法によれば、モータの回転角の検出誤差を最小にすることができる。

以下、この発明の実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ１（以下、モータと略称する）を示す側断面図、図２は図１のモータ１の正面図である。
図において、このモータ１は、電動パワーステアリング装置に組み込まれたモータであり、鉄板を絞り加工した有底円筒状のフレーム２と、フレーム２の開口部を覆って固定されたアルミニウムからなるハウジング３とを有している。
ハウジング３の中央部に形成された窓部４には、外輪部がコーキングされて固定されたフロントベアリング５が取り付けられている。
また、フレーム２の底部には、凹状のベアリングボックス６が設けられており、ベアリングボックス６には、リアベアリング７が挿入されている。
フロントベアリング５およびリアベアリング７は、磁性体である鉄からなるシャフト８をそれぞれ回転自在に支持している。

シャフト８の一端部には、磁界を発生させるマグネット９が取り付けられて構成された回転子１０が設けられている。マグネット９の外周面には、マグネット９を保護する図示しない保護チューブが被せられている。
フレーム２の内周面には、回転子１０の外周を囲った固定子１１が取り付けられている。
固定子１１は、珪素鋼板を積層して形成された固定子鉄心１２と、樹脂製の絶縁体１３と、絶縁体１３に巻装されたモータコイル１４とを有している。モータコイル１４は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの３相コイルからなり、それぞれの各相コイルはスター結線されている。

ハウジング３の反回転子１０側で、シャフト８には、フロントベアリング５に当接したブッシュ１６が圧入されている。また、ハウジング３の反回転子１０側で、シャフト８の端部には、外部機構とスプライン結合されるボス１５が圧入されている。

ブッシュ１６とボス１５との間には、両端面がそれぞれブッシュ１６及びボス１５に当接したレゾルバロータ１８が設けられている。このレゾルバロータ１８は、図３及び図４に示すように、珪素鋼板を積層した楕円形状で構成され、シャフト８に圧入されている。

図５はレゾルバ本体２２の正面図、図６は図５の右側面図、図７は図５のレゾルバ本体２２からカバー１９を除いたときの図、図８は図７の右側面図である。
レゾルバロータ１８とともにレゾルバを構成するレゾルバ本体２２は、レゾルバロータ１８の外周を囲って設けられている。レゾルバ本体２２は、ハウジング３にねじ５０で固定されている。
レゾルバ本体２２は、レゾルバステータ２０に形成された遊孔５２を通じて螺着されており、ねじ５０を緩めることで、シャフト８を中心にしてハウジング３に対して回動可能であり、この回動作業により、回転子１０に対するレゾルバの基準位置の調整がなされる。
レゾルバ本体２２は、レゾルバステータ２０と、レゾルバステータ２０の両側面を覆ったカバー１９と、信号線接続用のオス側コネクタ２３とを有している。
レゾルバステータ２０は、珪素鋼板が積層され、周方向に等しい間隔をおいて形成された複数のティース２４を有する積層体２５と、絶縁体２６を介してティース２４に導線が巻装された１相の励磁巻線２７と、２相の第１の出力巻線２８ａ及び第２の出力巻線２８ｂとを有している。

１相の励磁巻線２７は、隣接するそれぞれのティース２４に連続的に全周に渡って導線が巻回されて構成されている。第１の出力巻線２８ａは、隣接したティース２４を飛び越えて一つおきに励磁巻線２７上に連続的に導線が巻回されて構成されている。第２の出力巻線２８ｂも隣接したティース２４を飛び越えて一つおきに励磁巻線２７上に連続的に導線が巻回されて構成されている。第１の出力巻線２８ａ及び第２の出力巻線２８ｂとは、互いに隣接した位置関係で積層体２５に巻装されている。

ハウジング３の引出孔５３に嵌着されたグロメット３２には、モータコイル１４に接続されて電力を供給するモータリード線２９_Ｕ、２９_Ｖ、２９_Ｗが貫通している。また、グロメット３２には、メス側コネクタ３０を介してオス側コネクタ２３に接続され、回転子１０の回転角に関する信号を外部に伝送するセンサリード線３１が貫通している。

図９はモータ１とＥＣＵ５１（Electronic Control Unit）との接続関係を示す図であり、ＥＣＵ５１からの励磁信号Ｒは、センサリード線３１を通じてモータ１に送られ、モータ１のレゾルバの第１の出力巻線２８ａ、第２の出力巻線２８ｂからの出力信号Ｓｃｏｓ及びＳｓｉｎは、センサリード線３１を通じてＥＣＵ５１に送られる。また、モータ１にはＥＣＵ５１から駆動電流が３本のモータリード線２９_Ｕ、２９_Ｖ、２９_Ｗを通じて供給される。

以下、上記構成のモータ１についての動作を説明する。
レゾルバステータ２０の励磁巻線２７には、ＥＣＵ５１から１０ｋＨｚ、５Ｖｐｐの正弦波状の励磁信号Ｒである励磁電圧が印加される。励磁巻線２７に励磁電圧が印加されることにより、励磁巻線２７に励磁電流が流れ、レゾルバロータ１８とレゾルバステータ２０との空隙部分に磁束が発生する。
また、モータリード線２９_Ｕ、２９_Ｖ、２９_Ｗからモータコイル１４に電力が供給され、モータコイル１４に３相交流電圧が印加される。モータコイル１４に３相交流電圧が印加されることにより、モータコイル１４に回転磁界が発生し、回転子１０が回転する。
回転子１０の回転とともに、レゾルバロータ１８も回転し、レゾルバロータ１８とレゾルバステータ２０との間のギャップパーミアンスが変化し、第１の出力巻線２８ａからの出力信号Ｓｃｏｓ、第２の出力巻線２８ｂからの出力信号Ｓｓｉｎのそれぞれの振幅、及び励磁信号Ｒに対する位相が変化する。
出力信号Ｓｃｏｓ、出力信号Ｓｓｉｎの振幅変化は位相が９０度ずれており、それぞれの出力信号Ｓｃｏｓ及び出力信号Ｓｓｉｎは、センサリード線３１を通じてＥＣＵ５１に送られ、そこで信号処理されることにより、回転子１０の回転角が検出される。

ところで、励磁信号Ｒは、次式（１）で示される。
Ｒ＝Ｅ・ｓｉｎωｔ・・・（１）
また、第１の出力巻線２８ａの出力信号Ｓｃｏｓ及び第２の出力巻線２８ｂの出力信号Ｓｓｉｎは、次式（２）、（３）で示される。
Ｓｃｏｓ＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓ（θ）・・・（２）
Ｓｓｉｎ＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（θ）・・・（３）
なお、Ｅは励磁電圧、Ｋはレゾルバの変圧比、ωは励磁信号Ｒの角速度、ｔは時間、θはレゾルバの電気角である。
そして、電気角θは以下の式で求められる。
θ＝ｔａｎ^−１（Ｓｓｉｎ／Ｓｃｏｓ）・・・（４）
この際、出力信号Ｓｃｏｓ、出力信号Ｓｓｉｎは、励磁信号Ｒと同じく１０ｋＨｚの正弦波で出力されているので、振幅値として検出され、出力信号の符号は、励磁信号Ｒと出力信号Ｓｃｏｓ及びＳｓｉｎとが同相の場合を正、逆相の場合を負として計算する。

次に、レゾルバの回転子１０に対する基準位置調整方法について説明する。
レゾルバの角度検出誤差は、一般に図１０に示した様にレゾルバの電気角３６０度当たり１周期変化をするＳＩＮ波形状となる。
なお、レゾルバの電気角＝機械角×レゾルバ軸倍角ｎで示される。ここでレゾルバ軸倍角は、機械角３６０度当たりレゾルバの検出角度が何倍変化するかの値であり、通常はモータ１の電気角とレゾルバの電気角とを一致させるが、モータ１の電気角の１／２、１／４等の設定でも使用できる。

ここで、モータコイル１４のある相の相コイルに直流電流を通電してレゾルバの検出角度が０度となるべき位置（第１の点）に回転子１０を停止させる。そして、実際にこの第１の点におけるレゾルバの検出角度を測定し、この測定値から第１の点における誤差の値を求める（図１０中のＡ１）。
次に、機械角１８０／ｎ度（＝電気角１８０度、ｎはレゾルバの軸倍角）離れた第２の点の位置まで回転子１０を回転させ、先の相と異なる相コイルに直流電流を通電して回転子１０を停止させる。そして、実際にこの第２の点におけるレゾルバの検出角度を測定し、この測定値から第２の点における誤差の値を求める（図１０中のＢ１）。
この２つの値「Ａ１」、「Ｂ１」を用いて、（５）式により第２の点の調整目標値「Ｃ」を算出する。

目標値Ｃ＝Ｂ１−（Ａ１＋Ｂ１）／２・・・（５）

次に、第２の点の値が「Ｃ」になるように、ねじ５０を緩め、レゾルバ本体２２をシャフト８を中心に回動して回転子１０に対する基準位置調整を行い、その後ねじ５０を締め付けることでハウジング３にレゾルバ本体２２を固定する。

図１１は、基準位置調整後のレゾルバの検出誤差を示すグラフである。
第２の点では値「Ｂ１」であったが、値「Ｃ」に調整されている。
本来レゾルバの検出角度が０度になるべき第１の点では値「Ａ２」であり、誤差が残っているが、これは、ＳＩＮ波形状のレゾルバの誤差は、＋側の振幅と−側の振幅が必ずしも対称になっていないためである。
このように、上式（５）から目標値Ｃを求め、この値Ｃに基づいてレゾルバ本体２２の回転子１０に対する基準位置調整を行ったことで、＋側の誤差振幅「Ｄ２」と−側の誤差振幅「Ｅ２」が等しくなるように調整されており、レゾルバの検出誤差の最大値が最小になるように調整されている。

このようにして回転子１０の回転角を検出するレゾルバの基準位置調整がなされることで、レゾルバの検出誤差の最大値が最小となり、その結果モータのトルクリップルは低減される。
また、モータが電動パワーステアリング装置に組み込まれているので、ハンドルの左右操舵力のバラツキが低減されるとともに、快適な操舵性が得られる。

この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータを示す側断面図である。 図１のブラシレスモータの正面図である。 図１のレゾルバロータの正面図である。 図３の側面図である。 図１に示されたレゾルバのレゾルバ本体の正面図である。 図５の側面図である。 図５のレゾルバ本体の内部を示す正面図である。 図７の側面図である。 図１のモータとＥＣＵとの関係を示す図である。 レゾルバの基準位置調整前の回転角とレゾルバの検出誤差との関係を示す図である。 レゾルバの回転子に対する基準位置調整後の回転角とレゾルバの検出誤差との関係を示す図である。 従来方式によりレゾルバの回転子に対する基準位置調整をした後の回転角とレゾルバの検出誤差との関係を示す図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ、８ シャフト、１０ 回転子、１８ レゾルバロータ、２０ レゾルバステータ、２２ レゾルバ本体。

Claims (3)

1. モータの回転子が固定されたシャフトの端部に設けられ、回転子の回転角を検出する軸倍角ｎのレゾルバにおける、回転子に対する基準位置調整の方法であって、
   互いに（機械角１８０/軸倍角n）度離れた前記回転子の位置である、第１の点及び第２の点におけるそれぞれの前記レゾルバからの前記回転角を用いて、前記基準位置調整を行うことを特徴とするレゾルバの基準位置調整方法。
2. 前記第１の点における前記回転角の誤差の値をＡとし、前記第２の点における前記回転角の誤差の値をＢとしたときに、前記第２の点における調整目標値Ｃは、
   Ｃ＝Ｂ−（Ａ＋Ｂ）/２
   の式で算出されることを特徴とする請求項１に記載のレゾルバの基準位置調整方法。
3. 前記モータは、電動パワーステアリング装置に組み込まれたモータであることを特徴とする請求項１または２に記載のレゾルバの基準位置調整方法。

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