JP2010012819A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＶＲ型レゾルバが検出するシャフトの回転角度に含まれる誤差が増大しても、モータの駆動の誤差を低減させることができる電動パワーステアリング装置を得る。
【解決手段】永久磁石同期モータ１と、永久磁石同期モータ１の駆動を制御する制御部２と、永久磁石同期モータ１のシャフト３に設けられた、レゾルバ回転子２６とレゾルバ固定子２７とを通過する磁束から、シャフト３の回転角度を検出するＶＲ型レゾルバ４とを備え、レゾルバ固定子２７は、レゾルバ回転子２６の外周の一領域のみに設けられた、先端部がレゾルバ回転子２６に対向した複数のティース２８を含んだ電動パワーステアリング装置において、制御部２は、検出される回転角度に対応して、検出される回転角度におけるシャフト３の実際の回転角度である実回転角度が予め設定され、検出される回転角度を補正する回転角度補正手段３０を有している。
【選択図】図２

Description

この発明は、レゾルバ回転子の外周の一領域のみにレゾルバ固定子のティースが配置されたＶＲ型レゾルバを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、レゾルバ回転子と、このレゾルバ回転子の外周に設けられたレゾルバ固定子とを備え、前記レゾルバ固定子は、前記レゾルバ回転子の外周の一領域のみに設けられた、先端部が前記レゾルバ回転子に対向した複数のティースを有したＶＲ型レゾルバが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、モータと、このモータのシャフトに設けられた前記ＶＲ型レゾルバとを備え、前記ＶＲ型レゾルバは、前記レゾルバ回転子と前記レゾルバ固定子とを通過する磁束から、前記シャフトの回転角度を検出する電動パワーステアリング装置が知られている。

特開２００７−１３９８０５号公報

しかしながら、このものの場合、レゾルバ回転子の外周の一領域に設けられた複数のティースの内、端部に配置されたティースを通過する磁束の磁気回路は、レゾルバ回転子を通過して、端部のティースの片側に隣接したティースを通過するように形成され、中間部に配置されたティースを通過する磁束の磁気回路は、レゾルバ回転子を通過して、中間部のティースの両側に隣接したティースを通過するように形成される。
したがって、端部のティースを通過する磁束の磁気回路と、中間部のティースを通過する磁束の磁気回路とがアンバランスになるので、ＶＲ型レゾルバが検出したシャフトの回転角度に含まれる誤差が増大し、この誤差を含んだ回転角度を用いて制御部がモータの駆動を制御するので、モータの駆動の誤差が増大してしまうという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、モータの駆動の誤差を低減させることができる電動パワーステアリング装置を提供するものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、
モータと、前記モータの駆動を制御する制御部と、前記モータのシャフトに取り付けられたレゾルバ回転子およびこのレゾルバ回転子の外周に設けられたレゾルバ固定子を有し、前記レゾルバ回転子と前記レゾルバ固定子とを通過する磁束から、前記シャフトの回転角度を検出するＶＲ型レゾルバとを備え、前記レゾルバ固定子は、前記レゾルバ回転子の外周の一領域のみに設けられた、先端部が前記レゾルバ回転子に対向した複数のティースを含んだ電動パワーステアリング装置において、前記制御部は、検出される前記回転角度に対応して、検出される前記回転角度に含まれる誤差、または、検出される前記回転角度における前記シャフトの実際の回転角度である実回転角度が予め設定され、この設定された前記誤差または前記実回転角度を用いて、検出される前記回転角度を補正する回転角度補正手段を有している。

この発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、制御部の回転角度補正手段には、検出される回転角度に含まれる誤差または検出される回転角度におけるシャフトの実際の回転角度である実回転角度が予め設定されているので、モータの駆動の誤差を低減させることができる。

以下、この発明の各実施の形態を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はこの実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を示す断面図、図２は図１の電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図３は図２のＶＲ型レゾルバ４の要部拡大図である。
この実施の形態に係る電動パワーステアリング装置は、永久磁石同期モータ１と、この永久磁石同期モータ１のシャフト３に設けられたＶＲ型レゾルバ４と、このＶＲ型レゾルバ４の外周に設けられた制御部２と、シャフト３の回転力を減速して伝達する減速機構５とを備えている。

永久磁石同期モータ１は、有底円筒形状のフレーム６と、このフレーム６の内側に設けられたモータ固定子７と、このモータ固定子７の内側に回転可能に設けられ、シャフト３に固着されたモータ回転子８とを備えている。
モータ固定子７は、フレーム６の内側に圧入された、積層された電磁鋼板から構成された円筒形状の固定子鉄心９と、この固定子鉄心９のティース部９ａに樹脂から構成されたインシュレータ１０を介して取り付けられたモータ固定子巻線１１とを備えている。
モータ固定子巻線１１は、樹脂から構成されたターミナルホルダ１２に設けられた巻線ターミナル１３によってＹ結線されている。
なお、モータ固定子巻線１１は、Ｙ結線に限らず、Δ結線されてもよい。

制御部２は、円筒形状に形成された、一端部がフレーム６の開口部に形成されたインロー部６ａに嵌合されたモータ側ケース１４と、有底円筒形状に形成された、開口部がモータ側ケース１４の他端部に接合された減速機構側ケース１５とを備えている。
減速機構側ケース１５の底部には、減速機構５と嵌合したインロー部１５ａが形成されている。
また、この制御部２は、モータ側ケース１４の内側に設けられた制御基板１６と、この制御基板１６に対向し、減速機構側ケース１５の内側の底部に面接触して取り付けられた駆動基板１７とを備えている。
制御基板１６と駆動基板１７との間には、リング形状のターミナル部１８が設けられている。

制御基板１６は、ガラスエポキシから構成されており、この制御基板１６には、マイコン１９が搭載されている。
駆動基板１７は、金属から構成されており、この駆動基板１７には、マイコン１９からの信号により永久磁石同期モータ１への電力の供給を制御するパワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー素子（図示せず）が搭載されている。
なお、駆動基板１７は、金属に限らず、例えば、セラミックス等の熱伝導性に優れた材料であればよい。

ターミナル部１８は、制御基板１６と駆動基板１７とを電気的に接続した、銅から構成されたターミナル２０と、永久磁石同期モータ１のモータ固定子巻線１１と駆動基板１７とを電気的に接続したターミナル（図示せず）とを備えており、それぞれは、樹脂を用いたインサート成形により固定されている。
なお、制御基板１６と駆動基板１７とを電気的に接続したターミナル２０と、モータ固定子巻線１１と駆動基板１７とを電気的に接続したターミナルとは、インサート成形に限らず、例えば、樹脂から構成された保持部材にそれぞれを挿入することで固定されてもよい。

ターミナル部１８には、駆動基板１７のパワー素子から永久磁石同期モータ１に向かって流れる電流のリップルを除去するコンデンサ２１と、電源コネクタ２２から供給される電圧のノイズを除去するコイル２３とが設けられている。
ターミナル部１８の反駆動基板１７側の面には、制御基板１６が取り付けられている。

フレーム６の底部には、リアベアリング２４が取り付けられた凹形状のリアベアリング部６ｂが形成され、減速機構側ケース１５の底部の中央部には、貫通孔が形成されており、この貫通孔の周縁部には、フロントベアリング２５が取り付けられたフロントベアリング部１５ｂが形成されている。
リアベアリング２４およびフロントベアリング２５は、シャフト３を回転自在に支持している。

ＶＲ型レゾルバ４は、シャフト３の周囲に固定されたレゾルバ回転子２６と、このレゾルバ回転子２６の外周に設けられたレゾルバ固定子２７とを備えている。
レゾルバ固定子２７は、レゾルバ回転子２６の外周の一領域のみに、レゾルバ回転子２６の外周に沿って並べられた４個のティース２８を備えている。
それぞれのティース２８は、先端部がレゾルバ回転子２６に対向するように配置されている。
レゾルバ回転子２６の周縁部の形状は、シャフト３とともにレゾルバ回転子２６が回転することで、レゾルバ回転子２６とレゾルバ固定子２７のティース２８との間のギャップパーミアンスが、正弦波形状となるような特殊形状に形成されている。
レゾルバ固定子２７は、ターミナル部１８に取り付けられており、それぞれのティース２８、コンデンサ２１およびコイル２３は、シャフト３を中心とした同一円上に配置されている。

レゾルバ固定子２７には、１相の励磁巻線（図示せず）と、２相の出力巻線（図示せず）とが設けられている。
１相の励磁巻線は、隣接したそれぞれのティース２８に連続的に導線が巻回されて構成されている。
２相のうち、一方の出力巻線であるＣＯＳ出力巻線は、隣接したティース２８を飛び越えて、連続的に、励磁巻線上に導線が巻回されて構成され、他方の出力巻線であるＳＩＮ出力巻線は、一方のＣＯＳ出力巻線が設けられたティース２８を飛び越えて、連続的に、励磁巻線上に導線が巻回されて構成されている。
励磁巻線は、ターミナル２０を介して制御基板１６に搭載された励磁回路（図示せず）に接続されており、この励磁回路により、励磁巻線には、例えば、１０ｋＨｚ、１Ｖｐｐの正弦波の励磁電圧が印加可能となっている。
励磁巻線に励磁電圧が印加されると、励磁巻線に励磁電流が流れ、ＣＯＳ出力巻線およびＳＩＮ出力巻線は、レゾルバ回転子２６とレゾルバ固定子２７との相対位置、つまり、永久磁石同期モータ１のシャフト３の回転角度を検出し、この回転角度に応じた所定の位相と振幅を持ったＣＯＳ出力信号ＳｃｏｓおよびＳＩＮ出力信号Ｓｓｉｎを出力する。

図４は図１の永久磁石同期モータ１と制御部２とＶＲ型レゾルバ４との関係を示すブロック図である。
制御部２は、ＶＲ型レゾルバ４から出力されたＣＯＳ出力信号ＳｃｏｓおよびＳＩＮ出力信号Ｓｓｉｎからシャフト３の回転角度を算出する回転角度算出手段２９と、検出されたシャフト３の回転角度に対応して、検出されたシャフト３の回転角度におけるシャフト３の実際の回転角度である実回転角度が予め設定され、検出される回転角度を補正する回転角度補正手段３０と、この回転角度補正手段３０から出力された補正後回転角度信号に基づいて、永久磁石同期モータ１の駆動を制御する制御部本体３１とを備えている。
なお、回転角度算出手段２９は、制御部２ではなく、ＶＲ型レゾルバ４に設けられてもよい。

ＣＯＳ出力信号ＳｃｏｓとＳＩＮ出力信号Ｓｓｉｎとのシャフト３の回転角度に対する変化は、位相が９０度ずれており、回転角度算出手段２９は、下記の式（１）よりシャフト３の回転角度θを算出する。
θ＝ｔａｎ^−１（Ｓｓｉｎ／Ｓｃｏｓ）・・・（１）
なお、回転角度算出手段２９によるシャフト３の回転角度θは、上記の式（１）を用いて算出することに限らず、例えば、ＣＯＳ出力信号ＳｃｏｓおよびＳＩＮ出力信号Ｓｓｉｎの大小関係および振幅比等と回転角度θとの関係が予め設定された回転角度テーブルを参照してもよい。

回転角度算出手段２９は、シャフト３の基準回転角度位置と、ＶＲ型レゾルバ４の基準回転角度位置とを一致させる基準回転角度位置調整機能を備えている。
基準回転角度位置調整機能は、永久磁石同期モータ１の所定の相間に直流電流を通電してシャフト３を基準回転角度位置に固定した後、ＶＲ型レゾルバ４が検出した回転角度と、実際のシャフト３の回転角度である実回転角度との差を補正値として算出して、ＶＲ型レゾルバ４の基準回転角度基準位置を補正する。
これにより、レゾルバ固定子２７を機械的に回動させてＶＲ型レゾルバ４の基準回転位置角度位置を調整する必要がなく、レゾルバ固定子２７を制御部２の内側に固定された状態で、レゾルバ固定子２７の基準回転角度位置を調整することができる。
なお、シャフト３の基準回転角度位置と、ＶＲ型レゾルバ４の基準回転角度位置とを一致させる方法は、上述した方法に限らず、例えば、複数の回転角度における誤差を算出し、それぞれの誤差からなる平均値を補正値として、ＶＲ型レゾルバ４の基準回転角度位置を補正してもよい。

回転角度補正手段３０は、永久磁石同期モータ１の所定の相に通電するパターンを順次切り替えてモータ回転子８をステップ駆動させときの、モータ回転子８の各ステップ位置でのＶＲ型レゾルバ４が検出した回転角度に対応した、実際のシャフト３の実回転角度を補正テーブルとして記憶している。
これにより、回転角度補正手段３０は、４個のティース２８のうち、端部のティース２８を通過する磁束の磁気回路と、中間部のティース２８を通過する磁束の磁気回路とがアンバランスになることにより、ＶＲ型レゾルバ４が検出したシャフト３の回転角度に含まれる誤差が増大しても、制御部２は、実際のシャフト３の実回転角度を用いて検出された回転角度を補正して、永久磁石同期モータ１の駆動を制御する。
なお、回転角度補正手段３０は、モータ回転子８の各ステップ位置でのＶＲ型レゾルバ４が検出した回転角度に対応した、実際のシャフト３の実回転角度に限らず、モータ回転子８の各ステップ位置でのＶＲ型レゾルバ４が検出した回転角度に対応した、ＶＲ型レゾルバ４が検出した回転角度と実際のシャフト３の実回転角度との誤差を補正テーブルとして記憶してもよく、また、ＣＯＳ出力信号ＳｃｏｓおよびＳＩＮ出力信号Ｓｓｉｎの出力振幅のリサージュ波形の中心位置と、ＣＯＳ出力信号ＳｃｏｓおよびＳＩＮ出力信号Ｓｓｉｎの出力振幅のリサージュ波形の理想となる中心位置との誤差を算出し、この誤差を補正テーブルとして記憶してもよい。

次に、この実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の動作について説明する。
まず、励磁巻線には、１０ｋＨｚ、１Ｖｐｐの正弦波の励磁電圧が印加され、励磁巻線に励磁電流が流れると、ＶＲ型レゾルバ４は、シャフト３の回転角度を検出する。
次に、回転角度算出手段２９は、ＶＲ型レゾルバ４が検出したシャフト３の回転角度であるＣＯＳ出力信号ＳｃｏｓおよびＳＩＮ出力信号Ｓｓｉｎが入力され、シャフト３の回転角度を算出する。
次に、回転角度補正手段３０は、回転角度算出手段２９により算出されたシャフト３の回転角度と、記憶されている補正テーブルとから、実際のシャフト３の実回転角度を用いて、検出された回転角度を補正して出力する。
最後に、制御部本体３１は、回転角度補正手段３０により出力された回転角度を用いて、永久磁石同期モータ１の駆動を制御する。

以上説明したように、この実施の形態に係る電動パワーステアリング装置によれば、制御部は、ＶＲ型レゾルバ４に検出されるシャフト３の回転角度に対応して、検出される回転角度における実際のシャフト３の実回転角度が予め設定され、検出される回転角度を補正する回転角度補正手段３０を有しているので、端部のティースを通過する磁束の磁気回路と、中間部のティースを通過する磁束の磁気回路とがアンバランスになることによりＶＲ型レゾルバが検出したシャフトの回転角度に含まれる誤差が増大しても、永久磁石同期モータ１の駆動の誤差を低減させることができる。

また、レゾルバ固定子２７は、ターミナル部１８に取り付けられているので、ターミナル部１８を着脱することで、簡単にレゾルバ固定子２７を電動パワーステアリング装置に着脱することができる。

なお、この実施の形態では、永久磁石同期モータ１を備えた電動パワーステアリング装置について説明したが、勿論このものに限らず、その他のモータであってもよい。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 図１の電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。 図１のＶＲ型レゾルバの要部拡大図である。 図１の永久磁石同期モータ１と制御部２とＶＲ型レゾルバ４との関係を示すブロック図である。

符号の説明

１ 永久磁石同期モータ、２ 制御部、３ シャフト、４ ＶＲ型レゾルバ、５ 減速機構、６ フレーム、６ａ インロー部、６ｂ リアベアリング部、７ モータ固定子、８ モータ回転子、９ 固定子鉄心、９ａ ティース部、１０ インシュレータ、１１ モータ固定子巻線、１２ ターミナルホルダ、１３ 巻線ターミナル、１４ モータ側ケース、１５ 減速機構側ケース、１５ａ インロー部、１５ｂ フロントベアリング部、１６ 制御基板、１７ 駆動基板、１８ ターミナル部、１９ マイコン、２０ ターミナル、２１ コンデンサ、２２ 電源コネクタ、２３ コイル、２４ リアベアリング、２５ フロントベアリング、２６ レゾルバ回転子、２７ レゾルバ固定子、２８ ティース、２９ 回転角度算出手段、３０ 回転角度補正手段、３１ 制御部本体。

Claims (2)

1. モータと、
   前記モータの駆動を制御する制御部と、
   前記モータのシャフトに取り付けられたレゾルバ回転子およびこのレゾルバ回転子の外周に設けられたレゾルバ固定子を有し、前記レゾルバ回転子と前記レゾルバ固定子とを通過する磁束から、前記シャフトの回転角度を検出するＶＲ型レゾルバとを備え、
   前記レゾルバ固定子は、前記レゾルバ回転子の外周の一領域のみに設けられた、先端部が前記レゾルバ回転子に対向した複数のティースを含んだ電動パワーステアリング装置において、
   前記制御部は、検出される前記回転角度に対応して、検出される前記回転角度に含まれる誤差、または、検出される前記回転角度における前記シャフトの実際の回転角度である実回転角度が予め設定され、この設定された前記誤差または前記実回転角度を用いて、検出される前記回転角度を補正する回転角度補正手段を有したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御部は、マイコンが搭載された制御基板と、前記制御基板に対向して設けられた、前記マイコンからの信号により前記モータへの電力の供給を制御するパワー素子が搭載された駆動基板とを有し、
   前記制御基板と前記駆動基板との間には、前記制御基板と前記駆動基板とを電気的に接続したターミナル部が設けられ、
   前記ターミナル部には、前記レゾルバ固定子が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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