JP2010048774A

JP2010048774A - 位置センサ

Info

Publication number: JP2010048774A
Application number: JP2008215538A
Authority: JP
Inventors: Masatake Kokubu; 正剛國分; Takehide Nakamura; 健英中村
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】ヒステリシスを与えても、レゾルバの検出角度に誤差を生じることの少ない位置センサを提供すること。
【解決手段】第１励磁信号ｓｉｎカーブＳ１と、第１励磁信号Ｓ１に対して９０度位相を変えた第２励磁信号ｃｏｓカーブにより、第１励磁コイル１２と第２励磁コイル１３とを励磁し、その励磁により生じる磁界の変化により発生する出力信号Ｓ２を検出し、第１励磁信号Ｓ１と出力信号Ｓ２との位相差をゼロクロス検出により算出し、該検出コイルの位置を算出する位置算出器１７とを有し、位置算出器１７が、第１励磁信号Ｓ１と出力信号Ｓ２のうち、大きな最大振幅Ｅ１を有する信号である第１励磁信号Ｓ１（Ｅ１＝Ａ）に対して、第１ヒステリシス電圧ａ＝０．２Ｖを設定し、小さな最大振幅Ｅ２を有する信号である出力信号Ｓ２（Ｅ２＝ＡＢ）に対して、ａにＥ２／Ｅ１＝ＡＢ／Ｂ＝Ｂ＝０．５を乗じた第２ヒステリシス電圧０．１Ｖを設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１励磁信号と、該第１励磁信号に対して９０度位相を変えた第２励磁信号を発生する励磁信号発生器と、該第１励磁信号により励磁される第１励磁コイルと、該第２励磁信号により励磁される第２励磁コイルと、該第１励磁コイル及び該第２励磁コイルで生じる磁界の変化により発生する出力信号を検出する検出コイルと、該第１励磁信号と該出力信号との位相差をゼロクロス検出により算出し、該検出コイルの位置を算出する位置算出器とを有する位置センサに関するものである。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車において、高出力のブラシレスモータが使用されている。ハイブリッド自動車のブラシレスモータを制御するためには、モータの出力軸の回転位置を正確に把握する必要がある。ステータの各コイルへの通電切り替えを制御するには、ロータの回転位置を正確に把握している必要があるからである。特に、自動車においては、コギングがドライバビリティを悪くするので、コギングを減少させることが要望されているため、通電切替を正確に行いたいという要望が強い。
自動車のモータ軸の位置検出には、耐高温性、耐ノイズ性、耐振動性、耐高湿性等の機能を満足するために、レゾルバが使用されている。レゾルバは、モータの内部に組み込まれて、モータのロータ軸に直接取り付けられている。

この種のレゾルバとしては、振幅変調型レゾルバと位相変調型レゾルバが知られている。振幅変調型レゾルバは、例えば、特許文献１に示すように、励磁側であるロータに１相、出力側であるステータに電気的９０度ずれた２相の巻線が施されている。
一方、位相変調型レゾルバは、例えば、励磁側であるステータに電気的９０度ずれた２相の巻線が施され、出力側であるロータに１相の巻線を施している（ＢＲＴタイプ）。
ＢＲＴタイプ（位相変調型）は励磁側２相に、振幅が同じで時間位相が９０度異なる励磁電圧であるＡｓｉｎωｔとＡｃｏｓωｔを印加することにより、出力側であるロータの回転角θに相当する時間的に位相のずれた出力信号ＡＢｓｉｎ（ω＋ｔ）を得ることができる。この関係を図３に示す。ここで、励磁側に与える第１励磁信号Ａｓｉｎωｔのゼロクロス点と、出力信号ＡＢｓｉｎ（ω＋ｔ）のゼロクロス点とを求め、その差により位相のずれを算出している。

ここで、ゼロクロス点を検出する場合に、信号にはノイズを伴うことが多いため、そのままゼロクロス点を検出しているとノイズにより誤検出が発生する恐れが高い。それを防止するために、ノイズに応答しない不感帯をヒステリシス電圧として、ゼロクロスを検出するコンパレータに入力したヒステリシスコンパレータが知られている。この場合には、実際には、電圧ゼロを通過するゼロクロスではなく、ヒステリシスとして与えた値（例えば、０．２Ｖ）を越えるときをゼロクロス点として検出している。
特開平06-241834号公報

しかしながら、従来のＢＲＴタイプのレゾルバには、次のような問題があった。
すなわち、従来、励磁側に与える第１励磁信号のゼロクロス点を検出するためのコンパレータと、出力信号のゼロクロス点を検出するコンパレータとに、図４に示すように、同じ値のヒステリシス（例えば、図４では、０．２Ｖ）を与えていた。
通常、出力信号Ｓ２は、起電力により発生する電圧であるため、第１励磁信号Ｓ１の振幅と比較して低い値となる。一方、第１励磁信号Ｓ１と出力信号Ｓ２の周期は同一である。
そのため、第１励磁信号Ｓ１が与えられたヒステリシス（図４では、０．２Ｖ）を越えるタイミングと本当のゼロクロス点Ｐとの時間差Ｔ１と、出力信号Ｓ２が与えられたヒステリシス（図４では、０．２Ｖ）を越えるタイミングと本当のゼロクロス点Ｐとの時間差Ｔ２との値に差が生じてしまう。Ｔ１とＴ２の差が位相差の誤差となり、レゾルバの検出角度の誤差（例えば、角度として１度程度の誤差）を生じる問題があった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ノイズの影響を回避するために、ヒステリシスを与えても、レゾルバの検出角度に誤差を生じることの少ない位置センサを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するためになされた本発明に係る位置センサは、次の構成を有している。
（１）第１励磁信号と、該第１励磁信号に対して９０度位相を変えた第２励磁信号を発生する励磁信号発生器と、該第１励磁信号により励磁される第１励磁コイルと、該第２励磁信号により励磁される第２励磁コイルと、該第１励磁コイル及び該第２励磁コイルで生じる磁界の変化により発生する出力信号を検出する検出コイルと、該第１励磁信号と該出力信号との位相差をゼロクロス検出により算出し、該検出コイルの位置を算出する位置算出器とを有する位置センサであって、前記位置算出器が、前記第１励磁信号と前記出力信号のうち、大きな最大振幅Ｅ１を有する信号に対して、第１ヒステリシス電圧ａを設定し、小さな最大振幅Ｅ２を有する信号に対して、ａにＥ２／Ｅ１を乗じた第２ヒステリシス電圧を設定する。

次に、上記構成を有する本発明の位置センサの作用及び効果について説明する。
本発明の位置センサは、第１励磁信号と、該第１励磁信号に対して９０度位相を変えた第２励磁信号を発生する励磁信号発生器と、該第１励磁信号により励磁される第１励磁コイルと、該第２励磁信号により励磁される第２励磁コイルと、該第１励磁コイル及び該第２励磁コイルで生じる磁界の変化により発生する出力信号を検出する検出コイルと、該第１励磁信号と該出力信号との位相差をゼロクロス検出により算出し、該検出コイルの位置を算出する位置算出器とを有する位置センサにおいて、前記位置算出器が、前記第１励磁信号と前記出力信号のうち、大きな最大振幅Ｅ１を有する信号に対して、第１ヒステリシス電圧ａを設定し、小さな最大振幅Ｅ２を有する信号に対して、ａにＥ２／Ｅ１を乗じた第２ヒステリシス電圧を設定するので、例えば、出力側の出力信号の振幅の減少率が大きい場合でも、第２ヒステリシス電圧も、その大きな減少率と比例して減少するため、図４に示すＴ２をＴ１に近づけることができる。それにより、レゾルバの角度検出誤差を小さくすることができる。

図４において、時間差Ｔ２を時間差Ｔ１に近づけるために、単純な方法として、時間そのものにより、例えば、Ｔ２に所定の校正時間を加えることにより、行うことも可能である。しかし、所定の校正時間を加減算する方法には、次のような問題がある。すなわち、温度変化により、コイル間距離に変化が生じたときに、振幅Ｅ１，Ｅ２は変化する。それに伴ない、時間差Ｔ１と時間差Ｔ２の関係について、単純な加減算で対応すると、温度変化があったときに、レゾルバの角度検出誤差を大きくする恐れが大きい。
それと比較して、温度変化によるコイル間距離の変化により、Ｅ２／Ｅ１の変化は小さいので、レゾルバの角度検出誤差を大きくする恐れが少ない利点がある。

以下、本発明の位置センサを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
本実施例の位置センサが組み込まれたレゾルバは、ステータ、ロータ、及び制御回路を備えている。本実施例の位置センサが組み込まれたレゾルバの制御構成を図２に示す。
ステータには、第１励磁コイル１２と第２励磁コイル１３とが、固設されている。ロータには、検出コイル１４が固設されている。検出コイル１４で誘起電流として発生する出力信号をステータ側に伝えるための図示しないロータリトランスが、ステータとロータに一対として、取り付けられている。

図２に示すように、第１励磁信号である７．２ｋＨｚのｓｉｎカーブ（Ａｓｉｎωｔ）、及び第２励磁信号である７．２ｋＨｚのｃｏｓカーブ（Ａｃｏｓωｔ）を発生させる駆動回路１１が、第１励磁コイル１２、及び第２励磁コイル１３に接続している。第１励磁コイル１２には、駆動回路１１からｓｉｎカーブが供給され、第２励磁コイル１３には、駆動回路１１からｃｏｓカーブが供給される。ｓｉｎカーブとｃｏｓカーブとは、振幅が同じで、位相が９０度ずれている。
検出コイル１４では、出力信号であるＡＢｓｉｎ（ωｔ＋θ）が誘起電流として発生する。出力信号は、ロータリトランスを介して、ステータ側に設けられたコンパレータ１５に入力される。一方、駆動回路１１からｓｉｎカーブ（Ａｓｉｎωｔ）がコンパレータ１６に入力される。

ノイズによる誤検出を回避するために、位置算出器１７が、ノイズに応答しない不感帯をヒステリシス電圧として、ゼロクロスを検出するコンパレータ１６に、所定のヒステリシス電圧が入力している。本実施例では、ヒステリシス電圧ａとして、ａ＝０．２Ｖを与えている。そのため、実際には、電圧ゼロを通過するゼロクロスではなく、ヒステリシス電圧として与えた値（０．２Ｖ）を越えるときをゼロクロス点として、コンパレータ１６が検出する。
同様に、コンパレータ１５には、位置算出器１７が、ノイズによる誤検出を回避するために、ノイズに応答しない不感帯をヒステリシス電圧を、ゼロクロスを検出するコンパレータ１６に入力している。
本実施例の場合、第１励磁信号であるＡｓｉｎωｔの振幅Ａが、出力信号であるＡＢｓｉｎ（ωｔ＋θ）の振幅ＡＢより大きいので、Ｅ１＝Ａであり、Ｅ２＝ＡＢであるので、コンパレータ１５に与えるヒステリシス電圧は、ヒステリシス電圧ａに、Ｅ２／Ｅ１＝ＡＢ／Ａ＝Ｂを乗じたａＢを与える。本実施例の場合、Ｅ２／Ｅ１＝ＡＢ／Ａ＝Ｂ＝０．５であるので、位置算出器１７が、ヒステリシス電圧として、０．１Ｖをコンパレータ１５に与えている。

次に、上記構成を有するレゾルバの作用について説明する。
第１励磁コイル１２に、第１励磁信号Ｓ１であるｓｉｎカーブ（Ａｓｉｎωｔ）が励磁され、第２励磁コイル１３に、第２励磁信号であるｃｏｓカーブが励磁されることにより、検出コイル１４には、出力信号Ｓ２であるＡＢｓｉｎ（ωｔ＋θ）が誘起電流として発生する。出力信号Ｓ２は、ロータリトランスを介して、ステータ側に設けられたコンパレータ１５に入力される。一方、駆動回路１１から第１励磁信号Ｓ１であるｓｉｎカーブ（Ａｓｉｎωｔ）がコンパレータ１６に入力される。
図１に、第１励磁信号Ｓ１と出力信号Ｓ２を示す。横軸が時間ｔであり、縦軸が電圧Ｖである。位置算出器１７により、コンパレータ１５には、ヒステリシス電圧として、Ｖ１＝ａ＝０．２Ｖが与えられている。位置算出器１７により、コンパレータ１６には、ヒステリシス電圧として、Ｖ２＝０．５ａ＝０．１Ｖが与えられている。

図１に示すように、第１励磁信号Ｓ１のゼロクロス検出は、第１励磁信号Ｓ１がヒステリシスＶ１＝ａ＝０．２Ｖを通過した点あるＰ１となる。このため、本当のゼロクロス点Ｐとの間に時間差Ｔ１が発生する。一方、出力信号Ｓ２のゼロクロス検出は、出力信号Ｓ２がヒステリシスＶ２＝０．１Ｖを通過した点であるＰ２となる。このため、本当のゼロクロス点との間に時間差Ｔ２が発生する。
しかし、出力信号Ｓ２のヒステリシスを、第１励磁信号Ｓ１のヒステリシスａ＝０．２Ｖに、出力信号Ｓ２の振幅ＡＢを第１励磁信号Ｓ１の振幅Ａで除した値であるＢにヒステリシスａを乗じたａＢ＝０．１Ｖとしているので、理論的には、Ｔ１＝Ｔ２とすることができるため、ヒステリシスの相違により発生する検出角度誤差をほとんどなくすことができる。

以上詳細に説明したように、本実施例のレゾルバによれば、第１励磁信号ｓｉｎカーブＳ１と、第１励磁信号Ｓ１に対して９０度位相を変えた第２励磁信号ｃｏｓカーブを発生する駆動回路１１と、第１励磁信号ｓｉｎカーブにより励磁される第１励磁コイル１２と、第２励磁信号ｃｏｓカーブにより励磁される第２励磁コイル１３と、第１励磁コイル１２及び第２励磁コイル１３で生じる磁界の変化により発生する出力信号Ｓ２を検出する検出コイル１４と、第１励磁信号Ｓ１と出力信号Ｓ２との位相差をゼロクロス検出により算出し、該検出コイルの位置を算出する位置算出器１７とを有する位置センサであって、位置算出器１７が、第１励磁信号Ｓ１と出力信号Ｓ２のうち、大きな最大振幅Ｅ１を有する信号である第１励磁信号Ｓ１（Ｅ１＝Ａ）に対して、第１ヒステリシス電圧ａ＝０．２Ｖを設定し、小さな最大振幅Ｅ２を有する信号である出力信号Ｓ２（Ｅ２＝ＡＢ）に対して、ａにＥ２／Ｅ１＝ＡＢ／Ｂ＝Ｂ＝０．５を乗じた第２ヒステリシス電圧０．１Ｖを設定するので、例えば、出力側の出力信号の振幅の減少率が大きい場合でも、第２ヒステリシス電圧も、その大きな減少率と比例して減少するため、図１に示すＴ２をＴ１とほぼ等しくすることができる。それにより、レゾルバの角度検出誤差を小さくすることができる。

本発明は、上記実施例の他に様々な応用が可能である。
例えば、本実施の形態では、レゾルバを用いた角度検出について説明したが、第１励磁コイル及び第２励磁コイルを直線状に配置することにより、直線的な位置を検出する位置センサに応用することができる。
また、本実施の形態では、低い値から高い値にゼロクロスする場合について説明したが、高い値から低い値にゼロクロスする場合のヒステリシス電圧にも、応用することが可能である。

本発明のレゾルバの作用を示す図である。本発明のレゾルバの制御構成を示す図である。レゾルバの角度検出原理を説明する図である。従来のレゾルバの作用を示す図である。

符号の説明

１１駆動回路
１２第１励磁コイル
１３第２励磁コイル
１４検出コイル
１５，１６コンパレータ
１７位置算出器

Claims

第１励磁信号と、該第１励磁信号に対して９０度位相を変えた第２励磁信号を発生する励磁信号発生器と、該第１励磁信号により励磁される第１励磁コイルと、該第２励磁信号により励磁される第２励磁コイルと、該第１励磁コイル及び該第２励磁コイルで生じる磁界の変化により発生する出力信号を検出する検出コイルと、該第１励磁信号と該出力信号との位相差をゼロクロス検出により算出し、該検出コイルの位置を算出する位置算出器とを有する位置センサにおいて、
前記位置算出器が、前記第１励磁信号と前記出力信号のうち、大きな最大振幅Ｅ１を有する信号に対して、第１ヒステリシス電圧ａを設定し、小さな最大振幅Ｅ２を有する信号に対して、ａにＥ２／Ｅ１を乗じた第２ヒステリシス電圧を設定することを特徴とする位置センサ。