JP2011106935A5

JP2011106935A5 - 回転角計測装置，モータシステム及び電動パワーステアリング・システム

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Publication number: JP2011106935A5
Application number: JP2009261472A
Authority: JP
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2029-11-17

Description

本発明は、固定磁化層を有する磁気抵抗効果素子（ＭＲ（Magnetoresistive）素子）を用いて構成された回転角検出装置，モータシステム及び電動パワーステアリング・システムに係り、特に、ピン角誤差を補正可能な回転角検出装置，モータシステム及び電動パワーステアリング・システムに関する。

本発明の目的は、ピン角ズレに起因する補正を少ない演算量で補正可能な回転角計測装置，モータシステム及び電動パワーステアリング・システムを提供することにある。

本明細書では関数SQRT(y) は「yの平方根」を表すものとする。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、磁界センサと、信号処理部とを有する回転角計測装置であって、前記磁界センサは、固定磁化層を有する磁気抵抗素子で構成されたブリッジを２つ有し、前記信号処理部は、第１の前記ブリッジの出力信号Ｖｘを入力信号Ｖｘとし、第２の前記ブリッジの出力信号Ｖｙを入力信号Ｖｙとし、磁界方向角度θを出力し、前記信号処理部は、前記入力信号Ｖｘ，Ｖｙの比Ｖｙ／Ｖｘを算出する比算出部と、該比算出部が算出した前記比Ｖｙ／Ｖｘから、予め検出された補正パラメータβを減算するパラメータ補正部と、該パラメータ補正部で算出された値に対して、逆正接処理を行い、磁界角度θを算出するａｔａｎ処理部とを備えるものである。
かかる構成により、ピン角ズレに起因する補正を少ない演算量で補正可能なものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記パラメータ補正部は、算出された値を、Ｂｘ＝SQRT（１−β^２）で除算するようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１の前記ブリッジの出力信号Ｖｘと第２の前記ブリッジの出力信号Ｖｙとから、それぞれ、予め検出されたオフセットｂｘ，ｂｙを減算するオフセット減算処理部を備え、該オフセット減算処理部の出力を、前記信号処理部の前記比算出部の入力とするようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記信号処理部は、前記比算出部が算出した前記比Ｖｙ／Ｖｘに対して、磁界方向が１回転する期間について平均値から、前記補正パラメータβを算出する平均値処理部を備えるようにしたものである。

（５）上記（４）において、好ましくは、前記比算出部が算出した前記比Ｖｙ／Ｖｘに対して、前記比Ｖｙ／Ｖｘを引数とする窓関数Ｗ（ｒ）を乗算する窓関数処理部を備え、該窓関数処理部の出力に対して、前記平均値処理部は、磁界方向が１回転する期間について平均値を算出するようにしたものである。

（６）上記（５）において、好ましくは、前記窓関数Ｗ（ｒ）は、偶関数である。

（７）上記（５）において、好ましくは、前記パラメータ補正部は、算出された値を、Ｂｘ＝SQRT（１−β^２）で除算するようにしたものである。

（８）上記（１）において、好ましくは、前記磁気抵抗素子は巨大磁気抵抗素子である。

（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、磁界センサと、信号処理部とを有し、前記磁界センサは、固定磁化層を有する磁気抵抗素子で構成されたブリッジを２つ有し、前記信号処理部は、第１の前記ブリッジの出力信号Ｖｘと、第２の前記ブリッジの出力信号Ｖｙとが入力し、磁界方向角度θを出力する回転角計測装置であって、前記信号処理部は、前記出力信号の比Ｖｙ／Ｖｘに対して、磁界方向が１回転する期間について平均値から、前記補正パラメータβを算出する平均値処理部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、ピン角ズレに起因する補正を少ない演算量で補正可能なものとなる。

（１０）上記（９）において、好ましくは、前記比算出部が算出した前記比Ｖｙ／Ｖｘに対して、前記比ｒ（＝Ｖｙ／Ｖｘ）を引数とする窓関数Ｗ（ｒ）を乗算する窓関数処理部を備え、該窓関数処理部の出力に対して、前記平均値処理部は、磁界方向が１回転もしくは複数回転する期間について平均値を算出するようにしたものである。

（１１）上記（４）において、好ましくは、前記第１の前記ブリッジの出力信号Ｖｘと第２の前記ブリッジの出力信号Ｖｙとから、それぞれ、予め検出されたオフセットｂｘ，ｂｙを減算するオフセット減算処理部を備え、該オフセット減算処理部の出力を、前記信号処理部の前記比算出部の入力とするようにしたものである。

（１２）上記（１１）において、好ましくは、前記平均値処理部は、磁界を一定角速度で２回転回ったときの、１回転目で前記オフセット電圧ｂｘ，ｂｙを求め、２回転目で、前記オフセット減算部は、信号Ｖｘ，Ｖｙからそれぞれオフセット電圧ｂｘ，ｂｙを減算した値Ｖｘ’＝Ｖｘ−ｂｘ，Ｖｙ’＝Ｖｙ−ｂｙを算出し、前記平均値処理部は、値Ｖｘ’，Ｖｙ’に対して、前記ピン角ズレ量βを求めるようにしたものである。

（１３）上記（９）において、好ましくは、前記磁気抵抗素子は巨大磁気抵抗素子である。
（１４）また、上記目的を達成するために、本発明は、回転軸を備えたモータ部と、前記回転軸と連動して回転するセンサ磁石と、（４）に記載の回転角計測装置と、電子コントロールユニットと、前記モータ部のステータに電圧波形を出力する駆動部とを、備えたものである。
（１５）上記（１４）において、好ましくは、前記電子コントロールユニットが、前記回転軸を一定速度で回転させるコマンドを送信することで、前記信号処理部が前記補正パラメータβを取得する。
（１６）上記（１４）において、好ましくは、前記信号処理部を、前記電子コントロールユニットの内部に設けたものである。
（１７）上記（１６）において、好ましくは、前記電子コントロールユニットが、前記ロータを一定速度で回転させるコマンドを送信することで、前記信号処理部が前記補正パラメータβを取得する。
（１８）上記（１７）において、好ましくは、前記補正パラメータβを更新処理する。
（１９）また、上記目的を達成するために、本発明は、ステアリングシャフトと、回転軸を備えたモータと、前記回転軸に設置されたセンサ磁石と、（１）または（４）に記載の回転角計測装置と、前記回転角計測装置から回転角度信号を受け取る電子コントロールユニットと、モータ駆動部と、を備えたものである。

磁界センサ・モジュール２０１ＤＭは、磁界センサの設置場所の磁界の方向θｍを、磁界センサが持つ基準角度θｍ０を基準として検出する。すなわち、θ＝θｍ−θｍ０に対応する信号を出力する。本例で用いた磁界センサ３０１は２個のＧＭＲ素子ブリッジで構成されており、それぞれｃｏｓ（θｍ−θｍ０）、およびｓｉｎ（θｍ−θｍ０＋α）に比例した信号を出力する。ここで、αはピン角ズレである。

Claims

磁界センサと、信号処理部とを有する回転角計測装置であって、
前記磁界センサは、固定磁化層を有する磁気抵抗素子で構成されたブリッジを２つ有し、
前記信号処理部は、第１の前記ブリッジの出力信号Ｖｘを入力信号Ｖｘとし、第２の前記ブリッジの出力信号Ｖｙを入力信号Ｖｙとし、磁界方向角度θを出力し、
前記信号処理部は、
前記入力信号Ｖｘ，Ｖｙの比Ｖｙ／Ｖｘを算出する比算出部と、
該比算出部が算出した前記比Ｖｙ／Ｖｘから、予め検出された補正パラメータβを減算するパラメータ補正部と、
該パラメータ補正部で算出された値に対して、逆正接処理を行い、磁界角度θを算出するａｔａｎ処理部とを備えることを特徴とする回転角計測装置。
請求項１記載の回転角計測装置において、
前記パラメータ補正部は、算出された値（Ｖｙ／Ｖｘ−β）を、Ｂｘ＝SQRT（１−β^２）で除算することを特徴とする回転角計測装置。
請求項１記載の回転角計測装置において、
前記第１の前記ブリッジの出力信号Ｖｘと第２の前記ブリッジの出力信号Ｖｙとから、それぞれ、予め検出されたオフセットｂｘ，ｂｙを減算するオフセット減算処理部を備え、
該オフセット減算処理部の出力（Ｖｘ−ｂｘ），（Ｖｙ−ｂｙ）を、それぞれ前記信号処理部の前記入力信号とすることを特徴とする回転角計測装置。
請求項１に記載の回転角計測装置において、
前記信号処理部は、
前記入力信号の比Ｖｙ／Ｖｘに対して、磁界方向が１回転もしくは複数回転する期間についての平均値から、前記補正パラメータβを算出する平均値処理部を備えることを特徴とする回転角計測装置。
請求項４記載の回転角計測装置において、
前記比算出部が算出した前記比Ｖｙ／Ｖｘに対して、前記比ｒ（＝Ｖｙ／Ｖｘ）を引数
とする窓関数Ｗ（ｒ）を乗算する窓関数処理部を備え、
該窓関数処理部の出力に対して、前記平均値処理部は、磁界方向が１回転もしくは複数
回転する期間について平均値を算出することを特徴とする回転角計測装置。
請求項５記載の回転角計測装置において、
前記窓関数Ｗ（ｒ）は、偶関数であることを特徴とする回転角計測装置。
請求項５記載の回転角計測装置において、
前記パラメータ補正部は、算出された値を、Ｂｘ＝SQRT（１−β^２）で除算することを
特徴とする回転角計測装置。
請求項１記載の回転角計測装置において、
前記磁気抵抗素子は巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする回転角計測装置。
磁界センサと、信号処理部とを有し、
前記磁界センサは、固定磁化層を有する磁気抵抗素子で構成されたブリッジを２つ有し、
前記信号処理部は、第１の前記ブリッジの出力信号Ｖｘを入力信号Ｖｘとし、第２の前記ブリッジの出力信号Ｖｙを入力信号Ｖｙとし、磁界方向角度θを出力する回転角計測装置であって、
前記信号処理部は、前記入力信号の比Ｖｙ／Ｖｘの、磁界方向が１回転もしくは複数回転する期間についての平均値から、前記補正パラメータβを算出する平均値処理部を備えることを特徴とする回転角計測装置。
請求項９記載の回転角計測装置において、
前記比算出部が算出した前記比Ｖｙ／Ｖｘに対して、前記比ｒ（＝Ｖｙ／Ｖｘ）を引数とする窓関数Ｗ（ｒ）を乗算する窓関数処理部を備え、
該窓関数処理部の出力に対して、前記平均値処理部は、磁界方向が１回転もしくは複数回転する期間について平均値を算出することを特徴とする回転角計測装置。
請求項４記載の回転角計測装置において、
前記第１の前記ブリッジの出力信号Ｖｘと第２の前記ブリッジの出力信号Ｖｙとから、それぞれ、予め検出されたオフセットｂｘ，ｂｙを減算するオフセット減算処理部を備え、
該オフセット減算処理部の出力を、前記信号処理部の前記比算出部の入力とすることを
特徴とする回転角計測装置。
請求項１１記載の回転角計測装置において、
前記平均値処理部は、１以上の整数値ｎ，ｍに対し、磁界を一定角速度で（ｎ＋ｍ）回転以上回転させる期間のうち、ｎ回転させる期間で前記オフセット電圧ｂｘ，ｂｙを求め、
ｍ回転させる期間で、前記オフセット減算部は、信号Ｖｘ，Ｖｙからそれぞれ前記オフセット電圧ｂｘ，ｂｙを減算した値Ｖｘ’＝Ｖｘ−ｂｘ，Ｖｙ’＝Ｖｙ−ｂｙを算出し、
前記平均値処理部は、値Ｖｘ’，Ｖｙ’に対して、前記補正パラメータβを求めることを特徴とする回転角計測装置。
請求項９記載の回転角計測装置において、
前記磁気抵抗素子は巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする回転角計測装置。
回転軸を備えたモータ部と、
前記回転軸と連動して回転するセンサ磁石と、
請求項４に記載の回転角計測装置と、
電子コントロールユニットと、
前記モータ部のステータに電圧波形を出力する駆動部とを、備えたを備えたモータシステム。
請求項１４記載のモータシステムにおいて、
前記電子コントロールユニットが、前記回転軸を一定速度で回転させるコマンドを送信することで、前記信号処理部が前記補正パラメータβを取得することを特徴とするモータシステム。
請求項１４記載のモータシステムにおいて、
前記信号処理部を、前記電子コントロールユニットの内部に設けたことを特徴とするモータシステム。
請求項１６記載のモータシステムにおいて、
前記電子コントロールユニットが、前記ロータを一定速度で回転させるコマンドを送信することで、前記信号処理部が前記補正パラメータβを取得することを特徴とするモータシステム。
請求項１７記載のモータシステムにおいて、
前記補正パラメータβを更新処理することを特徴とするモータシステム。
ステアリングシャフトと、
回転軸を備えたモータと、
前記回転軸に設置されたセンサ磁石と、
請求項1または４に記載の回転角計測装置と、
前記回転角計測装置から回転角度信号を受け取る電子コントロールユニットと、
モータ駆動部と、を備えた電動パワーステアリング・システム。