JP2011217542A - Actuator system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁歪式トルクセンサにより検出された検出値からトルク値を算出するアクチュエータシステムに関する。 The present invention relates to an actuator system that calculates a torque value from a detection value detected by a magnetostrictive torque sensor.
従来から、磁歪式トルクセンサは、モータや磁気ブレーキの回転による外乱磁界によって影響を受けてしまい、検出されたトルク信号にノイズが乗ってしまうことが知られている。 Conventionally, it is known that a magnetostrictive torque sensor is affected by a disturbance magnetic field due to rotation of a motor or a magnetic brake, and noise is added to a detected torque signal.
下記示す特許文献1には、磁歪式トルクセンサ用のコイルと別個に、ダミー用のコイルを備え、ダミー用のコイルが受けるノイズを判別して、磁歪式トルクセンサが検出したトルク信号からノイズ成分を除去することで、より正確なトルク信号を得ることが記載されている。
In
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、ダミー用のコイルを設けるためのスペースや追加部品が必要となり、装置が大型化し、且つ、高コストになってしまう。
However, the technique described in
そこで、本発明は、係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、装置の小型化、低コストを図ると共に、トルク値の検出精度を向上させるアクチュエータシステムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the conventional problems, and an object of the present invention is to provide an actuator system that can reduce the size and cost of the apparatus and improve the detection accuracy of the torque value.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、磁歪式トルクセンサ(80)と、ブラシレスモータ(50)と、前記ブラシレスモータ(50)を駆動する駆動ドライバ(52)と、前記磁歪式トルクセンサ(80)に印加パルスを周期的に印加し、印加から一定時間経過後のサンプリングタイミングで、前記磁歪式トルクセンサ(80)によって検出された検出値からトルク値を算出し、該算出した前記トルク値に応じて前記駆動ドライバ(52)をPWM制御して前記ブラシレスモータ(50)の駆動を制御する制御手段(54)と、を備えるアクチュエータシステムであって、前記制御手段(54)は、前記PWM制御によって前記駆動ドライバ(52)に印加するPWMパルスの周期の1/2より前記一定時間を短く設定するとともに、前記PWMパルスの一定数周期の期間に、少なくとも2回の前記サンプリングタイミングを備えるように前記印加パルスを設定し、前記一定数周期の期間に印加される前記PWMパルスのうち、最初の前記PWMパルスの印加後、最初の前記サンプリングタイミングで前記磁歪式トルクセンサ(80)によって検出された前記検出値をサンプリングする第1のサンプリングタイミングと、前記一定数周期の1/2の期間が経過した後、最初の前記サンプリングタイミングで前記磁歪式トルクセンサ(80)によって検出された前記検出値をサンプリングする第2のサンプリングタイミングとを有し、前記制御手段(54)は、前記PWMパルスのデューティ比が所定デューティ比以上の時には、第1のサンプリングタイミングにて検出された前記検出値を用いて前記トルク値を算出し、前記PWMパルスのデューティ比が前記所定デューティ比未満の時は、前記第2のサンプリングタイミングにて検出された前記検出値を用いて前記トルク値を算出することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のアクチュエータシステムであって、前記一定数周期は、3以上の奇数周期であり、前記制御手段(54)は、前記一定数周期を1セットし、前記1セットの期間に、少なくとも2回の前記印加パルスを前記磁歪式トルクセンサに印加することを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載のアクチュエータシステムであって、前記磁歪式トルクセンサ(80)と前記ブラシレスモータ(50)とは、アクチュエータユニット(26)として一体に構成されるとともに、前記磁歪式トルクセンサ(80)と前記ブラシレスモータ(50)とは近接して配置され、当該アクチュエータユニット(26)がアシスト自転車(10)のアシストユニット(26)として構成されることを特徴とする。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項3に記載のアクチュエータシステムであって、前記アクチュエータシステムは、前記アシスト自転車(10)に設けられた運転者によりトルクが与えられるクランク軸(38)と、前記クランク軸(38)に与えられたトルクを後輪に伝達させて前記後輪を駆動させる駆動系機構とを有し、前記アシストユニット(26)は、前記ブラシレスモータ(50)の駆動力を前記駆動系機構に伝達するアシスト駆動ユニット(26)であり、前記クランク軸(38)と、前記磁歪式トルクセンサ(80)と、前記ブラシレスモータ(50)と、前記駆動ドライバ(52)と、前記制御手段(54)とを一体に保持し、前記磁歪式トルクセンサ(80)は前記クランク軸(38)上に配置されるとともに、前記駆動ドライバ(52)及び前記制御手段(54)は、前記磁歪式トルクセンサ(80)の下方の同一空間内に配置され、前記ブラシレスモータ(50)は、前記クランク軸(38)の後下方であり、前記磁歪式トルクセンサ(80)とは区画された空間に収納配置されることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the actuator system according to
請求項5に係る発明は、請求項4に記載のアクチュエータシステムであって、前記駆動ドライバ(52)と、前記制御手段(54)とは、前記同一空間内の前記アシスト駆動ユニット(26)のケース(48)壁に固定されるとともに、前記アシスト自転車(10)前後方向の中心線(112)に対して、対向する左右壁面に各々固定され、前記制御手段(54)は、前記磁歪式トルクセンサ(80)側のユニット壁面に配置されることを特徴とする。
The invention according to
請求項1に記載の発明によれば、PWMパルスのデューティ比が50%近傍の所定デューティ比未満の時には、第1のサンプリングタイミングでPWMパルスのオフノイズが入る可能性があるので、第2のサンプリングタイミングで検出した検出値でトルク値を算出することで、トルク値の検出精度を向上させることができる。また、PWMパルスのデューティ比が50%近傍の所定デューティ比以上の時には、第1のサンプリングタイミングでノイズが入ることがないので、第1のサンプリングタイミングで検出した検出値でトルク値を算出することで、トルク値の検出精度を向上させることができる。つまり、デューティ比に基づいてサンプリングタイミングを使い分けることで、制御遅れがなく、トルク値の検出精度を向上させることができる。また、ノイズの影響を受けていないサンプリングタイミングを決定してトルク値を算出するので、アクチュエータシステムの小型化、低コスト化を図ることができる。さらに、磁気シールドを強固にする必要のない磁歪式トルクセンサのアクチュエータシステムを提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the duty ratio of the PWM pulse is less than the predetermined duty ratio in the vicinity of 50%, there is a possibility that off noise of the PWM pulse may enter at the first sampling timing. By calculating the torque value with the detection value detected at the timing, the detection accuracy of the torque value can be improved. Further, when the duty ratio of the PWM pulse is equal to or higher than a predetermined duty ratio in the vicinity of 50%, noise does not enter at the first sampling timing, so the torque value is calculated with the detected value detected at the first sampling timing. Thus, the accuracy of detecting the torque value can be improved. In other words, by properly using the sampling timing based on the duty ratio, there is no control delay, and the torque value detection accuracy can be improved. In addition, since the torque value is calculated by determining the sampling timing that is not affected by noise, the actuator system can be reduced in size and cost. Furthermore, it is possible to provide an actuator system for a magnetostrictive torque sensor that does not require a strong magnetic shield.
請求項2に記載の発明によれば、磁歪式トルクセンサの印加パルスの周期を変えることなく、PWMパルスの奇数周期(1セット)の中で少なくとも1つ、PWMパルスによるノイズの影響を受けていない検出値を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, at least one of the odd-numbered periods (one set) of the PWM pulse is affected by noise caused by the PWM pulse without changing the period of the applied pulse of the magnetostrictive torque sensor. No detection value can be obtained.
請求項3に記載の発明によれば、アシスト自転車の駆動力として動作するモータであって、大きなトルクが必要される分、PWMパルスのオン、オフによる磁界の影響が大きくなるアシストユニットであっても、トルク値の検出精度を向上させることができるアクチュエータシステムを提供することができる。 According to the third aspect of the present invention, the motor operates as the driving force of the assist bicycle, and is an assist unit in which the influence of the magnetic field due to turning on / off of the PWM pulse is increased as much torque is required. In addition, it is possible to provide an actuator system that can improve the detection accuracy of the torque value.
請求項4に記載の発明によれば、磁歪式トルクセンサと同一空間に駆動ドライバが配置されることで、スペースを有効利用しつつ、駆動ドライバによるノイズ影響も少なくすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the drive driver is disposed in the same space as the magnetostrictive torque sensor, so that the noise influence by the drive driver can be reduced while effectively using the space.
請求項5に記載の発明によれば、磁歪式トルクセンサと駆動ドライバ及び制御手段とが同一空間内であっても、駆動ドライバ及び制御手段が、磁歪式トルクセンサから離れたケース壁に取付けられるので、ノイズ影響が比較的小さい位置に駆動ドライバ及び制御手段を設けることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, even if the magnetostrictive torque sensor and the drive driver and the control means are in the same space, the drive driver and the control means are attached to the case wall away from the magnetostrictive torque sensor. Therefore, the drive driver and the control means can be provided at a position where the influence of noise is relatively small.
本発明に係るアクチュエータシステムについて、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An actuator system according to the present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings.
図1は、アクチュエータシステムを備えたアシスト自転車10の左側面図、図2は、図1のアシスト自転車10の要部を示す左側面図、図3は、図2のIII−III線断面図である。アシスト自転車10は、車体前方に位置するヘッドパイプ12と、該ヘッドパイプ12から後方且つ下方に延びるダウンフレーム14と、ダウンフレーム14の後端から上方に立ち上がるシートパイプ16とを備える。ヘッドパイプ12には、下方に延びるフロントフォーク18が操舵可能に接続されており、このフロントフォーク18の下端に前輪WFが軸支されている。また、ヘッドパイプ12の上方にハンドル20が設けられている。
1 is a left side view of an
ダウンフレーム14の後端には、後方に延びるリアフォーク22が配設されており、このリアフォーク22の後端に後輪WRが軸支されている。また、シートパイプ16の上部とリアフォーク22の後部との間に、左右一対のステー24が配設されている。
A
ダウンフレーム14及びリアフォーク22は、アシスト駆動ユニット(アシストユニット、アクチュエータユニット)26を支持する。シートパイプ16には、上端にシート28を有するシートポスト30がシート28の上下位置を調整可能に装着されている。シートパイプ16の後方には、アシスト駆動ユニット26に電力を供給するためのバッテリ32が着脱可能にシートパイプ16のステー34に取付けられている。
The down
アシスト駆動ユニット26及びスプロケット36を貫通して、車体の幅方向に延びるクランク軸38が設けられ、クランク軸38の両側に、ペダル40Lを有するクランク42L、ペダル40Rを有するクランク42Rが接続されている。運転者がペダル40L、40Rを漕ぐことにより、クランク軸38に踏力トルクが与えられる。クランク軸38に与えられた踏力トルクに起因してスプロケット36が回転し、該スプロケット36の回転は、チェーン44を介して、後輪WR側のスプロケット46に伝達され、後輪WRが回転する。スプロケット36、チェーン44、及びスプロケット46は駆動系機構として機能する。
A
アシスト駆動ユニット26は、その筐体(ケース)48内に、ブラシレスモータ50と、ブラシレスモータ50を駆動させる駆動ドライバ52と、駆動ドライバ52のPWM制御、及び後述する磁歪式トルクセンサによって検出された検出値に基づいてトルク値の算出等を行うコントローラ(制御手段)54と、ブラシレスモータ50の駆動軸56と噛み合って回転する駆動ギア58と、駆動ギア58の回転に応じて回転する従動軸94を有するアシストスプロケット60とを一体に保持する。アシストスプロケット60にはチェーン44が取り付けられる。アシスト駆動ユニット26は、ブラシレスモータ50の駆動力を前記駆動系機構に伝達する。このアシスト駆動ユニット26、クランク軸38、及び駆動系機構は、本実施の形態のアクチュエータシステムを構成する。
The
コントローラ54は、クランク軸38に与えられた踏力トルクとアシスト自転車10の車速に応じたアシスト比とによって定められる補助トルクをブラシレスモータ50が発生するように、駆動ドライバ52をPWM制御する。駆動ドライバ52、複数相(本実施の形態では、UVW相の3相)の各スイッチング素子を有し、コントローラ54は、決められたデューティ比でUVW相の各スイッチング素子をオン・オフ制御することで、駆動ドライバ52をPWM制御する。このPWM制御により、駆動ドライバ52は、バッテリ32の直流電力を3相交流電力に変換して、3相の交流電流をブラシレスモータ50のU相のステータコイル、V相のステータコイル、W相のステータコイルに通電する。これにより、ブラシレスモータ50の駆動軸56が回転する。コントローラ54は、クロック回路を有し、タイマーとしても機能する。
The
ブラシレスモータ50が発生した補助トルクは、駆動軸56、駆動ギア58、及びアシストスプロケット60を介してチェーン44に伝達される。したがって、運転者がペダル40L、40Rを漕ぐことによって、クランク軸38に与えられた踏力トルクとブラシレスモータ50が発生した補助トルクとが、チェーン44を介して、後輪側のスプロケット46に伝達されて、後輪WRが回転する。なお、アシストスプロケット60の後方には、チェーンの巻き付け角を大きく取るためのアイドラ62が設けられている。
The auxiliary torque generated by the
ブラシレスモータ50は、円周方向に交互に配置された計8個のN極及びS極の永久磁石64を有するロータ66と、ロータ66の外周部を覆うように径方向で対抗配置され、ロータ66を回転させる回転磁界を発生するUVW相の3相のステータ巻線68を有するステータ70を備える。ロータ66の回転軸に駆動軸56が設けられている。また、ステータ70は、計12個あるので、U相のステータ巻線68、V相のステータ巻線68、及び、W相のステータ巻線68は、それぞれ3つある。ブラシレスモータ50のU相のステータコイルは、3つのU相のステータ巻線68によって構成され、V相のステータコイルは、3つのV相のステータ巻線68によって構成され、W相のステータコイルは、3つのW相のステータ巻線68によって構成される。
The
アシスト駆動ユニット26は、アシスト自転車10が前に進む方向(正方向)に、ペダル40L、40Rを漕いだ場合にスプロケット36を回転させ、正方向とは反対の方向にペダル40L、40Rを漕いだ場合にスプロケット36を回転させない機構を有する。具体的には、図3に示すように、アシスト駆動ユニット26は、クランク軸38の外周に挿嵌される円筒部材72と、該円筒部材72と筐体48との間に設けられた第1ベアリング74と、クランク軸38と筐体48との間に設けられた第2ベアリング76と、クランク軸38と円筒部材72との間に設けられたワンウェイクラッチ78とを有する。ワンウェイクラッチ78は、ペダル40L、40Rが正方向に漕がれたときにクランク軸38の回転を円筒部材72に伝達し、ペダル40L、40Rが正方向と反対方向に漕がれたときにクランク軸38の回転を円筒部材72に伝達しない構造を有する。円筒部材72の右端はスプラインが形成されており、スプロケット36がスプラインに嵌合した状態で取り付けられている。
The
正方向にペダル40L、40Rが漕がれると、クランク軸38が回転すると共に、ワンウェイクラッチ78により円筒部材72が回転する。これにより、スプロケット36が回転する。一方、正方向と反対方向にペダル40L、40Rが漕がれると、クランク軸38は回転するが、円筒部材72は、ワンウェイクラッチ78によって回転しない。これにより、正方向と反対方向にペダル40L、40Rが漕がれてもスプロケット36は回転しない。
When the
また、クランク軸38に与えられた踏力トルクを検出する磁歪式トルクセンサ80は、クランク軸38上に配置される。詳しくは、円筒部材72の外周に磁歪式トルクセンサ80が配置されている。磁歪式トルクセンサ80は、2つの検出コイル82、84を含む検出回路とを備え、検出回路は、円筒部材72が回転することで発生する磁歪によって生じる各検出コイル82、84のインダクタンスの変化を電圧に変換してコントローラ54に出力する。なお、正方向と逆方向にペダル40L、40Rが漕がれている場合は、円筒部材72は回転しないので、磁歪式トルクセンサ80によって、クランク軸38に与えられた踏力トルクは検出されない。
A
ブラシレスモータ50の駆動軸56には、磁石86を保持するマグネットホルダー88が設けられており、ロータ66の回転と一緒に回転する。磁石86を検出するホールIC90が磁石86に対向するように設けられており、ホールIC90は3つ設けられている(図2参照)。この3つのホールIC90によって、ロータ66の回転角度及び回転数を検出する。ホールIC90は、ホールICハウジング98によって保持されている。ホールICハウジング98は、ボルトbによって、アシスト駆動ユニット26の筐体48内部に取付けられている。磁石86は、円周方向に沿って8個設けられており、N極の磁石86とS極の磁石86とが交互に配置されている。この磁石86及びホールIC90がブラシレスモータ50の回転角度を検出する磁極センサとして機能する。
The
ブラシレスモータ50と駆動ギア58とは収納される空間が区画されている。マグネットホルダー88の外周には、ダストシール110が設けられ、ダストシール110は、駆動ギア58が設けられている空間からブラシレスモータ50が設けられている空間へのゴミ等の侵入を防ぐのものである。ブラシレスモータ50を保護するカバーは、ブラシレスモータ50の外周に沿ってボルトBによってアシスト駆動ユニット26の筐体48に取付けられている。
A space in which the
筐体48は、筐体48内の空間を区画する仕切板92を有し、駆動ドライバ52、コントローラ54、及び磁歪式トルクセンサ80は、同一空間内に配置され、ブラシレスモータ50は、クランク軸38の後方且つ下方であり、磁歪式トルクセンサ80と区画された空間に収納配置されている。また、駆動ドライバ52及びコントローラ54は、磁歪式トルクセンサ80の下方に配置されている。
The
ブラシレスモータ50と磁極センサ(磁石86及びホールIC90)は、アシスト自転車10の前後方向の中心線112に対して、磁歪式トルクセンサ80の反対側に配置されている。磁歪式トルクセンサ80とブラシレスモータとは収納される空間が区画されているが、磁歪式トルクセンサ80とブラシレスモータ50とは近接されて配置された状態にある。また、図示しないが駆動ドライバ52と、コントローラ54とは筐体48壁に固定されるとともに、アシスト自転車10の前後方向の中心線112に対して、対向する左右壁面に各々固定され、コントローラ54は、磁歪式トルクセンサ80側の筐体48壁面に配置されている。
The
アイドラ62は、支持アーム114によって軸支され、ピボット116は、揺動可能に支持アーム114を軸支する。ピボット116に軸支された支持アーム114は、トーションスプリングによりアイドラ62がチェーン44を加圧する方向に付勢されている。
The idler 62 is pivotally supported by the
アシストスプロケット60が有する従動軸94と、駆動ギア58との間には、ワンウェイクラッチ96が設けられ、ワンウェイクラッチ96は、駆動ギア58が正方向(アシスト自転車10が前に進む方向)に回転している場合のみ、該回転を従動軸94に伝達する。これにより、ブラシレスモータ50のロータ66が正方向に回転している場合のみ、アシストスプロケット60が回転し、ブラシレスモータ50が発生した補助トルクがチェーン44を介して後輪WR側のスプロケット46に伝達される。
A one-way clutch 96 is provided between the driven
図4は、磁歪式トルクセンサ80の検出回路図である。磁歪式トルクセンサ80は、周知技術なので、簡単に説明する。磁歪式トルクセンサ80は、検出コイル82、84の他に、抵抗100、102、及び、差動増幅器104を有する。接続点aを介して検出コイル82、84は直列に接続され、検出コイル82の他端は、差動増幅器104の+端子に接続されている接続点bに接続され、検出コイル84の他端は、差動増幅器104の−端子に接続されている接続点cに接続されている。また、接続点dを介して抵抗100、102は直列に接続され、抵抗100の他端は接続点bに接続され、抵抗102の他端は接続点cに接続されている。
FIG. 4 is a detection circuit diagram of the
差動増幅器104は、入力された2つの電圧信号の差分を一定係数で増幅して出力する。差動増幅器104から出力される電圧信号は磁歪式トルクセンサ80の検出値となる。接続点aには、コントローラ54からの所定周期の印加パルス(パルス電圧)が入力され、接続点dは接地されている。コントローラ54から所定周期の印加パルスが磁歪式トルクセンサ80に印加されると、該印加されたパルス電圧に応じて検出コイル82、84には電圧が発生する。検出コイル82、84に発生する電圧は、磁歪によって生じる検出コイル82、84のインダクタンスの変化によって変わる。
The
図5は、コントローラ54から印加パルスが磁歪式トルクセンサ80に供給されたときの電圧波形を示す。波形aは、接続点aに印加される印加パルスの波形を示し、波形bは、接続点bの電圧波形を示し、波形cは、接続点cの電圧波形を示す。矩形の印加パルスの入力に同期して接続点b及び接続点cの電圧は上昇し、印加パルスが印加されていない期間は、接続点b及び接続点cの電圧は下降する。波形eは、差動増幅器104から出力される電圧波形であり、接続点bの電圧波形から接続点cの電圧波形を減算し、一定係数を乗算した波形である。
FIG. 5 shows a voltage waveform when an applied pulse is supplied from the
コントローラ54は、印加パルスが印加されてから一定時間経過後のサンプリングタイミングの検出値に基づいてトルク値を算出する。この一定時間は、磁歪式トルクセンサ80から出力される電圧(差動増幅器104から出力される電圧)が最も大きくなる時間若しくは閾値以上大きくなる時間である。磁歪式トルクセンサ80から出力される電圧のピークタイミングは、磁歪式トルクセンサ80の検出コイル82、84、及び、抵抗100、102によって調整することができる。差動増幅器104から出力される電圧値が磁歪式トルクセンサ80が検出した検出値となる。
The
図6は、ロータ66に配置された永久磁石64の回転方向を示す図であり、図7は、駆動ドライバ52によってブラシレスモータのU相のステータコイル、V相のステータコイル、W相のステータコイルに供給される電流、及びそのときの永久磁石64の状態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the rotation direction of the
図6に示すように、それぞれ4個のN極及びS極の永久磁石64がロータの円周方向に配置されており、Aを基準角度とする。この基準角度Aは、ロータ66の中心を原点としたときの角度である。永久磁石64は、図6の平面視で時計方向に回転するものとする。図7に示すUVW相の交流電流が、U相のステータコイル、V相のステータコイル、W相のステータコイルにそれぞれ供給されると、基準角度Aの磁極はS極となり、UVW相の交流電流が半周期を経過すると、基準角度Aの磁極はN極に切り替わる。つまり、UVW相の交流電流の半周期(電気角180度)で、ロータ66は45度回転する。
As shown in FIG. 6, four N-pole and S-pole
また、図8は、磁石86と、磁歪式トルクセンサ80の検出コイル82、84との関係を示す図である。図8に示すように、磁石86は、それぞれ4個のN極及びS極の磁石が円周方向に配置されており、Bを基準角度とする。この基準角度Bは、8個の磁石86で形成される円の中心(ロータ66の中心)を原点した場合における角度である。この磁石86は、ロータ66の回転と一緒に回転する。本実施の形態では、図8の平面視で時計方向にロータ66及び磁石86は回転する。また、3つのホールIC90は、電気角60度(ロータ66の回転角は15度)間隔で設けられている。ホールIC90は、磁石86の極に応じた検出信号(電圧信号)をコントローラ54に出力する。N極とS極との切り替わり時では、ホールIC90から出力される検出信号に変化が生じるので、コントローラ54は、検出信号の変化から磁石86の極の切り替わりタイミングを検出することができる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the
図8では、検出コイル82、84の中心と、円周方向に配置された8個の磁石86で形成される円の中心(ロータ66の中心)とを通る線上であり、検出コイル82、84の反対側に、ホールIC90aが設けられ、ホールIC90aから半時計方向に15度間隔で、ホールIC90b、ホールIC90cが設けられている。これにより、磁石86が45度回転する度に、コントローラ54は、3回のNS極の切り替わりタイミングを検出することができる。コントローラ54は、このICホールの切り替わりタイミングに同期して、又は、切り替わりタイミングに応じて、UVW相の各ステータコイルの通電パターンを切り替える。なお、基準角度Bは、検出コイル82、84の中心と、円周方向に配置された8個の磁石86で形成される円の中心とを通る線上にあり、且つ、検出コイル82、84側の位置である。
In FIG. 8, it is on a line passing through the center of the detection coils 82 and 84 and the center of the circle formed by the eight
ここで、磁歪式トルクセンサ80が検出する検出値がブラシレスモータ50によって、影響受ける場合について説明する。つまり、磁歪式トルクセンサ80の回りで、磁界、磁束が変化すると、検出コイル82、検出コイル84は、該変化による影響を受けるので、磁歪式トルクセンサ80の検出値に、磁界、磁束の変化によるノイズが乗ってしまう。磁歪式トルクセンサ80に検出値が影響を受ける場合としては、第1に、印加パルスが前記接続点aに印加されてから、サンプリングタイミングが到来するまでに、駆動ドライバ52に供給されるPWMパルスがオン・オフする場合である。第2に、ブラシレスモータ50の永久磁石64、及び、磁極センサの磁石86の極が切り替わるタイミングが、磁歪式トルクセンサ80のサンプリングタイミングと一定の時間の範囲内で一致する場合である。第3に、各相のステータコイルの通電パターンが切り替わるタイミングが、磁歪式トルクセンサ80のサンプリングタイミングと一定の時間の範囲内で一致する場合である。磁石86及び永久磁石64の極が切り替わるとは、図8に示すように、検出コイル82、84と磁石86との距離が最も短くなる基準角度B(磁歪式トルクセンサ80側に対向する位置)で、磁石86の極が変わってしまうとき、及び、検出コイル82、84と永久磁石64との距離が最も短くなる位置で、永久磁石64の極が変わってしまうときを指す。なお、ロータを中心として磁石86及び永久磁石64が円周方向に配置されているので、検出コイル82、84と永久磁石64との距離が最も短くなる位置は、基準角度Bとなる。
Here, a case where the detection value detected by the
そこで、本発明は、ノイズが乗った検出値は、トルク値の算出に用いないというものであり、以下、詳細に説明する。 Therefore, in the present invention, a detection value with noise is not used for calculation of a torque value, and will be described in detail below.
図9は、駆動ドライバ52によって各相のステータコイルに交流電流が通電されたときの、U相のステータコイル、V相のステータコイル、W相のステータコイルの電圧を示すタイムチャート、及び、ホールIC90によってコントローラ54が検出した極の切り替わりタイミングを示す図である。
FIG. 9 is a time chart showing the voltages of the U-phase stator coil, the V-phase stator coil, and the W-phase stator coil when an alternating current is applied to the stator coil of each phase by the
各相のステータコイルに交流電流(例えば、図7に示すような交流電流)が供給されると、各相のステータコイルに電圧が発生する。各相のステータコイルに所定方向の電圧が加えられたときをプラスとし、所定方向とは逆方向に電圧が加えられたときをマイナスとする。ステータコイルの電圧がマイナスのとき、負の交流電流が通電される。駆動ドライバ52の各相のスイッチング素子にPWMパルスを印加することで、各相のステータコイルに図9に示すような電圧が生じる。ステータコイルの電圧がマイナスの期間でロータ66は45度回転し、ステータコイルの電圧がプラスの期間でロータは45度回転する。
When an alternating current (for example, an alternating current as shown in FIG. 7) is supplied to the stator coil of each phase, a voltage is generated in the stator coil of each phase. A positive value is applied when a voltage in a predetermined direction is applied to the stator coil of each phase, and a negative voltage is applied when a voltage is applied in a direction opposite to the predetermined direction. When the stator coil voltage is negative, a negative alternating current is applied. By applying a PWM pulse to the switching element of each phase of the
本実施の形態では、ステータコイルの電圧がマイナスとなるように、決められたデューティ比のPWMパルスが駆動ドライバ52に印加される。例えば、U相のステータコイルの電圧がマイナスの場合は、U相のステータコイルの電圧がマイナスとなるようにPWMパルスが駆動ドライバ52に出力されている。
In the present embodiment, a PWM pulse with a determined duty ratio is applied to the
本実施の形態では、U相のステータコイルの電圧がマイナスのときに、駆動ドライバ52に出力されているPWMパルスを例にとって説明する説明する。U相のステータコイルの電圧がマイナスの期間(交流電流の半周期分の期間)は、電気角180度となり、この期間に、予め定められたデューティ比でPWMパルスが制御される。この交流電流の半周期を1500μsecとし、PWMパルスの周期を50μsecとする。したがって、U相のステータコイルの電圧がマイナスの期間に、駆動ドライバ52に30個のPWMパルスが印加されることになる。また、PWMパルスの3周期を1セットとする。したがって、交流電流の半周期の期間に、10セットのPWMパルスが駆動ドライバ52に印加される。なお、他の相のステータコイルの電圧がマイナスのときも同様である。
In the present embodiment, a description will be given by taking as an example a PWM pulse output to the
コントローラ54は、磁歪式トルクセンサ80に印加パルスが印加されてからサンプリングタイミングまでの前記一定時間が、駆動ドライバ52に印加されるPWMパルスの周期の1/2より短く設定するとともに、PWMパルスを一定数周期(実施の形態ではPWMパルスの3周期、つまり、1セット)の期間に、少なくとも2回のサンプリングタイミングを備えるように印加パルスを設定する。本実施の形態では、PWMパルスの3周期の期間に、少なくとも2つの印加パルスが印加する。
The
図10は、印加パルスの印加タイミング、サンプリングタイミング、印加パルスのOFFタイミングを決定するコントローラ54の動作を示すフローチャートである。コントローラ54は、PWMパルスを駆動ドライバ52に出力する(図10のステップS1)。次いで、入力したPWMパルスが1セットの何番目のPWMパルスであるか否かを判断する(ステップS2)。ステップS2で、1セットの1番目のPWMパルスであると判断すると、磁歪式トルクセンサ80の接続点aに印加パルスを入力する(ステップS3)。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the
次いで、第1のサンプリングタイミングを、1回目の印加パルスの印加から一定時間経過後の時刻に設定する(ステップS4)。前記一定時間は、PWMパルスの周期の1/2以下である。次いで、1回目の印加パルスのOFF時刻を設定して(ステップS5)、ステップS1に戻る。1回目の印加パルスのOFFタイミングが到来すると、コントローラ54は、印加パルスのOFFにする。
Next, the first sampling timing is set to a time after a fixed time has elapsed since the first application pulse was applied (step S4). The predetermined time is ½ or less of the period of the PWM pulse. Next, the OFF time of the first applied pulse is set (step S5), and the process returns to step S1. When the OFF timing of the first applied pulse arrives, the
一方、ステップS2で、2番目のPWMパルスを入力したと判断すると、磁歪式トルクセンサ80の接続点aに2回目の印加パルスの印加タイミングを設定する(ステップS6)。設定された2回目の印加パルスの印加タイミングが到来すると、コントローラ54は、印加パルスを磁歪式トルクセンサ80の接続点aに印加する。2回目の印加パルスを印加するタイミングは、PWMパルスの3周期の1/2、つまり、2番目のPWMパルスの周期の1/2である。次いで、第2のサンプリングタイミングを、2回目の印加パルスの印加から一定時間経過後の時刻に設定して(ステップS7)、ステップS1に戻る。
On the other hand, if it is determined in step S2 that the second PWM pulse has been input, the application timing of the second applied pulse is set at the connection point a of the magnetostrictive torque sensor 80 (step S6). When the set application timing of the second applied pulse arrives, the
また、ステップS2で、3番目のPWMパルスを入力したと判断すると、2回目の印加パルスのOFFタイミングを設定する(ステップS8)。2回目の印加パルスのOFFタイミングが到来すると、コントローラ54は、印加パルスのOFFにする。
If it is determined in step S2 that the third PWM pulse has been input, the OFF timing of the second applied pulse is set (step S8). When the second application pulse OFF timing arrives, the
次いで、第1のサンプリングタイミングで得られた検出値、及び第2のサンプリングタイミングで得られた検出値のうち、トルク値の算出に用いる検出値を選択する検出値選択処理を行って(ステップS9)、ステップS1に戻る。この検出値選択処理については後で詳細に説明する。図10のフローチャートに示す動作は、50μsec毎に行う。 Next, a detection value selection process is performed for selecting a detection value used for calculating the torque value from among the detection value obtained at the first sampling timing and the detection value obtained at the second sampling timing (step S9). ), The process returns to step S1. This detection value selection process will be described in detail later. The operation shown in the flowchart of FIG. 10 is performed every 50 μsec.
図11は、デューティ比が50未満の場合に、印加されるPWMパルス、印加パルスの関係を示すタイムチャートであり、図12は、デューティ比が50以上の場合に、印加されるPWMパルス、印加パルスの関係を示すタイムチャートである。図11及び図12では、見易くするために磁歪式トルクセンサ80の検出値を縦軸方向に拡大して表している。時刻t1で、1番目のPWMパルスが駆動ドライバ52に印加されると(図10のステップS1)、t2で印加パルスが磁歪式トルクセンサ80の接続点aに印加される(ステップS3)。また、第1のサンプリングタイミングは、1回目の印加パルスが印加されてから一定時間経過後のt3に設定される(ステップS4)。t4は、ステップS5で設定された1回目の印加パルスがOFFとなる時刻である。t1から50μsecが経過したt5で、2番目のPWMパルスが駆動ドライバ52に印加されると(ステップS1)、2回目の印加パルスを印加する時刻は、2番目のPWMパルスの周期の半周期のタイミングであるt6に設定され(ステップS6)、第2のサンプリングタイミングは、2回目の印加パルスが印加されてから一定時間経過後のt7に設定される(ステップS7)。t5から50μsecが経過したt8で、3番目のPWMパルスが印加されると(ステップS1)、2回目の印加パルスがOFFとなる時刻t9が設定される(ステップS8)。
FIG. 11 is a time chart showing the relationship between applied PWM pulses and applied pulses when the duty ratio is less than 50, and FIG. 12 shows applied PWM pulses and applied when the duty ratio is 50 or more. It is a time chart which shows the relationship of a pulse. 11 and 12, the detection value of the
ここで、図11を見るとわかるように、PWMパルスのデューティ比が50未満の場合は、1回目の印加パルスを印加してから第1のサンプリングタイミングが到来するまでの間に、PWMパルスがオンからオフになってしまい、2回目の印加パルスを印加してから第2のサンプリングタイミングが到来するまでの間は、PWMパルスがオン・オフしない(オン又はオフに切り替わらない)。また、図12を見るとわかるように、PWMパルスのデューティ比が50以上の場合は、1回目の印加パルスを印加してから第1のサンプリングタイミングが到来するまでの間は、PWMパルスがオン・オフせず、2回目の印加パルスを印加してから第2のサンプリングタイミングが到来するまでの間に、PWMパルスがオンからオフになってしまう。印加パルスが印加されてからサンプリングタイミングが到来するまでの間に、PWMパルスがオン・オフすると、磁歪式トルクセンサ80の検出コイル82、84の電圧にノイズが乗ってしまうので、PWMパルスのデューティ比に応じて、トルク値の算出に用いる検出値を切り替える。つまり、PWMパルスのデューティ比が50未満の場合は、第2のサンプリングタイミングで検出された検出値を用い、PWMパルスのデューティ比が50以上の場合は、第1のサンプリングタイミングで検出された検出値を用いる。
Here, as can be seen from FIG. 11, when the duty ratio of the PWM pulse is less than 50, the PWM pulse is not generated until the first sampling timing comes after the first application pulse is applied. The PWM pulse is not turned on / off (turned on or off) from when the second applied pulse is applied until when the second sampling timing arrives after turning from on to off. As can be seen from FIG. 12, when the duty ratio of the PWM pulse is 50 or more, the PWM pulse is turned on after the first application pulse is applied until the first sampling timing arrives. -The PWM pulse is turned off from on after the second applied pulse is applied until the second sampling timing arrives without turning off. If the PWM pulse is turned on and off between the time when the applied pulse is applied and the time when the sampling timing arrives, noise will be added to the voltages of the detection coils 82 and 84 of the
図13は、磁歪式トルクセンサ80によって検出された検出値の取得動作を示すフローチャートである。コントローラ54は、駆動ドライバ52に印加したPWMパルスが、1セットの何番目のPWMパルスであるか否かを判断する(ステップS11)。ステップS11で、1番面のPWMパルスであると判断すると、コントローラ54は、第1のサンプリングタイミングが到来したか否かを判断する(ステップS12)。ステップS12で、第1のサンプリングタイミングが到来していないと判断すると、到来するまでステップS12に留まる。
FIG. 13 is a flowchart showing an operation of acquiring the detection value detected by the
ステップS12で、第1のサンプリングタイミングが到来したと判断すると、コントローラ54は、第1のサンプリングタイミングで磁歪式トルクセンサによって検出されたアナログの検出値をAD変換して記憶する(ステップS13)。このとき、検出値とともにサンプリングタイミングも記録する。なお、コントローラ54は、AD変換された検出値に対してノイズフィルタ処理を施してもよい。
If it is determined in step S12 that the first sampling timing has arrived, the
次いで、コントローラ54は、ステップS13で記憶した検出値が、1回目の印加パルスによって検出した検出値であることを記憶するとともに(ステップS14)、1番目のPWMパルスのデューティ比を記憶して(ステップS15)、ステップS11に戻る。後述するように、デューティ比は、磁歪式トルクセンサ80によって検出された検出値を用いて決定される。
Next, the
一方、ステップS11で、2番目のPWMパルスであると判断すると、コントローラ54は、第2のサンプリングタイミングが到来したか否かを判断する(ステップS16)。ステップS16で、第2のサンプリングタイミングが到来していないと判断すると、到来するまでステップS16に留まる。
On the other hand, when determining that it is the second PWM pulse in step S11, the
ステップS16で、第2のサンプリングタイミングが到来したと判断すると、コントローラ54は、第2のサンプリングタイミングで磁歪式トルクセンサによって検出されたアナログの検出値をAD変換して記憶する(ステップS17)。このとき、検出値とともにサンプリングタイミングも記録する。なお、コントローラ54は、AD変換された検出値に対してノイズフィルタ処理を施してもよい。
If it is determined in step S16 that the second sampling timing has arrived, the
次いで、コントローラ54は、ステップS17で記憶した検出値が、2回目の印加パルスによって検出した検出値であることを記憶するとともに(ステップS18)、2番目のPWMパルスのデューティ比を記憶して(ステップS19)、ステップS11に戻る。また、ステップS11で、3番目のPWMパルスであると判断すると、そのままステップS1に戻る。図13のフローチャートに示す動作は、50μsec毎に行う。
Next, the
図14は、ブラシレスモータ50のU相のステータコイル、V相のステータコイル、及びW相のステータコイルに通電する通電パターンの切り替え時期の算出動作を示すフローチャートである。まず、コントローラ54は、ホールIC90が検出した検出信号により、磁石86の極の切り替わりを検出できたか否かを判断する(ステップS21)。ステップS21で、磁石86の極の切り替わりを検出できないと判断すると、検出されるまでステップS21に留まる。
FIG. 14 is a flowchart showing a calculation operation of the switching timing of the energization pattern for energizing the U-phase stator coil, the V-phase stator coil, and the W-phase stator coil of the
ステップS21で、磁石86の極の切り替わりを検出したと判断すると、コントローラ54は、通電パターンの切り替えタイミングを算出する(ステップS22)。通電パターンの切り替えタイミングを進角させる場合は、通電パターンの切り替えタイミングが、磁石86の極の切り替わりタイミングより進角角度分だけ遅らせたタイミングとなるように、通電パターンの切り替えタイミングを算出する。なお、進角又は遅角させない場合は、磁石86の極の切り替わりタイミングを、通電パターンの切り替えタイミングとする。この場合、磁石86の切り替わりタイミングと、UVW相のステータコイルの通電パターンの切り替えタイミングとは同期する。
If it is determined in step S21 that the switching of the pole of the
ステップS23で、通電パターンの切り替えタイミングを算出すると、該算出した通電パターンの切り替えタイミングを記憶する(ステップS23)。 When the energization pattern switching timing is calculated in step S23, the calculated energization pattern switching timing is stored (step S23).
図9のt11、t13、t15、t17は、ホールIC90によって検出された磁石86の極の切り替わりタイミングを示し、t12、t14、t16、t18は、通電パターンの切り替えタイミングを示す。ここで、上述したように、ホールIC90は、電気角60度(ロータ66の回転角では15度)間隔で設けられているので、電気角60度間隔で磁石86の極の切り替わりを検出する。図9から、通電パターンの切り替えタイミングt12、t14、t16、t18は、切り替わりタイミングt12、t14、t16、t18から、進角角度分経過した後に、UVW相のステータコイルの通電パターンパターンが切り替わっているのがわかる。
9, t11, t13, t15, and t17 indicate the switching timing of the poles of the
図15は、通電パターンの切り替え動作を示すフローチャートである。コントローラ54は、図14のステップS23で記憶した通電パターンの切り替えタイミングが到来したか否かを判断する(ステップS31)。ステップS31で、通電パターンの切り替えタイミングが到来していない場合は、到来したと判断するまでステップS31に留まる。
FIG. 15 is a flowchart showing an energization pattern switching operation. The
ステップS31で、通電パターンの切り替えタイミングが到来したと判断すると、コントローラ54は、駆動ドライバ52をPWM制御して通電パターンを切り替える(ステップS32)。具体的には、PWMパルスを印加する駆動ドライバ52のスイッチング素子を変更する。
When it is determined in step S31 that the energization pattern switching timing has arrived, the
図16は、磁極センサの磁石86及びロータ66の永久磁石64の極の切り替りタイミングの記憶動作を示すフローチャートである。コントローラ54は、磁歪式トルクセンサ80の検出コイル82、84と最も距離が短くなる基準角度Bで、磁極センサの磁石86の極が切り替わるタイミングを検出する(ステップS41)。図8に示すようにホールIC90aは、検出コイル82の中心と、ロータ66の中心とを通る線上で、且つ、検出コイル82、84とは反対側に設けられており(つまり、基準角度BとホールIC90aは位相差が180度であり)、磁石86の数は8個なので、コントローラ54は、ホールIC90aの検出信号が変わるタイミングを、磁石86の極の切り替わるタイミングとして検出する。つまり、ホールIC90aで磁石86の極が切り替わるタイミングで、基準角度Bでも磁石86の極が切り替わるので、ホールIC90aの検出信号が変わるタイミングを磁石86の極が切り替わるタイミングとする。
FIG. 16 is a flowchart showing the storage operation of the switching timing of the poles of the
次いで、コントローラ54は、磁極センサの磁石86が切り替わるたタイミングを記憶する(ステップS42)。なお、磁石86の数が7個等の奇数の場合は、基準角度Bで磁石86の極が切り替わるタイミングと、ホールIC90で磁石86の極が切り替わるタイミングとは一致しないので、ホールIC90a、90b、90cの何れか1つのホールIC90の検出信号が変わるタイミングと、該何れか1つのホールIC90と基準角度Bとの位相差と、ロータ66の回転速度とに基づいて、基準角度Bにおける磁石86の極の切り替わりタイミングを予測してもよい。
Next, the
次いで、コントローラ54は、磁歪式トルクセンサ80の検出コイル82、84と最も距離が短くなる基準角度Bで、ロータ66の永久磁石64の極が切り替わるタイミングを検出する(ステップS43)。磁極センサの磁石86とロータ66とは一体に回転するので、コントローラ54は、ホールIC90の検出信号に基づいて、基準角度Bでの永久磁石64の極の切り替わりタイミングを検出することができる。
Next, the
例えば、図17に示すように、磁石86の極の切り替わり角度と、永久磁石64の磁石の切り替わり角度とが同じ場合は、ホールIC90aの検出信号が変わるタイミングを、永久磁石64の極の切り替わりタイミングとして検出することができる。また、磁石86の極の切り替わり角度と、永久磁石64の極の切り替わり角度との位相がずれている場合は、ホールIC90aの検出信号が変わるタイミングと、該位相差(磁石86の極の切り替わり角度と永久磁石64の極の切り替わり角度との位相差)と、ロータ66の回転速度とを用いて、基準角度Bで永久磁石64が切り替わるタイミングを予測して検出することができる。
For example, as shown in FIG. 17, when the switching angle of the pole of the
次いで、コントローラ54は、基準角度Bでロータ66の永久磁石64が切り替わるタイミングを記憶する(ステップS44)。ロータ66が45度回転する度に、基準角度Bで、永久磁石64及び磁石86の極がそれぞれ1回切り替わる(計2回切り替わる)が、永久磁石64の極の切り替わり角度と、磁石86の極の切り替わり角度との位相が同一の場合は、ロータ66の45度回転で極の切り替わりは1回となる。
Next, the
図18は、駆動ドライバ52に印加するPWMパルスのデューティ比を決定する動作を示すフローチャートである。まず、コントローラ54は、磁歪式トルクセンサ80によって検出された検出値のうち、図10のステップS9の検出値選択処理で選択された検出値から踏力トルクのトルク値(踏力トルク値)を算出する(ステップS51)。次いで、図示しない車速センサから取得した車速を取得し(ステップS52)、該取得した車速に応じてアシスト比を決定する(ステップS53)。
FIG. 18 is a flowchart showing an operation for determining the duty ratio of the PWM pulse applied to the
次いで、該決定したアシスト比とステップS41で算出した踏力トルク値とから、補助トルクのトルク値(補助トルク値)を算出する(ステップS54)。次いで、算出した該補助トルク値から、駆動ドライバ52に出力するPWMパルスのデューティ比を決定する(ステップS55)。つまり、ブラシレスモータ50のロータ66が、算出した補助トルク値のトルクを発生させるように、駆動ドライバ52のデューティ比を決定する。
Next, a torque value (auxiliary torque value) of the auxiliary torque is calculated from the determined assist ratio and the pedaling force torque value calculated in step S41 (step S54). Next, the duty ratio of the PWM pulse output to the
次いで、該決定したデューティ比で駆動ドライバ52をPWM制御する(ステップS56)。つまり、決定したデューティ比のPWMパルスで、駆動ドライバ52のスイッチング素子を駆動する。次いで、決定したデューティでPWMパルスを駆動ドライバ52に出力してから所定時間(例えば、1msec〜10msecの間の時間)が経過したか否かを判断する(ステップS57)。ステップS57で、所定時間が経過していないと判断すると、所定時間が経過するまでステップS57に留まり、所定時間が経過したと判断すると、ステップS51に戻る。
Next, the
図19は、図10のステップS9の検出値選択処理の動作を示すサブフローチャートである。コントローラ54は、図13のステップS15で記憶した1セットの中の1番目のPWMパルスのデューティ比が所定デューティ比以上であるか否かを判断する(ステップS71)。所定デューティ比は、50%とする。なお、所定デューティ比は、40以上〜50%以下のデューティ比であってもよい。
FIG. 19 is a sub-flowchart showing the operation of the detection value selection process in step S9 of FIG. The
ステップS71で、1番目のPWMパルスのデューティ比が所定デューティ比以上であると判断すると、コントローラ54は、第1のサンプリングタイミングで検出された検出値はPWMパルスの影響によるノイズを受けていないと判断する。そして、コントローラ54は、第1のサンプリングタイミング(図13のステップS13で記録されたサンプリングタイミング)が、図14のステップS23で記憶した通電パターンの切り替えタイミング、及び、図16のステップS42、44で記憶した極の切り替わりタイミングのうち、少なくとも1つのタイミングと一定の時間の範囲内で一致するか否かを判断する(ステップS72)。つまり、通電パターンの切り替えタイミング、永久磁石64又は磁石86の極の切り替わりタイミングで、検出された検出値でないか否かを判断している。即ち、ステップS72では、第1のサンプリングタイミングで検出された検出値が、通電パターンの切り替え、磁石86の極の切り替わり、又は永久磁石64の極の切り替わりによるノイズを受けていないかを判断している。
If it is determined in step S71 that the duty ratio of the first PWM pulse is greater than or equal to the predetermined duty ratio, the
ステップS72で、一定の時間の範囲内で一致しないと判断された場合は、コントローラ54は、第1のサンプリングタイミングで検出された検出値はノイズを受けていないと判断し、第1のサンプリングタイミングで検出された検出値を、図18のステップS51のトルク値の算出に用いる検出値として選択する(ステップS73)。
If it is determined in step S72 that the values do not match within a certain time range, the
一方、ステップS71で、1番目のPWMパルスのデューティ比が所定デューティ比以上でないと判断すると、コントローラ54は、2番目のPWMパルスのデューティ比が所定デューティ比未満であるか否かを判断する(ステップS74)。つまり、ステップS74では、第1のサンプリングタイミングで検出された検出値は、PWMパルスの影響によるノイズを受けているので、第2のサンプリングタイミングで検出された検出値がPWMパルスの影響によるノイズを受けているか否かを判断している。
On the other hand, if it is determined in step S71 that the duty ratio of the first PWM pulse is not greater than or equal to the predetermined duty ratio, the
ステップS74で、2番目のPWMパルスのデューティ比が所定デューティ比未満であると判断すると、コントローラ54は、第2のサンプリングタイミングで検出された検出値はPWMパルスの影響によるノイズを受けていないと判断する。そして、コントローラ54は、第2のサンプリングタイミング(図13のステップS17で記録されたサンプリングタイミング)が、図14のステップS23で記憶した通電パターンの切り替えタイミング、及び、図16のステップS42、44で記憶した極の切り替わりタイミングのうち、少なくとも1つのタイミングと一定の時間の範囲内で一致するか否かを判断する(ステップS75)。つまり、通電パターンの切り替えタイミング、永久磁石64又は磁石86の極の切り替わりタイミングで、検出された検出値でないか否かを判断している。即ち、ステップS75では、第2のサンプリングタイミングで検出された検出値が、通電パターンの切り替え、磁石86の極の切り替わり、又は永久磁石64の極の切り替わりによるノイズを受けていないかを判断している。
If it is determined in step S74 that the duty ratio of the second PWM pulse is less than the predetermined duty ratio, the
ステップS75で、一定の時間の範囲内で一致しないと判断された場合は、コントローラ54は、第2のサンプリングタイミングで検出された検出値はノイズを受けていないと判断し、第2のサンプリングタイミングで検出された検出値を、図18のステップS51のトルク値の算出に用いる検出として選択する(ステップS76)。
If it is determined in step S75 that they do not match within a certain time range, the
ステップS72、第1のサンプリングタイミングが、通電パターンの切り替えタイミング及び極の切り替わりタイミングのうち、一方のタイミングと一定の時間の範囲内で一致すると判断された場合、ステップS74で、2番目のPWMパルスのデューティ比が所定デューティ比未満でないと判断された場合、ステップS74で、第2のサンプリングタイミングが、通電パターンの切り替えタイミング及び極の切り替わりタイミングのうち、一方のタイミングと一定の時間の範囲内で一致すると判断された場合は、検出値を選択せずに、検出値選択処理を終了する。この場合は、第1のサンプリングタイミング、及び第2のサンプリグタイミングで検出された検出値には、ノイズが乗っているためである。 Step S72, if it is determined that the first sampling timing matches one of the energization pattern switching timing and the pole switching timing within a certain time range, the second PWM pulse is determined in Step S74. If it is determined that the duty ratio is not less than the predetermined duty ratio, the second sampling timing is within a certain time and one of the energization pattern switching timing and the pole switching timing in step S74. If it is determined that they match, the detection value selection process is terminated without selecting the detection value. In this case, noise is added to the detection values detected at the first sampling timing and the second sampling timing.
図9に示すように、U相のステータコイルだけを考えた場合、U相のステータコイルの電圧がマイナスの期間(電気角180度)に、30個のPWMパルスが駆動ドライバ52に出力される。また、3パルス(1セット)に1回は、PWMパルスの影響によるノイズを受けない検出値を得ることができるので、半周期の間にPWMパルスの影響によるノイズを受けない検出値を10回得ることができる。また、通電パターンの切り替えタイミングが4回(進角又は遅角していない場合は3回となる)、永久磁石64及び磁石86の極の切り替えタイミングがそれぞれ1回、つまり、計2回(なお、永久磁石64と磁石86の極の切り替わり角度の位相が同一の場合は、計1回)となる。したがって、PWMパルスの影響によるノイズを受けない検出値が10回であり、通電パターンの切り替えにより受けるノイズ、永久磁石64及び磁石86の極の切り替えにより受けるノイズを考慮したとしても、電気角180(ロータ66の回転角45度)で、4回は、ノイズの影響を受けない検出値を得ることができる。このように、PWMパルスによるノイズの影響を受けていない検出値を用いてトルク値を算出するので、トルク値の検出精度を向上させることができ、アクチュエータシステムの小型化、低コスト化を図ることができる。
As shown in FIG. 9, when only the U-phase stator coil is considered, 30 PWM pulses are output to the
なお、上記実施の形態では、PWMパルスによるノイズ、ロータ66の永久磁石64の極の切り替わりによるノイズ、磁極センサの磁石86の極の切り替わりによるノイズ、通電パターンの切り替えによるノイズの全てを考慮して、トルク値の算出に用いる検出値を選択するようにしたが、何れか1つのノイズを考慮して、トルク値の算出に用いる検出値を選択してもよい。
In the embodiment described above, all of noise due to PWM pulses, noise due to switching of the poles of the
上記実施の形態では、PWMパルスの3周期を1セットとしたが、1セットは、2周期であってもよく、4周期以上であってもよい。1セットを偶数周期とする場合に、印加する印加パルスの周期を一定にすると、全ての印加パルスが印加されてから一定時間経過するまでに、PWMパルスがオン・オフしてしまうので、印加する印加パルスの周期を変動させなければならない。従って、奇数周期を1セットすることが好ましい。また、印加パルスは、1セットの期間に、2回印加するようにしたが、2つ以上であってもよい。1セットの期間に印加パルスを印加する回数は、PWMパルスの何周期を1セットとするかによって適宜変更される。要は、PWMパルスのデューティ比に基づいて、印加パルスが印加されてからPWMパルスがオン、オフされることなく一定時間が経過したサンプリングタイミングを、トルク値の算出に用いるサンプリングタイミングとして決定し、該決定したサンプリングタイミングで検出された検出値からトルク値を算出すればよい。 In the above-described embodiment, three cycles of the PWM pulse are set as one set, but one set may be two cycles or four cycles or more. When one set is an even period, if the period of the applied pulse to be applied is constant, the PWM pulse will be turned on / off before a certain time elapses after all the applied pulses are applied. The period of the applied pulse must be varied. Therefore, it is preferable to set one odd period. In addition, the application pulse is applied twice in one set period, but may be two or more. The number of times of applying the application pulse in one set period is appropriately changed depending on how many periods of the PWM pulse are set as one set. In short, based on the duty ratio of the PWM pulse, the sampling timing at which a fixed time has passed without the PWM pulse being turned on and off after the application pulse is applied is determined as the sampling timing used for calculating the torque value, The torque value may be calculated from the detected value detected at the determined sampling timing.
また、ブラシレスモータ50の変わりに内燃機関を設けた場合は、内燃機関の点火タイミングで、磁歪式トルクセンサ80によって検出された検出値を、トルク値の算出に用いないようにしてもよい。つまり、内燃機関の点火タイミングと、サンプリングタイミングとが一定の時間範囲内で一致する場合は、該サンプリングタイミングで磁歪式トルクセンサ80によって検出された検出値をトルク値の算出に用いないようにしてもよい。この場合は、内燃機関には、図示しないが、点火プラグと、該点火プラグを駆動させるための点火コイル及びスイッチング素子を有するドライバとが設けられ、コントローラ54が点火させるための通電指令をドライバのスイッチング素子に印加するタイミングで検出された検出値をトルク値の算出に用いないようにする。
When an internal combustion engine is provided instead of the
また、ブラシレスモータ50からの磁界、磁束の変化、駆動ドライバ52のPWM制御による磁界、磁束の変化を受けないように、磁歪式トルクセンサ80の回りに磁気シールドを設けてもよい。この場合、磁気の作用を遮蔽する度合いが弱い磁気シールドであってもよい。これにより、更に、トルク値の検出精度を向上させることができる。
Further, a magnetic shield may be provided around the
また、図18のステップS55で決定されるデューティ比が所定デューティ比付近で変動する場合は、ラップする領域を設けてもよい。この場合、決定されたデューティ比がラップする領域にある場合は、第1のサンプリングタイミング及び第2のサンプリングタイミングの何れか一方のサンプリングタイミングで検出された検出値を用いてトルク値を算出する。 Further, when the duty ratio determined in step S55 in FIG. 18 varies in the vicinity of the predetermined duty ratio, a wrapping area may be provided. In this case, when the determined duty ratio is in the overlapping region, the torque value is calculated using the detection value detected at one of the first sampling timing and the second sampling timing.
以上、本発明について好適な実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、特許請求の範囲に記載された括弧書きの符号は、本発明の理解の容易化のために添付図面中の符号に倣って付したものであり、本発明がその符号をつけた要素に限定して解釈されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using suitable embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention. In addition, the reference numerals in parentheses described in the claims are appended to the reference numerals in the accompanying drawings for easy understanding of the present invention. It is not construed as limiting.
10…アシスト自転車 26…アシスト駆動ユニット
36、46…スプロケット 38…クランク軸
44…チェーン 48…筐体
50…ブラシレスモータ 52…駆動ドライバ
54…コントローラ 58…駆動ギア
60…アシストスプロケット 64…永久磁石
66…ロータ 68…ステータ巻線
70…ステータ 80…磁歪式トルクセンサ
82、84…検出コイル 86…磁石
90、90a〜90c…ホールIC
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ブラシレスモータ(50)と、
前記ブラシレスモータ(50)を駆動する駆動ドライバ(52)と、
前記磁歪式トルクセンサ(80)に印加パルスを周期的に印加し、印加から一定時間経過後のサンプリングタイミングで、前記磁歪式トルクセンサ(80)によって検出された検出値からトルク値を算出し、該算出した前記トルク値に応じて前記駆動ドライバ(52)をPWM制御して前記ブラシレスモータ(50)の駆動を制御する制御手段(54)と、
を備えるアクチュエータシステムであって、
前記制御手段(54)は、
前記PWM制御によって前記駆動ドライバ(52)に印加するPWMパルスの周期の1/2より前記一定時間を短く設定するとともに、前記PWMパルスの一定数周期の期間に、少なくとも2回の前記サンプリングタイミングを備えるように前記印加パルスを設定し、
前記一定数周期の期間に印加される前記PWMパルスのうち、最初の前記PWMパルスの印加後、最初の前記サンプリングタイミングで前記磁歪式トルクセンサ(80)によって検出された前記検出値をサンプリングする第1のサンプリングタイミングと、前記一定数周期の1/2の期間が経過した後、最初の前記サンプリングタイミングで前記磁歪式トルクセンサ(80)によって検出された前記検出値をサンプリングする第2のサンプリングタイミングとを有し、
前記制御手段(54)は、前記PWMパルスのデューティ比が所定デューティ比以上の時には、第1のサンプリングタイミングにて検出された前記検出値を用いて前記トルク値を算出し、前記PWMパルスのデューティ比が前記所定デューティ比未満の時は、前記第2のサンプリングタイミングにて検出された前記検出値を用いて前記トルク値を算出することを特徴とするアクチュエータシステム。 A magnetostrictive torque sensor (80);
A brushless motor (50);
A drive driver (52) for driving the brushless motor (50);
An application pulse is periodically applied to the magnetostrictive torque sensor (80), and a torque value is calculated from a detection value detected by the magnetostrictive torque sensor (80) at a sampling timing after the elapse of a predetermined time from the application, Control means (54) for controlling the drive of the brushless motor (50) by PWM control of the drive driver (52) according to the calculated torque value;
An actuator system comprising:
The control means (54)
The fixed time is set to be shorter than 1/2 of the period of the PWM pulse applied to the drive driver (52) by the PWM control, and at least two sampling timings are set during a constant period of the PWM pulse. Set the applied pulse to provide
The detection value detected by the magnetostrictive torque sensor (80) at the first sampling timing after the application of the first PWM pulse among the PWM pulses applied in the period of the predetermined number of cycles is sampled. 1 sampling timing and a second sampling timing for sampling the detected value detected by the magnetostrictive torque sensor (80) at the first sampling timing after a period of ½ of the predetermined number of cycles has elapsed. And
The control means (54) calculates the torque value using the detection value detected at the first sampling timing when the duty ratio of the PWM pulse is equal to or greater than a predetermined duty ratio, and calculates the duty of the PWM pulse. When the ratio is less than the predetermined duty ratio, the torque value is calculated using the detection value detected at the second sampling timing.
前記一定数周期は、3以上の奇数周期であり、
前記制御手段(54)は、前記一定数周期を1セットし、前記1セットの期間に、少なくとも2回の前記印加パルスを前記磁歪式トルクセンサに印加することを特徴とするアクチュエータシステム。 The actuator system according to claim 1,
The certain number of cycles is an odd number of 3 or more,
The control unit (54) sets the fixed number of cycles as one set, and applies the applied pulse to the magnetostrictive torque sensor at least twice during the set period.
前記磁歪式トルクセンサ(80)と前記ブラシレスモータ(50)とは、アクチュエータユニット(26)として一体に構成されるとともに、前記磁歪式トルクセンサ(80)と前記ブラシレスモータ(50)とは近接して配置され、当該アクチュエータユニット(26)がアシスト自転車(10)のアシストユニット(26)として構成されることを特徴とするアクチュエータシステム。 The actuator system according to claim 1 or 2,
The magnetostrictive torque sensor (80) and the brushless motor (50) are integrally formed as an actuator unit (26), and the magnetostrictive torque sensor (80) and the brushless motor (50) are close to each other. The actuator system is characterized in that the actuator unit (26) is configured as an assist unit (26) of the assist bicycle (10).
前記アクチュエータシステムは、前記アシスト自転車(10)に設けられた運転者によりトルクが与えられるクランク軸(38)と、前記クランク軸(38)に与えられたトルクを後輪に伝達させて前記後輪を駆動させる駆動系機構とを有し、
前記アシストユニット(26)は、前記ブラシレスモータ(50)の駆動力を前記駆動系機構に伝達するアシスト駆動ユニット(26)であり、前記クランク軸(38)と、前記磁歪式トルクセンサ(80)と、前記ブラシレスモータ(50)と、前記駆動ドライバ(52)と、前記制御手段(54)とを一体に保持し、前記磁歪式トルクセンサ(80)は前記クランク軸(38)上に配置されるとともに、前記駆動ドライバ(52)及び前記制御手段(54)は、前記磁歪式トルクセンサ(80)の下方の同一空間内に配置され、前記ブラシレスモータ(50)は、前記クランク軸(38)の後下方であり、前記磁歪式トルクセンサ(80)とは区画された空間に収納配置されることを特徴とするアクチュエータシステム。 The actuator system according to claim 3, wherein
The actuator system includes a crankshaft (38) to which torque is provided by a driver provided in the assist bicycle (10), and transmits torque applied to the crankshaft (38) to a rear wheel to transmit the rear wheel. A drive system mechanism for driving
The assist unit (26) is an assist drive unit (26) that transmits the drive force of the brushless motor (50) to the drive system mechanism, and includes the crankshaft (38) and the magnetostrictive torque sensor (80). The brushless motor (50), the drive driver (52), and the control means (54) are integrally held, and the magnetostrictive torque sensor (80) is disposed on the crankshaft (38). The drive driver (52) and the control means (54) are disposed in the same space below the magnetostrictive torque sensor (80), and the brushless motor (50) is connected to the crankshaft (38). An actuator system characterized in that the actuator system is housed in a space partitioned from the magnetostrictive torque sensor (80).
前記駆動ドライバ(52)と、前記制御手段(54)とは、前記同一空間内の前記アシスト駆動ユニット(26)のケース(48)壁に固定されるとともに、前記アシスト自転車(10)の前後方向の中心線(112)に対して、対向する左右壁面に各々固定され、前記制御手段(54)は、前記磁歪式トルクセンサ(80)側のケース(48)壁面に配置されることを特徴とするアクチュエータシステム。 The actuator system according to claim 4,
The drive driver (52) and the control means (54) are fixed to the case (48) wall of the assist drive unit (26) in the same space, and the front-rear direction of the assist bicycle (10). And the control means (54) is arranged on the wall surface of the case (48) on the magnetostrictive torque sensor (80) side. Actuator system.
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