JP2012010421A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、モーターの起動時もモーターを適切に回転させることができる駆動装置を提供する。
【解決手段】ローターとステーターとの一方に永久磁石を用いるモーターと、モーターに三相の電流を供給するインバータと、モーターの回転角を検出するアブソリュートエンコーダと、モーターの回転角を推定する回転角度推定回路と、アブソリュートエンコーダで検出した回転角及び前記回転角度推定回路で推定した回転角の少なくとも一方に基づいてインバータからモーターに供給する電流を制御する制御器と、を有し、制御器は、モーターの回転速度が閾値以下の場合は、アブソリュートエンコーダで検出した回転角に基づいてインバータから前記モーターに供給する電流を制御すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モーターを備える駆動装置に関する。

動力源としてモーターを用いる乗用車やバス、トラック等の車両が実用化されてきている。モーターを動力源として用いる車両は、それぞれの車輪をそれぞれに対応したモーターで駆動する方式のものがある。このような方式は、インホイールモーターと呼ばれており、種々の提案がされている。

このように、動力源としてモーターを用いる駆動装置は、モーターの回転数を制御することにより、走行速度を制御することができる。また、駆動装置は、モーターの回転方向により、前進と後進が切り替えられる。そのため、駆動装置は、モーターを適切に制御するために、モーターの回転数を検知する手段を備えている。

例えば、特許文献１には、所定回転数以下では、異なる相間のインダクタンスを求め、予め記憶しておいた関係から電気角を求め、所定回転数以上では、逆起電圧を用いて電気角を検出し、三相同期モーターの駆動電流を制御する駆動装置が記載されている。また、特許文献１に記載の装置は、所定回転数以下の場合、第１のステップで、電気角φを０〜πもしくはπ〜２πのいずれかの範囲で近似計算により求めておき、相関に印加した電圧に対する最大電流の非対称性を利用して、第２のステップで電気角の属する範囲を特定し、回転子の角度による各相間のインダクタンスの相違を利用して、電気角を求めることが記載されている。

また、特許文献２には、回転角位置検出部を用いたブラシレス電動機の実回転角位置信号と、故障時に備えるいわゆるセンサレス制御手段からの推定回転角位置信号とを照合するようにした駆動装置が記載されている。

特開平０７−１７７７８８号公報 特開２００７−２０９１０５号公報

また、駆動装置としては、レゾルバなどのセンサを用いて、モーターの回転角を絶対角で検出し、検出した角度に基づいて制御を行う駆動装置もある。ここで、駆動装置の故障を抑制するためには、配線を少なくすることが好ましいが、レゾルバを設けると、配線が多くなる。

また、特許文献１に記載の回転角の検出方法では、駆動装置の起動時におけるローター回転角を正確に検出することが困難である。そのため、特許文献１に記載の方法で検出したローターの回転角に基づいて、モーターを起動させると、モーターが意図した方向とは逆の方向に回転する恐れがある。駆動装置を車両の駆動装置として設ける場合、モーターが逆回転してしまうと、前進と後進が逆転してしまうため、問題である。

また、特許文献２に記載の故障時に回転角を推定する方法も、タイヤ回転時の回転角度は、好適に推定することができるが、駆動装置の起動時におけるローター回転角を正確に検出することが困難である。また、特許文献２に記載の装置は、回転角位置検出部により回転角の検出を行うため、回転角位置検出部の配線を設ける必要がある。

本発明は、簡単な構造で、モーターの起動時もモーターを適切に回転させることができる駆動装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、ローターとステーターとの一方に永久磁石を用いるモーターと、前記モーターに三相の電流を供給するインバータと、前記モーターの回転角を検出するアブソリュートエンコーダと、前記モーターの回転角を推定する回転角度推定回路と、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角及び前記回転角度推定回路で推定した回転角の少なくとも一方に基づいて前記インバータから前記モーターに供給する電流を制御する制御器と、を有し、前記制御器は、前記モーターの回転速度が閾値以下の場合は、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角に基づいて前記インバータから前記モーターに供給する電流を制御することを特徴とする。

このような構造により、本発明は、簡単な構成で、モーターの起動時であってもモーターが所望の方向とは逆の方向に回転することを抑制することができる。

また、前記制御器は、前記モーターの回転速度が閾値より速い場合は、前記回転角度推定回路で検出された回転角に基づいて前記インバータから前記モーターに供給する電流を制御することができる。これにより、一定回転速度以上の場合は、高い精度で回転速度、回転角を検出することができる。

また、前記制御器は、前記モーターの回転速度が閾値より速い場合、前記回転角度推定回路で推定した回転角と、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角との差が、前記アブソリュートエンコーダの角度分解能以下であったら、前記回転角度推定回路で推定した回転角に基づいて前記インバータから前記モーターに供給する電流を制御する。これにより、回転角、回転速度の推定時に、より高い精度で回転角、回転速度を推定することができる。

また、前記制御器は、前記モーターの回転速度が閾値より速い場合、前記回転角度推定回路で推定した回転角と、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角との差が、前記アブソリュートエンコーダの角度分解能を超えたら、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角を用いて、前記回転角度推定回路で推定した回転角を補正する。これにより、回転角、回転速度の推定時に、より高い精度で回転角、回転速度を推定することができる。

また、前記アブソリュートエンコーダは、検出した回転角の情報を前記車両のアンチロックブレーキシステムにも送ることができる。これにより、１つのアブソリュートエンコーダで、両者の機能を果たすことができ、装置構成を簡単にすることができる。

また、前記アブソリュートエンコーダは、車輪用軸受に嵌入され、車輪の位置を検出する検出素子と、回転方向の位置に応じて、磁束密度が変化する磁路と、を有し、前記検出素子は、前記磁路の磁束密度を検出することで、前記モーターの回転角を検出できる。これにより、回転角を好適に測定することができる。

また、前記アブソリュートエンコーダは、着磁パターンの平面形状と凹凸形状により磁束密度を変化させることができる。ここで、前記アブソリュートエンコーダの前記磁路は、平面パターン、孔パターン、または、突起パターンのいずれか磁束密度が変化していることが好ましい。これにより、磁束密度を計測することで、モーターの回転角を好適に算出することができる。

また、前記アブソリュートエンコーダは、電気角１周期当り８以上の分割数で前記磁束密度が変化していることが好ましい。これにより、モーターが所望の方向とは、逆方向に回転することをより確実に抑制することができる。

また、前記回転角度推定回路は、前記インバータから前記モーターに供給される誘起電圧と電流とに基づいて、前記モーターの回転角を推定することが好ましい。これにより、好適に回転速度、回転角を推定することができる。

また、モーター近傍に、アブソリュートエンコーダのみを設けることで、回転角を検出できるため、故障の発生を低減することができる。

本発明は、簡単な構造で、モーターの起動時も逆方向に回転することを抑制でき、モーターを適切に回転させることができるという効果を有する。

図１は、本実施形態に係る駆動装置を有する車両の概略構成を示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係る車両用駆動装置の斜視図である。 図３は、本実施形態に係る車両用駆動装置が備える第２ナックル周辺部の概略構成を示す分解図である。 図４は、本実施形態に係るエンコーダ部の概略構成を示す断面図である。 図５−１は、磁気エンコーダの概略構成を示す斜視図である。 図５−２は、磁気エンコーダの概略構成を示す正面図である。 図５−３は、磁気エンコーダの概略構成を示す断面図である。 図６は、ピックアップセンサの概略構成を示す分解図である。 図７は、本実施形態に係る駆動装置の動作を説明するためのブロック図である。 図８は、本実施形態に係る駆動装置の動作を説明するためのブロック図である。 図９は、本実施形態に係る駆動装置の制御動作を説明するためのフロー図である。 図１０−１は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す斜視図である。 図１０−２は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す正面図である。 図１０−３は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す断面図である。 図１１−１は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す斜視図である。 図１１−２は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す正面図である。 図１１−３は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、発明を実施するための形態（実施形態）を説明する。なお、下記の記載により本発明が限定されるものではない。また、下記に記載する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。例えば、下記の実施形態では、駆動装置を車両用駆動装置、具体的には、インホイールモーターを有する駆動装置として用いる場合について説明するが本発明はこれに限定されない。

図１は、本実施形態に係る駆動装置を有する車両の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、車両１０は、モーターから伝達される動力で、車輪を回転させる電気自動車であり、駆動装置１２と、外部制御装置１４と、バッテリ１６と、ブレーキシステム１８とを有する。なお、車両１０は、これら以外にも車両として必要な各種装置、例えば、車輪、座席、ボディー、操作部（ハンドル、アクセル、ブレーキ）等を有する。駆動装置１２は、モーター２０を有し、車輪を回転させる。なお、駆動装置１２については、後ほど説明する。なお、本実施形態では、車両を電気自動車としたが、本発明はこれに限定されず、エンジンとモーターの両方を用いて車輪を回転させるハイブリッド自動車にも用いることができる。

外部制御装置１４は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、モーター２０の回転数や、回転方向を決定し、決定した指示を駆動装置１２に送る。なお、外部制御装置１４は、アクセル開度や、入力ギヤに基づいて、モーター２０の回転数や、回転方向を決定する。

バッテリ１６は、駆動装置１２に電力を供給する電力供給源である。ここで、バッテリ１６としては、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタや、鉛蓄電池を用いることができる。なお、本実施形態では、バッテリ１６から駆動装置１２に電力を供給したが、発電機から電力を供給しても良い。なお、車両の場合は、エンジンを搭載し、エンジンで発電した電力を駆動装置１２に供給してもよい。

ブレーキシステム１８は、車両１０の車輪に作用させる制動力を調整するシステムである。ブレーキシステム１８は、アンチロックブレーキシステム（Antilock Brake System:ＡＢＳ）を有し、急制動時、または低摩擦路面での制動時に車輪がロックしないように、制動力を調整する。ここで、ブレーキシステム１８は、駆動装置１２の後述するエンコーダ部３０から車軸、つまり車輪の回転数、回転角の情報を取得し、その情報に基づいて、制動力を調整する。

次に、駆動装置１２について説明する。駆動装置１２は、モーター２０と、インバータ２２と、制御器２４と、ゲート駆動回路２６と、回転計測器２８を有する。回転計測器２８は、制御器２４の一部機能と、エンコーダ部３０と、変換回路３２と、電流検出器３３と、推定回路３４とを有する。

モーター（永久磁石モーター）２０は、ローターとステーターを有し、ローターとステーターの一方が永久磁石で構成され、他方が電磁石で構成されている。なお、本実施形態のモーター２０は、永久磁石の磁極が、周方向に１６極配置されている。つまり１つのＳ極と１つのＮ極との組が８組（８極対）、Ｓ極と、Ｎ極が交互となる向きで配置されている。また、電磁石も永久磁石の磁極の数に対応した数が配置されている。モーター２０は、電磁石に供給される電力が切り替えられ、電磁石の極が切り替えられることで、電磁石と永久磁石との間に、反発力、吸着力が発生し、ステーターに対してローターが回転する。

インバータ２２は、バッテリ１６から供給された電力を、三相交流に変換し、変換した三相交流をモーター２０に供給する。また、インバータ２２は、モーター２０に供給する三相交流の電圧、周波数を変調することができる。つまり、インバータ２２は、種々の電圧、周波数で三相交流を供給することができる。

次に、制御器２４は、回転計測器２８の機能により、モーター２０の回転数、回転角を検出する。また、制御器２４は、外部制御装置１４から供給される指示（例えば、トルク、走行速度）に基づいて、指示された条件でモーター２０を回転できるように、モーター２０の回転数、回転角を決定する。制御器２４は、外部制御装置１４から供給される指示に基づいて決定したモーター２０の回転数、回転角と、検出した回転数、回転角の情報とに基づいて、モーター２０に送る電圧指令値（制御信号）を生成し、ゲート駆動回路２６に送る。

ゲート駆動回路２６は、制御器２４から送られた電圧指令値に基づいて、インバータ２２の動作を制御する回路である。具体的には、ゲート駆動回路２６は、電圧指令値に基づいて、インバータ２２の半導体スイッチング素子を駆動する、つまり、ＯＮ／ＯＦＦを切り替える。インバータ２２は、ゲート駆動回路２６により、半導体スイッチング素子が駆動されることで、モーター２０に供給される三相交流が、所定の電圧、所定の周波数とされる。

回転計測器２８は、モーター２０の回転状態（回転数、回転角度）を計測する計測器であり、制御器２４の一部機能と、エンコーダ部３０と、変換回路３２と、電流検出器３３と、推定回路３４と、を有する。

エンコーダ部３０は、アブソリュート式エンコーダであり、モーター２０のローターと同軸に装着されている。エンコーダ部３０は、モーター２０のローターとステーターと同様の関係で装着されている両者から、ローターとステーターとの相対位置情報を取得し、取得した情報を変換回路３２に送る。なお、エンコーダ部３０の構成については、後ほど説明する。

変換回路３２は、エンコーダ部３０で検出されたモーター２０のローターとステーターとの相対位置情報から、モーター２０の回転角（つまり、ステーターとローターとの相対角度）、及び、モーター２０の回転速度（角速度）を検出する。なお、モーター２０の回転速度は、複数時点におけるモーター２０のローターとステーターとの相対位置情報と、それぞれの時間情報または時間間隔とを用いることで検出することができる。変換回路３２は、検出した、モーターの回転角と、回転速度の情報を、制御器２４及びブレーキシステム１８に送る。

電流検出器３３は、インバータ２２からモーター２０に供給される三相交流の電流値を検出する。電流検出器３３は、検出した電流値を推定回路３４及び制御器２４に送る。

推定回路３４は、回転速度・角度推定回路であり、電流検出器３３で検出した電流値と制御部２４で演算した電圧指令値とに基づいて、モーター２０の回転角、回転速度を推定する。推定回路３４は、推定したモーター２０の回転角、回転速度の情報を制御器２４に送る。また、推定回路３４は、変換回路３２とも接続されており、必要に応じて、変換回路３２で検出された回転角の情報に基づいて、推定した値を補正する。この点については、後述する。

制御器２４は、エンコーダ部３０と、変換回路３２と、推定回路３４とから供給される情報に基づいて、モーター２０の回転数、回転角を検出する。また、制御器２４は、モーター２０の駆動状態によって、モーター２０の回転数、回転角の検出方法を切り替える。この点は、後ほど説明する。

次に、図２を用いて、駆動装置１２についてより詳細に説明する。ここで、図２は、本実施形態に係る車両用駆動装置の斜視図である。駆動装置１２は、上述した図１に示す各部に加え、図２に示すように、モーター２０の動力を車輪に伝達する機構と、モーター２０、エンコーダ部３０を保持する機構とを有する。

駆動装置１２は、モーター２０の動力を車輪に伝達する機構として、ハブユニット６２と、等速ジョイント６４とを有する。ハブユニット６２は、ハブシャフトと、ハブシャフトを回転可能に支持するハブ軸受とを有する。ハブシャフトは、車輪（タイヤとホイールとの組立体）が取り付けられる。また、ハブシャフトは、等速ジョイント６４と連結されており、ハブ軸受は、ハブシャフトと等速ジョイント６４とを回転可能な状態で支持する。等速ジョイント６４は、モーター２０のシャフト（入出力軸）とハブシャフトとを連結する。また、本実施形態において、等速ジョイント６４は、ハブシャフトに挿入されている。このような構造により、ハブユニット６２は、ハブシャフトを介して等速ジョイント６４を回転可能に支持する。このような構造により、モーター２０とハブシャフトとの間で動力が伝達される。

駆動装置１２は、さらに、モーター２０、エンコーダ部３０を保持する機構として、図２に示すように、ロワアーム７０と、第１のナックル７２と、第２のナックル７４と、緩衝装置７６と、第１のジョイント（第１の連結機構）７７と、第２のジョイント（第２の連結機構）７８と、を有する。本実施形態において、駆動装置１２は、ストラット式でモーター２０及び車輪を支持している。

ロワアーム７０は、一方の端部が車体と連結し、他方の端部が第１のジョイント７７に連結している。ロワアーム７０は、第１のジョイント７７を介して、第１のナックル７２と、第２のナックル７４とを支持している。第１のナックル７２は、図２に示すように、ボルト等によりモーター２０が取り付けられており、これを支持する。また、第２のナックル７４は、ボルトを介してハブユニット６２が取り付けられて、これを支持する。

緩衝装置７６は、減衰装置（オイルダンパー）、弾性体（コイルスプリング）等を有し、車両とハブユニット６２との間に配置されて、緩衝装置７６の中心軸と平行な方向に伸縮する。緩衝装置７６の一端部は第２のジョイント７８に連結されており、他端部は車両に取り付けられる。

第１のジョイント７７は、ロワアーム７０に締結されている第１部材８０と、ボルト等により第２のナックル７４に連結されている第２部材８２と、ボルト等により第１のナックル７２に連結されている第３部材８４とを有する。第１部材８０と第２部材８２とは、ボールジョイントで連結され、互いに摺動可能に支持されている。また、第２部材８２と第３部材８４とは、軸中心に回転可能に支持されている。

第２のジョイント７８は、第２のナックル７４の第１のジョイント７７と連結しているのとは反対側の端部に、ボルト等により連結されている第４部材９２と、第１のナックル７２の第１のジョイント７７と連結しているのとは反対側の端部に、ボルト等により連結されている第５部材９４とを有する。第４部材９２と第５部材９４とは、軸中心に回転可能に支持されている。

このように、第２のナックル７４は、第１のナックル７２に対して、所定の揺動中心軸の周りに揺動できるように、第１のジョイント７７及び第２のジョイント７８を介して第１のナックル７２に支持されている。

このような構造により、第１のナックル７２と第２のナックル７４と、第１のジョイント７７と、第２のジョイント７８とを組み合わせた組立体は、緩衝装置７６とロワアーム７０とによって、上下方向に移動できるように車両に支持される。第２のナックル７４には、車両の車輪を回転可能に支持するハブユニット６２が取り付けられる。したがって、前記車輪は、車両の上下方向に移動できるように車両に支持される。そして、前記車輪を介して路面から車両へ入力される衝撃や振動は、緩衝装置７６によって吸収され、また、減衰される。

次に、図２から図６を用いて、エンコーダ部３０について説明する。ここで、図３は、本実施形態に係る車両用駆動装置が備える第２ナックル周辺部の概略構成を示す分解図であり、図４は、本実施形態に係るエンコーダ部の概略構成を示す断面図である。

図２から図４に示すように、エンコーダ部３０は、磁気エンコーダ５０と、ピックアップセンサ５２とを有する。磁気エンコーダ５０は、リング形状であり、ハブユニット６２のハブシャフトに係合されている。磁気エンコーダ５０は、ハブシャフトと一体で回転する。また、磁気エンコーダ５０は、ハブシャフトの等速ジョイント６４側の端面に配置されており、回転軸に直交する面の一方の面が露出している。また、磁気エンコーダ５０は、内外輪をハブシャフトに対して圧入することが好ましい。これにより、シール効果を得ることができる。

ピックアップセンサ５２は、第２のナックル７４に固定されており、先端が、磁気エンコーダ５０の露出している面、つまり、回転軸に直交する面の一方の面の一部と対面している。

次に、図５−１から図５−３を用いて、実施例１の磁気エンコーダについて説明する。ここで、図５−１は、磁気エンコーダの概略構成を示す斜視図であり、図５−２は、磁気エンコーダの概略構成を示す正面図であり、図５−３は、磁気エンコーダの概略構成を示す断面図である。

（実施例１）
図５−１から図５−３に示すように、磁気エンコーダ５０は、外輪側芯金部材１０２と、シール部材１０４と、内輪側芯金部材１０６と、リング部材１０８とを有する。また、リング部材１０８には、着磁パターン１１０が形成されている。

外輪側芯金部材１０２は、リング形状の部材であり、断面形状が、回転軸に平行な方向の辺が短い辺に相当するＬ字となる。また、回転軸に平行な方向の辺が外径側の面となる。また、内輪側芯金部材１０６は、リング形状の部材であり、断面形状が、回転軸に平行な方向の辺が短い辺に相当するＬ字となる。また、回転軸に平行な方向の辺が内径側の面となる。シール部材１０４は、外輪側芯金部材１０２と、内輪側芯金部材１０６との間に配置されており、外輪側芯金部材１０２と、内輪側芯金部材１０６とを連結させている。なお、シール部材１０４としては、両面テープや、接着剤を用いることができる。

リング部材１０８は、ゴムに磁性粉を混入させた磁性材料で形成された板状部材である。リング部材１０８は、径方向に一定の幅を有する、つまり、回転軸に直交する方向の面が面積の最も大きい面となるリング形状で形成されている。リング部材１０８は、内輪側芯金部材１０６の回転軸と直交する面に貼り付けられている。また、リング部材１０８は、表面に着磁パターン１１０が形成されている。つまり、磁性材料が着磁パターン１１０のパターンで着磁されている。

着磁パターン１１０は、第１パターン１１２、第２パターン１１４、第３パターン１１６、第４パターン１１８の４つのパターンの組み合わせで形成されている。また、第１パターン１１２、第２パターン１１４、第３パターン１１６、第４パターン１１８は、それぞれ周方向に延在して、つまり円形に形成されており、外径側から内径側に向けて、第１パターン１１２、第２パターン１１４、第３パターン１１６、第４パターン１１８の順で形成されている。つまり、第１パターン１１２が最も外側に円形に形成されており、第４パターン１１８が、最も内側に円形に形成されている。

また、着磁パターン１１０は、一定の角度θを繰り返し単位として、第１パターン１１２、第２パターン１１４、第３パターン１１６、第４パターン１１８が、形成されている。つまり、着磁パターン１１０は、角度θ分のパターンを周方向に複数個並べた形状である。なお、角度θは、電気角３６０°に対応する角度、つまり、モーター２０の永久磁石のうち１組のＳ極とＮ極が延在する角度に対応する角度とすることが好ましい。なお、本実施形態では、モーター２０が、８組（８極対、１６極）の永久磁石で構成されているため、角度θが４５°となり、同じパターンが周方向に８個配置された形状である。また、第１パターン１１２、第２パターン１１４、第３パターン１１６、第４パターン１１８は、周方向に移動すると、Ｓ極とＮ極が変化する方向で着磁されている。

ここで、第１パターン１１２は、角度θ分に、１組の磁石、つまり１つのＳ極と１つのＮ極が着磁されている。第２パターン１１４は、角度θ分に、角度θを２分割して、２組の磁石、つまり２つのＳ極と２つのＮ極が着磁されている。第３パターン１１６は、角度θ分に、角度θを４分割して、４組の磁石、つまり４つのＳ極と４つのＮ極が着磁されている。第４パターン１１８は、角度θ分に、角度θを８分割して、８組の磁石、つまり８つのＳ極と８つのＮ極が着磁されている。

着磁パターン１１０は、角度θを１分割した第１パターン１１２、２分割した第２パターン１１４、４分割した第３パターン１１６、８分割した第４パターン１１８の４つのパターンで形成することで、角度θ分を１６分割した領域のそれぞれの角度部分で、各パターンでのＳ極とＮ極の組み合わせが異なる組み合わせとなる。

次に、図６を用いて、ピックアップセンサ５２について説明する。ここで、図６は、ピックアップセンサの概略構成を示す分解図である。図６に示すピックアップセンサ５２は、先端部１２０と、フック１２２と、ボディー１２４と、リード線１２６とを有する。先端部１２０は、磁気エンコーダ５０の着磁パターン１１０に対面する位置に配置されており、内部に、磁気を検出する磁気検出素子が配置されている。ここで、磁気検出素子は、着磁パターン１１０の径方向に配置されているパターンの数（ｂｉｔ数）と同じ数が配置されている。本実施形態では、パターンが４つ（４ｂｉｔ）が位置されているため、先端部１２０には、４つの磁気検出素子が配置されている。４つの磁気検出素子は、それぞれ、第１パターン１１２、第２パターン１１４、第３パターン１１６、第４パターン１１８の通過領域に対応する位置に配置されている。フック１２２は、第２のナックル７４に固定されているねじに係合されている。つまり、ピックアップセンサ５２は、フック１２２により、第２のナックル７４に固定されている。

また、ボディー１２４は、ピックアップセンサ５２の先端部１２０以外を覆っている保護部材である。また、リード線１２６は、ボディー１２４の内部に挿入されており、一方の端部が先端部１２０まで延在し、他方の端部は、変換回路３２と接続している。

エンコーダ部３０は、以上のような構成であり、ピックアップセンサ５２で、磁気エンコーダ５０のうち対面する位置にある第１パターン１１２、第２パターン１１４、第３パターン１１６、第４パターン１１８のそれぞれの磁極を読み取り、その磁極の組み合わせに基づいて、磁気エンコーダ５０と、ピックアップセンサ５２との相対位置を検出する。また、磁気エンコーダ５０は、モーター２０のローターと一体で回転する。これにより、変換回路３２は、エンコーダ部３０で検出した相対位置の情報をモーター２０のローターとステーターの相対位置関係に変換することで、回転角と回転速度を算出することができる。また、磁気エンコーダ５０は、モーター２０の永久磁石の１つのＳ極と１つのＮ極との組み合わせに対応する角度領域（電気角が３６０°となる領域）を複数に分割している。本実施形態では、１６分割している。これにより、電気角３６０°内における、ローターとステーターの相対位置を検出することができる。

次に、図７及び図８を用いて、駆動装置の動作について説明する。ここで、図７は、本実施形態に係る駆動装置の動作を説明するためのブロック図であり、図８は、本実施形態に係る駆動装置の動作を説明するためのブロック図である。なお、制御器２４は、モーター２０の回転速度（回転数）が閾値以下である場合と、モーター２０の回転速度（回転数）が閾値より大きい場合とで、モーター２０の回転速度及び回転角の検出方法を切り替える。なお、検出方法を切り替える基準となる閾値は、任意の値に設定することができる。

まず、図７を用いて、モーター２０の回転速度（回転数）が閾値以下である場合のモーター２０の回転速度及び回転角の検出方法及びモーター２０の制御方法について説明する。なお、モーター２０の回転速度（回転数）が閾値以下には、モーター２０が回転していない状態、つまり、回転速度が０の場合も含む。

この場合、駆動装置１２の回転計測器２８は、エンコーダ部３０で計測した値に基づいて、変換回路３２で検出された回転速度（検出速度）と回転角（検出角度）を、計測した回転速度、回転角とする。

制御器２４は、エンコーダ部３０及び変換回路３２を用いて計測した回転速度、回転角に基づいて、モーター２０のローターとステーターとの相対的な関係を算出し、外部制御装置１４から供給される指示（指令トルク）を出力するための電圧指令値を生成する。なお、電圧指令値では、モーター２０のローターとステーターとの相対的な関係に基づいて、三相交流の印加開始の位相の情報も生成する。制御器２４は、生成した、電圧指令値をゲート駆動回路２６及び推定回路（回転速度・角度推定回路）３４に送る。ゲート駆動回路２６は、制御器２４から送られた電圧指令値に基づいて、インバータ２２を駆動し、インバータ２２からモーター２０に設定した三相交流を供給することで、モーター２０を回転させる。

次に、図８を用いて、モーター２０の回転速度（回転数）が閾値より大きい場合のモーター２０の回転速度及び回転角の検出方法及びモーター２０の制御方法について説明する。この場合、駆動装置１２の回転計測器２８は、推定回路３４で推定した回転速度（推定速度）と回転角（推定角度）を、計測した回転速度、回転角とする。なお、制御器２４は、上述と同様の方法で、計測した回転速度及び回転角に基づいて電圧指令値を生成し、モーター２０を駆動させる。

また、この場合、回転計測器２８は、エンコーダ部３０及び変換回路３２で検出した回転速度（検出速度）と回転角（検出角度）を推定回路３４に供給する。推定回路３４は、供給された検出角度と、自身で算出した推定角度との差が、エンコーダ部３０の分解能よりも大きくなったら、自身で算出した推定角度を、変換回路３２から供給された検出角度に基づいて、補正する。

次に、図９を用いて、駆動装置１２の制御動作について説明する。図９は、本実施形態に係る駆動装置の制御動作を説明するためのフロー図である。なお、駆動装置１２は、制御動作の判断を制御器２４で行っても良いし、各回路（変換回路３２、回転速度・角度推定回路３４）で判断を行っても良いし、信号の経路を切り替える回路や、制御回路を別に設けてもよい。まず、駆動装置１２は、ステップＳ１２として、モーター２０の回転速度が閾値よりも速いかを判定する。駆動装置１２は、ステップＳ１２でモーター２０の回転速度が閾値以下である（ステップＳ１２でＮｏ）と判定したら、ステップＳ１４として、モーター２０の回転速度、回転角をエンコーダ部３０（及び変換回路３２）により検出する。つまり、駆動装置１２は、ステップＳ１４として、図７に示す経路でモーター２０の回転速度、回転角を算出する。駆動装置１２は、ステップＳ１４で回転速度、回転角を検出したらステップＳ２４に進む。

また、駆動装置１２は、ステップＳ１２でモーター２０の回転速度が閾値を超えている（ステップＳ１２でＹｅｓ）と判定したら、ステップＳ１６として、モーター２０の回転速度、回転角を回転速度・角度推定回路３４により検出する。つまり、駆動装置１２は、ステップＳ１４として、図８に示す経路でモーター２０の回転速度、回転角を算出する。

次に、駆動装置１２は、ステップＳ１８として、回転速度と検出角度との差が角度分解能を超えているかを判定する。つまり、駆動装置１２は、ステップＳ１８として、回転速度・角度推定回路３４で検出した推定角度と、エンコーダ部３０で検出した検出角度との差が、エンコーダ部３０の角度分解能を超えているかを判定する。

駆動装置１２は、ステップＳ１８で、回転速度と検出角度との差が角度分解能を超えていない（ステップＳ１８でＮｏ）、つまり、差が角度分解能以下であると判定したら、ステップＳ２０として、回転速度・角度推定回路３４で検出した推定角度を検出値とする。つまり、駆動装置１２は、ステップＳ１６で検出した結果をそのまま、検出値として用いる。駆動装置１２は、ステップＳ２０の処理が完了したら、ステップＳ２４に進む。

駆動装置１２は、ステップＳ１８で、回転速度と検出角度との差が角度分解能を超えている（ステップＳ１８でＹｅｓ）と判定したら、ステップＳ２２として、補正処理を行う。具体的には、駆動装置１２は、回転速度・角度推定回路３４で検出した推定角度をエンコーダ部３０で計測した計測角度に基づいて、補正する。駆動装置１２は、ステップＳ２２の処理が完了したら、ステップＳ２４に進む。

駆動装置１２は、ステップＳ１４，Ｓ２０、Ｓ２２の処理が完了したら、ステップＳ２４として、処理終了であるかを判定する。駆動装置１２は、ステップＳ２４で処理終了ではない（ステップＳ２４、Ｎｏ）、つまり、制御を続けると判定したら、ステップＳ１２に進み、上記処理を繰り返す。また、駆動装置１２は、ステップＳ２４で処理終了である（ステップＳ２４、Ｙｅｓ）と判定したら、処理を終了する。

駆動装置１２は、以上のような構成でありモーター２０の回転速度が閾値以下の場合は、アブソリュートエンコーダであるエンコーダ部３０を用いて計測した回転角、回転速度に基づいて、モーター２０を制御することで、低速状態や、停止状態のモーター２０であっても、ローターとステーターの相対位置を検出した状態で、モーター２０を駆動させることができる。これにより、モーター２０が所望の方向とは、反対方向に回転することを抑制することができ、所望の方向に円滑に回転させることができる。以上より、例えば、駆動装置１２を本実施形態のように、インホイールモーターとして用いる場合、微小な距離であっても、車両が所望の方向とは反対の方向に進むことを抑制することができる。これにより、車両をより安全に駆動させることが可能となる。

また、モーター２０の回転速度が閾値より大きい場合は、推定回路３４を用いて、モーター２０の回転角、回転速度を推定することで、エンコーダを用いた場合よりも、高い精度（高い分解能）で、モーター２０の回転角、回転速度を算出することができる。これにより、モーター２０をより適切に制御することが可能となる。また、エンコーダ部３０の検出結果を用いて、回転速度・角度推定回路３４の検出結果を補正することで、推定値の精度をより高くすることができる。

また、エンコーダ部（アブソリュートエンコーダ）を用いて、モーター２０の回転角、回転速度を検出することで、レゾルバを用いるよりも簡単な構成、少ない配線、かつ、安価に、モーター２０の回転角、回転速度を検出することができる。駆動装置１２を本実施形態のように、モーター２０と、車輪軸とを直列で連結する場合は、センサを設けるスペースが大きいと装置が大型化するが、本実施形態によれば、駆動装置をより小型化することができる。

ここで、本実施形態では、ピックアップセンサを１箇所のみに設けたが、本発明はこれに限定されず、磁気エンコーダの円周上の複数個所に設けてもよい。ピックアップセンサを複数個所に設けることで、回転角、回転速度の検出精度をより高くすることができる。

なお、図５−１から図５−３に示す例（実施例１）では、４つのパターンのＳ極とＮ極との組み合わせにより、電気角一周期（３６０°）を１６分割できる構成としたが、本発明はこれに限定されない。ここで、図１０−１は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す斜視図であり、図１０−２は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す正面図であり、図１０−３は、磁気エンコーダの他の例の概略構成を示す断面図である。

（実施例２）
図１０−１から図１０−３に示す磁気エンコーダ２００は、外輪側芯金部材２０２と、シール部材２０４と、内輪側芯金部材２０６と、リング部材２０８とを有する。また、リング部材２０８には、孔パターン２１０が形成されている。なお、外輪側芯金部材２０２と、シール部材２０４と、内輪側芯金部材２０６とは、上述した、外輪側芯金部材１０２と、シール部材１０４と、内輪側芯金部材１０６と同様の構成であるので、説明を省略する。

リング部材２０８は、ゴムに磁性粉を混入させた磁性材料で形成された板状部材である。リング部材２０８は、径方向に一定の幅を有し、内側側芯金部材２０６の回転軸と直交する面に貼り付けられている。また、リング部材２０８は、表面に孔パターン２１０が形成されている。つまり、磁性材料の表面に所定のパターンで孔が形成されている。

孔パターン２１０は、第１パターン２１２、第２パターン２１４、第３パターン２１６、第４パターン２１８の４つのパターンの組み合わせで形成されている。また、第１パターン２１２、第２パターン２１４、第３パターン２１６、第４パターン２１８は、それぞれ周方向に延在して、つまり円形に形成されており、外径側から内径側に向けて、第１パターン２１２、第２パターン２１４、第３パターン２１６、第４パターン２１８の順で形成されている。つまり、第１パターン２１２が最も外側に円形に形成されており、第４パターン２１８が、最も内側に円形に形成されている。

また、孔パターン２１０も、一定の角度θを繰り返し単位として、第１パターン２１２、第２パターン２１４、第３パターン２１６、第４パターン２１８が、形成されている。なお、本実施形態は、同じパターンが周方向に８個配置された形状である。なお、各パターンは、周方向において、孔が形成されている領域と、孔が形成されていない領域とで構成されている。

第１パターン２１２は、角度θ分に、角度θを２分割して、それぞれの領域に孔が形成されている領域と、孔が形成されていない領域とが形成されている。第２パターン２１４は、角度θ分に、角度θを４分割して、それぞれの領域に、孔が形成されている領域と、孔が形成されていない領域とが交互に形成されている。つまり、孔が形成されている２つの領域と、孔が形成されていない２つの領域とが交互に配置されている。第３パターン２１６は、角度θ分に、角度θを８分割して、それぞれの領域に、孔が形成されている領域と、孔が形成されていない領域とが交互に形成されている。つまり、孔が形成されている４つの領域と、孔が形成されていない４つの領域とが交互に配置されている。第４パターン２１８は、角度θ分に、角度θを１６分割して、それぞれの領域に、孔が形成されている領域と、孔が形成されていない領域とが交互に形成されている。つまり、孔が形成されている８つの領域と、孔が形成されていない８つの領域とが交互に配置されている。

孔パターン２１０は、角度θを２分割した第１パターン２１２、４分割した第２パターン２１４、８分割した第３パターン２１６、１６分割した第４パターン２１８の４つのパターンで形成することで、角度θ分を１６分割した領域のそれぞれの角度部分で、各パターンでの孔が形成されている領域と、孔が形成されていない領域との組み合わせが異なる組み合わせとなる。

磁気エンコーダ２００のように、孔のパターンを形成することでも、磁気エンコーダ５０と同様にモーターの電気角を検出することができる。なお、ピックアップセンサは、孔を形成した部分と、孔を形成していない部分とで、リング部材２０８との距離が変化するため、検出する磁力が変化する。ピックアンプセンサは、磁力（磁束密度）の変化を検出することで、孔を形成した部分と対面しているか、孔を形成していない部分と対面しているかを判定することができる。

（実施例３）
図１１−１から図１１−３に示す磁気エンコーダ２２０は、外輪側芯金部材２２２と、シール部材２２４と、内輪側芯金部材２２６と、リング部材２２８とを有する。また、リング部材２２８には、突起パターン２３０が形成されている。なお、外輪側芯金部材２２２と、シール部材２２４と、内輪側芯金部材２２６とは、上述した、外輪側芯金部材１０２と、シール部材１０４と、内輪側芯金部材１０６と同様の構成であるので、説明を省略する。

リング部材２２８は、ゴムに磁性粉を混入させた磁性材料で形成された板状部材である。リング部材２２８は、径方向に一定の幅を有し、内輪側芯金部材２２６の回転軸と直交する面に貼り付けられている。また、リング部材２２８は、表面に突起パターン２３０が形成されている。つまり、磁性材料の表面に所定のパターンで突起が形成されている。

突起パターン２３０は、第１パターン２３２、第２パターン２３４、第３パターン２３６、第４パターン２３８の４つのパターンの組み合わせで形成されている。また、第１パターン２３２、第２パターン２３４、第３パターン２３６、第４パターン２３８は、それぞれ周方向に延在して、つまり円形に形成されており、外径側から内径側に向けて、第１パターン２３２、第２パターン２３４、第３パターン２３６、第４パターン２３８の順で形成されている。

また、突起パターン２３０も、一定の角度θを繰り返し単位として、第１パターン２３２、第２パターン２３４、第３パターン２３６、第４パターン２３８が、形成されている。なお、本実施形態は、同じパターンが周方向に８個配置された形状である。なお、各パターンは、周方向において、突起が形成されている領域と、突起が形成されていない領域とで構成されている。

第１パターン２３２は、角度θ分に、角度θを２分割して、それぞれの領域に突起が形成されている領域と、突起が形成されていない領域とが形成されている。第２パターン２３４は、角度θ分に、角度θを４分割して、それぞれの領域に、突起が形成されている領域と、突起が形成されていない領域とが交互に形成されている。つまり、突起が形成されている２つの領域と、突起が形成されていない２つの領域とが交互に配置されている。第３パターン２３６は、角度θ分に、角度θを８分割して、それぞれの領域に、突起が形成されている領域と、突起が形成されていない領域とが交互に形成されている。つまり、突起が形成されている４つの領域と、突起が形成されていない４つの領域とが交互に配置されている。第４パターン２３８は、角度θ分に、角度θを１６分割して、それぞれの領域に、突起が形成されている領域と、突起が形成されていない領域とが交互に形成されている。つまり、突起が形成されている８つの領域と、突起が形成されていない８つの領域とが交互に配置されている。

突起パターン２３０は、角度θを２分割した第１パターン２３２、４分割した第２パターン２３４、８分割した第３パターン２３６、１６分割した第４パターン２３８の４つのパターンで形成することで、角度θ分を１６分割した領域のそれぞれの角度部分で、各パターンでの突起が形成されている領域と、突起が形成されていない領域との組み合わせが異なる組み合わせとなる。

磁気エンコーダ２２０のように、突起のパターンを形成することでも、磁気エンコーダ５０と同様にモーターの電気角を検出することができる。なお、ピックアップセンサは、突起を形成した部分と、突起を形成していない部分とで、リング部材２２８との距離が変化するため、検出する磁力が変化する。ピックアンプセンサは、磁力の変化を検出することで、突起を形成した部分と対面しているか、突起を形成していない部分と対面しているかを判定することができる。

また、磁気エンコーダの構成は、これにも限定されない。例えば、上記実施形態では、突起、孔の組み合わせで、位置を判定したが、突起、孔の面積を変化させることで、位置を判定するようにしてもよい。例えば、電気角一周期において、突起の面積が徐々に大きくなるようにし、ピックアップセンサの磁気検出素子を１つとし、磁気検出素子が検出した磁力（磁束密度）の大きさに基づいて、位置を判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態の磁気エンコーダは、電気角一周期（３６０°）を１６分割したが、これに限定されず、少なくとも２分割よりも大きくすればよい。なお、磁気エンコーダは、電気角一周期（３６０°）を８分割以上とすることが好ましい。電気角一周期（３６０°）を８分割以上とすることで、モーターが逆回転することを好適に抑制することができる。

また、エンコーダ部３０は、本実施形態のように、回転速度の情報または、回転角及び回転速度の情報をブレーキシステムにも送ることができる。例えば、エンコーダ部３０をＡＢＳシステムに用いるエンコーダとしても用いることができる。このように、エンコーダ部３０を、ＡＢＳシステムに用いるエンコーダとして用いることで、言い換えれば、ＡＢＳシステムに用いるエンコーダを本実施形態のアブソリュートエンコーダとし、モーターの回転角、回転角度も計測できるようにすることで、１つのエンコーダ部により、複数の機能を実現することができる。これにより、装置構成を簡単にすることができ、かつ、配線の数を減らすことができる。また配線の数を減らせることで、インホイールモーターでの故障の発生を抑制することができる。

また、エンコーダ部のローターとともに回転するホイールである磁気エンコーダは、永久磁石（磁石）の配置位置や、スリット（孔、突起）の配置により磁束密度を変化させたが本発明はこれに限定されない。磁気エンコーダは、ギヤの形状により磁束密度を変化させるようにしてもよい。また、磁気エンコーダは、上記構造を組み合わせて磁束密度を変化させてもよい。また、上記実施形態では、いずれも、エンコーダ部のローターとともに回転するホイールを、磁気エンコーダとしたが、本発明はこれに限定されない。エンコーダ部、それを構成するホイールには、絶対角を検出することができる種々の構成を用いることができる。

以上のように、本発明に係る駆動装置は、車輪等の対象をモーターで駆動することに有用である。

１２ 駆動装置
１４ 外部制御装置
１６ バッテリ
１８ ブレーキシステム
２０ モーター（永久磁石モーター）
２２ インバータ
２４ 制御器
２６ ゲート駆動回路
２８ 回転計測器
３０ エンコーダ部（アブソリュート式エンコーダ）
３２ 変換回路
３３ 電流検出器
３４ 推定回路（回転速度・角度推定回路）
５０ 磁気エンコーダ
５２ ピックアップセンサ
６２ ハブユニット
６４ 等速ジョイント
７０ ロワアーム
７２ 第１のナックル
７４ 第２のナックル
７６ 緩衝装置
７７ 第１のジョイント
７８ 第２のジョイント
８０ 第１部材
８２ 第２部材
８４ 第３部材
９２ 第４部材
９４ 第５部材
１０２ 外輪側芯金部材
１０４ シール部材
１０６ 内輪側芯金部材
１０８ リング部材
１１０ 着磁パターン
１２０ 先端部
１２２ フック
１２４ ボディー
１２６ リード線

Claims (8)

1. ローターとステーターとの一方に永久磁石を用いるモーターと、
   前記モーターに三相の電流を供給するインバータと、
   前記モーターの回転角を検出するアブソリュートエンコーダと、
   前記モーターの回転角を推定する回転角度推定回路と、
   前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角及び前記回転角度推定回路で推定した回転角の少なくとも一方に基づいて前記インバータから前記モーターに供給する電流を制御する制御器と、を有し、
   前記制御器は、前記モーターの回転速度が閾値以下の場合は、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角に基づいて前記インバータから前記モーターに供給する電流を制御することを特徴とする駆動装置。
2. 前記制御器は、前記モーターの回転速度が閾値より速い場合は、前記回転角度推定回路で検出された回転角に基づいて前記インバータから前記モーターに供給する電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記制御器は、前記モーターの回転速度が閾値より速い場合、前記回転角度推定回路で推定した回転角と、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角との差が、前記アブソリュートエンコーダの角度分解能以下であったら、前記回転角度推定回路で推定した回転角に基づいて前記インバータから前記モーターに供給する電流を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記制御器は、前記モーターの回転速度が閾値より速い場合、前記回転角度推定回路で推定した回転角と、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角との差が、前記アブソリュートエンコーダの角度分解能を超えたら、前記アブソリュートエンコーダで検出した回転角を用いて、前記回転角度推定回路で推定した回転角を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 前記回転角度推定回路は、前記インバータから前記モーターに供給される誘起電圧と電流とに基づいて、前記モーターの回転角を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
6. 前記アブソリュートエンコーダは、車輪用軸受に嵌入され、車輪の位置を検出する検出素子と、回転方向の位置に応じて、磁束密度が変化する磁路と、を有し、
   前記検出素子は、前記磁路の磁束密度を検出することで、前記モーターの回転角を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記アブソリュートエンコーダの前記磁路は、平面パターン、孔パターン、または、突起パターンのいずれかで磁束密度が変化していることを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記アブソリュートエンコーダは、電気角１周期当り８以上の分割数で前記磁束密度が変化していることを特徴とする請求項６または７に記載の駆動装置。

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