JP5488420B2 - モータ角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ等の回転角度を検出するために用いられるレゾルバを備えたモータ角度検出装置に関し、特に、レゾルバと受信回路を繋ぐコネクタの接点に形成された酸化皮膜を破壊する機能を有し、特に車両の電動パワーステアリング装置に最適なモータ角度検出装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置のアクチュエータにブラシレスモータを用いる場合、該モータの角度（位置）検出器としてレゾルバが広く用いられている。レゾルバは、電動モータ等の回転体（モータロータ）に取り付けられ、該回転体と一体回転するロータと、モータケース等に固定されているステータとを有している。このレゾルバは、一般的にワイヤーハーネス、コネクタ等を介してコントロールユニットと接続されている。

図１は、従来のモータ角度検出装置の一例を示す構成図である。レゾルバは、レゾルバステータとレゾルバロータ３から成り（モータケースに固定されているレゾルバステータは図示していない）、励磁コイル２、ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５が、レゾルバステータに巻回されている。

励磁コイル２、ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５は、それぞれコネクタ９Ａ及び９Ｂ、９Ｃ及び９Ｄ、９Ｅ及び９Ｆを経て、励磁増幅部１、ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７と接続されている。

励磁増幅部１は、コントロールユニット８の励磁信号発生部８０１により発生された正弦波の励磁信号を入力して増幅し、コネクタ９Ａ、９Ｂを介して励磁コイル２を駆動して磁束を発生している。

ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５は、レゾルバロータ３を介して励磁コイルで発生した磁束に励磁され、それぞれｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号を発生する。ｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号が、それぞれコネクタ９Ｃ、９Ｄ及び９Ｅ、９Ｆを介してｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７へ入力されている。

ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７は、それぞれｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号を入力して所定の処理を行い、処理されたｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号をコントロールユニット８内のＡ/Ｄ変換器８０２及び８０３へ入力している。コントロールユニット８は、ディジタル信号に変換されたｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号に基づいてモータの回転角度を算出するようにしている。

このような構成において、ｓｉｎ受信回路６及びｓｉｎ検出コイル４部分の等価回路は図２に示すように、ｓｉｎ検出コイル４の抵抗成分はＲ４であり、インダクタンス成分はＬ４であり、ｓｉｎ受信回路６の入力インピーダンスはＲＬであり、ｓｉｎ検出コイル４とｓｉｎ受信回路６はコネクタ９Ｃ及び９Ｄにより接続され、コネクタ９Ｃ及び９Ｄは所定の接触抵抗を有している。ｓｉｎ検出コイル４の抵抗成分Ｒ４は、温度等の外乱により変動しやすいので、抵抗成分Ｒ４の温度依存性等の影響を低減し、角度検出精度を向上させるために、ｓｉｎ受信回路６において、入力インピーダンスＲＬはｓｉｎ検出信号の出力インピーダンスの抵抗成分Ｒ４に対して十分に高く設定することが望ましい。

しかし、レゾルバの出力インピーダンスの抵抗成分Ｒ４は数百オーム程度であるため、入力インピーダンスＲＬを高く設定してしまうと、ｓｉｎ検出コイル４に流れる電流は数μＡ〜数十μＡと非常に小さい電流になってしまう。更に、ｓｉｎ検出コイル４に流れる電流が小さい場合、経時劣化等の要因でコネクタ９Ｃ及び９Ｄの接点に酸化皮膜が形成され、接触抵抗が増大し、正確な信号の受信が困難になる恐れがある。ｃｏｓ検出コイル５の場合も同様である。

このような問題を解決するために、特許文献１（特開２００７−８２３２２号公報）では、モータのスイッチオン時に、モータのロータ位置を検出する検出回路の信号入力端部を短絡し、検出回路に接続されるコネクタの接続端子に通常使用時以上の電流を流すようにしているモータ位置検出装置が提案されている。また、特許文献２（特開２００１−８２９８０号公報）では、励磁増幅部の電源電圧を別系統とし、高い電圧を加えることにより、装置全体の発熱を抑制しながら、コネクタの絶縁被膜を破壊する電気車用レゾルバ処理装置が提案されている。更に、コネクタ接触部の酸化を防ぐため、金メッキ処理等の特別処理も広く知られている。

特開２００７−８２３２２号公報 特開２００１−８２９８０号公報

しかし、コネクタ９に金メッキ処理等を行うと、コストアップしてしまうという問題がある。特許文献１に記載のモータ位置検出装置は、モータのスイッチオン時のみにレゾルバ入力端を短絡させるための短絡回路が必要となり、コストが高くなる問題がある。また、特許文献２に記載のレゾルバ処理装置では、励磁増幅部ための特別な電流確保用回路が必要となり、コストが高くなる問題がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、コネクタの酸化皮膜を除去することができる安価なモータ角度検出装置を提供することにある。

本発明は、励磁信号により磁束を発生する励磁コイル及び回転角度に応じて検出信号を発生する検出コイルで成るレゾルバと、前記検出信号を入力する受信回路と、前記励磁信号を発生し、前記受信回路からの検出信号及び前記励磁信号に基づいて前記回転角度を演算するコントロールユニットとを備えたモータ角度検出装置に関し、本発明の上記目的は、前記受信回路の入力側に電圧クランプ回路を設け、検出精度の向上対策が必要なときに前記励磁信号の振幅を大きくする機能を具備しており、前記検出精度の向上対策の必要性の判定が判定部で行なわれ、前記モータのロータが回転していないときに、前記判定部が前記検出精度の向上対策が必要であると判定するようになっていることにより、或いは前記コントロールユニットの励磁信号発生部で前記励磁信号の振幅を大きくするようになっており、前記受信回路の入力側に電圧クランプ回路を設け、検出精度の向上対策が必要なときに前記励磁信号の振幅を大きくする機能を具備しており、前記検出精度の向上対策の必要性の判定が判定部で行なわれ、前記モータのロータが回転していないときに、前記判定部が前記検出精度の向上対策が必要であると判定するようになっていることにより、或いは前記励磁信号を増幅する励磁増幅部で通常時より大きい増幅率に切り換えることにより、前記励磁信号を大きくするようになっており、前記受信回路の入力側に電圧クランプ回路を設け、検出精度の向上対策が必要なときに前記励磁信号の振幅を大きくする機能を具備しており、前記検出精度の向上対策の必要性の判定が判定部で行なわれ、前記モータのロータが回転していないときに、前記判定部が前記検出精度の向上対策が必要であると判定するようになっていることにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記電圧クランプ部がツェナーダイオードで構成されていることにより、より効果的達成される。

本発明によれば、レゾルバ検出信号の受信回路を過大な入力電圧から保護できると共に、レゾルバのコネクタ部分に大きな電流を流すことにより、コネクタ接点の酸化皮膜を除去することができる。従って、モータ角度検出装置の検出精度を向上することができる。

また、本発明によれば、金メッキ等の特別処理を行う必要がなく、電圧クランプ回路の構造が簡単であるため、コストアップすることはなく、安価なモータ角度検出装置を提供することができる。

従来のモータ角度検出装置の一例を示す構成図である 従来のモータ角度検出装置のｓｉｎ検出コイル部分の等価回路である。 本発明の実施例１に係るモータ角度検出装置を示す構成図である。 本発明の実施例１に係るモータ角度検出装置のｓｉｎ検出部分の結線図である。 本発明の実施例１に係るモータ角度検出装置において、通常駆動時の励磁信号とｓｉｎ検出信号の波形図である。 本発明の実施例１に係るモータ角度検出装置において、検出精度の向上対策を行う時の励磁信号とｓｉｎ検出信号の波形図である。 本発明の実施例１に係るモータ角度検出装置において、ｓｉｎ検出信号の振幅がクランプ電圧より高い時のｓｉｎ検出回路部分の挙動を説明するための回路図である。 本発明の実施例２に係るモータ角度検出装置を示す構成図である。

本発明では、コネクタ９部分に発生する酸化皮膜がもたらす問題を解決するために、コネクタ９に一時的に大きな電流を流すことにより、該酸化皮膜を破壊するようにしている。すなわち、ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７の入力側に電圧クランプ回路を設け、検出精度の向上対策を行うときに、励磁信号の振幅を通常駆動時の振幅の所定倍にすることにより、コネクタ９に大きい電流を流させ、酸化皮膜を破壊するようにしている。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施例１）
図３は本発明の実施例１に係るモータ角度検出装置の構成図であり、図１に対応させて示しており、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。コネクタ９に発生した酸化皮膜を破壊するために、コントロールユニット８には判定部８０４及び励磁信号発生部８０１Ａを設けており、また、ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７の各入力側に電圧クランプ回路１１及び１２を備えている。

コントロールユニット８は、励磁信号発生部８０１Ａにより励磁信号を発生し、励磁増幅部１へ出力すると共に、ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７からｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号を入力し、それぞれＡ/Ｄ変換器８０２及び８０３によりディジタル信号に変換する。コントロールユニット８の演算部（図示せず）は、励磁信号、及びディジタル変換されたｓｉｎ検出信号、ｃｏｓ検出信号に基づく三角関数の演算により、モータ角度θを検出する。

判定部８０４は、検出精度の向上対策を行うか否かを判定する機能を有しており、判定基準として、モータを備えた電動パワーステアリング装置が初期診断中であるか、或いは直進走行中であるか、或いはモータのロータが回転していないか等を適用することができる。また、車両の仕様に合わせて他の基準を加えることも可能である。判定部８０４が検出精度の向上対策を行わないと判定したときに、「０」である判定信号ＳＷを励磁信号発生部８０１Ａへ入力する。逆に、検出精度の向上対策を行うべきであると判定したときに、「１」である判定信号ＳＷを励磁信号発生部８０１Ａへ入力する。

励磁信号発生部８０１Ａは判定部８０４から判定信号ＳＷを入力し、判定信号ＳＷに応じて励磁信号を発生し、励磁増幅部１へ入力している。判定信号ＳＷが「０」であるときに、通常駆動時の振幅を励磁信号の振幅として励磁信号を発生する。一方、判定信号ＳＷが「１」であるときに、通常駆動時の振幅の所定倍（例えば１．５倍）である振幅を励磁信号の振幅として励磁信号を発生する。このようにすると、検出精度の向上対策を行わないときには通常駆動を行い、検出精度の向上対策を行うときに、振幅が通常駆動時の所定倍である励磁信号が励磁信号発生部８０１Ａで発生される。

励磁増幅部１は、コントロールユニット８から入力された励磁信号を増幅して励磁コイル２へ印加している。励磁信号はコネクタ９Ａ、９Ｂを介して励磁コイル２を駆動して磁束を発生する。ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５は、レゾルバロータ３を介して励磁コイル２で発生した磁束に対して三角関数の関係で励磁され、それぞれｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号を発生する。ｓｉｎ検出信号及びｃｏｓ検出信号が、それぞれコネクタ９Ｃ、９Ｄ及び９Ｅ、９Ｆを介してｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７へ入力されている。

本発明ではｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７の入力側に電圧クランプ回路１１及び１２が接続されており、電圧クランプ回路１１及び１２は、静電気等の影響で高電圧が発生された際に、受信回路６又は７に過大な電圧が印加され、素子が破壊されるのを保護する目的で挿入される保護回路であり、図４はｓｉｎ検出部分を例として、本実施例の電圧クランプ回路１１の構成例を示す結線図である。

図４に示すように、電圧クランプ回路１１は、２つの互いに対向して配置されているツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２から成る。ｓｉｎ受信回路６の入力耐電圧を±Ｃ［Ｖ］、電圧クランプ回路１１のクランプ電圧Ｄ［Ｖ］とする。ここで、ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２のツェナー降伏電圧は（Ｃ−Ｖｆ）［Ｖ］以下に選ぶことが好ましく（ＶｆはツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２の順方向の電圧降下）、つまり、クランプ電圧Ｄ［Ｖ］は（Ｃ−Ｖｆ）［Ｖ］以下である。このようにすると、ｓｉｎ検出コイル４に高電圧が発生し、ツェナーダイオードＺＤ１又はＺＤ２の一方に印加されている電圧がツェナー降伏電圧を超えると、ツェナー効果が起き、受信回路６の入力電圧がクランプ電圧Ｄ［Ｖ］に維持され、ｓｉｎ受信回路６が高電圧から保護される。電圧クランプ回路１２についても同様である。

モータのロータ角度がθであり、励磁周波数がｆである場合、励磁信号、ｓｉｎ検出信号、ｃｏｓ検出信号の電圧関係は数１のとおりである。

（数１）
Ｖ＝Ａ＊ｓｉｎ（２＊π＊ｆ＊ｔ）
Ｖｓｉｎ＝Ａ＊Ｂ＊ｓｉｎθ＊ｓｉｎ（２＊π＊ｆ＊ｔ＋φ）
Ｖｃｏｓ＝Ａ＊Ｂ＊ｃｏｓθ＊ｃｏｓ（２＊π＊ｆ＊ｔ＋φ）
Ａ：励磁信号の振幅 ｔ：時間
Ｂ：励磁振幅に対する受信振幅の係数（レゾルバの固有定数）
φ：励磁位相に対する受信位相の遅れ（レゾルバの固有定数）
ただし、温度、電圧及び経年劣化等による変動は無視できるものと仮定する。

図５（Ａ）は通常駆動時の励磁信号であり、図５（Ｂ）はｓｉｎ検出信号の波形図であり、励磁信号の振幅はＡであり、ｓｉｎ検出信号の振幅はＡ＊Ｂである（図示しないが、ｃｏｓ検出信号の振幅もＡ＊Ｂである）。ｓｉｎ検出信号の振幅はクランプ電圧Ｄ［Ｖ］以下であり、ｓｉｎ検出コイルに流れている電流Ｉの全てはｓｉｎ受信回路６に入力されている。

一方、図６（Ａ）は振幅が所定倍Ｋ（Ｋ＞１）にされた励磁信号により励磁コイル２を駆動しているときの励磁信号の波形図を示し、図６（Ｂ）はｓｉｎ検出信号の波形図を示している。励磁信号の振幅はＫ＊Ａであり、ｓｉｎ検出信号の振幅はＫ＊Ａ＊Ｂであり、電圧クランプ回路１１のクランプ電圧Ｄ［Ｖ］より大きくなっている。図６に示すように、モータのロータ角度θがθ_１〜θ_２又はθ_３〜θ_４であるときに、ｓｉｎ検出信号はクランプ電圧Ｄより大きいので、ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２の両端に印加された電圧はツェナー降伏電圧以上であり、ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２両端の電圧がＤ［Ｖ］にクランプされる。このとき、ｓｉｎ検出コイル４部分の回路挙動は図７に示すようになっている。すなわち、生成した誘起電圧をＶとし、誘起電圧がクランプ電圧を超えた部分をＺ［Ｖ］とすると、ｓｉｎ検出コイル４、コネクタ９Ｃ及び９Ｄに流れている電流ＩはＺ/Ｒ４であり、ｓｉｎ受信回路６の入力電流Ｉ_２はＤ/ＲＬであり、ツェナーダイオードＺＤ１及びＺＤ２に流れている電流Ｉ_１は（Ｚ/Ｒ４−Ｄ/ＲＬ）である。ｓｉｎ検出コイル４の抵抗成分Ｒ４が小さいため、コネクタ９Ｃ及び９Ｄに流れている電流Ｉ＝Ｚ/Ｒ４は十分大きいものであり、これにより、コネクタ９Ｃ、９Ｄの酸化皮膜が除去される。この結果、コネクタ９Ｃ、９Ｄの接触抵抗を小さくすることができる。
（実施例２）
図８は、本発明の実施例２に係るモータ角度検出装置の構成を示す説明図であり、図３に対応させて示しており、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。本実施例では、励磁増幅部１Ｂに２つの増幅部１Ｂ２及び１Ｂ３を設けると共に、増幅部１Ｂ２及び１Ｂ３の前段に切換部１Ｂ１を設けている。

励磁信号発生部８０１Ｂは、所定周波数の励磁信号を発生して励磁増幅部１Ｂ内の切換部１Ｂ１へ入力している。判定部８０４は、前述と同様に検出精度の向上対策を行うか否かを判定し、検出精度の向上対策を行わないと判定したときに、「０」である判定信号ＳＷ１を切換部１Ｂ１へ入力している。検出精度の向上対策を行うべきであると判定したときに、「１」である判定信号ＳＷ１を切換部１Ｂ１へ入力している。

切換部１Ｂ１は、判定部８０４からの判定信号ＳＷ１に応じて異なる増幅率を有する増幅部１Ｂ２及び１Ｂ３の一方に切り換え、入力された励磁信号を増幅している。ここで、増幅部１Ｂ２は通常駆動時の増幅率に設定されており、増幅部１Ｂ３は、通常駆動時の増幅率の所定倍（例えば１．５倍）である増幅率に設定されており、振幅が電圧クランプ回路１１及び１２のクランプ電圧Ｄ［Ｖ］を超える励磁信号を発生するように設定されている。

励磁増幅部１Ｂは、「０」である判定信号ＳＷ１を入力したときに、切換部１Ｂ１が接点１Ｂ１−Ｂに切り換え、通常駆動時の励磁信号を生成して励磁コイル２を駆動する。一方、「１」である判定信号を入力したときに、切換部１Ｂ１は接点１Ｂ１−Ａに切り換え、振幅がクランプ電圧Ｄ［Ｖ］より大きい励磁信号を生成して励磁コイル２を駆動する。そして、ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５に大きな電流を流させ、コネクタ９部分に大きな電流を流して酸化皮膜を除去する。

また、実施例１と同様に、ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５には、それぞれ電圧クランプ回路１１及び１２が設けられているので、ｓｉｎ検出コイル４及びｃｏｓ検出コイル５に大きな電流を流しても、ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７の入力電圧がクランプ電圧Ｄ［Ｖ］に固定され、ｓｉｎ受信回路６及びｃｏｓ受信回路７を高入力電圧から保護することができる。

更に、上述した実施例１及び２は、１相励磁２相出力ＶＲ型レゾルバにおいて本発明の実施例を説明した。しかし、１相励磁３相出力ＶＲ型レゾルバの場合、３相の検出コイルにおいて個別に電圧クランプ回路を設ければ、同様な効果が得られる。

本発明に係るモータ角度検出装置は車両の電動パワーステアリング装置に最適であり、電動パワーステアリング装置の初期診断時、或いはロータが回転していない直進走行時等のタイミングに合わせて、酸化皮膜の破壊動作を実施することが望ましい。

１、１Ｂ 励磁増幅部
２ 励磁コイル
３ レゾルバロータ
４ ｓｉｎ検出コイル
５ ｃｏｓ検出コイル
６ ｓｉｎ受信回路
７ ｃｏｓ受信回路
８ コントロールユニット
９ コネクタ
１１、１２ 電圧クランプ回路
８０１、８０１Ｂ 励磁信号発生部
８０２、８０３ Ａ/Ｄ変換器
８０４ 判定部
１Ｂ１ 切換部
１Ｂ２、１Ｂ３ 増幅部

Claims (6)

1. 励磁信号により磁束を発生する励磁コイル及び回転角度に応じて検出信号を発生する検出コイルで成るレゾルバと、前記検出信号を入力する受信回路と、前記励磁信号を発生し、前記受信回路からの検出信号及び前記励磁信号に基づいて前記回転角度を演算するコントロールユニットとを備えたモータ角度検出装置において、
   前記受信回路の入力側に電圧クランプ回路を設け、検出精度の向上対策が必要なときに前記励磁信号の振幅を大きくする機能を具備しており、
   前記検出精度の向上対策の必要性の判定が判定部で行なわれ、
   前記モータのロータが回転していないときに、前記判定部が前記検出精度の向上対策が必要であると判定するようになっていることを特徴とするモータ角度検出装置。
2. 前記電圧クランプ部がツェナーダイオードで構成されている請求項１に記載のモータ角度検出装置。
3. 励磁信号により磁束を発生する励磁コイル及び回転角度に応じて検出信号を発生する検出コイルで成るレゾルバと、前記検出信号を入力する受信回路と、前記励磁信号を発生し、前記受信回路からの検出信号及び前記励磁信号に基づいて前記回転角度を演算するコントロールユニットとを備えたモータ角度検出装置において、
   前記コントロールユニットの励磁信号発生部で前記励磁信号の振幅を大きくするようになっており、
   前記受信回路の入力側に電圧クランプ回路を設け、検出精度の向上対策が必要なときに前記励磁信号の振幅を大きくする機能を具備しており、
   前記検出精度の向上対策の必要性の判定が判定部で行なわれ、
   前記モータのロータが回転していないときに、前記判定部が前記検出精度の向上対策が必要であると判定するようになっていることを特徴とするモータ角度検出装置。
4. 前記電圧クランプ部がツェナーダイオードで構成されている請求項３に記載のモータ角度検出装置。
5. 励磁信号により磁束を発生する励磁コイル及び回転角度に応じて検出信号を発生する検出コイルで成るレゾルバと、前記検出信号を入力する受信回路と、前記励磁信号を発生し、前記受信回路からの検出信号及び前記励磁信号に基づいて前記回転角度を演算するコントロールユニットとを備えたモータ角度検出装置において、
   前記励磁信号を増幅する励磁増幅部で通常時より大きい増幅率に切り換えることにより、前記励磁信号を大きくするようになっており、
   前記受信回路の入力側に電圧クランプ回路を設け、検出精度の向上対策が必要なときに前記励磁信号の振幅を大きくする機能を具備しており、
   前記検出精度の向上対策の必要性の判定が判定部で行なわれ、
   前記モータのロータが回転していないときに、前記判定部が前記検出精度の向上対策が必要であると判定するようになっていることを特徴とするモータ角度検出装置。
6. 前記電圧クランプ部がツェナーダイオードで構成されている請求項５に記載のモータ角度検出装置。