JP5740566B2 - 移動体 - Google Patents

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Description

本発明は、モータの動作制御に必要な、ロータの位置を検出する位置検出素子が設けられたモータ、及びこのモータを搭載した電動車両を含む移動体に関する。また、ロータの位置検出素子の取り付け位置の誤差情報を記憶する方法に関する。なお、本発明の説明において、「誤差を示す情報」のことを略して「誤差情報」と記述することがある。
従来、自動車や自動二輪車は、ガソリンや軽油を燃料として駆動力を得るエンジンを駆動源とするのが一般的であった。しかしながら昨今、環境保護の対策として、電力をエネルギーとして駆動力を得るモータを駆動源とする電動車両の開発に注目が集まっている。
モータは例えば、マグネットを有し、回転軸を中心として回転するロータと、コイルを有し、ロータが径方向内側に設けられたステータコアとを備えている。ロータのマグネットがもたらす磁力と、ステータコアのコイル部がもたらす磁力との作用により、互いが反発、吸引を繰り返すことでロータが回転する。
ロータを効率よく回転させるためにはロータの回転角を正確に把握する必要がある。このため、モータはロータに設けられたマグネットの位置を検出するための位置検出素子を備えていることがある。位置検出素子としてはホール素子が一般的に広く使用されている。このようなモータの一例を特許文献1に見ることができる。
特開2005−27478号公報
特許文献1に記載されたブラシレスモータのように、ロータの位置検出素子は回路基板(プリント基板)に実装されていることが多い。そして、この位置検出素子を回路基板に実装する際、またその回路基板をモータに取り付ける際、またロータやロータマグネット等の周辺部材を組み立てる際、位置検出素子に機械的な位置ずれが発生する虞がある。これにより、位置検出素子の検出精度にばらつきが生じる可能性がある。そのままモータを回転させると、所定の回転性能を得ることができなかったり、回転効率の低下を招いたり、制御不能に陥り暴走したりすることが懸念される。
位置検出素子のロータ回転位置が正しく検出できるロータとの相対的な所定位置と、実際の位置検出素子の取り付け位置との間に生じる位置ずれは電気的に測定できるので、その位置ずれに対する補正値を例えばインバータ回路といったモータ外の制御装置などに記憶させ、モータを適正に回転させる方法がある。しかしながら、モータの位置検出素子取り付け位置の誤差を示す情報(以後「誤差情報」と称する)をモータ外の制御装置に記憶させる場合、モータ或いは制御装置を交換するなどによって互いの組み合わせを解消するたびに取り付け位置の誤差情報の記憶をやり直さなければならない。その結果、モータを搭載した例えば電動車両の生産、或いはその修理にかかる組み立て効率が大幅に低下する虞がある。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、モータ或いはその制御装置を交換するなどによって互いの組み合わせを解消する場合であっても、モータの位置検出素子取り付け位置の誤差情報などのモータ固有情報を記憶し直す手間が生じるのを防止し、モータを搭載した電動機器の組み立て効率の向上が図られたモータ、及びこのモータを搭載した電動車両を含む移動体を提供することを目的とする。また、ロータの位置検出素子の取り付け位置の誤差情報を記憶する方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明のモータは、記憶部が設けられ、前記記憶部に記憶された情報をモータの外部に出力することを可能とすることとした。
この構成によれば、モータの記憶部にモータ固有情報を記憶させておくことができる。そして、モータ固有情報をモータの外部に出力してモータの制御に用いることが可能である。
なお、ここで述べた「モータ固有情報」としては上記ロータ位置検出素子の取り付け位置の誤差情報に限定されることはなく、モータの種類や機種番号、型番、ロット番号、シリアル番号を示す情報であっても良い。また、ここで述べた「記憶部」としては記憶を司る必要最小限の要素を含んでいれば良く、例えばその要素から情報を読み出すための他の要素などを含んでいても、含んでいなくても構わない。
また、上記の課題を解決するため、本発明のモータは、ロータと、前記ロータの位置を検出するために取り付けられた位置検出素子と、前記位置検出素子の取り付け位置の誤差を示す情報を記憶した前記記憶部と、を備えることとした。
この構成によれば、記憶部を利用してモータ自体にロータ位置検出素子の取り付け位置の誤差情報が記憶される。
なお、ロータは回転軸を中心として回転するものであって、ロータの位置は回転するロータの回転方向に係る位置(回転位置)である。位置検出素子はロータの回転位置が正しく検出できるロータとの相対的な所定位置となるように取り付けられるが、この所定位置に対して実際の位置検出素子の取り付け位置に誤差が生じる可能性が高い。したがって、位置検出素子の取り付け位置の誤差情報は誤差の大きさや方向がどの程度のものであるかを示す情報であって、この情報を用いてロータの回転位置の検出結果を適正に補正することができる情報である。なお、「ロータの回転位置が正しく検出できるロータとの相対的な所定位置」は磁極のピークや検出信号の遅延などが反映された好適な検出感度が得られる位置検出素子の予め設定された取り付け位置を意味する。
また、上記構成のモータにおいて、前記位置検出素子が設けられた位置検出基板を備え、前記記憶部は、前記位置検出基板に設けられていることとした。
この構成によれば、1枚の回路基板に位置検出素子と記憶部との両方が搭載される。
また、上記構成のモータにおいて、前記記憶部は、記憶素子で構成されていることとした。
この構成によれば、例えば半導体メモリなどといった比較的容易に入手可能な記憶素子を用いて、モータ自体の記憶部に位置検出素子の取り付け位置のより正確な誤差情報が記憶される。
また、上記構成のモータにおいて、前記記憶部は、2つの抵抗からなる直列回路が電源に対して接続され、前記2つの抵抗のいずれか一方が可変抵抗であるとともに、前記2つの抵抗の間の電圧を前記情報の信号として出力することとした。
この構成によれば、比較的安価な構成を用いて、モータ自体の記憶部に位置検出素子の取り付け位置の誤差情報が記憶される。そして、可変抵抗を調節することにより位置検出素子の取り付け位置の誤差情報が簡単に設定される。
また、上記構成のモータにおいて、前記記憶部は、抵抗と切断可能なジャンパ線からなる直列回路が電源に対して複数並列接続され、前記複数の、前記抵抗と前記ジャンパ線との間の各電圧を前記情報の信号として出力することとした。
この構成によれば、例えば半導体メモリや可変抵抗を用いる場合と比較してさらに安価な構成を用いて、モータ自体の記憶部に位置検出素子の取り付け位置の誤差情報が記憶される。
また、上記構成のモータにおいて、前記記憶部は、電源に対して接続された主抵抗に対して、副抵抗と切断可能なジャンパ線からなる直列回路が複数並列接続され、前記主抵抗の前記副抵抗側の電圧を前記情報の信号として出力することとした。
この構成によれば、半導体メモリや可変抵抗を用いることなく、取り付け位置の誤差情報を出力する信号線をさらに削減した一層安価な構成を用いて、モータ自体の記憶部に位置検出素子の取り付け位置の誤差情報が記憶される。
また、上記構成のモータにおいて、前記記憶部は、前記位置検出素子に電力を供給するための電線とは異なる電線に対して抵抗と切断可能なジャンパ線からなる直列回路が複数並列接続され、前記直列回路の電源側の電圧を前記情報の信号として出力することとした。
この構成によれば、半導体メモリや可変抵抗を用いることなく、より一層安価な構成でモータ自体の記憶部にロータ位置検出素子の取り付け位置の誤差情報が記憶される。さらに、誤差情報の信号として出力する箇所の電線には電流が流れるので、例えばモータと制御装置とが離隔して電線が比較的長く延びる場合にノイズの影響を受け難い。
また本発明では、上記モータを電動車両を含む移動体に搭載することとした。
なお、ここで述べた「移動体」とは自動二輪車や自動三輪車、自動四輪車などといった電動車両を含むことはもちろんであるが、モータボート等の船舶や水上遊具といった乗り物、さらにモータを駆動源とし、人が搭乗せず無人で移動する移動体を含んでいる。
また、上記構成の電動車両を含む移動体において、前記モータと、前記モータの前記記憶部から得られる前記位置検出素子の取り付け位置の誤差情報に基づいて前記モータを制御する制御装置と、前記モータ及び前記制御装置に電力を供給するバッテリと、を備えることとした。
これらの構成によれば、電動車両を含む移動体において、モータ自体に位置検出素子の取り付け位置の誤差情報が記憶される。
また本発明では、ロータ位置検出素子の取り付け位置の誤差情報記憶方法において、ロータの位置を検出する位置検出素子をモータに固定して、前記モータを回転させて前記位置検出素子の取り付け位置の誤差を計測して、前記モータに設けた記憶部に前記位置検出素子取り付け位置の誤差を示す情報を記憶させることとした。
この構成によれば、記憶部を利用してモータ自体に位置検出素子の取り付け位置の誤差情報が記憶される。
本発明の構成によれば、記憶部を利用してモータ自体にモータ外部に出力することが可能なモータ固有情報である位置検出素子の取り付け位置の誤差を示す情報が記憶されるので、モータ外の制御装置などに取り付け位置の誤差情報などのモータ固有情報を記憶させる必要がない。これにより、モータ或いはその制御装置を交換するなどによって互いの組み合わせを解消する場合であっても、モータの位置検出素子取り付け位置の誤差情報を記憶し直す手間が生じるのを防止することが可能である。その結果、モータを搭載した電動機器の組み立て効率の向上が図られたモータを提供することができる。
また、このようなモータを電動車両を含む移動体に搭載することにより、生産や修理などにおいて組み立て効率の向上が図られた電動車両、移動体を提供することができる。また、このように組み立て効率の向上が図られたロータの位置検出素子の取り付け位置の誤差情報を記憶する方法を提供することが可能である。
本発明の第1の実施形態に係るモータを搭載した移動体である電動車両の一例を示す右側面図である。 図1に示す電動車両の後輪部の垂直断面正面図である。 図2に示すモータ周辺の斜視図である。 図3のモータ周辺の構成要素の一部を分解した状態を示す斜視図である。 図2に示すモータ部の右側面図である。 図5に示すモータのモールド樹脂の垂直断面正面図である。 図5に示すモータの左側面図にして、モータケースにステータコアを組み込んだ状態を示すものである。 図5に示すモータのロータの斜視図である。 図5に示すモータの外側ケースの斜視図である。 図5に示すモータ及び制動機構の水平断面上面図である。 モータ及び制御装置を示す概略構成図である。 図10に示すモータの位置検出基板の斜視図である。 図12に示す位置検出基板の取り付けを説明する斜視図である。 図12に示す位置検出基板の配置を示す斜視図である。 図12に示す位置検出基板の回路図である。 本発明の第2の実施形態に係るモータの位置検出基板の回路図である。 本発明の第3の実施形態に係るモータの位置検出基板の回路図である。 本発明の第4の実施形態に係るモータの位置検出基板の回路図である。 本発明の第5の実施形態に係るモータの位置検出基板の回路図である。 図19の位置検出基板における角度ずれ量とジャンパ設定との関係を示す表である。 本発明の第6の実施形態に係るモータを搭載した移動体の一例であるモータボートを示す右側面図である。 図21のモータボートの駆動系の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態を図1〜図22に基づき説明する。
最初に、本発明の第1の実施形態に係るモータを搭載した移動体である電動車両について、図1を用いてその構造を説明する。図1はモータを搭載した電動車両の一例を示す右側面図である。
電動車両1は、図1に示すように、前輪2、及び後輪3を備えた自動二輪車である。電動車両1はメインフレーム4、及びスイングアーム5が主たる骨組みとして構成されている。
メインフレーム4は前端部が上方に向かって屈曲しており、その前端部で前輪2及びハンドル6を操舵可能に支持している。メインフレーム4の後端側であって、電動車両1の前後方向の略中央部には運転者が腰を掛けるシート7と、バッテリ収容部8とが備えられている。バッテリ収容部8はシート7の下方に設けられ、内部にバッテリ9を収容することができる。シート7はバッテリ収容部8の蓋の役目も果たし、バッテリ収容部8に対して開閉可能にして取り付けられている。メインフレーム4のシート7の後方であって、後輪3の上方の箇所には荷物台10が備えられている。
スイングアーム5はメインフレーム4後部の、シート7及びバッテリ収容部8の箇所の下方から後方に向かって延びている。後輪3はスイングアーム5の後端に支持されている。なお、スイングアーム5は後輪3の右側のみに設けられ、片持ち状態で後輪3を支持している。また、後輪3は駆動輪であり、スイングアーム5との間にモータ20を備えている。スイングアーム5はその後端がモータ20の前端部に設けられた結合部55(後述、図3及び図4参照)に結合され、モータ20を介して後輪3を支持する支持部材である。モータ20の右側にはサスペンションケース11が備えられている。サスペンションケース11から上方の荷物台10に向かって、後輪3のサスペンションユニット12が延びている。
続いて、電動車両1の後輪3の箇所について、図1に加えて、図2〜図4を用いてその構造を説明する。図2は電動車両の後輪部の垂直断面正面図、図3は図2に示すモータ周辺の斜視図、図4はモータ周辺の構成要素の一部を分解した状態を示す斜視図である。なお、図4ではモータ内部のロータや減速機構の描画を省略している。
図2に示すように、電動車両1の後輪3の箇所には後輪3の右側、すなわち図2において右側から順に、サスペンションケース11、モータ20、減速機構30、制動機構40、及び後輪3が備えられている。なお、モータ20、制動機構40、及び後輪3は互いに同軸上となるように配置されている。
モータ20は所謂3相ブラシレスモータであって、図1、図3及び図4に示すように、後述する環状をなすステータコア24(図6及び図7参照)を絶縁性のモールド樹脂21によって被覆した電動車両用のモールドモータである。モータ20はステータコア24の軸線が後輪3の車軸3aに一致し、後輪3に近接して配置されている。
図2に示すように、モールド樹脂21の内側にはモータの回転子であるロータ22が備えられている。ロータ22はその軸線をステータコア24の軸線に合わせて配置され、回転可能に設けられた回転軸であるモータシャフト23に固定されている。したがって、モータ20の駆動によりロータ22が回転し、その動力がモータシャフト23に伝達される。
減速機構30はモータシャフト23と車軸3aとの間の箇所に配置されている。減速機構30は、例えば遊星歯車機構などで構成されている。
制動機構40は後輪3のホイール3b近傍に配置された、所謂ドラム型ブレーキであり、図3及び図4に示すように、ブレーキシュー41、バネ42、ブレーキアーム43、及びブレーキカバー44を備えている。ブレーキシュー41はホイール3bの内側に配置されている。制動機構40を使用していないとき、ブレーキシュー41はバネ42の作用によりホイール3bに対して径方向内側に離間している。ブレーキシュー41はブレーキアーム43の回転により、バネ42の弾性力に抗して車軸3aに対して径方向外側に押し広げられる。そして、ブレーキシュー41はホイール3aと一体的に回転する図示しないドラムとの間に摩擦抵抗を発生させ、ホイール3a、すなわち後輪3の回転を制動する。
なお、ブレーキシュー41が配置されたホイール3bの箇所は蓋としてブレーキカバー44が取り付けられ、塵埃などが内部に入らないようカバーされている(図2参照)。ブレーキカバー44は制動機構40内に対する防塵機能のほか、ブレーキシュー41、バネ42、及びブレーキアーム43といったブレーキ部材を保持する機能も有する。
続いて、モータ20の詳細な構成について、図2〜図4に加えて、図5〜図10を用いて説明する。図5はモータ部の右側面図、図6はモータのモールド樹脂の垂直断面正面図、図7はモータの左側面図にして、モータケースにステータコアを組み込んだ状態を示すもの、図8はロータの斜視図、図9はモータの外側ケースの斜視図、図10はモータ及び制動機構の水平断面上面図である。
モータ20は先に説明したモールド樹脂21、ロータ22、及びモータシャフト23に加えて、ステータコア24、モータケース50、位置検出基板62、信号線25、及び動力線26を備えている。
ステータコア24は環状をなし、図6及び図7に示すように、その径方向内側にコイル部24aが配置されている。コイル部24aには複数のコイル24bが設けられている。複数のコイル24bはステータコア24の径方向内側に向かって突出し、周方向に並べて一周させて配置されている。ステータコア24はそのコイル部24aの箇所を含めた周囲が絶縁性のモールド樹脂21によって被覆されている。なお、モールド樹脂21は、例えばガラス繊維などを含有する熱硬化性樹脂で構成されている。
ステータコア24のコイル部24aより径方向内側の箇所には、モールド樹脂21に後輪3側から窪んだ凹部21aが形成されている。凹部21aは円柱形状をなし、この凹部21a内にロータ22が配置されている(図2参照)。
ここで、ロータ22は、図8に示すように、ロータホルダ22a、ロータコア22b、ロータマグネット22c、及び位置検出マグネット22dを備えている。
ロータホルダ22aは略円盤形状をなし、モータシャフト23の径方向外側に配置されている。ロータホルダ22aはモータシャフト23に対して固定され、ロータコア22bを支持している。ロータコア22bはロータホルダ22aの径方向外側に配置され、その外周面近傍でロータマグネット22cを保持している。
ロータマグネット22cはロータコア22bの外周面の周方向に沿って複数が配置されている。ロータマグネット22cはS極が径方向外側を向くものとN極が径方向外側を向くものとが交互に並べて配置されている。なお、ロータ22のロータマグネット22cの数、すなわち極数は12であり、極対数は6となる。
位置検出マグネット22dは、図8においてロータホルダ22aの上面の箇所であって、モータシャフト23の径方向すぐ外側でモータシャフト23を周方向に囲むように複数が配置されている。位置検出マグネット22dはS極が図8において上方を向くものとN極が上方を向くものとが交互に並べて配置されている。位置検出マグネット22dのこれらS極とN極との配置角は径方向外側に配置されたロータマグネット22cに対応付けて角度が設けられている。したがって、位置検出マグネット22dの位置を検出することにより、ロータマグネット22cの位置を把握することが可能になる。
モータケース50はアルミ合金などの金属で構成され、モールド樹脂21を内包して保持する形で設けられている。モータケース50はモールド樹脂21を内側に挟む形で配置された2個の板状のケース部材、すなわち図4に示す内側ケース51と、図9に示す外側ケース52とで構成されている。図2に示すように、内側ケース51は後輪3側に、外側ケース52は後輪3側と反対側のサスペンションケース11側に各々配置されている。
図3及び図4に示すように、内側ケース51はその端部に舌片状の前側連結片51a及び後側連結片51bを、外側ケース52はその端部に舌片状の前側連結片52a及び後側連結片52bを、各々備えている。前側連結片51a及び前側連結片52aはモータ20の前側に、後側連結片51b及び後側連結片52bはモータ20の後側に各々に配置されている。内側ケース51と外側ケース52とは、図3及び図4に示すように、各々の対応し合う連結片どうし、すなわち前側連結片51aと前側連結片52aとで、そして後側連結片51bと後側連結片52bとで互いの端部を連結し、モールド樹脂21を間に挟んで、3箇所のボルト53によって結合されている。なお、モータケース50はこれら連結片以外の箇所に設けられた4箇所の開口部54で、外部に対してモールド樹脂21を局部的に露出している。
また、モータケース50には、図3〜図5に示すように、その前端部に結合部55が設けられている。結合部55は、ボルト及びめねじ部を用いてネジ止めするための2つのネジ止め孔56(図3及び図4参照)が設けられ、図5に示すように、スイングアーム5の後端がネジ止めによって接続され、モータ20全体を支持している。先に説明した内側ケース51と外側ケース52とを結合する3本のボルト53に関して、周方向に長い方の前側連結片51a及び前側連結片52aの箇所ではその周方向両端に2本が、周方向に短い方の後側連結片51b及び後側連結片52bの箇所では後端部に1本が備えられている(図3及び図4参照)。
一方、モータ20の後輪3側の反対側、すなわち外側には、図5に示すように、外側ケース52表面に基板収容部57が備えられている。基板収容部57は外側ケース52の前部の領域に配置され、モールド樹脂21を露出するようにその内側から外側まで貫通する開口として形成されている(図9参照)。そして、基板収容部57には位置検出基板62が収容されている。
位置検出基板62には制御信号を授受するための信号線25が接続されている。また、モータケース50の結合部55の2箇所のネジ止め孔56の間の箇所にはモータ20に電力を供給する動力線26が接続されている。信号線25及び動力線26は結合部55の箇所からモータ20の径方向外側、すなわちスイングアーム5に沿って前方に向かって延びている。
ここで、モータ20及びその制御装置の構成について、図1及び図6〜図8に加えて、図11を用いて説明する。図11はモータ20及び制御装置を示す概略構成図である。
モータ20は、前述のように3相ブラシレスモータであって、回転子であるロータ22(図11では図示せず)と、固定子であるステータコア24とを備えている(図11参照)。ロータ22にはロータマグネット22cが設けられ(図8参照)、ステータコア24にはU相、V相、及びW相のコイル24b(U)、24b(V)、及び24b(W)が設けられている。各コイルにおいて3相交流で電磁石を生成し、ロータマグネット22cを引き付けてロータ22に対する駆動トルクを発生させている。
また、電動車両1はモータ20の動作制御のため、制御装置60を備えている。制御装置60は制御部61と、インバータ回路70と、位置検出基板62とを備えている。制御装置60は、図1に示すようにメインフレーム4の底面部に取り付けられているが、バッテリ収容部8の箇所に搭載することも可能である。
制御部61は一般的なマイコンなどによって構成され、このマイコン内部などに記憶、入力されたプログラム、データに基づいて電動車両1の走行に係る一連の動作を制御するプロセッサとして機能するものである。電動車両1を走行させるとき、制御部61は運転者が操作するスロットル6aの開き具合に対応した目標トルクが得られるようインバータ回路70に対して制御指令を送り、モータ20を駆動させる。このとき、制御部61はロータ22の回転方向の位置を検出する位置検出基板62から得られるロータ22の位置情報に基づいてモータ20を制御する。
インバータ回路70はU相用スイッチング回路71、V相用スイッチング回路72、及びW相用スイッチング回路73を備えている。各スイッチング回路は直列接続された一対のスイッチング素子を備え、バッテリ9の正出力端子と負出力端子との間に直列接続されている。
U相用スイッチング回路71は上アーム側(高電圧側)スイッチング素子71Hと、下アーム側(低電圧側)スイッチング素子71Lとで構成されている。V相用スイッチング回路72は上アーム側(高電圧側)スイッチング素子72Hと、下アーム側(低電圧側)スイッチング素子72Lとで構成されている。W相用スイッチング回路73は上アーム側(高電圧側)スイッチング素子73Hと、下アーム側(低電圧側)スイッチング素子73Lとで構成されている。なお、図11において、各スイッチング素子はFET(電界効果トランジスタ)として描画しているが、それらをIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などに置き換えることも可能である。
U相の直列接続された上アーム側スイッチング素子71Hと下アーム側スイッチング素子71Lとの間の接続点はモータ20のコイル24b(U)に接続されている。V相の直列接続された上アーム側スイッチング素子72Hと下アーム側スイッチング素子72Lとの間の接続点はモータ20のコイル24b(V)に接続されている。W相の直列接続された上アーム側スイッチング素子73Hと下アーム側スイッチング素子73Lとの間の接続点はモータ20のコイル24b(W)に接続されている。
そして、制御部61によって各スイッチング素子のスイッチング動作が制御され、インバータ回路70は各スイッチング素子の電流の導通、遮断を繰り返すことにより直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ20に供給されることにより、モータ20のU相、V相、及びW相の各コイル24b(U)、24b(V)、及び24b(W)に電流が流れてロータ22が回転駆動される。
位置検出基板62は、前述のように、ロータ22を回転させるときにロータ22の回転方向の位置を検出するためのものであってモータ20に取り付けられている。
続いて、この位置検出基板62の詳細な構成について、図10及び図11に加えて、図12〜図15を用いて説明する。図12は位置検出基板の斜視図、図13は位置検出基板の取り付けを説明する斜視図、図14は位置検出基板の配置を示す斜視図、図15は位置検出基板の回路図である。
位置検出基板62は、図10に示すように、モータケース52の基板収容部57に収容されている。また、位置検出基板62は、図11及び図12に示すように、その表面に3相(U相、V相、W相)に対応した3個の位置検出素子63を備えている。そして、位置検出基板62は位置検出素子63がモールド樹脂の凹部21aに近接するようにモールド樹脂21の右側面に取り付けられている(図10、図13、及び図14参照)。なお、位置検出基板62はモータケース52に対して図示しないネジを用いて取り付けられ、位置検出基板62のそのネジとの接触箇所にアース用回路パターンが設けられている。また、モールド樹脂21の基板収容部57に対応する箇所は肉厚が比較的薄くなっている。
さらに、位置検出素子63は例えばホール素子で構成され、位置検出基板62がモールド樹脂21に固定されたときモールド樹脂21を隔てた凹部21a内の位置検出マグネット22dに近接するように位置検出基板62に配置されている(図10参照)。これにより、位置検出素子63は位置検出マグネット22dから発生する磁界の影響を受けて電圧信号を出力するので、回転するロータ22の位置を検出することが可能である。そして、位置検出素子63は3相(U相、V相、W相)の位置検出マグネット22dを検出することにより、効率よいモータ制御に貢献している。
ここで、位置検出素子63はロータ22の回転位置が正しく検出できるロータ22との相対的な所定位置となるように取り付けられる。しかしながら、位置検出素子63を位置検出基板62に実装する際、またその位置検出基板62を基板収容部57でモールド樹脂21に固定する際、またロータ22やロータマグネット22c等の周辺部材を組み立てる際など、位置検出素子63に機械的な位置ずれ、すなわち取り付け位置の誤差が発生する可能性がある。
このため、位置検出基板62には、図11、図12、及び図15に示すようにモータ20の外部に出力することが可能なモータ固有情報である位置検出素子63の取り付け位置の誤差を示す情報を記憶する記憶部80が設けられている。なお、記憶部80に記憶されるモータ20の外部に出力することが可能なモータ固有情報は位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報に限定されることはなく、モータ20の種類や機種番号、型番、ロット番号、シリアル番号を示す情報であっても良い。また、記憶部80は記憶を司る必要最小限の要素を含んでいれば良く、この要素から情報を読み出すための他の要素などを含んでいても、含んでいなくても構わない。このような他の要素が記憶部80に含まれない場合、この他の要素を制御部61に含めることができる。
記憶部80は記憶素子であって、例えばEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)81で構成されている。
なお、位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報は、例えば角度のずれ量として設定することができる。角度ずれ量は電気角と機械角の二通りで表現するのが一般的で、機械角を回転子であるロータ22の極対数倍したものが電気角である。すなわち、本実施形態におけるロータ22の極対数は6であるので、機械角にして1度の角度ずれは電気角にして6度に相当する。
位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報としての角度ずれ量を検出する方法は、一般的に位置検出素子63の出力信号とモータ20の誘起電圧との両方を測定し、そのずれをオシロスコープなどで観察することで検出することが可能である。
位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報を補正する方法は、角度ずれをリアルタイムで測定しながら位置検出基板62をモータ20に取り付ける方法がある。しかしながら、この方法では所定の精度で取り付けるのが困難であり、製造上の工数もかかって問題がある。したがって、本発明の実施形態に係るモータ20は位置検出基板62をモールド樹脂21に固定した後、位置検出素子63の取り付け位置の誤差を示す情報である角度ずれ量を測定して、予めEEPROM81に記憶させている。そして、EEPROM81が必要に応じて位置検出素子63の角度ずれ量をモータ20の制御部61に対して出力し、角度ずれ量はソフト的に補正される。
なお、例えば本実施形態の位置検出素子63の角度ずれ量はマイナス8度〜プラス8度(電気角)の範囲内に必ず収まる。そして、角度ずれ量の許容値をプラスマイナス1度とすると、合計8の角度情報から選択して記憶させることができれば補正可能である。
上記構成によれば、比較的容易に入手可能な記憶素子を用いて、モータ20自体の記憶部80にモータ20の外部に出力することが可能なモータ固有情報である位置検出素子63のより正確な角度ずれ量(取り付け位置の誤差情報)が記憶されるので、モータ20の制御装置60に角度ずれ量を記憶させる必要がない。これにより、モータ20或いはその制御装置60を交換するなどによって互いの組み合わせを解消する場合であっても、モータ20の位置検出素子63の角度ずれ量を記憶し直す手間が生じるのを防止することが可能である。その結果、モータ20を搭載した電動車両1の組み立て効率の向上が図られたモータ20を提供することができる。
また、このようなモータ20を電動車両1に搭載することにより、生産や修理などにおいて組み立て効率の向上が図られた電動車両1を提供することができる。また、このように組み立て効率の向上が図られたロータ22の位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報を記憶する方法を提供することが可能である。
次に、本発明の第2の実施形態に係るモータの詳細な構成について、図16を用いて説明する。図16はモータの位置検出基板の回路図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、図1〜図15を用いて説明した前記第1の実施形態と同じであるので、第1の実施形態と共通する構成について、図面の記載、及びその説明を省略するものとする。
第2の実施形態に係るモータ20において、位置検出基板62には、図16に示す回路図のような記憶部80が設けられている。記憶部80は抵抗82及び可変抵抗83を備えている。これら2つの抵抗は電源(Vcc)110に対して抵抗82、可変抵抗83の順に直列回路を形成して接続されている。そして、記憶部80は必要に応じて2つの抵抗の間の電圧を位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報である角度ずれ量の信号としてモータ20の制御部61に出力する。
なお、位置検出素子63の角度ずれ量は可変抵抗83の電気抵抗を変更することにより、2つの抵抗の間の電圧を予め調節して設定されている。可変抵抗83の電気抵抗を容易に変更できるように、本実施形態における記憶部80は位置検出基板62のモータ表面側の面(位置検出素子63配置面の反対側の面、図10参照)に設けられている。2つの抵抗の間の電圧はアナログ信号として出力されるので、制御部61側でA/D変換が必要である。
上記構成によれば、比較的安価な構成を用いて、モータ20自体の記憶部80にモータ20外部に出力することが可能なモータ固有情報である位置検出素子63の角度ずれ量(取り付け位置の誤差情報)を記憶することができる。そして、可変抵抗83を調節することにより位置検出素子63の角度ずれ量を簡単に設定できる。
次に、本発明の第3の実施形態に係るモータの詳細な構成について、図17を用いて説明する。図17はモータの位置検出基板の回路図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、図1〜図15を用いて説明した前記第1の実施形態と同じであるので、第1の実施形態と共通する構成について、図面の記載、及びその説明を省略するものとする。
第3の実施形態に係るモータ20において、位置検出基板62には、図17に示す回路図のような記憶部80が設けられている。記憶部80は抵抗84〜86及び切断可能なジャンパ線87〜89を備えている。これら3個ずつの抵抗及びジャンパ線は抵抗84とジャンパ線87とが、抵抗85とジャンパ線88とが、抵抗86とジャンパ線89とが、各々直列回路を形成している。さらに、これら3つの直列回路は電源(Vcc)110に対して抵抗、ジャンパ線の順にして並列接続されている。そして、記憶部80は必要に応じて3箇所の抵抗とジャンパ線との間の各電圧を位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報である角度ずれ量の信号としてモータ20の制御部61に出力する。
なお、位置検出素子63の角度ずれ量はジャンパ線87〜89を切断するか否かを選択することにより、3箇所の抵抗とジャンパ線との間の各電圧を予め調節して設定されている。ジャンパ線を容易に切断できるように、本実施形態における記憶部80は位置検出基板62のモータ表面側の面(位置検出素子63配置面の反対側の面、図10参照)に設けられている。ジャンパ線87〜89を切断すると電源(Vcc)110の電圧が、切断しないと0Vが電圧信号として出力される。図17に示す回路図のように、抵抗とジャンパ線からなる直列回路を3箇所設けることにより、3bitのデジタル信号として位置検出素子63の角度ずれ量を出力することが可能である。
上記構成によれば、例えば半導体メモリや可変抵抗を用いる場合と比較してさらに安価な構成を用いて、モータ20自体の記憶部80にモータ20外部に出力が可能なモータ固有情報である位置検出素子63の角度ずれ量(取り付け位置の誤差情報)を記憶することができる。
次に、本発明の第4の実施形態に係るモータの詳細な構成について、図18を用いて説明する。図18はモータの位置検出基板の回路図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、図1〜図15を用いて説明した前記第1の実施形態と同じであるので、第1の実施形態と共通する構成について、図面の記載、及びその説明を省略するものとする。
第4の実施形態に係るモータ20において、位置検出基板62には、図18に示す回路図のような記憶部80が設けられている。記憶部80は主抵抗90、副抵抗91〜93、及び切断可能なジャンパ線94〜96を備えている。これら3個ずつの副抵抗及びジャンパ線は副抵抗91とジャンパ線94とが、副抵抗92とジャンパ線95とが、副抵抗93とジャンパ線96とが、各々直列回路を形成している。さらに、電源(Vcc)110に対して接続された主抵抗90に対して、これら3つの直列回路が副抵抗、ジャンパ線の順にして並列接続されている。そして、記憶部80は必要に応じて主抵抗90の副抵抗側の電圧を位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報である角度ずれ量の信号としてモータ20の制御部61に出力する。
なお、位置検出素子63の角度ずれ量はジャンパ線94〜96を切断するか否かを選択することにより、主抵抗90の副抵抗側の電圧を予め調節して設定されている。ジャンパ線を容易に切断できるように、本実施形態における記憶部80は位置検出基板62のモータ表面側の面(位置検出素子63配置面の反対側の面、図10参照)に設けられている。ジャンパ線94〜96をすべて切断すると電源(Vcc)110の電圧が、いずれかまたはすべて切断しないと主抵抗90に対する副抵抗91〜93の合成抵抗に応じた分圧が電圧信号として出力される。主抵抗90の副抵抗側の電圧はアナログ信号として出力されるので、制御部61側でA/D変換が必要である。
上記構成によれば、半導体メモリや可変抵抗を用いることなく、角度ずれ量(取り付け位置の誤差情報)を出力する信号線をさらに削減した一層安価な構成を用いて、モータ20自体の記憶部80にモータ20外部に出力が可能なモータ固有情報である位置検出素子63の角度ずれ量を記憶することができる。
次に、本発明の第5の実施形態に係るモータの詳細な構成について、図19及び図20を用いて説明する。図19はモータの位置検出基板の回路図、図20は位置検出基板における角度ずれ量とジャンパ設定との関係を示す表である。なお、この実施形態の基本的な構成は、図1〜図15を用いて説明した前記第1の実施形態と同じであるので、第1の実施形態と共通する構成について、図面の記載、及びその説明を省略するものとする。
第5の実施形態に係るモータ20において、位置検出基板62には、図19に示す回路図のような記憶部80が設けられている。記憶部80は抵抗97〜100及び切断可能なジャンパ線101〜104を備えている。これら4個ずつの抵抗及びジャンパ線は抵抗97とジャンパ線101とが、抵抗98とジャンパ線102とが、抵抗99とジャンパ線103とが、抵抗100とジャンパ線104とが、各々直列回路を形成している。さらに、制御部61に設けられて電源(Vcc)110に対して接続された抵抗61aに対して、これら4つの直列回路が抵抗、ジャンパ線の順にして並列接続されている。なお、これら4つの直列回路は位置検出素子63に電力を供給するための電線とは異なる電線に対して接続されている。そして、記憶部80は必要に応じてそれら直列回路の電源(Vcc)110側の電圧を位置検出素子63の取り付け位置の誤差情報である角度ずれ量の信号としてモータ20の制御部61に出力する。
本実施形態のように、記憶部80は記憶を司る必要最小限の要素であるジャンパ線101〜104を含んでいれば良く、これらジャンパ線101〜104のオープン或いはショートの組み合わせの状態を情報として読み出すための要素である抵抗61aを含んでいなくても構わない。
なお、位置検出素子63の角度ずれ量はジャンパ線101〜104を切断するか否かを選択することにより、抵抗97〜100とジャンパ線101〜104からなる直列回路の電源側の電圧を予め調節して設定されている。ジャンパ線を容易に切断できるように、本実施形態における記憶部80は位置検出基板62のモータ表面側の面(位置検出素子63配置面の反対側の面、図10参照)に設けられている。ジャンパ線101〜104をすべて切断すると電源(Vcc)110の電圧が、いずれかまたはすべて切断しないと制御部61に設けた抵抗61aに対する抵抗97〜100の合成抵抗に応じた分圧が電圧信号として出力される。上記直列回路の電源側の電圧はアナログ信号として出力されるので、制御部61側でA/D変換が必要である。
このような構成の記憶部80に関して、位置検出基板62における位置検出素子63の角度ずれ量(取り付け位置の誤差情報)とジャンパ設定との関係を図20に示している。本実施形態の位置検出素子63の角度ずれ量はマイナス12度〜プラス12度(電気角)の範囲内に必ず収まるようになっている。そして、角度ずれ量の許容値をプラスマイナス2度とすると、図20に示す9通りの角度ずれ範囲から選択して記憶させることができれば補正可能である。
ここで、本実施形態では、制御部61に設けた抵抗61aに対して記憶部80の抵抗97が約2倍の抵抗値に、さらに抵抗98が抵抗97の約2倍の抵抗値に、抵抗99が抵抗98の約2倍の抵抗値に、抵抗100が抵抗99の約2倍の抵抗値になるようにしている。したがって、例えば制御部61の抵抗61aを2.7kΩとすると、抵抗97を4.7kΩ、抵抗98を10kΩ、抵抗99を20kΩ、抵抗100を39kΩとしている。
なお、図20の○印はジャンパ線を切らないショート状態を表し、×印はジャンパ線を切ったオープン状態を表している。位置検出基板62の生産時におけるジャンパ線の実装不具合を識別するため、4個のジャンパ線101〜104が全てがオープン状態(×)の組み合わせは除いている。また、ジャンパ線の切り忘れを識別するため、4個のジャンパ線101〜104が全てがショート状態(○)の組み合わせも除いている。ジャンパ線を4個用いた場合、全てオープン状態と、全てショート状態との2通りを除いても残り14通りのオープン或いはショートの組み合わせの状態を用いて角度ずれ範囲を記憶できる。しかしながら、隣り合う角度ずれ範囲の境界をできるだけはっきりと識別することができるようにするため5通りの組み合わせを使用しないようにして、図20に示す9通りの組み合わせに角度ずれ範囲を設定している。
上記構成によれば、半導体メモリや可変抵抗を用いることなく、より一層安価な構成でモータ20自体の記憶部80にモータ20外部に出力が可能なモータ固有情報である位置検出素子63の角度ずれ量(取り付け位置の誤差情報)を記憶させることができる。さらに、誤差情報の信号として出力する箇所の電線(図19のZの箇所)には電流が流れるので、モータ20と制御部61とが離隔して電線が比較的長く延びる場合にノイズの影響を受け難くなるようにすることが可能である。
すなわち上記構成によれば、図18を用いて説明した第4の実施形態のように誤差情報の信号として出力する箇所の電線に電流が流れない場合と比較して、SN比を向上させることが可能である。
次に、本発明の第6の実施形態に係るモータを搭載した移動体について、図21及び図22を用いて説明する。図21はモータを搭載した移動体の一例であるモータボートを示す右側面図、図22はモータボートの駆動系の構成を示すブロック図である。なお、この実施形態のモータや制御装置の詳細な構成は、図1〜図15を用いて説明した前記第1の実施形態と同じであるので、第1の実施形態と共通する構成について、図面の記載、及びその説明を省略するものとする。
モータボート201は、図21及び図22に示すように船体202、船外機210、及び制御装置220を備えている。船外機210は船体202の船尾に、制御装置220は船体2内部の前後方向略中央部に配置されている。船外機210と制御装置220とは動力線及び信号線で構成されるケーブル203で接続されている。
船外機210はそのハウジング211の前方にハンドル212を、内部にモータ213、ドライブシャフト214、シフト装置215、及びプロペラシャフト216を、下部にプロペラ217を備えている。
ハンドル212は船外機210の前方に向かって延びるレバー形状をなし、これを左右に振ることにより船外機210自体を左右に操舵可能になっている。ハンドル212にはモータボート201の加減速時に用いるスロットル212aと、前進、中立、及び後進を切り替えるシフトレバー212bとが設けられている。
モータ213は船外機210内部の上部に配置され、下方に向かって略垂直にドライブシャフト214が延びている。ドライブシャフト214の下端にはピニオン214aが設けられ、この箇所にシフト装置215と略水平に延びるプロペラシャフト216とが配置されている。
なお、図22に示すように、モータ213にはロータ213aを回転させるときにロータ213aの回転方向の位置を検出するための位置検出基板226が取り付けられている。位置検出基板226は位置検出素子226aと位置検出素子226aの取り付け位置の誤差情報を記憶する記憶部227とが設けられた回路基板である。
シフト装置215にはプロペラシャフト216と軸線を一致させて設けられた前進ギア215aと後進ギア215bとが備えられている。シフト装置215はシフトレバー212bの操作に基づきピニオン214aに対する前進ギア215aと後進ギア215bとの噛み合わせを変更することにより、プロペラシャフト216の回転方向を切り替える。
プロペラ217はプロペラシャフト216の先端に取り付けられ、船外機210下部において後方を向く形で設けられている。プロペラ217がモータ213からの動力を得て、モータボート201を前進、或いは後進させる。
制御装置220はそのユニットケース221に、操作パネル222と、バッテリ223と、制御部224と、インバータ回路225と、位置検出基板226とを備えている。操作パネル222はユニットケース221上面に、バッテリ223及び制御部224及びインバータ回路225はユニットケース221内部に、位置検出基板226はモータ213に設けられている。
操作パネル222はモータボート201に係る設定や指令を入力したり、走行速度や操作指令などを表示したりするときに用いられる。バッテリ223はモータ213や操作パネル222、制御部224に電力を供給する。
制御部224は一般的なマイコンなどによって構成され、モータ213を駆動するためのインバータ回路225が併設されている。制御部224はその内部に記憶、入力されたプログラムやデータに基づいてスロットル212aの開き具合に応じた駆動制御指令をモータ213に送り、モータ213を駆動させる。このとき、制御部224はロータ213aの回転方向の位置を検出する位置検出基板226から得られるロータ213aの位置情報及び位置検出素子226aの取り付け位置の誤差情報に基づいてモータ213を制御する。
船外機210と制御装置220との間の箇所にはモータボート201の操縦者が乗り込む操縦席204が設けられている。この操縦席204に座って、操縦者は船外機210と制御装置220とを操作する。
上記構成によれば、本発明のモータ213を移動体であるモータボート201に搭載することにより、生産や修理などにおいて組み立て効率の向上が図られたモータボート201を提供することができる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
例えば、本発明の実施形態では、モータ20を搭載した移動体である電動車両1に、図1に示す自動二輪車を一例として掲げて説明したが、搭載対象となる電動車両は自動二輪車に限定されるわけではなく、自動三輪車や自動四輪車であっても構わない。また、本発明の実施形態では、モータ20を搭載した移動体に、図21に示すモータボート201を一例として掲げて説明したが、搭載対象となる他の移動体としてはモータボートに限定されるわけではなく、前述のように他の船舶や水上遊具といった乗り物、さらに人が搭乗せず無人で移動する移動体であっても構わない。
また、減速機構30及び制動機構40は上記実施形態で説明した機構に限定されるわけではなく、例えば制動機構40をディスク型ブレーキとしても構わない。
また、上記実施形態において位置検出素子63及び記憶部80は位置検出基板62を介してモータ20に取り付けることとしたが、直接モータ20に取り付けることも可能である。また、位置検出素子63が設けられた位置検出基板62に記憶部80を混載させたが、記憶部80を別の回路基板に設けてモータ20に取り付けることにしても構わない。そして、モータ20の3相(U相、V相、W相)に対応した3個の位置検出素子63を各々別個の位置検出基板に設けることにしても構わない。
また、第1の実施形態において記憶部80として使用した記憶素子はEEPROMに限定されるわけではなく、他の半導体メモリ等を使用しても構わない。
また、第3、第4及び第5の実施形態において記憶部80に使用したジャンパ線は電路を開閉できる他の機能部材に代えても構わない。例えば、ジャンパ線はディップスイッチなどのスイッチ、開閉器に代えることができる。
本発明は、モータの動作制御に必要な、例えばロータの位置を検出する位置検出素子が設けられたモータ、例えば3相ブラシレスモータにおいて利用可能である。
1 電動車両(移動体)
2 前輪
3 後輪
4 メインフレーム
5 スイングアーム
9 バッテリ
20 モータ
21 モールド樹脂
22 ロータ
22c ロータマグネット
22d 位置検出マグネット
23 モータシャフト(回転軸)
24 ステータコア
25 信号線
26 動力線
50 モータケース
51 内側ケース
52 外側ケース
55 結合部
57 基板収容部
60 制御装置
61 制御部
61a 抵抗
62 位置検出基板
63 位置検出素子
80 記憶部
81 EEPROM(記憶素子)
82、84〜86、97〜100 抵抗
83 可変抵抗
87〜89、94〜96、101〜104 ジャンパ線
90 主抵抗
91〜93 副抵抗
110 電源
201 モータボート(移動体)
213 モータ
213a ロータ
220 制御装置
223 バッテリ
224 制御部
225 インバータ回路
226 位置検出基板
226a 位置検出素子
227 記憶部

Claims (2)

  1. ロータと、
    前記ロータの位置を検出するためにモータに取り付けられた位置検出素子と、
    前記位置検出素子の取り付け位置の誤差を示す情報を記憶し、前記記憶した情報を外部に出力することを可能とした記憶部と、
    前記記憶部から得られる前記位置検出素子の取り付け位置の誤差情報に基づいて前記モータを制御する制御装置とを備え、
    前記記憶部は、前記位置検出素子に電力を供給するための電線とは異なる電線に対して抵抗と切断可能なジャンパ線からなる直列回路が複数並列接続されたものからなり、
    前記制御装置側には、前記位置検出素子に電力を供給するための電線と前記直列回路の電源側との間に接続された抵抗が設けられ、
    前記制御装置は、この抵抗と前記記憶部の抵抗との間の分圧を前記位置検出素子の取り付け位置の誤差情報として取得することを特徴とする移動体。
  2. 前記位置検出素子が設けられた位置検出基板を備え、
    前記記憶部は、前記位置検出基板に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の移動体。
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