JP2011069635A - 回転角センサ、モータ、回転角検出装置、及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転角センサは、周方向に沿って複数の磁極が形成されたマグネットロータと、そのマグネットロータの同心円上に均等角度間隔で配置された3つのセンサデバイス33とを備える。また、各センサデバイス33は、スピン固定層の磁化方向が逆向きとなるように直列接続された一対のスピンバルブ型磁気抵抗素子37a,37bを有する3つのハーフブリッジ回路38(38u,38v,38w)を備える。そして、各センサデバイス33は、そのマグネットロータの回転に伴う磁束変化に基づき各ハーフブリッジ回路38が出力するセンサ信号Vu,Vv,Vwが、互いに電気角で120°の位相差を有するように構成される。
【選択図】図5
Description
上記構成によれば、そのスピンバルブ型磁気抵抗素子として巨大磁気抵抗素子(GMR)を用いる場合よりも信号強度を高めることができる。その結果、より高精度の検出ができるようになる。
上記構成によれば、その構成の簡素化により、装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
上記構成によれば、より高精度の回転角検出が可能になる。その結果、そのトルクリップルを低減して、より円滑なモータ回転と高い静粛性を実現することができる。
上記構成によれば、モータのトルクリップルを低減して、高い静粛性と優れた操舵フィーリングを実現することができる。
図1に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置(EPS)1において、ステアリング2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック軸5と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト3の回転は、ラックアンドピニオン機構4によりラック軸5の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト3は、コラムシャフト3a、インターミディエイトシャフト3b、及びピニオンシャフト3cを連結してなる。そして、このステアリングシャフト3の回転に伴うラック軸5の往復直線運動が、同ラック軸5の両端に連結されたタイロッド6を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪7の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
図2に示すように、本実施形態のモータ12は、略円筒状に形成されたハウジング20の内周に固定されたステータ21と、同ステータ21の径方向内側において回転自在に支承されたロータ22とを備えてなる。
上記のように、センサデバイス33aが出力する各センサ信号Vu1,Vv1,Vw1、センサデバイス33bが出力する各センサ信号Vu2,Vv2,Vw2、及びセンサデバイス33cが出力する各センサ信号Vu3,Vv3,Vw3は、その位相が、それぞれ電気角で120×n°ずつずれている。
Sv=(Vv1+Vw2+Vu3)/3 ・・・(2)
Sw=(Vw1+Vu2+Vv3)/3 ・・・(3)
即ち、磁気式の回転角センサにおいては、その磁石回転子が形成する空間磁束密度分布の歪み、或いはセンサ要素を構成する個々の磁気検出素子間温度特性のばらつき等に起因した出力波形の歪みが問題となる。そこで、本実施形態では、その重複する位相毎に平均化することで、その波形歪みを補正する。そして、その補正が施された後の三相の本信号Su,Sv,Swに基づいて、モータ12(回転軸25)の回転角θを演算する。
A=√((2/3)×(Su^2+Sv^2+Sw^2)) ・・・(4)
尚、この(4)式において「^2」は「二乗」の意味である。
Sv=A×SIN(θ+2/3π) ・・・(6)
Sw=A×SIN(θ+4/3π) ・・・(7)
また、本実施形態のECU11は、各センサデバイス33a,33b,33cについて、それぞれが出力する三相のセンサ信号Vu,Vv,Vwを用いた次の(8)式により得られる二乗平均Bを監視することにより、その故障判定を実行する。
そして、何れかのセンサデバイスに故障が生じた場合には、残る二つのセンサデバイスが出力する各センサ信号Vu,Vv,Vwを用いることにより、その回転角検出を継続する構成となっている。
(1)回転角センサ35は、周方向に沿って複数の磁極が形成されたマグネットロータ31と、そのマグネットロータ31の同心円上に均等角度間隔で配置された3つのセンサデバイス33(33a,33b,33c)とを備える。また、各センサデバイス33は、スピン固定層の磁化方向が逆向きとなるように直列接続された一対のスピンバルブ型磁気抵抗素子37a,37bを有する3つのハーフブリッジ回路38(38u,38v,38w)を備える。そして、各センサデバイス33は、そのマグネットロータ31の回転に伴う磁束変化に基づき各ハーフブリッジ回路38が出力するセンサ信号Vu,Vv,Vwが、互いに電気角で120°の位相差を有するように構成される。
上記構成によれば、そのセンサ要素となるブリッジ回路をフルブリッジ化することなく、十分な信号強度を得ることができる。そして、これにより、その構成の簡素化が可能になるとともに、そのスピンバルブ型磁気抵抗素子として巨大磁気抵抗素子(GMR)を用いた場合との比較においても、より高精度の検出ができるようになる。
・上記実施形態では、本発明をEPS用のモータ12に設けられたモータレゾルバ17を構成する回転角センサ35に具体化したが、モータレゾルバ以外の回転角センサに適用してもよい。また、EPSに適用する場合においても、本実施形態のEPS1のような所謂コラム型に限らず、所謂ラックアシスト型や所謂ピニオン型等、その他の形式のEPSに具体化してもよい。
(イ)周方向に沿って複数の磁極が形成された磁石回転子と、前記磁石回転子の同心円上に均等角度間隔で配置された3つの前記センサデバイスとを備え、前記各センサデバイスは、スピン固定層の磁化方向が逆向きとなるように直列接続された一対のスピンバルブ型磁気抵抗素子を有する3つのブリッジ回路を備えるとともに、前記磁石回転子の回転に伴う磁束変化に基づき該各ブリッジ回路の出力する前記センサ信号が、互いに電気角で120°の位相差を有するように構成された回転角センサを用いて、前記磁石回転子と一体に回転する回転軸の回転角を検出する回転角検出方法であって、前記各センサデバイスが出力する各センサ信号を重複する位相毎に仕分けし、その重複する位相毎に平均化することにより生成される三相の本信号に基づいて前記回転角を検出すること、を特徴とする回転角検出方法。これにより、簡素な構成で高精度の回転角検出が可能になるとともに磁極数の変更に対して高い柔軟性を確保することができる。
Claims (6)
- 周方向に沿って複数の磁極が形成された磁石回転子と、前記磁石回転子の回転に伴う磁束変化に基づくセンサ信号を出力するセンサデバイスとを備えた回転角センサにおいて、
前記磁石回転子の同心円上に均等角度間隔で配置された3つの前記センサデバイスを備え、
前記各センサデバイスは、スピン固定層の磁化方向が逆向きとなるように直列接続された一対のスピンバルブ型磁気抵抗素子を有する3つのブリッジ回路を備えるとともに、該各ブリッジ回路の出力する前記センサ信号が、互いに電気角で120°の位相差を有するように構成されること、を特徴とする回転角センサ。 - 請求項1に記載の回転角センサにおいて、
前記スピンバルブ型磁気抵抗素子は、トンネル磁気抵抗効果型素子であること、
を特徴とする回転角センサ。 - 請求項1又は請求項2に記載の回転角センサにおいて、
前記ブリッジ回路は、ハーフブリッジ回路であること、
を特徴とする回転角センサ。 - 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の回転角センサを備えたモータ。
- 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の回転角センサと、前記回転角センサから入力される前記センサ信号に基づき前記磁石回転子と一体に回転する回転軸の回転角を検出する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記回転角センサから入力される各センサ信号を重複する位相毎に平均化することにより生成される三相の本信号に基づいて前記回転角を検出すること、を特徴とする回転角検出装置。
- 請求項5に記載の回転角検出装置によりモータの回転角を検出する電動パワーステアリング装置。
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