JP3210616U - 制御装置、モータユニット、電動パワーステアリング装置、シフト制御装置、及び、変速機 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータユニットの出力軸の回転角の検出精度を向上させるモータ制御装置を提供する。【解決手段】制御装置3Aは、モータ2Aの回転を出力する出力軸AXの回転角を示す永久磁石PMからの磁界の磁束密度に基づき第1の信号S1を出力する磁気センサ11と、永久磁石の温度を示す第2の信号S2を出力する温度センサ12と、第1及び第2の信号を入力し、制御信号S3を出力する制御回路13と、制御信号に基づきモータを駆動するドライバ14と、を備える。モータ、出力軸、及び、制御装置は、筐体1A内に配置される。出力軸の一端は、筐体から突出する。【選択図】図1
Description
本考案は、制御装置、モータユニット、電動パワーステアリング装置、シフト制御装置、及び、変速機に関する。
近年、機電一体型モータユニット(electromechanical motor unit)は、様々な用途に使用される。例えば、自動車用であれば、機電一体型モータユニットは、運転手の操舵を補助する電動パワーステアリング装置、変速機のギアの切り替えを制御するシフト制御装置、シフト制御装置からの入力信号に基づきギア又はクラッチをモータにより駆動する純電動方式の変速機など、に使用される。
ここで、機電一体型モータユニットとは、モータ及びこれを制御する制御装置が筐体(housing)内に配置され、かつ、モータの出力軸がその筐体から突出している構造のことである。モータの出力軸は、モータのロータでもよいし、モータのロータとは異なるシャフトでもよい。
これらの用途においては、モータを駆動する駆動電流によりモータが発熱し、機電一体型モータユニットの筐体内の温度が上昇する。また、シフト制御装置及び変速機の用途においては、これらがエンジンなどの発熱する部品の近くに配置されるため、特に、熱対策が必要となる。一方、機電一体型モータユニットでは、制御装置は、例えば、モータの出力軸の回転角を検出し、目標角と回転角を比較することによりモータの駆動を制御する、いわゆるフィードバック制御を行う。
しかし、機電一体型モータユニットの場合、筐体内の温度が変化すると、出力軸の回転角を検出するための情報源、即ち、筐体内に配置される永久磁石の温度も変化する。この場合、永久磁石からの磁界の磁束密度(磁気情報)は、永久磁石の温度に応じて変化する。従って、出力軸の回転角が一定であっても、出力軸の回転角を検出する磁気センサの出力信号は、永久磁石の温度に応じて変化する。
特許文献1は、温度上昇による磁気情報の変化が発生しないように、熱源としてのモータに流す駆動電流の最大値を制御する技術を開示する。しかし、温度情報は、モータに流す駆動電流の最大値を決定するために使用される。
特許文献1の技術では、例えば、磁気情報の情報源である永久磁石の温度が変化した場合、モータの出力軸の回転角が一定であっても、永久磁石からの磁界の磁束密度が変化する。また、特許文献1は、このような場合に、回転角を温度に応じて補正する技術を何ら開示しない。従って、制御装置は、磁気センサにより検出されるモータの出力軸の回転角を正確に検出できない。
本考案は、機電一体型モータユニットにおいて、モータの出力軸の回転角を正確に検出することを目的とする。
本願の例示的な第1の考案に係わる、モータを制御する制御装置は、前記モータの回転を出力する出力軸の回転角を示す永久磁石からの磁界の磁束密度に基づき第1の信号を出力する磁気センサと、前記永久磁石の温度を示す第2の信号を出力する温度センサと、前記第1及び第2の信号が入力され、制御信号を出力する制御回路と、前記制御信号に基づき前記モータを駆動するドライバと、を備える。前記制御回路は、基準温度における前記第1の信号及び前記回転角の第1の関係を記憶する記憶部と、前記第1の関係から求められる前記回転角を前記第2の信号に基づき補正することにより補正角を求め、前記補正角に基づき前記制御信号を出力する第1の制御部と、を含む。但し、前記第2の信号は、前記基準温度以外の温度を示す。
本願の例示的な第1の考案によれば、機電一体型モータユニットにおいて、モータの出力軸の回転角を正確に検出できる。
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
なお、実施形態では、その説明を分かり易くするため、本考案の主要部以外の構造については、簡略化して説明する。また、図面において、各要素の寸法、形状、数などについても、一例であり、これに限定されるという主旨ではない。
なお、実施形態では、その説明を分かり易くするため、本考案の主要部以外の構造については、簡略化して説明する。また、図面において、各要素の寸法、形状、数などについても、一例であり、これに限定されるという主旨ではない。
<機電一体型モータユニットの第1の例>
図1は、機電一体型モータユニットの第1の例を示している。
本例の機電一体型モータユニットは、モータ2Aと、モータ2Aを制御する制御装置3Aと、モータ2A及び制御装置3Aを取り囲む筐体1Aと、を備える。
筐体1Aは、例えば、金属又は金属合金を備える。但し、筐体1Aは、導電体に限られず、絶縁体でもよい。筐体1Aは、優れた放熱性を有する材料を備えているのが望ましい。筐体1Aは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素繊維強化プラスチック(CFRP))などから選択可能である。
図1は、機電一体型モータユニットの第1の例を示している。
本例の機電一体型モータユニットは、モータ2Aと、モータ2Aを制御する制御装置3Aと、モータ2A及び制御装置3Aを取り囲む筐体1Aと、を備える。
筐体1Aは、例えば、金属又は金属合金を備える。但し、筐体1Aは、導電体に限られず、絶縁体でもよい。筐体1Aは、優れた放熱性を有する材料を備えているのが望ましい。筐体1Aは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素繊維強化プラスチック(CFRP))などから選択可能である。
モータ2A、モータ2Aの回転を出力する出力軸AX、及び、制御装置3Aは、筐体1A内に配置される。モータ2Aの出力軸AXは、モータ2Aのロータでもよいし、モータ2Aのロータとは異なるシャフトでもよい。但し、図1は、モータ2Aのロータを想定して、出力軸AXを記載する。また、図1は、インナーロータを想定しているが、これに代えて、アウターロータを採用してもよい。
モータ2Aの種類は、特に限定されない。モータ2Aは、例えば、ブラシレスモータ、サーボモータ、ステッピングモータ、リラクタンストルクモータなど、から選択可能である。また、モータ2Aは、例えば、U相、V相、及び、W相の3つのコイルを備える3相同期モータであるのが望ましい。
モータ2Aは、モータ2Aのロータ、即ち、出力軸AXの回転角を検出するための永久磁石PMを備える。永久磁石PMは、フェライト磁石、アルニコ磁石、サマコバ磁石、ネオジウム磁石などから選択可能である。モータ2Aの出力軸AXの一端は、筐体1Aから突出する。また、永久磁石PMは、モータ2Aの出力軸AXの他端に結合される。
永久磁石PMは、モータ2Aのロータの回転角を示す磁気情報MIを発生する。即ち、永久磁石PMからの磁界の磁束密度は、モータ2Aのロータの回転角に応じて変化する。従って、制御回路13は、磁気センサ11を用いて、この磁束密度の変化を磁気情報MIとして検出することにより、モータ2Aのロータの回転角を検出できる。
制御装置3Aは、モータ2Aを制御する。制御装置3Aは、磁気センサ11と、温度センサ12と、制御回路13と、ドライバ14と、を備える。磁気センサ11は、永久磁石PMからの磁気情報MIに基づき、モータ2Aのロータの回転角を示す第1の信号S1を出力する。温度センサ12は、永久磁石PMからの温度情報TIに基づき、永久磁石PMの温度を示す第2の信号S2を出力する。
制御回路13は、第1及び第2の信号S1,S2に基づき、制御信号S3を出力する。制御回路13は、例えば、CPU(central processing unit)、ECU(electronic control unit)など、である。制御信号S3は、例えば、PWM(pulse width modulation)信号である。
ドライバ14は、例えば、複数の電界効果トランジスタ(field effect transistors)を備えるインバータ回路である。ドライバ14は、制御信号S3に基づき、モータ2Aを駆動する駆動信号S4を出力する。駆動信号S4は、例えば、複数の電界効果トランジスタのオン/オフにより生成される駆動電流である。
機電一体型モータユニットは、上述のように、筐体1A内に、モータ2Aと、制御装置3Aと、を備える。従って、永久磁石PMは、例えば、モータ2A内のコイルに流れる駆動信号S4としての駆動電流により発生する熱、及び、制御装置3A内の電子回路で発生する熱など、の影響を受け易い。また、機電一体型モータユニットは、自動車などの熱の影響を受け易い部品の一部に使用される。
一方、モータ2Aのロータの回転角が一定であっても、永久磁石PMからの磁界の磁束密度は、永久磁石PMの温度に応じて変化する。即ち、磁気情報MIとしての磁束密度は、温度依存性を有する。例えば、フェライト磁石の場合、温度+20℃での磁束密度を100とすると、温度+50℃での磁束密度は、90、温度+100℃での磁束密度は、80、温度+200℃での磁束密度は、50といった具合に、フェライト磁石からの磁界の磁束密度は、温度の上昇に応じて低下する。
従って、機電一体型モータユニットのように、モータ2Aのロータの回転角を検出するための永久磁石PMの温度が変化し易い場合、制御回路13は、温度情報TIとしての永久磁石PMの温度に基づき、磁気センサ11により検出される回転角を補正できるのが望ましい。そのために、温度センサ12は、永久磁石PMの近傍に配置され、永久磁石PMの温度を温度情報TIとして検出する。
尚、磁気センサ11及び温度センサ12のレイアウトの例については、後述する。
制御回路13は、磁気センサ11からの第1の信号S1に基づくモータ2Aのロータの回転角を、温度センサ12からの第2の信号S2に基づく永久磁石PMの温度に応じて補正する機能を備える。
例えば、制御回路13は、記憶部131と、第1の制御部132と、第2の制御部133と、これらを接続する内部バス134と、を備える。
記憶部131は、高速動作が可能なRAM、例えば、SRAM(static random access memory)、DRAM(dynamic random access memory)、MRAM(magnetic random access memory)など、を使用可能である。
記憶部131は、高速動作が可能なRAM、例えば、SRAM(static random access memory)、DRAM(dynamic random access memory)、MRAM(magnetic random access memory)など、を使用可能である。
記憶部131は、基準温度(例えば、0℃)における第1の信号S1及びモータ2Aのロータの回転角の関係(例えば、LUT:look up table)を記憶する。第1の制御部132は、記憶部131内に記憶された関係から求められるモータ2Aのロータの回転角を第2の信号S2に基づき補正することにより補正角を求める。但し、第2の信号S2は、基準温度以外の温度を示すものとする。
第1の制御部132は、さらに、この補正角を入力信号(例えば、目標角)S0と比較する、いわゆるフィードバック制御を行う。入力信号(例えば、目標角)S0は、有線ネットワーク又は無線ネットワークを介して制御回路13に入力される。
そして、例えば、モータ2Aのロータの回転角としての補正角が、入力信号S0が示す目標角よりも小さい場合、第1の制御部132は、モータ2Aのロータの回転角が目標角に近くなるように、モータ2Aをいままでと同じ方向に回転させるための制御信号S3をドライバ14に出力する。また、モータ2Aのロータの回転角としての補正角が、入力信号S0が示す目標角よりも大きい場合、第1の制御部132は、モータ2Aのロータの回転角が目標角に近くなるように、モータ2Aをいままでと逆の方向に回転させるための制御信号S3をドライバ14に出力する。
第2の制御部133は、例えば、第2の信号S2が基準温度を示す場合、補正角を求めず、磁気センサ11により検出される回転角に基づき、制御信号S3を出力する。即ち、温度補正を行う必要がある場合、第1の制御部132は、回転角の補正を行い、補正角に基づき、制御信号S3を出力する。また、温度補正を行う必要がない場合、第2の制御部133は、磁気センサ11からの回転角に基づき、制御信号S3を出力する。
温度補正を行う必要があるか否かは、機電一体型モータユニットの仕様、機電一体型モータユニットが使用される環境など、に基づき決定される。
例えば、制御回路13は、基準温度を含む第1の温度(例えば、−20℃)から第2の温度(例えば、+20℃)までの範囲を設定する。そして、永久磁石PMがこの範囲外の温度である場合、制御回路13は、第1の制御部132を用いて温度補正を行う。また、永久磁石PMがこの範囲内の温度である場合、制御回路13は、第2の制御部133を用いて、温度補正を行わずに制御信号S3を出力する。
また、制御回路13は、温度補正を行わない第1のモードと、温度補正を行う第2のモードと、を選択可能であってもよい。例えば、機電一体型モータユニットが高精度な回転角制御を要求されるシステムに使用される場合、制御回路13は、第2のモードを選択可能であってもよい。また、機電一体型モータユニットが高精度な回転角制御を要求されないシステムに使用される場合、制御回路13は、第1のモードを選択可能であってもよい。
尚、これらの詳細については、後述する。
以上、説明したように、機電一体型モータユニットの第1の例によれば、例えば、第2の信号(現在の温度)S2が基準温度以外の温度を示す場合、第1の制御部132は、記憶部131内に記憶された関係(LUT)から求められる回転角を補正することにより補正角を求める。従って、制御回路13は、永久磁石PMの温度特性によって出力軸AXの回転角を示す磁束密度の変化が生じても、出力軸AXの回転角を(補正角として)正確に決定できる。
<機電一体型モータユニットの第2の例>
図2は、機電一体型モータユニットの第2の例を示している。
図1の出力軸AXは、モータ2Aのロータを想定する。これに対し、図2の出力軸AXは、モータ2Aのロータとは異なるシャフトを想定する。以下では、図1とは異なる要素を中心に説明し、図1と同じ要素については、図1と同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図2は、機電一体型モータユニットの第2の例を示している。
図1の出力軸AXは、モータ2Aのロータを想定する。これに対し、図2の出力軸AXは、モータ2Aのロータとは異なるシャフトを想定する。以下では、図1とは異なる要素を中心に説明し、図1と同じ要素については、図1と同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
本例の機電一体型モータユニットは、モータ2Aと、モータ2Aを制御する制御装置3Aと、出力装置4Aと、これらモータ2A、制御装置3A、及び、出力装置4Aを取り囲む筐体1Aと、を備える。
筐体1Aの材料は、第1の例で説明した材料と同じ材料を使用できる。例えば、筐体1Aは、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素繊維強化プラスチック(CFRP))などから選択可能である。
筐体1Aの材料は、第1の例で説明した材料と同じ材料を使用できる。例えば、筐体1Aは、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素繊維強化プラスチック(CFRP))などから選択可能である。
出力装置4Aは、例えば、モータ2Aのロータの回転出力MOを、歯車又は変速機(例えば、減速機)を介して受け取る。また、出力装置4Aは、モータ2Aのロータの回転を出力するための出力軸(シャフト)AXを備える。出力軸AXは、モータ2Aのロータの回転に依存して回転する。
出力装置4Aは、出力軸AX、即ち、モータ2Aのロータとは異なるシャフトの回転角を検出するための永久磁石PMを備える。永久磁石PMは、フェライト磁石、アルニコ磁石、サマコバ磁石、ネオジウム磁石などから選択可能である。出力軸AXの一端は、筐体1Aから突出する。また、永久磁石PMは、出力軸AXの他端に結合される。
永久磁石PMは、出力装置4Aの出力軸AXの回転角を示す磁気情報MIを発生する。即ち、永久磁石PMからの磁界の磁束密度は、出力装置4Aの出力軸AXの回転角に応じて変化する。従って、制御回路13は、磁気センサ11を用いて、この磁束密度の変化を磁気情報MIとして検出することにより、出力軸AXの回転角を検出できる。
モータ2Aの種類は、第1の例と同様に、特に限定されない。モータ2Aは、例えば、ブラシレスモータ、サーボモータ、ステッピングモータ、リラクタンストルクモータなど、から選択可能である。また、モータ2Aは、例えば、U相、V相、及び、W相の3つのコイルを備える3相同期モータであるのが望ましい。
制御装置3Aは、磁気センサ11と、温度センサ12と、制御回路13と、ドライバ14と、を備える。磁気センサ11は、永久磁石PMからの磁気情報MIに基づき、出力軸AXの回転角を示す第1の信号S1を出力する。温度センサ12は、永久磁石PMからの温度情報TIに基づき、永久磁石PMの温度を示す第2の信号S2を出力する。
制御回路13は、第1及び第2の信号S1,S2に基づき、制御信号S3を出力する。制御回路13は、例えば、CPU、ECUなど、である。制御信号S3は、例えば、PWM信号である。
ドライバ14は、例えば、複数の電界効果トランジスタを備えるインバータ回路である。ドライバ14は、制御信号S3に基づき、モータ2Aを駆動する駆動信号S4を出力する。駆動信号S4は、例えば、複数の電界効果トランジスタのオン/オフにより生成される駆動電流である。
本例の機電一体型モータユニットにおいても、第1の例と同様に、出力軸AXの回転角を検出するための永久磁石PMの温度は、モータ2Aに流れる駆動電流により発生する熱、及び、制御装置3A内の電子回路で発生する熱などにより、変化し易い。この場合、制御回路13は、温度情報TIとしての永久磁石PMの温度に基づき、磁気センサ11により検出される回転角を補正できるのが望ましい。そのために、温度センサ12は、永久磁石PMの近傍に配置され、永久磁石PMの温度を温度情報TIとして検出する。
尚、磁気センサ11及び温度センサ12のレイアウトの例については、第1の例と同様に、後述する。
制御回路13は、磁気センサ11からの第1の信号S1に基づく出力軸AXの回転角を、温度センサ12からの第2の信号S2に基づく永久磁石PMの温度に応じて補正する機能を備える。
例えば、制御回路13は、記憶部131と、第1の制御部132と、第2の制御部133と、これらを接続する内部バス134と、を備える。記憶部131は、基準温度(例えば、0℃)における第1の信号S1及び出力軸AXの回転角の関係(例えば、LUT)を記憶する。第1の制御部132は、記憶部131内に記憶された関係から求められる出力軸AXの回転角を第2の信号S2に基づき補正することにより補正角を求める。但し、第2の信号S2は、基準温度以外の温度を示すものとする。
第1の制御部132は、さらに、この補正角を入力信号(例えば、目標角)S0と比較する、いわゆるフィードバック制御を行う。
例えば、出力軸AXの回転角としての補正角が、入力信号S0が示す目標角よりも小さい場合、第1の制御部132は、出力軸AXの回転角が目標角に近くなるように、モータ2Aをいままでと同じ方向に回転させるための制御信号S3をドライバ14に出力する。また、出力軸AXの回転角としての補正角が、入力信号S0が示す目標角よりも大きい場合、第1の制御部132は、出力軸AXの回転角が目標角に近くなるように、モータ2Aをいままでと逆の方向に回転させるための制御信号S3をドライバ14に出力する。
第2の制御部133は、第1の例と同様に、例えば、第2の信号S2が基準温度を示す場合、補正角を求めず、磁気センサ11により検出される回転角に基づき、制御信号S3を出力する。また、第2の制御部133は、第1の例と同様に、第2の信号S2が基準温度を含む第1の温度から第2の温度までの範囲内の温度である場合、又は、温度補正を行わない第1のモードが選択される場合、補正角を求めず、磁気センサ11により検出される回転角に基づき、制御信号S3を出力してもよい。
尚、これらの詳細については、第1の例と同様に、後述する。
以上、説明したように、機電一体型モータユニットの第2の例によれば、第1の例と同様に、例えば、第2の信号(現在の温度)S2が基準温度以外の温度を示す場合、第1の制御部132は、記憶部131内に記憶された関係(LUT)から求められる回転角を補正することにより補正角を求める。従って、制御回路13は、永久磁石PMの温度特性によって出力軸AXの回転角を示す磁束密度の変化が生じても、出力軸AXの回転角を(補正角として)正確に決定できる。
<モータユニット内のレイアウト>
図1及び図2の機電一体型モータユニット内のレイアウトの例を説明する。
以下の説明において、機電一体型モータユニットは、単に、モータユニットと称する。また、以下の説明において、図1及び図2に示される要素と同じ要素には、同じ符号を付すことにする。
図1及び図2の機電一体型モータユニット内のレイアウトの例を説明する。
以下の説明において、機電一体型モータユニットは、単に、モータユニットと称する。また、以下の説明において、図1及び図2に示される要素と同じ要素には、同じ符号を付すことにする。
また、以下の説明では、Z軸方向は、モータのロータ(シャフト)が延びる方向とする。即ち、ロータの回転軸(中心軸)が延びる方向がZ軸方向である。X軸方向及びY軸方向は、Z軸方向に直交する方向とし、かつ、X軸方向とY軸方向は、互いに直交する。また、X軸方向は、紙面に平行な方向とし、Y軸方向は、紙面に垂直な方向とする。さらに、XY平面内において、Z軸に垂直な方向は、径方向とし、ロータを取り囲む方向は、周方向とする。周方向は、ロータを中心に1周が360°である。
また、Z軸方向の正の側(+Z側)は、フロント側と称し、Z軸方向の負の側(−Z側)は、リア側と称する。フロント側は、出力軸の一端側であり、紙面下方向に対応する。リア側は、出力軸の他端側であり、紙面上方向に対応する。
モータのロータ又はこれとは異なるシャフトが、例えば、Z軸方向に延びると言った場合、この「Z軸方向に延びる」とは、これらがZ軸に平行に延びる、即ち、Z軸に対して0°の方向に延びる場合に加えて、これらがZ軸に対して、0°よりも大きく、かつ、45°よりも小さい範囲で、斜め方向に延びる場合も含むものとする。
モータのロータ又はこれとは異なるシャフトが、例えば、Z軸方向に延びると言った場合、この「Z軸方向に延びる」とは、これらがZ軸に平行に延びる、即ち、Z軸に対して0°の方向に延びる場合に加えて、これらがZ軸に対して、0°よりも大きく、かつ、45°よりも小さい範囲で、斜め方向に延びる場合も含むものとする。
(1) 図1のモータユニット内のレイアウトの例
図3Aは、モータユニット内のレイアウトの第1の例を示している。
同図は、ロータ2Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図3Aは、モータユニット内のレイアウトの第1の例を示している。
同図は、ロータ2Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
モータ2A及び制御装置3Aは、筐体1A内に配置される。
モータ2Aは、ロータ2Bと、ロータコア2Cと、ステータ2Dと、永久磁石PMと、を備える。制御装置3Aは、磁気センサ11と、温度センサ12と、制御回路13と、ドライバ14と、これらを実装するための回路基板(circuit board)3Bと、を備える。
モータ2Aは、ロータ2Bと、ロータコア2Cと、ステータ2Dと、永久磁石PMと、を備える。制御装置3Aは、磁気センサ11と、温度センサ12と、制御回路13と、ドライバ14と、これらを実装するための回路基板(circuit board)3Bと、を備える。
筐体1Aは、例えば、円筒形を有する。この円筒形の円の中心軸は、Z軸方向に延び、例えば、出力軸AXとしてのロータ2Bの回転軸に一致する。即ち、ロータ2Bの回転軸は、Z軸方向に延びる。また、この円筒形の周方向は、ロータ2Bと同様に、XY平面内に存在する。
ロータ2Bの一端、即ち、フロント側の端部は、筐体1Aから突出する。ロータ2Bの回転角を検出するための永久磁石(センサマグネット)PMは、ロータ2Bの他端、即ち、リア側の端部に固定される。
ロータコア2Cは、ロータ2Bに固定される。ロータコア2Cは、例えば、ロータ2Bを回転させるための永久磁石(ロータマグネット)を備える。ステータ2Dは、筐体1Aに固定される。ステータ2Dは、例えば、ステータコアと、ステータコアを取り巻くコイルと、を備え、径方向において、ロータコア2Cを取り囲む。
駆動信号(駆動電流)S4は、ステータ2D内のコイルに供給される。
駆動信号(駆動電流)S4は、ステータ2D内のコイルに供給される。
制御装置3Aは、ロータ2Bのリア側に配置される。制御装置3Aがロータ2Bのリア側に配置されることにより、モータ2A及び制御装置3Aが筐体1A内にコンパクトに収まるため、モータユニットの小型化及び軽量化が実現される。
回路基板3Bは、第1の実装面及び第2の実装面を有する。また、回路基板3Bは、第1の実装面及び第2の実装面がそれぞれロータ2Bの回転軸(Z軸)に垂直となるように配置するのが望ましい。
ここで、回路基板3Bの第1の実装面は、モータ2A側の面、即ち、永久磁石PM側の面とし、回路基板3Bの第2の実装面は、モータ2A側と反対側の面とする。
ここで、回路基板3Bの第1の実装面は、モータ2A側の面、即ち、永久磁石PM側の面とし、回路基板3Bの第2の実装面は、モータ2A側と反対側の面とする。
磁気センサ11、温度センサ12、制御回路13、及び、ドライバ14は、回路基板3B上に実装される。
本例では、磁気センサ11及び温度センサ12は、回路基板3Bの第1の実装面上に実装される。即ち、磁気センサ11及び温度センサ12は、永久磁石PM及び回路基板3B間に配置される。
本例では、磁気センサ11及び温度センサ12は、回路基板3Bの第1の実装面上に実装される。即ち、磁気センサ11及び温度センサ12は、永久磁石PM及び回路基板3B間に配置される。
磁気センサ11、温度センサ12、制御回路13、及び、ドライバ14が、回路基板3B上に実装されることにより、制御装置3Aがコンパクトになるため、モータユニットの小型化及び軽量化が実現される。
また、磁気センサ11が永久磁石PM及び回路基板3B間に配置される場合、磁気センサ11は、永久磁石PMの非常に近くに非接触で配置可能となる。従って、磁気センサ11は、永久磁石PMからの磁界の磁束密度を正確に検出できる。
同様に、温度センサ12が永久磁石PM及び回路基板3B間に配置される場合、温度センサ12は、永久磁石PMの非常に近くに非接触で配置可能となる。従って、温度センサ12は、永久磁石PMの温度を正確に検出できる。
また、磁気センサ11が永久磁石PM及び回路基板3B間に配置される場合、磁気センサ11は、永久磁石PMの非常に近くに非接触で配置可能となる。従って、磁気センサ11は、永久磁石PMからの磁界の磁束密度を正確に検出できる。
同様に、温度センサ12が永久磁石PM及び回路基板3B間に配置される場合、温度センサ12は、永久磁石PMの非常に近くに非接触で配置可能となる。従って、温度センサ12は、永久磁石PMの温度を正確に検出できる。
以上の理由から、磁気センサ11及び温度センサ12は、回路基板3Bの同一面上、即ち、第1の実装面上に実装されるのが望ましい。但し、磁気センサ11及び温度センサ12の一方が第1の実装面上に実装されてもよいし、その両方が第2の実装面上に実装されてもよい。
また、制御回路13及びドライバ14は、第2の実装面上に実装されるが、これに代えて、第1の実装面上に実装されてもよい。
また、制御回路13及びドライバ14は、第2の実装面上に実装されるが、これに代えて、第1の実装面上に実装されてもよい。
図3Bは、モータユニット内のレイアウトの第2の例を示している。
同図も、図3Aと同様に、ロータ2Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図3Bは、図3Aの変形例である。図3Bにおいて、図3Aと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
同図も、図3Aと同様に、ロータ2Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図3Bは、図3Aの変形例である。図3Bにおいて、図3Aと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
磁気センサ11及び温度センサ12のレイアウトは、図3Aと同じである。
図3Bでは、モータ2A及び制御装置3Aは、セパレータ1Bにより互いに分離(separated)される。セパレータ1Bは、筐体1Aに固定され、例えば、筐体1Aと同じ材料を備える。セパレータ1Bは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素繊維強化プラスチック(CFRP))などから選択可能である。
図3Bでは、モータ2A及び制御装置3Aは、セパレータ1Bにより互いに分離(separated)される。セパレータ1Bは、筐体1Aに固定され、例えば、筐体1Aと同じ材料を備える。セパレータ1Bは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素繊維強化プラスチック(CFRP))などから選択可能である。
図3Bによれば、モータ2A及び制御装置3Aがセパレータ1Bで分離されるため、モータ2Aに流す駆動電流により発生する熱が制御装置3Aに伝わり難くなる。従って、制御装置3Aは、熱擾乱により誤動作することがない。また、セパレータ1Bは、ヒートシンクとしても機能する。従って、モータ2Aに流す駆動電流、及び、制御装置3A内の発熱素子、例えば、電界効果トランジスタなどにより発生する熱は、筐体1Aの外部へ効率的に放出される。
図3Cは、モータユニット内のレイアウトの第3の例を示している。
同図も、図3Aと同様に、ロータ2Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図3Cは、図3Aの変形例である。図3Cにおいて、図3Aと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
同図も、図3Aと同様に、ロータ2Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図3Cは、図3Aの変形例である。図3Cにおいて、図3Aと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
磁気センサ11及び温度センサ12のレイアウトは、図3Aと同じである。
図3Cでは、モータ2A及び制御装置3Aは、セパレータ1B及びヒートシンク1Cにより互いに分離される。セパレータ1B及びヒートシンク1Cは、筐体1Aに固定される。
セパレータ1B及びヒートシンク1Cは、例えば、筐体1Aと同じ材料を備える。セパレータ1B及びヒートシンク1Cは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素繊維強化プラスチック(CFRP))などから選択可能である。
ヒートシンク1Cは、モータユニット内の熱をモータユニット外へ効率よく放出するため、セパレータ1BのZ軸方向の厚さよりも大きいZ軸方向の厚さを有しているのが望ましい。また、同様の理由から、ヒートシンク1Cは、セパレータ1Bの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する材料を備えているのが望ましい。
図3Cでは、モータ2A及び制御装置3Aは、セパレータ1B及びヒートシンク1Cにより互いに分離される。セパレータ1B及びヒートシンク1Cは、筐体1Aに固定される。
セパレータ1B及びヒートシンク1Cは、例えば、筐体1Aと同じ材料を備える。セパレータ1B及びヒートシンク1Cは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素繊維強化プラスチック(CFRP))などから選択可能である。
ヒートシンク1Cは、モータユニット内の熱をモータユニット外へ効率よく放出するため、セパレータ1BのZ軸方向の厚さよりも大きいZ軸方向の厚さを有しているのが望ましい。また、同様の理由から、ヒートシンク1Cは、セパレータ1Bの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する材料を備えているのが望ましい。
図3Cによれば、モータ2A及び制御装置3Aがセパレータ1B及びヒートシンク1Cで分離されるため、図3Bに比べて、モータ2Aに流す駆動電流により発生する熱が制御装置3Aにさらに伝わり難くなる。また、モータ2Aに流す駆動電流、及び、制御装置3A内の発熱素子、例えば、電界効果トランジスタなどにより発生する熱は、図3Bに比べて、筐体1Aの外部へさらに効率的に放出される。
図3Dは、モータユニット内のレイアウトの第4の例を示している。
同図も、図3Aと同様に、ロータ2Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図3Dは、図3Cの変形例である。図3Dにおいて、図3Cと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
同図も、図3Aと同様に、ロータ2Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図3Dは、図3Cの変形例である。図3Dにおいて、図3Cと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図3Dでは、回路基板3Bは、セパレータ1B上に配置される。その結果、モータユニット内への回路基3Bの実装が容易化される。これに伴い、磁気センサ11及び温度センサ12は、セパレータ1B及びヒートシンク1Cの開口部OP内に配置される。
また、ロータ2Bの他端に固定される永久磁石PMも、磁気センサ11及び温度センサ12に近寄らせるため、セパレータ1B及びヒートシンク1Cの開口部OP内に配置される。従って、図3Dにおける開口部OPのXY平面内のサイズは、例えば、図3Cにおける開口部のXY平面内のサイズよりも大きい。
また、ロータ2Bの他端に固定される永久磁石PMも、磁気センサ11及び温度センサ12に近寄らせるため、セパレータ1B及びヒートシンク1Cの開口部OP内に配置される。従って、図3Dにおける開口部OPのXY平面内のサイズは、例えば、図3Cにおける開口部のXY平面内のサイズよりも大きい。
尚、図3Dにおける開口部OP及び永久磁石PMは、それぞれ、XY平面内において円形を有する。この場合、開口部OPのサイズは、永久磁石PMのサイズよりも大きい。但し、開口部OPのサイズ及び永久磁石PMのサイズは、共に、XY平面内において、Z軸を中心とした円の直径を意味するものとする。
図3Dによれば、図3Cと同様の効果が得られることに加え、さらに、回路基板3Bがセパレータ1B上に配置されるため、モータユニット内への回路基3Bの実装が容易化される。また、これに伴い、筐体1A内のスペースが有効に使われるため、モータユニットの小型化に貢献できる。
図4A、図4B、及び、図4Cは、それぞれ、モータユニット内のレイアウトの第5の例、第6の例、及び、第7の例を示している。
図4A、図4B、及び、図4Cは、それぞれ、図3A、図3B、及び、図3Cの変形例である。図4A、図4B、及び、図4Cにおいて、図3A、図3B、及び、図3Cと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図4A、図4B、及び、図4Cは、それぞれ、図3A、図3B、及び、図3Cの変形例である。図4A、図4B、及び、図4Cにおいて、図3A、図3B、及び、図3Cと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図4A、図4B、及び、図4Cが、図3A、図3B、及び、図3Cと異なる点は、磁気センサ11及び温度センサ12が永久磁石PMの径方向に配置される点にある。
磁気センサ11のレイアウトは、センサマグネットとしての永久磁石PMの構造、及び、磁気センサ11の種類に依存する。従って、磁気センサ11は、例えば、図3A、図3B、及び、図3Cに示すように、永久磁石PMの上下方向、即ち、Z軸方向に配置するのが望ましい場合もあるし、例えば、図4A、図4B、及び、図4Cに示すように、永久磁石PMの横方向、即ち、径方向に配置するのが望ましい場合もある。
磁気センサ11のレイアウトは、センサマグネットとしての永久磁石PMの構造、及び、磁気センサ11の種類に依存する。従って、磁気センサ11は、例えば、図3A、図3B、及び、図3Cに示すように、永久磁石PMの上下方向、即ち、Z軸方向に配置するのが望ましい場合もあるし、例えば、図4A、図4B、及び、図4Cに示すように、永久磁石PMの横方向、即ち、径方向に配置するのが望ましい場合もある。
尚、温度センサ12は、永久磁石PMの温度を正確に検出できれば、磁気センサ11と同じ位置に配置される必要はない。但し、実装の容易化などを考慮すると、温度センサ12は、磁気センサ11と同じ位置に配置するのが望ましい。
図4A、図4B、及び、図4Cによれば、磁気センサ11を永久磁石PMの径方向に配置した場合に、出力軸AXとしてのロータ2Bの回転角を高精度に検出できるシステムに対応できる。また、磁気センサ11を永久磁石PMのZ軸方向に配置した場合に、出力軸AXとしてのロータ2Bの回転角を高精度に検出できるシステムについては、図3A、図3B、及び、図3Cで対応できる。
これらの具体例については、<補正の具体例>の項目で説明する。
これらの具体例については、<補正の具体例>の項目で説明する。
図5A、図5B、及び、図5Cは、それぞれ、モータユニット内のレイアウトの第8の例、第9の例、及び、第10の例を示している。
図5A、図5B、及び、図5Cは、それぞれ、図3A、図3B、及び、図3Cの変形例である。図5A、図5B、及び、図5Cにおいて、図3A、図3B、及び、図3Cと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図5A、図5B、及び、図5Cは、それぞれ、図3A、図3B、及び、図3Cの変形例である。図5A、図5B、及び、図5Cにおいて、図3A、図3B、及び、図3Cと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図5A、図5B、及び、図5Cが、図3A、図3B、及び、図3Cと異なる点は、回路基板3Bが筐体1Aの径方向の側面上に配置される点にある。
近年、モータユニットの小型化により、筐体1Aの径方向のサイズは、小さくなる傾向にある。一方、制御装置3Aは、機電一体化(electromechanical integration)、及び、制御の複雑化(高精度化)などの理由により、大きくなる傾向にある。例えば、回路基板3B上に実装するLSIチップ及び素子などの数は、増加傾向にあり、その結果、回路基板3Bが筐体1A内に収まりきらなくなっている。
近年、モータユニットの小型化により、筐体1Aの径方向のサイズは、小さくなる傾向にある。一方、制御装置3Aは、機電一体化(electromechanical integration)、及び、制御の複雑化(高精度化)などの理由により、大きくなる傾向にある。例えば、回路基板3B上に実装するLSIチップ及び素子などの数は、増加傾向にあり、その結果、回路基板3Bが筐体1A内に収まりきらなくなっている。
このような状況を鑑み、図5A、図5B、及び、図5Cは、回路基板3Bを筐体1Aの径方向の側面上に配置することを提案する。
例えば、追加筐体(additional housing)1Dは、筐体1Aの径方向の側面上に結合される。新たな空間は、筐体1A及び追加筐体1Dにより提供される。回路基板3Bは、この新たな空間内に配置される。
例えば、追加筐体(additional housing)1Dは、筐体1Aの径方向の側面上に結合される。新たな空間は、筐体1A及び追加筐体1Dにより提供される。回路基板3Bは、この新たな空間内に配置される。
但し、筐体1Aが円筒形の場合、新たな空間は、筐体1Aの側面上において、周方向に提供される。即ち、新たな空間は、筐体1Aの側面に沿った曲がった空間となる。従って、新たな空間内に配置される回路基板3Bは、柔軟性を有し、弱い力で繰り返し変形でき、かつ、変形した場合にもその電気的特性を維持する、いわゆるフレキシブル基板(flexible circuit board)であるのが望ましい。
本例では、制御回路13及びドライバ14は、回路基板3B上に実装される。磁気センサ11及び温度センサ12は、筐体1A内において、永久磁石PMの上部、即ち、リア側の端部に配置される。
図5A、図5B、及び、図5Cによれば、モータユニットの小型化が進行し、筐体1A内に回路基板3Bが配置できなくなっても、筐体1Aの径方向の側面の新たな空間内に回路基板1Bを配置できる。従って、モータユニットの小型化と機電一体化とを両立することができる。
図6A、図6B、及び、図6Cは、それぞれ、モータユニット内のレイアウトの第11の例、第12の例、及び、第13の例を示している。
図6A、図6B、及び、図6Cは、それぞれ、図5A、図5B、及び、図5Cの変形例である。図6A、図6B、及び、図6Cにおいて、図5A、図5B、及び、図5Cと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図6A、図6B、及び、図6Cは、それぞれ、図5A、図5B、及び、図5Cの変形例である。図6A、図6B、及び、図6Cにおいて、図5A、図5B、及び、図5Cと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図6A、図6B、及び、図6Cが、図5A、図5B、及び、図5Cと異なる点は、磁気センサ11及び温度センサ12が永久磁石PMの径方向に配置される点にある。
磁気センサ11のレイアウトは、センサマグネットとしての永久磁石PMの構造、及び、磁気センサ11の種類に依存する。従って、磁気センサ11は、例えば、図5A、図5B、及び、図5Cに示すように、永久磁石PMの上下方向、即ち、Z軸方向に配置するのが望ましい場合もあるし、例えば、図6A、図6B、及び、図6Cに示すように、永久磁石PMの横方向、即ち、径方向に配置するのが望ましい場合もある。
磁気センサ11のレイアウトは、センサマグネットとしての永久磁石PMの構造、及び、磁気センサ11の種類に依存する。従って、磁気センサ11は、例えば、図5A、図5B、及び、図5Cに示すように、永久磁石PMの上下方向、即ち、Z軸方向に配置するのが望ましい場合もあるし、例えば、図6A、図6B、及び、図6Cに示すように、永久磁石PMの横方向、即ち、径方向に配置するのが望ましい場合もある。
尚、温度センサ12は、永久磁石PMの温度を正確に検出できれば、磁気センサ11と同じ位置に配置される必要はない。但し、実装の容易化などを考慮すると、温度センサ12は、磁気センサ11と同じ位置に配置するのが望ましい。
図6A、図6B、及び、図6Cによれば、磁気センサ11を永久磁石PMの径方向に配置した場合に、出力軸AXとしてのロータ2Bの回転角を高精度に検出できるシステムに対応できる。また、磁気センサ11を永久磁石PMのZ軸方向に配置した場合に、出力軸AXとしてのロータ2Bの回転角を高精度に検出できるシステムについては、図5A、図5B、及び、図5Cで対応できる。
これらの具体例については、<補正の具体例>の項目で説明する。
これらの具体例については、<補正の具体例>の項目で説明する。
(2) 図2のモータユニット内のレイアウトの例
図7Aは、モータユニット内のレイアウトの第14の例を示している。
同図は、出力軸AXとしてのシャフト4Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図7Aは、モータユニット内のレイアウトの第14の例を示している。
同図は、出力軸AXとしてのシャフト4Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
モータ2A、制御装置3A、出力装置4A、及び、回路基板3Bは、それぞれ、筐体1A内に配置される。また、モータ2A、制御装置3A、及び、出力装置4Aは、回路基板3B上に実装される。モータ2A、制御装置3A、及び、出力装置4Aが、回路基板3B上に実装されることにより、モータユニットの小型化及び軽量化が実現される。
モータ2Aは、ロータ2Bを有する。モータ2Aの内部構造は、例えば、図3A、図3B、図3C、図3D、図4A、図4B、図4C、図5A、図5B、図5C、図6A、図6B、又は、図6Cのモータ2Aの内部構造と同じである。
制御装置3Aは、磁気センサ11と、温度センサ12と、制御回路13と、ドライバ14と、を備える。磁気センサ11、温度センサ12、制御回路13、及び、ドライバ14は、それぞれ、回路基板3B上に実装される。
筐体1Aは、例えば、四角形を有する。ロータ2Bの回転軸は、Z軸方向に延びる。同様に、出力軸AXとしてのシャフト4Bの回転軸も、Z方向に延びる。ロータ2B及びシャフト4Bは、例えば、歯車、変速機(例えば、減速機)などの回転トルクを伝達することが可能な機械装置5により互いに接続される
シャフト4Bの一端、即ち、フロント側の端部は、筐体1Aから突出する。シャフト4Bの回転角を検出するための永久磁石(センサマグネット)PMは、シャフト4Bの他端、即ち、リア側の端部に固定される。
ここで、図7Aにおける「フロント側」は、図面上において上側であり、「リア側」は、図面上において下側である。これは、モータ2Aの出力軸としてのロータ2Bが、図面上において、モータ2Aから上側に突出しているからである。
ここで、図7Aにおける「フロント側」は、図面上において上側であり、「リア側」は、図面上において下側である。これは、モータ2Aの出力軸としてのロータ2Bが、図面上において、モータ2Aから上側に突出しているからである。
磁気センサ11及び温度センサ12は、永久磁石PMの近傍に配置される。従って、磁気センサ11は、永久磁石PMからの磁界の磁束密度を正確に検出できる。また、温度センサ12は、永久磁石PMの温度を正確に検出できる。
図7Bは、モータユニット内のレイアウトの第15の例を示している。
同図も、出力軸AXとしてのシャフト4Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図7Bは、図7Aの変形例である。図7Bにおいて、図7Aと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
同図も、出力軸AXとしてのシャフト4Bの回転軸(中心軸)を通るXZ平面内でモータユニットを切断した断面図である。
図7Bは、図7Aの変形例である。図7Bにおいて、図7Aと同じ要素には、同じ符号を付すことによりその詳細な説明を省略する。
図7Bが図7Aと異なる点は、磁気センサ11及び温度センサ12が永久磁石PMの径方向に配置される点にある。
磁気センサ11のレイアウトは、センサマグネットとしての永久磁石PMの構造、及び、磁気センサ11の種類に依存する。従って、磁気センサ11は、例えば、図7Aに示すように、永久磁石PMの上下方向、即ち、Z軸方向に配置するのが望ましい場合もあるし、例えば、図7Bに示すように、永久磁石PMの横方向、即ち、径方向に配置するのが望ましい場合もある。
磁気センサ11のレイアウトは、センサマグネットとしての永久磁石PMの構造、及び、磁気センサ11の種類に依存する。従って、磁気センサ11は、例えば、図7Aに示すように、永久磁石PMの上下方向、即ち、Z軸方向に配置するのが望ましい場合もあるし、例えば、図7Bに示すように、永久磁石PMの横方向、即ち、径方向に配置するのが望ましい場合もある。
尚、温度センサ12は、永久磁石PMの温度を正確に検出できれば、磁気センサ11と同じ位置に配置される必要はない。但し、実装の容易化などを考慮すると、温度センサ12は、磁気センサ11と同じ位置に配置するのが望ましい。
図7Bによれば、磁気センサ11を永久磁石PMの径方向に配置した場合に、出力軸AXとしてのシャフト4Bの回転角を高精度に検出できるシステムに対応できる。また、磁気センサ11を永久磁石PMのZ軸方向に配置した場合に、出力軸AXとしてのシャフト4Bの回転角を高精度に検出できるシステムについては、図7Aで対応できる。
(3) その他
以上、モータユニットのレイアウトにおいて、温度センサ12は、磁気センサ11よりも永久磁石PMの近くに配置されるのが望ましい。
なぜなら、温度センサ12は、永久磁石PMの正確な温度を検出するものであるから、できるだけ永久磁石PMに近いのが望ましいのに対し、磁気センサ11は、磁気情報(磁界の磁束密度)の変化を検出するものであるから、磁気センサ11の感度がよければ、磁気センサ11は、永久磁石PMから比較的離れていても十分だからである。
以上、モータユニットのレイアウトにおいて、温度センサ12は、磁気センサ11よりも永久磁石PMの近くに配置されるのが望ましい。
なぜなら、温度センサ12は、永久磁石PMの正確な温度を検出するものであるから、できるだけ永久磁石PMに近いのが望ましいのに対し、磁気センサ11は、磁気情報(磁界の磁束密度)の変化を検出するものであるから、磁気センサ11の感度がよければ、磁気センサ11は、永久磁石PMから比較的離れていても十分だからである。
<磁気センサと温度センサの関係>
図7C、図7D、及び、図7Eは、磁気センサと温度センサの関係を示している。
図7C、図7D、及び、図7Eは、磁気センサと温度センサの関係を示している。
磁気センサ11は、センサマグネットとしての永久磁石からの磁界の磁束密度の変化を磁気情報として検出することを目的とする。従って、磁気センサ11は、このような磁束密度の変化を検出可能な素子、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子(magnetoresistive element)など、を含んでいるのが望ましい。
また、温度センサ12は、センサマグネットとしての永久磁石の温度の変化を温度情報として検出することを目的とする。従って、温度センサ12は、このような温度の変化を検出可能な素子、例えば、サーミスタを含んでいるのが望ましい。
また、温度センサ12は、センサマグネットとしての永久磁石の温度の変化を温度情報として検出することを目的とする。従って、温度センサ12は、このような温度の変化を検出可能な素子、例えば、サーミスタを含んでいるのが望ましい。
磁気センサ11及び温度センサ12は、例えば、図7Cに示すように、一体化されていてもよい。ここで、磁気センサ11及び温度センサ12が一体化されるとは、これらが1つのモジュール内に実装されることを意味する。
また、磁気センサ11は、例えば、図7Dに示すように、温度センサ12を含んでいてもよい。ここで、磁気センサ11が温度センサ12を含んでいるとは、1つの製品としての磁気センサ11が、温度の変化を検出できる温度センサ12としての機能を含んでいることを意味する。
また、温度センサ12は、例えば、図7Eに示すように、磁気センサ11を含んでいてもよい。ここで、温度センサ12が磁気センサ11を含んでいるとは、1つの製品としての温度センサ12が、磁界の磁束密度の変化を検出できる磁気センサ11としての機能を含んでいることを意味する。
尚、図7C、図7D、図7Eにおいて、磁気センサ11及び温度センサ12は、半導体基板(チップ)上に実装されていてもよい。例えば、磁気センサ11が磁気抵抗素子であり、かつ、温度センサ12がダイオード(thermal diode)である場合、磁気センサ11及び温度センサ12は、例えば、共に、半導体基板上に実装できる。
<制御装置の例>
図8は、制御装置の例を示している。
制御装置3Aは、磁気センサ11、温度センサ12、制御回路13、及び、ドライバ14に加えて、さらに、インターフェース回路15、及び、不揮発性メモリ(例えば、ROM:read only memory)16を備える。
図8は、制御装置の例を示している。
制御装置3Aは、磁気センサ11、温度センサ12、制御回路13、及び、ドライバ14に加えて、さらに、インターフェース回路15、及び、不揮発性メモリ(例えば、ROM:read only memory)16を備える。
磁気センサ11、温度センサ12、制御回路13、及び、ドライバ14は、既に説明したので、ここでの詳細な説明は省略する。
インターフェース回路15は、例えば、データ入出力のインターフェースとして機能する。例えば、図1の入力信号(例えば、目標角)S0は、ホスト(例えば、パソコン)から、CAN(controller area network)を介して、インターフェース回路15に入力される。
インターフェース回路15は、例えば、データ入出力のインターフェースとして機能する。例えば、図1の入力信号(例えば、目標角)S0は、ホスト(例えば、パソコン)から、CAN(controller area network)を介して、インターフェース回路15に入力される。
不揮発性メモリ16は、例えば、EEPROM、フラッシュメモリ、フューズ素子など、を使用可能である。
制御回路13は、所定タイミングにおいて、例えば、基準温度(例えば、0℃)における磁気情報と出力軸の回転角の関係(LUT)を不揮発性メモリ16にプログラムする。所定のタイミングは、ホスト(例えば、パソコン)からLUTのプログラム命令を受けたときなど、である。
制御回路13は、所定タイミングにおいて、例えば、基準温度(例えば、0℃)における磁気情報と出力軸の回転角の関係(LUT)を不揮発性メモリ16にプログラムする。所定のタイミングは、ホスト(例えば、パソコン)からLUTのプログラム命令を受けたときなど、である。
予め、基準温度における磁気情報と出力軸の回転角の関係を不揮発性メモリ16に記憶させておけば、例えば、センサマグネットとしての永久磁石の温度が基準温度の場合、その関係から求められる回転角を用いて、出力軸の回転をフィードバック制御できる。
また、例えば、センサマグネットとしての永久磁石の温度が基準温度以外の温度の場合、その関係から求められる回転角を補正した補正角を求め、その補正角を用いて、出力軸の回転をフィードバック制御できる。
また、例えば、センサマグネットとしての永久磁石の温度が基準温度以外の温度の場合、その関係から求められる回転角を補正した補正角を求め、その補正角を用いて、出力軸の回転をフィードバック制御できる。
但し、出力軸の回転をフィードバック制御するに当たって、基準温度における磁気情報と出力軸の回転角の関係は、例えば、不揮発性メモリ16から、図1又は図2の記憶部131に読み出される。
記憶部131に使用されるメモリ(例えば、RAM)は、不揮発性メモリ16よりも高速であるため、記憶部131内に記憶された上記関係を用いることにより、高速なフィードバック制御が可能となるからである。
一方、図1又は図2の記憶部131は、システムの電源を遮断すると、データが消滅する、いわゆる揮発性メモリを使用する場合が多い。従って、システムの電源が遮断された場合でも、上記関係を記憶しておくために、不揮発性メモリ16が必要となる。
一方、図1又は図2の記憶部131は、システムの電源を遮断すると、データが消滅する、いわゆる揮発性メモリを使用する場合が多い。従って、システムの電源が遮断された場合でも、上記関係を記憶しておくために、不揮発性メモリ16が必要となる。
図9は、不揮発性メモリに記憶されるLUTデータの例を示している。
Lrefは、基準温度(例えば、0℃)Trefにおける磁気情報と出力軸の回転角の関係を示すLUTデータである。磁気情報は、例えば、磁界の磁束密度である。
例えば、磁気情報B0_ref,B1_ref,B2_ref,…Bn_refと、回転角θ0,θ1,θ2,…θnとが、線形(一次関数)で表されると仮定すると、基準温度Trefにおける磁気情報と回転角の関係は、θx=α_tref×Bx_ref、但し、xは、0,1,2,…nで表される。
Lrefは、基準温度(例えば、0℃)Trefにおける磁気情報と出力軸の回転角の関係を示すLUTデータである。磁気情報は、例えば、磁界の磁束密度である。
例えば、磁気情報B0_ref,B1_ref,B2_ref,…Bn_refと、回転角θ0,θ1,θ2,…θnとが、線形(一次関数)で表されると仮定すると、基準温度Trefにおける磁気情報と回転角の関係は、θx=α_tref×Bx_ref、但し、xは、0,1,2,…nで表される。
ここで、例えば、基準温度Tref以外の任意の温度において、LUTデータLrefから求められる回転角θxを補正するためには、基準温度Tref以外の任意の温度でのLUTデータが必要となる。
しかし、任意の温度でのLUTデータを全て用意するとなると、LUTデータのデータ容量が非常に大きくなり、図1又は図2の記憶部131内に収まりきらなくなる。また、任意の温度でのLUTデータの全てを図1又は図2の記憶部131内に収めようとすると、記憶部131の容量が非常に大きくなり、モータユニットの製造コストが増大する。
しかし、任意の温度でのLUTデータを全て用意するとなると、LUTデータのデータ容量が非常に大きくなり、図1又は図2の記憶部131内に収まりきらなくなる。また、任意の温度でのLUTデータの全てを図1又は図2の記憶部131内に収めようとすると、記憶部131の容量が非常に大きくなり、モータユニットの製造コストが増大する。
そこで、この実施形態では、基準温度Trefにおける磁気情報と出力軸の回転角の関係を示すLUTデータLref、基準温度Trefよりも小さい最小温度Tminにおける磁気情報と出力軸の回転角の関係を示すLUTデータLmin、及び、基準温度Trefよりも大きい最大温度Tmaxにおける磁気情報と出力軸の回転角の関係を示すLUTデータLmaxの3つを、図8の不揮発性メモリ16、及び、図1又は図2の記憶部131に記憶させる技術を提案する。
その結果、図8の制御回路13は、記憶部131の容量を大きくせずに、即ち、モータユニットの製造コストを増大させずに、基準温度Tref以外の任意の温度において、LUTデータLrefから求められる回転角θxを補正できる。
Lminは、基準温度よりも小さい最小温度(例えば、−45℃)Tminにおける磁気情報と出力軸の回転角の関係を示すLUTデータである。また、磁気情報B0_min,B1_min,B2_min,…Bn_minと、回転角θ0,θ1,θ2,…θnとは、線形(一次関数)で表されると仮定する。即ち、基準温度Tminにおける磁気情報と回転角の関係は、θx=α_tmin×Bx_min、但し、xは、0,1,2,…nである。
Lmaxは、基準温度よりも大きい最大温度(例えば、+200℃)Tmaxにおける磁気情報と出力軸の回転角の関係を示すLUTデータである。また、磁気情報B0_max,B1_max,B2_max,…Bn_maxと、回転角θ0,θ1,θ2,…θnとは、線形(一次関数)で表されると仮定する。即ち、基準温度Tmaxにおける磁気情報と回転角の関係は、θx=α_tmax×Bx_max、但し、xは、0,1,2,…nである。
尚、最小温度Tmin及び最大温度Tmaxは、例えば、モータユニットの温度仕様の範囲(Tmin〜Tmax)を規定する。温度仕様の範囲とは、モータユニットが通常の特性を示すことができる範囲を意味する。
この場合、図8の制御回路13は、基準温度Tref以外の任意の温度において、LUTデータLrefから求められる回転角θxを、3つのLUTデータLmin,Lref,Lmaxに基づき補正できる。
例えば、基準温度Trefよりも小さい任意の温度(例えば、Tmin及びTref間の温度)においては、基準温度TrefでのLUTデータLrefから求められる回転角θxを、2つのLUTデータLmin,Lrefに基づき補正できる。
即ち、基準温度Trefでの一次関数の傾きα_tref(例えば、1)及び最小温度Tminでの一次関数の傾きα_tmin(例えば、1.1)から、任意の温度(例えば、Tmin及びTref間の温度)での一次関数の傾きを計算し、その傾きに基づき、LUTデータLrefから求められる回転角θxを補正できる。
即ち、基準温度Trefでの一次関数の傾きα_tref(例えば、1)及び最小温度Tminでの一次関数の傾きα_tmin(例えば、1.1)から、任意の温度(例えば、Tmin及びTref間の温度)での一次関数の傾きを計算し、その傾きに基づき、LUTデータLrefから求められる回転角θxを補正できる。
また、基準温度Trefよりも大きい任意の温度(例えば、Tref及びTmax間の温度)においては、基準温度TrefでのLUTデータLrefから求められる回転角θxを、2つのLUTデータLref,Lmaxに基づき補正できる。
即ち、基準温度Trefでの一次関数の傾きα_tref(例えば、1)及び最大温度Tmaxでの一次関数の傾きα_tmax(例えば、0.5)から、任意の温度(例えば、Tref及びTmax間の温度)での一次関数の傾きを計算し、その傾きに基づき、LUTデータLrefから求められる回転角θxを補正できる。
即ち、基準温度Trefでの一次関数の傾きα_tref(例えば、1)及び最大温度Tmaxでの一次関数の傾きα_tmax(例えば、0.5)から、任意の温度(例えば、Tref及びTmax間の温度)での一次関数の傾きを計算し、その傾きに基づき、LUTデータLrefから求められる回転角θxを補正できる。
これらの詳細については、後述する。
<制御装置の動作>
以下、図8及び図9で説明した制御装置の動作の例を説明する。
(1) LUTデータのプログラム
図10は、LUTデータのプログラムの例を示すフローチャートである。
このフローは、例えば、図8の制御回路13により実行される。
以下、図8及び図9で説明した制御装置の動作の例を説明する。
(1) LUTデータのプログラム
図10は、LUTデータのプログラムの例を示すフローチャートである。
このフローは、例えば、図8の制御回路13により実行される。
まず、制御回路13は、LUTデータのプログラム命令を受けたか否かを確認する(ステップST00)。
LUTデータのプログラム命令を受けた場合、制御回路13は、LUTデータのプログラムを実行する(ステップST01)。
例えば、制御回路13は、ホスト(例えば、パソコン)から与えられる、基準温度TrefのLUTデータLref、最小温度TminのLUTデータLmin、及び、最大温度TmaxのLUTデータLmaxを、図8の不揮発性メモリ16に記憶させる。
LUTデータのプログラム命令を受けた場合、制御回路13は、LUTデータのプログラムを実行する(ステップST01)。
例えば、制御回路13は、ホスト(例えば、パソコン)から与えられる、基準温度TrefのLUTデータLref、最小温度TminのLUTデータLmin、及び、最大温度TmaxのLUTデータLmaxを、図8の不揮発性メモリ16に記憶させる。
制御回路13は、LUTデータのプログラムが完了したことを確認すると、その旨をホストに通知し、LUTデータのプログラムが終了する(ステップST02)。
(2) 温度情報の取得
図11Aは、制御回路の第1の変形例を示している。
制御回路13は、図1、図2、及び、図8の制御回路13に対応する。即ち、第1の制御部132は、図1又は図2の第1の制御部132に対応する。この変形例は、図1又は図2の制御回路13と比べると、新たに、情報部135が追加された点に特徴を有する。
図11Aは、制御回路の第1の変形例を示している。
制御回路13は、図1、図2、及び、図8の制御回路13に対応する。即ち、第1の制御部132は、図1又は図2の第1の制御部132に対応する。この変形例は、図1又は図2の制御回路13と比べると、新たに、情報部135が追加された点に特徴を有する。
情報部135は、温度情報を取得し、センサマグネットとしての永久磁石の現在の温度を第1の制御部132に与える機能を有する。
そのために、情報部135は、第1の部分1351及び第2の部分1352を備える。第1の部分1351は、例えば、所定の期間内の複数のタイミング、例えば、一定周期ごと、において、温度センサから複数の温度情報を取得する。また、第2の部分1352は、第1の部分1351で取得された複数の温度情報の平均値を現在の温度として決定する。
そのために、情報部135は、第1の部分1351及び第2の部分1352を備える。第1の部分1351は、例えば、所定の期間内の複数のタイミング、例えば、一定周期ごと、において、温度センサから複数の温度情報を取得する。また、第2の部分1352は、第1の部分1351で取得された複数の温度情報の平均値を現在の温度として決定する。
そして、第1の制御部132は、第2の部分1352からの現在の温度に基づき、例えば、図9のLUTデータLrefにより得られる回転角を補正することにより、補正角を求める。
このように、情報部135は、複数の温度情報の平均値を現在の温度として決定する。その結果、温度センサにより検出される温度情報のばらつきは、平均化される。従って、第1の制御部132は、出力軸の回転角の制御をスムーズに行うことができる。
図11Bは、温度情報の取得の例を示すフローチャートである。
まず、図11Aの情報部135は、例えば、所定の期間内の複数のタイミング、例えば、一定周期ごと、において、温度センサから複数の温度情報Te_0,Te_1,…Te_(n-1)を取得する。但し、nは、温度情報を取得する複数のタイミングの数である(ステップST10)。
まず、図11Aの情報部135は、例えば、所定の期間内の複数のタイミング、例えば、一定周期ごと、において、温度センサから複数の温度情報Te_0,Te_1,…Te_(n-1)を取得する。但し、nは、温度情報を取得する複数のタイミングの数である(ステップST10)。
次に、図11Aの情報部135は、例えば、複数の温度情報の平均値Te_ave=(Te_0+Te_1+…Te_(n-1))/nを計算する。また、図11Aの情報部135は、平均値Te_aveを温度情報(現在の温度)TIとして決定する(ステップST11〜ST12)。
例えば、図12に示すように、システムの起動(モータ制御の開始)から一定期間TAを温度情報TIの取得期間と仮定する。この場合、期間TAでの温度情報(現在の温度)TI(=Te_ave)は、期間TA後の期間TBにおいて使用される。即ち、期間TBにおいて、図11Aの第1の制御部132は、期間TAでの温度情報TIに基づき、回転角の補正の有無を決定する。
同様に、期間TBでの温度情報(現在の温度)TI(=Te_ave)は、期間TB後の期間TCにおいて使用される。即ち、期間TCにおいて、図11Aの第1の制御部132は、期間TBでの温度情報TIに基づき、回転角の補正の有無を決定する。
但し、図12において、最初の期間TAは、回転角の補正(温度補正)は、行わないものとする。
また、図12の例では、期間TAにおいて検出された温度情報TIそのものを用いて、期間TBでの補正の有無を決定するが、温度情報TIそのものを用いなくてもよい。例えば、図11Aの第1の制御部132は、期間TAにおいて検出された温度情報TIに基づき、期間TBでの温度を予測することも可能である。
この場合、期間TBにおいて、図11Aの第1の制御部132は、期間TAでの温度情報TIから予測された期間TBの温度に基づき、回転角の補正の有無を決定する。
この場合、期間TBにおいて、図11Aの第1の制御部132は、期間TAでの温度情報TIから予測された期間TBの温度に基づき、回転角の補正の有無を決定する。
(3) 回転角の制御動作
・ 第1の例
図13は、回転角の制御動作の第1の例を示すフローチャートである。
このフローは、例えば、図8の制御回路13により実行される。
・ 第1の例
図13は、回転角の制御動作の第1の例を示すフローチャートである。
このフローは、例えば、図8の制御回路13により実行される。
まず、制御回路13は、温度情報(現在の温度)TIを取得する(ステップST20)。
温度情報TIの取得は、例えば、図11A、図11B、及び、図12で説明したフローにより実行される。
温度情報TIの取得は、例えば、図11A、図11B、及び、図12で説明したフローにより実行される。
次に、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さいか否か(TI<Tref ?)を確認する(ステップST21)。
続けて、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きいか否か(TI>Tref ?)を確認する(ステップST22)。
続けて、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きいか否か(TI>Tref ?)を確認する(ステップST22)。
制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefを示す場合、回転角の補正を行わないことを決定する。即ち、制御回路13は、例えば、図9のLUTデータLrefから得られる回転角又は所定の回転角の検出タイミングをそのまま用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST23)。
ここで「所定の回転角の検出タイミング」という記載を追加したのは、磁気センサが、回転角そのものではなく、所定の回転角の検出タイミングを検出する場合があることを想定したからである。これについては、後述する。
ここで「所定の回転角の検出タイミング」という記載を追加したのは、磁気センサが、回転角そのものではなく、所定の回転角の検出タイミングを検出する場合があることを想定したからである。これについては、後述する。
一方、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さい温度を示す場合、回転角の補正を行うことを決定する。但し、この場合の補正は、遅角補正である(ステップST24)。
遅角補正とは、基準温度TrefにおけるLUTデータLrefから得られる回転角を小さくする補正のこと、又は、所定の回転角の検出タイミングを遅らせる補正のこと、である。これは、例えば、図14Aに示すように、基準温度(例えば、0℃)Trefよりも小さい温度における磁気情報(磁界の磁束密度)が、基準温度Trefにおける磁気情報(磁界の磁束密度)よりも大きくなることを根拠とする。
遅角補正の詳細については、後述する。
遅角補正とは、基準温度TrefにおけるLUTデータLrefから得られる回転角を小さくする補正のこと、又は、所定の回転角の検出タイミングを遅らせる補正のこと、である。これは、例えば、図14Aに示すように、基準温度(例えば、0℃)Trefよりも小さい温度における磁気情報(磁界の磁束密度)が、基準温度Trefにおける磁気情報(磁界の磁束密度)よりも大きくなることを根拠とする。
遅角補正の詳細については、後述する。
そして、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さい温度を示す場合、遅角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST25)。
また、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きい温度を示す場合も、回転角の補正を行うことを決定する。但し、この場合の補正は、進角補正である(ステップST26)。
進角補正とは、基準温度TrefにおけるLUTデータLrefから得られる回転角を大きくする補正のこと、又は、所定の回転角の検出タイミングを進ませる補正のこと、である。これは、例えば、図14Aに示すように、基準温度(例えば、0℃)Trefよりも大きい温度における磁気情報(磁界の磁束密度)が、基準温度Trefにおける磁気情報(磁界の磁束密度)よりも小さくなることを根拠とする。
進角補正の詳細については、後述する。
進角補正とは、基準温度TrefにおけるLUTデータLrefから得られる回転角を大きくする補正のこと、又は、所定の回転角の検出タイミングを進ませる補正のこと、である。これは、例えば、図14Aに示すように、基準温度(例えば、0℃)Trefよりも大きい温度における磁気情報(磁界の磁束密度)が、基準温度Trefにおける磁気情報(磁界の磁束密度)よりも小さくなることを根拠とする。
進角補正の詳細については、後述する。
そして、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きい温度を示す場合、進角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST27)。
図14Bは、図13の第1の例での温度情報と補正との関係を示す図である。
最小温度(例えば、−45℃)Tminから最大温度(例えば、+200℃)Tmaxまでの範囲は、例えば、機電一体型モータユニットの正常動作(高精度な回転角の検出)を保証する仕様範囲である。
同図は、温度情報TIが基準温度Trefを示す場合に回転角の補正を行わず、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さい場合に遅角補正を行い、さらに、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きい場合に進角補正を行うことを示している。
最小温度(例えば、−45℃)Tminから最大温度(例えば、+200℃)Tmaxまでの範囲は、例えば、機電一体型モータユニットの正常動作(高精度な回転角の検出)を保証する仕様範囲である。
同図は、温度情報TIが基準温度Trefを示す場合に回転角の補正を行わず、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さい場合に遅角補正を行い、さらに、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きい場合に進角補正を行うことを示している。
・ 第2の例
図15Aは、制御回路の第2の変形例を示している。
制御回路13は、図1、図2、及び、図8の制御回路13に対応する。即ち、第1及び第2の制御部132,133は、図1又は図2の第1及び第2の制御部132,133に対応する。この変形例は、図1又は図2の制御回路13と比べると、新たに、範囲選択部136が追加された点に特徴を有する。
図15Aは、制御回路の第2の変形例を示している。
制御回路13は、図1、図2、及び、図8の制御回路13に対応する。即ち、第1及び第2の制御部132,133は、図1又は図2の第1及び第2の制御部132,133に対応する。この変形例は、図1又は図2の制御回路13と比べると、新たに、範囲選択部136が追加された点に特徴を有する。
範囲選択部136は、基準温度Trefを含む第1の温度(例えば、−20℃)T1から第2の温度(例えば、+20℃)までの範囲を選択する。
そして、第2の制御部133は、温度情報TIが第1の温度T1から第2の温度T2までの範囲内にある場合(T1≦TI≦T2)、補正角を求めず、例えば、図9のLUTデータLrefから求められる回転角に基づき、回転角制御のための制御信号を出力する。
また、第1の制御部132は、温度情報TIが、第1の温度T1よりも小さい温度を示すか、又は、第2の温度T2よりも大きい温度を示す場合(TI<T1、又は、TI>T2)、例えば、図9のLUTデータLrefから求められる回転角を補正することにより補正角を求め、この補正角に基づき、回転角制御のための制御信号を出力する。
そして、第2の制御部133は、温度情報TIが第1の温度T1から第2の温度T2までの範囲内にある場合(T1≦TI≦T2)、補正角を求めず、例えば、図9のLUTデータLrefから求められる回転角に基づき、回転角制御のための制御信号を出力する。
また、第1の制御部132は、温度情報TIが、第1の温度T1よりも小さい温度を示すか、又は、第2の温度T2よりも大きい温度を示す場合(TI<T1、又は、TI>T2)、例えば、図9のLUTデータLrefから求められる回転角を補正することにより補正角を求め、この補正角に基づき、回転角制御のための制御信号を出力する。
このように、例えば、回転角誤差が無視できる温度範囲(通常仕様範囲内 T1≦TI≦T2)では、温度補正を行わないことにより、制御回路(CPU)13の負担を減らし、回転角の高精度かつ高速な制御を可能とする。
また、回転角誤差が無視できない温度範囲(通常仕様範囲外 TI<T1、又は、TI>T2)では、温度補正を行うことにより、通常仕様範囲外でも高精度な回転角の制御を可能とする。これは、言い換えると、機電一体型モータユニットが正常に動作する温度範囲が広がることを意味する。
また、回転角誤差が無視できない温度範囲(通常仕様範囲外 TI<T1、又は、TI>T2)では、温度補正を行うことにより、通常仕様範囲外でも高精度な回転角の制御を可能とする。これは、言い換えると、機電一体型モータユニットが正常に動作する温度範囲が広がることを意味する。
図15Bは、回転角の制御動作の第2の例を示すフローチャートである。
このフローは、例えば、図8の制御回路13により実行される。
このフローは、例えば、図8の制御回路13により実行される。
まず、制御回路13は、温度情報(現在の温度)TIを取得する(ステップST30)。
温度情報TIの取得は、例えば、図11A、図11B、及び、図12で説明したフローにより実行される。
温度情報TIの取得は、例えば、図11A、図11B、及び、図12で説明したフローにより実行される。
次に、制御回路13は、温度情報TIが第1の温度T1よりも小さいか否か(TI<T1 ?)を確認する(ステップST31)。
続けて、制御回路13は、温度情報TIが第2の温度T2よりも大きいか否か(TI>T2 ?)を確認する(ステップST32)。
続けて、制御回路13は、温度情報TIが第2の温度T2よりも大きいか否か(TI>T2 ?)を確認する(ステップST32)。
制御回路13は、温度情報TIが第1の温度T1から第2の温度T2までの範囲内の温度を示す場合、回転角の補正を行わないことを決定する。即ち、制御回路13は、例えば、図9のLUTデータLrefから得られる回転角又は所定の回転角の検出タイミングをそのまま用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST33)。
一方、制御回路13は、温度情報TIが第1の温度T1よりも小さい温度を示す場合、回転角の補正を行うことを決定する。但し、この場合の補正は、遅角補正である(ステップST34)。
そして、制御回路13は、温度情報TIが第1の温度T1よりも小さい温度を示す場合、遅角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST35)。
そして、制御回路13は、温度情報TIが第1の温度T1よりも小さい温度を示す場合、遅角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST35)。
また、制御回路13は、温度情報TIが第2の温度T2よりも大きい温度を示す場合も、回転角の補正を行うことを決定する。但し、この場合の補正は、進角補正である(ステップST36)。
そして、制御回路13は、温度情報TIが第2の温度T2よりも大きい温度を示す場合、進角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST37)。
そして、制御回路13は、温度情報TIが第2の温度T2よりも大きい温度を示す場合、進角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST37)。
図16は、図15Bの第2の例での温度情報と補正との関係を示す図である。
最小温度(例えば、−45℃)Tminから最大温度(例えば、+200℃)Tmaxまでの範囲は、例えば、機電一体型モータユニットの正常動作(高精度な回転角の検出)を保証する仕様範囲である。
同図は、温度情報TIが第1の温度T1から第2の温度T2までの範囲内の温度を示す場合に回転角の補正を行わず、温度情報TIが第1の温度T1よりも小さい場合に遅角補正を行い、さらに、温度情報TIが第2の温度T2よりも大きい場合に進角補正を行うことを示している。
最小温度(例えば、−45℃)Tminから最大温度(例えば、+200℃)Tmaxまでの範囲は、例えば、機電一体型モータユニットの正常動作(高精度な回転角の検出)を保証する仕様範囲である。
同図は、温度情報TIが第1の温度T1から第2の温度T2までの範囲内の温度を示す場合に回転角の補正を行わず、温度情報TIが第1の温度T1よりも小さい場合に遅角補正を行い、さらに、温度情報TIが第2の温度T2よりも大きい場合に進角補正を行うことを示している。
・ 第3の例
図17Aは、制御回路の第3の変形例を示している。
制御回路13は、図1、図2、及び、図8の制御回路13に対応する。即ち、第1及び第2の制御部132,133は、図1又は図2の第1及び第2の制御部132,133に対応する。この変形例は、図1又は図2の制御回路13と比べると、新たに、モード選択部137が追加された点に特徴を有する。
図17Aは、制御回路の第3の変形例を示している。
制御回路13は、図1、図2、及び、図8の制御回路13に対応する。即ち、第1及び第2の制御部132,133は、図1又は図2の第1及び第2の制御部132,133に対応する。この変形例は、図1又は図2の制御回路13と比べると、新たに、モード選択部137が追加された点に特徴を有する。
モード選択部137は、第1のモード及び第2のモードの1つを選択可能な機能を有する。第1のモードは、温度情報が示す永久磁石の温度にかかわらず、出力軸の回転角の補正を行わないモードである。第2のモードは、温度情報が示す永久磁石の温度に基づき、出力軸の回転角の補正を行うモードである。
第1のモードにおいて、第1の制御部132は、例えば、図9のLUTデータLrefから得られる回転角を補正することにより補正角を求め、その補正角に基づき、モータを駆動するための制御信号を出力する。
また、第2のモードにおいて、第2の制御部133は、例えば、図9のLUTデータLrefから得られる回転角に基づき、モータを駆動するための制御信号を出力する。
また、第2のモードにおいて、第2の制御部133は、例えば、図9のLUTデータLrefから得られる回転角に基づき、モータを駆動するための制御信号を出力する。
モード選択部137は、第1のモードを選択するか、又は、第2のモードを選択するかを、所定の条件に基づき自ら判断してもよいし、又は、ホスト(例えば、パソコン)からの指示に基づき判断してもよい。
後者の場合、例えば、ユーザが必要に応じて第1及び第2のモードのうちの1つを選択可能となる。従って、機電一体型モータユニットの使用範囲は、大きく広がり、そのシェアが拡大される。
後者の場合、例えば、ユーザが必要に応じて第1及び第2のモードのうちの1つを選択可能となる。従って、機電一体型モータユニットの使用範囲は、大きく広がり、そのシェアが拡大される。
このように、第1のモード(温度補正有り)及び第2のモード(温度補正無し)を選択可能とすることにより、機電一体型モータユニットが適用されるシステム又は環境に合わせて、最大のパフォーマンスが発揮される。
例えば、回転角の高速制御が精度よりも優先される場合、回転角の補正を行わないことにより、回転角の高速制御が実現される。また、回転角の精度が高速制御よりも優先される場合、回転角の補正を行うことにより、回転角の高精度化が実現される。
例えば、回転角の高速制御が精度よりも優先される場合、回転角の補正を行わないことにより、回転角の高速制御が実現される。また、回転角の精度が高速制御よりも優先される場合、回転角の補正を行うことにより、回転角の高精度化が実現される。
図17Bは、回転角の制御動作の第3の例を示すフローチャートである。
このフローは、例えば、図8の制御回路13により実行される。
このフローは、例えば、図8の制御回路13により実行される。
まず、制御回路13は、温度補正モードであるか否かを確認する(ステップST40)。
温度補正モードとは、補正角を求める第1のモードのことである。
温度補正モードが選択されていない場合、制御回路13は、回転角の補正を行わないことを決定する。即ち、制御回路13は、例えば、図9のLUTデータLrefから得られる回転角又は所定の回転角の検出タイミングをそのまま用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST44)。
温度補正モードとは、補正角を求める第1のモードのことである。
温度補正モードが選択されていない場合、制御回路13は、回転角の補正を行わないことを決定する。即ち、制御回路13は、例えば、図9のLUTデータLrefから得られる回転角又は所定の回転角の検出タイミングをそのまま用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST44)。
一方、温度補正モードが選択される場合、制御回路13は、温度情報(現在の温度)TIを取得する(ステップST41)。
温度情報TIの取得は、例えば、図11A、図11B、及び、図12で説明したフローにより実行される。
温度情報TIの取得は、例えば、図11A、図11B、及び、図12で説明したフローにより実行される。
次に、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さいか否か(TI<Tref ?)を確認する(ステップST42)。
続けて、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きいか否か(TI>Tref ?)を確認する(ステップST43)。
続けて、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きいか否か(TI>Tref ?)を確認する(ステップST43)。
尚、ステップST42において、図15Bのフローチャートに示すように、基準温度Trefを第1の温度T1に変更してもよい。また、ステップST43において、図15Bのフローチャートに示すように、基準温度Trefを第2の温度T2に変更してもよい。
この場合、これ以降のステップは、図15Bのフローチャートに従う。
この場合、これ以降のステップは、図15Bのフローチャートに従う。
制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefを示す場合、回転角の補正を行わないことを決定する。即ち、制御回路13は、例えば、図9のLUTデータLrefから得られる回転角又は所定の回転角の検出タイミングをそのまま用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST44)。
一方、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さい温度を示す場合、回転角の補正を行うことを決定する。但し、この場合の補正は、遅角補正である(ステップST45)。
そして、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さい温度を示す場合、遅角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST46)。
そして、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも小さい温度を示す場合、遅角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST46)。
また、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きい温度を示す場合も、回転角の補正を行うことを決定する。但し、この場合の補正は、進角補正である(ステップST47)。
そして、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きい温度を示す場合、進角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST48)。
そして、制御回路13は、温度情報TIが基準温度Trefよりも大きい温度を示す場合、進角補正により求めた補正角又は検出タイミングを用いて、モータの回転角制御のための制御信号を生成する(ステップST48)。
<遅角補正と進角補正>
(1) 遅角補正
図18は、遅角補正の例を示すフローチャートである。
温度センサにより検出される温度情報Ta(現在の温度TI)が、図13、図15B、及び、図17Bにおける、基準温度Tref又は第1の温度T1よりも小さい場合、図8の制御回路13は、遅角補正により補正角を計算する。
(1) 遅角補正
図18は、遅角補正の例を示すフローチャートである。
温度センサにより検出される温度情報Ta(現在の温度TI)が、図13、図15B、及び、図17Bにおける、基準温度Tref又は第1の温度T1よりも小さい場合、図8の制御回路13は、遅角補正により補正角を計算する。
まず、制御回路13は、補正係数Raを求める(ステップST50)。
例えば、図20に示すように、補正係数Raは、最小温度Tminから基準温度Trefまでの範囲内の任意の温度(温度情報Taに相当)における、磁気情報と回転角の関係を示す一次関数の傾きα_taを計算するために使用される。
例えば、図20に示すように、補正係数Raは、最小温度Tminから基準温度Trefまでの範囲内の任意の温度(温度情報Taに相当)における、磁気情報と回転角の関係を示す一次関数の傾きα_taを計算するために使用される。
具体的には、補正係数Raは、例えば、図9の2つのLUTデータLref,Lmin内の傾きα_tref,α_tminから計算される。
即ち、最小温度Tminから基準温度Trefまでの範囲内において、温度と傾きの関係が線形(一次関数)で表されると仮定すると、補正係数Raは、
Ra=(α_tref−α_tmin)/(Tref−Tmin) …(1)
で表される。
即ち、最小温度Tminから基準温度Trefまでの範囲内において、温度と傾きの関係が線形(一次関数)で表されると仮定すると、補正係数Raは、
Ra=(α_tref−α_tmin)/(Tref−Tmin) …(1)
で表される。
例えば、図21に示すように、基準温度Trefが0℃であり、最小温度Tminが−45℃であり、傾きα_trefが1であり、傾きα_tminが1.1であると仮定すると、
(1)式は、
Ra=0.1/45=2.2×10−3 …(2)
で表される。
(1)式は、
Ra=0.1/45=2.2×10−3 …(2)
で表される。
次に、制御回路13は、現在の温度TI(温度情報Ta)における傾き、即ち、現在の温度TIにおける回転角及び磁気情報の関係を示す直線の傾きα_taを求める(ステップST51)。
現在の温度TIは、上述の任意の温度に相当する。従って、現在の温度TI(温度情報Ta)での傾きα_taは、
Ra=(α_ta−α_tref)/(Ta−Tref)
α_ta=((Ta−Tref)×Ra)+α_tref …(3)
で表される。
Ra=(α_ta−α_tref)/(Ta−Tref)
α_ta=((Ta−Tref)×Ra)+α_tref …(3)
で表される。
また、図21に示すように、現在の温度TI(温度情報Ta)が−30℃であると仮定すると、(2)式及び(3)式から、現在の温度TIにおける傾きα_taは、
α_ta=30×(2.2×10−3)+1
=0.066+1
となる。従って、
α_ta=1.066 …(4)
と計算される。
α_ta=30×(2.2×10−3)+1
=0.066+1
となる。従って、
α_ta=1.066 …(4)
と計算される。
この傾きα_taは、現在の温度TI(温度情報Ta)における、磁気情報Bx_taと回転角(補正角)θxとの関係を示す一次関数の傾きである。
この一次関数は、
θx=α_ta×Bx_ta …(5)
で表される。
この一次関数は、
θx=α_ta×Bx_ta …(5)
で表される。
従って、図8の制御回路13は、(5)式の関係を用いて、現在の温度TI(温度情報Ta)での正しい回転角(補正角)θx、又は、所定角度の正しい検出タイミングを決定できる(ステップST52)。
このように、図8の制御回路13は、基準温度Tref及び最小温度Tminの2点のLUTデータLref,Lminに基づき、現在の温度TI(温度情報Ta)における、磁気情報Bx_taと回転角(補正角)θxとの関係を示す一次関数((5)式)を求める。
従って、例えば、図1又は図2の記憶部131、並びに、図8の不揮発性メモリ16は、基準温度Tref及び最小温度Tmin間の全ての温度におけるLUTデータを記憶する必要がない。その結果、図1又は図2の記憶部131、並びに、図8の不揮発性メモリ16のメモリ容量を小さくでき、機電一体型モータユニットの低コスト化が実現される。
従って、例えば、図1又は図2の記憶部131、並びに、図8の不揮発性メモリ16は、基準温度Tref及び最小温度Tmin間の全ての温度におけるLUTデータを記憶する必要がない。その結果、図1又は図2の記憶部131、並びに、図8の不揮発性メモリ16のメモリ容量を小さくでき、機電一体型モータユニットの低コスト化が実現される。
(2) 進角補正
図18は、進角補正の例を示すフローチャートである。
温度センサにより検出される温度情報Ta(現在の温度TI)が、図13、図15B、及び、図17Bにおける、基準温度Tref又は第2の温度T2よりも大きい場合、図8の制御回路13は、進角補正により補正角を計算する。
図18は、進角補正の例を示すフローチャートである。
温度センサにより検出される温度情報Ta(現在の温度TI)が、図13、図15B、及び、図17Bにおける、基準温度Tref又は第2の温度T2よりも大きい場合、図8の制御回路13は、進角補正により補正角を計算する。
まず、制御回路13は、補正係数Rbを求める(ステップST60)。
例えば、図20に示すように、補正係数Rbは、基準温度Trefから最大温度Tmaxまでの範囲内の任意の温度(温度情報Tbに相当)における、磁気情報と回転角の関係を示す一次関数の傾きα_tbを計算するために使用される。
例えば、図20に示すように、補正係数Rbは、基準温度Trefから最大温度Tmaxまでの範囲内の任意の温度(温度情報Tbに相当)における、磁気情報と回転角の関係を示す一次関数の傾きα_tbを計算するために使用される。
具体的には、補正係数Rbは、例えば、図9の2つのLUTデータLref,Lmax内の傾きα_tref,α_tmaxから計算される。
即ち、基準温度Trefから最大温度Tmaxまでの範囲内において、温度と傾きの関係が線形(一次関数)で表されると仮定すると、補正係数Rbは、
Rb=(α_tref−α_tmax)/(Tref−Tmax) …(6)
で表される。
即ち、基準温度Trefから最大温度Tmaxまでの範囲内において、温度と傾きの関係が線形(一次関数)で表されると仮定すると、補正係数Rbは、
Rb=(α_tref−α_tmax)/(Tref−Tmax) …(6)
で表される。
例えば、図21に示すように、基準温度Trefが0℃であり、最大温度Tmaxが+200℃であり、傾きα_trefが1であり、傾きα_tminが0.5であると仮定すると、
(6)式は、
Rb=0.5/−200=−2.5×10−3 …(7)
で表される。
(6)式は、
Rb=0.5/−200=−2.5×10−3 …(7)
で表される。
次に、制御回路13は、現在の温度TI(温度情報Tb)における傾き、即ち、現在の温度TIにおける回転角及び磁気情報の関係を示す直線の傾きα_tbを求める(ステップST61)。
現在の温度TIは、上述の任意の温度に相当する。従って、現在の温度TI(温度情報Tb)での傾きα_tbは、
Rb=(α_tref−α_tb)/(Tref−Tb)
α_tb=α_tref−((Tref−Tb)×Rb) …(8)
で表される。
Rb=(α_tref−α_tb)/(Tref−Tb)
α_tb=α_tref−((Tref−Tb)×Rb) …(8)
で表される。
また、図21に示すように、現在の温度TI(温度情報Tb)が+50℃であると仮定すると、(7)式及び(8)式から、現在の温度TIにおける傾きα_tbは、
α_tb=1−((−50)×(−2.5×10−3))
=1−0.125
となる。従って、
α_tb=0.875 …(9)
と計算される。
α_tb=1−((−50)×(−2.5×10−3))
=1−0.125
となる。従って、
α_tb=0.875 …(9)
と計算される。
この傾きα_tbは、現在の温度TI(温度情報Tb)における、磁気情報Bx_tbと回転角(補正角)θxとの関係を示す一次関数の傾きである。
この一次関数は、
θx=α_tb×Bx_tb …(10)
で表される。
この一次関数は、
θx=α_tb×Bx_tb …(10)
で表される。
従って、図8の制御回路13は、(10)式の関係を用いて、現在の温度TI(温度情報Tb)での正しい回転角(補正角)θx、又は、所定角度の正しい検出タイミングを決定できる(ステップST62)。
このように、図8の制御回路13は、基準温度Tref及び最大温度Tmaxの2点のLUTデータLref,Lmaxに基づき、現在の温度TI(温度情報Tb)における、磁気情報Bx_tbと回転角(補正角)θxとの関係を示す一次関数((10)式)を求める。
従って、例えば、図1又は図2の記憶部131、並びに、図8の不揮発性メモリ16は、基準温度Tref及び最大温度Tmax間の全ての温度におけるLUTデータを記憶する必要がない。その結果、図1又は図2の記憶部131、並びに、図8の不揮発性メモリ16のメモリ容量を小さくでき、機電一体型モータユニットの低コスト化が実現される。
従って、例えば、図1又は図2の記憶部131、並びに、図8の不揮発性メモリ16は、基準温度Tref及び最大温度Tmax間の全ての温度におけるLUTデータを記憶する必要がない。その結果、図1又は図2の記憶部131、並びに、図8の不揮発性メモリ16のメモリ容量を小さくでき、機電一体型モータユニットの低コスト化が実現される。
<補正の具体例>
(1) 磁気センサの出力信号が回転角に応じてリニアに変化する場合
図22は、磁気センサの出力信号の第1の例を示している。
磁気センサ11は、中心軸CAを中心とする出力軸AXの回転角θに比例する出力信号(電圧)S1を出力する。即ち、永久磁石PMからの磁気情報MIは、回転角θに応じて変化し、磁気センサ11は、この磁気情報MIの変化を出力信号S1として出力する。
磁気センサ11は、ホール素子、磁気抵抗素子などを含む。
(1) 磁気センサの出力信号が回転角に応じてリニアに変化する場合
図22は、磁気センサの出力信号の第1の例を示している。
磁気センサ11は、中心軸CAを中心とする出力軸AXの回転角θに比例する出力信号(電圧)S1を出力する。即ち、永久磁石PMからの磁気情報MIは、回転角θに応じて変化し、磁気センサ11は、この磁気情報MIの変化を出力信号S1として出力する。
磁気センサ11は、ホール素子、磁気抵抗素子などを含む。
図23は、図22の第1の例での遅角補正の例である。
直線Aは、基準温度Trefにおける磁気情報Bx(=Bx_ref)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tref×Bxで表される。
直線Bは、現在の温度TI(温度情報Ta)における磁気情報Bx(=Bx_ta)と回転角θxの関係を示し、θx=α_ta×Bxで表される。
直線Aは、基準温度Trefにおける磁気情報Bx(=Bx_ref)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tref×Bxで表される。
直線Bは、現在の温度TI(温度情報Ta)における磁気情報Bx(=Bx_ta)と回転角θxの関係を示し、θx=α_ta×Bxで表される。
ここで、出力軸の回転角がθcorrectである場合を考える。
この場合、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefであると仮定すると、磁気センサにより検出される磁気情報(正しい磁気情報)は、Bcorrectである。従って、図8の制御回路13は、図9のLUTデータLref、即ち、直線A(θx=α_tref×Bx)を用いて、現在の回転角θxがθcorrectであることを正確に確認できる。
この場合、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefであると仮定すると、磁気センサにより検出される磁気情報(正しい磁気情報)は、Bcorrectである。従って、図8の制御回路13は、図9のLUTデータLref、即ち、直線A(θx=α_tref×Bx)を用いて、現在の回転角θxがθcorrectであることを正確に確認できる。
しかし、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも小さいTaである場合、回転角θxが一定であっても、磁気情報(磁束密度)Bxは、基準温度Trefにおける磁気情報(磁束密度)Bxよりも大きくなる。
即ち、現在の温度Taでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Bの傾きα_ta」は、基準温度Trefでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Aの傾きα_tref」よりも大きくなる。
即ち、現在の温度Taでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Bの傾きα_ta」は、基準温度Trefでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Aの傾きα_tref」よりも大きくなる。
この場合、磁気センサにより検出される磁気情報(誤った磁気情報)は、Berrorである。従って、図8の制御回路13は、図9のLUTデータLref、即ち、直線A(θx=α_tref×Bx)を用いて現在の回転角θxを求めようとすると、現在の回転角θxは、θerrorとなる。
このように、実際の回転角は、θcorrectであるにもかかわらず、磁気センサが検出する回転角は、θerror(>θcorrect)となる。
このように、実際の回転角は、θcorrectであるにもかかわらず、磁気センサが検出する回転角は、θerror(>θcorrect)となる。
そこで、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも小さいTaである場合、図8の制御回路13は、図18、図20、及び、図21で説明した手順に従い、直線B(θx=α_ta×Bx)を求める。
そして、図8の制御回路13は、直線Bに基づき、磁気情報(誤った磁気情報)Berrorを回転角(正しい回転角)θcorrectに補正する。
そして、図8の制御回路13は、直線Bに基づき、磁気情報(誤った磁気情報)Berrorを回転角(正しい回転角)θcorrectに補正する。
即ち、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも小さいTaである場合、磁気センサにより検出される磁気情報(誤った磁気情報)は、Berrorである。しかし、図8の制御回路13は、直線Bを用いて現在の回転角θxを求めれば、現在の回転角θxは、θcorrectとなる。
このように、図8の制御回路13は、温度Taにおいても、出力軸の正しい回転角θcorrectを検出できる。
このように、図8の制御回路13は、温度Taにおいても、出力軸の正しい回転角θcorrectを検出できる。
尚、誤った回転角θerrorを正しい回転角(補正角)θcorrectに補正する処理は、誤った回転角θerrorをΔθだけ小さくする処理である。この処理は、所定角度の検出タイミングを決定する処理に置き換えると、その検出タイミングを遅らすことに相当する。
その意味から、この補正は、遅角補正と称される。
その意味から、この補正は、遅角補正と称される。
遅角補正の量Δθは、以下により求められる。
図23から、
Berror/θcorrect=α_ta …(11)
Berror/θerror=α_tref …(12)
が求められる。
図23から、
Berror/θcorrect=α_ta …(11)
Berror/θerror=α_tref …(12)
が求められる。
(11)式から、
θcorrect=Berror/α_ta …(13)
(12)式から、
Berror=α_tref×θerror …(14)
がそれぞれ求められる。
θcorrect=Berror/α_ta …(13)
(12)式から、
Berror=α_tref×θerror …(14)
がそれぞれ求められる。
(14)式を(13)式に代入すると、
θcorrect=(α_tref/α_ta)×θerror …(15)
が求められる。
Δθ=θerror−θcorrectであるから、
Δθ=(1−(α_tref/α_ta))×θerror …(16)
である。
θcorrect=(α_tref/α_ta)×θerror …(15)
が求められる。
Δθ=θerror−θcorrectであるから、
Δθ=(1−(α_tref/α_ta))×θerror …(16)
である。
尚、α_trefが1であり、α_taが1.066である場合、
Δθ=0.06×θerror …(17)
である。
Δθ=0.06×θerror …(17)
である。
図24は、図22の第1の例での進角補正の例である。
直線Aは、基準温度Trefにおける磁気情報Bx(=Bx_ref)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tref×Bxで表される。
直線Cは、現在の温度TI(温度情報Tb)における磁気情報Bx(=Bx_tb)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tb×Bxで表される。
直線Aは、基準温度Trefにおける磁気情報Bx(=Bx_ref)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tref×Bxで表される。
直線Cは、現在の温度TI(温度情報Tb)における磁気情報Bx(=Bx_tb)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tb×Bxで表される。
ここで、出力軸の回転角がθcorrectである場合を考える。
この場合、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefであると仮定すると、磁気センサにより検出される磁気情報(正しい磁気情報)は、Bcorrectである。従って、図8の制御回路13は、図9のLUTデータLref、即ち、直線A(θx=α_tref×Bx)を用いて、現在の回転角θxがθcorrectであることを正確に確認できる。
この場合、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefであると仮定すると、磁気センサにより検出される磁気情報(正しい磁気情報)は、Bcorrectである。従って、図8の制御回路13は、図9のLUTデータLref、即ち、直線A(θx=α_tref×Bx)を用いて、現在の回転角θxがθcorrectであることを正確に確認できる。
しかし、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも大きいTbである場合、回転角θxが一定であっても、磁気情報(磁束密度)Bxは、基準温度Trefにおける磁気情報(磁束密度)Bxよりも小さくなる。
即ち、現在の温度Tbでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Cの傾きα_tb」は、基準温度Trefでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Aの傾きα_tref」よりも小さくなる。
即ち、現在の温度Tbでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Cの傾きα_tb」は、基準温度Trefでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Aの傾きα_tref」よりも小さくなる。
この場合、磁気センサにより検出される磁気情報(誤った磁気情報)は、Berrorである。従って、図8の制御回路13は、図9のLUTデータLref、即ち、直線A(θx=α_tref×Bx)を用いて現在の回転角θxを求めようとすると、現在の回転角θxは、θerrorとなる。
このように、実際の回転角は、θcorrectであるにもかかわらず、磁気センサが検出する回転角は、θerror(<θcorrect)となる。
このように、実際の回転角は、θcorrectであるにもかかわらず、磁気センサが検出する回転角は、θerror(<θcorrect)となる。
そこで、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも大きいTbである場合、図8の制御回路13は、図18、図20、及び、図21で説明した手順に従い、直線C(θx=α_tb×Bx)を求める。
そして、図8の制御回路13は、直線Cに基づき、磁気情報(誤った磁気情報)Berrorを回転角(正しい回転角)θcorrectに補正する。
そして、図8の制御回路13は、直線Cに基づき、磁気情報(誤った磁気情報)Berrorを回転角(正しい回転角)θcorrectに補正する。
即ち、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも大きいTbである場合、磁気センサにより検出される磁気情報(誤った磁気情報)は、Berrorである。しかし、図8の制御回路13は、直線Cを用いて現在の回転角θxを求めれば、現在の回転角θxは、θcorrectとなる。
このように、図8の制御回路13は、温度Tbにおいても、出力軸の正しい回転角θcorrectを検出できる。
このように、図8の制御回路13は、温度Tbにおいても、出力軸の正しい回転角θcorrectを検出できる。
尚、誤った回転角θerrorを正しい回転角(補正角)θcorrectに補正する処理は、誤った回転角θerrorをΔθだけ大きくする処理である。この処理は、所定角度の検出タイミングを決定する処理に置き換えると、その検出タイミングを進ますことに相当する。
その意味から、この補正は、進角補正と称される。
その意味から、この補正は、進角補正と称される。
進角補正の量Δθは、以下により求められる。
図24から、
Berror/θcorrect=α_tb …(18)
Berror/θerror=α_tref …(19)
が求められる。
図24から、
Berror/θcorrect=α_tb …(18)
Berror/θerror=α_tref …(19)
が求められる。
(18)式から、
θcorrect=Berror/α_tb …(20)
(19)式から、
Berror=α_tref×θerror …(21)
がそれぞれ求められる。
θcorrect=Berror/α_tb …(20)
(19)式から、
Berror=α_tref×θerror …(21)
がそれぞれ求められる。
(21)式を(20)式に代入すると、
θcorrect=(α_tref/α_tb)×θerror …(22)
が求められる。
Δθ=θcorrect−θerrorであるから、
Δθ=((α_tref/α_tb)−1)×θerror …(23)
である。
θcorrect=(α_tref/α_tb)×θerror …(22)
が求められる。
Δθ=θcorrect−θerrorであるから、
Δθ=((α_tref/α_tb)−1)×θerror …(23)
である。
尚、α_trefが1であり、α_tbが0.875である場合、
Δθ=0.14×θerror …(24)
である。
Δθ=0.14×θerror …(24)
である。
(2) 磁気センサの出力信号が2値である場合
図25は、磁気センサの出力信号の第2の例を示している。
磁気センサ11は、中心軸CAを中心とする出力軸AXの回転角θが所定の回転角になったことを示す検出タイミングとしての出力信号(電圧)S1を出力する。即ち、永久磁石PMからの磁気情報MIは、所定の回転角だけ回転するごとに周期的に変化し、磁気センサ11は、この磁気情報MIの変化を出力信号S1として出力する。
磁気センサ11は、ホール素子、磁気抵抗素子などを含む。
図25は、磁気センサの出力信号の第2の例を示している。
磁気センサ11は、中心軸CAを中心とする出力軸AXの回転角θが所定の回転角になったことを示す検出タイミングとしての出力信号(電圧)S1を出力する。即ち、永久磁石PMからの磁気情報MIは、所定の回転角だけ回転するごとに周期的に変化し、磁気センサ11は、この磁気情報MIの変化を出力信号S1として出力する。
磁気センサ11は、ホール素子、磁気抵抗素子などを含む。
例えば、N極及びS極のペアが、永久磁石PMの周方向に80ペア存在すると仮定すると、磁気センサ11は、出力軸AXが4.5°だけ回転したことをN極及びS極の1つのペアにより検出できる。即ち、磁気センサ11は、永久磁石PMの極が変化する度に、出力軸AXが2.25°だけ回転したことを検出できる。
ここで、Bopは、動作磁束密度(operating point of magnetic flux density)を表し、Brpは、復帰磁束密度(reversing point of magnetic flux density)を表す。
磁気センサ11の出力信号S1は、N極からの磁界の磁束密度の絶対値がBopを超えたとき、ハイレベル(例えば、電源電圧)となり、S極からの磁界の磁束密度の絶対値がBrpを超えたとき、ロウレベル(例えば、接地電圧)となる。
但し、ここでは、N極からの磁界の磁束密度をプラスとし、S極からの磁界の磁束密度をマイナスとする。
磁気センサ11の出力信号S1は、N極からの磁界の磁束密度の絶対値がBopを超えたとき、ハイレベル(例えば、電源電圧)となり、S極からの磁界の磁束密度の絶対値がBrpを超えたとき、ロウレベル(例えば、接地電圧)となる。
但し、ここでは、N極からの磁界の磁束密度をプラスとし、S極からの磁界の磁束密度をマイナスとする。
従って、磁気センサ11の出力信号S1がハイレベル又はロウレベルに切り替わったタイミングが、所定の回転角になったことを示す検出タイミングとして検出される。
図26は、図25の第2の例での遅角補正の例である。
直線Aは、基準温度Trefにおける磁気情報Bx(=Bx_ref)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tref×Bxで表される。
直線Bは、現在の温度TI(温度情報Ta)における磁気情報Bx(=Bx_ta)と回転角θxの関係を示し、θx=α_ta×Bxで表される。
直線Aは、基準温度Trefにおける磁気情報Bx(=Bx_ref)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tref×Bxで表される。
直線Bは、現在の温度TI(温度情報Ta)における磁気情報Bx(=Bx_ta)と回転角θxの関係を示し、θx=α_ta×Bxで表される。
ここで、出力軸の回転角がθtargetとなるタイミングを検出する場合を考える。
この場合、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefであると仮定すると、出力軸の現在の回転角がθcurrentの場合、未だ、θtargetに到達していないため、出力信号S1はロウレベルであるべきである。
実際、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefである場合、磁気センサにより検出される磁気情報(磁束密度)は、Bcorrect1である。また、磁気情報Bcorrect1は、Bopよりも小さい。従って、ポイントaに示すように、出力信号S1は、ロウレベルのままであり、未だ、θtargetに到達していないことを正確に確認できる。
この場合、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefであると仮定すると、出力軸の現在の回転角がθcurrentの場合、未だ、θtargetに到達していないため、出力信号S1はロウレベルであるべきである。
実際、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefである場合、磁気センサにより検出される磁気情報(磁束密度)は、Bcorrect1である。また、磁気情報Bcorrect1は、Bopよりも小さい。従って、ポイントaに示すように、出力信号S1は、ロウレベルのままであり、未だ、θtargetに到達していないことを正確に確認できる。
また、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefである場合、出力軸の現在の回転角がθtargetになると、磁気センサにより検出される磁気情報(磁束密度)は、Bcorrect2となる。また、磁気情報Bcorrect2は、Bopに等しいか、又は、それよりも大きい。従って、ポイントbに示すように、出力信号S1は、ロウレベルからハイレベルに変化し、θtargetに到達したことを正確に確認できる。
しかし、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも小さいTaである場合、回転角θxが一定であっても、磁気情報(磁束密度)Bxは、基準温度Trefにおける磁気情報(磁束密度)Bxよりも大きくなる。
即ち、現在の温度Taでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Bの傾きα_ta」は、基準温度Trefでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Aの傾きα_tref」よりも大きくなる。
即ち、現在の温度Taでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Bの傾きα_ta」は、基準温度Trefでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Aの傾きα_tref」よりも大きくなる。
この場合、出力軸の現在の回転角がθcurrentであっても、磁気センサにより検出される磁気情報(磁束密度)は、Berrorとなる。従って、磁気センサは、磁気情報Berrorが、Bopに等しいか、又は、それよりも大きいと判断すると、ポイントcに示すように、出力信号S1をロウレベルからハイレベルに変化させる。
このように、実際の回転角は、θcurrent(<θtarget)であるにもかかわらず、磁気センサは、θtargetに到達したことを示す出力信号S1を出力してしまう。
このように、実際の回転角は、θcurrent(<θtarget)であるにもかかわらず、磁気センサは、θtargetに到達したことを示す出力信号S1を出力してしまう。
そこで、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも小さいTaである場合、図8の制御回路13は、図18、図20、及び、図21で説明した手順に従い、直線B(θx=α_ta×Bx)を求める。
そして、図8の制御回路13は、直線Bに基づき、θtargetの誤った検出タイミングcを正しい検出タイミングbに補正する。
このように、図8の制御回路13は、温度Taにおいても、出力軸の回転角がθtargetに到達したことを示す正しいタイミングを検出できる。
そして、図8の制御回路13は、直線Bに基づき、θtargetの誤った検出タイミングcを正しい検出タイミングbに補正する。
このように、図8の制御回路13は、温度Taにおいても、出力軸の回転角がθtargetに到達したことを示す正しいタイミングを検出できる。
尚、誤った検出タイミングcを正しい検出タイミングbに補正する処理は、θtargetの検出タイミングをΔθだけ遅らすことを意味する。その意味から、この補正は、遅角補正と称される。
遅角補正の量Δθは、上述の第1の例と同様に、(16)式、又は、(17)式により与えられる。
遅角補正の量Δθは、上述の第1の例と同様に、(16)式、又は、(17)式により与えられる。
図27は、図25の第2の例での進角補正の例である。
直線Aは、基準温度Trefにおける磁気情報Bx(=Bx_ref)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tref×Bxで表される。
直線Bは、現在の温度TI(温度情報Ta)における磁気情報Bx(=Bx_ta)と回転角θxの関係を示し、θx=α_ta×Bxで表される。
直線Aは、基準温度Trefにおける磁気情報Bx(=Bx_ref)と回転角θxの関係を示し、θx=α_tref×Bxで表される。
直線Bは、現在の温度TI(温度情報Ta)における磁気情報Bx(=Bx_ta)と回転角θxの関係を示し、θx=α_ta×Bxで表される。
ここで、出力軸の回転角がθtargetとなるタイミングを検出する場合を考える。
この場合、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefであると仮定すると、出力軸の現在の回転角がθtargetになると、磁気センサにより検出される磁気情報(磁束密度)は、Bcorrectとなる。また、磁気情報Bcorrectは、Bopに等しいか、又は、それよりも大きい。従って、ポイントdに示すように、出力信号S1は、ロウレベルからハイレベルに変化し、θtargetに到達したことを正確に確認できる。
この場合、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefであると仮定すると、出力軸の現在の回転角がθtargetになると、磁気センサにより検出される磁気情報(磁束密度)は、Bcorrectとなる。また、磁気情報Bcorrectは、Bopに等しいか、又は、それよりも大きい。従って、ポイントdに示すように、出力信号S1は、ロウレベルからハイレベルに変化し、θtargetに到達したことを正確に確認できる。
しかし、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも大きいTbである場合、回転角θxが一定であっても、磁気情報(磁束密度)Bxは、基準温度Trefにおける磁気情報(磁束密度)Bxよりも小さくなる。
即ち、現在の温度Tbでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Cの傾きα_tb」は、基準温度Trefでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Aの傾きα_tref」よりも小さくなる。
即ち、現在の温度Tbでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Cの傾きα_tb」は、基準温度Trefでの「回転角と磁気情報(磁束密度)の関係を示す直線Aの傾きα_tref」よりも小さくなる。
この場合、出力軸の現在の回転角がθtargetであっても、磁気センサにより検出される磁気情報(磁束密度)は、Berror1となる。従って、磁気センサは、磁気情報Berror1がBopよりも小さいと判断すると、ポイントeに示すように、出力信号S1をロウレベルのまま変化させない。
このように、実際の回転角は、θtargetに到達しているにもかかわらず、磁気センサは、θtargetに到達していないことを示す出力信号S1を出力してしまう。
このように、実際の回転角は、θtargetに到達しているにもかかわらず、磁気センサは、θtargetに到達していないことを示す出力信号S1を出力してしまう。
そして、出力軸の現在の回転角がθcurrent(>θtarget)となったときに、磁気センサにより検出される磁気情報(磁束密度)は、Berror2となる。従って、磁気センサは、磁気情報Berror2がBopに等しいか、又は、それよりも大きいと判断すると、ポイントfに示すように、出力信号S1をロウレベルからハイレベルに変化させる。
しかし、この検出タイミングfは、正しい検出タイミングdよりも遅れている。
しかし、この検出タイミングfは、正しい検出タイミングdよりも遅れている。
そこで、温度情報(現在の温度)が基準温度Trefよりも大きいTbである場合、図8の制御回路13は、図18、図20、及び、図21で説明した手順に従い、直線C(θx=α_tb×Bx)を求める。
そして、図8の制御回路13は、直線Cに基づき、θtargetの誤った検出タイミングfを正しい検出タイミングdに補正する。
このように、図8の制御回路13は、温度Tbにおいても、出力軸の回転角がθtargetに到達したことを示す正しいタイミングを検出できる。
そして、図8の制御回路13は、直線Cに基づき、θtargetの誤った検出タイミングfを正しい検出タイミングdに補正する。
このように、図8の制御回路13は、温度Tbにおいても、出力軸の回転角がθtargetに到達したことを示す正しいタイミングを検出できる。
尚、誤った検出タイミングfを正しい検出タイミングdに補正する処理は、θtargetの検出タイミングをΔθだけ進ますことを意味する。その意味から、この補正は、進角補正と称される。
進角補正の量Δθは、上述の第1の例と同様に、(23)式、又は、(24)式により与えられる。
進角補正の量Δθは、上述の第1の例と同様に、(23)式、又は、(24)式により与えられる。
<適用例>
上述の機電一体型モータユニットは、人間社会に存在する、回るもの、及び、動くもの全てに適用可能である。
それらのうち、特に、高精度な制御が必要とされるもの、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機などの乗り物(vehicle)における可動システムの制御、産業用ロボット、家庭用ロボット、ヒューマノイドロボットなどのロボットシステムの制御など、は、上述の機電一体型モータユニットの適用により、さらに、安全性、信頼性などが高まる。
上述の機電一体型モータユニットは、人間社会に存在する、回るもの、及び、動くもの全てに適用可能である。
それらのうち、特に、高精度な制御が必要とされるもの、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機などの乗り物(vehicle)における可動システムの制御、産業用ロボット、家庭用ロボット、ヒューマノイドロボットなどのロボットシステムの制御など、は、上述の機電一体型モータユニットの適用により、さらに、安全性、信頼性などが高まる。
以下、上述の機電一体型モータユニットを自動車システムに適用した例を説明する。これらに使用されるモータユニットは、小型化、高耐熱性、高速かつ高精度な回転角制御など、のハイスペックな性能を要求されるからである。
図28は、実施形態に係わる機電一体型モータユニットを適用可能な自動車システムの例を示している。
近年、自動車システム21は、自動運転などの自動化、運転者を補助するためのアシスト化など、が進行している。ここで問題となるのが安全性及び信頼性である。即ち、自動車システム21内の複数の制御ユニットがお互いの状況を正確に把握しないと、それら複数の制御ユニットの各々は、正確な判断を行うことができない。
これでは、自動車システム21の安全性及び信頼性が確保できない。
近年、自動車システム21は、自動運転などの自動化、運転者を補助するためのアシスト化など、が進行している。ここで問題となるのが安全性及び信頼性である。即ち、自動車システム21内の複数の制御ユニットがお互いの状況を正確に把握しないと、それら複数の制御ユニットの各々は、正確な判断を行うことができない。
これでは、自動車システム21の安全性及び信頼性が確保できない。
そこで、自動車システム21は、例えば、複数の制御ユニットが共通バス27を介して互いに接続される、いわゆる車載ネットワーク(例えば、CAN:controller area network)を備える。
例えば、同図において、電動パワーステアリング装置(EPS)24、デュアルクラッチトランスミッション(DCT)などの自動変速機30、オートマチックトランスミッション(AT)、マニュアルトランスミッション(MT)などのシフト装置26、及び、シフトバイワイヤ(SBW)などのシフト制御装置28は、共通バス27により互いに接続される。
これにより、自動車システム21内の複数の制御ユニットがお互いの状況を把握できるため、自動車システム21の自動化及びアシスト化が促進される。
しかし、これを実現するには、車載ネットワークのみでは不十分である。即ち、自動車システム21の自動化及びアシスト化を実現するには、自動車システム21内の複数の制御ユニット自身が、正確な制御を行わなければならない。
そのために、自動車システム21内の複数の制御ユニットに、実施形態に係わる機電一体型モータユニットを適用することは、非常に有効である。
しかし、これを実現するには、車載ネットワークのみでは不十分である。即ち、自動車システム21の自動化及びアシスト化を実現するには、自動車システム21内の複数の制御ユニット自身が、正確な制御を行わなければならない。
そのために、自動車システム21内の複数の制御ユニットに、実施形態に係わる機電一体型モータユニットを適用することは、非常に有効である。
(1) 電動パワーステアリング装置
電動パワーステアリング装置24は、運転者のステアリング操作を補助する機能を有する。電動パワーステアリング装置24は、モータユニット241を備える。このモータユニット241は、実施形態に係わる機電一体型モータユニットであり、ECU242及びモータ243を備える。
電動パワーステアリング装置24は、運転者のステアリング操作を補助する機能を有する。電動パワーステアリング装置24は、モータユニット241を備える。このモータユニット241は、実施形態に係わる機電一体型モータユニットであり、ECU242及びモータ243を備える。
ステアリング装置22は、例えば、ステアリングホイール221及びステアリングシャフト222を備える。トルクセンサ23は、ステアリングシャフト222に取り付けられる。運転者がステアリングホイール221を動かすと、これに応じて、ステアリングシャフト222が回転する。そして、トルクセンサ23は、この回転に起因して、ステアリングシャフト222に発生するトルクを検出し、トルク信号を出力する。
ECU242は、トルクセンサ23からのトルク信号に基づきモータ243を駆動する。ここで、トルク信号は、例えば、図1の入力信号S0に相当する。但し、ECU242は、トルク信号と、これとは異なる他の情報(例えば、車速など)に基づき、モータ243を駆動してもよい。
ECU242は、トルク信号に基づき目標角を決定し、例えば、図1の第1及び第2の信号S1,S2、並びに、LUTにより決定される、回転角又は補正角を、目標角と比較することにより、モータ243を駆動する駆動信号S4を出力する。
ECU242は、トルク信号に基づき目標角を決定し、例えば、図1の第1及び第2の信号S1,S2、並びに、LUTにより決定される、回転角又は補正角を、目標角と比較することにより、モータ243を駆動する駆動信号S4を出力する。
モータ243の回転出力は、ステアリングギアボックス25に伝達される。ステアリングギアボックス25は、車輪の操舵をアシストする機能を有する。即ち、モータ243の回転出力は、ステアリングギアボックス25により、車輪の操舵角(steering angle)を変化させる力に変換される。その結果、運転者は、軽い力で、ステアリングホイール221を動かすことが可能となる。
このように、電動パワーステアリング装置24に実施形態に係わる機電一体型モータユニットを適用すれば、制御回路としてのECU242は、温度補正された補正角に基づきモータ243の回転角を制御できる。従って、ECU242は、車輪の操舵のアシストを適切に行える。
尚、実施形態に係わる機電一体型モータユニットは、ステアリングバイワイヤ装置に適用することも可能である。
尚、実施形態に係わる機電一体型モータユニットは、ステアリングバイワイヤ装置に適用することも可能である。
(2) シフト制御装置(シフトバイワイヤ装置)
シフト制御装置28は、運転者のシフト操作を検出し、選択されたシフトレンジを決定する機能を有する。シフト制御装置28は、モータユニット281及びディテント装置285を備える。モータユニット281は、実施形態に係わる機電一体型モータユニットであり、ECU282、モータ283、及び、出力装置284を備える。
シフト制御装置28は、運転者のシフト操作を検出し、選択されたシフトレンジを決定する機能を有する。シフト制御装置28は、モータユニット281及びディテント装置285を備える。モータユニット281は、実施形態に係わる機電一体型モータユニットであり、ECU282、モータ283、及び、出力装置284を備える。
シフト装置26は、例えば、シフト操作ユニット261及びECU262を備える。シフト操作ユニット261は、シフトレバー装置、パドルシフト装置など、を含む。シフトレバー装置は、シフトレバーによりシフトチェンジを行う機能を有する。また、パドルシフト装置は、押しボタンなどのシフトスイッチによりシフトチェンジを行う機能を有する。
ここで、シフトチェンジとは、オートマチックトランスミッションの場合、例えば、P(パーキング)、R(リバース)、N(ニュートラル)、D(ドライブ)、2(2速ギア)、及び、1(1速ギア)のシフトレンジをチェンジすることを意味する。
ここで、シフトチェンジとは、オートマチックトランスミッションの場合、例えば、P(パーキング)、R(リバース)、N(ニュートラル)、D(ドライブ)、2(2速ギア)、及び、1(1速ギア)のシフトレンジをチェンジすることを意味する。
ECU282は、ECU262から共通バス27を介して入力されるシフト信号に基づきモータ283を駆動する。ここで、シフト信号は、選択されたシフトレンジを示し、例えば、図2の入力信号S0に相当する。
ECU282は、シフト信号に基づき目標角を決定し、例えば、図2の第1及び第2の信号S1,S2、並びに、LUTにより決定される、回転角又は補正角を、目標角と比較することにより、モータ283を駆動する駆動信号S4を出力する。
ECU282は、シフト信号に基づき目標角を決定し、例えば、図2の第1及び第2の信号S1,S2、並びに、LUTにより決定される、回転角又は補正角を、目標角と比較することにより、モータ283を駆動する駆動信号S4を出力する。
モータ283の回転出力は、歯車又は変速機(例えば、減速機)を介して、出力装置284に伝達される。出力装置284の回転出力は、ディテント装置(位置決め装置)285に伝達される。
ディテント装置285は、シフトレンジ切替シャフトを備える。ディテント装置285は、シフトレンジ切替シャフトを選択されたシフトレンジに対応する角度に位置決めする機能を有する。
ディテント装置285は、シフトレンジ切替シャフトを備える。ディテント装置285は、シフトレンジ切替シャフトを選択されたシフトレンジに対応する角度に位置決めする機能を有する。
このように、シフト制御装置28に実施形態に係わる機電一体型モータユニットを適用すれば、制御回路としてのECU282は、温度補正された補正角に基づきモータ283の回転角を制御できる。従って、ECU282は、変速機30に対してギアチェンジを正確に指示できる。
シフト制御装置28は、変速機30と共に、エンジン29の近くに配置されるため、エンジン29からの熱の影響を受け易い。このため、シフト制御装置28は、特に、熱対策が必要である。実施形態に係わる機電一体型モータユニットは、基準温度を超える高温下においても、正確にモータ283を駆動できる。
従って、実施形態に係わる機電一体型モータユニットをシフト制御装置28に適用することは、非常に有効である。
従って、実施形態に係わる機電一体型モータユニットをシフト制御装置28に適用することは、非常に有効である。
(3) 変速機
変速機30は、ディテント装置285からの指示に基づき、クラッチの駆動、変速ギアの変更など、を行う機能を有する。変速機30は、モータユニット301を備える。モータユニット301は、実施形態に係わる機電一体型モータユニットである。
変速機30は、ディテント装置285からの指示に基づき、クラッチの駆動、変速ギアの変更など、を行う機能を有する。変速機30は、モータユニット301を備える。モータユニット301は、実施形態に係わる機電一体型モータユニットである。
モータユニット301内の制御回路は、ディテント装置285からの指示(選択されたシフトレンジ)に基づきモータを駆動する。即ち、モータユニット301内の制御回路は、選択されたシフトレンジに基づき目標角を決定し、例えば、図1の第1及び第2の信号S1,S2、並びに、LUTにより決定される、回転角又は補正角を、目標角と比較することにより、モータを駆動する駆動信号を出力する。
モータユニット301の出力軸は、クラッチ又は変速ギアに接続される。また、変速機30は、例えば、シフトレンジを変更する場合に、選択されたシフトレンジと連動して、変速ギアと出力シャフトとを結合するスリーブを備える。
このように、DCTなどの純電動方式、即ち、クラッチ又は変速ギアを、油圧でなく、モータにより駆動する方式の変速機に、実施形態に係わる機電一体型モータユニットを適用すれば、モータユニット301内の制御回路は、温度補正された補正角に基づきモータの回転角を制御できる。従って、モータユニット301内の制御回路は、変速ギアの変更を正確に行える。
また、変速機30は、エンジン29の近くに配置されるため、エンジン29からの熱の影響を受け易い。このため、変速機30は、特に、熱対策が必要である。実施形態に係わるモータユニットは、基準温度を超える高温下においても、正確にモータを駆動できる。従って、実施形態に係わる機電一体型モータユニットを変速機30に適用することは、非常に有効である。
尚、エンジン29の種類は、特に限定されない。例えば、エンジン29は、モータエンジンでもよいし、又は、ガソリンエンジンでもよい。
(むすび)
以上、説明したように、本考案の実施形態によれば、機電一体型モータユニットにおいて、モータの出力軸の回転角を正確に検出できる。
以上、説明したように、本考案の実施形態によれば、機電一体型モータユニットにおいて、モータの出力軸の回転角を正確に検出できる。
上述の実施形態において、磁気センサの数、及び、温度センサの数は、1つに限定されない。例えば、磁気センサの数は、複数であってもよいし、また、温度センサの数も、複数であってもよい。また、出力軸の回転角を検出する磁気情報は、回転角を検出可能な情報であれば、磁界の磁束密度でなくてもよい。さらに、出力軸の回転角は、磁気情報の他に、これとは異なる情報、例えば、シフト制御装置の場合はインヒビタスイッチの情報など、を参考にして決定してもよい。
なお、上記説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜、組み合わせることができる。
なお、上記説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜、組み合わせることができる。
本考案のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、一例として提示したものであり、本考案の範囲を限定することを意図しない。これら実施形態は、上述以外の様々な形態で実施することが可能であり、本考案の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換、変更など、を行える。これら実施形態及びその変形は、本考案の範囲及び要旨に含まれると共に、実用新案登録請求の範囲に記載された考案及びその均等物についても、本考案の範囲及び要旨に含まれる。
1A: 筐体、 1B: セパレータ、 1C: ヒートシンク、 1D: 追加筐体、 2A: モータ、 2B: ロータ、 2C: ロータコア、 2D: ステータ、 3A: 制御装置、 3B: 回路基板、 4A: 出力装置、 4B: シャフト、 5: 機械装置、 11: 磁気センサ、 12: 温度センサ、 13: 制御装置、 131: 記憶部、 132: 第1の制御部、 133: 第2の制御部、 134: 内部バス、 135: 情報部、 136: 範囲選択部、 137: モード選択部、 14: ドライバ、 15: インターフェース回路、 16: 不揮発性メモリ、 PM: 永久磁石、 AX: 出力軸。
Claims (25)
- モータを制御する制御装置であって、
前記モータの回転を出力する出力軸の回転角を示す永久磁石からの磁界の磁束密度に基づき第1の信号を出力する磁気センサと、
前記永久磁石の温度を示す第2の信号を出力する温度センサと、
前記第1及び第2の信号が入力され、制御信号を出力する制御回路と、
前記制御信号に基づき前記モータを駆動するドライバと、
を備え、
前記制御回路は、
基準温度における前記第1の信号及び前記回転角の第1の関係を記憶する記憶部と、
前記第1の関係から求められる前記回転角を前記第2の信号に基づき補正することにより補正角を求め、前記補正角に基づき前記制御信号を出力する、但し、前記第2の信号は、前記基準温度以外の温度を示す、第1の制御部と、
を含む、
制御装置。 - 前記モータ、前記出力軸、及び、前記制御装置は、筐体内に配置され、
前記出力軸の一端は、前記筐体から突出する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記磁気センサ、前記温度センサ、前記制御回路、及び、前記ドライバは、回路基板上に実装され、
前記温度センサは、前記永久磁石及び前記回路基板間に配置される、
請求項1又は2に記載の制御装置。 - 前記磁気センサ、前記温度センサ、前記制御回路、及び、前記ドライバは、回路基板上に実装され、
前記磁気センサ及び前記温度センサは、前記回路基板の同一面上に配置される、
請求項1又は2に記載の制御装置。 - 前記制御装置は、前記第1の関係を記憶する不揮発性メモリを含み、
前記制御回路は、所定タイミングにおいて、前記第1の関係を前記不揮発性メモリにプログラムする、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記制御回路は、情報部を含み、
前記情報部は、
第1の期間内の複数のタイミングにおいて、前記温度センサから複数の温度情報を取得する第1の部分と、
前記複数の温度情報の平均値を現在の温度として決定する第2の部分と、
を備え、
前記第1の制御部は、前記第1の期間後の第2の期間において、前記現在の温度に基づき前記補正角を求める、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記制御回路は、
前記基準温度を含む第1の温度から第2の温度までの範囲を選択する範囲選択部と、
前記補正角を求めず、前記回転角に基づき前記制御信号を出力する、但し、前記第2の信号は、前記範囲内の温度を示す、第2の制御部と、
を備える、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記制御回路は、
第1のモード及び第2のモードの1つを選択可能なモード選択部と、
前記補正角を求めず、前記回転角に基づき前記制御信号を出力する、但し、前記制御回路は、前記第2のモードを選択する、第2の制御部と、
を備え、
前記第1のモードにおいて、前記第1の制御部は、前記補正角に基づき前記制御信号を出力する、
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記第1の制御部は、前記回転角よりも小さい前記補正角を求める、但し、前記第2の信号は、前記基準温度よりも低い所定温度を示す、
請求項1乃至8のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記記憶部は、前記基準温度よりも低い最小温度における前記第1の信号及び前記回転角の第2の関係を記憶し、
前記第1の制御部は、前記第1及び第2の関係から前記所定温度における前記第1の信号及び前記回転角の第3の関係を求め、前記第3の関係に基づき前記回転角から前記補正角を求める、
請求項9に記載の制御装置。 - 前記第1の制御部は、前記回転角よりも大きい前記補正角を求める、但し、前記第2の信号は、前記基準温度よりも高い所定温度を示す、
請求項1乃至8のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記記憶部は、前記基準温度よりも高い最大温度における前記第1の信号及び前記回転角の第2の関係を記憶し、
前記第1の制御部は、前記第1及び第2の関係から前記所定温度における前記第1の信号及び前記回転角の第3の関係を求め、前記第3の関係に基づき前記回転角から前記補正角を求める、
請求項11に記載の制御装置。 - 前記第1の制御部は、目標角及び前記補正角に基づき前記制御信号を出力し、前記目標角は、有線ネットワーク又は無線ネットワークを介して前記制御回路に入力される、
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の制御装置。 - モータと、
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を取り囲む筐体と、
を備え、
前記モータの回転を出力する出力軸の一端は、前記筐体から突出し、
前記制御装置は、
前記モータの回転を出力する出力軸の回転角を示す永久磁石からの磁界の磁束密度に基づき第1の信号を出力する磁気センサと、
前記永久磁石の温度を示す第2の信号を出力する温度センサと、
前記第1及び第2の信号が入力され、制御信号を出力する制御回路と、
前記制御信号に基づき前記モータを駆動するドライバと、
を含み、
前記制御回路は、
基準温度における前記第1の信号及び前記回転角の第1の関係を記憶する記憶部と、
前記第1の関係から求められる前記回転角を前記第2の信号に基づき補正することにより補正角を求め、前記補正角に基づき前記制御信号を出力する、但し、前記第2の信号は、前記基準温度以外の温度を示す、第1の制御部と、
を含む、
モータユニット。 - 前記モータは、回転軸を中心に回転可能なロータを含み、前記出力軸は、前記ロータである、請求項14に記載のモータユニット。
- 前記モータは、回転軸を中心に回転可能なロータを含み、前記出力軸は、前記ロータとは異なるシャフトであり、前記シャフトは、前記ロータの回転に依存して回転する、請求項14に記載のモータユニット。
- 前記制御装置は、前記出力軸の他端に配置される、請求項14乃至16のいずれか1項に記載のモータユニット。
- 前記永久磁石は、前記出力軸の他端に固定される、
請求項14乃至17のいずれか1項に記載のモータユニット。 - 前記モータ及び前記制御装置は、セパレータにより分離される、
請求項14乃至18のいずれか1項に記載のモータユニット。 - 前記永久磁石は、前記セパレータよりも前記制御装置に近い位置に配置される、
請求項19に記載のモータユニット。 - 前記永久磁石、前記磁気センサ、及び、前記温度センサは、前記筐体と前記セパレータとにより囲まれた空間内に配置される、
請求項19に記載のモータユニット。 - 前記温度センサは、前記磁気センサよりも前記永久磁石に近い位置に配置される、
請求項14乃至21のいずれか1項に記載のモータユニット。 - 請求項14乃至22のいずれか1項に記載のモータユニットを備え、
前記制御回路は、車輪の操舵角を決定するステアリング装置のステアリングトルクに基づき目標角を決定し、前記第1及び第2の信号、並びに、前記第1の関係により求められる前記回転角又は前記補正角を前記目標角と比較することにより前記制御信号を出力し、
前記出力軸は、前記操舵角の変更をアシストするギアボックスに接続される、
電動パワーステアリング装置。 - 請求項14乃至22のいずれか1項に記載のモータユニットを備え、
前記制御回路は、シフト装置からのシフト位置の変更を指示する入力信号に基づき目標角を決定し、前記第1及び第2の信号、並びに、前記第1の関係により求められる前記回転角又は前記補正角を前記目標角と比較することにより前記制御信号を出力し、
前記出力軸は、前記シフト位置を決定する位置決め装置に接続される、
シフト制御装置。 - 請求項14乃至22のいずれか1項に記載のモータユニットを備え、
前記制御回路は、ギアの変更を指示する入力信号に基づき前記ギア又はクラッチを駆動する目標角を決定し、前記第1及び第2の信号、並びに、前記第1の関係により求められる前記回転角又は前記補正角を前記目標角と比較することにより前記制御信号を出力し、
前記出力軸は、前記ギア又は前記クラッチに接続される、
変速機。
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