JP4154323B2 - 多相モータにおけるレゾルバのゼロ点補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転を所定の電気角でロックし、そのときのレゾルバの出力を前記所定の電気角と比較することで該レゾルバのゼロ点を補正する、多相モータにおけるレゾルバのゼロ点補正方法に関する。

多相モータのコイルに交流電流を供給する場合、そのロータの位相に同期して交流電流の位相を決定する必要があり、そのためにモータの回転軸に設けたレゾルバでロータの位相を検出している。レゾルバ自体のばらつきや、それをモータに取り付ける際の位置誤差により、レゾルバのゼロ点（出力がゼロになる位置）がモータの所定の位相と一致しないため、従来は作業者の手作業でレゾルバのゼロ点の補正作業を行っていた。

この補正作業を自動化すべく、モータのコイルに供給する交流電流の位相とレゾルバの出力とを比較し、その偏差を用いてレゾルバで検出したロータの位相を補正するものが、下記特許文献１により公知である。
特開平１０−２０１２７５号公報

ところで、上記従来のものは、モータのコイルに供給する交流電流の位相に基づいてロータの位相を推定しているが、交流電流の位相とロータの位相とは運転中のモータに加わる負荷により変動するため、交流電流の位相に基づいて推定したロータの位相は必ずしも現実の位相に一致しておらず、そのためにレゾルバのゼロ点の補正精度が低下する可能性があった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、多相モータのレゾルバのゼロ点補正の精度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、モータの回転を所定の電気角でロックし、そのときのレゾルバの出力を前記所定の電気角と比較することで該レゾルバのゼロ点を補正する、多相モータにおけるレゾルバのゼロ点補正方法であって、モータのコイルに第１の直流電流を通電し、トルクが０になる第１の電気角においてモータの回転をロックする第１工程と、モータのコイルに前記第１の直流電流と異なる第２の直流電流を通電し、前記第１の電気角と異なり、かつトルクが０になる第２の電気角においてモータの回転をロックする第２工程と、前記第２の電気角とレゾルバの出力とを比較して該レゾルバのゼロ点を補正する第３工程とを含むことを特徴とする、多相モータにおけるレゾルバのゼロ点補正方法が提案される。

尚、実施例のＵ相コイル６１Ｕ、Ｖ相コイル６１ＶおよびＷ相コイル６１Ｗは本発明のコイルに対応する。

請求項１の構成によれば、第１工程でモータのコイルに第１の直流電流を通電するとトルクが０になる複数の第１の電気角の何れかにおいてモータの回転がロックする。続く第２工程でモータのコイルに前記第１の直流電流と異なる第２の直流電流を通電すると、前記第１の電気角と異なり、かつトルクが０になる所定の第２の電気角においてモータの回転がロックする。第２工程に先立って第１工程を行うことで、第２工程を開始するときの電気角が前記複数の第１の電気角の何れかであることが保証されるため、トルクが０になる第２の電気角が複数存在しても、モータの回転がロックする前記所定の第２の電気角は常に同一になる。従って、第３工程において前記所定の第２の電気角とレゾルバの出力とを比較することで、レゾルバのゼロ点を精度良く補正することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１は電動パワーステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４はモータの駆動回路を示す図、図５は第１の通電時のモータ駆動回路を示す図、図６は第１の通電時の電気角に対するトルクの変化を示すグラフ、図７は第２の通電時のモータ駆動回路を示す図、図８は第２の通電時の電気角に対するトルクの変化を示すグラフ、図９はレゾルバのゼロ点補正の作用を説明するフローチャートである。

図１に示すように、ステアリングハンドル１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２は、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４および下部ユニバーサルジョイント１５を介して、減速機１６から上方に突出するピニオンシャフト１７に接続される。減速機１６の下端に接続されたステアリングギヤボックス１８の左右両端から突出するタイロッド１９，１９が、左右の車輪ＷＬ，ＷＲの図示せぬナックルに接続される。減速機１６には三相交流モータＭが支持されており、このモータＭの作動が、減速機１６の内部に収納した操舵トルクセンサＳｔからの信号が入力される電子制御ユニットＵにより制御される。

図２および図３に示すように、減速機１６はステアリングギヤボックス１８と一体の下部ケース２１と、その上面にボルト２２…で結合された中間ケース２３と、その上面にボルト２４…で結合された上部ケース２５とを備えており、ステアリングギヤボックス１８および上部ケース２５にボールベアリング２６，２７で前記ピニオンシャフト１７が回転自在に支持される。ピニオンシャフト１７の下端に設けられたピニオン２８が、ステアリングギヤボックス１８の内部に左右移動自在に支持したラックバー２９に設けられたラック３０に噛合する。ステアリングギヤボックス１８に形成した貫通孔１８ａに押圧部材３１が摺動自在に収納されており、貫通孔１８ａを閉塞するナット部材３２との間に配置したスプリング３３で押圧部材３１をラックバー２９の背面に向けて付勢することで、ラックバー２９の撓みが抑制される。

減速機１６の内部に延びるモータＭの回転軸３４は、一対のボールベアリング３５，３６で下部ケース２１に回転自在に支持されており、モータＭの回転軸３４に設けられたウオーム３７が、ピニオンシャフト１７に固定されたウオームホイール３８に噛合する。

従って、モータＭを駆動すると回転軸３４のトルクがウオーム３７およびウオームホイール３８を介してピニオンシャフト１７に伝達され、ドライバーのステアリング操作がモータＭによってアシストされる。

図４には、電子制御ユニットＵからの指令でモータＭを駆動するモータ駆動回路Ｃが示される。モータ駆動回路Ｃは三相ブリッジ回路４１を備えており、その高圧端子ＴＨはシャント抵抗４２、パワーリレー４３およびチョークコイル４４を介して車載の１２Ｖのバッテリ４５のプラス極４５ａに接続され、その低圧端子ＴＬは接地されてバッテリ４５のマイナス極４５ｂに接続される。三相ブリッジ回路４１の高圧端子ＴＨおよび低圧端子ＴＬ間には、直列に接続された第１スイッチング素子４６ａ、第１出力端子ＴＭ１および第２スイッチング素子４６ｂと、直列に接続された第３スイッチング素子４６ｃ、第２出力端子ＴＭ２および第４スイッチング素子４６ｄと、直列に接続された第５スイッチング素子４６ｅ、第３出力端子ＴＭ３および第６スイッチング素子４６ｆとが、相互に並列に接続される。そして第１、第２、第３出力端子ＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３が、モータＭのスター結線されたＵ相コイル６１Ｕ、Ｖ相コイル６１ＶおよびＷ相コイル６１Ｗに、それぞれＵ相ライン６２Ｕ、Ｖ相ライン６２ＶおよびＷ相ライン６２Ｗを介して接続される。第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆは、例えば電界効果トラジスタ（ＦＥＴ）で構成される。

バッテリ４５から三相ブリッジ回路４１への電力の供給をＯＮ／ＯＦＦするパワーリレー４３は、電子制御ユニットＵにより制御されるリレー駆動回路４８に接続されてＯＮ／ＯＦＦする。パワーリレー４３および三相ブリッジ回路４１間に配置されたシャント抵抗４２はモータ電流検出回路４９に接続されており、電子制御ユニットＵに接続されたモータ電流検出回路４９は、シャント抵抗４２の両端の電位差とシャント抵抗４２の抵抗値とに基づいて、バッテリ４５から三相ブリッジ回路４１に供給される電流を検出する。

三相ブリッジ回路４１の第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆを電子制御ユニットＵに接続されたスイッチング素子駆動回路５１によりデューティ制御することで、モータＭのＵ相コイル６１Ｕ、Ｖ相コイル６１ＶおよびＷ相コイル６１Ｗに三相交流を供給することができる。

モータＭの回転軸の電気角を検出する公知のレゾルバＲが電子制御ユニットＵに接続されており、電子制御ユニットＵはレゾルバＲのゼロ点補正を行う機能を有する。即ち、レゾルバＲ自体のばらつきや、それをモータＭに取り付ける際の位置誤差により、レゾルバＲのゼロ点（出力がゼロになる位置）がモータＭの所定の電気角と一致しないため、その誤差が電子制御ユニットＵの内部で電気的に補正される。

以下、レゾルバＲのゼロ点補正の手法について説明する。

モータＭを所定の電気角で正確に停止（ロック）することができれば、そのときのレゾルバＲの出力を前記所定の電気角と比較することでゼロ点補正を行うことができる。図７に示すように、電子制御ユニットＵからの指令でスイッチング素子駆動回路５１が例えば第１スイッチング素子４６ａおよび第６スイッチング素子４６ｆだけをＯＮし、Ｕ相コイル６１Ｕ→Ｗ相コイル６１Ｗに直流電流を供給する。これを第２の通電と呼ぶ。このとき、Ｕ相コイル６１Ｕにより発生するトルクとＷ相コイル６１Ｗにより発生するトルクとの合成トルクが図８に示されている。Ｕ相コイル６１ＵおよびＷ相コイル６１Ｗに直流電流を供給したとき、モータＭがどのような電気角にあっても、モータＭはトルクが０になる２１０°の電気角まで回転してそこで安定的にロックする。即ち、電気角が３０°よりも大きく２１０°よりも小さければ、モータＭは時計方向に回転して２１０°の電気角でロックし、電気角が２１０°よりも大きく３０°よりも小さければ、モータＭは反時計方向に回転して２１０°の電気角でロックする。しかしながら、モータＭは電気角が３０°の位置でもトルクが０になるため、Ｕ相コイル６１ＵおよびＷ相コイル６１Ｗに直流電流を供給したとき、モータＭの電気角が偶然に３０°であると、その位置でロックが発生して本来の２１０°の電気角でロックできなくなる問題がある。

そこで、上述した第２の通電に先立って第１の通電を行うことで、モータＭが３０°の電気角で停止しないようにしておき、その後に上述した第２の通電を行うことでモータＭを２１０°の電気角で確実にロックするようにしている。

図５に示すように、第１の通電時には、電子制御ユニットＵからの指令でスイッチング素子駆動回路５１が例えば第１スイッチング素子４６ａ、第４スイッチング素子４６ｄおよび第６スイッチング素子４６ｆだけをＯＮし、Ｕ相コイル６１Ｕ→Ｖ相コイル６１Ｖの経路およびＵ相コイル６１Ｕ→Ｗ相コイル６１Ｗの経路で直流電流を供給する。このとき、Ｕ相コイル６１Ｕ、Ｖ相コイルおよびＷ相コイル６１Ｗにより発生するトルクの合成トルクが図６に示されている。Ｕ相コイル６１Ｕ、Ｖ相コイル６１ＶおよびＷ相コイル６１Ｗに直流電流を供給したとき、モータＭは基本的にトルクが０になる１８０°の電気角まで回転してそこで安定的にロックする。但し、モータＭは電気角が０°の位置でもトルクが０になるため、モータＭの電気角が偶然に０°であると、その位置でロックする場合がある。何れにしても、上述した第１の通電によりモータＭを電気角が１８０°あるいは０°の位置で、つまり電気角が３０°でない位置でロックすることができる。

しかして、続く第２の通電を開始する時点でモータＭの電気角が３０°でないことが保証されるので、第２の通電によりモータＭを２１０°の電気角で確実にロックすることができる。従って、このときのレゾルバＲの出力を２１０°の電気角に対応させることで、レゾルバＲのゼロ点補正を完了させることができる。

上記作用を図９のフローチャートに基づいて更に説明する。

先ずステップＳ１で第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆを全てＯＦＦしてモータＭをフリーにした後、ステップＳ２でＶ相コイル６１Ｖに通じる第４スイッチング素子４６ｄおよびＷ相コイル６１Ｗに通じる第６スイッチング素子４６ｆをＯＮし、更にステップＳ３でＵ相コイル６１Ｕに通じる第１スイッチング素子４６ａをデューティ比２０％でＯＮすることで、ステップＳ４でモータＭを１８０°の電気角でロックする（図５参照）。このときモータＭの電気角がたまたま０°であると、モータＭが０°の電気角でロックする場合がある。つまり、前記ステップＳ１〜Ｓ４により、モータＭは１８０°あるいは０°の電気角の何れかでロックする。前記ステップＳ２〜ステップＳ４は上述した第１通電に対応する。

続くステップＳ５でＶ相コイル６１Ｖに通じる第４スイッチング素子４６ｄをＯＦＦすることで、Ｕ相コイル６１Ｕに通じる第１スイッチング素子４６ａおよびＷ相コイル６１Ｗに通じる第６スイッチング素子４６ｆがＯＮした状態とすることで（図７参照）、ステップＳ６でモータＭを２１０°の電気角でロックする。前記ステップＳ５，Ｓ６は上述した第２通電に対応する。仮に、ステップＳ５を行うときに、モータＭの電気角が３０°であると、ステップＳ５でモータＭは２１０°の電気角でロックせずに３０°の電気角でロックしてしまうが、ステップＳ５を行うときにの電気角は１８０°あるいは０°であることが保証されるので、ステップＳ６でモータＭは必ず２１０°の電気角でロックする。

続くステップＳ７でレゾルバＲの出力ａ°を読み込み、ステップＳ８でＵ相コイル６１Ｕに通じる第１スイッチング素子４６ａおよびＷ相コイル６１Ｗに通じる第６スイッチング素子４６ｆをＯＦＦした後に、ステップＳ９でモータＭの実際の電気角である２１０°からレゾルバＲの出力ａ°を減算することで、補正値ｂ°（＝２１０°−ａ°）を算出する。そしてステップＳ１０で補正値ｂ°を電子制御ユニットＵに記憶する。従って、その後はレゾルバＲの出力ａ°を補正値ｂ°で補正することで、モータＭの電気角を精度良く検出することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では第１工程でモータＭを１８０°の電気角（あるいは０°の電気角）でロックし、第２工程でモータＭを２１０°の電気角でロックしているが、モータＭをロックさせる電気角は実施例に限定されるものではない。

また本発明は３相モータＭ以外の任意の多相モータに対して適用することができ、そのモータＭの用途も電動パワーステアリング装置に限定されるものではない。

電動パワーステアリング装置の全体斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図 モータ駆動回路を示す図 第１の通電時のモータ駆動回路を示す図 第１の通電時の電気角に対するトルクの変化を示すグラフ 第２の通電時のモータ駆動回路を示す図 第２の通電時の電気角に対するトルクの変化を示すグラフ レゾルバのゼロ点補正の作用を説明するフローチャート

符号の説明

６１Ｕ Ｕ相コイル（コイル）
６１Ｖ Ｖ相コイル（コイル）
６１Ｗ Ｗ相コイル（コイル）
Ｍ モータ
Ｒ レゾルバ

Claims (1)

1. モータ（Ｍ）の回転を所定の電気角でロックし、そのときのレゾルバ（Ｒ）の出力を前記所定の電気角と比較することで該レゾルバ（Ｒ）のゼロ点を補正する、多相モータにおけるレゾルバのゼロ点補正方法であって、
   モータ（Ｍ）のコイル（６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ）に第１の直流電流を通電し、トルクが０になる第１の電気角においてモータ（Ｍ）の回転をロックする第１工程と、
   モータ（Ｍ）のコイル（６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ）に前記第１の直流電流と異なる第２の直流電流を通電し、前記第１の電気角と異なり、かつトルクが０になる第２の電気角においてモータ（Ｍ）の回転をロックする第２工程と、
   前記第２の電気角とレゾルバ（Ｒ）の出力とを比較して該レゾルバ（Ｒ）のゼロ点を補正する第３工程と、
   を含むことを特徴とする、多相モータにおけるレゾルバのゼロ点補正方法。
   

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