JP4269278B2

JP4269278B2 - ブラシレスモータの回転トルク方向検出装置

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Publication number: JP4269278B2
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Inventors: 敏久山本
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Description

本発明は、ブラシレスモータの回転トルク方向検出装置に関するものである。

ブラシレスモータは機械的構造が簡素で制御性に優れるので、例えば電動パワーステアリング制御装置などの多くの電動機装置に用いられている。そして、ブラシレスモータでは、電気角度に応じた回転磁界を発生させるために、ロータの回転位置（回転角）をレゾルバ等の検出器により検出し、この検出信号に基づき三相ブリッジを制御部が駆動する方式が採られる。また、これら検出器により回転体の回転トルク方向あるいは異常も検出している。

レゾルバは、回転トランスの一種であり、２個のステータ巻線と１個のロータ巻線を備えている。２個のステータ巻線は、機械的に９０度の角度で配置されている。ステータ巻線との磁気結合により得られる信号の振幅は、ロータ（軸）の位置とステータとの相対位置の関数になる。このため、レゾルバからは、レゾルバに入力された励磁信号に基づいて、軸角度のｓｉｎ成分（正弦波）およびｃｏｓ成分（余弦波）で変調された、２種類の出力信号が得られる。

ブラシレスモータの回転トルク方向を検出する装置として、レゾルバが発生する出力信号に基づいて求めたブラシレスモータの電気角から求めた好適なタイミングで、一対の相電流の大小関係に基づいて回転角度方向を判定し、それを次に迎える好適なタイミングまで保持する方法が装置されている（特許文献１参照）。この装置では、簡素な回路構成でブラシレスモータの実回転トルク方向を検出することが可能である。

特開２００３−２３５２８５号公報

図３はレゾルバに関する入出力信号の関係を示したものである。レゾルバに図３（ａ）のような励磁信号ｓｉｎωｔが入力されると、励磁信号によって変調されたＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθ（図３（ｂ）），およびＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθ（図３（ｃ））が出力される。これらＳＩＮ出力信号とＣＯＳ出力信号は、レゾルバに入力される励磁信号ｓｉｎωｔの瞬時値が１となるタイミングにおいて、ＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθはｓｉｎθとなり、ＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθはｃｏｓθとなる。この励磁信号がｓｉｎωｔ＝１となるタイミングでサンプリングしたＳＩＮ出力信号ｓｉｎθ、ＣＯＳ出力信号ｃｏｓθを、図３（ｄ）に示す。

図３（ｄ）におけるＳＩＮ出力信号ｓｉｎθおよびＣＯＳ出力信号ｃｏｓθのうち、ｓｉｎθ＝１かつｃｏｓθとなる角度θを電気角０（ｄｅｇ）とし、電気角０（ｄｅｇ）から３６０（ｄｅｇ）までの１周期を４５（ｄｅｇ）間隔でＴ１からＴ８までの８個の領域に分ける。各領域Ｔ１〜Ｔ８は、互いに異なる大きさのＳＩＮ出力信号ｓｉｎθ、ＣＯＳ出力信号ｃｏｓθのデータペア（図５（ａ）参照）をもつので、これらＳＩＮ出力信号ｓｉｎθおよびＣＯＳ出力信号ｃｏｓθのデータペアに基づいて、領域Ｔ１〜Ｔ８を正確に判定することができる。

しかし、領域Ｔ１〜Ｔ８を判定する際に、ＳＩＮ出力信号ｓｉｎθおよびＣＯＳ出力信号ｃｏｓθの絶対値を用いている。これらの信号の絶対値を求めるためには、図６のように、周知のオペアンプ等で構成される比較器３３，３５、および絶対値生成器３４，３６を含む絶対値生成回路４６を必要とする。このため、回路構成が複雑となり、回路を構成する部品点数も増え、部品を実装する回路基板の面積も大きくなり、さらに、回路基板を収納する筐体（制御装置）も大型化する。よって、回転トルク方向検出装置を製造するためのコストは上昇する。

また、検出する回転トルク方向の精度は、検出絶対値生成回路４６の精度に依存する。検出絶対値生成回路４６を構成する部品点数が多くなるほど検出する回転トルク方向の精度は悪くなり、その結果、検出された回転トルク方向に基づいて行なわれるブラシレスモータの駆動制御の精度も悪くなる。

上記問題点を背景として、本発明の課題は、低コストかつ高精度で回転トルク方向を検出するブラシレスモータの回転トルク方向検出装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するためのブラシレスモータの回転トルク方向検出装置を提供するものである。即ち、ブラシレスモータの回転に応じて互いに所定の位相差をもつ正負にわたる２種類の正弦波信号を発生するレゾルバと、正弦波信号に基づいて、ブラシレスモータの電気角を演算する電気角演算手段と、ブラシレスモータの各相に流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、演算された電気角１周期において、正弦波信号の大小関係が互いに異なる角度領域であって、互いに１８０度離れた２つの角度領域（以降、所定の角度領域という）における２相のモータ電流を比較することにより、ブラシレスモータの回転しようとするトルク方向を検出する回転トルク方向検出手段と、を備えることを特徴とする。本構成によって、絶対値を生成するための手段が不要となるため、従来技術によるブラシレスモータの回転トルク方向検出装置よりも小型化および低コスト化が可能となる。

例えば、図４（ａ）の領域Ｔ１，Ｔ２、Ｔ５，Ｔ６では、レゾルバ出力信号ｓｉｎθ，ｃｏｓθの値および両者の大小関係から他の領域と異なる出力信号を得ることができる（詳細については後述）。この出力信号を得られたとき（所定の角度領域にあるとき）にブラシレスモータの回転トルク方向を検出する。この際、従来技術（図４（ｂ））のようにレゾルバ出力信号ｓｉｎθ，ｃｏｓθの絶対値を求める必要はない。
また、例えば、図５（ｂ）の領域Ｔ２，Ｔ６ではＵ相電流とＶ相電流の大小関係が反転した関係にある。この２つの領域を用いて２相の電流の値を比較すれば、単一の領域において２相の電流の値を比較する場合よりも確実に回転トルク方向を検出できる。本構成によって、ブラシレスモータの回転トルク方向検出精度を向上できる。

また、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置における回転トルク方向検出手段は、ブラシレスモータの２相の電流を検出する電流検出手段と、２相の電流の値を比較する電流比較手段とを備え、電気角が所定の角度領域にある場合に、検出された２相の電流の値を比較することによりブラシレスモータの回転トルク方向を検出する構成をとる。例えば、図５（ｂ）の領域Ｔ１，Ｔ２、Ｔ５，Ｔ６では、２相の電流すなわちＵ相電流とＶ相電流の大小関係は該領域内で一定である。また、ブラシレスモータの各相の電流は回転状態（回転トルク方向）により位相あるいは大きさにおいて所定の関係を持っている。よって、所定の領域の２相の電流の大小関係を求めれば、ブラシレスモータの回転トルク方向を検出することができる。

また、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置は、電気角が所定の角度領域にある場合に、所定の信号を出力する信号出力手段を含む構成をとる。本構成によって、常時電気角がどの回転領域にあるかを監視する必要がなくなり、監視のための回路等も不要となる。

また、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置は、信号出力手段によって信号が出力されたときに、電流比較手段により２相の電流の値を比較して、その比較結果に基づいて回転トルク方向検出手段はブラシレスモータの回転トルク方向を検出する構成をとる。本構成によって、電流比較手段により２相の電流の値を常に比較する必要はなく、例えばマイクロコンピュータのプログラムで電流比較処理を行なう場合、信号出力手段による信号を検知したときのみ該処理を行なえばよく、プログラム実行時の負荷を低減できる。

また、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置は、２種類の正弦波信号の入力回路，２種類の正弦波信号の大小を比較する比較回路，電気角を演算する電気角演算回路，電気角が所定の角度領域にあるかを判定する領域判定回路，および所定の信号を出力する信号出力回路を含み構成される。本構成によって、従来技術のように２種類の正弦波信号の絶対値を求める回路が不要とり、回路を構成する部品点数を少なくでき、小型化および低コスト化が可能となる。

また、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置における電流比較手段は、所定の角度領域に含まれるの全ての角度領域における２相の電流の値を比較する構成をとる。本構成によって、所定の角度領域のうちの互いに１８０度離れた２つの角度領域における２相の電流の値を比較する構成よりもさらにブラシレスモータの回転トルク方向検出精度を向上できる。

また、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置は、運転者のステアリング動作に基づいて、ブラシレスモータを通電駆動して、ステアリング機構に操舵補助トルクを与える車両における電動パワーステアリング制御装置に適用できる。従来技術のように、ブラシレスモータの回転トルク方向検出装置における回路を構成する場合、２種類の正弦波信号の絶対値を求める際に必要となるコンパレータ等のアナログ回路部品の数が多いと、該部品の温度特性により電気角の検出精度が低下することがある。また、アナログ回路部品の性能のばらつきが電気角の検出精度に影響を及ぼす。本発明では、従来技術よりもアナログ回路部品の点数を少なく構成できるので、検出精度が低下することを抑制できる。

また、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置は、ステアリング側に接続される入力軸と、転舵輪側に接続される出力軸と、入力軸の回転角に対して出力軸の回転角をブラシレスモータによって可変にする伝達比可変機構ユニットを備えた伝達比可変操舵装置に適用される。従来技術のように、ブラシレスモータの回転トルク方向検出装置における回路を構成する場合、２種類の正弦波信号の絶対値を求める際に必要となるコンパレータ等のアナログ回路部品の数が多いと、該部品の温度特性により電気角の検出精度が低下することがある。また、アナログ回路部品の性能のばらつきが電気角の検出精度に影響を及ぼす。本発明では、従来技術よりもアナログ回路部品の点数を少なく構成できるので、検出精度が低下することを抑制できる。

低コストかつ高精度で回転トルク方向を検出するブラシレスモータの回転トルク方向検出装置を、回転領域をレゾルバからの回転角信号の絶対値を用いずに判定する方法を用いて実現した。

以下、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置について図面を用いて説明する。図１は本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置をブラシレスモータの制御装置に適用したブロック回路図である。なお、本発明の回転角検出タイミング生成装置および回転角検出タイミング生成方法の適用範囲をブラシレスモータの制御装置に限定するものではない。

１はブラシレスモータ（以下、単にモータとも略称する）、２はモータ１の駆動制御等を行なうための制御回路、３はモータ１を駆動するための三相インバータ装置を含む駆動回路、４，５は電流センサ（本発明の電流検出手段）、６はレゾルバ、８は平滑コンデンサである。

駆動回路３は、制御回路２から入力される三相インバータ回路駆動用の３相ゲート制御信号電圧に基づいて、三相交流電圧を形成してモータ１に印加する。三相インバータ回路３の回路構成および動作自体は通常のものであり、周知であるので詳細の説明については省略する。

レゾルバ６は、モータ１の回転軸に固定されたロータに巻装されて正弦波励磁電圧Ｖｓｉｎωｔが印加される励磁巻線と、互いに電気角θ＝π／２（９０°）離れてステータに巻装された一対の出力巻線とを有し、両出力巻線は、一対の出力電圧としてＳＩＮ出力信号電圧、ＣＯＳ出力信号電圧を出力する。従って、ＳＩＮ出力信号電圧はＶｍ×ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθ、ＣＯＳ出力信号電圧は、Ｖｍ×ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθとなる。以下、振幅の最大値Ｖｍを１と仮定した場合には、ＳＩＮ出力信号電圧をＳＩＮ出力信号（ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθ）と呼称し、ＣＯＳ出力信号電圧をＣＯＳ出力信号（ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθ）と呼称する。同様に、正弦波励磁電圧Ｖ×ｓｉｎωｔにおいて、振幅の最大値Ｖを１と仮定した場合には、正弦波励磁電圧Ｖ×ｓｉｎωｔはｓｉｎωｔとなるので、これを励磁信号と呼称する。

励磁信号は、図１のように制御回路２からのパルス信号などの基準信号が入力され、基準信号に基づいて励磁信号発生回路１０によって所定の振幅の波形となりレゾルバ６に供給される。また、励磁信号発生回路１０を制御回路２に内蔵する構成としてもよい。

制御回路２は周知のマイクロコンピュータおよびその周辺回路を含み、電流センサ４，５から入力された２相電流から他の１相電流を形成し、これら３相電流と、レゾルバ６からの回転角信号と、外部からの指令に基づいて三相インバータ回路３に出力する合計６つの３相ゲート電圧信号の大きさとタイミングを決定して三相インバータ回路３に出力し、ブラシレスモータを駆動制御する。この種のブラシレスモータ駆動制御自体は種々のバリエーションを含めてもはや周知であり、かつ、本発明の要旨でもないので、詳細な説明は省略する。なお、制御回路２は、専用のハードウエアロジックやデジタルシグナルプロッセッサで構成してもよい。

図３（ａ）はレゾルバ６の励磁信号ｓｉｎωｔ、図３（ｂ）はＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθ、図３（ｃ）はＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθの波形例を示したものである。ここで、レゾルバ６から出力されるＳＩＮ出力信号とＣＯＳ出力信号とは、レゾルバ６に入力電流力される励磁信号ｓｉｎωｔの瞬時値が１となるタイミングにおいて、ＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθはｓｉｎθとなり、ＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθはｃｏｓθとなる。この励磁信号ｓｉｎωｔ＝１となるタイミングでサンプリングしたＳＩＮ出力信号ｓｉｎθ、ＣＯＳ出力信号ｃｏｓθを、図３（ｄ）に示す。

また、制御回路２には、回転トルク方向検出回路７（本発明の入力回路，比較回路，電気角演算回路，領域判定回路）が接続されている。回転トルク方向検出回路７は、領域判定回路７１（本発明の電気角演算手段），ラッチ回路７４，（本発明の信号出力手段），回転トルク方向判定回路７５（本発明の回転トルク方向検出手段）を含み構成されている。回転トルク方向判定回路７５は、周知のロジック回路により構成されている。

図２を用いて領域判定回路７１の動作の詳細を示す。領域判定回路７１は、オペアンプ等で構成される比較器２１，２２，２３およびＡＮＤ回路２４，２５により構成される。なお、較器およびＡＮＤ回路は周知のものであるので、詳細な説明は省略する。

レゾルバ６からのＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθは比較器２１および２３へ、ＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθは比較器２２および２３へ入力される。比較器２１はＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθが正の値のときにＨレベル，負の値のときにＬレベルを出力する。比較器２２はＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθが正の値のときにＨレベル，負の値のときにＬレベルを出力する。比較器２３はＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθの値がＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθの値よりも大きいときにＨレベル，ＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθの値がＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθの値よりも小さいときにＬレベルを出力する。

比較器２１，２２，および２３からの出力のＨレベルを１、Ｌレベルを０と表し、領域Ｔ１〜Ｔ８における比較器２１，２２，および２３からの出力の状態を図４に示す。図４（ｂ）は従来技術による出力の状態で、比較器２１，２２，および２３からの出力の状態をそれぞれＢｉｔ０，Ｂｉｔ１，およびＢｉｔ２とすると、Ｂｉｔ０，Ｂｉｔ１，およびＢｉｔ２の信号の状態に対応して出力信号を０〜７の数字で表している。図４（ｂ）の例では、領域Ｔ２およびＴ６を用いて回転トルク方向を判定している。

本発明では、図４（ａ）のように領域Ｔ３とＴ４の出力信号は２、領域Ｔ７とＴ８の出力信号は７となっていて、領域Ｔ３とＴ４、領域Ｔ７とＴ８の区別はできない。よって、領域Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５，Ｔ６のいずれかを用いて回転トルク方向を判定する。

図５（ｂ）は操舵ハンドルを右に回した際にブラシレスモータのＵ相およびＶ相に流れる電流の波形、図５（ｃ）は操舵ハンドルを左に回した際にブラシレスモータのＵ相およびＶ相に流れる電流の波形を表したものである。領域Ｔ１〜Ｔ８のうちでブラシレスモータの２相（例えばＵ相およびＶ相）の電流を比較する場合、該領域内においてＵ相およびＶ相の電流値の符号が一定，Ｕ相およびＶ相の大小関係が変化しない，Ｕ相およびＶ相の電流値の差が大きい、という３つの条件を満たす必要がある。この条件を満たす領域は領域Ｔ２および領域Ｔ６である。

図４（ａ）は本発明の構成による領域Ｔ１〜Ｔ８における比較器２１，２２，および２３からの出力の状態である。領域Ｔ２および領域Ｔ６の出力信号はそれぞれ１および４で他の領域との判別は可能である。よって、領域判定回路７１おいて以下のように比較器２１，２２，および２３からの出力信号の処理を行なう。

比較器２１，２２，および２３からの出力は２つに分岐して、一方は入力が３端子のＡＮＤ回路２４に接続されている。ＡＮＤ回路２４は全ての入力が１（Ｈレベル）のときのみに１（Ｈレベル）を出力する。図４（ａ）によれば、領域Ｔ２のＢｉｔ０〜Ｂｉｔ２の信号の状態は順に１，１，１である。よって、このときのみＡＮＤ回路２４は１を出力する。この信号を検出すれば、領域Ｔ２を判別できる。

また、比較器２１，２２，および２３からの出力のもう一方は、入力が３端子のＡＮＤ回路２５に接続されている。領域Ｔ６のＢｉｔ０〜Ｂｉｔ２の信号の状態は順に０，０，０である。よって、ＡＮＤ回路２５でこの状態を判別するために、ＡＮＤ回路２５へは比較器２１，２２，および２３からの出力を反転したものが入力される。Ｂｉｔ０〜Ｂｉｔ２の信号の状態が順に０，０，０であるときのみにＡＮＤ回路２５は１（Ｈレベル）を出力する。この信号を検出すれば、領域Ｔ６を判別できる。

ＡＮＤ回路２４およびＡＮＤ回路２５からの出力信号は、それぞれラッチ回路７４を構成するＤフリップフロップ２６および２７に入力される。Ｄフリップフロップは周知のものなので、詳細な説明は省略する。ＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθおよびＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθのサンプリングは、励磁信号ｓｉｎωｔが１となるタイミングで行なう。つまり、ｓｉｎωｔ＝１となった場合にＤフリップフロップ２６および２７のＣＬ入力に対しパルス波形が入力され、該パルス波形の立ち上がりでそれぞれの入力Ｄの状態を読み込んで出力Ｑから出力する。つまり、領域Ｔ２にある場合にはＤフリップフロップ２６の出力ＱがＨレベルとなりＣＬ入力があるまでその状態を保持する。同様に、領域Ｔ６にある場合にはＤフリップフロップ２７の出力ＱがＨレベルとなりＣＬ入力があるまでその状態を保持する。よって、Ｄフリップフロップ２６の出力ＱおよびＤフリップフロップ２７の出力Ｑが同時にＨレベルとなることはない。

Ｄフリップフロップ２６および２７の出力Ｑからの信号はラッチ回路７４に入力される。ラッチ回路７４には制御回路２からＵ相電流（電流センサ４）およびＶ相電流（電流センサ５）の値も入力される。これらの値は次の判定タイミング（即ち、ｓｉｎωｔ＝１となるタイミング）まで保持される。

ラッチ回路７４に入力された上記の値は回転トルク方向判定回路７５に転送され、モータ１の回転トルク方向の判定を行なう。Ｄフリップフロップ２６の出力Ｑからの信号がＨレベル（領域Ｔ２）の場合、Ｕ相電流がＶ相電流よりも大きいときには、図５（ｃ）の状態に相当するので操舵ハンドルを左に回していると判定し、Ｕ相電流がＶ相電流よりも小さいときには、図５（ｂ）の状態に相当するので操舵ハンドルを右に回していると判定する。

同様に、Ｄフリップフロップ２７の出力Ｑからの信号がＨレベル（領域Ｔ６）の場合、Ｕ相電流がＶ相電流よりも大きいときには、図５（ｂ）の状態に相当するので操舵ハンドルを右に回していると判定し、Ｕ相電流がＶ相電流よりも小さいときには、図５（ｃ）の状態に相当するので操舵ハンドルを左に回していると判定する。

（変形例）
図２において、比較器２１，２２，２３からＡＮＤ回路２４への入力のうち、Ｂｉｔ２を反転してＡＮＤ回路２４に入力し、比較器２１，２２，２３からＡＮＤ回路２５への入力のうち、Ｂｉｔ０，Ｂｉｔ１を反転してＡＮＤ回路２５に入力する構成（図９参照）とすると、モータ１の回転角が領域Ｔ１にあるときにＡＮＤ回路２４は１（Ｈレベル）を出力し、領域Ｔ５にあるときにＡＮＤ回路２５は１（Ｈレベル）を出力する。図５（ｂ），（ｃ）から分かるように、この場合も領域Ｔ１，Ｔ５のモータ１のＵ相電流，Ｖ相電流の大小関係は、それぞれ領域Ｔ２，Ｔ６と同様の関係となるので、モータ１の回転トルク方向を判定することができる。

上記で述べた２つの例では、領域Ｔ２，Ｔ６および領域Ｔ１，Ｔ５とも互いに１８０°離れた関係にある。図５（ｂ），（ｃ）から分かるように、領域Ｔ２と領域Ｔ６ではモータ１のＵ相電流，Ｖ相電流が逆位相の関係にある（電流値が反転している）。領域Ｔ１，Ｔ５も同様である。このため、Ｕ相電流，Ｖ相電流の大小関係を求める（モータ１の回転トルク方向を判定する）のに適した関係といえる。

また、領域Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５，Ｔ６の全てを用いてモータ１の回転トルク方向を判定する方法を採ってもよい。この場合、回路構成は図２の出力信号２，出力信号６、図９の出力信号１，出力信号５の全てを用いる構成とすればよい。

また、領域Ｔ１，Ｔ２，Ｔ５，Ｔ６の少なくとも１つの領域を用いてモータ１の回転トルク方向を判定する方法を採ってもよい。回路構成は図２の出力信号２，出力信号６、図９の出力信号１，出力信号５のうちのいずれか一つを用いる構成とすればよい。

（電動パワーステアリング装置への適用例）
本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置は、車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ＝Electronic Power Steering）装置にも好適である。図７は電動パワーステアリング装置１０１の概略構成図である。操舵ハンドル１１０が操舵軸１１２ａに接続されて、この操舵軸１１２ａの下端は運転者の操舵ハンドル１１０の動きを検出するトルクセンサ１１１に接続されており、ピニオンシャフト１１２ｂの上端がトルクセンサ１１１に接続されている。また、ピニオンシャフト１１２ｂの下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１１６内においてラックバー１１８に噛合されている。更に、ラックバー１１８の両端には、それぞれタイロッド１２０の一端が接続されると共に各タイロッド１２０の他端にはナックルアーム１２２を介して操舵輪１２４が接続されている。また、ピニオンシャフト１１２ｂには電動モータ１１５が歯車（図示せず）を介して取り付けられている。なお、電動モータ１１５はラックバー１１８に同軸的に取り付ける方法を採ってもよい。

操舵制御部１３０は周知のＣＰＵ１３１，ＲＡＭ１３２，ＲＯＭ１３３，入出力インターフェースであるＩ／Ｏ１３４およびこれらの構成を接続するバスライン１３５が備えられている。ＣＰＵ１３１は、ＲＯＭ１３３およびＲＡＭ１３２に記憶されたプログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭ１３３は、プログラム格納領域１３３ａとデータ記憶領域１３３ｂとを有している。プログラム格納領域１３３ａにはＥＰＳ制御プログラム１３３ｐが格納される。データ記憶領域１３３ｂにはＥＰＳ制御プログラム１３３ｐの動作に必要なデータが格納されている。

操舵制御部１３０においてＣＰＵ１３１がＲＯＭ１３３に格納されたＥＰＳ制御プログラムを実行することにより、トルクセンサ１１１で検出されたトルクおよび操舵角センサ１１３で検出された操舵角に対応した電動モータ１１５で発生させる駆動トルクを算出し、モータドライバ１１４を介して電動モータ１１５に、算出した駆動トルクを発生させるための電圧を印加する。このとき、レゾルバ１０９によって電動モータ１１５の回転角度を検出し、駆動トルクに対応した回転を行なっているかを調べ、その結果に応じて電動モータ１１５に印加する電圧を求める。

このように、電動パワーステアリング装置１０１にはレゾルバ１０９が使用されているので、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置を用いれば、電動モータ１１５の回転トルク方向を低コストで精度よく測定できる。

（伝達比可変制御装置への適用例）
本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置は車両の伝達比可変制御装置にも好適である。図８は伝達比可変制御装置２０１の構成例である。車両のステアリングホイール２１０が入力軸２１１の上端に接続されている。また、入力軸２１１の下端と出力軸２１３の上端とが伝達比可変ユニット２１２を介して接続されている。さらに、出力軸２１３の下端には、図示しないピニオンが設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス２１５内でラック２１６に噛合されている。また、ステアリングギヤボックス２１５内には、図示しない電動パワーステアリング装置が設けられている。ラック２１６の両端には、それぞれ図示しないタイロッドおよびアームを介して転舵輪２１７が接続されている。

入力軸２１１には、ステアリングホイール２１０の操舵角を検出する舵角センサ２０６が設けられ、一方、出力軸２１３には、転舵輪２１７の転舵角を検出するためのレゾルバで構成される出力角センサ２１４が設けられている。なお、出力角センサ２１４は、伝達比可変ユニット１２内に設けていてもよい。これら舵角センサ２０６および出力角センサ２１４により検出された入力軸２１１の操舵角および出力軸２１３の回転角は、伝達比制御部２０３に入力される。さらに、伝達比制御部２０３には、車載ＬＡＮ（Local Area Network）２０７から車速信号およびエンジン回転数信号等が入力される。そして、伝達比制御部２０３は、伝達比可変ユニット２１２を制御するための制御信号を出力する。

伝達比可変ユニット２１２は、図示しない周知のブラシレスモータおよび減速機構を備えて構成され、舵角センサ２０６および車載ＬＡＮ７からの信号に基づいて、ブラシレスモータを回転させて出力軸２１３の回転角を可変とするものである。

以上説明した操舵機構では、まず、車載ＬＡＮ２０７からの車速信号と舵角センサ２０６により検出された操舵角が伝達比制御部２０３に入力されると、伝達比制御部２０３は、これらの情報に基づき、出力軸２１３の目標回転角の演算を行なう。この目標回転角に基づくモータ制御指令がＰＷＭ信号（＝Pulse Width Modulation：パルス幅変調信号）として伝達比制御部２０３より伝達比可変ユニット２１２に出力される。このモータ制御指令により伝達比可変ユニット２１２のブラシレスモータが駆動され、転舵輪２１７に対して出力軸２１３の目標回転角にステアリングホイール２１０の回転角とを加算した回転角に対応した転舵角を与える。そして、伝達比制御部２０３は、出力角センサ２１４より転舵輪２１７の実際の転舵角を推定演算して、確実に目標回転角に対応した転舵角を転舵輪２１７に与えることができるようにフィードバックされる。

このように、伝達比可変ユニット２１２にはブラシレスモータが使用され、レゾルバを用いて回転角を検出しているので、本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置を用いれば、ブラシレスモータの回転トルク方向を低コストで精度よく測定できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置の一例を示す構成図。回転トルク方向検出回路の一例を示す構成図。レゾルバの各部波形を示すタイミングチャート。各電気角範囲における各信号の関係を示す図。レゾルバの各部の信号について示したタイミングチャート。２つの電流センサの出力信号の大きさとラッチに好適な電気角度範囲を示すタイミングチャート。電動パワーステアリング制御装置の一例を示す構成図。伝達比可変制御装置の一例を示す構成図。回転トルク方向検出回路の変形例を示す構成図。

符号の説明

１ブラシレスモータ
２制御回路
３駆動回路
４，５電流センサ（電流検出手段）
６レゾルバ
７回転トルク方向検出回路（入力回路，比較回路，電気角演算回路，領域判定回路）
１０１電動パワーステアリング制御装置
２０１伝達比可変制御装置

Claims

ブラシレスモータの回転に応じて互いに所定の位相差をもつ正負にわたる２種類の正弦波信号を発生するレゾルバと、
前記正弦波信号に基づいて、前記ブラシレスモータの電気角を演算する電気角演算手段と、
前記ブラシレスモータの各相に流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、
演算された前記電気角１周期において、前記正弦波信号の大小関係が互いに異なる角度領域であって、互いに１８０度離れた２つの角度領域（以降、所定の角度領域という）における２相のモータ電流を比較することにより、前記ブラシレスモータの回転しようとするトルク方向を検出する回転トルク方向検出手段と、
を備えることを特徴とするブラシレスモータの回転トルク方向検出装置。
前記回転トルク方向検出手段は、前記ブラシレスモータの２相の電流を検出する電流検出手段と、前記２相の電流の値を比較する電流比較手段とを備え、前記電気角が前記所定の角度領域にある場合に、検出された前記２相の電流の値を比較することにより前記ブラシレスモータの回転トルク方向を検出するものである請求項１に記載のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置。
前記電気角が前記所定の角度領域にある場合に、所定の信号を出力する信号出力手段を含むものである請求項１または２に記載のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置。
前記信号出力手段によって前記所定の信号が出力されたときに、前記電流比較手段により前記２相の電流の値を比較して、その比較結果に基づいて前記回転トルク方向検出手段は前記ブラシレスモータの回転トルク方向を検出するものである請求項３に記載のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置。
前記２種類の正弦波信号の入力回路，前記２種類の正弦波信号の大小を比較する比較回路，前記電気角を演算する電気角演算回路，前記電気角が前記所定の角度領域にあるかを判定する領域判定回路，および前記所定の信号を出力する信号出力回路を含み構成されるものである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置。
前記電流比較手段は、前記所定の角度領域に含まれるの全ての角度領域における前記２相の電流の値を比較するものである請求項１ないし５のいずれか１項に記載のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置。
運転者のステアリング動作に基づいて、ブラシレスモータを通電駆動して、ステアリング機構に操舵補助トルクを与える車両における電動パワーステアリング制御装置に適用され、前記ブラシレスモータの回転トルク方向を検出するために用いられる請求項１ないし６のいずれか１項に記載のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置。
ステアリング側に接続される入力軸と、転舵輪側に接続される出力軸と、前記入力軸の回転角に対して前記出力軸の回転角をブラシレスモータによって可変にする伝達比可変機構ユニットを備えた伝達比可変操舵装置に適用され、前記伝達比可変機構ユニットに含まれる前記ブラシレスモータの回転トルク方向を検出するために用いられる請求項１ないし６のいずれか１項に記載のブラシレスモータの回転トルク方向検出装置。