回転角度検出装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置
【課題】低消費電力を確保しながら信頼性を向上させることができる回転角度検出装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】励磁コイルと検出コイルとを備えたレゾルバと、該レゾルバの励磁コイルに正弦波状励磁信号を出力し、前記検出コイルから出力される検出信号を入力して回転角度位置を演算する第１の回転角度位置演算部と、前記レゾルバの励磁コイルにパルス励磁信号を出力し、前記検出コイルから出力される検出信号を入力して回転角度位置を演算する第２の回転角度位置演算部と、前記第１の回転角度位置演算部及び前記第２の回転角度位置演算部と前記レゾルバの励磁コイル及び検出コイルとの間を切り換える信号切換部とを備え、前記第２の回転角度位置演算部は、前記各検出コイルからの検出信号の入力側と前記信号切換部との間に、前記検出コイル毎に個別の共振回路を構成する共振素子が介挿されている。
【解決手段】励磁コイルと検出コイルとを備えたレゾルバと、該レゾルバの励磁コイルに正弦波状励磁信号を出力し、前記検出コイルから出力される検出信号を入力して回転角度位置を演算する第１の回転角度位置演算部と、前記レゾルバの励磁コイルにパルス励磁信号を出力し、前記検出コイルから出力される検出信号を入力して回転角度位置を演算する第２の回転角度位置演算部と、前記第１の回転角度位置演算部及び前記第２の回転角度位置演算部と前記レゾルバの励磁コイル及び検出コイルとの間を切り換える信号切換部とを備え、前記第２の回転角度位置演算部は、前記各検出コイルからの検出信号の入力側と前記信号切換部との間に、前記検出コイル毎に個別の共振回路を構成する共振素子が介挿されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータに装着したレゾルバの出力信号に基づいて回転角位置を検出する回転角度検出装置及びこれを備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータに装着したレゾルバから出力されるレゾルバ信号に基づいて回転角位置を検出する回転角位置検出装置として、従来、例えば励磁パルスを出力するパルス発生回路と、非パルス状の励磁信号を出力する励磁電源とを選択的にレゾルバの１次コイルに接続し、停電時に１次コイルにパルス発生回路を接続した状態で、レゾルバの一対の２次コイルから出力されるＡ相出力及びＢ相出力をＡ相用コンパレータ及びＢ相用コンパレータに供給し、これらＡ相用コンパレータ及びＢ相用コンパレータの出力を角度データ変換回路に供給して粗いレゾルバ角度データを算出し、非停電時に励磁電源を１次コイルに接続した状態で、２次コイルから出力されるＡ相出力及びＢ相出力を、レゾルバ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器に供給して高精度のレゾルバ角度データを出力するようにしたレゾルバ角度データ出力方法及びレゾルバ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４１７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、停電時に、パルス発生回路から出力される励磁パルスをレゾルバの１次コイルに供給して、このときに２次コイルに発生するＡ相出力及びＢ相出力をＡ相用コンパレータ及びＢ相用コンパレータに供給し、これらコンパレータの出力信号を角度データ変換回路に供給して粗いレゾルバ角度データを出力することにより、低消費電力で粗いレゾルバ角度データを得ることができるものである。しかしながら、パルス発生回路から出力される励磁パルスをレゾルバの１次コイルに供給した場合には、レゾルバの２次コイルから出力されるＡ相出力及びＢ相出力の振幅が小さいものとなり、Ａ相用コンパレータ及びＢ相用コンパレータで誤判定を生じ易く、粗いレゾルバ角度データの信頼性が低下し、逆にＡ相出力及びＢ相出力の振幅を高めるためには励磁パルスのパルス幅を拡げる必要があり、この分消費電力が上がってしまい相反する未解決の課題がある。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、低消費電力を確保しながら信頼性を向上させることができる回転角度検出装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る回転角度検出装置は、回転角度位置を検出する回転角度検出装置であって、励磁コイルと２相の検出コイルとを備えたレゾルバと、該レゾルバの励磁コイルに正弦波状励磁信号を出力するとともに、前記検出コイルから出力される位相差を有する検出信号を入力して回転角度位置を演算する第１の回転角度位置演算部と、前記レゾルバの励磁コイルにパルス励磁信号を出力するとともに、前記検出コイルから出力される位相差を有する検出信号を入力して回転角度位置を演算する第２の回転角度位置演算部と、前記第１の回転角度位置演算部及び前記第２の回転角度位置演算部と前記レゾルバの励磁コイル及び検出コイルとの間を切り換える信号切換部とを備え、前記第２の回転角度位置演算部は、前記各検出コイルからの検出信号の入力側と前記信号切換部との間に、前記検出コイル毎に個別の共振回路を構成する共振素子が介挿されていることを特徴としている。
【０００６】
この構成によると、第２の回転角度位置演算部からパルス励磁信号をレゾルバの励磁コイルに供給したときに、レゾルバの２つの検出コイルから出力される位相が異なる検出信号が第２の回転角度位置演算部の入力側と信号切換部との間に介挿された共振素子と検出コイルのインダクタとで共振回路を構成し、この共振回路で検出信号が共振して検出信号の振幅が大きくなり、狭いパルス励磁信号で大きな振幅の検出信号を得ることができ、誤検出を行うことなく信頼性を確保することができる。
【０００７】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、前記共振素子が前記検出コイルと並列に接続されるコンデンサで構成されていることを特徴としている。
この構成によれば、レゾルバの検出コイルのインダクタンスとコンデンサの静電容量とでＬＣ共振回路を構成することができ、検出コイルから出力される検出信号の振幅を大きくすることができる。
【０００８】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、前記第２の回転角度位置演算部は、前記パルス励磁信号を出力した時点から前記共振回路で共振された共振信号のピーク近傍のタイミングで共振信号をサンプリングするように構成されていることを特徴としている。
この構成によれば、パルス励磁信号を出力した時点から検出コイルから出力される検出信号が共振された共振信号のピーク近傍でサンプリングすることができるので、誤判断を確実に防止するとこができる。
【０００９】
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記角回転角度検出装置の何れか１つを操舵補助力を発生する電動モータに装着してモータ回転角を検出することを特徴としている。
この構成によれば、電動パワーステアリング装置で、車両のイグニッションスイッチがオフ状態である停車時にステアリングホイールが操舵されて電動モータが回転されたときに、その回転角に基づいて操舵角を誤検出することなく検出することができ、絶対角度を保持して電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第２の回転角度位置演算部からパルス励磁信号をレゾルバの励磁コイルに供給したときに、レゾルバの２つの検出コイルから出力される位相が異なる検出信号が第２の回転角度位置演算部の入力側と信号切換部との間に介挿された共振素子と検出コイルのインダクタとで共振回路を構成し、この共振回路で検出信号が共振して検出信号の振幅が大きくなり、狭いパルス励磁信号で大きな振幅の検出信号を得ることができ、低消費電力を維持しながら誤検出を行うことなく信頼性を確保することができるという効果が得られる。
【００１１】
また、上記効果を有する回転角度検出装置を、操舵補助力を発生する電動モータに装着することにより、イグニッションスイッチがオフ状態である操舵補助制御を停止している状態で、ステアリングホイールが回転されたときに、低消費電力で操舵角を誤検出することなく検出することができ、絶対操舵角度を保持して電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。
【図２】回転角度検出装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の動作の説明に供する信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１がステアリングシャフト２の車両後方側先端に取付けられている。このステアリングシャフト２は、運転者から作用される操舵力がステアリングホイール１を介して伝達される入力軸２ａと、この入力軸２ａにトーションバー２ｂを介して連結された出力軸２ｃとを備えている。
【００１４】
そして、出力軸２ｃに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
ステアリングシャフト２の出力軸２ｃには、操舵補助力を出力軸２ｃに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｃに連結した減速ギヤ機構１１と、この減速ギヤ機構１１に連結されて操舵補助力を発生するブラシ付き電動モータやブラシレス電動モータで構成される電動モータ１２とを備えている。
【００１５】
そして、電動モータ１２には、モータ回転角度を検出するレゾルバ１３が内装されている。このレゾルバ１３は、図２に示すように、励磁信号が入力される一端多が接地され、他端が入力端子ｔ０に接続された励磁コイルＬ０と、励磁コイルＬ０に励磁信号が供給されたときに９０度位相の異なる２相のＡ相検出信号及びＢ相検出信号を個別に出力する一端が接地され他端が出力端子ｔａ及びｔｂに接続された２相の検出コイルＬａ及びＬｂとが設けられている。
【００１６】
そして、レゾルバ１３の入力端子ｔｒ０及び出力端子ｔｒａ，ｔｒｂが回転角度検出装置１５の励磁信号出力端子ｔｏ０及び検出信号入力端子ｔｉａ，ｔｉｂに接続され、さらに、レゾルバ１３のグランド端子ｔｒｇが回転角度検出装置１５のグランド端子ｔｃｇに接続されている。
回転角度検出装置１５には、バッテリ１６からの直流電力がイグニッションスイッチスイッチ１７を介して入力されるとともに、バッテリ１６の直流電力が直接入力されている。
【００１７】
この回転角度検出装置１５は、イグニッションスイッチ１６がオン状態である操舵補助制御状態で回転角度位置を検出するＣＰＵで構成される第１の回転角度位置演算部１８と、イグニッションスイッチ１６がオフ状態である操舵補助制御停止状態で回転角度位置を検出する集積回路（ＡＳＩＣ）で構成される第２の回転角度位置演算部１９とを備えている。
【００１８】
そして、第１の回転角度位置演算部１８と、第２の回転角度位置演算部１９とが信号切換部２０を介して励磁信号出力端子ｔｏ０と、検出信号入力端子ｔｉａ及びｔｉｂに接続されている。
信号切換部２０は、可動接点ｔｃが励磁信号出力端子ｔｏ０、検出信号入力端子ｔｉａ及びｔｉｂに接続された３つの同時に切換得られる切換スイッチＳＷ０、ＳＷａ、ＳＷｂを備えている。そして、これら切換スイッチＳＷ０、ＳＷａ及びＳＷｂの一方の固定接点ｔａが第１の回転角度位置演算部１８の励振信号出力端子ｔｏ１、検出信号入力端子ｔｉ１ａ及びｔｉ１ｂに接続され、他方の固定接点ｔｂが第２の回転角度位置演算部１９のパルス励磁信号出力端子ｔｏ２、検出信号入力端子ｔｉ２ａ及びｔｉ２ｂに接続されている。
【００１９】
第１の回転角度位置演算部１８は、従来のレゾルバの回転角度位置演算部と同様に、正弦波又は矩形波の励磁信号を信号切換部２０の切換スイッチＳＷ０の固定接点ｔｏａに出力するとともに、残りの切換スイッチＳＷ２ａおよびＳＷ２ｂの固定接点ｔａ及びｔｂから出力される検出信号Ｓａ及びＳｂが入力されて、検出信号Ｓａ及びＳｂに基づいてレゾルバ−デジタル変換を行って精密なレゾルバ角度データを演算するとともに、イグニッションスイッチ１６がオフ状態からオン状態に切換わったときに、第２の回転角度位置演算部で演算した操舵補助制御停止時の回転角度位置信号を読込み、この回転角度位置信号を初期回転角度位置として設定する。
【００２０】
そして、第２の回転角度位置演算部１９は、パルス励磁信号Ｓｍｐを励磁信号出力端子ｔｏ１に出力するパルス発生回路で構成される励磁回路２１と、検出信号入力端子ｔｉ２ａ及びｔｉ２ｂに接続されたレゾルバ信号の４象限を認識する４象限認識部２２と、この４象限認識部２２で認識された象限認識信号が入力されて回転量を検出する回転量演算部２３とを備えている。また、第２の回転角度演算部１９は、信号切換部２０の切換スイッチＳＷａ及びＳＷｂの固定端子ｔｂと比較部２２ａの入力端子との間と接地との間に、共振素子としてのコンデンサＣａ及びＣｂがレゾルバ１３の検出コイルＬａ及びＬｂと並列となって検出コイルＬａ，ＬｂのインダクタンスとコンデンサＣａ及びＣｂの静電容量とで個別のＬＣ並列共振回路を構成するように接続されている。
【００２１】
励磁回路２１は、比較的幅狭のパルス励磁信号Ｓｍｐを所定間隔で出力するとともに、パルス励磁信号Ｓｍｐの立ち上がりから後述する共振信号の最初のピーク位置に到達した時点でサンプリング信号Ｓｓを４象限認識部２２に出力する。
４象限認識部２２は、検出信号入力端子ｔｉ２ａ及び２ｉ２ｂから入力される検出信号Ｓａ及びＳｂが入力され、これら検出信号Ｓａ及びＳｂを閾値信号と比較する２組のコンパレータを内蔵する比較部２２ａと、この比較部２２ａの２組のコンパレータから個別に出力される比較出力Ｃａ及びＣｂが入力されて比較出力Ｃａ及びＣｂの組合せから回転角度が第１象限〜第４象限の何れの象限に存在するかを認識する象限変換部２２ｂとを備えている。
【００２２】
また、回転量演算部２３は、象限認識部２２の４象限変換部２２ｂから出力される象限認識信号Ｓｑ(n)が入力されるとともに、象限認識信号記憶部２３ａに記憶されている１サンプル前の象限認識信号Ｓ(n-1)が入力されて現在の象限認識信号Ｓｑから１サンプル前の象限認識信号Ｓ(n-1)を減算して回転方向を表す差分信号ＳＤ（＝Ｓｑ(n)−Ｓｑ(n-1)）を算出する差分演算部２３ｂと、この差分演算部２３ｂから出力される差分信号を加減算して回転量を算出する回転量算出部２３ｃとを備えており、回転量算出部２３ｃで算出された回転量が操舵補助制御停止時の回転角度位置信号として第１の回転角度位置演算部１８に供給される。
【００２３】
さらに、第２の回転角度位置演算部１９は、イグニッションスイッチ１６を通じて入力されるバッテリ電圧を監視し、イグニッションスイッチ１６がオン状態であるときに、信号切換部２０の各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃを固定接点ｔａ側に切換え、イグニッションスイッチ１６がオフ状態であるときに、各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃを固定接点ｔｂ側に切り換える切換信号Ｓｃを各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂに出力する。
【００２４】
また、図１に示すように、ステアリングシャフト２の入力軸２ａにトルクセンサ３１が設けられ、このトルクセンサ３１で検出した操舵トルクＴと車速センサ３２で検出した車速Ｖとが操舵補助制御装置３３に供給され、この操舵補助制御装置３３で、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて操舵補助電流指令値を算出し、算出した操舵補助電流指令値と電動モータ１２のモータ駆動電流との偏差を例えばＰＤ制御して電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値に基づいて内蔵するモータ駆動回路３４を制御することにより、モータ電流を電動モータ１２に供給して電動モータ１２で操舵補助力を発生する。この操舵補助力は、減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ａに伝達され、これによりステアリングホイール１を軽く操舵することができる。
【００２５】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、イグニッションスイッチ１６がオン状態である状態では、操舵補助制御装置３３で操舵補助制御処理を実行して、トルクセンサ３１で検出した操舵トルクＴ及び車速センサ３２で検出した車速Ｖに基づいて低車速時には操舵トルクＴに応じて大きな操舵補助電流指令値を算出し、高車速時には操舵補助電流指令値を制限することにより、車両の走行時のセルフアライニングトルクに応じた最適な操舵補助電流指令値を算出し、この操舵補助電流指令値に基づいて電動モータ１２に供給するモータ電流を制御することにより、走行状態及び操舵状態に応じた最適な操舵補助力を電動モータ１２で発生させる。
【００２６】
このように、イグニッションスイッチ１６がオン状態であるときには、操舵補助制御装置３３で、電動モータ１２を駆動制御する操舵補助制御状態であるので、第２の回転角度位置演算部１９で例えば論理値“１”の切換信号Ｓｃを信号切換部２０に出力する。
このため、信号切換部２０の各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃが固定接点ｔａ側に切換えられるので、第１の回転角度位置演算部１８が信号切換部２０を介してレゾルバ１３に接続される。
【００２７】
このため、第１の回転角度位置演算部１８から出力される正弦波又は正弦波に近い矩形波信号の励磁信号がレゾルバ１３の励磁コイルＬ０に供給され、これに応じてレゾルバ１３の検出コイルＬａ及びＬｂから９０度の位相差を有するＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂが出力され、これらＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂが信号切換部２０の各切換スイッチＳＷａ及びＳＷｂを介して第１の回転角度位置演算部１８に入力される。
このため、第１の回転角度位置演算部１８でＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂに基づいてレゾルバ信号をデジタル信号に変換して高精度の回転角度位置データＤｒを演算し、この回転角度位置データＤｒを図示しないＣＡＮ等の通信ネットワークを介して操舵補助制御装置３３や他の制御装置に供給する。
【００２８】
この第１の回転角度位置演算部１８で高精度の回転角度位置データを算出している状態では、信号切換部２０の切換スイッチＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃが固定接点ｔａ側に切換えられており、第２の回転角度位置演算部１９の共振素子であるコンデンサＣａ及びＣｂは、レゾルバ１３の検出コイルＬａ及びＬｂとは確実に切り離されているので、コンデンサＣａ及びＣｂが検出コイルＬａ及びＬｂに接続されることはなく、コンデンサＣａ及びＣｂによってローパス回路等の遅延回路が形成されることを確実に防止することができる。このため、コンデンサＣａ及びＣｂの影響を受けることなく、第１の回転角度位置演算部１８で高精度の回転角度位置データＤｒを算出することができる。
【００２９】
このイグニッションスイッチ１６がオン状態である状態から、車両の走行を停止させた後に、イグニッションスイッチ１６をオフ状態に切換えると、操舵補助制御装置３３による操舵補助制御処理が終了されて、電動モータ１２へのモータ電流の供給が遮断され、電動モータ１２による操舵補助力の発生が停止される。
これと同時に、第２の回転角度位置演算部１９でイグニッションスイッチ１６のオフ状態への移行を検出し、信号切換部２０に対して論理値“０”の切換信号Ｓｃを出力する。このため、信号切換部２０の各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃが固定接点ｔａ側から固定接点ｔｂ側に切換えられ、レゾルバ１３に第１の回転角度位置演算部１８に代えて第２の回転角度位置演算部１９が接続される。これと同時に、第２の回転角度位置演算部１９の励磁回路２１、象限認識部２２、回転量演算部２３が動作状態となる。
【００３０】
このため、第２の回転角度位置演算部１９の励磁回路２１から図３（ａ）に示すように、比較的幅狭のパルス励磁信号Ｓｍｐが出力され、このパルス励磁信号Ｓｍｐが信号切換部２０の切換スイッチＳＷ０を介してレゾルバ１３の励磁コイルＬ０に供給されて、励磁コイルＬ０が励磁される。
このため、レゾルバ１３の検出用コイルＬａ及びＬｂから図３（ｂ）に示すレゾルバロータの回転位置に応じた振幅のＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂが出力される。このとき、第２の回転角度位置演算部１９の検出信号入力端子ｔｉ２ａ及びｔｉ２ｂと信号切換部２０の切換スイッチＳＷａ及びＳＷｂの固定接点ｔｂとの間と接地との間に共振素子としてコンデンサＣａ及びＣｂが介挿されているので、これらコンデンサＣａ及びＣｂがレゾルバ１３の検出コイルＬａ及びＬｂと並列に介挿されることになる。このため、コンデンサＣａ及びＣｂの静電容量と検出コイルＬａ及びＬｂのインダクタンスとによって並列共振回路が構成され、検出コイルＬａ及びＬｂから出力されるＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂが共振して、図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、振幅及び周期が大きくなり、９０度の位相差を有する共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂとなる。
【００３１】
これら共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂの最初の信号波形のピーク位置近傍となったときに、励磁回路２１からサンプリング信号Ｓｓが出力され、これに応じて、比較部２２ａにおける一対のコンパレータで共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂを所定閾値と比較して比較出力Ｓｃａ及びＳｃｂを象限変換部２２ｂに出力する。
このため、象限変換部２２ｂで、比較出力Ｓｃａ及びＳｃｂに基づいてレゾルバ回転位置が第１象限〜第４象限の何れにあるかを判断して、その判断結果である象限認識信号Ｓｑ(n)を回転量演算部２３の差分演算回路２３ｂに出力する。
【００３２】
このため、差分演算回路２３ｂでは、今回入力される象限認識信号Ｓｑ(n)から象限認識信号記憶部２３ａに記憶されている１サンプル前の象限認識信号Ｓｑ(n-1)を減算して差分を算出する。このとき、レゾルバ１３のレゾルバロータが回転していないときには、今回入力された象限認識信号Ｓｑ(n)と１サンプル前の象限認識信号Ｓｑ(n-1)が同じ値となるので、差分信号ＳＤは“０”となり、回転していないことを表す。
【００３３】
しかしながら、例えばステアリングホイール１を例えば時計方向に操舵することにより、ステアリングシャフト２を介し，減速ギヤ機構１１を介して電動モータ１２の回転軸が回転さされると、例えば今回入力される象限認識信号Ｓｑ(n)が例えば第２象限を表す“２”であり、１サンプル前の象限認識信号Ｓｑ(n-1)が第１象限を表す“１”であるものとすると、差分信号ＳＤは“＋１”となり、レゾルバ１３のレゾルバロータが例えば時計方向に象限を超える回転をしていると判断することができる。逆に、ステアリングホイール１を半時計方向に操舵することにより、例えば今回入力される象限認識信号Ｓｑ(n)が第４象限を表す“４”であり、１サンプル前の象限認識信号Ｓｑ(n-1)が第１象限を表す“１”であるものとすると、差分信号ＳＤは“＋３”となるが、この場合には差分信号ＳＤから“４”を減算して補正することにより、差分信号ＳＤが“−１”となり、レゾルバ１３のレゾルバロータが半時計方向に象限を超えて回転していると判断することができる。
【００３４】
このため、差分信号ＳＤを回転量演算部２３ｃで加算することにより、レゾルバロータの回転角度位置に応じた粗い回転角度位置データＤｒ２を算出することができる。
このように、操舵補助制御装置３３が作動していない停止状態で、ステアリングホイール１が操舵された場合に、その操舵に応じた粗い回転角度位置データＤｒ２が第２の回転角度位置演算部１９で常時算出される。
このときの、励磁回路２１から出力されるパルス励磁信号Ｓｍｐのパルス幅が狭いので、低消費電力とすることができる。
【００３５】
また、パルス励磁信号Ｓｍｐでレゾルバ１３の励磁コイルＬ０を励磁したときに、検出コイルＬａ及びＬｂから出力されるＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂを第２の回転角度位置演算部１９の検出信号入力端子ｔｉ２ａ及びｔｉ２ｂ側に介挿したコンデンサＣａ及びＣｂで共振させるようにして、共振信号のピーク値大きくするとともに周期も大きくなるので、第２の回転角度位置演算部１９の象限認識部２２における比較部２２ａの一対のコンパレータで閾値と比較したときに誤った比較出力Ｓｃａ及びＳｃｂを出力することを防止することができ、回転量が誤検出されることを防止して信頼性を向上させることができる。
【００３６】
しかも、励磁回路２１から共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂがピーク値に近づいたときに、サンプリング信号Ｓｓを出力するので、共振信号のピーク値近傍で比較部２１ａの一対のコンパレータで閾値と比較することができるので、より誤検出を防止することができる。
その上、サンプリング信号Ｓｓが共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂのピーク値に合わせて設定され、パルス励磁信号Ｓｍｐのパルス幅とは無関係に設定されているので、パルス励磁信号Ｓｍｐのパルス幅を狭くすることが可能であり、より低消費電力で粗い回転角度位置データを得ることができる。このとき、パルス励磁信号Ｓｍｐのパルス幅を例えば２／５に狭めると消費電力は１／６に低減することができる。
【００３７】
その後、再度イグニッションスイッチ１６がオン状態に復帰すると、信号切換部２０が第１の回転角度位置演算部１８側に切換えられ、この第１の回転角度位置演算部１８で、第２の回転角度位置演算部１９で算出された回転角度位置データを初期値として高精度の回転角度位置データの演算を開始する。このため、第１の回転角度位置演算部１８が停止している間にステアリングホイール１が操舵されても、その操舵位置に応じた回転角度位置を算出することができる。
【００３８】
また、上記のように電動パワーステアリング装置に回転角度検出装置１５を適用した場合には、イグニッションスイッチ１６がオフ状態となって、操舵補助制御装置３３が停止している状態で、ステアリングホイール１が操舵されたときで、粗い回転角度位置データを算出することができ、再度イグニッションスイッチ１６がオン状態となった状態で、粗い回転角度位置データを初期値として、高精度の回転角度位置データを算出することにより、回転角度位置データの誤差を縮小することができ、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供できる。
なお、上記実施形態においては、信号切換部２０の各切換スイッチＳＷ，ＳＷａ及びＳＷｂを第２の回転角度位置演算部１９で切換制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、信号切換部２０自身でイグニッションスイッチ１６のオン・オフを監視して切換えるようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態においては、共振用のコンデンサＣａ，Ｃｂを切換スイッチ部２０と第２の回転角度位置演算部１９の入力端子ｔｉ２ａ，ｔｉ２ｂとの間に介挿した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第２の回転角度位置演算部１９の入力端子ｔｉ２ａ，ｔｉ２ｂと比較部２２ａとの間に設けるようにしてもよく、要は第１の回転角度位置演算部１８の回転角度演算に支障を与えない位置に介挿すればよい。
また、上記実施形態においては、回転角度検出装置１５を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の任意の産業機械に本発明の回転角度位置検出装置を適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…トーションバー、２ｃ…出力軸、８…ステアリングギヤ機構、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ機構、１２…電動モータ、１３…レゾルバ、１５…回転角度検出装置、１６…イグニッションスイッチ、１７…バッテリ、１８…第１の回転角度位置演算部、１９…第２の回転角度位置演算部、２０…信号切換部、２１…励磁回路、２２…４象限認識部、２２ａ…比較部、２２ｂ…象限変換部、２３…回転量演算部、２３ａ…象限認識信号記憶部、２３ｂ…差分演算部、２３ｃ…回転量演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータに装着したレゾルバの出力信号に基づいて回転角位置を検出する回転角度検出装置及びこれを備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータに装着したレゾルバから出力されるレゾルバ信号に基づいて回転角位置を検出する回転角位置検出装置として、従来、例えば励磁パルスを出力するパルス発生回路と、非パルス状の励磁信号を出力する励磁電源とを選択的にレゾルバの１次コイルに接続し、停電時に１次コイルにパルス発生回路を接続した状態で、レゾルバの一対の２次コイルから出力されるＡ相出力及びＢ相出力をＡ相用コンパレータ及びＢ相用コンパレータに供給し、これらＡ相用コンパレータ及びＢ相用コンパレータの出力を角度データ変換回路に供給して粗いレゾルバ角度データを算出し、非停電時に励磁電源を１次コイルに接続した状態で、２次コイルから出力されるＡ相出力及びＢ相出力を、レゾルバ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器に供給して高精度のレゾルバ角度データを出力するようにしたレゾルバ角度データ出力方法及びレゾルバ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４１７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、停電時に、パルス発生回路から出力される励磁パルスをレゾルバの１次コイルに供給して、このときに２次コイルに発生するＡ相出力及びＢ相出力をＡ相用コンパレータ及びＢ相用コンパレータに供給し、これらコンパレータの出力信号を角度データ変換回路に供給して粗いレゾルバ角度データを出力することにより、低消費電力で粗いレゾルバ角度データを得ることができるものである。しかしながら、パルス発生回路から出力される励磁パルスをレゾルバの１次コイルに供給した場合には、レゾルバの２次コイルから出力されるＡ相出力及びＢ相出力の振幅が小さいものとなり、Ａ相用コンパレータ及びＢ相用コンパレータで誤判定を生じ易く、粗いレゾルバ角度データの信頼性が低下し、逆にＡ相出力及びＢ相出力の振幅を高めるためには励磁パルスのパルス幅を拡げる必要があり、この分消費電力が上がってしまい相反する未解決の課題がある。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、低消費電力を確保しながら信頼性を向上させることができる回転角度検出装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る回転角度検出装置は、回転角度位置を検出する回転角度検出装置であって、励磁コイルと２相の検出コイルとを備えたレゾルバと、該レゾルバの励磁コイルに正弦波状励磁信号を出力するとともに、前記検出コイルから出力される位相差を有する検出信号を入力して回転角度位置を演算する第１の回転角度位置演算部と、前記レゾルバの励磁コイルにパルス励磁信号を出力するとともに、前記検出コイルから出力される位相差を有する検出信号を入力して回転角度位置を演算する第２の回転角度位置演算部と、前記第１の回転角度位置演算部及び前記第２の回転角度位置演算部と前記レゾルバの励磁コイル及び検出コイルとの間を切り換える信号切換部とを備え、前記第２の回転角度位置演算部は、前記各検出コイルからの検出信号の入力側と前記信号切換部との間に、前記検出コイル毎に個別の共振回路を構成する共振素子が介挿されていることを特徴としている。
【０００６】
この構成によると、第２の回転角度位置演算部からパルス励磁信号をレゾルバの励磁コイルに供給したときに、レゾルバの２つの検出コイルから出力される位相が異なる検出信号が第２の回転角度位置演算部の入力側と信号切換部との間に介挿された共振素子と検出コイルのインダクタとで共振回路を構成し、この共振回路で検出信号が共振して検出信号の振幅が大きくなり、狭いパルス励磁信号で大きな振幅の検出信号を得ることができ、誤検出を行うことなく信頼性を確保することができる。
【０００７】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、前記共振素子が前記検出コイルと並列に接続されるコンデンサで構成されていることを特徴としている。
この構成によれば、レゾルバの検出コイルのインダクタンスとコンデンサの静電容量とでＬＣ共振回路を構成することができ、検出コイルから出力される検出信号の振幅を大きくすることができる。
【０００８】
また、本発明に係る回転角度検出装置は、前記第２の回転角度位置演算部は、前記パルス励磁信号を出力した時点から前記共振回路で共振された共振信号のピーク近傍のタイミングで共振信号をサンプリングするように構成されていることを特徴としている。
この構成によれば、パルス励磁信号を出力した時点から検出コイルから出力される検出信号が共振された共振信号のピーク近傍でサンプリングすることができるので、誤判断を確実に防止するとこができる。
【０００９】
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記角回転角度検出装置の何れか１つを操舵補助力を発生する電動モータに装着してモータ回転角を検出することを特徴としている。
この構成によれば、電動パワーステアリング装置で、車両のイグニッションスイッチがオフ状態である停車時にステアリングホイールが操舵されて電動モータが回転されたときに、その回転角に基づいて操舵角を誤検出することなく検出することができ、絶対角度を保持して電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第２の回転角度位置演算部からパルス励磁信号をレゾルバの励磁コイルに供給したときに、レゾルバの２つの検出コイルから出力される位相が異なる検出信号が第２の回転角度位置演算部の入力側と信号切換部との間に介挿された共振素子と検出コイルのインダクタとで共振回路を構成し、この共振回路で検出信号が共振して検出信号の振幅が大きくなり、狭いパルス励磁信号で大きな振幅の検出信号を得ることができ、低消費電力を維持しながら誤検出を行うことなく信頼性を確保することができるという効果が得られる。
【００１１】
また、上記効果を有する回転角度検出装置を、操舵補助力を発生する電動モータに装着することにより、イグニッションスイッチがオフ状態である操舵補助制御を停止している状態で、ステアリングホイールが回転されたときに、低消費電力で操舵角を誤検出することなく検出することができ、絶対操舵角度を保持して電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。
【図２】回転角度検出装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の動作の説明に供する信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１がステアリングシャフト２の車両後方側先端に取付けられている。このステアリングシャフト２は、運転者から作用される操舵力がステアリングホイール１を介して伝達される入力軸２ａと、この入力軸２ａにトーションバー２ｂを介して連結された出力軸２ｃとを備えている。
【００１４】
そして、出力軸２ｃに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
ステアリングシャフト２の出力軸２ｃには、操舵補助力を出力軸２ｃに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｃに連結した減速ギヤ機構１１と、この減速ギヤ機構１１に連結されて操舵補助力を発生するブラシ付き電動モータやブラシレス電動モータで構成される電動モータ１２とを備えている。
【００１５】
そして、電動モータ１２には、モータ回転角度を検出するレゾルバ１３が内装されている。このレゾルバ１３は、図２に示すように、励磁信号が入力される一端多が接地され、他端が入力端子ｔ０に接続された励磁コイルＬ０と、励磁コイルＬ０に励磁信号が供給されたときに９０度位相の異なる２相のＡ相検出信号及びＢ相検出信号を個別に出力する一端が接地され他端が出力端子ｔａ及びｔｂに接続された２相の検出コイルＬａ及びＬｂとが設けられている。
【００１６】
そして、レゾルバ１３の入力端子ｔｒ０及び出力端子ｔｒａ，ｔｒｂが回転角度検出装置１５の励磁信号出力端子ｔｏ０及び検出信号入力端子ｔｉａ，ｔｉｂに接続され、さらに、レゾルバ１３のグランド端子ｔｒｇが回転角度検出装置１５のグランド端子ｔｃｇに接続されている。
回転角度検出装置１５には、バッテリ１６からの直流電力がイグニッションスイッチスイッチ１７を介して入力されるとともに、バッテリ１６の直流電力が直接入力されている。
【００１７】
この回転角度検出装置１５は、イグニッションスイッチ１６がオン状態である操舵補助制御状態で回転角度位置を検出するＣＰＵで構成される第１の回転角度位置演算部１８と、イグニッションスイッチ１６がオフ状態である操舵補助制御停止状態で回転角度位置を検出する集積回路（ＡＳＩＣ）で構成される第２の回転角度位置演算部１９とを備えている。
【００１８】
そして、第１の回転角度位置演算部１８と、第２の回転角度位置演算部１９とが信号切換部２０を介して励磁信号出力端子ｔｏ０と、検出信号入力端子ｔｉａ及びｔｉｂに接続されている。
信号切換部２０は、可動接点ｔｃが励磁信号出力端子ｔｏ０、検出信号入力端子ｔｉａ及びｔｉｂに接続された３つの同時に切換得られる切換スイッチＳＷ０、ＳＷａ、ＳＷｂを備えている。そして、これら切換スイッチＳＷ０、ＳＷａ及びＳＷｂの一方の固定接点ｔａが第１の回転角度位置演算部１８の励振信号出力端子ｔｏ１、検出信号入力端子ｔｉ１ａ及びｔｉ１ｂに接続され、他方の固定接点ｔｂが第２の回転角度位置演算部１９のパルス励磁信号出力端子ｔｏ２、検出信号入力端子ｔｉ２ａ及びｔｉ２ｂに接続されている。
【００１９】
第１の回転角度位置演算部１８は、従来のレゾルバの回転角度位置演算部と同様に、正弦波又は矩形波の励磁信号を信号切換部２０の切換スイッチＳＷ０の固定接点ｔｏａに出力するとともに、残りの切換スイッチＳＷ２ａおよびＳＷ２ｂの固定接点ｔａ及びｔｂから出力される検出信号Ｓａ及びＳｂが入力されて、検出信号Ｓａ及びＳｂに基づいてレゾルバ−デジタル変換を行って精密なレゾルバ角度データを演算するとともに、イグニッションスイッチ１６がオフ状態からオン状態に切換わったときに、第２の回転角度位置演算部で演算した操舵補助制御停止時の回転角度位置信号を読込み、この回転角度位置信号を初期回転角度位置として設定する。
【００２０】
そして、第２の回転角度位置演算部１９は、パルス励磁信号Ｓｍｐを励磁信号出力端子ｔｏ１に出力するパルス発生回路で構成される励磁回路２１と、検出信号入力端子ｔｉ２ａ及びｔｉ２ｂに接続されたレゾルバ信号の４象限を認識する４象限認識部２２と、この４象限認識部２２で認識された象限認識信号が入力されて回転量を検出する回転量演算部２３とを備えている。また、第２の回転角度演算部１９は、信号切換部２０の切換スイッチＳＷａ及びＳＷｂの固定端子ｔｂと比較部２２ａの入力端子との間と接地との間に、共振素子としてのコンデンサＣａ及びＣｂがレゾルバ１３の検出コイルＬａ及びＬｂと並列となって検出コイルＬａ，ＬｂのインダクタンスとコンデンサＣａ及びＣｂの静電容量とで個別のＬＣ並列共振回路を構成するように接続されている。
【００２１】
励磁回路２１は、比較的幅狭のパルス励磁信号Ｓｍｐを所定間隔で出力するとともに、パルス励磁信号Ｓｍｐの立ち上がりから後述する共振信号の最初のピーク位置に到達した時点でサンプリング信号Ｓｓを４象限認識部２２に出力する。
４象限認識部２２は、検出信号入力端子ｔｉ２ａ及び２ｉ２ｂから入力される検出信号Ｓａ及びＳｂが入力され、これら検出信号Ｓａ及びＳｂを閾値信号と比較する２組のコンパレータを内蔵する比較部２２ａと、この比較部２２ａの２組のコンパレータから個別に出力される比較出力Ｃａ及びＣｂが入力されて比較出力Ｃａ及びＣｂの組合せから回転角度が第１象限〜第４象限の何れの象限に存在するかを認識する象限変換部２２ｂとを備えている。
【００２２】
また、回転量演算部２３は、象限認識部２２の４象限変換部２２ｂから出力される象限認識信号Ｓｑ(n)が入力されるとともに、象限認識信号記憶部２３ａに記憶されている１サンプル前の象限認識信号Ｓ(n-1)が入力されて現在の象限認識信号Ｓｑから１サンプル前の象限認識信号Ｓ(n-1)を減算して回転方向を表す差分信号ＳＤ（＝Ｓｑ(n)−Ｓｑ(n-1)）を算出する差分演算部２３ｂと、この差分演算部２３ｂから出力される差分信号を加減算して回転量を算出する回転量算出部２３ｃとを備えており、回転量算出部２３ｃで算出された回転量が操舵補助制御停止時の回転角度位置信号として第１の回転角度位置演算部１８に供給される。
【００２３】
さらに、第２の回転角度位置演算部１９は、イグニッションスイッチ１６を通じて入力されるバッテリ電圧を監視し、イグニッションスイッチ１６がオン状態であるときに、信号切換部２０の各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃを固定接点ｔａ側に切換え、イグニッションスイッチ１６がオフ状態であるときに、各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃを固定接点ｔｂ側に切り換える切換信号Ｓｃを各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂに出力する。
【００２４】
また、図１に示すように、ステアリングシャフト２の入力軸２ａにトルクセンサ３１が設けられ、このトルクセンサ３１で検出した操舵トルクＴと車速センサ３２で検出した車速Ｖとが操舵補助制御装置３３に供給され、この操舵補助制御装置３３で、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて操舵補助電流指令値を算出し、算出した操舵補助電流指令値と電動モータ１２のモータ駆動電流との偏差を例えばＰＤ制御して電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値に基づいて内蔵するモータ駆動回路３４を制御することにより、モータ電流を電動モータ１２に供給して電動モータ１２で操舵補助力を発生する。この操舵補助力は、減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ａに伝達され、これによりステアリングホイール１を軽く操舵することができる。
【００２５】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、イグニッションスイッチ１６がオン状態である状態では、操舵補助制御装置３３で操舵補助制御処理を実行して、トルクセンサ３１で検出した操舵トルクＴ及び車速センサ３２で検出した車速Ｖに基づいて低車速時には操舵トルクＴに応じて大きな操舵補助電流指令値を算出し、高車速時には操舵補助電流指令値を制限することにより、車両の走行時のセルフアライニングトルクに応じた最適な操舵補助電流指令値を算出し、この操舵補助電流指令値に基づいて電動モータ１２に供給するモータ電流を制御することにより、走行状態及び操舵状態に応じた最適な操舵補助力を電動モータ１２で発生させる。
【００２６】
このように、イグニッションスイッチ１６がオン状態であるときには、操舵補助制御装置３３で、電動モータ１２を駆動制御する操舵補助制御状態であるので、第２の回転角度位置演算部１９で例えば論理値“１”の切換信号Ｓｃを信号切換部２０に出力する。
このため、信号切換部２０の各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃが固定接点ｔａ側に切換えられるので、第１の回転角度位置演算部１８が信号切換部２０を介してレゾルバ１３に接続される。
【００２７】
このため、第１の回転角度位置演算部１８から出力される正弦波又は正弦波に近い矩形波信号の励磁信号がレゾルバ１３の励磁コイルＬ０に供給され、これに応じてレゾルバ１３の検出コイルＬａ及びＬｂから９０度の位相差を有するＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂが出力され、これらＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂが信号切換部２０の各切換スイッチＳＷａ及びＳＷｂを介して第１の回転角度位置演算部１８に入力される。
このため、第１の回転角度位置演算部１８でＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂに基づいてレゾルバ信号をデジタル信号に変換して高精度の回転角度位置データＤｒを演算し、この回転角度位置データＤｒを図示しないＣＡＮ等の通信ネットワークを介して操舵補助制御装置３３や他の制御装置に供給する。
【００２８】
この第１の回転角度位置演算部１８で高精度の回転角度位置データを算出している状態では、信号切換部２０の切換スイッチＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃが固定接点ｔａ側に切換えられており、第２の回転角度位置演算部１９の共振素子であるコンデンサＣａ及びＣｂは、レゾルバ１３の検出コイルＬａ及びＬｂとは確実に切り離されているので、コンデンサＣａ及びＣｂが検出コイルＬａ及びＬｂに接続されることはなく、コンデンサＣａ及びＣｂによってローパス回路等の遅延回路が形成されることを確実に防止することができる。このため、コンデンサＣａ及びＣｂの影響を受けることなく、第１の回転角度位置演算部１８で高精度の回転角度位置データＤｒを算出することができる。
【００２９】
このイグニッションスイッチ１６がオン状態である状態から、車両の走行を停止させた後に、イグニッションスイッチ１６をオフ状態に切換えると、操舵補助制御装置３３による操舵補助制御処理が終了されて、電動モータ１２へのモータ電流の供給が遮断され、電動モータ１２による操舵補助力の発生が停止される。
これと同時に、第２の回転角度位置演算部１９でイグニッションスイッチ１６のオフ状態への移行を検出し、信号切換部２０に対して論理値“０”の切換信号Ｓｃを出力する。このため、信号切換部２０の各切換スイッチＳＷ０，ＳＷａ及びＳＷｂの可動接点ｔｃが固定接点ｔａ側から固定接点ｔｂ側に切換えられ、レゾルバ１３に第１の回転角度位置演算部１８に代えて第２の回転角度位置演算部１９が接続される。これと同時に、第２の回転角度位置演算部１９の励磁回路２１、象限認識部２２、回転量演算部２３が動作状態となる。
【００３０】
このため、第２の回転角度位置演算部１９の励磁回路２１から図３（ａ）に示すように、比較的幅狭のパルス励磁信号Ｓｍｐが出力され、このパルス励磁信号Ｓｍｐが信号切換部２０の切換スイッチＳＷ０を介してレゾルバ１３の励磁コイルＬ０に供給されて、励磁コイルＬ０が励磁される。
このため、レゾルバ１３の検出用コイルＬａ及びＬｂから図３（ｂ）に示すレゾルバロータの回転位置に応じた振幅のＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂが出力される。このとき、第２の回転角度位置演算部１９の検出信号入力端子ｔｉ２ａ及びｔｉ２ｂと信号切換部２０の切換スイッチＳＷａ及びＳＷｂの固定接点ｔｂとの間と接地との間に共振素子としてコンデンサＣａ及びＣｂが介挿されているので、これらコンデンサＣａ及びＣｂがレゾルバ１３の検出コイルＬａ及びＬｂと並列に介挿されることになる。このため、コンデンサＣａ及びＣｂの静電容量と検出コイルＬａ及びＬｂのインダクタンスとによって並列共振回路が構成され、検出コイルＬａ及びＬｂから出力されるＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂが共振して、図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、振幅及び周期が大きくなり、９０度の位相差を有する共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂとなる。
【００３１】
これら共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂの最初の信号波形のピーク位置近傍となったときに、励磁回路２１からサンプリング信号Ｓｓが出力され、これに応じて、比較部２２ａにおける一対のコンパレータで共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂを所定閾値と比較して比較出力Ｓｃａ及びＳｃｂを象限変換部２２ｂに出力する。
このため、象限変換部２２ｂで、比較出力Ｓｃａ及びＳｃｂに基づいてレゾルバ回転位置が第１象限〜第４象限の何れにあるかを判断して、その判断結果である象限認識信号Ｓｑ(n)を回転量演算部２３の差分演算回路２３ｂに出力する。
【００３２】
このため、差分演算回路２３ｂでは、今回入力される象限認識信号Ｓｑ(n)から象限認識信号記憶部２３ａに記憶されている１サンプル前の象限認識信号Ｓｑ(n-1)を減算して差分を算出する。このとき、レゾルバ１３のレゾルバロータが回転していないときには、今回入力された象限認識信号Ｓｑ(n)と１サンプル前の象限認識信号Ｓｑ(n-1)が同じ値となるので、差分信号ＳＤは“０”となり、回転していないことを表す。
【００３３】
しかしながら、例えばステアリングホイール１を例えば時計方向に操舵することにより、ステアリングシャフト２を介し，減速ギヤ機構１１を介して電動モータ１２の回転軸が回転さされると、例えば今回入力される象限認識信号Ｓｑ(n)が例えば第２象限を表す“２”であり、１サンプル前の象限認識信号Ｓｑ(n-1)が第１象限を表す“１”であるものとすると、差分信号ＳＤは“＋１”となり、レゾルバ１３のレゾルバロータが例えば時計方向に象限を超える回転をしていると判断することができる。逆に、ステアリングホイール１を半時計方向に操舵することにより、例えば今回入力される象限認識信号Ｓｑ(n)が第４象限を表す“４”であり、１サンプル前の象限認識信号Ｓｑ(n-1)が第１象限を表す“１”であるものとすると、差分信号ＳＤは“＋３”となるが、この場合には差分信号ＳＤから“４”を減算して補正することにより、差分信号ＳＤが“−１”となり、レゾルバ１３のレゾルバロータが半時計方向に象限を超えて回転していると判断することができる。
【００３４】
このため、差分信号ＳＤを回転量演算部２３ｃで加算することにより、レゾルバロータの回転角度位置に応じた粗い回転角度位置データＤｒ２を算出することができる。
このように、操舵補助制御装置３３が作動していない停止状態で、ステアリングホイール１が操舵された場合に、その操舵に応じた粗い回転角度位置データＤｒ２が第２の回転角度位置演算部１９で常時算出される。
このときの、励磁回路２１から出力されるパルス励磁信号Ｓｍｐのパルス幅が狭いので、低消費電力とすることができる。
【００３５】
また、パルス励磁信号Ｓｍｐでレゾルバ１３の励磁コイルＬ０を励磁したときに、検出コイルＬａ及びＬｂから出力されるＡ相出力Ｓａ及びＢ相出力Ｓｂを第２の回転角度位置演算部１９の検出信号入力端子ｔｉ２ａ及びｔｉ２ｂ側に介挿したコンデンサＣａ及びＣｂで共振させるようにして、共振信号のピーク値大きくするとともに周期も大きくなるので、第２の回転角度位置演算部１９の象限認識部２２における比較部２２ａの一対のコンパレータで閾値と比較したときに誤った比較出力Ｓｃａ及びＳｃｂを出力することを防止することができ、回転量が誤検出されることを防止して信頼性を向上させることができる。
【００３６】
しかも、励磁回路２１から共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂがピーク値に近づいたときに、サンプリング信号Ｓｓを出力するので、共振信号のピーク値近傍で比較部２１ａの一対のコンパレータで閾値と比較することができるので、より誤検出を防止することができる。
その上、サンプリング信号Ｓｓが共振信号Ｓｒａ及びＳｒｂのピーク値に合わせて設定され、パルス励磁信号Ｓｍｐのパルス幅とは無関係に設定されているので、パルス励磁信号Ｓｍｐのパルス幅を狭くすることが可能であり、より低消費電力で粗い回転角度位置データを得ることができる。このとき、パルス励磁信号Ｓｍｐのパルス幅を例えば２／５に狭めると消費電力は１／６に低減することができる。
【００３７】
その後、再度イグニッションスイッチ１６がオン状態に復帰すると、信号切換部２０が第１の回転角度位置演算部１８側に切換えられ、この第１の回転角度位置演算部１８で、第２の回転角度位置演算部１９で算出された回転角度位置データを初期値として高精度の回転角度位置データの演算を開始する。このため、第１の回転角度位置演算部１８が停止している間にステアリングホイール１が操舵されても、その操舵位置に応じた回転角度位置を算出することができる。
【００３８】
また、上記のように電動パワーステアリング装置に回転角度検出装置１５を適用した場合には、イグニッションスイッチ１６がオフ状態となって、操舵補助制御装置３３が停止している状態で、ステアリングホイール１が操舵されたときで、粗い回転角度位置データを算出することができ、再度イグニッションスイッチ１６がオン状態となった状態で、粗い回転角度位置データを初期値として、高精度の回転角度位置データを算出することにより、回転角度位置データの誤差を縮小することができ、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供できる。
なお、上記実施形態においては、信号切換部２０の各切換スイッチＳＷ，ＳＷａ及びＳＷｂを第２の回転角度位置演算部１９で切換制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、信号切換部２０自身でイグニッションスイッチ１６のオン・オフを監視して切換えるようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態においては、共振用のコンデンサＣａ，Ｃｂを切換スイッチ部２０と第２の回転角度位置演算部１９の入力端子ｔｉ２ａ，ｔｉ２ｂとの間に介挿した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第２の回転角度位置演算部１９の入力端子ｔｉ２ａ，ｔｉ２ｂと比較部２２ａとの間に設けるようにしてもよく、要は第１の回転角度位置演算部１８の回転角度演算に支障を与えない位置に介挿すればよい。
また、上記実施形態においては、回転角度検出装置１５を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の任意の産業機械に本発明の回転角度位置検出装置を適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…トーションバー、２ｃ…出力軸、８…ステアリングギヤ機構、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ機構、１２…電動モータ、１３…レゾルバ、１５…回転角度検出装置、１６…イグニッションスイッチ、１７…バッテリ、１８…第１の回転角度位置演算部、１９…第２の回転角度位置演算部、２０…信号切換部、２１…励磁回路、２２…４象限認識部、２２ａ…比較部、２２ｂ…象限変換部、２３…回転量演算部、２３ａ…象限認識信号記憶部、２３ｂ…差分演算部、２３ｃ…回転量演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転角度位置を検出する回転角度検出装置であって、
励磁コイルと２相の検出コイルとを備えたレゾルバと、
該レゾルバの励磁コイルに正弦波状励磁信号を出力するとともに、前記検出コイルから出力される位相差を有する検出信号を入力して回転角度位置を演算する第１の回転角度位置演算部と、
前記レゾルバの励磁コイルにパルス励磁信号を出力するとともに、前記検出コイルから出力される位相差を有する検出信号を入力して回転角度位置を演算する第２の回転角度位置演算部と、
前記第１の回転角度位置演算部及び前記第２の回転角度位置演算部と前記レゾルバの励磁コイル及び検出コイルとの間を切り換える信号切換部とを備え、
前記第２の回転角度位置演算部は、前記各検出コイルからの検出信号の入力側と前記信号切換部との間に、前記検出コイル毎に個別の共振回路を構成する共振素子が介挿されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記共振素子は前記検出コイルと並列に接続されるコンデンサで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記第２の回転角度位置演算部は、前記パルス励磁信号を出力した時点から前記共振回路で共振された共振信号のピーク近傍のタイミングで共振信号をサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転角度検出装置を、操舵補助力を発生する電動モータに装着してモータ回転角を検出することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
回転角度位置を検出する回転角度検出装置であって、
励磁コイルと２相の検出コイルとを備えたレゾルバと、
該レゾルバの励磁コイルに正弦波状励磁信号を出力するとともに、前記検出コイルから出力される位相差を有する検出信号を入力して回転角度位置を演算する第１の回転角度位置演算部と、
前記レゾルバの励磁コイルにパルス励磁信号を出力するとともに、前記検出コイルから出力される位相差を有する検出信号を入力して回転角度位置を演算する第２の回転角度位置演算部と、
前記第１の回転角度位置演算部及び前記第２の回転角度位置演算部と前記レゾルバの励磁コイル及び検出コイルとの間を切り換える信号切換部とを備え、
前記第２の回転角度位置演算部は、前記各検出コイルからの検出信号の入力側と前記信号切換部との間に、前記検出コイル毎に個別の共振回路を構成する共振素子が介挿されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記共振素子は前記検出コイルと並列に接続されるコンデンサで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記第２の回転角度位置演算部は、前記パルス励磁信号を出力した時点から前記共振回路で共振された共振信号のピーク近傍のタイミングで共振信号をサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転角度検出装置を、操舵補助力を発生する電動モータに装着してモータ回転角を検出することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１０３１３０（Ｐ２０１２−１０３１３０Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５２２１２（Ｐ２０１０−２５２２１２）
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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