JP2010246231A - モータ制御装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータのロータ回転速度が急激に変化する場合でも、逆方向へトルクが発生することのないよう制御する。
【解決手段】ロータ角度位置検出部１６２は、ロータの電気角を所定の検出電気角である６０度毎に検出可能なホールセンサ５からの検出信号を受け取り離散的に検出ロータ角θｒを出力する。ロータ角度推定部１６２は、検出ロータ角θｒに基づき電気角推定値θｒｅを算出する。このとき検出ロータ角θｒに対して電気位相角だけずれた電気角から、さらに回転方向へ６０度だけ回転した電気角までの範囲内に、回転磁界方向を示す電気角が制限されるような制限値を設け、電気角推定値θｒｅがこの制限値を超えないようにする。そうすれば推定ロータ角度θｒｅに基づき発生される回転磁界の電気角が現実のロータ７の磁界の電気角より進むことがないので、逆方向へのトルクの発生を防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスモータの制御を行うモータ制御装置、および当該モータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。電動パワーステアリング装置の電動モータには従来からブラシモータが広く使用されているが、信頼性および耐久性の向上や慣性の低減などの観点から、近年ではブラシレスモータも使用されている。

この３相のブラシレスモータが使用されている電動パワーステアリング装置では、座標変換によるベクトル制御などでブラシレスモータを駆動する方法が一般的である。この方法では、ロータの現時点での回転位置であるロータ角度を検出するため、ホール素子を含む位置検出センサ（ホールセンサ）が用いられることが多い。このホールセンサは、永久磁石からなるロータの周囲には、例えば１２０度または６０度の間隔で３個が配置され、これら３個のホールセンサから出力された検出信号に基づき電気角６０度毎のロータ角度の変化が検出される。

ここで、電気角６０度毎の検出情報のみでは、現時点での正確なロータ角度を得ることができないので、当該検出信号に基づき、現時点でのロータ角度を推定する計算が行われるのが一般的である。例えば、検出信号における直前の検出時点からその前の検出時点までの時間間隔と、直前の検出時点からの経過時間とに基づき、現時点でのロータ角度が推定される。

この推定されたロータ角度が不正確であると、脱調やモータ効率の悪化を引き起こすので、推定のための計算を高速に行うことで現時点での正確なロータ角度を算出する構成など、従来よりさまざま工夫がなされている。

このような現時点でのロータ角度を算出する構成として、例えば特許文献１には、ロータ位相検出手段により検出されるロータ位相をモータ電流の検出値に応じて進相または遅相させる制御を行うことにより、モータへの通電位相を決定するモータ制御装置の構成が開示されている。

特開２０００−２０９８８６号公報

しかし、ロータの回転速度が急激に変化することが多い電動パワーステアリング装置において、ホールセンサからの検出信号における直前の検出時点からその前の検出時点までの時間間隔に基づいて単純に現時点でのロータ角度を推定する計算を行うと、現実のロータ角度と大きなずれを生じる可能性がある。このようなずれにより、モータのステータにより生成される回転磁界が異常となり、アシストトルクが低下したり、さらには逆方向へアシストトルクが発生する可能性が生じる。特に、この逆方向へトルクが発生する可能性はできる限り解消されることが好ましい。

そこで本発明では、ロータの回転速度が急激に変化する場合でも、逆方向へトルクが発生することのないよう制御を行うモータ制御装置、およびこれを備え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する。

第１の発明は、複数相の巻線からなるステータによる回転磁界で永久磁石を有するロータを回転させることによりブラシレスモータを駆動するモータ制御装置であって、
前記ロータの電気角を所定の検出電気角毎に検出可能なように周方向に所定の間隔を空けて配置される複数の検出素子を有し、当該複数の検出素子からの検出信号に応じて前記ロータの電気角を前記所定の検出電気角毎に離散的に検出するロータ角度検出手段と、
前記ロータ角度検出手段により離散的に検出される前記ロータの電気角に基づき、前記ロータの現時点における電気角推定値を算出するロータ角度推定手段と、
前記ロータの磁束方向に対して所定の電気位相角をなすべき前記複数相のステータによる磁界を回転させるよう、前記ブラシレスモータに供給すべき電流の量を示す指令電流値と、前記ロータ角度推定手段により算出される前記電気角推定値とに基づき、前記ブラシレスモータを制御する指令電圧のレベルを求める制御手段と、
前記制御手段で求められるレベルの電圧に応じて前記ブラシレスモータを駆動するモータ駆動手段と
を備え、
前記ロータ角度検出手段により直前に検出された前記ロータの電気角に対して前記電気位相角だけずれた電気角から、さらに回転方向へ前記検出電気角だけ回転した電気角までの範囲内に、前記複数相のステータによる回転磁界方向を示す電気角を制限することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記ロータ角度推定手段は、前記複数相のステータによる回転磁界方向を示す電気角が前記範囲を超えないように、前記推定値に制限を設けることを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ロータ角度推定手段は、前記ロータ角度検出手段により離散的に検出される前記ロータの電気角に対して、回転方向に応じて前記検出電気角を加算または減算した電気角を制限値とし、回転方向へ当該制限値を超えないよう前記推定値を算出することを特徴とする。

第４の発明は、第１から第３までのいずれか１つの発明に記載のモータ制御装置を備えた、電動パワーステアリング装置である。

上記第１の発明によれば、ロータ角度検出手段により直前に検出されたロータの電気角に対して電気位相角だけずれた電気角から、さらに回転方向へ検出電気角だけ回転した電気角までの範囲内に、複数相のステータによる回転磁界方向を示す電気角を制限する。このことにより、ロータの回転速度が急激に変化する場合でも、推定ロータ角度に基づき発生される回転磁界の電気角が現実のロータ磁界の電気角より進むことがないので、逆方向へトルクが発生することのないよう制御を行うモータ制御装置を提供することができる。

上記第２の発明によれば、ロータ角度の推定値に制限値を設けることにより、ロータの回転速度が急激に変化する場合でも、推定ロータ角度に基づき発生される回転磁界の電気角が現実のロータ磁界の電気角より進むことがないので、逆方向へトルクが発生することのないよう制御を行うモータ制御装置を提供することができる。

上記第３の発明によれば、検出されるロータの電気角に対して、回転方向に応じて検出電気角を加算または減算した電気角を制限値とし、回転方向へ当該制限値を超えないよう推定値を算出することで、ロータの回転速度が急激に変化する場合でも、逆方向へトルクが発生することのないよう制御を行うモータ制御装置を提供することができる。

上記第４の発明によれば、逆方向へトルクが発生することのないよう制御を行うモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。 上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。 上記実施形態におけるロータ角度検出値に基づくロータ角度推定の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態における逆トルクを生じる回転磁界が発生される例を示すモータの軸方向に対する垂直断面図である。 上記実施形態における好適な回転磁界が発生される例を示すモータの軸方向に対する垂直断面図である。 上記実施形態における好適な回転磁界が発生される別例を示すモータの軸方向に対する垂直断面図である。 上記実施形態において、推定ロータ角度が５９度でありロータの現実の電気角が１度である場合の回転磁界およびロータの磁界それぞれの磁極位置が示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
＜１．全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態（およびその他の各実施形態）に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両の構成と共に示す概略図である。図１に示す電動パワーステアリング装置は、ブラシレスモータ１、減速機２、トルクセンサ３、車速センサ４、位置検出センサであるホールセンサ５、および、電子制御ユニット（Electronic Control Unit ：以下、ＥＣＵという）１０を備えたコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置である。

図１に示すように、ステアリングシャフト１０２の一端にはハンドル（ステアリングホイール）１０１が固着されており、ステアリングシャフト１０２の他端はラックピニオン機構１０３を介してラック軸１０４に連結されている。ラック軸１０４の両端は、タイロッドおよびナックルアームからなる連結部材１０５を介して車輪１０６に連結されている。運転者がハンドル１０１を回転させると、ステアリングシャフト１０２は回転し、これに伴いラック軸１０４は往復運動を行う。ラック軸１０４の往復運動に伴い、車輪１０６の向きが変わる。

電動パワーステアリング装置は、運転者の負荷を軽減するために、以下に示す操舵補助を行う。トルクセンサ３は、ハンドル１０１の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクＴを検出する。車速センサ４は、車速Ｓを検出する。

ホールセンサ５は、ホール素子を含むホールＩＣからなり、ブラシレスモータ１のロータの回転位置Ｐを検出する。なお、後述するようにこのホールセンサは、連続的にロータの位置を検出可能ないわゆるリニア形式のホールセンサではなく、離散的にロータの位置を検出するスイッチ形式（オンオフ形式）のホールセンサである。

ＥＣＵ１０は、車載バッテリ１００から電力の供給を受け、操舵トルクＴ、車速Ｓおよび回転位置Ｐに基づきブラシレスモータ１を駆動する。ブラシレスモータ１は、ＥＣＵ１０によって駆動されると、操舵補助力を発生させる。減速機２は、ブラシレスモータ１とステアリングシャフト１０２との間に設けられる。ブラシレスモータ１で発生した操舵補助力は、減速機２を介して、ステアリングシャフト１０２を回転させるように作用する。

この結果、ステアリングシャフト１０２は、ハンドル１０１に加えられる操舵トルクと、ブラシレスモータ１で発生した操舵補助力の両方によって回転する。このように電動パワーステアリング装置は、ブラシレスモータ１で発生した操舵補助力を車両のステアリング機構に与えることにより操舵補助を行う。

このような本実施形態に係る電動パワーステアリング装置では、ブラシレスモータ１を駆動する制御装置（モータ制御装置）に特徴がある。そこで以下では、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置に含まれるモータ制御装置について説明する。

＜２．モータ制御装置の構成＞
図２は、上記電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ１０の構成を示すブロック図である。このＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略記する）２０とモータ駆動部とから構成される。マイコン２０は、その内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、車速演算部１８４と、目標電流演算部１１４と、減算器１２２，１２４と、ｄ軸電流ＰＩ制御部１２６と、ｑ軸電流ＰＩ制御部１２８と、ｄ−ｑ／３相交流座標変換部１３２と、符号反転加算器１３４と、３相交流／ｄ−ｑ座標変換部１３８と、ロータ角度位置検出部１６２と、ロータ角度推定部１６４とからなるモータ制御部として機能する。目標電流演算部１１４には、基本アシスト制御部１８０とモータ電流指令値演算部１８８とが含まれている。モータ駆動部は、モータ制御部としてのマイコン２０から出力される電圧指令値に基づき３相のブラシレスモータ１を駆動するハードウェア（回路）であり、ＰＷＭ信号生成回路１５０と、モータ駆動回路１５２と、Ｕ相電流検出器１５６と、Ｖ相電流検出器１５４とから構成される。

ハンドル１０１が操作されると、トルクセンサ３によって検出される操舵トルクＴがＥＣＵ１０に入力されるとともに、車速センサ４によって検出される車速信号ＳもＥＣＵ１０に入力される。車速演算部１８４では、車速信号Ｓに基づいて車速Ｖが算出される。

ロータ角度位置検出部１６２は、ブラシレスモータ１に取り付けられたホールセンサ５から出力されるセンサ信号に基づいて、ブラシレスモータ１のロータである永久磁石の回転位置すなわち電気角θｒを離散的に検出する。ホールセンサ５の具体的な取り付け位置や検出角度については後述する。

ロータ角度推定部は、ロータ角度位置検出部１６２によって検出された電気角θｒに対して、現時点におけるロータ角度を正確に推定する演算を行うことにより、この電気角θｒを推定された電気角θｒｅに補正し出力する。この推定演算については詳しく後述する。なお、本実施形態ではロータの極対数が１であるため、この電気角θｒｅ（電気角θｒ）は機械角に一致している

基本アシスト制御部１８０は、アシストマップと呼ばれる、操舵トルクと目標電流値とを対応づけるテーブルを参照し、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて、ブラシレスモータ１に流すべき目標電流値Ｉｔを決定する。モータ電流指令値演算部１８８は、目標電流値Ｉｔに基づいて、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を出力する。このｑ軸電流指令値ｉｑ^*は、ブラシレスモータ１が発生すべきトルクに対応する電流値であり、減算器１２４に入力される。一方、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*は、トルクに関与しないのでｉｄ^*＝０として、減算器１２２に入力される。

Ｕ相電流検出器１５６およびＶ相電流検出器１５４は、それぞれモータのＵ相、Ｖ相の巻き線（本明細書では単に「Ｕ相、Ｖ相」という）に流れる電流を検出し、Ｕ相電流検出値ｉｕとＶ相電流検出値ｉｖとをそれぞれ電圧信号で出力する。これらのＵ相電流検出器１５６およびＶ相電流検出器１５４は、モータ駆動回路１５２からブラシレスモータ１へ繋がる線に対して配置されるが、モータ駆動回路１５２内の各駆動用素子と接地点との間に配置されてもよい。

３相交流／ｄ−ｑ座標変換部１３８は、ロータの電気角θｒｅに基づいて、Ｕ相電流検出値ｉｕおよびＶ相電流検出値ｉｖを、ｄ−ｑ座標上の値であるｄ軸モータ電流値ｉｄおよびｑ軸モータ電流値ｉｑに変換する。このｄ軸モータ電流値ｉｄおよびｑ軸モータ電流値ｉｑは、減算器１２２および減算器１２４にそれぞれ入力される。

減算器１２２では、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*とｄ軸モータ電流値ｉｄとの偏差ｉｄ^*−ｉｄが出力される。そして、ｄ軸電流ＰＩ制御部１２６では、その偏差ｉｄ^*−ｉｄに基づく比例積分演算によって、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*が出力される。一方、減算器１２４では、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*とｑ軸モータ電流値ｉｑとの偏差ｉｑ^*−ｉｑが出力される。そして、ｑ軸電流ＰＩ制御部１２８では、その偏差ｉｑ^*−ｉｑに基づく比例積分演算によって、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*が出力される。

ｄ−ｑ／３相交流座標変換部１３２では、ロータの電気角θｒｅに基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を、３相交流座標上の値であるＵ相電圧指令値ｖｕ^*およびＶ相電圧指令値ｖｖ^*に変換する。そして、符号反転加算器１３４は、Ｕ相電圧指令値ｖｕ^*およびＶ相電圧指令値ｖｖ^*からＷ相電圧指令値ｖｗ^*を算出する。

ＰＷＭ信号生成回路１５０は、Ｕ相電圧指令値ｖｕ^*、Ｖ相電圧指令値ｖｖ^*、Ｗ相電圧指令値ｖｗ^*を受け取り、それらの指令値に応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを生成する。モータ駆動回路１５２では、そのＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗによってスイッチング素子がオン／オフされ、それにより、デューティ比に応じた電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗがブラシレスモータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ印加される。

＜３．ロータ角度推定部の動作＞
＜３．１ 全体の動作＞
次に、本実施形態におけるロータ角度推定部１６４の角度推定処理について説明する。図３は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置における、ロータ角度検出値に基づくロータ角度推定の手順を示すフローチャートである。なお、以下の処理は所定の制御間隔で繰り返し行われるものとする。

ステップＳ１０において、このモータ制御装置に備えられるロータ角度推定部１６４は、ホールセンサ５からのセンサ信号を入力されるロータ角度位置検出部１６２によって算出され離散的に与えられる検出ロータ角度θｒを受け取った否かを判定する。ホールセンサの信号検出により検出ロータ角度θｒを受け取らない場合には（ステップＳ１０：Ｎｏ）、処理はステップＳ１４に進む。

また、ホールセンサの信号検出により離散的に与えられる検出ロータ角度θｒを受け取った場合には（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ロータ角度推定部１６４は、受け取ったロータ角度（以下「検出ロータ角度」という）θｒを推定値としてのロータ角度（以下「推定ロータ角度」という）θｒｅに代入し（ステップＳ１２）、推定ロータ角度θｒｅを出力して角度推定動作を終了する。この出力された推定ロータ角度θｒｅが３相交流／ｄ−ｑ座標変換部１３８およびｄ−ｑ／３相交流座標変換部１３２に与えられることについては前述した。なお、この角度推定動作が終了すると、所定の制御間隔を空けて（直ちに）次の角度推定動作が開始され、上記ステップＳ１０の処理が開始される。

ここで、ロータ角度位置検出部１６２によって算出される上記検出ロータ角度θｒは、図４ないし図６に示されるようにホールセンサ５の取り付け位置に応じて定まる。以下、図４ないし図６を参照して説明する。

＜３．２ ロータ角度の検出動作＞
図４は、逆トルクを生じる回転磁界が発生される例を示すモータの軸方向に対する垂直断面図であり、図５は、好適な回転磁界が発生される例を示すモータの軸方向に対する垂直断面図であり、図６は、好適な回転磁界が発生される別例を示すモータの軸方向に対する垂直断面図である。

これらの図に示されるように、ホールセンサ５は、３つのホールセンサ５ａ〜５ｃからなり、これらは３つのステータ６ａ〜６ｃの直上に取り付けられている。これらのホールセンサ５ａ〜５ｃは、ロータ７の磁極（Ｎ極またはＳ極）が最も接近した時、すなわち対応するステータ６ａ〜６ｃの直上に位置する時にセンサ信号を出力する。なお、図中においてセンサ信号を出力するホールセンサには斜線が付されている。

また、３つのステータ６ａ〜６ｃが発生する合成磁束による回転磁界の磁極は点線の丸で囲まれたＮまたはＳの記号により表されている。例えば図４では、回転磁界のＮ極はロータ７のＮ極より図中の矢印で示される回転方向の下流側にあり、回転磁界のＳ極もロータ７のＳ極より回転方向の下流側にある。したがって、この場合には、互いの磁極に反発力が生じるため回転方向とは逆方向にトルクが生じてしまう。このような回転磁界の磁極位置は異常であるため、このような逆トルクが生じないようステータ６ａ〜６ｃの発生磁界が制御されることになる。

そこで図５に示されるように、回転磁界のＮ極はロータ７のＮ極より回転方向上流側に電気角で９０度回転した位置にあり、同様に回転磁界のＳ極もロータ７のＳ極より回転方向上流側に電気角で９０度回転した位置にあれば、すなわち回転磁界がロータ７の磁界に対して９０度遅れた電気位相角を有していれば、回転磁界のＮ極はロータ７のＮ極と反発しかつロータ７のＳ極を吸引し、また回転磁界のＳ極はロータ７のＳ極と反発しかつロータ７のＮ極を吸引するので、もっとも高いトルク効率でロータ７を回転させることができる。本実施形態では、このように上記電気位相角は９０度に設定される。

もっとも、ロータ７を回転させるためには上記電気位相角は必ずしも９０度である必要はなく、例えば弱め磁束制御を行う場合には、上記電気位相角は９０度よりもさらに進められるように設定される。なお、位相角を進めるとは、ロータ７の回転方向と逆方向へ角度を加算することである。

ここで、図５に示されるように、斜線を付されたホールセンサ５ａは、ロータ７のＮ極を検出しており、ロータ角度位置検出部１６２に対してセンサ信号が送られる。ロータ角度位置検出部１６２は、ホールセンサ５ａの取り付け位置から、当該センサ信号を受け取った時の検出ロータ角度θｒは０度であることを判別することができるので、ロータ角度推定部１６４に対して検出ロータ角度θｒである０度を与える。

さらに、ロータ７が６０度回転すると、図６に示されるように斜線を付されたホールセンサ５ｃは、ロータ７のＳ極を検出しており、ロータ角度位置検出部１６２に対してセンサ信号が送られる。ロータ角度位置検出部１６２は、ホールセンサ５ｃの取り付け位置（および直前に検出された検出ロータ角度θｒ）から、当該センサ信号を受け取った時の検出ロータ角度θｒは６０度であることを判別することができるので、ロータ角度推定部１６４に対して検出ロータ角度θｒである６０度を与える。

このように、ロータ７が６０度回転する毎に、３つのホールセンサ５ａ〜５ｃによりロータ７のＮ極またはＳ極を検出することができるので、ロータ角度位置検出部１６２は、ロータ角度推定部１６４に対して検出単位角度である６０度毎に（離散的に）検出ロータ角度θｒを与える。したがって、ステップＳ１２において上述したように検出ロータ角度θｒが与えられる場合には、その検出ロータ角度θｒは正確であってそのまま推定ロータ角度θｒｅとしてよいが、その値は離散的にしか得られないためその間の値を以下のように推定する必要がある。

＜３．３ ロータ角度の推定動作＞
ステップＳ１４において、ロータ角度推定部１６４は、ロータ角度位置検出部１６２による２回前の検出時点ｔ１から直前（１回前）の検出時点ｔ２までの時間ΔＴ１に基づき、当該時点間におけるロータ７の角速度ω（＝６０／ΔＴ１）を算出し、この角速度ωを上記検出時点ｔ２からの経過時間ΔＴ２に対して乗算し、この乗算値を直前に検出された検出ロータ角度θｒに加算することにより、推定ロータ角度θｒｅ（＝（６０／ΔＴ１）・ΔＴ２＋θｒ）を算出する。

このように、ロータ角度推定部１６４は、時刻ｔ１からｔ２までの間のロータ７の角速度ωが現時点まで同じ速度で維持されていると仮定することにより、推定ロータ角度θｒｅを求めている。このため、ロータ７の角速度ωが急激に減少した場合には、現時点でのロータ７の電気角の変化量が急激に減少しているにもかかわらず、上記算出方法に基づき得られる推定ロータ角度θｒｅの変化量は従前のままであるため、現実のロータ７の電気角から推定ロータ角度θｒｅが大きく乖離してしまうことがある。その結果、図４に示すような逆トルクが発生する可能性が生じる。そこで、以下に示すように推定ロータ角度θｒｅに制限を設ける。

＜３．４ 推定ロータ角度の制限動作＞
ステップＳ１６において、ロータ角度推定部１６４は、推定ロータ角度θｒｅが検出ロータ角度θｒに所定の制限値Ｌｉｍ（ここでは６０度）を加算した値よりも大きいか否かを判定し、大きくない場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、続くステップＳ１８の処理へ進み、大きい場合には（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、検出ロータ角度θｒに所定の制限値Ｌｉｍを加算した値を推定ロータ角度θｒｅに代入し（ステップＳ２０）、その推定ロータ角度θｒｅを出力して角度推定動作を終了する。

続いてステップＳ１８において、ロータ角度推定部１６４は、推定ロータ角度θｒｅが検出ロータ角度θｒから上記制限値Ｌｉｍを減算した値よりも小さいか否かを判定し、小さくない場合には（ステップＳ１８：Ｎｏ）、制限値Ｌｉｍを超えて大きく乖離していないといえるので、算出された推定ロータ角度θｒｅを補正することなくそのまま出力して角度推定動作を終了する。また、減算値よりも小さい場合には（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、検出ロータ角度θｒから制限値Ｌｉｍを減算した値を推定ロータ角度θｒｅに代入し（ステップＳ２２）、その推定ロータ角度θｒｅを出力して角度推定動作を終了する。

以上のようにステップＳ１６〜Ｓ２２では、ロータ７が図５に示す右回りの回転方向（以下、正回転という）の場合には、推定ロータ角度θｒｅを直前に検出ロータ角度θｒから６０度正回転した値以下となるよう制限し、左回りの回転方向（以下、逆回転という）の場合には、推定ロータ角度θｒｅを直前に検出ロータ角度θｒから６０度逆回転した値以上となるよう制限している。このように制限すれば、図４に示すような逆トルクが発生する可能性を解消することができる。以下、図５ないし図７を参照して説明する。

ここで図５に示す位置、すなわち検出ロータ角度θｒが０度である場合の直後から、ロータ７が正回転をして、図６に示す位置、すなわち検出ロータ角度θｒが６０度である場合の直前までの間、前述したようにロータ７の現実の電気角を直接検出することはできない。しかし、少なくともロータ７の現実の電気角は０度から６０度までの間にあるので、推定ロータ角度θｒｅがこの間のどの位置にあっても、回転磁界がロータ７の磁界に対して９０度進んだ電気位相角を有している限り、図４に示すような逆トルクが発生することはない。したがって、制限値Ｌｉｍを６０度、すなわちホールセンサ５による検出単位角度に設定すれば、逆トルクが発生する可能性を完全に解消することができる。

例えば、図７には、推定ロータ角度θｒｅが６０度の直前（ここでは５９度）でありロータ７の現実の電気角が０度の直後（ここでは１度）である場合の回転磁界およびロータ７の磁界それぞれの磁極位置が示されている。ただし位置関係を見やすくするため図中のロータ７の回転角度は実際よりも大きく示されている。このように推定ロータ角度θｒｅとロータ７の現実の電気角との差が５８度あることにより、回転磁界がロータ７の磁界に対して３２度進んだ電気位相角を有する状態となっているが、さらに電気位相角が３２度遅れることがない限り逆トルクが発生することはない。このように、制限値Ｌｉｍを検出単位角度である６０度に設定して推定ロータ角度θｒｅを制限すれば、逆トルクが発生する可能性を完全に解消することができる。

なお、制限値Ｌｉｍを９０度とした場合でも、上述のように回転磁界がロータ７の磁界に対して最大で０度進んだ電気位相角を有する状態となるにすぎないので、結局、制限値Ｌｉｍを、回転磁界がロータ７の磁界に対して有するべき電気位相角以下に設定すれば、逆トルクが発生する可能性が解消することができる。

また、弱め磁束制御が行われる場合には、回転磁界がロータ７の磁界に対して有する電気位相角が９０度よりも進められるので、この場合には弱め磁束制御における最大の電気位相角以下になるよう制限値Ｌｉｍを設定すれば、逆トルクが発生する可能性が解消することができる。

＜４．効果＞
以上のように、ロータ角度推定部１６４は、推定ロータ角度θｒｅを算出する際、ホールセンサ５の検出単位角度である６０度を制限値Ｌｉｍとして設定し、直前の検出ロータ角度θｒに制限値Ｌｉｍを加算した値を超えないよう制限する。このことにより、ロータの回転速度が急激に変化する場合でも、推定ロータ角度θｒｅに基づき発生される回転磁界の電気角が現実のロータ７の磁界の電気角より進むことがないので、逆方向へトルクが発生することのないよう制御を行うモータ制御装置を提供することができる。

＜５．変形例＞
上記一実施形態では、スイッチ方式のホールセンサ５を用いたが、離散的な値を出力する位置検出センサであってそのために角度推定が必要であるものであればよく、例えば交番検知型のホールセンサが用いられてもよい。なおその場合にはホールセンサの取り付け位置は図４の場合とは異なるが、ロータ７の位置を離散的に検出可能であれば、ホールセンサの取り付け位置や数などは周知の様々な組み合わせを採用することができる。

上記実施形態では、ロータ角度推定部１６４により算出される推定ロータ角度θｒｅに対して制限値を設けるが、逆方向へトルクが発生することのないよう、モータ電流指令値演算部１８８から出力されるｑ軸電流指令値ｉｑ^*、またはｑ軸電流ＰＩ制御部１２８から出力されるｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を制限してもよい。

上記一実施形態におけるモータ１は３相のブラシレスモータであるが、ｎ相（ｎは４以上の整数）のブラシレスモータであってもよい。またロータ７の極対数は１であるが、２以上であってもよい。

２０…マイコン

Claims (4)

1. 複数相の巻線からなるステータによる回転磁界で永久磁石を有するロータを回転させることによりブラシレスモータを駆動するモータ制御装置であって、
   前記ロータの電気角を所定の検出電気角毎に検出可能なように周方向に所定の間隔を空けて配置される複数の検出素子を有し、当該複数の検出素子からの検出信号に応じて前記ロータの電気角を前記所定の検出電気角毎に離散的に検出するロータ角度検出手段と、
   前記ロータ角度検出手段により離散的に検出される前記ロータの電気角に基づき、前記ロータの現時点における電気角推定値を算出するロータ角度推定手段と、
   前記ロータの磁束方向に対して所定の電気位相角をなすべき前記複数相のステータによる磁界を回転させるよう、前記ブラシレスモータに供給すべき電流の量を示す指令電流値と、前記ロータ角度推定手段により算出される前記電気角推定値とに基づき、前記ブラシレスモータを制御する指令電圧のレベルを求める制御手段と、
   前記制御手段で求められるレベルの電圧に応じて前記ブラシレスモータを駆動するモータ駆動手段と
   を備え、
   前記ロータ角度検出手段により直前に検出された前記ロータの電気角に対して前記電気位相角だけずれた電気角から、さらに回転方向へ前記検出電気角だけ回転した電気角までの範囲内に、前記複数相のステータによる回転磁界方向を示す電気角を制限することを特徴とする、モータ制御装置。
2. 前記ロータ角度推定手段は、前記複数相のステータによる回転磁界方向を示す電気角が前記範囲を超えないように、前記推定値に制限を設けることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ロータ角度推定手段は、前記ロータ角度検出手段により離散的に検出される前記ロータの電気角に対して、回転方向に応じて前記検出電気角を加算または減算した電気角を制限値とし、回転方向へ当該制限値を超えないよう前記推定値を算出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のモータ制御装置を備えた、電動パワーステアリング装置。

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