JP2004023973A - ブラシレスモータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】１２０°通電法に用いるような安価なホールセンサを用いながらも、ポジション信号の変化と時間とを測定することで位相の推定を行うブラシレスモータ制御装置において、実位相と位相推定値とのズレ幅を小さく抑えることを可能として、安価でありながら従来よりも効率の良い駆動を行うことができるブラシレスモータ制御装置を提供すること。
【解決手段】ステップ１０３（１０８）において、位相推定値θＳｍが次回検出位相に相当する切り替わり時の位相絶対値に６０°を加えた値に達したら、ステップ１０４（１０９）に進んで、位相推定値θＳｍを次回検出位相から今回検出位相側に所定量Δθ戻す位相推定値戻し処理を実行するようにした。
【選択図】 図３
【解決手段】ステップ１０３（１０８）において、位相推定値θＳｍが次回検出位相に相当する切り替わり時の位相絶対値に６０°を加えた値に達したら、ステップ１０４（１０９）に進んで、位相推定値θＳｍを次回検出位相から今回検出位相側に所定量Δθ戻す位相推定値戻し処理を実行するようにした。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にＤＣブラシレスモータと呼ばれる、３相コイルへの通電パターンにより駆動を制御するモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＣブラシレスモータを駆動させるためにはロータの位相（位置）を検出し、回転しているロータの位相に合わせてコイルの通電を切り替える必要がある。一般に、制御が容易である１２０°通電方法が知られている。
これは、３相のうち２相に通電させる方法であるが、ブラシレスモータには、位相検出手段として３個のホールセンサが設けられているのが一般的であり、これらのホールセンサは、モータのロータの位相が６０°変化するごとに信号が変化する。したがって、このホールセンサの信号変化に応じて通電パターンを変えて駆動させている。
図６は、ホールセンサによる検出状態と、通電状態とを示す説明図である。
この図に示すように、３個のホールセンサが出力するホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３は、それぞれ、ロータの１８０°の動きで、Ｈｉ／Ｌｏの出力が切り替わるもので、これらが相互に１２０°位相を異ならせて出力が変化する構成となっている。よって、各センサの出力の変化に基づいて、ロータの位相を図示のように６０°ごとに検出することができる。この６０°ごと変化を示す縦軸をポジション信号Ｐｓと呼ぶことにする。
このロータの位相に応じたポジション信号Ｐｓの入力に対応して、図において実線で示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に電流を＋、０，−と切り替えるようにすることで、通電する相を変化させる。
【０００３】
ところで、ロータに対して最も効率良く駆動力を与えることができるのは、磁束に対して電流が直交方向に流れる状態のときである。
それに対して、上記の１２０°通電方法では、６０°ごとに通電状態に切り替わるため、磁束に対して電流が直交方向に流れるのは６０°の回動範囲のうちの１角度のみである。
【０００４】
そこで、ブラシレスモータをより効率良く駆動させる方法として、ベクトル制御による正弦波駆動方法が知られている。この駆動方法は、ロータの位相に対して電流が常に直交方向に流れるように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対して、図６において２点差線で示すような正弦波特性で通電する方法である。図示のような正弦波で通電を行えば、ロータを効率良く駆動させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の正弦波駆動方法によれば、ロータの位相を基準として通電を行うため、ロータの位相を正確に検出する必要がある。
したがって、ロータの位相を検出するための高価な位置センサが必要となる。
【０００６】
一方、前述のように６０°ごとでしか正確にロータの位相を検出することができない安価なホールセンサを用いてロータの位相を推定する技術も知られているが、この技術では、以下に述べるような問題が生じる。
ここで、まず、ホールセンサを用いたロータの位相推定について説明する。ホールセンサによるポジション信号Ｐｓは、図７においてＰｓ１〜Ｐｓ４で示すように、６０°ごとに切り替わる。そこで、この切り替わりの間隔時間Δｔを測定することでロータの角速度を推定することができる。
角速度（推定値）ω＝６０°／（切り替わり間隔時間Δｔ）
すなわち、図７に示すように、ホールセンサの出力が切り替わるごとにポジション信号Ｐｓが発生することから、ポジション信号Ｐｓが発生して次のポジション信号Ｐｓが発生するまでの時間Δｔを測定することで、その間のロータの角速度ωを求めることができる。
そこで、ポジション信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３が入力されるたびに、その絶対値に基づいて正確な位相を割り込み演算する。
また、ポジション信号Ｐｓが入力されてから次のポジション信号Ｐｓが入力されるまでは、角速度に基づいてロータの位相を推定する。つまり、今回のポジション信号Ｐｓ２が入力されてから次のポジション信号Ｐｓ３が入力されるまでを例に挙げれば、前回のポジション信号Ｐｓ１と今回のポジション信号Ｐｓ２との切り替わり間隔時間Δｔ１から、前回角速度ω１を求め、今回ポジション信号Ｐｓ２が入力されてからの推定位相値を、この前回角速度ω１および経過時間により求める。この図示の例では、制御サイクルタイムが０．２５（ｍｓｅｃ）であることから、前回角速度ω１に制御サイクルタイムを乗じて変位量を求め、ポジション信号Ｐｓ２が得られたときのロータの位相の絶対値にこの変位量を足すことで位相推定値を求める。
【０００７】
しかしながら、この図７に示すように、角速度ωは、一定ではないことから、図示のように、切り替わり間隔時間Δｔ１の後の切り替わり間隔時間Δｔ２が長いというように、実際のロータの角速度が低下した場合、位相推定値が実位相に対して先行するズレが生じ、位相推定値が既に次のポジション信号Ｐｓ３が発生すべき値となっているのに、実位相がその位相に達していない状態となる。
これとは逆に、切り替わり間隔時間Δｔ２の後の切り替わり間隔時間Δｔ３が短いというように、実際のロータの角速度が上昇した場合、位相推定値が実位相に対して遅れるズレが生じ、位相推定値は次のポジション信号Ｐｓ４が発生すべき位相に達していないのに、次のポジション信号Ｐｓ４が入力される。
【０００８】
このように、実位相と位相推定値とが大きく離れた場合、磁束に対する通電方向が効率的な方向に対してズレてしまい、トルク不足が生じる。特に、ポジション信号Ｐｓ２とＰｓ３との間のように実角速度が推定角速度よりも遅い場合は、この位相のズレが、最悪では６０°となる可能性がある。
このような位相のズレによるトルク出力への影響は、ｃｏｓ（ズレ角）倍であり、位相が６０°ずれた場合、出力トルクはｃｏｓ６０°倍＝１／２倍となる。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題に着目して成されたもので、１２０°通電法に用いるような安価なホールセンサを用いながらも、ポジション信号の変化と時間とを測定することで位相の推定を行うブラシレスモータ制御装置において、実位相と位相推定値とのズレ幅を小さく抑えることを可能として、安価でありながら従来よりも効率の良い駆動を行うことができるブラシレスモータ制御装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、位相検出手段の検出ならびに時間経過に基づいてロータの位相を推定する位相推定手段は、位相推定値がこれから位相検出手段により検出される次回検出位相に相当する位相に達しているのに位相検出手段による次回検出位相の検出が成されない場合には、位相推定値を次回検出位相から今回検出位相側に所定量戻す位相推定値戻し処理を実行する構成とした。
【００１１】
したがって、ロータの回転が前回に比べて遅れた場合、位相推定手段にあっては、今回の位相推定を前回角速度に基づいて行う結果、位相推定値が実位相に対して進むズレが生じる。
このように、実位相が遅れて位相推定値とのズレ幅が大きくなると、通電方向がロータの位相に対して最適となる方向からズレてしまってトルク効率が悪化していた。
それに対して、本発明では、位相推定値が、次に位相検出手段が検出する位相である次回検出位相に達すると、位相推定値戻し処理を実行する。
これにより、位相推定値が実位相に向かい、位相推定値と実位相のズレ幅が狭まる。その結果、トルク出力への悪影響が抑制されてトルク効率を改善することができる。
なお、その後、ロータの実位相が次回検出位相に達すると、位相検出手段がこれを検出し、位相推定手段は、この次回検出位相からの推定を開始する。
【００１２】
以上のように、本発明では、位相検出手段として、所定角度刻みで検出する安価な検出手段を用いながら、実位相と位相推定値とのズレ幅を従来よりも小さく抑えることを可能として、安価でありながら従来よりも効率の良い駆動を行うことができるブラシレスモータ制御装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明実施の形態のブラシレスモータ制御装置について説明する。
図１は本発明の実施の形態のブラシレスモータ制御装置を適用した電動油圧パワーステアリング装置を示す全体システム図である。
図において１はハンドルであり、このハンドル１は、継ぎ手２を介してラック＆ピニオン３に連結されている。これにより、ハンドル１の操作に連動して図外の前輪に連結されたシャフト４が左右（Ｘ方向）に変位して操舵が成される構成となっている。
さらに、前記シャフト４には油圧シリンダ５が設けられている。この油圧シリンダ５は、ポンプ６の駆動に応じて左右の室５１，５２に油などの流体が供給および排出されることによりシャフト４にアシスト力を与える。
また、前記ポンプ６の駆動は、ブラシレスモータ（以下、モータという）７の回転により制御される。さらに、このモータ７の回転はコントロールユニット８により制御される。
【００１４】
前記コントロールユニット８は、前記継ぎ手２の途中に設けられたトルクセンサ９からトルクセンサ信号Ｖｔを入力し、かつ、前記モータ７に設けられた位相検出手段としてのポジションセンサ７１からセンサ信号Ｓｓを入力して、位相推定を行うとともに、モータ７への通電を制御するもので、特許請求の範囲の位相推定手段並びに通電制御手段に相当する。
なお、前記ポジションセンサ７１は、従来技術で説明したように、図示を省略した３つのホールセンサを備え、各ホールセンサは、それぞれモータ７の図外のロータの位相が１８０°変化するごとにセンサ信号ＳｓのＨｉ／Ｌｏが切り替わるとともに、それぞれの位相が１２０°ずれたホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３を出力する構成となっている。
また、図１において、Ｔｈはハンドルトルク、θｈは舵角、Ｘｓはラックストローク、Ｔｐはピニオンギアトルク、θｐはピニオンギア角度、Ｆｐｓはアシスト反力、Ｖｔはトルクセンサ信号、Ｉｍｕ，Ｉｍｖ，Ｉｍｗは（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に向けた）モータ駆動指令電流、Ｖｍｕ，Ｖｍｖ，Ｖｍｗは（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に向けた）モータ駆動指令電圧、Ｔｍはモータトルク、θｍはモータ位相、θＳｍはモータ位相推定値、Δθは制御サイクルごとの位相変化量推定値、Ｐｐｌ，Ｐｐｒはポンプ吐出圧力である。
【００１５】
次に、図２はコントロールユニット８およびモータ駆動回路７２を示す回路図である。
すなわち、前記コントロールユニット８には、トルクセンサ９からの信号に応じて検出トルクが大きくなると電流指令値も高くなるように電流指令値を演算する電流指令値演算器８１が設けられている。また、ポジションセンサ７１からの入力に基づいて後述のように図外のロータの角速度を推定する角速度推定器８２およびロータの位相を推定する位相推定器８３が設けられている。また、モータ７に出力されるモータ駆動指令電流を検出する電流検出器８４が設けられている。そして、前記電流指令値演算器８１，角速度推定器８２，位相推定器８３，電流検出器８４からの信号に基づいて電流制御器８５がモータ駆動回路７２に制御信号を出力する構成となっている。
【００１６】
また、モータ駆動回路７２は、モータ７に設けられており、制御信号によりＰＷＭ電流信号を発生させるＰＷＭ発生器７３を備え、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に向けてベクトル制御用のモータ駆動指令電流を供給する構成となっている。
【００１７】
次に、図３はコントロールユニット８の角速度推定器８２によるモータ７の角速度推定および位相推定器８３による位相推定、すなわち、特許請求の範囲の位相推定手段による位相推定および位相戻し処理の処理流れを示すフローチャートである。
このフローチャートにより説明する前に、位相推定方法について説明する。
図６に基づいて前述したように、ポジションセンサ７１からの各ホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３のＨｉ／Ｌｏの切り替わりに基づいて得られるポジション信号Ｐｓによりポジションセンサ７１はロータの位相を６０°ごとに検出することができる。
したがって、ポジション信号Ｐｓが得られるたびに、その絶対値に基づいて、現在のロータ位相を更新する。この更新は、ポジション信号Ｐｓが入力されるたびに割り込み処理で実行され、この割り込み処理で得られたロータ位相は、実位相である。
それに対して、ポジション信号Ｐｓ（ｎ）が入力されてから次のポジション信号Ｐｓ（ｎ＋１）に切り替わるまでの間は、切り替わり間隔時間Δｔ（ｎ）の測定に基づいて位相の推定を行う。この推定は、図７により説明したとおり、前回の切り替わり間隔時間Δｔ１に基づいて、角速度推定器８２により前回角速度ω１を求め、この前回角速度ω１に基づいて、今回の時間経過とともに、モータ位置の推定を行う。
【００１８】
次に、この図３のフローチャートに基づいて順を追って説明する。
この図３のフローチャートに示す処理は、ポジション信号Ｐｓ（ｎ）が入力されるたびに実行される。
まず、ステップ１０１では、モータ７が正回転であるか否かを判断し、正回転時にはステップ１０２に進み、逆回転であればステップ１０７に進む。
なお、このモータ７の回転方向は、本実施の形態では、電流検出器８４が検出するモータ駆動指令電流により検出するようにしているが、図外の舵角センサが検出するハンドル舵角θｈにより検出することもできる。
【００１９】
次に、ステップ１０２では、位相推定値θＳｍを演算する。
なお、この演算は、位相推定値θＳｍの前回値に制御サイクルごとの位相変化量Δθを加えることで求める。
すなわち、図７においてポジション信号Ｐｓ２とＰｓ３の間の区間を例にとり説明すると、まず、ポジション信号Ｐｓ２が得られた時間で、モータ位置の絶対値（この場合、６０°）が得られる。そして、この位置６０°からの位相変化量Δθは、前回の切り替わり時間に基づいて得られた前回角速度ω１に制御サイクル時間（この例では、０．２５ｓｅｃとする）を乗じることで得られる。したがって、最初の位相変化量Δθ１は、ω１×０．２５ｓｅｃで得られる。
そして、次の制御サイクルが経過すれば、Δθ２＝ω１×０．２５×２となり、ｎ回の制御サイクル経過後の位相変化量Δθｎ＝ω１×０．２５×ｎとなる。
よって、位相推定値θＳｍは、最初は切り替わり時の位相絶対値（この場合、６０°）に位相変化量Δθ１を加えて求め、次回からは位相推定値θＳｍの前回値に、位相変化量Δθｎを加えることで得られる。
【００２０】
次のステップ１０３では、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値に６０°（ｄｅｇ）を加えた値以上となったか否か判断し、この値に達しない場合にはステップ１０２に戻って位相推定値θＳｍを演算し、一方、この値に達した場合には、ステップ１０４に進んで、本実施の特徴とする処理である位相推定値戻し処理を実行する。
すなわち、ステップ１０２において位相推定値θＳｍが得られるたびに、ステップ１０３に進んで、位相推定値θＳｍが、次回のポジション信号が得られる位相（上述の図Ｂの例では、位相推定値θＳｍが次回のポジション信号Ｐｓ３が得られる位相である１２０°）を超えてないか判断するもので、位相推定値θＳｍが次回のポジション信号が得られる位相となるまで、このステップ１０２と１０３の処理を繰り返す。
【００２１】
次に、ステップ１０４で行う位相推定値戻し処理について説明する。
この位相推定値戻し処理は、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値に６０°を加えた値、（上述の絶対値６０°から１２０°までの推定にあっては、１２０°がこれに相当する）から、戻し変化量Δθｍを差し引く処理を行う。なお、この戻し変化量Δθｍは、本実施の形態では、上述のステップ１０２と同様に、前回角速度ωに基づいて得られた値と制御サイクル時間とを乗じて得られた値（Δθｎ）を用いるものとするが、これに限られず、予め設定した値を用いてもよい。
【００２２】
次のステップ１０５では、ステップ１０４の位相推定値戻し処理で得られた位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値（すなわち、上述の絶対値６０°から１２０°までの推定における１／２となる中間値であり、以下、この値を中間値と称する）以下になったか否か判断し、この中間値以下になっていなければステップ１０４に戻ってさらに位相推定値戻し処理を行い、前記中間値以下となればステップ１０６に進む。
そして、このステップ１０６では、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値に固定する処理を行う。
すなわち、ステップ１０３の時点で、次に得られるはずの位相絶対値（上記の例では１２０°）に一旦達していた位相推定値θＳｍは、ステップ１０４〜１０６の処理により、切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値（上記の例では９０°）に向けて戻され、最終的には、この切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値に固定される。
【００２３】
次に、ステップ１０７〜１１１の処理は、ステップ１０２〜１０６の処理に対して逆方向（数値としてマイナスとして現る方向）に変位した場合の流れであって、考え方はステップ１０２〜１０６と同様であるので簡単に説明する。
ステップ１０７では、位相推定値θＳｍを、前回の位相推定値θＳｍから制御サイクルごとの位相変化量Δθｎを差し引くことで求めることができる。
すなわち、位相推定値θＳｍは、最初は切り替わり時の位相絶対値から位相変化量Δθ１を差し引いて求め、次回からは位相推定値θＳｍの前回値から位相変化量Δθｎを差し引くことで得られる。
【００２４】
次のステップ１０８では、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値から６０°を差し引いた値以下となったか否か判断し、この値以下にならない場合にはステップ１０７に戻って位相推定値θＳｍを演算し、一方、この値以下になった場合には、ステップ１０９に進んで、位相推定値戻し処理を実行する。
次に、ステップ１０９では、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値から６０°を差し引いた値に、戻し変化量Δθｍを加える処理である、位相推定値戻し処理を実行する。この場合も、この戻し変化量Δθｍは、上述のステップ１０７と同様に、角速度推定値ωに基づいて得られた値と制御サイクル時間とを乗じて得られた値を用いてもよいし、あるいは予め設定した値を用いてもよい。
【００２５】
次のステップ１１０では、ステップ１０９の位相推定値戻し処理で得られた位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値から３０°を差し引いた値以上になったか否か判断し、この値以上になっていなければステップ１０９に戻ってさらに位相推定値戻し処理を行い、前記値以上となればステップ１１１に進む。
そして、このステップ１１１では、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値から３０°を差し引いた値に固定する処理を行う。
【００２６】
以上説明した図３のフローチャートに示す処理は、前述したようにポジション信号Ｐｓが入力されるたびに、割り込み処理されるものである。
したがって、実位相に対して位相推定値θＳｍが先行した場合に、ステップ１０４の以降の位相推定値戻し処理が実行され、また、この位相推定値戻し処理を実行している場合でも、前記中間値に達する前の時点で次回のポジション信号が入力されれば、次回の割り込み処理に進む。
すなわち、図７において前回の切り替わり間隔時間Δｔ１よりも今回の切り替わり間隔時間Δｔ２が長い場合、角速度推定値ω１に基づいて得られる位相推定値θＳｍは、次のポジション信号Ｐｓ３が入力される前に、このポジション信号Ｐｓ３が入力されたときの絶対値（１２０°）に達する。よって、このような場合に、位相推定値戻し処理が実行されることになる。
【００２７】
一方、ポジション信号Ｐｓ３が入力された後のように、切り替わり間隔時間Δｔ３がその前の切り替わり間隔時間Δｔ２よりも短い場合には、実位相が位相推定値θＳｍに対して先行して、この位相推定値θＳｍが、その次のポジション信号Ｐｓ４が入力されたときの絶対値（１８０°）に達する前に、ポジション信号Ｐｓ４が入力され、次回の割り込み処理により、改めて絶対値１８０°からの推定として成されることになる。
【００２８】
次に、実施の形態の作用について説明する。
図４は位相推定値戻し処理を実行しない、すなわち従来の作動例を示すタイムチャートであり、図５は、位相推定値戻し処理を実行した場合の作動例を示すタイムチャートである。なお、これらのタイムチャートに示す作動例では、ハンドルを＋方向に切っている。
両図では、区間（ａ）においてハンドルを切り込み、このとき負荷の変動などにより実角速度が減速した結果、次の区間（ｂ）において、図７の区間（Ｐｓ２−Ｐｓ３）のように実際の変位に対して位相推定値の方が進んで位相ズレが生じた場合を示している。すなわち、この区間（ｂ）のｔ１１で示す時点において、位相推定値が次回検出される実位相（ポジション信号Ｐｓ１２）に相当する値に達し、その後、実際にポジション信号Ｐｓ１２が得られるまで、位相推定値としてこの値が用いられている。
この区間（ｂ）のような位相ズレが生じると、モータ７によるトルク効率が悪化して十分なトルクが得られなくなる結果、図４の区間（ｂ）では、アシスト力不足によりハンドルが重くなる（トーションバートルク増加）。さらに、トーションバートルクの増加に対応して電流指令値を上昇させていくため、モータトルクが増加し、位相ズレが減少し始めている。
次に、ポジション信号Ｐｓ１２が得られた時点で、実位相が得られるが、この区間（ｃ）では、前の区間（ｂ）において位相ズレがあった分だけ過電流となっているため、過剰アシストとなり、ねらい以上にハンドルが軽くなる（トーションバートルク減少）。そのため、アシスト力を抑えるために電流値を下げて対応している。しかしながら、この区間（ｃ）におけるトルクの変化が急であるため、その後の区間（ｄ）では増減（ハンチング）を繰り返しながら収束していっている。
このようなトルク変動が生じると、運転者に操舵違和感を与えるし、さらに、このようなトルク変動が連続して発生することもあり、この場合、違和感が大きくなる。
【００２９】
一方、本実施の形態の作動例を示す図５では、区間（ｂ）において、実位相と位相推定値との位相のズレにより、位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値＋６０°となった時点（ｔ１１）で、次のポジション信号（Ｐｓ１２）が発生していない場合、ステップ１０１→１０２→１０３→１０４（左右逆の場合は、ステップ１０１→１０７→１０８→１０９）の処理に基づいて位相推定値戻し処理を実行し、位相推定値θＳｍが減少することになる。また、この減少は、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値に３０°を加えた値（これを中間値とする）となった時点で終了し、この中間値に維持する。
このように、位相推定値θＳｍを中間値まで戻す結果、図の区間（ｂ）では、位相推定値θＳｍは、点線で示す実位相に近づいた後、実位相をクロスして実位相よりも小さな値となっている。なお、このタイムチャートの例では、位相推定値θＳｍが戻し制御により中間値まで戻されているが、これは次のポジション信号Ｐｓ１２が入力されて実位相が得られるタイミングの問題であり、このタイムチャートで示したものよりも早いタイミングでポジション信号Ｐｓ１２が得られた場合には、位相推定値θＳｍが前記中間値に達する前に位相推定値戻し処理を終了することもあり得る。
【００３０】
以上のように、この図５の例では、位相推定値θＳｍは、最終的に実位相を超えて実位相よりも小さな前記中間値に保たれるが、必ず、トルク効率が良いポイント、すなわち、位相推定値θＳｍと実位相とが一致するポイントをクロスしてから前記中間値に達するものであり、かつ、この中間値というのは次の切り替わりタイミングのモータ位相に対して、従来の１２０°通電法と同等の効率が得られる。すなわち、次のポジション信号Ｐｓ１２が入力される絶対値から３０°戻した中間位置というのは、実位相に対してプラス側マイナス側のいずれの方向に最大限にずれても、そのズレ角度が３０°となる。したがって、そのトルク出力は、ｃｏｓ３０°（≒０．８７）倍のトルクが得られるもので、これは、従来技術において最大に位相がずれた場合であるｃｏｓ６０°（＝１／２）倍に比べて効率的にトルクを得ることができる。
【００３１】
このため、従来のように図において点線で示すよう位相推定値θＳｍとして、図４の従来技術のように次のポジション信号Ｐｓ１２が入力されるときの絶対値に保つ場合に比べて、トーションバートルク値が小さな値となるとともに、トルク電流指令値も小さな値となり、従来のようなアシスト力不足を防ぐことができる。これにより、従来のような過電流の発生が防止される。
【００３２】
その後、図５の区間（ｃ）のように、ポジション信号Ｐｓ１２が入力されて、実位相が得られた時点で、それまでアシスト不足を補うためにトルク電流指令値を増加させていた分が、過電流と判断されてトルク電流指令値を減少させることになるが、この減少量が従来よりも少なくなり、図示のようにトーションバー指令値は、点線で示す従来例に比べてねらいとする値に素早く収束している。
これにより、本実施の形態にあっては、従来のようなトルク変動の発生を抑制することができる。
【００３３】
以上のように、位相検出手段として、６０°刻みで検出する安価なホールセンサを用いながら、実位相と位相推定値とのズレ幅を従来よりも小さく抑えることを可能として、安価でありながら従来よりも効率の良い駆動を行うことができるとともに、パワーステアリング装置におけるトルク変動を抑えて、トルク制御品質の向上を図ることができる。
【００３４】
（別の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、以下のような別の実施形態に具体化することができる。以下の別の実施の形態において、上記実施の形態と同様の作用および効果を得ることができる。
例えば、実施の形態では、本発明のブラシレスモータ制御装置をパワーステアリング装置に適用した例を示したが、ホールセンサによりモータ位相を制御する装置であれば、他の装置にも適用することができる。
また、位相推定値戻し制御において、実施の形態では、次のポジション信号が入力される絶対値から３０°戻した中間位置に戻すようにしたが、これをどこまで戻すかは、これに限られず、実施の形態で示した中間値よりも次のポジション信号が得られたときの絶対値に近い値に設定してもよい。
また、実施の形態では、位相検出手段として、ホールセンサにより６０°刻みでロータ位相を検出する手段を示したが、この角度は６０°に限定されない。
【００３５】
（請求項以外の技術思想）
さらに、上記実施の形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００３６】
イ）請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記通電制御手段を、ロータの位相に対して略直交方向に通電すべくコイルの各相に対して正弦波の通電を行う構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
このように、ロータの位相に応じて略直交方向に通電するようにしたため、効率的にトルクを得ることができる。
【００３７】
ロ）請求項２に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記位相推定手段を、位相推定値戻し処理では、前記中間位相に戻すにあたり、前回角速度に基づいて位相を戻す構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
位相推定値が実位相に対して先行した場合、位相の戻しを前回角速度に基づいて行うことにより、戻しすぎによる位相ずれや、急激な位相変化によるトルク変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態のブラシレスモータ制御装置を適用したパワーステアリング装置を示す全体システム図である。
【図２】実施の形態１のコントロールユニット８およびモータ駆動回路７２を示す回路図である。
【図３】実施の形態のブラシレスモータ制御装置における位相推定手段による位相推定および位相戻し処理の処理流れを示すフローチャートである。
【図４】位相推定値戻し処理を実行しない従来の作動例を示すタイムチャートである。
【図５】位相推定値戻し処理を実行した場合の作動例を示すタイムチャートである。
【図６】ホールセンサによる検出状態および通電状態を示す説明図である。
【図７】位相推定の説明図である。
【符号の説明】
７ ブラシレスモータ
８ コントロールユニット（位相推定手段、通電制御手段）
９ トルクセンサ
７１ ポジションセンサ（位相検出手段）
θＳｍ 位相推定値
ω 前回角速度
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にＤＣブラシレスモータと呼ばれる、３相コイルへの通電パターンにより駆動を制御するモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＣブラシレスモータを駆動させるためにはロータの位相（位置）を検出し、回転しているロータの位相に合わせてコイルの通電を切り替える必要がある。一般に、制御が容易である１２０°通電方法が知られている。
これは、３相のうち２相に通電させる方法であるが、ブラシレスモータには、位相検出手段として３個のホールセンサが設けられているのが一般的であり、これらのホールセンサは、モータのロータの位相が６０°変化するごとに信号が変化する。したがって、このホールセンサの信号変化に応じて通電パターンを変えて駆動させている。
図６は、ホールセンサによる検出状態と、通電状態とを示す説明図である。
この図に示すように、３個のホールセンサが出力するホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３は、それぞれ、ロータの１８０°の動きで、Ｈｉ／Ｌｏの出力が切り替わるもので、これらが相互に１２０°位相を異ならせて出力が変化する構成となっている。よって、各センサの出力の変化に基づいて、ロータの位相を図示のように６０°ごとに検出することができる。この６０°ごと変化を示す縦軸をポジション信号Ｐｓと呼ぶことにする。
このロータの位相に応じたポジション信号Ｐｓの入力に対応して、図において実線で示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に電流を＋、０，−と切り替えるようにすることで、通電する相を変化させる。
【０００３】
ところで、ロータに対して最も効率良く駆動力を与えることができるのは、磁束に対して電流が直交方向に流れる状態のときである。
それに対して、上記の１２０°通電方法では、６０°ごとに通電状態に切り替わるため、磁束に対して電流が直交方向に流れるのは６０°の回動範囲のうちの１角度のみである。
【０００４】
そこで、ブラシレスモータをより効率良く駆動させる方法として、ベクトル制御による正弦波駆動方法が知られている。この駆動方法は、ロータの位相に対して電流が常に直交方向に流れるように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対して、図６において２点差線で示すような正弦波特性で通電する方法である。図示のような正弦波で通電を行えば、ロータを効率良く駆動させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の正弦波駆動方法によれば、ロータの位相を基準として通電を行うため、ロータの位相を正確に検出する必要がある。
したがって、ロータの位相を検出するための高価な位置センサが必要となる。
【０００６】
一方、前述のように６０°ごとでしか正確にロータの位相を検出することができない安価なホールセンサを用いてロータの位相を推定する技術も知られているが、この技術では、以下に述べるような問題が生じる。
ここで、まず、ホールセンサを用いたロータの位相推定について説明する。ホールセンサによるポジション信号Ｐｓは、図７においてＰｓ１〜Ｐｓ４で示すように、６０°ごとに切り替わる。そこで、この切り替わりの間隔時間Δｔを測定することでロータの角速度を推定することができる。
角速度（推定値）ω＝６０°／（切り替わり間隔時間Δｔ）
すなわち、図７に示すように、ホールセンサの出力が切り替わるごとにポジション信号Ｐｓが発生することから、ポジション信号Ｐｓが発生して次のポジション信号Ｐｓが発生するまでの時間Δｔを測定することで、その間のロータの角速度ωを求めることができる。
そこで、ポジション信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３が入力されるたびに、その絶対値に基づいて正確な位相を割り込み演算する。
また、ポジション信号Ｐｓが入力されてから次のポジション信号Ｐｓが入力されるまでは、角速度に基づいてロータの位相を推定する。つまり、今回のポジション信号Ｐｓ２が入力されてから次のポジション信号Ｐｓ３が入力されるまでを例に挙げれば、前回のポジション信号Ｐｓ１と今回のポジション信号Ｐｓ２との切り替わり間隔時間Δｔ１から、前回角速度ω１を求め、今回ポジション信号Ｐｓ２が入力されてからの推定位相値を、この前回角速度ω１および経過時間により求める。この図示の例では、制御サイクルタイムが０．２５（ｍｓｅｃ）であることから、前回角速度ω１に制御サイクルタイムを乗じて変位量を求め、ポジション信号Ｐｓ２が得られたときのロータの位相の絶対値にこの変位量を足すことで位相推定値を求める。
【０００７】
しかしながら、この図７に示すように、角速度ωは、一定ではないことから、図示のように、切り替わり間隔時間Δｔ１の後の切り替わり間隔時間Δｔ２が長いというように、実際のロータの角速度が低下した場合、位相推定値が実位相に対して先行するズレが生じ、位相推定値が既に次のポジション信号Ｐｓ３が発生すべき値となっているのに、実位相がその位相に達していない状態となる。
これとは逆に、切り替わり間隔時間Δｔ２の後の切り替わり間隔時間Δｔ３が短いというように、実際のロータの角速度が上昇した場合、位相推定値が実位相に対して遅れるズレが生じ、位相推定値は次のポジション信号Ｐｓ４が発生すべき位相に達していないのに、次のポジション信号Ｐｓ４が入力される。
【０００８】
このように、実位相と位相推定値とが大きく離れた場合、磁束に対する通電方向が効率的な方向に対してズレてしまい、トルク不足が生じる。特に、ポジション信号Ｐｓ２とＰｓ３との間のように実角速度が推定角速度よりも遅い場合は、この位相のズレが、最悪では６０°となる可能性がある。
このような位相のズレによるトルク出力への影響は、ｃｏｓ（ズレ角）倍であり、位相が６０°ずれた場合、出力トルクはｃｏｓ６０°倍＝１／２倍となる。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題に着目して成されたもので、１２０°通電法に用いるような安価なホールセンサを用いながらも、ポジション信号の変化と時間とを測定することで位相の推定を行うブラシレスモータ制御装置において、実位相と位相推定値とのズレ幅を小さく抑えることを可能として、安価でありながら従来よりも効率の良い駆動を行うことができるブラシレスモータ制御装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、位相検出手段の検出ならびに時間経過に基づいてロータの位相を推定する位相推定手段は、位相推定値がこれから位相検出手段により検出される次回検出位相に相当する位相に達しているのに位相検出手段による次回検出位相の検出が成されない場合には、位相推定値を次回検出位相から今回検出位相側に所定量戻す位相推定値戻し処理を実行する構成とした。
【００１１】
したがって、ロータの回転が前回に比べて遅れた場合、位相推定手段にあっては、今回の位相推定を前回角速度に基づいて行う結果、位相推定値が実位相に対して進むズレが生じる。
このように、実位相が遅れて位相推定値とのズレ幅が大きくなると、通電方向がロータの位相に対して最適となる方向からズレてしまってトルク効率が悪化していた。
それに対して、本発明では、位相推定値が、次に位相検出手段が検出する位相である次回検出位相に達すると、位相推定値戻し処理を実行する。
これにより、位相推定値が実位相に向かい、位相推定値と実位相のズレ幅が狭まる。その結果、トルク出力への悪影響が抑制されてトルク効率を改善することができる。
なお、その後、ロータの実位相が次回検出位相に達すると、位相検出手段がこれを検出し、位相推定手段は、この次回検出位相からの推定を開始する。
【００１２】
以上のように、本発明では、位相検出手段として、所定角度刻みで検出する安価な検出手段を用いながら、実位相と位相推定値とのズレ幅を従来よりも小さく抑えることを可能として、安価でありながら従来よりも効率の良い駆動を行うことができるブラシレスモータ制御装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明実施の形態のブラシレスモータ制御装置について説明する。
図１は本発明の実施の形態のブラシレスモータ制御装置を適用した電動油圧パワーステアリング装置を示す全体システム図である。
図において１はハンドルであり、このハンドル１は、継ぎ手２を介してラック＆ピニオン３に連結されている。これにより、ハンドル１の操作に連動して図外の前輪に連結されたシャフト４が左右（Ｘ方向）に変位して操舵が成される構成となっている。
さらに、前記シャフト４には油圧シリンダ５が設けられている。この油圧シリンダ５は、ポンプ６の駆動に応じて左右の室５１，５２に油などの流体が供給および排出されることによりシャフト４にアシスト力を与える。
また、前記ポンプ６の駆動は、ブラシレスモータ（以下、モータという）７の回転により制御される。さらに、このモータ７の回転はコントロールユニット８により制御される。
【００１４】
前記コントロールユニット８は、前記継ぎ手２の途中に設けられたトルクセンサ９からトルクセンサ信号Ｖｔを入力し、かつ、前記モータ７に設けられた位相検出手段としてのポジションセンサ７１からセンサ信号Ｓｓを入力して、位相推定を行うとともに、モータ７への通電を制御するもので、特許請求の範囲の位相推定手段並びに通電制御手段に相当する。
なお、前記ポジションセンサ７１は、従来技術で説明したように、図示を省略した３つのホールセンサを備え、各ホールセンサは、それぞれモータ７の図外のロータの位相が１８０°変化するごとにセンサ信号ＳｓのＨｉ／Ｌｏが切り替わるとともに、それぞれの位相が１２０°ずれたホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３を出力する構成となっている。
また、図１において、Ｔｈはハンドルトルク、θｈは舵角、Ｘｓはラックストローク、Ｔｐはピニオンギアトルク、θｐはピニオンギア角度、Ｆｐｓはアシスト反力、Ｖｔはトルクセンサ信号、Ｉｍｕ，Ｉｍｖ，Ｉｍｗは（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に向けた）モータ駆動指令電流、Ｖｍｕ，Ｖｍｖ，Ｖｍｗは（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に向けた）モータ駆動指令電圧、Ｔｍはモータトルク、θｍはモータ位相、θＳｍはモータ位相推定値、Δθは制御サイクルごとの位相変化量推定値、Ｐｐｌ，Ｐｐｒはポンプ吐出圧力である。
【００１５】
次に、図２はコントロールユニット８およびモータ駆動回路７２を示す回路図である。
すなわち、前記コントロールユニット８には、トルクセンサ９からの信号に応じて検出トルクが大きくなると電流指令値も高くなるように電流指令値を演算する電流指令値演算器８１が設けられている。また、ポジションセンサ７１からの入力に基づいて後述のように図外のロータの角速度を推定する角速度推定器８２およびロータの位相を推定する位相推定器８３が設けられている。また、モータ７に出力されるモータ駆動指令電流を検出する電流検出器８４が設けられている。そして、前記電流指令値演算器８１，角速度推定器８２，位相推定器８３，電流検出器８４からの信号に基づいて電流制御器８５がモータ駆動回路７２に制御信号を出力する構成となっている。
【００１６】
また、モータ駆動回路７２は、モータ７に設けられており、制御信号によりＰＷＭ電流信号を発生させるＰＷＭ発生器７３を備え、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に向けてベクトル制御用のモータ駆動指令電流を供給する構成となっている。
【００１７】
次に、図３はコントロールユニット８の角速度推定器８２によるモータ７の角速度推定および位相推定器８３による位相推定、すなわち、特許請求の範囲の位相推定手段による位相推定および位相戻し処理の処理流れを示すフローチャートである。
このフローチャートにより説明する前に、位相推定方法について説明する。
図６に基づいて前述したように、ポジションセンサ７１からの各ホールセンサ信号Ｈｓ１，Ｈｓ２，Ｈｓ３のＨｉ／Ｌｏの切り替わりに基づいて得られるポジション信号Ｐｓによりポジションセンサ７１はロータの位相を６０°ごとに検出することができる。
したがって、ポジション信号Ｐｓが得られるたびに、その絶対値に基づいて、現在のロータ位相を更新する。この更新は、ポジション信号Ｐｓが入力されるたびに割り込み処理で実行され、この割り込み処理で得られたロータ位相は、実位相である。
それに対して、ポジション信号Ｐｓ（ｎ）が入力されてから次のポジション信号Ｐｓ（ｎ＋１）に切り替わるまでの間は、切り替わり間隔時間Δｔ（ｎ）の測定に基づいて位相の推定を行う。この推定は、図７により説明したとおり、前回の切り替わり間隔時間Δｔ１に基づいて、角速度推定器８２により前回角速度ω１を求め、この前回角速度ω１に基づいて、今回の時間経過とともに、モータ位置の推定を行う。
【００１８】
次に、この図３のフローチャートに基づいて順を追って説明する。
この図３のフローチャートに示す処理は、ポジション信号Ｐｓ（ｎ）が入力されるたびに実行される。
まず、ステップ１０１では、モータ７が正回転であるか否かを判断し、正回転時にはステップ１０２に進み、逆回転であればステップ１０７に進む。
なお、このモータ７の回転方向は、本実施の形態では、電流検出器８４が検出するモータ駆動指令電流により検出するようにしているが、図外の舵角センサが検出するハンドル舵角θｈにより検出することもできる。
【００１９】
次に、ステップ１０２では、位相推定値θＳｍを演算する。
なお、この演算は、位相推定値θＳｍの前回値に制御サイクルごとの位相変化量Δθを加えることで求める。
すなわち、図７においてポジション信号Ｐｓ２とＰｓ３の間の区間を例にとり説明すると、まず、ポジション信号Ｐｓ２が得られた時間で、モータ位置の絶対値（この場合、６０°）が得られる。そして、この位置６０°からの位相変化量Δθは、前回の切り替わり時間に基づいて得られた前回角速度ω１に制御サイクル時間（この例では、０．２５ｓｅｃとする）を乗じることで得られる。したがって、最初の位相変化量Δθ１は、ω１×０．２５ｓｅｃで得られる。
そして、次の制御サイクルが経過すれば、Δθ２＝ω１×０．２５×２となり、ｎ回の制御サイクル経過後の位相変化量Δθｎ＝ω１×０．２５×ｎとなる。
よって、位相推定値θＳｍは、最初は切り替わり時の位相絶対値（この場合、６０°）に位相変化量Δθ１を加えて求め、次回からは位相推定値θＳｍの前回値に、位相変化量Δθｎを加えることで得られる。
【００２０】
次のステップ１０３では、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値に６０°（ｄｅｇ）を加えた値以上となったか否か判断し、この値に達しない場合にはステップ１０２に戻って位相推定値θＳｍを演算し、一方、この値に達した場合には、ステップ１０４に進んで、本実施の特徴とする処理である位相推定値戻し処理を実行する。
すなわち、ステップ１０２において位相推定値θＳｍが得られるたびに、ステップ１０３に進んで、位相推定値θＳｍが、次回のポジション信号が得られる位相（上述の図Ｂの例では、位相推定値θＳｍが次回のポジション信号Ｐｓ３が得られる位相である１２０°）を超えてないか判断するもので、位相推定値θＳｍが次回のポジション信号が得られる位相となるまで、このステップ１０２と１０３の処理を繰り返す。
【００２１】
次に、ステップ１０４で行う位相推定値戻し処理について説明する。
この位相推定値戻し処理は、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値に６０°を加えた値、（上述の絶対値６０°から１２０°までの推定にあっては、１２０°がこれに相当する）から、戻し変化量Δθｍを差し引く処理を行う。なお、この戻し変化量Δθｍは、本実施の形態では、上述のステップ１０２と同様に、前回角速度ωに基づいて得られた値と制御サイクル時間とを乗じて得られた値（Δθｎ）を用いるものとするが、これに限られず、予め設定した値を用いてもよい。
【００２２】
次のステップ１０５では、ステップ１０４の位相推定値戻し処理で得られた位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値（すなわち、上述の絶対値６０°から１２０°までの推定における１／２となる中間値であり、以下、この値を中間値と称する）以下になったか否か判断し、この中間値以下になっていなければステップ１０４に戻ってさらに位相推定値戻し処理を行い、前記中間値以下となればステップ１０６に進む。
そして、このステップ１０６では、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値に固定する処理を行う。
すなわち、ステップ１０３の時点で、次に得られるはずの位相絶対値（上記の例では１２０°）に一旦達していた位相推定値θＳｍは、ステップ１０４〜１０６の処理により、切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値（上記の例では９０°）に向けて戻され、最終的には、この切り替わり時の位相絶対値（上記の例では６０°）に３０°を加えた値に固定される。
【００２３】
次に、ステップ１０７〜１１１の処理は、ステップ１０２〜１０６の処理に対して逆方向（数値としてマイナスとして現る方向）に変位した場合の流れであって、考え方はステップ１０２〜１０６と同様であるので簡単に説明する。
ステップ１０７では、位相推定値θＳｍを、前回の位相推定値θＳｍから制御サイクルごとの位相変化量Δθｎを差し引くことで求めることができる。
すなわち、位相推定値θＳｍは、最初は切り替わり時の位相絶対値から位相変化量Δθ１を差し引いて求め、次回からは位相推定値θＳｍの前回値から位相変化量Δθｎを差し引くことで得られる。
【００２４】
次のステップ１０８では、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値から６０°を差し引いた値以下となったか否か判断し、この値以下にならない場合にはステップ１０７に戻って位相推定値θＳｍを演算し、一方、この値以下になった場合には、ステップ１０９に進んで、位相推定値戻し処理を実行する。
次に、ステップ１０９では、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値から６０°を差し引いた値に、戻し変化量Δθｍを加える処理である、位相推定値戻し処理を実行する。この場合も、この戻し変化量Δθｍは、上述のステップ１０７と同様に、角速度推定値ωに基づいて得られた値と制御サイクル時間とを乗じて得られた値を用いてもよいし、あるいは予め設定した値を用いてもよい。
【００２５】
次のステップ１１０では、ステップ１０９の位相推定値戻し処理で得られた位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値から３０°を差し引いた値以上になったか否か判断し、この値以上になっていなければステップ１０９に戻ってさらに位相推定値戻し処理を行い、前記値以上となればステップ１１１に進む。
そして、このステップ１１１では、位相推定値θＳｍを、切り替わり時の位相絶対値から３０°を差し引いた値に固定する処理を行う。
【００２６】
以上説明した図３のフローチャートに示す処理は、前述したようにポジション信号Ｐｓが入力されるたびに、割り込み処理されるものである。
したがって、実位相に対して位相推定値θＳｍが先行した場合に、ステップ１０４の以降の位相推定値戻し処理が実行され、また、この位相推定値戻し処理を実行している場合でも、前記中間値に達する前の時点で次回のポジション信号が入力されれば、次回の割り込み処理に進む。
すなわち、図７において前回の切り替わり間隔時間Δｔ１よりも今回の切り替わり間隔時間Δｔ２が長い場合、角速度推定値ω１に基づいて得られる位相推定値θＳｍは、次のポジション信号Ｐｓ３が入力される前に、このポジション信号Ｐｓ３が入力されたときの絶対値（１２０°）に達する。よって、このような場合に、位相推定値戻し処理が実行されることになる。
【００２７】
一方、ポジション信号Ｐｓ３が入力された後のように、切り替わり間隔時間Δｔ３がその前の切り替わり間隔時間Δｔ２よりも短い場合には、実位相が位相推定値θＳｍに対して先行して、この位相推定値θＳｍが、その次のポジション信号Ｐｓ４が入力されたときの絶対値（１８０°）に達する前に、ポジション信号Ｐｓ４が入力され、次回の割り込み処理により、改めて絶対値１８０°からの推定として成されることになる。
【００２８】
次に、実施の形態の作用について説明する。
図４は位相推定値戻し処理を実行しない、すなわち従来の作動例を示すタイムチャートであり、図５は、位相推定値戻し処理を実行した場合の作動例を示すタイムチャートである。なお、これらのタイムチャートに示す作動例では、ハンドルを＋方向に切っている。
両図では、区間（ａ）においてハンドルを切り込み、このとき負荷の変動などにより実角速度が減速した結果、次の区間（ｂ）において、図７の区間（Ｐｓ２−Ｐｓ３）のように実際の変位に対して位相推定値の方が進んで位相ズレが生じた場合を示している。すなわち、この区間（ｂ）のｔ１１で示す時点において、位相推定値が次回検出される実位相（ポジション信号Ｐｓ１２）に相当する値に達し、その後、実際にポジション信号Ｐｓ１２が得られるまで、位相推定値としてこの値が用いられている。
この区間（ｂ）のような位相ズレが生じると、モータ７によるトルク効率が悪化して十分なトルクが得られなくなる結果、図４の区間（ｂ）では、アシスト力不足によりハンドルが重くなる（トーションバートルク増加）。さらに、トーションバートルクの増加に対応して電流指令値を上昇させていくため、モータトルクが増加し、位相ズレが減少し始めている。
次に、ポジション信号Ｐｓ１２が得られた時点で、実位相が得られるが、この区間（ｃ）では、前の区間（ｂ）において位相ズレがあった分だけ過電流となっているため、過剰アシストとなり、ねらい以上にハンドルが軽くなる（トーションバートルク減少）。そのため、アシスト力を抑えるために電流値を下げて対応している。しかしながら、この区間（ｃ）におけるトルクの変化が急であるため、その後の区間（ｄ）では増減（ハンチング）を繰り返しながら収束していっている。
このようなトルク変動が生じると、運転者に操舵違和感を与えるし、さらに、このようなトルク変動が連続して発生することもあり、この場合、違和感が大きくなる。
【００２９】
一方、本実施の形態の作動例を示す図５では、区間（ｂ）において、実位相と位相推定値との位相のズレにより、位相推定値θＳｍが切り替わり時の位相絶対値＋６０°となった時点（ｔ１１）で、次のポジション信号（Ｐｓ１２）が発生していない場合、ステップ１０１→１０２→１０３→１０４（左右逆の場合は、ステップ１０１→１０７→１０８→１０９）の処理に基づいて位相推定値戻し処理を実行し、位相推定値θＳｍが減少することになる。また、この減少は、位相推定値θＳｍが、切り替わり時の位相絶対値に３０°を加えた値（これを中間値とする）となった時点で終了し、この中間値に維持する。
このように、位相推定値θＳｍを中間値まで戻す結果、図の区間（ｂ）では、位相推定値θＳｍは、点線で示す実位相に近づいた後、実位相をクロスして実位相よりも小さな値となっている。なお、このタイムチャートの例では、位相推定値θＳｍが戻し制御により中間値まで戻されているが、これは次のポジション信号Ｐｓ１２が入力されて実位相が得られるタイミングの問題であり、このタイムチャートで示したものよりも早いタイミングでポジション信号Ｐｓ１２が得られた場合には、位相推定値θＳｍが前記中間値に達する前に位相推定値戻し処理を終了することもあり得る。
【００３０】
以上のように、この図５の例では、位相推定値θＳｍは、最終的に実位相を超えて実位相よりも小さな前記中間値に保たれるが、必ず、トルク効率が良いポイント、すなわち、位相推定値θＳｍと実位相とが一致するポイントをクロスしてから前記中間値に達するものであり、かつ、この中間値というのは次の切り替わりタイミングのモータ位相に対して、従来の１２０°通電法と同等の効率が得られる。すなわち、次のポジション信号Ｐｓ１２が入力される絶対値から３０°戻した中間位置というのは、実位相に対してプラス側マイナス側のいずれの方向に最大限にずれても、そのズレ角度が３０°となる。したがって、そのトルク出力は、ｃｏｓ３０°（≒０．８７）倍のトルクが得られるもので、これは、従来技術において最大に位相がずれた場合であるｃｏｓ６０°（＝１／２）倍に比べて効率的にトルクを得ることができる。
【００３１】
このため、従来のように図において点線で示すよう位相推定値θＳｍとして、図４の従来技術のように次のポジション信号Ｐｓ１２が入力されるときの絶対値に保つ場合に比べて、トーションバートルク値が小さな値となるとともに、トルク電流指令値も小さな値となり、従来のようなアシスト力不足を防ぐことができる。これにより、従来のような過電流の発生が防止される。
【００３２】
その後、図５の区間（ｃ）のように、ポジション信号Ｐｓ１２が入力されて、実位相が得られた時点で、それまでアシスト不足を補うためにトルク電流指令値を増加させていた分が、過電流と判断されてトルク電流指令値を減少させることになるが、この減少量が従来よりも少なくなり、図示のようにトーションバー指令値は、点線で示す従来例に比べてねらいとする値に素早く収束している。
これにより、本実施の形態にあっては、従来のようなトルク変動の発生を抑制することができる。
【００３３】
以上のように、位相検出手段として、６０°刻みで検出する安価なホールセンサを用いながら、実位相と位相推定値とのズレ幅を従来よりも小さく抑えることを可能として、安価でありながら従来よりも効率の良い駆動を行うことができるとともに、パワーステアリング装置におけるトルク変動を抑えて、トルク制御品質の向上を図ることができる。
【００３４】
（別の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、以下のような別の実施形態に具体化することができる。以下の別の実施の形態において、上記実施の形態と同様の作用および効果を得ることができる。
例えば、実施の形態では、本発明のブラシレスモータ制御装置をパワーステアリング装置に適用した例を示したが、ホールセンサによりモータ位相を制御する装置であれば、他の装置にも適用することができる。
また、位相推定値戻し制御において、実施の形態では、次のポジション信号が入力される絶対値から３０°戻した中間位置に戻すようにしたが、これをどこまで戻すかは、これに限られず、実施の形態で示した中間値よりも次のポジション信号が得られたときの絶対値に近い値に設定してもよい。
また、実施の形態では、位相検出手段として、ホールセンサにより６０°刻みでロータ位相を検出する手段を示したが、この角度は６０°に限定されない。
【００３５】
（請求項以外の技術思想）
さらに、上記実施の形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００３６】
イ）請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記通電制御手段を、ロータの位相に対して略直交方向に通電すべくコイルの各相に対して正弦波の通電を行う構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
このように、ロータの位相に応じて略直交方向に通電するようにしたため、効率的にトルクを得ることができる。
【００３７】
ロ）請求項２に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記位相推定手段を、位相推定値戻し処理では、前記中間位相に戻すにあたり、前回角速度に基づいて位相を戻す構成としたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
位相推定値が実位相に対して先行した場合、位相の戻しを前回角速度に基づいて行うことにより、戻しすぎによる位相ずれや、急激な位相変化によるトルク変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態のブラシレスモータ制御装置を適用したパワーステアリング装置を示す全体システム図である。
【図２】実施の形態１のコントロールユニット８およびモータ駆動回路７２を示す回路図である。
【図３】実施の形態のブラシレスモータ制御装置における位相推定手段による位相推定および位相戻し処理の処理流れを示すフローチャートである。
【図４】位相推定値戻し処理を実行しない従来の作動例を示すタイムチャートである。
【図５】位相推定値戻し処理を実行した場合の作動例を示すタイムチャートである。
【図６】ホールセンサによる検出状態および通電状態を示す説明図である。
【図７】位相推定の説明図である。
【符号の説明】
７ ブラシレスモータ
８ コントロールユニット（位相推定手段、通電制御手段）
９ トルクセンサ
７１ ポジションセンサ（位相検出手段）
θＳｍ 位相推定値
ω 前回角速度
Claims (2)
- ３相のコイルを有したブラシレスモータと、
このブラシレスモータのロータの位相を所定角度刻みで検出する位相検出手段と、
この位相検出手段の検出ならびに時間経過に基づいてロータの位相を推定する手段であって、位相検出手段が前回検出した位相である前回検出位相から今回検出した位相である今回検出位相に変位するのに要した時間から前回角速度を求め、前記今回検出位相から次回検出される次回検出位相の間でロータが前回角速度で回転していると見なして位相推定値を求める位相推定手段と、
この位相推定手段による推定ならびに前記位相検出手段の検出に基づいて前記コイルへの通電を制御する通電制御手段と、
を備えたブラシレスモータ制御装置において、
前記位相推定手段は、位相推定値が前記次回検出位相に相当する値に達しているのに位相検出手段による次回検出位相の検出が成されない場合には、位相推定値を次回検出位相から今回検出位相側に所定量戻す位相推定値戻し処理を実行する構成であることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記位相検出手段は、６０°刻みで位相を検出する手段であり、
前記位相推定手段は、位相推定値戻し処理では、前記次回検出位相から３０°戻した位相である中間位相に向けて徐々に位相を戻す構成であることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
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