JP2011259648A - ブラシレスモータ制御方法及びブラシレスモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正弦波駆動される線間誘起電圧が正弦波のブラシレスモータにて、電流量の変動に関わらずトルクリップルの低減を図る。
【解決手段】線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備えたロータとを有してなるブラシレスモータ３にて、電機子巻線に対し正弦波波形の駆動電流を供給する。電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分と、誘起電圧の基本波と高調波成分との間の位相差を駆動電流に含ませる。巻線電流量と高調波成分含有率、巻線電流量と位相差の関係を予め把握して制御マップ５８を作成し、電流指令部５１に配置する。電流指令部５１には、ロータ回転位置情報とロータ回転数情報及びモータ負荷情報に基づいて供給電流量を算出する供給電流量算出部５２と、算出された電流量と制御マップ５８に基づいて駆動電流を制御する電流波形制御部５９を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシレスモータの制御技術に関し、特に、電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータの制御方法及び制御装置並びに電動パワーステアリング装置に使用可能なブラシレスモータに関する。

自動車等の操舵力補助のため、近年多くの車両にいわゆるパワーステアリング装置が装備されている。このようなパワーステアリング装置としては、近年、エンジン負荷軽減や重量低減等の観点から、電気式の動力操舵装置（いわゆる電動パワーステアリング装置、以下、適宜ＥＰＳと略記する）を搭載した車両が増大している。このようなＥＰＳの動力源としては、従来よりブラシ付きのモータが多く使用されているが、近年では、メンテナンス性に優れ、小型で高トルクが得られることから、ブラシレスモータの使用が増大している。

このようなＥＰＳ用モータでは、運転者の操作感向上のため、作動音の低減が大きな課題となっている。一般的には、トルク変動（トルクリップル）と作動音の間には密接な関係があり、ＥＰＳ用モータ、特に、ブラシレスモータでは、通電方法の工夫によるトルクリップルの低減が種々検討されている。例えば、矩形波駆動に代えて、滑らかに通電できる正弦波によってブラシレスモータの駆動を行うことなどは、作動音の対策として良く知られている。

特開2006-174692号公報 特開2004-274963号公報 特開2008-172983号公報

しかしながら、正弦波駆動を行った場合でも、実際にモータを通電駆動すると、電機子反作用の影響により誘起電圧波形が歪められ、トルクリップルが発生してしまうという問題があった。正弦波駆動の場合、トルクリップルを低減するためには、モータ側の誘起電圧波形もまた正弦波形状にしなくてはならない。ところが、通電時のモータでは、高調波成分の影響や、電機子反作用による誘起電圧波形の位相ずれによって、誘起電圧波形が正弦波とならないという現象が生じる。このため、正弦波駆動を行ってもトルクリップルを解消できず、特に、高調波成分の含有率が高くなる高電流領域にてトルクリップルが大きくなるという問題があった。従って、例えば、ＥＰＳ用モータにおいて、据え切り時等のようにモータの負荷が増大すると、トルクリップルが大きくなり、操舵フィーリングが損なわれるおそれがあり、その対策が求められていた。

本発明の目的は、正弦波駆動される線間誘起電圧が正弦波のブラシレスモータにて、電流量の変動に関わらずトルクリップルの低減を図ることにある。

本発明のブラシレスモータ制御方法は、線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータと、を有してなるブラシレスモータの制御方法であって、前記電機子巻線に対し、正弦波波形を有する駆動電流を供給し、前記駆動電流は、通電に伴って前記電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分、又は、通電に伴って前記電機子巻線の誘起電圧の基本波と高調波成分との間に生じる位相差の少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする。

本発明にあっては、通電に伴って電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分や、電機子反作用によって誘起電圧に生じる基本波と高調波成分との位相差を考慮して駆動電流を制御することにより、相電流波形と実際の誘起電圧波形との間の差異を低減できる。このため、負荷によるトルクリップルの変化も小さくなり、特に、高負荷領域でのトルクリップルが抑えられる。

前記ブラシレスモータ制御方法において、前記電機子巻線の電流量に基づいて、前記駆動電流に重畳させる前記高調波成分、又は、前記位相差の含有量の少なくとも何れか一方を制御するようにしても良い。また、前記電機子巻線に生じる誘起電圧波形中の高周波含有率とモータ負荷との関係を示す高調波含有率マップ、又は、前記位相差とモータ負荷との関係を示す位相差マップの少なくとも何れか一方を予め作成し、モータ負荷と、前記位相差マップ、又は、前記高調波含有率マップの少なくとも何れか一方に基づいて前記駆動電流を制御するようにしても良い。さらに、前記ロータ又はステータにスキューを設け、前記スキューの角度θをθ≧３６０°／（磁極数Ｐとスロット数Ｓの最小公倍数）に設定しても良い。

本発明のブラシレスモータ制御装置は、線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータと、を有するブラシレスモータの前記電機子巻線に対し、正弦波波形を有する駆動電流を供給するブラシレスモータ制御装置であって、前記ロータの回転位置を検出する角度センサと、前記ロータの回転位置情報に基づいて前記ロータの回転数を算出するロータ回転数算出部と、前記ブラシレスモータに加わる負荷を検出するトルクセンサと、通電に伴って前記電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分の含有率とモータ負荷との関係を示す高調波含有率マップ、又は、通電に伴って前記電機子巻線の誘起電圧の基本波と前記高調波成分との間に生じる位相差とモータ負荷との関係を示す位相差マップの少なくとも何れか一方を備える制御マップと、前記角度センサからのロータ回転位置情報と、ロータ回転数情報と、前記トルクセンサからのモータ負荷情報とに基づき、前記電機子巻線に対して供給する電流量を算出する供給電流量算出部と、前記算出された電流量と前記制御マップに基づいて、前記駆動電流に重畳させる前記高調波成分、又は、前記位相差の含有量の少なくとも何れか一方を制御する電流波形制御部とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、通電に伴って電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分の含有率とモータ負荷との関係を示す高調波含有率マップ、又は、通電に伴って電機子巻線の誘起電圧の基本波と高調波成分との間に生じる位相差とモータ負荷との関係を示す位相差マップの少なくとも何れか一方を設けると共に、高調波含有率マップや位相差マップに基づいて、電機子巻線に対して供給する駆動電流を制御する電流波形補正部を設けたので、誘起電圧の高調波成分や、電機子反作用によって誘起電圧に生じる基本波と高調波成分との位相差を考慮しつつ駆動電流が制御される。このため、相電流波形と実際の誘起電圧波形との間の差異を低減でき、負荷によるトルクリップルの変化も小さくなり、特に、高負荷領域でのトルクリップルが抑えられる。

本発明のブラシレスモータ制御方法によれば、線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備えステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータと、を有してなるブラシレスモータの制御方法にて、通電に伴って電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分や、電機子反作用によって誘起電圧に生じる基本波と高調波成分との位相差を考慮して駆動電流を制御するようにしたので、相電流波形と実際の誘起電圧波形との間の差異を低減することが可能となる。これにより、負荷変動に伴うトルクリップルの変化も小さくなり、特に、高負荷領域でのトルクリップルを抑えることが可能となる。

本発明のブラシレスモータ制御装置によれば、線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備えステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータと、を有するブラシレスモータの電機子巻線に対し、正弦波波形を有する駆動電流を供給するブラシレスモータ制御装置に、通電に伴って電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分の含有率とモータ負荷との関係を示す高調波含有率マップ、又は、通電に伴って電機子巻線の誘起電圧の基本波と高調波成分との間に生じる位相差とモータ負荷との関係を示す位相差マップの少なくとも何れか一方を設けると共に、高調波含有率マップや位相差マップに基づいて、電機子巻線に対して供給する駆動電流を制御する電流波形補正部を設けたので、誘起電圧の高調波成分や、電機子反作用によって誘起電圧に生じる基本波と高調波成分との位相差を考慮しつつ駆動電流を制御でき、相電流波形と実際の誘起電圧波形との間の差異を低減することが可能となる。これにより、負荷変動に伴うトルクリップルの変化も小さくなり、特に、高負荷領域でのトルクリップルを抑えることが可能となる。

本発明の制御方法・制御装置によって駆動されるブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の構成を示す説明図である。 図１の電動パワーステアリング装置にて使用されているブラシレスモータの構成を示す断面図である。 図２のブラシレスモータのステータコアの構成を示す説明図である。 電動パワーステアリング装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 高負荷時（１２０Ａ,３.２Ｎｍ）におけるモータの誘起電圧波形を示す説明図である。 トルクと位相ズレ角度αとの関係を示す説明図である。 トルクと高周波含有率βとの関係を示す説明図である。 本発明におけるマップ作成処理の一例を示す説明図である。 本発明者らによるトルクリップルの測定結果を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の構成を示す説明図である。図１の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、ステアリングシャフト２に対し動作補助力を付与するコラムアシスト式の構成となっており、本発明を適用したモータ３が動力源として使用されている。

ステアリングシャフト２にはステアリングホイール４が取り付けられており、ステアリングホイール４の操舵力は、ステアリングギヤボックス５内に配された図示しないピニオンとラック軸を介して、タイロッド６に伝達される。タイロッド６の両端には車輪７が接続されており、ステアリングホイール４の操作に伴ってタイロッド６が作動し、図示しないナックルアーム等を介して車輪７が左右に転舵する。

ＥＰＳ１では、ステアリングシャフト２に操舵力補助機構であるアシストモータ部８が設けられている。アシストモータ部８には、モータ３と共に、減速機構部９とトルクセンサ１１が設けられている。減速機構部９には、図示しないウォームとウォームホイールが配されており、モータ３の回転は、この減速機構部９によって、ステアリングシャフト２に減速されて伝達される。モータ３とトルクセンサ１１は、制御装置（ＥＣＵ）１２に接続されている。

ステアリングホイール４が操作され、ステアリングシャフト２回転すると、トルクセンサ１１が作動する。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１の検出トルクに基づいて、モータ３に対し適宜電力を供給する。モータ３が作動すると、その回転が減速機構部９を介してステアリングシャフト２に伝達され操舵補助力が付与される。ステアリングシャフト２は、この操舵補助力と手動操舵力によって回転し、ステアリングギヤボックス５内のラック・アンド・ピニオン結合により、この回転運動がラック軸の直線運動に変換され、車輪７の転舵動作が行われる。

図２は、モータ３の構成を示す断面図である。図２に示すように、モータ３は、外側にステータ２１、内側にロータ２２を配した６Ｐ９Ｓのインナーロータ型ブラシレスモータとなっている。ステータ２１は、ハウジング２３と、ハウジング２３の内周側に固定されたステータコア２４及びステータコア２４に巻装された巻線２５とを備えた構成となっている。ハウジング２３は鉄等にて有底筒状に形成されており、その開口部には合成樹脂製のブラケット３０が取り付けられている。ステータコア２４は鋼板を多数積層した構成となっており、ステータコア２４の内周側には複数個のティースが突設されている。

ステータコア２４にはスキューが施されている。ここでは、スキュー角θ（機械角）は２０°以上（例えば、２５°：θ≧３６０°／（磁極数Ｐとスロット数Ｓの最小公倍数＝６Ｐ９Ｓでは１８））に設定されている。一般に、ブラシレスモータでは、モータ側の誘起電圧波形を正弦波形状とすべく、スキューやマグネットの偏心などの方策が行われている。例えば、スキュー角を大きくすると、それに伴って高調波歪み率（ＴＨＤ：Total Harmonic Distortion）が低下し、６Ｐ９Ｓのモータでは、スキュー角２５°程度にて、誘起電圧波形が基本波形の正弦波形に近付く。そこで、６Ｐ９Ｓの当該モータ３においても、誘起電圧波形を正弦波形化すべく、スキュー角θを、θ≧３６０°／（磁極数Ｐとスロット数Ｓの最小公倍数）である２５°に設定している。

図３は、ステータコア２４の構成を示す説明図である。ステータコア２４は、リング状の継鉄部２６と、継鉄部２６から内側方向へ突出形成されたティース２７とから形成されている。ティース２７は９個設けられており、各ティース２７の間にはスロット２８（９個）が形成され、モータ３は９スロット構成となっている。各ティース２７の先端部には、補助溝２０が形成されている。各ティース２７には巻線２５が集中巻にて巻装されており、巻線２５は各スロット２８内に収容されている。各巻線２５は、Ｕ,Ｖ,Ｗの３相がスター結線されており、給電配線２９を介してバッテリ（図示せず）と接続されている。巻線２５に対しては、高調波成分を含んだ正弦波形状の相電流（Ｕ,Ｖ,Ｗ）が供給される。

ロータ２２はステータ２１の内側に配置されており、回転軸３１と、ロータコア３２、マグネット３３を同軸状に配した構成となっている。回転軸３１の外周には、鋼板を多数積層した円筒形状のロータコア３２が取り付けられている。ロータコア３２の外周には、セグメントタイプのマグネット３３が配置されている。マグネット３３は、回転軸３１に固定されたマグネットホルダ３４に取り付けられており、周方向に沿って６個配置されている。すなわち、当該モータ３は、６極９スロット（６Ｐ９Ｓ）構成となっている。

回転軸３１の一端部は、ハウジング２３の底部に圧入されたベアリング３５に回転自在に支持されている。回転軸３１の他端部は、ブラケット３０に取り付けられたベアリング３６によって、回転自在に支持されている。回転軸３１の端部（図２において左端部）には、スプライン部３７が形成されており、図示しないジョイント部材によって、減速機構部９のウォーム軸に接続されている。ウォーム軸にはウォームが形成されており、減速機構部９にて、ステアリングシャフト２に固定されたウォームホイールと噛合している。

ブラケット３０内には、ベアリング３６と、ロータ２２の回転位置を検知するレゾルバ（角度センサ）４１が収容されている。レゾルバ４１は、ブラケット３０側に固定されたレゾルバステータ４２と、ロータ２２側に固定されたレゾルバロータ４３とから構成されている。レゾルバステータ４２にはコイル４４が巻装されており、励磁コイルと検出コイルが設けられている。レゾルバステータ４２の内側には、マグネットホルダ３４の左端部に固定されたレゾルバロータ４３が配置される。レゾルバロータ４３は、金属板を積層した構成となっており、三方向に凸部が形成されている。

回転軸３１が回転すると、レゾルバロータ４３もまたレゾルバステータ４２内にて回転する。レゾルバステータ４２の励磁コイルには高周波信号が付与されており、凸部の近接離反により検出コイルから出力される信号の位相が変化する。この検出信号と基準信号とを比較することにより、ロータ２２の回転位置が検出される。そして、ロータ２２の回転位置に基づき、巻線２５への電流が適宜切り替えられ、ロータ２２が回転駆動される。

このようなＥＰＳ１では、ステアリングホイール４が操作されてステアリングシャフト２が回転すると、この回転に応じた方向にラック軸が移動して転舵操作がなされる。この操作により、トルクセンサ１１が作動し、その検出トルクに応じて、図示しないバッテリから給電配線２９を介して巻線２５に電力が供給される。巻線２５に電力が供給されるとモータ３が作動し、回転軸３１とウォーム軸が回転する。ウォーム軸の回転は、ウォームホイールを介してステアリングシャフト２に伝達され、操舵力が補助される。

図４は、ＥＰＳ１の制御装置５０の構成を示すブロック図であり、本発明の制御方法は当該制御装置５０にて実行される。ＥＰＳ１は、前述のように、トルクセンサ１１による検出値と、レゾルバ４１によって検出されたロータ２２の回転位置情報に基づいて駆動制御される。図４に示すように、モータ３には、角度センサとしてレゾルバ４１が配されており、ロータ回転位置は逐次ロータ回転位置情報として電流指令部５１に入力されている。また、ステアリングホイール４の操作に伴い、トルクセンサ１１からは、モータ３の負荷となるトルク値（モータ負荷情報）がモータ負荷情報として電流指令部５１に入力される。また、電流指令部５１の前段には、ロータ回転位置情報に基づいてロータ２２の回転数を算出するロータ回転数算出部６０が設けられている。電流指令部５１には、このロータ回転数算出部６０からも、ロータ回転数情報が入力されている。

電流指令部５１には、これらの検出値に基づいて演算処理を行い、モータ３に対して供給する電流量を算出する供給電流量算出部５２が設けられている。供給電流量算出部５２では、レゾルバ４１からのロータ回転位置情報とロータ回転数情報及びモータ負荷情報から、ｄ軸（トルクに寄与しない直交座標系成分）,ｑ軸（トルクに寄与する直交座標系成分）の電流指令値Ｉｄ’,Ｉｑ’を算出し、ベクトル制御部５３に出力する。

ベクトル制御部５３は、ｄ軸,ｑ軸のＰＩ（比例・積分）制御部５４ｄ,５４ｑと、座標軸変換部（ｄｑ／ＵＶＷ）５５とから構成されており、電流指令値Ｉｄ’,Ｉｑ’は、ＰＩ制御部５４ｄ,５４ｑにそれぞれ入力される。ＰＩ制御部５４ｄ,５４ｑにはまた、モータ３の電流値がフィードバックされており、座標軸変換部（ＵＶＷ／ｄｑ）５６を介して、３相（Ｕ,Ｖ,Ｗ）のモータ電流値をｄｑ軸変換した検出電流値Ｉｄ,Ｉｑが入力されている。ＰＩ制御部５４ｄ,５４ｑは、電流指令値Ｉｄ’,Ｉｑ’と検出電流値Ｉｄ,Ｉｑに基づき、ＰＩ演算処理を行い、ｄ軸,ｑ軸の電圧指令値Ｖｄ,Ｖｑを算出する。電圧指令値Ｖｄ,Ｖｑは、座標軸変換部５５に入力され、３相（Ｕ,Ｖ,Ｗ）の電圧指令値Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗに変換され出力される。座標軸変換部５５から出力された電圧指令値Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗは、インバータ５７を介してモータ３に印加される。

一方、本発明による制御装置５０では、電流指令部５１に、モータ電流による誘起電圧波形の変化を相殺するための制御マップ５８が設けられている。モータ電流による誘起電圧波形の変化はモータごとに異なるため、モータごとに固有の制御マップ５８が設けられている。制御マップ５８には、予め検査等によって検出したトルクと位相差との関係を示す位相差マップ６１と、トルクと高周波含有率（５次成分と７次成分の含有率）との関係を示す高調波含有率マップ６２が格納されている。さらに、電流指令部５１には、電流波形制御部５９が設けられている。電流波形制御部５９は、制御マップ５８を用いてモータ３に供給する電流の波形を決定する。

前述のように、モータを通電駆動すると、高調波成分の影響や、電機子反作用による誘起電圧波形の位相ずれによって、誘起電圧波形に歪みが生じる。正弦波駆動を行うモータでは、無通電時には、５次・７次の高調波成分は発生せず、誘起電圧波形も正弦波となるが、実際に通電を行うと５次・７次の成分が発生する。５次・７次の成分は、短節巻き係数Ｋｐ＝｜cos(n・(1-βｐ)・π/2）｜（βｐ：磁極ピッチ／コイルピッチ）の値が大きくなる（２Ｐ３Ｓ×ｎ：Ｋｐ＝０.８７）の構成のモータに多く、電流値が大きくなるほど増加し、基本波との位相差も増大する。図５は、高負荷時（１２０Ａ,３.２Ｎｍ）におけるモータ３の誘起電圧を示す説明図であり、正弦波形状の基本波誘起電圧と共に、５次と７次の高調波誘起電圧が発生する。また、図５（ｂ）に示すように、基本波誘起電圧と５次の高調波誘起電圧との間には９°、基本波誘起電圧と７次の高調波誘起電圧との間には３°の位相差がそれぞれ生じている。

そこで、本発明では、モータ３に対し、電機子反作用によって生じる５次・７次の高調波成分Ｉｑｈ,Ｉｄｈを含ませた正弦波電流を供給し、その影響を相殺してトルクリップルの低減を図る。ここで、三相交流軸上では、５次・７次はｄｑ軸における６次に該当することから、Ｉｑｈ及びＩｄｈは、
Ｉｑｈ＝βｑ・Ａｑ・sin（６θ＋ψｑ＋αｑ）＋γｑ
Ｉｄｈ＝βｄ・Ａｄ・sin（６θ＋ψｄ＋αｄ）
（Ａ：振幅比率係数（A/%）、ψ：初期位相（deg）、α：位相のズレ角度（deg）、θ：電気角（deg）、β：高調波含有率（%）、γq：オフセット直流値（Ａ））
で表すことができる。但し、Ａ，ψ，γｑには、弱め界磁制御を実施する場合の値の変化も含まれる。なお、図４に示されているＩｑｆ,ＩｄｆはＩｑ,Ｉｄの基本波成分である。

そこで、α,βとトルクとの関係を各モータについて予め求めておき、電流指令値Ｉｑ’,Ｉｄ’として、Ｉｑｆ,ＩｄｆとＩｑｈ,Ｉｄｈを合成した値を用いることにより、高調波成分の存在と、基本波に対する高調波成分の位相のズレをモータ制御に反映させることができる。すなわち、通電時における誘起電圧波形の変化を考慮し、その変化に対応する波形の正弦波電流を供給することにより、供給電流波形と誘起電圧波形とのズレがキャンセルされ、両者のズレに起因するトルクリップルが抑制される。

図６は、トルクと位相ズレ角度αとの関係を示す説明図であり、位相差マップ６１には、図６の関係がテーブル（あるいは関係式）の形で格納されている。また、図７はトルクと高周波含有率β（５次成分と７次成分の含有率）との関係を示す説明図であり、高調波含有率マップ６２には、図７の関係がテーブル（あるいは関係式）の形で格納されている。なお、ここでは、モータ負荷としてモータトルクを用いて、図６,６の横軸をトルクとしているが、モータ負荷として巻線電流量を用いても良く、この場合は、横軸を巻線電流量として、図６,６と同様のマップが形成される。

図６に示すように、位相のズレ角度αは、５次成分と７次成分共に、トルク（電流量）が増大するに連れて大きくなり、例えば、αは、１.０Ｎｍでは、７次成分は約１°、５次成分は約２.８°となる。また、３.０Ｎｍでは、７次成分は約２.９°、５次成分は約８.２°となる。一方、高周波含有率βは、図７に示すように、５次成分は、トルクが増大するに連れて大きくなり、例えば、１.０Ｎｍでは約０.９５％、３.０Ｎｍでは約１.６％となっている。これに対し、７次成分は、１.７Ｎｍ近傍をピーク（１.２％）として放物線状に変化し、例えば、約１.０Ｎｍでは１.０％、３.０Ｎｍでは約０.７％となる。

電流指令部５１では、トルクセンサ１１からのトルク検出値（モータ負荷）に基づき、α,βをマップ６１,６２（図６,６の関係）から求め、それを用いてＩｑｈ,Ｉｄｈを算出する。Ｉｑｈ,Ｉｄｈは、Ｉｑｆ,Ｉｄｆと合成され、Ｉｑ’,Ｉｄ’となって、ベクトル制御部５３に送られる。その際のＩｑ’,Ｉｄ’は、位相のズレ角度αと高周波含有率βが考慮された状態となっている。

図８は、本発明におけるマップ作成処理の一例を示す説明図であり、ここでは、高周波含有率が５次：１.７％，７次：０.６％、位相ズレが５次：９°，７次：３°の場合を想定している。図８（ａ）は、前記条件の場合のモータ３の誘起電圧波形であり、正弦波がやや歪んだ形となっている。図８（ｂ）は、（ａ）の３相電圧をｄｑ変換したものである。電流波形制御部５９は、Ｉｑ’,Ｉｄ’として、ｄｑ軸上にて、図８（ｂ）のＥｑの位相を反転させた形（図８（ｂ）のＥｑを打ち消すような波形）のＩｑ電流（図８（ｃ））を設定する。すなわち、電流波形制御部５９は、前記条件からマップ６１,６２を参照して、Ｉｑｈ,Ｉｄｈを算出して図８（ｃ）のようなＩｑ’,Ｉｄ’を設定し、ベクトル制御部５３に送出する。

ベクトル制御部５３は、このように高周波含有率と位相ズレが考慮されたＩｑ’,Ｉｄ’を３相（Ｕ,Ｖ,Ｗ）の電圧指令値Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗに変換し、モータ３に供給する。すなわち、制御装置５０では、高調波成分の存在と、電機子反作用によって生じる高調波成分の位相ズレを考慮してモータ３への供給電流波形が制御され、モータ３は、誘起電圧波形と供給電流波形が適合した状態で駆動される。これにより、正弦波駆動のモータにおいて、供給電流波形と実際の誘起電圧波形との差を小さくでき、トルクリップルを低減させることが可能となる。

図９は、本発明者らによるトルクリップルの測定結果を示す説明図であり、本発明による高調波重畳制御では、正弦波制御と異なり、電流量に関わらずトルクリップルが２％前半に抑えられている。特に、高負荷領域でのトルクリップルが効果的に抑えられており（８０Ａ超では半減）、例えば、本発明による制御方法・制御装置をＥＰＳに用いた場合、据え切り時等のようにモータの負荷が増大してもトルクリップルが大きくならず、操舵フィーリングの向上を図ることが可能となる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
前述の実施例では、位相差マップ６１と高調波含有率マップ６２の両方を用いて電流波形を制御する構成を示したが、モータ仕様やモータ負荷等に応じて、例えば、高調波含有率マップ６２のみなど、位相差マップ６１と高調波含有率マップ６２の何れか一方のみを用いて電流波形を制御しても良い。この場合、制御マップ５８に、位相差マップ６１と高調波含有率マップ６２の一方のみを配置しても、また、両マップ６１,６２を共に配置し、それらを適宜選択して電流波形の制御を行っても良い。

また、前述の実施例では、モータ３として６極９スロットのモータを例に挙げて説明したが、モータ構成はこれには限定されず、２極３スロットの整数倍のモータにも、本発明は適用可能である。なお、前述の短節巻き係数Ｋｐから見て、５次と７次の成分の多い（２Ｐ３Ｓ×ｎ）構成への適用が最も効果的であり、前述のＫｐが０.２６となる１０Ｐ１２Ｓや１４Ｐ１２Ｓ構成のモータは、５次と７次の成分が少ないため、本発明の効果は小さくなる。

さらに、前述の実施例では、インナーロータ型のブラシレスモータを用いた例を示したが、本発明は、ステータの外側にロータを配したアウタロータ型のブラシレスモータにも適用可能である。さらに、前述の実施例では、本発明による制御方法をコラムアシスト式ＥＰＳのモータに適用した例を示したが、ラック軸と同軸状にモータを配したラックアシスト式や、ラック軸と噛合するピニオンギヤに補助力を付与するピニオンアシスト式のＥＰＳ用モータにも適用可能である。

１ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２ ステアリングシャフト
３ ブラシレスモータ
４ ステアリングホイール
５ ステアリングギヤボックス
６ タイロッド
７ 車輪
８ アシストモータ部
９ 減速機構部
１１ トルクセンサ
１２ 制御装置（ＥＣＵ）
２０ 補助溝
２１ ステータ
２２ ロータ
２３ ハウジング
２４ ステータコア
２５ 巻線
２６ 継鉄部
２７ ティース
２８ スロット
２９ 給電配線
３０ ブラケット
３１ 回転軸
３２ ロータコア
３３ マグネット
３４ マグネットホルダ
３５ ベアリング
３６ ベアリング
３７ スプライン部
４１ レゾルバ
４２ レゾルバステータ
４３ レゾルバロータ
４４ コイル
５０ 制御装置
５１ 電流指令部
５２ 供給電流量算出部
５３ ベクトル制御部
５４ｄ,５４ｑ ＰＩ制御部
５５ 座標軸変換部（ｄｑ／ＵＶＷ）
５６ 座標軸変換部（ＵＶＷ／ｄｑ）
５７ インバータ
５８ 制御マップ
５９ 電流波形制御部
６０ ロータ回転数算出部
６１ 位相差マップ
６２ 高調波含有率マップ
α 位相ズレ角度
β 高周波含有率

Claims (5)

1. 線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、
   永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータと、を有してなるブラシレスモータの制御方法であって、
   前記電機子巻線に対し、正弦波波形を有する駆動電流を供給し、
   前記駆動電流は、通電に伴って前記電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分、又は、通電に伴って前記電機子巻線の誘起電圧の基本波と高調波成分との間に生じる位相差の少なくとも何れか一方を含むことを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
2. 請求項１記載のブラシレスモータ制御方法において、前記電機子巻線の電流量に基づいて、前記駆動電流に重畳させる前記高調波成分、又は、前記位相差の含有量の少なくとも何れか一方を制御することを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
3. 請求項２記載のブラシレスモータ制御方法において、
   前記電機子巻線に生じる誘起電圧波形中の高周波含有率とモータ負荷との関係を示す高調波含有率マップ、又は、前記位相差とモータ負荷との関係を示す位相差マップの少なくとも何れか一方を予め作成し、
   モータ負荷と、前記位相差マップ、又は、前記高調波含有率マップの少なくとも何れか一方に基づいて前記駆動電流を制御することを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のブラシレスモータ制御方法において、前記ロータ又はステータはスキューを有し、前記スキューの角度θがθ≧３６０°／（磁極数Ｐとスロット数Ｓの最小公倍数）に設定されてなることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
5. 線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、
   永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータと、を有するブラシレスモータの前記電機子巻線に対し、正弦波波形を有する駆動電流を供給するブラシレスモータ制御装置であって、
   前記ロータの回転位置を検出する角度センサと、
   前記ロータの回転位置情報に基づいて前記ロータの回転数を算出するロータ回転数算出部と、
   前記ブラシレスモータに加わる負荷を検出するトルクセンサと、
   通電に伴って前記電機子巻線に生じる誘起電圧の高調波成分の含有率とモータ負荷との関係を示す高調波含有率マップ、又は、通電に伴って前記電機子巻線の誘起電圧の基本波と前記高調波成分との間に生じる位相差とモータ負荷との関係を示す位相差マップの少なくとも何れか一方を備える制御マップと、
   前記角度センサからのロータ回転位置情報と、ロータ回転数情報と、前記トルクセンサからのモータ負荷情報とに基づき、前記電機子巻線に対して供給する電流量を算出する供給電流量算出部と、
   前記算出された電流量と前記制御マップに基づいて、前記駆動電流に重畳させる前記高調波成分、又は、前記位相差の含有量の少なくとも何れか一方を制御する電流波形制御部とを有す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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