JP2020137222A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の回転角の検出精度を向上させたモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１００は、モータＭＴの回転軸の回転位置を検出する複数の回転位置センサ１０と、複数の回転位置センサの性能を所定の評価方法で評価し、その評価に基づき複数の回転位置センサの中からモータ制御に用いる制御用回転位置センサを設定するセンサ設定部２２と、を備える。また、センサ設定部は、回転軸が所定の基準位置で停止する複数の駆動モードでモータに通電し、駆動モードごとに取得する、回転位置センサの出力に基づく検出位置と基準位置とを用いて所定の評価方法で前記回転位置センサの性能を評価する。【選択図】図４

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来から、モータを制御するに当たり重要な情報となるモータ回転軸の回転角を検出する技術が知られている。例えば、特許文献１は、部品点数を削減して構成を簡単にするとともに、摩耗による寿命の低下を回避し得る角度センサを開示する。この角度センサは、検出対象と連動して軸中心に回転する検出軸と、該検出軸の回転角を２重で検出する検出手段が配設された基板とを具備する。そして、この角度センサは、検出軸における基板と対向した表面に異なる極（Ｓ極及びＮ極）を有する磁石が形成されるとともに、検出手段を基板の表面及び裏面のそれぞれに設けられた一対の磁気抵抗素子を設け、これら磁気抵抗素子が磁石の磁力線に基づいた出力電圧を生じることにより、検出軸の回転角を検出する。

また、特許文献２は、２系統の回転角センサの一方の故障が検出された場合でも、残りの１系統の回転角センサを適正に監視しつつ、その回転角センサを使って操舵アシストを継続できるようにする車両の電動パワーステアリング装置を開示する。この電動パワーステアリング装置は、２系統目故障検出部は、操舵トルクの大きさが故障判定値以上と判定されている継続時間が設定時間以上となる場合、および、操舵トルクの変動周波数が故障判定周波数範囲に入っている場合に、残り１系統の回転角センサに故障が発生していると判定する。

特開２００４−０６１１４６号公報 特開２０１６−１１３０３１号公報

しかし、回転軸の回転角度は、回転軸に対する角度センサのわずかな取付位置の違いによっても異なって検出されるため、モータに角度センサを複数取り付ける場合には、検出性能に違いが生じる。

本発明は、かかる事情を鑑みて考案されたものであり、回転軸の回転角の検出精度を向上させたモータ制御装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、モータの回転軸の回転位置を検出する複数の回転位置センサと、複数の回転位置センサの性能を所定の評価方法で評価し、その評価に基づき複数の回転位置センサの中からモータ制御に用いる制御用回転位置センサを設定するセンサ設定部と、を備えるモータ制御装置が提供される。
これによれば、複数の回転位置センサの評価を行い、その評価に基づきモータ制御用の回転位置センサを選択し設定することで、回転位置センサの取付位置の誤差の有無にかかわらず回転軸の回転角の検出精度を向上させたモータ制御装置を提供することができる。

さらに、センサ設定部は、評価に基づき複数の回転位置センサの中から故障診断に用いる診断用回転位置センサをさらに設定することを特徴としてもよい。
これによれば、他の回転位置センサを異常検出用として使用することで、複数の回転位置センサを有効利用し、冗長性を備えることができる。

さらに、センサ設定部は、回転軸が所定の基準位置で停止する複数の駆動モードでモータに通電し、駆動モードごとに取得する、回転位置センサの出力に基づく検出位置と基準位置とを用いて所定の評価方法で回転位置センサの性能を評価することを特徴としてもよい。
これによれば、複数の駆動モードごとの検出位置と基準位置とを用いて回転位置センサの性能を評価することで、回転軸の回転角の検出精度を向上させることができる。

さらに、モータは三相ブラシレスモータであって、センサ設定部は、二相のコイルのみを矩形波で電圧を印加する駆動モードあるいは三相のコイルを矩形波で電圧を印加する駆動モードの少なくともいずれかの駆動モードを用いることを特徴としてもよい。
これによれば、二相のコイルのみを矩形波で電圧を印加する駆動モードを用いる場合または三相のコイルを矩形波で電圧を印加する駆動モードを用いる場合には比較的粗目の基準位置と検出位置で性能を評価することで比較的迅速な性能評価が行えることができる。また、二相のコイルのみを矩形波で電圧を印加する駆動モードおよび三相のコイルを矩形波で電圧を印加する駆動モードを用いる場合には比較的細目の基準位置と検出位置で性能を評価することで性能の良い回転位置センサを見つけ易くなり比較的検出精度の高い性能評価を行えることができる。

以上説明したように、本発明によれば、回転軸の回転角の検出精度を向上させたモータ制御装置を提供することができる。

本発明に係る第一実施例のモータ制御装置のブロック構成図。 本発明に係る第一実施例のモータの回転軸断面における断面図。 本発明に係る第一実施例のモータの、（Ａ）回転軸と垂直な断面における断面図、（Ｂ）電流の向きにより生成される磁極を説明するための同断面図。 本発明に係る第一実施例のモータ制御装置の制御部のブロック構成図。 本発明に係る第一実施例のモータにおける、二相のコイルのみに矩形波で電圧を印加する駆動モードを示すための説明図。 本発明に係る第一実施例のモータ制御装置における、二相のコイルのみに矩形波で電圧を印加する駆動モードにおける電流の流れを示す説明図。 本発明に係る第一実施例のモータにおける、二相のコイルのみに矩形波で電圧を印加する駆動モードを用いる場合の電気角を示すための説明図。 本発明に係る第一実施例のモータ制御装置における、三相のコイルに矩形波で電圧を印加する駆動モードを示すための説明図。 本発明に係る第一実施例のモータ制御装置における、三相のコイルに矩形波で電圧を印加する駆動モードにおける電流の流れを示す説明図。 本発明に係る第一実施例のモータにおける、二相のコイルのみに矩形波で電圧を印加する駆動モードおよび三相のコイルに矩形波で電圧を印加する駆動モードを用いる場合の電気角を示すための説明図。 本発明に係る第一実施例のモータ制御装置における制御フローを示すフローチャート。 本発明に係る第一実施例のモータ制御装置におけるセンサ設定処理フローを示すフローチャート。 本発明に係る第一実施例のモータ制御装置におけるモータ制御処理フローを示すフローチャート。

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
＜第一実施例＞
図１乃至図１３を参照し、本実施例におけるモータ制御装置１００を説明する。モータ制御装置１００は、車両に搭載される電動パワーステアリングに使用される三相の電動モータＭＴを制御するための電動パワーステアリング制御装置である。電動モータＭＴは、三相ブラシレスモータである。モータ制御装置１００は、電動モータＭＴのロータＲＴの回転軸ＳＨに設けられたマグネットＭＧから得られるロータＲＴの回転位置を取得する回転位置センサ１０（磁気センサ群１０）と、回転位置センサ１０からの検出信号、車両のステアリングのトルク信号と操舵角信号、車両の車速信号を取得し、電動モータＭＴの回転を制御する制御部２０と、制御部２０の制御信号からＰＷＭ信号を生成するプリドライバ３０と、ＰＷＭ信号により三相の電動モータＭＴを駆動するブリッジ回路４０と、を備える。モータ制御装置１００は、電動モータＭＴと一体化されている。なお、一体化されていなくとも良い。

ブリッジ回路４０は、電源ラインＬｈを経由してバッテリの正極側に接続され、グランドラインＬｌを経由してバッテリの負極側に接続（接地）される。ブリッジ回路４０の各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗは、電源ラインＬｈ側に設けられる高電位側スイッチング素子Ｑ１／Ｑ３／Ｑ５と、グランドラインＬｌ側に設けられる低電位側スイッチング素子Ｑ２／Ｑ４／Ｑ６と、を直列に有する。本実施例では、これらのスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴすなわち金属酸化膜半導体電界効果トランジスタが用いられる。

高電位側スイッチング素子Ｑ１／Ｑ３／Ｑ５は、ドレインが電源ラインＬｈに接続されている。また、高電位側スイッチング素子Ｑ１／Ｑ３／Ｑ５のソースは、低電位側スイッチング素子Ｑ２／Ｑ４／Ｑ６のドレインに接続されている。低電位側スイッチング素子Ｑ２／Ｑ４／Ｑ６のソースは、グランドラインＬｌに接続されている。高電位側スイッチング素子Ｑ１／Ｑ３／Ｑ５および低電位側スイッチング素子Ｑ２／Ｑ４／Ｑ６は、プリドライバ３０で生成されたＰＷＭ信号がゲートに入力され、ソース−ドレイン間がオン／オフされる。高電位側スイッチング素子Ｑ１／Ｑ３／Ｑ５と低電位側スイッチング素子Ｑ２／Ｑ４／Ｑ６の接続点は、それぞれ、電動モータＭＴのＵ相／Ｖ相／Ｗ相の各コイルに接続されている。

制御部２０は、回転位置センサ１０が出力したロータＲＴの回転位置（回転角）を示す信号、他のセンサやＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、図示せず）から得られるステアリングの操舵トルク値や操舵角を示す信号、車両の車速を示す信号を入力として受け取る。制御部２０は、その車速の時の運転者がステアリングに与える操舵トルク値や操舵角、回転位置センサ１０により検出された電動モータＭＴの回転位置（回転角）などに基づき、電動モータＭＴがステアリングに付与すべき補助力に対応した相毎の指令電圧を制御信号として算出し、プリドライバ３０に出力する。なお、制御部２０は、ＣＰＵとメモリを備えるマイクロコンピュータにより構成される。

プリドライバ３０は、制御部２０が出力した各相の指令電圧に基づいてデューティ値を生成する。そして、プリドライバ３０は、このデューティ値に基づいて、電動モータＭＴを回転駆動させるＰＷＭ信号を生成し、高電位側スイッチング素子Ｑ１／Ｑ３／Ｑ５および低電位側スイッチング素子Ｑ２／Ｑ４／Ｑ６に出力する。このＰＷＭ信号は、それぞれ、高電位側スイッチング素子Ｑ１／Ｑ３／Ｑ５および低電位側スイッチング素子Ｑ２／Ｑ４／Ｑ６のゲートに入力されて、ブリッジ回路４０は、直流電源としてのバッテリの電力をＰＷＭ制御によって変換し、電動モータＭＴへ供給する。

図２および図３に示すように、電動モータＭＴは、回転軸ＳＨと、回転軸ＳＨに固定され磁性を帯びて１対の磁極を有するロータＲＴと、ロータＲＴの周囲に等間隔（１２０度間隔）で設けられ、多相コイルが巻かれたステータＳＴと、ステータＳＴを内壁に備えるケースＣＳと、回転軸ＳＨの先端に取り付けられた１対の磁極を有するマグネットＭＧと、回転軸ＳＨの回転位置（回転角度）を検出する回転位置センサ１０とを備える。ステータＳＴに巻かれた多相コイルは、Ｕ相に対応するＵ相コイルと、Ｖ相に対応するＶ相コイルと、Ｗ相に対応するＷ相コイルとを有し、三相を有する。電動モータＭＴの回転軸ＳＨは、機械角３６０度に対して電気角も３６０度を有する。

回転位置センサ１０は、電動モータＭＴのロータＲＴの回転軸ＳＨに設けられたマグネットＭＧの磁極方向の変化に基づきロータＲＴの回転位置（回転角）を取得し、制御部２０に出力する。回転位置センサ１０は、マグネットＭＧに対向するように配置されるセンサ用基板ＰＬと、センサ用基板ＰＬのマグネットＭＧと対面する第１面に実装される第１磁気センサ１１および第３磁気センサ１３と、第１面の裏側である第２面に実装される第２磁気センサ１２とを備える。第１磁気センサ１１と第３磁気センサ１３は、マグネットＭＧと等距離にある位置に磁場の影響を受ける好適な距離を隔てて設けられる。また、第２磁気センサ１２は、センサ用基板ＰＬを挟んでマグネットＭＧと対応する位置に設けられる。

マグネットＭＧは、本実施例ではたとえば円柱形を有し、半円柱の一方がＮ極、他方がＳ極となるように着磁されている。第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２および第３磁気センサ１３はセンサ用基板ＰＬに固定され、マグネットＭＧは回転軸ＳＨの先端に固定されているので、電動モータＭＴが稼働し回転軸ＳＨが回転すると、マグネットＭＧの磁場は第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２、第３磁気センサ１３に対して回転し、磁束の密度や方向において変化を生じさせる。第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２および第３磁気センサ１３は、これらの変化に基づいて、ロータＲＴの回転位置を検出する。なお、第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２および第３磁気センサ１３は、マグネットＭＧの磁束方向の変化を検出する磁気抵抗（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサがホイートストンブリッジで組み合わされて構成されるものが好ましく、Ｓｉｎ波状に変化する信号とＣｏｓ波状に変化する信号を出力する。

図３（Ｂ）は、制御部２０がＶ相とＷ相の２つの相のコイルのみに通電した例を示す。本例では、制御部２０は、Ｖ相からＷ相に電流を流すように制御している。すなわち、制御部２０は、相回路Ｃｖの高電位側スイッチング素子Ｑ３をオン、相回路Ｃｗの低電位側スイッチング素子Ｑ６をオン、他のスイッチング素子はオフにし、電流が、Ｖ相コイルではバッテリから来てＷ相コイルに向かい、Ｗ相コイルではＶ相コイルから来てグランドに向かうように流れるように制御する。制御部２０がこのように制御している状態では、Ｖ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側はＳ極、Ｗ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側はＮ極となる。そのため、ロータＲＴは、Ｖ相コイルとＷ相コイルが形成する磁場によって、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＶ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＷ相コイル側へ向けた状態で停止する。

モータ制御装置１００は、たとえばこの状態の電気角をゼロ度とし、順次各相に所定の電流を流すことによりその時の電気角をそれぞれ回転位置センサ１０（複数の磁気センサ）で検出し、これらの検出された電気角と対応する理想の電気角との誤差を評価することにより、磁気センサのそれぞれの取付位置による性能への影響が少ないすなわち理想の電気角に近い電気角を検出する磁気センサを選択して制御用の回転位置センサとして使用するものである。

図４を参照して、制御部２０を詳細に説明する。制御部２０は、電動モータＭＴの回転を制御するモータ制御部２１と、回転位置センサ１０（磁気センサ群１０）からロータＲＴの回転位置についての検出信号を受信し記憶する測定データ記憶部２３と、回転位置センサ１０の評価を行い制御用の回転位置センサ１０を選択し設定するセンサ設定部２２とを備える。モータ制御部２１は、回転位置センサ１０からの検出信号、車両のステアリングのトルク信号と操舵角信号、車両の車速信号を取得し、電動モータＭＴの回転を制御するためのモータ制御信号をプリドライバ３０に出力する。モータ制御部２１が出力するモータ制御信号は、電動モータＭＴがステアリングに付与すべき補助力に対応した相毎の指令電圧である。モータ制御部２１は、主に、ステアリングを駆動する際に電動モータＭＴを制御するものである。

また、モータ制御部２１は、ステアリングを駆動するために電動モータＭＴを制御する以外に、以下も行う。モータ制御部２１は、モータ制御装置１００の外部から初期設定信号を受信すると、回転位置センサ１０すなわち第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２、第３磁気センサ１３の中から制御用の磁気センサを選択し設定を行うため、センサ設定部２２に対して制御を行う。初期設定信号は、制御用磁気センサの設定を行うための専用の信号以外に、モータ制御部２１に電源が印加されたことをトリガーとした信号であってもよい。モータ制御部２１は、制御用の磁気センサの設定が済みでなければ、センサ設定の処理を開始し、センサ設定部２２に対して設定部制御信号を出力し以下の制御を開始させる。

センサ設定部２２は、複数の回転位置センサ１０の性能を所定の評価方法で評価し、その評価に基づき複数の回転位置センサ１０の中からステアリングを駆動する際のモータ制御に用いる制御用回転位置センサを設定する。図５乃至図１０を参照し、センサ設定部２２の評価・選択方法について説明する。センサ設定部２２は、以下に述べるモード駆動信号をプリドライバ３０に送信し、電動モータＭＴを制御する。

図５乃至図７は、二相のコイルのみに矩形波で電圧を印加する駆動モードを示す。センサ設定部２２は、この場合、相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗの内いずれかの相回路の高電位側スイッチング素子をオン、他のいずれかの相回路の低電位側スイッチング素子をオンにする矩形波のモード駆動信号を出力する。この矩形波がオンの間、電動モータＭＴのＵ相コイル／Ｖ相コイル／Ｗ相コイルのいずれか２つの相コイルに電流が流れ、形成される磁場により磁性を帯びたロータＲＴの回転角が一定に維持される。

図６は、この場合のブロック内を流れる電流を説明するための図である。本図は、センサ設定部２２が相回路Ｃｗの高電位側スイッチング素子Ｑ５と相回路Ｃｖの低電位側スイッチング素子Ｑ４をオンする矩形波を出力した例である。電流（点線矢印で示される）は、バッテリの正極から、高電位側の電源ラインＬｈを通って相回路Ｃｗの高電位側スイッチング素子Ｑ５、電動モータＭＴのＷ相コイル、電動モータＭＴのＶ相コイル、相回路Ｃｖの低電位側スイッチング素子Ｑ４、グランドラインＬｌを通ってグランドへと流れる。

図７（ａ）は、この状態を示すものとする。この状態は、Ｖ相コイルのロータＲＴ側にＳ極、Ｗ相コイルのロータＲＴ側にＮ極が形成されるので、ロータＲＴのＮ極はＶ相コイル側（図示右側）に、ロータＲＴのＳ極はＷ相コイル側（図示左側）に向くように維持された状態である。このようにロータＲＴの両極の中心線が概ね図示垂直となるように維持された状態を、電気角ゼロ度（または３６０度）であるとする。

測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、回転位置センサ１０である第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２、第３磁気センサ１３のそれぞれから検出した回転角（θ１ａ、θ２ａ、θ３ａ）を示す信号を取得し記憶する。測定データ記憶部２３は、マイクロコンピュータである制御部２０内に設けられたメモリ領域であってもよいし、独立したメモリであってもよい。

センサ設定部２２は、電気角ゼロ度における各磁気センサが検出したロータＲＴの回転角が測定データ記憶部２３に格納されると、図７（ｂ）に示すように、Ｖ相コイルの通電を維持しつつＷ相コイルへの通電を停止し、Ｕ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側がＮ極となるように矩形波を出力する。そのため、ロータＲＴは、Ｖ相コイルとＵ相コイルが形成する磁場によって、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＶ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＵ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ａ）に示した状態から時計回りに６０度回転した状態であり、電気角６０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２、第３磁気センサ１３のそれぞれから検出した回転角（θ１ｂ、θ２ｂ、θ３ｂ）を示す信号を取得し記憶する。

続いて、センサ設定部２２は、同様に、図７（ｃ）に示すように、Ｕ相コイルの通電を維持しつつＶ相コイルへの通電を停止し、Ｗ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側がＳ極となるように矩形波を出力する。これにより、ロータＲＴは、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＷ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＵ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ｂ）に示した状態から時計回りに６０度回転した状態であり、電気角１２０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、各磁気センサから検出した回転角（θ１ｃ、θ２ｃ、θ３ｃ）を示す信号を取得し記憶する。

同様に、センサ設定部２２は、図７（ｄ）に示すように、Ｗ相コイルの通電を維持しつつＵ相コイルへの通電を停止し、Ｖ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側がＮ極となるように矩形波を出力する。これにより、ロータＲＴは、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＷ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＶ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ｃ）に示した状態から時計回りに６０度回転した状態であり、電気角１８０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、各磁気センサから検出した回転角（θ１ｄ、θ２ｄ、θ３ｄ）を示す信号を取得し記憶する。

同様に、センサ設定部２２は、図７（ｅ）に示すように、Ｖ相コイルの通電を維持しつつＷ相コイルへの通電を停止し、Ｕ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側がＳ極となるように矩形波を出力する。これにより、ロータＲＴは、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＵ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＶ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ｄ）に示した状態から時計回りに６０度回転した状態であり、電気角２４０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、各磁気センサから検出した回転角（θ１ｅ、θ２ｅ、θ３ｅ）を示す信号を取得し記憶する。

同様に、センサ設定部２２は、図７（ｆ）に示すように、Ｕ相コイルの通電を維持しつつＶ相コイルへの通電を停止し、Ｗ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側がＮ極となるように矩形波を出力する。これにより、ロータＲＴは、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＵ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＷ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ｅ）に示した状態から時計回りに６０度回転した状態であり、電気角３００度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、各磁気センサから検出した回転角（θ１ｆ、θ２ｆ、θ３ｆ）を示す信号を取得し記憶する。

図７（ａ）〜（ｆ）で示したように電気角を１回転させて各磁気センサがロータＲＴの回転角を検出すると、測定データ記憶部２３には、表１に示すような測定データ（第１磁気センサの検出角、第２磁気センサの検出角、第３磁気センサの検出角）が記憶される。すなわち、測定データ記憶部２３は、各駆動モードにおける各磁気センサが検出した回転角を記憶する。測定データ記憶部２３が記憶するこれらの測定値は、各磁気センサが出力したＳｉｎ値とＣｏｓ値すなわち生データ、またはこれらから算出されるＡｒｃｔａｎ値すなわち検出角度であってもよい。

このように、センサ設定部２２は、回転軸ＳＨが所定の基準位置いわゆる理想の電気角で停止する複数の駆動モードで電動モータＭＴに通電し、駆動モードごとに検出した回転軸ＳＨの回転角を取得する。そして、センサ設定部２２は、回転位置センサ１０の出力に基づく検出位置と基準位置とを用いて後述する評価方法で回転位置センサ１０の性能を評価する。これにより、磁気センサのそれぞれの取付位置の影響が小さい磁気センサを選択できるため、回転軸ＳＨの回転角の検出精度を向上させることができる。

また、センサ設定部２２は、図８乃至図１０に示すように、三相のコイルに矩形波で電圧を印加する駆動モードで、または、二相のコイルのみに矩形波で電圧を印加する駆動モードに併せて三相のコイルに矩形波で電圧を印加する駆動モードで各磁気センサに回転角を検出させてもよい。センサ設定部２２は、三相のコイルに矩形波で電圧を印加する駆動モードの場合、図８に示すように、相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗの内いずれかの相回路の高電位側スイッチング素子をオン、他の２つの相回路の低電位側スイッチング素子をオンにする矩形波のモード駆動信号を出力する。この矩形波がオンの間、電動モータＭＴのＵ相コイル／Ｖ相コイル／Ｗ相コイルのそれぞれに電流が流れ、形成される磁場により磁性を帯びたロータＲＴの回転角が一定に維持される。

図９は、この場合のブロック内を流れる電流を説明するための図である。本図は、センサ設定部２２が相回路Ｃｗの高電位側スイッチング素子Ｑ５と相回路Ｃｕ／Ｃｖの低電位側スイッチング素子Ｑ２／Ｑ４をオンする矩形波を出力した例である。電流（点線矢印で示される）は、バッテリの正極から、高電位側の電源ラインＬｈを通って相回路Ｃｗの高電位側スイッチング素子Ｑ５、電動モータＭＴのＷ相コイル、電動モータＭＴのＵ相コイルおよびＶ相コイル、相回路Ｃｕの低電位側スイッチング素子Ｑ２および相回路Ｃｖの低電位側スイッチング素子Ｑ４、グランドラインＬｌを通ってグランドへと流れる。

図１０は、センサ設定部２２が二相のコイルのみに矩形波で電圧を印加する駆動モードと三相のコイルに矩形波で電圧を印加する駆動モードを両方使用する例を示す。図１０（ａ）は、Ｖ相コイルのロータＲＴ側にＳ極、Ｗ相コイルのロータＲＴ側にＮ極が形成され、ロータＲＴのＮ極はＶ相コイル側（図示右側）に、ロータＲＴのＳ極はＷ相コイル側（図示左側）に向くように維持された状態（電気角ゼロ度または３６０度）である。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２、第３磁気センサ１３のそれぞれから検出した回転角を示す信号を取得し記憶する。

センサ設定部２２は、電気角ゼロ度における各磁気センサが検出したロータＲＴの回転角が測定データ記憶部２３に格納されると、図１０（ｂ）に示すように、Ｖ相コイル／Ｗ相コイルの通電を維持したまま、Ｕ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側がＮ極となるように矩形波を出力する。そのため、ロータＲＴは、Ｕ相コイル／Ｖ相コイル／Ｗ相コイルが形成する磁場によって、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＶ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＵ相コイル／Ｗ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ａ）に示した状態から時計回りに３０度回転した状態であり、電気角３０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、磁気センサのそれぞれから検出した回転角を示す信号を取得し記憶する。

同様に、センサ設定部２２は、電気角３０度における各磁気センサが検出したロータＲＴの回転角が測定データ記憶部２３に格納されると、図１０（ｃ）に示すように、Ｖ相コイル／Ｕ相コイルの通電を維持したまま、Ｗ相コイルの通電をしないように矩形波を出力する。そのため、ロータＲＴは、Ｕ相コイルとＶ相コイルが形成する磁場によって、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＶ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＵ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ｂ）に示した状態から時計回りに３０度回転した状態であり、電気角６０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、磁気センサのそれぞれから検出した回転角を示す信号を取得し記憶する。

同様に、センサ設定部２２は、図１０（ｄ）に示すように、Ｖ相コイル／Ｕ相コイルの通電を維持したまま、Ｗ相コイルが巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側がＳ極となるように矩形波を出力する。そのため、ロータＲＴは、Ｕ相コイル／Ｖ相コイル／Ｗ相コイルが形成する磁場によって、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＶ相コイル／Ｗ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＵ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ｃ）に示した状態から時計回りに３０度回転した状態であり、電気角９０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、磁気センサのそれぞれから検出した回転角を示す信号を取得し記憶する。

同様に、センサ設定部２２は、図１０（ｅ）に示すように、Ｕ相コイル／Ｗ相コイルの通電を維持したまま、Ｖ相コイルの通電をしないように矩形波を出力する。そのため、ロータＲＴは、Ｕ相コイルとＷ相コイルが形成する磁場によって、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＷ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＵ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ｄ）に示した状態から時計回りに３０度回転した状態であり、電気角１２０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、磁気センサのそれぞれから検出した回転角を示す信号を取得し記憶する。

同様に、センサ設定部２２は、図１０（ｆ）に示すように、Ｕ相コイル／Ｗ相コイルの通電を維持したまま、Ｖ相コイル巻かれたステータＳＴのロータＲＴ側がＮ極となるように矩形波を出力する。そのため、ロータＲＴは、Ｕ相コイル／Ｖ相コイル／Ｗ相コイルが形成する磁場によって、本図に示すように、Ｎ極に着磁された側をＷ相コイル側へ、Ｓ極に着磁された側をＵ相コイル／Ｖ相コイル側へ向けた状態で停止する。この状態は、ロータＲＴが本図（ｅ）に示した状態から時計回りに３０度回転した状態であり、電気角１５０度であるとする。測定データ記憶部２３は、矩形波がオンである間に、磁気センサのそれぞれから検出した回転角を示す信号を取得し記憶する。

この後、センサ設定部２２は、電気角が３３０度になるまで同様の制御を繰り返し、測定データ記憶部２３は、磁気センサのそれぞれから検出した回転角を示す信号を取得し記憶する。このように、センサ設定部２２は、二相のコイルのみを矩形波で電圧を印加する駆動モードあるいは三相のコイルを矩形波で電圧を印加する駆動モードの少なくともいずれかの駆動モードを用いることが好ましい。二相のコイルのみを矩形波で電圧を印加する駆動モードを用いる場合または三相のコイルを矩形波で電圧を印加する駆動モードを用いる場合には比較的粗目（６０度毎）の基準位置と検出位置で性能を評価することで比較的迅速な性能評価が行えることができる。また、二相のコイルのみを矩形波で電圧を印加する駆動モードと三相のコイルを矩形波で電圧を印加する駆動モードを用いる場合には比較的細目（３０度毎）の基準位置と検出位置で性能を評価することで理想の電気角に近い磁気センサを見つけ易くなり比較的検出精度の高い性能評価を行えることができる。

センサ設定部２２は、測定データ記憶部２３に記憶された各磁気センサが検出した回転角に基づき、それぞれの磁気センサの性能を評価する。センサ設定部２２の評価方法を表１のデータを例に説明する。センサ設定部２２は、測定データ記憶部２３から、第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２および第３磁気センサ１３が各駆動モードで検出した測定データを読み出す。すなわち、センサ設定部２２は、第１磁気センサ１１が各駆動モードで検出した回転角θ１ａ〜θ１ｆ、第２磁気センサ１２が各駆動モードで検出した回転角θ２ａ〜θ２ｆ、第３磁気センサ１３が各駆動モードで検出した回転角θ３ａ〜θ３ｆを読み出す。

これらの検出回転角は、それぞれが１２０度ずつ間隔を空けて配置された磁気センサが１周（３６０度）を６分割して検出しているのは、理想的には、駆動モードａを電気角ゼロ度とすると、（１）式のようになるはずである。
（θ１ａ、θ１ｂ、θ１ｃ、θ１ｄ、θ１ｅ、θ１ｆ）＝
（０、６０、１２０、１８０、２４０、３００） ・・・（１）式

しかし、実際の検出した回転角には、各磁気センサの取付位置の誤差、センサ固有の検出精度誤差や測定誤差により、理想的な電気角とはある程度の誤差が生じてしまう。それぞれの検出回転角と理想的な電気角との誤差Δは、次のように表すことができる。
Δθ１ａ＝θ１ａ−０ Δθ２ａ＝θ２ａ−０ Δθ３ａ＝θ３ａ−０
Δθ１ｂ＝θ１ｂ−６０ Δθ２ｂ＝θ２ｂ−６０ Δθ３ｂ＝θ３ｂ−６０
Δθ１ｃ＝θ１ｃ−１２０ Δθ２ｃ＝θ２ｃ−１２０ Δθ３ｃ＝θ３ｃ−１２０
Δθ１ｄ＝θ１ｄ−１８０ Δθ２ｄ＝θ２ｄ−１８０ Δθ３ｄ＝θ３ｄ−１８０
Δθ１ｅ＝θ１ｅ−２４０ Δθ２ｅ＝θ２ｅ−２４０ Δθ３ｅ＝θ３ｅ−２４０
Δθ１ｆ＝θ１ｆ−３００ Δθ２ｆ＝θ２ｆ−３００ Δθ３ｆ＝θ３ｆ−３００

センサ設定部２２は、たとえば、これらの各磁気センサにおける誤差の最大値が磁気センサ間において最小となる磁気センサを最も性能の良い磁気センサとして評価する。すなわち、最も良い性能を有する磁気センサは、（２）式に基づいて評価され、選定される。
Ｍｉｎ(Ｍａｘ(｜Δθ１ａ｜〜｜Δθ１ｆ｜)、Ｍａｘ(｜Δθ２ａ｜〜｜Δθ２ｆ｜)、Ｍａｘ(｜Δθ３ａ｜〜｜Δθ３ｆ｜)) ・・・（２）式

なお、センサ設定部２２は、それぞれの磁気センサが各駆動モードで検出した回転角を補正する情報を生成してもよい。たとえば、センサ設定部２２は、理想的な電気角をすべての検出回転角に対して一定の補正値を適用することで全体の誤差が小さくなる場合には、かかる補正情報を生成する。

また、センサ設定部２２は、たとえば、各磁気センサにおける誤差の変動が少ないものを最も性能の良い磁気センサとして評価してもよい。すなわち、最も良い性能を有する磁気センサは、（３）式に基づいて評価され、選定される。
Ｍｉｎ(Ｍａｘ(｜Δθ１ａ｜〜｜Δθ１ｆ｜)−Ｍｉｎ(｜Δθ１ａ｜〜｜Δθ１ｆ｜)、
Ｍａｘ(｜Δθ２ａ｜〜｜Δθ２ｆ｜)−Ｍｉｎ(｜Δθ２ａ｜〜｜Δθ２ｆ｜)、
Ｍａｘ(｜Δθ３ａ｜〜｜Δθ３ｆ｜)−Ｍｉｎ(｜Δθ３ａ｜〜｜Δθ３ｆ｜))
・・・（３）式

センサ設定部２２は、上述した方法で複数の磁気センサの性能を評価し、その評価に基づき複数の磁気センサの中から最も性能の良い磁気センサを選択し、モータ制御に用いる制御用回転位置センサとして用いるために設定する。このように、複数の回転位置センサの評価を行い、その評価に基づきモータ制御用の回転位置センサを選択し設定することで、回転位置センサの取付位置の誤差の有無にかかわらず最も性能の良い磁気センサを使用して回転軸ＳＨの回転角を検出することができるため、その回転角の検出精度を向上させたモータ制御装置１００を提供することができる。

また、センサ設定部２２は、選択された制御用の磁気センサ以外の磁気センサを故障診断に用いる診断用回転位置センサとして使用するために設定してもよい。たとえば、センサ設定部２２が第１磁気センサ１１を制御用回転位置センサとして選択した場合、残った第２磁気センサ１２と第３磁気センサ１３を冗長化された磁気センサとして故障診断に用いてもよい。このように、複数の磁気センサから制御用として選択された磁気センサ以外の他の磁気センサを異常検出用として使用することで、複数の回転位置センサを有効利用し、冗長性を備えることができる。

センサ設定部２２は、上述した評価方法で評価し、複数の回転位置センサ１０（第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２、第３磁気センサ１３）の中からステアリングを駆動する際の電動モータＭＴの制御に用いる制御用磁気センサを設定する。モータ制御部２１は、センサ設定部２２から設定された制御用磁気センサの評価結果についての情報を取得し、その情報に基づいて電動モータＭＴを制御する。たとえば、モータ制御部２１は、初期設定信号を受信しセンサ設定部２２に対して設定部制御信号を出力した後、たとえば第３磁気センサ１３が制御用磁気センサと設定されたとの評価結果を受けた場合、第３磁気センサ１３が検出した電動モータＭＴの回転角の情報に基づき、電動モータＭＴの制御を行う。

図１１乃至図１３を参照し、モータ制御装置１００の制御フローを説明する。なお、図におけるＳはステップを意味する。制御部２０のモータ制御部２１は、Ｓ１００において、初期設定信号を受信したか否かを検査する。初期設定信号を受信した場合、制御部２０は、Ｓ２００において、センサ設定処理を行う。初期設定信号を受信しなかった場合、制御部２０は、Ｓ３００において、モータ制御処理を行う。

モータ制御部２１は、初期設定信号を受信した場合、Ｓ２０１において、センサ設定部２２に対して設定部制御信号を出力する。センサ設定部２２は、設定部制御信号を受信すると、Ｓ２０２において、電動モータＭＴの各相のコイルにたとえば図７（ａ）に示すような電流が流れるような矩形波のモード駆動信号を出力する。測定データ記憶部２３は、Ｓ２０４において、そのモード駆動信号を出力している間に第１磁気センサ１１、第２磁気センサ１２、第３磁気センサ１３が検出した回転角を示す信号を記憶する。

続いて、センサ設定部２２は、Ｓ２０６において、電動モータＭＴの各相のコイルに図７（ｂ）に示すような電流が流れるような矩形波のモード駆動信号を出力する。測定データ記憶部２３は、Ｓ２０８において、そのモード駆動信号を出力している間に各磁気センサが検出した回転角を示す信号を記憶する。また、センサ設定部２２は、Ｓ２１０において、電動モータＭＴの各相のコイルに図７（ｃ）に示すような電流が流れるような矩形波のモード駆動信号を出力する。測定データ記憶部２３は、Ｓ２１２において、そのモード駆動信号を出力している間に各磁気センサが検出した回転角を示す信号を記憶する。

また、センサ設定部２２は、Ｓ２１４において、電動モータＭＴの各相のコイルに図７（ｄ）に示すような電流が流れるような矩形波のモード駆動信号を出力する。測定データ記憶部２３は、Ｓ２１６において、そのモード駆動信号を出力している間に各磁気センサが検出した回転角を示す信号を記憶する。また、センサ設定部２２は、Ｓ２１８において、電動モータＭＴの各相のコイルに図７（ｅ）に示すような電流が流れるような矩形波のモード駆動信号を出力する。測定データ記憶部２３は、Ｓ２２０において、そのモード駆動信号を出力している間に各磁気センサが検出した回転角を示す信号を記憶する。また、センサ設定部２２は、Ｓ２２２において、電動モータＭＴの各相のコイルに図７（ｆ）に示すような電流が流れるような矩形波のモード駆動信号を出力する。測定データ記憶部２３は、Ｓ２２４において、そのモード駆動信号を出力している間に各磁気センサが検出した回転角を示す信号を記憶する。

センサ設定部２２は、Ｓ２２６において、３６０度に亘って６０度毎にそれぞれの磁気センサが検出した電動モータＭＴの回転角を測定データ記憶部２３から取得し、評価する。センサ設定部２２は、Ｓ２２８において、その評価結果に基づき、どの磁気センサを制御用の磁気センサとして使用するのかを決定する。たとえば、センサ設定部２２は、第３磁気センサ１３の性能が最も良かった場合第３磁気センサ１３を制御用磁気センサとして使用することを決定する。また、センサ設定部２２は、Ｓ２３０において、制御用磁気センサに決定されなかった磁気センサを故障診断用の磁気センサとして使用することを決定する。たとえば、制御用磁気センサが第３磁気センサ１３であった場合、センサ設定部２２は、第１磁気センサ１１と第２磁気センサ１２を故障診断用磁気センサとして使用することを決定する。センサ設定部２２は、Ｓ２３２において、制御用磁気センサとして使用することを決定した磁気センサを制御用磁気センサとして設定する。また、センサ設定部２２は、Ｓ２３４において、故障診断用磁気センサとして使用することを決定した磁気センサを故障診断用磁気センサとして設定する。

モータ制御部２１は、Ｓ３００において、センサ設定部２２が設定した制御用磁気センサの評価結果についての情報を取得し、制御用磁気センサとして設定された磁気センサが検出する電動モータＭＴの回転角の情報に基づいて電動モータＭＴを制御する。具体的には、モータ制御部２１は、Ｓ３０２において、制御用磁気センサとして設定された磁気センサが検出した電動モータＭＴの回転角の情報、他のセンサやＥＣＵから得られるステアリングの操舵トルク値や操舵角を示す情報、車両の車速を示す情報を取得する。モータ制御部２１は、Ｓ３０４において、これらの情報に基づいて、電動モータＭＴがステアリングに付与すべき補助力に対応した相毎の指令電圧をモータ制御信号として算出し、プリドライバ３０に出力する。プリドライバ３０は、Ｓ３０６において、各相の指令電圧に基づいてデューティ値を算出し、このデューティ値に基づいてＰＷＭ信号を生成し、ブリッジ回路４０に出力する。ブリッジ回路４０は、Ｓ３０８において、このＰＷＭ信号により三相の電動モータＭＴを駆動する。

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

たとえば、上記実施例では、回転軸の基準位置をいわゆる理想の電気角としたが、これに限定されず、基準位置は、回転軸の機械角を検出するエンコーダを有する外部回転装置により測定されたものでもよい。この場合、センサ設定部は、この機械角と回転位置センサが検出した回転角との誤差を算出する。モータ制御装置は、外部回転装置により測定された機械角を初期設定信号と共に受信し、基準位置として記憶し、そのタイミングで回転位置センサの検出角信号に基づく回転角と対応させて記憶する。そして、モータ制御装置は、上述したように回転角を順次変化させて、そのたびに初期設定信号と共に受信する。センサ設定部は、すべての基準位置に関して受信が完了した時に所定の評価方法で評価する。

１００ モータ制御装置（電動パワーステアリング制御装置）
１０ 回転位置センサ
１１ 第１磁気センサ
１２ 第２磁気センサ
１３ 第３磁気センサ
２０ 制御部
２１ モータ制御部
２２ センサ設定部
２３ 測定データ記憶部
３０ プリドライバ
４０ ブリッジ回路
ＭＴ 電動モータ（三相ブラシレスモータ）
ＳＨ 回転軸
ＲＴ ロータ
ＳＴ ステータ
ＭＧ マグネット
ＰＬ 基板
Ｌｈ 電源ライン
Ｌｌ グランドライン

Claims (4)

1. モータの回転軸の回転位置を検出する複数の回転位置センサと、
   複数の前記回転位置センサの性能を所定の評価方法で評価し、前記評価に基づき複数の前記回転位置センサの中からモータ制御に用いる制御用回転位置センサを設定するセンサ設定部と、
   を備えるモータ制御装置。
2. 前記センサ設定部は、前記評価に基づき複数の前記回転位置センサの中から故障診断に用いる診断用回転位置センサをさらに設定す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. 前記センサ設定部は、前記回転軸が所定の基準位置で停止する複数の駆動モードで前記モータに通電し、前記駆動モードごとに取得する、前記回転位置センサの出力に基づく検出位置と前記基準位置とを用いて前記所定の評価方法で前記回転位置センサの性能を評価することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータは三相ブラシレスモータであって、
   前記センサ設定部は、二相のコイルのみを矩形波で電圧を印加する駆動モードあるいは三相のコイルを矩形波で電圧を印加する駆動モードの少なくともいずれかの駆動モードを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。