JP3518440B2 - 多相ブラシレスモータの電気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多相ブラシレスモ
ータの回転子の電気角を検出するためのセンサ（検出手
段）を複数個備え、これらのセンサの出力に基づいて同
モータの固定子巻線への通電制御を行う多相ブラシレス
モータの電気制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の電気制御装置は、多
相ブラシレスモータの回転子が所定の回転位置（電気
角）に到達したときに出力レベルが変化する複数個の磁
極センサを備えてなり、これらのセンサ出力に基づいて
回転子の電気角を推定するとともに、この推定された回
転子の電気角に応じて固定子巻線への通電制御を行うよ
うになっている（特開平４−２３５１９０号公報参
照）。

【０００３】より具体的に説明すると、この種の装置は
図２に示したように３つの磁極センサ１６ａ〜１６ｃと
回転角センサ１６ｄ，１６ｅとを備えている。磁極セン
サ１６ａ〜１６ｃは、図１０（ａ）〜（ｃ）に示したよ
うに、回転子の電気角に応じて低レベル「０」と高レベ
ル「１」の信号を繰り返し発生するとともに、同発生す
る信号の位相が所定角度（この例では２π／３）ずつ異
なるように配設されている。また、回転角センサ１６
ｄ，１６ｅは、所定の小角度毎に低レベルから高レベル
に、又はその逆に変化する信号を発生する。

【０００４】このような装置においては、モータへの通
電開始時点から磁極センサ１６ａ〜１６ｃの何れかの信
号のレベルが変化するまでは、回転子の電気角の基準値
が得られていないため同回転子の電気角を特定すること
はできない。その一方、磁極センサ１６ａ〜１６ｃの信
号レベル（「０」又は「１」）の組合せによれば、回転
子の電気角がその組合せによって特定される電気角領域
内にあるものと推定することは可能である。従って、か
かる期間においては、推定された電気角領域毎に適する
一定の値に基づいた電圧をモータに印加する通電制御を
行う。この結果、モータへの通電波形（厳密には同通電
の基本となる値）は、図１０（ｅ）〜（ｇ）に示したよ
うに矩形波状となり、これを便宜上「矩形波通電」と呼
ぶ。

【０００５】また、磁極センサ１６ａ〜１６ｃの何れか
の信号のレベルが変化すれば、その時点で回転子の電気
角が特定できるので、以降は同特定した電気角とその後
に得られる回転角センサ１６ｄ，１６ｅの信号とにより
回転子の電気角を高い分解能をもって推定し、同推定さ
れた電気角に応じた電圧をモータに印加する通電制御を
行う。この結果、モータへの通電波形（厳密には同通電
の基本となる値）は、図１０（ｈ）〜（ｊ）に示したよ
うに正弦波状となり、これを便宜上「サイン波通電」と
呼ぶ。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術においては、モータ制御を開始するとき、何れ
かの磁極センサ１６ａ〜１６ｃの信号レベルが変化した
時点にて、矩形波通電からサイン波通電に切換え、その
後その関係を維持することとしているため、信号レベル
が変化した時点における回転子の実際の電気角と同信号
レベルの変化が表す回転子の電気角（同信号レベルの変
化が予定されている電気角）との差が大きい場合には、
その後の電気角の推定が不正確のままとなる。このた
め、ブラシレスモータに付与する電圧値が望ましい値と
ならず、同モータの発生トルクが低下し、或いは同モー
タの発生トルクに変動（トルクリップル）が生ずるとい
う問題がある。一方、この問題を回避するためには、全
ての磁極センサ１６ａ〜１６ｃの検出精度を高く維持し
なければならず、そのために全ての磁極センサ１６ａ〜
１６ｃの厳密な位置調整が必要となるので、製造コスト
の増大を招くという問題がある。

【０００７】

【発明の概要】本発明は上記課題に対処すべくなされた
ものであって、その特徴は、多相ブラシレスモータの回
転子の電気角が第１の電気角から第２の電気角までの第
１電気角領域にあるときに第１レベルとなり同回転子が
同第１電気角領域以外の領域にあるときに第２レベルと
なる信号を発生するように配設される第１検出手段と、
前記回転子の電気角が前記第１電気角領域内の第３の電
気角から前記第１電気角領域以外の領域内の第４の電気
角までの第２電気角領域内にあるときに第１レベルの信
号となり同回転子が同第２電気角領域以外の領域にある
ときに第２レベルの信号となる信号を発生するように配
設される第２検出手段とを備え、少なくとも前記第１検
出手段及び前記第２検出手段の信号に基づいて前記モー
タの通電制御を行う多相ブラシレスモータの電気制御装
置において、前記モータの通電開始から前記第１検出手
段の信号が前記第２レベルから前記第１レベルに変化す
るまでは、前記第２検出手段の信号レベルの変化の有無
にかかわらず、前記第１検出手段及び前記第２検出手段
の信号レベルに基づいて推定される前記回転子の電気角
領域に応じ前記モータの通電制御を行う第１通電手段
と、前記第１検出手段の信号が前記第２レベルから前記
第１レベルに変化したときに前記回転子が前記第１の電
気角に到達したものと推定し、その後は同推定に基づい
て推定される前記回転子の電気角に応じ前記モータの通
電制御を行う第２通電手段とを備えたことにある。

【０００８】これによれば、多相ブラシレスモータの通
電開始から第１検出手段の信号が第２レベルから第１レ
ベルへと変化するまでは、第２検出手段の信号レベルが
変化したか否かにかかわらず、第１及び第２検出手段の
信号レベルに基づいて推定される回転子の電気角領域に
応じた通電制御が行われる。一方、第１検出手段の信号
が第２レベルから第１レベルに変化したときには、その
時点で回転子が第１の電気角に到達したものと推定し、
その後は同推定に基づいて推定される回転子の回転角に
応じた通電制御が行われる。

【０００９】従って、第１検出手段の検出精度を高めて
おけば、回転子の回転角に応じた通電制御が適正に行わ
れるため、第２検出手段の位置調整等を厳密に（第１検
出手段と同程度に）行う必要がなくなり、装置の製造コ
ストを低下させることができる。

【００１０】また、本発明の他の特徴は、三相ブラシレ
スモータの回転子の電気角が０からπラジアンまでの第
１電気角領域にあるときに第１レベルとなり同第１電気
角領域以外の領域にあるときに第２レベルとなる信号を
発生するように配設された第１電気角検出手段と、前記
回転子の電気角が２π／３から５π／３ラジアンまでの
第２電気角領域にあるときに第１レベルとなり同第２電
気角領域以外の領域にあるときに第２レベルとなる信号
を発生するように配設された第２電気角検出手段と、前
記回転子の電気角が４π／３から２πラジアンまで及び
０からπ／３ラジアンの第３電気角領域にあるときに第
１レベルとなり同第３電気角領域以外の領域にあるとき
に第２レベルとなる信号を発生するように配設された第
３電気角検出手段と、前記回転子の電気角がπ／３ラジ
アンより小さい所定角度だけ回転する毎に所定の信号を
発する回転角検出手段とを備え、前記第１乃至第３電気
角検出手段及び前記回転角検出手段の信号に基づいて前
記三相ブラシレスモータの通電を制御するモータの電気
制御装置において、前記モータへの通電開始から前記第
１乃至第３の電気角検出手段のうちの予め定めた特定の
電気角検出手段の信号が前記第２レベルから前記第１レ
ベルに変化するまでは、同特定の電気角検出手段以外の
電気角検出手段の信号レベルの変化の有無にかかわら
ず、前記第１乃至第３電気角検出手段の信号レベルの組
合せに基づいて前記回転子の電気角領域を推定し、同推
定した領域に応じた電圧を前記モータに印加する通電制
御を行う第１通電手段と、前記特定の電気角検出手段の
信号が前記第２レベルから前記第１レベルに変化した後
は、同信号レベルの変化が表す前記回転子の電気角と前
記回転角検出手段の信号とに基づいて前記回転子の電気
角を推定し、同推定した電気角に応じた電圧を前記モー
タに印加する通電制御を行う第２通電手段とを備えたこ
とにある。

【００１１】これによれば、三相ブラシレスモータの通
電制御において、前記モータへの通電開始から前記第１
乃至第３電気角検出手段のうちの予め定めた特定の電気
角検出手段の信号が第２レベルから第１レベルに変化す
るまでは、同特定の電気角検出手段以外の電気角検出手
段の信号レベルが変化したか否かにかかわらず、前記第
１乃至第３電気角検出手段の信号レベルの組合せに基づ
いて前記回転子の電気角領域を推定し、同推定した領域
に応じた電圧を前記モータに印加する通電制御が行われ
る。この場合、第１乃至第３電気角検出手段の信号レベ
ルの組合せによれば、回転子の電気角はπ／３ラジアン
の分解能をもって推定されるので、モータの通電制御は
電気角π／３ラジアン（またはそれ以上の角度）の精度
をもって行われることとなる。

【００１２】一方、前記特定の電気角検出手段の信号が
第２レベルから第１レベルに変化した後は、同信号レベ
ルの変化が表す前記回転子の電気角と前記回転角検出手
段の信号とに基づいて前記回転子の電気角を推定し、同
推定した電気角に応じた電圧を前記モータに印加する通
電制御が行われる。この場合、回転角検出手段はπ／３
ラジアン以下の所定角度毎に所定の信号を発生するの
で、π／３ラジアンより小さい所定角度の精度をもって
通電制御することが可能となる。

【００１３】また、信号レベルの変化が表す回転子の電
気角と回転角検出手段の信号とに基づいて推定した電気
角に応じた通電制御は、特定の電気角検出手段の信号が
第２レベルから第１レベルに変化したことをトリガとし
て開始されるので、この特定の電気角検出手段の信号レ
ベル変化時における実際の回転子の電気角と同信号レベ
ルの変化が表す角度とが高い精度をもって一致するよう
に同特定の電気角検出手段を調整等すればその後の通電
制御が適正なものとなる。これにより、他の電気角検出
手段の位置調整等を前記特定の電気角検出手段と同程度
にまで行う必要がないため、位置調整等を厳密に行う必
要がある電気角検出手段の数が減少し、装置の製造コス
トを低下させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明すると、図１は本発明に係る多相ブラシレ
スモータの電気制御装置を車両の電動パワーステアリン
グ装置に適用した例についてブロック図により示してい
る。

【００１５】この電動パワーステアリング装置は、多相
交流モータとして、三相同期式永久磁石モータで構成し
た三相ブラシレスモータ１１を備えている。ブラシレス
モータ１１は、操舵ハンドル１２の回転操作による前輪
の操舵に対してアシスト力を付与するもので、その回転
に応じて前輪を外側端にて接続するタイロッド１３を軸
線方向に駆動する。操舵ハンドル１２に上端にて接続さ
れるとともにタイロッド１３に下端にて接続された操舵
軸１４には操舵トルクセンサ１５が組み付けられてい
て、同センサは操舵軸１４に作用する操舵トルクを検出
して同トルクを表す検出信号を出力する。

【００１６】ブラシレスモータ１１には、図２に詳細に
示したように、同モータ１１の回転子１１ａの回転角を
検出し特定するための検出手段１６が備えられている。
この検出手段１６は、磁極センサ（回転子位置センサ）
１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、回転角センサ１６ｄ，１６
ｅとを備えている。なお、この例においては、モータの
機械角と回転子の電気角とは一致している。

【００１７】磁極センサ１６ａ〜１６ｃは、ブラシレス
モータ１１のモータ巻線（固定子巻線）１１ｂ〜１１ｄ
に対応する位置に配設されたホール素子（又はＭＲ素
子）と波形成形回路とからそれぞれ構成されている。波
形成形回路はホール素子の出力と所定の閾値とを比較
し、比較結果を高レベル信号（「１」）又は低レベル信
号（「０」）として出力する。これにより、磁極センサ
１６ａ〜１６ｃの各々は、π／３ラジアンの分解能で回
転子１１ａの電気角を表す磁極信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗを
出力する回転子１１ａの電気角検出手段を構成してい
る。

【００１８】即ち、磁極センサ１６ａは、図２において
所定の回転位置を基準として時計回転方向に６０度毎に
仕切られた領域を順にＡ〜Ｆとするとき、図３に示した
ように、回転子１１ａのＮ極の回転位置が図２の領域
Ａ，Ｂ，Ｃ（０からπラジアン，電気角θｅ３０〜２１
０°）に属するときに高レベル信号となり、同回転位置
が領域Ｄ，Ｅ，Ｆ（πから２π＝０ラジアン，電気角θ
ｅ２１０〜３６０°，０〜３０°）に属するとき低レベ
ル信号となる磁極信号Ｐｕを出力する。磁極センサ１６
ｂは、回転子１１ａのＮ極の回転位置が領域Ｃ，Ｄ，Ｅ
（２π／３〜５π／３ラジアン，電気角θｅ１５０〜３
３０°）に属するときに高レベル信号となり、同回転位
置が領域Ｆ，Ａ，Ｂ（５π／３〜２π＝ラジアン及び０
〜２π／３ラジアン，電気角θｅ３３０〜３６０°，０
〜１５０°）に属するとき低レベル信号となる磁極信号
Ｐｖを出力する。磁極センサ１６ｃは、回転子１１ａの
Ｎ極の回転位置が領域Ｅ，Ｆ，Ａ（４π／３〜２π＝０
及び０〜π／３ラジアン，電気角θｅ２７０〜３６０
°，０〜９０°）に属するときに高レベル信号となり、
同回転位置が領域Ｂ，Ｃ，Ｄ（π／３〜４π／３ラジア
ン，電気角θｅ９０〜２７０°）に属するとき低レベル
信号となる磁極信号Ｐｗを出力する。

【００１９】一方、図２に示した回転角センサ１６ｄ，
１６ｅは、回転子１１ａの回転角検出手段として機能す
るもので、回転子１１ａと一体的に回転するとともにＮ
極及びＳ極を所定間隔にて交互に配してなるリングに対
向して配設されたホール素子と、このホール素子の出力
を所定の閾値と比較して同比較結果を高レベル信号又は
低レベル信号として出力する比較回路とからそれぞれ構
成されている。これにより、回転角センサ１６ｄは、図
４に示したように、回転子１１ａが所定角度（この例で
は、２π／５４）回転する毎に同所定角度の１／２に相
当する角度（２π／１０８）だけ高レベル信号となるパ
ルス列信号を発生する。回転角センサ１６ｅは、回転角
センサ１６ｄの発生するパルス列信号と位相が所定角の
１／４（２π／２１６）だけずれたパルス列信号を発生
する。以上により、回転角センサ１６ｄ,１６ｅは、２
π／２１６ラジアンの分解能で回転子１１ａの電気角の
変化を検出する。

【００２０】再び、図１を参照すると、ブラシレスモー
タ１１の３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流路のうちの２
つには電流センサ１７ａ，１７ｂが設けられ、各電流セ
ンサ１７ａ，１７ｂは、ブラシレスモータ１１に対する
３相電流のうちの２つの電流（本実施形態ではＵ相及び
Ｖ相の電流）を検出して、同２つの電流を表す検出電流
値Ｉｕ，Ｉｖを出力する。

【００２１】ブラシレスモータ１１の通電制御を行って
同モータの回転を制御する電気制御装置２０は、マイク
ロコンピュータ２１と、同マイクロコンピュータ２１に
バスを介して接続された入力ポート２２及びゲート駆動
部２３と、ゲート駆動部２３に接続されたインバータ回
路２４とを備えている。

【００２２】マイクロコンピュータ２１は、ＣＰＵの他
にＲＯＭ，ＲＡＭからなるメモリ２１ａを内蔵してい
て、メモリ２１ａは、マイクロコンピュータ２１が実行
するプログラム（ルーチン）、後述するサイン波テーブ
ル等のテーブル、その他の定数等を記憶している。入力
ポート２２は、操舵トルクセンサ１５、磁極センサ１６
ａ，１６ｂ，１６ｃ、回転角センサ１６ｄ，１６ｅ、電
流センサ１７ａ，１７ｂ、及び車速センサ１８が接続さ
れ、各センサの信号を入力している。ゲート駆動部２３
は、マイクロコンピュータ２１からの信号を受けてイン
バータ回路２４にＰＷＭ制御電圧信号を出力する。イン
バータ回路２４は、ブラシレスモータ１１の各相毎に直
列接続したＩＧＢＴ素子（又はＭＯＳＦＥＴ）からなる
３組のスイッチング素子Ｔr1〜Ｔr6を備えていて、ＰＷ
Ｍ制御電圧信号に対応した３相の電圧信号Ｖu，Ｖv，Ｖ
wをブラシレスモータ１１の各相にそれぞれ付与する。

【００２３】次に、上記のように構成された電動パワー
ステアリング装置の作動について、図５〜図８を参照し
て説明する。なお、図５は、回転角センサ１６ｄ，１６
ｅの信号レベルが変化したときに（回転角センサ１６
ｄ，１６ｅからのパルス列信号のエッヂが検出されたと
きに）マイクロコンピュータ２１が処理を開始するエッ
ヂ割り込みルーチンであり、図６は磁極センサ１６ａの
信号が低レベルから高レベルに変化したときに（磁極セ
ンサ１６ａのパルス列信号の立上りエッヂが検出された
ときに）マイクロコンピュータ２１が処理を開始するエ
ッヂ割り込みルーチンであり、図７及び図７の一部をサ
ブルーチンとした図８は、マイクロコンピュータ２１が
所定時間毎に処理を開始する時間割り込みルーチンであ
る。

【００２４】先ず、ブラシレスモータ１１の制御上必要
となるカウンタＮについて説明する。カウンタＮの値
は、同ブラシレスモータ１１の電気角θｅに対応するよ
うに更新される値である。具体的には、運転者が図示し
ないイグニッションスイッチをオフからオンに変更して
車両の運転を開始すると、マイクロコンピュータは図示
しないイニシャルルーチンを実行して、カウンタＮの
値、及びフラグＦの値を「０」に設定する。その後、運
転者が操舵ハンドル１２を操作すると、回転角センサ１
６ｄ又は１６ｅの信号レベルが変化する。これにより、
マイクロコンピュータ２１は、図５に示した割り込みル
ーチンの処理をステップ５００から開始し、ステップ５
０５へと進む。

【００２５】マイクロコンピュータ２１は、ステップ５
０５においてフラグＦの値が「１」であるか否かを判定
する。現時点では、フラグＦは先のイニシャルルーチン
にて「０」に設定されている。このため、マイクロコン
ピュータ２１は、ステップ５０５にて「Ｎｏ」と判定
し、ステップ５１０へと進む。ステップ５１０において
は、磁極センサ１６ａ〜１６ｃの出力が参照され、同磁
極センサ１６ａ〜１６ｃの信号レベル（「１」又は
「０」）の組合せに応じて、図１０（ｄ）に示した値が
カウンタＮに設定される。例えば、磁極センサ１６ａ，
１６ｂ，１６ｃの発生している信号レベルがぞれぞれ
（「０」，「１」，「０」）であれば、カウンタＮの値
は「１４４」に設定され、ぞれぞれ（「０」，「１」，
「１」）であれば、カウンタＮの値は「１８０」に設定
される。マイクロコンピュータ２１は、この処理の後に
ステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

【００２６】以降、マイクロコンピュータ２１は、回転
角センサ１６ｄ，１６ｅからの信号の立上り又は立下り
エッヂが発生する毎に図５のルーチンを実行する。この
ため、フラグＦの値が「０」に維持されている限り、ス
テップ５１０の処理が繰り返され、その時点における磁
極センサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの信号レベルに応じて
カウンタＮの値が変更される。

【００２７】その後、運転者が操舵ハンドル１２を更に
操舵すると、磁極センサ１６ａの信号のレベルが「０」
から「１」に変化する。これにより、マイクロコンピュ
ータ２１は、図６に示した磁極センサエッヂ割りこみル
ーチンの処理をステップ６００から開始し、ステップ６
０５に進んでフラグＦの値が「１」か否かを判定する。

【００２８】この判定は、イグニッションスイッチがオ
フからオンへと変更されてから磁極センサ１６ａの信号
が「０」から「１」に変化したことがあるか否かを判定
するものであり、フラグＦの値は、前述したように、イ
ニシャルルーチンにて「０」に設定されている。このた
め、マイクロコンピュータ２１は、ステップ６０５にて
「Ｎｏ」と判定してステップ６１０に進む。ステップ６
１０においては、今回の本ルーチンの実行（即ち、今回
の磁極センサ１６ａの信号レベルの変化）が、回転子１
１ａの電気角θｅが３０度となったことによるのか、電
気角θｅが２１０度となったことによるのかを区別する
ため、磁極センサ１６ｂの出力が「０」か否かを判定す
る（図１０参照）。そして、マイクロコンピュータ２１
は、ステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合に
は、ステップ６１５に進んでカウンタＮの値を「１８」
に設定し、同ステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定した場
合には、ステップ６２０に進んでカウンタＮの値を「１
２６」に設定する（図１０（ｈ）の＜ ＞内の値参
照）。

【００２９】次いで、マイクロコンピュータ２１はステ
ップ６２５に進み、同ステップ６２５にてフラグＦの値
を「１」に設定し、ステップ６９５に進んで本ルーチン
を一旦終了する。以上のように、フラグＦの値は、イグ
ニッションスイッチがオフからオンに変更されたとき、
イニシャルルーチンにて「０」に設定され、その後、磁
極センサ１６ａの出力が「０」から「１」に立上がった
ときに「１」に設定される。これにより、フラグＦは、
イグニッションスイッチがオフからオンへと変更されて
から磁極センサ１６ａの信号が「０」から「１」に変化
したことがあるか否かを示すように操作され、以降にお
いて本ルーチンが実行されると、マイクロコンピュータ
２１はステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステッ
プ６９５に直接進み、直ちに本ルーチンを終了するよう
になる。

【００３０】一方、前述したように、マイクロコンピュ
ータ２１は、回転角センサ１６ｄ，１６ｅからのパルス
列信号のエッヂが発生する毎に図５のルーチンを繰り返
し実行している。従って、フラグＦの値が「１」に変更
された後において、回転角センサ１６ｄ又は回転角セン
サ１６ｅからのパルス列信号のエッヂが発生すると、マ
イクロコンピュータ２１は図５のルーチンの処理をステ
ップ５００から開始し、フラグＦの値が「１」であるか
否かを判定するステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定し
てステップ５１５に進む。

【００３１】マイクロコンピュータ２１は、ステップ５
１５にて、今回の回転角センサ１６ｄ又は回転角センサ
１６ｅからのパルス列信号のエッヂの発生が、操舵ハン
ドル１２が右方向に回転された結果であるか否かを判定
する。具体的には、今回の回転角センサ１６ｄ又は回転
角センサ１６ｅからのパルス列信号のエッヂ（以下、
「回転角センサのパルス列信号のエッヂ」という。）が
立上りエッヂであり、前回の本ルーチン実行時の回転角
センサのパルス列信号のエッヂも立上りエッヂであると
き、及び、今回の回転角センサのパルス列信号のエッヂ
が立下りエッヂであり、前回のパルス列信号のエッヂも
立下りエッヂであるときは右回転であると判定し、それ
以外の場合は左回転と判定する。

【００３２】そして、今回の回転角センサのパルス列信
号のエッヂが操舵ハンドル１２の右回転によるものであ
る場合には、マイクロコンピュータ２１はステップ５１
５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２０へと進み、
同ステップ５２０にてカウンタＮの値を「１」だけ増大
（インクリメント）し、続くステップ５２５においてカ
ウンタＮの値が「２１６」と等しいか否かが判定する。
このとき、カウンタＮの値が「２１６」と等しければ、
マイクロコンピュータ２１はステップ５３０に進んで同
カウンタＮの値を「０」に設定し、ステップ５９５に進
んで本ルーチンを一旦終了する。また、ステップ５２５
においてカウンタＮの値が「２１６」でなければ、直接
ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

【００３３】上記ステップ５１５において、今回のパル
ス列信号のエッヂが操舵ハンドル１２の右回転によるも
のでないと判定した場合には、マイクロコンピュータ２
１はステップ５３５に進み、カウンタＮの値が「０」で
あるか否かを判定する。そして、カウンタＮの値が
「０」である場合にはステップ５４０にてカウンタＮの
値を「２１６」に設定し、ステップ５４５に進む。ステ
ップ５３５において、カウンタＮの値が「０」でない場
合には、そのままステップ５４５に進む。次いで、マイ
クロコンピュータ２１は、ステップ５４５においてカウ
ンタＮの値を「１」だけ減少（デクリメント）し、ステ
ップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

【００３４】以上により、カウンタＮの値は、イグニッ
ションスイッチがオフからオンに変更されてから、始め
てフラグＦが「０」から「１」に変更されたとき、即
ち、磁極センサ１６ａの信号レベルが「０」から「１」
に変化したとき、磁極センサ１６ｂの出力に従って「１
８」又は「１２６」に設定される。また、その後におい
ては、回転角センサ１６ｄ，１６ｅのパルス列信号のエ
ッヂが検出される毎に、即ち、ブラシレスモータ１１が
２π／２１６だけ回転する毎に、操舵ハンドル１２が右
回転されていれば「１」ずつ増大され、左回転されてい
れば「１」ずつ減少される。この結果、カウンタＮの値
は回転子１１ａの電気角θｅに応じたもの（電気角θｅ
を示すもの）となる。

【００３５】マイクロコンピュータ２１は、以上のよう
に変更されるカウンタＮの値を使用して、ブラシレスモ
ータ１１の制御を行う。具体的には、マイクロコンピュ
ータ２１は、図７に示したプログラムの実行を所定時間
毎にステップ７００から開始し、ステップ７０５にて操
舵トルクセンサ１５からの操舵トルク及び車速センサ１
８からの車速を読み込み、操舵トルクの増加に従って増
加するとともに車速の増加に従って減少する基本アシス
トトルクを計算する。

【００３６】次いで、マイクロコンピュータ２１は、ス
テップ７１０にて前記車速と共に回転子１１ａの電気角
θｅ（カウンタＮの値）及び角速度ω（電気角θｅの一
定時間における変化）に基づいて操舵軸１４の基本位置
への復帰力及び同操舵軸１４の回転に対する抵抗力に対
応した戻しトルクを計算する。そして、ステップ７１５
において、前記アシストトルクと戻しトルクを加算する
ことにより指令トルクＴ*を計算し、ステップ７２０に
進む。

【００３７】ステップ７２０においては、指令トルクＴ
*に基づいて、指令界磁電流値（ｄ軸指令電流値）Ｉd*
及び指令トルク電流値（ｑ軸指令電流値）Ｉq*を計算す
る。両電流値Ｉd*，Ｉq*は、ブラシレスモータ１１の回
転子上の永久磁石が作り出す回転磁束と同期した回転座
標系において、永久磁石と同一方向のｄ軸及びこれに直
交したｑ軸にそれぞれ対応するもので、指令界磁電流値
Ｉd*はブラシレスモータ１１の界磁電流の大きさを指定
し、指令トルク電流値Ｉq*は同モータ１１により発生さ
れるトルクの大きさを指定する。なお、このステップ７
２０においては、各種センサによる検出値を読み込んで
両電流値Ｉd*，Ｉq*を補正してもよく、例えば、バッテ
リ電圧値を入力して、バッテリ電圧値が低い場合などに
弱め界磁制御のために両電流値Ｉd*，Ｉq*を補正する処
理を行う。

【００３８】次いで、マイクロコンピュータ２１はステ
ップ７２５へと進み、電流センサ１７ａ，１７ｂから入
力されるＵ相，Ｖ相の検出電流値Ｉu，Ｉwから、Ｗ相の
検出電流値Ｉwを求め、これらの検出電流値Ｉu，Ｉv，
Ｉwを３相／２相座標変換して２相の検出界磁電流値(ｄ
軸検出電流値)Ｉd及び検出トルク電流値(ｑ軸検出電流
値)Ｉqを求め、前記指令界磁電流値Ｉd*及び前記指令ト
ルク電流値Ｉq*から検出界磁電流値(ｄ軸検出電流値)Ｉ
d及び検出トルク電流値(ｑ軸検出電流値)Ｉqをそれぞれ
減算することにより差分値ΔＩd，ΔＩqを計算する。

【００３９】次に、マイクロコンピュータ２１はステッ
プ７３０へと進み、差分値ΔＩd，ΔＩqに基づき、検出
界磁電流値Ｉd及び検出トルク電流値Ｉqが指令界磁電流
値Ｉd*及び指令トルク電流値Ｉq*にそれぞれ追従するよ
うに前記ｄ軸及びｑ軸にそれぞれ対応した指令界磁電圧
値（ｄ軸指令電圧値）Ｖd*及び指令トルク電圧値（ｑ軸
指令電圧値）Ｖq*をＰＩ制御理論に従って計算する。

【００４０】次に、マイクロコンピュータ２１はステッ
プ７３５へと進み、指令界磁電圧値Ｖd*及び指令トルク
電圧値Ｖq*を３相の指令電圧値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換
するため、図８に示したＶu*，Ｖv*，Ｖw*計算サブルー
チンを実行する。具体的には、マイクロコンピュータ２
１はステップ８００からこのサブルーチンの実行を開始
し、ステップ８０５にて上述したカウンタＮの値とsin
波テーブル（正弦波テーブル）とから、２相／３相変換
に必要な正弦値（sin値）及び余弦値（cos値）を求め
る。２相／３相変換に必要なsin値及びcos値とは、ステ
ップ８１０に示した右辺の３−２行列内の各値である。
なお、この行列内でθｅは回転子１１ａの電気角を表
す。

【００４１】ここで、上記２相／３相変換に必要なsin
値及びcos値を求める方法について詳述すると、マイク
ロコンピュータ２１は、図９に示したsin波テーブルを
メモリ２１ａ内に記憶している。sin波テーブルは、２
π／２１６ラジアン毎のsin値（正弦値）を２１６個の
カウンタＮの値に関係付けたテーブルである。即ち、メ
モリ２１ａ内には、sin波テーブルとして、０〜２１５
の整数値ｘに対しsin（ｘ・２π／２１６）が記憶され
ていて、整数値ｘを特定すれば、その値ｘに応じたsin
値が読み出せるようになっている。

【００４２】一方、現時点における回転子１１ａの電気
角θｅは、２π／２１６ラジアン毎に「１」だけ増減する
カウンタＮの値として表されているので、マイクロコン
ピュータ２１は、その時点のカウンタＮの値とsin波テ
ーブルとからsinθeを求める。また、sin(θe - 2π/3)
の値については、カウンタＮの値から2π/3に相当する
「７２」を減算し、その減算した値を引数としてsin波
テーブルから求める。cosθeはsin(θe + π／２)であ
るから、カウンタＮの値にπ／２に相当する「５４」を
加え、その値を引数としてsin波テーブルから求める。
他の値についても同様であり、sin(θe ＋ 2π/3)はそ
の時点のカウンタＮの値に「７２」を加えた値とサイン
波テーブルとから、 cos（θe - 2π/3)はその時点のカ
ウンタＮの値から「１８＝７２−５４」だけ減算した値
とサイン波テーブルとから、 cos（θe ＋ 2π/3)はそ
の時点のカウンタＮの値に「１２６」を加えた値とサイ
ン波テーブルとからそれぞれ求める。なお、この計算過
程において、カウンタＮの値に所定の値を加えた値が２
１６を超える場合には、その値から２１６を減算し、減
算後の値とsin波テーブルとから上記必要な値を得る。
また、カウンタＮの値から所定の値を減算した結果が負
の値になる場合には、その値に２１６を加算し、加算後
の値とsin波テーブルとから上記必要な値を得る。

【００４３】次いで、マイクロコンピュータ２１はステ
ップ８１０に進み、上記により求めたsin値及びcos値を
用いて同ステップ８１０に記載した行列式を計算し、指
令界磁電圧値Ｖd*及び指令トルク電圧値Ｖq*を２相／３
相座標変換した指令電圧値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を得る。そ
の後、マイクロコンピュータはステップ８９５を経由し
て、図７のステップ７４０へと進む。

【００４４】ステップ７４０では、前記計算された３相
の指令電圧値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*をＰＷＭ制御電圧信号U
U，VU，WUに変換し、続くステップ７４５にて同ＰＷＭ
制御電圧信号UU，VU，WUをゲート駆動部２３に出力す
る。これにより、ゲート駆動部２３がインバータ回路２
４のスイッチングを行い、前記指令電圧値Ｖu*，Ｖv*，
Ｖw*に対応した各電圧Ｖu，Ｖv，Ｖwをブラシレスモー
タ１１の各相に付与する。この結果、ブラシレスモータ
１１は、指令トルクＴ*に応じた回転トルクを発生し、
操舵ハンドル１２の回動操作をアシストする。

【００４５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、イグニッションスイッチがオフからオンへと変更さ
れた後に、磁極センサ１６ａ（第１検出手段）の出力が
「０」（第２レベル）から「１」（第１レベル）へと変
化するまでは、カウンタＮの値が磁極センサ１６ａ〜１
６ｃ（第１検出手段及び第２検出手段）の出力レベルの
組合せに応じて変更される。このため、指令界磁電圧値
Ｖd*及び指令トルク電圧値Ｖq*が一定である場合には、
指令電圧値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*がπ／３ラジアン毎に矩形
波状に変化する。以上が、図１０（ｅ）〜（ｇ）に示し
た第１の波形パターンに従う第１通電制御である。

【００４６】一方、磁極センサ１６ａの信号が「０」か
ら「１」へと変化したとき（立上りエッヂが発生したと
き）、カウンタＮの値はその信号の変化が表す値であっ
て且つ磁極センサ１６ｂ（及び／又は磁極センサ１６
ｃ、第２検出手段）の出力レベルを参照した値に設定さ
れ、その後は回転角センサ１６ｄ，１６ｅのパルス列信
号の立上り又は立下りエッヂ毎に「１」又は「−１」だ
け変更される。このため、指令界磁電圧値Ｖd*及び指令
トルク電圧値Ｖq*が一定の場合にあっては、指令電圧値
Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*がカウンタＮの値に応じて２π／２１
６ラジアン毎に正弦波状に変化する。以上が、図１０
（ｈ）〜（ｊ）に示した第２の波形パターンに従う第２
通電制御である。即ち、第２通電制御は、第１通電制御
に対し３６倍の精度で通電を行う精密な制御である。従
って、第２通電制御の制御下においては、ブラシレスモ
ータ１１は略理想的な通電状態にて回転される。

【００４７】また、上記実施形態においては、イグニッ
ションスイッチがオフからオンへと変更された後であっ
て、磁極センサ１６ａ〜１６ｃのうちの特定のセンサ
（予め定めた磁極センサであって、本実施形態において
は磁極センサ１６ａ）の信号の立上りエッヂが検出され
たときにのみ、上記第１通電制御から第２通電制御に移
行する。これにより、磁極センサ１６ａの信号の「０」
から「１」への立上りが、回転子１１ａの電気角θｅが
３０度及び２１０度に到達したときに確実に発生するよ
うに同磁極センサ１６ａの位置調整等を行っておけば、
第２通電制御における通電が適正に行われ、モータのト
ルク低下やトルク変動を招くことがない。このことは、
他の磁極センサ１６ｂ，１６ｃの位置調整等を厳密に行
う必要がないことを意味し、従って、システム全体の製
造コストを低下させることが可能となる。

【００４８】なお、上記実施形態においては、磁極セン
サ１６ａの信号の「０」から「１」への立上り時点で第
１通電制御から第２通電制御に移行したが、同磁極セン
サ１６ａの出力の「１」から「０」への立下がり時点で
移行するようにしてもよい。また、磁極センサ１６ａの
信号の立上り、及び立下りの何れかの時点が検出された
ときに、第２通電制御に移行するように構成することも
できる。更には、磁極センサ１６ａ〜１６ｃのうちの何
れか２つのセンサの出力の立上り、及び／又は立下りに
て第２通電制御に移行させるように構成してもよい。つ
まり、本発明は、配設されたｎ個の磁極センサによる２
ｎ種類の信号の変化のうち、予め定めた２ｎ−１種類の
信号の変化に基づいて、第１通電制御から第２通電制御
に移行するものを含むものである。

【００４９】また、上記実施形態は、三相ブラシレスモ
ータに本発明を適用したものであったが、３相以外の多
相ブラシレスモータに本発明を適用することもできる。
更に、上記実施形態においては、磁極センサ１６ａの信
号の立上り時点にてカウンタＮに所定の値を設定して基
準の電気角とし、その後は回転角センサ１６ｄ，１６ｅ
のパルス列信号に応じてカウンタＮの値を変更すること
で電気角の検出（推定）を行っていたが、磁極センサ１
６ａの信号の立上り時点にてカウンタＮに所定の値を設
定して基準の電気角とし、その後は磁極センサ１６ａ〜
１６ｃの信号の周期から回転子１１ａの回転速度を計算
し、この回転速度を利用して回転子１１ａの回転角を推
定することもできる。

【００５０】更に、上記実施形態においては、第１検出
手段（磁極センサ１６ａ）の信号が第２レベルから第１
レベルへと変化するまでは、第１，第２検出手段（磁極
センサ１６ａ〜１６ｃ）の信号レベルに基づいて、推定
される回転子の電気角領域に応じた矩形波制御を行い、
第１検出手段の信号が第２レベルから第１レベルに変化
したとき、回転子が第１の電気角に到達したと推定し
て、その後は推定に基づく回転角（電気角）に応じたサ
イン波制御を実施している。これに対して、矩形波制御
を実行している際に磁極センサ（１６ａ〜１６ｃ、即
ち、第１，第２検出手段）の何れかの信号レベルが変化
した時点でサイン波通電制御を実行し、第１検出手段の
信号が第２レベルから第１レベルに変化したとき、回転
子の回転角の位置を改めて書き直してサイン波通電制御
を実行することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る三相（多相）ブラシレスモータ
の電気制御装置の一実施形態を車両の電動パワーステア
リング装置に適用した例を示すブロック図である。

【図２】 図１のブラシレスモータの回転子、磁極セン
サ、及び回転角センサの位置関係を示す説明図である。

【図３】 図１の磁極センサが発生する信号を示す図で
ある。

【図４】 図１の回転角センサが発生する信号を示す図
である。

【図５】 図１のマイクロコンピュータが実行するプロ
グラムを示したフローチャートである。

【図６】 図１のマイクロコンピュータが実行するプロ
グラムを示したフローチャートである。

【図７】 図１のマイクロコンピュータが実行するプロ
グラムを示したフローチャートである。

【図８】 図１のマイクロコンピュータが実行するプロ
グラムを示したフローチャートである。

【図９】 図１のマイクロコンピュータのメモリが記憶
するサイン波テーブルである。

【図１０】 磁極センサの信号、カウンタＮの値、三相
ブラシレスモータへの通電波形の例を示す図である。

【符号の説明】

１１…三相ブラシレスモータ、１１ａ…回転子、１２…
操舵ハンドル、１３…タイロッド、１４…操舵軸、１５
…操舵トルクセンサ、１６ａ〜１６ｃ…磁極センサ、１
６ｄ，１６ｅ…回転角センサ、１７ａ，１７ｂ…電流セ
ンサ、２０…電気制御装置、２１…マイクロコンピュー
タ、２４…インバータ回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多相ブラシレスモータの回転子の電気角が
   第１の電気角から第２の電気角までの第１電気角領域に
   あるときに第１レベルとなり同回転子が同第１電気角領
   域以外の領域にあるときに第２レベルとなる信号を発生
   するように配設される第１検出手段と、 前記回転子の電気角が前記第１電気角領域内の第３の電
   気角から前記第１電気角領域以外の領域内の第４の電気
   角までの第２電気角領域内にあるときに第１レベルの信
   号となり同回転子が同第２電気角領域以外の領域にある
   ときに第２レベルの信号となる信号を発生するように配
   設される第２検出手段とを備え、 少なくとも前記第１検出手段及び前記第２検出手段の信
   号に基づいて前記モータの通電制御を行う多相ブラシレ
   スモータの電気制御装置において、 前記モータの通電開始から前記第１検出手段の信号が前
   記第２レベルから前記第１レベルに変化するまでは、前
   記第２検出手段の信号レベルの変化の有無にかかわら
   ず、前記第１検出手段及び前記第２検出手段の信号レベ
   ルに基づいて推定される前記回転子の電気角領域に応じ
   前記モータの通電制御を行う第１通電手段と、 前記第１検出手段の信号が前記第２レベルから前記第１
   レベルに変化したときに前記回転子が前記第１の電気角
   に到達したものと推定し、その後は同推定に基づいて推
   定される前記回転子の電気角に応じ前記モータの通電制
   御を行う第２通電手段とを備えたことを特徴とするモー
   タの電気制御装置。
2. 【請求項２】三相ブラシレスモータの回転子の電気角が
   ０からπラジアンまでの第１電気角領域にあるときに第
   １レベルとなり同第１電気角領域以外の領域にあるとき
   に第２レベルとなる信号を発生するように配設された第
   １電気角検出手段と、 前記回転子の電気角が２π／３から５π／３ラジアンま
   での第２電気角領域にあるときに第１レベルとなり同第
   ２電気角領域以外の領域にあるときに第２レベルとなる
   信号を発生するように配設された第２電気角検出手段
   と、 前記回転子の電気角が４π／３から２πラジアンまで及
   び０からπ／３ラジアンの第３電気角領域にあるときに
   第１レベルとなり同第３電気角領域以外の領域にあると
   きに第２レベルとなる信号を発生するように配設された
   第３電気角検出手段と、 前記回転子の電気角がπ／３ラジアンより小さい所定角
   度だけ回転する毎に所定の信号を発する回転角検出手段
   とを備え、 前記第１乃至第３電気角検出手段及び前記回転角検出手
   段の信号に基づいて前記三相ブラシレスモータの通電を
   制御するモータの電気制御装置において、 前記モータへの通電開始から前記第１乃至第３電気角検
   出手段のうちの予め定めた特定の電気角検出手段の信号
   が前記第２レベルから前記第１レベルに変化するまで
   は、同特定の電気角検出手段以外の電気角検出手段の信
   号レベルの変化の有無にかかわらず、前記第１乃至第３
   電気角検出手段の信号レベルの組合せに基づいて前記回
   転子の電気角領域を推定し、同推定した領域に応じた電
   圧を前記モータに印加する通電制御を行う第１通電手段
   と、 前記特定の電気角検出手段の信号が前記第２レベルから
   前記第１レベルに変化した後は、同信号レベルの変化が
   表す前記回転子の電気角と前記回転角検出手段の信号と
   に基づいて前記回転子の電気角を推定し、同推定した電
   気角に応じた電圧を前記モータに印加する通電制御を行
   う第２通電手段とを備えたことを特徴とするモータの電
   気制御装置。