JP4708992B2 - 位置検出装置及びこれを用いた同期モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの磁極位置を検出する位置検出装置及びこれを用いた同期モータ駆動装置に係り、特に、ゼロ速度（停止状態）から高速度回転まで加減速する用途に適した位置検出装置及びこれを用いた同期モータ駆動装置に関する。

同期モータ（以下、単にモータと称する）は、その駆動装置として第１に、ロータの磁極位置を検出する位置検出装置を用いて駆動する方式がある。ここで、位置検出装置とは、例えば、レゾルバやアブソリュートロータリーエンコーダのように、回転中の回転角度を検出するとともに、停止時にも、絶対位置を判定できるものを指す。しかし、高効率なモータ駆動を達成するためには位置検出装置により逆起電圧（モータロータの磁極位置）の位相を精度良く検出することが不可欠で、その手法としていくつかの手法が知られている。

例えば、特許第３３１５８４７号明細書に記載のように、センサ信号の直線区間を用いて位置演算する検出手段を備え、センサ信号の最大最小値を用いて感度とオフセットを補正するものが知られている。

また、例えば、特許第３３９７０１３号明細書に記載のように、電機子コイルにかかる電圧と電流とを検出して回転子の磁極位置を推定し、回転子の回転位置との誤差から位置ずれを検出するずれ検出手段を備え、検出した位置ずれを補正するものが知られている。

特許第３３１５８４７号明細書 特許第３３９７０１３号明細書

ここで、特許第３３１５８４７号明細書にも記載されているように、同期モータでは、回転中の回転位置を検出するとともに、停止時にも、絶対位置を判定できる位置センサとして、安価なホール素子を用いた位置検出方法が存在し、ホール素子自体の温度変化の影響には、センサ信号の最大最小値を用いて補正する方式が考案されている。

しかしながら、急激な温度変化さらされる車両用駆動モータの位置検出器としては、温度変化を加味したセンサ信号の電圧レンジを設定する必要があるため、検出分解能が低下し、結果的に位置検出精度が不足するため、同期モータの要求スペックを満足できないという問題がある。更に、取付位置ずれの補正がなされていないため、製作性やメンテナンス性に問題がある。

また、特許第３３９７０１３号明細書では、モータ組み立ての際に生じる機械的な取付誤差からモータロータ（磁石位置）と位置検出器との位置誤差を磁極位置推定演算を用いて検出（記憶）して位置検出値を補正している。

しかしながら、モータ印加電圧とモータ電流、及びモータ定数とを用いて磁極位置推定演算を行ってモータロータ（磁石位置）と位置検出器との位置誤差を補正するため、複雑な磁極位置推定演算が必要になるという問題がある。さらに、量産時におけるモータ定数のバラツキ、電流検出精度のバラツキによって生じる演算誤差が位置検出補正の制限になるため位置検出器の高精度化が図れないという問題がある。

本発明の目的は、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上できる位置検出装置及びこれを用いた同期モータ駆動装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、２つ以上のセンサ信号を用いて、モータの磁極位置を検出する位置検出装置であって、前記センサ信号の基本波成分の信号を検出して位置演算する位置検出器と、前記検出した基本波成分の信号からゲイン，オフセット，位相のいずれかの信号情報を演算し、この信号情報から位置検出誤差が零になるように補正する補正手段を備え、前記位置検出器は、前記センサ信号を、所定の第１判定値と第２判定値との範囲で抽出して、前記基本波成分の信号を検出し、前記所定の第１判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最大値よりも小さくかつ前記センサ信号の平均値よりも大きい値であり、 前記所定の第２判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最小値よりも大きくかつ前記センサ信号の平均値よりも小さい値である。
かかる構成により、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記位置検出器は、前記センサ信号の中間電位となるセンサ信号を抽出して、前記基本波成分の信号を検出するようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記センサ信号は、センサ信号値がほぼ変化しない所定の区間を有する歪み波形である。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記センサ信号は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の信号であり、前記位置検出器は、Ｕ相信号とＷ相信号の交点からＶ相信号とＷ相信号の交点まで、Ｖ相信号とＷ相信号の交点からＵ相信号とＶ相信号の交点まで、Ｕ相信号とＶ相信号の交点からＵ相信号とＷ相信号の交点までの信号を抽出して、前記基本波成分の信号を検出するようにしたものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記補正手段は、前記位置演算器で求めた位置演算値から位置誤差量を算出する誤差演算器と、この誤差演算器で算出された前記位置誤差量を用いて前記位置演算値を補正する位置補正器を備えるようにしたものである。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記補正手段は、前記信号情報と所定の基準値との差からセンサ信号の誤差量を求め、この誤差量が零となるように前記センサ信号を補正する信号補正器を備えるようにしたものである。

（７）上記（１）において、好ましくは、前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、このセンサユニットは、センサと鎖交する有効磁束量を調整する磁気調整部を備えるようにしたものである。

（８）上記（１）において、好ましくは、前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、このセンサユニットは、センサの磁束感度方向と直行する向きに、磁気遮蔽部を備えるようにしたものである。

（９）上記（１）において、好ましくは、前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、このセンサユニットは、モータ組込ケースの外周から複数のセンサを取付可能である。

（１０）また、上記目的を達成するために、本発明は、２つ以上のセンサ信号を用いて、モータの磁極位置を検出する位置検出装置と、この位置検出装置で検出した位置検出値を基に、ＰＷＭ駆動信号を作成しインバータに出力して永久磁石同期モータを駆動するモータ制御器とを有する永久磁石同期モータ駆動装置であって、前記位置検出装置は、前記センサ信号の基本波成分の信号を検出して位置演算する位置検出器と、前記検出した基本波成分の信号からゲイン，オフセット，位相のいずれかの信号情報を演算し、この信号情報から位置検出誤差が零になるように補正する補正手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上し得るものとなる。

（１１）上記（１０）において、好ましくは、前記モータ制御器は、前記補正手段で信号情報を求める際に、前記永久磁石同期モータを所定の電気角でステップ駆動するようにＰＷＭ駆動して前記モータのロータ停止位置を確定させるロータ位置確定器を備え、前記位置検出装置の前記補正手段は、前記ロータ位置確定器によって確定されたロータ位置において、そのロータ位置の値と、前記位置検出装置で検出した位置検出値との差からロータ位置検出誤差を演算し、このロータ位置検出誤差を補正するようにしたものである。

（１２）上記（１０）において、好ましくは、前記モータ制御器は、トルク指令を入力するように構成され、前記永久磁石同期モータは、停止状態から大きな速度範囲で大きな加減速度を持つ動力負荷を備えるようにしたものである。

（１３）上記（１０）において、好ましくは、前記モータ制御器は、車両制御装置からのトルク指令を入力するように構成され、前記永久磁石同期モータは、停止状態から高速度走行まで大きな速度範囲で走行する車両を動力負荷として備えるようにしたものである。

本発明によれば、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上できる。

以下、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。

バッテリーＢＡＴＴは、モータ駆動装置８００のインバータ８０１の直流電圧源である。直流電圧はインバータ８０１によって可変電圧、可変周波数の３相交流に変換され、同期モータ３００に印加される。三相交流の印加電圧の位相を同期モータの誘起電圧の位相とを任意の位相に制御するために位置センサ部３３０が同期モータに取り付けられている。モータ３００に加える印加電圧をより高精度に制御するためには、直流電圧を直流電圧検出器（図示しない）により検出し、電圧制御器８０５にて使用する。

電圧制御器８０５は、位置検出装置７００の位置検出値θｓと、直流電圧値を用いて、電圧指令（交流制御をする場合には３相の電圧指令とし、ベクトル制御をする場合にはｄ軸、ｑ軸の電圧指令とする）に一致するように周知のパルス幅変調（ＰＷＭ）されたドライブ信号を作成する。作成されたドライブ信号は、ドライブ回路８０４の駆動回路を介し、インバータ８０１の半導体スイッチ素子（図示しない）をオン／オフ制御する。ここで、位置検出値θｓはロータの位置情報であり、センサ信号（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）から位置検出器７１０により位置θを演算し、位置θに含まれる位置誤差を補正手段７２０によって補正したものである。補正量ＣＳ１は、誤差演算器７２１によって求められる。位置検出装置７００の詳細な動作については、図５〜図９を用いて後述する。

なお、モータ駆動装置８００において、モータの回転速度を制御する場合には、位置検出装置７１０の位置検出値θsを用いてモータ回転速度を演算すると共に、演算した回転速度が上位制御器からの速度指令と一致するように電圧指令を作成する。また、モータ出力トルクを制御する場合にはモータ電流を検出し、検出したモータ電流からモータ出力トルクを演算し、演算したモータ出力トルクが上位制御器からのトルク指令と一致するように電圧指令を作成する。

次に、図２〜図４を用いて、本実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造について説明する。
図２〜図４は、本発明の第１の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示す図である。図２は、本発明の第１の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示すモータ軸方向の断面図である。図３は、モータの径方向の断面図であり、図２のＡ−Ａ’断面図である。図４は、モータの径方向の断面図であり、図２のＢ−Ｂ’断面図である。

図３及び図４に示すモータは、永久磁石界磁の永久磁石同期モータで、特に永久磁石を回転子鉄心に埋め込んだ埋め込み磁石型の永久磁石同期モータである。また、固定子鉄心３１１の内側にギャップを介して回転子３２０が配置される内転形のモータで、固定子鉄心の単一ティース３１１Ｔに巻線３１２を巻回する集中巻モータである。回転子３２０は、回転子鉄心３２１と、永久磁石３２２と、モータ軸３６０からなる。回転子（モータロータ）３２０は、モータ軸３６０を軸受け３５０で回転支持されており、回転センサ３３０はモータハウジングに固定されている。固定子３１０は、圧入若しくはキー溝などでモータハウジングに固定されている。固定子３１０の巻線３１２は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相巻線３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗが順次に配置されている。回転子３２０の永久磁石３２２は、ギャップ面方向にＮ極の極性を持つ永久磁石３２２Ｎと、Ｓ極の極性を持つ永久磁石３２２Ｓとが、順次周方向に交互に配置されている。

ここで、永久磁石３２２の材質は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂなどの希土類磁石が保持力とコストの面から好適ではあるが、その他の希土類磁石あるいはフェライト磁石であってもよく、モータ出力特性が変わるのみである。また、本例では１６極２４スロットの２対３（極数＝２、スロット数＝３の整数倍のモータ）系列にて図示したが、４対３、あるいは８対９、１０対１２などの系列でもよいものである。また、本実施例では埋め込み磁石型の集中巻同期モータについて説明したが、表面磁石型でも問題なく、分布巻きモータでもよいものである。

図４に示すように、回転センサ３３０は、センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３から構成され、それぞれモータの電気角度で１２０度ずつ角度をずらして配置している。各センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３は、モータロータの回転に従い、同一永久磁石の磁束変化をセンサＨ１→Ｈ２→Ｈ３の順（逆回転した場合にはその逆順）にて検出する。なお、電気角度で１２０度ずつ角度をずらして配置を図示したが、機械角度で１２０度ずつ角度をずらして配置してもよいものである。この場合、各センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の検出する磁石の磁束がそれぞれ別の磁石となり、永久磁石の貼り付け誤差の影響が表れるため、磁石分のメモリーを使用して繰り返し学習補正することとなる。

また、センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３は、センサ素子と増幅回路と温度補正回路などを１パッケージ化したものであるが、センサ素子のみを位置センサ部３３０に配置し、増幅回路と温度補正回路などはモータ駆動装置８００のプリント基板上に配置しても良いし、複数のセンサ相当を１パッケージ化して位置センサ部３３０に実装することも可能である。逆に、位置検出装置７００を専用ＩＣ化して、センサと位置検出装置７００とを位置センサ部３３０に実装することも可能である。この場合、位置検出値θｓの１出力をアナログ出力するかパルス幅変調などしてディジタル出力することにより、位置センサ部３３０からの出力本数を３本（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）から１本（θｓ）に削減することができる。

次に、図５〜図７を用いて、本実施形態による位置検出装置７００の動作について説明する。
図５〜図７は、本発明の第１の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。図３は理想状態の動作信号の例を示し、図４はゲイン誤差とオフセット誤差を含む動作信号の例を示し、図５は位相誤差を含む動作信号の例を示している。

最初に、図５を用いて、誤差のない理想状態の動作信号について説明する。図５において、図５（ａ）の縦軸は、位置センサ部３３０の出力信号であるセンサ信号を示している。図５（ｂ）の縦軸は、位置検出器７１０にて抽出された抽出信号を示している。図５（ｃ）の縦軸は、位置検出器７１０にて求められた位相信号ＶＯを示している。図５（ｄ）の縦軸は、補正手段７２０で求められた信号情報ＳＩ１を示している。図５（ｅ）の縦軸は、位置検出装置７００が出力する検出位置（絶対位置）θｓの角度信号を示している。また、図５（ａ）〜（ｅ）の横軸は、角度を示し、は理想的な位相（角度）を示している。

さらに、図５（ａ）〜図５（ｄ）において、実線はＵ相の信号を示し、点線はＶ相の信号を示し、一点鎖線はＷ相の信号を示している。

位置検出装置７００は、位置検出器７１０において、位置センサ部３３０のセンサ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを入力信号とし、検出したセンサ信号（単に検出センサ信号と呼ぶ）から位置θを演算し、補正手段７２０において、誤差補正量ＣＳ１を演算して、同期モータ３００の回転角度を示す位置検出値θｓを補正するフィードフォワード補正を示している。

図４に示したように、位置センサ部３３０には、３つのホール素子を電気角度で１２０度間隔に取り付けられている。したがって、位置センサ部３３０は、図５（ａ）に示すように、電気角度で１２０度ずれたＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応するセンサ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを出力し、位置検出器７１０に入力する。

位置検出器７１０は、入力レンジの最大値ＶＰ１と最小値ＶＰ２とを有している。入力レンジの最大値ＶＰ１と最小値ＶＰ２は、アナログ回路の電源電圧またはＡ／Ｄ変換器の入力レンジにより制限される値で、例えば、ＶＰ１≒５Ｖ、ＶＰ２≒０Ｖの範囲の信号（検出センサ信号）である。位置検出器７１０は、入力したセンサ信号を、センサ信号の平均値（中心値）ＶＰ０より大きい第１判定値ＶＬ１と、平均値より小さい第２判定値ＶＬ２とで比較し、第１と第２の判定値ＶＬ１，ＶＬ２の範囲でセンサ信号を抽出して、図５（ｂ）に示す抽出信号を検出する。抽出信号は、センサ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを第１と第２の判定値ＶＬ１，ＶＬ２の値でクランプした信号である。また、図５（ａ）若しくは図５（ｂ）に示す平均値が、センサ信号の中間電位であり、この中間電位付近の信号を抽出した信号でもある。

ここで、第１と第２の判定値ＶＬ１，ＶＬ２は、好ましくは、

ＶＰ１ ≧ ＶＬ１ ≧（センサ信号の波高値の１／２）＋ＶＰ０

ＶＰ２ ≦ ＶＬ２ ≧ＶＰ０−（センサ信号の波高値の１／２）

に設定され、センサ信号の最大補正量を設計する時に決定できる値である。

ここで、この抽出信号が位置演算に用いられる信号であり、センサ信号の基本波成分となる。抽出した信号はセンサ信号のピーク値付近をカットした波形となり感度の高い（抽出区間によっては非線形となるものの位置検出には問題ない）信号レベルの範囲を利用できる。

更に、センサ信号のピーク付近に重畳する高調波成分を除去することが可能となる。特に、図６を用いて後述するように、センサ信号が入力レンジ範囲を超える場合には、入力レンジの最大・最小値（ＶＰ１，ＶＰ２）とでピークカットされた台形波状の信号が検出センサ信号であり、多くの高調波を含むことになるが、本実施形態の位置演算ロジックでは高調波の影響を受けない。このピークカットされた信号は、センサ信号値が変化しない区間を有する歪み波形である。すなわち、センサ信号がピークカットされた歪み波形であっても位置検出及び位置補正が可能（ｔａｎ−１ の関数では求まらない）である。

さらに、位置検出器７１０は、抽出信号の信号値から逆三角関数あるいはテーブルサーチにより対応する位相を演算し、信号位置演算ＦＳ１を算出する。信号位置演算ＦＳ１は、理想的な各センサ信号の中心値との交点の位相（角度で、０，６０，１２０，１８０，２４０，３００）を基準位相値にした±３０度付近の位相信号ＶＯ（図５（ｃ））として得られ、第１と第２の判定値に対応する位相ＶＯ１、ＶＯ２には、

ＶＯ２ ≦ ＶＯ ≦ ＶＯ１

の関係にある。位相信号ＶＯは、各相の信号が交差する付近の値はどちらか一方を採用するか、交点までを採用することができる。なお、理想状態における各相の信号が交差する点は±３０度である。これにより、位置θは基準位相値をベースに検出した位相信号ＶＯの加算を繰り返し行うことで０〜３６０度の絶対角度を得ることができる。

補正手段７２０は、位置検出器７１０によって求められた位相信号ＶＯから演算により、図５（ｄ）に示す信号情報ＳＩ１を求める。さらに、信号情報ＳＩ１と基準値ＰＲとの差分から誤差を検出し、位置θを補正する。例えば、位相信号ＶＯを微分してインバータの出力周波数ｆ’で除算し、更に絶対値を取ることで図５（ｄ）に示す信号情報ＳＩ１を得ることができる。ここで、位相信号ＶＯの基本波成分をｓｉｎ（ωｔ＋α）（αは三相信号の各位相）と仮定すると、その微分値はω・ｃｏｓ（ωｔ＋α）である。ω＝２πｆであり、同期モータの電気角の周波数ｆはインバータの出力周波数ｆ’とほぼ等しいことから、ωをインバータの出力周波数ｆ’で除算することにより信号の傾きの基準値ＰＲ（ここでは２π）となる。

すなわち、信号情報ＳＩ１は、ゲインとオフセット情報を含んだ信号情報であり、この信号情報ＳＩ１に補正演算を行い、補正量ＣＳ１を算出し、位置θに加算することにより補正された位置検出値θｓが得られる。なお、図５に示す信号波形は、理想的な信号であるため、有効位置情報の区間において基準値ＰＲの２πと一致する一定値となり、ゲイン＝１、オフセット＝０と検出され、補正演算した結果の補正量ＣＳ１は零である。

以上のように、ピークカットされた台形波状の信号が検出センサ信号となることなく、安定した位置演算が可能になる。また、入力レンジの最大・最小値（ＶＰ１，ＶＰ２）の範囲内に第１と第２の判定値（ＶＬ１，ＶＬ２）を設定することにより、対応する位相ＶＯが、

ＶＯ２ ＜ ＶＯ かつ ＶＯ ＜ ＶＯ１

の状態であれば位置演算が成立しているなどの位置検出演算の合否チェックをしながら位置検出できるため、位置検出の異常と、異常値を用いたモータの暴走を防止することができる。

次に、図６を用いて、ゲイン誤差とオフセット誤差とがセンサ信号に含まれた状態の動作信号について説明する。図６において、図６（ａ）〜図６（ｅ）の縦軸は、図５（ａ）〜図５（ｅ）と同様である。横軸は、図５と同様に角度を示し、は理想的な位相（角度）を示している。

図６（ａ）に示すように、Ｕ相のセンサ信号Ｈｕのゲインが増大し、Ｖ相のセンサ信号Ｈｖにオフセット（＋）が生じた例を示している。なお、Ｗ相のセンサ信号Ｈｗは、理想値と同等である。センサ信号は、入力レンジの最大・最小値（ＶＰ１、ＶＰ２）を越えた信号の区間を点線で示し、検出センサ信号は最大・最小値（ＶＰ１，ＶＰ２）でクランプされた実線である。

抽出信号のレベルＶＬ１，Ｖｌ２を用いて位置演算をするので、図６（ｃ）に示すように、位相信号ＶＯにもゲイン誤差とオフセット誤差の影響が表れている。

従って、信号位置演算から求めた信号情報ＳＩ１は、図６（ｄ）に示すように、Ｕ相とＶ相にそれぞれの誤差の影響が検出されている。検出位置は、誤差補正を施していない検出値を実線で、理想的な検出値を波線で示している。なお、ゲイン誤差は０〜３６０度内にある２つの検出区間で、それぞれの区間の始まりと終わりとの誤差量（理想的な検出値に対する位置誤差の量）が正負に振れ、オフセット誤差は０〜３６０度内にある２つの検出区間の誤差量（理想的な検出値に対する位置誤差の量）が正負の誤差量として現れる。すなわち、この誤差量を検出すればゲイン誤差とオフセット誤差を補正できる。

具体的な検出方法について説明する。Ｕ相信号で検出されるゲイン誤差Ｇａｉｎ１は、ゲイン誤差係数Ｇｅとして検出され、

（ゲイン誤差係数Ｇｅ）＝（信号情報ＳＩ１）／（基準値ＰＲ）

である。ただし、有効位置情報（Ｕ相の信号情報ＳＩ１≠０）の区間のみがゲイン誤差係数Ｇｅの有効な値である。さらに、好ましくは、ゲイン誤差の検出するタイミングはセンサ信号の中心値付近である。例えば、Ｕ相の信号情報ＳＩ１の変化分≒０のタイミングがあり、さらに別の例では、抽出信号を２階微分したゼロクロスのタイミングがある。

一方、Ｖ相信号で検出されるオフセット誤差Ｏｆｆ１は、２つの検出ポイント（Ｏｆｆ１１，Ｏｆｆ１２）の差分をオフセット誤差係数Ｏｅとして検出され、

（オフセット誤差係数Ｏｅ）＝ Ｏｆｆ１１ − Ｏｆｆ１２

である。ただし、有効位置情報（Ｖ相の信号情報ＳＩ１≠０）の区間のみがオフセット誤差係数Ｏｅの有効な値である。さらに、好ましくは、オフセット誤差の検出するタイミングは有効位置情報の初めと終わり付近のポイントである。例えば、Ｖ相の信号情報ＳＩ１が≠０になるタイミングがあり、さらに別の例では、抽出信号が第１と第２の判定値（ＶＬ１，ＶＬ２）とほぼ等しくなったタイミングがある。

補正手段７２０は、上述のゲイン誤差係数Ｇｅとオフセット誤差係数Ｏｅとを用いて補正すべき位相を演算し、位置θ（誤差補正を施していない検出値（実線））に対して補正量ＣＳ１を補正することで、理想的な検出値（波線）に漸近させた位置検出値θｓを得る。

なお、ゲイン誤差とオフセット誤差は、次のようにして検出することもできる。すなわち、誤差を含んだ検出センサ信号をＡ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）＋Ｄとしたとき、上述したように微分してインバータの出力周波数ｆ’で除算すれば、２πＡ・ｃｏｓ（ωｔ＋α）となる。この信号の最大値を計測すれば２πＡが得られ、最大値を得るタイミング（ωｔ＋α＝０）での検出センサ信号からオフセットＤが得られる（最大値を得るタイミングは、抽出信号の区間範囲に相当した検出センサ信号を２階微分してゼロとの交点としてもよいものである）。このようにして、ゲイン誤差係数をＡ（基準値２πとの比）と求め、オフセット誤差をＤのように求めることもできる。

次に、図７を用いて、位相誤差とがセンサ信号に含まれた状態の動作信号について説明する。図７において、図７（ａ）〜図７（ｅ）の縦軸は、図５（ａ）〜図５（ｅ）と同様である。図７（ｆ）は、補正手段７２０で求められた信号情報ＳＩ２を示している。横軸は、図５と同様に角度を示し、は理想的な位相（角度）を示している。

図７（ａ）に示すように、Ｖ相のセンサ信号Ｈｖの位相のみが進んだ例を示している。Ｕ相とＷ相のセンサ信号Ｈｕ，Ｈｗは、理想値と同等である。

抽出信号のレベルＶＬ１，Ｖｌ２を用いて位置演算をするので、図７（ｃ）に示すように、位相信号ＶＯにも位相誤差の影響（Ｖ相の位相が進んだ状態）が表れている。Ｖ相の抽出信号のレベルも理想値とほぼ同等のため位置演算に誤差は生じていない。このため、信号位置演算から求めた信号情報ＳＩ１は位相誤差の影響が現れない。

Ｖ相の位相ずれは、Ｖ相の基準位相値（１２０，３００度）から位相誤差となって現れ、位置θは誤差補正を施していない検出値（実線）となる。位相誤差がオフセット誤差と異なるのは、０〜３６０度内にある２つの検出区間の誤差量（理想的な検出値に対する位置誤差の量）が同じ方向に（超過又は不足）として現れることである。すなわち、この誤差量を検出すれば補正できる。

この補正方法について説明する。補正手段７２０は、図７（ｆ）に示す信号情報ＳＩ２を用いて位相ずれを検出する。信号情報ＳＩ２は、信号位置演算の信号から生成する（抽出信号でも求められる）もので、各信号の交点もしくは各信号の中間値から生成した信号波形である。なお、理想的な信号位置演算の各信号の交点は±３０度である。

位相ずれを検出するのにまずＵ相信号を基準位相とする。すなわち、Ｕ相に対するＶ相の位相ずれ量（以下、単にＶ相位相誤差ＵＶと称する）と、Ｕ相に対するＷ相の位相ずれ量（以下、単にＷ相位相誤差ＵＷと称する）を求める。図７（ｆ）で、Ｕ相とＶ相の交点（０〜３６０度の２カ所）における理想的な位相差をPhas11，Phas12とする。Ｖ相位相誤差ＵＶは、Phas11≒Phas12で、どちらか一方の値、あるいは平均値を誤差量として検出きる。これをＶ相の位相検出区間の補正量ＣＳ１として位相θ（誤差補正を施していない検出値（実線））に補正し、理想的な検出値（波線）に漸近させた位置検出値θｓを得る。

上述のように、入力されるセンサ信号は入力レンジを越えた信号波形、または入力レンジ内でクランプされたような歪み波形のいずれかであっても位置検出が可能で、センサ信号に誤差が重畳された場合にも誤差分を補正することにより、理想的なセンサ信号が入力された場合と同等に精度良い位置検出信号θｓを得ることができる。

一方、基準信号であるＵ相信号が位相ずれ（以下、単にＵ相位相誤差ＵＵと称する）していることも想定される場合に、上述の位相誤差補正のみでは０〜３６０度区間の位置検出精度は高くなるものの絶対位置の誤差（Ｕ相の位相ずれ分）は補正できない。例えこの絶対位置の誤差が残っていたとしてもモータ印加電圧のリプルやモータ電流のリプル（トルクリプルと同等）には影響しないため、モータを滑らか、かつ高精度に駆動することが可能である。しかし、モータが高速回転した時に、モータ効率の低下となって現れる。絶対位置の誤差を低減する１つの手法として、Ｖ相位相誤差ＵＶと、Ｗ相位相誤差ＵＷ及びＶ相とＷ相との位相差ＶＷとから演算によりＵ相位相誤差ＵＵを求めることで平均化して全体の位相誤差量を低減することができる。また、好ましくは、別の１つの手法として、所定の電圧ベクトルを印加し、モータをステップ駆動することによりＵ相の位相誤差を検出することである。

次に、図８を用いて、本実施形態による位置検出装置７００における電圧ベクトルとロータの磁極位置（位相）の関係について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態による位置検出装置における電圧ベクトルとロータの磁極位置（位相）の関係の説明図である。

以下の式（１），式（２），式（３）は、位置センサ部のセンサ信号の数式表現を示している。

ここでは、簡単化のため正弦波信号を数式化しているが、高調波を含んだ台形波などでも同様である。ここで、サフィックス（ｎ）は任意のサンプリングでの値を示し、ロータの磁極位置（位相）をθａ、各センサ信号（ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ）のゲイン（Ａ１，Ａ２，Ａ３）とオフセット（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）及び位相誤差（α，β，γ）とを示している。上述のように、センサ信号のゲイン誤差、オフセット誤差、及びＶ相位相誤差ＵＶと、Ｗ相位相誤差ＵＷは検出できているのでＵ相位相誤差ＵＵ（＝α）を求められれば、β＝Ｖ相位相誤差ＵＶ−α、γ＝Ｗ相位相誤差ＵＷ−α とすることで絶対位置をも補正することができる。

一方、３相のインバータ８０１においては、出力電圧は各相それぞれに対して０又は１の場合があるので、合計２の３乗個＝８通りの組み合わせがある。この全８通りの出力電圧の組み合わせで表現される電圧ベクトルによりロータの磁極位置（位相）が決定される。一般に、零電圧ベクトルと呼ばれている状態である２通りの電圧ベクトル、Ｖ０電圧ベクトルとＶ７電圧ベクトルでは、磁極位置（位相）は確定されない。しかし、残りの６通りの電圧ベクトルをロータが回転するのに十分な時間だけ印加すれば、磁極位置（位相）は確定される。例えばＶ１ベクトルのように、Ｕ相電圧が１で、他の相の電圧が０である場合には、Ｕ、Ｖ，Ｗの各相電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）の関係は、ＩＵ＝―（ＩＶ＋ＩＷ） の電流が流れ、ロータは所定の電気的な角度位置（位相）で停止する。他の電圧ベクトルの場合も同様で、全部で６通りの電圧ベクトルにより、６０度間隔の電気的な角度位置（位相）に保持することができる。

この場合には、モータ始動あるいは停止時に位相誤差の検出ロジックが介在することとなるが、位相誤差は取付誤差が発生要因であるため、センサ取付、交換時にのみ１回行って記憶保持しておけば良いことであり、通常のモータ始動には必ずしも必要になるわけではない。

印加した電圧ベクトルに対応するロータ磁極位置の電気的な角度位置（位相）と、位置検出装置７００における式（１）〜式（３）に示したセンサ信号の位相（あるいは、信号位置演算ＦＳ１、位相θ、または位置検出信号θｓのいずれかでも問題ない）とを比較して検出される誤差をＵ相の位相ずれ（誤差量）とし、Ｖ相、Ｗ相の位相誤差を修正する。もしくは、位置検出値θｓを補正する。これにより、Ｕ相信号が位相ずれをしている場合に、Ｕ相信号を基準位相に取ってＶ相、Ｗ相の位相誤差を検出した場合にも、高精度な位相補正が可能になる。

好ましくは、ロータが正逆転するように複数の電圧ベクトルを印加し、ロータの電気的な角度位置（位相）θａと、位置検出装置７００の位相とを複数回にわたって順次比較することにより、負荷トルクあるいはフリクショントルクが生じている場合にも、より高精度な位相補正が可能となる。また、６０度間隔の電圧ベクトルの印加時間を調整（ＰＷＭ変調）することにより、６０度の中間の角度（位相）でも位相誤差の検出が可能である。

なお、上述の説明では、各センサ信号（ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ）のゲイン（Ａ１，Ａ２，Ａ３）とオフセット（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）が既知である時を例に説明したが、複数の電圧ベクトルを印加し、ロータの電気的な角度位置（位相）θａにおける、各センサ信号（ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ）を検出することで数１の連立方程式を解くことができ、センサ信号の各誤差を検出することも可能である。これは、製品製造時などのオフライン・モード（実際の運転とは別の補正値検出モード）にて製品の良否判定、あるいは初期値の設定を短時間できるようになる。

次に、図９を用いて、本実施形態による位置検出装置７００における誤差検出と補正動作について説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態による位置検出装置における誤差検出と補正動作を示すフローチャートである。

電源が投入されると、最初に、処理Ｆ１において、位置検出装置７００は、前回のゲイン、オフセット、位相の各補正値をフラッシュメモリなどから呼び出し、補正初期値とする。

次に、処理Ｆ２において、電圧制御器８０５は、位置検出装置７００の位置検出値θｓを用いてモータを始動する。ここで、位置検出値θｓは、位置検出器７１０の出力θを、処理Ｆ１で設定した補正初期値ＣＳ１で補正することにより、求められる。

次に、処理Ｆ３において、誤差演算器７２１は、上述のようにモータ動作中の位相θを演算すると共に、各センサ誤差を検出する。

そして、処理ＦＳ１にて、検出誤差の大きさ及び変動をチェックし、所定の誤差範囲より大きい場合には、位置検出装置７００は、処理Ｆ５の処理に進み検出誤差が大きいことを上位ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）および操作パネルに通知（表示）して終了する。許容誤差範囲内であれば、処理Ｆ４に進み、位置検出装置７００は、ゲイン誤差補正値を更新する。

次に、処理ＦＳ２において、位置検出装置７００は、オフセット誤差の大きさから補正値を更新すべき大きさ、あるいはタイミングであるか判定し、更新する場合には処理Ｆ６においてオフセット補正値を更新する。そうでなければ、処理ＦＳ３において、位置検出装置７００は、位相誤差の大きさから補正値を更新すべき大きさ、あるいはタイミングであるか判定し、更新する場合には処理Ｆ７において、オフセット補正値を更新する。

次に、処理Ｆ８において、誤差演算器７２０は、位相θに補正量ＣＳ１を施して補正された位置検出値θｓを得る。

処理ＦＳ４において、位置検出装置７００は、モータ停止でなければ上記フローを繰り返す。モータ停止であれば処理Ｆ９において、位置検出装置７００は、最終のゲイン、オフセット、位相の各補正値をフラッシュメモリなどに記憶する。一般に始動時と停止時の温度が異なることから、最終のゲイン、オフセット補正値を記憶するのではなく、電源投入直後の始動後しばらくしてからの補正値を繰り返し学習して記憶するようにしてもよいものである。位相補正値は機械的な取付け誤差を補正する値であるから、大きく変化すべき値ではなく繰り返し学習、あるいは移動平均した補正値を記憶すればよいものである。なお、位置センサ部を交換した場合など、メンテナンスした後には位相補正値をリセットすることが好ましい。

これにより、製品出荷後のセンサの温度変化や、劣化などが起きた場合にもオンライン（実際の運転中）にてセンサ補正、あるいは故障検知ができる。

なお、上述では検出センサ信号から判定により基本波成分の抽出する方式について説明したが、ピークカットされたセンサ信号または検出センサ信号をＦＦＴなどの周波数解析により基本波成分について抽出すれば位置検出、及び位置補正を行うことが同様に可能となる。この場合、基本波のみを逆変換した信号値を用いるなどで簡単に位置θを求めることができ、さらに波形解析した時の振幅、オフセット、位相を用いれば容易に位置補正することができるものである。

以上説明したように、本実施形態によれば、位置センサ部によって検出されたセンサ信号に対して、ゲイン誤差，オフセット誤差，位相誤差を補正できるので、磁極位置の検出精度を向上することができる。したがって、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上できる。

また、電源投入後に位置誤差を補正することで、取付位置ずれの補正も行えるため、製作性やメンテナンス性が向上する。

また、この位置誤差の補正により、量産時におけるモータ定数のバラツキ、電流検出精度のバラツキによって生じる演算誤差も補正することができる。

次に、図１０及び図１１を用いて、本発明の第２の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成について説明する。なお、本実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成は、図１に示したものと同様である。
図１０は、本発明の第２の実施形態による位置検出装置の構成を示すブロック図である。図１１は、本発明の第２の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。

図１１において、図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ），図１１（ｄ），図１１（ｆ）の縦軸は、図５（ａ），図５（ｂ），図５（ｃ），図５（ｄ），図５（ｆ）と同様である。図１１（ａ２）は、補正後のセンサ信号を示している。図１１（ｄ２）は、信号情報ＳＩ３を示している。横軸は、図５と同様に角度を示し、は理想的な位相（角度）を示している。

図１０において、位置検出装置７００Ａは、補正手段７２０Ａにて信号補正器７２２Ａを用いて入力したセンサ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを補正していることが図１と異なる。図１の例では、フィードフォワードにより信号誤差を補正したのに対して、本実施形態では、フィードバックにより信号誤差を補正している。

また、図１１（ｂ）の抽出信号は、補正後センサ信号（図１１（ａ２））の各信号の交点もしくは各信号の中間値から生成した信号波形であることが、図７と大きく異なり、その他の同一符号の動作は同じである。

図１０の位置検出装置７００Ａに入力されたセンサ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、検出センサ信号（図１１（ａ）の実線）として検出され、補正手段７２０Ａにて信号補正器７２０Ａが出力する補正量ＣＳ２によって補正され、補正後センサ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗとして出力される。位置検出器７１０Ａは、補正後センサ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗにより、位相を演算して位相信号θを出力する。補正手段７２０Ａは、位置検出器７１０Ａの位相信号から、センサ信号に含まれるゲイン誤差，オフセット誤差，位相誤差をそれぞれ検出し、補正量ＣＳ２を出力する。この補正量ＣＳ２を用いて信号を演算処理することにより、補正後センサ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを得るものである。

図１１（ａ）は、Ｖ相センサ信号Ｈｖにゲインとオフセットの誤差が含まれ、Ｗ相センサ信号には位相誤差が含まれている例を示している。なお、Ｕ相センサ信号Ｈｕが理想値と同等である。

図１１（ａ２）に示す信号補正器７２０Ａによって補正された補正後センサ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、検出センサ信号（図１１（ａ）に示すセンサ信号の実線波形）を各信号の交点のタイミングで補正演算した信号である。

図１１（ｂ）に示す抽出信号は、位置検出器７１０Ａが、補正後センサ信号の各信号の交点もしくは各信号の中間値から生成した信号で、３つの信号が合成された１つの信号となる。位置検出器７１０Ａは、抽出信号から信号位置演算を行い、図１１（ｃ）に示す位相信号ＶＯを得る。

信号補正器７２０Ａは、位相信号ＶＯに対して、信号演算（例えば微分演算）して、図１１（ｄ２）に示す信号情報ＳＩ３を得る。信号情報ＳＩ３には、３つのセンサ信号のゲイン、オフセット誤差の情報が重畳した信号として検出される。また、信号補正器７２０Ａは、信号情報ＳＩ２にて位相誤差の情報を検出する位相誤差は、各信号の交点タイミングにおける理想的な値（±３０度）との差分をPhas1(n) , Phas2(n) , Phas3(n) （nはサンプリング数）とする。

信号情報ＳＩ３において、Ｖ相の初めの検出区間（約１００〜１５０度）には、ゲイン誤差Gain2と、オフセット誤差Off2とを検出できる。検出したゲイン誤差Gain2はゲイン補正の演算係数を乗算し、Ｕ相とＷ相の交点のタイミングで、Ｖ相の検出センサ信号に補正を施す。すなわち、横軸の２１０度付近のタイミングでゲイン補正している。このタイミングであれば、Ｖ相信号は位置演算に用いられていないため、急激な補正を検出センサ信号に加えたとしても位置検出装置７００は常に安定した位置θを演算できる。

オフセット誤差の補正についても同様で、オフセット誤差Off2は、

Off2＝ k*{ (Off21-Gain2) -(Off22-Gain2) }

として検出し、オフセット補正の演算係数を乗算し、Ｕ相とＷ相の交点のタイミングでＶ相の検出センサ信号に補正を施すことができる。好ましくは、１周期の間（２回の検出区間での検出値）の平均値を用いて補正する。すなわち、横軸の３８０度付近のタイミングでオフセット補正している。ここで、ｋは演算係数で、例えば、０．５である。

信号情報ＳＩ２において、Ｗ相の位相誤差Phas32を検出し、位相補正する時にもオフセット補正と同じタイミングで行う。Ｗ相の位相誤差Phas32は、

Phas32＝ k*{ Phas3(1) - Phas3(2) }

として検出し、位相補正の演算係数（一般に≒1）を乗算し、検出センサ信号の位相補正演算をして、信号を補正することができる。なお、位相誤差の検出には、１周期の間（２回の検出区間での検出値）を用いる。好ましくは、オフセット補正中には位相誤差検出せずに、オフセット補正が誤差範囲内に収束した後に、位相誤差の検出ならびに位相補正する。

以上により、検出センサ信号を補正する場合には、フィードバック補正することが可能となり、各センサ誤差を所定の誤差範囲まで収束でき、位置検出を安定、かつ高精度に検出できる。

なお、信号情報ＳＩ２のみを用いてゲイン誤差、オフセット誤差、位相誤差を検出することも可能である。例えば、Ｕ相のゲイン誤差は、Phas2(1)≒ Phas3(1)として検出でき、Ｖ相のオフセット誤差は、Phas3(2)≒ −Phas1(1) として検出できる。 このようにして検出した誤差に補正係数を乗算しても、フィードバックして補正することができ、信号演算の処理を簡素化できる。

さらに、ゲインとオフセットの誤差に対してはフィードバック補正とし、位相の誤差に対しては既に説明したフィードフォワード補正とすることも可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、さらに精度良く、ゲイン誤差，オフセット誤差，位相誤差を補正できるので、磁極位置の検出精度を向上することができる。したがって、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上できる。

次に、図１２〜図１４を用いて、本発明の第３の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成について説明する。なお、本実施形態による位置検出装置の構成は、図１０に示したものと同様である。また、本実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成は、図１に示したものと同様である。
図１２は、本発明の第２の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示す図である。図１２は、本発明の第１の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示すモータ軸方向の断面図である。図１３は、モータの径方向の断面図であり、図１２のＢ−Ｂ’断面図である。図１４は、本発明の第３の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。

図１４において、図１４（ａ），図１４（ｂ），図１４（ｃ），図１１（ｄ２，図１４（ｆ）の縦軸は、図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ），図１１（ｄ２），図１１５（ｆ）と同様である。横軸は、図５と同様に角度を示し、は理想的な位相（角度）を示している。

図１２及び図１３は、同期モータと位置センサの構造を示している。位置センサ部にセンサロータを用いたことが図２と異なり、その他の同一符号の動作は同様である。図１４は、動作信号を示しており、センサ数を２つとしたことが図２と異なる。

図１２及び図１３における位置センサ部は、磁性体のセンサロータ３４０とセンサユニット３３０Ｕ，３３０Ｖ（サフィックスＵとＶは、２つのセンサユニットを識別するものである）とからなる。センサロータ３４０の外周（センサユニット側）は、ギア歯（歯数３２）が加工されている。

図１３に示すように、センサユニット３３０は、センサ３３１Ｕ，３３１Ｖと、バイアス永久磁石３３２と、バイアス永久磁石３３２の磁路を形成するヨーク３３３とから構成され、樹脂モールド（図示しない）により封入され耐環境性または利便性を確保されている。センサユニット３３０Ｕ，３３０Ｖは、容易に着脱（取り付け）可能な構造にてモータハウジングにネジなど（図示しない）で取り付けられている。なお、好ましくは、ステータ巻線に電流を流したときの磁気外乱をシールドする磁気シールド３３４Ｕ，３３４Ｖがある。また、センサ３３１Ｕ，３３１Ｖの磁束量を調整できる磁気ヨーク３３３Ｕ，３３３Ｖを備えている。

２つのセンサ３３１Ｕ，３３１Ｖは、センサロータ３４０のギア歯のピッチを１周期（３６０度）とする９０度間隔で配置されている。センサ３３１Ｕ，３３１Ｖのセンサ出力は、センサロータ３４０の回転によってセンサ素子とのギャップが変化することによるギャップ磁束量に比例したアナログの電圧レベルとして出力される。

ここで、センサロータ３４０のギア歯数は磁石極対数の整数倍であることが好ましいが、回転角度の分解能とセンサロータの製作性およびセンサの出力周波数（周波数応答性）とから適切なギア歯数を設定すればよく、ギヤ歯の形状はセンサロータ３４０の回転角度に対応したアナログの電圧レベルが得られる形状とするのが好ましいものである。また、センサ３３１Ｕ，３３１Ｖには一般的にホール素子を適用することができるが、バイアス磁石を用いる方式においては磁石の磁束量（大きさ）を検知しているので磁気抵抗素子などでも問題ない。さらに、回転センサにはセンサロータの回転によるギャップの変化を補足できれば問題なく、レゾルバのようなセンサロータに励磁磁束を通し、励磁磁束の磁束量を検出するタイプのセンサであっても適用可能である。この場合、一般に高周波の励磁磁束を用いることが多く、磁束量を電圧出力などで検出する場合にはローパスフィルターなどの信号処理、あるいはサンプリングタイミングを励磁周波数に同期させるなどの処理を施す。

図１４（ａ）に示すセンサ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗから、位置検出器７１０Ａは、図１４（ｂ）に示す信号を抽出する。この抽出した信号から、位相信号ＶＯを求める。信号補正器７２０Ａは、位相信号ＶＯから信号情報ＳＩ２，ＳＩ３を求める。

ここで、図１４に示す例は、センサ信号に、ゲイン誤差、オフセット誤差、位相誤差がない理想信号である。センサ信号に、ゲイン誤差、オフセット誤差、位相誤差が含まれると、図１１（ｄ２）に示すように、ゲイン誤差によってGain2信号が検出され、オフセット誤差によってOff21，Off22信号が検出される。また、図１１（ｆ）に示すように、位相誤差によってPhas41,Phas42が検出される。これらの誤差信号に対して、信号補正器７２０Ａは、図１１にて説明した方式により、それぞれの誤差を検出することができる。

なお、センサ信号が２つの場合には、信号情報ＳＩ２の検出タイミングを第１と第２の判定値（ＶＬ１，ＶＬ２）にと一致した点とする。センサ信号の交点が利用できる場合には併用したタイミングとする。なお、抽出信号の絶対値を取って、その交点を検出しても問題ない。さらに、小さい値を抽出することも可能である。これにより、２つのセンサ信号を用いた場合にも、ゲイン、オフセット、位相の誤差を補正することができ、低コストにて高精度な位置検出ができる。

なお、前述の各実施形態の説明では、センサ数が２つと、３つの場合について説明したが、２つ以上のセンサ信号を検出すれば検出精度あるいは信頼性を向上できる。例えば、１２０度間隔で取り付けた３つのセンサの１つが故障した場合、センサ信号の誤差の大きさからから故障診断ができる。すなわち、２つのセンサは正常に動作しており、初めから２つのセンサを実装した時を考慮すれば位相誤差が３０度ずれて取り付けられたのと等価である。本発明の誤差検出と補正により位相誤差３０度を補正すれば位置検出値θｓは０〜３６０度まで位置検出することが可能である。一方、設計時点での最大誤差補正量を２０度とした場合には、補正しきれない残り１０度の位相誤差を許容するエラー診断としておけば、最大１０度の位置検出誤差の範囲でモータ駆動を継続でき、信頼性が大幅に向上することができる。

上述の実施形態にて、センサ信号にゲイン誤差、オフセット誤差、位置誤差が含まれている場合には、位置検出の検出原理から基準位相値を基準に約±３０度の範囲で位置誤差が重畳する。すなわち、６０度周期毎に基準位相値が更新される毎に大きな位置検出誤差となって現れることとなる。結果的にインバータの出力電圧が６０度周期で電圧位相ずれ（脈動）が生じ、モータ電流が変動（電流位相が急変）することになる。特に、モータ駆動中にセンサ信号の波形に誤差が重畳する場合、モータ電流が変動し、異音になることもある。本発明の誤差検出と補正を行うことにより、センサ信号の誤差をほぼ数周期（理論的には最小１周期）以内で補正できるので、誤差を重畳した後、一時的にモータ電圧あるいはモータ電流が変動するのみで、速やかに安定させることができる。

なお、上述にて説明した基準位相値を用いた位置演算する方法でなく、９０度位相のずれた２つの信号からアークタンジェントを使って位置検出する方法であっても、本発明の位置補正の方法により、センサ誤差を検出して誤差分を補正することができるものである。

さらに、上述では、ホール素子を用いて説明したが、アナログ信号を出力するものであれば問題ない。例えば、ＭＲ素子やレゾルバがある。レゾルバのように励磁周波数に同期した信号検出を要する場合には、励磁周波数に同期したサンプリングを行い、本発明の補正方法を適用して高精度で高効率なモータ駆動を実現できる。

さらに、センサ故障時にもモータ駆動を継続させたい場合など、印加電圧（指令値でも良い）とモータ電流と、モータパラメータ（巻線抵抗、巻線インダクタンスおよび誘起電圧係数など）を用いた公知の磁極位置推定演算を用いて位置検出値を補正することにより、信頼性を向上することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ゲイン誤差，オフセット誤差，位相誤差を補正できるので、磁極位置の検出精度を向上することができる。したがって、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上できる。

さらに、ゲイン誤差とオフセット誤差の変化量を用いて温度検知と磁束量検知することも可能となる。例えば、オフセット誤差の変化量を温度変化として温度検知に用い、ゲイン誤差から温度変化分を差し引いた分を磁束量変化として磁束量検知に適用することが可能となり、温度監視とモータ出力トルクを補正したモータ駆動ができる。また、位相誤差の変化量を用いてセンサロータなどの軸ねじれ（トルク）量として検知することも可能となるため、モータ出力トルクを測定したモータ駆動もできる。

次に、図１５を用いて、本発明の第４の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成について説明する。
図１５は、本発明の第４の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

モータ駆動装置８００Ｂは、図１に示したモータ駆動装置８００の構成に加えて、ロータ位置確定器８０７を備えている。ロータ位置確定器８０７は、永久磁石同期モータ３００を所定の電気角でステップ駆動するように、電圧制御器８０５に指令を出力して、ＰＷＭ駆動してモータ３００のロータ停止位置を確定させる。また、ロータ位置確定器８０７は、確定したロータ停止位置の角度情報を誤差演算器７２１Ｂに出力する。

位置検出装置７００Ｂの補正手段７２０Ｂの誤差演算器７２１Ｂは、位置検出器７１０で検出した位置検出値と、ロータ位置確定器８０７から入力した角度情報の差からロータ位置検出誤差を演算する。ロータ位置検出誤差の演算は、式（１），式（２），式（３）で示した連立方程式を解くことで行われる。補正手段７２０Ｂは、誤差演算器７２１Ｂで求められた補正量ＣＳ１に基づいて、ロータ位置検出誤差を補正する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ゲイン誤差，オフセット誤差，位相誤差を補正できるので、磁極位置の検出精度を向上することができる。したがって、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上できる。

次に、図１６を用いて、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用したハイブリッド自動車システムの構成について説明する。
図１６は、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用したハイブリッド自動車システムの構成図である。

エンジン１は、スタータ９により始動される。エンジン１は、吸気管（図示しない）に設けられた電子制御スロットル１０により吸入空気量が制御され、前記空気量に見合う燃料量が燃料噴射装置（図示しない）から噴射される。また、前記空気量および燃料量から決定される空燃比，エンジン回転数などの信号から点火時期が決定され、点火装置（図示しない）により点火される。

変速機構１００の入力軸１２には、噛合い歯車３１を有するギア１７，噛合い歯車３２を有するギア３９、ハブスリーブ２７、ギア１５，１６，３７，３８とが設けられている。ギア１５，１６，３７，３８は入力軸１２に固着して設けられており、ギア１７およびギア３９は入力軸１２の軸方向に移動しない構造になっている。ハブスリーブ２７は入力軸１２の軸方向に移動可能で回転方向に拘束される噛合い機構（図示しない）により入力軸１２と結合している。

変速機構１００の出力軸１３には、噛合い歯車２９を有するギア２０，噛合い歯車３０を有するギア２１、ハブスリーブ２６、および噛合い歯車３３を有するギア２４，噛合い歯車３４を有するギア２５、ハブスリーブ２８、さらにはギア２２，２３とが設けられている。ギア２２，２３は出力軸１３に固着して設けられており、ギア２０，２１，２４，２５は出力軸１３の軸方向に移動しない構造になっている。ハブスリーブ２６、２８は出力軸１３の軸方向に移動可能で回転方向に拘束される噛合い機構（図示しない）により出力軸１３と結合している。

ギア２０とギア１５、ギア２１とギア１６、ギア１７とギア２２、ギア３９とギア２３、およびギア２４とギア３７とはそれぞれ噛合しており、入力軸１２から出力軸１３へトルク伝達する際に異なるギア比の組合せを構成するものである。また、前記ギア２５はリバースギア３５を介して前記ギア３８に接続されており、リバースギア３５により入力軸１２と出力軸１３との回転方向の関係を反転させる働きも兼ね揃えている。

ギア１５，２０から成るギア列を１速，ギア１６，２１から成るギア列を２速，ギア１７，２２から成るギア列を３速，ギア３９，２３から成るギア列を４速，ギア３７，２４から成るギア列を５速と、ギア２５，３５，３８から成るギア列をリバースに相当する。

入力軸１２からギア１７およびギア３９にトルク伝達するには、噛合い歯車３１あるいは噛合い歯車３２とハブスリーブ２７とを噛合い溝（図示しない）によって直結することによりトルク伝達される。

ハブスリーブ２７，噛合い歯車３１，噛合い歯車３２から成るクラッチ機構を噛合い式クラッチ（ドッグクラッチ）と称しており、入力軸１２のトルクを高効率で出力軸１３に伝達することが可能であり、燃費低減が図れる。

ハブスリーブ２６、噛合い歯車２９，噛合い歯車３０からもドッククラッチを構成しており、さらにハブスリーブ２８、噛合い歯車３３，噛合い歯車３４からもドッククラッチを構成し、前述のドッククラッチと同様な動作をするもので、ギア２０，２１およびギア２４，２５から出力軸１３にトルク伝達する。

エンジン１のクランク軸１１と入力軸１２の間にはクラッチ４が介装され、クラッチ４を締結することによりエンジン１から入力軸１２へ動力を伝達することができる。また、クラッチ４を解放することによりエンジン１から入力軸１２への動力伝達を遮断することができる。一般に、クラッチ４には乾式単板方式の摩擦クラッチが用いられ、クラッチ４の押付け力を調整することによりエンジン１から入力軸１２へ伝達するトルクを調節することが可能である。また、クラッチ４には湿式多板方式の摩擦クラッチや電磁クラッチなど、伝達するトルクを調節可能なクラッチならば何れも適用可能である。クラッチ４は、通常のガソリンエンジン車においても用いられており、クラッチ４を徐々に押し付けていくことにより車両を発進させることができる。

変速機構１００の出力軸１３にはファイナルギア１４が設けられており、ファイナルギア１４とタイヤ３６が車両駆動軸２を介して接続されている。

モータ出力軸１８にはギア１９が固着して設けられており、ギア１９は前記ギア３７と噛合している。よって、モータ３００のトルクを入力軸１２に伝達することが可能である。

エンジン１，モータ３００は、それぞれエンジンＣ／Ｕ（コントロールユニット、以下同じ）６、モータＣ／Ｕ８００によって制御される。また、クラッチ４および変速機構１００は、変速機Ｃ／Ｕ７によって制御される。パワートレインＣ／Ｕ５には図示しないアクセルペダル開度センサ，車速センサ等から各種信号が入力されると共に、エンジン１，モータ３００，クラッチ４，変速機構１００の運転状態（回転数，トルク，ギア比等）が入力され、これらに基づきエンジンＣ／Ｕ６，モータＣ／Ｕ８００，変速機Ｃ／Ｕ７を統括制御する。

モータ３００の駆動力により発進する場合には、ハブスリーブ２６を噛合い歯車２９に締結させ、クラッチ４を解放状態とし、モータ３００のトルクを正側（前進方向）に発生させて車両をスムースに発進させることができる。その後、クラッチ４を締結してエンジンの駆動力に切り替えて走行することにより、エンジンの効率が悪化する低負荷領域（例えば発進時）などではモータ駆動とすることで燃費向上が図れる。

また、変速機ケースの外周からセンサユニット３３０Ｕ，３３０Ｖとを交換可能として、製品の製作時、またはディーラにてセンサを交換しても、既に説明したようにセンサ単体の誤差と取付誤差とをランニング補正できるので大幅に作業性が向上できる。

次に、図１７を用いて、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成について説明する。
図１７は、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成図である。

電動アクチュエータは、トルク伝達機構９０２と、モータ３００と、モータ駆動装置８００から構成される。電動パワーステアリング装置は、電動アクチュエータと、ハンドル９００と、操舵検出器９０１および操作量指令器９０３から大きく構成され、運転者が操舵するハンドル（ステアリング）の操作力は電動アクチュエータを用いてトルクアシストするパワーステアリング装置である。

電動アクチュエータのトルク指令τ＊には、ステアリングの操舵アシストトルク指令（操作量指令器９０３にて作成）とし、電動アクチュエータの出力を用いて運転者の操舵力を軽減するようにしたものである。モータ駆動装置８００は、入力指令としてトルク指令τ＊を受け、駆動モータのトルク定数とトルク指令τ＊とからトルク指令値に追従するようにモータ電流を制御する。

モータ３００のロータに直結された出力軸３６０から出力されるモータ出力τｍはウォーム、ホイールや遊星ギヤなどの減速機構あるいは油圧機構を用いたトルク伝達機構９０２を介し、ステアリング装置のラック９１０にトルクを伝達して運転者のハンドル９００の操舵力（操作力）を電動力にて軽減（アシスト）し、車輪９２０，９２１を操作する。このアシスト量はステアリングシャフトに組み込まれた操舵状態を検出する操舵検出器９０１により操舵角や操舵トルクとして操作量を検出し、車両速度や路面状態などの状態量を加味して操作量指令器９０３によりトルク指令τ＊として決定される。

本発明のモータ駆動装置は急加減速する電動アクチュエータに要求されるトルク指令τ＊に対しても回転センサに生じる位相差を補正して高効率なモータ駆動が可能なため、電動アクチュエータの高速・高トルク運転の弱め界磁領域に対してもモータ効率を低下させることなく駆動可能である。また、低速度おいてもセンサ取付誤差を低減して安定して低トルク変動にてモータ駆動ができる。すなわち、本モータ駆動装置を適用した電動パワーステアリング装置では運転者に操舵フィーリングを損なうことなく高トルク・高応答な電動パワーステアリング装置が得られる。

本発明の第１の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示すモータ軸方向の断面図である。 図２のＡ−Ａ’断面図である。 図２のＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の第１の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。 本発明の第１の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。 本発明の第１の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。 本発明の第１の実施形態による位置検出装置における電圧ベクトルとロータの磁極位置（位相）の関係の説明図である。 本発明の第１の実施形態による位置検出装置における誤差検出と補正動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による位置検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。 本発明の第１の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示すモータ軸方向の断面図である。 図１２のＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の第３の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。 本発明の第４の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用したハイブリッド自動車システムの構成図である。 本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成図である。

符号の説明

１００…変速機
３００…永久磁石同期モータ
３３０…位置センサ部
３４０…センサロータ
７００…位置検出装置
７１０…位置検出器
７２０…補正手段
７２１…誤差演算器
８００…モータ駆動装置
８０１…インバータ
８０４…ドライブ回路
８０５…電圧制御器

Claims (13)

1. ２つ以上のセンサ信号を用いて、モータの磁極位置を検出する位置検出装置であって、
   前記センサ信号の基本波成分の信号を検出して位置演算する位置検出器と、
   前記検出した基本波成分の信号からゲイン，オフセット，位相のいずれかの信号情報を演算し、この信号情報から位置検出誤差が零になるように補正する補正手段を備え、
   前記位置検出器は、前記センサ信号を、所定の第１判定値と第２判定値との範囲で抽出して、前記基本波成分の信号を検出し、
   前記所定の第１判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最大値よりも小さくかつ前記センサ信号の平均値よりも大きい値であり、
   前記所定の第２判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最小値よりも大きくかつ前記センサ信号の平均値よりも小さい値であることを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１記載の位置検出装置において、
   前記位置検出器は、前記センサ信号の中間電位となるセンサ信号を抽出して、前記基本波成分の信号を検出することを特徴とする位置検出装置。
3. 請求項１記載の位置検出装置において、
   前記センサ信号は、センサ信号値がほぼ変化しない所定の区間を有する歪み波形であることを特徴とする位置検出装置。
4. 請求項１記載の位置検出装置において、
   前記センサ信号は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の信号であり、
   前記位置検出器は、Ｕ相信号とＷ相信号の交点からＶ相信号とＷ相信号の交点まで、Ｖ相信号とＷ相信号の交点からＵ相信号とＶ相信号の交点まで、Ｕ相信号とＶ相信号の交点からＵ相信号とＷ相信号の交点までの信号を抽出して、前記基本波成分の信号を検出することを特徴とする位置検出装置。
5. 請求項１記載の位置検出装置において、
   前記補正手段は、
   前記位置演算器で求めた位置演算値から位置誤差量を算出する誤差演算器と、
   この誤差演算器で算出された前記位置誤差量を用いて前記位置演算値を補正する位置補正器を備えることを特徴とする位置検出装置。
6. 請求項１記載の位置検出装置において、
   前記補正手段は、
   前記信号情報と所定の基準値との差からセンサ信号の誤差量を求め、この誤差量が零となるように前記センサ信号を補正する信号補正器を備えることを特徴とする位置検出装置。
7. 請求項１記載の位置検出装置において、
   前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、
   このセンサユニットは、センサと鎖交する有効磁束量を調整する磁気調整部を備えることを特徴とする位置検出装置。
8. 請求項１記載の位置検出装置において、
   前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、
   このセンサユニットは、センサの磁束感度方向と直行する向きに、磁気遮蔽部を備えることを特徴とする位置検出装置。
9. 請求項１記載の位置検出装置において、
   前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、
   このセンサユニットは、モータ組込ケースの外周から複数のセンサを取付可能であることを特徴とする位置検出装置。
10. ２つ以上のセンサ信号を用いて、モータの磁極位置を検出する位置検出装置と、
    この位置検出装置で検出した位置検出値を基に、ＰＷＭ駆動信号を作成しインバータに出力して永久磁石同期モータを駆動するモータ制御器とを有する永久磁石同期モータ駆動装置であって、
    前記位置検出装置は、
    前記センサ信号の基本波成分の信号を検出して位置演算する位置検出器と、
    前記検出した基本波成分の信号からゲイン，オフセット，位相のいずれかの信号情報を演算し、この信号情報から位置検出誤差が零になるように補正する補正手段を備え、
    前記位置検出器は、前記センサ信号を、所定の第１判定値と第２判定値との範囲で抽出して、前記基本波成分の信号を検出し、
    前記所定の第１判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最大値よりも小さくかつ前記センサ信号の平均値よりも大きい値であり、
    前記所定の第２判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最小値よりも大きくかつ前記センサ信号の平均値よりも小さい値であることを特徴とする永久磁石同期モータ駆動装置。
11. 請求項１０記載の永久磁石同期モータ駆動装置において、
    前記モータ制御器は、前記補正手段で信号情報を求める際に、前記永久磁石同期モータを所定の電気角でステップ駆動するようにＰＷＭ駆動して前記モータのロータ停止位置を確定させるロータ位置確定器を備え、
    前記位置検出装置の前記補正手段は、前記ロータ位置確定器によって確定されたロータ位置において、そのロータ位置の値と、前記位置検出装置で検出した位置検出値との差からロータ位置検出誤差を演算し、
    このロータ位置検出誤差を補正することを特徴とする永久磁石同期モータ駆動装置。
12. 請求項１０記載の永久磁石同期モータ駆動装置において、
    前記モータ制御器は、トルク指令を入力するように構成され、
    前記永久磁石同期モータは、停止状態から大きな速度範囲で大きな加減速度を持つ動力負荷を備えることを特徴とする同期モータ駆動装置。
13. 請求項１０記載の永久磁石同期モータ駆動装置において、
    前記モータ制御器は、車両制御装置からのトルク指令を入力するように構成され、
    前記永久磁石同期モータは、停止状態から高速度走行まで大きな速度範囲で走行する車両を動力負荷として備えることを特徴とする同期モータ駆動装置。

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