WO2004091089A1

WO2004091089A1 - モータ駆動制御装置及びそれを用いた電動パワーステアリング装置

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Publication number: WO2004091089A1
Application number: PCT/JP2004/004763
Authority: WO
Inventors: Caominh Ta; Chunhao Jiang; Hideyuki Kobayashi
Original assignee: Nsk Ltd.; Nsk Steering Systems Co., Ltd.
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2004-10-21
Also published as: KR20050118228A; JP2004312834A; JP4395313B2; EP1612927A1; US20060176005A1

Abstract

モータを精度良く駆動制御するためにはロータの位置を精度良く検出する必要があるが、ホールセンサのような安価であるが精度の比較的劣る位置検出センサを用いても、モータの検出電圧、検出電流及びモータ巻線抵抗値とインダクタンス値とから逆起電圧を算出することによりロータの電気角（ロータの位置）を算出し、算出した電気角の算出誤差を前記ホールセンサからの信号で定期的に修正することにより精度良くロータの位置を検出できるモータ駆動制御装置を提供できる。また、そのモータ駆動制御装置を用いれば、安価で操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供できる。

Description

明細書モ一タ駆動制御装置及びそれを用いた電動パワーステアリング装置技術分野

本発明は、電動パワーステアリング装置に用いるに最適なモータの駆動制御装置の改良並びにそれらを用いた電動パワーステアリング装置に関する。背景技術

従来、電動パヮ一ステアリング装置に使用されるモータの駆動制御方式、例えばブラシレス D Cモータの駆動制御方式として、口一夕の回転位置に基づいて、モー夕駆動制御装置からィンバ一夕を介して回転磁界を発生させ、口一夕の回転を駆動制御させるようにした制御方式が採用される。すなわち、この制御方式は、ステ一夕内部に所定角度の間隔で配された複数の励磁コイルに.，ロー夕位置に応じて制御回路によって各励磁コイルの励磁を順次切り換えることにより、口一夕の回転駆動を制御するようになっている。

ブラシレス D Cモータの駆動制御方式として良く使用されるべクトル制御は、例えば、日本国特許文献（特開 2 0 0 1— 1 8 8 2 2号公報）などに開示されている。第 1図は、電動パワーステアリング装置に用いられるモータの駆動制御装置を示す回路構成である。

同図において、モー夕の制御指令値を決定する指令電流決定部 5 1から、？ 1制御部 5 2、 2相 Z' 3相座標変換部 5 3、？制御部 5 4、インバ一夕 5 5を介してモー夕 5 6に至る指令信号の主経路が形成されている。また、インバ一タ 5 5とモータ 5 6との間に電流センサ 5 7が配され、該電流センサ 5 7で検出された信号を、指令電流決定部 5 1 と P I制御部 5 2との間に配された減算回路 5 8にフィードバックさせるフィ一ドバック経路が形成されている。このフィ一ドバック経路には、 3相 _ 2相座標変換部 5 9が配されている。

この制御系により、指令電流決定部 5 1では、トルクセンサで検出されたトルクから算出された指令値 T r e f や、位置検出センサ 1 1で検出されたロータの位置を示す電気角 Θと電気角速度 ωを受け、指令電流 I d r e f 、 I Q r e f が決定される。この指令電流 I d r e f 、 I q r e ίは、それぞれ、電流センサ 5 7で検出された後、フィードバック経路の 3相 Ζ 2相座標変換部 5 9で 2相に変換されたフィードバック電流によって補正される。すなわち、フィードバック電流 I d、 I Qと、電流指令値 I d r e ί、 I q r e f との誤差が、減算回路 5 8で演算される。その後、 P I制御部 5 2で、 P WM制御のデューティーを示す信号が d、 ci成分の形で V d、 V qとして算出され、 2相 / 3相変換部 5 3によって、 d、 Q成分から、各相成分 V a、 V b、 V cに逆変換される。そして、インバータ 5 5は、指令値 V a , V , V cに基づいて P WM制御され、モータ 5 6にィンバ一夕電流が供給されてモータ 5 6の回転を制御するようになっている。

なお、 6 1は車速センサ回路で、 6 2は感応領域判定回路で、 6 3は係数発生回路で、 6 4は基本アシスト力計算回路で、 6 5は戻し力計算回路で、 6 6は電気角変換で、 6 7は角速度変換で、 6 8は非干渉制御補正値計算である。

このベクトル制御の場合、トルク指令値 T r e f および ω、 0に基づいて電流指令値 I d r e f 、 I q r e f が決定される。また、モータのフィードバック電流 I u、 I v、 1 が 1 (1、 I qに変換され、その後、 I dおよび I Qと、 I d r e iおよび I q r e f との誤差が演算され、その誤差が P I制御による電流制御を実行することによってィンバ一夕への指令値 V d、が求められる。そして、 V d、 V qの指令値が再び 3相の指令値 V a、 V b、 V cに逆変換されインバー夕 5 5が制御され、モー夕 5 6の駆動制御を行うようになっている。

このようなベクトル制御を用いた場合、ロータ位置 0を正しく検出ができない状態で、モータ制御するとモータのトルクリップルが大きくなり、電動パワーステアリング装置としてはハンドルの操舵に振動などの違和感を感じたり、モータ騒音が大きいなどの好ましくない現象が発生する。そのため、ロー夕の位置 Θを正しく検出するために、日本国特許文献（特開 2 0 0 1 - 1 8 7 5 7 8号公報）にも記載があるように、口一夕位置検出センサ 1 1 として、高価であるが検出精度の良いレゾルバやエンコーダを用いる必要がある。

そこで、安価なロー夕位置検出センサであるホールセンサを用いて、モ一夕制御を試みる例もある。例えば、日本国特許文献（特開 2 0 0 2 一 2 7 2 1 6 3号公報）に開示されているように、モータの PWM制御に用いる正弦波を発生させる位相の起点や途中点を補正するためにホールセンサの信号を利用している。しかし、この例では、次のホールセンサ信号が得られるまでの間の途中区間の口一夕の回転角度 0までは算出しておらず、エンコーダなどのロータ位置検出の代りの検出器までは至つていない。

また、エンコーダなどの検出精度の良い検出器でもロータの回転速度が低速になるとェンコ一ダから得られる検出点数が少なくなり、ロータの位置検出精度がおちる問題がある。そこで、論文（セオングホソン（S e u n g— H o— S o n g), 交流電動機の低速制御のための速度オブザーバ（A n I n s t a n t e n e o u s S p e e d 〇 b s e r v e r f o r L o w s e e d C o n t r o l o f a c Ma c h i n e), 学会誌 I E E E応用パワーエレクトロニクス 1 9 9 8年大会（ I EEE A P E C ' 9 8)、 P— 5 8 1— 5 8 6) に開示されているように、モー夕負荷の慣性モーメントとモータ電流を用いて、この精度悪化の改善を図っている。しかし、慣性モーメントとモ一夕電流から求められた角加速度から角速度 ωを算出するまでに積分があり、また、角速度 ωか.らロ一夕の電気角 0を算出するまでにも積分があり、よって、積分を 2回使用するため計算精度が悪く、また、モー夕が駆動する負荷の慣性モーメントを正しく決定することも困難なので実用的には問題があった。

さらに、モータのトルクリップルを大きくする要素としてモータの温度変化も、その一要素となる。つまり、ロータの電気角 0を算出するときにモー夕の逆起電圧を使用するようなロータ位置推定回路を利用していると、その逆起電圧を算出するために用いるモー夕の抵抗ゃィンダク夕ンスの値が温度変化によって変化する。よって、その温度変化による抵抗等の修正をしないと、結果的に、ロータの電気角 0を精度良く算出することができなくなり、トルクリツプルが大きくなる問題もある。温度変化を考慮したモータの抵抗値算出例として日本国特許文献（特許第 3 1 0 48 6 5号明細書）に開示例があるが、モータの回転速度が 0 (零）であるなどの特殊条件が課せられている。

上述したように、ベクトル制御を用いてモータを制御するためには、モータのロータ位置を正しく検出する必要があるが、検出精度の良いレゾルバやエンコーダは高価な部品であるために電動パワーステアリング装置を安価に製作するときの障害となる。また、レゾルバやエンコーダの高精度ロータ位置検出センサを用いても、モータの低回転速域では正しくロータ位置を検出できない問題があった。さらに、モータの温度変化によってもロータ位置の検出精度が悪くなる問題もあった。そこで、本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、安価な口一夕位置検出センサを用いるにも関わらず、正しくロータ位置を算出でき、また、モータの低回転速域であっても、或いは、モータの温度変化があってもロータ位置を精度良く算出できるロータ位置推定回路を備えたモータ駆動制御装置を提供することにある。

更に本発明の目的は、正しく算出されたロー夕位置を備えたモータ駆動制御装置を用いて、モータのべクトル制御を正しく実行することにより、緊急避難などのハンドルの高速切替え操舵であっても、ハンドル操舵に違和感のない、安価な電動パワーステアリング装置を提供することにある。発明の開示

本発明は、ブラシレス D Cモータのモータ駆動制御装置および電動パワーステアリング装置に閼するものであり、本発明の上記目的は、 3以上の相を有するブラシレス D Cモ一夕の相電圧又は線間電圧を検出する電圧検出回路と、前記モー夕の電流を検出する電流検出回路と、前記相電圧又は線間電圧と前記電流と前記モータの巻線抵抗値と巻線ィンダクタンス値とから前記モー夕の各相逆起電圧を算出する各相逆起電圧検出回路と、前記各相逆起電圧の内の最大値となる逆起電圧を検出して前記モータのロータの角速度 ωを算出する角速度算出回路と、前記角速度 ω からロータの電気角 0を算出する口一夕位置推定回路とを備えることによつて達成される。

また、前記モータのロータの電気角 0 _Qを離散的に検出するロータ位置検出センサを備え、前記口一夕の算出された電気角 0を前記ロータの検出された電気角 0。によって修正するロータ位置推定回路を備えることによって、また、前記算出された電気角 0 と前記検出された電気角 0 oとの誤差 Δ 0から前記巻線抵抗の温度変化による抵抗変化分△ Rを算出する口一夕位置推定回路を備えることによって、また、前記抵抗変化分 Δ Rから前記巻線の温度変化分 Δ Tを算出する口一夕位置推定回路を備えることによって、また、前記温度変化分 Δ Τまたは前記抵抗変化分 A Rを用いて、前記ロータの算出された電気角 0を修正するロータ位置推定回路を備えることによって、また、前記電流検出回路の入力又は出力にローパスフィルタ一を設置したロータ位置推定回路を備えることによって、より効果的に達成される。図面の簡単な説明

第 1図は、従来のレゾルバやエンコーダで検出した電気角 0を用いたモータのべクトル制御装置の全体を示す制御プロック図である。

第 2図は、本発明における口一夕の電気角 Θの算出に利用する逆起電圧 e a , e b , e cを算出する原理を示す図である。

第 3図は、本発明における逆起電圧 e a， e b , e cからロータの電気角速度 ωを算出する原理を示す図である。

第 4図は第 1の発明による電気角 Θの算出結果を示す図である。第 5図は、第 2の発明による電気角 Θの算出結果を示す図である。第 6図は、第 3の発明による電気角 Θの算出結果を示す図である。第 7図は、本発明を適用するモ一タ駆動制御装置の制御ブロック図である。

第 8図は、第 1の発明および第 2の発明の実施例である電気角 0を算出するための制御ブロック図である。

第 9図は、第 3の発明および第 4の発明の実施例である電気角 0を算出するための制御ブロック図である。

第 1 0図は、本発明の変形例を示す制御プロック図である。第 1 1図は、モータの線間電圧を利用した第 1の発明の制御ブロック図を示す図である。発明を実施するための最良の形態本発明は、大きく 4つの発明より成り立つており、その概要について説明する。

第 1の発明は、モータの電圧、電流を検出し、その電圧値、電流値とモータの巻線抵抗 Rおよび巻線ィンダクタンス Lから各相の逆起電圧を算出し、その逆起電圧値からロータの角速度 ωや電気角を算出するものである。

第 2の発明は、第 1の発明で算出した電気角 Θに算出誤差がある場合その誤差が累積して、算出した電気角 0は誤差が大きなりすぎて実用には適さなくなる。しかし、モー夕にはロータの電気角を検出できるホ一ルセンサなどのロー夕位相検出センサが数個取り付けられているので、第 1の発明で算出した電気角 Θをホールセンサで数点検出した電気角 Θ 。で修正することが可能で、その修正点毎に誤差はリセッ卜されるので誤差は累積することはない。例えば、ホールセンサ 3個で、モ一夕が 4 極であれば検出される電気角 0。は、 0， 6 0， 1 2 0， 1 8 0 , 2 4 0 , 3 0 0度の 6点が検出できる。電気角 0。は連続的には検出できないが、離散的に、この例では 6 0度ごとには検出できる。そこで、仮に算出された電気角 Θが検出された電気角 Θ。= 6 0度の時点で仮に 6 5 度であれば、この 6 0度相当の区間で電気角の算出誤差が 5度発生したことになるが、次の 6 0度から 1 2 0度の区間の電気角 Θの算出には、 Θの初期値として 6 5度ではなく 6 0度を代入して新たに算出し、誤差の累積は防止できる。第 3の発明は、第 2の発明を改良するものである。第 2の発明では、ホールセンサで検出する電気角 0。は連続的には得られず、 6 0度ごとのように離散的にしか得られないので、 6 0度毎に電気角の誤差を修正できるが、その間、例えば、 0度から 6 0度の間に発生する誤差は修正できない。そこで、第 3の発明では、この区間の電気角の誤差は、電流、電圧の検出誤差或いはィンダクタンス値の変化によっても発生するが、最も影響が大きいのは、モータ巻線の温度変化による抵抗値変化によるものである。そこで、その巻線抵抗値の変化分を算出し、その抵抗変化分を第 1の発明の巻線抵抗 Rの値にフィ一ドバック修正して、電気角 Θ を算出することにより、第 3の発明で算出する電気角の誤差は、第 2の発明で発生する電気角の誤差より小さくすることができる。

第 4の発明は、第 3の発明で求めた温度変化による巻線抵抗の変化量から、逆に変化した温度の変化量を算出できる。

以上が、本発明の概要である。次に、発明の理論的説明を行い、その後に各実施例について説明する。

第 1の発明の理論について第 2図を用いて説明する。以下の説明で、モータの電圧として相電圧 V a , V b , V cを検出する例について説明するが、電圧が線間電圧 V a b , V b c , V c aであっても成立する。後の実施例では相電圧の場合、線間電圧の場合の両方の実施例を示す。電圧の他に検出されるものとしてモ一夕の電流 i a， i b, i cがあり、検出しないものとして、モー夕の巻線抵抗 R a、 R b , R cおよびインダクタンス L a, L b , L cはモータの特性から求めることができる。これらの値とモータの各相逆起電圧 e a, e b， e cの関係は、

e a = V a― ( R a + s - L a) - i a

e b =V b— （R b + s ' L b) ' i b · · ( 1 )

e c = V c― (R c + s · L c ) · i c である。

ここで、 sはラプラス演算子で、ここでは微分演算（dZd t) を表わしている。

一方、ロータの角速度 ωの算出について説明する。一般的に、モ一夕の逆起電圧 eと角速度 ωの関係は

e = K e · ω

である。ここで、 K eはモ一夕の逆起電圧定数 [VZ r pm] である。しかし、上記式はブラシモータの式であり、整流子の無いブラシレスモ一夕では、各相の逆起電圧 e a， e b， e cを整流する必要がある。台形波電流、矩形波電流制御では、整流するとは最大値をとることと同一である。

これを式で表わすと

ω = 2 X {m a ( I e a I , I e b I , I e c I ) } / K e · ·、 2 ) である。

ここで、逆起電圧 e a, e b， e cの波形を第 3図に示す。整流するとは、逆起電圧 e a, e b , e cの包絡線を取る、つまり最大値をとることである。なお、式（ 2 ) の分子が 2倍されるのは、 e a, e b , e c の絶対値をとることにより、負側の値が正側に重畳されるためである。次に、電気角 0は式 ( 3 ) から求めることができる。

θ = θ , + ^ ω ά t - - - · ( 3 )

ここで、 0 iは積分区間の初期値である。

式（ 3 ) を具体的デジタル処理を想定するととして算出することもできる。ここで、 nは、 A T s をサンプリング時間 T sで割ったもので、 △ T sは次のホールセンサ信号を待つ時間であり、第 4図、第 5図、第 6図において、例えば、 A T s =T _{1 2}。― T ₆ 。である。よって、 n = Δ T s /T sが成立する。

以上の理論により電気角 0を求めることができる。

つぎに、第 2の発明の理論について、第 4図、第 5図を用いて説明する。

第 4図は、第 1の発明によって算出された電気角 Θを示している。算出誤差が発生して時間が経過するほど誤差が累積していくことが明らかである。その誤差の量を、例えば、時間 T ₆。では、真値は 6 0度であるのに対し、算出値 0は 6 5度である。 Τ。から Τ ₆。の間に 5度誤差が発生したことになる。 Τ ₂。では誤差が累積されて 1 0度になり、算出された電気角 Θは益々真値から離れた値になる。しかし、例えば 4極モー夕にホールセンサが 3個取り付けられていれば、 6 0度ごとに電気角 Θ 。を検出できるので算出した電気角 0を修正する事が出来る。その修正の様子を示すのが第 5図である。第 1の発明によって T 6 0において電気角 0は 6 5度になるが、検出された電気角 0 _Qによって 6 0度に修正される。

つまり、に 0 。= 6 0度を代入修正して、電気角 0は式（4) に示すように

P "l20

0 = θ₀+」 cue dt

"^60

• · · (4)

として算出する。

よって、丁 ₆。から丁 _{1 2}。の区間では電気角 6>の初期値を 6 5度ではなく 6 0度にして算出するので誤差が累積されることはない。例えば、 T丄 ₂。において、第 1の発明では 0が 1 3 0度であるが、第 2の発明を用いると 0は 1 2 5度となって誤差が累積することはない。第 3の発明について、第 5図および第 6図を用いて説明する。第 2の発明によって、ホールセンサの検出値を用い 6 0度ごとに電気角 0を修正できるが、その間は電気角 0は誤差を累積している。この間の電気角の誤差を改良するのが第 3の発明の目的である。その理論は、算出された電気角 0の誤差は、卷線の温度が上昇し、主に巻線抵抗 Rが第 1の発明で使用した値から変化することによって引起こされるものと仮定する < 電気角の誤差 Δ ^から角速度の誤差 Δ ωを求め、さらに、 Δ ωから逆起電圧を求め、そして、 Δ eから巻線抵抗の抵抗変化分 Δ Rm (ただし、 m= a , b, c ) を求める。そして、第 1の発明の式（ 1 ) の卷線抵抗の Rmを（Rm+厶 Rm) に置き換えて修正した Rmで電気角 0を算出する。

これらの内容を式で表わすと、式（ 5 ) になる。

Δ 0 = Θ - Θ 0 - - · ( 5 )

式（ 5 ) から電気角の誤差 Δ 0を求める。

次に、式（ 6 ) から角速度の誤差 Δ ωを求める。

A ^ = n - T s - Α ω - - « ( 6 )

ただし、 ηはホールセンサ信号待ち時間厶 T s をサンプリング時間 T sで割ったものであり、 η = Δ T s /T sが成立する。

次に、式（ 7 ) から逆起電圧 Δ eが求められる。

Δ e = Δ ω · K eノ 2 · · · ( 7 )

次に、式 ( 8 ) から抵抗変化分 Δ Rmが求められる。

△ Rm = A e Z i _m - - · ( 8 )

ただレ、 m = a， b , cである。

そして、抵抗誤差を補正する前のモータ巻線抵抗 Rm (o 1 d) に対して、求められた抵抗誤差 Δ Rmを考慮した正しいモータの巻線抵抗 Rm (n e w) は式（ 9 ) から求められる。 R m (n e w) = m ( o l d) + Δ Rm · · ( 9 ) 式（ 9 ) で求めた抵抗 R a， R b， R cを第 1の発明の式（ 1 ) に代入し、さらに、第 2の発明である電気角 0を 6 0度毎に検出した電気角 0。で修正すると、その結果は、例えば、第 6図に示すようになる。つまり、 T ₆。において、第 2の発明の 0は 6 5度で電気角の誤差は 5度あるが、第 3の発明の改良を加えると 0は、例えば、 6 1度と電気角の誤差 Δ 0は 1度に減少する。誤差が 1度残る理由は、温度変化の原因が、厳密には巻線抵抗だけでなく、検出電圧、電流の誤差等が存在するためあ。

第 4の発明に関しては、モー夕の巻線抵抗の温度係数 α (Ω/⁰Ο は、材質、形状等から既知なので、巻線抵抗の温度変化分 Δ Τは、式（ 1 0 )

Δ Τ= Δ R/ α · · ( 1 0 )

として求めることができる。

以上が、発明の理論的な説明である。以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

第 1の発明および第 2の発明の実施例について第 7図および第 8図を用いて説明する。第 7図は、本発明が適用される電動パワーステアリング装置用モータ駆動制御装置の全体の制御ブロック図を示している。まず、モータ 1は、ブラシレス D Cモー夕で 4極の 3相モ一夕である。モ一夕 1には図示しない口一夕があり、ロータの電気角を検出するロータ位置検出センサとしてのホールセンサ 4 8 — 1 , 4 8 - 2 , 4 8— 3が 1 2 0度ごとに配されている。その結果、モータ 1のロータの電気角 0 は 6 0度間隔で検出することができる。モー夕 1をトルクリップルが少ないようにべクトル制御するためには、正確なロータの電気角 0を正しく算出する必要があり、また、トルク指令値 T r e f から電流指令値を算出するためには、口一夕の電気角 0および角速度 ωを用いて算出する必要がある。

べクトル制御回路 1 0 0で算出された電流指令値 I a V r e f , l b v r e f , I c v r e f を基準値として電流検出回路 3 2— 1， 3 2 - 2， 3 2— 3から検出された電流 i a， i b， i cをフィードバックして減算回路 2 0— 1， 2 0 - 2 , 2 0— 3で誤差電流を求める。その誤差電流を入力とする比例積分回路 2 1によって電圧指令値 V p a， V p b， V p cを求め、 P WM回路 3 0はインバー夕 3 1を電圧指令値 V p a , V p b , V ρ cに基づいて Ρ WM制御する。以上、説明したように口一夕の電気角 0および角速度 ωを正しく求めることはモータ制御に非常に重要である。そして、この電気角 Θおよび角速度 ωはロータ位置推定回路 2 0 0によって算出される。よって、口一夕位置推定回路 2 0 0 の性能が非常に重要になり、本発明が適用される意義がある。

第 1の発明と第 2の発明をの実施例である口一夕位置推定回路 2 0 0 の詳細な回路図を第 8図に示す。まず、その構成について説明する。口一夕位置推定回路 2 0 0の入力として電圧検出回路 3 3— 1 , 3 3— 2 , 3 3— 3で検出されたモ一夕の相電圧 V a , V b, V cおよび検出されたモータ電流 i a , i b , i c、およびホ一ルセンサ 4 8— 1， 4 8— 2 , 4 8— 3からの検出された電気角 0。= 0 , 6 0， 1 2 0 , 1 8 0 , 2 4 0 , 3 0 0度である。 0。の取付位置は 0度でなくても良く、例えば、ホールセンサ 4 8— 1 を 3 0度の位置に設置したら 0。= 3 0， 9 0 , 1 5 0， 2 1 0， 3 3 0度になる。モータ電流 i a, i b , i cは伝達関数回路 2 0 1— 1， 2 0 2 - 2 , 2 0 2— 3に入力される。ここで、伝達関数は、式（ 1 1 ) として表わされ、理論的説明で使用した式 ( 1 ) に相当する。

Z = (Rm+ s - Lm) / ( s - T _f + 1 ) - - ( 1 1 )

ただし、 m= a， b , cである。 sはラプラス演算子である。式（ 1 1 ) の分子は、式（ 1 ) のモ一夕電流に乗ずるインピーダンス（R m+ s - Lm) である。そして、該インピーダンスに、式（ 1 ) には存在しない口一パスフィル夕の伝達関数である 1 Z ( s · T _f + 1 ) を乗じている。ローパスフィルタを用いる理由は、電流 i a， i b， i cには、ノイズが含まれるので、それを除去するためで、理論的な意味より実用的な意味がある。

減算回路 2 0 2— 1， 2 0 2 - 2 , 2 0 2— 3にモータ電圧 V a， V b， V cと伝達関数回路 2 0 1— 1， 2 0 1— 2， 2 0 1— 3の出力とが入力され、差を取ると各相の逆起電圧 e a， e b, e cが算出される。つまり、式（ 1 ) を実行して各相の逆起電圧 e a， e b， e cを算出したことになる。この実施例では、伝達関数回路 2 0 1 と減算回路 2 0 2 とで各相逆起電圧検出回路を構成していることになる。例えば、 a相逆起電圧検出回路は伝達関数回路 2 0 1— 1 と減算回路 2 0 2— 1 とから構成されている。

次に、角速度算出回路 2 0 3に各相の逆起電圧 e a, e b， e cを入力し式（ 2 ) が実行され、その結果角速度 ωが算出される。ここで角速度算出回路 2 0 3で必要な逆起電圧の最大値算出の方法としては、式（ 2 ) に示すように絶対値をとつて 2倍して、逆起電圧 e a， e b , e cの最大値を算出する方法もあるが、第 3図から判断できるように、電気角 0によって、どの相の逆起電圧が最大値になるか決まっているので、ホールセンサ 4 8の検出する 6 0度毎の電気角 0。を利用して、下記の式（ 1 2 ) から導き出せる。

ω = ( e a X C a + e b X C b + e c X C c ) /K e · - ( 1 2 ) ここで、 C a， C b , C cはコミュ一テ一シヨン（転流）を表わすパラメータであり、台形波、矩形波電流では、「 1」、「 0」又は「一 1」の値をとる。そして、電気角 0。によって、 C a , C b , C cが「 1」になる区間と「 0」になる区間と「ー 1」になる区間が決定されるが、その区間はホールセンサ 4 8の検出信号である S h a l l によって決定することができる。式（ 1 2 ) を用いて角速度 ωを算出する場合は、角速度算出回路 2 0 3には、逆起電圧 e a， e b， e cおよびロータ位相検出回路 2 0 5からの電気角 0。信号が入力され、それらを基に C a, C b， C cが決定され、角速度算出回路 2 0 3で式（ 1 2) が実行されて、角速度 ωが算出される。

つぎに、角速度 ωから電気角 0を求めるのに利用する電気角算出回路 2 04は式（4) で示す積分回路であり、角速度 ωを入力して電気角 0 を算出できる。

これが、第 1の発明の実施例であるが、電気角算出回路 2 0 4で算出された 0に、誤差がある場合には、その誤差が積分で蓄積されるために、第 4図で示すような結果になり、正しい電気角 Θは算出されず実用には適さない。実際の装置では、部品の誤差、温度変化、経年変化、検出誤差など誤差が発生するのが一般的であり、算出された電気角 0に誤差が発生するのが一般的である。 '

そこで、第 2の発明を用いて、第 1の発明の実施で発生する可能性の高い誤差の累積を防止する改良を行う。具体的には、第 8図のロータ位相検出回路 2 0 5を用いる。モータ 1に設置されたホールセンサ 4 8 - 1， 4 8 - 2 , 4 8— 3のホールセンサ信号 S h a 1 1 を入力として口一夕の電気角 0。を検出する。出力として 0。= 0， 6 0， 1 2 0 , 1 8 0， 2 4 0、 3 0 0度が出力される。この検出電気角 0 _Qを電気角算出回路 2 0 4に入力して、式（ 3 ) および式（ 4 ) において初期値 0 i を S。でリセットする。この結果、第 5図に示すように時間 T ₆。において、電気角の真値 6 0度に対し算出値 0は 6 5度と誤差 5度が発生するが、口一夕電気角検出回路 2 0 5の検出値 0。 = 6 0度で算出値 0は 6 0度にリセットされるので、次の積分区間、つまり τ₆。から τ₁₂。の間は初期値 0 iを 6 0度として誤差をリセットした状態で計算するので誤差は蓄積されることはない。以下、 T₁₂。と T₁₈。の間の区間などの後の区間も 6 0度ごとに誤差はリセットされ蓄積されることはない。第 3の発明の実施例を第 9図を用いて説明する。

第 9図において、減算回路 2 0 6において、検出される電気角 0 _Qと当該時点の算出された電気角 0 との誤差を求める。例えば、 T₆。における 0 と 0。= 6 0度との誤差△ 0を算出する。これは、式（ 5 ) を実行することを意味する。次に、誤差角速度検出回路 2 0 7において、式（ 6 ) を実行する。つまり、誤差角速度検出回路 2 0 7では Δ ω = Δ 0 Ζ (η · T s ) を実行して、電気角の誤差 Δ 0から角速度の誤差 Δ ωが算出される。次に、式（ 7) を実行するための誤差逆起電圧算出回路 2 0 8によつて誤差角速度 Δ ωを入力とし、式（ 7) に従って誤差逆起電圧△ eが算出される。次に、誤差抵抗算出回路 2 0 9では、式（ 8) に従って、 Δ Rm= Δ e / i mから温度変化による巻線抵抗の抵抗変化分 Δ R mが算出される。ここで、 m= a， b， cである。

次に、抵抗補正回路 2 1 0において、巻線抵抗 Rmは、誤差抵抗算出回路 2 0 9で算出された抵抗変化分 Δ Rmを考慮した（Rm+ A Rm) に置きかえられる。最後に、抵抗補正回路 2 1 0で算出された新たな抵抗値 R a = R a + A R a， R b = R b + A R b, R c =R c + A R cが伝達関数回路 2 0 1— 1， 2 0 1 - 2 , 2 0 1— 3の抵抗 R a, R b， R cに代入され、温度変化を考慮した正しい抵抗値を用いて、第 2の発明で説明した手順に従って、新たに角速度 ω或いは電気角 0を算出する。その結果、第 6図に示すように第 2の発明では Τ ₆。において Α点における 0 = 6 5度と誤差 5度であったものが、第 3の発明を用いることにより、第 6図に示すように T ₆。において A' 点における θ = 6 1度となり、誤差が 1度に改善される。つまり、ロータ位置検出センサが検出する離散的な電気角 Θ。同士の間の区間の算出電気角 0の精度を大幅に改善することができる。

次に、第 4の発明の実施例について第 9図を用いて説明する。

第 9図の誤差抵抗算出回路 2 0 9で算出された抵抗変化分 Δ R mを変化温度算出回路 2 1 1に入力する。変化温度算出回路 2 1 1では、式（ 1 1 ) に示す温度変化分 Δ T - Δ R m Z aを実行して温度変化分△ Tを算出することができる。ここで、抵抗変化分△ R mは△ R a , Δ R b , Δ R cの 3種類があるので、算出された温度変化分 Δ Tも 3種類発生する可能性があるが、最大値を利用するか、最小値を利用するか、或いは平均値を利用するかは、利用目的、或いは装置全体を考慮して選択する。例えば、過熱保護に利用するのであれば、安全のために最大値を利用することが考えられる。また、温度変化分 Δ Τが判明すれば、初期温度 Τ aに Δ Tを加算して巻線抵抗の温度 T c = T a + Δ Tも算出可能となる ₍ 以上説明した実施例では、第 3図から明らかなように、角速度算出回路 2 0 3の出力波形には逆起電圧 e a , e b , e cの整流波形の小さなリップルが重畳される。それを除去するために、角速度算出回路 2 0 3 の後に口一パスフィルターを配して、リップルを除去してから電気角速度 ωとして構成する方が実用的である。

この考えに基づき構成した変形例を第 1 0図を用いて説明する。この変形例のボイントは、角速度算出回路 2 0 3 aの出力に口一パスフィル夕一である L P F回路 2 1 2を配したところにある。この L P F回路 2 1 2の効果により、電気角速度 ωおよび電気角 Θはリップルの含まない信号として算出される。その後の回路構成は、第 9図の回路構成と同じなので、第 9図で説明した作用と同じ作用により、誤差角速度 Δ ω、誤差逆起電圧 Δ e、誤差抵抗値 Δ R mおよび温度変化値 Δ T mが算出される。この L P F回路を付加した構成の場合は、 L P F回路無しに比べ、各算出値はリップルによる変動のない安定した値を得ることができる効果がある。

以上の説明では、電気角 0を求めるために、第 2図や第 8図で説明したように電圧としてモータの相電圧 V a， V b , V cを用いたが、モー夕の中性点 Nが利用できない場合、モー夕の線間電圧 V a b， V b c , V c aを用いても同じように電気角 Θなどを算出できる。

つまり、理論的には、式（ 1 3) を実行すれば良い。

e a b = V a b― [、R a + s - L a) - i a― (R b + s · L b ) · i b]

e b c =V b c— [(R b + s - L b) - i b— （R c + s · L c ) · i c ]

e c a = V c a― [(R c + s · L c ) · i c一 ( R a + s · L a ) ·

1 a ]

· · · ( 1 3 )

その実施例を第 1 1図に示す。第 8図と比較すると減算回路 2 0 2— 4,

2 0 2 - 5 , 2 0 2 - 6が追加された構成になり、線間電圧 V a b , V b c， V c aが入力値となっている。

なお、以上の説明では、エンコーダゃレゾルバのように分解能の高い位置検出センサの替わりにホールセンサなどの安価だが分解能の低い位置検出センサに適用すると説明した。しかし、分解能の高いエンコーダゃレゾルバでもモータの回転速度が低くなると検出サンプル数が少なくなり口一夕の位置や角速度の検出精度が悪くなるので、エンコーダゃレゾルバにも本発明を適用してモ一夕の回転速度が遅い領域でもロー夕の位置、角速度の検出精度を良くすることができる。以上に説明したように、本発明のモ一夕駆動制御装置および電動パヮーステアリング装置によれば、安価なロータ位置検出センサを用いても、モータの電圧、電流等から算出されるロータの電気角と安価なロータ位置検出センサを組み合わせることにより、モ一夕の低回転速度域も含め、精度の高い口一夕の電気角或いは角速度を検出でき、さらに、モータ巻線の抵抗値および温度も検出できるモー夕駆動制御装置を提供できる。

また、電動パワーステアリング装置においては、安価な口一夕位置検出センサを用いても精度の高い口一夕の電気角を検出できるモータ駆動制御装置を用いて、トルクリップルの少ないモー夕制御により、ハンドルの急速操舵に滑らかに追従できる安価な電動パワーステアリング装置を提供できる効果がある。産業上の利用可能性

本発明に係るモータ駆動制御装置は、比較的高性能でない安価な口一夕位置検出センサを用いるにも関わらず、精度良くロータ位置を算出できまた、モー夕の低速域ゃモ一夕の温度変化があっても口一夕位置を精度良く算出できるので、モータを精度良く駆動制御できる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上述したモータ駆動制御装置を用いるので、電動パヮ一ステアリング装置のモータを精度良く駆動制御でき、緊急避難などのハンドルの高速切替え操舵であつても、違和感のないハンドル操舵を安価な価格で提供できる。

Claims

請求の範囲

1 . 3以上の相を有するブラシレス D Cモー夕の相電圧または線間電圧を検出する電圧検出回路と、前記モータの電流を検出する電流検出回路と、前記相電圧または線間電圧と前記電流と前記乇一夕の巻線抵抗値と巻線ィンダクタンス値とから前記モータの各相逆起電圧を算出する各相逆起電圧検出回路と、前記各相逆起電圧の内の最大値となる逆起電圧を検出して前記モータのロータの角速度 ωを算出する角速度算出回路と、前記角速度 ωからロータの電気角 Θを算出する口一夕位置推定回路とを備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。

2 . 前記モータのロー夕の電気角 0。を離散的に検出するロータ位置検出センサを備え、前記ロータの算出された電気角 Θを前記ロータの検出された電気角 0。によって修正するロータ位置推定回路を備えた請求項の範囲第 1項記載のモータ駆動制御装置。

3 . 前記算出された電気角 Θ と前記検出された電気角 Θ。との誤差 Δ 0 から前記巻線抵抗の温度変化による抵抗変化分 Δ Rを算出するロータ位置推定回路を備えた請求項の範囲第 1項又は第 2項に記載のモータ駆動制御装置。

4 . 前記抵抗変化分 Δ Rから前記巻線の温度変化分 Δ Τを算出する口一夕位置推定回路を備えた請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。

5 . 前記温度変化分 Δ Τまたは前記抵抗変化分を用いて、前記口一夕の算出された電気角 0を修正するロータ位置推定回路を備えた請求の範囲第 3項又は第 4項に記載のモータ駆動制御装置。

6 . 前記電流検出回路の入力又は出力に口一パスフィルターを設置した口一夕位置推定回路を備えた請求の範囲第 1項に記載のモータ駆動制御

7 . 請求の範囲第 1項乃至第 6項のいずれかに記載のモータ駆動制御装置が用いられる電動パワーステアリング装置。