WO2021166682A1 - 回転角センサの校正方法 - Google Patents

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WO2021166682A1
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angle sensor
rotation
sensor
motor shaft
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PCT/JP2021/004315
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華軍 劉
督己 加島
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日立Astemo株式会社
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    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor shaft of an electric motor.
  • the steering shaft (for example, a rack bar) is driven by the electric motor.
  • the ball screw mechanism is connected.
  • the rotational force of the electric motor is transmitted from the motor-side pulley provided on the drive shaft of the electric motor to the nut-side pulley that rotates integrally with the nut via a belt.
  • the three-phase brushless type electric motor is a drive source of an electric water pump that pumps refrigerant in an internal combustion engine cooling system and a drive source of an electric oil pump incorporated in a hydraulic pump system for an automatic transmission. It is used as a drive source for various in-vehicle actuators such as.
  • the rotation angle of the motor shaft is detected by using the rotation angle sensor, and the current applied to the stator coil of the electric motor is controlled based on this rotation angle. Then, this rotation angle sensor generates a rotation angle error due to eccentricity of the motor shaft, variation in magnetizing strength, etc. in the manufacturing process and the assembly process. When this rotation angle error occurs, an unfavorable effect such as fluctuation of the motor torque occurs.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-64771
  • the rotation angle error between the reference value (true value) of the rotation angle to be detected and the detection value detected by the rotation angle sensor is defined by performing a fast Fourier transform (FFT).
  • FFT fast Fourier transform
  • IFFT inverse fast Fourier transform
  • the correction value is calculated
  • the calculated correction value is the rotation angle sensor. It is shown that the rotation angle error is compensated by reflecting it in the detected value detected in.
  • An object of the present invention is to provide a novel method for calibrating a rotation angle sensor that can stop a motor rotor at a predetermined rotation stop position with as little extra capital investment as possible and with high accuracy.
  • the method for calibrating the rotation angle sensor according to the embodiment of the present invention is as follows.
  • a method for calibrating the rotation angle sensor of an electric motor The electric motor is integrated with a stator coil including a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase coil, a motor rotor rotated by excitation of the stator coil, and a motor rotor. It is equipped with a motor shaft that is rotated and a rotation angle sensor that detects the rotation position of the motor shaft.
  • a step of rotating the motor shaft to the first rotation stop position by exciting a predetermined one-phase coil or a first set of coils which are predetermined two-phase coils among the three-phase coils of the stator coil.
  • Excitation process and A rotation position detection step including a step of acquiring a detection value of the rotation angle sensor at the first rotation stop position and a step of acquiring a detection value of the rotation angle sensor at the second rotation stop position.
  • a sensor error correction parameter generation step of generating a sensor error correction parameter for correcting the detection value of the rotation angle sensor when driving and controlling an electric motor from the detection value of the rotation angle sensor obtained by the rotation position detection step.
  • a predetermined one-phase coil or a predetermined two of the three-phase coils of the stator coil is used.
  • the first set of coils, which are the phase coils, are excited.
  • This rotation stop position is determined by the phase of the coil to be excited, and has very high reproducibility. In other words, even if the excitation process is performed a plurality of times, the motor rotor is stopped at almost the same rotation stop position. Can be made to.
  • FIG. 1 It is a front view which looked at the electric power steering apparatus from the front side of a vehicle. It is sectional drawing of the assist mechanism shown in FIG. It is an enlarged view of the main part near the rotation angle sensor of the assist mechanism of FIG. It is a block diagram of the control device of an electric motor. It is explanatory drawing explaining the error of the rotation angle sensor. This is an explanation for explaining the frequency component of the error of the rotation angle sensor. It is a block diagram explaining the calibration method of the rotation sensor which is embodiment of this invention. It is explanatory drawing which shows the detection angle of a rotation sensor. It is a flowchart explaining the calibration method of the rotation angle sensor performed by the electric power steering apparatus before shipment from a factory. It is a flowchart explaining the control which corrects the detection value of the actual rotation angle sensor.
  • FIG. 1 shows the electric power steering device as viewed from the front side of the automobile
  • FIG. 2 shows a cross section of the vicinity of the assist mechanism of FIG.
  • the electric power steering device 1 has a steering mechanism 2 and an assist mechanism 3.
  • the steering mechanism 2 transmits the rotation of the steering wheel rotated by the driver to the steering shaft (hereinafter, rack bar) 4 that steers the front wheels (steering wheels).
  • the steering mechanism 2 has a steering shaft 2a connected to the steering wheel and a pinion shaft (not shown) that meshes with the rack of the rack bar 4.
  • the steering shaft 2a and the pinion shaft are connected by a torsion bar.
  • the assist mechanism 3 imparts an assist force to the rack bar 4 to reduce the steering load of the driver.
  • the steering mechanism 2 and the assist mechanism 3 are housed inside a housing 5 having a rack bar accommodating portion 5a and a deceleration mechanism accommodating portion 5b.
  • the rack bar accommodating portion 5a accommodates the rack bar 4 so as to be movable in the axial direction.
  • the speed reduction mechanism accommodating portion 5b is arranged in the axially intermediate portion of the rack bar accommodating portion 5a, and accommodates the deceleration mechanism described later.
  • the assist mechanism 3 has an electric motor 6 and a ball screw mechanism 7.
  • the output of the electric motor 6 is controlled by a controller (not shown) according to the torsion bar torque (steering torque), vehicle speed, or the like.
  • the ball screw mechanism 7 converts the rotational motion of the electric motor 6 into a linear motion and transmits it to the rack bar 4.
  • the electric motor 6 is housed inside a motor housing 6h fixed to a reduction mechanism accommodating portion 5b, and is mainly composed of a stator coil, a motor rotor, a motor shaft, a bearing that supports the motor shaft, and the like.
  • the electric motor 6 is provided with a rotation angle sensor, and the rotation angle sensor includes a sensor magnet and a detection element.
  • the sensor magnet is provided on the motor shaft, and the detection element is provided at a position where the change in the magnetic field generated by the sensor magnet can be detected.
  • the above-mentioned electric motor 6 is a three-phase brushless motor, and the number of slots is N.
  • the motor shaft can be rotated to N rotation stop positions or twice the rotation stop positions of N.
  • the number of slots is set to 12, and in the "excitation step" of the calibration method described later, the motor shaft is rotated to 24 rotation stop positions, which is twice the number of slots. I have to. That is, the rotation angles at 24 rotation stop positions are detected for one rotation of the motor shaft.
  • the ball screw mechanism 7 has a nut 8 and a nut-side pulley 9.
  • the nut-side pulley 9 is formed in a cylindrical shape surrounding the nut 8.
  • the nut-side pulley 9 is fastened to the nut 8 by four fixing bolts as fixing portions.
  • the nut side pulley 9 is made of synthetic resin for the purpose of reducing the weight.
  • a cylindrical motor-side pulley 11 is fixed to the motor shaft 6a of the electric motor 6.
  • the motor-side pulley 11 is arranged so as to be offset in the radial direction with respect to the rotation axis of the nut body portion, has a tubular motor pulley winding portion, and is rotationally driven by the electric motor 6.
  • a belt (transmission member) 12 is wound between the nut-side pulley 9 and the motor-side pulley 11.
  • the outer diameter of the nut-side pulley 9 is formed to be larger than the outer diameter of the motor-side pulley 11.
  • the motor-side pulley 11, the belt 12, and the nut-side pulley 9 function as a reduction mechanism for the electric motor 6.
  • the motor-side pulley 11, the belt 12, and the nut-side pulley 9 are housed inside the speed reduction mechanism accommodating portion 5b.
  • the nut 8 is formed in a cylindrical shape surrounding the rack bar 4.
  • the nut 8 is rotatably supported by a ball bearing 19 with respect to the housing 5.
  • a spiral nut-side ball screw groove 13 is formed on the inner circumference of the nut 8.
  • a spiral rack bar side ball screw groove 14 is formed on the outer periphery of the rack bar 4.
  • the ball circulation groove 15 is composed of the nut-side ball screw groove 13 and the rack bar-side ball screw groove 14. A plurality of metal balls 16 are filled in the ball circulation groove 15.
  • the rack bar 4 moves in the axial direction with respect to the nut 8 as the ball 16 moves in the ball circulation groove 15 as the nut 8 rotates.
  • FIG. 3 shows an enlarged cross section in the vicinity of the rotation angle sensor 17 provided near the tip of the motor shaft 6a on the opposite side of the motor side pulley 11.
  • the rotation angle sensor 17 is composed of a sensor magnet 18 provided at the tip of the motor shaft 6a of the electric motor 6 and a magnetic sensor (GMR sensor) 20 provided at a position facing the sensor magnet 18 on the control board 19.
  • GMR sensor magnetic sensor
  • the control / drive circuit 21 is mounted on the control board 19.
  • the magnetic sensor 20 may be located on the control unit housing 23 side with respect to the magnet cover 22, but in some cases, the magnetic sensor 20 may be provided in the motor housing 24.
  • the motor housing 24 corresponds to the motor housing 6h in FIG.
  • the end of the motor shaft 6a on the control unit housing 23 side penetrates the shaft insertion hole 25 of the motor housing 24 and is located inside the control unit housing 23.
  • the motor shaft 6a is rotatably supported by the bearing 26 in the motor housing 24.
  • the sensor magnet 18 is held at the tip of the motor shaft 6a (a portion located in the control unit housing 23) via the magnet holder 27.
  • the sensor magnet 18 is press-fitted into the magnet holder 27, and the tip of the motor shaft 6a is press-fitted into the magnet holder 27.
  • the sensor magnet 18 has a predetermined number of north poles and south poles magnetized in the direction around the rotation axis of the motor shaft 6a.
  • the sensor magnet 18 has a press-fitting portion extending from the vicinity of the central portion of the disk-shaped member, and this press-fitting portion is press-fitted into the magnet holder 27.
  • the sensor magnet 18 is held by the magnet holder 27, and the surfaces other than the surface facing the magnetic sensor 20 are surrounded by the magnet holder 27. Therefore, the sensor magnet 18 is shielded from the magnetic field from the outside by the magnet holder 27.
  • the three-phase brushless electric motor (corresponding to the electric motor 6 in FIG. 2) 100 includes a stator 110 provided with three-phase coils 110U, 110V, and 110W, and a motor rotor 120 rotatably supported by the stator 110.
  • the motor rotor 120 has a motor shaft 6a fixed to it.
  • the U-phase coil 110U is configured by connecting three coil pieces U1, U2, and U3 in parallel (or in series)
  • the V-phase coil 110V has three coil pieces V1, V2.
  • V3 are connected in parallel (or connected in series)
  • the W-phase coil 110W is configured by connecting three coil pieces W1, W2, and W3 in parallel (or connected in series).
  • One end tua of the U-phase coil 110U, one end tva of the V-phase coil 110V, and one end twa of the W-phase coil 110W are connected to the controller 300, and the other end tub of the U-phase coil 110U, the other end tvb of the V-phase coil 110V, The other end twb of the W-phase coil 110W is Y-connected (star-connected) at the neutral point N.
  • the magnetic sensor (corresponding to the magnetic sensor 20 in FIG. 3) 200 is a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor rotor 120, and is a magnetic pole position detection that detects the magnetic pole position of the sensor magnet 18 on the motor shaft 6a shown in FIG. It is also a sensor.
  • the detection signal (rotation angle) of the magnetic sensor 200 is input to the controller 300.
  • the controller 300 includes an inverter 310 and a control unit 320.
  • a U-phase arm in which a switching element 311a on the upper arm side and a switching element 311b on the lower arm side are connected in series, a switching element 311c on the upper arm side, and a switching element 311d on the lower arm side are connected in series.
  • It includes a connected V-phase arm, a switching element 311e on the upper arm side, and a W-phase arm in which a switching element 311f on the lower arm side is connected in series.
  • Each arm included in the inverter 310 is connected in parallel between the positive electrode wire L1 of the in-vehicle DC power supply PS and the negative electrode wire L2 of the DC power supply PS to form a three-phase bridge circuit.
  • the switching elements 311a to 311f each include a diode D in antiparallel, and are composed of, for example, a power semiconductor element such as a FET (Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the inverter 310 is provided with a current detecting means for detecting the phase current.
  • a shunt resistor 312u that outputs a current detection signal Iu corresponding to the U-phase current is interposed on the negative electrode line L2 side of the U-phase arm, and a shunt resistor that outputs a current detection signal Iv corresponding to the V-phase current.
  • 312v is interposed on the negative electrode wire L2 side of the V-phase arm, and a shunt resistor 312w that outputs a current detection signal Iw corresponding to the W-phase current is interposed on the negative electrode wire L2 side of the W-phase arm.
  • the shunt resistors 312u, 312v, and 312w each output the potential difference between both ends to the control unit 320 as current detection signals Iu, Iv, and Iw corresponding to the respective phase currents.
  • the control unit 320 is configured to communicate with an external control device via a CAN (Controller Area Network) or the like, and also has an A / D converter, a processor such as a CPU (Central Processing Unit), and a RAM. It is equipped with a microcomputer having a writable storage memory such as (Random Access Memory) and a read-only storage memory such as ROM (Read Only Memory).
  • An input circuit and an output circuit are connected to the microcomputer, detection signals of various sensors are input to the input circuit, and a control signal is output from the output circuit to the power semiconductor of the inverter 310.
  • a mode switching signal MD is input to the input circuit, and is artificially input by the operator when the rotation angle sensor 17 is calibrated. When this mode switching signal MD is input, calibration processing is performed, which will be described later.
  • the control unit 320 controls the rotation angle signal output from the rotation angle sensor 17 that detects the rotation angle of the motor rotor 120, the current detection signals Iu, Iv, Iw output from the shunt resistors 312u, 312v, 312w, and external control.
  • a signal of the target rotation speed ⁇ * transmitted from the device is input, and a control signal is output to the inverter 310 based on these input signals.
  • the rotation angle sensor 17 is used to detect the rotation angle of the motor shaft 6a (see FIG. 2) to control the current applied to the stator coil of the electric motor 100. ing. Then, the rotation angle sensor 17 causes a rotation angle error due to the eccentricity of the motor shaft 6a, the variation in the magnetizing strength of the sensor magnet 18 (see FIG. 3), and the like in the manufacturing process and the assembly process. Of course, it goes without saying that the rotation angle error is also caused by other causes.
  • the rotation angle error between the reference value (true value) of the rotation angle and the detection value detected by the rotation angle sensor 17 is subjected to high-speed Fourier conversion to perform a frequency of a predetermined order.
  • the frequency component of this rotation angle error is inversely high-speed Fourier transformed and converted into the angle error to obtain the correction value, and the obtained correction value is reflected in the detection value detected by the rotation angle sensor 17. , It is effective to compensate for the rotation angle error.
  • FIG. 6 shows a state in which the rotation angle error between the detection value detected by the rotation angle sensor 17 and the reference value (true value) of the rotation angle is discrete Fourier transformed.
  • the rotation angle error can be expressed by a trigonometric function of a predetermined order.
  • FIG. 6 shows the first-order error component to the fourth-order error component. It should be noted that this order is arbitrary and may be any order as long as it can secure a predetermined accuracy, but in the present embodiment, up to the fourth component is the target of calculation.
  • the reference value (X) for obtaining the rotation angle error of the equation (1) can be obtained by using a reference rotation angle sensor in which the angle error is compensated.
  • the reference angle at which the rotation angle error does not occur in the regular reference rotation angle sensor is stored in a storage element such as a ROM as a true value in advance.
  • the reference value (X) per rotation of the motor rotor 120 is stored as the reference value shown by the thin broken line in FIG.
  • the reference value of the rotation angle sensor can be measured by attaching an error-compensated reference rotation angle sensor to the motor shaft 6a and using it at the same time as the rotation sensor for calibration.
  • EEPROM is used as a table.
  • Am1S, Am1C, Am2S, Am2C, ..., Am4S, Am4C ⁇ ... (3) These are sensor error correction parameters for compensating for the rotation angle error, and are used in the actual rotation angle correction value calculation to obtain the correction value.
  • the map is used by substituting the error of the detection value of the rotation angle sensor 17 into this calculation formula using the above-mentioned calculation formula.
  • the calculation load and the number of memories can be reduced as compared with the case where the error is stored.
  • the rotation angle sensor 17 is calibrated as follows.
  • FIG. 7 shows a configuration for calibrating the rotation angle error for each electric motor.
  • the rotation of the rotor motor 120 of the electric motor 100 is detected by the rotation angle sensor 17.
  • the control unit 320 includes a normal PWM control unit 321 and a two-phase energization control unit 322, and a mode switching unit 323.
  • the actual current value of each phase corresponding to the current detection signals Iu, Iv, and Iw is coordinate-converted by a predetermined arithmetic expression, and the d-axis actual current value of the d-axis is actually obtained.
  • the current value Id and the actual current value Iq on the q-axis, which is the actual current value on the q-axis, are calculated.
  • the d-axis target current value Id * and the q-axis target current value Iq * are calculated based on the actual rotation speed ⁇ and the target rotation speed ⁇ * transmitted from the external control device. Specifically, by referring to a data table in which the d-axis target current value Id * and the q-axis target current value Iq * are set in advance with respect to the deviation between the actual rotation speed ⁇ and the target rotation speed ⁇ *, the d-axis Calculate the target current value Id * and the q-axis target current value Iq *.
  • d of the terminal voltage to be applied to the electric motor 100 based on the d-axis actual current value Id and the q-axis actual current value Iq and the d-axis target current value Id * and the q-axis target current value Iq *.
  • the d-axis applied voltage command value Vd *, which is an axis component, and the q-axis applied voltage command value Vq *, which is the q-axis component of the terminal voltage, are calculated.
  • the d-axis applied voltage command value Vd * and the q-axis applied voltage command value Vq * are coordinate-converted by a predetermined calculation formula, and the U-phase applied voltage command value Vu *, which is the terminal voltage to be applied to the U-phase coil 110U.
  • the V-phase applied voltage command value Vv *, which is the terminal voltage to be applied to the V-phase coil 110V, and the W-phase applied voltage command value Vw *, which is the terminal voltage to be applied to the W-phase coil 110W, are calculated.
  • a PWM signal defined by the duty which is the on / off ratio in the PWM control of the switching elements 311a to 311f is generated.
  • the duty is calculated according to the U-phase applied voltage command value Vu *, the V-phase applied voltage command value Vv *, and the W-phase applied voltage command value Vw *.
  • the mode switching unit 323 connects the inverter 310 and the PWM control unit 323.
  • This rotation angle error is calibrated when the electric motor is completed and attached to an applicable product such as an electric power steering device, for example before shipment from the factory.
  • this mode switching signal MD When the mode switching signal MD is input by the operator, this mode switching signal MD is given to the mode switching unit 323, and when the inverter 310 and the two-phase energization control unit 322 are connected by the mode switching unit 323, the two-phase is generated.
  • the energization control unit 323 energizes the two coils.
  • the two-phase energization control unit 323 generates a control signal to be output to the control terminals (gate terminals) of the switching elements 311a to 311f (see FIG. 4), and is 2 with respect to the three-phase coils 110U, 110V, 110W of the stator 110.
  • Phase energization is performed and excitation is sequentially performed so as to have a predetermined rotation angle (see FIG. 8) at a plurality of rotation stop positions.
  • the control signal output from the two-phase energization control unit 323 energizes and excites two of the three phases of the U-phase coil 110U, the V-phase coil 110V, and the W-phase coil 110W, and excites this at each predetermined rotation angle. It switches sequentially. In this embodiment, as described above, the switching is performed every 15 °.
  • the electric motor of the present embodiment has a configuration in which an electric angle of 360 ° (1 cycle) and a mechanical angle of 90 ° can be obtained.
  • the motor rotor 120 is rotated by exciting every 15 °, and the rotation is stopped at this rotation angle C [n].
  • the output of the rotation angle sensor 17 is detected at the position.
  • the two-phase energization control can be performed by controlling the outputs of the switching elements 311a to 311f in the inverter 310 to the control terminals as follows. Hereinafter, description will be made with reference to FIG.
  • the voltage V is applied as the U-phase terminal voltage Vu and the voltage is set as the V-phase terminal voltage Vv. (-V) is applied so that a holding current flows from the U phase to the V phase for a predetermined time.
  • the predetermined time corresponds to the time for the motor rotor 120 to settle at the stop position. The same applies to the predetermined time described below.
  • the voltage V is applied as the U-phase terminal voltage Vu and the voltage is set as the W-phase terminal voltage Vw. (-V) is applied so that a holding current flows from the U phase to the W phase for a predetermined time.
  • the voltage V is applied as the V-phase terminal voltage Vv and the voltage is set as the W-phase terminal voltage Vw. (-V) is applied so that a holding current flows from the V phase to the W phase for a predetermined time.
  • the voltage V is applied as the V-phase terminal voltage Vw and the voltage is set as the U-phase terminal voltage Vu. (-V) is applied so that a holding current flows from the V phase to the U phase for a predetermined time.
  • the voltage V is applied as the W-phase terminal voltage Vw and the voltage is set as the U-phase terminal voltage Vu. (-V) is applied so that a holding current flows from the W phase to the U phase for a predetermined time.
  • the voltage V is applied as the W-phase terminal voltage Vw and the voltage is set as the V-phase terminal voltage Vv. (-V) is applied so that a holding current flows from the W phase to the V phase for a predetermined time.
  • the coil to which the voltage (V) is applied is the north pole
  • the coil to which the voltage (-V) is applied is the south pole.
  • the S pole of the motor rotor 120 is attracted to the coil magnetized to the N pole by excitation, and is stabilized at the position where the S pole of the motor rotor 120 is closest to the coil.
  • the position of this coil corresponds to the position of the slot. Therefore, it is possible to accurately rotate the motor rotor 120 at the rotation stop position of each slot.
  • the motor rotor when the motor rotor is rotated to a predetermined rotation stop position, two predetermined coils out of the three-phase coils of the stator coil are excited. Then, by sequentially switching the exciting coils, the motor rotor rotor 120 can be accurately rotated and stopped at the rotation stop position at each rotation angle to be detected.
  • This rotation stop position is determined by the set of the two coils to be excited, and has very high reproducibility.
  • the motor rotor 120 can be rotated to the same rotation stop position even if the excitation is performed a plurality of times. can.
  • the two-phase energization control unit excites the two-phase coils at the same time, but it is also possible to excite only the one-phase coils to rotate the motor rotor 120.
  • the detected values of the rotation angle sensors 17 at the 24 predetermined angles shown in FIG. 8 are input to the sensor error correction parameter calculation unit 324 of the control unit 320.
  • the sensor error correction parameter calculation unit 324 the input detection value is compared with the reference value, and the difference (rotation angle error) is obtained.
  • the reference value is obtained and stored in the ROM in advance.
  • the obtained rotation angle error is subjected to the above-mentioned high-speed Fourier conversion processing, and the amplitude of the sine wave component (AmnS) of the rotation angle error for each order, which is a sensor error correction parameter, and the amplitude of the cosine wave component of the rotation angle error. (Amplitude) and phase (Phn) are obtained and stored in EEPROM 325, which is a rewritable storage element. This completes the acquisition of the sensor error correction parameters required for calibration of the rotation angle sensor 17.
  • the sensor error correction parameter stored in the EEPROM 325 is read out in the process of detecting the angle of rotation in the actual control, and is substituted into the arithmetic expression processed by the inverse fast Fourier transform to obtain the correction value. This correction value is reflected in the detected actual detection value of the rotation angle sensor 17, whereby the rotation angle can be detected with high accuracy.
  • step S10 a specific calibration method of the rotation angle sensor 17 before shipment from the factory will be described with reference to FIG. First, various measuring devices, power supply circuits, and the like are prepared for calibration work. When the preparation for the calibration work is completed, the work in step S10 is performed.
  • Step S10 the electric motor is incorporated into the electric steering device.
  • the electric motor at this time has N slots, and the motor shaft is rotated to N rotation stop positions or twice the rotation stop positions of N. Specifically, the number of slots is 12, and the motor shaft is rotated at 24 rotation stop positions.
  • the electric motor applies a steering force to the power steering device of the vehicle, and as shown in FIGS. 2 and 3, the motor housing and bearings are included, and the rotation angle sensor 17 (17) is a sensor magnet. 18 and a magnetic sensor (detection element) 20 are included.
  • the sensor magnet 18 is provided on the motor shaft, and the magnetic sensor 20 can detect a change in the magnetic flux generated by the sensor magnet 18.
  • step S11 the process proceeds to step S11.
  • Step S11 the battery power supply is connected to the electric motor and the power is turned on. As a result, the control unit 320 starts operating. In this case, since the rotation angle sensor 17 is in the calibration mode, the mode switching signal MD is input to the control unit 320 from the outside, the mode switching unit 323 is operated, and the inverter 310 and the two-phase energization control unit 322 are connected. do. After that, the calculation of the sensor error correction parameter is executed by the following steps according to the program of the control unit 320.
  • Step S12 is an excitation step.
  • the motor rotor 120 is rotated to the rotation angle position at the rotation angle C [0] by the two-phase energization control.
  • This two-phase energization control is as described above.
  • step S13 is executed.
  • Step S13 is a rotation position detection step.
  • Step S13 with the motor rotor 120 rotated in step S12, the angle detected by the rotation angle sensor 17 at the rotation angle C [0] is taken in as a detection value.
  • the detected value is temporarily stored in the RAM which is the work area.
  • the electric motor is separated from the reduction mechanism of the steering device. Therefore, since the excitation step is performed in a state where the reduction mechanism is not connected to the electric motor, the motor shaft can be rotated in a state where there is no rotational load of the reduction mechanism. As a result, it is possible to suppress an increase in electric power for excitation. Further, the decrease in the rotation speed of the motor shaft 6a is suppressed, and the time of the excitation step and the rotation position detection step can be shortened. When the acquisition of the detected value is completed, the operation of step S14 is executed.
  • Step S14 is a sensor error correction parameter generation step.
  • step S14 the reference value corresponding to the rotation angle C [0], which is obtained in advance and stored in the ROM, is read out, and the difference from the detection value detected in step S13 is obtained as the rotation angle error.
  • the obtained rotation angle error is subjected to a fast Fourier transform process as shown in the above equations (1) and (2), and the above-mentioned sensor error correction parameter is obtained.
  • Specific parameters are the amplitude (AmnS) of the sinusoidal component of the rotation angle error for each order, the amplitude (AmnC) of the cosine wave component of the rotation angle error, and the phase (Phn).
  • Step S15 is a sensor error correction parameter storage process.
  • a sensor error consisting of the amplitude (AmnS) of the sinusoidal component of the rotation angle error for each order, the amplitude (AmnC) of the cosine wave component of the rotation angle error, and the phase (Phn) obtained in step S14.
  • the correction parameters are stored in the EEPROM 325 (see FIG. 7).
  • the excitation step in step S12 includes a clockwise excitation step of exciting the stator coil so that the motor shaft 6a rotates clockwise and a counterclockwise excitation step of exciting the stator coil so that the motor shaft 6a rotates counterclockwise.
  • the rotation excitation step may be executed. In this case, the rotation position detection step and the sensor error correction parameter generation step are also processed accordingly.
  • the rotation position detection step in step S13 includes a step of acquiring the detection value of the rotation angle sensor 17 when the motor shaft 6a is rotated to the position of the rotation angle C [0] by the clockwise excitation step, and a counterclockwise excitation step.
  • the step of acquiring the detected value of the rotation angle sensor 17 when the motor shaft 6a is rotated to the rotation angle C [0] by the step is executed.
  • the sensor error correction parameter generation step of step S14 the sensor error correction parameter when the motor shaft 6a is rotated to the position of the rotation angle C [0] by the clockwise excitation step, and the motor shaft by the counterclockwise excitation step.
  • the calculation for obtaining the average value with the sensor error correction parameter when 6a is rotated to the position of the rotation angle C [0] is executed.
  • the detection position is set in increments of 15 °, but when the position of 30 ° is detected, it is at the position of 30 ° when rotated clockwise from the position of 15 ° to the position of 30 °. There may be a slight discrepancy between the detected value of the rotation angle sensor 17 and the detected value of the rotation angle sensor 17 at the 30 ° position when rotating counterclockwise from the 45 ° position to the 30 ° position. ..
  • the vibration characteristics of the rotation of the motor shaft 6a are different in the clockwise case and the counterclockwise direction, and even in the averaged detected value, the difference occurs depending on the difference in the rotation direction. ..
  • the sensor error correction parameter is also the average value of the detected values of the rotation angle sensor 17 detected by the rotation in both directions. , It is possible to reduce the variation of the sensor error correction parameter due to the difference in the rotation direction of the electric motor.
  • step S15 When the storage process of the sensor error correction parameter at the rotation angle C [0] is completed in step S15, the process of step S16 is executed.
  • Step S16 it is determined whether or not the sensor error correction parameters at the plurality of predetermined rotation angles (C [0] to C [23]) shown in FIG. 8 have been acquired and stored. If it is determined in step S16 that the predetermined rotation angle C [23] has not been completed, step S17 is executed. On the other hand, if it is determined that the predetermined rotation angle C [23] has been completed, step S18 is executed.
  • Step S17 the process returns to step S12 by designating the predetermined rotation angle next to the predetermined rotation angle obtained by executing steps S12 to S15, and the excitation step and rotation of the target predetermined rotation angle C [n] are performed.
  • the position detection step, the sensor error correction parameter generation step, and the sensor error correction parameter storage step are executed again.
  • step S18 is executed when the rotation angle C [23] is completed.
  • Step S18 the sensor error correction parameters at 24 predetermined angles were obtained, so the battery power is turned off to complete the calibration of the rotation sensor.
  • step S19 is executed.
  • Step S19 the electric motor and the reduction mechanism are connected to complete the calibration work as the electric power steering device. As shown in FIG. 2, the electric motor is connected by a belt.
  • a sensor error correction parameter suitable for use as an electric power steering device is generated by performing an excitation step and a rotation position detection step in a state where the electric motor used for the electric power steering device is assembled. can do.
  • the motor shaft 6a has a predetermined inclination while being supported by the motor housing 6h via a bearing.
  • This inclination component also causes an error having a frequency component included in the detection value of the rotation angle sensor 17. Then, by performing the excitation step and the rotation position detection step in a situation where this error occurs, it is possible to generate a highly accurate sensor error correction parameter capable of correcting this error.
  • the rotation angle sensor 17 includes a first rotation angle sensor and a second rotation angle sensor. Then, in the rotation position detection step, the detection value of the first rotation angle sensor and the detection value of the second rotation angle sensor at the predetermined rotation angle when the motor shaft 6a is rotated to the predetermined rotation stop position in the excitation step are acquired. You can do it.
  • the rotation angle sensor 17 is composed of a plurality of rotation angle sensors such as the first rotation angle sensor and the second rotation angle sensor
  • the rotation position is determined by detecting the plurality of rotation angle sensors at the same timing.
  • the measurement time in the detection process can be shortened.
  • the plurality of rotation angle sensors detect the angle of the predetermined rotation stop position of the motor shaft 6a, so that the measurement difference between the plurality of rotation angle sensors can be reduced. can.
  • the sensor error correction parameters obtained by the above calibration work are stored in the EEPROM 325. Since this sensor error correction parameter is different for each electric motor, it is stored corresponding to each electric motor.
  • FIG. 10 shows a control flow executed by the control unit 320, the mode switching unit 323 is connected to the PWM control 321 and the sensor error correction parameter stored in the EEPROM 325 determines the rotation angle of the PWM control unit 321. Used in the desired control.
  • Step S20 the actual rotation angle of the motor shaft 6a is detected from the rotation angle sensor 17, and this detected value ⁇ is temporarily stored in the RAM of the work area. When the detection of the rotation angle is completed, the process proceeds to step S21.
  • Step S21 the sensor error correction parameter obtained by the previous calibration work is read from the EEPROM 325.
  • the sensor error correction parameters are the amplitude (AmnS) of the sinusoidal component of the rotation angle error for each order, the amplitude (AmnC) of the cosine wave component of the rotation angle error, and the phase (Phn).
  • the rotation angle error may be obtained by substituting the values of the first-order component to the fourth-order component.
  • step S24 the rotation angle error ⁇ obtained in step S3 is reflected in the detection value ⁇ detected in step S20 as follows.
  • the rotation angle reflecting the error is " ⁇ c”
  • the motor shaft 6a is rotated to a predetermined rotation stop position by exciting the two-phase coil among the three-phase coils of the stator coil, and the rotation at this rotation stop position is performed.
  • the detection value of the angle sensor is acquired, and from the acquired detection value of the rotation angle sensor, a sensor error correction parameter for correcting the detection value of the rotation angle sensor when driving and controlling the electric motor is generated.
  • This rotation stop position is determined by the phase of the coil to be excited, and has very high reproducibility. In other words, even if the excitation process is performed a plurality of times, the motor rotor is stopped at almost the same rotation stop position. Can be made to.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.

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Abstract

ステータコイルの３相のコイルのうち、２相のコイルを励磁することで、モータシャフトを所定の回転停止位置に回転させ、この回転停止位置における回転角センサの検出値を取得し、取得された回転角センサの検出値から、電動モータを駆動制御するときの回転角センサの検出値を補正するためのセンサ誤差補正パラメータを生成する。これによれば、所定の回転停止位置にモータロータを回転させる際、ステータコイルの３相のコイルのうち２つのコイルを励磁している。この励磁するコイルを順次、切り替えていくことで、所定の回転停止位置でモータロータを精度よく停止させることができる。

Description

回転角センサの校正方法
　本発明は電動モータのモータシャフトの回転角を検出する回転角センサの校正方法に関するものである。
　一般的に３相ブラシレス方式の電動モータを用いて操舵力を補助したり、電動モータを用いて自動的に操舵を行なうステアリング装置においては、操舵軸(例えばラックバー)に電動モータで駆動されるボールねじ機構が連結されている。電動モータの回転力は、電動モータの駆動軸に設けられたモータ側プーリからベルトを介してナットと一体に回転するナット側プーリに伝達される構成とされている。
　尚、この他に３相ブラシレス方式の電動モータは、内燃機関の冷却システムにおいて冷媒を圧送する電動ウォータポンプの駆動源や、自動変速機用の油圧ポンプシステムに組み込まれた電動オイルポンプの駆動源等の様々な車載用アクチュエータの駆動源として使用されている。
　したがって、以下に説明する本発明は、種々の用途の３相ブラシレス方式の電動モータに適用できるものである。
　ところで、このような３相ブラシレス方式の電動モータにおいては、回転角センサを用いてモータシャフトの回転角を検出し、この回転角に基づいて電動モータのステータコイルに与える電流を制御している。そして、この回転角センサは、製造工程や組み立て工程において、モータシャフトの偏心、着磁強度のばらつき等による回転角誤差を発生する。この回転角誤差が発生すると、モータトルクが変動するといった好ましくない影響を生じる。
　このような回転角誤差の影響をなくすために、回転角センサの校正作業(キャリブレーション)が必要となり、例えば特開２００７―６４７７１号公報(特許文献１)に記載されている方法が知られている。
　この特許文献１には、検出すべき回転角の基準値(真値)と、回転角センサで検出された検出値の間の回転角誤差を高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)して所定次数の周波数成分を求め、この回転角誤差の周波数成分を逆高速フーリエ変換(ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform)して角度誤差に変換して補正値を計算し、計算された補正値を回転角センサで検出された検出値に反映することで、回転角誤差を補償することが示されている。
特開２００７―６４７７１号公報
　ところで特許文献１に記載の方法においては、回転角誤差を求めるために、ステータコイルに所定電流を流して励磁することで、モータロータを所定の回転角度まで回転させて回転角を検出し、この検出された検出値とその時の回転角の基準値(真値)から回転角誤差を求めている。
　しかしながら、３相の全てのコイルを使用してモータロータを回転させたとすると、モータロータが所定の狙った回転停止位置で精度良く停止することができないという現象がある。このため、不正確な検出値しか出力できなくなり、高速フーリエ変換に必要となる正確な回転角誤差を求めることが難しいという課題が生じる。
　そして、所定の回転停止位置で精度良く停止させるには、外付けサーボ機構等が必要となり、余分な設備投資を行なう必要があり、製造上の観点からも好ましくない。
　本発明の目的は、余分な設備投資をできる限り少なくし、しかも精度良くモータロータを所定の回転停止位置に停止させることができる新規な回転角センサの校正方法を提供することにある。
　本発明の一実施形態に係る回転角センサの校正方法は、
　電動モータの回転角センサの校正方法であって、電動モータは、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相コイルを含むステータコイルと、ステータコイルの励磁によって回転されるモータロータと、モータロータと一体に回転されるモータシャフトと、モータシャフトの回転位置を検出する回転角センサとを備え、
　ステータコイルの３相のコイルのうち、所定の１相のコイル、又は所定の２相のコイルである第１の組のコイルを励磁することで、モータシャフトを第１回転停止位置に回転させる工程と、所定の１相のコイルとは異なるコイル、又は第１の組のコイルとは異なる第２の組のコイルを励磁することで、モータシャフトを第２回転停止位置に回転させる工程とを含む励磁工程と、
　第１回転停止位置における回転角センサの検出値を取得する工程と、第２回転停止位置における回転角センサの検出値を取得する工程とを含む回転位置検出工程と、
　回転位置検出工程によって得られた回転角センサの検出値から、電動モータを駆動制御するときの回転角センサの検出値を補正するためのセンサ誤差補正パラメータを生成するセンサ誤差補正パラメータ生成工程と、を有する。
　本発明の一実施形態に係る回転角センサの校正方法によれば、所定の回転停止位置にモータロータを回転させる際、ステータコイルの３相のコイルのうち所定の１相のコイル、又は所定の２相のコイルである第１の組のコイルを励磁している。この励磁するコイルを順次切り替えていくことで、所定の回転停止位置でモータロータを精度よく停止させることができる。
　この回転停止位置は、励磁するコイルの相によって決まるものであり、再現性が非常に高い、換言すれば、複数の回数に亘って励磁工程を行っても、ほぼ同じ回転停止位置にモータロータを停止させることができる。
　このように、再現性の高いモータロータの回転停止位置において検出された回転角センサの検出値を用いてセンサ誤差補正パラメータを生成することで、精度の高い回転角センサの補正値を得ることができる。
電動パワーステアリング装置を車両前方側から見た正面図である。 図１に示すアシスト機構の断面図である。 図２のアシスト機構の回転角センサ付近の要部拡大図である。 電動モータの制御装置の構成図である。 回転角センサの誤差を説明する説明図である。 回転角センサの誤差の周波数成分を説明する説明である。 本発明の実施形態なる回転センサの校正方法を説明する構成図である。 回転センサの検出角度を示す説明図である。 工場出荷前の電動パワーステアリング装置で行う回転角センサの校正方法を説明するフローチャートである。 実際の回転角センサの検出値を補正する制御を説明するフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
　尚、以下に説明する実施形態は、電動パワーステアリング装置の例を示しているが、上述したように他の適用製品にも適用できるので、電動パワーステアリング装置に限定されるものではない。
　図１は、電動パワーステアリング装置を自動車の前方側から見たものであり、図２は図１のアシスト機構付近の断面を示したものである。
　図１、図２において、電動パワーステアリング装置１は、操舵機構２、及びアシスト機構３を有する。操舵機構２は、運転者が回転操作したステアリングホイールの回転を、前輪(操舵輪)を転舵させる操舵軸(以下、ラックバー)４に伝達する。操舵機構２は、ステアリングホイールと連結するステアリングシャフト２ａ、及びラックバー４のラックと噛み合うピニオンシャフト(図示せず)を有する。
　ステアリングシャフト２ａとピニオンシャフトとはトーションバーで連結されている。アシスト機構３は、ラックバー４に運転者の操舵負荷を軽減するためのアシスト力を付与する。操舵機構２及びアシスト機構３は、ラックバー収容部５ａ、及び減速機構収容部５ｂを有するハウジング５の内部に収容されている。
　ラックバー収容部５ａは、ラックバー４を軸方向に移動可能に収容する。減速機構収容部５ｂは、ラックバー収容部５ａの軸方向中間部に配置され、後述する減速機構を収容する。
　図２にあるように、アシスト機構３は、電動モータ６及びボールねじ機構７を有する。電動モータ６は、トーションバートルク(操舵トルク)や車速等に応じて図示しないコントローラにより出力が制御される。ボールねじ機構７は、電動モータ６の回転運動を直線運動に変換してラックバー４に伝達する。
　電動モータ６は、減速機構収容部５ｂに固定されたモータハウジング６ｈの内部に収納されており、主にステータコイル、モータロータ、モータシャフト、及びモータシャフトを支持する軸受等から構成されている。
　電動モータ６には回転角センサが設けられており、回転角センサは、センサマグネットと検出素子とを含んでいる。そして、センサマグネットはモータシャフトに設けられており、検出素子はセンサマグネットの発生する磁界の変化を検出可能な位置に設けられている。
　上述の電動モータ６は、３相ブラシレスモータであり、スロットの数がＮ個とされている。後述する「励磁工程」においては、Ｎ個の回転停止位置、またはＮ個の２倍の回転停止位置にモータシャフトを回転させることができる。
　そして、本実施形態では、スロットの数が１２個に設定されており、後述する校正方法の「励磁工程」においては、スロット数の２倍の２４ヶ所の回転停止位置にモータシャフトを回転させるようにしている。つまり、モータシャフトの１回転に対して、２４ヶ所の回転停止位置における回転角が検出されるようになっている。
　この理由は、スロット数が１２個の３相ブラシレスモータにおいて、モータシャフトの回転停止制御が可能な最大数で回転角センサの回転角を測定することで、より高精度なセンサ誤差補正パラメータを生成することができるからである。
　図２に戻って、ボールねじ機構７は、ナット８及びナット側プーリ９を有する。ナット側プーリ９はナット８を包囲する円筒形状に形成されている。ナット側プーリ９は、固定部としての４個の固定ボルトによりナット８に締結されている。ナット側プーリ９は、重量を軽くする目的で合成樹脂によって作られている。
　電動モータ６のモータシャフト６ａには、円筒状のモータ側プーリ１１が固定されている。モータ側プーリ１１は、ナット本体部の回転軸線に対し径方向にオフセットして配置され、筒状に形成されたモータプーリ巻掛部を有し、電動モータ６によって回転駆動される。そして、ナット側プーリ９、及びモータ側プーリ１１間には、ベルト(伝達部材)１２が巻回されている。ナット側プーリ９の外径はモータ側プーリ１１の外径よりも大きく形成されている。
　このため、モータ側プーリ１１、ベルト１２及びナット側プーリ９は、電動モータ６の減速機構として機能する。モータ側プーリ１１、ベルト１２及びナット側プーリ９は、減速機構収容部５ｂの内部に収容されている。
　ナット８は、ラックバー４を包囲する円筒状に形成されている。ナット８は、ボールベアリング１９によってハウジング５に対し回転自在に支持されている。ナット８の内周には、螺旋状のナット側ボールねじ溝１３が形成されている。一方、ラックバー４の外周には、螺旋状のラックバー側ボールねじ溝１４が形成されている。
　ナット側ボールねじ溝１３、及びラックバー側ボールねじ溝１４によりボール循環溝１５が構成される。ボール循環溝１５内には、金属製のボール１６が複数個充填されている。ボールねじ機構７は、ナット８の回転に伴いボール循環溝１５内をボール１６が移動することにより、ナット８に対してラックバー４が軸方向に移動する。
　図３は、モータ側プーリ１１の反対側のモータシャフト６ａの先端付近に設けた回転角センサ１７の付近の拡大断面を示している。回転角センサ１７は、電動モータ６のモータシャフト６ａの先端に設けられたセンサマグネット１８と、制御基板１９上のセンサマグネット１８と対向する位置に設けられた磁気センサ(ＧＭＲセンサ)２０とから構成されている。制御基板１９の上には制御/駆動回路２１が載置されている。
　磁気センサ２０は、センサマグネット１８がモータシャフト６ａと共に回転するときの磁界の変化を検出し、モータロータの回転角(＝モータシャフト回転角)として後述の制御ユニットに出力する。
　磁気センサ２０は、マグネットカバー２２に対して制御部ハウジング２３側にあれば良いが、場合によっては、磁気センサ２０がモータハウジング２４内に設けられていても良い。尚、モータハウジング２４は、図２のモータハウジング６ｈに相当するものである。
　モータシャフト６ａの制御部ハウジング２３側の端部は、モータハウジング２４のシャフト挿入孔２５を貫通し、制御部ハウジング２３内に位置している。モータシャフト６ａは軸受２６によってモータハウジング２４に回転自在に軸支されている。
　センサマグネット１８は、モータシャフト６ａの先端(制御部ハウジング２３内に位置する部分)にマグネットホルダ２７を介して保持されている。マグネットホルダ２７は、センサマグネット１８が圧入されると共に、モータシャフト６ａの先端部が圧入されている。センサマグネット１８はモータシャフト６ａの回転軸周り方向に所定数のＮ極とＳ極が着磁されている。
　センサマグネット１８は、円盤状の部材の中央部付近から延びる圧入部が立設されており、この圧入部がマグネットホルダ２７に圧入されている。センサマグネット１８はマグネットホルダ２７に保持された状態で、磁気センサ２０と対向する面以外の面はマグネットホルダ２７により包囲されている。そのため、センサマグネット１８はマグネットホルダ２７により、外部からの磁界が遮蔽されている。
　次に電動モータの駆動回路について図４に基づき説明する。３相ブラシレス方式の電動モータ(図２における電動モータ６に対応)１００は、３相コイル１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗを備えたステータ１１０と、ステータ１１０に対して回転可能に支持されたモータロータ１２０とを有している。尚、モータロータ１２０は、周知のとおりモータシャフト６ａが固定されている。(図２参照)　ステータ１１０において、Ｕ相コイル１１０Ｕは、３つのコイル片Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が並列接続(或いは直列接続)されて構成され、Ｖ相コイル１１０Ｖは、３つのコイル片Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が並列接続(或いは直列接続)されて構成され、Ｗ相コイル１１０Ｗは、３つのコイル片Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が並列接続(或いは直列接続)されて構成されている。
　Ｕ相コイル１１０Ｕの一端ｔｕａ、Ｖ相コイル１１０Ｖの一端ｔｖａ、及びＷ相コイル１１０Ｗの一端ｔｗａは、コントローラ３００と接続され、Ｕ相コイル１１０Ｕの他端ｔｕｂ、Ｖ相コイル１１０Ｖの他端ｔｖｂ、及びＷ相コイル１１０Ｗの他端ｔｗｂは、中性点ＮでＹ結線(スター結線)されている。
　また磁気センサ(図３における磁気センサ２０に対応)２００は、モータロータ１２０の回転角を検出する回転角センサであり、図３に示すモータシャフト６ａにおけるセンサマグネット１８の磁極位置を検出する磁極位置検出センサでもある。磁気センサ２００の検出信号(回転角)は、コントローラ３００に入力されている。
　コントローラ３００は、インバータ３１０と、制御ユニット３２０と、を備えている。インバータ３１０は、上アーム側のスイッチング素子３１１ａ、及び下アーム側のスイッチング素子３１１ｂが直列に接続されたＵ相アームと、上アーム側のスイッチング素子３１１ｃ、及び下アーム側のスイッチング素子３１１ｄが直列に接続されたＶ相アームと、上アーム側のスイッチング素子３１１ｅ、及び下アーム側のスイッチング素子３１１ｆが直列に接続されたＷ相アームとを備えている。
　インバータ３１０が備える各アームは、車載の直流電源ＰＳの正極線Ｌ１と直流電源ＰＳの負極線Ｌ２との間に並列に接続され、３相ブリッジ回路が形成されている。スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆは、それぞれ逆並列のダイオードＤを含み、例えば、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)、又はＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子で構成されている。
　また、インバータ３１０は、相電流を検出するための電流検出手段を備えている。本例では、Ｕ相電流に相当する電流検出信号Ｉｕを出力するシャント抵抗３１２ｕがＵ相アームのうち負極線Ｌ２側に介装され、Ｖ相電流に相当する電流検出信号Ｉｖを出力するシャント抵抗３１２ｖがＶ相アームのうち負極線Ｌ２側に介装され、Ｗ相電流に相当する電流検出信号Ｉｗを出力するシャント抵抗３１２ｗがＷ相アームの負極線Ｌ２側に介装されている。シャント抵抗３１２ｕ、３１２ｖ、３１２ｗは、それぞれ、その両端電位差を各相電流に相当する電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとして制御ユニット３２０へ出力する。
　制御ユニット３２０は、外部の制御装置との間でＣＡＮ(Controller Area Network)等を介して通信を行うように構成されるとともに、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等のプロセッサ、ＲＡＭ(Random Access Memory)等の書き込み可能な記憶メモリ、ＲＯＭ(Read Only Memory)等の読み出し専用の記憶メモリ等を有する、マイクロコンピュータを備えている。
　マイクロコンピュータには、入力回路，出力回路が接続されており、入力回路に各種センサの検出信号が入力され、出力回路からインバータ３１０のパワー半導体に制御信号が出力されている。尚、後述するが、入力回路にはモード切換信号ＭＤが入力されており、回転角センサ１７の校正を行う際に、作業者から人為的に入力される。このモード切換信号ＭＤが入力されると校正処理が行なわれるが、これについては後述する。
　制御ユニット３２０は、モータロータ１２０の回転角度を検出する回転角センサ１７から出力された回転角信号、シャント抵抗３１２ｕ、３１２ｖ、３１２ｗから出力された電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、及び、外部の制御装置から送信された目標回転速度ω＊の信号を入力し、これらの入力信号に基づいて、インバータ３１０に制御信号を出力する。
　以上のような構成の電動モータにおいて、次に本実施形態になる回転角センサ１７の校正方法について説明する。
　上述したように、３相ブラシレス方式の電動モータ１００においては、回転角センサ１７を用いてモータシャフト６ａ(図２参照)の回転角を検出して電動モータ１００のステータコイルに与える電流を制御している。そして、この回転角センサ１７は、製造工程や組み立て工程において、モータシャフト６ａの偏心、センサマグネット１８(図３参照)の着磁強度のばらつき等による回転角誤差を発生する。もちろん、これ以外の原因によっても回転角誤差を発生することは言うまでもない。
　このため、図５に示しているように、Ｕ相～Ｗ相の３相コイルに電流を供給してコイルの励磁を行うと、モータロータ１２０の回転がモータシャフト６ａ(図２参照)によって回転角センサ１７で検出されることになる。しかしながら、上述したモータシャフト６ａの偏心、センサマグネット１８の着磁強度のばらつき等の原因によって、回転角センサ１７の検出値が基準値(真値)と異なる現象が往々にして発生する。この回転角誤差が発生すると、モータトルクが変動するといった好ましくない影響を生じる。尚、検出値にはオフセットが発生するが、以下ではオフセットは無視して説明を進める。
　このような回転角誤差の影響をなくすために、回転角の基準値(真値)と、回転角センサ１７で検出された検出値の間の回転角誤差を高速フーリエ変換して所定次数の周波数成分を求め、この回転角誤差の周波数成分を逆高速フーリエ変換して角度誤差に変換して補正値を求め、求められた補正値を回転角センサ１７で検出された検出値に反映することで、回転角誤差を補償することが有効である。
　図６は、回転角センサ１７で検出された検出値と、回転角の基準値(真値)との回転角誤差を離散フーリエ変換した状態を示している。離散フーリエ変換を行うと、回転角誤差は所定の次数の三角関数で表すことができる。図６では1次誤差成分～４次誤差成分を示している。尚、この次数は任意であり、所定の精度が確保できる次数であればよいが、本実施形態では４次成分までを演算の対象としている。
　そして、所定の回転停止位置の回転角誤差を「Δθ」としたとき、回転角誤差「Δθ」は、所定の回転停止位置の基準値(角度)を「Ｘ」、各次数の周波数成分の振幅を「Ａｍ１、Ａｍ２、…、Ａｍｎ」、各次数の周波数成分の位相を「Ｐｈ１、Ｐｈ２、…、Ｐｈｎ」とすると式(１)のように表すことができる。尚、「ｎ」は次数である。
Δθ＝Ａｍ１＊Ｓｉｎ(Ｘ+Ｐｈ１）＋Ａｍ２＊Ｓｉｎ(２*Ｘ+Ｐｈ２）＋ … ＋Ａｍｎ＊Ｓｉｎ(ｎ*Ｘ+Ｐｈｎ）……（１）
　尚、式(１)の回転角誤差を求めるための基準値(Ｘ)は、角度誤差が補償された基準回転角センサを用いて求めることができる。尚、本実施形態では、予め正規の基準回転角センサで回転角誤差が生じていない基準角を真値として、ＲＯＭ等の記憶素子に記憶している。
　例えば、モータロータ１２０の１回転当たりの基準値(Ｘ)を、図５の細い破線に示す基準値として記憶している。本実施形態では、モータロータ１２０の１回転当たりで、２４ヶ所の回転角誤差を求めているので、３６０°/２４(＝１５°)の角度毎に基準値が記憶されている。また、回転角センサの基準値は、誤差の補償された基準回転角センサをモータシャフト６ａに取り付けて、校正を行う回転センサと同時に用いて測定することもできる。
　そして、式(１)の回転角誤差に高速フーリエ変換処理を施すことで、ｎ次の周波数成分を求めると、回転停止位置の回転角誤差を「Δθ」としたとき、回転角誤差「Δθ」は、回転停止位置の基準値(角度)を「Ｘ」、各次数の正弦波成分の振幅を「Ａｍ１Ｓ、Ａｍ２Ｓ、… 、ＡｍｎＳ」、各次数の余弦波成分の振幅を「Ａｍ１Ｃ 、Ａｍ２Ｃ 、… 、ＡｍｎＣ」とすると式(２)のように表すことができる。尚、「ｎ」は次数である。
Δθ＝Ａｍ１Ｓ＊Ｓｉｎ(Ｘ)＋Ａｍ１Ｃ＊Ｃｏｓ(Ｘ)＋Ａｍ２Ｓ＊Ｓｉｎ（２＊Ｘ）＋Ａｍ２Ｃ＊Ｃｏｓ（２＊Ｘ）＋ … ＋ＡｍｎＳ＊Ｓｉｎ（ｎ＊Ｘ）＋ＡｍｎＣ＊Ｃｏｓ（ｎ＊Ｘ）……(２)
　したがって、次数毎に回転角誤差の正弦波成分の振幅(ＡｍｎＳ)、回転角誤差の余弦波成分の振幅(ＡｍｎＣ)、及び位相(Ｐｈｎ)を記憶させておけば、実際の制御における、回転角センサ１７によって回転角を検出する際の回転角誤差を補償することができる。尚、上述したように回転角誤差を式(２)で表した場合、全ての周波数成分を記憶する必要はなく、必要な精度が得られるのに十分な次数まで記憶すれば良いものである。
　例えば、４次成分まで記憶する場合、式(２)から次のようなテーブルを作成することができる。本実施形態では、テーブルとしてＥＥＰＲＯＭを使用している。
{Ａｍ１Ｓ、Ａｍ１Ｃ、Ａｍ２Ｓ、Ａｍ２Ｃ、……、Ａｍ４Ｓ、Ａｍ４Ｃ｝……(３)
　これらは、回転角誤差を補償するためのセンサ誤差補正パラメータであり、実際の回転角の補正値演算に使用されて補正値が求められる。
　ここで、回転角センサ１７のセンサ誤差補正パラメータを生成するために、上述した演算式を用いて回転角センサ１７の検出値の誤差をこの演算式に代入する方式としたことで、マップを使用して誤差を記憶する場合に比べて、演算負荷やメモリ数を減らすことができる。
　以上が回転角誤差を校正するためのセンサ誤差補正パラメータを求めるための基本的な演算を示しているが、実際はモータロータ１２０の回転停止位置が正確ではなく、このため検出値がばらついて、正確な回転角誤差が得られないという課題がある。このため、本実施形態では以下のようにして回転角センサ１７の校正が行われる。
　図７は、電動モータ毎に回転角誤差の校正を行うための構成を示している。電動モータ１００のロータモータ１２０の回転は、回転角センサ１７によって検出されている。これは従来の通りである。そして、本実施形態では制御ユニット３２０は、通常のＰＷＭ制御部３２１と２相通電制御部３２２、及びモード切換部３２３を備えている。
　ＰＷＭ制御部３２１においては、先ず、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに相当する各相の実際の電流値を、所定の演算式によって座標変換し、ｄ軸の実際の電流値であるｄ軸実電流値Ｉｄ及びｑ軸の実際の電流値であるｑ軸実電流値Ｉｑを演算する。
　次に、実際の回転速度ωと外部の制御装置から送信された目標回転速度ω*とに基づいて、ｄ軸目標電流値Ｉｄ*及びｑ軸目標電流値Ｉｑ*を演算する。具体的には、実際の回転速度ωと目標回転速度ω*との偏差に対して予めｄ軸目標電流値Ｉｄ*及びｑ軸目標電流値Ｉｑ*を設定したデータテーブルを参照することでｄ軸目標電流値Ｉｄ*及びｑ軸目標電流値Ｉｑ*を演算する。
　次に、ｄ軸実電流値Ｉｄ及びｑ軸実電流値Ｉｑと、ｄ軸目標電流値Ｉｄ*及びｑ軸目標電流値Ｉｑ*と、に基づいて、電動モータ１００に印加すべき端子電圧のｄ軸成分であるｄ軸印加電圧指令値Ｖｄ*及び当該端子電圧のｑ軸成分であるｑ軸印加電圧指令値Ｖｑ*を演算する。
　次に、ｄ軸印加電圧指令値Ｖｄ*及びｑ軸印加電圧指令値Ｖｑ*を所定の演算式によって座標変換し、Ｕ相コイル１１０Ｕに印加すべき端子電圧であるＵ相印加電圧指令値Ｖｕ*、Ｖ相コイル１１０Ｖに印加すべき端子電圧であるＶ相印加電圧指令値Ｖｖ*、及びＷ相コイル１１０Ｗに印加すべき端子電圧であるＷ相印加電圧指令値Ｖｗ*を演算する。
　最後に、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの制御端子に出力する制御信号として、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのＰＷＭ制御におけるオン・オフ比率であるデューティにより規定されたＰＷＭ信号を生成する。デューティは、Ｕ相印加電圧指令値Ｖｕ*、Ｖ相印加電圧指令値Ｖｖ*及びＷ相印加電圧指令値Ｖｗ*に応じて演算される。
　以上は３相ブラシレス方式の電動モータの制御であり、よく知られている制御なのでこれ以上の説明は省略する。この場合においては、電動モータは通常の動作を行っているので、モード切換部３２３はインバータ３１０とＰＷＭ制御部３２３を接続状態としている。
　次に、回転角センサ１７の回転角誤差を校正する場合について説明する。この回転角誤差を校正するのは、電動モータが完成して電動パワーステアリング装置のような適用製品に取り付けられたとき、例えば工場出荷前に行われる。
　作業者によってモード切換信号ＭＤが入力されると、このモード切換信号ＭＤはモード切換部３２３に与えられ、モード切換部３２３によって、インバータ３１０と２相通電制御部３２２が接続されると、２相通電制御部３２３は２つのコイルの通電を実施する。
　２相通電制御部３２３は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆ(図４参照)の制御端子(ゲート端子)に出力する制御信号を生成し、ステータ１１０の３相コイル１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗに対して、２相通電を行って複数の回転停止位置における所定回転角(図８参照)になるように順次励磁を行うものである。
　２相通電制御部３２３から出力される制御信号は、Ｕ相コイル１１０Ｕ、Ｖ相コイル１１０Ｖ、Ｗ相コイル１１０Ｗの３相の内の２相に通電して励磁し、これを所定回転角毎に順次切り換えるものである。本実施形態では、上述したように１５°毎に切り換えるものである。本実施形態の電動モータは、図５からわかるように電気角３６０°(１サイクル)で、機械角９０°が得られる構成とされている。
　本実施形態では、図８の回転角Ｃ[０]～回転角Ｃ[２３]にあるように、１５°毎に励磁してモータロータ１２０を回転させ、この回転角Ｃ[ｎ]での回転停止位置で回転角センサ１７の出力を検出している。２相通電制御を行うことによって、モータロータ１２０の停止位置が精度良く定まるため、検出精度が向上できる。
　２相通電制御は、インバータ３１０におけるスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆの制御端子への出力を以下のように制御することで行うことができる。以下、図４を参照しながら説明する。
　例えば、スイッチング素子３１１ａ及びスイッチング素子３１１ｄをオン状態とし、他を全てオフ状態とする制御信号を生成することで、Ｕ相の端子電圧Ｖｕとして電圧Ｖを印加し、Ｖ相の端子電圧Ｖｖとして電圧（－Ｖ）を印加し、Ｕ相からＶ相に向けて所定時間だけ保持電流を流すようにしている。ここで、所定時間はモータロータ１２０が停止位置に整定する時間に相当している。以下で説明する所定時間も同様である。
　また、スイッチング素子３１１ａ及びスイッチング素子３１１ｆをオン状態とし、他を全てオフ状態とする制御信号を生成することで、Ｕ相の端子電圧Ｖｕとして電圧Ｖを印加し、Ｗ相の端子電圧Ｖｗとして電圧（－Ｖ）を印加し、Ｕ相からＷ相に向けて所定時間だけ保持電流を流すようにしている。
　また、スイッチング素子３１１ｃ及びスイッチング素子３１１ｆをオン状態とし、他を全てオフ状態とする制御信号を生成することで、Ｖ相の端子電圧Ｖｖとして電圧Ｖを印加し、Ｗ相の端子電圧Ｖｗとして電圧（－Ｖ）を印加し、Ｖ相からＷ相に向けて所定時間だけ保持電流を流すようにしている。
　また、スイッチング素子３１１ｃ及びスイッチング素子３１１ｂをオン状態とし、他を全てオフ状態とする制御信号を生成することで、Ｖ相の端子電圧Ｖｗとして電圧Ｖを印加し、Ｕ相の端子電圧Ｖｕとして電圧（－Ｖ）を印加し、Ｖ相からＵ相に向けて所定時間だけ保持電流を流すようにしている。
　また、スイッチング素子３１１ｅ及びスイッチング素子３１１ｂをオン状態とし、他を全てオフ状態とする制御信号を生成することで、Ｗ相の端子電圧Ｖｗとして電圧Ｖを印加し、Ｕ相の端子電圧Ｖｕとして電圧（－Ｖ）を印加し、Ｗ相からＵ相に向けて所定時間だけ保持電流を流すようにしている。
　更に、スイッチング素子３１１ｅ及びスイッチング素子３１１ｄをオン状態とし、他を全てオフ状態とする制御信号を生成することで、Ｗ相の端子電圧Ｖｗとして電圧Ｖを印加し、Ｖ相の端子電圧Ｖｖとして電圧（－Ｖ）を印加し、Ｗ相からＶ相に向けて所定時間だけ保持電流を流すようにしている。
　したがって、電圧(Ｖ)が印可されるコイルがＮ極となり、電圧(-Ｖ)が印可されるコイルがＳ極となる。そして、Ｎ極とＳ極に近接しているモータロータ１２０の永久磁石が、コイルに発生しているＮ極とＳ極に引き寄せられ、モータロータ１２０の回転停止位置を精度よく決めることができる。
　このように、モータロータ１２０のＳ極は、励磁によってＮ極に磁化されたコイルに引き付けられ、そのコイルにモータロータ１２０のＳ極が最も近づく位置に安定する。このコイルの位置は、スロットの位置に対応している。よって、各スロットの回転停止位置に、モータロータ１２０を精度よく回転させることが可能となる。
　更に、隣り合う２つのコイルの両方を励磁することで、この２つのコイルの中間位置にモータロータ１２０のＳ極が最も近づくように回転させることもできる。よって、スロットの数であるＮ個の回転停止位置、またはＮ個の２倍の回転停止位置において、モータロータ１２０を精度よく回転させることが可能となる。本実施形態では、スロット数１２個の３相ブラシレス方式の電動モータにおいて、モータシャフトの回転停止位置制御が可能な最大数において回転角センサ１７１７の検出値を測定することで、より高精度なセンサ誤差補正パラメータを生成することができる。
　本実施形態では、所定の回転停止位置にモータロータを回転させる際、ステータコイルの３相のコイルのうち所定の２つのコイルを励磁するように構成している。そして、この励磁するコイルを順次、切り替えていくことで、夫々の検出するべき回転角における回転停止位置に、モータロータロータ１２０を精度よく回転して停止させることができる。
　この回転停止位置は、励磁する２つのコイルの組によって決まるものであり、再現性が非常に高く、換言すれば、複数回の励磁を行っても同じ回転停止位置にモータロータ１２０を回転させることができる。尚、以上は２相通電制御部によって、２相のコイルを同時に励磁しているものであるが、１相のコイルだけを励磁してモータロータ１２０を回転することも可能である。
　そして、図８に示した２４ヶ所の所定角度での回転角センサ１７の検出値は、制御ユニット３２０のセンサ誤差補正パラメータ演算部３２４に入力される。センサ誤差補正パラメータ演算部３２４においては、入力された検出値が基準値と比較されて、その差分(回転角誤差)が求められる。基準値は、先に述べたようにＲＯＭに予め求められて記憶されている。
　求められた回転角誤差は、上述した高速フーリエ変換処理を施されて、センサ誤差補正パラメータである次数毎の回転角誤差の正弦波成分の振幅(ＡｍｎＳ)、回転角誤差の余弦波成分の振幅(ＡｍｎＣ)、及び位相(Ｐｈｎ)が求められ、書き換え可能な記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ３２５に記憶される。これによって、回転角センサ１７の校正に必要なセンサ誤差補正パラメータの取得が終了する。
　ＥＥＰＲＯＭ３２５に記憶されたセンサ誤差補正パラメータは、実際の制御における回転角を検出する過程で読み出され、逆高速フーリエ変換処理された演算式に代入されて補正値が求められる。この補正値は検出された実際の回転角センサ１７の検出値に反映され、これによって、精度よく回転角を検出することができるようになる。
　次に、工場出荷前の具体的な回転角センサ１７の校正方法について図９を用いて説明する。先ず、校正作業を行うために、各種の測定装置や電源回路等を準備する。校正作業の準備が完了するとステップＳ１０の作業を行う。
　≪ステップＳ１０≫ステップＳ１０においては、電動モータを電動ステアリング装置に組み込む。この時の電動モータは、スロットの数がＮ個であり、Ｎ個の回転停止位置、またはＮ個の２倍の回転停止位置にモータシャフトを回転させるようにしている。具体的は、スロットの数が１２個であり、２４ヶ所の回転停止位置にモータシャフトを回転させるようにしている。
　また、電動モータは、車両のパワーステアリング装置に操舵力を付与するものであり、図２、図３に示すように、モータハウジング、軸受を含み、更に回転角センサ１７(１７)は、センサマグネット１８と、磁気センサ(検出素子)２０とを含んでいる。センサマグネット１８は、モータシャフトに設けられており、磁気センサ２０は、センサマグネット１８の発生する磁束の変化を検出可能である。
　尚、この状態で電動モータと減速機構は切り離されている。この理由は、電動モータに減速機構が接続されていない状態で以下の励磁工程が行われるため、減速機構の回転負荷の無い状態でモータシャフトを回転させることができる。よって、励磁のための電力の増大を抑制することができる。電動モータの取り付けが完了するとステップＳ１１の作業に進む。
　≪ステップＳ１１≫ステップＳ１１においては、電動モータにバッテリ電源を接続して電源をオンにする。これによって、制御ユニット３２０が動作を開始する。そして、この場合は回転角センサ１７の校正モードであるため、制御ユニット３２０に外部からモード切換信号ＭＤを入力し、モード切換部３２３を動作させてインバータ３１０と２相通電制御部３２２とを接続する。以後は、制御ユニット３２０のプログラムにしたがって、以下のステップによってセンサ誤差補正パラメータの演算が実行される。
　≪ステップＳ１２≫ステップＳ１２は励磁工程である。このステップＳ１２においては、先ず２相通電制御によってモータロータ１２０を回転角Ｃ[０]に回転角位置に回転させる。この２相通電制御は先に説明した通りである。この２相通電制御によって、モータロータ１２０は精度よく所定の回転停止位置まで回転される。励磁工程が完了するとステップＳ１３が実行される。
　≪ステップＳ１３≫ステップＳ１３は回転位置検出工程である。このステップＳ１３においては、ステップＳ１２でモータロータ１２０が回転された状態で、回転角Ｃ[０]における回転角センサ１７によって検出された角度を検出値として取り込む。検出値の取り込みが完了すると、ワークエリアであるＲＡＭに検出値を一時的に記憶させる。
　ここで、電動モータは、ステアリング装置の減速機構と切り離されている。このため、電動モータに減速機構が接続されていない状態で励磁工程が行われるため、減速機構の回転負荷の無い状態で、モータシャフトを回転させることができる。これによって、励磁のための電力の増大を抑制することができる。また、モータシャフト６ａの回転速度の低下が抑制され、励磁工程および回転位置検出工程の時間の短縮を図ることができる。検出値の取り込みが完了するとステップＳ１４の演算を実行する。
　≪ステップＳ１４≫ステップＳ１４はセンサ誤差補正パラメータ生成工程である。ステップＳ１４においては、回転角Ｃ[０]に対応する、予め求められてＲＯＭに記憶されている基準値を読み出し、ステップＳ１３で検出された検出値との差分を回転角誤差として求める。
　求められた回転角誤差は、上述した式(１)、式(２)に示すように高速フーリエ変換処理が施されて、上述のセンサ誤差補正パラメータが求められる。具体的なパラメータとしては、上述した次数毎の回転角誤差の正弦波成分の振幅(ＡｍｎＳ)、回転角誤差の余弦波成分の振幅(ＡｍｎＣ)、及び位相(Ｐｈｎ)である。センサ誤差補正パラメータが求められるとステップＳ１５の処理を実行する。
　≪ステップＳ１５≫ステップＳ１５はセンサ誤差補正パラメータ記憶工程である。ステップＳ１５においては、ステップＳ１４で求められた、次数毎の回転角誤差の正弦波成分の振幅(ＡｍｎＳ)、回転角誤差の余弦波成分の振幅(ＡｍｎＣ)、及び位相(Ｐｈｎ)からなるセンサ誤差補正パラメータを、ＥＥＰＲＯＭ３２５(図７参照)に記憶する。
　尚、ステップＳ１２の励磁工程は、モータシャフト６ａが時計回りに回転するようにステータコイルに励磁する時計回り励磁工程と、モータシャフト６ａが反時計回りに回転するようにステータコイルに励磁する反時計回り励磁工程とを実行するようにしても良い。この場合、回転位置検出工程、センサ誤差補正パラメータ生成工程も、これに合わせた処理となる。
　すなわち、ステップＳ１３の回転位置検出工程は、時計回り励磁工程によってモータシャフト６ａが回転角Ｃ[０]の位置に回転したときの回転角センサ１７の検出値を取得する工程と、反時計回り励磁工程によってモータシャフト６ａが回転角Ｃ[０]に回転したときの回転角センサ１７の検出値を取得する工程とを実行する。
　更に、ステップＳ１４のセンサ誤差補正パラメータ生成工程は、時計回り励磁工程によってモータシャフト６ａが回転角Ｃ[０]の位置に回転したときのセンサ誤差補正パラメータと、反時計回り励磁工程によって前記モータシャフト６ａが回転角Ｃ[０]の位置に回転したときのセンサ誤差補正パラメータとの平均値を求める演算を実行する。
　例えば、本実施形態では１５°刻みで検出位置が設定されているが、３０°の位置を検出する場合、時計回りで１５°の位置から３０°の位置に回転したときの３０°の位置における回転角センサ１７の検出値と、反時計回りで４５°の位置から３０°の位置に回転したときの３０°の位置における回転角センサ１７の検出値とでは、若干のずれが生じる場合がある。
　これは、モータロータやモータシャフト６ａの慣性により、モータシャフト６ａが３０°の位置に回転するように励磁されてから３０°の位置に落ち着くまでにはモータシャフト６ａの回転は振動している。そして、検出値を決定する際はモータシャフト６ａが振動している状態の検出値を平均化処理等により1つの検出値として決定しているためである。
　具体的には、このモータシャフト６ａの回転の振動特性は、時計回りの場合と反時計回りの場合では異なり、平均化処理された検出値においても、回転方向の違いによって差が出るためである。
　電動パワーステアリング装置の駆動用電動モータのように、電動モータを両方向に回転させる場合には、センサ誤差補正パラメータも両方向の回転で検出された回転角センサ１７の検出値の平均値を用いることにより、電動モータの回転方向の違いによるセンサ誤差補正パラメータのばらつきを小さくすることができる。
　ステップＳ１５で回転角Ｃ[０]におけるセンサ誤差補正パラメータの記憶処理が完了するとステップＳ１６の処理を実行する。
　≪ステップＳ１６≫ステップＳ１６においては、図８に示す複数の所定回転角(Ｃ[０]～Ｃ[２３])におけるセンサ誤差補正パラメータが取得されて記憶されたかどうかの判断が実行される。このステップＳ１６で、所定回転角Ｃ[２３]まで完了していないと判断されると、ステップＳ１７を実行する。一方、所定回転角Ｃ[２３]まで完了したと判断されると、ステップＳ１８を実行する。
　≪ステップＳ１７≫ステップＳ１７においては、ステップＳ１２～ステップＳ１５を実行した所定回転角の次の所定回転角を指定してステップＳ１２に戻り、対象となる所定回転角Ｃ[ｎ]の励磁工程、回転位置検出工程、センサ誤差補正パラメータ生成工程、及びセンサ誤差補正パラメータ記憶工程を再度実行する。これの繰り返しによって、回転角Ｃ[２３]まで完了するとステップＳ１８を実行する。
　≪ステップＳ１８≫ステップＳ１８においては、２４ヶ所の所定角のセンサ誤差補正パラメータが求められたので、バッテリ電源をオフして回転センサの校正を完了する。バッテリ電源をオフするとステップＳ１９を実行する。
　≪ステップＳ１９≫ステップＳ１９においては、電動モータと減速機構を連結して電動パワーステアリング装置としての校正作業を完了する。電動モータが図２に示すようにベルトによって連結される構成となっている。
　本実施形態では、電動パワーステアリング装置に用いられる電動モータが組み立てられた状態で励磁工程、及び回転位置検出工程を行うことで、電動パワーステアリング装置として使用する際に適したセンサ誤差補正パラメータを生成することができる。
　例えば、モータシャフト６ａは、軸受を介してモータハウジング６ｈに支持された状態で、所定の傾きを持っている。この傾き成分が、回転角センサ１７の検出値に含まれる周波数成分を有する誤差を生じる原因ともなっている。そして、励磁工程、及び回転位置検出工程が、この誤差が発生する状況で行なわれることで、この誤差を補正可能な精度の高いセンサ誤差補正パラメータを生成することが可能となる。
　また、本実施形態では、１個の回転角センサ１７の場合を説明したが、最近は冗長系が求められているので、２個の回転角センサを使用することがある。この場合は、以下のような方法が考えられる。
　つまり、回転角センサ１７は、第１回転角センサと、第２回転角センサを備えている。そして、回転位置検出工程では、励磁工程においてモータシャフト６ａが所定の回転停止位置に回転したときの所定回転角における第１回転角センサの検出値と、第２回転角センサの検出値を取得するようにすれば良い。
　回転角センサ１７が、第1回転角センサ、第２回転角センサのように、複数の回転角センサで構成される場合、これら複数の回転角センサの検出を同じタイミングで行うことにより、回転位置検出工程における測定時間の短縮を図ることができる。更に、モータシャフト６ａが同じ回転状態であるときに、複数の回転角センサがモータシャフト６ａの所定の回転停止位置の角度を検出するため、複数の回転角センサ間における測定差を小さくすることができる。
　以上のような校正作業によって得られたセンサ誤差補正パラメータは、ＥＥＰＲＯＭ３２５に記憶されている。このセンサ誤差補正パラメータは、電動モータ毎に異なっているので、それぞれの電動モータに対応して記憶されている。
　次に、実際の制御における回転角誤差の補正方法について説明する。図１０は制御ユニット３２０で実行される制御フローを示しており、モード切換部３２３は、ＰＷＭ制御３２１と接続され、ＥＥＰＲＯＭ３２５に記憶されたセンサ誤差補正パラメータは、ＰＷＭ制御部３２１での回転角を求める制御で使用される。
　≪ステップＳ２０≫ステップＳ２０においては、回転角センサ１７から実際のモータシャフト６ａの回転角を検出し、この検出値θは、ワークエリアのＲＡＭに一時的に記憶される。回転角の検出が完了するとステップＳ２１に移行する。
　≪ステップＳ２１≫ステップＳ２１においては、先の校正作業によって求められたセンサ誤差補正パラメータをＥＥＰＲＯＭ３２５から読み出す。センサ誤差補正パラメータは、次数毎の回転角誤差の正弦波成分の振幅(ＡｍｎＳ)、回転角誤差の余弦波成分の振幅(ＡｍｎＣ)、及び位相(Ｐｈｎ)である。センサ誤差補正パラメータが読みだされると、ステップＳ２２に移行する。
　≪ステップＳ２２≫ステップＳ２２では、各次数成分の回転角誤差の算出処理を実行する。読み出された正弦波成分の振幅(ＡｍｎＳ)、回転角誤差の余弦波成分の振幅(ＡｍｎＣ)、及び位相(Ｐｈｎ)を、以下の演算式に代入して、次数毎の回転角誤差成分の振幅(Ａｍｎ)を求める。
Ａｍｎ＝ＡｍｎＳ*ＳｉｎＰｈｎ＋ＡｍｎＣ*ＣｏｓＰｈｎ……(４)
　そして、次数毎の振幅(Ａｍｎ)が求まると、次数毎の回転角誤差を演算する。この演算は、上述した式(１)を利用して以下のように求めることができる。
Δθ(ｎ)＝Ａｍｎ*Ｓｉｎ(ｎ*Ｘ＋Ｐｈｎ)……（５）
　したがって、本実施形態では４次成分まで求めているので、１次成分～４次成分の値を代入して回転角誤差を求めればよい。次数毎の回転角誤差が求まると、ステップＳ２３に移行する。
　≪ステップＳ２３≫ステップＳ２３においては、ステップＳ２２で求めた次数毎の回転角誤差を全て加算して、最終的な回転角誤差(補正値)を求める。つまり、ステップＳ２２とステップＳ２３の処理として、Δθ＝ΣＡｍｎ*Ｓｉｎ(ｎ*Ｘ＋Ｐｈｎ)……（６）の演算を行っている。最終的な補正値が求まるとステップＳ２４に移行する。
　≪ステップＳ２４≫ステップＳ２４においては、ステップＳ２０で検出された検出値θに、ステップＳ３で求めた回転角誤差Δθを以下のように反映させる。ここで、誤差を反映された回転角を「θｃ」とすると、以下のようになる。
θｃ＝θ±Δθ……(６)
　このようにセンサ誤差補正パラメータによって回転角センサの回転角誤差が修正されるので、電動モータのＰＷＭ制御を精度よく実行することができる。
　以上述べたように、本発明においては、ステータコイルの３相のコイルのうち、２相のコイルを励磁することで、モータシャフト６ａを所定の回転停止位置に回転させ、この回転停止位置における回転角センサの検出値を取得し、取得された回転角センサの検出値から、電動モータを駆動制御するときの回転角センサの検出値を補正するためのセンサ誤差補正パラメータを生成するようにした。
　これによれば、所定の回転停止位置にモータロータを回転させる際、ステータコイルの３相のコイルのうち２つのコイルを励磁している。この励磁するコイルを順次、切り替えていくことで、所定の回転停止位置でモータロータを精度よく停止させることができる。
　この回転停止位置は、励磁するコイルの相によって決まるものであり、再現性が非常に高い、換言すれば、複数の回数に亘って励磁工程を行っても、ほぼ同じ回転停止位置にモータロータを停止させることができる。
　このように、再現性の高いモータロータの回転停止位置において検出された回転角センサの検出値を用いてセンサ誤差補正パラメータを生成することで、精度の高いセンサ補正値を得ることができる。
　尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　本願は、２０２０年２月１８日付出願の日本国特許出願第２０２０－０２５０５８号に基づく優先権を主張する。２０２０年２月１８日付出願の日本国特許出願第２０２０－０２５０５８号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。
　１…電動パワーステアリング装置、４…ラックバー(操舵軸)、６…電動モータ、７…ボールねじ機構、８…ナット、９…ナット側プーリ、１８…センサマグネット、２０…磁気センサ(回転角センサ)、１１０Ｕ…Ｕ相コイル、１１０Ｖ…Ｖ相コイル、１１０Ｗ…Ｗ相コイル、２００…回転角センサ、３１０…インバータ、３１１ａ～３１１ｆ…ＩＧＢＴ、或いはＭＯＳＦＥＴ、３２０…制御ユニット、３２１…ＰＷＭ制御部、３２２…２相通電制御部、３２３…モード切換部、３２４…センサ誤差補正パラメータ演算部、３２５…ＥＥＰＲＯＭ。

Claims (9)

  1. 　電動モータの回転角センサの校正方法であって、
    　前記電動モータは、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のコイルを含むステータコイルと、前記ステータコイルの励磁によって回転されるモータロータと、前記モータロータと一体に回転されるモータシャフトと、前記モータシャフトの回転位置を検出する回転角センサとを備え、
    　前記ステータコイルの前記コイルのうち、所定の１相のコイル、又は所定の２相のコイルである第１の組のコイルを励磁することで、前記モータシャフトを第１の回転停止位置に回転させる工程と、前記所定の１相のコイルとは異なるコイル、又は前記第１の組のコイルとは異なる第２の組のコイルを励磁することで、前記モータシャフトを第２の回転停止位置に回転させる工程とを含む励磁工程と、
    　前記第１の回転停止位置における前記回転角センサの検出値を取得する工程と、前記第２の回転停止位置における前記回転角センサの検出値を取得する工程とを含む回転位置検出工程と、
    　前記回転位置検出工程によって得られた前記回転角センサの検出値から、前記電動モータを駆動制御するときの前記回転角センサの検出値を補正するためのセンサ誤差補正パラメータを生成するセンサ誤差補正パラメータ生成工程と、を有する回転角センサの校正方法。
  2. 　請求項１に記載の回転角センサの校正方法であって、
    　前記センサ誤差補正パラメータ生成工程は、前記回転角センサの検出値をセンサ誤差補正パラメータ用演算式に代入することにより、前記センサ誤差補正パラメータを生成する回転角センサの校正方法。
  3. 　請求項２に記載の回転角センサの校正方法であって、
    　前記センサ誤差補正パラメータ用演算式は、変数として振幅と位相を含む演算式である回転角センサの校正方法。
  4. 　請求項１に記載の回転角センサの校正方法であって、
    　前記励磁工程は、
    　前記モータシャフトが時計回りに回転するように前記ステータコイルを励磁する時計回り励磁工程と、前記モータシャフトが反時計回りに回転するように前記ステータコイルを励磁する反時計回り励磁工程とをさらに含み、
    　前記回転位置検出工程は、
    　前記時計回り励磁工程によって前記モータシャフトが前記第１の回転停止位置に回転したとき、及び前記第２の回転停止位置に回転したときの前記回転角センサの検出値を取得する工程と、前記反時計回り励磁工程によって前記モータシャフトが前記第１の回転停止位置に回転したとき、及び前記第２の回転停止位置に回転したときの前記回転角センサの検出値を取得する工程とをさらに含み、
    　前記センサ誤差補正パラメータ生成工程は、
    　前記時計回り励磁工程によって前記モータシャフトが前記第１の回転停止位置に回転したときの前記回転角センサの検出値と、前記反時計回り励磁工程によって前記モータシャフトが前記第１の回転停止位置に回転したときの前記回転角センサの検出値との平均値を、前記回転角センサの検出値として使用すると共に、
    　前記時計回り励磁工程によって前記モータシャフトが前記第２の回転停止位置に回転したときの前記回転角センサの検出値と、前記反時計回り励磁工程によって前記モータシャフトが前記第２の回転停止位置に回転したときの前記回転角センサの検出値との平均値を、前記回転角センサの検出値として使用する回転角センサの校正方法。
  5. 　請求項１に記載の回転角センサの校正方法であって、
    　前記電動モータは、スロットの数がＮ個であり、
    　前記励磁工程は、Ｎ個の回転停止位置、またはＮ個の２倍の回転停止位置に前記モータシャフトを回転させる工程であり、
    　前記回転位置検出工程は、Ｎ個の回転停止位置、またはＮ個の２倍の回転停止位置における前記回転角センサの検出値を取得する工程である回転角センサの校正方法。
  6. 　請求項５に記載の回転角センサの校正方法であって、
    　前記電動モータは、スロットの数が１２個であり、
    　前記励磁工程は、２４ヶ所の回転停止位置に前記モータシャフトを回転させる工程であり、
    　前記回転位置検出工程は、２４ヶ所の回転停止位置における前記回転角センサの検出値を取得する工程である回転角センサの校正方法。
  7. 　請求項１に記載の回転角センサの校正方法であって、
    　前記電動モータは、自動車のステアリング装置に操舵力を付与するものであり、モータハウジング、及び軸受をさらに含み、
    　前記回転角センサは、センサマグネットと磁気センサを含み、
    　前記センサマグネットは、前記モータシャフトに設けられており、
    　前記磁気センサは、前記センサマグネットの発生する磁界の変化を検出可能であり、
    　前記モータハウジングに前記ステータコイル、前記モータロータ、前記モータシャフトおよび前記軸受が組み付けられており、前記センサマグネットが前記モータシャフトに組み付けられた状態で、前記励磁工程、及び前記回転位置検出工程が実行される回転角センサの校正方法。
  8. 　請求項７に記載の回転角センサの校正方法であって、
    　前記ステアリング装置は、減速機構を介して前記電動モータの回転力が付与されるものであり、
    　前記電動モータに前記減速機構が接続されていない状態で、前記励磁工程、及び前記回転位置検出工程が実行される回転角センサの校正方法。
  9. 　請求項１に記載の回転角センサの校正方法であって、
    　前記回転角センサは、第１回転角センサと、第２回転角センサを含み、
    　前記回転位置検出工程は、
    　前記励磁工程において、前記モータシャフトが前記第１の回転停止位置に回転したとき、前記第１の回転停止位置における前記第１回転角センサの検出値と前記第２回転角センサの検出値を取得する工程と、
    　前記励磁工程において、前記モータシャフトが前記第２の回転停止位置に回転したとき、前記第２の回転停止位置における前記第１回転角センサの検出値と前記第２回転角センサの検出値を取得する工程をさらに含む回転角センサの校正方法。
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