(57)【要約】【課題】モータが正転と逆転が頻繁に切り替わる場合においても速度演算精度を確保してモータを適切に制御するようにする。【解決手段】モータ１０の回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサ１２を備え、前記３相信号と指令信号２１に基づいてモータ１０の回転速度出力を制御するモータ制御装置２０を備える。回転角センサ１２から出力される前記３相信号が、３相に渡って立上り、立下り、立上りの順で出力される第１期間を判定する第１期間判定手段４２と、回転角センサ１２から出力される前記３相信号が、３相に渡って立下り、立上り、立下りの順で出力される第２期間を判定する第２期間判定手段４３とを備える。回転角センサ１２の出力が第１期間または第２期間にある場合には、モータ１０の回転速度出力を更新するように制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御装置であって、
前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立上り、立下り、立上りの順で出力される第１期間を判定する第１期間判定手段と、
前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立下り、立上り、立下りの順で出力される第２期間を判定する第２期間判定手段と、を備え、
前記回転角センサの出力が前記第１期間または前記第２期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を更新するように制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置であって、
前記回転角センサの出力が前記第１期間もしくは前記第２期間以外にある場合には、前記モータの回転速度出力を前回値とする速度前回値記憶手段を備えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のモータ制御装置であって、
前記第１期間または前記第２期間以外にある場合には、前記モータの回転速度出力を０とする零速度設定手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御装置であって、
前記回転角センサから出力される前記３相信号のうち、特定相の信号のみが２回以上変化した時点から前記特定相以外の相の信号変化を検出するまでの第３期間を判定する第３期間判定手段を備え、
前記回転角センサの出力が前記第３期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を前回の回転速度出力に保持し、前記第３期間終了時に前記モータの回転速度出力を更新することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御装置であって、
前記回転角センサから出力される前記３相信号のうち、特定相の信号のみが２回以上変化した時点から前記特定相以外の相の信号変化を検出するまでの第３期間を判定する第３期間判定手段を備え、
前記回転角センサの出力が前記第３期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を０とし、前記第３期間終了時に前記モータの回転速度出力を更新することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御装置であって、
３相における各相の回転角信号の変化を監視して変化の有無を通知する相変化イベント発生手段と、
前記モータの回転角信号の変化時刻を相毎に記憶する相変化時刻記憶手段と、
前記相変化時刻記憶手段から出力された各相における前記回転角信号の変化時刻の差分から速度を演算する速度演算手段と、を備え、
前記相変化時刻記憶手段は、前記相変化イベント発生手段が１つの相における回転角信号の変化を検出後、他の相における回転角信号の変化を検出した場合に前記モータの回転速度出力が更新されることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
吸気バルブ及び排気バルブをそれぞれ開閉する吸気カム及び排気カムと、前記吸気カム及び前記排気カムにそれぞれ連結された吸気側カム軸及び排気側カム軸と、前記吸気側カム軸及び前記排気側カム軸を回転駆動する吸気側電動バルブタイミング制御モータ及び排気側電動バルブタイミング制御モータを備えた可変バルブタイミング制御装置において、
前記吸気側電動バルブタイミング制御モータ及び前記排気側電動バルブタイミング制御モータは、請求項１乃至６の何れか１項に記載のモータ制御装置によって制御されることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
【請求項８】
モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御方法であって、
前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立上り、立下り、立上りの順で出力される期間を第１期間とし、
前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立下り、立上り、立下りの順で出力される期間を第２期間とし、
前記回転角センサの出力が前記第１期間または前記第２期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を更新するように制御することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載のモータ制御方法であって、
前記回転角センサの出力が前記第１期間もしくは前記第２期間以外にある場合には、前記モータの回転速度出力を更新時の回転速度出力に保持することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１０】
請求項８記載のモータ制御方法であって、
前記第１期間または前記第２期間以外にある場合には、前記モータの回転速度出力を０とすることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１１】
モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御方法であって、
前記回転角センサから出力される前記３相信号のうち、特定相の信号のみが２回以上変化した時点から前記特定相以外の相の信号変化を検出するまでの期間を第３期間とし、
前記回転角センサの出力が前記第３期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を前回の回転速度出力に保持し、前記第３期間終了時に前記モータの回転速度出力を更新することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１２】
モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御方法であって、
前記回転角センサから出力される前記３相信号のうち、特定相の信号のみが２回以上変化した時点から前記特定相以外の相の信号変化を検出するまでの期間を第３期間とし、
前記回転角センサの出力が前記第３期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を０とし、前記第３期間終了時に前記モータの回転速度出力を更新することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１３】
吸気バルブ及び排気バルブをそれぞれ開閉する吸気カム及び排気カムと、前記吸気カム及び前記排気カムにそれぞれ連結された吸気側カム軸及び排気側カム軸と、前記吸気側カム軸及び前記排気側カム軸を回転駆動する吸気側電動バルブタイミング制御モータ及び排気側電動バルブタイミング制御モータを備えた可変バルブタイミング制御方法において、
前記吸気側電動バルブタイミング制御モータ及び前記排気側電動バルブタイミング制御モータは、請求項８乃至１２の何れか１項に記載のモータ制御方法によって制御されることを特徴とする可変バルブタイミング制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ制御装置およびモータ制御方法、並びにこれらを用いた可変バルブタイミング制御装置及び可変バルブタイミング制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載されている内燃機関においては、燃費の向上、排気の清浄化が求められている。そのための一手段として、エンジンの補機の電動化が進められている。これまでエンジンを直接の動力源として駆動していた部分を電動化することにより、制御応答性の向上や、摩擦などの機械的損失の低減が期待できる。例えば、エンジンの動力で油圧ポンプを駆動して動作するパワーステアリングは電動化が進展しており、さらには可変バルブタイミング装置のようにエンジン燃焼制御にかかわる部分についても電動化が検討されている。
【０００３】
電動化に用いるモータとしては様々なものがあるが、自動車では直流電源を使用するために直流モータが用いられる。従来はブラシ整流子を用いる直流整流子モータが主流であったが、近年のパワーエレクトロニクスの発展に伴い、ブラシレス直流モータが普及しつつある。ブラシレス直流モータは磁極位置をホールセンサやエンコーダといった回転角センサによって検出し、検出した回転角に基づきモータコイルに印加する電圧を制御する。このようなモータ制御技術の一例として、例えば特許文献１がある。
【０００４】
特許文献１には、３個のホールセンサを備えた主制御部を備え、Ｖ相信号の立上り、Ｗ信号の立上り、Ｕ相信号の立下り、もしくはＵ相信号の立上り、Ｗ信号の立下り、Ｖ相信号の立上りを検出して運転モードを切り替える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６１９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンジンにおけるバルブタイミングをモータによって可変制御する場合、モータの回転軸に取り付けられたカムはバルブを開閉するように動作する。モータを制御する可変バルブタイミング制御装置は、エンジンの回転角に対応するモータの回転角を変化させることによって開弁または閉弁タイミングを制御する。エンジンの運転中は、要求される動作、例えばエンジントルクの変動に対応するため、モータは加速、減速することが求められる。このため、条件によってはモータの回転方向が正回転から逆回転へ、また逆回転から正回転に替わる場合がある。この場合、例えば特許文献１に記載の技術を可変バルブタイミング制御に用いた場合、回転角センサのパルス信号の間隔から速度情報を得ているため、回転方向の切り替わり点においてはパルス信号の間隔と速度とが対応しない期間が発生する。そのため回転方向の切り替わり点付近では速度が過大と判定される期間が存在してしまう可能性がある。可変バルブタイミング制御装置にあってはモータを適切に制御することが必要であることから高応答性が要求され、上位制御系でのゲインは一般に高く設定される。しかしながら、前記のような過大速度が存在する場合、安定性確保の観点からゲインを高くできず、速度演算精度が低下しモータを適切に制御することが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、モータが正転と逆転が頻繁に切り替わる場合においても速度演算精度を確保してモータを適切に制御することができるモータ制御装置およびモータ制御方法、並びにこれらを用いた可変バルブタイミング制御装置及び可変バルブタイミング制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、一例として、モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御装置であって、前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立上り、立下り、立上りの順で出力される第１期間を判定する第１期間判定手段と、前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立下り、立上り、立下りの順で出力される第２期間を判定する第２期間判定手段と、を備え、前記回転角センサの出力が前記第１期間または前記第２期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を更新するように制御することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備え、前記３相信号と指令信号に基づいて前記モータの回転速度出力を制御するモータ制御方法であって、前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立上り、立下り、立上りの順で出力される期間を第１期間とし、前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立下り、立上り、立下りの順で出力される期間を第２期間とし、前記回転角センサの出力が前記第１期間または前記第２期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を更新するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータが正転と逆転が頻繁に切り替わる場合においても速度演算精度を確保してモータを適切に制御することができるモータ制御装置およびモータ制御方法、並びにこれらを用いた可変バルブタイミング制御装置及び可変バルブタイミング制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例に係るモータ駆動システム示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るモータ制御装置２０の制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施例に係るモータ速度推定手段２８の制御ブロック図である。
【図４】本発明の第１実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施例に係るモータ速度推定手段２８の制御ブロック図である。
【図７】本発明の第２実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作の一例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施例に係るモータ速度推定手段２８の制御ブロック図である。
【図９】本発明の第３実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施例に係る変化相と回転方向の関係を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施例に係る可変バルブタイミング制御装置の断面図である。
【図１３】本発明の第４実施例に係る可変バルブタイミング制御装置の動作を示す図である。
【図１４】本発明の第５実施例に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態によるモータ制御装置は、特に速度の高応答性を求められるアプリケーションに適用され、モータとしてはブラシレス直流モータを対象とする。主な応用例としては，内燃機関エンジンにおけるバルブタイミングをモータを用いて制御する可変バルブタイミング制御装置、ステアリング操作をモータで補助する電動パワーステアリング装置を想定している。
【００１３】
本発明の実施形態では、モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備えており、前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立上り、立下り、立上りの順で出力される期間を第１期間とし、前記回転角センサから出力される前記３相信号が、３相に渡って立下り、立上り、立下りの順で出力される期間を第２期間とし、前記回転角センサの出力が前記第１期間または前記第２期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を更新するように制御することを特徴とする。本実施の形態では、上記のように構成することにより、モータの回転方向が変化した場合と、モータ回転が静定するまでの期間について、回転角センサパルス信号間隔検出によって計算される回転速度出力演算が正確な場合を回転速度として選択することができる。これによって、正転と逆転が変化する領域と、軸剛性不足などに伴う速度不安定領域における速度演算誤差の影響を排除できる。
【００１４】
また、本発明の実施形態では、モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備えており、前記回転角センサから出力される前記３相信号のうち、特定相の信号のみが２回以上変化した時点から前記特定相以外の相の信号変化を検出するまでの期間を第３期間とし、前記回転角センサの出力が前記第３期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を前回の回転速度出力に保持し、前記第３期間終了時に前記モータの回転速度出力を更新するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の実施形態では、モータの回転角を検出するための３相信号を出力する回転角センサを備えており、前記回転角センサから出力される前記３相信号のうち、特定相の信号のみが２回以上変化した時点から前記特定相以外の相の信号変化を検出するまでの期間を第３期間とし、前記回転角センサの出力が前記第３期間にある場合には、前記モータの回転速度出力を０とし、前記第３期間終了時に前記モータの回転速度出力を更新することを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の実施形態では、吸気バルブ及び排気バルブをそれぞれ開閉する吸気カム及び排気カムと、前記吸気カム及び前記排気カムにそれぞれ連結された吸気側カム軸及び排気側カム軸と、前記吸気側カム軸及び前記排気側カム軸を回転駆動する吸気側電動バルブタイミング制御モータ及び排気側電動バルブタイミング制御モータを備えた可変バルブタイミング制御において、前記吸気側電動バルブタイミング制御モータ及び前記排気側電動バルブタイミング制御モータは、上記の実施形態に記載のモータ制御によって制御されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の実施形態では、上記のモータ制御装置によって駆動されるモータを用いてエンジンのバルブタイミングを調整することによって、正転と逆転が頻繁に切り替わる場合においても速度演算精度を確保してモータを適切に制御することが可能となり、燃費低減、排気のクリーン化に貢献する。
【００１８】
上記実施形態を具体化する実施例について、以下説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の第１実施例に係るモータ駆動システム示すブロック図である。本実施例では電力変換装置として三相モータ駆動用のインバータを用いており、制御対象となるモータ１０は、ブラシレス直流モータを用いている。モータ１０から発生したトルクはモータシャフト１１に伝達される。モータ１０は、各巻線に電圧をかけるタイミングを回転角センサ１２によって判断する。回転角センサ１２としては、アブソリュートエンコーダやレゾルバなどが利用可能であるが、本図ではホールＩＣの例を用いて説明する。ホールＩＣは磁束方向をデジタル信号として出力するものである。モータ１０に接続される配線は三相の配線１３であり、配線１３には電力変換装置１４からの交流電圧が印加される。電力変換装置１４はスイッチング素子１５をON/OFFさせることにより直流電圧を交流電圧に変換して配線１３に印加される交流電圧を作成する。
【００２０】
電流検出器１６（直流電流検出器）は、電力変換装置１４に流入または流出する電流を測定する。一般的にはシャント抵抗を接地点とスイッチング素子１５の負極側接続端子の間に挿入し、シャント抵抗の両端電圧を測定することにより電流を検出する。スイッチング素子１５はゲートドライバ１７によって作成されるゲート電圧１８によってON/OFFされる。ゲートドライバ１７はスイッチング素子１５のON/OFFタイミングを決定するゲート信号１９を増幅し、スイッチング素子１５が動作可能となる電圧および電流に変換する。
【００２１】
モータ制御装置２０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）等の上位制御系からの指令信号２１を受信し、この指令信号２１に追従するようにモータ１０を動作させるためのゲート信号１９を作成する。モータ制御装置２０は、その他の入力として回転角センサ信号２２や直流電流信号２３を利用する。回転角センサ信号２２は回転角センサ１２の出力であり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相分の信号が出力される。本実施例ではこれら３相分の信号を３相信号と定義する。直流電流信号２３は電流検出器１６の出力である。
【００２２】
次にモータ駆動システムの構成の一部であるモータ制御装置２０の構成について説明する。図２は本発明の第１実施例に係るモータ制御装置２０の制御ブロック図である。本実施例ではモータ制御装置２０が受信する指令信号２１はトルク指令とする。
【００２３】
指令信号２１は補償手段２４に入力される。補償手段２４は指令信号２１とトルク推定値２５を入力とし、指令信号２１とトルク推定値２５の偏差が小さくなるように制御を行い、トルク指令信号２６を出力する。具体的にはPID制御などの手段を用いる。トルク推定手段２７は、直流電流信号２３からトルク推定値２５を推定する。本実施例の対象とするブラシレス直流モータでは、発生トルクが直流電流にほぼ比例するため、直流電流信号２３からトルク推定値２５を推定できる。
【００２４】
回転角センサ信号２２はモータ速度推定手段２８に入力され、モータ速度推定値２９を出力する。モータ速度推定値２９はたとえば速度制御系の構築、逆起電圧の補正、回転角度の精度向上などさまざまな目的で用いられるが、ここでは簡素化のため逆起電圧推定手段３０のみ図示した。ブラシレス直流モータ（モータ１０）では、回転速度が上昇するに従い、モータ内部の起電力によりトルク発生に用いることができる電圧が低下する。逆起電圧推定手段３０は逆起電圧推定値３１を計算する。進角制御などを行わない場合、単純には逆起電圧はモータ回転速度に比例する。
【００２５】
トルク指令信号２６と逆起電圧推定値３１は相電圧変換手段３２に送られ、モータ１０の各相に印加する相電圧を計算する。電力変換装置１４はスイッチングのデューティ比を変化させることにより相電圧を変化させるため、ここではデューティ比信号３３を出力する。たとえばデューティ比が１のとき、相電圧としては直流電圧(ＶＤＣ)が印加され、デューティ比が０のときは０、デューティ比が０．５のときは直流電圧の半分(ＶＤＣ/２)が印加される。このようにして作成されたデューティ比信号３３、トルク方向信号３４、回転角センサ信号２２はゲート信号作成手段３５に入力され、モータ１０が所望のトルクを発生するように調整されたゲート信号１９を出力する。
【００２６】
次にモータ制御装置２０の構成の一部を成すモータ速度推定手段２８の構成について説明する。図３は本発明の第１実施例に係るモータ速度推定手段２８の制御ブロック図である。
【００２７】
モータ速度推定手段２８に入力された回転角センサ信号２２は、変化イベント検出手段４１、第１期間判定手段４２、第２期間判定手段４３に入力される。変化イベント検出手段４１は、回転角センサ信号２２が変化したときにイベント検出信号４４を発生する。通常、イベント検出信号４４は割込の起動としてマイコンに実装されることが多い。イベント検出信号４４が発生した際、第１期間判定手段４２、第２期間判定手段４３は、回転角センサ信号２２の状態を記憶し、あらかじめ設定した変化パターンと照合する。
【００２８】
回転角センサ信号２２は、ハイレベルとローレベルの２種類あり、回転角センサ信号２２がローレベルからハイレベルに変化することを立上り、回転角センサ信号２２がハイレベルからローレベルに変化することを立下りと称する。
【００２９】
本実施例において、第１期間とは、回転角センサ１２から出力される回転角センサ信号２２（３相信号）が、立上り、立下り、立上りの変化を順に検出し、かつ前記変化がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の全相（３相）に渡っているパターンである。
【００３０】
また第２期間とは、回転角センサ１２から出力される回転角センサ信号２２（３相信号）が、立下り、立上り、立下りの変化を順に検出し、かつ前記変化がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の全相（３相）に渡っているパターンである。第１期間と第２期間のタイミング図については、図４にて後述する。
【００３１】
第１期間判定手段４２と第２期間判定手段４３の出力は論理和手段４５に送られ、第１期間、第２期間の何れかを満足するときに後述する速度演算を実施する。
【００３２】
また、イベント検出信号４４は、経過時間演算手段４６を動作させる。経過時間演算手段４６はFRC（フリーランニングカウンタ）４７から発生するFRC現在値４８を入力し、FRC前回値記憶手段４９に記録されたFRC前回値５０との差分を計算する。これは、イベント検出信号４４の時間間隔と等価である。前記差分の計算後、FRC現在値４８をFRC前回値記憶手段４９に送出し、FRC前回値５０を更新する。速度演算手段５１は、経過時間演算手段４６で計算された時間間隔の逆数を計算することによってモータ速度を推定する。速度演算手段５１は常にモータ速度を演算できないため、推定速度選択手段５２を備えている。例えば、モータ速度が０（ゼロ）の場合にはイベント検出信号４４は発生しないため、そのような場合には別の手法により何らかのモータ速度推定値を出力する必要がある。本実施例では、モータ速度が演算できない場合には速度の前回値を使用するか、または強制的にモータ推定速度を０（ゼロ）にするかを推定速度選択手段５２が選択する。
【００３３】
本実施例において、回転角センサ１２の挙動が第１期間判定手段４２と第２期間判定手段４３の双方に該当しない場合には、推定速度選択手段５２によって速度前回値記憶手段５３の記憶値または零速度設定手段５４が推定速度５５として選択される。回転角センサ１２の挙動が第１期間判定手段４２と第２期間判定手段４３の何れかに該当する場合には、速度演算手段５１の出力が推定速度５５の出力として選択される。
【００３４】
次に図４を用いて、モータ速度推定手段２８の動作について説明する。図４は本発明の第１実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作の一例を示す図である。なお、説明の簡単化のため、以下を仮定する。
・回転角センサ１２はホールＩＣであり、デジタル信号出力である。
・経過時間演算手段４６は何れかの相の回転角センサ１２が変化したときに時刻を取得する。
・ホールＩＣは各相１２０度ずつずらして配置されており、モータ回転角６０度ごとにイベント検出信号４４が発生する。
・モータは三相２極機とし、減速機などの影響を考慮しない。これにより機械角と電気角とが等しくなり、換算を省略できる。
・モータ回転方向は時計回りを正転、反時計まわりを逆転と定義する。
【００３５】
また、各相は時計回りにＵ相，Ｖ相，Ｗ相とし、モータコイルＵ相から６０度遅れた位置にＵ相ホールＩＣを配置し、モータコイルＶ相から６０度遅れた位置にＶ相ホールＩＣを配置し、モータコイルＷ相から６０度遅れた位置にＷ相ホールＩＣを配置する。
【００３６】
図４において、２２ａはＵ相ホールＩＣであり、２２ｂはＶ相ホールＩＣであり、２２ｃはＷ相ホールＩＣである。ホールＩＣ２２ａ〜２２ｃはモータ１０の各巻線間に図のように配置される。６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅはホールＩＣ２２ａ〜２２ｃが変化した瞬間の時刻であり、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅは時刻６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅにおけるモータ１０の回転状態である。
【００３７】
速度演算手段５１が信頼できる推定速度を計算できる条件は、モータ１０が６０度回転するのにかかる時間を経過時間演算手段４６が正しく取得できている場合である。経過時間演算手段４６はホールＩＣ２２ａ〜２２ｃの変化を監視し、その時間間隔を見るため、正回転と逆回転が切り替わる場合には、経過時間演算手段４６は６０度回転にかかる時間を測定しておらず、その結果、速度演算手段５１は実際とは異なる速度演算結果を出力する。
【００３８】
図４において、モータ１０は時刻６１ａまでは正方向に回転しているとする。ここでは時計回りを正方向と定義した。時刻６１ａにＷ相ホールＩＣ２２ｃの出力が変化した後、時刻６１ａから時刻６１ｂの期間にモータ１０が外力などの影響を受けて逆回転し、時刻６１ｂにおいてＷ相ホールＩＣ２２ｃの出力が再度変化する。時刻６１bから時刻６１ｃの期間にモータ１０が正回転に復帰し、時刻６１ｃにおいてＷ相ホールＩＣ２２ｃの出力が変化する。その後、時刻６１ｄ、時刻６１ｅと正方向回転が継続する。正方向回転が継続している期間６１ｃ、６１ｄ、６１ｅでは、Ｗ相ホールＩＣ２２ｃの出力立上り、Ｖ相ホールＩＣ２２ｂ出力立下り、Ｕ相ホールＩＣ２２ａの出力立上りを観測する。すなわち、ホールＩＣ２２ａ〜２２ｃの出力の立上り、立下りパターンを観測することで、安定して正方向回転しているか、逆方向回転しているかを判断でき、速度演算手段５１を動作させるかどうかの判断基準となる。
【００３９】
矢印で示した時間間隔６３は、経過時間演算手段４６で計算される。また、△で示した速度演算選択時刻６４は、速度演算手段５１で計算した結果を推定速度選択手段５２が選択するものである。
【００４０】
ここではホールＩＣ２２ａ〜２２ｃの出力が立上り、立下り、立上りと順に変化し、かつ全てのホールＩＣ２２ａ〜２２ｃ出力が変化するパターンを第１期間とする。また、ホールＩＣ２２ａ〜２２ｃの出力が立下り、立上り、立下りと順に変化し、かつ全てのホールＩＣ２２ａ〜２２ｃ出力が変化するパターンを第２期間とする。
【００４１】
図４においては、付番６５によって示される矢印が第１期間であり、付番６６によって示される矢印が第２期間である。ブラシレスＤＣモータにおいて、正常に正方向回転または逆方向回転している場合には、ホールＩＣ２２ａ〜２２ｃが正常に連続動作している限り、第１期間６５または第２期間６６が観測される。回転角センサ信号２２の出力が第１期間６５または第２期間６６にある場合には、速度演算手段５１の結果を採用し、モータ１０の回転速度出力を更新するようにする。
【００４２】
図４では第１期間６５または第２期間６６が検出されているときに速度演算選択時刻６４を表示している。このようにすることで、モータ１０が６０度回転するのにかかる時間を取得できていない時刻６１ａから時刻６１ｂの時間間隔および時刻６１ｂから時刻６１ｃの時間間隔から得られる速度演算手段５１の結果を採用しないという判定が可能となる。そして、回転角センサ信号２２の出力が第１期間６５または第２期間６６以外にある場合には、モータ１０の回転速度出力を更新時の回転速度出力に保持するようにする。
【００４３】
また、図４においては時刻６１ｃから時刻６１ｄの時間間隔から得られる速度演算手段５１の結果も採用しない。これは、正転中に予期しない逆転が発生するような場合、大きな外力が加わっていることが予想され、その期間においては軸ねじれやバックラッシュなどの影響により時刻６１ｃから時刻６１ｄの時間間隔において経過時間演算手段４６の出力精度が悪化することが懸念される。本実施例においては時刻６１ｃから時刻６１ｄの期間においても速度演算手段５１の出力を採用しないため、特に剛性の確保が難しいアプリケーションに好適である。
【００４４】
また、高応答性を確保するためにハイゲイン特性を有する制御系に好適である。ハイゲイン制御系の場合、速度推定誤差が大きいと、指令に対する偏差も大きいと判断し、大トルクを発生させて追従しようとする。その結果消費電力が増加する。また、安定性の確保も困難であるが、本実施例はこのようにハイゲイン制御系に伴う課題を容易に解決できる。
【００４５】
次にモータ速度推定手段２８の動作について説明する。図５は本発明の第１実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
図５において、フローチャートはイベント検出信号４４を検出することによって開始される。Ｓ１０１はカウンタを取得する処理であり、FRC４７の現在値を変数cntに格納する。Ｓ１０２はホールＩＣ２２ａ〜２２ｃの出力取得処理である。取得されたホールＩＣ２２ａ〜２２ｃの出力は変化相特定処理Ｓ１０３によって変化のあった相を特定する。そして、変化相書出処理Ｓ１０４により、変数phsに変化相情報を書き出す。変数phsは、相を特定できれば整数値（Ｕ相＝１、Ｖ相＝２、Ｗ相＝３など）でも文字（Ｕ相＝’u’、Ｖ相＝’Ｖ’、Ｗ相＝’Ｗ’など）でもよい。カウンタ取得処理Ｓ１０１およびホールＩＣ２２ａ〜２２ｃの出力取得処理Ｓ１０２、変化相特定処理Ｓ１０３ならびに変化相書出処理Ｓ１０４は、イベント検出信号４４をトリガとして並列実行される。
【００４７】
カウンタ前回値取得処理Ｓ１０５は、前回のイベント検出信号４４によって取得したカウンタ情報を変数cnt_zとして読み出す。Ｓ１０６は時間間隔取得処理であり、変数cntとcnt_zの差分を計算して変数t60に格納する。t60はモータ１０が電気角６０度回転するために要する時間を意味する。FRC４７は限定されたbitで表されるため、一定時間ごとに０にクリアされる。そのためcnt取得タイミングによってはcnt_z＞cntとなる場合が存在する。
【００４８】
時間間隔判定処理Ｓ１０７は、変数t60の正負を見てcnt_z＞cntかどうかを判定する。変数t60が負の場合、時間間隔補正処理Ｓ１０８によってあらかじめ設定した定数CMAX＋１を足す。これにより正しい時間間隔を得る。なお、CMAXはFRCの最大値である。たとえば、FRCが１６bitの場合、CMAXは65535である。変数t60が正の場合、変数t60をそのまま時間間隔として採用する。
【００４９】
Ｓ１０９は速度演算処理であり、変数t60の逆数に２π（πは円周率）をかけ、６で割ることによって電気角仮速度spd_tmpを得る。２πをかけるのは、単位系をrad/sに変換するためであり、６で割るのは一回転あたりの速度に換算するためである。Ｓ１１０はカウンタ前回値更新処理であり、カウンタ前回値cnt_zに取得したカウンタ情報cntを代入する。処理Ｓ１０１から処理Ｓ１１０までが、主に経過時間演算手段４６、FRC前回値記憶手段４９、速度演算手段５１で行う処理となる。
【００５０】
Ｓ１１１は相情報取得処理であり、変化相phs、前回変化相phs_z、前々回変化相phs_z2を読み込む。変数phsは変化相書出処理Ｓ１０４で書き出されている。Ｓ１１２は第１期間判定処理であり、変化相phs、前回変化相phs_z、前々回変化相phs_z2が前述の第1期間に該当するかどうかを判定する。第１期間に該当しない場合、続く第２期間判定処理Ｓ１１３を行い、前述の第２期間に該当するかどうかを判定する。Ｓ１１２、Ｓ１１３の何れかの判定がＹであれば、速度演算処理Ｓ１０９で計算した電気角仮速度spd_tmpを電気角速度spdとして採用する。
【００５１】
第１期間でも第２期間でもない場合、速度比較処理Ｓ１１５により、高速か低速かを判定する。定数THが速度閾値であり、速度閾値THより変数spd_tmpが大きい場合、速度前回値設定処理Ｓ１１６により電気角速度spdを電気角速度前回値spd_zに設定する。また、速度閾値THより変数spd_tmpが小さい場合、零速度設定処理Ｓ１１７により電気角速度spdを０に設定する。この電気角速度spdが推定速度５５である。ここでは、回転角センサの出力が第１期間または第２期間以外にある場合には、モータの回転速度出力を０とする。
【００５２】
Ｓ１１９は相情報更新処理であり、前々回変化相phs_z2に前回変化相phs_zを代入し、前回変化相phs_zに変化相phsを代入する。Ｓ１１１からＳ１１９が第１期間判定手段４２、第２期間判定手段４３、論理和手段４５、推定速度選択手段５２、速度前回値記憶手段５３、零速度設定手段５４で行う処理となる。
【００５３】
本実施例によれば、回転角センサの出力が第１期間または第２期間にある場合にモータの回転速度出力を更新するように制御しているので、モータが正転と逆転が頻繁に切り替わる場合においても速度演算精度を確保してモータを適切に制御することができる。
【実施例２】
【００５４】
次に第２実施例について説明する。図６は本発明の第２実施例に係るモータ速度推定手段２８の制御ブロック図である。モータ制御装置２０及びモータ駆動システムの構成については図１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５５】
第１実施例における図３の違いは、第１期間判定手段４２、第２期間判定手段４３、及び論理和手段４５の代わりに第３期間判定手段５６を設けたことにある。第３期間とは、３相信号の特定相の信号のみが２回以上変化した時点から特定相以外の相の変化を検出するまでの期間であると定義する。
【００５６】
図７は本発明の第２実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作の一例を示す図である。図７において第３期間は時刻６１ｂから時刻６１dの期間である。速度演算選択時刻６４は図４とは異なり、時刻６１dの時も該当している。モータ１０が６０度回転するのにかかる時間を取得できていない時刻６１aから時刻６１ｂの時間間隔および時刻６１ｂから時刻６１ｃの時間間隔から得られる速度演算手段５１の結果を採用しないことは図４と同様である。しかし時刻６１ｃと時刻６１ｄの時間間隔から得られる速度演算手段５１の結果は速度演算結果として採用する。
【００５７】
時刻６１ｃと時刻６１ｄの期間は、例えばモータ１０の回転シャフト等に十分な剛性が確保されている場合や、高分解能のセンサを利用できる場合には速度検出誤差は十分小さい。したがって前記の条件を満足するハードウェアの場合には第２実施例を利用できる。
【００５８】
第２実施例では、第３期間による判定を用いることにより、時刻６１ｄにおいても速度情報を更新することが可能になり、応答性向上に効果的である。
【００５９】
次に速度の演算方法について説明する。なお、説明の簡単化のため、図４で用いた回転角センサ１２やモータ１０に関する仮定をそのまま適用する。
【００６０】
図７と図４の相違は、速度演算の実行と停止を第３期間６７の有無によって判断することである。第３期間６７の開始時から第３期間６７の終了直前までは推定速度５５として、速度前回値記憶手段５３の記憶値または零速度設定手段５４を選択する。零速度設定手段５４の値が選択された場合、モータ１０の回転速度出力は０となる。速度演算手段５１は第３期間６７においても動作を継続し、第３期間６７の終了直後に推定速度５５を更新する。第３期間６７が検出されない場合には推定速度５５は速度演算手段５１の結果を通常通り採用する。
【００６１】
なお、第２実施例におけるフォローチャートは、図５に示す第１実施例のフローチャートにおいて第１期間判定処理Ｓ１１２、及び第２期間判定処理Ｓ１１３を第３期間判定処理に置き換えるだけであるため、記載を省略する。
【００６２】
第２実施例によれば、モータが正転と逆転が頻繁に切り替わる場合においても速度演算精度を確保してモータを適切に制御することができる。
【実施例３】
【００６３】
次に第３実施例について説明する。図８は本発明の第３実施例に係るモータ速度推定手段２８の制御ブロック図である。モータ制御装置２０及びモータ駆動システムの構成については図１と同様であるので、詳細な説明は省略する。また、説明の簡略化のため、以降回転角センサ１２はホールＩＣであるとして説明する。
【００６４】
各相の相変化イベント発生手段としてのＵ相変化イベント発生手段７１ａ，Ｖ相変化イベント発生手段７１ｂ，Ｗ相変化イベント発生手段７１ｃは、それぞれ各層の回転角信号の変化を監視して変化の有無を通知する。
【００６５】
図８において、入力された３相の回転角センサ信号２２のうちＵ相ホールＩＣ２２a出力はＵ相変化イベント発生手段７１ａに入力される。Ｕ相変化イベント発生手段７１ａはホールＩＣ２２a出力を常に監視し、変化が検出されたときにイベント検出信号４４を発生する。組込マイコンで実装する場合には、一般的にデジタルI/O入力変化によって割込を発生させることで実現される。十分な処理機能を有する場合にはポーリングにより常に監視する構成としても差し支えない。Ｖ相、Ｗ相についても同様であり、ホールＩＣ２２ｂ出力を監視するＶ相変化イベント発生手段７１ｂ、ホールＩＣ２２ｃ出力を監視するＷ相変化イベント発生手段７１ｃを有する。また、Ｖ相変化イベント発生手段７１ｂからはＶ相イベント検出信号４４ｂが発生し、Ｗ相変化イベント発生手段７１ｃからはＷ相イベント検出信号４４ｃが発生する。
【００６６】
３相の回転角センサ信号２２はＵ相更新許可手段７２ａに入力され、前記Ｕ相変化イベントを使用するか、無視するかを決定する。組込マイコンで実装する場合には、一般にフラグとして実現される。この場合、Ｕ相更新許可手段７２ａは例えば以下のように動作する。
・直前に変化があった相がＶ相またはＷ相の場合、Ｕ相更新許可フラグを立てる（許可する）
・直前に変化があった相がＵ相の場合、Ｕ相更新許可フラグをクリアする（許可しない）
なお、実現に当たってはフラグに拠らず、例えば状態遷移に基づく方法を用いても差し支えない。
【００６７】
Ｖ相、Ｗ相についても全く同様であり、Ｖ相更新許可手段７２ｂ、Ｗ相更新許可手段７２ｃを有する。
【００６８】
Ｕ相イベント検出信号４４ａはＵ相変化時刻記憶手段７３ａを動作させる。Ｕ相変化時刻記憶手段７３ａは、Ｕ相更新許可手段７２ａが更新を許可している場合にフリーランニングカウンタ４７から得られるFRC現在値４８（現在時刻）をＵ相が変化した時刻として記憶する。Ｕ相更新許可手段７２ａが更新を禁止している場合には、Ｕ相変化時刻記憶手段７３ａは動作しない。Ｖ相、Ｗ相についても全く同様であり、Ｖ相変化時刻記憶手段７３ｂ、Ｗ相変化時刻記憶手段７３ｃを有する。
【００６９】
Ｕ相変化時刻記憶手段７３ａ、Ｖ相変化時刻記憶手段７３ｂ、Ｗ相変化時刻記憶手段７３ｃ（相変化時刻記憶手段）は、回転角信号の変化時刻を相毎に記憶する。そして、Ｕ相変化時刻記憶手段７３ａ、Ｖ相変化時刻記憶手段７３ｂ、Ｗ相変化時刻記憶手段７３ｃ（相変化時刻記憶手段）はそれぞれの処理終了後、経過時間演算手段４６に送信され、動作を開始する。
【００７０】
経過時間演算手段４６は、Ｕ相変化時刻記憶手段７３ａが記憶したＵ相変化時刻、Ｖ相変化時刻記憶手段７３ｂが記憶したＶ相変化時刻、Ｗ相変化時刻記憶手段７３ｃが記憶したＷ相変化時刻を入力し、直近２つの変化時刻の差を計算する。得られた変化時刻の差は速度演算手段５１に送信される。速度演算手段５１は、３相における各相の相変化時刻記憶手段から出力された各相の回転角信号の変化時刻の差分（直近２つの変化時刻の差分）から速度を演算する。直近２つの変化時刻の差はイベント検出信号４４の発生間隔を意味するため、逆数を計算することによって速度情報が得られる。
【００７１】
図９は本発明の第３実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作の一例を示す図である。図９においては、Ｗ相更新禁止区間６８を有することが第２実施例における図７との相違である。
【００７２】
時刻６１ａにおいてＷ相ホールＩＣ２２cの出力変化が観測される。直前の回転角センサ信号２２の変化はＵ相であるため、この時点ではＷ相更新許可手段７２ｃは許可状態であり、Ｗ相変化時刻記憶手段７３ｃが動作する。それと同時に経過時間演算手段４６および速度演算手段５１が動作する。なお、経過時間演算手段４６、速度演算手段５１の動作後、Ｗ相更新許可手段７２ｃはＷ相更新許可フラグをクリアし、Ｗ相の変化を許可しない状態となる。
【００７３】
時刻６１ｂにおいて、外力などの影響でモータ１０が逆回転されるとＷ相ホールＩＣ２２cの出力は再度変化する。しかしこの時点ではＷ相更新許可手段７２ｃはＷ相変化時刻記憶手段７３ｃの動作を許可しないため、時刻６１ｂにおける変化時刻情報は読み飛ばされる。すなわち、他の相が変化する前に、同相が連続して変化した場合は、変化時刻情報は無視する。時刻６１ｃにおいてモータ１０は正回転に復帰するが、この際も同様にＷ相更新許可手段７２ｃはＷ相変化時刻記憶手段７３ｃの動作を許可しないため、時刻６１ｃにおける変化時刻情報は読み飛ばされる。すなわち、相変化時刻記憶手段は、相変化イベント発生手段が１つの相における回転角信号の変化を検出後、他の相における回転角信号の変化を検出した場合にモータ１０の回転速度出力が更新される。
【００７４】
時刻６１ｄにおいて、Ｖ相ホールＩＣ２２bの変化が観測される。この時点でＶ相更新許可手段７２ｃはＶ相変化時刻記憶手段７３ｂの動作を許可し、Ｖ相変化時刻記憶手段７３ｂが動作する。それと同時に経過時間演算手段４６および速度演算手段５１が動作する。なお、経過時間演算手段４６、速度演算手段５１の動作後、Ｖ相更新許可手段７２ｂはＷ相更新許可フラグをクリアし、Ｖ相の変化を許可しない状態となる。同時にＷ相更新許可手段72cはＷ相更新許可フラグをセットし、Ｗ相の変化を許可する状態となる。
【００７５】
図９に示した実施例の場合も図７で示した実施例と全く同様に、時刻６１ｄにおいてもモータの回転速度出力を更新することが可能になり、応答性向上に効果的である。
【００７６】
図１０は本発明の第３実施例に係るモータ速度推定手段２８の動作を示すフローチャートである。なお、経過時間演算手段４６、速度演算手段５１については図５に示すフローチャートにおけるＳ１０６以降の処理と全く同様であるため記載を省略している。
【００７７】
図１０において、Ｕ相ホールＩＣ２２a、Ｖ相ホールＩＣ２２b、Ｗ相ホールＩＣ２２cは同時並行的に監視されるため、処理開始後、処理フローを３つに分岐させている。左からそれぞれＵ相に関する処理、Ｖ相に関する処理、Ｗ相に関する処理であり、各相とも処理は同様であるため、説明は最も左側に位置する処理フロー（末尾が’a’）について説明する。
【００７８】
Ｓ１２１ａはＵ相ホールＩＣ２２aの監視処理であり、割込などの手段によってＵ相ホールＩＣ２２aの変化を監視する。変化がない場合には引き続き監視し、変化があった場合にはＵ相更新判定処理Ｓ１２２ａに移行する。Ｕ相更新許可手段７２ａが更新を許可していれば次の処理に進み、禁止していれば再度処理Ｓ１２１ａに戻る。Ｕ相更新許可手段７２ａの更新判定方法については図８の説明文中で記載したので記載を省略する。
【００７９】
Ｓ１２３ａはＵ相ホールＩＣ２２aの変化方向を取得するパルス方向取得処理である。ここではパルス方向を表す変数名を「pls_dir」と記載している。Ｓ１０１ａはカウンタ取得処理、Ｓ１０５ａはカウンタ前回値取得処理であり、図５記載のフローチャートと同様の処理を行う。
【００８０】
Ｓ１２４ａは情報更新処理であり、Ｕ相変化時刻記憶手段７３ａの変数を更新する。ここでは現時点における変化相を「ｐｈｓ」、前回の変化相を「ｐｈｓ_z」と記載した。また、処理Ｓ１２３ａで説明した変数「pls_dir」の前回値を「pls_dir_z」と記載した。ここで更新される変数は、モータ１０の回転方向を判定するために設けたものである。
【００８１】
本実施例におけるモータ制御装置２０は、モータの正転、逆転を頻繁に繰り返すアプリケーションを対象としており、上位制御系において回転方向を判断することが重要となることが多いために変数が用いられている。これらの変数の組み合わせによって、モータの回転方向は例えば図１１に示した表のように容易に決定される。
【００８２】
図１１は本発明の第３実施例に係る変化相と回転方向の関係を示す図である。なお、ここで変化相を表す変数「ｐｈｓ」「ｐｈｓ_z」は文字型とし、パルス方向を表す変数「pls_dir」「pls_dir_z」は立ち上がりを+1、立下りを-1として記載している。
【００８３】
図１０において、処理Ｓ１２５ａはＵ相変化時刻記憶手段７３ａの処理を表したものである。処理Ｓ１２６は結合処理であり、Ｕ相に関する処理、Ｖ相に関する処理、Ｗ相に関する処理の何れかが終了すると分岐されていた処理フローを結合し、後段の処理に移行する。なお、モータ制御においてはそれぞれの分岐が同時に行われることがないように留意して設計されているため、各分岐フロー間でのメモリ競合処理や割込優先順位などに関する配慮はすべて省略して記載した。
【００８４】
第３実施例によれば、他の相が変化する前に、同相が連続して変化した場合は、変化時刻情報は無視するようにしているので、モータが正転と逆転が頻繁に切り替わる場合においても速度演算精度を確保してモータを適切に制御することができる。
【００８５】
以上本発明に係るモータ制御装置２０の実施例について説明した。本発明は回転角センサ１２の時間間隔を速度検出に用いる形式のモータ制御装置にあって、さらに別の形態の実施例が可能である。たとえば、回転角センサ１２はホールＩＣに限定されるものではなく、例えばエンコーダパルス信号においても同様に適用できる。一般のインクリメンタルエンコーダパルスはＡ相、Ｂ相の２相であるが、例えば図６、図８で示した実施例においてＷ相を省略することで同様に実現できる。また、各実施例の説明では、説明の簡素化のため、モータ回転角６０度毎に計測される時間間隔を用いて速度を計算しているが、別の速度検出手法を用いた場合でも本発明を適用することができる。例えばＵ相の立ち上がりから次の立ち上りまで、Ｕ相の立ち下がりから次の立ち下りまで、Ｖ相の立ち上がりから次の立ち上りまで、Ｖ相の立ち下がりから次の立ち下りまで、Ｗ相の立ち上がりから次の立ち上りまで、Ｗ相の立ち下がりから次の立ち下りまでの６つの時間間隔情報を用いるようにしても良い。これはモータ回転角６０度毎に３６０回転にかかる時間を計測する手法であるが、これについても速度演算手段５１の変更によって適用することができる。
【００８６】
なお、回転角センサ信号２２の出力の時間間隔を速度検出に用いる場合、モータが完全に停止しているときには回転角センサ信号２２の情報を得ることができないため、厳密には速度演算手段５１を実施することができない。この場合については例えば一定時間以上情報が得られない場合には、速度を０（ゼロ）とするなどといった対処手法を用いるようにすると良い。
【００８７】
本実施例によれば、正転と逆転が切り替わる瞬間において、回転角センサ信号２２の時間間隔が回転速度とが対応しない状況を検出し、対処するようにしているので、正転と逆転が切り替わる状況にあっても速度計算誤差を小さくすることができる。そのため、本実施例は、特に正転と逆転を繰り返すアプリケーションに好適である。
【実施例４】
【００８８】
次に本発明の第４実施例について説明する。第４実施例では、第１実施例から第３実施例で説明したモータ制御装置を可変バルブタイミング制御装置に適用した例を説明する。図１２は本発明の第４実施例に係る可変バルブタイミング制御装置の断面図である。
【００８９】
エンジン２０１には、吸気側電動バルブタイミング制御装置１０ａと、排気側電動バルブタイミング制御装置１０ｂが備えられている。エンジンのクランク軸２０２はシリンダ内のピストンに連結され、ピストンの往復運動を回転運動に変換している。
【００９０】
吸気側カム軸２０３ａ及び排気側カム軸２０３ｂには、それぞれ吸気カム２０４ａ及び排気カム２０４ｂが連結されている。
【００９１】
吸気側電動バルブタイミング制御装置１０ａは、エンジン２０１に取り付けられた吸気側電動バルブタイミング制御モータと、吸気側カム軸２０３ａに取り付けられた吸気側位相変更器を有する。吸気側位相変更器はタイミングチェーン又はタイミングベルトによってクランク軸２０２の回転力が伝達するようになっており、かつ、減速機構(図示せず)を有し、吸気側電動バルブタイミング制御モータの回転を減速して吸気側カム軸２０３ａとクランク軸２０２の回転位相を変更可能になっている。
【００９２】
排気側電動バルブタイミング制御装置１０ｂは、エンジン２０１に取り付けられた排気側電動バルブタイミング制御モータと、排気側カム軸２０３ｂに取り付けられた排気側位相変更器を有する。排気側位相変更器も吸気側位相変更器と同様にタイミングチェーン又はタイミングベルトによってクランク軸２０２の回転力が伝達するようになっており、かつ、減速機構(図示せず)を有し、排気側電動バルブタイミング制御モータの回転を減速して排気側カム軸２０３ｂとクランク軸２０２の回転位相を変更可能になっている。
【００９３】
吸気カム２０４ａは、吸気バルブステムエンド２０５ａを押すことにより吸気バルブ２０６ａを開弁する。吸気カム２０４ａが吸気バルブステムエンド２０５ａを押さない位置に回転した時、吸気バルブスプリング２０７ａによって吸気バルブ２０６ａは閉弁する。排気側にあっても全く同様に、排気カム２０４ｂは排気バルブステムエンド２０５ｂを押すことにより排気バルブ２０６ｂを開弁する。排気カム２０４ｂが排気バルブステムエンド２０５ｂを押さない位置に回転した時、排気バルブスプリング２０７ｂによって排気バルブ２０６ｂは閉弁する。
【００９４】
図１２に示した可変バルブタイミング制御装置は回転同期型と呼ばれる方式であって、吸気側カム軸２０３ａ及び排気側カム軸２０３ｂは、通常クランク軸２０２と同期して回転するように制御される。なお、４ストローク内燃機関の場合、「同期状態」とは、クランク軸２回転に対してカム軸が１回転し、かつ開弁開始角度と開弁終了角度が常に同じクランク軸角度となることと定義する。
【００９５】
このような可変バルブタイミング制御装置では、同期状態から吸気側電動バルブタイミング制御モータの回転数を速くし、所望の開弁開始角度となったところで再度同期状態に復帰することで、吸気タイミングを早めることができる。これを「進角」とする。また、同期状態から吸気側電動バルブタイミング制御モータの回転数を遅くし、所望の開弁開始角度となったところで再度同期状態に復帰することで、吸気タイミングを遅らせることができる。これを「遅角」とする。排気弁についても全く同様に制御できる。
【００９６】
次に可変バルブタイミング制御装置の動作について図１３にて説明する。図１３は本発明の第４実施例に係る可変バルブタイミング制御装置の動作を示す図である。
【００９７】
ここではエンジンが許容する最も大きな遅角（再遅角）から最も大きな進角（再進角）を経て、再遅角に復帰する動作を例示した。横軸は時間である。２１１はエンジン回転数のグラフ、２１２はバルブ位相角のグラフ、２１３はモータ速度のグラフである。なお、本実施例において、エンジン回転数は一定であるとし、バルブ位相角２１２は通常運転状態におけるクランク軸角度に対するカム軸角度であるとき位相角０度としている。また、吸気側、排気側で全く同様であるため、以降吸気、排気は区別しない。本実施例では、吸気、排気の少なくとも一方にバルブを開閉するモータを備えている。
【００９８】
再遅角から再進角に変更する場合、モータ速度はｔ１において一旦上昇し、その後ｔ２において同期速度まで下がる。これによりバルブ位相角を再進角に変更できる。この状態からｔ３においてモータ速度を下げ、再度ｔ４において同期速度まで上げることでバルブ位相角を再遅角に変更できる。進角側から遅角側に変更する場合には、ｔ３からｔ４においてモータ速度を下げることになるが、この時、エンジン回転数から決定される同期速度と再遅角に至るまでの要求応答によってはモータ回転速度が正転から逆転に切り替わる状況が発生する。従来のモータ速度計算手法では正転から逆転に切り替わるところにおける計算誤差が大きい。可変バルブタイミング制御装置では、高応答性を確保するために上位制御系がハイゲインとなっていることが多く、そのために計算誤差が制御性能を大きく悪化させる場合がある。
【００９９】
そこで、第４実施例では、第１実施例から第３実施例に説明したモータ制御装置によって吸気側電動バルブタイミング制御装置１０ａ、排気側電動バルブタイミング制御装置１０ｂを制御することにより、正転から逆転に切り替わるところでの計算誤差を低減できるため、応答性を高めた可変バルブタイミング制御装置を提供することができる。
【実施例５】
【０１００】
次に本発明の第５実施例について説明する。第５実施例では、第１実施例から第３実施例で説明したモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した例を説明する。図１４は本発明の第５実施例に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力によってステアリング操作を補助する。
【０１０１】
ステアリングホイール２２１にはステアリングシャフト２２２が連結されている。電動パワーステアリング装置の駆動源となるモータ１０はモータシャフト１１に連結されている。モータシャフト１１は、動力合成手段２２３にてステアリングシャフト２２２と接続され、動力合成手段２２３にてモータ１０の動力がステアリングシャフト２２２に合成される。動力が合成されたステアリングシャフト２２２はステアリングギア機構２２４と結合される。ステアリングギア機構２２４はナックルアーム２２５に取り付けられ、車輪２２６の方向を変化させる。
【０１０２】
電動パワーステアリング装置にあっては、路面の抵抗を常に受ける状態にある。また運転者はステアリングホイールによって路面抵抗を補正するように小刻みに調整を繰り返すため、モータ１０は正転と逆転を繰り返す状態となる。電動パワーステアリング装置に第１実施例〜第３実施例で説明したモータ制御装置を適用することにより、例えばオフロード走行において運転者の意図した方向と逆方向にステアリングホイール２２１が回転した場合（いわゆる「蹴られ」状態）においても、運転者に跳ね返るトルクを低減する制御を実現することができるという効果が得られる。また、電動飛行機の普及した場合には、航空機用の電動ラダー制御でも同様の効果が期待できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…モータ、１０ａ…吸気側電動バルブタイミング制御装置、１０ｂ…排気側電動バルブタイミング制御装置、１１…モータシャフト、１２…回転角センサ、１３…配線、１４…電力変換装置、１５…スイッチング素子、１６…電流検出器、１７…ゲートドライバ、１８…ゲート電圧、１９…ゲート信号、２０…モータ制御装置、２１…指令信号、２２…回転角センサ信号、２３…直流電流信号、２４…補償手段、２５…トルク推定値、２６…トルク指令信号、２７…トルク推定手段、２８…モータ速度推定手段、２９…モータ速度推定値、３０…逆起電圧推定手段、３１…逆起電圧推定値、３２…相電圧変換手段、３３…デューティ比信号、３４…トルク方向信号、３５…ゲート信号作成手段、４１…変化イベント検出手段、４２…第１期間判定手段、４３…第２期間判定手段、４４…イベント検出信号、４４ａ…Ｕ相イベント検出信号、４４ｂ…Ｖ相イベント検出信号、４４ｃ…Ｗ相イベント検出信号、４５…論理和手段、４６…経過時間演算手段、４７…フリーランニングカウンタ、４８…FRC現在値、４９…前回値記憶手段、５０…前回値、５１…速度演算手段、５２…推定速度選択手段、５３…速度前回値記憶手段、５４…零速度設定手段、５５…推定速度、５６…第３期間判定手段、６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ…時刻、６３…時間間隔、６４…速度演算選択時刻、６５…第１期間、６６…第２期間、６７…第３期間、６８…相更新禁止区間、７１ａ…Ｕ相変化イベント発生手段、７１ｂ…Ｖ相変化イベント発生手段、７１ｃ…Ｗ相変化イベント発生手段、７２ａ…Ｕ相更新許可手段、７２ｂ…Ｖ相更新許可手段、７２ｃ…Ｗ相更新許可手段、７３ａ…Ｕ相変化時刻記憶手段、７３ｂ…Ｖ相変化時刻記憶手段、７３ｃ…Ｗ相変化時刻記憶手段、２０１…エンジン、２０２…クランク軸、２０３ａ…吸気側カム軸、２０３ｂ…排気側カム軸、２０４ａ…吸気カム、２０４ｂ…排気カム、２０５ａ…吸気バルブステムエンド、２０５ｂ…排気バルブステムエンド、２０６ａ…吸気バルブ、２０６ｂ…排気バルブ、２０７ａ…吸気バルブスプリング、２０７ｂ…排気バルブスプリング、２１２…バルブ位相角、２２１…ステアリングホイール、２２２…ステアリングシャフト、２２３…動力合成手段、２２４…ステアリングギア機構、２２５…ナックルアーム、２２６…車輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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