(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのロータに複数の磁極を設け、前記ロータの回転に伴う磁極位置の変化に伴い磁極位置検出信号を出力する複数の磁気センサを前記ロータの対向位置に配置し、
前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化及び配置位置に基づいて前記ロータの磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成し、前記モータの正弦波駆動を行うモータ制御装置において、
前記磁極位置検出信号が変化する間の磁極位置を補間する磁極位置補間手段を備え、
前記磁極位置補間手段は、
前記磁極位置検出信号の変化に要した時間、及び前記磁極位置検出信号が変化したときの磁極位置の移動量から求められる時間あたりの移動量と、前記磁極位置検出信号が変化してからの経過時間とに基づいて前記磁極位置を補間し、
前記モータの回転が停止前、始動直後、及び回転方向反転直後の極低速を示す所定時間を前記経過時間が超えた以降は、前記磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに前記磁極位置を増加させて前記磁極位置を補間する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映された一連のパルス信号を生成するパルス生成回路を備え、前記パルス生成回路のパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成するとともに、
前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がり／立ち下がりに基づいて磁極位置を補間することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれ、又は立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置を補間することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用設備、或いは電動アシスト自転車や電動バイク、電気自動車などの電力車両に用いられるモータを駆動するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブラシレスモータを駆動する制御方式には、回路構成が安価で効率の高い１２０度通電方式が広く用いられている。１２０度通電方式は、磁極位置検出素子を用いてロータの磁極位置を検出しインバータ回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせ各相の巻線に電流を流しモータを駆動する。しかし、通電相を切り替える際にトルクリップルが発生し振動や騒音を発生してしまう事があり、この事象は特に低速回転領域において顕著に現れる。
この問題に対し、ロータの位置に同期してインバータ回路が備えるスイッチング素子の上段、下段（順直列接続された一対のスイッチング素子の上段、下段）を交互にＯＮ／ＯＦＦさせ正弦波状の変調波信号を生成しモータ巻線に流れる電流を正弦波状にする制御方式（いわゆる正弦波駆動方式）がある。しかし、ロータ位置検出のために高価なエンコーダやレゾルバを必要とし、更に磁極位置検出信号をマイクロコンピュータに入力するためのインターフェンス回路が多数の部品を必要とするため１２０度通電方式に比べ高価になってしまうという問題がある。
これらの問題に対し、磁極位置検出として安価なホールＩＣを用いつつ、当該ホールＩＣの磁極位置検出信号から擬似的に正弦波状の変調波信号を生成し、正弦波駆動を行う制御方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２０８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３つの磁極位置検出信号は、各相の立ち上がり、及び立ち下がりから成る６パターンのみしかない。したがって、例えば４極対ロータの１２スロットモータの場合、モータの１回転あたり６×４の回数のみの分解能となる。このため、６×４パターンの磁極位置検出信号で正弦波状の変調波信号を生成することとなり、正弦波の波形が荒く歪みが大きくなるなどの問題が発生する。
特に、モータの低速回転領域では磁極位置検出信号の更新が遅く（磁極位置検出信号の出力間隔が長く）なるため、荒い波形の正弦波が更に時間軸上で伸びることとなり、変調波信号の正弦波形からのズレや歪みが大きくなる、という問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、低速回転領域における正弦波状の変調波信号の生成を改善し、なおかつ正弦波歪みの少ない変調波信号を生成できる、モータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、モータのロータに複数の磁極を設け、前記ロータの回転に伴う磁極位置の変化に伴い磁極位置検出信号を出力する複数の磁気センサを前記ロータの対向位置に配置し、前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化及び配置位置に基づいて前記ロータの磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成し、前記モータの正弦波駆動を行うモータ制御装置において、前記磁極位置検出信号が変化する間の磁極位置を補間する磁極位置補間手段を備え、前記磁極位置補間手段は、前記磁極位置検出信号の変化に要した時間、及び前記磁極位置検出信号が変化したときの磁極位置の移動量から求められる時間あたりの移動量と、前記磁極位置検出信号が変化してからの経過時間とに基づいて前記磁極位置を補間し、前記モータの回転が停止前、始動直後、及び回転方向反転直後の極低速を示す所定時間を前記経過時間が超えた以降は、前記磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに前記磁極位置を増加させて前記磁極位置を補間することを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、磁極位置検出信号の変化のパターンが少ない場合であっても、変化する間の磁極位置が磁極位置補間手段によって補間されることから、正弦波形に近い波形の変調波信号を生成することができる。特に、磁極位置検出信号が変化する間が長くなる低速回転領域であっても、その間の磁極位置が暫時補間されることから、正弦波形の変調波形が極端に荒くなるのが防止される。また、例えばホールＩＣ等の廉価なセンサを磁気センサに用いた場合であっても、正弦波に近い変調波信号を生成し、モータの疑似正弦波駆動を行うことができる。
【０００８】
本発明によれば、磁極位置検出信号が変化する間の磁極位置を、そのときのロータ（モータ）の回転速度に応じて補間することができ、モータの回転速度によらず歪みの少ない変調波信号を生成できる。
【００１０】
本発明によれば、モータが非常に低速度で回転し、磁極位置検出信号が変化するまでの時間が長くなった場合であっても、磁極位置検出信号の変化時から所定時間が超えたときには、磁極位置の増加度合いが抑えられ、モータの低速回転に応じた変調波信号に切り替えることができる。特に、磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに磁極位置を増加させるため、経過時間に対する磁極位置の増加量が比較的急激に抑えられることから、例えばモータの駆動停止直前時のようにモータの回転速度が急激に低下するような場合に、これに即した変調波信号を生成することができる。
【００１１】
また本発明は、上記モータ制御装置において、前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映された一連のパルス信号を生成するパルス生成回路を備え、前記パルス生成回路のパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成するとともに、前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がり／立ち下がりに基づいて磁極位置を補間することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、パルス信号においては、複数の磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映されることから、１個の磁極位置検出信号よりも周期が短くなる。そして、このパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出することで、磁極位置の検出間隔が短くなるため、変調波信号の正弦波歪みをより効率的に抑制することができる。
【００１３】
また本発明は、上記モータ制御装置において、前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれ、又は立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置を補間することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、磁気センサの誤差や検出磁石誤差等の各種の誤差成分に起因する補間の誤差を除去することができる。これにより、磁気センサに廉価なホールＩＣ等を用いた場合でも、精度良く磁極位置を補間することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁極位置検出信号の変化のパターンが少ない場合であっても、変化する間の磁極位置が磁極位置補間手段によって補間されることから、正弦波形に近い波形の変調波信号を生成することができる。特に、磁極位置検出信号が変化する間が長くなる低速回転領域であっても、その間の磁極位置が暫時補間されることから、正弦波形の変調波形が極端に荒くなるのが防止される。また、例えばホールＩＣ等の廉価なセンサを磁気センサに用いた場合であっても、正弦波に近い変調波信号を生成し、モータの疑似正弦波駆動を行うことができる。
また本発明において、前記磁極位置補間手段が、前記磁極位置検出信号の変化に要した時間、及び前記磁極位置検出信号が変化したときの磁極位置の移動量から求められる単位時間あたりの移動量と、前記磁極位置検出信号が変化してからの経過時間とに基づいて前記磁極位置を補間する構成とすることで、そのときのロータ（モータ）の回転速度に応じて磁極位置を補間することができ、モータの回転速度によらず歪みの少ない変調波信号を生成できる。
また本発明において、前記磁極位置補間手段が、前記磁極位置検出信号が変化してからの経過時間が所定時間を超えた以降は、前記磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに所定量ずつ前記磁極位置を増加させて補間する構成とすることで、モータが非常に低速度で回転し、磁極位置検出信号が変化するまでの時間が長くなった場合であっても、磁極位置検出信号の変化時から所定時間が超えたときには、磁極位置の増加度合いが抑えられ、モータの低速回転に応じた変調波信号に切り替えることができる。特に、磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに磁極位置を増加させるため、経過時間に対する磁極位置の増加量が比較的急激に抑えられることから、例えばモータの駆動停止直前時のようにモータの回転速度が急激に低下するような場合に、これに即した変調波信号を生成することができる。
また本発明において、前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映された一連のパルス信号を生成するパルス生成回路を備え、前記パルス生成回路のパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成するとともに、前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がりと立ち下がりと間の磁極位置を補間する構成とすることで、１つの磁極位置検出信号よりも周期が短いパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出することで、磁極位置の検出間隔が短くなり、変調波信号の正弦波歪みをより効率的に抑制することができる。
また本発明において、前記磁極位置補間手段が、前記パルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれ、又は立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置を補間する構成とすることで、磁気センサの誤差や検出磁石誤差等の各種の誤差成分に起因する補間の誤差を除去することができる。これにより、磁気センサに廉価なホールＩＣ等を用いた場合でも、精度良く磁極位置を補間することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ駆動システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】ＤＣブラシレスモータを示す構成図である。
【図３】図２におけるＩＩ−ＩＩ線上からみた矢視図である。
【図４】ステータの構成を示す平面図である。
【図５】磁気検出回路及び駆動回路の構成を示す図である。
【図６】（Ａ）は第１磁気センサの出力波形を示す図であり、（Ｂ）はノイズフィルタの出力波形を示す図であり、（Ｃ）は波形整形回路の出力波形を示す図である。
【図７】（Ａ）は３相のロータ位置検出パルスを示す波形図であり、（Ｂ）はロータ速度検出パルスを示す波形図であり、（Ｃ）は正弦波信号を示す波形図である。
【図８】パルス生成回路の真理値表を示す表図である。
【図９】（Ａ）は３相のロータ位置検出パルスを誤差成分と共に示す説明図であり、（Ｂ）はロータ速度検出パルスに基づいて第１の手法で速度検出した場合の誤差成分による影響を示す説明図であり、（Ｃ）は第１の手法で速度検出した場合の誤差成分による影響を示す説明図である。
【図１０】モータ駆動システムのモータ制御系を示すブロック図である。
【図１１】ロータ速度検出パルス信号と磁極位置との関係を示す図である。
【図１２】正弦波振幅信号を示す図である。
【図１３】磁極位置補間処理のフローチャートである。
【図１４】ロータ位置検出パルス、磁極位置補間器が出力する磁極位置、及び正弦波形の変調波信号をそれぞれ示す図である。
【図１５】モータ回転数と角度補間誤差の関係を示す図である。
【図１６】本発明の変形例に係るモータ駆動システムのモータ制御系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この実施形態では、電力車両に用いられる電動機としてＤＣブラシレスモータ（以下、単に「モータ」と称する）を例示する。
図１は、本実施形態に係るモータ駆動システム１の構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、モータ駆動システム１は、車載バッテリ等の直流電源Ｅと、この直流電源Ｅの電力で駆動される、車両駆動の動力源としてのモータ１０と、モータ１０の駆動を制御する制御装置２とを備えている。制御装置２は、モータ１０の回転速度の指令値である指令速度値に基づいてモータ駆動電流の波形を制御する駆動回路４と、この駆動回路４の制御の下、直流電源Ｅの直流電流を交流のモータ駆動電流に変換しモータ１０に出力するインバータ回路６とを備えている。インバータ回路６は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の６個のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を組み合わせた回路であり、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は駆動回路４からのＰＷＭ駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦされる。また指令速度値は、車両側のコンピュータによって生成され制御装置２の駆動回路４に入力される。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るモータ１０を示す構成図である。
本実施形態では、モータ１０として、図２に示すように、ロータ１２と、ステータ１４とを有するインナーロータ型のモータ１０を例示する。なお、アウターロータ型のモータでも実施可能である。
ロータ１２は、円筒状の筐体１６と、該筐体１６の中心に軸方向に延びるロータ軸１８とを有する。図３に示すように、筐体１６の内部には、該筐体１６の内壁に沿って永久磁石２０が配置され、例えば８極（４極対）のモータ１０として構成されている。ロータ１２のうち、ステータ１４に対向する部分に検出磁石２２が設置されている。永久磁石２０はロータ１２を回転させるために設置され、検出磁石２２はロータ１２の速度検出のために設置されている。
【００１９】
また、検出磁石２２は、モータ１０の磁極位置に対応するようにＮ極及びＳ極を交互に配列して着磁されている。従って、検出磁石２２は、Ｎ極とＳ極との境界について、８つの境界（第１境界２４ａ〜第８境界２４ｈ）を有する。
一方、ステータ１４は、図４に示すように、１２個のスロット（第１スロット２６ａ〜第１２スロット２６ｌ）が円周に沿って等間隔に、且つ、例えば時計回りに第１スロット２６ａ、第２スロット２６ｂ、第３スロット２６ｃ・・・という順番で配列されている。このうち、第１スロット２６ａ、第４スロット２６ｄ、第７スロット２６ｇ及び第１０スロット２６ｊには第１相巻線が巻回され、第２スロット２６ｂ、第５スロット２６ｅ、第８スロット２６ｈ及び第１１スロット２６ｋには第２相巻線が巻回され、第３スロット２６ｃ、第６スロット２６ｆ、第９スロット２６ｉ及び第１２スロット２６ｌには第３相巻線が巻回されている。
また、ステータ１４は、その中央に、ロータ軸１８の端部が挿入される穴部２８が設けられ、該穴部２８の周囲に該穴部２８を囲むように例えば平面コ字状の取付板３０が設置されている。また、穴部２８の周囲には、第１相巻線のための第１結線端子部３２ａ、第２相巻線のための第２結線端子部３２ｂ及び第３相巻線のための第３結線端子部３２ｃが設けられている。
なお、巻線の結線方式は、同図に示すＹ結線に限らず、スター結線やデルタ結線等の他の結線方式でも実施可能である。
【００２０】
取付板３０のうち、ロータ１２の検出磁石２２に対向する面（例えば上面）には、６つの磁気センサ（第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆ）が配置されている。
具体的には、穴部２８の中心位置を通り、且つ、第５スロット２６ｅと第１１スロット２６ｋの各中心を通る基準線ｍを考えたとき、取付板３０の上面のうち、基準線ｍ上であって、且つ、第５スロット２６ｅ側の位置に第１磁気センサ３４ａが設置され、この第１磁気センサ３４ａから穴部２８の円周に沿って例えば時計方向に３０°離間した位置に第２磁気センサ３４ｂが設置され、この第２磁気センサ３４ｂから穴部２８の円周に沿って３０°離間した位置に第３磁気センサ３４ｃが設置されている。
同様に、取付板３０の上面のうち、基準線ｍ上であって、且つ、第１１スロット２６ｋ側の位置に第４磁気センサ３４ｄが設置され、この第４磁気センサ３４ｄから穴部２８の円周に沿って例えば反時計方向に３０°離間した位置に第５磁気センサ３４ｅが設置され、この第５磁気センサ３４ｅから穴部２８の円周に沿って３０°離間した位置に第６磁気センサ３４ｆが設置されている。
【００２１】
第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆのうち、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃは、ロータ１２の正転速度を検出するためのものであり、第１磁気センサ３４ａが第１相に対応し、第２磁気センサ３４ｂが第２相に対応し、第３磁気センサ３４ｃが第３相に対応する。従って、上述の配列を言い換えれば、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃは、ロータ１２の正転方向に沿って第１磁気センサ３４ａ、第２磁気センサ３４ｂ、第３磁気センサ３４ｃの順番で配列され、且つ、ロータ１２の正転方向に沿ってそれぞれ３０°離間して配置された形となっている。
【００２２】
同様に、第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆは、ロータ１２の逆転速度を検出するためのものであり、第４磁気センサ３４ｄが第１相に対応し、第５磁気センサ３４ｅが第３相に対応し、第６磁気センサ３４ｆが第２相に対応する。従って、上述の配列を言い換えれば、第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆは、ロータ１２の逆転方向に沿って第４磁気センサ３４ｄ、第５磁気センサ３４ｅ、第６磁気センサ３４ｆの順番で配列され、且つ、ロータ１２の逆転方向に沿ってそれぞれ３０°離間して配置された形となっている。
【００２３】
また、第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆは、それぞれホールＩＣにて構成されている。ホールＩＣは、ホール素子と論理回路とをＩＣ化した磁気センサで、ロータ１２の検出磁石２２の磁極（Ｎ極又はＳ極）と、その磁極の強さを、ホール素子の電磁現象により検出する。従って、ロータ１２が回転すると、ホール素子から磁束密度に比例したアナログ電圧信号が出力される。論理回路は、ホール素子からのアナログ電圧信号を整形して磁界の極性に対応したデジタル波形、例えばＮ極のとき高レベル、Ｓ極のとき低レベルのデジタル波形を出力する。本実施形態では、例えば出力トランジスタを有するオープンコレクタ出力方式のホールＩＣを使用している。
【００２４】
これら第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆを備えて、モータ１０の磁極位置を検出する磁気検出回路５２（図１）が構成されている。この磁気検出回路５２は、図１及び図５（後述）に示すように、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃを含み３相の第１デジタル波形を出力する第１磁気センサ部６４ａと、第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆを含み３相の第２デジタル波形を出力する第２磁気センサ部６４ｂとを有する。これら第１及び第２デジタル波形が磁極位置検出信号として駆動回路４に入力される。
駆動回路４は、図１に示すように、磁極位置検出信号処理回路５４と、パルス生成回路５６と、ＣＰＵ５８とを有する。ＣＰＵ５８は、少なくともソフトウェアとしてのロータ位置検出手段６０と、ロータ速度検出手段６２とが動作するようになっている。
【００２５】
図５は、駆動回路４の構成を磁気検出回路５２と共に示す図である。なお、同図において、インバータ回路６に入力する信号を生成するための構成部材については図示を省略している。
同図に示すように、磁極位置検出信号処理回路５４は、磁気検出回路５２からのデジタル波形、すなわち、第１磁気センサ部６４ａからの３相の第１デジタル波形及び第２磁気センサ部６４ｂからの３相の第２デジタル波形を安定化させるプルアップ抵抗６６と、高周波成分（ノイズ）を抑圧するノイズフィルタ６８（ローパスフィルタ）と、シュミットトリガ機能を有し、且つ、ノイズフィルタ６８でなまった波形をパルス波形に整形する波形整形回路７０と、ＣＰＵ５８からのロータ１２の正転又は逆転を示す制御信号Ｓｃに基づいて、３相の第１デジタル波形又は３相の第２デジタル波形を切り替え選択し、３相のロータ位置検出パルスＳａ（第１相のロータ位置検出パルスＳａ１〜第３相のロータ位置検出パルスＳａ３）として出力する選択回路７２とを有する。
【００２６】
パルス生成回路５６は、選択回路７２からの３相のロータ位置検出パルスＳａの各立ち上がり及び各立ち下がりがそれぞれ反映された一連のパルス信号を生成する回路である。すなわち、パルス生成回路５６は、選択回路７２からの３相のロータ位置検出パルスＳａのうち、第１相のロータ位置検出パルスＳａ１と第２相のロータ位置検出パルスＳａ２との排他的論理和を出力する第１論理回路７４と、第３相のロータ位置検出パルスＳａ３と第１論理回路７４の出力との排他的論理和をロータ速度検出パルスＳｂとして出力する第２論理回路７６とを有する。
【００２７】
ＣＰＵ５８が実現するロータ位置検出手段６０は、選択回路７２からの３相のロータ位置検出パルスＳａに基づいてロータ１２の位置を検出し、ＣＰＵ５８が実現するロータ速度検出手段６２は、パルス生成回路５６からのロータ速度検出パルスＳｂに基づいてロータ１２の回転速度（正転速度又は逆転速度）を検出する。また、ＣＰＵ５８は、ロータ速度検出手段６２により検出した回転速度と、車両側から入力された速度指令値とに基づいてモータ１０の回転速度をフィードバック制御する。このモータ制御に係る構成については後述する。
なお、例えばロータ１２の正転時のロータ位置及び正転速度のみを検出する場合は、ロータ１２の逆転に関する第２磁気センサ部６４ｂ（第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆ）を省略し、また、これに応じて、プルアップ抵抗６６の構成要素、ノイズフィルタ６８の構成要素、波形整形回路７０の構成要素をそれぞれ一部省略し、さらに、選択回路７２を省略することができる。
【００２８】
図６は磁気検出回路５２及び駆動回路４の動作説明図であり、図６（Ａ）は第１磁気センサ３４ａの出力波形を示す図であり、図６（Ｂ）はノイズフィルタの出力波形を示す図であり、図６（Ｃ）は波形整形回路７０の出力波形を示す図である。
例えば第１磁気センサ３４ａから出力されるデジタル波形について説明すると、ロータ１２の例えば正転に伴って第１磁気センサ３４ａと対向する磁極が例えばＮ極→Ｓ極→Ｎ極→Ｓ極というように順番に変わっていくことから、第１磁気センサ３４ａの出力トランジスタは、例えばＮ極と対向する期間においてＯＦＦ、Ｓ極と対向する期間においてＯＮとされる。第１磁気センサ３４ａの出力にはプルアップ抵抗６６が接続されているため、出力トランジスタがＯＦＦのときには、出力電圧が電源電圧Ｖｃｃ近くまで引き上げられる。第１磁気センサ３４ａの出力は、後段のノイズフィルタ６８によって高周波成分（ノイズ）が抑圧される。しかし、第１磁気センサ３４ａの出力波形は、図６（Ｂ）に示すように、立ち上がり及び立ち下がりがノイズフィルタ６８の時定数に対応してなまった一次遅れ波形となる。
【００２９】
ノイズフィルタ６８によって立ち上がりと立ち下がりがなまった第１磁気センサ３４ａの出力は、後段の波形整形回路７０のシュミットトリガ機能によって、パルス波形に整形される。具体的には、波形整形回路７０は、ノイズフィルタ６８の出力（出力電圧）が第１閾値電圧Ｖｔｐ以上となった時点で低レベルとし、第２閾値電圧Ｖｔｎ（＜Ｖｔｐ）以下となった時点で高レベルにする。なお、この波形整形回路７０では、チャタリング防止も行っている。
一方、選択回路７２は、波形整形回路７０から出力される第１磁気センサ部６４ａに対応した３相の第１デジタル波形と第２磁気センサ部６４ｂに対応する３相の第２デジタル波形を、ＣＰＵ５８で動作するロータ位置検出手段６０からのロータ１２の正転又は逆転を示す制御信号Ｓｃに基づいて、切り替え選択して、３相のロータ位置検出パルスＳａとして出力する。ロータ１２が正転しているときの３相のロータ位置検出パルスＳａの例を図７に示す。
【００３０】
３相のロータ位置検出パルスＳａは、ロータ１２の正転又は逆転を検出し、さらに、ロータ１２の磁極の位置を検出するために用いられる。もちろん、ロータ１２の１回転につき、４周期のタイミング（パルス周期Ｔａ）でロータ１２の速度を検出することができるが、検出精度は低い。
また、パルス生成回路５６では、第１論理回路７４から第１相のロータ位置検出パルスＳａ１と第２相のロータ位置検出パルスＳａ２との排他的論理和が出力され、第２論理回路７６から第３相のロータ位置検出パルスＳａ３と第１論理回路７４の出力との排他的論理和が出力される。すなわち、３入力の排他的論理和機能によってロータ速度検出パルスＳｂを生成している。
【００３１】
パルス生成回路５６の真理値表を図８に示す。この真理値表の中で、第１相のロータ位置検出パルスＳａ１〜第３相のロータ位置検出パルスＳａ３全てが「０」又は「１」の場合は、ハーネスの断線やショートによる異常出力であり、ＣＰＵ５８によって、モータ停止等のエラー処理が行われる。
【００３２】
駆動回路４では、パルス生成回路５６からの出力に基づいてロータ１２の回転速度（正転速度及び逆転速度）を検出する。パルス生成回路５６から出力されるロータ速度検出パルスＳｂのパルス周期は、ロータ位置検出パルスＳａのパルス周期Ｔａの１／３であるため、パルス生成回路５６から出力されるロータ速度検出パルスＳｂに基づいてロータ１２の速度を検出することで、３相のロータ位置検出パルスＳａを用いた場合よりも、検出精度が高められる。
検出タイミングとしては、第１の手法として、パルス波形が変化するタイミング、すなわち、立ち下がりから次の立ち上がりまでの期間、立ち上がりから次の立ち下がりまでの期間をそれぞれ速度検出周期とすることが考えられる。この場合、ロータ１２が１回転する間に、２４個の速度検出周期が到来するため、高精度にロータ１２の速度を検出することができる。
【００３３】
ただし、各速度検出期間の開始時点は、様々な誤差成分によって影響を受けている場合が多い。誤差成分としては、検出磁石誤差、磁気センサ誤差、ノイズフィルタ誤差、ＣＰＵ誤差等がある。
検出磁石誤差は、検出磁石２２の着磁範囲の誤差やロータ１２に対する取付誤差を含み、理想的な第１境界２４ａ〜第８境界２４ｈに対する実際の第１境界２４ａ〜第８境界２４ｈの配置誤差成分を指す。磁気センサ誤差は、ロータ１２の正転速度を検出する場合は、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃの読取誤差やステータ１４に対する取付誤差を含み、ロータ１２の逆転速度を検出する場合は、第４磁気センサ３４ｄ〜第６磁気センサ３４ｆの読取誤差やステータ１４に対する取付誤差を含む。ノイズフィルタ誤差は、回路素子の回路定数のばらつき等に起因する時定数誤差を含む。ＣＰＵ誤差は、アナログ信号をデジタル信号に変換する際の量子化誤差等を含む。この中で、ＣＰＵ誤差は、ＣＰＵ５８自体の性能に依存するため、上述した誤差成分から除外する。
【００３４】
時定数誤差は、図６（Ｂ）に示すように、ノイズフィルタ６８の出力波形がＣＲ時定数による一次遅れ波形となることによって生じる。
すなわち、後段の波形整形回路７０から出力されるパルス波形（図６（Ｃ）参照）は、理想的には、その立ち下がり時点が、ノイズフィルタ６８の出力波形（図６（Ｂ）参照）の立ち上がり時点とほぼ同時となり、立ち上がり時点が、ノイズフィルタ６８の出力波形の立ち下がり時点とほぼ同時になることである。
しかし、ノイズフィルタ６８の出力波形が一次遅れ波形であることから、波形整形回路７０の出力波形の立ち下がり時点は、ノイズフィルタ６８の出力波形の立ち上がり時点からノイズフィルタ６８の出力（出力電圧）が第１閾値電圧Ｖｔｐ以上となった時点までの時間だけ遅れ、この遅れ時間Δｔ１が時定数誤差となる。
【００３５】
なお、波形整形回路７０の出力波形の立ち上がり時点は、ノイズフィルタ６８の出力波形の立ち下がり時点からノイズフィルタ６８の出力（出力電圧）が第２閾値電圧Ｖｔｎ以下となった時点までの時間だけ遅れることになるが、この遅れ時間Δｔ２は無視できる程度に短い。そのため、波形整形回路７０の出力波形のうち、立ち上がり時点に時定数誤差は存在しないものとして扱うことができる。
このことから、図９（Ａ）に示すように、３相のロータ位置検出パルスＳａのうち、各立ち下がりは、ノイズフィルタ誤差による影響を受けていることになる。
【００３６】
検出磁石誤差は、上述したように、検出磁石２２の着磁範囲の誤差や取付誤差を含むため、各磁気センサが磁極の変化を検出した時点で検出磁石誤差の影響を受けることになる。すなわち、３相のロータ位置検出パルスＳａのうち、各立ち下がり及び各立ち上がりは、検出磁石誤差による影響を受けていることになる。
具体的には、第１磁気センサ３４ａを基準位置としたとき、例えば第１相のロータ位置検出パルスＳａ１のうち、基準位置から最初の立ち下がりは、検出磁石２２における第１境界２４ａの位置誤差（第１検出磁石誤差）による影響を受け、次の最初の立ち上がりは、検出磁石２２における第２境界２４ｂの位置誤差（第２検出磁石誤差）による影響を受け、次の２回目の立ち下がりは、検出磁石２２における第３境界２４ｃの位置誤差（第３検出磁石誤差）による影響を受け、次の第２回目の立ち上がりは、検出磁石２２における第４境界２４ｄの位置誤差（第４検出磁石誤差）による影響を受け、次の第３回目の立ち下がりは、検出磁石２２における第５境界２４ｅの位置誤差（第５検出磁石誤差）による影響を受け、次の第３回目の立ち上がりは、検出磁石２２における第６境界２４ｆの位置誤差（第６検出磁石誤差）による影響を受け、次の第４回目の立ち下がりは、検出磁石における第７境界２４ｇの位置誤差（第７検出磁石誤差）による影響を受けていることになる。これは、第２相のロータ位置検出パルスＳａ２及び第３相のロータ位置検出パルスＳａ３においても同様である。
【００３７】
磁気センサ誤差は、上述したように、ロータ１２の正転速度を検出する場合は、第１磁気センサ３４ａ〜第３磁気センサ３４ｃの読取誤差やステータ１４に対する取付誤差を含むことから、第１磁気センサ３４ａを基準としたとき、第２磁気センサ３４ｂに対応する第２相のロータ位置検出パルスＳａ２の各立ち上がり及び各立ち下がりが第２磁気センサ３４ｂに起因する磁気センサ誤差（第２磁気センサ誤差と記す）による影響を受け、第３磁気センサ３４ｃに対応する第３相のロータ位置検出パルスＳａ３の各立ち上がり及び各立ち下がりが第３磁気センサ３４ｃに起因する磁気センサ誤差（第３磁気センサ誤差と記す）による影響を受けていることになる。
【００３８】
したがって、パルス生成回路５６から出力されるロータ速度検出パルスＳｂは、上述した様々な誤差成分による影響を受けることになる。
例えば図９（Ｂ）に示すように、時点ｔ１ではノイズフィルタ誤差、第３磁気センサ誤差及び第７検出磁石誤差による影響を受け、時点ｔ２では第２磁気センサ誤差による影響を受け、時点ｔ３ではノイズフィルタ誤差と第１検出磁石誤差による影響を受け、以下同様である。
そのため、上述した第１の手法、すなわち、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち上がりまでの期間及び立ち上がりから次の立ち下がりまでの期間をそれぞれ速度検出周期としてロータ１２の速度を検出すると、図９（Ｂ）に示すように、時点ｔ１〜時点ｔ２３に含まれる３相のロータ位置検出パルスＳａ全ての誤差成分による影響を受けることになる。
【００３９】
そこで、第２の手法として、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間、立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間を速度検出周期としてロータ１２の速度を検出することが好ましい。この場合、検出精度を上げるために、速度検出期間＜ロータ位置検出パルスＳａのパルス周期Ｔａを満足することが好ましい。
例えばロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間（ｔ０→ｔ２、ｔ２→ｔ４、ｔ４→ｔ６、・・・）を速度検出周期としてロータ１２の速度を検出すると、図９（Ｃ）に示すように、時点ｔ２での第２磁気センサ誤差、時点ｔ４での第３磁気センサ誤差、時点ｔ６での第２検出磁石誤差、時点ｔ８での第２検出磁石誤差と第２磁気センサ誤差、時点ｔ１０での第２検出磁石誤差と第３磁気センサ誤差、時点ｔ１２での第４検出磁石誤差、時点ｔ１４での第４検出磁石誤差と第２磁気センサ誤差、時点ｔ１６での第４検出磁石誤差と第３磁気センサ誤差、時点ｔ１８での第６検出磁石誤差、時点ｔ２０での第６検出磁石誤差と第２磁気センサ誤差、時点ｔ２２での第６検出磁石誤差と第３磁気センサ誤差の影響を受けるのみであり、誤差成分による影響を最小限に抑えることができる。これは、ロータ１２の速度の検出精度のさらなる向上につながる。
【００４０】
なお、速度検出期間として用いられるロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間としては、上述した立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のほかに、立ち下がりから１つ置きの立ち下がりまでの期間（ｔ０→ｔ４、ｔ４→ｔ８、ｔ８→ｔ１２、・・・）を採用するようにしてもよい。
また、速度検出期間として用いられるロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間としては、立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間（ｔ１→ｔ３、ｔ３→ｔ５、ｔ５→ｔ７、・・・）でもよいし、立ち上がりから１つ置きの立ち上がりまでの期間（ｔ１→ｔ５、ｔ５→ｔ９、ｔ９→ｔ１３、・・・）を採用するようにしてもよい。
いずれにしても、誤差成分による影響が最小限になる期間を速度検出期間として採用することが好ましい。
このように、本実施の形態に係る速度検出回路５０は、誤差成分による影響を最小限に抑えることができ、高精度にロータ１２の速度を検出することができる。
【００４１】
すなわち、速度制御を行うモータシステムにおいて、モータ１０（ロータ１２）の回転数の検出精度は極めて重要である。従って、速度制御を行うモータシステムにおけるモータ１０の回転数の検出には高精度ではあるが、高価なエンコーダやレゾルバを使用することが考えられる。これに対して、本実施の形態で使用されるホールＩＣは、安価ではあるが、分解能が低く、一般に、モータ１０の回転数の検出誤差が大きいという問題がある。
これに対して、本実施形態のように、３相のロータ位置検出パルスＳａに基づいてロータ速度検出パルスＳｂを生成するパルス生成回路５６を設けることによって、高精度にロータ１２の速度を検出できる。さらに、速度検出期間として、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間あるいは立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間を選ぶことで、検出精度をより向上させることができる。特に、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間を速度検出期間として選ぶことで、誤差成分の影響を最小限に抑えることができ、その結果、ロータ１２の速度検出精度を、ロータ位置検出パルスＳａのパルス周期Ｔａを速度検出期間とした場合の３倍向上させることができ、誤差成分を約１／１０にすることができる。
これにより、磁気センサとしてホールＩＣを用いたとしても、モータ１０の速度制御を高精度に行うことができ、ＣＰＵ５８からの速度指令値に対してほとんど誤差なく高精度に追従させることができる。
さらに、速度検出期間として、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間あるいは立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間を選ぶことで、検出精度をより向上させることができる。特に、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間を速度検出期間として選ぶことで、誤差成分の影響を最小限に抑えることができ、その結果、ロータ１２の速度検出精度を、ロータ位置検出パルスＳａのパルス周期Ｔａを速度検出期間とした場合の３倍向上させることができ、誤差成分を約１／１０にすることができる。
【００４２】
次いで、モータ１０の駆動制御系について説明する。
図１０は、モータ駆動システム１のモータ駆動制御系を示すブロック図である。
このモータ駆動制御系では、車両に搭載されたコンピュータから制御装置２に速度指令値たる指令速度ωrm*が入力され、当該指令速度ωrm*でモータ１０が駆動されるようにフィードバック制御が行われる。すなわち、図１０に示すように、モータ駆動制御系は、大別すると、位置・速度検出部８２と、速度制御部８４と、駆動信号生成部８６と、角度補間部８８とを備えている。なお、これら各部は上記駆動回路４が備えるＣＰＵ５８によって実現されている。
位置・速度検出部８２は、ロータ１２の磁極位置θre、及びロータ１２の回転速度ωrmを検出し、回転速度ωrmを速度制御部８４に出力するとともに、磁極位置θreを角度補間部８８に出力するものであり、上述したロータ位置検出手段６０、及びロータ速度検出手段６２を含んで構成されている。
【００４３】
速度制御部８４は、車両が備えるコンピュータから入力された指令速度ωrm*と、位置・速度検出部８２で検出した回転速度ωrmとに基づいて電圧指令値を算出し、駆動信号生成部８６に出力する。詳述すると、速度制御部８４は、指令速度ωrm*と、回転速度ωrmとからトルク指令値を算出する速度制御器９０と、トルク指令値及び指令速度ωrm*で検索可能なデューティ（Ｄｕｔｙ）マップ９１及び進角マップ９２とを備えている。
速度制御器９０は、比例（Ｐ）制御器、及び積分（Ｉ）制御器を有し、指令速度ωrm*と回転速度ωrmとの偏差に基づいて、ＰＩ制御により誤差を補償してトルク指令値を算出する。デューティマップ９１は、指令速度ωrm*、後述するＰＷＭ駆動信号のデューティ、及びトルクの相互の関係を予め規定したマップである。トルク指令値、及び指令速度ωrm*でデューティマップ９１を検索することで、当該トルク指令値のトルクが得られるデューティが決定される。進角マップ９２は、指令速度ωrm*、進角、及びトルクの相互の関係を予め規定したマップである。すなわち、トルク指令値及び指令速度ωrm*で進角マップ９２を検索することで、当該トルク指令値及び指令速度ωrm*に対して最適な進角が得られる。そして、これら進角及びデューティの指示値を含んだ電圧指令値が駆動信号生成部８６に入力される。
【００４４】
駆動信号生成部８６は、波形生成器９３と、ＰＷＭ駆動信号生成部９４とを備えている。波形生成器９３は、後述する角度補間部８８からロータ１２の磁極位置θreに基づくＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各相の正弦振幅信号ｓｉｎθreが入力されるとともに、速度制御部８４から上記電圧指令値が入力され、各相の正弦振幅信号ｓｉｎθreの信号振幅を電圧指令値によって調整し、それぞれを正弦波の変調波信号Ｖｕａ*、Ｖｖａ*、Ｖｗａ*としてＰＷＭ駆動信号生成部９４に出力する。ＰＷＭ駆動信号生成部９４は、各正弦波の変調波信号Ｖｕａ*、Ｖｖａ*、Ｖｗａ*に基づいてＰＷＭ駆動信号を生成する。具体的には、ＰＷＭ駆動信号生成部９４は、三角波比較非同期式によりＰＷＭ駆動信号を生成しており、各正弦波の変調波信号Ｖｕａ*、Ｖｖａ*、Ｖｗａ*と、搬送波である三角波との電圧値を比較してＰＷＭ駆動信号を生成し、インバータ回路６に出力する。
【００４５】
角度補間部８８は、位置・速度検出部８２が出力するロータ１２の磁極位置θreに基づいて正弦振幅信号ｓｉｎθreを生成し、駆動信号生成部８６に出力するものであり、磁極位置補間器９５と、三角関数演算器９６とを備えている。正弦振幅信号ｓｉｎθreは、前掲図７（Ｃ）に示すように、ロータ位置検出パルスＳａに同期した周期の正弦波の振幅信号である。
本実施形態では、ロータ速度検出パルスＳｂのパルス周期がロータ位置検出パルスＳａのパルス周期Ｔａの１／３（電気角６０度）であることから、このロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がり、及び立ち下がりのタイミングごとに正弦振幅信号ｓｉｎθreを生成し、これによりロータ位置検出パルスＳａの立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて正弦振幅信号ｓｉｎθreを生成する場合よりも分解能を高めることとしている。なお、電気角は、モータ１０の構造（ロータやステータの構造、スロット数など）によって変わることは勿論である。
磁極位置補間器９５は、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がり、及び立ち下がりのタイミングで磁極位置θreを三角関数演算器９６に出力する。すなわち、モータ１０が一定方向に回転している場合、ロータ速度検出パルスＳｂが立ち上がり、及び立ち下がるごとに、磁極位置θreは、０度→６０度→１２０度→１８０度→２４０度→３００度→３６０度（０度）→６０度といったように６０度間隔で０度から３６０度まで循環的に変化する。磁極位置補間器９５は、モータ１０の回転開始時、或いは回転方向の反転検出後にロータ速度検出パルスＳｂが最初に立ち上がり、又は立ち下がったタイミングを磁極位置θre＝０度に設定し、その後、ロータ速度検出パルスＳｂが立ち上がり、又は立ち下がるごとに、三角関数演算器９６に出力する磁極位置θreを６０度ずつ増加させる。
【００４６】
三角関数演算器９６は、磁極位置θreが入力されるごとに、磁極位置θreの正弦値（ｓｉｎθre）を算出し、正弦振幅信号ｓｉｎθreとして波形生成器９３に出力する。このとき、三角関数演算器９６は、磁極位置θreが入力されるごとに正弦振幅信号ｓｉｎθreの値を更新しており、三角関数演算器９６の出力信号波形は、いわゆる階段状の信号波形となる。したがって、磁極位置補間器９５が磁極位置θreを電気角６０度ごとにだけ出力する構成とすると、図１１に一点鎖線で示すように、三角関数演算器９６が出力している正弦振幅信号ｓｉｎθreは正弦波形からのズレが大きな荒い信号Ｓｊとなる。特に、モータ１０の回転速度ωrmが遅いときには、ロータ速度検出パルスＳｂのパルス周期Ｔｃが長くなることから、正弦振幅信号ｓｉｎθreは、荒い信号Ｓｊを時間軸上で引き延ばした波形となり、正弦波形からのズレが顕著なものとなる。
そこで本実施形態では、磁極位置補間器９５がロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がり及び立ち下がり時に加え、その間も一定時間間隔で磁極位置θreを補間して三角関数演算器９６に出力し、これにより正弦振幅信号ｓｉｎθreの解像度を高めることとしている。
本実施形態では、図１２に示すように、１周期の正弦波信号を５１２分割、すなわち角度分解能を５１２／３６０（ｄｅｇ）とし、この角度分解能で磁極位置補間器９５が角度を補間することで三角関数演算器９６が暫時出力する正弦振幅信号ｓｉｎθreのグラフが正弦波に十分に近似したものとなるようにしている。
【００４７】
ところで、ＰＷＭ制御信号の生成の搬送波に用いる三角波のキャリア周波数をｆｃ、速度制御部８４から波形生成器９３に入力される電圧指令値の周波数である指令電圧周波数をｆｌとしたとき、三角波比較非同期式のＰＷＭ制御によりモータ１０を駆動する揚合、ＰＷＭ駆動信号として生成する正弦波の変調波信号Ｖｕａ*、Ｖｖａ*、Ｖｗａ*に対し十分な速度で指令しないと波形が崩れる。このため、ｆｃ／ｆｌ≧Ｎ（＝９）とすることで波形品質を維持する。(ここでＮ＝９というのは、キャリア周波数ｆｃに実用的な周波数が得られる値として値実験や経験値などから求められたものである。)
すなわち、モータ１０の設定最高回転数がＸ［ｒｐｍ］である場合には、指令電圧周波数ｆｌ=Ｘ／６０×（極数／２）［Ｈｚ］と求められることから、搬送波のキャリア周波数ｆｃ＝Ｙ［ｋＨｚ］は、ｆｃ／ｆｌ≧Ｎ（＝９）の関係を満たすように設定すれば、波形の崩れは生じないことになる。本実施形態では、設定最高回転数Ｘを３５００[ｒｐｍ]とし、キャリア周波数ｆｃにはｆｃ＝１６ｋＨｚを用いることとしている。
磁極位置補間器９５には、キャリア周波数ｆｃごと（すなわち、６２．５μ秒ごと）に割込みが発生し、この割込み発生ごとに、磁極位置補間処理が磁極位置補間器９５によって行われる。
【００４８】
磁極位置補間処理は、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がりと、立ち下がりとの間の磁極位置θreを補間する処理である。ロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がりから立ち下がりの間（すなわち１／２パルス周期）が電気角６０度に相当することから、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がりから立ち下がりに亘って、補間角度αを６０度分だけ経過時間に応じて漸次増加（正回転時）、或いは減少（逆回転時）させ、そして、ロータ速度検出パルスＳｂの前回の立ち上がり又は立ち下がり時に出力した磁極位置θreに補間角度αを加えることで補間が行われる。
【００４９】
図１３は、磁極位置補間処理のフローチャートである。
同図に示すように、割込が発生すると（ステップＳ１）、磁極位置補間器９５は、先ず、ロータ速度検出パルスＳｂが立ち上がり又は立ち下がることで信号レベルに変化があったか否かを判定する（ステップＳ２）。信号レベルに変化があった場合（ステップＳ２：ＹＥＤ）、補間角度αの初期値に３０度を設定する（ステップＳ３）。この初期値は、モータ１０のスロット数に基づいて決定された値である。すなわち、モータ１０のスロット数が１２スロットである場合、スロットが３０度間隔に配置されることから、第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆも、それぞれ３０度間隔で配置される。したがって、第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆのいずれかから電気角３０度ごとに磁極位置検出信号が出力される。ロータ速度検出パルスＳｂは、この磁極位置検出信号に基づいてパルス生成回路５６により生成されるため、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がり及び立ち下がり時は電気角３０度だけ磁極位置θreが既に移動していることを示すこととなり、この電気角３０度が初期値として設定される。なお、スロット数がＭであり、スロットごとに磁気センサが配置される場合には、初期値として（３６０度／スロット数Ｍ）が設定される。
なお、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のスロットのそれぞれに磁気センサを配置したとき、
（３６０度／スロット数Ｍ）×２＞（３６０度／磁極数）＞（３６０度／スロット数Ｍ）
の関係が成り立つ。
【００５０】
次いで、磁極位置補間器９５は、モータ１０の回転方向が反転したか否かを判定する（ステップＳ４）。モータ１０の回転方向が同一方向に回転している場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、後述する割込カウンタ値Ｃｎがカウント上限値Ｃｍａｘに達していない事を条件に（ステップＳ５：ＮＯ）、補間角度αの算出アルゴリズムを指定する補間フラグＱｆに「通常補間」をセットする（ステップＳ６）。一方、モータ１０の回転方向が反転している場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、或いは割込カウンタ値Ｃｎがカウント上限値Ｃｍａｘに達している場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、補間角度αの算出アルゴリズムを通常のアルゴリズムから変更すべく補間フラグＱｆに「極低速用補間」をセットする（ステップＳ７）。
ここで、磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆの各磁極位置検出信号の出力順序は、モータ１０の回転方向ごとに一意に決まっているため、上記ステップＳ４においては、磁極位置検出信号を出力した今回の磁気センサ３４と、各磁気センサ３４の前回までの磁極位置検出信号の出力順序とに基づいて、モータ１０の回転方向の反転の有無が判別される。なお、磁極位置検出信号を出力する磁気センサ３４の順序は、ステップＳ２において、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルが変化するごとにＲＡＭ等に更新記録されている。
【００５１】
割込カウンタ値Ｃｎは、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルが変化する間に生じた割込発生回数を計数するカウンタの値である。ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルが１回の変化するごとに磁極位置θreが電気角６０度だけ変化することから、この間の割込カウンタ値Ｃｎの最終カウント値Ｃｅｎｄ（前回の信号レベルの変化に要した時間）で電気角６０度を割ることにより、割込発生１回あたりの磁極位置θreの移動量（割込発生時間あたりの移動量）が得られる。磁極位置補間器９５は、次回の割込発生時に行う補間角度αの算出に備え、ロータ速度検出パルスＳｂの前回から今回の信号レベル変化の間にカウントした現時点での割込カウンタ値Ｃｎを最終カウント値Ｃｅｎｄにセットして記録する（ステップＳ８）。
【００５２】
ここで、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルの変化間隔（周期）は、モータ１０の回転速度が遅いほど長くなり、これに比例して、割込カウンタ値Ｃｎも増大するため、信号レベルの変化間隔が非常に長くなると割込カウンタ値Ｃｎにオーバーフローが発生する。具体的には、本実施形態では割込を１６ｋＨｚで発生させているため、６２．５μ秒ごとに割込カウンタ値Ｃｎがカウントアップし、１０ｂｉｔタイマーを用いて割込カウンタを構成した場合、６２．５μ秒×１０２４≒６４ｍ秒がカウントの上限値となることから、信号レベルの変化間隔がこれを超えるとオーバーフローが発生することになる。つまり例えばモータ１０の回転数が３０ｒｐｍと遅い場合には、Ｕ相１周期の時間は（３０／６０）×４で２Ｈｚ（５００ｍ秒）となるためオーバーフローが発生する。オーバーフローが発生すると、割込カウンタ値Ｃｎに基づいて算出される補間角度αに狂いが生じる。そこで、本実施形態では、割込カウンタを構成するタイマーのｂｉｔ数に基づいて、オーバーフローが発生しない範囲で上述したカウント上限値Ｃｍａｘを設定し、このカウント上限値Ｃｍａｘを割込カウンタ値Ｃｎが超えた場合には、モータ１０が極低速で回転しているものとし、補間角度αの算出アルゴリズムを通常のアルゴリズムから変更することとしている。このため、上述の通り、磁極位置補間器９５は、上記ステップＳ５において割込カウンタ値Ｃｎがカウント上限値Ｃｍａｘに達しているか否かを判定し、達していない場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、補間フラグＱｆに「通常補間」をセットし（ステップＳ６）、またカウント上限値Ｃｍａｘを超えている場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、補間フラグＱｆに「極低速用補間」をセットしている。
なお、モータ１０の回転が極低速となるタイミングには、モータ１０の停止前、始動直後、及び回転方向反転直後が挙げられる。
【００５３】
次いで、磁極位置補間器９５は、極低速でモータ１０が回転している場合の補間角度αに用いる極低速用パラメータｌｏｗｐａｔｈを、
極低速用パラメータｌｏｗｐａｔｈ
＝（現在の割込カウンタ値）＋１
により算出し記録する（ステップＳ９）。なお、この式において、現在の割込カウンタ値Ｃｎは、ロータ速度検出パルスＳｂの信号が変化するまでのカウント値（経過時間に相当）を示す。
【００５４】
磁極位置補間器９５は、以上のようにして補間フラグＱｆの設定、最終カウント値Ｃｅｎｄの記録、及び極低速用パラメータｌｏｗｐａｔｈの設定を行った後、割込カウンタ値Ｃｎをゼロにクリアし（ステップＳ１０）、処理手順をステップＳ１に戻す。
【００５５】
さて、割込発生時（ステップＳ１）にロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルが変化していなかった場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、磁極位置θreの補間角度αの算出が行われる。すなわち、磁極位置補間器９５は、先ず、割込カウンタ値Ｃｎを「１」だけインクリメントし（ステップＳ１１）、その結果、割込カウンタ値Ｃｎがカウント上限値Ｃｍａｘに達したか否かを判定する（ステップＳ１２）。カウント上限値Ｃｍａｘに達した場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、モータ１０が極低速で回転している事を示すため、補間フラグＱｆに「極低速用補間」をセットする（ステップＳ１３）。
【００５６】
そして、磁極位置補間器９５は、補間フラグＱｆに応じたアルゴリズムで磁極位置θreの補間角度αを算出する（ステップＳ１４）。具体的には、補間フラグＱｆが「通常補間」である場合（ステップＳ１４：通常補間）、割込カウンタ値Ｃｎに比例させて補間角度αを暫時増加或いは減少させるべく、補間角度αを次の式により算出する（ステップＳ１５）。
補間角度α＝−（補間角度αの初期値）
＋（現在の割込カウンタ値Ｃｎ×６０度／最終カウント値Ｃｅｎｄ）
これにより、割込カウンタ値Ｃｎに比例して、補間角度αが−３０度（或いは、＋３０度）から暫時増大する補間角度αが算出される。
【００５７】
一方、補間フラグＱｆが「極低速用補間」である場合（ステップＳ１４：極低速用補間）、割込カウンタ値Ｃｎに単純に比例して補間角度αを増大させるのではなく、割込カウンタ値Ｃｎを上記極低速用パラメータｌｏｗｐａｔｈで除算した残余がゼロになった場合、すなわち、割込カウンタ値Ｃｎが上記極低速用パラメータｌｏｗｐａｔｈ分だけ増加した場合に、補間角度αを１度だけインクリメントする（ステップＳ１６）。
これにより、補間角度αの増加が割込カウンタ値Ｃｎの増加に対して緩慢になり、モータ１０の低速回転に応じて緩やかに補間角度αを変化させることができる。また極低速用パラメータｌｏｗｐａｔｈは、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルの変化に要した前回の経過時間を示し、この経過時間ごとに磁極位置θreを増加させるため、経過時間に対する磁極位置θreの増加が比較的急激に抑えられる。これにより、例えばモータ１０の駆動停止直前時のようにモータ１０の回転速度が急激に低下するような場合に、これに即して磁極位置θreを補間できる。また、割込カウンタ値Ｃｎがオーバーフローした場合でも、割込カウンタ値Ｃｎは循環的に変動することとなるから、オーバーフローの有無にかかわらず、割込カウンタ値Ｃｎが極低速用パラメータｌｏｗｐａｔｈ分だけ変動するごとに補間角度αを増加させることができる。
【００５８】
次いで、磁極位置補間器９５は、例えば割込カウンタのオーバーフロー等に起因して補間角度αが−３０度以下になった場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、補間角度αを−３０度に設定し（ステップＳ１８）、また、３０度を超えた場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）には補間角度αを３０度（補間角度αとして取り得る最大値）に設定する（ステップＳ２０）。
そして、磁極位置補間器９５は、ロータ速度検出パルスＳｂの前回の立ち上がり又は立ち下がり時に出力した磁極位置θreに補間角度αを加えることで補間した磁極位置θreを算出し、三角関数演算器９６に出力した後（ステップＳ２１）、処理をステップＳ１に戻す。
なお、補間した磁極位置θreの算出について詳細には、
補間した磁極位置θre＝
ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベル変化時の磁極位置θre
＋（補間角度α＋進角）×回転方向係数Ｐｄｉｒ
ただし、正回転の場合、Ｐｄｉｒ＝１、逆回転の場合、Ｐｄｉｒ＝−１
により算出される。
【００５９】
以上の磁極位置補間処理により、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がり／立ち下がりのタイミング以外の間も磁極位置θreが補間され、図１４に示すように、ロータ１２が１回転（電気角３６０度）する間、３６０／５１２の角度分解能で磁極位置θreが磁極位置補間器９５に出力される。この結果、三角関数演算器９６から出力される正弦振幅信号ｓｉｎθreのグラフ波形も正弦波に近いものとなり、この正弦振幅信号ｓｉｎθreから生成される正弦波形の変調波信号を正弦波に近づけることができる。
【００６０】
ここで、上述のように、第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆによる検出磁石誤差には各種の誤差成分が含まれるため、この第１磁気センサ３４ａ〜第６磁気センサ３４ｆの出力に基づく磁極位置θreの補間角度αにも角度誤差が含まれることとなる。この角度誤差は、図１５に示すように、モータ１０の回転数に依存し、高速回転時ほど大きくなる。そこで、この角度誤差を除去すべく、磁極位置θreの補間を、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち上がり／立ち下がり間とするのではなく、ロータ速度検出時と同様に、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれ、或いは立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれとすることで、補間角度αの角度誤差を除去することができる。特に、ロータ速度検出パルスＳｂの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置θreを補間することで、誤差成分の影響を最小限に抑えることができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態のモータ１０の制御装置２によれば、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルが変化する間の磁極位置θreが磁極位置補間器９５によって補間されることから、ロータ速度検出パルスＳｂの周期にかかわらず正弦波形に近い波形の変調波信号を波形生成器９３で生成することができる。
特に、モータ１０が低速回転するほど、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルが変化する期間が長くなるものの、その間の磁極位置θreが暫時補間されることから、正弦波形の変調波形が極端に荒くなるのが防止される。また、例えばホールＩＣ等の廉価なセンサを磁気センサに用いて、正弦波に近い変調波信号を生成し、モータ１０の擬似正弦波駆動を行うことができる。
【００６２】
また本実施形態によれば、磁極位置補間器９５は、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルの変化に前回要した時間（最終カウント値Ｃｅｎｄ）、及び、当該信号レベルが変化したときの磁極位置θreの移動量から求められる時間あたりの移動量（電気角６０度／最終カウント値Ｃｅｎｄ）と、当該信号レベルが変化してからの経過時間（割込カウンタ値Ｃｎ）とに基づいて磁極位置θreを補間する構成とした。この構成により、信号レベルが変化する間の磁極位置θreを、そのときのモータ１０の回転速度に応じて補間することができ、モータ１０の回転速度によらず歪みの少ない変調波信号を生成できる。
【００６３】
また本実施形態によれば、磁極位置補間器９５は、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルが変化してからの経過時間（割込カウンタ値Ｃｎ）が所定時間（カウント上限値Ｃｍａｘ）を超えた以降は、信号レベルの変化に要した前回の時間（ｌｏｗｐａｔｈ）ごとに所定量（本実施形態では１度）ずつ磁極位置θreを増加させて補間する構成とした。
この構成により、モータ１０が非常に低速度で回転し、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルが変化するまでの時間が長くなった場合であっても、前回の変化時から所定時間（カウント上限値Ｃｍａｘ）が超えたときには、磁極位置θreの増加度合いが抑えられ、モータ１０の低速回転に応じた変調波信号に切り替えることができる。特に、信号レベルの変化に要した前回の時間ごとに磁極位置θreを増加させるため、経過時間に対する磁極位置θreの増加量が比較的急激に抑えられることから、例えばモータ１０の駆動停止直前時のようにモータ１０の回転速度が急激に低下するような場合に、これに即した変調波信号を生成することができる。
【００６４】
また本実施形態によれば、磁気センサ３４のそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映された一連のパルス信号を生成するパルス生成回路５６を備え、このパルス生成回路５６のパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置θreを検出し、当該磁極位置θreに基づいて正弦波状の変調波信号を生成するとともに、磁極位置補間器９５は、パルス信号の立ち上がりと立ち下がりと間の磁極位置θreを補間する構成とした。
この構成により、パルス信号においては、複数の磁気センサ３４のそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映されることから、１個の磁極位置検出信号よりも周期が短くなる（本実施形態では３相分の磁極位置検出信号からパルス信号が生成されるため１／３周期となる）。そして、このパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置θreを検出することで、磁極位置θreの検出間隔を短くでき、変調波信号の正弦波歪みをより効率的に抑制することができる。
【００６５】
また本実施形態によれば、磁極位置補間器９５は、パルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれ、又は立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置θreを補間する構成とした。この構成によれば、磁気センサ３４の誤差や検出磁石誤差等の各種の誤差成分に起因する補間角度αの角度誤差を除去することができる。これにより、磁気センサ３４に廉価なホールＩＣ等を用いた場合でも、精度良く磁極位置θreを補間することができる。
【００６６】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能である。
たとえば、上述した実施形態において、磁極位置補間器９５は、ロータ速度検出パルスＳｂの信号レベルの変化に基づいて磁極位置θreを検出したが、これに限らず、図７（Ａ）に示すロータ位置検出パルスＳａのそれぞれの立ち上がり／立ち下がりに基づいて磁極位置θreを検出する構成としても良い。この場合、いずれかのロータ位置検出パルスＳａの立ち上がり／立ち下がりから他のロータ位置検出パルスＳａの上り／立ち下がりの期間のそれぞれで磁極位置θreの補間が行われる。そのときの磁極位置補間処理については、図１３に示すフローチャートと同様であるため説明を省略する。
【００６７】
また例えば、上述した実施形態では、モータ駆動システム１として、指令速度ωrm*によるモータ駆動制御を例示したが、これに限らない。すなわち、図１６に示すように、指令トルクＴ*に基づいてモータ１０を駆動するモータ駆動システム１００としても良い。なお、この図において、図１０と同じ部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
同図において、指令トルクＴ*は、モータ１０の回転速度ωrm、及びスロットル開度と、目標とするトルク指令値との関係を規定したトルクマップにしたがって決定される。すなわち、車両が備えるコンピュータ等には、位置・速度検出部８２からモータ１０の回転速度ωrmが入力されるとともに、スロットル開度が入力され、当該コンピュータ等が上記トルクマップに基づいてトルク指令値を決定し、指令トルクＴ*としてモータ駆動システム１００のトルク制御器１９０に入力する。
トルク制御器１９０は、現在の出力トルクＴが指令トルクＴ*になるように、出力トルクＴを調整して上記Ｄｕｔｙマップ９１、及び進角マップ９２に出力する。これらＤｕｔｙマップ９１、及び進角マップ９２には、それぞれ回転速度ωrmも入力されており、これにより指令トルクＴ*及び回転速度ωrmに最適なデューティ、及び進角が駆動信号生成部８６に出力されることで、指令トルクＴ*に基づくモータ１０の駆動制御が行われることとなる。
【００６９】
また、上述した実施形態では、インバータを用いた実施形態について説明したが、バッテリＥと、インバータ回路６との間にバッテリＥの電圧を昇降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ回路等の電圧変換回路を組み込んだ回路に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１、１００  モータ駆動システム
２  制御装置（モータ制御装置）
４  駆動回路
６  インバータ回路
１２  ロータ
１４  ステータ
２０    永久磁石
２２  検出磁石
３４、３４ａ〜３４ｆ  磁気センサ
５０  速度検出回路
５２  磁気検出回路
５４  磁極位置検出信号処理回路
５６  パルス生成回路
５８  ＣＰＵ
６０  ロータ位置検出手段
６０  三角関数演算器
６２  ロータ速度検出手段
８２  位置・速度検出部
８４  速度制御部
８６  駆動信号生成部
８８  角度補間部
９３  波形生成器
９４  ＰＷＭ駆動信号生成部
９５  磁極位置補間器
９６  三角関数演算器
Ｃｅｎｄ  最終カウント値
Ｃｍａｘ  カウント上限値
Ｃｎ  割込カウンタ値
Ｓａ、Ｓａ１〜Ｓａ３  ロータ位置検出パルス
Ｓｂ  ロータ速度検出パルス
Ｖｕａ※〜Ｖｗａ※  変調波信号
ｌｏｗｐａｔｈ  極低速用パラメータ
ｓｉｎθre  正弦振幅信号
θre  磁極位置
ωrm  回転速度
ωrm※  指令速度
【図１】
0005502605.tif 000002
【図２】
0005502605.tif 000003
【図３】
0005502605.tif 000004
【図４】
0005502605.tif 000005
【図５】
0005502605.tif 000006
【図６】
0005502605.tif 000007
【図７】
0005502605.tif 000008
【図８】
0005502605.tif 000009
【図９】
0005502605.tif 000010
【図１０】
0005502605.tif 000011
【図１１】
0005502605.tif 000012
【図１２】
0005502605.tif 000013
【図１３】
0005502605.tif 000014
【図１４】
0005502605.tif 000015
【図１５】
0005502605.tif 000016
【図１６】
0005502605.tif 000017