(57)【要約】【課題】位相角の推定のためにパルス電圧を印加する場合に、騒音を抑制すること。【解決手段】各々駆動系統が異なる２組のコイルを有するモータを対象にする。１組目のコイルには電圧ベクトルＶＶ１ａを印加し、２組目のコイルには電圧ベクトルＶＶ２ａを印加する。電圧ベクトルＶＶ１ａ，ＶＶ２ａは、位相差が１８０度である。このため、電圧ベクトルＶＶ１ａによって発生する電流ベクトルＶＩ１ａ、及び電圧ベクトルＶＶ２ａによって発生する電流ベクトルＶＩ２ａの位相差は１８０度である。電流ベクトルＶＩ１ａと電流ベクトルＶＩ２ａとの合成ベクトルＶＶＲａの絶対値は、電流ベクトルＶＩ１ａの絶対値よりも小さくなる。【選択図】図１５
2018186591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁としてのロータ（２１）と、各々駆動系統が異なるＮ（Ｎは２以上の整数）組のコイル（２２１，２２２）とを備えるモータ（２０）を対象にして、前記ロータの位相角（θｅ）を推定する位相角推定装置（１００）であって、
前記Ｎ組のコイルのそれぞれに、第１パルス電圧を印加し、前記第１パルス電圧を印加したタイミング（ｔａ）とは異なるタイミング（ｔｃ）で第２パルス電圧を印加し、前記第１及び第２パルス電圧を印加したタイミングとは異なるタイミング（ｔｅ）で第３パルス電圧を印加する印加部（１１０）と、
前記第１パルス電圧の印加によって前記Ｎ組のうちの少なくとも１組のコイルを流れる電流のベクトルである第１電流ベクトル（ＶＩ１ａ）と、前記第２パルス電圧の印加によって前記少なくとも１組のコイルを流れる電流のベクトルである第２電流ベクトル（ＶＩ１ｃ）と、前記第３パルス電圧の印加によって前記少なくとも１組のコイルを流れる電流のベクトルである第３電流ベクトル（ＶＩ１ｅ）とを取得する取得部（１２０）と、
前記第１，第２及び第３電流ベクトルに基づき、前記位相角を推定する推定部（１３０）と、を備え、
前記Ｎ組の第１パルス電圧のベクトル（ＶＶ１ａ，ＶＶ２ａ）の向きがそれぞれ異なることと、前記Ｎ組の第２パルス電圧のベクトル（ＶＶ１ｃ，ＶＶ２ｃ）の向きがそれぞれ異なることと、前記Ｎ組の第３パルス電圧のベクトル（ＶＶ１ｅ，ＶＶ２ｅ）の向きがそれぞれ異なることとの少なくとも何れか１つが満たされ、
前記Ｎ組の第１，第２及び第３パルス電圧のうち、前記ベクトルの向きがそれぞれ異なるものは、電圧が印加される期間の少なくとも一部が重複する
位相角推定装置。
【請求項２】
前記印加部は、前記Ｎ組のコイルのそれぞれに、前記第１，第２及び第３パルス電圧を含むＭ（Ｍは３以上の整数）組のパルス電圧を各々異なるタイミングで印加し、
前記Ｍ組のパルス電圧は、（３６０／前記Ｍ）度対称の性質を有する
請求項１に記載の位相角推定装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記第１，第２及び第３電流ベクトルのベクトル和（ＶＩ１Ｒ）に基づき前記位相角を推定する
請求項１又は請求項２に記載の位相角推定装置。
【請求項４】
前記少なくとも１組のコイルは、前記Ｎ組のコイルであり、
前記取得部は、前記Ｎ組のコイルそれぞれを対象にして、前記第１，第２及び第３電流ベクトル（ＶＩ１ａ，ＶＩ１ｃ，ＶＩ１ｅ，ＶＩ２ａ，ＶＩ２ｃ，ＶＩ２ｅ）を取得し、
前記推定部は、前記Ｎ組の前記第１，第２及び第３電流ベクトルに基づき前記位相角を推定する
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の位相角推定装置。
【請求項５】
前記Ｎは、２である
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の位相角推定装置。
【請求項６】
前記Ｎ組の第１パルス電圧のベクトル、前記Ｎ組の第２パルス電圧のベクトル、及び前記Ｎ組の第３パルス電圧のベクトルの少なくとも何れか１つは、（３６０／前記Ｎ）度対称の性質を有する
請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の位相角推定装置。
【請求項７】
前記第１，第２及び第３パルス電圧の波形は、矩形波である
請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の位相角推定装置。
【請求項８】
前記第１，第２及び第３パルス電圧の波形は、正弦波である
請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の位相角推定装置。
【請求項９】
前記ロータは、永久磁石を備える
請求項１から請求項８までの何れか一項に記載の位相角推定装置。
【請求項１０】
前記ロータは、ＳＰＭ型である
請求項９に記載の位相角推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、同期モータの位相角の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、同期モータを対象に、パルス電圧を印加したときに発生する電流の変化量を検出し、この電流変化量から磁極位置を示す位相角の推定を行う方式を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６８７６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行技術の場合、モータを駆動するために印加する電圧に、上記のパルス電圧を重畳すると、パルス電圧が外乱となり、騒音の原因になる。本開示は、上記を踏まえ、位相角の推定のためにパルス電圧を印加する場合に、騒音を抑制することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態は、界磁としてのロータ（２１）と、各々駆動系統が異なるＮ（Ｎは２以上の整数）組のコイル（２２１，２２２）とを備えるモータ（２０）を対象にして、前記ロータの位相角（θｅ）を推定する位相角推定装置（１００）であって、前記Ｎ組のコイルのそれぞれに、第１パルス電圧を印加し、前記第１パルス電圧を印加したタイミング（ｔａ）とは異なるタイミング（ｔｃ）で第２パルス電圧を印加し、前記第１及び第２パルス電圧を印加したタイミングとは異なるタイミング（ｔｅ）で第３パルス電圧を印加する印加部（１１０）と、前記第１パルス電圧の印加によって前記Ｎ組のうちの少なくとも１組のコイルを流れる電流のベクトルである第１電流ベクトル（ＶＩ１ａ）と、前記第２パルス電圧の印加によって前記少なくとも１組のコイルを流れる電流のベクトルである第２電流ベクトル（ＶＩ１ｃ）と、前記第３パルス電圧の印加によって前記少なくとも１組のコイルを流れる電流のベクトルである第３電流ベクトル（ＶＩ１ｅ）とを取得する取得部（１２０）と、前記第１，第２及び第３電流ベクトルに基づき、前記位相角を推定する推定部（１３０）と、を備え、前記Ｎ組の第１パルス電圧のベクトル（ＶＶ１ａ，ＶＶ２ａ）の向きがそれぞれ異なることと、前記Ｎ組の第２パルス電圧のベクトル（ＶＶ１ｃ，ＶＶ２ｃ）の向きがそれぞれ異なることと、前記Ｎ組の第３パルス電圧のベクトル（ＶＶ１ｅ，ＶＶ２ｅ）の向きがそれぞれ異なることとの少なくとも何れか１つが満たされ、前記Ｎ組の第１，第２及び第３パルス電圧のうち、前記ベクトルの向きがそれぞれ異なるものは、電圧が印加される期間の少なくとも一部が重複する位相角推定装置である。この形態によれば、第１〜第３パルス電圧の印加による騒音の増大が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】電動パワーステアリング装置の構成図。
【図２】モータの構成図。
【図３】第１駆動回路および第２駆動回路の回路図。
【図４】位相角を推定するための機能ブロック図。
【図５】Ｕ１軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図６】Ｖ１軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図７】Ｗ１軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図８】Ｕ２軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図９】Ｖ２軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図１０】Ｗ２軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図１１】第１駆動回路についてのｄ軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図１２】第１駆動回路についてのｑ軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図１３】第２駆動回路についてのｄ軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図１４】第２駆動回路についてのｑ軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【図１５】時刻ｔａにおける電圧ベクトル及び電流ベクトルを示す図。
【図１６】時刻ｔｂにおける電圧ベクトル及び電流ベクトルを示す図。
【図１７】時刻ｔｃにおける電圧ベクトル及び電流ベクトルを示す図。
【図１８】時刻ｔｄにおける電圧ベクトル及び電流ベクトルを示す図。
【図１９】時刻ｔｅにおける電圧ベクトル及び電流ベクトルを示す図。
【図２０】時刻ｔｆにおける電圧ベクトル及び電流ベクトルを示す図。
【図２１】第１駆動回路によって印加される電圧ベクトルを示す図。
【図２２】第２駆動回路によって印加される電圧ベクトルを示す図。
【図２３】第１駆動回路によって発生する電流ベクトルを示す図。
【図２４】第２駆動回路によって発生する電流ベクトルを示す図。
【図２５】Ｕ１軸における電圧および電流の変調率の時間変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置５は、ステアリング機構１０と、モータ２０と、モータ駆動ユニット５０と、ＥＣＵ１００とを主要部として備えている。
【０００８】
ステアリング機構１０は、ステアリングホイール１１の回転操作により左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲを転舵するための機構である。ステアリング機構１０は、ステアリングシャフト１２を備える。ステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１１の回転に伴って回転する。
【０００９】
ステアリングシャフト１２の下端には、ピニオンギヤ１３が接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合って、ラックバー１４と共にラックアンドピニオン機構を構成する。左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲは、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。
【００１０】
ラックバー１４には、モータ２０が組み付けられている。モータ２０は、ステアリング機構１０に組み付けられ、アシストトルクを発生する。モータ２０の出力軸は、ボールねじ機構１６を介してラックバー１４に動力が伝達するように接続されている。ボールねじ機構１６は、減速機および回転直線変換器として機能する。ボールねじ機構１６は、モータ２０の回転を減速すると共に直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。
【００１１】
ステアリングシャフト１２には、トルクセンサ１７が設けられる。トルクセンサ１７は、例えば、トーションバーのねじれ角度をレゾルバ等により検出し、このねじれ角に基づいてステアリングシャフト１２に働いた操舵トルクＴｒを検出する。トーションバーは、ステアリングシャフト１２の中間部に設けられる。なお、トーションバーは、図示されていない。
【００１２】
モータ２０は、永久磁石同期モータである。図２に示すように、モータ２０は、ロータ２１と、ステータ２２とを備えている。ロータ２１は、界磁である。ロータ２１は、ＳＰＭ型である。ＳＰＭは、Surface Permanent Magnetの頭字語である。つまり、ロータ２１は、鉄心の表面に永久磁石を備える。
【００１３】
ステータ２２は、図３に示す第１コイル２２１と第２コイル２２２とを備える。第１コイル２２１及び第２コイル２２２は、駆動系統の異なる２組の３相コイルである。
【００１４】
第１コイル２２１は、図２に示すティース２４に巻回される。ティース２４は、ステータコア２３に設けられている。第１コイル２２１は、図３に示すように、第１Ｕ相コイルＵ１、第１Ｖ相コイルＶ１、第１Ｗ相コイルＷ１を備える。
【００１５】
第１Ｕ相コイルＵ１は、Ｕ相コイルＵ１１とＵ相コイルＵ１２とを直列に接続して構成される。Ｕ相コイルＵ１１及びＵ相コイルＵ１２は、図２に示すように、ロータ２１を挟んで向かい合うように配置されている。
【００１６】
第１Ｖ相コイルＶ１は、第１Ｕ相コイルＵ１よりも周方向に１２０度ずれた位置に設けられる。第１Ｖ相コイルＶ１は、Ｖ相コイルＶ１１とＶ相コイルＶ１２とを直列に接続して構成される。Ｖ相コイルＶ１１及びＶ相コイルＶ１２は、ロータ２１を挟んで向かい合うように配置されている。
【００１７】
第１Ｗ相コイルＷ１は、第１Ｕ相コイルＵ１及び第１Ｖ相コイルＶ１よりも周方向に１２０度ずれた位置に設けられる。第１Ｗ相コイルＷ１は、Ｗ相コイルＷ１１とＷ相コイルＷ１２とを直列に接続して構成される。Ｗ相コイルＷ１１及びＷ相コイルＷ１２は、ロータ２１を挟んで向かい合うように配置されている。第１Ｕ相コイルＵ１、第１Ｖ相コイルＶ１及び第１Ｗ相コイルＷ１は、それぞれ片側端にて電気的に接続されている。この片側端とは、図３に示された中点Ｍ１のことである。
【００１８】
第２コイル２２２は、ティース２４に巻回される。第２コイル２２２は、第２Ｕ相コイルＵ２、第２Ｖ相コイルＶ２、第２Ｗ相コイルＷ２を備える。
【００１９】
第２Ｕ相コイルＵ２は、第１Ｕ相コイルＵ１よりも周方向に３０度ずれた位置に設けられる。第２Ｕ相コイルＵ２は、Ｕ相コイルＵ２１とＵ相コイルＵ２２とを直列に接続して構成される。Ｕ相コイルＵ２１及びＵ相コイルＵ２２は、ロータ２１を挟んで向かい合うように配置されている。
【００２０】
第２Ｖ相コイルＶ２は、第２Ｕ相コイルＵ２よりも周方向に１２０度ずれた位置に設けられる。第２Ｖ相コイルＶ２は、Ｖ相コイルＶ２１とＶ相コイルＶ２２とを直列に接続して構成される。Ｖ相コイルＶ２１及びＶ相コイルＶ２２は、ロータ２１を挟んで向かい合うように配置されている。
【００２１】
第２Ｗ相コイルＷ２は、第２Ｕ相コイルＵ２及び第２Ｖ相コイルＶ２よりも周方向に１２０度ずれた位置に設けられる。第２Ｗ相コイルＷ２は、Ｗ相コイルＷ２１とＷ相コイルＷ２２とを直列に接続して構成される。Ｗ相コイルＷ２１及びＷ相コイルＷ２２は、ロータ２１を挟んで向かい合うように配置されている。第２Ｕ相コイルＵ２、第２Ｖ相コイルＶ２及び第２Ｗ相コイルＷ２は、それぞれ片側端にて電気的に接続されている。この片側端とは、図３に示された中点Ｍ２のことである。
【００２２】
図１に示すように、モータ駆動ユニット５０は、第１コイル２２１に通電するための第１駆動回路３０と、第２コイル２２２に通電するための第２駆動回路４０とを備えている。第１駆動回路３０は、図３に示すように、第１電源ライン６１１とグラウンドライン６２１とを介して車載バッテリ６０から給電される。第１駆動回路３０は、ＭＯＳ−ＦＥＴからなる６個のスイッチング素子３１〜３６により３相インバータ回路を構成したものである。ＭＯＳ−ＦＥＴは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの頭字語である。
【００２３】
第１駆動回路３０は、次の３つの回路を並列接続した構成を有する。１つ目の回路は、第１スイッチング素子３１と第２スイッチング素子３２とを直列接続した回路である。２つ目の回路は、第３スイッチング素子３３と第４スイッチング素子３４とを直列接続した回路である。３つ目の回路は、第５スイッチング素子３５と第６スイッチング素子３６とを直列接続した回路である。
【００２４】
第１駆動回路３０は、第１Ｕ電力供給ライン３７Ｕと、第１Ｖ相電力供給ライン３７Ｖと、第１Ｗ相電力供給ライン３７Ｗとを備える。
【００２５】
第１Ｕ電力供給ライン３７Ｕは、２つのスイッチング素子３１，３２間と、第１Ｕ相コイルＵ１とを繋ぐ。第１Ｖ相電力供給ライン３７Ｖは、２つのスイッチング素子３３，３４間と、第１Ｖ相コイルＶ１とを繋ぐ。第１Ｗ相電力供給ライン３７Ｗは、２つのスイッチング素子３５，３６間と、第１Ｗ相コイルＷ１とを繋ぐ。
【００２６】
３つの電力供給ライン３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗには、相開放リレー３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗが設けられている。相開放リレー３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗを開くことによって、第１コイル２２１への通電を遮断できるようになっている。
【００２７】
グラウンドライン６２１とスイッチング素子３２，３４，３６との間には、シャント抵抗３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗが設けられる。図１に示す第１電流センサ７１は、各相に流れる電流値を、シャント抵抗３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗの両端電圧を測定することによって測定する。
【００２８】
第１駆動回路３０には、図３に示すように、第１電源ライン６１１とグラウンドライン６２１とを接続する平滑用コンデンサ６３１が設けられる。第１電源ライン６１１には、電源リレー６４１が設けられている。
【００２９】
第２駆動回路４０は、第２電源ライン６１２と第２グラウンドライン６２２とを介して車載バッテリ６０から給電される。第２駆動回路４０は、第１駆動回路３０と同様に、ＭＯＳ−ＦＥＴからなる６個のスイッチング素子４１〜４６により３相インバータ回路を構成したものである。
【００３０】
第２駆動回路４０は、第２Ｕ電力供給ライン４７Ｕ、第２Ｖ相電力供給ライン４７Ｖ及び第２Ｗ相電力供給ライン４７Ｗを備える。
【００３１】
第２Ｕ電力供給ライン４７Ｕは、２つのスイッチング素子４１，４２間と、第２Ｕ相コイルＵ２とを繋ぐ。第２Ｖ相電力供給ライン４７Ｖは、２つのスイッチング素子４３，４４間と、第２Ｖ相コイルＶ２とを繋ぐ。第２Ｗ相電力供給ライン４７Ｗは、２つのスイッチング素子４５，４６間と、第２Ｗ相コイルＷ２とを繋ぐ。
【００３２】
３つの電力供給ライン４７Ｕ，４７Ｖ，４７Ｗには、相開放リレー４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗが設けられている。相開放リレー４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗを開くことによって、第２コイル２２２への通電を遮断できるようになっている。第２グラウンドライン６２２とスイッチング素子４２，４４，４６との間には、シャント抵抗４９Ｕ，４９Ｖ，４９Ｗが設けられる。
【００３３】
図１に示す第２電流センサ７２は、各相に流れる電流値を、シャント抵抗４９Ｕ，４９Ｖ，４９Ｗの両端電圧を測定することによって測定する。
【００３４】
第２駆動回路４０には、第２電源ライン６１２と第２グラウンドライン６２２とを接続する平滑用コンデンサ６３２が設けられている。第２電源ライン６１２には、電源リレー６４２が設けられている。
【００３５】
車載バッテリ６０は、正極に主電源ライン６１が接続される。主電源ライン６１は、第１電源ライン６１１と第２電源ライン６１２とに分岐している。車載バッテリ６０の負極には、主グラウンドライン６２が接続される。主グラウンドライン６２は、第１グラウンドライン６２１と第２グラウンドライン６２２とに分岐している。主電源ライン６１には、平滑用コイル６３が設けられている。
【００３６】
ＥＣＵ１００は、平滑用コンデンサ６３１，６３２の電圧値の入力を受けることによって、車載バッテリ６０の電圧を検出する。ＥＣＵ１００は、検出した車載バッテリ６０の電圧を、変調率の計算に利用する。
【００３７】
第１電流センサ７１によって検出される第１コイル２２１の第１Ｕ相コイルＵ１に流れる電流をコイル電流ｉu1と呼び、第１Ｖ相コイルＶ１に流れる電流をコイル電流ｉv1と呼び、第１Ｗ相コイルＷ１に流れる電流をコイル電流ｉw1と呼ぶ。同様に、第２電流センサ７２によって検出される第２コイル２２２の第２Ｕ相コイルＵ２に流れる電流をコイル電流ｉu2と呼び、第２Ｖ相コイルＶ２に流れる電流をコイル電流ｉv2と呼び、第２Ｗ相コイルＷ２に流れる電流をコイル電流ｉw2と呼ぶ。ＥＣＵ１００は、各相の端子電位を電流フィードバックから計算する。
【００３８】
第１駆動回路３０の各スイッチング素子３１〜３６、および、第２駆動回路４０の各スイッチング素子４１〜４６は、それぞれゲートがＥＣＵ１００に接続され、ＥＣＵ１００から出力されるＰＷＭ制御信号によりデューティ比が制御される。これによりモータ２０の駆動電圧が目標電圧に調整される。ＥＣＵ１００は、２つのコイル２２１，２２２に通電した状態でモータ２０が目標アシストトルクを出力するようにＰＷＭ制御信号を生成する。
【００３９】
図２に示すように、第１コイル２２１と第２コイル２２２とがステータ２２の周方向に３０度ずらして２組設けられているため、本実施形態では、Ｕ相コイルＵ１１とＵ相コイルＵ２１との中間位置をα軸として定義する。
【００４０】
α軸からみたＵ相コイルＵ１１方向をオフセット角θ１、α軸からみたＵ相コイルＵ２１方向をオフセット角θ２と定義する。本実施形態では、オフセット角θ１は１５度、オフセット角θ２は−１５度である。第１コイル２２１、第２コイル２２２に流れる電流は、オフセット角θ１、オフセット角θ２だけ位相が調整される。
【００４１】
ＥＣＵ１００は、トルクセンサ１７、電流センサ７１，７２、および、車速を検出する車速センサ１９の測定値、並びに、操舵トルクＴｒ、コイル電流ｉu1，ｉv1，ｉw1，ｉu2，ｉv2，ｉw2、車速Ｖｘを表す信号を取得する。ＥＣＵ１００は、取得した信号に基づいて、運転者の操舵に応じた最適なアシストトルクが得られるように、モータ２０の各コイル２２１，２２２に流す指令電流を演算し、その指令電流が流れるように各駆動回路３０，４０の各スイッチング素子３１〜３６，４１〜４６のデューティ比を制御する。
【００４２】
ＥＣＵ１００は、電源リレー６４１，６４２に対して開閉制御信号を送信することによって、各駆動回路３０，４０への電源供給状態を制御できるようになっている。
【００４３】
ＥＣＵ１００が行うモータ２０の制御について説明する。ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ｄ−ｑ座標系を用いた電流ベクトル制御によってモータ２０の回転を制御する。ｄ軸は、ロータ２１に設けられた永久磁石の磁界が貫く方向である。Ｎ極の向きが、ｄ軸の正の向きである。ｑ軸は、ｄ軸に対して電気的に９０度だけ進んだ方向である。ロータの磁極位置を表す位相角θｅは、α軸とｄ軸とのなす角で表される。
【００４４】
ｄ−ｑ座標系における電流ベクトルのｄ軸成分をｄ軸電流と呼び、ｑ軸成分をｑ軸電流と呼ぶ。ｑ軸電流は、ｑ軸方向に磁界が発生するように作用する。従って、ｑ軸電流は、トルクを発生させる。一方、ｄ軸電流は、ｄ軸方向に磁界を発生させるため、モータトルクを発生させず、弱め界磁制御に使用される。ＥＣＵ１００は、最大のモータトルク効率を得るために、電流ベクトルがｑ軸上を移動するように電流位相を制御する。ＥＣＵ１００は、こうした電流ベクトル制御のために、位相角θｅを推定する。
【００４５】
図４に示すように、ＥＣＵ１００は、位相角θｅを推定するために、印加部１１０、取得部１２０及び推定部１３０としての機能を実現する。ＥＣＵ１００は、これらの機能を、ＥＣＵ１００に記憶されているプログラムを実行することによって実現する。
【００４６】
印加部１１０は、図５〜図１０に示すように、１セットとして６回、パルス電圧を、第１駆動回路３０及び第２駆動回路４０のそれぞれに印加する。印加部１１０は、上記パルス電圧を、ロータ２１にトルクを発生させるための電圧に重畳する。これら６回のパルス電圧を印加するのに要する時間は、上記したモータトルクを発生させるための電流ベクトルが１回転する時間よりも十分に短い。本実施形態におけるパルス電圧の波形は、矩形波である。パルス電圧の振幅は、モータトルクを発生させるための電圧の振幅よりも十分に小さい。
【００４７】
第１駆動回路３０及び第２駆動回路４０のそれぞれに１回目に印加されるパルス電圧は、同期間に印加される。つまり、時刻ｔａから印加が開始され、時間Ｔの後、変調率の符号が反転し、さらに時間Ｔの後、印加が終了する。反転前後で、電圧振幅の絶対値は同じである。２回目〜６回目に印加されるパルス電圧についても同様である。このように時間２Ｔに亘って印加される電圧のことを、本実施形態では、パルス電圧と呼ぶ。
【００４８】
取得部１２０は、第１駆動回路３０及び第２駆動回路４０のそれぞれから、パルス電流の入力を受ける。取得部１２０は、電圧ベクトルＶＶ１ａ〜ＶＶ１ｆ，ＶＶ２ａ〜ＶＶ２ｆそれぞれに対応する電流ベクトルＶＩ１ａ〜ＶＩ１ｆ，ＶＩ２ａ〜ＶＩ２ｆを、入力されたパルス電流に基づき取得する。
【００４９】
以下では、位相角θｅがゼロ度、つまりα軸とｄ軸とが一致している場合を例にとって説明する。このためｄ−ｑ座標系による図示の方が分かりやすいため、以下では、図５〜図１０の代わりに図１１〜図１４を参照されたい。
【００５０】
印加部１１０は、図１５に示された電圧ベクトルＶＶ１ａ及び電圧ベクトルＶＶ２ａが同期間に発生するように、時刻ｔａからパルス電圧を印加する。なお、本来、印加できる電圧ベクトルの向きは、６方向に限られる。６方向とは、第１駆動回路３０の場合であれば、Ｕ１軸方向、Ｖ１軸方向およびＷ１軸方向、並びに、Ｕ１軸方向及びＶ１軸方向の中間の方向、Ｖ１軸方向及びＷ１軸方向の中間の方向、Ｗ１軸方向及びＵ１軸方向の中間の方向である。但し、ＰＷＭ制御信号によるデューティ比の制御によって、実質的には任意の向きの電圧ベクトルを印加することができる。
【００５１】
同様に、印加部１１０は、図１６に示された電圧ベクトルＶＶ１ｂ及び電圧ベクトルＶＶ２ｂが同期間に発生するように、時刻ｔｂからパルス電圧を印加する。印加部１１０は、図１７に示された電圧ベクトルＶＶ１ｃ及び電圧ベクトルＶＶ２ｃが同期間に発生するように、時刻ｔｃからパルス電圧を印加する。印加部１１０は、図１８に示された電圧ベクトルＶＶ１ｄ及び電圧ベクトルＶＶ２ｄが同期間に発生するように、時刻ｔｄからパルス電圧を印加する。印加部１１０は、図１９に示された電圧ベクトルＶＶ１ｅ及び電圧ベクトルＶＶ１ｅ同期間に発生するように、時刻ｔｅからパルス電圧を印加する。印加部１１０は、図２０に示された電圧ベクトルＶＶ１ｆ及び電圧ベクトルＶＶ１ｆが同期間に発生するように、時刻ｔｆからパルス電圧を印加する。
【００５２】
電圧ベクトルＶＶ１ａ及び電圧ベクトルＶＶ２ａは、位相角が１８０度、異なる。電圧ベクトルの位相角、つまり電圧ベクトルの向きは、各時刻についての１回目の時間Ｔにおいて印加される電圧によって決定される。例えば、第１駆動回路３０によって時刻ｔａから印加されるパルス電圧の場合、１回目の時間Ｔにおいて印加される電圧の変調率は、図１１に示すようにｄ軸については正値であり、図１２に示すようにｑ軸についてはゼロである。このため、上記パルス電圧による電圧ベクトルの位相角は、ゼロ度である。
【００５３】
電圧ベクトルＶＶ１ａ及び電圧ベクトルＶＶ２ａの絶対値は同じである。このため、電圧ベクトルＶＶ１ａ及び電圧ベクトルＶＶ２ａは、１８０度対称の性質を有する。電圧ベクトルＶＶ１ｂ〜ＶＶ１ｆ及び電圧ベクトルＶＶ２ｂ〜ＶＶ２ｆの各々の組み合わせにおいても、１８０度対称の性質を有する。
【００５４】
図２１に示すように、電圧ベクトルＶＶ１ａ〜ＶＶ１ｆは、絶対値が等しい。このため、図２１に示すように、電圧ベクトルＶＶ１ａ〜ＶＶ１ｆは、６０度対称の性質を有する。電圧ベクトルＶＶ２ａ〜ＶＶ２ｆも同様に、図２２に示すように、絶対値が等しいため、６０度対称の性質を有する。このような回転対称の性質によって、電流ベクトルが６０度間隔で観測される。なお、電流ベクトルは、絶対値が全て等しくなる訳ではないので、狭義の６０度対称の性質は有さない。
【００５５】
ロータ２１の中心から径方向外側に向かう半直線に沿った透磁率は、図２に示したＳＰＭ型としての構造上、位相角θｅに依存しない。このため、電流ベクトルＶＩ１ａ〜ＶＩ１ｆの絶対値は、磁気飽和が発生していない場合、理想的には全て等しくなる。但し、本実施形態では、磁気飽和が発生するようにパルス電圧の電圧振幅が定められているため、電流ベクトルＶＩ１ａ〜ＶＩ１ｆの絶対値は、位相角θｅに依存する。このため、位相角θｅの推定が可能である。
【００５６】
推定部１３０は、取得部１２０から、電流ベクトルＶＩ１ａ〜ＶＩ１ｆ，ＶＩ２ａ〜ＶＩ２ｆの入力を受ける。推定部１３０は、電流ベクトルＶＩ１ａ〜ＶＩ１ｆ，ＶＩ２ａ〜ＶＩ２ｆの合成ベクトルを算出し、算出した合成ベクトルとα軸とのなす角度が位相角θｅであると推定する。上記の合成ベクトルは、電流ベクトルＶＩ１Ｒ及び電流ベクトルＶＩ２Ｒの合成ベクトルに等しい。
【００５７】
電流ベクトルＶＩ１ａ〜ＶＩ１ｆの合成ベクトルである電流ベクトルＶＩ１Ｒは、図２３に示すように、α軸に一致している。同様に、電流ベクトルＶＩ２ａ〜ＶＩ２ｆの合成ベクトルである電流ベクトルＶＩ２Ｒは、図２４に示すように、α軸に一致している。これらは何れも、α軸とｄ軸とが一致していること、及び磁気飽和が発生していることによってもたらされる。
【００５８】
電流ベクトルＶＩ１Ｒ及び電流ベクトルＶＩ２Ｒは、理想的には一致するものの、実際には多少のずれが生じる。推定部１３０は、電流ベクトルＶＩ１Ｒ及び電流ベクトルＶＩ２Ｒの合成ベクトルを求めることによって、より高い精度で位相角θｅを推定できる。
【００５９】
以上に説明した実施形態によれば、少なくとも以下の効果を得ることができる。
【００６０】
（１）位相角を推定するために外乱となるパルス電圧を印加しても、静音化が実現される。図１５に示すように、時刻ｔａから始まる期間において実質的に外乱電流として作用するのは、電流ベクトルＶＩＲａである。電流ベクトルＶＩＲａは、電流ベクトルＶＩ１ａ，ＶＩ２ａの合成ベクトルである。電流ベクトルＶＩ１ａと電流ベクトルＶ１２ａとが概ね逆向きに発生するようにパルス電圧を印加するため、電流ベクトルＶＩＲａの絶対値は、電流ベクトルＶＩ１ａの絶対値よりも小さい。このため、磁気飽和の発生によって大きなパルス電流が発生しても、騒音が軽減される。この現象は、時刻ｔｄから始まる期間においても同様である。なお、図１５〜図２０，図２３，図２４においては、説明の便宜上、図５〜図１４に比べて、磁気飽和による影響が誇張して示されている。
【００６１】
時刻ｔｂ，ｔｃ、ｔｅ，ｔｆから始まる期間においても、合成された電流ベクトルの絶対値は、少なくとも、大きい方の電流ベクトルの絶対値に比べて小さい。このため、騒音が軽減される。大きい方の電流ベクトルは、ｄ軸の正の向きに成分を持つ電流ベクトルが該当する。
【００６２】
（２）電圧ベクトルＶＶ１ａ〜ＶＶ１ｆと電圧ベクトルＶＶ２ａ〜ＶＶ２ｆとがそれぞれ６０度対称の性質を有し、電流ベクトルが６０度間隔で観測されるため、位相角θｅの推定が、簡潔な計算で、かつ正確に実施できる。
【００６３】
（３）合成ベクトルを求めるという簡易な演算によって、位相角θｅが推定できる。
【００６４】
（４）上記の合成ベクトルは、第１駆動回路３０及び第２駆動回路４０それぞれにおいて、観測される電流ベクトルに基づき算出されるので、位相角θｅの推定精度が良い。
【００６５】
（５）本開示の特徴によって静音化を実現するためには、少なくとも２つの駆動回路が必要である。本実施形態では、最小限の数の駆動回路を用いて静音化を実現しているため、低コストで実現でき、且つ、制御や演算が簡易になる。
【００６６】
（６）同じタイミングで印加されるパルス電圧による電圧ベクトルが、何れのタイミングの場合についても１８０度対称であることは、静音化に最も有利である。
【００６７】
（７）パルス電圧が矩形波であることによって、パルス電圧の印加が容易になる。
（８）ロータ２１が永久磁石を備えるので、モータ２０の効率の向上に貢献している。
（９）ロータ２１がＳＰＭ型であるので、小型化に貢献している。
【００６８】
ＥＣＵ１００は位相角推定装置に、２組のコイル２２１，２２２はＮ組のコイルに、６組のパルス電圧はＭ組のパルス電圧に、電流ベクトルＶＩ１ａは第１電流ベクトルに、電流ベクトルＶＩ１ｃは第２電流ベクトルに、電流ベクトルＶＩ１ｅは第３電流ベクトルに、電圧ベクトルＶＶ１ａ，ＶＶ２ａはＮ組の第１パルス電圧のベクトルに、電圧ベクトルＶＶ１ｃ，ＶＶ２ｃはＮ組の第２パルス電圧のベクトルに、電圧ベクトルＶＶ１ｅ，ＶＶ２ｅはＮ組の第３パルス電圧のベクトルに、対応する。
【００６９】
本開示は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【００７０】
パルス電圧の波形は、図２５に示すように正弦波でもよい。なお、図２５では、図５等に比べて電圧の振幅が大きく示されているが、実際には同程度の振幅である。パルス電圧が正弦波であることによって、発生する電流の変化が緩やかになり静音化に有利になる。
【００７１】
第１駆動回路３０及び第２駆動回路４０のそれぞれに印加する電圧ベクトルは、１８０度対称の性質を有していなくてもよい。つまり、各期間におけるＮ組の電圧ベクトルの位相差は、（３６０／Ｎ）度でなくてもよい。例えば、第１駆動回路３０に印加される電圧ベクトルの位相と、第２駆動回路４０に印加される電圧ベクトルの位相とが一致していなければよい。つまり、少なくとも１回分のパルス電圧の印加において、僅かにでも位相差があれば、従来に比べ騒音が抑制される。
【００７２】
但し、各期間における電流ベクトルの合成ベクトルの絶対値は、少なくとも、最も絶対値が大きい電流ベクトルの絶対値よりも小さいことが好ましい。このため、Ｎ＝２、つまりコイルが２組であれば、位相差は９０度よりも大きいことが好ましい。
【００７３】
位相角θｅの推定に、第１駆動回路３０及び第２駆動回路４０の何れか一方のみの電流ベクトルを用いてもよい。
【００７４】
ロータ２１は、ＩＰＭ型でもよい。ＩＰＭは、Interior Permanent Magnetの頭字語である。つまり、鉄心の内部に、永久磁石が埋め込まれているタイプである。
【００７５】
ロータ２１は、永久磁石を備えなくてもよい。ロータ２１は、例えば、巻線界磁型でもよい。巻線界磁型のロータは、鉄心に巻線が巻かれており、巻線に電流を流すことで、磁極を発生させる界磁である。
【００７６】
Ｎ組のパルス電圧は、同期間に印加されてなくてもよい。つまり、変調率の符号が異なる期間が少なくとも一部で重複していればよい。
【００７７】
Ｎ組のコイルのそれぞれに印加されるＭ組のパルス電圧は、（３６０／Ｍ）度対称の性質を有さなくてもよい。多少のずれがあっても、演算によって補償すればよい。
【００７８】
電圧ベクトルの絶対値は、全て等しくなくてもよい。例えば、一部の電圧ベクトルの場合には磁気飽和が発生し、残りの電圧ベクトルの場合には磁気飽和が発生しないようにしてもよい。
【００７９】
モータ２０の用途は、電動パワーステアリング装置５でなくてもよく、どのような装置に用いてもよい。
【００８０】
上記実施形態において、ソフトウエアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウエアによって実現されてもよい。また、ハードウエアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウエアによって実現されてもよい。ハードウエアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
２０  モータ、２１  ロータ、１００  ＥＣＵ、１１０  印加部、１２０  取得部、１３０  推定部、２２１  コイル、２２２  コイル
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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