【事件の表示】
　特許第３２９８００６号「電動パワーステアリング装置の制御装置」の請求項１ないし３に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３２９８００６号の請求項１ないし３に係る特許を維持する。
【理　由】
【１】手続の経緯
　本件特許第３２９８００６号に係る出願は、平成１１年８月１８日（優先権主張平成１０年１２月２４日））の出願であって、平成１４年４月１９日に設定登録（請求項の数；３）されたものであるが、本件特許の請求項１〜３の発明に関して、西郷純一より特許異議の申立てがあったので、当審において当該申立ての理由を検討の上、当審より平成１５年３月２８日付けで特許取消理由を通知したところ、その通知書で指定した期間内の平成１５年６月６日に、特許異議意見書と共に訂正請求書が提出されたものである。
　
【２】訂正請求の可否
１．訂正の要旨
　本件特許異議申立てに係る訂正請求における訂正の要旨は、次の（１）〜（３）のとおりである。
（１）訂正事項１
【特許請求の範囲】の【請求項１】の記載を、
　「【請求項１】ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、操舵時のトルクリップル感を抑制制御し得るように、前記モータ単体のトルクリップルをトルク変動対平均トルクの比率の１０％以内に許容すると共に、前記操舵トルクを検出するトルク検出手段のヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であり、かつ前記制御装置におけるトルク制御の周波数帯域をリップル感として感じない範囲の２０Ｈｚ以上としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。」と訂正する。
（２）訂正事項２
　段落番号【００１１】の記載を、
　「【課題を解決するための手段】
  本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本発明の上記目的は、操舵時のトルクリップル感を抑制制御し得るように、前記モータ（直流モータ又はブラシレスモータ）単体のトルクリップルをトルク変動対平均トルクの比率の１０％以内に許容すると共に、前記操舵トルクを検出するトルク検出手段のヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であり、かつ前記制御装置におけるトルク制御の周波数帯域をリップル感として感じない範囲の２０Ｈｚ以上とすることによって達成される。」と訂正する。
　（３）訂正事項３
　段落番号【００２５】の記載を、
　「本発明では、他の性能に影響を及ぼさずに上記周波数帯域の仕様を満足する図１の制御系について説明する。ここでは、ロバスト安定化補償部１２４と位相進み補償器（補償器１３３）で行なう例を示す。説明を容易にするため、アシスト特性を単一ゲインＫとし、コントローラと機械系の開特性は近似的に下記数１の特性となる。数１において、ｓはラプラス演算子であり、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｂ３は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。」と訂正する。
　
２．訂正の目的、新規事項の有無及び特許請求の範囲の実質的拡張・変更の存否
（１）訂正事項１について
　上記訂正事項１は、本件特許明細書の特許請求の範囲の請求項１中の、「前記モータ」と「のトルクリップル」の間に「単体」を挿入し、「１０％以内である制御レベルに抑えるようにする」を「１０％以内に許容する」と訂正することによって、モータ単体でのトルクリップルを１０％まで許容することを明確にし、さらに、「２０Ｈｚ以上であり、」と「前記制御装置における」の間に「かつ」を挿入することによって、構成要件がＡＮＤ（論理積）条件であることを明確にするものであり、いずれも明りょうでない記載の釈明を目的とするものであって、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、新規事項の追加に該当せず、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
（２）訂正事項２について
  上記訂正事項２は、訂正事項１の特許請求の範囲の訂正によって生じる特許明細書の発明の詳細な説明と特許請求の範囲との齟齬を解消しようとするもので、明りょうでない記載の釈明を目的とするものといえ、上記訂正事項１と同じく願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、新規事項の追加に該当せず、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
（３）訂正事項３について
  上記訂正事項３は、「閉特性」となっている誤記を正しい「開特性」に訂正するものであって、「閉特性」が「開特性」の誤記であることは、数１のＧ（ｓ）のサフィクスが「ｏｐ」であることと、他の実施例について同様の記載をしている【００４１】の記述からみて明らかであるから、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、新規事項の追加に該当せず、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
　
３．訂正請求の認容について
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項及び同条第３項において準用する特許法第１２６条第２項から第４項までの規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
【３】本件特許発明の認定
　上記のとおり、平成１５年６月６日付けの訂正請求は認容されるので、本件特許の請求項１〜３に係る発明は、平成１５年６月６日付けの訂正請求書に添付された全文訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１〜３に記載された事項によって特定される次のとおりのものと認める（請求項１に係る発明を、以下「本件発明」という。）。
　「【請求項１】ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、操舵時のトルクリップル感を抑制制御し得るように、前記モータ単体のトルクリップルをトルク変動対平均トルクの比率の１０％以内に許容すると共に、前記操舵トルクを検出するトルク検出手段のヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であり、かつ前記制御装置におけるトルク制御の周波数帯域をリップル感として感じない範囲の２０Ｈｚ以上としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
　【請求項２】前記モータが直流モータである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
　【請求項３】前記モータがブラシレスモータである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。」
　
【４】取消理由の概要
　平成１５年３月２８日付けで通知した取消理由の概要は、本件特許の出願前に頒布された刊行物として、
刊行物１：A 1998 Review of Technical Achievements（甲第１号証）
刊行物２：Koyo Engineering Journal No.148(1995)（甲第２号証）
刊行物３：Koyo Engineering Journal No.137(1990)（甲第３号証）
を引用し、
１．異議申立書の第７頁最下行〜第８頁１６行に摘記された事項と図１とからみて、刊行物１の図１のステアリング・システムは、ステアリングコラムに発生するドライバのトルク（操舵トルク）に基いて補助コマンドが演算され、この補助コマンドが車輌速度信号によって変調されてモータに与えられ、モータによって与えられたトルクが補助トルクとしてステアリングコラムに加えられて、これにより１つの閉ループが形成される電動パワーステアリング装置の制御システム（制御システムであるから制御装置を含むことは当然である。）であるものと認められ、上記の変調された補助コマンドは、ステアリングコラムに補助トルクを与えるためのコマンドであるから操舵補助指令値であって、電流制御値の形に演算されてモータに与えられるものと認める。
　また、異議申立書の第８頁１９行〜第１１頁２７行に摘記された事項と図５とから、図６のボード線図に示された実線は、１つの閉ループとして形成された上記ステアリング・システムの制御装置に、トルク・ループを開いて正弦波信号を入力したときの振動数応答の周波数特性を示すものと認められ、図６におけるゲイン線図と上記摘記事項の記載とからみて、上記ステアリング・システムの制御装置はクロスオーバー周波数が２５Ｈｚであると認められるから、上記ステアリング・システムにおける制御装置のトルク制御の周波数帯域は２０Ｈｚ以上であるものと認める。
　したがって、刊行物１には、「ステアリングコラムに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値から演算した電流制御値に基いてステアリング機構に補助トルクを与えるモータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記制御装置におけるトルク制御の周波数帯域を２０Ｈｚ以上とした電動パワーステアリング装置の制御装置。」の発明が記載されているものと認める。
２．本件発明と刊行物１に記載された発明とを対比すれば、本件発明は、刊行物１に記載された発明と、「ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値から演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記制御装置におけるトルク制御の周波数帯域を２０Ｈｚ以上とした電動パワーステアリング装置の制御装置。」である点で一致し、以下の相違点で相違しているものと認める。
（相違点１）本件発明の制御装置は、操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてモータを制御しているのに対し、刊行物１に記載された発明の制御装置は、モータを制御する電流制御値を演算するのに、操舵補助指令値にモータの電流値を加えているかどうか明らかでない点。
（相違点２）本件発明では、モータのトルクリップルをトルク変動対平均トルクの比率の１０％以内である制御レベルに抑えるようにしているのに対し、刊行物１に記載された発明では、モータのトルクリップルをどの程度までのものとしているのか明らかでない点。
（相違点３）本件発明では、ヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であるトルク検出手段を用いているのに対し、刊行物１に記載された発明では、ヒステリシス幅と応答周波数がどの程度であるトルク検出手段を用いているのか明らかでない点。
３．上記相違点について検討すれば、
　（１）相違点１に関しては、電動パワーステアリング装置の制御装置において、モータを制御する電流制御値の演算にモータの電流値を加えることは、刊行物２にも記載されているように従来周知の技術である。したがって、刊行物１に記載された発明において、モータを制御する電流制御値の演算にモータの電流値を加え、操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてモータを制御することは、上記周知技術から当業者が容易に行うことができたものである。
　（２）相違点２に関しては、トルクリップルを、制御の最適化に加えてモータ構造によっても小さく抑えることは、刊行物２にも記載されているように従来周知の技術である。しかも、刊行物１に記載された発明が、モータのトルクリップルの除去をも意図する制御装置である以上、モータのトルクリップルを制御可能な小さな値に抑えるように設定しておくことは設計における当然の要請と言える。してみれば、刊行物１に記載された発明において、モータのトルクリップルを、制御可能なレベルであるトルク変動対平均トルクの比率の１０％以内に抑えるように設定することは、当業者が適宜行い得る単なる設計事項というべきである（なお、この点に関しては、特許権者も平成１３年１２月１７日付けの手続補正書（審判請求書の補正書）の第４頁２２〜２４行で、従来モータのトルクリップルは８％以下になるように設定されていること、すなわち従来モータのトルクリップルが、トルク変動対平均トルクの比率の１０％以内に設定されていることを認めている。）。
　（３）相違点３に関しては、電動パワーステアリングの制御装置に用いられるトルク検出手段（トルクセンサ）において、ヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であるようものを用いることは、刊行物３にも「トルクセンサに要求される性能」として記載されているように従来周知の技術であり、電動パワーステアリングの制御装置において、ヒステリシス幅と応答周波数がどの程度のトルク検出手段を用いるかは、当業者が必要に応じて選択する単なる設計事項である。しかも、ヒステリシス幅が大きすぎるとドライバに滑らかさが感じられなくなることは自明であるとともに、刊行物１のステアリング・システムはトルク制御の周波数帯域を２０Ｈｚ以上としているのであるから、刊行物１に記載された発明に、このようなヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であるトルク検出手段を用いることは当業者が容易に行うことができたものである。
４．請求項２の発明は、請求項１の発明において、モータを直流モータとしたものであるが、電動パワーステアリングに直流モータを用いることは、刊行物２の表２にもみられるように従来周知の技術であるから、請求項２の発明は刊行物１に記載された発明に上記周知技術を適用することにより、当業者が容易に発明をすることができたものである。
５．請求項３の発明は、請求項１の発明において、モータをブラシレスモータとしたものであるが、電動パワーステアリングにブラシレスモータを用いることは、刊行物２の表２にもみられるように従来周知の技術であるから、請求項３の発明は刊行物１に記載された発明に上記周知技術を適用することにより、当業者が容易に発明をすることができたものである。
６．以上詳述したとおり、本件の請求項１〜３に係る発明は、上記刊行物１に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるであるから、本件の請求項１〜３に係る発明についての特許は、特許法第２９条第２項の規定により拒絶されるべき特許出願に対してなされたものであり、取り消されるべきものである。
　
【５】取消理由に対する当審の判断
　刊行物１の図６において実線で表されたボード線図は、１つの閉ループとして形成された図１のステアリング・システムの制御装置に、トルク・ループを開いて正弦波信号を入力したときの振動数応答の周波数特性を示すものと認められ、図６における上記ボード線図と異議申立書の第８頁１９行〜第１１頁２７行に摘記された事項の記載とからみて、上記振動数応答の周波数特性は、クロスオーバー周波数が２５Ｈｚであり、システムの基本振動数は３０Ｈｚより低いものであると認められる。
　しかしながら、異議申立書の第８頁２９行〜第９頁２行に摘記されているように、刊行物１のものは上記振動数応答の周波数特性を求める際の前提条件として、制御アルゴリズムブロックを無効にして既知の定数利得とし、車両速度及び位置などの他の入力を切り離しているのであるから、上記振動数応答の周波数特性は、図１のステアリング・システムの制御装置における機械系の特性のみを示しているものと認められる（このことは、図６の実線のボード線図の対比対象が、機械系のみのモデルである図３の低次元モデルから求められた点線のボード線図であることからも明らかである。）。してみれば、刊行物１の図６の実線で表されたボード線図から、図１のステアリング・システムの機械系における振動数応答の周波数特性が、クロスオーバー周波数が２５Ｈｚであり、システムの基本振動数は３０Ｈｚより低いと認められるとしても、このことから、「刊行物１には制御装置全体におけるトルク制御の周波数帯域を２０Ｈｚ以上とした電動パワーステアリング装置の制御装置の発明が記載されている」とすることはできない。
　これに対して、本件発明は、コントローラと機械系の制御装置全体におけるトルク制御の周波数帯域をリップル感として感じない範囲の２０Ｈｚ以上としているのであるから、取消理由において一致点として認定した「制御装置におけるトルク制御の周波数帯域を２０Ｈｚ以上とした電動パワーステアリング装置の制御装置」は、本願発明と刊行物１に記載された発明との一致点とはなり得ない。
　また、刊行物１には、異議申立書の第１０頁２０〜２２行に摘記されたように「図９及び１０は、（好ましくは全ての振動数で）除去されるべき２つの主な騒動を示す。これらはアクチュエータ騒動（トルクのリップル、コギングなど）ノイズ信号（センサ、コントローラなど）である。」と記載され、さらに、異議申立書の第１１頁８〜１６行に摘記されたように「アクチュエータ騒動除去のためには高い利得（高いｇｃ）が必要であり、・・・アクチュエータ騒動の振動数は比較的に低い。これまでは、私達は、補助を与えると共にアクチュエータ騒動を除去するために比較的低い振動数での高い利得を必要とすること・・・を見てきた。」と記載されており、これらの記載によれば、トルクのリップルやコギングを除去するために比較的低い振動数での高い利得が必要であることまでは刊行物１に示唆されているということができるが、刊行物１にはそれ以上の記載はなく、これらの記載と刊行物２、３の記載のみでは、トルクリップルの影響を制御系で抑えるために制御装置におけるトルク制御の周波数帯域を２０Ｈｚ以上とした電動パワーステアリング装置の制御装置を用いることを、当業者が容易に想到し得たとすることはできない。
　そして、本件発明は上記構成によってトルクリップルの影響を制御系で抑えるようにできるため、「直流モータ又はブラシレスモータの高出力、小型化を実現でき、コギングトルクを犠牲にしなくても、低コストでトルクリップルを低減することができる。」という特有の効果を奏するのであるから、本件発明は、刊行物１に記載された発明と刊行物２、３に記載された周知技術に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものと認めることはできない。
　また、請求項２，３に係る発明は、本件発明を更に限定したものであるから、本件発明についての判断と同様の理由により、刊行物１に記載された発明と刊行物２、３に記載された周知技術に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものとは認められない。
　以上のとおりであるから、平成１５年３月２８日付けで通知した取消理由によっては本件の請求項１〜３に係る発明の特許を取り消すことはできない。
　
【６】特許異議申立理由の概要と当審の判断
１．特許異議申立理由の概要
　特許異議申立人は、
　（１）本件特許の請求項１の「前記モータのトルクリップルをトルク変動対平均トルクの比率の１０％以内である制御レベルに抑えるようにすると共に」には、従来の８％以下のものも含まれており、本願発明を明確に特定した記載とはいえない。また、「前記操舵トルクを検出するトルク検出手段のヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であり、前記制御装置におけるトルク制御の周波数帯域をリップル感として感じない範囲の２０Ｈｚ以上とした」については、言い換えれば、「感度および応答性が良いトルクセンサにて操舵トルクを検出し、応答性の高い制御を行う」ことに過ぎず、希望的な構成、あるいは好ましい性能を記載しているだけである。このような好ましい性能を得るための具体的構成は記載されておらず、本件発明を明確に特定した記載とはいえないから、請求項１の記載は特許を受けようとする発明が明確でない。また、請求項２，３は請求項１の発明を更に特定したものであるから、請求項１と同様に特許を受けようとする発明が明確でない。
　（２）本件発明は、甲第１号証（刊行物１）に記載された発明であるから、特許法第２９条第１項第３号に規定する発明に該当し、仮にそうでないとしても、本件の請求項１〜３に係る発明は、甲第１号証（刊行物１）、甲第２号証（刊行物２）および甲第３号証（刊行物３）に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであって、特許法第２９条第２項の規定に違反してなされたものであるから、本件の請求項１〜３に係る発明の特許は取り消されるべきものである。
旨を主張している。
２．当審の判断
（１）の点に関して
　平成１５年６月６日付けの訂正請求は認容されるので、本件特許の請求項１の「前記モータのトルクリップルをトルク変動対平均トルクの比率の１０％以内である制御レベルに抑えるようにすると共に」は、「前記モータ単体のトルクリップルをトルク変動対平均トルクの比率の１０％以内に許容すると共に」と訂正されることにより明確になった。
　また、「前記操舵トルクを検出するトルク検出手段のヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であり、前記制御装置におけるトルク制御の周波数帯域をリップル感として感じない範囲の２０Ｈｚ以上とした」については、訂正により「２０Ｈｚ以上であり、」と「前記制御装置における」の間に「かつ」が挿入されたが、該訂正の有無に拘わらず、該記載が「ヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であるトルク検出手段を用い、かつ制御装置におけるトルク制御の周波数帯域を２０Ｈｚ以上とする」構成を意味することは明確である（本件発明は、該構成を採用することにより、トルクリップルの影響を制御系で抑えるようにできるという特有の効果を奏するのである。）。
　してみれば、異議申立人が（１）で主張する点は、いずれも明確であるから、異議申立人の（１）の主張は採用できない。
（２）の点に関して
　本件発明が、甲第１号証（刊行物１）に記載された発明でなく、特許法第２９条第１項第３号に規定する発明に該当しないこと、及び本件の請求項１〜３に係る発明が、甲第１号証（刊行物１）、甲第２号証（刊行物２）および甲第３号証（刊行物３）に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものでないことは、「【５】取消理由に対する当審の判断」で前述したとおりであるから、本件発明は異議申立人の提出した甲第１号証に記載された発明である、とすることはできず、また、本件の請求項１〜３に係る発明は異議申立人の提出した甲第１〜３号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものである、とすることもできない。
　以上のとおりであるから、異議申立人の（２）の主張は採用できない。
　（なお、異議申立人は、甲第３号証（刊行物３）には、ヒステリシス幅が０．３Ｎ・ｍ以内で応答周波数が２０Ｈｚ以上であるトルク検出手段が記載されていると主張しているが、その根拠とする表１はセンサ検出部のみの性能を示すもので、電動パワーステアリング機構に組み込まれたトルクセンサの性能を示すものではない。）
　
【７】むすび
　以上のとおりであるから、特許異議申立の理由及び証拠方法、並びに当審の取消理由で引用した刊行物１（A 1998 Review of Technical Achievements）、刊行物２（Koyo Engineering Journal No.148）、刊行物３（Koyo Engineering Journal No.137）によっては本件の請求項１〜３に係る発明の特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件の請求項１〜３に係る発明についての特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１５年８月４日（２００３．８．４）
【訂正の要旨】
審決（決定）の【理由】欄参照。
（５４）【発明の名称】
電動パワーステアリング装置の制御装置
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、操舵時のトルクリップル感を抑制制御し得るように、前記モータ
単体
に許容
かつ
　【請求項２】前記モータが直流モータである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
　【請求項３】前記モータがブラシレスモータである請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【発明の属する技術分野】
　本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に直流モータ又はブラシレスモータのいずれに対しても、トルクリップルを低減して操舵感を向上するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行なっている。フィードバック制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行なっている。
　【０００３】
　ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図２０に示して説明すると、操向ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１及びリレー１３を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１、リレー１３によりバッテリ１４の電源（電圧Ｖｂ）がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
　【０００４】
　コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２１のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分演算器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
　【０００５】
　モータ駆動回路３７の構成例を図２２に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータ２０に流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ２も１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符号により決定されるモータ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。例えばＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒ１を経て流れ、モータ２０に正方向の電流が流れる。また、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２を経て流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力となっている。また、モータ電流検出回路３８は抵抗Ｒ１の両端における電圧降下に基づいて正方向電流の大きさを検出すると共に、抵抗Ｒ２の両端における電圧降下に基づいて負方向の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
　【０００６】
　【発明が解決しようとする課題】
　上述のような電動パワーステアリング装置の高出力化の要求に伴い、操舵に対する高級感及びレイアウト性を考慮したサイズの小型化が求められるようになって来た。高級感を得るためには、滑らかな操舵感が得られることが必要である。操舵の滑らかさを阻害する要因の中では、モータの持つトルクリップルが支配的であり、従来モータのトルクリップルを低減し、操舵を滑らかにする対策がなされて来た。しかしながら、従来のモータのトルクリップルを低減する技術は、例えばモータを構成するマグネットの中心角を小さくするか、マグネットにスキュー角を付ける等の対策であり、いずれもトルク出力を維持しようとした場合、モータの体型が大きくなり、小型化の要求に沿わなくなって来ている。
　【０００７】
　一方、従来の電動パワーステアリングでは高出力化と小型化の要求に伴い、ブラシレスモータでは残留磁束密度の高い希土類磁石が使用されている。ブラシレスモータにおいても操舵に対する滑らかな操舵感が必要であるため、モータのトルクリップルとコギングトルクの低減が強く要求される。
　【０００８】
　矩形波駆動のブラシレスモータの場合、トルクルップルを低減するために、着磁の磁束密度分布は台形波に近い着磁とスキュー角度の小さいモータが要求される。しかし、かかる要求はモータのコギングトルクの低減に抵触するため、トルクリップルの低減は実際には実現困難である。また、転流位置のズレ（電機子反作用等の要因で、着磁と巻線の相対位置のバラツキ、位置検出精度の影響で）により生じたトルク変化の影響と、転流時の電流変動によるトルク変動等の影響とによる操舵フィーリングの悪化により、高トルク常数のモータの実用性が困難であり、バラツキ、位置検出精度、電流変動等の要求が一層厳しくなる。
　【０００９】
　また、正弦波駆動のブラシレスモータの場合、トルクリップルを低減するためにロータの位置検出器の高分解能化が要求され、モータのトルク常数が高いモータでは電機子反作用の影響を補償するため、計算容量が大きくなると共に、補償データ用のメモリ容量が大きくなるなどの理由により、位置検出器とＣＰＵが高価になってしまう問題がある。
　【００１０】
　本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置のモータの高出力、小型化を実現することができ、着磁と巻線の相対位置のバラツキや位置検出精度の要求を緩和でき、操舵感を向上させ（トルクリップル感の減少）、装置コストの低減を図るようにした電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
　【００１１】
　【課題を解決するための手段】
　本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本発明の上記目的は、操舵時のトルクリップル感を抑制制御し得るように、前記モータ（直流モータ又はブラシレスモータ）
単体
に許容
かつ
　【００１２】
　【発明の実施の形態】
　本発明は、コラム式及びピニオン式電動パワーステアリング装置のブラシ付き直流モータ又はブラシレスモータに適用できることは勿論、ラックアシスト式電動パワーステアリング装置のブラシ付き直流モータ又はブラシレスモータにも適用可能である。
　【００１３】
　先ずブラシ付き直流モータについて説明する。本発明では、図１に示す制御系としている。即ち、ステアリング装置の操舵補助力のためのモータ１００はモータ駆動部１０１で駆動され、モータ駆動部１０１はコントロールユニット１１０で制御され、コントロールユニット１１０には、トルクセンサからのトルクセンサ信号Ｔｒ及び車速検出系からの車速信号ｖｅｌが入力されている。コントロールユニット１１０はトルクセンサ信号Ｔｒを用いて制御を行なうトルク系制御部１２０と、モータ１００の駆動に関連した制御を行なうモータ制御部１３０とで構成されており、トルク系制御部１２０にはアシスト量演算部１２１、微分制御器１２２、ヨーレート収れん性制御部１２３、ロバスト安定化補償部１２４及び加算器１２５が設けられている。また、モータ系制御部１３０には、加算器１３２及び１３４、補償器１３３、外乱推定器１３５、モータ角速度推定部１３６、モータ特性補償部１３７が設けられている。
　【００１４】
　トルクセンサ信号Ｔｒはアシスト量演算部１２１、微分制御器１２２及びヨーレート収れん性制御部１２３に入力され、いずれも車速信号ｖｅｌをパラメータ入力としている。アシスト量演算部１２１はトルクセンサ信号Ｔｒに基づいてアシストトルク量を演算し、トルクセンサ信号Ｔｒ及びモータ角速度推定部１３６からの角速度ωを入力とするヨーレート収れん性制御部１２３は、車両のヨーの収れん性を改善するためにハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっており、微分制御器１２２は、ステアリングの中立付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するようになっている。アシスト量演算部１２１、微分制御器１２２及びヨーレート収れん性制御部１２３の各出力は加算器１２５に入力され、その加算結果がアシスト量としてロバスト安定化補償部１２４に入力されている。ロバスト安定化補償部１２４は特開平８−２９０７７８号公報に示されている補償部であり、ｓをラプラス演算子とする特性式Ｇ（ｓ）＝（ｓ２＋ａ１・ｓ＋ａ２）／（ｓ２＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）を有し、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振系の共振周波数にピーク値を除去し、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するものである。尚、特性式Ｇ（ｓ）のａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、いずれも共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。
　【００１５】
　また、モータ角速度推定部１３６は、モータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流値ｉに基づいてモータ角速度ωを推定するものであり、モータ角速度ωはモータ特性補償部１３７及びヨーレート収れん性制御部１２３に入力される。モータ特性補償部１３７の出力Ｉｃ及びロバスト安定化補償部２４の出力Ｉａは、加算器１３２で加算（Ｉｒ）されて微分補償器等で成る補償器１３３に入力され、補償器１３３で補償された電流指令値は加算器１３４を経てモータ駆動部１０１及び外乱推定器１３５に入力される。外乱推定器１３５は特開平８−３１０４１７号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標値である加算器１３４からの電流指令値とモータ電流値ｉとに基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性との差を演算してフィードバック制御するようになっており、これによりバッテリ電圧、モータの端子間抵抗、モータのトルク定数などの特性定数が変動しても、希望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失うことがないようにしている。
　【００１６】
　モータ（ブラシ付き直流モータ）の発生するトルクリップルは、通常図２に示すように大きな非線型特性を示す。ここで、図２に現れているトルクリップルを大別すると、図３に示すような磁束ムラ（磁気抵抗変動）によるものと、図４に示すような整流の乱れによるものとがある。磁束ムラの場合、特定のコイルに流れる電流とその時に発生するトルクリップルの関係は正弦波状の非線型なものとなっており、制御可能である場合がある。即ち、モータのトルクリップルをトルクセンサで検出できれば、トルク制御で補正が可能となるトルクリップルの範囲が存在する。一方、整流の乱れによる場合は、整流作用自体が一種のスイッチ動作であるため、正確に制御することは困難である。本発明ではこの点に着目し、整流の乱れが原因で発生するトルクリップルを極力減らし、磁束ムラが原因で発生するトルクリップルは制御できるレベル（１０％以内）まで許容し、ヒステリシスが少ない図５の“Ａ”で示すようなトルクセンサ（０．３Ｎ・ｍ以内）を用いてトルクリップルを検出し、制御系でその影響を補正することにより、モータを必要以上に大きくすることなしに、トルクリップルを低減することが可能である。また、磁束ムラによるトルクリップルの場合、３０Ｈｚ以上の周波数になると人には殆ど感じにくくなるため、制御系の周波数帯域を少なくとも２０Ｈｚ以上に設定することにより、滑らかな操舵感を実現できる。
　【００１７】
　トルクリップル発生の要素としては、マグネットの有効角、スキュー精度、ギャップに起因する磁気抵抗変動と、コミュテータ及びマグネットの位置関係に起因する進角のズレと、コミュテータ、ブラシ、精度や材質等に起因する整流の乱れとがあり、整流の乱れは制御系では補正できないので、モータの設計技術でトルクリップルを限りなくゼロに近づける（例えば１％以下）。磁気抵抗変動と進角のズレは、トルクセンサのヒステリシスが０．３Ｎ・ｍ以内ならば制御系で補正が可能であり、トルクリップルは磁気抵抗変動と進角のズレを合わせて１０％以下で問題は生じない。
　【００１８】
　以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
　【００１９】
　ドライバはハンドルを通して、０．３Ｎ・ｍ以上のトルク変動を約３０Ｈｚ以下の周波数まで感じとることができる。本発明では、以下の条件を設定することにより、トルクリップルが発生しないようにすることを目的としている。また、モータを設計する上で、整流により発生するトルクリップルを極力減らすようにする。整流の乱れの問題は主にブラシとコミュテータに関わる設計上の問題であり、例えばコミュテータの表面に酸化皮膜を形成させ、酸化皮膜を破壊することにより微小操舵の際のアーク電流を消費させるような対策を行なう。一方、磁束ムラによって発生するトルクリップルを制御系で補正するとした場合、従来装置の設計の場合に比べてトルク定数（発生トルク／電流）が大きくなる。つまり、マグネットの中心角を広く設定することによりスキュー角を小さくでき、エアギャップを小さくすることにより磁束密度が大きくなり、モータのトルク定数が大きくなる。そこで、従来と同様のトルク定数を発生させようとした場合、モータのロータの長さとマグネット長を短くできる。これに伴い、コイル長も短くなるため、出力をアップできる。つまり、モータを小型化できる上に出力もアップできる。
　【００２０】
　次に、磁束ムラにより発生するトルクリップルを制御する方法について説明する。特定のコイルとトルクリップルの関係は非線型であるが、制御可能とすることが設計上可能である。この場合、電気角に対する転流タイミングを調整し、トルクリップル波形を正弦波状にすることにより達成できる。従って、非線型性が非常に大きくない限り、トルクリップルをトルクセンサ（トルク検出手段）で検出できれば制限可能である。トルクリップルを検出し制御するためには、トルクセンサの検出ヒステリシスを目標とするトルクリップル以下に設定する必要がある。トルクリップルはハンドル軸上で０．４Ｎ・ｍ以上あると、ドライバに滑らかさがないと認識されることが実験より分った。従って、トルクセンサの検出ヒステリシスを０．３Ｎ・ｍ以下にすることが必要である。
　【００２１】
　本発明ではブラシ付き直流モータの整流ノイズを抑えるために、その内部抵抗を０．１５Ω以下に設定する。図６は直流モータ２００を示す縦断面図であり、２０１はブラケット、２０２はフレームであり、ブラケット２０１及びフレーム２０２には前後のボールベアリング２０３，２０４を介して、出力軸２０５が回転自在に支持されている。出力軸２０５には、フレーム２０２側に電機子鉄心と巻線とから成るアーマチュア（回転子）２０６が外嵌・固着されている。また、フレーム２０２の内周面には、アーマチュア２０６を囲繞する状態で、界磁用の永久磁石２０８が固着される一方、ブラケット２０１には、コミュテータ２０７に摺接するブラシ２０９と、ブラシ２０９をコミュテータ２０７に押圧するブラシスプリング２１０が保持されている。２１１はブラシホルダであり、２１２は図示しないコントローラからの電力供給線である。
　【００２２】
　図７にその斜視を示すように、コミュテータ２０７は純銅製の多数個のセグメント２２０を放射状に配置して樹脂モールドしたものであり、各セグメント２２０間には所定幅のスリット２２１が形成されている。ブラシ２０９は、銅とカーボンとを主成分とするいわゆる金属黒鉛質ブラシであり、コミュテータ２０７の外周面に対して直角に押圧されている。また、ブラシスプリング２１０には、ブラシ２０９の摩耗状態に拘らず一定の押圧力Ｆを発生するべく、弦巻バネ等の定張力スプリングが用いられている。ブラシ２０９にはカーボン含有率が４０％のものが用いられる一方、ブラシ２０９のコミュテータ２０７に対する押圧力Ｆが１６０ｇｆに設定されている。コントローラにより直流モータ２００に駆動電流が出力され、アーマチュア２０６の回転に伴ってコミュテータ２０７が左回転すると、図８に示すようにブラシ２０９の摺接端面が図中右方のセグメント２２０ａから離れ、その瞬間にアーク電流２３０がブラシ２０９とセグメント２２０ａとの間に発生する。ところが、本発明では、セグメント２２０の表面に酸化皮膜２３１が形成されているため、アーク電流２３０の大部分はこの酸化皮膜２３１を破壊することにより消費されてしまい、ブラシ２０９とセグメント２２０との間にはアーク引力が殆ど発生しない。これにより、コミュテータ２０７は短いサイクルで交番的に回転しなくなるために電流振動が小さくなり、ミドルステアリングシャフトやアッパステアリングシャフトの振動のほか、減速機内での異音やステアリングホイールの振動も無視し得るレベルに抑えられる。
　【００２３】
　ブラシ２０９のカーボン含有率やブラシ２０９のコミュテータ２０７に対する押圧力Ｆを種々変化させて下記結果を得た。先ずブラシ２０９における電圧降下と電流振動との関係については、図９に示すように電圧降下が０．３Ｖ以上であれば電流振動も振幅が１Ａ程度となり、ステアリングシャフトの振動を引き起こす直流モータ２００のトルク変動が顕著に低下する。次に、０．３Ｖ以上の電圧降下を得るべく、ブラシ２０９のカーボン含有率を５％ずつ増減させたところ、図１０に示すように４０％にしたところでこれを達成できる。尚、セグメント２２０はその表面に酸化皮膜２３１を形成させると摩耗の進行が早くなるため、カーボン含有率を徒に高めることは好ましくない。また、０．３Ｖ以上の電圧降下を得るべく、押圧力Ｆを２０ｇｆずつ増減させたところ、図１１に示すように１６０ｇｆにしたところでこれを達成した。
　【００２４】
　更に、トルクリップルはその性質上モータの回転速度×スロット数の周波数で発生する。そして、５Ｈｚ−３０Ｈｚの周波数でドライバに認識され易いことが実験で分っている。従って、約５Ｈｚ−３０Ｈｚの間で制御ゲインを大きく設定し、トルクリップルを抑圧することが重要である。
　【００２５】
　本発明では、他の性能に影響を及ぼさずに上記周波数帯域の仕様を満足する図１の制御系について説明する。ここでは、ロバスト安定化補償部１２４と位相進み補償器（補償器１３３）で行なう例を示す。説明を容易にするため、アシスト特性を単一ゲインＫとし、コントローラと機械系の
開
　【００２６】
　【数１】
ここで、数１の分母の２次式は、モータ１００の摩擦及び慣性が補償された後の機械系の特性をロバスト安定化補償部１２４で補償した後の特性であり、残る分子と分母の１次の項は位相進み補償である。数１の閉特性は数２となる。数２において、ｃ０，ｃ１，ｃ２は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。
　【００２７】
　【数２】
ここで、ｃ０、ｃ１、ｃ２は（ｓ＋ａ２）×（ｓ２＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）＋（ｓ＋ａ１）ｂ３・Ｋを展開した項である。
　【００２８】
　一方、目標とする閉特性は、５Ｈｚ−３０Ｈｚまでの応答性を得られるように次のように定める。数３において、ｄ０，ｄ１，ｄ２，ｄ３は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。
　【００２９】
　【数３】
数２と数３が一致した場合、目標とする応答特性が得られる。従って、ｃ０、ｃ１、ｃ２が（ｓ＋ｄ０）×（ｓ２＋ｄ１・ｓ＋ｄ２）を展開した項と一致させれば良い。ｄ３は、分子の一致条件で決まるため、条件に合うようにパラメータｄ０，ｄ１，ｄ２を決めれば良い。このようなパラメータｄ０，ｄ１，ｄ２は代数的に下記数４の連立方程式を解けば求まる。
　【００３０】
　【数４】
　　ａ１＝ｄ３
　　ｃ０＝ｄ１＋ｄ０
　　ｃ１＝ｄ２＋ｄ０・ｄ１
　　ｃ３＝ｄ０・ｄ２
実際には、ゲインＫはトルク及び車速の関数で変動するため、ゲインＫの変動を考慮し、上記パラメータ設定を行なわなければならない。上記帯域チューニングは本例が唯一の方法ではなく、Ｈ無限大制御の設計問題として扱っても良く、或いは３次以上の位相進み／遅れ補償を用いても解を得ることはできる。数３で示す帯域特性を持たせることにより、定常ゲインはアシスト特性のゲインで決まるが、特定の帯域幅（本例では５Ｈｚ−３０Ｈｚ）では、アシスト特性ゲインに関わらず外乱トルクを抑圧するため、トルクリップルをこの帯域で補償することができる。
　【００３１】
　次にブラシレスモータの場合について説明する。本例では矩形波駆動で説明するが、正弦波駆動についても同様に適用できる。
　【００３２】
　本発明では図１２に示すように、トルク信号Ｔｒを用いたトルク系制御部とブラシレスモータ電流系制御部とで構成される。モータ角速度検出部２１３はブラシレスモータ２１０のロータ位置検出信号より求められるものであり、例えば特願平１０−２３２０３１号で示されるような装置である。位置検出信号は磁気式、電磁式、光学式等の低い分解能又は高分解能のロータ位置検出器２１２で得られる信号である。例えばホールＩＣ、アブソリュート型レゾルバ、エンコーダ等である。
　【００３３】
　ロバスト安定化補償部２０３は特開平８−２９０７７８号に示されている補償器であり、伝達関数Ｇ（ｓ）＝（ｓ２＋ａ１・ｓ＋ａ２）／（ｓ２＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）を有し、検出トルク系に含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振系の共振周波数にピーク値を除去し、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相のずれを補償するものである。モータ角速度検出部２１３からの角速度ωはヨーレート収れん性制御部２０６及びロストルク／慣性補償部２０７に入力され、各出力が加算器２０５で加算される。
　【００３４】
　ブラシレスモータ２１０が発生するトルクリップルは通常図１３〜図１６に示す４種類に分類される。図１３はコギングトルクを示し、図１４はトルク脈動を示し、図１５はトルク変化を示し、図１６はトルク変動を示している。トルク変化は、矩形波駆動の転流時に転流位置がずれた場合に生じるものである。本発明では、電機子反作用で転流位置のずれによる変化を抑えるために、図１７に示すようにロータの回転角度信号を用いてモータの４つの運転状態と、電機子反作用の影響を示す値により、転流の位置ずれを補償する。その詳細は特願平１１−８８８８号に記述されている。着磁と電機子巻線の相対位置のバラツキ、位置検出信号の精度等の影響によるトルク変化は着磁精度の向上、位置検出精度の向上で抑える。
　【００３５】
　トルク変動は矩形波駆動の転流時に転流電流の変化率が一致しないため、モータの電流の変動が発生し、その電流変動により生じたものである。本発明では、転流時のトルク変動を抑えるために図１８及び図１９に示すように、転流時にＰＷＭデューティを制御することにより転流時の電流変化率を一致させ、電流変動を小さくし、トルク変動を抑える。その方法によって、１個の電流センサで、電流変動によるトルク変動を低減することを実現できる。その詳細は特願平１０−１６０６４１号に記述されている。
　【００３６】
　トルク脈動は主に着磁の形状と、着磁又は巻線のスキューとの度合いによるものであり、トルク脈動とコギングトルクの両立は極めて困難である。特に電動ステアリングの場合、センター付近ではアシスト力が小さいため、コギングトルクが大きくなるとセンター付近の操舵フィーリングが悪化する。コギングトルクは近似正弦波の着磁、スキュー等の処理で低減することができるが、逆にトルク脈動は大きくなる。３相モータの場合、約１２％のトルク脈動が発生する。分割コアの場合はコギングトルクを小さくできるが、トルク脈動を極力低減するため、約１２０度の矩形波着磁が必要である。しかし、このような着磁は実現上困難である。特に５相ブラシレスモータの場合、トルク脈動を５％以下に抑えるため、１４４度の矩形波着磁が必要である。
　【００３７】
　本発明は、上記トルクリップルを極力低減することを基本にするのではなく、トルクリップルの周波数領域を分けて対策することを基本にしている。図１５及び図１６に示すように、トルク変化及びトルク変動には主に高い周波数成分が含まれているため、トルク伝達系にダンピング材を入れることにより高い周波数成分を吸収する。センター付近の操舵フィーリングを向上するため、コギングトルクをハンドル軸換算で０．３Ｎ・ｍ以下に抑える必要がある。図１４に示すように、トルク脈動には主に低い周波数成分が含まれているため、トルクセンサで検出してトルク制御系の制御周波数帯域を上げることにより、低い周波数成分をトルク制御系で抑えるようにする。トルク脈動を１０％以下まで許容する。
　【００３８】
　次に、トルク脈動の制御方法を詳細に説明する。
　【００３９】
　本発明は、トルク脈動（トルクリップル感）を感じないようにすることを目的としている。ドライバはハンドルを通して、ハンドル軸上の０．３Ｎ・ｍ以上のトルク脈動を６０Ｈｚ以下の周波数まで感じとることができる。従って、トルクセンサの検出ヒステリシスを０．３Ｎ・ｍ以下（図５に示すＡ≦０．３Ｎ・ｍ）にすることが必要であり、トルク制御系の周波数帯域を少なくとも２０Ｈｚ以上、１００Ｈｚ以下に設定することが必要である。
　【００４０】
　トルク脈動の発生頻度は、ブラシレスモータの回転速度と１回転の転流数の積に比例し、その発生頻度は５Ｈｚ〜６０Ｈｚの周波数でドライバに認識され易いことが実験で分かっている。従って、約５Ｈｚ〜６０Ｈｚの間で制御ゲインを大きく設定し、外乱トルク（トルク脈動）に対する感度を低減し、トルクリップル感を抑制することが重要である。
　【００４１】
　本発明では図１２に示すように、他の性能に影響を及ぼさずに上記周波数帯域の仕様を満足する制御系を構成している。ここでは、ロバスト安定化補償部２０３と位相（進み／遅れ）補償部２０４で行う例を示している。アシスト特性のゲインをＫとし、コントローラと機械系の開ループ伝達特性は近似的に数５のようになる。ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｂ３は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。
　【００４２】
　【数５】
　　ＧＯＰ（ｓ）＝（ｓ＋ａ１）・ｂ３・Ｋ／｛（ｓ＋ａ２）・（ｓ２＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）｝
ここで、数５の分母の２次式は、ブラシレスモータ２１０の摩擦及び慣性が補償された後の機械系の特性をロバスト安定化補償部２０３で補償した後の特性であり、残る分子と分母の１次の項は位相進み／遅れ補償である。数５の閉ループ伝達特性は下記数６となる。数６において、ｃ０、ｃ１、ｃ２は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。
　【００４３】
　【数６】
　　Ｇｃｌ（ｓ）＝（ｓ＋ａ１）・ｂ３・Ｋ／｛（ｓ＋ａ２）・（ｓ３＋ｃ０・ｓ２＋ｃ１・ｓ＋２）｝
ここで、ｃ０、ｃ１、ｃ２は（ｓ＋ａ１）・（ｓ２＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）＋（ｓ＋ａ１）・ｂ３・Ｋを展開した項である。
　【００４４】
　一方、目標とする閉ループは、５Ｈｚ〜６０Ｈｚまでの応答性、外乱抑制機能を得られるように次の数７で決める。数７において、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｄ３は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。
　【００４５】
　【数７】
　　Ｇｃｌｄ（ｓ）＝（ｓ＋ｄ３）・ｂ３・Ｋ／｛（ｓ＋ｄ０）・（ｓ２＋ｄ１・ｓ＋ｄ２）｝
　数６及び数７が一致した場合、目標とする応答性、外乱抑制機能が得られる。従って、分母の係数ｃ０、ｃ１、ｃ２は（ｓ＋ｄ０）・（ｓ２＋ｄ１・ｓ＋ｄ２）を展開した項と一致させることで決まり、分子の係数ａ１はｄ３と一致することで決まる。実際に、ゲインＫは操舵トルクと車速の関数で変化するため、ゲインＫの変動を考慮し、上記パラメータの設定を行なわなければならない。又、本例は唯一の方法ではなく、Ｈ∞制御の設計問題として扱っても、或いは３次以上の位相進み／遅れ補償を用いても解くことができる。
　【００４６】
　数７で示される周波数帯域を持たせることにより、定常ゲインはアシストの定常ゲインで決まる。特定周波数帯域（本例では５Ｈｚ〜６０Ｈｚ）では、アシスト特性の動態ゲインに拘らず外乱トルクを抑制するため、トルクリップルをこの周波数領域で補償することができる。
　【００４７】
　【発明の効果】
　本発明では、電動パワーステアリング装置の直流モータ又はブラシレスモータのトルクリップルの要因を解析し、各要因に応じた手段を講じることによってトルクリップルを低減するようにしている。また、本発明では、矩形波駆動ブラシレスモータのトルク変化とトルク変動を抑えながら、抑え切れない高周波部分をトルク伝達系のダンピング効果で吸収する。トルク脈動のような低周波成分のものをトルク制御系が制御できるレベルまで許容し、ヒステリシスが少ないトルクセンサを用いてトルクリップルを検出し、制御系でその影響を抑えるようにしている。このため、直流モータ又はブラシレスモータの高出力、小型化を実現でき、コギングトルクを犠牲にしなくても、低コストでトルクリップルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明の構成例を示すブロック図である。
　【図２】
　ブラシ付き直流モータの出力トルク特性の一例を示す図である。
　【図３】
　ブラシ付き直流モータの出力トルク特性に含まれる磁束ムラ（磁気抵抗変動）を示す図である。
　【図４】
　ブラシ付き直流モータの出力トルク特性に含まれる整流ズレを示す図である。
　【図５】
　トルクセンサの特性例を示す図である。
　【図６】
　ブラシ付き直流モータの一例を示す縦断面図である。
　【図７】
　コミュテータとブラシとの摺接部位を示す斜視図である。
　【図８】
　コミュテータとブラシの作用を示す説明図である。
　【図９】
　電圧降下と電流振動との関係を示すグラフである。
　【図１０】
　ブラシのカーボン含有率と電圧降下との関係を示すグラフである。
　【図１１】
　ブラシのコミュテータに対する押圧力Ｆと電圧降下の関係を示すグラフである。
　【図１２】
　本発明の他の実施例を示すブロック図である。
　【図１３】
　コギングトルクの一例を示す波形図である。
　【図１４】
　トルク脈動の一例を示す波形図である。
　【図１５】
　トルク変化の一例を示す波形図である。
　【図１６】
　トルク変動の一例を示す波形図である。
　【図１７】
　転流の位置ずれを補償する回路の一例を示すブロック図である。
　【図１８】
　トルク変動を低減する回路の一例を示すブロック図である。
　【図１９】
　トルク変動を低減する回路の一例を示すブロック図である。
　【図２０】
　電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック構成図である。
　【図２１】
　コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
　【図２２】
　モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
　【符号の説明】
　１　　　　　　　　　　　操向ハンドル
　５　　　　　　　　　　　ピニオンラック機構
　１０　　　　　　　　　　トルクセンサ
　１２　　　　　　　　　　車速センサ
　２０、１００、２００　　モータ
　３０，３０Ａ　　　　　　コントロールユニット
　１２０　　　　　　　　　トルク系制御部
　１２１、２００　　　　　アシスト量演算部
　１２２　　　　　　　　　微分制御器
　１２３、２０６　　　　　収れん制御部
　１２４、２０３　　　　　ロバスト安定化補償部
　１３０　　　　　　　　　モータ制御部
　１３３　　　　　　　　　補償器
　１３５　　　　　　　　　外乱推定器
　１３６、２１３　　　　　モータ角速度推定部
　１３７　　　　　　　　　モータ特性補償部