(57)【要約】【課題】ロータの磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置を提供する。【解決手段】多相電動モータにおいてロータの磁極方向を検出する磁極方向検出装置２００は、ロータの回転軸の先端に取り付けられた被検知用磁石と、磁場の変化に応じて変化する検出信号を出力する磁気検出部２２０と、検出信号に基づきロータの補正前の磁極方向を算出する磁極方向算出部２３０と、電動モータのコイルのそれぞれに流れる電流を検出する電流検出部２４０と、各相の電流の大きさに基づいて回転磁界のベクトルを算出する回転磁界ベクトル算出部２５０と、回転磁界の大きさと方向に基づき方向補正量を算出する方向補正量算出部２６０と、補正前の磁極方向に対して方向補正量Δθを用いて補正する磁極方向補正部２７０と、を備える。【選択図】図１０
2019097257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに設けられた巻線部に巻かれた多相コイルに流れる電流によって発生する回転磁界により回転するロータを有する多相電動モータにおいて前記ロータの磁極方向を検出する磁極方向検出装置であって、
前記ロータの回転軸の先端に取り付けられた被検知用磁石と、
磁場の変化に応じて変化する検出信号を出力する磁気検出部と、
前記磁気検出部が出力する前記検出信号に基づき前記ロータの補正前の磁極方向を算出する磁極方向算出部と、
前記多相コイルのそれぞれに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部が検出した各相の電流の大きさに基づいて前記回転磁界のベクトルを算出する回転磁界ベクトル算出部と、
前記回転磁界ベクトル算出部が算出した前記回転磁界の大きさと方向に基づき方向補正量を算出する方向補正量算出部と、
前記磁極方向算出部が算出した前記補正前の磁極方向に対して前記方向補正量算出部が算出した方向補正量を用いて補正する磁極方向補正部と、
を備える磁極方向検出装置。
【請求項２】
前記磁気検出部は、磁気抵抗素子を用いた第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路を備え、前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路とは磁気の検出方向が９０度異なっていることを特徴とする請求項１に記載の磁極方向検出装置。
【請求項３】
前記回転磁界ベクトル算出部は、回転磁界ベクトルの方向として、少なくとも１つの相のコイルに流れる電流の位相を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁極方向検出装置。
【請求項４】
前記磁極方向補正部は、前記回転磁界の方向と補正量を対応付けたデータと、前記回転磁界の大きさに応じた補正ゲインとを乗じることによって、前記方向補正量を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁極方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁極方向検出装置に関し、特に多相電動モータのロータの磁極方向を検出する磁極方向検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両のステアリングの操舵補助等を行うために使用される多相電動モータにおいて、ロータの回転軸の回転角度を検出する技術が知られている。例えば、特許文献１は、検出精度を低下させることなく、構造をより簡素化することができるモータの回転角度検出装置を開示する。この回転角度検出装置は、モータの回転軸端部に設けられたマグネット、磁気抵抗センサ、及び回転角度演算部を有し、回転角度を検出する。この回転角度検出装置は、その回転角度に基づいて、回転速度及び回転加速度を算出し、回転速度及び回転加速度に応じて、速度補正値及び加速度補正値を算出する。速度補正値及び加速度補正値により、検出回転角度が補正され、補正回転角度が算出される。
【０００３】
また、特許文献２は、製造コストを抑制する磁気検出装置を開示する。この回転角検出装置は、検出対象の変位に応じた磁場の変化を検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部と、複数の磁気検出部が電気的に接続され、複数の磁気検出部のそれぞれとの接続を周期的に切り替える切替部と、切替部を介して入力した複数の磁気検出部ごとの位相が異なる検出信号を差動増幅するオペアンプとを備えて構成されている。磁気検出部は、車両のステアリングなどの回転する部材に永久磁石を取り付けて、４つの磁気抵抗素子が９０度で配置された２組の磁気抵抗センサを用いて角度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５０９３１号公報
【特許文献２】特開２０１６−０５０８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、発明者らは、従来技術のように磁気抵抗素子を有する磁気センサを用いて多相電動モータの回転軸の先端に設けた永久磁石の磁場の変化を利用して回転軸の回転角度を検出する場合、多相電動モータにおいて検出精度を高めようとしても、限界があることが分かってきた。発明者らは、検出精度を向上させることを目的として鋭意検討した結果、多相電動モータのステータに巻かれているコイルに流れる電流によって生じる磁界の影響を受ける結果、検出誤差が生じることを見出した。
そこで、本発明は、多相電動モータのロータを駆動するための多相コイルに流れる電流よって生じる磁界の影響を低減するためにロータの磁極方向の方向補正量を算出して補正することにより、ロータの磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、ステータに設けられた巻線部に巻かれた多相コイルに流れる電流によって発生する回転磁界により回転するロータを有する多相電動モータにおいてロータの磁極方向を検出する磁極方向検出装置であって、ロータの回転軸の先端に取り付けられた被検知用磁石と、磁場の変化に応じて変化する検出信号を出力する磁気検出部と、磁気検出部が出力する検出信号に基づきロータの補正前の磁極方向を算出する磁極方向算出部と、多相コイルのそれぞれに流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部が検出した各相の電流の大きさに基づいて回転磁界のベクトルを算出する回転磁界ベクトル算出部と、回転磁界ベクトル算出部が算出した回転磁界の大きさと方向に基づき方向補正量を算出する方向補正量算出部と、磁極方向算出部が算出した補正前の磁極方向に対して方向補正量算出部が算出した方向補正量を用いて補正する磁極方向補正部と、を備える磁極方向検出装置が提供される。
これによれば、多相コイルに各相に流れる電流の合成電流の大きさと方向に基づき方向補正量を算出し、ロータの磁極方向を補正することで、ロータの磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置を提供することができる。
【０００７】
さらに、磁気検出部は、磁気抵抗素子を用いた第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路を備え、第１ブリッジ回路と第２ブリッジ回路とは磁気の検出方向が９０度異なっているが提供される。
これによれば、磁気検出部は、互いに９０度位相の異なるＳｉｎ波形とＣｏｓ波形を出力できる。
【０００８】
さらに、回転磁界ベクトル算出部は、回転磁界ベクトルの方向として、少なくとも１つの相のコイルに流れる電流の位相を用いるが提供される。
これによれば、いずれか１相に印加される正弦波の位相を検出すれば、他の相の位相も分かり、その位相における電流が分かるので、回転磁界の方向と対応付けすることができる。
【０００９】
さらに、磁極方向補正部は、回転磁界の方向と補正量を対応付けたデータと、回転磁界の大きさに応じた補正ゲインとを乗じることによって、方向補正量を算出するが提供される。
これによれば、より正確なロータの磁極方向を検出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多相電動モータにおけるロータの磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された多相電動モータ制御装置のブロック図。
【図２】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された３相電動モータの、回転軸方向断面における断面模式図。
【図３】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置における磁気検出部を説明する説明図。
【図４】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された３相電動モータの回転軸垂直断面における、被検知用磁石から発生する磁界と磁気検出部の関係の変化を示す説明図。
【図５】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置における磁気検出部等を示すブロック図。
【図６】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置における磁気検出部の出力電圧波形を示す説明図。
【図７】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された３相電動モータの回転軸垂直断面における、（Ａ）コイルから発生する磁界と磁気検出部の関係を示す説明図、（Ｂ）各コイルから発生する磁界の合成磁界ベクトルを示す説明図。
【図８】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置が適用された３相電動モータの回転軸方向断面における、コイルから発生する磁界と被検知用磁石から発生する磁界が重畳することを示す説明図。
【図９】コイル電流に起因する検出角度誤差が発生するメカニズムを説明する説明図。（Ａ）被検知用磁石の磁界のグラフ、（Ｂ）コイル電流により生ずる磁界のグラフ、（Ｃ）合成された磁界のグラフ。
【図１０】本発明に係る第一実施例の磁極方向検出装置の制御ブロック図。
【図１１】本発明に係る第一実施例において、外部装置を用いて補正テーブルを作成する手順を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第一実施例＞
図１を参照し、本実施例における磁極方向検出装置２００が適用された３相電動モータＭおよび多相電動モータ制御装置１００を説明する。多相電動モータ制御装置１００は、車両の電動パワーステアリング装置（図示せず）などに用いられる３相ブラシレスモータであり、ステアリング操作に補助力を付与する３相電動モータＭを駆動および制御する。多相電動モータ制御装置１００は、３相電動モータＭの各相Ｕ／Ｖ／Ｗに対応した相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗを並列に接続して構成されるブリッジ回路１０と、ブリッジ回路１０の各相にＰＷＭ信号（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を出力するＰＷＭ制御部２０と、本装置全体を制御する制御部３０と、を備える。なお、３相電動モータＭは、磁気検出部２２０などを含み、検出した磁極方向に関する信号を出力する。磁気検出部２２０などについては後述する。
【００１３】
ブリッジ回路１０は、電源ラインＬｈを経由してバッテリＢＡＴの正極側に接続され、グランドラインＬｌを経由してバッテリＢＡＴの負極側に接続（接地）される。ブリッジ回路１０の各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗは、電源ラインＬｈ側に設けられる高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈと、グランドラインＬｌ側に設けられる低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌと、最もグランドラインＬｌ側に設けられる電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗと、を直列に有する。本実施例では、高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌは、ＭＯＳＦＥＴすなわち金属酸化膜半導体電界効果トランジスタが用いられる。
【００１４】
高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈは、ドレインが電源ラインＬｈに接続されている。また、高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈのソースは、低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌのドレインに接続されている。低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌのソースは、電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗを介して、グランドラインＬｌに接続されている。高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌは、ＰＷＭ制御部２０で生成されたＰＷＭ信号がゲートに入力され、ソース−ドレイン間がオン／オフされる。
【００１５】
電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗは、電流検出用の抵抗器（シャント抵抗）であり、低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌより低電位側（グランド側）に設けられ、ブリッジ回路１０から３相電動モータＭの各相Ｕ／Ｖ／Ｗに供給される電流を、後述する方法で検出する。通常、電動パワーステアリング装置の３相電動モータＭは、インバータを用いてＰＷＭ制御することによって生成した疑似的な正弦波を通電させることにより駆動電力を供給される。その際、各相Ｕ／Ｖ／Ｗの電流値のフィードバックが必要となるため、電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗは、各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗに各相の電流検出を行なうために設けられている。
【００１６】
高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈと低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌの接続点は、それぞれ、３相電動モータＭの相Ｕ／Ｖ／Ｗに接続されている。また、低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌと電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗの接続点は、それぞれ、相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗを出力する電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗに接続されている。各相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗに流れる相電流によって電流検出器Ｒｕ／Ｒｖ／Ｒｗにおいて電流値に比例する電圧降下を生じる。この電圧降下の値はアナログ値であるが、これを相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗに変換し、デジタル値として出力する。
【００１７】
制御部３０は、電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗが出力した相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗと、他のセンサやＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、図示せず）から得られるステアリングの操舵トルク値、３相電動モータＭの回転角（電気角）、車速を入力として受け取る。また、制御部３０は、さらに、３相電動モータＭの磁気検出部２２０が検出した磁極方向に関する信号を入力として受け取る。制御部３０は、その車速の時の運転者がステアリングに与える操舵トルク値や、後述する磁極方向検出装置２００により補正された３相電動モータＭの回転角、および電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗが検出した相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗに基づき、３相電動モータＭがステアリングに付与すべき目標値としての補助力に対応した相毎の指令電圧Ｖｕ／Ｖｖ／Ｖｗを制御信号として算出し、ＰＷＭ制御部２０に出力する。なお、制御部３０は、ＣＰＵとメモリを備えるマイクロコンピュータにより構成される。
【００１８】
ＰＷＭ制御部２０は、制御部３０が出力した各相の指令電圧Ｖｕ／Ｖｖ／Ｖｗに基づいてデューティ指示値Ｄｕ／Ｄｖ／Ｄｗを生成する。そして、ＰＷＭ制御部２０は、このデューティ指示値Ｄｕ／Ｄｖ／Ｄｗに基づいて、３相電動モータＭを回転駆動させるＰＷＭ信号を生成し、高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌに出力する。このＰＷＭ信号は、それぞれ、高電位側スイッチング素子Ｑｕｈ／Ｑｖｈ／Ｑｗｈおよび低電位側スイッチング素子Ｑｕｌ／Ｑｖｌ／Ｑｗｌのゲートに入力されて、ブリッジ回路１０は、直流電源としてのバッテリＢＡＴの電力をＰＷＭ制御によって変換し、３相電動モータＭへ供給する。
【００１９】
また、制御部３０は、電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗに対して、電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗが電流を計測するタイミングを指示するためのサンプリング信号Ｓｕ／Ｓｖ／Ｓｗを出力する。如何なるタイミングで電流を計測するのかは後述する。電流検出部２４０ｕ／２４０ｖ／２４０ｗは、このサンプリング信号Ｓｕ／Ｓｖ／Ｓｗに基づいて各相の電流を計測し、相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗを制御部３０にフィードバックする。
【００２０】
また、制御部３０には、後述する磁極方向検出装置２００の一部２００ａを含んでいる。なお、磁極方向検出装置２００の一部２００ａとは、後述する磁極方向算出部２３０、回転磁界ベクトル算出部２５０、方向補正量算出部２６０、磁極方向補正部２７０である。制御部３０は、３相電動モータＭの磁気検出部２２０が検出した磁極方向に関する信号を入力として受け取り、磁極方向検出装置２００の一部２００ａに渡す。本実施例では、電流値推定部４０や磁極方向検出装置２００は、マイクロコンピュータの制御部３０の一部として図示するがこれに限定されず、異なるマイクロコンピュータ内に設けられてもよい。
【００２１】
図２を参照し、３相電動モータＭを説明する。３相電動モータＭは、回転軸Ｍ４と、回転軸Ｍ４に固定された磁性を帯びたロータＭ３と、ロータＭ３に対向する位置に設けられステータＭ１に設けられているティースＭ６（巻線部）に巻かれた多相コイルＭ２と、多相コイルＭ２を内壁に有するケースＭ５と、回転軸Ｍ４の先端に取り付けられた１対の磁極を有する被検知用磁石２１０と、磁気抵抗素子２２３を含む磁気検出部２２０と、様々な回路を含む基板９０と、電源とトルク信号などを接続するためのコネクタ９１とを備える。多相コイルＭ２は、Ｕ相に対応するＵ相コイルＭ２Ｕと、Ｖ相に対応するＶ相コイルＭ２Ｖと、Ｗ相に対応するＷ相コイルＭ２Ｗとを有し、３相を有する。また、ロータＭ３は、３極対（６極）の磁極が形成されている。これらの構成要素は、公知の要素であってよい。磁気検出部２２０は、被検知用磁石２１０に対応する位置に適宜の距離を隔てて、基板９０に設けられている。なお、基板９０は、モータＭを制御するための制御部３０、電流検出部２４０、ＰＷＭ制御部２０、ブリッジ回路１０などの回路を含む。
【００２２】
図３および図４を参照し、磁気検出部２２０と被検知用磁石２１０について説明する。被検知用磁石２１０は、円柱形を有し、半円柱の一方がＮ極、他方がＳ極となるように着磁されている。したがって、被検知用磁石２１０は、Ｎ極から出て、Ｓ極に入る磁場（一点鎖線）を形成し、磁極方向は、点線矢印の如く磁石の内部でＳ極からＮ極の方向である。磁気検出部２２０は、被検知用磁石２１０が形成する磁場に適宜の強さで含まれる位置に設けられる。
【００２３】
磁気検出部２２０は基板９０に固定され、被検知用磁石２１０は回転軸Ｍ４の先端に固定されているので、３相電動モータＭが稼働し回転軸Ｍ４が回転すると、被検知用磁石２１０の磁場（点線）は磁気検出部２２０に対して回転し、磁束の密度や方向において変化を生じさせる。そうすると、磁気検出部２２０の磁気抵抗素子２２３は、磁束が横切ることで磁界の変化を検知する。なお、本図に示す磁場／磁界は、一部を模式的に示したものである。
【００２４】
図５に示すように、磁気検出部２２０は、２つの磁気検出ユニット、すなわち、それぞれ４つの磁気抵抗素子２２３から構成される第１ブリッジ回路２２１と第２ブリッジ回路２２２を備える。磁気抵抗素子２２３は、磁場が作用していない場合には、同じ抵抗値を示すものである。磁気抵抗素子２２３は、磁界の変化に応じて電気抵抗が変化するので、コネクタ９１と電源供給部９２を介して直流電源ＢＡＴから電力の供給を受け、磁界の変化があるとそれに応じて電圧を変化させて出力する。第１ブリッジ回路２２１と第２ブリッジ回路２２２は、磁気抵抗素子２２３がたとえばＭＲセンサとした場合には、磁化固着層の磁化方向は高電位側の磁気抵抗素子２２３と低電位側の磁気抵抗素子２２３とは反対方向であり、さらに右側のブリッジと左側のブリッジにおいて対応する磁気抵抗素子は反対方向となるように構成されている。なお、本図内の矢印の向きは、磁気抵抗素子２２３の着磁方向を示す。
【００２５】
第１ブリッジ回路２２１と第２ブリッジ回路２２２のＭＲセンサの磁化方向は全体として９０度ずれるように配置されている。すなわち、第１ブリッジ回路２２１と第２ブリッジ回路２２２とは磁気の検出方向が９０度異なっている。磁気抵抗素子２２３は、被検知用磁石２１０の回転により磁界の強さに応じて電気抵抗が変化するので、第１ブリッジ回路２２１が出力する電圧の波形と第２ブリッジ回路２２２が出力する電圧の波形は、図６に示すように、互いに９０度位相の異なるＳｉｎ波形とＣｏｓ波形となる。したがって、磁気検出部２２０は、第１ブリッジ回路２２１が出力するＳｉｎ波形のＳｉｎ信号と、第２ブリッジ回路２２２が出力するＣｏｓ波形のＣｏｓ信号を出力する。なお、第１ブリッジ回路２２１が出力する電圧の波形と第２ブリッジ回路２２２が出力する電圧は、それぞれにおける２つの磁気抵抗素子２２３の中点電位の電圧である。信号処理部９３は、この出力電圧に係る電気信号を入力されて処理し、磁極方向に関して検出した信号を制御部３０へ出力する。
【００２６】
図７を参照し、多相コイルＭ２から発生する磁界と磁気検出部２２０の関係を説明する。多相コイルＭ２は、互いに１２０度磁界の方向（点線矢印）が異なるようにケースＭ５の内側に固定されて設けられている。なお、本図に示す多相コイルは、各相のコイル（Ｕ相コイルＭ２Ｕ、Ｖ相コイルＭ２Ｖ、Ｗ相コイルＭ２Ｗ）に流れる電流と磁界との対応を簡便に説明するため模式的に簡略化して各相のコイルを一つずつ表したものであり、本実施例に係る多相コイルＭ２を示すものではない。磁界の方向は、各相コイルＭ２Ｕ／Ｍ２Ｖ／Ｍ２Ｗのコイル面に垂直になる。それぞれの磁界の方向は、３相電動モータＭの回転中心で交わる。回転中心には、磁気検出部２２０が配置されているので、磁気検出部２２０は、本図の場合これらの互いに１２０度方向が異なる磁界を検出することになるが、実際の場合は、制御部３０はコイルが巻かれるティースの位置や向き、すなわち各コイルによって生じる磁界の向きを知っている。
【００２７】
また、各相コイルのＭ２Ｕ／Ｍ２Ｖ／Ｍ２Ｗが発生させる磁界の強さは、各相コイルのＭ２Ｕ／Ｍ２Ｖ／Ｍ２Ｗに流れる電流の大きさと比例関係にある。この電流の大きさは、上述したように、制御部３０からの指令電圧によって定まるものであり、それにより各相コイルＭ２Ｕ／Ｍ２Ｖ／Ｍ２Ｗが発生させる磁界の強さも時々刻々と変化するが、制御部３０は、各相のコイルに流れる電流値を制御することによって回転磁界の大きさも知ることができる。これにより、制御部３０は、回転磁界のベクトル（向きと大きさ）を計算することができる。磁気検出部２２０は、このようにして生じた磁場の変化に応じて変化する検出信号を出力する。模式的に簡略化した本図（Ｂ）に示せば、磁気検出部２２０は、各相コイルのＭ２Ｕ／Ｍ２Ｖ／Ｍ２Ｗが発生させる磁界が合成された磁場の変化を検出する。なお、本図（Ｂ）は、簡略化のためＶ相コイルＭ２Ｖに磁界が発生していない状態を示している。
【００２８】
図８が示すように、３相電動モータＭでは、上述したような、回転する被検知用磁石２１０の磁界（一点鎖線）と、回転する各相コイルが発生させる磁界（点線）の合成磁界とが重畳を起こす。この重畳により、以下に述べるように、磁気検出部２２０は、図９に示すような回転軸Ｍ４／ロータＭ３の回転角度の検出誤差、換言すれば、ロータＭ３および被検知用磁石２１０の磁極方向の検出誤差が生ずる。本図（Ａ）は、磁気検出部２２０が検出する被検知用磁石２１０の回転に伴う磁界強度の変化のみを示す。なお、縦軸は磁場強度（ｍＴ）、横軸は印加磁場角度（ｄｅｇ）である。被検知用磁石２１０の回転に伴う磁界強度変化を互いに９０度の位相ずれを有する磁界方向に平行な成分と垂直な成分に分けると、磁界強度の各成分の変化は、ほぼ正確な正弦波形状を示す。
【００２９】
また、本図（Ｂ）は、磁気検出部２２０が検出する多相コイルＭ２に流れる電流により生ずる磁界強度の変化のみを示す。本実施例においては、ロータＭ３にはＮ−Ｓの極の対が３極対（６極）の磁極が形成されているため、ロータを１回転（３６０度）させるためには回転磁界が３回転する。したがって、ロータＭ３の回転周期に比べて、回転磁界による磁界変化の周期は１／３になる。一方、被検知用磁石２１０はＮ−Ｓが１極対（２極）であるので、被検知用磁石２１０の回転による磁界強度の変化の周期はロータの周期と同じである。なお、縦軸は磁場強度（ｍＴ）、横軸は回転磁界の方向である印加磁場角度（ｄｅｇ）であるが、この縦軸の尺度は、本図（Ａ）の最大値が２０ｍＴであるのに対して、本図（Ｂ）の最大値が２ｍＴなので、被検知用磁石２１０の回転に伴う磁界強度の１／１０の尺度で表されている。印加磁場角度は、各相コイルに流れている電流を電流検出部２４０で測定し、その電流値に基づいて各相コイルで発生している磁界のベクトルを求め、合成することによって求めることができる。本実施例においては、回転磁界が３回転することによって回転軸Ｍ４が１回転（＝３６０度）するので、回転磁界が３６０度回転すると回転軸Ｍ４の機械角度が１２０度回転することになる。
【００３０】
実際に磁気検出部２２０が検出する磁界は、被検知用磁石２１０の回転に伴う磁界と多相コイルＭ２に流れる電流により生ずる磁界の合成された磁界である。本図（Ｃ）は、この２つが合成された磁界を示す。本図（Ｃ）に示すように、合成された磁界は、正弦波形状から歪んだ形状となる。
【００３１】
本発明に係る磁極方向検出装置２００は、後述するようにこの角度誤差を補正し、多相電動モータＭにおけるロータＭ３の磁極方向を精度高く検出する。図１０を参照し、磁極方向検出装置２００を説明する。磁極方向検出装置２００は、多相電動モータＭにおいてロータＭ３の磁極方向を検出する。磁極方向検出装置２００は、上述した被検知用磁石２１０と、上述したように、回転する被検知用磁石２１０が発生させる磁場の変化を検出し、位相が異なる検出信号を出力する磁気検出部２２０と、多相コイルＭ２Ｕ／Ｍ２Ｖ／Ｍ２Ｗのそれぞれに流れる電流を検出する電流検出部２４０Ｕ／２４０Ｖ／２４０Ｗと、を備える。
【００３２】
さらに、磁極方向検出装置２００は、磁気検出部２２０が出力する検出信号に基づきロータＭ３の補正前の磁極方向を算出する磁極方向算出部２３０と、電流検出部２４０Ｕ／２４０Ｖ／２４０Ｗが検出した各相の電流の大きさを用いて回転磁界の方向と大きさを算出する回転磁界ベクトル算出部２５０と、回転磁界ベクトル算出部２５０が算出した回転磁界の大きさと方向に基づき方向補正量を算出する方向補正量算出部２６０と、磁極方向算出部２３０が算出した補正前の磁極方向に対して方向補正量算出部２６０が算出した方向補正量を用いて補正する磁極方向補正部２７０と、を制御部３０内に備える。
【００３３】
磁極方向算出部２３０は、磁気検出部２２０が出力したＳｉｎ信号（Ｓｉｎθ）とＣｏｓ信号（Ｃｏｓθ）から、逆正接関数（ａｒｃｔａｎ）を計算することにより、磁極方向θを算出するように構成されている。なお、磁極方向θは、回転磁界による誤差を含んではいるが、３相電動モータＭのロータＭ３の回転角度θに対応するものである。
【００３４】
回転磁界ベクトル算出部２５０は、上述したように、電流検出部２４０Ｕ／２４０Ｖ／２４０Ｗが検出した相回路Ｃｕ／Ｃｖ／Ｃｗの相電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗに基づき、各相コイルで発生している磁界のベクトルを求め、合成することによって回転磁界ベクトルを求めることができる。なお、各コイルに流れる電流値と発生する磁界の大きさは比例関係にあるので、電流値を計測することによって磁界の大きさを計算できる。各相のコイルが巻かれているティースＭ６の向きは用いるモータに応じて既知であり、各相のコイルに流れる電流により発生する磁界の方向はティースＭ６の向きと同じであるとみなせる。
【００３５】
方向補正量算出部２６０は、後述する電流ベクトルの大きさに対応する補正ゲインテーブルと、電流ベクトルの方向に対応する補正プロファイルテーブルを有する。補正ゲインテーブルは、電流ベクトルの大きさが大きくなるほど、補正ゲインが増加するように設定されている。また、補正プロファイルテーブルは、電流ベクトルの方向の角度に応じて補正すべき量の補正プロファイルが設定されている。方向補正量算出部２６０は、電流ベクトルの大きさに対する補正ゲインと電流ベクトルの方向に対する補正プロファイルを乗算することで、磁極方向の方向補正量Δθを算出する。
【００３６】
「補正前磁極方向−機械角＝Δθ」として補正テーブルを作成した場合には、真値（機械角）を求めるには、磁極方向補正部２７０は、磁極方向算出部２３０が算出した補正前の磁極方向θに対して、方向補正量算出部２６０が算出した磁極方向の方向補正量Δθを減算することにより補正する。逆に、「機械角−補正前磁極方向＝Δθ」として補正テーブルを作成した場合には、真値（機械角）を求めるには、磁極方向補正部２７０は、磁極方向算出部２３０が算出した補正前の磁極方向θに対して、方向補正量算出部２６０が算出した磁極方向の方向補正量Δθを加算することにより補正する。このように、磁極方向検出装置２００は、磁気検出部２２０が検出した磁極方向θを、電流検出部２４０が検出した電流から求められる電流ベクトルにより算出される磁極方向θの方向補正量Δθにより補正することで、より精度の高い磁極方向を取得することができる。
【００３７】
図１１を参照し、外部装置を用いて補正テーブルを作成する手順を説明する。外部装置によって作成された補正テーブルを磁極方向検出装置２００に記憶させておくことによって、磁極方向検出装置２００は方向補正量Δθを求めて補正が可能になる。モータＭには、ロータＭ３（または回転軸Ｍ４）の物理的な回転角度（機械角）を正確に測定するために、回転軸Ｍ４に機械角を検出するためのセンサであるエンコーダＭ７を設置してもよい。エンコーダＭ７が検出する角度を機械角として真値とする。
【００３８】
モータＭが駆動されると、モータＭの駆動を制御する制御部３０は、電流検出部２４０からの各相コイルに流れる電流の電流値Ｉｕ／Ｉｖ／Ｉｗを出力すると共に、磁気検出部２２０は、Ｓｉｎ信号とＣｏｓ信号を出力する。外部装置では、エンコーダＭ７からの機械角、電流検出部２４０からの各相コイルの電流値、および磁気検出部２２０からのＳｉｎ信号とＣｏｓ信号を間欠的に時刻Ｔ０、Ｔ１、・・・、Ｔｎ（ｎは自然数を示す）にサンプリングする。外部装置は、磁気検出部２２０からのＳｉｎ信号とＣｏｓ信号に基づいて、逆正接関数（ａｒｃｔａｎ）を計算することにより、対応するロータＭ３の回転角度θに対応する磁極方向θを算出する。
【００３９】
この段階の磁極方向θを、推定回転角度（補正前磁極方向）と呼ぶことにすると、この推定回転角度には、磁気検出部２２０は重畳した磁場を検出することになるので、磁極方向には回転磁界による誤差が含まれている。方向補正量算出部２６０は、以下のように作成される補正テーブルとしての補正プロファイルと補正ゲインを用いることにより、この誤差を取り除くことが可能となる。
【００４０】
外部装置は、同じ時刻にサンプリングした機械角、推定回転角度、各相コイルの電流値を対応付けし、同じ時刻Ｔｘにサンプリングした機械角と推定回転角度との差異（角度誤差）を算出し、時刻Ｔ０から時刻Ｔｎまでのそれぞれの角度誤差を求める。さらに、外部装置は、時刻Ｔ０から時刻Ｔｎまでの各相コイルの電流値によって作られる電流の合成ベクトル（電流の角度と大きさを示すものであり、本明細書ではこの合成ベクトルを電流ベクトルと称する）を計算する。
【００４１】
各相コイルが巻かれているティースＭ６の方向が既知であるので、各相コイルに流れる電流によって生じる磁界の方向も既知である。さらに、ティースＭ６の透磁率なども既知であるので、各相に流れる電流値が分かれば各相コイルに生じる磁界の方向と大きさは計算できる。よって、各相コイルによって生じる磁界を合成することにより回転磁界ベクトルが計算することができる。各相コイルに流れる電流の向きをティースの向きとし、電流に比例した長さを用いたベクトルで表現するようにすれば、各相コイルの電流のベクトルを合成したものは回転磁界ベクトルと相似関係となる。上述したような電流ベクトルは、回転磁界ベクトルと相似関係となるので、本発明では回転磁界ベクトルの代わりに電流ベクトルと表現することもある。
【００４２】
そして、外部装置は、同じ時刻における角度誤差と電流ベクトルの角度の対応付けを行う。たとえば、横軸に電流ベクトルの角度（方向）、縦軸に角度誤差として同じ時刻における各値をプロットすると、これによって、電流ベクトルの大きさがある値の場合の補正プロファイルを作成することができる。別の測定においては、モータＭを駆動する電流の大きさを変更して同様に補正プロファイルを作成すると、電流ベクトルの大きさを意図的に変えた補正プロファイルが複数作成することができる。磁極方向検出装置２００は、角度を計算するタイミングにおいて算出された電流ベクトルの大きさに対応した補正プロファイルを選択し、算出された電流ベクトルの角度（方向）が一致する横軸の点における角度誤差を選択する。磁極方向検出装置２００は、この角度誤差を用いて推定回転角度を補正する。このように、複数の補正プロファイルを用いることによって、制御部３０がモータＭを駆動している時に、磁極方向検出装置２００は磁気検出部２２０からのＳｉｎ信号とＣｏｓ信号に基づいて計算される推定回転角度を補正することが可能となる。
【００４３】
また、電流ベクトルの大きさと角度誤差が概ね比例するとすると、磁極方向検出装置２００は、１つの補正プロファイルと後述する補正ゲインを用いて推定回転角度を補正することができる。外部装置は、ある電流ベクトルの大きさを基準とした補正プロファイルを作成し、次に補正ゲインのテーブルを作成する。補正ゲインのテーブルにおいては、横軸を電流ベクトルの大きさとし、縦軸は、上記の基準とした電流ベクトルの大きさと各電流ベクトルの大きさの比であるゲインとする。たとえば、基準とした電流ベクトルの大きさの１．２倍の大きさの電流ベクトルの補正ゲインは１．２となる。
【００４４】
方向補正量算出部２６０は、角度を補正する場合、その時のモータＭを駆動している実測される各相コイルに流れる電流値から求められる電流ベクトルの大きさに対応する補正ゲインを補正ゲインのテーブルから選択する。また、その時の電流ベクトルの角度（方向）に対応している補正プロファイル上の角度誤差の値を選択する。選択された補正ゲインと選択された角度誤差とを乗じることによって、補正に用いるべき角度誤差の大きさである方向補正量Δθを算出する。この方向補正量Δθに基づいて、磁極方向補正部２７０は、磁極方向算出部２３０が算出した補正前の磁極方向を補正する。このように、多相コイルに各相に流れる電流の合成電流の大きさと方向（電流ベクトル）に基づき方向補正量Δθを算出し、ロータＭ３の磁極方向θを補正することで、ロータＭ３（あるいは回転軸Ｍ４）の磁極方向の検出精度を向上させた磁極方向検出装置２００を提供することができる。
【００４５】
このように、磁極方向補正部２７０は、回転磁界の方向と補正量を対応付けたデータ（角度誤差）と、回転磁界の大きさに応じた補正ゲインとを乗じることによって、方向補正量Δθを算出してもよい。これによれば、より正確なロータＭ３（あるいは回転軸Ｍ４）の磁極方向を検出することができる。
【００４６】
また、回転磁界ベクトル算出部２５０は、回転磁界ベクトルの方向として、少なくとも１つの相のコイルに流れる電流の位相を用いてもよい。本実施例のように３相コイルの場合には、各コイルには流れる電流は位相が１２０度ずれた正弦波形に沿って変化する。つまり、回転磁界は位相に応じて変化しているとみなすことができる。そうすると、いずれか１相に印加される正弦波の位相を検出すれば、他の相の位相も分かり、その位相における電流が分かるので、回転磁界の方向と対応付けすることができる。
【００４７】
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１００    多相電動モータ制御装置
１０      ブリッジ回路
２０      ＰＷＭ制御部
３０      制御部
４０      電流値推定部
９０      基板
９１      コネクタ
９２      電源供給部
９３      信号処理部
２００    磁極方向検出装置
２１０    被検知用磁石
２２０    磁気検出部
２２１    第１ブリッジ回路（Ｓｉｎ波形）
２２２    第２ブリッジ回路（Ｃｏｓ波形）
２２３    磁気抵抗素子
２３０    磁極方向算出部
２４０    電流検出部
２５０    回転磁界ベクトル算出部
２６０    方向補正量算出部
２７０    磁極方向補正部
Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗ        相回路
Ｑｕｈ、Ｑｖｈ、Ｑｗｈ  高電位側スイッチング素子
Ｑｕｌ、Ｑｖｌ、Ｑｗｌ  低電位側スイッチング素子
Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ        電流検出器
Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ        指令電圧
Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ        相電流値
ＢＡＴ  バッテリ（直流電源）
Ｌｈ      電源ライン
Ｌｌ      グランドライン
Ｍ        ３相電動モータ
Ｍ１      ステータ
Ｍ２      多相コイル
Ｍ２Ｕ    Ｕ相コイル
Ｍ２Ｖ    Ｖ相コイル
Ｍ２Ｗ    Ｗ相コイル
Ｍ３      ロータ
Ｍ４      回転軸
Ｍ５      ケース
Ｍ６      ティース（巻線部）
Ｍ７      エンコーダ
【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】
2019097257.tif 000010
【図９】
2019097257.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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