(57)【要約】【課題】正逆転が多く加速度変化の大きいブラシレスモータにおいて、レゾルバ等を使用することなくトルクリップルの低減を図る。【解決手段】第１及び第２のセンサ群によって複数個の通電ステージを形成すると共に、各ステージ毎にトルク定数を予め設定し、各ステージ毎に目標電流値を算出してモータの駆動制御を行う。コントローラ１１では、モータ１の目標トルクを定めたトルク指令が入力されると、各相、各ステージ毎にトルク定数がテーブル状に設定されたトルク定数マップに従って各ステージ毎の目標電流値が算出される。モータ１のロータ角度はホールセンサ１０によって検出され、現在のステージが算出される。現在のステージに基づき、目標トルクに応じた目標電流値が各ステージ毎にセットされ、この目標電流値に基づいてモータ１はドライバによりＰＩＤ制御される。【選択図】　　　図４
2004015925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の電機子コイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータと、複数の磁気検出素子からなる第１のセンサ群と、前記第１のセンサ群の前記磁気検出素子と所定の間隔をあけて配置された磁気検出素子を少なくとも１個備える第２のセンサ群とを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、
前記第１のセンサ群と前記第２のセンサ群によって、前記ロータの回転位置に対応して複数個の通電ステージを形成し、
前記通電ステージ毎に予めトルク定数を設定すると共に、前記各通電ステージ毎に前記トルク定数と各ステージの目標トルクに基づいて目標電流値を算出し、
前記目標電流値に基づき前記電機子コイルに対し電力供給を行うことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータの制御方法において、前記第１及び第２のセンサ群による前記ロータの回転位置検出結果に基づき、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のブラシレスモータの制御方法において、前記トルク定数は、各相及び各通電ステージ毎にマップ化されて設定されることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項４】
請求項３記載のブラシレスモータの制御方法において、前記トルク定数は、各通電ステージ毎に個別の値を有することを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項５】
請求項３記載のブラシレスモータの制御方法において、前記トルク定数は、一部の前記通電ステージにて同一の値を有することを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記目標電流値は、励磁相数の異なる前記通電ステージ間において異なる値となることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記目標電流値は、一部の前記通電ステージにて同一の値となることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか１項に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記目標電流値は、励磁相数が等しい前記通電ステージ間において同一の値となることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記目標電流値は、前記電機子コイルに対し供給される各相の電流値を検出してフィードバック制御されることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか１項に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記目標電流値は、前記ロータの回転数と、電源電圧、前記電機子コイルに対し供給される各相の通電Ｄｕｔｙ及び前記電機子コイルの温度に基づいて算出される供給電流値によってフィードバック制御されることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記ブラシレスモータは３相のブラシレスモータであり、１２個の前記通電ステージを有することを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のブラシレスモータの制御方法において、前記通電ステージは、３相の電機子コイルを通電する３相通電ステージと、２相の電機子コイルを通電する２相通電ステージとからなることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータの制御方法に関し、特に、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置に使用されるブラシレスモータに適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、低振動・低騒音を求められるブラシレスモータでは、トルクリップルの低減が大きな課題となっている。例えば、電動パワーステアリング装置に使用されるモータは、トルクリップルが操舵フィーリングに大きく影響を及ぼすため、その低減が求められる。また、エンジンの電子制御式スロットル弁装置に使用されるものは、トルクリップルがスロットル弁の開閉、特に閉弁時の応答性に影響を及ぼし、エンジン制御上その低減が望まれる。このため、かかるモータでは、ロータ回転位置をレゾルバを用いて精密に検出し、正弦波駆動を行うなどしてトルクリップルの少ない滑らかな回転を実現している。ところが、レゾルバを用いる場合、レゾルバ単体が高価であるのみならず、制御装置とのインターフェースとして専用のＲ／Ｄ変換器（レゾルバ信号／ディジタル信号変換器）を使用する必要があり、システム全体のコストが増大するという問題があった。
【０００３】
この場合、コスト削減のためには、レゾルバやＲ／Ｄ変換器を廃し、一般的なブラシレスモータと同様に、安価なホール素子等の磁気検出素子を用いた構成でトルクリップルの低減を図ることが求められる。しかしながら、例えば３相のブラシレスモータを３個の磁気検出素子を用いて駆動するような従来の方式では、ロータ位置検出精度が粗く、駆動形態も矩形波駆動をせざるを得ないため、トルクリップル低減を図ることは難しい。
【０００４】
そこで、低振動・低騒音を求められるブラシレスモータでは、１２０°矩形波駆動を行いつつトルクリップル低減する方策として、いわゆるオーバーラップ通電が行われている。このオーバーラップ通電は、＋方向又は−方向に励磁された相を重複形成しつつ転流を行う通電形態であり、例えば、３相のモータにおいてＵ相とＶ相を切り替える際に、両相を同時に同極性（＋又は−）に通電する時間が設けられる。すなわち、この例で言えば、Ｕ相の＋方向の通電を停止する以前にＶ相の＋方向の通電を開始し、隣接する２相を重複して同極性に励磁しつつ、Ｕ相からＶ相への転流を行う。
【０００５】
オーバーラップ通電では、次相の通電タイミングによりオーバーラップ量が決まる。次相の通電タイミングは、磁気検出素子にて得たロータ位置情報に基づき、タイマやソフトウエアによるロータ位置推定等により決定される。これにより転流時に２相が適宜重複励磁され、相の切り替わりがスムーズとなり擬似的な正弦波駆動を行うことが可能となる。従って、高価なレゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、安価な磁気検出素子によってトルクリップルの低減を図ることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置では、ステアリング操作やスロットルバルブ開閉動作に伴いモータの正逆転が激しく入れ替わり、その加速度の変化も非常に大きい。また、ステアリング操作やアクセル操作は個人差が大きく、急ハンドルや急加速なども行われるため、モータの駆動状態を予測することが難しい。さらに、モータ速度が低い時や加速領域では、モータ動作の正確な予測は難しい。このため、ロータ推定位置の誤差が大きくなり、適切な通電タイミングにてオーバーラップ通電を行うことができない。
【０００７】
すなわち、オーバーラップ通電は、回転方向や回転数、加速度等の変化が少ない定速運転状態のモータには有効であるが、電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置のようにそれらが激しく変化するものでは採用は難しい。従って、このようなモータでは、高価ではあるもののレゾルバ等を使用せざるを得ず、コストアップの要因となるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、正逆転が多く加速度変化の大きいブラシレスモータにおいて、レゾルバ等を使用することなくトルクリップルの低減を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のブラシレスモータの制御方法は、複数相の電機子コイルを備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配設されたロータと、複数の磁気検出素子からなる第１のセンサ群と、前記第１のセンサ群の前記磁気検出素子と所定の間隔をあけて配置された磁気検出素子を少なくとも１個備える第２のセンサ群とを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、前記第１のセンサ群と前記第２のセンサ群によって、前記ロータの回転位置に対応して複数個の通電ステージを形成し、前記通電ステージ毎に予めトルク定数を設定すると共に、前記各通電ステージ毎に前記トルク定数と各ステージの目標トルクに基づいて目標電流値を算出し、前記目標電流値に基づき前記電機子コイルに対し電力供給を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、第１及び第２のセンサ群によって通電ステージを形成すると共に、各ステージ毎にトルク定数を予め設定し、各ステージ毎に目標電流値を算出してモータの駆動制御を行うので、目標トルクを得るために必要な電流値が各ステージ毎に設定される。このため、ステージ間におけるトルクムラが減少し、トルクリップルの抑制が可能となる。
【００１１】
前記制御方法において、前記第１及び第２のセンサ群による前記ロータの回転位置検出結果に基づき、同極性の励磁相を重複形成しつつ転流を行うようにしても良い。これにより、制御ステージを倍増させた状態で、推定を加えることなくオーバーラップ通電を行うことができ、正逆転が激しく入れ替わり、加速度の変化も非常に大きい使用環境においてもトルクリップルの低減が図られる。
【００１２】
また、前記制御方法において、前記トルク定数を、各相及び各通電ステージ毎にマップ化して設定しても良い。前記トルク定数として、各通電ステージ毎に個別の値を設定したり、一部の前記通電ステージにて同一の値を設定したりすることも可能である。
【００１３】
さらに、前記制御方法において、前記目標電流値を、励磁相数の異なる前記通電ステージ間において異なる値としたり、一部の前記通電ステージにて同一の値としたり、励磁相数が等しい前記通電ステージ間において同一の値としたりすることも可能である。
【００１４】
加えて、前記制御方法において、前記目標電流値を、前記電機子コイルに対し供給される各相の電流値を検出してフィードバック制御しても良い。また、前記目標電流値を、前記ロータの回転数と、電源電圧、前記電機子コイルに対し供給される各相の通電Ｄｕｔｙ及び前記電機子コイルの温度に基づいて算出される供給電流値によってフィードバック制御しても良い。
【００１５】
一方、前記ブラシレスモータの制御方法において、前記ブラシレスモータは３相のブラシレスモータであり、１２個の前記通電ステージを設けても良い。また、前記通電ステージを、３相の電機子コイルを通電する３相通電ステージと、２相の電機子コイルを通電する２相通電ステージとから構成しても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）の構成を示す説明図である。当該モータ１は、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用され、図１に示すように、ロータマグネット２（永久磁石、以下、マグネット２と略記する）を備えたロータ３の周囲にステータ４を配したインナーロータ型の装置構成となっている。モータ１は、運転者がハンドルを操作すると操舵角や走行速度等に従って制御駆動され、図示しない減速ギアを介してステアリングコラム軸に対し操舵補助力が供給される。
【００１７】
ロータ３は、金属製のシャフト５に取り付けられたロータコア６と、ロータコア６の外周に固定された２極のマグネット２とから構成されている。マグネット２はフェライト磁石からなる２個のセグメントに１８０°ずつ分割形成されている。ステータ４は、ハウジング７と、ハウジング７の内周側に固定されたステータコア８と、ステータコア８のティースに巻装された電機子コイル９とから構成されている。電機子コイル９は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の巻線を形成している。
【００１８】
ハウジング７内には、マグネット２の磁極の変化を捉えロータ３の回転位置を検出するホールセンサ（磁気検出素子）１０が配設されている。図２は、ホールセンサ１０の配置状態を示す説明図である。図２に示すように、モータ１では、３個のホールセンサ１０を有するセンサ群が２組設けられている（センサ群Ｈ１，Ｈ２）。ホールセンサ１０は、各群毎に等分に１２０°間隔にて配置されており、センサ群Ｈ１（第１のセンサ群）はホールセンサＨ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃ、センサ群Ｈ２（第２のセンサ群）はホールセンサＨ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃから構成される。センサ群Ｈ２のホールセンサＨ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃは、センサ群Ｈ１のホールセンサＨ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃからそれぞれＸだけ間隔をあけて配置されており、偏倚角Ｘは電気角０〜１２０°の範囲で設定されている。ホールセンサ１０の検出信号はコントローラ（通電制御手段）１１に送られ、これに基づいて電機子コイル９への電流が適宜切り替えられ、ロータ３を回転駆動させる回転磁界が形成される。
【００１９】
図３は、各センサ群Ｈ１，Ｈ２間のホールセンサ偏倚角Ｘを３０°に設定した場合におけるモータ１の駆動制御形態を示すタイムチャートであり、上段はホールセンサ１０の信号出力、下段は電機子コイル９に対する印加電圧波形を示し、（ａ）は正転時、（ｂ）は逆転時の制御形態である。なお、（ａ）の上段上方に記載された半月状の図は、ロータ３の位置を模式的に示した物である。
【００２０】
モータ１では、ロータ３の１回転に際し、６個のホールセンサＨ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃ，Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃからの信号の何れかが立ち上がり（以下、ＯＮと称する）又は立ち下がり（以下、ＯＦＦと称する）を示す時点を区切りとして、その制御形態が図３に示すように１２個の通電ステージ（以下、ステージと略記する）に分割される。ここでは、ホールセンサＨ１ａ（以下、各ホールセンサはＨ１ａのように符号のみにて示す）がＯＮした後ロータ３が３０°回転するとＨ２ａがＯＮし、さらに３０°回転すると今度はＨ１ｃがＯＦＦとなる。このようにＸ＝３０°の場合には、ロータ３の回転に伴い３０°間隔にて何れかのホールセンサがＯＮ／ＯＦＦし、各ステージは等分に１２個形成される。なお、モータ１は正逆転使用されるため、図３に斜線にて示したように、ステージ（３）の中心を基準とし、それをＵ相磁極の中心に配置している。
【００２１】
ここで、３個のホールセンサによってオーバーラップ通電を行わずにブラシレスモータを制御する場合は、各相のコイルは１２０°正方向通電→６０°非通電→１２０°負方向通電→６０°非通電を繰り返す。これに対しモータ１では、各相の電機子コイル９は、１５０°正方向通電→３０°非通電→１５０°負方向通電→３０°非通電を繰り返し、図３に示すように、通電時間の始期と終期が他相と重複している。つまり、モータ１では、オーバーラップ量Ｒ１のオーバーラップ通電が実施されている。そこで、次にこのようなモータ１の制御形態について図３を参照しつつ説明する。
【００２２】
まず、正転時にロータ３のＮ極がＨ１ａにかかりＨ１ａがＯＮとなると、Ｕ相が＋通電される。この際、Ｗ相では、図３（ａ）に示すように、Ｈ１ｃのＯＮに伴う＋通電が継続されており、Ｗ相からＵ相への切り替えに際しオーバーラップ通電が行われる。このような同極性の重複通電状態はロータ３のＮ極が３０°回転してＨ２ａがＯＮとなるまで続けられる（ステージ（１））。すなわち、正転時には、Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃによってロータ３の回転位置を検出しつつ、Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃによってオーバラップ時間が制御される。一方、ステージ（１）（２）ではＶ相のみが−通電状態にあり、ステージ（１）においてはＵ，Ｗ相が＋通電、Ｖ相が−通電の状態、ステージ（２）においてはＵ相が＋通電、Ｖ相が−通電の状態となる。
【００２３】
さらにロータ３が回転してステージ（３）となると、Ｈ１ｃがＯＦＦとなりＷ相が−通電される。この際、Ｖ相の−通電は継続されており、−のオーバーラップ通電はＨ２ｃがＯＦＦされるまで続けられる。Ｈ２ｃがＯＦＦされてＶ相が非通電状態となりステージ（４）となると、Ｕ相が＋通電、Ｗ相が−通電の状態となる。Ｈ１ｂがＯＮとなりステージ（５）に進むとＶ相が＋通電される。このときＵ相の＋通電は継続されており、＋のオーバーラップ通電はＨ２ｂがＯＮとなるまで続けられる。Ｈ２ｂがＯＮされるとＵ相は非通電状態となり、Ｖ相が＋通電、Ｗ相が−通電の状態となって（ステージ（６））、＋通電の相がＵ相からＶ相に切り替えられる。以下、同様にして各ホールセンサＨ１ａ〜Ｈ２ｃのＯＮ／ＯＦＦに伴い各相の通電状態が切り替えられ、ロータ３の正転動作が行われる。
【００２４】
一方、ロータ３が逆転する場合は、図３（ｂ）に示すように、正転時とは印加電圧極性が反転した形で制御され、Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃによってロータ３の回転位置を検出しつつ、Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃによってオーバラップ時間が制御される。例えば、ステージ（６）にてＨ１ａがＯＮとなるとＵ相が非通電状態となり、このときＷ相は＋通電、Ｖ相は−通電の状態となる。ロータ３が回転してステージ（５）となると、Ｈ２ｂがＯＦＦとなりＵ相が−通電される。この際、Ｖ相では、Ｈ２ｃのＯＦＦに伴う−通電（ステージ（９））が継続されており、−のオーバーラップ通電が行われる。この状態はロータ３がさらに３０°回転してＨ１ｂがＯＦＦとなるまで続けられる。
【００２５】
ステージ（４）となると、Ｖ相が非通電状態となりＷ相が＋通電、Ｕ相が−通電の状態となる。ステージ（３）では、Ｈ２ｃのＯＮと共にＶ相が＋通電され、この際、Ｗ相の＋通電は継続されており、＋のオーバーラップ通電はＨ１ｃがＯＮされるまで続けられる。ステージ（２）に移ると、Ｗ相が非通電状態となり、Ｖ相が＋通電、Ｕ相が−通電の状態となって、＋通電の相がＷ相からＶ相に切り替えられる。ステージ（１）では、Ｈ２ａのＯＦＦに伴いＷ相が−通電される。このときＵ相の−通電は継続されており、−のオーバーラップ通電はＨ１ｂがＯＦＦとなるまで続けられる。以下、同様にして各ホールセンサＨ１ａ〜Ｈ２ｃのＯＮ／ＯＦＦに伴い各相の通電状態が切り替えられ、ロータ３の逆転動作行われる。
【００２６】
このようにモータ１では、奇数番号のステージにてオーバーラップ通電が行われ、相の切り替え、すなわち転流が実施される。従って、通電相が重複することなく切り替えられる通電方式のように転流が急激に行われず、相の切り替わりがスムーズとなりトルクリップルの低減を図ることが可能となる。しかも、通常６ステージしかない制御形態を、推定を加えることなく１２ステージとすることができ、ロータ位置検出精度が向上し、電動パワーステアリング装置のような正逆転が激しく入れ替わり、加速度の変化も非常に大きい環境においても、オーバーラップ通電を採用することができる。このため、電動パワーステアリング装置等においてもレゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、安価なホールセンサによってブラシレスモータの駆動制御が可能となる。
【００２７】
一方、モータ１では、トルク指令に対し各ステージ毎に目標電流値を設定してロータ３を回転駆動している。図４は、コントローラ１１におけるモータ制御形態を示すブロック図である。まず、コントローラ１１にモータ１の目標トルクを定めたトルク指令が入力されると、トルク定数マップに従って各ステージ毎の目標電流値が算出される。トルク定数マップには、後述するように各相、各ステージ毎にトルク定数がテーブル状に設定されている。
【００２８】
前述のように、モータ１のロータ角度はホールセンサ１０によって検出されており、これにより現在のステージが算出される。そして、算出したステージに基づき当該ステージの目標電流値がセットされ、ＰＩＤ制御の下、ドライバによってモータ１が駆動される。この場合、モータ１に対する供給電流量は電流検出回路にてモニタされており、ＰＩＤ制御では、その検出値に基づきＰ項（比例項）、Ｉ項（積分項）、Ｄ項（微分項）が設定される。各項にはそれぞれに所定のゲイン係数が乗じられ、モータの通電Ｄｕｔｙが決定される。これにより、モータ１の供給電流量がフィードバック制御される。
【００２９】
なお、電流検出回路に代えて、モータの回転数やＤｕｔｙ、電源電圧、モータ温度から供給電流値を算出してＰＩＤ制御を行うこともできる。図５は、その場合のモータ制御形態を示すブロック図である。モータ１では、ロータ３の回転に伴い発電作用が生じる。この発電電圧Ｅは、ロータ回転数をωとすると、Ｅ＝ＫＴ×ω（ＫＴ：誘起電圧定数）と表せる。一方、モータ１にかかる電圧Ｖは、電源電圧をＶＢとすると、Ｖ＝ＶＢ×Ｄｕｔｙとなる。従って、モータに流れる電流Ｉは、電機子コイル９の抵抗値をＲとすると、Ｉ＝（Ｖ−Ｅ）／Ｒ＝（ＶＢ×Ｄｕｔｙ−ＫＴ×ω）／Ｒとなる。また、電機子コイル９の抵抗値は温度により変化する。そこで、１°Ｃ当たりの抵抗変化率をΔＲ、温度をＴｅｍｐとすると、０°Ｃにおける抵抗値をＲ０とすると、温度Ｔｅｍｐ°Ｃでの抵抗値Ｒは、Ｒ＝Ｒ０＋ΔＲ×Ｔｅｍｐとなる。従って、電流Ｉは、Ｉ＝（ＶＢ×Ｄｕｔｙ−ＫＴ×ω）／（Ｒ＋ΔＲ×Ｔｅｍｐ）となる。すなわち、モータの回転数やＤｕｔｙ、電源電圧、モータ温度をモニタすることにより、モータ１に供給される電流量が推定でき、図４の場合と同様に、各ステージ毎に設定された目標電流値に従ってフィードバック制御することが可能となる。
【００３０】
コントローラ１１では、前述のように目標トルクに基づき各ステージ毎の供給電流値が算出される。ここでモータトルクＴＭは、トルク定数×電流値で表すことができ、３相のモータ１では、各相毎のトルク定数をＫＴＵ，ＫＴＶ，ＫＴＷ、電流値をＩＵ，ＩＶ，ＩＷとすると、次式のように表すことができる（式（１））。
【００３１】
【数１】
2004015925.tif 000003
【００３２】
ところで、ある回転数ωでの各相の誘起電圧をそれぞれＥＵ，ＥＶ，ＥＷとすると、各相毎の誘起電圧定数ＫＥＵ，ＫＥＶ，ＫＥＷは次式のように表すことができる（式（２））。
【００３３】
【数２】
2004015925.tif 000004
【００３４】
図６（ａ）は、各相の誘起電圧の変化を示す説明図である。また、図６（ｂ）はこのような変化を示す誘起電圧値をモータ１の各ステージ毎に平均化したものである。ここで、モータにおいては、誘起電圧定数とトルク定数は同一であることから、各相のトルク定数は誘起電圧と同様の波形を示す。すなわち、各相のトルク定数もまた図６（ａ）と同様の変化を示す。誘起電圧値は測定可能な値であり、従って、これを予め測定しておくことにより、各相の電気角とトルク定数との関係を取得することができる。当該モータ１のコントローラ１１は、この関係を図６（ｂ）の平均値を用いて各ステージ毎に予め求めておき、それをマップ化して保持している。
【００３５】
図７は、各相、各ステージにおけるトルク定数と電流値との関係を示すトルク定数マップの一例である。モータ１では、奇数ステージが３相の電機子コイル９全てに通電を行う３相通電ステージ、偶数ステージが電機子コイル９のうち２相に通電を行う２相通電ステージである。また、各通電ステージでは３相全電流の和は０となる。従って、各ステージ毎の電流値Ｉ（１），Ｉ（２）・・・Ｉ（１２）は、各相毎に図７の表のようになる。そして、各ステージ（１）〜（１２）毎の各相のトルク定数をＫＴＵ（ｎ），ＫＴＶ（ｎ），ＫＴＷ（ｎ）とすると、ステージ（１）では式（１）のトルクの式は次式のように表せ、これをＩについて解くと次のようになる。なお、図面及び数式ではステージ数は「▲１▼」等の丸数字にて示されている。
【００３６】
【数３】
2004015925.tif 000005
【００３７】
同様にして奇数ステージの電流値Ｉ（３），Ｉ（５），Ｉ（７），Ｉ（９），Ｉ（１１）は式（３）、偶数ステージの電流値Ｉ（２），Ｉ（４），Ｉ（６），Ｉ（８），Ｉ（１０），Ｉ（１２）は式（４）のように表すことができる。
【００３８】
【数４】
2004015925.tif 000006
【数５】
2004015925.tif 000007
【００３９】
このようにコントローラ１１では、トルク定数をステージ毎にマップ化して持つことにより、トルク指令（目標トルクＴ）に対し、上述の式からステージ毎に目標電流値を算出し、モータ１の駆動制御を行っている。すなわち、モータ１では、各ステージ毎にリアルタイムで目標トルクを得るために必要な電流値が演算される。このため、ステージによって通電相数が異なる場合であっても、トルクムラの少ない滑らかな運転が可能となり、トルクリップルの抑制が可能となる。
【００４０】
ところで、図６（ａ）に示した誘起電圧のグラフから分かるように、トルク定数ＫＴＵ，ＫＴＶ，ＫＴＷは、理想的な状態では対称的な波形が周期的に現れる。従って、各ステージのトルク定数は、各相毎に１２個ずつ設定する必要はなく、波形に着目して適宜簡素化することができる。図８は、トルク定数が０レベルを中心に点対称であることを考慮して、図７のマップの簡素化を図ったものである。図６（ａ）から分かるように、図７におけるＫＴＵ（１）〜（５）とＫＴＵ（７）〜（１２）は符号を異にするものの同じ値を示し、Ｖ，Ｗ相も同様の様相を呈する。また、例えばＵ相では、ステージ（６），（１２）は電流値はであるからトルク定数も０となる。従って、これらの点を考慮すると、トルク定数ＫＴＵ，ＫＴＶ，ＫＴＷは、図８に示すように、ＫＴＵ（１）〜（５）及び０のように各相共６個に集約される。また、それに伴い目標電流値もステージ（１）〜（６）とステージ（７）〜（１２）は同じ値（符号は反対）となる。
【００４１】
トルク定数が変曲点に対して点対称であることを考慮すると、図８のマップをさらに簡素化することができる。図９は、これにより図８のマップの更なる簡素化を図ったものである。図６（ａ）から分かるように、図８におけるＫＴＵ（４），（５）とＫＴＵ（１），（２）は同じ値を示し、Ｖ，Ｗ相も同様の様相を呈する。従って、この点を考慮すると、トルク定数ＫＴＵ，ＫＴＶ，ＫＴＷは、図９に示すように、ＫＴＵ（１）〜（３）と０に集約される。
【００４２】
さらに、各相のトルク定数は、図６（ａ）から分かるように、１２０°ずつ位相がずれて同じ値を示す。すなわち、例えばＫＴＵ（１）とＫＴＶ（５）は同じ値とを取る。図１０は、これにより図９のマップをさらに簡素化したものである。このような位相差を考慮すると、トルク定数ＫＴＵ，ＫＴＶ，ＫＴＷは、図１０に示すように、ＫＴＵ（１）〜（３）と０に集約される。またこの際、例えばステージ（３）では、トルクの式はＴ＝ＫＴＵ（１）／２・Ｉ（３）＋ＫＴＵ（３）・Ｉ（３）＋ＫＴＵ（１）／２・Ｉ（３）＝（ＫＴＵ（１）＋ＫＴＵ（３））・Ｉ（３）となる。これを電流値Ｉ（３）について解くと、Ｉ（３）＝Ｔ／（ＫＴＵ（１）＋ＫＴＵ（３））となる。この右辺は式（５）の右辺と同一であり、他の奇数ステージの電流値Ｉ（３），Ｉ（５），Ｉ（７），Ｉ（９），Ｉ（１１）も全てＩ（１）と同じ値となる。また、偶数ステージも同様に解いて、Ｉ（２）＝Ｉ（４）＝・・・＝Ｉ（１２）となる。従って、コントローラ１１におけるマップは、図１０の形に集約され、奇数ステージのトルクの式は次のようになる。
【００４３】
【数６】
2004015925.tif 000008
【００４４】
これをＩ（１）について解くと式（５）のようになり、同様にして偶数ステージに関しＩ（２）について解くと式（６）のようになる。
【００４５】
【数７】
2004015925.tif 000009
【数８】
2004015925.tif 000010
【００４６】
このように図１０の場合には、トルクＴを出力するために各相に供給すべき電流量は、３相通電を行う奇数ステージでは±Ｉ（１）又は±Ｉ（１）／２、２相通電を行う偶数ステージでは±Ｉ（２）又は±Ｉ（２）／２となる。そして、電機子コイル９への供給電流がこの値となるようにＰＩＤ制御を行うことにより、モータ１のトルクリップル低減を図ることが可能となる。また、その際のＩ（１），Ｉ（２）は、式（５），（６）によってＴ及びＫＴＵ（１）〜（３）から算出される電流値である。従って、当該モータ１では、ＫＴＵ（１）〜（３）の３個の定数を持つだけでこのようなトルクリップル低減制御ができ、コントローラ１１のメモリを節約することが可能となる。
【００４７】
また、発明者らの実験によれば、誘起電圧波形として、純粋な正弦波に対し１１次の高調波を０．０１５重畳させた波形を用いた場合、トルクリップル低減効果が認められた。特に、偏倚角３０°のモータでは、２相通電磁時（奇数ステージ）と３相通電磁時（偶数ステージ）の電流比を１００：８６としたときに最もトルクリップル低減効果が高く、トルクリップルを２％程度に抑えることができた。すなわち、Ｉ（１）をＩ（２）の８６％に設定するとトルクリップル低減効果が高く、これを予め考慮すれば、式（６）×０．８６にてＩ（１）を得ることができ、トルク定数もＫＴＵ（２）のみで足りることになる。
【００４８】
さらに、前述の実験により、高調波重畳波形にてモータ１を駆動できることも確認された。従って、高回転時などロータ位置の推定が容易な領域では正弦波波形を用いて駆動し、推定が困難な領域では前述のようなマップによる駆動を行うような、両方式を組み合わせた駆動形態も可能である。
【００４９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では３相のブラシレスモータに本発明を適用したものについて説明したが、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙからなる５相のモータなど、他の多相ブラシレスモータに本発明を適用することも可能である。また、前述の実施の形態では偏倚角Ｘが３０°の場合を示したが、偏倚角は３０°には限定されず、例えば、１０°や２０°，５０°など種々の偏倚角を設定することができる。なお、１つのモータで偏倚角は全て同じである必要なく、一部又は全部を異なる値とするなど種々の設定が可能である。
【００５０】
さらに、センサ群を２組（Ｈ１，Ｈ２）配した構成を示したがセンサ群を３組以上設けることも可能である。また、前述の実施の形態では、第２のセンサ群Ｈ２を３個のホールセンサにて構成した例を示したが、ホールセンサを１個とすることも可能である。すなわち、第２のセンサ群Ｈ２は、ホールセンサ１個の場合をも含む概念である。さらに、前述の実施の形態ではマグネット２の磁極が等分に２個配置されているものを示したが、磁極角度を異ならせたり、磁極を多極化してマグネットの着磁パターンを不等ピッチ化することも可能である。例えば、このような着磁形態の変形により、第２のセンサ群Ｈ２中のホールセンサ数を削減することが可能となる。なお、第１のセンサ群Ｈ１のホールセンサの個数を２個にすることも可能であり、センサ群Ｈ１，Ｈ２のセンサ数を、２個，１個、２個，２個などとする構成も可能である。
【００５１】
加えて、前述のモータ１はインナーロータ型のブラシレスモータであるが、本発明をアウタロータ型のブラシレスモータにも適用可能である。さらに、本発明は正逆転を行わない一方向のみに回転するブラシレスモータにも適用可能であり、その場合、ステージ（３）の中心とＵ相磁極中心との間に適宜角度を設けることにより進角制御が可能である。
【００５２】
一方、前述の実施の形態は、本発明をコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用した例を示したが、ラックアシスト型等の他の方式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。また、電動パワーステアリング装置のみならず、特開平１０−１８４４０１号公報や特開平１０−２５２５１０号公報に示されているようなエンジンの電子制御式スロットル弁装置に適用することも可能である。これにより、電子制御式スロットル弁装置のように動作が激しく、モータの正逆転が激しく入れ替わり、加速度の変化も非常に大きい使用環境においても、オーバーラップ通電を採用することができる。このため、電子制御式スロットル弁装置においてもレゾルバやＲ／Ｄ変換器を用いることなく、安価なホールセンサによってブラシレスモータの駆動制御が可能となり、エンジンの制御応答性を損なうことなく製品コストの削減が可能となる。
【００５３】
さらに、本発明のブラシレスモータを電動パワーステアリング装置や電子制御式スロットル弁装置以外の用途、例えば、ロボット等の産業用機械やパソコン等のＩＴ機器などにも適用可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明のブラシレスモータの制御方法は、第１及び第２のセンサ群によって通電ステージを形成すると共に、各ステージ毎にトルク定数を予め設定し、各ステージ毎に目標電流値を算出してモータの駆動制御を行うようにしたので、目標トルクを得るために必要な電流値が各ステージ毎に設定される。従って、例えばステージによって通電相数が異なる場合などでも、トルクムラの少ない滑らかな運転が可能となり、トルクリップルの抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図２】ホールセンサの配置状態を示す説明図である。
【図３】センサ群Ｈ１，Ｈ２間のホールセンサ間角度Ｘを３０°に設定した場合における図１のブラシレスモータの駆動制御形態を示すタイムチャートであり、上段はホールセンサの信号出力、下段は電機子コイルに対する印加電圧波形を示し、（ａ）は正転時、（ｂ）は逆転時の制御形態である。
【図４】コントローラにおけるモータ制御形態を示すブロック図である。
【図５】コントローラにおけるモータ制御形態の変形例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は、図１のブラシレスモータにおける各相の誘起電圧の変化を示す説明図、（ｂ）は誘起電圧値を各ステージ毎に平均化した説明図である。
【図７】各相、各ステージにおけるトルク定数と電流値との関係を示すトルク定数マップの一例である。
【図８】トルク定数マップの一例であり、図７のマップの簡素化を図ったものである。
【図９】トルク定数マップの一例であり、図８のマップの簡素化を図ったものである。
【図１０】トルク定数マップの一例であり、図９のマップの簡素化を図ったものである。
【符号の説明】
１　　ブラシレスモータ
２　　ロータマグネット
３　　ロータ
４　　ステータ
５　　シャフト
６　　ロータコア
７　　ハウジング
８　　ステータコア
９　　電機子コイル
１０　　ホールセンサ
１１　　コントローラ
Ｈ１　　センサ群（第１のセンサ群）
Ｈ２　　センサ群（第２のセンサ群）
Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃ　　センサ群Ｈ１のホールセンサ
Ｈ２ａ，Ｈ２ｂ，Ｈ２ｃ　　センサ群Ｈ２のホールセンサ
Ｘ　　　偏倚角
Ｒ１オーバーラップ量
Ｔ　　　目標トルク
ＫＥＵ，ＫＥＶ，ＫＥＷ誘起電圧定数
ＫＴＵ，ＫＴＶ，ＫＴＷ　　トルク定数
【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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