(57)【要約】【課題】通電相数に合わせて切り替えられる駆動電流の応答性や安定性を高めてブラシレスモータのトルクリップルを低減させることである。【解決手段】ブラシレスモータの駆動装置はコントローラを有し、コントローラから出力される指令信号に従ってスイッチング素子駆動回路が駆動信号を出力してスイッチング素子が駆動される。コントローラは電流制御補償器を備える駆動電流切替え部を有し、各電機子コイルに対する通電相数の変化に合わせて駆動電流の電流値Ａが切り替わるように電流制御を行っている。コントローラにはゲイン設定部が設けられており、駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインＫはゲイン設定部により通電相数に合わせた適切な値に設定される。また、ゲイン設定部は、電源電圧Ｖ、電流経路の抵抗値Ｒ・インダクタンス値Ｌ、ブラシレスモータの運転周波数Ｆの変化に応じてゲインＫを適切な値に補正する。【選択図】      図５
2005027391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の電機子コイルが装着されたステータと複数の磁極を備えたロータとを有するブラシレスモータの駆動装置であって、
前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
それぞれ対応する相の前記電機子コイルに接続される複数のスイッチング素子を備え、電源から駆動電流が供給されるインバータ回路と、
前記回転位置検出手段により検出される前記ロータの回転位置に基づいて前記電機子コイルに流れる相電流を所定の順序と方向で転流させるとともに転流前後の各相の前記電機子コイルに所定の電気角だけ重複して通電するように前記スイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動手段と、
前記駆動電流を通電相数に応じた値に切り替わるように制御する電流制御補償器を備える駆動電流切替え部と前記駆動電流切替え部の前記電流制御補償器のゲインを通電相数に応じた値に設定するゲイン設定部とを備えた駆動電流制御手段とを有することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記ゲイン設定部は前記インバータ回路に印加される電源電圧の変動に応じて前記ゲインを補正することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記ゲイン設定部は前記駆動電流が流れる電流経路の抵抗値の変動に応じて前記ゲインを補正することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記ゲイン設定部は前記駆動電流が流れる電流経路のインダクタンス値の変動に応じて前記ゲインを補正することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記ゲイン設定部は前記ブラシレスモータの運転周期の変動に応じて前記ゲインを補正することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記ブラシレスモータを車両に設けられた操舵装置の操舵力を補助する駆動源として用いたことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数相の電機子コイルが装着されたステータと複数の磁極を備えたロータとを有するブラシレスモータの駆動装置に関し、特に、転流前後の各相の電機子コイルに重複して通電するオーバーラップ通電を行うものに適用して有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車等の車両に設けられる操舵装置としては、その操舵力を補助する動力源として電動機を用いた所謂電動パワーステアリング装置が知られている。そして、このような電動パワーステアリングに用いられる電動機としては、一般に、高い耐久性や信頼性を有するブラシレスモータが用いられている。
【０００３】
ブラシレスモータは、複数相の電機子コイルが装着されたステータと複数の磁極が設けられたロータとを有しており、例えば３相２極式の場合には、ステータには互いに星形結線されたＵ相，Ｖ相、Ｗ相の電機子コイルが装着され、ロータには周方向に並ぶ２つの磁極が設けられる。そして、各相の電機子コイルに所定の順序と方向で通電することによりステータに回転磁界が生じてロータが回転するようになっている。
【０００４】
各相の電機子コイルに対する通電の切替えは、通常、インバータ回路を用いて行われる。インバータ回路は、それぞれ正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とを有する３対のスイッチング素子対を並列に接続した構造となっており、各相の電機子コイルの非接続端は対応する相のスイッチング素子間に接続されている。このようなスイッチング素子としては、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等、駆動信号によりオンオフ制御が行われる半導体素子が用いられている。
【０００５】
また、ロータの回転軌道近傍には、回転方向に向けて等間隔に配置されたホール素子などの回転位置検出手段が設けられており、各スイッチング素子の切替えは、これらの回転位置検出手段により検出されたロータの回転位置に基づいたタイミングで行われるようになっている。
【０００６】
このようなブラシレスモータの駆動方法としては、各相の電機子コイルの通電角を電気角で１２０°に設定し、２つの相の電機子コイルが同時に通電状態とされる２相通電を順次繰り返す、所謂１２０°矩形波駆動により行われるのが一般的である。しかし、１２０°矩形波駆動では、ある相から他の相への通電の切替え時、つまり転流時に各相の電機子コイルに流れる相電流が一時的に途切れてトルクリップルを生じる場合がある。
【０００７】
そこで、従来のブラシレスモータでは、各相の通電角を１２０°以上に設定し、転流前後の各相の電機子コイルに重複して通電する所謂オーバーラップ通電を行うようにして、転流時の出力トルクの落ち込みを低減させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特公平６−５２９９６号公報（第３−４頁、第３−４図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
オーバーラップ通電による駆動方法では、各電機子コイルに対する通電は２相通電と３相通電とが交互に行われることになるので、転流毎にトルク定数が変化することになる。したがって、駆動電流が一定であると、トルク定数の変動によりトルクリップルが生じることになる。そのため、駆動装置に電流制御補償器を備える電流切替え部を設けて、転流が行われる毎に駆動電流を２相通電時に対応した値と３相通電時に対応した値とに切り替わるように制御し、２相通電時と３相通電時の出力トルクを一定に保つようにした方法が試みられている。
【００１０】
しかしながら、このような方法では、２相通電時と３相通電時とでは電流経路の抵抗値とインダクタンス値が異なるので、電流切替え部の電流制御補償器のゲインが一定に設定されていると電流制御系の応答性や安定性が損なわれる場合がある。例えば、２相通電時に適正となる値にゲインを設定した場合には、２相通電時から３相通電時への切替えの際には電流応答が過度となり、場合によっては電流応答が振動的になる恐れがある。逆に、３相通電時に適正な値にゲインを設定した場合には２相通電時への切替えの際における電流応答が遅くなる。このような電流制御系の応答性や安定性の低下は通電相数が変化する場合に限らず、ブラシレスモータの運転状態や使用環境等により、電源電圧や電流経路の抵抗値、インダクタンス値が変動した場合にも発生する。
【００１１】
また、駆動電流の電流制御をマイクロコンピュータ等を用いたデジタル制御により行うようにすると、このブラシレスモータが高速回転状態となったときにはソフトウェアによる処理時間の影響、つまり無駄な時間による位相遅れが無視できなくなり、実際に流れる駆動電流の位相は指令電流に対して遅れてしまい、このため、制御系の応答性や安定性が低下する場合があった。
【００１２】
そして、このような制御系の応答性や安定性の低下により各電機子コイルに流れる相電流の値が変動して、出力トルクの変動つまりトルクリップルが生じることになっていた。
【００１３】
本発明の目的は、通電相数に合わせて切り替えられる駆動電流の応答性や安定性を高めてブラシレスモータのトルクリップルを低減させることにある。
【００１４】
【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駆動装置は、複数相の電機子コイルが装着されたステータと複数の磁極を備えたロータとを有するブラシレスモータの駆動装置であって、前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、それぞれ対応する相の前記電機子コイルに接続される複数のスイッチング素子を備え、電源から駆動電流が供給されるインバータ回路と、前記回転位置検出手段により検出される前記ロータの回転位置に基づいて前記電機子コイルに流れる相電流を所定の順序と方向で転流させるとともに転流前後の各相の前記電機子コイルに所定の電気角だけ重複して通電するように前記スイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動手段と、前記駆動電流を通電相数に応じた値に切り替わるように制御する電流制御補償器を備える駆動電流切替え部と前記駆動電流切替え部の前記電流制御補償器のゲインを通電相数に応じた値に設定するゲイン設定部とを備えた駆動電流制御手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、前記ゲイン設定部は前記インバータ回路に印加される電源電圧の変動に応じて前記ゲインを補正することを特徴とする。
【００１６】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、前記ゲイン設定部は前記電機子コイルと前記インバータ回路の抵抗値の変動に応じて前記ゲインを補正することを特徴とする。
【００１７】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、前記ゲイン設定部は前記電機子コイルのインダクタンス値の変動に応じて前記ゲインを補正することを特徴とする。
【００１８】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、前記ゲイン設定部は前記ロータの回転速度に応じて前記ゲインを補正することを特徴とする。
【００１９】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、前記ブラシレスモータを車両に設けられた操舵装置の操舵力を補助する駆動源として用いたことを特徴とする。
【００２０】
本発明にあっては、駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインは切替え前後の通電相数に対応した適切な値に設定されるので、駆動電流の応答性や安定性が高まり、ブラシレスモータのトルクリップルが低減される。
【００２１】
また、本発明にあっては、ブラシレスモータの運転状態や使用環境等が変化した場合であっても、駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインはこれらの変化に合わせた適切な値に補正されるので、駆動電流の応答性や安定性が高まり、ブラシレスモータのトルクリップルが低減される。
【００２２】
さらに、本発明にあっては、ブラシレスモータのトルクリップルは低減されるので、このブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の操作感を向上させることができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は本発明の一実施の形態であるブラシレスモータの駆動装置の概略を示す回路図である。
【００２５】
図１に示すブラシレスモータ１１は、図示しない車両に設けられた操舵装置の操舵力を補助する図示しない電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられるものであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの相に分けられた電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷが装着された図示しないステータと回転方向に並ぶ４つの磁極Ｐを備えたロータ１２とを有する３相４極式となっている。各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷはそれぞれ同一の抵抗値やインダクタンス値を有するものであり、各々その一端において互いに星形結線されている。そして、これらの電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷは互いに回転方向に１２０°の間隔を空けて配置されるとともにロータ１２に設けられた各磁極Ｐと対向するようになっている。
【００２６】
回転位置検出手段としてのホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ１２の回転軌道の近傍に位置するとともに互いに回転方向に１２０°の間隔を空けてステータに固定されており、それぞれ磁極Ｐに反応することにより、ロータ１２の回転位置に応じた互いに電気角で１２０°ずれた回転位置検出信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを出力するようになっている。また、回転位置検出手段としてのホール素子ＨＸ，ＨＹ，ＨＺはホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷに対して回転方向に機械角で１５°ずれてステータに固定されており、それぞれ磁極Ｐに反応することにより、互いに電気角で１２０°ずれるとともにホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷが出力する回転位置検出信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷに対して電気角で３０°ずれた回転位置検出信号ＰＸ，ＰＹ，ＰＺを出力するようになっている。つまり、これらのホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺはロータ１２の回転位置を検出するようになっている。
【００２７】
このブラシレスモータ１１には駆動装置１３が接続されており、このブラシレスモータ１１の駆動制御はこの駆動装置１３により行われるようなっている。駆動装置１３は、インバータ回路１４、スイッチング素子駆動回路１５およびコントローラ１６を有している。
【００２８】
インバータ回路１４は、各相に対応する３つの正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨと、各相に対応する３つの負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬとを有している。Ｕ相用の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨはＵ相用の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬに直列に接続され、Ｖ相用の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＨはＶ相用の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＬに直列に接続され、Ｗ相用の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＨはＷ相用の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＬに直列に接続されており、各相のスイッチング素子対は互いに並列に接続されている。これらのスイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬとしては例えばＦＥＴ等、駆動信号によりＯＮ・ＯＦＦ制御可能な半導体素子が用いられている。また、これらのスイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬのコレクタとエミッタ間には、それぞれフリーホイルダイオードＤが取り付けられており、誘導負荷の場合の遅れ電流成分を還流させてコレクタとエミッタ間に逆起電力が印加されないようにしている。そして、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨと負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬは、その相互接続部において対応する相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの非結線端に接続されている。
【００２９】
また、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨはそれぞれ図示しない電源の電源端子１７に接続され、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬはそれぞれ接地端子１８に接続されており、ある相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨとある相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬとを同時にＯＮすることにより、このインバータ回路１４には電源から駆動電流が供給されるようになっている。なお、駆動電流とは、電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れて電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷにロータ１２を回転させるための磁界を生じさせる電流のことである。
【００３０】
スイッチング素子駆動手段としてのスイッチング素子駆動回路１５はコントローラ１６と各スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬとの間に接続されており、コントローラ１６から入力される指令信号に基づいた所定のタイミングでスイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬに向けて駆動信号を出力し、各々のスイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬを駆動するようになっている。
【００３１】
コントローラ１６は、図示はしないが、各種入力信号を演算するマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と、制御プログラム、演算式およびマップデータなどが格納されるＲＯＭと、一時的にデータを格納するＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータとなっている。各ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺはコントローラ１６に接続されており、コントローラ１６は入力される回転位置検出信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ，ＰＸ，ＰＹ，ＰＺに基づいてロータ１２の回転位置を認識することができるようになっている。
【００３２】
また、ブラシレスモータ１１には電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ周辺におけるモータ温度Ｔ１を検出するモータ温度センサ２１が設けられ、また、インバータ回路１４にはインバータ回路１４のインバータ温度Ｔ２を検出するインバータ温度センサ２２が設けられ、さらに、インバータ回路１４には電源端子１７からインバータ回路１４に供給される駆動電流の電流値Ａやインバータ回路１４に印加される電源電圧Ｖを検出する電流センサ２３と電圧センサ２４が設けられており、これらのセンサ２１〜２４はコントローラ１６に接続されている。そして、コントローラ１６はこれらのセンサ２１〜２４からの検出信号により、温度Ｔ１，Ｔ２や駆動電流の電流値Ａ、電源電圧Ｖの値を認識することができるようになっている。
【００３３】
さらに、コントローラ１６にはブラシレスモータ１１により駆動される図示しない電動パワーステアリング装置の制御装置が接続されており、この制御装置からブラシレスモータ１１の駆動指令信号が入力されるようになっている。そして、制御装置から駆動指令信号が入力されると、コントローラ１６はスイッチング素子駆動回路１５に向けて指令信号を出力して、スイッチング素子駆動回路１５から駆動信号を出力させてブラシレスモータ１１を駆動させるようになっている。なお、指令信号や駆動信号は各スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬに対応する６つの系統に分けて出力されるようになっており、各スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬを個別に駆動することができるようになっている。
【００３４】
図２は各スイッチング素子の駆動パターンを示すタイムチャート図であり、図３は各相の電機子コイルに流れる相電流の変化を示すタイムチャート図である。
【００３５】
コントローラ１６からの指令信号を受けたスイッチング素子駆動回路１５が出力する駆動信号により、各スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬは図２に示す駆動パターンにしたがって駆動される。
【００３６】
この駆動パターンは、各ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺからの回転位置検出信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ，ＰＸ，ＰＹ，ＰＺの立ち上がりもしくは立ち下がりのエッジを起点として１２の通電ステージ１〜１２に分けられており、この場合、各通電ステージは電気角で３０°となっている。
【００３７】
各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨの駆動パターンは、それぞれＯＮ区間が電気角で１５０°に設定されるとともに各相のＯＮ区間が互いに電気角で１２０°ずれるように設定されている。したがって、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨのＯＮ区間は電気角で３０°の範囲で互いに重複している。例えば、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨとＶ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＨは通電ステージ５において重複してＯＮとなり、Ｖ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＨとＷ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＨは通電ステージ９において重複してＯＮとなり、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨとＷ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＨは通電ステージ１において重複してＯＮとなる。
【００３８】
同様に、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬの駆動パターンは、それぞれＯＮ区間が電気角で１５０°に設定されるとともに各相のＯＮ区間が互いに電気角で１２０°ずれるように設定されている。したがって、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬのＯＮ区間は電気角で３０°の範囲で互いに重複している。例えば、Ｕ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬとＶ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＬは通電ステージ１１において重複してＯＮとなり、Ｖ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＬとＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＬは通電ステージ３において重複してＯＮとなり、Ｕ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬとＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＬは通電ステージ７において重複してＯＮとなる。また、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬのＯＮ区間は、それぞれ同相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨのＯＮ区間に対して電気角で１８０°ずれている。
【００３９】
各スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬがこのような駆動パターンで駆動されることにより、各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる相電流は所定の順序と方向で転流されるとともに転流前後の各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに電気角３０°だけ重複して通電されて所定の２相の電機子コイルにのみ通電される２相通電と３つ相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ全てに通電される３相通電とが各ステージ毎に交互に行われることになる。つまり、スイッチング素子駆動回路１５は、ロータ１２の回転位置に基づいて、各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる相電流を所定の順序と方向で転流させるとともに転流前後の各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに重複して通電するようにスイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬを駆動するようになっている。なお、相電流とは各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる駆動電流のことである。
【００４０】
また、このコントローラ１６にはＰＷＭ制御回路２５が設けられており、スイッチング素子駆動回路１５に対する指令信号をＰＷＭ制御して、スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬの駆動デューティー比を変化させることができるようになっている。この場合、コントローラ１６は、正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨの駆動デューティー比を１００％に固定するとともに負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬの駆動デューティー比を電動パワーステアリング装置の制御装置から入力される駆動指令信号に応じて変化させることにより、このブラシレスモータの１１出力トルクを電動パワーステアリング装置が要求する値となるようにしている。なお、本実施の形態においては、負極側スイッチング素子ＦＥＴＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬの駆動デューティー比をＰＷＭ制御により変化させるようにしているが、これに限らず、正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨの駆動デューティー比を変化させたり、または、いわゆる交互ＰＷＭ制御のように、駆動デューティー比を変化させるスイッチング素子と駆動デューティー比を１００％固定とするスイッチング素子とが通電ステージに応じて正極側スイッチング素子となったり負極側スイッチング素子となったりする場合や、デューティー比を例えばＰＡＭ制御など他の変調方式により変化させるようにしてもよい。
【００４１】
さらに、駆動電流制御手段としてのコントローラ１６は、図２に電流制御補償器を備える駆動電流切替え部２６として示すように、ブラシレスモータ１１に供給される駆動電流を通電相数に応じた値に切り替えるように電流制御を行う機能を有している。駆動電流切替え部２６は、２相通電時における駆動電流の値が３相通電時における電流値より小さく（本実施の形態においては３相通電時の電流値の９０％の値）なるように、通電相数が変わる毎つまり通電ステージが変わる毎に駆動電流の電流値Ａの切り替え電流制御を行っている。この場合、電流値Ａの切替えは、負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬの駆動デューティー比を変化させることにより行われる。なお、通電相数とは、通電状態つまり相電流が流れている電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの数である。
【００４２】
このような構成により、各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷには、図３に示すように、各通電ステージ毎に３段階に増加・減少するとともに所定の周期で通電方向が変わる相電流が流れることになり、これにより、ステータに回転磁界が生じてロータ１２が回転するようになっている。
【００４３】
図４（ａ）は２相通電時の電流応答が適切となるように駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインを設定した場合の３相通電ステージにおける電流応答の波形を示す特性線図であり、図４（ｂ）は３相通電時の電流応答が適切となるように駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインを設定した場合の２相通電ステージにおける電流応答の波形を示す特性線図である。
【００４４】
ところで、このような駆動装置１３では、駆動電流切替え部２６により行われる駆動電流の電流値Ａの切替えは通電ステージの切替え毎に行われる。これに対して、駆動電流の電流値Ａの切替え前後では通電相数が変化することにより駆動電流が流れる電流経路の抵抗値Ｒとインダクタンス値Ｌが変化することになる。そのため、例えば、図４（ａ）に示すように、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器のゲインＫを２相通電時に適切な値に設定した場合には、２相通電時から３相通電時への切替えの際に電流応答が振動的になり、逆に、図４（ｂ）に示すように、３相通電時に適切な値に設定した場合には３相通電から２相通電時への切替えの際における電流応答が遅くなるなど、電流制御系の応答性や安定性が損なわれる場合がある。ここで、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器のゲインＫは、電流制御補償器がＰＩＤ補償器つまり比例・積分・微分補償器で構成されている場合は、比例ゲインおよび積分ゲインおよび微分ゲインである。そのため、駆動電流制御手段としてのコントローラ１６には、図２にゲイン設定部２７として示すように、駆動電流切替え部２６の電流補償器のゲインＫを通電相数に応じた値に設定する機能が設けられている。つまり、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器のゲインＫは、ゲイン設定部２７により、２相通電のときには２相通電に対して適切な値に設定され、３相通電時には３相通電時に対して適切な値に設定される。これら各通電相数に対して適切となるゲインの値は、各通電状態時の電流経路の抵抗値やインダクタンス値に基づいて予め実験等により設定されており、図示しないＲＯＭに格納されて必要時にＣＰＵに取り込まれるようになっている。なお、電流経路とは電源端子１７と接地端子１８との間で駆動電流が流れる経路のことであり、電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷやスイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ，ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬおよびこれらを接続する接続線等を含んだものである。
【００４５】
また、電流制御系の応答性や安定性の低下は通電相数が変化する場合に限らず、ブラシレスモータ１１の運転状態や使用環境等により、電源電圧Ｖや電流回路の抵抗値Ｒ、インダクタンス値Ｌが変動した場合にも発生する。さらに、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器による電流制御は、コントローラ１６にＣＰＵによるデジタル制御により行われているので、このブラシレスモータ１１が高速回転状態となったときにはＣＰＵの処理時間の影響、つまり無駄な時間による位相遅れが無視できなくなり、実際に流れる駆動電流の位相は指令電流に対して遅れてしまい、そのため、制御系の応答性や安定性が低下する場合がある。また、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器による電流制御は、通電ステージに応じて駆動電流値を切り替える制御であるので、等価的に交流信号を制御する交流制御に等しい。交流制御は定常状態であっても位相遅れやオフセットが生じるので、同様に駆動電流切替え部２６の電流制御補償器による電流制御も、定常状態でも実際に流れる駆動電流の位相は指令電流に対して遅れ、また、その値も指令電流と誤差が生じてしまう。その位相遅れや誤差はブラシレスモータ１１の回転数が上昇するほど大きくなり、そのため制御系の応答性や安定性が低下する場合がある。そして、このような制御系の応答性や安定性の低下により各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる相電流の値が変動して、出力トルクの変動つまりトルクリップルが生じる場合がある。
【００４６】
そのため、ゲイン設定部２７には、インバータ回路１４に印加される電源電圧Ｖや電流経路の抵抗値Ｒ・インダクタンス値Ｌおよびロータ１２の回転速度つまりブラシレスモータ１１の運転周波数Ｆ等の変動に応じてゲインＫを補正する機能が設けられており、このブラシレスモータ１１の運転状態や使用環境等が変化した場合であっても、ゲインＫを適切な値に補正することができるようになっている。
【００４７】
図５は、ゲイン設定部の制御手順を示すフローチャート図であり、図６はゲイン設定部が設けられたコントローラを用いた場合の電流応答の特性を示す特性線図である。
【００４８】
図５に示すように、ゲイン設定部２７は、まず、ステップＳ１において通電ステージ情報から現在の通電相数を検出し、次に、ステップＳ２〜Ｓ５において、それぞれ電源電圧Ｖ、温度Ｔ１，Ｔ２、駆動電流の電流値Ａ、運転周波数Ｆを検出する。なお、運転周波数Ｆは通電ステージの切替え周期を演算して求められる。
【００４９】
次に、ステップＳ６において、ステップＳ３で検出した温度Ｔ１，Ｔ２に基づいて、駆動電流が流れる電流経路の抵抗値Ｒの変動を算出する。これは、温度Ｔ１の変動に基づいて電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの抵抗値の変動を算出し、温度Ｔ２の変動に基づいてインバータ回路１４の抵抗値の変動を算出し、これらの抵抗値の変動から電流経路の抵抗値Ｒの変動を推測することにより行われる。そのため、図示しないＲＯＭ内には予め実験等により得られた温度Ｔ１，Ｔ２に対する電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷやインバータ回路１４の抵抗値の変動特性を示す特性マップが格納されており、このステップＳ６においてはこれらのマップが参照される。
【００５０】
同様に、ステップＳ７では、ステップＳ４で検出された駆動電流の電流値Ａに基づいて、電流経路のインダクタンス値Ｌの変動を算出する。この場合においても、図示しないＲＯＭ内には、予め実験等により得られた駆動電流の電流値Ａに対する電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷのインダクタンス値の変動特性を示す特性マップが格納されており、このステップＳ７においてはこれらのマップが参照される。
【００５１】
図示しないＲＯＭには予め設定された基準ゲインＫｓが格納されており、ステップＳ８ではこの基準ゲインＫｓがＣＰＵに取り込まれる。
【００５２】
また、ＲＯＭには通電相数や電源電圧Ｖ、電流経路の抵抗値Ｒ・インダクタンス値Ｌおよび運転周波数Ｆに対する各補正係数の特性マップが格納されている。そして、これらの特性マップを参照して、ステップＳ９においてステップＳ１で検出した通電相数に基づいた相数変動補正係数Ｋ１が算出され、ステップＳ１０においてステップＳ２で検出した電源電圧Ｖの変動に基づいた電圧変動補正係数Ｋ２が算出され、ステップＳ１１ではステップＳ６で算出した電流経路の抵抗値Ｒの変動に基づいた抵抗値変動補正係数Ｋ３が算出され、ステップＳ１２ではステップＳ７で算出した電流経路のインダクタンス値Ｌの変動に基づいたインダクタンス値変動補正係数Ｋ４が算出され、ステップＳ１３ではステップＳ５で検出した運転周波数Ｆに基づいた運転周波数変動補正係数Ｋ５が算出される。
【００５３】
そして、ステップＳ１４において、基準ゲインＫｓに各補正係数Ｋ１〜Ｋ５を乗じてゲインＫが算出される。
【００５４】
これにより、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器のゲインＫは、ゲイン設定部２７により、通電相数に応じた適切な値に設定されることになり、駆動電流切替え部２６が駆動電流の切替えを行う際の電流応答は、図６に示すように、その応答が速く且つ安定したものとなる。したがって、通電ステージの切替え時つまり転流時における各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる相電流の変動が抑えられて、このブラシレスモータ１１の出力トルクの変動つまりトルクリップルを低減させることができる。
【００５５】
このように、このブラシレスモータ１１の駆動装置１３では、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器のゲインＫは切替え前後の通電相数に対応した適切な値に設定されるので、駆動電流の応答性や安定性を高めて、ブラシレスモータ１１のトルクリップルを低減させることができる。
【００５６】
また、ゲイン設定部２７は、インバータ回路１４に印加される電源電圧Ｖや電流経路の抵抗値Ｒ・インダクタンス値Ｌおよび運転周波数Ｆの変動に応じてゲインＫを補正するので、このブラシレスモータ１１の運転状態や使用環境等が変化した場合であっても、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器のゲインＫはこれらの変化に対応した適切な値に補正されることになる。
【００５７】
このように、このブラシレスモータ１１の駆動装置１３では、ブラシレスモータ１１の運転状態や使用環境等が変化した場合であっても、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器のゲインＫはこれらの変化に対応した適切な値に補正されるので、駆動電流の応答性や安定性が高まり、ブラシレスモータ１１のトルクリップルを低減させることができる。
【００５８】
さらに、このブラシレスモータ１１の駆動装置１３では、ブラシレスモータ１１のトルクリップルを低減させることができるので、このブラシレスモータ１１を車両に設けられた操舵装置の操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に用いた場合には、この操舵装置の操作感を向上させることができる。
【００５９】
本発明は本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いうまでもない。たとえば、本実施の形態においては、ブラシレスモータ１１は３相４極式となっているが、これに限らず、３相以上の電機子コイルを有するものであれば他の形式のブラシレスモータとしてもよい。
【００６０】
また、本実施の形態においては、電流センサ２３は負極側スイッチング素子と接地端子１８との間に取り付けられているが、これに限らず、電源端子１７と正極側スイッチング素子との間に取り付けてもよい。
【００６１】
さらに、本実施の形態においては、このブラシレスモータ１１を車両の電動パワーステアリング装置に用いるようにしているが、これに限らず、他の用途に用いてもよい。
【００６２】
さらに、本実施の形態においては、駆動電流切替え部２６の電流制御補償器はＰＩＤ補償器による構成としたが、Ｐ補償器のみやＰＩ補償器のみによる構成でもよい。
【００６３】
さらに、本実施の形態においては、ロータ１２の回転位置をホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺを用いて検出するようにしているが、これに限らず、例えばレゾルバ等を用いた他の方法により検出するようにしてもよい。
【００６４】
さらに、本実施の形態においては、温度Ｔ１，Ｔ２を温度センサ２１，２２により検出するようにしているが、これに限らず、例えば電流センサ２３により検出される駆動電流の電流値Ａと時間から電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷやインバータ回路１４の温度変化を推測するなどしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインは切替え前後の通電相数に対応した適切な値に設定されるので、駆動電流の応答性や安定性を高めて、ブラシレスモータのトルクリップルを低減させることができる。
【００６６】
また、本発明によれば、ブラシレスモータの運転状態や使用環境等が変化した場合であっても、駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインはこれらの変化に対応した適切な値に補正されるので、駆動電流の応答性や安定性を高めて、ブラシレスモータのトルクリップルを低減させることができる。
【００６７】
さらに、本発明によれば、ブラシレスモータのトルクリップルは低減されるので、このブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の操作感を向上させることができる。
【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駆動装置の概略を示す回路図である。
【図２】各スイッチング素子の駆動パターンを示すタイムチャート図である。
【図３】各相の電機子コイルに流れる相電流の変化を示すタイムチャート図である。
【図４】（ａ）は２相通電時の電流応答が適切となるように駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインを設定した場合の３相通電ステージにおける電流応答の波形を示す特性線図であり、（ｂ）は３相通電時の電流応答が適切となるように駆動電流切替え部の電流制御補償器のゲインを設定した場合の２相通電ステージにおける電流応答の波形を示す特性線図である。
【図５】ゲイン設定部の制御手順を示すフローチャート図である。
【図６】ゲイン設定部が設けられたコントローラを用いた場合の電流応答の特性を示す特性線図である。
【符号の説明】
１１  ブラシレスモータ
１２  ロータ
１３  駆動装置
１４  インバータ回路
１５  スイッチング素子駆動回路
１６  コントローラ
１７  電源端子
１８  接地端子
２１  モータ温度センサ
２２  インバータ温度センサ
２３  電流センサ
２４  電圧センサ
２５  ＰＷＭ制御回路
２６  駆動電流切替え部
２７  ゲイン設定部
ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ  電機子コイル
Ｐ  磁極
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺ  ホール素子
ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ，ＰＸ，ＰＹ，ＰＺ  回転位置検出信号
ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ  正極側スイッチング素子
ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬ  負極側スイッチング素子
Ｄ  フリーホイルダイオード
Ｔ１  モータ温度
Ｔ２  インバータ温度
Ａ  駆動電流の電流値
Ｖ  電源電圧
Ｒ  抵抗値
Ｌ  インダクタンス値
【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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