(57)【要約】【課題】電流検出手段のゲインの相違によらずに正確にロータの回転位置を求めることができるようにモータ制御装置を調整するための方法および装置を提供する。【解決手段】三相のステータ巻線に電流を供給することにより、Ｕ相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向けられる（Ｓ２）。この状態で、高周波電圧ベクトルを印加し（Ｓ３）、高周波電圧ベクトルがＵ相を向いたときの電流応答の大きさＭUが取得される（Ｓ４）。次に、三相のステータ巻線に電流を供給することにより、Ｖ相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向けられる（Ｓ５）。この状態で高周波電圧ベクトルを印加し（Ｓ６）、高周波電圧ベクトルがＶ相を向いたときの電流応答の大きさＭVが取得される（Ｓ７）。電流応答の大きさＭU，ＭVに基づいて補正係数χVが求められ（Ｓ８）、モータ制御装置に書き込まれる（Ｓ９）。【選択図】図６
2009100545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁としてのロータならびにＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のステータ巻線を備える電動モータを駆動するためのモータ制御装置を調整する方法であって、
前記モータ制御装置が、前記三相のうちの二相である第１相および第２相の電流をそれぞれ検出する第１および第２電流検出手段の出力に基づいて電動モータを駆動するものであり、
前記方法は、
前記第１相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向くように前記三相のステータ巻線に電流を供給する第１ロータ位置制御ステップと、
この第１ロータ位置制御ステップの後、前記三相のステータ巻線にそれぞれ印加される電圧により表される電圧ベクトルが、その大きさを一定に保持して所定周期で回転するように、前記ステータ巻線に探査電圧を印加する第１探査電圧印加ステップと、
前記第１探査電圧印加ステップの実行中に、前記電圧ベクトルが前記第１相を向いたときに前記第１電流検出手段が出力する第１電流検出値を取得するステップと、
前記第２相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向くように前記三相のステータ巻線に電流を供給する第２ロータ位置制御ステップと、
この第２ロータ位置制御ステップの後、前記三相のステータ巻線にそれぞれ印加される電圧により表される電圧ベクトルが、その大きさを一定に保持して所定周期で回転するように、前記ステータ巻線に探査電圧を印加する第２探査電圧印加ステップと、
前記第２探査電圧印加ステップの実行中に、前記電圧ベクトルが前記第２相を向いたときに前記第２電流検出手段が出力する第２電流検出値を取得するステップと、
前記第１および第２電流検出値が等しくなるように、前記第１および第２電流検出手段の出力の少なくともいずれか一方を補正するための補正係数を定め、前記モータ制御装置に設定する補正係数設定ステップとを含む、モータ制御装置の調整方法。
【請求項２】
界磁としてのロータならびにＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のステータ巻線を備える電動モータを駆動するためのモータ制御装置を調整する装置であって、
前記モータ制御装置が、前記三相のうちの二相である第１相および第２相の電流をそれぞれ検出する第１および第２電流検出手段の出力に基づいて電動モータを駆動するものであり、
前記装置は、
前記第１相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向くように前記三相のステータ巻線に電流を供給する第１ロータ位置制御手段と、
前記第１相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向いた状態で、前記三相のステータ巻線にそれぞれ印加される電圧により表される電圧ベクトルが、その大きさを一定に保持して所定周期で回転するように、前記ステータ巻線に探査電圧を印加する第１探査電圧印加手段と、
前記第１探査電圧印加手段によって前記探査電圧を印加している状態で、前記電圧ベクトルが前記第１相を向いたときに前記第１電流検出手段が出力する第１電流検出値を取得する手段と、
前記第２相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向くように前記三相のステータ巻線に電流を供給する第２ロータ位置制御手段と、
前記第２相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向いた状態で、前記三相のステータ巻線にそれぞれ印加される電圧により表される電圧ベクトルが、その大きさを一定に保持して所定周期で回転するように、前記ステータ巻線に探査電圧を印加する第２探査電圧印加手段と、
前記第２探査電圧印加手段によって前記探査電圧を印加している状態で、前記電圧ベクトルが前記第２相を向いたときに前記第２電流検出手段が出力する第２電流検出値を取得する手段と、
前記第１および第２電流検出値が等しくなるように、前記第１および第２電流検出手段の出力の少なくともいずれか一方を補正するための補正係数を定め、前記モータ制御装置に設定する補正係数設定手段とを含む、モータ制御装置の調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスモータをセンサレス駆動するためのモータ制御装置を調整するための方法および装置に関する。ブラシレスモータは、たとえば、電動パワーステアリング装置における操舵補助力の発生源として利用される。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転位置を検出するための位置センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。しかし、位置センサの耐環境性が問題となるうえ、高価な位置センサおよびこれに関連する配線がコストの削減を阻害し、かつ、小型化を阻害している。そこで、位置センサを用いることなくブラシレスＤＣモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相（ロータの電気角）を推定する方式である。
【０００３】
ロータ停止時および極低速回転時には、誘起電圧を推定できないので、別の方式で磁極の位相が推定される。具体的には、図４(a)に示すように、ロータ５０の回転中心を原点とする二相固定座標であるαβ座標の原点まわりにロータ５０の回転方向に沿って回転する高周波電圧ベクトル（大きさは一定）が形成されるように、高周波探査電圧がＵ，Ｖ，Ｗ相のステータ巻線５１，５２，５３に印加される。高周波電圧ベクトルは、ロータ５０の回転速度に対して十分に高速に回転する電圧ベクトルである。この高周波電圧ベクトルの印加に伴って、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のステータ巻線５１，５２，５３に電流が流れる。この三相の電流の大きさおよび方向をαβ座標上で表した電流ベクトルは、原点まわりに回転することになる。
【０００４】
ロータ５０のインダクタンスは、磁束方向に沿う磁極軸であるｄ軸と、これに直交するｑ軸（トルク方向に沿う軸）とで異なる値をとる。そのため、電流ベクトルの大きさは、ｄ軸に近い方向の場合に大きく、ｑ軸に近い方向の場合に小さくなる。その結果、図４(b)に示すように、電流ベクトルの終点は、αβ座標上において、ロータ５０のｄ軸方向を長軸とする楕円形の軌跡５５を描く。
【０００５】
したがって、電流ベクトルの大きさは、ロータ５０のＮ極方向およびＳ極方向において極大値を有する。すなわち、図５(a)に示すように、電流ベクトルの１周期において、その大きさは、２つの極大値を有する。この場合、電圧ベクトルの大きさが十分に大きければ、ステータの磁気飽和の影響により、ロータ５０のＮ極側の方がＳ極側よりもインダクタンスが小さくなり、Ｎ極方向の電流ベクトルの大きさが最大値をとることになる（曲線Ｌ１参照）。
【０００６】
そこで、十分に大きな高周波電圧ベクトルを印加してＮ極に対応した電流ベクトルの極大を特定しておき、その後は、大きさを小さくした高周波電圧ベクトルを印加し、電流ベクトルの極大値に基づいて、ロータ５０の位相を推定することができる。より具体的には、大きさが極大値をとるときの電流ベクトルのα軸成分Ｉαおよびβ軸成分Ｉβにより、ロータ５０の位相角（電気角）θは、θ＝Ｔan-1（Ｉβ／Ｉα）として求められる。
【０００７】
電流ベクトルを求めるために、ブラシレスモータの二相、たとえば、Ｕ相およびＶ相のステータ巻線に流れるＵ相電流およびＶ相電流をそれぞれ検出するＵ相電流センサおよびＶ相電流センサが設けられる。Ｗ相電流は、Ｕ相電流およびＶ相電流から演算によって求めることができる。
【特許文献１】特開２００７−９７２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、Ｕ相電流センサおよびＶ相電流センサは別個の素子であるので、これらのセンサ間でゲインの相違が生じている。このゲインの相違は、αβ座標面に電流ベクトルの終点が描く楕円の長軸方向に影響を与える。この問題を、図７を参照して説明する。
まず、ロータ５０がない状態で高周波電圧ベクトルを印加する場合を想定する。高周波電圧ベクトルは大きさが一定なので、その終点の軌跡はαβ座標面上に原点を中心とする円８０を描く。ロータ５０が存在しない状況では、その突極性の影響を受けないので、電流ベクトルの大きさは一定となり、その終点の軌跡はαβ座標面上に原点を中心とする円を描くはずである。しかし、実際には、Ｕ相電流センサおよびＶ相電流センサの間のゲインの相違のために、電流ベクトルの終点は楕円８１を描くことになる。
【０００９】
一方、ロータ５０が存在し、かつ、Ｕ相電流センサおよびＶ相電流センサの間のゲインに差がない場合に、電流ベクトルの終点は楕円８２を描くと仮定する。この楕円８２の長軸方向がロータ５０の真の極位置に相当する。
楕円８３は、楕円８２（真の電流ベクトルの軌跡）に楕円８１（電流センサによる歪み）を掛け合わせて得られるものである。この楕円８３は、実際に得られる電流ベクトルの終点の軌跡に相当する。この場合、楕円８３の長軸方向は、Ｕ相電流センサおよびＶ相電流センサの間のゲインの相違の影響を受けて、楕円８２の長軸方向からずれている。この楕円８３の長軸方向が、間違った極位置として計算されることになる。
【００１０】
このように、二相の電流センサのゲインの相違に起因して、ロータ５０の回転位置を正確に求めることができないという問題があった。
そこで、この発明の目的は、電流検出手段のゲインの相違によらずに正確にロータの回転位置を求めることができるようにモータ制御装置を調整するための方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、界磁としてのロータ（５０）ならびにＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のステータ巻線（５１，５２，５３）を備える電動モータ（３）を駆動するためのモータ制御装置（５）を調整する方法であって、前記モータ制御装置が、前記三相のうちの二相である第１相および第２相の電流をそれぞれ検出する第１および第２電流検出手段（９Ｕ，９Ｖ）の出力に基づいて電動モータを駆動するものであり、前記方法は、前記第１相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向くように前記三相のステータ巻線に電流を供給する第１ロータ位置制御ステップ（Ｓ２）と、この第１ロータ位置制御ステップの後、前記三相のステータ巻線にそれぞれ印加される電圧により表される電圧ベクトルが、その大きさを一定に保持して所定周期で回転するように、前記ステータ巻線に探査電圧を印加する第１探査電圧印加ステップ（Ｓ３）と、前記第１探査電圧印加ステップの実行中に、前記電圧ベクトルが前記第１相を向いたときに前記第１電流検出手段が出力する第１電流検出値を取得するステップ（Ｓ４）と、前記第２相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向くように前記三相のステータ巻線に電流を供給する第２ロータ位置制御ステップ（Ｓ５）と、この第２ロータ位置制御ステップの後、前記三相のステータ巻線にそれぞれ印加される電圧により表される電圧ベクトルが、その大きさを一定に保持して所定周期で回転するように、前記ステータ巻線に探査電圧を印加する第２探査電圧印加ステップ（Ｓ６）と、前記第２探査電圧印加ステップの実行中に、前記電圧ベクトルが前記第２相を向いたときに前記第２電流検出手段が出力する第２電流検出値を取得するステップ（Ｓ７）と、前記第１および第２電流検出値が等しくなるように、前記第１および第２電流検出手段の出力の少なくともいずれか一方を補正するための補正係数を定め、前記モータ制御装置に設定する補正係数設定ステップ（Ｓ８，Ｓ９）とを含む、モータ制御装置の調整方法である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１２】
請求項２記載の発明は、界磁としてのロータ（５０）ならびにＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相のステータ巻線（５１，５２，５３）を備える電動モータ（３）を駆動するためのモータ制御装置（５）を調整する装置（６０）であって、前記モータ制御装置が、前記三相のうちの二相である第１相および第２相の電流をそれぞれ検出する第１および第２電流検出手段（９Ｕ，９Ｖ）の出力に基づいて電動モータを駆動するものであり、前記装置は、前記第１相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向くように前記三相のステータ巻線に電流を供給する第１ロータ位置制御手段（Ｓ２）と、前記第１相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向いた状態で、前記三相のステータ巻線にそれぞれ印加される電圧により表される電圧ベクトルが、その大きさを一定に保持して所定周期で回転するように、前記ステータ巻線に探査電圧を印加する第１探査電圧印加手段（Ｓ３）と、前記第１探査電圧印加手段によって前記探査電圧を印加している状態で、前記電圧ベクトルが前記第１相を向いたときに前記第１電流検出手段が出力する第１電流検出値を取得する手段（Ｓ４）と、前記第２相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向くように前記三相のステータ巻線に電流を供給する第２ロータ位置制御手段（Ｓ５）と、前記第２相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向いた状態で、前記三相のステータ巻線にそれぞれ印加される電圧により表される電圧ベクトルが、その大きさを一定に保持して所定周期で回転するように、前記ステータ巻線に探査電圧を印加する第２探査電圧印加手段（Ｓ６）と、前記第２探査電圧印加手段によって前記探査電圧を印加している状態で、前記電圧ベクトルが前記第２相を向いたときに前記第２電流検出手段が出力する第２電流検出値を取得する手段（Ｓ７）と、前記第１および第２電流検出値が等しくなるように、前記第１および第２電流検出手段の出力の少なくともいずれか一方を補正するための補正係数を定め、前記モータ制御装置に設定する補正係数設定手段（Ｓ８，Ｓ９）とを含む、モータ制御装置の調整装置である。
【００１３】
これらの発明によれば、三相のステータ巻線に或る決まった位相で電流を供給することにより、第１相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向けられる。この状態で、ステータ巻線に探査電圧が印加される。そして、電圧ベクトルが第１相を向いたときの第１電流検出手段の出力が第１電流検出値として取得される。一方、三相のステータ巻線に別の決まった位相の電流を供給することにより、第２相に対して電気角で９０度をなす方向にロータの極が向けられる。この状態でステータ巻線に探査電圧が印加される。そして、電圧ベクトルが第２相を向いたときの第２電流検出手段の出力が第２電流検出値として取得される。
【００１４】
第１および第２電流検出手段のゲインに差がない理想的な状態では、第１および第２電流検出値は一致するはずだが、実際には、ゲインには差があるので、第１および第２電流検出値は不一致になる。そこで、第１および第２電流検出値が等しくなるように補正係数を定めれば、この補正係数を第１および／または第２電流検出手段の出力に適用することによって、ゲインの差を補償することができる。
【００１５】
その結果、補正係数によって補正された第１および第２電流検出手段の出力信号を用いることによって、モータ制御装置は、ロータの回転位置を正確に求めることができるようになる。
なお、ステータ巻線に電流を供給してロータの極を所望の方向に向ける必要があるので、前述のような調整は、ロータの方向が電流位相にほぼ一致する程度のモータ負荷の状態（好ましくはロータがフリーの状態）で行うことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る調整方法および調整装置が適用されるモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ１と、車両の舵取り機構２に操舵補助力を与える電動モータ３と、この電動モータ３を駆動制御するモータ制御装置５とを備えている。モータ制御装置５は、トルクセンサ１が検出する操舵トルクに応じて電動モータ３を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。
【００１７】
電動モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスＤＣモータであり、図２に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３とを備えている。電動モータ３は、ロータの外部にステータを配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを配置したアウターロータ型のものであってもよい。
【００１８】
モータ制御装置５は、マイクロコンピュータ７と、このマイクロコンピュータ７によって制御され、電動モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）８と、電動モータ３のＵ相およびＶ相の各ステータ巻線５１，５２に流れる電流を検出するＵ相電流センサ９ＵおよびＶ相電流センサ９Ｖとを備えている。
マイクロコンピュータ７は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電流指令値生成部１１と、ＰＩ（比例積分）制御部１２と、指示電圧生成部１３と、γδ／αβ座標変換部１４と、αβ／ＵＶＷ座標変換部１５と、ＰＷＭ制御部１６と、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７と、αβ／γδ座標変換部１８と、偏差演算部１９と、位置推定部２０と、センシング信号生成部２１と、加算部２２と、ゲイン補正部４０と、Ｗ相電流演算部４１とが含まれている。
【００１９】
電流指令値生成部１１は、電動モータ３のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の指令値Ｉd*と、ｄ軸に直交するｑ軸電流成分の指令値Ｉq*とを生成する。以下、これらをまとめて言うときには、「電流指令値Ｉdq」という。ただし、ｄｑ座標平面はロータ５０の回転方向に沿う平面であり、ｄ軸およびｑ軸は、ロータ５０とともに回転する二相回転座標系（ｄ−ｑ）を規定する（図２参照）。
【００２０】
電動モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に与えるべき電流（正弦波電流）の振幅を表す電流指令値Ｉ*を用いると、ｄ軸電流指令値Ｉd*およびｑ軸電流指令値Ｉq*は、次式(1)(2)のように表される。
Ｉd*＝０                  ……(1)
Ｉq*＝−(3/2)1/2・Ｉ*    ……(2)
したがって、電流指令値生成部１１は、ｄ軸電流指令値Ｉd*＝０を生成する一方で、トルクセンサ１によって検出される操舵トルクに応じたｑ軸電流指令値Ｉq*を生成する。より具体的には、操舵トルクに対応したｑ軸電流指令値Ｉq*を記憶したマップ（テーブル）を用いてｑ軸電流指令値Ｉq*が生成されるようになっていてもよい。電動モータ３が発生するトルクは、モータ電流に対応するから、電流指令値Ｉdqは、電動モータ３から発生させるべきトルクを指令するための「トルク指令値」と言い換えることもできる。
【００２１】
Ｕ相およびＶ相のステータ巻線５１，５２に流れる相電流をそれぞれ検出するために、Ｕ相電流センサ９ＵおよびＶ相電流センサ９Ｖが設けられている。Ｕ相電流センサ９Ｕの出力信号は、マイクロコンピュータ７のＡ／Ｄ変換ポート１０Ｕに入力されて、ディジタル信号で表されたＵ相検出電流値ＩUに変換される。Ｖ相電流センサ９Ｖの出力信号は、マイクロコンピュータ７のＡ／Ｄ変換ポート１０Ｖに入力されて、ディジタル信号で表されたＶ相検出電流値ＩVに変換される。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換ポート１０ＶからのＶ相検出電流値ＩVは、ゲイン補正部４０によって、補正係数χVが乗じられる。これにより、ゲイン補正部４０は、補正後のＶ相検出電流値ＩVを出力する。補正係数χVは、２つの電流センサ９Ｕ，９Ｖの間の個体差等に起因するゲインの相異を補償するための係数である。すなわち、補正係数χVがＶ相検出電流値ＩVに乗じられることによって、見かけ上、ゲインの等しい電流センサでＵ相およびＶ相の各相電流を検出した場合と同等の検出結果が得られる。補正係数χVは、マイクロコンピュータ７に備えられたメモリ７Ｍ（書き換え可能メモリ。たとえば書き換え可能な不揮発性メモリ）に格納されている。
【００２３】
Ｗ相電流演算部４１は、Ａ／Ｄ変換ポート１０ＵからのＵ相検出電流値ＩUおよびゲイン補正部４０による補正後のＶ相検出電流値ＩVに基づいて、Ｗ相検出電流値ＩW（＝０−ＩU−ＩV）を求める。こうして、三相検出電流値ＩU，ＩV，ＩWが得られる（以下、これらをまとめていうときには「三相検出電流値ＩUVW」という）。この三相検出電流値ＩUVWが、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７に入力されるようになっている。
【００２４】
ＵＶＷ／αβ座標変換部１７は、三相検出電流値ＩUVWを、二相固定座標系（α−β）上での電流ＩαおよびＩβ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉαβ」という。）に座標変換する。二相固定座標系（α−β）とは、ロータ５０の回転中心を原点として、ロータ５０の回転平面内にα軸およびこれに直交するβ軸を定めた固定座標系である（図２参照）。座標変換された二相検出電流Ｉαβは、αβ／γδ座標変換部１８に与えられる。
【００２５】
αβ／γδ座標変換部１８は、二相検出電流Ｉαβを、位置推定部２０によって推定されるロータ回転位置θ^（以下、「推定回転位置θ^」という。）に従う二相回転座標系（γ−δ）上での電流ＩγおよびＩδ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉγδ」という。）に座標変換する。二相回転座標系（γ−δ）は、推定回転位置θ^にロータ５０がある場合に、ロータ磁極方向に沿うγ軸と、このγ軸に直交するδ軸とによって規定される回転座標系である（図２参照）。推定回転位置θ^に誤差がなく、実際のロータ回転位置と一致しているとき、二相回転座標系（ｄ−ｑ）と二相回転座標系（γ−δ）とは一致する。
【００２６】
二相検出電流Ｉγδは、偏差演算部１９に与えられるようになっている。この偏差演算部１９は、ｄ軸電流指令値Ｉd*に対するγ軸電流Ｉγの偏差、およびｑ軸電流指令値Ｉq*に対するδ軸電流Ｉδの偏差を演算する。これらの偏差がＰＩ制御部１２に与えられてそれぞれＰＩ演算処理を受ける。そして、これらの演算結果に応じて、指示電圧生成部１３によって、γ軸指示電圧Ｖγ*およびδ軸指示電圧Ｖδ*（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖγδ」という。）が生成されて、γδ／αβ座標変換部１４に与えられる。
【００２７】
γδ／αβ座標変換部１４は、γ軸指示電圧Ｖγ*およびδ軸指示電圧Ｖδ*を、二相固定座標系（α−β）の指示電圧であるα軸指示電圧Ｖα*およびβ軸指示電圧Ｖβ*（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖαβ」という。）に座標変換する。この二相指示電圧Ｖαβは、αβ／ＵＶＷ座標変換部１５に与えられる。
αβ／ＵＶＷ座標変換部１５は、α軸指示電圧Ｖα*およびβ軸指示電圧Ｖβ*を三相固定座標系の指示電圧、すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の指示電圧ＶU*，ＶV*，ＶW*（以下、これらをまとめていうときには「三相指示電圧ＶUVW」という。）に変換する。
【００２８】
ＰＷＭ制御部１６は、三相の指示電圧ＶU*，ＶV*，ＶW*に応じて制御されたデューティ比の駆動信号を生成して駆動回路８に与える。これにより、電動モータ３の各相には、該当する相の指示電圧ＶU*，ＶV*，ＶW*に応じたデューティ比で電圧が印加されることになる。
このような構成によって、舵取り機構２に結合された操作部材としてのステアリングホイール（図示せず）に操舵トルクが加えられると、これがトルクセンサ１によって検出される。そして、その検出された操舵トルクに応じた電流指令値Ｉdqが電流指令値生成部１１によって生成される。この電流指令値Ｉdqと二相検出電流Ｉγδとの偏差が偏差演算部１９によって求められ、この偏差を零に導くようにＰＩ制御部１２によるＰＩ演算が行われる。この演算結果に対応した二相指示電圧Ｖγδが指示電圧生成部１３によって生成され、これが、座標変換部１４，１５を経て三相指示電圧ＶUVWに変換される。そして、ＰＷＭ制御部１６の働きによって、その三相指示電圧ＶUVWに応じたデューティ比で駆動回路８が動作することによって、電動モータ３が駆動され、電流指令値Ｉdqに対応したアシストトルクが舵取り機構２に与えられることになる。こうして、操舵トルクに応じて操舵補助を行うことができる。三相検出電流ＩUVWは、座標変換部１７，１８を経て、電流指令値Ｉdqに対応するように二相回転座標系（γ−δ）で表された二相検出電流Ｉγδに変換された後に、偏差演算部１９に与えられる。
【００２９】
回転座標系と固定座標系との間での座標変換のためには、ロータ５０の回転位置を表す位相角（電気角）θが必要である。この位相角を表す推定回転位置θ^が位置推定部２０によって生成され、γδ／αβ座標変換部１４およびαβ／γδ座標変換部１８に与えられるようになっている。
センシング信号生成部２１は、ロータ５０の位相角θを推定するために、電動モータ３に探査電圧を印加する探査電圧印加手段として機能する。このセンシング信号生成部２１は、電動モータ３の定格周波数に比較して十分に高い周波数（たとえば、４００Hz）の高周波正弦電圧（図５(b)参照）を、探査電圧として、電動モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３に印加するためのセンシング信号を生成する。より具体的には、ロータ５０の回転を引き起こすことのない程度のデューティ比の高周波電圧の印加によって、Ｖ−Ｗ相通電、Ｗ−Ｕ相通電およびＵ−Ｖ相通電を順次繰り返させることにより、ロータ５０の回転中心まわりで空間的に回転する高周波電圧ベクトルを印加することができるセンシング信号を生成する。この高周波電圧ベクトルは、ロータ５０の回転中心を原点とする固定座標であるαβ座標の原点まわりに定速回転する一定の大きさの電圧ベクトルである（図４(a)参照）。
【００３０】
センシング信号生成部２１は、この実施形態では、二相指示電圧Ｖαβに重畳すべきセンシング信号を生成する。このセンシング信号は、加算部２２によって、二相指示電圧Ｖαβに重畳されるようになっている。
位置推定部２０は、二相検出電流Ｉαβに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定し、推定回転位置θ^を生成する。
【００３１】
図３は、位置推定部２０の構成を説明するためのブロック図である。位置推定部２０は、電流値演算部２６と、逆ノッチフィルタ２７と、電流ピークタイミング抽出部２８と、電流同期抽出部２９と、ロータ位置演算部３０とを備えている。
電流値演算部２６は、電流ベクトルの大きさ、すなわち、電流の大きさＩを求める。より具体的には、電流値演算部２６は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７から与えられる二相検出電流Ｉαβに基づいて、電流の大きさＩを演算する。たとえば、次式(3)に従って、電流の大きさｉが演算される。
【００３２】
Ｉ＝｛Ｉα2＋Ｉβ2｝1/2    ……  (3)
逆ノッチフィルタ２７は、電流値演算部２６の出力からノイズ成分を除去する。電流の大きさＩには、高周波電圧ベクトルの１周期中に２回の極大値が生じる。したがって、電流値演算部２６の出力のうち、有意な信号成分の周波数は、センシング信号生成部２１が生成するセンシング信号の周波数の２倍程度の周波数を有する。そこで、逆ノッチフィルタ２７は、センシング信号の周波数の２倍の周波数を中心周波数ｆｃとする所定帯域の信号を通過させ、この範囲外の信号を除去する特性（逆ノッチフィルタ特性）を有している。
【００３３】
電流ピークタイミング抽出部２８は、逆ノッチフィルタ２７の出力に基づき、電流値演算部２６によって求められた電流の大きさＩが極大値（ピーク値）をとるタイミング（極大値タイミング）を検出する。より具体的には、電流ピークタイミング抽出部２８は、所定のサンプリング期間毎にピークホールド処理を行い、電流の大きさＩが極大値をとる極大値タイミングを抽出する。この極大値タイミングは、ロータ５０の回転位置（位相）に対応する。
【００３４】
電流同期抽出部２９は、電流ピークタイミング抽出部２８が極値タイミングｔを生成すると、これに応答して、そのタイミングｔにおける二相検出電流Ｉαβ(t)をＵＶＷ／αβ座標変換部１７から取り込んで出力する。
ロータ位置演算部３０は、電流同期抽出部２９から与えられる極値タイミング二相検出電流Ｉαβ(t)を用いて、次式(4)に従って、ロータの推定回転位置（回転角）θ^を求める。
【００３５】
θ＝Ｔan-1（Ｉβ／Ｉα）  ……(4)
図４(a)は、センシング信号生成部２１によって生成されてステータ巻線５１，５２，５３に印加される回転探査電圧に対応する高周波電圧ベクトルを示し、図４(b)は、高周波電圧ベクトルに対する電流ベクトルの応答を示す。回転探査電圧の印加により形成される高周波電圧ベクトルは、一定の大きさを有し、αβ座標の原点まわりに定速で回転する。このとき、ロータ５０の極位置に応じて電流ベクトルの大きさが変化する。より具体的には、ロータ５０のＮ極およびＳ極に対応する位置で電流ベクトルの大きさ、すなわち電流の大きさＩが極大値をとり、それらに対して電気角で９０度だけ異なる２つの位置で電流の大きさＩが極小値をとる。その結果、電流ベクトルの終点は、αβ座標の原点のまわりに楕円形の軌跡５５を形成することになる。その楕円形は、ロータ５０のＮ極およびＳ極に対応する長軸方向を有する。
【００３６】
ロータ５０が停止中または低速回転中には、図５(a)に示すように、電流波形（電流の大きさＩの時間変化を示す波形。図５の曲線Ｌ２）には、高周波電圧ベクトルの一周期中に、電流ベクトルの終点が形成する楕円形の軌跡５５（図４(b)参照）の２つの長軸方向に対応した極大点Ｐ１，Ｐ２が現れる。この２つの極大点Ｐ１，Ｐ２のうちロータ５０のＮ極に対応する極大点を特定するための処理（Ｎ極判定処理）を予め行っておけば、その特定された極大点のタイミングを抽出することにより、ロータ５０の回転位置を求めることができる。Ｎ極判定には、公知の方法を適用することができる。たとえば、充分に大きな高周波電圧ベクトルを印加すると、ステータの磁気飽和の影響により、ロータ５０のＮ極側の方がＳ極側よりもインダクタンスが小さくなり、Ｎ極方向の電流ベクトルの大きさが最大値をとることになる（図５(a)の曲線Ｌ１参照）。これを利用して、電流波形の２つの極大点Ｐ１，Ｐ２のうちの一方をＮ極に対応する極大点として特定できる。
【００３７】
電動パワーステアリング装置の製造ラインにおいて、電動モータ３に実質的に負荷のかからないフリーの状態で、補正係数χVを求めるための調整が行われる。フリーの状態とは、ステータ巻線５１，５２，５３に電流を流したときに、ロータ５０の位相が電流位相にほぼ一致する状態を意味し、たとえば、電動モータ３を舵取り機構２に結合する前の状態である。
【００３８】
モータ制御装置５には、図１に示すように、補正係数χVを求めるための調整装置６０が接続可能とされている。調整装置６０は、コンピュータとしての基本構成を有するものである。この調整装置６０は、ライン６１を介してＰＷＭ制御部１６に電圧指令値を与えることができ、ライン６２を介してセンシング信号生成部２１を制御することができ、ライン６３を介してＡ／Ｄ変換ポート１０Ｕ，１０ＶからのＵ相検出電流値ＩUおよびＶ相検出電流値ＩVを取得することができ、さらに、ライン６４を介して、メモリ７Ｍに補正係数χVを書き込むことができるものである。
【００３９】
図６は、調整装置６０による補正係数χVの設定手順を説明するためのフローチャートである。
まず、前述のとおり、電動モータ３をフリーの状態とする（ステップＳ１）。
この状態で、調整装置６０は、ロータ５０のＮ極がＵ相に対して電気角で９０度をなす方向に向くようにステータ巻線５１，５２，５３に電流を流すための電圧指令値を生成する（ステップＳ２）。これにより、ロータ５０のＮ極がＵ相に対し電気角で９０度をなす方向に向き、その状態でロータ５０が静止する。ロータ５０が静止した後は、調整装置６０は、電圧指令値の生成を停止する。
【００４０】
次に、調整装置６０から、センシング信号生成部２１に対してセンシング信号生成指令を与える。これにより、ステータ巻線５１，５２，５３には、ロータ５０の回転中心まわりで回転する高周波電圧ベクトル（一定の大きさ）を形成するための電圧が印加されることになる（ステップＳ３）。
この状態で、調整装置６０は、Ａ／Ｄ変換ポート１０Ｕ，１０Ｖの出力（すなわち、電流センサ９Ｕ，９Ｖの生の出力）をモニタし、高周波電圧ベクトルがＵ相を向いたときの電流応答の大きさＭUを取得する（ステップＳ４）。電流応答の大きさＭUは、次式(5)によって表されるとおり、Ｕ相電流に対応する。したがって、電流応答の大きさＭUを求める代わりに、Ｕ相検出電流ＩUの大きさを求めてもよい。
【００４１】
ＭU＝｛ＩU2＋ＩV2＋ＩW2｝1/2＝｛ＩU2＋ＩV2＋（０−ＩU−ＩV）2｝1/2
＝｛ＩU2＋（０−ＩU）2｝1/2    ∵ＩV＝０
＝√２｜ＩU｜          ……(5)
次に、調整装置６０は、センシング信号生成部２１からのセンシング信号の生成を停止させ、ロータ５０のＮ極がＶ相に対して電気角で９０度をなす方向に向くようにステータ巻線５１，５２，５３に電流を流すための電圧指令値を生成する（ステップＳ５）。これにより、ロータ５０のＮ極がＶ相に対し電気角で９０度をなす方向に向き、その状態でロータ５０が静止する。ロータ５０が静止した後は、調整装置６０は、電圧指令値の生成を停止する。
【００４２】
次に、調整装置６０から、センシング信号生成部２１に対してセンシング信号生成指令を与える。これにより、ステータ巻線５１，５２，５３には、ロータ５０の回転中心まわりで回転する高周波電圧ベクトル（一定の大きさ）を形成するための電圧が印加されることになる（ステップＳ６）。
この状態で、調整装置６０は、Ａ／Ｄ変換ポート１０Ｕ，１０Ｖの出力（すなわち、電流センサ９Ｕ，９Ｖの生の出力）をモニタし、電圧ベクトルがＶ相を向いたときの電流応答の大きさＭVを取得する（ステップＳ７）。電流応答の大きさＭVは、次式(6)によって表されるとおり、Ｖ相電流に対応する。したがって、電流応答の大きさＭVを求める代わりに、Ｖ相検出電流ＩVの大きさを求めてもよい。
【００４３】
ＭV＝｛ＩU2＋ＩV2＋ＩW2｝1/2＝｛ＩU2＋ＩV2＋（０−ＩU−ＩV）2｝1/2
＝｛ＩV2＋（０−ＩV）2｝1/2    ∵ＩU＝０
＝√２｜ＩV｜          ……(6)
調整装置６０は、次に、次式(7)に従って、補正係数χVを求める（ステップＳ８）。
χV＝ＭU／ＭV＝｜ＩU｜／｜ＩV｜      ……(7)
そして、調整装置６０は、求められた補正値χVをマイクロコンピュータ７のメモリ７Ｍに書き込む（ステップＳ９）。
【００４４】
こうして調整が終了すると、モータ制御装置５から調整装置６０が取り外される。
２つの電流センサ９Ｕ，９Ｖのゲインが等しい理想的な状態では、前記電流応答の大きさＭUおよびＭVは等しいので、補正係数χV＝１となる。２つの電流センサ９Ｕ，９Ｖのゲインが相異しているときには、補正係数χV≠１となる。いずれの場合も、ＭU＝χV・ＭVとなる。
【００４５】
したがって、Ｖ相検出電流ＩVに補正係数χVを乗じたχV・ＩVを補正後のＶ相検出電流ＩVとして用いることによって、２つの電流センサ９Ｕ，９Ｖのゲインの相異を補償することができる。すなわち、センシング信号生成部２１からセンシング信号を生成させて回転高周波電圧ベクトルを印加するとき、もしも、ロータ５０がなければ、電流ベクトルは一定の大きさで座標原点まわりを周回することになる。
【００４６】
よって、補正後のＶ相検出電流ＩVを用いることによって、位置推定部２０によるロータ５０の位置演算を正確に行うことができるようになり、ひいては、電動モータ３の制御精度を向上して、操舵フィーリングの向上に寄与することができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、Ｖ相検出電流ＩVを補正係数χVで補正するようにしているが、Ｕ相検出電流を補正係数χU（＝１／χV）で補正するようにしても、同様の効果が得られ、また、χU・ＭU＝χV・ＭVとなるように定めた補正係数χU,χVをそれぞれ検出電流値ＩUおよびＩVに乗じるようにしても同様の効果が得られる。むろん、相電流を検出する２相の組み合わせは、Ｕ相およびＷ相の組み合わせであってもよいし、Ｖ相およびＷ相の組み合わせであってもよい。
【００４７】
また、Ｗ相電流演算部４１でＷ相電流ＩWを演算する代わりに、Ｗ相電流ＩWを検出するＷ相電流センサを設けてもよい。この場合には、調整装置６０は、ロータ５０のＮ極がＷ相に対して電気角で９０度をなす方向に向くようにステータ巻線５１，５２，５３に電流を流すための電圧指令値を生成する。これにより、ロータ５０のＮ極がＷ相に対し電気角で９０度をなす方向に向き、その状態でロータ５０が静止する。ロータ５０が静止した後は、調整装置６０は、電圧指令値の生成を停止する。その後、調整装置６０から、センシング信号生成部２１に対してセンシング信号生成指令を与える。これにより、ステータ巻線５１，５２，５３には、ロータ５０の回転中心まわりで回転する高周波電圧ベクトル（一定の大きさ）を形成するための電圧が印加されることになる。この状態で、調整装置６０は、Ｗ相電流センサの出力をモニタし、電圧ベクトルがＷ相を向いたときの電流応答の大きさＭWを取得する。電流応答の大きさＭWは、次式(8)の通りとなる。
【００４８】
ＭW＝√２｜ＩW｜      ……(8)
そこで、調整装置６０は、次式(9)に従って、Ｗ相検出電流のための補正係数χWを求める。
χW＝ＭU／ＭW      ……(9)
この補正係数χWをＷ相検出電流ＩWに乗じれば、Ｕ相電流センサとＷ相電流センサとのゲインの差を補償できる。むろん、χU・ＭU＝χV・ＭV＝χW・ＭWを満足する補正係数χU，χV，χWで各相の検出電流値をそれぞれ補正してもよい。
【００４９】
また、前述のモータ制御装置５では、電流の大きさＩが極大値をとるときの二相検出電流Ｉαβを用いてロータ５０の回転位置θを求めているが、電流の大きさＩが極大値をとるときの二相指示電圧Ｖα，Ｖβを用いて（図１のライン２３参照）、次式（10）に従って、推定回転位置θ^を求めるようにしてもよい。
θ^＝Ｔan-1（Ｖβ／Ｖα）        …(10)
電圧ベクトルは大きさが一定であるので、歪みの生じている電流ベクトルに比較して、その位相の計算が容易である。したがって、式(10)の適用により、演算処理を簡素化できる。
【００５０】
電流の大きさＩが極大値をとるときの電圧ベクトルの位相を求めるには、前記の式(10)に従う演算を行う代わりに、高周波電圧ベクトルの印加と同期して計数動作を行うカウンタを用いるようにしてもよい。具体的には、高周波電圧ベクトルがα軸（Ｕ相方向に一致）に沿うとき（すなわち、高周波電圧ベクトルの位相が零のとき）に初期化されて計数動作を開始するように繰り返し動作するカウンタを設ける。このカウンタは、たとえば、高周波電圧ベクトルの周期Ｔをｎ等分（ｎは１周期当たりのサンプリング数。たとえばｎ＝３６０）した周期Ｔ／ｎ毎にカウントアップするもので、その出力は、高周波電圧ベクトルの位相を表す。そこで、図５(c)に示すように、電流の大きさＩの極値が検出された時点でカウンタの計数値を参照すれば、この計数値はロータ５０の磁極位置（電流ベクトルの大きさが最大のときの高周波電圧ベクトルの位相角）を表す。
【００５１】
また、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置の駆動源としての電動モータ３に本発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外の用途の電動モータを制御する制御装置の調整に対しても適用が可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の一実施形態に係る調整方法および調整装置が適用されるモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】電動モータの構成を説明するための図解図である。
【図３】位置推定部の構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図４(a)は回転探査電圧に対応する高周波電圧ベクトルを示し、図４(b)は高周波電圧ベクトルに対する電流ベクトルの応答を示す。
【図５】図５(a)は電流波形の例を示し、図５(b)は電圧波形の例を示し、図５(c)は電圧ベクトルの位相を検出するためのカウンタの計数値の変化を表す。
【図６】補正係数χVの設定手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】Ｕ相電流センサおよびＶ相電流センサのゲインが相違している場合に、位置検出誤差が生じることを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５３】
５…モータ制御装置、７…マイクロコンピュータ、９Ｕ…Ｕ相電流センサ、９Ｖ…Ｖ相電流センサ、５０…ロータ、５１，５２，５３…ステータ巻線
【図１】
2009100545.tif 000003
【図２】
2009100545.tif 000004
【図３】
2009100545.tif 000005
【図４】
2009100545.tif 000006
【図５】
2009100545.tif 000007
【図６】
2009100545.tif 000008
【図７】
2009100545.tif 000009