JP7768038B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転角検出装置に関する。

従来、磁気抵抗素子又はホール素子を用いた回転角センサにより３相ブラシレスモータの回転角度を検出する回転角検出装置において、回転角センサによる検出角度の誤差を補正する技術が知られている。

例えば特許文献１に開示された回転角検出装置は、回転角センサの組み付け誤差により生じる角度誤差を補正する第１補正演算部、及び、巻線への通電による漏れ磁束による角度誤差を補正する第２補正演算部を備える。漏れ磁束による角度誤差は、ロータ磁極の極対数±１次の正弦波の合成波がノイズとして検出角度信号（シグナル）に重畳することにより生じる。

同様に、特許文献２に開示された回転角検出装置の制御回路は、バスバーを介したコイルへの給電に伴いバスバーまたはコイルから発生する外乱磁束に起因する誤差角度を回転角に対する補正角度として演算し、当該補正角度を使用して回転角を補正する。

特開２０１６－１２８７７２号公報 特開２０１７－１４３６０３号公報

特許文献１、２の従来技術は、回転角センサの温度が所定の基準温度であることを前提として、巻線電流に応じた補正角度を演算するものであり、温度変化を考慮していない。しかし、例えば自動車に搭載される回転角検出装置では、使用地域での外気温等の変化によって回転角センサの温度が変化する。すると、基準温度より高温側では、センサマグネットの磁束が低下することでＳ／Ｎ比が低下し、誤差の振幅が大きくなる。逆に基準温度より低温側ではＳ／Ｎ比が増加し、誤差の振幅が小さくなる。

したがって、実際の温度によらず基準温度を前提とした補正角度を一律に用いた場合、基準温度より高温側では補正が不足し、基準温度より低温側では補正をし過ぎることとなり、実際の回転角度に対する補正後検出角度の精度が低下する。すると、検出角度を用いたフィードバック制御によりモータの駆動を制御する装置においてトルクリップルが増大する。例えば電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータの駆動装置では、モータのトルクリップルがハンドルに振動を与え、運転者の操舵フィーリングを悪化させるおそれがある。

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転角センサの温度が変化しても検出角度を精度良く補正する回転角検出装置を提供することにある。

本発明の一態様の回転角検出装置は、多相ブラシレス式のモータ（８０）の回転角度をフィードバックして巻線（８０１、８０２）への通電を制御するモータ駆動装置（１０）においてモータの回転角度を検出する。この回転角検出装置は、回転角センサ（３０１、３０２）と、一次誤差除去部（４３）と、二次誤差除去部（４５）と、回転角センサ温度推定部（４４）と、角度補正演算部（４６）と、を備える。

回転角センサは、基板に実装された二つ以上のホール素子（３３１－３３４）、及び、モータの回転軸であるシャフト（８７）に固定された一つ以上のセンサマグネット（３７）を含む。

一次誤差除去部は、回転角センサの検出角度（θｏ１、θｏ２）に含まれる、回転角センサの位置精度に起因する誤差を除去し、一次補正後検出角度（θｐ１、θｐ２）を算出する。二次誤差除去部は、巻線への通電による漏れ磁束に起因する誤差を除去するように角度誤差補正量（θ＃１、θ＃２）を算出する。回転角センサ温度推定部は、巻線への通電前における回転角センサの初期温度検出値（Ｔｅｍｐ＿０）、及び、巻線に供給された電力積算値に応じて回転角センサの温度推定値（ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔ１、ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔ２）を算出し、二次誤差除去部に通知する。角度補正演算部は、一次補正後検出角度と角度誤差補正量とに基づき二次補正後検出角度（θｍ１、θｍ２）を算出する。

二次誤差除去部は、回転角センサの温度、及び、巻線に通電される電流の振幅及び位相に相関する量に応じて角度誤差補正量を算出する。３相モータの場合、「巻線に通電される電流の振幅及び位相に相関する量」は、ｑ軸電流でもよく、３相電流でもよい。

本発明では、回転角センサの温度及び巻線電流相関量に応じて一次補正後検出角度を補正することで、回転角センサの温度が変化しても検出角度を精度良く補正することができる。したがって、二次補正後検出角度を用いたフィードバック制御によりモータの駆動を制御する装置においてトルクリップルが低減する。例えば電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータの駆動装置では良好な操舵フィーリングが確保される。

一実施形態の回転角検出装置が適用されるコラム式ＥＰＳの構成図。 一実施形態の回転角検出装置が適用されるラック式ＥＰＳの構成図。 機電一体式モータの軸方向断面図。 図３のＩＶ－ＩＶ線断面図。 一実施形態による、二系統の回転角度を系統毎に検出する回転角センサの模式図。 一実施形態による、図３のＶＩ方向矢視による回転角センサの模式図。 一実施形態による二系統ＥＣＵ（モータ駆動装置）のブロック図。 一実施形態による二系統マイコンの角度補正部のブロック図。 比較例による、一次補正後検出角度、角度誤差補正量、及び、二次補正後検出角度を説明する図。 一実施形態による、一次補正後検出角度、角度誤差補正量、及び、二次補正後検出角度を説明する図。 回転角センサ温度と角度誤差補正量との関係を示す概念図。 二系統の二次誤差除去部が実行する処理を示すフローチャート。 他の実施形態による、二系統共通の回転角度を検出する回転角センサの模式図。 他の実施形態によるマイコンの角度補正部のブロック図。

本発明による回転角検出装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の回転角検出装置は、車両の電動パワーステアリング装置で操舵アシストモータへの通電を制御するモータ駆動装置において、モータの回転角度を検出する。本実施形態のモータは３相ブラシレスモータ、すなわち、多相ブラシレス式のモータである。「モータ駆動装置」としてのＥＣＵは、３相ブラシレスモータの回転角度をフィードバックして巻線への通電を制御する。

最初に図１～図５を参照し、電動パワーステアリング装置（以下「ＥＰＳ」）及び操舵アシストモータの構成について説明する。図１にコラム式、図２にラック式のＥＰＳ９０を含むステアリングシステム９９の全体構成を示す。図１、図２には、モータ８０の軸方向の一方側にＥＣＵ１０が一体に構成された「機電一体式モータ」８００が図示されている。ただし、ＥＣＵ１０とモータ８０とがハーネスで接続された「機電別体式」の構成であってもよい。本実施形態のモータ８０は二組の３相巻線を有しており、ＥＣＵ１０は、二組の３相巻線に対応する二系統の駆動制御回路を含んでいる。

ステアリングシステム９９は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、及び、ＥＰＳ９０等を含む。ステアリングシャフト９２の上端にはハンドル９１が接続されており、ステアリングシャフト９２の下端には、ラック軸９７に噛み合うピニオンギア９６が設けられている。運転者がハンドル９１を回転させると、ステアリングシャフト９２の回転運動はピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換される。ラック軸９７の両端に連結された一対の車輪９８は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に操舵される。

ＥＰＳ９０は、ＥＣＵ１０とモータ８０とが一体に構成された機電一体式モータ８００、操舵トルクセンサ９３、及び、減速ギア９４等を含む。操舵トルクセンサ９３は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、運転者の操舵トルクを検出する。図１、図２に示す形態では、操舵トルクセンサ９３が二重に検出した操舵トルクｔｒｑ１、ｔｒｑ２が二系統のＥＣＵ１０に対し系統毎に入力される。

ＥＣＵ１０は、力行動作時、操舵トルクｔｒｑ１、ｔｒｑ２に基づいて、モータ８０が所望のアシストトルクを発生するようにモータ８０の駆動を制御する。コラム式ＥＰＳでは、モータ８０が出力したアシストトルクは、減速ギア９４を介してステアリングシャフト９２に伝達される。ラック式ＥＰＳでは、モータ８０が出力したアシストトルクは、減速ギア９４を介してラック９７に伝達される。またＥＣＵ１０は、回生動作時、逆入力やハンドル操作によりモータ８０に発生した逆起電力のエネルギーを電源に回生させる。

各系統の回転角センサ３０１、３０２はモータ８０の回転角度θ１、θ２を検出する。ＥＣＵ１０は、モータ８０の回転角度θ１、θ２を用いてモータ８０の通電を制御する。具体的にＥＣＵ１０は、モータ８０の回転角度θ１、θ２から換算された電気角を用い、３相電流をｄｑ軸電流に変換する座標変換演算等を行う。回転角センサ３０１、３０２の詳細な構成については、図５等を参照して後述する。

図３、図４に機電一体式モータ８００の概略構成を示す。なお、図３及び図４において各要素の縮尺は必ずしも整合していない。図３の下側はモータ８０の出力軸が設けられるフロント側に相当し、図３の上側はコネクタが設けられるリア側に相当する。モータ８０は、回転軸であるシャフト８７を中心として回転する。ＥＣＵ１０は、モータ８０のリア側においてシャフト８７の中心軸Ｏに対して同軸に配置されている。

モータ８０は、モータケース８３に収容されたステータ８４及びロータ８６を含む。モータケース８３は、底部８３１及び筒部８３２からなる略有底筒状に形成されている。筒部８３２の開口側にはリアフレーム８８が設けられている。

ステータ８４は、モータケース８３の筒部８３２の内側に固定された鉄製のステータコア８４５に二組の３相巻線８０１、８０２が巻回されている。ステータコア８４５は積層鋼板等で構成されている。ＥＣＵ１０からモータ線８５１、８５２を介して３相巻線８０１、８０２へ通電されることで、ステータ８４に回転磁界が形成される。

ロータ８６は、鉄製のロータコア８６５の外周に複数の磁石８６６が設けられている。ロータコア８６５は積層鋼板等で構成されている。ロータ８６は、ステータ８４に形成される回転磁界により、シャフト８７を中心として回転する。ロータ８６に固定されたシャフト８７は、モータケース８３の底部８３１に保持されたフロント軸受８７３、及び、リアフレーム８８に保持されたリア軸受８７４により回転可能に支持されている。シャフト８７のリア側端面にはセンサマグネット３７が固定されている。本実施形態ではセンサマグネット３７の数は一つである。

図４に例示する構成では、ロータ８６の磁石８６６の数Ｐが１０、ステータ８４のスロット数Ｓが１２であり、「１０Ｐ１２Ｓ」と表される。１０個の磁石８６６は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された５対の磁極対を構成する。つまり、この構成での磁極対の数は５である。なお、モータの磁石数Ｐやスロット数Ｓはこれに限らず、適宜設定されてよい。

リアフレーム８８はＥＣＵ１０の基板１３を支持するとともに、基板１３に実装された素子の発熱を受容するヒートシンクとしても機能する。基板１３の両面には二系統の駆動制御回路を構成するスイッチング素子、マイコン、ＡＳＩＣ、コイル、コンデンサ等の素子が実装されている。基板は一枚に限らず、二枚以上が積層して設けられてもよい。

特に注目する素子として、基板１３のモータ側の面に、複数のホール素子が内蔵されたホールＩＣ３３０がセンサマグネット３７と対向するように配置されている。図５を参照して後述するように、ホールＩＣ３３０に内蔵された複数のホール素子とセンサマグネット３７とは、二系統の回転角センサ３０１、３０２を構成する。

カバー２０は樹脂材料で形成され、天板部２１及び外筒部２２を有する有底の円筒状を呈しており、ＥＣＵ１０の基板１３を覆う。例えば外筒部２２の下端は、リアフレーム８８に形成された環状溝に挿入されて接着されている。天板部２１には、電源ケーブルが接続される電源系コネクタ２３、及び、信号ケーブルが接続される信号系コネクタ２４が設けられている。

図５を参照し、二系統の回転角度を系統毎に検出する回転角センサ３０１、３０２の構成について説明する。図５の下側には、シャフト８７のリア側端面に固定されたセンサマグネット３７、及び基板１３に実装されたホールＩＣ３３０の側面もしくは断面を示す。図５の上側には、基板１３の上面から視たホールＩＣ３３０を示す。図５は模式的な図であり、実際の部品の寸法比を反映したものではない。

第１系統の駆動制御演算に用いられるモータ回転角度を第１回転角度θ１とし、第２系統の駆動制御演算に用いられるモータ回転角度を第２回転角度θ２とする。なお、後述の角度補正で用いる段階別記号をここでは考慮しない。ホールＩＣ３３０には、第１回転角度θ１を検出する二つのホール素子３３１、３３２の組と、第２回転角度θ２を検出する二つのホール素子３３３、３３４の組とが中心軸Ｏに同軸に収容されている。

ホール素子３３１－３３４は、ホール効果を利用し、巻線８０１、８０２の通電により生成される磁場に比例した電圧信号を出力する。モータ８０の回転に伴って磁場が周期的に変化するため、ホール素子３３１－３３４が出力する電圧信号は正弦波状に変化する。互いに位相が９０°ずれた電圧信号を「ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号」と表す。ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号が処理されることで、モータ８０の回転角度が検出される。互いに直交配置された二つのホール素子３３１、３３２により第１回転角度θ１が検出される。互いに直交配置された二つのホール素子３３３、３３４により第２回転角度θ２が検出される。

一つの回転角センサは、組をなす二つ以上のホール素子、及び、一つのセンサマグネット３７を含むように構成される。本実施形態では、センサマグネット３７は二系統の回転角センサ３０１、３０２に共通に含まれる。第１系統の回転角センサ３０１は、ホール素子３３１、３３２及びセンサマグネット３７を含む。第２系統の回転角センサ３０２は、ホール素子３３３、３３４及びセンサマグネット３７を含む。

次に図６、図７を参照し、二系統ＥＣＵ１０及びモータ８０の電気的構成について説明する。第１系統及び第２系統の構成要素の符号、又は、電流や角度の記号の末尾に、それぞれ「１」及び「２」を付す。二系統は冗長的に設けられており、一方の系統が故障した場合、他方の正常な系統でモータ８０の駆動を継続することができる。

図６に示すように、モータ８０は、二組の３相巻線８０１、８０２を有する二重巻線モータである。二組の３相巻線８０１、８０２は電気的特性が同等であり、共通のステータに互いに例えば電気角３０［ｄｅｇ］ずらして配置されている。これに応じて、振幅が等しく位相が３０［ｄｅｇ］ずれた３相電流が巻線８０１、８０２に通電される。

「モータ駆動装置」としてのＥＣＵ１０は、二系統の「電力変換器」としてのインバータ７０１、７０２、及び、「演算器」としてのマイコン４０１、４０２を備える。インバータ７０１、７０２は、モータ８０の二組の３相巻線８０１、８０２に通電する。マイコン４０１、４０２は、各系統のインバータ７０１、７０２に指令する駆動信号を互いに独立して演算する。

また、ＥＣＵ１０は、プリドライバが設けられたＡＳＩＣ等を有し、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ＥＣＵ１０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

インバータ７０１、７０２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相上下アームのスイッチング素子がブリッジ接続されて構成されている。スイッチング素子として、例えばＭＯＳＦＥＴが用いられる。インバータ７０１、７０２は、電圧指令に基づいて各スイッチング素子が動作することで、直流電力を３相交流電力に変換し、二組の３相巻線８０１、８０２に供給する。第１系統のインバータ７０１は、３相巻線８０１のＵ１、Ｖ１、Ｗ１端子に接続されており、第２系統のインバータ７０２は、３相巻線８０２のＵ２、Ｖ２、Ｗ２端子に接続されている。

図７の構成例では、二系統のインバータ７０１、７０２が二つの直流電源６０１、６０２に個別に接続されている。他の構成例では、二系統のインバータ７０１、７０２が一つの直流電源に並列に接続されてもよい。インバータ７０１、７０２の入力側には、入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ６６１、６６２が設けられている。

第１系統インバータ７０１からモータ８０への３相電流経路には、３相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を検出する電流センサ７５１が設けられている。第２系統インバータ７０２からモータ８０への３相電流経路には、３相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を検出する電流センサ７５２が設けられている。

各系統のマイコン４０１、４０２は、角度補正部４７０及びモータ駆動制御部４８を含む。第１系統マイコン４０１及び第２系統マイコン４０２の構成は同様であるため、主に代表として第１系統マイコン４０１について説明する。マイコン内部の各要素には共通の符号を付し、電流や角度の記号末尾には各系統の数字を付す。

第１系統の角度補正部４７０は、回転角センサ３０１の検出角度θｏ１に含まれる誤差を除去し、補正後検出角度θｍ１をモータ駆動制御部４８に出力する。角度補正のための情報として、角度補正部４７０は、モータ駆動制御部４８からｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１を取得する。或いは破線矢印で示すように、角度補正部４７０は、電流センサ７５１から独自に３相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を取得してもよい。また角度補正部４７０は、巻線８０１への通電前における回転角センサ３０１の初期温度検出値Ｔｅｍｐ＿０を初期温度センサ７６から取得する。初期温度センサ７６として、例えば外気温センサや基板温度センサが用いられる。

さらに第１系統及び第２系統の角度補正部４７０は互いに情報を通信する。これらの詳細に関しては図８を参照して後述する。本実施形態による回転角検出装置５０は、回転角センサ３０１、３０２と、各系統のマイコン４０１、４０２のうちの角度補正部４７０とから構成される。回転角検出装置５０は、３相ブラシレスモータ８０の回転角度をフィードバックして巻線８０１、８０２への通電を制御するＥＣＵ１０においてモータ８０の回転角度を検出する。

第１系統のモータ駆動制御部４８は操舵トルクセンサ９３から操舵トルクｔｒｑ１を取得し、電流センサ７５１から３相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を取得する。また、モータ駆動制御部４８は、角度補正部４７０から補正後検出角度θｍ１を取得する。モータ駆動制御部４８は、補正後検出角度θｍ１から換算した電気角を用いて３相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１をｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１に変換する。モータ駆動制御部４８は、電流フィードバック制御により、インバータ７０１に指令する駆動信号を演算する。

次に図８を参照し、角度補正部４７０の詳細な構成について説明する。図７と同様に、第１系統マイコン４０１及び第２系統マイコン４０２の角度補正部４７０の構成は同様であるため、主に代表として第１系統の角度補正部４７０について説明する。

角度補正部４７０は、一次誤差除去部４３、回転角センサ温度推定部４４、二次誤差除去部４５、及び角度補正演算部４６を含む。ここで、「角度補正部４７０」は、角度補正に関する包括的なブロックを示す名称であり、「角度補正演算部４６」は、角度補正部４７０における最終的な補正後検出角度θｍ１を演算する部分を示す名称である。

一次誤差除去部４３は、回転角センサ３０１の検出角度θｏ１に含まれる「回転角センサ３０１の位置精度に起因する誤差」を除去し、一次補正後検出角度θｐ１を算出する。位置精度に起因する誤差には、ホールＩＣ３３０及びセンサマグネット３７の部品単体の誤差や、組み付け時における中心ずれ、平行度のずれ等の組み付け誤差がある。一次誤差除去部４３の機能は、特許文献１（特開２０１６－１２８７７２号公報、対応ＵＳ公報：ＵＳ２０１６／０２０２００８７Ａ１）に準ずる。

回転角センサ温度推定部４４は、巻線８０１への通電前における回転角センサ３０１の初期温度検出値Ｔｅｍｐ＿０、及び、巻線８０１に供給された電力積算値に応じて回転角センサ３０１の温度推定値ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔ１を算出し、二次誤差除去部４５に通知する。

また、例えば回転角センサ温度推定部４４は、巻線８０１に通電されるｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１を取得し、電流振幅を算出する。或いは回転角センサ温度推定部４４は、３相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１から電流振幅を算出してもよい。回転角センサ温度推定部４４は、巻線抵抗と電流振幅の二乗との積（ＲＩ²）から電力積算値を算出し、ジュール熱に換算する。さらに回転角センサ温度推定部４４は、伝達関数を用いた数式モデルにより巻線８０１から回転角センサ３０１への伝熱による温度上昇を推定する。そして回転角センサ温度推定部４４は、初期温度検出値Ｔｅｍｐ＿０に温度上昇分を加えて回転角センサ３０１の温度推定値ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔ１を算出する。

二次誤差除去部４５は、回転角センサ３０１の温度推定値ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔ１、及び、巻線８０１に通電されるｑ軸電流Ｉｑ１を取得する。ｑ軸電流Ｉｑ１は、「巻線に通電される電流の振幅及び位相に相関する量」に相当する。以下、「巻線に通電される電流の振幅及び位相に相関する量」を省略して「巻線電流相関量」と記す。巻線電流相関量として、ｑ軸電流Ｉｑ１に代えて３相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１が取得されてもよい。

特に二系統構成の二次誤差除去部４５は、自系統角度誤差補正量算出部４５５及び加算器４５６を有する。自系統角度誤差補正量算出部４５５は、回転角センサ３０１の温度と、ｑ軸電流Ｉｑ１等の巻線電流相関量とに基づき、巻線８０１への通電による漏れ磁束に起因する誤差を除去するように、自系統の角度誤差補正量θ＃１を算出する。以上の構成は第２系統野の角度補正部４７０についても同様である。

ここで、漏れ磁束に起因する誤差の説明は特許文献１に準ずる。つまり、回転角センサ３０１、３０２が実装される実装面上において径方向外側に配置されたモータ線８５１、８５２に電流が流れることにより漏れ磁束が発生する。この漏れ磁束により、回転角センサ３０１、３０２の検出角度θｏ１、θｏ２に誤差が生じる。ただし、特許文献１の従来技術では、回転角センサの温度を考慮せず、巻線電流のみに基づいて角度補正値を算出している。これに対し本実施形態の二次誤差除去部４５は、巻線電流に加え、回転角センサ３０１、３０２の温度に基づいて角度誤差補正量θ＃１、θ＃２を算出する。その技術的意義については図９～図１１を参照して後述する。

図６に示すような二重巻線式モータでは、各系統の巻線８０１、８０２に流れる電流による漏れ磁束の合計が回転角センサ３０１、３０２に影響を及ぼす。そのため、二系統のマイコン４０１、４０２は、自系統の角度誤差補正量θ＃１、θ＃２を互いに通信して共有する。そして、各系統の二次誤差除去部４５の加算器４５６は、二系統の角度誤差補正量θ＃１、θ＃２を合算して合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍを算出する。

なお、二系統のマイコン４０１、４０２に主従関係が設定されており、例えばマスター側のマイコンで算出した合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍをスレーブ側に通信することも可能である。ただし本実施形態では、二系統がいずれも独立して合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍを算出することで、一方のマイコンが故障した場合に、他方のマイコンで角度補正を継続することができる。

角度補正演算部４６は、一次補正後検出角度θｐ１と合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍとに基づき二次補正後検出角度θｍ１を算出し、モータ駆動制御部４８に出力する。なお、一系統の構成では、合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍでなく自系統の角度誤差補正量θ＃１が用いられる。また、合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍには自系統の角度誤差補正量θ＃１が含まれるから、包括的に言えば、角度補正演算部４６は、一次補正後検出角度と角度誤差補正量とに基づき二次補正後検出角度を算出する。

また、具体的に図１０のように角度誤差補正量が算出される場合、角度補正演算部４６は一次補正後検出角度θｐ１から合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍを差し引いて二次補正後検出角度θｍ１を算出する。ただし、角度誤差補正量の符号を反転して定義し、角度補正演算部４６は一次補正後検出角度θｐ１に合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍを加算して二次補正後検出角度θｍ１を算出するようにしてもよい。このような加減算の変更等を含め、「一次補正後検出角度と角度誤差補正量とに基づき、」と表現する。

図９～図１１を参照し、本実施形態の効果を比較例と対比しつつ説明する。図９に示す比較例は、特許文献１、２の従来技術に相当するものであり、回転角センサの温度によらず、巻線に通電されるｑ軸電流のみによって検出角度が補正される。この部分では、単純化のため一系統構成を前提として説明する。回転角センサの符号や記号末尾の数字の記載を省略する。

図９、図１０の各上段、中段、下段の図は一式の関連図として扱われる。上段に、漏れ磁束に起因する角度誤差が除去される前の一次補正後検出角度を示し、下段に、漏れ磁束に起因する角度誤差が除去された後の二次補正後検出角度を示す。上段及び下段の横軸は直接的には時間である。ただし、回転速度が一定であると仮定して時間は角度に換算されるため、横軸を換算角度として括弧内に併記する。中段には検出角度に対する角度誤差補正量のマップを示す。上段の一次補正後検出角度から中段マップの角度誤差補正量を差し引いた値が下段の二次補正後検出角度となる。

図９中段の角度誤差補正量マップは、例えば標準環境温度（２５℃）等の基準温度ＳＴにおける４次成分（１点鎖線）と６次成分（２点鎖線）との合成波で表される。４次及び６次の次数は、特許文献１の式（１４）にて「磁極対数ｎ＝５」としたときの（ｎ±１）次に相当する。なお、特許文献１の式（１４）におけるｃｏｓ波の位相差（ａ±θｕ１）は０と仮定する。合成波の振幅は、基準温度ＳＴにおけるセンサマグネット３７の磁束に基づいて決定される。

図９の上段で、基準温度ＳＴにおける一次補正後の実検出角度（実線）は、誤差の無い理想検出角度の直線Ｂに４次及び６次成分のうねりが重畳した波形で表される。うねりは、検出角度信号（シグナル）に対するノイズに相当する。一次補正後検出角度からマップの角度誤差補正量を差し引くと、基準温度ＳＴにおける二次補正後検出角度（実線）は理想検出角度の直線Ｂに一致する。つまり、基準温度ＳＴの環境下では、比較例の技術により回転角センサの検出角度が精度良く補正される。

次に、回転角センサの温度が基準温度ＳＴから乖離している場合を想定する。基準温度ＳＴより高い温度（例えば６０～８０℃）を「高温ＨＴ」と記し、基準温度ＳＴより低い温度（例えば－３０～－１０℃）を「低温ＬＴ」と記す。センサマグネット３７の磁束は温度が高いほど低下する傾向にある。そのため、図９の上段において、高温ＨＴでは実検出角度（長破線）のＳ／Ｎ比が基準温度ＳＴより低下し、誤差の振幅が大きくなる。低温ＬＴでは実検出角度（短破線）のＳ／Ｎ比が基準温度ＳＴより増加し、誤差の振幅が小さくなる。

このように、回転角センサの温度に応じて誤差の振幅が変化するにもかかわらず、比較例では、基準温度ＳＴを前提とした角度誤差補正量を一律に用いている。その結果、高温ＨＴでは補正が不足し、二次補正後の実検出角度（長破線）に一次補正後検出角度と同じ向きのノイズが残る。逆に、低温ＬＴでは補正をし過ぎるため、二次補正後の実検出角度（短破線）に一次補正後検出角度と逆向きのノイズが発生する。

ここで、特定の製品が常に高温環境で使用される場合や常に低温環境で使用される場合には、使用温度に応じて最適な基準温度ＳＴを調整することも考えられる。しかし、季節や天候によって低温域から高温域までの広い範囲で使用温度が変化する場合が有り得る。例えば図１に示すコラム式ＥＰＳでは、空調された車室の近くにモータ８０が設置されるため、回転角センサ３０１、３０２の温度が比較的安定する。一方、図２に示すラック式ＥＰＳでは、路面の近くにモータ８０が露出しているため、夏のアスファルトや冬の雪道の温度の影響を回転角センサ３０１、３０２が受けやすい。

したがって、実際の温度によらず基準温度ＳＴを前提とした角度誤差補正量を一律に用いる比較例では、回転角センサの温度変化によって、理想検出角度に対する二次補正後検出角度の精度が低下する。すると、ＥＰＳ９０のモータ駆動装置１０において、検出角度を用いたフィードバック制御によりモータ８０のトルクリップルが増大し、運転者の操舵フィーリングを悪化させるおそれがある。

そこで本実施形態では、図１０の中段のマップに示すように、回転角センサの温度に応じて、角度誤差補正量の振幅を変更する。高温ＨＴでは基準温度ＳＴよりも角度誤差補正量の振幅が大きく設定され、低温ＬＴでは基準温度ＳＴよりも角度誤差補正量の振幅が小さく設定される。

詳しくは図１１に示すように、二次誤差除去部４５は、回転角センサ温度推定部４４から取得した回転角センサ温度推定値ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔに応じて、同一の巻線電流Ｉｑに対する角度誤差補正量の振幅を設定する。対比として比較例では、回転角センサ３０１、３０２の温度変化によらず、角度誤差補正量の振幅は一定に設定される。

図１０の上段に示す高温ＨＴ及び低温ＬＴの一次補正後検出角度は図９と同じである。なお、基準温度ＳＴの一次補正後検出角度の図示を省略する。本実施形態では、温度に応じた角度誤差補正量が一次補正後検出角度から差し引かれるため、図１０の下段に示す高温ＨＴ及び低温ＬＴの二次補正後検出角度は、いずれも誤差の無い理想検出角度の直線Ｂに一致する。

このように本実施形態では、回転角センサの温度及び巻線電流相関量に応じて一次補正後検出角度を補正することで、回転角センサの温度が変化しても検出角度を精度良く補正することができる。したがって、二次補正後検出角度を用いたフィードバック制御によりモータ８０の駆動を制御するＥＣＵ１０においてトルクリップルが低減する。特にＥＰＳ９０の操舵アシストモータ８０を駆動するＥＣＵ１０では良好な操舵フィーリングが確保される。

図１２のフローチャートを参照し、二系統のマイコン４０１、４０２を備える回転角検出装置において各系統の二次誤差除去部４５が実行する処理について説明する。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを示す。ここでは、第１系統を自系統、第２系統を他系統とし、第１系統の二次誤差除去部４５の視点で説明する。第２系統の二次誤差除去部４５も同様の処理を行う。

第１系統の二次誤差除去部４５は、Ｓ１で自系統の回転角センサ温度推定値ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔ１、及び、自系統の巻線８０１に通電されるｑ軸電流Ｉｑ１を取得する。Ｓ２で第１系統の二次誤差除去部４５は、自系統の角度誤差補正量θ＃１を算出する。マイコン４０１、４０２の系統間通信が正常の場合、Ｓ３でＹＥＳと判断され、Ｓ４に移行する。Ｓ４で第１系統の二次誤差除去部４５は、系統間通信により他系統（すなわち第２系統）の角度誤差補正量θ＃２を取得する。この処理による信号の矢印が図８に表される。

Ｓ６で第１系統の二次誤差除去部４５は、二系統の角度誤差補正量を合算して合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍ（＝θ＃１＋θ＃２）を算出する。このとき、第２系統の二次誤差除去部４５も同様に合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍを算出する。両系統で二重に合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍを算出するため、一方の系統のマイコンが故障した場合でも他方の正常系統のマイコンにより適切な角度補正を継続することができる。

一方、マイコン４０１、４０２の系統間通信が異常の場合、Ｓ３でＮＯと判断され、Ｓ５に移行する。Ｓ５で第１系統の二次誤差除去部４５は、共有不能な他系統（すなわち第２系統）の角度誤差補正量θ＃２を自系統の角度誤差補正量θ＃１で代替する。そのためＳ６で第１系統の二次誤差除去部４５は、自系統の角度誤差補正量θ＃１を２倍して合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍを算出する。これにより、系統間通信が異常の場合でも適切な角度補正を継続することができる。

図１２のルーチンは所定の演算周期で繰り返される。モータ８０の駆動制御中、回転角センサ３０１、３０２の温度や巻線８０１、８０２に通電される電流量の変化に伴って、合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍも随時変化する。このように本実施形態では、回転角センサ３０１、３０２の温度が変化しても検出角度を精度良く補正することができる。

また、系統間通信の異常が一時的なものである場合、通信が正常復帰した時点で二系統の情報を共有する処理に戻すことが可能である。ただし、制御のハンチングを防ぐ立場から、例えば前回の通信異常の判断から所定時間が経過するまでは自系統での代替処理を継続するようにしてもよい。これにより、角度補正制御の安定化が図られる。

（その他の実施形態）
（ａ）図５に例示される回転角センサ３０１、３０２は、二系統の回転角度を系統毎に検出する。図８に例示されるマイコン４０１、４０２の角度補正部４７０は、系統毎の検出角度θｏ１、θｏ２に基づき、二次補正後検出角度θｍ１、θｍ２を算出する。これに対し図１３、図１４に、二系統共通の回転角度を検出する回転角センサ３０、及び、共通の検出角度度θｏに基づき、二次補正後検出角度θｍを算出する角度補正部４７０の構成を示す。図１３、図１４に関する注記は、それぞれ図５、図８に準ずる。なお、適用されるモータ８０自体の構成は、図３、図４、図６が援用される。

図１３に示すように、ホールＩＣ３３５には、一つの回転角度θｏを検出する、互いに直交配置された二つのホール素子３３１、３３２が収容されている。回転角センサ３０は、二つのホール素子３３１、３３２及びセンサマグネット３７を含む。図１４に示すように、マイコン４０の角度補正部４７０は、検出角度θｏを補正して二次補正後検出角度θｍを演算する。モータ駆動制御部４８は、二次補正後検出角度θｍに基づいて各系統のインバータ７０１、７０２に指令する駆動信号を演算する。

詳しくは、一次誤差除去部４３は、回転角センサ３０の位置精度に起因する誤差を除去し、一次補正後検出角度θｐを算出する。回転角センサ温度推定部４４は、二系統のｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２に基づく電力積算値に基づいて回転角センサ３０の温度推定値ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔを推定する。二次誤差除去部４５は、二系統のｑ軸電流Ｉｑ１、Ｉｑ２による合計の磁束に基づいて、巻線８０１、８０２への通電による漏れ磁束に起因する誤差を除去するように角度誤差補正量θ＃を算出する。角度補正演算部４６は、一次補正後検出角度θｐから角度誤差補正量θ＃を差し引いて二次補正後検出角度θｍを算出する。

モータ駆動制御部４８は、二次補正後検出角度θｍから算出される各系統の回転角度θｍ１、θｍ２を用いて各系統の駆動制御演算を行う。例えば、第１系統の回転角度θｍ１は、θｍ１＝θｍ、第２系統の回転角度θｍ２は、θｍ２＝θｍ＋３０［ｄｅｇ］と算出される。

図１４の構成では一つのマイコン４０による簡易な制御構成が実現される。また、系統間通信が無いため、系統間通信異常時の処置が不要となる。なお、図１３、図１４のみで使用される符号及び記号については、特許請求の範囲における参照符号、参照記号としての記載を省略する。

（ｂ）一系統につき回転角センサのホール素子の数は二つに限らず、三つ以上設けられてもよい。また、センサマグネットは、複数系統に共通に一つに限らず、例えば系統別に複数設けられてもよい。

（ｃ）回転角センサ温度推定部４４により回転角センサ温度を推定する構成に代えて、例えば基板上のホールＩＣの近傍に設置された温度センサにより、回転角センサ温度が検出されてもよい。ホールＩＣの近くにインバータスイッチング素子用の温度センサが設けられている場合、その検出値が回転角センサ温度として流用されてもよい。

（ｄ）「多相ブラシレス式のモータ」の相の数は３相に限らず、４相以上であってもよい。また、ロータの磁極対の数やステータのスロット数は適宜設定されてよい。磁極対の数ｎに対し（ｎ±１）次成分のノイズが回転角センサの検出角度に重畳される。

（ｅ）モータは、三組以上の多相巻線を有し、モータ駆動装置は、モータの三組以上の多相巻線に通電する三系統以上のインバータ、及び、三系統以上のマイコンを備えてもよい。例えば三系統の場合、第１系統のマイコンの二次誤差除去部は、自系統の角度誤差補正量θ＃１に、通信で取得した第２系統及び第３系統の角度誤差補正量をθ＃２、θ＃３を合算して合計角度誤差補正量θ＃ｓｕｍを算出する。

（ｆ）本発明の回転角検出装置は、ＥＰＳの操舵アシストモータに限らず、車両に搭載される他の用途のモータや車両以外の各種モータの駆動装置においてモータの回転角度を検出するものであってもよい。使用環境温度の変化が大きく、且つ、検出角度を用いたフィードバック制御により発生するトルクリップルの影響が問題となるモータの駆動装置では、本発明の効果が特に有効に発揮される。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

「車両の電動パワーステアリング装置において操舵アシストモータの回転角度を検出する請求項１または２に記載の回転角検出装置。」の発明は、記載要件が許容される場合、「車両の電動パワーステアリング装置において操舵アシストモータの回転角度を検出する請求項１～６のいずれか一項に記載の回転角検出装置。」として特定されてもよい。

本開示に記載の演算器及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の演算器及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の演算器及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０・・・ＥＣＵ（モータ駆動装置）、
３０１、３０２・・・回転角センサ、
３３１－３３４・・・ホール素子、 ３７・・・センサマグネット、
４０１、４０２・・・マイコン（演算器）、
４３・・・一次誤差除去部、 ４４・・・回転角センサ温度推定部、
４５・・・二次誤差除去部、 ４６・・・角度補正演算部、
７０１、７０２・・・インバータ（電力変換器）、
８０・・・モータ、 ８０１、８０２・・・巻線、 ８７・・・シャフト。

Claims (6)

1. 多相ブラシレス式のモータ（８０）の回転角度をフィードバックして巻線（８０１、８０２）への通電を制御するモータ駆動装置（１０）において前記モータの回転角度を検出する回転角検出装置であって、
   基板に実装された二つ以上のホール素子（３３１－３３４）、及び、前記モータの回転軸であるシャフト（８７）に固定された一つ以上のセンサマグネット（３７）を含む回転角センサ（３０１、３０２）と、
   前記回転角センサの検出角度（θｏ１、θｏ２）に含まれる、前記回転角センサの位置精度に起因する誤差を除去し、一次補正後検出角度（θｐ１、θｐ２）を算出する一次誤差除去部（４３）と、
   前記巻線への通電による漏れ磁束に起因する誤差を除去するように角度誤差補正量（θ＃１、θ＃２）を算出する二次誤差除去部（４５）と、
   前記巻線への通電前における前記回転角センサの初期温度検出値（Ｔｅｍｐ＿０）、及び、前記巻線に供給された電力積算値に応じて前記回転角センサの温度推定値（ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔ１、ＴｅｍｐＳ＿ｅｓｔ２）を算出し、前記二次誤差除去部に通知する回転角センサ温度推定部（４４）と、
   前記一次補正後検出角度と前記角度誤差補正量とに基づき二次補正後検出角度（θｍ１、θｍ２）を算出する角度補正演算部（４６）と、
   を備え、
   前記二次誤差除去部は、前記回転角センサの温度、及び、前記巻線に通電される電流の振幅及び位相に相関する量に応じて前記角度誤差補正量を算出する回転角検出装置。
2. 前記モータは複数組の多相巻線を有し、
   前記モータ駆動装置は、前記モータの複数組の多相巻線に通電する複数系統の電力変換器（７０１、７０２）、及び、各系統の前記電力変換器に指令する駆動信号を互いに独立して演算する複数系統の演算器（４０１、４０２）を備え、前記演算器は、前記一次誤差除去部、前記二次誤差除去部及び前記角度補正演算部を含み、
   各系統の前記二次誤差除去部は、自系統の前記巻線に通電される電流の振幅及び位相に相関する量に応じて、系統毎に前記角度誤差補正量を算出する請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 複数系統の前記演算器は、自系統の前記角度誤差補正量を互いに通信して共有し、
   各系統の前記二次誤差除去部は、全ての系統の前記角度誤差補正量を合算して合計角度誤差補正量（θ＃ｓｕｍ）を算出する請求項２に記載の回転角検出装置。
4. 複数組の多相巻線を有する多相ブラシレス式のモータ（８０）の回転角度をフィードバックして巻線（８０１、８０２）への通電を制御するモータ駆動装置（１０）において前記モータの回転角度を検出する回転角検出装置であって、
   基板に実装された二つ以上のホール素子（３３１－３３４）、及び、前記モータの回転軸であるシャフト（８７）に固定された一つ以上のセンサマグネット（３７）を含む回転角センサ（３０１、３０２）と、
   前記回転角センサの検出角度（θｏ１、θｏ２）に含まれる、前記回転角センサの位置精度に起因する誤差を除去し、一次補正後検出角度（θｐ１、θｐ２）を算出する一次誤差除去部（４３）と、
   前記巻線への通電による漏れ磁束に起因する誤差を除去するように、前記回転角センサの温度、及び、前記巻線に通電される電流の振幅及び位相に相関する量に応じて角度誤差補正量（θ＃１、θ＃２）を算出する二次誤差除去部（４５）と、
   前記一次補正後検出角度と前記角度誤差補正量とに基づき二次補正後検出角度（θｍ１、θｍ２）を算出する角度補正演算部（４６）と、
   を備え、
   前記モータ駆動装置は、前記モータの複数組の多相巻線に通電する複数系統の電力変換器（７０１、７０２）、及び、各系統の前記電力変換器に指令する駆動信号を互いに独立して演算する複数系統の演算器（４０１、４０２）を備え、前記演算器は、前記一次誤差除去部、前記二次誤差除去部及び前記角度補正演算部を含み、
   各系統の前記二次誤差除去部は、自系統の前記巻線に通電される電流の振幅及び位相に相関する量に応じて、系統毎に前記角度誤差補正量を算出し、
   複数系統の前記演算器は、自系統の前記角度誤差補正量を互いに通信して共有し、
   各系統の前記二次誤差除去部は、全ての系統の前記角度誤差補正量を合算して合計角度誤差補正量（θ＃ｓｕｍ）を算出する回転角検出装置。
5. 複数系統の前記演算器間での通信異常が発生したとき、
   各系統の前記演算器は、共有不能な他系統の前記角度誤差補正量を自系統の前記角度誤差補正量で代替する請求項３または４に記載の回転角検出装置。
6. 車両の電動パワーステアリング装置において操舵アシストモータの回転角度を検出する請求項１～４のいずれか一項に記載の回転角検出装置。