JP2020048381A - モータ制御装置、モータシステム及びインバータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータに流れる電流の脈動を低減すること。
【解決手段】複数の通電パターンに基づいてモータを駆動するインバータと、前記インバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流検出器と、前記通電パターンに基づいて前記検出信号を取得することによって、前記モータに流れる各相の相電流を検出する電流検出部と、前記各相の相電流の検出値に基づいて、前記通電パターンを生成する通電パターン生成部と、前記通電パターンの切り替えが発生する電気角を記憶する記憶部とを備え、前記通電パターン生成部は、前記記憶部に記憶された前記電気角で前記電流検出部が前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記電流検出部が前記検出信号を取得する直前の通電パターンと同じにする、モータ制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置、モータシステム及びインバータ制御方法に関する。

モータを制御するためにＵ，Ｖ，Ｗ各相の電流を検出する場合、インバータ回路の直流部に挿入した１つのシャント抵抗を用いて電流検出を行う技術がある。この方式で３相の全ての電流を検出するには、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation，パルス幅変調）キャリアの１周期内において、２相以上の電流を検出できるように通電パターンを発生させる必要がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−６６３４０号公報

しかしながら、電流検出時の通電パターンが直前の通電パターンと異なると、モータに流れる電流が脈動（ハンチングともいう）することがある。

そこで、本開示は、モータに流れる電流の脈動を低減できる、モータ制御装置、モータシステム及びインバータ制御方法を提供する。

本開示は、
複数の通電パターンに基づいてモータを駆動するインバータと、
前記インバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流検出器と、
前記通電パターンに基づいて前記検出信号を取得することによって、前記モータに流れる各相の相電流を検出する電流検出部と、
前記各相の相電流の検出値に基づいて、前記通電パターンを生成する通電パターン生成部と、
前記通電パターンの切り替えが発生する電気角を記憶する記憶部とを備え、
前記通電パターン生成部は、前記記憶部に記憶された前記電気角で前記電流検出部が前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記電流検出部が前記検出信号を取得する直前の通電パターンと同じにする、モータ制御装置を提供する。

また、本開示は、
モータと、
複数の通電パターンに基づいて前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流検出器と、
前記通電パターンに基づいて前記検出信号を取得することによって、前記モータに流れる各相の相電流を検出する電流検出部と、
前記各相の相電流の検出値に基づいて、前記通電パターンを生成する通電パターン生成部と、
前記通電パターンの切り替えが発生する電気角を記憶する記憶部とを備え、
前記通電パターン生成部は、前記記憶部に記憶された前記電気角で前記電流検出部が前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記電流検出部が前記検出信号を取得する直前の通電パターンと同じにする、モータシステムを提供する。

また、本開示は、
モータを駆動するインバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を、複数の通電パターンに基づいて取得し、
前記検出信号を前記通電パターンに基づいて取得することによって、前記モータに流れる各相の相電流を検出し、
前記各相の相電流の検出値に基づいて、前記通電パターンを生成し、
前記通電パターンに基づいて前記インバータを通電させる、インバータ制御方法であって、
前記通電パターンの切り替えが発生する電気角を記憶部に蓄積し、前記記憶部に記憶された前記電気角で前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記検出信号を取得する直前の通電パターンと同じにする、インバータ制御方法を提供する。

本開示の技術によれば、モータに流れる電流の脈動を低減できる。

本開示に係る一実施形態のモータ制御システムの構成を例示する図である。 ＰＷＭ信号生成部により生成される上アーム側の３相のＰＷＭ信号の一例を示すタイミングチャートである。 ２相変調の場合において、ＰＷＭ信号の位相の調整によって通電時間を調整する処理の一例を示すフローチャートである。 通電パターンの切り替わりの一例を示すタイミングチャートである。 ３相変調の場合の脈動低減方法の一例を示す図である。 ２相変調の場合の脈動低減方法の一例を示す図である。 電流検出時の通電パターンが直前の通電パターンと異なる場合と同じ場合の電流波形の一例を示す図である。 通電パターンの切り替えの発生回数と、電気角との関係の一例を示す図である。 脈動低減方法の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態について詳細に説明する。

図１は、本開示に係る一実施形態のモータシステムの構成を例示する図である。図１に示されるモータシステム１は、モータ４の回転動作を制御する。モータシステム１が搭載される機器の具体例として、コピー機等のＯＡ機器、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫等の家電製品などが挙げられるが、当該機器は、これらに限られない。モータシステム１は、モータ４と、モータ制御装置１００とを少なくとも備える。

モータ４は、複数のコイルを有する。モータ４は、例えば、Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルとを含む３相コイルを有する。モータ４の具体例として、３相のブラシレスモータなどが挙げられる。

モータ制御装置１００は、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を２相又は３相のＰＷＭ信号を含む通電パターンに従いオンオフ制御することで、直流を３相交流に変換するインバータを介してモータを駆動する。モータ制御装置１００は、インバータ２３、電流検出器２４、電流検出部２７、通電パターン生成部３５、駆動回路３３、電流検出タイミング調整部３４及び記憶部３６を備える。

インバータ２３は、直流電源２１から供給される直流を複数のスイッチング素子のスイッチングによって３相交流に変換し、３相交流の駆動電流をモータ４に流すことによって、モータ４のロータを回転させる回路である。インバータ２３は、通電パターン生成部３５によって生成される複数の通電パターン（より具体的には、通電パターン生成部３５内のＰＷＭ信号生成部３２によって生成される２相又は３相のＰＷＭ信号）に基づいて、モータ４を駆動する。

インバータ２３は、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子２５Ｕ＋，２５Ｖ＋，２５Ｗ＋，２５Ｕ−，２５Ｖ−，２５Ｗ−を有する。スイッチング素子２５Ｕ＋，２５Ｖ＋，２５Ｗ＋は、それぞれ、直流電源２１の正極側に正側母線２２ａを介して接続されるハイサイドスイッチング素子（上アーム）である。スイッチング素子２５Ｕ−，２５Ｖ−，２５Ｗ−は、それぞれ、直流電源２１の負極側（具体的には、グランド側）に接続されるローサイドスイッチング素子（下アーム）である。複数のスイッチング素子２５Ｕ＋，２５Ｖ＋，２５Ｗ＋，２５Ｕ−，２５Ｖ−，２５Ｗ−は、それぞれ、上述の通電パターンに含まれるＰＷＭ信号に基づいて駆動回路３３から供給される複数の駆動信号のうち、対応する駆動信号に従って、オン又はオフとなる。

スイッチング素子２５Ｕ＋とスイッチング素子２５Ｕ−との接続点は、モータ４のＵ相コイルの一端に接続される。スイッチング素子２５Ｖ＋とスイッチング素子２５Ｖ−との接続点は、モータ４のＶ相コイルの一端に接続される。スイッチング素子２５Ｗ＋とスイッチング素子２５Ｗ−との接続点は、モータ４のＷ相コイルの一端に接続される。Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルとのそれぞれの他端は、互いに接続されている。

スイッチング素子の具体例として、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが挙げられる。しかし、スイッチング素子は、これらに限られない。

電流検出器２４は、インバータ２３の直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号Ｓｄを出力する。図１に示される電流検出器２４は、負側母線２２ｂに流れる電流の電流値に対応する検出信号Ｓｄを発生させる。電流検出器２４は、例えば、負側母線２２ｂに配置される電流検出素子であり、より具体的には、負側母線２２ｂに挿入されるシャント抵抗である。シャント抵抗等の電流検出素子は、自身に流れる電流の電流値に対応する電圧信号を検出信号Ｓｄとして発生する。

電流検出部２７は、通電パターン生成部３５によって生成される複数の通電パターン（より具体的には、２相又は３相のＰＷＭ信号）に基づいて、検出信号Ｓｄを取得することによって、モータ４に流れるＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。より詳細には、電流検出部２７は、複数の通電パターン（より具体的には、２相又は３相のＰＷＭ信号）に同期する取得タイミングで検出信号Ｓｄを取得することによって、モータ４に流れるＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。検出信号Ｓｄの取得タイミングは、電流検出タイミング調整部３４により設定される。

例えば、電流検出部２７は、電流検出器２４で発生するアナログ電圧の検出信号Ｓｄを、電流検出タイミング調整部３４により設定される取得タイミングでＡＤ（Analog to Digital）変換器に取り込む。そして、電流検出部２７は、取り込んだアナログの検出信号Ｓｄをデジタルの検出信号ＳｄにＡＤ変換し、ＡＤ変換後のデジタルの検出信号Ｓｄをデジタル処理することによって、モータ４のＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。電流検出部２７により検出された各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値は、通電パターン生成部３５に供給される。

通電パターン生成部３５は、電流検出部２７により検出されるモータ４の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値に基づいて、インバータ２３を通電させるパターン（インバータ２３の通電パターン）を生成する。インバータ２３の通電パターンは、モータ４を通電させるパターン（モータ４の通電パターン）と言い換えてもよい。インバータ２３の通電パターンは、例えば、モータ４が回転するようにインバータ２３を通電させる２相又は３相のＰＷＭ信号を含む。

通電パターン生成部３５は、例えば、電流検出部２７により検出されるモータ４の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値に基づいてモータ４のロータ位置を決定し、その決定したロータ位置にモータ４のロータが追従するように複数の通電パターンを生成する。

通電パターン生成部３５は、例えば、デューティ比設定部３１及びＰＷＭ信号生成部３２を少なくとも有する。デューティ比設定部３１は、電流検出部２７により検出されるモータ４の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値に基づいて、２相又は３相のＰＷＭ信号の各相のデューティ比を設定する。ＰＷＭ信号生成部３２は、デューティ比設定部３１により設定される各相のデューティ比（各相のデューティ比の設定値）をキャリアＣのレベルと比較することによって、その設定値でレベルが変化する２相又は３相のＰＷＭ信号を生成する。キャリアＣとは、レベルが周期的に増減する搬送波信号である。

通電パターン生成部３５は、インバータ２３の通電パターンをベクトル制御により生成する場合、ベクトル制御部３０、デューティ比設定部３１及びＰＷＭ信号生成部３２を少なくとも有する。

ベクトル制御部３０は、外部からモータ４の回転速度指令ωｒｅｆが与えられると、モータ４の回転速度の測定値又は推定値と回転速度指令ωｒｅｆとの差分に基づいて、トルク電流指令Ｉｑｒｅｆと励磁電流指令Ｉｄｒｅｆを生成する。ベクトル制御部３０は、モータ４のＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、モータ４のロータ位置θを決定し、その決定したロータ位置θを用いるベクトル制御演算により、トルク電流Ｉｑ及び励磁電流Ｉｄを算出する。ベクトル制御部３０は、トルク電流指令Ｉｑｒｅｆとトルク電流Ｉｑとの差分に対して例えばＰＩ制御演算を行い、電圧指令Ｖｑを生成する。ベクトル制御部３０は、励磁電流指令Ｉｄｒｅｆと励磁電流Ｉｄとの差分に対して例えばＰＩ制御演算を行い、電圧指令Ｖｄを生成する。ベクトル制御部３０は、電圧指令Ｖｑ，Ｖｄを上記のロータ位置θを用いてＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。各相の相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、デューティ比設定部３１に供給される。

デューティ比設定部３１は、ベクトル制御部３０から供給される各相の相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、２相又は３相のＰＷＭ信号を生成するためのデューティ比Ｕｄｕ，Ｖｄｕ，Ｗｄｕを設定する。

ＰＷＭ信号生成部３２は、デューティ比設定部３１により設定される各相のデューティ比Ｕｄｕ，Ｖｄｕ，ＷｄｕをキャリアＣのレベルと比較することによって、２相又は３相のＰＷＭ信号を含む通電パターンを生成する。ＰＷＭ信号生成部３２は、上アーム駆動用の２相又は３相のＰＷＭ信号を反転させた下アーム駆動用のＰＷＭ信号も生成し、必要に応じてデッドタイムを付加した後、生成したＰＷＭ信号を含む通電パターンを駆動回路３３に出力する。

駆動回路３３は、与えられたＰＷＭ信号を含む通電パターンに従い、インバータ２３に含まれる６つのスイッチング素子２５Ｕ＋，２５Ｖ＋，２５Ｗ＋，２５Ｕ−，２５Ｖ−，２５Ｗ−をスイッチングさせる駆動信号を出力する。これにより、３相交流の駆動電流がモータ４に供給され、モータ４のロータが回転する。

電流検出タイミング調整部３４は、ＰＷＭ信号生成部３２から供給されるキャリアＣと、ＰＷＭ信号生成部３２により生成されるＰＷＭ信号とに基づいて、電流検出部２７がキャリアＣの１周期内で各相の相電流のうち２相の相電流を検出するための取得タイミングを決定する。

電流検出部２７は、電流検出タイミング調整部３４により決定される複数の取得タイミングで検出信号Ｓｄを取得することによって、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。

なお、電流検出部２７、通電パターン生成部３５及び電流検出タイミング調整部３４の各機能は、不図示の記憶装置に読み出し可能に記憶されるプログラムによってＣＰＵ（Central Processing Unit）が動作することにより実現される。例えば、これらの各機能は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータにおけるハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される。

図２は、ＰＷＭ信号生成部３２により生成される上アーム側の３相のＰＷＭ信号（Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋）の一例を示すタイミングチャートである。図２に示すＰＷＭカウンタにおける三角波は、キャリアカウンタのカウント値（すなわち、キャリアＣのレベル）を表す。なお、２相のＰＷＭ信号は、３相のＰＷＭ信号のうち特定の１相（例えば、Ｗ相）のＰＷＭ信号がローレベルに常に固定された通電パターンとなる。

また、本実施形態では、ＰＷＭ信号のアクティブレベルをハイレベルと定義する。この場合、ＰＷＭ信号がハイレベルのとき、スイッチング素子はオンとなり、ＰＷＭ信号がローレベルのとき、スイッチング素子はオフとなる。回路構成等に応じて、ＰＷＭ信号のアクティブレベルをローレベルと定義してもよい。

本実施形態では、ＰＷＭ信号生成部３２は、各相で共通の一つのキャリアＣを用いて、各相のＰＷＭ信号を生成する。位相ｔｂを中心とする左右対称の三角波をキャリアＣとしているため、各相のＰＷＭ信号の波形生成の回路構成を簡素化できる。キャリアカウンタは、位相ｔａまでダウンカウント中であり、位相ｔａから位相ｔｂまでアップカウント中であり、位相ｔｂからダウンカウント中である。このように、カウントアップ期間とカウントダウン期間とが繰り返される。

ＰＷＭ信号生成部３２は、各相のデューティ比の各設定値をキャリアＣのレベルと比較する。ＰＷＭ信号生成部３２は、この比較結果に基づき、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定値がキャリアＣのレベルよりも大きい期間に、当該ＰＷＭ信号のレベルをハイレベルに設定する。一方、ＰＷＭ信号生成部３２は、この比較結果に基づき、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定値がキャリアＣのレベルよりも小さい期間に、当該ＰＷＭ信号のレベルをローレベルに設定する。

インバータ２３がＰＷＭ変調された３相交流を出力している状態では、電流検出部２７は、上アーム側のスイッチング素子２５Ｕ＋，２５Ｖ＋，２５Ｗ＋に対する通電パターンに応じて、特定の相の電流を検出できる。あるいは、インバータ２３がＰＷＭ変調された３相交流を出力している状態では、電流検出部２７は、下アーム側のスイッチング素子２５Ｕ−，２５Ｖ−，２５Ｗに対する通電パターンに応じて、特定の相の電流を検出してもよい。

例えば図２のように、Ｕ相のＰＷＭ信号のみがハイレベルであり、Ｖ相及びＷ相のＰＷＭ信号が何れもローレベルである通電時間Ｔ２１では、シャント抵抗等の電流検出器２４の両端に発生する電圧の電圧値は正のＵ相電流Ｉｕ＋の電流値に対応する。したがって、電流検出部２７は、通電時間Ｔ２１内の取得タイミングＡで検出信号Ｓｄを取得することによって、正のＵ相電流Ｉｕ＋の電流値を検出できる。通電時間Ｔ２１は、ｔ４からｔ５までの時間である。電流検出タイミング調整部３４は、ＰＷＭ信号が他の２相と異なる論理レベルに遷移する時（この場合、Ｕ相のＰＷＭ信号がＶ相及びＷ相と同じローレベルからハイレベルに遷移するタイミングｔ４）から所定の遅延時間ｔｄａ経過時に取得タイミングＡを設定する。このとき、電流検出タイミング調整部３４は、通電時間Ｔ２１内に、取得タイミングＡを設定する。

また、例えば図２のように、Ｕ相及びＶ相のＰＷＭ信号の何れもハイレベルであり、Ｗ相のＰＷＭ信号のみがローレベルである通電時間Ｔ１１では、シャント抵抗等の電流検出器２４の両端に発生する電圧の電圧値は負のＷ相電流Ｉｗ−の電流値に対応する。したがって、電流検出部２７は、通電時間Ｔ１１内の取得タイミングＢで検出信号Ｓｄを取得することによって、負のＷ相電流Ｉｗ−の電流値を検出できる。通電時間Ｔ１１は、ｔ１からｔ２までの時間である。電流検出タイミング調整部３４は、ＰＷＭ信号が他の２相と異なる論理レベルに遷移する時（この場合、Ｗ相のＰＷＭ信号がＵ相及びＶ相と同じハイレベルからローレベルに遷移するタイミングｔ１）から所定の遅延時間ｔｄｂ経過時に取得タイミングＢを設定する。このとき、電流検出タイミング調整部３４は、通電時間Ｔ１１内に、取得タイミングＢを設定する。

同様に、電流検出部２７は、他の相電流の電流値も検出できる。

このように、２相又は３相のＰＷＭ信号を含む通電パターンに応じて相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち２相の相電流を順次検出して記憶すれば、３相分の電流を時分割で検出することが可能となる。３相の相電流の総和が零であることから、電流検出部２７は、３相変調の場合、３相の相電流うち２相の相電流を検出できれば、残り１相の相電流も検出できる。

また、各スイッチング素子がオンからオフ又はオフからオンに変化するタイミング（例えば、ｔ１〜ｔ６）の直後は、電流検出器２４により検出される電流の波形が不安定になりやすい。そのため、電流検出器２４に発生した検出信号Ｓｄを安定した状態で取得するため、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１は、それぞれ、最小安定時間（以下、最小時間τとも称する）以上の通電幅が必要である。最小時間τは、例えば４マイクロ秒である。

電流検出部２７が特定の１相の電流の電流値に対応する検出信号Ｓｄを安定的に取得するためには、３相のうちその特定の１相のＰＷＭ信号がローレベルで残りの２相のＰＷＭ信号がハイレベルの通電状態を最小時間τ以上継続させる必要がある。或いは、３相のうちその特定の１相のＰＷＭ信号がハイレベルで残りの２相のＰＷＭ信号がローレベルの通電状態を最小時間τ以上継続させる必要がある。通電時間が最小時間τ未満であると、相電流の検出誤差が大きくなりやすい。

そこで、本実施形態では、ＰＷＭ信号生成部３２は、各相の相電流の検出値に基づきデューティ比設定部３１により設定された各相のデューティ比に基づいて、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１をそれぞれ算出する。そして、ＰＷＭ信号生成部３２は、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１の各算出値に基づいて、電流検出部２７が各相の相電流のうち２相の相電流を検出可能な通電幅（最小時間τ以上の時間）に、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１を調整する。通電時間Ｔ１１は、キャリアＣの前半の半周期期間内の第１の通電時間の一例であり、２相の相電流のうち一方の相の相電流を検出可能な期間を表す。通電時間Ｔ２１は、キャリアＣの後半の半周期期間内の第２の通電時間の一例であり、２相の相電流のうち他方の相の相電流を検出可能な期間を表す。

このように、ＰＷＭ信号生成部３２は、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１の各算出値に基づいて最小時間τ以上の通電幅に通電時間Ｔ１１，Ｔ２１を調整することで、相電流の検出誤差の増大を抑制できる。例えば、ＰＷＭ信号生成部３２は、各相の相電流を検出値に基づきベクトル制御等の制御処理を経て導出された各相のデューティ比の設定値を、デューティ比設定部３１から取得し、取得した各相のデューティ比の設定値から通電時間Ｔ１１を算出する。そして、ＰＷＭ信号生成部３２は、その算出された通電時間Ｔ１１が最小時間τ未満であれば、通電時間Ｔ１１を最小時間τ以上の通電幅に伸ばす補正処理を行う。この補正処理により、電流検出部２７は、通電時間Ｔ１１内で検出可能な相電流を精度良く検出可能となる。通電時間Ｔ２１の算出値に対しても同様の補正処理が可能である。したがって、キャリアＣの１周期内で少なくとも２相の相電流を精度良く検出できる。

また、２相のうち一方の相電流を検出するための通電時間Ｔ１１と他方の相電流を検出するための通電時間Ｔ２１とが、キャリアＣの１周期の前半の半周期期間と後半の半周期期間とに分かれている。そのため、キャリアＣの半周期期間に２回の取得タイミングがある場合に比べて、取得タイミングＡと取得タイミングＢとの間の時間間隔（割込み処理の時間間隔）に余裕ができる。この余裕により、処理能力が比較的低いＣＰＵを使用しても、取得タイミングが遅延することを抑制することができる。図３には、キャリアＣの半周期期間に２回の取得タイミングがある場合の一例として、キャリアＣの１周期の前半の半周期期間に、実線で示す取得タイミングＢと破線で示す取得タイミングＡとがある場合が示されている。

ＰＷＭ信号生成部３２は、例えば図３に示すように、２相又は３相のＰＷＭ信号のうち少なくとも１相のＰＷＭ信号の位相をシフトさせることによって、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１を最小時間τ以上の通電幅に調整することが好ましい。特に、ＰＷＭ信号生成部３２は、２相又は３相のＰＷＭ信号のうち少なくとも１相のＰＷＭ信号の位相を、当該少なくとも１相のＰＷＭ信号のデューティ比を変えずにシフトさせることが好ましい。インバータ２３を介してモータ４に印加する各相間の電圧は、各相間のデューティ比の差が一定であれば、ＰＷＭ信号パルスの立ち上がり位置及び立ち下がり位置を同じ時間だけシフトさせても変わらないからである。各相間の電圧が変わらないため、モータ４に流れる電流のハンチングを抑制できる。

しかしながら、少なくとも１相のＰＷＭ信号のデューティ比を変えずに、その少なくとも１相のＰＷＭ信号の位相をシフトしても、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１の各算出値が、最小時間τを確保できない値の場合がある。ＰＷＭ信号生成部３２は、このように位相をシフトしても最小時間τを確保できない場合、ＰＷＭ信号の各相のデューティ比を調整することによって、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１を最小時間τ以上の通電幅に調整してもよい。このように、位相のシフトのみの調整では、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１の各通電幅を最小時間τ以上にできない場合でも、デューティ比も調整することによって、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１の各通電幅を最小時間τ以上に調整することができる。

また、各相のデューティ比を調整しても、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１の各算出値が最小時間τを確保できない値の場合がある。ＰＷＭ信号生成部３２は、このようにデューティ比を調整しても最小時間τを確保できない場合、電流検出部２７が各相のうち２相の相電流を検出可能な固定値に各相のデューティ比を変更してもよい。このように、位相とデューティ比の両方の調整では、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１の各通電幅を最小時間τ以上にできない場合でも、電流検出部２７が各相のうち２相の相電流を通電時間Ｔ１１，Ｔ２１のそれぞれで検出できる。

また、本実施形態では、ＰＷＭ信号生成部３２は、デューティ比設定部３１により設定された各相のデューティ比に基づいて、複数の通電パターンのうちどの通電パターンによってインバータ２３の通電を制御するのかを判定する。

本実施形態では、６つの通電パターンＰ１〜Ｐ６が用意されている。複数の通電パターンは、キャリアＣの基準位相ｔｂ（図２参照）を中心に位相遅れ側と位相進み側の両側に拡がる各相のＰＷＭ信号のオフ幅の大小関係によって区分けされている。例えば、図２に示される通電パターンＰ１は、オフ幅が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順番で、小中大となっている（Ｗ相のオフ幅＞Ｖ相のオフ幅＞Ｕ相のオフ幅）。他の通電パターンＰ２〜Ｐ６は、それぞれ、オフ幅が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順番で、小大中、中小大、中大小、大中小、大小中となっている。

ところで、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得するときの通電パターンが、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得する直前の通電パターンと異なると、モータ４に流れる電流が脈動（ハンチングともいう）することがある。この原因は、通電する相の変更による電流波形の変化や、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１等の電流検出幅の不足を補うためのデューティ比の増加と推測される。

図４は、通電パターンの切り替わりの一例を示すタイミングチャートであり、ＰＷＭ信号生成部３２が、オフ幅が大中小の通電パターンＰ５と、オフ幅が中大小の通電パターンＰ４との切り替えを繰り返している状況を示す。ＰＷＭ信号生成部３２は、キャリアＣの１周期（キャリア周期）毎に、通電パターンを設定する。図４に示されるように、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得するときの通電パターンＰ４（中大小）が、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得する直前の通電パターンＰ５（大中小）と異なっている場合、意図しない電流の増減が発生することがある。図４は、モータ４のＵ相コイルに流れる電流（Ｕ相電流）に意図しない増減が発生していることを示す。このような意図しない電流の増減は、モータ４に流れる電流の脈動として現れる。特に、ＰＷＭ信号生成部３２が、ベクトル演算等により得られた通電幅をデューティ比の調整により意図的に広げて、最小時間τ以上の通電幅を確保した場合に、このような脈動（意図しない電流の増減）が顕著に現れる。

そこで、本実施形態のモータ制御装置１００は、通電パターンの切り替えが発生する電気角を記憶する記憶部３６を備える。通電パターン生成部３５は、記憶部３６に記憶された"通電パターンの切り替えが発生する電気角"で電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得するときの通電パターンを、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得する直前の通電パターンと同じにする。このように電流検出時の通電パターンが直前の通電パターンと同じ場合、電流検出時の通電パターンが直前の通電パターンと異なる場合に比べて、モータ４に流れる電流の脈動を低減できる。これは、通電する相の変更が抑えられたり、通電時間Ｔ１１，Ｔ２１等の電流検出幅の不足を補うためのデューティ比の増加が抑えられたりするからと考えられる。以下、"通電パターンの切り替えが発生する電気角"を、"パターン切り替え角"と称することがある。

図５は、３相変調の場合の脈動低減方法の一例を示す図である。通電パターン生成部３５は、記憶部３６に記憶されたパターン切り替え角で電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得するときに使用する通電パターンを、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得する直前の通電パターンＰ５と同じにする（図５下段参照）。そして、通電パターン生成部３５は、記憶部３６に記憶されたパターン切り替え角で当該直前の通電パターンと同じにされる前に使用予定であった通電パターンＰ４を、当該直前の通電パターンと同じにされた通電パターンの次の通電パターンとして使用する。このように、通電パターン生成部３５は、電流検出時ではなく、電流検出時の次のキャリア周期で、通電パターンを切り替える。図５に示されるように通電パターンを切り替えることによって、モータ４に流れる脈動を低減することができる。

図６は、２相変調の場合の脈動低減方法の一例を示す図である。通電パターン生成部３５は、記憶部３６に記憶されたパターン切り替え角で電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得するときに使用する通電パターンを、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得する直前の通電パターンＰ５と同じにする（図６下段参照）。そして、通電パターン生成部３５は、記憶部３６に記憶されたパターン切り替え角で当該直前の通電パターンと同じにされる前に使用予定であった通電パターンＰ４を、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを次に取得するときに使用する通電パターンとして使用する。このように、通電パターン生成部３５は、今回の電流検出時に使用予定であった通電パターンを、次回の電流検出時に使用する。図６に示されるように通電パターンを切り替えることによって、モータ４に流れる脈動を低減することができる。

なお、図５，６に示す通電パターンの形状は、一例である。例えば図５，６において、「大」のときのオフ幅は、ＰＷＭ信号の１周期内全体に亘る長さ（１周期分の長さ）でもよい。また、例えば図６には、Ｗ相がローレベルのオフ状態に固定されＵ相とＶ相がスイッチングする通電パターンが示されている。しかしながら、Ｖ相がローレベルのオフ状態に固定されＵ相とＷ相がスイッチングする通電パターンが採用されてもよいし、Ｕ相がローレベルのオフ状態に固定されＶ相とＷ相がスイッチングする通電パターンが採用されてもよい。

図７は、電流検出時の通電パターンが直前の通電パターンと異なる場合と同じ場合の電流波形の一例を示す図である。図７において、"改善前"は、電流検出時の通電パターンＰ４が直前の通電パターンＰ５と異なる場合を示し、"改善後"は、電流検出時の通電パターンＰ５が直前の通電パターンＰ５と同じ場合を示す。電流検出時の通電パターンＰ５が直前の通電パターンＰ５と同じ場合、電流検出時の通電パターンＰ４が直前の通電パターンＰ５と異なる場合に比べて、モータ４に流れる電流の脈動を低減できる。通電パターンがＰ５からＰ４に切り替わると、通電パターンの切り替え前後でモータ４への通電方向が変わってしまう。しかしながら、電流検出時直前と同じ通電パターンＰ５を使えば、電流検出時直前と電流検出時とで、モータ４への通電方向が変わらないので、モータ４に流れる電流の脈動を低減できる。

次に、脈動低減処理を実行する電気角の特定方法について説明する。

通電パターン生成部３５は、モータ４に流れる電流の脈動低減処理を、モータ４の特定の電気角で通電パターンが切り替わる時に実行することが好ましい。通電パターンの切り替わりが発生しない電気角で脈動低減処理を行うことによって、安定した電流波形を崩れることを防止するためである。脈動の要因は、ほぼ同じ電気角で発生する。そこで、記憶部３６は、通電パターンの切り替えが発生する電気角のマップデータを格納し、通電パターン生成部３５は、記憶部３６に格納されたマップデータに基づいて、通電パターンの切り替えが発生する電気角を特定する。通電パターン生成部３５は、通電パターンの切り替えが発生しない電気角では、脈動低減処理を実行しない。

例えば、通電パターン生成部３５は、通電パターンの切り替えが発生する電気角の履歴を記憶部３６に蓄積する。そして、通電パターン生成部３５は、記憶部３６に蓄積された履歴に残る電気角で電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得するときの通電パターンを、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得する直前の通電パターンと同じにする。

具体的には、通電パターン生成部３５は、モータ４の回転数が規定回転数（例えば、６００ｒｐｍ）を超えた安定状態で、通電パターンの切り替えが発生する電気角を検出する。例えば、マップデータは、ＲＡＭ（Random Access Memory）に定義される１２８個の配列データで表現される。ソフトウェア上では、電気角０°〜３６０°は、０〜６５５３５の値で表現されているので、配列データへアクセスには、９ｂｉｔのビットシフトが使用される。電気角３６０°を１２８分割するので、約２．８°毎に電気角が区分けされる。通電パターン生成部３５は、通電パターンの切り替わりを検出するたびに、電気角に対応する配列をカウントアップすることで、通電パターンの切り替えが発生する電気角を計測する。カウント数の多い電気角は、電流の脈動の起きやすい電気角を表す。

図８は、通電パターンの切り替えの発生回数（カウント数）と、電気角との関係の一例を示す図である。通電パターン生成部３５は、通電パターンの切り替えの発生回数を電気角毎に記憶部３６に蓄積し、当該発生回数が規定回数を超える電気角を、電流の脈動の起きやすい電気角と特定する。これにより、通電パターン生成部３５は、当該発生回数が規定回数を超える電気角で電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得するときの通電パターンを、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得する直前の通電パターンと同じにすることができる。一方、通電パターン生成部３５は、当該発生回数が規定回数以下の電気角では、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得するときの通電パターンを、電流検出部２７が検出信号Ｓｄを取得する直前の通電パターンと同じにする脈動低減処理を実行しない。これにより、脈動低減処理の実行によって、電流波形がかえって乱れることを防ぐことができる。

図９は、脈動低減方法の一例を示すフローチャートである。

通電パターン生成部３５は、モータ４の起動後（ステップＳ１０）、モータ４の回転数が規定回転数を超えるまで、通電パターンの切り替えの発生回数をカウントすることを待機する（ステップＳ２０）。

通電パターン生成部３５は、モータ４の回転数が規定回転数を超え且つ当該回転数の変動量が一定範囲内の状態で、通電パターンの切り替えの発生回数を電気角毎にカウントすることを開始する（ステップＳ３０）。通電パターン生成部３５は、通電パターンの切り替えの発生回数を電気角毎に記憶部３６に蓄積し、当該発生回数が規定回数を超える電気角を、電流の脈動の起きやすい電気角と特定する。通電パターン生成部３５は、電流の脈動の起きやすい電気角として特定された電気角（パターン切り替え角）をマップデータ化する（ステップＳ４０）。

通電パターン生成部３５は、電流検出部２７により検出される相電流の脈動（ハンチング）を監視する（ステップＳ５０）。通電パターン生成部３５は、マップデータに存在するパターン切り替え角において、電流検出時の通電パターンが直前の通電パターンと異なることを検出した場合、電流検出時の通電パターンを電流検出時直前の通電パターンに置き換える（ステップＳ６０）。通電パターン生成部３５は、次のパターン切り替え角に到達するまで、脈動低減処理を実行しない。通電幅を意図的に広げる電流検出を行うと、電流の取得値に誤差が含まれるおそれがあるため、電流検出部２７は、ステップＳ６０の脈動低減処理が施された通電パターンで検出された電流値情報を補正する（ステップＳ７０）。例えば、電流検出部２７は、通電幅拡大による電流増加分を、電流検出値から差し引く補正を行う。

以上、モータ制御装置、モータシステム及びインバータ制御方法を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、インバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流検出器は、正側母線に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力するものでもよい。また、電流検出器は、ＣＴ（Current Transformer）等のセンサでもよい。

４ モータ
２１ 直流電源
２２ａ 正側母線
２２ｂ 負側母線
２３ インバータ
２４ 電流検出器
２７ 電流検出部
３０ ベクトル制御部
３１ デューティ比設定部
３２ ＰＷＭ信号生成部
３３ 駆動回路
３４ 電流検出タイミング調整部
３５ 通電パターン生成部
３６ 記憶部

Claims (7)

1. 複数の通電パターンに基づいてモータを駆動するインバータと、
   前記インバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流検出器と、
   前記通電パターンに基づいて前記検出信号を取得することによって、前記モータに流れる各相の相電流を検出する電流検出部と、
   前記各相の相電流の検出値に基づいて、前記通電パターンを生成する通電パターン生成部と、
   前記通電パターンの切り替えが発生する電気角を記憶する記憶部とを備え、
   前記通電パターン生成部は、前記記憶部に記憶された前記電気角で前記電流検出部が前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記電流検出部が前記検出信号を取得する直前の通電パターンと同じにする、モータ制御装置。
2. 前記通電パターン生成部は、前記電気角の履歴を前記記憶部に蓄積し、前記履歴に残る電気角で前記電流検出部が前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記直前の通電パターンと同じにする、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記通電パターン生成部は、前記通電パターンの切り替えの発生回数を電気角毎に前記記憶部に蓄積し、前記発生回数が規定回数を超える電気角で前記電流検出部が前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記直前の通電パターンと同じにする、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記通電パターン生成部は、前記記憶部に蓄積された前記電気角で前記直前の通電パターンと同じにされる前に使用予定であった通電パターンを、前記直前の通電パターンと同じにされた通電パターンの次の通電パターンとして使用する、請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記通電パターン生成部は、前記記憶部に蓄積された前記電気角で前記直前の通電パターンと同じにされる前に使用予定であった通電パターンを、前記電流検出部が前記検出信号を次に取得するときに使用する、請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. モータと、
   複数の通電パターンに基づいて前記モータを駆動するインバータと、
   前記インバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流検出器と、
   前記通電パターンに基づいて前記検出信号を取得することによって、前記モータに流れる各相の相電流を検出する電流検出部と、
   前記各相の相電流の検出値に基づいて、前記通電パターンを生成する通電パターン生成部と、
   前記通電パターンの切り替えが発生する電気角を記憶する記憶部とを備え、
   前記通電パターン生成部は、前記記憶部に記憶された前記電気角で前記電流検出部が前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記電流検出部が前記検出信号を取得する直前の通電パターンと同じにする、モータシステム。
7. モータを駆動するインバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を、複数の通電パターンに基づいて取得し、
   前記検出信号を前記通電パターンに基づいて取得することによって、前記モータに流れる各相の相電流を検出し、
   前記各相の相電流の検出値に基づいて、前記通電パターンを生成し、
   前記通電パターンに基づいて前記インバータを通電させる、インバータ制御方法であって、
   前記通電パターンの切り替えが発生する電気角を記憶部に蓄積し、前記記憶部に記憶された前記電気角で前記検出信号を取得するときの通電パターンを、前記検出信号を取得する直前の通電パターンと同じにする、インバータ制御方法。