JP2021019459A - モータ制御装置およびモータシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】騒音を抑制可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置(100)は、複数相のコイル(Lu,Lv,Lw)を有するモータ(4)の各相(U,V,W)にそれぞれ対応するPWM信号(U,V,W)を生成する制御部(20)と、前記PWM信号に基づいて、各相の前記コイルを駆動するインバータ回路(23)と、を備え、前記制御部は、各相の前記PWM信号の信号レベルが一致するゼロベクトル区間(Tz)が発生する場合に、前記ゼロベクトル区間内に各相の前記コイルを通電させる通電区間(Te)を発生させることを特徴とする。【選択図】図5
Description
本発明は、モータ制御装置およびモータシステムに関する。
従来、3相モータ用のモータ制御装置は、U,V,W各相に対応するPWM(Pulse Width Modulation,パルス幅変調)信号を用いて各相のコイルを通電させることにより、モータの駆動を制御している(特許文献1参照)。
上述した3相モータの制御において、U,V,W相のそれぞれのPWM信号がハイレベルまたはローベルとなるゼロベクトル区間では、各相のコイルに電流が流れない。
3相モータの制御中に、ゼロベクトル区間から、各相のコイルに電流が流れる通電区間へと切り替わったとき、モータの電流が急激に変化(上昇)するため、使用アプリケーションによっては電流リップルが大きくなる。その電流リップルの周期的な変化は、モータの動作時の騒音となり、モータを適用するアプリケーションによっては、ユーザに不快感を与えるという課題がある。以下、この課題について、図を用いて詳細に説明する。
図7は、従来のモータ制御装置によって生成されるU相、V相、およびW相に対応するPWM信号U,V,Wの1周期の波形と、PWM周期を定めるPWMキャリア(単に、「キャリア」とも称する。)と、モータの電流の波形の一例が示されている。
図7に示すように、例えば、時刻t0においてU相、V相、W相のPWM信号が全てハイレベルとなり、ゼロベクトル区間Tzに移行すると、モータの電流Iがゼロに向かって減少する。その後、時刻t1において、U相のPWM信号がローレベルになると、電流Iが急激に増加し、大きな電流リップルが発生する。この電流リップルは、モータ制御におけるゼロベクトルの最適化により、PWM信号の1周期に対するゼロベクトル区間(通電停止期間)Tzの割合が大きくなるほど、大きくなる。このような大きな電流リップルの周期的変化は、騒音の原因となる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、騒音を抑制可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
本発明の代表的な実施の形態に係るモータ制御装置は、複数相のコイルを有するモータの各相にそれぞれ対応するPWM信号を生成する制御部と、前記PWM信号に基づいて、各相の前記コイルを駆動するインバータ回路と、を備え、前記制御部は、各相の前記PWM信号の信号レベルが一致するゼロベクトル区間が発生する場合に、前記ゼロベクトル区間内に各相の前記コイルを通電させる通電区間を発生させることを特徴とする。
本発明に係るモータ制御装置によれば、騒音を抑制することが可能となる。
1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
〔1〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ制御装置(100)は、複数相のコイル(Lu,Lv,Lw)を有するモータ(4)の各相(U,V,W)にそれぞれ対応するPWM信号(U,V,W,UH,UL,VH,VL,WH,WL)を生成する制御部(20)と、前記PWM信号に基づいて、各相の前記コイルを駆動するインバータ回路(23)と、を備え、前記制御部は、各相の前記PWM信号の信号レベルが一致するゼロベクトル区間(Tz)が発生する場合に、前記ゼロベクトル区間内に各相の前記コイルを通電させる通電区間(Te)を発生させることを特徴とする。
〔2〕上記〔1〕に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記ゼロベクトル区間において各相の前記PWM信号を同じ時間(Te)だけ、互いに異なるタイミングで反転させてもよい。
〔3〕上記〔2〕に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、各相の前記PWM信号のデューティ比を設定するデューティ比設定部(39)と、前記デューティ比設定部によって設定された前記デューティ比に基づいて、各相の前記PWM信号を生成するPWM信号生成部(32)と、を有し、各相の前記PWM信号の1周期は、第1期間(A)と残りの第2期間(B)とを含み、前記PWM信号生成部は、前記第1期間において、各相の前記PWM信号を一定時間、互いに異なるタイミングで反転させ、前記第2期間において、前記デューティ比に基づいて前記PWM信号を反転させてもよい。
〔4〕上記〔3〕に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記第1期間に対応する周期を有するのこぎり波状の第1キャリア(C1)と、前記第2期間に対応する周期を有するのこぎり波状の第2キャリア(C2)とを生成するキャリア発生部(37)を更に有し、前記PWM信号生成部は、固定値である第1閾値(Udu1,Vdu1,Wdu1)および第2閾値(Udu2,Vdu2,Wdu2)と前記第1キャリアのレベルとの比較結果に基づいて、前記第1期間における各相の前記PWM信号が反転するタイミングを決定し、前記デューティ比に基づいて設定された第3閾値(Udu3,Vdu3,Wdu3)および第4閾値(Udu4,Vdu4,Wdu4)と前記第2キャリアのレベルとの比較結果に基づいて、前記第2期間における各相の前記PWM信号が反転するタイミングを決定してもよい。
〔5〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータシステム(1)は、〔1〕乃至〔4〕の何れか一つに記載のモータ制御装置(100)と、モータ(4)とを備えることを特徴とする。
2.実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
図1は、一実施の形態に係るモータシステムの構成例を示す図である。
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が搭載される機器は、例えば、コピー機、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫等であるが、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。
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が搭載される機器は、例えば、コピー機、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫等であるが、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Luと、V相コイルLvと、W相コイルLw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。U相コイルLuと、V相コイルLvと、W相コイルLwとは、例えば、スター結線により互いに接続されている。
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3相のPWM信号を含む通電パターンに従いオン/オフ(ON/OFF)制御することで、直流を3相交流に変換してモータを駆動する。
具体的に、モータ制御装置100は、インバータ回路23、制御部20、および電流検出器24を備える。
インバータ回路23は、直流電源21から供給される直流電力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。インバータ回路23は、後述する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。
インバータ回路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。以下では、複数のスイッチング素子25U+,25V+,25W+,25U−,25V−,25W−を、特に区別しない場合には、単にスイッチング素子と称する場合がある。
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。しかしながら、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、インバータ回路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に挿入される抵抗(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。なお、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を出力するものであればよく、CT(Current Transformer)等のセンサでもよい。
制御部20は、モータ4の各相に対応する複数のPWM信号を生成する。
制御部20は、例えば、CPU等のプロセッサと、RAM,ROM等の各種記憶装置と、カウンタ(タイマ)、A/D変換回路、D/A変換回路、および入出力I/F回路等の周辺回路とがバスを介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置(例えば、マイクロコントローラ)である。本実施の形態において、制御部20は、IC(集積回路)としてパッケージ化されているが、これに限られない。
制御部20は、例えば、CPU等のプロセッサと、RAM,ROM等の各種記憶装置と、カウンタ(タイマ)、A/D変換回路、D/A変換回路、および入出力I/F回路等の周辺回路とがバスを介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置(例えば、マイクロコントローラ)である。本実施の形態において、制御部20は、IC(集積回路)としてパッケージ化されているが、これに限られない。
制御部20は、例えば、上位装置(図示せず)から入力されたモータ4の回転速度指令ωrefと、電流検出器24の検出信号Sdに基づくモータ4の各相の相電流とに基づいて、モータ4が適切に動作するように、PWM信号を生成する。
上述したように、3相モータの制御中に、U,V,W相のそれぞれのPWM信号がハイレベルまたはローベルとなるゼロベクトル区間(通電停止区間)から各相のコイルに電流が流れる通電区間へと切り替わったとき、大きな電流リップルが発生し、モータの動作時の騒音の原因となる(図7参照)。
そこで、本実施の形態に係るモータ制御装置100は、ゼロベクトル区間から通電区間へ切り替わるときの大きな電流リップルの発生を防止するために、ゼロベクトル区間に各相のコイルを通電させる通電区間が発生するようにPWM信号を生成する。
図2は、本実施の形態に係るPWM信号の生成方法の概要を説明するための図である。
図2には、本実施の形態に係るモータ制御装置100によって生成されるU相、V相、およびW相に対応するPWM信号U,V,Wの1周期の波形と、モータの電流の波形とが示されている。
図2には、本実施の形態に係るモータ制御装置100によって生成されるU相、V相、およびW相に対応するPWM信号U,V,Wの1周期の波形と、モータの電流の波形とが示されている。
図2に示すように、モータ制御装置100では、PWM周期を、ゼロベクトル区間内に通電区間を発生させるための第1期間Aと、上位装置からの指令(回転速度指令ωref)に基づいてモータが回転するようにデューティ比を調整するための第2期間Bとに分ける。
同図に示すように、第1期間Aと第2期間Bとは、2種類のキャリアC1,C2によって定められる。
同図に示すように、第1期間Aと第2期間Bとは、2種類のキャリアC1,C2によって定められる。
キャリアC1は、PWM周期における第1期間Aに対応する周期でレベルが増減する、のこぎり波状のキャリアである。キャリアC2は、PWM周期における第2期間Bに対応する周期でレベルが増減する、のこぎり波状のキャリアである。
図2に示すように、キャリアC1とキャリアC2とは、交互に生成され、連続する一組のキャリアC1,C2によってPWM信号U,L,Wの1周期(PWM周期)が定められる。
PWM信号Uは、U相の上下アームを構成する2つのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号である。PWM信号Uがローレベルのとき、U相の下アームのスイッチング素子がオン(U相の上アームのスイッチング素子がオフ)となり、PWM信号Uがハイレベルのとき、U相の下アームのスイッチング素子がオフ(U相の上アームのスイッチング素子がオン)となる。PWM信号Uのレベルの変化に対して、U相の上下アームを構成する2つのスイッチング素子は相補的にオンオフ動作する。
PWM信号Vは、V相の上下アームを構成する2つのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号である。PWM信号Vがローレベルのとき、V相の下アームのスイッチング素子がオン(V相の上アームのスイッチング素子がオフ)となり、PWM信号Vがハイレベルのとき、V相の下アームのスイッチング素子がオフ(V相の上アームのスイッチング素子がオン)となる。PWM信号Vのレベルの変化に対して、V相の上下アームを構成する2つのスイッチング素子は相補的にオンオフ動作する。
PWM信号Wは、W相の上下アームを構成する2つのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号である。PWM信号Wがローレベルのとき、W相の下アームのスイッチング素子がオン(W相の上アームのスイッチング素子がオフ)となり、PWM信号Wがハイレベルのとき、W相の下アームのスイッチング素子がオフ(W相の上アームのスイッチング素子がオン)となる。PWM信号Wのレベルの変化に対して、W相の上下アームを構成する2つのスイッチング素子は相補的にオンオフ動作する。
制御部20は、第1期間Aにおいて、所定のタイミングでPWM信号の信号レベルを反転させてゼロベクトル区間に通電区間を発生させ、第2期間Bにおいて、回転速度指令ωrefと各相の相電流とに基づくベクトル制御によって算出したデューティ比に基づいて各相のPWM信号の信号レベルを反転させる。
ここで、ゼロベクトル区間に通電区間を設けるためには、少なくとも一つの相のPWM信号の信号レベルを他の相のPWM信号の信号レベルと相違させる必要がある。また、ゼロベクトル区間に通電区間を設けることによってU相、V相、W相の各電圧が電圧指令と異なる電圧になることを防止する必要がある。
そこで、制御部20は、第1期間Aにおいて、各相のPWM信号を、一定期間互いに異なるタイミングで反転させることで、通電期間を設ける。具体的には、図2に示すように、ゼロベクトル区間Tzにおいて、各PWM信号の信号レベルが反転する区間Teを同一の長さとし、且つ各PWM信号の区間Teを互いにシフトさせる。例えば、各PWM信号Uの区間Teをts=Te/2ずつシフトさせる。その結果、ゼロベクトル区間Tzでは、モータの電流が低下する期間とモータの電流が増加する期間が混在することになり、小さな電流リップルが複数発生する。これにより、大きな電流リップルの発生を抑制することが可能となる。
以下、制御部20によるPWM信号を生成するための具体的な構成について説明する。
図1に示すように、制御部20は、各相のPWM信号を生成するための機能ブロックとして、電流検出部27、電流検出タイミング調整部34、駆動回路33、通電パターン生成部35、クロック発生部36、およびキャリア発生部37を有している。
図1に示すように、制御部20は、各相のPWM信号を生成するための機能ブロックとして、電流検出部27、電流検出タイミング調整部34、駆動回路33、通電パターン生成部35、クロック発生部36、およびキャリア発生部37を有している。
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、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、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A/D(Analog to Digital)変換器に取り込む。当該A/D変換器は、電流検出部27に設けられている。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を計測する。
電流検出部27により計測された各相の相電流Iu,Iv,Iwの計測値は、通電パターン生成部35に供給される。クロック発生部36は、内蔵する発振回路により所定周波数のクロックを生成し、生成したクロックをキャリア発生部37へ出力する。なお、クロック発生部36は、例えば、モータ制御装置100の電源が投入されると同時に、動作を開始する。
通電パターン生成部35は、電流検出部27により計測されるモータ4の相電流Iu,Iv,Iwの計測値に基づいて、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、インバータ回路23を通電させるパターン(インバータ回路23の通電パターン)を指定する信号を生成する。
ここで、インバータ回路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。インバータ回路23の通電パターンを指定する信号は、例えば、モータ4が回転するようにインバータ回路23を通電させる3相のPWM信号を含む。
本実施の形態において、通電パターン生成部35は、インバータ回路23の通電パターンを、ベクトル制御により生成する。なお、インバータの通電パターンを生成する方法は、ベクトル制御に限らず、vf制御等を用いて各相の相電圧を求める方法であってもよい。
具体的に、通電パターン生成部35は、デューティ比設定部39およびPWM信号生成部32を有する。
デューティ比設定部39は、インバータ回路23の通電パターンを指定する信号としてのPWM信号を生成するための機能部である。デューティ比設定部39は、電流検出部27による電流の検出結果に基づいて、3相のPWM信号のデューティ比を設定する。デューティ比設定部39は、例えば、ベクトル制御部30およびデューティ比算出部31を含む。
デューティ比設定部39は、インバータ回路23の通電パターンを指定する信号としてのPWM信号を生成するための機能部である。デューティ比設定部39は、電流検出部27による電流の検出結果に基づいて、3相のPWM信号のデューティ比を設定する。デューティ比設定部39は、例えば、ベクトル制御部30およびデューティ比算出部31を含む。
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の回転速度の計測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、電流検出部27による相電流Iu,Iv,Iwの計測値に基づいて、ロータ位置θを用いた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39に供給される。
デューティ比算出部31は、入力される各相の相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、3相のPWM信号を生成するためのデューティ比(各相のデューティ比の設定値)Udu,Vdu,Wduを算出する。
ここで、各相のデューティ比Udu,Vdu,Wduの算出方法の具体例を説明する。
各相のデューティ比Udu,Vdu,Wduは、下記(1)〜(3)式に示すように、変調率modU,modV及びmodWに基づき算出される。
各相のデューティ比Udu,Vdu,Wduは、下記(1)〜(3)式に示すように、変調率modU,modV及びmodWに基づき算出される。
下記(1)〜(3)式に基づいて得られる各相のデューティ比Udu,Vdu,Wduは、例えば120度ずつ位相が異なる正弦波状の波形となる。なお、各相のデューティ比Udu,Vdu,Wudの波形の例については後述する。
Udu=modU×(キャリア上限値)・・・(1)
Vdu=modV×(キャリア上限値)・・・(2)
Wdu=modW×(キャリア上限値)・・・(3)
Vdu=modV×(キャリア上限値)・・・(2)
Wdu=modW×(キャリア上限値)・・・(3)
PWM信号生成部32は、デューティ比設定部39により設定される各相のデューティ比Udu,Vdu,Wduと、キャリアC1,C2とに基づいて、通電パターン信号としての3相のPWM信号U,V,Wを生成する。
上述したように、キャリアC1,C2は、レベルが周期的に増減する搬送波信号である。PWM信号生成部32は、各相のデューティ比Udu,Vdu,Wduに基づく閾値とキャリアC1,C2との比較結果に基づいて、3相のPWM信号U,V,Wを生成する。
PWM信号Uは、U相上アームのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号UHとU相下アームのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号ULを含む。PWM信号Vは、V相上アームのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号VHとV相下アームのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号VLとを含む。PWM信号Wは、W相上アームのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号WHとw相下アームのスイッチング素子を駆動するためのPWM信号WLとを含む。
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、インバータ回路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、電流検出部27がPWM信号の1周期内で3つの相の内、2つの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。
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従ってプロセッサ(例えば、CPU(Central Processing Unit))が各種の演算を行うことによって実現される。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。
次に、キャリア発生部37及びPWM信号生成部32の詳細を説明する。
図3は、実施の形態1に係るモータ制御装置100におけるキャリア発生部37及びPWM信号生成部32の構成例を示す図である。例えば、キャリア発生部37及びPWM信号生成部32は、上述した制御部20を構成するMCUにおいて、プロセッサがRAMやROM等の記憶装置に記憶されたプログラムに従って各種演算を行うとともにタイマ(カウンタ)、A/D変換回路、および入出力I/F回路等の周辺回路を制御することによって、実現される。
図3は、実施の形態1に係るモータ制御装置100におけるキャリア発生部37及びPWM信号生成部32の構成例を示す図である。例えば、キャリア発生部37及びPWM信号生成部32は、上述した制御部20を構成するMCUにおいて、プロセッサがRAMやROM等の記憶装置に記憶されたプログラムに従って各種演算を行うとともにタイマ(カウンタ)、A/D変換回路、および入出力I/F回路等の周辺回路を制御することによって、実現される。
キャリア発生部37は、各相のPWM信号のキャリアCとして、上述した2種類のキャリアC1,C2を生成する。キャリア発生部37は、図1に示すクロック発生部36によって生成されたクロックCLKに基づいて、PWM周期における第1期間Aに対応する周期でレベルが増減するのこぎり波状のキャリアC1と、PWM周期における第2期間Bに対応する周期でレベルが増減するのこぎり波状のキャリアC2とを生成する。
具体的に、キャリア発生部37は、カウント部12、上限値切替部13、比較器14、切替制御部15、および上限値記憶部16を備える。
カウント部12は、例えば、マイクロコントローラに内蔵されているカウンタ(アップカウンタ)によって実現される。カウント部12には、クロックCLKと、計数開始信号及び計数初期値信号とが入力される。
カウント部12は、計数開始信号が与えられると、クロックCLKの計数を開始し、計数値の累加算(クロックCLKが入力されるたびに1を加算)により、のこぎり波キャリアであるキャリアC1,C2を出力する。
また、カウント部12には、計数の初期値が設定されており、この初期値は、前述した計数初期値信号により設定される。
比較器14は、カウント部12の計数値と、上限値Txとを比較し、比較結果を示す2値の検出信号Cpを出力する。例えば、比較器14は、カウント部12の計数値(C1またはC2)が上限値Txより低い場合に、ローレベルの検出信号Cpを出力し、カウント部12の計数値(C1またはC2)が上限値Txより高い場合に、ハイレベルの検出信号Cpを出力する。
切替制御部15は、比較器14からの出力された検出信号Cpに応じて、2値の制御信号Scを出力する。切替制御部15は、例えば、フリップフロップである。切替制御部15は、比較器14からの検出信号Cpの立ち上がりエッジに応じて、制御信号Scの論理レベルを切り替える。
カウント部12は、比較器14からの出力された検出信号Cpに応じて、クロックの計数値をリセットして、計数初期値信号によって指定された初期値からクロックの計数値を累加算する。例えば、カウント部12は、検出信号Cpの立ち上がりエッジに応じて、クロックの計数値をリセットして、初期値からクロックの計数値を累加算する。
上限値記憶部16は、キャリアC1,C2の周期、すなわち、上述したPWM信号の1周期における第1期間Aと第2期間Bの長さを指定するための情報を記憶する。具体的に、上限値記憶部16は、第1上限値T1と第2上限値T2を記憶する。
第1上限値T1は、キャリアC1の周期、すなわち、PWM周期における第1期間Aの長さを指定する値である。第2上限値T2は、キャリアC2の周期、すなわち、PWM周期における第2期間Bの長さを指定する値である。
ここで、PWM周期をTとしたとき、T=T1+T2であり、T1<T2である。
上限値切替部13は、比較器14に入力すべき上限値Txを切り替える。具体的に、上限値切替部13は、切替制御部15から出力された制御信号Scに応じて、上限値記憶部16に記憶されている第1上限値T1および第2上限値T2を上限値Txとして交互に出力する。例えば、制御信号Scがローレベルである場合には、上限値切替部13は、第1上限値T1を上限値Txとして比較器14に与える。一方、制御信号Scがハイレベルである場合には、上限値切替部13は、第2上限値T2を上限値Txとして比較器14に与える。
図4は、キャリアC1,C2の生成原理を説明するための図である。
時刻t0において、計数開始信号がカウント部12に与えられると、カウント部12がクロックCLKの計数を開始し、計数値の累加算を行う。このとき、切替制御部15は、例えばローレベルの制御信号Scを出力する。上限値切替部13は、ローレベルの制御信号Scに応じて、第1上限値T1を上限値Txとして比較器14に与える。
時刻t0において、計数開始信号がカウント部12に与えられると、カウント部12がクロックCLKの計数を開始し、計数値の累加算を行う。このとき、切替制御部15は、例えばローレベルの制御信号Scを出力する。上限値切替部13は、ローレベルの制御信号Scに応じて、第1上限値T1を上限値Txとして比較器14に与える。
その後、計数値が増加し、時刻t1において計数値が上限値Tx(=T1)と一致したとき、比較器14は、計数値が上限値Txに達したことを検出して、ハイレベルの検出信号Cpを出力する。
カウント部12は、ハイレベルの検出信号Cpに応じて、計数値をリセットし、再び、ゼロからクロックCLKの計数値の累加算を開始する。これにより、キャリアC1の生成が終了し、比較器14の検出信号Cpがローレベルに切り替わる。
また、切替制御部15は、時刻t1における検出信号Cpの立ち上がりエッジに応じて、制御信号Scの論理レベルを反転させる。すなわち、制御信号Scの論理レベルをローレベルからハイレベルに切り替える。上限値切替部13は、ハイレベルの制御信号Scに応じて、第2上限値T2を上限値Txとして比較器14に与える。
その後、計数値が増加し、時刻t2において計数値が第2上限値T2と一致したとき、比較器14は、計数値が上限値Tx(=T2)に達したことを検出してハイレベルの検出信号Cpを出力する。
カウント部12は、ハイレベルの検出信号Cpに応じて、計数値をリセットし、再び、ゼロからクロックCLKの計数値の累加算を開始する。これにより、キャリアC2の生成が終了し、比較器14の検出信号Cpがローレベルに切り替わる。
また、切替制御部15は、時刻t2における検出信号Cpの立ち上がりエッジに応じて、制御信号Scの論理レベルを反転させる。すなわち、制御信号Scの論理レベルをハイレベルからローレベルに切り替える。上限値切替部13は、ローレベルの制御信号Scに応じて、再び、第1上限値T1を上限値Txとして比較器14に与える。その後は、時刻t0から時刻t2までの処理と同様に処理が繰り返し行われる。
これによれば、PWM周期内に、2つののこぎり波のキャリアC1,C2を生成することができる。
次に、PWM信号生成部32について、説明する。
図3に示すように、PWM信号生成部32は、固定閾値記憶部40、可変閾値算出部41、閾値切替部42U,42V,42W、比較器43U,43V,43W、PWM回路44、および割り込みコントローラ45を有する。
図3に示すように、PWM信号生成部32は、固定閾値記憶部40、可変閾値算出部41、閾値切替部42U,42V,42W、比較器43U,43V,43W、PWM回路44、および割り込みコントローラ45を有する。
固定閾値記憶部40は、デューティ比算出部31によって算出されたデューティ比Udu,Vdu,Wduに基づいて生成したPWM信号U,V,Wのゼロベクトル区間に通電区間を設けるための閾値の情報が記憶される。具体的に、固定閾値記憶部40は、PWM周期の第2期間Bにおける各相のPWM信号の信号レベルが切り替わるタイミングを指定する情報として、U相、V相、およびW相の各々に対応する固定閾値Udu1,Udu2、固定閾値Vdu1,Vdu2、および固定閾値Wdu1,Wdu2を記憶する。
固定閾値Udu1,Udu2(Udu1<Udu2)は、PWM周期の第1期間AにおけるU相のPWM信号の信号レベルの切り替りタイミングを指定する値である。固定閾値Vdu1,Vdu2(Vdu1<Vdu2)は、PWM周期の第1期間AにおけるV相のPWM信号の信号レベルの切り替りタイミングを指定する値である。固定閾値Wdu1,Wdu2は、PWM周期の第1期間AにおけるW相のPWM信号の信号レベルの切り替りタイミングを指定する値である。例えば、Udu1<Vdu1<Wdu1=Udu2<Vdu2<Udu3<Wdu2である。
可変閾値算出部41は、デューティ比設定部39によって設定されたU相、V相、W相の各デューティ比Udu,Vdu,WduのPWM信号が生成されるように、可変閾値Udu3,Vdu3,Wdu3,Udu4,Vdu4,Wdu4を算出する。
可変閾値Udu3,Udu4(Udu3<Udu4)は、PWM周期の第2期間BにおけるU相のPWM信号の信号レベルの切り替りタイミングを指定する値である。可変閾値Vdu3,Vdu4(Vdu3<Vdu4)は、PWM周期の第2期間BにおけるU相のPWM信号の信号レベルの切り替りタイミングを指定する値である。可変閾値Wdu3,Wdu4(Wdu3<Wdu4)は、PWM周期の第2期間BにおけるU相のPWM信号の信号レベルの切り替りタイミングを指定する値である。
可変閾値算出部41は、デューティ比設定部39によって設定されたU相のデューティ比Uduに基づいて、可変閾値Udu3,Udu4を算出する。同様に、可変閾値算出部41は、デューティ比設定部39によって設定されたV相のデューティ比Vduに基づいて、可変閾値Vdu3,Vdu4を算出し、デューティ比設定部39によって設定されたW相のデューティ比Wduに基づいて、可変閾値Wdu3,Wdu4を算出する。
閾値切替部42U,42V,42Wは、比較器43U,43V,43Wに入力すべき閾値Udux,Vdux,Wduxを切り替える。具体的に、閾値切替部42U,42V,42Wは、第1期間Aと第2期間Bの切り替わりに応じて、出力対象の閾値を、固定閾値Udu1,Udu2,Vdu1,Vdu2,Wdu1,Wdu2と、可変閾値Udu3,Udu4,Vdu3,Vdu4,Wdu3,Wdu4との間で切り替える。
また、閾値切替部42U,42V,42Wは、対応する比較器43U,43V,43Wの出力信号Cpu,Cpv,Cpwに基づいて、固定閾値Udu1,Vdu1,Wdu1と固定閾値Udu2,Vdu2,Wdu2とを交互に切り替えて、閾値Udux,Vdux,Wduxとして出力する。
例えば、切替制御部15からの制御信号Scがハイレベルからローレベルに切り替わったとき、閾値切替部42Uは、固定閾値Udu1および固定閾値Udu2を出力対象の閾値とする。この場合に、閾値切替部42は、初期値として固定閾値Udu1を閾値Uduxとして比較器43Uに与える。次に、閾値切替部42は、比較器43Uの出力信号Cpuの信号レベルが反転した場合に、固定閾値Udu2を閾値Uduxとして比較器43Uに与える。
その後、制御信号Scがローレベルからハイレベルに切り替わったとき、閾値切替部42Uは、可変閾値Udu3および可変閾値Udu4を出力対象の閾値とする。この場合に、閾値切替部42は、初期値として可変閾値Udu3を閾値Uduxとして比較器43Uに与える。次に、閾値切替部42は、比較器43Uの出力信号Cpuの信号レベルが反転した場合に、可変閾値Udu4を閾値Uduxとして比較器43Uに与える。
その後、再び、制御信号Scがハイレベルからローレベルに切り替わったとき、閾値切替部42Uは、再び、固定閾値Udu1および固定閾値Udu2を出力対象の閾値とする。その後は、上述の処理が繰り返し行われる。
比較器43Uは、U相の閾値UduxとキャリアC1,C2との比較を行い、2値の出力信号Cpuを生成する。具体的に、比較器43Uは、第1期間Aにおいて、閾値UduxとキャリアC1とを比較し、キャリアC1のレベルが閾値Udux(=Udu1、Udu2)と一致した場合に、出力信号Cpuの信号レベルを反転し、第2期間Bにおいて、閾値UduxとキャリアC2とを比較し、キャリアC2のレベルが閾値Udux(=Udu3,Udu4)と一致した場合に、出力信号Cpuの信号レベルを反転する。
比較器43Vは、V相の閾値VduxとキャリアC1,C2との比較を行い、2値の出力信号Cpvを生成する。具体的に、比較器43Vは、第1期間Aにおいて、閾値VduxとキャリアC1とを比較し、キャリアC1のレベルが閾値Vdux(=Vdu1,Vdu2)と一致した場合に、出力信号Cpvの論理レベルを反転し、第2期間Bにおいて、閾値VduxとキャリアC2とを比較し、キャリアC2のレベルが閾値Vdux(=Vdu3,Vdu4)と一致した場合に、出力信号Cpvの論理レベルを反転する。
比較器43Wは、W相の閾値WduxとキャリアC1,C2との比較を行い、2値の出力信号Cpwを生成する。具体的に、比較器43Wは、第1期間Aにおいて、閾値WwuxとキャリアC1とを比較し、キャリアC1のレベルが閾値Wwux(=Wdu1,Wdu2)と一致した場合に、出力信号Cpwの論理レベルを反転し、第2期間Bにおいて、閾値WduxとキャリアC2とを比較し、キャリアC2のレベルが閾値Wdux(=Wdu2,Wdu2)と一致した場合に、出力信号Cpwの論理レベルを反転する。
PWM回路44は、比較器43U,43V,43Wからの出力信号Cpu,Cpv,Cpwに基づいて、各相の電圧指令の変化に応じたオンオフ区間をもつPWM信号U,V,Wを出力する。上述したように、PWM信号U,V,Wには、PWM信号UH,UL,VH,VL,WH,及びWLの6種類のPWM信号が含まれる。
上記6種類のPWM信号は、インバータ回路23の各スイッチング素子のゲートへ与えられる。6種類のPWM信号により、各スイッチング素子のオン/オフ動作が行われる。これによってインバータ回路23からU相、V相、W相の各電圧が出力されて、モータ4に印加される。なお、具体的な通電方式については、実施の形態1においては三角波比較法を用いているが、三角波比較法に限らず、空間ベクトル法などのその他の方式を用いて各相の電圧を出力してもよい。
また、PWM回路44は、PWM周期の第2期間Bの所定のタイミングにおいて、割り込み信号Siを生成し、割り込みコントローラ45へ与える。例えば、PWM回路44は、PWM信号Uが立ち上がるタイミングにおいて、割り込み信号Siを割り込みコントローラ45へ入力し、PWM信号Vが立ち上がるタイミングにおいて、割り込み信号Siを割り込みコントローラ45へ入力する。
割り込みコントローラ45は、PWM回路44からの割り込み信号Siを受けて、電流検出部27に対してA/D変換の指令を与える。例えば、割り込みコントローラ45は、割り込み信号Siが入力される度に、割り込み信号Siを受けてから所定時間の経過後に、電流検出部27に対してA/D変換の指令を与える。これにより、電流検出部27は、第2期間Bにおける特定の相のPWM信号の信号レベルの切り替わりに応じて、検出信号SdのA/D変換を行う。
図5は、本実施の形態に係るモータ制御装置100によるPWM信号の生成原理を説明するための図である。
先ず、時刻t0において、キャリアC1の生成が開始されるとき、閾値切替部42U,42V,42Wは、初期値として固定閾値Udu1,Vdu1,Wdu1を選択し、閾値Udux,Vdux,Wduxとして比較器43U,43V,43Wにそれぞれ与える。これにより、第1期間A(キャリアC1が生成されている期間)において、比較器43U,43V,43Wは、キャリアC1と固定閾値Udu1,Vdu1,Wdu1とを比較する。
時刻t1において、キャリアC1のレベルと固定閾値Udu1とが一致したとき、比較器43Uは、出力信号Cpuの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、U相のPWM信号Uをハイレベルからローレベルに切り替えるとともに、閾値切替部42Uが、固定閾値Udu2を選択し、閾値Uduxとして比較器43Uに与える。
次に、時刻t2において、キャリアC1のレベルと固定閾値Vdu1とが一致したとき、比較器43Vは、出力信号Cpvの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、U相のPWM信号Vをハイレベルからローレベルに切り替えるとともに、閾値切替部42Vが、固定閾値Vdu2を選択し、閾値Vduxとして比較器43Vに与える。
次に、時刻t3において、キャリアC1のレベルと固定閾値Wdu1とが一致したとき、比較器43Wは、出力信号Cpwの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、W相のPWM信号Wをハイレベルからローレベルに切り替えるとともに、閾値切替部42Wが、固定閾値Wdu2を選択し、閾値Wduxとして比較器43Wに与える。また、このとき、キャリアC1のレベルが固定閾値Udu2(=Wdu1)とも一致するため、比較器43Uは、出力信号Cpuの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、W相のPWM信号Wをローレベルからハイレベルに切り替える。
次に、時刻t4において、キャリアC1のレベルと固定閾値Vdu2とが一致したとき、比較器43Vは、出力信号Cpvの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、V相のPWM信号Vをローレベルからハイレベルに切り替える。
次に、時刻t5において、キャリアC1のレベルと固定閾値Wdu2とが一致したとき、比較器43Wは、出力信号Cpwの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、W相のPWM信号Wをローレベルからハイレベルに切り替える。
その後、時刻t6において、キャリアC1の生成が終了し、キャリアC2の生成が開始されるとき、切替制御部15が制御信号Scをローレベルからハイレベルに切り替える。閾値切替部42U,42V,42Wは、ハイレベルの制御信号Scに応じて、可変閾値Udu3,Vdu3,Wdu3を選択し、閾値Udux,Vdux,Wduxとして比較器43U,43V,43Wにそれぞれ与える。これにより、第2期間B(キャリアC2が生成されている期間)において、比較器43U,43V,43Wは、キャリアC2と可変閾値Udu3,Vdu3,Wdu3を比較する。
時刻t7において、キャリアC2のレベルと可変閾値Udu3とが一致したとき、比較器43Uは、出力信号Cpuの論理レベルを反転する(例えば、ハイレベルからローレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、U相のPWM信号Uをハイレベルからローレベルに切り替えるとともに、閾値切替部42Uが、可変閾値Udu4を選択し、閾値Uduxとして比較器43Uに与える。
次に、時刻t8において、キャリアC2のレベルと可変閾値Vdu3とが一致したとき、比較器43Vは、出力信号Cpvの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、V相のPWM信号Vをハイレベルからローレベルに切り替えるとともに、閾値切替部42Vが、可変閾値Vdu4を選択し、閾値Vduxとして比較器43Vに与える。
次に、時刻t9において、キャリアC2のレベルと可変閾値Wdu3とが一致したとき、比較器43Wは、出力信号Cpwの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、W相のPWM信号Wをハイレベルからローレベルに切り替えるとともに、閾値切替部42Wが、可変閾値Wdu4を選択し、閾値Wduxとして比較器43Wに与える。
次に、時刻t10において、キャリアC2のレベルと可変閾値Udu4とが一致したとき、比較器43Uは、出力信号Cpuの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、U相のPWM信号Uをローレベルからハイレベルに切り替える。
次に、時刻t11において、キャリアC2のレベルと可変閾値Vdu4とが一致したとき、比較器43Vは、出力信号Cpvの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、V相のPWM信号Wをローレベルからハイレベルに切り替える。
次に、時刻t12において、キャリアC2のレベルと可変閾値Wdu4とが一致したとき、比較器43Wは、出力信号Cpwの論理レベルを反転する(例えば、ローレベルからハイレベルに切り替える)。これにより、PWM回路44は、W相のPWM信号Wをローレベルからハイレベルに切り替える。
その後、時刻t13において、キャリアC2の生成が終了し、キャリアC1の生成が開始されるとき、切替制御部15が制御信号Scをハイレベルからローレベルに切り替える。閾値切替部42U,42V,42Wは、ローレベルの制御信号Scに応じて、固定閾値Udu1,Vdu1,Wdu1を選択し、閾値Udux,Vdux,Wduxとしてそれぞれ出力する。その後は、時刻t0からt12までと同様の処理により、各相のPWM信号が繰り返し生成される。
図5に示すように、各相のPWM信号が生成されることにより、ゼロベクトル区間Tz内に通電区間T12,T23,T34,T45が発生する。図5において、参照符号501は、本実施の形態に係るモータ制御装置100によって生成するPWM信号のゼロベクトル区間Tz内に通電区間T12,T23,T34,T45が発生した場合のモータ4の電流の波形を示し、参照符号502は、ゼロベクトル区間に通電期間が発生しなかった場合のモータ4の電流の波形を示している。
図5に示すように、PWM信号U,V,Wのゼロベクトル区間Tz内に通電区間が発生しなかった場合、参照符号500に示すように、時刻t0から時刻t7までのゼロベクトル区間Tzにおいて、モータ4の電流が減少する。
これに対し、PWM信号U,V,Wのゼロベクトル区間Tz内に通電区間T12,T23,T34,T45を設けた場合、参照符号501に示すように、時刻t1から時刻t5までの期間においてモータ電流が増加する。これにより、時刻t7においてゼロベクトル区間Tzが終了した時点でのモータ4の電流は、PWM信号U,V,Wのゼロベクトル区間Tz内に通電区間を設けなかった場合に比べて、大きくなる。
すなわち、ゼロベクトル区間Tzの開始時点から終了時点までの電流の変化量が、PWM信号U,V,Wのゼロベクトル区間Tz内に通電区間を設けなかった場合に比べて小さくなるので、大きな電流リップルの発生を防止することができる。換言すれば、PWM信号U,V,Wのゼロベクトル区間Tz内に通電区間T12,T23,T34,T45を発生させて、ゼロベクトル区間中に小さな電流リップルを複数発生させることにより、大きな電流リップルの発生を抑制することができる。
次に、本実施の形態に係るモータ制御装置100によるモータ駆動制御処理の流れについて説明する。
図6は、実施の形態に係るモータ制御装置100によるモータ駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
例えば、上位装置(図示せず)からモータ4の回転速度指令ωrefが入力されたとき、モータ制御装置100は、モータ4の駆動制御を開始する。先ず、モータ制御装置100は、モータ4を駆動するための通電パターンの生成処理を開始する(ステップS10)。具体的には、デューティ比設定部39がU相、V相、W相の各デューティ比Udu,Vdu,Wduの初期値を設定するとともに、キャリア発生部37がキャリアC1,C2を生成し、PWM信号生成部32が、キャリアC1,C2と初期値として設定されたデューティ比Udu,Vdu,Wduとに基づいて、上述した手法により、モータ4の通電パターンを指定する6種類のPWM信号を生成し、モータ4に与える。
次に、モータ制御装置100は、U,V,W各相の相電流Iu,Iv,Iwを計測する(ステップS11)。次に、ベクトル制御部30が、ステップS11において電流検出部27により検出された3相電流Iu,Iv,Iwの電流算出値に基づいて、PI制御等の電流制御を行い(ステップS12)、各相の相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*(制御量)を算出する(ステップS13)。
次に、デューティ比設定部39が、ステップS13で算出された各相の相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、各相のデューティ比を更新する(ステップS14)。具体的には、デューティ比設定部39が相電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、デューティ比Udu,Vdu,Wduを算出し、可変閾値算出部41が、算出されたデューティ比Udu,Vdu,Wduに基づいて、上述した手法により、可変閾値Udu3,Udu4,Vdu3,Vdu4,Wdu3,Wdu4を更新する。
次に、PWM信号生成部32が、上述した手法により、更新されたデューティ比に対応する固定閾値Udu1,Udu2,Vdu1,Vdu2,Wdu1,Wdu2と可変閾値Udu3,Udu4,Vdu3,Vdu4,Wdu3,Wdu4とに基づいて、上述した手法(図5参照)により、PWM信号U,V,Wを生成する(ステップS15)。
その後、モータ制御装置100は、上位装置からモータの停止指令が入力されたか否かを判定する(ステップS16)。モータの停止指令が入力された場合には、モータ制御装置100はPWM信号の生成を停止して、モータ4の駆動を停止する。
一方、モータの停止指示が入力されていない場合には、モータ制御装置100は、ステップS11に移行し、モータの停止指令が入力されるまで、上述の処理(S11〜S16)を繰り返し実行する。
以上、本実施の形態に係るモータ制御装置100は、モータ4の各相に対応するPWM信号U,V,Wの信号レベルが一致するゼロベクトル区間が発生する場合に、ゼロベクトル区間内にモータ4の通電区間を設ける。
これによれば、上述したように、ゼロベクトル区間中に小さな電流リップルを複数発生させて、大きな電流リップルの発生を抑制することができるので、大きな電流リップルの周期的変化に起因するモータの動作時の騒音を抑制することが可能となる。
これによれば、上述したように、ゼロベクトル区間中に小さな電流リップルを複数発生させて、大きな電流リップルの発生を抑制することができるので、大きな電流リップルの周期的変化に起因するモータの動作時の騒音を抑制することが可能となる。
また、モータ制御装置100は、ゼロベクトル区間において、各相のPWM信号U,V,Wを同じ時間だけ、互いに異なるタイミングで反転させることにより、モータ4の通電区間を発生させる(図5参照)。
これによれば、ゼロベクトル区間に通電区間を発生させることによって、U相、V相、W相の各電圧が電圧指令と異なる電圧になることを防止することができ、上位装置から入力された回転速度指令ωrefに基づいたモータ4の適切な制御を実現しつつ、大きな電流リップルに起因する騒音の発生を防止することが可能となる。
これによれば、ゼロベクトル区間に通電区間を発生させることによって、U相、V相、W相の各電圧が電圧指令と異なる電圧になることを防止することができ、上位装置から入力された回転速度指令ωrefに基づいたモータ4の適切な制御を実現しつつ、大きな電流リップルに起因する騒音の発生を防止することが可能となる。
また、モータ制御装置100は、PWM周期の第1期間Aにおいて、各相のPWM信号U,V,Wを一定時間、互いに異なるタイミングで反転させ、PWM周期の残りの第2期間Bにおいて、設定されたデューティ比に基づいてPWM信号U,V,Wを反転させる。
これによれば、PWM周期が、ゼロベクトル区間内に通電区間を発生させるための第1期間Aと、上位装置からの指令(回転速度指令ωref)に基づいてモータが回転するようにデューティ比を調整するための第2期間Bとに分けられているので、モータ4が回転速度指令ωrefに応じた回転速度で回転するように各相のPWM信号U,V,Wのデューティ比を調整しつつ、ゼロベクトル区間内にモータ4の通電区間を設けるように、PWM信号を生成することが容易となる。
これによれば、PWM周期が、ゼロベクトル区間内に通電区間を発生させるための第1期間Aと、上位装置からの指令(回転速度指令ωref)に基づいてモータが回転するようにデューティ比を調整するための第2期間Bとに分けられているので、モータ4が回転速度指令ωrefに応じた回転速度で回転するように各相のPWM信号U,V,Wのデューティ比を調整しつつ、ゼロベクトル区間内にモータ4の通電区間を設けるように、PWM信号を生成することが容易となる。
また、モータ制御装置100は、第1期間Aに対応する周期を有するのこぎり波状のキャリアC1と、第2期間Bに対応する周期を有するのこぎり波状のキャリアC2とを生成し、固定閾値Udu1,Udu2,Vdu1,Vdu2,Wdu1,Wdu2とキャリアC1のレベルとの比較結果に基づいて、第1期間Aにおける各相のPWM信号U,V,Wが反転するタイミングを決定し、算出されたデューティ比に基づいて設定された可変閾値Udu3,Udu4,Vdu3,Vdu4,Wdu3,Wdu4とキャリアC2のレベルとの比較結果に基づいて、第2期間Bにおける各相のPWM信号U,V,Wが反転するタイミングを決定する。
これによれば、キャリア毎に比較対象の閾値を変更し、第1期間Aと第2期間Bのそれぞれの期間において適切なタイミングでPWM信号の信号レベルを反転させることにより、所望のPWM信号を容易に生成することができる。
≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施の形態では、PWM周期において、前半に第1期間Aを、後半に第2期間Bを設ける場合を例示したが、これに限られず、PWM周期の前半に第2期間Bを、PWM周期の後半に第1期間Aを設けてもよい。
また、上述のフローチャートは、動作を説明するための一例を示すものであって、これに限定されない。すなわち、フローチャートの各図に示したステップは具体例であって、このフローに限定されるものではない。例えば、一部の処理の順番が変更されてもよいし、各処理間に他の処理が挿入されてもよいし、一部の処理が並列に行われてもよい。
1…モータシステム、4…モータ、12…カウント部、13…上限値切替部、14…比較器、15…切替制御部、16…上限値記憶部、20…制御部、21…直流電源、22a…正側母線、22b…負側母線、23…インバータ回路、24…電流検出器(シャント抵抗)、25U+,25U−,25V+,25V−,25W+,25W−…スイッチング素子、27…電流検出部、30…ベクトル制御部、31…デューティ比算出部、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…クロック発生部、37…キャリア発生部、39…デューティ比設定部、40…固定閾値記憶部、41…可変閾値算出部、42U,42V,42W…閾値切替部、43U,43V,43W…比較器、44…PWM回路、45…割り込みコントローラ、100…モータ制御装置、A…第1期間、B…第2期間、C,C1,C2…キャリア、CLK…クロック、Cp…検出信号、Lu…U相コイル、Lv…V相コイル、Lw…W相コイル、Sc…制御信号、Sd…検出信号、Si…割り込み信号、Cpu,Cpv,Cpw…出力信号、T1…第1上限値、T2…第2上限値、Udu,Vdu,Wdu…デューティ比、Udu1,Vdu1,Wdu1、Udu2,Vdu2,Wdu2…固定閾値、Udu3,Vdu3,Wdu3、Udu4,Vdu4,Wdu4…可変閾値、UH,UL,VH,VL,WH,WL,U,V,W…PWM信号。
Claims (5)
- 複数相のコイルを有するモータの各相にそれぞれ対応するPWM信号を生成する制御部と、
前記PWM信号に基づいて、各相の前記コイルを駆動するインバータ回路と、を備え、
前記制御部は、各相の前記PWM信号の信号レベルが一致する通電停止期間が発生する場合に、前記通電停止期間内に各相の前記コイルを通電させる通電期間を設ける
モータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記制御部は、前記通電停止期間において、各相の前記PWM信号を同じ時間だけ、互いに異なるタイミングで反転させる
モータ制御装置。 - 請求項2に記載のモータ制御装置において、
前記制御部は、各相の前記PWM信号のデューティ比を設定するデューティ比設定部と、前記デューティ比設定部によって設定された前記デューティ比に基づいて、各相の前記PWM信号を生成するPWM信号生成部と、を有し、
各相の前記PWM信号の1周期は、第1期間と残りの第2期間とを含み、
前記PWM信号生成部は、前記第1期間において、各相の前記PWM信号を一定時間、互いに異なるタイミングで反転させ、前記第2期間において、前記デューティ比に基づいて前記PWM信号を反転させる
モータ制御装置。 - 請求項3に記載のモータ制御装置において、
前記制御部は、前記第1期間に対応する周期を有するのこぎり波状の第1キャリアと、前記第2期間に対応する周期を有するのこぎり波状の第2キャリアとを生成するキャリア発生部を更に有し、
前記PWM信号生成部は、固定値である第1閾値および第2閾値と前記第1キャリアのレベルとの比較結果に基づいて、前記第1期間における各相の前記PWM信号が反転するタイミングを決定し、前記デューティ比に基づいて設定された第3閾値および第4閾値と前記第2キャリアのレベルとの比較結果に基づいて、前記第2期間における各相の前記PWM信号が反転するタイミングを決定する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載のモータ制御装置と、
前記モータと、
を備えるモータシステム。
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-
2019
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2020
- 2020-07-06 WO PCT/JP2020/026342 patent/WO2021014948A1/ja active Application Filing
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