JP5811438B2 - モータ駆動装置 - Google Patents
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Description
また、請求項2の発明は、請求項1のモータ駆動装置において、前記3相モータの個数をN、前記遅延時間をD、前記印加パルスを発生させるための基準キャリア信号の周期をTとしたとき、D≦T/Nの関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2のモータ駆動装置において、前記複数の3相モータそれぞれの前記センサ手段は、前記インバータ手段の共通接地側又は共通電源側のいずれか一方を流れる電流を検出する電流センサからなり、前記サンプリング手段は、前記電流センサで検出された検出電流を互いに異なる2つのサンプリングタイミングでサンプリングして2つの検出電流値を出力する電流サンプリング手段と、前記2つのサンプリングタイミングをそれぞれ規定する信号として、予め設定した所定値に基づく第1のサンプリングタイミング信号と、前記第1シフト量に応じた2つの所定値から選択されたいずれか一つの所定値に基づく第2のサンプリングタイミング信号とを生成するサンプリングタイミング生成手段と、を有することを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3のモータ駆動装置において、前記電流抽出手段は、前記2つのサンプリングタイミングを発生した時の前記各変調パルスの論理値と、該2つのサンプリングタイミングで検出された2つの検出電流値とに基づいて、前記複数の3相モータの2相のコイル電流をそれぞれ抽出する複数の相電流抽出手段を有することを特徴とするものである。
図1は、本発明の実施形態に係るモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。図示例のモータ駆動装置は、第1のモータ系統ch1〜第3のモータ系統ch3の3個の3相モータを駆動するものである。
また、第3のモータ系統ch3のPWM・電流抽出装置508及びモータユニット509は、内部構成や一部の信号名を省略しているが、上記第1のモータ系統ch1のPWM・電流抽出装置501及びモータユニット502と同じ動作をするので詳しい説明を省略する。ただし、PWM・電流抽出装置508には、印加パルス遅延手段507により第2のモータ系統ch2のPWM・電流抽出装置505に入力されるPWMキャリア信号saw2に対してさらに所定の遅延時間だけ遅延したPWMキャリア信号saw3が入力される。
以下、同様にして、さらに多数のモータ系統chを接続することが可能である。
D≦T/N・・・式(1)
図4において、大小順位判定器1は、それぞれ2つの値を比較する大小比較器101,102,103と、ロジック104とを備えている。例えば、大小比較器101では、mU>mVとなるとき「1」を、そうでないとき「0」を出力する。そして、3つの信号mU,mV,mWの相互の大小関係をこれで比較し、それをロジック104で判定して、sortU,sortV,sortWを得る。
V1=max(mU,mV,mW)・・・式(2)
上記最長パルスV1は、3相PWMパルスのうち最も長いパルス幅に相当する。
図6において、条件判定器111で、最長パルスV1の値が所定値constより大きいか否かを判定し、判定結果がyesのとき(V1>constであるとき)、セレクタ112から第1シフト量d1として所定値d11を出力し、そうでないとき第1シフト量d1として所定値d12を出力する。また、第2シフト量d2として所定値を出力する。
なお、図3において最長パルスV1が入力される電流サンプリングタイミング決定器4については、後述する。
(1)sortU=1(1番長い相)なら0
(2)sortU=2(2番目に番長い相)なら所定の第1シフト量dl
(3)sortU=3(最も短い相)なら所定の第2シフト量d2
を選択する。なお、値がゼロである0電圧レベル信号をシフト量t1だけシフトさせた電圧レベルの値はシフト量t1の値と同じであるので、以下の説明において、t1を適宜「第1電圧レベル信号」という。
(1)「t1≦saw<t2」ならpwmU=1
(2)「saw<t1 あるいは saw≧t2」ならpwmU=0
としてPWM変調する。
このようにPWM変調すると、ノコギリ波キャリアsawが0になる時刻を基準として、mU相当のPWMパルスを、上記電圧レベルのシフト量t1に相当する時間分だけ時間軸上で後ろにずらした(シフトした)PWMパルスが生成される。
図8において、上記電圧レベルのシフト量t1として所定シフト量d1あるいはd2を与えないとき、ノコギリ波キャリアsawがU相の電圧レベル信号mUのレベルを越えないときにPWMパルスpwmU(0)=1となる。これに対して、上記電圧レベルのシフト量t1として所定シフト量d1あるいはd2を与えたとき、U相の電圧レベル信号mUのレベルに対して上にオフセットした電圧レベル信号t2と、0電圧レベルから上にオフセットしたレベルt1との間でPWMパルスpwmU=1になる。つまり、PWMパルスpwmUは第1シフト量d1あるいは第2シフト量d2に相当する時間分だけ時間軸上で後ろにシフトしたPWMパルスになる。
なお、図7及び図8の例では、ノコギリ波キャリアsawと比較する前の電圧レベルの操作でパルスシフトを実現する構成の場合について示しているが、ノコギリ波キャリアsawと比較した後のPWMパルス自体をシフトする構成にしてもよい。
d12=2×Th;
d2 =3×Th;
if(V1>2×Th) d1=d11;
else d1=d12;
また、電流センサ24は抵抗26をGND間に挿入し、抵抗間の電圧を増幅器25で増幅することで母線電流isに比例した検出値isnsを検出電流相当値として得ることができる。なお、抵抗方式でなく磁気的な方式も一般的である。
s1=Th−e・・・・・・・・・・・・・・・式(3)
s21=2×Th−e=d11+Th−e・・・式(4)
s22=3×Th−e=d12+Th−e・・・式(5)
電流抽出手段21は、反転手段201,202と、ロジック(論理処理部)203と、セレクタ204,205,206と、セレクタ207と、セレクタ208と、加算器209,210とを備えている。反転手段201,202は、電流i1,i2の符号を反転して−i1,−i2を得るものである。上記セレクタ204,205,206は、電流i1,−i1,i2,−i2および0のいずれかを相電流選択指示信号sel_iu,sel_iv,sel_iwに基づいて選択し、それぞれ暫定的に各相の電流iu,iv,iwとする。上記ロジック203は、puvw1,puvw2の組み合わせ論理により、各相電流選択指示信号sel_iu,sel_iv,sel_iwを出力する。
iv_det=−(iw+iu)
=−(−i2+i1)
=i2−i1・・・・・・式(6)
なお、2回目のサンプリングパルスsmp2ではi2=ivなのでそのまま用いられる。
他の第2,第3のモータ系統ch2,ch3についても同様の構成で、2相のコイル電流iu,ivを抽出することができる。
本実施形態のモータ駆動装置では、印加パルス遅延手段504,507が、第1のモータ系統ch1の3相モータに印加する印加パルスに対して他の第2,第3のモータ系統ch2,ch3の3相モータに印加する印加パルスを所定の遅延時間delayずつ順次遅延させる。第1〜3のモータ系統ch1〜3の複数の3相モータそれぞれに印加する印加パルスのタイミングが所定の遅延時間delayずつずれることにより、電流センサ24で検出する複数の検出電流値に相当する検出電流相当値(アナログ値)isns1〜3)が互いに略同じタイミングでずれてサンプリング手段511に入力される。サンプリング手段511に入力された複数の3相モータの検出電流相当値(アナログ値)は、その複数の3相モータ間で互いに異なるタイミングに順次サンプリングされ、検出電流相当値(デジタル値)idet1〜3としてPWM・電流抽出装置501,505,508に入力される。PWM・電流抽出装置501,505,508で検出電流相当値(デジタル値)idet1〜3からコイル電流相当値(デジタル値)iu_det1〜3,iv_det1〜3が順次抽出される。このように、第1〜3のモータ系統ch1〜3の複数の3相モータごとにサンプリング手段511を時分割で使用することができる。よって、第1〜3のモータ系統ch1〜3の複数の3相モータで互いに異なるサンプリングタイミングによる検出電流相当値のサンプリングが可能になり、1個のサンプリング手段511で複数の3相モータの検出電流相当値をサンプリングすることができる。これにより、サンプリング手段511を第1〜3のモータ系統ch1〜3の複数の3相モータごとに備える構成に比べて、より安価な構成で複数の3相モータそれぞれにおける1シャント電流検出方式による安定した相電流の検出が可能になる。
また、本実施形態によれば、第1〜3のモータ系統ch1〜3の3相モータの個数をN、前記遅延時間delayをD、前記印加パルスを発生させるための基準キャリア信号の周期(PWMキャリア周期)をTとしたとき、D≦T/Nの関係を満たす。
これにより、時間軸上で各モータ系統の印加パルスが重なることがなく、基準キャリア信号の周期(PWMキャリア周期)内でN個の3相モータそれぞれについて、コイル電流相当値を抽出するための検出電流(母線電流)をサンプリングすることができる。
また、本実施形態によれば、第1〜3のモータ系統ch1〜3の3相モータの各コイル端子27に印加すべきパルス電圧の電圧レベルに応じたデューティ比を有する3相の変調パルスを生成するパルス変調手段としてのパルスシフト切り換え付きPWM変調器5,6,7と、3相の変調パルスのうち最もパルス幅が長い変調パルスのパルス幅V1に応じて、第1シフト量d1として、互いに異なる2つの所定シフト量としての所定量d11,d12のいずれか1つを選択するシフト量選択手段としてのパルスシフト量決定器3と、3相の変調パルスのうち2番目にパルス幅が長い変調パルスを第1シフト量だけシフトしてタイミングを遅らせる第1シフト手段としてのパルスシフト量決定器3とパルスシフト切り換え付きPWM変調器5,6,7と、3相の変調パルスのうち3番目にパルス幅が長いパルスを所定の第2シフト量だけ後ろにシフトしてタイムングを遅らせる第2シフト手段としてのパルスシフト量決定器3とパルスシフト切り換え付きPWM変調器5,6,7と、複数の3相モータに駆動電圧を印加する駆動電圧源を該第1シフト手段及び該第2シフト手段のシフト結果を反映した3相の変調パルスでそれぞれスイッチングして、複数の3相モータの各コイル端(U,V,W)をパルス駆動するインバータ手段8と、を備えている。
これにより、パルス幅自体は変える必要がなく回路が簡単になる。また、シフト量は3種類の所定値だけを使うので、可変にする必要がなく回路が簡単である。さらに、電流センサ24で検出された検出電流(母線電流)をサンプリングする期間が、基準時間からわずか3×Th(電流サンプリングに必要な最小PWMパルス幅の3倍)だけ経過した期間内に集中するため、電流サンプリングに必要な最小PWMパルス幅ThをPWM期間の幅に対して短くしておけば、残りのPWM期間内で同じサンプリング手段(ADC)を別の目的に使うことができる。あるいは複数の3相モータを扱う場合でも、1個のサンプリング手段(ADC)を時分割で使うことができ低コストになる。従って、PWMパルス幅を複雑に補正することなく、簡単なアルゴリズムで2相分のコイル電流が容易に検出でき、かつ検出電流(母線電流)のサンプリングの時分割にも適した駆動パルスを生成することができる。
また、本実施形態によれば、インバータ手段8の共通接地側GND又は共通電源側のいずれか一方を流れる電流を検出する電流センサ24と、電流センサ24で検出された検出電流(母線電流)を互いに異なる2つのサンプリングタイミングs1,s2でサンプリングして2つの検出電流相当値i1,i2を出力するサンプリング手段としてのサンプリングパルス生成器18及びサンプリング手段22,23と、上記2つのサンプリングタイミングを規定する信号として、予め設定した所定値に基づく第1のサンプリングタイミング信号s1と、前記第1シフト量に応じた2つの所定値s21,s22から選択されたいずれか一つの所定値に基づく第2のサンプリングタイミング信号s2とを生成するサンプリングタイミング生成手段としての電流サンプリングタイミング決定器4、を備えた。
これにより、サンプリングタイミングが分散せず固定的なサンプリングになり回路が簡単になる。また、サンプリングタイミングがPWM期間内のわずか3×Th(電流サンプリングに必要な最小PWMパルス幅の3倍)よりも前半に集中するので、1個のサンプリング手段(ADC)を別の用途に時分割で使うことができ、低コストになる。従って、低コストで適切なサンプリングタイミングを生成し、安定に検出電流(母線電流)を検出することができる。
また、本実施形態によれば、上記2つのサンプリングタイミングs1,s2を発生した時の各変調パルスの論理値puvw1,puvw2と、2つのサンプリングタイミング信号s1,s2で検出された2つの検出電流値i1,i2とに基づいて、2相のコイル電流iu,ivを抽出する複数の相電流抽出手段としてのラッチ手段19,20と電流抽出手段21と、を備えた。これにより、簡単で低コストな回路で適切な相電流を検出できる。
2 最大値検出器
3 パルスシフト量決定器
4 電流サンプリングタイミング決定器
5,6,7 パルスシフト切り換え付きPWM変調器
8 インバータ手段
9 ゲート駆動手段
10〜15 スイッチ素子ブリッジ
16 短パルス修正手段
17 ノコギリ波発生器
18 サンプリングパルス生成器
19,20 ラッチ手段
21 電流抽出手段
22,23 サンプリング手段
24 電流センサ
27 モータのコイル端子
501,505,508 PWM・電流抽出装置
502,506,509 モータユニット
504,507 印加パルス遅延手段
510 論理和手段
511 サンプリング手段(ADC)
512 セレクタ
d1 第1シフト量
d2 第2シフト量
d11,d12 所定量
Th 電流サンプリングに必要な最小PWMパルス幅
Claims (4)
- 複数の3相モータの各コイル端にパルス電圧を印加して該複数の3相モータそれぞれに3相電流を流すモータ駆動装置であって、
前記複数の3相モータに印加する印加パルスを発生させるパルス発生手段と、
前記複数の3相モータのうちいずれか1つの3相モータに印加する印加パルスに対して他の3相モータに印加する印加パルスを所定の遅延時間ずつ順次遅延させる印加パルス遅延手段と、
前記印加パルスが印加される前記複数の3相モータの各コイルを流れるコイル電流に相当するコイル電流相当値を抽出するための電流を検出するセンサ手段と、
前記センサ手段で検出された検出電流を、前記複数の3相モータ間で互いに異なるタイミングにサンプリングする1つのサンプリング手段と、
前記サンプリング手段でサンプリングされた検出電流値から前記複数の3相モータそれぞれの前記コイル電流相当値を抽出する電流抽出手段と、を備え、
前記複数の3相モータそれぞれの前記パルス発生手段は、
前記3相モータの各コイル端子に印加すべきパルス電圧の電圧レベルに応じたデューティ比を有する3相の変調パルスを生成するパルス変調手段と、
前記3相の変調パルスのうち最もパルス幅が長い変調パルスのパルス幅に応じて、第1シフト量として、互いに異なる2つの所定シフト量のいずれか1つを選択するシフト量選択手段と、
前記3相の変調パルスのうち2番目にパルス幅が長い変調パルスを前記第1シフト量だけシフトしてタイミングを遅らせる第1シフト手段と、
前記3相の変調パルスのうち3番目にパルス幅が長い変調パルスを所定の第2シフト量だけシフトしてタイミングを遅らせる第2シフト手段と、
前記複数の3相モータに駆動電圧を印加する駆動電圧源を前記第1シフト手段及び前記第2シフト手段のシフト結果を反映した3相の変調パルスでそれぞれスイッチングして、前記複数の3相モータの各コイル端をパルス駆動するインバータ手段と、を有することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1のモータ駆動装置において、
前記3相モータの個数をN、前記遅延時間をD、前記印加パルスを発生させるための基準キャリア信号の周期をTとしたとき、
D≦T/N
の関係を満たすことを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1又は2のモータ駆動装置において、
前記複数の3相モータそれぞれの前記センサ手段は、前記インバータ手段の共通接地側又は共通電源側のいずれか一方を流れる電流を検出する電流センサからなり、
前記サンプリング手段は、
前記電流センサで検出された検出電流を互いに異なる2つのサンプリングタイミングでサンプリングして2つの検出電流値を出力する電流サンプリング手段と、
前記2つのサンプリングタイミングをそれぞれ規定する信号として、予め設定した所定値に基づく第1のサンプリングタイミング信号と、前記第1シフト量に応じた2つの所定値から選択されたいずれか一つの所定値に基づく第2のサンプリングタイミング信号とを生成するサンプリングタイミング生成手段と、を有することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項3のモータ駆動装置において、
前記電流抽出手段は、
前記2つのサンプリングタイミングを発生した時の前記各変調パルスの論理値と、該2つのサンプリングタイミングで検出された2つの検出電流値とに基づいて、前記複数の3相モータの2相のコイル電流をそれぞれ抽出する複数の相電流抽出手段を有することを特徴とするモータ駆動装置。
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