WO2023127252A1 - モータシステム - Google Patents

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WO2023127252A1
WO2023127252A1 PCT/JP2022/039594 JP2022039594W WO2023127252A1 WO 2023127252 A1 WO2023127252 A1 WO 2023127252A1 JP 2022039594 W JP2022039594 W JP 2022039594W WO 2023127252 A1 WO2023127252 A1 WO 2023127252A1
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WO
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motor
current
cycle
target
detected
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/039594
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English (en)
French (fr)
Inventor
良行 東
大祐 福島
Original Assignee
村田機械株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors

Definitions

  • the present invention relates to a motor system that drives a plurality of motors using a motor driver.
  • Patent Literature 1 discloses this type of motor system.
  • a plurality of motors are connected to only one motor driver via switching circuit units.
  • the motor driver controls the on/off of six transistors in order to apply appropriate voltages to the U-, V-, and W-phase drive coils of each motor.
  • Each transistor is driven by a driving method using a pulse signal based on a pulse width modulation method. Simultaneous driving of a plurality of motors is achieved by operation of appropriate switching circuitry.
  • Patent Document 1 it was not possible to individually control the rotational speed, rotational direction, etc. of a plurality of motors driven simultaneously. In order to achieve such control, sinusoidal currents that differ from motor to motor must be supplied to the respective drive coils. However, in the vicinity of the timing at which the switching circuit unit switches, there is a possibility that an unintended output is provided to the motor.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to improve the control quality of each motor in a motor system in which electric power output from a motor driver is switched and supplied to a plurality of motors to drive them simultaneously. That's what it is.
  • this motor system includes a plurality of motors, a motor driver, a current detector, and a switch.
  • the motor driver outputs electric power for causing the plurality of motors to generate driving force.
  • the current detector detects the current of the motor.
  • the switch section selectively switches a target motor, to which electric power output by the motor driver is supplied, and to which current is detected by the current detection section, among the plurality of motors.
  • a PWM duty ratio for driving the target motor is calculated based on the current detected by the current detector.
  • the motor driver is controlled to output power based on the PWM duty ratio.
  • the switch unit cyclically switches the target motor among the plurality of motors.
  • the motor driver When the current of the target motor is detected by the current detection unit, the motor driver outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in a cycle after the cycle in which the current is detected. , is controlled to output at the timing when the motor from which the current is detected becomes the target motor again.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, when the current of the target motor is detected by the current detection unit, the motor driver outputs the power based on the PWM duty ratio obtained based on the current to In each cycle, the motor for which the current is detected is controlled to output at the timing when it becomes the target motor again.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, when the current of the target motor is detected by the current detection unit, the power cutoff period occurs until the motor becomes the target motor again in the cycle immediately after the cycle in which the current is detected based on the current.
  • the post-decay current is calculated by predicting the decay due to The motor driver outputs power based on the PWM duty ratio obtained from the post-attenuation current in a cycle immediately after the cycle in which the current is detected, and the motor in which the current is detected becomes the target motor again. It is controlled to output at the timing when
  • the motor can be controlled by taking into account the effect of the actual current value attenuation due to power interruption to the target motor. As a result, control quality can be improved.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, when the current of the target motor is detected by the current detection unit, the motor driver uniformly outputs the power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in the cycle in which the current is detected. In the immediately following cycle, the motor for which the current was detected is controlled to output at the timing when it becomes the target motor again.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, the motor driver is controlled according to a predetermined output control period. A period of time from when power supply to one of the target motors is started to when it is stopped in one cycle includes a first output control period and a second output control period.
  • the motor driver outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in the same cycle as the current detection unit detects the current of the target motor.
  • the motor driver outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in a cycle immediately after the cycle in which the current of the target motor is detected by the current detection unit. do.
  • the power output timing based on the control is delayed only in a part of the period during which the motor is the target motor. Therefore, controllability can be improved.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, the motor driver is controlled according to a predetermined output control cycle.
  • the switch unit switches the target motor at each predetermined switching cycle in each cycle.
  • the output control period and the switching period are synchronized.
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor system according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a graph for explaining a phenomenon in which a motor operates unintendedly when a motor driver is controlled in conjunction with switching of a target motor
  • 4A and 4B are graphs for explaining a first example of control according to the present embodiment
  • 7A and 7B are graphs for explaining a second example of control according to the present embodiment
  • 7 is a graph for explaining a third example of control according to the present embodiment
  • FIG. 11 is a diagram for explaining prediction of current attenuation in the fourth example with reference to the current waveform of the first motor;
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor system 1 of this embodiment.
  • the motor system 1 is a system for controlling a plurality of motors 23. As shown in FIG. 1 , the motor system 1 includes a control section 10 , a motor driver 21 , a switch section 22 , multiple motors 23 , and multiple encoders 24 .
  • the control unit 10 controls a plurality of motors 23 via the motor driver 21 and the switch unit 22. A configuration of the control unit 10 will be described later.
  • the motor driver 21 supplies electric power to the plurality of motors 23 to operate the motors 23 .
  • the motor driver 21 is, for example, a servo amplifier or an inverter.
  • the motor driver 21 is electrically connected to the control unit 10 and can transmit and receive signals.
  • the motor driver 21 is controlled by a driver control signal output by the control unit 10.
  • the motor driver 21 has an inverter 31 .
  • Inverter 31 generates a drive waveform according to the output of control section 10 .
  • the motor driver 21 outputs a voltage based on the obtained drive waveform to the switch section 22 .
  • a detailed configuration of the current sensor 35 will be described later.
  • the motor driver 21 is provided with a current sensor (current detection section) 35 , a current control section 36 and a delay control section 37 .
  • the current sensor 35 detects the magnitude of the current supplied from the motor driver 21 to the motor 23 .
  • the current control unit 36 controls the inverter 31 to generate a drive waveform for the motor 23 according to a signal input from the output control unit 11 provided in the control unit 10, which will be described later. Details of the current control unit 36 will be described later.
  • the delay control unit 37 appropriately delays the operation of the position control unit 13 or the speed control unit 14 provided in the control unit 10 . The details of this delay control will be described later.
  • the switch unit 22 selectively supplies the electric power output by the motor driver 21 to the plurality of motors 23 .
  • the switch unit 22 is connected for communication with the control unit 10 via the motor driver 21, and can transmit and receive signals.
  • the motor driver 21 and the switch section 22 are provided in one-to-one correspondence.
  • the motor driver 21 and the switch unit 22 may correspond not one-to-one but one-to-many or many-to-one.
  • a motor driver 21 is connected to the input side of the switch section 22 .
  • a plurality of motors 23 are connected to the output side of the switch section 22, respectively.
  • the number of motors 23 is arbitrary as long as it is plural, it is three in this embodiment.
  • the three motors 23 may be referred to as a first motor 23a, a second motor 23b, and a third motor 23c in order to identify each of them.
  • the switch section 22 is configured as a circuit including a plurality of switches.
  • the switch section 22 is mounted on a substrate, for example. By switching the switch included in the switch unit 22, the motor 23 to which power is supplied is switched.
  • the motor 23 to which electric power is supplied may be referred to as a target motor.
  • the target motor to which power is supplied is one of the plurality of motors 23 connected to the switch unit 22, that is, the first motor 23a, the second motor 23b, and the third motor 23c.
  • only one of The switch unit 22 repeats the operation of cyclically switching the target motor among the three motors 23 at high speed. This allows the three motors 23 to be driven substantially simultaneously.
  • Each motor 23 has a stator and a mover.
  • one of the stator and mover contains a permanent magnet and the other contains a coil.
  • the coil becomes an electromagnet.
  • a repulsive force or an attractive force acts between the stator and the mover, and as a result, the mover moves relative to the stator.
  • the motor 23 of this embodiment is a linear motor in which the movable element linearly moves (sliding) with respect to the stator.
  • a rotary motor in which a mover (rotor) rotates with respect to a stator (stator) can also be used.
  • the motor 23 can be configured as, for example, a three-phase motor or a two-phase motor.
  • the inverter 31 included in the motor driver 21 includes a number of semiconductor switch elements corresponding to the number of phases of the motor.
  • inverter 31 repeats opening and closing of the switch element at high speed according to known PWM control so as to realize a duty ratio corresponding to the voltage command value.
  • the motor driver 21 can generate drive waveforms for driving the three motors 23 by distributing electric power in a time division manner.
  • the encoder 24 detects the operating state of the motor 23, specifically the relative displacement of the mover with respect to the stator.
  • the encoder 24 can be, for example, a magnetic sensor provided on the movement path of the mover. A magnetic sensor can detect the position of the mover with respect to the stator. If the motor 23 is a rotary motor, the encoder 24 can be, for example, a known Hall element. The Hall element can detect the rotation angle of the mover.
  • the encoder 24 is electrically connected to the switch section 22 and can output detection signals to the switch section 22 .
  • a detection result of the encoder 24 is transmitted to the control unit 10 via the motor driver 21 .
  • the control unit 10 includes an output control unit 11.
  • the control unit 10 is configured as a known computer including, for example, a CPU, ROM, RAM, auxiliary storage device, and the like.
  • the auxiliary storage device is configured as, for example, an HDD, SSD, or the like.
  • Various programs and the like are stored in the auxiliary storage device. By executing these programs, the control unit 10 can perform various controls regarding the motor system 1 . In this way, the cooperation of hardware and software allows the controller 10 to function as the output controller 11 .
  • the control unit 10 may execute processing other than the control described above.
  • a part or all of the output control unit 11 may be realized by hardware physically different from the control unit 10 (for example, the motor driver 21).
  • the output control unit 11 generates a driver control signal and transmits it to the motor driver 21 .
  • the driver control signal is a current command signal output by a speed control unit 14, which will be described later.
  • the motor driver 21 controls the duty ratio of PWM control based on the current command, and outputs from the inverter 31 as PWM.
  • the output control unit 11 includes a position control unit 13, a speed control unit 14, and a switching control unit 15.
  • the position control unit 13 has a function of controlling the position of the mover for each motor 23 .
  • the position control unit 13 compares, for example, the current position of the mover detected by the encoder 24 with the target position of the mover, and outputs a speed command according to the positional deviation to the speed control unit 14 .
  • the speed control unit 14 has a function of controlling the speed of the mover for each motor 23 .
  • the speed control unit 14 compares, for example, the current speed based on the change in the position of the mover detected by the encoder 24 with the speed command input from the position control unit 13, and outputs a current command according to the speed deviation. Generate.
  • a current command is a signal that indicates a current value. In this embodiment, this current command corresponds to the output of the output control section 11 . Although the details will be described later, this current command is input to the current control section 36 provided in the motor driver 21 .
  • the switching control unit 15 performs control to output the current command generated by the speed control unit 14 to each of the three motors 23 to the motor driver 21 while switching cyclically. This switching is performed in response to the switch unit 22 cyclically switching the target motor among the three motors 23 .
  • This current control unit 36 determines a voltage command value for PWM control for each motor 23 .
  • the current control unit 36 compares the current value obtained from the current sensor 35 for the first motor 23a with the current command input from the motor system 1 (in other words, the speed control unit 14 included in the output control unit 11). Then, the voltage to be applied to each phase coil of the first motor 23a is calculated according to the deviation of the current value. This calculation is performed, for example, based on known vector control. Thus, in this embodiment, the current value acquired by the current sensor 35 is used for feedback control.
  • the current control unit 36 similarly obtains the voltage to be applied to the coils of each phase included in the second motor 23b and the third motor 23c.
  • the current control unit 36 generates and outputs a PWM voltage command value based on the calculated voltage. If the motors 23 are, for example, three-phase motors, the voltage command values are generated for each of the three phases.
  • the operation of the output control unit 11 is performed at a constant cycle, and as a result, the current command changes.
  • the cycle which is the minimum time unit in which the current command is controlled, may be referred to as an output control cycle.
  • the output control cycle matches the control cycle in which the voltage command value is controlled by the current control section 36 of the motor driver 21 .
  • the voltage output by the motor driver 21 is selectively supplied to the first motor 23a, the second motor 23b, and the third motor 23c via the switch section 22 that repeats cyclic switching operations. be.
  • the current command generated by the output control unit 11 is obtained by time-divisionally synthesizing the signals instructing the current values for the first motor 23a, the second motor 23b, and the third motor 23c. becomes.
  • the inverter included in the motor driver 21 includes semiconductor switch elements in a number corresponding to the number of phases of the motor 23 .
  • inverter 31 repeats opening and closing of the switch element at high speed according to known PWM control so as to realize a duty ratio corresponding to the voltage command value.
  • the motor driver 21 can generate drive waveforms for driving the three motors 23 by distributing electric power in a time division manner.
  • the output control cycle matches the carrier cycle of the PWM control performed by the motor driver 21.
  • the motor driver 21 can obtain a voltage waveform for satisfactorily realizing the current command output by the control unit 10 by PWM control, and can supply the voltage waveform to the switch unit 22 .
  • the period during which power is supplied to one motor 23 is equal to the output control period or n times it (where n is an integer of 2 or more). ).
  • each of the three motors 23 can be driven in different directions and speeds.
  • a plurality of motors 23 correspond to one motor driver 21, and the switch section 22 performs switching so that power is distributed to the plurality of motors 23 in a time-sharing manner.
  • one motor driver 21 can substantially drive a plurality of motors 23 at the same time. Therefore, the number of motor drivers 21 can be reduced compared to a configuration in which the motor drivers 21 are provided individually for each of the motors 23a, 23b, and 23c.
  • the current sensor 35 is also provided so as to be common to the plurality of motors 23 to which electric power is distributed. Therefore, the number of current sensors 35 can be reduced. As described above, the installation cost of the motor system 1 can be reduced.
  • the output control section 11 provided in the control section 10 controls the motor driver 21 according to a predetermined output control cycle.
  • Control of the motor driver 21 substantially means PWM control of the voltage waveform output by the motor driver 21 .
  • Feedback control of the current value via the duty ratio requires a series of processes from the first process to the fourth process shown below.
  • the current sensor 35 detects the magnitude (current value) of the current flowing through the target motor.
  • the position control section 13 and the speed control section 14 of the output control section 11 operate to generate a current command, which is transmitted from the control section 10 to the motor driver 21. output as a driver control signal.
  • the current control unit 36 of the motor driver 21 calculates the voltage value based on the current command and the detection value of the current sensor 35, and outputs the corresponding voltage command value to the inverter 31. .
  • the inverter 31 PWM-controls the switch element according to the duty ratio corresponding to the voltage command value.
  • control processing is performed at high speed by the control unit 10 and the motor driver 21, it requires a considerable amount of time. For example, when the output control cycle is shortened in order to improve the accuracy of motor control, the time required for control processing may become longer than the output control cycle.
  • FIG. 2 shows a case where the time during which power is supplied to each of the three motors 23 in one cycle corresponds to one cycle of the output control cycle. In other words, the switching operation of the switch unit 22 switches the target motor to another motor 23 among the three motors 23 in each output control cycle.
  • the cycle in which the switch section 22 performs the switching operation may be referred to as the switching cycle.
  • the switching period can be set to be equal for the three motors 23, or can be set to be different for each motor 23.
  • the switching cycle is synchronized with the output control cycle of the output control section 11. Therefore, it is possible to prevent the motor 23 from operating unintended near the timing at which the target motor is switched with a simple configuration.
  • the horizontal axis is time.
  • the interval between dashed lines arranged in the horizontal direction corresponds to the output control period.
  • the output control cycle matches the carrier cycle of PWM control.
  • Rectangles M1, M2, and M3 drawn at the top of the graph indicate periods during which the first motor 23a, the second motor 23b, and the third motor 23c are the target motors, respectively. In this example, since the number of motors 23 is three, one cycle corresponds to three output control cycles.
  • the processing details for driving each of the three motors 23 are displayed as labels.
  • SW is an abbreviation for software
  • HW is an abbreviation for hardware.
  • the numbers in parentheses attached to each label correspond to each of the first to fourth processes included in the control process.
  • the control process is represented by four rectangles connected by arrows. Arrows connecting the four rectangles indicate the flow of information from upstream processing to downstream processing.
  • the hatching attached to the rectangles corresponds to the hatching of rectangles M1, M2, and M3 in the upper part of the graph, and indicates which of the three motors 23 the control processing is for. ing.
  • the control process is started every output control cycle.
  • the motor driver 21 drives the switch element for the motor 23 with an appropriate duty ratio in the fourth process.
  • a case is shown in which the required time until the output control period exceeds one period of the output control period.
  • the fourth process is delayed from the first process by two cycles of the output control cycle.
  • the description will focus on the control processing for the first motor 23a, which is shown on the leftmost side of the graph in FIG.
  • the first process is performed from the start of the first process.
  • the switch unit 22 has been switched twice until immediately before the 4 process. Therefore, at the timing when the fourth process is performed, the third motor 23c different from the first motor 23a is the target motor.
  • the current for driving the first motor 23a is eventually supplied from the motor driver 21 to the third motor 23c, causing unintended operation.
  • the motor driver 21 of this embodiment includes a delay control section 37 .
  • the delay control unit 37 uniformly and intentionally delays the start of, for example, the second process by one cycle of the output control cycle.
  • the delay can be realized, for example, by performing an appropriate standby process before the second process.
  • the 3rd and 4th processes are based on the premise that the preceding processes have been completed. Therefore, the delay of the second process inevitably delays the start and end of the third process and the fourth process.
  • the fourth process is delayed by three cycles of the output control cycle with respect to the first process. Therefore, after obtaining the current value of the first motor 23a in the first process, the switch unit 22 is switched three times before the motor driver 21 starts PWM control for the first motor 23a in the fourth process. 1 motor 23a is again the target motor.
  • the delay control unit 37 causes the timing at which the motor driver 21 performs the PWM control for the first motor 23a in the fourth process to be the target motor in the cycle immediately after the cycle to which the first process belongs. Delay the control process so that it is included in the period of As a result, the PWM control performed by the motor driver 21 for the first motor 23a can be correctly applied to the first motor 23a.
  • the time to delay the control process is not limited to one cycle of the output control cycle.
  • the delay time is appropriately determined according to the original required time of the control process, the length of the switching cycle, the number of motors 23 to which the power of the motor driver 21 is distributed, and the like.
  • FIG. 4 shows a case where the time during which power is supplied to each of the three motors 23 in one cycle corresponds to four cycles of the output control cycle.
  • the switching cycle is four cycles of the output control cycle. Since the number of motors 23 is three, one cycle corresponds to 12 output control cycles.
  • the control process for driving the first motor 23a is started once for each output control cycle, a total of four times.
  • delay control for 10 cycles of the output control cycle is uniformly performed for the control processing that is started every output control cycle.
  • the timing at which the motor driver 21 performs PWM control for the first motor 23a in the fourth process is included in the period in which the first motor 23a is the target motor in the cycle immediately following the cycle to which the first process belongs.
  • FIG. 5 shows a modified example of the delay control in FIG.
  • the control process for driving the first motor 23a is started four times during the period in which the first motor 23a is the target motor.
  • the delay control unit 37 performs delay control only for two of the four control processes that are started later in time.
  • the switching period is longer than the original required time for the control process. Therefore, in the example of FIG. 5, two of the four control processes, which are started at earlier timings, are performed after the current acquisition in the first process is performed, even if the delay control is not performed.
  • the PWM control of the fourth process can be performed before the switch section 22 performs the switching operation. Therefore, the delay control unit 37 does not perform delay control for these two control processes.
  • FIG. 6 is a schematic diagram explaining this example.
  • the output control section 11 in FIG. 1 includes a current attenuation prediction section (not shown).
  • two of the four control processes that are started later in time are delayed by eight output control cycles, as in FIG.
  • the delayed third process generation of voltage command
  • the delayed third process is performed based on the predicted current value after attenuation instead of the current value detected by the current sensor 35 .
  • FIG. 7 shows an example of the current waveform of one of the coils of the first motor 23a along with the period of one cycle.
  • Each cycle period includes a period during which the first motor 23a is the target motor and a period during which the second motor 23b or the third motor 23c is the target motor.
  • Electric power is supplied to the first motor 23a only during the period when the first motor 23a is the target motor, and the electric power supply is interrupted during other periods. During periods of no power supply, the current decays towards zero. Therefore, the current waveform of the first motor 23a has a shape obtained by synthesizing a sine wave and a sawtooth wave, as shown in the graph of FIG.
  • the portion corresponding to the period during which power is supplied to the first motor 23a is indicated by a solid line
  • the portion corresponding to the period during which the power supply is interrupted is indicated by a broken line.
  • the current sensor 35 can detect the current value of the first motor 23a only during the period when the first motor 23a is the target motor, and cannot detect the current value during other periods.
  • the delay control unit 37 stores the latest current value acquired immediately before the target motor is switched from the first motor 23a to another motor.
  • Reference character P in FIG. 6 indicates the process of acquiring the current among the control processes performed at the latest timing for the first motor 23a in a certain cycle.
  • a current value obtained by the processing indicated by the symbol P is stored in an appropriate storage device of the motor driver 21 . This current value can be said to be substantially the current value immediately before the power to the first motor 23a is cut off.
  • An example of a stored current value is indicated by i mem in the graph of FIG.
  • the process of predicting the current value after the attenuation is performed based on the current value i mem previously stored.
  • this prediction process is indicated by the dashed rectangles labeled Q1 and Q2.
  • An example of the expected current value is indicated by i est in the graph of FIG.
  • the post-attenuation current value i est is expressed by the following equation, where i mem is the stored current value, t is the elapsed time after power interruption, and T is the time constant.
  • the time constant T is determined based on the resistance and inductance of the motor 23 and stored in the motor driver 21 in advance.
  • the elapsed time t after power interruption is constant throughout all cycles. The same is true when predicting the current value after attenuation at the time of processing Q2. Therefore, it is preferable to calculate in advance the value of the exponential function part of the above equation for each of the timing of the process Q1 and the timing of the process Q2 and store it as a constant.
  • the calculation load of the exponential function is generally high, the estimated post-attenuation current value i est can be obtained simply by multiplying the stored current value i mem by the constant.
  • each motor 23 can be controlled based on a current value closer to the actual value than in the example of FIG.
  • the process of predicting the current value after attenuation from the current value of the immediately preceding cycle can also be applied to the delay control shown in FIG. 3 or FIG.
  • the motor system 1 of this embodiment includes a plurality of motors 23, a motor driver 21, a current sensor 35, a switch section 22, and an output control section 11.
  • the motor driver 21 outputs electric power for causing the plurality of motors 23 to generate driving force.
  • a current sensor 35 detects the current of the motor 23 .
  • the switch unit 22 selectively switches among the plurality of motors 23 a target motor to which power output by the motor driver 21 is supplied and a current detection target by the current sensor 35 .
  • a PWM duty ratio for driving the target motor is calculated based on the current detected by the current sensor 35, and the motor driver 21 is controlled to output power based on this PWM duty ratio.
  • the switch unit 22 cyclically switches the target motor among the plurality of motors 23 .
  • the motor driver 21 detects the power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in the cycle after the cycle in which the current is detected.
  • the motor 23 is controlled to output at the timing when it becomes the target motor again.
  • one motor driver 21 can substantially simultaneously drive a plurality of motors 23 and control the output of each motor 23 individually. While cyclically switching the output of one motor driver 21 among a plurality of motors 23 , the control to each motor 23 can be correctly applied to the motor 23 . Since the motor driver 21 and the current sensor 35 can be shared by a plurality of motors 23, simplification of the configuration can be realized.
  • the motor driver 21 when the current of the target motor is detected by the current sensor 35, the motor driver 21 outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current. In the cycle immediately after the cycle in which the current is detected, the motor 23 is controlled to output at the timing when it again becomes the target motor.
  • the output control unit 11 detects the target motor 23 again in the cycle immediately after the cycle in which the current is detected.
  • the post-attenuation current is calculated by predicting the attenuation due to the power cutoff period that occurs until the motor becomes a motor.
  • the motor driver 21 outputs the power based on the PWM duty ratio obtained from the current after attenuation in the cycle immediately after the cycle in which the current is detected, at the timing when the motor 23 in which the current is detected becomes the target motor again. controlled to
  • the motor 23 can be controlled in consideration of the influence of the actual current value attenuation due to the power interruption to the target motor. As a result, control quality can be improved.
  • the motor driver 21 uniformly outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current.
  • the motor 23 is controlled to output at the timing when it again becomes the target motor.
  • the motor driver 21 is controlled according to a predetermined output control cycle.
  • the time from when the power supply to one target motor is started to when it is stopped in one cycle is four cycles of the output control cycle. These four cycles are divided into two earlier cycles (first output control cycle) and two later cycles (second output control cycle).
  • first output control cycle the motor driver 21 outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in the same cycle as the current sensor 35 detects the current of the target motor.
  • the motor driver 21 outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in the cycle immediately after the cycle in which the current of the target motor is detected by the current sensor 35 .
  • the power output timing based on the control is delayed only in part of the period during which the motor 23 is the target motor. Therefore, controllability can be improved.
  • the switch unit 22 switches the target motor at each predetermined switching cycle in each cycle.
  • the output control cycle and switching cycle are synchronized.
  • the delay control unit 37 When the current of the target motor is detected by the current sensor 35, the delay control unit 37 outputs the power based on the PWM duty ratio obtained based on the current two times after or after the cycle in which the current is detected.
  • the motor driver 21 may be controlled so that the motor driver 21 outputs in the cycle of .
  • the delay is not limited to targeting the second processing of the control processing, but can also target the third processing or the fourth processing, for example.
  • a delay control section 37 may be provided in the output control section 11 .
  • the motor driver 21 and the switch unit 22 may be realized by physically separate devices or may be realized by one device.
  • a motor system characterized in that the motor system is controlled to output at a timing when the motor from which the current is detected becomes the target motor again.
  • the motor system according to item 2 or 3,
  • the motor driver is controlled according to a predetermined output control cycle,
  • the time from when power supply to one of the target motors is started to when it is stopped in one cycle is a first output control cycle in which the motor driver outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in the same cycle as the current detection unit detects the current of the target motor;
  • a second output control cycle in which the motor driver outputs power based on the PWM duty ratio obtained based on the current in a cycle immediately after the cycle in which the current of the target motor is detected by the current detection unit;
  • a motor system comprising:

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Abstract

モータシステム（１）において、スイッチ部（２２）は、モータドライバ（２１）が出力する電力の供給対象であり、電流センサ（３５）による電流検出対象である対象モータを、複数のモータ（２３）の間で選択的に切り替える。スイッチ部（２２）は、複数のモータ（２３）の間で対象モータをサイクル的に切り替える。モータドライバ（２１）は、対象モータの電流が電流センサ（３５）により検出された場合に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、電流が検出されたモータ（２３）が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

Description

モータシステム
　本発明は、モータドライバにより複数のモータを駆動するモータシステムに関する。
　従来から、モータドライバが出力する電力を複数のモータに時分割的に分配するモータシステムが知られている。特許文献１は、この種のモータシステムを開示する。
　特許文献１が開示するモータ駆動装置においては、１個のみのモータドライバにスイッチング回路部を介して複数のモータが接続されている。モータドライバは、それぞれのモータが備えるＵ、Ｖ、Ｗ相の各駆動コイルに適切な電圧を印加するため、６つのトランジスタのオンオフを制御する。各トランジスタは、パルス幅変調方式によるパルス信号を用いた駆動方式で駆動される。適切なスイッチング回路部の操作により、複数のモータの同時駆動が行われる。
特開２００７－２８８９６４号公報
　上記特許文献１では、同時に駆動される複数のモータの回転速度及び回転方向等を個別に制御することができなかった。かかる制御を実現するためには、それぞれの駆動コイルに対して、モータ毎に異なる正弦波状の電流を流さなければならない。しかしながら、スイッチング回路部が切替えを行うタイミングの近傍では、意図しない出力がモータに対して行われるおそれがある。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、モータドライバが出力する電力を複数のモータに切り替えながら供給して同時に駆動するモータシステムにおいて、各モータの制御品質を向上させることにある。
課題を解決するための手段及び効果
　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
　本発明の観点によれば、以下の構成のモータシステムが提供される。即ち、このモータシステムは、複数のモータと、モータドライバと、電流検出部と、スイッチ部と、を備える。前記モータドライバは、前記複数のモータに駆動力を発生させるための電力を出力する。前記電流検出部は、前記モータの電流を検出する。前記スイッチ部は、前記モータドライバが出力する電力の供給対象であり、前記電流検出部による電流の検出対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替える。前記対象モータを駆動するためのＰＷＭデューティ比は、前記電流検出部により検出される電流に基づいて算出される。前記モータドライバは、前記ＰＷＭデューティ比に基づいて電力を出力するように制御される。前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータをサイクル的に切り替える。前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。
　これにより、１つのモータドライバが複数のモータを実質的に同時に駆動し、かつ、それぞれのモータについて出力を個別に制御することができる。１つのモータドライバの出力を複数のモータの間でサイクル的に切り替えつつ、それぞれのモータへの制御を、当該モータに対して正しく適用することができる。モータドライバ及び電流検出部を複数のモータで共通化することができるので、構成の簡素化を実現できる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。
　これにより、異なるモータに対応する検出値に基づいて対象モータを制御することを回避することができる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで当該モータが再び対象モータとなるまでに生じる電力遮断期間による減衰を予測して減衰後電流が算出される。前記モータドライバは、前記減衰後電流により求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。
　これにより、対象モータへの電力遮断によって実際の電流値が減衰することによる影響を考慮して、モータを制御することができる。この結果、制御品質を向上できる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合、一律に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。
　これにより、簡素な処理を実現できる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御される。１回のサイクルにおいて１つの前記対象モータに対して電力の供給が開始されてから停止されるまでの時間が、第１出力制御周期と、第２出力制御周期と、を含む。前記第１出力制御周期では、前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルと同じサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する。前記第２出力制御周期では、前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルの直後のサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する。
　これにより、制御に基づく電力の出力タイミングが直後のサイクルとなるように遅らせることが、モータが対象モータになっている期間のうち一部においてだけ行われる。従って、制御性を向上させることができる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御される。前記スイッチ部は、それぞれのサイクルにおいて、予め定められた切替周期毎に前記対象モータを切り替える。前記出力制御周期と前記切替周期が同期している。
　これにより、スイッチ部の切替えと連動した制御内容の変更を実現できる。
本発明の一実施形態に係るモータシステムのブロック図。 対象モータの切替えに連動してモータドライバの制御を行う場合に、モータが意図しない動作を行う現象を説明するグラフ。 本実施形態の制御の第１例を説明するグラフ。 本実施形態の制御の第２例を説明するグラフ。 本実施形態の制御の第３例を説明するグラフ。 本実施形態の制御の第４例を説明するグラフ。 第４例における電流減衰の予測を、第１モータの電流波形を参照して説明する図。
　次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態のモータシステム１のブロック図である。
　モータシステム１は、複数のモータ２３を制御するためのシステムである。図１に示すように、モータシステム１は、制御部１０と、モータドライバ２１と、スイッチ部２２と、複数のモータ２３と、複数のエンコーダ２４と、を備える。
　制御部１０は、モータドライバ２１及びスイッチ部２２を介して、複数のモータ２３を制御する。制御部１０の構成については後述する。
　モータドライバ２１は、複数のモータ２３に電力を供給して、当該モータ２３を動作させる。モータドライバ２１は、例えばサーボアンプ又はインバータである。モータドライバ２１は制御部１０と電気的に接続されており、信号の送受信を行うことができる。
　モータドライバ２１は、制御部１０が出力するドライバ制御信号により制御される。モータドライバ２１は、インバータ３１を備える。インバータ３１は、制御部１０の出力に応じて駆動波形を生成する。モータドライバ２１は、得られた駆動波形に基づく電圧をスイッチ部２２に出力する。電流センサ３５の詳細な構成については後述する。
　モータドライバ２１には、電流センサ（電流検出部）３５、電流制御部３６及び遅延制御部３７が設けられている。
　電流センサ３５は、モータドライバ２１からモータ２３に供給される電流の大きさを検出する。
　電流制御部３６は、制御部１０が備える後述の出力制御部１１から入力される信号に応じて、インバータ３１がモータ２３の駆動波形を生成するように制御する。電流制御部３６の詳細については後述する。
　遅延制御部３７は、制御部１０が備える位置制御部１３又は速度制御部１４等の動作を適宜遅延させる。この遅延制御の詳細は後述する。
　スイッチ部２２は、モータドライバ２１が出力した電力を、複数のモータ２３に対して選択的に供給する。スイッチ部２２はモータドライバ２１を介して制御部１０と通信接続されており、信号の送受信を行うことができる。本実施形態では、モータドライバ２１とスイッチ部２２は１対１で対応するように設けられている。ただし、モータドライバ２１とスイッチ部２２は１対１ではなく、１対多又は多対１で対応しても良い。
　スイッチ部２２の入力側にはモータドライバ２１が接続される。スイッチ部２２の出力側には複数のモータ２３がそれぞれ接続される。モータ２３の数は複数であれば任意であるが、本実施形態では３つである。以下では、３つのモータ２３のそれぞれを特定するために、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ、及び第３モータ２３ｃと呼ぶことがある。
　スイッチ部２２は、複数のスイッチを含む回路として構成されている。スイッチ部２２は、例えば基板に実装される。スイッチ部２２に含まれるスイッチを切り替えることにより、電力の供給先のモータ２３が切り替わる。以下、電力の供給先であるモータ２３を対象モータと呼ぶことがある。
　ある瞬間においては、電力の供給先である対象モータは、スイッチ部２２に接続されている複数のモータ２３のうち１つのモータ２３、即ち、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃのうち何れかのみである。スイッチ部２２は、３つのモータ２３の間で対象モータを循環的に切り替える動作を高速で反復する。これにより、３つのモータ２３を実質的に同時に駆動することができる。
　スイッチ部２２の切替動作は、第１モータ２３ａが対象モータとなる期間と、第２モータ２３ｂが対象モータとなる期間と、第３モータ２３ｃが対象モータとなる期間と、の組合せを１回のサイクルとして、このサイクルを反復するように行われる。これにより、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃの間で対象モータがサイクル的に切り替わる。
　それぞれのモータ２３は、固定子と可動子とを備える。好ましくは、固定子と可動子の何れか一方は永久磁石を含んでおり、もう一方はコイルを含んでいる。モータドライバ２１からコイルに電力が供給されることにより、コイルは電磁石となる。これにより、固定子と可動子の間に斥力又は引力が働き、その結果、固定子に対して可動子が相対運動する。本実施形態のモータ２３は、固定子に対して可動子が直線運動（スライド）するリニアモータである。モータ２３として、固定子（ステータ）に対して可動子（回転子、ロータ）が回転運動する回転モータを用いることもできる。
　モータ２３は、例えば、３相モータ又は２相モータとして構成することができる。モータドライバ２１が備えるインバータ３１は、モータの相の数に対応した数の半導体スイッチ素子を備える。インバータ３１に電流制御部３６から電圧指令値が入力されると、インバータ３１は、電圧指令値に応じたデューティ比を実現するように、スイッチ素子の開閉を公知のＰＷＭ制御に従って高速で反復する。これにより、モータドライバ２１は、３つのモータ２３に電力を時分割的に分配して駆動するための駆動波形を生成することができる。
　エンコーダ２４は、モータ２３の動作状態、詳細には固定子に対する可動子の相対変位を検出する。
　モータ２３がリニアモータである場合、エンコーダ２４は、例えば、可動子の移動経路上に設けられた磁気センサとすることができる。磁気センサは、固定子に対する可動子の位置を検出可能である。モータ２３が回転モータである場合、エンコーダ２４は、例えば、公知のホール素子とすることができる。ホール素子は、可動子の回転角度を検出可能である。
　エンコーダ２４はスイッチ部２２と電気的に接続されており、検出信号をスイッチ部２２に出力することができる。エンコーダ２４の検出結果は、モータドライバ２１を介して制御部１０へ送信される。
　制御部１０は、出力制御部１１を備える。
　制御部１０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、補助記憶装置等を備える公知のコンピュータとして構成されている。補助記憶装置は、例えばＨＤＤ、ＳＳＤ等として構成される。補助記憶装置には、各種のプログラム等が記憶されている。これらのプログラムを実行することにより、制御部１０は、モータシステム１に関して様々な制御を行うことができる。このように、ハードウェアとソフトウェアの協働により、制御部１０を出力制御部１１として機能させることができる。
　制御部１０は、上述した制御以外の処理を実行しても良い。出力制御部１１のうち一部又は全部が、制御部１０とは物理的に異なるハードウェア（例えば、モータドライバ２１）によって実現されても良い。
　出力制御部１１は、ドライバ制御信号を生成してモータドライバ２１に送信する。本実施形態において、ドライバ制御信号は、後述の速度制御部１４が出力する電流指令の信号である。モータドライバ２１は、電流指令に基づいてＰＷＭ制御のデューティ比を制御し、インバータ３１からＰＷＭとして出力する。
　出力制御部１１は、位置制御部１３と、速度制御部１４と、切替制御部１５と、を備える。
　位置制御部１３は、それぞれのモータ２３について、可動子の位置を制御する機能を有する。位置制御部１３は、例えば、エンコーダ２４が検出した可動子の現在位置と、可動子の目標位置と、を比較し、位置の偏差に応じた速度指令を速度制御部１４に出力する。
　速度制御部１４は、それぞれのモータ２３について、可動子の速度を制御する機能を有する。速度制御部１４は、例えば、エンコーダ２４が検出した可動子の位置の変化に基づく現在速度と、位置制御部１３から入力された速度指令と、を比較し、速度の偏差に応じた電流指令を生成する。電流指令は、電流値を指示する信号である。本実施形態において、この電流指令が、出力制御部１１の出力に相当する。詳細は後述するが、この電流指令は、モータドライバ２１が備える電流制御部３６へ入力される。
　切替制御部１５は、３つのモータ２３のそれぞれに対して速度制御部１４が生成した電流指令を、サイクル的に切り替えながらモータドライバ２１に出力する制御を行う。この切替えは、スイッチ部２２が３つのモータ２３の間で対象モータをサイクル的に切り替えるのに対応して行われる。
　ここで、出力制御部１１との関係で、モータドライバ２１が備える電流制御部３６の動作について説明する。この電流制御部３６は、それぞれのモータ２３について、ＰＷＭ制御の電圧指令値を決定する。
　以下、第１モータ２３ａに着目して詳細に説明する。電流制御部３６は、第１モータ２３ａに関して電流センサ３５から得られた電流値と、モータシステム１（言い換えれば、出力制御部１１が備える速度制御部１４）から入力された電流指令と、を比較し、電流値の偏差に応じて、第１モータ２３ａの各相のコイルに印加する電圧を計算により求める。この計算は、例えば、公知のベクトル制御に基づいて行われる。このように、本実施形態では、電流センサ３５が取得した電流値がフィードバック制御のために用いられる。
　電流制御部３６は、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃに含まれる各相のコイルについても、印加する電圧を同様に求める。
　電流制御部３６は、計算により得られた電圧に基づいて、ＰＷＭの電圧指令値を生成して出力する。電圧指令値は、複数のモータ２３が例えば３相モータである場合、３つの相のそれぞれに対応して生成される。
　制御部１０においては、出力制御部１１の動作が一定の周期で行われ、その結果として、電流指令が変化する。以下、電流指令が制御される最小の時間単位である当該周期を、出力制御周期と呼ぶことがある。出力制御周期は、モータドライバ２１の電流制御部３６において電圧指令値が制御される制御周期と一致している。
　上述したように、モータドライバ２１が出力する電圧は、サイクル的な切替動作を反復するスイッチ部２２を介して、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃへ択一的に供給される。これに対応して、出力制御部１１が生成する電流指令は、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃのそれぞれに対して電流値を指示する信号を時分割的に合成したものとなる。
　モータドライバ２１が備えるインバータは、モータ２３の相の数に対応した数の半導体スイッチ素子を備える。インバータ３１に電流制御部３６から電圧指令値が入力されると、インバータ３１は、電圧指令値に応じたデューティ比を実現するように、スイッチ素子の開閉を公知のＰＷＭ制御に従って高速で反復する。これにより、モータドライバ２１は、３つのモータ２３に電力を時分割的に分配して駆動するための駆動波形を生成することができる。
　出力制御周期は、モータドライバ２１が行うＰＷＭ制御のキャリア周期と一致している。これにより、モータドライバ２１は、制御部１０が出力する電流指令を良好に実現するための電圧波形をＰＷＭ制御により得て、スイッチ部２２に供給することができる。
　対象モータを３つのモータ２３の間で切り替える１回のサイクルにおいて、１つのモータ２３に電力が供給される期間は、出力制御周期又はそのｎ倍と等しい（ただし、ｎは２以上の整数である）。これにより、対象モータの切替えと連動した駆動波形の切替えを実現することができる。
　以上の制御により、３つのモータ２３のそれぞれを、異なる方向及び速度で駆動することができる。
　本実施形態では、１つのモータドライバ２１に対して複数のモータ２３が対応しており、複数のモータ２３に時分割で電力が分配されるようにスイッチ部２２が切替えを行う。これにより、１つのモータドライバ２１が実質的に複数のモータ２３を同時に駆動することができる。そのため、モータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃのそれぞれについて個別にモータドライバ２１を設ける構成と比較して、モータドライバ２１の個数を減らすことができる。同様に、電流センサ３５も、電力が分配される複数のモータ２３に対して共通となるように設けられている。従って、電流センサ３５の個数を減らすことができる。以上により、モータシステム１の設置コストを低減することができる。
　次に、モータドライバ２１が備える遅延制御部３７について詳細に説明する。
　本実施形態においては、制御部１０が備える出力制御部１１は、予め定められた出力制御周期に従ってモータドライバ２１を制御する。モータドライバ２１の制御とは、実質的に、モータドライバ２１が出力する電圧波形のＰＷＭ制御を意味する。
　デューティ比を介して電流値をフィードバック制御するには、以下に示す第１処理から第４処理までの一連の処理が必要である。
　（１）第１処理では、電流センサ３５が、対象モータに流れる電流の大きさ（電流値）を検出する。
　（２）第２処理では、出力制御部１１の位置制御部１３及び速度制御部１４が動作することによって、速度制御部１４が電流指令を生成し、この電流指令が制御部１０からモータドライバ２１へドライバ制御信号として出力される。
　（３）第３処理では、モータドライバ２１の電流制御部３６が、電流指令及び電流センサ３５の検出値に基づいて、電圧値を計算するとともに、それに相当する電圧指令値をインバータ３１に出力する。
　（４）第４処理では、インバータ３１が、スイッチ素子を、電圧指令値に対応するデューティ比に従ってＰＷＭ制御する。
　以下、この一連の処理を制御処理と呼ぶことがある。制御処理は制御部１０及びモータドライバ２１によって高速で行われるものの、相応の時間が必要である。例えばモータ制御の精度を向上させるために出力制御周期を短くした場合、制御処理の所要時間が出力制御周期より長くなる場合がある。
　図２には、１回のサイクルにおいて３つのモータ２３のそれぞれに電力が供給される時間が、何れも出力制御周期の１周期分に相当する場合が示されている。言い換えれば、スイッチ部２２の切替動作により、３つのモータ２３の間で、対象モータは出力制御周期毎に別のモータ２３に切り替わる。
　以下、スイッチ部２２が切替動作を行う周期を切替周期と呼ぶことがある。切替周期は、３つのモータ２３について等しくなるように定めることもできるし、モータ２３毎に異なるように定めることもできる。切替周期が一定である場合、切替周期にモータ２３の数を乗じたものが、１サイクルの周期に相当する。
　本実施形態において、切替周期は、出力制御部１１の出力制御周期と同期している。従って、対象モータが切り替わるタイミングの近傍においてモータ２３が意図しない動作をするのを、簡素な構成で防止することができる。
　図２のグラフにおいて、横軸は時間である。横方向に並べられた破線の間隔は、出力制御周期に相当する。上述のとおり、出力制御周期は、ＰＷＭ制御のキャリア周期と一致している。グラフの上部に描かれたＭ１、Ｍ２、及びＭ３の長方形は、それぞれ、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ、及び第３モータ２３ｃが対象モータとなっている期間を示す。この例ではモータ２３の数が３個であるので、１サイクルの周期は出力制御周期の３周期分に相当する。
　図２のグラフの縦軸には、３つのモータ２３のそれぞれを駆動するための処理内容がラベルとして表示されている。縦軸のラベルにおいて、ＳＷとはソフトウェアの略称であり、ＨＷはハードウェアの略称である。それぞれのラベルに付けられたカッコ付きの数字は、制御処理が含む上記の第１処理～第４処理のそれぞれに対応している。
　図２のグラフにおいて、制御処理は、矢印で繋がれた４つの長方形によって表現されている。４つの長方形を繋ぐ矢印は、上流の処理から下流の処理へ情報が流れることを示す。長方形に付されたハッチングは、グラフの上部のＭ１、Ｍ２、及びＭ３の長方形のハッチングに対応しており、制御処理が３つのモータ２３のうち何れのモータ２３のための処理であるかを示している。
　制御処理は、出力制御周期毎に開始される。図２のグラフは、第１処理で、あるモータ２３の電流値を電流センサ３５が取得した後、第４処理で、モータドライバ２１が当該モータ２３のために適宜のデューティ比でスイッチ素子を駆動するまでの所要時間が、出力制御周期の１周期を上回っている場合を示している。図２の例で、第４処理は、第１処理に対して、出力制御周期の２周期分遅れている。
　図２のグラフで最も左に示されている、第１モータ２３ａのための制御処理に着目して説明する。第１処理において検出された第１モータ２３ａの電流値に基づいて、第４処理においてモータドライバ２１のスイッチ素子が第１モータ２３ａのためにオン／オフされても、第１処理の開始から第４処理の直前までにスイッチ部２２が２回切り替えられている。従って、第４処理が行われるタイミングでは、第１モータ２３ａとは別の第３モータ２３ｃが対象モータとなっている。
　このように、第１モータ２３ａを駆動するための電流がモータドライバ２１から結果的に第３モータ２３ｃに対して供給され、意図しない動作を引き起こす。第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃに関する制御についても同様である。
　上記を考慮して、本実施形態のモータドライバ２１は、遅延制御部３７を備える。この遅延制御部３７は、制御処理の過程で、例えば第２処理の開始を、一律に出力制御周期の１周期分だけ意図的に遅延させるように制御する。遅延は、例えば第２処理の前に適宜の待機処理を行わせることで実現することができる。
　第３処理及び第４処理は、前段の処理が完了していることを前提とする。従って、第２処理が遅延することにより、第３処理及び第４処理の開始及び終了も必然的に遅延する。
　この遅延制御の結果、図３に示すように、第１処理に対して第４処理が、出力制御周期の３周期分遅れることになる。従って、第１処理において第１モータ２３ａの電流値を取得した後、第４処理において第１モータ２３ａのためにモータドライバ２１がＰＷＭ制御を開始するまでに、スイッチ部２２は３回切り替わり、第１モータ２３ａが再び対象モータとなっている。
　このように、遅延制御部３７は、第４処理においてモータドライバ２１が第１モータ２３ａのためにＰＷＭ制御を行うタイミングが、第１処理が属するサイクルの直後のサイクルで第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間に含まれるように、制御処理を遅延させる。これにより、モータドライバ２１が第１モータ２３ａのために行うＰＷＭ制御を、正しく第１モータ２３ａに対して適用することができる。
　制御処理を遅延させる時間は、出力制御周期の１周期分とすることに限定されない。遅延時間は、制御処理の本来の所要時間、切替周期の長さ、モータドライバ２１の電力が分配されるモータ２３の数等に応じて適宜定められる。
　図４には、１回のサイクルにおいて３つのモータ２３のそれぞれに電力が供給される時間が、何れも出力制御周期の４周期分に相当する場合が示されている。切替周期は、出力制御周期の４周期分である。モータ２３の数は３であるので、１サイクルの周期は出力制御周期の１２周期分に相当する。
　図４のグラフにおいては、図面が複雑になることを避けるため、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃに関する制御処理は省略されている。図５及び図６においても同様である。
　図４では、例えば第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間において、第１モータ２３ａを駆動するための制御処理が、出力制御周期毎に１回ずつ、計４回開始される。図４の例では、出力制御周期毎に開始される制御処理に対して、出力制御周期の１０周期分の遅延制御が一律に行われる。これにより、第４処理においてモータドライバ２１が第１モータ２３ａのためにＰＷＭ制御を行うタイミングを、第１処理が属するサイクルの直後のサイクルで第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間に含ませることができる。
　図５には、図４の遅延制御の変形例が示されている。図５の例でも、第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間において、第１モータ２３ａを駆動するための制御処理が４回開始される。遅延制御部３７は、遅延制御を、４回の制御処理のうち、時間的に後のタイミングで開始される２回についてだけ行う。
　図３と異なり、図５の例では、切替周期が、制御処理の本来の所要時間と比べて長い。従って、図５の例では、４回の制御処理のうち時間的に前のタイミングで開始される２回については、遅延制御を行わなくても、第１処理の電流取得が行われた後の第４処理のＰＷＭ制御を、スイッチ部２２が切替動作を行う前に行うことができる。従って、遅延制御部３７は、この２回の制御処理については遅延制御を行わない。
　一方、時間的に後のタイミングで開始される２回の制御処理については、出力制御周期の８周期分の遅延制御が行われる。これにより、第４処理においてモータドライバ２１が第１モータ２３ａのためにＰＷＭ制御を行うタイミングを、第１処理が属するサイクルの直後のサイクルで第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間に含ませることができる。
　図５の例において、４回のうち時間的に後のタイミングで開始される２回の制御処理については、サイクルが次の回となるまでにモータ２３に対して電流が遮断される期間における減衰後の電流値を予測することもできる。図６は、この例を説明する模式図である。図６の遅延制御が行われる場合、図１の出力制御部１１は、図示しない電流減衰予測部を備える。
　図６の例では、４回のうち時間的に後のタイミングで開始される２回の制御処理は、図５と同様に、出力制御周期の８周期分遅延される。ただし、遅延された第３処理（電圧指令の生成）は、電流センサ３５が検出した電流値に代えて、予測された減衰後の電流値に基づいて行われる。
　図７には、第１モータ２３ａが有するコイルのうち１つの電流波形の例が、１サイクルの周期とともに示されている。それぞれのサイクル周期には、第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間と、第２モータ２３ｂ又は第３モータ２３ｃが対象モータとなっている期間と、が含まれている。第１モータ２３ａには、当該第１モータ２３ａが対象モータになっている期間においてのみ電力が供給され、それ以外の期間では電力の供給が遮断される。電力の供給がない期間においては、電流はゼロに近づくように減衰する。従って、第１モータ２３ａの電流波形は、図７のグラフに示すように、正弦波とノコギリ波を合成したような形状となる。図７の波形において、第１モータ２３ａに電力が供給されている期間に相当する部分は実線で示され、電力の供給が遮断されている期間に相当する部分は破線で示されている。
　同様に、電流センサ３５は、第１モータ２３ａが対象モータになっている期間においてのみ第１モータ２３ａの電流値を検出可能であり、それ以外の期間では電流値を検出することができない。
　遅延制御部３７は、遅延制御を行う際、対象モータが第１モータ２３ａから他のモータへ切り替えられる直前に取得された最新の電流値を記憶する。図６の符号Ｐは、あるサイクルにおいて第１モータ２３ａに対して最も後のタイミングで行われた制御処理のうち、電流を取得する処理を示している。この符号Ｐで示す処理で得られた電流値が、モータドライバ２１の適宜の記憶装置に記憶される。この電流値は、実質的に、第１モータ２３ａに対する電力が遮断される直前の電流値ということができる。記憶される電流値の例は、図７のグラフにおいてｉmemで示されている。
　次回のサイクルでは、第１モータ２３ａについて、先ほど記憶した電流値ｉmemに基づいて、上記の減衰後の電流値を予測する処理が行われる。図６においては、この予測処理が、符号Ｑ１及びＱ２で示す破線の長方形で示されている。予測される電流値の例は、図７のグラフにおいてｉestで示されている。
　減衰後の電流値ｉestは、記憶された電流値をｉmemとし、電力遮断後の経過時間をｔとし、時定数をＴとすると、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　時定数Ｔは、モータ２３の抵抗とインダクタンスに基づいて決定され、予めモータドライバ２１に記憶される。図６の処理Ｑ１の時点で減衰後の電流値を予測する場合、全てのサイクルを通じて、電力遮断後の経過時間ｔは一定である。処理Ｑ２の時点で減衰後の電流値を予測する場合も同様である。従って、処理Ｑ１のタイミングと処理Ｑ２のタイミングのそれぞれについて上記の式の指数関数の部分の値を予め計算して定数として記憶しておくことが好ましい。一般的に指数関数の計算負荷は高いが、記憶された電流値ｉmemに当該定数を乗じるだけで、推定された減衰後の電流値ｉestを求めることができる。
　図６の例では、図５の例よりも、より実際の値に近い電流値に基づいて各モータ２３を制御することができる。直前のサイクルの電流値から減衰後の電流値を予測する処理は、図３又は図４に示す遅延制御に適用することもできる。
　以上に説明したように、本実施形態のモータシステム１は、複数のモータ２３と、モータドライバ２１と、電流センサ３５と、スイッチ部２２と、出力制御部１１と、を備える。モータドライバ２１は、複数のモータ２３に駆動力を発生させるための電力を出力する。電流センサ３５は、モータ２３の電流を検出する。スイッチ部２２は、モータドライバ２１が出力する電力の供給対象であり、電流センサ３５による電流の検出対象である対象モータを、複数のモータ２３の間で選択的に切り替える。対象モータを駆動するためのＰＷＭデューティ比は、電流センサ３５により検出される電流に基づいて算出され、モータドライバ２１は、このＰＷＭデューティ比に基づいて電力を出力するように制御される。スイッチ部２２は、複数のモータ２３の間で対象モータをサイクル的に切り替える。モータドライバ２１は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、電流が検出されたモータ２３が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。
　これにより、１つのモータドライバ２１が複数のモータ２３を実質的に同時に駆動し、かつ、それぞれのモータ２３について出力を個別に制御することができる。１つのモータドライバ２１の出力を複数のモータ２３の間でサイクル的に切り替えつつ、それぞれのモータ２３への制御を、当該モータ２３に対して正しく適用することができる。モータドライバ２１及び電流センサ３５を複数のモータ２３で共通化することができるので、構成の簡素化を実現できる。
　また、本実施形態のモータシステム１において、モータドライバ２１は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、電流が検出されたモータ２３が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。
　これにより、異なるモータに対応する検出値に基づいて対象モータを制御することを回避することができる。
　また、図６の例では、出力制御部１１は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合に、電流に基づいて、電流が検出されたサイクルの直後のサイクルでモータ２３が再び対象モータとなるまでに生じる電力遮断期間による減衰を予測して減衰後電流を算出する。モータドライバ２１は、減衰後電流により求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、電流が検出されたモータ２３が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。
　これにより、対象モータへの電力遮断によって実際の電流値が減衰することによる影響を考慮して、モータ２３を制御することができる。この結果、制御品質を向上できる。
　図３及び図４の例では、モータドライバ２１は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合、一律に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、電流が検出されたモータ２３が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。
　これにより、簡素な処理を実現できる。
　図５又は図６の例では、モータドライバ２１は、予め定められた出力制御周期に従って制御される。１回のサイクルにおいて１つの対象モータに対して電力の供給が開始されてから停止されるまでの時間は、出力制御周期の４周期分となっている。この４周期は、時間的に前となる２つの周期（第１出力制御周期）と、時間的に後となる２つの周期（第２出力制御周期）と、に分けられる。前半の２つの周期のそれぞれでは、電流センサ３５により対象モータの電流が検出されたサイクルと同じサイクルにおいて、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力をモータドライバ２１が出力する。後半の２つの周期のそれぞれでは、電流センサ３５により対象モータの電流が検出されたサイクルの直後のサイクルにおいて、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力をモータドライバ２１が出力する。
　これにより、制御に基づく電力の出力タイミングが直後のサイクルとなるように遅らせることが、モータ２３が対象モータになっている期間のうち一部においてだけ行われる。従って、制御性を向上させることができる。
　本実施形態のモータシステム１において、スイッチ部２２は、それぞれのサイクルにおいて、予め定められた切替周期毎に対象モータを切り替える。出力制御周期と切替周期が同期している。
　これにより、スイッチ部２２の切替えと連動した制御内容の変更を実現できる。
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。変更は単独で行われても良いし、複数の変更が任意に組み合わせて行われても良い。
　遅延制御部３７は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルの２回後、又はそれ以降のサイクルにおいてモータドライバ２１が出力するように、モータドライバ２１を制御しても良い。
　遅延は、制御処理のうち第２処理を対象とすることに限定されず、例えば第３処理又は第４処理を対象とすることもできる。遅延制御部３７が、出力制御部１１に備えられても良い。
　切替周期を出力制御周期の何周期分の長さとするかは、適宜設定することができる。
　モータドライバ２１とスイッチ部２２は、物理的に別の装置で実現されても良いし、１つの装置で実現されても良い。
　以上に説明した実施形態及びその変形例から、少なくとも以下の技術思想を把握することができる。
　［項目１］複数のモータと、
　前記複数のモータに駆動力を発生させるための電力を出力するモータドライバと、
　前記モータの電流を検出する電流検出部と、
　前記モータドライバが出力する電力の供給対象であり、前記電流検出部による電流の検出対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替えるスイッチ部と、
を備え、
　前記対象モータを駆動するためのＰＷＭデューティ比は、前記電流検出部により検出される電流に基づいて算出され、
　前記モータドライバは、前記ＰＷＭデューティ比に基づいて電力を出力するように制御され、
　前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータをサイクル的に切り替え、
　前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
　［項目２］項目１に記載のモータシステムであって、
　前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
　［項目３］項目２に記載のモータシステムであって、
　対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで当該モータが再び対象モータとなるまでに生じる電力遮断期間による減衰を予測して減衰後電流が算出され、
　前記モータドライバは、前記減衰後電流により求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
　［項目４］項目２又は３に記載のモータシステムであって、
　前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合、一律に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
　［項目５］項目２又は３に記載のモータシステムであって、
　前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御され、
　１回のサイクルにおいて１つの前記対象モータに対して電力の供給が開始されてから停止されるまでの時間が、
　前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルと同じサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する第１出力制御周期と、
　前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルの直後のサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する第２出力制御周期と、
を含むことを特徴とするモータシステム。
　［項目６］項目１から５までの何れかに記載のモータシステムであって、
　前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御され、
　前記スイッチ部は、それぞれのサイクルにおいて、予め定められた切替周期毎に前記対象モータを切り替え、
　前記出力制御周期と前記切替周期が同期していることを特徴とするモータシステム。
　１　モータシステム
　２１　モータドライバ
　２２　スイッチ部
　２３　モータ
　３５　電流センサ（電流検出部）

Claims (6)

  1. 　複数のモータと、
    　前記複数のモータに駆動力を発生させるための電力を出力するモータドライバと、
    　前記モータの電流を検出する電流検出部と、
    　前記モータドライバが出力する電力の供給対象であり、前記電流検出部による電流の検出対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替えるスイッチ部と、
    を備え、
    　前記対象モータを駆動するためのＰＷＭデューティ比は、前記電流検出部により検出される電流に基づいて算出され、
    　前記モータドライバは、前記ＰＷＭデューティ比に基づいて電力を出力するように制御され、
    　前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータをサイクル的に切り替え、
    　前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
  2. 　請求項１に記載のモータシステムであって、
    　前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
  3. 　請求項２に記載のモータシステムであって、
    　対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで当該モータが再び対象モータとなるまでに生じる電力遮断期間による減衰を予測して減衰後電流が算出され、
    　前記モータドライバは、前記減衰後電流により求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
  4. 　請求項２に記載のモータシステムであって、
    　前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合、一律に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
  5. 　請求項２に記載のモータシステムであって、
    　前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御され、
    　１回のサイクルにおいて１つの前記対象モータに対して電力の供給が開始されてから停止されるまでの時間が、
    　前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルと同じサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する第１出力制御周期と、
    　前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルの直後のサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する第２出力制御周期と、
    を含むことを特徴とするモータシステム。
  6. 　請求項１に記載のモータシステムであって、
    　前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御され、
    　前記スイッチ部は、それぞれのサイクルにおいて、予め定められた切替周期毎に前記対象モータを切り替え、
    　前記出力制御周期と前記切替周期が同期していることを特徴とするモータシステム。
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