(57)【要約】【課題】  ２相変調によるＰＷＭ信号の生成を適切に制御し、スイッチング素子及びインバータの温度上昇を可及的に抑えるようにしたモータ制御装置を提供する。【解決手段】  変調方式設定手段１０が、回転速度検知手段５によってモータの回転速度が所定値以上であると判定される間は、モータの第１ないし第３相に応じた電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が正の範囲のときには上段還流型２相変調方式に切換え、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が負の範囲のときには下段還流型２相変調方式に切換える。また、回転速度検知手段５によってモータの回転速度が所定値未満であると判定される間は、タイマ検知手段７によって所定時間の経過を判定する毎に上段還流型２相変調方式と下段還流型２相変調方式とを切換える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第１及び第２スイッチング素子群からなる３相回路を有するインバータを備え、モータの第１、第２及び第３相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号を前記インバータに入力することで前記モータの制御を行なうモータ制御装置において、
前記第１ないし第３相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、正の値であり且つ絶対値が最も大きい相に対応する前記第１スイッチング素子群のスイッチング素子を、前記パルス幅変調信号の１パルス生成に要するスイッチング周期の全体に亘って通電状態とする第１パルス生成手段と、
前記第１ないし第３相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、負の値であり且つ絶対値が最も大きい相に対応する前記第２スイッチング素子群のスイッチング素子を、前記スイッチング周期の全体に亘って通電状態とする第２パルス生成手段と、
前記第１パルス生成手段又は前記第２パルス生成手段が生成した前記パルス幅変調信号の前記インバータへの入力に起因する電力損失を一定値以内に収めるための、予め設定された所定時間を経過したか否かを判定する経過時間判定手段と、
前記経過時間判定手段により前記所定時間の経過が判定される毎に前記第１パルス生成手段による制御と前記第２パルス生成手段による制御とを切換える切換え手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータの回転速度が所定値未満であるか否かを判定する回転速度判定手段、を更に備え、
前記切換え手段は、
前記回転速度判定手段により前記モータの回転速度が前記所定値未満であると判定される間は、前記経過時間判定手段が前記所定時間の経過を判定する毎に前記第１パルス生成手段による制御と前記第２パルス生成手段による制御とを切換える、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記切換え手段は、
前記回転速度判定手段により前記モータの回転速度が前記所定値以上であると判定される間は、前記第１ないし第３相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ該電圧指令値が正の値の範囲では前記第１パルス生成手段による制御に切換え、前記第１ないし第３相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ該電圧指令値が負の値の範囲では前記第２パルス生成手段による制御に切換える、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第１及び第２スイッチング素子群からなる３相回路を有するインバータを備え、モータの第１、第２及び第３相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号を前記インバータに入力することで前記モータの制御を行なうモータ制御装置において、
前記第１ないし第３相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、正の値であり且つ絶対値が最も大きい相に対応する前記第１スイッチング素子群のスイッチング素子を、前記パルス幅変調信号の１パルス生成に要するスイッチング周期の全体に亘って通電状態とする第１パルス生成手段と、
前記第１ないし第３相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、負の値であり且つ絶対値が最も大きい相に対応する前記第２スイッチング素子群のスイッチング素子を、前記スイッチング周期の全体に亘って通電状態とする第２パルス生成手段と、
前記第１又は前記第２パルス生成手段が生成した前記パルス幅変調信号の前記インバータへの入力に起因する電力損失を一定値以内に収めるための、予め設定された所定温度に基づき、前記第１及び前記第２スイッチング素子群の夫々に生じる温度が該所定温度以上であるか否かを判定する温度判定手段と、
前記温度判定手段により前記第１スイッチング素子群が前記所定温度以上と判定された際には前記第２パルス生成手段による制御に切換え、且つ、前記第２スイッチング素子群が前記所定温度以上と判定された際には前記第１パルス生成手段による制御に切換える切換え手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータの回転速度が所定値未満であるか否かを判定する回転速度判定手段、を更に備え、
前記切換え手段は、
前記回転速度判定手段により前記モータの回転速度が前記所定値未満であると判定される間は、前記温度判定手段が前記所定温度を判定する毎に前記第１パルス生成手段による制御と前記第２パルス生成手段による制御とを切換える、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調信号をインバータに入力してモータの制御を行なうモータ制御装置に係り、詳しくは、３相ブラシレスＤＣモータ等のモータの回転を安定して維持し得るようにしたモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固定子（ステータ）と、ステータの内側において回転自在に配設された回転子（ロータ）とを備えてなる３相ブラシレスＤＣモータが知られている。このブラシレスＤＣモータにあっては、ステータに巻かれたコイルに対して一定の順に通電することで回転磁界を発生させ、その強弱、周期を制御することによって、ロータに生じるトルクや回転数を変位させ、これにより回転制御を行なっている。
【０００３】
上述のモータ回転制御についてより詳しく述べると、２個のスイッチング素子を直列に組合わせた回路を３組並列に接続してなる３相回路を備えたインバータにより、３相ブラシレスＤＣモータに備えたＵ，Ｖ，Ｗの３相の夫々に印加させる電圧が制御される。この際の電圧の生成には、一般的にパルス幅変調（ＰＷＭ）方式が用いられる。このＰＷＭ方式では、各相の電圧指令値に基づいて生成されたＰＷＭ信号をインバータに送信し、このＰＷＭ信号に基づいて３相回路の各スイッチング素子を数ｋＨｚの周波数でオン／オフ制御する。そして、そのオン時間の占める割合を調整することにより、３相ブラシレスＤＣモータへの出力の平均電圧を変位させ、トルクや回転速度の制御を行なう。３相変調では、一般に、上記したようにインバータ内のスイッチング素子全てを用いて３相ブラシレスＤＣモータの制御を行なう。
【０００４】
ところで、上述したようなモータ制御を、通常速度での回転制御時には１相分のパルスを休電状態にした２相ゲート信号制御（２相変調）にて制御を行ない、低速での回転制御時には２相ゲート信号制御に基づいて生成する３相ゲート信号にて制御を行なうものが提案されている。これにあっては、低速時における２相ゲート信号がパルス幅の小さい極小波形となることで、スイッチング素子が充分反応できなくなる不都合を防ぎ、これによってトルクムラを発生させずにモータを円滑に回転させるように制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、２相変調にあっては、３相回路に備えた６つのスイッチング素子を上下段の２通りに区分してモータ制御を行なう変調方式も存在する。この上下段型の変調方式では、或る時点での電圧指令値の絶対値が最も大きい相のスイッチング素子のオン／オフの切換えを停止させた状態で、他の２相を切換えることで２相変調を実現する。そして、この上下段型の変調方式では、上記した最も大きい相の電圧指令値が、正の値の場合には上段型の変調方式で、負の値の場合には下段型の変調方式で制御するように切換えながらモータ制御を行なっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１９９３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した特許文献１及び上下段型の変調方式に記載されるようなモータ駆動装置では、インバータ内の３相回路の中から２相分のスイッチング素子をスイッチングさせて３相ブラシレスＤＣモータの各相に流れる電流の制御を行なうため、従来の３相全てをスイッチングさせるものに比してスイッチングされる素子の個数が減少し、スイッチング損失は軽減される。しかしながら、３相ブラシレスＤＣモータを低速域で継続して回転させるような場合には、各スイッチング素子に通電される時間が長くなる等による発熱を招来し、その際、連続運転時間の低下、最大トルクの低下を招くことになる。
【０００８】
そこで本発明は、スイッチング素子及びインバータの温度上昇を可及的に抑えながらも、モータ回転時におけるスイッチング損失の少ない２相変調によるＰＷＭ信号生成を速度域に応じて適切に制御し得るように構成し、もって上述した課題を解決したモータ制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る本発明は（例えば図１ないし図１６参照）、論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第１及び第２スイッチング素子群（Ａ，Ｂ）からなる３相回路（１３）を有するインバータ（３）を備え、モータ（２）の第１、第２及び第３相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号を前記インバータ（３）に入力することで前記モータ（２）の制御を行なうモータ制御装置（１）において、
前記第１ないし第３相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、正の値であり且つ絶対値が最も大きい相（ａ，ｂ，ｃ）に対応する前記第１スイッチング素子群（Ａ）のスイッチング素子（ａ１，ｂ１，ｃ１）を、前記パルス幅変調信号の１パルス生成に要するスイッチング周期（Ｔｃ）の全体に亘って通電状態とする第１パルス生成手段（１１，１２）と、
前記第１ないし第３相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、負の値であり且つ絶対値が最も大きい相（ａ，ｂ，ｃ）に対応する前記第２スイッチング素子群（Ｂ）のスイッチング素子（ａ２，ｂ２，ｃ２）を、前記スイッチング周期（Ｔｃ）の全体に亘って通電状態とする第２パルス生成手段（１１，１２）と、
前記第１パルス生成手段（１１，１２）又は前記第２パルス生成手段（１１，１２）が生成した前記パルス幅変調信号の前記インバータ（３）への入力に起因する電力損失を一定値以内に収めるための、予め設定された所定時間（ＲＤ１，ＲＤ２）を経過したか否かを判定する経過時間判定手段（７）と、
前記経過時間判定手段（７）により前記所定時間（ＲＤ１，ＲＤ２）の経過が判定される毎に前記第１パルス生成手段（１１，１２）による制御と前記第２パルス生成手段（１１，１２）による制御とを切換える切換え手段（１０）と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置（１）にある。
【００１０】
請求項２に係る本発明は（例えば図１，９，１０、図１２ないし図１４、及び図１６参照）、前記モータ（２）の回転速度が所定値未満であるか否かを判定する回転速度判定手段（５）、を更に備え、
前記切換え手段（１０）は、
前記回転速度判定手段（５）により前記モータ（２）の回転速度が前記所定値未満であると判定される間は、前記経過時間判定手段（７）が前記所定時間（ＲＤ１，ＲＤ２）の経過を判定する毎に前記第１パルス生成手段（１１，１２）による制御と前記第２パルス生成手段（１１，１２）による制御とを切換える、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置（１）にある。
【００１１】
請求項３に係る本発明は（例えば図１，９，１０、及び図１２ないし図１４参照）、前記切換え手段（１０）は、
前記回転速度判定手段（５）により前記モータ（２）の回転速度が前記所定値以上であると判定される間は、前記第１ないし第３相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ該電圧指令値が正の値の範囲では前記第１パルス生成手段（１１，１２）による制御に切換え、前記第１ないし第３相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ該電圧指令値が負の値の範囲では前記第２パルス生成手段（１１，１２）による制御に切換える、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置（１）にある。
【００１２】
請求項４に係る本発明は（例えば図２ないし図１１、図１５、及び図１７参照）、論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第１及び第２スイッチング素子群（Ａ，Ｂ）からなる３相回路（１３）を有するインバータ（３）を備え、モータ（２）の第１、第２及び第３相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号を前記インバータ（３）に入力することで前記モータ（２）の制御を行なうモータ制御装置（１）において、
前記第１ないし第３相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、正の値であり且つ絶対値が最も大きい相（ａ，ｂ，ｃ）に対応する前記第１スイッチング素子群（Ａ）のスイッチング素子（ａ１，ｂ１，ｃ１）を、前記パルス幅変調信号の１パルス生成に要するスイッチング周期（Ｔｃ）の全体に亘って通電状態とする第１パルス生成手段（１１，１２）と、
前記第１ないし第３相の夫々に応じた前記電圧指令値のうち、負の値であり且つ絶対値が最も大きい相（ａ，ｂ，ｃ）に対応する前記第２スイッチング素子群（Ｂ）のスイッチング素子（ａ２，ｂ２，ｃ２）を、前記スイッチング周期（Ｔｃ）の全体に亘って通電状態とする第２パルス生成手段（１１，１２）と、
前記第１又は前記第２パルス生成手段（１１，１２）が生成した前記パルス幅変調信号の前記インバータ（３）への入力に起因する電力損失を一定値以内に収めるための、予め設定された所定温度（Ｌｉｍ）に基づき、前記第１及び前記第２スイッチング素子群（Ａ，Ｂ）の夫々に生じる温度が該所定温度（Ｌｉｍ）以上であるか否かを判定する温度判定手段（２２）と、
前記温度判定手段（２２）により前記第１スイッチング素子群（Ａ）が前記所定温度（Ｌｉｍ）以上と判定された際には前記第２パルス生成手段（１１，１２）による制御に切換え、且つ、前記第２スイッチング素子群（Ｂ）が前記所定温度（Ｌｉｍ）以上と判定された際には前記第１パルス生成手段（１１，１２）による制御に切換える切換え手段（１０）と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置（２０）にある。
【００１３】
請求項５に係る本発明は（例えば図１，９，１０、図１７参照）、前記モータ（２）の回転速度が所定値未満であるか否かを判定する回転速度判定手段（５）、を更に備え、
前記切換え手段（１０）は、
前記回転速度判定手段（５）により前記モータ（２）の回転速度が前記所定値未満であると判定される間は、前記温度判定手段（２２）が前記所定温度（Ｌｉｍ）を判定する毎に前記第１パルス生成手段（１１，１２）による制御と前記第２パルス生成手段（１１，１２）による制御とを切換える、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置（２０）にある。
【００１４】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る本発明によると、切換え手段が、経過時間判定手段によって所定時間の経過が判定される毎に第１パルス生成手段による制御と第２パルス生成手段による制御とを切換えるので、モータ制御を行なう際、常に２相変調方式を用いることによって、３相変調方式を用いる場合に比してスイッチングさせる素子の数が減少し、第１及び第２スイッチング素子群にて夫々生じるスイッチング損失（電力損失）が低減することで、各素子で生じる発熱が有効に抑制される。更に、２通りの変調方式を一定時間毎に交互に切換えてパルス幅変調信号を生成することにより、第１及び第２スイッチング素子群の夫々で生じる電力損失を一定値以内に収めることができる。すなわち、一定時間毎に生じる温度上昇を所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を可及的に抑えることができるようになる。これにより、安定したモータ制御が行なわれると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項２に係る本発明によると、切換え手段が、回転速度判定手段によってモータの回転速度が所定値未満（例えば低速回転域）であると判定される間は、経過時間判定手段によって所定時間の経過が判定される毎に第１パルス生成手段による制御と第２パルス生成手段による制御とを切換えるので、モータの低速回転時における、第１及び第２スイッチング素子群各々での通電時間の増加を抑制することができるようになる。すなわち、通電時間の増加による第１及び第２スイッチング素子群毎での電力損失の増加が有効に抑えられ、パルス生成手段が切換わる毎に生じる温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を可及的に抑えることができるようになる。これにより、低速時における安定したモータ制御を実現し得ると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。
【００１７】
請求項３に係る本発明によると、切換え手段が、回転速度判定手段によってモータの回転速度が所定値未満（例えば低速回転域）であると判定される間は、所定時間が経過される毎に第１パルス生成手段による制御と第２パルス生成手段による制御とを切換え、回転速度判定手段によってモータの回転速度が所定値以上（例えば高速回転域）であると判定される間は、第１ないし第３相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が正の範囲のときには第１パルス生成手段による制御に切換え、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が負の範囲のときには第２パルス生成手段による制御に切換えるので、モータの低速回転時においては、パルス生成手段を一定時間毎に切換えることによって第１及び第２スイッチング素子群での温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることができる。一方、それ以外の速度域においては、モータの回転角度毎にパルス生成手段を有効に切換えることによって第１及び第２スイッチング素子群の温度上昇を夫々所定の範囲内に抑えることができる。これにより、モータ制御時における、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになり、低速時及びそれ以外の速度域において、安定したモータ制御を実現し得ると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。
【００１８】
請求項４に係る本発明によると、温度判定手段が、上段又は下段スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったことを判定する毎に、第１パルス生成手段による制御と第２パルス生成手段による制御とを切換えるので、モータ制御を行なう際、常に２相変調方式を用いることによって、３相変調方式を用いる場合に比してスイッチングさせる素子の数が減少し、第１及び第２スイッチング素子群にて夫々生じるスイッチング損失（電力損失）が低減することで、各素子で生じる発熱が有効に抑制される。更に、２通りの変調方式を第１及び第２スイッチング素子群に生じる温度毎に交互に切換えてＰＷＭ信号を生成することにより、第１及び第２スイッチング素子群の夫々で生じる電力損失を一定値以内に収めることができる。すなわち、一定時間毎に生じる温度上昇を所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を可及的に抑えることができるようになる。これにより、安定したモータ制御が行なわれると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。
【００１９】
請求項５に係る本発明によると、回転速度判定手段によってモータの回転速度が所定値未満（例えば低速回転域）であると判定される間は、温度判定手段が第１及び第２スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったことを判定する毎に、第１パルス生成手段による制御と第２パルス生成手段による制御とを切換えるので、モータの低速回転時における、第１及び第２スイッチング素子群各々での通電時間の増加を抑制することができるようになる。すなわち、通電時間の増加による第１及び第２スイッチング素子群毎での電力損失の増加が有効に抑えられ、パルス生成手段が切換わる毎に生じる温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータに発生する熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を可及的に抑えることができるようになる。これにより、低速時における安定したモータ制御を実現し得ると共に、モータの回転制御に対する信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係るモータ制御装置を図面に沿って説明する。図１は、第１の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
本モータ制御装置１は、論理が互いに逆の波形信号を夫々生成する第１及び第２スイッチング素子群からなる３相回路を有するインバータ３を備え、モータ２の第１、第２及び第３相に対する電圧指令値に基づいて生成されるパルス幅変調信号をインバータ２に入力することでモータ２の制御を行なうように構成される。すなわち、モータ制御装置１は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成してインバータ３に入力する（送り込む）ことでブラシレスＤＣモータ２の制御を行なうものであり、回転速度検知手段（回転速度判定手段）５と、電圧指令値検知手段６と、タイマ検知手段（経過時間判定手段）７と、変調方式モード設定手段９と、変調方式設定手段（切換え手段）１０と、パルス信号演算手段（第１パルス生成手段、第２パルス生成手段）１１と、ＰＷＭ信号生成手段（第１パルス生成手段、第２パルス生成手段）１２とを備えている。また、図２に後述するように、インバータ３はその内部に３対の半導体スイッチング素子（以降、スイッチング素子と略す）を備えており、インバータ３の近傍には、不図示のインバータケースの内部温度を検出するためのサーミスタセンサ等の温度検出素子（不図示）が設けられている。
【００２２】
回転速度検知手段５は、ブラシレスＤＣモータ２の現在の（つまり検知時点での）回転速度を、回転センサ等を用いて検知し、その検知信号を出力する。電圧指令値検知手段６は、与えられたトルク指令値から得られる電流指令値と実電流値とを比較し、これら電流指令値と実電流値とが一致するように演算した結果としての電圧指令値を検知する。電圧指令値は、ブラシレスＤＣモータ２の回転制御の基本とすべき値であり、ブラシレスＤＣモータ２のＵ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相分の正弦波として生成される。タイマ検知手段７は、任意の時点から所定の時間間隔が経過したことを検知する。
【００２３】
変調方式モード設定手段９は、所定のモード設定又は回転速度検知手段５による検知結果に基づき、後述する２通りの変調方式モードのうちの何れに切換えるかの指令（モード指令）を発行する。この２通りの変調方式モードには、ブラシレスＤＣモータ２に与えられる３相分の電圧指令値のうち、その絶対値が最も大きい相に応じて２つの変調方式の切換えを行なう電圧指令値切換えモードと、一定時間が経過する毎に２つの変調方式の切換えを行なう一定時間切換えモードとがある。また、これら各モード内で夫々切換えられる２つの変調方式は、一方を上段還流型２相変調方式、他方を下段還流型２相変調方式とするが、その詳細は図３ないし図９にて後述する。
【００２４】
上述した変調方式モード設定手段９は、回転速度検知手段５によって検知されたモータ２の回転数が所定の値（例えば、１００ｒｐｍ）以上であること（高速域であること）を判定した時点で、電圧指令値切換えモードに切換える旨の信号を変調方式設定手段１０に送信する。また、モータ２の回転数が所定の値未満である（低速域である）と判定した時点においては、一定時間切換えモードに切換える旨の信号を変調方式設定手段１０に送信する。上記した各モード指令は、切換え後のスイッチング周期（以下、パルス生成区間とも言う）Ｔｃ（図３及び図６参照）の直前のパルス生成区間Ｔｃでのパルス生成中に発行される。
【００２５】
変調方式設定手段１０は、上述したモード指令が電圧指令値切換えモードのとき、電圧指令値検知手段６からの３相分の電圧指令値のうち、正の値であって且つ絶対値が最も大きい相がある場合に、上段還流型２相変調方式に切換える旨の指令（切換え指令）をパルス信号演算手段１１に送信する。また、電圧指令値検知手段６からの３相分の電圧指令値のうち、負の値であって且つ絶対値が最も大きい相がある場合には、下段還流型２相変調方式に切換える旨の切換え指令をパルス信号演算手段１１に送信する。
【００２６】
また、変調方式設定手段１０は、上述したモード指令が一定時間切換えモードである場合に、タイマ検知手段７によって所定の時間間隔が検知された際には、その時点まで有効となっていた変調方式を他方の変調方式に切換える切換え指令を、パルス信号演算手段１１に送信する。例えば、それまで上段還流型２相変調方式による制御が有効となっていた場合には、その時点から下段還流型２相変調方式による制御に切換える旨の切換え指令を送信する。
【００２７】
パルス信号演算手段１１は、変調方式設定手段１０から送信された切換え指令に基づき、所要のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を演算し、上段又は下段還流型２相変調方式によるＰＷＭ信号に関してのパルス幅及びタイミング等に基づく制御指令を、ＰＷＭ信号生成手段１２に送信する。このパルス信号演算手段１１による演算は、上段あるいは下段還流型２相変調方式を切換えるべきパルス生成区間Ｔｃの実施直前のタイミングで行なわれるもので、本モータ制御装置１が車輌に搭載されると想定した場合には、アクセルの踏み込み操作等に対応して行なわれることになる。
【００２８】
ＰＷＭ信号生成手段１２は、パルス信号演算手段１１からの制御指令に基づき、その時点で有効となっている上段又は下段還流型２相変調方式に応じたＰＷＭ信号を生成し、インバータ３内の所要のスイッチング素子に入力する（送り込む）。このＰＷＭ信号の入力に基づき、図２に示すインバータ３内に実装される３相のスイッチング回路１３が３相交流電圧を生成する。ブラシレスＤＣモータ２は、この３相交流電圧が印加されることによって回転制御されることとなる。
【００２９】
ここで、インバータ３内部に実装される３相のスイッチング回路１３について図２を用いて説明する。図２は、インバータ内のモータ制御を行なうスイッチング回路を示す結線図である。
【００３０】
図２に示す回路は、インバータ３の主回路内に実装される３相のスイッチング回路であり、バッテリ等からの直流電圧を３相交流電圧に変換する機能を備える。スイッチング回路１３は、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子からなるトランジスタを、ａ１及びａ２の対、ｂ１及びｂ２の対、ｃ１及びｃ２の各対として夫々直列に組み合わせたトランジスタ対ｐ１，ｐ２，ｐ３を、３組並列に接続されることで３相回路をなしている。
【００３１】
そして、トランジスタ対ｐ１，ｐ２，ｐ３毎に接続されている２つのトランジスタ間の各ノードは、ブラシレスＤＣモータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相端子に夫々結線されており、各トランジスタ対からブラシレスＤＣモータ２へ、あるいはブラシレスＤＣモータ２から各トランジスタ対へ、と通電される。また、トランジスタａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２には、これらと並列の位置に各トランジスタを保護する機能を有するダイオードｄａ１，ｄａ２，ｄｂ１，ｄｂ２，ｄｃ１，ｄｃ２が接続されており、これらダイオードは、ブラシレスＤＣモータ２の逆起電力等により生じた電流を回避させることで、各トランジスタを保護するように働く。
【００３２】
なお、以降記載する本実施の形態及び第２の実施の形態においては、スイッチング素子群Ａ（第１スイッチング素子群）に含まれる３つのトランジスタａ１，ｂ１，ｃ１を、３相回路の上段に属するスイッチング素子として「上段スイッチング素子」と記載する。また、スイッチング素子群Ｂ（第２スイッチング素子群）に含まれる３つのトランジスタａ２，ｂ２，ｃ２を、３相回路の下段に属するスイッチング素子として「下段スイッチング素子」と記載する。また、単にスイッチング素子と記載した場合には、上記トランジスタａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２の全体を総称して指す場合と、一般名称としての単体のスイッチング素子を指す場合とがあるものとする。
【００３３】
本第１の実施の形態においては、上段還流型２相変調方式及び下段還流型２相変調方式に基づいてＰＷＭ信号生成手段１２がＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号が上記スイッチング回路１３が有するトランジスタａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２に入力される（送り込まれる）ことで、各スイッチングの制御が行われる。
【００３４】
次いで、ＰＷＭ信号を生成する際の変調方式である上段還流型２相変調方式及び下段還流型２相変調方式について、図３ないし図８に沿って説明する。
【００３５】
図３は、上段還流型２相変調方式における各相上下段のスイッチ状態の一例を示したタイミングチャートである。図３には、上記スイッチング周期としてのＰＷＭキャリア期間（パルス生成区間）Ｔｃを１パルスとするＰＷＭ信号の第１相（ａ相）、第２相（ｂ相）及び第３相（ｃ相）の上段及び下段スイッチング素子群の各スイッチング素子の状態が示されている。これらスイッチング素子の状態は、ハイレベルのときにオンになり、ローレベルのときにオフとなるものとする。なお、上記したａ相、ｂ相、ｃ相は、その時点で与えられる電圧指令値によって、ブラシレスＤＣモータ２の各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の中から該当するものが割当てられる。
【００３６】
まず、上段還流型２相変調方式では、ブラシレスＤＣモータ２が有するＵ相ないしＷ相の３相の中から、電圧指令値が正に最も大きく指令されている相の上段スイッチング素子の中の１つの状態を１００％オン状態（通電状態）とし、図３においてはこれをａ相とする。そして、ａ，ｂ，ｃ相に指令される電圧指令値は、夫々Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃであるとし、これらがＶａ＞Ｖｂ＞Ｖｃの関係にあるとき、図３に示したようなタイミングチャートとして表わされる。
【００３７】
図３において、ａ，ｂ，ｃ各相の上段スイッチング素子のうち１相だけがオンとなる時間をｔ１、２相がオンとなる時間をｔ２、３相全てがオンとなる時間をｔ３とする。このｔ１〜ｔ３の各時間中に出力されるａ，ｂ，ｃ相毎の各電圧を、Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１（ｔ１時間）、Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２（ｔ２時間）、Ｖａ３，Ｖｂ３，Ｖｃ３（ｔ３時間）とし、インバータ入力電圧をＶＤＣとした場合、各電圧は夫々以下の式（１）ないし式（９）で求まる値となる。
【００３８】
【数１】
2006174659.tif 000003
【００３９】
これにより、パルス生成区間Ｔｃの間に出力される各相の電圧の平均値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、以下の式（１０）ないし式（１２）で求まる値となる。
【００４０】
【数２】
2006174659.tif 000004
【００４１】
また、各相の電圧指令値が与えられたときの各相の上段オン時間ｔａ，ｔｂ，ｔｃは、以下の式（１３）ないし式（１５）より、
【００４２】
【数３】
2006174659.tif 000005
【００４３】
以下の式（１６）ないし式（１８）となり、
【００４４】
【数４】
2006174659.tif 000006
【００４５】
これらによってａ，ｂ，ｃ各相の上段及び下段スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン／オフ状態がパルス波形として導かれる。
【００４６】
ここで、上段還流型２相変調方式におけるａ，ｂ，ｃ相の各電圧指令値と、図３に示したａ，ｂ，ｃ相の各パルス波形のオン状態の時間との関係を説明する。
【００４７】
図４は、ａ，ｂ，ｃ相への各電圧指令値及び上段還流型２相変調におけるデューティの一例を示すグラフである。図４の上側のグラフでは、縦軸が電圧指令値であり、横軸は時間である。図４の下側のグラフでは、縦軸がデューティを示し、横軸は時間である。なお、デューティとは、図３に示したタイミングチャートにおける各ａ，ｂ，ｃ相のオン状態の時間をパルス生成区間Ｔｃで除算した値をいう。また、グラフ横軸の幅は、図４の上側のグラフにおける各電圧指令値の１周期分の長さとして示されている。
【００４８】
ブラシレスＤＣモータ２等のモータでは、回転速度やトルク等の目標値が与えられると、これに従って速度指令値や電圧指令値等が求められ、回転速度やトルクが制御される。本実施形態におけるブラシレスＤＣモータ２の場合には、まずトルク指令値が与えられ、他のバッテリ電圧やロータ回転数と共に演算されることで電流指令値を得る。一方、電流センサ等から得られるモータ電流とロータ位置情報とから、その時点で通電している実電流値を得る。そして、これら時間的な推移変化に応じた操作量となる電流指令値と実電流値とを比較し、実電流値が電流指令値に一致するように、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御によるフィードバック制御等を用いて電圧指令値が演算される。
【００４９】
図４の上側のグラフは、上記のように演算された電圧指令値の一例である。正弦波ＬＮ１ａはａ相に対する電圧指令値、正弦波ＬＮ２ａはｂ相に対する電圧指令値、正弦波ＬＮ３ａはｃ相に対する電圧指令値であり、この順に１２０度ずつ位相が進んでいる。また、範囲ＲＡには、ａ相の電圧指令値が正に最も大きな値をとる範囲が示されており、図３に示したタイミングチャートのパルス波形が生成される時点もこの範囲内に含まれる。
【００５０】
一方、下側のグラフには、上側のグラフに示された電圧指令に基づいて生成されるパルス波形のデューティが示されている。例えば、下側のグラフの範囲ＲＡには、図３のタイミングチャートからも明らかなように、デューティが１００％であるａ相上段のオン時間がラインＬＮ１ｂで示されている。そして、上段のグラフに示す電圧指令に合わせて、範囲ＲＡ以降は引き続きｂ相、ｃ相の上段オン時間が、夫々ラインＬＮ２ｂ、ラインＬＮ３ｂとして示される。
【００５１】
なお、上段還流型２相変調方式においては、図３に示すｔ３時間の各出力電圧が０となり、モータの逆起電力に起因した還流が発生する。
【００５２】
図５は、上段還流型２相変調方式における還流の一例を示す回路図である。上段還流型２相変調方式ではａ，ｂ，ｃ全相の上段がオン（ＯＮ）状態となるｔ３時間に、図５に示す各相の上段スイッチング素子を経由する還流電流ｂｌｉｎｅが流れる。
【００５３】
次に、下段還流型２相変調方式について説明する。
【００５４】
図６は、下段還流型２相変調方式における各相上下段のスイッチ状態の一例を示したタイミングチャートである。図６には、図３と同様の各スイッチング素子の状態が示されている。なお、上記したａ相、ｂ相、ｃ相は、その時点で与えられる電圧指令値によって、ブラシレスＤＣモータ２の各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の中から該当するものが割当てられる。
【００５５】
まず、下段還流型２相変調方式では、ブラシレスＤＣモータ２が有するＵ相ないしＷ相の３相の中から、電圧指令値が負に最も小さく指令されている相の上段スイッチング素子の中の１つの状態を１００％オフ状態（休止状態）とし、図６においてはこれをｃ相とする。そして、ａ，ｂ，ｃ相に指令される電圧指令値は、夫々Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃであるとし、これらがＶａ＞Ｖｂ＞Ｖｃの関係にあるとき、図６に示したようなタイミングチャートとして表わされる。
【００５６】
図６において、ａ，ｂ，ｃ各相の上段スイッチング素子のうち１相だけがオンとなる時間をｔ１、２相がオンとなる時間をｔ２、３相ともオンしない時間をｔ０とする。このｔ０〜ｔ２の各時間中に出力されるａ，ｂ，ｃ相毎の各電圧は、Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１（ｔ１時間）、Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２（ｔ２時間）、Ｖａ０，Ｖｂ０，Ｖｃ０（ｔ０時間）とし、インバータ入力電圧をＶＤＣとした場合、上記した各電圧は夫々以下の式（１９）ないし式（２７）で求まる値となる。
【００５７】
【数５】
2006174659.tif 000007
【００５８】
これにより、パルス生成区間Ｔｃの間に出力される各相の電圧の平均値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、以下の式（２８）ないし式（３０）で求まる値となる。
【００５９】
【数６】
2006174659.tif 000008
【００６０】
また、各相の電圧指令値が与えられたときの各相の上段オン時間ｔａ，ｔｂ，ｔｃは、以下の式（３１）ないし式（３３）より、
【００６１】
【数７】
2006174659.tif 000009
【００６２】
以下の式（３４）ないし式（３６）となり、
【００６３】
【数８】
2006174659.tif 000010
【００６４】
これらによってａ，ｂ，ｃ各相の上段及び下段スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン／オフ状態がパルス波形として導かれる。
【００６５】
ここで、下段還流型２相変調方式におけるａ，ｂ，ｃ相の各電圧指令値と、ａ，ｂ，ｃ相の各パルス波形のオン状態の時間との関係を説明する。
【００６６】
図７は、ａ，ｂ，ｃ相への各電圧指令値及び下段還流型２相変調におけるデューティの一例を示すグラフである。グラフの座標軸の設定については図４と同様であるため図４の説明を援用する。
【００６７】
図７の上側のグラフには、電圧指令値の一例が示されている。正弦波ＬＮ４ａはａ相に対する電圧指令値、正弦波ＬＮ５ａはｂ相に対する電圧指令値、正弦波ＬＮ６ａはｃ相に対する電圧指令値であり、この順に１２０度ずつ位相が進んでいる。また、範囲ＲＢ１には、ｃ相の電圧指令値が負に最も大きな値をとる範囲が示されており、図６に示したタイミングチャートのパルス波形が生成される時点もこの範囲内に含まれる。
【００６８】
一方、下側のグラフには、上側のグラフに示された電圧指令に基づいて生成されるパルス波形のデューティが示されている。例えば、下側のグラフの範囲ＲＢ１には、図６のタイミングチャートからも明らかなように、デューティが０％であるｃ相上段のオフ時間がラインＬＮ６ｂで示されている。そして、上側のグラフに示す電圧指令に合わせて、範囲ＲＢ１より前の範囲ＲＢ２にはｂ相の上段オフ時間が示され、範囲ＲＢ１以降の範囲ＲＢ３にはａ相の上段オフ時間が示されている。
【００６９】
なお、下段還流型２相変調方式においては、図６に示すｔ０時間の各出力電圧が０となり、モータの逆起電力に起因した還流が発生する。図８は、下段還流型２相変調方式における還流の一例を示す回路図である。下段還流型２相変調方式では、ａ，ｂ，ｃ全相の上段がオフ（ＯＦＦ）状態となるｔ０時間に、図８に示す各相の下段スイッチング素子を経由する還流電流ｂｌｉｎｅが流れる。
【００７０】
次に、上述した上段還流型２相変調方式及び下段還流型２相変調方式の２つの切換えについて説明する。
【００７１】
図９は、ａ，ｂ，ｃ相への各電圧指令値と、それに基づく上段及び下段還流型２相変調を交互に用いたデューティの一例を示すグラフである。グラフの座標軸の設定については図４と同様であり、図４の説明を援用する。
【００７２】
図９の上側のグラフには、電圧指令値の一例が示されている。正弦波ＬＮ７ａはａ相に対する電圧指令値、正弦波ＬＮ８ａはｂ相に対する電圧指令値、正弦波ＬＮ９ａはｃ相に対する電圧指令値とし、この順に１２０度ずつ位相が進んでいる。また、下側のグラフには、上側のグラフに示された電圧指令に基づき、上段及び下段還流型２相変調が交互に切換えられて生成されるパルス波形のデューティが示されている。
【００７３】
上側のグラフにおける範囲ＲＣ１は、ｂ相の電圧指令値が負に最も大きな値をとる範囲であることから、当該範囲は下段還流型２相変調により変調され（図の下部において下段還流と記載）、下側のグラフに示されるようなｂ相のデューティが０％のオフ状態となる。次に、範囲ＲＣ２は、ａ相の電圧指令値が正に最も大きな値をとる範囲であることから、当該範囲は上段還流型２相変調により変調され（図の下部において上段還流と記載）、下側のグラフに示されるようなａ相のデューティが１００％のオン状態となる。続く、範囲ＲＣ３以降、範囲ＲＣ６まで、上段又は下段還流型２相変調方式が交互に切換わる。このように、ブラシレスＤＣモータ２が一定速度で回転している間の各相の電圧指令値は、図９の上側のグラフに示したような正弦波となり、これらの電圧指令値に基づいて上段及び下段還流型２相変調を適用すると、１／６周期（すなわち、モータの回転角度では６０度）毎に上段及び下段還流型２相変調方式が交互に切換わる。
【００７４】
なお、上段還流型２相変調方式と下段還流型２相変調方式とは、上述したような切換えを行なわず、いかなる場合においても任意に選択し、適用させることができる。但し、スイッチング素子に生じるスイッチング損失を低減するためには、上述したように上段還流型２相変調方式と下段還流型２相変調方式とを交互に切換えた方がよい。
【００７５】
上記したスイッチング素子に生じるスイッチング損失は、各素子に印加される電圧と各素子に流れる電流との積に比例する。このことから、スイッチング損失を低減するためには、ブラシレスＤＣモータ２の各相に流す電流のうち、最も大きな電流を流す相のスイッチング素子のオン／オフを切換えないようにする（すなわち、スイッチング素子の切換えを停止させる）ことが望ましい。
【００７６】
そこで、電圧指令値の位相とブラシレスＤＣモータ２に流す電流との位相が略等しいとみなし、電圧指令値の絶対値が最も大きい相のスイッチング素子の切換えを停止させる。このとき、停止させる相の電圧指令値の正弦波が正の範囲にある場合、この相の電圧指令値の絶対値は最も大きく且つ正の値となるため、上段還流型２相変調を用いてスイッチング素子の切換えを停止させる。一方、停止させる相の電圧指令値の正弦波が負の範囲にある場合、この相の電圧指令値の絶対値は最も小さく且つ負の値となるため、下段還流型２相変調を用いてスイッチング素子の切換えを停止させる。これにより、スイッチング損失の低減を図る際には、上段還流型２相変調と下段還流型２相変調とを交互に切換えた方がよいこととなる。
【００７７】
次に、上段及び下段還流型２相変調時に発生する還流電流に起因したスイッチング素子の温度上昇について、図１０及び図１１を用いて説明する。
【００７８】
図９に示したように、上段還流型２相変調方式では、出力電圧が０の際に上段スイッチング素子で電流が還流する。従って、下段スイッチング素子よりも上段スイッチング素子での通電率が高くなり、上段スイッチング素子の発熱が大きくなる。逆に、下段還流型２相変調では、上段スイッチング素子よりも下段スイッチング素子での通電率が高くなるため、下段スイッチング素子の発熱が大きくなる。
【００７９】
以上のことを、モータが所定の回転数以上で且つ一定回転している際のグラフとして表わすと図１０のようになる。図１０は、変調方式の切換わりと上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。
【００８０】
図１０の上側のグラフには、モータのＵ，Ｖ，Ｗ相へ与えられる各電圧指令値の正弦波が示され、左端のグラフ開始位置からモータの回転角度である６０度の範囲毎に、グラフ上部に示すように下段還流型２相変調と上段還流型２相変調とが交互に切換えられている。そして、下側のグラフには、上段のグラフのタイミングに合わせて上段スイッチング素子の温度変化を示す折れ線ｌｎ１と、下段スイッチング素子の温度変化を示す折れ線ｌｎ２とが示されている。
【００８１】
図１０に示されるように、下段還流型２相変調が適用されている際には、折れ線ｌｎ２の示す下段スイッチング素子の温度が上昇し、その間に折れ線ｌｎ１の示す上段スイッチング素子の温度が減少する。逆に、上段還流型２相変調が適用されている際には、折れ線ｌｎ１の示す上段スイッチング素子の温度が上昇し、その間に折れ線ｌｎ２の示す下段スイッチング素子の温度が減少する。このように、上段還流型２相変調と下段還流型２相変調とが交互に切換わることによって、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子の何れの温度も温度制限値Ｌｉｍを超過することがない。
【００８２】
次いで、モータが低速で回転された場合には、図１１に示すようなグラフとなる。図１１は、モータの低速域での変調方式の切換わりと上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。
【００８３】
図１１では、図１０のときと同様、上段還流型２相変調が適用されている際には、折れ線ｌｎ３の示す上段スイッチング素子の温度が上昇し、その間に折れ線ｌｎ４の示す下段スイッチング素子の温度が減少する。逆に、下段還流型２相変調が適用されている際には、折れ線ｌｎ４の示す下段スイッチング素子の温度が上昇し、その間に折れ線ｌｎ３の示す上段スイッチング素子の温度が減少することが示されている。
【００８４】
しかし、図１１のグラフは、モータの低速回転時の態様であり、図１０のグラフに比して電圧指令値の１周期の長さが長くなる。電圧指令値の周波数は、モータの回転速度に比例するため、モータが低速回転すると電圧指令値の周期が長くなる。モータが低速回転する場合には、同じ変調方式が継続される時間が増加し、その増加した時間分の温度上昇を招くこととなり、下側のグラフに示す温度制限値Ｌｉｍを超えてしまうという問題が生じる。本発明は、このようなモータの低速回転時における上段及び下段スイッチング素子に発生する熱を抑制することを目的の１つとしている。
【００８５】
次に、本発明の特徴となるモータ制御装置１の動作について図１２ないし図１４に沿って説明する。
【００８６】
図１２は、モータ制御装置におけるＰＷＭ信号生成時の動作の流れを示すフローチャートである。まず、モータ制御装置１は、インバータ３に設けられたサーミスタ等の不図示の温度センサによってスイッチング素子の温度を取得する（ステップＳ１０１）。次に、スイッチング素子の温度が所定の温度（例えば、８０度）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０２：≧所定の温度）。所定の温度以上である場合には、スイッチング素子のスイッチングを停止する（ステップＳ１０３）。
【００８７】
スイッチング素子の温度が所定の温度未満である場合には（ステップＳ１０２：＜所定の温度）、電流指令値を取得し（ステップＳ１０４）、更にモータ電流、ロータ位置、モータ回転数を取得する（ステップＳ１０５）。また、不図示の電流センサ等から得られるモータ電流とロータ位置情報とにより、３相電流値を２相（ｄ−ｑ軸）電流値に変換する（ステップＳ１０６）。そして、ｄ，ｑ各軸の電流指令値と実電流値とを比較し、実電流が電流指令値に一致するようにｄ，ｑ各軸の電圧指令値を演算する（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。ｄ，ｑ各軸の２相の電圧指令値をロータ位置情報により３相電圧指令値に変換する（ステップＳ１０９）。
【００８８】
次に、モータの回転数を回転速度検知手段５によって検知し、一定値（本実施の形態では１００ｒｐｍ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。モータの回転数が一定値以上である場合は（ステップＳ１１０：≧一定値）、変調方式モード設定手段９により電圧指令値切換えモードが指令される（ステップＳ１１１）。電圧指令値切換えモードの動作の流れについては図１３に詳述する。
【００８９】
一方、モータの回転数が一定値未満である場合は（ステップＳ１１０：＜一定値）、変調方式モード設定手段９により一定時間切換えモードが指令される（ステップＳ１１２）。一定時間切換えモードの動作の流れについては図１４に詳述する。そして、ステップＳ１１１又はステップＳ１１２が終了した時点でＰＷＭ信号生成手段１２により、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各上下段のパルス信号を演算し（ステップＳ１１３）、処理を終える。
【００９０】
つづいて、図１３は、電圧指令値切換えモードの動作の流れを示すフローチャートである。
【００９１】
図１２のステップＳ１１０において、モータの回転数が一定値以上であると判断され（ステップＳ１１０：≧一定値）、電圧指令値切換えモードの処理に移行した際には、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電圧指令値のうち、その絶対値が最大の相のものを取得する（ステップＳ１２１）。そして、取得した電圧指令値がゼロ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２２）。取得した電圧指令値がゼロ以上である場合には（ステップＳ１２２：≧０）、変調方式設定手段１０により変調方式を上段還流型２相変調に切換える指令をパルス信号演算手段１１に送信し（ステップＳ１２３）、図１２のフローチャートのステップＳ１１１の処理へ戻る。一方、取得した電圧指令値がゼロ未満である場合には（ステップＳ１２２：＜０）、変調方式設定手段１０により変調方式を下段還流型２相変調に切換える指令をパルス信号演算手段１１に送信し（ステップＳ１２４）、図１２のフローチャートのステップＳ１１１の処理へ戻る。
【００９２】
次いで、本発明の特徴となる、モータ制御装置１における一定時間切換えモードについて説明する。図１４は、一定時間切換えモードの動作の流れを示すフローチャートである。
【００９３】
図１２のステップＳ１１０にて、モータの回転数が一定値未満であると判断され（ステップＳ１１０：＜一定値）、一定時間切換えモードの処理に移行した際には、前回の一定時間切換えモードによって変調方式が切換えられた後、タイマ検知手段７により検知される一定時間間隔が経過したか否かを判断する（ステップＳ１３１）。一定時間が経過していない場合には（ステップＳ１３１：Ｎｏ）、前回の変調方式の指令をそのままパルス信号演算手段１１に送信し（ステップＳ１３２）、図１２のフローチャートのステップＳ１１１の処理へ戻る。一方、一定時間が経過した場合には（ステップ１３１：Ｙｅｓ）、前回の変調方式ではないもう片方の変調方式（例えば、前回が上段還流型２相変調方式であった場合には、もう片方の下段還流型２相変調方式に切換える）に切換えた指令をパルス信号演算手段１１に送信し（ステップＳ１３３）、図１２のフローチャートのステップＳ１１１の処理へ戻る。
【００９４】
上述した図１４のフローチャートに示した一定時間切換えモードにてブラシレスＤＣモータ２の制御を行なうと、図１６に示すような結果のグラフを得ることができる。図１６は、一定時間切換えモードによるモータの低速域での変調方式の切換わりと、上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。
【００９５】
すなわち、図１６の上側のグラフには、モータのＵ，Ｖ，Ｗ相へ与えられる各電圧指令値の正弦波が示され、左端のグラフ開始位置から一定時間間隔毎に下段還流型２相変調と上段還流型２相変調とが交互に切換えられている。そして、下側のグラフには、上段のグラフのタイミングに合わせて上段スイッチング素子の温度変化を示す折れ線ｌｎ５と、下段スイッチング素子の温度変化を示す折れ線ｌｎ６とが示されている。
【００９６】
図１６の下側のグラフでは、グラフの開始位置から下段還流型２相変調されている間（範囲ＲＤ１）に、折れ線ｌｎ６の示す下段スイッチング素子の温度は上昇し、逆に折れ線ｌｎ５の示す上段スイッチング素子の温度は低減している。しかし、図１６におけるブラシレスＤＣモータ２は低速域で回転しているため、範囲ＲＤ１で示される所定時間が経過した場合には、上段還流型２相変調に切換えられる。これにより、下段スイッチング素子の温度が温度制限値Ｌｉｍを超える前に変調方式が切換わるので（時刻ｔｉｍ）、今度は折れ線ｌｎ５の示す上段スイッチング素子の温度が上昇し、逆に折れ線ｌｎ６の示す下段スイッチング素子の温度が低減する（範囲ＲＤ２）。
【００９７】
続く、上記以降も、所定時間が経過する毎に２つの変調方式が切換えられるので、折れ線ｌｎ５に示される上段スイッチング素子の温度、及び折れ線ｌｎ６に示される下段スイッチング素子の温度は、互いに発熱しつつも温度制限値Ｌｉｍを超えることがなくなる。これにより、図１１にて示した、上段及び下段還流型２相変調時の還流に起因したスイッチング素子の発熱を防止することができるようになる。
【００９８】
一方、図１５は、モータの回転数に対する同一変調方式の継続時間を示すグラフであり、同図には、同一の変調方式が継続される時間はモータの回転数の逆数に反比例することが示されている。また、図１５によると、モータの回転数が一定値以下となった際（図１５に示す境界値Ｌｉｍｋの示すモータ回転数以下となった際）には、同一変調方式の継続期間が制限値Ｌｉｍｔを超えてしまうことも示されている。ここで、仮にモータ制御装置１が、スイッチング素子の温度上昇が著しい場合にそのスイッチング動作を停止させるような温度保護制御機能を有していると、この制限値Ｌｉｍｔを超えてしまった場合に、その温度保護制御機能によりスイッチング動作を停止してしまうこととなる。
【００９９】
このような温度保護制御機能を有するモータ制御装置１にあっては、ブラシレスＤＣモータ２の回転数が一定値未満となった場合に、電圧指令値切換えモードを用いず、図１４にて前述した本発明の特徴である一定時間切換えモードを用いるようにする。これにより、その時点で設定されている変調方式を一定時間ごとに切換え、上段及び下段スイッチング素子群の温度上昇を夫々一定範囲内にバランスさせることで、上述した温度保護制御を機能させないようにすることができる。
【０１００】
以上説明した第１の実施の形態によると、変調方式設定手段１０が、タイマ検知手段７によって所定時間の経過を判定する毎に上段還流型２相変調方式による制御と下段還流型２相変調方式による制御とを切換えるので、ブラシレスＤＣモータ２の制御を行なう際に、常に２相変調方式を用いることにより、３相変調方式を用いる場合と比してスイッチングさせる素子の数が減少し、上段及び下段スイッチング素子群にて夫々生じる電力損失が低減することで各素子で生じる発熱が抑制される。更に、２通りの変調方式を一定時間毎に交互に切換えてＰＷＭ信号を生成することにより、上段及び下段スイッチング素子群の夫々で生じる電力損失を一定値以内に収める、すなわち一定時間毎に生じる温度上昇を所定の範囲内で均整させることで、各スイッチング素子やインバータ３に発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。
【０１０１】
また、変調方式設定手段１０が、回転速度検知手段５によってモータ２の回転速度が所定値未満であると判定される間は、タイマ検知手段７によって所定時間の経過が判定される毎に上段又は下段還流型２相変調方式を切換えるので、モータ２の低速回転時における、上段及び下段スイッチング素子群各々での通電時間の増加を抑制することができるようになる。すなわち、通電時間の増加による上段及び下段スイッチング素子群毎での電力損失の増加が抑えられ、２つの変調方式が切換わる毎に生じる温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータ３に発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。
【０１０２】
また、変調方式設定手段１０が、回転速度検知手段５によってモータの回転速度が所定値未満であると判定される間は、所定時間が経過される毎に上段還流型２相変調方式と下段還流型２相変調方式とを切換え、回転速度検知手段５によってモータの回転速度が所定値以上であると判定される間は、第１ないし第３相に応じた前記電圧指令値のうち、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が正の範囲のときには上段還流型２相変調方式による制御に切換え、絶対値が最も大きく且つ電圧指令値が負の範囲のときには下段還流型２相変調方式による制御に切換えるので、モータの低速回転時においては、変調方式を一定時間毎に切換えることによって上段及び下段スイッチング素子群での温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることができる。一方、それ以外の速度域においては、モータの回転角度毎に変調方式を有効に切換えることによって上段及び下段スイッチング素子群の温度上昇を夫々所定の範囲内に抑えることができる。これにより、モータ制御時における、スイッチング素子やインバータに発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。
【０１０３】
以上で説明した第１の実施の形態においては、回転速度検知手段５が検知する回転速度の設定値を１つだけ用いて説明を行なったが、複数の値を設定自在とし、回転速度検知手段５が夫々の設定値を検知することにより、それら複数の速度毎で段階的に、モードの切換え、又は、上段もしくは下段還流型２相変調方式の切換えを行なうようにしてもよい。
【０１０４】
また、第１の実施の形態においては、変調方式モード設定手段９が、回転速度検知手段５によって検知されたモータ２の回転数が所定の値以上である際を高速域であると判定し、モータ２の回転数が所定の値未満である際を低速域であると判定するとして説明を行なったが、本モータ制御は、上記所定の値を閾値（つまり境界値）として「値の大きい側」と「値の小さい側」とを判別するようにした当該判定手法に限らず、次のようにすることもできる。即ち、「モータ２の回転数が所定の値以上である」という上記判定条件を、「モータ２の回転数が所定の値を超える」という判定条件に代えて該判定条件を満たした際を高速域であると判定し、また「モータ２の回転数が所定の値未満である」という判定条件を、「モータ２の回転数が所定の値以下である」という上記判定条件に代えて該判定条件を満たした際を低速域であると判定する判定手法としてもよいことは勿論である。この場合も、前者の判定手法と同様の作用効果を奏することができることは言うまでもない。
【０１０５】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係るモータ制御装置を図１７を用いて説明する。図１７は、第２の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、第２の実施の形態に係るモータ制御装置２０は、上記第１の実施の形態に示したモータ制御装置１と略同様の構成であって、図１ないし図１６と同一の符号は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
【０１０６】
図１７に示すように、モータ制御装置２０は、回転速度検知手段５と、変調方式モード設定手段９と、変調方式設定手段１０と、パルス信号演算手段１１と、ＰＷＭ信号生成手段１２と、温度判定手段２２とから構成されている。この温度判定手段２２は、サーミスタセンサ等の温度検出素子２１から送られるインバータ３に実装された上段及び下段スイッチング素子の温度データを受信し、夫々所定温度（例えば８０℃）以上であるか否かの判定を行なう。
【０１０７】
本実施の形態における変調方式モード設定手段９は、所定のモード設定又は回転速度検知手段５による検知結果に基づき、以下の２通りの変調方式モードのうち何れに切換えるかの指令（モード指令）を変調方式設定手段１０に対して発行する。この２通りの変調方式モードには、第１の実施の形態にて説明を行なった電圧指令値切換えモードと、上段又は下段スイッチング素子の温度毎に２つの変調方式の切換えを行なう温度切換えモードとがある。
【０１０８】
変調方式設定手段１０は、変調方式モード設定手段９からのモード指令が温度切換えモードである際に、上段スイッチング素子の温度が所定温度以上である場合には下段還流型２相変調方式に切換える切換え指令をパルス信号演算手段１１に送信し、下段スイッチング素子の温度が所定温度以上である場合には上段還流型２相変調方式に切換える切換え指令をパルス信号演算手段１１に送信する。なお、変調方式モード設定手段９からのモード指令が電圧指令値切換えモードである際には、第１の実施の形態の場合と同様の処理が行なわれる。また、上記変調方式設定手段１０に続くパルス信号演算手段１１及びＰＷＭ信号生成手段１２の処理については、第１の実施の形態と同様の処理が行なわれるため、その説明は省略する。
【０１０９】
ところで、第１の実施の形態にて示した本発明の基礎となるモータ制御装置では、以下のような問題点が挙げられていた。このモータ制御装置においてモータが回転制御される際には、その回転数に拘らず常に電圧指令値切換えモードが設定され、その変調方式が上段又は下段還流型２相変調方式に切換えられていた。そして、この電圧指令値切換えモード設定のまま、モータの回転数が所定値未満となる低速域に入ると、図１１に示したように電圧指令値の正弦波周期が長くなる、すなわち同一変調方式の継続時間が増加することによるインバータ３内（詳しくは、上段スイッチング素子或いは下段スイッチング素子）の温度上昇が生じる。
【０１１０】
図１１にて示した上記問題点に対し、本実施の形態におけるモータ制御装置２０では、以下の制御動作が行なわれる。
【０１１１】
まず、モータ２の回転時、回転速度検知手段５によって検知されたモータ２の回転数が所定値以上の高速回転域と判定されている間は、変調方式モード設定手段９によって電圧指令値切換えモードが設定される。この高速回転域において、上段又は下段還流型２相変調変調方式がモータの回転角度毎（６０度）に夫々切換えられている間は、温度検出素子２１によって検出される上段及び下段スイッチング素子の各温度は温度制限値Ｌｉｍを超過することはない（図１０の下側のグラフ参照）。
【０１１２】
一方、モータ２の回転数が所定値未満の低速回転域となり、この低速回転域においても電圧指令値切換えモードが継続した場合には、温度検出素子２１によって検出される上段又は下段スイッチング素子の各温度は交互に上昇し、図１１の下側のグラフに示されたように夫々が温度制限値Ｌｉｍを超過する状態となる。
【０１１３】
このような各スイッチング素子の温度が超過状態となることを抑えるために、本実施の形態では、変調方式モード設定手段９が、モータ２の回転数が所定値未満の低速域となった際には、電圧指令値切換えモードから温度切換えモードに設定を切換える。
【０１１４】
上記温度切換えモードにおいては、温度検出素子２１からの温度データを温度判定手段２２によって判定し、上段スイッチング素子の温度が温度制限値Ｌｉｍ以上となった際には下段還流型２相変調変調方式に切換え、下段スイッチング素子の温度が温度制限値Ｌｉｍ以上となった際には上段還流型２相変調変調方式に切換える。かかる切換え動作を行なうことにより、上段及び下段スイッチング素子の温度は夫々温度制限値Ｌｉｍを超過しなくなり、上段及び下段スイッチング素子の何れか一方の温度が偏って上昇することがなく、温度が一定以内の均整された状態に保たれる。
【０１１５】
以上説明した第２の実施の形態によると、温度判定手段２２が上段又は下段スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったことを判定する毎に、変調方式設定手段１０が上段還流型２相変調方式による制御と下段還流型２相変調方式による制御とを切換えるので、ブラシレスＤＣモータ２の制御を行なう際に、常に２相変調方式を用いることにより、３相変調方式を用いる場合と比してスイッチングさせる素子の数が減少し、上段及び下段スイッチング素子群にて夫々生じる電力損失が低減することで各素子で生じる発熱が抑制される。更に、２通りの変調方式を上段及び下段スイッチング素子群に生じる温度毎に交互に切換えてＰＷＭ信号を生成することにより、上段及び下段スイッチング素子群の夫々で生じる電力損失を一定値以内に収める、すなわち一定時間毎に生じる温度上昇を所定の範囲内で均整させることで、各スイッチング素子やインバータ３に発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。
【０１１６】
また、変調方式設定手段１０が、回転速度検知手段５によってモータ２の回転速度が所定値未満であると判定される間は、温度判定手段２２によって上段又は下段スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったことを判定する毎に変調方式を切換えるので、モータ２の低速回転時における、上段及び下段スイッチング素子群各々での通電時間の増加を抑制することができるようになる。すなわち、通電時間の増加による上段及び下段スイッチング素子群毎での電力損失の増加が抑えられ、２つの変調方式が切換わる毎に生じる温度上昇を夫々所定の範囲内で均整させることで、スイッチング素子やインバータ３に発生し得る熱に起因した連続運転時間の低下や最大トルクの低下を抑えることができるようになる。
【０１１７】
以上で説明した第２の実施の形態においては、変調方式モード設定手段９が、回転速度検知手段５によって検知されたモータ２の回転数が所定の値以上である際を高速域であると判定し、モータ２の回転数が所定の値未満である際を低速域であると判定するとして説明を行なったが、既に第１の実施の形態において述べたように、モータ２の回転数が所定の値を超える場合を高速域であるとし、モータ２の回転数が所定の値以下の場合を低速域であると判定して各モード指令を切換えさせてもよいことは勿論である。この場合も、前者の判定手法と同様の作用効果を奏することができることは言うまでもない。
【０１１８】
また、第２の実施の形態においては、温度判定手段２２が、上段又は下段スイッチング素子の何れかが所定温度以上となったか否かを判定するとして説明を行なったが、これにおいても上記した回転数の場合と同様、所定温度を超過したか否かによって判定させることで変調方式を切換えさせるようにしてもよく、その場合も、所定温度以上となったか否かを判定する上記手法と同様の作用効果を奏することができることは勿論である。
【０１１９】
以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明のモータ制御装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したモータ制御装置も、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】第１の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】インバータ内のモータ制御を行なうスイッチング回路を示す結線図である。
【図３】上段還流型２相変調方式における各相上下段のスイッチ状態の一例を示したタイミングチャートである。
【図４】ａ，ｂ，ｃ相への各電圧指令値及び上段還流型２相変調におけるデューティの一例を示すグラフである。
【図５】上段還流型２相変調方式における還流の一例を示す回路図である。
【図６】下段還流型２相変調方式における各相上下段のスイッチ状態の一例を示したタイミングチャートである。
【図７】ａ，ｂ，ｃ相への各電圧指令値及び下段還流型２相変調におけるデューティの一例を示すグラフである。
【図８】下段還流型２相変調方式における還流の一例を示す回路図である。
【図９】ａ，ｂ，ｃ相への各電圧指令値と、それに基づく上段及び下段還流型２相変調を交互に用いたデューティの一例を示すグラフである。
【図１０】変調方式の切換わりと上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１１】モータの低速域での変調方式の切換わりと上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１２】モータ制御装置におけるＰＷＭ信号生成時の動作の流れを示すフローチャートである。
【図１３】電圧指令値切換えモードの動作の流れを示すフローチャートである。
【図１４】一定時間切換えモードの動作の流れを示すフローチャートである。
【図１５】モータの回転数に対する同一変調方式の継続時間を示すグラフである。
【図１６】一定時間切換えモードによるモータの低速域での変調方式の切換わりと、上段及び下段スイッチング素子の温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１７】第２の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１  モータ制御装置
２  ブラシレスＤＣモータ（モータ）
３  インバータ
５  回転速度検知手段（回転速度判定手段）
７  タイマ検知手段（経過時間判定手段）
１０  変調方式設定手段（切換え手段）
１１  パルス信号演算手段（第１パルス生成手段、第２パルス生成手段）
１２  ＰＷＭ信号生成手段（第１パルス生成手段、第２パルス生成手段）
２０  モータ制御装置
Ａ  スイッチング素子群（第１スイッチング素子群）
Ｂ  スイッチング素子群（第２スイッチング素子群）
Ｌｉｍ  温度制限値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006174659.tif 000021
【図１２】
2006174659.tif 000022
【図１３】
2006174659.tif 000023
【図１４】
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【図１５】
2006174659.tif 000025
【図１６】
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【図１７】
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