(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅変調信号により各々オンオフ制御される複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子のオンオフ状態に応じた駆動電圧でモータを駆動する駆動部と、
所定周期で繰り返し動作し、動作開始時に、各々周波数が異なる複数の予め定められた信号から選択した信号及び指令信号に基づいてパルス幅変調信号を生成し、生成したパルス幅変調信号を用いて前記駆動部の前記複数のスイッチング素子のオンオフ状態を制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、前記複数の予め定められた信号の中の１つの信号を基準信号として定め、該基準信号以外の信号に基づいたパルス幅変調信号を用いて生成される駆動電圧が、前記基準信号に基づいたパルス幅変調信号を用いて生成される駆動電圧と同じになるように、前記基準信号以外の信号に基づいて生成されたパルス幅変調信号を補正するモータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の予め定められた信号から重複しないように１の信号を順次選択し、前記複数の予め定められた信号の最後の１つを選択した後は、最初に選択した信号から重複しないように１の信号を順次選択することを繰り返す請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数の予め定められた信号からランダムに１の信号を選択する請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記基準信号に基づいたパルス幅変調信号と、前記基準信号以外の信号に基づいたパルス幅変調信号との各々でデッドタイムの影響を排した実質値が同じになるように、前記基準信号以外の信号に基づいたパルス幅変調信号を補正する請求項１〜３のいずれか１項記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出部を含み、
前記制御部は、前記指令信号が示す目標回転速度と前記回転速度検出部によって検出された前記モータの実回転速度との偏差を解消するように前記モータの駆動電圧を算出する請求項１〜４のいずれか１項記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用エアコンのブロアモータ等に用いられるブラシレスＤＣモータ（以下、「モータ」と略記）の制御装置は、目標回転速度に対応したデューティ比の電圧をインバータ回路に生成させ、生成させた電圧をモータのコイルに印加させている。
【０００３】
インバータ回路４０は、スイッチング素子を含み、スイッチング素子をオンオフさせて電源の直流電圧をパルス状の波形に変調して電圧調整をするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により、モータのコイルに印加する電圧を生成する。しかしながら、ＰＷＭの制御に伴ってモータからノイズが発生する場合がある。
【０００４】
ＰＷＭに起因するノイズを抑制するには、ＰＷＭによって生成される電圧の波形の１周期を逐次変更するスペクトラム拡散が有効である。電圧の波形の１周期を変更するには、スイッチング素子をオンオフさせるためのＰＷＭ信号の生成に係る搬送波周波数を変更する。搬送波周波数を変更することにより、ＰＷＭを原因とするモータからの騒音は短時間毎に変化して一様に拡散されるので、モータからのノイズが低減される。
【０００５】
電圧の波形の１周期が変更になっても、電圧の波形の１周期に対するスイッチング素子がオンになったことで生じる１のパルスの時間の割合であるデューティ比が同じであれば、理論上は、モータのコイルに印加される電圧の実効値は変わらない。図８（Ａ）は、ＰＷＭの１周期が長い場合、図８（Ｂ）はＰＷＭの１周期が短い場合を各々示しているが、デューティ比はいずれもＸ％なので、モータのコイルに印加される電圧の実効値は理論上は同じになる。
【０００６】
特許文献１には、信号波と搬送波とからＰＷＭ信号を生成する際に、ＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散によってランダムに切り換える電動コンプレッサの発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−６２９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、スペクトラム拡散専用の集積回路が別途必要であり、実装すべき部品が増えることで、製品の製造コストが嵩むという問題があった。さらに、スペクトラム拡散専用の集積回路を実装するには、モータ駆動装置の回路を変更する必要があり、回路変更には時間と手間がかかるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、既存回路の変更を要さずにＰＷＭの搬送波周波数を逐次変更することが可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１記載のモータ駆動装置は、パルス幅変調信号により各々オンオフ制御される複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子のオンオフ状態に応じた駆動電圧でモータを駆動する駆動部と、所定周期で繰り返し動作し、動作開始時に、各々周波数が異なる複数の予め定められた信号から選択した信号及び指令信号に基づいてパルス幅変調信号を生成し、生成したパルス幅変調信号を用いて前記駆動部の前記複数のスイッチング素子のオンオフ状態を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記複数の予め定められた信号の中の１つの信号を基準信号として定め、該基準信号以外の信号に基づいたパルス幅変調信号を用いて生成される駆動電圧が、前記基準信号に基づいたパルス幅変調信号を用いて生成される駆動電圧と同じになるように、前記基準信号以外の信号に基づいて生成されたパルス幅変調信号を補正する。
【００１１】
このモータ駆動装置は、予め定められた複数の周波数の信号から選択した１の周波数に従った周期で指令信号に基づいたパルス幅変調信号を生成している。予め定められた周波数から１の周波数の信号を選択する処理は、制御部のプログラムを変更することで可能なので、既存回路の変更を要さずにＰＷＭの搬送波周波数を逐次変更することが可能となる。また、このモータ駆動装置によれば、ＰＷＭの搬送波周波数の変更により、モータに印加する電圧の実効値が変化した場合でも、基準周波数によるＰＷＭと同じ電圧をモータに印加できるので、モータの回転を円滑に制御できる。
【００１２】
請求項２記載のモータ駆動装置は、請求項１記載のモータ駆動装置において、前前記制御部は、前記複数の予め定められた信号から重複しないように１の信号を順次選択し、前記複数の予め定められた信号の最後の１つを選択した後は、最初に選択した信号から重複しないように１の信号を順次選択することを繰り返す。
【００１３】
複数の信号から周波数の重複を避けて１の信号を選択する処理は、制御部のプログラムを変更することで可能となる。従って、このモータ駆動装置によれば、既存回路の変更を要さずにＰＷＭの搬送波周波数を逐次変更することが可能となる。
【００１４】
請求項３記載のモータ駆動装置は、請求項１記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、前記複数の予め定められた信号からランダムに１の信号を選択する。
【００１５】
複数の信号からランダムに１の信号を選択する処理は、制御部のプログラムを変更することで可能となる。従って、このモータ駆動装置によれば、既存回路の変更を要さずにＰＷＭの搬送波周波数を逐次変更することが可能となる。
【００１８】
請求項４記載のモータ駆動装置は、請求項１〜３のいずれか１記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、前記基準信号に基づいたパルス幅変調信号と、前記基準信号以外の信号に基づいたパルス幅変調信号との各々でデッドタイムの影響を排した実質値が同じになるように、前記基準信号以外の信号に基づいたパルス幅変調信号を補正する。
【００１９】
このモータ駆動装置によれば、デッドタイムの影響により、ＰＷＭの搬送波周波数を変更した際にモータに印加する電圧の実効値が変化した場合でも、基準周波数によるＰＷＭと同じ電圧をモータに印加できるので、モータの回転を円滑に制御できる。
【００２０】
請求項５記載のモータ駆動装置は、請求項１〜４のいずれか１項記載載のモータ駆動装置において、前記モータの回転速度を検出する回転速度検出部を含み、前記制御部は、前記指令値が示す目標回転速度と前記回転速度検出部によって検出された前記モータの実回転速度との偏差を解消するように前記モータの駆動電圧を算出する。
【００２１】
このモータ駆動装置によれば、指令信号が示す回転速度とモータの実際の回転速度との偏差を解消するＰＩ制御によって、駆動電圧を算出することにより、モータの実際の回転速度を鑑みたモータの回転速度の制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を用いたモータユニットの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置の概略を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置の機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置のＰＩデューティ算出部におけるＰＩデューティ算出処理の一例を示したフローチャートである。
【図５】（Ａ）は、搬送波周波数がｆ1ｋＨｚの場合のＰＷＭ信号、（Ｂ）は、搬送波周波数がｆ3ｋＨｚの場合のＰＷＭ信号を各々示している。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るモータ駆動装置の機能ブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態において搬送波周波数がｆ1ｋＨｚの場合のＰＷＭ信号の補正の一例を示した概略図である。
【図８】（Ａ）は、ＰＷＭの１周期が長い場合、図８（Ｂ）はＰＷＭの１周期が短い場合を各々示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態に係るモータ駆動装置２０を用いたモータユニット１０の構成を示す概略図である。図１の本実施の形態に係るモータユニット１０は、一例として車載エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。
【００２４】
本実施の形態に係るモータユニット１０は、ステータ１４の外側にロータ１２が設けられた、アウターロータ構造の三相モータに係るものである。ステータ１４はコア部材に導線が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ駆動装置２０の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。
【００２５】
ロータ１２の内側（図示せず）にはロータマグネットが設けられており、ロータマグネットは、ステータ１４で生じた回転磁界に対応することにより、ロータ１２を回転させる。ロータ１２にはシャフト１６が設けられており、ロータ１２と一体になって回転する。図１には示していないが、本実施の形態ではシャフト１６には、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが設けられ、当該多翼ファンがシャフト１６と共に回転することにより、車載エアコンにおける送風が可能となる。
【００２６】
ステータ１４は、上ケース１８を介して、モータ駆動装置２０に取り付けられる。モータ駆動装置２０は、モータ駆動装置２０の基板２２と、基板２２上の素子から生じる熱を放散するヒートシンク２４とを備えている。ロータ１２、ステータ１４及びモータ駆動装置２０を含んで構成されるモータユニット１０には、下ケース６０が取り付けられる。
【００２７】
図２は、本実施の形態に係るモータ駆動装置２０の概略を示す図である。インバータ回路４０は、モータ５２のステータ１４のコイルに供給する電力をスイッチングする。例えば、インバータＦＥＴ４４Ａ、４４ＤはＵ相のコイル１４Ｕに、インバータＦＥＴ４４Ｂ、４４ＥはＶ相のコイル１４Ｖに、インバータＦＥＴ４４Ｃ、４４ＦはＷ相のコイル１４Ｗに、各々供給する電力のスイッチングを行う。
【００２８】
インバータＦＥＴ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの各々のドレインは、ノイズ除去用のチョークコイル４６を介して車載のバッテリ８０の正極に接続されている。また、インバータＦＥＴ４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆの各々のソースは、逆接防止ＦＥＴ４８を介してバッテリ８０の負極に接続されている。
【００２９】
本実施の形態では、シャフト１６と同軸に設けられたロータマグネット１２Ａ又はセンサマグネットの磁界をホール素子１２Ｂが検出する。マイコン３２は、ホール素子１２Ｂにより検出された磁界に基づいてロータ１２の回転速度及び位置（回転位置）を検出し、ロータ１２の回転速度及び回転位置に応じてインバータ回路４０のスイッチングの制御を行う。
【００３０】
マイコン３２には、エアコンのスイッチ操作に対応してエアコンを制御するエアコンＥＣＵ８２からのロータ１２の回転速度に係る速度指令値を含む指令信号が入力される。また、マイコン３２には、サーミスタ５４Ａと抵抗５４Ｂとで構成された分圧回路５４と、インバータ回路４０とバッテリ８０の負極との間に設けられた電流検出部５６とが接続されている。
【００３１】
分圧回路５４を構成するサーミスタ５４Ａは、回路の基板２２の温度に応じて抵抗値が変化するので、分圧回路５４が出力する信号の電圧は基板２２の温度に応じて変化する。マイコン３２は、分圧回路５４から出力される信号の電圧の変化に基づいて、基板２２の温度を算出する。
【００３２】
電流検出部５６は、抵抗値が０．２ｍΩ〜数Ω程度のシャント抵抗５６Ａと、シャント抵抗５６Ａの両端の電位差を増幅してシャント抵抗５６Ａの電流に比例する電圧値を信号として出力するアンプ５６Ｂとを含み、アンプ５６Ｂが出力した信号は、マイコン３２の温度保護制御部６２に入力される。温度保護制御部６２は、アンプ５６Ｂが出力した信号に基づいて、インバータ回路４０の電流を算出する。
【００３３】
本実施の形態では、サーミスタ５４Ａを含む分圧回路５４からの信号、電流検出部５６が出力した信号、及びホール素子１２Ｂが出力した信号は、マイコン３２内の温度保護制御部６２に入力される。温度保護制御部６２は、各々入力された信号に基づいて基板２２の素子の温度及びインバータ回路４０の電流等を算出する。また、温度保護制御部６２には、電源であるバッテリ８０が接続されており、温度保護制御部６２は、バッテリ８０の電圧を電源電圧値として検知する。
【００３４】
エアコンＥＣＵ８２からの指令信号であるＳＩ信号は、マイコン３２内の回転数情報部７２に入力され、ＳＩ信号に基づいた目標回転速度が算出される。回転数情報部７２には、ホール素子１２Ｂが出力した信号も入力され、ロータ１２の実回転速度が算出される。回転数情報部７２は、算出した目標回転速度及び実回転速度の情報をＰＩデューティ算出部７４に出力する。
【００３５】
ＰＩデューティ算出部７４は、回転数情報部７２が算出した目標回転速度と実回転速度とから、実回転速度を目標回転速度に変化させる場合にステータ１４のコイルに印加する電圧のデューティ比をいわゆるＰＩ制御によって算出する。ＰＩデューティ算出部７４は、目標回転速度と実回転速度との偏差と目標回転速度における電圧と実回転速度における電圧との偏差との比例関係に基づいて目標回転速度における電圧のデューティ比を算出する。また、ＰＩデューティ算出部７４は、上記の比例関係のみでは残留偏差が生じる場合に、かかる残留偏差を偏差積分によって解消する。ＰＩデューティ算出部７４は算出したデューティ比を示す矩形波信号を生成し、ＰＷＭデューティ算出部６６に出力する。
【００３６】
ホール素子１２Ｂが出力した信号は、電気角位置情報部７６にも入力され、ロータ１２の位置が算出される。電気角位置情報部７６が算出したロータ１２の位置情報は、ＰＷＭデューティ算出部６６に出力される。
【００３７】
ＰＷＭデューティ算出部６６は、ＰＩデューティ算出部７４が生成した矩形波信号及び電気角位置情報部７６が算出したロータ１２の位置情報に基づいてＰＷＭ信号を生成する。具体的には、ＰＩデューティ算出部７４が生成した矩形波信号の位相を、電気角位置情報部７６が算出したロータ１２の位置情報に同期させる。ＰＷＭデューティ算出部６６は、生成したＰＷＭ信号をプリドライバ７８に出力する。プリドライバ７８は、入力されたＰＷＭ信号を増幅してＦＥＴゲート信号を作成し、インバータ回路４０のインバータＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆの各々のゲートに印加する。
【００３８】
ＰＷＭデューティ算出部６６が算出したＰＷＭ信号は、温度保護制御部６２に入力される。温度保護制御部６２は、基板２２の素子の温度と、ロータ１２の回転速度と、モータ５２及びモータ駆動装置２０の回路の負荷と、に基づいて、ＰＷＭデューティ算出部６６が算出したＰＷＭ信号のデューティ比が適切か否かを判定する。温度保護制御部６２は、ＰＷＭデューティ算出部６６が算出したＰＷＭ信号のデューティ比が過大な場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比を補正して、ＰＷＭデューティ算出部６６にフィードバックする。モータ及び回路の負荷は、例えば、インバータ回路４０の電流又は電源電圧である。
【００３９】
また、温度保護制御部６２には、記憶装置であるメモリ６８が接続されている。メモリ６８は、モータ５２及び回路が過負荷状態になった場合にデューティ比を制限するための制限値等を記憶している。
【００４０】
図３は、本実施の形態に係るモータ駆動装置２０の機能ブロック図である。図示していないが、回転数情報部７２には、エアコンＥＣＵ８２から回転速度の指令信号であるＳＩ信号が入力される。目標速度算出部６４Ａは、入力されたＳＩ信号からモータ５２の目標回転速度を算出する。
【００４１】
モータ５２の実際の回転速度である実回転速度は、ホール素子１２Ｂが検知したセンサマグネットまたはロータマグネット１２Ａの磁界に応じた信号から回転数情報部７２が算出する。回転数情報部７２が算出した実回転速度は、回転数情報部７２が算出した目標回転速度と共にＰＩデューティ算出部７４に入力される。
【００４２】
ＰＩデューティ算出部７４は、回転数情報部７２が算出した目標回転速度と実回転速度との偏差が解消されるように、ステータ１４のコイルに印加する電圧のデューティ比をＰＩ制御によって算出する。また、ＰＩデューティ算出部７４は、搬送波周波数に従った周期を有し、かつＰＩ制御によって算出したデューティ比を示す矩形波信号を生成する。
【００４３】
ＰＩデューティ算出部７４は、矩形波信号の生成に係る搬送波周波数を、マイコン３２の制御周期毎に変更する。本実施の形態では、ＰＷＭ信号の搬送波周波数を、例えば、ｆ1ｋＨｚ、ｆ2ｋＨｚ、ｆ3ｋＨｚ、ｆ4ｋＨｚ、ｆ5ｋＨｚの５段階で変更する。本実施の形態では、ｆ1ｋＨｚ、ｆ2ｋＨｚ、ｆ3ｋＨｚ、ｆ4ｋＨｚ、ｆ5ｋＨｚから周波数が重複しないように１の周波数の信号を順次選択する。ｆ1ｋＨｚ、ｆ2ｋＨｚ、ｆ3ｋＨｚ、ｆ4ｋＨｚ、ｆ5ｋＨｚのうちの最後の１つを選択した後は、最初に選択した周波数の信号から重複しないように１の周波数の信号を順次選択することを繰り返す。
【００４４】
周波数変更の態様は、例えば、マイコン３２の制御周期毎に、ｆ1ｋＨｚ→ｆ2ｋＨｚ→ｆ3ｋＨｚ→ｆ4ｋＨｚ→ｆ5ｋＨｚのように、低い周波数から高い周波数へ順に選択して変更する。そして、最も高い周波数であるｆ5ｋＨｚを選択した制御周期に後続する１の制御周期では最も低い周波数であるｆ1ｋＨｚを選択し、以後、再び低い周波数から高い周波数へ順に変更する。
【００４５】
ｆ5ｋＨｚ→ｆ4ｋＨｚ→ｆ3ｋＨｚ→ｆ2ｋＨｚ→ｆ1ｋＨｚのように、高い周波数から低い周波数へ順に選択して変更してもよい。そして、最も低い周波数であるｆ1ｋＨｚを選択した制御周期に後続する１の制御周期では最も高い周波数であるｆ5ｋＨｚを選択し、以後、再び高い周波数から低い周波数へ順に変更する。
【００４６】
または、最も高い周波数であるｆ5ｋＨｚを選択した制御周期に後続する制御周期ではｆ5ｋＨｚに次いで高い周波数であるｆ4ｋＨｚから低い周波数の順に１の周波数を選択すると共に、最も低い周波数であるｆ1ｋＨｚを選択した制御周期に後続する制御周期では、ｆ1ｋＨｚに次いで低い周波数から高い周波数の順に１の周波数を選択する。
【００４７】
さらには、ｆ1ｋＨｚ、ｆ2ｋＨｚ、ｆ3ｋＨｚ、ｆ4ｋＨｚ、ｆ5ｋＨｚの中から、マイコン３２の制御周期毎にランダムに選択することにより、周波数を変更してもよい。
【００４８】
図３では、ＰＩデューティ算出部７４はｆ4ｋＨｚの周波数を選択して、ＰＩ制御で算出したデューティ比を示す矩形波信号を生成している。ＰＩデューティ算出部７４によって生成された矩形波信号は、ＰＷＭデューティ算出部６６に出力される。
【００４９】
ＰＩデューティ算出部７４によるＰＩ制御によって算出したデューティ比を示す矩形波信号の生成は、公知の技術に基づくもので、波形が三角波である搬送波の信号とＰＩ制御によって算出したデューティ比を示す信号とをコンパレータ等の回路を用いて比較する。例えば、搬送波の信号に対してデューティ比を示す信号が小さければハイレベルの信号を、搬送波の信号に対してデューティ比を示す信号が大きければローレベルの信号を、コンパレータ等の回路から各々出力することにより、搬送波周波数に従った周期を有し、かつＰＩ制御によって算出したデューティ比を示す矩形波の信号を生成する。
【００５０】
前述のように、ホール素子１２Ｂが出力した信号は、電気角位置情報部７６にも入力され、ロータ１２の位置が算出される。電気角位置情報部７６が算出したロータ１２の位置情報は、ＰＷＭデューティ算出部６６に出力される。
【００５１】
ＰＷＭデューティ算出部６６は、ＰＩデューティ算出部７４が生成した矩形波信号及び電気角位置情報部７６が算出したロータ１２の位置情報に基づいて、インバータ回路４０の制御するためのＰＷＭ信号を生成してプリドライバ７８に出力する。プリドライバ７８は、入力されたＰＷＭ信号を増幅してインバータＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆの各々をスイッチングさせるためのＦＥＴゲート信号を生成し、インバータＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆの各々のゲートに印加する。
【００５２】
３相インバータであるインバータ回路４０は、プリドライバ７８から出力されたＦＥＴゲート信号に従ってインバータＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆをスイッチングさせ、バッテリ８０から供給された電力からモータ５２のコイルに印加する電圧を生成する。
【００５３】
図４は、本実施の形態に係るモータ駆動装置２０のＰＩデューティ算出部７４におけるＰＩデューティ算出処理の一例を示したフローチャートである。図４の処理は、マイコン３２が新たな制御周期に移行した際に開始され、当該制御周期の終了と共にリターンする。
【００５４】
ステップ４００では、回転数情報部７２が算出した目標回転速度と実回転速度を取得し、ステップ４０２では、搬送波周波数を変更する。搬送波周波数を直前の制御周期での周波数から変更する態様は、前述のように、低い周波数から高い周波数へ段階的に変更してもよいし、高い周波数から低い周波数へ段階的に変更してもよい。さらには、制御周期毎にランダムに選択してもよい。
【００５５】
ステップ４０４では、回転数情報部７２が算出した目標回転速度と実回転速度との偏差が解消されるように、ステータ１４のコイルに印加する電圧のデューティ比をＰＩ制御によって算出する。ステップ４０６では、ステップ４０２で変更した周波数の搬送波信号とステップ４０４で算出したデューティ比とに基づいてＰＷＭに係る矩形波信号を生成して処理をリターンする。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、デューティ比を示す矩形波信号に生成に係る搬送波周波数を、マイコン３２の制御周期毎に変更することにより、ＰＷＭ制御時に随伴するノイズを低減できる。本実施の形態では、周波数は、予め定められた複数の周波数から１の周波数を選択することにより変更する。
【００５７】
一般のスペクトラム拡散では、上限値と中間値と下限値とが設定された周波数の範囲から周波数をランダムに設定するが、かかる制御では、スペクトラム拡散専用の集積回路が必須となる。当該集積回路を既存のモータ駆動装置に組み込むには、モータ駆動装置の回路構成を変更する必要があり、実用化にはコスト、時間及び労力を要する。
【００５８】
しかしながら、本実施の形態では、有限個の周波数の選択肢から１の周波数を選択するというものであり、マイコン３２を動作させるプログラムの変更によって対処可能である。その結果、スペクトラム拡散専用の集積回路は不要であり、当該集積回路を既存のモータ駆動装置に組み込むためのコスト、時間及び労力を要しない。
【００５９】
また、本実施の形態では、例えば、ｆ1ｋＨｚ、ｆ2ｋＨｚ、ｆ3ｋＨｚ、ｆ4ｋＨｚ、ｆ5ｋＨｚのように隣接する周波数の間隔を広く設定することにより、変更前の周波数と変更後の周波数が近似するという状況を回避できる。変更前の周波数と変更後の周波数が近似すると、変更前の周波数と変更後の周波数との各々に随伴するサイドバンド周波数同士が重畳されてノイズが悪化するおそれがあるが、上述のように、隣接する周波数の間隔を広く設定することにより、サイドバンド周波数同士が重畳されることを防止できる。
【００６０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、ＰＷＭ信号の生成に係る搬送波周波数を、マイコン３２の制御周期毎に変更することにより、モータ５２から生じるノイズを低減した。しかしながら、ＰＷＭ信号の生成に係る搬送波周波数を変更すると、モータ５２に印加される電圧のデューティ比が変動し、モータ５２からノイズが発生する場合があった。かかるノイズを抑制するには、例えば、ｆ1ｋＨｚ、ｆ2ｋＨｚ、ｆ3ｋＨｚ、ｆ4ｋＨｚ、ｆ5ｋＨｚから１の基準周波数を定め、基準周波数以外の周波数に従ったＰＷＭ信号に基づいて生成される電圧が、基準周波数に従った周期のＰＷＭ信号に基づいて生成される電圧と同じになるようにする。
【００６１】
モータ制御用のマイコンには、インバータＦＥＴ４４ＡとインバータＦＥＴ４４Ｄとのように、直列で接続されたＦＥＴに貫通電流が流れないように、ＰＷＭ信号の矩形波には、ＦＥＴをオンにしないデッドタイムを必ず設けるようになっている。このデッドタイムの存在により、ＰＷＭ信号の周期が異なると、モータ５２の回転に作用するデューティ比の実質値が変化する。
【００６２】
図５（Ａ）は、搬送波周波数がｆ1ｋＨｚの場合のＰＷＭ信号、図５（Ｂ）は、搬送波周波数がｆ3ｋＨｚの場合のＰＷＭ信号を各々示している。搬送波周波数がｆ1ｋＨｚの場合は、指令ＰＷＭデューティ比がＸ％であれば、下記の式（１）のように、デッドタイムＤf1を指令ＰＷＭデューティから減算して、１周期Ｐf1で除算した値が周波数ｆ1ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティＤrf1となる。
Ｄrf1＝(Ｐf1・Ｘ-Ｄf1)/Ｐf1        …(1)
【００６３】
搬送波周波数がｆ3ｋＨｚの場合は、指令ＰＷＭデューティ比がＸ％であれば、下記の式（２）のように、デッドタイムＤf3を指令ＰＷＭデューティから減算して、１周期Ｐf3で除算した値が周波数ｆ3ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティＤrf3となる。
Ｄrf3＝(Ｐf3・Ｘ-Ｄf3)/Ｐf3        …(2)
【００６４】
図５に示したように、搬送波周波数が大きくなるほど、矩形波の周期は短くなるので、デッドタイムによる実質的なＰＷＭデューティへの影響は顕著になる。デッドタイムを周波数毎に変化させることで、実質ＰＷＭデューティへのデッドタイムの影響を抑制できるが、かかる制御をマイコン３２に担わせるには、マイコン３２の仕様変更が必要となる。
【００６５】
図６は、本実施の形態に係るモータ駆動装置１２０の機能ブロック図である。本実施の形態に係るモータ駆動装置１２０は、ＰＷＭデューティ算出部１６６のみが第１の実施の形態と異なるが、その他の構成は第１の実施の形態と同じなので、ＰＷＭデューティ算出部１６６以外の構成については詳細な説明を省略する。
【００６６】
本実施の形態では、デッドタイムが固定値であることによる実質ＰＷＭデューティへの影響を抑制する補正値を周波数毎に算出し、これらの補正値でＰＩデューティ算出部７４が算出したデューティ比を補正する。
【００６７】
図７は、搬送波周波数がｆ1ｋＨｚの場合のＰＷＭ信号の補正の一例を示した概略図である。本実施の形態では、ｆ1ｋＨｚ、ｆ2ｋＨｚ、ｆ3ｋＨｚ、ｆ4ｋＨｚ、ｆ5ｋＨｚの周波数のいずれか１つを基準周波数とし、その基準周波数でのＰＷＭ信号は補正値が０であるとみなし、他の周波数でのＰＷＭ信号は、基準周波数の実質ＰＷＭデューティからどの程度の差が生じるかという観点で、各周波数での補正値を算出する。
【００６８】
一例として、基準周波数をｆ3ｋＨｚとし、補正値を算出する周波数をｆ1ｋＨｚとした場合、指令ＰＷＭデューティ比がＸ％であれば、周波数ｆ1ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティは上述の式（１）、周波数ｆ3ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティは上述の式（２）のようになる。基準周波数をｆ3ｋＨｚとすれば、周波数ｆ1ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティＤrf1は、周波数ｆ3ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティＤrf3に対し、図７に示した補正値Ｋf1の差が存在していると考えられる。従って、下記の式（３）が求められる。
(Ｐf1・Ｘ-Ｄf1)/Ｐf1＋Ｋf1＝(Ｐf3・Ｘ-Ｄf3)/Ｐf3    …(3)
【００６９】
上記式（３）から、補正値Ｋf1は、下記の式（４）で示される。
Ｋf1＝(Ｐf3・Ｘ-Ｄf3)/Ｐf3−(Ｐf1・Ｘ-Ｄf1)/Ｐf1
＝(Ｄf1/Ｐf1)−(Ｄf3/Ｐf3)                         …(4)
【００７０】
以上より、周波数ｆ1ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティＤrf1は、下記の式（５）のようになる。
Ｄrf1＝[(Ｐf1・Ｘ＋{(Ｄf1/Ｐf1)-(Ｄf3/Ｐf3)}-Ｄf1)/Ｐf1] …(5)
【００７１】
補正値Ｋf1として図７に示した値を除去するようにマイコン３２の制御プログラムを設定すれば、周波数ｆ1ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティＤrf1を、周波数ｆ3ｋＨｚでの実質ＰＷＭデューティＤrf3と同じ値に補正できる。また、式（４）、（５）中のＤf1、Ｐf1を他の周波数での値に変更することで、各周波数での実質ＰＷＭデューティを算出できる。従って、マイコン３２等のハードウェアの変更を要さずに、各周波数での実質ＰＷＭデューティを同一とすることが可能となる。
【００７２】
なお、上記式（４）、（５）では、各周波数でのデッドタイムが必ずしも同一ではない場合もあることを考慮して、Ｄf1≠Ｄf3としたが、デッドタイムが各周波数で一定であることが担保されている場合では、Ｄf1＝Ｄf3として、計算をさらに簡略化してもよい。
【００７３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、既存回路の変更を要さずにＰＷＭの搬送波周波数を逐次変更することが可能であって、搬送波周波数を変更した場合でも、モータ５２に印加される電圧の変動を抑制し、モータ５２の回転制御を安定して実行することが可能となる。
【符号の説明】
【００７４】
１０…モータユニット、１２…ロータ、１２Ａ…ロータマグネット、１２Ｂ…ホール素子、１４…ステータ、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ…コイル、１６…シャフト、１８…上ケース、２０…モータ駆動装置、２２…基板、２４…ヒートシンク、３２…マイコン、４０…インバータ回路、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆ…インバータＦＥＴ、４６…チョークコイル、４８…逆接防止ＦＥＴ、５２…モータ、５４…分圧回路、５４Ａ…サーミスタ、５４Ｂ…抵抗、５６…電流検出部、５６Ａ…シャント抵抗、５６Ｂ…アンプ、６０…下ケース、６２…温度保護制御部、６４Ａ…目標速度算出部、６６…ＰＷＭデューティ算出部、６８…メモリ、７２……回転数情報部、７４…ＰＩデューティ算出部、７６…電気角位置情報部、７８…プリドライバ、８０…バッテリ、８２…エアコンＥＣＵ、１２０…モータ駆動装置、１６６…デューティ算出部、Ｄf1，Ｄf3…デッドタイム、Ｄrf1，Ｄrf3…実質ＰＷＭデューティ、Ｋf1…補正値、Ｐf1，Ｐf3…１周期
【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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