(57)【要約】【課題】  電圧波形がゼロクロスする位相の近傍の位相の電流値の測定が容易な単相モータの制御方法を提供する。【解決手段】  通常制御においては、正の電圧パルスおよび負の電圧パルスのうちいずれか一方の電圧パルスのみを用いてＰＷＭ制御が実行される。一方、電圧波形がゼロクロスする位相の近傍においては、特定制御が行なわれる。この特定制御においては、正の電圧パルスと負の電圧パルスとの２つの電圧パルスを用いて、ＰＷＭ制御が実行される。この特定制御においては、正の電圧パルスおよび負の電圧パルスのうちいずれか一方の電圧パルスの幅は、電流計が測定し得る最低限の幅よりも大きくなっている。【選択図】        図１６
2005237050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相モータと、
前記単相モータに交流電圧を印加する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御装置とを備え、
前記駆動回路は、
互いに直列に接続された第１および第２スイッチング素子と、
互いに直列に接続された第３および第４スイッチング素子とを含み、
前記第３および第４スイッチング素子は、前記第１および第２スイッチング素子に対してこの順番で並列に接続され、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間のノードに、前記単相モータの一方の端子が接続され、かつ、
前記第３のスイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間のノードに、前記単相モータの他方の端子が接続されている単相モータの制御方法であって、
前記制御装置は、
前記第１スイッチング素子をＯＮさせ、かつ、前記第２スイッチング素子をＯＦＦさせるとともに、前記第３スイッチング素子をＯＦＦさせ、かつ、前記第４スイッチング素子をＯＮさせる第１制御と、
前記第１スイッチング素子をＯＦＦさせ、かつ、前記第２スイッチング素子をＯＮさせるとともに、前記第３スイッチング素子をＯＮさせ、かつ、前記第４スイッチング素子をＯＦＦさせる第２制御とを実行可能であり、
基本的には、前記第１制御における電圧パルスの幅および前記第２制御における電圧パルスの幅を調整することによってＰＷＭ制御が実行され、それにより、前記交流電圧が前記単相モータに印加される通常区間の制御が実行され、
前記通常区間においては、前記単相モータに印加される前記交流電圧の波形を構成する１つの電圧パルスの幅が、基準幅よりも大きく、
当該通常区間ごとに、前記第１制御のみを複数回繰り返す第１通常制御と前記第２制御のみを複数回繰り返す第２通常制御とが交互に行なわれ、さらに、
前記通常区間以外の特定区間においては、前記第１制御の実行により生じた電圧パルスと前記第２制御の実行により生じた電圧パルスとの双方を用いてＰＷＭ制御が実行され、
前記第１通常制御の前後の前記特定区間において前記第１制御により形成される電圧パルスの幅および前記第２通常制御の前後の前記特定区間において前記第２制御により形成される電圧パルスの幅のぞれぞれが、前記制御装置が電圧パルスに対応する電流値を検知することができる最低パルス幅よりも大きい、単相モータの制御方法。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１制御と前記第２制御との間において、前記第１スイッチング素子をＯＮさせ、かつ、前記第２スイッチング素子をＯＦＦさせるとともに、前記第３スイッチング素子をＯＮさせ、かつ、前記第４スイッチング素子をＯＦＦさせる第３制御を実行可能であり、
前記第１通常制御の前後の前記特定区間においては、前記第１制御と前記第３制御との合計時間から前記第３制御と前記第２制御との合計時間を引いた時間が、前記第１通常制御によってＰＷＭ制御が実行されると仮定した場合に前記第１制御が実行される時間と同一であり、
前記第２通常制御の前後の前記特定区間においては、前記第３制御と前記第２制御との合計時間から前記第３制御と前記第１制御との合計時間を引いた時間が、前記第２通常制御によってＰＷＭ制御が実行されると仮定した場合に前記第２制御が実行される時間と同一である、請求項１に記載の単相モータの制御方法。
【請求項３】
前記特定区間は、前記第１通常制御および前記第２通常制御のみが実行されたと仮定した場合に、前記制御装置が電圧パルスに対応する電流値を検知することができない区間のみにおいて行なわれる、請求項１に記載の単相モータの制御方法。
【請求項４】
前記ＰＷＭ制御は、サインカーブを描く搬送波と対称三角波を描く信号波とを用いて実行され、
前記特定区間においては、前記第１制御により形成された電圧パルスの中心軸と前記対称三角波の中心軸との間のずれ量と、前記第２制御により形成された電圧パルスの中心軸と前記対称三角波の中心軸との間のずれ量との和が、前記特定区間の制御を実行できる範囲内で最小となる値である、請求項１に記載の単相モータの制御方法。
【請求項５】
前記基準幅は、２種類設けられており、
前記特定区間から前記通常区間へ移行するときの第１基準幅は、前記通常区間から前記特定区間へ移行するときの第２基準幅よりも大きい、請求項１に記載の単相モータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相モータの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、単相モータの制御方法としては、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が用いられている。このＰＷＭ制御にはインバータ回路が用いられている。インバータ回路によって、Ｕ相を構成する複数の電圧パルスとＵ相の波形に対して１８０°位相がずれた波形のＶ相を構成する複数の電圧パルスとが形成される。Ｕ相の電圧パルスとＶ相の電圧パルスとが重ね合わせられることによって、交流電圧波形が形成される。このとき、ＰＷＭ周期（キャリア周期）内に正の直流電圧と負の直流電圧とが印加されるため、電流のリプルが大きい。そのため、高周波損失が生じる。
【０００３】
また、Ｕ相およびＶ相のそれぞれにおいて流れる複数の電流パルスは、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作の繰り返しによって形成される。そのため、インバータ回路には、スイッチングロスが生じる。
【０００４】
前述のスイッチングロスおよび高周波損失を低減するための手法としては、Ｕ相およびＶ相のうちのいずれか一方の相の一対のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を行なわないようにする手法が考えられる。つまり、その手法は、一方の相の一対のスイッチング素子を常にＯＮまたはＯＦＦにした状態で、他方の相の一対のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によって形成される電圧パルスだけを用いて、交流電圧波形の半波長を形成する手法である。このとき、他方の相の一対のスイッチング素子のみのＯＮ／ＯＦＦ動作によって形成される電圧パルスの幅は、Ｕ相の電圧パルスとＶ相の電圧パルスとの重ね合わせによって得られる理論上の電圧パルスの幅と同一になるように、設定されている。
【特許文献１】特開平６−１５３５２６号公報
【非特許文献１】昭和５８年電気学会全国大会講演論文集〔６〕，昭和５８年４月，Ｎｏ．４９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の手法を用いる場合、電圧波形がゼロクロスする位相の近傍の位相において、他方の相の一対のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作によって形成される電圧パルスのデューディ比が極めて小さくなる。そのため、電流値の測定が困難になる。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧波形がゼロクロスする位相の近傍の位相の電流値の測定が容易な単相モータの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の単相モータの制御方法に用いられるシステムは、単相モータと、単相モータに交流電圧を印加する駆動回路と、駆動回路を制御する制御装置とを備えている。駆動回路は、互いに直列に接続された第１および第２スイッチング素子と、互いに直列に接続された第３および第４スイッチング素子とを含んでいる。第３および第４スイッチング素子は、第１および第２スイッチング素子に対してこの順番で並列に接続されている。第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との間のノードには、単相モータの一方の端子が接続されている。第３のスイッチング素子と第４スイッチング素子との間のノードには、単相モータの他方の端子が接続されている。
【０００８】
制御装置は、次に説明する第１制御および第３制御を実行することが可能である。
【０００９】
第１制御においては、第１スイッチング素子がＯＮし、かつ、第２スイッチング素子がＯＦＦするとともに、第３スイッチング素子がＯＦＦし、かつ、第４スイッチング素子がＯＮする。
【００１０】
第２制御においては、第１スイッチング素子がＯＦＦし、かつ、第２スイッチング素子がＯＮするとともに、第３スイッチング素子がＯＮし、かつ、第４スイッチング素子がＯＦＦする。
【００１１】
本発明の単相モータの制御方法においては、基本的には、通常区間の制御として、第１制御における電圧パルスの幅および第２制御における電圧パルスの幅を調整することによってＰＷＭ制御が実行され、それにより、交流電圧が単相モータに印加される。
【００１２】
通常区間においては、単相モータに印加される交流電圧の波形を構成する１つの電圧パルスの幅は、基準幅よりも大きくなる。また、当該通常区間ごとに、第１制御のみを複数回繰り返す第１通常制御と第２制御のみを複数回繰り返す第２通常制御とが交互に行なわれる。
【００１３】
さらに、通常区間以外の特定区間においては、第１制御の実行により生じた電圧パルスと第２制御の実行により生じた電圧パルスとの双方を用いてＰＷＭ制御が実行される。
【００１４】
第１通常制御の前後の特定区間において第１制御の実行により形成される電圧パルスの幅および第２通常制御の前後の特定区間において第２制御により形成される電圧パルスの幅のぞれぞれが、制御装置が電圧パルスに対応する電流値を検知することができる最低パルス幅よりも大きい。
【００１５】
上記の制御方法によれば、第１通常制御および第２通常制御のみによってＰＷＭ制御が実行される場合に比較して、リニアモータに印加される電圧波形がゼロクロスする位相の前後の位相区間のそれぞれ、すなわち特定区間において、電圧パルスの幅を電流値が検出され得る最低幅よりも大きくすることができる。そのため、電圧波形がゼロクロスする位相の近傍の位相の電流値の測定が容易になる。すなわち、電圧波形がゼロクロスする位相の近傍において、電圧が正であるのか負であるのかの区別が容易になる。その結果、電圧波形がゼロクロスするタイミングを精確に認識することが可能となる。
【００１６】
前述の制御装置は、第１制御と第２制御との間ににおいて第３制御を実行可能である。第３制御においては、第１スイッチング素子がＯＮし、かつ、第２スイッチング素子がＯＦＦするとともに、第３スイッチング素子がＯＮし、かつ、第４スイッチング素子がＯＦＦする。
【００１７】
また、第１通常制御の前後の特定区間においては、第１制御と第３制御との合計時間から第３制御と第２制御との合計時間を引いた時間が、第１通常制御によってＰＷＭ制御が実行されると仮定した場合に第１制御が実行される時間と同一であることが望ましい。また、第２通常制御の前後の特定区間においては、第３制御と第２制御との合計時間から第３制御と第１制御との合計時間を引いた時間が、第２通常制御によってＰＷＭ制御が実行されると仮定した場合に第２制御が実行される時間と同一であることが望ましい。
【００１８】
上記の制御方法においては、特定区間の電圧パルスの幅が、第１通常制御および第２通常制御のみが行なわれる制御方法の特定区間に対応する区間の電圧パルスの幅とほぼ同一になる。そのため、上記の方法によれば、リニアモータに印加される電圧波形が、第１通常制御および第２通常制御のみが行なわれる制御方法とほぼ同様になるため、正弦波に近い形状の電圧パルスを形成することができる。
【００１９】
また、特定区間は、第１通常制御および第２通常制御のみが実行されたと仮定した場合に、制御装置が電圧パルスに対応する電流値を検知することができない区間のみにおいて行なわれることが望ましい。
【００２０】
また、ＰＷＭ制御は、サインカーブを描く搬送波と対称三角波を描く信号波とを用いて実行される。この場合、第１制御により形成された電圧パルスの中心軸と前記対称三角波の中心軸との間のずれ量と、第２制御により形成された電圧パルスの中心軸と対称三角波の中心軸との間のずれ量との和が、最小値となることが望ましい。
【００２１】
上記の制御方法によれば、正側の電圧パルスと負側の電圧パルスとの合成成分の中心軸と対称三角波の中心軸とのずれ量を最小値にすることができる。そのため、リニアモータに印加される電圧波形を、極力正弦波に近似させることができる。
【００２２】
また、基準幅は、２種類設けられており、特定区間から通常区間へ移行するときの第１基準幅は、通常区間から特定区間へ移行するときの第２基準幅よりも大きい。
【００２３】
一般に、特定区間から通常区間へ移行するときには、通常区間から特定区間へ移行するときに比較して、電圧波形のチャタリングが発生する確率が高い。そのため、特定期間から通常区間へ移行するときの第１基準幅を、通常区間から特定区間へ移行するときの第２基準幅よりも大きくすることによって、効率的にチャタリングの発生が防止されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態の単相モータの制御方法を、図面を参照しながら説明する。
まず、一般的な単相モータシステムについて説明する。
【００２５】
単相モータの一例のリニアモータＭのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御においては、図１に示すようなモータ駆動回路１００が用いられている。モータ駆動回路１００は、４つのスイッチング素子を有し、図１に示すような態様で、リニアモータＭに接続されている。４つのスイッチング素子は、トランジスタＧｕ、Ｇｖ、Ｇｘ、およびＧｙであり、それぞれには、ソース電極とドレイン電極との間にフライホイールダイオードが接続されている。
【００２６】
図１から分かるように、トランジスタＧｕとトランジスタＧｘとは直列に接続されているとともに、トランジスタＧｖとトランジスタＧｙとは直列に接続されている。また、トランジスタＧｕおよびＧｘとトランジスタＧｖおよびＧｙとは、この順番で、互いに並列に接続されている。
【００２７】
リニアモータＭは、一方の端子がトランジスタＧｕとトランジスタＧｘとの間のノードＵに接続され、かつ、他方の端子がトランジスタＧｖとトランジスタＧｙとの間のノードＶに接続されている。
【００２８】
マイクロコンピュータ１０００は、トランジスタＧｕ、Ｇｖ、Ｇｘ、およびＧｙのそれぞれのゲート電極に制御信号を送信し、それらのゲート電極に対応するトランジスタのそれぞれの開閉動作によって、リニアモータＭに印加される交流電圧を制御する。それにより、単相モータのコイルに流れる電流が制御される。その結果、リニアモータＭのピストンの往復運動の振幅および周期が制御される。
【００２９】
なお、モータ駆動回路１００に対して並列に平滑コンデンサＣが設けられている。この平滑コンデンサＣに対して並列に整流器Ｄが設けられている。さらに、整流器Ｄに対して並列に交流電源Ｇが設けられている。さらに、リニアモータＭの２つの端子のそれぞれに、電圧計Ｖの２つの端子のうちのいずれか一方が接続され、電圧計Ｖで得られた電圧値が電圧計Ｖからマイクロコンピュータ１０００へ送信される。また、平滑コンデンサＣとリニアモータＭとの間には、電流計Ａが設けられ、電流計Ａで得られた電流値が電流計Ａからマイクロコンピュータ１０００へ送信される。
【００３０】
電圧値および電流値の取得手法は、より具体的には、次のようなものである。実際の電圧値の取得においては、まず、リニアモータＭに印加されている電圧が分圧され、その分圧された電圧値がマイクロコンピュータ１０００に入力される。マイクロコンピュータ１０００は、その分圧された電圧値をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換し、それによって、実際の電圧値が算出される。また、実際の電流値の取得に関しては、まず、シャント抵抗の両端の電位差が増幅され、その増幅された電位差の値がマイクロコンピュータ１０００に入力される。マイクロコンピュータ１０００は、その増幅された電位差の値をＡ／Ｄ変換し、それによって、実際の電流値が算出される。
【００３１】
図２は、ＰＷＭインバータ制御用のタイマが１つ（１チャンネル）内蔵された単相リニアモータ制御用のマイクロコンピュータ１０００の構成を説明するためのブロック図である。
【００３２】
マイクロコンピュータ１０００は、内蔵されたタイマ１つ（１チャンネル）で、２相（Ｕ相およびＶ相）のそれぞれの制御信号の出力の態様を制御することができる。すなわち、マイクロコンピュータ１０００は、図１に示すスイッチング素子としての４つのトランジスタＧｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，およびＧｙのそれぞれを制御することができるように、設計されている。
【００３３】
また、マイクロコンピュータ１０００は、４つのスイッチング素子を制御するための制御信号を出力する。マイクロコンピュータ１０００は、発振器としてのクロック回路と、演算手段としてのＣＰＵと、書替え可能な記憶手段としてのＲＡＭと、読出専用のＲＯＭとを備えている。ＲＯＭには、４つのスイッチング素子を制御するためのプログラムが格納されている。また、ＲＡＭ（Random Access Memory）は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って行なわれたＣＰＵの演算処理の結果を一時的に記憶するための記憶手段であり、レジスタなどの一時記憶手段も含まれていてもよい。さらに、クロックは、発振器から送信されてきた信号を用いて、後述するタイマを動作させるための基本となるクロックパルスを形成するためのものである。
【００３４】
また、マイクロコンピュータ１０００は、アップ／ダウンタイマ１を備えている。アップ／ダウンタイマ１のカウント値に応じてＵ相およびＶ相のそれぞれの相を制御するための信号を出力する回路が設けられている。また、マイクロコンピュータ１０００には、アップ／ダウンタイマ１の２つの相それぞれに対応した２つのレジスタが設けられている。
【００３５】
アップ／ダウンタイマ１のＵ相を制御する回路から出力された制御信号は、トランジスタＧｕおよびＧｘのそれぞれに送信される。また、アップ／ダウンタイマ１のＶ相を制御する回路から出力された制御信号は、トランジスタＧｖおよびＧｙのそれぞれに送信される。
【００３６】
次に、レジスタにおいて更新される設定値の決定手法を説明する。以後、設定値というときは、レジスタの設定値を意味するものとする。
【００３７】
本実施の形態では、ＰＷＭの基本周波数ｆｂ＝１０ｋＨｚであり、モータの駆動周波数ｆｍ＝５０Ｈｚであるものとする。このとき、アップ／ダウンタイマ１の半周期（キャリア周期の半分）は、１／１０4Ｈｚ／２＝１００μｓｅｃ／２＝５０μｓｅｃである。
【００３８】
また、マイクロコンピュータ１０００のアップ／ダウンタイマ１のＵ相の設定値またはＶ相の設定値に、比較的大きな値を設定すると、パルス幅は比較的小さくなる。たとえば、図３から分かるように、リニアモータＭに最も大きな幅の電圧パルスを出力するときには、アップ／ダウンタイマ１の設定値を０にすればよい。また、リニアモータＭに最も小さな幅の電圧パルスを出力するときには、アップ／ダウンタイマ１の設定値を１０００にすればよい。また、アップ／ダウンタイマ１の設定値を６５０にすると、トランジスタＧｕおよびＧｘのそれぞれには、図３に示すような電圧パルスが発生する。たとえば、アップ／ダウンタイマ１のＵ相の設定値を５００にすると、Ｕ相において、５０ｕｓｅｃの間、電圧パルスが出力される。
【００３９】
図４に示すように、設定値決定処理においては、ＳＴ１１において、まず、必要とされる駆動電力の値の入力があったか否かが判別される。つまり、単相モータを如何なる駆動電力で駆動させるかを特定するための値が外部からマイクロコンピュータ１０００へ入力されたか否かが判別される。
【００４０】
ＳＴ１１においてＹＥＳであれば、ＳＴ１２に進む。ＳＴ１２では、リニアモータＭにかかる交流電圧のピーク値（または交流電圧の実効値）および交流電圧の周波数（波長）が決定される。この決定は、ＲＯＭに内蔵されているプログラムを用いてＣＰＵにより行なわれる。次に、ＳＴ１３において、ＳＴ１２において決定された交流電圧の１周期内の電圧パルスｉ1，ｉ2，…，ｉnのそれぞれの幅ｗ1，ｗ2，…，ｗnのそれぞれを決定する。
【００４１】
このとき、電圧パルスの幅ｗ1，ｗ2，…，ｗnは、最小値から徐々に大きくなり、最大
値に達すると徐々に小さくなり、最小値に達すると再び除々に大きくなる。すなわち、電圧パルスｉ1，ｉ2，…，ｉnは、全体で、交流電圧（電流）波形を形成する。
【００４２】
次に、ＳＴ１４において、ＳＴ１３において決定された電圧パルスｉ1，ｉ2，…，ｉn
のそれぞれの幅ｗ1，ｗ2，…，ｗnのそれぞれの値を用いて、アップ／ダウンタイマ１の
Ｕ相の設定値ＳＵ1，ＳＵ2，…，ＳＵnおよびＶ相の設定値ＳＶ11，ＳＶ22，…，ＳＶnnのそれぞれの値を決定する。この設定値ＳＵ11，ＳＵ12，…，ＳＵnnおよび設定値ＳＶ11，ＳＶ22，…，ＳＶnnの決定によって、トランジスタＧｕ，Ｇｘ，ＧｖおよびＧｙのそれぞれの動作タイミングが決定される。また、ＳＴ１４の処理が終われば、ＳＴ１１の処理を繰り返し実行する、すなわち、必要とされる駆動電力の値が変更されるまでマイクロコンピュータ１０００は待機する。
【００４３】
なお、本実施の形態では、設定値決定処理は、マイクロコンピュータ１０００が、ステップＳＴ１２〜ステップＳＴ１４のステップのそれぞれの演算をＲＯＭに内蔵されているプログラムに基づいて実行する。
【００４４】
この方法によれば、マイクロコンピュータ１０００に入力された駆動電力に応じて、複数種類の設定値ＳＵ11，ＳＵ12，…，ＳＵnnおよび設定値ＳＶ11，ＳＶ22，…，ＳＶnnのデータ列から１のデータ列が選択されて、その選択された設定値のデータ列を用いて、モータ駆動回路１００が制御される。
【００４５】
次に、図５〜図８を用いて、本実施の形態の単相モータの制御方法の基板的な考え方を説明する。
【００４６】
まず、図５および図６を用いて、本実施の形態の単相モータの制御方法の比較例の制御方法におけるトランジスタＧｕ，Ｇｘ，ＧｖおよびＧｙのそれぞれの開閉動作のタイミングを説明する。
【００４７】
図５は、位相が０°〜１８０°である場合のトランジスタＧｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，およびＧｙの開閉動作を示すタイミングチャートであり、図６は、位相が１８０°〜３６０°である場合のトランジスタＧｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，およびＧｙの開閉動作を示すタイミングチャートである。
【００４８】
図５に示すように、カウントアップ中にアップ／ダウンタイマ１が設定値ＳＵ11，ＳＵ22，…，ＳＵnnのそれぞれの値になると、トランジスタＧｘがＯＦＦし、その所定時間経過後にトランジスタＧｕがＯＮするように、マイクロコンピュータ１０００から自動的に制御信号が出力される。次に、トランジスタＧｕは、所定時間経過後、次に説明するトランジスタＧｘのＯＮタイミングより所定時間前に、自動的にＯＦＦする。また、カウントダウン中にアップ／ダウンタイマ１が設定値ＳＵ11，ＳＵ22，…，ＳＵnnのそれぞれの値になると、トランジスタＧｘには、マイクロコンピュータ１０００から自動的に制御信号が出力され、それにより、トランジスタＧｘはＯＮする。このとき、Ｖ相においては、トランジスタＧｖは常にＯＦＦしており、トランジスタＧｙは常にＯＮしている。
【００４９】
図６に示すように、カウントアップ中にアップ／ダウンタイマ１が設定値ＳＶ11，ＳＶ22，…，ＳＶnnのそれぞれの値になると、トランジスタＧｙがＯＦＦし、その所定時間経過後にトランジスタＧｖがＯＮするように、マイクロコンピュータ１０００から自動的に制御信号が出力される。次に、トランジスタＧｖは、所定時間経過後、次に説明するトランジスタＧｙのＯＮタイミングより所定時間前に、自動的にＯＦＦする。また、カウントダウン中にアップ／ダウンタイマ１が設定値ＳＶ11，ＳＶ22，…，ＳＶnnのそれぞれの値になると、トランジスタＧｙには、マイクロコンピュータ１０００から自動的に制御信号が出力され、それにより、トランジスタＧｙはＯＮする。このとき、Ｕ相においては、トランジスタＧｕは常にＯＦＦしており、トランジスタＧｘは常にＯＮしている。
【００５０】
比較例の単相モータの制御方法においては、アップ／ダウンタイマ１のＵ相およびＶ相のそれぞれのレジスタの設定値は順次変化している。つまり、図５および図６におけるアップ／ダウンタイマ１の設定値ＳＵ22およびＳＶ22のそれぞれは、設定値ＳＵ11およびＳＵ11のそれぞれよりも小さな値となっている。このように、ＳＵmmおよびＳＶmmはそれぞれは、ｍが１からｎまで大きくなると、順次小さくなる。そのため、電流パルスの幅は、ｔ1，ｔ1＋２×ｔ2…のように、ｎが大きくなるにしたがって順次大きくなっていく。
【００５１】
図５と図６とを比較すると分かるように、トランジスタＧｕおよびＧｘの動作とトランジスタＧｖおよびＧｙの動作とが入れ替わっている。それによって、図５と図６とでは、リニアモータＭに流れる電流パルスが正と負で逆になっている。それらのこと以外はＵ相の制御とＶ相の制御とは同様である。
【００５２】
上記のような比較例の単相モータ制御方法によれば、従来の単相モータの制御方法とは異なり、ＰＷＭ周期（キャリア周期）内において正の直流電圧と負の直流電圧とが発生することによる高周波損失およびスイッチングロスが低減されている。
【００５３】
また、比較例のリニアモータの制御においては、図５および図６を用いて説明したように、一般的に用いられる対称三角波比較方式が採用されている。つまり、複数の電圧パルス波形のそれぞれは、キャリア周期の１／２の時点を中心として前後対称である。
【００５４】
図７は、変調率が１００％である場合のトランジスタＧｕおよびトランジスタＧｖのそれぞれがＯＮする時間のデューティ比を示した図である。また、インバータ回路に印加される直流電圧が３００ｖであるとすると、Ｕ相のトランジスタＧｕとトランジスタＧｙとの電位差であるＵ相端子電圧、Ｖ相のトランジスタＧｖとトランジスタＧｘとの間の電位差であるＶ相端子電圧、およびリニアモータＭに印加される出力電圧（Ｕ−Ｖ相間電圧）は、図８で示されるような態様になる。
【００５５】
Ｕ−Ｖ相間電圧つまりリニアモータＭに印加される出力電圧が正の場合には、図５に示すように、トランジスタＧｖおよびＧｘをＯＦＦし、トランジスタＧｕおよびＧｙのみをＯＮする。一方、Ｕ−Ｖ相間電圧つまりリニアモータＭに印加される出力電圧が負の場合には、図６に示すように、トランジスタＧｕおよびＧｙをＯＦＦし、トランジスタＧｘおよびＧｖのみをＯＮする。これにより、Ｕ相およびＶ相のそれぞれで電圧パルスを形成し、Ｕ相の電圧パルスとＶ相の電圧パルス幅との差のパルス幅に対応する電圧をリニアモータＭに印加する制御に比較して、出力電圧を低下させることなく、トランジスタＧｕおよびＧｘ対とトランジスタＧｖおよびＧｙ対との合計のスイッチング回数を１／２にすることができる。そのため、スイッチングロスが１／２に低減されている。
【００５６】
次に、各トランジスタの４つのＯＮ／ＯＦＦパターンにおける電流経路を示す図９〜図１２を用いて、電流検出の方法を説明する。
【００５７】
図５のΔＴ１の期間、すなわち、トランジスタＧｕおよびＧｖのそれぞれがＯＦＦ、かつ、トランジスタＧｘおよびＧｙのそれぞれがＯＮの区間内においては、電流経路は図９において矢印で示すような経路になるため、電流計Ａによって電流は検出されない。
【００５８】
図５のΔＴ２の期間、すなわち、トランジスタＧｖおよびＧｘのそれぞれがＯＦＦ、かつ、トランジスタＧｕおよびＧｙのそれぞれがＯＮの区間内においては、電流経路は図１０において矢印で示すような経路になるため、電流計Ａによって検出される直流電流値Ｉｄｃは+Ｉｕｖとなる。
【００５９】
図６のΔＴ１の期間、すなわち、トランジスタＧｘおよびＧｙのそれぞれがＯＮ、かつ、トランジスタＧｕおよびＧｖのそれぞれがＯＦＦの区間内においては、電流経路は図１１において矢印で示すような経路になるため、電流計Ａによって電流は検出されない。
【００６０】
図６のΔＴ４の期間、すなわち、トランジスタＧｕおよびＧｙのそれぞれがＯＦＦ、かつ、トランジスタＧｖおよびＧｘのそれぞれがＯＮの区間内においては、電流経路は図１２において矢印で示すような経路になるため、電流計Ａによって検出される直流電流値Ｉdcは-Ｉuｖとなる。
【００６１】
以上より、電流計Ａが電流を検出することができる区間は、位相が０°〜１８０°の間のΔＴ２の区間または位相が１８０°〜３６０°の区間のΔＴ４のみである。これらのΔＴ２およびΔＴ４のそれぞれの区間は、電圧波形がゼロクロスするタイミングの近傍においては、極めて短い区間であるため、電流計Ａが電流を検出することができる時間が短くなり、適正な電流値の検出が困難になる。
【００６２】
図１３には、本実施の形態のリニアモータＭの制御方法の後述する第１通常制御および第２通常制御における０°〜１８０°および１８０°〜３６０°のそれぞれの位相区間のトランジスタＧｕ，Ｇｘ，ＧｖおよびＧｙのそれぞれのＯＮ／ＯＦＦのタイミングチャートが示されているが、それらのトランジスタの動作の関係は、図５および図６を用いて説明したリニアモータの制御方法と同様である。つまり、本実施の形態においては、基本的には、図５および図６で示したような制御が行なわれる。
【実施例１】
【００６３】
図１４は、後述する本実施の形態のリニアモータの通常制御以外の位相区間、つまり、電圧波形がゼロクロスする位相の近傍の位相における、トランジスタＧｕ、Ｇｘ、ＧｖおよびＧｙのＯＮ／ＯＦＦタイミング、ならびにＵ相−Ｖ相間電圧の関係を示したものである。
【００６４】
まず、実施例１のリニアモータの制御方法においては、位相が０〜１８０°の区間のうち電流値の検出が困難な区間においては、図１４に示すように、図１３に示すトランジスタＧｕのＯＮタイミングの時間（点線で示されている図１３のΔＴ２）に比較して、トランジスタＧｕのＯＮタイミングの時間をΔＴ５だけ長くするとともに、トランジスタＧｖをΔＴ５時間だけＯＮさせる。なお、位相が０〜１８０°の区間のうち電流値の検出が容易な区間においては、図１３に示される態様のリニアモータの制御が実行される。
【００６５】
また、位相が１８０°〜３６０°の区間のうち電流値の検出が困難な区間においては、図１４に示すように、図１３に示すトランジスタＧｖのＯＮタイミングの時間（点線で示されている図１３のΔＴ４）に比較して、トランジスタＧｖのＯＮタイミングの時間をΔＴ６だけ長くするとともに、トランジスタＧｕをΔＴ６時間だけＯＮさせる。位相が１８０〜３６０°の区間のうち電流値の検出が容易な区間においては、図１３に示される態様のリニアモータの制御が実行される。
【００６６】
なお、ΔＴ５およびΔ６の値は、キャリア周期ごとに変化するものであってもよい。また、トランジスタＧｕのＯＮ時間のタイミングとトランジスタＧｖのＯＮ時間のタイミングとはことなっていてもよい。
【００６７】
前述のようにすることにより、図１４に示すように、Ｕ相のトランジスタＧｕのＯＮ時間とＶ相のトランジスタＧｖのＯＮ時間との差の時間を、図１３のＵ相のトランジスタＧｕのみＯＮさせる制御におけるＯＮ時間と同じにしながら、つまりリニアモータＭに印加される出力電圧（Ｕ相-Ｖ相間電圧）をほぼ同様の値にしながら、Ｕ相のトランジスタＧｕおよびＶ相のトランジスタＧｖのうちいずれか一方のみＯＮする区間、つまり電流計Ａにより電流を検出することが可能な区間（ΔＴ２およびＴ４のそれぞれ）の幅を広げることができる。その結果、電流計Ａによる電流の検出が容易になる。
【実施例２】
【００６８】
図１５は、後述する本実施の形態のリニアモータの通常制御以外の位相区間における、トランジスタＧｕ、Ｇｘ、Ｇｖ、およびＧｖのＯＮ／ＯＦＦタイミング、ならびにＵ相−Ｖ相間電圧の関係の他の例を示したものである。
【００６９】
図１５に示す実施例２のリニアモータの制御方法においても、図１４に示す実施例１のリニアモータの制御方法と同様の手法により、実施例１のリニアモータの制御方法により得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
図１５に示すリニアモータの制御方法においては、電流検出が可能なトランジスタＧｕおよびＧｖのうち一方がＯＮする区間（図５および図６におけるΔＴ２またはΔＴ４の区間）が必要最小限となるように調節されている。たとえば、１８０°〜３６０°の区間においては、後述する第３制御（ΔＴ３）が行なわれていない。つまり、トランジスタＧｕがＯＦＦ、ＧｘがＯＮ、ＧｖがＯＮ、およびＧｙがＯＦＦする第２制御の直後に、トランジスタＧｕがＯＮ、ＧｘがＯＦＦ、ＧｖがＯＦＦ、およびＧｙがＯＮする第１制御が行なわれている。この場合、ΔＴ４の期間が負の電圧パルスの幅が電流計Ａによって電流検出可能な最小値であれば、キャリア周期の中心軸Ｃ２と第２制御により形成される負の電圧パルスの中心軸Ｐ２との間の幅と、キャリア周期の中心軸Ｃ２と第１制御により形成される正の電圧パルスの中心軸Ｐ４との間の幅との和は、特定区間を実行する場合に必要な最低限の幅となる。要するに、キャリア周期の中心軸Ｃ２が第２制御により形成される負の電圧パルスの中心軸Ｐ２から第１制御により形成される正の電圧パルスの中心軸Ｐ４までの位置のいずれかに存在し、トランジスタＧｕがＯＮ、ＧｘがＯＦＦ、ＧｖがＯＮ、およびＧｙがＯＦＦする第３制御（ΔＴ３）が実行される区間がなければ、中心軸Ｃ２と中心軸Ｐ４との間の幅と中心軸Ｃ２と中心軸Ｐ４との間の幅との和は、特定区間を実行する場合に必要な最低限の幅となる。なお、図１５の１８０°〜３６０°の特定区間の制御においては、キャリア周期の中心軸Ｃ２とトランジスタＧｖのＯＮタイミングの中心軸Ｐ２とが一致している。
【００７１】
本実施の形態の単相モータの制御方法の特徴および効果をまとめると以下のようになる。
【００７２】
制御装置としてのマイクロコンピュータ１０００は、次に説明する第１制御、第２制御、第３制御、および第４制御を実行することが可能である。
【００７３】
第１制御においては、図１３、図１４および図１５のそれぞれのΔＴ２の区間に示されるように、第１スイッチング素子としてのトランジスタＧｕがＯＮし、かつ、第２スイッチング素子としてのトランジスタＧｘがＯＦＦするとともに、第３スイッチング素子としてのトランジスタＧｖがＯＦＦし、かつ、第４スイッチング素子としてのトランジスタＧｙがＯＮする。
【００７４】
第２制御においては、図１３、図１４および図１５のそれぞれのΔＴ４の区間に示されるように、トランジスタＧｕがＯＦＦし、かつ、トランジスタＧｘがＯＮするとともに、トランジスタＧｖがＯＮし、かつ、トランジスタＧｙがＯＦＦする。
【００７５】
第３制御においては、図１４および図１５のそれぞれのΔＴ３の区間に示されるように、トランジスタＧｕがＯＮし、かつ、トランジスタＧｘがＯＦＦするとともに、トランジスタＧｖがＯＮし、かつ、トランジスタＧｙがＯＦＦする。
【００７６】
第４制御においては、図１４および図１５のそれぞれのΔＴ１の区間に示されるように、トランジスタＧｕがＯＦＦし、かつ、トランジスタＧｘがＯＮするとともに、トランジスタＧｖがＯＦＦし、かつ、トランジスタＧｙがＯＮする。
【００７７】
また、本実施の形態の単相モータの制御方法においては、基本的には、図１３に示されるように、第１制御における電圧パルスの幅および第２制御における電圧パルスの幅のそれぞれを調整することによってＰＷＭ制御が実行され、それにより、交流電圧がリニアモータＭに印加される通常区間の制御が実行される。
【００７８】
ただし、図１６に示すように、単相モータに印加される交流電圧の波形を構成する１つの電圧パルスの幅が、たとえば基準幅α（β）よりも大きくなる通常区間においては、当該通常区間ごとに、図１３の０°〜１８０°の位相区間のように、第１制御（ΔＴ２）のみを複数回繰り返す第１通常制御と、図１３の１８０°〜３６０°の位相区間のように、第２制御（ΔＴ４）のみを複数回繰り返す第２通常制御とが、電圧波形の位相が１８０°変化するごとに交互に行なわれる。
【００７９】
さらに、図１６に示す通常区間以外の特定区間、すなわち、電圧波形がゼロクロスする位相の近傍の位相においては、たとえば、図１４に示すように、第１制御（ΔＴ２）により形成される正の電圧パルスと第２制御（ΔＴ４）により形成される負の電圧パルスとの双方を用いて、ＰＷＭ制御が実行される。
【００８０】
また、図１６に示すように、０°〜１８０°の位相区間に行なわれる第１通常制御の前後の特定区間において第１制御（ΔＴ２）により形成される電圧パルスの幅、ならびに、１８０°〜３６０°の位相区間に行なわれる第２通常制御の前後の特定区間において第２制御（ΔＴ４）により形成される電圧パルスの幅のぞれぞれが、マイクロコンピュータ１０００が電圧パルスに対応する電流値を検知することができる最低圧パルス幅よりも大きい、つまり、電圧パルスに対応する電流値が電流計Ａにより検出され得る最低限の電圧パルスの幅（αまたはβ）よりも大きい。
【００８１】
上記の制御方法によれば、第１通常制御および第２通常制御のみによってＰＷＭ制御が実行される場合に比較して、リニアモータＭに印加される電圧波形がゼロクロスする位相の前後の位相区間のそれぞれ、すなわち図１６の特定区間において、全ての電圧パルスの幅を電流値が電流計Ａによって検出され得る最低幅（図１６のαまたはβ）よりも大きくすることができる。そのため、電圧波形がゼロクロスする位相の近傍の位相の電流値の測定が容易になる。
【００８２】
また、位相が０°〜１８０°のうち図１６に示す第１通常制御の前後の特定区間においては、図１４に示すように、第１制御（ΔＴ２）と第３制御（ΔＴ３）との合計時間から第３制御（ΔＴ３）と第２制御（ΔＴ４）との合計時間を引いた時間（ΔＴ５）が、図１６に示す第１通常制御によってＰＷＭ制御が実行されていると仮定した場合に第１制御（図１３のΔＴ２）が実行される時間と同一であることが望ましい。また、図１４に示すように、図１６に示す第２通常制御の前後の特定区間においては、第３制御（ΔＴ３）と第２制御（ΔＴ４）との合計時間から第３制御（ΔＴ３）と第１制御（ΔＴ２）との合計時間を引いた時間が、第２通常制御によってＰＷＭ制御が実行されていると仮定した場合に第２制御（図１３のΔＴ４）が実行される時間と同一であることが望ましい。
【００８３】
上記の制御方法においては、特定区間の正の電圧パルスと負の電圧パルスとの合成成分の電圧パルスの幅が、図１３および図１６に示す第１通常制御および第２通常制御のみが行なわれる制御方法の特定区間に対応する区間の電圧パルスの幅（図１３のΔＴ２またはΔＴ４）とほぼ同一になる。そのため、上記の方法によれば、リニアモータＭに印加される電圧波形が、図１３および図１６に示す第１通常制御および第２通常制御のみが行なわれる制御方法とほぼ同様になるため、正弦波に近い形状の電圧パルスを形成することができる。
【００８４】
また、特定区間は、第１通常制御および第２通常制御のみが実行されたと仮定した場合に、マイクロコンピュータ１０００が電圧パルスに対応する電流値を検知することができない区間、すなわち、電圧パルスに対応する電流値を電流計Ａによって検出することができない区間（図１６に示すαまたはβより電圧パルスの幅が小さい区間）のみにおいて行なわれることが望ましい。そのためには、予め電流計Ａによって適正に測定され得る電圧パルスの最小幅Ｗminの値を算出しておく。また、図４に示すＳＴ１３の処理において算出された電流パルスの幅Ｗ1，Ｗ2，…，Ｗnのそれぞれと、最小幅Ｗminの電圧パルスの値とを比較する処理を行なう。この比較処理に基づいて、ＳＴ１３の処理において算出された電流パルスの幅Ｗmが最小幅Ｗminよりも小さい位相区間においては、前述の特定区間の制御を行ない、逆に、ＳＴ１３の処理において算出された電流パルスの幅Ｗmが最小幅Ｗminよりも大きい位相区間においては、前述の通常区間の制御を行なうことが決定される。なお、図１６では、基準幅αと基準幅βとが異なっているが、必要最小限の位相区間のみ特定区間の制御を行なう場合には、基準幅αと基準幅βとは同一の値となる。
【００８５】
この制御方法によれば、通常制御（第１通常制御および第２通常制御）の電圧パルスとは異なる態様の電圧パルスが形成される位相区間を最小限にすることができる。したがって、電流リプルによる高周波損失を極力小さくすることができる。
【００８６】
また、本実施の形態のＰＷＭ制御は、マイクロコンピュータ１０００内においてサインカーブを描く搬送波と図５および図６に示したような対称三角波を描く信号波とを用いて実行される。この場合、図１５に示すように、位相が０°〜１８０°の間においては、第１制御（ΔＴ２）により形成された正の電圧パルスの中心軸Ｐ１と対称三角波の中心軸Ｃ１との間のずれ量（期間）と、第２制御（ΔＴ４）により形成された負の電圧パルスの中心軸Ｐ３と対称三角波の中心軸Ｃ１との間のずれ量（期間）との和が最小値となることが望ましい。また、第２制御（ΔＴ４）により形成された電圧パルスの中心軸Ｐ２と対称三角波の中心軸Ｃ２との間のずれ量（期間）と、第１制御（ΔＴ２）により形成された電圧パルスの中心軸Ｐ４と対称三角波の中心軸Ｃ２との間のずれ量（期間）との和が、最小値となることが望ましい。
【００８７】
上記の制御方法によれば、キャリア周期内のそれぞれにおいて、正側の電圧パルスと負側の電圧パルスとの合成成分の中心軸と対称三角波の中心軸との間のずれ量を最小値にすることができる。そのため、リニアモータＭに印加される電圧波形を、極力正弦波に近似させることができる。
【００８８】
また、本実施の形態の単相モータの制御方法は、図６に示すように、基準幅が２種類（αおよびβ）設けられており、図１４または図１５に示す特定区間から図１３に示す通常区間へ移行するときの基準幅αが、図１３に示す通常区間から図１４または図１５に示す特定区間へ移行するときの基準幅βよりも大きい。
【００８９】
一般に、図１６に示すように、図１４または図１５に示す特定区間から図１３に示す通常区間へ移行するときには、図１３に示す通常区間から図１４または図１５に示す特定区間へ移行するときに比較して、電圧波形のリプル（チャタリング）が発生する確率が高い。そのため、図１６に示すように、図１４または図１５に示す特定期間から図１３に示す通常区間へ移行するときの基準幅αを、図１３に示す通常区間から図１４または図１５に示す特定区間へ移行するときの基準幅βよりも大きくすることによって、効率的にチャタリングの発生が防止されている。
【００９０】
より具体的に説明すると次のようなものである。
【００９１】
基準幅βが電流計Ａによって電流値が適正に検出され得る電圧パルスの最低幅Ｗminである場合には、基準幅αは、それよりも大きな値である。そのため、基準幅αを基準値として用いる場合は、電圧パルスの最低幅Ｗminの付近で電圧パルスの幅が上下に変動する場合においても、基準幅αを超えなければ、特定区間の制御から通常区間の制御への変更がなされないため、特定区間の制御と通常区間の制御との制御変更を短い区間に複数回繰り返してしまうような不都合を生じることが抑制されている。
【００９２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施の形態の単相モータの制御方法において用いられるシステムの構成図である。
【図２】実施の形態のマイクロコンピュータのブロック図である。
【図３】実施の形態のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ動作とアップ／ダウンタイマの設定値との関係を示すタイミングチャートである。
【図４】設定値決定処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】Ｕ相における実施の形態の制御方法において用いられるトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ動作とアップ／ダウンタイマの設定値との関係を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】Ｖ相における実施の形態の制御方法において用いられるトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ動作とアップ／ダウンタイマの設定値との関係を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】Ｕ相およびＶ相のそれぞれのトランジスタのゲートデューティ比と電圧位相との関係を示すグラフである。
【図８】Ｕ相端子電圧、Ｖ相端子電圧、およびＵ−Ｖ相間電圧の関係を示すグラフである。
【図９】インバータ回路の電流経路の第１の例である。
【図１０】インバータ回路の電流経路の第２の例である。
【図１１】インバータ回路の電流経路の第３の例である。
【図１２】インバータ回路の電流経路の第４の例である。
【図１３】実施の形態の通常区間のインバータ回路の制御手法を説明するための図である。
【図１４】実施例１のインバータ回路の特定区間の制御手法を説明するための図である。
【図１５】実施例２のインバータ回路の特定区間の制御手法を説明するための図である。
【図１６】２種類の基準幅を有する場合のリニアモータに印加される複数の電圧パルスの態様を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９４】
１００  モータ駆動回路、１０００  マイクロコンピュータ。
【図１】
2005237050.tif 000003
【図２】
2005237050.tif 000004
【図３】
2005237050.tif 000005
【図４】
2005237050.tif 000006
【図５】
2005237050.tif 000007
【図６】
2005237050.tif 000008
【図７】
2005237050.tif 000009
【図８】
2005237050.tif 000010
【図９】
2005237050.tif 000011
【図１０】
2005237050.tif 000012
【図１１】
2005237050.tif 000013
【図１２】
2005237050.tif 000014
【図１３】
2005237050.tif 000015
【図１４】
2005237050.tif 000016
【図１５】
2005237050.tif 000017
【図１６】
2005237050.tif 000018