(57)【要約】【課題】  簡単な操作で電流検出率を向上させることができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  電流検出部１は、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有するスイッチング素子部１００に接続されたシャント抵抗２００に流れる、異なる相の電流を、電流検出に必要な最小余裕時間分の間隔の２点で検出する。デューティ設定部２は、電流検出部１の検出結果にもとづいて、スイッチング素子部１００のスイッチング素子のスイッチングを制御する３相のＰＷＭ信号のデューティを相ごとに設定する。ＰＷＭ信号生成部３は、３相のＰＷＭ信号のパルス幅をデューティ設定部２により設定されたデューティに応じて変化させる。キャリア生成部４は、３相のＰＷＭ信号のキャリアとして、下降鋸波、三角波、上昇鋸波を生成し、三角波の極性を、三角波をキャリアとする相のデューティの大きさに応じて切り替える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子に接続されたシャント抵抗に流れる異なる相の電流を、電流検出に必要な最小余裕時間分の間隔の２点で検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出結果にもとづいて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する３相のＰＷＭ信号のデューティを相ごとに設定するデューティ設定部と、
前記３相のＰＷＭ信号のパルス幅を前記設定されたデューティに応じて変化させるＰＷＭ信号生成部と、
前記３相のＰＷＭ信号のキャリアとして、下降鋸波、三角波、上昇鋸波を生成し、
前記三角波の極性を、前記三角波をキャリアとする相のデューティの大きさに応じて切り替えるキャリア生成部と
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ信号生成部が、前記三角波の位相を基準に前記電流検出を行うよう前記電流検出部へ指示する
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】
前記キャリア生成部は、前記三角波をキャリアとする相の前記基準の位相におけるデューティが５０％以上のときは、その相のＰＷＭ信号が前記基準の位相においてオンレベルとなるよう前記三角波の極性を設定し、前記デューティが５０％未満のときは、その相のＰＷＭ信号が前記基準の位相においてオフレベルとなるよう前記三角波の極性の設定を切り替える
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】
前記キャリア生成部は、変調率が所定の値以上のときに、前記三角波の極性の設定の切り替えを行う
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記キャリア生成部は、モータの回転速度が所定の値以上のときに、前記三角波の極性の設定の切り替えを行う
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相モータの各相に流れる電流を１つのシャント抵抗で検出するためには、ＰＷＭキャリア（搬送波）の１周期内において２相以上の電流を検出できるように３相のＰＷＭ信号パターンを発生させる必要がある。そのために、各相のＰＷＭキャリアの波形を、例えば、Ｕ相は下降鋸波、Ｖ相は三角波、Ｗ相は上昇鋸波とすることが行われている。このとき、例えば、各キャリアのレベルがデューティ設定レベルよりも高いときにハイレベルとなるＰＷＭ信号を生成し、三角波のレベルが最低となる位相を基準として、その前後の２点のタイミングで、ハイレベルとなっているＰＷＭ信号の電流を測定すれば、３相総ての電流を検出することができる。
【０００３】
この場合、電流を安定的に検出するためには、各ＰＷＭ信号のハイレベル期間が一定時間必要となる。このＰＷＭ信号のハイレベル期間は、それぞれの相のデューティが小さくなるほど短くなる。そのため、電流検出の基準となる三角波をキャリアとする相のデューティが小さくなると、３相全体の電流検出率が低下する。
【０００４】
そこで、従来、いずれかの相のデューティが変化するごとに各相のデューティを比較し、デューティが最大である相のキャリアを三角波とするよう、キャリア波形を入れ替えることが行われている。しかし、この方法では、キャリア波形の入れ替えを行うため、電流検出率を向上させるための操作が複雑になるという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１５５４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、簡単な操作で電流検出率を向上させることができるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のモータ制御装置は、電流検出部と、デューティ設定部と、ＰＷＭ信号生成部と、キャリア生成部とを備える。電流検出部は、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子に接続されたシャント抵抗に流れる異なる相の電流を、電流検出に必要な最小余裕時間分の間隔の２点で検出する。デューティ設定部は、前記電流検出部の検出結果にもとづいて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する３相のＰＷＭ信号のデューティを相ごとに設定する。ＰＷＭ信号生成部は、前記３相のＰＷＭ信号のパルス幅を前記設定されたデューティに応じて変化させる。キャリア生成部は、前記３相のＰＷＭ信号のキャリアとして、下降鋸波、三角波、上昇鋸波を生成し、前記三角波の極性を、前記三角波をキャリアとする相のデューティの大きさに応じて切り替える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態のモータ制御装置の構成の例を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態のモータ制御装置の極性切り替え部の動作の例を示す波形図。
【図３】第１の実施形態のモータ制御装置の動作の例を示す波形図。
【図４】比較例の動作の例を示す波形図。
【図５】３相ＰＷＭ信号の信号レベルと検出されるモータ電流との関係を示す図。
【図６】第２の実施形態のモータ制御装置の構成の例を示すブロック図。
【図７】第２の実施形態のモータ制御装置の動作を説明するための波形図。
【図８】第３の実施形態のモータ制御装置の構成の例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のモータ制御装置の構成の例を示すブロック図である。
【００１１】
本実施形態のモータ制御装置は、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有するスイッチング素子部１００に接続されたシャント抵抗２００に流れる、異なる相の電流を、電流検出に必要な最小余裕時間分の間隔の２点で検出する電流検出部１と、電流検出部１の検出結果にもとづいて、スイッチング素子部１００のスイッチングを制御する３相のＰＷＭ信号のデューティを相ごとに設定するデューティ設定部２と、３相のＰＷＭ信号のパルス幅を、デューティ設定部２により設定されたデューティに応じて変化させるＰＷＭ信号生成部３と、３相のＰＷＭ信号のキャリアとして、下降鋸波、三角波、上昇鋸波を生成するとともに、三角波の極性を、その三角波をキャリアとする相のデューティの大きさに応じて切り替えるキャリア生成部４と、を備える。
【００１２】
ここで、スイッチング素子部１００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子が３相ブリッジ構成で接続されており、シャント抵抗２００は、下アーム側のスイッチング素子に共通に接続されているものとする。スイッチング素子は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴのインバータ回路で構成される（図示せず）。
【００１３】
電流検出部１は、スイッチング素子部１００に接続されたシャント抵抗２００に流れる電流を検出する。その際、電流検出部１は、ＰＷＭ信号生成部３から出力される電流検出タイミング信号ＣＤＴの設定にもとづいて、３相モータの異なる相の電流を検出できるように２点の検出ポイントを設定する。このとき、この２点の検出ポイントの間隔は、電流検出に必要な最小余裕時間τとされる。
【００１４】
デューティ設定部２は、電流検出部１の検出結果にもとづいて、スイッチング素子部１００のスイッチングを制御する３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のＰＷＭ信号のデューティ（Ｕ＿ＤＵＴＹ、Ｖ＿ＤＵＴＹ、Ｗ＿ＤＵＴＹ）を相ごとに設定する。
【００１５】
ＰＷＭ信号生成部３は、スイッチング素子部１００の上アーム側のスイッチング素子の導通を制御するＰＷＭ信号（Ｕ＋信号、Ｖ＋信号、Ｗ＋信号）と、下アーム側のスイッチング素子の導通を制御するＰＷＭ信号（Ｕ−信号、Ｖ−信号、Ｗ−信号）を生成する。
【００１６】
ＰＷＭ信号生成部３は、デューティ設定部２により設定された各相のデューティ（Ｕ＿ＤＵＴＹ、Ｖ＿ＤＵＴＹ、Ｗ＿ＤＵＴＹ）に応じて、各相のＰＷＭ信号のパルス幅を変化させる。本実施形態では、キャリア生成部４から入力されるキャリアのレベルが各相のデューティに相当するレベルよりも低い期間ハイレベルとなるＰＷＭ信号が出力されるものとする。
【００１７】
キャリア生成部４は、下降鋸波生成部４１、三角波生成部４２、上昇鋸波生成部４３および極性切り替え部４４と、を有する。ここで、下降鋸波はＰＷＭキャリアの１周期内で位相進み方向（図中右側）に下降するようにパルス幅が変化し、上昇鋸波は位相進み方向（図中右側）に上昇するようにパルス幅が変化し、三角波は位相進み、遅れ方向（図中左側）、両側に増減するようにパルス幅が変化する。
【００１８】
下降鋸波生成部４１、三角波生成部４２、上昇鋸波生成部４３は、それぞれ、下降鋸波、三角波、上昇鋸波を生成する。
【００１９】
極性切り替え部４４は、三角波生成部４２から出力される三角波の極性を、その三角波をキャリアとする相のデューティの大きさに応じて切り替える。
【００２０】
本実施形態では、下降鋸波生成部４１から出力される下降鋸波がＵ相のキャリア、上昇鋸波生成部４３から出力される上昇鋸波がＷ相のキャリアとして用いられ、極性切り替え部４４から出力される三角波がＶ相のキャリアとして用いられるものとする。
【００２１】
したがって、極性切り替え部４４は、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹの大きさに応じて三角波の極性を切り替える。本実施形態では、三角波の極性を切り替えが行われるデューティ値を５０％とする。
【００２２】
なお、各相とキャリアの波形の組み合わせはこの例に限るものではなく、他の組み合わせにしても構わない。
【００２３】
ＰＷＭ信号生成部３は、このキャリア生成部４からのキャリアの入力を受けて、Ｕ相に関しては、下降鋸波のレベルとＵ＿ＤＵＴＹで設定されるレベルを比較してＵ＋信号、Ｕ−信号を生成し、Ｖ相に関しては、三角波のレベルとＶ＿ＤＵＴＹで設定されるレベルを比較してＶ＋信号、Ｖ−信号を生成し、Ｗ相に関しては、上昇鋸波のレベルとＷ＿ＤＵＴＹで設定されるレベルを比較してＷ＋信号、Ｗ−信号を生成する。
【００２４】
また、ＰＷＭ信号生成部３は、三角波生成部４２から出力される三角波の振幅最小値の位相を基準位相として、この基準位相点のタイミングで電流検出タイミング信号ＣＤＴを出力する。
【００２５】
また、キャリア生成部４の極性切り替え部４４は、この基準位相点におけるＶ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％以上のときは、Ｖ相のＰＷＭ信号が基準位相においてオンレベルとなるよう三角波の極性を設定し、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときは、Ｖ相のＰＷＭ信号が基準位相においてオフレベルとなるよう三角波の極性の設定を切り替える。
【００２６】
図２に、三角波生成部４２から出力される三角波と、極性切り替え部４４から出力されるＶ相キャリアの関係を示す。
【００２７】
Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％以上のときは、Ｖ相のキャリアは、三角波生成部４２から出力される三角波と同極性の三角波となり、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときは、Ｖ相のキャリアは、三角波生成部４２から出力される三角波に対して反転極性の三角波となる。
【００２８】
図３は、ＰＷＭ信号生成部３の動作の例を示す波形図である。ここでは、上アーム側のスイッチング素子を制御するＵ＋信号、Ｖ＋信号、Ｗ＋信号を例にとって、各相のキャリアおよびデューティと各相のＰＷＭ信号の関係、およびそのＰＷＭ信号と電流検出部１により設定される電流検出ポイントＰ１、Ｐ２との関係を示す。
【００２９】
本実施形態では、キャリア生成部４から入力されるキャリアのレベルが各相のデューティに相当するレベルよりも低い期間ハイレベルとなるＰＷＭ信号が出力される。また、このＰＷＭ信号がハイレベルのとき、それぞれのＰＷＭ信号が制御するスイッチング素子が導通するものとする。
【００３０】
Ｕ相は、キャリアである下降鋸波のレベルがＵ＿ＤＵＴＹで設定されるデューティレベルよりも低い期間ハイレベルとなるＵ＋信号が出力され、Ｖ相は、キャリアである三角波のレベルがＶ＿ＤＵＴＹで設定されるデューティレベルよりも低い期間ハイレベルとなるＶ＋信号が出力され、Ｗ相は、キャリアである上昇鋸波のレベルがＷ＿ＤＵＴＹで設定されるデューティレベルよりも低い期間ハイレベルとなるＷ＋信号が出力される。
【００３１】
このとき、Ｖ相のキャリアである三角波は、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％以上のときは三角波生成部４２から出力される三角波と同極性であり、Ｖ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときは三角波生成部４２から出力される三角波に対して反転極性の三角波である。
【００３２】
また、電流検出ポイントＰ１、Ｐ２は、三角波生成部４２から出力される三角波と同極性の三角波の振幅が最小となる位相を基準位相として、その基準位相を挟む位置に設定されているものとする。
【００３３】
これにより、Ｕ相のＰＷＭ信号Ｕ＋信号は、電流検出ポイントＰ１よりも前方がハイレベルとなり、Ｗ相のＰＷＭ信号Ｗ＋信号は、電流検出ポイントＰ２よりも後方がハイレベルとなる。したがって、電流検出部１がそれぞれのハイレベル期間で電流を検出する際、Ｕ相は電流検出ポイントＰ１よりも前方に電流検出マージンがあり、Ｗ相は電流検出ポイントＰ２よりも後方に電流検出マージンがある。
【００３４】
これに対して、キャリアが三角波生成部４２から出力される三角波と同極性の三角波であるときのＶ相のＰＷＭ信号Ｖ＋信号は、そのハイレベル期間の中に電流検出ポイントＰ１、Ｐ２が含まれる。このＶ＋信号のハイレベル期間は、デューティＶ＿ＤＵＴＹが下がるほど狭くなる。そのため、電流検出ポイントＰ１、Ｐ２に対する電流検出マージンは、デューティＶ＿ＤＵＴＹが下がるほど小さくなる。
【００３５】
したがって、仮にＶ相のキャリアの極性を固定したままとすると、図４に比較例として示すように、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％以上のときのＶ＋信号のハイレベル期間をＨ１として、Ｖ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときのハイレベル期間がＨ２になると、Ｈ１期間のときに比べて電流検出マージンが非常に小さくなる。
【００３６】
また、Ｈ３として示すように、ハイレベル期間が電流検出に必要な最小余裕時間τよりも短くなると、電流検出が不安定になる。
【００３７】
そこで、本実施例では、図３に示すように、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときは、キャリアの三角波の極性を反転させる。これにより、Ｖ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときは電流検出ポイントＰ１、Ｐ２におけるＶ＋信号のレベルがロウレベルとなり、電流検出マージンを考慮する必要がなくなる。また、電流検出ポイントＰ１ではＵ相、Ｐ２ではＷ相の電流が安定的に検出されるので、電流検出率が向上する。
【００３８】
図５に、電流検出ポイントにおけるＵ＋信号、Ｖ＋信号、Ｗ＋信号の信号レベル（Ｈ：ハイレベル、Ｌ：ロウレベル）の組み合わせと電流検出部１で検出されるモータ電流との関係を示す。ここで、＋Ｉｕ、＋Ｉｖ、＋Ｉｗは、各相のモータ巻線へ流れ込む電流を表し、−Ｉｕ、−Ｉｖ、−Ｉｗは、各相のモータ巻線から流れ出す電流を表す。
【００３９】
図５に示すように、各相のＰＷＭ信号のいずれか１相あるいは２相がハイレベルであれば、いずれかの相のモータ電流が検出される。
【００４０】
図３に示す例では、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％以上のときは、電流検出ポイントＰ１でＵ＋信号とＶ＋信号がハイレベルであるので−Ｉｗが検出され、電流検出ポイントＰ２でＶ＋信号とＷ＋信号がハイレベルであるので−Ｉｕが検出される。一方、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときは、電流検出ポイントＰ１でＵ＋信号がハイレベルであるので＋Ｉｕが検出され、電流検出ポイントＰ２でＷ＋信号がハイレベルであるので＋Ｉｗが検出される。
【００４１】
このような本実施形態によれば、三角波をキャリアとする相のデューティが５０％未満のときは三角波の極性を反転させる、という簡単な操作を行うだけで、モータ電流の検出率を向上させることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態のモータ制御装置の構成の例を示すブロック図である。
【００４３】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、キャリア生成部４Ａの極性切り替え部４４Ａへモータの変調率を表すデータが入力されている点である。
【００４４】
極性切り替え部４４Ａは、変調率が所定の値以上のときに、第１の実施形態と同様の三角波の極性の設定の切り替えを行う。すなわち、変調率が所定の値以上で、かつ、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときに、極性切り替え部４４Ａは、キャリアの三角波の極性を反転させる。
【００４５】
モータの変調率が高くなると、Ｕ相のデューティＵ＿ＤＵＴＹおよびＷ相のデューティＷ＿ＤＵＴＹが非常に高くなる一方、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが非常に低くなるという状態が発生しうる。
【００４６】
その場合、図７（ａ）に示すように、Ｖ相のキャリアの三角波の極性を三角波生成部４２から出力される三角波と同極性のままにしていると、Ｖ＋信号のハイレベル期間が非常に短くなり、電流検出に必要な最小余裕時間τに対するマージンが不足するようになる。
【００４７】
これに対して、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、Ｖ相のキャリアの三角波の極性を反転させるので、電流検出ポイントＰ１、Ｐ２におけるＶ＋信号のレベルはロウレベルとなり、電流検出の対象外となる。
【００４８】
このような本実施形態によれば、モータの変調率が高いときも、簡単な操作を行うだけで、モータ電流を安定的に検出することができる。
【００４９】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態のモータ制御装置の構成の例を示すブロック図である。
【００５０】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、キャリア生成部４Ｂの極性切り替え部４４Ｂへモータの回転速度を表すデータが入力されている点である。
【００５１】
極性切り替え部４４Ｂは、モータの回転速度が所定の値以上のときに、第１の実施形態と同様の三角波の極性の設定の切り替えを行う。すなわち、モータの回転速度が所定の値以上で、かつ、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときに、極性切り替え部４４Ｂは、キャリアの三角波の極性を反転させる。
【００５２】
モータの回転速度が速くなると、第２の実施形態の場合と同様、Ｕ相のデューティＵ＿ＤＵＴＹおよびＷ相のデューティＷ＿ＤＵＴＹが非常に高くなる一方、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが非常に低くなるという状態が発生しうる。
【００５３】
そこで、本実施形態では、モータの回転速度が所定の値以上で、かつ、Ｖ相のデューティＶ＿ＤＵＴＹが５０％未満のときに、Ｖ相のキャリアの三角波の極性を反転させて、Ｖ＋信号に電流検出マージン不足が発生することを防止する。
【００５４】
このような本実施形態によれば、モータの回転速度が速いときも、簡単な操作を行うだけで、モータ電流を安定的に検出することができる。
【００５５】
以上説明した少なくとも１つの実施形態のモータ制御装置によれば、簡単な操作で電流検出率を向上させることができる。
【００５６】
また、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１  電流検出部
２  デューティ設定部
３  ＰＷＭ信号生成部
４、４Ａ、４Ｂ  キャリア生成部
４１  下降鋸波生成部
４２  三角波生成部
４３  上昇鋸波生成部
４４、４４Ａ、４４Ｂ  極性切り替え部
【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】
2017153332.tif 000009
【図８】
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