JP2001095279A - モータ制御 - Google Patents

モータ制御

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JP2001095279A
JP2001095279A JP2000271336A JP2000271336A JP2001095279A JP 2001095279 A JP2001095279 A JP 2001095279A JP 2000271336 A JP2000271336 A JP 2000271336A JP 2000271336 A JP2000271336 A JP 2000271336A JP 2001095279 A JP2001095279 A JP 2001095279A
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Andrew James Stephen Williams
アンドリュー・ジェイムズ・スティーヴン・ウィリアムズ
Antony Walter Burton
アンソニー・ウォルター・バートン
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TRW Lucas Varity Electric Steering Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】出力信号における何らかのドリフトをモータ運
動中に補償できる、ブラシレス・モータを監視する方法
を提供する。 【解決手段】電流測定手段３０を使用してモータ１０の
巻線１、２、３へ流入または流出する電流を監視して電
流を表示する出力信号を生成し、電流測定手段を通して
流れる瞬時電流が実質的にゼロと知られる時に電流測定
手段の出力を測定し、実測定出力信号値と理想出力信号
値の間の何らかの差を補償する修正出力信号を生成する
各ステップを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はモータ制御法の改
良、およびこのような改良された方法を組込むモータ制
御および駆動回路に関する。本発明は特に、より広い適
用が予想されるが、電力支援ステアリング・システムに
おけるモータ用のモータ制御法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気モータは日常の機械の増大する共通
部分になっている。大きな関心のひとつの領域は、車両
のステアリング・ホイールを容易に回すためにステアリ
ング・コラム・シャフトの部分に支援トルクを供給する
ための電気モータの使用である。ステアリング・ホイー
ルとしてドライバに要求されるトルクを検出することに
より、モータ駆動信号が生じ、ステアリング・コラムに
動作的に結合されたモータを次に駆動する。ドライバが
要求する同じ感度のトルクをモータはステアリング・コ
ラムに供給する。
【０００３】滑らかなトルクおよび精密なモータ駆動特
性に対する要求に合わせるために、多くの（典型的には
３）相巻線を含む固定子内で回転する、多くの永久磁石
を有するブラシレス回転子を含む電気モータを提供する
ことは知られている。相巻線はデルタまたはスター配列
で共に接続され、そしてブリッジ回路においてスイッチ
ング・デバイスに供給されるパルス幅変調信号を使用し
て制御されうる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】モータを正確に制御す
るために、モータ・トルクが決定されることを可能にす
る、モータに流れる電流の測定がなされねばならない。
モータ駆動回路において提供される多くの電流感知抵抗
はモータ電流測定をするために使用されることが提案さ
れてきた。単一の抵抗がモータの各相に直列に設けら
れ、各抵抗に跨って生成される電圧は抵抗を通って流れ
る電流に比例する。しかし、これは、抵抗当たりひと
つ、多重電流感知回路に対する必要性を要する。
【０００５】代わりに、モータの全ての相に流れる電流
の代数和はゼロに等しくしなければならないことが知ら
れているから、ひとつの電流感知抵抗は削除され得るで
あろう。そこで、ｎ相モータに対して、（ｎ−１）電流
感知抵抗および回路が必要とされるであろう。
【０００６】代わりに、単一の感知抵抗のみが使用され
ることが提案されてきた。この構成は、コストと構成要
素数を減少させ、各電流センサと関連する異なる構成要
素および感知回路に依存して、２以上の感知抵抗が使用
される時に発生し得る測定の不正確さを受け難い。より
正確なモータ制御は、測定が正確なタイミングで為され
るならば達成でき、電流測定回路において存在するオフ
セット電圧は除去される。このような単一感知抵抗は、
Ｄ．Ｃ電源とブリッジ回路兼モータ組合わせの間を流れ
る全瞬時電流を測定するように、典型的には回路に置か
れている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１の側面に従うと、本
発明は、それぞれがブリッジ回路において接続された１
以上の巻線を含む多数の相を含むブラシレス・モータの
動作を監視する方法を提供し、ブリッジ回路は各相に対
してひとつのアームを備えた多数のアームを含み、各ア
ームは、相と第１の供給電圧の間に接続された頂部スイ
ッチング・デバイスと、相と第２の異なる供給電圧の間
に接続された底部スイッチング・デバイスを含み、各デ
バイスはオン状態からオフ状態へ切換え可能である。方
法は、電流測定手段を使用するブリッジ回路およびモー
タへ流入または流出する電流を監視して電流を指示する
出力信号を生成するステップと；電流測定手段を通る瞬
時電流フローが実質的にゼロであることが知られている
時に電流測定手段の出力を測定するステップと；実測さ
れた出力信号値と理想出力信号値の間の何らかの差に対
して補償される修正出力信号を生成するステップとを含
む。
【０００８】オンに切換えられることにより、スイッチ
ング・デバイスはアームに対して低インピーダンスを与
え、そしてオフに切換えられることにより、アームに対
して高インピーダンスを与えることを意味する。
【０００９】電流測定手段における電流がゼロであると
知られると直ぐに対応する電流測定手段の出力を監視す
ることにより、電流測定手段からの出力信号における何
らかのオフセットまたはドリフトが検出されそして補償
され得る。もし要求されるならば、出力信号はその時ゼ
ロへリセットされて修正出力値を生成できる。これは、
実測値と大きさで実質的に等しいオフセット値を発生す
ることにより達成できる。これは、実際の出力を理想出
力と比較することにより、実測値に加算または減算して
修正出力信号をゼロ電流フロー（または幾つかの他の
「理想」値）のためにゼロへ強制する。実に、補償値は
何らかの出力信号値（非ゼロ電流に対してさえ）から減
算されて何らかのゼロ・オフセットに対して補償するこ
とを意図している。
【００１０】電流測定手段を通り流れる電流はモータが
動作している間ゼロであると知られると直ちに電流測定
手段の出力を測定することにより、モータが動作いてい
る間出力は「オンライン」で補償され得る。このことに
より、所望ならば、モータが動作象限のいずれかひと
つ、即ち力行、制動などで動作している間に測定が取ら
れることを意味する。これは、モータがオフに切換えら
れる時に補償がされるシステムに対して増加した柔軟性
を与える。例えば、より規則的に更新される補償値は、
モータのオフへの切換えを待たずに得られる。車両が駆
動されている間、例えばモータが回転していようと他の
状態であろうとトルクを生じている間、ゼロ電流測定は
周期的または随時にされ得るので、これは、モータが電
力ステアリング・システムの部分を形成する場合に特に
有益である。
【００１１】本方法は、電流測定手段からの出力信号へ
オフセット値を加算し、または電流測定手段の出力信号
値からのオフセット値を減算して修正出力信号を生成す
るステップを含む。
【００１２】本方法は、特に３相モータを監視するため
に適用され、３相より多い相を有するモータを制御する
ために適用できる。本方法はさらに、各スイッチング・
デバイスへ適切な信号を供給することによりモータを制
御し、ゼロ電流測定が実行されている間にモータの各相
に供給される平均電圧を変えるステップを含む。
【００１３】各スイッチング・デバイスに供給される各
信号は、パルス幅変調信号を含む。好ましくは、全ての
スイッチイング・デバイスは同一同期化変調サイクル時
間を有する各パルス幅変調信号により変調される。
【００１４】好ましくは、各または選択されたパルス幅
変調サイクルの間、ブリッジ回路に入出する瞬時電流は
そのサイクルにおける正味（ｎｅｔ）電流に無関係に最
初の段階でゼロである。全正味モータ電流に関係なく、
モータが動作している時に為されるゼロ測定を可能にす
る。
【００１５】各スイッチング・デバイスに適用される好
適なパルス幅変調信号は、単一のオンーオフ遷移そして
単一のオフーオン遷移または各サイクル内の縁により画
定される。
【００１６】ひとつまたは各サイクル内のオンーオフ縁
の位置は好ましくは、全ての底部デバイスがオフに切換
えられている間、各期間内の最初の段階に全ての頂部デ
バイスは同時にオンに切換えられる。ゼロの全電流はブ
リッジ回路の流入または流出することを、電流測定手段
を通して各期間の間最初の段階に確認する。電流測定手
段の出力はこの瞬間に実際のゼロ電流測定を生じるため
に監視され得る。
【００１７】代わって、縁の位置は、最初の段階に底部
スイッチング・デバイスがオンに切換えられる間に全て
の頂部スイッチング・デバイスがオフに切換えられるよ
うに選択される。これはまた、ゼロ電流がブリッジ回路
へ流入またはブリッジ回路から流出することを、電流測
定手段を介して確認する。
【００１８】もちろん、各サイクル中にゼロ電流の読出
しをすることが常に可能であることは好ましいことであ
りそして規則的に更新されるオフセット値が得られる利
益を提供するが、本質的ではない。
【００１９】１サイクル中にモータの各相に供給される
正味電圧は、各スイッチング・デバイスに供給されるパ
ルス幅変調信号のデューティ期間に依存する。最も好ま
しくは、各サイクル内で頂部デバイスは、底部デバイス
が切換えられる時間長に実質的にオンに等しい期間の間
切換えられ、逆に、各デバイスはオンからオフへそして
逆に各変調サイクル中に１回のみ切換えられる。
【００２０】最も好ましくは、単一サイクル中に、頂部
デバイスはその期間の開始時に初期のオフ状態からオン
状態へ最初に切換えられる。それから、相電圧の要求に
依存した期間の間にオン状態に止まる。それからサイク
ルの終了までオフ状態へ戻るよう切換えられる。１サイ
クルにおける全波形は、そこでひとつのオン事象（また
は縁）そしてひとつのオフ事象（または縁）により画定
される。
【００２１】同じ単一サイクル中に、底部スイッチング
・デバイスは最初にサイクルの開始時にオン状態にあっ
ても良い。それから底部スイッチング・デバイスはオフ
状態に切換えられ、オンに切換え戻される前にサイクル
の終端まで相要求電圧に従う所定時間の間オフを維持す
る。１サイクルにおける全波形は、そこでひとつのオフ
事象（または縁）そしてひとつのオン事象（または縁）
により画定される。
【００２２】最適には、本方法は各スイッチング・デバ
イスに対して信号を整列するステップを含み、このため
１サイクル中の各頂部スイッチング・デバイスのオン期
間と底部スイッチング・デバイスのオフ期間（または
逆）は、各信号の２つの縁がサイクルにおいて任意に選
択された点の何れかの側に等しく離間されるように中心
合わせされる。好ましくは、それらはサイクルの中心の
周りに中心決めされる。これは、中心点は全ての頂部ス
イッチング・デバイスをオンに、全ての底部スイッチン
グ・デバイスをオフに対応することを確認し、このため
ゼロ電流が電流測定手段を通って流れる時に電流測定手
段から出力信号のサンプルを取るための適切な点を画定
する。
【００２３】３相モータの場合において、本方法はさら
に、信号を中心合わせした後に、サイクル内の信号の１
以上の縁をシフトするステップを含み、２つの正確な調
時されたサンプルが電流測定手段から取られることを可
能にする適切な方法で信号が重複されるようにし、各サ
ンプルはモータの異なる単一相における電流に対応す
る。３相モータにおける相電流の代数和がゼロであるこ
とを知り、２相中の電流を測定することは第３の相にお
ける電流が計算され、このためすべての３つの相におけ
る電流が知られることを認める。好ましくは、ひとつの
相における頂部および底部スイッチング・デバイスに対
する信号は互いに関係してシフトされない。
【００２４】３相PWMデューティの全ての条件下におい
てこのようなシフトは２つの相電流が測定されることを
許容するとすれば、３相電流は常に測定でき、そしてモ
ータにおける３相電流の閉ループ制御は３相ＰＷＭデュ
ーティを調整することにより実行されて３相電流を要求
値へ制御する。もちろん、各対の信号に対するデューテ
ィサイクルはこのシフト動作により実質的に変えられな
いことは重要であり、そこでモータの各相に供給される
平均電圧は実質的に一定に留まる。
【００２５】何らかのサイクル中の実信号に従い、全て
の頂部スイッチング・デバイスがオフそして全ての底部
スイッチング・デバイスがオンである時にゼロ電流のひ
とつのサンプルが得られ、同様に全ての頂部スイッチン
グ・デバイスがオンそして全ての底部スイッチング・デ
バイスがオフである時にゼロ電流のひとつのサンプルが
得られように、信号縁を整列することは可能である。可
能ならば、本方法はこの方法で信号縁を整列するステッ
プを含む。もし可能でないなら、１以上のエラー・フラ
ッグが立てられ、ゼロ電流サンプルはそのサイクル内で
取られないことを表示しても良い。
【００２６】本発明により、モータのパルス幅変調制御
中に、ゼロ電流が電流測定回路中に流れる短期間を強制
するように、各種のデューティサイクルは整列され得る
（可能な場合）。ゼロ電流サンプルは、その瞬時に取ら
れ得る。もちろん、パルス列のサイクル毎のサンプルを
取ることは本発明に重要でない。実際、個々の相電流を
測定するために変調方法によって必要とされる非ゼロの
サンプルに優先性が与えられる必要があるから、このよ
うなサンプルは常時は有効ではない。しかし、当業者
は、モータが動作している間に電流測定回路におけるド
リフトを補償することができる利点を容易に理解できよ
う。
【００２７】第２の側面によると、本発明は３相を含む
モータを制御する方法を提供し、各相は頂部スイッチン
グ・デバイスを介して第１の電圧と、底部スイッチング
・デバイスを介して第２の電圧と接続され、本方法は次
のステップを含む：相に供給される正味電圧を表すモー
タの各相に対する各相電圧要求値を計算するステップ；
電圧要求値に対応する相への正味電圧を供給するために
必要とされる各相の、頂部スイッチング・デバイスに対
するパルス幅変調信号のデューティ期間値と、底部スイ
ッチング・デバイスに対するパルス幅変調信号のデュー
ティ期間値とを計算するステップ；デューティ期間値を
処理して各相に対して、オフ状態からオン状態に切換え
られる場合に頂部スイッチング・デバイスにおける第１
のスイッチング縁と、オフ状態に切換え戻される場合に
頂部スイッチング・デバイスにおける第２のスイッチン
グ縁との間の時間遅れを画定し、オン状態からオフ状態
に切換えられる場合に底部スイッチング・デバイスにお
ける第３のスイッチング縁と、オン状態に切換え戻され
る場合に底部スイッチング・デバイスにおける第４のス
イッチング縁との間の時間遅れを画定するステップ、縁
の位置はPWM信号のひとつのサイクルを画定する；ひと
つの相に対する信号の縁の位置を他の相に対する信号の
縁に関係して計算し、第１の瞬間に電流測定手段を介し
て流れる電流はモータの単一相における電流を表示しそ
して第２の瞬間に電流測定手段を介して流れる電流は第
２の異なる相に流れる電流を表示する、ステップ；個々
のＰＷＭ信号により各スイッチング・デバイスを変調す
るステップ。
【００２８】好ましくは、PWMサイクル内の縁は、第３
の段階で実質的ゼロ電流が電流測定手段を介して流れる
ように互いに関係して位置決めされる。これは、底部ス
イッチング・デバイスがオフに切換えられる間に全ての
頂部スイッチング・デバイスがオンに切換えられる場合
の段階に対応する。加えて、または代わりに、第４の段
階で、底部スイッチング・デバイスがオンに切換えられ
る間に全ての頂部スイッチング・デバイスがオフに切換
えられるように、縁は整列され得る。これは、２つの異
なるゼロ電流条件をPWMサイクル中に創出すことを可能
にする。
【００２９】可能な場合、縁は互いに関係して位置決め
され、上述された全ての４つ瞬間の条件はＰＷＭサイク
ル内で遭遇するように互いに関係して位置決めされる。
明らかに、これは、可能であるか否かについて相電圧要
求値に依存するであろう。
【００３０】それぞれ２つのゼロ電流サンプルを取るこ
とにより、ひとつのサンプルは、全ての頂部スイッチン
グ・デバイスがオンに切換えられそして全ての底部スイ
ッチング・デバイスがオフに切換えられる時であり、他
のサンプルは、底部スイッチング・デバイスがオンに切
換えられそして全ての頂部スイッチング・デバイスがオ
フに切換えられる時であり、ゼロ電流に対応する２つの
データのストリームが発生される。各ストリームは、個
々にフィルタをかけられ、それから電流測定回路のゼロ
出力における変化を追跡するための補償値を許容するた
めに平均化される。
【００３１】各ストリームに対して一定の時定数を有す
る単極ロウパス反復フィルタを使用することが好まし
い。２つのストリームの平均はゼロ電流出力値を計算す
るために使用され得る。
【００３２】本方法は、PWMサイクル内で各PWM信号を初
期に中心合わせする中間ステップを含み、信号の第１と
第２の縁（または第３と第４の縁）はPWMサイクルにお
いて任意に選択された点について等しく離間される。こ
れは好ましくはPWMサイクルの中心である。
【００３３】本方法は、第１、第２、第３、または第４
の瞬間のいずれかに対応するPWMサイクル中に少なくと
もひとつの電流サンプルを取るステップをさらに含む。
最も好ましくは、このような電流サンプルのシーケンス
は単一ＰＷＭサイクル内から得られ、該シーケンスは各
第１、第２、第３および第４の瞬間からのひとつのサン
プルを構成する。各信号のPWM縁の間の時間遅延を計算
する時に、１以上のインターロック遅延は各縁の位置に
追加され得る。さもなければ、頂部スイッチング・デバ
イスは、底部スイッチング・デバイスがオフ状態にある
時間に実質的に等しい継続間オン状態にあるよう通常は
切換えられ、そしてその逆でもある。
【００３４】３つの相は、その関連する相電圧要求の大
きさの順序に好ましくは配列され、最高の要求は相Ａ
に、最低の要求は相Ｂにラベルされる。縁の初期の中心
合わせの後に、縁の位置はそれから電流測定がなされ得
るようにシフトされる。理想的には、最初の瞬間にひと
つの相の頂部と底部スイッチング手段が残りの相の頂部
と底部スイッチング手段と反対状態にあるようにシフト
される。第２の瞬間に、異なる相の頂部と底部スイッチ
ング手段が残りの相の頂部と底部スイッチング手段と異
なる状態にある。これは、唯一のスイッチング状態を有
する相へまたは相からの電流フローを、相へまたは相か
ら流れる電流を測定することにより測定されることを許
容する。
【００３５】縁は好ましくは２つの段階にシフトされ
る。最初に、相Ａに対する２つの信号は、PWMサイクル
において前方の（より早い）相Ａに対する縁をまたはPW
Mサイクルにおいて後方の（遅れた）相Ｃに対する縁を
シフトすること、または両者の組合わせのいずれかによ
り、相Ｃの頂部スイッチング・デバイスが最小オーバラ
ップ時間の間オフに切換えられる間に相Ａの頂部スイッ
チング・デバイスはオンであるまで、相Ｃに対する信号
に関してシフトされ得る。相Ｂに対する縁はそれから、
相Ａに流込む電流Ａと相Ｃから流出する電流が唯一に測
定され得る場合に位置が達するまでPWMサイクルにおけ
る前方または後方の何れかにシフトされ得る。
【００３６】上記シフトは、測定された電流は相Ａに流
入する電流に等しい第１の瞬間を生じ、測定された電流
は相Ｃから流出する電流に等しい第２の瞬間を生じるこ
とは当業者には明らかであろう。もちろん、他のシフト
・パターンは、第１と第２の瞬間における電流は他の相
へまたは他の相からの電流に対応していると考えられ
る。
【００３７】電流の測定値はそれから、相における電流
を制御するために指定されたフィードバック制御器のた
めフィードバック期間として使用される。ＡとＣに対す
る電流値は前述された順序付け手続きと逆に物理的相に
再配分される。
【００３８】別の側面に従うと、本発明は、本発明の第
１の側面による方法を使用して監視されそして／または
第２の側面による方法を用いて制御される、モータを組
込む電力ステアリング・システムを提供する。
【００３９】
【発明の実施の形態】例示のみにより、本発明の一実施
形態が以下に添付の図面を参照して記述される。
【００４０】図１は、本発明のモータ制御方法を組込む
電力のためのモータ駆動および制御回路の回路図であ
る。モータは３つの相（１，２および３）を有するブラ
シレス永久磁石モータ１０を含み、各相は並列に接続さ
れた１以上の相巻線を含む。説明の都合上、相は以下に
相１、相２および相３としてそれぞれ述べられている。
相はスター点４のひとつの端に、そして他の端において
ブリッジ回路２０に接続される。スター結線モータが記
述されるが、本技術はまたデルタ結線モータに対して適
用できる。
【００４１】ブリッジ回路２０は、パワートランジスタ
（Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、）の形態のスイッチ
ング・デバイスのアレイからなる。各相１、２、３に対
し、頂部トランジスタＴ1、Ｔ2、Ｔ3はその相を正の電
源＋Ｖに接続し、底部トランジスタＢ1、Ｂ2、Ｂ3はそ
の相をゼロ電圧電源０ｖに接続している。従来の車両に
おいて、正の電源は典型的にはバッテリにより与えら
れ、バッテリ負端子に接続された車両シャーシの一部に
負の接続はされている。
【００４２】各トランジスタは、オフに切換えられる時
に高抵抗を有し、オンに切換えられる時に低抵抗を有す
る。信号を各トランジスタのベースに供給することによ
り、適切な正味（ネット；ｎｅｔ）電圧はモータを動作
するために各相に供給される。スイッチの制御は本発明
による制御方法により支配される。
【００４３】回路はまた、バッテリとスイッチング・デ
バイスの間のフィルタ回路（図示されていない）、モー
タ底部トランジスタおよびアース接続の間に直列に設け
られた電流感知デバイス３０を含む。抵抗３０に跨った
電位低下は適切な回路（図示されていない）を使用して
測定され、ブリッジおよびモータ巻線に流入しまたは流
出する電流の測定を与える。
【００４４】各トランジスタはそのベースに供給される
各PWM信号を使用して切換えられる。PWM信号のデューテ
ィ期間は各相に供給される正味の相電圧を決定する。各
PWMサイクルの継続時間は固定される。
【００４５】各トランジスタに供給されるPWM信号はソ
フトウエアに実現されたベクトル制御アルゴリズムを使
用するモータ制御方法を使用して計算される。これは、
電流感知抵抗回路により測定されるような各相における
電流を基礎とする３相電圧要求信号を発生する閉ループ
アルゴリズムである。
【００４６】本質的に、制御方法は図２に示されたよう
な５つの主ステップを有する。最初に、３つの相電流ｉ
1、ｉ2、ｉ3は、位置センサ４１を使用するモータの回
転子位置Θの測定と共に、電流センサ４０を使用して測
定される。制御アルゴリズムはそれから４３において適
切な相電圧要求Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3を発生させるために使用
される。各相電圧要求は、モータの各相に供給される正
味電圧に対応する。各相電圧要求はそれから第１の処理
手段４５により各相に対するデューティ値を計算するた
めに使用される。最後に、各相電圧要求はその相の頂部
および底部トランジスタに対する各PWM信号へと処理４
６される。
【００４７】ひとつの波形を含むために単一相の頂部お
よび底部トランジスタに供給される２つのPWM信号を考
慮し、このとき一般に各波形は、PWMサイクルまたは期
間内の４つの縁位置により画定される。これらの縁位置
は、頂部トランジスタに対しトランジスタ・スイッチが
オンからオフへそしてオフからオンへ切換わるPWMサイ
クル中の点、および底部トランジスタに対してスイッチ
ング事象の対応する点である。一般に、相に対する頂部
トランジスタがオンに切換えられる時に、対応する底部
トランジスタはオフに切換えられる。典型的な対の波形
は最大相要求電圧に対して図４に、最小要求電圧に対し
て図５に示される。
【００４８】一定のモータ相電流の測定を可能にするた
めに、各相の縁の相対的な位置決めは、サイクル内の処
理手段４６により決定される。モータ電流がサンプルさ
れるべき時間は、感知手段を介して所与の型の電流フロ
ーを与えるために６つのスイッチの状態が知られている
処理手段により選択される。例えば、電流感知抵抗回路
を較正可能にするようにゼロ電流を測定するため、全て
の頂部トランジスタは、サンプル時間に底部トランジス
タがオフである間オンであるべきかまたはその逆である
べきである。各１２の縁の確実な位置およびサンプルの
タイミングは後述するように処理手段により制御され
る。
【００４９】３つの相電圧要求V1、V2、V3は、それから
値により記憶されそして６つの結果として生じる組合わ
せのひとつに従ってケース番号が配分される。実質的に
は、最高に正規化された相要求電圧は相Aとしてラベル
付けされ、次に相Bとして、最低は相Cとしてラベル付け
される。このステップはPWM波形に対する縁位置の計算
を簡単化する。
【００５０】各相電圧要求はそれから測定された供給電
圧の半分に関して正規化される。もし供給電圧測定は有
効ではないならば、そのとき公称値が替わりに使用され
る。正規化された位相要求電圧を計算して、３相に対す
るPWMデューティ値が計算される。
【００５１】もし正規化された電圧要求が１を超えるな
らば、PWMデューティは図３に示されるPWM最大（即ち、
最大出力）にセットされる。もしそれがマイナス１より
低いならば、PWMデューティは図４に示されるようにPWM
最小（即ち、最小デューティ）にセットされる。もし正
規化された電圧要求が−１と＋１の間にあるならば、次
式により定義される：
【００５２】
【数１】PWMデューティ＝最小PWMデューティ＋｛［（正
規化電圧要求＋１）ｘ（最大PWMデューティ−最小PWMデ
ューティ）］÷２｝ 相に対するPWMデューティは、その相の頂部トランジス
タに対するオン時間対オフ時間の比、即ちオフ−オン縁
の位置とオン−オフ縁の位置の間の遅延時間を定義して
いる。相の底部トランジスタのオン時間はそのとき頂部
トランジスタのオン時間とトランジスタのインターロッ
ク要求から計算される。
【００５３】各トランジスタに対するデューティ期間を
計算してから、サイクル内の縁の位置が次に計算され
る。初期には、全ての６つの信号は、頂部トランジスタ
の各オン期間の中心と底部トランジスタの各オフ期間の
中心が図５に示されるようにサイクルの中心と整合され
ように中心合わせされる。
【００５４】中心合わせ動作の後に、適切な位相電流測
定が単一感知抵抗に跨ってできるように、６つの各ＰＷ
Ｍ信号の各種のシフトが実行される。可能ならシフト
は、全ての頂部トランジスタはオンにそして底部トラン
ジスタはオフになるような、１サイクルの少なくともひ
とつの点があるように選択される。代わって、シフト
は、全ての頂部トランジスタはオフにそして全底部トラ
ンジスタはオンになるような、各サイクルにおいて少な
くとも一つの点があるように選択される。理想的には、
両方の条件が単一サイクル中に起こるように波形はシフ
トされる。しかし、波形に依存するので、これは可能で
はないこともある。もし可能でないなら、誤った電流測
定サンプルが取られないようにフラッグが揚げられる。
【００５５】サイクルにおける瞬間に頂部の３つのトラ
ンジスタがオフでありそして底部の３つのトランジスタ
がオン（またはこの逆）に切換えられることを確認する
目的は、ゼロ電流が電流感知抵抗を通り流れることが知
られる時に、単一電流感知抵抗回路３０からのサンプル
が取られ得ることを可能にすることである。非ゼロのサ
ンプル値は熱ドリフトまたは構成要素の時効の測定を与
えるから、非ゼロのサンプル値は電流感知回路において
何らかのオフセットに対して計算しそして補償するため
に使用される。各サイクル上でサンプリングしそして更
新することにより（もし可能ならそしてフラッグが揚げ
られていないと仮定するなら）、規則的な訂正が時間中
にドリフトを防止するようにされる。
【００５６】次の方法は、各サイクル内に信号を位置決
めするために使用される。各ＰＷＭ縁はＰＷＭサイクル
内においてその位置により画定される。縁が有り得るサ
イクル中の最も初期の位置はＭＩＮ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩ
ＴＩＯＮ として定義される。最近の位置はＭＡＸ Ｅ
ＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ として定義される。次の関
係が成立する：
【００５７】
【数２】ＭＡＸ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ − ＭＩＮ
ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ＝ＰＷＭ期間 − ＭＩＮ
ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＯＮ ＴＩＭＥ ＭＩＮ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＯＮ ＴＩＭＥは、各頂
部トランジスタがオンそして各底部トランジスタがオン
である各PWMサイクル中の最小時間長として定義され
る。
【００５８】中心位置は次のようにまた定義される：
【００５９】
【数３】サイクルの中心＝［ＭＡＸ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩ
ＴＩＯＮ ＋ ＭＩＮ ＥＤＧＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＋
（インターロック遅延１−インターロック遅延２）］÷
２ 底部トランジスタ縁は、デューティおよびインターロッ
ク遅延に関わらず、ＭＡＸ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ
と ＭＩＮ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮの間に初期に中
心付けられることを、これは確認している。
【００６０】上述の適切な基準を定義してから、各縁の
位置は計算され得る。４つの定義が以下に使用され得
る： 頂部縁１ −頂部トランジスタがターンオンする位置 頂部縁２ −頂部トランジスタがターンオフする位置 底部縁１ −底部トランジスタがターンオフする位置 底部縁２ −底部トランジスタがターンオンする位置 次のアルゴリズムは、中心合わせされたＰＷＭ波形に対
する縁位置を計算するために使用される。位相ａに対
し： センタ付けされたＰＷＭ縁ａ．頂部縁１＝サイクルの中
心−（ＰＷＭデューティａ÷２） センタ付けされたPWM縁ａ．頂部縁２＝中心付けされた
ＰＷＭ縁ａ．頂部縁１＋ＰＷＭデューティａ センタ付けされたＰＷＭ縁ａ．底部縁１＝中心付けされ
たＰＷＭ縁ａ．頂部縁１−インターロック遅延１ センタ付けされたＰＷＭ縁ａ．底部縁２＝中心付けされ
たＰＷＭ縁ａ．底部縁２＋インターロック遅延２ 位相ｂに対して： センタ付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁１＝サイクルの中
心−（ＰＷＭデューティｂ÷２） センタ付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁２＝中心付けされ
たＰＷＭ縁ｂ．頂部縁１＋PWMデューティｂ センタ付けされたＰＷＭ縁ｂ．底部縁１＝中心付けされ
たＰＷＭ縁ｂ．頂部縁１−インターロック遅延１ センタ付けされたＰＷＭ縁ｂ．底部縁２＝中心付けされ
たＰＷＭ縁ｂ．頂部縁２＋インターロック遅延２ 位相ｃに対して： センタ付けされたＰＷＭ縁ｃ．頂部縁１＝サイクルの中
心−（ＰＷＭデューティｃ÷２） センタ付けされたＰＷＭ縁ｃ．頂部縁２＝中心付けされ
たＰＷＭ縁ｃ．頂部縁１＋PWMデューティｃ センタ付けされたＰＷＭ縁ｃ．底部縁１＝中心付けされ
たＰＷＭ縁ｃ．頂部縁１−インターロック遅延１ センタ付けされたＰＷＭ縁ｃ．底部縁２＝中心付けされ
たＰＷＭ縁ｂ．頂部縁２＋インターロック遅延２ 中心に関して各縁の位置を画定した後、要求された縁シ
フトが計算される。シフトは、ゼロ電流を測定するため
に２つの瞬間と、少なくとも２つの相における電流をそ
れぞれ測定するための２つの瞬間とを与えるために選択
（可能な場合）される。規則として、最小オーバーラッ
プ領域が少なくともＭＩＮ ＰＷＭ ＷＡＶＥＦＯＲＭ
ＯＶＥＲＬＡＰの幅で与えられる。これは一般に、取ら
れるべきサンプルに対して十分な時間を与えるために電
流感知抵抗回路を「安定」させるために許容される時間
であるように選択される。この例では、２つの電流サン
プルは相Ａに流入する電流にそして相Ｃから流出する電
流に対応する。相対縁位置をを計算するステップは次の
ようである； ステップＳ１． 中心合わせされたＰＷＭ波形の既に存
在するオーバラップを計算せよ： ＰＷＭａｂオバーラップ＝中心付けされたＰＷＭ縁ｂ．
底部縁１−中心付けされたＰＷＭ縁ａ．頂部縁１ ＰＷＭｂｃオバーラップ＝中心付けされたＰＷＭ縁ｃ．
底部縁１−中心付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁１ ＰＷＭ合計オーバラップ＝ＰＷＭａｂオーバラップ＋Ｐ
ＷＭｂｃオーバラップ。 ステップ２． 要求されたＰＷＭａおよびＰＷＭｃシフ
トを計算せよ。ＰＷＭａはサイクルの開始方向にシフト
される（即ち、シフトは−ｖｅであろう）。ＰＷＭｃは
サイクルの終了方向にシフトされる（即ち、シフトは＋
ｖｅであろう）。もし合計オーバラップが既に十分に長
いならばシフトは要求されない。 IF PWM total overlap <(MIN PWM WAVEFORM OVERLAPｘ２)THEN PWM A SHIFT = -[(MIN PWM WAVEF ORMOVERLAPｘ２) -PWM total overlap]÷2 PWM C sift = [(MIN PWM WAVEFORM OVERLAPｘ２) −PWM total overlap]＋ＰＷＭ Ａ shift ELSE PWM A SHIFT=0 PWM C SHIFT=0 ENDIF。 ステップ３． 要求されたＰＷＭＢシフトを計算せよ。
ＰＷＭＢは、両オーバラップが十分に大きいことを確認
するために何れかの方向にシフトされ得る。このステッ
プはステップＣにおいてＰＷＭ ＡとＰＷＭ Ｃに供給さ
れるシフトの計算をする。 IF[(PWM AB overlap−PWM A shift)]≦（ＰＷＭ BC overlap + PWM C shift)] THEN IF[(PWM AB overlap−PWM A shift)]<MIN PWM WAVEFORM OVERLAP] THEN PWM B shift = MIN PWM WAVEFORM OVERLAP−(PWM AB overlap − PWM A shift) ELSE PWM B shift +0 ENDIF ELSE IF(PWM BC overlap + PWM C shift)]<MIN PWM WAVEFORM OVERLAP] THEN PWM B shift =(PWM BC overlap + PWM C shift) − MIN PWM WAVEFORM OVERLAP ELSE PWM B shift = 0 ENDIF ENDIF。 シフトが適用された後の図５の信号の位置は図６に示さ
れる。注意するキーポイントは次のことである： １） 各トランジスタに対するＰＷＭデューティは同
一、即ち各信号の２つの縁の間の遅延時間に維持され
た； ２） サイクルの後半（即ち、サイクル中心の後部）に
おける縁の順序は変更した； ３） 一般に、各トランジスタに対し、ひとつの縁はサ
イクルの前半にそして他の縁は後半にある； ４） 相に対する２つの信号（即ち、回路のアームに対
して頂部および底部）は同じ方向に且つ同じ量だけ共に
シフトされる。
【００６１】縁をシフトすると、適切な電流サンプルが
取られ得る瞬間が選択される。４つのサンプル以上が各
サイクルにおいて取られる。もちろん２つのサンプルが
常に取られ、２つのモータ相電流を表す。第１のサンプ
ルはモータ相Ａに流入する電流を測定し、そして第２の
サンプルは相Ｃから流出する電流を測定する。２つのゼ
ロ電流サンプルは可能な場合に取られる。ＰＷＭ波形の
組合わせに従って、ゼロ電流サンプルはあらゆるサイク
ル中に可能ではなく、不可能な場合はフラッグが揚げら
れる。
【００６２】各サンプルはオーバラップ領域内において
できるだけ遅く取られる。これは、サンプリング領域の
終了前にアナログ／デジタル・コンバータ・サンプル時
間として計算される。
【００６３】取られるべき各サンプルに対する位置は、
次のステップに従って計算される：ステップ１． モー
タ相電流サンプルに対するサンプル位置を計算せよ： モータ電流Ａサンプル位置＋ＰＷＭ縁Ｂ．底部縁１− ａｂｃサンプル時間 モータ電流Ｃサンプル位置＋ＰＷＭ縁Ｃ．底部縁１− ａｂｃサンプル時間 ステップ２． 底部トランジスタをオンしてゼロ電流サ
ンプルに対する条件を検査し、そしてサンプル位置を計
算せよ： IF(PWM edges A. bottom edge 1−min edge position)≧MIN PWM WAVEFORM OVER LAP THEN motor bottom zero current sample position = PWM edge A. bottom edge 1 − adc sample time motor bottom zero current sample valid = TRUE ELSE motor bottom zero current sample valid = FALSE ステップ３． 頂部トランジスタをオンしてゼロ電流サ
ンプルに対する条件を検査し、そしてサンプル位置を計
算せよ： IF(center of cycle−PWM edges C top edge 1)≧MIN PWM WAVEFORM OVERLAP TH EN motor top zero current sample position = center of cycle − adc sample time motor top zero current sample valid = TRUE ELSE motor top zero current sample valid = FALSE。 理想的には、４つのサンプルは各サイクルで取られる。
代わりに、各４つのサンプルは一群のサイクルから順番
に取られても良い。一般に、モータ底部ゼロ電流サンプ
ル位置は常に、PWMサイクルにおいて最初に生じ、その
サイクルにおいて、モータ電流Aサンプル位置が続き、
モータ電流Cサンプル位置が続き、モータ頂部ゼロ電流
サンプル位置が最後に続く。
【００６４】モータ相Aとモータ相Cに対して測定された
サンプルはそれから、ケース番号を決定するために使用
されるプロセスと反対に物理的モータ相に再割当てされ
る。第３の相における電流は、３つの相における電流の
和がゼロでなければならないことを知ることにより計算
できる。
【００６５】このため、３つの相の電流が知られ、そし
てこの情報は図２において閉ループ・モータ電流制御器
４３に対するフィードバックとして使用される。頂部電
流サンプルおよび底部ゼロ電流サンプルから、電流感知
回路におけるオフセットが計算できる。これは好ましく
は、１次数（デジタル）ロウパス・フィルタを使用する
頂部電流サンプルと底部ゼロ電流サンプルのストリーム
を個々にフィルタリングすることにより達成される。２
つのフィルタされた値は、それから平均化される。平均
値はモータ相A電流とモータ相Cの電流のサンプルごとか
ら減算され、オフセット訂正値を与える。もちろん、単
一電流感知抵抗の代わりに、電流感知の他の適切な形態
が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電力支援ステアリング・システム
の部分を形成する電流感知抵抗を組込む電気モータおよ
び駆動回路の概観である。
【図２】図１に示されるモータを制御するために使用さ
れる各種のプロセス・ステップを例示する。
【図３】相要求電圧最大の正味値にある時に図１に示さ
れるモータの相における頂部および底部トランジスタに
供給される２つの信号を示す。
【図４】相要求電圧最小の正味値にある時にモータの相
における頂部および底部トランジスタに供給される２つ
の信号を示す。
【図５】中心合わせしそして大きさにより順序付けする
後に、全ての６つの相信号の位置を示す。
【図６】適切な電流測定が取られ得るようにシフトした
後に１２の縁の相対的位置を示す。
【符号の説明】
１０ ブラシレス永久磁石モータ ２０ ブリッジ回路 ３０ 電流感知デバイス ４０ 電流センサ ４１ 位置センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー・ジェイムズ・スティーヴ ン・ウィリアムズ イギリス国ソリハル ビー94 ６エルディ ー，ラプワース，オールド・ウォーリッ ク・ロード，セント・チャッズ・ミューズ １ (72)発明者 アンソニー・ウォルター・バートン イギリス国ソリハル ビー97 ７イーアー ル，マーストン・グリーン，ビッケンヒ ル・ロード，ザ・カピス

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれがブリッジ回路において接続さ
    れた１以上の巻線を含む多数の相を含むブラシレス・モ
    ータの動作を監視する方法であって、前記ブリッジ回路
    は各相に対してひとつのアームを備えた多数のアームを
    含み、各アームは、相と第１の供給電圧の間に接続され
    た頂部スイッチング・デバイスと、相と第２の異なる供
    給電圧の間に接続された底部スイッチング・デバイスを
    含み、各デバイスはオン状態からオフ状態へ切換え可能
    であり、 電流測定手段を使用し前記巻線へ流入または巻線から流
    出する電流を監視して電流を表示する出力信号を生成す
    るステップと、 電流測定手段を通る瞬時電流フローが実質的にゼロであ
    ることが知られている時に電流測定手段の出力を測定す
    るステップと、 実測された出力信号値と理想出力信号値の間の何らかの
    差に対して補償される修正出力信号を生成するステップ
    と、を含むブラシレス・モータの動作を監視する方法。
  2. 【請求項２】 前記電流測定手段は単一の感知抵抗と、
    該感知抵抗に跨って電圧を測定する手段を含む、請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 オフセット値を前記電流測定手段からの
    前記出力信号に加算し、またはオフセット値を前記電流
    測定手段の出力信号減算して修正出力信号を生成するス
    テップをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 適切な信号を各スイッチング・デバイス
    に供給することによりモータを制御しゼロ電流測定を実
    施可能にするステップをさらに含む、請求項１、２，３
    のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 各スイッチング・デバイスに供給される
    各信号はパルス幅変調信号を含む、請求項４に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 全ての前記スイッチング・デバイスは、
    同じ同期化された変調サイクル時間を有する各パルス幅
    変調信号により変調される、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 各または選択されたパルス幅変調サイク
    ルの間、モータから流入または流出する瞬時電流は前記
    サイクル中の正味電流と無関係に第１の瞬間にゼロにな
    るように、前記信号は選択される、請求項５または６に
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 各スイッチング・デバイスに供給される
    パルス幅変調信号は単一のオン−オフ信号遷移および単
    一のオフ−オン遷移または各サイクル内の縁により形成
    され、全ての底部デバイスが少なくとも前記第１の瞬間
    の間にオフに切換えられる間にオンに切換えられる、請
    求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記底部スイッチング・デバイスがオン
    に切換えられる間に全ての頂部スイッチング・デバイス
    はオンに切換えられる、請求項７に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 さらに各スイッチング・デバイスの信
    号を整列するステップをさらに含み、これにより各サイ
    クルの間に各スイッチング・デバイスのオン期間および
    各スイッチング・デバイスのオフ期間（またはこの逆）
    は、各信号の２つの縁が前記サイクル中に任意に選択さ
    れた点の何れかの側であるように中心合わせされる、請
    求項５から９のいずれかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記信号は前記サイクルの中心の周囲
    に中心付けされる、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 ２つの追加の電流サンプルの取得を可
    能にする適切な方法でオーバラップされるように前記サ
    イクル内の１以上の信号の縁をシフトするステップをさ
    らに含み、各追加のサンプルは前記モータの単一の相に
    対応している、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 ひとつの相における前記頂部および底
    部スイッチング・システムに対する信号は互いに関して
    シフトされない、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 最高相電圧（即ち、その相に対する頂
    部および底部信号）に対応する２つの信号は、１以上の
    他の対の信号がシフトされる間にシフトされない（中心
    合わせが維持される）、請求項１２または１３に記載の
    方法。
  15. 【請求項１５】 各相は頂部スイッチング・デバイスを
    介して第１の電圧と、底部スイッチング・デバイスを介
    して第２の電圧と接続されている、多数相を含むモータ
    を制御する方法であって、 前記相に供給される正味電圧を表すモータの各相に対す
    る各相電圧要求値を計算するステップと、 電圧要求値に対応する相への正味電圧を供給するために
    必要とされる各相の、頂部スイッチング・デバイスに対
    するパルス幅変調信号のデューティ期間値と、底部スイ
    ッチング・デバイスに対するパルス幅変調信号のデュー
    ティ期間値とを計算するステップと、 デューティ期間値を処理して各相に対して、オフ状態か
    らオン状態に切換えられる場合に前記頂部スイッチング
    ・デバイスにおける第１のスイッチング縁と、オフ状態
    に切換え戻される場合に前記頂部スイッチング・デバイ
    スに対する第２のスイッチング縁との間の時間遅れを画
    定し、オン状態からオフ状態に切換えられる場合に前記
    底部スイッチング・デバイスに対する第３のスイッチン
    グ縁と、オン状態に切換え戻される場合に前記底部スイ
    ッチング・デバイスに対する第４のスイッチング縁との
    間の時間遅れを画定するステップと、前記縁の位置はPW
    M信号のひとつのサイクルを画定し、 ひとつの相に対する信号の縁の位置を他の相に対する信
    号の縁に関係して計算し、最初の瞬間に前記モータから
    流入または流出する電流は単一相における電流を表示し
    そして第２の瞬間に前記モータに流れる電流は第２の異
    なる相に流れる電流を表示する、ステップと、 個々のＰＷＭ信号により各スイッチング・デバイスを変
    調するステップと、を含むモータを制御する方法。
  16. 【請求項１６】 サイクル内の前記縁は、第３の瞬間に
    実質的にゼロ電流が電流測定手段を通して流れるように
    互いに関係して位置決めされる、請求項１５に記載の方
    法。
  17. 【請求項１７】 前記第３の瞬間に、前記底部スイッチ
    ング・デバイスがオフに切換えられる間に全ての前記頂
    部スイッチング・デバイスはオンに切換えられる、請求
    項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 第４の瞬間に、前記底部スイッチング
    ・デバイスがオンに切換えられる間に全ての前記頂部ス
    イッチング・デバイスはオフに切換えられるように、前
    記縁は整列される、請求項１５から１７のいずれかに記
    載の方法。
  19. 【請求項１９】 全ての頂部トランジスタがオンに切換
    えられる時にひとつのゼロ電流サンプル、該頂部トラン
    ジスタがオフに切換えられるときに他のゼロ電流サンプ
    ルの２つのゼロ電流サンプルをとるステップをさらに含
    み、ゼロ電流に対応するデータの２つのストリームが発
    生される、請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 各データのストリームは、前記電流測
    定回路のゼロ出力における変化を追跡する補償値を許容
    するために個々にフィルタされそして平均化される、請
    求項１９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 信号の前記第１と第２の縁はサイクル
    において任意の選択点について等しく離間されるよう
    に、前記サイクル内に各PWM信号を初期に中心合わせす
    る中間のステップをさらに含む、請求項１から２０の何
    れかに記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記中心合わせの後に、前記最高要求
    電圧を持つ相に対する波形は、他の２つの波形が所望の
    縁オーバラップを達成するためにシフトされる間に合わ
    された中心を維持する、請求項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記第１、第2、第3または第4の何れ
    かに対応するサイクルの間、少なくともひとつの電流サ
    ンプルを取るステップをさらに含む、請求項１６に記載
    の方法。
  24. 【請求項２４】 電流サンプルのシーケンスは単一のサ
    イクル内から取られ、該シーケンスは前記第1、第2、第
    3および第4の瞬間からなる、請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 第1の瞬間に、ひとつの相の前記頂部
    および底部スイッチング手段は残りの相の前記頂部およ
    び底部スイッチング・デバイスに対して反対状態にあ
    り、第2の瞬間に、異なる相の前記頂部および底部スイ
    ッチング・デバイスは前記残りの相の前記前記頂部およ
    び底部スイッチング・デバイスに対して異なる状態にあ
    るように、前記縁はシフトされる、請求項２２に記載の
    方法。
  26. 【請求項２６】 本発明の第1の側面に従う方法を使用
    して監視され、及び／または第2の側面に従う方法を使
    用して制御されるモータを組込む電力ステアリング・シ
    ステム。
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