JP2009124782A - 多相電動モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流値の検出が不可能な相が存在しても、単一の電流検出器を用いて、ＰＷＭ信号を変化させずに電流値を精度よく推定して、電動モータの駆動制御を継続することができる多相電動モータ制御装置を提供する。
【解決手段】３相電動モータ５の１相の電流値のみを検出不可能と判定した場合、検出可能な相の電流値の和に基づいて検出不可能な相の電流値を算出し、２相の電流値を検出不可能と判定した場合、検出可能な相の電流値と、端子電圧、回転数および回転角度に基づいて算出された検出不可能な相の電流値の和に対する所定相の電流値の割合とに基づいて、所定相の電流値を算出する電流推定部１０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、多相電動モータの検出電流値に基づいて、多相電動モータを電流制御する多相電動モータ制御装置に関する。

多相電動モータ制御装置において、多相電動モータを制御するためのＰＷＭ信号は、多相電動モータの各相において、鋸歯状や三角状の搬送波（鋸歯状信号、三角状信号）と目標電流値に応じたデューティ（Ｄｕｔｙ）設定値とを比較することにより生成される。すなわち、鋸歯状信号や三角状信号の値（ＰＷＭカウンタの値）がデューティ設定値以上か未満かによってＰＷＭ信号がハイレベルかローレベルかが決定される。

鋸歯状信号や三角状信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、多相電動モータを駆動する多相電動モータ制御装置において、一つの相と他の相とのスイッチング時の時間間隔において電流検出器が所定相の電流値を測定する。例えば、電流検出器としてＡ／Ｄ変換器を使用する場合、正確な電流値を検出するため、Ａ／Ｄ変換器の仕様により安定した信号が連続して少なくとも例えば２μｓの間入力される必要がある。

特許文献１記載の車両用操舵制御システムにおいては、電流センサは操舵軸駆動モータに通電される電流値を検出し、モータ回転速度検出部はモータ回転速度を検出する。検出されたモータ回転速度に基づいて、モータの電流推定値を算出する。異常判定手段は、電流推定値と電流検出値とを比較し、その比較結果に基づいて、電流センサの異常の有無を判定する。異常判定手段が電流センサの異常ありと判定した場合に、車両用操舵制御システムは、電流値として、電流検出値の替わりに電流推定値を使用する。これにより、電流センサが仮に正常に動作しなくなった場合においても、その異常判定に用いる電流推定値により、過電流を防止するための通電制限を問題なく継続することができる。

特許文献２記載のモータ制御用ＰＷＭインバータにおいては、 ｖ相とｗ相の第１の電圧指令値が近接しているとき、ＰＷＭ周期前半では３番目のｗ相をオフセットさせてｖ相との差を大きくし、周期後半では逆方向にオフセットさせる補正を施して第２の電圧指令値としてＰＷＭパルスを生成する。上記補正によりＰＷＭパルスの相間の立ち下がり、立ち上がりのタイミング間隔が確保され、各パルスによるスイッチング間の直流母線電流の検出が可能となり、各相の相電流を求めることができる。

特開２００４−５８７６８号公報 特開２００１−３２７１７３号公報

しかしながら、上記のような多相電動モータ制御装置において、各相の電流値を検出するためにＰＷＭ信号を変更させる必要があったり、ＰＷＭ信号を変更させて各相の電流値を検出できたとしても検出精度が十分ではないという問題がある。

鋸歯状信号や三角状信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して多相電動モータを駆動し、直流母線電流値を１つの電流センサで検出する方式の多相電動モータ制御装置においては、各相のスイッチング素子のスイッチング前後の直流母線の電流値をサンプルホールドしてその検出値の差から対応する相の電流値を求めるので、例えばＶ相電圧とＷ相電圧の立ち上がりおよび立ち下がり時刻が接近している場合、直流母線に現われる時間が短すぎて検出する電流にスイッチングノイズが混入する影響を受けたり、駆動回路の電界効果トランジスタのスイッチング時間、不感帯（デッドタイム）の存在、また電子処理回路の応答遅延のため、電流値を検出する期間内に十分に電流値が安定しないので、各相の電流値をＡ／Ｄ変換器等で検出することが困難であり、Ｖ相電流とＷ相電流とを分離することができない。

この問題は、２つの相のスイッチング時刻が完全に同時である場合だけでなく、１つの相のスイッチングから他の相のスイッチングまでの時間間隔が短い場合も同様であり、これらの場合、スイッチング間の直流母線電流値の検出が不可能となったり、あるいは検出が可能であっても検出精度の低下を招き、各相の電流値を適正に求めることができない。

本発明は、上述した問題点に鑑み、単一の電流検出器を用いた多相電動モータ制御装置において、電流値の検出が不可能な相が存在しても、ＰＷＭ信号を変化させずに電流値を精度よく推定して、電動モータの駆動制御を継続することができる多相電動モータ制御装置を提供することを目的としている。

本発明に係る多相電動機の制御装置は、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の対からなり、多相電動モータを駆動する駆動手段と、電流指令値を入力し、制御信号を生成する制御信号生成手段と、制御信号を入力し、駆動手段の各スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段と、多相電動モータの電流値を検出する単一の電流検出手段と、多相電動モータの端子電圧を検出する電圧検出手段と、多相電動モータの回転数と回転角度とを検出する回転検出手段と、制御信号生成手段で生成された制御信号に基づいて、各相の電流値を検出可能か否かを判定する電流検出可否判定手段と、を備え、電流検出可否判定手段は、多相電動モータの相の電流値を検出不可能と判定した場合、検出可能な相の電流値、端子電圧、回転数および回転角度に基づいて、検出不可能な相の電流値を算出し、検出可能な相の電流値および算出された電流値に基づいて、制御電流信号を生成し、制御信号生成手段は、電流指令値と制御電流信号とに基づいて制御信号を生成することを特徴とする。

このようにすることで、電流検出可否判定手段が、各相の電流値を検出可能か否かを判定し、多相電動モータの相の電流値を検出不可能と判定した場合、多相電動モータの検出可能な相の電流値、端子電圧、回転数および回転角度に基づいて、検出不可能な相の電流値を算出するので、単一の電流検出器を用いた多相電動モータ制御装置において、電流値の検出が不可能な相が存在しても、電流値を精度よく推定して、電動モータの駆動制御を継続することができる。

また、本発明では、前記の多相電動モータ制御装置において、電流検出可否判定手段は、多相電動モータの２相の電流値を検出不可能と判定した場合、検出可能な相の電流値と、算出された検出不可能な相の電流値の和に対する所定相の電流値の割合とに基づいて、所定相の電流値を算出してもよい。

これによると、多相電動モータの検出不可能な２相の電流値を、検出可能な相の電流値を用いて精度よく推定することができる。

また、本発明では、前記の多相電動モータ制御装置において、電流検出可否判定手段は、多相電動モータの１相の電流値のみを検出不可能と判定した場合、検出可能な相の電流値の和に基づいて、検出不可能な相の電流値を算出してもよい。

これによると、多相電動モータの検出不可能な１相の電流値を、検出可能な相の電流値を用いて精度よく推定することができる。

本発明の典型的な実施形態では、多相電動モータとして３相電動モータが用いられる。

本発明に係る多相電動機の制御装置によれば、電流検出可否判定手段が、各相の電流値を検出可能か否かを判定し、多相電動モータの相の電流値を検出不可能と判定した場合、多相電動モータの検出可能な相の電流値、端子電圧、回転数および回転角度に基づいて、検出不可能な相の電流値を算出するので、単一の電流検出器を用いた多相電動モータ制御装置において、電流値を検出不可能な相が存在しても、電流値を精度よく推定して、電動モータの駆動制御を継続することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る多相電動モータ制御装置のブロック図である。本発明の実施形態に係る多相電動モータ制御装置１は次のような構成である。駆動部４は、電源とグランドとの間に接続され、ＦＥＴブリッジを使用した上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の３対からなり、３相電動モータ５を駆動する。シャント抵抗６は、駆動部４とグランドとの間に接続されている。電流検出部７は、ＰＷＭ信号生成部３からＰＷＭ信号を入力し、所定時刻でシャント抵抗６の両端の電圧を検出することにより３相電動モータ５に流れる電流値を検出する。モータ端子電圧検出部８は、駆動部４から３相電動モータ５へ供給されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電圧を入力し、モータ端子電圧を検出する。モータ回転検出部９は、３相電動モータ５の回転信号を入力し、モータの回転数と回転角度とを検出するものであり、ホール素子やレゾルバが用いられる。

電流推定部１０は、電流検出部７からの３相電動モータ５に流れる電流値、モータ端子電圧検出部８からのモータ端子電圧およびモータ回転検出部９からのモータの回転数と回転角度を入力し、制御電流を算出する。電流制御部２は、電流指令値と電流推定部１０で算出された制御電流とから指令電圧（制御信号）を算出し、ＰＷＭ信号生成部３に出力する。ＰＷＭ信号生成部３は、電流制御部２からの指令電圧に基づいて、各相ＰＷＭ信号を生成し、駆動部４の各上アームスイッチング素子へ上側ＰＷＭ信号、各下アームスイッチング素子へ下側ＰＷＭ信号をそれぞれ出力する。なお、信号線の図示は省略してあるが、電流制御部２で生成された指令電圧（制御信号）の情報は、電流推定部１０にも与えられる。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る多相電動モータ制御装置のブロック図である。本発明の実施形態に係る多相電動モータ制御装置２１は次のような構成である。駆動部４は、電源とグランドとの間に接続され、ＦＥＴブリッジを使用した上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の３対からなり、３相電動モータ５を駆動する。シャント抵抗６は、駆動部４とグランドとの間に接続されている。電流検出部７は、ＰＷＭ信号生成部３からＰＷＭ信号を入力し、所定時刻でシャント抵抗６の両端の電圧を検出することにより多相電動モータ５に流れる電流値を検出する。モータ回転検出部９は、３相電動モータ５の回転信号を入力し、モータの回転数と回転角度とを検出する。

電流推定部１１は、電流検出部７からの３相電動モータ５に流れる電流値、電流制御部２からの指令電圧（制御信号）およびモータ回転検出部９からのモータの回転数と回転角度を入力し、制御電流を算出する。電流制御部２は、電流指令値と電流推定部１１で算出された制御電流とから指令電圧（制御信号）を算出し、ＰＷＭ信号生成部３に出力する。ＰＷＭ信号生成部３は、電流制御部２からの指令電圧に基づいて、各相ＰＷＭ信号を生成し、駆動部４の各上アームスイッチング素子へ上側ＰＷＭ信号、各下アームスイッチング素子へ下側ＰＷＭ信号をそれぞれ出力する。

図１に示した多相電動モータ制御装置１と、図２に示した多相電動モータ制御装置２１との構成の異なるところは、図１の電流推定部１０がモータ端子電圧検出部８からモータ端子電圧を入力しているのに対し、図２の電流推定部１１が電流制御部２から指令電圧（制御信号）を入力している点である。図１のようにモータ端子電圧を検出するほうが検出精度が高いが、図２のように指令電圧（制御信号）を用いれば、モータ端子電圧検出部８を備える必要がなく、また検出の時間遅れがない。

図１および図２における電流制御部２は制御信号生成手段を、ＰＷＭ信号生成部３はスイッチング素子制御手段を、駆動部４は駆動手段を、シャント抵抗６と電流検出部７は電流検出手段を、モータ回転検出部９は回転検出手段をそれぞれ構成し、図１におけるモータ端子電圧検出部８は電圧検出手段を、電流推定部１０は電流検出可否判定手段をそれぞれを構成し、図２における電流推定部１１は電流検出可否判定手段と電圧検出手段とを構成する。また、図１の３相電動モータ５は、例えば車両の電動パワーステアリング装置に用いられるブラシレスモータである。

図３は、駆動部４と３相電動モータ５の電流の流れを示す回路図である。ＰＷＭ信号生成部３から出力されるＵ相とＶ相の上側ＦＥＴゲート信号がＯＦＦで、Ｗ相の上側ＦＥＴゲート信号がＯＮであり、下側ＦＥＴゲート信号はそれぞれの相の上側ＦＥＴゲート信号の逆極性となっている状態である。したがって、この状態では、電源からＷ相の上側ＦＥＴを通ってＷ相端子から３相電動モータ５に電流が流れ込み、Ｕ相端子とＶ相端子とからそれぞれ電流が流れ出て、Ｕ相とＶ相の下側ＦＥＴを通ってシャント抵抗６にその合計の電流が流れることになる。したがって、シャント抵抗６の両端の電圧を検知することにより、Ｗ相の電流値が検出できる。なお、３相電動モータ５の回路は、各端子から中性点までの回路を、モータのコイルのインダクタンス、モータのコイルの抵抗および誘起電圧の等価な直列回路で表している。

図４は、全相の電流値が検出可能な領域での動作を示すＰＷＭ信号のタイミングチャートである。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれについて、上側ＦＥＴゲート信号と下側ＦＥＴゲート信号の変化が示されている。各相の下側ＦＥＴゲート信号は、各相の上側ＦＥＴゲート信号の逆極性となっている。三角状信号に基づいたＰＷＭ信号のうち、Ｕ相のデューティが最小で、Ｖ相のデューティが中間で、Ｗ相のデューティが最大となっている。まず、すべての相がＯＦＦの状態からＷ相のみＯＮの状態となる。次にＶ相もＯＮの状態となり、さらにＵ相もＯＮの状態となる。次に順にＵ相がＯＦＦし、Ｖ相がＯＦＦし、Ｗ相がＯＦＦしている。

この図の場合、Ｗ相とＶ相のスイッチングの時間間隔が十分大きい。このため、このスイッチングの時間間隔がＡ／Ｄ変換するのに十分な長さであり、この時間間隔においてシャント抵抗６の両端の電圧を検知することにより、正確なＷ相の電流値：Ｉｗ＿ｄを検出することができる。また、Ｖ相とＵ相とのスイッチングの時間間隔も大きい。このため、この時間間隔においても正確なＵ相の電流値：−Ｉｕ＿ｄを検出することができる。

図５は、全相または１相の電流値が検出可能な領域での動作を示すタイミングチャートである。Ｕ相のモータ端子電圧Ｖｕ、Ｖ相のモータ端子電圧ＶｖおよびＷ相のモータ端子電圧Ｖｗが図５（ａ）のように振幅が大きく振れている場合の、図の点線で示す３か所の時刻でのＰＷＭ信号のタイミングチャートが図５（ｂ）、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示されている。

図５（ｂ）に相当する時刻では、三角状信号に基づいたＰＷＭ信号のうち、Ｕ相のデューティが最小で、Ｖ相のデューティが中間で、Ｗ相のデューティが最大となっている。この図の場合、Ｗ相とＶ相のスイッチングの時間間隔が十分大きい。このため、このスイッチングの時間間隔がＡ／Ｄ変換するのに十分な長さであり、この時間間隔においてシャント抵抗６の両端の電圧を検知することにより、正確なＷ相の電流値：Ｉｗ＿ｄを検出することができる。また、Ｖ相とＵ相とのスイッチングの時間間隔も大きい。このため、この時間間隔においても正確なＵ相の電流値：−Ｉｕ＿ｄを検出することができる。

図５（ｃ）に相当する時刻では、Ｕ相のデューティが最小で、Ｖ相のデューティが中間で、Ｗ相のデューティが最大となっており、図５（ａ）と同じ状態である。しかし、この図の場合、Ｗ相とＶ相のスイッチングの時間間隔が図５（ｂ）の場合と比べて狭いが、このスイッチングの時間間隔がＡ／Ｄ変換するのに十分な長さであれば、この時間間隔においてシャント抵抗６の両端の電圧を検知することにより、正確なＷ相の電流値：Ｉｗ＿ｄを検出することができる。また、Ｖ相とＵ相とのスイッチングの時間間隔は大きい。このため、この時間間隔において正確なＵ相の電流値：−Ｉｕ＿ｄを検出することができる。

図５（ｄ）に相当する時刻では、Ｕ相のデューティが最小で、Ｖ相のデューティとＷ相のデューティが同じでかつ最大となっている。この図の場合、Ｗ相とＶ相のスイッチングの時間間隔がゼロである。このため、この時間間隔においてシャント抵抗６の両端の電圧を検知することにより、Ｗ相の電流値：Ｉｗ＿ｄを検出することができない。一方、Ｖ相とＵ相とのスイッチングの時間間隔は大きい。このため、このスイッチングの時間間隔がＡ／Ｄ変換するのに十分な長さであり、この時間間隔において正確なＵ相の電流値：−Ｉｕ＿ｄを検出することができる。

図５（ｅ）と図５（ｆ）とは、それぞれ図５（ｂ）におけるＷ相とＵ相の電流値の検出タイミングにおける駆動部４の電流の流れを示す回路図である。図５（ｅ）では、Ｕ相とＶ相の上側ＦＥＴゲート信号がＯＦＦで、Ｗ相の上側ＦＥＴゲート信号がＯＮであり、下側ＦＥＴゲート信号はそれぞれ上側ＦＥＴゲート信号の逆極性となっている状態である。したがって、この状態では、電源からＷ相の上側ＦＥＴを通ってＷ相端子から３相電動モータ５に電流が流れ込み、Ｕ相端子とＶ相端子とから電流が流れ出て、それぞれＵ相とＶ相の下側ＦＥＴを通ってその合計の電流がシャント抵抗６に流れることになる。したがって、シャント抵抗６の両端の電圧を検知することにより、Ｗ相の電流値が検出できる。

図５（ｆ）では、Ｕ相の上側ＦＥＴゲート信号がＯＦＦで、Ｖ相とＷ相の上側ＦＥＴゲート信号がＯＮであり、下側ＦＥＴゲート信号はそれぞれ上側ＦＥＴゲート信号の逆極性となっている状態である。したがって、この状態では、電源からＶ相とＷ相の上側ＦＥＴを通ってそれぞれＶ相端子とＷ相端子から３相電動モータ５に電流が流れ込み、Ｕ相端子から電流が流れ出て、Ｕ相の下側ＦＥＴを通ってシャント抵抗６に流れることになる。したがって、シャント抵抗６の両端の電圧を検知することにより、Ｖ相とＷ相の合計の電流値、すなわち−Ｕ相の電流値が検出できる。

図６は、全相の電流値が検出不可能な領域での動作を示すタイミングチャートである。Ｕ相のモータ端子電圧Ｖｕ、Ｖ相のモータ端子電圧ＶｖおよびＷ相のモータ端子電圧Ｖｗがすべて図６（ａ）のようにデューティが５０％付近で振幅が小さく振れている場合であり、図の点線で示す３か所の時刻のうち一番左の時刻でのＰＷＭ信号のタイミングチャートが図６（ｂ）に示されている。

図６（ｂ）に相当する時刻では、Ｕ相のデューティが最小で、Ｖ相のデューティが中間で、Ｗ相のデューティが最大となっている。しかし、この図の場合、Ｗ相とＶ相のスイッチングの時間間隔が狭い。このため、このスイッチングの時間間隔がＡ／Ｄ変換するのに十分な長さでなく、この時間間隔においてシャント抵抗６の両端の電圧を検知することにより、正確なＷ相の電流値：Ｉｗ＿ｄを検出することができない。また、Ｖ相とＵ相とのスイッチングの時間間隔も狭い。このため、この時間間隔においても正確なＵ相の電流値：−Ｉｕ＿ｄを検出することができない。なお、図６（ａ）におけるどの時刻においても上記と同様に２相のスイッチングの時間間隔が狭い。このため、どのタイミングでも正確な全相の電流値を検出することができない。

このように、各相のデューティ差が小さくなるにつれて、電流値を検出するための時間が小さくなるため、正確な電流値の検出が次第に困難となり、ある程度までデューティ差が小さくなると、電流値の検出が全く不可能になる。

図７は、本発明の実施形態に係る３相電動モータ制御装置の制御電流算出フローチャートである。最初に、図１の多相電動モータ制御装置１における電流推定部１０または図２の多相電動モータ制御装置２１における電流推定部１１が、後述する算出式を用いてモータ電流推定値を算出する（Ｓ１）。次に、電流推定部１０または電流推定部１１が、電流制御部２で生成された指令電圧（制御信号）に基づいて、各相の電流値を検出可能か否かの判定と場合分けを行う（Ｓ２〜Ｓ３）。まず、ＰＷＭＤｕｔｙＭＡＸ＞検出可能Ｄｕｔｙかどうか、すなわち各相のスイッチングの時間間隔に相当するデューティ差の最大値が、電流検出部７により電流値を検出するための最小の時間に相当するデューティ差よりも大きいかどうかを判定する（Ｓ２）。この判定式を満たさず、十分な時間間隔がなければ（Ｓ２でＮｏ）、すべての相の電流検出は不可能であり、後述する算出式Ｃ（数８）によりモータ電流の推定値を算出する（Ｓ４）。

一方、ＰＷＭＤｕｔｙＭＡＸ＞検出可能Ｄｕｔｙを満たす場合は（Ｓ２でＹｅｓ）、少なくとも１相以上の検出が可能であるということであり、次に、２相Ｄｕｔｙ差＞２相検出可能Ｄｕｔｙかどうか、すなわち、各相のスイッチングの時間間隔に相当するデューティ差の最小値が、電流検出部７により電流値を検出するための最小の時間に相当するデューティ差よりも大きいかどうかを判定する（Ｓ３）。この判定式を満たさず、電流検出部７により電流値を検出することができる十分な時間間隔がなければ（Ｓ３でＮｏ）、１相のみ電流検出は可能であり、後述する算出式Ｂ（数５〜数７）によりモータ電流の推定値を算出する（Ｓ５）。２相Ｄｕｔｙ差＞２相検出可能Ｄｕｔｙを満たす場合は（Ｓ３でＹｅｓ）、２相の電流値の検出が可能であるということであり、後述する算出式Ａ（数２〜数４）によりモータ電流の推定値を算出する（Ｓ６）。

図１に示した多相電動モータ制御装置１の電流推定部１０または図２に示した多相電動モータ制御装置２１の電流推定部１１がモータ電流の推定値を算出する式を数１に示す。内容は図３で示した３相電動モータの等価回路に基づいた算出式である。

ただし、Ｉｕ＿ｅ：Ｕ相推定電流値、Ｉｖ＿ｅ：Ｖ相推定電流値、Ｉｗ＿ｅ：Ｗ相推定電流値、Ｖｕ：図１の場合はＵ相モータ端子電圧、図２の場合は指令値電圧、Ｖｖ：図１の場合はＶ相モータ端子電圧、図２の場合は指令値電圧、Ｖｗ：図１の場合はＷ相モータ端子電圧、図２の場合は指令値電圧、Ｖｎ：中性点電圧、Ｅｕ：Ｕ相誘起電圧、Ｅｖ：Ｖ相誘起電圧、Ｅｗ：Ｗ相誘起電圧、Ｒｕ：Ｕ相モータ抵抗、Ｒｖ：Ｖ相モータ抵抗、Ｒｗ：Ｗ相モータ抵抗、Ｌｕ：Ｕ相モータインダクタンス、Ｌｖ：Ｖ相モータインダクタンス、Ｌｗ：Ｗ相モータインダクタンス、Ｋｕ：Ｕ相誘起電圧定数、Ｋｖ：Ｖ相誘起電圧定数、Ｋｗ：Ｗ相誘起電圧定数、ｏｍｅｇａ：モータ回転数、ｄｅｇ：モータ回転角度、ｓ：ラプラス演算子、である。

また、以下ではＩｕ＿ｃ：Ｕ相制御電流値、Ｉｖ＿ｃ：Ｖ相制御電流値、Ｉｗ＿ｃ：Ｗ相制御電流値、Ｉｕ＿ｄ：Ｕ相検出電流値、Ｉｖ＿ｄ：Ｖ相検出電流値、Ｉｗ＿ｄ：Ｗ相検出電流値、とする。

なお、各相のモータ端子電圧は、電流推定部１０にモータ端子電圧検出部８から入力される。各相の指令値電圧は、電流推定部１１に電流制御部２から入力される。モータ回転数とモータ回転角度とはモータ回転検出部９から電流推定部１０または１１に入力される。各相のモータ抵抗、モータインダクタンスおよび誘起電圧定数はあらかじめモータの特性で求められ、電流推定部１０または１１においてデータが記憶されている。電流値が安定しているときはラプラス演算子の項はゼロとすることができる。

２相の電流値が検出可能な場合の算出式Ａを以下に示す。まず、Ｖ相の電流値とＷ相の電流値とが検出可能なときは、数２に示すように、Ｖ相検出電流値Ｉｖ＿ｄとＷ相検出電流値Ｉｗ＿ｄを、そのままＶ相制御電流値Ｉｖ＿ｃとＷ相制御電流値Ｉｗ＿ｃとする。そして、キルヒホッフの法則に基づいて、検出不可能な残りのＵ相の制御電流値Ｉｕ＿ｃを算出する。

また、Ｕ相の電流値とＷ相の電流値とが検出可能なときは、数３に示すように、Ｕ相検出電流値Ｉｕ＿ｄとＷ相検出電流値Ｉｗ＿ｄをそのままＵ相制御電流値Ｉｕ＿ｃとＷ相制御電流値Ｉｗ＿ｃとする。そして、キルヒホッフの法則に基づいて、検出不可能な残りのＶ相の制御電流値Ｉｖ＿ｃを算出する。

また、Ｕ相の電流値とＶ相の電流値とが検出可能なときは、数４に示すように、Ｕ相検出電流値Ｉｕ＿ｄとＶ相検出電流値Ｉｖ＿ｄをそのままＵ相制御電流値Ｉｕ＿ｃとＶ相制御電流値Ｉｖ＿ｃとする。そして、キルヒホッフの法則に基づいて、検出不可能な残りのＷ相の制御電流値Ｉｗ＿ｃを算出する。

次に、１相の電流値のみが検出可能な場合の算出式Ｂを以下に示す。まず、Ｕ相の電流値のみが検出可能なときは、数５に示すように、Ｕ相検出電流値Ｉｕ＿ｄをそのままＵ相制御電流値Ｉｕ＿ｃとする。次に、上記数１で算出されたＶ相推定電流値Ｉｖ＿ｅとＷ相推定電流値Ｉｗ＿ｅとを用いて、Ｕ相の検出電流値Ｉｕ＿ｄに、Ｖ相推定電流値Ｉｖ＿ｅとＷ相推定電流値Ｉｗ＿ｅとの和に対するＶ相の推定電流値Ｉｖ＿ｅの割合を乗じることにより、Ｖ相の制御電流値Ｉｖ＿ｃを算出する。

また、Ｕ相の検出電流値Ｉｕ＿ｄに、Ｖ相推定電流値Ｉｖ＿ｅとＷ相推定電流値Ｉｗ＿ｅとの和に対するＷ相の推定電流値Ｉｗ＿ｅの割合を乗じることにより、Ｗ相の制御電流値Ｉｗ＿ｃを算出する。なお、Ｖ相の制御電流値Ｉｖ＿ｃとＷ相の制御電流値Ｉｗ＿ｃとは、Ｕ相の検出電流値Ｉｕ＿ｄと逆極性であることに注意が必要である。

また、Ｖ相の電流値のみが検出可能なときは、数６に示すように、Ｖ相検出電流値Ｉｖ＿ｄをそのままＶ相制御電流値Ｉｖ＿ｃとする。次に、上記数１で算出されたＵ相推定電流値Ｉｕ＿ｅとＷ相推定電流値Ｉｗ＿ｅとを用いて、Ｖ相の検出電流値Ｉｖ＿ｄに、Ｕ相推定電流値Ｉｕ＿ｅとＷ相推定電流値Ｉｗ＿ｅとの和に対するＵ相の推定電流値Ｉｕ＿ｅの割合を乗じることにより、Ｕ相の制御電流値Ｉｕ＿ｃを算出する。

また、Ｖ相の検出電流値Ｉｖ＿ｄに、Ｕ相推定電流値Ｉｕ＿ｅとＷ相推定電流値Ｉｗ＿ｅとの和に対するＷ相の推定電流値Ｉｗ＿ｅの割合を乗じることにより、Ｗ相の制御電流値Ｉｗ＿ｃを算出する。なお、Ｕ相の制御電流値Ｉｕ＿ｃとＷ相の制御電流値Ｉｗ＿ｃとは、Ｖ相の検出電流値Ｉｖ＿ｄと逆極性であることに注意が必要である。

また、Ｗ相の電流値のみが検出可能なときは、数７に示すように、Ｗ相検出電流値Ｉｗ＿ｄをそのままＷ相制御電流値Ｉｗ＿ｃとする。次に、上記数１で算出されたＵ相推定電流値Ｉｕ＿ｅとＶ相推定電流値Ｉｖ＿ｅとを用いて、Ｗ相の検出電流値Ｉｗ＿ｄに、Ｕ相推定電流値Ｉｕ＿ｅとＶ相推定電流値Ｉｖ＿ｅとの和に対するＵ相の推定電流値Ｉｕ＿ｅの割合を乗じることにより、Ｕ相の制御電流値Ｉｕ＿ｃを算出する。

また、Ｗ相の検出電流値Ｉｗ＿ｄに、Ｕ相推定電流値Ｉｕ＿ｅとＶ相推定電流値Ｉｖ＿ｅとの和に対するＶ相の推定電流値Ｉｖ＿ｅの割合を乗じることにより、Ｖ相の制御電流値Ｉｖ＿ｃを算出する。なお、Ｕ相の制御電流値Ｉｕ＿ｃとＶ相の制御電流値Ｉｖ＿ｃとは、Ｗ相の検出電流値Ｉｗ＿ｄと逆極性であることに注意が必要である。

次に、全相の電流値が検出不可能な場合の算出式Ｃを以下に示す。数８に示すように、上記数１で算出されたＵ相推定電流値Ｉｕ＿ｅとＶ相推定電流値Ｉｖ＿ｅとＷ相推定電流値Ｉｗ＿ｅとを用いて、それぞれそのままＵ相の制御電流値Ｉｕ＿ｃ、Ｖ相の制御電流値Ｉｖ＿ｃおよびＷ相の制御電流値Ｉｗ＿ｃとする。

以上は、３相電動モータを例に説明を行ったが、４相以上の電動モータについても本発明は適用可能である。一般的にＮ相電動モータの場合、Ｎ−１相の電流値が検出可能であれば、算出式Ａ（数２〜数４）で示したようにキルヒホッフの法則に基づいて、検出不可能な残りの１相の制御電流値を算出する。

また、Ｎ−２相の電流値が検出可能であれば、算出式Ｂ（数５〜数７）で示したように検出可能な検出電流値をそのままその相の制御電流値とする。次に、上記数１で示した算出方法をＮ相に拡張した算出式を用いて検出不可能な２相の推定電流値を算出し、検出電流値の和に、２相の推定電流値の和に対する所定相の推定電流値の割合を乗じることにより、所定相の制御電流値を算出する。

また、Ｎ−３相の電流値が検出可能であれば、算出式Ｃ（数８）で示したように、上記数１で示した算出方法をＮ相に拡張した算出式を用いて検出不可能な３相の推定電流値を算出し、３相の推定電流値をそれぞれそのまま３相の制御電流値とする。

また、Ｎ−４相の電流値が検出可能であれば、上記数１で示した算出方法をＮ相に拡張した算出式を用いて検出不可能な４相の推定電流値を算出し、４相の推定電流値をそれぞれそのまま４相の制御電流値とする。さらに、５相以上検出不可能な場合も同様の手法を適用する。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、上記実施形態では、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子にＦＥＴを使用したが、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラモードトランジスタ）のような他のスイッチング素子を使用するようにしてもよい。さらに、電流検出手段は、実施形態に示した以外の構成を採用してもよく、電源とＦＥＴブリッジ間に設置してもよい。

また、上記実施形態では、多相電動機としてブラシレスモータを例に挙げたが、本発明は誘導電動機や同期電動機のような複数の相を有する電動機を制御するための制御装置全般に適用することができる。また、搬送波に関して三角状信号を使用したが、鋸歯状信号を使用する場合も同様の手法で適用できる。

本発明の第１の実施形態に係る多相電動モータ制御装置のブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る多相電動モータ制御装置のブロック図である。 駆動部と多相電動モータでの制御動作を示す回路図である。 全相検出可領域での制御動作を示すタイミングチャートである。 全相検出可領域または１相検出可領域での制御動作を示すタイミングチャートである。 全相検出不可領域での制御動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第１および第２の実施形態に係る多相電動モータ制御装置の制御電流算出フローチャートである。

符号の説明

１、２１ 多相電動モータ制御装置
２ 電流制御部
３ ＰＷＭ信号生成部
４ 駆動部
５ ３相電動モータ
６ シャント抵抗
７ 電流検出部
８ モータ端子電圧検出部
９ モータ回転検出部
１０、１１ 電流推定部

Claims (4)

1. 上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の対からなり、多相電動モータを駆動する駆動手段と、
   電流指令値を入力し、制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   前記制御信号を入力し、前記駆動手段の各スイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段と、
   前記多相電動モータの電流値を検出する単一の電流検出手段と、
   前記多相電動モータの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記多相電動モータの回転数と回転角度とを検出する回転検出手段と、
   前記制御信号生成手段で生成された制御信号に基づいて、各相の電流値を検出可能か否かを判定する電流検出可否判定手段と、を備え、
   前記電流検出可否判定手段は、前記多相電動モータの相の電流値を検出不可能と判定した場合、検出可能な相の電流値、前記端子電圧、前記回転数および前記回転角度に基づいて、検出不可能な相の電流値を算出し、検出可能な相の電流値および算出された電流値に基づいて、制御電流信号を生成し、
   前記制御信号生成手段は、前記電流指令値と前記制御電流信号とに基づいて前記制御信号を生成する
   ことを特徴とする多相電動モータ制御装置。
2. 請求項１記載の多相電動モータ制御装置において、
   前記電流検出可否判定手段は、前記多相電動モータの２相の電流値を検出不可能と判定した場合、検出可能な相の電流値と、算出された検出不可能な相の電流値の和に対する所定相の電流値の割合とに基づいて、所定相の電流値を算出する
   ことを特徴とする多相電動モータ制御装置。
3. 請求項１記載の多相電動モータ制御装置において、
   前記電流検出可否判定手段は、前記多相電動モータの１相の電流値のみを検出不可能と判定した場合、検出可能な相の電流値の和に基づいて、検出不可能な相の電流値を算出する
   ことを特徴とする多相電動モータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の多相電動モータ制御装置において、
   前記多相電動モータは３相電動モータである
   ことを特徴とする多相電動モータ制御装置。

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