JP2015076992A - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ回路において還流電流が流れる期間を制御できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】端子電圧比較器１６（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータの各相端子電圧を、中性点電圧に相当する閾値電圧と比較し、ゼロクロスタイミング信号生成器２１は、端子電圧比較器１６より出力される、インバータ回路３において通電がオフされている相の比較結果より、ゼロクロスタイミング信号を生成する。通電パターン切替器２３は、ゼロクロスタイミング信号に基づいて、ＰＷＭ信号による各相の通電パターンを切り替えるように通電信号を出力する。そして、還流制御時間計測器２６が還流制御時間を計測する。【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータを位置センサレス方式によりＰＷＭ制御するモータ制御装置及びモータ制御方法に関する。

ブラシレスＤＣモータの駆動方式として、モータの固定子巻線に発生する誘起電圧のゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点を基準として順次通電相を切り替える、所謂位置センサレス方式がある（例えば、特許文献１，２参照）。ゼロクロス点とは、通電が行われている相の巻線に流れる電流方向の切り替りタイミング若しくは、通電が行われていない相の巻線に現れる誘起電圧が、全相の巻線の結合部（本願では中性点と表現する）の電圧を跨いで変化するタイミングのことである。ゼロクロス点の検出は、通電が行われていない相の巻線に現れる誘起電圧を対象として行う。しかし、インバータ回路を介してモータをＰＷＭ制御する際には、トランジスタ等のスイッチング素子をオフしたタイミングで、フリーホイールダイオード（又は寄生ダイオード）を介して還流電流が流れる。

特開平７−１２３７７７号公報 特開平９−９６７６号公報

しかしながら、還流電流が流れる期間はゼロクロス点が検出できないので、その分だけ検出可能期間が狭くなっている。検出可能期間が狭まると、モータの回転数が変動した場合や、回転数が上昇した場合に制御を追従させることが困難になる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータ回路において還流電流が流れる期間を制御できるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することにある。

請求項１記載のモータ制御装置によれば、端子電圧比較器は、モータの各相端子電圧を、当該モータの中性点電圧に相当する閾値電圧と比較し、ゼロクロスタイミング信号生成器は、端子電圧比較器より出力される、インバータ回路において通電がオフされている相の比較結果より、ゼロクロスタイミング信号を生成する。通電パターン切替器は、ゼロクロスタイミング信号に基づいて、ＰＷＭ信号による各相の通電パターンを切り替えるように通電信号を出力する。そして、還流制御時間計測器は、インバータ回路に還流電流が流れている時間である還流制御時間を計測する。このように構成すれば、還流制御時間の長さを具体的に把握できるので、その計測結果に応じて、還流制御時間を短縮するための制御を行うことができる。

請求項２記載のモータ制御装置によれば、還流制御時間計測器は、通電信号が通電オフを示すタイミングを始点として、端子電圧比較器より出力される、モータを流れる電流の方向で決まる相の比較結果が、還流電流の消失を示す状態となるまでの時間を還流制御時間として計測する。すなわち、還流電流は、インバータ回路における通電相のスイッチング素子がオフしたタイミングで発生し、モータの中性点相当電圧を超えてパルス状に流れる。したがって、端子電圧比較器が出力する信号の変化を参照すれば、還流電流が流れている期間を計測できる。

請求項３記載のモータ制御装置によれば、モータがＵ，Ｖ，Ｗの３相構成であれば、還流制御時間計測器は、電流の方向がＶ相からＷ相へ、又はＷ相からＶ相へ流れている期間では、Ｕ相に対応する端子電圧比較器より出力される比較結果に基づきＵ相の還流制御時間を計測する。また、電流の方向がＵ相からＷ相へ、又はＷ相からＵ相へ流れている期間では、Ｖ相に対応する端子電圧比較器より出力される比較結果に基づきＶ相の還流制御時間を計測する。また、電流の方向がＵ相からＶ相へ、又はＶ相からＵ相へ流れている期間では、Ｗ相に対応する端子電圧比較器より出力される比較結果に基づきＷ相の還流制御時間を計測する。したがって、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相間の通電方向に応じて、各相について還流制御時間を計測することができる。

請求項４記載のモータ制御装置によれば、通電パターン切替器は、インバータ回路の上アーム側の１相から、下アーム側の異なる１相に通電させる通電パターンを切り替える際に、インバータ回路の上アーム側の１相から、下アーム側の異なる２相に通電させる３相通電パターンを一時的に発生させることで還流制御時間を短縮するように制御する。このように３相通電パターンを発生させると、上アーム側の１相から、下アーム側の２相に電流が分流している状態で、それらのうちの一方をオフさせて還流電流が発生する。その際に発生する還流電流量はより小さくなるので、還流制御時間を短縮することができる。したがって、誘起電圧のゼロクロス点を検出する期間を拡げることができる。

請求項５記載のモータ制御装置によれば、通電パターン切替器は、還流制御時間が第１制御範囲を超えていれば、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを所定時間だけ遅くして、還流制御時間が第１制御範囲内となるよう制御する。また、還流制御時間が、第１制御範囲未満の値域に設定されている第２制御範囲内に入ると、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを所定時間だけ早くする。このように還流制御時間を調整すれば、還流制御時間を完全に消失させない範囲で短縮することができる。

第１実施形態であり、モータ制御装置に内蔵されるマイコンの処理機能を中心に示す機能ブロック図 モータ制御装置の全体構成を示す図 回転速度検出器，通電パターン切替器の制御内容を示すフローチャート ３相通電パターンが発生している状態での通電パターンを示すタイミングチャート 還流電流制御時間の計測処理を示すフローチャート 還流電流制御時間の計測に関連する信号波形を示すタイミングチャート 図３のステップＳ３の処理内容を示すフローチャート 図６の一部相当図 通電オフタイミングを補正しない場合の各相の端子電圧波形を示す図 通電オフタイミングを補正した場合の図９相当図 第２実施形態であり、Ｕ相の端子電圧波形と各相のゼロクロスタイミング信号とを示す図 第３実施形態を示す図７相当図 第４実施形態を示す図１相当図

（第１実施形態）
図２に示すように、例えば車載用のモータ駆動制御装置１は、マイクロコンピュータ（マイコン，制御回路）２とインバータ回路３とを中心に構成されている。モータ駆動制御装置１には、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧ）を介して駆動用電源が供給される。その駆動用電源は、コンデンサ４ａ及び４ｂとコイル５とからなるπ型フィルタ６を介してインバータ回路３（駆動回路）に供給されている。

また、駆動用電源は、ダイオード７を介して５Ｖ電源回路８に供給されている。５Ｖ電源回路８は、駆動用電源電圧を降圧して５Ｖの制御用電源を生成すると、マイコン２の電源端子に供給する。マイコン２の電源端子とグランドとの間には、バイパスコンデンサ９が接続されている。指示回転数受信器１０には、図示しない上位の制御装置より、モータの回転数指令が低速のＰＷＭ信号で入力される。指示回転数受信器１０は、入力されたＰＷＭ指令値（ＰＷＭデューティ）に応じて、より高速のＰＷＭ信号を生成し、マイコン２の入力ポートに出力する。

インバータ回路３は、３つの素子モジュール１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗより構成され、各素子モジュール１１は、直列接続された２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）１２及び１３を備えている。これらのＦＥＴ１２及び１３のドレイン−ソース間には、フリーホイールダイオード（寄生ダイオード）１２Ｄ，１３Ｄがそれぞれ接続されている。そして、これらのＦＥＴ１２及び１３の共通接続点がインバータ回路３の各相出力端子となり、モータ駆動制御装置１の出力端子１Ｕ，１Ｖ，１Ｗを介して、例えば３相ブラシレスＤＣモータであるモータ１４の各相固定子巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに接続されている。マイコン２（ＰＷＭ信号出力手段）は、内蔵されるＣＰＵが制御プログラム（ソフトウェア）に従い動作することで、インバータ回路３を構成する各ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１２及び１３のゲートにＰＷＭ信号を出力してモータ１４を駆動制御する。

また、素子モジュール１１は、ＦＥＴ１２及び１３の共通接続点の電位を、モータ１４の中性点相当電位（各相電圧の和）と比較する端子電圧比較器（コンパレータ）１６（図２では、Ｕ相のみ図示）を備えている。端子電圧比較器１６は、マイコン２がモータ１４の誘起電圧のゼロクロス点を検出するために使用される。前記中性点相当電位は、図１に示す中性点電圧生成器１７により供給される。また、各素子モジュール１１が備えるコンパレータ１６の出力信号は、マイコン２の入力ポートにそれぞれ入力されている。
マイコン２は、入力ポートに与えられる端子電圧比較器１６（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の出力信号を参照することで、モータ１４が回転している際に固定子巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに発生する誘起電圧のゼロクロス点を検出する。

図１に示すように、マイコン２の内部において、ゼロクロスタイミング信号生成器２１は、端子電圧比較器１６（Ｕ，Ｖ，Ｗ）からの出力信号を受けて、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のゼロクロス点をライズエッジ及びフォールエッジで示す矩形波状のタイミング信号を生成し、各相毎に出力する。これらのタイミング信号は、回転速度計測器２２及び通電パターン切替器２３に入力されている。

回転速度計測器２２はゼロクロスタイミング信号のエッジ間隔を計測することでモータ１４の回転速度を計測し、計測結果を通電パターン切替器２３及びＰＷＭデューティ算出器２４に出力する。通電パターン切替器２３は、入力される各相のゼロクロスタイミング信号と、モータ１４の回転速度とに応じて、ＰＷＭ信号による通電相をＵ，Ｖ，Ｗに切替えるための切替え信号をＰＷＭ信号生成器２５に出力する。

ＰＷＭデューティ算出器２４は、指示回転数受信器１０を介して回転数指令が入力されており、回転速度計測器２２により計測されたモータ１４の回転数との差に応じてＰＷＭデューティ指令を算出し、ＰＷＭ信号生成器２５に出力する。ＰＷＭ信号生成器２５は、内部で発生させたＰＷＭ制御用のキャリアとデューティ指令とからＰＷＭ信号を生成し、通電相の切替え信号に応じてＵ，Ｖ，Ｗ各相のＰＷＭ信号を出力する。例えば、１２０度通電方式（上アーム側スイッチング素子を１２０度分だけオンした後に上アーム側スイッチング素子をオフし、その６０度分後に下アーム側スイッチング素子を１２０度分だけオンした後下アーム側スイッチング素子をオフ、さらに６０度分後に上アーム側スイッチング素子をオンし、これらを繰り返す）により矩形波駆動を行う。尚、ＰＷＭ制御におけるキャリア周期は、例えば２０ｋＨｚ程度である。

また、端子電圧比較器１６（Ｕ，Ｖ，Ｗ）からの出力信号は、還流制御時間計測器２６にも入力されている。還流制御時間計測器２６は、上記出力信号の変化に基づいて、フリーホイールダイオード１２Ｄ，１３Ｄに還流電流が流れている時間である還流制御時間を計測し、その計測結果を通電パターン切替器２３に出力する。そして、通電パターン切替器２３が出力する通電相の切替え信号は、還流制御時間計測器２６に入力され、フィードバックされている。

図３に示すように、ゼロクロス点が確定したタイミングで、マイコン２は、回転速度計測器２２によりモータ１４の回転速度を計測・算出する（Ｓ１）。すると、通電パターン切替器２３により、回転速度から例えば予め決めておいた関係式などを用いて、現在のＰＷＭ信号による各相通電パターンでの通電オフ時刻Ｔ_ＯＦＦを算出する（Ｓ２）。次に、通電オフ開始時刻Ｔ_ＯＦＳを算出するが、ここでは、還流制御時間分だけ通電オフ開始時刻を補正（詳細は後述）する処理になる（Ｓ３）。

それから、次の通電オフ時の通電パターンを決定する（Ｓ４）。これは、一定のパターンであり、ゼロクロス点が確定する毎に所定の順序で切り替わる。そして、ステップＳ３で求めた通電オフ開始時刻Ｔ_ＯＦＳが、ステップＳ２で通電オフ時刻Ｔ_ＯＦＦ以下であれば（ＮＯ）、ステップＳ４で決定した通電パターンをそのまま出力し（Ｓ７）、Ｔ_ＯＦＳ＞Ｔ_ＯＦＦであれば（ＹＥＳ）、上記通電パターンに切替える過程で、３相通電パターンを発生させる（Ｓ６）。ここでの「３相通電パターン」とは、通常はインバータ回路３の上下アーム各１相ずつの間で通電させるパターンであるのに対し、下アーム側が２相で通電されるパターンを意味する。

すなわち、図４（ｂ）に示すように、通電パターンが切り替わると、モータ１４（インバータ回路３）を流れる電流の方向はＵｈ（上）→Ｖｌ（下），Ｕｈ→Ｗｌ，Ｖｈ→Ｗｌ，Ｖｈ→Ｕｌ，…といった順序で変化する。このように通電パターンが切り替わる過程で、Ｕｈ→Ｖｌ＆Ｗｌ，Ｖｈ→Ｗｌ＆Ｕｌ，…というように、上アーム１相から下アーム２相に通電されるパターンを発生させる（図中に破線の区間で示す）。

図５に示す処理は、例えば１０μｓ毎に実行される。還流制御時間計測器２６は、Ｕ，Ｖ，Ｗの何れの相の通電がオフに切り替わるタイミングかを判断する（Ｓ１１，Ｓ１９，Ｓ２４）。Ｕ相の通電がオフであれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、通電パターンが（Ｖｈ→Ｗｌ），（Ｗｈ→Ｖｌ）の何れであるかを判断する（Ｓ１２，Ｓ１５）。通電パターンが（Ｖｈ→Ｗｌ）であり（Ｓ１２：ＹＥＳ）、端子電圧比較器１６Ｕの出力信号レベルがローであれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｕ相下アーム側のフリーホイールダイオード１３ＵＤに還流電流が流れている期間である（図６参照）。したがって、還流制御時間を計測するカウンタをインクリメントする（Ｓ１４）。

また、通電パターンが（Ｗｈ→Ｖｌ）であり（Ｓ１５：ＹＥＳ）、Ｕ相の端子電圧比較器１６Ｕの出力信号レベルがハイであれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、Ｕ相の上アーム側のフリーホイールダイオード１２ＵＤに還流電流が流れている期間である（図６参照）。したがって、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１３，Ｓ１６の何れかで「ＮＯ」と判断すると、カウンタ値が「０」か否かを判断する（Ｓ１７）。ここで「０」でなければ（ＮＯ）、その時点で計測中の還流制御時間が終了したことを示す。したがって、カウンタ値に処理周期の１０μｓを乗じて還流制御時間を求めてから、カウンタをゼロクリアする（Ｓ１８）。また、ステップＳ１５で「ＮＯ」と判断すると、ステップＳ２９に移行してカウンタをゼロクリアする。

Ｖ相の通電がオフであれば（Ｓ１９：ＹＥＳ）、通電パターンが（Ｗｈ→Ｕｌ），（Ｕｈ→Ｗｌ）の何れであるかを判断する（Ｓ２０，Ｓ２２）。通電パターンが（Ｗｈ→Ｕｌ）であり（Ｓ２０：ＹＥＳ）、端子電圧比較器１６Ｖの出力信号レベルがローであれば（Ｓ２１：ＹＥＳ）、Ｖ相下アーム側のフリーホイールダイオード１３ＶＤに還流電流が流れている期間である（図６参照）。したがって、ステップＳ１４に移行する。

また、通電パターンが（Ｕｈ→Ｗｌ）であり（Ｓ２２：ＹＥＳ）、端子電圧比較器１６Ｖの出力信号レベルがハイであれば（Ｓ２３：ＹＥＳ）、Ｖ相上アーム側のフリーホイールダイオード１２ＶＤに還流電流が流れている期間である（図６参照）。したがって、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ２１，Ｓ２３の何れかで「ＮＯ」と判断すると、ステップＳ１７に移行する。また、ステップＳ２２で「ＮＯ」と判断すると、ステップＳ２９に移行する。

Ｗ相の通電がオフであれば（Ｓ２４：ＹＥＳ）、通電パターンが（Ｕｈ→Ｖｌ），（Ｖｈ→Ｕｌ）の何れであるかを判断する（Ｓ２５，Ｓ２７）。通電パターンが（Ｕｈ→Ｖｌ）であり（Ｓ２５：ＹＥＳ）、端子電圧比較器１６Ｗの出力信号レベルがローであれば（Ｓ２６：ＹＥＳ）、Ｗ相下アーム側のフリーホイールダイオード１３ＷＤに還流電流が流れている期間である（図６参照）。したがって、ステップＳ１４に移行する。

また、通電パターンが（Ｖｈ→Ｕｌ）であり（Ｓ２７：ＹＥＳ）、端子電圧比較器１６Ｗの出力信号レベルがハイであれば（Ｓ２８：ＹＥＳ）、Ｗ相上アーム側のフリーホイールダイオード１２ＷＤに還流電流が流れている期間である（図６参照）。したがって、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ２６，Ｓ２８の何れかで「ＮＯ」と判断すると、ステップＳ１７に移行する。また、ステップＳ２７で「ＮＯ」と判断すると、ステップＳ２９に移行する。以上の処理により、図６（ｃ，ｄ）に示すように、各相の還流電流が流れる期間を、カウンタにより計測できる。

図７に示す処理は、ゼロクロス点の検出タイミング毎に実行される。通電パターン切替器２３は、その時点で還流制御時間が５０μｓを超えているか（Ｓ３１）、また、還流制御時間が２０μｓ未満か（Ｓ３２）を判断する。ここで、還流制御時間についての第１，第２制御範囲は、以下のように設定されている。
第１制御範囲：２０μｓ以上，且つ５０μｓ以下
第２制御範囲：２０μｓ未満
したがって、ステップＳ３１で「ＹＥＳ」と判断すれば、変数「オフ開始補正」（初期値は０）を１μｓ（所定時間）だけ加算してから（Ｓ３２）ステップＳ３５に移行する。この場合、還流制御時間は第１制御範囲を超えている。

また、ステップＳ３３で「ＹＥＳ」と判断すれば、変数「オフ開始補正」を１μｓだけ減算してから（Ｓ３４）ステップＳ３５に移行する。この場合、還流制御時間は第２制御範囲内にある。そして、ステップＳ３３で「ＮＯ」と判断した場合、還流制御時間は第１制御範囲にあることになり、そのままステップＳ３５に移行する。

ステップＳ３５では、通電オフ開始時刻Ｔ_ＯＦＳを、以下のように決定する。
Ｔ_ＯＦＳ＝ｍａｘ（Ｔ_ＯＦＦ＋オフ開始補正，通電オフ終了時刻）
ここで、通電オフ終了時刻は、図８に示すように、例えば通電方向が（Ｕｈ→Ｖｌ）から（Ｕｈ→Ｗｌ）に移行するケースでは、Ｗ相の通電がオフからオンに切り替わる時刻である。また、同ケースでＶ相の通電がオンからオフに切り替わる時刻が通電オフ開始時刻であり、通電オフ終了時刻から通電オフ開始時刻までの間が、３相通電が行われる時間（３相通電時間）となる。

したがって、ステップＳ３５において、Ｔ_ＯＦＳ＝（通電オフ終了時刻）となった場合は３相通電パターンは発生せず、Ｔ_ＯＦＳ＝（Ｔ_ＯＦＦ＋オフ開始補正）となった場合に３相通電パターンが発生する。上記の例では、通電方向が（Ｕｈ→Ｖｌ）から（Ｕｈ→Ｗｌ）に移行する間に、（Ｕｈ→Ｖｌ，Ｗｌ）となる上アーム１相から下アーム２相に通電される期間が発生することになる。以上の処理を行う結果、還流制御時間は第１制御範囲内に入るように調整される。

尚、還流制御時間が第２制御範囲内に入ると、還流電流が完全に消失して還流制御時間の計測ができなくなるおそれがあるため、その場合は「オフ開始補正」を減少させて３相通電時間を短くしている。また、「オフ開始補正」を増加させて３相通電パターンを発生させれば、通電相がオフする期間が遅くなる。この場合、還流制御時間計測器２６は、遅延されたオフ開始時刻より、次の還流制御時間の計測を開始する。

図９に示す場合、通電パターンが切り替わる過程において、通電オフ終了時刻と通電オフ開始時刻とは常に一致している。その結果、モータを高速回転させるため通電電流量を増大させると、還流電流が流れる時間（還流制御時間）が長くなり、それに伴いゼロクロス点の検出可能期間が短縮されてしまう。すると、高速回転領域ではゼロクロス点を検出できなくなるおそれがあった。

これに対して、本実施形態の制御を行うと、図１０に示すように、オンしている通電相のオフを開始させる時刻が「オフ開始補正」により通常の通電パターンよりも遅くなり、次の通電相のオンが開始される時刻よりも後になることで３相通電期間が発生する。その結果、還流制御時間が短縮化されるため、ゼロクロス点の検出可能期間をより長く確保できるようになる。

以上のように本実施形態によれば、図１において、端子電圧比較器１６（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ１４の各相端子電圧を中性点電圧に相当する閾値電圧と比較し、ゼロクロスタイミング信号生成器２１は、端子電圧比較器１６より出力され、インバータ回路３にて通電がオフされている相の比較結果よりゼロクロスタイミング信号を生成する。通電パターン切替器２３は、ゼロクロスタイミング信号に基づいて、ＰＷＭ信号による各相の通電パターンを切り替えるように通電信号を出力する。そして、還流制御時間計測器２６が還流制御時間を計測することでその時間の長さを具体的に把握でき、その計測結果に応じて還流制御時間を短縮するための制御を行うことができる。

また、還流制御時間計測器２６は、通電信号が通電オフを示すタイミングを始点として、端子電圧比較器１６Ｕより出力される、モータ１４を流れる電流方向で決まる相の比較結果が還流電流の消失を示す状態となるまでの時間を還流制御時間として計測する。すなわち、還流電流は、インバータ回路３における通電相のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１２又は１３がオフしたタイミングで発生し、モータ１４の中性点相当電圧を超えてパルス状に流れる。したがって、端子電圧比較器１６が出力する信号の変化を参照すれば、還流電流が流れている期間を計測できる。

この場合、還流制御時間計測器１６は、電流の方向がＶ相からＷ相へ、又はＷ相からＶ相へ流れている期間は、端子電圧比較器１６より出力される比較結果に基づきＵ相の還流制御時間を計測し、電流の方向がＵ相からＷ相へ、又はＷ相からＵ相へ流れている期間は、端子電圧比較器１６Ｖより出力される比較結果に基づきＶ相の還流制御時間を計測する。また、電流の方向がＵ相からＶ相へ、又はＶ相からＵ相へ流れている期間は、端子電圧比較器１６Ｗより出力される比較結果に基づきＷ相の還流制御時間を計測する。したがって、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相間の通電方向に従い各相について還流制御時間を計測できる。

そして、通電パターン切替器２３は、インバータ回路３の上アーム側の１相から下アーム側の異なる１相に通電させる通電パターンを切り替える際に、インバータ回路３の上アーム側の１相から、下アーム側の異なる２相に通電させる３相通電パターンを一時的に発生させて還流制御時間を短縮させる。このように３相通電パターンを発生させることで、上アーム側の１相から、下アーム側の２相に電流が分流している状態からそれらの一方をオフさせた際に発生する還流電流量を小さくして還流制御時間を短縮できる。したがって、誘起電圧のゼロクロス点を検出する期間を拡げることができ、モータ１４の高速回転領域においてもゼロクロス点を安定して検出できるようになる。

また、通電パターン切替器２３は、還流制御時間が第１制御範囲を超えていれば、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを所定時間だけ遅くして、還流制御時間が第１制御範囲内となるよう制御する。また、還流制御時間が、第１制御範囲未満の値域に設定されている第２制御範囲内に入ると、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを所定時間だけ早くする。このように還流制御時間を調整すれば、還流制御時間を完全に消失させない範囲で短縮できる。更に、通電パターン切替器２３は、インバータ回路３を構成する各ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１２及び１３のうち、実際に通電オフするものに対してのみ、通電オン期間の終了タイミングを遅くするので、不要な制御を行うことが回避される。

また、還流制御時間計測器２６は、通電パターン切替器２３の作用により通電オン期間の終了タイミングが遅延されると、その遅延により通電オフとなるタイミングを始点とする。したがって、３相通電パターンを発生させた場合でも、還流制御時間の計測を正確に行うことができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図１１を参照して説明する。図１１（ａ）にハッチングで示す部分は、３相通電パターンを発生させたことにより還流制御時間を短縮させた期間を示している。図１１（ｂ）は、ゼロクロスタイミング信号生成器２１より出力される各相のゼロクロスタイミング信号を示す。これらのゼロクロスタイミング信号のエッジ間隔により電気角６０度の区間に区分されるが、これらの信号は、端子電圧比較器１６の出力信号に基づき生成されている。端子電圧比較器１６はコンパレータであるため、コンパレータがヒステリシス特性を有していると、ライズエッジ側とフォールエッジ側とで異なるばらつきを有していることがある。

そこで、第２実施形態では、通電パターン切替器２３が、図１１に示すように、ゼロクロスタイミング信号のフォールエッジで始まる区間で計測された還流制御時間に基づく通電オフタイミングの補正は、次のフォールエッジで始まる区間について行うようにする。つまり、１区間飛ばして通電オフタイミングの補正をかける。ライズエッジ側についても同様であり、ライズエッジで始まる区間において計測された還流制御時間に基づく通電オフタイミングの補正は、次のライズエッジで始まる区間について行う。このように制御することで、通電オフタイミングの補正を同じ側のエッジについて行うことができる。

以上のように第２実施形態によれば、通電パターン切替器２３は、還流制御時間計測器２６が還流制御時間の計測を開始した際にゼロクロスタイミング信号が変化したエッジと同じ側のエッジが次回に到来すると、前記計測の結果に基づく通電オン期間の終了タイミングの制御を行う。すなわち、通電オフタイミングの補正を同じ側のエッジについて行うので、制御精度を向上させることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、図１２に示すように、図７に示すステップＳ３１の前にステップＳ３０を追加し、ステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３５を、ステップＳ３６〜Ｓ３８に置き換えている。ステップＳ３０では、モータ１４の回転数から３相通電時間を決定する。３相通電時間は、回転数がある程度高い領域になった場合に、必要と思われる初期値を設定する。したがって、回転数が低い領域では初期値は０％で良い。

ステップＳ３６では、変数「オフ開始補正」を１％（所定割合）だけ加算してからステップＳ３５に移行する。また、ステップＳ３７では、変数「オフ開始補正」を１％だけ減算してからステップＳ３５に移行する。この場合、還流制御時間は第２制御範囲内にある。そして、ステップＳ３８では、通電オフ開始時刻Ｔ_ＯＦＳを、以下のように決定する。
Ｔ_ＯＦＳ＝通電オフ終了時刻＋ｍａｘ｛３相通電時間×（オフ補正），０ｓ｝
つまり、第３実施形態では、通電オフタイミングの調整を３相通電時間の増減割合によって行う。

以上のように第３実施形態によれば、通電パターン切替器２３は、還流制御時間が第１制御範囲を超えていれば、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを所定割合だけ遅くして還流制御時間が第１制御範囲内となるよう制御し、還流制御時間が、第２制御範囲内に入ると、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを所定割合だけ早くする。この場合も、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、図１３に示すように、図１に示す構成より中性点電圧生成器１７を削除したものである。そして、端子電圧比較器１６には、閾値電圧としてモータ１４の中性点電圧を直接与えている。このように構成した第４実施形態による場合も、第１実施形態と同様の効果が得られる。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
図１において、ソフトウェアで実現している各機能を、ハードウェアロジックで構成しても良い。
ＰＷＭ制御のキャリア周期や、第１及び第２制御範囲の具体数値については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
１２０度通電方式に限ることはない。例えば、第２実施形態で示したように、通電切り替えを行う際に、最初から３相通電パターンが発生しているような１３０度通電方式等に適用しても良い。
車載用のモータ制御装置に限ることはない。
請求項１１のモータ制御方法としては、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の還流制御時間を計測する順序は限定しない。

図面中、１はモータ駆動制御装置、３はインバータ回路、１０は指示回転数受信器、１４はブラシレスＤＣモータ、１６は端子電圧比較器、２１はゼロクロスタイミング信号生成器、２２は回転速度計測器、２３は通電パターン切替器、２４はＰＷＭデューティ算出器、２５はＰＷＭ信号生成器、２６は還流制御時間計測器を示す。

Claims (15)

1. インバータ回路（３）を介してブラシレスＤＣモータ（１４）を駆動制御するモータ制御装置において、
   外部より入力されるモータ回転速度の指示値を受信する指示回転数受信器（１０）と、
   前記モータの回転速度を計測する回転速度計測器（２２）と、
   前記指示値と、前記回転速度計測器により計測された回転速度とから、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティを算出するＰＷＭデューティ算出器（２４）と、
   前記モータの各相端子電圧を、当該モータの中性点電圧に相当する閾値電圧と比較する端子電圧比較器（１６）と、
   この端子電圧比較器より出力される、前記インバータ回路において通電がオフされている相の比較結果より、ゼロクロスタイミング信号を生成するゼロクロスタイミング信号生成器（２１）と、
   前記ゼロクロスタイミング信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号による各相の通電パターンを切り替えるように通電信号を出力する通電パターン切替器（２３）と、
   前記デューティと、前記通電信号とに基づいて前記ＰＷＭ信号を生成し、前記インバータ回路に出力するＰＷＭ信号生成器（２５）と、
   前記インバータ回路に還流電流が流れている還流制御時間を計測する還流制御時間計測器（２６）とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記還流制御時間計測器は、前記通電信号が通電オフを示すタイミングを始点として、前記端子電圧比較器より出力される、前記モータを流れる電流の方向で決まる相の比較結果が、還流電流の消失を示す状態となるまでの時間を、前記還流制御時間として計測することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記モータがＵ，Ｖ，Ｗの３相構成であれば、
   前記還流制御時間計測器は、前記電流の方向がＶ相からＷ相へ、又はＷ相からＶ相へ流れている期間では、Ｕ相に対応する端子電圧比較器より出力される比較結果に基づいてＵ相の還流制御時間を計測し、
   前記電流の方向がＵ相からＷ相へ、又はＷ相からＵ相へ流れている期間では、Ｖ相に対応する端子電圧比較器より出力される比較結果に基づいてＶ相の還流制御時間を計測し、
   前記電流の方向がＵ相からＶ相へ、又はＶ相からＵ相へ流れている期間では、Ｗ相に対応する端子電圧比較器より出力される比較結果に基づいてＷ相の還流制御時間を計測することを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
4. 前記通電パターン切替器は、前記インバータ回路の上アーム側の１相から、下アーム側の異なる１相に通電させる通電パターンを切り替える際に、前記インバータ回路の上アーム側の１相から、下アーム側の異なる２相に通電させる３相通電パターンを一時的に発生させることで、前記還流制御時間を短縮するように制御することを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
5. 前記通電パターン切替器は、前記還流制御時間が第１制御範囲を超えていれば、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを、所定時間だけ遅くすることで前記還流制御時間が前記第１制御範囲内となるよう制御し、
   前記還流制御時間が、前記第１制御範囲未満の値域に設定されている第２制御範囲内に入ると、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを、所定時間だけ早くすることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記通電パターン切替器は、前記還流制御時間が第１制御範囲を超えていれば、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを、所定割合だけ遅くすることで前記還流制御時間が前記第１制御範囲内となるよう制御し、
   前記還流制御時間が、前記第１制御範囲未満の値域に設定されている第２制御範囲内に入ると、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを、所定割合だけ早くすることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のモータ制御装置。
7. 前記通電パターン切替器は、前記還流制御時間の計測を開始した際に、前記ゼロクロスタイミング信号が変化したエッジと同じ側のエッジが次回に到来すると、前記計測の結果に基づく前記通電オン期間の終了タイミングの制御を行うことを特徴とする請求項５又は６記載のモータ制御装置。
8. 前記還流制御時間計測器は、前記通電パターン切替器の作用によって通電オン期間の終了タイミングが遅延されると、その遅延により通電オフとなるタイミングを始点とすることを特徴とする請求項２から４の何れか一項を引用する請求項５から７の何れか一項に記載のモータ制御装置。
9. 前記通電パターン切替器は、前記インバータ回路を構成する各スイッチング素子のうち、実際に通電オフするものに対してのみ、通電オン期間の終了タイミングを遅くすることを特徴とする請求項５から８の何れか一項に記載のモータ制御装置。
10. インバータ回路を介してブラシレスＤＣモータを制御する方法であって、
    外部より入力されるモータ回転速度の指示値と、計測した前記モータの回転速度とから、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティを算出し、
    前記モータの各相端子電圧を、当該モータの中性点電圧に相当する閾値電圧とを比較して、前記インバータ回路において通電がオフされている相の比較結果より、ゼロクロスタイミング信号を生成し、
    前記ゼロクロスタイミング信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号による各相の通電パターンを切り替えるように通電信号を出力し、
    前記デューティと、前記通電信号とに基づいて前記ＰＷＭ信号を生成し、前記インバータ回路に出力し、
    前記通電信号が通電オフを示すタイミングを始点として、前記モータを流れる電流の方向で決まる相の比較結果が、還流電流の消失を示す状態となるまでの時間を、前記インバータ回路に還流電流が流れている還流制御時間として計測することを特徴とするモータ制御方法。
11. 前記モータがＵ，Ｖ，Ｗの３相構成であり、
    前記電流の方向がＶ相からＷ相へ、又はＷ相からＶ相へ流れている期間では、Ｕ相に対応する比較結果に基づいてＵ相の還流制御時間を計測し、
    前記電流の方向がＵ相からＷ相へ、又はＷ相からＵ相へ流れている期間では、Ｖ相に対応比較結果に基づいてＶ相の還流制御時間を計測し、
    前記電流の方向がＵ相からＶ相へ、又はＶ相からＵ相へ流れている期間では、Ｗ相に対応する比較結果に基づいてＷ相の還流制御時間を計測することを特徴とする請求項１０記載のモータ制御方法。
12. 前記インバータ回路の上アーム側の１相から、下アーム側の異なる１相に通電させる通電パターンを切り替える際に、前記インバータ回路の上アーム側の１相から、下アーム側の異なる２相に通電させる３相通電パターンを一時的に発生させることで、前記還流制御時間を短縮するように制御することを特徴とする請求項１１記載のモータ制御方法。
13. 前記還流制御時間が第１制御範囲を超えていれば、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを、所定時間だけ遅くすることで前記還流制御時間が前記第１制御範囲内となるよう制御し、
    前記還流制御時間が、前記第１制御範囲未満の値域に設定されている第２制御範囲内に入ると、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを、所定時間だけ早くすることを特徴とする請求項１０から１２の何れか一項に記載のモータ制御方法。
14. 前記還流制御時間が第１制御範囲を超えていれば、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを、所定割合だけ遅くすることで前記還流制御時間が前記第１制御範囲内となるよう制御し、
    前記第１制御範囲未満の値域に設定されている第２制御範囲内に入ると、次回以降の通電オン期間の終了タイミングを、所定割合だけ早くすることを特徴とする請求項１０から１２の何れか一項に記載のモータ制御方法。
15. 前記還流制御時間の計測を開始した際に前記ゼロクロスタイミング信号が変化したエッジと同じ側のエッジが次回に到来すると、前記計測の結果に基づく前記通電オン期間の終了タイミングの制御を行うことを特徴とする請求項１３又は１４記載のモータ制御方法。

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