JP2020065329A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ駆動回路の発熱を抑制することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】PWM変更部は、各相のうち、電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2よりも大きい相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅の大きさとして設定し、各相のうち、電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2以下である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅の大きさとして設定する。【選択図】図8
Description
この発明は、電動モータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動するためのモータ制御装置に関する。
三相電動モータをベクトル制御するモータ制御装置においては、電流制御周期毎に、二相電流指令値が演算される。この二相電流指令値と二相電流検出値との偏差に基づいて二相電圧指令値が演算される。この二相電圧指令値が電動モータの回転角を用いて二相・三相変換されることにより、U相、V相およびW相の相電圧指令値(三相電圧指令値)が演算される。そして、このU相、V相およびW相の相電圧指令値にそれぞれ対応するデューティのU相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号が生成されて、三相インバータ回路(モータ駆動回路)に供給される。
この三相インバータ回路を構成する6個のスイッチング素子が、U相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号によって制御されることにより、三相電圧指令値に相当する電圧が三相電動モータに印加されることになる。これにより、三相電動モータに流れるモータ電流が二相電流指令値に等しくなるように制御される。
前述のようなモータ制御装置では、三相インバータ回路内のスイッチング素子が発熱するので、スイッチング素子を冷却するための放熱部品が設けられている。このため、装置が大型化するという問題がある。
この発明の目的は、モータ駆動回路の発熱を抑制することができるモータ制御装置を提供することにある。
この発明の目的は、モータ駆動回路の発熱を抑制することができるモータ制御装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明は、モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、少なくとも2つの相の相電流を検出するための複数の電流センサ(33,34)と、前記複数の電流センサ毎に設けられ、電流制御周期毎に、当該電流センサによって検出される相電流を所定の2つのタイミングで取り込み、両タイミングで取り込まれた相電流の平均値を演算する複数の平均値演算部(49,50)と、前記複数の平均値演算部によって演算される平均値と所与の電流指令値とに基づいて、電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部(46,47)と、相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部(47)とを含み、前記PWM変更部は、前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すふり幅パターンを有し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2以上である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2未満である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、前記電流制御周期において、相毎に、前記ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置である。
この構成では、駆動回路の発熱を抑制することができる。
請求項2に記載の発明は、モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、少なくとも2つの相の相電流を検出するための複数の電流センサ(33,34)と、前記複数の電流センサ毎に設けられ、電流制御周期毎に、当該電流センサによって検出される相電流を所定の2つのタイミングで取り込み、両タイミングで取り込まれた相電流の平均値を演算する複数の平均値演算部(49,50)と、前記複数の平均値演算部によって演算される平均値と所与の電流指令値とに基づいて、電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部(46,47)と、相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部(47)とを含み、前記PWM変更部は、前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すふり幅パターンを有し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2よりも大きい相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2以下である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、前記電流制御周期において、相毎に、前記ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置である。
請求項2に記載の発明は、モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、少なくとも2つの相の相電流を検出するための複数の電流センサ(33,34)と、前記複数の電流センサ毎に設けられ、電流制御周期毎に、当該電流センサによって検出される相電流を所定の2つのタイミングで取り込み、両タイミングで取り込まれた相電流の平均値を演算する複数の平均値演算部(49,50)と、前記複数の平均値演算部によって演算される平均値と所与の電流指令値とに基づいて、電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部(46,47)と、相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部(47)とを含み、前記PWM変更部は、前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すふり幅パターンを有し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2よりも大きい相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2以下である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、前記電流制御周期において、相毎に、前記ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置である。
この構成では、駆動回路の発熱を抑制することができる。
請求項3に記載の発明は、前記電流制御周期毎に前記各電流センサによって検出される相電流を取り込む前記所定の2つのタイミングは、それらの2つのタイミングで取り込まれる当該相電流の平均値が、当該電流制御周期における当該相電流の平均値と等しくなるようなタイミングに設定されている、請求項1または2に記載のモータ制御装置である。
請求項3に記載の発明は、前記電流制御周期毎に前記各電流センサによって検出される相電流を取り込む前記所定の2つのタイミングは、それらの2つのタイミングで取り込まれる当該相電流の平均値が、当該電流制御周期における当該相電流の平均値と等しくなるようなタイミングに設定されている、請求項1または2に記載のモータ制御装置である。
請求項4に記載のモータ制御装置は、前記電流制御周期毎に設定される前記2つのタイミングの一方を第1タイミングといい、他方を第2タイミングとすると、前記第1タイミングで前記各電流センサから取得される相電流と、前記第2タイミングで対応する電流センサから取得される相電流とが、当該相電流の当該電流制御周期での平均値を中心として互いに反対側に所定値だけずれた値となるように、前記第1タイミングおよび前記第2タイミングが設定されている、請求項3に記載のモータ制御装置である。
以下では、この発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(EPS:electric power steering)1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(EPS:electric power steering)1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー10の近傍には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクTを検出する。この実施形態では、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。
トーションバー10の近傍には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクTを検出する。この実施形態では、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。
転舵機構4は、ピニオン軸13と、転舵軸としてのラック軸14とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸14の各端部には、タイロッド15およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。ピニオン軸13は、中間軸7に連結されている。ピニオン軸13は、ステアリングホイール2の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸13の先端(図1では下端)には、ピニオン16が連結されている。
ラック軸14は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸14の軸方向の中間部には、ピニオン16に噛み合うラック17が形成されている。このピニオン16およびラック17によって、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。ラック軸14を軸方向に移動させることによって、転舵輪3を転舵することができる。
ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、ピニオン軸13に伝達される。そして、ピニオン軸13の回転は、ピニオン16およびラック17によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを転舵機構4に伝達するための減速機構19とを含む。電動モータ18は、この実施形態では、三相ブラシレスモータである。電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ23が配置されている。減速機構19は、ウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを転舵機構4に伝達するための減速機構19とを含む。電動モータ18は、この実施形態では、三相ブラシレスモータである。電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ23が配置されている。減速機構19は、ウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。
ウォーム軸20は、電動モータ18によって回転駆動される。また、ウォームホイール21は、ステアリングシャフト6とは一体的に回転可能に連結されている。ウォームホイール21は、ウォーム軸20によって回転駆動される。
電動モータ18によってウォーム軸20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸20を回転駆動することによって、電動モータ18による操舵補助が可能となっている。
電動モータ18によってウォーム軸20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸20を回転駆動することによって、電動モータ18による操舵補助が可能となっている。
車両には、車速Vを検出するための車速センサ24が設けられている。トルクセンサ11によって検出される操舵トルクT、車速センサ24によって検出される車速V、回転角センサ23の出力信号等は、ECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)12に入力される。ECU12は、これらの入力信号に基づいて、電動モータ18を制御する。
図2は、ECU12の全体的な電気的構成を示すブロック図である。
ECU12は、マイクロコンピュータ31と、マイクロコンピュータ31によって制御され、電動モータ18に電力を供給するモータ駆動回路32を含んでいる。
図3は、主としてモータ駆動回路32の構成を示す電気回路図である。
電動モータ18は、例えば三相ブラシレスモータであり、界磁としてのロータ(図示略)と、U相、V相およびW相のステータコイル18U,18V,18Wを含むステータとを備えている。
ECU12は、マイクロコンピュータ31と、マイクロコンピュータ31によって制御され、電動モータ18に電力を供給するモータ駆動回路32を含んでいる。
図3は、主としてモータ駆動回路32の構成を示す電気回路図である。
電動モータ18は、例えば三相ブラシレスモータであり、界磁としてのロータ(図示略)と、U相、V相およびW相のステータコイル18U,18V,18Wを含むステータとを備えている。
モータ駆動回路32は、三相インバータ回路である。モータ駆動回路32は、電源(バッテリー)100に直列に接続された平滑コンデンサ101と、複数のスイッチング素子111〜116と、複数のダイオード121〜126とを含む。平滑コンデンサ101は、電源100の両端子間に接続されている。この実施形態では、各スイッチング素子111〜116は、nチャネル型のFET(Field Effect Transistor)から構成されている。FETは、シリコンを主成分とするSi−FETであってもよいし、シリコンカーバイトを主成分とするSiC−FETであってもよいし、窒化ガリウムを主成分とするGaN−FETであってもよい。以下において、スイッチング素子111〜116をFET111〜116という場合がある。
複数のFET111〜116は、U相用の上段FET111と、それに直列に接続されたU相用の下段FET112と、V相用の上段FET113と、それに直列に接続されたV相用の下段FET114と、W相用の上段FET115と、それに直列に接続されたW相用の下段FET116とを含む。各スイッチング素子111〜116には、それぞれダイオード121〜126が逆並列接続されている。
上段FET111,113,115のドレインは、平滑コンデンサ101の正極側端子に接続されている。上段FET111,113,115のソースは、それぞれ下段FET112,114,116のドレインに接続されている。下段FET112,114,116のソースは、平滑コンデンサ101の負極側端子に接続されている。
U相の上段FET111と下段FET112の接続点は、電動モータ18のU相ステータコイル18Uに接続されている。V相の上段FET113と下段FET114の接続点は、電動モータ18のV相ステータコイル18Vに接続されている。W相の上段FET115と下段FET116の接続点は、電動モータ18のW相ステータコイル18Wに接続されている。各FET111〜116は、後述するPWM出力部48(図2参照)から出力されるPWM信号に基づいて制御される。
U相の上段FET111と下段FET112の接続点は、電動モータ18のU相ステータコイル18Uに接続されている。V相の上段FET113と下段FET114の接続点は、電動モータ18のV相ステータコイル18Vに接続されている。W相の上段FET115と下段FET116の接続点は、電動モータ18のW相ステータコイル18Wに接続されている。各FET111〜116は、後述するPWM出力部48(図2参照)から出力されるPWM信号に基づいて制御される。
図2に戻り、モータ駆動回路32と電動モータ18とを接続するための電力供給線には、2つの電流センサ33,34が設けられている。これらの電流センサ33,34は、モータ駆動回路32と電動モータ18とを接続するための3本の電力供給線のうち、2本の電力供給線に流れる相電流(この例ではU相電流およびW相電流)を検出できるように設けられている。
この実施形態では、電流制御周期Ta毎に、予め設定された2つのタイミングで、電流センサ33,34から相電流が取得される。2つの電流取得タイミングの設定方法については後述する。
マイクロコンピュータ31は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど。)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト電流値設定部41と、電流指令値設定部42と、電流偏差演算部43と、PI(比例積分)制御部44と、二相・三相変換部45と、PWMデューティ演算部(PWM Duty演算部)46と、スイッチング回数低減部47と、PWM出力部48と、第1平均値演算部49と、第2平均値演算部50と、三相・二相変換部51と、回転角演算部52と、回転速度演算部53と、回転角推定部54とが含まれる。
マイクロコンピュータ31は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど。)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト電流値設定部41と、電流指令値設定部42と、電流偏差演算部43と、PI(比例積分)制御部44と、二相・三相変換部45と、PWMデューティ演算部(PWM Duty演算部)46と、スイッチング回数低減部47と、PWM出力部48と、第1平均値演算部49と、第2平均値演算部50と、三相・二相変換部51と、回転角演算部52と、回転速度演算部53と、回転角推定部54とが含まれる。
図4Aに示すように、PWM信号の周期(以下、「PWM周期」という。)Tcは、電流制御周期Taよりも小さい。ここで、電流制御周期Taとは、モータ電流の制御ループの演算周期のことである。この電流制御周期Taはプログラムの規模やマイクロコンピュータ31の演算能力などを考慮して決まる。
電流制御、後述するPWMカウントの更新などの演算は図示しない公知の割り込み機能などを用いて時間Taごとに繰り返し実行される。時間をTaで区切って考え、電流制御やPWMカウントの更新などが実行されている区間を今回の電流制御周期Taといい、今回の電流制御周期Taの直前の区間を前回の電流制御周期Taといい、今回の電流制御周期Taの次の区間を次回の電流制御周期Taという。
電流制御、後述するPWMカウントの更新などの演算は図示しない公知の割り込み機能などを用いて時間Taごとに繰り返し実行される。時間をTaで区切って考え、電流制御やPWMカウントの更新などが実行されている区間を今回の電流制御周期Taといい、今回の電流制御周期Taの直前の区間を前回の電流制御周期Taといい、今回の電流制御周期Taの次の区間を次回の電流制御周期Taという。
この実施形態では、今回の電流制御周期Ta内の最初のタイミングでPWMデューティ演算部46によりPWMカウントが更新され、更新されたPWMカウントCu、Cv、Cwが出力される。この実施形態では、TcはTaの1/8である。言い換えれば、電流制御周期Ta内に8周期分のPWM周期Tcが含まれる。8周期分のPWM周期Tcの最初の周期を1番目の周期といい、それ以降の周期を2,3,…,7,8番目の周期という場合がある。また、電流制御周期Ta内に含まれる各PWM周期を、対応する周期番号i(i=1,2,…,7,8)を用いてT1〜T8で表す場合がある。なお、PWM信号の周波数(=1/Tc)は、キャリア周波数と呼ばれる。
本実施形態でのPWM波形生成方法を説明する。この実施形態では、マイクロコンピュータ31内で、図示しないクロック発生器で生成されるPWMクロック周波数のクロックを図示しないカウンタでアップカウントおよびダウンカウントする。このカウンタのカウント値を、時間を横軸にとり、カウント値を縦軸にとって図示すると、図4Bに示すようになる。ここで、カウント値は符号なし整数と解釈する。また、カウント値をキャリアカウントと呼ぶ場合がある。図4Bの波形がキャリア波形である。この実施形態では、キャリア波形は三角波である。三角波の1周期はTcに等しい。キャリア波形の最大値、つまりカウント値の最大値により、PWM信号の周波数(キャリア周波数)が決定される。本実施形態では、PWMクロック周波数が100[MHz]であり、PWM信号の周波数(以下、「PWM周波数」という。)が100[kHz]と設定しているので、PWMカウント値の最大値(以下において、「PWMカウント最大値」という場合がある)は、100,000,000÷100,000÷2=500となる。アップダウンカウントするため、100,000,000/100,000を、2で割っている。PWMカウント値の最小値(以下において、「PWMカウント最小値」という場合がある)は、0である。
図4Cに示すように、PWM出力部48(図2参照)は、与えられるPWMカウントとカウンタのカウント値とを比較し、モータ駆動回路32(図2参照)に対して、High信号または Low信号を出力する。PWM出力部48は、例えば、カウンタのカウント値≦PWMカウントが成立している間はHigh信号(またはLow信号)を、それ以外はLow信号(またはHigh信号)を出力する。このHigh信号およびLow信号がPWM信号となる。
キャリア波形が三角波の場合には、キャリア周期(PWM周期)の中心に対して対称にスイッチングタイミングがある。PWM周期Tc内の上段FET111,113,115のオンオフ状態の変化パターン(オンオフパターン)としては、次の2つのパターンがある。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オン状態→オフ状態→オン状態へと変化するパターン。第1オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値(図2の二相・三相変換部45から出力される)が高いほど、その相に対する電流制御周期Ta単位のPWMカウントは大きい値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は大きくなる。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オン状態→オフ状態→オン状態へと変化するパターン。第1オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値(図2の二相・三相変換部45から出力される)が高いほど、その相に対する電流制御周期Ta単位のPWMカウントは大きい値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は大きくなる。
第2オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オフ状態→オン状態→オフ状態へと変化するパターン。第2オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値が高いほど、その相に対する電流制御周期TaのPWMカウントは小さな値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は小さくなる。
なお、PWM周期内の下段FET112,114,116のオンオフパターンは、上段FETのオンオフパターンとは逆となる。この実施形態では、U相、V相およびW相の上段FET111,113,115は、第1オンオフパターンとなるように制御されるものとする。
図2に戻り、回転角演算部52は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータの回転角θ(電気角)を電流制御周期Ta毎に演算する。回転角演算部52によって演算されるロータ回転角θは、三相・二相変換部51、回転速度演算部53および回転角推定部54に与えられる。この実施形態では、ロータ回転角θが取得(検出)されるタイミングは、電流制御周期Taの中央時点であるものとし、今回の電流制御周期Taで得られたロータ回転角をθmとする。
図2に戻り、回転角演算部52は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータの回転角θ(電気角)を電流制御周期Ta毎に演算する。回転角演算部52によって演算されるロータ回転角θは、三相・二相変換部51、回転速度演算部53および回転角推定部54に与えられる。この実施形態では、ロータ回転角θが取得(検出)されるタイミングは、電流制御周期Taの中央時点であるものとし、今回の電流制御周期Taで得られたロータ回転角をθmとする。
回転速度演算部53は、回転角演算部52によって演算されるロータ回転角θを時間微分することにより、電動モータ18のロータの回転速度(角速度)ωを演算する。回転速度演算部53によって演算される回転速度ωは、回転角推定部54に与えられる。回転速度演算部51によって演算される回転速度ωは、前回の電流制御周期Taで取得された前回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m−1)と、今回の電流制御周期Taで取得された今回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θmと用いて、次式(1a)で表される。
ω=(θm−θ(m−1))/t …(1a)
ただし、tは、ロータ回転角のサンプリング間隔である。
回転角推定部54は、前回の電流制御周期Taで取得された前回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m−1)を用いて、次式(1b)に基づいて、次回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m+1)を推定する。
ただし、tは、ロータ回転角のサンプリング間隔である。
回転角推定部54は、前回の電流制御周期Taで取得された前回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m−1)を用いて、次式(1b)に基づいて、次回の電流制御周期Taの中央時点でのロータ回転角θ(m+1)を推定する。
θ(m+1)=θ(m−1)+ω・2Ta …(1b)
回転角推定部54によって推定された次回の電流制御周期Taでのロータ回転角θ(m+1)は、二相・三相変換部45に与えられる。
アシスト電流値設定部41は、トルクセンサ11によって検出される検出操舵トルクTと、車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、アシスト電流値Ia*を電流制御周期Ta毎に設定する。検出操舵トルクTに対するアシスト電流値Ia*の設定例は、図5に示されている。アシスト電流値Ia*は、電動モータ18から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ18から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ia*は、検出操舵トルクTの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクTの負の値に対しては負をとる。
回転角推定部54によって推定された次回の電流制御周期Taでのロータ回転角θ(m+1)は、二相・三相変換部45に与えられる。
アシスト電流値設定部41は、トルクセンサ11によって検出される検出操舵トルクTと、車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、アシスト電流値Ia*を電流制御周期Ta毎に設定する。検出操舵トルクTに対するアシスト電流値Ia*の設定例は、図5に示されている。アシスト電流値Ia*は、電動モータ18から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ18から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ia*は、検出操舵トルクTの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクTの負の値に対しては負をとる。
検出操舵トルクTが−T1〜T1(たとえば、T1=0.4N・m)の範囲(トルク不感帯)の微小な値のときには、アシスト電流値Ia*は零とされる。そして、検出操舵トルクTが−T1〜T1の範囲外の値である場合には、アシスト電流値Ia*は、検出操舵トルクTの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、アシスト電流値Ia*は、車速センサ24によって検出される車速Vが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されるようになっている。これにより、低速走行時には操舵補助力が大きくされ、高速走行時には操舵補助力が小さくされる。
電流指令値設定部42は、アシスト電流値設定部41によって設定されたアシスト電流値Ia*に基づいて、dq座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として設定する。具体的には、電流指令値設定部42は、d軸電流指令値Id *およびq軸電流指令値Iq *(以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Idq *」という。)を設定する。さらに具体的には、電流指令値設定部42は、q軸電流指令値Iq *をアシスト電流値設定部41によって設定されたアシスト電流値Ia*とする一方で、d軸電流指令値Id *を零とする。電流指令値設定部42によって設定された二相電流指令値Idq *は、電流偏差演算部43に与えられる。
第1平均値演算部49は、電流制御周期Ta毎に、電流センサ33によって検出されるU相電流IUを、予め設定された2つのタイミングで取り込む。そして、第1平均値演算部49は、両タイミングで取り込まれたU相電流IUの平均値を演算する。ある電流制御周期Taにおいて、1回目および2回目に取り込まれるU相電流IU-をそれぞれIU-1およびIU-2とすると、第1平均値演算部49は、その平均値(IU-1+IU-2)/2を、当該電流制御周期TaのU相電流IU-として演算する。
同様に、第2平均値演算部50は、電流制御周期Ta毎に、電流センサ34によって検出されるW相電流IWを、予め設定された2つのタイミングで取り込む。そして、第2平均値演算部50は、両タイミングで取り込まれたW相電流IWの平均値を演算する。ある電流制御周期Taにおいて、1回目および2回目に取り込まれるW相電流IWをそれぞれIW1およびIW-2とすると、第2平均値演算部50は、その平均値(IW1+IW2)/2を、当該電流制御周期TaのW相電流IW-として演算する。
三相・二相変換部51は、まず、平均値演算部49,50によって演算される2相分の相電流IU-,IW-から、U相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IW(以下、これらを総称するときは、「三相検出電流IUVW」という。)を演算する。そして、三相・二相変換部51は、UVW座標系の三相検出電流IUVWを、dq座標系の二相検出電流Idqに座標変換する。二相検出電流Idqは、d軸検出電流Idおよびq軸検出電流Iqからなる。この座標変換には、回転角演算部52によって演算されるロータ回転角θが用いられる。
電流偏差演算部43は、d軸電流指令値Id *に対するd軸検出電流Idの偏差およびq軸電流指令値Iq *に対するq軸検出電流Iqの偏差を演算する。これらの偏差は、PI制御部44に与えられる。
PI制御部44は、電流偏差演算部43によって演算された電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、電動モータ18に印加すべき二相電圧指令値Vdq *(d軸電圧指令値Vd *およびq軸電圧指令値Vq *)を生成する。この二相電圧指令値Vdq *は、二相・三相変換部45に与えられる。
PI制御部44は、電流偏差演算部43によって演算された電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、電動モータ18に印加すべき二相電圧指令値Vdq *(d軸電圧指令値Vd *およびq軸電圧指令値Vq *)を生成する。この二相電圧指令値Vdq *は、二相・三相変換部45に与えられる。
二相・三相変換部45は、今回の電流制御周期TaにおいてPI制御部44によって演算された二相電圧指令値Vdq *に対して、今回の電流制御周期Taにおいて回転角推定部54によって演算された次回の電流制御周期Taに対する回転角推定値θ(m+1)を用いて二相・三相変換を行うことにより、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *を演算する。三相電圧指令値VUVW *は、U相電圧指令値VU *、V相電圧指令値VV *およびW相電圧指令値VW *からなる。これにより、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *が得られる。
二相・三相変換部45によって得られた次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *は、PWMデューティ演算部46に与えられる。
PWMデューティ演算部46は、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *に基づいて、次回の電流制御周期Taに対するU相PWMカウント(PWMデューティ)、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントを生成して、スイッチング回数低減部47に与える。
PWMデューティ演算部46は、次回の電流制御周期Taに対する三相電圧指令値VUVW *に基づいて、次回の電流制御周期Taに対するU相PWMカウント(PWMデューティ)、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントを生成して、スイッチング回数低減部47に与える。
この実施形態では、各相の上段FET111,113,115は第1オンオフパターンとなるように制御される。したがって、U相のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(2)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
Cu=VU *×(PWMカウント最大値/Vb)
=VU *×(500/Vb) …(2)
前記式(2)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(2)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(2)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
=VU *×(500/Vb) …(2)
前記式(2)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(2)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(2)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
スイッチング回数低減部47は、UVWの3相のうちの少なくとも1つの相に対応するスイッチング素子の電流制御周期Ta内のスイッチング回数を低減させることにより、当該相のスイッチング素子のスイッチング損失を低減するために設けられたものである。少なくとも1つの相に対応するスイッチング素子のスイッチング損失を低減することができれば、モータ駆動回路32の発熱を抑制することができる。
スイッチング回数低減部47は、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCu、V相PWMカウントCvおよびW相PWMカウントCwに対して、電流制御周期Ta内でのスイッチング回数を低減するための処理(スイッチング回数低減処理)を行う。これにより、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントが得られる。スイッチング回数低減部47の動作の詳細については、後述する。
スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減処理後の、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントは、PWM出力部48に与えられる。PWM出力部48は、スイッチング回数低減部47から与えられる電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントを、複数の電流制御周期分にわたって記憶している。
PWM出力部48は、前回の電流制御周期Taにおいてスイッチング回数低減部47から与えられた今回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントに基づいて、今回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号を生成して、モータ駆動回路32に供給する。具体的には、PWM出力部48は、今回の電流制御周期Ta内のPWM周期Tc毎に、当該電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相PWMカウント、V相PWMカウントおよびW相PWMカウントにそれぞれ対応するデューティのU相PWM信号、V相PWM信号およびW相PWM信号を生成して、モータ駆動回路32に供給する。
モータ駆動回路32を構成する6つのFET111〜116がPWM出力部48から与えられるPWM信号によって制御されることにより、PWM周期Tc毎の三相電圧指令値VUVW *に相当する電圧が電動モータ18の各相のステータコイル18U,18V,18Wに印加されることになる。
電流偏差演算部43およびPI制御部44は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ18に流れるモータ電流が、電流指令値設定部42によって設定された二相電流指令値Idq *に近づくように制御される。
電流偏差演算部43およびPI制御部44は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ18に流れるモータ電流が、電流指令値設定部42によって設定された二相電流指令値Idq *に近づくように制御される。
以下、スイッチング回数低減部47の動作について詳しく説明する。まず、図6を参照して、スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減の基本的な考え方について説明する。
後述するように、スイッチング回数低減部47は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する。この後、スイッチング回数低減部47は、モータ駆動回路32内のFET111〜116のスイッチング回数を低減するために、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントのうちの少なくとも1つの相のPWMカウントを変更する。
後述するように、スイッチング回数低減部47は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する。この後、スイッチング回数低減部47は、モータ駆動回路32内のFET111〜116のスイッチング回数を低減するために、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントのうちの少なくとも1つの相のPWMカウントを変更する。
図6(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、スイッチング回数低減部47によってPWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図6(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。この段階では、各PWM周期T1〜T8で同一のPWMカウントが設定される。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第1条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図6(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。図6(a1)ではスイッチング回数が16回であるのに対し、図6(a2)では8回となるので、図6(a2)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図6(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。図6(a1)ではスイッチング回数が16回であるのに対し、図6(a2)では8回となるので、図6(a2)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図6(a3)は、前記第1条件を満たしかつデューティ比が100%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。図6(a3)ではスイッチング回数が8回となるので、図6(a3)の場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図6(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図6(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第2条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図6(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。図6(b1)ではスイッチング回数が16回であり、図6(b2)においても16回となるので、図6(b2)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数は低減されないことがわかる。
図6(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。図6(b1)ではスイッチング回数が16回であり、図6(b2)においても16回となるので、図6(b2)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数は低減されないことがわかる。
図6(b3)は、前記第2条件を満たしかつデューティが0%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。図6(b3)ではスイッチング回数が12回となるので、図6(b3)の場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
つまり、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A1または条件B1を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
条件A1:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B1:電流制御周期Ta内においてデューティ比が0%のPWM周期が2以上連続し、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
なお、あるPWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在する場合には、当該PWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなる。そうすると、平滑コンデンサ101に電荷が蓄積されなくなり、電源ラインの電流変化を抑制するといった平滑コンデンサ101の機能が発揮できなるおそれがある。そこで、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
条件A1:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B1:電流制御周期Ta内においてデューティ比が0%のPWM周期が2以上連続し、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
なお、あるPWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在する場合には、当該PWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなる。そうすると、平滑コンデンサ101に電荷が蓄積されなくなり、電源ラインの電流変化を抑制するといった平滑コンデンサ101の機能が発揮できなるおそれがある。そこで、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
この点について、図7を参照して、説明する。
本実施形態では、相補PWMを採用しているので、上段FETがONの時は下段FETがOFFとなり、また上段FETがOFFの時は下段FETがONとなる。
図7(a)は、あるPWM周期に対して設定されたPWMカウントに応じたU相、V相およびW相の上段FET111,113,115のオンオフ状態と、平滑コンデンサ101の充放電モードとを示している。平滑コンデンサ101は、全相の上段FET111,113,115がONのときまたは全相の上段FET111,113,115がOFFのときに、OFF状態の上段全相のFETまたはOFF状態の下段全相のFETにより放電経路が遮断されるため充電モードとなる。一方、上段FET111,113,115がONである相と、上段FET111,113,115がOFFである相とが存在するときには、上段のON状態のFETとモータと下段のON状態のFETによって放電経路が形成されるため、平滑コンデンサ101は放電モードとなる。図7(a)のPWM周期では、平滑コンデンサ101の充電と放電とが交互に行われる
図7(b)および図7(c)は、同じPWM周期にデューティ比100%の相とデューティ比0%の相とが混在しないように、図7(a)に対応するPWMカウントが変更された場合の例を示している。図7(b)に示されるUVW相の上段FET111,113,115のオンオフパターンと、図7(c)に示されるUVW各相の上段FET111,113,115のオンオフパターンとは、例えば、2周期毎に切り替えられる。
本実施形態では、相補PWMを採用しているので、上段FETがONの時は下段FETがOFFとなり、また上段FETがOFFの時は下段FETがONとなる。
図7(a)は、あるPWM周期に対して設定されたPWMカウントに応じたU相、V相およびW相の上段FET111,113,115のオンオフ状態と、平滑コンデンサ101の充放電モードとを示している。平滑コンデンサ101は、全相の上段FET111,113,115がONのときまたは全相の上段FET111,113,115がOFFのときに、OFF状態の上段全相のFETまたはOFF状態の下段全相のFETにより放電経路が遮断されるため充電モードとなる。一方、上段FET111,113,115がONである相と、上段FET111,113,115がOFFである相とが存在するときには、上段のON状態のFETとモータと下段のON状態のFETによって放電経路が形成されるため、平滑コンデンサ101は放電モードとなる。図7(a)のPWM周期では、平滑コンデンサ101の充電と放電とが交互に行われる
図7(b)および図7(c)は、同じPWM周期にデューティ比100%の相とデューティ比0%の相とが混在しないように、図7(a)に対応するPWMカウントが変更された場合の例を示している。図7(b)に示されるUVW相の上段FET111,113,115のオンオフパターンと、図7(c)に示されるUVW各相の上段FET111,113,115のオンオフパターンとは、例えば、2周期毎に切り替えられる。
図7(b)では、U相の上段FET111に対するデューティ比が100%に設定されており、V相およびW相の上段FET113,115に対するデューティ比は0%よりも大きくかつ100%よりも小さな値に設定されている。図7(c)では、V相およびW相の上段FET113,115に対するデューティ比は0%に設定されており、U相の上段FET111に対するデューティ比は0%よりも大きくかつ100%よりも小さい値に設定されている。図7(b)のオンオフパターンが適用されるPWM周期および図7(c)のオンオフパターンが適用されるPWM周期のいずれにおいても、平滑コンデンサ101の充電と放電とが交互に行われる。
図7(d)は、デューティ比100%の相とデューティ比0%の相とが同じPWM周期に混在している場合の例を示している。図7(d)に示すように、デューティ比100%の相とデューティ比0%の相とが同じPWM周期に混在している場合には、上段FETがONである相と上段FETがOFFである相とが常に存在するため、当該PWM周期においては平滑コンデンサ101の放電のみが行われることになる。
図8は、スイッチング回数低減部47の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
スイッチング回数低減部47(図2参照)は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する(ステップS1)。
スイッチング回数低減部47(図2参照)は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する(ステップS1)。
図9Aは、ステップS1で設定された、電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwの一例を示す模式図である。
次に、スイッチング回数低減部47は、UVWの各相に対して、スイッチング回数低減用のふり幅設定処理を行う(ステップS2およびステップS3)。言い換えれば、スイッチング回数低減部47は、各相において前記条件A1またはB1が満たされるようにPWMカウントを変更するためのふり幅を設定する。
次に、スイッチング回数低減部47は、UVWの各相に対して、スイッチング回数低減用のふり幅設定処理を行う(ステップS2およびステップS3)。言い換えれば、スイッチング回数低減部47は、各相において前記条件A1またはB1が満たされるようにPWMカウントを変更するためのふり幅を設定する。
ある相に関して、電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値が変更されないようにPWMカウントを変更するには、当該相のPWMカウントに対して、例えば、図9B内の第1ふり幅パターンP1〜第4ふり幅パターンP4に応じたふり幅を加算すればよい。図9B内のxは、ふり幅の絶対値を規定するためのふり幅規定値である。
前記条件B1内の「デューティ比が0%のPWM周期が2以上連続する」という条件を満足させるために、各相(U相、V相およびW相)に対して、第1ふり幅パターンまたは第2ふり幅パターンが割り当てられる。この実施形態では、各相に対して、第1ふり幅パターンが割り当てられるものとする。
前記条件B1内の「デューティ比が0%のPWM周期が2以上連続する」という条件を満足させるために、各相(U相、V相およびW相)に対して、第1ふり幅パターンまたは第2ふり幅パターンが割り当てられる。この実施形態では、各相に対して、第1ふり幅パターンが割り当てられるものとする。
ステップS2では、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅規定値xを演算する。具体的には、スイッチング回数低減部47は、まず、UVWの各相を、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウント(この実施形態では、PWMデューティ演算部46から与えられる電流制御周期単位のPWMカウントと同じ)が、PWMカウント最大値の1/2以上である高カウント相と、PWMカウント最大値の1/2未満である低カウント相とに分ける。この例では、PWMカウント最大値は500であるので、PWMカウント最大値の1/2は250となる。
なお、スイッチング回数低減部47は、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウントが、PWMカウント最大値の1/2よりも大きい相である高カウント相と、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウントが、PWMカウント最大値の1/2以下である低カウント相とに分けてもよい。
次に、スイッチング回数低減部47は、高カウント相に属する相に関しては、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差(PWMカウント最大値−当該相のPWM周期単位のPWMカウント)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。低カウント相に属する相に関しては、スイッチング回数低減部47は、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値(0)との差(当該相のPWM周期単位のPWMカウント−PWMカウント最小値)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。
次に、スイッチング回数低減部47は、高カウント相に属する相に関しては、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差(PWMカウント最大値−当該相のPWM周期単位のPWMカウント)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。低カウント相に属する相に関しては、スイッチング回数低減部47は、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値(0)との差(当該相のPWM周期単位のPWMカウント−PWMカウント最小値)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。
図9Aの例では、U相のPWMカウントは、400であり、PWMカウント最大値の1/2以上であるので、U相に対するふり幅規定値xは、100(=500−400)となる。また、V相のPWMカウントは、300であり、PWMカウント最大値の1/2以上であるので、V相に対するふり幅規定値xは、200(=500−300)となる。また、W相のPWMカウントは、100であり、PWMカウント最大値の1/2未満であるので、W相に対するふり幅規定値xは、100(=100−0)となる。
次に、スイッチング回数低減部47は、このようにして演算された各相に対するふり幅規定値xと、第1ふり幅パターンP1とに基づいて、各相に対する各PWM周期Tcのふり幅を設定する(ステップS3)。
図9Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図9Cに示す。
図9Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図9Cに示す。
次に、スイッチング回数低減部47は、各相のPWMカウントを変更するためのPWMカウント変更処理を行う(ステップS4)。
具体的には、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅にしたがって、ステップS1によって設定された各相のPWMカウントを変更する。より具体的には、スイッチング回数低減部47は、ステップS1によって設定された各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントに、対応する相のふり幅を加算することによって、各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントを変更する。これにより、PWMカウント変更処理が終了する。
具体的には、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅にしたがって、ステップS1によって設定された各相のPWMカウントを変更する。より具体的には、スイッチング回数低減部47は、ステップS1によって設定された各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントに、対応する相のふり幅を加算することによって、各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントを変更する。これにより、PWMカウント変更処理が終了する。
次に、スイッチング回数低減部47は、ステップS3のPWMカウント変更処理後の各PWM周期に対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する最終的なU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして、PWM出力部48に与える(ステップS5)。そして、スイッチング回数低減部47は、今回の電流制御周期Taでのスイッチング回数低減処理を終了する。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントが図9Aに示されるような値であり、各相のふり幅が図9Cに示すような値である場合、各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントは、図9Dに示されるようになる。
図9Dに示すように、周期番号iが1,2,5および6であるPWM周期においては、U相およびV相のPWMカウントが500に変更されている。つまり、周期番号iが1,2,5および6であるPWM周期においては、U相およびV相のデューティ比が100%に変更されている。また、周期番号iが3,4,7および8であるPWM周期においては、W相のPWMカウントが0に変更されている。つまり、周期番号iが3,4,7および8であるPWM周期においては、W相のデューティ比が0%に変更されている。しかしながら、各相における電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値は、図9Aの対応する相の合計値と同じである。
図9Dに示すように、周期番号iが1,2,5および6であるPWM周期においては、U相およびV相のPWMカウントが500に変更されている。つまり、周期番号iが1,2,5および6であるPWM周期においては、U相およびV相のデューティ比が100%に変更されている。また、周期番号iが3,4,7および8であるPWM周期においては、W相のPWMカウントが0に変更されている。つまり、周期番号iが3,4,7および8であるPWM周期においては、W相のデューティ比が0%に変更されている。しかしながら、各相における電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値は、図9Aの対応する相の合計値と同じである。
つまり、図9A〜図9Dに示す例では、U相およびV相に対しては、前記条件A1を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントが変更されている。また、W相に対しては、前記条件B1を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントが変更されている。したがって、この例では、モータ駆動回路32内の全ての相のFET111〜116のスイッチング回数を低減させることができる。
また、図9Dに示すように、全てのPWM周期において、PWMカウントが500となる相とPWMカウントが0となる相とが混在していない。したがって、各PWM周期において、平滑コンデンサ101の充電および放電が行われることになる。このようなことは、一部のPWM周期においてPWMカウントがPWMカウント最大値に変更される相に対するふり幅パターンおよび一部のPWM周期においてPWMカウントがPWMカウント最小値に変更される相に対するふり幅パターンとして、同じふり幅パターンを用いることにより実現される。
前述の実施形態において、電流制御周期Ta毎に、予め設定された2つのタイミングで、電流センサ33,34から相電流が取得されている理由および2つの電流取得タイミングの設定方法について説明する。
まず、各電流制御周期Taにおける相電流取得タイミングが1回のみである場合について説明する。例えば、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得されるタイミングが、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点であるとする。
まず、各電流制御周期Taにおける相電流取得タイミングが1回のみである場合について説明する。例えば、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得されるタイミングが、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点であるとする。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントでは、同じ相のPWM周期単位のPWMカウントは全て同じ値となっている。この値がそのまま、PWM出力部48に与えられる場合を想定する。
電流制御周期Ta内において、各相(U、V、W相)の相電流は相電圧間の電位差に応じて変動する。したがって、電流センサ33,34によって検出される相電流値は、電流制御周期Taにおける当該相電流の平均値が検出されることが好ましい。
電流制御周期Ta内において、各相(U、V、W相)の相電流は相電圧間の電位差に応じて変動する。したがって、電流センサ33,34によって検出される相電流値は、電流制御周期Taにおける当該相電流の平均値が検出されることが好ましい。
以下、説明を簡単にするために、UVW相のうち二相のみが存在する場合を考えることにする。これらの二相のうちの一方をA相といい、他方をB相ということにする。図10は、図8のステップ2以降の処理が行われない場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。
A相電圧がハイレベル(図6のONに対応)でB相電圧がローレベル(図6のOFFに対応)のときには、例えばA相からB相に電流が流れる。このため、A相実電流は大きくなるように変動し、B相実電流は小さくなるように変動する。A相電圧およびB相電圧が共にハイレベルの場合ならびにA相電圧およびB相電圧が共にローベルである場合には、A相実電流およびB相実電流は零に近づくように変動する。図10において、A相平均電流は電流制御周期TaにおけるA相実電流の平均値を、B相平均電流は電流制御周期TaにおけるB相実電流の平均値を示している。
A相電圧がハイレベル(図6のONに対応)でB相電圧がローレベル(図6のOFFに対応)のときには、例えばA相からB相に電流が流れる。このため、A相実電流は大きくなるように変動し、B相実電流は小さくなるように変動する。A相電圧およびB相電圧が共にハイレベルの場合ならびにA相電圧およびB相電圧が共にローベルである場合には、A相実電流およびB相実電流は零に近づくように変動する。図10において、A相平均電流は電流制御周期TaにおけるA相実電流の平均値を、B相平均電流は電流制御周期TaにおけるB相実電流の平均値を示している。
図10では、各PWM周期TcでのA相電圧の波形は同じであり、各PWM周期TcでのB相電圧の波形は同じである。また、各PWM周期TcでのA相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称であり、各PWM周期TcでのB相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称である。このため、各PWM周期Tcの中央では、A相実電流はA相平均電流とほぼ等しくなり、B相実電流はB相平均電流とほぼ等しくなる。したがって、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得されるタイミングを、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点に設定したとしても、各電流センサ33,34によって対応する相電流の電流制御周期Ta内の平均電流を検出することができる。
これに対して、スイッチング回数低減処理が行われた後の各相のPWM周期単位のPWMカウントでは、例えば図9Dに示すように、各相において、PWM周期単位のPWMカウントは同じ値にはならない。
図11は、スイッチング回数低減処理が行われた場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。図11のA相電圧およびB相電圧の波形は、それぞれ、図9DのU相およびW相のPWMカウントに応じた波形に類似している。
図11は、スイッチング回数低減処理が行われた場合の、ある電流制御周期Taに対するA相およびB相の電圧とA相およびB相の電流(実電流)を示す波形図である。図11のA相電圧およびB相電圧の波形は、それぞれ、図9DのU相およびW相のPWMカウントに応じた波形に類似している。
図11において、A相平均電流は電流制御周期TaにおけるA相実電流の平均値を、B相平均電流は電流制御周期TaにおけるB相実電流の平均値を示している。
図11では、図10とは異なり、各PWM周期TcでのA相電圧の波形は同じではない。また、各PWM周期TcでのB相電圧の波形は同じではない。また、各PWM周期TcでのA相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称ではなく、各PWM周期TcでのB相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称ではない。このため、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得されるタイミングを、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点に設定すると、電流センサ33,34によって対応する相電流の電流制御周期Ta内の平均電流を検出できなくなくなる。このため、各電流制御周期Taにおける相電流取得タイミングが1回のみである場合に、スイッチング回数低減処理を行うと、電流指令値に対する実電流の追従性が悪化するおそれがある。
図11では、図10とは異なり、各PWM周期TcでのA相電圧の波形は同じではない。また、各PWM周期TcでのB相電圧の波形は同じではない。また、各PWM周期TcでのA相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称ではなく、各PWM周期TcでのB相電圧の波形は、当該PWM周期Tcの中央を中心として左右対称ではない。このため、電流センサ33,34によって2相分の相電流が取得されるタイミングを、電流制御周期Ta内の5番目のPWM周期T5の中央時点に設定すると、電流センサ33,34によって対応する相電流の電流制御周期Ta内の平均電流を検出できなくなくなる。このため、各電流制御周期Taにおける相電流取得タイミングが1回のみである場合に、スイッチング回数低減処理を行うと、電流指令値に対する実電流の追従性が悪化するおそれがある。
そこで、前述の実施形態では、電流制御周期Ta毎に、予め設定された2つのタイミングで、電流センサ33,34から相電流を取得するようにしている。以下、この2つの電流取得タイミングのうちの時間的に早い方を第1電流取得タイミングtfといい、時間的に遅い方を第2電流取得タイミングtsということにする。
図12は、ふり幅パターンが第1ふり幅パターンP1である場合における第1および第2電流取得タイミングtf,tsの設定例を示す波形図である。図12のA相電圧およびB相電圧の波形は、図11のA相電圧およびB相電圧の波形と同じである。図12において、t0は、電流制御周期Taの開始時点を示し、t1〜t8は、それぞれ第1番目のPWM周期Tcの終了時点〜第8番目のPWM周期Tcの終了時点を示している。
図12は、ふり幅パターンが第1ふり幅パターンP1である場合における第1および第2電流取得タイミングtf,tsの設定例を示す波形図である。図12のA相電圧およびB相電圧の波形は、図11のA相電圧およびB相電圧の波形と同じである。図12において、t0は、電流制御周期Taの開始時点を示し、t1〜t8は、それぞれ第1番目のPWM周期Tcの終了時点〜第8番目のPWM周期Tcの終了時点を示している。
図12の例では、第3番目のPWM周期Tcの終了時点(第4番目のPWM周期Tcの開始時点)t3に第1電流取得タイミングtfが設定され、第5番目のPWM周期Tcの終了時点(第6番目のPWM周期Tcの開始時点)t5に第2電流取得タイミングtsが設定されている。
第1および第2電流取得タイミングtf,tsの設定方法について説明する。第1および第2電流取得タイミングtf,tsは、この実施形態では、電流センサ33,34以外の電流制御用センサによるセンサ値取得タイミングと、ふり幅パターンとに基づいて設定される。電流センサ33,34以外の電流制御用センサは、この実施形態では、回転角センサ23である。回転角センサ23によるロータ回転角θの取得タイミング(以下、「ロータ回転角取得タイミング」という)は、この実施形態では、電流制御周期Taの中央時点(図12の時点t4)である。これは、相電流取得タイミングとロータ回転角取得タイミングの時間差をできるだけ短くして、d軸電流とq軸電流の演算誤差を小さくするためである。
第1および第2電流取得タイミングtf,tsの設定方法について説明する。第1および第2電流取得タイミングtf,tsは、この実施形態では、電流センサ33,34以外の電流制御用センサによるセンサ値取得タイミングと、ふり幅パターンとに基づいて設定される。電流センサ33,34以外の電流制御用センサは、この実施形態では、回転角センサ23である。回転角センサ23によるロータ回転角θの取得タイミング(以下、「ロータ回転角取得タイミング」という)は、この実施形態では、電流制御周期Taの中央時点(図12の時点t4)である。これは、相電流取得タイミングとロータ回転角取得タイミングの時間差をできるだけ短くして、d軸電流とq軸電流の演算誤差を小さくするためである。
以下において、ふり幅パターンの符号の切替りタイミングのうち、ロータ回転角取得タイミングに最も近いタイミングを、基準タイミングtbということにする。ふり幅パターンの符号の切替りタイミングは、ふり幅パターン(この実施形態では図9Bの第1ふり幅パターン)において、xから−xにxの符号が切替るタイミングと、−xからxにxの符号が切替るタイミングとを含む。以下において、ふり幅パターンの符号の切替りタイミングを、「パターン符号切替りタイミング」という場合がある。
この実施形態では、第1および第2電流取得タイミングtf,tsは、次の第1条件Q1および第2条件Q2を満たすように設定される。
Q1:第1電流取得タイミングtfおよび第2電流取得タイミングtsは、基準タイミングtbに対して時間的に対称なタイミングとなっていること。
言い換えれば、基準タイミングtbと第1電流取得タイミングtfとの間の第1時間差Δtbf(=tb−tf)と、基準タイミングtbと第2電流取得タイミングtsとの間の第2時間差Δtsb(=ts−tb)とが等しいこと。
Q1:第1電流取得タイミングtfおよび第2電流取得タイミングtsは、基準タイミングtbに対して時間的に対称なタイミングとなっていること。
言い換えれば、基準タイミングtbと第1電流取得タイミングtfとの間の第1時間差Δtbf(=tb−tf)と、基準タイミングtbと第2電流取得タイミングtsとの間の第2時間差Δtsb(=ts−tb)とが等しいこと。
Q2:第1電流取得タイミングtfとそれよりも時間的に前でかつ第1電流取得タイミングtfに最も近いパターン符号切替りタイミングtxとの間の第3時間差Δtfx(=tf−tx)と、第2電流取得タイミングtsとそれよりも時間的に前でかつ第2電流取得タイミングtsに最も近いパターン符号切替りタイミングtyとの間の第4時間差Δtsy(=ts−ty)とが等しいこと。
第1および第2電流取得タイミングtf,tsを条件Q1およびQ2を満たすように設定すると、第1電流取得タイミングtfで取得されるある相の実電流と、第2電流取得タイミングtsで取得される当該相の実電流は、当該相の電流制御周期Taにおける平均電流を中心として互いに反対側に所定値だけずれた値となる。このため、ある電流制御周期Taにおいて、これら2つの電流取得タイミングtf,tsで取得される当該相電流の平均値は、当該電流制御周期Taにおける当該相電流の平均値とほぼ一致するようになる。
前述の図12の例では、時点t2と時点t4と時点t6とが、パターン符号切替りタイミングとなる。ロータ回転角取得タイミングは時点t4であるので、基準タイミングtbは時点t4となる。
第1電流取得タイミングtfは時点t3に設定され、第2電流取得タイミングtsは時点t5に設定されているので、第1時間差Δtbf(=tb−tf)と、第2時間差Δtsb(=ts−tb)とは等しい。また、第3時間差Δtfx(=tf−tx)と、第4時間差Δtsy(=ts−ty)とは等しい。したがって、前述の図12の例では、第1および第2電流取得タイミングtf,tsは、第1条件Q1および第2条件Q2を満たしていることがわかる。
第1電流取得タイミングtfは時点t3に設定され、第2電流取得タイミングtsは時点t5に設定されているので、第1時間差Δtbf(=tb−tf)と、第2時間差Δtsb(=ts−tb)とは等しい。また、第3時間差Δtfx(=tf−tx)と、第4時間差Δtsy(=ts−ty)とは等しい。したがって、前述の図12の例では、第1および第2電流取得タイミングtf,tsは、第1条件Q1および第2条件Q2を満たしていることがわかる。
基準タイミングtbは、ふり幅パターンの符号の切り替わりタイミング(パターン符号切替りタイミング)の中から選択されている。よって、条件Q1およびQ2を満たすように第1および第2電流取得タイミングtf,tsを設定した場合には、第1〜第4ふり幅パターンのいずれの場合でも、両電流取得タイミングtf,tsではふり幅の符号は互いに逆となる。
したがって、前述の図12に示すように第1および第2電流取得タイミングtf,tsを設定した場合には、第1電流取得タイミングtfで取得されるA相の実電流と、第2電流取得タイミングtsで取得されるA相の実電流は、A相平均電流を中心として互いに反対側に所定値だけずれた値となる。同様に、第1電流取得タイミングtfで取得されるB相の実電流と、第2電流取得タイミングtsで取得されるB相の実電流は、B相平均電流を中心として互いに反対側に所定値だけずれた値となる。
このため、ある電流制御周期Taにおいて、これら2つの電流取得タイミングtf,tsで取得されるA相電流の平均値は、当該電流制御周期TaにおけるA相電流の平均値とほぼ一致する。また、これら2つの電流取得タイミングtf,tsで取得されるB相電流の平均値は、当該電流制御周期TaにおけるA相電流の平均値とほぼ一致する。つまり、当該電流制御周期TaにおけるA相電流の平均値およびB相電流の平均値を取得できるようになる。これにより、スイッチング回数低減処理を行った場合にも、電流指令値に対する実電流の追従性を向上させることができる。
なお、基準タイミングtbを、ロータ回転角取得タイミングに関係なく、電流制御周期Taに含まれる複数のパターン符号切替りタイミングのうちのいずれか1つに設定してもよい。この場合、電流制御周期Taに含まれる複数のパターン符号切替りタイミングのうち、両端のパターン符号切替りタイミングを除いた他のパターン符号切替りタイミングのいずれか1つに、基準タイミングtbを設定することが好ましい。
参考のために、電流制御周期Ta内に12周期分のPWM周期Tcが含まれており、かつふり幅パターンが、第1番目のPWM周期から順に「−x,−x,−x,x,x,x,−x,−x,−x,x,x,x」となるパターンである場合の、第1および第2電流取得タイミングtf,tsの設定例を図13に示す。
図13において、t0は、電流制御周期Taの開始時点を示し、t1〜t12は、それぞれ第1番目のPWM周期Tcの終了時点〜第12番目のPWM周期Tcの終了時点を示している。
図13において、t0は、電流制御周期Taの開始時点を示し、t1〜t12は、それぞれ第1番目のPWM周期Tcの終了時点〜第12番目のPWM周期Tcの終了時点を示している。
図13のA相電圧およびB相電圧の波形は、図8のステップS1で設定されたA相およびB相電圧のPWM周期毎のPWMカウントが、図8のステップS2〜S4の処理によって変更された後の波形を示している。この例では、A相電圧に関しては、第4〜第6番目のPWM周期および第10〜第12番目のPWM周期に対するデューティ比が100%となっている。また、B相電圧に関しては、第1〜第3番目のPWM周期および第7〜第9番目のPWM周期に対するデューティ比が0%となっている。
図13の例では、第1電流取得タイミングtfは時点t4および時点t5の中央時点に設定されている。また、第2電流取得タイミングtsは時点t7および時点t8の中央時点に設定されている。
図13の例では、時点t3と時点t6と時点t9とが、パターン符号切替りタイミングとなる。この場合にも、ロータ回転角取得タイミングは電流制御周期Taの電流制御周期Taの中央時点(図13の時点t6)であるとすると、基準タイミングtbは時点t6となる。
図13の例では、時点t3と時点t6と時点t9とが、パターン符号切替りタイミングとなる。この場合にも、ロータ回転角取得タイミングは電流制御周期Taの電流制御周期Taの中央時点(図13の時点t6)であるとすると、基準タイミングtbは時点t6となる。
第1電流取得タイミングtfは時点t4および時点t5の中央時点に設定され、第2電流取得タイミングtsは時点t7および時点t8の中央時点に設定されているので、第1時間差Δtbf(=tb−tf)と、第2時間差Δtsb(=ts−tb)とは等しい。また、第3時間差Δtfx(=tf−tx)と、第4時間差Δtsy(=ts−ty)とは等しい。したがって、図13の例では、第1および第2電流取得タイミングtf,tsは、第1条件Q1および第2条件Q2を満たしていることがわかる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合について説明した。しかし、この発明は、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合についても適用することができる。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(3)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
Cu=PWMカウント最大値−{VU *×(PWMカウント最大値/Vb)}
=500−{VU *×(500/Vb)} …(3)
前記式(3)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
=500−{VU *×(500/Vb)} …(3)
前記式(3)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(3)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47について説明する。図14を参照して、スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減の基本的な考え方について説明する。
図14(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図14(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
図14(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図14(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティが100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第1条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図14(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数は低減されないことがわかる。
図14(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数は低減されないことがわかる。
図14(a3)は、前記第1条件を満たしかつデューティ比が100%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合には、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図14(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図14(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
図14(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図14(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第2条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図14(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図14(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図14(b3)は、前記第2条件を満たしかつデューティ比が0%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
つまり、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A2または条件B2を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
つまり、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A2または条件B2を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
条件A2:電流制御周期Ta内においてデューティ比が100%のPWM周期が2以上連続し、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B2:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
条件B2:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
キャリア波形が三角波であり、各相の上段FETが第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作は、キャリア波形が三角波であり、各相の上段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作(図8参照)と同様である。ただし、この場合には、PWMカウントがPWMカウント最大値(500)に変更されたPWM周期ではデューティ比が0%となり、PWMカウントがPWMカウント最小値(0)に変更されたPWM周期では、デューティ比が100%となる。
さらに、この発明は、キャリア波形が鋸波である場合にも適用することができる。
キャリア波形が鋸波である場合には、マイクロコンピュータ31内で、図示しないクロック発生器で生成されるPWMクロック周波数のクロックを図示しないカウンタでアップカウントし、カウント値が最大値に達するとカウンタをリセットするという動作を繰り返す。このカウンタのカウント値を、時間を横軸にとり、カウント値を縦軸にとって図示すると、図15Aに示すように、キャリア波形は鋸歯となる。鋸波の1周期はPWM周期Tcに等しい。キャリア波形の最大値、つまりカウント値の最大値により、PWM信号の周波数(キャリア周波数)が決定される。本実施形態では、PWMクロック周波数が100[MHz]であり、PWM信号の周波数(以下、「PWM周波数」という。)が100[kHz]と設定しているので、PWMカウント値の最大値(以下において、「PWMカウント最大値」という場合がある)は、100,000,000÷100,000=1,000となる。PWMカウント値の最小値(以下において、「PWMカウント最小値」という場合がある)は、0である。
キャリア波形が鋸波である場合には、マイクロコンピュータ31内で、図示しないクロック発生器で生成されるPWMクロック周波数のクロックを図示しないカウンタでアップカウントし、カウント値が最大値に達するとカウンタをリセットするという動作を繰り返す。このカウンタのカウント値を、時間を横軸にとり、カウント値を縦軸にとって図示すると、図15Aに示すように、キャリア波形は鋸歯となる。鋸波の1周期はPWM周期Tcに等しい。キャリア波形の最大値、つまりカウント値の最大値により、PWM信号の周波数(キャリア周波数)が決定される。本実施形態では、PWMクロック周波数が100[MHz]であり、PWM信号の周波数(以下、「PWM周波数」という。)が100[kHz]と設定しているので、PWMカウント値の最大値(以下において、「PWMカウント最大値」という場合がある)は、100,000,000÷100,000=1,000となる。PWMカウント値の最小値(以下において、「PWMカウント最小値」という場合がある)は、0である。
図15Bに示すように、PWM出力部48(図2参照)は、与えられるPWMカウントとカウンタのカウント値とを比較し、モータ駆動回路32(図2参照)に対して、High信号または Low信号を出力する。PWM出力部48は、例えば、カウンタのカウント値≦PWMカウントが成立している間はHigh信号(またはLow信号)を、それ以外はLow信号(またはHigh信号)を出力する。このHigh信号およびLow信号がPWM信号となる。
キャリア波形が鋸波である場合には、キャリアカウントの開始時にFETのオンオフの切り替わりがあり、キャリアカウントのリセットまでにもう一度、FETのオンオフの切り替わりがある。PWM周期Tc内の上段FET111,113,115のオンオフ状態の変化パターン(オンオフパターン)としては、次の2つのパターンがある。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オン状態→オフ状態へと変化するパターン。第1オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値が高いほど、その相に対する電流制御周期Ta単位のPWMカウントは大きい値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は大きくなる。
第1オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オン状態→オフ状態へと変化するパターン。第1オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値が高いほど、その相に対する電流制御周期Ta単位のPWMカウントは大きい値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は大きくなる。
第2オンオフパターン:キャリアカウント開始から見て、オフ状態→オン状態へと変化するパターン。第2オンオフパターンでは、ある相の三相電圧指令値が高いほど、その相に対する電流制御周期TaのPWMカウントは小さな値となる。この場合、ある相のPWM周期Tc単位のPWMカウントが大きいほど、その相の当該PWM周期に対する上段FETのオン時間の比(デューティ比)は小さくなる。
なお、PWM周期Tc内の下段FET112,114,116のオンオフパターンは、上段FETのオンオフパターンと逆となる。まず、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合について説明する。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(4)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(4)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
Cu=VU *×(PWMカウント最大値/Vb)
=VU *×(1,000/Vb)} …(4)
前記式(4)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(4)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(4)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
=VU *×(1,000/Vb)} …(4)
前記式(4)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(4)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(4)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47について説明する。図16を参照して、スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減の基本的な考え方について説明する。
図16(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図16(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
図16(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図16(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティが100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第1条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図16(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図16(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図16(a3)は、前記第1条件を満たしかつデューティ比が100%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図16(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図16(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
図16(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図16(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第2条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図16(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図16(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図15(b3)は、前記第2条件を満たしかつデューティ比が0%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
つまり、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A3または条件B3を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、モータ駆動回路32内のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
つまり、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第1オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A3または条件B3を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、モータ駆動回路32内のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
条件A3:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B3:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
条件B3:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
図8のフローチャートを用いて、キャリア波形が鋸波であり、各相の上下段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作を説明する。
スイッチング回数低減部47(図2参照)は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する(ステップS1)。
スイッチング回数低減部47(図2参照)は、まず、PWMデューティ演算部46から与えられる次回の電流制御周期Taに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして設定する(ステップS1)。
図17Aは、ステップS1で設定された、電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwの一例を示す模式図である。
次に、スイッチング回数低減部47は、UVWの各相に対して、スイッチング回数低減用のふり幅設定処理を行う(ステップS2〜ステップS3)。言い換えれば、スイッチング回数低減部47は、各相において前記条件A3またはB3が満たされるようにPWMカウントを変更するためのふり幅を設定する。
次に、スイッチング回数低減部47は、UVWの各相に対して、スイッチング回数低減用のふり幅設定処理を行う(ステップS2〜ステップS3)。言い換えれば、スイッチング回数低減部47は、各相において前記条件A3またはB3が満たされるようにPWMカウントを変更するためのふり幅を設定する。
ある相に関して、電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値が変更されないようにPWMカウントを変更するには、当該相のPWMカウントに対して、例えば、図17B内の第1ふり幅パターンP1〜第4ふり幅パターンP4に応じたふり幅を加算すればよい。図17Bの第1、第2、第3および第4ふり幅パターンP1、P2、P3およびP4は、それぞれ図9Bの第3、第4、第1および第2ふり幅パターンP3、P4、P1およびP2に相当する。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合には、図17B内の第3ふり幅パターンおよび第4ふり幅パターンを用いても、前記条件A3およびB3を満たすことができるが、ここでは各相(U相、V相およびW相)に対して、図17B内の第1ふり幅パターンが割り当てられるものとする。
ステップS2では、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅規定値xを演算する。具体的には、スイッチング回数低減部47は、まず、UVWの各相を、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウント(この実施形態では、PWMデューティ演算部46から与えられる電流制御周期単位のPWMカウントと同じ)が、PWMカウント最大値の1/2以上である高カウント相と、PWMカウント最大値の1/2未満である低カウント相とに分ける。この例では、PWMカウント最大値は1,000であるので、PWMカウント最大値の1/2は500となる。
ステップS2では、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅規定値xを演算する。具体的には、スイッチング回数低減部47は、まず、UVWの各相を、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウント(この実施形態では、PWMデューティ演算部46から与えられる電流制御周期単位のPWMカウントと同じ)が、PWMカウント最大値の1/2以上である高カウント相と、PWMカウント最大値の1/2未満である低カウント相とに分ける。この例では、PWMカウント最大値は1,000であるので、PWMカウント最大値の1/2は500となる。
なお、スイッチング回数低減部47は、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウントが、PWMカウント最大値の1/2よりも大きい相である高カウント相と、ステップS1で設定されたPWM周期単位のPWMカウントが、PWMカウント最大値の1/2以下である低カウント相とに分けてもよい。
次に、スイッチング回数低減部47は、高カウント相に属する相に関しては、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差(PWMカウント最大値−当該相のPWM周期単位のPWMカウント)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。低カウント相に属する相に関しては、スイッチング回数低減部47は、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値(0)との差(当該相のPWM周期単位のPWMカウント−PWMカウント最小値)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。
次に、スイッチング回数低減部47は、高カウント相に属する相に関しては、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最大値との差(PWMカウント最大値−当該相のPWM周期単位のPWMカウント)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。低カウント相に属する相に関しては、スイッチング回数低減部47は、当該相のPWM周期単位のPWMカウントとPWMカウント最小値(0)との差(当該相のPWM周期単位のPWMカウント−PWMカウント最小値)を、当該相に対するふり幅規定値xとして設定する。
図17Aの例では、U相のPWMカウントは、800であり、PWMカウント最大値の1/2以上であるので、U相に対するふり幅規定値xは、200(=1,000−800)となる。また、V相のPWMカウントは、600であり、PWMカウント最大値の1/2以上であるので、V相に対するふり幅規定値xは、400(=1,000−600)となる。また、W相のPWMカウントは、200であり、PWMカウント最大値の1/2未満であるので、W相に対するふり幅規定値xは、200(=200−0)となる。
次に、スイッチング回数低減部47は、このようにして演算された各相に対するふり幅規定値xと、第1ふり幅パターンP1とに基づいて、各相に対する各PWM周期Tcのふり幅を設定する(ステップS3)。
図17Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図17Cに示す。
図17Aに示される各相のPWM周期単位のPWMカウントに基づいて設定された、U相、V相およびW相の各PWM周期Tcのふり幅を、図17Cに示す。
次に、スイッチング回数低減部47は、各相のPWMカウントを変更するためのPWMカウント変更処理を行う(ステップS4)。
具体的には、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅にしたがって、ステップS1によって設定された各相のPWMカウントを変更する。より具体的には、スイッチング回数低減部47は、ステップS1によって設定された各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントに、対応する相のふり幅を加算することによって、各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントを変更する。これにより、PWMカウント変更処理が終了する。
具体的には、スイッチング回数低減部47は、各相に対するふり幅にしたがって、ステップS1によって設定された各相のPWMカウントを変更する。より具体的には、スイッチング回数低減部47は、ステップS1によって設定された各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントに、対応する相のふり幅を加算することによって、各相の各PWM周期Tcに対するPWMカウントを変更する。これにより、PWMカウント変更処理が終了する。
次に、スイッチング回数低減部47は、ステップS3のPWMカウント変更処理後の各PWM周期に対するU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwを、次回の電流制御周期Ta内の各PWM周期Tcに対する最終的なU相、V相およびW相のPWMカウントCu、CvおよびCwとして、PWM出力部48に与える(ステップS5)。そして、スイッチング回数低減部47は、今回の電流制御周期Taでのスイッチング回数低減処理を終了する。
ステップS1によって設定された各相のPWM周期単位のPWMカウントが図17Aに示されるような値であり、各相のふり幅が図17Cに示すような値である場合、各相のPWM周期単位の最終的なPWMカウントは、図17Dに示されるようになる。
図17Dに示すように、周期番号iが1,3,5および7であるPWM周期においては、U相およびV相のPWMカウントが1,000に変更されている。つまり、周期番号iが1,3,5および7であるPWM周期においては、U相およびV相のデューティ比が100%に変更されている。また、周期番号iが2,4,6および8であるPWM周期においては、W相のPWMカウントが0に変更されている。つまり、周期番号iが2,4,6および8であるPWM周期においては、W相のデューティ比が0%に変更されている。しかしながら、各相の電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値は、図17Aと同じである。
図17Dに示すように、周期番号iが1,3,5および7であるPWM周期においては、U相およびV相のPWMカウントが1,000に変更されている。つまり、周期番号iが1,3,5および7であるPWM周期においては、U相およびV相のデューティ比が100%に変更されている。また、周期番号iが2,4,6および8であるPWM周期においては、W相のPWMカウントが0に変更されている。つまり、周期番号iが2,4,6および8であるPWM周期においては、W相のデューティ比が0%に変更されている。しかしながら、各相の電流制御周期Ta内のPWM周期単位のPWMカウントの合計値は、図17Aと同じである。
つまり、図17A〜図17Dに示す例では、U相およびV相に対しては、条件A3を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントが変更されている。また、W相に対しては、条件B3を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントが変更されている。したがって、この例では、モータ駆動回路32内の全ての相のFET111〜116のスイッチング回数を低減させることができる。
また、図17Dに示すように、全てのPWM周期において、PWMカウントが1,000となる相と、PWMカウントが0となる相とが混在していない。したがって、各PWM周期において、平滑コンデンサ101の充電および放電が行われることになる。このようなことは、一部のPWM周期においてPWMカウントが1,000に変更される相に対するふり幅パターンおよび一部のPWM周期においてPWMカウントが0に変更される相に対するふり幅パターンとして、同じふり幅パターンを用いることにより実現される。
次に、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合について説明する。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(5)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
この場合には、U相の電流制御周期単位のPWMカウントは、例えば次のようにして求められる。すなわち、PWMデューティ演算部46は、二相・三相変換部45によって得られたある電流制御周期Taに対するU相電圧指令値VU *と、PWMカウント最大値とを用いて、次式(5)に基づいて、当該電流制御周期Taに対するU相PWMカウントCuを演算する。
Cu=PWMカウント最大値−{VU *×(PWMカウント最大値/Vb)}
=1,000−{VU *×(1,000/Vb)} …(5)
前記式(5)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(5)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(5)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
=1,000−{VU *×(1,000/Vb)} …(5)
前記式(5)においてVbは、モータ駆動回路32の電源電圧(電源100の出力電圧)である。
V相PWMカウントCvは、前記式(5)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにV相電圧指令値VV *を用いることによって演算することができる。また、W相PWMカウントCwは、前記式(5)の右辺のU相電圧指令値VU *の代わりにW相電圧指令値VW *を用いることによって演算することができる。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47について説明する。図18を参照して、スイッチング回数低減部47によるスイッチング回数低減の基本的な考え方について説明する。
図18(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図18(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
図18(a1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図18(a1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%よりも大きい場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティが100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第1条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図18(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(a2)は、前記第1条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を100%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を低減させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(a3)は、前記第1条件を満たしかつデューティ比が100%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図18(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
図18(b1)は、PWM周期単位のPWMカウントが設定された後であって、PWM周期単位のPWMカウントが変更される前における、ある電流制御周期Ta内の各PWM周期TcにおけるU相の上段FET111のオンオフ状態を示している。図18(b1)の例では、PWM周期に対する上段FET111のオン時間の比(デューティ比)が50%未満の場合の例を示している。
電流制御周期Ta内の半数のPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比(PWMカウント)の総和が変化しないという第2条件を満たすように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のPWMカウントを変更することを考える。
図18(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(b2)は、前記第2条件を満たすように、奇数番目のPWM周期でのデューティ比を0%に変更し、偶数番目のPWM周期のデューティ比を増加させた場合の例を示している。この場合、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
図18(b3)は、前記第2条件を満たしかつデューティ比が0%のPWM周期が2周期ずつ連続するように、電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比を変更した場合の例を示している。この場合にも、電流制御周期Ta内における上段FET111のスイッチング回数が低減されることがわかる。
つまり、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A4または条件B4を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
つまり、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FET111,113,115が第2オンオフパターンとなるように制御される場合には、少なくとも1つの相において、次の条件A4または条件B4を満たすように、電流制御周期Ta内のPWM周期のPWMカウントを変更すれば、その相のFETのスイッチング回数を低減させることができる。
条件A4:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が100%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件B4:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件A4は前述の条件A3と同じであり、条件B4は前述の条件B3と同じである。
条件B4:電流制御周期Ta内の少なくとも1つのPWM周期に対するデューティ比が0%となり、かつ当該電流制御周期Ta内の各PWM周期のデューティ比の総和が変化しないという条件
条件A4は前述の条件A3と同じであり、条件B4は前述の条件B3と同じである。
この場合にも、あるPWM周期の全期間にわたって平滑コンデンサ101(図3参照)が放電モードとなるのを回避するために、各PWM周期において、デューティ比が100%の相とデューティ比が0%の相とが混在しないように、PWMカウントを変更することが好ましい。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作は、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作と同様である。ただし、この場合には、PWMカウントがPWMカウント最大値(1,000)に変更されたPWM周期ではデューティ比が0%なり、PWMカウントがPWMカウント最小値(0)に変更されたPWM周期では、デューティ比が100%となる。
キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第2オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作は、キャリア波形が鋸波であり、各相の上段FETが第1オンオフパターンとなるように制御される場合のスイッチング回数低減部47の動作と同様である。ただし、この場合には、PWMカウントがPWMカウント最大値(1,000)に変更されたPWM周期ではデューティ比が0%なり、PWMカウントがPWMカウント最小値(0)に変更されたPWM周期では、デューティ比が100%となる。
前述の実施形態では、U相電流、V相電流およびW相電流のうち、U相電流およびW相電流をそれぞれ検出するための2つの電流センサ33,34が設けられている。しかし、U相電流およびV相電流をそれぞれ検出するための2つの電流センサまたはV相電流およびW相電流をそれぞれ検出するための2つの電流センサを設けるようにしてもよい。また、U相電流、V相電流およびW相電流をそれぞれ検出するための3つの電流センサを設けるようにしてもよい。いずれの場合にも、各電流センサに対して、前述した2つのタイミングで取得される相電流の平均値を演算するための平均電流演算部が設けられる。
前記実施形態では、この発明を電動パワーステアリング装置のモータ制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外に用いられるモータ制御装置にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1…電動パワーステアリング装置、12…ECU、18…電動モータ、31…マイクロコンピュータ、32…モータ駆動回路、33,34…電流センサ、41…アシスト電流値設定部、42…電流指令値設定部、43…電流偏差演算部、44…PI制御部、45…二相・三相変換部、46…PWMデューティ演算部、47…スイッチング回数低減部、48…PWM出力部、49,50…平均値演算部、51…三相・二相変換部
Claims (4)
- モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、
少なくとも2つの相の相電流を検出するための複数の電流センサと、
前記複数の電流センサ毎に設けられ、電流制御周期毎に、当該電流センサによって検出される相電流を所定の2つのタイミングで取り込み、両タイミングで取り込まれた相電流の平均値を演算する複数の平均値演算部と、
前記複数の平均値演算部によって演算される平均値と所与の電流指令値とに基づいて、電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部と、
相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部とを含み、
前記PWM変更部は、
前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すふり幅パターンを有し、
各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2以上である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、
各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2未満である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、
前記電流制御周期において、相毎に、前記ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置。 - モータ駆動回路を制御するモータ制御装置であって、
少なくとも2つの相の相電流を検出するための複数の電流センサと、
前記複数の電流センサごとに設けられ、電流制御周期毎に、当該電流センサによって検出される相電流を所定の2つのタイミングで取り込み、両タイミングで取り込まれた相電流の平均値を演算する複数の平均値演算部と、
前記複数の平均値演算部によって演算される平均値と所与の電流指令値とに基づいて、電流制御周期毎に各相の電流制御周期単位のPWMカウントを演算し、演算されたPWMカウントを、対応する相における当該電流制御周期に含まれる複数のPWM周期それぞれに対するPWM周期単位のPWMカウントとして設定するPWMカウント設定部と、
相毎に、前記電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対するふり幅を決定し、決定したふり幅を当該PWM周期のPWMカウントに加算することにより、PWM周期単位のPWMカウントを変更するPWM変更部とを含み、
前記PWM変更部は、
前記電流制御周期内の複数のPWM周期に対するふり幅の符号を表すふり幅パターンを有し、
各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントがPWMカウント最大値の1/2よりも大きい相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最大値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、
各相のうち、前記電流制御周期単位のPWMカウントが前記PWMカウント最大値の1/2以下である相に対しては、当該相の当該電流制御周期単位のPWMカウントと前記PWMカウント最小値との差の絶対値を、当該相の当該電流制御周期内の複数のPWM周期それぞれに対する前記ふり幅の大きさとして設定し、
前記電流制御周期において、相毎に、前記ふり幅パターンと前記ふり幅の大きさとに基づいて、当該電流制御周期内の各PWM周期に対するふり幅を決定するように構成されている、モータ制御装置。 - 前記電流制御周期毎に前記各電流センサによって検出される相電流を取り込む前記所定の2つのタイミングは、それらの2つのタイミングで取り込まれる当該相電流の平均値が、当該電流制御周期における当該相電流の平均値と等しくなるようなタイミングに設定されている、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
- 前記電流制御周期毎に設定される前記2つのタイミングの一方を第1タイミングといい、他方を第2タイミングとすると、前記第1タイミングで前記各電流センサから取得される相電流と、前記第2タイミングで対応する電流センサから取得される相電流とが、当該相電流の当該電流制御周期での平均値を中心として互いに反対側に所定値だけずれた値となるように、前記第1タイミングおよび前記第2タイミングが設定されている、請求項3に記載のモータ制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018194453A JP2020065329A (ja) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | モータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018194453A JP2020065329A (ja) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | モータ制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020065329A true JP2020065329A (ja) | 2020-04-23 |
Family
ID=70388439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018194453A Pending JP2020065329A (ja) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | モータ制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020065329A (ja) |
-
2018
- 2018-10-15 JP JP2018194453A patent/JP2020065329A/ja active Pending
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