JP2020148719A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、且つ、小型化できる電流検出装置を提供する。【解決手段】電流検出装置１は、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々と所定の基準電位との間に設けられる抵抗器１０と、同一周期内における第１モータＭ１駆動用の第１オンＤＵＴＹ及び第２モータＭ２駆動用の第２オンＤＵＴＹとが互いに重複する重複期間において電流値を検出する基準となる検出ポイントを設定する検出ポイント設定部２０と、第１オンＤＵＴＹ及び第２オンＤＵＴＹの夫々と検出ポイントとに基づいて、所定の１周期における電流値を推定する推定ポイントを設定する推定ポイント設定部３０と、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々に流れる電流の電流値及び当該電流が流れ始めてからの経過時間の関係と、推定ポイントとに基づいて重複期間において第１モータＭ１及び第２モータＭ２に流れていた夫々の電流の電流値を推定する推定部４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータを流れる電流の電流値を検出する電流検出装置に関する。

従来、モータの駆動にＰＷＭ制御が利用されてきた。このＰＷＭ制御ではモータを流れる電流を検出し、この検出結果をフィードバックしてオンＤＵＴＹを設定する。このようなＰＷＭ制御を用いてモータを制御する技術として例えば下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。

特許文献１には、負荷をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御装置が開示されている。このＰＷＮ制御装置は、２つの負荷を夫々駆動する２つの駆動回路と、当該２つの駆動回路の動作を制御する１つの制御手段とを備えている。２つの負荷に流れる負荷電流は、夫々２つの負荷電流検出回路によって検出される。

特開２０１５−２９２３２号公報

特許文献１に記載の技術は、２つの負荷の負荷電流を夫々検出するように２つの負荷電流検出回路が設けられる。このため、負荷電流検出回路が接続される制御手段の制御ポートの数が増大すると共に、負荷電流検出回路の搭載スペースも増大することからコンパクト化を図る余地がある。また、負荷電流検出回路を２つ設けているので、コストダウンの余地がある。

そこで、低コストで、且つ、小型化できる電流検出装置が求められる。

本発明に係る電流検出装置の特徴構成は、所定の１周期における開始時点を基準に駆動タイミングが設定された第１オンＤＵＴＹに基づき駆動される第１モータ、及び前記所定の１周期における終了時点を基準に駆動タイミングが設定された第２オンＤＵＴＹに基づき駆動される第２モータの夫々に流れる電流の電流値を検出する電流検出装置であって、前記第１モータ及び前記第２モータの夫々と所定の基準電位との間に設けられる抵抗器と、前記第１オンＤＵＴＹ及び前記第２オンＤＵＴＹに基づいて、同一周期内における前記第１オンＤＵＴＹと前記第２オンＤＵＴＹとが互いに重複する重複期間において前記第１モータ及び前記第２モータの夫々の前記電流値を検出する基準となる検出ポイントを設定する検出ポイント設定部と、前記第１オンＤＵＴＹ及び前記第２オンＤＵＴＹの夫々と前記検出ポイントとに基づいて、前記所定の１周期における前記第１モータ及び前記第２モータの夫々の前記電流値を推定する推定ポイントを設定する推定ポイント設定部と、前記第１モータ及び前記第２モータの夫々に流れる電流の電流値及び当該電流が流れ始めてからの経過時間の関係と、前記推定ポイントとに基づいて前記重複期間において前記第１モータ及び前記第２モータに流れていた夫々の電流の電流値を推定する推定部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、第１モータ及び第２モータの夫々を流れる電流の電流値を検出するのに利用される抵抗器を共通化することができる。また、抵抗器が接続される電流検出装置の接続端子の数を減じることができる。したがって、低コスト化、及び小型化することが可能となる。

また、前記検出ポイントは、前記重複期間における中間時点であると好適である。

このような構成とすれば、検出ポイントの設定を容易に行うことができる。したがって、電流値の検出に係る演算負荷を軽減することが可能となる。

また、前記第１モータ及び前記第２モータの夫々について、前記電流の電流値及び前記経過時間の関係を規定したマップが設けられていると好適である。

このような構成とすれば、第１モータ及び第２モータの夫々に流れる電流の電流値及び当該電流が流れ始めてからの経過時間の関係を容易に取得することが可能となる。また、都度、演算する場合に比べて、演算負荷を軽減することが可能となる。

電流検出装置の構成を示すブロック図である。 各部の電圧波形及び電流波形を示す図である。 マップの一例である。 第１モータを流れる電流の電流値の推定についての説明図である。 第２モータを流れる電流の電流値の推定についての説明図である。

本発明に係る電流検出装置は、２つのモータの夫々に流れる電流の電流値を検出することができるように構成される。以下、本実施形態の電流検出装置１について説明する。

図１は、電流検出装置１の構成を模式的に示したブロック図である。図１に示されるように、抵抗器１０、検出ポイント設定部２０、推定ポイント設定部３０、推定部４０の各機能部を備えて構成され、特に検出ポイント設定部２０、推定ポイント設定部３０、推定部４０は電流値の検出に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

抵抗器１０は、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々と所定の基準電位との間に設けられる。第１モータＭ１及び第２モータＭ２には、電流検出装置１の検出対象の電流が流れる。図１に示されるように、第１モータＭ１に流れる電流は、第１ＰＷＭ制御部６１がＰＷＭ制御により第１スイッチング素子７１を駆動して制御し、第２モータＭ２に流れる電流は、第２ＰＷＭ制御部６２がＰＷＭ制御により第２スイッチング素子７２を駆動して制御する。

ＰＷＭ制御は、周知のようにＰＷＭ信号のオンＤＵＴＹの時間を設定しながら行われる。第１ＰＷＭ制御部６１及び第２ＰＷＭ制御部６２は、互いに同じ周波数でＰＷＭ制御を行う。また、第１ＰＷＭ制御部６１は、第１モータＭ１を、所定の周期における開始時点を基準に駆動タイミングが設定された第１オンＤＵＴＹに基づき駆動する。一方、第２ＰＷＭ制御部６２は、第２モータＭ２を、所定の周期における終了時点を基準に駆動タイミングが設定された第２オンＤＵＴＹに基づき駆動する。

ここで、図２には本電流検出装置１の動作説明に係る各部の電圧波形及び電流波形が示される。図２の（Ａ）には、第１ＰＷＭ制御部６１から出力されるＰＷＭ信号の電圧波形が示される。本実施形態では、ＰＷＭ信号は予め設定された一定の周波数で生成される。ＰＷＭ信号の所定の１周期をＴ（以下「周期Ｔ」）とすると、第１ＰＷＭ制御部６１から出力されるＰＷＭ信号は周期Ｔにおける開始時点ｔｓから終了時点ｔｅに向けてオンＤＵＴＹの時間が延びるように設定される。本実施形態では、このような第１ＰＷＭ制御部６１から出力されるＰＷＭ信号におけるオンＤＵＴＹを第１オンＤＵＴＹと称し、第１ＰＷＭ制御部６１から出力されるＰＷＭ信号は第１スイッチング素子７１の制御端子（図１の例では、ゲート端子）に入力される。

図２の（Ｂ）には、第２ＰＷＭ制御部６２から出力されるＰＷＭ信号の電圧波形が示される。本実施形態では、上述したように、第１ＰＷＭ制御部６１及び第２ＰＷＭ制御部６２は、互いに同じ周波数でＰＷＭ制御を行う。更に、第１ＰＷＭ制御部６１及び第２ＰＷＭ制御部６２から出力されるＰＷＭ信号は、互いに同期して生成される。したがって、第２ＰＷＭ制御部６２から出力されるＰＷＭ信号の周期も、第１ＰＷＭ制御部６１から出力されるＰＷＭ信号の周期Ｔと同じ周期となる。第２ＰＷＭ制御部６２から出力されるＰＷＭ信号は周期Ｔにおける終了時点ｔｅから開始時点ｔｓに向けてオンＤＵＴＹの時間が延びるように設定される。本実施形態では、このような第２ＰＷＭ制御部６２から出力されるＰＷＭ信号におけるオンＤＵＴＹを第２オンＤＵＴＹと称し、第２ＰＷＭ制御部６２から出力されるＰＷＭ信号は第２スイッチング素子７２の制御端子（図１の例では、ゲート端子）に入力される。

図１に戻り、第１モータＭ１は一方の端子が第１スイッチング素子７１を介して電源５０に接続される。また、第１モータＭ１の他方の端子は、ダイオード７３を介して抵抗器１０に接続されると共に、ダイオード７４を介して第１モータＭ１の一方の端子に接続される。

第２モータＭ２は一方の端子が第２スイッチング素子７２を介して電源５０に接続される。また、第２モータＭ２の他方の端子は、ダイオード７５を介して抵抗器１０の一方の端子に接続されると共に、ダイオード７６を介して第２モータＭ２の一方の端子に接続される。

抵抗器１０の他方の端子は、上述した所定の基準電位（本実施形態では「接地電位」）に第３スイッチング素子８１を介して接続される。第３スイッチング素子８１は、駆動部８０により駆動され、本電流検出装置１により電流値の検出が行われる場合に閉状態にされる。

以上のように構成することで、第１スイッチング素子７１が閉状態の時には、電源５０から第１スイッチング素子７１、第１モータＭ１、ダイオード７３を介して抵抗器１０に電流が流れる。その後、第１スイッチング素子７１を開状態にした時には、第１モータＭ１の他方の端子からダイオード７４を介して第１モータＭ１の一方の端子に電流が流れる。

また、第２スイッチング素子７２が閉状態の時には、電源５０から第２スイッチング素子７２、第２モータＭ２、ダイオード７５を介して抵抗器１０に電流が流れる。その後、第２スイッチング素子７２を開状態にした時には、第２モータＭ２の他方の端子からダイオード７６を介して第２モータＭ２の一方の端子に電流が流れる。

抵抗器１０の両端は夫々、後述する検出ポイント設定部２０、推定ポイント設定部３０及び推定部４０を構成する電流検出部２に接続される。抵抗器１０の抵抗値は、第１モータＭ１及び第２モータＭ２から流れる電流の電流値に応じて設定すると良い。

図２の（Ｃ）には、第１モータＭ１の一方の端子を流れる電流（他方の端子を流れる電流）の電流波形が示される。図２の（Ｃ）に示されるように、第１スイッチング素子７１が閉状態の時に電流の電流値が次第に大きくなり、第１スイッチング素子７１が開状態の時に電流の電流値が次第に小さくなる。

また、図２の（Ｄ）には、第２モータＭ２の一方の端子を流れる電流（他方の端子を流れる電流）の電流波形が示される。この場合も、第１モータＭ１の一方の端子を流れる電流の電流波形と同様に、第２スイッチング素子７２が閉状態の時に電流の電流値が次第に大きくなり、第２スイッチング素子７２が開状態の時に電流の電流値が次第に小さくなる。

本電流検出装置１では、図１に示されるように、第１モータＭ１を流れる電流の電流値を検出するために用いられる抵抗器１０及び第２モータＭ２を流れる電流の電流値を検出するために用いられる抵抗器１０が併用されている。このため、抵抗器１０を流れる電流の電流波形は、図２の（Ｅ）のようになる。電流検出部２には、抵抗器１０を流れる電流の電流波形が時系列に沿って順次記憶される。

図２の（Ａ）及び（Ｂ）のＰＷＭ信号より、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは第１スイッチング素子７１及び第２スイッチング素子７２のうち、第１スイッチング素子７１のみが閉状態となる。したがって、図２の（Ｅ）に示されるように、抵抗器１０には第１モータＭ１を流れる電流に起因した電流のみが流れるので、電流検出部２は公知の手法に基づき、電流値を検出する。

また、図２の（Ａ）及び（Ｂ）のＰＷＭ信号より、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは第１スイッチング素子７１及び第２スイッチング素子７２のうち、第２スイッチング素子７２のみが閉状態となる。したがって、図２の（Ｅ）に示されるように、抵抗器１０には第２モータＭ２を流れる電流に起因した電流のみが流れるので、電流検出部２は公知の手法に基づき、電流値を検出する。

一方、図２の（Ａ）及び（Ｂ）のＰＷＭ信号より、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは第１スイッチング素子７１及び第２スイッチング素子７２の双方が閉状態となる。すなわち、同一周期内における第１オンＤＵＴＹと第２オンＤＵＴＹとが互いに重複する。このような期間は、本実施形態では重複期間Ｏと称される。

ＰＷＭ制御において、このような重複期間Ｏを有する場合、検出ポイント設定部２０は、第１オンＤＵＴＹ及び第２オンＤＵＴＹに基づいて、重複期間Ｏにおいて第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々の電流値を検出する基準となる検出ポイントを設定する。第１オンＤＵＴＹと第２オンＤＵＴＹとにおいて重複期間Ｏを有する場合、以下の（１）式が成立する。
周期Ｔ−オン時間Ｄ２−オン時間Ｄ１＜０ ・・・（１）
ただし、オン時間Ｄ２は第２オンＤＵＴＹのオン時間であり、オン時間Ｄ１は第１オンＤＵＴＹのオン時間である。

上記（１）式が成立する場合、検出ポイント設定部２０は、重複期間Ｏにおいて第１モータＭ１を流れる電流に起因する電流の電流値を検出するポイント（第１検出ポイントＰ１）を、以下の（２）式で設定する。
第１検出ポイントＰ１＝（周期Ｔ−オン時間Ｄ２）／２ ・・・（２）

また、検出ポイント設定部２０は、重複期間Ｏにおいて第２モータＭ２を流れる電流に起因する電流の電流値を検出するポイント（第２検出ポイントＰ２）を、以下の（３）式で設定する。
第２検出ポイントＰ２＝オン時間Ｄ１＋（周期Ｔ−オン時間Ｄ１）／２ ・・・（３）

なお、上記（１）式が成立しない場合、すなわち、以下の（４）式が成立する場合には、第１検出ポイントＰ１及び第２検出ポイントＰ２は、夫々（５）式及び（６）式で設定することが可能である。
周期Ｔ−オン時間Ｄ２−オン時間Ｄ１≧０ ・・・（４）

第１検出ポイントＰ１＝オン時間Ｄ１／２ ・・・（５）
第２検出ポイントＰ２＝（周期Ｔ−オン時間Ｄ２）＋オン時間Ｄ２／２ ・・・（６）

推定ポイント設定部３０は、第１オンＤＵＴＹ及び第２オンＤＵＴＹの夫々と検出ポイントとに基づいて、所定の１周期における第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々の電流値を推定する推定ポイントを設定する。推定ポイント設定部３０は、第１オンＤＵＴＹと第２オンＤＵＴＹとにおいて重複期間Ｏを有する場合、すなわち、上述した（１）式が成立する場合に、重複期間Ｏにおいて第１モータＭ１を流れる電流に起因する電流の電流値を推定するポイント（第１推定ポイントＥ１）を、以下の（７）式で設定する。
第１推定ポイントＥ１＝オン時間Ｄ１／２−（周期Ｔ−オン時間Ｄ２）／２ ・・・（７）

また、推定ポイント設定部３０は、重複期間Ｏにおいて第２モータＭ２を流れる電流に起因する電流の電流値を推定するポイント（第２推定ポイントＥ２）を、以下の（８）式で設定する。
第２推定ポイントＥ２＝−（オン時間Ｄ２／２−（周期Ｔ−オン時間Ｄ１）／２） ・・・（８）

なお、上記（１）式が成立しない場合、すなわち、上記（２）式が成立する場合には、第１推定ポイントＥ１及び第２推定ポイントＥ２は、夫々（９）式及び（１０）式で設定することが可能である。
第１推定ポイントＥ１＝０ ・・・（９）
第２推定ポイントＥ２＝０ ・・・（１０）

推定部４０は、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々に流れる電流の電流値及び当該電流が流れ始めてからの経過時間の関係と、推定ポイントとに基づいて重複期間Ｏにおいて第１モータＭ１及び第２モータＭ２に流れていた夫々の電流の電流値を推定する。第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々に流れる電流の電流値及び当該電流が流れ始めてからの経過時間の関係とは、第１モータＭ１及び第２モータＭ２を夫々、予め通電して取得すると好適である。もちろん、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々の仕様にて規定される設計値を用いることも可能である。

本実施形態では、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々について、電流の電流値及び経過時間の関係を規定したマップが設けられる。このようなマップは、推定部４０に予め記憶しておくと好適である。このようなマップの一例が、図３に示される。

図３に示されるように、マップは、第１モータＭ１及び第２モータＭ２毎に設けられる。また、第１モータＭ１及び第２モータＭ２に印加される電圧（電源Ｖの出力電圧）や、第１モータＭ１及び第２モータＭ２が配置される環境温度で区分して設けられる。

例えば第１モータＭ１及び第２モータＭ２の印加電圧がＶ１〔Ｖ〕で、環境温度がＴ１〔℃〕である場合のマップが、夫々、図４及び図５に示される。推定部４０は、図２に示される抵抗器１０を流れる電流の電流波形に基づき、検出ポイント設定部２０により設定された第１検出ポイントＰ１における電流値を取得する。本実施形態では、この電流値をＩ１とする。次に、推定部４０は、図４に示されるマップにおいて、電流値Ｉ１となる時間Ｘ１から第１推定ポイントＥ１だけ経過した時点の電流値を算定する。この電流値ＩＥ１が重複期間Ｏにおいて第１モータＭ１に流れていた電流の電流値の推定結果となる。

一方、重複期間Ｏにおいて第２モータＭ２に流れていた電流の電流値についての推定は、次のように行われる。推定部４０は、図２に示される抵抗器１０を流れる電流の電流波形に基づき、検出ポイント設定部２０により設定された第２検出ポイントＰ２における電流値を取得する。本実施形態では、この電流値をＩ２とする。推定部４０は、図５に示されるマップにおいて、電流値Ｉ２となる時間Ｘ２から第２推定ポイントＥ２だけ前の時点の電流値を算定する。この電流値ＩＥ２が重複期間Ｏにおいて第２モータＭ２に流れていた電流の電流値の推定結果となる。

以上のようにして、電流検出装置１は、第１オンＤＵＴＹ及び第２オンＤＵＴＹが互いに重複する重複期間Ｏにおいて第１モータＭ１及び第２モータＭ２の夫々を流れる電流の電流値を推定し、この推定結果を検出値とする。この検出値は、上述した第１ＰＷＭ制御部６１及び第２ＰＷＭ制御部６２に伝達され、夫々のＰＷＭ制御に利用される。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、検出ポイント設定部２０が、（２）式及び（３）式を用いて設定するとして説明したが、検出ポイントは、重複期間Ｏにおける中間時点として設定することも可能である。

上記実施形態では、第３スイッチング素子８１は電流検出装置１により電流値の検出が行われる場合には閉状態にされるとして説明した。例えば、第３スイッチング素子８１は、電流検出装置１により電流の電流値を検出しない時や、第１ＰＷＭ制御部６１及び第２ＰＷＭ制御部６２が、夫々、第１モータＭ１及び第２モータＭ２を駆動しない時には、開状態にすると良い。

上記実施形態では、マップは、第１モータＭ１及び第２モータＭ２毎に設けられるとして説明したが、第１モータＭ１と第２モータＭ２とが同じ特性を有するモータである場合には、マップを共用しても良い。

本発明は、モータを流れる電流を検出する電流検出装置に用いることが可能である。

１：電流検出装置
１０：抵抗器
２０：検出ポイント設定部
３０：推定ポイント設定部
４０：推定部
Ｍ１：第１モータ
Ｍ２：第２モータ
Ｏ：重複期間
ｔｓ：開始時点
ｔｅ：終了時点

Claims (3)

1. 所定の１周期における開始時点を基準に駆動タイミングが設定された第１オンＤＵＴＹに基づき駆動される第１モータ、及び前記所定の１周期における終了時点を基準に駆動タイミングが設定された第２オンＤＵＴＹに基づき駆動される第２モータの夫々に流れる電流の電流値を検出する電流検出装置であって、
   前記第１モータ及び前記第２モータの夫々と所定の基準電位との間に設けられる抵抗器と、
   前記第１オンＤＵＴＹ及び前記第２オンＤＵＴＹに基づいて、同一周期内における前記第１オンＤＵＴＹと前記第２オンＤＵＴＹとが互いに重複する重複期間において前記第１モータ及び前記第２モータの夫々の前記電流値を検出する基準となる検出ポイントを設定する検出ポイント設定部と、
   前記第１オンＤＵＴＹ及び前記第２オンＤＵＴＹの夫々と前記検出ポイントとに基づいて、前記所定の１周期における前記第１モータ及び前記第２モータの夫々の前記電流値を推定する推定ポイントを設定する推定ポイント設定部と、
   前記第１モータ及び前記第２モータの夫々に流れる電流の電流値及び当該電流が流れ始めてからの経過時間の関係と、前記推定ポイントとに基づいて前記重複期間において前記第１モータ及び前記第２モータに流れていた夫々の電流の電流値を推定する推定部と、
   を備える電流検出装置。
2. 前記検出ポイントは、前記重複期間における中間時点である請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記第１モータ及び前記第２モータの夫々について、前記電流の電流値及び前記経過時間の関係を規定したマップが設けられている請求項１又は２に記載の電流検出装置。

Images