JP2020171176A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱があっても、適切に三相モータを駆動できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１は、相電圧の電圧値と疑似中点の疑似中点電圧値とに基づいてゼロクロスを検出するゼロクロス検出部５１と、最新のゼロクロスが所定の時間が経過するまでの間をマスク期間として設定するマスク期間設定部５３と、マスク期間の終了後、次のゼロクロスが検出されるまでの間にコイルＣを流れる電流に基づいて三相モータＭが有するロータの位置を検出する検出部５４と、検出されたロータの位置に基づいて、コイルＣに対する通電をＰＷＭ制御で行う制御部１０と、マスク期間における相電圧の電圧値と疑似中点電圧値との大小関係の切り替わりを検出する大小関係検出部６１と、大小関係の切り替わりに基づいて、ロータの回転が正常であるか否かを判定する判定部６２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、三相モータが有するコイルの通電状態を切り替えて当該三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置に関する。

従来、三相ブラシレスモータ（以下「三相モータ」）の駆動中に、回転センサを用いることなく、三相モータが有するロータの回転を検出し、三相モータが有するコイルに通電を行う技術が利用されてきた。ここで、三相モータのコイルのうちの通電されていない相（非通電相）のコイルの端子電圧には、通電状態から非通電状態への切り替え時に、スパイク状のノイズ（以下「スパイクノイズ」）が生じることが知られている。このスパイクノイズは、上述した回転センサを用いずにロータの回転を検出する場合に、誤検出の原因となることも知られている。このような誤検出は三相モータのロックや、脱調に至る原因となる。そこで、誤検出を防止する技術が検討されてきた（例えば特許文献１及び２）。

特許文献１には、電動モータのロックや脱調の発生を抑える電動モータの制御装置が記載されている。この制御装置は、非通電時にロータの永久磁石及びステータの鎖交磁束によって生じる誘起電圧を検出して、ロータの位置を検出するように構成されている。また、ロータの位置検出を行わないマスク期間中にスパイクノイズが発生しているか否かを判定し、スパイクノイズが発生していると判定された場合にマスク期間を延長し、その後、ロータの位置検出を行っている。

特許文献２には、モータ駆動装置が記載されている。このモータ駆動装置は、非通電時にスパイクノイズを検出し、モータの端子間電圧に生じる誘起電圧からロータの位置を検出している。また、スパイクノイズが検出された場合には、スパイクノイズの消失後にロータの位置検出を行うように構成されている。

特開２０１７−１８４３８９号公報 特開２０１５−１７１２０６号公報

特許文献１及び２に記載の技術によれば、電流の急激な変化に起因してスパイクノイズが増大した場合、脱調を防止し、適切に回転制御を行うことが可能である。しかしながら、外乱等によってロータの位置と制御上の位相との関係が所期の状態からずれ、スパイクノイズが増大した場合には、所期の位置検出ポイント（ゼロクロス）を検出できなくなったり、脱調状態を検出できなくなったりする。このため、適切に三相モータを駆動できなくなる可能性がある。

そこで、外乱があった場合であっても、適切に三相モータを駆動することが可能なモータ制御装置が求められる。

本発明に係るモータ制御装置の特徴構成は、三相モータが有するコイルの通電状態を切り替えて前記三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置であって、三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルに通電されている状態において、前記二相とは異なる他の一相の相電圧の電圧値が前記三相モータの３つの端子の夫々と抵抗器を介して接続された疑似中点の電圧の電圧値である疑似中点電圧値を上回るタイミング及び前記相電圧の電圧値が前記疑似中点電圧値を下回るタイミングをゼロクロスとして検出するゼロクロス検出部と、連続する２つの前記ゼロクロスの間の時間であるゼロクロス時間を算定する算定部と、最新の前記ゼロクロスが検出されてから、当該最新のゼロクロスと当該最新のゼロクロスの直前の前記ゼロクロスとの間のゼロクロス時間に基づいて設定された時間が経過するまでの間をマスク期間として設定するマスク期間設定部と、前記マスク期間の終了後、次の前記ゼロクロスが検出されるまでの間に、前記コイルを流れる電流に基づいて前記三相モータが有するロータの位置を検出する検出部と、検出された前記ロータの位置に基づいて前記コイルの通電状態を切り替え、前記コイルに対する通電をＰＷＭ制御で行う制御部と、前記マスク期間における前記相電圧の電圧値と前記疑似中点電圧値との大小関係の切り替わりを検出する大小関係検出部と、前記大小関係の切り替わりに基づいて、前記ロータの回転が正常であるか否かを判定する判定部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、三相のコイルのうちの二相のコイルに通電されている状態において、当該二相とは異なる他の一相のマスク期間における相電圧の電圧値と疑似中点の電圧値との大小関係の切り替わりを用いてロータが正常に回転しているか否かを判定することができる。したがって、外乱があった場合であっても、ロータの回転を検出するセンサを用いることなく、センサレス構成で適切に三相モータを駆動することが可能となる。

また、前記判定部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが１回あった場合に、前記ロータの回転が正常であると判定すると好適である。

このような構成とすれば、より正確にロータの回転が正常であるか否かを判定することができる。したがって、継続して三相モータを駆動することが可能となる。

また、前記判定部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合、又は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが２回以上あった場合に前記ロータの回転が正常でないと判定すると好適である。

このような構成とすれば、ロータの回転が正常でないか否かを正確に判定することができるので、例えば継続してコイルに通電した場合に、モータの駆動を制御できなくなるといったことを防止できる。

また、前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルから当該二相のコイルとは異なる他の一相の前記コイルへ通電する通電状態、及び三相の前記コイルのうちの一相の前記コイルから同時に当該一相のコイルとは異なる他の二相の前記コイルへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っている場合は、前記二相のコイルへの通電を同時に行っている時間を短縮すると好適である。

このような構成とすれば、ロータに対してモータ制御が遅くなっている状況であることを特定できるので、そのまま三相モータの駆動を継続して脱調に至る可能性を低減できる。

また、前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルから当該二相のコイルとは異なる他の一相の前記コイルへ通電する通電状態、及び三相の前記コイルのうちの一相の前記コイルから同時に当該一相のコイルとは異なる他の二相の前記コイルへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っていない場合は、前記ＰＷＭ制御のオンＤＵＴＹを短くすると好適である。

このような構成であっても、ロータに対してモータ制御が適切に行われていない状況であることを特定できるので、そのまま三相モータの駆動を継続して脱調に至る可能性を低減できる。

また、前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが２回以上あった場合は、前記コイルに対する通電を中断して前記ロータを停止させた後、改めて前記コイルに対する通電を開始すると好適である。

このような構成とすれば、脱調状態であることを特定し三相モータを再起動することで、脱調状態を解消することが可能となる。

モータ制御装置の構成を示す図である。 １２０度通電制御の場合の各相の相電圧及び誘起電圧を示す図である。 位置検出のタイミング及び判定部による判定の一例を示す図である。 位置検出のタイミング及び判定部による判定の一例を示す図である。 位置検出のタイミング及び判定部による判定の一例を示す図である。 モータ制御装置の処理を示すフローチャートである。

本発明に係るモータ制御装置は、所謂センサレスで三相モータのロータの位置を検出しながら当該三相モータを駆動するが、このような駆動中において、外乱があった場合であっても、適切に三相モータを駆動できるように構成される。以下、本実施形態のモータ制御装置１について説明する。

図１は、本実施形態のモータ制御装置１を模式的に示した図である。モータ制御装置１は、三相モータＭが有するコイルＣの通電状態を切り替えて当該三相モータＭの駆動制御を行う。三相モータＭが有するコイルＣとは、所謂スター結線或いはデルタ結線により接続されたステータコイルである。図１の例では、三相モータＭはスター結線で接続された３つのコイルＣを有する。三相モータＭの駆動制御とは、三相モータＭのロータ（図示せず）を回転させて回転力を出力するように制御することをいう。モータ制御装置１は、このような三相モータＭの駆動制御を行う。なお、本実施形態では、上述したように、三相モータＭのコイルＣはスター結線により構成されたものを例に挙げて説明するが、デルタ結線により構成されたものであっても良い。

本実施形態のモータ制御装置１は、図１に示されるように、制御部１０、ドライバ２０、インバータ３０、比較部４０、位置検出機能部５０、判定機能部６０を備えて構成される。位置検出機能部５０はゼロクロス検出部５１、算定部５２、マスク期間設定部５３、検出部５４を有し、判定機能部６０は、大小関係検出部６１、判定部６２を有する。

制御部１０は、後述する位置検出機能部５０により検出されたロータの位置に基づいてコイルＣの通電状態を切り替え、コイルＣに対する通電をＰＷＭ制御で行う。ここで、図２は、モータ制御装置１により１２０度通電制御を行った場合の各相の相電圧及び誘起電圧を示す図である。コイルＣの通電状態を切り替えるとは、図２の通電形態における「Ｕ相⇒Ｖ相」で示されるようなＵ相のコイルＣからＶ相のコイルＣに電流が流れる状態、以下同様に「Ｕ相⇒Ｗ相」で示されるようなＵ相のコイルＣからＷ相のコイルＣに電流が流れる状態、「Ｖ相⇒Ｗ相」で示されるようなＶ相のコイルＣからＷ相のコイルＣに電流が流れる状態、「Ｖ相⇒Ｕ相」で示されるようなＶ相のコイルＣからＵ相のコイルＣに電流が流れる状態、「Ｗ相⇒Ｕ相」で示されるようなＷ相のコイルＣからＵ相のコイルＣに電流が流れる状態、「Ｗ相⇒Ｖ相」で示されるようなＷ相のコイルＣからＶ相のコイルＣに電流が流れる状態に、順次切り替えを行うことを言う。制御部１０はＰＷＭ信号を生成し、後述するインバータ３０をＰＷＭ制御する。これにより、三相モータＭのコイルＣに対する通電を制御することが可能となる。このようなＰＷＭ信号によるＰＷＭ制御は、公知であるので説明は省略する。

図１に戻り、ドライバ２０は、制御部１０とインバータ３０との間に設けられ、制御部１０により生成されたＰＷＭ信号が入力される。ドライバ２０は、入力されたＰＷＭ信号のドライブ能力を向上し、インバータ３０に出力する。

インバータ３０は、三相モータＭのコイルＣに流れる電流を制御して、三相モータＭを駆動する。また、インバータ３０は、第１の電源ライン２と当該第１の電源ライン２の電位よりも低い電位に接続される第２の電源ライン３との間で、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子ＱＨとローサイドスイッチング素子ＱＬとを有するアーム部Ａを３組備えている。第１の電源ライン２とは、電源Ｖに接続されるケーブルである。第１の電源ライン２の電位よりも低い電位に接続される第２の電源ライン３とは、電源Ｖの出力電圧よりも低い電位が印加されたケーブルであり、本実施形態では接地されたケーブルが相当する。

本実施形態では、ハイサイドスイッチング素子ＱＨはＰ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成され、ローサイドスイッチング素子ＱＬはＮ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成される。ハイサイドスイッチング素子ＱＨは、ソース端子が第１の電源ライン２に接続され、ドレーン端子がローサイドスイッチング素子ＱＬのドレーン端子に接続される。ローサイドスイッチング素子ＱＬのソース端子は第２の電源ライン３に接続される。このように接続されたハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬでアーム部Ａを構成し、インバータ３０はこのアーム部Ａを３組備える。

ハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬの夫々のゲート端子はドライバ２０と接続され、上述したドライブ能力が向上されたＰＷＭ信号が入力される。また、各アーム部Ａのハイサイドスイッチング素子ＱＨのドレーン端子は、三相モータＭが有する３つの端子（Ｕ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子）に夫々接続される。

ゼロクロス検出部５１は、三相のコイルＣのうちの二相のコイルＣに通電されている状態において、当該二相とは異なる他の一相の相電圧の電圧値が三相モータＭの３つの端子の夫々と抵抗器Ｒ１を介して接続された疑似中点の電圧の電圧値である疑似中点電圧値を上回るタイミング及び相電圧の電圧値が疑似中点電圧値を下回るタイミングをゼロクロスとして検出する。

三相のコイルＣのうちの二相のコイルＣに通電されている状態とは、上述したように制御部１０がＵ相のコイルＣ、Ｖ相のコイルＣ、及びＷ相のコイルＣのうちの２つのコイルＣにＰＷＭ制御で通電している状態である。このため、「当該二相とは異なる他の一相」とは、制御部１０がＵ相のコイルＣ、Ｖ相のコイルＣ、及びＷ相のコイルＣのうち、ＰＷＭ制御で通電されていないコイルＣを有する相が相当し、具体的には、例えば図２の通電形態において「Ｕ相⇒Ｖ相」の場合には、Ｗ相が相当する。

三相モータＭの３つの端子とは、Ｕ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子である。このため、Ｕ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子の夫々に３つの抵抗器Ｒ１の夫々の一方の端子が接続され、３つの抵抗器Ｒ１の夫々の他方の端子同士が接続され、疑似中点を構成する。

また、Ｕ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子の夫々に３つの抵抗器Ｒ２の夫々の一方の端子が接続され、３つの抵抗器Ｒ２の夫々の他方の端子は、比較部４０を構成する３つの比較器の夫々の非反転端子に接続される。更に、当該３つの比較器の反転端子には抵抗器Ｒ３を介して疑似中点が接続される。比較部４０を構成する３つの比較器の出力は、ゼロクロス検出部５１及び後述する大小関係検出部６１に伝達される。これにより、ゼロクロス検出部５１は、相電圧の電圧値が疑似中点の電圧の電圧値である疑似中点電圧値を上回るタイミング及び相電圧の電圧値が上記疑似中点電圧値を下回るタイミングを特定することでき、このようなタイミングをゼロクロスとして検出する。

具体的には、図２に示されるように、例えば通電形態が「Ｗ相⇒Ｖ相」である場合にはＵ相の相電圧の電圧値が、疑似中点電圧値にあたるＵ相の誘起電圧の電圧値を上回る時点（電気角が０度の時点）をゼロクロスとして検出し、また、通電形態が「Ｕ相⇒Ｖ相」である場合にはＷ相の相電圧の電圧値が、疑似中点電圧値にあたるＷ相の誘起電圧の電圧値を下回る時点（電気角が６０度の時点）をゼロクロスとして検出する。ゼロクロス検出部５１は、このようにしてゼロクロスを検出する。

図１に戻り、算定部５２は、連続する２つのゼロクロスの間の時間であるゼロクロス時間を算定する。連続する２つのゼロクロスとは、ゼロクロス検出部５１により時系列に沿って検出された２つのゼロクロスである。図３には、図２の通電形態が「Ｗ相⇒Ｖ相」及び「Ｕ相⇒Ｖ相」の場合のＵ相の相電圧及びＷ相の相電圧が示される。また、疑似中点電圧も示される。図３に示されるように、２つのゼロクロスは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち互いに同じ相で検出されたものに限定されるわけではなく、算定部５２は連続する２つのゼロクロスの間の時間をゼロクロス時間として算定する。すなわち、通電形態が「Ｗ相⇒Ｖ相」である時にＵ相の相電圧と疑似中点電圧とに基づいて検出されたゼロクロスと、「Ｕ相⇒Ｖ相」である時にＷ相の相電圧と疑似中点電圧とに基づいて検出されたゼロクロスとの間の時間をゼロクロス時間として算定する。算定されたゼロクロス時間は、算定される毎に順次、後述するマスク期間設定部５３に伝達される。

図１に戻り、マスク期間設定部５３は、最新のゼロクロスが検出されてから、当該最新のゼロクロスと当該最新のゼロクロスの直前のゼロクロスとの間のゼロクロス時間に基づいて設定された時間が経過するまでの間をマスク期間として設定する。最新のゼロクロスが検出されてからとは、マスク期間設定部５３がマスク期間を設定する時点において、ゼロクロス検出部５１により検出されたゼロクロスのうち、直近のゼロクロスが検出されてからをいう。マスク期間は、後述する検出部５４がロータの位置を精度良く検出するために、検出するのを避ける期間である。すなわち、コイルＣの通電状態の切り替えを行うと、この切り替えに伴うサージ（相切替サージ）が生じやすい。そこで、このようなサージを発生し易い期間をマスク期間として設定し、ロータの位置を検出することを避けている。上述した直近のゼロクロスが検出された時点が、マスク期間の始期にあたる。

最新のゼロクロスと当該最新のゼロクロスの直前のゼロクロスとの間のゼロクロス時間とは、算定部５２から順次伝達されるゼロクロス時間のうち、直近のゼロクロス時間が相当する。上述したマスク期間の始期から、このような直近のゼロクロス時間を基準として設定された時間が経過した時点が、マスク期間の終期にあたる。具体的には、直近のゼロクロス時間を基準として設定された時間を算定するにあたり、例えば直近のゼロクロス時間の５０％や、６０％や、７０％等のように予め割合を設定しておくと良い。また、この割合は三相モータＭの負荷や回転速度に応じて変更することも可能である。この割合に基づき、マスク期間設定部５３がマスク期間を設定することが可能となる。マスク期間設定部５３により設定されたマスク期間を示す情報は、順次、後述する検出部５４及び判定部６２に伝達される。

検出部５４は、マスク期間の終了後、次のゼロクロスが検出されるまでの間に、コイルＣを流れる電流に基づいて三相モータＭが有するロータの位置を検出する。マスク期間の始期は直近のゼロクロスが検出された時点である。したがって、検出部５４は、マスク期間が終了してから次のマスク期間が始まるまでの間にロータの位置を検出する。検出部５４は、マスク期間の終了後に三相モータＭのロータの位置を検出することで、サージの影響を受けることなく検出することが可能となる。なお、図３では、電気角が０度から６０度の間を、ＨＩＧＨ状態として「位置検出」期間を示しているが、この「位置検出」期間のうち、マスク期間を除く期間に検出部５４により位置検出が行われる。

検出部５４は、三相モータＭに流れるモータ電流に基づいて、三相モータＭのロータの位置を検出する。本実施形態では、検出部５４は、モータ電流（各コイルＣを流れる電流）を検出し、ロータの位置を検出（算定）する。この検出については、公知であるので説明は省略する。検出部５４は、ロータの位置に基づき、三相モータＭの回転数を検出するように構成することも可能である。検出部５４の検出結果は、制御部１０に伝達され、制御部１０はＰＷＭ制御に利用する。

大小関係検出部６１は、マスク期間における相電圧の電圧値と疑似中点電圧値との大小関係の切り替わりを検出する。相電圧の電圧値とは、本実施形態では、制御部１０がＵ相のコイルＣ、Ｖ相のコイルＣ、及びＷ相のコイルＣのうち、ＰＷＭ制御で通電されていないコイルＣを有する相の相電圧の電圧値である。疑似中点電圧値とは、疑似中点の電圧の電圧値である。これらの各電圧は、上述したように比較部４０の３つの比較器に入力される。大小関係の切り替わりとは、一方よりも小さかった他方が一方よりも大きくなることや、一方よりも大きかった他方が一方よりも小さくなることをいう。したがって、マスク期間における相電圧の電圧値と疑似中点電圧値との大小関係の切り替わりは、比較器の出力により特定することが可能である。このため、大小関係検出部６１には、３つの比較器の夫々の出力が伝達される。

判定部６２は、大小関係の切り替わりに基づいて、ロータの回転が正常であるか否かを判定する。大小関係の切り替わりとは、大小関係検出部６１により検出されるマスク期間におけるＰＷＭ制御で通電されていないコイルＣを有する相の相電圧の電圧値と疑似中点の電圧の電圧値との大小関係の切り替わりである。ロータの回転が正常であるか否かとは、三相モータＭが制御部１０のＰＷＭ制御に基づいて適切に駆動されているか否かを意味する。したがって、判定部６２は、大小関係検出部６１により検出されるマスク期間におけるＰＷＭ制御で通電されていないコイルＣを有する相の相電圧の電圧値と疑似中点の電圧の電圧値との大小関係の切り替わりに基づいて、三相モータＭが制御部１０のＰＷＭ制御により適切に駆動されているか否かを判定する。

具体的には、判定部６２は、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりが１回あった場合に、ロータの回転が正常であると判定する。通電状態の切り替えとは、制御部１０が通電するコイルＣの切り替えを意味する。例えば図３にあっては、通電形態が「Ｗ相⇒Ｖ相」である状態から「Ｕ相⇒Ｖ相」である状態への切り替えが相当する。図３では、相切替が行われたことから、ＬＯＷからＨＩＧＨとして示している。なお、通電形態が「Ｗ相⇒Ｕ相」である状態（図示せず）から「Ｗ相⇒Ｖ相」である状態への相切替は、ＨＩＧＨからＬＯＷとして示している。このような通電状態の切り替えは、制御部１０から相切替を行ったことを示す情報を取得することで判定部６２は特定可能である。

大小関係の切り替わりは、大小関係検出部６１により検出され、判定部６２に検出結果が伝達される。「通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ」とは、図３のｔ１の時点のように、相切替と大小関係の切り替わりとが同時に行われることをいう。「当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりが１回あった」とは、相切替と大小関係の切り替わりとが同時に行われたマスク期間において、その後、図３のｔ２の時点のように大小関係の切り替わりが１回だけあったことを言う。係る場合、当該マスク期間の終了後、次のゼロクロスが検出されるまでの間に、検出部５４がロータの位置を検出することが可能になるので、判定部６２は、ロータの回転が正常であると判定する。なお、図３では、この時、検出部５４がロータの位置を検出することが可能な状態が「位置検出待ち状態」として示される。

ここで、上述したように、マスク期間設定部５３により、直近のゼロクロスが検出された時点が、マスク期間の始期として設定され、当該直近のゼロクロスが検出された時点から直近のゼロクロス時間を基準として設定された時間が経過した時点が、マスク期間の終期として設定される。このようなマスク期間では、図３で示されるように、通電形態が「Ｗ相⇒Ｖ相」である状態では、サージが収束した後は、Ｕ相の相電圧の電圧値よりも疑似中点電圧の電圧値の方が大きくなる。

しかしながら、ロータの回転が正常でない場合には、図４に示されるように、通電形態が「Ｗ相⇒Ｖ相」である状態において、サージが収束した後でも、Ｕ相の相電圧の電圧値が疑似中点電圧の電圧値よりも大きい状態が継続することがある。このため、マスク期間の終了後、疑似中点電圧の電圧値よりも相電圧の電圧値が大きいことから、ゼロクロス検出部５１が次のゼロクロスであると誤検出し、マスク期間設定部５３により次のマスク期間が設定されてしまう。

このような状況（サージが収束した後でも、Ｕ相の相電圧の電圧値が疑似中点電圧の電圧値よりも大きい状態が継続する状況）は、図４に示されるように、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりがない場合となる。すなわち、マスク期間において、「Ｗ相⇒Ｖ相」への通電状態の切り替えと疑似中点電圧の電圧値がＵ相の相電圧の電圧値よりも大きくなる大小関係の切り替わりとが共にｔ３の時点で行われ、当該マスク期間が終了するｔ４の時点までに、更に、疑似中点電圧の電圧値がＵ相の相電圧の電圧値よりも小さくなるような大小関係の切り替わりが無い場合（切り替わりが０回である場合）である。

また、「Ｕ相⇒Ｖ相」への通電状態の切り替え時も同様であって、マスク期間において、「Ｕ相⇒Ｖ相」への通電状態の切り替えと疑似中点電圧の電圧値がＷ相の相電圧の電圧値よりも大きくなる大小関係の切り替わりとが共にｔ５の時点で行われ、当該マスク期間が終了するｔ６の時点までに、更に、疑似中点電圧の電圧値がＷ相の相電圧の電圧値よりも小さくなるような大小関係の切り替わりが無い。係る場合、検出部５４がロータの位置を検出することが可能な「位置検出待ち状態」がなく、判定部６２は、ロータの回転が正常でないと判定する。

更に、三相モータＭのロータは、所謂脱調状態となることもある。このような脱調状態にあっては、図５に示されるように、マスク期間において、通電形態がＵ相からＶ相に切り替わった後（ｔ７の時点）に、Ｗ相の相電圧の電圧値が疑似中点電圧の電圧値よりも大きくなり、更に、同じマスク期間において、疑似中点電圧の電圧値よりも相電圧の電圧値が小さくなると共に（ｔ８の時点）、ｔ９の時点で疑似中点電圧の電圧値よりも相電圧の電圧値が大きくなる。すなわち、三相モータＭが脱調状態にあるときは、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりが２回以上あることになる。係る場合、検出部５４がロータの位置を検出することが可能な「位置検出待ち状態」が２回以上あり、判定部６２は、ロータの回転が正常でないと判定する。

このように、モータ制御装置１は、センサレスで三相モータＭの回転を制御すると共に、マスク期間における大小関係の切り替わりの回数に応じて、ロータの回転が正常であるか否かを判定することも可能となる。

また、モータ制御装置１は、判定部６２によりロータの回転が正常でないと判定された場合に、正常な回転にする機能を備えている。

例えば、図４で示したようなマスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりがない場合において、同時に三相のコイルＣのうちの二相のコイルＣから当該二相のコイルＣとは異なる他の一相のコイルＣへ通電する通電状態、及び三相のコイルＣのうちの一相のコイルＣから同時に当該一相のコイルＣとは異なる他の二相のコイルＣへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っている場合は、二相のコイルＣへの通電を同時に行っている時間を短縮する。

オーバーラップ通電とは、所謂１５０度通電制御のように、三相のコイルＣに通電を行う際に、Ｗ相及びＵ相からＶ相への通電状態や、Ｕ相からＶ相及びＷ相への通電状態や、Ｕ相及びＶ相からＷ相への通電状態や、Ｖ相からＷ相及びＵ相への通電状態や、Ｖ相及びＷ相からＵ相への通電状態や、Ｗ相からＵ相及びＶ相への通電状態を有するように通電することをいう。すなわち、インバータ３０が有する３つのハイサイドスイッチング素子ＱＨの２つに同時に電流が流れている状態や、インバータ３０が有する３つのローサイドスイッチング素子ＱＬの２つに同時に電流が流れている状態を有するように通電することをいう。

このような通電状態において、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりがない場合に、制御部１０は、２つのハイサイドスイッチング素子ＱＨを同時に閉状態にしている時間を短くするような制御、あるいは、２つのローサイドスイッチング素子ＱＬを同時に閉状態にしている時間を短くするような制御を行って、２つのコイルＣに同時に電流が流れる量を制限する。これにより、三相モータＭのコイルＣに流れる電流の電流値が小さくなり、ロータの回転が遅くなるので、ロータに対して通電制御が早くなっていることに起因して脱調に至る可能性を低減することが可能となる。

一方、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりがない場合において、同時に三相のコイルＣのうちの二相のコイルＣから当該二相のコイルＣとは異なる他の一相のコイルＣへ通電する通電状態、及び三相のコイルＣのうちの一相のコイルＣから同時に当該一相のコイルＣとは異なる他の二相のコイルＣへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っていない場合は、ＰＷＭ制御のオンＤＵＴＹを短くする。このようにオンＤＵＴＹを小さくすることでも、三相モータＭのコイルＣに流れる電流の電流値が小さくなり、ロータに対して通電制御が早くなっていることに起因して脱調に至る可能性を低減することが可能となる。

上記いずれであっても、コイルＣに流れる電流の電流値が小さくした後、判定部６２によりロータの回転が正常であると判定された場合には、制御部１０は所期の制御方式（オーバーラップ通電や、所期のオンＤＵＴＹによるＰＷＭ制御）に戻して三相モータＭを駆動すると良い。

また、例えば図５で示したように、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりが２回以上ある場合のような所謂脱調状態にあっては、制御部１０はコイルＣに対する通電を中断してロータを停止させた後、改めてコイルＣに対する通電を開始すると良い。これにより、三相モータＭを適切に駆動することが可能となる。

次に、モータ制御装置１の処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。まず、制御部１０により通電が開始される（ステップ＃１）。制御部１０により通電状態が切り替えられ（ステップ＃２：Ｙｅｓ）、マスク期間において、位置検出待ち状態があった場合（ステップ＃３：Ｙｅｓ）、当該マスク期間における位置検出待ち状態の回数によって処理が異なる。

マスク期間において、位置検出待ち状態の回数が１回である場合（ステップ＃４：Ｙｅｓ）、当該マスク期間の終了後、ゼロクロス検出部５１により次のゼロクロスが検出されるまでの間に、検出部５４により位置検出が行われる（ステップ＃５）。三相モータＭを継続して運転する場合には（ステップ＃６：Ｎｏ）、ステップ＃１に戻り処理が継続される。一方、三相モータＭの運転を終了する場合には（ステップ＃６：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

ステップ＃４において、マスク期間内に、位置検出待ち状態の回数が１回でない場合（ステップ＃４：Ｎｏ）、すなわち２回以上である場合には、制御部１０が一旦、通電を中断し（ステップ＃７）、ロータを停止させる。ロータの停止後、三相モータＭを改めて運転する場合には（ステップ＃６：Ｎｏ）、ステップ＃１に戻り処理が継続される。一方、三相モータＭの運転を終了する場合には（ステップ＃６：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

ステップ＃３において、マスク期間内に、位置検出待ち状態がなかった場合であって（ステップ＃３：Ｎｏ）、制御部１０がオーバーラップ通電で通電制御をしている場合には（ステップ＃８：Ｙｅｓ）、制御部１０は１２０度通電制御に変更して通電する（ステップ＃９）。この状態で、検出部５４が位置検出を行う（ステップ＃１０）。位置検出後、制御部１０はオーバーラップ通電に戻し（ステップ＃１１）、ステップ＃６から処理を継続する。

ステップ＃８において、制御部１０がオーバーラップ通電で通電制御をしていない場合には（ステップ＃８：Ｎｏ）、制御部１０はＰＷＭ制御のオンＤＵＴＹを短くする（ステップ＃１２）。この状態で、検出部５４が位置検出を行う（ステップ＃１３）。位置検出後、制御部１０はオンＤＵＴＹを元に戻し（ステップ＃１４）、ステップ＃６から処理を継続する。モータ制御装置１は、このようにして３相モータＭの駆動を制御する。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、ハイサイドスイッチング素子ＱＨはＰ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成され、ローサイドスイッチング素子ＱＬはＮ−ＭＯＳＦＥＴを用いて構成されるとして説明したが、ハイサイドスイッチング素子ＱＨ及びローサイドスイッチング素子ＱＬは、他のスイッチング素子を用いて構成することも可能である。

上記実施形態では、制御部１０は、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりがない場合であって、オーバーラップ通電を行っている場合は、二相のコイルＣへの通電を同時に行っている時間を短縮するとして説明した。しかしながら、制御部１０は、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりがない場合であって、オーバーラップ通電を行っている場合に、例えばコイルＣに対する通電を中断してロータを停止させた後、改めてコイルＣに対する通電を開始するように構成することも可能である。

上記実施形態では、制御部１０は、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相のコイルＣのうちの二相のコイルＣから当該二相のコイルＣとは異なる他の一相のコイルＣへ通電する通電状態、及び三相のコイルＣのうちの一相のコイルＣから同時に当該一相のコイルＣとは異なる他の二相のコイルＣへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っていない場合は、ＰＷＭ制御のオンＤＵＴＹを短くするとして説明した。しかしながら、制御部１０は、マスク期間において、通電状態の切り替えと大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、大小関係の切り替わりがない場合であって、オーバーラップ通電を行っていない場合に、例えばコイルＣに対する通電を中断してロータを停止させた後、改めてコイルＣに対する通電を開始するように構成することも可能である。

本発明は、三相モータが有するコイルの通電状態を切り替えて当該三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置に用いることが可能である。

１：モータ制御装置
１０：制御部
５１：ゼロクロス検出部
５２：算定部
５３：マスク期間設定部
５４：検出部
６１：大小関係検出部
６２：判定部
Ｃ：コイル
Ｍ：三相モータ
Ｒ１：抵抗器

Claims (6)

1. 三相モータが有するコイルの通電状態を切り替えて前記三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置であって、
   三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルに通電されている状態において、前記二相とは異なる他の一相の相電圧の電圧値が前記三相モータの３つの端子の夫々と抵抗器を介して接続された疑似中点の電圧の電圧値である疑似中点電圧値を上回るタイミング及び前記相電圧の電圧値が前記疑似中点電圧値を下回るタイミングをゼロクロスとして検出するゼロクロス検出部と、
   連続する２つの前記ゼロクロスの間の時間であるゼロクロス時間を算定する算定部と、
   最新の前記ゼロクロスが検出されてから、当該最新のゼロクロスと当該最新のゼロクロスの直前の前記ゼロクロスとの間のゼロクロス時間に基づいて設定された時間が経過するまでの間をマスク期間として設定するマスク期間設定部と、
   前記マスク期間の終了後、次の前記ゼロクロスが検出されるまでの間に、前記コイルを流れる電流に基づいて前記三相モータが有するロータの位置を検出する検出部と、
   検出された前記ロータの位置に基づいて前記コイルの通電状態を切り替え、前記コイルに対する通電をＰＷＭ制御で行う制御部と、
   前記マスク期間における前記相電圧の電圧値と前記疑似中点電圧値との大小関係の切り替わりを検出する大小関係検出部と、
   前記大小関係の切り替わりに基づいて、前記ロータの回転が正常であるか否かを判定する判定部と、
   を備えるモータ制御装置。
2. 前記判定部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが１回あった場合に、前記ロータの回転が正常であると判定する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記判定部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合、又は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが２回以上あった場合に前記ロータの回転が正常でないと判定する請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルから当該二相のコイルとは異なる他の一相の前記コイルへ通電する通電状態、及び三相の前記コイルのうちの一相の前記コイルから同時に当該一相のコイルとは異なる他の二相の前記コイルへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っている場合は、前記二相のコイルへの通電を同時に行っている時間を短縮する請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルから当該二相のコイルとは異なる他の一相の前記コイルへ通電する通電状態、及び三相の前記コイルのうちの一相の前記コイルから同時に当該一相のコイルとは異なる他の二相の前記コイルへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っていない場合は、前記ＰＷＭ制御のオンＤＵＴＹを短くする請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが２回以上あった場合は、前記コイルに対する通電を中断して前記ロータを停止させた後、改めて前記コイルに対する通電を開始する請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

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