JP2021087312A - モータ制御装置、モータ制御システムおよびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転数が高くなった場合においても安定した電流の供給が可能なモータ制御装置等を提供する。【解決手段】角度検出センサ及び駆動回路に電気的に接続され、モータの力行動作状態又は回生動作状態において駆動回路の通電状態を第１通電状態と第２通電状態との間で切り換える通電切換を実行する処理装置とを備え、処理装置は、所定周期ごとの処理を実行する周期処理実行部と、所定周期ごとの処理タイミングとは異なる割り込み処理タイミングを、ロータの角度に対応付けて設定する設定部と、角度検出センサの検出結果に基づいて、設定部により設定された割り込み処理タイミングに対応付けられたロータの角度に合わせて、通電切換を実行する通電切換実行部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、モータを制御するモータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

ロータに永久磁石を使用しないスイッチト・リラクタンス・モータ（Switched Reluctance Motor）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このモータでは、ステータに設けられたコイルに通電することにより磁界を発生させ、この磁界による吸引力を利用して回転力を得ている。永久磁石を使用しないシンプルな構成とすることができるため、堅牢で高温や高速回転に対するロバスト性が高いモータを得ることができる。

特開２０１７−２０８８９０号公報

スイッチト・リラクタンス・モータの制御が制御周期に従った周期処理として実行される場合、通電状態を切り換える通電切換も、この制御周期によるタイミングに拘束される。このため、モータの回転数が高くなった場合に、通電切換のタイミングが遅れ、電流の供給にばらつきが生ずるおそれがある。

本発明は、モータの回転数が高くなった場合においても安定した電流の供給が可能なモータ制御装置等を提供することを目的とする。

１つの側面では、突極を有するステータコアと、前記ステータコアの突極に取り付けられる複数相のコイルと、突極を有し、前記複数相のコイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、を備えるモータ、を制御するモータ制御装置であって、前記ロータの角度を検出する角度検出センサと、前記複数相のコイルに電気的に接続され、前記複数相のコイルを流れる電流を相ごとに独立して制御可能となる態様で複数のスイッチング素子を備える駆動回路と、前記角度検出センサ及び前記駆動回路に電気的に接続され、前記モータの力行動作状態又は回生動作状態において前記駆動回路の通電状態を第１通電状態と第２通電状態との間で切り換える通電切換を実行する処理装置とを備え、前記処理装置は、所定周期ごとの処理を実行する周期処理実行部と、前記所定周期ごとの処理タイミングとは異なる割り込み処理タイミングを、前記ロータの角度に対応付けて設定する設定部と、前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定部により設定された前記割り込み処理タイミングに対応付けられた前記ロータの角度に合わせて、前記通電切換を実行する通電切換実行部とを備える、モータ制御装置を提供する。

本発明によれば、モータの回転数が高くなった場合においても安定した電流の供給が可能となる。

３相のスイッチト・リラクタンス・モータおよびスイッチト・リラクタンス・モータを制御するモータ制御装置の構成を示す図である。 低速モードにおける駆動信号生成部の機能を示す図である。 高速モードにおける駆動信号生成部の機能を示す図である。 スイッチト・リラクタンス・モータの力行原理を模式的に示す図である。 スイッチト・リラクタンス・モータの回生原理を模式的に示す図である。 ロータの回転角θと、力行領域および回生領域との関係を示す図である。 励磁区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。 還流区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。 回生区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。 還流区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。 低速モードでのモータの力行動作時の通電パターンを示す図である。 低速モードにおけるモータの回生動作時の通電パターンを示す図である。 高速モードにおけるモータの力行動作時の通電パターンを示す図である。 高速モードにおけるモータの回生動作時の通電パターンを示す図である。 割り込み信号発生部の動作を示すフローチャートである。 次の通電切換のタイミングに対応するレゾルバ角を割り込み信号発生部に設定する設定部の動作を示すフローチャートである。 通電切換実行部の動作を示すフローチャートである。 高速モードにおける通電切換の動作を示すタイムチャートである。 常に高速モードに相当する制御を実行する例における割り込み信号発生部の動作を示すフローチャートである。 図１８の動作に対応する通電切換の動作を示すタイムチャートである。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、３相のスイッチト・リラクタンス・モータおよびスイッチト・リラクタンス・モータを制御するモータ制御装置の構成を示す図、図２は、低速モードにおける駆動信号生成部の機能を示す図、図３は、高速モードにおける駆動信号生成部の機能を示す図、図４Ａは、スイッチト・リラクタンス・モータの力行原理を模式的に示す図、図４Ｂは、スイッチト・リラクタンス・モータの回生原理を模式的に示す図である。なお、図４Ａ及び図４Ｂには、磁束の流れが点線の矢印で模式的に示されている。

図１に示すように、スイッチト・リラクタンス・モータ装置Ｍは、モータ１０と、モータ１０を駆動する駆動回路２０と、を備える。

モータ１０は、突極１１Ａ（図１、図４Ａ）を有するステータコア１１と、突極１２Ａ（図１、図４Ａ）を有するロータ１２と、ステータコア１１の突極１１Ａに取り付けられた各相（ｕ相、ｖ相およびｗ相）のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗと、を備える。図１に示すように、コイル１３ｕは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ取り付けられ、２つのコイル１３ｕは互いに直列に接続される。同様に、コイル１３ｖは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ取り付けられ、２つのコイル１３ｖは互いに直列に接続される。コイル１３ｗは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ取り付けられ、２つのコイル１３ｗは互いに直列に接続される。なお、図１は６極モータを例示しているが、モータの極数は任意である。

互いに直列に接続された各コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに電流を流すと、各コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに対応する突極１１Ａには、ロータ１２の中心軸に対して回転対象の磁場が形成される。

ロータ１２の回転角は、角度検出センサとしてのレゾルバ１５によって検出される。

駆動回路２０は、各相（ｕ相、ｖ相およびｗ相）の駆動回路２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを備える。駆動回路２０ｕはコイル１３ｕを、駆動回路２０ｖはコイル１３ｖを、駆動回路２０ｗはコイル１３ｗを、それぞれ独立駆動する。

駆動回路２０ｕは、直列接続されたコイル１３ｕの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｕおよび低電位側スイッチング素子２２ｕと、直列接続されたコイル１３ｕの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｕおよび低電位側スイッチング素子２４ｕと、を備える。

本実施例では、各スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕとしてｎ型ＦＥＴ（Field effect transistor）を用いた例を示しているが、任意の素子を用いることができる。駆動回路２０ｖ、２０ｗを構成する後述のスイッチング素子も同様である。

駆動回路２０ｖは、直列接続されたコイル１３ｖの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｖおよび低電位側スイッチング素子２２ｖと、直列接続されたコイル１３ｖの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｖおよび低電位側スイッチング素子２４ｖと、を備える。

駆動回路２０ｗは、直列接続されたコイル１３ｗの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｗおよび低電位側スイッチング素子２２ｗと、直列接続されたコイル１３ｗの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｗおよび低電位側スイッチング素子２４ｗと、を備える。

図１に示すように、高電位側スイッチング素子２１ｕ、２１ｖ、２１ｗおよび高電位側スイッチング素子２３ｕ、２３ｖ、２３ｗのドレインは、電源２５の正極に、低電位側スイッチング素子２２ｕ、２２ｖ、２２ｗおよび低電位側スイッチング素子２４ｕ、２４ｖ、２４ｗのソースは、電源２５の負極に、それぞれ接続される。

また、電源２５にはコンデンサ２６が並列に接続されている。

各相のコイル１３ｕ、コイル１３ｖ、コイル１３ｗに流れる電流の値は、電流検出センサ２８により検出される。

モータ装置Ｍを制御する本実施例のモータ制御装置は、上述した駆動回路２０と、上述したレゾルバ１５と、マイクロコンピュータ等を含む処理装置１を含む。モータ制御装置には、上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）（図示せず）から各種の指令値が与えられる。なお、モータ制御装置は、上位ＥＣＵの機能の一部又は全部を実現してもよい。
図１に示すように、処理装置１は、レゾルバ１５から出力されるレゾルバ角（ロータ回転角）に基づいて、後述する割り込み信号を出力する割り込み信号発生部２（タイミング検出部の一例）と、トルクや速度を指示する指令値に応じた駆動信号を出力する駆動信号生成部５と、処理装置１の動作に必要なデータを格納する記憶部６と、を備える。

なお、指令値は、モータ１０が生み出すべきトルク値やモータ１０の目標回転速度をリアルタイムで規定する値であり、処理装置１は、モータ１０のトルク値やモータ１０の回転速度が指令値に追従するように、駆動回路２０を制御する。なお、指令値がトルク値である場合、トルク値はコイルに供給される電流値と対応付けられ、例えば、テーブルとして記憶部６に格納される。指令値がトルク値の場合には、当該テーブルを参照して、電流検出センサ２８により検出される電流検出値（図１）を介してトルク値が制御される。

本実施例のモータ制御装置は、低速モードと高速モードのいずれかから選択されたモードでモータ１０を駆動する。駆動信号生成部５には、低速モードと高速モードのいずれかを選択するモード切換部５０が設けられている。モード切換部５０は、ロータ回転角に基づいて、低速モードと高速モードのいずれかを選択する。例えば、モード切換部５０は、ロータ回転角の時間当たりの変化量からロータの回転速度を算出し、回転速度が一定値を超えると高速モードを選択し、この一定値を超えなければ低速モードを選択する。

図２は、低速モードにおける駆動信号生成部５の機能を示す図である。

低速モードでは、駆動信号生成部５は、一定の制御周期での制御を繰り返し、この制御周期で通電切換を実行する。低速モードにおける制御では、割り込み信号発生部２は関与しない。

図２に示すように、駆動信号生成部５は、低速モードにおける機能として、通電パターン制御部５２（周期処理実行部の一例）と、駆動信号出力部５３と、を備える。

通電パターン制御部５２は、上記の制御周期で、処理装置１に与えられる上記指令値と、レゾルバ１５によって検出されるロータ１２の回転角（および／またはロータ１２の角速度）および電流検出値などに基づいて、記憶部６に記憶された通電パターンの中から適切な通電パターンを選択する。通電パターンは、後述する通電区間および非通電区間を規定する情報である。

図３は、高速モードにおける駆動信号生成部５の機能を示す図である。

高速モードでは、上記の制御周期での制御に加え、駆動信号生成部５は割り込み信号発生部２からの割り込み信号をトリガとする制御を実行する。

図３に示すように、駆動信号生成部５は、高速モードにおける機能として、割り込み信号発生部２からの割り込み信号が入力されると、次の通電切換の切換角度を算出する設定部５５と、割り込み信号発生部２からの割り込み信号が入力されると、駆動信号出力部５３および駆動回路２０を介して通電切換を実行する通電切換実行部５６と、を備える。

高速モードが選択されている場合も、通電パターン制御部５２は上記の制御周期で、通電切換後の通電パターンを記憶部６に記憶された通電パターンの中から選択する。

高速モードが選択されている場合の処理装置１の動作については後述する。

次に、低速モードが選択されている場合における処理装置１の動作について説明する。

モータ１０は、正のトルク（回転方向と同じ方向のトルク）を発生させる力行動作と、発電を行う回生動作とを行う。

図４Ａに示すように、モータ１０が力行動作を行うとき、例えば、状態Ａにおいて、ステータコア１１の突極１１Ａに取り付けられたコイル１３ｕに電流を供給すると、突極１１Ａおよびロータ１２の突極１２Ａが磁化され、突極１１Ａと突極１２Ａとの間に磁気吸引力が発生し、ロータ１２に正のトルクが与えられる。

ロータ１２が回転を続け、突極１１Ａと突極１２Ａが正対する状態Ｂに至ると、磁気吸引力が正のトルクに寄与しなくなる。しかし、このとき、次相のコイル１３ｖが取り付けられたステータコア１１の突極１１Ａと、ロータ１２の突極１２Ａとの位置関係は、状態Ａのような関係となる。したがって、所定のタイミングでコイル１３ｕから次相のコイル１３ｖに電流を転流させることにより、正のトルクが維持される。

このように、状態Ａのようにロータ１２の突極１２Ａがステータコア１１の突極１１Ａに近づいてくるタイミングで、対応する相のコイルに電流を流し、状態Ｂのように突極１１Ａと突極１２Ａが正対する近傍で、その電流を切る動作を繰り返すことにより、正のトルクを継続的に発生させることができる。

一方、図４Ｂに示すように、モータ１０が回生動作を行うとき、状態Ｃからロータ１２の突極１２Ａがステータコア１１の突極１１Ａに近づき、突極１１Ａと突極１２Ａが正対する状態Ｄに至る直前から短時間だけコイル１３ｕに電流を供給し、ロータ１２の突極１２Ａを磁化する。その後、突極１１Ａと突極１２Ａが状態Ｅのように正対位置からずれた位置関係にある間、残留磁界とロータ１２の回転に伴う磁束の変化によりコイル１３ｕに起電力が発生し、発電電流が流れる。またこのとき、コイル１３ｕに流れる電流Ｉに応じて、供給突極１１Ａと突極１２Ａとの間に磁気吸引力が発生し、ロータ１２に負のトルクが与えられる。

図５は、ロータ１２の回転角（電気角）θと、力行領域および回生領域との関係を示す図である。図５のグラフの縦軸に示すコイル１３ｕのインダクタンスは、ロータ１２の突極１２Ａとステータコア１１との磁気的な結合の度合いに対応する。コイル１３ｕのインダクタンスが最も高くなるθ＝θ０の状態は、ロータ１２の突極１２Ａとステータコア１１の突極１１Ａとが正対する状態（図４Ａの状態Ｂ、図４Ｂの状態Ｄ）に相当する。

図５に示すように、ロータ１２の回転に従ってコイル１３ｕのインダクタンスが増加する領域に力行領域が、ロータ１２の回転に従ってコイル１３ｕのインダクタンスが減少する領域に回生領域が、それぞれ位置付けられる。力行領域および回生領域はロータ１２の回転角について、約１２０°ずつ確保され、基本的には力行領域においてコイル１３ｕに通電することによりロータ１２に正のトルクが与えられ、回生領域においてコイル１３ｕに通電することによりロータ１２に負のトルクが与えられる。

コイル１３ｕへの通電区間は、要求されるモータの特性等に応じて設定でき、例えば、力行動作に対して図５に示す通電区間１００を、回生動作に対して図５に示す通電区間２００を、それぞれ設定することができる。この場合、通電区間１００は、その開始角が、力行領域の開始角に先行する角度幅に相当する進角Δθ１と、通電区間１００の長さに相当する通電角θ１とにより規定される。同様に、通電区間２００は、その開始角が、回生領域の開始角に先行する角度幅に相当する進角Δθ２と、通電区間２００の長さに相当する通電角θ２とにより規定される。

コイル１３ｕへ通電する通電区間、すなわち、進角Δθ１、通電角θ１、進角Δθ２および通電角θ２は、指令値やロータの回転速度（角速度）などに応じて変化する。

コイル１３ｖ、１３ｗについても、コイル１３ｕと同様に通電区間が規定される。

図６〜図９は、ｕ相の駆動回路２０ｕ（スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ）の状態を示す図である。力行動作および回生動作における通電区間では、駆動回路２０ｕは、図６〜図９に示すいずれかの状態をとる。なお、以下の説明では、ｕ相について述べるが、ｖ相、ｗ相についても同様の動作が行われる。

図６は、電源２５またはコンデンサ２６からコイル１３ｕへ電流が供給される励磁区間を示している。

励磁区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンしており、他のスイッチング素子２２ｕ、２３ｕがオフしている。励磁区間では、コイル１３ｕへ電流によりステータコア１１の突極１１Ａが励磁される。

図７は、コイル１３ｕが電源２５の正極から切り離され、コイル１３ｕの電流が閉回路を還流する還流区間を示している。

この還流区間では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンしており、他のスイッチング素子２１ｕ、２３ｕがオフしている。

図８は、コイル１３ｕから電源２５またはコンデンサ２６へ電流が供給される回生区間を示している。

回生区間では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンしており、他のスイッチング素子２１ｕ、２４ｕがオフしている。

図９は、コイル１３ｕが電源２５の負極から切り離され、コイル１３ｕの電流が閉回路を還流する還流区間を示している。

この還流区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンしており、他のスイッチング素子２２ｕ、２４ｕがオフしている。

次に、ｕ相の力行動作について説明する。

図１０は、低速モードにおけるモータ１０の力行動作時の通電パターンを示す図である。図１０に示すように、コイル１３ｕへの通電区間は励磁区間Ｔ１であり、非通電区間は還流区間Ｔ２である。通電区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図６に示す状態）が維持され、非通電区間ではスイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図７に示す状態）が維持される。通電区間（励磁区間Ｔ１）は、進角Δθ１および通電角θ１（図５）により規定される。したがって、設定部５５には、進角Δθ１および通電角θ１がセットされ、上記の制御周期ごとに設定部５５にセットされる進角Δθ１および通電角θ１が更新される。また、通電パターンも上記の制御周期ごとに切り換わる。すなわち、通電切換は上記の制御周期に従って実行される。

上記のように、還流区間Ｔ２では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図７に示す状態）が維持される。還流区間Ｔ２が終了すると、次の通電パターンに移行し、次の通電パターンの通電区間（励磁区間Ｔ１）となる。なお、非通電区間に、図８に示す状態が含まれてもよい。例えば、図７に示す状態を経由して、図８に示す状態に移行してもよい。

次に、ｕ相の回生動作について説明する。

図１１は、低速モードにおけるモータ１０の回生動作時の通電パターンを示す図である。図１１に示すように、コイル１３ｕへの通電区間は、励磁区間Ｔ１１であり、非通電区間は還流区間Ｔ１２である。通電区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図６に示す状態）が維持され、非通電区間ではスイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図９に示す状態）が維持される。通電区間（励磁区間Ｔ１１）は、進角Δθ２および通電角θ２（図５）により規定される。したがって、設定部５５には、進角Δθ２および通電角θ２がセットされ、上記の制御周期ごとに設定部５５にセットされる進角Δθ２および通電角θ２が更新される。また、通電パターンも上記の制御周期ごとに切り換わる。すなわち、通電切換は上記の制御周期に従って実行される。

上記のように、還流区間Ｔ１２では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図９に示す状態）が維持される。還流区間Ｔ１２が終了すると、次の通電パターンに移行し、次の通電パターンの通電区間（励磁区間Ｔ１１）となる。なお、非通電区間に、図８に示す状態が含まれてもよい。例えば、図９に示す状態を経由して、図８に示す状態に移行してもよい。

以上のように、低速モードでは、一定の制御周期（上記の制御周期）で、処理装置１に与えられるトルク指令値と、レゾルバ１５によって検出されるロータ１２の回転角（および／またはロータ１２の角速度）に基づいて、記憶部６に記憶された通電パターンの中から適切な通電パターンが選択される。また、通電切換も上記の制御周期に従って実行される。

このように、低速モードでは、上記の制御周期で通電パターンを切り換える動作、すなわち通電切換を行っている。このため、モータ１０の回転速度が非常に高くなると、上記の制御周期に対する通電切換の頻度が高くなり、通電切換が遅れるという問題が生ずる。この場合、通電区間の長さやタイミングがまちまちとなり、想定している電流をモータ１０に安定的に供給できなくなるとともに、トルクリップルやトルクリップルに起因する騒音の発生を招くおそれがある。このため、本実施例では、高速モードを設けることにより、このような問題を解消している。

次に、高速モードが選択されている場合における処理装置１の動作について説明する。上記のように、高速モードでは、駆動信号生成部５は割り込み信号発生部２からの割り込み信号をトリガとして通電切換を実行する。以下、低速モードが選択されている場合との相違を中心として処理装置１の動作について説明する。

高速モードが選択されている場合、低速モードの場合と同様、通電パターン制御部５２は、上記の制御周期に従って、指示値、電流検出値、レゾルバ角およびロータ回転速度などに基づいて、通電パターンを決定する（図３）。なお、ロータ回転速度は、例えば、モード切換部５０から取得することができる。通電パターンは、記憶部６に記憶された通電パターンの中から選択され、設定部５５にセットされる。

図１２は、高速モードにおけるモータ１０の力行動作時の通電パターンを示す図である。図１２に示すように、コイル１３ｕへの通電区間は励磁区間Ｔ２１であり、非通電区間は還流区間Ｔ２２である。通電区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図６に示す状態）が維持され、非通電区間ではスイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図７に示す状態）が維持される。低速モードの場合と同様、通電区間（励磁区間Ｔ２１）は、進角Δθ１および通電角θ１（図５）により規定されるので、設定部５５には、進角Δθ１および通電角θ１がセットされ、上記の制御周期ごとに設定部５５にセットされる進角Δθ１および通電角θ１が更新される。上記のように、還流区間Ｔ２２では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図７に示す状態）が維持される。還流区間Ｔ２２が終了すると、次の通電パターンに移行し、次の通電パターンの通電区間（励磁区間Ｔ２１）となる。なお、非通電区間に、図８に示す状態が含まれてもよい。例えば、図７に示す状態を経由して、図８に示す状態に移行してもよい。

図１３は、高速モードにおけるモータ１０の回生動作時の通電パターンを示す図である。図１３に示すように、コイル１３ｕへの通電区間は、励磁区間Ｔ３１であり、非通電区間は還流区間Ｔ３２である。通電区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図６に示す状態）が維持され、非通電区間ではスイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図９に示す状態）が維持される。低速モードの場合と同様、通電区間（励磁区間Ｔ３１）は、進角Δθ２および通電角θ２（図５）により規定されるため、設定部５５には、進角Δθ２および通電角θ２がセットされ、上記の制御周期ごとに設定部５５にセットされる進角Δθ２および通電角θ２が更新される。上記のように、還流区間Ｔ３２では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図９に示す状態）が維持される。還流区間Ｔ３２が終了すると、次の通電パターンに移行し、次の通電パターンの通電区間（励磁区間Ｔ３１）となる。なお、非通電区間に、図８に示す状態が含まれてもよい。例えば、図９に示す状態を経由して、図８に示す状態に移行してもよい。

図１４は、割り込み信号発生部２の動作を示すフローチャートである。

図１４のステップＳ１０２では、割り込み信号発生部２は、設定部５５からレゾルバ角（図３）が設定（後述のステップＳ２０８）されるのを待って、ステップＳ１０６へ処理を進める。このレゾルバ角は、次回の通電切換を行うべきタイミングをレゾルバ角として規定したものである。なお、本実施例では、レゾルバ角の１回転は、電気角の３回転に対応するが、モータの極数によりこれらの関係は変化する。
ステップＳ１０６では、割り込み信号発生部２は、レゾルバ１５から現在のレゾルバ角（ロータ回転角）を取得する（図１）。

ステップＳ１０８では、割り込み信号発生部２は、ステップＳ１０６で取得されたレゾルバ角が、設定部５５から設定されたレゾルバ角（後述のステップＳ２０８）に到達したか否か判断し、判断が肯定されれば、処理をステップＳ１１０へ進め、判断が否定されれば、処理をステップＳ１０６へ進める。

ステップＳ１１０では、割り込み信号発生部２は、割り込み信号を設定部５５および通電切換実行部５６（図３）に出力し、処理をステップＳ１０２へ進める。

図１５は、次の通電切換のタイミングに対応するレゾルバ角を割り込み信号発生部２に設定する設定部５５の動作を示すフローチャートである。

図１５のステップＳ２０２では、設定部５５は、割り込み信号発生部２からの割り込み信号（ステップＳ１１０）が入力されるのを待って、その時のレゾルバ角を取得し、ステップＳ２０４へ処理を進める。

ステップＳ２０４では、設定部５５は、次の通電切換のタイミングに対応するレゾルバ角を算出する。

具体的には、モータ１０の力行動作時であって、通電区間（励磁区間Ｔ２１）にある場合には、設定部５５は、非通電区間（還流区間Ｔ２２）へ移行するタイミングに対応する電気角を算出する。この場合、電気角は、
電気角＝基準角−進角Δθ１＋通電角θ１ ・・・（１式）
で算出される。基準角は各相に割り当てられた固定値であり、例えば、図５における力行領域の開始角に定められる。

また、モータ１０の力行動作時であって、非通電区間（還流区間Ｔ２２）にある場合には、設定部５５は、通電区間（励磁区間Ｔ２１）へ移行するタイミングに対応する電気角を算出する。この場合、電気角は、
電気角＝基準角−進角Δθ１ ・・・（２式）
で算出される。

（１式）または（２式）で算出された電気角が３６０°を超えたとき、（１式）または（２式）による算出結果から３６０°を減算した値を電気角の算出値とする。また、（１式）または（２式）で算出された電気角が０°未満のとき、（１式）または（２式）による算出結果に３６０°を加算した値を電気角の算出値とする。

モータ１０の回生動作時にも、基準角（例えば、図５における回生領域の開始角）、進角Δθ２、および通電角θ２を用いて同様に電気角が算出される。すなわち、通電区間（励磁区間Ｔ３１）にある場合には、設定部５５は、非通電区間（還流区間Ｔ３２）へ移行するタイミングに対応する電気角を算出する。また、非通電区間（還流区間Ｔ３２）にある場合には、設定部５５は、通電区間（励磁区間Ｔ３１）へ移行するタイミングに対応する電気角を算出する。

ステップＳ２０６では、設定部５５は、ステップＳ２０４で算出された電気角をレゾルバ角へ変換する。具体的には、設定部５５は、ステップＳ２０２で取得されたレゾルバ角、すなわち、割り込み信号発生部２からの割り込み信号（ステップＳ１１０）が入力されたときのレゾルバ角を電気角に変換する。次に、ステップＳ２０４で算出された電気角をレゾルバ角に変換する。

ステップＳ２０８では、設定部５５は、ステップＳ２０６において電気角から変換されたレゾルバ角を割り込み信号発生部２に設定し、処理をステップＳ２０２へ進める。

図１６は、通電切換実行部５６の動作を示すフローチャートである。

図１６のステップＳ３０２では、通電切換実行部５６は、割り込み信号発生部２から割り込み信号（ステップＳ１１０）が入力されるのを待って、ステップＳ３０４へ処理を進める。

ステップＳ３０４では、通電切換実行部５６は、通電切換を実行する。ここでは、モータ１０の力行動作時であって、通電区間（励磁区間Ｔ２１）にある場合には、通電切換実行部５６は、非通電区間（還流区間Ｔ２２）へ移行するように通電切換を実行する。また、モータ１０の力行動作時であって、非通電区間（還流区間Ｔ２２）にある場合には、通電切換実行部５６は、通電区間（励磁区間Ｔ２１）へ移行するように通電切換を実行する。モータ１０の回生動作時であって、通電区間（励磁区間Ｔ３１）にある場合には、通電切換実行部５６は、非通電区間（還流区間Ｔ３２）へ移行するように通電切換を実行する。また、モータ１０の回生動作時であって、非通電区間（還流区間Ｔ３２）にある場合には、通電切換実行部５６は、通電区間（励磁区間Ｔ３１）へ移行するように通電切換を実行する。その後、通電切換実行部５６は、処理をステップＳ３０２へ進める。

図１７は、高速モードにおける通電切換の動作を示すタイムチャートである。
図１７に示すように、高速モードでは、時刻ｔ１における通電区間から非通電区間に切り換わった通電切換の時点で、時刻ｔ２における非通電区間から通電区間への通電切換のタイミングがレゾルバ角に対応して算出される。同様に、時刻ｔ２における非通電区間から通電区間に切り換わった通電切換の時点で、時刻ｔ３における通電区間から非通電区間への通電切換のタイミングがレゾルバ角に対応して算出される。

図１７に示すように、高速モードでは、実質的にレゾルバ角に応じたタイミングで、通電切換を上記の制御周期と同期せずに実行することができる。このため、通電切換が適切なタイミング、すなわち、適切な電気角で実行されるとともに、モータ１０の高回転域においても狙った通りの通電時間が確保される。その結果、想定している電流をモータ１０に正確に供給することができ、電流のばらつきを大幅に抑制できる。また、トルクリップルやトルクリップルに起因する騒音の発生を大幅に抑制できる。

また、上記のように、高速モードにおいても、通電パターン制御部５２は、上記の制御周期に従って、電流指示値、電流検出値、トルク指令値、ロータ回転角およびロータ回転速度などに基づいて、通電パターン（進角Δθ１および通電角θ１、または進角Δθ２および通電角θ２）を決定する。このため、状況に応じて通電パターンを変化させることにより、モータ１０の動作を最適化することができる。上記実施例では、直前の通電切換の時点で次の通電切換のタイミングが算出されるので、通電パターンの変化に対応することが可能となる。

上記実施例では、通電期間ではコイルに印加する電圧を一定に維持しているが、例えば、コイルに供給される電流の値（電流検出値）を目標値（指令値）に追従させるように、フィードバック制御を行なってもよい。この場合、スイッチング素子をオンさせるデューティー値（オン時間の比率）などを介して通電期間における電圧値を制御することができる。

上記実施例では、低速モードと高速モードの２つの動作モードを有する例を示しているが、モータ１０の低速動作時も含め、常に高速モードに相当する制御を実行してもよい。

図１８は、常に高速モードに相当する制御を実行する例における割り込み信号発生部２の動作を示すフローチャートである。以下、図１４に示す動作との相違について説明する。なお、設定部５５および通電切換実行部５６は、図１５、図１６に示した動作を行う。

図１８に示す例では、図１４に示す動作に対してステップＳ１１２の処理が追加されている。

ステップＳ１０２の判断が否定された場合、ステップＳ１１２では、割り込み信号発生部２は、モータ１０の動作が開始されたか否か判断し、判断が肯定されれば、処理をステップＳ１０６へ進め、判断が否定されれば、処理をステップＳ１０２へ進める。

ステップＳ１１２の判断は、モータ１０が停止された状態から力行動作または回生動作に移行した場合に肯定される。これにより、力行動作または回生動作が開始されると、互いに連動する割り込み信号発生部２、設定部５５および通電切換実行部５６の動作（図１６および図１７）が開始される。

なお、通電切換実行部５６は、モータ１０の状態が停止状態から力行動作状態または回生動作状態に移行した後、レゾルバ１５で検出されるレゾルバ角が安定化した場合に限り、通電切換を実行してもよい。レゾルバ角が安定化したか否かは、例えば、所定時間内におけるレゾルバ角の変動幅に基づいて判定することができる。

図１９は、図１８の動作に対応する通電切換の動作を示すタイムチャートである。

図１９に示すように、ステップＳ１１２の判断が肯定されると、その時点（時刻ｔ０）で時刻ｔ１１における通電区間から非通電区間への通電切換のタイミングがレゾルバ角に対応して算出される。また、時刻ｔ１１における通電区間から非通電区間に切り換わった通電切換の時点で、時刻ｔ１２における非通電区間から通電区間への通電切換のタイミングがレゾルバ角に対応して算出される。同様に、時刻ｔ１２における非通電区間から通電区間に切り換わった通電切換の時点で、時刻ｔ１３における通電区間から非通電区間への通電切換のタイミングがレゾルバ角に対応して算出される。なお、図１９に示すように、モータ１０が停止された状態から力行動作または回生動作に移行する動作は、上記の制御周期での周期処理の一部として実行される。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形および変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部または複数を組み合わせることも可能である。

なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。

［付記１］
突極を有するステータコア（１１）と、
前記ステータコアの突極に取り付けられる複数相のコイル（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ）と、
突極を有し、前記複数相のコイルにより発生する磁界により磁化されるロータ（１２）と、
を備えるモータ（２０）、を制御するモータ制御装置であって、
前記ロータの角度を検出する角度検出センサ（１５）と、
前記複数相のコイルに電気的に接続され、前記複数相のコイルを流れる電流を相ごとに独立して制御可能となる態様で複数のスイッチング素子（２１ｕ〜２４ｕ、２１ｖ〜２４ｖ、２１ｗ〜２４ｗ）を備える駆動回路（２０）と、
前記角度検出センサ及び前記駆動回路に電気的に接続され、前記モータの力行動作状態又は回生動作状態において前記駆動回路の通電状態を第１通電状態と第２通電状態との間で切り換える通電切換を実行する処理装置（１）とを備え、
前記処理装置は、
所定周期ごとの処理を実行する周期処理実行部（５２）と、
前記所定周期ごとの処理タイミングとは異なる割り込み処理タイミングを、前記ロータの角度に対応付けて設定する設定部（５５）と、
前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定部により設定された前記割り込み処理タイミングに対応付けられた前記ロータの角度に合わせて、前記通電切換を実行する通電切換実行部（５６）とを備える、モータ制御装置。

付記１の構成によれば、割り込み処理タイミングに対応付けられたロータの角度に合わせて、通電切換を実行するので、モータが高速回転する場合でも、通電切換の遅れが大幅に抑制される。このため、通電切換が適切なタイミング、すなわち、適切な電気角で実行されるとともに、モータの高回転域においても狙った通りの通電時間が確保される。その結果、想定している電流をモータに正確に供給することができ、電流のばらつきを大幅に抑制できる。また、トルクリップルやトルクリップルに起因する騒音の発生を大幅に抑制できる。

［付記２］
前記設定部は、前記通電切換実行部により一の前記通電切換が実行される際に、次の一の前記通電切換のための前記割り込み処理タイミングを設定する、付記１に記載のモータ制御装置。

付記２の構成によれば、一の通電切換が実行される際に、次の一の通電切換のための割り込み処理タイミングを設定するので、通電パターンが変化しても通電切換のタイミングが通電パターンの変化に迅速に追従するので、常に、通電切換が適切なタイミング、すなわち、適切な電気角で実行されるとともに、モータの高回転域においても狙った通りの通電時間が確保される。

［付記３］
前記複数のスイッチング素子は、相ごとに、電源と前記コイルとの間に接続され、
前記第１通電状態は、前記通電切換実行部により前記スイッチング素子を介して前記コイルが前記電源に接続される通電状態であり、
前記第２通電状態は、前記通電切換実行部により前記スイッチング素子を介して前記コイルが短絡される非通電状態である、付記１または付記２に記載のモータ制御装置。

付記３の構成によれば、スイッチング素子のオン／オフ状態を切り換えることにより、第１通電状態である通電状態と、第２通電状態である非通電状態とを、切り換えることができる。

［付記４］
前記通電切換実行部は、前記モータの状態が停止状態から力行動作状態又は回生動作状態に移行した後、前記角度検出センサの検出結果が所定条件（レゾルバ出力の安定化が確認できる条件）を満たす場合に、前記設定部により設定された前記割り込み処理タイミングに基づく前記通電切換を実行する、付記１〜付記３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

付記４の構成によれば、角度検出センサの検出結果が所定条件を満たす場合に、通電切換が実行される。所定条件は、例えば、角度検出センサが安定してロータの角度を検出可能となっていることでもよい。

［付記５］
前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定部により設定された前記割り込み処理タイミングを検出するタイミング検出部（２）を備え、
前記通電切換実行部は、前記タイミング検出部により前記割り込み処理タイミングが検出されると、前記通電切換を実行し、
前記設定部は、前記通電切換のタイミングに対応する電気角を算出して、算出した電気角を機械角に変換し、変換した機械角に基づいて、前記割り込み処理タイミングを設定する、付記１〜付記４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

付記５の構成によれば、設定部により設定された割り込み処理タイミングは、ロータの機械度に対応付けられ、ロータがこの機械角を示すことが検出されたときに通電切換が実行される。

［付記６］
前記設定部は、算出された前記通電切換のタイミングに対応する前記電気角が３６０°を超える場合には、前記電気角から３６０°を減算する上限処理を実行する、付記５に記載のモータ制御装置。

付記６の構成によれば、上限処理によって正しい電気角を算出することができる。

［付記７］
前記設定部は、算出された前記通電切換のタイミングに対応する前記電気角が０°未満の場合には、前記電気角に３６０°を加算する下限処理を実行する、付記５に記載のモータ制御装置。

付記７の構成によれば、下限処理によって正しい電気角を算出することができる。

［付記８］
突極を有するステータコアと、前記ステータコアの突極に取り付けられる複数相のコイルと、突極を有し、前記複数相のコイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、を具備するモータと、
前記モータを制御するモータ制御装置と、
を備えるモータ制御システムであって、
前記モータ制御装置は、
前記ロータの角度を検出する角度検出センサと、
前記複数相のコイルに電気的に接続され、前記複数相のコイルを流れる電流を相ごとに独立して制御可能となる態様で複数のスイッチング素子を備える駆動回路と、
前記角度検出センサ及び前記駆動回路に電気的に接続され、前記モータの力行動作状態又は回生動作状態において前記駆動回路の通電状態を第１通電状態と第２通電状態との間で切り換える通電切換を実行する処理装置とを備え、
前記処理装置は、
所定周期ごとの処理を実行する周期処理実行部と、
前記所定周期ごとの処理タイミングとは異なる割り込み処理タイミングを、前記ロータの角度に対応付けて設定する設定部と、
前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定ステップにより設定された前記割り込み処理タイミングに対応付けられた前記ロータの角度に合わせて、前記通電切換を実行する通電切換実行部とを備える、モータ制御システム。

付記８の構成によれば、割り込み処理タイミングに対応付けられたロータの角度に合わせて、通電切換を実行するので、モータが高速回転する場合でも、通電切換の遅れが大幅に抑制される。このため、通電切換が適切なタイミング、すなわち、適切な電気角で実行されるとともに、モータの高回転域においても狙った通りの通電時間が確保される。その結果、想定している電流をモータに正確に供給することができ、電流のばらつきを大幅に抑制できる。また、トルクリップルやトルクリップルに起因する騒音の発生を大幅に抑制できる。

［付記９］
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの突極に取り付けられる複数相のコイルと、
突極を有し、前記複数相のコイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、
を備えるモータ、を制御するモータ制御方法であって、
角度検出センサにより前記ロータの角度を検出する角度検出ステップと、
前記複数相のコイルに電気的に接続され、前記複数相のコイルを流れる電流を相ごとに独立して制御可能となる態様で複数のスイッチング素子を備える駆動回路を介し、前記モータの力行動作状態又は回生動作状態において前記駆動回路の通電状態を第１通電状態と第２通電状態との間で切り換える通電切換を実行する処理ステップとを備え、
前記処理ステップでは、
所定周期ごとの処理を実行する周期処理実行ステップと、
前記所定周期ごとの処理タイミングとは異なる割り込み処理タイミングを、前記ロータの角度に対応付けて設定する設定ステップと、
前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定部により設定された前記割り込み処理タイミングに対応付けられた前記ロータの角度に合わせて、前記通電切換を実行する通電切換実行ステップとを備える、モータ制御方法。

１ 処理装置
２ 割り込み信号発生部
１１ ステータコア
１２ ロータ
１３ｕ コイル
１３ｖ コイル
１３ｗ コイル
２０ 駆動回路
２１ｕ〜２４ｕ スイッチング素子
２１ｖ〜２４ｖ スイッチング素子
２１ｗ〜２４ｗ スイッチング素子
５５ 設定部
５６ 通電切換実行部

Claims (9)

1. 突極を有するステータコアと、
   前記ステータコアの突極に取り付けられる複数相のコイルと、
   突極を有し、前記複数相のコイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、
   を備えるモータ、を制御するモータ制御装置であって、
   前記ロータの角度を検出する角度検出センサと、
   前記複数相のコイルに電気的に接続され、前記複数相のコイルを流れる電流を相ごとに独立して制御可能となる態様で複数のスイッチング素子を備える駆動回路と、
   前記角度検出センサ及び前記駆動回路に電気的に接続され、前記モータの力行動作状態又は回生動作状態において前記駆動回路の通電状態を第１通電状態と第２通電状態との間で切り換える通電切換を実行する処理装置とを備え、
   前記処理装置は、
   所定周期ごとの処理を実行する周期処理実行部と、
   前記所定周期ごとの処理タイミングとは異なる割り込み処理タイミングを、前記ロータの角度に対応付けて設定する設定部と、
   前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定部により設定された前記割り込み処理タイミングに対応付けられた前記ロータの角度に合わせて、前記通電切換を実行する通電切換実行部とを備える、モータ制御装置。
2. 前記設定部は、前記通電切換実行部により一の前記通電切換が実行される際に、次の一の前記通電切換のための前記割り込み処理タイミングを設定する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記複数のスイッチング素子は、相ごとに、電源と前記コイルとの間に接続され、
   前記第１通電状態は、前記通電切換実行部により前記第スイッチング素子を介して前記コイルが前記電源に接続される通電状態であり、
   前記第２通電状態は、前記通電切換実行部により前記第スイッチング素子を介して前記コイルが短絡される非通電状態である、請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記通電切換実行部は、前記モータの状態が停止状態から力行動作状態又は回生動作状態に移行した後、前記角度検出センサの検出結果が所定条件を満たす場合に、前記設定部により設定された前記割り込み処理タイミングに基づく前記通電切換を実行する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定部により設定された前記割り込み処理タイミングを検出するタイミング検出部を備え、
   前記通電切換実行部は、前記タイミング検出部により前記割り込み処理タイミングが検出されると、前記通電切換を実行し、
   前記設定部は、前記通電切換のタイミングに対応する電気角を算出して、算出した電気角を機械角に変換し、変換した機械角に基づいて、前記割り込み処理タイミングを設定する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記設定部は、算出された前記通電切換のタイミングに対応する前記電気角が３６０°を超える場合には、前記電気角から３６０°を減算する上限処理を実行する、請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記設定部は、算出された前記通電切換のタイミングに対応する前記電気角が０°未満の場合には、前記電気角に３６０°を加算する下限処理を実行する、請求項５に記載のモータ制御装置。
8. 突極を有するステータコアと、前記ステータコアの突極に取り付けられる複数相のコイルと、突極を有し、前記複数相のコイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、を具備するモータと、
   前記モータを制御するモータ制御装置と、
   を備えるモータ制御システムであって、
   前記モータ制御装置は、
   前記ロータの角度を検出する角度検出センサと、
   前記複数相のコイルに電気的に接続され、前記複数相のコイルを流れる電流を相ごとに独立して制御可能となる態様で複数のスイッチング素子を備える駆動回路と、
   前記角度検出センサ及び前記駆動回路に電気的に接続され、前記モータの力行動作状態又は回生動作状態において前記駆動回路の通電状態を第１通電状態と第２通電状態との間で切り換える通電切換を実行する処理装置とを備え、
   前記処理装置は、
   所定周期ごとの処理を実行する周期処理実行部と、
   前記所定周期ごとの処理タイミングとは異なる割り込み処理タイミングを、前記ロータの角度に対応付けて設定する設定部と、
   前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定ステップにより設定された前記割り込み処理タイミングに対応付けられた前記ロータの角度に合わせて、前記通電切換を実行する通電切換実行部とを備える、モータ制御システム。
9. 突極を有するステータコアと、
   前記ステータコアの突極に取り付けられる複数相のコイルと、
   突極を有し、前記複数相のコイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、
   を備えるモータ、を制御するモータ制御方法であって、
   角度検出センサにより前記ロータの角度を検出する角度検出ステップと、
   前記複数相のコイルに電気的に接続され、前記複数相のコイルを流れる電流を相ごとに独立して制御可能となる態様で複数のスイッチング素子を備える駆動回路を介し、前記モータの力行動作状態又は回生動作状態において前記駆動回路の通電状態を第１通電状態と第２通電状態との間で切り換える通電切換を実行する処理ステップとを備え、
   前記処理ステップでは、
   所定周期ごとの処理を実行する周期処理実行ステップと、
   前記所定周期ごとの処理タイミングとは異なる割り込み処理タイミングを、前記ロータの角度に対応付けて設定する設定ステップと、
   前記角度検出センサの検出結果に基づいて、前記設定ステップにより設定された前記割り込み処理タイミングに対応付けられた前記ロータの角度に合わせて、前記通電切換を実行する通電切換実行ステップとを備える、モータ制御方法。

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