JP3439735B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はモータ制御装置に
関し、特に空気調和機の圧縮機などに用いられ、複数相
のコイルを備えたモータをロータ位置センサレスで駆動
するモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータの駆動方法において、いわゆる１
８０度通電駆動方法は、モータロータ位置センサを用い
ることなくモータを制御・駆動するセンサレス駆動にお
ける、モータコイル電流波形に通電休止期間を設けない
ものであり、モータ駆動電圧とモータコイル電流の位相
差を制御するものである。本願出願人による特願２００
０−０４４２７９号には、モータコイル電流の変動によ
る位相差情報検出精度の低下を抑制する効果的な方法と
して、モータ回転検出器などのセンサを設けなくても、
正弦波駆動をはじめとする１８０度通電駆動が可能とな
り、モータ効率の向上，低騒音および低振動を実現でき
る。

【０００３】図８はこの技術におけるモータコイル電流
サンプリングの様子を示す図である。図８において、モ
ータ駆動電圧を基準とする２箇所の位相期間において、
両位相期間におけるサンプリングタイミングが対称とな
るような所定のサンプリングタイミングｓｐ０〜ｓｐ５
で、所定回数モータコイル電流をサンプリングし、各位
相期間でのモータコイル電流値Ｉ０〜Ｉ５を積算し（Ｓ
０，Ｓ１）、それぞれの値の比（Ｓ０／Ｓ１）を計算し
てこれを位相差情報とするものであり、この位相差情報
が所定の値になるように制御する。

【０００４】２箇所の位相期間で対称となるタイミング
でＡＤサンプリングを行なっているため、図８に示すよ
うに電圧と電流の位相差が０度のときには、位相差情報
としてはＳ０＝Ｓ１となるのでＳ０／Ｓ１＝１と計算さ
れる。位相差０度で制御するには位相差情報を１になる
ように制御すればよい。

【０００５】一方、通常ＡＤ（Analog・Digital）変換
器のサンプリングタイミングは任意に設定できるが、モ
ータ制御以外にも使用することがあり、必ずしもモータ
回転数に同期したタイミングでサンプリングできる、つ
まりモータ制御用に占有できるとは限らない。さらに、
最近の制御用マイクロコンピュータあるいはＤＳＰ（Di
gital Signal Processor）のＡＤ変換器は、次のように
構成されているものが見られる。

【０００６】図９はキャリア同期型ＡＤ変換器の動作を
説明するための波形図である。図９に示すように、ＰＷ
Ｍ（Pulse Width Modulation）の基本周期であるキャリ
ア周期ｔｐｗｍに同期した三角波電圧を作成し、これと
モータコイル電流信号とを比較し、その交点でＰＷＭタ
イマのカウント値を読取り、これをＡＤ変換値とする。
このようにＰＷＭキャリア周期に同期してサンプリング
が行なわれ、ＡＤ変換器の分解能はＰＷＭタイマのカウ
ント値によって決定される。以下の説明では、このよう
なＰＷＭキャリア周期に同期してサンプリングが行なわ
れる構成のＡＤ変換器をキャリア同期型ＡＤ変換器と称
する。

【０００７】これはＡＤ変換器を簡易的な処理で行なう
もので、これによりデバイスの低価格化が可能となり、
その分処理性能などを向上させることができ、処理自体
の高性能化が図れる。このような構成はモータ制御用に
特化した低価格ながら高性能なマイクロコンピュータあ
るいはＤＳＰで多く見られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した特願２０００
−０４４２７９号の位相差検出方法を、キャリア同期型
ＡＤ変換器や処理的にサンプリングタイミングをモータ
回転数に同期させるように設定することができないＡＤ
変換器など、モータ回転数を非同期のＡＤ変換器で構成
すると、２箇所の位相期間のそれぞれの電流サンプリン
グタイミングが対称とならないため、正確な位相差情報
が得られないという不具合が生じる。

【０００９】以下、キャリア同期型ＡＤ変換器について
の課題について説明する。前記不具合の理由は、キャリ
ア同期型ＡＤ変換器のＰＷＭキャリア周期とモータ回転
数が必ずしも同期型しないためである。

【００１０】図１０はキャリア同期型ＡＤ変換器による
位相差検出の欠点を説明するための図である。図１０に
示すように、電圧と電流の位相差が０度の場合、本来の
サンプリングタイミングでの電流値（Ｉ０…）で求めた
積算値（Ｓ０，Ｓ１）は同値であるが、キャリア同期型
ＡＤ変換器のサンプリングタイミングすなわちＰＷＭキ
ャリア周期リセットタイミングでサンプリングした電流
値（Ｉ０′…）の積算値（Ｓ０′，Ｓ１′）は同値とな
らない。したがって、正確な位相差情報を得ることがで
きず、モータ駆動を正確に行なうことができないため、
最適な通電タイミングでのモータ駆動が行なえなくな
り、モータ効率が低下してしまい、最悪の場合にはモー
タ駆動が不可能になるといった致命的な欠陥が発生す
る。

【００１１】このように、キャリア同期型ＡＤ変換器
は、ＰＷＭキャリア周期に同期してＡＤ変換されるの
で、ＰＷＭキャリアの影響を受けずにＡＤ変換できる点
で優れた構成であるが、特願２０００−０４４２７９号
の位相差制御でモータ駆動する際には、上記した不具合
があり実現が困難である。

【００１２】なお、処理的にサンプリングタイミングを
モータ回転数に同期させるように設定することができな
いＡＤ変換器の場合も上記同様の不具合が発生するのは
いうまでもない。

【００１３】それゆえに、この発明の主たる目的は、低
層音，低振動，高効率である正弦波通電をはじめとする
１８０度通電によるモータ駆動を、より多くの制御デバ
イスおよびアプリケーションで可能にし、低コスト化，
高性能化を実現できるモータ制御装置を提供することで
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、モータ駆動
電圧を基準とした複数の位相期間中のモータコイル電流
検出値を積算し、各位相期間での積算値の比を算出して
位相差情報を導出し、該位相差情報を所定の値に制御し
てモータを駆動するモータ制御装置であって、サンプリ
ングタイミングがモータの回転数に対して非同期に設定
され、モータコイルの電流をサンプリングして前記モー
タコイル電流検出値を出力するＡＤ変換手段と、ＡＤ変
換手段から出力されるモータコイル電流検出値をモータ
回転数に同期したサンプリングすべき所定のタイミング
でのモータコイル電流検出値に補正演算するモータ電流
補正演算手段を備えたことを特徴とする。

【００１５】他の発明は、モータ駆動電圧を基準とした
複数の位相期間中のモータコイル電流検出値を積算し、
各位相期間での積算値の比を算出して位相差情報を導出
し、該位相差情報を所定の値に制御してモータを駆動す
るモータ制御装置であって、サンプリングタイミングが
モータの回転数に対して非同期に設定され、モータコイ
ルの電流をサンプリングしてモータコイル電流検出値を
出力するＡＤ変換手段と、位相差情報算出時にＡＤ変換
手段によるサンプリングタイミングとモータ回転数に同
期したサンプリングすべき所定タイミングとのずれによ
る検出誤差を補正演算する積算値補正演算手段を備えた
ことを特徴とする。これにより、補正演算処理を一括し
て行えるので、その他の余った時間にできる処理が多く
なり、装置全体の処理効率が向上する。

【００１６】また、補正演算は、本来のサンプリングす
べきモータ回転数に同期した所定のサンプリングタイミ
ング前後のＡＤ変換手段によるサンプリングタイミング
でのモータコイル電流検出値から、近似演算して求める
ことを特徴とする。

【００１７】また、近似演算は、線形近似であることを
特徴とする。さらに、他の発明は、モータ駆動電圧を基
準とした複数の位相期間中のモータコイル電流検出値を
積算し、各位相期間での積算値の比を算出して、位相差
情報を導出し、該位相差情報を所定の値に制御してモー
タを駆動するモータ制御装置であって、サンプリングタ
イミングはモータの回転数に対して非同期に設定され、
モータコイルの電流をサンプリングして前記モータコイ
ル電流検出値を出力するＡＤ変換手段と、モータコイル
電流検出値の積算回数を複数の位相期間全体のサンプリ
ングポイント数を２で割った整数値とし、一方の位相期
間でのモータコイル電流検出値の積算を位相期間開始直
後の時間的に古いサンプリングポイントから行ない、も
う一方の位相期間でのモータコイル電流検出値の積算を
位相期間終了直前の時間的に新しいサンプリングポイン
トで行なう電流検出値積算手段を備えたことを特徴とす
る。

【００１８】さらに、ＡＤ変換手段は、モータ駆動電圧
を出力するＰＷＭ発生器のキャリア周期に同期してＡＤ
サンプリングを行なうキャリア同期型ＡＤ変換器である
ことを特徴とする。

【００１９】さらに、モータ駆動電圧を基準とした複数
の位相期間中のモータコイル電流検出値を積算し、各位
相期間での積算値の比を算出して位相差情報を導出し、
該位相差情報を所定の値に制御してモータを駆動するモ
ータ制御装置であって、モータ駆動電圧を出力するＰＷ
Ｍ発生器のキャリア周期に同期してモータコイル電流を
サンプリングしてモータコイル電流検出値を出力するキ
ャリア同期型ＡＤ変換手段を備え、キャリア同期型ＡＤ
変換手段によるサンプリングタイミングと本来サンプリ
ングすべき所定タイミングとが一致するようにキャリア
周期を変更することを特徴とする。

【００２０】このような構成により、低層音，低振動，
高効率である正弦波通電をはじめとする１８０度通電に
よるモータ駆動を正確に高精度に行ない、さらにこれら
を簡単な回路および処理で低コストで行なうことが実現
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施形態
の構成を示すブロック図である。図１において、モータ
１はインバータ回路２によって駆動され、インバータ回
路２には、ＡＣ電源４がコンバータ回路３によって直流
に変換されて直流電源が供給される。モータ１のモータ
コイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の中で特定相（図１の場合
はＵ相）に流れるモータコイル電流を検出するために電
流センサ５が設けられる。この電流センサ５で検出され
たモータコイル電流はモータ電流検出アンプ６に与えら
れ、所定量の増幅およびオフセット値が加算されてモー
タコイル電流信号がマイクロコンピュータ７に与えられ
る。

【００２２】マイクロコンピュータ７は位相差検出部８
と目標位相差情報格納部９と加算器１０とＰＩ演算部１
１と回転数設定部１２と正弦波データテーブル１３と正
弦波データ作成部１４とＰＷＭ作成部１５とキャリア同
期型ＡＤ変換器１６とモータ電流補正演算部１７とを含
み、各処理をソフト的に行なう。キャリア同期型ＡＤ変
換器１６はモータ電流信号をＡＤ変換してモータコイル
電流検出値を出力し、モータ回転数に非同期でサンプリ
ングを行なう。なお、以下の説明においては、この種の
ＡＤ変換器としてＰＷＭキャリア周期ごとにサンプリン
グを行なう構成のキャリア同期型ＡＤ変換器を例にとっ
て説明する。

【００２３】モータ電流補正演算部１７はキャリア同期
型ＡＤ変換器１６から出力されたモータコイル電流検出
値を所定のタイミングでの検出値に補正演算する。すな
わち、位相差検出部８は２ヶ所のモータ駆動電圧を位相
期間ごとに各モータコイル電流検出値を積算してモータ
コイル電流信号面積とし、両モータコイル電流信号面積
の面積比を位相差情報として検出する。目標位相差情報
格納部９は目標とする位相差情報を格納し、加算器１０
はその目標位相差情報と位相差検出部８から出力された
位相差情報との誤差データを算出し、その算出結果をＰ
Ｉ演算部１１に与える。ＰＩ演算部１１は、算出された
誤差データに対して比例誤差データ（Ｐ）および積分誤
差データ（Ｉ）を算出し、ＰＩ制御信号をデューテイ基
準値としてＰＷＭ作成部１５に出力する。

【００２４】回転数設定部１２はモータ１の回転数指令
を設定し、正弦波データテーブル１３は所定のデータ個
数で構成された正弦波データを出力する。正弦波データ
作成部１４は回転数設定部１２で設定された回転数指令
と、時間経過に従って正弦波データテーブル１３からモ
ータコイル端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応した正弦波デー
タを読出してＰＷＭ作成部１５に出力するとともに、Ｕ
相の正弦波データからＵ相のモータ駆動電圧位相情報を
算出して位相差検出部８とモータ電流補正演算部１７と
に与える。ＰＷＭ作成部１５は正弦波データとデューテ
ィ基準値とから各相ごとにインバータ回路２の各駆動素
子にモータ駆動電圧であるＰＷＭ波形信号を出力する。

【００２５】なお、電流センサ５はコイルとホール素子
で構成されたいわゆる電流センサあるいはカレントトラ
ンスでもよい。また、１相だけでなく各相のモータコイ
ル電流を検出するとさらに高精度となる。さらに、正弦
波データの作成は正弦波データテーブル１３をもとに作
成せずに演算によって作成しても構わない。

【００２６】なお、図１に示すモータ１の駆動波形は、
正弦波とした場合の構成を示しているが、正弦波にする
ことで滑らかなモータコイル電流の供給が可能となるた
め、振動，騒音を少なくできる。しかしながら、これに
限らず、モータロータの磁束分布に合わせたモータコイ
ル電流が得られるような駆動波形を通電すれば、より高
効率な駆動が可能となる。

【００２７】２ヶ所のモータ駆動電圧を位相期間で検出
された２つのモータコイル電流信号面積は位相差検出部
８で面積比が計算され、この結果が位相差情報とされ
る。加算器１０によってこの位相差情報と目標位相差情
報との誤差量が求められ、ＰＩ演算部１１でＰＩ演算さ
れ、その出力であるデューティ基準値と別途回転指令か
ら求まる正弦波データとからＰＷＭ作成部１５がその都
度の出力デューティを計算し、インバータ回路２を介し
てモータコイルに印加することによってモータ１が駆動
される。

【００２８】すなわち、モータ駆動電圧（出力デューテ
ィ）に対するモータコイル電流位相差を一定に制御する
ための位相差制御フィードバックループによって、駆動
電圧の大きさ（ＰＷＭデューティのデューティ幅）が決
定され、モータ１を所望の回転数で回転させるために、
所望の周波数で出力される正弦波データによって回転数
が決定されるものであり、これによって所望の位相差，
所望の回転数でモータ１が駆動・制御される。

【００２９】次に、回転数の設定およびＰＷＭ出力につ
いて説明する。この発明による位相差制御方式は、逆起
電圧パルスなどを検出して速度制御を行なう方式とは異
なり、モータの回転数はモータコイルに通電するＰＷＭ
波からなる正弦波電圧の周波数で決定される、いわゆる
強制励磁駆動である。

【００３０】正弦波データテーブル１３には、連続的に
アナログ値を出力すると正弦波波形が出力されるデータ
列が格納されており、このデータ列の参照アドレスがＰ
ＷＭキャリア周期ごとに所定数ずつ更新される。この所
定数が大きければ高回転数となる。つまり、モータ回転
数は、モータ１の構造的なものを除外すると、ＰＷＭキ
ャリア周波数と正弦波データテーブル１３の参照データ
との更新間隔で決まる。また、たとえばコイル相数が３
相であれば、それぞれの相のデータは、電気角で１２０
度ずつずらした正弦波データを参照すればよい。なお、
その都度正弦波演算を行なって正弦波データを作成して
もよい。

【００３１】因みに、前記参照アドレスはモータ駆動電
圧の位相情報そのものである。これら求まった各相ごと
の正弦波データと、位相差制御によって算出されたデュ
ーティ基準値とが乗算され、いわゆるＰＷＭ波形発生器
などＰＷＭ作成部１５に入力されてＰＷＭ波形信号が出
力される。このＰＷＭ波形発生器の概要は、たとえばＰ
ＷＭキャリア周期で三角波を発生し、この三角波の波高
値と前記乗算された値とを比較し、比較結果に基づいて
Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ出力する。

【００３２】続いて、キャリア周期にかかわらずサンプ
リングタイミングを設定できるタイプのＡＤ変換器を用
いた場合、つまり従来の位相差情報の検出方法について
説明する。

【００３３】前述の図８に示したように、モータ電圧位
相における第１の位相期間のモータ電圧位相θ０を０〜
９０度，第２の位相期間θ１を９０〜１８０度としてい
る。また、各サンプリングタイミングがすべてｔｓとい
う等間隔の位相間隔でｎ回（図８の場合３回ずつ、計６
回）サンプリングするように設定している。そして、位
相差情報は、θ０でのモータコイル電流信号面積をＳ０
としてＩ０＋Ｉ１＋Ｉ２を積算し、θ１でのモータコイ
ル電流信号面積をＳ１としてＩ３＋Ｉ４＋Ｉ５を積算
し、２つのモータコイル電流信号面積の比（Ｓ０／Ｓ
１）を算出する。図８の場合、位相差情報は１である。

【００３４】このように、各位相期間におけるサンプリ
ングタイミングを、モータ電圧位相９０度を中心として
対称となる位相にできるので、目標位相差の設定などの
制御設計が容易になる。

【００３５】ここで、重要なのは、電流サンプリングの
タイミングは常に同じタイミングで行なうことである。
その都度タイミングが異なっていれば検出される位相差
情報も変動してしまい、制御は不可能となってしまうか
らである。

【００３６】一方、この発明の構成であるキャリア同期
型ＡＤ変換器１６を用いた場合は、常に同じタイミング
で、また２箇所の位相期間で対称になることはほとんど
ない。これは、通常ＰＷＭキャリアが６ｋＨｚなど一定
周波数に設定されているのに対して、モータ回転数は目
的によって変更させているためであり、またモータ回転
数が一定であったとしてもＰＷＭキャリア周期と同期し
ていることはほとんどないためである。

【００３７】前述の図１０で説明したように、各位相期
間で対称となる所定のサンプリングタイミング（ｓｐ
０，ｓｐ１，ｓｐ２…）に対して、キャリア同期型ＡＤ
変換器１６のサンプリングタイミングは、（ｓｐ０′，
ｓｐ１′，ｓｐ２′…）とは対称にはならず、また次の
位相期間とも異なったタイミングとなってしまう。この
ため、正確な位相差情報の検出が不可能であり、モータ
駆動に不具合を及ぼす。

【００３８】この発明はこの不具合の発生をなくすため
に、モータ電流補正演算部１７でキャリア同期型ＡＤ変
換器１６によるサンプリングタイミングと上記所定のサ
ンプリングタイミングとの差によるモータコイル電流検
出値の差を補正し、正確な位相差情報を得てモータ回転
を安定化するものである。

【００３９】補正演算の方法としては、キャリア同期サ
ンプリングタイミングとそのときのモータコイル電流検
出値、そしてキャリア同期サンプリングタイミングと所
定サンプリングタイミングの時間差（位相差）の各値か
ら、所定サンプリングタイミングでのモータコイル電流
検出値を検出するものであり、簡単に言えばキャリア同
期サンプリングタイミングでのモータコイル電流検出値
をもとに、本来（所定サンプリングタイミング）のモー
タコイル電流検出値に近似演算する。

【００４０】まず、補正演算にあたって必要となる定数
としては、所定サンプリングタイミング、キャリア同期
サンプリングタイミング、両サンプリングタイミングの
時間差が挙げられる。

【００４１】モータ回転数は制御側で設定しており、所
定サンプリングタイミングは回転数に比例している駆動
電圧位相期間をサンプリング回転数で割った値なので、
回転数がわかれば計算できる。また、キャリア同期サン
プリングタイミングはＰＷＭキャリア周期そのものであ
るし、キャリア同期サンプリングタイミングとモータ駆
動電圧位相との関係も、前述のとおり電圧の位相をＰＷ
Ｍキャリアごとに行なっているので、これから容易に計
算できる。

【００４２】したがって、両サンプリングタイミングの
関係（時間差，位相差）も容易に計算可能である。この
ように必要な定数はすべて制御装置内でわかっている値
となる。

【００４３】近似演算の方法としては、正弦波駆動の場
合、モータコイル電流としても正弦波状の波形をしてい
るので三角関数を用いるのが効果的であるが、別途多項
式を用いてもよい。

【００４４】そして、これら近似式にキャリア同期サン
プリングタイミングとそのときのモータコイル電流検出
値を代入し、サンプリングタイミングを変数とする式を
作成し、これに所定サンプリングタイミングを代入して
本来のモータコイル電流検出値を計算する。

【００４５】ここで、近似演算の一例として、線形近似
式による方法を説明する。線形近似は簡単な処理で求め
られるし、正弦波電流などモータコイル電流波形に急激
な変化がない場合には精度的にも十分な方法である。

【００４６】図２はモータ駆動電圧位相とモータコイル
電流を示す図である。図２において、位相差を０度とし
ており、モータ駆動電圧位相のθ０，θ１をそれぞれの
位相期間とし、両位相期間のモータコイル電流検出値の
積算値の比を位相差情報とする。

【００４７】まず、所定のサンプリングタイミングでサ
ンプリングできるとすれば、サンプリングタイミングは
（ｓｐ０〜ｓｐ５）であり、モータコイル電流波形を正
弦波とすれば、それぞれのモータコイル電流検出値積算
値（Ｓ０，Ｓ１）はＳ０＝Ｓ１で位相差情報は１とな
る。

【００４８】図１のブロック図に示されているキャリア
同期型ＡＤ変換器１６を用いた場合のサンプリングタイ
ミングは（ｓｐ０′〜ｓｐ８′）となり、各モータコイ
ル電流検出値積算値（Ｓ０′，Ｓ１′）もＳ０′≠Ｓ
１′で正確な位相差情報が得られない。このため、検出
されたモータコイル電流検出値（Ｉ０′，Ｉ８′）を補
正して所定のサンプリングタイミングにおけるモータコ
イル電流検出値（Ｉ０〜Ｉ５）を導出することとなる。

【００４９】一例として、ｓｐ２でのモータコイル電流
検出値Ｉ２の導出について説明する。電流検出値Ｉ２を
導出するためには、実際にＡＤ変換されたｓｐ３′，ｓ
ｐ４′でのモータコイル電流検出値Ｉ３′，Ｉ４′と、
サンプリングタイミングｓｐ３′とｓｐ２との時間差ｔ
２−３′を使用する。

【００５０】ｓｐ３′のタイミングを位相期間開始から
の時間で表わせば、ｔｐｗｍ×３＋ｔｐｗｍ０である。
このｔｐｗｍはＰＷＭキャリア周期そのものであり、ｔ
ｐｗｍ０はＰＷＭキャリアごとに設定，出力をしている
モータ駆動電圧の位相情報をそのまま使用すれば導出で
きる。たとえば、ｓｐ−１′での位相設定が３５５°
（−５°）でｓｐ０′での位相設定が５°とすると、ｔ
ｐｗｍ０＝ｔｐｗｍ／２である。また、ｓｐ２のタイミ
ングを位相期間開始からの時間で表わせば、モータ駆動
電圧位相０〜１８０度を５等分した値ｔｓに２を掛けた
値ｔｓ×２で導出できる。なお、前述のように回転数は
制御装置内で設定している値である。したがって、時間
差ｔ２−３′は（ｔｓ×２）−（ｔｐｗｍ×３＋ｔｐｗ
ｍ０）となる。

【００５１】これらから、ｓｐ２でのモータコイル電流
検出値Ｉ２は下記の式で導出できる。

【００５２】Ｉ２＝（Ｉ４′−Ｉ３′）×（（ｔｓ×
２）−（ｔｐｗｍ×３＋ｔｐｗｍ０））／ｔｐｗｍ＋Ｉ
３′ 上式において、ｔｐｗｍ，ｔｓはキャリア周期が一定で
モータ回転数が一定の状況では定数となるので、ｔｐｗ
ｍ０導出のためにモータ駆動電圧位相が０度となるタイ
ミングをモータ駆動の設定時に確認しておけば、本来の
モータコイル電流検出値Ｉ２を簡単に求めることができ
る。

【００５３】このようにして、各モータコイル電流検出
値Ｉ０〜Ｉ５を線形近似をはじめとする補正演算によっ
て求め、その後は前述した従来方法と同様に積算，比を
算出することで、キャリア同期型ＡＤ変換器１６を使用
しても正確な位相差情報を求めることができ、安定なモ
ータ駆動が可能になる。

【００５４】図３はこの発明の第２の実施形態の要部を
示すブロック図である。前述の第１の実施形態での補正
演算は各モータコイル電流検出値ごとに行なうようにし
たが、この図３に示した実施形態は、位相差検出部８ａ
内に積算値補正演算部１８を設け、キャリア同期型ＡＤ
変換器１６の出力を補正する。積算値補正演算部１８は
補正値検出部１９で検出された各補正値を記憶する記憶
部２０を含む。そして、積算値補正演算部１８は、モー
タコイル電流検出値の積算時に一括して補正演算を行な
う。これにより、積算時に一度だけ補正演算すればよい
ので、制御構成がほぼ簡潔にでき、積算時以外のときに
はたとえば製品としてのシステム的な処理を継続して行
なうことができるので、処理効率が向上する。

【００５５】図４はこの発明の第３の実施形態の構成を
示すブロック図である。この図４に示した実施形態は、
モータ駆動電圧の所定の位相期間における、キャリア同
期サンプリングタイミング、すなわちＰＷＭ周期が多い
ときに特に有効であり、具体的にはモータ回転数が低い
とき、あるいはＰＷＭキャリア周波数が高いときに有効
な方法である。この図４では、位相差検出部８ｂでのモ
ータコイル電流検出値積算方法に特徴がある。

【００５６】図５は、図４の実施形態におけるモータコ
イル電流波形およびサンプリングタイミング図を示す。
図５に示すモータ電圧位相期間θ（＝θ０＋θ１）にお
いてＡＤサンプリングはキャリア同期サンプリングタイ
ミングｓｐ０′〜ｓｐｎ′で行なわれている。なお、図
５では全サンプリング回数ｎ＋１は奇数としている。こ
こで、キャリア同期サンプリングタイミングｓｐ０′〜
ｓｐｎ′でのモータコイル電流検出値Ｉ０′〜Ｉｎ′に
おいて、積算回数を（ｎ＋１）／２の整数値Ｎｉｎｔと
して余りは無視する。そして、積算値Ｓ０′は時間的に
古いほうからＩ０′，Ｉ１′…，Ｎｉｎｔ回積算し、積
算値Ｓ１′は時間的に新しい方からＩｎ′，Ｉｎ−
１′，…，Ｎｉｎｔ回積算する。そして、各積算値Ｓ
０′とＳ１′の比を計算してこれを位相差情報とする。

【００５７】したがって、全サンプリング回数（ｎ＋
１）が奇数の場合には、位相期間中のサンプリングｓｐ
０′〜ｓｐｎ′のうち、真中のサンプリングｓｐｃ′が
キャンセルされることとなる。

【００５８】この実施形態は、モータ回転数が低い、あ
るいはＰＷＭキャリア周波数が高く、位相期間中におけ
るサンプリング回数が十分多い場合にはサンプリングタ
イミングが変動することにより位相差情報への誤差が少
なくなることに注目したものである。

【００５９】該位相差情報への誤差は、モータ駆動電圧
の所定位相期間θとＰＷＭキャリア周期ｔｐｗｍで決ま
り、θを１８０度とし、ｔｐｗｍを１度相当分（ｎ＋１
＝１８０）とすれば、誤差は１度以内に抑えられるとい
うことである。

【００６０】なお、サンプリング総数ｎ＋１が奇数の場
合には、上記のように真中のサンプリングｓｐ′をキャ
ンセルすることで、位相差情報誤差は最小限に抑えるこ
とができる。これは端部をキャンセルすることによる所
定位相期間の実質的な縮小をなくすためである。

【００６１】このように、この実施形態によれば、キャ
リア同期型ＡＤ変換器１６を使用しても、従来の位相差
検出方法と同等の処理規模で位相差情報を算出すること
ができる。

【００６２】上述の説明では、ＡＤ変換器としてキャリ
ア同期型ＡＤ変換器１６を用いるようにしたが、これに
限定されることはなく、モータ制御以外の処理のために
モータ回転数に同期してサンプリングできない、モータ
回転数非同期サンプリングで使用しているＡＤ変換器を
用いた場合でも、サンプリング時刻さえわかっていれば
この発明を実現できることはいうまでもない。

【００６３】図６は、この発明の第４の実施形態の構成
を示すブロック図である。この実施形態は、回転数に応
じてＰＷＭキャリア周波数を変更していくことを特徴と
するものであり、ＰＷＭ作成部１５ａに回転数情報が入
力され、ＰＷＭ作成部１５ａでは以下に説明するよう
に、回転数情報に応じてＰＷＭキャリア周波数を変更す
る。キャリア同期型ＡＤ変換器１６を使用する欠点は、
モータ駆動電圧位相（回転数に比例）とＰＷＭキャリア
周波数（サンプリングタイミング）とが同期していない
ため、サンプリングタイミングが変動してしまい正確な
位相差情報が得られない。

【００６４】そこで、図６に示した実施形態のように、
モータ駆動電圧位相（回転数に比例）とＰＷＭキャリア
周波数（サンプリングタイミング）とが同期するよう
に、モータ回転数に応じてＰＷＭキャリア周波数を変更
していけば、正確な位相差情報が得られる。

【００６５】なお、位相期間においてのサンプリングタ
イミングを一定位相に保つために、ＰＷＭ周波数変更時
にはモータ駆動電圧位相０度にＰＷＭキャリア周波数の
タイミングを合わせる操作が行なわれる。これは、モー
タ回転数変更時に伴うＰＷＭキャリア周波数変更時の最
初にモータ駆動電圧位相０度と同時にＰＷＭタイマのリ
セットを行なうだけであるので、簡単に行なうことがで
きる。

【００６６】このモータ回転数変更時に伴うＰＷＭキャ
リア周波数の変更は、たとえばモータ１回転中にモータ
駆動電圧波形を２周期繰返すとすれば、３０００ｒｐｍ
（５０Ｈｚ）の回転数のときには１周期分の時間は０．
０１ｓｅｃ（１００Ｈｚ）となり、全位相期間０〜１８
０度期間は０．００５ｓｅｃとなる。サンプリングタイ
ミングを両位相期間で対称になるようにするには、全位
相期間である０〜１８０度期間を全サンプリング回数−
１で割ればよく、たとえば全サンプリング回数を６回と
すれば、ＰＷＭキャリア周期は０．００５ｓｅｃ／（６
−１）＝０．００１ｓｅｃとなる。ＰＷＭキャリア周波
数としては１ｋＨｚである。

【００６７】なお、このＰＷＭキャリア周波数はサンプ
リング回数に比例した値であればよく、上記の例の場合
であれば１ｋＨｚの整数倍としてもよい。そして、サン
プリング回数に合ったタイミングでのサンプリング値あ
るいは両位相期間で対称となるタイミングでのサンプリ
ング値のみを有効とすればよい。

【００６８】なお、通常ＰＷＭキャリア周波数の変更
は、ＰＷＭタイマレジスタの設定だけであるため、容易
に変更することができる。

【００６９】図７は、図６に示した実施形態でのモータ
コイル電流波形とサンプリングタイミング図である。次
に、図７を参照して、回転数に応じてＰＷＭキャリア周
波数を変更したときのサンプリングタイミングについて
説明する。図７（ａ）に示すようにモータ回転数低速時
のＰＷＭキャリア周期ｔｐｗｍ０を図７（ｂ）に示すモ
ータ回転数高速時にｔｐｗｍ１に変更することでサンプ
リングタイミングは同期しており、これにより正確な位
相差情報を検出できることがわかる。また、図７（ｃ）
は、ＰＷＭキャリア周期ｔｐｗｍ２のように所定サンプ
リングタイミングの整数倍（ここでは２倍）とした例も
示す。

【００７０】なお、モータコイル電流検出は必ずしも等
間隔タイミングで行なう必要はなく、位相期間θ０，θ
１で対称となるタイミングでサンプリングすればよく、
図７（ｃ）に示す２倍サンプリングの例で、θ０では最
初から３回のモータコイル電流検出値を、θ１では最後
から３回のモータコイル電流検出値を用いて位相差情報
の検出を行なってもよい。

【００７１】なお、この発明はモータ回転数の変更が少
ない状況あるいは回転数の変更を段階的に行なうような
状況において特に有効なものとなる。

【００７２】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、キャ
リア同期型ＡＤ変換器をはじめとするモータ回転数非同
期サンプリングのＡＤ変換器を用いたモータ制御装置に
おいても正確な位相差情報を得ることができるので、正
弦波駆動をはじめとする１８０度通電駆動の低層音，低
振動，高効率が実現できる。

【００７４】また、制御デバイスの選定範囲が広がり、
さらに処理内容の自由度が広がり、適用範囲が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１の実施形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】 この発明の第１の実施形態におけるモータコ
イル電流波形およびサンプリングタイミング図である。

【図３】 この発明の第２の実施形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】 この発明の第３の実施形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図５】 この発明の第３の実施形態におけるモータコ
イル電流波形およびサンプリングタイミング図である。

【図６】 この発明の第４の実施形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図７】 この発明の第４の実施形態におけるモータコ
イル電流波形およびサンプリングタイミング図である。

【図８】 従来の位相差制御における位相差検出の方法
を示すモータコイル電流波形およびサンプリングタイミ
ング図である。

【図９】 従来のキャリア同期型ＡＤ変換器の動作を説
明するための波形図である。

【図１０】 従来のキャリア同期型ＡＤ変換器による位
相差検出の欠点を説明するための図である。

【符号の説明】

１ モータ、２ インバータ回路、３ コンバータ回
路、４ ＡＣ電源、５電流センサ、６ モータ電流検出
アンプ、７ マイクロコンピュータ、８，８ａ，８ｂ
位相差検出部、９ 目標位相差情報格納部、１０ 加算
器、１１ ＰＩ演算部、１２ 回転数設定部、１３ 正
弦波データテーブル、１４ 正弦波データ作成部、１
５，１５ａ ＰＷＭ作成部、１６ キャリア同期型ＡＤ
変換器、１７ モータ電流補正演算部、１８ 積算値補
正演算部、１９ 補正値検出部、２０ 記憶部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/18 H02P 6/08

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ駆動電圧を基準とした複数の位相
   期間中のモータコイル電流検出値を積算し、各位相期間
   での積算値の比を算出して位相差情報を導出し、該位相
   差情報を所定の値に制御してモータを駆動するモータ制
   御装置であって、 サンプリングタイミングが前記モータの回転数に対して
   非同期に設定され、前記モータコイルの電流をサンプリ
   ングして前記モータコイル電流検出値を出力するＡＤ変
   換手段、および前記ＡＤ変換手段から出力されるモータ
   コイル電流検出値をモータ回転数に同期したサンプリン
   グすべき所定のタイミングでのモータコイル電流検出値
   に補正演算するモータ電流補正演算手段を備えたことを
   特徴とする、モータ制御装置。
2. 【請求項２】 モータ駆動電圧を基準とした複数の位相
   期間中のモータコイル電流検出値を積算し、各位相期間
   での積算値の比を算出して位相差情報を導出し、該位相
   差情報を所定の値に制御してモータを駆動するモータ制
   御装置であって、 サンプリングタイミングがモータの回転数に対して非同
   期に設定され、モータコイルの電流をサンプリングして
   前記モータコイル電流検出値を出力するＡＤ変換手段、
   および前記位相差情報算出時に前記ＡＤ変換手段による
   サンプリングタイミングとモータ回転数に同期したサン
   プリングすべき所定タイミングとのずれによる検出誤差
   を補正演算する積算値補正演算手段を備えたことを特徴
   とする、モータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記補正演算は、本来のサンプリングす
   べきモータ回転数に同期した所定のサンプリングタイミ
   ング前後の前記ＡＤ変換手段によるサンプリングタイミ
   ングでのモータコイル電流検出値から、近似演算して求
   めることを特徴とする、請求項１または２に記載のモー
   タ制御装置。
4. 【請求項４】 前記近似演算は、線形近似であることを
   特徴とする、請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 【請求項５】 モータ駆動電圧を基準とした複数の位相
   期間中のモータコイル電流検出値を積算し、各位相期間
   での積算値の比を算出して、位相差情報を導出し、該位
   相差情報を所定の値に制御してモータを駆動するモータ
   制御装置であって、 サンプリングタイミングはモータの回転数に対して非同
   期に設定され、モータコイルの電流をサンプリングして
   前記モータコイル電流検出値を出力するＡＤ変換手段、
   および前記モータコイル電流検出値の積算回数を複数の
   位相期間全体のサンプリングポイント数を２で割った整
   数値とし、一方の位相期間でのモータコイル電流検出値
   の積算を位相期間開始直後の時間的に古いサンプリング
   ポイントから行ない、もう一方の位相期間でのモータコ
   イル電流検出値の積算を位相期間終了直前の時間的に新
   しいサンプリングポイントで行なう電流検出値積算手段
   を備えたことを特徴とする、モータ制御装置。
6. 【請求項６】 前記ＡＤ変換手段は、モータ駆動電圧を
   出力するＰＷＭ発生器のキャリア周期に同期してＡＤサ
   ンプリングを行なうキャリア同期型ＡＤ変換器であるこ
   とを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のモ
   ータ制御装置。
7. 【請求項７】 モータ駆動電圧を基準とした複数の位相
   期間中のモータコイル電流検出値を積算し、各位相期間
   での積算値の比を算出して位相差情報を導出し、該位相
   差情報を所定の値に制御してモータを駆動するモータ制
   御装置であって、 モータ駆動電圧を出力するＰＷＭ発生器のキャリア周期
   に同期してモータコイル電流をサンプリングしてモータ
   コイル電流検出値を出力するキャリア同期型ＡＤ変換手
   段を備え、 前記キャリア同期型ＡＤ変換手段によるサンプリングタ
   イミングと本来サンプリングすべき所定タイミングとが
   一致するようにキャリア周期を変更することを特徴とす
   る、モータ制御装置。