JP4065441B2 - モータ駆動装置及びモータ駆動方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明の実施の形態1に係るモータ駆動装置の要部回路構成を示す。本発明の実施の形態1のモータ駆動方法は、複数相のモータ駆動巻線はスター結線された共通接続端子である中性点を有し、ハーフブリッジ回路はこの中性点端子側にも接続された高電位側及び低電位側の一対の駆動トランジスタを有し、複数相のモータ駆動巻線の1つのモータ駆動巻線だけが非通電状態となる非通電期間中は中性点端子に対して通電を行い、モータ駆動巻線のすべてに電流を流す全巻線通電期間中は、中性点端子に対して通電を行わない非通電状態とすることを特徴とする。
図2は、図1の電圧PWM駆動に対して、電流PWM駆動における実施例といえるものである。電流PWM駆動では、PWMオンパルスでオンになった後、調べようとする電流がその目標値に達したことを比較器で検知し、その結果PWMオフされるものであり、複数個の調べようとする電流のそれぞれを所定のタイミングでPWMオンさせてその値を時分割で調べてPWMオフしていく駆動方式である。なお、これら複数個の調べようとする電流値には三相巻線電流および中性点流出入電流の中で複数の電流が流れている状態では前記複数の電流の合計値電流も含まれる。前記の合計値電流を構成するそれぞれの電流目標値の合計値電流に等しくなると、その一方または両方をPWMオフして制御を行う。図2において図1と同記号の部分は図1と等しい働きをするので、重複する部分の構成および動作についての説明は簡略のために省略するものとする。図2において、12は電流検出抵抗、93は電流検出抵抗電圧の増幅部、14はプリドライブ部、15は通電切替部、16はロータ位置検出部、97はPWMオンパルス発生部、94は比較部、98はPWMラッチ部、99はトルク指令信号発生部、TQは原入力トルク指令信号、Vccはモータ電源端子である。トルク指令信号発生部99は中性点を含む各相別及びその合計相当の目標電流値であるトルク信号を発生する。
図3にはモータの三相巻線9、10、11の両端が全く独立に形成されてなる場合のモータ駆動装置を示す。巻線9は駆動トランジスタTr81及びTr82の共通接続点1と駆動トランジスタTr87及びTr88の共通接続点4Uとの間に接続され、巻線10は駆動トランジスタTr83及びTr84の共通接続点2と駆動トランジスタTr89及びTr90の共通接続点4Vとの間に接続され、巻線11は駆動トランジスタTr85及びTr86の共通接続点3と駆動トランジスタTr91及びTr92の共通接続点4Wとの間に接続される。
前述の実施の形態1〜3において三相巻線電流の自由度を3にできれば低振動及び低騒音化が可能になると説明した。しかし三相巻線電流の自由度が3であることは低振動化及び低騒音化のための必要条件であって充分条件ではない。このことを図4を用いて説明する。図4(a)において31、32及び33はそれぞれ第一の相、第二の相及び第三の相の巻線電流波形を示し、いずれかの1つの相が非通電である期間Ta、Tb、Tc、Td、Te及びTfにおいては三相巻線電流の総和がゼロになっていないので、上記非通電期間においては三相の電流は互いに独立ということになる。
図5を用いた説明において、非通電相を有する期間を抜き出して三相の巻線電流波形41、42及び43とモータ軸方向変位に対する第一の相の磁束変化率44を図7(a)に、三相の軸方向力45、46及び47を図7(b)に示す。ここでは期間Tdにおける第一の相の軸方向力45と第二の相の軸方向力46は互いにゼロ軸すなわち時間軸に対して対称形であるだけでなく、夫々が期間Tdの中間時点の対称軸71に対しても対称形となっている。
図9(c)には非通電期間において非通電相以外の二相の軸方向力が各非通電期間の中間時点の軸に対する対称性を持たない場合の三相の巻線電流波形41、42、43とモータ軸方向変位に対する第一の相の磁束変化率44と磁束変化率44の正弦波の位相を60度進相した正弦波49及び120度進相した正弦波48、中性点電流50を示す。
f(θ)・cos(θ)+f(θ−120)・cos(θ−120)=0 … …(1)
Σf(θ−(k−1)・360/N)・cos(θ−(k−1)・360/N)=0 … … (2)
ここで式(2)を一つの相が非通電状態である期間における式とすればΣはk=1からk=N−1までの和となるが、全巻線の電流が非通電状態でない期間まで拡張して考えれば上記式(2)のΣはk=1からk=Nまでの和と考えてよい。また一相が非通電期間であればk=Nの項がゼロであるのでやはりΣはk=1からk=Nまでの和としても式(2)は成り立つ。
図5においては各相の巻線電流波形が不連続点を有しているものであったが、図10(a)及び(b)に電流に不連続点を有しない場合の三相の巻線電流とモータ軸方向変位に対する磁束変化率の波形及び三相の軸方向力を示す。51は第一の相の巻線電流波形、52は第ニの相の巻線電流波形、53は第三の相の巻線電流波形、44はモータ軸方向変位に対する第一の相の磁束変化率を示す。
各相について当該相のトルク定数波形と軸方向力波形とは位相が90度異なる。上記までの説明では各相の巻線電流とトルク定数波形とは位相が合致した効率最大の条件で議論し、軸方向力計算として当該相の巻線電流と軸方向力波形とは90度位相が異なるという条件で議論してきた。上記の実施の形態4〜7の説明で決まった波形の各相の巻線電流についてその波形を保持したまま当該相の巻線電流とトルク定数波形とが位相差を有するような、即ち、当該相の巻線電流と軸方向力波形とが90度の位相差からずれるような位相関係で駆動を生じた場合には、合成軸方向力のオフセットレベルはシフトするがその振幅はこれまでの議論と同様に抑制されることが分っている。
Tr2、Tr4、Tr6、Tr8,Tr82、Tr84、Tr86、Tr88、Tr90、Tr92・・・低電位側駆動トランジスタ
12・・・シャント抵抗
13,93・・・電流検出増幅部
15・・・通電切替部
16・・・ロータ位置検出部
17・・・三角波発信部
18・・・PWM制御信号生成部
19,99・・・トルク指令信号発生部
20・・・誤差増幅部
94・・・比較部
97・・・PWMオンパルス発生部
98・・・PWMラッチ部
31、32、33、41、42、43、51、52、53、101、102、103・・・巻線電流波形
34、44、104・・・モータ軸方向変位に対する磁束変化率
35、36、37、38、45、46、47、55、56、57、105、106、107、108・・・軸方向の力
Claims (21)
- 複数相のモータ駆動巻線への通電を制御することによって多相モータを駆動するモータ駆動装置であって、
非通電の相のモータ駆動巻線に誘起される逆起電圧を検出することによりロータ位置情報を得るロータ位置検出部と、
前記モータ駆動巻線の両端子にそれぞれ接続された高電位側駆動トランジスタ及び低電位側駆動トランジスタを備えたハーフブリッジ回路と、
外部から入力された原トルク指令信号と前記ロータ位置検出部からの出力信号に基づいて、モータ駆動用のトルク指令信号を発生するトルク指令信号発生部と、
前記トルク指令信号発生部から発生された各トルク指令信号に基づいて各相駆動用の通電制御信号を生成する通電制御信号生成部と、
前記通電制御信号を入力し、該入力された通電制御信号に基づいて、前記複数相のモータ駆動巻線の通電を所定の周期で通電制御する通電制御部と、を備え、
前記通電制御部は、前記複数相のモータ駆動巻線の1つのモータ駆動巻線だけが非通電状態となる非通電期間を設定し、該非通電期間中は各相の巻線電流の総和がゼロではない駆動を行うモータ駆動装置において、
前記通電制御信号生成部はパルス変調制御信号生成部を有し、前記通電制御信号生成部で生成される前記通電制御信号がパルス変調制御信号であることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記複数相のモータ駆動巻線はスター結線された共通接続端子の中性点を有し、前記ハーフブリッジ回路は前記中性点端子側に接続された高電位側駆動トランジスタ及び低電位側駆動トランジスタを有し、前記通電制御部は、前記非通電期間中は前記中性点端子に対して通電を行うことを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。
- 前記通電制御部は、前記モータ駆動巻線のすべてに電流を流す全巻線通電期間中は、前記中性点端子に対して通電を行わない非通電状態とする請求項2に記載のモータ駆動装置。
- 前記複数相のモータ駆動巻線は共通接続された中性点端子を有さない構成であり、前記ハーフブリッジ回路は、前記各モータ駆動巻線の両端にそれぞれ独立して接続された高電位側及び低電位側駆動トランジスタを備え、
前記各モータ駆動巻線にはそれぞれ独立した設定の電流波形を通電可能である請求項1記載のモータ駆動装置。 - 前記各モータ駆動巻線は、1対の高電位側駆動トランジスタ及び低電位側駆動トランジスタの共通接続点と他の1対の高電位側駆動トランジスタ及び低電位側駆動トランジスタの共通接続点との間に接続された請求項4に記載のモータ駆動装置。
- 前記モータ駆動装置は、更に、
前記全ての高電位側駆動トランジスタ電流または前記全ての低電位側駆動トランジスタ電流の合計電流の検出を行う手段を有し、前記各モータ駆動巻線の通電を時分割に制御する請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 前記モータ駆動装置は、更に、
前記高電位側駆動トランジスタの合計電流または低電位側駆動トランジスタの合計電流を検出するためのシャント抵抗と、前記シャント抵抗両端電位差に基づく信号と前記トルク指令値に基づく信号との差異を増幅する誤差増幅部とを備え、前記前記トルク指令信号発生部は前記誤差増幅部からの出力信号と前記ロータ位置検出部からの出力信号とに基づいて前記各相別のトルク指令信号を発生することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 前記モータ駆動装置は、更に、
前記高電位側及び低電位側駆動トランジスタの選択及びPWM通電を開始するためのパルス信号を発生するPWMオンパルス発生部と、前記高電位側駆動トランジスタの合計電流または前記低電位側駆動トランジスタの合計電流を検出するためのシャント抵抗と、前記シャント抵抗両端電位差に基づく信号と前記トルク指令信号発生部から発生される中性点を含む各相別及びその合計相当のトルク指令信号とを比較する比較器とを備え、前記パルス変調制御信号生成部は前記PWMオンパルス発生部からの出力信号と前記比較器からの出力信号に基づいてPWM信号を発生することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 複数相のモータ駆動巻線への通電を制御し、前記モータ駆動巻線の端子にそれぞれ接続された高電位側駆動トランジスタ及び低電位側駆動トランジスタを駆動制御することによって多相モータを駆動するモータ駆動方法であって、
非通電の相のモータ駆動巻線に誘起される逆起電圧を検出することによりロータ位置情報を得る工程と、
外部から入力された原トルク指令信号と前記ロータ位置検出部からの出力信号に基づいて、モータ駆動用のトルク指令信号を発生する工程と、
前記発生された各トルク指令信号に基づいて各相駆動用の通電制御信号を生成する工程と、
前記通電制御信号を入力し、該入力された通電制御信号に基づいて、前記複数相のモータ駆動巻線の通電を所定の周期で通電制御する工程と、を備え、
前記通電制御工程では、前記複数相のモータ駆動巻線の1つのモータ駆動巻線だけが非通電状態となる非通電期間を設定し、該非通電期間中は各相の巻線電流の総和がゼロではない駆動を行うモータ駆動方法において、
前記通電制御信号を生成する工程ではパルス変調制御信号を生成することを特徴とするモータ駆動方法。 - 前記モータ駆動装置は、更に、
前記全ての高電位側駆動トランジスタ電流または前記全ての低電位側駆動トランジスタ電流の合計電流の検出を行い、前記各モータ駆動巻線の各端子に対する通電電流がそれぞれ予め決められた目標電流値となるように時分割に通電制御することを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動方法。 - 前記モータ駆動方法は、前記複数相のモータ駆動巻線がスター結線された共通接続の中性点端子を有するモータの駆動方法であって、前記通電制御工程では前記非通電期間中は前記中性点端子に対して通電を行い、前記モータ駆動巻線のすべてに電流を流す全巻線通電期間中は前記中性点端子に対して通電を行わない非通電状態とする請求項9または10に記載のモータ駆動方法。
- 前記モータ駆動巻線のすべてに電流を流す全巻線通電期間内においては、各巻線電流の総和はゼロとなる請求項9に記載のモータ駆動方法。
- 前記1つのモータ駆動巻線だけが非通電状態となる非通電期間内においては、各相の巻線電流とそのトルク定数波形から90度位相が異なる軸方向力定数波形との積の総和が常に略ゼロになるような電流波形で各相の巻線電流が形成されている請求項9または10に記載のモータ駆動方法。
- 前記1つのモータ駆動巻線だけが非通電状態となる非通電期間内においては、各相の巻線電流とその電流位相から90度位相が異なる各正弦関数との積の各々が互いに上記非通電期間の中間時点の対称軸に対して略線対称の形状となる各相の巻線電流である請求項9または10に記載のモータ駆動方法。
- 前記モータ駆動方法はセンサレス三相モータの駆動方法であって、第一の相より電気角120度位相が遅れた第二の相の巻線電流と上記第二の相の巻線電流から電気角90度位相が遅れた正弦波との積の関数が、上記の第一の相より電気角120度位相が進んだ第三の相の巻線電流と上記第三の相の巻線電流から電気角90度位相が遅れた正弦波との積の関数に対して、上記第一の相の巻線電流の非通電期間において互いに略大きさが等しく逆極性となるような各相巻線電流波形である請求項9または10に記載のモータ駆動方法。
- 前記モータ駆動方法はセンサレス三相モータの駆動方法であって、第一の相より電気角120度位相が遅れた第二の相の巻線電流と上記第二の相の巻線電流から電気角90度位相が遅れた正弦波との積の関数および、上記の第一の相より電気角120度位相が進んだ第三の相の巻線電流と上記第三の相の巻線電流から電気角90度位相が遅れた正弦波との積の関数がそれぞれ、上記第一の相の巻線電流の非通電期間において、該非通電期間の中間時間点を対称軸に略対称形となる各相巻線電流波形である請求項9または10に記載のモータ駆動方法。
- 前記モータ駆動方法は相数がNの多相モータの駆動方法であって、kを1からNまでの整数とし、各相の巻線電流の関数をf(θ−(k−1)・360/N)とし、f(θ)の全体周期に関する基本波をsin(θ)とするとき、f(θ)が以下の式:
Σf(θ−(k−1)・360/N)・cos(θ−(k−1)・360/N)=0
但し、Σは各相の巻線電流とその基本波より90度進相した正弦波との積をkが1からNまでの全相に関する和とする、を常に略満足する関数である請求項9に記載のモータ駆動方法。 - 一つの相の巻線が非通電状態である期間における他の非通電状態でない相の巻線電流波形を、当該電流波形の基本波成分をsin(θ)と表わし、ゼロ電流レベルから正弦波のピークに向かう間での他の一つの相の巻線が非通電である期間及びゼロ電流レベルから正弦波のボトムに向かう間での他の一つの相の巻線が非通電である期間においてはsin(θ−30)に比例し、正弦波のピークからゼロ電流レベルに向かう間での他の一つの相の巻線が非通電である期間及び正弦波のボトムからゼロ電流レベルに向かう間での他の一つの相の巻線が非通電である期間においてはsin(θ+30)に比例している請求項14または15に記載のモータ駆動方法。
- 或る一つの相の巻線の非通電期間と隣り合う他の相の巻線の非通電期間に挟まれた前記或る一つの相の巻線の通電期間の巻線電流波形を、該巻線の非通電期間側で電流値がゼロとなる略三角形状とし、全周期を通して各相の巻線電流が連続となるようにしたことを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動方法。
- 前記導出した各相の巻線電流波形と各相のトルク定数波形との位相差を略一定角度に保持して駆動を行う請求項9に記載のモータ駆動方法。
- 前記非通電期間を有する各相の連続電流波形の1周期が、非通電期間と、これに続く傾斜の緩い電流増加期間と、これに続く傾斜の急な電流増加期間と、これに続く最大電流期間と、これに続く傾斜の急な電流減少期間と、これに続く傾斜の緩い電流減少期間と、これに続く非通電期間と、これに続く傾斜の緩い電流減少期間と、これに続く傾斜の急な電流減少期間と、これに続く最小電流期間と、これに続く傾斜の急な電流増加期間と、これに続く傾斜の緩い電流増加期間と、これに続く非通電期間とからなることを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動方法。
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