JP5653779B2 - モータ制御 - Google Patents

Description

本発明はモータ制御法の改良、およびこのような改良された方法を組込むモータ制御および駆動回路に関する。本発明は特に、より広い適用が予想されるが、電力支援ステアリング・システムにおけるモータ用のモータ制御法の改良に関する。

電気モータは日常の機械の増大する共通部分になっている。大きな関心のひとつの領域は、車両のステアリング・ホイールを容易に回すためにステアリング・コラム・シャフトの部分に支援トルクを供給するための電気モータの使用である。ステアリング・ホイールとしてドライバに要求されるトルクを検出することにより、モータ駆動信号が生じ、ステアリング・コラムに動作的に結合されたモータを次に駆動する。ドライバが要求する同じ感度のトルクをモータはステアリング・コラムに供給する。

滑らかなトルクおよび精密なモータ駆動特性に対する要求に合わせるために、多くの（典型的には３）相巻線を含む固定子内で回転する、多くの永久磁石を有するブラシレス回転子を含む電気モータを提供することは知られている。相巻線はデルタまたはスター配列で共に接続され、そしてブリッジ回路においてスイッチング・デバイスに供給されるパルス幅変調信号を使用して制御されうる。

モータを正確に制御するために、モータ・トルクが決定されることを可能にする、モータに流れる電流の測定がなされねばならない。モータ駆動回路において提供される多くの電流感知抵抗はモータ電流測定をするために使用されることが提案されてきた。単一の抵抗がモータの各相に直列に設けられ、各抵抗に跨って生成される電圧は抵抗を通って流れる電流に比例する。しかし、これは、抵抗当たりひとつ、多重電流感知回路に対する必要性を要する。

代わりに、モータの全ての相に流れる電流の代数和はゼロに等しくしなければならないことが知られているから、ひとつの電流感知抵抗は削除され得るであろう。そこで、ｎ相モータに対して、（ｎ−１）電流感知抵抗および回路が必要とされるであろう。

代わりに、単一の感知抵抗のみが使用されることが提案されてきた。この構成は、コストと構成要素数を減少させ、各電流センサと関連する異なる構成要素および感知回路に依存して、２以上の感知抵抗が使用される時に発生し得る測定の不正確さを受け難い。より正確なモータ制御は、測定が正確なタイミングで為されるならば達成でき、電流測定回路において存在するオフセット電圧は除去される。このような単一感知抵抗は、Ｄ．Ｃ電源とブリッジ回路兼モータ組合わせの間を流れる全瞬時電流を測定するように、典型的には回路に置かれている。

第１の側面に従うと、本発明は、それぞれがブリッジ回路において接続された１以上の巻線を含む多数の相を含むブラシレス・モータの動作を監視する方法を提供し、ブリッジ回路は各相に対してひとつのアームを備えた多数のアームを含み、各アームは、相と第１の供給電圧の間に接続された頂部スイッチング・デバイスと、相と第２の異なる供給電圧の間に接続された底部スイッチング・デバイスを含み、各デバイスはオン状態からオフ状態へ切換え可能である。方法は、電流測定手段を使用するブリッジ回路およびモータへ流入または流出する電流を監視して電流を指示する出力信号を生成するステップと；
電流測定手段を通る瞬時電流フローが実質的にゼロであることが知られている時に電流測定手段の出力を測定するステップと；
実測された出力信号値と理想出力信号値の間の何らかの差に対して補償される修正出力信号を生成するステップとを含む。

オンに切換えられることにより、スイッチング・デバイスはアームに対して低インピーダンスを与え、そしてオフに切換えられることにより、アームに対して高インピーダンスを与えることを意味する。

電流測定手段における電流がゼロであると知られると直ぐに対応する電流測定手段の出力を監視することにより、電流測定手段からの出力信号における何らかのオフセットまたはドリフトが検出されそして補償され得る。もし要求されるならば、出力信号はその時ゼロへリセットされて修正出力値を生成できる。これは、実測値と大きさで実質的に等しいオフセット値を発生することにより達成できる。これは、実際の出力を理想出力と比較することにより、実測値に加算または減算して修正出力信号をゼロ電流フロー（または幾つかの他の「理想」値）のためにゼロへ強制する。実に、補償値は何らかの出力信号値（非ゼロ電流に対してさえ）から減算されて何らかのゼロ・オフセットに対して補償することを意図している。

電流測定手段を通り流れる電流はモータが動作している間ゼロであると知られると直ちに電流測定手段の出力を測定することにより、モータが動作いている間出力は「オンライン」で補償され得る。このことにより、所望ならば、モータが動作象限のいずれかひとつ、即ち力行、制動などで動作している間に測定が取られることを意味する。これは、モータがオフに切換えられる時に補償がされるシステムに対して増加した柔軟性を与える。例えば、より規則的に更新される補償値は、モータのオフへの切換えを待たずに得られる。車両が駆動されている間、例えばモータが回転していようと他の状態であろうとトルクを生じている間、ゼロ電流測定は周期的または随時にされ得るので、これは、モータが電力ステアリング・システムの部分を形成する場合に特に有益である。

本方法は、電流測定手段からの出力信号へオフセット値を加算し、または電流測定手段の出力信号値からのオフセット値を減算して修正出力信号を生成するステップを含む。

本方法は、特に３相モータを監視するために適用され、３相より多い相を有するモータを制御するために適用できる。

本方法はさらに、各スイッチング・デバイスへ適切な信号を供給することによりモータを制御し、ゼロ電流測定が実行されている間にモータの各相に供給される平均電圧を変えるステップを含む。

各スイッチング・デバイスに供給される各信号は、パルス幅変調信号を含む。好ましくは、全てのスイッチイング・デバイスは同一同期化変調サイクル時間を有する各パルス幅変調信号により変調される。

好ましくは、各または選択されたパルス幅変調サイクルの間、ブリッジ回路に入出する瞬時電流はそのサイクルにおける正味（ｎｅｔ）電流に無関係に最初の段階でゼロである。全正味モータ電流に関係なく、モータが動作している時に為されるゼロ測定を可能にする。

各スイッチング・デバイスに適用される好適なパルス幅変調信号は、単一のオンーオフ遷移そして単一のオフーオン遷移または各サイクル内の縁により画定される。

ひとつまたは各サイクル内のオンーオフ縁の位置は好ましくは、全ての底部デバイスがオフに切換えられている間、各期間内の最初の段階に全ての頂部デバイスは同時にオンに切換えられる。ゼロの全電流はブリッジ回路の流入または流出することを、電流測定手段を通して各期間の間最初の段階に確認する。電流測定手段の出力はこの瞬間に実際のゼロ電流測定を生じるために監視され得る。

代わって、縁の位置は、最初の段階に底部スイッチング・デバイスがオンに切換えられる間に全ての頂部スイッチング・デバイスがオフに切換えられるように選択される。これはまた、ゼロ電流がブリッジ回路へ流入またはブリッジ回路から流出することを、電流測定手段を介して確認する。

もちろん、各サイクル中にゼロ電流の読出しをすることが常に可能であることは好ましいことでありそして規則的に更新されるオフセット値が得られる利益を提供するが、本質的ではない。

１サイクル中にモータの各相に供給される正味電圧は、各スイッチング・デバイスに供給されるパルス幅変調信号のデューティ期間に依存する。最も好ましくは、各サイクル内で頂部デバイスは、底部デバイスが切換えられる時間長に実質的にオンに等しい期間の間切換えられ、逆に、各デバイスはオンからオフへそして逆に各変調サイクル中に１回のみ切換えられる。

最も好ましくは、単一サイクル中に、頂部デバイスはその期間の開始時に初期のオフ状態からオン状態へ最初に切換えられる。それから、相電圧の要求に依存した期間の間にオン状態に止まる。それからサイクルの終了までオフ状態へ戻るよう切換えられる。１サイクルにおける全波形は、そこでひとつのオン事象（または縁）そしてひとつのオフ事象（または縁）により画定される。

同じ単一サイクル中に、底部スイッチング・デバイスは最初にサイクルの開始時にオン状態にあっても良い。それから底部スイッチング・デバイスはオフ状態に切換えられ、オンに切換え戻される前にサイクルの終端まで相要求電圧に従う所定時間の間オフを維持する。１サイクルにおける全波形は、そこでひとつのオフ事象（または縁）そしてひとつのオン事象（または縁）により画定される。

最適には、本方法は各スイッチング・デバイスに対して信号を整列するステップを含み、このため１サイクル中の各頂部スイッチング・デバイスのオン期間と底部スイッチング・デバイスのオフ期間（または逆）は、各信号の２つの縁がサイクルにおいて任意に選択された点の何れかの側に等しく離間されるように中心合わせされる。好ましくは、それらはサイクルの中心の周りに中心決めされる。これは、中心点は全ての頂部スイッチング・デバイスをオンに、全ての底部スイッチング・デバイスをオフに対応することを確認し、このためゼロ電流が電流測定手段を通って流れる時に電流測定手段から出力信号のサンプルを取るための適切な点を画定する。

３相モータの場合において、本方法はさらに、信号を中心合わせした後に、サイクル内の信号の１以上の縁をシフトするステップを含み、２つの正確な調時されたサンプルが電流測定手段から取られることを可能にする適切な方法で信号が重複されるようにし、各サンプルはモータの異なる単一相における電流に対応する。３相モータにおける相電流の代数和がゼロであることを知り、２相中の電流を測定することは第３の相における電流が計算され、このためすべての３つの相における電流が知られることを認める。好ましくは、ひとつの相における頂部および底部スイッチング・デバイスに対する信号は互いに関係してシフトされない。

３相PWMデューティの全ての条件下においてこのようなシフトは２つの相電流が測定されることを許容するとすれば、３相電流は常に測定でき、そしてモータにおける３相電流の閉ループ制御は３相ＰＷＭデューティを調整することにより実行されて３相電流を要求値へ制御する。もちろん、各対の信号に対するデューティサイクルはこのシフト動作により実質的に変えられないことは重要であり、そこでモータの各相に供給される平均電圧は実質的に一定に留まる。

何らかのサイクル中の実信号に従い、全ての頂部スイッチング・デバイスがオフそして全ての底部スイッチング・デバイスがオンである時にゼロ電流のひとつのサンプルが得られ、同様に全ての頂部スイッチング・デバイスがオンそして全ての底部スイッチング・デバイスがオフである時にゼロ電流のひとつのサンプルが得られように、信号縁を整列することは可能である。可能ならば、本方法は
この方法で信号縁を整列するステップを含む。もし可能でないなら、１以上のエラー・フラッグが立てられ、ゼロ電流サンプルはそのサイクル内で取られないことを表示しても良い。

本発明により、モータのパルス幅変調制御中に、ゼロ電流が電流測定回路中に流れる短期間を強制するように、各種のデューティサイクルは整列され得る（可能な場合）。ゼロ電流サンプルは、その瞬時に取られ得る。もちろん、パルス列のサイクル毎のサンプルを取ることは本発明に重要でない。実際、個々の相電流を測定するために変調方法によって必要とされる非ゼロのサンプルに優先性が与えられる必要があるから、このようなサンプルは常時は有効ではない。しかし、当業者は、モータが動作している間に電流測定回路におけるドリフトを補償することができる利点を容易に理解できよう。

第２の側面によると、本発明は３相を含むモータを制御する方法を提供し、各相は頂部スイッチング・デバイスを介して第１の電圧と、底部スイッチング・デバイスを介して第２の電圧と接続され、本方法は次のステップを含む：
相に供給される正味電圧を表すモータの各相に対する各相電圧要求値を計算するステップ；
電圧要求値に対応する相への正味電圧を供給するために必要とされる各相の、頂部スイッチング・デバイスに対するパルス幅変調信号のデューティ期間値と、底部スイッチング・デバイスに対するパルス幅変調信号のデューティ期間値とを計算するステップ；
デューティ期間値を処理して各相に対して、オフ状態からオン状態に切換えられる場合に頂部スイッチング・デバイスにおける第１のスイッチング縁と、オフ状態に切換え戻される場合に頂部スイッチング・デバイスにおける第２のスイッチング縁との間の時間遅れを画定し、オン状態からオフ状態に切換えられる場合に底部スイッチング・デバイスにおける第３のスイッチング縁と、オン状態に切換え戻される場合に底部スイッチング・デバイスにおける第４のスイッチング縁との間の時間遅れを画定するステップ、縁の位置はPWM信号のひとつのサイクルを画定する；
ひとつの相に対する信号の縁の位置を他の相に対する信号の縁に関係して計算し、第１の瞬間に電流測定手段を介して流れる電流はモータの単一相における電流を表示しそして第２の瞬間に電流測定手段を介して流れる電流は第２の異なる相に流れる電流を表示する、ステップ；
個々のＰＷＭ信号により各スイッチング・デバイスを変調するステップ。

好ましくは、PWMサイクル内の縁は、第３の段階で実質的ゼロ電流が電流測定手段を介して流れるように互いに関係して位置決めされる。これは、底部スイッチング・デバイスがオフに切換えられる間に全ての頂部スイッチング・デバイスがオンに切換えられる場合の段階に対応する。加えて、または代わりに、第４の段階で、底部スイッチング・デバイスがオンに切換えられる間に全ての頂部スイッチング・デバイスがオフに切換えられるように、縁は整列され得る。これは、２つの異なるゼロ電流条件をPWMサイクル中に創出すことを可能にする。

可能な場合、縁は互いに関係して位置決めされ、上述された全ての４つ瞬間の条件はＰＷＭサイクル内で遭遇するように互いに関係して位置決めされる。

明らかに、これは、可能であるか否かについて相電圧要求値に依存するであろう。

それぞれ２つのゼロ電流サンプルを取ることにより、ひとつのサンプルは、全ての頂部スイッチング・デバイスがオンに切換えられそして全ての底部スイッチング・デバイスがオフに切換えられる時であり、他のサンプルは、底部スイッチング・デバイスがオンに切換えられそして全ての頂部スイッチング・デバイスがオフに切換えられる時であり、ゼロ電流に対応する２つのデータのストリームが発生される。各ストリームは、個々にフィルタをかけられ、それから電流測定回路のゼロ出力における変化を追跡するための補償値を許容するために平均化される。

各ストリームに対して一定の時定数を有する単極ロウパス反復フィルタを使用することが好ましい。２つのストリームの平均はゼロ電流出力値を計算するために使用され得る。

本方法は、PWMサイクル内で各PWM信号を初期に中心合わせする中間ステップを含み、信号の第１と第２の縁（または第３と第４の縁）はPWMサイクルにおいて任意に選択された点について等しく離間される。これは好ましくはPWMサイクルの中心である。

本方法は、第１、第２、第３、または第４の瞬間のいずれかに対応するPWMサイクル中に少なくともひとつの電流サンプルを取るステップをさらに含む。

最も好ましくは、このような電流サンプルのシーケンスは単一ＰＷＭサイクル内から得られ、該シーケンスは各第１、第２、第３および第４の瞬間からのひとつのサンプルを構成する。各信号のPWM縁の間の時間遅延を計算する時に、１以上のインターロック遅延は各縁の位置に追加され得る。さもなければ、頂部スイッチング・デバイスは、底部スイッチング・デバイスがオフ状態にある時間に実質的に等しい継続間オン状態にあるよう通常は切換えられ、そしてその逆でもある。

３つの相は、その関連する相電圧要求の大きさの順序に好ましくは配列され、最高の要求は相Ａに、最低の要求は相Ｂにラベルされる。

縁の初期の中心合わせの後に、縁の位置はそれから電流測定がなされ得るようにシフトされる。理想的には、最初の瞬間にひとつの相の頂部と底部スイッチング手段が残りの相の頂部と底部スイッチング手段と反対状態にあるようにシフトされる。第２の瞬間に、異なる相の頂部と底部スイッチング手段が残りの相の頂部と底部スイッチング手段と異なる状態にある。これは、唯一のスイッチング状態を有する相へまたは相からの電流フローを、相へまたは相から流れる電流を測定することにより測定されることを許容する。

縁は好ましくは２つの段階にシフトされる。最初に、相Ａに対する２つの信号は、PWMサイクルにおいて前方の（より早い）相Ａに対する縁をまたはPWMサイクルにおいて後方の（遅れた）相Ｃに対する縁をシフトすること、または両者の組合わせのいずれかにより、相Ｃの頂部スイッチング・デバイスが最小オーバラップ時間の間オフに切換えられる間に相Ａの頂部スイッチング・デバイスはオンであるまで、相Ｃに対する信号に関してシフトされ得る。相Ｂに対する縁はそれから、相Ａに流込む電流Ａと相Ｃから流出する電流が唯一に測定され得る場合に位置が達するまでPWMサイクルにおける前方または後方の何れかにシフトされ得る。

上記シフトは、測定された電流は相Ａに流入する電流に等しい第１の瞬間を生じ、測定された電流は相Ｃから流出する電流に等しい第２の瞬間を生じることは当業者には明らかであろう。もちろん、他のシフト・パターンは、第１と第２の瞬間における電流は他の相へまたは他の相からの電流に対応していると考えられる。

電流の測定値はそれから、相における電流を制御するために指定されたフィードバック制御器のためフィードバック期間として使用される。ＡとＣに対する電流値は前述された順序付け手続きと逆に物理的相に再配分される。

別の側面に従うと、本発明は、本発明の第１の側面による方法を使用して監視されそして／または第２の側面による方法を用いて制御される、モータを組込む電力ステアリング・システムを提供する。

本発明による電力支援ステアリング・システムの部分を形成する電流感知抵抗を組込む電気モータおよび駆動回路の概観である。 図１に示されるモータを制御するために使用される各種のプロセス・ステップを例示する。 相要求電圧最大の正味値にある時に図１に示されるモータの相における頂部および底部トランジスタに供給される２つの信号を示す。 相要求電圧最小の正味値にある時にモータの相における頂部および底部トランジスタに供給される２つの信号を示す。 中心合わせしそして大きさにより順序付けする後に、全ての６つの相信号の位置を示す。 適切な電流測定が取られ得るようにシフトした後に１２の縁の相対的位置を示す。

発明の実施するための形態

例示のみにより、本発明の一実施形態が以下に添付の図面を参照して記述される。

図１は、本発明のモータ制御方法を組込む電力のためのモータ駆動および制御回路の回路図である。

モータは３つの相（１，２および３）を有するブラシレス永久磁石モータ１０を含み、各相は並列に接続された１以上の相巻線を含む。説明の都合上、相は以下に相１、相２および相３としてそれぞれ述べられている。相はスター点４のひとつの端に、そして他の端においてブリッジ回路２０に接続される。スター結線モータが記述されるが、本技術はまたデルタ結線モータに対して適用できる。

ブリッジ回路２０は、パワートランジスタ（Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、）の形態のスイッチング・デバイスのアレイからなる。各相１、２、３に対し、頂部トランジスタＴ₁、Ｔ₂、Ｔ₃はその相を正の電源＋Ｖに接続し、底部トランジスタＢ₁、Ｂ₂、Ｂ₃はその相をゼロ電圧電源０ｖに接続している。従来の車両において、正の電源は典型的にはバッテリにより与えられ、バッテリ負端子に接続された車両シャーシの一部に負の接続はされている。

各トランジスタは、オフに切換えられる時に高抵抗を有し、オンに切換えられる時に低抵抗を有する。信号を各トランジスタのベースに供給することにより、適切な正味（ネット；ｎｅｔ）電圧はモータを動作するために各相に供給される。スイッチの制御は本発明による制御方法により支配される。

回路はまた、バッテリとスイッチング・デバイスの間のフィルタ回路（図示されていない）、モータ底部トランジスタおよびアース接続の間に直列に設けられた電流感知デバイス３０を含む。抵抗３０に跨った電位低下は適切な回路（図示されていない）を使用して測定され、ブリッジおよびモータ巻線に流入しまたは流出する電流の測定を与える。

各トランジスタはそのベースに供給される各PWM信号を使用して切換えられる。PWM信号のデューティ期間は各相に供給される正味の相電圧を決定する。各PWMサイクルの継続時間は固定される。

各トランジスタに供給されるPWM信号はソフトウエアに実現されたベクトル制御アルゴリズムを使用するモータ制御方法を使用して計算される。これは、電流感知抵抗回路により測定されるような各相における電流を基礎とする３相電圧要求信号を発生する閉ループアルゴリズムである。

本質的に、制御方法は図２に示されたような５つの主ステップを有する。最初に、３つの相電流ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃は、位置センサ４１を使用するモータの回転子位置Θの測定と共に、電流センサ４０を使用して測定される。制御アルゴリズムはそれから４３において適切な相電圧要求Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃を発生させるために使用される。各相電圧要求は、モータの各相に供給される正味電圧に対応する。各相電圧要求はそれから第１の処理手段４５により各相に対するデューティ値を計算するために使用される。最後に、各相電圧要求はその相の頂部および底部トランジスタに対する各PWM信号へと処理４６される。

ひとつの波形を含むために単一相の頂部および底部トランジスタに供給される２つのPWM信号を考慮し、このとき一般に各波形は、PWMサイクルまたは期間内の４つの縁位置により画定される。これらの縁位置は、頂部トランジスタに対しトランジスタ・スイッチがオンからオフへそしてオフからオンへ切換わるPWMサイクル中の点、および底部トランジスタに対してスイッチング事象の対応する点である。一般に、相に対する頂部トランジスタがオンに切換えられる時に、対応する底部トランジスタはオフに切換えられる。典型的な対の波形は最大相要求電圧に対して図４に、最小要求電圧に対して図５に示される。

一定のモータ相電流の測定を可能にするために、各相の縁の相対的な位置決めは、サイクル内の処理手段４６により決定される。モータ電流がサンプルされるべき時間は、感知手段を介して所与の型の電流フローを与えるために６つのスイッチの状態が知られている処理手段により選択される。例えば、電流感知抵抗回路を較正可能にするようにゼロ電流を測定するため、全ての頂部トランジスタは、サンプル時間に底部トランジスタがオフである間オンであるべきかまたはその逆であるべきである。各１２の縁の確実な位置およびサンプルのタイミングは後述するように処理手段により制御される。

３つの相電圧要求V₁、V₂、V₃は、それから値により記憶されそして６つの結果として生じる組合わせのひとつに従ってケース番号が配分される。実質的には、最高に正規化された相要求電圧は相Aとしてラベル付けされ、次に相Bとして、最低は相Cとしてラベル付けされる。このステップはPWM波形に対する縁位置の計算を簡単化する。

各相電圧要求はそれから測定された供給電圧の半分に関して正規化される。もし供給電圧測定は有効ではないならば、そのとき公称値が替わりに使用される。

正規化された位相要求電圧を計算して、３相に対するPWMデューティ値が計算される。

もし正規化された電圧要求が１を超えるならば、PWMデューティは図３に示されるPWM最大（即ち、最大出力）にセットされる。もしそれがマイナス１より低いならば、PWMデューティは図４に示されるようにPWM最小（即ち、最小デューティ）にセットされる。もし正規化された電圧要求が−１と＋１の間にあるならば、次式により定義される：
PWMデューティ＝最小PWMデューティ＋｛［（正規化電圧要求＋１）ｘ
（最大PWMデューティ−最小PWMデューティ）］÷２｝
相に対するPWMデューティは、その相の頂部トランジスタに対するオン時間対オフ時間の比、即ちオフ−オン縁の位置とオン−オフ縁の位置の間の遅延時間を定義している。相の底部トランジスタのオン時間はそのとき頂部トランジスタのオン時間とトランジスタのインターロック要求から計算される。

各トランジスタに対するデューティ期間を計算してから、サイクル内の縁の位置が次に計算される。初期には、全ての６つの信号は、頂部トランジスタの各オン期間の中心と底部トランジスタの各オフ期間の中心が図５に示されるようにサイクルの中心と整合されように中心合わせされる。

中心合わせ動作の後に、適切な位相電流測定が単一感知抵抗に跨ってできるように、６つの各ＰＷＭ信号の各種のシフトが実行される。可能ならシフトは、全ての頂部トランジスタはオンにそして底部トランジスタはオフになるような、１サイクルの少なくともひとつの点があるように選択される。代わって、シフトは、全ての頂部トランジスタはオフにそして全底部トランジスタはオンになるような、各サイクルにおいて少なくとも一つの点があるように選択される。理想的には、両方の条件が単一サイクル中に起こるように波形はシフトされる。しかし、波形に依存するので、これは可能ではないこともある。もし可能でないなら、誤った電流測定サンプルが取られないようにフラッグが揚げられる。

サイクルにおける瞬間に頂部の３つのトランジスタがオフでありそして底部の３つのトランジスタがオン（またはこの逆）に切換えられることを確認する目的は、ゼロ電流が電流感知抵抗を通り流れることが知られる時に、単一電流感知抵抗回路３０からのサンプルが取られ得ることを可能にすることである。非ゼロのサンプル値は熱ドリフトまたは構成要素の時効の測定を与えるから、非ゼロのサンプル値は電流感知回路において何らかのオフセットに対して計算しそして補償するために使用される。各サイクル上でサンプリングしそして更新することにより（もし可能ならそしてフラッグが揚げられていないと仮定するなら）、規則的な訂正が時間中にドリフトを防止するようにされる。

次の方法は、各サイクル内に信号を位置決めするために使用される。各ＰＷＭ縁はＰＷＭサイクル内においてその位置により画定される。縁が有り得るサイクル中の最も初期の位置はＭＩＮ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ として定義される。最近の位置はＭＡＸ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ として定義される。次の関係が成立する：
ＭＡＸ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ − ＭＩＮ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ
＝ＰＷＭ期間 − ＭＩＮ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＯＮ ＴＩＭＥ
ＭＩＮ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ ＯＮ ＴＩＭＥは、各頂部トランジスタがオンそして各底部トランジスタがオンである各PWMサイクル中の最小時間長として定義される。

中心位置は次のようにまた定義される：
サイクルの中心＝［ＭＡＸ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＋ ＭＩＮ ＥＤＧＥ
ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＋ （インターロック遅延１−インターロック遅延２）］÷２
底部トランジスタ縁は、デューティおよびインターロック遅延に関わらず、ＭＡＸ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮ と ＭＩＮ ＥＤＧＥ ＰＯＳＩＴＩＯＮの間に初期に中心付けられることを、これは確認している。

上述の適切な基準を定義してから、各縁の位置は計算され得る。４つの定義が以下に使用され得る：
頂部縁１ −頂部トランジスタがターンオンする位置
頂部縁２ −頂部トランジスタがターンオフする位置
底部縁１ −底部トランジスタがターンオフする位置
底部縁２ −底部トランジスタがターンオンする位置
次のアルゴリズムは、中心合わせされたＰＷＭ波形に対する縁位置を計算するために使用される。

位相ａに対し：
センタ付けされたＰＷＭ縁ａ．頂部縁１＝サイクルの中心−（ＰＷＭデューティａ÷２）
センタ付けされたPWM縁ａ．頂部縁２＝中心付けされたＰＷＭ縁ａ．頂部縁１＋ＰＷＭデューティａ
センタ付けされたＰＷＭ縁ａ．底部縁１＝中心付けされたＰＷＭ縁ａ．頂部縁１−インターロック遅延１
センタ付けされたＰＷＭ縁ａ．底部縁２＝中心付けされたＰＷＭ縁ａ．底部縁２＋インターロック遅延２
位相ｂに対して：
センタ付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁１＝サイクルの中心−（ＰＷＭデューティｂ÷２）
センタ付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁２＝中心付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁１＋PWMデューティｂ
センタ付けされたＰＷＭ縁ｂ．底部縁１＝中心付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁１−インターロック遅延１
センタ付けされたＰＷＭ縁ｂ．底部縁２＝中心付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁２＋インターロック遅延２
位相ｃに対して：
センタ付けされたＰＷＭ縁ｃ．頂部縁１＝サイクルの中心−（ＰＷＭデューティｃ÷２）
センタ付けされたＰＷＭ縁ｃ．頂部縁２＝中心付けされたＰＷＭ縁ｃ．頂部縁１＋PWMデューティｃ
センタ付けされたＰＷＭ縁ｃ．底部縁１＝中心付けされたＰＷＭ縁ｃ．頂部縁１−インターロック遅延１
センタ付けされたＰＷＭ縁ｃ．底部縁２＝中心付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁２＋インターロック遅延２

中心に関して各縁の位置を画定した後、要求された縁シフトが計算される。シフトは、ゼロ電流を測定するために２つの瞬間と、少なくとも２つの相における電流をそれぞれ測定するための２つの瞬間とを与えるために選択（可能な場合）される。規則として、最小オーバーラップ領域が少なくともＭＩＮ ＰＷＭ ＷＡＶＥＦＯＲＭ ＯＶＥＲＬＡＰの幅で与えられる。これは一般に、取られるべきサンプルに対して十分な時間を与えるために電流感知抵抗回路を「安定」させるために許容される時間であるように選択される。この例では、２つの電流サンプルは相Ａに流入する電流にそして相Ｃから流出する電流に対応する。
相対縁位置をを計算するステップは次のようである；

ステップＳ１． 中心合わせされたＰＷＭ波形の既に存在するオーバラップを計算せよ：
ＰＷＭａｂオバーラップ＝中心付けされたＰＷＭ縁ｂ．底部縁１−中心付けされたＰＷＭ縁ａ．頂部縁１
ＰＷＭｂｃオバーラップ＝中心付けされたＰＷＭ縁ｃ．底部縁１−中心付けされたＰＷＭ縁ｂ．頂部縁１
ＰＷＭ合計オーバラップ＝ＰＷＭａｂオーバラップ＋ＰＷＭｂｃオーバラップ。

ステップ２． 要求されたＰＷＭａおよびＰＷＭｃシフトを計算せよ。ＰＷＭａはサイクルの開始方向にシフトされる（即ち、シフトは−ｖｅであろう）。ＰＷＭｃはサイクルの終了方向にシフトされる（即ち、シフトは＋ｖｅであろう）。もし合計オーバラップが既に十分に長いならばシフトは要求されない。

IF PWM total overlap <(MIN PWM WAVEFORM OVERLAPｘ２)THEN
PWM A SHIFT = -[(MIN PWM WAVEF ORMOVERLAPｘ２)
-PWM total overlap]÷2
PWM C sift = [(MIN PWM WAVEFORM OVERLAPｘ２)
−PWM total overlap]＋ＰＷＭ Ａ shift
ELSE
PWM A SHIFT=0
PWM C SHIFT=0
ENDIF。

ステップ３． 要求されたＰＷＭＢシフトを計算せよ。ＰＷＭＢは、両オーバラップが十分に大きいことを確認するために何れかの方向にシフトされ得る。このステップはステップＣにおいてＰＷＭ ＡとＰＷＭ Ｃに供給されるシフトの計算をする。

IF[(PWM AB overlap−PWM A shift)]≦（ＰＷＭ BC overlap + PWM C
shift)] THEN
IF[(PWM AB overlap−PWM A shift)]<MIN PWM WAVEFORM OVERLAP] THEN
PWM B shift = MIN PWM WAVEFORM OVERLAP−(PWM AB overlap − PWM A shift)
ELSE
PWM B shift +0
ENDIF
ELSE
IF(PWM BC overlap + PWM C shift)]<MIN PWM WAVEFORM OVERLAP] THEN
PWM B shift =(PWM BC overlap + PWM C shift) − MIN PWM WAVEFORM OVERLAP
ELSE
PWM B shift = 0
ENDIF
ENDIF。

シフトが適用された後の図５の信号の位置は図６に示される。注意するキーポイントは次のことである：
１） 各トランジスタに対するＰＷＭデューティは同一、即ち各信号の２つの縁の間の遅延時間に維持された；
２） サイクルの後半（即ち、サイクル中心の後部）における縁の順序は変更した；
３） 一般に、各トランジスタに対し、ひとつの縁はサイクルの前半にそして他の縁は後半にある；
４） 相に対する２つの信号（即ち、回路のアームに対して頂部および底部）は同じ方向に且つ同じ量だけ共にシフトされる。

縁をシフトすると、適切な電流サンプルが取られ得る瞬間が選択される。４つのサンプル以上が各サイクルにおいて取られる。もちろん２つのサンプルが常に取られ、２つのモータ相電流を表す。第１のサンプルはモータ相Ａに流入する電流を測定し、そして第２のサンプルは相Ｃから流出する電流を測定する。２つのゼロ電流サンプルは可能な場合に取られる。ＰＷＭ波形の組合わせに従って、ゼロ電流サンプルはあらゆるサイクル中に可能ではなく、不可能な場合はフラッグが揚げられる。

各サンプルはオーバラップ領域内においてできるだけ遅く取られる。これは、サンプリング領域の終了前にアナログ／デジタル・コンバータ・サンプル時間として計算される。

取られるべき各サンプルに対する位置は、次のステップに従って計算される：ステップ１． モータ相電流サンプルに対するサンプル位置を計算せよ：

モータ電流Ａサンプル位置＋ＰＷＭ縁Ｂ．底部縁１− ａｂｃサンプル時間
モータ電流Ｃサンプル位置＋ＰＷＭ縁Ｃ．底部縁１− ａｂｃサンプル時間

ステップ２． 底部トランジスタをオンしてゼロ電流サンプルに対する条件を検査し、そしてサンプル位置を計算せよ：
IF(PWM edges A. bottom edge 1−min edge position)≧MIN PWM WAVEFORM OVERLAP THEN
motor bottom zero current sample position = PWM edge A. bottom edge 1 −
adc sample time
motor bottom zero current sample valid = TRUE
ELSE
motor bottom zero current sample valid = FALSE

ステップ３． 頂部トランジスタをオンしてゼロ電流サンプルに対する条件を検査し、そしてサンプル位置を計算せよ：
IF(center of cycle−PWM edges C top edge 1)≧MIN PWM WAVEFORM OVERLAP THEN
motor top zero current sample position = center of cycle − adc sample
time
motor top zero current sample valid = TRUE
ELSE
motor top zero current sample valid = FALSE。

理想的には、４つのサンプルは各サイクルで取られる。代わりに、各４つのサンプルは一群のサイクルから順番に取られても良い。一般に、モータ底部ゼロ電流サンプル位置は常に、PWMサイクルにおいて最初に生じ、そのサイクルにおいて、モータ電流Aサンプル位置が続き、モータ電流Cサンプル位置が続き、モータ頂部ゼロ電流サンプル位置が最後に続く。

モータ相Aとモータ相Cに対して測定されたサンプルはそれから、ケース番号を決定するために使用されるプロセスと反対に物理的モータ相に再割当てされる。

第３の相における電流は、３つの相における電流の和がゼロでなければならないことを知ることにより計算できる。

このため、３つの相の電流が知られ、そしてこの情報は図２において閉ループ・モータ電流制御器４３に対するフィードバックとして使用される。

頂部電流サンプルおよび底部ゼロ電流サンプルから、電流感知回路におけるオフセットが計算できる。これは好ましくは、１次数（デジタル）ロウパス・フィルタを使用する頂部電流サンプルと底部ゼロ電流サンプルのストリームを個々にフィルタリングすることにより達成される。２つのフィルタされた値は、それから平均化される。平均値はモータ相A電流とモータ相Cの電流のサンプルごとから減算され、オフセット訂正値を与える。もちろん、単一電流感知抵抗の代わりに、電流感知の他の適切な形態が使用できる。

Claims (14)

1. それぞれがブリッジ回路において接続された１以上の巻線を含む複数の相を含むブラシレス・モータの動作を監視する方法であって、前記ブリッジ回路は各相に対してひとつのアームを備えた多数のアームを含み、各アームは、相と第１の供給電圧の間に接続された頂部スイッチング・デバイスと、相と第２の異なる供給電圧の間に接続された底部スイッチング・デバイスを含み、各デバイスはオン状態からオフ状態へ切換え可能であり、
   電流測定手段を使用して前記モータの動作中に、ＤＣ電源と、前記ブリッジ回路およびモータとの間に流れる全瞬時電流を監視して前記流れる電流を示す出力信号を生成するステップと、
   前記底部スイッチング・デバイスがオフである間全ての前記頂部スイッチング・デバイスはオンであるか、またはその逆である時に、電流測定手段の出力を測定するステップと、
   実測された出力信号値と理想出力信号値の間の差に対して補償される、前記電流測定手段を通して流れる前記電流を示す修正出力信号を生成するステップと、
   を含む、ブラシレス・モータの動作を監視する方法。
2. 前記電流測定手段は単一の感知抵抗と、該感知抵抗に跨って電圧を測定する手段を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記差を前記電流測定手段からの前記出力信号に加算し、または前記差を前記電流測定手段の出力信号から減算して前記修正出力信号を生成する、請求項１または２に記載の方法。
4. 各スイッチング・デバイスに供給される各信号はパルス幅変調信号を含む、請求項１に記載の方法。
5. 全ての前記スイッチング・デバイスは、同じ同期化されたサイクルを有する各パルス幅変調信号により調整される、請求項４に記載の方法。
6. 各または選択されたパルス幅変調信号のサイクルの間、モータから流入または流出する瞬時電流は前記サイクルにおける正味の電流と無関係に第１の瞬間にゼロになるように、前記信号は選択される、請求項４または５に記載の方法。
7. 各スイッチング・デバイスに供給されるパルス幅変調信号は単一のオン−オフ遷移および単一のオフ−オン遷移または各サイクル内の縁により画定され、全ての底部デバイスが少なくとも前記第１の瞬間にオフに切換えられている間に全ての頂部デバイスはオンに切換えられる、請求項６に記載の方法。
8. 前記底部スイッチング・デバイスがオンに切換えられている間に全ての頂部スイッチング・デバイスはオフに切換えられる、請求項６に記載の方法。
9. さらに各スイッチング・デバイスの信号を整列するステップをさらに含み、これにより各サイクルの間に各頂部スイッチング・デバイスのオン期間および各底部スイッチング・デバイスのオフ期間、またはこの逆は、各信号の２つの縁が前記サイクルにおいて任意に選択された点の両側に等しく隔てられるように中心合わせされる、請求項４から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記信号は前記サイクルの中心の周囲に中心付けされる、請求項９に記載の方法。
11. ２つの追加の電流測定値の取得を可能にするために適切な方法で前記信号がオーバラップされるように前記サイクル内で前記信号の複数の縁をシフトするステップをさらに含み、各電流測定値は前記モータのひとつの相に流れる電流に対応している、請求項９または１０に記載の方法。
12. ひとつの相における前記頂部および底部スイッチング・デバイスに対する信号は互いに関してシフトされない、請求項１１に記載の方法。
13. 最高相電圧（即ち、その相に対する頂部および底部信号）に対応する２つの信号は、１以上の他の対の信号がシフトされる間にシフトされない（中心合わせが維持される）、請求項１１または１２に記載の方法。
14. それぞれがブリッジ回路において接続された１以上の巻線を含む複数の相を含むモータを含み、前記ブリッジ回路は各相に対してひとつのアームを備えた多数のアームを含み、各アームは、相と第１の供給電圧の間に接続された頂部スイッチング・デバイスと、相と第２の異なる供給電圧の間に接続された底部スイッチング・デバイスを含み、各デバイスはオン状態からオフ状態へ切換え可能であり、
    ＤＣ電源と前記ブリッジ回路およびモータとの間に流れる全瞬時電流を測定するように設けられた電流測定手段と、
    前記底部スイッチング・デバイスがオフである間全ての前記頂部スイッチング・デバイスはオンであるか、またはその逆である時に、電流測定手段の出力を測定し、実測された出力信号値と理想出力信号値の間の差に対して補償される、前記電流測定手段を通して流れる電流を表示する出力信号を生成する手段と、
    を含む電力支援ステアリングシステム。

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