JP5842377B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、三相ブラシレスモータを進角制御するモータ駆動装置に関する。

ブラシレスモータを駆動制御する場合、モータコイルの抵抗とインダクタンスによる電流の遅れを補うために、電源電力を供給するためのスイッチングの転流タイミングを早める進角制御が一般的に行われる。
例えば、特許文献１には、パルス間隔より求めたモータ回転速度数より、前回のエッジ入力よりのパルスカウント値を用いて、今回エッジより先出しで進み角を求める構成の駆動装置が開示されている。

特開平７−１８４３８４号公報

文献１の構成では、進角を６０°以上進めることができない。また、センサの取り付け方により、パルス間隔がばらつき、結果として、相切り替えのタイミングがばらつき、モータのトルクリプルが発生する可能性がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、モータを安定的に駆動し且つ広い範囲で進角制御することが可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るモータ駆動装置は、
モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記モータの所定電気角の回転毎にパルス信号を出力する回転検出部と、
前記回転検出部の出力パルス信号に基づいて、前記モータの角加速度を求める角加速度取得手段と、
前記角加速度取得手段が取得した前記角加速度と、無駄時間及び一次遅れ系における時定数に基づいて算出される遅れ補償角と、に基づいて、進角を定め、前記モータの相電流を切り換える相電流切替手段と、
を備えることを特徴とする。

前記相電流切替手段は、例えば、前記遅れ補償角を、無駄時間と一次遅れ系における時定数との和に基づいて近似する。

前記相電流切替手段は、例えば、前記遅れ補償角が６０°＊（ｉ＋１）から６０°＊ｉ（ｉは０又は自然数）のときは、（ｉ＋１）個前のパルス信号を基準にして、進角を定める。

前記相電流切替手段は、例えば、進角補正による相切替タイミングが、進角補正を行わない場合の相切替タイミングよりも遅いときは、進角補正を行わない相切替タイミングで相電流を切り換える。

前記相電流切替手段は、例えば、モータの速度が所定の基準速度よりも低速の状態では、遅れ補償を行わない。

前記角加速度取得手段は、例えば、
前記パルス信号の出力を契機として、所定の基準時間の計測を開始し、所定期間計測後の最初の前記パルス信号の出力によりリスタートするタイマと、
前記タイマが計測している期間中に出力されたパルスの数をカウントするカウンタと、
前記タイマの計測した時間と前記カウンタのカウントしたパルス数とに基づいて、モータの角速度を求め、求めた角速度から角加速度を求める手段と、
を備える。

前記角加速度取得手段は、例えば、前記回転検出部から出力されたパルス信号の履歴に基づいて、前記回転検出部からのパルス信号を出力されない又は検出できない場合でも、履歴に基づいて予定される位置にパルス信号が出力されたものとして、前記角速度を求める。

この発明によれば、所定の回転角毎に供給される非連続なパルス信号を用いて進角制御を行い、モータを安定的に駆動すると共に広い角度範囲で遅れ補償を行うことができる。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の全体回路図である。 図１に示す転流制御回路の一例を示す回路図である。 図１に示すタイミング調整部の一例を示す回路図である。 （ａ）〜（ｄ）は、磁極割込パルス生成回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、転流制御回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 無駄時間と時定数とを説明するためのタイミングチャートである。 遅れ要因と無駄時間と時定数との関係を示す図である。 三相モータの回転加速度ΔＲＰＭと遅れ補償角の算出に使用するパルスの数ｍを説明するための図である。 （ａ）〜（ｅ）は、遅れ補償動作を具体的に説明するためのタイミングチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、遅れ補償動作を具体的に説明するためのタイミングチャートである。 遅れ補償の実行・非実行を制御する構成の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、磁極割込パルスの一部が欠けた場合の取り扱いを説明するための図であり、（ａ）は、磁極割込パルスの一部が欠けた状態を示すタイミングチャート、（ｂ）は、Δｔタイマの計時タイミングを示すタイミングチャート、（ｃ）は、Δｔタイマの計時により定まる所定期間を示すタイミングチャート、（ｄ）は、進角の計算に使用するパルスを示すタイミングチャート、（ｅ）は、進角計算回路の動作を説明するためのフローチャートである。 角速度ＲＰＭと遅れ補償角ＣＤとの関係を示すマップの例を示す図である。 Δｔ１２０等を求めるマップの例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の変形例の全体回路図である。

本発明の実施の形態にかかるモータ駆動装置及びモータ駆動方法を、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態のモータ駆動装置１０は、外部装置２０から供給されるトルク指令に従って三相モータ３０を駆動する装置であり、トルク／電流変換部１０１と、減算回路１０２と、ＰＩ変換回路１０３と、二相／三相変換部１０４と、ＰＷＭ出力部１０５と、タイミング調整部１０６と、Ｈブリッジ回路１０７と、磁極センサ１０８と、転流制御回路１０９と、三相／二相変換部１１０と、から構成される。

外部装置２０は、例えば、車両に設置された電子制御ユニット（ＥＣＵ）等から構成され、センサの検出値等に基づいて、三相モータ３０の出力トルク（出力トルクの目標値）Ｔrefを指示する。

三相モータ３０は、三相ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータから構成される。

モータ駆動装置１０を構成するトルク／電流変換部１０１は、外部装置２０から指示トルクＴreqを入力し、転流制御回路１１１から三相モータ３０の角速度（電気角速度）ωを入力し、角速度ωにおいて、指示トルクＴreqにより指示されたトルクを出力するために必要なリラクタント電流値を示すリラクタント電流指令ｉｄｔとマグネット電流値を示すマグネットトルク電流ｉｑｔを生成し、生成した電流指令ｉｄｔとｉｑｔを減算回路１０２に出力する。

本実施形態において、三相モータ３０はＳＰＭモータであり、通常は、リラクタント電流ｉｄｔ＝０である。

減算回路１０２は、トルク／電流変換部１０１から入力したリラクタント電流指令ｉｄｔと、三相／二相変換部１１２から入力した二相電流値（測定値）ｉｄｒとの偏差（電流偏差）Δｉｄ（＝ｉｄt−ｉｄr）を求め、電流偏差ΔｉｄをＰＩ変換回路１０３に出力する。同様に、減算回路１０２は、トルク／電流変換部１０１から入力したマグネットトルク電流指令ｉｑｔと、三相／二相電流変換部１１４から入力した二相電流値ｉｑｒとの電流偏差Δｉｑ（＝ｉｑt−ｉｑr）を求め、電流偏差ΔｉｑをＰＩ変換回路１０３に出力する。これにより、フィードバック制御が実現されている。

ＰＩ変換回路１０３は、比例積分回路と電流・電圧変換回路から構成され、電流偏差ΔｉｄとΔｉｑをそれぞれ比例積分し、これを電流・電圧変換することにより、ｄ軸電圧指令値ｖｄ及びｑ軸電圧指令値ｖｑを生成して出力する。

二相／三相変換部１０４は、ＰＩ変換回路１０３から供給された電圧指令値ＶｄとＶｑとを入力し、転流制御回路１０９から回転角（電気角）θを入力し、数式１に従って、逆パーク変換を行って、ｖα、ｖβを求め、さらに、数式２に従って逆クラーク変換を行い、三相指示電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを算出し、算出した指示電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗをＰＷＭ出力部１０５に供給する。

ＰＷＭ出力部１０５は、三相指示電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを受信し、矩形波のＤｕｔｙを決定し、Ｈブリッジ回路１０７を構成する６個のスイッチング素子のオン・オフを制御するスイッチング制御信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−を出力する。

タイミング調整部１０６は、ＰＷＭ出力部１０５から供給されたスイッチング制御信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−に進角制御を施し、スイッチング制御信号Ｕa＋、Ｕa−、Ｖa＋、Ｖa−、Ｗa＋、Ｗa−として出力する。なお、タイミング調整部１０６が実施する進角制御の詳細については、後述する。

Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）１０７は、ブルブリッジ接続された６個のＩＧＢＴ等のスイッチング素子から構成される。Ｈブリッジ回路１０７は、タイミング調整部１０６から供給されたスイッチング制御信号Ｕa＋、Ｕa−、Ｖa＋、Ｖa−、Ｗa＋、Ｗa−に従ってオン・オフし、三相モータ３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相巻き線に相電流を供給し、三相モータ３０を回転させる。

また、Ｈブリッジ回路１０７は、電流計１０７ｕ，１０７ｖ，１０７ｗを備える。電流計１０７ｕ，１０７ｖ，１０７ｗは、それぞれ、三相モータ３０のＵＶＷ各相の相電流を測定し、測定値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力する（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるため、２相分の測定値でもよい）。

磁極センサ１０８は、三相モータ３０のロータの回転に伴って、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＵＶＷ各相に対する磁極の位置を示すセンサ信号を出力する。
転流制御回路１０９は、磁極センサ１０８の出力信号から、三相モータ３０の回転角（電気角）θ、回転速度（電気角）ω、回転速度ＲＰＭ、回転加速度ΔＲＰＭを求め、さらに、遅延補償量ΔＤを求める。

転流制御回路１０９は、求めた回転角θを二相／三相変換部１０４と三相／二相変換部１１０に供給し、加速度ωをトルク／電流変換部１０１に供給し、また、遅延補償量ΔＤをタイミング調整部１０６に供給する。転流制御回路１０９の詳細は後述する。

三相／二相変換部１１０は、三相モータ３０の各相の電流値Ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、回転角（電気角）θとを入力し、クラーク変換及びパーク変換を行って、次式で表されるｄ相とｑ相の二相電流値ｉｄｒ、ｉｑｒを求めて、減算回路１０２に出力する。

次に、転流制御回路１０９の詳細構成を図２を参照して説明する。
図２に示すように、転流制御回路１０９は、磁極割込パルス生成回路２０１と、パルスカウンタ２０２と、タイマ２０３と、コンパレータ２０４と、アンドゲート２０５と、信号処理回路２０６と、から構成される。

磁極割込パルス生成回路２０１は、磁極センサ１０８から出力される図４（ａ）〜（ｃ）に示すような、センサ信号に応答して、図４（ｄ）に示すような、センサ信号のレベルの切り替わりタイミング（相電流の切り換えタイミング）で出力されるパルス（磁極割込パルス）を生成して出力する。この磁極割込パルスは、三相モータ３０のロータが電気角で６０°（２π／６ラジアン）回転する度に出力されるパルスである。

パルスカウンタ２０２は、磁極割込パルス生成回路２０１から出力されるパルスカウントし、カウント値を出力する。
タイマ２０３は、所定周期のクロック信号をカウントし、カウント値を出力する。

コンパレータ２０４は、タイマ２０３のカウント値Ｃｔと、所定の基準時間Ｔｒ（以下、８ｍｓとする）に相当する基準カウント値Ｃｒとを比較し、Ｃｔ≧Ｃｒのとき、即ち、タイマ２０３の測定時間が、例えば、８ｍｓ又はそれ以上のときに、アクティブレベルの信号をアンドゲート２０５に出力する。

アンドゲート２０５は、磁極割込パルス生成回路２０１から出力されるパルスとコンパレータ２０４の出力とのアンド（論理積）を求め、出力信号を、パルスカウンタ２０２のリセット端子、タイマ２０３のリセット端子、信号処理回路２０６のトリガ端子とに出力する。即ち、アンドゲート２０５は、タイマ２０３が８ｍｓを計時してから最初に出力された磁極割込パルスによって、パルスカウンタ２０２とタイマ２０３をリセットすると共に信号処理回路２０６にトリガ信号を出力する。

信号処理回路２０６は、アンドゲート２０５からのトリガ信号に応答して、パルスカウンタ２０２とタイマ２０３の出力を取得し、取得した値に基づいて、三相モータ３０の回転角θ（電気角）、加速度（電気角）ω、モータ角速度ＲＰＭ、モータ角加速度ΔＲＰＭ、遅延補償角（電気角）ＣＤ（°）を求める回路である。

ここで、図２に示す転流制御回路１０９の動作を説明する。
例えば、図５（ａ）に示すように、磁極割込パルスが出力されているとする。パルスカウンタ２０２は、図５（ｃ）に示すように、リセット後、この磁極割込パルスをカウントする。

一方で、タイマ２０３は、所定周期のクロックをカウントする。カウントを開始して、８ｍｓ経過すると、タイマ２０３のカウント値Ｃｔが、８ｍｓに対応する基準値Ｃｒと等しくなって、コンパレータ２０４の出力がアクティブレベルとなる。

コンパレータ２０４の出力がアクティブレベルとなり、アンドゲート２０５のゲートが開き、その後の最初の磁極割込パルスにより、アンドゲート２０５からパルスが出力される。このパルスにより、パルスカウンタ２０２とタイマ２０３とがリセットされる。

一方、信号処理回路２０６は、アンドゲート２０５からのパルスに応答して、リセット直前のパルスカウンタ２０２のカウント値ｎとタイマ２０３のカウント値Ｃｔを読み取る。

読み取った値Ｃｔは、前回のリセットタイミングからの経過時間Ｔを、ｎはその間に入力した磁極割込パルスの数を表す。
信号処理回路２０６は、読み取った値から次の（１）〜（３）式に従って、三相モータ３０の角速度と角加速度を求める。

磁極入力周波数Ｈ＝ｎ／Ｔ［Ｈｚ］・・・（１）
角速度（電気角）ω＝６０°＊Ｈ ・・・（２）
回転角（電気角）θ＝∫ωｄｔ＋θmit ・・・（３）
角速度ＲＰＭ＝５０＊Ｈ／［（Ｐ／２）＊（３６０°／１２０°）＊２］ (rpm)
・・・（４）
加速度ΔＲＰＭ＝（ＲＰＭｔ−ＲＰＭt-1）／（Ｔｔ−Ｔt-1） (rpm/s)
・・・（５）

θmit：時刻ｔにおける磁極割込パルスから求められた電気角（６０°きざみ）
Ｐ：磁極数
ＲＰＭｔ 今回演算で求められた角速度
ＲＰＭｔ-1 前回の演算で求められた角速度
Ｔｔ 今回演算で求められた経過時間（タイマ２０３の計測時間）
ＲＰＭｔ-1 前回の演算で求められた経過時間（タイマ２０３の計測時間）

信号処理回路２０６は、求めた各速度ωと回転角θをトルク／電流変換部１０１、二相／三相変換部１０４，三相／二相変換部１１０に供給する。

さらに、信号処理回路２０６は、求めた、角速度ＲＰＭから、三相モータ３０の遅れ時間を補償するための遅れ補償量（電気角）ｄｅｇ（°）を求める。

この遅れ補償量ＣＤを求める構成及び処理を説明する。
モータの回転遅れの要因としては、ソフトウエアの演算処理に要する時間、電気角θの取得（計算）に要する時間、モータの各相の電流の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの読み込みに要する時間、モータ自身の応答の遅れ等がある。
本来、これらの要因を分離し、それぞれ補償量を求めることが理想であるが、演算量が増大し、処理負担が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、遅れ時間の総量を、無駄時間Δｔｓと一次遅れ系による遅延時間（時定数）ｋτ・τｔとの和（Δｔｓ＋ｋτ・τｔ）によって近似する。
遅れ時間の総量（Δｔｓ＋ｋτ・τｔ）に相当するモータの回転角度（電気角）ＣＤ（°）、即ち、補償の対象となる角度（遅れ補償電気角）は、次式で表される。
ＣＤ＝３６０・（ＲＰＭ／６０）・（Ｐ／２）・（Δｔｓ＋ｋτ・τｔ）
ＣＤ：遅れ補償電気角（°）
ＲＰＭ：三相モータ３０の分当たりの回転数
Ｐ：モータ極数
Δｔｓ：無駄時間
ｋτ：時定数一次遅れ時間変換時間係数
τｔ：等価トータル一次遅れ時定数

無駄時間Δｔｓは、ソフトウエア処理要する時間であり、三相／二相変換部１１２がデータ（ここでは、電気角θと相電流ｉｕ、ｉｖ，ｉｗ）を取り込んでから、三相二相変換演算（クラーク変換、パーク変換）を実行するのに要する時間に相当する。これは、入力データのサイズ（ビット数等）、プロセッサの処理能力（クロック数を含む）、プログラムのステップ数などに依存する、そこで、実際にデータを入力してベクトル制御演算を実行し、測定することにより、求めることができる。また、ステップ数から予想することも可能である。

等価トータル一次遅れ時定数τｔは、三相モータ３０及び制御系統全体を一次遅れ系とみなしたときの一次遅れに相当する時定数を表す。また、時定数一次遅れ時間変換時間係数ｋτは、等価トータル一次遅れ時定数τｔを遅れ時間に変換するための係数である。

具体的に説明すると、例えば、三相／二相変換部１１０が、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをハードウエアで読み込み、三相電流の読み込み完了後、電気角θをＡ／Ｄ変換して入力し、所定の演算処理を行って制御出力ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを出力し、その後、三相モータ３０がこれに応答するという系を想定する。

この場合の時間の経過は、図６に示すような関係となる。
ここで、三相電流値を読み込むのに要する時間をτｉ、三相電流値を読み込んでから演算を開始するまでの時間をΔｔｓ０とすると、三相の電流値を読み込んで演算を開始するまでに要する時間は、τｉ＋Δｔｓ０となる。また、これらの動作と平行して、電気角の読み込みの動作が行われ、要する時間はτｒｄである。

このような場合、実質的にデータの入力に要する時間τｉｎは、（τｉ＋Δｔｓ０）と、τｒｄのいずれか大きい方（τｉｎ＝ｍａｘ（τｉ＋Δｔｓ０，τｒｄ））になる。

また、三相モータ３０を、一次遅れ系で表すとすると、モータの時定数τｍは、Ｌ／Ｒで表される。ここでＬは、例えば、三相モータ３０の各相の巻き線のインダクタンスＬａと配線などのインダクタンスＬｅの和である。また、Ｒは、三相モータ３０の各相の巻き線の抵抗ＲａとＥＣＵの抵抗と配線及び電源の電気抵抗Ｒｗの和で表される。
ベクトル制御の場合、τｍは計算値の１／２程度とし、位置制御の場合、計算値程度とすることが制御上望ましい。

図７に遅れ要因と、無駄時間と時定数の組み合わせの一覧を示す。なお、数値自体は、計算を説明するための仮定のものであり、実際の値とは大きく異なる。

図において、遅れ要因の「ソフトウエア演算」は、ソフトウエア演算に要する時間であり、無駄時間に相当し、図４では記号Δｔｓで表され、表では１０秒である。
遅れ要因の「電気角読み込み」は、電気角の読み込みに要する時間を表し、例では、無駄時間相当分が１秒、時定数相当分は図６では記号τｒｄで表され、表では、２０秒である。通常、無駄時間相当分は非常に小さく、図６では無視されている。
「電流検出」は、電流検出値の読み込みに要する時間のうちソフトウエア処理部分を除いたハードウエア処理に依存する分を表し、図６では記号τｉで表され、表では、３０秒である。
「モータ」は、励磁回路等の時定数の計算値に相当し、図６では記号τｍで表され、表では、４０秒である。

図７の例の場合、データの入力に要する時間Τinは次のように表される。
τｉｎ＝＝ｍａｘ（τｉ＋Δｔｓ０，τｒｄ）＝ｍａｘ（１０＋Δｔｓ０，２０）、即ち、（１０＋Δｔｓ０）秒と２０秒のうち大きい方となる。通常、Δｔｓ０は、プロセッサの動作クロック周期レベルとなり、Δｔｓ，τｒｄと比較して十分に小さく、無視可能である。このため、この例では、τｉｎ＝＝ｍａｘ（１０，２０）＝２０秒となる。
トータルの一次遅れ時間ｋτ・τｔは、ほぼ、τｉｎとモータ時定数τｍの和となる。また、上述のように、モータ時定数ｔｍの実際値は計算値のほぼ１／２である。
すると、ｋτ・τｔ＝τｍ／２＋τin＝４０／２＋２０＝４０秒となる。
これを、ｄｅｇの式に代入すると、
ｄｅｇ＝３６０・（ＲＰＭ／６０）・（Ｐ／２）・（Δｔｓ＋ｋτ・τｔ）
＝３６０・（１０００／６０）・（１０／２）・（１０＋４０）
＝３６０・（１０００／６０）・（１０／２）・５０
となる。

なお、逐一の計算によらず、無駄時間と時定数を予め求めて、ＲＰＭ−遅延補償角ＣＤのマップを求めておき、三相モータ３０の角速度ＲＰＭに応じて、マップから遅延補償角ＣＤを求めるように構成することも可能である。

信号処理回路２０６は、このようにして求めた遅延補償角ＣＤを、角速度ＲＰＭ、角加速度ΔＲＰＭと共にタイミング調整部１０６に供給する。

一方、タイミング調整部１０６は、図３に示すように、進角計算回路３０１と、進角制御回路３０２とから構成される。
進角計算回路３０１は、遅延補償角ＣＤ（°）に対応する時間Δｔｃｄを求め、この時間Δｔｃｄだけ進めた時間に相切り換えを進角制御回路３０２に指示する。
具体的には、進角計算回路３０１は、Δｔタイマ３０３を備え、磁極割込パルス生成回路２０１から磁極割込パルスを入力し、信号処理回路２０６から遅延補償角ＣＤ、角速度ＲＰＭ、角加速度ΔＲＰＭを入力する。

Δｔタイマ３０３は、磁極割込パルスの時間間隔を測定し、移動平均を求めることにより、電気角で６０（°）に相当する時間Δｔ６０を計測する。

また、進角計算回路３０１は、信号処理回路２０６が求めた遅れ補償角ＣＤが６０°＊（ｉ＋１）＞ＣＤ≧６０°＊ｉとなる整数ｉを求める。
例えば、遅れ補償量が６０°以下であれば、ｉ＝０、６０°〜１２０°であれば、ｉ＝１、１２０°〜１８０°であれば、ｉ＝２である。

Δｔタイマ３０３は、磁極割込パルスの各パルスの出力タイミング（遅れ補償を行わなければ、相切り換えを行うタイミング）よりもＣＤ（電気角°）に相当する時間、即ち、ΔｔＣＤだけ早いタイミングを特定する。

具体的には、本来の相切り換えのタイミング（各磁極割込パルスの出力タイミング）の（ｉ＋１）個前の磁極割込パルスから、（６０°）＊（ｉ＋１）−ＣＤに対応する分だけ経過した時間、即ち、Δｔ６０・（ｉ＋１）−Δｔｃｄを求めればよい。ただし、１つの磁極割込パルスのみに基づいた場合、パルスのふらつき、抜け等により、所期のタイミングが得られないおそれがある。

そこで、本実施形態では、複数の磁極割込パルスの出力タイミングに基づいて、遅れ補償基づく相切り換えタイミングを確定する。複数の磁極割込パルスを使用する場合、三相モータ３０の加速度ΔＲＰＭに応じて、使用できる磁極割込パルスの数が変化する。そこで、加速度ΔＲＰＭに応じて、使用する磁極割込パルスの数ｍを調整する。ｍは、図８に示すように、回転角加速度ΔＲＰＭに基づいて、角加速度ΔＲＰＭが大きくなるに従って、小さくなるように設定される。

ここで、進角計算回路３０１は、注目する相切り換えタイミングに出力される磁極割込パルスの（ｉ＋１）個前のパルスを基準として、加速度ΔＲＰＭで定まるｍ個のパルスを特定する。
そして、進角計算回路３０１は、（ｉ＋１）個前のパルスからΔｔ６０・（ｉ＋１）−Δｔｃｄ、（ｉ＋２）個前のパルスからΔｔ６０・（ｉ＋２）−Δｔｃｄ、．．．（ｉ＋ｍ）個前のパルスからΔｔ６０・（ｉ＋ｍ）−Δｔｃｄとなる、タイミングの平均値を求める。

進角計算回路３０１は、求めたタイミングに達すると、進角制御回路３０２に相切り換えを指示する。
進角制御回路３０２は、指示に従って、供給されているスイッチ制御信号±Ｕ、±Ｖ，±Ｗの電圧レベルを更新し、スイッチ制御信号±Ｕ、±Ｖ、±ＷをＣＤだけ進めた（遅延補償を施した）スイッチ制御信号±Ｕａ、±Ｖa、±Ｗaを生成して、Ｈブリッジ回路１０７に出力する。これにより、Ｈブリッジ回路１０７は、スイッチ制御信号に従って相電流を切り換える。

以上の動作を具体例に基づいて説明する。
例えば、遅延補償角ＣＤが４０°であるとする。この場合、ｉ＝０となる。また、角加速度ΔＲＰＭより、ｍが３であったとする。
ここで、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁極割込パルスとスイッチング制御信号（図では、＋Ｕと−Ｕをに例示）が供給されているとする。
さらに、理解を容易にするため、タイミングＴ９における、相切り換えに注目する。

この場合、進角計算回路３０１は、（ｉ＋１）即ち、Ｔ９の１つ前のパルスＴ８と、２つ前のパルスＴ７と、３つ前のパルスＴ６、計３（＝ｍ）つのパルスを特定する。
次に、（ｉ＋１）個前のパルスに関しては、Δｔ６０・（ｉ＋１）−ΔｔＣＤ＝Δｔ６０−Δｔｃｄの時間を計測する。また、（ｉ＋２）個前のパルスに関しては、Δｔ６０・（ｉ＋１）−ΔｔＣＤ＝Δｔ１２０−Δｔｃｄの時間を計測する。さらに、（ｉ＋３）個前のパルスに関しては、Δｔ６０・（ｉ＋２）−ΔｔＣＤ＝Δｔ１８０−Δｔｃｄの時間を計測する。

これら３つの計時タイミングの平均値が示すタイミングに到達したことを、Δｔタイマ３０３の計時から判別すると、進角計算回路３０１は、進角制御回路３０２にスイッチ信号を出力する。
これにより、図９（ｄ）、（ｅ）に示すように、本来の相切り換えのタイミング（遅れ補償を行わない場合の相切り換えタイミング）Ｔ９よりもΔｔｃｄ時間早いタイミングで相切り換えが行われる。

次に、遅延補償角ＣＤが９０°であるとする。この場合、ｉ＝１となる。また、角加速度ΔＲＰＭより、ｍが４であったとする。
ここで、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁極割込パルスとスイッチング制御信号（図では、＋Ｕと−Ｕをに例示）が供給されているとする。
さらに、理解を容易にするため、タイミングＴ１９における、相切り換えに注目する。

この場合、進角計算回路３０１は、（ｉ＋１）即ち、Ｔ１９の２つ前のパルスＴ１７と、３つ前のパルスＴ１６と、３つ前のパルスＴ１５と、４つ前のパルスＴ１４と、計４（＝ｍ）つのパルスを特定する。
次に、（ｉ＋１）個前のパルスに関しては、Δｔ６０・（ｉ＋１）−ΔｔＣＤ＝Δｔ１２０−Δｔｃｄの時間を計測する。また、（ｉ＋２）個前のパルスに関しては、Δｔ６０・（ｉ＋１）−ΔｔＣＤ＝Δｔ１８０−Δｔｃｄの時間を計測する。また、（ｉ＋４）個前のパルスに関しては、Δｔ６０・（ｉ＋３）−ΔｔＣＤ＝Δｔ２４０−Δｔｃｄの時間を計測する。さらに、（ｉ＋４）個前のパルスに関しては、Δｔ６０・（ｉ＋４）−ΔｔＣＤ＝Δｔ３００−Δｔｃｄの時間を計測する。
これら４つの計時タイミングの平均値が示すタイミングに到達したことを、Δｔタイマ３０３の計時から判別すると、進角計算回路３０１は、進角制御回路３０２にスイッチ信号を出力する。

これにより、図１０（ｄ）、（ｅ）に示すように、本来の相切り換えのタイミング（遅れ補償を行わない場合の相切り換えタイミング）Ｔ１９よりもΔｔｃｄ時間早いタイミングで相切り換えが行われる。

以上説明したように、本実施形態のモータ駆動装置１０によれば、非連続で供給される磁極割込パルス等の、所定の回転角毎に供給される非連続な信号を用いて、遅れ補償を行うことができる。

しかも、角加速度ΔＲＰＭの大きさにより、本来相切り換えを行うタイミングの前のｍ個のパルスの平均値で遅れ補償角を決め、相切り替えを行うので、センサ取り付けのばらつきによる、トルクリップルを平準化できる。
また、遅れ補償要因を無駄時間と一次遅れ系に近似しているので、適切な遅れ補償が可能となり、モータ回転数によらず、安定したブラシレスモータの制御が可能となる。
遅れ補償量が６０（°）＊ｉのときは、ｉ個前のｎ個から進み角を決定するので、高い回転時の遅れ補償も可能となり、外部からまわされたような場合でも、安定した制御が可能となる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、タイマやカウンタは、逐一リセットされる必要はない。直前のカウント値を記憶しておき、最新のカウント値との差分を求めることができれば、十分である。

例えば、上記実施の形態において、遅れ補償後の相切り換え時間（タイミング）が、本来の相切り換え時間（タイミング）よりも遅れることが起こりうる。このような遅れ補償後の相切り換え時間（タイミング）が、本来の相切り換え時間（タイミング）よりも遅れるという事態を防止するため、遅くとも本来の相切り換えタイミングまでには、相切り換えタイミングを生成することが望ましい。
例えば、図１１（ａ）に示すように、遅れ補償後の相切り換えを指示する指示信号と、本来の相切り換えを指示する指示信号との、論理和（オア）を取って、進角制御回路３０２に供給するようにしてもよい。

また、このような現象は、低速時に起こりやすい。
そこで、所定の基準速度よりも低い低速時には、遅れ補償を行わないようにすることが望ましい。この場合、例えば、図１１（ｂ）に示すように、回転速度ＲＰＭが基準値ＲＰＭｒ以下となったときに、遅れ補償後の相切り換え指示信号をブロックし、本来の相切り換え指示信号のみを通過するように、回路を構成してもよい。

また、本来周期的に出力されるべき磁極割込パルスが出力されないことがある。この場合、Δｔタイマ３０３が測定している１パルス期間Δｔ６０（過去の出力履歴に基づいて予想されるパルス出力期間）に基づいて、本来の（過去の履歴から予想される）位置にパルスが出力されたものとしてとりあつかうことが望ましい。

この点を、具体例を用いて説明する。ここでは、図１２（ａ）に示すように、磁極割込パルスが周期Ｔで連続して出力されていて、タイミングＴ２１で磁極割込パルスの供給が突然停止した場合を想定する。

図１２（ｂ）に示すように、Δｔタイマ３０３は、従前のパルス出力の履歴から、定常的に周期Ｔを計測し続けている。
進角計算回路３０１は、図１２（ｅ）のフローチャートに示す容易、Δｔタイマ３０３が計測する期間Ｔを基準として、図１２（ｃ）に示すように、期間Ｔが経過するΔｔ前からΔｔ後までの所定期間内に、磁極割込パルスが検出できたか否かを判別する（ステップＳ１１）。

進角計算回路３０１は、図１２（ｄ）に示すように、磁極割込パルスが所定期間内に検出できた場合（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、例えば、期間Ｐ１には、検出した磁極割込パルスに基づいて進角を計算する処理を行う（ステップＳ１２）。一方、所定期間内に磁極割込パルスを検出できない場合（ステップＳ１１；ＮＯ）、例えば、期間Ｐ２には、期間Ｔが経過した時点で磁極割込パルスが発生したものとみなして（取り扱って）、進角を計算する処理を行う（ステップＳ１３）。即ち、進角計算回路３０１は、磁極センサ１０８から出力された磁極有り込みパルスの履歴に基づいて、磁極センサ１０８からの磁極割り込みパルスが出力されない或いは検出できない場合でも、履歴に基づいて予定される位置に磁極割込パルスが出力されたものとして、前記角速度を求めることができる。

また、時定数が適宜設定されたＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等配置し、磁極割込パルス生成回路２０１の出力をＰＬＬ回路に供給し、ＰＬＬ回路の出力をパルスカウンタ２０２、アンドゲート２０５、進角計算回路３０１等に供給するようにしてもよい。ＰＬＬ回路は、一次的に磁極割込パルスが停止した場合でも、従前の磁極割込パルスの履歴に合致するパルス列をある程度の期間出力し続ける。従って、進角計算回路３０１は、磁極割込パルスの出力履歴に基づいて、予定される位置に実際の磁極割込パルスが出力されない場合や検出されない場合でも、ＰＬＬ回路が出力する履歴に基づいたパルスが出力されたものとして処理を行うことができる。

例えば、上記実施の形態においては、演算により遅れ補償角ＣＤを求めたが、例えば、図１３に示すように、ＲＰＭ−遅れ補償角を予め求めておき、これを予めマップ化してメモリに記憶しており、マップを参照することにより、遅れ補償角を求めるようにしてもよい。

さらに、Δｔ６０、Δｔ１２０，Δｔ１８０、Δｔｃｄ、Δｔ６０−Δｔｃｄ、Δｔ１２０−Δｔｃｄ、Δｔ１８０−Δｔｃｄ、等を、例えば、図１４に例示するようにＲＰＭの関数としてこれらの時間を求めるようにしてもよい。

上記実施の形態においては、系の遅れを無駄時間と時定数とで近似したが、遅れの要因と遅れ時間とを個別に求め、これらを積み上げることにより、補償すべき遅れを正確に求めることも可能である。

遅れ補償処理は、トルク／電流変換部１０１が出力するｑ軸電流指令値ｉｑｔが一定のときにのみ実行することが望ましい。その場合、遅れ補償演算部１１１は、トルク／電流変換部１０１からｉｑｔを受け、図６に示すように、ｉｑｔが一定であるか否かを判別し、一定である場合に、遅れ補償処理を行う。

また、モータ駆動装置１０の構成は適宜変更可能である。例えば、ベクトル制御により三相モータ３０を駆動する構成例を示したが、通常の駆動方法でも問題ない。

また、以上の実施の形態では、ベクトル制御の例でこの発明を説明したが、この発明はこれに限定されない。

例えば、図１５に示すように、外部装置（位置指令）４２０が三相モータ３０のロータの回転位置を示す位置指令を逐次出力し、三相モータ３０の各相に供給する１２０°通電の矩形波を駆動・切り替えするモータ駆動装置４１０等にも適用可能である。

図１５の構成では、外部装置（位置指令）４２０が三相モータ３０のロータの回転位置を示す位置指令を逐次出力する。位置ＰＩ変換回路４０３は、位置指令が指示するロータの回転位置と実際の回転位置θとの差分を求め、求めた差分に応じて三相指示電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを算出し、算出した指示電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗをＰＷＭ出力部１０５に供給する。他の動作は、上述したモータ駆動装置１０と同様である。

また、モータ駆動装置１０の全部又は一部を位置又は複数のコンピュータで構成し、これらのコンピュータに実行させるプログラムを作成、配布、インストール等してもよい。

１０ モータ駆動装置
２０ 外部装置
３０ 三相モータ
１０１ トルク／電流変換部
１０２ 減算回路
１０３ ＰＩ変換回路
１０４ 二相／三相変換部
１０５ ＰＷＭ出力部
１０６ タイミング調整部
１０７ Ｈブリッジ回路
１０８ 磁極センサ
１０９ 転流制御回路
１１０ 三相／二相変換部
２０１ 磁極割込パルス生成回路
２０２ パルスカウンタ
２０３ タイマ
２０４ コンパレータ
２０５ アンドゲート
２０６ 信号処理回路
３０１ 進角計算回路
３０２ 進角制御回路
４１０ モータ駆動装置
４２０ 外部装置
４０３ 位置ＰＩ変換回路

Claims (7)

1. モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   前記モータの所定電気角の回転毎にパルス信号を出力する回転検出部と、
   前記回転検出部の出力パルス信号に基づいて、前記モータの角加速度を求める角加速度取得手段と、
   前記角加速度取得手段が取得した前記角加速度と、無駄時間及び一次遅れ系における時定数に基づいて算出される遅れ補償角と、に基づいて、進角を定め、前記モータの相電流を切り換える相電流切替手段と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記相電流切替手段は、前記遅れ補償角を、無駄時間と一次遅れ系における時定数との和に基づいて近似する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記相電流切替手段は、前記遅れ補償角が６０°＊（ｉ＋１）から６０°＊ｉ（ｉは０又は自然数）のときは、（ｉ＋１）個前のパルス信号を基準にして、進角を定める、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記相電流切替手段は、進角補正による相切替タイミングが、進角補正を行わない場合の相切替タイミングよりも遅いときは、進角補正を行わない相切替タイミングで相電流を切り換える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記相電流切替手段は、モータの速度が所定の基準速度よりも低速の状態では、遅れ補償を行わない、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記角加速度取得手段は、
   前記パルス信号の出力を契機として、所定の基準時間の計測を開始し、所定期間計測後の最初の前記パルス信号の出力によりリスタートするタイマと、
   前記タイマが計測している期間中に出力されたパルスの数をカウントするカウンタと、
   前記タイマの計測した時間と前記カウンタのカウントしたパルス数とに基づいて、モータの角速度を求め、求めた角速度から角加速度を求める手段と、
   を備える、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記角加速度取得手段は、前記回転検出部から出力されたパルス信号の履歴に基づいて、前記回転検出部からのパルス信号を出力されない又は検出できない場合でも、履歴に基づいて予定される位置にパルス信号が出力されたものとして、前記角速度を求める、
   ことを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。

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