WO2023127341A1 - モータシステム - Google Patents

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WO2023127341A1
WO2023127341A1 PCT/JP2022/042777 JP2022042777W WO2023127341A1 WO 2023127341 A1 WO2023127341 A1 WO 2023127341A1 JP 2022042777 W JP2022042777 W JP 2022042777W WO 2023127341 A1 WO2023127341 A1 WO 2023127341A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
switch
switching
timing
motors
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/042777
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大祐 福島
良行 東
Original Assignee
村田機械株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 村田機械株式会社 filed Critical 村田機械株式会社
Publication of WO2023127341A1 publication Critical patent/WO2023127341A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors

Definitions

  • the present invention relates to a motor system that drives a plurality of motors using a motor driver.
  • Patent Literature 1 discloses this type of motor system.
  • a plurality of motors are connected to only one motor driver via switching circuit units.
  • the motor driver controls the on/off of six transistors in order to apply appropriate voltages to the U-, V-, and W-phase drive coils of each motor.
  • Each transistor is driven by a driving method using a pulse signal based on a pulse width modulation method. Simultaneous driving of a plurality of motors is achieved by operation of appropriate switching circuitry.
  • Patent Document 1 there is a risk that noise, surges, and the like may occur at the timing when the switching circuit unit switches.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to prevent the occurrence of noise and surges in a motor system in which electric power output from a motor driver is switched and supplied to a plurality of motors to simultaneously drive them. to do.
  • the motor system includes a plurality of motors, a motor driver, and a switch section.
  • the motor driver generates and outputs a driving waveform for generating driving force to the plurality of motors by PWM control.
  • the switch section selectively switches a target motor to which electric power output from the motor driver is supplied, among the plurality of motors.
  • the switch section is controlled by a switching control section such that the target motor is cyclically switched among the plurality of motors.
  • a carrier cycle of the PWM control includes a high level period during which the PWM output is at a high level and a low level period during which the PWM output is at a low level.
  • the switching control section controls the switch section so that the switch section switches the target motor during the low level period.
  • the switch control unit causes the switch unit to switch the target motor at a timing in which the phase of the carrier cycle is 180° different from the center timing of the high level period. is preferably controlled.
  • the switching operation of the switch section can be performed with accurate timing in relation to the PWM control.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, the switching control section controls the switching section so that the target motor is switched at each predetermined switching period.
  • the carrier period of the PWM control and the switching period are synchronized.
  • the switching operation of the switch section can be performed with accurate timing in relation to the PWM control.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, the motor system includes a voltage detection section that detects the voltage output from the motor driver. The switching control section obtains switching timing included in the low level period based on the detection result of the voltage detecting section. The switching control section controls the switch section so that the switch section switches the target motor at the switching timing.
  • the switching operation of the switch section can be performed at accurate timing in relation to the PWM control without having a special configuration for the motor driver.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, each of the plurality of motors has a multi-phase coil.
  • the PWM control performed by the motor driver is performed for each of the plurality of phase coils.
  • the switching control unit obtains center timing of a past high level period of the PWM output for at least one phase among the plurality of phases.
  • the switching control unit obtains the switching timing based on the central timing.
  • the predetermined timing included in the low level period can be obtained as the switching timing.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, the switching control section obtains the center timing of the past high level period of the PWM output for two or more phases among the plurality of phases. The switching control unit obtains the switching timing based on the central timing obtained for two or more phases.
  • switching timing can be stably obtained even in a situation where the motor driver performs PWM output with various duty ratios for each phase.
  • the motor system described above preferably has the following configuration. That is, each of the plurality of motors has a multi-phase coil.
  • the PWM control performed by the motor driver is performed for each of the plurality of phase coils.
  • the switching control section controls the switching section so that the switching section switches the target motor during a period in which the PWM output is at low level in all of the plurality of phases.
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor system according to one embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a motor driver and a switch section
  • 4 is a graph showing the relationship between PWM control performed in a motor driver and switching of target motors by a switch unit
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the switch section is switched from that shown in FIG. 2
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining calculation of switching timing of switching elements performed in a switching control unit;
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor system 1 of this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the motor driver 21 and the switch section 22.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the PWM control performed by the motor driver 21 and the switching of the target motor by the switch section 22. As shown in FIG.
  • the motor system 1 is a system for controlling a plurality of motors 23. As shown in FIG. 1 , the motor system 1 includes a control section 10 , a motor driver 21 , a switch section 22 , multiple motors 23 , and multiple encoders 24 .
  • the control unit 10 controls a plurality of motors 23 via the motor driver 21 and the switch unit 22. A configuration of the control unit 10 will be described later.
  • the motor driver 21 supplies electric power to the plurality of motors 23 to operate the motors 23 .
  • the motor driver 21 is, for example, a servo amplifier or an inverter.
  • the motor driver 21 is electrically connected to the control unit 10 and can transmit and receive signals.
  • the motor driver 21 is controlled by the control unit 10.
  • the motor driver 21 has an inverter 31 .
  • Inverter 31 generates a drive waveform according to the output of control section 10 .
  • the motor driver 21 outputs a voltage based on the obtained drive waveform to the switch section 22 .
  • a detailed configuration of the inverter 31 will be described later.
  • a current sensor (current detection unit) 35 and a current control unit 36 are provided in the motor driver 21 .
  • the current sensor 35 detects the magnitude of the current supplied from the motor driver 21 to the motor 23 .
  • the motor driver 21 outputs the current value, which is the detection result of the current sensor 35, to the control unit 10.
  • the current control unit 36 controls the inverter 31 to generate a drive waveform for the motor 23 according to a signal input from the output control unit 11 provided in the control unit 10, which will be described later. Details of the current control unit 36 will be described later.
  • the switch unit 22 selectively supplies the electric power output by the motor driver 21 to the plurality of motors 23 .
  • the switch unit 22 is connected for communication with the control unit 10 via the motor driver 21, and can transmit and receive signals.
  • the motor driver 21 and the switch section 22 are provided in one-to-one correspondence.
  • the motor driver 21 and the switch unit 22 may correspond not one-to-one but one-to-many or many-to-one.
  • a motor driver 21 is connected to the input side of the switch section 22 .
  • a plurality of motors 23 are connected to the output side of the switch section 22, respectively.
  • the number of motors 23 is arbitrary as long as it is plural, it is two in this embodiment. In the following description, the two motors 23 are sometimes referred to as a first motor 23a and a second motor 23b in order to specify each.
  • the switch section 22 is configured as a circuit including a plurality of switches.
  • the switch section 22 is mounted on a substrate, for example.
  • the switch section 22 includes a supply switch 41 , a short-circuit switch 42 and a switching control section 43 .
  • the switching control unit 43 switches the supply switch 41 and the short-circuit switch 42, the motor 23 to which power is supplied is switched.
  • the motor 23 to which electric power is supplied may be referred to as a target motor.
  • the switch unit 22 switches the supply switch 41 and the short-circuit switch 42 under the control of the switching control unit 43 so as to change the target motor between the first motor 23a and the second motor 23b.
  • the target motor to which power is supplied is only one of the plurality of motors 23 connected to the switch section 22, that is, either the first motor 23a or the second motor 23b. is.
  • the switching control unit 43 controls the switch unit 22 so that the switch unit 22 repeats the operation of cyclically switching the target motor between the two motors 23 at high speed. This allows the two motors 23 to be driven substantially simultaneously.
  • the switching control unit 43 controls the operation timings of the supply switch 41 and the short-circuit switch 42 to have a specific relationship with the PWM output of the motor driver 21 when switching the target motor. The details of the control of the switch operation timing will be described later.
  • the motor 23 can be configured as, for example, a three-phase motor or a two-phase motor.
  • Each motor 23 has a stator and a mover.
  • one of the stator and mover contains a permanent magnet and the other contains a coil.
  • the coil becomes an electromagnet.
  • a repulsive force or an attractive force acts between the stator and the mover, and as a result, the mover moves relative to the stator.
  • the motor 23 of this embodiment is a rotary motor in which a mover (rotor) rotates with respect to a stator (stator).
  • a linear motor in which the mover linearly moves (slides) with respect to the stator can also be used.
  • the encoder 24 is provided for each motor 23.
  • the encoder 24 detects the operating state of the motor 23, more specifically, the relative displacement of the mover with respect to the stator.
  • the encoder 24 can be, for example, a known Hall element.
  • the Hall element can detect the rotation angle of the mover.
  • the encoder 24 can be, for example, a magnetic sensor provided on the movement path of the mover. A magnetic sensor can detect the position of the mover with respect to the stator.
  • the encoder 24 is electrically connected to the switch section 22 and can output detection signals to the switch section 22 .
  • a detection result of the encoder 24 is transmitted to the control unit 10 via the motor driver 21 .
  • the control unit 10 includes an output control unit 11.
  • the control unit 10 is configured as a known computer including, for example, a CPU, ROM, RAM, auxiliary storage device, and the like.
  • the auxiliary storage device is configured as, for example, an HDD, SSD, or the like.
  • Various programs and the like are stored in the auxiliary storage device. By executing these programs, the control unit 10 can perform various controls regarding the motor system 1 . In this way, the cooperation of hardware and software allows the controller 10 to function as the output controller 11 .
  • the control unit 10 may execute processing other than the control described above.
  • a part or all of the output control unit 11 may be realized by hardware physically different from the control unit 10 (for example, the motor driver 21).
  • the output control unit 11 generates a driver control signal and transmits it to the motor driver 21 .
  • the driver control signal is a current command signal output by a speed control unit 14, which will be described later.
  • the motor driver 21 controls the duty ratio of PWM control based on the current command, and outputs from the inverter 31 as PWM.
  • the output control unit 11 includes a position control unit 13 and a speed control unit 14.
  • the position control unit 13 has a function of controlling the position of the mover for each motor 23 .
  • the position control unit 13 compares, for example, the current position of the mover detected by the encoder 24 with the target position of the mover, and outputs a speed command according to the positional deviation to the speed control unit 14 .
  • the speed control unit 14 has a function of controlling the speed of the mover for each motor 23 .
  • the speed control unit 14 compares, for example, the current speed based on the change in the position of the mover detected by the encoder 24 with the speed command input from the position control unit 13, and outputs a current command according to the speed deviation. Generate.
  • a current command is a signal that indicates a current value. In this embodiment, this current command corresponds to the output of the output control section 11 . Although the details will be described later, this current command is input to the current control section 36 provided in the motor driver 21 .
  • This current control unit 36 determines a voltage command value for PWM control for each motor 23 .
  • the current control unit 36 compares the current value obtained from the current sensor 35 for the first motor 23a with the current command input from the motor system 1 (in other words, the speed control unit 14 included in the output control unit 11). Then, the voltage to be applied to each phase coil of the first motor 23a is calculated according to the deviation of the current value. This calculation is performed, for example, based on known vector control. Thus, in this embodiment, the current value acquired by the current sensor 35 is used for feedback control.
  • the current control unit 36 similarly obtains the voltage to be applied to each phase coil included in the second motor 23b.
  • the current control unit 36 generates and outputs a PWM voltage command value based on the calculated voltage. If the motors 23 are, for example, three-phase motors, the voltage command values are generated for each of the three phases.
  • the operation of the output control unit 11 is performed at a constant cycle, and as a result, the current command changes.
  • the cycle which is the minimum time unit in which the current command is controlled, may be referred to as an output control cycle.
  • the output control cycle matches the control cycle in which the voltage command value is controlled by the current control section 36 of the motor driver 21 .
  • the voltage output by the motor driver 21 is selectively supplied to the first motor 23a and the second motor 23b via the switch section 22 that repeats cyclic switching operations.
  • the current command generated by the output control unit 11 is obtained by time-divisionally synthesizing the signals instructing the current values for each of the first motor 23a and the second motor 23b.
  • the inverter 31 included in the motor driver 21 includes a number of semiconductor switch elements corresponding to the number of phases of the motor 23 .
  • inverter 31 repeats opening and closing of the switch element at high speed according to known PWM control so as to realize a duty ratio corresponding to the voltage command value.
  • the motor driver 21 can generate drive waveforms for driving the two motors 23 by distributing the electric power in a time division manner.
  • the output control cycle matches the carrier cycle of the PWM control performed by the motor driver 21.
  • the motor driver 21 can obtain a voltage waveform for satisfactorily realizing the current command output by the control unit 10 by PWM control, and can supply the voltage waveform to the switch unit 22 .
  • the period during which power is supplied to one motor 23 is equal to the output control period or its n-fold (where n is an integer of 2 or more). ).
  • FIG. 2 schematically shows a circuit diagram of the motor driver 21 and the switch section 22. As shown in FIG. Note that the aforementioned current sensor 35 is omitted in FIG.
  • the motor driver 21 has an inverter circuit as shown in FIG.
  • the inverter circuit converts the DC voltage into a three-phase AC voltage.
  • the configuration of the inverter circuit is a full bridge system.
  • the inverter circuit has three legs corresponding to the three phases (U phase, V phase and W phase) of the motor 23 .
  • Each leg consists of two arms and a switch 32 is arranged on each arm.
  • This switch 32 is configured as a semiconductor switch element as described above.
  • a freewheeling diode (not shown) may be connected in parallel to each switch 32 .
  • the motor driver 21 has a P terminal and an N terminal.
  • a constant voltage DC power supply (not shown) is connected to the P terminal and the N terminal. Therefore, the P terminal and the N terminal are terminals having a constant potential.
  • the positive side of the DC power supply is connected to the P terminal, and the negative side of the DC power supply is connected to the N terminal.
  • the switch 32 on the P terminal side and the switch 32 on the N terminal side are arranged in pairs for each of the U, V and W phases.
  • the switch 32 on the P terminal side is called a high side switch
  • the switch 32 on the N terminal side is called a low side switch.
  • FIG. 3 shows an example of PWM control by the motor driver 21 regarding the U phase among the three phases.
  • the horizontal axis is time.
  • the interval between dashed lines arranged in the horizontal direction corresponds to the output control period.
  • the output control cycle matches the carrier cycle of PWM control.
  • Rectangles M1 and M2 drawn at the top of the graph respectively indicate periods during which the first motor 23a and the second motor 23b are the target motors.
  • FIG. 3 shows an example in which the time during which power is supplied to each of the two motors 23 in one cycle corresponds to four cycles of the output control cycle.
  • the switching operation of the switch unit 22 switches the target motor to another motor 23 between the two motors 23 every four cycles of the output control cycle.
  • the cycle in which the switch section 22 performs the switching operation may be referred to as a switching cycle.
  • FIG. 3 shows the open/closed states of the switch 32 on the P terminal side (high side) and the switch 32 on the N terminal side (low side) of the U phase.
  • C means closed and O means open.
  • the switch 32 on the P terminal side and the switch 32 on the N terminal side are controlled so as to be complementarily opened and closed.
  • the switch 32 on the P terminal side is closed and the switch 32 on the N terminal side is opened, the U-phase output goes high.
  • the switch 32 on the P terminal side is opened and the switch 32 on the N terminal side is closed, the U-phase output becomes low level.
  • the switch 32 on the P terminal side and the switch 32 on the N terminal side are not switched at the same time. That is, there is a brief period during which both switches 32 are open to prevent a short circuit. This period is called dead time.
  • the lower part of FIG. 3 shows the U-phase PWM output.
  • the waveform of this PWM output corresponds to the drive waveform.
  • the switching between the opening and closing of the two switches 32 is reflected in the PWM output.
  • One carrier cycle of PWM control includes a high level period during which the PWM output is at a high level and a low level period during which the output is at a low level.
  • the duty ratio means a ratio obtained by dividing the length of the high level period by the length of the carrier period.
  • the center timing of the pulse output in each carrier period of the PWM output substantially matches the center timing of the carrier period.
  • the change in duty ratio is realized by increasing or decreasing the pulse time width while keeping the central timing of the pulse coincident with the central timing of the carrier period.
  • This control can be realized by using a known triangular wave comparison method for PWM control, and by using a triangular wave having a minimum value at the center of the carrier period and a maximum value at the ends of the carrier period as the carrier waveform.
  • the voltage of the carrier waveform is indicated by a solid line
  • the voltage corresponding to the voltage command value is indicated by a broken line.
  • the two switches 32 are switched at the timing at which the two voltage signals cross each other.
  • the switch 32 on the P terminal side is always opened and the switch 32 on the N terminal side is always opened at the timing of the end of the carrier cycle. will always be closed.
  • the switches 32 are controlled to open and close in the same manner as for the U-phase, and PWM outputs are generated.
  • a carrier waveform used for PWM control is common to the U-phase, V-phase, and W-phase.
  • the inverter circuit converts the power supplied from the DC power supply into AC power for the U-phase, V-phase, and W-phase.
  • the motor driver 21 has U-phase, V-phase, and W-phase output terminals.
  • a three-phase AC voltage waveform corresponding to the converted power is output to the switch section 22 via this output terminal.
  • the switch section 22 includes a supply switch 41 and a short-circuit switch 42, as shown in FIG.
  • the switch section 22 includes a plurality of diodes, but all these diodes may be omitted.
  • a supply switch 41 is provided for each motor 23 .
  • the supply switch 41 corresponding to the first motor 23a is called the first supply switch 41a
  • the supply switch 41 corresponding to the second motor 23b is called the second supply switch 41b. I may call
  • a first side (left side in FIG. 2) of each supply switch 41 is connected to the motor driver 21 .
  • the second side (right side in FIG. 2) of each supply switch 41 is connected to the corresponding motor 23 .
  • the supply switch 41 has a configuration in which a switch element and a diode are connected in parallel.
  • the diode allows current in the direction from the motor 23 to the motor driver 21 and blocks current in the opposite direction.
  • the state in which the switch element is closed is referred to as the transmitting state
  • the state in which the switch element is open is referred to as the blocking state.
  • the short-circuit switch 42 is provided for each motor 23 in the same manner as the supply switch 41 .
  • the short-circuit switch 42 corresponding to the first motor 23a is called the first short-circuit switch 42a
  • the short-circuit switch 42 corresponding to the second motor 23b is called the second short-circuit switch 42b. I may call
  • each short-circuit switch 42 The first side (right side in FIG. 2) of each short-circuit switch 42 is connected to the path between the corresponding motor 23 and the supply switch 41 connected to that motor 23 .
  • the U, V, and W phases on the second side are shorted at shorting point 45 .
  • the short-circuit switch 42 has a configuration in which a switch element and a diode are connected in parallel.
  • the diode allows current flow from the shorting point 45 to the motor 23 and blocks current flow in the opposite direction.
  • the state in which the switch element is closed is referred to as the transmitting state
  • the state in which the switch element is open is referred to as the blocking state.
  • the short-circuit switch 42 When the short-circuit switch 42 is in the transmission state, the U-phase, V-phase, and W-phase are short-circuited. When the short-circuit switch 42 is in the cut-off state, the U-phase, V-phase, and W-phase are not short-circuited.
  • each short-circuit switch 42 is directly or indirectly connected to the N terminal of the motor driver 21 .
  • the potential becomes unstable.
  • the short circuit side to the N terminal of the motor driver 21 as described above, the potential at the time of short circuit can be stabilized.
  • semiconductor switch elements such as FETs, for example, can be employed as switch elements.
  • FET is an abbreviation for field effect transistor.
  • the switch elements of the two supply switches 41 and the switch elements of the two short-circuit switches 42 are switched in conjunction with each other.
  • FIG. 2 shows a state where the first motor 23a is the target motor. At this time, the three switch elements of the first supply switch 41a are in the transmission state, and the three switch elements of the second supply switch 41b are in the cutoff state. The three switch elements of the first short-circuit switch 42a are in the blocking state, and the three switch elements of the second short-circuit switch 42b are in the transmission state.
  • FIG. 4 shows a state where the second motor 23b is the target motor. At this time, the three switch elements of the first supply switch 41a are in the blocking state, and the three switch elements of the second supply switch 41b are in the transmission state. The three switch elements of the first short-circuit switch 42a are in the transmitting state, and the three switch elements of the second short-circuit switch 42b are in the cut-off state.
  • the switch unit 22 can switch the target motor to which power is supplied from the motor driver 21 .
  • the power waveform of each phase of the motor driver 21 is generated by PWM control. Assume that the switch unit 22 switches from the state shown in FIG. 2 to the state shown in FIG. 4 while the U phase is at the high level of PWM control.
  • the two supply switches 41 and the two short-circuit switches 42 are switched between the transmission state and the cut-off state when there is a large potential difference between the U-phase output terminal and the N terminal of the motor driver 21 . Therefore, there is a possibility that noise, surge, etc., may occur with the switching of the switch.
  • the switch unit 22 switches from the state shown in FIG. 2 to the state shown in FIG. 4 while the U phase is at the high level of PWM control.
  • the U-phase switch of the second short-circuit switch 42b switches from the transmission state of FIG. 2 to the cutoff state of FIG.
  • the first-side potential of the U-phase switch of the second short-circuit switch 42b changes from the low-level potential to the high-level potential.
  • the potential on the second side of the second short-circuit switch 42b maintains a low-level potential.
  • the switch elements of the supply switch 41 and the short-circuit switch 42 are configured as FETs.
  • MOSFET is an abbreviation for metal oxide semiconductor.
  • a MOSFET has three terminals, which are called the gate, drain and source, respectively.
  • a MOSFET switches between a transmission state and a cutoff state between a source and a drain according to a signal input to a gate.
  • the MOSFET When the voltage between the source and the drain sharply changes in a short time in the cut-off state, the MOSFET may unintentionally enter the transmission state due to the parasitic capacitance of the MOSFET itself. This phenomenon is well known and is called self-turn-on.
  • the operation timing for switching the target motor between the first motor 23a and the second motor 23b is set at a specific phase (specifically, the carrier cycle) in the carrier cycle. end).
  • This control is implemented by the switching control unit 43 described above.
  • the switch 32 on the P terminal side is opened and the switch 32 on the N terminal side is closed at the timing of the end of the carrier cycle.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase output terminals of the motor driver 21 all have the same potential as the N terminal.
  • the switching control unit 43 controls such that the operation timing is included in the low level period of the PWM output. As a result, noise and the like can be prevented, and the above-described self-turn-on can be prevented.
  • the switching control unit 43 is a processing device. It is preferable that the switching control unit 43 is configured as a known FPGA or ASIC because high-speed operation can be realized.
  • the switching control unit 43 is not limited to the above, and can be configured as a computer including, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
  • the switching control unit 43 monitors the voltage of each phase input from the motor driver 21 .
  • the switching control unit 43 acquires the rising and falling timings of the voltage waveform based on this monitoring result, and calculates the timings of the ends of the carrier cycle based on these timings.
  • the timing at the end of the carrier cycle can also be rephrased as a timing shifted by a time corresponding to 180° of the phase of the carrier cycle with respect to the central timing of the high level period of the PWM output.
  • the switch section 22 is connected to a voltage sensor (voltage detection section) 51 for detecting the voltage of each phase input from the motor driver 21 .
  • the voltage sensor 51 detects the voltage in the path between the output terminal of the motor driver 21 and the supply switch 41 of the switch section 22 .
  • the voltage sensor 51 is electrically connected to the switching control section 43 .
  • Voltage sensor 51 outputs the detected voltage value to switching control unit 43 .
  • the timing of the rise of the voltage waveform means the timing at which the PWM output changes from low level to high level.
  • the falling timing of the voltage waveform means the timing at which the PWM output changes from high level to low level.
  • FIG. 5 shows an example of the voltage waveform of each phase input from the motor driver 21 to the switch section 22. As shown in FIG. In the graph of FIG. 5, the horizontal axis is time, and the current time is indicated by tC .
  • the switching control unit 43 acquires the rising time and the falling time of two pulses that appeared in the most recent past in the voltage waveform of each phase, such as t 1 to t 12 . think. Focusing on the high-level periods (in other words, pulses) that have appeared twice most recently, the respective center timing times t P0 and t P1 are obtained by the following equation using the rise time and fall time t 1 to t 12 . can be calculated based on
  • the carrier period length T can be obtained as the difference between the two times t P0 and t P1 .
  • a time t N0 that bisects the middle timings t P0 and t P1 of the two high level periods is always included in the low level period.
  • This time t N0 means the time when the carrier cycle including the current time t C starts.
  • the switching control unit 43 obtains the time t N1 at which the carrier cycle including the current time t C ends as the timing for instructing the supply switch 41 and the short-circuit switch 42 to perform the switching operation.
  • This time t N1 is a time after the time t N0 by the length T of the carrier cycle.
  • the switching control unit 43 outputs appropriate signals to the supply switch 41 and the short-circuit switch 42 at the time t N1 of the calculated switching timing to switch.
  • the supply switch 41 and the short-circuit switch 42 can be switched at appropriate timings, and the occurrence of noise, surges, and the like can be prevented.
  • PWM that should be output to one motor 23 may be erroneously output to another motor 23 .
  • Such an erroneous output can be prevented by adopting the configuration of this embodiment.
  • the switching control unit 43 sets the timing for instructing switching only for the phase whose duty ratio is in a predetermined intermediate range (for example, 10% or more and 90% or less) among the three phases. is used to calculate the time t N1 of . As a result, the time t N1 at which switching is instructed can be stably obtained.
  • the effective waveforms of the three phase PWM outputs are typically sine waves with 120° out of phase. Therefore, the duty ratios of all three phases cannot be out of the above intermediate ranges at the same time.
  • the motor driver 21 is a device that performs PWM control. Therefore, when the motor driver 21 is provided with the switching control section 43, it is easy for the switching control section 43 to obtain a predetermined timing when all three phases are in the low level period.
  • the motor driver 21 in order to generate an appropriate signal for switching the switch based on the internal signal (eg, carrier waveform) of the motor driver 21 and supply it to the switch section 22, the motor driver 21 is implemented by hardware. It is necessary to have a special configuration in terms of software as well. Therefore, it becomes difficult to adopt an existing motor driver that is widely used.
  • the switching control unit 43 controls to switch the supply switch 41 and the short-circuit switch 42 at appropriate timing based on the output waveform of the motor driver 21 . Therefore, the widely used inexpensive motor driver 21 can be used as it is, and the cost can be reduced as a whole.
  • the motor system 1 of this embodiment includes a plurality of motors 23, a motor driver 21, and a switch section 22.
  • the motor driver 21 generates and outputs a driving waveform for generating driving force to the plurality of motors 23 by PWM control.
  • the switch unit 22 selectively switches target motors to which electric power output from the motor driver 21 is supplied, among a plurality of motors 23 .
  • the switch unit 22 is controlled by the switching control unit 43 so that the target motor is cyclically switched among the plurality of motors 23 .
  • a carrier period of PWM control includes a high level period during which the PWM output is at a high level and a low level period during which the PWM output is at a low level.
  • the switching control unit 43 controls the switch unit 22 so that the switch unit 22 switches the target motor during the low level period.
  • the switching control unit 43 causes the switch unit 22 to switch the target motor at a timing (time t N1 ) in which the phase of the carrier cycle is 180° different from the central timing of the high level period.
  • the switch unit 22 is controlled as follows.
  • the switching operation of the switch section 22 can be performed at accurate timing in relation to the PWM control.
  • the switching control section 43 controls the switch section 22 so that the target motor is switched at each predetermined switching cycle.
  • the carrier period of PWM control and the switching period are synchronized.
  • the switching operation of the switch section 22 can be performed at accurate timing in relation to the PWM control.
  • the motor system 1 of this embodiment includes a voltage sensor 51 that detects voltage output from the motor driver 21 .
  • the switching control unit 43 obtains the switching timing (timing at time t N1 ) included in the low level period based on the detection result of the voltage sensor 51 .
  • the switching control unit 43 controls the switch unit 22 so that the switch unit 22 switches the target motor at the switching timing.
  • the switching operation of the switch section 22 can be performed at accurate timing in relation to the PWM control without making the motor driver 21 have a special configuration.
  • each of the plurality of motors 23 has a three-phase coil.
  • the PWM control performed by the motor driver 21 is performed for each of the three-phase coils.
  • the switching control unit 43 sets the PWM output to high level at the center timing (time t P0 ) of the first high level period in which the PWM output is high level, and immediately after the first high level period. and the center timing (time t P1 ) of the second high level period, which is the level.
  • the switching control section 43 obtains the switching timing based on these central timings.
  • the predetermined timing included in the low level period can be obtained as the switching timing.
  • the switching control unit 43 controls, for all three phases, the central timing (time t P0 ) of the first high level period in which the PWM output is high level, and immediately after the first high level period. , and the central timing (time t P1 ) of the second high level period in which the PWM output is at high level.
  • the switching control unit 43 obtains the switching timing based on the center timing obtained for all three phases.
  • the switching timing can be stably obtained even in a situation where the motor driver 21 performs PWM output with various duty ratios for each phase.
  • the switching control section 43 controls the switch section 22 so that the switch section 22 switches the target motor during the period when the PWM outputs of all three phases are at low level.
  • the switching control unit 43 can also monitor the voltage waveforms of any one of the three phases or only two phases to calculate the time t N1 at which switching should be instructed.
  • the current sensor 35 can also be omitted.
  • the timing at which the high-level period and the low-level period appear can be determined to be an arbitrary phase within the carrier cycle.
  • timing at which the supply switch 41 and the short-circuit switch 42 perform the switching operation is included in the low level period, it does not necessarily have to be the timing at which the phase of the carrier cycle differs by 180° from the central timing of the high level period. .
  • the carrier period of PWM control and the switching period described above do not have to be synchronized.
  • the switching cycle of the switch unit 22 is not limited to four carrier cycles of PWM control as in the example of FIG. can be
  • the motor driver 21 and the switch unit 22 may be realized by physically separate devices or may be realized by one device.
  • the maximum number of motors 23 to which the electric power output by the motor driver 21 can be distributed by switching the switch section 22 is predetermined. A number of motors 23 exceeding this maximum number may be provided. In this configuration, the target motors are switched only among the motors 23 belonging to the target motor group among all the motors 23 .
  • the upper limit number of motors 23 that can belong to the target motor group is equal to the above maximum number.
  • each motor 23 is assigned and deassigned to belong to the target motor group.
  • This allocation processing and allocation cancellation processing are dynamically performed by an allocation unit (not shown). Any of the motor driver 21, the switch unit 22, and the control unit 10 may be provided with the hardware for realizing the allocation unit.
  • the switching control unit 43 has the following three functions for switching the target motor. [1] Determine the motor 23 to be the new target motor. [2] Determine the timing for switching the target motor. [3] Generate and output a switching signal indicating the switching destination motor and timing. Hardware that implements some or all of these functions may be arranged in the motor driver 21 or the control unit 10 .
  • the carrier period of the PWM control includes a high level period during which the PWM output is at a high level and a low level period during which the PWM output is at a low level,
  • the motor system wherein the switching control unit controls the switch unit so that the switch unit switches the target motor during the low level period.
  • the motor system according to item 1, The switching control unit controls the switch unit so that the switch unit switches the target motor at a timing in which the phase of the carrier cycle is 180° different from a central timing of the high level period. motor system.
  • the switching control unit controls the switch unit so that the target motor is switched at each predetermined switching cycle, A motor system, wherein a carrier period of the PWM control and the switching period are synchronized.
  • a voltage detection unit that detects a voltage output from the motor driver
  • the switching control section obtains a switching timing included in the low level period based on the detection result of the voltage detecting section, and controls the switching section so that the switching section switches the target motor at the switching timing.
  • a motor system characterized by:
  • each of the plurality of motors includes a multi-phase coil,
  • the PWM control performed by the motor driver is performed for each of the multi-phase coils,
  • the switching control unit Obtaining a center timing of a past high level period of the PWM output for at least one phase among the plurality of phases;
  • the motor system according to item 5, The switching control unit For two or more phases out of the plurality of phases, find the center timing of the past high level period of the PWM output; A motor system, wherein the switching timing is determined based on the center timing determined for two or more phases.
  • each of the plurality of motors includes a multi-phase coil
  • the PWM control performed by the motor driver is performed for each of the multi-phase coils

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Abstract

モータシステム（１）は、複数のモータ（２３）と、モータドライバ（２１）と、スイッチ部（２２）と、を備える。モータドライバ（２１）は、複数のモータ（２３）に駆動力を発生させるための駆動波形をＰＷＭ制御により生成して出力する。スイッチ部（２２）は、モータドライバ（２１）が出力する電力の供給対象である対象モータを、複数のモータ（２３）の間で選択的に切り替える。スイッチ部（２２）は、複数のモータ（２３）の間で対象モータがサイクル的に切り替わるように、切替制御部（４３）により制御される。ＰＷＭ制御のキャリア周期内には、ＰＷＭ出力がローレベルとなるローレベル期間が含まれる。切替制御部（４３）は、スイッチ部（２２）が対象モータをローレベル期間において切り替えるように、スイッチ部（２２）を制御する。

Description

モータシステム
　本発明は、モータドライバにより複数のモータを駆動するモータシステムに関する。
　従来から、モータドライバが出力する電力を複数のモータに時分割的に分配するモータシステムが知られている。特許文献１は、この種のモータシステムを開示する。
　特許文献１が開示するモータ駆動装置においては、１個のみのモータドライバにスイッチング回路部を介して複数のモータが接続されている。モータドライバは、それぞれのモータが備えるＵ、Ｖ、Ｗ相の各駆動コイルに適切な電圧を印加するため、６つのトランジスタのオンオフを制御する。各トランジスタは、パルス幅変調方式によるパルス信号を用いた駆動方式で駆動される。適切なスイッチング回路部の操作により、複数のモータの同時駆動が行われる。
特開２００７－２８８９６４号公報
　上記特許文献１の構成では、スイッチング回路部が切替えを行うタイミングにおいて、ノイズ及びサージ等が発生するおそれがある。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、モータドライバが出力する電力を複数のモータに切り替えながら供給して同時に駆動するモータシステムにおいて、ノイズ及びサージ等の発生を防止することにある。
課題を解決するための手段及び効果
　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
　本発明の観点によれば、以下の構成のモータシステムが提供される。即ち、モータシステムは、複数のモータと、モータドライバと、スイッチ部と、を備える。前記モータドライバは、前記複数のモータに駆動力を発生させるための駆動波形をＰＷＭ制御により生成して出力する。前記スイッチ部は、前記モータドライバが出力する電力の供給対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替える。前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータがサイクル的に切り替わるように、切替制御部により制御される。前記ＰＷＭ制御のキャリア周期内に、ＰＷＭ出力がハイレベルとなるハイレベル期間と、ＰＷＭ出力がローレベルとなるローレベル期間と、が含まれる。前記切替制御部は、前記スイッチ部が前記対象モータを前記ローレベル期間において切り替えるように、前記スイッチ部を制御する。
　これにより、スイッチ部の切替動作時にノイズ及びサージ等が発生するのを効果的に防止することができる。
　前記のモータシステムにおいては、前記切替制御部は、前記スイッチ部が前記対象モータを、前記ハイレベル期間の中央タイミングに対して前記キャリア周期の位相が１８０°異なるタイミングにおいて切り替えるように、前記スイッチ部を制御することが好ましい。
　これにより、スイッチ部の切替動作をＰＷＭ制御との関係で正確なタイミングで行わせることができる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記切替制御部は、予め定められた切替周期毎に前記対象モータが切り替わるように前記スイッチ部を制御する。前記ＰＷＭ制御のキャリア周期と、前記切替周期と、が同期している。
　これにより、スイッチ部の切替動作をＰＷＭ制御との関係で正確なタイミングで行わせることができる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータシステムは、前記モータドライバから出力される電圧を検出する電圧検出部を備える。前記切替制御部は、前記ローレベル期間に含まれる切替タイミングを、前記電圧検出部の検出結果に基づいて求める。前記切替制御部は、前記切替タイミングで前記スイッチ部が前記対象モータを切り替えるように前記スイッチ部を制御する。
　これにより、モータドライバを特別な構成とすることなく、スイッチ部の切替動作をＰＷＭ制御との関係で正確なタイミングで行わせることができる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記複数のモータのそれぞれは複数相のコイルを備える。前記モータドライバが行う前記ＰＷＭ制御は、前記複数相のコイルのそれぞれに対して行われる。前記切替制御部は、前記複数相のうち少なくとも１つの相について、ＰＷＭ出力の過去のハイレベル期間の中央タイミングを求める。前記切替制御部は、前記中央タイミングに基づいて前記切替タイミングを求める。
　これにより、ローレベル期間に含まれる所定のタイミングを切替タイミングとして得ることができる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記切替制御部は、前記複数相のうち２以上の相について、ＰＷＭ出力の過去のハイレベル期間の中央タイミングを求める。前記切替制御部は、２以上の相について求められた前記中央タイミングに基づいて前記切替タイミングを求める。
　これにより、モータドライバが各相について様々なデューティ比でＰＷＭ出力を行う状況においても、切替タイミングを安定して得ることができる。
　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記複数のモータのそれぞれは複数相のコイルを備える。前記モータドライバが行う前記ＰＷＭ制御は、前記複数相のコイルのそれぞれに対して行われる。前記切替制御部は、前記複数相の全てにおいてＰＷＭ出力がローレベルになっている期間において前記スイッチ部が前記対象モータを切り替えるように、前記スイッチ部を制御する。
　これにより、ＰＷＭ制御が行われる複数相の全てにおいて、スイッチ部の切替動作時にノイズ及びサージ等が発生するのを効果的に防止することができる。
本発明の一実施形態に係るモータシステムのブロック図。 モータドライバ及びスイッチ部を示す模式図。 モータドライバにおいて行われるＰＷＭ制御と、スイッチ部による対象モータの切替えと、の関係を示すグラフ。 スイッチ部が図２から切り替わった状態を示す模式図。 切替制御部において行われる、スイッチ素子の切替えタイミングの計算を説明する模式図。
　次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態のモータシステム１のブロック図である。図２は、モータドライバ２１及びスイッチ部２２を示す模式図である。図３は、モータドライバ２１において行われるＰＷＭ制御と、スイッチ部２２による対象モータの切替えと、の関係を示すグラフである。
　モータシステム１は、複数のモータ２３を制御するためのシステムである。図１に示すように、モータシステム１は、制御部１０と、モータドライバ２１と、スイッチ部２２と、複数のモータ２３と、複数のエンコーダ２４と、を備える。
　制御部１０は、モータドライバ２１及びスイッチ部２２を介して、複数のモータ２３を制御する。制御部１０の構成については後述する。
　モータドライバ２１は、複数のモータ２３に電力を供給して、当該モータ２３を動作させる。モータドライバ２１は、例えばサーボアンプ又はインバータである。モータドライバ２１は制御部１０と電気的に接続されており、信号の送受信を行うことができる。
　モータドライバ２１は、制御部１０により制御される。モータドライバ２１は、インバータ３１を備える。インバータ３１は、制御部１０の出力に応じて駆動波形を生成する。モータドライバ２１は、得られた駆動波形に基づく電圧をスイッチ部２２に出力する。インバータ３１の詳細な構成については後述する。
　モータドライバ２１には、電流センサ（電流検出部）３５及び電流制御部３６が設けられている。
　電流センサ３５は、モータドライバ２１からモータ２３に供給される電流の大きさを検出する。モータドライバ２１は、電流センサ３５の検出結果である電流値を、制御部１０へ出力する。
　電流制御部３６は、制御部１０が備える後述の出力制御部１１から入力される信号に応じて、インバータ３１がモータ２３の駆動波形を生成するように制御する。電流制御部３６の詳細については後述する。
　スイッチ部２２は、モータドライバ２１が出力した電力を、複数のモータ２３に対して選択的に供給する。スイッチ部２２はモータドライバ２１を介して制御部１０と通信接続されており、信号の送受信を行うことができる。本実施形態では、モータドライバ２１とスイッチ部２２は１対１で対応するように設けられている。ただし、モータドライバ２１とスイッチ部２２は１対１ではなく、１対多又は多対１で対応しても良い。
　スイッチ部２２の入力側にはモータドライバ２１が接続される。スイッチ部２２の出力側には複数のモータ２３がそれぞれ接続される。モータ２３の数は複数であれば任意であるが、本実施形態では２つである。以下では、２つのモータ２３のそれぞれを特定するために、第１モータ２３ａ及び第２モータ２３ｂと呼ぶことがある。
　スイッチ部２２は、複数のスイッチを含む回路として構成されている。スイッチ部２２は、例えば基板に実装される。
　スイッチ部２２は、供給スイッチ４１、短絡スイッチ４２、及び切替制御部４３を備える。切替制御部４３が供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２を切り替えることにより、電力の供給先のモータ２３が切り替わる。以下、電力の供給先であるモータ２３を対象モータと呼ぶことがある。
　スイッチ部２２は、切替制御部４３の制御により、対象モータを第１モータ２３ａ及び第２モータ２３ｂの間で変更するように、供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２を切り替える。
　ある瞬間においては、電力の供給先である対象モータは、スイッチ部２２に接続されている複数のモータ２３のうち１つのモータ２３、即ち、第１モータ２３ａ及び第２モータ２３ｂのうち何れかのみである。切替制御部４３は、スイッチ部２２が２つのモータ２３の間で対象モータを循環的に切り替える動作を高速で反復するように、スイッチ部２２を制御する。これにより、２つのモータ２３を実質的に同時に駆動することができる。
　切替制御部４３は、対象モータを切り替える場合に、供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２の動作タイミングが、モータドライバ２１のＰＷＭ出力に対して特定の関係となるように制御する。スイッチの動作タイミングの制御の詳細については後述する。
　モータ２３は、例えば、３相モータ又は２相モータとして構成することができる。それぞれのモータ２３は、固定子と可動子とを備える。好ましくは、固定子と可動子の何れか一方は永久磁石を含んでおり、もう一方はコイルを含んでいる。モータドライバ２１からコイルに電力が供給されることにより、コイルは電磁石となる。これにより、固定子と可動子の間に斥力又は引力が働き、その結果、固定子に対して可動子が相対運動する。本実施形態のモータ２３は、固定子（ステータ）に対して可動子（回転子、ロータ）が回転運動する回転モータである。モータ２３として、固定子に対して可動子が直線運動（スライド）するリニアモータを用いることもできる。
　エンコーダ２４は、モータ２３毎に設けられている。エンコーダ２４は、モータ２３の動作状態、詳細には固定子に対する可動子の相対変位を検出する。
　モータ２３が回転モータである場合、エンコーダ２４は、例えば、公知のホール素子とすることができる。ホール素子は、可動子の回転角度を検出可能である。モータ２３がリニアモータである場合、エンコーダ２４は、例えば、可動子の移動経路上に設けられた磁気センサとすることができる。磁気センサは、固定子に対する可動子の位置を検出可能である。
　エンコーダ２４はスイッチ部２２と電気的に接続されており、検出信号をスイッチ部２２に出力することができる。エンコーダ２４の検出結果は、モータドライバ２１を介して制御部１０へ送信される。
　制御部１０は、出力制御部１１を備える。
　制御部１０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、補助記憶装置等を備える公知のコンピュータとして構成されている。補助記憶装置は、例えばＨＤＤ、ＳＳＤ等として構成される。補助記憶装置には、各種のプログラム等が記憶されている。これらのプログラムを実行することにより、制御部１０は、モータシステム１に関して様々な制御を行うことができる。このように、ハードウェアとソフトウェアの協働により、制御部１０を出力制御部１１として機能させることができる。
　制御部１０は、上述した制御以外の処理を実行しても良い。出力制御部１１のうち一部又は全部が、制御部１０とは物理的に異なるハードウェア（例えば、モータドライバ２１）によって実現されても良い。
　出力制御部１１は、ドライバ制御信号を生成してモータドライバ２１に送信する。本実施形態において、ドライバ制御信号は、後述の速度制御部１４が出力する電流指令の信号である。モータドライバ２１は、電流指令に基づいてＰＷＭ制御のデューティ比を制御し、インバータ３１からＰＷＭとして出力する。
　出力制御部１１は、位置制御部１３と、速度制御部１４と、を備える。
　位置制御部１３は、それぞれのモータ２３について、可動子の位置を制御する機能を有する。位置制御部１３は、例えば、エンコーダ２４が検出した可動子の現在位置と、可動子の目標位置と、を比較し、位置の偏差に応じた速度指令を速度制御部１４に出力する。
　速度制御部１４は、それぞれのモータ２３について、可動子の速度を制御する機能を有する。速度制御部１４は、例えば、エンコーダ２４が検出した可動子の位置の変化に基づく現在速度と、位置制御部１３から入力された速度指令と、を比較し、速度の偏差に応じた電流指令を生成する。電流指令は、電流値を指示する信号である。本実施形態において、この電流指令が、出力制御部１１の出力に相当する。詳細は後述するが、この電流指令は、モータドライバ２１が備える電流制御部３６へ入力される。
　ここで、出力制御部１１との関係で、モータドライバ２１が備える電流制御部３６の動作について説明する。この電流制御部３６は、それぞれのモータ２３について、ＰＷＭ制御の電圧指令値を決定する。
　以下、第１モータ２３ａに着目して詳細に説明する。電流制御部３６は、第１モータ２３ａに関して電流センサ３５から得られた電流値と、モータシステム１（言い換えれば、出力制御部１１が備える速度制御部１４）から入力された電流指令と、を比較し、電流値の偏差に応じて、第１モータ２３ａの各相のコイルに印加する電圧を計算により求める。この計算は、例えば、公知のベクトル制御に基づいて行われる。このように、本実施形態では、電流センサ３５が取得した電流値がフィードバック制御のために用いられる。
　電流制御部３６は、第２モータ２３ｂに含まれる各相のコイルについても、印加する電圧を同様に求める。
　電流制御部３６は、計算により得られた電圧に基づいて、ＰＷＭの電圧指令値を生成して出力する。電圧指令値は、複数のモータ２３が例えば３相モータである場合、３つの相のそれぞれに対応して生成される。
　制御部１０においては、出力制御部１１の動作が一定の周期で行われ、その結果として、電流指令が変化する。以下、電流指令が制御される最小の時間単位である当該周期を、出力制御周期と呼ぶことがある。出力制御周期は、モータドライバ２１の電流制御部３６において電圧指令値が制御される制御周期と一致している。
　上述したように、モータドライバ２１が出力する電圧は、サイクル的な切替動作を反復するスイッチ部２２を介して、第１モータ２３ａ及び第２モータ２３ｂへ択一的に供給される。これに対応して、出力制御部１１が生成する電流指令は、第１モータ２３ａ及び第２モータ２３ｂのそれぞれに対して電流値を指示する信号を時分割的に合成したものとなる。
　詳細は後述するが、モータドライバ２１が備えるインバータ３１は、モータ２３の相の数に対応した数の半導体スイッチ素子を備える。インバータ３１に電流制御部３６から電圧指令値が入力されると、インバータ３１は、電圧指令値に応じたデューティ比を実現するように、スイッチ素子の開閉を公知のＰＷＭ制御に従って高速で反復する。これにより、モータドライバ２１は、２つのモータ２３に電力を時分割的に分配して駆動するための駆動波形を生成することができる。
　出力制御周期は、モータドライバ２１が行うＰＷＭ制御のキャリア周期と一致している。これにより、モータドライバ２１は、制御部１０が出力する電流指令を良好に実現するための電圧波形をＰＷＭ制御により得て、スイッチ部２２に供給することができる。
　対象モータを２つのモータ２３の間で切り替える１回のサイクルにおいて、１つのモータ２３に電力が供給される期間は、出力制御周期又はそのｎ倍と等しい（ただし、ｎは２以上の整数である）。これにより、対象モータの切替えと連動した制御の実質的な切替えを実現することができる。
　次に、図２及び図３を参照して、モータドライバ２１について詳細に説明する。図２には、モータドライバ２１及びスイッチ部２２の回路図が模式的に示されている。なお、前述の電流センサ３５は、図２においては省略されている。
　モータドライバ２１は、図２に示すようにインバータ回路を備える。インバータ回路は、直流電圧を３相交流電圧に変換する。インバータ回路の構成はフルブリッジ方式である。
　インバータ回路は、モータ２３が備える３つの相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）に対応して、３つのレグを備える。それぞれのレグは２つのアームから構成され、各アームにスイッチ３２が配置されている。このスイッチ３２は、上述のとおり、半導体スイッチ素子として構成されている。それぞれのスイッチ３２に対して図略の還流ダイオードが並列接続されても良い。
　モータドライバ２１は、Ｐ端子及びＮ端子を備える。Ｐ端子及びＮ端子には、図示しない定電圧直流電源が接続されている。従って、Ｐ端子及びＮ端子は、電位が一定の端子である。Ｐ端子には直流電源のプラス側が接続され、Ｎ端子には直流電源のマイナス側が接続される。
　インバータ回路においては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、Ｐ端子側のスイッチ３２とＮ端子側のスイッチ３２とが対をなして配置されている。Ｐ端子側のスイッチ３２はハイサイドのスイッチと呼ばれ、Ｎ端子側のスイッチ３２はローサイドのスイッチと呼ばれる。
　図３には、３つの相のうちＵ相に関し、モータドライバ２１によるＰＷＭ制御の例が示されている。
　図３のグラフにおいて、横軸は時間である。横方向に並べられた破線の間隔は、出力制御周期に相当する。上述のとおり、出力制御周期は、ＰＷＭ制御のキャリア周期と一致している。グラフの上部に描かれたＭ１及びＭ２の長方形は、それぞれ、第１モータ２３ａ及び第２モータ２３ｂが対象モータとなっている期間を示す。
　図３には、１回のサイクルにおいて２つのモータ２３のそれぞれに電力が供給される時間が、何れも出力制御周期の４周期分に相当する例が示されている。言い換えれば、スイッチ部２２の切替動作により、２つのモータ２３の間で、対象モータは出力制御周期の４周期毎に別のモータ２３に切り替わる。以下、スイッチ部２２が切替動作を行う周期を切替周期と呼ぶことがある。
　図３には、Ｕ相のＰ端子側（ハイサイド）のスイッチ３２と、Ｎ端子側（ローサイド）のスイッチ３２のそれぞれについて、開閉状態が示されている。グラフにおいて、Ｃは閉じられた状態を意味し、Ｏは開かれた状態を意味する。
　以下、図３を参照して、Ｕ相の制御に着目して説明する。本実施形態のモータドライバ２１において、Ｐ端子側のスイッチ３２とＮ端子側のスイッチ３２は、開閉が相補的に行われるように制御される。Ｐ端子側のスイッチ３２が閉じられ、Ｎ端子側のスイッチ３２が開かれると、Ｕ相の出力がハイレベルとなる。Ｐ端子側のスイッチ３２が開かれ、Ｎ端子側のスイッチ３２が閉じられると、Ｕ相の出力がローレベルとなる。
　厳密にいうと、Ｐ端子側のスイッチ３２とＮ端子側のスイッチ３２が切り替わるタイミングは同時ではない。即ち、短絡を防止するために、２つのスイッチ３２が何れも開いた状態となる短い期間が存在する。この期間はデッドタイムと呼ばれる。
　図３の下側には、Ｕ相のＰＷＭ出力が示されている。このＰＷＭ出力の波形が、駆動波形に相当する。ＰＷＭ出力には、２つのスイッチ３２の開閉の切替えが反映される。ＰＷＭ制御のキャリア周期の１周期分は、ＰＷＭ出力がハイレベルとなるハイレベル期間と、出力がローレベルとなるローレベル期間と、を含む。デューティ比とは、ハイレベル期間の長さをキャリア周期の長さで除算した割合を意味する。
　ＰＷＭ出力の各キャリア周期において出力されるパルスの中央タイミングは、実質的に、当該キャリア周期の中央タイミングと一致する。デューティ比の変更は、パルスの中央タイミングがキャリア周期の中央タイミングと一致した状態を保ちながら、パルス時間幅を増減することで実現される。この制御は、ＰＷＭ制御を公知の三角波比較方式とし、そのキャリア波形を、キャリア周期の中央において最小値となり、キャリア周期の端部において最大値となる三角波とすることで実現することができる。図３では、キャリア波形の電圧を実線で、電圧指令値に相当する電圧を破線で示している。２つの電圧信号が交差するタイミングで、２つのスイッチ３２が切り替わる。
　この制御においては、デューティ比が実質的に１００％である特別な場合を除いて、キャリア周期の端部のタイミングでは、Ｐ端子側のスイッチ３２が必ず開かれ、かつ、Ｎ端子側のスイッチ３２が必ず閉じられることになる。
　Ｖ相及びＷ相についても、Ｕ相と同様にスイッチ３２が開閉制御され、ＰＷＭ出力が生成される。ＰＷＭ制御に用いられるキャリア波形は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相において共通である。
　以上により、インバータ回路は、直流電源から供給された電力を、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に対する交流電力に変換する。図２に示すように、モータドライバ２１は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の出力端子を備える。変換された電力に相当する３相の交流電圧波形は、この出力端子を介して、スイッチ部２２に出力される。
　次に、図２及び図４を参照して、スイッチ部２２について詳細に説明する。
　スイッチ部２２は、図２に示すように、供給スイッチ４１と、短絡スイッチ４２と、を備える。本実施形態では、スイッチ部２２に複数のダイオードが含まれているが、これらの全てのダイオードを省略することもできる。
　供給スイッチ４１は、モータ２３毎に設けられている。以下では、それぞれの供給スイッチ４１を特定するために、第１モータ２３ａに対応する供給スイッチ４１を第１供給スイッチ４１ａと呼び、第２モータ２３ｂに対応する供給スイッチ４１を第２供給スイッチ４１ｂと呼ぶことがある。
　それぞれの供給スイッチ４１の第１側（図２の左側）は、モータドライバ２１に接続されている。それぞれの供給スイッチ４１の第２側（図２の右側）は、対応するモータ２３に接続されている。
　供給スイッチ４１は、スイッチ素子とダイオードとを並列に接続した構成を有する。ダイオードは、モータ２３からモータドライバ２１に向かう方向への電流を許容し、その逆方向の電流を阻止する。以下では、スイッチ素子が閉じられた状態を伝達状態と称し、スイッチ素子が開かれた状態を遮断状態と称する。
　供給スイッチ４１が伝達状態である場合、対応するモータ２３に、モータドライバ２１から電流が流れる。供給スイッチ４１が遮断状態である場合、対応するモータ２３に、モータドライバ２１から電流が流れない。
　複数のモータ２３は何れも３相モータであるので、供給スイッチ４１において、スイッチ素子及びダイオードは、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれについて設けられる。後述の短絡スイッチ４２においても同様である。
　短絡スイッチ４２は、供給スイッチ４１と同様に、モータ２３毎に設けられている。以下では、それぞれの短絡スイッチ４２を特定するために、第１モータ２３ａに対応する短絡スイッチ４２を第１短絡スイッチ４２ａと呼び、第２モータ２３ｂに対応する短絡スイッチ４２を第２短絡スイッチ４２ｂと呼ぶことがある。
　それぞれの短絡スイッチ４２の第１側（図２の右側）は、対応するモータ２３と、当該モータ２３に接続される供給スイッチ４１と、の間の経路に接続されている。それぞれの短絡スイッチ４２において、第２側（図２の左側）のＵ相、Ｖ相、及びＷ相は、短絡点４５において短絡されている。
　短絡スイッチ４２は、スイッチ素子とダイオードとを並列に接続した構成を有する。ダイオードは、短絡点４５からモータ２３に向かう方向の電流を許容し、その逆方向の電流を阻止する。以下では、スイッチ素子が閉じられた状態を伝達状態と称し、スイッチ素子が開かれた状態を遮断状態と称する。
　短絡スイッチ４２が伝達状態である場合、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相は短絡する。短絡スイッチ４２が遮断状態である場合、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相は短絡しない。
　それぞれの短絡スイッチ４２の第２側（図２の左側）は、モータドライバ２１のＮ端子に直接又は間接に接続されている。一般的に、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相を単純に短絡させた場合は、電位が不安定となる。しかし、上記のように短絡側がモータドライバ２１のＮ端子に接続されることにより、短絡時の電位を安定させることができる。
　供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２の何れにおいても、スイッチ素子として、例えばＦＥＴ等の半導体スイッチ素子を採用することができる。ＦＥＴとは、電界効果トランジスタの略称である。
　２つの供給スイッチ４１が有するスイッチ素子と、２つの短絡スイッチ４２が有するスイッチ素子は、互いに連動して切り替わる。
　図２には、第１モータ２３ａが対象モータである状態が示されている。このとき、第１供給スイッチ４１ａの３つのスイッチ素子は伝達状態であり、第２供給スイッチ４１ｂの３つのスイッチ素子は遮断状態である。第１短絡スイッチ４２ａの３つのスイッチ素子は遮断状態であり、第２短絡スイッチ４２ｂの３つのスイッチ素子は伝達状態である。
　図４には、第２モータ２３ｂが対象モータである状態が示されている。このとき、第１供給スイッチ４１ａの３つのスイッチ素子は遮断状態であり、第２供給スイッチ４１ｂの３つのスイッチ素子は伝達状態である。第１短絡スイッチ４２ａの３つのスイッチ素子は伝達状態であり、第２短絡スイッチ４２ｂの３つのスイッチ素子は遮断状態である。
　図２の状態と図４の状態との間で、２つの供給スイッチ４１が有するスイッチ素子と、２つの短絡スイッチ４２が有するスイッチ素子とが、連動して切り替わる。この動作によって、スイッチ部２２は、モータドライバ２１の電力の供給先である対象モータを切り替えることができる。
　次に、スイッチ部２２による対象モータの切替タイミングと、モータドライバ２１において行われるＰＷＭ制御の関係について説明する。
　上述のとおり、モータドライバ２１の各相の電力波形は、ＰＷＭ制御によって生成される。仮に、例えばＵ相がＰＷＭ制御のハイレベルとなっている状態で、スイッチ部２２が図２の状態から図４の状態へ切り替わった場合を考える。
　２つの供給スイッチ４１及び２つの短絡スイッチ４２は、モータドライバ２１のＵ相の出力端子と、Ｎ端子と、の間で電位差が大きい状態で、伝達状態と遮断状態の間で切り替えられる。従って、スイッチの切替えに伴ってノイズ及びサージ等が発生するおそれがある。
　また、スイッチの切替えに伴うセルフターンオン現象が発生するおそれもある。以下、これについて詳細に説明する。
　上記と同様に、Ｕ相がＰＷＭ制御のハイレベルとなっている状態で、スイッチ部２２が図２の状態から図４の状態へ切り替わった場合を仮定する。スイッチ部２２の切り替わりにより、例えば第２短絡スイッチ４２ｂのうちＵ相のスイッチが、図２の伝達状態から、図４の遮断状態に切り替わる。また、第２供給スイッチ４１ｂのＵ相のスイッチが伝達状態に切り替わるので、第２短絡スイッチ４２ｂのＵ相のスイッチにおける第１側の電位は、ローレベルの電位からハイレベルの電位に変化する。一方、第２短絡スイッチ４２ｂの第２側の電位は、ローレベルの電位を維持する。
　本実施形態では、上述のとおり、供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２のスイッチ素子はＦＥＴとして構成されている。ここで、ＦＥＴとして公知のＭＯＳＦＥＴが採用された場合を考える。ＭＯＳとは、金属酸化膜半導体の略称である。ＭＯＳＦＥＴは３つの端子を備えており、これらの端子はそれぞれ、ゲート、ドレイン及びソースと呼ばれる。ＭＯＳＦＥＴは、ゲートに入力される信号に応じて、ソースとドレインとの間で、伝達状態と遮断状態とを切り替える。
　ＭＯＳＦＥＴは、遮断状態においてソースとドレインの間の電圧が短時間で鋭く変化した場合に、ＭＯＳＦＥＴ自身が有する寄生容量によって、意図せず伝達状態となってしまうことがある。この現象は公知であり、セルフターンオンと呼ばれている。
　図４の状態で第２短絡スイッチ４２ｂのうちＵ相のスイッチ素子がセルフターンオンした場合、Ｕ相に関して、第２供給スイッチ４１ｂと第２短絡スイッチ４２ｂとが同時に伝達状態となる。この状態でモータドライバ２１の出力がハイレベル電位になった場合、Ｕ相の２つのスイッチ素子に大きな貫通電流が流れ、損失の増大、発熱の増大及びスイッチ素子の破損等の原因となる。
　この点、本実施形態では、図３に示すように、第１モータ２３ａと第２モータ２３ｂの間で対象モータを切り替える動作タイミングが、キャリア周期のうち特定の位相（具体的には、キャリア周期の端部）と一致するように制御される。この制御は、前述の切替制御部４３によって実現される。
　上述したとおり、本実施形態のモータドライバ２１が行うＰＷＭ制御では、キャリア周期の端部のタイミングでは、Ｐ端子側のスイッチ３２が開かれ、かつ、Ｎ端子側のスイッチ３２が閉じられる。言い換えれば、キャリア周期の端部のタイミングでは、モータドライバ２１が備えるＵ相、Ｖ相、及びＷ相の出力端子が、何れもＮ端子と同電位となる。このタイミングで供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２が切り替えられることで、ノイズ及びサージの発生を効果的に抑制することができる。また、スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合に、ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインの間の電圧が急激に変化することを抑制できる。この結果、ＭＯＳＦＥＴのセルフターンオンを防止できるので、損失の増大、発熱、スイッチ素子の破損等を回避することができる。
　切替制御部４３は、対象モータを切り替える動作を供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２が行う場合に、その動作タイミングがＰＷＭ出力のローレベル期間に含まれるタイミングとなるように制御する。これにより、ノイズ等を防止でき、上述のセルフターンオンを防止することができる。
　切替制御部４３は、処理装置である。切替制御部４３は、公知のＦＰＧＡ又はＡＳＩＣとして構成されると、高速動作を実現できるために好ましい。上記に限定されず、切替制御部４３を、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータとして構成することもできる。
　切替制御部４３は、モータドライバ２１から入力される各相の電圧を監視する。切替制御部４３は、この監視結果に基づいて電圧波形の立上りと立下りのタイミングを取得し、これらのタイミングに基づいて、キャリア周期の端部のタイミングを算出する。キャリア周期の端部のタイミングは、ＰＷＭ出力のハイレベル期間の中央タイミングに対して、キャリア周期の位相の１８０°に相当する時間だけズレたタイミングと言い換えることもできる。
　図２に示すように、スイッチ部２２には、モータドライバ２１から入力される各相の電圧を検出するための電圧センサ（電圧検出部）５１が接続される。電圧センサ５１は、モータドライバ２１の出力端子と、スイッチ部２２の供給スイッチ４１と、の間の経路における電圧を検出する。電圧センサ５１は、切替制御部４３と電気的に接続されている。電圧センサ５１は、検出した電圧値を切替制御部４３に出力する。
　電圧波形の立上りのタイミングとは、ＰＷＭ出力がローレベルからハイレベルに変化するタイミングを意味する。電圧波形の立下りのタイミングとは、ＰＷＭ出力がハイレベルからローレベルに変化するタイミングを意味する。これらのタイミングは、電圧センサ５１が検出した電圧値を所定の閾値と比較することで容易に取得することができる。閾値は、例えば０Ｖよりも大きな値である。
　次に、図５を参照して、ＰＷＭ出力のローレベル期間に含まれるタイミング（具体的には、キャリア周期の端部のタイミング）を切替制御部４３が算出する具体的な方法について説明する。
　図５には、モータドライバ２１からスイッチ部２２に入力された各相の電圧波形の例が示されている。図５のグラフにおいて、横軸は時間であり、現在時刻がｔCで示されている。
　現在時刻ｔCにおいて、切替制御部４３が、各相の電圧波形において直近の過去に現れた２回分のパルスについて立上り時刻及び立下り時刻をｔ1～ｔ12のように取得している場合を考える。直近に２回現れたハイレベル期間（言い換えれば、パルス）に着目すると、それぞれの中央タイミングの時刻ｔP0，ｔP1は、立上り時刻及び立下り時刻ｔ1～ｔ12を用いて、以下の式に基づいて計算で求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　この式は、２つの時刻ｔP0，ｔP1を、３相の全てのハイレベル期間について求めた中央タイミングの平均として求めることを示している。これにより、誤差を小さくすることができる。
　キャリア周期の長さＴは、２つの時刻ｔP0，ｔP1の差として求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　２回のハイレベル期間の中央のタイミングｔP0，ｔP1の間を２等分する時刻ｔN0は、常に、ローレベル期間に含まれる。この時刻ｔN0は、現在時刻ｔCが含まれるキャリア周期が開始した時刻を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　切替制御部４３は、現在時刻ｔCが含まれるキャリア周期が終了する時刻ｔN1を、供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２に対して切替動作を指示するタイミングとして求める。この時刻ｔN1は、上記の時刻ｔN0よりもキャリア周期の長さＴだけ後の時刻である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　上記を整理すると、供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２に対して切替を指示すべきタイミングの時刻ｔN1は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　切替制御部４３は、算出された切替タイミングの時刻ｔN1が到来した時点で、供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２に対して適宜の信号を出力して切り替える。これにより、供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２を適切なタイミングで切り替えることができ、ノイズ及びサージの発生等を防止することができる。
　ＰＷＭの制御周期とスイッチ部２２の切替周期が仮にズレると、あるモータ２３に対して出力されるべきＰＷＭが、別のモータ２３に誤って出力されるおそれがある。本実施形態の構成とすることにより、そのような誤出力を防止することができる。
　３相のうち１以上の相において、ＰＷＭ出力のデューティ比が０％に近くなったり、１００％に近くなったりすると、例えば時間分解能の関係で、当該相に現れるパルスの立上り時刻又は立下り時刻を適切に取得できないことがある。これを考慮して、切替制御部４３は、３つの相のうちデューティ比が所定の中間的な範囲（例えば、１０％以上かつ９０％以下）となっている相だけを、切替を指示するタイミングの時刻ｔN1を算出するために使用する。これにより、切替を指示するタイミングの時刻ｔN1を安定して得ることができる。３つの相のＰＷＭ出力の実効波形は、通常、位相が１２０°ずつ異なる正弦波である。従って、３つの相の全てのデューティ比が上記の中間的な範囲から同時に外れることはない。
　切替制御部４３をモータドライバ２１に設け、切替制御部４３が、モータドライバ２１における信号に基づくタイミングで、スイッチ部２２の供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２を切り替えるように変更することもできる。モータドライバ２１は、ＰＷＭ制御を行う側の装置である。従って、モータドライバ２１に切替制御部４３が設けられる場合、３つの相が何れもローレベル期間である所定のタイミングを切替制御部４３が得ることは容易である。しかし、この場合、モータドライバ２１の内部信号（例えば、キャリア波形）に基づいて、スイッチを切り替えるための適宜の信号を生成してスイッチ部２２へ供給するために、モータドライバ２１をハードウェア的にもソフトウェア的にも特別な構成とする必要がある。従って、広く普及している既存のモータドライバを採用することが難しくなる。
　この点、本実施形態では、切替制御部４３が、モータドライバ２１の出力波形に基づいて、適切なタイミングで供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２を切り替えるように制御する。従って、広く普及している安価なモータドライバ２１をそのまま採用することができ、全体としてコストを低減することができる。
　以上に説明したように、本実施形態のモータシステム１は、複数のモータ２３と、モータドライバ２１と、スイッチ部２２と、を備える。モータドライバ２１は、複数のモータ２３に駆動力を発生させるための駆動波形をＰＷＭ制御により生成して出力する。スイッチ部２２は、モータドライバ２１が出力する電力の供給対象である対象モータを、複数のモータ２３の間で選択的に切り替える。スイッチ部２２は、複数のモータ２３の間で対象モータがサイクル的に切り替わるように、切替制御部４３により制御される。ＰＷＭ制御のキャリア周期内に、ＰＷＭ出力がハイレベルとなるハイレベル期間と、ＰＷＭ出力がローレベルとなるローレベル期間と、が含まれる。切替制御部４３は、スイッチ部２２が対象モータをローレベル期間において切り替えるように、スイッチ部２２を制御する。
　これにより、スイッチ部２２の切替動作時にノイズ及びサージ等が発生するのを効果的に防止することができる。
　本実施形態のモータシステム１において、切替制御部４３は、スイッチ部２２が対象モータを、ハイレベル期間の中央タイミングに対してキャリア周期の位相が１８０°異なるタイミング（時刻ｔN1のタイミング）において切り替えるように、スイッチ部２２を制御する。
　これにより、スイッチ部２２の切替動作をＰＷＭ制御との関係で正確なタイミングで行わせることができる。
　本実施形態のモータシステム１において、切替制御部４３は、予め定められた切替周期毎に対象モータが切り替わるようにスイッチ部２２を制御する。ＰＷＭ制御のキャリア周期と、切替周期と、が同期している。
　これにより、スイッチ部２２の切替動作をＰＷＭ制御との関係で正確なタイミングで行わせることができる。
　本実施形態のモータシステム１は、モータドライバ２１から出力される電圧を検出する電圧センサ５１を備える。切替制御部４３は、ローレベル期間に含まれる切替タイミング（時刻ｔN1のタイミング）を、電圧センサ５１の検出結果に基づいて求める。切替制御部４３は、当該切替タイミングでスイッチ部２２が対象モータを切り替えるようにスイッチ部２２を制御する。
　これにより、モータドライバ２１を特別な構成とすることなく、スイッチ部２２の切替動作をＰＷＭ制御との関係で正確なタイミングで行わせることができる。
　本実施形態のモータシステム１において、前記複数のモータ２３のそれぞれは３相のコイルを備える。モータドライバ２１が行う前記ＰＷＭ制御は、３相のコイルのそれぞれに対して行われる。切替制御部４３は、３相のうち少なくとも１つの相について、ＰＷＭ出力がハイレベルとなる第１ハイレベル期間の中央タイミング（時刻ｔP0）と、第１ハイレベル期間の直後にＰＷＭ出力がハイレベルとなる第２ハイレベル期間の中央タイミング（時刻ｔP1）と、を求める。切替制御部４３は、これらの中央タイミングに基づいて前記切替タイミングを求める。
　これにより、ローレベル期間に含まれる所定のタイミングを切替タイミングとして得ることができる。
　本実施形態のモータシステム１において、切替制御部４３は、３相のすべてについて、ＰＷＭ出力がハイレベルとなる第１ハイレベル期間の中央タイミング（時刻ｔP0）と、第１ハイレベル期間の直後にＰＷＭ出力がハイレベルとなる第２ハイレベル期間の中央タイミング（時刻ｔP1）と、を求める。切替制御部４３は、３相のすべてについて求められた中央タイミングに基づいて前記切替タイミングを求める。
　これにより、モータドライバ２１が各相について様々なデューティ比でＰＷＭ出力を行う状況においても、切替タイミングを安定して得ることができる。
　本実施形態のモータシステム１において、切替制御部４３は、３相の全てにおいてＰＷＭ出力がローレベルになっている期間においてスイッチ部２２が対象モータを切り替えるように、スイッチ部２２を制御する。
　これにより、ＰＷＭ制御される全ての相において、スイッチ部２２の切替動作時にノイズ及びサージ等が発生するのを効果的に防止することができる。
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。変更は単独で行われても良いし、複数の変更が任意に組み合わせて行われても良い。
　切替制御部４３が、３相のうち任意の１相だけ、又は２相だけの電圧波形を監視して、切替を指示すべきタイミングの時刻ｔN1の算出を行うこともできる。
　電流センサ３５は、省略することもできる。
　ハイレベル期間及びローレベル期間が現れるタイミングは、キャリア周期の中で任意の位相となるように定めることができる。
　供給スイッチ４１及び短絡スイッチ４２が切替動作を行うタイミングは、ローレベル期間に含まれていれば、必ずしも、ハイレベル期間の中央タイミングに対してキャリア周期の位相が１８０°異なるタイミングでなくても良い。
　ＰＷＭ制御のキャリア周期と、前述の切替周期とが、同期しなくても良い。
　スイッチ部２２の切替周期は、図４の例のようにＰＷＭ制御のキャリア周期の４周期分とすることに限定されず、例えば、１周期分、２周期分、３周期分、５周期分等とすることができる。
　モータドライバ２１とスイッチ部２２は、物理的に別の装置で実現されても良いし、１つの装置で実現されても良い。
　モータドライバ２１が出力する電力をスイッチ部２２の切替によって分配可能なモータ２３の最大数は、予め定められている。この最大数を上回る数のモータ２３が設けられても良い。この構成では、全てのモータ２３のうち、対象モータグループに属するモータ２３の間でだけ、対象モータが切り替えられる。対象モータグループに属することが可能なモータ２３の上限数は、上記の最大数と等しい。状況に応じて、それぞれのモータ２３が、対象モータグループに属するように割り当てられ、また、割当てを解除される。この割当て処理及び割当解除処理は、図示しない割当部によって動的に行われる。割当部を実現するためのハードウェアは、モータドライバ２１、スイッチ部２２、制御部１０のうち何れに備えられても良い。
　対象モータの切替に関して、切替制御部４３は以下の３つの機能を有する。［１］新しく対象モータとなるモータ２３を決定する。［２］対象モータを切り替えるタイミングを決定する。［３］切替先のモータとタイミングを示す切替信号を生成し、出力する。これらの機能のうち一部又は全部を実現するハードウェアが、モータドライバ２１又は制御部１０に配置されても良い。
　以上に説明した実施形態及びその変形例から、少なくとも以下の技術思想を把握することができる。
［項目１］複数のモータと、
　前記複数のモータに駆動力を発生させるための駆動波形をＰＷＭ制御により生成して出力するモータドライバと、
　前記モータドライバが出力する電力の供給対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替えるスイッチ部と、
を備え、
　前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータがサイクル的に切り替わるように、切替制御部により制御され、
　前記ＰＷＭ制御のキャリア周期内に、ＰＷＭ出力がハイレベルとなるハイレベル期間と、ＰＷＭ出力がローレベルとなるローレベル期間と、が含まれ、
　前記切替制御部は、前記スイッチ部が前記対象モータを前記ローレベル期間において切り替えるように、前記スイッチ部を制御することを特徴とするモータシステム。
［項目２］項目１に記載のモータシステムであって、
　前記切替制御部は、前記スイッチ部が前記対象モータを、前記ハイレベル期間の中央タイミングに対して前記キャリア周期の位相が１８０°異なるタイミングにおいて切り替えるように、前記スイッチ部を制御することを特徴とするモータシステム。
［項目３］項目１又は２に記載のモータシステムであって、
　前記切替制御部は、予め定められた切替周期毎に前記対象モータが切り替わるように前記スイッチ部を制御し、
　前記ＰＷＭ制御のキャリア周期と、前記切替周期と、が同期していることを特徴とするモータシステム。
［項目４］項目１から３までの何れか一項に記載のモータシステムであって、
　前記モータドライバから出力される電圧を検出する電圧検出部を備え、
　前記切替制御部は、前記ローレベル期間に含まれる切替タイミングを、前記電圧検出部の検出結果に基づいて求め、前記切替タイミングで前記スイッチ部が前記対象モータを切り替えるように前記スイッチ部を制御することを特徴とするモータシステム。
［項目５］項目４に記載のモータシステムであって、
　前記複数のモータのそれぞれは複数相のコイルを備え、
　前記モータドライバが行う前記ＰＷＭ制御は、前記複数相のコイルのそれぞれに対して行われ、
　前記切替制御部は、
　前記複数相のうち少なくとも１つの相について、ＰＷＭ出力の過去のハイレベル期間の中央タイミングを求め、
　前記中央タイミングに基づいて前記切替タイミングを求めることを特徴とするモータシステム。
［項目６］項目５に記載のモータシステムであって、
　前記切替制御部は、
　前記複数相のうち２以上の相について、ＰＷＭ出力の過去のハイレベル期間の中央タイミングを求め、
　２以上の相について求められた前記中央タイミングに基づいて前記切替タイミングを求めることを特徴とするモータシステム。
［項目７］項目１から６までの何れか一項に記載のモータシステムであって、
　前記複数のモータのそれぞれは複数相のコイルを備え、
　前記モータドライバが行う前記ＰＷＭ制御は、前記複数相のコイルのそれぞれに対して行われ、
　前記切替制御部は、前記複数相の全てにおいてＰＷＭ出力がローレベルになっている期間において前記スイッチ部が前記対象モータを切り替えるように、前記スイッチ部を制御することを特徴とするモータシステム。
　１　モータシステム
　２１　モータドライバ
　２２　スイッチ部
　２３　モータ
　４３　切替制御部
　５１　電圧センサ（電圧検出部）

Claims (7)

  1. 　複数のモータと、
    　前記複数のモータに駆動力を発生させるための駆動波形をＰＷＭ制御により生成して出力するモータドライバと、
    　前記モータドライバが出力する電力の供給対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替えるスイッチ部と、
    を備え、
    　前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータがサイクル的に切り替わるように、切替制御部により制御され、
    　前記ＰＷＭ制御のキャリア周期内に、ＰＷＭ出力がハイレベルとなるハイレベル期間と、ＰＷＭ出力がローレベルとなるローレベル期間と、が含まれ、
    　前記切替制御部は、前記スイッチ部が前記対象モータを前記ローレベル期間において切り替えるように、前記スイッチ部を制御することを特徴とするモータシステム。
  2. 　請求項１に記載のモータシステムであって、
    　前記切替制御部は、前記スイッチ部が前記対象モータを、前記ハイレベル期間の中央タイミングに対して前記キャリア周期の位相が１８０°異なるタイミングにおいて切り替えるように、前記スイッチ部を制御することを特徴とするモータシステム。
  3. 　請求項１に記載のモータシステムであって、
    　前記切替制御部は、予め定められた切替周期毎に前記対象モータが切り替わるように前記スイッチ部を制御し、
    　前記ＰＷＭ制御のキャリア周期と、前記切替周期と、が同期していることを特徴とするモータシステム。
  4. 　請求項１に記載のモータシステムであって、
    　前記モータドライバから出力される電圧を検出する電圧検出部を備え、
    　前記切替制御部は、前記ローレベル期間に含まれる切替タイミングを、前記電圧検出部の検出結果に基づいて求め、前記切替タイミングで前記スイッチ部が前記対象モータを切り替えるように前記スイッチ部を制御することを特徴とするモータシステム。
  5. 　請求項４に記載のモータシステムであって、
    　前記複数のモータのそれぞれは複数相のコイルを備え、
    　前記モータドライバが行う前記ＰＷＭ制御は、前記複数相のコイルのそれぞれに対して行われ、
    　前記切替制御部は、
    　前記複数相のうち少なくとも１つの相について、ＰＷＭ出力の過去のハイレベル期間の中央タイミングを求め、
    　前記中央タイミングに基づいて前記切替タイミングを求めることを特徴とするモータシステム。
  6. 　請求項５に記載のモータシステムであって、
    　前記切替制御部は、
    　前記複数相のうち２以上の相について、ＰＷＭ出力の過去のハイレベル期間の中央タイミングを求め、
    　２以上の相について求められた前記中央タイミングに基づいて前記切替タイミングを求めることを特徴とするモータシステム。
  7. 　請求項１に記載のモータシステムであって、
    　前記複数のモータのそれぞれは複数相のコイルを備え、
    　前記モータドライバが行う前記ＰＷＭ制御は、前記複数相のコイルのそれぞれに対して行われ、
    　前記切替制御部は、前記複数相の全てにおいてＰＷＭ出力がローレベルになっている期間において前記スイッチ部が前記対象モータを切り替えるように、前記スイッチ部を制御することを特徴とするモータシステム。
PCT/JP2022/042777 2021-12-27 2022-11-17 モータシステム WO2023127341A1 (ja)

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