モータ駆動装置及びモータ駆動方法
【課題】一方の極性の電流しか検出できないスイッチング素子に内蔵される検出用素子により電流を検出してモータを制御する場合、力行状態と回生状態とを判定して通電を制御することで脱調を回避する。
【解決手段】グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子に電流検出機能付きのＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚを用いてインバータ回路３を構成する。極性検出部は、ＩＧＢＴを全てオンしてモータ１の各相巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗが短絡されているときにセンスＩＧＢＴ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚを介して流れる電流に基づきＵ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミングを検出し、変化極性検出部は、Ｕ，Ｖ相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する。電流極性検出回路１１がＷ相電流の極性を判定すると、力行・回生判定部は、Ｗ相電流の極性に応じてモータが力行状態か回生状態かを判定し、起動処理部は、回生状態と判定されるとスイッチング制御を停止する。
【解決手段】グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子に電流検出機能付きのＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚを用いてインバータ回路３を構成する。極性検出部は、ＩＧＢＴを全てオンしてモータ１の各相巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗが短絡されているときにセンスＩＧＢＴ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚを介して流れる電流に基づきＵ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミングを検出し、変化極性検出部は、Ｕ，Ｖ相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する。電流極性検出回路１１がＷ相電流の極性を判定すると、力行・回生判定部は、Ｗ相電流の極性に応じてモータが力行状態か回生状態かを判定し、起動処理部は、回生状態と判定されるとスイッチング制御を停止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路を介して三相モータを駆動するモータ駆動装置及びモータ駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、三相モータの全相の巻線が短絡される際に、相電流がゼロとなるタイミングでの誘起電圧が相電流の変化量により定まる点に着目し、モータの全相が短絡されるときに各相電流がゼロとなるタイミングと、その相電流の変化がゼロとなるタイミングとを一致させることで各相の誘起電圧と電流とのゼロクロスタイミングを一致させ、位置センサレス制御により正弦波通電を行う技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、モータが回生状態なることを考慮した場合に力行制御時と回生制御時とで指令電圧を同様に設定すると、相電流がゼロとなるタイミングと相電流の変化がゼロとなるタイミングとを一致させることができない。特許文献２は、その問題を解決するため、モータの各相電流をインバータ回路の下アーム側に挿入したシャント抵抗を介して検出し、所定のタイミングにおける相電流の極性を判定することで力行制御時と回生制御時とを判定し、それぞれのケースについて指令電圧を適切に設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０２３５０号公報
【特許文献２】特開２００９−０８９６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献２では、シャント抵抗を用いて各相電流を検出しているため部品点数が増加することになる。また、シャント抵抗には直流母線の電流を流す必要があるため、抵抗素子が大型化することも問題となる。部品点数の増加を抑制するには、特許文献２にも開示があるように、インバータ回路を構成するスイッチング素子に電流検出用の素子を設け（例えばスイッチング素子がＩＧＢＴであれば、電流検出用ＩＧＢＴを並列に設ける）、その検出用素子に一定比率で分流させた電流を検出することが考えられる（図４７参照）。
【０００６】
検出用素子を介して電流を検出する場合は、当該スイッチング素子がオンしている期間に流れる極性の電流しか検出することができず、特許文献２のようにモータの力行制御時と回生制御時とを判定するためには、スイッチング素子がオフしている期間に、フライホイールダイオードを介して流れる逆極性の相電流も検出しなければならない。しかしながら、特許文献２には、上記のように電流を検出するための具体的な構成が開示されていない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は一方の極性の電流しか検出できないスイッチング素子に内蔵される検出用素子を介して電流を検出してモータを制御する場合でも、力行状態と回生状態とを判定して通電を制御することで脱調を回避できるモータ駆動装置及びモータ駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載のモータ駆動装置によれば、グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子に検出機能付きスイッチング素子を用いてインバータ回路を構成する。そして、電流ゼロクロス検出手段は、検出機能付きスイッチング素子を全てオンして三相モータの全相の巻線が短絡されているとき、電流検出用素子を介して流れる電流に基づき任意の相間電流のゼロクロスタイミングを検出し、変化量ゼロクロス検出手段は、相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する。
【０００９】
また、極性判定手段が、前記任意の相間以外の相に流れる電流の状態に基づき前記電流の極性を判定すると、駆動状態判定手段は、前記任意の相間以外の相電流の極性に応じて、三相モータが力行状態であるか、回生状態であるかを判定する。指令電圧設定手段は、力行状態と判定されると三相モータに印加する電圧の指令値を設定し、制御手段は、指令値に基づきインバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御するが、回生状態と判定されるとスイッチング制御を停止する。
すなわち、三相モータにおける相間電流のゼロクロスタイミング付近における前記相間以外の相に流れる電流の極性を判定すれば、三相モータが力行状態であるか、回生状態であるかを判定できる。そして、制御手段は、回生状態と判定されるとインバータ回路のスイッチング制御を停止するので、制御を継続して脱調状態に至ることを回避できる。
【００１０】
請求項２記載のモータ駆動装置によれば、半導体スイッチング素子及び検出機能付きスイッチング素子をＩＧＢＴとする。すなわち、ＩＧＢＴは、耐圧及びオン抵抗値の特性上、例えば電源電圧が２００Ｖ〜４５０Ｖ程度となるような高電圧仕様のインバータ回路を構成するスイッチング素子として最適である。
【００１１】
請求項３記載のモータ駆動装置によれば、極性判定手段は、検出機能付きスイッチング素子に並列接続されているフライホイールダイオードを介して流れる電流に基づいて電流の極性を判定する。すなわち、相電流極性が負を示す場合は、半導体スイッチング素子に逆並列接続されているフライホイールダイオードを介して電流が流れるので、当該電流の有無により電流極性を判定することができる。
【００１２】
請求項４記載のモータ駆動装置によれば、極性判定手段は、電流検出用素子を介して電流が流れているか否かにより電流の極性を判定する。すなわち、相電流極性が正を示す場合は、電流検出用素子を介して電流が流れるので、当該電流の有無により電流極性を判定することができる。
【００１３】
請求項５記載のモータ駆動装置によれば、制御手段は、スイッチング制御を停止させてから所定時間が経過すると、スイッチング制御を再開する。すなわち、モータが回生状態となっている場合は、外力等の影響を一時的に受けている状態が想定されるので、直ぐに制御を再開すると、指令された回転数と外力とが均衡すると無負荷状態となり、制御の実行と停止とを繰り返すハンチング状態に至ることがある。したがって、所定時間が経過することにより外力等の影響がなくなったと推定される時点であれば、ハンチング状態に至ることを回避してスイッチング制御を再開できる。
【００１４】
請求項６記載のモータ駆動装置によれば、制御手段は、スイッチング制御を停止させた後、回転数検出手段により検出されるモータの回転数が、外部より与えられているモータの回転数指令よりも低くなるとスイッチング制御を再開する。この場合も請求項５と同様に、ハンチング状態に至ることを回避してスイッチング制御を再開できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例であり、モータ制御装置の構成を示す機能ブロック図
【図２】電流極性検出回路の具体構成を示す図
【図３】制御部のＰＷＭ信号生成処理部分を示す機能ブロック図
【図４】力行・回生判定部の処理内容を示すフローチャート
【図５】起動処理部による処理内容を中心に示すフローチャート
【図６】極性検出部及び変化極性検出部の処理内容を示すフローチャート
【図７】位相設定部の処理内容を示すフローチャート
【図８】モータが力行状態で回転している場合の各相電流波形を示す図
【図９】（ａ）は図８の一部相当図、（ｂ）はモータが回生状態となった場合の（ａ）相当図
【図１０】図９（ａ）に対応するＵ，Ｖ相電流波形と、電流極性検出回路において検出されるＷ相電流に相当する検出電圧とを示す図
【図１１】第２実施例を示す図２相当図
【図１２】第３実施例を示す各相対応の図２相当図
【図１３】第４実施例を示す図１２相当図
【図１４】第５実施例を示す図２相当図
【図１５】図９相当図
【図１６】第６実施例を示す図２相当図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施例）
以下、第１実施例について図１ないし図１０を参照しつつ説明する。図１は、モータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図示されるモータ１（三相モータ）は埋め込み磁石式同期モータ（ブラシレスＤＣモータ）であり、車載エアコンディショナのブロアモータである。モータ１の各相巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗには、インバータ回路３の各相出力端子が接続されている。このインバータ回路３は、６個のＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ，４Ｘ，４Ｙ，４Ｚを三相ブリッジ接続して構成されている。また、各ＩＧＢＴ４Ｕ〜４Ｗ，４Ｘ〜４Ｚのコレクタ，エミッタ間には、フライホイールダイオード５Ｕ〜５Ｗ，５Ｘ〜５Ｚが接続されている。
【００１７】
インバータ回路３の下アーム側に位置するＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚには、電流検出用のセンスＩＧＢＴ６Ｘ〜６Ｚ（電流検出素子）が、エミッタに検出抵抗７Ｘ〜７Ｚを挿入して並列に接続されている。すなわち、ＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚは「検出機能付きスイッチング素子」に相当する。センスＩＧＢＴ６Ｘ〜６Ｚは、ＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚに流れるコレクタ電流を例えば１／１００程度の比率で流すようになっており、デバイスとしてはＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚと一体に構成されている。
【００１８】
インバータ回路３の直流入力端子には、バッテリ８（電源）の正側端子，負側端子が接続されている。また、バッテリ８の端子電圧ＶＢは、制御部９によりモニタされる。制御部９は、外部より与えられるモータ１の回転数指令に応じてＰＷＭ信号を生成すると、ゲート駆動回路１０を介して、インバータ回路３を構成するＩＧＢＴ４Ｕ〜４Ｗ，４Ｘ〜４Ｚのゲートにゲート駆動信号を出力する。
【００１９】
制御部９の入力端子には、インバータ回路３のＵ相，Ｖ相出力端子の電圧Ｕ１，Ｖ１が入力されており、また、センスＩＧＢＴ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚのエミッタが接続されている。制御部９は、検出抵抗７Ｘ，７Ｙ，７Ｚの端子電圧ｒｕ，ｒｖ，ｒｗをモニタすることで各相電流を検出する。電流極性検出回路１１（極性判定手段）は、端子電圧ｒｗをモニタすることでＷ相の電流極性を検出し極性信号ｓｉｇnＷを制御部９に出力する。
【００２０】
図３は、制御部９が行う処理のうち、特にＩＧＢＴ４の各ゲートに出力するＰＷＭ信号の生成に関する処理部分を示す機能ブロック図である。尚、この図は、特許文献２の図１７に開示されている構成を基本としたものであり、以下は特許文献２と異なる部分のみ説明する。
【００２１】
モータ１に対する速度指令値ωｄは、起動処理部６０（制御手段）を介して速度偏差算出部５２に出力される。また、起動処理部６０には、回転速度算出部５０（回転数検出手段）により算出されるモータ１の電気角速度ωも入力されている。力行・回生判定部６１（駆動状態判定手段）には、電流極性検出回路１１より出力される極性信号ｓｉｇnＷが入力されると共に、極性検出部４２より検出される線間電流の極性信号が入力されている。そして、力行・回生判定部６１は、回生フラグを起動処理部６０に出力する。また、回転速度算出部５０には、インバータ回路３のＵ相，Ｖ相出力端子の電圧Ｕ１，Ｖ１が入力されている。
【００２２】
図２は、電流極性検出回路１１の具体構成を示す。電流極性検出回路１１は、コンパレータ１２を中心に構成され、コンパレータ１２の非反転入力端子は抵抗素子１３を介してインバータ回路３のＷ相出力端子に接続されていると共に、基準電位を付与するためのツェナーダイオード１４を介してグランドに接続されている。また、反転入力端子は、抵抗素子１５を介してグランド、すなわちＩＧＢＴ４Ｚのエミッタに接続されている。電流極性検出回路１１は、Ｗ相電流が負極性を示し、フライホイールダイオード５Ｚを介して流れると、反転入力端子におけるエミッタ電位よりも非反転入力端子の電位が低下するので、コンパレータ１２はｓｉｇｎＷ信号をＬレベルにする。
【００２３】
次に、本実施例の作用について図４ないし図１０を参照して説明する。尚、図６及び図７は、極性検出部４２，変化極性検出部４４及び位相設定部３４の処理内容を示す特許文献２の図１０及び図１１相当図であるから、説明は省略する。尚、図１１に示すステップＳ４０，Ｓ４２，が「第１，第２ステップ」に対応する。
図８（ａ）〜（ｃ）は、モータ１が力行状態で回転している場合の各相電流（電圧として検出される）を２相ずつに分けて（Ｕ，Ｖ／Ｖ，Ｗ／Ｗ，Ｕ）示している。また、図８（ｄ）は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相電流波形と、Ｕ，Ｖ相間電流波形とを併せて示しているが、これらは、図８（ａ）〜（ｃ）に示す波形を反転したものとなっている。そして、図９（ａ）は、図８（ａ），（ｂ）の一部を示し、図９（ｂ）はモータ１が回生状態となった場合の図９（ａ）相当図である。
【００２４】
図９（ａ）は、Ｕ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミング（図中の○「検出」）において、Ｗ相電流極性が負を示していれば（ｓｉｇｎＷ＝Ｌ）モータ１が力行状態にあることを示している。また、図９（ｂ）は、Ｕ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミングにおいて、Ｗ相電流極性が正を示していれば（ｓｉｇｎＷ＝Ｈ）モータ１が回生状態にあることを示している。更に、図１０は、図９（ａ）に対応するＵ，Ｖ相電流波形と、電流極性検出回路１１において検出されるＷ相電流に相当する検出電圧とを示す。
尚、ここで言う「回生状態」とは、実際のモータ１の回転数が指令回転数ωｄを上回った状態であり、モータ１が発電作用をなすことで発生した電力をバッテリ８側に回生させることを意味するものではない。
【００２５】
図４は、力行・回生判定部６１の処理内容を示すフローチャートである。先ず、極性検出部４２の出力を参照してＵ，Ｖ相間の線間電流極性が反転したか否かを判断し（ステップＳ１）、極性が反転した場合は（ＹＥＳ）、その極性の反転が正から負への反転か否かを判断する（ステップＳ２；第３ステップ）。正から負への反転であれば（ＹＥＳ）、その時のＷ相電流の極性が負か、すなわち電流極性検出回路１１より出力されるｓｉｇｎＷ信号がローレベルか否かを判断する（ステップＳ３；第４ステップ）。
【００２６】
ステップＳ３においてｓｉｇｎＷ信号がローレベルであれば（ＹＥＳ）、モータ１は力行状態で回転していることになるが（ステップＳ４）、この場合は通常制御となる。すなわち、位相設定部３４がステップＳ４４において設定した位相φに基づき、指令電圧Ｖｕｃ１，Ｖｖｃ１，Ｖｗｃ１（モータ１に印加する電圧の指令値）を設定してデューティ信号生成部３６に出力すると、ＰＷＭ信号生成部４０を介してインバータ回路３にＰＷＭ信号を出力してモータ１を駆動制御する。
【００２７】
一方、ステップＳ３においてｓｉｇｎＷ信号がハイレベルであれば（ＮＯ）、Ｗ相電流の極性は正であり、モータ１は回生状態で回転していることになるので、回生フラグをセットする（ステップＳ６）。また、ステップＳ２において、Ｕ，Ｖ相間の線間電流極性が負から正への反転であり（ＮＯ）、ステップＳ５においてｓｉｇｎＷ信号がハイレベルである場合も（ＹＥＳ）、モータ１はやはり回生状態で回転していることになるのでステップＳ６に移行する。
【００２８】
図５は、起動処理部６０による処理内容を中心に示すフローチャートである。先ず、回生フラグがセットされているか否かを判断し（ステップＳ１１）、セットされていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ５において「回生判定」を行った時点から所定時間（インターバル）が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで所定時間が経過していなければ（ＮＯ）ＰＷＭ信号生成部４０に通電ＯＦＦ指令を出力し、インバータ回路３のスイッチング制御を停止する（ステップＳ１７；第５ステップ）。
【００２９】
一方、ステップＳ１２において所定時間が経過している場合は（ＹＥＳ）、回転速度算出部５０が算出しているモータ１の回転数（角速度）ωを読み込み（ステップＳ１３）、その回転数ωが、指令値ωｄ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。ここで（ω＜ωｄ）であれば（ＹＥＳ）回生フラグをクリアし（ステップＳ１５）、ステップＳ１７で設定した「通電ＯＦＦ」を解除してモータ１を起動する（ステップＳ１６）。
【００３０】
以上のように本実施例によれば、グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子に電流検出機能付きのＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚを用いてインバータ回路３を構成する。そして、極性検出部４２は、ＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚを全てオンしてモータ１の各相巻線が２Ｕ，２Ｖ，２Ｗが短絡されているときに（ステップＳ２２；電圧ベクトルＶ０）、センスＩＧＢＴ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚを介して流れる電流に基づきＵ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミングを検出し、変化極性検出部４４は、Ｕ，Ｖ相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する。
【００３１】
また、電流極性検出回路１１がＷ相電流の極性を判定すると、力行・回生判定部６１は、Ｗ相電流の極性に応じて、モータ１が力行状態か回生状態かを判定する。指令電圧設定部３２（指令電圧設定手段）は、力行状態と判定されるとモータ１に印加する電圧の指令値を設定し、起動処理部６０は、指令値に基づきインバータ回路３のＩＧＢＴ４をスイッチング制御するが、回生状態と判定されるとスイッチング制御を停止する。
すなわち、モータ１におけるＵ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミング付近におけるＷ相電流の極性を判定すれば、モータ１が力行状態であるか、回生状態であるかを判定できる。そして、起動処理部６０は、回生状態と判定されるとインバータ回路３のスイッチング制御を停止するので、制御を継続して脱調状態に至ることを回避できる。
【００３２】
また、ＩＧＢＴ４は、耐圧及びオン抵抗値の特性上、インバータ回路３が例えば電源電圧が２００Ｖ〜４５０Ｖ程度であるような高電圧仕様の場合に、使用するスイッチング素子として最適である。更に、電流極性検出回路１１は、ＩＧＢＴ４Ｚに並列接続されているフライホイールダイオード５Ｚを介して流れる電流に基づいて電流の極性を判定する。すなわち、Ｗ相電流極性が負を示す場合は、フライホイールダイオード５Ｚを介して電流が流れるので、当該電流の有無により電流極性を判定することができる。
【００３３】
また、起動処理部６０は、スイッチング制御を停止させてから所定時間が経過し、且つモータ１の回転数ωが、外部より与えられているモータの回転数指令ωｄよりも低くなるとスイッチング制御を再開するようにした。すなわち、モータ１が回生状態となっている場合は、外力等の影響を一時的に受けている状態が想定されるので、直ぐに制御を再開すると、指令された回転数と外力とが均衡すると無負荷状態となり、制御の実行と停止とを繰り返すハンチング状態に至ることがある。したがって、所定時間が経過し、且つ（ω＜ωｄ）となることで外力等の影響がなくなったと推定される時点であれば、ハンチング状態に至ることを回避してスイッチング制御を再開できる。
【００３４】
（第２実施例）
図１１は第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１１は図２相当図であり、第２実施例の電流極性検出回路（極性判定手段）２１は、コンパレータ１２の反転入力端子が、抵抗素子１５を介してグランドではなく、電源Ｖｃｃとグランドとの間に接続されている抵抗素子２２及び２３の共通接続点に接続されている。すなわち、コンパレータ１２の反転入力端子には、電源Ｖｃｃを抵抗素子２２及び２３の抵抗比で分圧した０Ｖよりも大なる基準電圧Ｖrefが与えられている。尚、第１実施例の図１０には、上記基準電圧Ｖrefを示している。この場合、基準電圧Ｖrefは、少なくともＩＧＢＴ４Ｚのコレクタ−エミッタ間飽和電圧Ｖsatよりも高いレベルとなるように設定する。
【００３５】
以上のように第２実施例によれば、電流極性検出回路２１は、コンパレータ１２の反転入力端子Ｖrefを、コレクタ−エミッタ間飽和電圧Ｖsatよりも高いレベルとなるように設定してＷ相電流の極性を判定するので、ノイズ等の影響をより受け難い状態で確実に判定を行うことができる。
【００３６】
（第３，第４実施例）
図１２，図１３は第３，第４実施例である。図１２に示す第３実施例は、第１実施例の電流極性検出回路１１を、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応した配置した構成を示す。また、図１３に示す第４実施例は、第２実施例の電流極性検出回路２１を、同様にＵ，Ｖ，Ｗの各相に対応した配置した構成を示す。このように構成される第３，第４実施例によれば、相間電流のゼロクロスタイミングの検出や相電流の極性判定を、より多くのタイミングで実行できる。すなわち、第１，第２実施例におけるＵ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミングとＷ相電流の極性判定のみならず、Ｖ，Ｗ相間電流のゼロクロスタイミングとＵ相電流の極性判定、Ｗ，Ｕ相間電流のゼロクロスタイミングＶＷ相電流の極性判定も行うことができる。
【００３７】
（第５実施例）
図１４及び図１５は第５実施例であり、第２実施例と異なる部分について説明する。第５実施例は、第２実施例の電流極性検出回路２１を用いてＷ相電流の極性を検出するが、コンパレータ１２の非反転入力端子は、抵抗素子１３を介してセンスＩＧＢＴ６Ｚのエミッタに接続されている。図１５は、図９相当図であり、センスＩＧＢＴ６Ｚのエミッタに接続されている検出抵抗７Ｚには極性が正のＷ相電流が流れるが、極性が負を示す場合は電流が流れないので極性信号ｓｉｇｎＷはローレベルを示す。
【００３８】
したがって、第１実施例の図４に示すフローチャートが同様に適用でき、Ｕ，Ｖ相間電流の極性が判定した場合の極性信号ｓｉｇｎＷがハイレベルを示していれば、モータ１は回生状態にあると判定できる。以上のように第５実施例によれば、電流極性判定回路２１により、センスＩＧＢＴ６Ｚを介して電流が流れているか否かによりＷ相電流の極性を判定できる。
【００３９】
（第６実施例）
図１６は第６実施例であり、第５実施例と異なる部分のみ説明する。第６実施例の電流極性検出回路３１（極性判定手段）は、電流極性検出回路２１よりツェナーダイオード２１４，抵抗素子２２及び２３を削除し、抵抗素子１３，１５の他端を、検出抵抗７Ｚの両端にそれぞれ直結した構成となっている。このように構成した場合も、センスＩＧＢＴ６Ｚを介して検出抵抗７Ｚに流れる電流の有無に応じて、Ｗ相電流の極性を判定できる。
尚、第６実施例の場合、コンパレータ１２に替えてオペアンプを使用し、差動増幅回路を構成しても良い。
【００４０】
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
図５において、ステップＳ１２，Ｓ１４の何れか一方の判断のみを行っても良い。
半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限ることなく、バイポーラトランジスタを用いても良い。
モータ１としては、車載エアコンディショナに設けられるものに限らず、例えば車載冷却ファンに設けられるものであっても良い。
【符号の説明】
【００４１】
図面中、１はモータ（三相モータ）、３はインバータ回路、４はＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）、４Ｘ〜４ＸはＩＧＢＴ（検出機能付き半導体スイッチング素子）、６はセンスＩＧＢＴ（電流検出素子）、７は検出抵抗、８はバッテリ（電源）、１１，２１，３１は電流極性検出回路（極性判定手段）、３２は指令電圧設定部（指令電圧設定手段）、５０は回転速度算出部（回転数検出手段）、６０は起動処理部（制御手段）、６１は力行・回生判定部（駆動状態判定手段）を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路を介して三相モータを駆動するモータ駆動装置及びモータ駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、三相モータの全相の巻線が短絡される際に、相電流がゼロとなるタイミングでの誘起電圧が相電流の変化量により定まる点に着目し、モータの全相が短絡されるときに各相電流がゼロとなるタイミングと、その相電流の変化がゼロとなるタイミングとを一致させることで各相の誘起電圧と電流とのゼロクロスタイミングを一致させ、位置センサレス制御により正弦波通電を行う技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、モータが回生状態なることを考慮した場合に力行制御時と回生制御時とで指令電圧を同様に設定すると、相電流がゼロとなるタイミングと相電流の変化がゼロとなるタイミングとを一致させることができない。特許文献２は、その問題を解決するため、モータの各相電流をインバータ回路の下アーム側に挿入したシャント抵抗を介して検出し、所定のタイミングにおける相電流の極性を判定することで力行制御時と回生制御時とを判定し、それぞれのケースについて指令電圧を適切に設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０２３５０号公報
【特許文献２】特開２００９−０８９６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献２では、シャント抵抗を用いて各相電流を検出しているため部品点数が増加することになる。また、シャント抵抗には直流母線の電流を流す必要があるため、抵抗素子が大型化することも問題となる。部品点数の増加を抑制するには、特許文献２にも開示があるように、インバータ回路を構成するスイッチング素子に電流検出用の素子を設け（例えばスイッチング素子がＩＧＢＴであれば、電流検出用ＩＧＢＴを並列に設ける）、その検出用素子に一定比率で分流させた電流を検出することが考えられる（図４７参照）。
【０００６】
検出用素子を介して電流を検出する場合は、当該スイッチング素子がオンしている期間に流れる極性の電流しか検出することができず、特許文献２のようにモータの力行制御時と回生制御時とを判定するためには、スイッチング素子がオフしている期間に、フライホイールダイオードを介して流れる逆極性の相電流も検出しなければならない。しかしながら、特許文献２には、上記のように電流を検出するための具体的な構成が開示されていない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は一方の極性の電流しか検出できないスイッチング素子に内蔵される検出用素子を介して電流を検出してモータを制御する場合でも、力行状態と回生状態とを判定して通電を制御することで脱調を回避できるモータ駆動装置及びモータ駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載のモータ駆動装置によれば、グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子に検出機能付きスイッチング素子を用いてインバータ回路を構成する。そして、電流ゼロクロス検出手段は、検出機能付きスイッチング素子を全てオンして三相モータの全相の巻線が短絡されているとき、電流検出用素子を介して流れる電流に基づき任意の相間電流のゼロクロスタイミングを検出し、変化量ゼロクロス検出手段は、相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する。
【０００９】
また、極性判定手段が、前記任意の相間以外の相に流れる電流の状態に基づき前記電流の極性を判定すると、駆動状態判定手段は、前記任意の相間以外の相電流の極性に応じて、三相モータが力行状態であるか、回生状態であるかを判定する。指令電圧設定手段は、力行状態と判定されると三相モータに印加する電圧の指令値を設定し、制御手段は、指令値に基づきインバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御するが、回生状態と判定されるとスイッチング制御を停止する。
すなわち、三相モータにおける相間電流のゼロクロスタイミング付近における前記相間以外の相に流れる電流の極性を判定すれば、三相モータが力行状態であるか、回生状態であるかを判定できる。そして、制御手段は、回生状態と判定されるとインバータ回路のスイッチング制御を停止するので、制御を継続して脱調状態に至ることを回避できる。
【００１０】
請求項２記載のモータ駆動装置によれば、半導体スイッチング素子及び検出機能付きスイッチング素子をＩＧＢＴとする。すなわち、ＩＧＢＴは、耐圧及びオン抵抗値の特性上、例えば電源電圧が２００Ｖ〜４５０Ｖ程度となるような高電圧仕様のインバータ回路を構成するスイッチング素子として最適である。
【００１１】
請求項３記載のモータ駆動装置によれば、極性判定手段は、検出機能付きスイッチング素子に並列接続されているフライホイールダイオードを介して流れる電流に基づいて電流の極性を判定する。すなわち、相電流極性が負を示す場合は、半導体スイッチング素子に逆並列接続されているフライホイールダイオードを介して電流が流れるので、当該電流の有無により電流極性を判定することができる。
【００１２】
請求項４記載のモータ駆動装置によれば、極性判定手段は、電流検出用素子を介して電流が流れているか否かにより電流の極性を判定する。すなわち、相電流極性が正を示す場合は、電流検出用素子を介して電流が流れるので、当該電流の有無により電流極性を判定することができる。
【００１３】
請求項５記載のモータ駆動装置によれば、制御手段は、スイッチング制御を停止させてから所定時間が経過すると、スイッチング制御を再開する。すなわち、モータが回生状態となっている場合は、外力等の影響を一時的に受けている状態が想定されるので、直ぐに制御を再開すると、指令された回転数と外力とが均衡すると無負荷状態となり、制御の実行と停止とを繰り返すハンチング状態に至ることがある。したがって、所定時間が経過することにより外力等の影響がなくなったと推定される時点であれば、ハンチング状態に至ることを回避してスイッチング制御を再開できる。
【００１４】
請求項６記載のモータ駆動装置によれば、制御手段は、スイッチング制御を停止させた後、回転数検出手段により検出されるモータの回転数が、外部より与えられているモータの回転数指令よりも低くなるとスイッチング制御を再開する。この場合も請求項５と同様に、ハンチング状態に至ることを回避してスイッチング制御を再開できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例であり、モータ制御装置の構成を示す機能ブロック図
【図２】電流極性検出回路の具体構成を示す図
【図３】制御部のＰＷＭ信号生成処理部分を示す機能ブロック図
【図４】力行・回生判定部の処理内容を示すフローチャート
【図５】起動処理部による処理内容を中心に示すフローチャート
【図６】極性検出部及び変化極性検出部の処理内容を示すフローチャート
【図７】位相設定部の処理内容を示すフローチャート
【図８】モータが力行状態で回転している場合の各相電流波形を示す図
【図９】（ａ）は図８の一部相当図、（ｂ）はモータが回生状態となった場合の（ａ）相当図
【図１０】図９（ａ）に対応するＵ，Ｖ相電流波形と、電流極性検出回路において検出されるＷ相電流に相当する検出電圧とを示す図
【図１１】第２実施例を示す図２相当図
【図１２】第３実施例を示す各相対応の図２相当図
【図１３】第４実施例を示す図１２相当図
【図１４】第５実施例を示す図２相当図
【図１５】図９相当図
【図１６】第６実施例を示す図２相当図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施例）
以下、第１実施例について図１ないし図１０を参照しつつ説明する。図１は、モータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図示されるモータ１（三相モータ）は埋め込み磁石式同期モータ（ブラシレスＤＣモータ）であり、車載エアコンディショナのブロアモータである。モータ１の各相巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗには、インバータ回路３の各相出力端子が接続されている。このインバータ回路３は、６個のＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ，４Ｘ，４Ｙ，４Ｚを三相ブリッジ接続して構成されている。また、各ＩＧＢＴ４Ｕ〜４Ｗ，４Ｘ〜４Ｚのコレクタ，エミッタ間には、フライホイールダイオード５Ｕ〜５Ｗ，５Ｘ〜５Ｚが接続されている。
【００１７】
インバータ回路３の下アーム側に位置するＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚには、電流検出用のセンスＩＧＢＴ６Ｘ〜６Ｚ（電流検出素子）が、エミッタに検出抵抗７Ｘ〜７Ｚを挿入して並列に接続されている。すなわち、ＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚは「検出機能付きスイッチング素子」に相当する。センスＩＧＢＴ６Ｘ〜６Ｚは、ＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚに流れるコレクタ電流を例えば１／１００程度の比率で流すようになっており、デバイスとしてはＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚと一体に構成されている。
【００１８】
インバータ回路３の直流入力端子には、バッテリ８（電源）の正側端子，負側端子が接続されている。また、バッテリ８の端子電圧ＶＢは、制御部９によりモニタされる。制御部９は、外部より与えられるモータ１の回転数指令に応じてＰＷＭ信号を生成すると、ゲート駆動回路１０を介して、インバータ回路３を構成するＩＧＢＴ４Ｕ〜４Ｗ，４Ｘ〜４Ｚのゲートにゲート駆動信号を出力する。
【００１９】
制御部９の入力端子には、インバータ回路３のＵ相，Ｖ相出力端子の電圧Ｕ１，Ｖ１が入力されており、また、センスＩＧＢＴ６Ｘ，６Ｙ，６Ｚのエミッタが接続されている。制御部９は、検出抵抗７Ｘ，７Ｙ，７Ｚの端子電圧ｒｕ，ｒｖ，ｒｗをモニタすることで各相電流を検出する。電流極性検出回路１１（極性判定手段）は、端子電圧ｒｗをモニタすることでＷ相の電流極性を検出し極性信号ｓｉｇnＷを制御部９に出力する。
【００２０】
図３は、制御部９が行う処理のうち、特にＩＧＢＴ４の各ゲートに出力するＰＷＭ信号の生成に関する処理部分を示す機能ブロック図である。尚、この図は、特許文献２の図１７に開示されている構成を基本としたものであり、以下は特許文献２と異なる部分のみ説明する。
【００２１】
モータ１に対する速度指令値ωｄは、起動処理部６０（制御手段）を介して速度偏差算出部５２に出力される。また、起動処理部６０には、回転速度算出部５０（回転数検出手段）により算出されるモータ１の電気角速度ωも入力されている。力行・回生判定部６１（駆動状態判定手段）には、電流極性検出回路１１より出力される極性信号ｓｉｇnＷが入力されると共に、極性検出部４２より検出される線間電流の極性信号が入力されている。そして、力行・回生判定部６１は、回生フラグを起動処理部６０に出力する。また、回転速度算出部５０には、インバータ回路３のＵ相，Ｖ相出力端子の電圧Ｕ１，Ｖ１が入力されている。
【００２２】
図２は、電流極性検出回路１１の具体構成を示す。電流極性検出回路１１は、コンパレータ１２を中心に構成され、コンパレータ１２の非反転入力端子は抵抗素子１３を介してインバータ回路３のＷ相出力端子に接続されていると共に、基準電位を付与するためのツェナーダイオード１４を介してグランドに接続されている。また、反転入力端子は、抵抗素子１５を介してグランド、すなわちＩＧＢＴ４Ｚのエミッタに接続されている。電流極性検出回路１１は、Ｗ相電流が負極性を示し、フライホイールダイオード５Ｚを介して流れると、反転入力端子におけるエミッタ電位よりも非反転入力端子の電位が低下するので、コンパレータ１２はｓｉｇｎＷ信号をＬレベルにする。
【００２３】
次に、本実施例の作用について図４ないし図１０を参照して説明する。尚、図６及び図７は、極性検出部４２，変化極性検出部４４及び位相設定部３４の処理内容を示す特許文献２の図１０及び図１１相当図であるから、説明は省略する。尚、図１１に示すステップＳ４０，Ｓ４２，が「第１，第２ステップ」に対応する。
図８（ａ）〜（ｃ）は、モータ１が力行状態で回転している場合の各相電流（電圧として検出される）を２相ずつに分けて（Ｕ，Ｖ／Ｖ，Ｗ／Ｗ，Ｕ）示している。また、図８（ｄ）は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相電流波形と、Ｕ，Ｖ相間電流波形とを併せて示しているが、これらは、図８（ａ）〜（ｃ）に示す波形を反転したものとなっている。そして、図９（ａ）は、図８（ａ），（ｂ）の一部を示し、図９（ｂ）はモータ１が回生状態となった場合の図９（ａ）相当図である。
【００２４】
図９（ａ）は、Ｕ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミング（図中の○「検出」）において、Ｗ相電流極性が負を示していれば（ｓｉｇｎＷ＝Ｌ）モータ１が力行状態にあることを示している。また、図９（ｂ）は、Ｕ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミングにおいて、Ｗ相電流極性が正を示していれば（ｓｉｇｎＷ＝Ｈ）モータ１が回生状態にあることを示している。更に、図１０は、図９（ａ）に対応するＵ，Ｖ相電流波形と、電流極性検出回路１１において検出されるＷ相電流に相当する検出電圧とを示す。
尚、ここで言う「回生状態」とは、実際のモータ１の回転数が指令回転数ωｄを上回った状態であり、モータ１が発電作用をなすことで発生した電力をバッテリ８側に回生させることを意味するものではない。
【００２５】
図４は、力行・回生判定部６１の処理内容を示すフローチャートである。先ず、極性検出部４２の出力を参照してＵ，Ｖ相間の線間電流極性が反転したか否かを判断し（ステップＳ１）、極性が反転した場合は（ＹＥＳ）、その極性の反転が正から負への反転か否かを判断する（ステップＳ２；第３ステップ）。正から負への反転であれば（ＹＥＳ）、その時のＷ相電流の極性が負か、すなわち電流極性検出回路１１より出力されるｓｉｇｎＷ信号がローレベルか否かを判断する（ステップＳ３；第４ステップ）。
【００２６】
ステップＳ３においてｓｉｇｎＷ信号がローレベルであれば（ＹＥＳ）、モータ１は力行状態で回転していることになるが（ステップＳ４）、この場合は通常制御となる。すなわち、位相設定部３４がステップＳ４４において設定した位相φに基づき、指令電圧Ｖｕｃ１，Ｖｖｃ１，Ｖｗｃ１（モータ１に印加する電圧の指令値）を設定してデューティ信号生成部３６に出力すると、ＰＷＭ信号生成部４０を介してインバータ回路３にＰＷＭ信号を出力してモータ１を駆動制御する。
【００２７】
一方、ステップＳ３においてｓｉｇｎＷ信号がハイレベルであれば（ＮＯ）、Ｗ相電流の極性は正であり、モータ１は回生状態で回転していることになるので、回生フラグをセットする（ステップＳ６）。また、ステップＳ２において、Ｕ，Ｖ相間の線間電流極性が負から正への反転であり（ＮＯ）、ステップＳ５においてｓｉｇｎＷ信号がハイレベルである場合も（ＹＥＳ）、モータ１はやはり回生状態で回転していることになるのでステップＳ６に移行する。
【００２８】
図５は、起動処理部６０による処理内容を中心に示すフローチャートである。先ず、回生フラグがセットされているか否かを判断し（ステップＳ１１）、セットされていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ５において「回生判定」を行った時点から所定時間（インターバル）が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで所定時間が経過していなければ（ＮＯ）ＰＷＭ信号生成部４０に通電ＯＦＦ指令を出力し、インバータ回路３のスイッチング制御を停止する（ステップＳ１７；第５ステップ）。
【００２９】
一方、ステップＳ１２において所定時間が経過している場合は（ＹＥＳ）、回転速度算出部５０が算出しているモータ１の回転数（角速度）ωを読み込み（ステップＳ１３）、その回転数ωが、指令値ωｄ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。ここで（ω＜ωｄ）であれば（ＹＥＳ）回生フラグをクリアし（ステップＳ１５）、ステップＳ１７で設定した「通電ＯＦＦ」を解除してモータ１を起動する（ステップＳ１６）。
【００３０】
以上のように本実施例によれば、グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子に電流検出機能付きのＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚを用いてインバータ回路３を構成する。そして、極性検出部４２は、ＩＧＢＴ４Ｘ〜４Ｚを全てオンしてモータ１の各相巻線が２Ｕ，２Ｖ，２Ｗが短絡されているときに（ステップＳ２２；電圧ベクトルＶ０）、センスＩＧＢＴ７Ｘ，７Ｙ，７Ｚを介して流れる電流に基づきＵ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミングを検出し、変化極性検出部４４は、Ｕ，Ｖ相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する。
【００３１】
また、電流極性検出回路１１がＷ相電流の極性を判定すると、力行・回生判定部６１は、Ｗ相電流の極性に応じて、モータ１が力行状態か回生状態かを判定する。指令電圧設定部３２（指令電圧設定手段）は、力行状態と判定されるとモータ１に印加する電圧の指令値を設定し、起動処理部６０は、指令値に基づきインバータ回路３のＩＧＢＴ４をスイッチング制御するが、回生状態と判定されるとスイッチング制御を停止する。
すなわち、モータ１におけるＵ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミング付近におけるＷ相電流の極性を判定すれば、モータ１が力行状態であるか、回生状態であるかを判定できる。そして、起動処理部６０は、回生状態と判定されるとインバータ回路３のスイッチング制御を停止するので、制御を継続して脱調状態に至ることを回避できる。
【００３２】
また、ＩＧＢＴ４は、耐圧及びオン抵抗値の特性上、インバータ回路３が例えば電源電圧が２００Ｖ〜４５０Ｖ程度であるような高電圧仕様の場合に、使用するスイッチング素子として最適である。更に、電流極性検出回路１１は、ＩＧＢＴ４Ｚに並列接続されているフライホイールダイオード５Ｚを介して流れる電流に基づいて電流の極性を判定する。すなわち、Ｗ相電流極性が負を示す場合は、フライホイールダイオード５Ｚを介して電流が流れるので、当該電流の有無により電流極性を判定することができる。
【００３３】
また、起動処理部６０は、スイッチング制御を停止させてから所定時間が経過し、且つモータ１の回転数ωが、外部より与えられているモータの回転数指令ωｄよりも低くなるとスイッチング制御を再開するようにした。すなわち、モータ１が回生状態となっている場合は、外力等の影響を一時的に受けている状態が想定されるので、直ぐに制御を再開すると、指令された回転数と外力とが均衡すると無負荷状態となり、制御の実行と停止とを繰り返すハンチング状態に至ることがある。したがって、所定時間が経過し、且つ（ω＜ωｄ）となることで外力等の影響がなくなったと推定される時点であれば、ハンチング状態に至ることを回避してスイッチング制御を再開できる。
【００３４】
（第２実施例）
図１１は第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１１は図２相当図であり、第２実施例の電流極性検出回路（極性判定手段）２１は、コンパレータ１２の反転入力端子が、抵抗素子１５を介してグランドではなく、電源Ｖｃｃとグランドとの間に接続されている抵抗素子２２及び２３の共通接続点に接続されている。すなわち、コンパレータ１２の反転入力端子には、電源Ｖｃｃを抵抗素子２２及び２３の抵抗比で分圧した０Ｖよりも大なる基準電圧Ｖrefが与えられている。尚、第１実施例の図１０には、上記基準電圧Ｖrefを示している。この場合、基準電圧Ｖrefは、少なくともＩＧＢＴ４Ｚのコレクタ−エミッタ間飽和電圧Ｖsatよりも高いレベルとなるように設定する。
【００３５】
以上のように第２実施例によれば、電流極性検出回路２１は、コンパレータ１２の反転入力端子Ｖrefを、コレクタ−エミッタ間飽和電圧Ｖsatよりも高いレベルとなるように設定してＷ相電流の極性を判定するので、ノイズ等の影響をより受け難い状態で確実に判定を行うことができる。
【００３６】
（第３，第４実施例）
図１２，図１３は第３，第４実施例である。図１２に示す第３実施例は、第１実施例の電流極性検出回路１１を、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応した配置した構成を示す。また、図１３に示す第４実施例は、第２実施例の電流極性検出回路２１を、同様にＵ，Ｖ，Ｗの各相に対応した配置した構成を示す。このように構成される第３，第４実施例によれば、相間電流のゼロクロスタイミングの検出や相電流の極性判定を、より多くのタイミングで実行できる。すなわち、第１，第２実施例におけるＵ，Ｖ相間電流のゼロクロスタイミングとＷ相電流の極性判定のみならず、Ｖ，Ｗ相間電流のゼロクロスタイミングとＵ相電流の極性判定、Ｗ，Ｕ相間電流のゼロクロスタイミングＶＷ相電流の極性判定も行うことができる。
【００３７】
（第５実施例）
図１４及び図１５は第５実施例であり、第２実施例と異なる部分について説明する。第５実施例は、第２実施例の電流極性検出回路２１を用いてＷ相電流の極性を検出するが、コンパレータ１２の非反転入力端子は、抵抗素子１３を介してセンスＩＧＢＴ６Ｚのエミッタに接続されている。図１５は、図９相当図であり、センスＩＧＢＴ６Ｚのエミッタに接続されている検出抵抗７Ｚには極性が正のＷ相電流が流れるが、極性が負を示す場合は電流が流れないので極性信号ｓｉｇｎＷはローレベルを示す。
【００３８】
したがって、第１実施例の図４に示すフローチャートが同様に適用でき、Ｕ，Ｖ相間電流の極性が判定した場合の極性信号ｓｉｇｎＷがハイレベルを示していれば、モータ１は回生状態にあると判定できる。以上のように第５実施例によれば、電流極性判定回路２１により、センスＩＧＢＴ６Ｚを介して電流が流れているか否かによりＷ相電流の極性を判定できる。
【００３９】
（第６実施例）
図１６は第６実施例であり、第５実施例と異なる部分のみ説明する。第６実施例の電流極性検出回路３１（極性判定手段）は、電流極性検出回路２１よりツェナーダイオード２１４，抵抗素子２２及び２３を削除し、抵抗素子１３，１５の他端を、検出抵抗７Ｚの両端にそれぞれ直結した構成となっている。このように構成した場合も、センスＩＧＢＴ６Ｚを介して検出抵抗７Ｚに流れる電流の有無に応じて、Ｗ相電流の極性を判定できる。
尚、第６実施例の場合、コンパレータ１２に替えてオペアンプを使用し、差動増幅回路を構成しても良い。
【００４０】
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
図５において、ステップＳ１２，Ｓ１４の何れか一方の判断のみを行っても良い。
半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限ることなく、バイポーラトランジスタを用いても良い。
モータ１としては、車載エアコンディショナに設けられるものに限らず、例えば車載冷却ファンに設けられるものであっても良い。
【符号の説明】
【００４１】
図面中、１はモータ（三相モータ）、３はインバータ回路、４はＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）、４Ｘ〜４ＸはＩＧＢＴ（検出機能付き半導体スイッチング素子）、６はセンスＩＧＢＴ（電流検出素子）、７は検出抵抗、８はバッテリ（電源）、１１，２１，３１は電流極性検出回路（極性判定手段）、３２は指令電圧設定部（指令電圧設定手段）、５０は回転速度算出部（回転数検出手段）、６０は起動処理部（制御手段）、６１は力行・回生判定部（駆動状態判定手段）を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路を介して三相モータを駆動するモータ駆動装置において、
前記インバータ回路を構成し、グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子が、当該素子を介して流れる電流を分流させる電流検出用素子を備える検出機能付きスイッチング素子として構成され、
前記インバータ回路において前記検出機能付きスイッチング素子が全てオンされることで、前記三相モータの全相の巻線が短絡されているとき、前記電流検出用素子を介して流れる電流に基づき任意の相間電流のゼロクロスタイミングを検出する電流ゼロクロス検出手段と、
前記全相の巻線が短絡されているときの前記相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する変化量ゼロクロス検出手段と、
前記任意の相間以外の相に流れる電流の状態に基づいて、前記電流の極性を判定する極性判定手段と、
前記任意の相間以外の相電流の極性に応じて、前記三相モータが力行状態であるか、回生状態であるかを判定する駆動状態判定手段と、
この駆動状態判定手段により前記力行状態と判定されると、前記電流ゼロクロス検出手段及び前記変化量ゼロクロス検出手段の検出値に基づいて、前記三相モータに印加する電圧の指令値を設定する指令電圧設定手段と、
前記指令値に基づき前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御し、前記駆動状態判定手段により前記回生状態と判定されると、前記スイッチング制御を停止する制御手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子及び前記検出機能付きスイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）で構成されることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記極性判定手段は、前記検出機能付きスイッチング素子に並列接続されているフライホイールダイオードを介して流れる電流に基づいて前記電流の極性を判定することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記極性判定手段は、前記電流検出用素子を介して電流が流れているか否かに基づいて前記電流の極性を判定することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記スイッチング制御を停止させてから所定時間が経過すると、前記スイッチング制御を再開することを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記制御手段は、前記スイッチング制御を停止させた後、前記回転数検出手段により検出される回転数が、外部より与えられている前記モータの回転数指令よりも低くなると、前記スイッチング制御を再開することを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
インバータ回路を介して三相モータを駆動するモータ駆動方法において、
前記インバータ回路を構成し、グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子に、当該素子を介して流れる電流を分流させる電流検出用素子を備える検出機能付きスイッチング素子を使用し、
前記インバータ回路において前記検出機能付きスイッチング素子が全てオンされることで、前記三相モータの全相の巻線が短絡されているとき、前記電流検出用素子を介して流れる電流に基づき任意の相間電流のゼロクロスタイミングを検出する第１ステップと、
前記全相の巻線が短絡されているときの前記相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する第２ステップと、
前記任意の相間以外の相に流れる電流の状態に基づいて、前記電流の極性を判定する第３ステップと、
前記任意の相間以外の相電流の極性に応じて、前記三相モータが力行状態であるか、回生状態であるかを判定する第４ステップと、
前記回生状態と判定すると、前記スイッチング制御を停止する第５ステップとを有することを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項８】
前記半導体スイッチング素子及び前記検出機能付きスイッチング素子に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることを特徴とする請求項７記載のモータ駆動方法。
【請求項９】
前記第３ステップにおいて、前記検出機能付きスイッチング素子に並列接続されているフライホイールダイオードを介して流れる電流に基づいて前記電流の極性を判定することを特徴とする請求項７又は８記載のモータ駆動方法。
【請求項１０】
前記第３ステップにおいて、前記電流検出用素子を介して電流が流れているか否かに基づいて前記電流の極性を判定することを特徴とする請求項７又は８記載のモータ駆動方法。
【請求項１１】
前記スイッチング制御を停止させてから所定時間が経過すると、前記スイッチング制御を再開することを特徴とする請求項７ないし１０の何れかに記載のモータ駆動方法。
【請求項１２】
前記第５ステップにおいて、前記スイッチング制御を停止させた後、前記モータの回転数を検出し、前記回転数が、外部より与えられている前記モータの回転数指令よりも低くなると、前記スイッチング制御を再開することを特徴とする請求項７ないし１１の何れかに記載のモータ駆動方法。
【請求項１】
インバータ回路を介して三相モータを駆動するモータ駆動装置において、
前記インバータ回路を構成し、グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子が、当該素子を介して流れる電流を分流させる電流検出用素子を備える検出機能付きスイッチング素子として構成され、
前記インバータ回路において前記検出機能付きスイッチング素子が全てオンされることで、前記三相モータの全相の巻線が短絡されているとき、前記電流検出用素子を介して流れる電流に基づき任意の相間電流のゼロクロスタイミングを検出する電流ゼロクロス検出手段と、
前記全相の巻線が短絡されているときの前記相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する変化量ゼロクロス検出手段と、
前記任意の相間以外の相に流れる電流の状態に基づいて、前記電流の極性を判定する極性判定手段と、
前記任意の相間以外の相電流の極性に応じて、前記三相モータが力行状態であるか、回生状態であるかを判定する駆動状態判定手段と、
この駆動状態判定手段により前記力行状態と判定されると、前記電流ゼロクロス検出手段及び前記変化量ゼロクロス検出手段の検出値に基づいて、前記三相モータに印加する電圧の指令値を設定する指令電圧設定手段と、
前記指令値に基づき前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御し、前記駆動状態判定手段により前記回生状態と判定されると、前記スイッチング制御を停止する制御手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子及び前記検出機能付きスイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）で構成されることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記極性判定手段は、前記検出機能付きスイッチング素子に並列接続されているフライホイールダイオードを介して流れる電流に基づいて前記電流の極性を判定することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記極性判定手段は、前記電流検出用素子を介して電流が流れているか否かに基づいて前記電流の極性を判定することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記スイッチング制御を停止させてから所定時間が経過すると、前記スイッチング制御を再開することを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記制御手段は、前記スイッチング制御を停止させた後、前記回転数検出手段により検出される回転数が、外部より与えられている前記モータの回転数指令よりも低くなると、前記スイッチング制御を再開することを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
インバータ回路を介して三相モータを駆動するモータ駆動方法において、
前記インバータ回路を構成し、グランド側に接続される各相の半導体スイッチング素子に、当該素子を介して流れる電流を分流させる電流検出用素子を備える検出機能付きスイッチング素子を使用し、
前記インバータ回路において前記検出機能付きスイッチング素子が全てオンされることで、前記三相モータの全相の巻線が短絡されているとき、前記電流検出用素子を介して流れる電流に基づき任意の相間電流のゼロクロスタイミングを検出する第１ステップと、
前記全相の巻線が短絡されているときの前記相間電流の変化量のゼロクロスタイミングを検出する第２ステップと、
前記任意の相間以外の相に流れる電流の状態に基づいて、前記電流の極性を判定する第３ステップと、
前記任意の相間以外の相電流の極性に応じて、前記三相モータが力行状態であるか、回生状態であるかを判定する第４ステップと、
前記回生状態と判定すると、前記スイッチング制御を停止する第５ステップとを有することを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項８】
前記半導体スイッチング素子及び前記検出機能付きスイッチング素子に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることを特徴とする請求項７記載のモータ駆動方法。
【請求項９】
前記第３ステップにおいて、前記検出機能付きスイッチング素子に並列接続されているフライホイールダイオードを介して流れる電流に基づいて前記電流の極性を判定することを特徴とする請求項７又は８記載のモータ駆動方法。
【請求項１０】
前記第３ステップにおいて、前記電流検出用素子を介して電流が流れているか否かに基づいて前記電流の極性を判定することを特徴とする請求項７又は８記載のモータ駆動方法。
【請求項１１】
前記スイッチング制御を停止させてから所定時間が経過すると、前記スイッチング制御を再開することを特徴とする請求項７ないし１０の何れかに記載のモータ駆動方法。
【請求項１２】
前記第５ステップにおいて、前記スイッチング制御を停止させた後、前記モータの回転数を検出し、前記回転数が、外部より与えられている前記モータの回転数指令よりも低くなると、前記スイッチング制御を再開することを特徴とする請求項７ないし１１の何れかに記載のモータ駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−２１８３０（Ｐ２０１３−２１８３０Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３８３５（Ｐ２０１１−１５３８３５）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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