三相交流電動機の駆動制御装置
【課題】位相制御上の要求に対して適切な通電制御を行いつつ、電流の急激な変動を抑える。
【解決手段】モータ駆動制御装置は、三相モータの駆動制御を１８０°通電モードにより行い、算出した位相角度φ１，φ２によって通電パターンの出力タイミングを進角制御する。位相切り替わりタイミング（時刻ｔ１）において６０°以上の位相角度の変化が生じた場合、全相のＭＯＳＦＥＴを一時的にＯＦＦにさせ、切り替わり後の位相角度φ２で通電パターンの出力タイミングを進角制御する。
【解決手段】モータ駆動制御装置は、三相モータの駆動制御を１８０°通電モードにより行い、算出した位相角度φ１，φ２によって通電パターンの出力タイミングを進角制御する。位相切り替わりタイミング（時刻ｔ１）において６０°以上の位相角度の変化が生じた場合、全相のＭＯＳＦＥＴを一時的にＯＦＦにさせ、切り替わり後の位相角度φ２で通電パターンの出力タイミングを進角制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相ブリッジを用いて三相交流電動機の駆動を制御する駆動制御装置に係り、特に三相ブリッジの各スイッチング素子に対する駆動信号の出力タイミングを適切に制御する三相交流電動機の駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動二輪車等に搭載された三相モータを駆動するにあたり、全波整流ブリッジ回路（三相ブリッジ）を用いてその駆動を制御する先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記の先行技術（特許文献１）に示されるように、三相モータを駆動するブリッジ回路には６つの半導体スイッチング素子（ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等）が組み込まれており、これらスイッチング素子のＯＮ又はＯＦＦを制御回路（例えばＰＩＣ）で制御することにより、バッテリから出力される直流を三相交流に変換することができる。
【０００４】
また上記の先行技術（特許文献１）に示されるように三相モータを駆動する場合、三相ブリッジのスイッチング素子を予め決まった順序でＯＮ又はＯＦＦに切り替え、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに決まった順序で駆動電流を供給する制御が行われる。このとき、駆動電流の通電は各相について半周期（１８０°通電モード）に制御されており、このような通電を１２０°の位相差で繰り返すことで定常的なモータ駆動が実現されるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８１３６４号公報（段落００３１〜００３７、図３，図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、三相モータを駆動する場合、その負荷の変動に応じてモータの要求トルクも変動する。このようなトルク変動に対応するため、一般的に三相モータの駆動には位相制御の手法が用いられている。多くの先行技術文献等から公知のように、位相制御は各相のマグネットの位置（コイルとの相対関係でみた位置）に対して、コイルの通電タイミングを進角又は遅角させる制御手法であり、一般的に進角量（位相角）が大きくなると、それだけ大きいトルクを得ることができる。
【０００７】
しかしながら、上記のように三相モータの駆動を１８０°通電モードで行う場合、各相への通電順序は６分の１周期（半周期の３分の１＝６０°）ごとに変化するため、制御上の位相角度が大幅に変化（６０°以上）すると、各相に対して予め決められた通電順序が不規則に変化してしまうことになる。この場合、６０°以上の位相角度の変化前と変化後では、特定の２相（例えばＵ相とＷ相）のコイルで同時に電流の流れる方向が入れ替わり、その結果、全相のコイルに流れる電流が急激に変動（例えば過電流が発生）する可能性があることから、６０°以上の位相角度の変化が必要となる制御には極めて大きな困難を伴うことになる。
【０００８】
そこで本発明は、位相制御上の要求に対して適切な通電制御を行いつつ、電流の急激な変動を抑える技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
本発明の三相交流電動機の駆動制御装置は、ドライバ回路及び制御回路を備えた構成である。このうちドライバ回路は、バッテリから出力される直流を複数のスイッチング素子で三相波形の駆動電流に変換し、三相交流電動機の各相の巻線に対して個別に供給する機能を有する。また制御回路は、各スイッチング素子に対して通電状態又は非通電状態への切り替えを指示する駆動信号を三相波形と同じ周期で生成するとともに、三相交流電動機の位相を基準として算出した位相角度に基づいて駆動信号の出力タイミングを制御する機能を有する。
【００１０】
特に上記の制御回路は、位相角度の算出結果から駆動信号の出力タイミングの変化量が所定の角度以上であると判断した場合、各相の全てのスイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための駆動信号を出力した後に、位相角度の算出結果に基づいて駆動信号を出力するものである。
【００１１】
上記のように本発明の駆動制御装置は、位相制御に際して大幅な位相角度の変化（所定の角度以上の変化）が生じると判断した場合、そのまま単純に新たな位相角度への変更を行うのではなく、その事前に一度、全相のスイッチング素子に対して非通電状態（ＯＦＦ）に切り替える制御を実行している。この場合、ドライバ回路からの出力は全相で一旦ＯＦＦになることから、これに伴って一時的に三相交流電動機内の巻線に流れる駆動電流も消失する。そして、この状態から新たな位相角度で駆動信号の出力タイミングを制御したとしても、その前に電流の流れが消失していることから、上述したような電流の方向が反転することによる急激な電流の変化（過電流）が生じることはない。
【００１２】
また本発明の駆動制御装置は、複数のスイッチング素子の通電状態及び非通電状態の切り替え順序を各相別に予め規定した通電制御マップを記憶する記憶回路をさらに備えてもよい。この場合、制御回路は、三相交流電動機の回転に伴い各相の巻線にそれぞれ対応した位置センサにより出力される位置検出信号を入力し、通電制御マップにおいて各スイッチング素子が通電状態に切り替わる通電パターンの組み合わせを各相の１周期の６等分にあたる位相区分ごとに第１から第６までの序列で循環する６つの出力ステージとして予め規定した上で、位置検出信号を基準として各出力ステージをその序列の順に移行させながら駆動信号を生成する。さらに制御回路は、位相角度の算出結果に基づいて駆動信号の出力タイミングを制御するにあたり、序列の順を飛び越えた出力ステージに移行させる必要があると判断した場合、各相の全てのスイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための駆動信号を出力した後に、序列の順を飛び越えた出力ステージに移行させて駆動信号を出力する。
【００１３】
例えば、三相交流電動機の各相を１８０°通電モードで駆動する場合、各相のスイッチング素子の通電パターンを６０°の位相区分ごとに入れ替えることで、出力ステージが順繰りに変化していくことになる。ただし、この場合でも位相角度の切り替わりによってその変動幅が６０°以上になってしまうと、出力ステージの移行順序がイレギュラーとなり、上述したように２つの相で電流の向きが同時に入れ替わるといった現象が発生し得る。
【００１４】
そこで本発明では、位相制御に関して出力ステージの移行順序がイレギュラーとなることが判明した場合、ステージ移行の前後で全相のスイッチング素子を非通電状態とすることで、電流の流れを一時的にリセットしている。この状態からイレギュラーな順序で次の出力ステージに移行させたとしても、事前に電流の流れがリセットされていることから、この場合は位相制御のリスタートと同じ結果となる。したがって、２つの相で電流の向きが同時に入れ替わるといった現象が発生するのを防止し、適切な位相制御を実現することが可能となる。
【００１５】
あるいは上記の制御回路は、位置検出信号に基づいて周期的に位相角度の算出を行い、前回の位相角度の算出結果と最新の位相角度の算出結果との差が所定の角度以上であると判断した場合、各相の全てのスイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための駆動信号を出力した後、最新の位相角度の算出結果に基づいて駆動信号の出力タイミングを制御することが好ましい。
【００１６】
上記の態様であれば、位相角度の大幅な変化の前後で急激な電流の変化が生じるのを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の三相交流電動機の駆動制御装置によれば、これまで現実的に制御できなかった位相角度の大幅な変化にも対応し、位相制御上で対応が不能な位相角度の領域（制御禁止領域）を設けることなく位相制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態のモータ駆動制御装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】制御回路による三相モータの基本的な駆動制御の概念を各種の状態変化とともに表すタイミングチャートである。
【図３】第１出力ステージで駆動制御を行った場合の駆動電流の流れを示す図である。
【図４】制御回路による位相制御の概念を各種の状態変化とともに表すタイミングチャートである。
【図５】出力ステージ飛びの有無による状態変化の違いを対比して示す図である。
【図６】位相制御に際してステージ飛びが発生した場合の状態変化を示したタイミングチャートである。
【図７】ステージ飛びの現象に対する最適な対応策を実施した場合の状態変化を示したタイミングチャートである。
【図８】制御回路において実行される位相角度制御処理の手順例を示すフローチャートである。
【図９】対応策を実施した場合の状態変化を検証例として示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態のモータ駆動制御装置１０の構成を概略的に示す図である。このモータ駆動制御装置１０は、例えば三相交流電動機である三相モータ１２の駆動を制御するためのものである。なお三相モータ１２は、図示しない動力システム（例えば自動二輪車）に搭載されることで、動力システムの駆動源として機能する。
【００２０】
三相モータ１２は、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線（モータコイル、ステータコイル等）１２ｕ，１２ｖ，１２ｗを有する他、図示しないロータとして例えば永久磁石（マグネット）を有している。なお永久磁石は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１２ｕ，１２ｖ，１２ｗにそれぞれ対応して３つずつ設けられている。また図示しないロータには、例えば三相モータ１２の出力軸が接続されており、ロータの回転により出力トルクが得られるものとなっている。
【００２１】
上記のモータ駆動制御装置１０は、主にドライバ回路２０及び制御ユニット３０を備えている。このうちドライバ回路２０は、例えば６つのスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚを用いた三相ブリッジを構成している。
【００２２】
ドライバ回路２０の端子（図示していない）にはバッテリ２４が接続されており、このバッテリ２４にはドライバ回路２０と別の負荷２６（例えば別の電気回路）もまた接続されている。
【００２３】
制御ユニット３０は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）である制御回路３２を有している。制御回路３２（内蔵ＲＯＭ等の記憶回路）には制御プログラムが格納されている他、各ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対する通電パターンを予め定めた通電制御マップや、三相モータ１２の位相制御に必要な位相角テーブル等が格納されている。なお、制御プログラムや通電制御マップについては、それぞれ例を挙げてさらに後述する。
【００２４】
制御ユニット３０は、外部インタフェースとして出力回路３８及び入力回路４０を備えている。制御ユニット３０は、上記の出力回路３８を通じて各ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対する駆動信号を出力し、それぞれ通電（ＯＮ）又は非通電（ＯＦＦ）への切り替えを行う。
【００２５】
また制御ユニット３０には、入力回路４０から外部信号として三相モータ１２に対するトルク指令値Ｔｒ及びバッテリ２４の電圧信号Ｖｂａｔｔが入力される。なおこれら外部信号は、三相モータ１２が搭載された動力システムの制御信号として制御ユニット３０に供給されている。
【００２６】
その他にも、三相モータ１２には位置センサ４２が設けられている。この位置センサ４２は、例えばホール素子や磁気抵抗素子を用いた磁気センシングデバイスである。磁気センシングデバイスは三相モータ１２の回転に伴い、各相の巻線１２ｕ，１２ｖ，１２ｗにそれぞれ対応する位置検出信号を出力する。この位置検出信号は制御ユニット３０の入力回路４０を経て制御回路３２に入力される。なお位置センサ４２は、例えばロータに設けられた角度センサであってもよいが、三相モータ１２回転に伴う各相の位置変化を検出することができるものであれば、その他の箇所に設けられたものでもよい。
【００２７】
〔基本的な制御例〕
図２は、制御回路３２による三相モータ１２の基本的な駆動制御の概念を各種の状態変化とともに表すタイミングチャートである。以下、具体的に説明する。
【００２８】
〔位置センサ信号〕
図２中（Ａ）：先ず制御回路３２は、上記の位置センサ４２から出力される位置検出信号に基づき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相別に位置センサ信号を取得する。このとき三相モータ１２の回転が定常（例えば正方向に回転中で回転速度及び出力トルクが一定）であるとすると、位置センサ信号は図示のように理想的な三相の矩形波状信号として観測することができる。すなわち、各相の位置センサ信号はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に位相が１２０°ずつずれており、その立ち上がり（上向きエッジ）から立ち下がり（下向きエッジ）までが各相の半周期分（１８０°）に相当する。
【００２９】
〔通電制御マップ〕
図２中（Ｂ）：上記の制御回路３２には、各ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚを個別にＯＮ又はＯＦＦに切り替える順序を予め規定した通電パターンが通電制御マップとして記憶されている。制御回路３２は位置センサ信号の立ち上がり変化又は立ち下がり変化を基準（割り込みトリガ）として通電制御マップを参照し、現在の位置情報に対応する通電パターンを決定する。なおドライバ回路２０（三相ブリッジ）の回路構成上、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相別のＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚは、その一方がＯＮに切り替わるときは必ず他方がＯＦＦに切り替わるものとなっている。
【００３０】
〔出力ステージ〕
図２中（Ｃ）：駆動制御では、上述した通電パターンの組み合わせを予め「第１〜第６の出力ステージ」として規定し、これら出力ステージを順番に移行させていくロジックを採用している。例えば、Ｕ相について位置センサ信号が立ち上がるタイミングから、次にＷ相について位置センサ信号が立ち下がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第１出力ステージ」とする。続いて、Ｗ相について位置センサ信号が立ち下がるタイミングから、次にＶ相について位置センサ信号が立ち上がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第２出力ステージ」とする。また、Ｖ相について位置センサ信号が立ち上がるタイミングから、次にＵ相について位置センサ信号が立ち下がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第３出力ステージ」とする。続いて、Ｕ相について位置センサ信号が立ち下がるタイミングから、次にＷ相について位置センサ信号が立ち上がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第４出力ステージ」とする。さらに、Ｗ相について位置センサ信号が立ち上がるタイミングから、次にＶ相について位置センサ信号が立ち下がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第５出力ステージ」とする。そして、Ｖ相について位置センサ信号が立ち下がるタイミングから、次にＵ相について位置センサ信号が立ち上がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第６出力ステージ」とすることができる。
【００３１】
発明の最適な実施に資するため説明を補足すると、例えば上記の「第１出力ステージ」では、図２中（Ｂ）の通電パターンとしてＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｙ，２２ＴｗがＯＮであり、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｘ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＦＦである組み合わせが指定されている。この場合、制御回路３２は指定された組み合わせで駆動信号を生成し、出力回路３８を通じて各ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２ＴｚのＯＮ又はＯＦＦの状態を制御する。制御回路３２は、上記の出力ステージを第１〜第６の循環する序列で（順繰りに）移行させつつ、それぞれの出力ステージで指定された組み合わせで駆動信号を生成及び出力する。なおここでは便宜上、位相角（進角量）を０°としている。
【００３２】
〔駆動電流波形〕
図２中（Ｄ）：その結果、三相モータ１２におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の通電電流波形は、理想的な三相交流波形として観測される。
【００３３】
図３は、第１出力ステージで駆動制御を行った場合の駆動電流の流れを示す図である。この場合、ドライバ回路２０ではＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｙ，２２ＴｗがＯＮになり、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｘ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＦＦになることで、駆動電流を流し三相モータ１２にトルクを発生させる。特に図示していないが、その他の第２〜第６ステージについても、それぞれの通電パターンにしたがって駆動電流が発生する。
【００３４】
〔位相制御例〕
次に図４は、制御回路３２による位相制御の概念を各種の状態変化とともに表すタイミングチャートである。位相制御は主に、位置センサ信号の立ち上がり又は立ち下がりを基準として制御回路３２が位相角度を算出し、その算出結果に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対する駆動信号の出力タイミングを制御するものである。
【００３５】
〔進角指令値〕
図４中（Ａ）：例えば、三相モータ１２に対する要求トルクＴｒの変化に伴い、制御回路３２は進角指令値を決定する。このとき制御回路３２は、現在の進角指令値に対応する位相角度φ１（例えば１５°）で駆動信号の出力タイミングを制御する。
【００３６】
〔出力ステージ移行タイミング〕
図４中（Ｂ），（Ｃ）：この場合の出力タイミングは、例えばＵ相についての位置センサ信号の立ち上がりエッジを基準としたとき、そこから位相角度φ１だけ進めた（前倒しの）タイミングに設定される。この場合、制御回路３２は位相角度φ１だけ進めたタイミングで出力ステージを移行（例えば第６→第１へ移行）させつつ、各出力ステージで指定された組み合わせで駆動信号を生成及び出力する。
【００３７】
〔各相の電圧波形〕
図４中（Ｄ）：その結果、三相モータ１２におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧波形は、位置センサ信号よりも位相角度φ１だけ進角した状態で観測される。
【００３８】
〔位相切り替わり〕
ここまでは、進角指令値（位相角度φ１）が変化する前についての説明であるが、進角指令値がある程度の幅をもって変化した場合は以下の現象が発生する。
【００３９】
〔時刻ｔ１以降〕
図４中（Ａ）：いま、ある時刻ｔ０で新たな進角指令値が決定され、ある時刻ｔ１に新たな進角指令値を反映した場合を想定する。この場合、制御回路３２は、例えば次のＶ相の立ち下がりエッジを基準として新たな進角指令値に対応する位相角度φ２（例えば１３５°とする）で駆動信号の出力タイミングを制御する。
【００４０】
〔ステージ欠落の発生〕
図４中（Ｂ），（Ｃ）：この場合の出力タイミングは、例えばＶ相についての位置センサ信号の立ち上がりエッジ（０°）を基準としたとき、そこから位相角度φ２だけ進めたタイミングに設定される。この場合、制御回路３２は、例えば次のＶ相の立ち上がりエッジを基準として位相角度φ２だけ進めたタイミングで出力ステージを移行させるが、このとき前回の位相角度φ１から今回の位相角度φ２への変化幅が１ステージ分（６０°）以上となっている。したがって、ここでは出力ステージの移行順序に飛び越えが発生し、それまでの第６出力ステージから２ステージ分（１２０°）をスキップし、第３出力ステージへの移行となる。その結果、出力ステージの移行に関しては欠落（ここでは第１，第２出力ステージの欠落）が発生したことになる。
【００４１】
〔各相の電圧波形〕
図４中（Ｄ）：三相モータ１２におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧波形は、新たな進角指令値によって位置センサ信号よりも位相角度φ２だけ進角した状態となる。ところが、このとき出力ステージが２つ（第６→第３に）飛んだことで、電圧波形はＵ相の立ち上がり、Ｖ相の立ち上がり、Ｗ相の立ち下がりが同時に発生するというイレギュラーな変化になる。
【００４２】
〔ステージ飛びの有無による状態変化の違い〕
図５は、上記のような出力ステージ飛びの有無による状態変化の違いを対比して示す図である。以下、それぞれについて対比しつつ説明する。
【００４３】
〔ステージ飛び（欠落）がない場合〕
図５中（Ａ）：ここには、第６出力ステージから第１出力ステージへ順番通りに移行した場合の駆動電流の流れを示す。図中に細い矢印で示されているように、第６出力ステージの間は、ドライバ回路２０においてＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２ＴｗがＯＮになり、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＦＦになることで、駆動電流を流しモータにトルクを発生させる。
【００４４】
〔第６→第１への移行〕
そして、第６出力ステージから第１出力ステージへ順番通りに移行した場合、図中に太い矢印で示されているように、今度はＵ相のＭＯＳＦＥＴ２２ＴｕがＯＮ、ＭＯＳＦＥＴ２２ＴｘがＯＦＦになることで、Ｕ相の電流の向きのみが切り替わる。
【００４５】
〔ステージ飛び（欠落）がある場合〕
図５中（Ｂ）：これに対し、第６出力ステージから第１出力ステージを飛ばして第２出力ステージへ移行（第１出力ステージが欠落）した場合の駆動電流の流れは以下のとおりである。先ず図中に細い矢印で示されているように、第６出力ステージの間は、ドライバ回路２０においてＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２ＴｗがＯＮになり、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＦＦである。
【００４６】
〔第６→第２への移行〕
そして、第６出力ステージから飛んで第２出力ステージへ移行した場合、図中に太い矢印で示されているように、Ｕ相のＭＯＳＦＥＴ２２ＴｕがＯＮ、ＭＯＳＦＥＴ２２ＴｘがＯＦＦ、Ｗ相のＭＯＳＦＥＴ２２ＴｗがＯＦＦ、ＭＯＳＦＥＴ２２ＴｚがＯＮになることで、Ｕ相とＷ相の電流の向きが共に変わる。
【００４７】
〔ステージ飛びが発生したときの検証〕
図６は、位相制御に際してステージ飛びが発生した場合の状態変化を示したタイミングチャートである。本発明の発明者等が実際に検証を行った結果、位相制御中にステージ飛びを発生させたことで以下の現象が観測された。
【００４８】
図６中（Ａ），（Ｂ）：ここには、ステージ飛びの前後におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧波形を示しており、その状態変化は先の図４中（Ｄ），（Ｃ）に示したものと同じである。すなわち、出力ステージが２つ（第６→第３に）飛んだことで、図中に示される１点鎖線の長細い楕円で囲まれているように、Ｕ相の立ち上がり、Ｖ相の立ち上がり、Ｗ相の立ち下がりが同時に発生するというイレギュラーな変化になる。
【００４９】
〔各相の電流波形〕
図６中（Ｃ）：このとき図中に示される１点鎖線の長円で囲まれているように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全ての相で電流の急激な変化が発生している。本発明の発明者等が行った検証によれば、このような電流の急変は、三相モータ１２内で二つ以上の相で同時に電流の向きが変化した場合に起こり得ることが分かっている。このような電流の急変は、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚの定格電流を大幅に上回るレベルに達することがあり、素子に深刻なダメージを及ぼす可能性がある。
【００５０】
〔対応策〕
本発明の発明者等は、上記の現象に対する最適な対応策として以下の手法を提供している。図７は、ステージ飛びの現象に対する最適な対応策を実施した場合の状態変化を示したタイミングチャートである。
【００５１】
図７中（Ａ）：先の図４中（Ａ）で示したものと同様に、ある時刻ｔ０で新たな進角指令値が決定され、時刻ｔ１に新たな進角指令値を反映した場合を想定する。
【００５２】
図７中（Ｂ）：この場合も駆動信号の出力タイミングは、Ｖ相についての位置センサ信号の立ち上がりエッジ（０°）を基準としたとき、そこから位相角度φ２だけ進めたタイミングに設定される。この場合、制御回路３２は位相角度φ２だけ進めたタイミングで出力ステージを移行させるが、このとき前回の位相角度φ１から今回の位相角度φ２への変化幅が１ステージ分（６０°）以上であり、上記のステージ飛びが発生することが分かっている。
【００５３】
この対応策においては、制御回路３２が新たな進角指令値によって位相角度φ１を次の位相角度φ２に変化させるにあたり、上記のステージ飛びが発生すると判断した場合、ｔ１のタイミングでＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対するＯＦＦ指令を出力する。その後、制御回路３２は新たな進角指令値に対応する位相角度φ２に基づき、それまでの第６出力ステージから２ステージ分（１２０°）をスキップし、第３出力ステージへの移行を行う。
【００５４】
図７中（Ｃ）：その結果、図中に示される１点鎖線の長円で囲まれているように、第６出力ステージから第３出力ステージへの移行前にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の全相で電圧波形がＯＦＦとなり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全ての相で電流の急激な変化が発生しなくなる。
【００５５】
〔ステージ移行の態様〕
図７中（Ｄ）：出力ステージの移行に関しては、図６（Ｂ）と同様に欠落（第１，第２出力ステージの欠落）が発生しているものの、第６出力ステージと第３出力ステージの間に全相ＯＦＦの期間が設けられていることが分かる。
【００５６】
図８は、制御回路３２において実行される位相角度制御処理の手順例を示すフローチャートである。この処理を通じて制御回路３２は、上記の対応策を好適に実現することができる。なお制御回路３２は、位置センサ信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジを基準として割り込みトリガを発生させ、この位相角度制御処理を周期的に実行する。
【００５７】
ステップＳ１００：先ず制御回路３２（ＣＰＵ）は、位相角度の算出に必要な各種パラメータを取得する。この例では、パラメータとして上記のトルク指令値Ｔｒを取得するものとする。
【００５８】
ステップＳ１０２：次に制御回路３２は、今回の位相角度φｎを計算する。この計算は、例えば予め制御回路３２に記憶されている位相角度制御マップを用いて行うことができる。位相角度制御マップは、例えばトルク指令値Ｔｒ等のパラメータを引数として、それに対応する位相角度の値を返すものである。
【００５９】
ステップＳ１０４：制御回路３２は、前回の処理実行時に算出した位相角度φｎ−１と今回算出した位相角度φｎとの差（｜Δφ｜）を求める。なお前回の位相角度φｎ−１は、例えば制御回路３２のＲＡＭのバッファ領域に保存されているものとする。また制御回路３２は、今回の算出結果である位相角度φｎを制御回路３２のＲＡＭのバッファ領域に新しく保存する。その結果、前回の位相角度φｎ−１が今回の算出結果によって書き換えられることから、次回以降の処理（次の割り込み時）では、今回求めた値が前回の位相角度φｎ−１として利用可能となる。
【００６０】
ステップＳ１０６：そして制御回路３２は、先のステップＳ１０４で求めた差（｜Δφ｜）と所定の位相角度φｓ（６０°とする）とを比較する。その結果、位相角度の差（｜Δφ｜）が所定の位相角度φｓ以上であると判断した場合（Ｙｅｓ）、制御回路３２は次にステップＳ１０８を実行する。
【００６１】
ステップＳ１０８，Ｓ１１０：この場合、時刻ｔ０のタイミングで制御回路３２はＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対するＯＦＦ指令（ＯＦＦを指示する駆動信号）を生成する。生成した駆動信号は時刻ｔ１でＯＦＦ出力させる。
【００６２】
ここまでの手順を終えると、制御回路３２は割り込み前のプロセスに一旦復帰する。そして、次回の割り込みタイミング（位相角度φｎに対応するタイマ割り込み時）で位相角度制御処理を開始すると、制御回路３２は上述したステップＳ１００〜ステップＳ１０４を再び実行する。
【００６３】
ステップＳ１０４，１０６：やがて、今回の位相角度φｎと前回の位相角度φｎ−１との差（｜Δφ｜）がφｓ未満となると制御回路３２は次にステップＳ１１２を実行する。
【００６４】
ステップＳ１１２：そして制御回路３２は、今回の位相角度φｎを実際に出力する位相角度としてセットする。具体的には、位相角度φｎ分から算出した通電パターンと進角時間をＲＡＭのバッファ領域に保存する。ここで進角時間とはｔ１から通電パターンを出力させるまでの時間である。
【００６５】
ステップＳ１１０：制御回路３２は、時刻ｔ０で算出した通電パターンは時刻ｔ１＋進角時間後に出力する。その結果、今回の割り込み時には最新の位相角度φｎに進角させた出力ステージで各相のＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚがそれぞれの通電パターンに則ってＯＮ又はＯＦＦに切り替わり、実際に三相モータ１２の駆動制御が実行されることになる。これにより、三相モータ１２からシステムのトルク指令値Ｔｒに対応した出力トルクが発揮されることになる。
【００６６】
〔対応策の検証例〕
図９は、上記の対応策を実施した場合の状態変化を検証例として示すタイミングチャートである。
【００６７】
図９中（Ａ），（Ｂ）：ここには、対応策を実施した場合のステージ飛びの前後におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧波形を示しており、その状態変化は先の図７中（Ｃ），（Ｄ）に示したものと同じである。すなわち、第６出力ステージから第３出力ステージへの移行前（位相切り替わり点）にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の全相で電圧波形がＯＦＦとなっている。
【００６８】
〔各相の電流波形〕
図９中（Ｃ）：位相切り替わりタイミング（時刻ｔ１）からの全相ＯＦＦにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全ての相で電流の急激な変化が発生しなくなる。この後、次の割り込み時（時刻ｔ２）に第３出力ステージに飛んで位相制御が実行されると、三相モータ１２内のＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＮに切り替わるが、その事前の段階で電流が流れていない状態を作り出しているため、電流の急変が発生することはない。
【００６９】
上述した実施形態のモータ駆動制御装置１０によれば、これまで現実的に困難であった位相角度の変化についても、その位相制御を安全に実現することができる。これにより、ロジック上で制御不能領域（制御禁止領域）を設けることなく、制御を可能とする。またこれにより、三相モータ１２の制御効率を大幅に向上することができ、その要求トルクに対する追従性やトルク性能を改善することに大きく寄与できる。
【００７０】
本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施することができる。一実施形態では、位相制御に「出力ステージ」の概念を用いているが、本発明の実施にあたり、特にこのような概念を必要とすることはない。すなわち、位相角度が所定の角度（６０°）以上で変化しようとすることを制御回路３２において察知した場合、その前に一度全相のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦにさせる制御ロジックを採用していればよい。
【００７１】
また一実施形態で挙げた位相角度の変化（１５°→１３５°）はあくまで一例であり、その他の６０°以上となる変化にも一実施形態の制御手法を適用することができる。
【００７２】
また、一実施形態ではステージ飛びの例として第６出力ステージから第３出力ステージへの移行事例を挙げているが、その他のステージ間（例えば第１→第３、第２→第４等）でステージ飛び（欠落）が発生する場合であっても、一実施形態の手法を適用可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
１０ モータ駆動制御装置
１２ 三相モータ
１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ 巻線
２０ ドライバ回路
２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚ ＭＯＳＦＥＴ
２４ バッテリ
３０ 制御ユニット
３２ 制御回路
３８ 出力回路
４０ 入力回路
４２ 位置センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相ブリッジを用いて三相交流電動機の駆動を制御する駆動制御装置に係り、特に三相ブリッジの各スイッチング素子に対する駆動信号の出力タイミングを適切に制御する三相交流電動機の駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動二輪車等に搭載された三相モータを駆動するにあたり、全波整流ブリッジ回路（三相ブリッジ）を用いてその駆動を制御する先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記の先行技術（特許文献１）に示されるように、三相モータを駆動するブリッジ回路には６つの半導体スイッチング素子（ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等）が組み込まれており、これらスイッチング素子のＯＮ又はＯＦＦを制御回路（例えばＰＩＣ）で制御することにより、バッテリから出力される直流を三相交流に変換することができる。
【０００４】
また上記の先行技術（特許文献１）に示されるように三相モータを駆動する場合、三相ブリッジのスイッチング素子を予め決まった順序でＯＮ又はＯＦＦに切り替え、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに決まった順序で駆動電流を供給する制御が行われる。このとき、駆動電流の通電は各相について半周期（１８０°通電モード）に制御されており、このような通電を１２０°の位相差で繰り返すことで定常的なモータ駆動が実現されるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８１３６４号公報（段落００３１〜００３７、図３，図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、三相モータを駆動する場合、その負荷の変動に応じてモータの要求トルクも変動する。このようなトルク変動に対応するため、一般的に三相モータの駆動には位相制御の手法が用いられている。多くの先行技術文献等から公知のように、位相制御は各相のマグネットの位置（コイルとの相対関係でみた位置）に対して、コイルの通電タイミングを進角又は遅角させる制御手法であり、一般的に進角量（位相角）が大きくなると、それだけ大きいトルクを得ることができる。
【０００７】
しかしながら、上記のように三相モータの駆動を１８０°通電モードで行う場合、各相への通電順序は６分の１周期（半周期の３分の１＝６０°）ごとに変化するため、制御上の位相角度が大幅に変化（６０°以上）すると、各相に対して予め決められた通電順序が不規則に変化してしまうことになる。この場合、６０°以上の位相角度の変化前と変化後では、特定の２相（例えばＵ相とＷ相）のコイルで同時に電流の流れる方向が入れ替わり、その結果、全相のコイルに流れる電流が急激に変動（例えば過電流が発生）する可能性があることから、６０°以上の位相角度の変化が必要となる制御には極めて大きな困難を伴うことになる。
【０００８】
そこで本発明は、位相制御上の要求に対して適切な通電制御を行いつつ、電流の急激な変動を抑える技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
本発明の三相交流電動機の駆動制御装置は、ドライバ回路及び制御回路を備えた構成である。このうちドライバ回路は、バッテリから出力される直流を複数のスイッチング素子で三相波形の駆動電流に変換し、三相交流電動機の各相の巻線に対して個別に供給する機能を有する。また制御回路は、各スイッチング素子に対して通電状態又は非通電状態への切り替えを指示する駆動信号を三相波形と同じ周期で生成するとともに、三相交流電動機の位相を基準として算出した位相角度に基づいて駆動信号の出力タイミングを制御する機能を有する。
【００１０】
特に上記の制御回路は、位相角度の算出結果から駆動信号の出力タイミングの変化量が所定の角度以上であると判断した場合、各相の全てのスイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための駆動信号を出力した後に、位相角度の算出結果に基づいて駆動信号を出力するものである。
【００１１】
上記のように本発明の駆動制御装置は、位相制御に際して大幅な位相角度の変化（所定の角度以上の変化）が生じると判断した場合、そのまま単純に新たな位相角度への変更を行うのではなく、その事前に一度、全相のスイッチング素子に対して非通電状態（ＯＦＦ）に切り替える制御を実行している。この場合、ドライバ回路からの出力は全相で一旦ＯＦＦになることから、これに伴って一時的に三相交流電動機内の巻線に流れる駆動電流も消失する。そして、この状態から新たな位相角度で駆動信号の出力タイミングを制御したとしても、その前に電流の流れが消失していることから、上述したような電流の方向が反転することによる急激な電流の変化（過電流）が生じることはない。
【００１２】
また本発明の駆動制御装置は、複数のスイッチング素子の通電状態及び非通電状態の切り替え順序を各相別に予め規定した通電制御マップを記憶する記憶回路をさらに備えてもよい。この場合、制御回路は、三相交流電動機の回転に伴い各相の巻線にそれぞれ対応した位置センサにより出力される位置検出信号を入力し、通電制御マップにおいて各スイッチング素子が通電状態に切り替わる通電パターンの組み合わせを各相の１周期の６等分にあたる位相区分ごとに第１から第６までの序列で循環する６つの出力ステージとして予め規定した上で、位置検出信号を基準として各出力ステージをその序列の順に移行させながら駆動信号を生成する。さらに制御回路は、位相角度の算出結果に基づいて駆動信号の出力タイミングを制御するにあたり、序列の順を飛び越えた出力ステージに移行させる必要があると判断した場合、各相の全てのスイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための駆動信号を出力した後に、序列の順を飛び越えた出力ステージに移行させて駆動信号を出力する。
【００１３】
例えば、三相交流電動機の各相を１８０°通電モードで駆動する場合、各相のスイッチング素子の通電パターンを６０°の位相区分ごとに入れ替えることで、出力ステージが順繰りに変化していくことになる。ただし、この場合でも位相角度の切り替わりによってその変動幅が６０°以上になってしまうと、出力ステージの移行順序がイレギュラーとなり、上述したように２つの相で電流の向きが同時に入れ替わるといった現象が発生し得る。
【００１４】
そこで本発明では、位相制御に関して出力ステージの移行順序がイレギュラーとなることが判明した場合、ステージ移行の前後で全相のスイッチング素子を非通電状態とすることで、電流の流れを一時的にリセットしている。この状態からイレギュラーな順序で次の出力ステージに移行させたとしても、事前に電流の流れがリセットされていることから、この場合は位相制御のリスタートと同じ結果となる。したがって、２つの相で電流の向きが同時に入れ替わるといった現象が発生するのを防止し、適切な位相制御を実現することが可能となる。
【００１５】
あるいは上記の制御回路は、位置検出信号に基づいて周期的に位相角度の算出を行い、前回の位相角度の算出結果と最新の位相角度の算出結果との差が所定の角度以上であると判断した場合、各相の全てのスイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための駆動信号を出力した後、最新の位相角度の算出結果に基づいて駆動信号の出力タイミングを制御することが好ましい。
【００１６】
上記の態様であれば、位相角度の大幅な変化の前後で急激な電流の変化が生じるのを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の三相交流電動機の駆動制御装置によれば、これまで現実的に制御できなかった位相角度の大幅な変化にも対応し、位相制御上で対応が不能な位相角度の領域（制御禁止領域）を設けることなく位相制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態のモータ駆動制御装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】制御回路による三相モータの基本的な駆動制御の概念を各種の状態変化とともに表すタイミングチャートである。
【図３】第１出力ステージで駆動制御を行った場合の駆動電流の流れを示す図である。
【図４】制御回路による位相制御の概念を各種の状態変化とともに表すタイミングチャートである。
【図５】出力ステージ飛びの有無による状態変化の違いを対比して示す図である。
【図６】位相制御に際してステージ飛びが発生した場合の状態変化を示したタイミングチャートである。
【図７】ステージ飛びの現象に対する最適な対応策を実施した場合の状態変化を示したタイミングチャートである。
【図８】制御回路において実行される位相角度制御処理の手順例を示すフローチャートである。
【図９】対応策を実施した場合の状態変化を検証例として示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態のモータ駆動制御装置１０の構成を概略的に示す図である。このモータ駆動制御装置１０は、例えば三相交流電動機である三相モータ１２の駆動を制御するためのものである。なお三相モータ１２は、図示しない動力システム（例えば自動二輪車）に搭載されることで、動力システムの駆動源として機能する。
【００２０】
三相モータ１２は、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線（モータコイル、ステータコイル等）１２ｕ，１２ｖ，１２ｗを有する他、図示しないロータとして例えば永久磁石（マグネット）を有している。なお永久磁石は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１２ｕ，１２ｖ，１２ｗにそれぞれ対応して３つずつ設けられている。また図示しないロータには、例えば三相モータ１２の出力軸が接続されており、ロータの回転により出力トルクが得られるものとなっている。
【００２１】
上記のモータ駆動制御装置１０は、主にドライバ回路２０及び制御ユニット３０を備えている。このうちドライバ回路２０は、例えば６つのスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚを用いた三相ブリッジを構成している。
【００２２】
ドライバ回路２０の端子（図示していない）にはバッテリ２４が接続されており、このバッテリ２４にはドライバ回路２０と別の負荷２６（例えば別の電気回路）もまた接続されている。
【００２３】
制御ユニット３０は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）である制御回路３２を有している。制御回路３２（内蔵ＲＯＭ等の記憶回路）には制御プログラムが格納されている他、各ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対する通電パターンを予め定めた通電制御マップや、三相モータ１２の位相制御に必要な位相角テーブル等が格納されている。なお、制御プログラムや通電制御マップについては、それぞれ例を挙げてさらに後述する。
【００２４】
制御ユニット３０は、外部インタフェースとして出力回路３８及び入力回路４０を備えている。制御ユニット３０は、上記の出力回路３８を通じて各ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対する駆動信号を出力し、それぞれ通電（ＯＮ）又は非通電（ＯＦＦ）への切り替えを行う。
【００２５】
また制御ユニット３０には、入力回路４０から外部信号として三相モータ１２に対するトルク指令値Ｔｒ及びバッテリ２４の電圧信号Ｖｂａｔｔが入力される。なおこれら外部信号は、三相モータ１２が搭載された動力システムの制御信号として制御ユニット３０に供給されている。
【００２６】
その他にも、三相モータ１２には位置センサ４２が設けられている。この位置センサ４２は、例えばホール素子や磁気抵抗素子を用いた磁気センシングデバイスである。磁気センシングデバイスは三相モータ１２の回転に伴い、各相の巻線１２ｕ，１２ｖ，１２ｗにそれぞれ対応する位置検出信号を出力する。この位置検出信号は制御ユニット３０の入力回路４０を経て制御回路３２に入力される。なお位置センサ４２は、例えばロータに設けられた角度センサであってもよいが、三相モータ１２回転に伴う各相の位置変化を検出することができるものであれば、その他の箇所に設けられたものでもよい。
【００２７】
〔基本的な制御例〕
図２は、制御回路３２による三相モータ１２の基本的な駆動制御の概念を各種の状態変化とともに表すタイミングチャートである。以下、具体的に説明する。
【００２８】
〔位置センサ信号〕
図２中（Ａ）：先ず制御回路３２は、上記の位置センサ４２から出力される位置検出信号に基づき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相別に位置センサ信号を取得する。このとき三相モータ１２の回転が定常（例えば正方向に回転中で回転速度及び出力トルクが一定）であるとすると、位置センサ信号は図示のように理想的な三相の矩形波状信号として観測することができる。すなわち、各相の位置センサ信号はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に位相が１２０°ずつずれており、その立ち上がり（上向きエッジ）から立ち下がり（下向きエッジ）までが各相の半周期分（１８０°）に相当する。
【００２９】
〔通電制御マップ〕
図２中（Ｂ）：上記の制御回路３２には、各ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚを個別にＯＮ又はＯＦＦに切り替える順序を予め規定した通電パターンが通電制御マップとして記憶されている。制御回路３２は位置センサ信号の立ち上がり変化又は立ち下がり変化を基準（割り込みトリガ）として通電制御マップを参照し、現在の位置情報に対応する通電パターンを決定する。なおドライバ回路２０（三相ブリッジ）の回路構成上、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相別のＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚは、その一方がＯＮに切り替わるときは必ず他方がＯＦＦに切り替わるものとなっている。
【００３０】
〔出力ステージ〕
図２中（Ｃ）：駆動制御では、上述した通電パターンの組み合わせを予め「第１〜第６の出力ステージ」として規定し、これら出力ステージを順番に移行させていくロジックを採用している。例えば、Ｕ相について位置センサ信号が立ち上がるタイミングから、次にＷ相について位置センサ信号が立ち下がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第１出力ステージ」とする。続いて、Ｗ相について位置センサ信号が立ち下がるタイミングから、次にＶ相について位置センサ信号が立ち上がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第２出力ステージ」とする。また、Ｖ相について位置センサ信号が立ち上がるタイミングから、次にＵ相について位置センサ信号が立ち下がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第３出力ステージ」とする。続いて、Ｕ相について位置センサ信号が立ち下がるタイミングから、次にＷ相について位置センサ信号が立ち上がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第４出力ステージ」とする。さらに、Ｗ相について位置センサ信号が立ち上がるタイミングから、次にＶ相について位置センサ信号が立ち下がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第５出力ステージ」とする。そして、Ｖ相について位置センサ信号が立ち下がるタイミングから、次にＵ相について位置センサ信号が立ち上がるまでの区間（位相６０°）については、これを「第６出力ステージ」とすることができる。
【００３１】
発明の最適な実施に資するため説明を補足すると、例えば上記の「第１出力ステージ」では、図２中（Ｂ）の通電パターンとしてＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｙ，２２ＴｗがＯＮであり、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｘ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＦＦである組み合わせが指定されている。この場合、制御回路３２は指定された組み合わせで駆動信号を生成し、出力回路３８を通じて各ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２ＴｚのＯＮ又はＯＦＦの状態を制御する。制御回路３２は、上記の出力ステージを第１〜第６の循環する序列で（順繰りに）移行させつつ、それぞれの出力ステージで指定された組み合わせで駆動信号を生成及び出力する。なおここでは便宜上、位相角（進角量）を０°としている。
【００３２】
〔駆動電流波形〕
図２中（Ｄ）：その結果、三相モータ１２におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の通電電流波形は、理想的な三相交流波形として観測される。
【００３３】
図３は、第１出力ステージで駆動制御を行った場合の駆動電流の流れを示す図である。この場合、ドライバ回路２０ではＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｙ，２２ＴｗがＯＮになり、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｘ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＦＦになることで、駆動電流を流し三相モータ１２にトルクを発生させる。特に図示していないが、その他の第２〜第６ステージについても、それぞれの通電パターンにしたがって駆動電流が発生する。
【００３４】
〔位相制御例〕
次に図４は、制御回路３２による位相制御の概念を各種の状態変化とともに表すタイミングチャートである。位相制御は主に、位置センサ信号の立ち上がり又は立ち下がりを基準として制御回路３２が位相角度を算出し、その算出結果に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対する駆動信号の出力タイミングを制御するものである。
【００３５】
〔進角指令値〕
図４中（Ａ）：例えば、三相モータ１２に対する要求トルクＴｒの変化に伴い、制御回路３２は進角指令値を決定する。このとき制御回路３２は、現在の進角指令値に対応する位相角度φ１（例えば１５°）で駆動信号の出力タイミングを制御する。
【００３６】
〔出力ステージ移行タイミング〕
図４中（Ｂ），（Ｃ）：この場合の出力タイミングは、例えばＵ相についての位置センサ信号の立ち上がりエッジを基準としたとき、そこから位相角度φ１だけ進めた（前倒しの）タイミングに設定される。この場合、制御回路３２は位相角度φ１だけ進めたタイミングで出力ステージを移行（例えば第６→第１へ移行）させつつ、各出力ステージで指定された組み合わせで駆動信号を生成及び出力する。
【００３７】
〔各相の電圧波形〕
図４中（Ｄ）：その結果、三相モータ１２におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧波形は、位置センサ信号よりも位相角度φ１だけ進角した状態で観測される。
【００３８】
〔位相切り替わり〕
ここまでは、進角指令値（位相角度φ１）が変化する前についての説明であるが、進角指令値がある程度の幅をもって変化した場合は以下の現象が発生する。
【００３９】
〔時刻ｔ１以降〕
図４中（Ａ）：いま、ある時刻ｔ０で新たな進角指令値が決定され、ある時刻ｔ１に新たな進角指令値を反映した場合を想定する。この場合、制御回路３２は、例えば次のＶ相の立ち下がりエッジを基準として新たな進角指令値に対応する位相角度φ２（例えば１３５°とする）で駆動信号の出力タイミングを制御する。
【００４０】
〔ステージ欠落の発生〕
図４中（Ｂ），（Ｃ）：この場合の出力タイミングは、例えばＶ相についての位置センサ信号の立ち上がりエッジ（０°）を基準としたとき、そこから位相角度φ２だけ進めたタイミングに設定される。この場合、制御回路３２は、例えば次のＶ相の立ち上がりエッジを基準として位相角度φ２だけ進めたタイミングで出力ステージを移行させるが、このとき前回の位相角度φ１から今回の位相角度φ２への変化幅が１ステージ分（６０°）以上となっている。したがって、ここでは出力ステージの移行順序に飛び越えが発生し、それまでの第６出力ステージから２ステージ分（１２０°）をスキップし、第３出力ステージへの移行となる。その結果、出力ステージの移行に関しては欠落（ここでは第１，第２出力ステージの欠落）が発生したことになる。
【００４１】
〔各相の電圧波形〕
図４中（Ｄ）：三相モータ１２におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧波形は、新たな進角指令値によって位置センサ信号よりも位相角度φ２だけ進角した状態となる。ところが、このとき出力ステージが２つ（第６→第３に）飛んだことで、電圧波形はＵ相の立ち上がり、Ｖ相の立ち上がり、Ｗ相の立ち下がりが同時に発生するというイレギュラーな変化になる。
【００４２】
〔ステージ飛びの有無による状態変化の違い〕
図５は、上記のような出力ステージ飛びの有無による状態変化の違いを対比して示す図である。以下、それぞれについて対比しつつ説明する。
【００４３】
〔ステージ飛び（欠落）がない場合〕
図５中（Ａ）：ここには、第６出力ステージから第１出力ステージへ順番通りに移行した場合の駆動電流の流れを示す。図中に細い矢印で示されているように、第６出力ステージの間は、ドライバ回路２０においてＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２ＴｗがＯＮになり、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＦＦになることで、駆動電流を流しモータにトルクを発生させる。
【００４４】
〔第６→第１への移行〕
そして、第６出力ステージから第１出力ステージへ順番通りに移行した場合、図中に太い矢印で示されているように、今度はＵ相のＭＯＳＦＥＴ２２ＴｕがＯＮ、ＭＯＳＦＥＴ２２ＴｘがＯＦＦになることで、Ｕ相の電流の向きのみが切り替わる。
【００４５】
〔ステージ飛び（欠落）がある場合〕
図５中（Ｂ）：これに対し、第６出力ステージから第１出力ステージを飛ばして第２出力ステージへ移行（第１出力ステージが欠落）した場合の駆動電流の流れは以下のとおりである。先ず図中に細い矢印で示されているように、第６出力ステージの間は、ドライバ回路２０においてＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２ＴｗがＯＮになり、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＦＦである。
【００４６】
〔第６→第２への移行〕
そして、第６出力ステージから飛んで第２出力ステージへ移行した場合、図中に太い矢印で示されているように、Ｕ相のＭＯＳＦＥＴ２２ＴｕがＯＮ、ＭＯＳＦＥＴ２２ＴｘがＯＦＦ、Ｗ相のＭＯＳＦＥＴ２２ＴｗがＯＦＦ、ＭＯＳＦＥＴ２２ＴｚがＯＮになることで、Ｕ相とＷ相の電流の向きが共に変わる。
【００４７】
〔ステージ飛びが発生したときの検証〕
図６は、位相制御に際してステージ飛びが発生した場合の状態変化を示したタイミングチャートである。本発明の発明者等が実際に検証を行った結果、位相制御中にステージ飛びを発生させたことで以下の現象が観測された。
【００４８】
図６中（Ａ），（Ｂ）：ここには、ステージ飛びの前後におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧波形を示しており、その状態変化は先の図４中（Ｄ），（Ｃ）に示したものと同じである。すなわち、出力ステージが２つ（第６→第３に）飛んだことで、図中に示される１点鎖線の長細い楕円で囲まれているように、Ｕ相の立ち上がり、Ｖ相の立ち上がり、Ｗ相の立ち下がりが同時に発生するというイレギュラーな変化になる。
【００４９】
〔各相の電流波形〕
図６中（Ｃ）：このとき図中に示される１点鎖線の長円で囲まれているように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全ての相で電流の急激な変化が発生している。本発明の発明者等が行った検証によれば、このような電流の急変は、三相モータ１２内で二つ以上の相で同時に電流の向きが変化した場合に起こり得ることが分かっている。このような電流の急変は、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚの定格電流を大幅に上回るレベルに達することがあり、素子に深刻なダメージを及ぼす可能性がある。
【００５０】
〔対応策〕
本発明の発明者等は、上記の現象に対する最適な対応策として以下の手法を提供している。図７は、ステージ飛びの現象に対する最適な対応策を実施した場合の状態変化を示したタイミングチャートである。
【００５１】
図７中（Ａ）：先の図４中（Ａ）で示したものと同様に、ある時刻ｔ０で新たな進角指令値が決定され、時刻ｔ１に新たな進角指令値を反映した場合を想定する。
【００５２】
図７中（Ｂ）：この場合も駆動信号の出力タイミングは、Ｖ相についての位置センサ信号の立ち上がりエッジ（０°）を基準としたとき、そこから位相角度φ２だけ進めたタイミングに設定される。この場合、制御回路３２は位相角度φ２だけ進めたタイミングで出力ステージを移行させるが、このとき前回の位相角度φ１から今回の位相角度φ２への変化幅が１ステージ分（６０°）以上であり、上記のステージ飛びが発生することが分かっている。
【００５３】
この対応策においては、制御回路３２が新たな進角指令値によって位相角度φ１を次の位相角度φ２に変化させるにあたり、上記のステージ飛びが発生すると判断した場合、ｔ１のタイミングでＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対するＯＦＦ指令を出力する。その後、制御回路３２は新たな進角指令値に対応する位相角度φ２に基づき、それまでの第６出力ステージから２ステージ分（１２０°）をスキップし、第３出力ステージへの移行を行う。
【００５４】
図７中（Ｃ）：その結果、図中に示される１点鎖線の長円で囲まれているように、第６出力ステージから第３出力ステージへの移行前にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の全相で電圧波形がＯＦＦとなり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全ての相で電流の急激な変化が発生しなくなる。
【００５５】
〔ステージ移行の態様〕
図７中（Ｄ）：出力ステージの移行に関しては、図６（Ｂ）と同様に欠落（第１，第２出力ステージの欠落）が発生しているものの、第６出力ステージと第３出力ステージの間に全相ＯＦＦの期間が設けられていることが分かる。
【００５６】
図８は、制御回路３２において実行される位相角度制御処理の手順例を示すフローチャートである。この処理を通じて制御回路３２は、上記の対応策を好適に実現することができる。なお制御回路３２は、位置センサ信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジを基準として割り込みトリガを発生させ、この位相角度制御処理を周期的に実行する。
【００５７】
ステップＳ１００：先ず制御回路３２（ＣＰＵ）は、位相角度の算出に必要な各種パラメータを取得する。この例では、パラメータとして上記のトルク指令値Ｔｒを取得するものとする。
【００５８】
ステップＳ１０２：次に制御回路３２は、今回の位相角度φｎを計算する。この計算は、例えば予め制御回路３２に記憶されている位相角度制御マップを用いて行うことができる。位相角度制御マップは、例えばトルク指令値Ｔｒ等のパラメータを引数として、それに対応する位相角度の値を返すものである。
【００５９】
ステップＳ１０４：制御回路３２は、前回の処理実行時に算出した位相角度φｎ−１と今回算出した位相角度φｎとの差（｜Δφ｜）を求める。なお前回の位相角度φｎ−１は、例えば制御回路３２のＲＡＭのバッファ領域に保存されているものとする。また制御回路３２は、今回の算出結果である位相角度φｎを制御回路３２のＲＡＭのバッファ領域に新しく保存する。その結果、前回の位相角度φｎ−１が今回の算出結果によって書き換えられることから、次回以降の処理（次の割り込み時）では、今回求めた値が前回の位相角度φｎ−１として利用可能となる。
【００６０】
ステップＳ１０６：そして制御回路３２は、先のステップＳ１０４で求めた差（｜Δφ｜）と所定の位相角度φｓ（６０°とする）とを比較する。その結果、位相角度の差（｜Δφ｜）が所定の位相角度φｓ以上であると判断した場合（Ｙｅｓ）、制御回路３２は次にステップＳ１０８を実行する。
【００６１】
ステップＳ１０８，Ｓ１１０：この場合、時刻ｔ０のタイミングで制御回路３２はＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚに対するＯＦＦ指令（ＯＦＦを指示する駆動信号）を生成する。生成した駆動信号は時刻ｔ１でＯＦＦ出力させる。
【００６２】
ここまでの手順を終えると、制御回路３２は割り込み前のプロセスに一旦復帰する。そして、次回の割り込みタイミング（位相角度φｎに対応するタイマ割り込み時）で位相角度制御処理を開始すると、制御回路３２は上述したステップＳ１００〜ステップＳ１０４を再び実行する。
【００６３】
ステップＳ１０４，１０６：やがて、今回の位相角度φｎと前回の位相角度φｎ−１との差（｜Δφ｜）がφｓ未満となると制御回路３２は次にステップＳ１１２を実行する。
【００６４】
ステップＳ１１２：そして制御回路３２は、今回の位相角度φｎを実際に出力する位相角度としてセットする。具体的には、位相角度φｎ分から算出した通電パターンと進角時間をＲＡＭのバッファ領域に保存する。ここで進角時間とはｔ１から通電パターンを出力させるまでの時間である。
【００６５】
ステップＳ１１０：制御回路３２は、時刻ｔ０で算出した通電パターンは時刻ｔ１＋進角時間後に出力する。その結果、今回の割り込み時には最新の位相角度φｎに進角させた出力ステージで各相のＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚがそれぞれの通電パターンに則ってＯＮ又はＯＦＦに切り替わり、実際に三相モータ１２の駆動制御が実行されることになる。これにより、三相モータ１２からシステムのトルク指令値Ｔｒに対応した出力トルクが発揮されることになる。
【００６６】
〔対応策の検証例〕
図９は、上記の対応策を実施した場合の状態変化を検証例として示すタイミングチャートである。
【００６７】
図９中（Ａ），（Ｂ）：ここには、対応策を実施した場合のステージ飛びの前後におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧波形を示しており、その状態変化は先の図７中（Ｃ），（Ｄ）に示したものと同じである。すなわち、第６出力ステージから第３出力ステージへの移行前（位相切り替わり点）にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の全相で電圧波形がＯＦＦとなっている。
【００６８】
〔各相の電流波形〕
図９中（Ｃ）：位相切り替わりタイミング（時刻ｔ１）からの全相ＯＦＦにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全ての相で電流の急激な変化が発生しなくなる。この後、次の割り込み時（時刻ｔ２）に第３出力ステージに飛んで位相制御が実行されると、三相モータ１２内のＭＯＳＦＥＴ２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２ＴｚがＯＮに切り替わるが、その事前の段階で電流が流れていない状態を作り出しているため、電流の急変が発生することはない。
【００６９】
上述した実施形態のモータ駆動制御装置１０によれば、これまで現実的に困難であった位相角度の変化についても、その位相制御を安全に実現することができる。これにより、ロジック上で制御不能領域（制御禁止領域）を設けることなく、制御を可能とする。またこれにより、三相モータ１２の制御効率を大幅に向上することができ、その要求トルクに対する追従性やトルク性能を改善することに大きく寄与できる。
【００７０】
本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施することができる。一実施形態では、位相制御に「出力ステージ」の概念を用いているが、本発明の実施にあたり、特にこのような概念を必要とすることはない。すなわち、位相角度が所定の角度（６０°）以上で変化しようとすることを制御回路３２において察知した場合、その前に一度全相のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦにさせる制御ロジックを採用していればよい。
【００７１】
また一実施形態で挙げた位相角度の変化（１５°→１３５°）はあくまで一例であり、その他の６０°以上となる変化にも一実施形態の制御手法を適用することができる。
【００７２】
また、一実施形態ではステージ飛びの例として第６出力ステージから第３出力ステージへの移行事例を挙げているが、その他のステージ間（例えば第１→第３、第２→第４等）でステージ飛び（欠落）が発生する場合であっても、一実施形態の手法を適用可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
１０ モータ駆動制御装置
１２ 三相モータ
１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ 巻線
２０ ドライバ回路
２２Ｔｕ，２２Ｔｖ，２２Ｔｗ，２２Ｔｘ，２２Ｔｙ，２２Ｔｚ ＭＯＳＦＥＴ
２４ バッテリ
３０ 制御ユニット
３２ 制御回路
３８ 出力回路
４０ 入力回路
４２ 位置センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから出力される直流を複数のスイッチング素子で三相波形の駆動電流に変換し、三相交流電動機の各相の巻線に対して個別に供給するドライバ回路と、
前記各スイッチング素子に対して通電状態又は非通電状態への切り替えを指示する駆動信号を前記三相波形と同じ周期で生成するとともに、前記三相交流電動機の位相を基準として算出した位相角度に基づいて前記駆動信号の出力タイミングを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記位相角度の算出結果から前記駆動信号の出力タイミングの変化量が所定の角度以上であると判断した場合、前記各相の全ての前記スイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための前記駆動信号を出力した後に、前記位相角度の算出結果に基づいて前記駆動信号を出力することを特徴とする三相交流電動機の駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三相交流電動機の駆動制御装置において、
複数の前記スイッチング素子の通電状態及び非通電状態の切り替え順序を前記各相別に予め規定した通電制御マップを記憶する記憶回路をさらに備え、
前記制御回路は、
前記三相交流電動機の回転に伴い前記各相の巻線にそれぞれ対応した位置センサにより出力される位置検出信号を入力し、前記通電制御マップにおいて前記各スイッチング素子が通電状態に切り替わる通電パターンの組み合わせを前記各相の１周期の６等分にあたる位相区分ごとに第１から第６までの序列で循環する６つの出力ステージとして予め規定した上で、前記位置検出信号を基準として前記各出力ステージをその序列の順に移行させながら前記駆動信号を生成するとともに、
前記位相角度の算出結果に基づいて前記駆動信号の出力タイミングを制御するにあたり、前記序列の順を飛び越えた前記出力ステージに移行させる必要があると判断した場合、前記各相の全ての前記スイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための前記駆動信号を出力した後に、前記序列の順を飛び越えた前記出力ステージに移行させて前記駆動信号を出力することを特徴とする三相交流電動機の駆動制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の三相交流電動機の駆動制御装置において、
前記制御回路は、
前記位置検出信号に基づいて周期的に前記位相角度の算出を行い、前回の前記位相角度の算出結果と最新の前記位相角度の算出結果との差が所定の角度以上であると判断した場合、前記各相の全ての前記スイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための前記駆動信号を出力した後、最新の位相角度の算出結果に基づいて前記駆動信号の出力タイミングを制御することを特徴とする三相交流電動機の駆動制御装置。
【請求項１】
バッテリから出力される直流を複数のスイッチング素子で三相波形の駆動電流に変換し、三相交流電動機の各相の巻線に対して個別に供給するドライバ回路と、
前記各スイッチング素子に対して通電状態又は非通電状態への切り替えを指示する駆動信号を前記三相波形と同じ周期で生成するとともに、前記三相交流電動機の位相を基準として算出した位相角度に基づいて前記駆動信号の出力タイミングを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記位相角度の算出結果から前記駆動信号の出力タイミングの変化量が所定の角度以上であると判断した場合、前記各相の全ての前記スイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための前記駆動信号を出力した後に、前記位相角度の算出結果に基づいて前記駆動信号を出力することを特徴とする三相交流電動機の駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三相交流電動機の駆動制御装置において、
複数の前記スイッチング素子の通電状態及び非通電状態の切り替え順序を前記各相別に予め規定した通電制御マップを記憶する記憶回路をさらに備え、
前記制御回路は、
前記三相交流電動機の回転に伴い前記各相の巻線にそれぞれ対応した位置センサにより出力される位置検出信号を入力し、前記通電制御マップにおいて前記各スイッチング素子が通電状態に切り替わる通電パターンの組み合わせを前記各相の１周期の６等分にあたる位相区分ごとに第１から第６までの序列で循環する６つの出力ステージとして予め規定した上で、前記位置検出信号を基準として前記各出力ステージをその序列の順に移行させながら前記駆動信号を生成するとともに、
前記位相角度の算出結果に基づいて前記駆動信号の出力タイミングを制御するにあたり、前記序列の順を飛び越えた前記出力ステージに移行させる必要があると判断した場合、前記各相の全ての前記スイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための前記駆動信号を出力した後に、前記序列の順を飛び越えた前記出力ステージに移行させて前記駆動信号を出力することを特徴とする三相交流電動機の駆動制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の三相交流電動機の駆動制御装置において、
前記制御回路は、
前記位置検出信号に基づいて周期的に前記位相角度の算出を行い、前回の前記位相角度の算出結果と最新の前記位相角度の算出結果との差が所定の角度以上であると判断した場合、前記各相の全ての前記スイッチング素子に対して非通電状態への切り替えを指示するための前記駆動信号を出力した後、最新の位相角度の算出結果に基づいて前記駆動信号の出力タイミングを制御することを特徴とする三相交流電動機の駆動制御装置。
【図１】
【図３】
【図５】
【図８】
【図９】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【図３】
【図５】
【図８】
【図９】
【図２】
【図４】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１０４５６（Ｐ２０１２−１０４５６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２５６７（Ｐ２０１０−１４２５６７）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
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