特許 7570955 モータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-11

(45)【発行日】2024-10-22

(54)【発明の名称】モータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/08 20160101AFI20241015BHJP

【ＦＩ】

H02P25/08

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021047707

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146640

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2023-09-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000144027

【氏名又は名称】株式会社ミツバ

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】荒巻 典之

(72)【発明者】

【氏名】仙波 大助

(72)【発明者】

【氏名】大兼 貴彦

(72)【発明者】

【氏名】笛木 正弘

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２３６１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９３７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００４／０３４５６２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ４／００

２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／０８－３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータは、
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの前記突極に巻き回されたコイルと、
前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータとを備え、
前記モータ制御装置は、
前記コイルに相電流を供給する駆動回路と、
前記駆動回路を介して、前記相電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記モータの回生動作において、前記コイルに前記相電流を供給する電流供給モードとして、還流状態と回生状態とを繰り返す第１モード、および供給状態と還流状態とを繰り返す第２モードのいずれかを、設定するモード設定部と、
前記モード設定部により設定された前記電流供給モードでの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備え、
前記モード設定部は、電流偏差に応じて、前記第１モードまたは前記第２モードをリアルタイムに選択し、電流供給モードとして設定し、
前記制御部は、
前記電流偏差に応じて、前記コイルへ印加する電圧に対応する基準デューティー値を算出する基準デューティー算出部を備え、
前記モード設定部は、前記基準デューティー算出部により算出された前記基準デューティー値が閾値よりも小さい場合には、前記電流供給モードとして前記第１モードを選択し、前記基準デューティー値が前記閾値よりも大きい場合には、前記電流供給モードとして前記第２モードを選択する、モータ制御装置。

【請求項2】

前記基準デューティー算出部は、前記相電流を相電流指令値に追従させるフィードバック制御を実行し、前記基準デューティー値は、フィードバック制御により設定される、請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記基準デューティー値をＤ０、前記閾値をＫ、前記第１モードでの前記駆動信号のデューティー値をＤ１、前記第２モードでの前記駆動信号のデューティー値をＤ２としたとき、
前記駆動信号生成部は、
Ｄ１＝Ｄ０×（１／Ｋ）
Ｄ２＝（Ｄ０－Ｋ）×（１／１－Ｋ）
に設定する、請求項２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記モータの回転数、前記相電流指令値、または前記相電流に応じて、前記閾値を設定する閾値設定部を備える、請求項２または請求項３に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

モータを制御するモータ制御方法であって、
前記モータは、
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの前記突極に巻き回されたコイルと、
前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータとを備え、
前記モータ制御方法は、
駆動回路を介して前記コイルに相電流を供給する供給ステップと、
前記供給ステップにおける前記相電流を制御する制御ステップと、
を備え、
前記制御ステップでは、
前記モータの回生動作において、電流供給モードとして、還流区間と回生区間とを繰り返す第１モード、および供給区間と還流区間とを繰り返す第２モードのいずれかを、順次選択し、
電流偏差に応じて、前記第１モードまたは前記第２モードをリアルタイムに選択し、電流供給モードとして設定し、
前記電流偏差に応じて、前記コイルへ印加する電圧に対応する基準デューティー値を算出し、
算出された前記基準デューティー値が閾値よりも小さい場合には、前記電流供給モードとして前記第１モードを選択し、前記基準デューティー値が前記閾値よりも大きい場合には、前記電流供給モードとして前記第２モードを選択する、モータ制御方法。

【請求項6】

モータと、前記モータを制御するモータ制御装置とを備えるモータ制御システムであって、
前記モータは、
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの前記突極に巻き回されたコイルと、
前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータとを備え、
前記モータ制御装置は、
前記コイルに相電流を供給する駆動回路と、
前記駆動回路を介して、前記相電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記モータの回生動作において、前記コイルに前記相電流を供給する電流供給モードとして、還流区間と回生区間とを繰り返す第１モード、および供給区間と還流区間とを繰り返す第２モードのいずれかを、設定するモード設定部と、
前記モード設定部により設定された前記電流供給モードでの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備え、
前記モード設定部は、電流偏差に応じて、前記第１モードまたは前記第２モードをリアルタイムに選択し、電流供給モードとして設定し、
前記制御部は、
前記電流偏差に応じて、前記コイルへ印加する電圧に対応する基準デューティー値を算出する基準デューティー算出部を備え、
前記モード設定部は、前記基準デューティー算出部により算出された前記基準デューティー値が閾値よりも小さい場合には、前記電流供給モードとして前記第１モードを選択し、前記基準デューティー値が前記閾値よりも大きい場合には、前記電流供給モードとして前記第２モードを選択する、モータ制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータを制御するモータ制御装置およびモータの制御方法等に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、供給モード、回生モードおよび還流モードを用いてＳＲモータ（スイッチト・リラクタンス・モータ）を制御するＳＲモータの制御方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－７８４９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電気自動車、ハイブリッド自動車にＳＲモータを適用する場合、極めて低い回転数まで減速トルクが要求される。例えば、下り坂を走行する場合、極低回転の状態でも高い減速トルクが要求される。低回転であっても、ある程度の回転数が確保される場合には、パルス幅変調により還流状態と回生状態の比率を制御することで電流（相電流）を制御することができる。しかし、さらに回転数が低い極低回転の場合には、還流状態において電流が上昇できず、電流の制御が困難となる。

【0005】

本発明は、極低回転の状態でも安定した動作を得ることができるモータ制御装置およびモータの制御方法等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、
モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータは、
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの前記突極に巻き回されたコイルと、
前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータとを備え、
前記モータ制御装置は、
前記コイルに相電流を供給する駆動回路と、
前記駆動回路を介して、前記相電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記モータの回生動作において、前記コイルに前記相電流を供給する電流供給モードとして、還流状態と回生状態とを繰り返す第１モード、および供給状態と還流状態とを繰り返す第２モードのいずれかを、設定するモード設定部と、
前記モード設定部により設定された前記電流供給モードでの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備える、モータ制御装置を提供する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、極低回転の状態でも安定した動作を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】３相のスイッチト・リラクタンス・モータおよびスイッチト・リラクタンス・モータを制御するモータ制御装置の構成を示す図である。

【図2】ロータの回転角θと、力行領域および回生領域との関係を示す図である。

【図3】供給区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。

【図4】還流区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。

【図5】回生区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。

【図6】還流区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。

【図7】制御部のメイン処理を示すフローチャートである。

【図7A】基準デューティー算出処理を示すフローチャートである。

【図7B】モード選択処理を示すフローチャートである。

【図7C】駆動信号生成処理を示すフローチャートである。

【図8】各相のコイルに与えられる相電圧の波形と、各相のコイルにおける相電流の波形とを示す図である。

【図9】閾値設定部の機能を示す図である。

【図9A】閾値設定部の機能を示す図である。

【図9B】閾値設定部の機能を示す図である。

【図9C】閾値設定部の機能を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

【0010】

図１は、３相のスイッチト・リラクタンス・モータおよびスイッチト・リラクタンス・モータを制御するモータ制御装置の構成を示す図である。

【0011】

図１に示すように、モータ制御装置Ｍは、制御部１と、モータ１０と、制御部１により制御されてモータ１０を駆動する駆動回路２０と、を備える。

【0012】

モータ１０は、突極１１Ａ（図１）を有するステータコア１１と、突極１２Ａ（図１）を有するロータ１２と、ステータコア１１の突極１１Ａに巻き回された各相（ｕ相、ｖ相およびｗ相）のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗと、を備える。図１に示すように、コイル１３ｕは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ巻き回され、２つのコイル１３ｕは互いに直列に接続される。同様に、コイル１３ｖは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ巻き回され、２つのコイル１３ｖは互いに直列に接続される。コイル１３ｗは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ巻き回され、２つのコイル１３ｗは互いに直列に接続される。なお、図１は６極モータを例示しているが、モータの極数は任意である。

【0013】

互いに直列に接続された各コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに電流を流すと、各コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに対応する突極１１Ａには、ロータ１２の中心軸に対して回転対象の磁場が形成される。

【0014】

ロータ１２の回転角は、レゾルバ１５によって検出される。

【0015】

駆動回路２０は、各相（ｕ相、ｖ相およびｗ相）の駆動回路２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを備える。駆動回路２０ｕはコイル１３ｕを、駆動回路２０ｖはコイル１３ｖを、駆動回路２０ｗはコイル１３ｗを、それぞれ独立駆動する。

【0016】

駆動回路２０ｕは、直列接続されたコイル１３ｕの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｕおよび低電位側スイッチング素子２２ｕと、直列接続されたコイル１３ｕの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｕおよび低電位側スイッチング素子２４ｕと、を備える。

【0017】

本実施例では、各スイッチング素子２１ｕ～２４ｕとしてｎ型ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた例を示しているが、任意の素子を用いることができる。駆動回路２０ｖ、２０ｗを構成する後述のスイッチング素子も同様である。

【0018】

駆動回路２０ｖは、直列接続されたコイル１３ｖの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｖおよび低電位側スイッチング素子２２ｖと、直列接続されたコイル１３ｖの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｖおよび低電位側スイッチング素子２４ｖと、を備える。

【0019】

駆動回路２０ｗは、直列接続されたコイル１３ｗの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｗおよび低電位側スイッチング素子２２ｗと、直列接続されたコイル１３ｗの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｗおよび低電位側スイッチング素子２４ｗと、を備える。

【0020】

図１に示すように、高電位側スイッチング素子２１ｕ、２１ｖ、２１ｗおよび高電位側スイッチング素子２３ｕ、２３ｖ、２３ｗのドレインは、電源２５の正極に、低電位側スイッチング素子２２ｕ、２２ｖ、２２ｗおよび低電位側スイッチング素子２４ｕ、２４ｖ、２４ｗのソースは、電源２５の負極に、それぞれ接続される。

【0021】

また、電源２５にはコンデンサ２６が並列に接続されている。

【0022】

各相のコイル１３ｕ、コイル１３ｖ、コイル１３ｗに流れる電流の値は、電流検出センサ２８により検出される。

【0023】

本実施例のモータ制御装置Ｍは、上述した駆動回路２０と、上述したレゾルバ１５と、マイクロコンピュータ等を含む制御部１を含む。制御部１には、上位ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（図示せず）から各種の指令値が与えられる。なお、モータ制御装置は、上位ＥＣＵの機能の一部または全部を実現してもよい。

【0024】

図１に示すように、制御部１は、レゾルバ１５から出力されるレゾルバ角（ロータ回転角）および指令値に基づいて、基準デューティー値Ｄ０を算出する基準デューティー算出部２と、基準デューティー算出部２により算出された基準デューティー値Ｄ０に基づいて、電流供給モードをリアルタイムに設定するモード設定部３と、基準デューティー算出部２により算出された基準デューティー値Ｄ０およびモード設定部３により設定された電流供給モードに従った駆動信号を生成する駆動信号生成部５と、制御部１での処理に必要な情報を格納する記憶部６と、後述する閾値をリアルタイムに設定する閾値設定部７と、を備える。

【0025】

ここで、指令値は、モータ１０が生み出すべきトルク値やモータ１０の目標回転速度をリアルタイムで規定する値である。基準デューティー算出部２は、モータ１０のトルク値やモータ１０の回転速度が指令値に追従するように、コイルへの印加電圧値に対応する基準デューティー値Ｄ０を介してフィードバック制御する。なお、指令値がトルク値である場合、トルク値はコイルに供給される相電流指令値と対応付けられ、例えば、テーブルとして記憶部６に格納される。指令値がトルク値の場合には、当該テーブルを参照して、電流検出センサ２８により検出される電流検出値（図１）が相電流指令値に近づくように、すなわち電流偏差（電流検出値と相電流指令値との差分）が小さくなるように、基準デューティー値Ｄ０がリアルタイムに制御される。なお、本発明は、相電流を相電流指令値に近づけるような制御を行う場合に広く適用される。例えば、デューティー値を算出する処理を経由せずに、電流供給モードを選択、設定する制御を実行してもよい。

【0026】

基準デューティー算出部２から出力される基準デューティー値Ｄ０は、モード設定部３および駆動信号生成部５に与えられる。モード設定部３は、基準デューティー値Ｄ０と閾値とを比較し、その比較結果に応じて、電流供給モードを第１モードまたは第２モードに設定する。駆動信号生成部５は、基準デューティー算出部２から与えられた基準デューティー値Ｄ０とモード設定部３から与えられた電流供給モードに基づいて、駆動信号を生成する。駆動信号は、駆動回路２０に出力され、スイッチング素子群の状態（オンまたはオフ）が制御される。

【0027】

図２は、ロータ１２の回転角（電気角）θと、力行領域および回生領域との関係を示す図である。図２のグラフの縦軸に示すコイル１３ｕのインダクタンスは、ロータ１２の突極１２Ａとステータコア１１との磁気的な結合の度合いに対応する。コイル１３ｕのインダクタンスが最も高くなるθ＝θ０の状態は、ロータ１２の突極１２Ａとステータコア１１の突極１１Ａとが正対する状態に相当する。

【0028】

図２に示すように、ロータ１２の回転に従ってコイル１３ｕのインダクタンスが増加する領域に力行領域が、ロータ１２の回転に従ってコイル１３ｕのインダクタンスが減少する領域に回生領域が、それぞれ位置付けられる。力行領域および回生領域はロータ１２の回転角について、約１２０°ずつ確保され、基本的には力行領域においてコイル１３ｕに通電することによりロータ１２に正のトルクが与えられ、回生領域においてコイル１３ｕに通電することによりロータ１２に負のトルクが与えられる。

【0029】

コイル１３ｕへの通電区間は、要求されるモータの特性等に応じて設定でき、例えば、力行動作に対して図２に示す通電区間１００を、回生動作に対して通電区間２００を、それぞれ設定することができる。この場合、通電区間１００は、その開始角が、力行領域の開始角に先行する角度幅に相当する進角Δθ１と、通電区間１００の長さに相当する通電角θ１とにより規定される。同様に、通電区間２００は、その開始角が、回生領域の開始角に先行する角度幅に相当する進角Δθ２と、通電区間２００の長さに相当する通電角θ２とにより規定される。

【0030】

コイル１３ｕへ通電する通電区間、すなわち、進角Δθ１、通電角θ１、進角Δθ２および通電角θ２は、指令値やロータの回転速度（角速度）などに応じて変化する。進角Δθ１、通電角θ１、進角Δθ２および通電角θ２は、指令値やロータの回転速度（角速度）などに対応付けられて、記憶部６に記憶される。

【0031】

コイル１３ｖ、１３ｗについても、コイル１３ｕと同様に通電区間が規定される。

【0032】

図３～図６は、ｕ相の駆動回路２０ｕ（スイッチング素子２１ｕ～２４ｕ）の状態を示す図である。力行動作および回生動作における通電区間では、駆動回路２０ｕは、図３～図６に示すいずれかの状態をとる。なお、以下の説明では、ｕ相について述べるが、ｖ相、ｗ相についても同様の動作が行われる。

【0033】

図３は、電源２５またはコンデンサ２６からコイル１３ｕへ電流が供給される供給区間を示している。

【0034】

供給区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンしており、他のスイッチング素子２２ｕ、２３ｕがオフしている。供給区間では、コイル１３ｕへ電流によりステータコア１１の突極１１Ａが励磁される。供給区間では、コイル１３ｕへ正電圧が印加される。

【0035】

図４は、コイル１３ｕが電源２５の正極から切り離され、コイル１３ｕの電流が閉回路を還流する還流区間を示している。

【0036】

この還流区間では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンしており、他のスイッチング素子２１ｕ、２３ｕがオフしている。還流区間では、コイル１３ｕの両端が短絡される。

【0037】

図５は、コイル１３ｕから電源２５またはコンデンサ２６へ電流が供給される回生区間を示している。

【0038】

回生区間では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンしており、他のスイッチング素子２１ｕ、２４ｕがオフしている。回生区間では、コイル１３ｕへ負電圧が印加される。

【0039】

図６は、コイル１３ｕが電源２５の負極から切り離され、コイル１３ｕの電流が閉回路を還流する還流区間を示している。

【0040】

この還流区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンしており、他のスイッチング素子２２ｕ、２４ｕがオフしている。図４の場合と同様、還流区間では、コイル１３ｕの両端が短絡される。

【0041】

制御部１は、力行動作および回生動作のそれぞれにおいて、上記の供給区間、回生区間および還流区間のいずれかをリアルタイムに選択することで、モータ１０の回転を制御している。

【0042】

以下、モータの回生動作であって、とくにモータ回転数の低い場合（低回転時）の動作について説明する。

【0043】

モータ１０の回転数が低い回生動作時において、本実施例では、第１のモードおよび第２のモードのいずれかをリアルタイムに選択している。第１のモードは、相電圧が負電圧となる電流供給モードであり、還流区間（図４または図６の状態）と回生区間（図５の状態）とを繰り返す電流供給モードである。また、第２のモードは、相電圧が正電圧となる電流供給モードであり、供給区間（図３の状態）と還流区間（図４または図６の状態）とを繰り返す電流供給モードである。

【0044】

図７は、制御部１のメイン処理を示すフローチャートである。メイン処理は、一定周期（駆動信号を生成する制御周期）で繰り返される。

【0045】

図７のステップＳ１００では、基準デューティー算出部２において基準デューティー算出処理が実行される。ステップＳ２００では、モード設定部３において電流供給モードの選択処理が実行される。ステップＳ３００では、駆動信号生成部５において駆動信号生成処理が実行され、メイン処理が終了する。

【0046】

図７Ａは、基準デューティー算出処理を示すフローチャートである。基準デューティー算出処理は、基準デューティー算出部２により実行される。

【0047】

図７ＡのステップＳ１０２では、基準デューティー算出部２は、電流検出センサ２８から各相のコイル１３ｕ、コイル１３ｖ、コイル１３ｗに流れる相電流の値を取得する。ステップＳ１０４では、基準デューティー算出部２は、記憶部６にアクセスして上記の相電流指令値を取得する。

【0048】

ステップＳ１０６では、基準デューティー算出部２は、ステップＳ１０２で取得された相電流の値およびステップＳ１０４で取得された相電流指令値とに基づいて、基準デューティー値Ｄ０を算出し、リターンする。ここでは、基準デューティー算出部２は、フィードバック制御（ＰＩ制御、ＰＩＤ制御など）により、コイルへの印加電圧に対応する基準デューティー値Ｄ０を算出する。

【0049】

基準デューティー値Ｄ０は、０から１までの範囲で、コイルに印加される電圧の実効値が負電圧－Ｖ０から正電圧Ｖ０まで変化するパラメータである。電圧Ｖ０は、例えば、電源２５（図１）の電圧に相当する。

【0050】

図７Ｂは、モード選択処理を示すフローチャートである。モード選択処理は、モード設定部３により実行される。

【0051】

図７ＢのステップＳ２０２では、モード設定部３は、基準デューティー算出部２において算出された基準デューティー値Ｄ０（ステップＳ１０６）を取得する。ステップＳ２０４では、モード設定部３は、閾値設定部７から閾値Ｋを取得する。閾値Ｋは電流供給モードを選択するためのパラメータ（デューティー値）である。閾値Ｋは、閾値設定部７において０から１の範囲で設定される。閾値Ｋの設定方法については後述する。

【0052】

ステップＳ２０６では、モード設定部３は、ステップＳ２０２で取得された基準デューティー値Ｄ０と、ステップＳ２０６で取得された閾値Ｋとを比較する。ここでは、モード設定部３は、基準デューティー値Ｄ０が閾値Ｋよりも大きいか否か判断し、判断が肯定されれば処理をステップＳ２１０へ進め、判断が否定されれば処理をステップＳ２０８へ進める。

【0053】

ステップＳ２０８では、モード設定部３は、電流供給モードを第１のモードに設定し、リターンする。ステップＳ２１０では、モード設定部３は、電流供給モードを第２のモードに設定し、リターンする。

【0054】

図７Ｃは、駆動信号生成処理を示すフローチャートである。駆動信号生成処理は、駆動信号生成部５により実行される。

【0055】

図７ＣのステップＳ３０２では、駆動信号生成部５は、モード設定部３により設定された電流供給モードが第１のモードか否か判断する。判断が肯定されれば、駆動信号生成部５は、ステップＳ３０４へ処理を移行させる。判断が否定されれば、すなわち、モード設定部３により設定された電流供給モードが第２のモードであれば、駆動信号生成部５は、ステップＳ３０６へ処理を移行させる。

【0056】

ステップＳ３０４では、駆動信号生成部５は、第１のモードのデューティー値Ｄ１を（１）式により算出する。

【0057】

Ｄ１＝Ｄ０×（１／Ｋ）・・・（１）式
ここで、デューティー値Ｄ１は、第１のモードにおける還流区間の比率を示す。すなわち、第１のモードにおいて、還流区間の比率は、Ｄ１であり、回生区間の比率は、１－Ｄ１である。

【0058】

ステップＳ３０６では、駆動信号生成部５は、第２のモードのデューティー値Ｄ２を（２）式により算出する。

【0059】

Ｄ２＝（Ｄ０－Ｋ）×（１／１－Ｋ）・・・（２）式
ここで、デューティー値Ｄ２は、第２のモードにおける供給区間の比率を示す。すなわち、第２のモードにおいて、供給区間の比率は、Ｄ２であり、還流区間の比率は、１－Ｄ２である。

【0060】

ステップＳ３０８では、駆動信号生成部５は、設定された電流供給モードのデューティー値Ｄ１またはデューティー値Ｄ２を設定し、駆動信号として出力する。これにより、設定された電流供給モード（第１のモードまたは第２のモード）と、設定されたデューティー値（デューティー値Ｄ１またはデューティー値Ｄ２）に対応する波形の電圧が、各相のコイル１３ｕ、コイル１３ｖ、コイル１３ｗに与えられる。

【0061】

図８は、各相のコイル１３ｕ、コイル１３ｖ、コイル１３ｗに与えられる相電圧の波形と、各相のコイル１３ｕ、コイル１３ｖ、コイル１３ｗにおける相電流の波形とを示す図である。なお、図８において、供給区間、回生区間および還流区間に、それぞれ、「供給」、「回生」および「還流」と記載された区間が対応している。

【0062】

図８の状態Ａは、第１のモードに設定されている場合を示している。第１のモードでは、通電区間２００（図２）の最初にロータ１２を励磁するための供給区間が設けられ、その後、回生区間と還流区間とが繰り返される。

【0063】

図８の状態Ｃは、第２のモードに設定されている場合を示している。第２のモードでは、通電区間２００（図２）の最初にロータ１２を励磁するための供給区間が設けられ、その後、還流区間と供給区間とが繰り返される。

【0064】

図８の状態Ｂは、通電区間２００において、第１のモードと第２のモードとが混在する場合を示している。状態Ｂは、第１のモードから第２のモードへ、または第２のモードから第１のモードへの移行期間に発生する状態である。

【0065】

本実施例では、電流供給モードとして、還流区間と回生区間とを有する第１のモードと、供給区間と還流区間とを有する第２のモードとを備える。このため、相電圧を正電圧（供給の状態）から負電圧（回生の状態）の範囲まで、調整できるため、回生制動時に極低回転の領域まで安定して負のトルクを発生させることができる。仮に、第２のモードがなく、第１のモードのみの場合には、負電圧の範囲でしか相電圧を制御できず、正電圧が必要となる極低回転の領域では、負のトルクを得ることができない。

【0066】

また、本実施例では、２つのモードを用いることにより、相電圧を正電圧（供給の状態）から負電圧（回生の状態）まで、連続的に調整することができる。このため、相電流のオーバーシュートを防止できる。例えば、第１のモードでの動作の直後に、相電圧を急激に高くするような制御が不要となり、相電流のオーバーシュートを防止できる。

【0067】

また、仮に、第２のモードに代えて、供給区間と回生区間とを繰り返すモードを採用した場合でも、極低回転の領域で負のトルクを発生させることはできる。しかし、この場合には、相電圧が正電圧と負電圧との間で急激に変化することになる。例えば、電源２５（図１）の電圧が４００Ｖの場合には、－４００Ｖと＋４００Ｖの差、すなわち８００Ｖの幅で相電圧が切り替わることになる。このため、相電流のリップルが大きくなり、電流実効値が低くなるため、減速トルクが低下してしまう。また、相電流のオーバーシュートが発生し、駆動回路２０などへの負担が大きくなる。

【0068】

また、図８の状態Ｂに示すように、本実施例では、２つのモードにそれぞれ還流区間が含まれるため、２つのモードを切り換える際に、相電圧が正電圧（供給の状態）から負電圧（回生の状態）との間で急激に変化する頻度が低くなる。このため、状態Ａと状態Ｃの間で、状態Ｂを挟んで円滑に電流供給モードを切り換えることができる。電流供給モードの切り換え時においても、相電流のオーバーシュートなどを防止することができる。状態Ｂに示すように、本実施例では、１つの通電区間２００（図２）内において、電流偏差に応じて、２つのモードをリアルタイムに切り換えることができる。

【0069】

一方、本実施例における第２のモードでは、相電圧が正電圧と０Ｖの範囲で切り替わる。例えば、電源２５（図１）の電圧が４００Ｖの場合には、相電圧の切り替わる幅が４００Ｖに抑制される。このため、相電流の変動が抑制されて電流実効値が高くなり、安定した減速トルクを得ることができる。また、相電流のオーバーシュートも防止できる。

【0070】

図９～図９Ｃは、閾値設定部の機能を示す図である。

【0071】

上記のように、閾値設定部７（図１）は、回転数（モータの回転数）などに応じて、閾値Ｋを設定する。すなわち、閾値Ｋはモータの回転数などに応じて変化する。

【0072】

図９は、閾値Ｋが０．５の場合を、図９Ａは、閾値Ｋが０．７の場合を、図９Ｂは、閾値Ｋが０．３の場合を、図９Ｃは、閾値Ｋが１の場合を、それぞれ示している。図９～図９Ｃにおける縦軸は、相電圧の電圧値（実効値）を示し、横軸は基準デューティー値Ｄ０を示している。

【0073】

図９～図９Ｂに示すように、閾値Ｋに応じて、第１のモードおよび第２のモードの範囲が変化し、同じ基準デューティー値Ｄ０に対応する相電圧の電圧値（実効値）が変化する。これにより、基準デューティー値Ｄ０に応じて、順次選択される第１のモードと第２のモードの割合（時間的な割合）を変更することができる。

【0074】

例えば、閾値設定部７において、モータの回転数が低速になるに従って、閾値Ｋを小さくすることができる。これにより、電流供給モードが第２のモードに設定されやすくなるため、極低速時の減速トルクを安定して確保することが可能となる。モータの回転数と閾値Ｋとの関係は、テーブルとして記憶部６に記憶し、これを利用することができる。

【0075】

また、例えば、閾値設定部７において、モータの回転数が高速になるに従って、閾値Ｋを大きくし、モータの回転数が一定値を超える場合には、閾値Ｋを１に設定することができる。これにより、電流供給モードが第１のモードに設定されやすくなるため、第２のモード使用時に発生する損失が減って、全体として電力効率を向上させることができる。なお、第１のモードのみでの動作が可能であることが明らかな範囲では、図９Ｃに示すように、閾値Ｋを１に設定し、常時、電流供給モードを第１のモードに設定することができる。

【0076】

また、閾値設定部７において、モータの回転数以外のパラメータに基づいて、閾値Ｋを設定することができる。パラメータと閾値Ｋとの関係は、テーブルとして記憶部６に記憶し、これを利用することができる。

【0077】

例えば、閾値設定部７は、上記の相電流指令値または相電流（電流検出センサ２８から得られる電流検出値）に応じて、閾値Ｋを設定することができる。この場合、相電流指令値が大きくなるにつれ、閾値Ｋを小さくすることができる。また、相電流指令値から相電流を減算した値が大きくなるにつれ、閾値Ｋを小さくすることができる。また、還流区間における相電流の増加幅の減少または相電流の減少幅の増大に応じて、閾値Ｋを小さくすることができる、
このように、本実施例では、閾値Ｋをモータの動作状態等に応じてきめ細かく設定することができるため、電流供給モードの割合を変更し、効率よくモータを動作させることができる。

【0078】

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形および変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部または複数を組み合わせることも可能である。

【0079】

なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。

【0080】

［付記１］
モータ（１０）を制御するモータ制御装置（Ｍ）であって、
前記モータは、
突極（１１Ａ）を有するステータコア（１１）と、
前記ステータコアの前記突極に巻き回されたコイル（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ）と、
前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータ（１２）とを備え、
前記モータ制御装置は、
前記コイルに相電流を供給する駆動回路（２０）と、
前記駆動回路を介して、前記相電流を制御する制御部（１）と、
を備え、
前記制御部は、
前記モータの回生動作において、前記コイルに前記相電流を供給する電流供給モードとして、還流状態と回生状態とを繰り返す第１モード、および供給状態と還流状態とを繰り返す第２モードのいずれかを、設定するモード設定部（３）と、
前記モード設定部により設定された前記電流供給モードでの駆動信号を生成する駆動信号生成部（５）と、
を備える、モータ制御装置。

【0081】

付記１の構成によれば、コイルに相電流を供給する電流供給モードとして、還流状態と回生状態とを繰り返す第１モード、および供給状態と還流状態とを繰り返す第２モードのいずれかを、設定するので、モータの極低回転時においても減速トルクを確保することができる。
［付記２］
前記モータ設定部は、電流偏差に応じて、前記第１モードまたは前記第２モードをリアルタイムに選択し、電流供給モードとして設定する、付記１に記載のモータ制御装置。
付記２の構成によれば、電流供給モードとして、還流状態と回生状態とを繰り返す第１モード、および供給状態と還流状態とを繰り返す第２モードのいずれかを、リアルタイムに選択し設定するので、モータの極低回転時においても減速トルクを確保することができる。

【0082】

［付記３］
前記制御部は、
前記電流偏差に応じて、前記コイルへ印加する電圧に対応する基準デューティー値を算出する基準デューティー算出部を備え、
前記モード設定部は、前記基準デューティー算出部により算出された前記基準デューティー値が閾値よりも小さい場合には、前記電流供給モードとして前記第１モードを選択し、前記基準デューティー値が前記閾値よりも大きい場合には、前記電流供給モードとして前記第２モードを選択する、付記２に記載のモータ制御装置。

【0083】

付記３の構成によれば、基準デューティー算出部により算出された基準デューティー値に応じて、相電圧を負電圧から正電圧まで制御することができる。

【0084】

［付記４］
前記基準デューティー算出部は、前記相電流を相電流指令値に追従させるフィードバック制御を実行し、前記基準デューティー値は、フィードバック制御により設定される、付記３に記載のモータ制御装置。

【0085】

付記４の構成によれば、相電流を相電流指令値に追従させるフィードバック制御を実行するので、フィードバック制御に従って、電流供給モードが設定される。

【0086】

［付記５］
前記基準デューティー値をＤ０、前記閾値をＫ、前記第１モードでの前記駆動信号のデューティー値をＤ１、前記第２モードでの前記駆動信号のデューティー値をＤ２としたとき、
前記駆動信号生成部は、
Ｄ１＝Ｄ０×（１／Ｋ）
Ｄ２＝（Ｄ０－Ｋ）×（１／１－Ｋ）
に設定する、付記４に記載のモータ制御装置。

【0087】

付記５の構成によれば、閾値に応じて第１モードでの駆動信号のデューティー値および第２モードでの駆動信号のデューティー値が算出される。

【0088】

［付記６］
前記制御部は、前記モータの回転数、前記相電流指令値、または前記相電流に応じて、前記閾値を設定する閾値設定部を備える、付記４または付記５に記載のモータ制御装置。

【0089】

付記６の構成によれば、閾値がモータの回転数、相電流指令値、または相電流に応じて設定されるので、第１モードおよび第２モードの割合をモータの動作状態等に応じて、細かく設定できる。
〔付記７〕
モータを制御するモータ制御方法であって、
前記モータは、
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの前記突極に巻き回されたコイルと、
前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータとを備え、
前記モータ制御方法は、
駆動回路を介して前記コイルに相電流を供給する供給ステップと、
前記供給ステップにおける前記相電流を制御する制御ステップと、
を備え、
前記制御ステップでは、
前記モータの回生動作において、電流供給モードとして、還流区間と回生区間とを繰り返す第１モード、および供給区間と還流区間とを繰り返す第２モードのいずれかを、順次選択するモータ制御方法。
付記７の構成によれば、コイルに相電流を供給する電流供給モードとして、還流状態と回生状態とを繰り返す第１モード、および供給状態と還流状態とを繰り返す第２モードのいずれかを、設定するので、モータの極低回転時においても減速トルクを確保することができる。
〔付記８〕
モータと、前記モータを制御するモータ制御装置とを備えるモータ制御システムであって、
前記モータは、
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの前記突極に巻き回されたコイルと、
前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータとを備え、
前記モータ制御装置は、
前記コイルに相電流を供給する駆動回路と、
前記駆動回路を介して、前記相電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記モータの回生動作において、前記コイルに前記相電流を供給する電流供給モードとして、還流区間と回生区間とを繰り返す第１モード、および供給区間と還流区間とを繰り返す第２モードのいずれかを、設定するモード設定部と、
前記モード設定部により設定された前記電流供給モードでの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備える、モータ制御システム。
付記８の構成によれば、コイルに相電流を供給する電流供給モードとして、還流状態と回生状態とを繰り返す第１モード、および供給状態と還流状態とを繰り返す第２モードのいずれかを、設定するので、モータの極低回転時においても減速トルクを確保することができる。

【符号の説明】

【0090】

１ 制御部
２ 基準デューティー算出部
３ モード設定部
５ 駆動信号生成部
６ 記憶部
７ 閾値設定部
１０ モータ
１１ ステータコア
１２ ロータ
１３ｕ コイル
１３ｖ コイル
１３ｗ コイル
１５ レゾルバ
２０ 駆動回路
Ｍ モータ制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図9A】

【図9B】

【図9C】