JP7747452B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

特許文献１には、三相モータに三相交流電圧を供給するインバータ装置において、３種類の基本電圧ベクトルを用いて三相ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号を生成し、三相ＰＷＭ信号に基づいてインバータ装置に含まれる少なくとも６つのスイッチング素子の夫々に供給されるスイッチング信号を生成する技術が開示されている。

特許第３４４７３６６号公報

たとえば、三相ＰＷＭ信号のうち二相のＰＷＭ信号のスイッチングタイミングが一致した瞬間に軸電圧がスパイク状に変動することがある。これがノイズの原因となる虞がある。
また別の話として、モータの出力軸とモータケースとの間の電位差（軸電圧）に起因して、モータのロータベアリングに電食が生じる場合がある。本願発明者らの研究の結果、とくに、このノイズが電食の発生に影響する虞があることが判明した。

本発明のモータ制御装置における一つの態様は、三相モータを制御するモータ制御装置であって、直流電源電圧を三相交流電圧に変換して前記三相モータに供給するインバータ回路と、所定の更新周期で更新される三相デューティ指令値に基づいて三相ＰＷＭ信号を生成し、前記三相ＰＷＭ信号に基づいて前記インバータ回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、第１の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値のうち少なくとも二相のデューティ指令値が同じである場合に、前記二相のデューティ指令値のうち一相のデューティ指令値を所定のシフト量だけシフトさせ、前記第１の更新タイミングの次の更新タイミングである第２の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値のうち前記一相のデューティ指令値を前記第１の更新タイミングにおけるシフト方向とは逆方向に前記シフト量だけシフトさせる。

本発明の上記態様によれば、ノイズを低減することが可能なモータ制御装置が提供される。

図１は、本発明の一実施形態におけるモータ制御装置の構成を模式的に示す回路ブロック図である。 図２は、ＭＣＵコアによって実行されるスパイク電圧抑制処理のメインルーチンに含まれる各処理を示すフローチャートである。 図３は、スパイク電圧抑制処理のサブルーチンであるデューティシフト処理に含まれる各処理を示すフローチャートである。 図４は、三相デューティ指令値に基づいて三相ＰＷＭ信号が生成される原理を模式的に示す図である。 図５は、デューティシフト処理を説明するために用いられる第１説明図である。 図６は、デューティシフト処理を説明するために用いられる第２説明図である。 図７は、デューティシフト処理を説明するために用いられる第３説明図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態におけるモータ制御装置１０の構成を模式的に示す回路ブロック図である。図１に示すように、モータ制御装置１０は、三相モータ２０を制御する。一例として、三相モータ２０は、インナーロータ型の三相ブラシレスＤＣモータである。また、三相モータ２０は、例えばハイブリッド車両に搭載される駆動用モータ（トラクションモータ）である。

三相モータ２０は、Ａ相端子２１Ａと、Ｂ相端子２１Ｂと、Ｃ相端子２１Ｃと、Ａ相コイル２２Ａと、Ｂ相コイル２２Ｂと、Ｃ相コイル２２Ｃと、を有する。図１では図示を省略するが、三相モータ２０は、モータケースと、モータケースに収容されたロータ及びステータとを有する。ロータは、モータケースの内部において、ロータベアリング等の軸受け部品によって回転可能に支持される回転体である。ロータは、ロータの径方向内側を軸方向に貫通した状態でロータと同軸接合される出力軸を有する。ステータは、モータケースの内部において、ロータの外周面を囲った状態で固定され、ロータを回転させるのに必要な電磁力を発生させる。

Ａ相端子２１Ａ、Ｂ相端子２１Ｂ、及びＣ相端子２１Ｃは、それぞれモータケースの表面から露出する金属端子である。詳細は後述するが、Ａ相端子２１Ａ、Ｂ相端子２１Ｂ、及びＣ相端子２１Ｃは、それぞれ、モータ制御装置１０のインバータ回路１１と電気的に接続される。Ａ相コイル２２Ａ、Ｂ相コイル２２Ｂ、及びＣ相コイル２２Ｃは、それぞれステータに設けられた励磁コイルである。例えば、Ａ相コイル２２Ａ、Ｂ相コイル２２Ｂ、及びＣ相コイル２２Ｃは、三相モータ２０の内部でスター結線される。

Ａ相コイル２２Ａは、Ａ相端子２１Ａと中性点Ｎとの間に電気的に接続される。Ｂ相コイル２２Ｂは、Ｂ相端子２１Ｂと中性点Ｎとの間に電気的に接続される。Ｃ相コイル２２Ｃは、Ｃ相端子２１Ｃと中性点Ｎとの間に電気的に接続される。Ａ相コイル２２Ａ、Ｂ相コイル２２Ｂ、及びＣ相コイル２２Ｃの通電状態がモータ制御装置１０によって制御されることにより、ロータを回転させるのに必要な電磁力が発生する。ロータが回転することにより、出力軸もロータに同期して回転する。

モータ制御装置１０は、インバータ回路１１と、ＭＣＵ(Microcontroller Unit)１２と、を備える。インバータ回路１１は、直流電源電圧を三相交流電圧に変換して三相モータ２０に供給する三相フルブリッジ回路である。インバータ回路１１は、直流電源３０から供給される直流電源電圧を三相交流電圧に変換して三相モータ２０に出力する。一例として、直流電源３０は、ハイブリッド車両に搭載される複数のバッテリの一つである。

インバータ回路１１は、Ａ相上側アームスイッチＱ_ＡＨと、Ｂ相上側アームスイッチＱ_ＢＨと、Ｃ相上側アームスイッチＱ_ＣＨと、Ａ相下側アームスイッチＱ_ＡＬと、Ｂ相下側アームスイッチＱ_ＢＬと、Ｃ相下側アームスイッチＱ_ＣＬと、を有する。本実施形態において各アームスイッチは、例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。

Ａ相上側アームスイッチＱ_ＡＨのコレクタ端子、Ｂ相上側アームスイッチＱ_ＢＨのコレクタ端子、及びＣ相上側アームスイッチＱ_ＣＨのコレクタ端子は、それぞれ直流電源３０の正極端子と電気的に接続される。Ａ相下側アームスイッチＱ_ＡＬのエミッタ端子、Ｂ相下側アームスイッチＱ_ＢＬのエミッタ端子、及びＣ相下側アームスイッチＱ_ＣＬのエミッタ端子は、それぞれ直流電源３０の負極端子と電気的に接続される。なお、直流電源３０の負極端子は車内グランドと電気的に接続される。

Ａ相上側アームスイッチＱ_ＡＨのエミッタ端子は、三相モータ２０のＡ相端子２１Ａと、Ａ相下側アームスイッチＱ_ＡＬのコレクタ端子とのそれぞれに電気的に接続される。Ｂ相上側アームスイッチＱ_ＢＨのエミッタ端子は、三相モータ２０のＢ相端子２１Ｂと、Ｂ相下側アームスイッチＱ_ＢＬのコレクタ端子とのそれぞれに電気的に接続される。Ｃ相上側アームスイッチＱ_ＣＨのエミッタ端子は、三相モータ２０のＣ相端子２１Ｃと、Ｃ相下側アームスイッチＱ_ＣＬのコレクタ端子とのそれぞれに電気的に接続される。

Ａ相上側アームスイッチＱ_ＡＨのゲート端子、Ｂ相上側アームスイッチＱ_ＢＨのゲート端子、及びＣ相上側アームスイッチＱ_ＣＨのゲート端子は、それぞれＭＣＵ１２と電気的に接続される。また、Ａ相下側アームスイッチＱ_ＡＬのゲート端子、Ｂ相下側アームスイッチＱ_ＢＬのゲート端子、及びＣ相下側アームスイッチＱ_ＣＬのゲート端子も、それぞれＭＣＵ１２と電気的に接続される。

上記のように、インバータ回路１１は、３つの上側アームスイッチと３つの下側アームスイッチとを有する３相フルブリッジ回路によって構成される。このように構成されたインバータ回路１１は、ＭＣＵ１２によって各アームスイッチがスイッチング制御されることにより、直流電源３０から供給される直流電源電圧を三相交流電圧に変換して三相モータ２０に出力する。

ＭＣＵ１２は、所定の更新周期で更新される三相デューティ指令値に基づいて三相ＰＷＭ信号を生成し、生成された三相ＰＷＭ信号に基づいてインバータ回路１１を制御する制御部である。三相デューティ指令値は、Ａ相デューティ指令値ＤＡ、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ、及びＣ相デューティ指令値ＤＣを含む。三相ＰＷＭ信号は、Ａ相ＰＷＭ信号ＰＡ、Ｂ相ＰＷＭ信号ＰＢ、及びＣ相ＰＷＭ信号ＰＣを含む。ＭＣＵ１２は、ＭＣＵコア１２ａと、ＰＷＭモジュール１２ｂと、を有する。

ＭＣＵコア１２ａは、不図示のメモリに予め記憶されたプログラムに従って、少なくとも三相デューティ指令値を算出するデューティ算出処理を実行する。図１では図示を省略するが、ＭＣＵ１２には、上位制御装置から出力されるトルク指令値が入力される。例えば、上位制御装置は、ハイブリッド車両に搭載されるＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。ＭＣＵコア１２ａは、トルク指令値に基づいてｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を算出し、これらの電流指令値に基づいて三相デューティ指令値を三相電圧指令値として算出する。ＭＣＵコア１２ａは、三相デューティ指令値、すなわちＡ相デューティ指令値ＤＡ、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ、及びＣ相デューティ指令値ＤＣをＰＷＭモジュール１２ｂに出力する。

ＰＷＭモジュール１２ｂは、所定の更新周期で更新される三相デューティ指令値に基づいて三相ＰＷＭ信号を生成する。図４は、三相デューティ指令値に基づいて三相ＰＷＭ信号が生成される原理を模式的に示す図である。図４に示すように、ＰＷＭモジュール１２ｂにおいて、所定の周期を有する三角波ＴＷが生成される。以下では、三角波ＴＷの周期をＰＷＭ制御周期と呼称する場合がある。

具体的には、三角波ＴＷは、ＰＷＭタイマのカウント値で構成される。ｎ番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ０からＰＷＭタイマのカウントアップが開始される。ＰＷＭ制御周期の１／２周期に相当する時刻ｔ３においてＰＷＭタイマのカウントアップは終了し、ＰＷＭタイマのカウントダウンが開始される。ｎ番目のＰＷＭ制御周期の終了時刻ｔ６においてＰＷＭタイマのカウントダウンは終了する。時刻ｔ６は、次のＰＷＭ制御周期、すなわちｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻でもある。従って、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ６から再びＰＷＭタイマのカウントアップが開始される。

ｎ番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ０と、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ６とにおいて、三相デューティ指令値は更新される。つまり、三相デューティ指令値の更新周期は、ＰＷＭ制御周期と一致する。ＰＷＭモジュール１２ｂの内部において、三相デューティ指令値に含まれる３つのデューティ指令値のそれぞれに、バッファレジスタと、更新用レジスタとが割り当てられる。ＭＣＵコア１２ａによって算出された三相デューティ指令値は、まずバッファレジスタに格納される。そして、時刻ｔ０及び時刻ｔ６などの更新タイミングが到来すると、バッファレジスタに格納された三相デューティ指令値は更新用レジスタに転送される。このように、「三相デューティ指令値が更新される」とは、更新タイミングにおいてバッファレジスタから更新用レジスタに三相デューティ指令値が転送されることを意味する。

これは、ＭＣＵコア１２ａが更新タイミングよりも早いタイミングで三相デューティ指令値を算出する必要があることを意味する。つまり、ＭＣＵコア１２ａは、ｎ番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ０（ｎ番目の更新タイミング）よりも早いタイミングで、ｎ番目のＰＷＭ制御周期で使用される三相デューティ指令値を算出してＰＷＭモジュール１２ｂに出力する。また、ＭＣＵコア１２ａは、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ６（ｎ＋１番目の更新タイミング）よりも早いタイミング（例えば時刻ｔ３）で、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期で使用される三相デューティ指令値を算出してＰＷＭモジュール１２ｂに出力する。

図４に示すように、ｎ番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ０（ｎ番目の更新タイミング）において、Ａ相デューティ指令値ＤＡが「ＤＡ１」に更新され、Ｂ相デューティ指令値ＤＢが「ＤＢ１」に更新され、Ｃ相デューティ指令値ＤＣが「ＤＣ１」に更新されたと仮定する。Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１とＣ相デューティ指令値ＤＣ１とは同じ値である。Ａ相デューティ指令値ＤＡ１は、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１よりも高い値である。「ＤＡ１」、「ＤＢ１」、及び「ＤＣ１」は、上記のように各デューティ指令値に割り当てられた更新用レジスタ内の値である。

三角波ＴＷの上昇中に、三角波ＴＷが三相デューティ指令値に到達すると、三相ＰＷＭ信号のレベルがローレベルにセットされる。一方、三角波ＴＷの下降中に、三角波ＴＷが三相デューティ指令値に到達すると、三相ＰＷＭ信号のレベルがハイレベルにセットされる。言い換えれば、ＰＷＭタイマのカウントアップ中に、ＰＷＭタイマのカウント値が三相デューティ指令値に一致すると、三相ＰＷＭ信号のレベルがローレベルにセットされる。一方、ＰＷＭタイマのカウントダウン中に、ＰＷＭタイマのカウント値が三相デューティ指令値に一致すると、三相ＰＷＭ信号のレベルがハイレベルにセットされる。

図４に示す例では、ＰＷＭタイマのカウントアップ中において、ＰＷＭタイマのカウント値が、時刻ｔ１にＢ相デューティ指令値ＤＢ１及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１と一致し、時刻ｔ２にＡ相デューティ指令値ＤＡ１と一致する。一方、ＰＷＭタイマのカウントダウン中において、ＰＷＭタイマのカウント値が、時刻ｔ４にＡ相デューティ指令値ＤＡ１と一致し、時刻ｔ５にＢ相デューティ指令値ＤＢ１及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１と一致する。

従って、図４に示す例では、ｎ番目のＰＷＭ制御周期において、時刻ｔ１にＢ相ＰＷＭ信号ＰＢ及びＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのレベルがローレベルにセットされ、時刻ｔ２にＡ相ＰＷＭ信号ＰＡのレベルがローレベルにセットされる。また、ｎ番目のＰＷＭ制御周期において、時刻ｔ４にＡ相ＰＷＭ信号ＰＡのレベルがハイレベルにセットされ、時刻ｔ５にＢ相ＰＷＭ信号ＰＢ及びＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのレベルがハイレベルにセットされる。

図４では、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ６（ｎ＋１番目の更新タイミング）以降の三相ＰＷＭ信号を点線で表している。これは、ｎ番目の更新タイミングの時点では、ｎ＋１番目の更新タイミングにおいて三相デューティ指令値がどのような値に更新されるのか未定であるからである。図４では、ｎ＋１番目の更新タイミングにおいて、三相デューティ指令値がｎ番目の更新タイミングで更新された値と同じ値に更新されたと仮定して、三相ＰＷＭ信号の点線を描画している。

以上のように、ＰＷＭモジュール１２ｂによって生成される三相ＰＷＭ信号のデューティ比は、所定の更新周期で更新される三相デューティ指令値によって制御される。ＰＷＭモジュール１２ｂは、上記のように生成される三相ＰＷＭ信号に基づいてインバータ回路１１に含まれる各アームスイッチのゲート端子に供給されるゲート制御信号を生成する。

ゲート制御信号には、Ａ相上側アームスイッチＱ_ＡＨのゲート端子に供給されるＡ相上側ゲート制御信号Ｇ１と、Ａ相下側アームスイッチＱ_ＡＬのゲート端子に供給されるＡ相下側ゲート制御信号Ｇ２とが含まれる。また、ゲート制御信号には、Ｂ相上側アームスイッチＱ_ＢＨのゲート端子に供給されるＢ相上側ゲート制御信号Ｇ３と、Ｂ相下側アームスイッチＱ_ＢＬのゲート端子に供給されるＢ相下側ゲート制御信号Ｇ４とが含まれる。さらに、ゲート制御信号には、Ｃ相上側アームスイッチＱ_ＣＨのゲート端子に供給されるＣ相上側ゲート制御信号Ｇ５と、Ｃ相下側アームスイッチＱ_ＣＬのゲート端子に供給されるＣ相下側ゲート制御信号Ｇ６とが含まれる。
なお、各ゲート制御信号には、同じ相の上側アームスイッチと下側アームスイッチとが同時にオンに切り替わることを防止するためにデッドタイムが挿入される。

既に述べたように、三相モータ２０の出力軸とモータケースとの間の電位差（軸電圧）に起因して、三相モータ２０のロータベアリングに電食が生じる場合がある。図４に示す例では、ｎ番目のＰＷＭ制御周期において、Ｂ相ＰＷＭ信号ＰＢのオフタイミングとＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのオフタイミングとが一致する。本願発明者らの研究の結果、図４に示すように三相ＰＷＭ信号のうち二相のＰＷＭ信号のスイッチングタイミングが一致した瞬間に軸電圧がスパイク状に変動することが電食の発生に影響する虞があることが判明した。
図４の例では、例えば三相モータ２０が回生状態（発電状態）にあり、Ｂ相及びＣ相の電流が正の時（インバータ回路１１から三相モータ２０へ電流が流れる時）、Ｂ相ＰＷＭ信号ＰＢとＣ相ＰＷＭ信号ＰＣとのスイッチングタイミングが重なると軸電圧の急激な変動が発生する。一方、同様の状態で、Ｂ相電流が正であり且つＣ相電流が負である場合には、Ｂ相ハイサイドのターンオフとＣ相ローサイドのターンオンとが重なった場合、あるいは、Ｂ相ハイサイドのターンオンとＣ相ローサイドのターンオフとが重なった場合、軸電圧の急激な変動が発生する。

上記の技術課題を解決するために、本実施形態におけるＭＣＵ１２のＭＣＵコア１２ａは、第１の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値のうち少なくとも二相のデューティ指令値が同じである場合に、二相のデューティ指令値のうち一相のデューティ指令値を所定のシフト量だけシフトさせる処理と、第１の更新タイミングの次の更新タイミングである第２の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値のうち一相のデューティ指令値を第１の更新タイミングにおけるシフト方向とは逆方向に所定のシフト量だけシフトさせる処理と、を含むスパイク電圧抑制処理を実行する。以下では、ＭＣＵコア１２ａによって実行されるスパイク電圧抑制処理について詳細に説明する。

図２は、ＭＣＵコア１２ａによって実行されるスパイク電圧抑制処理のメインルーチンに含まれる各処理を示すフローチャートである。図３は、スパイク電圧抑制処理のサブルーチンであるデューティシフト処理に含まれる各処理を示すフローチャートである。ＭＣＵコア１２ａは、更新タイミングよりも早いタイミングで三相デューティ指令値を算出した後、三相デューティ指令値をＰＷＭモジュール１２ｂに出力する前に、スパイク電圧抑制処理を実行する。

例えば、ＭＣＵコア１２ａは、図４に示すｎ番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ０（ｎ番目の更新タイミング）よりも早いタイミングで、ｎ番目のＰＷＭ制御周期で使用される三相デューティ指令値を算出した後にスパイク電圧抑制処理を実行する。ｎ番目の更新タイミングは、第１の更新タイミングに相当する。

図２に示すように、ＭＣＵコア１２ａは、スパイク電圧抑制処理を開始すると、まず、算出された三相デューティ指令値、すなわちｎ番目の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値が飽和状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、ＭＣＵコア１２ａは、下記の第１飽和条件及び第２飽和条件の少なくとも１つが満たされたときに、三相デューティ指令値が飽和状態にあると判定する。
（第１飽和条件）三相デューティ指令値のうち最も大きい値が「＋１」以上である。
（第２飽和条件）三相デューティ指令値のうち最も小さい値が「－１」以下である。
なお、「＋１」は１００％のデューティ比に対応する値であり、「－１」は０％のデューティ比に対応する値である。
第１飽和条件が満たされた場合、ＭＣＵコア１２ａは、最も大きい三相デューティ指令値についてはデューティシフト処理を実行しない。ただし、最も大きい値が「＋１」以上であっても、残り２つの小さい値が、例えば「－０．９」の値などで重複すれば、ＭＣＵコア１２ａは、デューティシフト処理を実行する。
一方、第２飽和条件が満たされた場合、ＭＣＵコア１２ａは、最も小さい三相デューティ指令値についてはデューティシフト処理を実行しない。ただし、最も小さい値が「－１」以下であっても、残り２つの大きい値が、例えば「＋０．９」の値などで重複すれば、ＭＣＵコア１２ａは、デューティシフト処理を実行する。

上記ステップＳ１において「Ｙｅｓ」の場合、すなわちｎ番目の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値が飽和状態にある場合、ＭＣＵコア１２ａは、サブルーチンであるデューティシフト処理に移行せずに、スパイク電圧抑制処理を終了する。一方、上記ステップＳ１において「Ｎｏ」の場合、すなわちｎ番目の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値が飽和状態にない場合、ＭＣＵコア１２ａは、サブルーチンであるデューティシフト処理に移行する（ステップＳ２）。

図４に示す例では、ｎ番目の更新タイミング（時刻ｔ０）で更新される三相デューティ指令値として、Ａ相デューティ指令値ＤＡ１、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１、及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１が算出される。Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１とＣ相デューティ指令値ＤＣ１とは同じ値である。Ａ相デューティ指令値ＤＡ１は、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１よりも高い値である。この場合、第１飽和条件及び第２飽和条件の両方とも満たされないため、ＭＣＵコア１２ａは、図３に示すデューティシフト処理に移行する。

図３に示すように、ＭＣＵコア１２ａは、デューティシフト処理を開始すると、まず、ｎ番目の更新タイミング（時刻ｔ０）で更新される三相デューティ指令値を昇順で並び替える（ステップＳ１１）。図４に示す例では、Ａ相デューティ指令値ＤＡ１は、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１よりも高い値であるので、ＤＡ１（１番）、ＤＢ１（２番）、ＤＣ１（３番）の順で並び替えられる。なお、三相デューティ指令値の基本順序は、Ａ相デューティ指令値ＤＡ（１番）、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ（２番）、Ｃ相デューティ指令値ＤＣ（３番）の順序に設定されている。ＭＣＵコア１２ａは、三相デューティ指令値に少なくとも２つ以上同じ値が存在する場合には、基本順序に従って三相デューティ指令値の並び替えを行う。

続いて、ＭＣＵコア１２ａは、昇順で並び替えられた三相デューティ指令値のうち、１番目のデューティ指令値と２番目のデューティ指令値とが同じであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。図４に示す例では、ＭＣＵコア１２ａは、ステップＳ１２において、１番目のＡ相デューティ指令値ＤＡ１と、２番目のＢ相デューティ指令値ＤＢ１とが同じであるか否かを判定する。

上記ステップＳ１２において「Ｙｅｓ」の場合、すなわち１番目のデューティ指令値と２番目のデューティ指令値とが同じである場合、ＭＣＵコア１２ａは、１番目のデューティ指令値を低い方向に所定のシフト量だけシフトさせる（ステップＳ１３）。所定のシフト量は、事前に実験或いはシミュレーションなどによって決定され、予めＭＣＵ１２内のメモリ等に記憶される。すなわち、ＭＣＵコア１２ａは、ステップＳ１３において、メモリからシフト量を読み出し、１番目のデューティ指令値を低い方向にシフト量だけシフトさせる。

一方、上記ステップＳ１２において「Ｎｏ」の場合、すなわち１番目のデューティ指令値と２番目のデューティ指令値とが異なる場合、ＭＣＵコア１２ａは、昇順で並び替えられた三相デューティ指令値のうち、２番目のデューティ指令値と３番目のデューティ指令値とが同じであるか否かを判定する（ステップＳ１６）。図４に示す例では、１番目のＡ相デューティ指令値ＤＡ１と、２番目のＢ相デューティ指令値ＤＢ１とが異なるので、ＭＣＵコア１２ａは、ステップＳ１２からステップＳ１６の処理へ移行する。

上記ステップＳ１６において「Ｙｅｓ」の場合、すなわち２番目のデューティ指令値と３番目のデューティ指令値とが同じである場合、ＭＣＵコア１２ａは、３番目のデューティ指令値を高い方向に所定のシフト量だけシフトさせる（ステップＳ１７）。図４に示す例では、２番目のＢ相デューティ指令値ＤＢ１と、３番目のＣ相デューティ指令値ＤＣ１とが同じであるので、ＭＣＵコア１２ａは、ステップＳ１６からステップＳ１７へ移行し、３番目のＣ相デューティ指令値ＤＣ１を高い方向に所定のシフト量だけシフトさせる。以下では、シフト後のＣ相デューティ指令値ＤＣを「ＤＣ２」と呼称する。すなわち、３番目のＣ相デューティ指令値ＤＣ１を高い方向に所定のシフト量だけシフトさせることにより、Ｃ相デューティ指令値ＤＣはＤＣ１よりもシフト量だけ高い値であるＤＣ２に調整される。

続いて、ＭＣＵコア１２ａは、シフト後の３番目のデューティ指令値が飽和状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１８）。ＭＣＵコア１２ａは、シフト後の３番目のデューティ指令値が「＋１」以上である場合に、シフト後の３番目のデューティ指令値が飽和状態にあると判定する。

上記ステップＳ１８において「Ｎｏ」の場合、すなわちシフト後の３番目のデューティ指令値が飽和状態にない場合、ＭＣＵコア１２ａは、三相デューティ指令値の全てが同じか否かを判定する（ステップＳ２０）。上記の例では、シフト後の３番目のＣ相デューティ指令値ＤＣ２は「＋１」に達していないので、ＭＣＵコア１２ａは、ステップＳ１８からステップＳ２０へ移行し、三相デューティ指令値の全てが同じか否かを判定する。

上記ステップＳ２０において「Ｎｏ」の場合、すなわち三相デューティ指令値の全てが同じではない場合、ＭＣＵコア１２ａは、三相デューティ指令値の全てをＰＷＭモジュール１２ｂに出力した後、次の更新タイミング（第２の更新タイミング）で減算処理を行う（ステップＳ２２）。上記の例では、ＭＣＵコア１２ａは、ステップＳ２０の時点で、Ａ相デューティ指令値ＤＡ１、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１、及びＣ相デューティ指令値ＤＣ２を三相デューティ指令値として保持している。この場合、三相デューティ指令値の全てが同じではないので、ＭＣＵコア１２ａは、Ａ相デューティ指令値ＤＡ１、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１、及びＣ相デューティ指令値ＤＣ２をＰＷＭモジュール１２ｂに出力する。

この場合、図５に示すように、ＰＷＭモジュール１２ｂの内部では、ｎ番目の更新タイミング（時刻ｔ０）で、Ａ相デューティ指令値ＤＡは「ＤＡ１」に更新され、Ｂ相デューティ指令値ＤＢは「ＤＢ１」に更新され、Ｃ相デューティ指令値ＤＣは「ＤＣ２」に更新される。図４と図５とを比較してわかるように、ＭＣＵコア１２ａによって上記のデューティシフト処理が実行されることにより、ｎ番目の更新タイミング（時刻ｔ０）において、Ｃ相デューティ指令値ＤＣは、最初に算出された「ＤＣ１」よりもシフト量だけ高い値である「ＤＣ２」に更新される。

図５に示す例では、ｎ番目のＰＷＭ制御周期において、ＰＷＭタイマのカウントアップ中にＰＷＭタイマのカウント値が、時刻ｔ１にＢ相デューティ指令値ＤＢ１と一致し、時刻ｔ１’にＣ相デューティ指令値ＤＣ２と一致し、時刻ｔ２にＡ相デューティ指令値ＤＡ１と一致する。時刻ｔ１’は、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時刻である。一方、ＰＷＭタイマのカウントダウン中にＰＷＭタイマのカウント値が、時刻ｔ４にＡ相デューティ指令値ＤＡ１と一致し、時刻ｔ４’にＣ相デューティ指令値ＤＣ２と一致し、時刻ｔ５にＢ相デューティ指令値ＤＢ１と一致する。時刻ｔ４’は、時刻ｔ４と時刻ｔ５との間の時刻である。

従って、図５に示す例では、ｎ番目のＰＷＭ制御周期において、時刻ｔ１にＢ相ＰＷＭ信号ＰＢのレベルがローレベルにセットされ、時刻ｔ１’にＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのレベルがローレベルにセットされ、時刻ｔ２にＡ相ＰＷＭ信号ＰＡのレベルがローレベルにセットされる。また、ｎ番目のＰＷＭ制御周期において、時刻ｔ４にＡ相ＰＷＭ信号ＰＡのレベルがハイレベルにセットされ、時刻ｔ４’にＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのレベルがハイレベルにセットされ、時刻ｔ５にＢ相ＰＷＭ信号ＰＢのレベルがハイレベルにセットされる。

図４と図５とを比較してわかるように、ＭＣＵコア１２ａによって上記のデューティシフト処理が実行されることにより、ｎ番目のＰＷＭ制御周期において、Ｂ相ＰＷＭ信号ＰＢのオフタイミングとＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのオフタイミングが一致することが回避される。このように、ｎ番目の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値のうち少なくとも二相のデューティ指令値が同じである場合に、二相のデューティ指令値のうち一相のデューティ指令値を所定のシフト量だけシフトさせることにより、軸電圧がスパイク状に変動することを抑制することができる。

しかしながら、ＭＣＵコア１２ａによって上記のデューティシフト処理が実行されることにより、ｎ番目のＰＷＭ制御周期において生成されるＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのデューティ比は、本来必要であったデューティ比、すなわち最初に算出されたＣ相デューティ指令値ＤＣ１に対応するデューティ比から所定のシフト量だけ増加した値となる。この状態では、インバータ回路１１から三相モータ２０に供給される駆動電流を本来必要であった電流に制御できない。

そこで、本実施形態において、ＭＣＵコア１２ａは、第１の更新タイミングの次の更新タイミングである第２の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値のうち一相のデューティ指令値を第１の更新タイミングにおけるシフト方向とは逆方向に所定のシフト量だけシフトさせる減算処理を実行する。

図６に示すように、ＭＣＵコア１２ａは、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期の開始時刻ｔ６（ｎ＋１番目の更新タイミング）よりも早いタイミングで、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期で使用される三相デューティ指令値を算出する。ｎ＋１番目の更新タイミングは、第２の更新タイミングに相当する。

図６に示す例では、ｎ＋１番目の更新タイミング（時刻ｔ６）で更新される三相デューティ指令値として、Ａ相デューティ指令値ＤＡ１、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１、及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１が算出されると仮定する。Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１とＣ相デューティ指令値ＤＣ１とは同じ値である。Ａ相デューティ指令値ＤＡ１は、Ｂ相デューティ指令値ＤＢ１及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１よりも高い値である。

なお、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期で使用される三相デューティ指令値が算出された時点では、まだ、ｎ＋１番目の更新タイミングで三相デューティ指令値が更新されていないので、本来であれば、ｎ＋１番目の更新タイミング以降の三相ＰＷＭ信号は未確定状態にあるはずである。しかしながら、減算処理の理解を容易にするために、図６では、ｎ＋１番目の更新タイミング（時刻ｔ６）で三相デューティ指令値がＤＡ１、ＤＢ１、ＤＣ１に更新されたと仮定して、三相ＰＷＭ信号の波形を描画している。

図６に示す例では、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期において、ＰＷＭタイマのカウントアップ中にＰＷＭタイマのカウント値が、時刻ｔ７にＢ相デューティ指令値ＤＢ１及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１と一致し、時刻ｔ８にＢ相デューティ指令値ＤＢ１と一致し、時刻ｔ８にＡ相デューティ指令値ＤＡ１と一致する。一方、ＰＷＭタイマのカウントダウン中にＰＷＭタイマのカウント値が、時刻ｔ１０にＡ相デューティ指令値ＤＡ１と一致し、時刻ｔ１１にＢ相デューティ指令値ＤＢ１及びＣ相デューティ指令値ＤＣ１と一致する。

従って、図６に示す例では、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期において、時刻ｔ７にＢ相ＰＷＭ信号ＰＢ及びＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのレベルがローレベルにセットされ、時刻ｔ８にＡ相ＰＷＭ信号ＰＡのレベルがローレベルにセットされる。また、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期において、時刻ｔ１０にＡ相ＰＷＭ信号ＰＡのレベルがハイレベルにセットされ、時刻ｔ１１にＢ相ＰＷＭ信号ＰＢ及びＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのレベルがハイレベルにセットされる。

図６に示す例において、ＭＣＵコア１２ａは、ｎ＋１番目の更新タイミングの前に算出されたＣ相デューティ指令値ＤＣ１をｎ番目の更新タイミング（ｔ０）におけるシフト方向とは逆方向に所定のシフト量だけシフトさせる。すなわち、ＭＣＵコア１２ａは、Ｃ相デューティ指令値ＤＣ１を低い方向に所定のシフト量だけシフトさせる。以下では、シフト後のＣ相デューティ指令値ＤＣを「ＤＣ３」と呼称する。すなわち、Ｃ相デューティ指令値ＤＣ１を低い方向に所定のシフト量だけシフトさせることにより、Ｃ相デューティ指令値ＤＣはＤＣ１よりも所定のシフト量だけ低い値であるＤＣ３に調整される。

この場合、図７に示すように、ＰＷＭモジュール１２ｂの内部では、ｎ＋１番目の更新タイミング（時刻ｔ６）で、Ａ相デューティ指令値ＤＡは「ＤＡ１」に更新され、Ｂ相デューティ指令値ＤＢは「ＤＢ１」に更新され、Ｃ相デューティ指令値ＤＣは「ＤＣ３」に更新される。図６と図７とを比較してわかるように、ＭＣＵコア１２ａによって上記の減算処理が実行されることにより、ｎ＋１番目の更新タイミング（時刻ｔ６）において、Ｃ相デューティ指令値ＤＣは、最初に算出された「ＤＣ１」よりも所定のシフト量だけ低い値である「ＤＣ３」に更新される。

図７に示す例では、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期において、ＰＷＭタイマのカウントアップ中にＰＷＭタイマのカウント値が、時刻ｔ６’にＣ相デューティ指令値ＤＣ３と一致し、時刻ｔ７にＢ相デューティ指令値ＤＢ１と一致し、時刻ｔ８にＡ相デューティ指令値ＤＡ１と一致する。時刻ｔ６’は、時刻ｔ６と時刻ｔ７との間の時刻である。一方、ＰＷＭタイマのカウントダウン中にＰＷＭタイマのカウント値が、時刻ｔ１０にＡ相デューティ指令値ＤＡ１と一致し、時刻ｔ１１にＢ相デューティ指令値ＤＢ１と一致し、時刻ｔ１１’にＣ相デューティ指令値ＤＣ３と一致する。時刻ｔ１１’は、時刻ｔ１１と時刻ｔ１２との間の時刻である。

従って、図７に示す例では、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期において、時刻ｔ６’にＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのレベルがローレベルにセットされ、時刻ｔ７にＢ相ＰＷＭ信号ＰＢのレベルがローレベルにセットされ、時刻ｔ８にＡ相ＰＷＭ信号ＰＡのレベルがローレベルにセットされる。また、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期において、時刻ｔ１０にＡ相ＰＷＭ信号ＰＡのレベルがハイレベルにセットされ、時刻ｔ１１にＢ相ＰＷＭ信号ＰＢのレベルがハイレベルにセットされ、時刻ｔ１１’にＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのレベルがハイレベルにセットされる。

図６と図７とを比較してわかるように、ＭＣＵコア１２ａによって上記の減算処理が実行されることにより、ｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期において生成されるＣ相ＰＷＭ信号ＰＣのデューティ比は、本来必要であったデューティ比、すなわち最初に算出されたＣ相デューティ指令値ＤＣ１に対応するデューティ比から所定のシフト量だけ減少した値となる。従って、上記の減算処理が実行されることにより、ｎ番目のＰＷＭ制御周期とｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期とを含む制御期間をトータルで見ると、Ｃ相ＰＷＭ信号ＰＣのデューティ比は、本来必要であったデューティ比に制御される。その結果、ｎ番目のＰＷＭ制御周期とｎ＋１番目のＰＷＭ制御周期とを含む制御期間をトータルで見ると、インバータ回路１１から三相モータ２０に供給される駆動電流を本来必要であった電流に制御できる。

以上説明したように、本実施形態におけるモータ制御装置１０は、所定の更新周期で更新される三相デューティ指令値に基づいて三相ＰＷＭ信号を生成し、生成された三相ＰＷＭ信号に基づいてインバータ回路１１を制御するＭＣＵ１２を備える。ＭＣＵ１２は、第１の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値のうち少なくとも二相のデューティ指令値が同じである場合に、二相のデューティ指令値のうち一相のデューティ指令値を所定のシフト量だけシフトさせる。
このような本実施形態によれば、第１の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値に基づいて生成された三相ＰＷＭ信号のうち少なくとも二相のＰＷＭ信号のスイッチングタイミングが一致することが回避されるため、三相モータ２０の軸電圧がスパイク状に変動することを抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、軸電圧がスパイク状に変動することに起因するノイズを低減することが可能である。その結果、本実施形態によれば、三相モータ２０のロータベアリングに電食が生じることを抑制できる。
また、本実施形態におけるＭＣＵ１２は、第１の更新タイミングの次の更新タイミングである第２の更新タイミングで更新される三相デューティ指令値のうち前記一相のデューティ指令値を第１の更新タイミングにおけるシフト方向とは逆方向に所定のシフト量だけシフトさせる。
これにより、ＰＷＭ制御期間をトータルで見ると、三相ＰＷＭ信号のデューティ比は、本来必要であったデューティ比に制御される。その結果、ＰＷＭ制御期間をトータルで見ると、インバータ回路１１から三相モータ２０に供給される駆動電流を本来必要であった電流に制御できる。

本発明は上記実施形態に限定されず、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

１０…モータ制御装置、１１…インバータ回路、１２…ＭＣＵ（制御部）、１２ａ…ＭＣＵコア、１２ｂ…ＰＷＭモジュール、２０…三相モータ、３０…直流電源

Claims (4)

1. 三相モータを制御するモータ制御装置であって、
   直流電源電圧を三相交流電圧に変換して前記三相モータに供給するインバータ回路と、
   所定の更新周期で更新される三相デューティ指令値に基づいて三相ＰＷＭ信号を生成し、前記三相ＰＷＭ信号に基づいて前記インバータ回路を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   第１の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値のうち少なくとも二相のデューティ指令値が同じである場合に、前記二相のデューティ指令値のうち一相のデューティ指令値を所定のシフト量だけシフトさせることと、
   前記第１の更新タイミングの次の更新タイミングである第２の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値のうち前記一相のデューティ指令値を前記第１の更新タイミングにおけるシフト方向とは逆方向に前記シフト量だけシフトさせることと、
   を含むシフト処理を実行可能であり、
   前記更新周期は、ＰＷＭ制御周期と一致し、
   前記シフト処理は、
   前記第１の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値を昇順で並び替えることと、
   昇順で並び替えられた前記第１の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値のうち、１番目のデューティ指令値と２番目のデューティ指令値とが同じである場合において、前記１番目のデューティ指令値を低い方向に前記シフト量だけシフトさせ、前記シフトさせた前記１番目のデューティ指令値が飽和状態とならない場合に前記第１の更新タイミングで更新される前記１番目のデューティ指令値を低い方向に前記シフト量だけシフトさせられたままの値とし、前記シフトさせた前記１番目のデューティ指令値が飽和状態となる場合に前記第１の更新タイミングで更新される前記１番目のデューティ指令値を低い方向に前記シフト量だけシフトさせられる前の値に戻し、かつ、前記２番目のデューティ指令値を高い方向に前記シフト量だけシフトさせることと、
   昇順で並び替えられた前記三相デューティ指令値のうち、前記２番目のデューティ指令値と３番目のデューティ指令値とが同じである場合において、前記３番目のデューティ指令値を高い方向に前記シフト量だけシフトさせ、前記シフトさせた前記３番目のデューティ指令値が飽和状態とならない場合に前記第１の更新タイミングで更新される前記３番目のデューティ指令値を高い方向に前記シフト量だけシフトさせられたままの値とし、前記シフトさせた前記３番目のデューティ指令値が飽和状態となる場合に前記第１の更新タイミングで更新される前記３番目のデューティ指令値を高い方向に前記シフト量だけシフトさせられる前の値に戻し、かつ、前記２番目のデューティ指令値を低い方向に前記シフト量だけシフトさせることと、
   を含む、
   モータ制御装置。
2. 前記シフト処理は、
   昇順で並び替えられた前記三相デューティ指令値の全てが同じである場合に、前記１番目のデューティ指令値を低い方向に前記シフト量だけシフトさせるとともに、前記３番目のデューティ指令値を高い方向に前記シフト量だけシフトさせ、
   前記第２の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値のうち前記１番目のデューティ指令値を高い方向に前記シフト量だけシフトさせるとともに、前記３番目のデューティ指令値を低い方向に前記シフト量だけシフトさせることを含む、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御部は、前記第１の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値が飽和状態にある場合、前記第１の更新タイミングで更新される前記三相デューティ指令値の前記シフト処理を実行しない、
   請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記三相モータは、
   ロータと、
   前記ロータの軸受け部品であるロータベアリングと、
   を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。