JP6646028B2 - 電流検出器を有するモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流検出器を有するモータ駆動装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは産業用ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、駆動軸ごとに設けられたモータに対し、モータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を指令し制御する。このようなモータ駆動装置では、電流検出器及びＡＤ（アナログディジタル）コンバータを有する電流検出回路により、モータの巻線に流れる電流を精度よく検出することが重要である。電流検出器により検出されたモータの巻線の電流は、ＡＤコンバータによってディジタルデータに変換され、モータ駆動制御に用いられる。このような電流検出器の電流検出方式としては、シャント抵抗を用いたものやホール素子を用いたものなどがある。また、電流検出器で検出された電流をディジタルデータに変換するＡＤコンバータの変換方式としては、逐次比較型やΔΣ変調型などがある。

例えば、所定のサンプリングタイミングで検出して得た最新の測定値からＮ（≧１）回前の測定値までの平均値を取得することにより検出時に混入するノイズの影響を抑制するノイズ抑制方法において、現在の平均値を基にして下限値および上限値を設定し、最新の検出値が前記下限値と上限値の範囲内にあるか否かを判定し、範囲内であれば当該最新の検出値を最新の測定値として採用し、否ならば当該最新の検出値を破棄して検出をやり直すことを特徴とするノイズ抑制方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、多相交流モータの各相に対応する１対のスイッチング素子の直列体が並列に設けられ、各直列体におけるスイッチング素子同士の接続点から前記モータを駆動するための各相電圧がそれぞれ取り出されるインバータ回路と、前記直列体のそれぞれに対して直列に接続される電流検出抵抗と、前記モータに流れる電流を各相毎に検出する電流検出手段と、前記電流検出手段に具備され、電流検出手段で検出された電流検出信号をディジタル信号に変換して電流値検出処理を行うＡ/Ｄ変換手段と 前記モータの各相に印加すべき電圧の電圧指令値、またはデューティ比設定値に基づいて前記インバータ回路の各スイッチング素子をＰＷＭ制御するための駆動信号を出力する制御部と、前記電流検出手段のそれぞれが検出した電流検出信号を選択し、前記Ａ／Ｄ変換手段による電流値検出処理のタイミングを制御する電流検出相選択手段を備え、前記電流検出相選択手段は、前記ＰＷＭ制御の搬送波であるＰＷＭパルスの一周期内における前記Ａ／Ｄ変換手段による電流値検出処理のタイミングを、前記電圧指令値またはデューティ比設定値に基づいて決定することを特徴とする電力変換装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を所定のＰＷＭ信号パターンに従いオンオフ制御することで、直流を３相交流に変換するインバータ回路を介してモータを駆動するモータ制御装置において、前記インバータ回路の直流側に接続され、電流値に対応する信号を発生する電流検出素子と、前記モータの相電流に基づいてロータ位置を決定するロータ位置決定手段と、前記ロータ位置に追従するように３相のＰＷＭ信号パターンを生成するＰＷＭ信号生成手段と、前記電流検出素子に発生した信号と前記ＰＷＭ信号パターンとに基づいて、前記モータの相電流を検出する電流検出手段とを備え、前記ＰＷＭ信号生成手段は、前記３相のＰＷＭ信号パターンのうち第１相については、前記搬送波周期の任意の位相を基準として遅れ側，進み側の双方向にデューティを増減させ、第２相については、前記搬送波周期の任意の位相を基準として遅れ側，進み側の一方向にデューティを増減させ、第３相については、前記搬送波周期の任意の位相を基準として前記方向とは逆方向にデューティを増減させ、前記電流検出手段が、前記ＰＷＭ信号の搬送波周期内において固定されたタイミングで２相の電流を検出し、前記固定されたタイミングでは２相の電流を検出できなくなると、少なくとも１相については、前記インバータ回路に対する出力電圧の大きさに応じた可変のタイミングで電流を検出可能となるように検出タイミングを調整するタイミング調整手段を有することを特徴とするモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

例えば、回転電機に流れる実電流を検出し、前記回転電機の目標電流に前記実電流が近づくように電流フィードバック制御を行って前記回転電機を制御する回転電機制御装置であって、交流周波数成分を含む前記実電流をサンプリングして検出電流を取得するサンプリング周期を設定するサンプリング周期設定部と、前記サンプリング周期に応じて前記実電流をサンプリングして検出電流を取得する電流サンプリング部と、所定の周波数領域の周波数成分の入力に応答するように応答領域が設定され、前記検出電流と前記目標電流とに基づいて前記電流フィードバック制御を行う電流制御部と、を備え、前記サンプリング周期設定部は、エイリアシングに起因して検出される前記検出電流の複数のエイリアシング周波数の少なくとも１つが、前記電流制御部の前記応答領域外となるように、前記回転電機の回転速度に応じて前記サンプリング周期を設定する回転電機制御装置が知られている（例えば、特許文献４参照。）。

例えば、三角波パルス幅変調を用いた多相インバータの出力電流を検出する電流検出装置であって、あらかじめ設定した一定期間中の複数の特定のタイミング毎に電流を検出する電流検出手段と、前記一定期間中の複数の特定のタイミング毎の電流検出値を加算する加算手段とを備え、前記電流検出手段は、前記一定期間中の複数の特定のタイミングとして、前記三角波ＰＷＭの搬送波の上り側と下り側との両方でそれぞれ少なくとも１回ずつ電流検出を行うことを特徴とする電流検出装置が知られている（例えば、特許文献５参照。）。

例えば、モータ電流を検出する電流検出器を用い、ＰＷＭ制御による電流フィードバック制御を有するモータ駆動装置において、三角波のキャリア信号を出力するキャリア信号発生器と、一定区間の平均電流値を検出するモータ電流検出器と、前記キャリア信号を基準にして電流検出トリガを出力する電流検出タイミング発生器と、前記モータ電流検出器で検出した平均電流値を電流指令値に追随させるように電流制御を行い、前記キャリア信号の山谷で電圧指令値を更新する電流制御器と、前記キャリア信号と前記電圧指令値を入力し、ＰＷＭ信号をインバータ部に出力するＰＷＭ制御器を備え、前記キャリア信号の山谷の周期と前記平均電流値を検出する一定区間の時間を一致させることを特徴としたモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献６参照。）。

特開平０７−２９８６７４号公報 国際公開第１３／０８４２８９号 特開２０１５−１７１２１５号公報 特開２０１３−０６２９８５号公報 特開２０１２−１１００７４号公報 特開２０１０−２５２５９５号公報

モータ駆動装置に設置される電流検出回路を構成する部品の技術の進歩により、電流検出器により電流を検出しＡＤコンバータによりディジタルデータを出力する電流検出回路の応答性（応答速度）は向上しており、電流検出からディジタルデータ出力までに要する応答時間はますます短くなってきている。モータ駆動装置の新規の設計、保守、あるいはレトロフィットに際しては、モータの加減速時間、送りの滑らかさ、あるいはモータ出力などのようなモータの制御性の向上を図ることを目的として、最新の電流検出回路を用いることで電流検出の応答性を改善することが行われている。

モータ駆動装置に複数設置される電流検出回路間や交換前後の電流検出回路間において、電流検出からディジタルデータ出力までの応答性（応答速度）に差があると、同じ電流の大きさであったとしても電流検出回路から出力されるディジタルデータ化された電流検出値は異なったものとなる。電流検出回路の応答性（応答速度）の差は、電流検出器がシャント抵抗を用いたものであるかホール素子を用いたものであるかといった電流検出方式の相違や、電流検出器が古い機種であるか新しい機種であるかといった性能の相違や、電流検出器を構成する部品の個体差（部品由来のばらつき）などに起因して生じる。例えば、シャント抵抗を用いた電流検出器のほうがホール素子を用いた電流検出器よりも応答時間が短い（応答速度が速い）。また、同一の検出方式の電流検出器間においても、古い機種よりも新しい機種の方が応答時間が短い（応答速度が速い）。このような電流検出回路ごとにばらつきのあるディジタルデータ化された電流検出値を、モータ駆動装置における電流制御に用いると、モータの制御性に悪影響を与える問題がある。

また、モータ駆動装置に用いられる電流検出回路の交換にあたっては、交換前後において応答時間（応答速度）の互換性が重視される場合も多い。例えば、モータ駆動装置内の各種回路（例えば電流制御部や電力変換回路など）は従前のままとし電流検出器回路のみを交換する場合においては、応答時間が短い（応答速度が速い）最新の電流検出器を有する電流検出回路よりは、応答時間が長い（応答速度が遅い）従前の電流検出器を有する電流検出回路の方が、モータの制御性維持の観点では好ましい。しかしながら、従前の電流検出器または電流検出回路が製造終了となり、既に入手不可能であることもある。また、最新の電流検出器を有する電流検出回路のほうが従前の電流検出器を有する電流検出回路よりも、コスト、大きさ、耐熱性、あるいは耐湿性などの点で優れていることがあり、このような場合に、モータの制御性の維持を重視して従前の電流検出回路を使用することは総合的にみて効率的とはいえない。

したがって、電流検出器及びＡＤコンバータを有する電流検出回路の応答性の相違に依存せずにモータの制御性を維持することができるモータ駆動装置の実現が望まれている。

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、モータに駆動電流を供給する電力変換部と、電力変換部から前記モータへ流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器が検出した電流をディジタルデータに変換して出力するＡＤコンバータと、ＡＤコンバータが出力したディジタルデータを用いて、電力変換部からモータへ供給される駆動電流を制御するモータ制御部と、電流検出器が電流を検出してからＡＤコンバータが当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間に応じて、電流検出器により検出された電流に対して実行されるＡＤコンバータのサンプリング動作を調整するサンプリング調整部と、を備える。

本開示の一態様によれば、電流検出器及びＡＤコンバータを有する電流検出回路の応答性の相違に依存せずにモータの制御性を維持することができるモータ駆動装置を実現することができる。

一実施形態によるモータ駆動装置を示すブロック図である。 ＡＤコンバータが逐次比較型である場合における電力変換部からモータに流れる実電流と電流検出器による検出電流との関係を説明する図であって、（Ａ）は、電流検出器による検出電流の波形を例示する図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した検出電流の波形のうち点線で囲まれた部分を拡大した図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に示した検出電流の波形のうち点線で囲まれた部分を拡大して実電流との関係を模式的に示した図である。 応答時間が長い電流検出器を応答時間が短い電流検出器の特性に合わせる場合における第１形態によるサンプリング調整部によるサンプリング動作の調整を説明する図である。 応答時間が短い電流検出器を応答時間が長い電流検出器の特性に合わせる場合における第１形態によるサンプリング調整部によるサンプリング動作の調整を説明する図である。 ＡＤコンバータがΔΣ変調型である場合における電力変換部からモータに流れる実電流と電流検出器による検出電流との関係を模式的に示した図である。 応答時間が長い電流検出器を応答時間が短い電流検出器の特性に合わせる場合における第２形態によるサンプリング調整部によるサンプリング動作の調整を説明する図である。 応答時間が短い電流検出器を応答時間が長い電流検出器の特性に合わせる場合における第２形態によるサンプリング調整部によるサンプリング動作の調整を説明する図である。 モータのインダクタンスと電流検出器により検出された電流のリプルとの関係を例示する図であって、（Ａ）はモータのインダクタンスが小さい場合を例示し、（Ｂ）はモータのインダクタンスが大きい場合を例示する。

以下図面を参照して、電流検出器を有するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施するための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。

図１は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置を示すブロック図である。ここでは、一例として、モータ駆動装置１によりモータ２を駆動する場合について説明する。ここで、モータ２が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。なお、モータ２の種類は本実施形態を特に限定するものではなく、直流モータであっても交流モータであってもよい。また、モータ２の個数についても本実施形態を特に限定するものではない。図１では、説明を簡明にするために、電流検出器１２及びＡＤコンバータ１３からなる組を１組としたが、モータ２の種類や制御方法などに応じて複数組設けられてもよい。例えば、モータ２が三相交流モータである場合は、三相のうちの二相または三相全てに電流検出器１２及びＡＤコンバータ１３の組が設けられる。例えば、モータ２が単相交流モータである場合は、各相に電流検出器１２及びＡＤコンバータ１３が設けられる。例えば、モータ２が直流モータである場合は、例えば正極側の電源線上に電流検出器１２及びＡＤコンバータ１３が設けられる。

モータ２を駆動する一実施形態によるモータ駆動装置１は、電力変換部１１と、電流検出器１２と、ＡＤコンバータ１３と、モータ制御部１４と、サンプリング調整部１５とを備える。電流検出器１２とＡＤコンバータ１３とで電流検出回路２０が構成される。

電力変換部１１は、モータ制御部１４からの指令に基づき制御され、モータ２に駆動電流を供給する。モータ２が交流モータである場合は、電力変換部１１は、例えば交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する整流器とこの直流電力を交流電力に変換して交流の駆動電力をモータ２に供給するインバータとで構成される。あるいは例えば、電力変換部１１は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して交流の駆動電力をモータ２に供給するインバータとして構成される。また、モータ２が直流モータである場合は、例えば、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流の駆動電流をモータ２に供給する整流器や、バッテリから印加される直流電圧を適切な直流電圧に変換して直流の駆動電流をモータ２に供給するＤＣＤＣコンバータとして構成される。なお、ここで定義した電力変換部１１の構成はあくまでも一例であって、例えば、電源やバッテリなどの用語を含めて電力変換部１１の構成を定義してもよい。

電流検出器１２は、電力変換部１１からモータ２へ流れる電流を検出する。電流検出器１２の電流検出方式としては、例えばシャント抵抗を用いたものやホール素子を用いたものなどがある。電流検出器１２によって検出された電流に関するアナログ信号は、ＡＤコンバータ１３に入力される。

ＡＤコンバータ１３は、電流検出器１２が検出した電流に関するアナログ信号をディジタルデータに変換して出力する。ＡＤコンバータ１３では、電流検出器１２によって検出された電流に関する連続的なアナログ信号の振幅値を離散的な周期（サンプリング周期）で切り出すサンプリング処理、離散的な周期で切り出された振幅値を離散的な振幅値に近似する量子化処理、及び、離散的な振幅値を「０」と「１」の２値で表す符号に変換する符号化処理が行われる。ＡＤコンバータ１３のアナログディジタル変換方式としては、例えば逐次比較型及びΔΣ変調型がある。ＡＤコンバータ１３から出力された電流に関するディジタルデータは、モータ制御部１４に入力される。

モータ制御部１４は、ＡＤコンバータ１３が出力したディジタルデータを用いて、電力変換部１１からモータ２へ供給される駆動電流を制御する。より詳しくは次の通りである。すなわち、モータ制御部１４は、モータ２の動作プログラムに従い、速度検出器（図示せず）によって検出されたモータ２の速度（速度フィードバック）とモータ２に対する所定の速度指令とに基づいて電流指令を作成する。モータ制御部１４内の電流制御部２１は、ＡＤコンバータ１３から入力されたモータ２へ流れる電流に関するディジタルデータ（電流フィードバック）と電流指令とに基づいて、モータ２の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するための指令を生成する。電力変換部１１は、モータ制御部１４からの指令に基づき制御され、モータ２に駆動電流を供給する。これにより、モータ２は、電力変換部１１から供給される駆動電流に基づいて、速度、トルク、もしくは回転子の位置が制御されることになる。なお、ここで定義したモータ制御部１４の構成はあくまでも一例であって、例えば、位置指令作成部、速度指令部、トルク指令作成部、及びスイッチング指令作成部などの用語を含めてモータ制御部１４の構成を規定してもよい。

サンプリング調整部１５は、電流検出器１２が電流を検出してからＡＤコンバータ１３が当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間（応答性）に応じて、電流検出器１２により検出された電流に対して実行されるＡＤコンバータ１３のサンプリング動作を調整する。電流検出器１２が電流を検出してからＡＤコンバータ１３が当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間は、電流検出器１２及びＡＤコンバータ１３からなる電流検出回路２０のうちの電流検出器１２の応答性を表すものであり、電流検出器１２は、応答時間が短いほど応答性が良いといえる。なお、ＡＤコンバータ１３の前段にはフィルタ部（図示せず）等が設けられるので、「電流検出器１２の応答時間（応答性）」は、より詳しくいえば「電流検出器１２の応答時間（応答性）と電流検出器１２の後段のフィルタ部等の応答時間（応答性）とを合わせた応答時間（応答性）」として規定されるものである。本明細書では、説明を簡明なものとするために、「電流検出器１２及びこれに続くフィルタ部等の応答時間（応答性）」を単に「電流検出器１２の応答時間（応答性）」と称する。電流検出器１２の応答性は、応答時間に代えて応答速度で表すことができる。電流検出器１２の応答速度は、電流検出器１２が検出した電流がＡＤコンバータ１３によってディジタルデータに符号化されて出力されるまでの、電流検出器１２の処理速度として規定される。この規定に従えば、電流検出器１２は、応答速度が速いほど応答性が良いといえる。なお、サンプリング調整部１５の動作の詳細については後述する。

上述したモータ制御部１４及びサンプリング調整部１５は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、この場合、モータ駆動装置１内の演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させて各部の機能が実現される。またあるいは、サンプリング調整部１５の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路を、例えば既存のモータ駆動装置に取り付けることによって、サンプリング調整部１５の機能を実現してもよい。

続いて、サンプリング調整部１５の動作について、ＡＤコンバータ１３が逐次比較型ＡＤコンバータである場合（第１形態）とΔΣ変調型ＡＤコンバータである場合（第２形態）に分けてより詳細に説明する。

図２は、ＡＤコンバータが逐次比較型である場合における電力変換部からモータに流れる実電流と電流検出器による検出電流との関係を説明する図であって、（Ａ）は、電流検出器による検出電流の波形を例示する図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した検出電流の波形のうち点線で囲まれた部分を拡大した図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に示した検出電流の波形のうち点線で囲まれた部分を拡大して実電流との関係を模式的に示した図である。

電流検出器１２の応答性（検出速度）の違いにより、同一の実電流に対して電流検出器１２から出力される検出電流に相違が生じる。電流検出器１２は、例えばシャント抵抗を用いたものの方がホール素子を用いたものよりも応答時間が短い（応答速度が速い）。図２（Ｃ）に示すように、同一の実電流の波形に対し、応答時間が長い電流検出器１２の波形（図中、一点破線で示す。）は、応答時間が短い電流検出器１２の波形（図中、破線で示す。）に比べ、時間的に遅れたものになる。このように電流検出器１２の応答性（検出速度）に違いがあると、電流検出器１２の後段に設けられる逐次比較型のＡＤコンバータ１３は、同一のタイミング（時刻ｔ₀）でサンプリング動作を実行して、ＡＤコンバータ１３から出力されるディジタルデータの電流値は、電流検出器１２の応答性（検出速度）の違いに応じて異なったものとなる。そこで、ＡＤコンバータ１３が逐次比較型ＡＤコンバータである場合に対応する第１形態によるサンプリング調整部１５では、電流検出器１２の応答性（検出速度）に違いよらず、同一の実電流に対してはＡＤコンバータ１３から同一のディジタルデータの電流値が安定して出力されるよう、ＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングが設けられる時期を調整する。

ＡＤコンバータ１３が逐次比較型ＡＤコンバータである場合に対応する第１形態によるサンプリング調整部１５は、電流検出器１２が電流を検出してからＡＤコンバータ１３が当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間に応じて、電流検出器１２により検出された電流に対する逐次比較型のＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングが設けられる時期を変更する調整を行う。より具体的には、第１形態によるサンプリング調整部１５は、応答時間が、所定の目標時間よりも長い場合はサンプリングタイミングを時間的に遅らせるよう調整し、目標時間よりも短い場合はサンプリングタイミングを時間的に早めるよう調整することで、目標時間に対応して設定されたサンプリングタイミングにてサンプリングしたときと同じディジタルデータがＡＤコンバータ１３から出力されるようにする。なお、なお、電流検出器１２の応答性を「応答時間」に代えて「応答速度」で表した場合は、「目標時間」は「目標速度」で表すことができる。

図３は、応答時間が長い電流検出器を応答時間が短い電流検出器の特性に合わせる場合における第１形態によるサンプリング調整部によるサンプリング動作の調整を説明する図である。第１形態によるサンプリング調整部１５は、電流検出器１２が電流を検出してからＡＤコンバータ１３が当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間が所定の目標時間よりも長い場合において、目標時間に対応して設定されたサンプリングタイミングにてサンプリングしたときと同じディジタルデータが逐次比較型のＡＤコンバータ１３から出力されるよう、サンプリングタイミングが設けられる時期を遅らせる調整を行う。この調整例は、例えば、応答時間が長い（応答速度が遅い）電流検出器１２を有する電流検出回路２０について、応答時間が短い（応答速度が速い）電流検出器と同じディジタルデータが電流検出回路２０から出力されるように調整する場合が対応する。すなわち、応答時間が短い電流検出器における当該応答時間が上記「目標時間」に対応し、応答時間が長い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３が第１形態によるサンプリング調整部１５による調整対象に対応する。例えば図３に示すように、サンプリング調整部１５により、調整対象である応答時間が長い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングを、元々の時刻ｔ₁から応答時間が短い電流検出回路におけるＡＤコンバータのサンプリングタイミングである時刻ｔ₂まで遅らせることで、同一の実電流の値（図３ではＩ_A）に対し、調整対象である応答時間が長い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３からは、応答時間が短い電流検出器を有する電流検出回路におけるＡＤコンバータと同じディジタルデータの電流値Ｉ_Aが出力されるようにする。第１形態によるサンプリング調整部１５が調整対象である応答時間が長い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３に対して与える調整量は、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの時間が対応する。シャント抵抗タイプの方がホール素子タイプよりも電流検出速度は速いので、例えば、シャント抵抗タイプの電流検出器１２を、ホール素子タイプの特性に合わせる場合は、第１形態によるサンプリング調整部１５は、シャント抵抗タイプの電流検出器１２の後段に設けられた逐次比較型のＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングが設けられる時期を遅らせることで、シャント抵抗タイプの電流検出器の後段に設けられるΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングと同じになるようにする。

図４は、応答時間が短い電流検出器を応答時間が長い電流検出器の特性に合わせる場合における第１形態によるサンプリング調整部によるサンプリング動作の調整を説明する図である。第１形態によるサンプリング調整部１５は、電流検出器１２が電流を検出してからＡＤコンバータ１３が当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間が所定の目標時間よりも短い場合において、目標時間に対応して設定されたサンプリングタイミングにてサンプリングしたときと同じディジタルデータが逐次比較型のＡＤコンバータ１３から出力されるよう、サンプリングタイミングが設けられる時期を早める調整を行う。この調整例は、例えば、応答時間が短い（応答速度が速い）電流検出器１２を有する電流検出回路２０について、応答時間が長い（応答速度が遅い）電流検出器と同じディジタルデータが出力されるように調整する場合が対応する。すなわち、応答時間が長い電流検出器における当該応答時間が上記「目標時間」に対応し、応答時間が短い電流検出器１２を有する電流検出回路２０のＡＤコンバータ１３が第１形態によるサンプリング調整部１５による調整対象に対応する。例えば図４に示すように、サンプリング調整部１５により、調整対象である応答時間が短い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングを、元々の時刻ｔ₃から応答時間が長い電流検出器を有する電流検出回路におけるＡＤコンバータのサンプリングタイミングである時刻ｔ₄まで早めることで、同一の実電流の値（図３ではＩ_B）に対し、調整対象である応答時間が短い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３からは、応答時間が長い電流検出器を有する電流検出回路におけるＡＤコンバータと同じディジタルデータの電流値Ｉ_Bが出力されるようにする。第１形態によるサンプリング調整部１５が調整対象である応答時間が短い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３に対して与える調整量は、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの時間が対応する。ホール素子タイプよりも電流検出器の方がシャント抵抗タイプより電流検出速度は速いので、例えば、ホール素子タイプの電流検出器１２を、シャント抵抗タイプの特性に合わせる場合は、第１形態によるサンプリング調整部１５は、ホール素子タイプの電流検出器１２の後段に設けられた逐次比較型のＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングが設けられる時期を早めることで、ホール素子タイプの電流検出器の後段に設けられるΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングと同じになるようにする。

図５は、ＡＤコンバータがΔΣ変調型である場合における電力変換部からモータに流れる実電流と電流検出器による検出電流との関係を模式的に示した図である。ΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３では、あるサンプリング区間のアナログデータを平均化した後アナログディジタル変換しており、したがってΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３から出力されるディジタルデータは電流検出器１２が検出した電流値のうちのサンプリング区間中のものに限られる。既に説明したように、電流検出器１２の応答性（検出速度）の違いにより、同一の実電流に対して電流検出器１２から出力される検出電流に相違が生じる。このように電流検出器１２の応答性（検出速度）に違いがあると、電流検出器１２の後段に設けられるΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３は、同一のサンプリング区間であっても、当該サンプリング区間中のアナログデータは異なるのでその平均化した値も異なったものとなり、その結果、ＡＤコンバータ１３から出力されるディジタルデータの電流値は、電流検出器１２の応答性（検出速度）の違いに応じて異なったものとなる。そこで、ＡＤコンバータ１３がΔΣ変調型ＡＤコンバータである場合に対応する第２形態によるサンプリング調整部１５では、電流検出器１２の応答性（検出速度）に違いよらず、ＡＤコンバータ１３からは同一のディジタルデータの電流値が安定して出力されるよう、ＡＤコンバータ１３のサンプリング区間が設けられる時期を調整する。

ＡＤコンバータ１３がΔΣ変調型ＡＤコンバータである場合に対応する第２形態によるサンプリング調整部１５は、電流検出器１２が電流を検出してからＡＤコンバータ１３が当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間に応じて、電流検出器１２により検出された電流に対するΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３のサンプリング区間が設けられる時期を変更する調整を行う。より具体的には、第２形態によるサンプリング調整部１５は、応答時間が、所定の目標時間よりも長い場合はサンプリング区間を時間的に遅らせるよう調整し、目標時間よりも短い場合はサンプリング区間を時間的に早めるよう調整することで、目標時間に対応して設定されたサンプリング区間にてサンプリングしたときと同じディジタルデータがＡＤコンバータ１３から出力されるようにする。

図６は、応答時間が長い電流検出器を応答時間が短い電流検出器の特性に合わせる場合における第２形態によるサンプリング調整部によるサンプリング動作の調整を説明する図である。第２形態によるサンプリング調整部１５は、電流検出器１２が電流を検出してからＡＤコンバータ１３が当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間が所定の目標時間よりも長い場合において、目標時間に対応して設定されたサンプリングタイミングにてサンプリングしたときと同じディジタルデータがΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３から出力されるよう、サンプリング区間が設けられる時期を遅らせる調整を行う。この調整例は、例えば、応答時間が長い（応答速度が遅い）電流検出器１２を有する電流検出回路２０について、応答時間が短い（応答速度が速い）電流検出器を有する電流検出回路と同じディジタルデータが出力されるように調整する場合が対応する。すなわち、応答時間が短い電流検出器を有する電流検出回路における当該応答時間が上記「目標時間」に対応し、応答時間が長い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３が第２形態によるサンプリング調整部１５による調整対象に対応する。例えば図６に示すように、サンプリング調整部１５により、調整対象である応答時間が長い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３のサンプリング区間を、応答時間が短い電流検出器を有する電流検出回路におけるＡＤコンバータのサンプリング区間であると同一の時刻まで遅らせることで、同一の実電流の値に対し、調整対象である応答時間が長い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３からは、応答時間が短い電流検出器を有する電流検出回路におけるＡＤコンバータと同じディジタルデータの電流値が出力されるようにする。第２形態によるサンプリング調整部１５が調整対象である応答時間が長い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３に対して与える調整量は、サンプリング区間を遅らせた時間が対応する。例えば、シャント抵抗タイプの電流検出器１２を、ホール素子タイプの特性に合わせる場合は、第２形態によるサンプリング調整部１５は、シャント抵抗タイプの電流検出器１２の後段に設けられた逐次比較型のＡＤコンバータ１３のサンプリング区間が設けられる時期を遅らせることで、シャント抵抗タイプの電流検出器の後段に設けられるΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３のサンプリング区間と同じになるようにする。

図７は、応答時間が短い電流検出器を応答時間が長い電流検出器の特性に合わせる場合における第２形態によるサンプリング調整部によるサンプリング動作の調整を説明する図である。第２形態によるサンプリング調整部１５は、電流検出器１２が電流を検出してからＡＤコンバータ１３が当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間が所定の目標時間よりも短い場合において、目標時間に対応して設定されたサンプリングタイミングにてサンプリングしたときと同じディジタルデータがΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３から出力されるよう、サンプリング区間が設けられる時期を早める調整を行う。この調整例は、例えば、応答時間が短い（応答速度が速い）電流検出器１２を有する電流検出回路２０について、応答時間が長い（応答速度が遅い）電流検出器を有する電流検出回路と同じディジタルデータが出力されるように調整する場合が対応する。すなわち、応答時間が長い電流検出器における当該応答時間が上記「目標時間」に対応し、応答時間が短い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３が第２形態によるサンプリング調整部１５による調整対象に対応する。例えば図７に示すように、サンプリング調整部１５により、調整対象である応答時間が短い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３のサンプリング区間を、応答時間が長い電流検出器を有する電流検出回路におけるＡＤコンバータのサンプリング区間であると同一の時刻まで早めることで、同一の実電流の値に対し、調整対象である応答時間が短い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３からは、応答時間が長い電流検出器を有する電流検出回路におけるＡＤコンバータと同じディジタルデータの電流値が出力されるようにする。第２形態によるサンプリング調整部１５が調整対象である応答時間が短い電流検出器１２を有する電流検出回路２０におけるＡＤコンバータ１３に対して与える調整量は、サンプリング区間を早めた時間が対応する。例えば、ホール素子タイプの電流検出器１２を、シャント抵抗タイプの特性に合わせる場合は、第２形態によるサンプリング調整部１５は、ホール素子タイプの電流検出器１２の後段に設けられた逐次比較型のＡＤコンバータ１３のサンプリング区間が設けられる時期を早めることで、ホール素子タイプの電流検出器の後段に設けられるΔΣ変調型のＡＤコンバータのサンプリング区間と同じになるようにする。

図８は、モータのインダクタンスと電流検出器により検出された電流のリプルとの関係を例示する図であって、（Ａ）はモータのインダクタンスが小さい場合を例示し、（Ｂ）はモータのインダクタンスが大きい場合を例示する。

同一の実電流の波形に対し、応答時間が長い電流検出器１２の波形（図中、一点破線で示す。）は、応答時間が短い電流検出器１２の波形（図中、破線で示す。）に比べ、時間的に遅れたものになるが、このように電流検出器１２の応答性（検出速度）に違いがあると、電流検出器１２の後段に設けられるＡＤコンバータ１３（図８の例では逐次比較型）は、同一のサンプリングタイム（時刻ｔ₀）であっても、ＡＤコンバータ１３から出力されるディジタルデータの電流値は、電流検出器１２の応答性（検出速度）の違いに応じて異なったものとなる。ΔΣ変調型のＡＤコンバータ１３についても同様のことが言える。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、モータ２のインダクタンスが小さいほど、電流検出器１２によって検出される電力変換部１１からモータ２に流れる電流のリプルは大きくなるので、モータ２のインダクタンスが小さいほど、ＡＤコンバータ１３から出力されるディジタルデータの電流値の差は、応答時間が長い電流検出器１２と応答時間が短い電流検出器１２とで大きくなる。したがって、サンプリング調整部１５によるＡＤコンバータ１３のサンプリング動作の調整は、モータ２のインダクタンスが小さいほど、より効果的になる。

なお、上述の第１形態及び第２形態によるサンプリング調整部１５が、調整対象の電流検出回路２０内のＡＤコンバータ１３に対して与える調整量は、次のようにして設定される。例えば、同一の実電流を調整対象の電流検出回路２０及び当該調整対象の電流検出回路２０が合わせようとする特性を有する電流検出回路（すなわち目標となる応答時間を有する電流検出回路、以下、「目標電流検出回路」と称する。）でそれぞれ検出し、調整対象の電流検出回路２０から出力されるディジタルデータの電流値と目標電流検出回路から出力されるディジタルデータの電流値とを比較し、両者が一致するようなＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミングまたはサンプリング区間の「時間的なズレ」を見つけ出してこれを上記「調整量」として設定すればよい。または、モータの制御性、例えば加減速時間を比較して、両者が一致するようなサンプリングタイミングまたはサンプリング区間の「時間的なズレ」を見つけ出してこれを上記「調整量」として設定すればよい。「調整量」は実験によって求めてもよい。あるいは、同一の実電流を調整対象の電流検出回路２０及び当該調整対象の電流検出回路２０に流す電流源と、調整対象の電流検出回路２０から出力されるディジタルデータの電流値と目標電流検出回路から出力されるディジタルデータの電流値とを比較して両者が一致するようなＡＤコンバータ１３サンプリングタイミングまたはサンプリング区間の「時間的なズレ」を演算処理により見つけ出す演算回路とからなる調整量算出回路（図示せず）によって求めてもよい。この調整量算出回路では、例えば、調整対象のＡＤコンバータ１３においてサンプリングタイミングまたはサンプリング区間が設けられる時期を適宜遅らせたり早めたりしながら、調整対象の電流検出回路２０から出力されるディジタルデータの電流値と目標電流検出回路から出力されるディジタルデータの電流値とを比較していき、比較の結果得られた偏差が最小（好ましくはゼロ）となるときの「時間的なズレ」を見つけ出し、これを「調整量」として設定する。実験によりまたは調整量算出回路により設定された調整量は、サンプリング調整部１５に入力され、サンプリング調整部１５は、入力された調整量に基づいて調整対象の電流検出回路２０内のＡＤコンバータ１３のサンプリングタイミング（逐次比較型ＡＤコンバータの場合）またはサンプリング区間（ΔΣ変調型ＡＤコンバータの場合）を変更する調整を行う。

以上説明したように、本実施形態によるモータ駆動装置によれば、モータ駆動装置に複数設置される電流検出器間や交換前後の電流検出器間において、電流検出からディジタルデータ出力までの応答性（応答時間、応答速度）に差があったとしても、サンプリング調整部により、調整対象の電流検出器を有する電流検出回路内のＡＤコンバータのサンプリングタイミング（逐次比較型ＡＤコンバータの場合）またはサンプリング区間（ΔΣ変調型ＡＤコンバータの場合）を変更する調整が行われるので、各電流検出回路から出力されるディジタルデータ化された電流検出値のバラツキを抑制することができる。本実施形態によるモータ駆動装置のモータ制御部内の電流制御部では、各電流検出回路から出力されるバラツキが抑制されたディジタルデータ化された電流検出値を用いて電流制御を行うので、電流検出器及びＡＤコンバータを有する電流検出回路の応答性の相違に依存せずにモータの制御性を維持することができる。

また、本実施形態によるモータ駆動装置においては、モータ駆動装置に用いられる電流検出回路の交換に際し、交換前後において応答時間（応答速度）の互換性を重視した電流検出回路の調整も容易である。例えば、モータ駆動装置内の各種回路（例えば電流制御部や電力変換回路など）は従前のままとし、電流検出回路のみをコスト、大きさ、耐熱性、あるいは耐湿性などの点で優れ、かつ応答時間が短い（応答速度が速い）最新の電流検出器を有する電流検出回路に交換する場合において、サンプリング調整部により、同一の実電流に対して応答時間が長い（応答速度が遅い）従前の電流検出器を有する電流検出回路と同じディジタルデータ化された電流値が出力されるよう、調整対象の電流検出回路内のＡＤコンバータのサンプリングタイミング（逐次比較型ＡＤコンバータの場合）またはサンプリング区間（ΔΣ変調型ＡＤコンバータの場合）を変更する調整が行われるので、交換前後における電流検出回路の応答時間（応答速度）の互換性を維持し、ひいてはモータの制御性を維持することができる。

１ モータ駆動装置
２ モータ
１１ 電力変換部
１２ 電流検出器
１３ ＡＤコンバータ
１４ モータ制御部
１５ サンプリング調整部
２０ 電流検出回路
２１ 電流制御部

Claims (9)

1. モータに駆動電流を供給する電力変換部と、
   前記電力変換部から前記モータへ流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器が検出した電流をディジタルデータに変換して出力するＡＤコンバータと、
   前記ＡＤコンバータが出力したディジタルデータを用いて、前記電力変換部から前記モータへ供給される駆動電流を制御するモータ制御部と、
   前記電流検出器に電流が入力されてから前記ＡＤコンバータが当該電流のディジタルデータを出力するまでの応答時間に応じて、前記電流検出器により検出された電流に対して実行される前記ＡＤコンバータのサンプリング動作を調整するサンプリング調整部と、
   を備える、モータ駆動装置。
2. 前記ＡＤコンバータは、逐次比較型ＡＤコンバータであり、
   前記サンプリング調整部は、前記応答時間に応じて前記電流検出器により検出された電流に対する前記逐次比較型ＡＤコンバータのサンプリングタイミングが設けられる時期を変更する調整を行う、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記サンプリング調整部は、前記応答時間が所定の目標時間よりも長い場合において、前記目標時間に対応して設定されたサンプリングタイミングにてサンプリングしたときと同じディジタルデータが前記逐次比較型ＡＤコンバータから出力されるよう、前記サンプリングタイミングが設けられる時期を遅らせる調整を行う、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記サンプリング調整部は、前記応答時間が所定の目標時間よりも短い場合において、前記目標時間に対応して設定されたサンプリングタイミングにてサンプリングしたときと同じディジタルデータが前記逐次比較型ＡＤコンバータから出力されるよう、前記サンプリングタイミングが設けられる時期を早める調整を行う、請求項２または３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記ＡＤコンバータは、ΔΣ変調型ＡＤコンバータであり、
   前記サンプリング調整部は、前記応答時間に応じて、前記電流検出器により検出された電流に対する前記ΔΣ変調型ＡＤコンバータのサンプリング区間が設けられる時期を変更する調整を行う、請求項１に記載のモータ駆動装置。
6. 前記サンプリング調整部は、前記応答時間が所定の目標時間よりも長い場合において、前記目標時間に対応して設定されたサンプリング区間にてサンプリングしたときと同じディジタルデータが前記ΔΣ変調型ＡＤコンバータから出力されるよう、前記サンプリング区間が設けられる時期を遅らせる調整を行う、請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 前記サンプリング調整部は、前記応答時間が所定の目標時間よりも短い場合において、前記目標時間に対応して設定されたサンプリング区間にてサンプリングしたときと同じディジタルデータが前記ΔΣ変調型ＡＤコンバータから出力されるよう、前記サンプリング区間が設けられる時期を早める調整を行う、請求項５または６に記載のモータ駆動装置。
8. 前記電流検出器は、シャント抵抗を有する、請求項４または７に記載のモータ駆動装置。
9. 前記電流検出器は、ホール素子を有する、請求項３または６に記載のモータ駆動装置。

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