JP7702083B2 - モータシステム - Google Patents

Description

本発明は、モータドライバにより複数のモータを駆動するモータシステムに関する。

従来から、モータドライバが出力する電力を複数のモータに時分割的に分配するモータシステムが知られている。特許文献１は、この種のモータシステムを開示する。

特許文献１が開示するモータ駆動装置においては、１個のみのモータドライバにスイッチング回路部を介して複数のモータが接続されている。モータドライバは、それぞれのモータが備えるＵ、Ｖ、Ｗ相の各駆動コイルに適切な電圧を印加するため、６つのトランジスタのオンオフを制御する。各トランジスタは、パルス幅変調方式によるパルス信号を用いた駆動方式で駆動される。適切なスイッチング回路部の操作により、複数のモータの同時駆動が行われる。

特開２００７－２８８９６４号公報

上記特許文献１では、同時に駆動される複数のモータの回転速度及び回転方向等を個別に制御することができなかった。かかる制御を実現するためには、それぞれの駆動コイルに対して、モータ毎に異なる正弦波状の電流を流さなければならない。しかしながら、スイッチング回路部が切替えを行うタイミングの近傍では、意図しない出力がモータに対して行われるおそれがある。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、モータドライバが出力する電力を複数のモータに切り替えながら供給して同時に駆動するモータシステムにおいて、各モータの制御品質を向上させることにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のモータシステムが提供される。即ち、このモータシステムは、複数のモータと、モータドライバと、電流検出部と、スイッチ部と、を備える。前記モータドライバは、前記複数のモータに駆動力を発生させるための電力を出力する。前記電流検出部は、前記モータの電流を検出する。前記スイッチ部は、前記モータドライバが出力する電力の供給対象であり、前記電流検出部による電流の検出対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替える。前記対象モータを駆動するためのＰＷＭデューティ比は、前記電流検出部により検出される電流に基づいて算出される。前記モータドライバは、前記ＰＷＭデューティ比に基づいて電力を出力するように制御される。前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータをサイクル的に切り替える。前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

これにより、１つのモータドライバが複数のモータを実質的に同時に駆動し、かつ、それぞれのモータについて出力を個別に制御することができる。１つのモータドライバの出力を複数のモータの間でサイクル的に切り替えつつ、それぞれのモータへの制御を、当該モータに対して正しく適用することができる。モータドライバ及び電流検出部を複数のモータで共通化することができるので、構成の簡素化を実現できる。

前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

これにより、異なるモータに対応する検出値に基づいて対象モータを制御することを回避することができる。

前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで当該モータが再び対象モータとなるまでに生じる電力遮断期間による減衰を予測して減衰後電流が算出される。前記モータドライバは、前記減衰後電流により求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

これにより、対象モータへの電力遮断によって実際の電流値が減衰することによる影響を考慮して、モータを制御することができる。この結果、制御品質を向上できる。

前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合、一律に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

これにより、簡素な処理を実現できる。

前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御される。１回のサイクルにおいて１つの前記対象モータに対して電力の供給が開始されてから停止されるまでの時間が、第１出力制御周期と、第２出力制御周期と、を含む。前記第１出力制御周期では、前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルと同じサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する。前記第２出力制御周期では、前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルの直後のサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する。

これにより、制御に基づく電力の出力タイミングが直後のサイクルとなるように遅らせることが、モータが対象モータになっている期間のうち一部においてだけ行われる。従って、制御性を向上させることができる。

前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御される。前記スイッチ部は、それぞれのサイクルにおいて、予め定められた切替周期毎に前記対象モータを切り替える。前記出力制御周期と前記切替周期が同期している。

これにより、スイッチ部の切替えと連動した制御内容の変更を実現できる。

本発明の一実施形態に係るモータシステムのブロック図。 対象モータの切替えに連動してモータドライバの制御を行う場合に、モータが意図しない動作を行う現象を説明するグラフ。 本実施形態の制御の第１例を説明するグラフ。 本実施形態の制御の第２例を説明するグラフ。 本実施形態の制御の第３例を説明するグラフ。 本実施形態の制御の第４例を説明するグラフ。 第４例における電流減衰の予測を、第１モータの電流波形を参照して説明する図。

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態のモータシステム１のブロック図である。

モータシステム１は、複数のモータ２３を制御するためのシステムである。図１に示すように、モータシステム１は、制御部１０と、モータドライバ２１と、スイッチ部２２と、複数のモータ２３と、複数のエンコーダ２４と、を備える。

制御部１０は、モータドライバ２１及びスイッチ部２２を介して、複数のモータ２３を制御する。制御部１０の構成については後述する。

モータドライバ２１は、複数のモータ２３に電力を供給して、当該モータ２３を動作させる。モータドライバ２１は、例えばサーボアンプ又はインバータである。モータドライバ２１は制御部１０と電気的に接続されており、信号の送受信を行うことができる。

モータドライバ２１は、制御部１０が出力するドライバ制御信号により制御される。モータドライバ２１は、インバータ３１を備える。インバータ３１は、制御部１０の出力に応じて駆動波形を生成する。モータドライバ２１は、得られた駆動波形に基づく電圧をスイッチ部２２に出力する。電流センサ３５の詳細な構成については後述する。

モータドライバ２１には、電流センサ（電流検出部）３５、電流制御部３６及び遅延制御部３７が設けられている。

電流センサ３５は、モータドライバ２１からモータ２３に供給される電流の大きさを検出する。

電流制御部３６は、制御部１０が備える後述の出力制御部１１から入力される信号に応じて、インバータ３１がモータ２３の駆動波形を生成するように制御する。電流制御部３６の詳細については後述する。

遅延制御部３７は、制御部１０が備える位置制御部１３又は速度制御部１４等の動作を適宜遅延させる。この遅延制御の詳細は後述する。

スイッチ部２２は、モータドライバ２１が出力した電力を、複数のモータ２３に対して選択的に供給する。スイッチ部２２はモータドライバ２１を介して制御部１０と通信接続されており、信号の送受信を行うことができる。本実施形態では、モータドライバ２１とスイッチ部２２は１対１で対応するように設けられている。ただし、モータドライバ２１とスイッチ部２２は１対１ではなく、１対多又は多対１で対応しても良い。

スイッチ部２２の入力側にはモータドライバ２１が接続される。スイッチ部２２の出力側には複数のモータ２３がそれぞれ接続される。モータ２３の数は複数であれば任意であるが、本実施形態では３つである。以下では、３つのモータ２３のそれぞれを特定するために、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ、及び第３モータ２３ｃと呼ぶことがある。

スイッチ部２２は、複数のスイッチを含む回路として構成されている。スイッチ部２２は、例えば基板に実装される。スイッチ部２２に含まれるスイッチを切り替えることにより、電力の供給先のモータ２３が切り替わる。以下、電力の供給先であるモータ２３を対象モータと呼ぶことがある。

ある瞬間においては、電力の供給先である対象モータは、スイッチ部２２に接続されている複数のモータ２３のうち１つのモータ２３、即ち、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃのうち何れかのみである。スイッチ部２２は、３つのモータ２３の間で対象モータを循環的に切り替える動作を高速で反復する。これにより、３つのモータ２３を実質的に同時に駆動することができる。

スイッチ部２２の切替動作は、第１モータ２３ａが対象モータとなる期間と、第２モータ２３ｂが対象モータとなる期間と、第３モータ２３ｃが対象モータとなる期間と、の組合せを１回のサイクルとして、このサイクルを反復するように行われる。これにより、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃの間で対象モータがサイクル的に切り替わる。

それぞれのモータ２３は、固定子と可動子とを備える。好ましくは、固定子と可動子の何れか一方は永久磁石を含んでおり、もう一方はコイルを含んでいる。モータドライバ２１からコイルに電力が供給されることにより、コイルは電磁石となる。これにより、固定子と可動子の間に斥力又は引力が働き、その結果、固定子に対して可動子が相対運動する。本実施形態のモータ２３は、固定子に対して可動子が直線運動（スライド）するリニアモータである。モータ２３として、固定子（ステータ）に対して可動子（回転子、ロータ）が回転運動する回転モータを用いることもできる。

モータ２３は、例えば、３相モータ又は２相モータとして構成することができる。モータドライバ２１が備えるインバータ３１は、モータの相の数に対応した数の半導体スイッチ素子を備える。インバータ３１に電流制御部３６から電圧指令値が入力されると、インバータ３１は、電圧指令値に応じたデューティ比を実現するように、スイッチ素子の開閉を公知のＰＷＭ制御に従って高速で反復する。これにより、モータドライバ２１は、３つのモータ２３に電力を時分割的に分配して駆動するための駆動波形を生成することができる。

エンコーダ２４は、モータ２３の動作状態、詳細には固定子に対する可動子の相対変位を検出する。

モータ２３がリニアモータである場合、エンコーダ２４は、例えば、可動子の移動経路上に設けられた磁気センサとすることができる。磁気センサは、固定子に対する可動子の位置を検出可能である。モータ２３が回転モータである場合、エンコーダ２４は、例えば、公知のホール素子とすることができる。ホール素子は、可動子の回転角度を検出可能である。

エンコーダ２４はスイッチ部２２と電気的に接続されており、検出信号をスイッチ部２２に出力することができる。エンコーダ２４の検出結果は、モータドライバ２１を介して制御部１０へ送信される。

制御部１０は、出力制御部１１を備える。

制御部１０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、補助記憶装置等を備える公知のコンピュータとして構成されている。補助記憶装置は、例えばＨＤＤ、ＳＳＤ等として構成される。補助記憶装置には、各種のプログラム等が記憶されている。これらのプログラムを実行することにより、制御部１０は、モータシステム１に関して様々な制御を行うことができる。このように、ハードウェアとソフトウェアの協働により、制御部１０を出力制御部１１として機能させることができる。

制御部１０は、上述した制御以外の処理を実行しても良い。出力制御部１１のうち一部又は全部が、制御部１０とは物理的に異なるハードウェア（例えば、モータドライバ２１）によって実現されても良い。

出力制御部１１は、ドライバ制御信号を生成してモータドライバ２１に送信する。本実施形態において、ドライバ制御信号は、後述の速度制御部１４が出力する電流指令の信号である。モータドライバ２１は、電流指令に基づいてＰＷＭ制御のデューティ比を制御し、インバータ３１からＰＷＭとして出力する。

出力制御部１１は、位置制御部１３と、速度制御部１４と、切替制御部１５と、を備える。

位置制御部１３は、それぞれのモータ２３について、可動子の位置を制御する機能を有する。位置制御部１３は、例えば、エンコーダ２４が検出した可動子の現在位置と、可動子の目標位置と、を比較し、位置の偏差に応じた速度指令を速度制御部１４に出力する。

速度制御部１４は、それぞれのモータ２３について、可動子の速度を制御する機能を有する。速度制御部１４は、例えば、エンコーダ２４が検出した可動子の位置の変化に基づく現在速度と、位置制御部１３から入力された速度指令と、を比較し、速度の偏差に応じた電流指令を生成する。電流指令は、電流値を指示する信号である。本実施形態において、この電流指令が、出力制御部１１の出力に相当する。詳細は後述するが、この電流指令は、モータドライバ２１が備える電流制御部３６へ入力される。

切替制御部１５は、３つのモータ２３のそれぞれに対して速度制御部１４が生成した電流指令を、サイクル的に切り替えながらモータドライバ２１に出力する制御を行う。この切替えは、スイッチ部２２が３つのモータ２３の間で対象モータをサイクル的に切り替えるのに対応して行われる。

ここで、出力制御部１１との関係で、モータドライバ２１が備える電流制御部３６の動作について説明する。この電流制御部３６は、それぞれのモータ２３について、ＰＷＭ制御の電圧指令値を決定する。

以下、第１モータ２３ａに着目して詳細に説明する。電流制御部３６は、第１モータ２３ａに関して電流センサ３５から得られた電流値と、モータシステム１（言い換えれば、出力制御部１１が備える速度制御部１４）から入力された電流指令と、を比較し、電流値の偏差に応じて、第１モータ２３ａの各相のコイルに印加する電圧を計算により求める。この計算は、例えば、公知のベクトル制御に基づいて行われる。このように、本実施形態では、電流センサ３５が取得した電流値がフィードバック制御のために用いられる。

電流制御部３６は、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃに含まれる各相のコイルについても、印加する電圧を同様に求める。

電流制御部３６は、計算により得られた電圧に基づいて、ＰＷＭの電圧指令値を生成して出力する。電圧指令値は、複数のモータ２３が例えば３相モータである場合、３つの相のそれぞれに対応して生成される。

制御部１０においては、出力制御部１１の動作が一定の周期で行われ、その結果として、電流指令が変化する。以下、電流指令が制御される最小の時間単位である当該周期を、出力制御周期と呼ぶことがある。出力制御周期は、モータドライバ２１の電流制御部３６において電圧指令値が制御される制御周期と一致している。

上述したように、モータドライバ２１が出力する電圧は、サイクル的な切替動作を反復するスイッチ部２２を介して、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃへ択一的に供給される。これに対応して、出力制御部１１が生成する電流指令は、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃのそれぞれに対して電流値を指示する信号を時分割的に合成したものとなる。

モータドライバ２１が備えるインバータは、モータ２３の相の数に対応した数の半導体スイッチ素子を備える。インバータ３１に電流制御部３６から電圧指令値が入力されると、インバータ３１は、電圧指令値に応じたデューティ比を実現するように、スイッチ素子の開閉を公知のＰＷＭ制御に従って高速で反復する。これにより、モータドライバ２１は、３つのモータ２３に電力を時分割的に分配して駆動するための駆動波形を生成することができる。

出力制御周期は、モータドライバ２１が行うＰＷＭ制御のキャリア周期と一致している。これにより、モータドライバ２１は、制御部１０が出力する電流指令を良好に実現するための電圧波形をＰＷＭ制御により得て、スイッチ部２２に供給することができる。

対象モータを３つのモータ２３の間で切り替える１回のサイクルにおいて、１つのモータ２３に電力が供給される期間は、出力制御周期又はそのｎ倍と等しい（ただし、ｎは２以上の整数である）。これにより、対象モータの切替えと連動した駆動波形の切替えを実現することができる。

以上の制御により、３つのモータ２３のそれぞれを、異なる方向及び速度で駆動することができる。

本実施形態では、１つのモータドライバ２１に対して複数のモータ２３が対応しており、複数のモータ２３に時分割で電力が分配されるようにスイッチ部２２が切替えを行う。これにより、１つのモータドライバ２１が実質的に複数のモータ２３を同時に駆動することができる。そのため、モータ２３ａ，２３ｂ，２３ｃのそれぞれについて個別にモータドライバ２１を設ける構成と比較して、モータドライバ２１の個数を減らすことができる。同様に、電流センサ３５も、電力が分配される複数のモータ２３に対して共通となるように設けられている。従って、電流センサ３５の個数を減らすことができる。以上により、モータシステム１の設置コストを低減することができる。

次に、モータドライバ２１が備える遅延制御部３７について詳細に説明する。

本実施形態においては、制御部１０が備える出力制御部１１は、予め定められた出力制御周期に従ってモータドライバ２１を制御する。モータドライバ２１の制御とは、実質的に、モータドライバ２１が出力する電圧波形のＰＷＭ制御を意味する。

デューティ比を介して電流値をフィードバック制御するには、以下に示す第１処理から第４処理までの一連の処理が必要である。
（１）第１処理では、電流センサ３５が、対象モータに流れる電流の大きさ（電流値）を検出する。
（２）第２処理では、出力制御部１１の位置制御部１３及び速度制御部１４が動作することによって、速度制御部１４が電流指令を生成し、この電流指令が制御部１０からモータドライバ２１へドライバ制御信号として出力される。
（３）第３処理では、モータドライバ２１の電流制御部３６が、電流指令及び電流センサ３５の検出値に基づいて、電圧値を計算するとともに、それに相当する電圧指令値をインバータ３１に出力する。
（４）第４処理では、インバータ３１が、スイッチ素子を、電圧指令値に対応するデューティ比に従ってＰＷＭ制御する。

以下、この一連の処理を制御処理と呼ぶことがある。制御処理は制御部１０及びモータドライバ２１によって高速で行われるものの、相応の時間が必要である。例えばモータ制御の精度を向上させるために出力制御周期を短くした場合、制御処理の所要時間が出力制御周期より長くなる場合がある。

図２には、１回のサイクルにおいて３つのモータ２３のそれぞれに電力が供給される時間が、何れも出力制御周期の１周期分に相当する場合が示されている。言い換えれば、スイッチ部２２の切替動作により、３つのモータ２３の間で、対象モータは出力制御周期毎に別のモータ２３に切り替わる。

以下、スイッチ部２２が切替動作を行う周期を切替周期と呼ぶことがある。切替周期は、３つのモータ２３について等しくなるように定めることもできるし、モータ２３毎に異なるように定めることもできる。切替周期が一定である場合、切替周期にモータ２３の数を乗じたものが、１サイクルの周期に相当する。

本実施形態において、切替周期は、出力制御部１１の出力制御周期と同期している。従って、対象モータが切り替わるタイミングの近傍においてモータ２３が意図しない動作をするのを、簡素な構成で防止することができる。

図２のグラフにおいて、横軸は時間である。横方向に並べられた破線の間隔は、出力制御周期に相当する。上述のとおり、出力制御周期は、ＰＷＭ制御のキャリア周期と一致している。グラフの上部に描かれたＭ１、Ｍ２、及びＭ３の長方形は、それぞれ、第１モータ２３ａ、第２モータ２３ｂ、及び第３モータ２３ｃが対象モータとなっている期間を示す。この例ではモータ２３の数が３個であるので、１サイクルの周期は出力制御周期の３周期分に相当する。

図２のグラフの縦軸には、３つのモータ２３のそれぞれを駆動するための処理内容がラベルとして表示されている。縦軸のラベルにおいて、ＳＷとはソフトウェアの略称であり、ＨＷはハードウェアの略称である。それぞれのラベルに付けられたカッコ付きの数字は、制御処理が含む上記の第１処理～第４処理のそれぞれに対応している。

図２のグラフにおいて、制御処理は、矢印で繋がれた４つの長方形によって表現されている。４つの長方形を繋ぐ矢印は、上流の処理から下流の処理へ情報が流れることを示す。長方形に付されたハッチングは、グラフの上部のＭ１、Ｍ２、及びＭ３の長方形のハッチングに対応しており、制御処理が３つのモータ２３のうち何れのモータ２３のための処理であるかを示している。

制御処理は、出力制御周期毎に開始される。図２のグラフは、第１処理で、あるモータ２３の電流値を電流センサ３５が取得した後、第４処理で、モータドライバ２１が当該モータ２３のために適宜のデューティ比でスイッチ素子を駆動するまでの所要時間が、出力制御周期の１周期を上回っている場合を示している。図２の例で、第４処理は、第１処理に対して、出力制御周期の２周期分遅れている。

図２のグラフで最も左に示されている、第１モータ２３ａのための制御処理に着目して説明する。第１処理において検出された第１モータ２３ａの電流値に基づいて、第４処理においてモータドライバ２１のスイッチ素子が第１モータ２３ａのためにオン／オフされても、第１処理の開始から第４処理の直前までにスイッチ部２２が２回切り替えられている。従って、第４処理が行われるタイミングでは、第１モータ２３ａとは別の第３モータ２３ｃが対象モータとなっている。

このように、第１モータ２３ａを駆動するための電流がモータドライバ２１から結果的に第３モータ２３ｃに対して供給され、意図しない動作を引き起こす。第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃに関する制御についても同様である。

上記を考慮して、本実施形態のモータドライバ２１は、遅延制御部３７を備える。この遅延制御部３７は、制御処理の過程で、例えば第２処理の開始を、一律に出力制御周期の１周期分だけ意図的に遅延させるように制御する。遅延は、例えば第２処理の前に適宜の待機処理を行わせることで実現することができる。

第３処理及び第４処理は、前段の処理が完了していることを前提とする。従って、第２処理が遅延することにより、第３処理及び第４処理の開始及び終了も必然的に遅延する。

この遅延制御の結果、図３に示すように、第１処理に対して第４処理が、出力制御周期の３周期分遅れることになる。従って、第１処理において第１モータ２３ａの電流値を取得した後、第４処理において第１モータ２３ａのためにモータドライバ２１がＰＷＭ制御を開始するまでに、スイッチ部２２は３回切り替わり、第１モータ２３ａが再び対象モータとなっている。

このように、遅延制御部３７は、第４処理においてモータドライバ２１が第１モータ２３ａのためにＰＷＭ制御を行うタイミングが、第１処理が属するサイクルの直後のサイクルで第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間に含まれるように、制御処理を遅延させる。これにより、モータドライバ２１が第１モータ２３ａのために行うＰＷＭ制御を、正しく第１モータ２３ａに対して適用することができる。

制御処理を遅延させる時間は、出力制御周期の１周期分とすることに限定されない。遅延時間は、制御処理の本来の所要時間、切替周期の長さ、モータドライバ２１の電力が分配されるモータ２３の数等に応じて適宜定められる。

図４には、１回のサイクルにおいて３つのモータ２３のそれぞれに電力が供給される時間が、何れも出力制御周期の４周期分に相当する場合が示されている。切替周期は、出力制御周期の４周期分である。モータ２３の数は３であるので、１サイクルの周期は出力制御周期の１２周期分に相当する。

図４のグラフにおいては、図面が複雑になることを避けるため、第２モータ２３ｂ及び第３モータ２３ｃに関する制御処理は省略されている。図５及び図６においても同様である。

図４では、例えば第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間において、第１モータ２３ａを駆動するための制御処理が、出力制御周期毎に１回ずつ、計４回開始される。図４の例では、出力制御周期毎に開始される制御処理に対して、出力制御周期の１０周期分の遅延制御が一律に行われる。これにより、第４処理においてモータドライバ２１が第１モータ２３ａのためにＰＷＭ制御を行うタイミングを、第１処理が属するサイクルの直後のサイクルで第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間に含ませることができる。

図５には、図４の遅延制御の変形例が示されている。図５の例でも、第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間において、第１モータ２３ａを駆動するための制御処理が４回開始される。遅延制御部３７は、遅延制御を、４回の制御処理のうち、時間的に後のタイミングで開始される２回についてだけ行う。

図３と異なり、図５の例では、切替周期が、制御処理の本来の所要時間と比べて長い。従って、図５の例では、４回の制御処理のうち時間的に前のタイミングで開始される２回については、遅延制御を行わなくても、第１処理の電流取得が行われた後の第４処理のＰＷＭ制御を、スイッチ部２２が切替動作を行う前に行うことができる。従って、遅延制御部３７は、この２回の制御処理については遅延制御を行わない。

一方、時間的に後のタイミングで開始される２回の制御処理については、出力制御周期の８周期分の遅延制御が行われる。これにより、第４処理においてモータドライバ２１が第１モータ２３ａのためにＰＷＭ制御を行うタイミングを、第１処理が属するサイクルの直後のサイクルで第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間に含ませることができる。

図５の例において、４回のうち時間的に後のタイミングで開始される２回の制御処理については、サイクルが次の回となるまでにモータ２３に対して電流が遮断される期間における減衰後の電流値を予測することもできる。図６は、この例を説明する模式図である。図６の遅延制御が行われる場合、図１の出力制御部１１は、図示しない電流減衰予測部を備える。

図６の例では、４回のうち時間的に後のタイミングで開始される２回の制御処理は、図５と同様に、出力制御周期の８周期分遅延される。ただし、遅延された第３処理（電圧指令の生成）は、電流センサ３５が検出した電流値に代えて、予測された減衰後の電流値に基づいて行われる。

図７には、第１モータ２３ａが有するコイルのうち１つの電流波形の例が、１サイクルの周期とともに示されている。それぞれのサイクル周期には、第１モータ２３ａが対象モータとなっている期間と、第２モータ２３ｂ又は第３モータ２３ｃが対象モータとなっている期間と、が含まれている。第１モータ２３ａには、当該第１モータ２３ａが対象モータになっている期間においてのみ電力が供給され、それ以外の期間では電力の供給が遮断される。電力の供給がない期間においては、電流はゼロに近づくように減衰する。従って、第１モータ２３ａの電流波形は、図７のグラフに示すように、正弦波とノコギリ波を合成したような形状となる。図７の波形において、第１モータ２３ａに電力が供給されている期間に相当する部分は実線で示され、電力の供給が遮断されている期間に相当する部分は破線で示されている。

同様に、電流センサ３５は、第１モータ２３ａが対象モータになっている期間においてのみ第１モータ２３ａの電流値を検出可能であり、それ以外の期間では電流値を検出することができない。

遅延制御部３７は、遅延制御を行う際、対象モータが第１モータ２３ａから他のモータへ切り替えられる直前に取得された最新の電流値を記憶する。図６の符号Ｐは、あるサイクルにおいて第１モータ２３ａに対して最も後のタイミングで行われた制御処理のうち、電流を取得する処理を示している。この符号Ｐで示す処理で得られた電流値が、モータドライバ２１の適宜の記憶装置に記憶される。この電流値は、実質的に、第１モータ２３ａに対する電力が遮断される直前の電流値ということができる。記憶される電流値の例は、図７のグラフにおいてｉ_memで示されている。

次回のサイクルでは、第１モータ２３ａについて、先ほど記憶した電流値ｉ_memに基づいて、上記の減衰後の電流値を予測する処理が行われる。図６においては、この予測処理が、符号Ｑ１及びＱ２で示す破線の長方形で示されている。予測される電流値の例は、図７のグラフにおいてｉ_estで示されている。

減衰後の電流値ｉ_estは、記憶された電流値をｉ_memとし、電力遮断後の経過時間をｔとし、時定数をＴとすると、以下の式で表される。

時定数Ｔは、モータ２３の抵抗とインダクタンスに基づいて決定され、予めモータドライバ２１に記憶される。図６の処理Ｑ１の時点で減衰後の電流値を予測する場合、全てのサイクルを通じて、電力遮断後の経過時間ｔは一定である。処理Ｑ２の時点で減衰後の電流値を予測する場合も同様である。従って、処理Ｑ１のタイミングと処理Ｑ２のタイミングのそれぞれについて上記の式の指数関数の部分の値を予め計算して定数として記憶しておくことが好ましい。一般的に指数関数の計算負荷は高いが、記憶された電流値ｉ_memに当該定数を乗じるだけで、推定された減衰後の電流値ｉ_estを求めることができる。

図６の例では、図５の例よりも、より実際の値に近い電流値に基づいて各モータ２３を制御することができる。直前のサイクルの電流値から減衰後の電流値を予測する処理は、図３又は図４に示す遅延制御に適用することもできる。

以上に説明したように、本実施形態のモータシステム１は、複数のモータ２３と、モータドライバ２１と、電流センサ３５と、スイッチ部２２と、出力制御部１１と、を備える。モータドライバ２１は、複数のモータ２３に駆動力を発生させるための電力を出力する。電流センサ３５は、モータ２３の電流を検出する。スイッチ部２２は、モータドライバ２１が出力する電力の供給対象であり、電流センサ３５による電流の検出対象である対象モータを、複数のモータ２３の間で選択的に切り替える。対象モータを駆動するためのＰＷＭデューティ比は、電流センサ３５により検出される電流に基づいて算出され、モータドライバ２１は、このＰＷＭデューティ比に基づいて電力を出力するように制御される。スイッチ部２２は、複数のモータ２３の間で対象モータをサイクル的に切り替える。モータドライバ２１は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、電流が検出されたモータ２３が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

これにより、１つのモータドライバ２１が複数のモータ２３を実質的に同時に駆動し、かつ、それぞれのモータ２３について出力を個別に制御することができる。１つのモータドライバ２１の出力を複数のモータ２３の間でサイクル的に切り替えつつ、それぞれのモータ２３への制御を、当該モータ２３に対して正しく適用することができる。モータドライバ２１及び電流センサ３５を複数のモータ２３で共通化することができるので、構成の簡素化を実現できる。

また、本実施形態のモータシステム１において、モータドライバ２１は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、電流が検出されたモータ２３が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

これにより、異なるモータに対応する検出値に基づいて対象モータを制御することを回避することができる。

また、図６の例では、出力制御部１１は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合に、電流に基づいて、電流が検出されたサイクルの直後のサイクルでモータ２３が再び対象モータとなるまでに生じる電力遮断期間による減衰を予測して減衰後電流を算出する。モータドライバ２１は、減衰後電流により求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、電流が検出されたモータ２３が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

これにより、対象モータへの電力遮断によって実際の電流値が減衰することによる影響を考慮して、モータ２３を制御することができる。この結果、制御品質を向上できる。

図３及び図４の例では、モータドライバ２１は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合、一律に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、電流が検出されたモータ２３が再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御される。

これにより、簡素な処理を実現できる。

図５又は図６の例では、モータドライバ２１は、予め定められた出力制御周期に従って制御される。１回のサイクルにおいて１つの対象モータに対して電力の供給が開始されてから停止されるまでの時間は、出力制御周期の４周期分となっている。この４周期は、時間的に前となる２つの周期（第１出力制御周期）と、時間的に後となる２つの周期（第２出力制御周期）と、に分けられる。前半の２つの周期のそれぞれでは、電流センサ３５により対象モータの電流が検出されたサイクルと同じサイクルにおいて、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力をモータドライバ２１が出力する。後半の２つの周期のそれぞれでは、電流センサ３５により対象モータの電流が検出されたサイクルの直後のサイクルにおいて、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力をモータドライバ２１が出力する。

これにより、制御に基づく電力の出力タイミングが直後のサイクルとなるように遅らせることが、モータ２３が対象モータになっている期間のうち一部においてだけ行われる。従って、制御性を向上させることができる。

本実施形態のモータシステム１において、スイッチ部２２は、それぞれのサイクルにおいて、予め定められた切替周期毎に対象モータを切り替える。出力制御周期と切替周期が同期している。

これにより、スイッチ部２２の切替えと連動した制御内容の変更を実現できる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。変更は単独で行われても良いし、複数の変更が任意に組み合わせて行われても良い。

遅延制御部３７は、対象モータの電流が電流センサ３５により検出された場合に、電流に基づいて求められたＰＷＭデューティ比に基づく電力を、電流が検出されたサイクルの２回後、又はそれ以降のサイクルにおいてモータドライバ２１が出力するように、モータドライバ２１を制御しても良い。

遅延は、制御処理のうち第２処理を対象とすることに限定されず、例えば第３処理又は第４処理を対象とすることもできる。遅延制御部３７が、出力制御部１１に備えられても良い。

切替周期を出力制御周期の何周期分の長さとするかは、適宜設定することができる。

モータドライバ２１とスイッチ部２２は、物理的に別の装置で実現されても良いし、１つの装置で実現されても良い。

以上に説明した実施形態及びその変形例から、少なくとも以下の技術思想を把握することができる。

［項目１］複数のモータと、
前記複数のモータに駆動力を発生させるための電力を出力するモータドライバと、
前記モータの電流を検出する電流検出部と、
前記モータドライバが出力する電力の供給対象であり、前記電流検出部による電流の検出対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替えるスイッチ部と、
を備え、
前記対象モータを駆動するためのＰＷＭデューティ比は、前記電流検出部により検出される電流に基づいて算出され、
前記モータドライバは、前記ＰＷＭデューティ比に基づいて電力を出力するように制御され、
前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータをサイクル的に切り替え、
前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。

［項目２］項目１に記載のモータシステムであって、
前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。

［項目３］項目２に記載のモータシステムであって、
対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで当該モータが再び対象モータとなるまでに生じる電力遮断期間による減衰を予測して減衰後電流が算出され、
前記モータドライバは、前記減衰後電流により求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。

［項目４］項目２又は３に記載のモータシステムであって、
前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合、一律に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。

［項目５］項目２又は３に記載のモータシステムであって、
前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御され、
１回のサイクルにおいて１つの前記対象モータに対して電力の供給が開始されてから停止されるまでの時間が、
前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルと同じサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する第１出力制御周期と、
前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルの直後のサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する第２出力制御周期と、
を含むことを特徴とするモータシステム。

［項目６］項目１から５までの何れかに記載のモータシステムであって、
前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御され、
前記スイッチ部は、それぞれのサイクルにおいて、予め定められた切替周期毎に前記対象モータを切り替え、
前記出力制御周期と前記切替周期が同期していることを特徴とするモータシステム。

１ モータシステム
２１ モータドライバ
２２ スイッチ部
２３ モータ
３５ 電流センサ（電流検出部）

Claims (6)

1. 複数のモータと、
   前記複数のモータに駆動力を発生させるための電力を出力するモータドライバと、
   前記モータの電流を検出する電流検出部と、
   前記モータドライバが出力する電力の供給対象であり、前記電流検出部による電流の検出対象である対象モータを、前記複数のモータの間で選択的に切り替えるスイッチ部と、
   を備え、
   前記対象モータを駆動するためのＰＷＭデューティ比は、前記電流検出部により検出される電流に基づいて算出され、
   前記モータドライバは、前記ＰＷＭデューティ比に基づいて電力を出力するように制御され、
   前記スイッチ部は、複数の前記モータの間で前記対象モータをサイクル的に切り替え、
   前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルより後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
2. 請求項１に記載のモータシステムであって、
   前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
3. 請求項２に記載のモータシステムであって、
   対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合に、前記電流に基づいて、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで当該モータが再び対象モータとなるまでに生じる電力遮断期間による減衰を予測して減衰後電流が算出され、
   前記モータドライバは、前記減衰後電流により求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
4. 請求項２に記載のモータシステムであって、
   前記モータドライバは、対象モータの電流が前記電流検出部により検出された場合、一律に、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を、前記電流が検出されたサイクルの直後のサイクルで、前記電流が検出された前記モータが再び対象モータとなっているタイミングで出力するように制御されることを特徴とするモータシステム。
5. 請求項２に記載のモータシステムであって、
   前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御され、
   １回のサイクルにおいて１つの前記対象モータに対して電力の供給が開始されてから停止されるまでの時間が、
   前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルと同じサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する第１出力制御周期と、
   前記電流検出部により前記対象モータの電流が検出されたサイクルの直後のサイクルにおいて、前記電流に基づいて求められた前記ＰＷＭデューティ比に基づく電力を前記モータドライバが出力する第２出力制御周期と、
   を含むことを特徴とするモータシステム。
6. 請求項１に記載のモータシステムであって、
   前記モータドライバは、予め定められた出力制御周期に従って制御され、
   前記スイッチ部は、それぞれのサイクルにおいて、予め定められた切替周期毎に前記対象モータを切り替え、
   前記出力制御周期と前記切替周期が同期していることを特徴とするモータシステム。

Images