JP2004364381A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の故障やモータの効率の低下を防ぐ。
【解決手段】直列に接続されたスイッチング素子を有する出力回路を複数備えたモータ駆動装置であって、前記出力回路のうちのいずれか１つにおける一方のスイッチング素子を所定の電気角に相当する期間において導通させるとともに、前記出力回路の残りのいずれか複数における他方のスイッチング素子にスイッチング動作をさせる通電相切換回路と、通電期間制御部とを備える。通電期間制御部は、前記所定の電気角に相当する期間において行われるスイッチング動作の回数が所定の値以下である場合には、その次の所定の電気角に相当する期間において、電流の大きさを減少させるべき相に対応するスイッチング素子を非導通にするように、スイッチング動作を制御する信号を生成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータ駆動技術に関し、特にＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式のモータ駆動技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来のモータ駆動装置、及びこれによって駆動されるモータを示すブロック図である。図２は、モータ１０の各相電流の目標とする波形等を示すグラフである。位置検出回路２２は、ホール素子回路２１の出力に基づいて、モータ１０のロータ位置に応じた信号を出力する。相別トルク信号発生回路３０は、トルク指令電圧ＴＩに応じた値を最大値とし、モータ１０の電気角６０°の期間に等しい周期を有するノコギリ波状の信号ＴＳを生成して出力する。ロジック制御回路４０は、駆動トランジスタ１〜６を導通させる期間を規定するスイッチング動作制御信号Ｆ１，Ｆ２を生成して出力する。通電相切替回路２３は、位置検出回路２２が出力する信号及びスイッチング動作制御信号Ｆ１，Ｆ２に従って、駆動トランジスタ１〜６を導通させる。
【０００３】
図１０は、図９のモータ駆動装置によって駆動されるモータ１０の相電流等を示すグラフである。図１０においては、図２の期間ＴＷ２，ＴＶ１を拡大して示している。まず、期間ＴＷ２について説明する。
【０００４】
基準パルスＰＩが入力されると、ロジック制御回路４０の２つのフリップフロップがセットされ、通電相切替回路２３は、例えばＵ相上アーム側駆動トランジスタ１と、Ｖ相上アーム側駆動トランジスタ３と、Ｗ相下アーム側駆動トランジスタ６とを導通させる（期間Ｔ１）。このとき、Ｕ相コイル１１を流れるＵ相電流Ｉ１とＶ相コイル１２を流れるＶ相電流Ｉ２との合計、すなわち、Ｗ相コイル１３を流れるＷ相電流Ｉ３の大きさを電流検出抵抗７で検出することができる。コイル負荷を流れるため、この電流は、駆動トランジスタ１，３及び６が導通したことに伴い徐々に増大する。電流検出抵抗７を流れる電流が増大し、この抵抗に発生する電圧がトルク指令電圧ＴＩに達すると、比較器５１によってロジック制御回路４０の一方のフリップフロップがリセットされて、駆動トランジスタ３のみが非導通になる。
【０００５】
駆動トランジスタ１及び６は引き続き導通しており、このときにはＵ相コイル１１及びＷ相コイル１３に流れる電流の大きさを電流検出抵抗７で検出することができる。Ｕ相コイル１１、Ｗ相コイル１３に流れる電流は引き続き増大し、電流検出抵抗７に発生する電圧が相別トルク信号発生回路３０が出力する信号ＴＳに達すると、比較器５２によってロジック制御回路４０のもう一方のフリップフロップがリセットされて、駆動トランジスタ１が非導通になる。
【０００６】
このように、ロジック制御回路４０のフリップフロップがセットされてからリセットされるまでの期間が、スイッチング動作のオンデューティ期間になる。フリップフロップがリセットされた後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相コイル１１，１２，１３のそれぞれを流れる電流は、その状態を維持しようとして駆動トランジスタ２及び駆動トランジスタ４のソース・ドレイン間に存在するダイオードを通って回生する。
【０００７】
回生電流は電流検出抵抗７を通らないので、電流検出抵抗７に発生する電圧は、Ｕ相電流回生時にはＶ相電流Ｉ２により発生する電圧となり（期間Ｔ２）、Ｕ相、Ｖ相電流回生時にはゼロになる（期間Ｔ３）。回生電流は徐々に減少するが、再び基準パルスＰＩが入力されると、ロジック制御回路４０のフリップフロップがセットされ、駆動トランジスタ１及び３を導通させて上記の過程を繰り返す。
【０００８】
図１１は、図１０の期間Ｔ３における電流の経路を示す図である。図１１において、Ｕ相電流Ｉ１は、回生電流としてダイオード２Ｄ、Ｕ相コイル１１、Ｗ相コイル１３、及びＷ相下アーム側トランジスタ６を流れ、Ｖ相電流Ｉ２は、回生電流としてダイオード４Ｄ、Ｖ相コイル１２、Ｗ相コイル１３、及びＷ相下アーム側トランジスタ６を流れている。
【０００９】
このようにスイッチングを行って駆動電流と回生電流とを交互に流すようにした結果、トルク指令電圧ＴＩに応じた最大値を有する図２のような台形波状のモータ相電流を、位置検出回路２２の出力と同期させて所定のコイル負荷に流すことができる。以上のようなモータ駆動装置が、特許文献１に開示されている。
【００１０】
次に、図１０の期間ＴＶ１について、図９のモータ駆動装置の動作を説明する。図１２は、図１０の期間Ｔ９１における電流の経路を示す図である。期間Ｔ９１においては、Ｖ相電流Ｉ２は、Ｖ相上アーム側トランジスタ３、Ｖ相コイル１２、Ｗ相コイル１３、Ｗ相下アーム側トランジスタ６、及び電流検出抵抗７を流れる。一方、期間Ｔ９１が開始するまでにＵ相電流Ｉ１が十分に減少していない場合には、Ｕ相電流Ｉ１は、Ｕ相下アーム側トランジスタ２が導通しても、このトランジスタ、Ｕ相コイル１１、Ｗ相コイル１３、及びＷ相下アーム側トランジスタ６を経由する回生電流として流れ続けてしまう。
【００１１】
この場合、Ｗ相コイル１３には、Ｖ相電流Ｉ２と、回生電流として流れるＵ相電流Ｉ１とが流れる。回生電流は電流検出抵抗７を通らないので、回生電流がゼロになるまでは、Ｖ相電流Ｉ２のみが電流検出抵抗７を流れ、Ｖ相電流Ｉ２は、トルク指令電圧ＴＩに相当する大きさの電流を目標として増加する。このため、Ｗ相コイル１３には、トルク指令電圧ＴＩで決まる電流よりも回生電流の分だけ大きい電流が流れてしまう。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００３−７９１８２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図９のモータ駆動装置によると、モータの負荷が大きい場合等においては、誘起電圧等の影響により、電流が増加していくべき相の電流が増加しにくく、逆に電流が減少していくべき相の電流が減少しにくくなる。また、モータが高速回転を行っているときのように電気角６０°に相当する期間が短い場合には、この期間に対するスイッチング周期の比が大きくなる。
【００１４】
すると、モータに供給される相電流の位相が、ロータの位置を示す位置信号ＰＳに対して遅れ、電流が減少していくべき相の電流が電気角６０°の期間中にゼロまで減少しないので、モータにブレーキトルクが発生し、モータの効率が低下するという問題があった。
【００１５】
また、電流を減少させるべき相の電流が電気角６０°の期間中にゼロまで減少しないと、次の電気角６０°の期間中において、トルク指令電圧ＴＩにより決定される電流よりも大きな相電流が流れる期間が生じる。すると、駆動トランジスタ１〜６にその絶対最大定格を越える大きさの電流が流れる可能性があった。
【００１６】
本発明は、モータが高速で回転するとき等、モータに供給される電流の位相が遅れやすい場合においても、スイッチング素子の故障やモータの効率の低下を防ぎ、モータを安定して動作させることができる、ＰＷＭ制御によるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１の発明が講じた手段は、直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を複数備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点からモータに電流を供給するモータ駆動装置であって、前記複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記複数の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗と、前記モータのロータの位置に応じた位置信号を出力する位置検出部と、前記複数の出力回路のうちのいずれか１つにおける１のスイッチング素子を前記位置信号に応じて選択し、所定の電気角に相当する期間において導通させるとともに、導通させる前記スイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における下アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせ、導通させる前記スイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における上アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせる通電相切換回路と、前記所定の電気角に相当する期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうち、複数のスイッチング素子を導通させる第１の期間と、前記第１の期間に導通させた複数のスイッチング素子のうちのいずれか１つを引き続き導通させる第２の期間とが存在するように、入力されたトルク指令信号及び前記電流検出抵抗に生じる電圧に応じて、前記通電相切換回路によるスイッチング動作を制御するスイッチング動作制御信号を生成し、出力する通電期間制御部とを備え、前記通電期間制御部は、前記所定の電気角に相当する期間において行われるスイッチング動作の回数が所定の値以下である場合には、その次の所定の電気角に相当する期間において、電流の大きさを減少させるべき相に対応するスイッチング素子を非導通にするように、前記スイッチング動作制御信号を生成するものである。
【００１８】
請求項１の発明によると、相電流を急激に異常増加させないようにするＰＷＭ制御を行うことができる。特に、ロータの位置を示す位置信号に対してモータに供給される電流の位相が遅れて、所定の電気角に相当する期間においてスイッチング素子をスイッチング動作させる回数が少なくなった場合には、その次の所定の電気角に相当する期間において電流の大きさを減少させるべき相に対応するスイッチング素子を非導通にするので、スイッチング素子にその絶対最大定格を越える大きさの電流が流れることがないようにすることができる。
【００１９】
また、請求項２の発明では、請求項１に記載のモータ駆動装置において、前記通電期間制御部は、前記所定の電気角に相当する期間において、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング動作の回数を数え、その回数が所定の値以下であるか否かを示す信号を出力するスイッチング回数監視回路を有するものである。
【００２０】
請求項２の発明によると、スイッチング回数監視回路によって、所定の電気角に相当する期間におけるスイッチング素子のスイッチング動作の回数が所定の値以下であるか否かを検出することができる。
【００２１】
また、請求項３の発明では、請求項１に記載のモータ駆動装置において、前記通電期間制御部は、前記所定の電気角に相当する期間において行われるスイッチング動作の回数が所定の値を越えるようになった場合には、その次の所定の電気角に相当する期間において、電流の大きさを減少させるべき相に対応するスイッチング素子をもスイッチング動作させるように、前記スイッチング動作制御信号を生成するものである。
【００２２】
請求項３の発明によると、所定の電気角に相当する期間においてスイッチング素子をスイッチング動作させる回数が再び増加した場合には、電流の大きさを減少させるべき相に対応するスイッチング素子のスイッチング動作を再開させるので、モータを停止させることなく、相電流を急激に変化させないようにするＰＷＭ制御を再開することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、例として、モータ駆動装置が３相ブラシレスモータを駆動する場合について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係るモータ駆動装置、及びこれによって駆動されるモータを示すブロック図である。図１のモータ駆動装置は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相上アーム側駆動トランジスタ１，３，５と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相下アーム側駆動トランジスタ２，４，６と、ダイオード１Ｄ，２Ｄ，３Ｄ、４Ｄ，５Ｄ，６Ｄと、電流検出抵抗７と、ホール素子回路２１と、位置検出回路２２と、通電相切換回路２３と、プリドライブ回路２４と、通電期間制御部１００とを備えている。
【００２５】
通電期間制御部１００は、相別トルク信号発生回路３０と、ロジック制御回路４０と、比較器５１，５２と、ＡＮＤゲート５６と、スイッチング回数監視回路６０とを備えている。モータ１０は、Ｕ相コイル１１と、Ｖ相コイル１２と、Ｗ相コイル１３とを備えている。ホール素子回路２１と、位置検出回路２２とは、位置検出部を構成している。
【００２６】
駆動トランジスタ１〜６は、ｎ形ＭＯＳ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタであるとする。駆動トランジスタ１のソース及びドレインには、ダイオード１Ｄのアノード及びカソードがそれぞれ接続されている。同様に、駆動トランジスタ２〜６には、ダイオード２Ｄ〜６Ｄがそれぞれ接続されている。駆動トランジスタ１，３，５のドレインは電源ＶＣＣに接続され、駆動トランジスタ２，４，６のソースは電流検出抵抗７の一端に接続されている。電流検出抵抗７の他端は接地されている。駆動トランジスタ１〜６は、それぞれスイッチング素子として動作する。
【００２７】
また、駆動トランジスタ１，２と、ダイオード１Ｄ，２Ｄとは、Ｕ相の出力回路を構成している。駆動トランジスタ３，４と、ダイオード３Ｄ，４Ｄとは、Ｖ相の出力回路を構成している。駆動トランジスタ５，６と、ダイオード５Ｄ，６Ｄとは、Ｗ相の出力回路を構成している。電流検出抵抗７は、これらの出力回路に供給される電流の和を検出することができる。
【００２８】
ここでは、図１のモータ駆動装置がダイオード１Ｄ〜６Ｄを備えるとして説明したが、これに代えて、駆動トランジスタ１〜６のそれぞれが備える寄生ダイオードをダイオード１Ｄ〜６Ｄとして用いてもよい。すなわち、駆動トランジスタ１〜６のそれぞれに構造的にダイオードが存在していてもよい。
【００２９】
駆動トランジスタ１のソースは、駆動トランジスタ２のドレインに接続され、更にモータ１０のＵ相コイル１１の一端に接続されている。駆動トランジスタ３のソースは、駆動トランジスタ４のドレインに接続され、更にモータ１０のＶ相コイル１２の一端に接続されている。駆動トランジスタ５のソースは、駆動トランジスタ６のドレインに接続され、更にモータ１０のＷ相コイル１３の一端に接続されている。Ｕ相コイル１１の他端は、Ｖ相コイル１２及びＷ相コイル１３の他端に接続されている。
【００３０】
ここで、駆動トランジスタ１，２からＵ相コイル１１に向かって流れる電流をＵ相電流Ｉ１とする。同様に、駆動トランジスタ３，４からＶ相コイル１２に向かって流れる電流をＶ相電流Ｉ２とし、駆動トランジスタ５，６からＷ相コイル１３に向かって流れる電流をＷ相電流Ｉ３とする。また、駆動トランジスタ１〜６からコイル１１〜１３に向かって流れる電流を吐き出し電流、その反対の向きの電流を吸い込み電流と称する。吐き出し電流の向きを各相電流の正の向きとする。モータ１０のコイル１１〜１３はＹ結線されているので、各相電流は対応するコイルに流れる電流に等しい。
【００３１】
図２は、モータ１０の各相電流Ｉ１〜Ｉ３の目標とする波形、及びその制御のために用いられる信号ＴＩ，ＴＳを示すグラフである。図１のモータ駆動装置は、モータ１０の各相電流Ｉ１〜Ｉ３が急激に変化しないように、図２のようにモータ１０に対する電流の供給を制御する。図１のモータ駆動装置は、モータ１０の電気角１８０°を例えば３分割し、分割された電気角に相当する期間毎に、すなわち、モータ１０のロータがその分割された電気角に相当する角度だけ回転する毎に、通電相を切り替えながら、モータ１０の電流を制御する。
【００３２】
例えば図２の期間ＴＵ１は、電気角６０°に相当する期間である。期間ＴＵ１では、Ｕ相電流Ｉ１は吐き出し電流であって、その大きさはほぼ一定である。また、Ｖ相電流Ｉ２は吸い込み電流であって、その大きさが時間ｔとともに次第に減少していく傾向を有している。Ｗ相電流Ｉ３は吸い込み電流であって、その大きさが時間ｔとともに０から次第に増加していく傾向を有している。そこで、期間ＴＵ１では、Ｕ相上アーム側駆動トランジスタ１を継続的に導通させる。また、Ｖ相電流Ｉ２及びＷ相電流Ｉ３が図２のようになるように、Ｖ相及びＷ相の下アーム側駆動トランジスタ４，６をスイッチング動作させ、これらの駆動トランジスタ４，６の導通期間と非導通期間とを制御する。
【００３３】
図３は、図１の位置検出回路２２及び相別トルク信号発生回路３０に関する信号を示すグラフである。ホール素子回路２１は、ホール素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを備えている。ホール素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのそれぞれは、モータ１０のロータの位置を検出し、ホール素子出力Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を位置検出回路２２に出力する。位置検出回路２２は、ホール素子出力Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３に基づいて位置信号Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３及びＰＳを求める。
【００３４】
すなわち、位置検出回路２２は、ホール素子出力Ｓ１１及びＳ１２に基づいて、モータ１０のロータ位置を示す位置信号Ｓ２１を求める。ここでは例として、ホール素子出力Ｓ１１とＳ１２との差を位置信号Ｓ２１とする（Ｓ２１＝Ｓ１１−Ｓ１２）。ホール素子出力Ｓ１１及びＳ１２は近似的な正弦波であり、ホール素子出力Ｓ１１の位相がホール素子出力Ｓ１２よりも１２０°進んでいるとき、位置信号Ｓ２１の位相はホール素子出力Ｓ１１よりも３０°進んでいる。同様に、位置検出回路２２は、位置信号Ｓ２２，Ｓ２３を例えばＳ２２＝Ｓ１２−Ｓ１３，Ｓ２３＝Ｓ１３−Ｓ１１によって求める。
【００３５】
位置検出回路２２は、求めた位置信号Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３に基づいて位置信号ＰＳを求める。位置信号ＰＳは、位置信号Ｓ２１が負から正に変化するときに立ち上がり、位置信号Ｓ２３が正から負に変化するときに立ち下がるパルス、位置信号Ｓ２２が負から正に変化するときに立ち上がり、位置信号Ｓ２１が正から負に変化するときに立ち下がるパルス、及び位置信号Ｓ２３が負から正に変化するときに立ち上がり、位置信号Ｓ２２が正から負に変化するときに立ち下がるパルスを繰り返す信号である。
【００３６】
更に、位置検出回路２２は、位置信号ＰＳのエッジのタイミングを示すパルスを位置信号ＰＥとして求める。位置信号ＰＥは、図３に示されているように、ホール素子出力Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の波形がクロスするタイミングを示している。位置検出回路２２は、位置信号Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を通電相切換回路２３に、位置信号ＰＥを相別トルク信号発生回路３０及びスイッチング回数監視回路６０に出力する。
【００３７】
相別トルク信号発生回路３０は、位置信号ＰＥ、及びトルク指令電圧（トルク指令信号）ＴＩに基づいて、電流検出抵抗７に流す電流の目標値に対応する電圧信号ＴＳを生成し、これを比較器５２の正入力端子に出力する。図２のように、信号ＴＳは、位置信号ＰＥのパルスで０にリセットされ、その後の時間に比例して大きくなり、その次の位置信号ＰＥのパルスでトルク指令電圧ＴＩに達して再び０にリセットされることを繰り返すノコギリ波状の信号である。信号ＴＳの周期は、位置信号ＰＥの周期、すなわち、モータ１０の電気角６０°の期間に等しい。
【００３８】
比較器５２の負入力端子には、電流検出抵抗７に生じる電圧（駆動トランジスタ２，４，６のソース電位）がモータ電流検出信号ＭＣとして入力されている。比較器５１の正入力端子には、モータ駆動装置の外部からトルク指令電圧ＴＩが入力され、負入力端子には、モータ電流検出信号ＭＣが入力されている。比較器５１，５２は、それぞれの出力信号ＣＰ１，ＣＰ２をロジック制御回路４０に与えている。
【００３９】
図４は、図１のロジック制御回路４０の構成の例を示す回路図である。ロジック制御回路４０は、ＲＳフリップフロップ４１，４２と、遅延回路４３と、インバータ４４，４５と、ＮＡＮＤゲート４６とを備えている。インバータ４４，４５と、ＮＡＮＤゲート４６とは、ロジック回路４９を構成している。
【００４０】
ロジック制御回路４０には、更に基準パルスＰＩがモータ駆動装置の外部から入力されている。ロジック制御回路４０は、駆動トランジスタ１〜６のうち、スイッチング動作させるものを導通させる期間を規定するスイッチング動作制御信号Ｆ１Ａ，及びＦ２を生成して、ＡＮＤゲート５６及び通電相切換回路２３にそれぞれ出力する。
【００４１】
図５は、図１のスイッチング回数監視回路６０の構成の例を示す回路図である。スイッチング回数監視回路６０は、カウンタ６２と、Ｄフリップフロップ６４とを備えている。図６は、スイッチング回数監視回路６０の入出力信号の例を示すグラフである。
【００４２】
図５及び図６を参照して説明する。カウンタ６２は、位置信号ＰＥのパルスが入力されると、そのカウント値をリセットし、出力ＣＮを“Ｌ”にしてＤフリップフロップ６４に与える。カウンタ６２は、比較器５１の出力信号ＣＰ１が“Ｈ”から“Ｌ”に変化する回数を数え、カウント値が所定の数（例えば“３”）に達すると、出力ＣＮを“Ｈ”にする。Ｄフリップフロップ６４は、位置信号ＰＥのパルスが入力されると、その直前のカウンタ６２の出力ＣＮをスイッチング停止信号ＳＣとして出力する（“Ｈ”，“Ｌ”は、それぞれ論理的な高電位及び低電位を表す）。
【００４３】
すなわち、スイッチング回数監視回路６０は、所定の電気角（例えば６０°）に相当する期間（位置信号ＰＥのパルスからその次のパルスまでの期間）において、比較器５１が出力を“Ｌ”に変化させる回数を数える。そして、得られた回数が所定の回数（例えば３回）に達している場合には、その次の所定の電気角に相当する期間においてスイッチング停止信号ＳＣを“Ｈ”にし（図６の期間ＴＣ２，ＴＣ４）、達していない場合には“Ｌ”にして（図６の期間ＴＣ３）、ＡＮＤゲート５６に出力する。
【００４４】
ＡＮＤゲート５６は、スイッチング停止信号ＳＣが“Ｈ”の場合には、スイッチング動作制御信号Ｆ１Ａをそのまま、スイッチング動作制御信号Ｆ１として通電相切換回路２３に出力し、スイッチング停止信号ＳＣが“Ｌ”の場合には、スイッチング動作制御信号Ｆ１を“Ｌ”にする。
【００４５】
通電相切換回路２３は、位置信号Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３及び制御信号Ｆ１，Ｆ２に基づいて、駆動トランジスタ１〜６のうち導通させるべきものを選択し、選択されたものを導通させるようにプリドライブ回路２４に指令する。プリドライブ回路２４は、通電相切換回路２３の出力に従って駆動トランジスタ１〜６のゲートに信号を出力し、駆動トランジスタ１〜６の導通／非導通を制御する。
【００４６】
図７は、図１のモータ駆動装置が通常の動作をしている場合における、通電期間制御部１００に関する信号、及びモータ１０の相電流を示すグラフである。図７は、図２における期間ＴＷ２及びＴＶ１を拡大して示している。図７においては、グラフの上方は、Ｕ相電流Ｉ１及びＶ相電流Ｉ２については吐き出し電流が増大する向き、Ｗ相電流Ｉ３については吸い込み電流が増大する向きである。
【００４７】
図４、図５、及び図７を参照して、図１のモータ駆動装置の動作について説明する。図７のように、基準パルスＰＩはほぼ一定の周期のパルス信号であり、この周期がＰＷＭ制御の周期の基準となる。
【００４８】
位置信号ＰＥのパルスが入力されると、電気角６０°に相当する期間ＴＷ２が始まり、カウンタ６２がリセットされる。このとき、スイッチング回数監視回路６０が出力するスイッチング停止信号ＳＣは“Ｈ”であるとする。図４のＲＳフリップフロップ４１，４２のセット端子には、基準パルスＰＩが入力されている。基準パルスＰＩが立ち下がると、ＲＳフリップフロップ４１，４２はセットされるので、制御信号Ｆ１Ａ，Ｆ２はともに“Ｈ”となる。スイッチング停止信号ＳＣは“Ｈ”であるので、制御信号Ｆ１も“Ｈ”となる。
【００４９】
遅延回路４３は、制御信号Ｆ１Ａに一定の遅延を与えてインバータ４４に出力する。制御信号Ｆ１Ａが“Ｈ”であるので、インバータ４４の出力は“Ｌ”になる。このとき、比較器５２の出力信号ＣＰ２のレベルに関わりなく、ＮＡＮＤゲート４６の出力は“Ｈ”であり、ＲＳフリップフロップ４２はリセットされない。
【００５０】
通電相切換回路２３は、位置信号Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３に基づいて、現在、図２の期間ＴＷ２内であると判定しているとする。図２に示されているように、この期間ＴＷ２は、Ｗ相電流Ｉ３を大きさがほぼ一定の吸い込み電流とする期間である。期間ＴＷ２において、Ｗ相電流Ｉ３は唯一の吸い込み電流であるので、通電相切換回路２３は、駆動トランジスタ６を継続的に導通させている。Ｕ相電流Ｉ１及びＶ相電流Ｉ２は吐き出し電流であって、その大きさを変化させる必要があるので、通電相切換回路２３は、制御信号Ｆ１，Ｆ２に従って駆動トランジスタ１，３にスイッチング動作を行わせる。期間ＴＷ２においては、通電相切換回路２３は、制御信号Ｆ１が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ１を導通させ、制御信号Ｆ２が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ３を導通させる。駆動トランジスタ２，４，５は非導通にする。
【００５１】
制御信号Ｆ１，Ｆ２がともに“Ｈ”になると、第１の期間Ｔ１が始まり、通電相切換回路２３は、駆動トランジスタ１，３を導通させる。この期間においては、Ｕ相コイル１１及びＶ相コイル１２をそれぞれ流れるＵ相電流Ｉ１及びＶ相電流Ｉ２が、ともにＷ相コイル１３を経由して電流検出抵抗７を流れる。電流検出抵抗７には、これを流れる電流の大きさに比例した電圧が生じ、この電圧がモータ電流検出信号ＭＣとして比較器５１，５２の負入力端子に入力される。
【００５２】
モータ電流検出信号ＭＣが徐々に高くなり、モータ電流検出信号ＭＣの電圧がトルク指令電圧ＴＩに達すると、比較器５１は出力信号ＣＰ１を“Ｌ”に変化させる。すると、ＲＳフリップフロップ４１はリセットされ、その出力を“Ｌ”に変化させるので、制御信号Ｆ１Ａ，Ｆ１が“Ｌ”になる（図７参照）。遅延回路４３は、制御信号Ｆ１Ａに一定の遅延を与えてインバータ４４に出力する。すると、インバータ４４の出力が“Ｈ”になるので、比較器５２の出力信号ＣＰ２のレベル変化に応じてＲＳフリップフロップ４２がリセットされるようになる。また、カウンタ６２は、カウント値を１だけ増大させる。
【００５３】
制御信号Ｆ１，Ｆ２がそれぞれ“Ｌ”，“Ｈ”になると、期間Ｔ１が終了して第２の期間Ｔ２が始まる。この期間において、通電相切換回路２３は駆動トランジスタ１を非導通にし、駆動トランジスタ３は導通させたままにする。すなわち、期間ＴＷ２において電流の大きさを減少させるべきＵ相の駆動トランジスタ１を、駆動トランジスタ３よりも先に非導通にする。すると、Ｕ相コイル１１には、ダイオード２Ｄ及び駆動トランジスタ６を経由して回生電流が流れる。この回生電流は、電流検出抵抗７には流れないので、Ｖ相コイル１２に流れている電流のみが電流検出抵抗７に流れる。このため、Ｕ相コイル１１の電流の影響を受けることなくＶ相コイル１２の電流を検出することができる。駆動トランジスタ１が非導通になると、モータ電流検出信号ＭＣは直ちに減少するので、比較器５１は、出力信号ＣＰ１として非常に短いパルスを出力することになる。
【００５４】
駆動トランジスタ３及び６は引き続き導通しているので、Ｖ相コイル１２の電流は増大を続ける。Ｕ相コイル１１の電流が電流検出抵抗７に流れなくなるので、モータ電流検出信号ＭＣは一旦小さくなるが、その後、電流検出抵抗７に流れる電流は増大する。モータ電流検出信号ＭＣの電圧が、相別トルク信号発生回路３０が出力する信号ＴＳの電圧に到達すると、比較器５２は出力信号ＣＰ２を“Ｌ”にする。すると、ＮＡＮＤゲート４６の出力が“Ｌ”になり、ＲＳフリップフロップ４２がリセットされ、制御信号Ｆ２が“Ｌ”になる（図７参照）。
【００５５】
制御信号Ｆ１，Ｆ２がともに“Ｌ”になると、期間Ｔ２が終了して第３の期間Ｔ３が始まる。この期間において、通電相切換回路２３は駆動トランジスタ１及び３を非導通にする。すると、Ｖ相コイル１２には、ダイオード４Ｄを経由して回生電流が流れる。この回生電流は、電流検出抵抗７には流れないので、Ｕ相コイル１１及びＶ相コイル１２に回生電流が流れる期間Ｔ３においては、モータ電流検出信号ＭＣの電圧がゼロになる。
【００５６】
期間Ｔ３は、次の基準パルスＰＩが入力されるまで続き、その後、同様に期間Ｔ１〜Ｔ３の動作を繰り返す。カウンタ６２は、比較器５１の出力信号ＣＰ１が“Ｌ”になる毎に、カウント値を１ずつ増大させる。このように、比較器５１の出力信号ＣＰ１が“Ｌ”に変化する回数は、スイッチング動作をする駆動トランジスタ１，３のスイッチング回数に等しい。
【００５７】
図７の場合、期間ＴＷ２が終了するとき、カウンタ６２のカウント値は“３”、その出力ＣＮは“Ｈ”になっている。このため、その次の電気角６０°に相当する期間ＴＶ１が始まるとき、スイッチング回数監視回路６０が出力するスイッチング停止信号ＳＣは“Ｈ”となる。したがって、期間ＴＶ１においては、ロジック制御回路４０が出力する制御信号Ｆ１Ａは、期間ＴＷ２と同様に、そのままスイッチング動作制御信号Ｆ１として通電相切換回路２３に与えられる。
【００５８】
期間ＴＵ１，ＴＶ１，ＴＷ１，ＴＵ２，ＴＶ２における図１のモータ駆動装置の動作は、それぞれ次の点を除き、期間ＴＷ２における動作と同様である。
【００５９】
Ｕ相電流Ｉ１を大きさがほぼ一定の吐き出し電流とする期間ＴＵ１においては、通電相切換回路２３は、駆動トランジスタ１を継続的に導通させ、制御信号Ｆ１，Ｆ２に従って駆動トランジスタ４，６のそれぞれにスイッチング動作を行わせる。すなわち、通電相切換回路２３は、制御信号Ｆ１が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ４を導通させ、制御信号Ｆ２が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ６を導通させる。駆動トランジスタ２，３，５は非導通にする。
【００６０】
Ｖ相電流Ｉ２を大きさがほぼ一定の吐き出し電流とする期間ＴＶ１においては、通電相切換回路２３は、駆動トランジスタ３を継続的に導通させ、制御信号Ｆ１，Ｆ２に従って駆動トランジスタ６，２のそれぞれにスイッチング動作を行わせる。すなわち、通電相切換回路２３は、制御信号Ｆ１が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ６を導通させ、制御信号Ｆ２が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ２を導通させる。駆動トランジスタ１，４，５は非導通にする。
【００６１】
Ｗ相電流Ｉ３を大きさがほぼ一定の吐き出し電流とする期間ＴＷ１においては、通電相切換回路２３は、駆動トランジスタ５を継続的に導通させ、制御信号Ｆ１，Ｆ２に従って駆動トランジスタ２，４のそれぞれにスイッチング動作を行わせる。すなわち、通電相切換回路２３は、制御信号Ｆ１が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ２を導通させ、制御信号Ｆ２が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ４を導通させる。駆動トランジスタ１，３，６は非導通にする。
【００６２】
Ｕ相電流Ｉ１を大きさがほぼ一定の吸い込み電流とする期間ＴＵ２においては、通電相切換回路２３は、駆動トランジスタ２を継続的に導通させ、制御信号Ｆ１，Ｆ２に従って駆動トランジスタ３，５のそれぞれにスイッチング動作を行わせる。すなわち、通電相切換回路２３は、制御信号Ｆ１が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ３を導通させ、制御信号Ｆ２が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ５を導通させる。駆動トランジスタ１，４，６は非導通にする。
【００６３】
Ｖ相電流Ｉ２を大きさがほぼ一定の吸い込み電流とする期間ＴＶ２においては、通電相切換回路２３は、駆動トランジスタ４を継続的に導通させ、制御信号Ｆ１，Ｆ２に従って駆動トランジスタ５，１のそれぞれにスイッチング動作を行わせる。すなわち、通電相切換回路２３は、制御信号Ｆ１が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ５を導通させ、制御信号Ｆ２が“Ｈ”のときに駆動トランジスタ１を導通させる。駆動トランジスタ２，３，６は非導通にする。
【００６４】
図８は、図１のモータ駆動装置において、所定の電気角に相当する期間内のスイッチングの回数が減少している場合の、通電期間制御部１００に関する信号、及びモータ１０の相電流を示すグラフである。モータ１０の負荷が大きくてコイルに流す必要がある電流が大きく、電流が目標値に達するのに時間がかかる場合や、モータ１０のロータが高速で回転している場合には、図８のように所定の電気角に相当する期間内のスイッチングの回数が減少する。図８も、図２における期間ＴＷ２及びＴＶ１を拡大して示している。
【００６５】
図５〜図８を参照して、図８の場合における図１のモータ駆動装置の動作について説明する。 この場合の図１のモータ駆動装置の動作は、期間ＴＷ２においては図７の場合とほぼ同様である。ただし、図８の場合は、図７の場合よりも期間ＴＷ２におけるスイッチングの回数が少なくなっている。また、Ｕ相電流Ｉ１は、期間ＴＷ２においてその大きさが減少していくが、期間ＴＶ１における最初の基準パルスＰＩが入力される時点でも、値がゼロに達していない。
【００６６】
図８の場合、期間ＴＷ２における駆動トランジスタ１及び３のスイッチング回数（比較器５１の出力信号ＣＰ１が“Ｌ”に変化する回数）は、“２”である。期間ＴＶ１が開始したときに、カウンタ６２のカウント値は“２”であるので、スイッチング回数監視回路６０は、スイッチング停止信号ＳＣを“Ｌ”にする（図６の期間ＴＣ３に相当する）。すると、ＡＮＤゲート５６は、スイッチング動作制御信号Ｆ１を“Ｌ”に固定する。このため、通電相切換回路２３は、期間ＴＶ１において電流の大きさを減少させるべきＷ相の駆動トランジスタ６を、非導通に保つ。
【００６７】
したがって、Ｕ相電流Ｉ１及びＶ相電流Ｉ２がＷ相コイル１３を流れることがなくなる。このため、図１２のように、回生電流として流れるＵ相電流Ｉ１と、Ｖ相電流Ｉ２との和が所定の値を超え、これらの電流がＷ相の駆動トランジスタ６を流れることによって、この駆動トランジスタが劣化してしまうことを避けることができる。また、電流の大きさを減少させるべきＷ相の電流が期間ＴＷ２においてゼロまで減少するので、モータにブレーキトルクが発生してモータの効率が低下する現象を避けることができる。
【００６８】
期間ＴＶ１においては、電流の大きさを増加させるべきＵ相の駆動トランジスタ２が導通するが、この相は、電流の大きさを減少させるべき相よりも誘起電圧の影響が少ないので、相電流が増加しやすくなっている。
【００６９】
また、モータ１０の負荷が減少した場合には、相電流の値がトルク指令電圧ＴＩに対応する値に達するまでの時間が短くなり、モータ１０のロータの回転が遅くなった場合には、所定の電気角に相当する期間に対するスイッチング周期の比が小さくなるので、いずれの場合もこの期間内のスイッチングの回数が増加する。
【００７０】
駆動トランジスタ２は、スイッチング動作制御信号Ｆ２に従って、期間ＴＶ１内の期間Ｔ４においては導通し、期間Ｔ５においては非導通になる。期間ＴＶ１においては、駆動トランジスタ２のスイッチング回数（比較器５１の出力信号ＣＰ１が“Ｌ”に変化する回数）が“３”になっている。カウンタ６２のカウント値が“３”に達するので、期間ＴＶ１の次の期間ＴＵ２が開始したときに、スイッチング回数監視回路６０は、スイッチング停止信号ＳＣを“Ｈ”にする（図６の期間ＴＣ４に相当する）。すると、ＡＮＤゲート５６は、ロジック制御回路４０が出力するスイッチング動作制御信号Ｆ１Ａをそのまま、スイッチング動作制御信号Ｆ１として通電相切換回路２３に出力するようになる。
【００７１】
このため、通電相切換回路２３は、期間ＴＶ１の次の期間ＴＵ２（図２参照）においては、電流の大きさを減少させるべきＶ相の駆動トランジスタ３を期間ＴＶ１におけるＷ相の駆動トランジスタ６のように非導通に保つことはせず、スイッチング動作をさせる。したがって、図１のモータ駆動装置は、図７を参照して説明したような通常の動作を再び行うことができる。
【００７２】
なお、以上の実施形態においては、電気角１８０°を３分割したものに相当する期間における駆動トランジスタのスイッチング動作の回数を数える場合について説明をしたが、より細かく、例えば電気角１８０°を６分割したものに相当する期間において数えるようにしてもよい。
【００７３】
また、スイッチング回数監視回路６０が、所定の電気角に相当する期間における駆動トランジスタのスイッチング回数が３回に達したか否かに応じて出力のレベルを変化させる場合について説明したが、より多くの回数に達したか否かに応じて出力のレベルを変化させるようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によると、モータの負荷が大きい場合や、モータが高速で回転している場合等、モータの電流の位相が遅れやすい場合であっても、駆動トランジスタ等のスイッチング素子に所定の値を越える電流が流れないようにすることができるので、スイッチング素子の劣化を防ぐことができる。また、モータの電流の位相が大きく遅れないようにすることができるので、モータの効率が著しく低下する現象も避けることできる。更に、複雑な回路を必要としないので、モータを安定して動作させることが低コストで可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ駆動装置、及びこれによって駆動されるモータを示すブロック図である。
【図２】モータの各相電流の目標とする波形、及びその制御のために用いられる信号を示すグラフである。
【図３】図１の位置検出回路及び相別トルク信号発生回路に関する信号を示すグラフである。
【図４】図１のロジック制御回路の構成の例を示す回路図である。
【図５】図１のスイッチング回数監視回路の構成の例を示す回路図である。
【図６】スイッチング回数監視回路の入出力信号の例を示すグラフである。
【図７】図１のモータ駆動装置が通常の動作をしている場合における、通電期間制御部に関する信号、及びモータの相電流を示すグラフである。
【図８】図１のモータ駆動装置において、所定の電気角に相当する期間内のスイッチングの回数が減少している場合の、通電期間制御部に関する信号、及びモータの相電流を示すグラフである。
【図９】従来のモータ駆動装置、及びこれによって駆動されるモータを示すブロック図である。
【図１０】図９のモータ駆動装置によって駆動されるモータの相電流等を示すグラフである。
【図１１】図１０の期間Ｔ３における電流の経路を示す図である。
【図１２】図１０の期間Ｔ９１における電流の経路を示す図である。
【符号の説明】
１〜３ 上アーム側駆動トランジスタ（上アーム側スイッチング素子）
４〜６ 下アーム側駆動トランジスタ（下アーム側スイッチング素子）
１Ｄ〜６Ｄ ダイオード
７ 電流検出抵抗
１０ モータ
１１ Ｕ相コイル
１２ Ｖ相コイル
１３ Ｗ相コイル
２１ ホール素子回路
２２ 位置検出回路
２３ 通電相切換回路
２４ プリドライブ回路
３０ 相別トルク信号発生回路
４０ ロジック制御回路
５１，５２ 比較器
６０ スイッチング回数監視回路
１００ 通電期間制御部

Claims (3)

1. 直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を複数備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点からモータに電流を供給するモータ駆動装置であって、
   前記複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記複数の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗と、
   前記モータのロータの位置に応じた位置信号を出力する位置検出部と、
   前記複数の出力回路のうちのいずれか１つにおける１のスイッチング素子を前記位置信号に応じて選択し、所定の電気角に相当する期間において導通させるとともに、導通させる前記スイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における下アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせ、導通させる前記スイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における上アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせる通電相切換回路と、
   前記所定の電気角に相当する期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうち、複数のスイッチング素子を導通させる第１の期間と、前記第１の期間に導通させた複数のスイッチング素子のうちのいずれか１つを引き続き導通させる第２の期間とが存在するように、入力されたトルク指令信号及び前記電流検出抵抗に生じる電圧に応じて、前記通電相切換回路によるスイッチング動作を制御するスイッチング動作制御信号を生成し、出力する通電期間制御部とを備え、
   前記通電期間制御部は、
   前記所定の電気角に相当する期間において行われるスイッチング動作の回数が所定の値以下である場合には、その次の所定の電気角に相当する期間において、電流の大きさを減少させるべき相に対応するスイッチング素子を非導通にするように、前記スイッチング動作制御信号を生成するものである
   モータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記通電期間制御部は、
   前記所定の電気角に相当する期間において、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング動作の回数を数え、その回数が所定の値以下であるか否かを示す信号を出力するスイッチング回数監視回路を有するものである
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記通電期間制御部は、
   前記所定の電気角に相当する期間において行われるスイッチング動作の回数が所定の値を越えるようになった場合には、その次の所定の電気角に相当する期間において、電流の大きさを減少させるべき相に対応するスイッチング素子をもスイッチング動作させるように、前記スイッチング動作制御信号を生成するものである
   ことを特徴とするモータ駆動装置。

Images