JP2005328644A - モータ駆動装置、モータ制御装置及びモータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直流モータの大きな加速度の変化に対しても、安定したトルクをモータに与えるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明のモータ駆動装置は、直流モータのロータの位置を所定の電気角毎に検出した検出信号に基づいて、検出信号と同一の分解能である電気角の第１の分解能を有する第１の位置信号と、第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成部と、検出信号に基づいて、ロータの回転速度が第１の閾値より低いか否かを検出する回転速度検出部と、ロータの回転速度が第１の閾値より低い場合は、第１の位置信号に基づいてステータ巻線の各相の通電を制御し、ロータの回転速度が第１の閾値以上である場合は、第２の位置信号に基づいてステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置、モータ制御装置及びモータ駆動方法に関する。

磁気、光、光磁気等の記録装置を含む広い製品分野で、高い信頼性を有し高速化に優れた直流ブラシレスモータが使用されている。
一般に直流ブラシレスモータは、ロータ位置センサがロータの位置（電気角）を検出し、通電制御部がロータの位置に応じて各相のステータ巻線に流す電流を順次切り換えることにより、回転する。

Ｕ相Ｖ相Ｗ相からなる３相直流ブラシレスモータを駆動する従来例１のモータ駆動装置を説明する。従来例１のモータ駆動装置は、ステータ巻線の各相の連続する通電区間において一定の電圧を出力する矩形波通電を行う。図３、４、１１、１４及び１５を用いて説明する。図３、４、１１は、本発明の実施の形態１と同一であるため、詳細な説明は実施の形態１で記載する。図１４は従来例１のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。従来例１のモータ制御装置は、従来例１のモータ駆動装置とブラシレスモータとロータ位置センサ１０１とを有する。

従来例１のモータ駆動装置は、ロータ位置検出部１４０２、通電信号制御部１１０、３相モータ駆動部１０４、トルク指令部１４０５、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation、パルス幅変調）生成部１４０６、モータ電流検出部１０７を有する。

ロータ位置センサ１０１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ステータにそれぞれ対応した３個のホール素子で構成される。ロータ位置センサ１０１は、直流ブラシレスモータのロータ位置の磁界の強さによって決まる電圧である３相のホール信号を出力する（図２（ａ））。ホール信号１２１、１２２、１２３はロータ位置検出部１４０２に入力される。

ロータ位置検出部１４０２は、ホール信号１２１、１２２、１２３を２値化して、矩形波の位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄに変換し（図２（ｂ））、出力する。

通電信号制御部１１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄを入力し、６進法のカウンタ値３０８と、３相のステータ巻線を順番に通電するＵＨ通電信号１４１Ｈ、ＵＬ通電信号１４１Ｌ、ＶＨ通電信号１４２Ｈ、ＶＬ通電信号１４２Ｌ、ＷＨ通電信号１４３Ｈ、ＷＬ通電信号１４３Ｌと、を出力する。
図３は、通電信号制御部１１０の構成を示すブロック図である。通電信号制御部１１０の構成の詳細は、実施の形態１の説明の中で行う。

図４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄと、通電信号１４１Ｈ、１４１Ｌ、１４２Ｈ、１４２Ｌ、１４３Ｈ、１４３Ｌとを示すタイムチャートである。図４において横軸は電気角である。通電信号１４１Ｈ、１４１Ｌ、１４２Ｈ、１４２Ｌ、１４３Ｈ、１４３Ｌは、それぞれ連続して１２０度の電気角区間、対応するステータ巻線に通電する。各相において、通電する１２０度の電気角区間の間に、ステータ巻線に通電しない６０度の電気角区間が設けられる。

トルク指令部１４０５は、トルク指令値ＴＱを入力し、目標電流指令値Ｉ_ＴＱを出力する。一般に、目標電流指令値は、下記の式で求められる。ｋ_ＴＱは、３相直流ブラシレスモータのトルク定数である。
Ｉ_ＴＱ＝ＴＱ／ｋ_ＴＱ

図１５は、ＰＷＭ生成部１４０６の構成を示すブロック図である。実施の形態１のＰＷＭ生成部１０６（図１０）と類似の構成を有する。ＰＷＭ生成部１４０６は、図１０の切換器１００１に代えて、切換器１５０１を有する。それ以外の点において、ＰＷＭ生成部１４０６はＰＷＭ生成部１０６（図１０）と同一である。
切換器１５０１は、目標電流指令値Ｉ_ＴＱと、６進法のカウンタ値３０８とを入力し、６進法のカウンタ値３０８に応じて、目標電流指令値Ｉ_ＴＱを電流／電圧変換部１００２、１００３、１００４に分配する。ＰＷＭ生成部１４０６のそれ以外のブロックについては、実施の形態１において説明する。
ＰＷＭ生成部１４０６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の実測電流値Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗと、目標電流指令値Ｉ_ＴＱと、６進法のカウンタ値３０８とを入力し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号１６１、１６２、１６３を出力する。

図１１は、モータ駆動装置の３相モータ駆動部１０４の構成を示す概略的な回路図である。３相モータ駆動部１０４の構成は、実施の形態１と同一である。３相モータ駆動部１０４の構成については、実施の形態１において説明する。
３相モータ駆動部１０４は、ＵＨ通電信号１４１Ｈ、ＵＬ通電信号１４１Ｌ、ＶＨ通電信号１４２Ｈ、ＶＬ通電信号１４２Ｌ、ＷＨ通電信号１４３Ｈ、ＷＬ通電信号１４３Ｌ、Ｕ相ＰＷＭ信号１６１、Ｖ相ＰＷＭ信号１６２、Ｗ相ＰＷＭ信号１６３を入力し、Ｕ相駆動信号１７１、Ｖ相駆動信号１７２、Ｗ相駆動信号１７３を出力する。

Ｕ相駆動信号１７１、Ｖ相駆動信号１７２、Ｗ相駆動信号１７３がＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線に印加される。導通したＨｉｇｈレベル出力用スイッチング素子から、いずれか１つの相のステータ巻線を通って、導通したＬｏｗレベル出力用スイッチング素子に、ＰＷＭ信号のＨｉｇｈ区間だけ電流が流れ、モータが駆動される。

１２０度の通電期間において実効的な電圧を一定として矩形波駆動する従来例１のモータ駆動装置は、直流ブラシレスモータ回転時の騒音や振動が大きいという問題があった。
近年、直流ブラシレスモータ回転時の騒音や振動を低減するために、ステータ巻線に通電する期間を電気角１８０度期間とする、各相のモータコイル電流が流れない期間の無いいわゆる１８０度通電が採用されるようになってきた。１８０度通電によるステータ巻線電流の波形は、台形又は正弦波等である。騒音や振動の低減には正弦波が好ましい。

特開２００３−１７４７８９号公報に、Ｕ相Ｖ相Ｗ相からなる３相直流ブラシレスモータを正弦波駆動する従来例２のモータ駆動装置が開示されている。従来例２のモータ駆動装置は、ステータ巻線の各相の連続する通電区間において正弦波電圧を出力する正弦波通電を行う。図２、５〜１１及び１６を用いて説明する。図２、５〜１１は、本発明の実施の形態１と同一であるため、詳細な説明は実施の形態１で記載する。図１６は従来例２のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。従来例２のモータ制御装置は、従来例２のモータ駆動装置とブラシレスモータとロータ位置センサ１０１とを有する。

従来例２のモータ駆動装置は、ロータ位置検出部１０２、通電信号制御部１６０３、３相モータ駆動部１０４、トルク指令部１６０５、ＰＷＭ生成部１０６、モータ電流検出部１０７を有する。従来例２において、従来例１と同一のブロックには同一の符号を付す。

ホール素子であるロータ位置センサ１０１は、３相のホール信号を出力する（図２（ａ））。ホール信号１２１、１２２、１２３はロータ位置検出部１０２に入力される。
ロータ位置検出部１０２は、ホール信号１２１、１２２、１２３を２値化して、矩形波の位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄに変換し（図２（ｂ））、出力する。２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄをそれぞれ電気角３０度進ませて（図２（ｃ））、それぞれの立ち上がり、立ち下がりエッジから合成信号１２４を作成し、出力する（図２（ｄ））。ここで、得られた合成信号１２４の電気角６０度毎の区間をそれぞれＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６と呼ぶ。電気角６０度毎の区間Ｔ１からＴ６を持つ合成信号１２４は、通電信号制御部１６０３に入力される。

通電信号制御部１６０３は、実施の形態１の通電信号制御部１０３（図５）に類似する構成を有する。通電信号制御部１６０３は、合成信号１２４と、Ｕ相の進相信号１２１ＡＤとを入力し、６０度の電気角を８つに分割した各区間においてそれぞれＨｉｇｈになる８つの区間分割信号θ０〜θ７を生成し、４８進法のカウンタ値５１２と、３相のステータ巻線を順番に通電するＵＨ通電信号１３１Ｈ、ＵＬ通電信号１３１Ｌ、ＶＨ通電信号１３２Ｈ、ＶＬ通電信号１３２Ｌ、ＷＨ通電信号１３３Ｈ、ＷＬ通電信号１３３Ｌと、を出力する。従来例２の通電信号制御部１６０３は、計数値１５１を出力しない点で、図５に示す実施の形態１の第２の通電信号制御部１０３と異なる。それ以外の構成については、実施の形態１の第２の通電信号制御部１０３（図５）と同一である。

図８は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄと、通電信号１３１Ｈ、１３１Ｌ、１３２Ｈ、１３２Ｌ、１３３Ｈ、１３３Ｌとを示すタイムチャートである。図８において横軸は電気角である。通電信号１３１Ｈ、１３２Ｈ、１３３Ｈ、１３１Ｌ、１３２Ｌ、１３３Ｌは、それぞれ連続して１８０度の電気角区間、対応するステータ巻線に通電する。

図６を用いて、区間Ｔ１の始まりからＴ２が終了する電気角１２０度区間についての、通電信号制御部１６０３の動作を説明する。通電信号制御部１６０３は、区間Ｔ１の逆数より十分高い周波数のクロックを入力する。通電信号制御部１６０３は、区間Ｔ１の開始を示す合成信号１２４の立ち上がりエッジを入力すると、クロックの計数を開始する。区間Ｔ２の開始を示す合成信号１２４の立ち下がりエッジを入力すると、区間Ｔ１において入力したクロックの計数値をラッチして、その計数値を１／８で割った値を出す。その計数値を１／８した値でクロックを分周し、分周したクロックを計数することにより、電気角６０度区間を８分割する区間分割信号θ０〜θ７を出力する。従って、区間分割信号θ０〜θ７は、それぞれ電気角７．５度区間を示す。

区間Ｔ１のクロックの計数値を１／８した値は、次の区間Ｔ２においてクロックを分周するのに用いられる。次の区間Ｔ２において、８等分された区間分割信号θ０〜θ７が得られる。つまり現在の区間Ｔ２は、前の区間Ｔ１の計数値を８等分した値を単位として８分割され、且つ現在の区間Ｔ２のクロックが計数される。区間Ｔ２において入力したクロックの計数値を１／８した値は、区間Ｔ２の次の区間Ｔ３においてクロックを分周するのに用いられる。
これらを区間Ｔ１からＴ６まで順次繰り返す。即ち、１つ前の６０度区間の計数値を８等分し、その８等分した区間を単位として現在の６０度区間を８分割することを繰り返すことにより、全ての電気角６０度の区間をほぼ正確に８分割する。

このようにして得られた区間分割信号θ０〜θ７の情報を含む４８進法のカウンタ値５１２は、トルク指令部１６０５に入力される。トルク指令部１６０５は、所定のトルク指令値ＴＱと４８進法のカウンタ値５１２とを入力し、カウンタ値５１２に応じて目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２を決定する。トルク指令部１６０５の構成は、実施の形態１のトルク指令部１０５（図９）に類似する構成を有する。トルク指令部１６０５は、トルク指令部１０５（図９）から乗算器９０４を取り除いたものである。トルク指令部の構成の詳細は、実施の形態１の説明の中で行う。トルク指令部１６０５は、６０度区間において、区間分割信号θ０〜θ７のそれぞれの区間毎に、入力トルク指令値ＴＱに対してある割合で増加または減少する、決められた階段状の目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２を決定する（図７）。

モータ電流検出部１０７は、直流ブラシレスモータの各相の実際の電流値Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗを検出する。３相モータ駆動部１０４の１相の駆動部がＬｏｗレベルを出力する時、他の２相の駆動部が電流を出力する。ＰＷＭ生成部１０６は、モータ電流検出部１０７が検出した２相のステータ巻線電流が目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２と等しくなるようなＰＷＭ信号１６１、１６２、１６３を生成し、３相モータ駆動部１０４に出力する。図１０はＰＷＭ生成部１０６の構成を示すブロック図である。ＰＷＭ生成部１０６の構成の詳細は、実施の形態１の説明の中で行う。

３相モータ駆動部１０４は、ＵＨ通電信号１３１Ｈ、ＵＬ通電信号１３１Ｌ、ＶＨ通電信号１３２Ｈ、ＶＬ通電信号１３２Ｌ、ＷＨ通電信号１３３Ｈ、ＷＬ通電信号１３３Ｌ、Ｕ相ＰＷＭ信号１６１、Ｖ相ＰＷＭ信号１６２、Ｗ相ＰＷＭ信号１６３を入力し、Ｕ相駆動信号１７１、Ｖ相駆動信号１７２、Ｗ相駆動信号１７３を出力する。図１１は３相モータ駆動部１０４の構成を示すブロック図である。３相モータ駆動部１０４の構成の詳細は、実施の形態１の説明の中で行う。

その結果、各相のステータ巻線電流は、電気角１８０度の正弦波通電となり、騒音や振動を低減する事が可能となる。
前述の説明は、６０度を８分割して正弦波通電した。しかしこれに限られるものではなく、６０度を任意の数で分割しても良い。６０度を多くの区間に分割することにより、騒音や振動を更に低減出来る。また区間分割信号θ０〜θ７におけるトルク／電流値変換係数の変化特性を任意に設定することにより、目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２の波形を台形波を含む所望の波形に設定できる。

特開２００３−１７４７８９号公報

従来例２のモータ駆動装置は、区間Ｔ１の始まりからＴ２が終了する電気角１２０度区間において、前区間Ｔ１におけるクロックを計数した計数値を８等分した値を単位として、現在の電気角６０度区間Ｔ２を８分割する。分割して得られた区間分割信号θ０〜θ７毎に、ステータ巻線の目標電流値を決定する。
区間分割信号θ０〜θ７は、一つ前の６０度区間Ｔ１のクロックの計数値から得られるため、現在の６０度区間に無関係に決定される。つまり、一つ前の区間Ｔ１が現在の区間Ｔ２より長い場合は、θ７の区間まで到達することなく現在の区間Ｔ２が終了する。また、逆に一つ前の区間Ｔ１が現在の区間Ｔ２より短い場合は、次の電気角６０度区間Ｔ３が来るまで延長された区間θ７において目標電流指令値がそのまま保持される。以上のことから、各区間分割信号θ０〜θ７に応じて変化する目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２は、本来の正弦波状の目標電流指令値と異なる値となる。

直流ブラシレスモータが何らかの異常状態で急停止した場合、現在の電気角６０度区間が一つ前の電気角６０度区間よりも長くなる故に、現在の区間において、前区間よりも長い区間θ７が発生する。区間分割信号θ０において直流ブラシレスモータが急停止する最悪の場合、区間θ０に対応する適切な相電流に対して、実際の相電流は最大で電気角位相が６０度進んだ電流値（区間θ７に対応する適切な相電流）となる。
停止状態から何らかの異常状態で急加速した場合も、正しい位相から決定される適切な相電流値に対して、実際に印加される相電流の電気角位相は大きく外れる。前述の急停止や停止状態からの急加速以外の大きな加速度の変化に対しても同様の結果となる。

その結果、上記のいずれの異常時にも相電流の位相が適切値から大きくずれるため、モータトルクが極度に弱くなり、トルク不足のためモータが起動しない場合があるという問題があった。
本発明は、上記問題に鑑み、通常動作時にはモータの騒音及び振動を低く抑え、直流ブラシレスモータが急速に速度低下した場合（停止を含む。）、又は急な正若しくは負の加速度が加わった場合に、安定したトルクをモータに与えるモータ駆動装置、モータ制御装置及びモータ駆動方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。請求項１に記載の発明は、複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータの前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出した検出信号に基づいて、前記検出信号と同一の分解能である電気角の第１の分解能を有する第１の位置信号と、前記第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成部と、前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転速度が第１の閾値より低いか否かを検出する回転速度検出部と、前記ロータの回転速度が前記第１の閾値より低い場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転速度が前記第１の閾値以上である場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御部と、を有することを特徴とするモータ駆動装置である。

本発明によれば、現在の回転数を監視し、回転数に応じて直流モータの通電方法を切り換えることで、如何なる状態でも安定してモータを駆動するモータ駆動装置を実現できる。
典型的には２つの検出信号又は第１の位置信号の間の区間において高周波パルスを計数し、その係数値に基づいて次の検出信号又は第１の位置信号までの区間を複数の小区間に分割して、第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号を生成する。
第２の位置信号は第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する故に、振動や騒音を低くすることが出来る。しかし、過去の計測値に基づいて、現在も過去とほぼ同じ動作を継続しているという前提の上に立った制御を行っている故に、直流ブラシレスモータが急停止した場合、実際に流す相電流の位相が適切値から大きくずれる恐れがあった。

本発明においては、ロータの回転速度が第１の閾値以上である場合は、第２の位置信号に基づいてステータ巻線の各相の通電を制御することにより、モータの騒音や振動を低く抑え、ロータの回転速度が第１の閾値より低い場合は、検出信号と同一の値である第１の位置信号に基づいて確実にステータ巻線の各相の通電を制御する。これにより、通常動作時にはモータの騒音や振動を低く抑え、急停止時等においては検知信号と同一の値である電気角の第１の分解能で確実にモータを制御する高性能で高い安定性を有するモータ駆動装置を実現する。

請求項２に記載の発明は、前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転加速度が第２の閾値より低いか否かを検出する回転加速度検出部を更に有し、前記ロータの回転速度が前記第１の閾値以上である場合において、前記通電制御部は、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置である。
本発明によれば、現在の加速度を監視し、加速度に応じて直流モータの通電方法を切り換えることで、如何なる状態でも安定してモータを駆動するモータ駆動装置を実現できる。

請求項３に記載の発明は、前記回転加速度検出部は、２つの前記検出信号の間に入力したクロックの数を計数する計数器と、前記計数器の計数値を保持する計数値保持部と、を有することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置である。

請求項４に記載の発明は、前記回転速度検出部は、前記ロータの回転速度に応じて前記第１の閾値の値を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置である。

請求項５に記載の発明は、複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータの前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出した検出信号に基づいて、前記検出信号と同一の分解能である電気角の第１の分解能を有する第１の位置信号と、前記第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成部と、前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転加速度が第２の閾値より低いか否かを検出する回転加速度検出部と、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御部と、を有することを特徴とするモータ駆動装置である。
本発明は、通常動作時にはモータの騒音及び振動を低く抑え、直流ブラシレスモータに急な正若しくは負の加速度が加わった場合に、安定してモータを駆動するモータ駆動装置を実現する。

請求項６に記載の発明は、前記通電制御部は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する場合は、前記ステータ巻線の各相の連続する通電区間を第１の電気角区間とし、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する場合は、前記ステータ巻線の各相の連続する通電区間を前記第１の電気角区間より長い第２の電気角区間とすることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項５に記載のモータ駆動装置である。

請求項７に記載の発明は、前記第１の電気角区間が１２０度であり、前記第２の電気角区間が１８０度であることを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置である。
本発明によれば、モータの回転数が所定の回転数より低い場合等に、確実にモータを回転させることが可能な１２０度通電を選択するモータ駆動装置を実現できる。

請求項８に記載の発明は、複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータと、前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出した検出信号を出力するロータ位置センサと、請求項１から請求項７のいずれかの請求項に記載のモータ駆動装置と、を有することを特徴とするモータ制御装置である。

請求項９に記載の発明は、前記ロータ位置センサが、前記ロータと共に回転する磁石の磁界若しくは磁束又はそれらの変化を検出する磁電変換素子、前記ロータと共に回転する部材の光透過率若しくは光反射率を検出する光電変換素子、並びに前記ステータ巻線に電流が流れない時における前記ステータ巻線の誘起電圧を検出する誘起電圧検出部の中のいずれかであることを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置である。

請求項１０に記載の発明は、複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータの前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出して検出信号を出力する検出ステップと、前記検出信号に基づいて、電気角の分解能が前記検出信号と同一である第１の位置信号と、前記第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成ステップと、前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転速度が第１の閾値より低いか否かを検出する回転速度検出ステップと、前記ロータの回転速度が前記第１の閾値より低い場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転速度が前記第１の閾値以上である場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御ステップと、を有することを特徴とするモータ駆動方法である。

請求項１１に記載の発明は、前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転加速度が第２の閾値より低いか否かを検出する回転加速度検出ステップを更に有し、前記ロータの回転速度が前記第１の閾値以上である場合、前記通電制御ステップにおいて、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する、ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動方法である。

請求項１２に記載の発明は、複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータの前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出して検出信号を出力する検出ステップと、前記検出信号に基づいて、前記検出信号と同一の分解能である電気角の第１の分解能を有する第１の位置信号と、前記第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成ステップと、前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転加速度が第２の閾値より低いか否かを検出する回転加速度検出ステップと、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御ステップと、を有することを特徴とするモータ駆動方法である。

本発明によれば、通常動作時にはモータの騒音や振動を低く抑え、急停止等の速度低下や急加速などの加速度の変化が大きい場合でも安定したトルクをモータに与えるモータ駆動装置、モータ制御装置及びモータ駆動方法を実現できるという有利な効果が得られる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

《実施の形態１》
図１〜１１を用いて、本発明の実施の形態１のモータ駆動装置、モータ制御装置及びモータ駆動方法について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１のモータ制御装置は、実施の形態１のモータ駆動装置とブラシレスモータとロータ位置センサ１０１とを有する。本発明の実施の形態１のモータ駆動装置は、ロータ位置検出部１０２、第２の通電信号制御部１０３、３相モータ駆動部１０４、トルク指令部１０５、ＰＷＭ生成部１０６、モータ電流検出部１０７、回転数検知部１０８、通電信号切換制御部１０９、第１の通電信号制御部１１０を有する。実施の形態１において、モータ駆動装置は１つのＩＣに集積されている。実施の形態１（図１）において、従来例１及び２（図１４、１６）と同一部には同一番号を付している。ブラシレスモータは、３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータからなる直流モータである。

ロータ位置センサ１０１は、ホール素子である。ロータ位置センサ１０１は、直流ブラシレスモータのロータ位置の磁界の強さによって決まる電圧であるホール信号１２１、１２２、１２３を出力する。ホール信号１２１、１２２、１２３はロータ位置検出部１０２に入力される。
ロータ位置センサは、例えば直流ブラシレスモータのロータと共に回転する磁石の磁界若しくは磁束又はそれらの変化を検出する他の任意の磁電変換素子、ロータと共に回転する部材の光透過率若しくは光反射率を検出する光電変換素子、並びにモータのステータ巻線に電流が流れない時におけるステータ巻線の誘起電圧を検出する誘起電圧検出部の中のいずれかであっても良い。

ロータ位置検出部１０２の動作を図２を用いて説明する。図２は、ロータ位置検出部１０２のタイミングチャート図であり、従来例と同一である。図２（ａ）は、ホール信号１２１、１２２、１２３の波形図である。図２（ｂ）は、ホール信号１２１、１２２、１２３を矩形波に変換した矩形波信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄの波形図である。図２（ｃ）は、矩形波信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄをそれぞれ電気角３０度進ませた信号１２１ＡＤ、１２２ＡＤ、１２３ＡＤの波形図である。図２（ｄ）は、矩形波信号１２１ＡＤ、１２２ＡＤ、１２３ＡＤを合成した合成信号１２４の波形図である。

ロータ位置検出部１０２は、ロータ位置センサ１０１が出力したホール信号１２１、１２２、１２３を入力する（図２（ａ））。ロータ位置検出部１０２は、入力したホール信号１２１、１２２、１２３を、相出力ごとに矩形波信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄに変換する（図２（ｂ））。この各相の矩形波信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄは、第１の通電信号制御部１１０に入力される。

図３、４を用いて、第１の通電信号制御部１１０を説明する。図３は、第１の通電信号制御部１１０の構成を示すブロック図である。第１の通電信号制御部１１０は、微分回路３０１、両エッジ微分回路３０２、３０３、３０４、ＯＲゲート３０５、カウンタ３０６、記憶部３０７を有する。第１の通電信号制御部１１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄを入力し、６進法のカウンタ値３０８と、３相のステータ巻線を順番に通電するＵＨ通電信号１４１Ｈ、ＵＬ通電信号１４１Ｌ、ＶＨ通電信号１４２Ｈ、ＶＬ通電信号１４２Ｌ、ＷＨ通電信号１４３Ｈ、ＷＬ通電信号１４３Ｌと、を出力する。

第１の通電信号制御部１１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄを入力し、それぞれ両エッジ微分回路３０２、３０３、３０４で微分する。ＯＲゲート３０５は、両エッジ微分回路３０２、３０３、３０４の出力信号を入力し、３６０度の電気角において６個のパルスを含むそれらの論理和信号を６進法のカウンタ３０６のクロック入力端子に入力する。

微分回路３０１は、Ｕ相の２値信号１２１Ｄを入力し、微分し、微分信号をカウンタ３０６のリセットパルス３０９として出力する。カウンタ３０６は、リセット端子からリセットパルス３０９を入力し、クロック入力端子からＯＲゲート３０５の出力信号をクロック３１０として入力する。
Ｕ相の２値位置検出信号１２１Ｄの立ち上がりエッジを起点に、電気角６０度毎の区間をそれぞれＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６と呼ぶ。６進カウンタ３０６は、電気角６０度毎の区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６に対応して、３ビットのカウンタ値０，１，２，３，４，５を出力する。ＲＯＭである記憶部３０７は、６進カウンタ３０６のカウンタ値をアドレス端子に入力し、カウンタ値で指定されたアドレスから６ビットのデータを読み出す。第１の通電信号制御部１１０は、６進法のカウンタ値３０８をＰＷＭ生成部１０６に送り、記憶部３０７から読み出した６ビットのデータを、それぞれＵＨ通電信号１４１Ｈ、ＶＨ通電信号１４２Ｈ、ＷＨ通電信号１４３Ｈ、ＵＬ通電信号１４１Ｌ、ＶＬ通電信号１４２Ｌ、ＷＬ通電信号１４３Ｌとして、３相モータ駆動部１０４に送る。

図４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄと、通電信号１４１Ｈ、１４１Ｌ、１４２Ｈ、１４２Ｌ、１４３Ｈ、１４３Ｌとを示すタイムチャートである。図４において横軸は電気角である。通電信号１４１Ｈ、１４１Ｌ、１４２Ｈ、１４２Ｌ、１４３Ｈ、１４３Ｌは、それぞれ連続して１２０度の電気角区間、対応するステータ巻線に通電する。各相において、通電する１２０度の電気角区間の間に、ステータ巻線に通電しない６０度の電気角区間が設けられる。

ロータ位置検出部１０２は、矩形波信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄを、それぞれの信号毎に電気角３０度進んだ矩形波信号１２１ＡＤ、１２２ＡＤ、１２３ＡＤに変換する（図２（ｃ））。矩形波信号１２１ＡＤ、１２２ＡＤ、１２３ＡＤのそれぞれの立ち上がり、立ち下がりエッジから合成信号１２４を作成する（図２（ｄ））。ここで、得られた合成信号１２４の電気角６０度毎の区間をそれぞれＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６と呼ぶ。電気角６０度毎の区間Ｔ１からＴ６を持つ合成信号１２４と、Ｕ相の進相信号１２１ＡＤとは、第２の通電信号制御部１０３に入力される。

図５〜８を用いて、第２の通電信号制御部１０３を説明する。第２の通電信号制御部１０３は、電気角１８０度の正弦波通電の通電信号１３１、１３２、１３３を生成する。図５は、第２の通電信号制御部１０３の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１の第２の通電信号制御部１０３は、両エッジ微分回路５０１、発振器５０２、カウンタ５０３、ラッチ回路５０４、遅延部５０５、１／８演算器５０６、１／Ｎ分周期５０７、１／４８分周期５０８、記憶部５０９、微分回路５１４を有する。
実施の形態１の第２の通電信号制御部１０３が、従来例２の通電信号制御部１６０３と異なる点は、ラッチ回路５０４が出力した計数値１５１を回転数検知部１０８に送ることである。第２の通電信号制御部１０３のそれ以外の構成については、従来例２の通電信号制御部１６０３と同一である。

通電信号制御部１０３は、合成信号１２４と、Ｕ相の進相信号１２１ＡＤとを入力し、６０度の電気角を８つに分割した各区間においてそれぞれＨｉｇｈになる８つの区間分割信号θ０〜θ７を生成し、４８進法のカウンタ値５１２と、３相のステータ巻線を順番に通電するＵＨ通電信号１３１Ｈ、ＵＬ通電信号１３１Ｌ、ＶＨ通電信号１３２Ｈ、ＶＬ通電信号１３２Ｌ、ＷＨ通電信号１３３Ｈ、ＷＬ通電信号１３３Ｌと、計数値１５１と、を出力する。

発振器５０２は、区間Ｔ１の逆数より十分高い周波数のクロック５１５を出力する。カウンタ５０３は、クロック５１５を計数する。
両エッジ微分回路５０１は、ロータ位置検出部１０２が出力した合成信号１２４を入力し、微分して、ラッチパルス５１１を出力する。
ラッチ回路５０４は、ラッチパルス５１１を入力するとカウンタ５０３の計数値１５１をラッチして出力する。計数値１５１は、１／８演算器５０６と回転数検知部１０８とに入力される。
遅延部５０５は、ラッチパルス５１１を入力し、遅延して出力する。カウンタ５０３は、リセット端子から遅延したラッチパルス５１１を入力し、計数値をリセットする。
微分回路５１４は、Ｕ相の進相信号１２１ＡＤを入力し、立ち上がりエッジを微分したリセットパルス５１３を出力する。

１／８演算器５０６は、計数値１５１の１／８の値（＝Ｎ）を出力する。１／Ｎ分周器５０７は、発振器５０２が出力するクロック５１５をクロック入力端子から入力し、リセットパルス５１３をリセット端子から入力し、１／８演算器５０６が出力する計数値１５１の１／８の値（＝Ｎ）を分周値のロード端子から入力し、クロック５１５を１／Ｎに分周して、電気角６０度区間を８分割する区間分割信号θ０〜θ７を時間幅とするクロックを出力する。１／Ｎ分周器５０７は、リセットパルス５１３を入力し、カウンタ値をリセットする。これにより、最初の区間分割信号θ０の時間幅が他の区間分割信号θ１〜θ７と同一になるようにする。

１／４８分周器５０８は、区間分割信号θ０〜θ７を時間幅とするクロックをクロック入力端子から入力し、リセットパルス５１３をリセット端子から入力し、０〜４７のカウンタ値５１２を出力する。ＲＯＭである記憶部５０９は、カウンタ値５１２をアドレス入力端子に入力し、カウンタ値で指定されたアドレスから６ビットのデータを読み出す。通電信号制御部１０３は、４８進法のカウンタ値５１２をＰＷＭ生成部１０６とトルク指令部１０５とに送り、記憶部５０９から読み出した６ビットのデータを、それぞれＵＨ通電信号１３１Ｈ、ＶＨ通電信号１３２Ｈ、ＷＨ通電信号１３３Ｈ、ＵＬ通電信号１３１Ｌ、ＶＬ通電信号１３２Ｌ、ＷＬ通電信号１３３Ｌとして、３相モータ駆動部１０４に送る。
０〜４７のカウンタ値５１２は、電気角６０度区間を８分割する区間分割信号θ０〜θ７の情報を含む。

図６は、区間分割信号の生成に関するタイミングチャートを示したものである。図６（ａ）は、第２の通電信号制御部１０３の両エッジ微分回路５０１が入力する合成信号１２４を示す。図６（ｂ）は、カウンタ５０３によるクロックの計数値の変化の様子を示す。図６（ｃ）は、１／Ｎ分周器５０７による８等分した計数値の変化の様子を示す。

区間Ｔ１の始まりからＴ２が終了する電気角１２０度区間についての、第２の通電信号制御部１０３の動作を説明する。両エッジ微分回路５０１は、区間Ｔ１の開始を示す合成信号１２４の立ち上がりエッジを入力すると、微分して、ラッチパルス５１１を出力する。遅延部５０５は、ラッチパルス５１１を入力すると、カウンタ５０３の計数値をリセットする。カウンタ５０３は、区間Ｔ１の始まりから、発振器５０２が出力するクロックを計数する。

両エッジ微分回路５０１は、区間Ｔ２の開始を示す合成信号１２４の立ち下がりエッジを入力すると、微分して、ラッチパルス５１１を出力する。ラッチ回路５０４はラッチパルス５１１を入力すると、カウンタ５０３の計数値（区間Ｔ１の計数値１５１）をラッチして、出力する。
遅延部５０５は、ラッチパルス５１１を入力すると、カウンタ５０３の計数値をリセットする。カウンタ５０３は、次の区間Ｔ２のクロックの計数を始める。

１／８演算器５０６は、ラッチ回路５０４が出力した区間Ｔ１の計数値１５１を入力し、計数値１５１の１／８の値（＝Ｎ）を出力する。１／Ｎ分周器５０７は、発振器５０２が出力するクロックを１／Ｎに分周して、電気角６０度区間を８分割する区間分割信号θ０〜θ７を出力する。
この８等分された区間分割信号θ０〜θ７は、次の区間Ｔ２に適用される。つまり区間Ｔ２は、前の区間Ｔ１から決まる８等分された区間で８分割され、カウンタ５０３により、現在の区間Ｔ２の区間が計数される。
これらをＴ１からＴ６まで順次繰り返すことで、絶えず一つ前の６０度区間の計数値を８等分し、その８等分した区間を現在の６０度区間に適用することで、８分割することが出来る。

トルク指令部１０５は、区間分割信号θ０〜θ７の情報を含むカウンタ値５１２を入力する。トルク指令部１０５は、所定のトルク指令値ＴＱと区間分割信号θ０〜θ７の情報を含むカウンタ値５１２とを入力し、カウンタ値５１２に応じて目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２を決定する。６０度区間において、区間分割信号θ０〜θ７のそれぞれの区間毎に、入力トルク指令値ＴＱに対してある割合で増加または減少する、決められた階段状の目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２を決定する（図７）。
正弦波通電の場合、例えばカウンタ値０〜７の区間において目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２はそれぞれ下式で表される。３相直流ブラシレスモータのトルク定数をｋ_ＴＱとする。
Ｉ_ＴＱ１（θｎ）＝ｋ_ＴＱ×ＴＱ×ｓｉｎ（７．５°×ｎ＋３．７５°）
Ｉ_ＴＱ２（θｎ）＝ｋ_ＴＱ×ＴＱ×ｓｉｎ｛（６０°―７．５°×ｎ）―３．７５°｝
ここでｎは０から７までの整数

この時のタイミングチャートを図７に示す。図７（ａ）は、合成信号１２４の波形図である。図７（ｂ）は、目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２の波形図である。目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２は、区間Ｔ１から区間Ｔ６の電気角６０度区間毎に、３相のステータ巻線に流れる正弦波の電流が単調に増加する相と単調に減少する相とにそれぞれ相当する。

図８において、３相モータ駆動部１０４のＨｉｇｈレベル出力用スイッチング素子を導通させるためのＵＨ通電信号１３１Ｈ、ＶＨ通電信号１３２Ｈ、ＷＨ通電信号１３３Ｈの電気角１８０度の通電期間に、ＰＷＭ生成部１０６が生成する０〜１８０度の正弦波電圧が各ステータ相に印加される。
目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２は、図８に示すＵＨ通電信号１３１Ｈ、ＶＨ通電信号１３２Ｈ、ＷＨ通電信号１３３Ｈの通電期間のそれぞれの立ち上がりエッジから、０〜６０度の区間の目標電流指令値と、１２０〜１８０度の区間の目標電流指令値となる。６０〜１２０度の区間の目標電流指令値は同様に下記の式で与えられる。
Ｉ_ＴＱ１（θｎ）＝ｋ_ＴＱ×ＴＱ×ｓｉｎ（７．５°×ｎ＋６３．７５°）

図９を用いてトルク指令部１０５を説明する。図９は、トルク指令部１０５の構成を示す図である。図９において、トルク指令部１０５は、記憶部９０１、乗算器９０２、９０３、９０４を有する。トルク指令部１０５は、トルク指令ＴＱと、区間分割信号θ０〜θ７の情報を含む４８進法のカウンタ値５１２と、を入力し、目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２、Ｉ_ＴＱを出力する。
ＲＯＭである記憶部９０１は、４８進法のカウンタ値５１２をアドレス端子に入力し、カウンタ値のアドレスに記憶する２つの乗算係数を出力する。乗算器９０２、９０３はそれぞれトルク指令ＴＱを入力し、それぞれ１つの乗算係数を入力し、掛け算を行い、掛け算結果を第２の通電制御部１０３が動作する時の目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２として出力する。

上述のように、トルク指令部１０５は、６０度区間において、区間分割信号θ０〜θ７のそれぞれの区間毎に、入力トルク指令値ＴＱに対してある割合で増加または減少する、決められた階段状の目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２を出力する（例えば図７）。

乗算器９０４はトルク指令ＴＱを入力し、一定の乗算係数で掛け算を行い、掛け算結果を第１の通電制御部１１０が動作する時の目標電流指令値Ｉ_ＴＱとして出力する。

従来例２と異なり、第２の通電信号制御部１０３のラッチ回路５０４が出力した一つ前の６０度区間の計数値１５１は、回転数検知部１０８に入力される。回転数検知部１０８は、計数値１５１から回転数を検知し、予め設定された回転数と比較して、比較結果を出力する。

通電信号切換制御部１０９は、回転数検知部１０８が出力する比較結果に基づいて、切換スイッチの接点ＳＷＡ又はＳＷＢのどちらかを選択する。通電信号切換制御部１０９は、計数値１５１から検知した回転数が予め設定された所定の回転数（閾値）より低い場合はＳＷＡ（電気角１２０度通電）を、高い場合はＳＷＢ（電気角１８０通電）を選択する。
ＳＷＡ側は、２値位置検知信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄと同一の分解能で矩形波の１２０度通電を行うための第１の通電信号制御部１１０が出力する通電信号１４１Ｈ、１４１Ｌ、１４２Ｈ、１４２Ｌ、１４３Ｈ、１４３Ｌ（図４）と、目標電流指令値Ｉ_ＴＱとを選択する。ＳＷＢ側は、正弦波の１８０度通電を行うための第２の通電信号制御部１０３が出力する通電信号１３１Ｈ、１３１Ｌ、１３２Ｈ、１３２Ｌ、１３３Ｈ、１３３Ｌ（図８）と、区間分割信号θ０〜θ７を分解能とする正弦波波形の目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２とを選択する。

通電信号切換制御部１０９がＳＷＡ側を選択した場合、ＰＷＭ生成部１０６は、目標電流指令値Ｉ_ＴＱとモータ電流検出部１０７で検出されたステータ巻線電流値Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗとを入力し、ステータ巻線電流値が目標電流指令値Ｉ_ＴＱと等しくなるようにＰＷＭ制御し、１２０度の矩形波駆動を行うためのＰＷＭ信号１６１、１６２、１６３を出力する。
通電信号切換制御部１０９がＳＷＢ側を選択した場合、ＰＷＭ生成部１０６は、目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２とモータ電流検出部１０７で検出されたステータ巻線電流値Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗとを入力し、ステータ巻線電流値がＩ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２と等しくなるようにＰＷＭ制御し、１８０度の正弦波駆動を行うためのＰＷＭ信号１６１、１６２、１６３を出力する。
モータ電流検出部１０７は、直流ブラシレスモータのステータ巻線の実測電流値Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗを検出する。

図１０は、ＰＷＭ生成部１０６の構成を示すブロック図である。ＰＷＭ生成部１０６は、切換器１００１、電流／電圧変換部１００２、１００３、１００４、ＰＷＭ信号生成部１００５を有する。
切換器１００１は、目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２と（又はＩ_ＴＱ）と、４８進法のカウンタ値５１２と、通電信号切換制御部１０９の切換指令とを入力し、４８進法のカウンタ値５１２に応じて、目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２（又はＩ_ＴＱ）を電流／電圧変換部１００２、１００３、１００４に分配する。

切換器１００１が目標電流指令値Ｉ_ＴＱを入力した場合は、同一の目標電流指令値Ｉ_ＴＱを１つの電流／電圧変換部に分配する。具体的には図４において、Ｕ相通電信号１４１ＨがＨｉｇｈレベルである区間に目標電流指令値Ｉ_ＴＱを電流／電圧変換部１００２に送り、Ｖ相通電信号１４２ＨがＨｉｇｈレベルである区間に目標電流指令値Ｉ_ＴＱを電流／電圧変換部１００３に送り、Ｗ相通電信号１４３ＨがＨｉｇｈレベルである区間に目標電流指令値Ｉ_ＴＱを電流／電圧変換部１００４に送る。

切換器１００１が目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２を入力した場合は、図８において、Ｕ相通電信号１４１Ｈ、Ｖ相通電信号１４２Ｈ、Ｗ相通電信号１４３ＨがＨｉｇｈレベルである区間にそれぞれ正弦波波形の目標電流指令値を電流／電圧変換部１００２、１００３、１００４に送る。

電流／電圧変換部１００２、１００３、１００４は同一の構成を有する。Ｕ相の電流／電圧変換部１００２を説明する。Ｕ相の電流／電圧変換部１００２は、演算増幅器１０１１、積分定数ｋ_Ｉの積分演算器１０１２、比例定数ｋ_Ｐの乗算器１０１３、微分定数ｋ_Ｄの微分演算器１０１４、加算器１０１５を有する。演算増幅器１０１１は、Ｕ相の目標電流指令値と実測したＵ相電流Ｉ_Ｕとを入力し、差分を所定の増幅率で増幅する。積分演算器１０１２、乗算器１０１３、微分演算器１０１４は、それぞれ演算増幅器１０１１の出力信号を入力し、積分演算し、比例演算し、微分演算し、演算結果を出力する。加算器は、積分演算器１０１２、乗算器１０１３、微分演算器１０１４の出力信号を加算して、加算結果を出力する。

ＰＷＭ信号生成部１００５は、発振器１０２１、鋸歯状波生成部１０２２、比較器１０２３、１０２４、１０２５を有する。発振器１０２１は、クロックを発生する。クロックの周波数は、ホール素子の出力信号と比較してはるかに高い。鋸歯状波生成部１０２２は、クロックを入力し、鋸歯状波を生成する。比較器１０２３、１０２４、１０２５は、それぞれ非反転入力端子に電流／電圧変換部１００２、１００３、１００４の出力信号を入力し、反転入力端子に鋸歯状波生成部１０２２が出力する鋸歯状波を入力し、比較結果１６１、１６２、１６３をそれぞれＵ相ＰＷＭ信号１６１、Ｖ相ＰＷＭ信号１６２、Ｗ相ＰＷＭ信号１６３として出力する。

図１１は、モータ駆動装置の３相モータ駆動部１０４の構成を示す概略的な回路図である。図１１において、３相モータ駆動部１０４は、Ｕ相駆動部１１０１、Ｖ相駆動部１１０２、Ｗ相駆動部１１０３、ＮＡＮＤゲート１１３１、１１３２、１１３３を有する。３相モータ駆動部１０４は、ＵＨ通電信号１３１Ｈ（又は１４１Ｈ）、ＵＬ通電信号１３１Ｌ（又は１４１Ｌ）、ＶＨ通電信号１３２Ｈ（又は１４２Ｈ）、ＶＬ通電信号１３２Ｌ（又は１４２Ｌ）、ＷＨ通電信号１３３Ｈ（又は１４３Ｈ）、ＷＬ通電信号１３３Ｌ（又は１４３Ｌ）、Ｕ相ＰＷＭ信号１６１、Ｖ相ＰＷＭ信号１６２、Ｗ相ＰＷＭ信号１６３を入力し、Ｕ相駆動信号１７１、Ｖ相駆動信号１７２、Ｗ相駆動信号１７３を出力する。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動部１１０１、１１０２、１１０３は、電源とグラウンドとの間に接続された、Ｈｉｇｈレベル出力用スイッチング素子１１１１、１１１２、１１１３と、Ｌｏｗレベル出力用スイッチング素子１１２１、１１２２、１１２３との直列接続体で構成される。図１１において、Ｈｉｇｈレベル出力用スイッチング素子はＰチャンネル型ＭＯＳトランジスタであり、Ｌｏｗレベル出力用スイッチング素子はＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタである。

各相の駆動部１１０１、１１０２、１１０３のＬｏｗレベル出力用スイッチング素子１１２１、１１２２、１１２３は、ＵＬ通電信号１３１Ｌ（又は１４１Ｌ）、ＶＬ通電信号１３２Ｌ（又は１４２Ｌ）、ＷＬ通電信号１３３Ｌ（又は１４３Ｌ）がＨｉｇｈレベルの時それぞれ導通し、ＵＬ通電信号１３１Ｌ（又は１４１Ｌ）、ＶＬ通電信号１３２Ｌ（又は１４２Ｌ）、ＷＬ通電信号１３３Ｌ（又は１４３Ｌ）がＬｏｗレベルの時それぞれ遮断する。
各相の駆動部１１０１、１１０２、１１０３のＨｉｇｈレベル出力用スイッチング素子１１１１、１１１２、１１１３は、ＵＨ通電信号１３１Ｈ（又は１４１Ｈ）、ＶＨ通電信号１３２Ｈ（又は１４２Ｈ）、ＷＨ通電信号１３３Ｈ（又は１４３Ｈ）がＨｉｇｈレベルの時、Ｕ相ＰＷＭ信号１６１、Ｖ相ＰＷＭ信号１６２、Ｗ相ＰＷＭ信号１６３のＨｉｇｈレベル区間だけ導通し、それ以外の時、遮断する。

Ｈｉｇｈレベル出力用スイッチング素子１１１１、１１１２、１１１３と、Ｌｏｗレベル出力用スイッチング素子１１２１、１１２２、１１２３との各接続点から、Ｕ相駆動信号１７１、Ｖ相駆動信号１７２、Ｗ相駆動信号１７３がＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線に印加される。導通したＨｉｇｈレベル出力用スイッチング素子から、いずれかの相のステータ巻線を通って、導通したＬｏｗレベル出力用スイッチング素子に、ＰＷＭ信号のＨｉｇｈ区間だけ電流が流れ、モータが駆動される。

実施の形態１において、直流ブラシレスモータの起動時、モータ駆動装置は回転数が予め設定された所定の回転数より低いため、１２０度通電（ＳＷＡ）で駆動を開始する。モータ駆動装置は、回転数検知部１０８により検知された回転数が、所定の回転数より高くなると、１８０度通電（ＳＷＢ）に切り換える。

実施の形態１において、何らかの異常状態でモータが急停止して、回転数検知部１０８により計数値１５１から検知された回転数が予め設定された回転数より低くなると、１８０度通電から１２０度通電に切り換わる。１２０度通電の場合、目標電流指令値は、８分割された区間分割信号θ０〜θ７には依存せず、一定の目標電流指令値Ｉ_ＴＱとなる。ロータがある速度で回転しているという前提を用いない通電制御を行う故に、正弦波駆動のように滑らかな駆動ではないが、ロータが停止する等の不具合を生じることなく、確実な回転制御を行うことができる。同様に、停止時から急加速した場合でも、モータは低速回転から回転し始めるため、１２０度通電から通電が開始される。

実施の形態１において、１２０度通電の場合も１／４８分周器５０８は、４８進法のカウントを行うが、１つの６０度区間において、区間分割信号θ０〜θ７に依存せず一定の目標電流指令値Ｉ_ＴＱとなる故に、区間分割信号θ０〜θ７の途中でモータが急停止しても、モータ駆動上何の影響も生じない。
本発明の実施の形態１のモータ駆動装置は、検知した回転数が予め設定された回転数より低い場合は１２０度通電を選択し、高い場合は１８０度通電を選択することにより、モータに安定したトルクを与えることが出来、安定した回転を得ることが出来る。

通常ロータは、回転数検知部１０８が予め設定した回転数の閾値より高い速度で回転する故に、滑らかな正弦波駆動をされる。従って、通常動作時において、本発明のモータ駆動装置は従来例２と同等の性能を有し、急停止等の異常時に従来例２と比較して制御が外れにくいロバスト性を有する。

なお、実施の形態１において、回転数検知部１０８は、ロータの回転速度に応じて予め設定した回転数（第１の閾値）の値を切り換えても良い。
なお、実施の形態１において、電気角６０度区間を８分割にした場合の正弦波通電を説明したが、これに限定されず、８分割以外の所定の分割数でも同様の効果が得られる。細かく細分すれば、より正弦派に近いステップ波の各種トルク指令値を生成できる。トルク指令部１０５の記憶部９０１に格納する乗算係数を適切に設定することにより、目標電流指令値Ｉ_ＴＱ１、Ｉ_ＴＱ２を所望の波形とすることができる。正弦波のみならず、例えば台形波等の任意の波形で１８０度通電をすることができる。
なお、実施の形態１においては、矩形波の１２０度通電と正弦波の１８０度通電とを切り換える場合を例に取って説明したが、これに限定されず、回転数に応じて複数の所定の通電波形を切り換えることもできる。

《実施の形態２》
図１２及び１３を用いて、本発明の実施の形態２のモータ駆動装置、モータ制御装置及びモータ駆動方法について説明する。図１２は、本発明の実施の形態２のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２のモータ制御装置は、実施の形態２のモータ駆動装置とブラシレスモータとロータ位置センサ１０１とを有する。実施の形態２において、モータ駆動装置は１つのＩＣに集積されている。実施の形態２のモータ駆動装置は、実施の形態１の第２の通電信号制御部１０３及び回転数検知部１０８に代えて、第２の通電信号制御部１２０３と加速度検知部１２０８とを備えている。これ以外の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、同一番号を付し、説明を省略する。

第２の通電信号制御部１２０３は、ロータ位置検出部１０２で得られた合成信号１２４と、Ｕ相の進相信号１２１ＡＤとを入力して、６０度の電気角を８つに分割した各区間においてそれぞれＨｉｇｈになる８つの区間分割信号θ０〜θ７を生成し、４８進法のカウンタ値５１２と、３相のステータ巻線を順番に通電するＵＨ通電信号１３１Ｈ、ＵＬ通電信号１３１Ｌ、ＶＨ通電信号１３２Ｈ、ＶＬ通電信号１３２Ｌ、ＷＨ通電信号１３３Ｈ、ＷＬ通電信号１３３Ｌと、計数値１５１、１２５１と、を出力する。

図１３は、実施の形態２の第２の通電信号制御部１２０３の構成を示すブロック図である。図１３において、図５と同一部には同一番号を付している。実施の形態２の第２の通電信号制御部１２０３が実施の形態１の第２の通電信号制御部１０３と異なる点は、第２の通電信号制御部１０３の構成に加えて遅延部１３０１を有し、計数値１２５１を出力することである。遅延部１３０１は、両エッジ微分回路５０１が出力するラッチパルス５１１により、ラッチ回路５０４が出力する計数値１５１を新たにラッチするとともに、それまで保持していた計数値を計数値１２５１として出力する。

区間Ｔ１からＴ３が終了する電気角１８０度区間についての、第２の通電信号制御部１２０３の動作を説明する。
両エッジ微分回路５０１は、区間Ｔ１の開始を示す合成信号１２４の立ち上がりエッジを入力すると、微分して、ラッチパルス５１１を出力する。遅延部５０５は、ラッチパルス５１１を入力すると、カウンタ５０３の計数値をリセットする。カウンタ５０３は、区間Ｔ１の始まりから、発振器５０２が出力するクロックを計数する。

両エッジ微分回路５０１は、区間Ｔ２の開始を示す合成信号１２４の立ち下がりエッジを入力すると、微分して、ラッチパルス５１１を出力する。ラッチ回路５０４はラッチパルス５１１を入力すると、カウンタ５０３の計数値（区間Ｔ１の計数値１５１）をラッチして、出力する。区間Ｔ１の計数値１５１は、第２の通電信号制御部１２０３内の１／８演算器５０６と遅延部１３０１、及び加速度検知部１２０８に入力される。
遅延部５０５は、ラッチパルス５１１を入力すると、カウンタ５０３の計数値をリセットする。カウンタ５０３は、次の区間Ｔ２のクロックの計数を始める。

両エッジ微分回路５０１が、区間Ｔ３の開始を示す合成信号１２４の立ち上がりエッジを入力すると、ラッチ回路５０４は、カウンタ５０３の計数値（区間Ｔ２の計数値１５１）をラッチして、出力する。区間Ｔ２の計数値１５１は、第２の通電信号制御部１２０３内の１／８演算器５０６と遅延部１３０１、及び加速度検知部１２０８に入力される。
遅延部１３０１は、区間Ｔ２の計数値１５１を入力すると、それまで保持していた区間Ｔ１の計数値１２５１を出力する。加速度検知部１２０８は、区間Ｔ１の計数値１２５１と区間Ｔ２の計数値１５１を同時に入力する。
区間Ｔ２を計数していたカウンタ５０３は、遅延部５０５により区間Ｔ２の計数値が消去され、区間Ｔ３のクロックの計数を始める。

これらを区間Ｔ１からＴ６まで（電気角３６０度）順次繰り返すことで、加速度検知部１２０８は、前区間の計数値１５１と前々区間の計数値１２５１と入力する。加速度検知部１２０８は、前区間の時間（例えばＴ２）から前々区間の時間（例えばＴ１）を差し引き、現在のモータの加速度（例えば（Ｔ２−Ｔ１））を得る。
通電信号切換制御部１０９は、加速度検知部１２０８が検知した加速度の絶対値が予め設定された加速度より大きい場合は１２０度通電（ＳＷＡ）を選択し、小さい場合は１８０度通電（ＳＷＢ）を選択する。

実施の形態２において、直流ブラシレスモータの起動時、モータ駆動装置は検知した加速度が予め設定された所定の加速度より大きいため、１２０度通電で駆動を開始する。モータ駆動装置は、加速度検知部１２０８により検知された加速度が、所定の加速度より小さくなると、１８０度通電に切り換える。
実施の形態２において、何らかの異常状態でモータが急停止して、加速度検知部１２０８により検知された加速度（減速度）が予め設定された加速度（減速度）より大きくなると、１８０度通電から１２０度通電に切り換わる。１２０度通電時において、目標電流指令値は、８分割された区間分割信号θ０〜θ７には依存せず、一定の目標電流指令値Ｉ_ＴＱをとるため、モータのステータ巻線に流れる電流は一定となり、ロータの実際の位相に適した目標ステータ巻線電流値でモータを駆動することができる。

本発明の実施の形態２のモータ駆動装置は、検知した加速度が予め設定された加速度より大きい場合は１２０度通電を選択し、小さい場合は１８０度通電を選択することにより、モータに安定したトルクを与えることが出来、安定した回転を得ることが出来る。

実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせても良い。ロータの回転速度が第１の閾値より低い場合又はロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合、２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄに基づいて、これらの２値位置検知信号と同一の分解能で矩形波の１２０度通電を行う。
ロータの回転速度が第１の閾値以上であって、且つロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合、ロータがある回転速度で回転しているという前提に基づいて、２値位置検出信号１２１Ｄ、１２２Ｄ、１２３Ｄより高い分解能を有する、区間分割信号θ０〜θ７を分解能とする正弦波波形の１８０度通電を行う。

なお、実施の形態２においては、１２０度通電と正弦波の１８０度通電とを切り換える場合を例に取って説明したが、これに限定されず、加速度に応じて複数の所定の通電波形を切り換えたとしても本発明の効果は有効である。
なお、実施の形態１及び実施の形態２において、ロータ位置センサ１０１にホール素子を利用した。これに代えて、ロータ位置センサ１０１にモータの誘起電圧を検出する回路を備えても良い。モータ自身が回転することにより発生する誘起電圧を利用したもので、実施の形態１及び２と同等の効果を有する。

本発明は、直流ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置、モータ制御装置及びモータ駆動方法に有用である。

本発明の実施の形態１のモータ制御装置の構成を示す図 本発明の実施の形態及び従来例のロータ位置検出部に関するタイミングチャート図 本発明の実施の形態及び従来例の第１の通電信号制御部の構成を示す図 本発明の実施の形態及び従来例の１２０度通電に関するタイミングチャート図 本発明の実施の形態１の第２の通電信号制御部の構成を示す図 本発明の実施の形態及び従来例の区間分割信号の生成に関するタイミングチャート図 本発明の実施の形態及び従来例の目標電流指令値に関するタイミングチャート図 本発明の実施の形態及び従来例の１８０度通電に関するタイミングチャート図 本発明の実施の形態１及び２のトルク指令部の構成を示す図 本発明の実施の形態及び従来例２のＰＷＭ生成部の構成を示す図 本発明の実施の形態及び従来例の３相モータ駆動部の構成を示す図 本発明の実施の形態２のモータ制御装置の構成を示す図 本発明の実施の形態２の第２の通電信号制御部の構成を示す図 従来例１のモータ制御装置の構成を示す図 従来例１のＰＷＭ生成部の構成を示す図 従来例２のモータ制御装置の構成を示す図

符号の説明

１０１ ロータ位置センサ
１０２ ロータ位置検出部
１０３、１２０３ 第２の通電信号制御部
１０４ ３相モータ駆動部
１０５ トルク指令部
１０６ ＰＷＭ生成部
１０７ モータ電流検出部
１０８ 回転数検知部
１０９ 通電信号切換制御部
１１０ 第１の通電信号制御部
５０１ 両エッジ微分回路
５０２ 発振器
５０３ カウンタ
５０４ ラッチ回路
５０５ 遅延部
５０６ １／８演算器
５０７ １／Ｎ分周器
５０８ １／４８分周器
５０９ 記憶部
５１４ 微分回路
１２０８ 加速度検知部

Claims (12)

1. 複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータの前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出した検出信号に基づいて、前記検出信号と同一の分解能である電気角の第１の分解能を有する第１の位置信号と、前記第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成部と、
   前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転速度が第１の閾値より低いか否かを検出する回転速度検出部と、
   前記ロータの回転速度が前記第１の閾値より低い場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転速度が前記第１の閾値以上である場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御部と、
   を有することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転加速度が第２の閾値より低いか否かを検出する回転加速度検出部を更に有し、
   前記ロータの回転速度が前記第１の閾値以上である場合において、前記通電制御部は、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記回転加速度検出部は、２つの前記検出信号の間に入力したクロックの数を計数する計数器と、前記計数器の計数値を保持する計数値保持部と、を有することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記回転速度検出部は、前記ロータの回転速度に応じて前記第１の閾値の値を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータの前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出した検出信号に基づいて、前記検出信号と同一の分解能である電気角の第１の分解能を有する第１の位置信号と、前記第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成部と、
   前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転加速度が第２の閾値より低いか否かを検出する回転加速度検出部と、
   前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御部と、
   を有することを特徴とするモータ駆動装置。
6. 前記通電制御部は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する場合は、前記ステータ巻線の各相の連続する通電区間を第１の電気角区間とし、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する場合は、前記ステータ巻線の各相の連続する通電区間を前記第１の電気角区間より長い第２の電気角区間とすることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 前記第１の電気角区間が１２０度であり、前記第２の電気角区間が１８０度であることを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
8. 複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータと、
   前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出した検出信号を出力するロータ位置センサと、
   請求項１から請求項７のいずれかの請求項に記載のモータ駆動装置と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
9. 前記ロータ位置センサが、前記ロータと共に回転する磁石の磁界若しくは磁束又はそれらの変化を検出する磁電変換素子、前記ロータと共に回転する部材の光透過率若しくは光反射率を検出する光電変換素子、並びに前記ステータ巻線に電流が流れない時における前記ステータ巻線の誘起電圧を検出する誘起電圧検出部の中のいずれかであることを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
10. 複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータの前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出して検出信号を出力する検出ステップと、
    前記検出信号に基づいて、電気角の分解能が前記検出信号と同一である第１の位置信号と、前記第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成ステップと、
    前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転速度が第１の閾値より低いか否かを検出する回転速度検出ステップと、
    前記ロータの回転速度が前記第１の閾値より低い場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転速度が前記第１の閾値以上である場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御ステップと、
    を有することを特徴とするモータ駆動方法。
11. 前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転加速度が第２の閾値より低いか否かを検出する回転加速度検出ステップを更に有し、
    前記ロータの回転速度が前記第１の閾値以上である場合、前記通電制御ステップにおいて、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動方法。
12. 複数相のステータ巻線を有する固定子と永久磁石を装着したロータとを有する直流モータの前記ロータの位置を所定の電気角毎に検出して検出信号を出力する検出ステップと、
    前記検出信号に基づいて、前記検出信号と同一の分解能である電気角の第１の分解能を有する第１の位置信号と、前記第１の位置信号よりも高い電気角の分解能を有する第２の位置信号と、を生成する位置信号生成ステップと、
    前記検出信号又は前記第１の位置信号に基づいて、前記ロータの回転加速度が第２の閾値より低いか否かを検出する回転加速度検出ステップと、
    前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値以上である場合は、前記第１の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御し、前記ロータの回転加速度が前記第２の閾値より低い場合は、前記第２の位置信号に基づいて前記ステータ巻線の各相の通電を制御する通電制御ステップと、
    を有することを特徴とするモータ駆動方法。

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