JP2005354873A

JP2005354873A - モータ駆動制御装置

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Publication number: JP2005354873A
Application number: JP2004175785A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Furuki; 茂古木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: US6998815B2; JP4125265B2; US20050276581A1

Abstract

【課題】モータ起電力に伴うモータ駆動電流が常時目標駆動電流値を維持するように制御できるモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】直流電源８と接地間に直列接続された第１スイッチング素子１、直流モータ５、第４スイッチング素子４、電流検出抵抗７を備え、電流検出抵抗７がモータ平均電流値を表す検出電圧を発生し、検出電圧と入力された指示電圧との間で、検出電圧が指示電圧に等しいかそれ以下であるときに第１スイッチング素子１にＰＷＭ電圧を、第４スイッチング素子４にオン電圧をそれぞれ供給し、検出電圧が指示電圧を超えているときに第１スイッチング素子１オフ電圧を、第４スイッチング素子４にＰＷＭ電圧をそれぞれ供給し、検出電圧と指示電圧との差電圧に応じてＰＷＭ電圧のパルスデューティを調整し、モータ平均電流値を目標電流値にしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動制御装置に係り、特に、モータの回動軸に手動操作部材を連結して操作部材に力覚を与える力覚付与機能付き入力装置に用いるのに好適であり、操作部材を手動操作してモータが回転したときに、モータの起電圧に基づいたモータ電流の増加に伴うモータトルクを抑圧することを可能にしたモータ駆動制御装置に関する。

従来、直流モータを両方向に回転させるモータ駆動制御装置には、４個のスイッチング素子をブリッジ回路接続したモータ駆動回路が用いられている。この場合、ブリッジ回路は、２個の第１及び第３スイッチング素子を電源と基準電位点間に直列接続し、それに並列に他の２個の第２及び第４スイッチング素子を電源と基準電位点間に直列接続し、第１及び第３スイッチング素子の接続点と第２及び第４スイッチング素子の接続点間に直流モータを接続したもので、直流モータを含めてＨ型ブリッジ回路が構成されている。そして、直流モータを正（一方）方向に回転させる場合には、第１及び第４スイッチング素子をオンに、第２及び第３スイッチング素子をオフにすればよく、モータを逆（他方）方向に回転させる場合には、前の場合と反対に、第１及び第４スイッチング素子をオフに、第２及び第３スイッチング素子をオンにすればよい。

ところで、このようなＨ型ブリッジ回路によるモータ駆動回路は、これまでに種々のものがあり、その一例を挙げると、特開平１１−２４３６９６号公報、特開平１１−２１５８７６号公報、特開平０６−２３７５９１号公報等に開示されたモータ駆動回路が知られている。また、力覚付与機能付き入力装置としては、特開２００３−２２１５９号公報に開示のものが知られている。

図４は、前記特開平１１−２４３６９６号公報に開示されたモータ駆動回路の構成を示す回路図である。

図４に示されるように、このモータ駆動回路は、電源４７間に直列接続された第１の対のスイッチング素子４１、４２と、電源４７間に直列接続された第２の対のスイッチング素子４３、４４と、スイッチング素子４１、４２の接続点とスイッチング素子４３、４４の接続点との間に直列接続された直流モータ４５及び電流センサ４６とによってＨ型ブリッジ回路が構成されている。このＨ型ブリッジ回路には、駆動信号、ＰＷＭ信号、回転方向信号をそれぞれ出力するコントローラ４８と、駆動信号、ＰＷＭ信号、回転方向信号を選択的にそれぞれのスイッチング素子４１乃至４４に供給する第１アンドゲート４９、インバータ５０、第２アンドゲート５１、第３アンドゲート５２からなる駆動部とが配置される。

前記構成によるモータ駆動回路は、次のように動作する。直流モータ４５を正転させる場合、コントローラ４８からハイレベルの回転方向信号と、ハイレベルの駆動信号が出力される。このとき、スイッチング素子４１、４４がそれぞれオンに、スイッチング素子４２、４３がそれぞれオフになり、スイッチング素子４１から直流モータ４５を通してスイッチング素子４３に電流が流れ、この電流が直流モータ４５の正転電流になる。一方、直流モータ４５を逆転させる場合、コントローラ４８からローレベルの回転方向信号と、ハイレベルの駆動信号が出力される。このとき、スイッチング素子４１、４４がそれぞれオフに、スイッチング素子４２、４３がそれぞれオンになり、スイッチング素子４３から直流モータ４５を通してスイッチング素子４２に電流が流れ、この電流が直流モータ４５の逆転電流になる。また、直流モータ４５が正転状態または逆転状態にある際に、コントローラ４８からＰＷＭ信号が出力されると、そのＰＷＭ信号のオンオフ比を表すパルスデューティに応じてスイッチング素子４２を流れる直流モータ４５の正転電流の平均電流値またはスイッチング素子４４を流れる直流モータ４５の逆転電流の平均電流値が変化し、それらの平均電流値が目標電流値になるようにＰＷＭ信号のパルスデューティが制御調整される。

また、図５は、前記特開平１１−２１５８７６号公報に開示されたモータ駆動回路の構成を示す回路図である。

図５に示されるように、このモータ駆動回路は、電源６６と接地点間に直列接続された第１の対のスイッチング素子６１、６２と、スイッチング素子６１、６２に並列接続された還流ダイオード６１Ｄ、６２Ｄと、電源６６と接地点間に直列接続された第２の対のスイッチング素子６３、６４と、スイッチング素子６３、６４に並列接続された還流ダイオード６３Ｄ、６４Ｄと、スイッチング素子６１、６２の接続点とスイッチング素子６３、６４の接続点との間に接続された直流モータ６５とによってＨ型ブリッジ回路が構成されている。このＨ型ブリッジ回路には、４個のスイッチング素子駆動回路６７、６８、６９、７０と、２個の論理和回路７１、７２とからなる駆動部が設けられている。

前記構成によるモータ駆動回路は、次のように動作する。直流モータ４５を右方向（正）回転させる場合、制御部（図示なし）から右ＰＷＭ指令値が出力され、左ＰＷＭ指令値の出力が停止され、駆動方向切替信号が出力される。このとき、駆動方向切替信号がローレベルにあり、右ＰＷＭ指令値がハイレベルにある時には、スイッチング素子６１、６４がそれぞれオンに、スイッチング素子６２、６３がそれぞれオフになって、直流モータ４５に電流ＩＭが流れ、直流モータ４５を右方向回転させる。また、右ＰＷＭ指令値がローレベルにある時には、全部のスイッチング素子６１、６２、６３、６４がオフになって、直流モータ４５に電流が流れなくなり、直流モータ４５の回転が停止する。駆動方向切替信号がハイレベルにあるとき、右ＰＷＭ指令値がハイレベルまたはローレベルになるに従ってスイッチング素子６１がオンオフし、スイッチング素子６４が右ＰＷＭ指令値のレベル状態に係わりなくオンになり、他のスイッチング素子６２、６３がそれぞれオフになって、直流モータ４５に電流ＩＭが流れ、直流モータ４５を右方向回転させる。そして、右ＰＷＭ指令値がローレベルにある時には還流ダイオード６２Ｄがオンし、破線に示す経路で直流モータ４５に電流ＩＭが流れ、直流モータ４５を右方向回転させる。一方、制御部から左ＰＷＭ指令値が出力され、右ＰＷＭ指令値の出力が停止されたときは、前述の動作経緯とほぼ同様な動作経緯を経て、直流モータ４５に電流ＩＭが流れ、直流モータ４５を左方向回転させる。

さらに、図６は、前記特開平０６−２３７５９１号公報に開示されたモータ駆動回路の構成を示す回路図である。

図６に示されるように、このモータ駆動回路は、電源８７と接地点間に直列接続された第１の対のスイッチング素子８１、８２及び電流検出用抵抗８６と、電源８７と接地点間に直列接続された第２の対のスイッチング素子８３、８４及び前記電流検出用抵抗８６と、スイッチング素子８１、８２の接続点とスイッチング素子８３、８４の接続点との間に接続された直流モータ８５とによってＨ型ブリッジ回路が構成されている。

前記構成によるモータ駆動回路は、次のように動作する。直流モータ８５を正回転させる場合、制御部（図示なし）からスイッチング素子８１にハイレベル信号、スイッチング素子８２、８３にそれぞれローレベル信号、スイッチング素子８４にＰＷＭ信号がそれぞれ供給される。そして、ＰＷＭ信号がハイレベルにある時にスイッチング素子８１、８４がオンになり、スイッチング素子８１から直流モータ８５を通してスイッチング素子８４に電流が流れ、直流モータ８５を正回転させ、ＰＷＭ信号がローレベルにある時に直流モータ８５に電流が流れなくなり、直流モータ８５の回転が停止する。また、直流モータ８５を逆回転させる場合、制御部からスイッチング素子８１、８４にそれぞれローレベル信号、スイッチング素子８２にハイレベル信号、スイッチング素子８３にＰＷＭ信号がそれぞれ供給される。そして、ＰＷＭ信号がハイレベルにある時にスイッチング素子８２、８３がオンになり、スイッチング素子８３から直流モータ８５を通してスイッチング素子８２に電流が流れ、直流モータ８５を逆回転させ、ＰＷＭ信号ローレベルにある時に直流モータ８５に電流が流れなくなり、直流モータ８５回転が停止する。
特開平１１−２４３６９６号公報特開平１１−２１５８７６号公報特開平０６−２３７５９１号公報特開２００３−２２１９５号公報

前記既知のそれぞれのモータ駆動回路は、直流モータを定電流駆動させるために、駆動信号としてＰＷＭ信号を用い、そのＰＷＭ信号のハイレベルとローレベルとの比を表すパルスデューティを変化させることにより、直流モータの平均駆動電流を目標駆動電流値に近づけるようにしているものであるが、直流モータの起電力が大きく、その起電力による電流が平均駆動電流に加算され、直流モータの総合電流値がＰＷＭ信号によるパルスデューティの制御範囲を超えるようになると、ＰＷＭ信号のハイレベルとローレベルとの比を０％、すなわち常時ローレベルにしても、直流モータに目標駆動電流値以上の駆動電流が流れ、定電流駆動状態を維持できなくなる。

特に、該直流モータを操作部材に力覚を付与する目的で用いる場合には、その課題は顕著になる。なお、力覚とは、クリック感触などの操作部材を介して操作者が受ける力の感覚を意味し、該力覚は操作部材に連結された直流モータが制御されることにより、操作部材の所定位置で該操作部材の移動に対して抗力を加える等してもたらされる。そして、このような操作部材を手動操作した場合に力覚が付与されるが、同時に操作部材が移動することになるから直流モータも駆動されて起電力が発生する。そして、該起電力が目標電流を超えた場合にはデューティを０％としても、その超えた分の電流が直流モータに流れるので、これに相当するトルクが生じて操作者はこれを感ずることとなる。ところで、直流モータの起電力は操作者の操作速度、あるいは直流モータの特性によって変わるから、所定の力覚、例えば一様なモータトルクとする等の力覚を付与することができず、よって良好な操作感触とすることができない。

本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、モータ起電力に伴う電流を含んだモータ駆動電流が常時目標駆動電流値を維持するように制御することを可能にしたモータ駆動制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明によるモータ駆動制御装置は、第１主電極が電源に接続され、第２主電極がモータの一端に接続され、制御電極に制御回路から第１制御電圧が供給される第１スイッチング素子と、第１主電極がモータの他端に接続され、第２主電極が電流検出部を通して基準電位点に接続され、制御電極に制御回路から第２制御電圧が供給される第２スイッチング素子とを備え、電流検出部は、モータに流れる電流値を表す検出電圧を発生し、制御回路は、検出電圧と指示入力電圧とが入力され、検出電圧が指示入力電圧に等しいかそれ以下であるときに第１制御電圧あるいは第２制御電圧の一方としてＰＷＭ電圧を、第１制御電圧と第２制御電圧の他方として少くともＰＷＭ電圧のオン区間においてオンとなるオン電圧をそれぞれ発生させ、検出電圧が指示入力電圧を超えているときに第１制御電圧としてオフ電圧を、第２制御電圧としてＰＷＭ電圧をそれぞれ発生させ、検出電圧と指示入力電圧との差電圧に応じてＰＷＭ電圧のパルスデューテイを調整し、モータ電流値を目標電流値にする第１の手段を具備する。

また、前記目的を達成するために、本発明によるモータ駆動制御装置は、第１主電極が電源に接続され、第２主電極がモータの一端に接続され、制御電極に制御回路から第１制御電圧が供給される第１スイッチング素子と、第１主電極がモータの他端に接続され、第２主電極が第１電流検出部を通して基準電位点に接続され、制御電極に制御回路から第２制御電圧が供給される第２スイッチング素子と、第１主電極が電源に接続され、第２主電極がモータの他端に接続され、制御電極に制御回路から第３制御電圧が供給される第３スイッチング素子と、第１主電極がモータの一端に接続され、第２主電極が第２電流検出部を通して基準電位点に接続され、制御電極に制御回路から第４制御電圧が供給される第４スイッチング素子とを備え、第１電流検出部は、モータに流れる一方方向の電流値を表す第１検出電圧を、第２電流検出部は、モータに流れる他方方向の電流値を表す第２検出電圧をそれぞれ発生し、制御回路は、第１検出電圧と第２検出電圧と指示入力電圧とが入力され、第１検出電圧が指示入力電圧に等しいかそれ以下であるときに第１制御電圧あるいは第２制御電圧の一方としてＰＷＭ電圧を、第１制御電圧と第２制御電圧の他方として少くともＰＷＭ電圧のオン区間においてオンとなるオン電圧をそれぞれ発生し、第１検出電圧が指示入力電圧を超えているときに第１制御電圧としてオフ電圧を、第２制御電圧としてＰＷＭ電圧をそれぞれ発生するとともに、第２検出電圧が指示入力電圧に等しいかそれ以下であるときに第３制御電圧あるいは第４制御電圧の一方としてＰＷＭ電圧を、第３制御電圧と第４制御電圧の他方として少なくともＰＷＭ電圧のオン区間においてオンとなるオン電圧をそれぞれ発生し、第２検出電圧が指示入力電圧を超えているときに第３制御電圧としてオフ電圧を、第４制御電圧としてＰＷＭ電圧をそれぞれ発生させ、第１検出電圧または第２検出電圧と指示入力電圧との差電圧に応じて対応するＰＷＭ電圧のパルスデューテイを調整し、モータの各電流値を目標電流値にする第２の手段を具備する。

本発明によるモータ駆動制御装置によれば、外部から供給される指示入力電圧とモータの平均電流値を表す検出電圧とを比較し、比較の結果、検出電圧が指示入力電圧に等しいかそれ以下であれば、モータ電流値が通常の制御範囲内の大きさであることから、通常のこの種のモータ駆動制御装置で行っているモータ平均電流値の制御と同様に、一方のスイッチング素子の制御にＰＷＭ電圧を、他方のスイッチング素子の制御に少くともＰＷＭ電圧のオン区間においてオンとなるオン電圧をそれぞれ供給し、当該ＰＷＭ電圧のパルスデューティを調整してモータ平均電流値を所定の値にし、また、前記比較の結果、検出電圧が指示入力電圧を超えていれば、モータ電流値が通常の制御範囲外の大きさになっているから、電源に接続されている第１のスイッチング素子の制御にオフ電圧を、基準電位点に接続されている第２のスイッチング素子の制御にＰＷＭ電圧をそれぞれ供給して、モータ電流値としてモータ起電力に基づく駆動電流だけにし、その駆動電流を当該ＰＷＭ電圧のパルスデューティを調整してモータ平均電流値を所定の値にしたので、常時、モータ駆動電流を所定の値にすることができるという効果がある。

また、本発明によるモータ駆動制御装置によれば、モータ電流値が常時所定の値になるので、モータのモータトルクも常時その規定値を超えることがなく、モータに連結した操作部材を手動操作したときに、所定の操作感覚が得られ、良好な操作感覚を持って操作することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるモータ駆動制御装置の一つの実施の形態に係わるもので、その要部構成を示す回路図である。

図１に示されるように、この実施の形態によるモータ駆動制御装置は、第１スイッチング素子１と、第２スイッチング素子２と、第３スイッチング素子３と、第４スイッチング素子４と、第１還流ダイオード１Ｄと、第２還流ダイオード２Ｄと、第３還流ダイオード３Ｄと、第４還流ダイオード４Ｄと、直流モータ５と、第１電流検出抵抗６と、第２電流検出抵抗７と、電源端子８と、第１アンドゲート９と、第２アンドゲート１０と、第３アンドゲート１１と、第４アンドゲート１２と、第１比較器１３と、第２比較器１４と、第３比較器１５と、第４比較器１６と、指定電圧入力端子１７と、第１論理信号入力端子１８と、第２論理信号入力端子１９と、第３論理信号入力端子２０と、第４論理信号入力端子２１とを備えている。

また、図３に示すように直流モータ５が配置されて力覚付与機能付きのジョイステックタイプ入力装置を提供する。直流モータ５は一対設けられ、直流モータ５の回転軸は、それぞれ連動部材３１の回転中心となる回転軸に一体的に結合され、操作部材３０は該連動部材３１に設けた溝に挿通された状態で傾倒操作可能に保持される。なお、直流モータ５には、前記のモータ駆動制御装置と回転角検出部３２が接続される。そして、例えば操作部材３０をディスプレイ上のカーソル位置等に対応させて任意の方向に傾倒させると、そのカーソル位置に応じて所定の力が直流モータ５から連動部材３１を介して操作部材３０に付与され、クリック感触、あるいは高作動力、低作動力の力覚を操作者が感ずることとなる。

なお、連動部材３１の回転軸に直流モータ５の回転軸を一体的に結合したが、連動部材３１の回転軸の回りにギアを設け、これと噛み合うギアを直流モータ５の回転軸設ける等の周知の動力伝達機構を採用でき、また、操作部材３０の保持構造等は、操作部材３０を一方の連動部材３１のに保持する等の周知のジョイステックの構造も採用してもよい。

以下、モータ駆動回路について説明する。

第１スイッチング素子１と第２スイッチング素子２と第１電流検出抵抗６は、電源端子８と接地点間に直列接続され、第３スイッチング素子３と第４スイッチング素子４と第２電流検出抵抗７は、同じく電源端子８と接地点間に直列接続される。第１スイッチング素子１に並列に第１還流ダイオード１Ｄが接続され、第２スイッチング素子２に並列に第２還流ダイオード２Ｄが接続され、第３スイッチング素子３に並列に第３還流ダイオード３Ｄが接続され、第４スイッチング素子４に並列に第４還流ダイオード４Ｄが接続される。第１スイッチング素子１と第２スイッチング素子２との接続点及び第３スイッチング素子３と第４スイッチング素子４との接続点間に直流モータ５が接続され、これらの各構成要素１乃至４、１Ｄ乃至４Ｄ、５乃至８によってＨ形ブリッジ回路が構成される。

また、第１アンドゲート９は、第１入力が第１比較器１３の出力に、第２入力が第４比較器１６の出力に、第３入力が第１論理信号入力端子１８にそれぞれ接続され、出力が第１スイッチング素子１のゲートに接続される。第２アンドゲート１０は、第１入力が第２比較器１４の出力に、第２入力が第２論理信号入力端子１９にそれぞれ接続され、出力が第２スイッチング素子２のゲートに接続される。第３アンドゲート１１は、第１入力が第３比較器１５の出力に、第２入力が第２比較器１４の出力に、第３入力が第３論理信号入力端子２０にそれぞれ接続され、出力が第３スイッチング素子３のゲートに接続される。第４アンドゲート１２は、第１入力が第４比較器１６の出力に、第２入力が第４論理信号入力端子２１にそれぞれ接続され、出力が第４スイッチング素子４のゲートに接続される。第１比較器１３は、第１入力が第２電流検出抵抗７の非接地端に、第２入力が指定電圧入力端子１７にそれぞれ接続される。第２比較器１４は、第１入力が指定電圧入力端子１７に、第２入力が第２電流検出抵抗６の非接地端にそれぞれ接続される。第３比較器１５は、第１入力が第１電流検出抵抗６の非接地端に、第２入力が指定電圧入力端子１７にそれぞれ接続される。第４比較器１４は、第１入力が指定電圧入力端子１７に、第２入力が第２電流検出抵抗７の非接地端にそれぞれ接続される。

さらに、第１電流検出抵抗６は、直流モータ５が逆方向回転、例えば左方向に回転しているとき、直流モータ５に流れる逆方向電流値を検出するもので、その非接地端から得られる検出電圧Ｖ_F2によって逆方向電流値が検出される。第２電流検出抵抗７は、直流モータ５が正方向回転、例えば右方向に回転しているとき、直流モータ５に流れる正方向電流値を検出するもので、その非接地端から得られる検出電圧Ｖ_F1によって正方向電流値が検出される。また、指定電圧入力端子１７は、外部から指定電圧Ｖｉが供給されるもので、この指定電圧Ｖｉによって直流モータ５に流れる目標平均電流値ｉ_Tを設定するようにしている。なお、この目標平均電流値ｉ_Tは操作部材３０の位置あるいは速度、もしくは両者に応じて予め定められている。

前記構成によるモータ駆動制御装置の動作として、直流モータ５が正方向回転するとき、すなわち図１の矢印で示すような正方向電流が流れるときの動作について説明する。

直流モータ５を正方向回転させる場合は、指定電圧入力端子１７に指定電圧Ｖｉを供給し、第１スイッチング素子１及び第４スイッチング素子４にそれぞれオン信号を供給して第１スイッチング素子１及び第４スイッチング素子４をオン状態にし、第２スイッチング素子２及び第３スイッチング素子３にそれぞれオフ信号を供給して第２スイッチング素子２及び第３スイッチング素子３をオフ状態にするもので、このとき、電源端子８から第１スイッチング素子１、直流モータ５、第４スイッチング素子４、第２電流検出抵抗７をそれぞれ通って接地点に至る正方向電流が流れ、それにより直流モータ５には図１の実線で示す方向に電流が流れ、直流モータ５が正方向回転する。この時点に、第２電流検出抵抗７を流れる正方向電流により、その非接地端に検出電圧Ｖ_F2が発生する。

そして、指定電圧入力端子１７に供給された指定電圧Ｖｉと第２電流検出抵抗７で検出された検出電圧Ｖ_F2は、第１比較器１３及び第４比較器１６に供給され、第１比較器１３の比較出力が第１アンドゲート９に、第４比較器１６の比較出力が第４アンドゲート１２にそれぞれ供給される。このような動作時において、指定電圧Ｖｉと検出電圧Ｖ_F2との間で、Ｖｉ≧Ｖ_F2の関係が満たされていれば、第１アンドゲート９からＰＷＭ信号が第１スイッチング素子１に供給されるとともに、第４アンドゲート１２から常時オンとするオン信号が第４スイッチング素子４に供給される。このとき、ＰＷＭ信号は、指定電圧Ｖｉの電圧値に対応してＰＷＭ信号のパルスデューティが適宜調整され、直流モータ５を流れる正方向平均電流が目標平均電流値ｉ_Tに等しくなるように制御される。

一方、前記動作時において、前記操作部材３０が中央に位置する場合等、大きな力を付与しない、すなわち指定電圧Ｖｉを小さく設定した場合等には、直流モータ５の回転軸に連結した操作部材３０は速い速度で手動操作されやすく、直流モータ５の回転軸の回転に伴って大きな起電力が発生し、その大きな起電力によって直流モータ５を流れる正方向平均電流が極端に増大し、Ｖｉ≧Ｖ_F2の関係が満たされずに、Ｖｉ＜Ｖ_F2の関係が満たされるようになる。このときには、第１アンドゲート９から第１スイッチング素子１に供給されるＰＷＭ信号のパルスデューティを０％、すなわち第１スイッチング素子１にオフ信号を供給して第１スイッチング素子１をオフ状態にしても、直流モータ５にはその大きな起電力に基づく正方向電流が図１の点線で示す方向に流れ、それにより直流モータ５は引き続いて正方向トルクを発生する。

このような動作になった場合、第１アンドゲート９からオフ信号が第１スイッチング素子１に供給されて第１スイッチング素子１がオフになり、第４アンドゲート１２からＰＷＭ信号が第４スイッチング素子４に供給され、そのＰＷＭ信号のパルスデューティに従って第４スイッチング素子４がオンオフされる。このときのＰＷＭ信号は、指定電圧Ｖｉの電圧値に対応してＰＷＭ信号のパルスデューティが適宜調整され、直流モータ５を流れる正方向平均電流が目標平均電流値ｉ_Tに等しくなるように制御される。

前記動作の説明は、直流モータ５に正方向電流が流れ、直流モータ５が正方向回転するときの動作に係わるものであるが、直流モータ５に逆方向電流が流れ、直流モータ５が逆方向回転するときの動作は、第１スイッチング素子１及び第４スイッチング素子４をそれぞれオンにし、第２スイッチング素子２及び第３スイッチング素子３をそれぞれオフにする代わりに、第２スイッチング素子２及び第３スイッチング素子３をそれぞれオンにし、第１スイッチング素子１及び第４スイッチング素子４をそれぞれオフにするように制御すればよい。

そして、このような制御時において、Ｖｉ≧Ｖ_F1の関係が満たされていれば、第３アンドゲート１１からＰＷＭ信号が第３スイッチング素子３に供給されるとともに、第２アンドゲート１０からオン信号が第２スイッチング素子２に供給されるもので、このときのＰＷＭ信号は、指定電圧Ｖｉの電圧値に対応してＰＷＭ信号のパルスデューティが適宜調整され、直流モータ５を流れる逆方向平均電流が目標平均電流値ｉ_Tに等しくなるように制御される。

一方、このような制御時において、前述の場合と同じ理由により、Ｖｉ≧Ｖ_F1の関係が満たされずに、Ｖｉ＜Ｖ_F1の関係が満たされるようになったときは、第３アンドゲート１１から第３スイッチング素子３に供給されるＰＷＭ信号のパルスデューティを０％にし、第３スイッチング素子３をオフ状態にしても、直流モータ５にはその大きな起電力に基づく逆方向電流が流れ、それにより直流モータ５は引き続いて逆方向トルクを発生する。

このような動作になった場合、第３アンドゲート１１からオフ信号が第３スイッチング素子３に供給されて第３スイッチング素子３がオフになり、第２アンドゲート１０からＰＷＭ信号が第２スイッチング素子２に供給され、そのＰＷＭ信号のパルスデューティに従って第２スイッチング素子２がオンオフされる。このときのＰＷＭ信号は、指定電圧Ｖｉの電圧値に対応してＰＷＭ信号のパルスデューティが適宜調整され、直流モータ５を流れる逆方向平均電流が目標平均電流値ｉ_Tに等しくなるように制御される。

図２は、図１に図示のモータ駆動制御装置における以上の動作を一まとめにしたもので、第１乃至第４スイッチング素子１〜４の動作状態と、第１指定電圧Ｖｉと検出電圧Ｖ_F1、Ｖ_F2との関係を表す状態説明図である。

図２に図示されるように、直流モータ５を正方向に回転させる場合、Ｖｉ≧Ｖ_F2の関係があれば、素子１をＰＷＭ駆動、素子２をオフ駆動、素子３をオフ駆動、素子４をオン駆動にし、Ｖｉ＜Ｖ_F2の関係があれば、素子１をオフ駆動、素子２をオフ駆動、素子３をオフ駆動、素子４をＰＷＭ駆動にしている。また、直流モータ５を逆方向に回転させる場合、Ｖｉ≧Ｖ_F1の関係があれば、素子１をオフ駆動、素子２をオン駆動、素子３をＰＷＭ駆動、素子４をオフ駆動にし、Ｖｉ＜Ｖ_F1の関係があれば、素子１をオフ駆動、素子２をＰＷＭ駆動、素子３をオフ駆動、素子４をオフ駆動にしている。

このように、この実施の形態によるモータ駆動制御装置によれば、直流モータ５の起電力がゼロであるか、極めて小さく、Ｖｉ≧Ｖ_F1、またはＶｉ≧Ｖ_F2の関係が満たされている場合だけでなく、目標電流値が小さいあるいは直流モータ５の起電力が非常に大きくなって、Ｖｉ＜Ｖ_F1、Ｖｉ＜Ｖ_F2の関係を満たすようになった場合においても、直流モータ５を流れる正方向平均電流または負方向平均電流を目標平均電流値ｉ_Tに等しくなるように制御することができるので、直流モータ５のモータトルクを常時一定にする等、予め定めた所定のトルクとすることができ、それによりモータに連結した操作部材を手動操作したときに、その操作感覚を制御された良好な操作感覚を持って操作することができるものである。

また、この実施の形態においては、Ｖｉ≧Ｖ_F2の場合には、素子１をＰＷＭ駆動し、素子４を常時オンになるようにしているが、素子４を常時オンにし、素子４をＰＷＭ駆動するようにしてもよい。さらに、素子１のオン区間において少くとも素子４がオンになるように、２つの素子１、４をＰＷＭ駆動してもよい。なお、これはＶｉ≧Ｖ_F1の場合の、素子３、素子２についても同様であり、素子３を常時オンにし、素子２をＰＷＭ駆動するようにしてもよく、素子３のオン区間において少くとも素子２がオンになるように、２つの素子３、２をＰＷＭ駆動してもよい。

前記実施の形態によるモータ駆動制御装置は、直流モータ５の回転駆動に、第１スイッチング素子１乃至第４スイッチング素子４からなるＨ形ブリッジ回路を用いた例であるが、直流モータ５を常時一方方向だけに回転させればよい場合には、第１スイッチング素子１及び第４スイッチング素子４だけを用い、第２スイッチング素子２及び第３スイッチング素子３を省略するか、第２スイッチング素子２及び第３スイッチング素子３だけを用い、第１スイッチング素子１及び第４スイッチング素子４を省略するようにしてもよい。この場合には、当然、省略されるスイッチング素子に関連する制御素子、例えばアンドゲートや比較器等も合わせて省略される。

本発明によるモータ駆動制御装置の一つの実施の形態に係わるもので、その要部構成を示す回路図である。図１に図示のモータ駆動制御装置における第１乃至第４スイッチング素子１〜４の動作状態と、第１指定電圧Ｖｉと検出電圧Ｖ_F1、Ｖ_F2との関係を表す状態説明図である。図１のモータ駆動制御装置を備えた力覚付与機能付きジョイステックタイプ入力装置の構成を示す斜視図である。特開平１１−２４３６９６号公報に開示されたモータ駆動回路の構成を示す回路図である。特開平１１−２１５８７６号公報に開示されたモータ駆動回路の構成を示す回路図である。特開平０６−２３７５９１号公報に開示されたモータ駆動回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１第１スイッチング素子
１Ｄ第１還流ダイオード
２第２スイッチング素子
２Ｄ第２還流ダイオード
３第３スイッチング素子
３Ｄ第３還流ダイオード
４第４スイッチング素子
４Ｄ第４還流ダイオード
５直流モータ
６第１電流検出抵抗
７第２電流検出抵抗
８電源端子
９第１アンドゲート
１０第２アンドゲート
１１第３アンドゲート
１２第４アンドゲート
１３第１比較器
１４第２比較器
１５第３比較器
１６第４比較器
１７指定電圧入力端子
１８第１論理信号入力端子
１９第２論理信号入力端子
２０第３論理信号入力端子
２１第４論理信号入力端子

Claims

第１主電極が電源に接続され、第２主電極がモータの一端に接続され、制御電極に制御回路から第１制御電圧が供給される第１スイッチング素子と、第１主電極が前記モータの他端に接続され、第２主電極が電流検出部を通して基準電位点に接続され、制御電極に前記制御回路から第２制御電圧が供給される第２スイッチング素子とを備え、前記電流検出部は、前記モータに流れる電流値を表す検出電圧を発生し、前記制御回路は、前記検出電圧と指示入力電圧とが入力され、前記検出電圧が前記指示入力電圧に等しいかそれ以下であるときに前記第１制御電圧あるいは前記第２制御電圧の一方としてＰＷＭ電圧を、前記第１制御電圧と前記第２制御電圧の他方として少くとも前記ＰＷＭ電圧のオン区間においてオンとなるオン電圧をそれぞれ発生させ、前記検出電圧が前記指示入力電圧を超えているときに前記第１制御電圧としてオフ電圧を、前記第２制御電圧としてＰＷＭ電圧をそれぞれ発生させ、前記検出電圧と前記指示入力電圧との差電圧に応じて前記ＰＷＭ電圧のパルスデューテイを調整し、前記モータ電流値を目標電流値にすることを特徴とするモータ駆動制御装置。
第１主電極が電源に接続され、第２主電極がモータの一端に接続され、制御電極に制御回路から第１制御電圧が供給される第１スイッチング素子と、第１主電極が前記モータの他端に接続され、第２主電極が第１電流検出部を通して基準電位点に接続され、制御電極に前記制御回路から第２制御電圧が供給される第２スイッチング素子と、第１主電極が前記電源に接続され、第２主電極が前記モータの他端に接続され、制御電極に前記制御回路から第３制御電圧が供給される第３スイッチング素子と、第１主電極が前記モータの一端に接続され、第２主電極が第２電流検出部を通して基準電位点に接続され、制御電極に前記制御回路から第４制御電圧が供給される第４スイッチング素子とを備え、前記第１電流検出部は、前記モータに流れる一方方向の電流値を表す第１検出電圧を、前記第２電流検出部は、前記モータに流れる他方方向の電流値を表す第２検出電圧をそれぞれ発生し、前記制御回路は、前記第１検出電圧と前記第２検出電圧と指示入力電圧とが入力され、前記第１検出電圧が前記指示入力電圧に等しいかそれ以下であるときに前記第１制御電圧あるいは前記第２制御電圧の一方としてＰＷＭ電圧を、前記第１制御電圧と前記第２制御電圧の他方として少くとも前記ＰＷＭ電圧のオン区間においてオンとなるオン電圧をそれぞれ発生し、前記第１検出電圧が前記指示入力電圧を超えているときに前記第１制御電圧としてオフ電圧を、前記第２制御電圧としてＰＷＭ電圧をそれぞれ発生するとともに、前記第２検出電圧が前記指示入力電圧に等しいかそれ以下であるときに前記第３制御電圧あるいは前記第４制御電圧の一方としてＰＷＭ電圧を、前記第３制御電圧と前記第４制御電圧の他方として少なくとも前記ＰＷＭ電圧のオン区間においてオンとなるオン電圧をそれぞれ発生し、前記第２検出電圧が前記指示入力電圧を超えているときに前記第３制御電圧としてオフ電圧を、前記第４制御電圧としてＰＷＭ電圧をそれぞれ発生させ、前記第１検出電圧または前記第２検出電圧と前記指示入力電圧との差電圧に応じて対応する前記ＰＷＭ電圧のパルスデューテイを調整し、前記モータの各電流値を目標電流値にすることを特徴とするモータ駆動制御装置。
前記モータは、その回動軸に手動操作可能な操作部材が連結され、前記操作部材を手動操作する際に、その操作量に対応した力覚量が付与されることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置。