JP2007068400A - モータ駆動装置及びモータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの停止制御を行う際に、騒音レベルの低減及び停止時間の短縮を図るモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置は、複数相のモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３を駆動する複数のトランジスタと、複数相のモータ巻線の駆動によって回転する回転子ｒ１の単位時間当たりの回転数を検出して、複数のトランジスタのブレーキ動作を制御する制御回路２１０とを備える。制御回路２１０は、回転子ｒ１の回転速度が第１の回転速度であるときには、複数相のモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３の端子間を短絡するショートブレーキ制御を行い、回転子ｒ１の回転速度が第１の回転速度よりも低下した第２の回転速度であるときには、複数相のモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３に逆向きの駆動電流を印加する逆転ブレーキ制御を行い、回転子ｒ１の回転速度が第２の回転速度よりも低下した停止直前の第３の回転速度であるときには、ショートブレーキ制御を再び行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ショートブレーキと逆転ブレーキとを有するモータ駆動装置及びモータ駆動方法に関する。

モータを停止する方式には、ショートブレーキによる減速方法と逆転ブレーキによる減速方法とがある。そして、従来のモータ駆動装置は、ショートブレーキにより制動をかけるショートブレーキモードと逆転ブレーキにより制動をかける逆転ブレーキモードとの２つのモードを持ち合わせており、いずれか一方のモードを選択することによってモータの減速及び停止の制御をしていた。

ショートブレーキモードによるモータの減速方法は、３相のモータ巻線の端子間にショート回路を形成する方式である。一方、逆転ブレーキモードによるモータの減速方法は、複数相のモータ巻線に逆方向の電流を供給して逆転方向に励磁する方式である。

図９は、従来のモータ駆動装置の構成を示す図である。

図９におけるモータ駆動装置１Ｅは、位置検出手段１０、通電切換信号生成手段２０、回転制御手段３０、ブレーキ指令発生手段４０、ブレーキモード切換手段５０Ｄ、逆転検知手段６０、通電制御信号生成手段７０Ｄ、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６とを含み、その外部には、回転子ｒ１と回転子ｒ１を介してディスクｄ１を回転させるモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３とを有するモータＭ１が備えられている。

以下に、従来のモータ駆動装置１Ｅの具体的動作について説明する。

図１０は、図９に示したブレーキモード切換手段５０Ｄの内部構成例を示す図である。

モータＭ１の通常回転時において、ブレーキ指令発生手段４０内のトルク指令発生手段４１は、回転制御手段３０からの回転制御信号Ｓ１に基づいてトルク指令信号Ｓ２を出力する。トルク指令信号Ｓ２を受けた通電切換信号生成手段２０は、位置検出手段１０からの位置信号Ｓ３に基づいた通電角で複数相のモータ巻線を通電させるための、トルク指令信号Ｓ２の大きさに応じた大きさの通電切換信号Ｓ４を通電制御信号生成手段７０Ｄに出力する。通電制御信号生成手段７０Ｄは通電切換信号Ｓ４に基づいて、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６を次々に通電させる。ここで、上記回転制御手段３０は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、位置検出手段１０から出力される位置信号Ｓ３が入力され、マイクロコンピュータは、入力される位置信号Ｓ３の周期を計数して、その計数した計数データと、内蔵された単位時間当たりの回転数に対応した基準データとを比較して、その比較動作に応じた回転制御信号Ｓ１を出力するものである。また、上記トルク指令発生手段４１は、具体的には平滑回路で構成され、回転制御信号Ｓ１を平滑した直流電圧をトルク指令信号Ｓ２として出力するものである。

一方、ブレーキ指令発生手段４０が回転制御手段３０からの回転制御信号Ｓ１に基づいてブレーキ指令信号Ｓ５を出力すると、図１０に示す論理回路５１１ｄ及び５１２ｄで構成される、ブレーキモード切換手段５０Ｄは、ブレーキ指令信号Ｓ５とブレーキモード切換信号Ｓ１１とを受けてショートブレーキモードまたは逆転ブレーキモードのいずれかのブレーキモードを選択する。

そして、ショートブレーキモードを選択する場合、ブレーキモード切換手段５０Ｄはブレーキモード切換信号Ｓ１１に基づいてショートブレーキ信号／Ｓ７を選択的に出力する。通電制御信号生成手段７０Ｄは、通電切換信号生成手段２０からの通電切換信号Ｓ４とショートブレーキ信号／Ｓ７とを受けて通電制御信号Ｓ８をパワートランジスタＱ１〜Ｑ６に出力する。通電制御信号Ｓ８によってパワートランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５は全て導通されるとともに、パワートランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６は全て非導通される。あるいは、パワートランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６は全て導通されるとともに、パワートランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５は全て非導通されることによって３相のモータ巻線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の端子間にショート回路を形成し、モータ巻線Ｌ１〜Ｌ３内で逆起電圧を消費させることによってモータＭ１を減速及び停止させる。

また、逆転ブレーキモードを選択する場合、ブレーキモード切換手段５０Ｄはブレーキモード切換信号Ｓ１１に基づいて逆転ブレーキ信号Ｓ７を選択的に出力する。通電制御信号生成手段７０Ｄは、通電切換信号生成手段２０からの通電切換信号Ｓ４と逆転ブレーキ信号Ｓ７とを受けて逆極性の通電制御信号Ｓ８をパワートランジスタＱ１〜Ｑ６に出力する。パワートランジスタＱ１〜Ｑ６は逆極性の通電制御信号Ｓ８を３相のモータ巻線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に通電することにより、モータ巻線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を逆方向に励磁して回転子ｒ１に制動をかける。

この場合、逆転検知手段６０は、例えば、タイマーなどにより位置検出手段１０の出力信号の周期を検出して逆転を検知するのであるが、位置検出手段１０からの位置信号Ｓ３の周期が所定値以上になったことを検知して、停止状態を判定し、続けて逆転が始まるものと判断して逆転信号Ｓ９を出力する。そして、通電制御信号生成手段７０Ｄは逆転信号Ｓ９を受けると、全てのモータ巻線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３へ供給している通電制御信号Ｓ８を停止させる。これによって、モータＭ１は慣性による回転を継続した後、完全に停止する。
特開平６−１６９５９４号公報 特開平８−２２３９７５号公報 特開平１０−９８８９４号公報 特開昭６３−３１６６８２号公報

上述の通り、従来のモータ駆動装置は、ショートブレーキモード、逆転ブレーキモードのいずれか一方のブレーキモードを選択することによってモータＭ１に制動をかけていた。ショートブレーキモードの場合、ブレーキ時のモータＭ１の騒音はなく、また制動力は逆起電圧に依存するために高速回転時には有効である一方、回転数が低下するに従ってブレーキの制動力が落ちるので停止するまでに時間がかかる。

これに対し、逆転ブレーキモードの場合、減速時にはモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３を逆転方向に励磁するため、制動力は強い一方、位相のずれを原因とする高速回転時の騒音レベルが高い。また、精度の良い逆転検知が困難であり逆極性の通電制御信号Ｓ８を停止するタイミングが遅れると、モータＭ１が停止した後もしばらく逆転方向に励磁され逆方向に回転し始める。その後、通電制御信号生成手段７０Ｄは３相のモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３への通電を止めるものの、モータＭ１は慣性によって回転し続けるので停止するまでに時間がかかるとともに、モータＭ１の停止位置に狂いが生じる。

前記に鑑み、本発明の目的は、モータの停止制御を行う際に、騒音レベルを低減でき且つ停止時間を短縮できるモータ駆動装置及びモータ駆動方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係るモータ駆動装置は、複数相のモータ巻線を駆動する複数のトランジスタと、複数相のモータ巻線の駆動によって回転する回転子の単位時間当たりの回転数を検出して、複数のトランジスタのブレーキ動作を制御する制御回路とを備えたモータ駆動装置であって、制御回路は、回転子の回転速度が第１の回転速度であるときには、複数相のモータ巻線の端子間を短絡するショートブレーキ制御を行い、回転子の回転速度が第１の回転速度よりも低下した第２の回転速度であるときには、複数相のモータ巻線に逆向きの駆動電流を印加する逆転ブレーキ制御を行い、回転子の回転速度が第２の回転速度よりも低下した停止直前の第３の回転速度であるときには、ショートブレーキ制御を再び行う。

本発明の第１の側面に係るモータ駆動装置によると、回転速度が第１の回転速度のときにショートブレーキ制御を用いるためにモータが高速回転している状態から減速するときの騒音を小さくできる。また、回転速度が第２の回転速度のときに逆転ブレーキ制御を用いるためにモータの回転速度を急速に減速できる。更に、モータの回転速度が第３の回転速度のときに再びショートブレーキ制御を用いるためにモータを短時間に停止させることができ、従来のように逆転検知を行わなくてもモータを正確な位置に停止させることができる。

本発明の第２の側面に係るモータ駆動装置は、複数相のモータ巻線と回転子との相対位置を示す位置信号を出力する位置検出手段と、回転子の単位時間当たりの回転数に応じた検出信号を出力する回転検出手段と、回転子の回転を制御するための回転制御信号を出力する回転制御手段と、回転制御信号を受けると、その回転制御信号に応じたトルク指令信号を出力するとともに、回転子の回転にショートブレーキまたは逆転ブレーキをかけるためのブレーキ指令信号を出力するブレーキ指令発生手段と、位置信号に基づいた通電角で複数相のモータ巻線を通電させる、トルク指令信号の大きさに応じた大きさの通電切換信号を出力する通電切換信号生成手段と、回転検出手段によって検出された単位時間当たりの回転数と所定の回転数とを等価的に比較して、ショートブレーキまたは逆転ブレーキのいずれかのブレーキモードに切り換えるためのブレーキモード切換信号を出力する回転判別手段と、ブレーキ指令信号とブレーキモード切換信号とに基づいて、いずれかのブレーキモードに切り換えてブレーキモード指令信号として出力するブレーキモード切換手段と、ブレーキ指令信号、ブレーキモード指令信号及び通電切換信号に基づいて、複数相のモータ巻線への通電を制御するための通電制御信号を出力する通電制御信号生成手段と、通電制御信号に応じて複数相のモータ巻線に電力を供給する複数のトランジスタとを備える。

本発明の第２の側面に係るモータ駆動装置によると、モータの回転数に応じてブレーキモードの切り換えを可能にする。このため、騒音レベルの低減及び停止時間の短縮を図ることができる。また、モータの停止位置の位置ずれを起こしにくくできる。更に、切り換えの基準とする所定の回転数は任意に設定できるので、停止までの時間をコントロールすることが可能になる。

本発明の第２の側面に係るモータ駆動装置において、ブレーキモード切換信号が入力されると所定周期のパルスであるＯＦＦ信号を出力するＯＦＦ信号生成手段を更に備え、通電制御信号生成手段は、ＯＦＦ信号生成手段から出力されたＯＦＦ信号を受けると、そのＯＦＦ信号に応じて複数相のモータ巻線への電流の供給を一時的に停止させる通電制御信号を複数のトランジスタに出力することが好ましい、
このようにすると、ＯＦＦ信号生成手段を更に備えることでブレーキモードを切り換える時に、所定時間ＯＦＦとする通電制御信号をトランジスタに入力するため、ブレーキモード切り換え時のトランジスタにおける貫通電流を防止することが可能になる。

本発明の一側面に係るモータ駆動方法は、複数相のモータ巻線を駆動する複数のトランジスタと、複数相のモータ巻線の駆動によって回転する回転子の単位時間当たりの回転数を検出して、複数のトランジスタのブレーキ動作を制御する制御回路とを備えたモータ駆動方法であって、制御回路は、回転子の回転速度が第１の回転速度であるときには、複数相のモータ巻線の端子間を短絡するショートブレーキ制御を行い、回転子の回転速度が第１の回転速度よりも低下した第２の回転速度であるときには、複数相のモータ巻線に逆向きの駆動電流を印加する逆転ブレーキ制御を行い、回転子の回転速度が第２の回転速度よりも低下した停止直前の第３の回転速度であるときには、ショートブレーキ制御を再び行う。

本発明の一側面に係るモータ駆動方法によると、回転速度が第１の回転速度のときにショートブレーキ制御を用いるためにモータが高速回転している状態から減速するときの騒音を小さくできる。また、回転速度が第２の回転速度のときに逆転ブレーキ制御を用いるためにモータの回転速度を急速に減速できる。更に、モータの回転速度が第３の回転速度のときに再びショートブレーキ制御を用いるためにモータを短時間に停止させることができ、従来のように逆転検知を行わなくてもモータを正確な位置に停止させることができる。

本発明の一側面に係るモータ駆動方法において、ショートブレーキ制御と逆転ブレーキ制御との切り換え時にワンショットパルスを発生させ、ワンショットパルスに応じて複数のトランジスタの全てをＯＦＦすることが好ましい。

このようにすると、ブレーキモードの切り換え時にワンショットパルスに応じて全てのトランジスタを一旦ターンオフさせた後、次のブレーキモードへ移行させることができるため、過大な貫通電流がトランジスタに流れることを防止することができる。

本発明のモータ駆動装置によると、モータの回転数に応じてブレーキモードの切り換えを可能にする。このため、騒音レベルの低減及び停止時間の短縮を図ることができる。また、モータの停止位置の位置ずれを起こしにくくできる。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、上記従来例で参照した図面及び以下の各実施形態で参照する図面相互間において、共通する構成要素には同じ符号を付しており、その説明は繰り返さない。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。

図１に示すモータ駆動装置１Ａは、上記従来例と同様に、位置検出手段１０、通電切換信号生成手段２０、回転制御手段３０、ブレーキ指令発生手段４０、ブレーキモード切換手段５０Ａ、通電制御信号生成手段７０Ａ、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６とを含む。更に、位置検出手段１０から出力される位置信号Ｓ３に基づいて回転子ｒ１の単位時間当たりの回転数を検出して回転数に対応した信号Ｓ１０として出力する回転検出手段８０と、回転子ｒ１の単位時間当たりの回転数と等価な回転検出手段８０の出力信号Ｓ１０が予め設定された所定の回転数に対応する基準値に到達したか否かを判定する回転判別手段９０とを含んでいる。なお、モータ駆動装置１Ａの外部には、回転子ｒ１と回転子ｒ１を介してディスクｄ１を回転させるモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３とを有するモータＭ１が備えられている。また、図１に示すブレーキモード切換信号生成手段２００は、位置検出手段１０と回転検出手段８０と回転判別手段９０とを含んでいる。更に、制御手段２１０は、ブレーキモード切換手段５０Ａと通電制御信号生成手段７０Ａとを含んでいる。

上記のように構成されたモータ駆動装置１Ａについて、以下にその動作を説明する。回転検出手段８０は、位置検出手段１０から出力される位置信号Ｓ３の周波数に基づいて回転子ｒ１の回転数を検出し、検出した信号Ｓ１０を回転判別手段９０に出力する。また、回転判別手段９０は、回転検出手段８０からの信号Ｓ１０が予め設定された所定の回転数に対応する基準値以下になったときに、信号レベルがそれぞれ変わる第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ（ブレーキモード切換信号に対応する）及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ｂ（ブレーキモード切換信号に対応する）をブレーキモード切換手段５０Ａに出力する。ブレーキモード切換手段５０Ａは、回転判別手段９０からの第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂとブレーキ指令発生手段４０からのブレーキ指令信号Ｓ５とを受けて、逆転ブレーキ信号Ｓ７（ブレーキモード指令信号に対応する）及びショートブレーキ信号／Ｓ７（ブレーキモード指令信号に対応する）とを生成し出力する。通電制御信号生成手段７０Ａは、逆転ブレーキ信号Ｓ７及びショートブレーキ信号／Ｓ７を受けると、通電切換信号Ｓ４及びブレーキ指令信号Ｓ５に基づいて、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６に各ブレーキモードに応じた通電制御信号Ｓ８を出力する。

ここで、ブレーキモード切換信号生成手段２００を構成する上記回転検出手段８０及び回転判別手段９０について、より具体的な例を用いて説明する。

回転検出手段８０は、その手段として、カウンタやＦ／Ｖ変換器が考えられる。まず、１つ目の手段として、回転検出手段８０としてカウンタを用いる場合は、回転判別手段９０としてデコーダ回路を使用する。この場合、デコーダ回路（回転判別手段９０）をカウンタ（回転検出手段８０）の出力に接続する。そして、カウンタ（回転検出手段８０）は、位置信号Ｓ３が示す波形のエッジ信号でリセットしつつ所定のクロック信号を計数して、回転子ｒ１の回転数と対応した周期を検出する。デコーダ回路（回転判別手段９０）では、単位時間当たりの所定の回転数に対応したデコード値（基準値）が予め設定されており、カウンタ（回転検出手段８０）のカウント値がそのデコード値に到達すると、第１，第２のブレーキモード切換信号（Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ）を出力する。

また、２つ目の手段として、回転検出手段８０としてＦ／Ｖ変換器を用いる場合は、回転判別手段９０として電圧比較器を使用する。この場合、電圧比較器（回転判別手段９０）をＦ／Ｖ変換器（回転検出手段８０）の出力に接続する。そして、Ｆ／Ｖ変換器（回転検出手段８０）は、位置信号Ｓ３の周波数を電圧に変換して、変換した直流電圧を出力する。Ｆ／Ｖ変換器（回転検出手段８０）の出力に接続された電圧比較器（回転判別手段９０）では、単位時間当たりの所定の回転数に対応した直流電圧（基準値）とＦ／Ｖ変換器（回転検出手段８０）の出力電圧とを比較し、そのＦ／Ｖ変換器（回転検出手段８０）の出力電圧が基準値に到達すると、第１，第２のブレーキモード切換信号（Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ）を出力する。

図２は、ブレーキモード切換手段５０Ａの内部構成例を示す図である。図２に示すブレーキモード切換手段５０Ａは、ＡＮＤ回路５１１ａ、５１４ａとインバータ５１２ａ、５１３ａとを含む。インバータ５１３ａは回転判別手段９０からの第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ｂを反転する。ＡＮＤ回路５１４ａは回転判別手段９０からの第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａとインバータ５１３ａの出力との論理積を出力する。ＡＮＤ回路５１１ａはブレーキ指令発生手段４０からのブレーキ指令信号Ｓ５とＡＮＤ回路５１４ａの出力との論理積を逆転ブレーキ信号Ｓ７として出力する。インバータ５１２ａはＡＮＤ回路５１１ａからの逆転ブレーキ信号Ｓ７を反転してショートブレーキ信号／Ｓ７として出力する。

図３は、本実施形態に係るモータ駆動装置１Ａの具体的動作を説明するためのタイミングチャートである。

ブレーキモード切換信号生成手段２００は、位置検出手段１０の位置信号Ｓ３に基づいて、単位時間当たりの回転数が所定の回転数Ｎ１（つまり時間τ１の時）以下になるとＨレベルになる第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａを出力する。また同様に、その回転数が所定の回転数Ｎ２（つまり時間τ２の時）以下になるとＨレベルになる第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ｂを出力する。そして、ブレーキモード切換手段５０Ａは、回転判別手段９０からの上記各信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂに基づいた逆転ブレーキ信号Ｓ７及びショートブレーキ／Ｓ７を出力する。

つまり、図３に示すように、ブレーキモード切換手段５０Ａは、ブレーキを開始した時間τ０から回転数Ｎ１に低下する時間τ１までの間（この間の回転数が第１の回転速度に対応する）は、騒音レベルが低いショートブレーキモードを選択するためＨレベルのショートブレーキ信号／Ｓ７を通電制御信号生成手段７０Ａに出力する。そして、ある程度低下した回転数Ｎ１となる時間τ１から停止直前の回転数Ｎ２となる時間τ２までの間（この間の回転数が第２の回転速度に対応する）は、制動力が強い逆転ブレーキモードを選択するためＨレベルの逆転ブレーキ信号Ｓ７を通電制御信号生成手段７０Ａに出力する。更に、停止直前の回転数Ｎ２となる時間τ２から停止する時間τ３までの間（この間の回転数が第３の回転速度に対応する）は、回転子ｒ１が逆転することがないショートブレーキモードを選択するためＨレベルのショートブレーキ信号／Ｓ７を通電制御信号生成手段７０Ａに出力する。

その結果、従来のように逆転ブレーキまたはショートブレーキのいずれか一方のみを選択する場合は、図３に示すように、停止するまで時間τ４または時間τ５の時間がかかっていたが、本実施形態の場合は、停止するまで時間はτ３と短縮される。また、高速回転時（時間τ０〜τ１）には、ショートブレーキモードを選択するので、従来逆転ブレーキを選択していた場合に比べて騒音が小さくなる。更に、低速回転時（時間τ１〜τ２）には、逆転ブレーキモードを選択するので、従来ショートブレーキを選択していた場合に比べて制動力を高めることができる。また、停止時付近（時間τ２〜τ３）には、ショートブレーキモードを選択するので、従来の逆転ブレーキを選択した場合のように、回転子ｒ１が逆転することなく停止させることができる。

以上のように本実施形態によると、回転判別手段９０からの第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂに基づいて、ブレーキモード切換手段５０Ａはショートブレーキと逆転ブレーキとの２つのブレーキモードを使い分ける。そのため、ブレーキ時の騒音レベルの低減及び停止するまでの時間を短縮できる。また、モータＭ１の停止位置の位置ずれを起こしにくくできる。更に、ショートブレーキによって停止させるため、従来逆転ブレーキによって停止させていた場合の逆転検知に要した時間を省略することができる。

なお、回転判別手段９０において比較される予め設定された所定値は任意に設定できるため、ショートブレーキと逆転ブレーキをかける時間や回数は任意に設定できる。その結果、停止に必要な時間を任意に可変することができる。また、ある特定の回転数以下の制動においては、逆転ブレーキから制動を開始することも可能である。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。

図４に示すモータ駆動装置１Ｂは、上記図１に示したモータ駆動装置１Ａが有する構成要素に加え、ブレーキモード切換手段５０Ｂに対してブレーキモードの切り換えのためのクロック信号Ｓ１２を供給するクロック信号生成手段１００を更に有している。

上記のように構成されたモータ駆動装置１Ｂについて、以下にその動作を説明する。

回転検出手段８０は、位置検出手段１０から出力される位置信号Ｓ３に基づいて回転子ｒ１の単位時間当たりの回転数を検出して回転数に対応した信号Ｓ１０を回転判別手段９０に出力する。そして、回転判別手段９０は、回転検出手段８０からの信号Ｓ１０が予め設定された所定の回転数に対応する基準値以下になったときに、信号レベルがそれぞれ変わる第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ（ブレーキモード切換信号に対応する）及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ｂ（ブレーキモード切換信号に対応する）をブレーキモード切換手段５０Ｂに出力する。また、クロック信号生成手段１００は、ブレーキモード切換手段５０Ｂに対して、予め設定された所定の周波数及び所定のデューティーを有するクロック信号Ｓ１２を出力する。ブレーキモード切換手段５０Ｂは、回転判別手段９０からの第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂとブレーキ指令発生手段４０からのブレーキ指令信号Ｓ５とクロック信号生成手段からのクロック信号Ｓ１２とを受けて、逆転ブレーキ信号Ｓ７（ブレーキモード指令信号に対応する）及びショートブレーキ信号／Ｓ７（ブレーキモード指令信号に対応する）とを生成し出力する。通電制御信号生成手段７０Ａは、逆転ブレーキ信号Ｓ７及びショートブレーキ信号／Ｓ７を受けると、通電切換信号Ｓ４及びブレーキ指令信号Ｓ５に基づいて、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６に各ブレーキモードに応じた通電制御信号Ｓ８を出力する。

図５は、ブレーキモード切換手段５０Ｂの内部構成例を示す図である。

図５に示すブレーキモード切換手段５０Ｂは、ＡＮＤ回路５１１ｂ、５１４ｂ、５１５ｂとインバータ５１２ｂ、５１３ｂとを含む。インバータ５１３ｂは回転判別手段９０からの第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ｂを反転する。ＡＮＤ回路５１４ｂは回転判別手段９０からの第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａとインバータ５１３ｂの出力との論理積を出力する。ＡＮＤ回路５１５ｂはＡＮＤ回路５１４ｂからの出力とクロック信号生成手段１００からのクロック信号Ｓ１２との論理積を出力する。ＡＮＤ回路５１１ｂはブレーキ指令発生手段４０からのブレーキ指令信号Ｓ５とＡＮＤ回路５１５ｂからの出力との論理積を逆転ブレーキ信号Ｓ７として出力する。インバータ５１２ｂはＡＮＤ回路５１１ｂからの逆転ブレーキ信号Ｓ７を反転してショートブレーキ信号／Ｓ７として出力する。

図６は、本実施形態に係るモータ駆動装置１Ｂの具体的動作を説明するためのタイミングチャートである。

ブレーキモード切換信号生成手段２００は、位置検出手段１０の位置信号Ｓ３に基づいて、モータＭ１の回転数が所定の回数Ｎ１（つまり時間τ１の時）以下になるとＨレベルになる第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａを出力する。また同様に、その回転数が所定の回転数Ｎ２（つまり時間τ２’の時）以下になるとＨレベルになる第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ｂを出力する。また、クロック信号生成手段１００は、ブレーキモード切換手段５０Ｂに対して所定の周波数と所定のデューティーを有するクロック信号Ｓ１２を出力する。そして、ブレーキモード切換手段５０Ｂは、回転判別手段９０からの上記信号Ｓ１１ａ、Ｓ１１ｂとクロック信号生成手段１００からのクロック信号Ｓ１２とに基づいて、図６に示すような逆転ブレーキ信号Ｓ７及びショートブレーキ信号／Ｓ７を出力する。

つまり、図６に示すように、ブレーキモード切換手段５０Ｂは、ブレーキを開始した時間τ０から回転数Ｎ１に低下する時間τ１までの間（この間の回転数が第１の回転速度に対応する）は、騒音レベルが低いショートブレーキモードを選択するためＨレベルのショートブレーキ信号／Ｓ７を通電制御信号生成手段７０Ａに出力する。そして、ある程度低下した回転数Ｎ１となる時間τ１から停止直前の回転数Ｎ２となる時間τ２’までの間（この間の回転数が第２の回転速度に対応する）は、クロック信号生成手段１００からのクロック信号Ｓ１２に基づいて、騒音レベルが低いショートブレーキモードと制動力が強い逆転ブレーキモードとを断続的に切り換え制御するミックスブレーキ制御を行う。更に、停止直前の回転数Ｎ２となる時間τ２’から停止するまでの時間τ３’までの間（この間の回転数が第３の回転速度に対応する）は、回転子ｒ１が逆転することのないショートブレーキモードを選択するためＨレベルのショートブレーキ信号／Ｓ７を通電制御信号生成手段７０Ａに出力する。

その結果、従来のように逆転ブレーキまたはショートブレーキのいずれか一方のみを選択する場合は、図６に示すように、停止するまで時間τ４または時間τ５の時間がかかっていたが、本実施形態の場合は、停止するまで時間τ３’と短縮される。また、高速回転時（時間τ０〜τ１）には、ショートブレーキモードを選択するので、従来逆転ブレーキを選択していた場合に比べて騒音が小さくなる。また、低速回転時（時間τ１〜τ２’）には、各ブレーキモードを断続的に切り換え制御することによって、ブレーキモードの移行をスムーズにする。更に、停止時付近（時間τ２’〜τ３’）には、ショートブレーキモードを選択するので、従来の逆転ブレーキを選択した場合のように、回転子ｒ１が逆転することなく停止させることができる。

以上のように、回転判別手段９０からの第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂに基づいて、ブレーキモード切換手段５０Ｂは２つのブレーキモードを使い分ける。そのため、ブレーキ時の騒音レベルの低減及び停止するまでの時間を短縮できる。また、モータＭ１の停止位置の位置ずれを起こしにくくできる。更に、ブレーキモード切換手段５０Ｂはクロック信号生成手段１００からのクロック信号Ｓ１２に基づいて、ブレーキモードを断続的に切り換え制御することによってブレーキモードの移行をスムーズにする。その結果、ブレーキモードの移行時の騒音を和らげることができる。更に、本実施形態は、ショートブレーキによって停止させるため、従来逆転ブレーキによって停止させていた場合の逆転検知に要した時間を省略することができる。

なお、本実施形態では、図６に示すように、ショートブレーキモードと逆転ブレーキモードの切り換えをクロック信号生成手段１００から出力されるクロック信号Ｓ１２が一定間隔で変化する場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限る趣旨ではなく、時間の経過に応じて周波数やデューティーを変化させた場合であっても本発明は同様に実施可能である。

また、本実施形態では、低速回転時（時間τ１〜τ２’）においてショートブレーキモードと逆転ブレーキモードとの切り換え制御を行う場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限る趣旨ではなく、ブレーキを開始する時間τ０の直後に上記切り換え制御を行う場合であっても本発明は同様に実施可能である。このようにすると、ブレーキ時の騒音レベルと停止までの時間を任意に設定することができる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係るモータ駆動装置を説明するための回路構成例を示す図である。

図７に示すモータ駆動装置１Ｃは、上記図１に示したモータ駆動装置１Ａが有する構成要素に加え、モータ巻線Ｌ１〜Ｌ３に流れる電流値を示す電流値信号Ｓ１３を受けてその電流値を検出する電流値検出手段１１０と、電流値検出手段１１０からの電流値検出信号Ｓ１４に基づく電流値と予め設定された所定の電流値（基準値）とを比較してブレーキモード切換手段５０Ｃに電流値判別信号Ｓ１５を出力する電流値判別手段１２０とを更に有している。

上記のように構成されたモータ駆動装置１Ｃについて、以下にその動作を説明する。

電流値検出手段１１０は、例えば、電流を検知するためにパワートランジスタＱ１〜Ｑ６とグランドとの間、または電源とパワートランジスタＱ１〜Ｑ６との間に抵抗Ｒを挿入して、抵抗Ｒの電圧降下分を検知することによってモータＭ１に流れる電流値を検出する。このようにして、電流値検出手段１１０によって検出された電流値は、電流値検出信号Ｓ１４として電流値判別手段１２０に出力する。電流値判別手段１２０は電流値検出信号Ｓ１４を受けると、電流値検出手段１１０によって検出された電流値と予め設定された所定の電流値とを比較して、モータＭ１に流れる電流値の方が小さくなったときに信号レベルが変わる電流値判別信号Ｓ１５を出力する。また、ブレーキモード切換手段５０Ｃは、ブレーキ指令発生手段４０から出力されるブレーキ指令信号Ｓ５を受けると、回転判別手段９０からの第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ（ブレーキモード切換信号に対応する）及びＳ１１ｂ（ブレーキモード切換信号に対応する）と電流値判別手段１２０からの電流値判別信号Ｓ１５とに基づいて、逆転ブレーキ信号Ｓ７（ブレーキモード指令信号に対応する）及びショートブレーキ信号／Ｓ７（ブレーキモード指令信号に対応する）を出力する。

つまり、本実施形態では、ブレーキの開始からモータＭ１に流れる電流が例えば所定の電流値Ｉ１以下になるまではショートブレーキモードを選択し、また電流値Ｉ１から回転数Ｎ２になるまでの間は逆転ブレーキモードを選択し、更に回転数Ｎ２から停止するまでは回転子ｒ１が逆転することのないショートブレーキモードを選択するように、ブレーキモード切換手段５０Ｃ内の論理回路を構成する（図示せず）。このようにすると、ブレーキモード切換手段５０Ｃは、各ブレーキモードの選択に対応した信号レベルを有する逆転ブレーキ信号Ｓ７及びショートブレーキ信号／Ｓ７を通電制御信号生成手段７０Ａに出力する。

その結果、ブレーキ開始から電流値がＩ１になるまでは騒音レベルを抑えて供給電流を遮断でき、電流値Ｉ１から回転数Ｎ２になるまでは制動力が強いので停止までの時間が短縮でき、回転数Ｎ２から停止するまではショートブレーキにより自然に停止するため、従来のように逆転検知を行う必要がない。

以上のように、本実施形態かかるモータ駆動装置１Ｃによると、回転判別手段９０からの第１及び第２のブレーキ切換信号Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂと電流値判別手段１２０からの電流値判別信号Ｓ１５とに基づいて、ブレーキモード切換手段５０Ｃは２つのブレーキモードを使い分ける。そのため、ブレーキ時の騒音レベルの低減及び停止するまでの時間を短縮できる。また、モータＭ１の停止位置の位置ずれを起こしにくくできる。更に、モータＭ１の電流値に応じて供給電流を遮断するショートブレーキを活用してモータＭ１に制動をかけることによって、モータＭ１に流れる電流値に応じて消費電力をコントロールすることができる。また、ショートブレーキによって停止させるため、従来逆転ブレーキによって停止させていた場合の逆転検知に要した時間を省略することができる。

なお、本実施形態においても、上記第２の実施形態で説明したクロック信号生成手段１００を利用する構成にすることもできる。つまり、電流値Ｉ１から回転数がＮ２になるまでの間、クロック信号生成手段１００から出力されるクロック信号Ｓ１２に基づいてショートブレーキモードと逆転ブレーキモードの切り換え制御を行うような構成にすることもできる。これによって、本実施形態は、ブレーキモードの移行がよりスムーズになり、ブレーキモード移行時の騒音を和らげることができる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係るモータ駆動装置を説明するための回路構成例を示す図である。

図８に示すモータ駆動装置１Ｄは、図１に示したモータ駆動装置１Ａが有する構成要素に加え、第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ（ブレーキモード切換信号に対応する）及びＳ１１ｂ（ブレーキモード切換信号に対応する）を受けると、モータ巻線Ｌ１〜Ｌ３に供給する電流を一時的にＯＦＦにする所定周期のワンショットパルスであるＯＦＦ信号Ｓ１６を通電切換信号生成手段７０Ｂに出力するＯＦＦ信号生成手段１３０を更に有している。

上記のように構成されたモータ駆動装置１Ｄについて、以下にその動作を説明する。

ブレーキモード切換手段５０Ａは回転判別手段９０から出力される第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂを受けて逆転ブレーキ信号Ｓ７（ブレーキモード指令信号に対応する）及びショートブレーキ信号／Ｓ７（ブレーキモード指令信号に対応する）を出力するとともに、ＯＦＦ信号生成手段１３０は第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂを受けて通電制御信号生成手段７０Ｂに対して所定の時間ＯＦＦ信号Ｓ１６を出力する。通電制御信号生成手段７０Ｂはブレーキ指令信号Ｓ５と逆転ブレーキ信号Ｓ７及びショートブレーキ信号／Ｓ７と通電切換信号生成手段２０から出力される通電切換信号Ｓ４とに基づいて出力する通電制御信号Ｓ８をＯＦＦ信号Ｓ１６の入力に応じて一時的に停止する。

具体的に説明すると、回転判別手段９０は、回転検出手段８０からの信号Ｓ１０が示す回転数がＮ１以下になると信号レベルが変わる第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａを出力する。ブレーキモード切換手段５０Ａは第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａを受けて、Ｈレベルの逆転ブレーキ信号Ｓ７を出力する。一方、ＯＦＦ信号生成手段１３０は第１のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａを受けると、ブレーキモード切換手段５０Ａから逆転ブレーキ信号Ｓ７が出力される時に、通電制御信号生成手段７０Ｂに対してＯＦＦ信号（ワンショットパルス）Ｓ１６を所定の時間出力する。通電制御信号生成手段７０Ｂはブレーキ指令信号Ｓ５と上記逆転ブレーキ信号Ｓ７とＯＦＦ信号Ｓ１６とを受けると、通電切換信号生成手段２０からの通電切換信号Ｓ４に基づいてモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３に供給する電流を、ショートブレーキモードから逆転ブレーキモードへの切り換え時に一時的に所定の時間ＯＦＦとする通電制御信号Ｓ８を生成する。なお、このＯＦＦ信号Ｓ１６の周期はパワートランジスタＱ１〜Ｑ６のターンオフ時間よりも少し大きめに設定すると良い。

これによって、通電制御信号生成手段７０ＢはＯＦＦ信号Ｓ１６を受けると、全てのパワートランジスタＱ１〜Ｑ６を一時的に非導通させることによってブレーキモードの切り換え時に生じる貫通電流を防止することができる。

以上のように、本実施形態に係るモータ駆動装置１Ｄによると、ブレーキモード切換手段５０Ａによってブレーキモードが切り換えられると同時に、通電制御信号生成手段７０Ｂはモータ巻線Ｌ１〜Ｌ３に電流を供給するパワートランジスタＱ１〜Ｑ６に所定の時間ＯＦＦとする通電制御信号Ｓ８を入力するため、ブレーキモードの切り換えの際のパワートランジスタＱ１〜Ｑ６における貫通電流を防止することができる。

なお、本実施形態におけるＯＦＦ信号生成手段１３０を、上記第２及び第３の実施形態に係るモータ駆動装置１Ｂ及び１Ｃに用いることもできる。第２の実施形態の場合であれば、ＯＦＦ信号生成手段１３０がクロック信号生成手段１００からのクロック信号Ｓ１２に基づいてＯＦＦ信号Ｓ１６を出力する構成にすると、切り換え制御の際の貫通電流を防止できる。また、第３の実施形態の場合であれば、電流値判別手段１２０からの電流値判別信号Ｓ１５と回転判別手段９０からの第１及び第２のブレーキモード切換信号Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂとに基づいてＯＦＦ信号Ｓ１６を出力する構成にすると、ブレーキモードの切り換えの際の貫通電流を防止できる。

なお、以上の各第１〜第４の実施形態において、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６は、ＮＰＮトランジスタまたはＰＮＰトランジスタのいずれのトランジスタで構成されても良い。また、バイポーラトランジスタとＭＯＳトランジスタなどいずれのトランジスタで構成されても良い。更にまた、回転検出手段８０は、位置検出手段１０から出力される位置信号Ｓ３を入力とするものではなく、モータＭ１の回転数を直接検出するもの（例えばホール素子）を位置検出手段１０とは別個に設けてその回転数を検出しても構わない。

本発明は、ショートブレーキと逆転ブレーキとを有するモータ駆動装置及びモータ駆動方法にとって有用である。

本発明の第１の実施形態におけるモータ駆動装置１Ａの構成を示す図である。 ブレーキモード切換手段５０Ａの内部構成例を示す図である。 モータ駆動装置１Ａの具体的動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態におけるモータ駆動装置１Ｂの構成を示す図である。 ブレーキモード切換手段５０Ｂの内部構成例を示す図である。 モータ駆動装置１Ｂの具体的動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第３の実施形態におけるモータ駆動装置１Ｃの構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態におけるモータ駆動装置１Ｄを説明するための回路構成例を示す図である。 従来のモータ駆動装置１Ｅの構成を示す図である。 従来のブレーキモード切換手段５０Ｄの内部構成例を示す図である。

符号の説明

Ｑ１〜Ｑ６ パワートランジスタ
Ｌ１〜Ｌ３ モータ巻線
Ｓ１ 回転制御信号
Ｓ２ トルク指令信号
Ｓ３ 位置信号
Ｓ４ 通電切換信号
Ｓ５ ブレーキ指令信号
Ｓ７ 逆転ブレーキ信号（ブレーキモード指令信号）
／Ｓ７ ショートブレーキ信号（ブレーキモード指令信号）
Ｓ８ 通電切換制御信号
Ｓ１０ 回転検出手段からの信号
Ｓ１１ａ 第１のブレーキモード切換信号（ブレーキモード切換信号）
Ｓ１１ｂ 第２のブレーキモード切換信号（ブレーキモード切換信号）
Ｓ１２ クロック信号
Ｓ１３ 電流値信号
Ｓ１４ 電流値検出信号
Ｓ１５ 電流値判別信号
Ｓ１６ ＯＦＦ信号
１０ 位置検出手段（ブレーキモード切換信号生成手段に含まれる）
２０ 通電切換信号生成手段
３０ 回転制御手段
４０ ブレーキ指令発生手段
４１ トルク指令生成手段
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ ブレーキモード切換手段（制御手段に含まれる）
６０ 逆転検知手段
７０Ａ、７０Ｂ 通電制御信号生成手段（制御手段に含まれる）
８０ 回転検出手段（ブレーキモード切換信号生成手段に含まれる）
９０ 回転判別手段（ブレーキモード切換信号生成手段に含まれる）
１００ クロック信号生成手段
１１０ 電流値検出手段
１２０ 電流値判別手段
１３０ ＯＦＦ信号生成手段
２００ ブレーキモード切換信号生成手段（制御回路に含まれる）
２１０ 制御手段（制御回路に含まれる）

Claims (5)

1. 複数相のモータ巻線を駆動する複数のトランジスタと、
   前記複数相のモータ巻線の駆動によって回転する回転子の単位時間当たりの回転数を検出して、前記複数のトランジスタのブレーキ動作を制御する制御回路とを備えたモータ駆動装置であって、
   前記制御回路は、
   前記回転子の回転速度が第１の回転速度であるときには、前記複数相のモータ巻線の端子間を短絡するショートブレーキ制御を行い、前記回転子の回転速度が前記第１の回転速度よりも低下した第２の回転速度であるときには、前記複数相のモータ巻線に逆向きの駆動電流を印加する逆転ブレーキ制御を行い、前記回転子の回転速度が前記第２の回転速度よりも低下した停止直前の第３の回転速度であるときには、前記ショートブレーキ制御を再び行う
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 複数相のモータ巻線と回転子との相対位置を示す位置信号を出力する位置検出手段と、
   前記回転子の単位時間当たりの回転数に応じた検出信号を出力する回転検出手段と、
   前記回転子の回転を制御するための回転制御信号を出力する回転制御手段と、
   前記回転制御信号を受けると、その回転制御信号に応じたトルク指令信号を出力するとともに、前記回転子の回転にショートブレーキまたは逆転ブレーキをかけるためのブレーキ指令信号を出力するブレーキ指令発生手段と、
   前記位置信号に基づいた通電角で前記複数相のモータ巻線を通電させる、前記トルク指令信号の大きさに応じた大きさの通電切換信号を出力する通電切換信号生成手段と、
   前記回転検出手段によって検出された単位時間当たりの回転数と所定の回転数とを等価的に比較して、前記ショートブレーキまたは前記逆転ブレーキのいずれかのブレーキモードに切り換えるためのブレーキモード切換信号を出力する回転判別手段と、
   前記ブレーキ指令信号と前記ブレーキモード切換信号とに基づいて、前記いずれかのブレーキモードに切り換えてブレーキモード指令信号として出力するブレーキモード切換手段と、
   前記ブレーキ指令信号、前記ブレーキモード指令信号及び前記通電切換信号に基づいて、前記複数相のモータ巻線への通電を制御するための通電制御信号を出力する通電制御信号生成手段と、
   前記通電制御信号に応じて前記複数相のモータ巻線に電力を供給する複数のトランジスタとを備える
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項２に記載のモータ駆動装置において、
   前記ブレーキモード切換信号が入力されると所定周期のパルスであるＯＦＦ信号を出力するＯＦＦ信号生成手段を更に備え、
   前記通電制御信号生成手段は、前記ＯＦＦ信号生成手段から出力されたＯＦＦ信号を受けると、そのＯＦＦ信号に応じて前記複数相のモータ巻線への電流の供給を一時的に停止させる通電制御信号を前記複数のトランジスタに出力する
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
4. 複数相のモータ巻線を駆動する複数のトランジスタと、
   前記複数相のモータ巻線の駆動によって回転する回転子の単位時間当たりの回転数を検出して、前記複数のトランジスタのブレーキ動作を制御する制御回路とを備えたモータ駆動方法であって、
   前記制御回路は、
   前記回転子の回転速度が第１の回転速度であるときには、前記複数相のモータ巻線の端子間を短絡するショートブレーキ制御を行い、前記回転子の回転速度が前記第１の回転速度よりも低下した第２の回転速度であるときには、前記複数相のモータ巻線に逆向きの駆動電流を印加する逆転ブレーキ制御を行い、前記回転子の回転速度が前記第２の回転速度よりも低下した停止直前の第３の回転速度であるときには、前記ショートブレーキ制御を再び行う
   ことを特徴とするモータ駆動方法。
5. 請求項４に記載のモータ駆動方法において、
   前記ショートブレーキ制御と前記逆転ブレーキ制御との切り換え時にワンショットパルスを発生させ、前記ワンショットパルスに応じて前記複数のトランジスタの全てをＯＦＦする
   ことを特徴とするモータ駆動方法。

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