JP2007282314A - モータ駆動装置およびモータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低速回転制御を可能とするモータ駆動装置および駆動方法を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置は、モータのロータ位置を検出して位置検出信号を生成する位置検出部（３）と、位置検出信号の位相を所定角度だけシフトした位相信号を出力する位相シフト部（１２）と、複数のスイッチング素子のオン・オフ動作により、電源電圧から所望のモータ駆動電圧を生成するスイッチング部（６）と、外部から与えられる原トルク信号からトルク指令信号を出力するトルク指令部（１０）と、位相信号とトルク指令信号とから、各スイッチング素子を駆動するためのPWM制御された駆動信号を生成するPWM駆動信号生成部（５０）とを備える。位相をシフトした位置検出信号を用いることでモータ効率を意図的に低減し、発生トルクを抑制することで、安定した低速回転制御を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明はモータの駆動装置および駆動方法に関する。

近年、光ディスク等の記録，再生装置には高信頼性、高速化に優れたDCブラシレスモータが用いられている。

従来より、種々のDCブラシレスモータ駆動装置が考案されている（例えば特許文献１、２参照）。DCブラシレスモータ駆動装置の構成には、ピーク電流検出方式の構成と、三角波スライス方式の構成とが存在する。

ピーク電流検出方式及び三角波スライス方式のいずれにおいても、モータ駆動装置は複数のハーフブリッジ接続されたスイッチング素子対を有し、各スイッチング素子をオン・オフ制御することで、所望の周波数、電圧の交流電圧を生成し、DCブラスレスモータに印加し、これによりDCブラシレスモータを駆動する。各スイッチング素子のオン・オフ動作はPWM制御信号により制御される。

ピーク電流検出方式では、所定のタイミングで通電を開始し、モータコイルに流れる電流の検出値と外部からの原トルク信号に基づくトルク指令信号とを比較し、電流の検出値がトルク指令信号値に達したときに通電を停止するようにPWM制御信号を生成する。一方、三角波スライス方式では、電流検出信号とトルク指令信号とをエラーアンプで受け、その差動出力で三角波をスライスしてPWM制御信号を生成する。

例えば、より具体的には、ピーク電流検出方式では、発振器により、モータコイルへの通電を開始するタイミングを与えるセットパルス信号が周期的に出力される。モータコイルへの通電を停止するタイミングを与えるリセットパルス信号は、モータコイルに流れる電流を検出した電流検出信号とトルク指令信号との比較結果に基づき、電流検出信号値がトルク指令信号値に到達したときに出力される。フリップフロップ回路にて、このようにして生成されたセットパルス信号およびリセットパルス信号に基づいてPWM制御信号が生成される。このPWM制御信号に基づいて、モータコイルの所定相に間欠的に電流を通電することでDCブラシレスモータを駆動することが可能となる。
特開２００３−１７４７８９ 特開２００５−２０４４０４

従来のピーク電流検出方式では、PWM制御信号がオフからオンに切り替わるタイミングにおいて、電流検出信号にノイズが発生する。このノイズによる誤動作を防ぐため、一般に電流検出禁止期間を設けている。この電流検出禁止期間中は、電流検出信号がトルク指令信号に達してリセットパルス信号が発生した場合であっても、リセットパルス信号は有効に作用せず、電流検出禁止期間経過後にリセットパルス信号が発生したときにPWM制御信号はオンからオフにされる。

図１９は、ピーク電流方式におけるPWM制御に関連した各種信号の関係を示す図である。なお、図１９において、セットパルス信号、リセットパルス信号はアクティブ・ローで動作するものとする。

図１９（ｃ）、（ｄ）に示すように、PWM制御信号がオフからオンに切り替わるタイミングｔ１で、電流検出信号にノイズが発生する。このノイズにより、電流検出信号が瞬間的にトルク指令信号を超え、リセットパルス信号が発生する（すなわち、アクティブになる）。しかし、このノイズによる誤動作を防ぐため、ｔ１からｔ２の期間に設けられた電流検出禁止期間Ｔｎのために、このリセットパルス信号は無効にされる。その後、タイミングｔ３で電流検出信号がトルク指令信号に達したときに、リセットパルス信号が出力され、PWM制御信号はオンからオフとなる。

特にトルク指令信号が小さい場合、キャンセルすべきノイズの発生後、直ぐに電流検出信号がトルク指令信号に達する可能性がある。このため、電流検出信号がトルク指令信号に達することで発生する正当なリセットパルス信号が、電流検出禁止期間Ｔｎによりマスクされてしまうという問題がある。例えば、図１９において、タイミングｔ４でPWM制御信号がオンし、その直後のタイミングｔ５にて電流検出信号がトルク指令信号に達するが、ｔ４からｔ６までの電流検出禁止期間Ｔｎにより、ｔ５で発生したリセットパルス信号はマスクされてしまう。結果として、電流検出禁止期間Ｔｎが解除されるｔ６のタイミングまで、PWM制御信号はオン状態に保持される。

このように、PWM制御信号の最小パルス幅は、電流検出禁止期間Ｔｎより小さくできない。そのため、DCブラシレスモータに供給する電流はPWM制御信号の最小パルス幅で通電される電流値より下げることができず、トルク指令信号を下げた場合でもDCブラシレスモータの発生トルクは所定の値より下がらない。その結果、最低回転数が制限される。このことは、近年の光ディスク等においてメディアを駆動するDCブラシレスモータに要望される低速回転制御において課題であった。

一方、三角波スライス方式においては、モータへ供給される電流はPWM制御信号のデューティーにより決まる。モータへ供給される電流は、PWM制御信号のデューティーが５０％付近で制御する場合が最も小さくなる。しかし、パワースイッチング部の出力貫通防止のためデッドタイム期間を設ける必要がある。そのためデッドタイム期間の影響により、低速回転制御を行う場合にPWM制御信号のデューティーを５０％付近まで線形性良く制御できないという課題があった。

本発明は、前記従来技術の課題であった低速回転制御を可能とするモータ駆動装置および駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においてモータ駆動装置が提供される。モータ駆動装置は、モータのロータの位置を検出して位置検出信号を生成する位置検出部と、位相制御信号を入力する位相制御端子と、位置検出信号の位相を位相制御信号に応じた角度だけシフトした位相信号を出力する位相シフト部と、電源に接続された複数のスイッチング素子を含み、各スイッチング素子のオン・オフ動作により、電源の電圧から所望のモータ駆動電圧を生成するスイッチング部と、外部から与えられる原トルク信号を入力し、モータの速度を制御するためのトルク指令信号を出力するトルク指令部と、位相信号とトルク指令信号とから、スイッチング部の各スイッチング素子を駆動するためのPWM制御された駆動信号を生成するPWM駆動信号生成部とを備える。

位相シフト部は、位置検出信号の位相を、位相制御信号の電圧レベルに応じて電気角０〜９０°の範囲内の所定角度だけシフトした位相信号を出力してもよい。

本発明の第２の態様においてモータ駆動方法が提供される。モータ駆動方法は、モータのロータの位置を検出して位置検出信号を生成するステップと、位相制御信号を入力するステップと、位置検出信号の位相を位相制御信号に応じた角度だけシフトした位相信号を出力するステップと、外部から与えられる原トルク信号を入力し、モータの速度を制御するためのトルク指令信号を出力するステップと、電源に接続された複数のスイッチング素子のオン・オフ動作により、電源の電圧から所望のモータ駆動電圧を生成するステップと、位相信号とトルク指令信号とから、各スイッチング素子を駆動するためのPWM制御された駆動信号を生成するステップとを含む。

モータの発生トルクは、モータの誘起電圧と通電電流の位相が一致する場合が最も効率がよく、モータの誘起電圧と通電電流の位相をずらすことによりモータの発生トルクを抑制できる。本発明によれば、低速回転制御時においてモータへ供給する通電電流の位相を効率が低下する位相へ意図的にシフトさせることにより、モータへ供給する平均電流が一定の場合でも、モータの発生トルクを減少させることができ、モータの最低回転数を低下させることができ、安定した低速回転制御が可能となる。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
１．１ モータ駆動装置の構成
図１は本発明の実施の形態１のモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すモータ駆動装置はピーク電流検出方式でモータコイルへの通電をPWM制御することによってモータ７を駆動する。なお、本実施形態及び後述の実施形態では、モータ７は３相DCブラシレスモータであるが、他の種類のモータであってもよい。

モータ駆動装置は、モータ電源１と、位置検出素子２と、位置検出部３と、通電切替部４と、プリドライブ部５と、パワースイッチング部６と、電流検出部８と、外部トルク指令信号端子９と、トルク指令部１０と、PWM制御部１１と、位相シフト部１２と、位相制御信号端子１３とを含む。

位置検出素子２は、モータ７のロータ位置に応じた信号を出力する素子であり、例えばホール素子で構成される。なお、本実施の形態及び後述の実施形態では、位置検出素子が３つの場合を説明しているが、位置検出素子は１つでも良い。また、位置検出の方法は、位置検出素子を用いない、モータコイルに発生する逆起電圧を利用する方法でも良い。

パワースイッチング部６は複数のスイッチング素子を含み、各スイッチング素子は、MOSトランジスタと、そのMOSトランジスタに並列に接続されるボディーダイオードとで構成される。通電切替部４と、プリドライブ部５と、PWM制御部１１とは、パワースイッチング部６の各スイッチング素子を駆動するための制御信号を生成するPWM駆動信号生成部５０を構成する。

図２はPWM制御部１１の詳細な構成を示した図である。PWM制御部１１は、３つのコンパレータを含む比較部１１１と、リセット信号選択部１１２と、PWM基準信号であるクロックパルスを発生する発振器１１３と、フリップフロップ回路１１４とを有する。

１．２ モータ駆動装置の動作
以上のように構成されたモータ駆動装置について動作を説明する。

１．２．１ 全体動作
本実施形態のモータ駆動装置における全体動作ついて説明する。位置検出素子２はモータ７のロータの位置に応じた検出信号HU、HV、HWを出力する。この検出信号HU、HV、HWは、モータ７の誘起電圧の位相と電気角で３０°遅れた信号となる。検出信号HU、HV、HWは位置検出部３に入力される。位置検出部３は、モータ７の誘起電圧の位相と一致した位置検出信号PU、PV、PWを生成し、位相シフト部１２に入力する。位相シフト部１２は位置検出信号PU、PV、PWと位相制御信号とを入力し、位置検出信号PU、PV、PWから、それらの位相を、位相制御信号に応じて所定量だけシフトした位相信号SU、SV、SWを生成し、出力する。位相シフト部１２の詳細な動作は後述する。

通電切替部４は、位相シフト部１２からの位相信号SU、SV、SWを受け、モータコイルの各相に対する電流を通電するタイミングを決定する通電切替信号（タイミング信号）を生成し、プリドライブ部５へ出力する。プリドライブ部５は、入力した通電切替信号からパワースイッチング部６の各MOSトランジスタを制御するゲート信号として制御信号を生成する。この制御信号に応じてパワースイッチング部６からモータ７へ電流が供給されモータ７が回転する。

図３（ａ）にモータ７の誘起電圧Bemfを、図３（ｂ）に位置検出信号PU、PV、PWをそれぞれ示す。なお、図３（ｃ）は、位相シフト部１２において位相をシフトしなかった場合のモータコイルの通電電流を示している。位置検出信号はモータの誘起電圧の位相に同期した信号であり、電気角１８０°毎に信号のレベルが変化し、立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの周期は電気角３６０°となる。この位置検出信号の位相に応じて、モータ７へ通電が行われる。

トルク指令部１０は、位相シフト部１２により位相がシフトされた位相信号SU、SV、SWと、外部トルク指令信号端子９に与えられた原トルク信号とを入力し、トルク指令信号を生成し、PWM制御部１１へ出力する。トルク指令信号はモータ７を所定の回転数に制御するための指令信号であり、増加トルク指令信号TQ1、減少トルク指令信号TQ2、合計トルク指令信号TQ3で構成される。トルク指令信号TQ1、TQ2、TQ3は位置検出信号PU、PV、PWに基づき得られる電気角６０°区間内で７．５°毎に生成される電流レベルの目標指令値である。

電流検出部８はモータ７に流れる電流を検出し、電流検出信号Dを出力する。PWM制御部１１は、電流検出部８にて検出した電流検出信号Dと、トルク指令信号TQ1、TQ2、TQ3とを入力し、PWM制御信号を出力する。具体的には、PWM制御部１１において（図２参照）、コンパレータ１１１は、電流検出信号Dが各トルク指令信号値TQ1、TQ2、TQ3に到達したときに、リセット信号res1、res2、res3を出力する。リセット信号選択部１１２はリセット信号res1、res2、res3から、所定の通電相を非通電とするためのリセットパルス信号Bを選択し出力する。発振器１１３はPWM基準信号である、通電を開始させるためのセットパルス信号Aを周期的に出力する。フリップフロップ回路１１４は、前述のセットパルス信号Aおよびリセットパルス信号Bを入力しPWM制御信号Cを生成する。このPWM制御信号Cと通電切替部４の信号を合成することで所定の相に、間欠的に電流を通電することで低消費、高効率でモータ７を回転することが可能となる。以上のようにして、トルク指令信号に応じたモータ電流を得ることができる。

１．２．２ 位置シフト部の動作
位相シフト部１２の詳細な動作を説明する。位相シフト部１２は前述のように、位置検出信号PU、PV、PWと、位相制御信号とを入力し、位置検出信号PU、PV、PWの位相を所定量だけシフトした位相信号SU、SV、SWを出力する。

図４に、位相シフト部１２の構成例を示す。なお、図４では、説明の便宜上、位相シフト部１２のＵ相に対する構成のみを示しているが、実際には、位相シフト部１２はＶ相、Ｗ相についても同様の構成を有する。

位相シフト部１２は、カウンタ１２１、１２３、１２５と、保持回路１２２と、発振器１２４と、シフト量決定部１２６とを含む。カウンタ１２５とシフト量決定部１２６は位相信号生成部２００を構成する。

シフト量決定部１２６は位相制御信号に応じて位相のシフト量を決定する。例えば、図５に示すように、位相制御信号の電圧に応じて位相のシフト量を段階的に変化させる。

発振器１２４はクロック信号CK1、CK2を出力する。位置検出信号PUはU相の位置検出信号であり、モータ７の誘起電圧と位相が一致した信号である。上記構成において位相信号生成時のタイミングは図６のようになる。

図６を用いてU相の位相信号SUの生成の様子を説明する。図６（ａ）に誘起電圧Bemfを、図６（ｂ）にU相の位置検出信号PUを、図６（ｃ）にカウンタ１２１のカウントデータcnt1を、図６（ｄ）にラッチ回路１２２のデータcdataを、図６（ｅ）にカウンタ１２３のカウントデータcnt2を、図６（ｆ）に分割信号Ｆを、図６（ｇ）にU相の位相信号SUをそれぞれ示す。なお、t1、t2は位置検出信号PUの立上がりエッジのタイミングである。

位置検出信号PUと、発振器１２４から出力されるクロックCK1とがカウンタ１２１に入力される。カウンタ１２１は、位置検出信号PUの第１の立上がりエッジのタイミングt1から、第２の立上がりエッジのタイミングt2まで、クロックCK1をカウントし、カウント結果をカウントデータcnt1として出力する。図６の例では、カウントデータcnt1は１０である。カウンタ１２１はカウントデータcnt1を保持回路１２２に出力する。保持回路１２２は、位置検出信号PUのエッジのタイミングt1、t2にてカウンタ１２１のカウントデータを保持する。保持回路１２２から出力される保持データcdataと、発振器１２４から出力されるクロックCK2とが、カウンタ１２３に入力される。カウンタ１２３は、クロックCK2にてcdataをカウントダウンし、ゼロとなるタイミングで分割信号Fを出力する。図６の例では、保持データcdataは１０であり、カウンタ１２３は１０からカウントダウンを開始し、ゼロになった時点で分割信号Ｆを出力する。分割信号Fはロータの電気角３６０°の周期を基に、所定の電気角毎に出力される信号である。ここで、所定の電気角は、カウンタ１２１、１２３に入力されるクロックCK1とクロックCK2の比により決定でき、その比を適宜変更することで任意の電気角に設定可能である。例えば、実施の形態１ではクロックCK1とクロックCK2の比を1：１２とし、これにより、電気角３０°毎に分割信号Fが出力される。

次に図７を用いて、位相信号生成部２００の位相信号SUの生成動作を説明する。カウンタ１２５は、分割信号Fをクロックとして入力し、分割信号Fが入力されるタイミング毎（電気角３０°毎）にカウントを行い、位置検出信号PUの立ち上がりエッジのタイミングでカウンタデータcnt3をリセットする（図７（ｃ）参照）。位相制御信号と、カウンタ１２５から出力されるカウントデータcnt3とが、シフト量決定部１２６に入力される。シフト量決定部１２６は、位置検出信号PUから、位置検出信号PUの位相を電気角０〜９０°の範囲内の所定量だけシフトした信号を生成する。本例では、電気角で３０°、６０°、９０°だけシフトした信号S1、S2、S3を生成する。位相をシフトした信号S1、S2、S3は、カウントデータcnt3がそれぞれ１、２、３となるタイミングでHighに固定され、７、８、９のタイミングでLowに固定される信号である。カウントデータcnt3は電気角３０°毎に出力される分割信号Fのタイミングでカウントされるため、位相をシフトした信号S1、S2、S3は位置検出信号PUに対し、それぞれ電気角で３０°、６０°、９０°位相が遅れた信号となる。また、シフト量決定部１２６は、位相制御信号の電圧レベルに応じて、位相をシフトした信号S1、S2、S3のいずれかを位相信号SUとして出力する。

以上の構成により、位相信号SUの位相は、誘起電圧Bemfの位相から、分割信号Fの任意のパルス分だけシフトした値となる。つまり、位相シフト量は分割信号Fのパルス数により決まる。また、位相シフト量（シフトする分割信号Fのパルス数）は、図５に示すように位相制御信号の電圧レベルに応じて可変に制御される。本実施の形態では分割信号Fは電気角３０°毎に出力され、位相信号SUはモータの誘起電圧Bemfの位相に対して電気角３０°だけ遅れた位相となる。以上、U相の位相信号SUについて説明したが、V相、W相も同様に位相信号SV、SWが生成される。

図８（ａ）は本実施の形態のモータの誘起電圧Bemfを、図８（ｂ）は位相信号SU、SV、SWを、図８（ｃ）は通電電流の位相関係を示す。図８（ａ）、（ｃ）に示すように通電電流は、誘起電圧Bemfの位相に対して電気角３０°だけ位相がシフトしている。

なお、位相信号生成部を図９のように構成してもよい。図９において、位相信号生成部２００ｂは、カウンタ１２５と、位相シフト量決定部１２６ｂと、スイッチ回路sw1とを含む。位相制御信号は２値信号である。カウンタ１２５の動作については前述したとおりである。位相シフト量決定部１２６ｂは位置検出信号PUに対し、電気角３０°だけ位相をシフトした信号S1を出力する。位相をシフトした信号S1と、位相制御信号とをスイッチ回路sw1に入力し、スイッチ回路sw1は、位相制御信号の値に応じてスイッチ回路sw1の出力を切り替える。すなわち、スイッチ回路sw1に入力される位相制御信号が第１の値の場合は誘起電圧Ｂemfの位相と一致した位相信号PUを出力し、第２の値の場合は、誘起電圧Ｂemfの位相から分割信号の所定のパルス分位相をシフトした位相信号S1を出力する。

１．３ まとめ
以上のように、本実施の形態によれば、モータ７に供給される電流量を一定値以下に下げられない場合でも、誘起電圧の位相から任意の電気角だけ通電電流の位相をシフトさせる。これによりモータ７の効率を最大となる効率から低下させることができ、モータ７に発生するトルクを減少させ、低速回転制御を可能とする。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置について説明する。本実施の形態におけるモータ駆動装置は、三角波スライス方式でモータコイルへの通電をPWM制御することによってモータ７を駆動する。図１０に、本実施の形態におけるモータ駆動装置の概略構成を示す。

２．１ モータ駆動装置の構成
図１０に示すように、モータ駆動装置は、モータ電源１と、位置検出素子２と、位置検出部３と、プリドライブ部５と、パワースイッチング部６と、電流検出部８と、外部トルク指令信号端子９と、トルク指令部１０ｂと、PWM制御部１１ｂと、位相制御信号端子１３と、位相制御部１５とを含む。

図１１に電流検出部８の構成を示す。電流検出部８は電流検出抵抗８１と、抵抗８２および容量８３で構成されるフィルタ８４とで構成され、電流検出抵抗８１に流れる電流を検出し、フィルタ８４を介し電流検出信号Vcsとして出力する。

図１２にPWM制御部１１ｂの構成例を示す。PWM制御部１１ｂは、差動増幅回路１６１と、乗算器１６２、１６３、１６４と、三角波発生器１６５と、比較器１６６、１６７、１６８で構成される。差動増幅回路１６１の一方の入力端子にはトルク指令部１５から出力されるトルク指令信号が入力され、他方の入力端子には電流検出信号Vcsが入力される。差動増幅回路１６１の出力は、乗算器１６２、１６３、１６４に入力される。

プリドライブ部５と、PWM制御部１１ｂとは、パワースイッチング部６の各スイッチング素子を駆動するための制御信号を生成するPWM駆動信号生成部５１を構成する。

２．２ モータ駆動装置の動作
以上のように構成されたモータ駆動装置の動作を説明する。

２．２．１ 全体動作
本実施形態のモータ駆動装置における全体動作ついて説明する。位置検出素子２はモータ７のロータの位置に応じた検出信号HU、HV、HWを出力する。この検出信号HU、HV、HWは、モータが回転時に発生する誘起電圧の位相と電気角で３０°遅れた信号となる。検出信号HU、HV、HWは位置検出部３に入力され、モータ７の誘起電圧と位相が一致した正弦波状の位置検出信号PU、PV、PWを生成し位相制御部１５に出力する。位相制御部１５は、位置検出信号PU、PV、PWと、位相制御信号とを入力し、正弦波信号Usin、Vsin、Wsinを出力する。位相制御部１５の詳細な動作は後述する。

トルク指令部１０ｂは、外部トルク指令信号端子９に与えられた原トルク信号を入力し、トルク指令信号TQを出力する。電流検出部８はモータに流れる電流を検出し、電流検出信号Vcsを出力する。

PWM制御部１１ｂは、正弦波信号Usin、Vsin、Wsin、トルク指令信号TQ及び電流検出信号Vcsを入力し、PWM制御信号PWMU、PWMV、PWMWを出力する。PWM制御部１１ｂの詳細な動作は後述する。

プリドライブ部５は、PWM制御部１１ｂから出力されるPWM制御信号PWMU、PWMV、PWMWを入力し、パワースイッチング部６の各MOSトランジスタを制御するゲート制御信号を生成する。この制御信号に応じてパワースイッチング部６からモータ７へ電流が供給される。

２．２．２ 位相制御部の動作
図１３に位相制御部１５の構成例を示す。位相制御部１５は、位相シフト部１２と、区間分割信号生成部１６と、正弦波生成部１７で構成される。位相シフト部１２の構成および動作は実施の形態１のものと同様である。区間分割信号生成部１６は、位相シフト部１２から分割信号Fと位相信号SUを入力し、分割信号Fの立上がりエッジのタイミングで区間分割信号θ1〜θ13を生成する。本実施の形態では、分割信号Fは電気角７．５°毎に生成され、区間分割信号θ1〜θ13は電気角７．５°毎に生成される。

図１４に正弦波生成部１７の構成例を示す。図１４では、説明の便宜上、U相についての構成のみを示しているが、正弦波生成部１７はV相、W相についても同様の構成を有する。正弦波生成部１７は、直列接続された複数の抵抗r101〜r113と、これらの抵抗r101〜r113に電流を供給するスイッチ回路sw101〜sw113と、差動増幅回路１７１、１７２と、差動増幅回路１７１、１７２の出力を入力とするスイッチ回路sw114と、基準電圧Vrefとから構成される。

図１５（ａ）に区間分割信号θ1〜θ13の波形を、図１５（ｂ）に抵抗r101〜r113による分圧信号Ｖout1の波形を、図１５（ｃ）に差動増幅回路１７１、１７２の出力Ｖout2、Ｖout3の波形を、図１５（ｄ）に正弦波信号Usinの波形をそれぞれ示す。

区間分割信号θ1〜θ13は正弦波生成部１７のsw101〜113へそれぞれ入力される。図１５（ａ）に示すように、各区間分割信号θ1〜θ13は、あるタイミングではいずれか１つのみがHighレベルになる。Highレベルの区間分割信号θ1〜θ13に接続するスイッチ回路sw101〜sw113のみがオンして閉じる。オンしたスイッチ回路sw101〜sw113に応じた段数の抵抗r101〜r113により分圧された電圧が生成され、分圧信号Vout1として差動増幅回路１７１、１７２に入力される。このとき、各区間分割信号θ1〜θ13が所定のタイミングで順次Highレベルになることで、図１５（ｂ）に示すような、基準電圧Vrefを基準とした正弦波状の分圧信号Vout1が出力される。

差動増幅回路１７１、１７２の一方の入力端子にはVout1が入力され、他方の入力端子には基準電圧Vrefが入力される。差動増幅回路１７１、１７２の出力Vout2、Vout3は、図１５（ｃ）に示すような、それぞれGNDレベルを基準とした電圧となる。差動増幅回路１７１、１７２の出力Vout2、Vout3はスイッチ回路114に入力される。スイッチ回路114は、位相信号SUの電圧レベルによって、その出力を切替える。すなわち、位相信号SUがHighレベルの場合はVout2を出力し、Lowレベルの場合はVout3を出力する。これによりスイッチ回路sw114の出力は、図１５（ｄ）に示すようなGNDレベルを基準とした正弦波状の信号Usinとなる。

正弦波状の信号Usinは位相信号SUに同期した信号であり、位置検出信号PUに対し、任意の電気角だけ位相をシフトした信号となる。シフト量は、実施の形態１と同様に、位相制御部１５内の位相シフト部１２のシフト量決定部１２６にて位相制御信号の電圧レベルに応じて可変に生成される。本実施の形態では、位相制御部１５内の発振器１２４から出力されるクロックCK1、CK2の比は1：48とすることで、分割信号Fは電気角７．５°毎に生成される。以上、U相の正弦波信号Usinについて説明したが、V相、W相の正弦波信号Vsin、Wsinについても同様である。

２．２．３ PWM制御部の動作
上述のように生成された正弦波信号Usin、Vsin、WsinはPWM制御部１１ｂに入力される。図１６を参照し、PWM制御部１１ｂの詳細な動作を説明する。

PWM制御部１１ｂにおいて乗算器１６２、１６３、１６４は、正弦波信号Usin、Vsin、Wsinと差動増幅回路１６１の差動信号との乗算を行い、入力指令信号Vuin’、Vvin’、Vwin’を生成する。比較器１６６、１６７、１６８の一方の入力端子に入力指令信号Vuin’、Vvin’、Vwin’が入力され、他方の入力端子には三角波発生器１６５からの三角波信号Vtriが入力される。比較器１６６、１６７、１６８は図１６に示すように、入力指令信号Vuin’、Vvin’、Vwin’と、三角波信号Vtriとを比較し、パルス幅変調されたPWM信号PWMU、PWMV、PWMWを生成する。入力指令信号Vuin’は位相信号SUと位相が同期し、位置検出信号PUに対し、任意の電気角だけ位相をシフトした信号となる。なお、図１６では、説明の便宜上、Ｕ相に関する波形のみを示している。また、図１６中、Ｖuinとは、位置検出信号PU、PV、PWを位相制御部１５を介さずにＰＷＭ制御部１１ｂに入力した場合に、比較器１６６、１６７、１６８にて生成される入力指令信号である。同図に示すように、本実施形態の位相制御部１５により、入力指令信号Vuin’は信号Ｖuinの位相がシフトした信号となっている。

２．３ まとめ
以上のように、本実施の形態によれば、モータに供給される電流量が一定値以下に下げられない場合でも、モータの効率が悪くなるように任意の電気角だけ通電電流の位相をシフトさせることによりモータに発生するトルクを減少させることができ、低速回転制御が可能となる。

なお、本実施形態においても、実施の形態１と同様に、位相信号生成部２００を図９に示すように構成してもよい。この場合、シフト量決定部１２６ｂは位置検出信号PUに対し、所定の電気角だけ位相をシフトした信号S1を出力する。信号PU、S1、および位相制御信号をスイッチ回路sw1に入力し、位相制御信号の値に応じてスイッチ回路sw1の出力を切り替える。例えば、スイッチ回路sw1に入力される位相制御信号が第１の値の場合は位置検出信号PUをそのまま出力し、第２の値の場合は、モータ効率が悪化するように、位置検出信号PUの位相から分割信号の所定のパルス分だけ位相をシフトした位相信号S1を出力する。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３におけるモータ駆動装置について説明する。図１７は本実施の形態における、ピーク電流検出方式のモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。図１７に示すモータ駆動装置は、実施の形態１（図１）に示すモータ駆動装置の構成において、コンパレータ１４をさらに備えている。本実施形態のモータ駆動装置は、実施の形態１のものとは、位相シフト部１２へ入力する位相制御信号が異なる。すなわち、本実施形態では、コンパレータ１４の出力信号を実施の形態１における位相制御信号として用いる。本実施形態の外部トルク指令信号端子９は位相制御信号端子１３の機能も兼ねている。それ以外の構成、動作については実施の形態１のものと同様である。

コンパレータ１４には、外部トルク指令信号端子９に与えられた原トルク信号と、基準電圧Vrとが入力される。基準電圧Vrは、位置検出信号PUの位相のシフト量を変化させる基準のトルク指令値を与える電圧である。コンパレータ１４の出力信号は位相シフト部１２のシフト量決定部１２６に入力される。シフト量決定部１２６は、コンパレータ１４の出力信号の値に応じてシフト量を決定する。コンパレータ１４は原トルク信号と、基準電圧Vrとを比較し、その比較結果を出力するため、シフト量決定部１２６は、コンパレータ１４の出力信号の値に応じてシフト量を２段階に設定できる。例えば、基準値以下のトルクの指令があったときに、位置検出信号の位相を所定量だけシフトし、基準値よりも高いトルクの指令があったときに、位置検出信号の位相をシフトしないようにすることができる。

なお、外部トルク指令信号端子９に与えられた原トルク信号を、コンパレータ１４等を介さず、そのまま位相制御信号として用いてもよい。この場合、位相のシフト量は、例えば図５（ｂ）に示すように、位相制御信号の電圧レベルの増加にともない減少させるようにすればよい。

本実施の形態によれば、原トルク信号の電圧レベルを一定レベル以下に低下させてモータの回転速度を減速させる場合、モータの効率が最大となる誘起電圧の位相から効率が悪くなるように通電電流の位相をシフトさせることにより、モータに発生するトルクを減少させることができ、低速回転制御が可能となる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４におけるモータ駆動装置について説明する。図１８は本実施の形態における三角波スライス方式のモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。図１８に示すモータ駆動装置は、実施の形態２（図１１）に示すモータ駆動装置の構成において、コンパレータ１４を備えている。本実施形態のモータ駆動装置は、実施の形態２のものとは、位相制御部１５へ入力する位相制御信号が異なる。すなわち、本実施形態では、コンパレータ１４の出力信号を、実施の形態２における位相制御信号として用いる。本実施形態の外部トルク指令信号端子９は位相制御信号端子１３の機能も兼ねている。それ以外の構成、動作については実施の形態２のものと同様である。

コンパレータ１４には、外部トルク指令信号端子９に与えられた原トルク信号と、基準電圧Vrとが入力される。基準電圧Vrは、位置検出信号PUの位相のシフト量を変化させる基準のトルク指令値を与える電圧である。コンパレータ１４の出力信号は位相制御部１５のシフト量決定部１２６に入力される。シフト量決定部１２６は、コンパレータ１４の出力信号の値に応じてシフト量を決定する。コンパレータ１４は原トルク信号と、基準電圧Vrとを比較し、その比較結果を出力するため、シフト量決定部１２６は、コンパレータ１４の出力信号の値に応じてシフト量を２段階に設定できる。例えば、基準値以下のトルクの指令があったときに、位置検出信号の位相を所定量だけシフトし、基準値よりも高いトルクの指令があったときに、位置検出信号の位相をシフトしないようにすることができる。

本実施形態においても、外部トルク指令信号端子９に与えられた原トルク信号を、コンパレータ１４等を介さず、そのまま位相制御信号として用いてもよい。

本実施の形態によれば、原トルク信号の電圧レベルを一定レベル以下に低下させてモータの回転速度を減速させる場合、モータの効率が最大となる誘起電圧の位相から効率が悪くなるように通電電流の位相をシフトさせることにより、モータに発生するトルクを減少させることができ、低速回転制御が可能となる。

本発明に係るモータ駆動装置および駆動方法は、低速回転制御時においてモータへ供給する通電電流の位相を効率が最大となる位相から、効率が低下する位相へシフトすることにより、モータへ供給する平均電流が一定の場合でもDCブラシレスモータの発生トルクを減少させることができ、低速駆動制御の安定駆動に有用である。

本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１のモータ駆動装置のPWM制御部の具体的な構成例を示す図 モータ誘起電圧、位置検出信号、通電電流（位相シフトがない場合）の位相関係を示す図 位相シフト部の具体的な構成例を示す図 シフト量決定部における位相シフト量と位相制御信号の関係を示す図 位相シフト部における各信号の波形を示す図 位相シフト量決定部における各信号の波形を示す図 モータ誘起電圧、位相信号（位相がシフトされた位置検出信号）、通電電流の位相関係を示す図 位相信号生成部の具体的な構成例を示す図 本発明の実施の形態２に係るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図 三角波スライス方式によるモータ駆動装置の電流検出部の構成例を示す図 三角波スライス方式によるモータ駆動装置のPWM制御部の具体的構成例を示す図 位相制御部の具体的な構成例を示す図 正弦波生成部の具体的な構成例を示す図 位相制御部の各信号の波形を示す図 PWM制御部の各信号の波形を示す図 本発明の実施の形態３に係るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４に係るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図 従来のピーク電流検出方式におけるPWM制御時の各信号の波形を示す図

符号の説明

１ モータ電源
２ 位置検出素子
３ 位置検出部
４ 通電切替部
５ プリドライブ部
６ パワースイッチング部
７ DCブラシレスモータ
８ 電流検出部
９ 外部トルク指令信号端子
１０、１０ｂ トルク指令部
１１、１１ｂ PWM制御部
１２ 位相シフト部
１３ 位相制御信号端子
１４ コンパレータ
１５ 位相制御部
５０、５１ PWM駆動信号生成部
HU、HV、HW 検出信号
PU、PV、PW 位置検出信号
SU、SV、SW 位相信号

Claims (12)

1. モータを駆動する装置であって、
   前記モータのロータの位置を検出して位置検出信号を生成する位置検出部と、
   位相制御信号を入力する位相制御端子と、
   前記位置検出信号の位相を前記位相制御信号に応じた角度だけシフトした位相信号を出力する位相シフト部と、
   電源に接続された複数のスイッチング素子を含み、各スイッチング素子のオン・オフ動作により、前記電源の電圧から所望のモータ駆動電圧を生成するスイッチング部と、
   外部から与えられる原トルク信号を入力し、前記モータの速度を制御するためのトルク指令信号を出力するトルク指令部と、
   前記位相信号と前記トルク指令信号とから、前記スイッチング部の各スイッチング素子を駆動するためのPWM制御された駆動信号を生成するPWM駆動信号生成部と
   を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記位相シフト部は、前記位置検出信号の位相を、前記位相制御信号の電圧レベルに応じて電気角０〜９０°の範囲内の所定角度だけシフトした位相信号を出力する、ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記位相シフト部は、
   前記位相制御信号が第一の状態である場合に、モータコイルの誘起電圧の位相と同じ位相を持つ位相信号を出力し、
   前記位相制御信号が第二の状態である場合に、前記位置検出信号の位相を電気角０〜９０°の範囲内の所定量だけシフトして得られる位相信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記位相制御信号が、外部より入力したモータの速度を制御するための原トルク信号に応じて変動する信号であることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
5. 前記PWM駆動信号生成部は、前記駆動信号を、所定のタイミングでオンし、モータコイルの検出電流がトルク指令信号値に達したときにオフするように生成する、ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
6. 前記PWM駆動信号生成部は、前記駆動信号を、所定の三角波信号と前記位相検出信号とを比較することで生成する、ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
7. モータのロータの位置を検出して位置検出信号を生成するステップと、
   位相制御信号を入力するステップと、
   前記位置検出信号の位相を前記位相制御信号に応じた角度だけシフトした位相信号を出力するステップと、
   外部から与えられる原トルク信号を入力し、前記モータの速度を制御するためのトルク指令信号を出力するステップと、
   電源に接続された複数のスイッチング素子のオン・オフ動作により、前記電源の電圧から所望のモータ駆動電圧を生成するステップと、
   前記位相信号と前記トルク指令信号とから、各スイッチング素子を駆動するためのPWM制御された駆動信号を生成するステップと
   含むことを特徴とするモータ駆動方法。
8. 前記位相信号を生成するステップにおいて、前記位置検出信号の位相を、前記位相制御信号の電圧レベルに応じて電気角０〜９０°の範囲内の所定角度だけシフトした位相信号を出力する、ことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動方法。
9. 前記位相信号を生成するステップにおいて、
   前記位相制御信号が第一の状態である場合に、モータコイルの誘起電圧の位相と同じ位相を持つ位相信号を出力し、
   前記位相制御信号が第二の状態である場合に、前記位置検出信号の位相を、電気角０〜９０°の範囲内の所定量だけシフトした位相信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動方法。
10. 前記位相制御信号が、外部より入力したモータの速度を制御するための原トルク信号に応じて変動する信号であることを特徴とする請求項７記載のモータ駆動方法。
11. 前記駆動信号は、所定のタイミングでオンし、モータコイルの検出電流がトルク指令信号値に達したときにオフするよう生成される、ことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動方法。
12. 前記駆動信号は、所定の三角波信号と前記位相検出信号とを比較することで生成される、ことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動方法。
    

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