JP2008252965A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
適正なタイミングで矩形波駆動から正弦波駆動に切り替えることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
モータ駆動装置は、位置検出信号を出力する位置検出手段と、推定位置信号Ｈｕ、θＨ、θを出力する位置演算手段４０と、矩形波状駆動信号を生成する矩形波生成手段３２と、三相駆動巻線に駆動電圧または駆動電流を供給する駆動手段（インバータ）２０と、位置演算手段４０が出力する位置信号Ｈｕの周期の数または周期幅により、駆動手段（インバータ）２０に供給する駆動信号を矩形波生成手段３２に生成された矩形波状信号と正弦波生成手段３１に生成された正弦波状信号とから選択する選択手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの位置を検出して、モータの回転を制御するモータの駆動装置に関する。

プリンタまたは複写機の駆動用モータならびに空調機器に搭載されるファンモータなどの各種駆動用モータには、保守性、制御性が良く、高効率なモータとして知られているブラシレスモータが用いられることが多い。このブラシレスモータ（以下、単にモータと言う）の駆動方式には、一般に矩形波駆動と、正弦波駆動と呼ばれる駆動方式がある。

矩形波駆動は、３相駆動巻線の内、２相の巻線を通電し、その通電を順次切替えることで駆動させる方式である。これに対し、正弦波駆動は、正弦波状の電流波形を生成するように、ＰＷＭ制御により３相駆動巻線を導通させて駆動させる方式である。

矩形波駆動は、モータの巻線電流波形に大きな高調波成分をもつために、モータ回転時のトルクリプルも大きく、振動・騒音が発生しやすい。一方、正弦波駆動は電流波形を正弦波状にしているために、その高調波成分による振動・騒音を抑制できる。このために、近年、モータに対して低振動・低騒音化の要求が高い分野では正弦波駆動によるモータ駆動が行われている。

ホール素子を用いて位置検出する場合、ホール素子の磁極検知を利用しているために、電気角で１８０度ごとにしか回転位置情報Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが得られない。電気角１２０度ずつ位相をずらして配置した３つホール素子による位置検出を利用して、各信号の出力を合成しても電気角６０度ごとの回転位置情報しか得ることができない。つまり、ホール位置信号１周期あたり、６分割した回転位置情報しか得ることができない。このため、正弦波駆動において、より正弦波に近い波形信号を生成するためには、さらにホール位置信号１周期あたり回転位置情報の分割数を増やす必要がある。

正弦波駆動の場合には、このように、ホール位置信号の１周期を内挿演算により、さらに電気角の小さい回転位置情報を補間することで位置推定している。そして、これと同じ周期の正弦波形を次のホール位置信号の１周期が終わるまで出力するようにする。つまり、正弦波生成の波形信号を１周期前のホール位置信号を用いて生成するようにしている。したがって、ホール位置信号１周期の位置が検出できていない起動時は、モータの回転位置も不定であり正弦波駆動を正確に行うことが困難である。また、起動時の低速回転時においては、ホール位置信号の周期も長いために、内挿演算により補間する推定位置には誤差が含まれ、精度の良い正弦波信号が出力できない。

このため、起動時はホール位置信号による極性位置から波形信号を生成できる矩形波駆動で駆動する必要がある。したがって、所定速度未満の場合には矩形波駆動にしておき、所定速度以上になった場合に正弦波駆動にする技術が採用されている。

図７は、ホール素子を用いた、所定速度未満の場合には矩形波駆動にしておき、所定速度以上になった場合に正弦波駆動にするモータ駆動装置の構成図である。

モータ１００と、モータ１００の回転による磁極変化を検出する位置検出手段としての３つのホール素子６００ｕ、６００ｖ、６００ｗと、ホール素子６００ｕ、６００ｖ、６００ｗが出力する信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づきモータ１００の回転位置を演算して、ホ
ール位置信号、回転位置信号、および、推定位置信号を出力する位置演算手段４００と、位置演算手段４００が出力するホール位置信号、回転位置信号、推定位置信号のうちから速度演算した回転速度Ｎ０を出力する速度検出器３７０と、位置演算手段４００から出力された回転位置信号から矩形波状駆動信号を生成する矩形波生成手段３２０と、位置演算手段４００から出力された推定位置信号から正弦波状駆動信号を生成する正弦波生成手段３１０と、矩形波生成手段３２０または正弦波生成手段３１０により生成された駆動信号により三相駆動巻線２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０に駆動電圧または駆動電流を供給する駆動手段（インバータ）２００と、位置演算手段４００が出力するホール位置信号により、駆動手段（インバータ）２００に供給する駆動信号を矩形波生成手段３２０に生成された矩形波状信号と正弦波生成手段３１０に生成された正弦波状信号とから選択するセレクタ３３０と、により構成される。

３つのホール素子６００ｕ、６００ｖ、６００ｗは、それぞれ電気角で１２０度位相をずらした位置に配置し、それぞれヒステリシスコンパレータ７００を介して位置演算手段４００と電気的に接続されている。この位置演算手段４００は、速度検出器３７０と電気的に接続される。そして、この速度検出器３７０は、波形生成手段３００内に含まれるセレクタ３３０と電気的に接続される。

また、位置演算手段４００は、波形生成手段３００内部の正弦波生成手段３１０および矩形波生成手段３２０と電気的に接続される。さらに、この正弦波生成手段３１０および矩形波生成手段３２０は、セレクタ３３０と電気的に接続される。

セレクタ３３０は、駆動手段（インバータ）２００と電気的に接続され、速度検出器３７０からの信号により、正弦波生成手段３１０により生成された波形を駆動手段（インバータ）２００に入力するか、矩形波生成手段３２０により生成された波形を駆動手段（インバータ）２００に入力するか、を選択する。

次に、この従来のモータ駆動装置の駆動方法を説明する。

まず、モータ１００の回転により、モータに設けられるマグネットの磁極の変化を３つのホール素子（位置検出手段）６００ｕ、６００ｖ、６００ｗが検出する（ステップＳ１００、１０１）。

次に、ホール素子６００ｕ、６００ｖ、６００ｗが得た信号はヒステリシスコンパレータにより波形整形され、ホール位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが得られる（ステップＳ１０２）。

そして、このように整形された波形のホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは、位置演算手段４００に入力され、ホール位置信号、回転位置信号、および、推定位置信号が演算される（ステップＳ１０３）。

この位置演算手段４００により演算されたホール位置信号は、速度制御器３７０に入力され、可動子の速度が演算される（ステップＳ１０４）。これと並行して、位置演算手段４００により演算された回転位置信号および推定位置信号が、波形生成手段３００に含まれる正弦波生成手段３１０および矩形波生成手段３２０に入力され、それぞれ正弦波、矩形波が生成される（ステップＳ１０５）。

以上のようにして演算された可動子速度は、波形生成手段３００に含まれるセレクタ３３０に入力され、可動子速度が所定速度以上であるか否かが判別される（ステップＳ１０６）。ここで、可動子速度が所定速度未満である場合には、矩形波生成手段３２０により
生成された矩形波が選択され、矩形波がインバータ２００に入力される（ステップＳ１０７、Ｓ１０８）。

一方、可動子速度が所定値以上である場合には、正弦波生成手段３１０により生成された正弦波が選択され、この波形が駆動手段（インバータ）２００に入力される（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。

駆動手段（インバータ）２００に入力された波形は、パワートランジスタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０のゲート電極により、信号Ｕ、Ｖ、Ｗに変換される（ステップＳ１１１）。

そして、変換された信号Ｕ、Ｖ、Ｗを三相駆動巻線１１０、１３０、１５０に供給され、モータが駆動される（ステップＳ１１２）。

このようにして、所定速度未満では、矩形波が駆動手段（インバータ）２００に入力され、所定速度以上では、正弦波が駆動手段（インバータ）２００に入力される。このようなモータ駆動装置によれば、起動時の加速回転時には、矩形波で駆動させることができ、所定速度になれば、正弦波で駆動させることができる。
特開平９−１２１５８４号公報

しかしながら、特許文献１では、図９のように、モータ起動時の矩形波駆動から正弦波駆動へ切替える設定回転数が、ホール位置信号周期の変化も大きく安定していない加速途中である場合、実際の回転位置と推定位置のずれが大きいために正確な正弦波駆動を出力できなくなる。このとき、モータの誘起電圧と正弦波駆動電圧の位相が大きくずれているので、矩形波駆動から正弦波駆動に切替わると、この大きな位相のずれのために、加速トルクが出ないタイミングが発生し、安定した回転数になるまでの時間が長くなる課題がある。

以上のような課題を解決するため、本発明は、適正なタイミングで矩形波駆動から正弦波駆動に切り替えることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、可動子と固定子と三相駆動巻線とを有するモータと、前記モータにおける可動子の回転位置を検出し、位置検出信号を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段から出力された位置検出信号に基づき可動子の回転位置を演算し、推定位置信号を出力する位置演算手段と、前記位置演算手段から出力された位置信号から矩形波状駆動信号を生成する矩形波生成手段と、前記位置演算手段から出力された推定位置信号から正弦波状駆動信号を生成する正弦波生成手段と、前記矩形波生成手段または前記正弦波生成手段により生成された駆動信号により前記三相駆動巻線に駆動電圧または駆動電流を供給する駆動手段と、前記位置演算手段が出力するホール位置信号の周期の数または周期幅により、前記駆動手段に供給する駆動信号を前記矩形波生成手段に生成された矩形波状信号と前記正弦波生成手段に生成された正弦波状信号とから選択する選択手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ駆動装置であって、前記選択手段は、前記ホール位置信号の周期をカウントするカウンタを備え、前記カウンタのカウント数が所定値未満である場合には、前記矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、前記カウンタのカウント数が所定値以上である場合には、前記正弦波生成手段に生成
された正弦波状駆動信号を選択する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータ駆動装置であって、前記選択手段のカウンタの所定値を３以上とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のモータ駆動装置であって、前記選択手段は、前記ホール位置信号の周期幅と所定周期幅とを比較する周期幅比較器を備え、前記周期幅比較器が前記ホール位置信号の周期幅を所定周期幅以上であると判断した場合には、前記矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、前記周期幅比較器が前記ホール位置信号の周期幅を所定周期幅未満であると判断した場合には、前記正弦波生成手段に生成された正弦波状駆動信号を選択する。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のモータ駆動装置であって、前記選択手段は、前記ホール位置信号の周期をカウントするカウンタと、前記ホール位置信号の周期幅と所定周期幅とを比較する周期幅比較器とを備え、前記カウンタのカウント数が所定値未満である場合、または、前記周期幅比較器が前記ホール位置信号の周期幅を所定周期幅以上であると判断した場合には、前記矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、前記カウンタのカウント数が所定値以上であり、かつ、前記周期幅比較器が前記ホール位置信号の周期幅を所定周期幅未満であると判断する場合には、前記正弦波生成手段に生成された正弦波状駆動信号を選択する。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のモータ駆動装置であって、前記位置検出手段は、ホール素子である。

請求項１に記載の発明は、位置演算手段が出力するホール位置信号の周期の数または周期幅により、駆動手段に供給する駆動信号を矩形波生成手段に生成された矩形波状信号と正弦波生成手段に生成された正弦波状信号とから選択する選択手段を備えることから、適正なタイミングで矩形波駆動から正弦波駆動に切り替えることができる。

請求項２に記載の発明は、選択手段は、ホール位置信号の周期をカウントするカウンタを備え、カウンタのカウント数が所定値未満である場合には、矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、カウンタのカウント数が所定値以上である場合には、正弦波生成手段に生成された正弦波状駆動信号を選択することから、短時間で安定した回転数にすることができる。

請求項３に記載の発明は、選択手段のカウンタの所定値を３以上とすることから、加速度が低減され、実際の位置と推定位置とのずれが小さい状態で、矩形波駆動から正弦波駆動に切り替えることができる。

請求項４に記載の発明は、周期幅比較器がホール位置信号の周期幅を所定周期幅以上であると判断した場合には、矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、周期幅比較器がホール位置信号の周期幅を所定周期幅未満であると判断した場合には、正弦波生成手段に生成された正弦波状駆動信号を選択することから、短時間で安定した回転数にすることができる。

請求項５に記載の発明は、カウンタのカウント数が所定値未満である場合、または、周期幅比較器がホール位置信号の周期幅を所定周期幅以上であると判断した場合には、矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、カウンタのカウント数が所定値以上であり、かつ、周期幅比較器がホール位置信号の周期幅を所定周期幅未満であると判断す
る場合には、正弦波生成手段に生成された正弦波状駆動信号を選択することから、加速度が低減され、実際の位置と推定位置とのずれが完全に小さくなった状態で、矩形波駆動から正弦波駆動に切り替えることができる。

請求項６に記載の発明は、位置検出手段は、ホール素子であることから、容易に矩形波および正弦波を生成することができる。

図１は本発明に係るモータ駆動装置の概略図である。

このモータ駆動装置は、可動子１７と固定子１９と三相駆動巻線１１、１３、１５とを有するモータ１と、可動子１７の回転位置を検出し、位置検出信号を出力する位置検出手段と、位置検出手段から出力された位置検出信号に基づき可動子１７の回転位置を演算し、信号Ｈｕ、θＨ、Ａを出力する位置演算手段４０と、位置演算手段４０から出力された位置信号θＨから矩形波状駆動信号を生成する矩形波生成手段３２と、位置演算手段４０から出力された推定位置信号θから正弦波状駆動信号を生成する正弦波生成手段３１と、矩形波生成手段３２または正弦波生成手段３１により生成された駆動信号により三相駆動巻線に駆動電圧または駆動電流を供給する駆動手段（インバータ）２０と、位置演算手段４０が出力する位置信号Ｈｕの周期の数または周期幅により、駆動手段（インバータ）２０に供給する駆動信号を矩形波生成手段３２に生成された矩形波状信号と正弦波生成手段３１に生成された正弦波状信号とから選択する選択手段とを備える。

駆動手段（インバータ）２０は、パワートランジスタ２１、２２、２３、２４、２５、２６から成る。このうち、パワートランジスタ２１、２２は、直流電源の電源端子間に直列接続され、その直列接続点がモータ１の駆動巻線１１に接続される。同様に、パワートランジスタ２３、２４は、直流電源の電源端子間に直列接続され、その直列接続点がモータ１の駆動巻線１３に接続される。また、パワートランジスタ２５、２６は、直流電源の電源端子間に直列接続され、その直列接続点がモータ１の駆動巻線１５に接続される。

モータ１の回転位置検出には、３つのホール素子６０ｕ、６０ｖ、６０ｗが使用される。これら３つのホール素子６０ｕ、６０ｖ、６０ｗは電気角で１２０度ずつ位相をずらした位置に配置される。そして、それぞれ位置演算手段４０へつながれる。なお、ここで、ホール素子６０ｕ、６０ｖ、６０ｗはホールＩＣであっても良く、その他の検出手段であっても良いものとする。

位置演算手段４０は、ホール素子６０ｕ、６０ｖ、６０ｗが出力する信号を矩形波信号（Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ）にして出力する機能を有する。また、６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの矩形波信号（Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ）に基づき、電気角６０度ごとのモータ１の回転位置θＨ（図２参照）を検出する機能を有する。さらに、ホール素子６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの矩形波信号（Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ）に基づき、電気角６０度より小さい電気角の推定回転位置Ａ（図３参照）を推定する機能を有する。なお、図２は６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの矩形波信号（Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ）および電気角６０度ごとのモータ１の回転位置θＨの信号を示す図である。また、図３は６０ｕの矩形波信号Ｈｕおよび電気角６０度より小さい電気角の推定回転位置Ａの信号を示す図である。

位置演算手段４０は、波形生成手段３０および駆動切替え判別器３４にそれぞれ接続される。

駆動切替え判別器３４は、位置演算手段４０が出力する推定位置信号（矩形波信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ）の周期の数または周期幅が所定値以上であるか否かを判別するものである
。この駆動切替え判別器３４には、ホール素子６０ｕ、６０ｖ、６０ｗが出力する信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗのうち、いずれか１つの信号（ここではＨｕ信号）が入力されるものとする。また、駆動切替え判別器３４は、波形生成手段３０の選択手段としてのセレクタ３３に接続される。

一方、波形生成手段３０には、位置演算手段４０で演算された回転位置θＨと推定回転位置Ａの値が入力される。この波形生成手段は、正弦波生成手段３１、矩形波生成手段３２、セレクタ３３を有している。このうち正弦波生成手段３１には、位置演算手段４０が出力する推定回転位置Ａが入力される。また、矩形波生成手段３２には、位置演算手段４０が出力する回転位置θＨの値が入力される。そして、これらの正弦波生成手段３１および矩形波生成手段３２は、セレクタ３３に接続される。

図４および図５は、駆動切替え判別器３４の判別方法を示す図である。図４は、矩形波信号Ｈｕ、周期幅比較器３５からリセット端子Ｒｅへ入力される信号、および、駆動切替え判別信号ＰＯを示している。また、図５は、リセット端子ＲｅへＨ信号が入力された後の駆動切替え判別信号ＰＯとホール信号である。

駆動切替え判別器３４は、周期幅比較器３５と信号カウンタ３６を有している。

この周期幅比較器３５および信号カウンタ３６には、位置演算手段４０から出力される信号Ｈｕが入力される。周期幅比較器３５は、信号カウンタ３６のリセット端子Ｒｅに接続される。そして、周期幅比較器３５は、信号Ｈｕが所定周期幅以上であるか否かを判別する。周期幅比較器３５が信号Ｈｕが所定周期幅以上であると判別した場合には、周期幅比較器３５は信号カウンタのリセット端子ＲｅへＬ信号を出力する。一方、周期幅比較器３５が信号Ｈｕが所定周期幅未満であると判別した場合には、周期幅比較器３５は信号カウンタのリセット端子ＲｅへＨ信号を出力する。

また、信号カウンタ３６は、セレクタ３３に接続される。この信号カウンタ３６は、信号Ｈｕの回数が所定以上であるか否かを判別する。なお、この実施形態においては、この所定回数を３回とする。より詳細に説明すると、信号カウンタ３６はホール位置信号Ｈｕの立ち上がりエッジあるいは立ち下がりエッジの数をカウントするものである。このカウンタはリセット端子ＲｅがＬ信号であれば、リセット状態を維持し、リセット端子ＲｅがＨ信号であれば、リセット状態が解除され、カウント動作する。このとき、カウンタが３カウント以上カウントした場合、駆動切替え判別信号Ｐ０はＨ信号をセレクタ３３へ出力する。他方、リセット端子ＲｅがＬ信号もしくはカウンタが１カウントまたは２カウントの場合、駆動切替え判別信号Ｐ０はＬ信号をセレクタ３３へ出力する。

セレクタ３３の出力は、インバータ２０のパワートランジスタ２１、２２、２３、２４、２５、２６のゲート電極へそれぞれ接続される。なお、インバータ２０、波形生成手段３０、駆動切替え判別器３４および位置演算手段４０は、モノリシック集積回路から構成されるものとする。

以上のように構成されたブラシレスモータ駆動装置において、以下に具体的な駆動方法について説明する。図６は、本発明に係るモータ駆動装置の駆動の工程を示すフロー図である。

まず、モータ１の回転により、モータに設けられるマグネットの磁極の変化を３つのホール素子（位置検出手段）６０ｕ、６０ｖ、６０ｗが検出する（ステップＳ１、２）。

次に、ホール素子６０ｕ、６０ｖ、６０ｗが得た信号はヒステリシスコンパレータによ
り波形整形され、ホール位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが得られる（ステップＳ３）。

そして、このように整形された波形のホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは、位置演算手段４０に入力され、ホール位置信号、ホール合成位置信号、および、推定位置信号が演算される（ステップＳ４）。

この位置演算手段４０により演算されたホール位置信号は、駆動切替判別器３４に入力され、可動子の速度が検出される（ステップＳ５）。これと並行して、位置演算手段４０により演算されたホール合成位置信号および推定位置信号が、波形生成手段３０に含まれる正弦波生成手段３１および矩形波生成手段３２に入力され、それぞれ正弦波、矩形波が生成される（ステップＳ６）。

以上のようにして演算されたホール素子の位置信号Ｈｕ（Ｈｖ、Ｈｗ）は、駆動切替え判別器３４に含まれる周期幅比較器３５に入力され、位置信号Ｈｕの周期幅が所定値未満であるか否かが判別される（ステップＳ７）。ここで、位置信号Ｈｕの周期幅が所定値以上である場合には、位置信号Ｈｕの周期幅が所定値未満になるまで、リセット端子ＲｅへＬ信号を出力し続ける。一方、位置信号Ｈｕの周期幅が所定値未満である場合には、リセット端子ＲｅへＨ信号を出力する（ステップＳ８）。

なお、周期幅比較器３５はホール位置信号Ｈｕの周期Ｔを検出し、内部で設定されている周期Ｔ０と比較する。この設定周期Ｔ０はモータ１の定常回転時の周期に比べて十分長い周期とする。

ステップＳ８で、位置信号Ｈｕの周期幅が所定値未満となりリセット端子ＲｅへＨ信号が出力されると、位置信号Ｈｕが所定回数カウントされたか否かが判別される（ステップＳ９）。なお、この実施形態においては、所定回数を３回として行う。

ステップＳ９において、所定回数未満の回転であると判別されると、矩形波生成手段３２により生成された矩形波が選択され、矩形波がインバータ２０に入力される（ステップＳ１０、Ｓ１１）。

一方、ステップＳ９において、所定回数以上であると判別されると、正弦波生成手段３１より生成された正弦波が選択され、この波形が駆動手段（インバータ）２０に入力される（ステップＳ１２、Ｓ１３）。

駆動手段（インバータ）２０に入力された波形は、パワートランジスタ２１、２２、２３、２４、２５、２６のゲート電極により、信号Ｕ、Ｖ、Ｗに変換される（ステップＳ１４）。

そして、変換された信号Ｕ、Ｖ、Ｗは三相駆動巻線１１、１３、１５に供給され、モータが駆動される（ステップＳ１５）。

このようなモータ駆動装置によれば、適正なタイミングで矩形波駆動から正弦波駆動に切り替えることができる。

なお、上述した実施形態においては、回転位置信号Ａを電気角３０度の回転位置推定をしたように表現しているが、演算により推定される電気角は当然何度でも良い。この回転位置信号Ａの区切り角度は、小さければ小さいほど精度は良くなる。

また、上述した実施形態においては、回転位置信号Ａの推定はホール位置信号Ｈｕ、Ｈ
ｖ、Ｈｗの内、どれか１つを用いて、推定したが、ホール位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ全てを用いて、回転位置Ａを推定しても良い。さらに、ホール位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの内の２つを用いて、回転位置Ａを推定しても良い。

このように、矩形波駆動から正弦波駆動への切替わり判別条件が、ホール位置信号Ｈｕの周期Ｔが設定された任意の周期Ｔ０より短く、かつその信号Ｈｕの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジの数が少なくとも３エッジカウントされた場合に切替える理由について次に説明する。

まず、ホール位置信号Ｈｕの周期Ｔが設定された任意の周期Ｔ０より短いというのは、つまり、起動時の低速回転状態を意味している。この状態において、仮に正弦波駆動する場合、ホール位置信号Ｈｕの周期も長いために、位置演算手段４０で内挿演算により補間する推定回転位置Ａには誤差が含まれるので、精度の良い正弦波信号を出力できない場合がある。

したがって、モータを起動させる際は、矩形波駆動で起動させ、設定回転数以上になってから正弦波駆動するように切替えている。

次に、ホール位置信号Ｈｕの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジの数が少なくとも３エッジ必要ということの理由について説明する。
モータ起動の加速時において、トルクは一定で加速している。このとき、回転位置θの変化は二乗カーブで表すことができる。

つまり、数１式のように表すことができる。

ここで、θは回転位置、ｋは係数、ｔは時間である。

また、数１式を変形すると、数２式が得られる。

このとき、簡単化のため、ｋ＝２πとして、回転位置θを０、２π、４π、６π、８π、１０π・・・と１周期間隔の値を数２式に代入すると、次の数３式の結果が得られる。

したがって、起動から１周期ごとの回転周期は次の数４式ように変化する。

このときの第ｎ周期目と第ｎ＋１周期目との間の周期変化率Ｔα（θ）は、Ｔα（２（
ｎ＋１）π）＝１−Ｔ（２（ｎ＋１）π）／Ｔ（２ｎπ）であるから、ｎ＝１，２，３，４…をそれぞれ代入すると、次の数５式が得られる。

以上から、モータ起動の加速時において、トルクは一定で加速しているとした場合、第１周期と第２周期との周期変化率Ｔαは０．５８６、第２周期と第３周期との周期変化率Ｔαは０．２３３、第３周期と第４周期との周期変化率Ｔαは０．１５７と周期差は縮まる。この関係を図示すると図５のようになる。

これからも分かるように、第１周期と第２周期との周期差は大きいが、第２周期、第３周期、第４周期と進むにつれ、周期はほとんど変わらなくなっていることが分かる。特に、第３周期と第４周期との周期変化率０．１５７であり、これ以降の周期差は十分小さくなっていると言える。

正弦波駆動は、１周期前のホール位置信号によるモータ位置情報から波形信号を出力しているので、ホール位置信号の周期がほぼ一定で安定した状態になってから駆動することが好ましい。したがって、起動時の矩形波駆動から正弦波駆動への切替えは、ほとんど周期が同じと見なすことができる第３周期以降に切替えることが上記算出式から妥当であると考えることができる。ゆえに、第３周期以降に矩形波駆動から正弦波駆動に切替えれば、モータの誘起電圧と正弦波駆動電圧の大きな位相のずれにより加速トルクが出ないタイミングを生じさせることなく、迅速に正弦波駆動させることができる。これが、矩形波駆動から正弦波駆動への切替わり判別条件にホール位置信号Ｈｕの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジのカウント数が少なくとも３カウントされることを判別条件にしている理由である。

以上より、本実施例１に示したモータ駆動装置は、ホール位置信号Ｈｕの周期Ｔが設定された任意の周期Ｔ０より短く、かつホール位置信号Ｈｕの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジの数が少なくとも３エッジカウントされた場合、矩形波駆動から正弦波駆動に切替え、ホール位置信号Ｈｕの周期Ｔが設定された任意の周期Ｔ０より長い場合、正弦波駆動から矩形波駆動でモータ駆動するように切替えるように構成している。

これにより、起動加速時において、ホール素子が出力する信号に基づくモータの推定位置と実際の位置に大きなずれが生じて、モータの誘起電圧と正弦波駆動電圧の位相も大きくずれ、矩形波駆動から正弦波駆動に切替わると、この大きな位相のずれのために、加速トルクが出ないタイミングが発生し、安定した回転数になるまでの時間が長くなる課題を防止することができる。また、迅速な正弦波への切替えによる起動時の静音化にも効果がある。

なお、本実施例の起動時における矩形波駆動から正弦波駆動へ切替わり条件をモータ回転数とホール位置信号のカウント数によって設定していたが、ホール位置信号のカウント数のみで切替わり条件を設定しても主旨を逸脱するものではない。

つまり、起動時、ホール位置信号Ｈｕの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジの数が少なくとも３エッジカウントされた場合に、矩形波駆動から正弦波駆動に切替えるように構成するものとしても良い。

本発明のモータ駆動装置は、プリンタまたは複写機またはスキャナーまたはファックスまたはこれらの複合機器、あるいは光メディア機器やハードディスク機器などの情報機器、空調機器や冷蔵庫、空気清浄機、給湯機、洗濯機、掃除機などの家電機器の駆動用モータなどに有用である。

本発明に係るモータ駆動装置の概略図 ６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの矩形波信号（Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ）および電気角６０度ごとのモータ１の回転位置θＨの信号を示す図 ６０ｕの矩形波信号Ｈｕおよび電気角６０度より小さい電気角の回転位置Ａの信号を示す図 駆動切替え判別器３４の判別方法を示す図 駆動切替え判別器３４の判別方法を示す図 本発明に係るモータ駆動装置の駆動の工程を示すフロー図 従来例におけるモータ駆動装置の構成図 従来例におけるモータ駆動装置の課題説明図 従来例における正弦波駆動時の説明図

符号の説明

１：モータ
１１、１３、１５：三相駆動巻線
２０：インバータ
２１、２２、２３、２４、２５、２６：パワートランジスタ
３０：波形生成手段
３１：正弦波形生成手段
３２：矩形波生成手段
３３：セレクタ
３４：駆動切替え判別器
３５：周期幅比較器
３６：信号カウンタ
４０：位置演算手段
６０ｕ、６０ｖ、６０ｗ：ホール素子

Claims (6)

1. 可動子と固定子と三相駆動巻線とを有するモータと、
   前記モータにおける可動子の回転位置を検出し、位置検出信号を出力する位置検出手段と、
   前記位置検出手段から出力された位置検出信号に基づき可動子の回転位置を演算し、ホール位置信号、ホール合成位置信号、および、推定位置信号を出力する位置演算手段と、
   前記位置演算手段から出力されたホール合成位置信号から矩形波状駆動信号を生成する矩形波生成手段と、
   前記位置演算手段から出力された推定位置信号から正弦波状駆動信号を生成する正弦波生成手段と、
   前記矩形波生成手段または前記正弦波生成手段により生成された駆動信号により前記三相駆動巻線に駆動電圧または駆動電流を供給する駆動手段と、
   前記位置演算手段が出力するホール位置信号の周期の数または周期幅により、前記駆動手段に供給する駆動信号を前記矩形波生成手段に生成された矩形波状信号と前記正弦波生成手段に生成された正弦波状信号とから選択する選択手段と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記選択手段は、前記ホール位置信号の周期をカウントするカウンタを備え、前記カウンタのカウント数が所定値未満である場合には、前記矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、前記カウンタのカウント数が所定値以上である場合には、前記正弦波生成手段に生成された正弦波状駆動信号を選択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であって、
   前記選択手段のカウンタの所定値を３以上とするモータ駆動装置。
4. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記選択手段は、前記ホール位置信号の周期幅と所定周期幅とを比較する周期幅比較器を備え、前記周期幅比較器が前記ホール位置信号の周期幅を所定周期幅以上であると判断した場合には、前記矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、前記周期幅比較器が前記ホール位置信号の周期幅を所定周期幅未満であると判断した場合には、前記正弦波生成手段に生成された正弦波状駆動信号を選択するモータ駆動装置。
5. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記選択手段は、前記ホール位置信号の周期をカウントするカウンタと、前記ホール位置信号の周期幅と所定周期幅とを比較する周期幅比較器とを備え、前記カウンタのカウント数が所定値未満である場合、または、前記周期幅比較器が前記ホール位置信号の周期幅を所定周期幅以上であると判断した場合には、前記矩形波生成手段に生成された矩形波状駆動信号を選択し、前記カウンタのカウント数が所定値以上であり、かつ、前記周期幅比較器が前記ホール位置信号の周期幅を所定周期幅未満であると判断する場合には、前記正弦波生成手段に生成された正弦波状駆動信号を選択するモータ駆動装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記位置検出手段は、ホール素子であるモータ駆動装置。