JP2011211800A - モータ制御装置及びそれを用いたｄｃモータ並びにポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲に亘ってモータの能力制御が可能な小型のモータ制御装置を低コストで実現するとともに、このモータ制御装置を用いたＤＣモータ並びにポンプを提供する。
【解決手段】モータ制御装置Ａは、ＤＣモータ５のロータ５２の回転位置を検出する位置センサ４と、位置センサ４の検出結果に基づいてＤＣモータ５の各巻線５１の通電角を制御する制御部１とを備える。制御部１は、位置センサ４より出力されるセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷから各巻線５１の基準通電角を決定する分配回路１２と、外部より入力される能力可変信号Ｓｉｇ１に合わせて基準通電角を変更することで各巻線５１の通電角を決定する通電角制御信号発生回路１１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置及びそれを用いたＤＣモータ並びにポンプに関するものである。

従来より、ＰＷＭ（パルス幅変調）／ＰＡＭ（パルス振幅変調）制御と、転流位相制御とを組み合わせたモータ制御装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。このモータ制御装置では、低速時にはモータ駆動回路を用いたＰＷＭ制御によりモータの速度制御を行い、高速時には電源回路の直流電圧制御を用いてモータの速度制御を行うＰＡＭ制御により速度制御を行っている。さらに、本モータ制御装置では、これらの制御を行っているときにも転流位相を変化させており、その結果、モータ効率が最大となるように制御される。

特開２００７−７８８８８号公報（段落［００６４］−段落［００６９］、及び、第８図−第１０図）

しかしながら、上述の特許文献１に示したモータ制御装置では、ＰＷＭ制御を実行すると、インバータ回路を構成するスイッチング素子によるスイッチング損失が増大することでスイッチング素子が発熱するため、放熱構造が必要であった。また、電源装置から供給される直流電源をスイッチングする際にノイズが発生するため、ノイズフィルタなどの対策部品が必要であった。

一方、ＰＡＭ制御の場合には、電源装置から供給される直流電圧を制御することから専用の制御回路が必要であり、さらに制御範囲を拡げるためには高電圧を出力する電源が必要であるとともに耐電圧の高い部品が必要であった。すなわち、本従来例では様々な部品が必要であることから装置が大型化し、しかもコストアップになるものであった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、広範囲に亘ってモータの能力制御が可能な小型のモータ制御装置を低コストで実現するとともに、このモータ制御装置を用いたＤＣモータ並びにポンプを提供することにある。

本発明のモータ制御装置は、３相の巻線と、各巻線の通電状態を変化させることで回転駆動されるロータとを具備したＤＣモータのモータ制御装置であって、ロータの回転位置を検出する位置センサと、位置センサの検出結果に基づいて各巻線の通電角を制御する制御部とを備え、制御部は、位置センサより出力される位置信号から各巻線の基準通電角を決定する基準通電角決定手段と、外部より入力される能力可変信号に合わせて基準通電角を変更することで各巻線の通電角を決定する通電角変更手段とを有することを特徴とする。

このモータ制御装置において、基準通電角は各巻線の最小通電角であり、制御部は、所定の基準周波数の第１クロック信号を発生させる基準クロック発生手段と、能力可変信号の大きさに応じて周波数が変更される第２クロック信号を出力する周波数変更手段と、基準通電角を第１クロック信号を用いてカウントする基準クロックカウント手段とを有し、通電角変更手段は、基準クロックカウント手段によるカウント値を第２クロック信号でカウントした時間を用いて基準通電角に付加する角度を決定するのが好ましい。

このモータ制御装置において、基準通電角は各巻線の最大通電角であり、制御部は、所定の基準周波数の第１クロック信号を発生させる基準クロック発生手段と、能力可変信号の大きさに応じて周波数が変更される第２クロック信号を出力する周波数変更手段と、基準通電角を第１クロック信号を用いてカウントする基準クロックカウント手段とを有し、通電角変更手段は、基準クロックカウント手段によるカウント値を第２クロック信号でカウントした時間を用いて基準通電角から削減する角度を決定するのが好ましい。

本発明のＤＣモータは、３相の巻線と、各巻線の通電状態を変化させることで回転駆動されるロータと、上記モータ制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明のポンプは、上記ＤＣモータを備えたことを特徴とする。

広範囲に亘ってモータの能力制御が可能な小型のモータ制御装置を低コストで実現できるとともに、このモータ制御装置を用いたＤＣモータ並びにポンプを提供することができるという効果がある。

実施形態１のモータ制御装置の概略ブロック図である。 同上を構成する通電角制御信号発生回路の一部省略せる回路図である。 同上の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施形態２のモータ制御装置を構成する通電角制御信号発生回路の一部省略せる回路図である。 同上の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明に係るモータ制御装置を用いたポンプの断面図である。

本発明に係るモータ制御装置及びそれを用いたＤＣモータ並びにポンプの実施形態を図面に基づいて以下に説明する。

（実施形態１）
図１は本実施形態のモータ制御装置Ａの概略ブロック図であり、本モータ制御装置Ａは、ＤＣモータ５のロータ５２の回転位置を検出する複数（図１では３個）の位置センサ４と、これらの位置センサ４の検出結果に基づいてＤＣモータ５の各巻線５１の通電角を制御する制御部１と、制御部１から出力される後述のゲート信号により駆動されるハイサイドドライバ３と、インバータ回路２とを備える。

ＤＣモータ５は、所謂３相ブラシレスＤＣモータであって、図１に示すように３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線５１と、Ｎ極及びＳ極に着磁された２極の永久磁石からなるロータ５２とを備えており、各巻線５１は所謂スター結線（或いはＹ結線）されている。このＤＣモータ５では、各巻線５１に通電することで発生する電磁力とロータ５２の磁力との間の吸引・反発によって、回転トルクが発生するのである。なお、このようなＤＣモータは従来周知のものであり、ここでは詳細な説明を省略する。

インバータ回路２は、複数（図１では６個）のスイッチング素子（例えばＦＥＴなど）Ｑ１〜Ｑ６で構成された所謂３相フルブリッジインバータであって、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のドレイン端子は直流電源Ｅの＋極に接続されている。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のソース端子は、それぞれローサイドのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のドレイン端子に接続され、さらにスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のソース端子は直流電源Ｅの−極に接続されている。さらに、ハイサイドの各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のゲート端子は、それぞれハイサイドドライバ３の出力端に接続され、ローサイドの各スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のゲート端子は、それぞれ制御部１の後述する分配回路１２の出力端に接続されている。なお、分配回路１２の残りの出力端はハイサイドドライバ３の入力端に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１のソース端子とスイッチング素子Ｑ４のドレイン端子の接続点にはＵ相の巻線５１が接続され、スイッチング素子Ｑ２のソース端子とスイッチング素子Ｑ５のドレイン端子の接続点にはＶ相の巻線５１が接続され、スイッチング素子Ｑ３のソース端子とスイッチング素子Ｑ６のドレイン端子の接続点にはＷ相の巻線５１が接続されている。なお、このようなインバータ回路は従来周知のものであり、ここでは詳細な説明を省略する。

各位置センサ４は、例えばホール素子やホールＩＣのように磁界を検出するもので構成され、ロータ５２の磁極の位置（Ｎ極とＳ極の境目の位置）を検出して、センサ信号（位置信号）ＨＵ，ＨＶ，ＨＷをそれぞれ出力する。これらの位置センサ４は、それぞれ各巻線５１に対応するようにして１２０度の間隔で配置されている。但し、図１のようにロータ５２の極数が２極ではなく、例えば４極である場合には位置センサ４が６０度の間隔で配置される。なお、図１では、位置センサ４から通電角制御信号発生回路１１及び分配回路１２への信号線が１本しか図示されていないが、実際には各位置センサ４は別々の信号線により通電角制御信号発生回路１１及び分配回路１２に接続されている。

制御部１は、各巻線５１の通電角を制御する機能を有し、３個の位置センサ４からのセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷに従って各巻線５１の基準通電角（本実施形態では１２０度）を決定する分配回路（基準通電角決定手段）１２と、所定の基準周波数のクロック信号（第１クロック信号）ＣＫ１を発生させる基準クロック発生回路（基準クロック発生手段）１３と、外部から入力される能力可変信号Ｓｉｇ１の大きさに合わせた周波数のクロック信号（第２クロック信号）ＣＫ２を出力するＶ／Ｆ変換回路（周波数変更手段）１４と、能力可変信号Ｓｉｇ１の大きさに合わせて上記の基準通電角を変更することで各巻線５１の通電角を決定する通電角制御信号発生回路１１とを備える。そして、分配回路１２では、３個の位置センサ４からのセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷと、通電角制御信号発生回路１１から出力される後述の通電角制御信号Ｓｉｇ３に従って各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に対してゲート信号を出力し、その結果各巻線５１の通電角が決定されるのである。なお、詳細については後述する。

ここで、上述したように、各位置センサ４が１２０度の間隔で配置されている（但し、図１のようにロータ５２の極数が２極ではなく、例えば４極である場合には位置センサ４が６０度の間隔で配置される。）ことから、ロータ５２の電気角が６０度変化するごとにセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷの何れかの状態が変化する。そして、分配回路１２では、この状態変化に合わせてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート信号を決定するのである。その具体例を表１に示す。なお、表１中のＵＨはスイッチング素子Ｑ１に対するゲート信号、ＶＨはスイッチング素子Ｑ２に対するゲート信号、ＷＨはスイッチング素子Ｑ３に対するゲート信号である。また、ＵＬはスイッチング素子Ｑ４に対するゲート信号、ＶＬはスイッチング素子Ｑ５に対するゲート信号、ＷＬはスイッチング素子Ｑ６に対するゲート信号である。ここに、表１は各巻線５１の通電角が１２０度の場合を示している。

ところで、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてＮ型のＦＥＴを用いているため、分配回路１２から出力されるゲート信号ではハイサイドのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を直接駆動することができない。そのため、本実施形態では、分配回路１２から出力されるゲート信号によってスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を駆動できるようにハイサイドドライバ３を設けているのである。このようなハイサイドドライバ３には、フローティング電源を生成するブートストラップ回路や、直流電源Ｅの電源電圧よりも高い電圧（例えば１５Ｖ程度）を生成するチャージポンプ回路などが内蔵されており、これらの電源回路によって生成される電源によりＮ型のＦＥＴを駆動できるのである。

図２は通電角制御信号発生回路１１の一部省略した回路図であり、この通電角制御信号発生回路１１は、複数（図２では３個）のＡＮＤゲート１１ａ〜１１ｃと、各ＡＮＤゲート１１ａ〜１１ｃからの出力信号が入力信号として入力されるＮＯＲゲート１１ｄと、Ｄ型のフリップフロップ回路１１ｅとを具備する。フリップフロップ回路１１ｅには、ＮＯＲゲート１１ｄからの出力信号が入力端子Ｄに入力されるとともに、基準クロック発生回路１３のクロック信号ＣＫ１とＶ／Ｆ変換回路１４のクロック信号ＣＫ２とによって決定される後述のタイミング信号Ｓｉｇ２がクロック入力端子ＣＫに入力される。また、ＡＮＤゲート１１ａにはセンサ信号ＨＵ，ＨＷが、ＡＮＤゲート１１ｂにはセンサ信号ＨＵ，ＨＶが、ＡＮＤゲート１１ｃにはセンサ信号ＨＶ，ＨＷがそれぞれ入力される。そして、フリップフロップ回路１１ｅの出力端子Ｑからは、各巻線５１の基準通電角（本実施形態では１２０度）に対して付加される角度を決定する通電角制御信号Ｓｉｇ３が出力され、分配回路１２に入力される。

次に、モータ制御装置Ａの動作を図３及び表２に基づいて説明する。ここにおいて、本実施形態では、各位置センサ４からのセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷによって決定される各巻線５１の基準通電角α１は１２０度であり、この基準通電角α１を最小通電角とし、外部から入力される能力可変信号Ｓｉｇ１の大きさに合わせて通電角を大きくする場合について説明する。

本実施形態のモータ制御装置Ａでは、ロータ５２の電気角が６０度変化するごとにセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷの何れかが変化するため、図３に示すように電気角が６０度変化するごとに区間Ａ〜Ｆに設定している。そして、各区間Ａ〜Ｆごとに基準周波数のクロック信号ＣＫ１（周波数ｆ０とする）を用いてクロック数をカウントしており、そのカウント値がｎｉ（ｉ＝０，１，…）となっている。なお、表２中の区間Ａ〜Ｆは図３中の区間Ａ〜Ｆに対応するものである。

一方、Ｖ／Ｆ変換回路１４は、能力可変信号Ｓｉｇ１の大きさに合わせて周波数ｆ１が変更されるクロック信号ＣＫ２を出力し、特に本実施形態ではＤＣモータ５の回転トルクや回転速度が大きくなるように能力可変信号Ｓｉｇ１を変化させた場合に周波数ｆ１が大きくなるように設定されている。つまり、Ｖ／Ｆ変換回路１４から出力されるクロック信号ＣＫ２の周波数ｆ１は、基準クロック発生回路１３から出力されるクロック信号ＣＫ１の周波数ｆ０以上の値となり、ｆ１＝ｆ０のときに通電角が１２０度に設定される。なお、以下の説明では、ＤＣモータ５が一定速度で回転している場合について説明する。したがって、以下の説明では、クロック信号ＣＫ１のカウント値ｎｉ（ｉ＝０，１，…）はすべて同じ値となる。

ここで、例えばクロック信号ＣＫ１のカウント値ｎ０のカウント終了時からクロック信号ＣＫ２を用いて同じカウント値ｎ０だけカウントすると、ｆ１＞ｆ０であることからクロック信号ＣＫ１の次のカウント値ｎ１のカウントが終了する前にクロック信号ＣＫ２のカウント値ｎ０のカウントが終了する。そして、このタイミング（図３中の時刻ｔ１）で通電角を決定するタイミング信号Ｓｉｇ２がフリップフロップ回路１１ｅに入力される。このとき、各位置センサ４からのセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはそれぞれＨｉｇｈ，Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗであり、また通電角制御信号発生回路１１からの通電角制御信号Ｓｉｇ３はＨｉｇｈとなっている。したがって、表２より分配回路１２からハイサイドのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に対してそれぞれゲート信号ＵＨ，ＷＨが出力されるとともに、ローサイドのスイッチング素子Ｑ５に対してゲート信号ＶＬが出力される。その結果、Ｕ相の巻線５１からＶ相の巻線５１に向けて電流が流れるとともに、Ｗ相の巻線５１からＶ相の巻線５１に向けて電流が流れる。

次に、クロック信号ＣＫ１のカウント値ｎ１のカウント終了時と、クロック信号ＣＫ２のカウント値ｎ０のカウント終了時との時間差をクロック信号ＣＫ２でカウントしたカウント値ｍ１だけ、クロック信号ＣＫ１のカウント値ｎ１のカウント終了時からカウントした時刻ｔ２のときに、次のタイミング信号Ｓｉｇ２がフリップフロップ回路１１ｅに入力される。このとき、各位置センサ４からのセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはそれぞれＬｏｗ，Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗであり、また通電角制御信号Ｓｉｇ３はＨｉｇｈとなっている。したがって、表２より分配回路１２からハイサイドのスイッチング素子Ｑ３に対して出力されるゲート信号ＷＨがＯＦＦにされる。つまり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間だけ、Ｕ相の巻線５１からＶ相の巻線５１に向けて電流が流れるとともに、Ｗ相の巻線５１からＶ相の巻線５１に向けて電流が流れるのである。

以下、同様の処理を経て、時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６のときにタイミング信号Ｓｉｇ２がフリップフロップ回路１１ｅに入力されると、時刻ｔ３〜ｔ４の期間では、分配回路１２からハイサイドのスイッチング素子Ｑ１に対してゲート信号ＵＨが出力されるとともに、ローサイドのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に対してそれぞれゲート信号ＶＬ，ＷＬが出力される。その結果、Ｕ相の巻線５１からＶ相の巻線５１に向けて（図１中の矢印ａ，ｂの向きに）電流が流れるとともに、Ｕ相の巻線５１からＷ相の巻線５１に向けて（図１中の矢印ａ，ｃの向きに）電流が流れる。また、時刻ｔ５〜ｔ６の期間では、分配回路１２からハイサイドのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対してそれぞれゲート信号ＵＨ，ＶＨが出力されるとともに、ローサイドのスイッチング素子Ｑ６に対してゲート信号ＷＬが出力される。その結果、Ｕ相の巻線５１からＷ相の巻線５１に向けて電流が流れるとともに、Ｖ相の巻線５１からＷ相の巻線５１に向けて電流が流れる。つまり、本実施形態のモータ制御装置Ａでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの何れか１つの巻線５１から残りの２つの巻線５１に向けて同時に電流が流れたり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２つの巻線５１から残りの１つの巻線５１に向けて同時に電流が流れる状態が生じるのである。ここに、本実施形態では、通電角制御信号発生回路１１の一部により基準クロックカウント手段が構成されている。

ここにおいて、ＤＣモータ５の回転速度を速くしたり、回転トルクを大きくする方向に能力可変信号Ｓｉｇ１を変化させると、能力可変信号Ｓｉｇ１の変化に応じてＶ／Ｆ変換回路１４から出力されるクロック信号ＣＫ２の周波数ｆ１も大きくなる。そして、このクロック信号ＣＫ２の周波数ｆ１が大きくなるにつれてカウント値ｎｉ（ｉ＝０，１，…）をカウントする時間が短くなり、その結果、基準通電角α１に付加される角度α２が大きくなる。

このように、本実施形態によれば、基準クロック発生回路１３のクロック信号ＣＫ１でカウントしたカウント値ｎｉ（ｉ＝０，１，…）を、Ｖ／Ｆ変換回路１４のクロック信号ＣＫ２でカウントした時間から基準通電角α１（＝１２０度）に付加する角度α２を決定し、この角度α２を基準通電角α１の前後両側にそれぞれ付加しているため、各巻線５１の通電角は基準通電角α１よりも大きくなる（α１＋２×α２＞１２０）。その結果、図３に示すように、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３に対して出力されるゲート信号ＵＨ，ＶＨ，ＷＨのうち何れか２つが同時に出力されたり、ローサイドのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に対して出力されるゲート信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのうち何れか２つが同時に出力されるため、通電角が１２０度の場合に比べてＤＣモータ５の回転速度を速くしたり、回転トルクを大きくすることができる。また、基準通電角α１に付加する角度α２を上述のように変化させることによって、ＤＣモータ５の回転速度を変化させたり、回転トルクを変化させることもできる。つまり、外部から入力される能力可変信号Ｓｉｇ１に合わせた速度制御やトルク制御を広範囲に亘って実現することができるとともに、ＰＡＭ制御の場合に比べて簡単な構成で安価に実現することができるのである。そして、本実施形態のように各巻線５１の通電角を１２０度より大きくした場合には、各巻線５１間で通電状態が一部重なるため、相切り替え時に発生する振動、騒音を低減することができ、さらに小型モータであっても高出力までの制御が可能になるという利点もある。また、従来例のように放熱構造やノイズ対策部品、専用の制御回路、出力電圧の高い電源、耐電圧の高い部品などが不要であることから、コストアップを抑えることができるとともに、装置の小型化を図ることもできる。

（実施形態２）
本発明に係るモータ制御装置Ａの実施形態２を図４及び図５に基づいて説明する。実施形態１では、基準通電角α１（＝１２０度）を最小通電角とし、外部から入力される能力可変信号Ｓｉｇ１の大きさに合わせて通電角を大きくした場合について説明したが、本実施形態では、基準通電角α１を最大通電角とし、外部から入力される能力可変信号Ｓｉｇ１の大きさに合わせて通電角を小さくする場合について説明する。なお、以下の説明において、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。また、本モータ制御装置Ａの基本構成は図１と同様であるから、必要がある場合には図１を参照して説明する。

本実施形態のモータ制御装置Ａは、複数（図１では３個）の位置センサ４と、制御部１と、ハイサイドドライバ３と、インバータ回路２とを備える。

図４は本実施形態の通電角制御信号発生回路１１の一部省略した回路図であり、この通電角制御信号発生回路１１は、複数（図４では３個）のＡＮＤゲート１１ａ〜１１ｃと、各ＡＮＤゲート１１ａ〜１１ｃからの出力信号が入力信号として入力されるＮＯＲゲート１１ｄと、スリーステートバッファ１１ｆとを具備する。スリーステートバッファ１１ｆには、ＮＯＲゲート１１ｄの出力信号が入力されるが、制御信号として入力されるタイミング信号Ｓｉｇ２の有無に応じて出力が変化する。具体的には、タイミング信号Ｓｉｇ２が入力されると、スリーステートバッファ１１ｆはＮＯＲゲート１１ｄの出力信号をそのまま出力し、タイミング信号Ｓｉｇ２が入力されない状態では出力がハイインピーダンス（オープン）になる。つまり、スリーステートバッファ１１ｆは、ＮＯＲゲート１１ｄからの出力信号とタイミング信号Ｓｉｇ２によって３種類の信号を出力するのである。そして、本実施形態では、スリーステートバッファ１１ｆの出力信号が通電角制御信号Ｓｉｇ３となる。

次に、モータ制御装置Ａの動作を図５及び表３に基づいて説明する。ここにおいて、本実施形態では、各位置センサ４からのセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷによって決定される各巻線５１の基準通電角α１は１２０度であり、この基準通電角α１を最大通電角とし、外部から入力される能力可変信号Ｓｉｇ１の大きさに合わせて通電角を小さくする場合について説明する。

本実施形態のモータ制御装置Ａでは、ロータ５２の電気角が６０度変化するごとにセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷの何れかが変化するため、図５に示すように電気角が６０度変化するごとに区間Ａ〜Ｆに設定している。そして、各区間Ａ〜Ｆごとに基準周波数のクロック信号ＣＫ１（周波数ｆ０とする）を用いてクロック数をカウントしており、そのカウント値がｎｉ（ｉ＝０，１，…）となっている。なお、表３中の区間Ａ〜Ｆは図５中の区間Ａ〜Ｆに対応するものである。

一方、Ｖ／Ｆ変換回路１４は、能力可変信号Ｓｉｇ１の大きさに合わせて周波数ｆ１が変更されるクロック信号ＣＫ２を出力し、特に本実施形態ではＤＣモータ５の回転トルクや回転速度が小さくなるように能力可変信号Ｓｉｇ１を変化させた場合に周波数ｆ１が小さくなるように設定されている。つまり、Ｖ／Ｆ変換回路１４から出力されるクロック信号ＣＫ２の周波数ｆ１は、基準クロック発生回路１３から出力されるクロック信号ＣＫ１の周波数ｆ０以下の値となり、ｆ１＝ｆ０のときに通電角が１２０度に設定される。なお、以下の説明では、ＤＣモータ５が一定速度で回転している場合について説明する。したがって、以下の説明では、クロック信号ＣＫ１のカウント値ｎｉ（ｉ＝０，１，…）はすべて同じ値となる。

ここで、例えばクロック信号ＣＫ１のカウント値ｎ０のカウント終了時からクロック信号ＣＫ２を用いて同じカウント値ｎ０だけカウントすると、ｆ１＜ｆ０であることからクロック信号ＣＫ１の次のカウント値ｎ１のカウントが終了した後にクロック信号ＣＫ２のカウント値ｎ０のカウントが終了する。そして、このタイミング（図５中の時刻ｔ１）で通電角を決定するタイミング信号Ｓｉｇ２がスリーステートバッファ１１ｆに入力される。このとき、各位置センサ４からのセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはそれぞれＬｏｗ，Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗであり、また通電角制御信号発生回路１１からの通電角制御信号Ｓｉｇ３はＨｉｇｈとなっている。したがって、表３より分配回路１２からハイサイドのスイッチング素子Ｑ１に対してゲート信号ＵＨが出力されるとともに、ローサイドのスイッチング素子Ｑ５に対してゲート信号ＶＬが出力される。その結果、Ｕ相の巻線５１からＶ相の巻線５１に向けて電流が流れ始める。

次に、クロック信号ＣＫ２のカウント値ｎ０の１つ前のカウント終了時と、クロック信号ＣＫ１のカウント値ｎ１のカウント終了時との時間差をクロック信号ＣＫ２でカウントしたカウント値ｍ０だけ、クロック信号ＣＫ１のカウント値ｎ１のカウント終了時からカウントした時刻ｔ２のときにタイミング信号Ｓｉｇ２がＯＦＦになり、スリーステートバッファ１１ｆの出力がハイインピーダンス（オープン）となる。このとき、各位置センサ４からのセンサ信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはそれぞれＬｏｗ，Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗであり、また通電角制御信号Ｓｉｇ３はオープンとなっている。したがって、表３より分配回路１２からハイサイドのスイッチング素子Ｑ１に対してのみゲート信号ＵＨが出力されるため、Ｕ相の巻線５１からＶ相の巻線５１に向けて流れていた電流が流れなくなる。

以下、同様の処理を経て、時刻ｔ３，ｔ５のときにタイミング信号Ｓｉｇ２がスリーステートバッファ１１ｆに入力され、時刻ｔ４，ｔ６のときにタイミング信号Ｓｉｇ２がＯＦＦにされる。その結果、時刻ｔ３〜ｔ４の期間では、分配回路１２からハイサイドのスイッチング素子Ｑ１に対してゲート信号ＵＨが出力されるとともに、ローサイドのスイッチング素子Ｑ６に対してゲート信号ＷＬが出力され、Ｕ相の巻線５１からＷ相の巻線５１に向けて電流が流れる。また、時刻ｔ５〜ｔ６の期間では、分配回路１２からハイサイドのスイッチング素子Ｑ２に対してゲート信号ＶＨが出力されるとともに、ローサイドのスイッチング素子Ｑ６に対してゲート信号ＷＬが出力され、Ｖ相の巻線５１からＷ相の巻線５１に向けて電流が流れる。つまり、本実施形態のモータ制御装置Ａでは、時刻ｔ２〜ｔ３の期間及び時刻ｔ４〜ｔ５の期間において、何れの巻線５１にも電流が流れない状態が生じるのである。その結果、ＤＣモータ５の回転速度を遅くしたり、回転トルクを小さくすることが可能になる。

ここにおいて、ＤＣモータ５の回転速度を遅くしたり、回転トルクを小さくする方向に能力可変信号Ｓｉｇ１を変化させると、能力可変信号Ｓｉｇ１の変化に応じてＶ／Ｆ変換回路１４から出力されるクロック信号ＣＫ２の周波数ｆ１も小さくなる。そして、このクロック信号ＣＫ２の周波数ｆ１が小さくなるにつれてカウント値ｎｉ（ｉ＝０，１，…）をカウントする時間が長くなり、その結果、基準通電角α１から削減される角度α２が大きくなる。

このように、本実施形態によれば、基準クロック発生回路１３のクロック信号ＣＫ１でカウントしたカウント値ｎｉ（ｉ＝０，１，…）を、Ｖ／Ｆ変換回路１４のクロック信号ＣＫ２でカウントした時間から基準通電角α１（＝１２０度）から削減する角度α２を決定し、この角度α２を基準通電角α１の前後両側からそれぞれ削減しているので、各巻線５１の通電角は基準通電角α１よりも小さくなる（α１−２×α２＜１２０）。その結果、図５に示すように、何れの巻線５１にも電流が流れない状態（図５に示す例では時刻ｔ２〜ｔ３の期間及び時刻ｔ４〜ｔ５の期間）が生じることから、通電角が１２０度の場合に比べてＤＣモータ５の回転速度を遅くしたり、回転トルクを小さくすることができる。また、基準通電角α１から削減する角度α２の大きさを上述のように変化させることによって、ＤＣモータ５の回転速度を変化させたり、回転トルクを変化させることもできる。つまり、外部から入力される能力可変信号Ｓｉｇ１に合わせた速度制御やトルク制御を広範囲に亘って実現することができるとともに、ＰＡＭ制御の場合に比べて簡単な構成で安価に実現することができるのである。そして、本実施形態のように各巻線５１の通電角を１２０度より小さくした場合には、何れの巻線５１にも通電されない状態が生じることから、高出力のモータであっても効率よく低出力を得ることができる。また、従来例のように放熱構造やノイズ対策部品、専用の制御回路、出力電圧の高い電源、耐電圧の高い部品などが不要であることから、コストアップを抑えることができるとともに、装置の小型化を図ることもできる。

なお、上述した実施形態１，２では、基準通電角α１を最小通電角又は最大通電角とした場合について説明したが、例えば基準通電角を中間の通電角とし、この基準通電角に対して通電角を大きくしたり、小さくできるようにしてもよい。但し、この場合には、例えば図２に示す回路と図４に示す回路の両方を備えた通電角制御信号発生回路を採用し、通電角を大きくする場合には図２に示す回路から通電角制御信号を出力し、通電角を小さくする場合には図４に示す回路から通電角制御信号を出力するようにする必要がある。

（実施形態３）
実施形態１又は２で説明したモータ制御装置Ａ及びＤＣモータ５を備えたポンプＢの実施形態を図６に基づいて説明する。

図６は本実施形態のポンプＢの断面図であり、本ポンプＢは、上述した制御部１、インバータ回路２、ハイサイドドライバ３及び位置センサ４などの回路部品が実装された制御基板６と、ＤＣモータ５を構成する３相の巻線５１及びロータ５２と、ＤＣモータ５のロータ５２に連結されてロータ５２とともに回転する羽根車８と、これらが収納される筐体７とを備える。筐体７の一面側（図６中の上側）には水などの液体を吸い込む吸込口７１が設けられるとともに、筐体７の側面には吸い込んだ液体を送出する送出口７２が設けられている。

そして、このポンプＢでは、ＤＣモータ５に連結された羽根車８がＤＣモータ５とともに回転することによって吸込口７１から液体が内部に吸い込まれ、さらに内部に吸い込まれた液体は羽根車８の内部を通って送出口７２から外部に送出されるのである。

而して、本実施形態によれば、モータ制御装置Ａ及びＤＣモータ５を用いることによって、広範囲に亘って制御可能なポンプＢを提供することができる。

ここにおいて、本実施形態では、モータ制御装置Ａ及びＤＣモータ５を備えたポンプＢについて説明したが、例えばモータ制御装置を備えたＤＣモータを単体で構成してもよい。この場合、広範囲に亘って速度制御及びトルク制御が可能なＤＣモータを提供することができる。なお、このＤＣモータについては上述したポンプＢと同様にして構成できることから、図示及び詳細な説明については省略する。

１ 制御部
４ 位置センサ
５ ＤＣモータ
１１ 通電角制御信号発生回路（通電角変更手段）
１２ 分配回路（通電角決定手段）
１３ 基準クロック発生回路（基準クロック発生手段）
１４ Ｖ／Ｆ変換回路（周波数変更手段）
５１ 巻線
５２ ロータ
Ａ モータ制御装置
ＣＫ１ クロック信号（第１クロック信号）
ＣＫ２ クロック信号（第２クロック信号）
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ センサ信号（位置信号）
Ｓｉｇ１ 能力可変信号

Claims (5)

1. ３相の巻線と、各巻線の通電状態を変化させることで回転駆動されるロータとを具備したＤＣモータのモータ制御装置であって、
   前記ロータの回転位置を検出する位置センサと、前記位置センサの検出結果に基づいて前記各巻線の通電角を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記位置センサより出力される位置信号から前記各巻線の基準通電角を決定する基準通電角決定手段と、外部より入力される能力可変信号に合わせて前記基準通電角を変更することで前記各巻線の通電角を決定する通電角変更手段とを有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記基準通電角は前記各巻線の最小通電角であり、
   前記制御部は、所定の基準周波数の第１クロック信号を発生させる基準クロック発生手段と、前記能力可変信号の大きさに応じて周波数が変更される第２クロック信号を出力する周波数変更手段と、前記基準通電角を前記第１クロック信号を用いてカウントする基準クロックカウント手段とを有し、
   前記通電角変更手段は、前記基準クロックカウント手段によるカウント値を前記第２クロック信号でカウントした時間を用いて前記基準通電角に付加する角度を決定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記基準通電角は前記各巻線の最大通電角であり、
   前記制御部は、所定の基準周波数の第１クロック信号を発生させる基準クロック発生手段と、前記能力可変信号の大きさに応じて周波数が変更される第２クロック信号を出力する周波数変更手段と、前記基準通電角を前記第１クロック信号を用いてカウントする基準クロックカウント手段とを有し、
   前記通電角変更手段は、前記基準クロックカウント手段によるカウント値を前記第２クロック信号でカウントした時間を用いて前記基準通電角から削減する角度を決定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
4. ３相の巻線と、各巻線の通電状態を変化させることで回転駆動されるロータと、請求項１〜３の何れか１項に記載のモータ制御装置とを備えたことを特徴とするＤＣモータ。
5. 請求項４記載のＤＣモータを備えたことを特徴とするポンプ。

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