JP2017103925A - モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法 - Google Patents

モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法を提供する。
【解決手段】前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法に関する。
従来、ブラシレスモータを１２０°矩形波駆動する場合、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生したときに、ブラシレスモータを駆動する正極用のスイッチング素子を駆動する制御回路が誤動作をするという問題があった。この問題点について、図４〜図６を用いて説明する。
図４は、モータ駆動装置の制御系統を示すブロック図である。また、図５は、１２０°矩形波駆動における転流パターンを示す図である。また、図６は、モータの入力端子に負電圧が発生したときに生じる問題点を説明するための図である。
図４に示すモータ１８は、３相ＤＣブラシレスモータである。モータ１８は、インナーロータ型であり、一対のＮ極及びＳ極を含む永久磁石（マグネット）を埋め込んで構成された回転子を含む。また、モータ１８は、電機子コイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）を含む。Ｕ相コイルの一端は端子２４に接続され、他端は端子２５に接続される。また、Ｖ相コイルの一端は端子２５に接続され、他端は端子２６に接続される。また、Ｗ相コイルの一端は端子２６に接続され、他端は端子２４に接続される。このように、モータ１８では、電機子コイルをデルタ結線により接続している。
モータ１８を制御するモータ駆動装置３７ａは、電機子コイルに対する通電を制御するインバータ回路３８を含む。インバータ回路３８は、端子２４、端子２５及び端子２６に接続される。このインバータ回路３８は、外部電源４０の正極に接続される正極側のスイッチング素子３８ａと外部電源４０の負極に接続される負極側のスイッチング素子３８ｄとが直列に接続された直列回路３８Ｕを含む。また、インバータ回路３８は、外部電源４０の正極に接続される正極側のスイッチング素子３８ｂと外部電源４０の負極に接続される負極側のスイッチング素子３８ｅとが直列に接続された直列回路３８Ｖを含む。また、インバータ回路３８は、外部電源４０の正極に接続される正極側のスイッチング素子３８ｃと外部電源４０の負極に接続される負極側のスイッチング素子３８ｆとが直列に接続された直列回路３８Ｗを含む。また、インバータ回路３８においては、直列回路３８Ｕが、Ｕ相に対応して端子２４に、直列回路３８Ｖが、Ｖ相に対応して端子２５に、直列回路３８Ｗが、Ｗ相に対応して端子２６に、それぞれ接続される。
すなわち、インバータ回路３８は、外部電源４０から電機子コイルの端子（端子２４、端子２５、端子２６）にいたる電流の供給経路を、別々に接続または遮断する複数のスイッチング素子３８ａ〜３８ｆを含んでいる。なお、複数のスイッチング素子３８ａ〜３８ｆは、ＦＥＴ等の半導体素子により構成されている。
さらに、モータ駆動装置３７ａは、インバータ回路３８を制御する制御回路４５ａを含んでいる。制御回路４５ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたマイクロコンピュータである。制御回路４５ａは、制御部５０ａと、ＦＥＴ駆動用電源５１と、ドライバ回路５２と、を含んで構成されている。
ドライバ回路５２は、スイッチング素子３８ａ〜３８ｆのゲート端子を別々に制御する駆動信号を出力する。
ＦＥＴ駆動用電源５１は、ドライバ回路５２が備えるバッファのうち、スイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃを制御するバッファに対して外部電源４０からの電力を供給するための電源である。
制御部５０ａは、検出センサ４１〜４３の出力信号の組合せ（ホールステージ番号）に基づいて、制御回路４５ａが有するＲＯＭに記憶されたホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、この通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。ドライバ回路５２は、制御部５０ａから入力されるＰＷＭ指令信号に基づいて、スイッチング素子３８ａ〜３８ｆのゲート端子を別々に制御する駆動信号を出力する。
モータ駆動装置３７ａが有する検出センサ４１〜４３は、例えば、ホールＩＣで構成され、回転子が回転すると回転子の回転位置（回転位相）を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する出力信号として、個別に制御部５０ａに出力する。制御部５０ａは、検出センサ４１〜４３から入力される出力信号に基づいて、ホールステージ番号を認識し、ホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、所定の回転位相だけ（例えば電気角３０°）シフトした後、読み出した通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。
これにより、スイッチング素子３８ａ〜３８ｆは、ＰＷＭ制御により駆動されて各通電パターンに対応する期間において、それぞれが断続的にオン・オフされる。
例えば、図５に示すように、検出センサ４１〜４３の出力信号が、（ＯＮ（ハイレベル）、ＯＦＦ（ローレベル）、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ２から、（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ３に切り替わった場合、電気角３０°後に、通電パターンはＴＰ２ａからＴＰ３ａに切り替わる。
ここで、通電パターンＴＰ２ａに対応する期間において、スイッチング素子３８ａ、３８ｄは（ＯＮ、ＯＦＦ）であるので、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてハイレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にある。また、スイッチング素子３８ｂ、３８ｅは（ＯＦＦ、ＯＦＦ）であるので、Ｖ相コイルへ端子２５は非通電であり、Ｖ相コイルは相開放期間（フローティングレベルの期間）にある。また、スイッチング素子３８ｃ、３８ｆはオンとオフとが交互に切り替えられているので、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてローレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にある。
また、通電パターンＴＰ３ａに対応する期間において、スイッチング素子３８ａ、３８ｄは（ＯＦＦ、ＯＦＦ）であるので、Ｕ相コイルへ端子２４は非通電であり、Ｕ相コイルは相開放期間にある。また、スイッチング素子３８ｂ、３８ｅは（ＯＮ、ＯＦＦ）であるので、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてハイレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にある。また、スイッチング素子３８ｃ、３８ｆはオンとオフとが交互に切り替えられているので、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてローレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にある。
例として、通電パターンＴＰ２ａから通電パターンＴＰ３ａへ切り替わる際に、端子２４（ブラシレスモータの入力端子）に負電圧が発生したときに、スイッチング素子３８ａ（ブラシレスモータを駆動する正極用のスイッチング素子）を駆動する制御回路４５ａが誤動作をするという問題について説明する。
図６において、モータラインの端子電圧は、端子２４の電圧を示している。また、流出電流とは、ＦＥＴ駆動用電源５１からドライバ回路５２を構成するバッファ回路を介して端子２４に流れる電流を示している。また、ＦＥＴ駆動用電圧は、ＦＥＴ駆動用電源５１の出力電圧を示している。
通電パターンＴＰ３ａへ切り替わった後、数百μｓｅｃ以上の期間、逆起電圧（負電圧）が発生する。発生時間の数百μｓｅｃとは、１００〜８００μｓｅｃ程度の期間であり、通電パターンＴＰ３ａの期間を示す。
通電パターンＴＰ２ａのときのモータラインの端子電圧から通電パターンＴＰ３ａのときのモータラインの端子電圧への変化した電位差が、例えば−０．５Ｖ以下となることにより、ＦＥＴ駆動用電源５１から想定外の電流が流出してしまう。この結果、ＦＥＴ駆動用電源５１の電源供給能力を超え、ＦＥＴ駆動用電圧が電圧低下（ドロップ）してしまう。このＦＥＴ駆動電圧が不足した状態で、ドライバ回路５２のバッファがスイッチング素子３８ａを駆動すると、スイッチング素子３８ａを駆動する制御回路４５ａが正常な電源電圧が与えられないためスイッチング素子３８ａの駆動に際して誤動作をして、最悪の場合、スイッチング素子３８ａが故障に至ってしまうという事態が生じる。
このようなＦＥＴ駆動用電圧が電圧低下を起こす期間は、図５において○印で囲んだように、スイッチング素子３８ｃ、３８ｆが通電パターンＴＰ６ａに対応する期間の（ＯＮ、ＯＦＦ）である状態から、通電パターンＴＰ１ａに対応する期間の（ＯＦＦ、ＯＦＦ）の状態へ切り替わり、Ｗ相コイルが相開放期間となる期間である。また、上記に説明したように、スイッチング素子３８ａ、３８ｄが通電パターンＴＰ２ａに対応する期間の（ＯＮ、ＯＦＦ）である状態から、通電パターンＴＰ３ａに対応する期間の（ＯＦＦ、ＯＦＦ）の状態へ切り替わり、Ｕ相コイルが相開放期間となる期間である。また、スイッチング素子３８ｂ、３８ｅが通電パターンＴＰ４ａに対応する期間の（ＯＮ、ＯＦＦ）である状態から、通電パターンＴＰ５ａに対応する期間の（ＯＦＦ、ＯＦＦ）の状態へ切り替わり、Ｖ相コイルが相開放期間となる期間である。
そこで、このようなＦＥＴ駆動用電圧が電圧低下を起こす期間を短くするために、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置が必要となる。
なお、コイルの逆起電力により発生する電流を電源に回生させるための回生手段を設けたモータ駆動装置が、例えば特許文献１には記載されている。しかし、特許文献１に記載のモータ駆動装置では、入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えていない。
特開２００５−３０４２５５号公報
上記のように、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置が必要となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法を提供することである。
本発明の一態様は、複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、を有し、前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する、モータ駆動装置である。
また、本発明の一態様は、上述のモータ駆動装置であって、前記中間のデューティ比は５０％であり、前記最大のデューティ比は、前記中間のデューティ比に、外部から入力される指示デューティ比の半分のデューティ比を加算したデューティ比であり、前記最小のデューティ比は、前記中間のデューティ比から、前記指示デューティ比の半分のデューティ比を減算したデューティ比である。
また、本発明の一態様は、上述のモータ駆動装置であって、前記中間のデューティ比は外部から入力される指示デューティ比の５０％であり、前記最大のデューティ比は、前記指示デューティ比であり、前記最小のデューティ比は、０％である。
本発明の一態様は、複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、を有するモータ駆動装置の制御方法であって、前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する、モータ駆動装置の制御方法である。
以上説明したように、本発明によれば、モータ駆動装置における素子制御部が、各コイルが相開放期間となる期間を短くするので、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法を提供することができる。
本発明のモータ駆動装置の制御系統を示すブロック図である。 本発明の１２０°矩形波駆動における転流パターンを示す図である。 本発明によるブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間の抑制を説明するための図である。 モータ駆動装置の制御系統を示すブロック図である。 １２０°矩形波駆動における転流パターンを示す図である。 モータの入力端子に負電圧が発生したときに生じる問題点を説明するための図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
実施形態におけるモータ駆動装置は、複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、を有し、前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。
以下、実施形態におけるモータ駆動装置を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明のモータ駆動装置の制御系統を示すブロック図である。なお、図１において、図４と同一の箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。モータ駆動装置３７は、図１に示すように、制御回路４５と、検出センサ４１〜４３と、正極側のスイッチング素子３８ａと外部電源４０の負極に接続される負極側のスイッチング素子３８ｄとが直列に接続された直列回路３８Ｕ等を含むインバータ回路３８と、を含んで構成されている。制御回路４５は、制御部５０（素子制御部）と、ＦＥＴ駆動用電源５１と、ドライバ回路５２と、を含んで構成されている。
制御部５０は、検出センサ４１〜４３の出力信号の組合せ（ホールステージ番号）に基づいて、制御回路４５が有するＲＯＭに記憶されたホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、この通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。ドライバ回路５２は、制御部５０から入力されるＰＷＭ指令信号に基づいて、スイッチング素子３８ａ〜３８ｆのゲート端子を別々に制御する駆動信号を出力する。
モータ駆動装置３７が有する検出センサ４１〜４３は、例えば、ホールＩＣで構成され、回転子が回転すると回転子の回転位置（回転位相）を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する出力信号として、個別に制御部５０に出力する。制御部５０は、検出センサ４１〜４３から入力される出力信号に基づいて、ホールステージ番号を認識し、ホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、所定の回転位相だけ（例えば電気角３０°）シフトした後、読み出した通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。
これにより、スイッチング素子３８ａ〜３８ｆは、ＰＷＭ制御により駆動されて各通電パターンに対応する期間において、それぞれが断続的にオン・オフされる。
図２は、本発明の１２０°矩形波駆動における転流パターンを示す図である。
図２に示すように、電気角０°において、検出センサ４１〜４３の出力信号が、（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ６から、（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ１に切り替わった場合、電気角３０°に、通電パターンはＴＰ６からＴＰ１に切り替わる。
ここで、通電パターンＴＰ１に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄとのうち、正極側のスイッチング素子３８ａがハイデューティ比（最大のデューティ比）でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号（駆動信号）により駆動される。ここで、デューティ比とは、ドライバ回路５２が出力するＰＷＭ信号の周期に対するオン期間の比率で定義される。負極側のスイッチング素子３８ｄは、正極側のスイッチング素子３８ａに入力されるＰＷＭ信号とは逆相のＰＷＭ信号が入力される。そこで、対をなすスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比は、正極側と負極側とでは異なるが、本実施形態においては、正極側のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比を、対をなすスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比という。
すなわち、通電パターンＴＰ１に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、ハイデューティ比（最大のデューティ比）でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号（駆動信号）により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてハイレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ１に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、ローデューティ比（最小のデューティ比）でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてローレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ１に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されて端子２４のハイレベルと端子２５のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｗ相コイルは、従来のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
ここで、本実施形態において、中間のデューティ比は５０％である。また、ハイデューティ比は、中間のデューティ比に、外部から入力される指示デューティ比の半分のデューティ比を加算したデューティ比である。また、ローデューティ比は、中間のデューティ比から、指示デューティ比の半分のデューティ比を減算したデューティ比である。なお、指示デューティ比は、予めユーザーにより制御回路４５が有するＲＯＭに記憶される構成としておけばよい。
次に、電気角６０°において、検出センサ４１〜４３の出力信号が、（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ１から、（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ２に切り替わった場合、電気角９０°に、通電パターンはＴＰ１からＴＰ２に切り替わる。
通電パターンＴＰ２に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてハイレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ２に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてローレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ２に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されて端子２４のハイレベルと端子２６のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｖ相コイルは、従来のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
次に、電気角１２０°において、検出センサ４１〜４３の出力信号が、（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ２から、（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ３に切り替わった場合、電気角１５０°に、通電パターンはＴＰ２からＴＰ３に切り替わる。
通電パターンＴＰ３に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてハイレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ３に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてローレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ３に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されて端子２５のハイレベルと端子２６のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｕ相コイルは、従来のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
次に、電気角１８０°において、検出センサ４１〜４３の出力信号が、（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ３から、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ４に切り替わった場合、電気角２１０°に、通電パターンはＴＰ３からＴＰ４に切り替わる。
通電パターンＴＰ４に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてハイレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ４に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてローレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ４に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されて端子２５のハイレベルと端子２４のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｗ相コイルは、従来のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
次に、電気角２４０°において、検出センサ４１〜４３の出力信号が、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ４から、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ５に切り替わった場合、電気角２７０°に、通電パターンはＴＰ４からＴＰ５に切り替わる。
通電パターンＴＰ５に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてハイレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ５に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてローレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ５に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されて端子２６のハイレベルと端子２４のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｖ相コイルは、従来のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
次に、電気角３００°において、検出センサ４１〜４３の出力信号が、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ５から、（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ６に切り替わった場合、電気角３３０°に、通電パターンはＴＰ５からＴＰ６に切り替わる。
通電パターンＴＰ６に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてハイレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ６に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてローレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にあることになる。
また、通電パターンＴＰ６に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されて端子２６のハイレベルと端子２５のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｕ相コイルは、従来のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
以上の構成により、モータ駆動装置３７は、モータ１８を構成するＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルに電流を供給し、１８０°矩形波駆動によりモータ１８の回転子を回転させる。
具体的には、モータ駆動装置３７における制御部５０は、検出センサ４１〜４３の出力信号の組合せ（ホールステージ番号）に基づいて、制御回路４５が有するＲＯＭに記憶されたホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、この通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。ドライバ回路５２は、制御部５０から入力されるＰＷＭ指令信号に基づいて、スイッチング素子３８ａ〜３８ｆのゲート端子を別々に制御する駆動信号を出力する。
モータ駆動装置３７が有する検出センサ４１〜４３は、例えば、ホールＩＣで構成され、回転子が回転すると回転子の回転位置を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する出力信号として、個別に制御部５０に出力する。制御部５０は、検出センサ４１〜４３から入力される出力信号に基づいて、ホールステージ番号を認識し、ホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、所定の回転位相だけ（例えば電気角３０°）シフトした後、読み出した通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。
スイッチング素子３８ａ〜３８ｆは、図２に示すように、ＰＷＭ制御により駆動されて各通電パターンに対応する期間において、それぞれが断続的にオン・オフされる。
図３は、本発明によるブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間の抑制を説明するための図である。
図３において、モータラインの端子電圧は、端子２４の電圧を示している。また、流出電流とは、ＦＥＴ駆動用電源５１からドライバ回路５２を構成するバッファ回路を介して端子２４に流れる電流を示している。また、ＦＥＴ駆動用電圧は、ＦＥＴ駆動用電源５１の出力電圧を示している。
通電パターンが、通電パターンＴＰ２から通電パターンＴＰ３へ切り替わった後、周期が５０μｓｅｃのＰＷＭ制御を行うことにより、逆起電圧（負電圧）の発生期間を、対をなすスイッチング素子が（ＯＦＦ、ＯＦＦ）となる期間（ＰＷＭ制御信号のデッドタイム）の３μｓｅｃ程度に抑制することができる。この３μｓｅｃの期間、通電パターンＴＰ２のときのモータラインの端子電圧から通電パターンＴＰ３のときのモータラインの端子電圧への変化した電位差が、例えば−０．５Ｖ以下となることにより、ＦＥＴ駆動用電源５１から電流が流出するが、従来のように、ＦＥＴ駆動電圧が不足することはなく、スイッチング素子３８ａを駆動する制御回路４５が誤動作をすることはない。
すなわち、本発明によれば、従来の各相が相開放期間となる期間（図５参照）を通電期間（図２参照）にすることにより、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置を提供できる。
上述したように、本実施形態のモータ駆動装置３７は、モータ１８が有する複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子（スイッチング素子３８ａ〜３８ｆ）と、前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサ（検出センサ４１、４２、４３）と、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部（制御部５０）と、を有している。また、前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。
本発明によれば、逆起電圧（負電圧）発生時間を短縮でき、流出電流を小さくでき、制御回路４５（マイコン）の誤動作を防止できる。例えば、従来の負電圧耐性のある専用ＩＣ（ＩＰＤ）を搭載していないマイコンでもブラシレスモータの駆動が可能となる。
また、従来の１２０°矩形波通電ではフリーとなるタイミング（相開放期間）でもＰＷＭ出力することで、結果１８０°通電となり、転流時の電流波形が滑らかになることで駆動音が静かになる効果が期待できる。
上述した実施形態におけるモータ駆動装置３７をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、実施の形態では、中間のデューティ比を５０％とする一例について説明した。しかし、中間のデューティ比を外部から入力される指示デューティ比の５０％とし、最大のデューティ比を指示デューティ比とし、最小のデューティ比を０％としてもよい。どちらのデューティ比としても、同様の効果が期待できる。
１８ モータ
２４，２５，２６ 端子
３７，３７ａ モータ駆動装置
３８ インバータ回路
３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ 直列回路
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ スイッチング素子
４０ 外部電源
４１，４２，４３ 検出センサ
４５，４５ａ 制御回路
５０，５０ａ 制御部
５１ ＦＥＴ駆動用電源
５２ ドライバ回路

Claims (4)

  1. 複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、
    前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、
    前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、
    前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、
    を有し、
    前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、
    前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、
    前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、
    前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する、
    モータ駆動装置。
  2. 前記中間のデューティ比は５０％であり、
    前記最大のデューティ比は、前記中間のデューティ比に、外部から入力される指示デューティ比の半分のデューティ比を加算したデューティ比であり、
    前記最小のデューティ比は、前記中間のデューティ比から、前記指示デューティ比の半分のデューティ比を減算したデューティ比である、
    請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記中間のデューティ比は外部から入力される指示デューティ比の５０％であり、
    前記最大のデューティ比は、前記指示デューティ比であり、
    前記最小のデューティ比は、０％である、
    請求項１に記載のモータ駆動装置。
  4. 複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、
    前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、
    前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、
    前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、
    を有するモータ駆動装置の制御方法であって、
    前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、
    前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、
    前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、
    前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する、
    モータ駆動装置の制御方法。
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