JP2017131076A - モータ駆動装置、モータ駆動システム、搬送装置、及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】コイル電流歪みを精度良く補正する。【解決手段】ブラシレスモータ301のコイル端子313に接続され、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とを有するブリッジ回路302と、コイル端子に印加する端子電圧指令値と搬送波とに基づいて、パルス幅変調PWM信号を生成するパルス幅変調PWM部303と、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル端子の電圧が所定レベルより大きいか否かを判定して、電圧判定信号を生成する端子電圧判定304と、パルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理又は第2のゲート信号生成論理に従って、上側アームのスイッチング素子をオンオフする上側ゲート信号を生成すると伴に、下側アームのスイッチング素子をオンオフする下側ゲート信号を生成するゲート信号生成部305と、を備える。【選択図】図2
Description
本発明は、モータ駆動装置、モータ駆動システム、搬送装置、及び画像形成装置に関する。
従来、モータ駆動装置としては、ブラシレスモータを回転駆動するために、モータのコイル端子にパルス幅変調(PWM:Pulse Wide Modulation)した電圧を印加するものが知られている。
従来のモータ駆動装置にあっては、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にONすることに起因して、電源と接地GNDとの間が短絡することを防止する目的で短絡防止期間(デッドタイム)tdが設けられている。
短絡防止期間では、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にOFF期間になる。
ここで、図17を参照して、短絡防止期間におけるコイル電流ixの方向に対する、ブリッジ回路内の電流経路、及び端子電圧Vxについて説明する。
コイル電流ixが正のときは、電流は接地から下側アームのダイオード326Lを通ってコイル312へ流れる。このとき、端子電圧VxはGNDレベルになる。
一方、コイル電流ixが負のときは、コイル312から上側アームのダイオード326Hを通って電源へ流れる。このとき、端子電圧VxはVccレベルになる。
つまり、同じ電圧指令値に基づいて生成された同一のゲート信号であっても、コイル電流ixの方向により端子電圧Vxに差異が生じる現象が発生する。
この現象は、上記電圧指令と実際の端子電圧の誤差の原因となり、さらにコイル電流の歪みの原因となり、この結果としてモータの回転変動の原因となるという課題があることが知られている。
なお、ゲート信号のON/OFF状態(State)がHon、及びLonのときは、電流方向による端子電圧の差異は生じないため、考慮する必要はない。
この課題に対して、例えば特許文献1には、コイル電流値を検出して、その値から検出したコイル電流の向きに応じて、上記上側アームのスイッチング素子、及び下側アームのスイッチング素子を駆動するための駆動論理、つまりゲート信号の生成方法を切り替えることにより、上記コイル電流の歪みを補正するという技術が開示されている。
特許文献1にあっては、ゲート信号生成論理を切り替える判定において、コイル電流の値を検出する第1の手法と、コイル電流の方向のみを検出する第2の手法を用いている。
従来のモータ駆動装置にあっては、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にONすることに起因して、電源と接地GNDとの間が短絡することを防止する目的で短絡防止期間(デッドタイム)tdが設けられている。
短絡防止期間では、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にOFF期間になる。
ここで、図17を参照して、短絡防止期間におけるコイル電流ixの方向に対する、ブリッジ回路内の電流経路、及び端子電圧Vxについて説明する。
コイル電流ixが正のときは、電流は接地から下側アームのダイオード326Lを通ってコイル312へ流れる。このとき、端子電圧VxはGNDレベルになる。
一方、コイル電流ixが負のときは、コイル312から上側アームのダイオード326Hを通って電源へ流れる。このとき、端子電圧VxはVccレベルになる。
つまり、同じ電圧指令値に基づいて生成された同一のゲート信号であっても、コイル電流ixの方向により端子電圧Vxに差異が生じる現象が発生する。
この現象は、上記電圧指令と実際の端子電圧の誤差の原因となり、さらにコイル電流の歪みの原因となり、この結果としてモータの回転変動の原因となるという課題があることが知られている。
なお、ゲート信号のON/OFF状態(State)がHon、及びLonのときは、電流方向による端子電圧の差異は生じないため、考慮する必要はない。
この課題に対して、例えば特許文献1には、コイル電流値を検出して、その値から検出したコイル電流の向きに応じて、上記上側アームのスイッチング素子、及び下側アームのスイッチング素子を駆動するための駆動論理、つまりゲート信号の生成方法を切り替えることにより、上記コイル電流の歪みを補正するという技術が開示されている。
特許文献1にあっては、ゲート信号生成論理を切り替える判定において、コイル電流の値を検出する第1の手法と、コイル電流の方向のみを検出する第2の手法を用いている。
しかしながら、上記第1の手法では、一般にアナログデジタル変換器を用いるが、サンプリングの間隔や変換時間が長く、実際のコイル電流の方向が切り替わってから、モータ駆動装置が検知するまで大きな遅延が生じるといった問題があった。
一方、上記第2の手法では、例えばコイルと直列に挿入したシャント抵抗と、その両端の電圧差の正負を検出するコンパレータにより構成されるが、コンパレータのオフセットずれや、スイッチング素子の動作等に起因する電流ノイズの影響により、コイル電流に係る方向変化のタイミングを精度良く検出することができないといった問題があった。
第1の手法及び第1の手法の何れも、コイル電流に係る方向変化のタイミング検出に遅れや、精度の悪化の可能性があり、その結果として、補正の精度が悪化するといった問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、ブリッジ回路に設けられた上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル電流歪みを精度良く補正することにある。
一方、上記第2の手法では、例えばコイルと直列に挿入したシャント抵抗と、その両端の電圧差の正負を検出するコンパレータにより構成されるが、コンパレータのオフセットずれや、スイッチング素子の動作等に起因する電流ノイズの影響により、コイル電流に係る方向変化のタイミングを精度良く検出することができないといった問題があった。
第1の手法及び第1の手法の何れも、コイル電流に係る方向変化のタイミング検出に遅れや、精度の悪化の可能性があり、その結果として、補正の精度が悪化するといった問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、ブリッジ回路に設けられた上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル電流歪みを精度良く補正することにある。
請求項1記載の発明は、上記課題を解決するため、モータのコイル端子に接続され、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とを有するブリッジ回路と、 前記コイル端子に印加する端子電圧指令値と搬送波とに基づいて、パルス幅変調PWM信号を生成するパルス幅変調PWM手段と、前記上側アームのスイッチング素子と前記下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、前記コイル端子の電圧が所定レベルより大きいか否かを判定して、電圧判定信号を生成する端子電圧判定手段と、前記パルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理、又は前記第1のゲート信号生成論理と異なる第2のゲート信号生成論理に従って、前記上側アームのスイッチング素子をオンオフする上側ゲート信号を生成するとともに、前記下側アームのスイッチング素子をオンオフする下側ゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、を備え、前記ゲート信号生成手段は、前記電圧判定信号が表す電圧判定結果に応じて、前記第1のゲート信号生成論理と前記第2のゲート信号生成論理との何れか一方を選択して使用することを特徴とする。
本態様によれば、モータ駆動装置のブリッジ回路に設けられた上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
本発明は、ブリッジ回路に設けられた上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル電流の波形に歪みが生じるコイル電流歪みを精度良く補正するために、以下の構成を有する。
すなわち、本発明のモータ駆動装置は、モータのコイル端子に接続され、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とを有するブリッジ回路と、コイル端子に印加する端子電圧指令値と搬送波とに基づいて、パルス幅変調PWM信号を生成するパルス幅変調PWM手段と、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル端子の電圧が所定レベルより大きいか否かを判定して、電圧判定信号を生成する端子電圧判定手段と、パルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理、又は第1のゲート信号生成論理と異なる第2のゲート信号生成論理に従って、上側アームのスイッチング素子をオンオフする上側ゲート信号を生成すると伴に、下側アームのスイッチング素子をオンオフする下側ゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、を備え、ゲート信号生成手段は、電圧判定信号が表す電圧判定結果に応じて、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理との何れか一方を選択して使用することを特徴とする。
以上の構成を備えることにより、モータ駆動装置のブリッジ回路に設けられた上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
上記の本発明の特徴に関して、以下、図面を用いて詳細に説明する。
本発明は、ブリッジ回路に設けられた上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル電流の波形に歪みが生じるコイル電流歪みを精度良く補正するために、以下の構成を有する。
すなわち、本発明のモータ駆動装置は、モータのコイル端子に接続され、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とを有するブリッジ回路と、コイル端子に印加する端子電圧指令値と搬送波とに基づいて、パルス幅変調PWM信号を生成するパルス幅変調PWM手段と、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル端子の電圧が所定レベルより大きいか否かを判定して、電圧判定信号を生成する端子電圧判定手段と、パルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理、又は第1のゲート信号生成論理と異なる第2のゲート信号生成論理に従って、上側アームのスイッチング素子をオンオフする上側ゲート信号を生成すると伴に、下側アームのスイッチング素子をオンオフする下側ゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、を備え、ゲート信号生成手段は、電圧判定信号が表す電圧判定結果に応じて、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理との何れか一方を選択して使用することを特徴とする。
以上の構成を備えることにより、モータ駆動装置のブリッジ回路に設けられた上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
上記の本発明の特徴に関して、以下、図面を用いて詳細に説明する。
<画像形成装置の構成>
図1は、第1の実施形態に係る画像形成装置200の概略構成を例示する図である。
図1に示すように、画像形成装置200は、自動原稿送り装置(ADF)140、画像読取部130、画像形成部110、書き込みユニット120、給紙ユニット150を有する。
ADF140は、原稿給紙台上に積載された原稿を、一枚ずつ画像読取部130のコンタクトガラス11上に搬送し、画像データが読み取られた後に排紙トレイ上に排出する。
画像読取部130は、原稿が載置されるコンタクトガラス11、露光ランプ41、第1ミラー42、第2ミラー43、第3ミラー44、レンズ45、CCD46を有する。露光ランプ41、第1ミラー42、第2ミラー43及び第3ミラー44は、一定速度で移動しながら原稿を走査し、原稿からの反射光がレンズ45を介してCCD46の受光面に結像されて光電変換される。
図1は、第1の実施形態に係る画像形成装置200の概略構成を例示する図である。
図1に示すように、画像形成装置200は、自動原稿送り装置(ADF)140、画像読取部130、画像形成部110、書き込みユニット120、給紙ユニット150を有する。
ADF140は、原稿給紙台上に積載された原稿を、一枚ずつ画像読取部130のコンタクトガラス11上に搬送し、画像データが読み取られた後に排紙トレイ上に排出する。
画像読取部130は、原稿が載置されるコンタクトガラス11、露光ランプ41、第1ミラー42、第2ミラー43、第3ミラー44、レンズ45、CCD46を有する。露光ランプ41、第1ミラー42、第2ミラー43及び第3ミラー44は、一定速度で移動しながら原稿を走査し、原稿からの反射光がレンズ45を介してCCD46の受光面に結像されて光電変換される。
CCD46によって光電変換された画像データは、画像処理回路でA/D変換された後に画像処理回路によって各種の画像処理(γ補正、色変換、画像分離、階調補正等)が施される。
書き込みユニット120は、それぞれイエロー(y)、マゼンタ(m)、シアン(c)、ブラック(k)の静電潜像を形成する露光装置47y、47m、47c、47kを有する。ユーザが原稿画像の複写を指示した場合や、プリンタとして画像の印刷を指示した場合には、書き込みユニット120が色毎に感光ドラムに画像に対応する静電潜像を形成する。
書き込みユニット120は、それぞれイエロー(y)、マゼンタ(m)、シアン(c)、ブラック(k)の静電潜像を形成する露光装置47y、47m、47c、47kを有する。ユーザが原稿画像の複写を指示した場合や、プリンタとして画像の印刷を指示した場合には、書き込みユニット120が色毎に感光ドラムに画像に対応する静電潜像を形成する。
画像形成装置200には、各色のトナー画像が形成される4つの感光体ユニット13y、13m、13c、13kが、中間転写ベルト14の搬送方向に沿って並設されている。各感光体ユニット13y、13m、13c、13kには、感光体ドラム27y、27m、27c、27kと、帯電装置48y、48m、48c、48k、現像装置16y、16m、16c、16k、クリーニング装置49y、49m、49c、49kがそれぞれ設けられている。以下では、色を表す符号y、m、c、kを省略して説明する。
書き込みユニット120の露光装置47は、例えば発光ダイオード(LED)アレイとレンズアレイからなるLED書込み方式で露光する。露光装置47は、各色に光電変換された画像データに応じてLEDを発光して感光体ドラム27上に静電潜像を形成する。
書き込みユニット120の露光装置47は、例えば発光ダイオード(LED)アレイとレンズアレイからなるLED書込み方式で露光する。露光装置47は、各色に光電変換された画像データに応じてLEDを発光して感光体ドラム27上に静電潜像を形成する。
現像装置16は、現像剤を担持して回転する現像ローラが、感光体ドラム27上に形成された静電潜像にトナーを供給し、各色のトナー像を形成する。
感光体ドラム27に形成された各色のトナー像は、感光体ドラム27と中間転写ベルト14とが接する一次転写位置で、中間転写ベルト14上に重ねて転写される。
感光体ドラム27に中間転写ベルト14を介して対向する位置には、中間転写ローラ26が設けられている。中間転写ローラ26は、それぞれ中間転写ベルト14の内周面に当接され、中間転写ベルト14を各感光体の表面に接触させる。中間転写ローラ26は、電圧が印加されることで、感光体ドラム27のトナー像を中間転写ベルト14に転写するための中間転写電界が形成される。中間転写電界により、中間転写ベルト14上にトナー画像が転写される。各色のトナー画像は重畳して転写され、フルカラートナー画像が中間転写ベルト14に形成される。
中間転写ベルト14上に形成されたトナー画像が二次転写ローラ18の位置に達するタイミングで、記録紙53が二次転写ローラ18と斥力ローラ17との間の二次転写位置50に到達するように給紙搬送され、トナー画像が記録紙53に二次転写される。
感光体ドラム27に形成された各色のトナー像は、感光体ドラム27と中間転写ベルト14とが接する一次転写位置で、中間転写ベルト14上に重ねて転写される。
感光体ドラム27に中間転写ベルト14を介して対向する位置には、中間転写ローラ26が設けられている。中間転写ローラ26は、それぞれ中間転写ベルト14の内周面に当接され、中間転写ベルト14を各感光体の表面に接触させる。中間転写ローラ26は、電圧が印加されることで、感光体ドラム27のトナー像を中間転写ベルト14に転写するための中間転写電界が形成される。中間転写電界により、中間転写ベルト14上にトナー画像が転写される。各色のトナー画像は重畳して転写され、フルカラートナー画像が中間転写ベルト14に形成される。
中間転写ベルト14上に形成されたトナー画像が二次転写ローラ18の位置に達するタイミングで、記録紙53が二次転写ローラ18と斥力ローラ17との間の二次転写位置50に到達するように給紙搬送され、トナー画像が記録紙53に二次転写される。
記録紙53は、第1トレイ22a、第2トレイ22b、第3トレイ22c、第4トレイ22dの何れかから給紙される。各給紙トレイ22a〜22dは、内部に収容された記録紙53を一番上から順次給紙する給紙ローラ28、給紙された記録紙53を個々に分離してから搬送路23に送り出す分離ローラ31、複数の搬送ローラ対29を有する。
搬送ローラ対29は、給紙トレイ22から搬送される記録紙53を後段の搬送ローラ対29、画像形成部110の給紙路32に向けて送り出す。給紙路32に送り込まれた記録紙53は、その先端がレジストセンサ51によって検出された後、レジストローラ33に突き当てられて一端停止する。レジストローラ33は、挟み込んだ記録紙53を所定のタイミングで二次転写位置50に送り込む。所定のタイミングは、中間転写ベルト14に形成されたフルカラートナー画像が二次転写位置50に搬送されるタイミングである。
搬送ローラ対29は、給紙トレイ22から搬送される記録紙53を後段の搬送ローラ対29、画像形成部110の給紙路32に向けて送り出す。給紙路32に送り込まれた記録紙53は、その先端がレジストセンサ51によって検出された後、レジストローラ33に突き当てられて一端停止する。レジストローラ33は、挟み込んだ記録紙53を所定のタイミングで二次転写位置50に送り込む。所定のタイミングは、中間転写ベルト14に形成されたフルカラートナー画像が二次転写位置50に搬送されるタイミングである。
記録紙53は、二次転写ローラ18と斥力ローラ17との間の二次転写位置50で、中間転写ベルト14上のフルカラートナー画像が転写され、搬送ベルト24によって定着装置19まで搬送される。
定着装置19は、加熱ローラ25、加圧ローラ12を有し、記録紙53を加熱及び加圧することで、フルカラートナー画像を記録紙53上に定着させる。定着装置19によりフルカラートナー画像が定着された記録紙53は、排紙トレイ21上に排出される。
定着装置19は、加熱ローラ25、加圧ローラ12を有し、記録紙53を加熱及び加圧することで、フルカラートナー画像を記録紙53上に定着させる。定着装置19によりフルカラートナー画像が定着された記録紙53は、排紙トレイ21上に排出される。
画像形成装置200では、例えば給紙ローラ28、搬送ローラ対29、感光体ドラム27等を駆動させるためにステッピングモータ(以下、「STM」という)が用いられており、これらのSTMがDCモータ(以下、「DCM」という)への置き換え対象となる。STMを置き換えるDCMとしては、例えばブラシ付きDCモータ、ブラシレスDCモータ等がある。
なお、画像形成装置200として、電子写真方式で画像を記録紙53に形成する画像形成装置を例示したが、インク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式等の他の画像形成方式で画像を形成する画像形成装置であっても良い。
なお、画像形成装置200として、電子写真方式で画像を記録紙53に形成する画像形成装置を例示したが、インク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式等の他の画像形成方式で画像を形成する画像形成装置であっても良い。
<第1実施形態>
図2を参照して、本発明の第1実施形態に係るモータ駆動装置300の構成について説明する。
モータ駆動装置300は、上述したDCMを駆動するための装置であり、DCMとしてブラシレスモータ301を搭載している。
ブラシレスモータ301は、U相、V相、W相の3相のコイル312を備え、それぞれがU相、V相、W相の各コイル端子313を介して後述するブリッジ回路302に接続される。
ブリッジ回路302は、図3に示すように、スイッチング素子325とダイオード26が並列に接続された上側アーム321と、同様に構成された下側アーム322が、直列に接続されたペアが、3相並列に接続されて構成される。
相ごとに上側アーム321と下側アーム322の接続点がコイル端子313に接続され、上側アーム321と下側アーム322の他端はそれぞれ電源Vccと接地GNDへ接続される。
各スイッチング素子325は、ゲート信号UH、VH、WH、UL、VL、WLによりON/OFF駆動され、ブラシレスモータ301のコイル端子313にパルス幅変調PWMされた電圧を印加して、3相のコイル312へコイル電流iu,iv,iw(コイル電流(U相、V相、W相))を供給し、ブラシレスモータ301を回転駆動する。
なお、UH、VH、WHはそれぞれゲート信号(U相、V相、W相 上側アーム)であり、UL、VL、WLはそれぞれゲート信号(U相、V相、W相 下側アーム)である。
図2を参照して、本発明の第1実施形態に係るモータ駆動装置300の構成について説明する。
モータ駆動装置300は、上述したDCMを駆動するための装置であり、DCMとしてブラシレスモータ301を搭載している。
ブラシレスモータ301は、U相、V相、W相の3相のコイル312を備え、それぞれがU相、V相、W相の各コイル端子313を介して後述するブリッジ回路302に接続される。
ブリッジ回路302は、図3に示すように、スイッチング素子325とダイオード26が並列に接続された上側アーム321と、同様に構成された下側アーム322が、直列に接続されたペアが、3相並列に接続されて構成される。
相ごとに上側アーム321と下側アーム322の接続点がコイル端子313に接続され、上側アーム321と下側アーム322の他端はそれぞれ電源Vccと接地GNDへ接続される。
各スイッチング素子325は、ゲート信号UH、VH、WH、UL、VL、WLによりON/OFF駆動され、ブラシレスモータ301のコイル端子313にパルス幅変調PWMされた電圧を印加して、3相のコイル312へコイル電流iu,iv,iw(コイル電流(U相、V相、W相))を供給し、ブラシレスモータ301を回転駆動する。
なお、UH、VH、WHはそれぞれゲート信号(U相、V相、W相 上側アーム)であり、UL、VL、WLはそれぞれゲート信号(U相、V相、W相 下側アーム)である。
なお、図5にU相を例として示すように、コイル端子313の電圧をVuとする。またコイルを流れる電流をiuとして、ブリッジ回路302からコイル312へ流れる方向を正とする。
なお、本実施形態におけるブリッジ回路302が、本発明におけるブリッジ回路を構成する。
なお、本実施形態におけるブリッジ回路302が、本発明におけるブリッジ回路を構成する。
PWM部303は、例えば図4に示すように、仮想0を振幅の中心として3相で互いに位相差を持った正弦波もしくは正弦波に近似した波形であり、各コイル端子に印加する電圧の指令値である、端子電圧指令値(Vu*、Vv*、Vw*)と、搬送波Vcを比較してパルス幅変調し、PWM信号(Upwm、Vpwm、Wpwm)を生成する。なお、Vu*、Vv*、Vw*はそれぞれ端子電圧指令値(U相、V相、W相)であり、Vu、Vv、Vwはそれぞれ端子電圧(U相、V相、W相)であり、Upwm、Vpwm、WpwmはそれぞれPWM信号(U相、V相、W相)である。
<パルス幅変調PWM部>
次に、図7を参照して、パルス幅変調PWM部303の動作について説明する。
ここでは、U相についてのみ説明するが、V相、W相についても同様に動作する。また、パルス幅変調PWM部303の動作は、図7と後述する図8で違いはない。
図7の2段目に示す搬送波Vcは、所定のPWM周期tpwmの三角波であり、接地GNDから電源電圧Vccまでの振幅を持つこととする。端子電圧指令値Vu*は、上記VccとGNDの中間の電圧を仮想0とする。
パルス幅変調PWM部303は、上記端子電圧指令値Vu*と搬送波Vcとを比較して、図7の3段目に示すPWM信号Upwmを生成する。
PWM信号Upwmの幅tonは数1(パルス幅変調におけるパルス幅の例を示す式)に示す通りであり、オフセット値Vofsは仮想0に相当する電圧である。
次に、図7を参照して、パルス幅変調PWM部303の動作について説明する。
ここでは、U相についてのみ説明するが、V相、W相についても同様に動作する。また、パルス幅変調PWM部303の動作は、図7と後述する図8で違いはない。
図7の2段目に示す搬送波Vcは、所定のPWM周期tpwmの三角波であり、接地GNDから電源電圧Vccまでの振幅を持つこととする。端子電圧指令値Vu*は、上記VccとGNDの中間の電圧を仮想0とする。
パルス幅変調PWM部303は、上記端子電圧指令値Vu*と搬送波Vcとを比較して、図7の3段目に示すPWM信号Upwmを生成する。
PWM信号Upwmの幅tonは数1(パルス幅変調におけるパルス幅の例を示す式)に示す通りであり、オフセット値Vofsは仮想0に相当する電圧である。
なお、端子電圧指令値Vu*の波形は、これに限るものではなく、例えば3相正弦波を2相変調した波形や空間ベクトル変調した波形であってもよい。
なお、本実施形態におけるパルス幅変調PWM部303が、本発明におけるパルス幅変調PWM手段を構成する。
なお、本実施形態におけるパルス幅変調PWM部303が、本発明におけるパルス幅変調PWM手段を構成する。
<端子電圧判定部>
図6を参照して、端子電圧判定部304の動作について説明する。
端子電圧判定部304は、各相のコイル端子313に接続され、分圧抵抗341uと、比較部342uを備え、相ごとにState(相毎のスイッチング素子のON/OFF状態)=Dead(上側のスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間)の期間のみ動作する。
分圧抵抗341uは、コイル端子313と接地GND間に挿入され、端子電圧Vuを分圧する。
比較部342uは、上記分圧された電圧値と閾値とを大小比較して、その結果を電圧判定信号vsuとして出力する。V相、W相についても同様に構成するが、その説明を省略する。
図6を参照して、端子電圧判定部304の動作について説明する。
端子電圧判定部304は、各相のコイル端子313に接続され、分圧抵抗341uと、比較部342uを備え、相ごとにState(相毎のスイッチング素子のON/OFF状態)=Dead(上側のスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間)の期間のみ動作する。
分圧抵抗341uは、コイル端子313と接地GND間に挿入され、端子電圧Vuを分圧する。
比較部342uは、上記分圧された電圧値と閾値とを大小比較して、その結果を電圧判定信号vsuとして出力する。V相、W相についても同様に構成するが、その説明を省略する。
電圧判定信号vsuは、数2(第1実施形態における電圧判定信号を示す式)に示すように、各相のコイル端子313ごとに端子電圧と閾値とを大小比較した結果であり、比較部342からHi/Loが電圧判定信号vsu、vsv、vswとして出力される。なお、vsu、vsv、vswはそれぞれ電圧判定信号(U相、V相、W相)である。
本実施形態において、上記閾値は電源電圧Vccの1/2を、端子電圧Vuと同様に分圧した値とするが、これに限るものではなく、電源電圧Vccから接地GNDの間の適切に設定した値であればよい。
以上の構成により、State=Deadの短絡防止期間のみであるが、端子電圧の変化をほぼ遅れなく電圧判定信号vsuに出力できる。また、端子電圧の値はおおよそ電源電圧Vccまたは接地GNDの2値であり、変化幅が大きくノイズにも強いため、端子電圧の変化タイミングを精度良く検出することができる。
なお、本実施形態における端子電圧判定部304が、本発明における端子電圧判定手段を構成し、本実施形態における閾値(Vcc/2)が、本発明における所定レベルに相当する。
以上の構成により、State=Deadの短絡防止期間のみであるが、端子電圧の変化をほぼ遅れなく電圧判定信号vsuに出力できる。また、端子電圧の値はおおよそ電源電圧Vccまたは接地GNDの2値であり、変化幅が大きくノイズにも強いため、端子電圧の変化タイミングを精度良く検出することができる。
なお、本実施形態における端子電圧判定部304が、本発明における端子電圧判定手段を構成し、本実施形態における閾値(Vcc/2)が、本発明における所定レベルに相当する。
<ゲート信号生成部>
ゲート信号生成部5は、PWM信号Upwm、及び電圧判定信号vsuに従って、スイッチング素子の短絡防止期間(デッドタイム)tdを挿入して、上記上側アーム321のゲートと上記下側アーム322のスイッチング素子325のゲート信号(UH、VH、WH、UL、VL、WL)を生成する。
ゲート信号生成部5は、PWM信号Upwm、及び電圧判定信号vsuに従って、スイッチング素子の短絡防止期間(デッドタイム)tdを挿入して、上記上側アーム321のゲートと上記下側アーム322のスイッチング素子325のゲート信号(UH、VH、WH、UL、VL、WL)を生成する。
次に、図7及び図8を参照して、ゲート信号生成部5の詳細な動作について説明する。なお、ここではU相のみを例として説明するが、他のV相、W相の動作も同様である。
<第1のゲート信号生成論理>
まず、図7を参照して、電圧判定信号vsu=Loのときの動作について説明する。
図7の4段目に示すように、PWM信号Upwmに対して、短絡防止期間の長さtdだけ遅らせた信号を、上側アーム321のスイッチング素子のゲート信号UHとして出力する。
また、図7の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりに同期して立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから上記短絡防止期間の長さtdの2倍の時間遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図7の7段目に示すように、上記PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Loのときのゲート信号生成部の動作であり、この動作を第1のゲート信号生成論理とする。
まず、図7を参照して、電圧判定信号vsu=Loのときの動作について説明する。
図7の4段目に示すように、PWM信号Upwmに対して、短絡防止期間の長さtdだけ遅らせた信号を、上側アーム321のスイッチング素子のゲート信号UHとして出力する。
また、図7の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりに同期して立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから上記短絡防止期間の長さtdの2倍の時間遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図7の7段目に示すように、上記PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Loのときのゲート信号生成部の動作であり、この動作を第1のゲート信号生成論理とする。
<第2のゲート信号生成論理>
次に、図8を参照して、電圧判定信号vsu=Hiのときの動作について説明する。
図8の4段目に示すように、上側アーム321のスイッチング素子のゲート信号UHは、OFFとする。
また、図8の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子325のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図8の7段目に示すように、PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
次に、図8を参照して、電圧判定信号vsu=Hiのときの動作について説明する。
図8の4段目に示すように、上側アーム321のスイッチング素子のゲート信号UHは、OFFとする。
また、図8の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子325のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図8の7段目に示すように、PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Hiのときのゲート信号生成部の動作であり、この動作を第2のゲート信号生成論理とする。
なお、本実施形態におけるゲート信号生成部5が、本発明におけるゲート信号生成手段を構成し、本実施形態における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理が、それぞれ本発明における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理を構成する。
なお、本実施形態におけるゲート信号生成部5が、本発明におけるゲート信号生成手段を構成し、本実施形態における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理が、それぞれ本発明における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理を構成する。
<本実施形態の効果>
ここで、図9及び図10を参照して、本実施形態の効果について説明する。
図9では、1PWM周期の途中でコイル電流iuの方向が負から正に変化した場合の動作を示す。
まず、図9に示す1PWM周期の初期は、コイル電流iuが負方向であり、電圧判定信号vsu=Hiである。このため、図8に示す第2のゲート信号生成論理の動作であり、上側アーム321のゲート信号UHはOFFであり、下側アームのゲート信号ULはPWM信号Upwmに基づいて立ち下がる。
次に、コイル電流iuが負から正に変化したとすると、図9の2段目に示すように、ほぼ遅れなく電圧判定信号vsuがHiからLoに変化する。
電圧判定信号vsuの変化により、PWM信号Upwmからゲート信号UH、ULの生成が、図7に示す第1のゲート信号生成論理に切り替わり、ゲート信号UHが立ち上がる。
ここで、図9及び図10を参照して、本実施形態の効果について説明する。
図9では、1PWM周期の途中でコイル電流iuの方向が負から正に変化した場合の動作を示す。
まず、図9に示す1PWM周期の初期は、コイル電流iuが負方向であり、電圧判定信号vsu=Hiである。このため、図8に示す第2のゲート信号生成論理の動作であり、上側アーム321のゲート信号UHはOFFであり、下側アームのゲート信号ULはPWM信号Upwmに基づいて立ち下がる。
次に、コイル電流iuが負から正に変化したとすると、図9の2段目に示すように、ほぼ遅れなく電圧判定信号vsuがHiからLoに変化する。
電圧判定信号vsuの変化により、PWM信号Upwmからゲート信号UH、ULの生成が、図7に示す第1のゲート信号生成論理に切り替わり、ゲート信号UHが立ち上がる。
これにより、図9の8段目に示すように、コイル電流iuの方向が変化しても端子電圧Vuは電源電圧Vccを維持することができるため、すばやく精度よく端子電圧を補正することができる。
なお、本実施形態における、1PWM周期内のゲート信号生成論理の切り替えが、本発明における搬送波の周期に非同期のタイミングでの切り替えに相当する。
コイル電流iuの方向が変化したときに、上記駆動論理の切り替えがない手法では、端子電圧VuはGNDになるため、端子電圧指令地Vu*と端子電圧Vuの誤差がさらに発生することになる。
一方、従来技術のように電流値を検出して電流方向を判断する手法では、アナログデジタル変換により、1PWM周期内の所定のタイミング、もしくは1PWM周期当たり最大20回程度の連続サンプリングにより電流値を取得する。このとき、図10に示すように、サンプリング間隔と変換時間が、検出遅延となるため、補正処理のタイミングが遅れ、精度良く補正をすることはできない。
なお、本実施形態における、1PWM周期内のゲート信号生成論理の切り替えが、本発明における搬送波の周期に非同期のタイミングでの切り替えに相当する。
コイル電流iuの方向が変化したときに、上記駆動論理の切り替えがない手法では、端子電圧VuはGNDになるため、端子電圧指令地Vu*と端子電圧Vuの誤差がさらに発生することになる。
一方、従来技術のように電流値を検出して電流方向を判断する手法では、アナログデジタル変換により、1PWM周期内の所定のタイミング、もしくは1PWM周期当たり最大20回程度の連続サンプリングにより電流値を取得する。このとき、図10に示すように、サンプリング間隔と変換時間が、検出遅延となるため、補正処理のタイミングが遅れ、精度良く補正をすることはできない。
以上のように、本実施形態のモータ駆動装置300は、ブリッジ回路の上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、端子電圧の変化を直ちに精度良く検出して、端子電圧の変化に応じて、実際の端子電圧が端子電圧指令値との誤差を補償するように、ゲート素子駆動論理をPWM周期の途中でも切り替えるように構成したので、短絡防止期間において、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、第1のゲート信号生成論理は、短絡防止期間において、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが相補的にオンオフするようにゲート信号を生成し、第2のゲート信号生成論理は、下側アーム322のスイッチング素子のみを駆動するゲート信号を生成するので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、搬送波(Vc)の周期に非同期のタイミングで、電圧判定信号の変化に従って、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理とを切り替えるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、端子電圧判定部304は、所定レベルにおいてヒステリシス(Vhys)特性を有するので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、モータ駆動装置300がブラシレスモータ301を駆動することができる。
また、端子電圧判定部304は、所定レベルにおいてヒステリシス(Vhys)特性を有するので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、モータ駆動装置300がブラシレスモータ301を駆動することができる。
さらに、画像形成装置に備えられているブラシレスモータ301に対して、モータ駆動装置300を用いて駆動することができるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係るモータ駆動装置300について説明する。
なお、モータ駆動装置300に備えたブラシレスモータ301、ブリッジ回路302、及びパルス幅変調PWM部303は、第1実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
本発明の第2実施形態に係るモータ駆動装置300について説明する。
なお、モータ駆動装置300に備えたブラシレスモータ301、ブリッジ回路302、及びパルス幅変調PWM部303は、第1実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
<端子電圧判定部>
端子電圧判定部304は、各相のコイル端子313に接続され、分圧抵抗341uと、比較部342uを備え、相ごとにState=Deadの短絡防止期間のみ動作する。分圧抵抗341uは、第1実施形態と同様である。
比較部342uは、上記分圧された電圧値と閾値とを大小比較して、結果を電圧判定信号vsuとして出力する。V相、W相についても同様に構成するので、その説明を省略する。
端子電圧判定部304は、各相のコイル端子313に接続され、分圧抵抗341uと、比較部342uを備え、相ごとにState=Deadの短絡防止期間のみ動作する。分圧抵抗341uは、第1実施形態と同様である。
比較部342uは、上記分圧された電圧値と閾値とを大小比較して、結果を電圧判定信号vsuとして出力する。V相、W相についても同様に構成するので、その説明を省略する。
<ヒステリシス>
電圧判定信号vsuは、図13に示すように、端子電圧Vuが閾値V2より大きくなるとLoからHiへ変化し、端子電圧Vuが閾値V1より小さくなるとHiからLoへ変化する。
このとき、2つの閾値V1、V2は、V1<V2の大小関係にあり、閾値V1とV2は、所定のヒステリシス幅Vhysを用いて、例えば数3(第2実施形態における閾値を示す式)に示す値とする。
電圧判定信号vsuは、図13に示すように、端子電圧Vuが閾値V2より大きくなるとLoからHiへ変化し、端子電圧Vuが閾値V1より小さくなるとHiからLoへ変化する。
このとき、2つの閾値V1、V2は、V1<V2の大小関係にあり、閾値V1とV2は、所定のヒステリシス幅Vhysを用いて、例えば数3(第2実施形態における閾値を示す式)に示す値とする。
また、State=Deadの短絡防止期間のみ動作して、短絡防止期間Deadの最後で、電圧判定信号vsuの値をラッチして、次の短絡防止期間Deadまで保持する。
このように、上記閾値にヒステリシス特性を設けることにより、端子電圧Vuの判定において、スイッチング素子325のON/OFF切り替え等によるノイズによる、端子電圧の変化タイミングの誤検出を防止することができる。
なお、本実施形態における端子電圧判定部304が本発明の端子電圧判定手段を構成し、本実施形態における閾値V1、及びV2が本発明における所定レベルに相当する。
ゲート信号生成部5は、PWM信号Upwm、及び電圧判定信号vsuに従って、スイッチング素子の短絡防止期間(デッドタイム)を挿入して、上記上側アーム321のゲートと上記下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号(UH、VH、WH、UL、VL、WL)を生成する。
なお、本実施形態における端子電圧判定部304が本発明の端子電圧判定手段を構成し、本実施形態における閾値V1、及びV2が本発明における所定レベルに相当する。
ゲート信号生成部5は、PWM信号Upwm、及び電圧判定信号vsuに従って、スイッチング素子の短絡防止期間(デッドタイム)を挿入して、上記上側アーム321のゲートと上記下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号(UH、VH、WH、UL、VL、WL)を生成する。
<ゲート信号生成部>
次に、図11及び図12を参照して、ゲート信号生成部305の詳細な動作について説明する。なお、U相のみを例として説明するが、他のV相、W相の動作も同様であるので、その説明を省略する。
次に、図11及び図12を参照して、ゲート信号生成部305の詳細な動作について説明する。なお、U相のみを例として説明するが、他のV相、W相の動作も同様であるので、その説明を省略する。
<第1のゲート信号生成論理>
まず、電圧判定信号vsu=Loのときの動作を、図11を用いて説明する。
図11の4段目に示すように、PWM信号Upwmに対して、短絡防止期間の長さtdの2倍2*tdだけ遅れた信号を、上側アーム321のスイッチング素子325のゲート信号UHとして出力する。
また、図11の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから上記短絡防止期間の長さtdの3倍3*tdだけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図11の7段目に示すように、上記PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Loのときのゲート信号生成部5の動作であり、この動作を第1のゲート信号生成論理とする。
まず、電圧判定信号vsu=Loのときの動作を、図11を用いて説明する。
図11の4段目に示すように、PWM信号Upwmに対して、短絡防止期間の長さtdの2倍2*tdだけ遅れた信号を、上側アーム321のスイッチング素子325のゲート信号UHとして出力する。
また、図11の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから上記短絡防止期間の長さtdの3倍3*tdだけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図11の7段目に示すように、上記PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Loのときのゲート信号生成部5の動作であり、この動作を第1のゲート信号生成論理とする。
<第2のゲート信号生成論理>
次に、図12を参照して、電圧判定信号vsu=Hiのときの動作について説明する。
図12の4段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから、短絡防止期間の長さtdの2倍2*tdだけ遅れて立ち上がり、PWM信号Upwmの立下りに同期して立ち下がる信号を、上側アーム321のスイッチング素子325のゲート信号UHとして出力する。
次に、図12を参照して、電圧判定信号vsu=Hiのときの動作について説明する。
図12の4段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから、短絡防止期間の長さtdの2倍2*tdだけ遅れて立ち上がり、PWM信号Upwmの立下りに同期して立ち下がる信号を、上側アーム321のスイッチング素子325のゲート信号UHとして出力する。
また、図12の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子325のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図12の7段目に示すように、PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Hiのときのゲート信号生成部5の動作であり、この動作を第2のゲート信号生成論理とする。
このとき、図12の7段目に示すように、PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Hiのときのゲート信号生成部5の動作であり、この動作を第2のゲート信号生成論理とする。
以上のように、1つのPWM周期において、PWM信号Upwmの立ち上がりに応じて変化する、ゲート信号UHの立ち上がり、及びULの立下りまでは、ゲート信号生成部5は電圧判定信号vsuの値によらず同じ動作である。
つまり、上記第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理は同じである。一方で、PWM信号Upwmの立ち下がりに応じて変化する、ゲート信号UHの立ち下がり、及びULの立ち上がりは、短絡防止期間Deadの最後でラッチした電圧判定信号vsuの値により変化する。つまり第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理は異なる。
なお、本実施形態におけるゲート信号生成部5が、本発明におけるゲート信号生成手段を構成し、本実施形態における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理が、それぞれ本発明における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理に相当する。
つまり、上記第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理は同じである。一方で、PWM信号Upwmの立ち下がりに応じて変化する、ゲート信号UHの立ち下がり、及びULの立ち上がりは、短絡防止期間Deadの最後でラッチした電圧判定信号vsuの値により変化する。つまり第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理は異なる。
なお、本実施形態におけるゲート信号生成部5が、本発明におけるゲート信号生成手段を構成し、本実施形態における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理が、それぞれ本発明における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理に相当する。
以上のように、本実施形態のモータ駆動装置300は、ブリッジ回路の上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、端子電圧の変化についてヒステリシスを設けて精度良く検出して、その変化に応じて、実際の端子電圧が端子電圧指令値との誤差を補償するよう、ゲート素子駆動論理を切り替えるよう構成したので、短絡防止期間において、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、第1のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号が、第2のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号に対して、搬送波(Vc)の1周期当たりのスイッチング素子をオンする時間が所定幅だけ長いこととするので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さであるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さであるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係るモータ駆動装置300について説明する。
なお、モータ駆動装置300に備えたブラシレスモータ301、ブリッジ回路302、パルス幅変調PWM部303は、第1実施形態と同様であり、端子電圧判定部304は、第2実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
本発明の第3実施形態に係るモータ駆動装置300について説明する。
なお、モータ駆動装置300に備えたブラシレスモータ301、ブリッジ回路302、パルス幅変調PWM部303は、第1実施形態と同様であり、端子電圧判定部304は、第2実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
ここで、図14を参照して、ダイオードの順方向電圧Vfと端子電圧Vuについて説明する。
ダイオード26には順方向電圧Vfという特性があり、所定の電圧降下が生じる。この値は材質や構造により決まっている一定の値である。
短絡防止期間Deadのとき、ブリッジ回路302内の電流経路は、スイッチング素子325ではなく、ダイオード26を通るため、ダイオード26の順方向電圧Vfも考慮すると、短絡防止期間Deadにおけるコイル電流方向と端子電圧Vuは図14、及び数4(ダイオード順方向電圧を考慮した場合の短絡防止期間Deadの端子電圧を示す式)に示す通りである。
ダイオード26には順方向電圧Vfという特性があり、所定の電圧降下が生じる。この値は材質や構造により決まっている一定の値である。
短絡防止期間Deadのとき、ブリッジ回路302内の電流経路は、スイッチング素子325ではなく、ダイオード26を通るため、ダイオード26の順方向電圧Vfも考慮すると、短絡防止期間Deadにおけるコイル電流方向と端子電圧Vuは図14、及び数4(ダイオード順方向電圧を考慮した場合の短絡防止期間Deadの端子電圧を示す式)に示す通りである。
短絡防止期間の長さtdにおいて、順方向電圧Vfにより生じる誤差を電圧値Vccのパルス幅で補償する場合のパルス幅tf(ダイオードの順方向電圧の補償幅の長さ)は数5(ダイオード順方向電圧を補償するパルス幅を示す式)に示す通りである。
<ゲート信号生成部>
以下、順方向電圧Vfを考慮して端子電圧Vuを補正する、デート信号生成部5について説明する。
ゲート信号生成部5は、PWM信号Upwm、及び電圧判定信号vsuに従って、スイッチング素子の短絡防止期間(デッドタイム)を挿入して、上記上側アーム321のゲートと上記下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号(UH、VH、WH、UL、VL、WL)を生成する。
以下、順方向電圧Vfを考慮して端子電圧Vuを補正する、デート信号生成部5について説明する。
ゲート信号生成部5は、PWM信号Upwm、及び電圧判定信号vsuに従って、スイッチング素子の短絡防止期間(デッドタイム)を挿入して、上記上側アーム321のゲートと上記下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号(UH、VH、WH、UL、VL、WL)を生成する。
次に、図15、及び図16を参照して、ゲート信号生成部305の詳細な動作について説明する。なお、U相のみを例として説明するが、他のV相、W相の動作も同様であるので、その説明を省略する。
<第1のゲート信号生成論理>
まず、図11を参照して、電圧判定信号vsu=Loのときの動作について説明する。
図15の4段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdの2倍(2*td)だけ遅れ立ち上がり、PWM信号Upwmの立ち下がりから2*(td−tf)だけ遅れて立ち下がる信号を、上側アーム321のスイッチング素子325のゲート信号UHとして出力する。
また、図16の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから(3*td−2*td)だけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号ULとして出力する。
まず、図11を参照して、電圧判定信号vsu=Loのときの動作について説明する。
図15の4段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdの2倍(2*td)だけ遅れ立ち上がり、PWM信号Upwmの立ち下がりから2*(td−tf)だけ遅れて立ち下がる信号を、上側アーム321のスイッチング素子325のゲート信号UHとして出力する。
また、図16の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから(3*td−2*td)だけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図16の7段目に示すように、短絡防止期間Deadの順方向電圧Vfによる誤差を、期間Hon(上側アームのスイッチング素子のみONの期間(下側アームはOFF))の長さを短くして補正することにより、上記PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Loのときのゲート信号生成部5の動作であり、この動作を第1のゲート信号生成論理とする。
以上が、電圧判定信号vsu=Loのときのゲート信号生成部5の動作であり、この動作を第1のゲート信号生成論理とする。
<第2のゲート信号生成論理>
次に、図16を参照して、電圧判定信号vsu=Hiのときの動作について説明する。
図16の4段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから、短絡防止期間の長さtdの2倍2*tdだけ遅れて立ち上がり、PWM信号Upwmの立下りから、2*tfだけ遅れて立ち下がる信号を、上側アーム321のスイッチング素子325のゲート信号UHとして出力する。
また、図16の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから(td+2*tf)だけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子325のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図16の7段目に示すように、短絡防止期間Deadの順方向電圧Vfによる誤差を、期間Honの長さを長くして補正することにより、上記PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
次に、図16を参照して、電圧判定信号vsu=Hiのときの動作について説明する。
図16の4段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから、短絡防止期間の長さtdの2倍2*tdだけ遅れて立ち上がり、PWM信号Upwmの立下りから、2*tfだけ遅れて立ち下がる信号を、上側アーム321のスイッチング素子325のゲート信号UHとして出力する。
また、図16の5段目に示すように、PWM信号Upwmの立ち上がりから短絡防止期間の長さtdだけ遅れて立ち下り、PWM信号Upwmの立ち下がりから(td+2*tf)だけ遅れて立ち上がる信号を、下側アーム322のスイッチング素子325のゲート信号ULとして出力する。
このとき、図16の7段目に示すように、短絡防止期間Deadの順方向電圧Vfによる誤差を、期間Honの長さを長くして補正することにより、上記PWM信号Upwmに対して、上記端子電圧Vuは過不足なくコイルに電圧を印加している。つまり、端子電圧指令値Vu*に対して、パルス幅変調された端子電圧Vuは誤差がないことになる。
以上が、電圧判定信号vsu=Hiのときのゲート信号生成部5の動作であり、この動作を第2のゲート信号生成論理とする。
なお、本実施形態におけるゲート信号生成部5が、本発明におけるゲート信号生成手段を構成し、本実施形態における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理が、それぞれ本発明における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理に相当する。
なお、本実施形態におけるゲート信号生成部5が、本発明におけるゲート信号生成手段を構成し、本実施形態における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理が、それぞれ本発明における第1のゲート信号生成論理、及び第2のゲート信号生成論理に相当する。
以上のように、本実施形態のモータ駆動装置300は、ブリッジ回路の上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、端子電圧の変化についてヒステリシスを設けて精度良く検出して、その変化に応じて、実際の端子電圧が端子電圧指令値との誤差を補償するよう、ゲート素子駆動論理を切り替え、また、ゲート素子駆動論理はダイオードの順方向電圧降下も含めて補償するように構成したので、短絡防止期間において、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
また、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の長さの2倍から、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向電圧値(Vf)をパルス幅変調PWM信号のパルス幅に変調した長さの4倍を引いた長さとするので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本実施形態によれば、各種の画像形成装置においてコイル電流の歪みを精度良く補正することで、モータが発生するトルク変動を低減し、高精度な駆動を行うことが可能になる。
その他、本発明のモータ駆動装置300は、プリプレグやプラスチックシート、紙幣等のシートを搬送する搬送装置において、搬送ローラを駆動するモータ等に用いるものであっても良い。
尚、本モータ駆動装置300は画像形成装置や搬送装置だけでなく、自動車やロボットやアミューズメント機器等他分野に適用しても良い。
尚、本モータ駆動装置300は画像形成装置や搬送装置だけでなく、自動車やロボットやアミューズメント機器等他分野に適用しても良い。
<従来技術>
まず、コイル端子にパルス幅変調PWMされた電圧を印加して回転駆動するモータ駆動装置における、コイル電流の波形歪みについて説明する。
まず、図17にモータ駆動装置の一部である、ブラシレスモータのコイルと、コイル端子に接続されたブリッジ回路を示す。
ブラシレスモータはコイル312を備え、コイル端子313で後述するブリッジ回路と接続されており、ブリッジ回路により、コイル端子313に電圧を印加して、コイル312へ電流を供給することにより回転駆動する。
ブリッジ回路は、スイッチング素子325とダイオード26が並列に接続された上側アームと下側アームが直列に接続され、上記直列の接続点は上記コイル端子313に接続され、また上記上側アーム、及び下側アームの他端はそれぞれ電源Vcc、及び設置GNDに接続される。
このとき、コイル端子の電圧を端子電圧Vx、コイル13に流れるコイル電流をixとする。なお、コイル電流ixは、ブリッジ回路からコイルに流れ込む方向を正とする。
上側アーム、及び下側アームのスイッチング素子325はそれぞれ上側ゲート信号XH、及び下側ゲート信号XLによりオンオフ駆動され、一般にゲート信号XH、XLは、上記コイル端子313に印加する電圧を示す電圧指令値をパルス幅変調して生成され、図18に示すように、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子との短絡防止を目的に設けられる短絡防止期間(デッドタイム)tdを間にして相補的にオン/オフするよう生成される。なお、Vxは従来技術における端子電圧であり、XH、XLはそれぞれ従来技術におけるゲート信号(上側アーム、下側アーム)である。
まず、コイル端子にパルス幅変調PWMされた電圧を印加して回転駆動するモータ駆動装置における、コイル電流の波形歪みについて説明する。
まず、図17にモータ駆動装置の一部である、ブラシレスモータのコイルと、コイル端子に接続されたブリッジ回路を示す。
ブラシレスモータはコイル312を備え、コイル端子313で後述するブリッジ回路と接続されており、ブリッジ回路により、コイル端子313に電圧を印加して、コイル312へ電流を供給することにより回転駆動する。
ブリッジ回路は、スイッチング素子325とダイオード26が並列に接続された上側アームと下側アームが直列に接続され、上記直列の接続点は上記コイル端子313に接続され、また上記上側アーム、及び下側アームの他端はそれぞれ電源Vcc、及び設置GNDに接続される。
このとき、コイル端子の電圧を端子電圧Vx、コイル13に流れるコイル電流をixとする。なお、コイル電流ixは、ブリッジ回路からコイルに流れ込む方向を正とする。
上側アーム、及び下側アームのスイッチング素子325はそれぞれ上側ゲート信号XH、及び下側ゲート信号XLによりオンオフ駆動され、一般にゲート信号XH、XLは、上記コイル端子313に印加する電圧を示す電圧指令値をパルス幅変調して生成され、図18に示すように、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子との短絡防止を目的に設けられる短絡防止期間(デッドタイム)tdを間にして相補的にオン/オフするよう生成される。なお、Vxは従来技術における端子電圧であり、XH、XLはそれぞれ従来技術におけるゲート信号(上側アーム、下側アーム)である。
ここで、上記2つのゲート信号XH、XLのON/OFF状態(State)について、説明する。図18に示すように、XH:ON/XL:OFFの期間Hon、XH:OFF/XL:ONの期間をLon(下側アームのスイッチング素子のみONの期間(上側アームはOFF))、XH:OFF/XL:OFFの期間を短絡防止期間Deadと呼ぶ。なお、XH:ON/XL:ONの組み合わせは、短絡を起こしてスイッチング素子が破壊されてしまうため、実用上存在しない。
次に、上記短絡防止期間Dead、つまり上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子325とが伴にオフ状態となる短絡防止期間における、コイル電流ixの方向に対する、ブリッジ回路内の電流経路、及び端子電圧Vxについて図19に示す。
コイル電流ixが正のときは、電流は接地から下側アームのダイオード26を通ってコイル312へ流れる。このとき、端子電圧VxはGNDになる。一方で、コイル電流ixが負のときは、コイル312から上側アームのダイオード26を通って電源へ流れる。このとき、端子電圧VxはVccになる。
つまり、同じ電圧指令値にもとづいて生成された同一のゲート信号であっても、コイル電流ixの方向により端子電圧に差異が生じる現象が発生する。
この現象は、上記電圧指令と実際の端子電圧の誤差の原因となり、さらにはコイル電流歪み、結果としてモータの回転変動の原因となる課題が知られている。
なお、ゲート信号のON/OFF状態(State)がHon、及びLonのときは、電流方向による端子電圧の差異は生じないため、考慮する必要はない。
コイル電流ixが正のときは、電流は接地から下側アームのダイオード26を通ってコイル312へ流れる。このとき、端子電圧VxはGNDになる。一方で、コイル電流ixが負のときは、コイル312から上側アームのダイオード26を通って電源へ流れる。このとき、端子電圧VxはVccになる。
つまり、同じ電圧指令値にもとづいて生成された同一のゲート信号であっても、コイル電流ixの方向により端子電圧に差異が生じる現象が発生する。
この現象は、上記電圧指令と実際の端子電圧の誤差の原因となり、さらにはコイル電流歪み、結果としてモータの回転変動の原因となる課題が知られている。
なお、ゲート信号のON/OFF状態(State)がHon、及びLonのときは、電流方向による端子電圧の差異は生じないため、考慮する必要はない。
<本発明の実施態様例の構成、作用、効果>
<第1態様>
本態様のモータ駆動装置300は、ブラシレスモータ301のコイル端子313に接続され、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とを有するブリッジ回路302と、コイル端子313に印加する端子電圧指令値(Vu*)と搬送波(Vc)とに基づいて、パルス幅変調PWM信号(Upwm)を生成するパルス幅変調PWM部303と、上側アームのスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが伴にオフする短絡防止期間において、コイル端子313の電圧が所定レベル(Vcc/2,V1,V2)より大きいか否かを判定して、電圧判定信号(vsu)を生成する端子電圧判定304と、パルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理、又は第1のゲート信号生成論理と異なる第2のゲート信号生成論理に従って、上側アーム321のスイッチング素子をオンオフする上側ゲート信号を生成すると伴に、下側アーム322のスイッチング素子をオンオフする下側ゲート信号を生成するゲート信号生成部305と、を備え、ゲート信号生成部305は、電圧判定信号が表す電圧判定結果に応じて、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理との何れか一方を選択して使用することを特徴とする。
<第1態様>
本態様のモータ駆動装置300は、ブラシレスモータ301のコイル端子313に接続され、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とを有するブリッジ回路302と、コイル端子313に印加する端子電圧指令値(Vu*)と搬送波(Vc)とに基づいて、パルス幅変調PWM信号(Upwm)を生成するパルス幅変調PWM部303と、上側アームのスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが伴にオフする短絡防止期間において、コイル端子313の電圧が所定レベル(Vcc/2,V1,V2)より大きいか否かを判定して、電圧判定信号(vsu)を生成する端子電圧判定304と、パルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理、又は第1のゲート信号生成論理と異なる第2のゲート信号生成論理に従って、上側アーム321のスイッチング素子をオンオフする上側ゲート信号を生成すると伴に、下側アーム322のスイッチング素子をオンオフする下側ゲート信号を生成するゲート信号生成部305と、を備え、ゲート信号生成部305は、電圧判定信号が表す電圧判定結果に応じて、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理との何れか一方を選択して使用することを特徴とする。
本態様によれば、モータ駆動装置300は、ブリッジ回路302がブラシレスモータ301のコイル端子313に接続され、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とを有する。パルス幅変調PWM部303がコイル端子313に印加する端子電圧指令値(Vu*)と搬送波(Vc)とに基づいて、パルス幅変調PWM信号(Upwm)を生成する。端子電圧判定304が、上側アームのスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、コイル端子313の電圧が所定レベル(Vcc/2,V1,V2)より大きいか否かを判定して、電圧判定信号(vsu)を生成する。ゲート信号生成部305がパルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理、又は第1のゲート信号生成論理と異なる第2のゲート信号生成論理に従って、上側アーム321のスイッチング素子をオンオフする上側ゲート信号を生成すると伴に、下側アーム322のスイッチング素子をオンオフする下側ゲート信号を生成する。この際、ゲート信号生成部305は、電圧判定信号が表す電圧判定結果に応じて、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理との何れか一方を選択して使用する。
これにより、モータ駆動装置のブリッジ回路に設けられた上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、ゲート信号生成部305は、電圧判定信号が表す電圧判定結果に応じて、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理との何れか一方を選択して使用するので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第2態様>
本態様の第1のゲート信号生成論理は、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間を設け、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが相補的にオンオフするようにゲート信号を生成し、第2のゲート信号生成論理は、下側アーム322のスイッチング素子のみを駆動するゲート信号を生成することを特徴とする。
本態様によれば、第1のゲート信号生成論理は、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間を設け、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが相補的にオンオフするようにゲート信号を生成し、第2のゲート信号生成論理は、下側アーム322のスイッチング素子のみを駆動するゲート信号を生成する。
これにより、第1のゲート信号生成論理は、短絡防止期間において、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが相補的にオンオフするようにゲート信号を生成し、第2のゲート信号生成論理は、下側アーム322のスイッチング素子のみを駆動するゲート信号を生成するので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本態様の第1のゲート信号生成論理は、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間を設け、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが相補的にオンオフするようにゲート信号を生成し、第2のゲート信号生成論理は、下側アーム322のスイッチング素子のみを駆動するゲート信号を生成することを特徴とする。
本態様によれば、第1のゲート信号生成論理は、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間を設け、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが相補的にオンオフするようにゲート信号を生成し、第2のゲート信号生成論理は、下側アーム322のスイッチング素子のみを駆動するゲート信号を生成する。
これにより、第1のゲート信号生成論理は、短絡防止期間において、上側アーム321のスイッチング素子と下側アーム322のスイッチング素子とが相補的にオンオフするようにゲート信号を生成し、第2のゲート信号生成論理は、下側アーム322のスイッチング素子のみを駆動するゲート信号を生成するので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第3態様>
本態様のモータ駆動装置300は、同一のパルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号が、第2のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号に対して、搬送波(Vc)の1周期当たりのスイッチング素子をオンする時間が所定幅だけ長いことを特徴とする。
本態様によれば、モータ駆動装置300は、同一のパルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号が、第2のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号に対して、搬送波(Vc)の1周期当たりのスイッチング素子をオンする時間が所定幅だけ長いこととする。
これにより、第1のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号が、第2のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号に対して、搬送波(Vc)の1周期当たりのスイッチング素子をオンする時間が所定幅だけ長いこととするので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本態様のモータ駆動装置300は、同一のパルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号が、第2のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号に対して、搬送波(Vc)の1周期当たりのスイッチング素子をオンする時間が所定幅だけ長いことを特徴とする。
本態様によれば、モータ駆動装置300は、同一のパルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号が、第2のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号に対して、搬送波(Vc)の1周期当たりのスイッチング素子をオンする時間が所定幅だけ長いこととする。
これにより、第1のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号が、第2のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号に対して、搬送波(Vc)の1周期当たりのスイッチング素子をオンする時間が所定幅だけ長いこととするので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第4態様>
本態様のゲート信号生成部305は、搬送波(Vc)の周期に非同期のタイミングで、電圧判定信号の変化に従って、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理とを切り替えることを特徴とする。
本態様によれば、ゲート信号生成部305は、搬送波(Vc)の周期に非同期のタイミングで、電圧判定信号の変化に従って、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理とを切り替える。
これにより、搬送波(Vc)の周期に非同期のタイミングで、電圧判定信号の変化に従って、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理とを切り替えるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本態様のゲート信号生成部305は、搬送波(Vc)の周期に非同期のタイミングで、電圧判定信号の変化に従って、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理とを切り替えることを特徴とする。
本態様によれば、ゲート信号生成部305は、搬送波(Vc)の周期に非同期のタイミングで、電圧判定信号の変化に従って、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理とを切り替える。
これにより、搬送波(Vc)の周期に非同期のタイミングで、電圧判定信号の変化に従って、第1のゲート信号生成論理と第2のゲート信号生成論理とを切り替えるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第5態様>
本態様の所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さであることを特徴とする。
本態様によれば、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さである。
これにより、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さであるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本態様の所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さであることを特徴とする。
本態様によれば、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さである。
これにより、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さであるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第6態様>
本態様の所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の長さの2倍から、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向電圧値(Vf)をパルス幅変調PWM信号のパルス幅に変調した長さの4倍を引いた長さとすることを特徴とする。
本態様によれば、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の長さの2倍から、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向電圧値(Vf)をパルス幅変調PWM信号のパルス幅に変調した長さの4倍を引いた長さとする。
これにより、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の長さの2倍から、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向電圧値(Vf)をパルス幅変調PWM信号のパルス幅に変調した長さの4倍を引いた長さとするので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本態様の所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の長さの2倍から、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向電圧値(Vf)をパルス幅変調PWM信号のパルス幅に変調した長さの4倍を引いた長さとすることを特徴とする。
本態様によれば、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の長さの2倍から、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向電圧値(Vf)をパルス幅変調PWM信号のパルス幅に変調した長さの4倍を引いた長さとする。
これにより、所定幅は、上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の長さの2倍から、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向電圧値(Vf)をパルス幅変調PWM信号のパルス幅に変調した長さの4倍を引いた長さとするので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第7態様>
本態様の端子電圧判定部304は、所定レベルにおいてヒステリシス(Vhys)特性を有することを特徴とする。
本態様によれば、端子電圧判定部304は、所定レベルにおいてヒステリシス(Vhys)特性を有する。
これにより、端子電圧判定部304は、所定レベルにおいてヒステリシス(Vhys)特性を有するので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本態様の端子電圧判定部304は、所定レベルにおいてヒステリシス(Vhys)特性を有することを特徴とする。
本態様によれば、端子電圧判定部304は、所定レベルにおいてヒステリシス(Vhys)特性を有する。
これにより、端子電圧判定部304は、所定レベルにおいてヒステリシス(Vhys)特性を有するので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第8態様>
本態様のモータ駆動システムは、第1態様乃至第7態様の何れか1項に記載のモータ駆動装置300と、ブラシレスモータ301と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、モータ駆動システムは、第1態様乃至第7態様の何れか1項に記載のモータ駆動装置300と、ブラシレスモータ301と、を備える。
これにより、モータ駆動装置300がブラシレスモータ301を駆動することができる。
本態様のモータ駆動システムは、第1態様乃至第7態様の何れか1項に記載のモータ駆動装置300と、ブラシレスモータ301と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、モータ駆動システムは、第1態様乃至第7態様の何れか1項に記載のモータ駆動装置300と、ブラシレスモータ301と、を備える。
これにより、モータ駆動装置300がブラシレスモータ301を駆動することができる。
<第9態様>
本態様の搬送装置は、第8態様に記載のモータ駆動システムを備えることを特徴とする。
本態様によれば、搬送装置は、第8態様に記載のモータ駆動システムを備える。
これにより、モータ駆動システムに備えられているブラシレスモータ301に対して、モータ駆動装置300を用いて駆動することができるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本態様の搬送装置は、第8態様に記載のモータ駆動システムを備えることを特徴とする。
本態様によれば、搬送装置は、第8態様に記載のモータ駆動システムを備える。
これにより、モータ駆動システムに備えられているブラシレスモータ301に対して、モータ駆動装置300を用いて駆動することができるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
<第10態様>
本態様の画像形成装置は、第7態様又は第8態様に記載のモータ駆動システムを備えることを特徴とする。
本態様によれば、画像形成装置は、第7態様又は第8態様に記載のモータ駆動システムを備える。
これにより、画像形成装置に備えられているブラシレスモータ301に対して、モータ駆動装置300を用いて駆動することができるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
本態様の画像形成装置は、第7態様又は第8態様に記載のモータ駆動システムを備えることを特徴とする。
本態様によれば、画像形成装置は、第7態様又は第8態様に記載のモータ駆動システムを備える。
これにより、画像形成装置に備えられているブラシレスモータ301に対して、モータ駆動装置300を用いて駆動することができるので、コイル電流方向により生じる端子電圧指令値と実際の端子電圧の誤差を直ちに精度良く補正することができるため、コイル電流歪みを精度良く補正することができる。
301…ブラシレスモータ、312…コイル(U相、V相、W相)、313…コイル端子(3相)、302…ブリッジ回路、321…上側アーム、322…下側アーム、325…スイッチング素子、326…ダイオード、303…パルス幅変調PWM部、304…端子電圧判定部、341u…分圧抵抗(U相)、342u…比較部(U相)、305…ゲート信号生成部
Claims (10)
- モータのコイル端子に接続され、上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とを有するブリッジ回路と、
前記コイル端子に印加する端子電圧指令値と搬送波とに基づいて、パルス幅変調PWM信号を生成するパルス幅変調PWM手段と、
前記上側アームのスイッチング素子と前記下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間において、前記コイル端子の電圧が所定レベルより大きいか否かを判定して、電圧判定信号を生成する端子電圧判定手段と、
前記パルス幅変調PWM信号に基づいて、第1のゲート信号生成論理、又は前記第1のゲート信号生成論理と異なる第2のゲート信号生成論理に従って、前記上側アームのスイッチング素子をオンオフする上側ゲート信号を生成すると伴に、前記下側アームのスイッチング素子をオンオフする下側ゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、を備え、
前記ゲート信号生成手段は、前記電圧判定信号が表す電圧判定結果に応じて、前記第1のゲート信号生成論理と前記第2のゲート信号生成論理との何れか一方を選択して使用することを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記第1のゲート信号生成論理は、前記上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが伴にオフ状態となる短絡防止期間を設け、前記上側アームのスイッチング素子と下側アームのスイッチング素子とが相補的にオンオフするようにゲート信号を生成し、
前記第2のゲート信号生成論理は、前記下側アームのスイッチング素子のみを駆動するゲート信号を生成することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 同一の前記パルス幅変調PWM信号に基づいて、前記第1のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号は、前記第2のゲート信号生成論理により生成される上側ゲート信号に対して、前記搬送波の1周期当たりの前記スイッチング素子をオンする時間が所定幅だけ長いことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
- 前記ゲート信号生成手段は、前記搬送波の周期に非同期のタイミングで、前記電圧判定信号の変化に従って、前記第1のゲート信号生成論理と前記第2のゲート信号生成論理とを切り替えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモータ駆動装置。
- 前記所定幅は、前記上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の2倍の長さであることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載のモータ駆動装置。
- 前記所定幅は、前記上側ゲート信号のスイッチング素子と下側ゲート信号のスイッチング素子との短絡防止期間の長さの2倍から、前記スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向電圧値を前記パルス幅変調PWM信号のパルス幅に変調した長さの4倍を引いた長さとすることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載のモータ駆動装置。
- 前記端子電圧判定手段は、前記所定レベルにおいてヒステリシス特性を有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
- 請求項1乃至7の何れか1項に記載のモータ駆動装置と、
前記モータと、を備えることを特徴とするモータ駆動システム。 - 請求項8に記載のモータ駆動システムを備えることを特徴とする搬送装置。
- 請求項7に記載のモータ駆動システムを備えることを特徴とする画像形成装置。
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- 2016-01-22 JP JP2016010533A patent/JP2017131076A/ja active Pending
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