JP2018107914A - モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より効率良くモータを駆動することができるモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動制御装置１は、モータ７の誘起電圧を検出する。制御部３は、モータ７の通電タイミングに対応するＰＷＭ信号を生成する。制御部３は、ロータの位置が所定の位置であるときを示す立ち上がり又は立ち下がりのエッジを含む位置検出信号を検出し、位置検出信号のエッジの検出タイミングに基づいてモータ７の誘起電圧のゼロクロス点を測定するとともに、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点を含む所定の期間だけ駆動信号の出力を停止させて当該期間のモータ７の回生電圧のパルス幅を測定し、測定結果に基づいてモータ７のコイル電流のゼロクロス点を算出する。制御部３は、算出結果に基づいて、モータ７の通電タイミングを調整する。所定の期間は、ＰＷＭ信号の１周期の期間である。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法に関し、特に、ＰＷＭ信号を用いて制御を行うモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法に関する。

多相のモータを駆動する場合、モータの各相の誘起電圧の位相と相電流の位相とを合わせることで、モータを効率良く駆動することができる。しかしながら、モータの回転数、モータ負荷、又は温度によるモータ特性の変化等により、誘起電圧の位相とコイル電流（相電流）の位相とにずれが生じると、駆動効率が悪化してしまう。

このような問題に関し、コイル電流の位相に対して駆動電圧の位相を調整する方法が開示されている。

例えば、下記特許文献１には、コイル電流の極性が変化するタイミングでモータを正弦波駆動する駆動回路の動作を一定期間停止させ、その停止期間内に電圧極性検出手段により検出される誘起電圧の極性に基づいて、駆動回路を介してモータに出力する駆動電圧の位相を調整するモータ駆動方法が記載されている。

特開２０１６−１９４４８号公報

上述の特許文献１に記載されているモータ駆動装置においては、以下のような問題がある。

すなわち、コイル電流のゼロクロス点が検出されると穴あけ区間（駆動停止期間）が開始され、その時点から一定時間が経過するまでの間に誘起電圧のゼロクロス点が検出されれば、双方のゼロクロス点が一致している（コイル電流と誘起電圧とが同相である）とみなされる。穴あけ区間が開始されてから、ＰＷＭ同期信号の立下がりタイミングの誘起電圧の極性がマイナスであって、次の立下がりタイミングの誘起電圧の極性がプラスに変化した場合には、ゼロクロスが一致したとして、次のＰＷＭ同期信号の立ち上がりエッジで穴あけ区間が終了する。そのため、少なくともＰＷＭ同期信号の半周期分の位相のずれが生じるという問題がある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、より効率良くモータを駆動することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータ駆動制御装置は、モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、モータの通電タイミングに対応するＰＷＭ信号を生成する制御部と、制御部により生成されたＰＷＭ信号に基づいて、モータを駆動させるための駆動信号をモータに出力するインバータ回路とを備え、制御部は、ロータの位置が所定の位置であるときを示す立ち上がり又は立ち下がりのエッジを含む位置検出信号を検出する位置検出手段と、位置検出信号のエッジの検出タイミングに基づいてモータの誘起電圧のゼロクロス点を測定するとともに、モータの誘起電圧のゼロクロス点を含む所定の期間だけ駆動信号の出力を停止させて当該期間のモータの回生電圧のパルス幅を測定する測定手段と、測定手段の測定結果に基づいてモータのコイル電流のゼロクロス点を算出する算出手段と、算出手段の算出結果に基づいて、モータの通電タイミングを調整する調整手段とを有し、所定の期間は、ＰＷＭ信号の１周期の期間である。

好ましくは、測定手段は、位置検出信号のエッジの検出タイミングをモータの誘起電圧のゼロクロス点として、位置検出信号のエッジを含む所定の期間だけ駆動信号の出力を停止させて当該期間のモータの回生電圧のパルス幅を測定する。

好ましくは、調整手段は、測定手段により測定されるパルス幅が、ゼロより大きく、ＰＷＭ信号の１周期の長さよりも短くなるように、モータの通電タイミングを調整する。

好ましくは、調整手段は、測定手段により測定されたパルス幅がゼロである場合には、モータの通電タイミングが遅くなるように調整し、測定手段により測定されたパルス幅がＰＷＭ信号の１周期の長さと同じである場合には、モータの通電タイミングが早くなるように調整する。

好ましくは、調整手段は、モータの誘起電圧のゼロクロス点の位相とコイル電流のゼロクロス点の位相とが一致するようにモータの通電タイミングを調整する。

この発明の他の局面に従うと、モータ駆動制御装置の制御方法は、モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、モータの通電タイミングに対応するＰＷＭ信号を生成する制御部と、制御部により生成されたＰＷＭ信号に基づいて、モータを駆動させるための駆動信号をモータに出力するインバータ回路とを備えるモータ駆動制御装置の制御方法であって、ロータの位置が所定の位置であるときを示す立ち上がり又は立ち下がりのエッジを含む位置検出信号を検出する位置検出ステップと、位置検出信号のエッジの検出タイミングに基づいてモータの誘起電圧のゼロクロス点を測定するとともに、モータの誘起電圧のゼロクロス点を含む所定の期間だけ駆動信号の出力を停止させて当該期間のモータの回生電圧のパルス幅を測定する測定ステップと、測定ステップの測定結果に基づいてモータのコイル電流のゼロクロス点を算出する算出ステップと、算出ステップの算出結果に基づいて、モータの通電タイミングを調整する調整ステップとを有し、所定の期間は、ＰＷＭ信号の１周期の期間である。

これらの発明に従うと、より効率良くモータを駆動することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動制御装置の回路構成の概略を示すブロック図である。 本実施の形態における制御部の動作を説明する図である。 制御部の動作を示すフローチャートである。 出力データ演算処理の流れを示すフローチャートである。 割り込み処理の流れを示すフローチャートである。 本実施の形態の一動作例を示す第１の図である。 本実施の形態の一動作例を示す第２の図である。 本実施の形態の一動作例を示す第３の図である。 本実施の形態の一動作例を示す第４の図である。

以下、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ駆動制御装置を用いた電子機器について説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動制御装置１の回路構成の概略を示すブロック図である。

図１に示すように、モータ駆動制御装置１は、モータ７を例えば正弦波駆動方式により駆動させるように構成されている。本実施の形態において、モータ７は、例えば３相のブラシレスモータである。モータ駆動制御装置１は、モータ７に駆動電力を供給して、モータ７を駆動させる。具体的には、例えば、モータ駆動制御装置１は、モータ７に正弦波駆動信号を出力してモータ７の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに周期的に駆動電流を流すことで、モータ７を回転させる。なお、モータ７はブラシレスモータに限られず、他のモータであってもよい。また、モータ７の駆動方法は正弦波駆動方式に限られず、他の駆動方法であってもよい。

モータ駆動制御装置１は、インバータ回路２と、制御部３と、誘起電圧検出回路５とを有している。モータ駆動制御装置１には、例えば、所定の電源電圧が供給されている。なお、図１に示されている構成要素は、モータ駆動制御装置１全体の一部であり、モータ駆動制御装置１は、図１に示されたものに加えて、他の構成要素を有していてもよい。

モータ駆動制御装置１は、上位装置（図示せず）から送信される、回転速度やモータ７の動作に関する指令に基づいて、モータ７を駆動させる。上位装置は、例えば、モータ７及びモータ駆動制御装置１が搭載される電子機器等である。なお、モータ駆動制御装置１は、他の装置からの指令等に基づかず、所定の回転速度等でモータ７を駆動させるように構成されていてもよい。

本実施の形態において、インバータ回路２と、制御部３と、誘起電圧検出回路５とは、各機能を実現するための回路が集積化されパッケージ化された１つの集積回路装置（ＩＣ）である。なお、各部が別々の集積回路装置としてパッケージ化されていてもよいし、他の装置と一緒にモータ駆動制御装置１の全部又は一部がパッケージ化されて集積回路装置が構成されていてもよい。

インバータ回路２は、後述のようにして制御部３により生成され出力されたＰＷＭ信号に基づいて、モータ７を駆動させるための駆動信号をモータ７に出力する。駆動信号は、モータ７の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力され、各相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが印加される。

インバータ回路２は、例えば、電源電圧の両端に設けられた２つのスイッチ素子の直列回路の対が、モータ７の各相に対してそれぞれ配置されて構成されている。２つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点に、モータ７の各相の端子が接続されている。各相において、２つのスイッチ素子のオン、オフの組み合わせを変更することで、その相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れるコイル電流の大きさと、コイル電流の向きとが変更される。

制御部３は、インバータ回路２にＰＷＭ信号を出力することでインバータ回路２を動作させ、モータ７を駆動させる。制御部３には、モータ７のロータの位置についての情報と、モータ７の各相の誘起電圧に関する情報とが入力される。制御部３は、ロータの位置についての情報と、誘起電圧に関する情報とを用いて、モータ７の通電タイミングが適切になるようにＰＷＭ信号を出力する。すなわち、制御部３は、モータ７の通電タイミングに対応するＰＷＭ信号を生成する。

誘起電圧検出回路５は、モータ７の各相の誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段として機能し、検出した結果を制御部３に出力する。誘起電圧検出回路５は、インバータ回路２からモータ７のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれに駆動信号を出力するためのラインに接続されている。誘起電圧検出回路５は、各コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗへ接続されているラインの電圧を監視し、各相の誘起電圧を検出する。そして、その検出結果を、レベルを変換したうえで制御部３に出力する。例えば、誘起電圧検出回路５は、各ラインの電圧を、最大で５Ｖの大きさの信号になるように抵抗分圧を行い、制御部３に出力する。制御部３は、誘起電圧に関する情報として、誘起電圧検出回路５から出力された信号を用いてＰＷＭ信号を生成する制御を行う。

本実施の形態において、モータ７の各相には、位置検出器であるホールセンサ８（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）が配置されている。各ホールセンサ８は、モータ７のロータの回転に伴って変化する磁束を検出するホール素子やホールＩＣなどである。制御部３（具体的には、後述する第２カウンタ３６）は、各ホールセンサ８に接続されており、各ホールセンサ８の検出結果を用いて、ホール信号（位置検出信号の一例）を生成し、モータ７のロータの位置を検出する。換言すると、制御部３は、ホールセンサ８を用いて、ロータの位置についての情報を取得する。ホール信号は、ロータの位置を示す信号であり、通電タイミングの基準として用いられる。

以下に記述するように、制御部３は、ロータの位置が所定の位置であるときを示す立ち上がり又は立ち下がりのエッジを含むホール信号を検出する位置検出手段と、位置検出信号のエッジの検出タイミングに基づいて、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点を測定するとともに、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点を含む所定の期間だけ駆動信号の出力を停止させて、当該期間のモータ７の回生電圧のパルス幅を測定する測定手段と、測定手段の測定結果に基づいて、モータ７のコイル電流のゼロクロス点を算出する算出手段と、算出手段の算出結果に基づいて、モータ７の通電タイミングを調整する調整手段とを有する。制御部３は、メイン制御部３１と、ＰＷＭデータ演算部（算出手段の一例、調整手段の一例）３２と、ＰＷＭ出力制御部３３と、第１カウンタ（測定手段の一例）３５と、第２カウンタ３６（位置検出手段の一例）とを有している。

第１カウンタ３５には、誘起電圧検出回路５が接続されている。また、第２カウンタ３６には、ホールセンサ８が接続されている。メイン制御部３１には、第２カウンタ３６が接続されている。メイン制御部３１は、第２カウンタ３６によるホールセンサ８の検出結果（カウントデータ）に基づいて、ＰＷＭデータを生成する。ＰＷＭデータは、インバータ回路２に出力するＰＷＭ信号のベースとなるデータであって、例えば、各相に対応する正弦波を表すデータである。ＰＷＭデータは、ＰＷＭデータ演算部３２に出力される。また、メイン制御部３１は、制御部３からインバータ回路２にＰＷＭ信号を出力するか否かを制御するＰＷＭ出力制御信号をＰＷＭ出力制御部３３に出力する。

ＰＷＭデータ演算部３２は、メイン制御部３１から出力されたＰＷＭデータに基づいて演算を行い、インバータ回路２へ出力するための、進角等が調整されたＰＷＭ信号を生成する。生成されたＰＷＭ信号は、ＰＷＭ出力制御部３３に出力される。ＰＷＭ出力制御部３３は、メイン制御部３１から出力されたＰＷＭ出力制御信号に基づいて、ＰＷＭデータ演算部３２から出力されたＰＷＭ信号をインバータ回路２に出力するか否かを制御する。

本実施の形態において、メイン制御部３１は、第１カウンタ３５と第２カウンタ３６とのそれぞれに、カウンタ制御信号を出力する。カウンタ制御信号は、例えば、第１カウンタ３５のカウント値や第２カウンタのカウント値をリセットしたり、カウントを開始させたりするデータである。第１カウンタ３５や第２カウンタ３６は、制御部３で用いられるクロック信号をカウントする。カウント値は、時間の長さを示すデータである。

第２カウンタ３６は、ホールセンサ８の検出結果に基づいて、ロータの位置が所定の位置であるときを示す立ち上がり又は立ち下がりのエッジを含むホール信号を検出する位置検出手段として機能する。具体的には、本実施の形態では、第２カウンタ３６は、各相のホール信号の立ち上がりエッジのタイミングをカウントする。メイン制御部３１は、第２カウンタ３６から入力されるカウント値（カウントデータ）を読み込む。これにより、メイン制御部３１は、ホール信号の立ち上がりタイミングを取得できる。カウント値は、ホール信号の立ち上がりエッジがあるときにリセットされ、次の立ち上がりエッジまでのカウントが行われる。なお、第２カウンタ３６は、各相のホール信号の立ち下がりエッジの期間がカウントするように構成されていてもよい。このとき、カウント値は、ホール信号の立ち下がりエッジがあるときにリセットされ、次の立ち下がりエッジまでの期間がカウントされるように構成されていてもよい。

メイン制御部３１は、第２カウンタ３６から入力されるカウントデータに基づいてモータ７の誘起電圧のゼロクロス点を取得する。具体的には、例えば、制御部３には、予め、ホール信号の立ち上がりタイミングと誘起電圧のゼロクロス点との位相の位置関係が設定されている。メイン制御部３１は、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点を、ホール信号の立ち上がりエッジの検出タイミングに近似させて取得する。すなわち、メイン制御部３１は、第２カウンタ３６のカウントデータに基づいてホール信号の立ち上がりタイミングを取得し、それに対応する誘起電圧のゼロクロス点を取得する。本実施の形態においては、ホール信号の立ち上がりエッジの検出タイミングをモータ７の誘起電圧のゼロクロス点として検出できるように、ホールセンサ８の位置が設定されている。

メイン制御部３１は、所定の相（例えば、Ｕ相など）のホール信号の立ち上がりエッジを検出するのに伴い、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点を含む所定の期間（出力オフ期間ということがある）だけ、駆動信号の出力を停止させる。上述の通り、ホール信号の立ち上がりエッジの検出タイミングをモータ７の誘起電圧のゼロクロス点として検出できるので、メイン制御部３１は、ホール信号の立ち上がりエッジを含む所定の期間だけ、駆動信号の出力を停止させる。例えば、メイン制御部３１は、ＰＷＭ出力制御部３３にＰＷＭ出力制御信号を出力し、出力オフ期間中において制御部３からインバータ回路２にＰＷＭ信号を出力しないように、ＰＷＭ出力制御部３３の動作を制御する。これにより、所定の期間の駆動信号の出力が停止される。ここで、出力オフ期間は、ホール信号の立ち上がりエッジを含むＰＷＭ信号の１周期の期間である。

出力オフ期間では、インバータ回路２の出力段のスイッチ素子をオフすることにより、モータ７のコイルの一端がハイインピーダンス状態となる。スイッチ素子からコイルに流れ込む向き（ソース方向）にコイル電流が流れるときには、端子電圧は接地電圧付近となる。他方、コイルからスイッチ素子に流れ込む向き（シンク方向）にコイル電流が流れるときには、端子電圧は電源電圧付近（例えば、５Ｖ）となる。コイル電流の向きに応じてコイルの回生電圧が変化する。すなわち、出力オフ期間におけるコイルの回生電圧の変化を検知することにより、コイル電流のゼロクロス点を検知することができる。

誘起電圧検出回路５は、第１カウンタ３５に接続されている。第１カウンタ３５は、出力オフ期間のモータ７の回生電圧のパルス幅を測定する測定手段として機能する。第１カウンタ３５は、ホール信号のエッジの検出タイミングをモータ７の誘起電圧のゼロクロス点として、ホール信号のエッジを含む出力オフ期間だけ駆動信号の出力を停止させて、当該期間のモータ７の回生電圧のパルス幅を測定する。例えば、第１カウンタ３５は、誘起電圧検出回路５から出力された信号に基づいて、上述のように所定の相に設けられるＰＷＭ信号の出力オフ期間において、所定の相の回生電圧が発生している状態からその相の誘起電圧がマイナスからプラスになる時点までの期間（回生電圧のパルス幅）を測定する。回生電圧のパルス幅は、回生電圧が発生している状態で、カウント値をインクリメントすることにより、カウント値として測定される。回生電圧のパルス幅を示すカウント値（カウントデータ）は、ＰＷＭデータ演算部３２が読み込み可能である。換言すると、カウントデータは、ＰＷＭデータ演算部３２に出力される。

ＰＷＭデータ演算部３２は、回生電圧のパルス幅を示すカウント値に基づいてモータ７のコイル電流のゼロクロス点を算出する算出手段として機能する。そして、ＰＷＭデータ演算部３２は、コイル電流のゼロクロス点の算出結果に基づいてモータ７の通電タイミングを調整する調整手段として機能する。すなわち、ＰＷＭデータ演算部３２は、コイル電流のゼロクロス点の算出結果に基づいて、モータ７の通電タイミングが最適となるように、ＰＷＭ信号を生成する。

ＰＷＭデータ演算部３２は、回生電圧のパルス幅がゼロより大きく、ＰＷＭ信号の１周期の長さよりも短くなるように、モータ７の通電タイミングを調整する。具体的には、ＰＷＭデータ演算部３２は、回生電圧のパルス幅がゼロである場合には、モータ７の通電タイミングが遅くなるように調整し（コイル電流の位相を遅角させ）、回生電圧のパルス幅がＰＷＭ信号の１周期の長さと同じである場合には、モータ７の通電タイミングが早くなるように調整する（コイル電流の位相を進角させる）。ＰＷＭデータ演算部３２は、例えば、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点の位相とコイル電流のゼロクロス点の位相とが一致するように、モータ７の通電タイミングを調整する。

図２は、本実施の形態における制御部３の動作を説明する図である。

図２においては、上段（ａ）において位相が進んでいる状態の波形例が模式的に示されており、中段（ｂ）において位相が遅れている状態の波形例が模式的に示されており、下段（ｃ）において位相が微調整される状態の波形例が模式的に示されている。各波形例は、上段から、ホール信号（すなわち、誘起電圧のゼロクロス点を示す信号）、ＰＷＭ信号、回生電圧、コイル電流を示している。波形例は、所定の相（例えば、Ｕ相）のものが示されているが、これに限られるものではない。

各波形例において、時刻ｔａは、誘起電圧のゼロクロス点のタイミング、すなわちホール信号の立ち上がりエッジのタイミングである。時刻ｔｂは、モータ７のコイル電流のゼロクロス点のタイミングである。時刻ｔ１は、この相に対応するＰＷＭ信号の、時刻ｔａをまたぐ１周期の始期であり、時刻ｔ２は、時刻ｔ１からＰＷＭ信号の１周期が経過したタイミングである。

メイン制御部３１は、誘起電圧のゼロクロス点（時刻ｔａ）を含む所定の期間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間）だけ、ＰＷＭ信号の出力を停止させ、駆動信号の出力を停止させる（ＰＷＭ信号の出力オフ期間）。

ここで、図２上段（ａ）に示されている位相が進んでいる状態は、モータ７のコイル電流のゼロクロス点（時刻ｔｂ）が、時刻ｔ１よりも早く到来している状態である。この場合、コイル電流のゼロクロス点を過ぎ、コイル電流の位相がプラスになっている状態で、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの出力オフ期間が開始、終了する。そのため、出力オフ期間において、回生電圧は発生しない。このとき、回生電圧のパルス幅がゼロとなる。すなわち、第１カウンタ３５のカウント値は、ゼロとなり、ＰＷＭデータ演算部３２により、モータ７の通電タイミングが遅くなるように調整して、コイル電流の位相を遅角させる。

図２中段（ｂ）に示されている位相が遅れている状態は、モータ７のコイル電流のゼロクロス点（時刻ｔｂ）が、時刻ｔ２よりも遅く到来している状態である。この場合、コイル電流のゼロクロス点を迎える前の、コイル電流の位相がマイナスになっている状態で、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの出力オフ期間が開始、終了する。そのため、出力オフ期間の全期間において、回生電圧が発生する。このとき、回生電圧のパルス幅がＰＷＭ信号の１周期の長さと同じとなる。すなわち、第１カウンタ３５のカウント値は、ＰＷＭ信号の１周期を示す値となる。ＰＷＭデータ演算部３２により、モータ７の通電タイミングが早くなるように調整して、コイル電流の位相を進角させる。

図２下段（ｃ）に示されている状態は、モータ７のコイル電流のゼロクロス点（時刻ｔｂ）が、出力オフ期間内にある状態である。すなわち、時刻ｔｂが、時刻ｔ１よりも遅く、時刻ｔ２よりも早く到来している状態である。この場合、出力オフ期間内にコイル電流の位相がマイナスからプラスになる。そのため、出力オフ期間が始まる時刻ｔ１から、ゼロクロス点を迎える時刻ｔｂまで、回生電圧が発生する。このとき、第１カウンタ３５のカウント値は、時刻ｔ１から時刻ｔｂまでの期間を示す値となる。このときにも、第１カウンタ３５のカウント値に応じて、ＰＷＭデータ演算部３２により、モータ７の通電タイミングが調整される。具体的には、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点の位相とコイル電流のゼロクロス点の位相とが一致するように、モータ７の通電タイミングが調整される。

本実施の形態において、上段（ａ）や中段（ｂ）のように位相が大幅にずれている状態であると、制御部３による制御が行われることにより、位相が調整されて下段（ｃ）に示される状態になる。そして、下段（ｃ）に示される状態でも、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点の位相とコイル電流のゼロクロス点の位相とが一致するように、コイル電流の位相が微調整されて、モータ７が効率良く駆動される状態になる。

図３は、制御部３の動作を示すフローチャートである。

制御部３は、モータ７の駆動制御が行われるとき、以下の動作を繰り返し実行する。以下の動作は、所定の相（例えば、Ｕ相など）について行われるものである。所定の相についての通電タイミングの調整が行われると、他の相の通電タイミングもそれに応じて調整される。なお、各相について以下の動作が行われ、通電タイミングの調整が行われるようにしてもよい。

ステップＳ１１において、メイン制御部３１は、第２カウンタ３６から入力するカウントデータをもとに、ホール信号の立ち上がりエッジ間のカウント値を確認する。メイン制御部３１は、次のホール信号の立ち上がりエッジが到来するタイミングを把握する。

ステップＳ１２において、メイン制御部３１は、次のＰＷＭ信号の出力（ＰＷＭ信号の周期）が開始されるタイミング（ＰＷＭ出力タイミング）が次のホール信号の立ち上がりエッジのタイミング（ホールエッジタイミング）よりも遅いか否かを判断する。次のＰＷＭ信号の出力（ＰＷＭ信号の周期）が開始されるタイミングが次のホール信号の立ち上がりエッジのタイミングよりも遅いとき、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１２において次のＰＷＭ信号の出力が開始されるタイミングが次のホール信号の立ち上がりエッジのタイミングと同じかそれよりも遅いとき、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、メイン制御部３１は、ＦＥＴ ＯＦＦフラグをセットする。ＦＥＴ ＯＦＦフラグは、出力オフ期間を開始することを示すフラグである。

ステップＳ１４において、ＰＷＭデータ演算部３２は、第１カウンタ３５におけるカウントが終了したか否かを確認する。ＰＷＭデータ演算部３２は、例えば、出力オフ期間が終了したとき、又はホール信号の立ち上がりエッジが到来したとき（すなわち、誘起電圧のゼロクロス点が到来したとき）、第１カウンタ３５のカウントが終了したと判断し、ステップＳ１６の処理に進む。それ以外の場合には、ＰＷＭデータ演算部３２は、カウントが終了していないと判断し（ステップＳ１４においてＮＯ）、ステップＳ１５の処理に進む。

ステップＳ１５において、ＰＷＭデータ演算部３２は、次に出力するＰＷＭ信号の出力データをセットする。これにより、次のＰＷＭ信号の周期が始まったとき、セットされたデータに基づいて、ＰＷＭ信号が出力される。

ステップＳ１６において、ＰＷＭデータ演算部３２は、出力データ演算処理を行う。

ステップＳ１５の処理又はステップＳ１６の処理が終了すると、一連の動作が終了する。

図４は、出力データ演算処理の流れを示すフローチャートである。

モータ駆動制御装置１の制御方法として、図４をもとに以下に記載する出力データ演算処理とは別に、位置検出ステップと、測定ステップとを有する。すなわち、位置検出ステップとして、第２カウンタ３６は、ロータの位置が所定の位置であるときを示す立ち上がり又は立ち下がりのエッジを含む位置検出信号を検出する。また、測定ステップとして、第１カウンタ３５は、ホール信号のエッジの検出タイミングに基づいて、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点を測定するとともに、モータ７の誘起電圧のゼロクロス点を含む所定の期間だけ駆動信号の出力を停止させて、当該期間のモータ７の回生電圧のパルス幅を測定する。そして、モータ駆動制御装置１の制御方法として、以下に記述するように、上記の測定ステップの測定結果に基づいて、モータ７のコイル電流のゼロクロス点を算出する算出ステップと、算出ステップの算出結果に基づいて、モータ７の通電タイミングを調整する調整ステップとを有する。図４に示されるように、ステップＳ２１において、ＰＷＭデータ演算部３２は、第１カウンタ３５のカウントデータを読み込む。

ステップＳ２２において、ＰＷＭデータ演算部３２は、第１カウンタ３５から入力されるカウンタデータをもとに、モータ７の回生電圧のパルス幅の測定結果に基づいて、コイル電流のゼロクロス点を算出する（算出ステップ）。そして、出力オフ期間が始まってからコイル電流のゼロクロス点までの時間（ゼロクロスタイミング）を演算する。

ステップＳ２３において、ＰＷＭデータ演算部３２は、メイン制御部３１から入力するＰＷＭデータに基づいて、出力オフ期間が始まってからホール信号の立ち上がりエッジが出力されるまでの時間（ホールエッジタイミング）を演算する。

ステップＳ２４において、ＰＷＭデータ演算部３２は、出力オフ期間が始まってからホール信号の立ち上がりエッジが出力される時間（ホールエッジタイミング）と、出力オフ期間が始まってからコイル電流のゼロクロス点までの時間（ゼロクロスタイミング）との差分を演算する。

ステップＳ２５において、ＰＷＭデータ演算部３２は、ホール信号の立ち上がりエッジのタイミングと、コイル電流のゼロクロス点のタイミングとの差分に基づいて、ＰＷＭ信号を生成する。すなわち、ＰＷＭデータ演算部３２は、通電タイミングを調整することによりホール信号の立ち上がりエッジのタイミングとコイル電流のゼロクロス点のタイミングとの差分がゼロに近づくように、ＰＷＭ信号を生成する（調整ステップ）。

図５は、割り込み処理の流れを示すフローチャートである。

本実施の形態において、メイン制御部３１は、ＦＥＴ ＯＦＦフラグに基づいて、駆動信号を停止させる処理を実行する。このような処理は、図３に示される処理において割り込み処理として行われる。割り込み処理は、例えば、ＰＷＭ信号の１周期毎に行われる。

ステップＳ４１において、メイン制御部３１は、ＦＥＴ ＯＦＦフラグが立っているか否かを確認する。フラグが立っていればステップＳ４３の処理に進み、立っていなければステップＳ４２の処理に進む。

ステップＳ４２において、メイン制御部３１は、回生電圧のカウントを行う第１カウンタ３５にカウント動作を停止させ（カウントタイマーをストップさせ）、割り込み処理を終了させる。

他方、ステップＳ４３において、メイン制御部３１は、回生電圧のカウントを行う第１カウンタ３５にカウント動作を開始させる（カウントタイマーをスタートさせる）。

ステップＳ４４において、メイン制御部３１は、ＰＷＭ出力制御信号を出力し、ＰＷＭ出力制御部３３に、ＰＷＭ信号の出力を停止させる。これにより、出力オフ期間が開始される。

ステップＳ４５において、メイン制御部３１は、ＦＥＴ ＯＦＦフラグをクリアし、割り込み処理を終了させる。

図６は、本実施の形態の一動作例を示す第１の図である。図７は、本実施の形態の一動作例を示す第２の図である。図８は、本実施の形態の一動作例を示す第３の図である。図９は、本実施の形態の一動作例を示す第４の図である。

図６から図９の各図において、上段（ａ）は、モータ７のロータがほぼ１回転する間の各信号の波形等を示している。下段（ｂ）は、上段（ａ）のうち、ホール信号の立ち上がりエッジのタイミングの近傍を拡大して示す図である。各図において、上段（ａ）の図は、上から、ＰＷＭ信号の搬送波、ＰＷＭ信号のタイミング、ホール信号、モータ７の所定の相（例えば、Ｕ相など）の各種波形（実線はコイルに印加されるコイル電圧波形を示し、破線は逆起電圧の波形（誘起電圧の波形）を示し、点線はコイル電流波形を示す）が並べて示されている。下段（ｂ）の図においては、上段（ａ）の各波形に加えて、回生電圧の波形が並べて示されている。図において示されている時刻ｔａ，ｔｂ，ｔ１，ｔ２のそれぞれは、上述のように説明したものと対応する時刻（図２において示されている時刻に対応する時刻）を示している。

コイル電流の位相が誘起電圧の位相よりも進んでいるときの動作について、図６から図８を参照して説明する。

図６に示すように、コイル電流の位相が誘起電圧の位相よりも進んでいるとき、コイル電流のゼロクロス点（時刻ｔｂ）は、出力オフ期間（ＰＷＭオフ１周期）の開始タイミング（時刻ｔ１）よりも早いタイミングにあると推定できる。このとき、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの出力オフ期間中、コイル電流はプラスであり、回生電圧のパルス幅はゼロとなる。この場合、制御部３は、コイル電流の位相は誘起電圧の位相より進んでいると推定し、通電タイミングを遅らせる。

図７に示すように、通電タイミングが遅らせられ、コイル電流のゼロクロス点（時刻ｔｂ）が出力オフ期間内（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）に入ると、回生電圧のパルス幅（時刻ｔ１から時刻ｔｂまで）が生じ、第１カウンタ３５でカウントが行われるようになる。

そうすると、ＰＷＭデータ演算部３２は、出力オフ期間内の開始タイミング（時刻ｔ１）から回生電圧のパルス終了タイミング（時刻ｔｂ）までの時間が、出力オフ期間内の開始タイミング（時刻ｔ１）から誘起電圧のゼロクロス点（時刻ｔａ）までの時間と同じになるように、通電タイミングを調整する。この結果、図８に示すように、誘起電圧のゼロクロス点の位相とコイル電流のゼロクロス点の位相とが合うように調整される。

他方、コイル電流の位相が誘起電圧の位相よりも遅れているときの動作について、図９、図７及び図８を参照して説明する。

図９に示すように、コイル電流の位相が誘起電圧の位相よりも遅れているとき、コイル電流のゼロクロス点（時刻ｔｂ）は、出力オフ期間（ＰＷＭオフ１周期）の終了タイミング（時刻ｔ２）よりも遅いタイミングにあると推定できる。このとき、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの出力オフ期間中、コイル電流はマイナスであり、回生電圧のパルス幅は、出力オフ期間の長さ（ＰＷＭ信号１周期の長さ）と同じ長さとなる。この場合、制御部３は、コイル電流の位相は誘起電圧の位相より遅れていると推定し、通電タイミングを進める。

図７に示すように、通電タイミングが進められ、コイル電流のゼロクロス点（時刻ｔｂ）が出力オフ期間内（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）に入ると、回生電圧のパルス幅（時刻ｔ１から時刻ｔｂまで）が生じ、第１カウンタ３５でカウントが行われるようになる。

そうすると、上述と同様に、通電タイミングが調整される。この結果、図８に示すように、誘起電圧のゼロクロス点の位相とコイル電流のゼロクロス点の位相とが合うように調整される。

以上説明したように、本実施の形態においては、ホール信号の立ち上がりエッジを含むＰＷＭ信号の１周期の区間において、駆動信号の出力をオフとし、その期間の回生電圧のパルス幅が測定される。そして、コイル電流のゼロクロス点が推定され、その結果に基づいて、通電タイミングが調整される。具体的には、測定された回生電圧のパルス幅がゼロである場合は、コイル電流の位相が誘起電圧の位相よりも進んでいると推定されるため、通電タイミングを遅くし、測定したパルス幅がＰＷＭ信号の１周期と同等の場合は、コイル電流の位相が誘起電圧の位相よりも遅れていると推定されるため、通電タイミングが早められる。したがって、モータ７の駆動中に、負荷変動、温度変化などでモータ特性の変化が発生したとしても、自動的に、モータ誘起電圧の位相とコイル電流の位相とのずれが小さくなるように調整することができ、モータ７の効率の低下を抑制できる。測定した回生電圧のパルス幅が、ゼロより大きく、ＰＷＭ信号の１周期よりも小さくとなるように、通電タイミングが調整されるので、より高精度に、コイル電流の位相を調整し、モータ７の効率の低下をより抑制できる。

本実施の形態においては、誘起電圧のゼロクロス点の位相とコイル電流のゼロクロス点の位相とが合うように、通電タイミングが調整される。したがって、より効果的に、モータ７の効率の低下を抑制できる。

回生電圧のパルス幅を測定するために駆動信号の出力が停止される出力オフ期間は、ＰＷＭ信号の１周期分の短期間である。したがって、出力オフ期間が設けられることによるモータ７の回転へ及ぶ影響は小さくなる。

誘起電圧のゼロクロス点は、ホールセンサ８により検出されるホール信号の立ち上がりエッジ又は立下がりエッジのタイミングに近似するように構成されている。このように逆起電圧に同期したホール信号を用意することによって、逆起電圧を測定することなく、ホール信号のエッジの位置を検出することで、比較的簡素な構成で、位相のずれを検出できる。

［その他］

モータ駆動制御装置は、上述の実施の形態やその変形例に示されるような回路構成に限定されない。本発明の目的に適合するように構成された、様々な回路構成が適用できる。

モータの駆動方式は、通常の正弦波駆動に限定されず、矩形波による駆動方式や、台形波による駆動方式や、正弦波に特殊な変調をかけた駆動方式などであってもよい。

位相を監視する相は、Ｕ相に限定されない。他の相でもよく、また、複数相であってもよい。すなわち、ホールセンサが設けられる相と、誘起電圧の検出相と、少なくとも１つの相であればよい。多ければ、より高精度になる。

上述のフローチャートなどは、動作を説明するための一例を示すものであって、これに限定されない。フローチャートの各図に示したステップは具体例であって、このフローに限定されるものではなく、例えば、各ステップの順番が変更されたり各ステップ間に他の処理が挿入されたりしてもよいし、処理を並列化してもよい。

本実施の形態のモータ駆動制御装置により駆動されるモータは、３相のブラシレスモータに限定されず、単相、２相以上など、他の相数のブラシレスモータであってもよい。また、モータの種類も特に限定されない。

上述の実施の形態における処理の一部又は全部が、ソフトウエアによって行われるようにしても、ハードウエア回路を用いて行われるようにしてもよい。例えば、制御部は、マイコンに限定されない。制御部の内部の構成は、少なくとも一部がソフトウエアで処理されるようにしてもよい。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータ駆動制御装置
２ インバータ回路
３ 制御部
５ 誘起電圧検出回路（誘起電圧検出手段の一例）
７ モータ
８ ホールセンサ
３１ メイン制御部
３２ ＰＷＭデータ演算部（算出手段の一例、調整手段の一例）
３３ ＰＷＭ出力制御部
３５ 第１カウンタ（測定手段の一例）
３６ 第２カウンタ（位置検出手段の一例）

Claims (6)

1. モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
   前記モータの通電タイミングに対応するＰＷＭ信号を生成する制御部と、
   前記制御部により生成されたＰＷＭ信号に基づいて、前記モータを駆動させるための駆動信号を前記モータに出力するインバータ回路とを備え、
   前記制御部は、
   ロータの位置が所定の位置であるときを示す立ち上がり又は立ち下がりのエッジを含む位置検出信号を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出信号の前記エッジの検出タイミングに基づいて前記モータの誘起電圧のゼロクロス点を測定するとともに、前記モータの誘起電圧のゼロクロス点を含む所定の期間だけ前記駆動信号の出力を停止させて当該期間の前記モータの回生電圧のパルス幅を測定する測定手段と、
   前記測定手段の測定結果に基づいて前記モータのコイル電流のゼロクロス点を算出する算出手段と、
   前記算出手段の算出結果に基づいて、前記モータの通電タイミングを調整する調整手段とを有し、
   前記所定の期間は、前記ＰＷＭ信号の１周期の期間である、モータ駆動制御装置。
2. 前記測定手段は、前記位置検出信号の前記エッジの検出タイミングを前記モータの誘起電圧のゼロクロス点として、前記位置検出信号の前記エッジを含む所定の期間だけ前記駆動信号の出力を停止させて当該期間の前記モータの回生電圧のパルス幅を測定する、請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記調整手段は、前記測定手段により測定されるパルス幅が、ゼロより大きく、前記ＰＷＭ信号の１周期の長さよりも短くなるように、前記モータの通電タイミングを調整する、請求項１又は２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記調整手段は、
   前記測定手段により測定されたパルス幅がゼロである場合には、前記モータの通電タイミングが遅くなるように調整し、
   前記測定手段により測定されたパルス幅が前記ＰＷＭ信号の１周期の長さと同じである場合には、前記モータの通電タイミングが早くなるように調整する、請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記調整手段は、前記モータの誘起電圧のゼロクロス点の位相とコイル電流のゼロクロス点の位相とが一致するように前記モータの通電タイミングを調整する、請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
6. モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、
   前記モータの通電タイミングに対応するＰＷＭ信号を生成する制御部と、
   前記制御部により生成されたＰＷＭ信号に基づいて、前記モータを駆動させるための駆動信号を前記モータに出力するインバータ回路とを備えるモータ駆動制御装置の制御方法であって、
   ロータの位置が所定の位置であるときを示す立ち上がり又は立ち下がりのエッジを含む位置検出信号を検出する位置検出ステップと、
   前記位置検出信号の前記エッジの検出タイミングに基づいて前記モータの誘起電圧のゼロクロス点を測定するとともに、前記モータの誘起電圧のゼロクロス点を含む所定の期間だけ前記駆動信号の出力を停止させて当該期間の前記モータの回生電圧のパルス幅を測定する測定ステップと、
   前記測定ステップの測定結果に基づいて前記モータのコイル電流のゼロクロス点を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップの算出結果に基づいて、前記モータの通電タイミングを調整する調整ステップとを有し、
   前記所定の期間は、前記ＰＷＭ信号の１周期の期間である、モータ駆動制御装置の制御方法。

Images