JP3524523B2 - Ｄｃモータ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動サーボアクチ
ュエータやヒューマノイド型ロボットの関節等に設けら
れたDCモータに適用可能なDCモータ駆動装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】従来の
PWM（パルス幅変調）制御によるモータの駆動装置は、
モータに対し常に高い周波数の正極性および負極性のパ
ルス電圧をかけ、その正極性パルス電圧の時間幅と負極
性パルス電圧の時間幅との差によって、モータの実効正
転／逆転電圧を決定していた。

【０００３】このとき、正極性パルス電圧の時間幅が負
極性パルス電圧の時間幅よりも長い場合は、モータを正
転方向へ駆動する実効電流が発生することになり、逆に
負極性パルス電圧の時間幅が正極性パルス電圧の時間幅
よりも長い場合には、モータを逆転方向へ駆動する実効
電流が発生することになる。また正極性／負極性両方の
パルス電圧幅が同一のときは、モータ内のコイルのイン
ダクタンスによって、理論上モータへの実効電流値がゼ
ロとなり、モータ内のコイルに電流が発生することはな
い。

【０００４】しかしながら、上記のような従来のPWM 制
御方式においては、正極性／負極性のパルス電圧に同期
した電流が発生しない場合とは、モータ内のコイルのイ
ンダクタンスが無限大の場合のみであって、実際にはモ
ータ内のコイルのインダクタンスが無限大であることは
なく、モータ内のコイルには若干の電流が発生すること
になり、無駄な電力を消費することになってしまう。

【０００５】特に、コアレスモータを使用する場合など
においては、モータ内のコイルのインダクタンスが低い
ため、多くの無駄な電流が発生してしまい、例えモータ
にかかる正極性／負極性パルス電圧が中立状態の場合で
あっても、大きな発熱が生じてしまうという問題があっ
た。

【０００６】このような問題点の対策として、モータ内
のコイルのインダクタンスを上げるために、モータにか
かる正極性／負極性のパルス電圧の周波数を上げるとい
う方法があるが、該パルス電圧の周波数を上げるために
は、制御回路構成上不可欠なスイッチング素子を高応答
性のものにしなければならず、このため、構成部品にか
かるコストが上昇してしまうことになる。

【０００７】また、モータ制御回路にチョークコイル等
のインダクタンスの高い部品を追加する方法も考えられ
るが、これも部品コストの上昇を引き起こし、同時に、
制御回路の構成上、モータ駆動装置の物理的なサイズの
増大を招くことになってしまうという問題があった。

【０００８】従って、上記のようなインダクタンスの高
い構成部品を追加したモータ制御回路によって組上げら
れたモータ駆動装置は、例えば、僅かな部品収容容積に
対して２０〜３０軸ものモータ用のモータ駆動装置を内
蔵させなければならないヒューマノイド型ロボット等の
ための制御装置の用途には適していなかった。

【０００９】本発明は、このような従来のモータ駆動装
置の問題点に鑑みてなされたものであり、入力指令信号
と、駆動状態センサによって検出されフィードバックさ
れる駆動状態信号とに基づいてモータの駆動電流を効率
的に制御し、モータ内のコイルでの無駄な電流の発生を
抑制して、安定したモータの駆動を実現し、かつ、制御
回路の構成部品をコンパクトにまとめたDCモータ駆動装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明のDCモータ駆動装置は、DCモータの駆動状態を入力
指令信号に応じて制御するモータ駆動装置において、前
記DCモータの駆動状態を検出してその駆動状態を示す駆
動状態信号を出力する駆動状態センサと、前記DCモータ
の一方の電極にそれぞれ接続される正転用の第１のスイ
ッチング素子および逆転導通保持用の第４のスイッチン
グ素子と、前記DCモータの他方の電極にそれぞれ接続さ
れる逆転用の第３のスイッチング素子および正転導通保
持用の第２のスイッチング素子とを有するＨ型ブリッジ
回路と、前記駆動状態センサから出力される駆動状態信
号を前記入力指令信号に対応するよう処理してフィード
バック信号とする駆動状態信号処理手段と、前記駆動状
態信号処理手段から伝達されるフィードバック信号と前
記入力指令信号との残差をレベル調整して残差信号とし
て出力するフィードバックゲイン調整手段と、接地レベ
ルから全体的に正または負極性側にオフセットした高周
波信号を発生させる高周波信号発生回路と、前記フィー
ドバックゲイン調整手段から伝達される残差信号を反転
させる残差信号反転手段と、前記高周波信号発生回路か
ら伝達されるオフセットした高周波信号と前記フィード
バックゲイン調整手段から伝達される残差信号とを比較
した結果に基づきパルスロジック信号を出力する第１の
比較器と、前記高周波信号発生回路から伝達されるオフ
セットした高周波信号と前記残差信号反転手段から伝達
される反転された残差信号とを比較した結果に基づきパ
ルスロジック信号を出力する第２の比較器と、前記第１
の比較器から伝達されるパルスロジック信号に基づき前
記第１のスイッチング素子を駆動する第１のドライバ
と、前記第１の比較器から伝達されるパルスロジック信
号を反転させる第１のロジック反転器と、前記第１のロ
ジック反転器から伝達される反転されたパルスロジック
信号に基づき前記第４のスイッチング素子を駆動する第
4 のドライバと、前記第２の比較器から伝達されるパル
スロジック信号に基づき前記第３のスイッチング素子を
駆動する第３のドライバと、前記第２の比較器から伝達
されるパルスロジック信号を反転させる第２のロジック
反転器と、前記第２のロジック反転器から伝達される反
転されたパルスロジック信号に基づき前記第２のスイッ
チング素子を駆動する第２のドライバとを有するブリッ
ジ回路スイッチング制御回路と、を具えることを特徴と
している。

【００１１】かかるモータ駆動装置にあっては、DCモー
タの駆動状態を検出する駆動状態センサから出力され
る、DCモータの駆動状態を示す駆動状態信号が、駆動状
態信号処理手段により入力指令信号に対応するように処
理されてフィードバック信号とされ、そのフィードバッ
ク信号と入力指令信号との残差が求められ、残差がある
と、例えばその残差が正極性の場合に、その残差信号
が、フィードバックゲイン調整手段によって増幅された
後、別途高周波信号発生回路において発生した接地レベ
ルから全体的に例えば同じ正極性側にオフセットした高
周波信号と第１の比較器において比較されて、比較後の
信号残差の大きさに応じた時間幅のON／OFFパルス列が
生じ、そのパルス列からなるパルスロジック信号がブリ
ッジ回路スイッチング制御回路の第１のドライバに入力
されると、第１のドライバがＨ型ブリッジ回路の正転用
の第１のスイッチング素子を駆動してその第１のスイッ
チング素子を電流が流れるようにし、これにより第１の
スイッチング素子がON（通電）状態とされるとともにそ
こを流れる電流を制御される。

【００１２】そしてこのとき、ブリッジ回路スイッチン
グ制御回路の、第１のドライバに対し並列に構成される
第４のドライバに対しては、第１の比較器による比較後
の信号残差が、第１のロジック反転器によって逆パルス
のロジック信号とされて入力されることになるため、第
１のドライバがON状態のときは第４のドライバはOFF状
態となり、また第１のドライバがOFF 状態のときは第４
のドライバはON状態となるので、第１のドライバを通っ
てＨ型ブリッジ回路の逆転導通保持用の第４のスイッチ
ング素子に電流が流れることはない。

【００１３】フィードバックゲイン調整手段によって増
幅された残差信号はまた、信号反転手段によって上記と
逆の負極性へと反転された後、高周波信号発生回路にお
いて発生した接地レベルから全体的に正極性側にオフセ
ットした高周波信号と第２の比較器においても比較され
るが、ここでは上記信号残差が信号反転手段によって負
極性へと反転されているため、高周波信号発生回路から
発生される接地レベルから全体的に正極性側にオフセッ
トした高周波数三角波との比較では、信号残差の大きさ
に応じたON／OFF パルス列からなるロジック信号は生じ
ず、第２の比較器からブリッジ回路スイッチング制御回
路の第３のドライバへはローレベルの直流信号が供給さ
れることになるため、第３のドライバがＨ型ブリッジ回
路の逆転用の第３のスイッチング素子を駆動してその第
３のスイッチング素子を電流が流れるようにすることは
なく、これにより第３のスイッチング素子がOFF （不
通）状態とされる。

【００１４】そしてこのとき、第３のドライバに対し並
列に構成される、ブリッジ回路スイッチング制御回路の
第２のドライバに対しては、第２の比較器による比較後
の信号残差であるローレベルの直流信号が、第２のロジ
ック反転器によって逆のハイレベルの直流信号に反転さ
れて入力されることになるため、第２のドライバがＨ型
ブリッジ回路の正転導通保持用の第２のスイッチング素
子を駆動してその第２のスイッチング素子を電流が流れ
るようにし、これにより第２のスイッチング素子がON
（通電）状態とされる。

【００１５】この結果、Ｈ型ブリッジ回路の正転用の第
１のスイッチング素子と正転導通保持用の第２のスイッ
チング素子とがON（通電）状態となって、DCモータには
正極性のパルス駆動電圧が掛かり、パルス幅に応じた実
効電流が流れて、DCモータは正転駆動される（正転駆動
状態とされる）。

【００１６】この一方、駆動状態センサから出力され
る、DCモータの駆動状態を示す駆動状態信号から駆動状
態信号処理手段により入力指令信号に対応するように処
理されたフィードバック信号と、入力指令信号との残差
が負極性の場合、その残差信号が、フィードバックゲイ
ン調整手段によって増幅された後、信号反転手段によっ
て正極性へと反転されて、別途高周波信号発生回路にお
いて発生した接地レベルから全体的に例えば同じ正極性
側にオフセットした高周波信号と第２の比較器において
比較されて、比較後の信号残差の大きさに応じた時間幅
のON／OFF パルス列が生じ、そのパルス列からなるパル
スロジック信号が第３のドライバに入力されると、ブリ
ッジ回路スイッチング制御回路の第３のドライバがＨ型
ブリッジ回路の逆転用の第３のスイッチング素子を駆動
してその第３のスイッチング素子を電流が流れるように
し、これにより第３のスイッチング素子がON（通電）状
態とされるとともにそこを流れる電流を制御される。

【００１７】そしてこのとき、第３のドライバに対し並
列に構成される、ブリッジ回路スイッチング制御回路の
第２のドライバに対しては、第２の比較器による比較後
の信号残差が、第２のロジック反転器によって逆パルス
のロジック信号とされて入力されることになるため、第
３のドライバがON状態のときは第２のドライバはOFF状
態となり、また第３のドライバがOFF 状態のときは第２
のドライバはON状態となるので、第３のドライバを通っ
てＨ型ブリッジ回路の正転導通保持用の第２のスイッチ
ング素子に電流が流れることはない。

【００１８】フィードバックゲイン調整手段によって増
幅された残差信号はまた、信号反転手段によって反転さ
れずにそのまま、高周波信号発生回路において発生した
接地レベルから全体的に正極性側にオフセットした高周
波信号と第１の比較器において比較されるが、ここでは
上記信号残差が負極性であるため、高周波信号発生回路
から発生される接地レベルから全体的に正極性側にオフ
セットした高周波数三角波との比較では、信号残差の大
きさに応じたON／OFF パルス列からなるロジック信号は
生じず、第１の比較器からブリッジ回路スイッチング制
御回路の第１のドライバへはローレベルの直流信号が供
給されることになるため、第１のドライバがＨ型ブリッ
ジ回路の正転用の第１のスイッチング素子を駆動してそ
の第１のスイッチング素子を電流が流れるようにするこ
とはなく、これにより第１のスイッチング素子がOFF
（不通）状態とされる。

【００１９】そしてこのとき、第１のドライバに対し並
列に構成される、ブリッジ回路スイッチング制御回路の
第４のドライバに対しては、第１の比較器による比較後
の信号残差であるローレベルの直流信号が、第１のロジ
ック反転器によって逆のハイレベルの直流信号に反転さ
れて入力されることになるため、第４のドライバがＨ型
ブリッジ回路の逆転導通保持用の第４のスイッチング素
子を駆動してその第４のスイッチング素子を電流が流れ
るようにし、これにより第４のスイッチング素子がON
（通電）状態とされる。

【００２０】この結果、Ｈ型ブリッジ回路の逆転用の第
３のスイッチング素子と逆転導通保持用の第４のスイッ
チング素子とがON（通電）状態となって、DCモータには
負極性のパルス駆動電圧が掛かり、パルス幅に応じた実
効電流が流れて、DCモータは逆転駆動される（逆転駆動
状態とされる）。

【００２１】従って、本発明のDCモータ駆動装置によれ
ば、正転用および正転導通保持用の二つのスイッチング
素子にそれぞれ接続されたドライバが構成する並列ドラ
イバ回路と、逆転用および逆転導通保持用の二つのスイ
ッチング素子にそれぞれ接続されたドライバが構成する
並列ドライバ回路との二つの並列ドライバ回路には同時
にパルスロジック信号が入力されることがなく、一方の
並列ドライバ回路にパルスロジック信号が入力される時
には他方の並列ドライバ回路には必ずロジック反転され
たON／OFF 駆動指令信号が入力されることになるため、
正転用のドライバと逆転用のドライバとの両方が同時に
ON（通電）駆動状態となってしまうことがないので、モ
ータの正転駆動のための正転用の第１のスイッチング素
子および正転導通保持用の第２のスイッチング素子と、
モータの逆転駆動のための逆転用の第３のスイッチング
素子および逆転導通保持用の第４のスイッチング素子と
の全てに同時に電流が流れてしまうことがないことを保
証することができる。

【００２２】しかも、本発明のDCモータ駆動装置によれ
ば、モータを正転させるべく正極性の電流を流したいと
きには、正極性のパルス駆動電圧のみモータに掛かるこ
とになり、モータを逆転させるべく負極性の電流を流し
たいときには、負極性のパルス駆動電圧のみモータに掛
かることになるため、モータ内のコイルのインダクタン
スの量に影響されることなくモータ駆動用の制御回路を
構成することができるので、適用可能なDCモータが多
く、装置内のモータの駆動効率を極めて高いものにする
ことができるとともに、モータの駆動にかかる無駄な電
力消費を抑えることができ、不必要なモータの発熱も抑
え得るので、モータの発熱に起因したモータ自体の故障
や制御回路の断線等も防止することができる。

【００２３】また、本発明のDCモータ駆動装置によれ
ば、いかなる入力指令信号においてもモータ内のコイル
に無駄な電流が発生することが全くないため、モータ内
のコイルのインダクタンスの量にかかわらず、チョーク
コイル等のインダクタンスの高い部品を追加構成する必
要もないので、構成部品にかかるコストを抑えることが
でき、モータ駆動装置全体のサイズもコンパクトに構成
することができる。

【００２４】さらに、本発明のDCモータ駆動装置によれ
ば、入力指令信号が、高周波信号発生回路によって発生
させる接地レベルから全体的に若干正または負極性側に
オフセットした高周波信号とほぼ同じ値であるときは、
全てのドライバに対してOFF信号が入力されることにな
るため、モータ駆動装置内に無駄な電流が発生すること
がないので、待機命令の状態が多いアクチュエータやヒ
ューマノイドロボット等の駆動に適用した場合に、完全
に無駄な電流の消費を抑えることができる。

【００２５】ここで、本発明のDCモータ駆動装置の構成
について補足的な説明をすると、従来のPWM 制御による
モータ駆動用の制御回路でも、高周波数三角波を発生さ
せ、入力指令信号との比較によって駆動信号を得る手法
が用いられており、本発明のDCモータ駆動装置において
もモータ駆動電圧値の線形性の保持を目的とすると、高
周波数信号発生回路によって発生させる高周波信号を全
体的にオフセットさせる量は、ゼロもしくは限りなくゼ
ロに近い値であることが望ましいが、その場合には、パ
ルス信号が負極性側へ振れた際には急激に電流がながれ
ることになってしまうため、モータ駆動装置の急作動等
の要因となって好ましくない。

【００２６】よって、本発明のDCモータ駆動装置におい
ては、高周波信号発生回路により発生させる高周波信号
を常に正または負極性に維持するため、該信号を接地レ
ベルより若干正または負極性側にオフセットさせること
で不感帯を生じさせて、モータ駆動用の制御回路内の急
激な電流の発生を防ぐものとしている。

【００２７】なお、本発明のDCモータ駆動装置において
は、高周波信号発生回路により発生させる高周波信号を
接地レベルに対し全体的に正または負極性側にオフセッ
トさせる量を調整することによって、ドライバに送るOF
F 信号の残差幅を変化させることができるので、当該モ
ータ駆動装置の待機状態を長くしたいときには、上記残
差幅を広く設定するように高周波信号のオフセット量を
調整すれば良い。

【００２８】さらに、本発明のDCモータ駆動装置によれ
ば、その用途に応じて、入力指令信号とフィードバック
信号との残差信号のレベルをフィードバックゲイン調整
手段によって調整することが可能であるが、当該信号残
差を極力抑えようとする場合には、当該フィードバック
ゲイン調整手段に代えて、フィードバック信号と入力指
令信号との残差を積分して残差信号として出力する積分
回路を用いても良く、このようにすれば、信号残差をほ
ぼゼロに設定することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を実
施例によって図面に基づき詳細に説明する。ここに、図
１は、本発明のDCモータ駆動装置の一実施例の全体構成
を示すブロック図であり、図２は、そのモータ駆動装置
における各部の波形を示す波形図である。図１に示すよ
うにこの実施例のDCモータ駆動装置は、DCモータ５の駆
動状態としての電流を検出する、駆動状態センサとして
の電流センサ６を具えるとともに、DCモータ５の図では
左側の電極にそれぞれ接続される正転用の第１のスイッ
チング素子としてのスイッチング素子（＋側上側FET)１
および逆転導通保持用の第４のスイッチング素子として
のスイッチング素子（−側下側FET)４と、DCモータ５の
図では右側の電極に電流センサ６を介してそれぞれ接続
される逆転用の第３のスイッチング素子としてのスイッ
チング素子（−側上側FET)３および正転導通保持用の第
２のスイッチング素子としてのスイッチング素子（＋側
下側FET)２とを有するＨ型ブリッジ回路７を具えてい
る。

【００３０】ここで、DCモータ５に直列に接続された電
流センサ６において検出されて出力される駆動状態信号
としての電流信号は、駆動状態信号処理手段としての平
滑回路８を通され、入力指令信号（電流）Ｉ_CMD にネガ
ティブフィードバックされるに適したなめらかな直流信
号とされる。このネガティブフィードバックされる電流
信号Ｉ_FBと入力指令信号Ｉ_CMD との間に残差があって、
例えばその残差が正極性である場合には、その残差信号
は、フィードバックゲイン調整手段であるフィードバッ
クゲイン調整回路９によって増幅された後、図２（ａ）
の時刻t1〜t2に示すように、図１では回路上方の、第１
の比較器としての比較器10において、フィードバックゲ
イン調整回路９と並列にその比較器10に接続された高周
波信号発生手段としての高周波数三角波発生回路15から
発生される高周波信号としての高周波数三角波Ｔと比較
される。このとき、高周波数三角波発生回路15から発生
される高周波数三角波Ｔは、接地レベル（接地信号）か
ら全体的に若干正極性側にオフセットする（外れる）よ
うに調整されている。

【００３１】しかして比較器10では、図２（ｂ）の時刻
t1〜t2に示すように、比較後の信号残差の大きさに応じ
た時間幅のON／OFF パルス列が生じ、そのパルス列から
なるパルスロジック信号が、正転用のスイッチング素子
１に接続されたブリッジ回路スイッチング制御回路20の
第１のドライバとしてのFET ドライバ（＋側上側FETド
ライバ）11に入力されると、FET ドライバ11が、正転用
のスイッチング素子１を駆動してそのスイッチング素子
１を電流が流れるようにし、これによりスイッチング素
子１がON（通電）状態とされるとともにそこを流れる電
流を制御されることになる。

【００３２】そしてこのとき、FET ドライバ11に対して
並列に構成されるブリッジ回路スイッチング制御回路20
の第４のドライバとしてのFET ドライバ（−側下側FET
ドライバ）14に対しては、図２（ｃ）の時刻t1〜t2に示
すように、比較器10による比較後の信号残差が、FET ド
ライバ14の入力側に接続された第１のロジック反転器と
してのロジック反転器16によって逆パルスのロジック信
号とされて入力されることになるため、FET ドライバ11
がON状態のときはFET ドライバ14はOFF 状態となり、ま
たFET ドライバ11がOFF 状態のときはFET ドライバ14が
ON状態となるので、FET ドライバ11を通って逆転導通保
持用のスイッチング素子４に電流が流れることはない。

【００３３】フィードバックゲイン調整回路９によって
増幅された残差信号はまた、信号反転手段としての信号
反転回路17によって負極性へと反転された後、図１では
回路下方の、第２の比較器としての比較器18において、
信号反転回路17を介したフィードバックゲイン調整回路
９と並列にその比較器18に接続された高周波数三角波発
生回路15から発生される高周波数三角波Ｔと比較される
が、ここでは、フィードバックゲイン調整回路９によっ
て増幅された残差信号が信号反転回路17によって負極性
に反転されているため、図２（ｄ）の時刻t1〜t2に示す
ように、高周波数三角波発生回路15から発生される接地
レベルから正極性側にオフセットした高周波数三角波Ｔ
との比較では、信号残差の大きさに応じたON／OFF パル
ス列からなるロジック信号は生じず、逆転用のスイッチ
ング素子３に接続されたブリッジ回路スイッチング制御
回路20の第３のドライバとしてのFET ドライバ（−側上
側FET ドライバ）13に対しては、比較器18からローレベ
ルの直流信号が入力されることになるため、逆転用のス
イッチング素子３に電流が流れることはなく、これによ
りスイッチング素子３がOFF （不通）状態とされること
になる。

【００３４】そしてこのとき、FET ドライバ13に対して
並列に構成されるブリッジ回路スイッチング制御回路20
の第２のドライバとしてのFET ドライバ（＋側下側FET
ドライバ）12に対しては、回路下方の比較器18から出力
されるローレベルの直流信号が、図２（ｅ）の時刻t1〜
t2に示すように、FET ドライバ12の入力側に接続された
第２のロジック反転器としてのロジック反転器19によっ
てハイレベルの直流信号に反転されて入力されることに
なるため、FET ドライバ12が、正転導通保持用のスイッ
チング素子２を駆動してそのスイッチング素子２を電流
が流れるようにし、これによりスイッチング素子２がON
（通電）状態とされることになる。

【００３５】この結果、正転用のスイッチング素子１お
よび正転導通保持用のスイッチング素子２がON（通電）
状態となって、DCモータ５には正極性のパルス駆動電圧
が掛かり、パルス幅に応じた実効電流が流れて、DCモー
タ５は正転駆動される。

【００３６】この一方、DCモータ５に直列に接続された
電流センサ６において検出されて出力され、平滑回路８
を通されてなめらかな直流出力とされてネガティブフィ
ードバックされる電流信号Ｉ_FBと、入力指令信号Ｉ_CMD
との間に残差があって、例えばその誤差が負極性である
場合には、その残差信号は、フィードバックゲイン調整
回路９によって増幅された後、図２（ａ）の時刻t2〜t3
に実線で示すように、信号反転回路17によって正極性へ
と反転され、回路下方の比較器18において、信号反転回
路17を介したフィードバックゲイン調整回路９と並列に
その比較器18に接続された高周波数三角波発生回路15に
よって発生される接地レベルよりも正極性側にオフセッ
トした高周波数三角波Ｔと比較され、図２（ｄ）の時刻
t2〜t3に示すように、比較後の信号残差の大きさに応じ
た時間幅のON／OFF パルス列が生じ、そのパルス列から
なるパルスロジック信号が、逆転用のスイッチング素子
３に接続されたFET ドライバ13に入力されると、FET ド
ライバ13が、逆転用のスイッチング素子３を駆動してそ
のスイッチング素子３を電流が流れるようにし、これに
よりスイッチング素子３がON（通電）状態とされるとと
もにそこを流れる電流を制御されることになる。

【００３７】そしてこのとき、FET ドライバ13に対して
並列に構成される、FET ドライバ12に対しては、図２
（ｅ）の時刻t2〜t3に示すように、比較器18による比較
後の信号残差が、FET ドライバ12の入力側に接続された
ロジック反転器19によって逆パルスのロジック信号とさ
れて入力されることになるため、FET ドライバ13がON状
態のときはFET ドライバ12はOFF 状態となり、またFET
ドライバ13がOFF 状態のときはFET ドライバ12はON状態
となるので、FET ドライバ13を通って正転導通保持用の
スイッチング素子２に電流は流れず、スイッチング素子
２はOFF （不通）状態とされる。

【００３８】フィードバックゲイン調整回路９によって
増幅された残差信号はまた、回路上方の比較器10におい
て、フィードバックゲイン調整回路９と並列にその比較
器10に接続された高周波数三角波発生回路15から発生さ
れる高周波数三角波Ｔと比較されるが、ここでは、フィ
ードバックゲイン調整回路９によって増幅された信号残
差が負極性であるため、図２（ｂ）の時刻t2〜t3に示す
ように、高周波数三角波Ｔとの比較においては、信号残
差の大きさに応じたON／OFF パルス列からなるロジック
信号は生じず、正転用のスイッチング素子１に接続され
たFET ドライバ11に対しては比較器10からローレベルの
直流信号が入力されることになるため、正転用のスイッ
チング素子１に電流が流れることはなく、これによりス
イッチング素子１がOFF （不通）状態とされることにな
る。

【００３９】そしてこのとき、FET ドライバ11に対して
並列に構成される、FET ドライバ14に対しては、回路上
方の比較器10より出力されるローレベルの直流信号が、
図２（ｃ）の時刻t2〜t3に示すように、FET ドライバ14
の入力側に接続されたロジック反転器16によってハイレ
ベルの直流信号に反転されて入力されることになるた
め、FET ドライバ14が、逆転導通保持用のスイッチング
素子４を駆動してそのスイッチング素子４に電流が流れ
るようにし、これによりスイッチング素子４がON（通
電）状態とされることになる。

【００４０】この結果、逆転用のスイッチング素子３お
よび逆転導通保持用のスイッチング素子４がON（通電）
状態となって、DCモータ５には負極性のパルス駆動電圧
が掛かり、パルス幅に応じた実効電流が流れて、DCモー
タ５は逆転駆動される。

【００４１】すなわち、かかる本実施例のDCモータ駆動
装置によれば、Ｈ型ブリッジ回路７を構成するスイッチ
ング素子１〜４にそれぞれ接続され、互いに並列に構成
される二つの並列FET ドライバ回路11, 14および12, 13
において、例えば、回路上方の比較器10にて高周波数三
角波Ｔとの比較による信号残差に応じたON／OFF パルス
ロジック信号が発生し、FET ドライバ11に対し当該パル
スロジック信号が入力されるとともにFET ドライバ14に
対し逆パルスロジック信号が入力されるときには、回路
下方の比較器18では、高周波数三角波Ｔとの比較による
信号残差に応じたON／OFF パルスロジック信号は発生し
ない。

【００４２】また逆に、信号反転回路17によって反転さ
れた信号が回路下方の比較器18にて高周波数三角波Ｔと
比較されて信号残差に応じたON／OFF パルスロジック信
号が発生し、FET ドライバ13に対し当該パルスロジック
信号が入力されるとともにFET ドライバ12に対し逆パル
スロジック信号が入力されるときには、回路上方の比較
器10では、高周波数三角波Ｔとの比較による信号残差に
応じたON／OFF パルスロジック信号は発生しない。

【００４３】従って、本実施例のDCモータ駆動装置によ
れば、正転用および正転導通保持用の二つのスイッチン
グ素子１，２にそれぞれ接続されたドライバ11, 12が構
成する並列ドライバ回路と、逆転用および逆転導通保持
用の二つのスイッチング素子３，４にそれぞれ接続され
たドライバ13, 14が構成する並列ドライバ回路との二つ
の並列ドライバ回路には同時にパルスロジック信号が入
力されることがなく、一方の並列ドライバ回路にパルス
ロジック信号が入力される時には他方の並列ドライバ回
路には必ずロジック反転されたON／OFF 駆動指令信号が
入力されることになるため、正転用FET ドライバ11，14
と逆転用FET ドライバ12, 13との四つのFET ドライバが
全て同時にON（通電）駆動状態となってしまうことがな
く、モータ正転駆動用のための正転用のスイッチング素
子１および正転導通保持用のスイッチング素子２と、モ
ータ逆転駆動用のための逆転用のスイッチング素子３お
よび逆転導通保持用のスイッチング素子４との全てに同
時に電流が流れてしまうことがないことを保証すること
ができる。

【００４４】しかも、本実施例のDCモータ駆動装置によ
れば、モータ５を正転させるべく正極性の電流を流した
いときには、正極性のパルス駆動電圧のみモータ５に掛
かることになり、モータ５を逆転させるべく負極性の電
流を流したいときには、負極性のパルス駆動電圧のみモ
ータ５に掛かることになるため、モータ５内のコイルの
インダクタンスの量に影響されることなくモータ駆動用
の制御回路を構成することができるので、適用可能なDC
モータが多く、装置内のモータの駆動効率を極めて高い
ものにすることができるとともに、モータの駆動にかか
る無駄な電力消費を抑えることができ、不必要なモータ
の発熱も抑え得るので、モータの発熱に起因したモータ
自体の故障や制御回路の断線等も防止することができ
る。

【００４５】また、本実施例のDCモータ駆動装置によれ
ば、入力指令信号Ｉ_CMD の状態に関わらず、モータ５内
のコイルに無駄な電流が発生することが全くないため、
モータ５内のコイルのインダクタンスの量にかかわら
ず、チョークコイル等のインダクタンスの高い部品を追
加構成する必要もないので、構成部品にかかるコストを
抑えることができ、DCモータ駆動装置全体のサイズもコ
ンパクトに構成することができる。

【００４６】さらに、本実施例のDCモータ駆動装置によ
れば、入力指令信号Ｉ_CMD が、高周波数三角波発生回路
15により発生される接地レベルよりも若干正極性側にオ
フセットした高周波数三角波Ｔのパルス信号とほぼ同じ
値であるときは、すべてのFET ドライバに対してOFF 信
号が入力されることになるため、モータ駆動装置内に無
駄な電流が発生することがないので、待機命令の状態が
多いアクチュエータやヒューマノイドロボット等の駆動
において、完全に無駄な電流の消費を抑えることができ
る。

【００４７】なお、本実施例のDCモータ駆動装置の構成
について補足的な説明をすると、従来のPWM 制御による
モータ駆動用の制御回路でも、高周波数三角波を発生さ
せ、入力指令信号との比較によって駆動信号を得る手法
が用いられており、本実施例のDCモータ駆動装置におい
ても、モータ駆動電圧値の線形性の保持を目的とする
と、高周波数三角波発生回路15によって発生させる高周
波数三角波Ｔの信号をオフセットさせる量は、ゼロもし
くは限りなくゼロに近い値であることが望ましいが、そ
の場合には、パルス信号が負極性側へ振れた際には急激
に電流がながれることになってしまうため、モータ駆動
装置の急作動等の要因となって好ましくない。

【００４８】よって、本実施例のDCモータ駆動装置にお
いては、高周波数三角波発生回路15により発生させる高
周波数三角波Ｔを常に正極性に維持するため、該三角波
信号を接地レベルより若干正極性側にオフセットさせる
ことで不感帯を生じさせて、モータ駆動用の制御回路内
の急激な電流の発生を防ぐものとしている。

【００４９】なお、本実施例のDCモータ駆動装置におい
ては、高周波数三角波発生回路15により発生させる高周
波数三角波Ｔを接地レベルに対して正極性側にオフセッ
トさせる量を調整することによって、FET ドライバに送
られることになるOFF 信号の残差幅を変化させることが
できるので、DCモータ駆動装置の待機状態を長くしたい
ときには、該残差幅を広く設定するべく高周波数三角波
Ｔのオフセット量を調整すれば良い。また、入力指令信
号Ｉ_CMD とモータ５からのフィードバック信号Ｉ_FBとの
残差信号のレベルをフィードバックゲイン調整回路９で
調整することが可能であるので、その残差信号のレベル
を、高周波数三角波発生回路15により発生させる高周波
数三角波Ｔのレベルを超えないようにする調整を、容易
に行うことができる。

【００５０】さらに、本実施例のDCモータ駆動装置にお
いては、その用途に応じて、入力指令信号Ｉ_CMD とフィ
ードバック信号Ｉ_FBとの残差信号のレベルをフィードバ
ックゲイン調整回路９によって調整することが可能であ
るが、当該信号残差を極力抑えようとする場合には、当
該フィードバックゲイン調整回路９に代えて、フィード
バック信号と入力指令信号との残差を積分して残差信号
として出力する積分回路を用いても良く、このようにす
れば、信号残差をほぼゼロに設定することができる。

【００５１】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は、上述の例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲の記載の範囲内で当業者が適宜変更し得るものであ
る。例えば、この発明においては、高周波数三角波発生
回路の代わりに他の波形の高周波を発生させる回路を用
いても良く、またその高周波のオフセット方向も負極性
側としても良く、さらに駆動状態センサとして、DCモー
タの駆動電流のほか、電圧、トルク、回転速度、回転位
置または、そのDCモータで動かす物の速度、位置、トル
ク、回転速度、回転位置等を検出するものを用いても良
く、制御するDCモータの駆動状態も同様に、駆動電流の
ほか、電圧、トルク、回転速度、回転位置等としても良
い。

【００５２】さらにこの発明においては、モータ駆動軸
を２軸分以上制御するモータ駆動用のドライバ回路に対
し一つの高周波数三角波発生回路によって高周波数三角
波Ｔを供給するようにしても良く、このようにすれば２
軸分以上制御するDCモータ駆動装置の全体構成をよりコ
ンパクトにまとめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】上記実施例のDCモータ駆動装置のモータ駆動回
路の全体構成を示すブロック図である。

【図２】上記実施例のDCモータ駆動装置のモータ駆動回
路における各部の動作波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１ スイッチング素子（FET) ２ スイッチング素子（FET) ３ スイッチング素子（FET) ４ スイッチング素子（FET) ５ DCモータ ６ 電流センサ ７ Ｈ型ブリッジ回路 ８ 平滑回路 ９ フィードバックゲイン調整回路 10 比較器 11 FET ドライバ 12 FET ドライバ 13 FET ドライバ 14 FET ドライバ 15 高周波数三角波発生回路 16 ロジック反転器 17 反転回路 18 比較器 19 ロジック反転器 20 ブリッジ回路スイッチング制御回路 Ｉ_CMD 入力指令信号 Ｉ_FB フィードバック信号 Ｔ 高周波数三角波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2001−186726（ＪＰ，Ａ) 特開2001−42452（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−81988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−186011（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−271889（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−138898（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 - 5/26 H02P 7/00 - 7/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 DCモータ（５）の駆動状態を入力指令信
   号（Ｉ）に応じて制御するモータ駆動装置において、 前記DCモータの駆動状態を検出してその駆動状態を示す
   駆動状態信号を出力する駆動状態センサ（６）と、 前記DCモータの一方の電極にそれぞれ接続される正転用
   の第１のスイッチング素子（１）および逆転導通保持用
   の第４のスイッチング素子（４）と、前記DCモータの他
   方の電極にそれぞれ接続される逆転用の第３のスイッチ
   ング素子（３）および正転導通保持用の第２のスイッチ
   ング素子（２）とを有するＨ型ブリッジ回路（７）と、 前記駆動状態センサから出力される駆動状態信号を前記
   入力指令信号に対応するよう処理してフィードバック信
   号とする駆動状態信号処理手段（８）と、 前記駆動状態信号処理手段から伝達されるフィードバッ
   ク信号と前記入力指令信号との残差をレベル調整して残
   差信号として出力するフィードバックゲイン調整手段
   （９）と、 接地レベルから全体的に正または負極性側にオフセット
   した高周波信号（Ｔ）を発生させる高周波信号発生回路
   （15）と、 前記フィードバックゲイン調整手段から伝達される残差
   信号を反転させる残差信号反転手段（17）と、 前記高周波信号発生回路から伝達されるオフセットした
   高周波信号と前記フィードバックゲイン調整手段から伝
   達される残差信号とを比較した結果に基づきパルスロジ
   ック信号を出力する第１の比較器（10）と、 前記高周波信号発生回路から伝達されるオフセットした
   高周波信号と前記残差信号反転手段から伝達される反転
   された残差信号とを比較した結果に基づきパルスロジッ
   ク信号を出力する第２の比較器（18）と、 前記第１の比較器から伝達されるパルスロジック信号に
   基づき前記第１のスイッチング素子を駆動する第１のド
   ライバ（11）と、前記第１の比較器から伝達されるパル
   スロジック信号を反転させる第１のロジック反転器（1
   6）と、前記第１のロジック反転器から伝達される反転
   されたパルスロジック信号に基づき前記第４のスイッチ
   ング素子を駆動する第４のドライバ（14）と、前記第２
   の比較器から伝達されるパルスロジック信号に基づき前
   記第３のスイッチング素子を駆動する第３のドライバ
   （13）と、前記第２の比較器から伝達されるパルスロジ
   ック信号を反転させる第２のロジック反転器（19）と、
   前記第２のロジック反転器から伝達される反転されたパ
   ルスロジック信号に基づき前記第２のスイッチング素子
   を駆動する第２のドライバ（12）とを有するブリッジ回
   路スイッチング制御回路（20）と、 を具えることを特徴とする、DCモータ駆動装置。
2. 【請求項２】前記フィードバックゲイン調整手段（９）
   に代えて、前記駆動状態信号処理手段から伝達されるフ
   ィードバック信号と前記入力指令信号との残差を積分し
   て残差信号として出力する積分回路を具えることを特徴
   とする、請求項１記載のDCモータ駆動装置。