JP4667132B2 - モータ駆動装置及びこれを用いた電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、大トルクが要求されるモータ（空気調整器のファン用三相全波モータなど）の駆動制御を行うモータ駆動装置に関するものであり、特に、各相駆動信号の位相シフト制御並びに通電角制御に関するものである。

大トルクが要求されるモータの駆動制御を行うモータ駆動装置においては、モータコイルに与える各相駆動信号の位相を、ホールセンサで検出されるホール信号の位相に対して意図的に進めることで、モータの出力トルクを増大させる制御（いわゆる進角制御）が一般に行われている。

より具体的に述べると、三相モータを制御対象とするモータ駆動装置は、モータコイルに生じる逆起電圧信号と同一位相で三相駆動信号を供給することが基本であるが、上記の進角制御を実現すべく、通常、モータのホールセンサは、モータコイルに対して所定位相（一般には＋３０°）だけ進んだ位置に置かれていた。すなわち、モータ駆動装置には、モータコイルに生じる逆起電圧信号に対して、３０°だけ進んだホール信号が入力され、モータ駆動装置は、当該ホール信号に基づいてモータコイルに与える各相駆動信号を生成する構成とされていた。

ただし、モータの出力トルクが最大となる位相差（或いは、ユーザが要求するモータ特性を得るための位相差）は、モータ毎に千差万別である。そのため、従来のモータ駆動装置は、モータコイルに生じる逆起電圧信号とホールセンサで検出されるホール信号との間で所望の位相差が得られるように、ホールセンサの位置を適宜調整する構成とされていた（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０００−１３４９７８号公報（特に、段落［００２０］など）

確かに、上記従来のモータ駆動装置でも、ホールセンサの配設位置を適宜調整しさえすれば、モータの出力トルクを最大とすることが可能である。

しかしながら、上記従来のモータ駆動装置は、モータの通電角切替制御（例えば、通電角１２０°／１５０°切替制御）が行われると適切な進角制御ができなくなる、という課題を有していた。すなわち、従来のモータ駆動装置では、一方の通電角を基準としてホールセンサの配設位置が調整されていたため、通電角が他方に切り替えられた場合には、上記の調整に齟齬が生じ、却って出力トルクが小さくなってしまうおそれがあった。

なお、特許文献１では、マイクロコンピュータを用いて進角制御を行う技術が開示・提案されているが、当該従来技術は、あくまで、モータ駆動中における進角制御の最適化を図るための技術に過ぎず、上記課題を解決し得るものではなかった。また、当該従来技術は、マイクロコンピュータを必要とする構成であるため、仮に当該構成を応用して上記課題の解決を図った場合には、不要なコストアップを招来するおそれもあった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、簡易かつ安価な構成でありながら、モータの通電角切替制御に依ることなく、常に適切な進角制御を行うことが可能なモータ駆動装置、及び、これを用いた電気機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動装置は、モータからのホール信号に所定の信号処理を施して、所望進角量Ｐ°が与えられた通電角ｍ°の第１駆動信号と、同じく所望進角量Ｐ°が与えられた通電角ｎ（ｎ＞ｍ）°の第２駆動信号と、を予め生成しておく手段と；第１、第２駆動信号のいずれか一をモータ駆動信号として選択出力する手段と；を有して成る構成（第１の構成）としている。

具体的に述べると、本発明に係るモータ駆動装置は、モータからのホール信号に所定の信号処理を施して、通電角ｍ°の基準駆動信号を生成する手段と；前記基準駆動信号を所望進角量Ｐ°よりもさらにα°だけ進める信号処理を施し、前記基準駆動信号から（Ｐ＋α）°だけ位相シフトされた通電角ｍ°の第１要素信号を生成する手段と；第１要素信号をα°だけ遅らせる信号処理を施し、前記基準駆動信号からＰ°だけ位相シフトされた通電角ｍ°の第２要素信号を生成する手段と；第２要素信号をさらにα°だけ遅らせる信号処理を施し、前記基準駆動信号から（Ｐ−α）°だけ位相シフトされた第３要素信号を生成する手段と；第１、第３要素信号に論理和演算を施し、通電角ｎ（＝ｍ＋２α）°の第４要素信号を生成する手段と；通電角をｍ°とすべき場合には第２要素信号をモータ駆動信号として選択出力し、通電角をｎ°とすべき場合には第４要素信号をモータ駆動信号として選択出力する手段と；を有して成る構成（第２の構成）としている。

さらに具体的に述べると、本発明に係るモータ駆動装置は、モータからのホール信号に所定の信号処理を施して、通電角ｍ°の基準駆動信号を生成する合成部と；前記基準駆動信号から、所望進角量Ｐ°が与えられた通電角ｍ°の第１駆動信号と、同じく所望進角量Ｐ°が与えられた通電角ｎ（ｎ＞ｍ）°の第２駆動信号と、を生成する波形整形部と；第１、第２駆動信号のいずれか一をモータ駆動信号として選択出力するセレクタ部と；を有するほか、前記ホール信号を逓倍する逓倍部と；前記逓倍部の出力パルス数をカウントするカウンタ部と；進角量設定信号を前記カウンタ部でのカウント値と比較し得る設定値にデコードするデコーダ部と、前記カウンタ部でのカウント値が前記デコーダ部の設定値と一致したか否かを判定し、両者が一致したときにトリガされる第１トリガ信号を生成する一致判定部と；第１トリガ信号をα°だけ遅延させた第２トリガ信号を生成する第１シフト部と；第１トリガ信号を２α°だけ遅延させた第３トリガ信号を生成する第２シフト部と；を有して成り、かつ、前記波形整形部は、第１トリガ信号を用いて、前記基準駆動信号を所望進角量Ｐ°よりもさらにα°だけ進める信号処理を施し、前記基準駆動信号から（Ｐ＋α）°だけ位相シフトされた通電角ｍ°の第１要素信号を生成する手段と；第２トリガ信号を用いて、第１要素信号をα°だけ遅らせる信号処理を施し、前記基準駆動信号からＰ°だけ位相シフトされた通電角ｍ°の第２要素信号を生成する手段と；第３トリガ信号を用いて、第２要素信号をさらにα°だけ遅らせる信号処理を施し、前記基準駆動信号から（Ｐ−α）°だけ位相シフトされた第３要素信号を生成する手段と；第１、第３要素信号に論理和演算を施し、通電角ｎ（＝ｍ＋２α）°の第４要素信号を生成する手段と；を有して成り、第２要素信号を第１駆動信号として出力する一方、第４要素信号を第２駆動信号として出力するものである構成（第３の構成）としている。

また、本発明に係る電気機器は、上記第１〜第３いずれかの構成から成るモータ駆動装置と、前記モータ駆動装置で駆動制御されるモータと、を有して成ることを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動装置及びこれを用いた電気機器であれば、簡易かつ安価な構成でありながら、モータの通電角切替制御に依ることなく、常に適切な進角制御を行うことが可能となる。

以下では、三相全波モータの駆動制御を行うモータ駆動装置に本発明を適用した場合を例示して詳細な説明を行う。図１は、本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック図（一部に回路図を含む）である。本図に示すように、本実施形態のモータ駆動装置は、モータ各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）を生成するプリドライバＩＣ１と、各相の駆動信号を所定の電圧レベルにシフトさせるレベルシフタ回路２と、レベルシフトされた各相の駆動信号に応じてモータ４を駆動するモータドライバ回路３と、を有して成る。

図２は、モータドライバ回路３の内部構成を示す回路図である。本図に示すように、モータドライバ回路３は、Ｈブリッジ接続されたパワートランジスタ（Ｎチャネル電界効果トランジスタＮＵ１、ＮＵ２、ＮＶ１、ＮＶ２、ＮＷ１、ＮＷ２）を用いてモータ４を駆動する手段である。トランジスタＮＵ１、ＮＶ１、ＮＷ１は、Ｈブリッジの上側スイッチ素子であり、トランジスタＮＵ２、ＮＶ２、ＮＷ２は、Ｈブリッジの下側スイッチ素子である。トランジスタＮＵ１、ＮＶ１、ＮＷ１のドレインは電源ラインに共通接続されており、トランジスタＮＵ２、ＮＶ２、ＮＷ２のソースは接地ラインに共通接続されている。トランジスタＮＵ１、ＮＶ１、ＮＷ１のソースと、トランジスタＮＵ２、ＮＶ２、ＮＷ２のドレインは、各相毎に接続されており、その接続ノードは、モータ４を構成するコイルの一端に各々接続されている。Ｈブリッジ接続された上記のパワートランジスタは、各々のゲートに入力される駆動信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）に応じて開閉制御され、モータ４を駆動する。

図１に戻り、プリドライバＩＣ１の内部構成及び動作について詳細に説明する。本図に示すように、プリドライバＩＣ１は、ホールアンプ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗと、ロジック部１２と、プリドライバ部１３と、アナログ／ディジタル変換部１４（以下では、Ａ／Ｄ［Analog/Digital］変換部１４と呼ぶ）と、バッファアンプ１５と、プルダウン抵抗１６と、をパッケージングして成る半導体集積回路装置である。

モータ４を構成する各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルには、各々ホールセンサ５Ｕ、５Ｖ、５Ｗが付加されており、各々のホール信号出力端はいずれも、プリドライバＩＣ１に外部接続されている。各相ホールセンサ５Ｕ、５Ｖ、５Ｗで得られたホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ（矩形波のコンパレータ出力）は、ホールアンプ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗに差動入力されている。ホールアンプ１１Ｕは、入力されたＵ相ホール信号ＨＵを増幅してロジック部１２に送出する。同様に、ホールアンプ１１Ｖ、１１Ｗは、入力されたＶ相、Ｗ相ホール信号ＨＶ、ＨＷを増幅してロジック部１２に送出する。

ロジック部１２は、入力された各相ホール信号に基づいて、モータ回転速度のフィードバック制御を行いつつ、モータ各相のプリ駆動信号（ｕｈ、ｕｌ、ｖｈ、ｖｌ、ｗｈ、ｗｌ）を生成し、当該プリ駆動信号をプリドライバ部１３に送出する。

また、本実施形態のロジック部１２は、上記の基本機能を具備するほか、外部端子Ｔ１に印加されるアナログ電圧信号ＰＣ（より正確には、アナログ電圧信号ＰＣをＡ／Ｄ変換して得られるディジタル（ｎビット）の進角量設定信号ＤＰＣ）に応じた進角量設定（０〜３０°）や、外部端子Ｔ２に印加されるディジタル（１ビット）の通電角切替信号ＭＯＤＥに応じた通電角切替（１２０°／１５０°）を行う機能を備えている。なお、当該機能については、後ほど詳細に説明する。

また、本実施形態のロジック部１２は、上記の他にも、図示しない外部制御信号に応じて、回転方向切替（正転／逆転）、ＰＷＭ切替（上側／下側）、ブートストラップ対応切替（有／無）、制御パルス数切替（６パルス／１２パルス）、ＰＷＭ同期整流切替（有／無）など、各種の動作モードや回路特性値を任意に切り替えることが可能である。

また、本実施形態のロジック部１２には、ホール信号の入力異常検出回路が内蔵されており、入力されたホール信号の論理が異常状態（例えば、全てローレベル或いは全てハイレベル）であった場合、モータ４の駆動を停止するように、より具体的には、プリドライバＩＣ１から出力される各相駆動信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）の論理を全てローレベルとするように動作する。このような構成とすることにより、ホールセンサ５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの接続不良等によってホールセンサ接続用の外部端子が異常開放した場合であっても、モータ４の駆動を自動停止して、プリドライバＩＣ１やモータ４の破壊等を未然に回避することが可能となる。

また、本実施形態のロジック部１２には、上記の他にも、各種の保護機能（過電流保護機能、過電圧保護機能、低入力誤動作防止機能、温度保護機能など）が具備されている。

プリドライバ部１３は、ロジック部１２から入力されるプリ駆動信号（ｕｈ、ｕｌ、ｖｈ、ｖｌ、ｗｈ、ｗｌ）のレベルシフトや波形成形を行い、レベルシフタ回路１３へ外部出力すべきモータ各相の駆動信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）を生成する。

Ａ／Ｄ変換部１４は、外部端子Ｔ１に印加されるアナログ電圧信号ＰＣを、ディジタル（例えば４ビット）の進角量設定信号ＤＰＣに変換してロジック部１２に送出する。これにより、ロジック部１２では、進角量設定信号ＤＰＣに応じて、各相駆動信号の進角量を任意（可変範囲：０〜３０°、可変ステップ：２°）に設定することができる。従って、アナログ電圧信号ＰＣを適宜設定し、モータ毎に最適な進角制御を行うことにより、その最大出力トルク（或いはユーザが要求するモータ特性）を得ることが可能となる。

なお、上記のアナログ電圧信号ＰＣは、電源ラインと接地ラインの間に直列接続される外部抵抗Ｒｅｘ１、Ｒｅｘ２の接続ノードから引き出される分圧電圧信号（例えば０〜５［Ｖ］）である。このような構成とすることにより、外部抵抗Ｒｅｘ１、Ｒｅｘ２の付け替え作業を行うだけで、容易に各相駆動信号の進角量を調整することが可能となる。

バッファアンプ１５は、所定のヒステリシスをもって、外部端子Ｔ２に印加される２値（ハイレベル／ローレベル）の通電角切替信号ＭＯＤＥをロジック部１２に対して送出する。これにより、ロジック部１２では、通電角切替信号ＭＯＤＥに応じて、各相駆動信号の通電角切替（ハイレベルなら通電角１２０°、ローレベルなら通電角１２０°から通電角１５０°への切替）を行うことができる。なお、通電角１５０°への切替は、ホール信号を数周期分（例えば４周期分）だけモニタし、連続して所定周波数以上（例えば５［Ｈｚ］以上）となった場合に切り替わる。

また、バッファアンプ１５の入力端は、通電角切替信号ＭＯＤＥを受け付けるための外部端子Ｔ２に接続される一方、プルダウン抵抗１６を介して接地ラインにも接続されている。このような構成とすることにより、外部端子Ｔ２の開放時には、その端子電圧が接地電位付近（ローレベル）まで引き下げられるので、デフォルト通電角としては、１５０°が選択されることになる。従って、外部端子Ｔ２の異常開放時など、通電角切替信号ＭＯＤＥが正常に入力されない場合であっても、モータ駆動制御に支障が生じることはない。また、通電角切替信号ＭＯＤＥが正常に入力されていれば、外部端子Ｔ２の端子電圧は、当該信号の電圧レベルに律される。従って、プルダウン抵抗１６の挿入によって、通常時の通電角切替制御に支障が生じることはない。なお、上記とは逆に、デフォルト通電角を１２０°と設定する場合には、バッファアンプ１５の入力端を電源ラインにプルアップしておけばよい。

次に、図３を参照しながら、ロジック部１２の内部構成について説明する。図３は、ロジック部１２の内部構成を示すブロック図である。本図に示す通り、ロジック部１２は、合成部１２１と、進角／通電角制御部１２２と、出力部１２３と、逓倍部１２４と、カウンタ部１２５と、デコーダ部１２６と、一致判定部１２７と、を有して成る。

合成部１２１は、ホールアンプ１１Ｕから入力されるＵ相ホール信号ＨＵに基づいて、上側Ｕ相ホール信号ＨＵＨと下側Ｕ相ホール信号ＨＵＬを生成する。同様に、合成部１２１は、ホールアンプ１１Ｖ、１１Ｗから入力されるＶ相、Ｗ相ホール信号ＨＶ、ＨＷに基づいて、上側ホール信号ＨＶＨ、ＨＷＨと下側ホール信号ＨＶＬ、ＨＷＬをそれぞれ生成する。すなわち、合成部１２１は、３相ホール信号から６相ホール信号を論理合成し、各信号を進角／通電角制御部１２２に出力する手段である（図４を参照）。

進角／通電角制御部１２２は、合成部１２１で得られる６相ホール信号から各相駆動信号（通電角：１２０°／１５０°双方、所望進角量：Ｐ°）を生成する波形整形部１２２ａと、後述する第１トリガ信号Ａに第１位相シフト量（α°＝＋１５°）の遅延を与えて信号Ｂを生成する第１シフト部１２２ｂと、同じく第１トリガ信号Ａに第２位相シフト量（２α°＝＋３０°）の遅延を与えて信号Ｃを生成する第２シフト部１２２ｃと、外部入力される通電角切替信号ＭＯＤＥに基づいて、波形整形部１２２ａで得られる通電角１２０°／１５０°双方の各相駆動信号のうち、いずれか一方を後段の出力部１２３に選択出力するセレクタ部１２２ｄと、を有して成る。なお、各部動作については後述する。

出力部１２３は、進角／通電角制御部１２２で得られた各相駆動信号にデッドタイム等を付与し、所定の電流能力を与えて後段のプリドライバ部１３に出力する手段である。

逓倍部１２４は、ホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷのうち、いずれか一相をｘ逓倍する手段である。なお、本実施形態の逓倍部１２４は、各相のホール信号を代表して、Ｕ相ホール信号ＨＵを３６０逓倍する構成とされている。従って、制御パルス信号ＦＧ（ホール信号の１周期中にハイレベル／ローレベル合わせて６つのパルスを有する矩形波信号）のハイレベル期間中或いはローレベル期間中（すなわち半周期６０°）に現れる逓倍出力信号のパルス数は、ちょうど６０パルスとなる（図５（ａ）、（ｂ）を参照）。

カウンタ部１２５は、前記逓倍部１２４の出力パルス数をカウント数し、その結果を一致判定部１２７に送出する手段である。なお、カウンタ部１２５のカウント動作は、制御パルス信号ＦＧの更新毎（立上がり／立下がり毎）にリセットされる。

デコーダ部１２６は、Ａ／Ｄ変換部１４から入力される進角量設定信号ＤＰＣを、カウンタ部１２５でのカウント値と比較し得る設定値にデコードし、その結果を一致判定部１２７に送出する手段である。なお、デコーダ部１２６は、以下の（１）式に基づき、進角量設定信号ＤＰＣに対するデコーダ出力の設定値を決定する。

デコーダ出力の設定値＝６０°−（１５°＋Ｐ°） … （１）

なお、上記（１）式において、右辺の「６０°」は、先述した制御パルス信号ＦＧのパルス幅（ハイレベル期間／ローレベル期間）に相当する値であり、「１５°」は、通電角１２０°の駆動信号から通電角１５０°の駆動信号を生成する際に必要となる差分値（３０°）の半分に相当する値である。また、右辺の「Ｐ°」は、進角量設定信号ＤＰＣに応じて設定される各相駆動信号の所望進角量に相当する値である。

ここで、本実施形態のモータ駆動装置では、先述した通り、各相駆動信号の進角量Ｐ°を０°〜３０°の可変範囲で任意に設定することができる。従って、上記したデコーダ出力の設定値は、図５（ｂ）に示すように、４ビット（０〜１５）の進角量設定信号ＤＰＣに対して、１５°〜４５°の可変設定範囲を有している。

より具体的に述べると、デコーダ部１２６は、進角量設定信号ＤＰＣの値が「０」であった場合には、所望進角量Ｐ°が「０°」であると判断し、デコーダ出力として「４５°（４５カウント）」を設定する。一方、進角量設定信号ＤＰＣの値が「１５」であった場合には、所望進角量Ｐ°が「３０°」であると判断し、デコーダ出力として「１５°（１５カウント）」を設定する。進角量設定信号ＤＰＣの値が「１」〜「１４」である場合も上記と同様であり、デコーダ部１２６は、進角量設定信号ＤＰＣに応じて、２°（２カウント）ステップのデコーダ出力を設定する。

一致判定部１２７は、カウンタ部１２５でのカウンタ値がデコーダ部１２６の設定値と一致したか否かを判定し、両者が一致したときにトリガされる第１トリガ信号Ａ（下向きのトリガパルス）を生成する手段である。当該第１トリガ信号Ａは、進角／通電角制御部１２２に送出され、後述する各相駆動信号の波形整形処理に用いられる。なお、先述した通り、カウンタ部１２５のカウント動作は、制御パルス信号ＦＧの更新毎（立上がり／立下がり毎）にリセットされるため、一致判定部１２７での判定動作（延いては第１トリガ信号Ａの生成動作）も、制御パルス信号ＦＧの更新毎に行われる。

次に、先出の図３のほかに、図６及び図７を参照しながら、進角／通電角制御部１２２の内部構成及び動作（特に波形整形部１２２ａの内部構成及び波形整形動作）について、詳細な説明を行う。なお、図６は、波形整形部１２２ａの内部構成（Ｕ相駆動信号の生成に関連する箇所のみ）を示すブロック図であり、図７は、波形整形部１２２ａの波形整形動作（所望進角量Ｐ°＝２８°のＵ相駆動信号を生成する際の波形整形動作のみ）を示すタイミングチャートである。

まず、波形整形部１２２ａの内部構成について説明する。図６に示すように、波形整形部１２２ａは、インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ３と、論理和演算器ＯＲ１〜ＯＲ６と、ＤフリップフロップＦＦ１〜ＦＦ６と、を有して成る。

論理和演算器ＯＲ１の一入力端は、インバータＩＮＶ１を介して、制御パルス信号ＦＧの入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ１の他入力端は、信号Ａの入力端（一致判定部１２７の出力端）に接続されている。論理和演算器ＯＲ１の出力端は、論理和演算器ＯＲ２の一入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ２の他入力端は、下側Ｕ相ホール信号ＨＵＬ（通電角：１２０°、進角量：０°）の入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ２の出力端は、ＤフリップフロップＦＦ１のクロック入力端（ＣＫ）に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ１のデータ入力端（Ｄ）は、インバータＩＮＶ２を介して上側Ｕ相ホール信号ＨＵＨの入力端に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ１の出力端（Ｑ）は、ＤフリップフロップＦＦ２のデータ入力端（Ｄ）に接続される一方、論理和演算器ＯＲ３の一入力端にも接続されている。ＤフリップフロップＦＦ２のクロック入力端（ＣＫ）は、信号Ｂの入力端（第１シフト部１２２ｂの出力端）に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ２の出力端（Ｑ）は、ＤフリップフロップＦＦ３のデータ入力端（Ｄ）に接続される一方、セレクタ１２２ｄの一入力端にも接続されている。ＤフリップフロップＦＦ３のクロック入力端（ＣＫ）は、信号Ｃの入力端（第２シフト部１２２ｃの出力端）に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ３の出力端（Ｑ）は、論理和演算器ＯＲ３の他入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ３の出力端は、セレクタ１２２ｄの一入力端に接続されている。

論理和演算器ＯＲ４の一入力端は、制御パルス信号ＦＧの入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ４の他入力端は、信号Ａの入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ４の出力端は、論理和演算器ＯＲ５の一入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ５の他入力端は、上側Ｕ相ホール信号ＨＵＨ（通電角：１２０°、進角量：０°）の入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ５の出力端は、ＤフリップフロップＦＦ４のクロック入力端（ＣＫ）に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ４のデータ入力端（Ｄ）は、インバータＩＮＶ３を介して下側Ｕ相ホール信号ＨＵＬの入力端に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ４の出力端（Ｑ）は、ＤフリップフロップＦＦ５のデータ入力端（Ｄ）に接続される一方、論理和演算器ＯＲ６の一入力端に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ５のクロック入力端（ＣＫ）は、信号Ｂの入力端に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ５の出力端（Ｑ）は、ＤフリップフロップＦＦ６のデータ入力端（Ｄ）に接続される一方、セレクタ１２２ｄの一入力端にも接続されている。ＤフリップフロップＦＦ６のクロック入力端（ＣＫ）は、信号Ｃの入力端に接続されている。ＤフリップフロップＦＦ６の出力端（Ｑ）は、論理和演算器ＯＲ６の他入力端に接続されている。論理和演算器ＯＲ６の出力端は、セレクタ１２２ｄの一入力端に接続されている。

続いて、上記構成から成る波形整形部１２２ａの波形整形動作、並びに、セレクタ１２２ｄの選択動作について説明する。

各相駆動信号の所望進角量Ｐ°を２８°に設定する場合、デコーダ出力は、先の（１）式に基づいて、１７°（＝６０°−（１５°＋２８°））に設定される。従って、波形整形部１２２ａには、図７に示す通り、上記のデコーダ設定に基づく第１トリガ信号Ａと、当該第１トリガ信号Ａから第１、第２位相シフト量（＋１５°、＋３０°）だけ遅れた第２、第３トリガ信号Ｂ、Ｃが各々入力される。

論理和演算器ＯＲ１は、第１トリガ信号Ａと反転制御パルス信号ＦＧバーとの論理和演算によって信号ａ１を生成する。論理和演算器ＯＲ２は、信号ａ１と下側Ｕ相ホール信号ＨＵＬとの論理和演算によって信号ａ２を生成する。一方、論理和演算器ＯＲ４は、第１トリガ信号Ａと制御パルス信号ＦＧとの論理和演算によって信号ａ３を生成する。論理和演算器ＯＲ５は、信号ａ３と上側Ｕ相ホール信号ＨＵＨとの論理和演算によって信号ａ４を生成する。

ＤフリップフロップＦＦ１は、信号ａ２をクロック信号とし、そのトリガ時におけるデータ信号（反転上側Ｕ相ホール信号ＨＵＨバー）の論理状態を出力することで、第１要素信号1)を生成する。このようにして生成された第１要素信号(1)は、基準となる上側Ｕ相ホール信号ＨＵＨから４３°だけ進んだ通電角１２０°の矩形波信号となる。

ＤフリップフロップＦＦ２は、第２トリガ信号Ｂをクロック信号とし、そのトリガ時におけるデータ信号（第１要素信号(1)）の論理状態を出力することで、第２要素信号(2)を生成する。このようにして生成された第２要素信号(2)は、基準となる上側Ｕ相ホール信号ＨＵＨから２８°（所望進角量Ｐ°）だけ進んだ通電角１２０°の矩形波信号となる。

ＤフリップフロップＦＦ３は、第３トリガ信号Ｃをクロック信号とし、そのトリガ時におけるデータ信号（第２要素信号(2)）の論理状態を出力することで、第３要素信号(3)を生成する。このようにして生成された第３要素信号(3)は、基準となる上側Ｕ相ホール信号ＨＵＨから１３°だけ進んだ通電角１２０°の矩形波信号となる。

論理和演算器ＯＲ４は、第１要素信号(1)と第３要素信号(3)との論理和演算によって第４要素信号(4)を生成する。このようにして生成された第４要素信号(4)は、第２要素信号(2)の両端に±１５°ずつ加算された矩形波信号、すなわち、所望進角量Ｐ°（＝２８°）だけ進んだ通電角１５０°の矩形波信号となる。

一方、ＤフリップフロップＦＦ４は、信号ａ４をクロック信号とし、そのトリガ時におけるデータ信号（反転下側Ｕ相ホール信号ＨＵＬバー）の論理状態を出力することで、第５要素信号(5)を生成する。このようにして生成された第５要素信号(5)は、基準となる下側Ｕ相ホール信号ＨＵＬから４３°だけ進んだ通電角１２０°の矩形波信号となる。

ＤフリップフロップＦＦ５は、第２トリガ信号Ｂをクロック信号とし、そのトリガ時におけるデータ信号（第５要素信号(5)）の論理状態を出力することで、第６要素信号(6)を生成する。このようにして生成された第６要素信号(6)は、基準となる下側Ｕ相ホール信号ＨＵＬから２８°（所望進角量Ｐ°）だけ進んだ通電角１２０°の矩形波信号となる。

ＤフリップフロップＦＦ６は、第３トリガ信号Ｃをクロック信号とし、そのトリガ時におけるデータ信号（第６要素信号(6)）の論理状態を出力することで、第７要素信号(7)を生成する。このようにして生成された第７要素信号(7)は、基準となる下側Ｕ相ホール信号ＨＵＬから１３°だけ進んだ通電角１２０°の矩形波信号となる。

論理和演算器ＯＲ６は、第５要素信号(5)と第７要素信号(7)との論理和演算によって第８要素信号(8)を生成する。このようにして生成された第８要素信号(8)は、第６要素信号(6)の両端に±１５°ずつ加算された矩形波信号、すなわち、所望進角量Ｐ°（＝２８°）だけ進んだ通電角１５０°の矩形波信号となる。

セレクタ部１２２ｄは、先述した通り、通電角切替信号ＭＯＤＥに基づいて、波形整形部１２２ａで得られる通電角１２０°／１５０°双方の上側、下側Ｕ相駆動信号のうち、いずれか一の通電角信号を後段の出力部１２３に選択出力する。より具体的に述べると、セレクタ部１２２ｄは、通電角切替信号ＭＯＤＥに応じて、通電角を１２０°とすべき場合には、上側、下側のＵ相駆動信号として、それぞれ、第２要素信号(2)、第６要素信号(6)を選択出力し、通電角を１５０°とすべき場合には、上側、下側のＵ相駆動信号として、それぞれ、第４要素信号(4)、第８要素信号(8)を選択出力する。

なお、上記では、Ｕ相駆動信号の生成を例に挙げて説明を行ったが、Ｖ相、Ｗ相の各相駆動信号についても、同様の手法で生成することができる（図８を参照）。図８は、各相駆動信号の進角制御並びに通電角切替制御を説明するためのタイミングチャートである。なお、本図中において、下側駆動信号の縦ハッチングは、当該駆動信号がＰＷＭ［Pulse Width Modulation］制御されていることを示している。

上記の通り、本実施形態のプリドライバＩＣ１は、外部入力されるアナログ電圧信号ＰＣ（延いては進角量設定信号ＤＰＣ）に応じて、所望進角量Ｐだけ進んだ通電角１２０°及び通電角１５０°双方の各相駆動信号を予め作成しておき、同じく外部入力される通電角切替信号ＭＯＤＥに応じた信号選択処理を行うことで、進角量と通電角をいずれも制御する構成とされている。このような構成とすることにより、ホールセンサの位置調整によって進角制御を行っていた従来構成と異なり、簡易かつ安価な構成でありながら、モータの通電角切替制御に依ることなく、常に適切な進角制御を行うことが可能となる。

なお、上記の実施形態では、三相全波モータの駆動制御を行うモータ駆動装置に本発明を適用した場合を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、他形式モータの駆動制御を行うモータ駆動装置にも適用することが可能である。

また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、進角量のステップ幅を２°とした例を挙げて説明を行ったが、そのステップ幅は、より細かくても構わないし、逆に、より粗くても構わない。また、上記実施形態では、通電角の切替制御について、通電角１２０°と通電角１５０°の２値を選択候補とした構成を例に挙げて説明を行ったが、その選択候補は、上値以外でも構わない。

本発明は、大トルクが必要とされるモータの駆動制御を最適化する上で有用な技術であり、空気清浄機や室外機、洗濯機や自動食器洗浄機、或いは、給湯器などの家電製品や、ＯＡ機器の紙送り機構部に搭載されるモータの駆動制御を行うモータ駆動装置に利用可能な技術である。

は、本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。 は、モータドライバ回路３の内部構成を示す回路図である。 は、ロジック部１２の内部構成を示すブロック図である。 は、合成部１２１の信号生成動作を示すタイミングチャートである。 は、一致判定部１２７の信号生成動作を示すタイミングチャートである。 は、波形整形部１２２ａの内部構成を示すブロック図である。 は、波形整形部１２２ａの波形整形動作を示すタイミングチャートである。 は、各相駆動信号の進角制御並びに通電角切替制御を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１ プリドライバＩＣ
２ レベルシフタ回路
３ モータドライバ回路
４ モータ
５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ ホールセンサ
１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗ ホールアンプ
１２ ロジック部
１２１ 合成部
１２２ 進角／通電角制御部
１２２ａ 波形整形部
１２２ｂ 第１シフト部
１２２ｃ 第２シフト部
１２２ｄ セレクタ部
１２３ 出力部
１２４ 逓倍部
１２５ カウンタ部
１２６ デコーダ部
１２７ 一致判定部
１３ プリドライバ部
１４ アナログ／ディジタル変換部
１５ バッファアンプ
１６ プルダウン抵抗
Ｔ１、Ｔ２ 外部端子
Ｒｅｘ１、Ｒｅｘ２ 外部抵抗
ＮＵ１、ＮＵ２ Ｎチャネル電界効果トランジスタ（Ｕ相上側、Ｕ相下側）
ＮＶ１、ＮＶ２ Ｎチャネル電界効果トランジスタ（Ｖ相上側、Ｖ相下側）
ＮＷ１、ＮＷ２ Ｎチャネル電界効果トランジスタ（Ｗ相上側、Ｗ相下側）
ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３ インバータ
ＯＲ１〜ＯＲ６ 論理和演算器
ＦＦ１〜ＦＦ６ Ｄフリップフロップ

Claims (4)

1. モータからのホール信号に所定の信号処理を施して基準駆動信号を生成する合成部と；
   所望進角量Ｐ°を設定するための進角量設定信号及び前記ホール信号に応じて第１トリガ信号を生成する一致判定部と；
   前記第１トリガ信号をα°だけ遅延させた第２トリガ信号を生成する第１シフト部と；
   前記第１トリガ信号を２α°だけ遅延させた第３トリガ信号を生成する第２シフト部と；
   前記第１トリガ信号に基づいて前記基準駆動信号を（Ｐ＋α）°位相だけシフトした第１要素信号を生成し、前記第２トリガ信号に基づいて前記基準駆動信号をＰ°だけ位相シフトした第２要素信号を生成し、前記第３トリガ信号に基づいて前記基準駆動信号を（Ｐ−α）°だけ位相シフトした第３要素信号を生成し、前記第１要素信号及び前記第３要素信号に論理和演算を施して第４要素信号を生成する波形整形部と；
   前記第２要素信号または前記第４要素信号を選択的に出力するセレクタ部と；
   を有して成ることを特徴とするモータ駆動装置。
2. モータからのホール信号に所定の信号処理を施して、通電角ｍ°の基準駆動信号を生成する手段と；前記基準駆動信号を所望進角量Ｐ°よりもさらにα°だけ進める信号処理を施し、前記基準駆動信号から（Ｐ＋α）°だけ位相シフトされた通電角ｍ°の第１要素信号を生成する手段と；第１要素信号をα°だけ遅らせる信号処理を施し、前記基準駆動信号からＰ°だけ位相シフトされた通電角ｍ°の第２要素信号を生成する手段と；第２要素信号をさらにα°だけ遅らせる信号処理を施し、前記基準駆動信号から（Ｐ−α）°だけ位相シフトされた第３要素信号を生成する手段と；第１、第３要素信号に論理和演算を施し、通電角ｎ（＝ｍ＋２α）°の第４要素信号を生成する手段と；通電角をｍ°とすべき場合には第２要素信号をモータ駆動信号として選択出力し、通電角をｎ°とすべき場合には第４要素信号をモータ駆動信号として選択出力する手段と；を有して成ることを特徴とするモータ駆動装置。
3. モータからのホール信号に所定の信号処理を施して、通電角ｍ°の基準駆動信号を生成する合成部と；前記基準駆動信号から、所望進角量Ｐ°が与えられた通電角ｍ°の第１駆動信号と、同じく所望進角量Ｐ°が与えられた通電角ｎ（ｎ＞ｍ）°の第２駆動信号と、を生成する波形整形部と；第１、第２駆動信号のいずれか一をモータ駆動信号として選択出力するセレクタ部と；を有するほか、
   前記ホール信号を逓倍する逓倍部と；前記逓倍部の出力パルス数をカウントするカウンタ部と；進角量設定信号を前記カウンタ部でのカウント値と比較し得る設定値にデコードするデコーダ部と；前記カウンタ部でのカウント値が前記デコーダ部の設定値と一致したか否かを判定し、両者が一致したときにトリガされる第１トリガ信号を生成する一致判定部と；第１トリガ信号をα°だけ遅延させた第２トリガ信号を生成する第１シフト部と；第１トリガ信号を２α°だけ遅延させた第３トリガ信号を生成する第２シフト部と；を有して成り、かつ、
   前記波形整形部は、第１トリガ信号を用いて、前記基準駆動信号を所望進角量Ｐ°よりもさらにα°だけ進める信号処理を施し、前記基準駆動信号から（Ｐ＋α）°だけ位相シフトされた通電角ｍ°の第１要素信号を生成する手段と；第２トリガ信号を用いて、第１要素信号をα°だけ遅らせる信号処理を施し、前記基準駆動信号からＰ°だけ位相シフトされた通電角ｍ°の第２要素信号を生成する手段と；第３トリガ信号を用いて、第２要素信号をさらにα°だけ遅らせる信号処理を施し、前記基準駆動信号から（Ｐ−α）°だけ位相シフトされた第３要素信号を生成する手段と；第１、第３要素信号に論理和演算を施し、通電角ｎ（＝ｍ＋２α）°の第４要素信号を生成する手段と；を有して成り、第２要素信号を第１駆動信号として出力する一方、第４要素信号を第２駆動信号として出力するものであることを特徴とするモータ駆動装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のモータ駆動装置と、前記モータ駆動装置で駆動制御されるモータと、を有して成ることを特徴とする電気機器。

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