JPWO2019065171A1 - モータ制御回路及びモータ - Google Patents

Abstract

モータ制御回路は、モータの駆動コイルに駆動電流を供給するモータ制御回路であって、駆動電流の大きさを示すデジタル値を算出する算出部と、前記算出部によって算出された前記デジタル値を変換してアナログ信号の電圧値を生成するデジタルアナログ変換部と、前記駆動コイルに接続され、前記デジタルアナログ変換部が生成するアナログ信号の電圧値に応じた電流値と、前記アナログ信号の電圧値に応じた方向とを有する電流を、前記駆動電流として前記駆動コイルに対して供給可能な駆動電流供給部と、を備える。

Description

本発明は、モータ制御回路及びモータに関する。

例えば、日本国公開公報特開２００５−３４１７４９号公報にはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，パルス幅変調）駆動方式によってモータを駆動する技術が開示されている。

日本国公開公報：特開２００５−３４１７４９号公報

一般的にモータは、巻線に供給される駆動電流の波形が正弦波に近いほど、より滑らかに回転する。ここで、上述した従来技術によるＰＷＭ駆動方式では、矩形波のパルス幅を通電時間に応じて変化させることにより正弦波状の駆動電流を生成する。このため、上述した従来技術によるＰＷＭ駆動方式では、駆動電流の波形が正弦波に必ずしも一致しない場合があり、この場合にはモータの回転が滑らかにならず、モータ回転時の振動を増大させてしまうことがあった。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するために、ＰＷＭ駆動方式に比べてより正弦波に近い駆動電流をモータに供給することができるモータ制御駆動回路を提供することを目的とする。

本発明のモータ制御回路の一つの態様は、モータの駆動コイルに駆動電流を供給するモータ制御回路であって、駆動電流の大きさを示すデジタル値を算出する算出部と、前記算出部によって算出された前記デジタル値を変換してアナログ信号の電圧値を生成するデジタルアナログ変換部と、前記駆動コイルに接続され、前記デジタルアナログ変換部が生成するアナログ信号の電圧値に応じた電流値と、前記アナログ信号の電圧値に応じた方向とを有する電流を、前記駆動電流として前記駆動コイルに対して供給可能な駆動電流供給部と、を備える。

本発明のモータの一つの態様は、上述したモータ制御回路と、前記モータ制御回路によって駆動される駆動コイルと、備える。

本発明のモータの一つの態様は、単相交流モータであって、前記算出部は、一相分の駆動電流の大きさを示すデジタル値を算出し、前記デジタルアナログ変換部は、前記算出部によって算出された一相分の前記デジタル値を変換して一相分のアナログ信号の電圧値を生成し、前記駆動電流供給部は、一相分の前記駆動電流を前記駆動コイルに供給する。

本発明のモータの一つの態様は、三相交流モータであって、前記算出部は、三相分の駆動電流の大きさを示すデジタル値をそれぞれ算出し、前記デジタルアナログ変換部は、前記算出部によって算出された三相分の前記デジタル値をそれぞれ変換して三相分のアナログ信号の電圧値を生成し、前記駆動電流供給部は、各相の電流の瞬時値の総和がゼロである三相分の前記駆動電流を前記駆動コイルにそれぞれ供給する。

インバータを用いることなくモータの駆動電流を供給することができる。そのため、インバータにおけるスイッチングを必要せずに、スイッチングノイズを低減させることができる。また、マイコン等において、スイッチングに用いられる演算結果をＰＷＭ出力する際のデジタル変換の演算を必要としない。さらに、インバータにおけるスイッチングを必要としないため、貫通電流防止の設計を考慮する必要がない。

第１実施形態に係るモータの構成の一例を示す図である。 第２実施形態に係るモータの構成の一例を示す図である。

［第１実施形態］

以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、図１を参照して、モータ１の概要について説明する。

＜１−１．モータ１の構成＞

図１は、第１実施形態に係るモータ１の構成の一例を示す図である。

本実施形態のモータ１は、単相交流モータである。モータ１は、モータ制御回路１０と、駆動コイル２０と、磁極センサ３０とを備える。モータ制御回路１０は、駆動コイル２０の駆動を制御する制御波形を出力する。制御波形とは、例えば、交流波形である。駆動コイル２０は、モータ制御回路１０が出力する制御波形に基づいて、駆動する。磁極センサ３０は、駆動コイル２０の磁気を検出する。磁極センサ３０は、駆動コイル２０の検出結果を示す情報（以下、検出結果情報）をモータ制御回路１０に供給する。モータ制御回路１０は、磁極センサ３０から取得した検出結果情報に更に基づいて駆動コイル２０の制御波形を出力する。

モータ制御回路１０は、算出部１１と、デジタルアナログ変換部１２と、駆動電流供給部１３とを備える。算出部１１は、磁極センサ３０から検出結果情報を取得する。算出部１１は、検出結果情報と、所望の回転速度とに基づいて、駆動コイル２０を駆動する駆動電流の大きさを示すデジタル値を算出する。算出部１１は、算出したデジタル値を示す信号（以下、デジタル信号）をデジタルアナログ変換部１２に供給する。算出部１１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、算出部１１の一部または全部（内包する記憶部を除く）は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのハードウェア（回路部；ｃｉｒｃｕｉｔｒｙを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

デジタルアナログ変換部１２には、算出部１１からデジタル信号が入力される。デジタルアナログ変換部１２は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。このアナログ信号は、駆動電流の大きさを電圧によって示す信号である。デジタルアナログ変換部１２は、生成したアナログ信号を駆動電流供給部１３に供給する。

駆動電流供給部１３には、デジタルアナログ変換部１２からアナログ信号が入力される。駆動電流供給部１３は、アナログ信号に基づいて、当該アナログ信号の電圧値に応じた電流値と、当該アナログ信号の電圧値に応じた方向とを有する電流を、駆動コイル２０の駆動電流として供給する。駆動電流供給部１３は、例えば、シンク電流及びソース電流を駆動電流として供給するプッシュプル動作が可能な回路である。

＜１−２．駆動電流供給部１３の構成＞

本実施形態において、駆動電流供給部１３は、演算増幅器ＯＰと、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３とを備える。駆動電流供給部１３の演算増幅器ＯＰは、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とによってゲインが定められた非反転増幅回路として用いられる。具体的には、演算増幅器ＯＰの非反転入力端子と、デジタルアナログ変換部１２の出力とは、接続される。したがって、演算増幅器ＯＰの非反転入力端子には、デジタルアナログ変換部１２が出力するアナログ信号が入力される。演算増幅器ＯＰの反転入力端子には、抵抗Ｒ１の一端と、抵抗Ｒ２の一端とが接続される。抵抗Ｒ１の他の一端は、接地され、抵抗Ｒ２の他の一端と、演算増幅器ＯＰ１の出力端子と、抵抗Ｒ３の一端とは、接続される。抵抗Ｒ３の他の一端は、駆動コイル２０に接続される。抵抗Ｒ３は、例えば、駆動コイル２０に流れるソース電流の電流制限抵抗として用いられる。

なお、上述では、駆動電流供給部１３が、非反転増幅回路に代えて反転増幅回路であってもよい。また、上述では、駆動電流供給部１３が、演算増幅器ＯＰによってプッシュプル動作を実現する場合について説明したが、これに限られない。駆動電流供給部１３は、例えば、トランジスタ回路（例えば、エミッタフォロワ回路）によって、プッシュプル動作を実現する構成であってもよい。

＜１−３．第１実施形態のまとめ＞

以上説明したように、本実施形態のモータ制御回路１０は、モータ１の駆動コイル２０に駆動電流を供給する回路であって、駆動電流の大きさを示すデジタル値を算出する算出部１１と、算出部１１によって算出されたデジタル値を変換してアナログ信号の電圧値を生成するデジタルアナログ変換部１２と、駆動コイル２０に接続され、デジタルアナログ変換部１２が生成するアナログ信号の電圧値に応じた電流値と、アナログ信号の電圧値に応じた方向とを有する電流を、駆動電流として駆動コイル２０に対して供給可能な駆動電流供給部１３とを備える。これにより、本実施形態のモータ制御回路１０は、ＰＷＭ駆動方式に比べてより正弦波に近い駆動電流をモータ１に供給することができる。これにより、本実施形態のモータ制御回路１０は、より滑らかにモータ１を駆動することができる。そのため、モータの回転に起因する振動を抑制することができる。また、本実施形態のモータ制御回路１０は、デジタルアナログ変換部１２が変換したアナログ信号を更にＰＷＭ信号に変換する処理を行わない。したがって、本実施形態のモータ制御回路１０は、インバータにおけるスイッチングを必要としないため、マイコン等において、演算結果をＰＷＭ出力するためのデジタル変換の演算を必要とせず、簡便な処理によってモータ１の駆動電流を駆動コイル２０に供給することができる。

また、本実施形態のモータ１は、モータ制御回路１０と、モータ制御回路１０によって駆動される駆動コイル２０と、を備える。これにより、本実施形態のモータ１は、ＰＷＭ駆動方式に比べてより正弦波に近い駆動電流によって滑らかに駆動することができる。また、本実施形態のモータ１は、インバータを用いないことにより、スイッチングノイズが発生しない。したがって、本実施形態のモータ１は、スイッチングノイズの影響を受けずに駆動することができる。また、モータは、インバータを用いる場合、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の特性上、貫通電流が流れることを抑制するため、待機時間を考慮した駆動電流の制御を行うことが求められる場合があった。本実施形態のモータ１は、インバータを用いないことにより、待機時間を考慮した駆動電流の制御を行わず、簡便な処理によって駆動することができる。

また、本実施形態のモータ１は、単相交流モータであって、算出部１１は、一相分の駆動電流の大きさを示すデジタル値を算出し、デジタルアナログ変換部１２は、算出部１１によって算出された一相分のデジタル値を変換して一相分のアナログ信号の電圧値を生成し、駆動電流供給部１３は、一相分の駆動電流を前記駆動コイルに供給する。これにより、本実施形態の単相交流モータであるモータ１は、ＰＷＭ駆動方式に比べてより正弦波に近い駆動電流によって滑らかに駆動することができる。

［第２実施形態］

以下、本発明の第２実施形態のモータ１（以下、モータ１ａ）について図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

＜２−１．モータ１ａの構成＞

図２は、第２実施形態に係るモータ１ａの構成の一例を示す図である。

本実施形態のモータ１ａは、三相交流モータである。モータ１ａは、モータ制御回路１０ａと、駆動コイル２０ａと、磁極センサ３０とを備える。モータ制御回路１０ａは、駆動コイル２０ａの駆動を制御する各相（この一例では、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の制御波形を出力する。駆動コイル２０ａは、モータ制御回路１０ａが出力する制御波形に基づいて、駆動する。磁極センサ３０は、駆動コイル２０ａの磁気を検出する。磁極センサ３０は、駆動コイル２０ａの検出結果を示す情報（以下、検出結果情報）をモータ制御回路１０ａに供給する。モータ制御回路１０ａは、磁極センサ３０から取得した検出結果情報に更に基づいて駆動コイル２０ａの制御波形を出力する。

＜２−２．モータ制御回路１０ａの構成＞

本実施形態のモータ制御回路１０ａは、算出部１１と、各相のデジタルアナログ変換部１２と、各相の駆動電流供給部１３とを備える。以降の説明において、Ｕ相に関する構成の末尾には「ｕ」を付し、Ｖ相に関する構成の末尾には「ｖ」を付し、Ｗ相に関する構成の末尾には「ｗ」を付す。いずれの相に関する構成であるかを区別しない場合には、「ｕ」、「ｖ」及び「ｗ」を省略して示す。

算出部１１は、磁極センサ３０に検出結果情報と、所望の回転速度とに基づいて、駆動コイル２０ａを駆動する駆動電流の大きさを示すデジタル値を相毎に算出する。算出部１１は、算出したＵ相のデジタル信号をデジタルアナログ変換部１２ｕに供給する。また、算出部１１は、算出したＶ相のデジタル信号をデジタルアナログ変換部１２ｖに供給する。また、算出部１１は、算出したＷ相のデジタル信号をデジタルアナログ変換部１２ｗに供給する。

デジタルアナログ変換部１２には、算出部１１からデジタル信号が入力される。デジタルアナログ変換部１２は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。このアナログ信号は、駆動電流の大きさを電圧によって示す信号である。デジタルアナログ変換部１２ｕは、生成したＵ相のアナログ信号を駆動電流供給部１３ｕに供給する。また、デジタルアナログ変換部１２ｖは、生成したＶ相のアナログ信号を駆動電流供給部１３ｖに供給する。また、デジタルアナログ変換部１２ｗは、生成したＷ相のアナログ信号を駆動電流供給部１３ｗに供給する。

駆動電流供給部１３には、デジタルアナログ変換部１２からアナログ信号が入力される。駆動電流供給部１３は、アナログ信号に基づいて、当該アナログ信号の電圧値に応じた電流値と、当該アナログ信号の電圧値に応じた方向とを有する電流を、駆動コイル２０ａの駆動電流として供給する。駆動電流供給部１３ｕは、Ｕ相のアナログ信号に基づいて、Ｕ相のアナログ信号の電圧値に応じた電流値と、Ｕ相のアナログ信号の電圧値に応じた方向とを有するＵ相の電流を、Ｕ相の駆動電流として駆動コイル２０ａに供給する。駆動電流供給部１３ｖは、Ｖ相のアナログ信号に基づいて、Ｖ相のアナログ信号の電圧値に応じた電流値と、Ｖ相のアナログ信号の電圧値に応じた方向とを有するＶ相の電流を、Ｖ相の駆動電流として駆動コイル２０ａに供給する。駆動電流供給部１３ｗは、Ｗ相のアナログ信号に基づいて、Ｗ相のアナログ信号の電圧値に応じた電流値と、Ｗ相のアナログ信号の電圧値に応じた方向とを有するＷ相の電流を、Ｗ相の駆動電流として駆動コイル２０ａに供給する。ここで、駆動電流供給部１３ｕ、駆動電流供給部１３ｖ及び駆動電流供給部１３ｗが生成する駆動電流の瞬時値の総和は、ゼロである。

＜２−３．第２実施形態のまとめ＞

以上説明したように、本実施形態のモータ１ａは、三相交流モータであって、算出部１１は、三相分の駆動電流の大きさを示すデジタル値をそれぞれ算出し、デジタルアナログ変換部１２（この一例では、デジタルアナログ変換部１２ｕ、デジタルアナログ変換部１２ｖ及びデジタルアナログ変換部１２ｗ）は、算出部１１によって算出された三相分のデジタル値をそれぞれ変換して三相分のアナログ信号の電圧値を生成し、駆動電流供給部１３（この一例では、駆動電流供給部１３ｕ、駆動電流供給部１３ｖ及び駆動電流供給部１３ｗ）は、各相の電流の瞬時値の総和がゼロである三相分の駆動電流を駆動コイル２０ａにそれぞれ供給する。これにより、本実施形態の三相交流モータであるモータ１ａは、ＰＷＭ駆動方式に比べてより正弦波に近い駆動電流によって滑らかに駆動することができ、モータ回転時の振動を低減することができる。

また、上記実施形態及び各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。

１、１ａ…モータ、１０、１０ａ…モータ制御回路、１１…算出部、１２、１２ｕ、１２ｖ、１２ｗ…デジタルアナログ変換部、１３、１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ…駆動電流供給部、２０、２０ａ…駆動コイル、３０…磁極センサ、ＯＰ、ＯＰ１…演算増幅器

Claims (4)

1. 
   モータの駆動コイルに駆動電流を供給するモータ制御回路であって、
   
   駆動電流の大きさを示すデジタル値を算出する算出部と、
   
   前記算出部によって算出された前記デジタル値を変換してアナログ信号の電圧値を生成するデジタルアナログ変換部と、
   
   前記駆動コイルに接続され、前記デジタルアナログ変換部が生成するアナログ信号の電圧値に応じた電流値と、前記アナログ信号の電圧値に応じた方向とを有する電流を、前記駆動電流として前記駆動コイルに対して供給可能な駆動電流供給部と、
   
   を備えるモータ制御回路。
   
2. 
   請求項１に記載のモータ制御回路と、
   
   前記モータ制御回路によって駆動される駆動コイルと、を備えるモータ。
   
3. 
   単相交流モータであって、
   
   前記算出部は、一相分の駆動電流の大きさを示すデジタル値を算出し、
   
   前記デジタルアナログ変換部は、前記算出部によって算出された一相分の前記デジタル値を変換して一相分のアナログ信号の電圧値を生成し、
   
   前記駆動電流供給部は、一相分の前記駆動電流を前記駆動コイルに供給する
   
   請求項２に記載のモータ。
   
4. 
   三相交流モータであって、
   
   前記算出部は、三相分の駆動電流の大きさを示すデジタル値をそれぞれ算出し、
   
   前記デジタルアナログ変換部は、前記算出部によって算出された三相分の前記デジタル値をそれぞれ変換して三相分のアナログ信号の電圧値を生成し、
   
   前記駆動電流供給部は、各相の電流の瞬時値の総和がゼロである三相分の前記駆動電流を前記駆動コイルにそれぞれ供給する
   
   請求項２に記載のモータ。

Images