WO2011155160A1

WO2011155160A1 - モータ駆動装置およびブラシレスモータ、並びにモータ駆動方法

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Publication number: WO2011155160A1
Application number: PCT/JP2011/003104
Authority: WO
Inventors: 佐藤　大資
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2011-12-15
Also published as: EP2582034B1; US20130038257A1; EP2582034A1; JPWO2011155160A1; US8796967B2; JP5158290B2; EP2582034A4; CN102939708A; CN102939708B

Abstract

デューティ指令値Ｄｔｙを算出するデューティ算出部と、デューティ指令値Ｄｔｙの値をリミット値Ｌにより制限するデューティリミッタと、巻線を通電する電流値Ｉｄｅｔが所定の閾値Ｉｔｈｒを超えたときに過電流と判定する通電電流監視部と、リミット値Ｌを生成するリミット値生成部とを備える。リミット値生成部は、過電流と判定した期間中、電流値Ｉｄｅｔが減少するように、所定の時間間隔で、かつ閾値Ｉｔｈｒと電流値Ｉｄｅｔとの差に応じた値ずつ、リミット値Ｌを更新する。

Description

モータ駆動装置およびブラシレスモータ、並びにモータ駆動方法

　本発明は、ＰＷＭ駆動方式を用いてモータを駆動するモータ駆動装置およびそれを備えたブラシレスモータ、並びにモータ駆動方法に関し、特に、モータへの過電流を制限する機能を有したモータ駆動装置およびブラシレスモータ、並びにモータ駆動方法に関する。

　従来、このような過電流制限機能を有したモータ駆動装置として、モータの電流値を検出し、検出した電流値が閾値を超えたときモータ駆動を制限するようなモータ駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなモータ駆動装置は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）駆動回路を有しており、検出したモータ電流値が閾値を超えたとき、すなわちモータに過電流が流れたとみなされると、検出されたモータ電流値に応じてＰＷＭ信号のデューティ比を所定の比率に制限するように構成されている。従来のモータ駆動装置は、このような構成とすることにより、モータ電流の急激な変動を抑制しながらモータ過電流による過熱焼損を防止している。

　しかしながら、上述した従来のモータ駆動装置は、過電流と判定されると、モータ電流値に応じた比率のデューティ比に制限されるため、過電流と判定されたときのモータ電流値が大きいと、デューティ比が瞬時に、かつ大きく変化する。このような瞬時かつ大きなデューティ比の変化はモータの回転に対しても大きく影響し、その結果、モータの回転音が大きくなるという課題があった。特に、モータの負荷が大きいときなど、過電流により制限が働いた小さなデューティ比の状態と、制限が解除された大きなデューティ比の状態との切り替えが繰り返されることになり、このような繰り返しがモータの騒音となったり、さらにはメカ部への衝撃が大きくなったりするなどの不都合があった。

特開２００５－１９９８９９号公報

　本発明のモータ駆動装置は、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を用いて、モータの回転動作を駆動制御するモータ駆動装置である。本発明のモータ駆動装置は、駆動制御部と、デューティ算出部と、デューティリミッタと、ＰＷＭ信号生成部と、駆動出力部と、通電電流監視部と、リミット値生成部とを備える。駆動制御部は、モータを駆動するための駆動信号を生成する。デューティ算出部は、駆動信号に応じたデューティ指令値を算出する。デューティリミッタは、デューティ指令値の値をリミット値により制限する。ＰＷＭ信号生成部は、デューティリミッタの出力値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成する。駆動出力部は、ＰＷＭ信号に応じた通電信号を生成し、通電信号によりモータの巻線を通電する。通電電流監視部は、巻線を通電する電流値を監視し、電流値が所定の閾値を超えたときに過電流と判定する。リミット値生成部は、リミット値を生成する。そして、リミット値生成部は、過電流と判定した期間中、電流値が減少するように、所定の時間間隔で、かつ閾値と電流値との差に応じた値ずつ、リミット値を更新する構成である。

　また、本発明のブラシレスモータは、このような本発明のモータ駆動装置を備えた構成である。

　また、本発明のモータ駆動方法は、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を用いて、モータの回転動作を駆動制御するモータ駆動方法であり、次のステップを含む。モータを駆動するための駆動信号を生成するステップ。駆動信号に応じたデューティ指令値を算出するステップ。デューティ指令値の値をリミット値により制限するステップ。このリミット値により制限するステップでの出力値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成するステップ。ＰＷＭ信号に応じた通電信号を生成し、通電信号によりモータの巻線を通電するステップ。巻線を通電する電流値を監視し、電流値が所定の閾値を超えたときに過電流と判定するステップ。上記リミット値を生成するステップ。そして、リミット値を生成するステップは、過電流と判定した期間中、電流値が減少するように、所定の時間間隔で、かつ閾値と電流値との差に応じた値ずつ、リミット値を更新する。

　この構成によれば、過電流と判定すると、リミット値は順次更新されながら段階的に変化し、このようなリミット値の変化は、過電流を抑える方向に徐々にデューティ比を変化させることになる。このため、急激かつ大きなデューティ比の変化なくデューティ指令値を制限できる。

　よって、本発明によれば、急激かつ大きなデューティ比の変化なくデューティ指令値を制限できるため、モータの回転音の増加を招くことなく、過電流に対して電流制限できる機能を有したモータ駆動装置およびブラシレスモータ、並びにモータ駆動方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置を含むブロック図である。図２は、同モータ駆動装置の通電電流監視部およびリミット値生成部のブロック図である。図３Ａは、同モータ駆動装置の電流検出器が検出した電流値Ｉｄｅｔの変化を示す図である。図３Ｂは、同モータ駆動装置のリミット値Ｌおよびデューティ指令値Ｄｌｍの変化を示す図である。図４は、同モータ駆動装置のリミット値を生成する処理のフローチャートである。図５は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置を含むブロック図である。図６は、同モータ駆動装置の補正量算出部における電源電圧に対するデューティ補正量の特性を示す図である。図７は、本発明の実施の形態３におけるモータ駆動装置を含むブロック図である。図８は、本発明の実施の形態４におけるモータ駆動装置を含むブロック図である。図９は、同モータ駆動装置の最大リミット値生成部が生成する最大リミット値の一例を示した図である。図１０は、同モータ駆動装置の電流値が速度判定値を超えた場合のＰＷＭ信号の様子を示した図である。図１１は、同モータ駆動装置の他の構成を示すブロック図である。図１２は、同モータ駆動装置の最大リミット値生成部が生成する最大リミット値の他の例を示した図である。図１３は、本発明の実施の形態５におけるブラシレスモータの構成図である。

　以下、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置について図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２０の構成を示すブロック図である。

　図１に示すように、本実施の形態におけるモータ駆動装置２０は、モータ１０と位置検出器１２とに接続される。モータ１０は、巻線１１を巻回した固定子と、巻線１１を通電駆動することで回転する可動子とを備えている。本実施の形態では、モータ１０がＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３相の巻線１１を有し、各相をパルス幅変調（以下、適宜、ＰＷＭと呼ぶ）された信号で回転駆動するブラシレスモータの一例を挙げて説明する。

　位置検出器１２は、モータ１０内に備えた可動子の回転位置を検出し、その回転位置に応じた位置検出信号ｐｄを出力する。一方、可動子の回転速度を指令するため、モータ駆動装置２０には、速度指令を示す速度指令値Ｖｒが通知される。

　モータ駆動装置２０は、図１に示すように、減算器２１と、速度制御部２２と、駆動量リミッタ２３と、デューティ算出部２４と、デューティリミッタ２５と、ＰＷＭ信号生成部２６と、駆動出力部２７と、速度検出部２８と、通電電流監視部２９と、リミット値生成部３０とを備えている。

　位置検出器１２からの位置検出信号ｐｄは、速度検出部２８に供給される。速度検出部２８は、位置検出信号ｐｄが示す位置情報を利用し、例えば位置変化からモータ１０の可動子の回転速度を検出し、検出した回転速度を示す速度検出値Ｖｄを出力する。このように、本実施の形態では、可動子の回転速度を示す速度検出値Ｖｄが通知され、また、回転速度を制御するために指令された指令速度を示す速度指令値Ｖｒが通知される。そして、モータ駆動装置２０は、速度検出値Ｖｄと速度指令値Ｖｒとに基づき、可動子の回転速度が指令速度に追従するようにフィードバック制御する速度制御系が構成されている。

　減算器２１は、速度検出値Ｖｄと速度指令値Ｖｒとの差分を求めることで、検出した回転速度と指令速度との速度偏差量を求める。この速度偏差量は速度偏差値Ｄｖとして速度制御部２２に供給される。

　速度制御部２２は、駆動制御部として機能し、速度偏差値Ｄｖに対して例えば比例積分などの演算処理を行い、速度偏差値Ｄｖがゼロとなるように制御するための駆動量を示す駆動信号としての駆動値Ｔｑ０を生成し、出力する。駆動値Ｔｑ０は、駆動量リミッタ２３に供給される。

　駆動量リミッタ２３は、駆動値Ｔｑ０の値の範囲を制限し、より具体的には、駆動値Ｔｑ０が所定の値以下となるように制御する。本実施の形態では、駆動量リミッタ２３は、駆動値Ｔｑ０が駆動リミット値を越えるとき、駆動値Ｔｑ０の値が駆動リミット値となるように制限して出力する。また、駆動値Ｔｑ０が駆動リミット値を越えないときは、駆動値Ｔｑ０の値をそのまま出力する。駆動量リミッタ２３は、このように処理した信号を駆動値Ｔｑ１として、デューティ算出部２４に供給する。

　デューティ算出部２４は、供給された駆動値Ｔｑ１に基づき、ＰＷＭ駆動時のパルス幅のデューティ比を算出する。具体的には、駆動値Ｔｑ１が大きくなるに従ってデューティ比も大きくなるように、デューティ算出部２４は、駆動値Ｔｑ１に応じたデューティ指令値Ｄｔｙ（以下、適宜、指令値Ｄｔｙと呼ぶ）を算出する。すなわち、例えば速度偏差量が大きいほどデューティ比も大きくし、これによって駆動力を強めて、実回転速度が指令速度となるように制御する。算出された指令値Ｄｔｙは、デューティリミッタ２５に供給される。

　デューティリミッタ２５は、指令値Ｄｔｙの値の範囲を制限し、指令値Ｄｔｙが所定の値以下となるように制御する。本実施の形態では、デューティリミッタ２５は、指令値Ｄｔｙがデューティリミット値Ｌ（以下、適宜、リミット値Ｌと呼ぶ）を越えるとき、指令値Ｄｔｙの値がリミット値Ｌとなるように制限して出力する。また、指令値Ｄｔｙがリミット値Ｌを越えないときは、指令値Ｄｔｙの値をそのまま出力する。デューティリミッタ２５は、このような処理で生成した出力値を指令値Ｄｌｍとして、ＰＷＭ信号生成部２６に供給する。

　デューティリミッタ２５は、具体的には例えば概略次のように動作する。まず、デューティ比は、パルス周期期間に占めるパルス幅の割合であるため、０％から１００％までの範囲に限定される。一方、このデューティ比を決定するための指令値Ｄｔｙは、駆動量に対応した値であるため、例えば強い駆動力が必要な場合にはデューティ比１００％以上を示す仮想的な値もあり得る。このため、まず、デューティリミッタ２５では、デューティ比の最上限である１００％に近いリミット値Ｌとして例えば９８％を設定する。そして、例えば、指令値Ｄｔｙが１００％を超える１２０％を示すときには、この１２０％を９８％に制限し、９８％を示す指令値Ｄｌｍとして出力する。また、例えば、指令値Ｄｔｙが１００％以下である８０％を示すときには、８０％を示す指令値Ｄｌｍとして出力する。なお、本実施の形態では、このように、駆動量が多いほどデューティ比が大きくなってモータ１０への駆動力も大きくなる例を挙げて以下に説明する。

　また、本実施の形態では、デューティリミッタ２５のリミット値Ｌは、常に一定の値となる固定値ではなく、通電電流に応じた適応的な値で、指令値Ｄｔｙを制限する。すなわち、例えば、リミット値Ｌとして９８％が初期設定されていても、通電電流の電流値によっては９０％や８０％というようにリミット値Ｌが変化する。なお、このようなリミット値Ｌを生成する構成や動作については、以下で詳細に説明する。

　ＰＷＭ信号生成部２６は、巻線１１を駆動するための波形信号を相ごとに生成する。巻線１１を正弦波駆動する場合には波形信号は正弦波信号であり、巻線１１を矩形波駆動する場合には波形信号は矩形波信号である。そして、ＰＷＭ信号生成部２６は、指令値Ｄｌｍに基づく振幅の波形信号によりパルス幅変調されたＰＷＭ信号ｐｗｍを生成する。具体的には、指令値Ｄｌｍの値に応じた振幅の波形信号に従ったデューティ比となるように、ＰＷＭ信号ｐｗｍの各パルスのデューティ比が設定される。このようなＰＷＭ信号ｐｗｍが駆動出力部２７に供給される。なお、駆動量リミッタ２３やデューティリミッタ２５により制限されない程度に駆動値Ｔｑ０が小さい場合には、駆動値Ｔｑ０に応じたデューティ比となり、制限された場合には、制限値に応じたデューティ比に制限されることになる。

　駆動出力部２７は、ＰＷＭ信号ｐｗｍに応じた通電信号を相ごとに生成し、通電信号ｕｖｗによりモータ１０の巻線１１を通電駆動する。

　さらに、本実施の形態では、通電電流監視部２９が、モータ１０を通電駆動する通電電流を監視している。電流検出器２９ｄは、モータ１０の巻線１１を通電する通電電流の電流値Ｉｄｅｔを検出する。通電電流監視部２９は、電流検出器２９ｄが検出した電流値Ｉｄｅｔを監視し、電流値Ｉｄｅｔが所定の閾値を超えたときに過電流と判定する。通電電流監視部２９は、このような処理を行うために閾値Ｉｔｈｒが設定されている。通電電流監視部２９は、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超えたかどうかを判定し、その判定結果を過電流判定情報Ｄｅｔとしてリミット値生成部３０に通知する。さらに、通電電流監視部２９は、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超えたときの、閾値Ｉｔｈｒと電流値Ｉｄｅｔとの差分値を算出し、差分値に応じた値を更新値Ｄｃｒとしてリミット値生成部３０に通知する。

　リミット値生成部３０は、通電電流監視部２９が過電流と判定した期間中、電流値Ｉｄｅｔが減少するように、所定の時間間隔で、かつ閾値Ｉｔｈｒと電流値Ｉｄｅｔとの差に応じた値ずつ、リミット値Ｌを更新する。すなわち、通電電流監視部２９からの過電流判定情報Ｄｅｔが過電流の判定を示す期間中、リミット値生成部３０は、電流値Ｉｄｅｔが減少する方向、すなわち巻線１１への通電量が抑制される方向に、リミット値Ｌを更新値Ｄｃｒずつ更新する。

　また、リミット値生成部３０は、リミット値Ｌの初期値となる最大リミット値Ｌｍａｘが設定されている。例えば、モータ１０の運転を開始したときなど、リミット値Ｌにこの最大リミット値Ｌｍａｘが設定される。そして、本実施の形態では、通電電流監視部２９が過電流と判定すると、リミット値生成部３０は、リミット値Ｌの値を最大リミット値Ｌｍａｘから更新値Ｄｃｒだけ減少させる。リミット値生成部３０は、過電流と判定されている期間中、順次、リミット値Ｌを更新値Ｄｃｒずつ減少させる。具体的には例えば、最大リミット値Ｌｍａｘとしてデューティ比９８％を示すような固定値を設定し、リミット値Ｌもこれに応じてデューティ比９８％を示す値が初期設定される。そして、過電流と判定されると、リミット値Ｌはデューティ比９８％から、デューティ比９０％、８５％、次に８２％というように減少する。

　さらに、リミット値生成部３０は、通電電流監視部２９が過電流と判定しない期間、リミット値Ｌが最大リミット値Ｌｍａｘと異なるときは、リミット値Ｌが最大リミット値Ｌｍａｘに近づくように、所定の時間間隔で、かつ所定の値ずつ、リミット値Ｌを更新する。本実施の形態では、リミット値生成部３０は、通電電流監視部２９が過電流と判定しない期間、リミット値Ｌが増加するように所定の値ずつ更新し、リミット値Ｌが最大リミット値Ｌｍａｘを超えた場合には、リミット値Ｌを最大リミット値Ｌｍａｘに設定する。具体的には例えば、リミット値Ｌがデューティ比８２％となった後に過電流と判定されなくなると、再び過電流と判定されない限り、リミット値Ｌは、例えば５％とするような所定の値ずつ、デューティ比８２％から、８７％、９２％、次に９７％というように更新される。そして、最大リミット値Ｌｍａｘが９８％とすると、次の更新で９８％を超えるため、この後、リミット値Ｌは最大リミット値Ｌｍａｘの９８％となる。

　リミット値生成部３０は、以上のような処理によりリミット値Ｌを生成し、生成したリミット値Ｌをデューティリミッタ２５に通知する。デューティリミッタ２５は、通電電流に応じて適応的に更新されるリミット値Ｌによって指令値Ｄｔｙの値の範囲を制限する。

　モータ駆動装置２０は、このように構成されており、指令値Ｄｔｙ、すなわち速度偏差量が大きいほど、ＰＷＭ信号生成部２６で生成されるＰＷＭ信号ｐｗｍのデューティ比も高くなる。また、ＰＷＭ信号ｐｗｍのデューティ比が高くなると、巻線１１には、より多くの通電電流が流れることになる。また、例えば、モータ１０の負荷が重くなった場合など、駆動力を強めるために多くの通電電流が流れることになる。本実施の形態では、このような過大電流を抑制するために、リミット値生成部３０により以上のようなリミット値Ｌを生成する構成としている。特に、リミット値生成部３０で生成されるリミット値Ｌは、過電流と判定した時点から、段階的にその値が減少するため、指令値Ｄｔｙも段階的に抑制され、急激かつ大きなデューティ比の変化なく指令値Ｄｔｙを制限できる。

　以下、このようなリミット値Ｌを生成するための通電電流監視部２９およびリミット値生成部３０の詳細について説明する。

　図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２０の通電電流監視部２９およびリミット値生成部３０のブロック図である。図２では、クロック信号による所定の周期でデジタル処理する構成例を挙げている。すなわち、電流検出器２９ｄが検出した電流はＡ／Ｄ変換され、クロック信号の周期ごとに値を有したデータ列としての電流値Ｉｄｅｔが通電電流監視部２９に供給される。また、リミット値Ｌなどもクロック単位で生成され、クロック信号の周期ごとの値として出力される。

　まず、通電電流監視部２９は、図２に示すように、減算器３１と判定部３２と減算値生成部３３とを備えている。減算器３１は、電流値Ｉｄｅｔと閾値Ｉｔｈｒとの差分値を算出する。判定部３２は、減算器３１が算出した差分値に基づき、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超えたかどうかを判定し、その判定結果を過電流判定情報Ｄｅｔとして出力する。また、減算値生成部３３は、減算器３１が算出した差分値に基づき、過電流と判定したときにリミット値Ｌを減少させるための更新値Ｄｃｒを生成する。具体的な例として、通電電流監視部２９は、例えば、次のような処理を行う。減算器３１は差分値（Ｉｄｅｔ－Ｉｔｈｒ）を算出する。判定部３２は、この差分値（Ｉｄｅｔ－Ｉｔｈｒ）が正のとき過電流と判定し、差分値（Ｉｄｅｔ－Ｉｔｈｒ）が０以下のとき過電流ではないと判定する。また、減算値生成部３３は、差分値（Ｉｄｅｔ－Ｉｔｈｒ）に比例するような更新値Ｄｃｒ＝Ｋｐ×（Ｉｄｅｔ－Ｉｔｈｒ）を生成し、出力する。

　リミット値生成部３０には、このような過電流判定情報Ｄｅｔと更新値Ｄｃｒとが通知される。リミット値生成部３０は、図２に示すように、減算器４１とリミッタ４２とセレクタ４３とラッチ４４と加算器４５とリミッタ４６とを備えている。ここで、ラッチ４４に保持された値がリミット値Ｌとしてデューティリミッタ２５に通知される。

　減算器４１は、ラッチ４４から出力されるリミット値Ｌから更新値Ｄｃｒを減算し、減算結果をリミッタ４２に通知する。リミッタ４２は、リミット値Ｌの下限となる下限値Ｌｍｉｎが設定されている。リミッタ４２は、減算器４１の減算結果が下限値Ｌｍｉｎを超えるときには減算結果をそのまま出力し、減算結果が下限値Ｌｍｉｎ以下のときには、減算結果を下限値Ｌｍｉｎに変更して出力する。リミッタ４２の出力値は、セレクタ４３の一方の入力端子Ａに供給される。

　加算器４５は、ラッチ４４から出力されるリミット値Ｌから増分値Ｉｎｃを加算し、加算結果をリミッタ４６に通知する。リミッタ４６は、リミット値Ｌの上限となる上述した最大リミット値Ｌｍａｘが設定されている。リミッタ４６は、加算器４５の加算結果が最大リミット値Ｌｍａｘ以下ときには加算結果をそのまま出力し、加算結果が最大リミット値Ｌｍａｘを超えるときには、加算結果を最大リミット値Ｌｍａｘに変更して出力する。リミッタ４６の出力値は、セレクタ４３の他方の入力端子Ｂに供給される。

　セレクタ４３は、上述した入力端子ＡおよびＢとともに、セレクト端子Ｓを備える。セレクタ４３は、セレクト端子Ｓの情報に応じて、入力端子ＡまたはＢに供給されている値を選択する。ここで、セレクト端子Ｓには、過電流判定情報Ｄｅｔが通知される。そして、セレクタ４３は、過電流判定情報Ｄｅｔが示す判定結果が過電流のとき、入力端子Ａ、すなわちリミッタ４２の出力値を選択する。また、セレクタ４３は、過電流判定情報Ｄｅｔが示す判定結果が過電流ではないとき、入力端子Ｂ、すなわちリミッタ４６の出力値を選択する。セレクタ４３が選択した値は、ラッチ４４に供給される。ラッチ４４は、クロック信号ｃｌｋによる所定の周期でセレクタ４３からの値を取り込み、取り込んだ値をリミット値Ｌとして出力する。なお、例えば、モータ１０の運転を開始したときなど、ラッチ４４には最大リミット値Ｌｍａｘが設定される。

　以上のように構成されたリミット値生成部３０において、例えば、モータ１０の運転が開始されると、リミット値生成部３０は、最大リミット値Ｌｍａｘのリミット値Ｌを出力する。その後、通電電流監視部２９が過電流と判定しない期間中は、セレクタ４３の入力端子Ｂが選択される。一方、リミッタ４６からは最大リミット値Ｌｍａｘが出力される。このため、この期間中、ラッチ４４からは常時最大リミット値Ｌｍａｘのリミット値Ｌが出力される。

　次に、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超えて、通電電流監視部２９が過電流と判定すると、セレクタ４３の入力端子Ａが選択される。一方、減算器４１からは、最大リミット値Ｌｍａｘから更新値Ｄｃｒを減算した減算値が出力される。この減算値が下限値Ｌｍｉｎ以下でない場合、この減算値がセレクタ４３の入力端子Ａに供給され、ラッチ４４に取り込まれる。すなわち、この時点で、リミット値Ｌは、最大リミット値Ｌｍａｘから値（Ｌｍａｘ－Ｄｃｒ）に更新される。リミット値生成部３０は、過電流と判定された期間中、このようにリミット値Ｌをクロック周期ごとに減少させるような処理を行う。より具体的には、過電流と判定した時点での更新値Ｄｃｒの値がＤ０、次がＤ１、その次がＤ２とした場合、リミット値Ｌは、最大リミット値Ｌｍａｘから（Ｌｍａｘ－Ｄ０）、次に（Ｌｍａｘ－Ｄ０－Ｄ１）、その次が（Ｌｍａｘ－Ｄ０－Ｄ１－Ｄ２）へと減少しながら更新される。

　ここで、リミット値Ｌが小さくなると、指令値Ｄｔｙも小さな値で制限されることになり、低く制限されたデューティ比に対応する駆動量となるため、電流値Ｉｄｅｔも減少していく。このため、リミット値Ｌを減少させる処理が継続した後、電流値Ｉｄｅｔは閾値Ｉｔｈｒ以下となる。このように、リミット値生成部３０は、通電電流監視部２９が過電流と判定した期間中、電流値Ｉｄｅｔが減少するように、所定の時間間隔となるクロック周期で、かつ閾値Ｉｔｈｒと電流値Ｉｄｅｔとの差に応じた値ずつ、リミット値Ｌを更新する。

　リミット値Ｌを減少させ、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒ以下になると、通電電流監視部２９が過電流と判定しなくなるため、セレクタ４３の入力端子Ｂが選択される。一方、加算器４５からは、値が小さくなったリミット値Ｌに増分値Ｉｎｃを加算した加算値が出力される。この加算値が最大リミット値Ｌｍａｘを超えない場合、この加算値がセレクタ４３の入力端子Ｂに供給され、ラッチ４４に取り込まれる。すなわち、この時点で、リミット値Ｌは、値が増加するように更新される。リミット値生成部３０は、リミット値Ｌを減少させた後、過電流と判定されなくなると、このようにリミット値Ｌをクロック周期ごとに一定値で増加させるような処理を行う。より具体的には、過電流と判定しなくなった時点でのリミット値Ｌを値Ｌ０とし、増分値Ｉｎｃを値Ｉとした場合、リミット値Ｌの値は、値Ｌ０から（Ｌ０＋Ｉ）、次に（Ｌ０＋２×Ｉ）、その次が（Ｌ０＋３×Ｉ）へと、最大リミット値に近づくように更新される。このように、リミット値生成部３０は、通電電流監視部２９が過電流と判定しない期間においてリミット値Ｌが最大リミット値Ｌｍａｘと異なるときは、リミット値Ｌが最大リミット値Ｌｍａｘに近づくように、所定の時間間隔となるクロック周期で、かつ所定の値となる増分値Ｉｎｃずつ、リミット値Ｌを更新する。

　そして、リミット値Ｌに増分値Ｉｎｃを加算した加算値が最大リミット値Ｌｍａｘを超えるまで増加すると、リミット値Ｌはリミッタ４６により最大リミット値Ｌｍａｘに固定される。すなわち、モータ１０の運転において過電流は発生していないと判定されるような状態に復帰すると、デューティリミッタ２５のリミット値Ｌも初期値と同様の最大リミット値Ｌｍａｘに戻ることになる。

　次に、以上のように構成されたモータ駆動装置２０の動作について、指令値Ｄｔｙを制限する動作を中心に説明する。

　図３Ａおよび３Ｂは、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２０の通電電流監視部２９、リミット値生成部３０およびデューティリミッタ２５の動作を示す図である。図３Ａおよび３Ｂでは、モータ１０の運転動作中において、負荷が重くなり、過電流と判定される通電電流が巻線１１に流れ込むような場合の一例を示している。すなわち、図３Ａおよび３Ｂでの時刻ｔａから時刻ｔｂの期間にかけて大きな負荷が加わったような一例を示している。図３Ａは、電流検出器２９ｄが検出した電流値Ｉｄｅｔの変化を示し、図３Ｂは、リミット値Ｌおよびデューティ指令値Ｄｌｍの変化を示している。また、比較例として、デューティリミッタ２５を設けない場合の通電電流を電流Ｉｄｒ＊、デューティ指令値をＤｄｒ＊として破線で示している。

　図３Ａおよび３Ｂにおいて、時刻ｔａまでは、負荷が軽かったため電流値Ｉｄｅｔは閾値Ｉｔｈｒよりも十分に小さく、リミット値Ｌは最大リミット値Ｌｍａｘに固定されたような状態となっている。このため、指令値Ｄｔｙはリミット値Ｌによる制限を受けず、指令値Ｄｌｍは指令値Ｄｔｙに等しい。このような状態の後、負荷が重くなると、モータ１０の駆動力を高めるため、時刻ｔａを過ぎた時点で電流値Ｉｄｅｔが急激に増加し、時刻ｔ０において電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超える。

　すると、通電電流監視部２９は、クロック周期の時刻ｔ１において、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超えているため、過電流と判定する。この判定とともに、通電電流監視部２９は、時刻ｔ１時点での電流値Ｉｄｅｔと閾値Ｉｔｈｒとの差分値ｄＩ１を算出し、更新値Ｄｃｒ１＝Ｋｐ×ｄＩ１をリミット値生成部３０に通知する。リミット値生成部３０は、過電流との判定結果に応じて、最大リミット値Ｌｍａｘである現在のリミット値Ｌから更新値Ｄｃｒ１だけ減少させた値を、新たなリミット値Ｌとして出力する。

　このようにリミット値Ｌが更新されるとともに、指令値Ｄｔｙは増加しているため、時刻ｔ２において、デューティリミッタ２５は、指令値Ｄｔｙをリミット値Ｌで制限する。すなわち、図３Ｂに示すように、時刻ｔ２において、指令値Ｄｌｍの値はリミット値Ｌとなる。

　さらに、時刻ｔ３において、電流値Ｉｄｅｔはまだ閾値Ｉｔｈｒを超えているため、通電電流監視部２９は過電流と判定する。そして、通電電流監視部２９は、時刻ｔ３時点での電流値Ｉｄｅｔと閾値Ｉｔｈｒとの差分値ｄＩ２を算出し、更新値Ｄｃｒ２＝Ｋｐ×ｄＩ２をリミット値生成部３０に通知する。リミット値生成部３０は、過電流との判定結果に応じて、現在のリミット値Ｌから更新値Ｄｃｒ２だけ減少させた値を、新たなリミット値Ｌとして出力する。また、デューティリミッタ２５は、指令値Ｄｔｙを新たに減少したリミット値Ｌで制限するため、引き続き指令値Ｄｌｍの値はリミット値Ｌとなる。

　一方、ＰＷＭ信号ｐｗｍのデューティ比は、リミット値Ｌで制限されるため、一旦閾値Ｉｔｈｒを超えた電流値Ｉｄｅｔは徐々に減少する。このため、更新値Ｄｃｒが小さくなりながらリミット値Ｌが減少する。

　このような動作を繰り返した後、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒ以下になると、通電電流監視部２９は過電流ではないと判定する。すると、リミット値生成部３０は、図３Ａおよび３Ｂの時刻ｔ４で示すように、現在のリミット値Ｌに増分値Ｉｎｃだけ増加させた値を、新たなリミット値Ｌとして出力する。そして、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒ以下の期間、リミット値生成部３０は、現在のリミット値Ｌに増分値Ｉｎｃだけ増加させる動作を繰り返す。

　一方、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、リミット値Ｌが増加するため、リミット値Ｌによるデューティ比の制限が徐々に弱まり、再び時刻ｔ５時点で、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超える。すると、時刻ｔ１から時刻ｔ４までと同様の動作によって、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間、リミット値Ｌが減少する。さらに、時刻ｔ４から時刻ｔ５までと同様の動作によって、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間、リミット値Ｌが増加する。

　以上のように、大きな負荷が加わっている期間、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを中心に増減するような動作が繰り返される。ここで、図３Ａでの比較例の電流Ｉｄｒ＊と電流値Ｉｄｅｔとを比較すると、電流値Ｉｄｅｔはほぼ閾値Ｉｔｈｒに制限され、過電流を抑制していることがわかる。本実施の形態では、このような動作によってモータ１０への過電流を抑制している。さらに、本実施の形態では、過電流と判定した時点において瞬時に大きくデューティ比を制限せず、更新値Ｄｃｒや増分値Ｉｎｃを用いて適応的にリミット値Ｌを決定する構成である。このため、例えば大きな負荷が加わっても、デューティ比は、なめらかに変化するように制限される。

　図３Ａおよび３Ｂにおいて、時刻ｔｂを過ぎると、モータ１０に加わる負荷が徐々に軽くなる。これに伴なって、電流値Ｉｄｅｔも減少する。そして、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒ以下となった時刻ｔ８からは、リミット値Ｌは、増分値Ｉｎｃずつ増加していく。時刻ｔ９以降において、指令値Ｄｔｙはリミット値Ｌ以下となり、デューティリミッタ２５による制限が解除されて、指令値Ｄｌｍは指令値Ｄｔｙと等しくなる。一方、リミット値Ｌは増分値Ｉｎｃずつ増加し、時刻ｔ１０においてリミット値Ｌの値は最大リミット値Ｌｍａｘに復帰する。

　なお、以上、モータ駆動装置はデジタル処理による機能ブロックを含む構成例を挙げて説明したが、例えば、プログラムのような処理手順に基づく処理で行うような構成であってもよい。すなわち、例えば、図１の減算器２１、速度制御部２２、駆動量リミッタ２３、デューティ算出部２４、デューティリミッタ２５、速度検出部２８、通電電流監視部２９およびリミット値生成部３０の機能をプログラムとしてメモリなどに記憶させる。そして、マイコンがそのプログラムを実行するような構成とすることによっても、本実施の形態を実現できる。

　具体的には、ＰＷＭ信号ｐｗｍを用いて、モータ１０の回転動作を駆動制御するモータ駆動方法として、次のステップを含むプログラムなどの構成とすればよい。モータ１０を駆動するための駆動値Ｔｑ０を生成するステップ。駆動値Ｔｑ０に応じたデューティ指令値Ｄｔｙを算出するステップ。デューティ指令値Ｄｔｙの値をリミット値Ｌにより制限するステップ。リミット値Ｌにより制限するステップでの出力値Ｄｌｍに応じたデューティ比のＰＷＭ信号ｐｗｍを生成するステップ。ＰＷＭ信号ｐｗｍに応じた通電信号ｕｖｗを生成し、通電信号ｕｖｗによりモータ１０の巻線１１を通電するステップ。巻線１１を通電する電流値Ｉｄｅｔを監視し、電流値Ｉｄｅｔが所定の閾値Ｉｔｈｒを超えたときに過電流と判定するステップ。上記リミット値Ｌを生成するステップ。そして、リミット値Ｌを生成するステップでは、過電流と判定した期間中、電流値Ｉｄｅｔが減少するように、所定の時間間隔で、かつ閾値Ｉｔｈｒと電流値Ｉｄｅｔとの差に応じた値ずつ、リミット値Ｌを更新する。

　図４は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２０のリミット値Ｌを生成する処理のフローチャートである。リミット値生成部３０は、図４のフローチャートの手順に従って処理を実行するような構成であってもよい。また、上述した他の機能ブロックも手順に従って処理を実行するように構成できる。

　図４において、リミット値Ｌの生成処理を開始すると、まず、本処理は、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超えたかどうかを判定する（ステップＳ１００）。電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超えたと判定すると、本処理はステップＳ１０２に進み、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒ以下であると判定すると、本処理はステップＳ１１２に進む。

　本処理がステップＳ１０２に進むと、現在のリミット値Ｌから更新値Ｄｃｒだけ減少させた値を新たなリミット値Ｌに更新する（ステップＳ１０２）。そして、新たなリミット値Ｌが下限値Ｌｍｉｎ以下かどうか判定（ステップＳ１０４）し、新たなリミット値Ｌが下限値Ｌｍｉｎ以下の場合には、新たなリミット値Ｌを下限値Ｌｍｉｎに設定（ステップＳ１０６）する。

　一方、本処理がステップＳ１１２に進むと、現在のリミット値Ｌから増分値Ｉｎｃだけ増加させた値を新たなリミット値Ｌに更新する（ステップＳ１１２）。そして、新たなリミット値Ｌが最大リミット値Ｌｍａｘを超えたかどうか判定（ステップＳ１１４）し、新たなリミット値Ｌが最大リミット値Ｌｍａｘを超えた場合には、新たなリミット値Ｌを最大リミット値Ｌｍａｘに設定（ステップＳ１１６）して、ステップＳ１１８に進む。一方、新たなリミット値Ｌが最大リミット値Ｌｍａｘ以下の場合には、単にステップＳ１１８に進む。

　このように、電流値Ｉｄｅｔが閾値Ｉｔｈｒを超えたかどうかに応じてリミット値Ｌが更新され、処理が終了かどうか判定（ステップＳ１１８）し、終了ではない場合、ステップＳ１００に戻って、同様の処理を行う。終了が指示されるまで、このような処理を繰り返すことによってもリミット値Ｌを生成することができる。

　以上説明したように、本実施の形態のモータ駆動装置２０は、過電流と判定した期間中、電流値Ｉｄｅｔが減少するように、所定の時間間隔で、かつ閾値Ｉｔｈｒと電流値Ｉｄｅｔとの差に応じた値ずつリミット値Ｌを更新するリミット値生成部３０を備えている。すなわち、リミット値生成部３０は、更新値Ｄｃｒを用いて適応的にリミット値Ｌを決定するため、例えば大きな負荷が加わっても、デューティ比は、なめらかに変化するように制限される。このように、本実施の形態によれば、デューティ比はなめらかに変化するように制限されるため、モータの回転音の増加を招くことなく、過電流に対して電流制限できる。

　（実施の形態２）
　図５は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置５０の構成を示すブロック図である。

　図１に示す実施の形態１のモータ駆動装置２０との比較において、モータ駆動装置５０は、電源電圧監視部５４、補正量算出部５５およびデューティ補正部５６をさらに備えている。なお、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

　本実施の形態では、このような構成とすることにより、電源電圧の変動により生じるモータ１０への駆動電力の変動を抑制している。すなわち、駆動出力部２７に供給する電源電圧が変動すると、駆動パルスのパルス電圧もそれに併せて変動する。このため、デューティ比が同じであっても、電源電圧に応じた駆動電力でモータが駆動されることになり、それに併せてモータの回転動作も変動する。このような変動が、モータの回転音の増加を招くことになる。特に、例えば車に搭載した送風用のファンモータの場合、このファンモータは車載のバッテリーを電源として動作する。一方、この電源には、このファンモータ以外にも多くの負荷が接続されているため、車の運転状況などに応じてバッテリーの電圧は大きく変動する。その結果、電圧変動に応じた回転音がファンモータから生じ、車内騒音の増加を招いていた。このような電源電圧の変動に基づく回転音の増加を抑制するため、本実施の形態では、図５に示すような構成としている。

　図５において、電源電圧監視部５４は、駆動出力部２７に供給する電源電圧Ｖｃｃを監視し、電源電圧Ｖｃｃの電圧を電圧値Ｖｄｅｔとして補正量算出部５５に通知する。補正量算出部５５は、電圧値Ｖｄｅｔの大きさに応じた補正量である補正値Ｃｏｒを算出する。そして、デューティ補正部５６は、デューティ算出部２４で算出されたデューティ指令値Ｄｔｙを、補正値Ｃｏｒに応じて補正し、補正したデューティ指令値であるデューティ指令値Ｄｔｙｃをデューティリミッタ２５に供給する。

　図６は、電圧値Ｖｄｅｔと補正値Ｃｏｒとの関係を示した図である。補正量算出部５５は、図６に示すように、電圧値Ｖｄｅｔが標準電圧のときに補正値Ｃｏｒを０とするとともに、電圧値Ｖｄｅｔに対して一次関数で減少（例えば、反比例）するような補正値Ｃｏｒを算出している。すなわち、電源電圧Ｖｃｃが標準電圧よりも低い場合には、補正値Ｃｏｒを大きくし、デューティ補正部５６によって、デューティ指令値Ｄｔｙよりも補正値Ｃｏｒだけ大きなデューティ指令値Ｄｔｙｃを出力している。また、電源電圧Ｖｃｃが標準電圧よりも高い場合には、補正値Ｃｏｒを負値とし、デューティ補正部５６によって、デューティ指令値Ｄｔｙよりも補正値Ｃｏｒだけ小さなデューティ指令値Ｄｔｙｃを出力している。このように、デューティ補正部５６は、デューティ比が電圧値Ｖｄｅｔに一次関数で減少（例えば、反比例）するようにデューティ指令値Ｄｔｙを補正している。これにより、電源電圧Ｖｃｃが変化した分だけデューティ比が補正されるため、電源電圧に応じたモータの回転変動は抑制されることになる。

　以上のように、本実施の形態では、電源電圧Ｖｃｃの変動によるモータの回転変動を抑制しているため、モータの回転音の増加をさらに抑制することができる。

　（実施の形態３）
　図７は、本発明の実施の形態３におけるモータ駆動装置５７の構成を示すブロック図である。

　モータ駆動装置５７は、図５に示す実施の形態２のモータ駆動装置５０との比較において、駆動量リミッタ５８およびデューティリミッタ５９が実施の形態２とは異なった構成となっている。すなわち、図７に示すように、リミット値生成部３０で生成されたリミット値Ｌは、駆動量リミッタ５８に供給される。一方、デューティリミッタ５９は、固定されたリミット値Ｌｕｐによってデューティ指令値Ｄｔｙｃの値の範囲を制限している。

　図７において、駆動量リミッタ５８は、駆動値Ｔｑ０の値の範囲を制限し、駆動値Ｔｑ０が所定の値以下となるように制御する。すなわち、本実施の形態では、駆動値Ｔｑ０がリミット値Ｌを越えるとき、駆動値Ｔｑ０の値がリミット値Ｌとなるように制限して駆動値Ｔｑ１として出力し、駆動値Ｔｑ０がリミット値Ｌを越えないときは、駆動値Ｔｑ０の値をそのまま駆動値Ｔｑ１として出力する。一方、リミット値生成部３０で生成されたリミット値Ｌは、上述したように、過電流と判定した時点から、段階的にその値が減少する。このため、過電流と判定されると駆動値Ｔｑ１も、減少するリミット値Ｌで制限された値となる。そして、デューティ指令値Ｄｔｙｃは駆動値Ｔｑ１に対応した値であるため、デューティ指令値Ｄｔｙｃも段階的に抑制される。その結果、デューティ比は、急激かつ大きなデューティ比の変化なくなめらかに変化するように制限されることになる。

　このように、本実施の形態の構成とすることによっても、デューティ比はなめらかに変化するように制限されるため、モータの回転音の増加を招くことなく、過電流に対して電流制限できる。

　なお、本実施の形態では、実施の形態２を変形した構成例を挙げて説明したが、実施の形態１における駆動量リミッタ２３がリミット値Ｌを用いて駆動値Ｔｑ０を制限するような構成であってもよい。

　（実施の形態４）
　図８は、本発明の実施の形態４におけるモータ駆動装置６０の構成を示すブロック図である。

　モータ駆動装置６０は、図５に示す実施の形態２のモータ駆動装置５０との比較において、最大リミット値生成部６１をさらに備えている。また、本実施の形態では、ＰＷＭ信号生成部２６は、巻線１１を駆動するための波形信号として、正弦波の波形信号を生成する。すなわち、ＰＷＭ信号生成部２６は、指令値Ｄｌｍに基づく振幅の正弦波波形信号によりパルス幅変調されたＰＷＭ信号ｐｗｍを生成する。なお、実施の形態２と同様の構成要素につては同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

　本実施の形態では、このような構成とすることにより、通常の回転速度時においては、上述したように回転音増加を抑制するとともに、高速回転時などにおいてはトルク不足の解消を図っている。特に、例えば送風用のファンモータの場合、高速回転になると、モータから発生する電磁音に比べてファンによる風切り音のほうが大きくなる。このため、本実施の形態では、実施の形態１～３の構成に簡易な変更を加えることで、所定の回転速度を超えた場合には、騒音抑制に代えてトルク力の増強を図っている。

　図８に示すように、最大リミット値生成部６１には、電流検出器２９ｄから電流値Ｉｄｅｔが通知される。最大リミット値生成部６１は、通知された電流値Ｉｄｅｔに基づき、上述した最大リミット値Ｌｍａｘを生成し、生成した最大リミット値Ｌｍａｘをリミット値生成部３０に通知する。また、最大リミット値生成部６１は、最大リミット値Ｌｍａｘを生成するために、ある程度高速に回転するときの通電電流量に対応させた速度判定値Ｉｔｈｒ２が設定されている。最大リミット値生成部６１はこの速度判定値Ｉｔｈｒ２を速度の判定に利用し、回転速度が判定速度を超えたかどうかを判定している。この速度判定値Ｉｔｈｒ２は、通電電流監視部２９に設定する閾値Ｉｔｈｒよりも大きな値である。最大リミット値生成部６１は、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２以下の場合には、固定値となる最大リミット値Ｌｍａｘを出力し、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２を超えると、その超えた量に応じて増加するような最大リミット値Ｌｍａｘを出力する。

　図９は、最大リミット値生成部６１がこのように生成する最大リミット値Ｌｍａｘの一例を示した図である。

　図９に示すように、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２以下の場合、最大リミット値Ｌｍａｘは、例えばデューティ比９８％とするような一定の値である。すなわち、この場合には実施の形態１～３と同様に、リミット値Ｌは、まずデューティ比９８％とする最大リミット値Ｌｍａｘであり、過電流と判定されると、リミット値Ｌはデューティ比９８％から、更新値Ｄｃｒずつ減少する。そして、過電流と判定されなくなると、過電流と判定されない限り、リミット値Ｌは、増分値Ｉｎｃずつ、デューティ比９８％とする最大リミット値Ｌｍａｘまで更新される。

　一方、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２を超えると、図９に示すように、最大リミット値Ｌｍａｘは、デューティ比９８％とするような値から電流値Ｉｄｅｔの増加に応じて増加するような値が設定される。なお、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２以下の場合の最大リミット値Ｌｍａｘは、例えばデューティ比９８％とするような１００％に近い値が設定される。このため、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２を超えた場合の最大リミット値Ｌｍａｘは、１００％を超えるような仮想的な値となる。すなわち、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２を超えた場合には、リミット値Ｌも１００％を超えるような値となり、デューティリミッタ２５による制限が働かない方向に動作する。その結果、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２を超えた場合には、ＰＷＭ信号生成部２６から出力されるＰＷＭ信号ｐｗｍは、正弦波波形信号の振幅が大きな期間、デューティ比１００％で制限され、台形波に近似した波形信号でＰＷＭ変調されたような信号となる。

　図１０は、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２を超えた場合のＰＷＭ信号ｐｗｍの様子を示した図である。なお、図１０では、ＰＷＭ信号ｐｗｍの様子を実際のパルス信号ではなく、デューティ比で示している。電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２を超えた場合、図１０に示すように、最大リミット値Ｌｍａｘおよびリミット値Ｌは、デューティ比１００％を超えるような値ｌａとなる。このため、指令値Ｄｔｙｃはデューティリミッタ２５で制限される可能性が低くなり、デューティリミッタ２５から出力される指令値Ｄｌｍもデューティ比１００％を超えるような値となる。ＰＷＭ信号生成部２６で生成される正弦波波形信号の振幅は、このような指令値Ｄｌｍで決定されるため、ＰＷＭ信号生成部２６は、図１０の破線で示すような指令値Ｄｌｍに対応した振幅の正弦波波形信号を生成する。一方、デューティ比１００％を超えるような値は仮想的な値であり、実際のデューティ比は上述したように０％から１００％までの範囲に限定される。すなわち、ＰＷＭ信号生成部２６から出力されるＰＷＭ信号ｐｗｍの実際のデューティ比は、図１０の実線で示すように、上限１００％、下限０％で制限されることになる。このため、ＰＷＭ信号ｐｗｍに基づく巻線１１への通電は、図１０の実線で示すような台形波に近似した波形で駆動されることになる。そして、指令値Ｄｌｍが大きくなるに従って、このような台形波は矩形波により近似する。

　ここで、正弦波駆動と矩形波駆動とを比較した場合、正弦波駆動に比べて矩形波駆動のほうがより大きなトルク力を得られる。すなわち、本実施の形態では、電流値Ｉｄｅｔが速度判定値Ｉｔｈｒ２を超えた場合には高速回転であると判断し、リミット値Ｌが大きくなるように制御している。これによって、指令値Ｄｌｍは、デューティ比１００％を超えるような値となる。その結果、巻線１１への通電は台形波に近似した波形で駆動されることになり、正弦波駆動に比べてより大きなトルク力で駆動されることになる。本実施の形態では、このようにして、高速回転の場合には、騒音抑制に代えてトルク力の増強を図っている。

　図１１は、本発明の実施の形態４におけるモータ駆動装置の他の構成を示すブロック図である。また、図１２は、最大リミット値生成部６６が生成する最大リミット値Ｌｍａｘの他の例を示した図である。

　図１１に示すモータ駆動装置６５は、図８に示すモータ駆動装置６０との比較において、最大リミット値生成部６６には速度指令値Ｖｒが通知される。最大リミット値生成部６６は、最大リミット値Ｌｍａｘを生成するために、速度に対応させた速度判定値Ｖｔｈｒ２が設定されている。最大リミット値生成部６６は、図１２に示すように、速度指令値Ｖｒが速度判定値Ｖｔｈｒ２以下の場合には、固定値となる最大リミット値Ｌｍａｘを出力し、速度指令値Ｖｒが速度判定値Ｖｔｈｒ２を超えると、その超えた量に応じて増加するような最大リミット値Ｌｍａｘを出力する。

　このような構成とすることによっても、高速回転である場合には、リミット値Ｌが大きくなるように制御するため、指令値Ｄｌｍは、デューティ比１００％を超えるような値となる。その結果、巻線１１への通電は台形波に近似した波形で駆動されることになり、正弦波駆動に比べてより大きなトルク力で駆動されることになる。

　以上のように、本実施の形態のモータ駆動装置は、モータ１０の回転速度が判定速度以下の場合には、最大リミット値Ｌｍａｘを固定値とし、モータ１０の回転速度が判定速度を超える場合には、最大リミット値Ｌｍａｘを超えた量に応じて増加するような値とする最大リミット値生成部をさらに備えている。これにより、通常の回転速度時においては、回転音増加を抑制するとともに、高速回転時などにおいてはトルク不足の解消を図っている。

　なお、以上の説明では、図５に示す実施の形態２の構成に最大リミット値生成部を加えた構成例を挙げて説明したが、図１に示す実施の形態１の構成や図７に示す実施の形態３に最大リミット値生成部を加えた構成とすることによっても同様の効果を得ることができる。

　（実施の形態５）
　図１３は、本発明の実施の形態５におけるブラシレスモータ７０の構成図である。本実施の形態のブラシレスモータ７０は、実施の形態１あるいは実施の形態２のモータ駆動装置を搭載したことを特徴としている。本実施の形態では、ロータがステータの内周側に回転自在に配置されたインナロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。

　図１３に示すように、ブラシレスモータ７０は、固定子であるステータ７１、可動子であるロータ７２、回路基板７３およびモータケース７４を備えている。モータケース７４は密封された円筒形状の金属で形成されており、ブラシレスモータ７０は、このようなモータケース７４内にステータ７１、ロータ７２および回路基板７３を収納した構成である。モータケース７４は、ケース本体７４ａとケース蓋７４ｂとで構成され、ケース本体７４ａにケース蓋７４ｂを装着することで略密封されたモータケース７４となる。

　図１３において、ステータ７１は、ステータ鉄心７５に相ごとの巻線１１を巻回して構成される。本実施の形態では、互いに１２０度位相が異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３つの相に区分した巻線１１をステータ鉄心７５に巻回した一例を挙げて説明する。ステータ鉄心７５は、内周側に突出した複数の突極を有している。また、ステータ鉄心７５の外周側は概略円筒形状であり、その外周がケース本体７４ａに固定されている。

　ステータ７１の内側には、空隙を介してロータ７２が挿入されている。ロータ７２は、ロータフレーム７７の外周に円筒形状の永久磁石７８を保持し、軸受７９で支持された回転軸７６を中心に回転自在に配置される。すなわち、ステータ鉄心７５の突極の先端面と永久磁石７８の外周面とが対向するように配置されている。

　さらに、このブラシレスモータ７０には、各種の回路部品８３を実装した回路基板７３がモータケース７４の内部に内蔵されている。これら回路部品８３によって、実施の形態１で説明したモータ駆動装置２０、実施の形態２で説明したモータ駆動装置５０、実施の形態３で説明したモータ駆動装置５７、実施の形態４で説明したモータ駆動装置６０および実施の形態４で説明したモータ駆動装置６５のいずれかのモータ駆動装置が構成される。また、回路基板７３には、ロータ７２の回転位置を検出するために、ホール素子などによる位置検出器１２も実装されている。ステータ鉄心７５には支持部材８１が装着されており、回路基板７３は、この支持部材８１を介してモータケース７４内に固定される。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの巻線１１の端部がステータ７１から引き出されており、回路基板７３にそれぞれの端部が接続されている。

　このような構成とするため、まず、ステータ７１をケース本体７４ａの内部に挿入してケース本体７４ａの内面に固定し、次にロータ７２、回路基板７３をケース本体７４ａの内部に収納した後、ケース蓋７４ｂをケース本体７４ａに固着することで、位置検出器１２やモータ駆動装置を内蔵したブラシレスモータ７０が形成される。このように、ブラシレスモータ７０は、ステータ７１とロータ７２とを含むモータ１０、位置検出器１２およびモータ駆動装置を一体化した構成である。

　このように、ブラシレスモータ７０は、永久磁石７８を保持し、回転軸７６を中心として回転自在に配置されたロータ７２と、複数の突極を有するステータ鉄心７５に巻線１１を巻回したステータ７１と、実施の形態１から４までのいずれかのモータ駆動装置とを備えた構成である。ブラシレスモータ７０は、このようなモータ駆動装置を備えているため、モータの回転音の増加を招くことなく、過電流に対して電流制限できる。

　以上説明したように、本発明のモータ駆動装置は、駆動制御部と、デューティ算出部と、デューティリミッタと、ＰＷＭ信号生成部と、駆動出力部と、通電電流監視部と、リミット値生成部とを備える。駆動制御部は、モータを駆動するための駆動信号を生成する。デューティ算出部は、駆動信号に応じたデューティ指令値を算出する。デューティリミッタは、デューティ指令値の値をリミット値により制限する。ＰＷＭ信号生成部は、デューティリミッタの出力値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成する。駆動出力部は、ＰＷＭ信号に応じた通電信号を生成し、通電信号によりモータの巻線を通電する。通電電流監視部は、巻線を通電する電流値を監視し、電流値が所定の閾値を超えたときに過電流と判定する。リミット値生成部は、リミット値を生成する。そして、リミット値生成部は、過電流と判定した期間中、電流値が減少するように、所定の時間間隔で、かつ閾値と電流値との差に応じた値ずつ、リミット値を更新する構成である。

　また、本発明のブラシレスモータは、このようなモータ駆動装置を備えた構成である。

　また、本発明のモータ駆動方法は、次のステップを含む。モータを駆動するための駆動信号を生成するステップ。駆動信号に応じたデューティ指令値を算出するステップ。デューティ指令値の値をリミット値により制限するステップ。このリミット値により制限するステップでの出力値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成するステップ。ＰＷＭ信号に応じた通電信号を生成し、通電信号によりモータの巻線を通電するステップ。巻線を通電する電流値を監視し、電流値が所定の閾値を超えたときに過電流と判定するステップ。上記リミット値を生成するステップ。そして、リミット値を生成するステップは、過電流と判定した期間中、電流値が減少するように、所定の時間間隔で、かつ閾値と電流値との差に応じた値ずつ、リミット値を更新する。

　この構成によれば、急激かつ大きなデューティ比の変化なくデューティ指令値を制限できる。このため、モータの回転音の増加を招くことなく、過電流に対して電流制限できる機能を有したモータ駆動装置およびブラシレスモータ、並びにモータ駆動方法を提供できる。

　なお、上述した各実施の形態において、制御系として速度制御系の一例を挙げて説明したが、速度制御系に代えて、位置制御系としたシステム構成に置き換えても同様の作用効果が発揮される。

　また、各実施の形態では、位置検出器が可動子の位置を検出し、検出位置を速度検出部で速度検出信号に変換するような構成例を挙げて説明したが、位置検出器が負荷の位置を検出するようなシステム構成であってもよい。さらに、速度検出器によって可動子や負荷の速度を検出し、検出した速度を速度検出信号とするような構成であってもよい。さらに、指令された位置指令信号と位置検出器からの位置検出信号との位置偏差量に基づき、位置制御系によって位置制御されるような構成であってもよい。さらに、検出速度を積分して検出位置とするような回路を含めた構成により速度検出器を備えた位置制御系としてもよい。要するに、モータによる可動子の動き動作が、指令された位置や速度などの動き量に追従するように、指令信号と検出信号との偏差量に基づく駆動量によってフィードバック制御する制御系に本発明を適用することができる。さらには、指令信号に基づく駆動量によって直接に動き量を制御するような構成にも本発明を適用することができる。また、動き動作として、モータによる可動子の回転動作であってもよく、直線動作であってもよく、その他の動き動作であってもよい。

　本発明におけるモータ駆動装置およびブラシレスモータ、並びにモータ駆動方法は、モータの回転音の増加を招くことなく、過電流に対して電流制限できるため、特に、高速な応答を要求されないファンモータなどに好適であり、家電用や電装用のファンモータ、その他のモータのモータ駆動装置およびブラシレスモータとして利用できる。

　１０　　モータ
　１１　　巻線
　１２　　位置検出器
　２０，５０，５７，６０，６５　　モータ駆動装置
　２１，３１，４１　　減算器
　２２　　速度制御部
　２３，５８　　駆動量リミッタ
　２４　　デューティ算出部
　２５，５９　　デューティリミッタ
　２６　　ＰＷＭ信号生成部
　２７　　駆動出力部
　２８　　速度検出部
　２９　　通電電流監視部
　２９ｄ　　電流検出器
　３０　　リミット値生成部
　３２　　判定部
　３３　　減算値生成部
　４２，４６　　リミッタ
　４３　　セレクタ
　４４　　ラッチ
　４５　　加算器
　５４　　電源電圧監視部
　５５　　補正量算出部
　５６　　デューティ補正部
　６１，６６　　最大リミット値生成部
　７０　　ブラシレスモータ
　７１　　ステータ
　７２　　ロータ
　７３　　回路基板
　７４　　モータケース
　７４ａ　　ケース本体
　７４ｂ　　ケース蓋
　７５　　ステータ鉄心
　７６　　回転軸
　７７　　ロータフレーム
　７８　　永久磁石
　７９　　軸受
　８１　　支持部材
　８３　　回路部品

Claims

パルス幅変調されたＰＷＭ信号を用いて、モータの回転動作を駆動制御するモータ駆動装置であって、
前記モータを駆動するための駆動信号を生成する駆動制御部と、
前記駆動信号に応じたデューティ指令値を算出するデューティ算出部と、
前記デューティ指令値の値をリミット値により制限するデューティリミッタと、
前記デューティリミッタの出力値に応じたデューティ比の前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号に応じた通電信号を生成し、前記通電信号により前記モータの巻線を通電する駆動出力部と、
前記巻線を通電する電流値を監視し、前記電流値が所定の閾値を超えたときに過電流と判定する通電電流監視部と、
前記リミット値を生成するリミット値生成部とを備え、
前記リミット値生成部は、前記過電流と判定した期間中、前記電流値が減少するように、所定の時間間隔で、かつ前記閾値と前記電流値との差に応じた値ずつ、前記リミット値を更新することを特徴とするモータ駆動装置。
前記リミット値生成部は、最大リミット値が設定され、前記通電電流監視部が前記過電流と判定しない期間、前記リミット値が前記最大リミット値と異なるときは、前記リミット値が前記最大リミット値に近づくように、所定の時間間隔で、かつ所定の値ずつ、前記リミット値を更新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。
前記デューティリミッタは、前記デューティ指令値が前記リミット値を超えたとき、前記デューティ指令値が前記リミット値以下となるように制限した出力値を出力し、
前記リミット値生成部は、
前記過電流と判定した期間中、前記閾値と前記電流値との差に応じた値ずつ、前記リミット値を減少させ、
前記過電流と判定しない期間中、前記最大リミット値を上限として、所定の値ずつ、前記リミット値を増加させることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
前記駆動出力部に供給する電源電圧の電圧値を監視する電源電圧監視部と、
前記デューティ算出部で算出されたデューティ指令値を、前記電圧値の大きさに応じて補正し、補正した前記デューティ指令値を前記デューティリミッタに供給するデューティ補正部とをさらに備え、
前記デューティ補正部は、前記デューティ比が前記電圧値に一次関数で減少するように前記デューティ指令値を補正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。
前記リミット値生成部で生成された前記リミット値が供給され、前記駆動信号の値を前記リミット値により制限する駆動量リミッタをさらに備え、
前記駆動量リミッタは、前記駆動信号を制限した信号をデューティ算出部に供給し、
前記デューティリミッタは、固定値であるリミット値により前記デューティ指令値を制限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。
前記最大リミット値を生成する最大リミット値生成部をさらに備え、
前記最大リミット値生成部は、前記モータの回転速度が判定速度以下の場合には、前記最大リミット値を固定値とし、前記モータの回転速度が判定速度を超える場合には、前記最大リミット値を超えた量に応じて増加するような値とすることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
前記最大リミット値生成部は、前記通電電流監視部からの前記電流値に基づき、前記モータの回転速度を判定することを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
永久磁石を保持し、回転軸を中心として回転自在に配置されたロータと、複数の突極を有するステータ鉄心に前記巻線を巻回したステータと、
請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ駆動装置とを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
パルス幅変調されたＰＷＭ信号を用いて、モータの回転動作を駆動制御するモータ駆動方法であって、
前記モータを駆動するための駆動信号を生成するステップと、
前記駆動信号に応じたデューティ指令値を算出するステップと、
前記デューティ指令値の値をリミット値により制限するステップと、
前記リミット値により制限するステップでの出力値に応じたデューティ比の前記ＰＷＭ信号を生成するステップと、
前記ＰＷＭ信号に応じた通電信号を生成し、前記通電信号により前記モータの巻線を通電するステップと、
前記巻線を通電する電流値を監視し、前記電流値が所定の閾値を超えたときに過電流と判定するステップと、
前記リミット値を生成するステップとを備え、
前記リミット値を生成するステップは、前記過電流と判定した期間中、前記電流値が減少するように、所定の時間間隔で、かつ前記閾値と前記電流値との差に応じた値ずつ、前記リミット値を更新することを特徴とするモータ駆動方法。