WO2017094839A1 - モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法 - Google Patents

モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法 Download PDF

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WO2017094839A1
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duty ratio
switching elements
pwm signal
coils
coil
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岩崎　保
透 古澤
星野　隆
知史 小林
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株式会社ミツバ
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    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Definitions

  • the present invention relates to a motor drive device and a method for controlling the motor drive device.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a control system of the motor drive device.
  • FIG. 5 is a diagram showing a commutation pattern in 120 ° rectangular wave driving.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a situation that occurs when a negative voltage is generated at the input terminal of the motor.
  • the motor 18 shown in FIG. 4 is a three-phase DC brushless motor.
  • the motor 18 is an inner rotor type and includes a rotor configured by embedding a permanent magnet (magnet) including a pair of N poles and S poles.
  • Motor 18 includes an armature coil (U-phase coil, V-phase coil, W-phase coil).
  • U-phase coil is connected to the terminal 24, and the other end is connected to the terminal 25.
  • V-phase coil is connected to the terminal 25 and the other end is connected to the terminal 26.
  • One end of the W-phase coil is connected to the terminal 26, and the other end is connected to the terminal 24.
  • the armature coils are connected by delta connection.
  • the motor drive device 37a that controls the motor 18 includes an inverter circuit 38 that controls energization of the armature coil.
  • the inverter circuit 38 is connected to the terminal 24, the terminal 25, and the terminal 26.
  • the inverter circuit 38 includes a series circuit 38U in which a positive switching element 38a connected to the positive electrode of the external power supply 40 and a negative switching element 38d connected to the negative electrode of the external power supply 40 are connected in series.
  • the inverter circuit 38 includes a series circuit 38V in which a positive-side switching element 38b connected to the positive electrode of the external power supply 40 and a negative-side switching element 38e connected to the negative electrode of the external power supply 40 are connected in series. .
  • the inverter circuit 38 includes a series circuit 38W in which a positive-side switching element 38c connected to the positive electrode of the external power supply 40 and a negative-side switching element 38f connected to the negative electrode of the external power supply 40 are connected in series. .
  • series circuit 38U is connected to terminal 24 corresponding to the U phase.
  • the series circuit 38V is connected to the terminal 25 corresponding to the V phase, and the series circuit 38W is connected to the terminal 26 corresponding to the W phase. That is, the inverter circuit 38 includes a plurality of switching elements 38a to 38f that separately connect or cut off the current supply path from the external power source 40 to the terminals (terminal 24, terminal 25, terminal 26) of the armature coil. Yes.
  • the plurality of switching elements 38a to 38f are constituted by semiconductor elements such as FETs.
  • the motor drive device 37a includes a control circuit 45a for controlling the inverter circuit 38.
  • the control circuit 45a is a microcomputer provided with a CPU, RAM, ROM and the like.
  • the control circuit 45a includes a control unit 50a, a FET drive power supply 51, and a driver circuit 52.
  • the driver circuit 52 outputs drive signals for separately controlling the gate terminals of the switching elements 38a to 38f.
  • the FET drive power supply 51 is a power supply for supplying power from the external power supply 40 to the buffers that control the switching elements 38a, 38b, and 38c among the buffers provided in the driver circuit 52.
  • the control unit 50a reads the energization pattern corresponding to the hall stage number stored in the ROM of the control circuit 45a based on the combination of the output signals of the detection sensors 41 to 43 (hall stage number), and the driver according to the energization pattern A PWM command signal is output to the circuit 52.
  • the driver circuit 52 outputs drive signals for separately controlling the gate terminals of the switching elements 38a to 38f based on the PWM command signal input from the control unit 50a.
  • the detection sensors 41 to 43 included in the motor drive device 37a are configured by, for example, Hall ICs, and when the rotor rotates, the rotation position (rotation phase) of the rotor is output signals corresponding to the U phase, V phase, and W phase. Are individually output to the control unit 50a.
  • the control unit 50a recognizes the hall stage number based on the output signals input from the detection sensors 41 to 43, reads the energization pattern corresponding to the hall stage number, and outputs an amount corresponding to a predetermined rotational phase (for example, an electrical angle After the shift, the PWM command signal is output to the driver circuit 52 in accordance with the read energization pattern.
  • the switching elements 38a to 38f are intermittently turned on / off in a period corresponding to each energization pattern driven by PWM control.
  • the output signals of the detection sensors 41 to 43 are changed from (ON (high level), OFF (low level), OFF) from the hall stage number HS2 to (ON, ON, OFF).
  • the energization pattern is switched from TP2a to TP3a after an electrical angle of 30 °.
  • the switching elements 38a and 38d are (ON, OFF) in the period corresponding to the energization pattern TP2a, the terminal 24 to the U-phase coil is energized and is at the high level, and the U-phase coil is in the phase energization period. It is in.
  • the terminal 25 is not energized to the V-phase coil, and the V-phase coil is in a phase open period (floating level period). Since switching elements 38c and 38f are alternately switched on and off, terminal 26 to the W-phase coil is energized and is at a low level, and the W-phase coil is in the phase energization period. Further, since the switching elements 38a and 38d are (OFF, OFF) in the period corresponding to the energization pattern TP3a, the terminal 24 is not energized to the U-phase coil, and the U-phase coil is in the phase open period.
  • switching elements 38b and 38e are (ON, OFF), the terminal 25 to the V-phase coil is energized and is at the high level, and the V-phase coil is in the phase energization period. Since switching elements 38c and 38f are alternately switched on and off, terminal 26 to the W-phase coil is energized and is at a low level, and the W-phase coil is in the phase energization period.
  • the switching element 38a switching element for positive electrode that drives the brushless motor
  • the terminal voltage of the motor line indicates the voltage of the terminal 24.
  • the outflow current indicates a current that flows from the FET drive power supply 51 to the terminal 24 through the buffer circuit that constitutes the driver circuit 52.
  • the FET drive voltage indicates the output voltage of the FET drive power supply 51.
  • a counter electromotive voltage (negative voltage) is generated for a period of several hundred ⁇ sec or more.
  • the occurrence time of several hundred ⁇ sec is a period of about 100 to 800 ⁇ sec and indicates the period of the energization pattern TP3a.
  • Changed potential difference from the terminal voltage of the motor line at the energization pattern TP2a to the terminal voltage of the motor line at the energization pattern TP3a (when the energization pattern changes from the energization pattern TP2a to the energization pattern TP3a, the switching element is turned on.
  • the switching elements 38c and 38f are (ON, OFF) corresponding to the energization pattern TP6a.
  • the period is switched to the (OFF, OFF) state of the period corresponding to the energization pattern TP1a, and the W-phase coil is in the phase open period.
  • the switching elements 38a and 38d are switched from the (ON, OFF) state corresponding to the energization pattern TP2a to the (OFF, OFF) state corresponding to the energization pattern TP3a. This is a period during which the U-phase coil is in the phase open period.
  • the switching elements 38b and 38e are switched from the (ON, OFF) state corresponding to the energization pattern TP4a to the (OFF, OFF) state corresponding to the energization pattern TP5a, and the V-phase coil is phase-opened. This is the period. Therefore, in order to shorten the period during which such a voltage for driving the FET causes a voltage drop, a motor driving device having a function of suppressing a period during which a negative voltage is generated at the input terminal of the brushless motor is required.
  • Patent Document 1 discloses a motor drive device provided with regeneration means for causing a power source to regenerate a current generated by a counter electromotive force of a coil.
  • the motor driving device described in Patent Document 1 does not have a function of suppressing a period during which a negative voltage is generated at the input terminal.
  • a motor drive device having a function of suppressing a period during which a negative voltage is generated at the input terminal of the brushless motor is required.
  • the present invention provides a motor driving device having a function of suppressing a period during which a negative voltage is generated at an input terminal of a brushless motor, and a method for controlling the motor driving device.
  • One aspect of the present invention is a motor drive device that supplies current to a plurality of coils and rotates a rotor, and a plurality of switching elements that individually turn on or off current supply paths connected to the plurality of coils.
  • a plurality of detection sensors that are provided in phases different from each other in the rotation direction of the rotor and that generate an output signal by detecting a phase in the rotation direction of the rotor, and the plurality of detection sensors based on the output signal
  • An element control unit that individually turns on or off the switching elements, and the element control unit is configured to select a first coil among the plurality of coils among the plurality of switching elements based on the output signal.
  • a PWM signal having a maximum duty ratio is output, and a second coil of the plurality of coils is set to a low level.
  • a PWM signal having a minimum duty ratio is output, and a serially connected pair of switching elements for driving a third coil among the plurality of coils is used.
  • a PWM signal having an intermediate duty ratio between the duty ratio of the maximum PWM signal and the minimum PWM signal is output.
  • Another aspect of the present invention is the above-described motor drive device, wherein the intermediate duty ratio is 50%, and the maximum duty ratio is an instruction duty that is input from the outside to the intermediate duty ratio.
  • the minimum duty ratio is a duty ratio obtained by subtracting a duty ratio that is half of the indicated duty ratio from the intermediate duty ratio.
  • One aspect of the present invention is the above-described motor driving device, wherein the intermediate duty ratio is 50% of an instruction duty ratio input from the outside, and the maximum duty ratio is the instruction duty ratio. And the minimum duty ratio is 0%.
  • One aspect of the present invention is a motor drive device that supplies current to a plurality of coils and rotates a rotor, and a plurality of switching elements that individually turn on or off current supply paths connected to the plurality of coils.
  • a plurality of detection sensors that are provided in phases different from each other in the rotation direction of the rotor and that generate an output signal by detecting a phase in the rotation direction of the rotor, and the plurality of detection sensors based on the output signal
  • a control method for a motor drive device having an element control unit for turning on or off the switching elements separately, wherein the element control unit is configured to select the plurality of switching elements among the plurality of switching elements based on the output signal.
  • a PWM signal having the maximum duty ratio is output, and the plurality of coils are output.
  • the third coil is driven by outputting a PWM signal having a minimum duty ratio to a pair of switching elements connected in series that drives the second coil to a low level.
  • a PWM signal having an intermediate duty ratio between the duty ratio of the maximum PWM signal and the minimum PWM signal is output.
  • the element control unit in the motor drive device shortens the period in which each coil is in the phase open period, and therefore suppresses the period in which a negative voltage is generated at the input terminal of the brushless motor.
  • a motor drive device having a function and a control method of the motor drive device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a control system of the motor drive device of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a commutation pattern in the 120 ° rectangular wave drive of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining suppression of a period during which a negative voltage is generated at the input terminal of the brushless motor according to the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a control system of the motor drive device.
  • FIG. 5 is a diagram showing a commutation pattern in 120 ° rectangular wave driving.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a situation that occurs when a negative voltage is generated at the input terminal of the motor.
  • the motor drive device is a motor drive device that supplies current to a plurality of coils and rotates a rotor, and a plurality of switching devices that individually turn on or off current supply paths connected to the plurality of coils.
  • the element a plurality of detection sensors that are provided in phases different from each other in the rotation direction of the rotor and that detect a phase in the rotation direction of the rotor and generate an output signal
  • An element control unit that individually turns on or off the plurality of switching elements, and the element control unit is configured to select a first of the plurality of coils among the plurality of switching elements based on the output signal.
  • a PWM signal having a maximum duty ratio is output to a pair of switching elements that drive the coil to a high level, and the second coil of the plurality of coils is output.
  • a PWM signal having a minimum duty ratio is output to a series-connected pair of switching elements that are driven to a low level, and a series-connected pair that drives a third coil of the plurality of coils is formed.
  • a PWM signal having an intermediate duty ratio between the duty ratio of the maximum PWM signal and the duty ratio of the minimum PWM signal is output.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a control system of the motor drive device of the present invention.
  • the motor drive device 37 includes a control circuit 45, detection sensors 41 to 43, a positive-side switching element 38a and a negative-side switching element 38d connected to the negative electrode of the external power supply 40 in series. And an inverter circuit 38 including a series circuit 38U and the like connected to each other.
  • the control circuit 45 includes a control unit 50 (element control unit), an FET drive power supply 51, and a driver circuit 52.
  • the control unit 50 reads the energization pattern corresponding to the hall stage number stored in the ROM of the control circuit 45 based on the combination of the output signals of the detection sensors 41 to 43 (hall stage number), and the driver according to the energization pattern A PWM command signal is output to the circuit 52. Based on the PWM command signal input from the control unit 50, the driver circuit 52 outputs drive signals for separately controlling the gate terminals of the switching elements 38a to 38f.
  • the detection sensors 41 to 43 included in the motor drive device 37 are constituted by, for example, Hall ICs, and when the rotor rotates, the rotation position (rotation phase) of the rotor is output signals corresponding to the U phase, V phase, and W phase. Are individually output to the control unit 50.
  • the control unit 50 recognizes the hall stage number based on the output signals input from the detection sensors 41 to 43, reads the energization pattern corresponding to the hall stage number, and outputs an amount corresponding to a predetermined rotational phase (for example, an electrical angle After the shift, the PWM command signal is output to the driver circuit 52 in accordance with the read energization pattern.
  • the switching elements 38a to 38f are intermittently turned on / off in a period corresponding to each energization pattern driven by PWM control.
  • FIG. 2 is a diagram showing a commutation pattern in the 120 ° rectangular wave drive of the present invention.
  • the output signals of the detection sensors 41 to 43 are (OFF, OFF, ON) from the hall stage number HS6 to (ON, OFF, ON).
  • the energization pattern is switched from TP6 to TP1 from an electrical angle of 0 ° to an electrical angle of 30 °.
  • the positive-side switching element 38a repeats ON and OFF at a high duty ratio (maximum duty ratio). It is driven by a signal (drive signal).
  • the duty ratio is defined by the ratio of the ON period to the period of the PWM signal output from the driver circuit 52.
  • the negative polarity side switching element 38d receives a PWM signal having a phase opposite to that of the PWM signal inputted to the positive polarity side switching element 38a. Therefore, the duty ratio of the PWM signal for driving the paired switching elements is different between the positive electrode side and the negative electrode side.
  • the duty ratio of the PWM signal that drives the positive switching element is referred to as the duty ratio of the PWM signal that drives the paired switching elements.
  • the paired switching elements 38a and 38d are driven by a PWM signal (drive signal) that repeatedly turns on and off at a high duty ratio (maximum duty ratio).
  • a PWM signal drive signal
  • maximum duty ratio maximum duty ratio
  • the terminal 24 to the U-phase coil is energized and is at the high level, and the U-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching elements 38b and 38e are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a low duty ratio (minimum duty ratio).
  • the terminal 25 to the V-phase coil is energized and is at the low level, and the V-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38c and switching element 38f are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at an intermediate duty ratio.
  • the terminal 26 to the W-phase coil is energized and is at an intermediate level between the high level of the terminal 24 and the low level of the terminal 25, and the W-phase coil is not in the phase open period as in the prior art. It is in the energization period.
  • the intermediate duty ratio is 50%.
  • the high duty ratio is a duty ratio obtained by adding a half duty ratio of an instruction duty ratio input from the outside to an intermediate duty ratio.
  • the low duty ratio is a duty ratio obtained by subtracting a duty ratio that is half of the indicated duty ratio from an intermediate duty ratio.
  • the instruction duty ratio may be stored in advance in a ROM included in the control circuit 45 by the user.
  • the output signals of the detection sensors 41 to 43 are switched from the hall stage number HS1 (ON, OFF, ON) to the hall stage number HS2 (ON, OFF, OFF).
  • the energization pattern is switched from TP1 to TP2 from an electrical angle of 60 ° to an electrical angle of 90 °.
  • the paired switching element 38a and switching element 38d are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a high duty ratio. Thereby, the terminal 24 to the U-phase coil is energized and is at the high level, and the U-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38c and switching element 38f are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a low duty ratio.
  • the terminal 26 to the W-phase coil is energized and is at the low level, and the W-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38b and switching element 38e are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at an intermediate duty ratio.
  • the terminal 25 to the V-phase coil is energized and is at an intermediate level between the high level of the terminal 24 and the low level of the terminal 26, and the V-phase coil is not in the phase open period as in the prior art. It is in the energization period.
  • the output signals of the detection sensors 41 to 43 are switched from the hall stage number HS2 which is (ON, OFF, OFF) to the hall stage number HS3 which is (ON, ON, OFF).
  • the energization pattern is switched from TP2 to TP3 from an electrical angle of 120 ° to an electrical angle of 150 °.
  • the paired switching element 38b and switching element 38e are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a high duty ratio.
  • the terminal 25 to the V-phase coil is energized and is at the high level, and the V-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38c and switching element 38f are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a low duty ratio.
  • the terminal 26 to the W-phase coil is energized and is at the low level, and the W-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38a and switching element 38d are driven by a PWM signal that is repeatedly turned on and off at an intermediate duty ratio.
  • the terminal 24 to the U-phase coil is energized and is at an intermediate level between the high level of the terminal 25 and the low level of the terminal 26, and the U-phase coil is not in the phase open period as in the prior art. It is in the energization period.
  • the output signals of the detection sensors 41 to 43 are switched from the hall stage number HS3 (ON, ON, OFF) to the hall stage number HS4 (OFF, ON, OFF).
  • the energization pattern is switched from TP3 to TP4 from an electrical angle of 180 ° to an electrical angle of 210 °.
  • the paired switching element 38b and switching element 38e are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a high duty ratio.
  • the terminal 25 to the V-phase coil is energized and is at the high level, and the V-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching elements 38a and 38d are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a low duty ratio.
  • the terminal 24 to the U-phase coil is energized and is at the low level, and the U-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38c and switching element 38f are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at an intermediate duty ratio.
  • the terminal 26 to the W-phase coil is energized and is at an intermediate level between the high level of the terminal 25 and the low level of the terminal 24, and the W-phase coil is not in the phase open period as in the prior art. It is in the energization period.
  • the output signals of the detection sensors 41 to 43 are switched from the hall stage number HS4 (OFF, ON, OFF) to the hall stage number HS5 (OFF, ON, ON).
  • the energization pattern is switched from TP4 to TP5 from an electrical angle of 240 ° to an electrical angle of 270 °.
  • the paired switching element 38c and switching element 38f are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a high duty ratio. Thereby, the terminal 26 to the W-phase coil is energized and is at the high level, and the W-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching elements 38a and 38d are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a low duty ratio.
  • the terminal 24 to the U-phase coil is energized and is at the low level, and the U-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38b and switching element 38e are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at an intermediate duty ratio.
  • the terminal 25 to the V-phase coil is energized and is at an intermediate level between the high level of the terminal 26 and the low level of the terminal 24, and the V-phase coil is not in the phase open period as in the prior art. It is in the energization period.
  • the output signals of the detection sensors 41 to 43 are switched from the hall stage number HS5 (OFF, ON, ON) to the hall stage number HS6 (OFF, OFF, ON).
  • the energization pattern is switched from TP5 to TP6 from an electrical angle of 300 ° to an electrical angle of 330 °.
  • the paired switching element 38c and switching element 38f are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a high duty ratio. Thereby, the terminal 26 to the W-phase coil is energized and is at the high level, and the W-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38b and switching element 38e are driven by a PWM signal that repeatedly turns on and off at a low duty ratio.
  • the terminal 25 to the V-phase coil is energized and is at the low level, and the V-phase coil is in the phase energization period.
  • the paired switching element 38a and switching element 38d are driven by a PWM signal that is repeatedly turned on and off at an intermediate duty ratio.
  • the terminal 24 to the U-phase coil is energized and is at an intermediate level between the high level of the terminal 26 and the low level of the terminal 25, and the U-phase coil is not in the phase open period as in the prior art. It is in the energization period.
  • the motor drive device 37 supplies current to the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil that constitute the motor 18, and rotates the rotor of the motor 18 by 180 ° rectangular wave drive.
  • the control unit 50 in the motor drive device 37 corresponds to the hall stage number stored in the ROM of the control circuit 45 based on the combination of the output signals of the detection sensors 41 to 43 (hall stage number).
  • the energization pattern is read, and a PWM command signal is output to the driver circuit 52 according to the energization pattern.
  • the driver circuit 52 Based on the PWM command signal input from the control unit 50, the driver circuit 52 outputs drive signals for separately controlling the gate terminals of the switching elements 38a to 38f.
  • the detection sensors 41 to 43 included in the motor drive device 37 are configured by, for example, Hall ICs, and when the rotor rotates, the rotation position of the rotor is individually set as output signals corresponding to the U phase, V phase, and W phase. Output to the controller 50.
  • the control unit 50 recognizes the hall stage number based on the output signals input from the detection sensors 41 to 43, reads the energization pattern corresponding to the hall stage number, and outputs an amount corresponding to a predetermined rotational phase (for example, an electrical angle After the shift, the PWM command signal is output to the driver circuit 52 in accordance with the read energization pattern.
  • the switching elements 38a to 38f are driven by PWM control and are intermittently turned on / off in a period corresponding to each energization pattern.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining suppression of a period during which a negative voltage is generated at the input terminal of the brushless motor according to the present invention.
  • the terminal voltage of the motor line indicates the voltage of the terminal 24.
  • the outflow current indicates a current that flows from the FET drive power supply 51 to the terminal 24 through the buffer circuit that constitutes the driver circuit 52.
  • the FET drive voltage indicates the output voltage of the FET drive power supply 51.
  • the potential difference from the terminal voltage of the motor line at the energization pattern TP2 to the terminal voltage of the motor line at the energization pattern TP3 (when the energization pattern changes from the energization pattern TP2a to the energization pattern TP3a).
  • the negative voltage generated when the switching element is switched from ON to OFF is, for example, ⁇ 0.5 V or less, whereby current flows out from the FET drive power supply 51.
  • the FET drive voltage does not become insufficient, and the control circuit 45 that drives the switching element 38a does not malfunction.
  • the negative voltage is generated at the input terminal of the brushless motor by setting the period (see FIG. 5) in which each phase of the prior art is the phase open period (see FIG. 2) to the energization period (see FIG. 2). It is possible to provide a motor drive device having a function of suppressing the period of time.
  • the motor drive device 37 is a motor drive device that supplies current to the plurality of coils of the motor 18 and rotates the rotor, and supplies current that is connected to the plurality of coils.
  • a plurality of switching elements (switching elements 38a to 38f) that individually turn on or off the path are provided in phases different from each other in the rotation direction of the rotor, and the phase in the rotation direction of the rotor is detected and output.
  • a plurality of detection sensors that generate signals detection sensors 41, 42, and 43
  • an element control unit control unit 50
  • the element control unit is based on the output signal, and, for the switching elements forming a pair that drives the first coil of the plurality of coils to a high level among the plurality of switching elements, A PWM signal having a minimum duty ratio is output to a pair of switching elements connected in series to drive a second coil of the plurality of coils to a low level.
  • a switching element connected in series that drives a third coil of the plurality of coils has a duty ratio between the duty ratio of the maximum PWM signal and the duty ratio of the minimum PWM signal.
  • a PWM signal having an intermediate duty ratio is output.
  • the back electromotive voltage (negative voltage) generation time can be shortened, the outflow current can be reduced, and the malfunction of the control circuit 45 (microcomputer) can be prevented.
  • a brushless motor can be driven even by a microcomputer that is not equipped with a dedicated IC (IPD) with negative voltage tolerance of the prior art.
  • IPD dedicated IC
  • PWM output is performed even when the conventional 120 ° rectangular wave energization is free (phase open period), resulting in 180 ° energization and a smooth current waveform during commutation. Therefore, it can be expected that the driving sound is quiet.
  • the motor driving device 37 in the above-described embodiment may be realized by a computer.
  • a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed.
  • the “computer system” here includes an OS and hardware such as peripheral devices.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM or a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system.
  • the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line.
  • a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program held for a certain period of time.
  • the program may be a program for realizing a part of the above-described functions, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system. It may be realized using a programmable logic device such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the embodiment of the aspect of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like without departing from the gist of the present invention.
  • the intermediate duty ratio may be 50% of the instruction duty ratio input from the outside
  • the maximum duty ratio may be the instruction duty ratio
  • the minimum duty ratio may be 0%. The same effect can be expected with either duty ratio.

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Abstract

素子制御部は、出力信号に基づいて、複数のスイッチング素子のうち、複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が最大のＰＷＭ信号のデューティ比と最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。

Description

モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法
　本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法に関する。
　本願は、２０１５年１２月２日に出願された日本国特許出願２０１５－２３５５８３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来技術では、ブラシレスモータを１２０°矩形波駆動する場合、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生したときに、ブラシレスモータを駆動する正極用のスイッチング素子を駆動する制御回路が誤動作をする可能性があった。この可能性について、図４～図６を用いて説明する。
　図４は、モータ駆動装置の制御系統を示すブロック図である。また、図５は、１２０°矩形波駆動における転流パターンを示す図である。また、図６は、モータの入力端子に負電圧が発生したときに生じる状況を説明するための図である。
　図４に示すモータ１８は、３相ＤＣブラシレスモータである。モータ１８は、インナーロータ型であり、一対のＮ極及びＳ極を含む永久磁石（マグネット）を埋め込んで構成された回転子を含む。また、モータ１８は、電機子コイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）を含む。Ｕ相コイルの一端は端子２４に接続され、他端は端子２５に接続される。また、Ｖ相コイルの一端は端子２５に接続され、他端は端子２６に接続される。また、Ｗ相コイルの一端は端子２６に接続され、他端は端子２４に接続される。このように、モータ１８では、電機子コイルをデルタ結線により接続している。
　モータ１８を制御するモータ駆動装置３７ａは、電機子コイルに対する通電を制御するインバータ回路３８を含む。インバータ回路３８は、端子２４、端子２５及び端子２６に接続される。このインバータ回路３８は、外部電源４０の正極に接続される正極側のスイッチング素子３８ａと外部電源４０の負極に接続される負極側のスイッチング素子３８ｄとが直列に接続された直列回路３８Ｕを含む。また、インバータ回路３８は、外部電源４０の正極に接続される正極側のスイッチング素子３８ｂと外部電源４０の負極に接続される負極側のスイッチング素子３８ｅとが直列に接続された直列回路３８Ｖを含む。また、インバータ回路３８は、外部電源４０の正極に接続される正極側のスイッチング素子３８ｃと外部電源４０の負極に接続される負極側のスイッチング素子３８ｆとが直列に接続された直列回路３８Ｗを含む。また、インバータ回路３８においては、直列回路３８Ｕが、Ｕ相に対応して端子２４に接続される。また、インバータ回路３８においては、直列回路３８Ｖが、Ｖ相に対応して端子２５に接続され、直列回路３８Ｗが、Ｗ相に対応して端子２６に接続される。
　すなわち、インバータ回路３８は、外部電源４０から電機子コイルの端子（端子２４、端子２５、端子２６）にいたる電流の供給経路を、別々に接続または遮断する複数のスイッチング素子３８ａ～３８ｆを含んでいる。なお、複数のスイッチング素子３８ａ～３８ｆは、ＦＥＴ等の半導体素子により構成されている。
　さらに、モータ駆動装置３７ａは、インバータ回路３８を制御する制御回路４５ａを含んでいる。制御回路４５ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたマイクロコンピュータである。制御回路４５ａは、制御部５０ａと、ＦＥＴ駆動用電源５１と、ドライバ回路５２と、を含んで構成されている。
　ドライバ回路５２は、スイッチング素子３８ａ～３８ｆのゲート端子を別々に制御する駆動信号を出力する。
　ＦＥＴ駆動用電源５１は、ドライバ回路５２が備えるバッファのうち、スイッチング素子３８ａ、３８ｂ、３８ｃを制御するバッファに対して外部電源４０からの電力を供給するための電源である。
　制御部５０ａは、検出センサ４１～４３の出力信号の組合せ（ホールステージ番号）に基づいて、制御回路４５ａが有するＲＯＭに記憶されたホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、この通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。ドライバ回路５２は、制御部５０ａから入力されるＰＷＭ指令信号に基づいて、スイッチング素子３８ａ～３８ｆのゲート端子を別々に制御する駆動信号を出力する。
　モータ駆動装置３７ａが有する検出センサ４１～４３は、例えば、ホールＩＣで構成され、回転子が回転すると回転子の回転位置（回転位相）を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する出力信号として、個別に制御部５０ａに出力する。制御部５０ａは、検出センサ４１～４３から入力される出力信号に基づいて、ホールステージ番号を認識し、ホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、所定の回転位相に相当する量（例えば電気角３０°）シフトした後、読み出した通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。
　これにより、スイッチング素子３８ａ～３８ｆは、ＰＷＭ制御により駆動されて各通電パターンに対応する期間において、それぞれが断続的にオン・オフされる。
　例えば、図５に示すように、検出センサ４１～４３の出力信号が、（ＯＮ（ハイレベル）、ＯＦＦ（ローレベル）、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ２から、（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ３に切り替わった場合、電気角３０°後に、通電パターンはＴＰ２ａからＴＰ３ａに切り替わる。
　ここで、通電パターンＴＰ２ａに対応する期間において、スイッチング素子３８ａ、３８ｄは（ＯＮ、ＯＦＦ）であるので、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてハイレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にある。また、スイッチング素子３８ｂ、３８ｅは（ＯＦＦ、ＯＦＦ）であるので、Ｖ相コイルへ端子２５は非通電であり、Ｖ相コイルは相開放期間（フローティングレベルの期間）にある。また、スイッチング素子３８ｃ、３８ｆはオンとオフとが交互に切り替えられているので、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてローレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にある。
　また、通電パターンＴＰ３ａに対応する期間において、スイッチング素子３８ａ、３８ｄは（ＯＦＦ、ＯＦＦ）であるので、Ｕ相コイルへ端子２４は非通電であり、Ｕ相コイルは相開放期間にある。また、スイッチング素子３８ｂ、３８ｅは（ＯＮ、ＯＦＦ）であるので、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてハイレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にある。また、スイッチング素子３８ｃ、３８ｆはオンとオフとが交互に切り替えられているので、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてローレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にある。
　例として、通電パターンＴＰ２ａから通電パターンＴＰ３ａへ切り替わる際に、端子２４（ブラシレスモータの入力端子）に負電圧が発生したときに、スイッチング素子３８ａ（ブラシレスモータを駆動する正極用のスイッチング素子）を駆動する制御回路４５ａが誤動作をする可能性について説明する。
　図６において、モータラインの端子電圧は、端子２４の電圧を示している。また、流出電流とは、ＦＥＴ駆動用電源５１からドライバ回路５２を構成するバッファ回路を介して端子２４に流れる電流を示している。また、ＦＥＴ駆動用電圧は、ＦＥＴ駆動用電源５１の出力電圧を示している。
　通電パターンＴＰ３ａへ切り替わった後、数百μｓｅｃ以上の期間、逆起電圧（負電圧）が発生する。発生時間の数百μｓｅｃとは、１００～８００μｓｅｃ程度の期間であり、通電パターンＴＰ３ａの期間を示す。
　通電パターンＴＰ２ａのときのモータラインの端子電圧から通電パターンＴＰ３ａのときのモータラインの端子電圧への変化した電位差（通電パターンＴＰ２ａから通電パターンＴＰ３ａへと通電パターンが変化したときに、スイッチング素子がＯＮからＯＦＦへと切り替わる際に生じる負電圧）が、例えば－０．５Ｖ以下となることにより、ＦＥＴ駆動用電源５１から想定外の電流が流出してしまう。この結果、ＦＥＴ駆動用電源５１の電源供給能力を超え、ＦＥＴ駆動用電圧が電圧低下（ドロップ）してしまう。このＦＥＴ駆動電圧が不足した状態で、ドライバ回路５２のバッファがスイッチング素子３８ａを駆動すると、スイッチング素子３８ａを駆動する制御回路４５ａが正常な電源電圧が与えられないためスイッチング素子３８ａの駆動に際して誤動作をする可能性がある。
　このようなＦＥＴ駆動用電圧が電圧低下を起こす期間は、図５において○印で囲んだように、スイッチング素子３８ｃ、３８ｆが通電パターンＴＰ６ａに対応する期間の（ＯＮ、ＯＦＦ）である状態から、通電パターンＴＰ１ａに対応する期間の（ＯＦＦ、ＯＦＦ）の状態へ切り替わり、Ｗ相コイルが相開放期間となる期間である。また、上記に説明したように、スイッチング素子３８ａ、３８ｄが通電パターンＴＰ２ａに対応する期間の（ＯＮ、ＯＦＦ）である状態から、通電パターンＴＰ３ａに対応する期間の（ＯＦＦ、ＯＦＦ）の状態へ切り替わり、Ｕ相コイルが相開放期間となる期間である。また、スイッチング素子３８ｂ、３８ｅが通電パターンＴＰ４ａに対応する期間の（ＯＮ、ＯＦＦ）である状態から、通電パターンＴＰ５ａに対応する期間の（ＯＦＦ、ＯＦＦ）の状態へ切り替わり、Ｖ相コイルが相開放期間となる期間である。
　そこで、このようなＦＥＴ駆動用電圧が電圧低下を起こす期間を短くするために、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置が必要となる。
　なお、コイルの逆起電力により発生する電流を電源に回生させるための回生手段を設けたモータ駆動装置が、例えば特許文献１には記載されている。しかし、特許文献１に記載のモータ駆動装置では、入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えていない。
特開２００５－３０４２５５号公報
　上記のように、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置が必要となる。
　本発明は、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法を提供する。
　本発明の一態様は、複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、を有し、前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。
　また、本発明の一態様は、上述のモータ駆動装置であって、前記中間のデューティ比は５０％であり、前記最大のデューティ比は、前記中間のデューティ比に、外部から入力される指示デューティ比の半分のデューティ比を加算したデューティ比であり、前記最小のデューティ比は、前記中間のデューティ比から、前記指示デューティ比の半分のデューティ比を減算したデューティ比である。
　また、本発明の一態様は、上述のモータ駆動装置であって、前記中間のデューティ比は外部から入力される指示デューティ比の５０％であり、前記最大のデューティ比は、前記指示デューティ比であり、前記最小のデューティ比は、０％である。
　本発明の一態様は、複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、を有するモータ駆動装置の制御方法であって、前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。
　以上説明したように、本発明の態様は、モータ駆動装置における素子制御部が、各コイルが相開放期間となる期間を短くするので、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法を提供する。
図１は、本発明のモータ駆動装置の制御系統を示すブロック図である。 図２は、本発明の１２０°矩形波駆動における転流パターンを示す図である。 図３は、本発明によるブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間の抑制を説明するための図である。 図４は、モータ駆動装置の制御系統を示すブロック図である。 図５は、１２０°矩形波駆動における転流パターンを示す図である。 図６は、モータの入力端子に負電圧が発生したときに生じる状況を説明するための図である。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明の態様を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
　実施形態におけるモータ駆動装置は、複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、を有し、前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。
　以下、実施形態におけるモータ駆動装置を、図面を用いて説明する。
　図１は、本発明のモータ駆動装置の制御系統を示すブロック図である。なお、図１において、図４と同一の箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。モータ駆動装置３７は、図１に示すように、制御回路４５と、検出センサ４１～４３と、正極側のスイッチング素子３８ａと外部電源４０の負極に接続される負極側のスイッチング素子３８ｄとが直列に接続された直列回路３８Ｕ等を含むインバータ回路３８と、を含んでいる。制御回路４５は、制御部５０（素子制御部）と、ＦＥＴ駆動用電源５１と、ドライバ回路５２と、を含んでいる。
　制御部５０は、検出センサ４１～４３の出力信号の組合せ（ホールステージ番号）に基づいて、制御回路４５が有するＲＯＭに記憶されたホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、この通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。ドライバ回路５２は、制御部５０から入力されるＰＷＭ指令信号に基づいて、スイッチング素子３８ａ～３８ｆのゲート端子を別々に制御する駆動信号を出力する。
　モータ駆動装置３７が有する検出センサ４１～４３は、例えば、ホールＩＣで構成され、回転子が回転すると回転子の回転位置（回転位相）を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する出力信号として、個別に制御部５０に出力する。制御部５０は、検出センサ４１～４３から入力される出力信号に基づいて、ホールステージ番号を認識し、ホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、所定の回転位相に相当する量（例えば電気角３０°）シフトした後、読み出した通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。
　これにより、スイッチング素子３８ａ～３８ｆは、ＰＷＭ制御により駆動されて各通電パターンに対応する期間において、それぞれが断続的にオン・オフされる。
　図２は、本発明の１２０°矩形波駆動における転流パターンを示す図である。
　図２に示すように、電気角０°において、検出センサ４１～４３の出力信号が、（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ６から、（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ１に切り替わった場合、電気角０°から電気角３０°に、通電パターンはＴＰ６からＴＰ１に切り替わる。
　ここで、通電パターンＴＰ１に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄとのうち、正極側のスイッチング素子３８ａがハイデューティ比（最大のデューティ比）でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号（駆動信号）により駆動される。ここで、デューティ比とは、ドライバ回路５２が出力するＰＷＭ信号の周期に対するオン期間の比率で定義される。負極側のスイッチング素子３８ｄは、正極側のスイッチング素子３８ａに入力されるＰＷＭ信号とは逆相のＰＷＭ信号が入力される。そこで、対をなすスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比は、正極側と負極側とでは異なる。しかし、本実施形態においては、正極側のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比を、対をなすスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比という。
　すなわち、通電パターンＴＰ１に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、ハイデューティ比（最大のデューティ比）でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号（駆動信号）により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてハイレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ１に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、ローデューティ比（最小のデューティ比）でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてローレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ１に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されて端子２４のハイレベルと端子２５のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｗ相コイルは、従来技術のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
　ここで、本実施形態において、中間のデューティ比は５０％である。また、ハイデューティ比は、中間のデューティ比に、外部から入力される指示デューティ比の半分のデューティ比を加算したデューティ比である。また、ローデューティ比は、中間のデューティ比から、指示デューティ比の半分のデューティ比を減算したデューティ比である。なお、指示デューティ比は、予めユーザーが制御回路４５が有するＲＯＭに記憶させるようにしてもよい。
　次に、電気角６０°において、検出センサ４１～４３の出力信号が、（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ１から、（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ２に切り替わった場合、電気角６０°から電気角９０°に、通電パターンはＴＰ１からＴＰ２に切り替わる。
　通電パターンＴＰ２に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてハイレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ２に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてローレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ２に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されて端子２４のハイレベルと端子２６のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｖ相コイルは、従来技術のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
　次に、電気角１２０°において、検出センサ４１～４３の出力信号が、（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ２から、（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ３に切り替わった場合、電気角１２０°から電気角１５０°に、通電パターンはＴＰ２からＴＰ３に切り替わる。
　通電パターンＴＰ３に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてハイレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ３に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてローレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ３に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されて端子２５のハイレベルと端子２６のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｕ相コイルは、従来技術のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
　次に、電気角１８０°において、検出センサ４１～４３の出力信号が、（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ３から、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ４に切り替わった場合、電気角１８０°から電気角２１０°に、通電パターンはＴＰ３からＴＰ４に切り替わる。
　通電パターンＴＰ４に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてハイレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ４に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてローレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ４に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されて端子２５のハイレベルと端子２４のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｗ相コイルは、従来技術のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
　次に、電気角２４０°において、検出センサ４１～４３の出力信号が、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ）であるホールステージ番号ＨＳ４から、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ５に切り替わった場合、電気角２４０°から電気角２７０°に、通電パターンはＴＰ４からＴＰ５に切り替わる。
　通電パターンＴＰ５に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてハイレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ５に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されてローレベルにあり、Ｕ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ５に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されて端子２６のハイレベルと端子２４のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｖ相コイルは、従来技術のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
　次に、電気角３００°において、検出センサ４１～４３の出力信号が、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ５から、（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ）であるホールステージ番号ＨＳ６に切り替わった場合、電気角３００°から電気角３３０°に、通電パターンはＴＰ５からＴＰ６に切り替わる。
　通電パターンＴＰ６に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｃとスイッチング素子３８ｆは、ハイデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｗ相コイルへの端子２６は通電されてハイレベルにあり、Ｗ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ６に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ｂとスイッチング素子３８ｅは、ローデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｖ相コイルへの端子２５は通電されてローレベルにあり、Ｖ相コイルは相通電期間にあることになる。
　また、通電パターンＴＰ６に対応する期間において、対をなすスイッチング素子３８ａとスイッチング素子３８ｄは、中間のデューティ比でオンとオフとを繰り返すＰＷＭ信号により駆動される。これにより、Ｕ相コイルへの端子２４は通電されて端子２６のハイレベルと端子２５のローレベルとの中間のレベルにあり、Ｕ相コイルは、従来技術のような相開放期間ではなく、相通電期間にあることになる。
　以上の構成により、モータ駆動装置３７は、モータ１８を構成するＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルに電流を供給し、１８０°矩形波駆動によりモータ１８の回転子を回転させる。
　具体的には、モータ駆動装置３７における制御部５０は、検出センサ４１～４３の出力信号の組合せ（ホールステージ番号）に基づいて、制御回路４５が有するＲＯＭに記憶されたホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、この通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。ドライバ回路５２は、制御部５０から入力されるＰＷＭ指令信号に基づいて、スイッチング素子３８ａ～３８ｆのゲート端子を別々に制御する駆動信号を出力する。
　モータ駆動装置３７が有する検出センサ４１～４３は、例えば、ホールＩＣで構成され、回転子が回転すると回転子の回転位置を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する出力信号として、個別に制御部５０に出力する。制御部５０は、検出センサ４１～４３から入力される出力信号に基づいて、ホールステージ番号を認識し、ホールステージ番号に対応する通電パターンを読み出し、所定の回転位相に相当する量（例えば電気角３０°）シフトした後、読み出した通電パターンに従ってドライバ回路５２に対してＰＷＭ指令信号を出力する。
　スイッチング素子３８ａ～３８ｆは、図２に示すように、ＰＷＭ制御により駆動されて各通電パターンに対応する期間において、それぞれが断続的にオン・オフされる。
　図３は、本発明によるブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間の抑制を説明するための図である。
　図３において、モータラインの端子電圧は、端子２４の電圧を示している。また、流出電流とは、ＦＥＴ駆動用電源５１からドライバ回路５２を構成するバッファ回路を介して端子２４に流れる電流を示している。また、ＦＥＴ駆動用電圧は、ＦＥＴ駆動用電源５１の出力電圧を示している。
　通電パターンが、通電パターンＴＰ２から通電パターンＴＰ３へ切り替わった後、周期が５０μｓｅｃのＰＷＭ制御を行うことにより、逆起電圧（負電圧）の発生期間を、対をなすスイッチング素子が（ＯＦＦ、ＯＦＦ）となる期間（ＰＷＭ制御信号のデッドタイム）の３μｓｅｃ程度に抑制することができる。この３μｓｅｃの期間、通電パターンＴＰ２のときのモータラインの端子電圧から通電パターンＴＰ３のときのモータラインの端子電圧への変化した電位差（通電パターンＴＰ２ａから通電パターンＴＰ３ａへと通電パターンが変化したときに、スイッチング素子がＯＮからＯＦＦへと切り替わる際に生じる負電圧）が、例えば－０．５Ｖ以下となることにより、ＦＥＴ駆動用電源５１から電流が流出する。しかし、従来技術のように、ＦＥＴ駆動電圧が不足することはなく、スイッチング素子３８ａを駆動する制御回路４５が誤動作をすることはない。
　すなわち、本発明の態様によれば、従来技術の各相が相開放期間となる期間（図５参照）を通電期間（図２参照）にすることにより、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生する期間を抑制する機能を備えたモータ駆動装置を提供できる。
　上述したように、本実施形態のモータ駆動装置３７は、モータ１８が有する複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子（スイッチング素子３８ａ～３８ｆ）と、前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサ（検出センサ４１、４２、４３）と、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部（制御部５０）と、を有している。また、前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。
　本発明の態様によれば、逆起電圧（負電圧）発生時間を短縮でき、流出電流を小さくでき、制御回路４５（マイコン）の誤動作を防止できる。例えば、従来技術の負電圧耐性のある専用ＩＣ（ＩＰＤ）を搭載していないマイコンでもブラシレスモータの駆動が可能となる。
　また、従来技術の１２０°矩形波通電ではフリーとなるタイミング（相開放期間）でもＰＷＭ出力することで、結果１８０°通電となり、転流時の電流波形が滑らかになる。そのため、駆動音が静かになる効果が期待できる。
　上述した実施形態におけるモータ駆動装置３７をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含む。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
　以上、この発明の態様の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　例えば、実施の形態では、中間のデューティ比を５０％とする一例について説明した。
しかし、中間のデューティ比を外部から入力される指示デューティ比の５０％とし、最大のデューティ比を指示デューティ比とし、最小のデューティ比を０％としてもよい。どちらのデューティ比としても、同様の効果が期待できる。
１８　モータ
２４，２５，２６　端子
３７，３７ａ　モータ駆動装置
３８　インバータ回路
３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ　直列回路
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ　スイッチング素子
４０　外部電源
４１，４２，４３　検出センサ
４５，４５ａ　制御回路
５０，５０ａ　制御部
５１　ＦＥＴ駆動用電源
５２　ドライバ回路

Claims (4)

  1. 　複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、
    　前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、
    　前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、
    　前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、
    　を有し、
    　前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、
    　前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、
    　前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、
    　前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する、
    　モータ駆動装置。
  2. 　前記中間のデューティ比は５０％であり、
    　前記最大のデューティ比は、前記中間のデューティ比に、外部から入力される指示デューティ比の半分のデューティ比を加算したデューティ比であり、
    　前記最小のデューティ比は、前記中間のデューティ比から、前記指示デューティ比の半分のデューティ比を減算したデューティ比である、
    　請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 　前記中間のデューティ比は外部から入力される指示デューティ比の５０％であり、
    　前記最大のデューティ比は、前記指示デューティ比であり、
    　前記最小のデューティ比は、０％である、
    　請求項１に記載のモータ駆動装置。
  4. 　複数のコイルに電流を供給し回転子を回転させるモータ駆動装置であって、
    　前記複数のコイルに接続される電流の供給経路を別々にオンまたはオフする複数のスイッチング素子と、
    　前記回転子の回転方向で互いに異なる位相に設けられ、かつ、前記回転子の回転方向の位相を検出して出力信号を発生する複数の検出センサと、
    　前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子を別々にオンまたはオフする素子制御部と、
    　を有するモータ駆動装置の制御方法であって、
    　前記素子制御部は、前記出力信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のうち、
    　前記複数のコイルのうち第１のコイルをハイレベルに駆動する対をなすスイッチング素子に対しては、最大のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、
    　前記複数のコイルのうち第２のコイルをローレベルに駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、最小のデューティ比のＰＷＭ信号を出力し、
    　前記複数のコイルのうち第３のコイルを駆動する直列接続された対をなすスイッチング素子に対しては、デューティ比が前記最大のＰＷＭ信号のデューティ比と前記最小のＰＷＭ信号のデューティ比との間の中間のデューティ比のＰＷＭ信号を出力する、
    　モータ駆動装置の制御方法。
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