(57)【要約】【課題】従来技術と比較して、コストがより安価となり、かつモータへ流れる電流の方向の変更（切り換え）を精度良く行う。【解決手段】コイル１０１ａに流れる電流が所定方向の場合に、電流の大きさの値が減少から増加に変化するポイント５０を検出する検出手段としてのボトム電流検出部２６と、ポイント５０が検出された場合に、コイル１０１ａへの通電が遮断されるように電流変更部２４を制御するコントローラ２２と、コイル１０１ａへの通電が遮断されている状態で、コイル１０１ａに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出する逆起電圧ゼロクロス検出部２８とを備え、コントローラ２２は、ゼロクロスが検出された場合に、コイル１０１ａに流れる電流の方向が上記所定方向と逆方向に変更されるように電流変更部２４を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを備えたモータの前記コイルに流れる電流の方向を変更することにより、前記モータを回転駆動させる電流変更手段と、
前記コイルに流れる電流が所定方向の場合に、当該電流の大きさの値が減少から増加に変化するポイントを検出する検出手段と、
前記検出手段でポイントが検出された場合に、前記コイルへの通電が遮断されるように前記電流変更手段を制御する制御手段と、
前記制御手段によって前記コイルへの通電が遮断されている状態で、前記コイルに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出する逆起電圧ゼロクロス検出手段と、
前記逆起電圧ゼロクロス検出手段によって前記ゼロクロスが検出された場合に、前記コイルに流れる電流の方向が前記所定方向と逆方向に変更されるように前記電流変更手段を制御する変更制御手段と、
を備えたモータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出手段で前記ポイントが検出されてから予め定められた時間経過後に、前記コイルへの通電が遮断されるように前記電流変更手段を制御する請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記検出手段で前記ポイントが検出されてから、前記コイルに流れる電流の大きさが、前記検出手段で前記ポイントが検出された時点における前記コイルに流れた電流の大きさより予め定められた量大きくなった後に、前記コイルへの通電が遮断されるように前記電流変更手段を制御する請求項１記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単相位置センサレス永久磁石モータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のモータ制御装置では、モータ電流と、端子電圧と、モータ定数とによって逆起電圧（誘起電圧）を求めることで、位置制御を行う方式が提案されている。
【０００４】
ここで、上記特許文献１に記載の単相位置センサレス永久磁石モータ制御装置について、図５を参照して説明する。図５は、上記特許文献１に記載の単相位置センサレス永久磁石モータ制御装置の回路例を示す図である。１１は巻線抵抗情報（巻線抵抗値）を表し、１２はインダクタンス情報（インダクタンス値）を表し、１３は速度制御回路を表し、１４は誘起電圧演算手段を表し、１５は駆動信号演算作成回路を表す。
【０００５】
上記特許文献１に記載の単相位置センサレス永久磁石モータ制御装置では、１４で下記の式（１）に従って、逆起電圧（誘起電圧）の計算を行い、１５で単相位置センサレス永久磁石モータの駆動信号を求め、その信号で当該モータを駆動する。
【０００６】
【数１】
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【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２９１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の単相位置センサレス永久磁石モータ制御装置では、モータ位置を検出するための逆起電圧（誘起電圧）を演算する装置が必要となり、マイクロコンピュータ等の演算装置が必要となる。このようなマイクロコンピュータ等の演算装置は比較的高価なため、上記特許文献１に記載の単相位置センサレス永久磁石モータ制御装置では、コスト（費用）がかかる、という問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するために成されたものであり、従来技術と比較して、コストがより安価となり、かつモータへ流れる電流の方向の変更（切り換え）を精度良く行うことができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のモータ駆動装置は、コイルを備えたモータの前記コイルに流れる電流の方向を変更することにより、前記モータを回転駆動させる電流変更手段と、前記コイルに流れる電流が所定方向の場合に、当該電流の大きさの値が減少から増加に変化するポイントを検出する検出手段と、前記検出手段でポイントが検出された場合に、前記コイルへの通電が遮断されるように前記電流変更手段を制御する制御手段と、前記制御手段によって前記コイルへの通電が遮断されている状態で、前記コイルに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出する逆起電圧ゼロクロス検出手段と、前記逆起電圧ゼロクロス検出手段によって前記ゼロクロスが検出された場合に、前記コイルに流れる電流の方向が前記所定方向と逆方向に変更されるように前記電流変更手段を制御する変更制御手段とを含んで構成されている。
【００１１】
本発明のモータ駆動装置によれば、電流の大きさの値が減少から増加に変化するポイントを検出し、ポイントが検出された場合に、コイルへの通電が遮断されるように電流変更手段を制御し、コイルへの通電が遮断されている状態で、コイルに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出しているので、誘起電圧を演算するマイクロコンピュータ等の演算装置を用いずに逆起電圧のゼロクロスを検出している。従って、本発明のモータ駆動装置は、従来技術と比較して、コストがより安価となり、かつモータへ流れる電流の方向の変更（切り換え）を精度良く行うことができる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明のモータ駆動装置は、前記制御手段を、前記検出手段で前記ポイントが検出されてから予め定められた時間経過後に、前記コイルへの通電が遮断されるように前記電流変更手段を制御するようにしたものである。
【００１３】
また、請求項３に係る発明のモータ駆動装置は、前記制御手段を、前記検出手段で前記ポイントが検出されてから、前記コイルに流れる電流の大きさが、前記検出手段で前記ポイントが検出された時点における前記コイルに流れた電流の大きさより予め定められた量大きくなった後に、前記コイルへの通電が遮断されるように前記電流変更手段を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のモータ駆動装置によれば、従来技術と比較して、コストがより安価となり、かつモータへ流れる電流の方向の変更（切り換え）を精度良く行うことができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る逆起電圧ゼロクロス検出部の出力の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の動作の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るボトム電流検出部の一例を示す概略図である。
【図５】従来のモータ駆動回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態では、本発明を、コイルを備えた単相全波ブラシレスモータのモータ駆動装置に適用した場合について説明し、本発明の主要な部分についてのみ説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態のモータ駆動装置２０は、コントローラ２２と、電流変更部２４と、ボトム電流検出部２６と、逆起電圧ゼロクロス検出部２８とを備えている。
【００１８】
コントローラ２２は、電流変更部２４、ボトム電流検出部２６、及び逆起電圧ゼロクロス検出部２８に接続されている。コントローラ２２は、ボトム電流検出部２６から出力される信号がハイレベルである場合には、詳細を以下で説明する電流変更部２４のＰＭＯＳトランジスタＭ１１、ＮＭＯＳトランジスタＭ１２、ＰＭＯＳトランジスタＭ１３、及びＮＭＯＳトランジスタＭ１４のベースにオフ信号を出力することにより、コイル１０１ａを備えたモータ１０１のコイル１０１ａへの通電が遮断されるように電流変更部２４を制御する。また、コントローラ２２は、ボトム電流検出部２６から出力される信号がローレベルであり、かつ逆起電圧ゼロクロス検出部２８から出力される信号がハイレベルである場合には、例えば、ＰＭＯＳトランジスタＭ１１及びＮＭＯＳトランジスタＭ１４の各ベースにオン信号を出力し、ＮＭＯＳトランジスタＭ１２及びＰＭＯＳトランジスタＭ１３の各ベースにオフ信号を出力することにより、矢印Ａ方向に、コイル１０１ａに電流が流れるように制御する。更に、コントローラ２２は、ボトム電流検出部２６から出力される信号がローレベルであり、かつ逆起電圧ゼロクロス検出部２８から出力される信号がローレベルである場合には、例えば、ＰＭＯＳトランジスタＭ１３及びＮＭＯＳトランジスタＭ１２の各ベースにオン信号を出力し、ＮＭＯＳトランジスタＭ１４及びＰＭＯＳトランジスタＭ１１の各ベースにオフ信号を出力することにより、矢印Ｂ方向に、コイル１０１ａに電流が流れるように制御する。なお、コントローラ２２は、本発明の制御手段及び変更制御手段に対応する。
【００１９】
電流変更部２４は、Ｈブリッジ構成でコンプリメンタリー出力のＰＭＯＳトランジスタＭ１１とＮＭＯＳトランジスタＭ１２、及びこれらの逆相に相当するコンプリメンタリー出力のＰＭＯＳトランジスタＭ１３とＮＭＯＳトランジスタＭ１４を備えている。電流変更部２４は、コントローラ２２の制御を受けて、モータ１０１のコイル１０１ａに流れる電流の方向を変更することにより、モータ１０１を回転駆動させる。すなわち、ＰＭＯＳトランジスタＭ１１及びＮＭＯＳトランジスタＭ１４がオンされている場合と、ＰＭＯＳトランジスタＭ１３及びＮＭＯＳトランジスタＭ１２がオンされている場合とで、コイル１０１ａには逆方向の電流が通電され、電流変更部２４は、コイル１０１ａに対して交互に電流供給を行う。なお、本実施の形態におけるモータ１０１は、単相全波ブラシレスモータである。
【００２０】
逆起電圧ゼロクロス検出部２８は、コイル１０１ａに発生した逆起電圧（誘起電圧）のゼロクロスを検出可能な信号を出力する。すなわち、逆起電圧ゼロクロス検出部２８は、コイル１０１ａに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出する。逆起電圧ゼロクロス検出部２８は、例えば、図２に示すように、コイル１０１ａに発生した逆起電圧が正の半波のときは、ハイレベルの信号をコントローラ２２に出力し、コイル１０１ａに発生した逆起電圧が負の半波のときは、ローレベルの信号をコントローラ２２に出力する。これにより、コイル１０１ａに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出することができる。なお、逆起電圧ゼロクロス検出部２８は、コイル１０１ａに発生した逆起電圧が正の半波のときは、ローレベルの信号をコントローラ２２に出力し、コイル１０１ａに発生した逆起電圧が負の半波のときは、ハイレベルの信号をコントローラ２２に出力するようにしてもよい。
【００２１】
図１に示される抵抗Ｒｓは、モータ１０１（より具体的にはコイル１０１ａ）に流れる電流の電流検出抵抗である。
【００２２】
詳細は後述するが、ボトム電流検出部２６は、コイル１０１ａに流れる電流が所定方向（Ａ方向またはＢ方向）の場合に、この電流の大きさの値が減少から増加に変化するポイント（ボトム電流）を検出し、このポイントが検出されてから、コイル１０１ａに流れる電流の大きさが、ポイントが検出された時点におけるコイル１０１ａに流れた電流の大きさより予め定めた量大きくなった後（または、このポイントが検出されてから予め定められた時間経過後）に、ボトム電流検出部２６からコントローラ２２に出力される信号のレベルをローレベルからハイレベルに変更する。
【００２３】
図３に本実施の形態のモータ駆動装置２０の動作について説明する。
【００２４】
図３（Ａ）には、コイル１０１ａ（モータ１０１）に発生した逆起電圧４０、及びコイル１０１ａ（モータ１０１）に掛かる電圧４２が示されている。図３（Ｂ）には、コイル１０１ａ（モータ１０１）に流れる電流４４が示されている。図３（Ｃ）には、出力端子の電圧波形４６が示されている。それぞれ、起動時からの時間に対する波形を示している。
【００２５】
起動時はインダクティブセンス方式等により起動方法が確定され電流駆動方向が決定される。（このインダクティブセンス方式については、EDN Japan 2003. 3pp43〜pp52  ３相センサレス・モータの静止位置を検出する方式参照。）このインダクティブセンス方式等で電流方向を決める期間が起動直後現れる。
【００２６】
その後、モータ１０１（コイル１０１ａ）に電圧４２が印加され、電流が流れるのに伴い、逆起電圧４０も大きくなる。逆起電圧４０が大きくなるとその分モータ電流４４は小さくなる。その後、モータ１０１の着磁の影響により逆起電圧４０が小さくなるモータ位置があり、この地点（ポイント）を過ぎると逆起電圧４０が小さくなる分モータ電流４４が大きくなりだす領域が発生する。
【００２７】
本実施の形態では、この電流４４の大きさの値が減少から増加に変化するポイント（ボトム位置）５０を検出し、このポイント５０が検出されてから予め定められた時間Ｔ１後に、出力電流をカットオフし（すなわち、コントローラ２２が上記ＰＭＯＳトランジスタＭ１１、ＮＭＯＳトランジスタＭ１２、ＰＭＯＳトランジスタＭ１３、及びＮＭＯＳトランジスタＭ１４をオフにして、コイル１０１ａ（モータ１０１）への通電が遮断されるように電流変更部２４を制御し）、コイル１０１ａ（モータ１０１）への通電が遮断されている状態で、コイル１０１ａに発生した逆起電圧４０のゼロクロスを逆起電圧ゼロクロス検出部２８が検出し、コントローラ２２が逆起電圧ゼロクロス検出部２８によって逆起電圧４０のゼロクロスが検出された場合に、コイル１０１ａ（モータ１０１）に流れる電流の方向がそれまでに流れていた方向と逆方向に変更されるように、電流変更部２４の各トランジスタを制御する。
【００２８】
なお、出力電流をカットオフするタイミングは、任意に設定することができ、例えば、カウンター等の計測手段を用いることによって、ポイント５０から任意のある予め定められた時間Ｔ１後に、あるいはポイント５０が検出された時点におけるコイル１０１ａに流れた電流４４（ボトム電流）の大きさが、数１０％増加したポイント５１で（すなわち、ポイント５０が検出されてから、コイル１０１ａに流れる電流の大きさが、ポイント５０が検出された時点におけるコイル１０１ａに流れた電流４４の大きさより予め定められた量大きくなった後に）、出力電流をカットオフするようにすることができる。
【００２９】
ここで、一例として、ポイント５０が検出された時点におけるコイル１０１ａに流れた電流４４（ボトム電流）の大きさが、数１０％増加したポイント５１で、出力電流をカットオフする例について図４を参照して説明する。
【００３０】
図４は、ボトム電流検出部２６の一例を示す図である。図４に図示されるように、ボトム電流検出部２６は、コンデンサＣ５１、増幅器２０１、ダイオードＤ５１、バッファアンプ２０２、増幅器２０３、抵抗Ｒ５１、抵抗Ｒ５２、コンパレータ２０４を備えている。
【００３１】
ボトム電流検出部２６を動作させるためのリセット信号がコントローラ２２から入力されると、電流がコンデンサＣ５１に通電され、コンデンサＣ５１には電源電圧Ｖｃｃ近くまで充電される。
【００３２】
次に、部位Ｅ（（抵抗Ｒｓの両端の電圧）図１参照）の電圧が増幅器２０１の正入力端子に入力されると、その入力電圧は増幅器２０１の負入力端子に入力される電圧より小さいレベルであるため、増幅器２０１の出力はローレベルになり、ダイオードＤ５１を通してコンデンサＣ５１の電荷が放電されることになる。
【００３３】
この時のコンデンサＣ５１の電圧はバッファアンプ２０２に入力され、そのバッファアンプ２０２の出力は増幅器２０１の負入力端子に帰還される。つまり、増幅器２０１の負入力端子の入力電圧がコンデンサＣ５１の電圧になる。
【００３４】
次に、モータ電流４４が小さくなり、部位Ｅの電圧が小さくなっているので、上記同様、増幅器２０１の正入力端子に入力される電圧は、増幅器２０１の負入力端子に入力される電圧より小さいレベルであるため、増幅器２０１の出力はローレベルのままであり、ダイオードＤ５１を通してコンデンサＣ５１の電荷が放電されることになる。
【００３５】
この時のコンデンサＣ５１の電圧はバッファアンプ２０２に入力され、そのバッファアンプ２０２の出力は増幅器２０１の負入力端子に帰還される。つまり、増幅器２０１の負入力端子の入力電圧が小さくなったコンデンサＣ５１の電圧になる。
【００３６】
この状態遷移は、モータ電流４４が最も小さくなる（ボトム位置５０）まで続くことになる。
【００３７】
次に、ボトム位置５０のモータ電流４４が大きくなりだすと、部位Ｅの電圧が大きくなっているので、増幅器２０１の正入力端子の入力電圧は、増幅器２０１の負入力端子の入力電圧より大きいレベルとなり、増幅器２０１の出力はハイレベルになり、ダイオードＤ５１はカットオフして、コンデンサＣ５１の電荷の充放電がされなくなり、ボトム位置５０の電圧が維持される。
【００３８】
この時のコンデンサＣ５１の電圧はバッファアンプ２０２に入力され、バッファアンプ２０２の出力は、増幅器２０１の負入力端子に帰還される。つまり、ボトム位置５０の電圧がコンデンサＣ５１の電圧となる。
【００３９】
更に、モータ電流４４が大きくなっても同様の動作を行う。
【００４０】
すなわち、バッファアンプ２０２の出力は、モータ１０１のボトム電流の時の部位Ｅの電圧となる。このバッファアンプ２０２の出力電圧を増幅器２０３で抵抗Ｒ５２及び抵抗Ｒ５１の比によって増幅する。これは、ボトム電圧の比であり、約１．１〜１．３倍程度になるように抵抗Ｒ５２及び抵抗Ｒ５１の各抵抗値が選択される。
【００４１】
この増幅器２０３で増幅された電圧値と、部位Ｅの電圧をコンパレータ２０４で比較すると、モータ電流４４のボトム電流値に対して、約１．１〜１．３倍電流が上昇したところ（ポイント５１）で、部位Ｅの電圧が増幅器２０３の出力電圧を超え、コンパレータ２０４の出力がローレベルからハイレベルとなる。なお、コンパレータ２０４の出力端子は、コントローラ２２に接続されており、コントローラ２２は、コンパレータ２０４から出力された信号のレベルを認識できる。すなわち、モータ電流４４のボトム電流に対して電流が約１．１〜１．３倍になったポイント５１（ボトム電流に対して電流がボトム電流の約０．１〜０．３倍分上昇したポイント５１）を検出できることになる。なお、抵抗Ｒ５１及び抵抗Ｒ５２の抵抗値を調整して、ポイント５０でコンパレータ２０４の出力がローレベルからハイレベルとなるようにして、ポイント５０が検出可能なようにしてもよい。
【００４２】
このとき、コントローラ２２は、上述したように、ボトム電流検出部２６から出力される信号がハイレベルである場合には、電流変更部２４のＰＭＯＳトランジスタＭ１１、ＮＭＯＳトランジスタＭ１２、ＰＭＯＳトランジスタＭ１３、及びＮＭＯＳトランジスタＭ１４のベースにオフ信号を出力することにより、コイル１０１ａを備えたモータ１０１のコイル１０１ａへの通電が遮断されるように電流変更部２４を制御する。これにより、モータ１０１（コイル１０１ａ）に流す電流をカットオフすることになる。モータ１０１（コイル１０１ａ）に流す電流がカットオフされると、モータ１０１（コイル１０１ａ）の逆起電圧が容易に検出でき、逆起電圧ゼロクロス検出部２８で逆起電圧のゼロクロスを検出することになる。検出されたゼロクロスポイントから、再度電流を流すモードに設定する。以下、上記と同様の動作を繰り返すことになる。
【００４３】
以上、説明したように、本実施の形態のモータ駆動装置２０によれば、モータ電流４４をモニターしてボトム電流を検出することにより、出力電流の方向の切り換え（変更）が可能となる。従って、本実施の形態のモータ駆動装置２０によれば、逆起電圧を演算するためのマイクロコンピュータ等の演算装置を用いないため、コストがより安価となり、かつモータへ流れる電流の方向の変更（切り換え）を精度良く行うことができる。
【００４４】
なお、上記では、モータ駆動回路のパワートランジスタとしてＰＭＯＳとＮＭＯＳのコンプリメンタリー出力形式のフルブリッジ出力段回路について説明したが、ハイサイド側パワートランジスタとしてＮＭＯＳを用い、そのゲート電圧を得るためのブーストラップ回路、あるいはチャージポンプや他の電源電圧供給方式を用いたＮＭＯＳ−ＮＭＯＳのフルブリッジ出力形式、あるいはバイポーラトランジスタを用いた出力段など他の出力形式でも同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
２０・・・モータ駆動装置
２２・・・コントローラ
２４・・・電流変更部
２６・・・ボトム電流検出部
２８・・・逆起電圧ゼロクロス検出部
１０１・・・モータ
１０１ａ・・・コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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