(57)【要約】  モータ駆動装置（１００）は、供給された直流電力を、モータ（１０）を駆動するための駆動電力に変換し、モータ（１０）に供給するインバータ（２０）と、速度指令信号Ｓｒｅｆおよび速度検出信号Ｎに基づき速度制御信号群を生成し、速度制御信号群に含まれる駆動制御信号ＶＳＰ１に基づき駆動電力を調整し、モータ（１０）の速度を制御する速度制御部（４０）と、速度指令信号Ｓｒｅｆに含まれる速度指令情報および速度検出信号Ｎに含まれる速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定し、判定した結果に応じて回生現象を抑制する回生抑制処理を行うことで、回生現象を未然に防止するように機能する回生防止手段（５０）とを備える。
2008152761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子の速度を検出し速度検出情報として出力する速度検出器を備えたモータを駆動するモータ駆動装置であって、
供給された直流電力を、前記モータを駆動するための駆動電力に変換し、変換した前記駆動電力を前記モータに供給するインバータと、
外部から通知される指令情報および前記速度検出器から通知される前記速度検出情報に基づき速度制御信号群を生成し、生成した前記速度制御信号群に含まれる駆動制御信号に基づき前記駆動電力を調整し、前記モータの速度を制御する速度制御部と、
前記指令情報および前記速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定し、判定した結果に応じて前記回生現象を抑制する回生抑制処理を行うことで、前記回生現象を未然に防止するように機能する回生防止手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記回生防止手段は、
前記指令情報および前記速度検出情報に基づき、前記回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する回生発生判定部と、
前記回生発生判定部の判定結果に応じて、前記回生抑制処理を行う回生抑制手段とを備え、
前記回生抑制手段は、前記回生発生判定部において回生現象が発生し得る制御状態であると判定したとき前記回生抑制処理を開始し、前記回生発生判定部において回生現象が発生しない制御状態になったと判定したとき前記回生抑制処理を解除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。
【請求項３】
前記指令情報は、前記モータの速度を指令する速度指令情報を含み、
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報において減速の指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する減速検知部を有し、
前記第１の情報において減速の指令がなされたことを検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であると判定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。
【請求項４】
前記指令情報は、前記モータの速度を指令する速度指令情報を含み、
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報において減速の指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する減速検知部と、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に対して高速となるようなオーバーシュートを検知し、検知したことを示す第２の情報を出力するオーバーシュート検知部とを有し、
前記第１の情報と前記第２の情報との少なくともいずれかの情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であると判定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。
【請求項５】
前記指令情報は、前記モータの速度を指令する速度指令情報と、前記速度制御部における制御ゲインを切替えるゲイン切替指令情報とを含み、
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報において減速の指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する減速検知部と、
前記ゲイン切替指令情報において、制御ゲインの切替えの指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第３の情報を出力するゲイン切替検知部とを有し、
前記第１の情報と前記第３の情報との少なくともいずれかの情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であると判定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。
【請求項６】
前記指令情報は、前記モータの速度を指令する速度指令情報と、前記速度制御部における制御ゲインを切替えるゲイン切替指令情報とを含み、
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報において減速の指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する減速検知部と、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に対して高速となるようなオーバーシュートを検知し、検知したことを示す第２の情報を出力するオーバーシュート検知部と、
前記ゲイン切替指令情報において、制御ゲインの切替えの指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第３の情報を出力するゲイン切替検知部とを有し、
前記第１の情報と前記第２の情報と前記第３の情報とのうちの少なくとも１つの情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であると判定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。
【請求項７】
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部を有し、
前記第４の情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生しない制御状態になったと判定することを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部を有し、
前記第４の情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生しない制御状態になったと判定することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部を有し、
前記第４の情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生しない制御状態になったと判定することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部を有し、
前記第４の情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生しない制御状態になったと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。
【請求項１１】
前記回生抑制手段は、
前記駆動電力を調整するための前記駆動制御信号の時間変化率を抑えるような回生抑制処理を行うことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】
前記インバータは、直流電力の正極側に接続された複数のスイッチ素子と、負極側に接続された複数のスイッチ素子とを有し、
前記回生抑制手段は、
各スイッチ素子のうち一方の極側のみのスイッチ素子を駆動するような回生抑制処理の制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置を含むことを特徴とする集積回路装置。
【請求項１４】
モータと、
前記モータの可動子の速度を検出する速度検出器と、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、
直流電力が供給される電源入力端子と、
指令情報が通知される指令情報入力端子とを備えたことを特徴とするモータ装置。
【請求項１５】
モータと、
前記モータの可動子の速度を検出する速度検出器と、
請求項１３に記載の集積回路装置と、
直流電力が供給される電源入力端子と、
指令情報が通知される指令情報入力端子とを備えたことを特徴とするモータ装置。
【請求項１６】
前記モータは、可動子と３相の駆動巻線を有し、前記モータ駆動装置により正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１４に記載のモータ装置。
【請求項１７】
前記モータは、可動子と３相の駆動巻線を有し、前記集積回路装置により正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１５に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空調機器、燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機並びに複写機、プリンタなどの情報機器に使用されるブラシレスＤＣモータなどを駆動するのに好適なモータ駆動装置に関する。特に、本発明は、正弦波駆動を行う際の回生現象を抑制し、モータ駆動時のトルクリップル、振動、騒音を大幅に低減できるモータ駆動装置に関する。さらに、本発明は、このようなモータ駆動装置を含む集積回路装置、およびこのようなモータ駆動装置あるいは集積回路装置をモータに内蔵または一体化したモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば空調機器、給湯機、空気清浄機、複写機およびプリンタなどの電気機器に用いられる各種駆動用モータは、長寿命、高信頼性および速度制御の容易さなどの長所を活かして、ブラシレスＤＣモータが用いられることが多い。【０００３】
このような速度制御が可能なモータにおいて、例えば、一定速度での運転状態から速度が低下するように減速した場合、モータが発電機として作用する。すなわち、本来モータに電力を供給するための電源や駆動回路に対して、逆にモータが電力を供給してしまう、いわゆる回生現象が発生する。【０００４】
図１０は、上述したようなブラシレスＤＣモータを駆動する従来のモータ駆動装置の構成を含む構成図である。図１１は、このような従来のモータ駆動装置の動作説明図である。図１２は、このような従来のモータ駆動装置の回生現象の様子を説明するために示した図である。また、図１３は、このような従来のモータ駆動装置の回生現象による直流電源の電圧上昇を説明するために示した図である。【０００５】
以下、これらの図面を用いて、正弦波状にパルス幅変調された駆動信号を利用してブラシレスＤＣモータを駆動する従来のモータ駆動装置の構成および動作とともに、このような従来技術において生じる回生現象について説明する。【０００６】
図１０において、モータ駆動装置８００には、直流電源８０５から直流電力が供給される。モータ駆動装置８００は、供給された直流電力を駆動電力に変換し、変換した駆動電力をブラシレスＤＣモータであるモータ８１０に供給する。また、モータ駆動装置８００には、上位器８０６から指令情報としての速度指令信号Ｓｒｅｆおよび切替信号ＨＬが通知される。さらに、モータ８１０から位置検出信号ＣＳおよび速度検出信号Ｎが通知される。【０００７】
モータ８１０は、Ｕ相駆動巻線８１１、Ｖ相駆動巻線８１３およびＷ相駆動巻線８１５を有し、モータ駆動装置８００は、これら各駆動巻線に対し駆動電力を供給する。【０００８】
モータ駆動装置８００は、インバータ８２０、インバータ駆動部８３０および速度制御部８４０から構成されている。速度制御部８４０は、指令情報や速度検出信号Ｎに基づき、速度制御するための駆動制御信号ＶＳＰを生成し、インバータ駆動部８３０に通知する。インバータ駆動部８３０は、駆動制御信号ＶＳＰに基づき、インバータ８２０を駆動制御するための駆動信号を生成し、インバータ８２０を駆動する。このようにして、インバータ８２０は、供給された直流電力を、位置検出信号ＣＳおよび駆動制御信号ＶＳＰに応じた駆動電圧に変換し、変換した駆動電圧をモータ８１０に供給する。【０００９】
また、インバータ８２０は、モータ８１０の駆動巻線８１１、８１３および８１５を正極側電源線路Ｖｐに接続する正極側のスイッチ素子８２１、８２３および８２５と、負極側電源線路Ｖｎに接続する負極側のスイッチ素子８２２、８２４および８２６とを備える。【００１０】
また、インバータ駆動部８３０は、波形生成部８３１とパルス幅変調部８３２とを有している。波形生成部８３１は、モータ８１０の位置検出信号ＣＳに応じて正弦波状の波形信号ＷＦを生成する。パルス幅変調部８３２は、波形信号ＷＦに応じてパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下、適宜、「ＰＷＭ」と呼ぶ）された駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを生成する。【００１１】
駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨは、互いに電気角１２０度の位相差をもち、また、駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬも、互いに電気角１２０度の位相差をもった信号である。このような各駆動信号が、図１０に示すように、インバータ８２０の各スイッチ素子（以下、適宜、単に「スイッチ」と呼ぶ）にそれぞれ対応して接続され、それぞれオンまたはオフ動作させる。【００１２】
次に、以上のように構成された従来のブラシレスＤＣモータを駆動するモータ駆動装置の動作について説明する。なお、ここでは、インバータ８２０の出力Ｕに接続されるＵ相駆動巻線（以下、適宜、単に「巻線」と呼ぶ）８１１に対する動作を中心に説明する。【００１３】
まず、上位器８０６から、指令情報としての速度指令信号Ｓｒｅｆおよび切替信号ＨＬが速度制御部８４０に通知される。上位器８０６は、マイクロコンピュータやＤＳＰなどで構成される。速度指令信号Ｓｒｅｆは、モータ８１０の速度を指令する信号である。また、切替信号ＨＬは、速度指令信号Ｓｒｅｆによるモータ８１０の設定速度に応じて、適切に制御ゲインを切替えるための制御信号である。【００１４】
速度指令信号Ｓｒｅｆに応じたモータ８１０の速度となるように制御するため、速度制御部８４０は、速度指令信号Ｓｒｅｆとモータ８１０からの速度検出信号Ｎとが同じ値となるように、駆動制御信号ＶＳＰを調整する。さらに、波形生成部８３１は、駆動制御信号ＶＳＰに対応した振幅の正弦波状の波形信号ＷＦを生成する。【００１５】
図１１において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部８３１がこのようにして生成した信号である。また、三角波状の信号ＣＹは、パルス幅変調部８３２の内部で生成したＰＷＭキャリア信号である。波形信号ＷＦは、パルス幅変調部８３２によりキャリア信号ＣＹと比較される。その比較結果に応じてインバータ８２０のスイッチ８２１および８２２は相補的にオン、オフされる。その結果、図１１に示す駆動電圧Ｕがインバータ８２０から出力され、巻線８１１に印加される。これにより、巻線８１１にはＵ相駆動電流Ｉｕが流れるとともに、誘起電圧Ｕｅｍｆが生じる。なお、駆動電圧Ｕは、瞬時的には直流電源８０５の正極側電圧と負極側電圧との間を交互に変化するパルス状の電圧であるが、パルス幅変調の原理から平均値的には波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となる。したがって、巻線８１１にはＵ相の波形信号ＷＦと同様の正弦波状の電圧が印加されることになる。また、相補的にとは、一方のスイッチがオンしている間は他方がオフし、一方のスイッチがオフしている間は他方がオンするように動作することである。【００１６】
また、図１１には、正極側および負極側のスイッチが相補的にオン、オフされる詳細なタイミングを示している。図１１では、スイッチ８２１をオン、オフする駆動信号ＵＨと、スイッチ８２２をオン、オフする駆動信号ＵＬとを示している。駆動信号ＵＨおよびＵＬにおいて、Ｈレベルの間がそれぞれのスイッチのオンを意味し、Ｌレベルの間がオフを意味する。図１１に示すように、厳密には、双方のスイッチのオンとオフとが入替わる際に、時間ｔｄのような一瞬の時間が設けられる。時間ｔｄはデッドタイムあるいはオンディレィと呼ばれる時間であり、この時間ｔｄの期間だけ双方のスイッチがともにオフする。これは、直流電源８０５の短絡を防止するためであり、周知の技術である。【００１７】
また、Ｖ相駆動巻線８１３およびＷ相駆動巻線８１５に対しても、Ｕ、ＶおよびＷ相それぞれが互いに電気角１２０度の位相差を保ちながら、Ｕ相駆動巻線８１１と同様にして、インバータ８２０から駆動電圧Ｖおよび駆動電圧Ｗによって正弦波状の電圧が印加される。【００１８】
以上のようにして、駆動制御信号ＶＳＰに対応した大きさ（波高値）の正弦波電圧が、各相の巻線８１１、８１３および８１５に印加される。これにより、モータ８１０は、速度を制御するように各巻線への駆動電力が調整されながら、正弦波駆動される。【００１９】
次に、このようなモータ駆動装置８００において生じる回生現象について説明する。【００２０】
図１２において、波形信号ＷＦは、インバータ８２０が出力する駆動電圧Ｕに対応している。そして、この駆動電圧Ｕの平均値（波形信号ＷＦに対応）が、巻線８１１からの誘起電圧Ｕｅｍｆよりも小さくなった場合の動作を示している。このように、駆動電圧が誘起電圧よりも小さくなる状態は、モータを減速しようとする際など、波形信号ＷＦの波高値を低下させた場合に起こる。【００２１】
まず、図１２に示す期間ａにおいては、スイッチ８２１がオンし、スイッチ８２２がオフしている。その結果、巻線８１１は、直流電源８０５の正極側電源線路Ｖｐに接続され、駆動電圧Ｕの瞬時値は、正極側電源線路Ｖｐの電圧となる。この期間ａでは、駆動電圧Ｕが誘起電圧Ｕｅｍｆよりも高いため、巻線８１１の電流Ｉｕは増加しながら流れていく。その増加量は、駆動電圧Ｕから誘起電圧Ｕｅｍｆを差し引いた電圧（期間ａのハッチングを施した部分）に依存する。しかし、駆動電圧Ｕの平均値が誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低い場合、その差分は小さく電流増加も僅かとなる。【００２２】
次に、期間ｂにおいては、スイッチ８２１がオフし、スイッチ８２２がオンしている。その結果、巻線８１１は直流電源８０５の負極側電源線路Ｖｎに接続され、駆動電圧Ｕの瞬時値は負極側電源線路Ｖｎの電圧となる。この期間ｂでは、駆動電圧Ｕが誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低いため、巻線８１１の電流Ｉｕは減少していく。その減少量は、誘起電圧Ｕｅｍｆから駆動電圧Ｕを差し引いた電圧（期間ｂのハッチングを施した部分）に依存する。そして、駆動電圧Ｕの平均値が誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低い場合、その差分は大きく電流の減少量も大きくなる。【００２３】
期間ｂのうち期間ｂ１では、電流Ｉｕは、スイッチ８２２またはこれに逆並列接続されるダイオードを流れて巻線８１１に至りつつ減少する。また、電流Ｉｕがゼロにまで減少した以後の期間ｂ２では、電流の方向が反転する。その結果、電流Ｉｕは、巻線８１１からスイッチ８２２を介して負極側電源線路Ｖｎに向けて流れ出すようになる。このときの電流Ｉｕは、誘起電圧Ｕｅｍｆから供給される向きとなり、本来のモータ駆動の電流方向とは逆になる。【００２４】
次に、期間ｃにおいては、期間ａのようにスイッチ８２１がオンし、スイッチ８２２がオフしている。したがって、期間ａと同様、電流Ｉｕは増加するがその増加量は僅かで、電流方向を再び反転して元の向きに戻すほどには至らない。期間ｃでは、電流Ｉｕは、巻線８１１からスイッチ８２１またはこれに逆並列接続されるダイオードを介して、正極側電源線路Ｖｐに向けて流れ出すことになる。そして、これは誘起電圧Ｕｅｍｆから供給される向きとなり、期間ｂ２と同様、本来のモータ駆動の電流方向とは逆になる。【００２５】
次に、期間ｄにおいては、期間ｂのようにスイッチ８２１がオフし、スイッチ８２２がオンしている。したがって、期間ｂと同様、電流Ｉｕは大きく減少を続けることになる。期間ｄでは、電流Ｉｕは、巻線８１１からスイッチ８２２を介して負極側電源線路Ｖｎに向けて流れ出すことになる。このため、期間ｂ２よりも増して大きな電流Ｉｕが誘起電圧Ｕｅｍｆから供給されることになる。【００２６】
本来モータを駆動するためには、巻線８１１の誘起電圧Ｕｅｍｆに向かって電流Ｉｕを供給しなければならない。ところが、上述したように、逆に誘起電圧Ｕｅｍｆから電流Ｉｕが供給される現象が生じる。このような現象が継続されると、スイッチ８２１がオンし、スイッチ８２２がオフするたびに、巻線８１１からスイッチ８２１またはこれに逆並列接続されるダイオードを介して、電流Ｉｕが正極側電源線路Ｖｐに向けて流れ出す。この現象は、他の巻線８１３、８１５においても同様に発生し、各巻線から流れ出した電流が正極側電源線路Ｖｐを介して、直流電源８０５の正極側電極に向かうことになる。【００２７】
つまり、モータが発電機として作用し、本来モータに電力を供給するための直流電源に対して、逆にモータが電力を供給してしまう、いわゆる回生が発生することになる。【００２８】
図１３は、上述の回生現象が発生し、直流電源８０５の出力電圧ＶＤＣが上昇する様子を示している。【００２９】
図１３において、破線にて示す速度指令信号Ｓｒｅｆの低下、すなわち減速指令により、モータの速度は減速されるが、このとき速度制御部８４０は速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの差に応じて駆動制御信号ＶＳＰを減少させる。駆動制御信号ＶＳＰの減少により、インバータ８２０の出力電圧つまり巻線８１１、８１３および８１５の駆動電圧も減少する。このとき、これら巻線に印加される駆動電圧は、同巻線に発生する誘起電圧よりも低くなる。巻線に印加される駆動電圧が誘起電圧よりも低くなると、前述した回生現象が発生し、その結果、直流電源８０５の出力電圧ＶＤＣが上昇することになる。なお、巻線に印加される駆動電圧と誘起電圧の大小関係は、図１３における駆動制御信号ＶＳＰと速度検出信号Ｎとの大小関係に対応している。【００３０】
以上説明したように、ブラシレスＤＣモータを含め一般的にモータは、このような回生現象が発生する。このため、従来、回生現象により発生した電力を電源側に戻すことにより電力の有効利用を図ったり、回生現象により発生した過電圧から駆動回路や電源回路を保護したりするような技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【００３１】
図１４は、従来の回生制御装置の構成図である。この従来の回生制御装置は、回生現象により発生した回生電流を電源回路に電源回生するとともに、電源回生に切替える期間において、回生現象による直流回路電圧の上昇を抑制する。これによって、この従来の回生制御装置は、回生時の直流回路過電圧からインバータ装置を保護している。【００３２】
図１４において、サイリスタ変換器９２は、力行運転時に順変換器として作動し、交流電源９１の交流電圧を直流電圧に変換するとともに、回生運転時には逆変換器として作動する。また、サイリスタ変換器９２の直流側には、コンデンサ９３が並列に接続されている。インバータ回路９４は、サイリスタ変換器９２からの直流電力を交流電力に変換して誘導電動機９５を可変速制御する。速度制御回路９１４は、速度検出器９８で検出された電動機速度Ｎｆｂｋおよび速度指令Ｎｒｅｆ間の偏差をゼロにするような電流指令Ｉｒｅｆを演算する。制御手段９２０は、電流指令Ｉｒｅｆに基づいてインバータ回路９４の出力電圧および周波数を制御する。【００３３】
さらに、回生判定器９１２は、誘導電動機９５の減速により力行運転から回生運転へと切替えられたとき、速度指令Ｎｒｅｆおよび電流指令Ｉｒｅｆに基づいてそれを判定する。また、速度制御回路９１４と制御手段９２０との間には、電流変化率制限回路９２１が設けられている。電流変化率制限回路９２１は、回生判定器９１２の判定出力に従って、サイリスタ変換器９２が回生変換へと切替えを行う時間のみ、電流指令Ｉｒｅｆの時間変化率を抑制する。【００３４】
このように構成された従来の回生制御装置において、速度指令Ｎｒｅｆを下げることで減速すると、誘導電動機９５はそれまでの電動機動作から発電機動作へと移行する。すなわち、機械系のもつエネルギーが、インバータ回路９４を通してコンデンサ９３を充電し、電気エネルギーとなって回生されることになる。このため、従来の回生制御装置は、まず、速度指令Ｎｒｅｆの絶対値の時間変化率に着目し、これが負であるか、または速度制御回路９１４の出力である電流指令Ｉｒｅｆが力行から回生に切替わり増加中であるかを、回生判定器９１２で判断する。そして、遅延回路９１３を用いてサイリスタ変換器９２が順逆切替えを終え回生動作となるまでの一定時間、電流変化率制限回路９２１の回生電流変化率を下げ、電流指令の上昇率を抑える。従来の回生制御装置は、このような動作により、コンデンサ９３の充電電流を抑制し、充電電圧の上昇を抑制している。また、サイリスタ変換器９２が回生運転への切替えを終えると、電圧制御回路９３１により、直流回路電圧が所定の電圧値へと下がる。【００３５】
従来の回生制御装置は、以上のような構成とすることで、回生エネルギーを消費させるための回生放電抵抗器を設けたり、回生エネルギーを蓄積するためのコンデンサ容量を増やしたりすることなく、インバータ装置を回生運転時の直流回路過電圧から保護する手段を提供している。【００３６】
しかしながら、上述した従来の回生制御装置のように回生現象により発生した電力を電源側に戻すことにより効率よい電力の利用が可能となる一方、例えば従来例の順逆切替え可能なサイリスタ変換器のような回生運転のための回路部品や、回生による電力が吸収可能な電源が必要となるなど、モータの使い勝手の悪化や、周辺回路によるコスト高を招くなどの課題があった。すなわち、モータを備える空調機器や複写機などのような上位装置側からすれば、定格の電圧および電流が供給できる電源装置を、回生対応など意識せず、単にモータに接続するのみで動作可能なモータ装置であることが、利便性やコスト面の観点から好ましい。
【特許文献１】特開２００７−２１５２８２号公報
【発明の開示】
【００３７】
本発明のモータ駆動装置は、次のような構成を有する。
【００３８】
すなわち、本発明のモータ駆動装置は、可動子の速度を検出し速度検出情報として出力する速度検出器を備えたモータを駆動するモータ駆動装置であって、供給された直流電力を、モータを駆動するための駆動電力に変換し、変換した駆動電力をモータに供給するインバータと、外部から通知される指令情報および速度検出器から通知される速度検出情報に基づき速度制御信号群を生成し、生成した速度制御信号群に含まれる駆動制御信号に基づき駆動電力を調整し、モータの速度を制御する速度制御部と、指令情報および速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定し、判定した結果に応じて回生現象を抑制する回生抑制処理を行うことで、回生現象を未然に防止するように機能する回生防止手段とを備えた構成である。
【００３９】
このような構成により、制御状態に基づいて、回生現象が発生し得る状態を判定し、その期間は常に回生現象が抑制されることになるため、モータ駆動装置や電源装置に戻る回生電力の発生を未然に防止できる。すなわち、モータからモータ駆動装置や電源装置への回生エネルギーの返還が抑制されるため、例えば直流回路の電圧が異常に上昇するような過電圧の発生などを防止できる。このため、回生現象による電圧増加を検出する回路、電源装置に回生電力を戻す回路、あるいは回生電力を吸収する電源装置などをモータ周辺に備える必要はなくなり、これによって、モータ駆動装置の高い信頼性の確保とともに、利便性を向上させることが可能となる。
【００４０】
さらに、本発明のモータ駆動装置は、回生防止手段が、指令情報および速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する回生発生判定部と、回生発生判定部の判定結果に応じて、回生抑制処理を行う回生抑制手段とを備え、回生抑制手段は、回生発生判定部において回生現象が発生し得る制御状態であると判定したとき回生抑制処理を開始し、回生発生判定部において回生現象が発生しない制御状態になったと判定したとき回生抑制処理を解除する構成である。
【００４１】
このような構成により、制御状態に基づいて、回生現象が発生し得る状態となった時点から回生現象が発生しない状態となった時点までの期間を判定するため、回生現象が発生し得る状態の期間を正確に判定でき、その期間は常に回生現象が抑制されることになるため、モータ駆動装置や電源装置に戻る回生電力の発生を未然に防止できる。
【００４２】
また、本発明のモータ装置は、モータと、このモータの可動子の速度を検出する速度検出器と、本発明のモータ駆動装置と、直流電力が供給される電源入力端子と、指令情報が通知される指令情報入力端子とを備えた構成である。
【００４３】
また、本発明の集積回路装置は、本発明のモータ駆動装置を含む構成である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図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を備えたモータ装置の構成を含む構成図である。
【図２】図２は、同モータ装置の回生防止手段の詳細を示す構成図である。
【図３】図３は、同モータ装置の動作説明図である。
【図４】図４は、同モータ装置において、位相進角信号により駆動巻線に印加される正弦波状の電圧の位相が制御される場合の動作説明図である。
【図５】図５は、同モータ装置において、回生現象の抑制動作の一例を示す図である。
【図６】図６は、同モータ装置において、回生現象の抑制動作の他の例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置を備えたモータ装置の構成を含む構成図である。
【図８】図８は、同モータ装置の動作説明図である。
【図９】図９は、同モータ装置において、回生現象の抑制動作の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、従来のモータ駆動装置の構成を含む構成図である。
【図１１】図１１は、同モータ駆動装置の動作説明図である。
【図１２】図１２は、同モータ駆動装置の回生現象の様子を説明するために示した図である。
【図１３】図１３は、同モータ駆動装置の回生現象による直流電源の電圧上昇を説明するために示した図である。
【図１４】図１４は、従来の回生制御装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，８１０    モータ
１１，８１１    Ｕ相駆動巻線
１３，８１３    Ｖ相駆動巻線
１５，８１５    Ｗ相駆動巻線
１６，８０６    上位器
１７，１８    入力端子
２０，８２０    インバータ
２１，２２，２３，２４，２５，２６，８２１，８２２，８２３，８２４，８２５，８２６    スイッチ素子
３０，８３０    インバータ駆動部
３１，８３１    波形生成部
３２，２３２，８３２    パルス幅変調部
４０，８４０    速度制御部
５０，２５０    回生防止手段
５１    回生発生判定部
５２    回生抑制手段
６０    進角制御部
９１    交流電源
９２    サイリスタ変換器
９３    コンデンサ
９４    インバータ回路
９５    誘導電動機
９８    速度検出器
１００，８００    モータ駆動装置
１０５，８０５    直流電源
１１０    モータ装置
１１５    電源入力端子
１１６    指令情報入力端子
１２０    速度検出器
１２１    位置検出器
５１１    減速検知部
５１２    オーバーシュート検知部
５１３    ゲイン切替検知部
５１４    速度到達検知部
５１９    判定部
９１２    回生判定器
９１３    遅延回路
９１４    速度制御回路
９２０    制御手段
９２１    電流変化率制限回路
９３１    電圧制御回路
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。【００４７】
（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１００を備えたモータ装置１１０の構成を含む構成図である。【００４８】
図１に示すように、モータ装置１１０は、モータ１０と、モータ１０の可動子の速度を検出する速度検出器１２０と、モータ１０の可動子の位置を検出する位置検出器１２１と、モータ１０を駆動するモータ駆動装置１００と、外部の直流電源１０５から直流電力が供給される電源入力端子１１５と、外部の上位器１６から指令情報が通知される指令情報入力端子１１６とを備えている。【００４９】
上位器１６は、例えば、モータ装置１１０が搭載される機器に備えられ、マイクロコンピュータあるいはＤＳＰなどで構成される。このような上位器１６から、モータ装置１１０の速度などを指令制御するための指令情報がモータ装置１１０に通知される。本実施の形態では、指令情報として、入力端子１７に速度指令信号Ｓｒｅｆが入力され、入力端子１８に切替信号ＨＬが入力される。速度指令信号Ｓｒｅｆは、モータ１０の速度を指令する速度指令情報を示す信号である。切替信号ＨＬは、速度指令信号Ｓｒｅｆによるモータ１０の設定速度に応じて、適切に制御ゲインを切替えるためのゲイン切替指令情報を示す信号である。【００５０】
速度検出器１２０は、モータ１０の可動子の速度を検出する手段である。例えば、速度検出器１２０は、フレケンシジェネレータ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、周波数発電機）と呼ばれる簡易な発電機能を利用した回路を用いる方法などよりに実現される。また、位置検出器１２１は、モータ１０の可動子の位置を検出する手段である。例えば、位置検出器１２１は、ホール効果を利用したホールセンサーを用いる方法や、駆動巻線に発生する誘起電圧あるいは駆動巻線電流を利用する方法などよりに実現される。位置検出器１２１は、検出した可動子の位置に関する情報である位置検出情報を示す位置検出信号ＣＳをモータ駆動装置１００に出力する。速度検出器１２０は、検出した可動子の速度に関する情報である速度検出情報を示す速度検出信号Ｎをモータ駆動装置１００に出力する。【００５１】
また、モータ１０は、可動子（図示せず）とＵ相駆動巻線１１、Ｖ相駆動巻線１３およびＷ相駆動巻線１５とを有している。各駆動巻線の一端は、モータ駆動装置１００から、それぞれ駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが供給され、各駆動巻線の他端は、互いに中性点で接続されている。【００５２】
本実施の形態では、このように構成されたモータ装置１１０において、モータ１０が、モータ駆動装置１００により正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータの一例を挙げて説明する。さらに、本モータ装置１１０は、モータ駆動装置１００の機能の一部あるいは全部が、１つまたは複数の集積回路により実現され、モータ駆動装置１００の機能を実現する回路素子がプリント基板上に実装されている。そして、本モータ装置１１０は、このようなプリント基板が、モータ１０に内蔵または一体化されている。【００５３】
また、詳細については以下で説明するが、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、回生現象を未然に防止する機能を有していることを特徴としており、これによって、直流電源１０５に返還される回生エネルギーも抑制される。このため、図１に示すように、モータ装置１１０の電源側には回生電力に対する回路素子など必要なく、また、直流電源１０５も返還される回生電力を考慮する必要もなく、単に、直流電源１０５を接続するのみでモータ装置１１０を動作させることができる。【００５４】
次に、本実施の形態におけるモータ駆動装置１００の構成について説明する。【００５５】
図１に示すように、モータ駆動装置１００は、直流電力を交流電力に変換するインバータ２０と、モータ１０の速度を制御するための速度制御部４０と、回生現象を未然に防止するための回生防止手段５０と、インバータ２０を駆動するためのインバータ駆動部３０と、インバータ駆動部３０で生成される波形信号ＷＦの位相を制御するための進角制御部６０とを備える。【００５６】
インバータ２０は、直流電源１０５から供給された直流電力を、モータ１０を駆動するための駆動電力に変換し、変換した駆動電力をモータ１０に供給する。【００５７】
速度制御部４０は、上位器１６からの指令情報および速度検出器１２０からの速度検出信号Ｎに基づき、第１の駆動制御信号ＶＳＰ１を含め、速度を制御するための各種信号である速度制御信号群を生成する。なお、第１の駆動制御信号ＶＳＰ１（以下、単に「駆動制御信号ＶＳＰ１」と呼ぶ）は、モータ１０への駆動電力を調整するための信号である。さらに、速度制御部４０は、指令情報および速度検出信号Ｎを含む制御情報群ＩＮＦおよび駆動制御信号ＶＳＰ１を回生防止手段５０に通知する。このように、速度制御部４０は、速度制御信号群に含まれる駆動制御信号ＶＳＰ１に基づき駆動電力を調整し、モータの速度を制御する。【００５８】
回生防止手段５０は、指令情報および速度検出信号Ｎを含む制御情報群ＩＮＦに基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する。そして、回生防止手段５０は、判定した結果に応じて回生現象を抑制する回生抑制処理を行う。【００５９】
本実施の形態では、回生防止手段５０は、指令情報および速度検出信号Ｎに基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する回生発生判定部５１と、回生発生判定部５１の判定結果に応じて、回生抑制処理を行う回生抑制手段５２とを備えている。回生抑制手段５２は、回生発生判定部５１において回生現象が発生し得る制御状態であると判定したとき、回生抑制処理を開始する。また、回生抑制手段５２は、回生発生判定部５１において回生現象が発生しない制御状態になったと判定したとき、回生抑制処理を解除する。【００６０】
さらに、本実施の形態では、回生抑制手段５２が、駆動制御信号ＶＳＰ１の時間変化率を抑えるような回生抑制処理を行う一例を挙げている。すなわち、速度制御部４０からの駆動制御信号ＶＳＰ１は、回生発生判定部５１の判定結果に応じて回生抑制手段５２により回生抑制処理される。そして、このように回生抑制処理された駆動制御信号である第２の駆動制御信号ＶＳＰ２（以下、単に「駆動制御信号ＶＳＰ２」と呼ぶ）がインバータ駆動部３０に通知される。【００６１】
進角制御部６０は、インバータ駆動部３０で生成される波形信号ＷＦの位相を制御するための位相進角信号ＰＳを生成し、インバータ駆動部３０に通知する。【００６２】
インバータ駆動部３０は、回生抑制手段５２からの駆動制御信号ＶＳＰ２、進角制御部６０からの位相進角信号ＰＳおよび位置検出器１２１からの位置検出信号ＣＳに基づき、インバータ２０を駆動制御するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号をインバータ２０に出力する。【００６３】
このようにして、インバータ２０は、供給された直流電力を、駆動制御信号ＶＳＰ２、位置検出信号ＣＳおよび位相進角信号ＰＳに応じた駆動電圧に変換し、変換した駆動電圧をモータ１０に供給する。また、特に、インバータ２０は、モータ１０に対する制御状態に応じて回生抑制処理された信号である駆動制御信号ＶＳＰ２に従って、駆動電圧に変換することになる。このため、これによって、直流電源１０５に返還される回生エネルギーも抑制される。【００６４】
次に、モータ駆動装置１００における各部のさらに詳細な構成について説明する。【００６５】
まず、速度制御部４０は、上位器１６からの速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出器１２０からの速度検出信号Ｎとを比較し、その差に所定の制御ゲインを乗じるような処理を行う。速度制御部４０は、このような処理により生成した信号を駆動制御信号ＶＳＰ１として出力する。ここで、制御ゲインは、入力端子１８を介して上位器１６から通知される切替信号ＨＬに応じて切替えられ、速度制御部４０の内部で設定されるように構成されている。なお、このような制御ゲインを適切に設定することで、モータ１０を安定して速度制御することができる。また、このように、制御ゲインを切替え可能とすることにより、例えば、高速と低速運転とのそれぞれに適した制御ゲインを設定することができる。すなわち、切替信号ＨＬは、例えば“Ｈ”レベルとすることでモータ１０を比較的高速度領域で制御する場合に対応し、“Ｌ”レベルとすることで比較的低速度領域で制御する場合に対応させた信号である。上位器１６は、速度指令信号Ｓｒｅｆがいずれの速度領域に相当する速度指令であるかに応じて、切替信号ＨＬのレベルを設定し、このようにして、モータ１０をより安定して速度制御することができる。【００６６】
次に、インバータ駆動部３０は、波形生成部３１と、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３２とを有している。波形生成部３１は、位置検出信号ＣＳ、位相進角信号ＰＳおよび駆動制御信号ＶＳＰ２に応じて正弦波状の波形信号ＷＦを生成する。また、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３２は、波形信号ＷＦに応じてパルス幅変調された駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを生成する。【００６７】
駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨは、互いに電気角１２０度の位相差をもち、また、駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬも、互いに電気角１２０度の位相差をもった信号である。また、ＵＨとＵＬとは、図１１で示したような互いにほぼ相補的な関係となる信号であり、また、ＶＨとＶＬ、およびＷＨとＷＬも同様である。このような各駆動信号が、インバータ２０の各スイッチ素子にそれぞれ対応して接続され、それぞれオンまたはオフ動作させる。【００６８】
波形生成部３１により生成される正弦波状の波形信号ＷＦにおいて、その位相は、位置検出信号ＣＳから通知される位置検出のタイミングを基準として、位相進角信号ＰＳにより通知される位相だけ進んだ位相として設定される。また、その振幅は、駆動制御信号ＶＳＰ２に応じた波高値が設定される。すなわち、波形生成部３１は、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの差分に基づく振幅の波形信号ＷＦを生成する。【００６９】
また、パルス幅変調部３２は、内部で三角波状のＰＷＭキャリア信号を生成し、波形信号ＷＦをこのＰＷＭキャリア信号と比較することによりパルス幅変調する。パルス幅変調部３２は、このようにして生成した駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬをインバータ２０に供給する。【００７０】
次に、インバータ２０は、直流電源１０５の正極側電源線路Ｖｐに一方の端子が電気的に接続された正極側のスイッチ素子２１、２３および２５と、負極側電源線路Ｖｎに一方の端子が電気的に接続された負極側のスイッチ素子２２、２４および２６とを備える。また、スイッチ素子２１とスイッチ素子２２との他方の端子どうしが接続され、この接続部からＵ相駆動巻線１１を駆動する駆動電圧Ｕが出力される。また、スイッチ素子２３とスイッチ素子２４、およびスイッチ素子２５とスイッチ素子２６も同様にして、Ｖ相駆動巻線１３を駆動する駆動電圧Ｖ、およびＷ相駆動巻線１５を駆動する駆動電圧Ｗが出力される。さらに、正極側のスイッチ素子２１、２３および２５は、それぞれ駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨにより、オンまたはオフに切替えるよう制御される。負極側のスイッチ素子２２、２４および２６は、それぞれ駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬにより、オンまたはオフに切替えるよう制御される。このような構成により、インバータ２０は、駆動信号に応じて、正極側電圧と負極側電圧との間を交互に変化するパルス状の駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを、それぞれ駆動巻線１１、１３および１５に供給する。【００７１】
また、各駆動信号は、波形信号ＷＦによりパルス幅変調した信号である。このため、パルス幅変調の原理から、平均値的には、波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となる駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが、それぞれ駆動巻線１１、１３および１５に供給されることになる。【００７２】
次に、回生防止手段５０は、上述したように回生発生判定部５１と回生抑制手段５２とを備える。図２は、本実施の形態におけるモータ装置１１０の回生防止手段５０の詳細を示す構成図である。以下、図２を参照しながら、回生防止手段５０の詳細な構成について説明する。図２に示すように、回生防止手段５０には、速度制御部４０から制御情報群ＩＮＦが通知される。制御情報群ＩＮＦには、速度指令信号Ｓｒｅｆ、切替信号ＨＬおよび速度検出信号Ｎが含まれる。このような制御情報群ＩＮＦは、回生発生判定部５１に通知される。【００７３】
回生発生判定部５１は、回生現象が発生し得る制御状態であると判定するため、減速検知部５１１、オーバーシュート検知部５１２、ゲイン切替検知部５１３および判定部５１９を備える。さらに、回生発生判定部５１は、回生現象が発生しない制御状態になったと判定するため、速度到達検知部５１４を備える。【００７４】
減速検知部５１１は、速度指令信号Ｓｒｅｆにおいて減速の指令、すなわち、高速度指令から低速度指令への変更がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する。【００７５】
オーバーシュート検知部５１２は、速度指令信号Ｓｒｅｆおよび速度検出信号Ｎにおいて、速度検出信号Ｎの示す速度が速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度よりも高速となるようなオーバーシュートを検知する。オーバーシュート検知部５１２は、このようなオーバーシュートを検知すると、検知したことを示す第２の情報を出力する。【００７６】
ゲイン切替検知部５１３は、切替信号ＨＬにおいて、制御ゲインの切替えの指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第３の情報を出力する。【００７７】
判定部５１９は、回生現象が発生し得る制御状態であるかどうかを示す発生判定信号ＫＹを生成し、出力する。判定部５１９は、第１の情報、第２の情報、および第３の情報の少なくともいずれかの情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であるとする発生判定信号ＫＹを、回生抑制手段５２に出力する。【００７８】
また、速度到達検知部５１４は、速度指令信号Ｓｒｅｆおよび速度検出信号Ｎにおいて、速度検出信号Ｎの示す速度が速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に到達したことを検知する。速度到達検知部５１４は、このようにして速度に到達したことを検知すると、検知したことを示す第４の情報を生成する。さらに、速度到達検知部５１４は、第４の情報に基づき、回生現象が発生しない制御状態になったかどうかを判定する。速度到達検知部５１４は、回生現象が発生しない制御状態になったと判定すると、判定解除信号ＫＹｅを判定部５１９に出力する。判定解除信号ＫＹｅは、回生現象が発生し得る制御状態であるとする発生判定信号ＫＹを解除するような信号である。【００７９】
このようにして、判定部５１９からは、回生現象が発生し得る制御状態の期間を示すような発生判定信号ＫＹが、回生抑制手段５２に対して出力される。【００８０】
なお、回生現象が発生し得る制御状態であると判定するため、回生発生判定部５１が、図２に示すように、減速検知部５１１、オーバーシュート検知部５１２およびゲイン切替検知部５１３を備えることが好適である。以下、本実施の形態では、このような構成の一例を挙げて説明するが、減速検知部５１１、オーバーシュート検知部５１２およびゲイン切替検知部５１３の少なくともいずれか１つを備えた構成であってもよい。すなわち、例えば、減速検知部５１１のみの構成で判定したり、減速検知部５１１とオーバーシュート検知部５１２とによる構成で判定したり、減速検知部５１１とゲイン切替検知部５１３とによる構成で判定したりするなど、適宜変更してもよい。【００８１】
また、回生現象が発生し得る制御状態の期間を示すような発生判定信号ＫＹとして、例えば、判定解除信号ＫＹｅが出力されてから、さらに所定時間を経過した時点までの期間など、回生現象の発生が懸念されるような期間として、適宜変更してもよい。【００８２】
回生抑制手段５２は、発生判定信号ＫＹにおいて、回生現象が発生し得る制御状態であると通知されると、速度制御部４０からの駆動制御信号ＶＳＰ１の時間変化率を抑えるような回生抑制処理を開始する。逆に、回生抑制手段５２は、発生判定信号ＫＹにおいて、回生現象が発生しない制御状態になったと通知されると、時間変化率を抑えるような回生抑制処理を終了する。このように、回生抑制手段５２は、回生発生判定部５１の判定結果に応じて回生抑制処理した信号である駆動制御信号ＶＳＰ２を出力する。【００８３】
本実施の形態におけるモータ駆動装置１００、およびこれを備えたモータ装置１１０は以上のように構成される。【００８４】
このように構成された本実施の形態において、例えば、速度を上げるため、上位器１６から速度指令信号Ｓｒｅｆが増加するよう加速指令される。すると、速度制御部４０において、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの差分に対応した駆動制御信号ＶＳＰ１も増加する。また、この場合、速度指令信号Ｓｒｅｆが増加する方向であるため、回生発生判定部５１は、回生現象が発生し得る制御状態であるとは判定しない。このため、回生抑制手段５２において、回生抑制処理は実行されず、インバータ駆動部３０には、駆動制御信号ＶＳＰ１に等しい駆動制御信号ＶＳＰ２が通知される。さらに、駆動制御信号ＶＳＰ２の増加に伴って、波形生成部３１により生成される正弦波状の波形信号ＷＦの振幅も増加する。その結果、各駆動巻線を駆動する波形信号ＷＦに対応した駆動電圧も大きくなり、モータ１０を加速するように動作する。また、このように加速された速度の情報が、速度検出信号Ｎとして速度制御部４０に通知される。本モータ駆動装置１００は、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとが等しくなるように、このようなフィードバックループ制御を実行する。【００８５】
また、速度を下げるため、上位器１６から速度指令信号Ｓｒｅｆが減少するよう減速指令されると、回生発生判定部５１は、減速検知部５１１において、回生現象が発生し得る制御状態であると判定する。このため、回生抑制手段５２において、回生抑制処理が実行される。そして、インバータ駆動部３０には、駆動制御信号ＶＳＰ１に対してその時間変化率が抑えられた信号である駆動制御信号ＶＳＰ２が通知される。これにより、例えば、速度指令信号Ｓｒｅｆにより減速指令を行った場合には、上述のような加速指令の場合と比べて、各駆動巻線を駆動する波形信号ＷＦに対応した駆動電圧が緩やかに変化するように制御しながら、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとが等しくなるように、フィードバックループ制御が実行される。また、本モータ駆動装置１００は、このような駆動電圧を緩やかに変化するように制御することで、回生現象を未然に防止している。【００８６】
以上のように構成された本実施の形態のモータ駆動装置１００、およびこれを備えたモータ装置１１０について、次にその動作を説明する。【００８７】
図３は、本実施の形態におけるモータ装置１１０の動作説明図である。図４は、本実施の形態におけるモータ装置１１０において、位相進角信号により駆動巻線に印加される正弦波状の電圧の位相が制御される場合の動作説明図である。図５は、本実施の形態におけるモータ装置１１０において、回生現象の抑制動作の一例を示す図である。また、図６は、本実施の形態におけるモータ装置１１０において、回生現象の抑制動作の他の例を示す図である。【００８８】
まず、図３を参照しながら本モータ駆動装置１００およびモータ装置１１０の動作について説明する。なお、以下、インバータ２０の駆動電圧Ｕに接続されるＵ相駆動巻線１１に対する動作を中心に説明する。【００８９】
図３において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部３１が生成した信号であり、三角波状の信号ＣＹは、パルス幅変調部３２の内部で生成したＰＷＭキャリア信号である。通常、キャリア信号ＣＹは、モータ１０の回転による電気角周期よりも十分に高い周波数に設定されるが、図３においては説明の便宜上、比較的低い周波数で記している。波形信号ＷＦは、パルス幅変調部３２によりキャリア信号ＣＹと比較される。その比較結果に応じてインバータ２０のスイッチ２１および２２は相補的にオン、オフされる。その結果、図３に示す駆動電圧Ｕがインバータ２０から出力され、巻線１１に印加される。これにより、巻線１１にはＵ相駆動電流Ｉｕが流れるとともに、図３に示すような誘起電圧Ｕｅｍｆが生じる。なお、上述したように、駆動電圧Ｕは、平均値的には、パルス幅変調の原理から波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となる。したがって、巻線１１にはＵ相の波形信号ＷＦと同様の正弦波状の電圧が印加されることになる。【００９０】
また、Ｖ相駆動巻線１３およびＷ相駆動巻線１５に対しても、Ｕ相駆動巻線１１と同様にして、それぞれインバータ２０からの駆動電圧Ｖおよび駆動電圧Ｗにより正弦波状の電圧が印加される。【００９１】
ここで、各巻線１１、１３および１５に印加される各駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷは互いに電気角１２０度の位相差を有する。これは、Ｖ相の波形信号ＷＦが、Ｕ相の波形信号ＷＦと互いに電気角１２０度の位相差をもち、Ｗ相の波形信号ＷＦが、Ｕ相およびＶ相の波形信号ＷＦと互いに電気角１２０度ずつ位相差をもつように設定されている。そして、Ｖ相の巻線１３に対しては、このようなＶ相の波形信号ＷＦとキャリア信号ＣＹとの比較結果に応じて、スイッチ２３および２４をオン、オフ動作することで実現される。また、Ｗ相の巻線１５に対しては、このようなＷ相の波形信号ＷＦとキャリア信号ＣＹとの比較結果に応じて、スイッチ２５および２６をオン、オフ動作することで実現される。【００９２】
以上のようにして、各巻線１１、１３および１５に正弦波状の電圧が印加され、各巻線１１、１３および１５は正弦波状の交番電流にて駆動される。【００９３】
次に、進角制御部６０による位相制御の動作について、図４を参照しながら説明する。【００９４】
上述したように、進角制御部６０が出力する位相進角信号ＰＳによって、各巻線１１、１３および１５に印加される正弦波状の電圧の位相が制御される。【００９５】
進角制御部６０から出力される位相進角信号ＰＳは、インバータ駆動部３０に入力され、波形生成部３１に作用する。まず、波形生成部３１は、位置検出信号ＣＳに基づく位相を基準位相タイミングとし、モータ１０の可動子の位置に応じた波形信号ＷＦ’を生成する。なお、位置検出信号ＣＳは、例えば、可動子に組み込まれたマグネットの磁極位置を検出するような構成のため、駆動巻線が発生する誘起電圧との位相関係は一義的に定まる。すなわち、基準位相タイミングを、図４に示すように、巻線１１に発生する誘起電圧Ｕｅｍｆのゼロクロスタイミングとすることができる。波形生成部３１は、この基準位相タイミングに応じて生成される波形信号ＷＦ’の位相を、位相進角信号ＰＳに応じて進める。さらに、波形生成部３１は、このように位相を進めた波形信号である波形信号ＷＦをパルス幅変調部３２に対して出力する。これにより、Ｕ相の巻線１１には、位相が位相進角信号ＰＳによって制御可能な正弦波状の駆動電圧Ｕを印加することができる。【００９６】
このような進角制御部６０による位相制御により、モータ１０に対する駆動効率を高めることができる。すなわち、まず、駆動巻線が有するインダクタンス成分によって発生する駆動電圧Ｕの平均値（波形信号ＷＦに相当）に対して、駆動電流Ｉｕの位相遅れを、進角制御部６０の位相進角信号ＰＳにより調整する。次に、駆動巻線の誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの位相差がゼロとなるように、波形信号ＷＦ’から波形信号ＷＦへと位相を進める。このような位相制御を行うことにより、駆動効率を高めることが実現できる。このことは、Ｕ相の巻線１１だけではなく、Ｖ相の巻線１３およびＷ相の巻線１５についても同様である。【００９７】
一方、上述したように、速度制御部４０の駆動制御信号ＶＳＰ１に基づいて、各巻線１１、１３および１５に印加される正弦波状の電圧の波高値が制御される。次に、このような各巻線に印加する波高値の制御における動作について説明する。なお、ここでも、図４を参照しながらＵ相に関して説明するが、Ｖ相およびＷ相についても同様である。【００９８】
速度制御部４０から出力される駆動制御信号ＶＳＰ１は、回生抑制手段５２を介し、駆動制御信号ＶＳＰ２として、インバータ駆動部３０に入力される。インバータ駆動部３０において、波形生成部３１が生成する正弦波状の波形信号ＷＦの波高値は、駆動制御信号ＶＳＰ１に基づく駆動制御信号ＶＳＰ２に応じて加減される。パルス幅変調部３２は、波高値が駆動制御信号ＶＳＰ２により加減される波形信号ＷＦによりパルス幅変調を行う。これにより、Ｕ相の巻線１１には、波高値が駆動制御信号ＶＳＰ２によって制御された正弦波状の駆動電圧が印加される。【００９９】
また速度制御部４０の駆動制御信号ＶＳＰ１は、入力端子１７を介して上位器１６から通知される速度指令信号Ｓｒｅｆとモータ１０の速度検出信号Ｎとの差に対し所定の制御ゲインを乗じるような処理により生成される。【０１００】
より詳細には、速度指令信号Ｓｒｅｆに対して速度検出信号Ｎが高い場合は、駆動制御信号ＶＳＰ１を減少させ、駆動巻線の駆動電圧を減少させる。これにより、モータ１０は減速され、速度指令信号Ｓｒｅｆが示す速度に近づく。また逆に、速度指令信号Ｓｒｅｆに対して速度検出信号Ｎが低い場合は、駆動制御信号ＶＳＰ１を増加させ、駆動巻線の駆動電圧を増加させる。これにより、モータ１０は加速され、速度指令信号Ｓｒｅｆが示す速度に近づく。このような動作を行うことで、結局、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとが概略同じになるように制御される。このようにして、上位器１６は、速度指令として速度指令信号Ｓｒｅｆをモータ駆動装置１００に通知することで、モータ１０の速度を自在に操作することができる。【０１０１】
また速度制御部４０が駆動制御信号ＶＳＰ１を出力する際に、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの差に乗じる制御ゲインは、モータ１０の速度制御が安定して行われるように速度制御部４０の内部で設定される。また、制御ゲインは、切替信号ＨＬによって、その設定が切替えられる。すなわち、速度制御を安定して行うための適切な制御ゲインは、モータ１０の制御速度によって変化する。このため、このような制御ゲインを切替可能とすることで、モータ１０の安定化を図ることを可能としている。具体的には、上位器１６からの速度指令信号Ｓｒｅｆによる速度指令が高速度領域であるか低速度領域であるかに応じて、それぞれの速度領域で制御ゲインが適切に設定されるように、上位器１６は、切替信号ＨＬをモータ駆動装置１００に通知する。モータ駆動装置１００は、これを速度制御部４０で受け、速度制御部４０は切替信号ＨＬに応じて制御ゲインを切替え、設定を行う。【０１０２】
次に、本実施の形態における回生防止手段５０による回生現象を抑制する動作について、図５および図６を参照しながら説明する。【０１０３】
回生防止手段５０において、回生発生判定部５１は、速度制御部４０からの制御情報群ＩＮＦを受け取り、回生現象が発生し得るモータの制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する。そして、回生発生判定部５１は、発生判定信号ＫＹにより、回生現象が発生し得る制御状態であるかどうかを回生抑制手段５２に通知する。また、回生抑制手段５２は、発生判定信号ＫＹにより回生現象が発生し得る制御状態であると通知されたときから、回生現象が発生しない制御状態になったと通知されるまでの期間において、駆動制御信号ＶＳＰ１の時間変化率を抑えるような回生抑制処理を行う。【０１０４】
図５は、このような回生現象を抑制するための動作の一例を示している。特に、図５では、速度指令信号Ｓｒｅｆにおいて減速の指令がなされたことが検知され、第１の情報が発信されたときに、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力（“Ｈ”レベル）される様子を示している。そして、図５に示すように、第４の情報により判定解除信号ＫＹｅが出力されて、回生抑制処理を解除（“Ｌ”レベル）する。【０１０５】
図５において、時刻ａのタイミングで、速度指令信号Ｓｒｅｆによる速度指令が高速度指令から低速度指令に変化する。減速検知部５１１は、この高速度指令から低速度指令への変更がなされたことを検知し、第１の情報を出力する。これにより、回生発生判定部５１から回生抑制手段５２に、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力される。これを受けて、回生抑制手段５２は、回生抑制処理、すなわち、回生現象を抑制する動作に入る。【０１０６】
図５に示すように、速度指令信号Ｓｒｅｆが高速度指令から低速度指令に変化することで、速度制御部４０は、駆動制御信号ＶＳＰ１を大きく減少させ、モータを減速させようと動作を始める。このときの駆動制御信号ＶＳＰ１の減少は、インバータ２０の出力、つまり駆動巻線の駆動電圧を大きく減少させ、その駆動電圧は駆動巻線に発生する誘起電圧よりも低くなる。したがって、このときの駆動制御信号ＶＳＰ１により駆動巻線に駆動電圧を印加すると、図１２でも示したように回生現象が発生する。【０１０７】
本実施の形態においては、このような回生現象が発生しないように、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力されている間、回生抑制処理が行われる。【０１０８】
回生抑制手段５２が行う回生抑制処理は、上述したように時間変化率を抑えるような処理である。すなわち、この回生抑制処理によって、駆動制御信号ＶＳＰ１の大きく減少するような変化が抑えられる。具体的には、回生抑制手段５２は、図５に示すように、駆動制御信号ＶＳＰ１の実際の減少よりも緩やかに減少するような駆動制御信号ＶＳＰ２を生成する。そして、このような駆動制御信号ＶＳＰ２により制御される波形信号ＷＦにより、駆動巻線が駆動される。このとき、駆動制御信号ＶＳＰ２による駆動巻線への駆動電圧は、同駆動巻線に発生する誘起電圧よりも低くならないように設定されている。このため、駆動制御信号ＶＳＰ２は、モータの減速に伴う誘起電圧の減少に応じて緩やかに減少する。このように、駆動制御信号ＶＳＰ１よりも緩やかに減少する駆動制御信号ＶＳＰ２により、駆動巻線が駆動されることになる。このような動作が実行されることで、駆動巻線の駆動電圧が誘起電圧より低くなることがなく、回生現象の発生は防止される。【０１０９】
時刻ｂのタイミングでモータ１０の減速動作が完了すると、速度検出信号Ｎと速度指令信号Ｓｒｅｆとが示す速度が等しくなる。このため、速度到達検知部５１４が第４の情報を出力し、これによって回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが解除される。回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが解除されることで、駆動制御信号ＶＳＰ１に対して回生抑制処理した駆動制御信号ＶＳＰ２による駆動電圧の制御は解除され、駆動制御信号ＶＳＰ１と等しい駆動制御信号ＶＳＰ２により駆動電圧が制御される通常状態に戻る。【０１１０】
図６は、このような回生現象を抑制するための動作の他の例を示している。図６では、特に、第３の情報、すなわち切替信号ＨＬにおいて制御ゲインの切替えの指令がなされたことにより、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力（“Ｈ”レベル）され、第４の情報により、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが解除（“Ｌ”レベル）される様子を示している。【０１１１】
図６において、時刻ａのタイミングで、切替信号ＨＬが変化して制御ゲインが切替えられる。ゲイン切替検知部５１３は、このゲイン切替えがなされたことを検知し、第３の情報を出力する。これにより、回生発生判定部５１から回生抑制手段５２に、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力される。これを受けて、回生抑制手段５２は、回生抑制処理、すなわち、回生現象を抑制する動作に入る。【０１１２】
図６に示すように、切替信号ＨＬが変化することで、速度制御部４０の内部で設定される制御ゲインが切替えられる。このとき、制御ゲインの切替え直前と直後の駆動制御信号ＶＳＰ１の出力値が異なっているなどの理由から、図６に示すように、時刻ａにて駆動制御信号ＶＳＰ１が大きく減少方向に変化することがある。このように駆動制御信号ＶＳＰ１が大きく減少すると、図５で説明した場合と同様に、回生現象が発生する。【０１１３】
この回生現象の抑制は、図５で説明したのと同様に、駆動制御信号ＶＳＰ１の大きく減少するような変化を抑えることで行われる。つまり、図６に示すように、駆動制御信号ＶＳＰ１の実際の減少よりも緩やかに減少するような駆動制御信号ＶＳＰ２を生成し、このような駆動制御信号ＶＳＰ２により制御される波形信号ＷＦにより駆動巻線を駆動する。【０１１４】
また、速度検出信号Ｎの速度が速度指令信号Ｓｒｅｆの速度に対してオーバーシュートした場合、その速度指令に到達させるためには減速する必要がある。このため、回生発生判定部５１において、オーバーシュート検知部５１２がこのようなオーバーシュートを検出し、回生抑制手段５２により上述のような回生抑制処理が行われる。【０１１５】
以上説明したように、本実施の形態におけるモータ駆動装置１００は、インバータと、速度制御部４０と、回生防止手段５０とを備える。ここで、速度制御部４０は、指令情報および速度検出情報に基づき速度制御信号群を生成し、速度制御信号群に含まれる駆動制御信号ＶＳＰ１に基づき駆動電力を調整し、モータの速度を制御する。また、回生防止手段５０は、指令情報および速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるかどうかを判定し、判定した結果に応じて回生現象を抑制する回生抑制処理を行うことで、回生現象を未然に防止する。【０１１６】
さらに、本モータ駆動装置１００は、指令情報および速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるかどうかを判定する回生発生判定部５１と、回生発生判定部５１の判定結果に応じて、回生抑制処理を行う回生抑制手段５２とを備える。ここで、回生抑制手段５２は、回生発生判定部５１において回生現象が発生し得る制御状態であると判定したとき回生抑制処理を開始し、回生発生判定部５１において回生現象が発生しない制御状態になったと判定したとき回生抑制処理を解除する。【０１１７】
このため、本実施の形態におけるモータ駆動装置１００によれば、回生現象が発生し得る状態となった時点から回生現象が発生しない状態となった時点までの期間は、常に回生現象が抑制されることになる。このため、モータ駆動装置１００や直流電源１０５に戻る回生電力の発生を未然に防止でき、モータ１０からモータ駆動装置１００や直流電源１０５への回生エネルギーの返還も抑制される。これにより、例えば直流回路の電圧が異常に上昇するような過電圧の発生などを防止できる。したがって、本モータ駆動装置１００によれば、回生現象による電圧増加を検出する回路、電源装置に回生電力を戻す回路、あるいは回生電力を吸収する電源装置などをモータ周辺に備える必要はなくなる。そして、これによって、本モータ駆動装置１００は、モータ駆動装置の高い信頼性の確保とともに、利便性を向上させることが可能となる。【０１１８】
さらに、本モータ駆動装置１００は、回生発生判定部５１が、速度検出信号Ｎの示す速度が速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部５１４を有している。そして、第４の情報において検知したことが示されたとき、回生発生判定部５１が、回生現象が発生しない制御状態になったと判定する構成である。【０１１９】
この構成により、回生現象が発生し得る状態となった時点を、例えば、第１の情報と第２の情報と第３の情報との少なくともいずれかの制御情報で判定し、回生現象が発生しない状態となった時点を、第４の情報である制御情報で判定する。このため、回生現象が発生し得る状態となった時点から回生現象が発生しない状態となった時点までの期間を、精度よく判定することができる。特に、回生現象は、モータを減速させる場合だけで起こるものではなく、逆に、モータを加速したり、モータに加えられる負荷が急変した場合にも、速度の行き過ぎ量であるオーバーシュートを抑制するための制御動作（減速指令）において同様のことが起こる。本モータ駆動装置１００は、このような回生現象が発生し得る各種状態を想定して回生現象が発生し得る状態となった時点を検出するとともに、実際に計測した速度検出信号Ｎに基づき回生現象が発生しない制御状態になったことを検出しているため、回生現象の発生の有無を精度よく判定することができる。【０１２０】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置１００を備えたモータ装置１１０の構成を含む構成図である。【０１２１】
図１で示した実施の形態１との比較において、実施の形態２におけるモータ駆動装置１００は、回生防止手段における回生抑制手段を、インバータ駆動部３０のパルス幅変調部２３２としている。従来技術で説明したように、回生現象が発生するのはインバータ２０を構成する各スイッチ素子２１と２２などが相補的にオン、オフすることによる。したがって、これらスイッチ素子を相補的オン、オフさせるのではなく、いずれか一方のスイッチ素子をオフさせている間、他方のスイッチ素子をオン、オフさせる動作を行うことで、回生現象の発生を防ぐことも可能である。【０１２２】
すなわち、実施の形態２におけるモータ駆動装置１００は、回生防止手段２５０における回生抑制手段をパルス幅変調部２３２としている。そして、本モータ駆動装置１００は、パルス幅変調部２３２からの駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを、実施の形態１とは異なった波形としている。本実施の形態では、このような構成とすることで、回生現象の発生を防止している。【０１２３】
以下、このように構成された実施の形態２におけるモータ駆動装置１００について説明する。なお、図７において、実施の形態１と同一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。【０１２４】
図８は、本実施の形態におけるモータ装置１１０の動作説明図であり、本実施の形態のモータ駆動装置１００において、回生現象を抑制する処理を説明するために示した図である。図８を参照しながら、パルス幅変調部２３２からの駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬにより、各スイッチ素子が制御され、これによって回生現象の発生が防止される動作について説明する。なお、以下、Ｕ相について説明するが、Ｖ相およびＷ相も同様である。【０１２５】
図８において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部３１が生成した信号である。三角波状の信号ＣＹは、パルス幅変調部２３２の内部で生成したＰＷＭキャリア信号である。そして、波形信号ＷＦに対応した駆動電圧Ｕで巻線１１が駆動される。【０１２６】
また、図８において、パルス幅変調部２３２から出力される駆動信号ＵＨおよびＵＬの波形を示している。すなわち、このような相補的ではない波形の駆動信号がスイッチ２１および２２に供給される。そして、波形信号ＷＦに対応してスイッチ２１がオン、オフ動作する期間、スイッチ２２はオフ状態を維持する。また、逆に、波形信号ＷＦに対応してスイッチ２２がオン、オフ動作する期間、スイッチ２１はオフ状態を維持する。【０１２７】
図９は、本実施の形態におけるモータ装置１１０において、回生現象の抑制動作の一例を示す図であり、インバータ２０の各スイッチ素子に対するこのような制御により、回生現象が抑制される動作を説明するために示した図である。【０１２８】
まず、図９に示す期間ａにおいては、スイッチ２１がオンしている。なお、スイッチ２２はオフを維持している。その結果、巻線１１は直流電源１０５の正極側電源線路Ｖｐに接続され、駆動電圧Ｕの瞬時値は正極側電源線路Ｖｐの電圧となる。この期間ａでは、巻線１１の誘起電圧Ｕｅｍｆに対して駆動電圧Ｕが高いため、巻線１１の電流Ｉｕは増加しながら流れていく。その増加量は電圧Ｕから電圧Ｕｅｍｆを差し引いた電圧（図９の期間ａにおいてハッチングを施した部分）に依存するが、駆動電圧Ｕの平均値が誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低い場合、その差分は小さく電流増加も僅かとなる。【０１２９】
次に、期間ｂにおいては、スイッチ２１がオフする。なおスイッチ２２はオフを維持している。スイッチ２１がオフすることで、スイッチ２２に逆並列接続されたダイオードが導通し、巻線１１は直流電源１０５の負極側電源線路Ｖｎに接続される。そして駆動電圧Ｕの瞬時値は負極側電源線路Ｖｎの電圧となる。【０１３０】
この期間ｂでは、巻線１１の誘起電圧Ｕｅｍｆに対して駆動電圧Ｕが低いため、巻線１１の電流Ｉｕは減少していく。その減少量は誘起電圧Ｕｅｍｆから駆動電圧Ｕを差し引いたもの（図９の期間ｂにおいてハッチングを施した部分）に依存し、駆動電圧Ｕの平均値が誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低い場合、その差分は大きく電流の減少量も大きくなる。【０１３１】
期間ｂのうち期間ｂ１では、電流Ｉｕはスイッチ２２に逆並列接続されるダイオードを流れて巻線１１に至りつつ減少する。また、電流Ｉｕがゼロにまで減少した以後の期間ｂ２では、スイッチ２２がオフ状態を維持しているため、電流Ｉｕはゼロとなる。【０１３２】
したがって、図１２で示したような誘起電圧Ｕｅｍｆから電流が供給される向きに電流Ｉｕが流れることはない。なお、この期間ｂ２の間は、電流Ｉｕがゼロであるため、インバータ２０の出力には巻線１１の誘起電圧Ｕｅｍｆそのものが観測される。【０１３３】
期間ｃにおいては、期間ａのようにスイッチ２１がオンする。なおスイッチ２２がオフ状態を維持している。したがって、期間ａと同様に電流Ｉｕは増加するがその増加量は僅かである。期間ｃでは、電流Ｉｕは、正極側電源線路Ｖｐから正極側のスイッチ２１を介して巻線１１に向けて流れる。【０１３４】
期間ｄにおいては、期間ｂのようにスイッチ２１がオフする。なおスイッチ２２はオフ状態を維持している。したがって、期間ｂと同様に期間ｄ１までの間は、電流Ｉｕはスイッチ２２に逆並列接続されるダイオードを流れて巻線１１に至りつつ減少する。電流Ｉｕがゼロにまで減少した後の期間ｄ２では、スイッチ２２がオフ状態を維持しているため、電流Ｉｕはゼロとなる。つまり、この期間でも、図１２で示したような誘起電圧Ｕｅｍｆから電流が供給される向きに電流Ｉｕが流れることはない。【０１３５】
したがって、駆動巻線の誘起電圧から電流が、本来とは逆方向の直流電源１０５に向かって流れる、いわゆる回生現象が発生することはない。また、以上のような動作は、他の巻線１３および１５についても同様である。【０１３６】
このように、いずれか一方のスイッチ素子をオフさせている間、他方のスイッチ素子をオン、オフさせる動作を行うことで、回生現象の発生を防ぐことも可能である。このような原理を利用し、パルス幅変調部２３２は、回生発生判定部５１からの発生判定信号ＫＹにより回生現象が発生し得る制御状態であることが示される期間、いずれか一方のスイッチ素子をオフ状態とし、他方のスイッチ素子をオン、オフさせる動作を行う。そして、パルス幅変調部２３２は、回生現象が発生しない期間では、一方のスイッチ素子と他方のスイッチ素子とを相補的に駆動するよう動作する。【０１３７】
すなわち、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、回生抑制手段としてのパルス幅変調部２３２が、インバータ２０の各スイッチ素子のうち一方の極側のみのスイッチ素子を駆動するような回生抑制処理の制御を行うことで、回生現象を抑制している。本実施の形態のモータ駆動装置１００は、このような回生現象を抑制する回生抑制手段を備えた回生防止手段２５０を備えており、これによっても、回生現象を未然に防止している。【０１３８】
以上説明したように、実施の形態１および２のモータ駆動装置１００を備えたモータ装置１１０においては、駆動巻線１１、１３および１５は正弦波状の交番電流で駆動される。また進角制御部６０の位相進角信号ＰＳによって駆動巻線に発生する誘起電圧とこれに流れる駆動電流との位相差が概略ゼロとなるように調整される。これにより、モータ１０は低トルクリップル、低騒音、低振動な正弦波駆動でかつ高効率駆動される。【０１３９】
またこれに加えて、速度制御部４０による駆動制御信号ＶＳＰ１の加減動作がモータ駆動装置１００の内部構成要素で実現される。このことで、上位器１６は速度指令信号Ｓｒｅｆによる速度指令をモータ駆動装置１００に出力するだけで、正弦波駆動と高効率駆動の動作が保証されたモータの速度を自在に操作することができる。【０１４０】
さらに回生防止手段５０あるいは回生防止手段２５０を備える。回生発生判定部５１は、速度制御部４０が検知可能なモータ１０の制御情報群ＩＮＦを利用して、回生現象が発生し得るモータ１０の制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判別する。回生発生判定部５１は、回生現象が発生し得る制御状態である場合は、発生判定信号ＫＹを回生抑制手段５２あるいはパルス幅変調部２３２に出力し、発生しない制御状態である場合はその出力を解除する。本モータ装置１１０は、このように動作することで回生現象の発生を抑制する。本モータ装置１１０は、これにより、直流電源の出力電圧の上昇を未然に防止し、モータ駆動装置、電源装置およびこれを搭載する機器を破損から守ることができる。したがって、本モータ装置１１０は、安全性と信頼性を高めるとともに、回生対応など意識せずにモータ装置を動作させることができるため、利便性を向上させることが可能となる。【０１４１】
また、インバータ、速度制御部および回生防止手段を含むモータ駆動装置をモータ装置に内蔵または一体化することで、これを搭載する上位機器は、低トルクリップル、低騒音、低振動を実現する正弦波駆動によるモータを容易に、かつ回生現象に気を配ることなく安全に構築することできる。また、モータ駆動装置の一部あるいは全部を集積回路装置として集積化することで、モータ駆動装置を小型化できるため、これにより、より容易に内蔵または一体化できる。その結果、上位機器の設計および制御負担を軽減でき、優れた性能を有する正弦波駆動によるモータの使用拡大、普及を促すという効果も奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
回生現象は、インバータを構成するスイッチ素子を相補的にオン、オフ動作させることに起因するが、このような相補的なオン、オフ動作はモータを低騒音、低振動で駆動するための正弦波駆動を行う際によく用いられる。【０１４３】
本発明のモータ駆動装置は、インバータと、モータを所望の速度で制御する速度制御部と、速度制御部により検知可能なモータの制御情報群を基に回生抑制を行う回生防止手段とを備え、これらをモータに内蔵または一体化し、回生現象の発生を抑制する。これによって、回生抑制機能がモータ内部で自己完結する。そしてモータおよびモータ駆動装置を搭載する上位機器は、モータの速度指令としての基準信号をモータ駆動装置に出力するのみで、自在に速度制御できる正弦波駆動モータを容易にかつ回生現象に気を配ることなく安全に構築することできる。【０１４４】
したがって、回生現象に気を配ることなく正弦波駆動による低振動低騒音が要求される空調機器用のファンモータや燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機、冷蔵庫、洗濯機などの家電機器、あるいは、プリンタ、複写機、スキャナー、ファックス、またはこれらの複合機器、また、ハードディスク、光メディア機器などの情報機器などに使用されるモータの駆動に好適である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月18日(2009.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空調機器、燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機並びに複写機、プリンタなどの情報機器に使用されるブラシレスＤＣモータなどを駆動するのに好適なモータ駆動装置に関する。特に、本発明は、正弦波駆動を行う際の回生現象を抑制し、モータ駆動時のトルクリップル、振動、騒音を大幅に低減できるモータ駆動装置に関する。さらに、本発明は、このようなモータ駆動装置を含む集積回路装置、およびこのようなモータ駆動装置あるいは集積回路装置をモータに内蔵または一体化したモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば空調機器、給湯機、空気清浄機、複写機およびプリンタなどの電気機器に用いられる各種駆動用モータは、長寿命、高信頼性および速度制御の容易さなどの長所を活かして、ブラシレスＤＣモータが用いられることが多い。
【０００３】
このような速度制御が可能なモータにおいて、例えば、一定速度での運転状態から速度が低下するように減速した場合、モータが発電機として作用する。すなわち、本来モータに電力を供給するための電源や駆動回路に対して、逆にモータが電力を供給してしまう、いわゆる回生現象が発生する。
【０００４】
図１０は、上述したようなブラシレスＤＣモータを駆動する従来のモータ駆動装置の構成を含む構成図である。図１１は、このような従来のモータ駆動装置の動作説明図である。図１２は、このような従来のモータ駆動装置の回生現象の様子を説明するために示した図である。また、図１３は、このような従来のモータ駆動装置の回生現象による直流電源の電圧上昇を説明するために示した図である。
【０００５】
以下、これらの図面を用いて、正弦波状にパルス幅変調された駆動信号を利用してブラシレスＤＣモータを駆動する従来のモータ駆動装置の構成および動作とともに、このような従来技術において生じる回生現象について説明する。
【０００６】
図１０において、モータ駆動装置８００には、直流電源８０５から直流電力が供給される。モータ駆動装置８００は、供給された直流電力を駆動電力に変換し、変換した駆動電力をブラシレスＤＣモータであるモータ８１０に供給する。また、モータ駆動装置８００には、上位器８０６から指令情報としての速度指令信号Ｓｒｅｆおよび切替信号ＨＬが通知される。さらに、モータ８１０から位置検出信号ＣＳおよび速度検出信号Ｎが通知される。
【０００７】
モータ８１０は、Ｕ相駆動巻線８１１、Ｖ相駆動巻線８１３およびＷ相駆動巻線８１５を有し、モータ駆動装置８００は、これら各駆動巻線に対し駆動電力を供給する。
【０００８】
モータ駆動装置８００は、インバータ８２０、インバータ駆動部８３０および速度制御部８４０から構成されている。速度制御部８４０は、指令情報や速度検出信号Ｎに基づき、速度制御するための駆動制御信号ＶＳＰを生成し、インバータ駆動部８３０に通知する。インバータ駆動部８３０は、駆動制御信号ＶＳＰに基づき、インバータ８２０を駆動制御するための駆動信号を生成し、インバータ８２０を駆動する。このようにして、インバータ８２０は、供給された直流電力を、位置検出信号ＣＳおよび駆動制御信号ＶＳＰに応じた駆動電圧に変換し、変換した駆動電圧をモータ８１０に供給する。
【０００９】
また、インバータ８２０は、モータ８１０の駆動巻線８１１、８１３および８１５を正極側電源線路Ｖｐに接続する正極側のスイッチ素子８２１、８２３および８２５と、負極側電源線路Ｖｎに接続する負極側のスイッチ素子８２２、８２４および８２６とを備える。
【００１０】
また、インバータ駆動部８３０は、波形生成部８３１とパルス幅変調部８３２とを有している。波形生成部８３１は、モータ８１０の位置検出信号ＣＳに応じて正弦波状の波形信号ＷＦを生成する。パルス幅変調部８３２は、波形信号ＷＦに応じてパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下、適宜、「ＰＷＭ」と呼ぶ）された駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを生成する。
【００１１】
駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨは、互いに電気角１２０度の位相差をもち、また、駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬも、互いに電気角１２０度の位相差をもった信号である。このような各駆動信号が、図１０に示すように、インバータ８２０の各スイッチ素子（以下、適宜、単に「スイッチ」と呼ぶ）にそれぞれ対応して接続され、それぞれオンまたはオフ動作させる。
【００１２】
次に、以上のように構成された従来のブラシレスＤＣモータを駆動するモータ駆動装置の動作について説明する。なお、ここでは、インバータ８２０の出力Ｕに接続されるＵ相駆動巻線（以下、適宜、単に「巻線」と呼ぶ）８１１に対する動作を中心に説明する。
【００１３】
まず、上位器８０６から、指令情報としての速度指令信号Ｓｒｅｆおよび切替信号ＨＬが速度制御部８４０に通知される。上位器８０６は、マイクロコンピュータやＤＳＰなどで構成される。速度指令信号Ｓｒｅｆは、モータ８１０の速度を指令する信号である。また、切替信号ＨＬは、速度指令信号Ｓｒｅｆによるモータ８１０の設定速度に応じて、適切に制御ゲインを切替えるための制御信号である。
【００１４】
速度指令信号Ｓｒｅｆに応じたモータ８１０の速度となるように制御するため、速度制御部８４０は、速度指令信号Ｓｒｅｆとモータ８１０からの速度検出信号Ｎとが同じ値となるように、駆動制御信号ＶＳＰを調整する。さらに、波形生成部８３１は、駆動制御信号ＶＳＰに対応した振幅の正弦波状の波形信号ＷＦを生成する。
【００１５】
図１１において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部８３１がこのようにして生成した信号である。また、三角波状の信号ＣＹは、パルス幅変調部８３２の内部で生成したＰＷＭキャリア信号である。波形信号ＷＦは、パルス幅変調部８３２によりキャリア信号ＣＹと比較される。その比較結果に応じてインバータ８２０のスイッチ８２１および８２２は相補的にオン、オフされる。その結果、図１１に示す駆動電圧Ｕがインバータ８２０から出力され、巻線８１１に印加される。これにより、巻線８１１にはＵ相駆動電流Ｉｕが流れるとともに、誘起電圧Ｕｅｍｆが生じる。なお、駆動電圧Ｕは、瞬時的には直流電源８０５の正極側電圧と負極側電圧との間を交互に変化するパルス状の電圧であるが、パルス幅変調の原理から平均値的には波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となる。したがって、巻線８１１にはＵ相の波形信号ＷＦと同様の正弦波状の電圧が印加されることになる。また、相補的にとは、一方のスイッチがオンしている間は他方がオフし、一方のスイッチがオフしている間は他方がオンするように動作することである。
【００１６】
また、図１１には、正極側および負極側のスイッチが相補的にオン、オフされる詳細なタイミングを示している。図１１では、スイッチ８２１をオン、オフする駆動信号ＵＨと、スイッチ８２２をオン、オフする駆動信号ＵＬとを示している。駆動信号ＵＨおよびＵＬにおいて、Ｈレベルの間がそれぞれのスイッチのオンを意味し、Ｌレベルの間がオフを意味する。図１１に示すように、厳密には、双方のスイッチのオンとオフとが入替わる際に、時間ｔｄのような一瞬の時間が設けられる。時間ｔｄはデッドタイムあるいはオンディレィと呼ばれる時間であり、この時間ｔｄの期間だけ双方のスイッチがともにオフする。これは、直流電源８０５の短絡を防止するためであり、周知の技術である。
【００１７】
また、Ｖ相駆動巻線８１３およびＷ相駆動巻線８１５に対しても、Ｕ、ＶおよびＷ相それぞれが互いに電気角１２０度の位相差を保ちながら、Ｕ相駆動巻線８１１と同様にして、インバータ８２０から駆動電圧Ｖおよび駆動電圧Ｗによって正弦波状の電圧が印加される。
【００１８】
以上のようにして、駆動制御信号ＶＳＰに対応した大きさ（波高値）の正弦波電圧が、各相の巻線８１１、８１３および８１５に印加される。これにより、モータ８１０は、速度を制御するように各巻線への駆動電力が調整されながら、正弦波駆動される。
【００１９】
次に、このようなモータ駆動装置８００において生じる回生現象について説明する。
【００２０】
図１２において、波形信号ＷＦは、インバータ８２０が出力する駆動電圧Ｕに対応している。そして、この駆動電圧Ｕの平均値（波形信号ＷＦに対応）が、巻線８１１からの誘起電圧Ｕｅｍｆよりも小さくなった場合の動作を示している。このように、駆動電圧が誘起電圧よりも小さくなる状態は、モータを減速しようとする際など、波形信号ＷＦの波高値を低下させた場合に起こる。
【００２１】
まず、図１２に示す期間ａにおいては、スイッチ８２１がオンし、スイッチ８２２がオフしている。その結果、巻線８１１は、直流電源８０５の正極側電源線路Ｖｐに接続され、駆動電圧Ｕの瞬時値は、正極側電源線路Ｖｐの電圧となる。この期間ａでは、駆動電圧Ｕが誘起電圧Ｕｅｍｆよりも高いため、巻線８１１の電流Ｉｕは増加しながら流れていく。その増加量は、駆動電圧Ｕから誘起電圧Ｕｅｍｆを差し引いた電圧（期間ａのハッチングを施した部分）に依存する。しかし、駆動電圧Ｕの平均値が誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低い場合、その差分は小さく電流増加も僅かとなる。
【００２２】
次に、期間ｂにおいては、スイッチ８２１がオフし、スイッチ８２２がオンしている。その結果、巻線８１１は直流電源８０５の負極側電源線路Ｖｎに接続され、駆動電圧Ｕの瞬時値は負極側電源線路Ｖｎの電圧となる。この期間ｂでは、駆動電圧Ｕが誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低いため、巻線８１１の電流Ｉｕは減少していく。その減少量は、誘起電圧Ｕｅｍｆから駆動電圧Ｕを差し引いた電圧（期間ｂのハッチングを施した部分）に依存する。そして、駆動電圧Ｕの平均値が誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低い場合、その差分は大きく電流の減少量も大きくなる。
【００２３】
期間ｂのうち期間ｂ１では、電流Ｉｕは、スイッチ８２２またはこれに逆並列接続されるダイオードを流れて巻線８１１に至りつつ減少する。また、電流Ｉｕがゼロにまで減少した以後の期間ｂ２では、電流の方向が反転する。その結果、電流Ｉｕは、巻線８１１からスイッチ８２２を介して負極側電源線路Ｖｎに向けて流れ出すようになる。このときの電流Ｉｕは、誘起電圧Ｕｅｍｆから供給される向きとなり、本来のモータ駆動の電流方向とは逆になる。
【００２４】
次に、期間ｃにおいては、期間ａのようにスイッチ８２１がオンし、スイッチ８２２がオフしている。したがって、期間ａと同様、電流Ｉｕは増加するがその増加量は僅かで、電流方向を再び反転して元の向きに戻すほどには至らない。期間ｃでは、電流Ｉｕは、巻線８１１からスイッチ８２１またはこれに逆並列接続されるダイオードを介して、正極側電源線路Ｖｐに向けて流れ出すことになる。そして、これは誘起電圧Ｕｅｍｆから供給される向きとなり、期間ｂ２と同様、本来のモータ駆動の電流方向とは逆になる。
【００２５】
次に、期間ｄにおいては、期間ｂのようにスイッチ８２１がオフし、スイッチ８２２がオンしている。したがって、期間ｂと同様、電流Ｉｕは大きく減少を続けることになる。期間ｄでは、電流Ｉｕは、巻線８１１からスイッチ８２２を介して負極側電源線路Ｖｎに向けて流れ出すことになる。このため、期間ｂ２よりも増して大きな電流Ｉｕが誘起電圧Ｕｅｍｆから供給されることになる。
【００２６】
本来モータを駆動するためには、巻線８１１の誘起電圧Ｕｅｍｆに向かって電流Ｉｕを供給しなければならない。ところが、上述したように、逆に誘起電圧Ｕｅｍｆから電流Ｉｕが供給される現象が生じる。このような現象が継続されると、スイッチ８２１がオンし、スイッチ８２２がオフするたびに、巻線８１１からスイッチ８２１またはこれに逆並列接続されるダイオードを介して、電流Ｉｕが正極側電源線路Ｖｐに向けて流れ出す。この現象は、他の巻線８１３、８１５においても同様に発生し、各巻線から流れ出した電流が正極側電源線路Ｖｐを介して、直流電源８０５の正極側電極に向かうことになる。
【００２７】
つまり、モータが発電機として作用し、本来モータに電力を供給するための直流電源に対して、逆にモータが電力を供給してしまう、いわゆる回生が発生することになる。
【００２８】
図１３は、上述の回生現象が発生し、直流電源８０５の出力電圧ＶＤＣが上昇する様子を示している。
【００２９】
図１３において、破線にて示す速度指令信号Ｓｒｅｆの低下、すなわち減速指令により、モータの速度は減速されるが、このとき速度制御部８４０は速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの差に応じて駆動制御信号ＶＳＰを減少させる。駆動制御信号ＶＳＰの減少により、インバータ８２０の出力電圧つまり巻線８１１、８１３および８１５の駆動電圧も減少する。このとき、これら巻線に印加される駆動電圧は、同巻線に発生する誘起電圧よりも低くなる。巻線に印加される駆動電圧が誘起電圧よりも低くなると、前述した回生現象が発生し、その結果、直流電源８０５の出力電圧ＶＤＣが上昇することになる。なお、巻線に印加される駆動電圧と誘起電圧の大小関係は、図１３における駆動制御信号ＶＳＰと速度検出信号Ｎとの大小関係に対応している。
【００３０】
以上説明したように、ブラシレスＤＣモータを含め一般的にモータは、このような回生現象が発生する。このため、従来、回生現象により発生した電力を電源側に戻すことにより電力の有効利用を図ったり、回生現象により発生した過電圧から駆動回路や電源回路を保護したりするような技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００３１】
図１４は、従来の回生制御装置の構成図である。この従来の回生制御装置は、回生現象により発生した回生電流を電源回路に電源回生するとともに、電源回生に切替える期間において、回生現象による直流回路電圧の上昇を抑制する。これによって、この従来の回生制御装置は、回生時の直流回路過電圧からインバータ装置を保護している。
【００３２】
図１４において、サイリスタ変換器９２は、力行運転時に順変換器として作動し、交流電源９１の交流電圧を直流電圧に変換するとともに、回生運転時には逆変換器として作動する。また、サイリスタ変換器９２の直流側には、コンデンサ９３が並列に接続されている。インバータ回路９４は、サイリスタ変換器９２からの直流電力を交流電力に変換して誘導電動機９５を可変速制御する。速度制御回路９１４は、速度検出器９８で検出された電動機速度Ｎｆｂｋおよび速度指令Ｎｒｅｆ間の偏差をゼロにするような電流指令Ｉｒｅｆを演算する。制御手段９２０は、電流指令Ｉｒｅｆに基づいてインバータ回路９４の出力電圧および周波数を制御する。
【００３３】
さらに、回生判定器９１２は、誘導電動機９５の減速により力行運転から回生運転へと切替えられたとき、速度指令Ｎｒｅｆおよび電流指令Ｉｒｅｆに基づいてそれを判定する。また、速度制御回路９１４と制御手段９２０との間には、電流変化率制限回路９２１が設けられている。電流変化率制限回路９２１は、回生判定器９１２の判定出力に従って、サイリスタ変換器９２が回生変換へと切替えを行う時間のみ、電流指令Ｉｒｅｆの時間変化率を抑制する。
【００３４】
このように構成された従来の回生制御装置において、速度指令Ｎｒｅｆを下げることで減速すると、誘導電動機９５はそれまでの電動機動作から発電機動作へと移行する。すなわち、機械系のもつエネルギーが、インバータ回路９４を通してコンデンサ９３を充電し、電気エネルギーとなって回生されることになる。このため、従来の回生制御装置は、まず、速度指令Ｎｒｅｆの絶対値の時間変化率に着目し、これが負であるか、または速度制御回路９１４の出力である電流指令Ｉｒｅｆが力行から回生に切替わり増加中であるかを、回生判定器９１２で判断する。そして、遅延回路９１３を用いてサイリスタ変換器９２が順逆切替えを終え回生動作となるまでの一定時間、電流変化率制限回路９２１の回生電流変化率を下げ、電流指令の上昇率を抑える。従来の回生制御装置は、このような動作により、コンデンサ９３の充電電流を抑制し、充電電圧の上昇を抑制している。また、サイリスタ変換器９２が回生運転への切替えを終えると、電圧制御回路９３１により、直流回路電圧が所定の電圧値へと下がる。
【００３５】
従来の回生制御装置は、以上のような構成とすることで、回生エネルギーを消費させるための回生放電抵抗器を設けたり、回生エネルギーを蓄積するためのコンデンサ容量を増やしたりすることなく、インバータ装置を回生運転時の直流回路過電圧から保護する手段を提供している。
【００３６】
しかしながら、上述した従来の回生制御装置のように回生現象により発生した電力を電源側に戻すことにより効率よい電力の利用が可能となる一方、例えば従来例の順逆切替え可能なサイリスタ変換器のような回生運転のための回路部品や、回生による電力が吸収可能な電源が必要となるなど、モータの使い勝手の悪化や、周辺回路によるコスト高を招くなどの課題があった。すなわち、モータを備える空調機器や複写機などのような上位装置側からすれば、定格の電圧および電流が供給できる電源装置を、回生対応など意識せず、単にモータに接続するのみで動作可能なモータ装置であることが、利便性やコスト面の観点から好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】特開２００７−２１５２８２号公報
【発明の概要】
【００３８】
本発明のモータ駆動装置は、次のような構成を有する。
【００３９】
すなわち、本発明のモータ駆動装置は、可動子の速度を検出し速度検出情報として出力する速度検出器を備えたモータを駆動するモータ駆動装置であって、供給された直流電力を、モータを駆動するための駆動電力に変換し、変換した駆動電力をモータに供給するインバータと、外部から通知される指令情報および速度検出器から通知される速度検出情報に基づき速度制御信号群を生成し、生成した速度制御信号群に含まれる駆動制御信号に基づき駆動電力を調整し、モータの速度を制御する速度制御部と、指令情報および速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定し、判定した結果に応じて回生現象を抑制する回生抑制処理を行うことで、回生現象を未然に防止するように機能する回生防止手段とを備えた構成である。
【００４０】
このような構成により、制御状態に基づいて、回生現象が発生し得る状態を判定し、その期間は常に回生現象が抑制されることになるため、モータ駆動装置や電源装置に戻る回生電力の発生を未然に防止できる。すなわち、モータからモータ駆動装置や電源装置への回生エネルギーの返還が抑制されるため、例えば直流回路の電圧が異常に上昇するような過電圧の発生などを防止できる。このため、回生現象による電圧増加を検出する回路、電源装置に回生電力を戻す回路、あるいは回生電力を吸収する電源装置などをモータ周辺に備える必要はなくなり、これによって、モータ駆動装置の高い信頼性の確保とともに、利便性を向上させることが可能となる。
【００４１】
さらに、本発明のモータ駆動装置は、回生防止手段が、指令情報および速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する回生発生判定部と、回生発生判定部の判定結果に応じて、回生抑制処理を行う回生抑制手段とを備え、回生抑制手段は、回生発生判定部において回生現象が発生し得る制御状態であると判定したとき回生抑制処理を開始し、回生発生判定部において回生現象が発生しない制御状態になったと判定したとき回生抑制処理を解除する構成である。
【００４２】
このような構成により、制御状態に基づいて、回生現象が発生し得る状態となった時点から回生現象が発生しない状態となった時点までの期間を判定するため、回生現象が発生し得る状態の期間を正確に判定でき、その期間は常に回生現象が抑制されることになるため、モータ駆動装置や電源装置に戻る回生電力の発生を未然に防止できる。
【００４３】
また、本発明のモータ装置は、モータと、このモータの可動子の速度を検出する速度検出器と、本発明のモータ駆動装置と、直流電力が供給される電源入力端子と、指令情報が通知される指令情報入力端子とを備えた構成である。
【００４４】
また、本発明の集積回路装置は、本発明のモータ駆動装置を含む構成である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置を備えたモータ装置の構成を含む構成図
【図２】同モータ装置の回生防止手段の詳細を示す構成図
【図３】同モータ装置の動作説明図
【図４】同モータ装置において、位相進角信号により駆動巻線に印加される正弦波状の電圧の位相が制御される場合の動作説明図
【図５】同モータ装置において、回生現象の抑制動作の一例を示す図
【図６】同モータ装置において、回生現象の抑制動作の他の例を示す図
【図７】本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置を備えたモータ装置の構成を含む構成図
【図８】同モータ装置の動作説明図
【図９】同モータ装置において、回生現象の抑制動作の一例を示す図
【図１０】従来のモータ駆動装置の構成を含む構成図
【図１１】同モータ駆動装置の動作説明図
【図１２】同モータ駆動装置の回生現象の様子を説明するために示した図
【図１３】同モータ駆動装置の回生現象による直流電源の電圧上昇を説明するために示した図
【図１４】従来の回生制御装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
（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１００を備えたモータ装置１１０の構成を含む構成図である。
【００４８】
図１に示すように、モータ装置１１０は、モータ１０と、モータ１０の可動子の速度を検出する速度検出器１２０と、モータ１０の可動子の位置を検出する位置検出器１２１と、モータ１０を駆動するモータ駆動装置１００と、外部の直流電源１０５から直流電力が供給される電源入力端子１１５と、外部の上位器１６から指令情報が通知される指令情報入力端子１１６とを備えている。
【００４９】
上位器１６は、例えば、モータ装置１１０が搭載される機器に備えられ、マイクロコンピュータあるいはＤＳＰなどで構成される。このような上位器１６から、モータ装置１１０の速度などを指令制御するための指令情報がモータ装置１１０に通知される。本実施の形態では、指令情報として、入力端子１７に速度指令信号Ｓｒｅｆが入力され、入力端子１８に切替信号ＨＬが入力される。速度指令信号Ｓｒｅｆは、モータ１０の速度を指令する速度指令情報を示す信号である。切替信号ＨＬは、速度指令信号Ｓｒｅｆによるモータ１０の設定速度に応じて、適切に制御ゲインを切替えるためのゲイン切替指令情報を示す信号である。
【００５０】
速度検出器１２０は、モータ１０の可動子の速度を検出する手段である。例えば、速度検出器１２０は、フレケンシジェネレータ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、周波数発電機）と呼ばれる簡易な発電機能を利用した回路を用いる方法などよりに実現される。また、位置検出器１２１は、モータ１０の可動子の位置を検出する手段である。例えば、位置検出器１２１は、ホール効果を利用したホールセンサーを用いる方法や、駆動巻線に発生する誘起電圧あるいは駆動巻線電流を利用する方法などよりに実現される。位置検出器１２１は、検出した可動子の位置に関する情報である位置検出情報を示す位置検出信号ＣＳをモータ駆動装置１００に出力する。速度検出器１２０は、検出した可動子の速度に関する情報である速度検出情報を示す速度検出信号Ｎをモータ駆動装置１００に出力する。
【００５１】
また、モータ１０は、可動子（図示せず）とＵ相駆動巻線１１、Ｖ相駆動巻線１３およびＷ相駆動巻線１５とを有している。各駆動巻線の一端は、モータ駆動装置１００から、それぞれ駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが供給され、各駆動巻線の他端は、互いに中性点で接続されている。
【００５２】
本実施の形態では、このように構成されたモータ装置１１０において、モータ１０が、モータ駆動装置１００により正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータの一例を挙げて説明する。さらに、本モータ装置１１０は、モータ駆動装置１００の機能の一部あるいは全部が、１つまたは複数の集積回路により実現され、モータ駆動装置１００の機能を実現する回路素子がプリント基板上に実装されている。そして、本モータ装置１１０は、このようなプリント基板が、モータ１０に内蔵または一体化されている。
【００５３】
また、詳細については以下で説明するが、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、回生現象を未然に防止する機能を有していることを特徴としており、これによって、直流電源１０５に返還される回生エネルギーも抑制される。このため、図１に示すように、モータ装置１１０の電源側には回生電力に対する回路素子など必要なく、また、直流電源１０５も返還される回生電力を考慮する必要もなく、単に、直流電源１０５を接続するのみでモータ装置１１０を動作させることができる。
【００５４】
次に、本実施の形態におけるモータ駆動装置１００の構成について説明する。
【００５５】
図１に示すように、モータ駆動装置１００は、直流電力を交流電力に変換するインバータ２０と、モータ１０の速度を制御するための速度制御部４０と、回生現象を未然に防止するための回生防止手段５０と、インバータ２０を駆動するためのインバータ駆動部３０と、インバータ駆動部３０で生成される波形信号ＷＦの位相を制御するための進角制御部６０とを備える。
【００５６】
インバータ２０は、直流電源１０５から供給された直流電力を、モータ１０を駆動するための駆動電力に変換し、変換した駆動電力をモータ１０に供給する。
【００５７】
速度制御部４０は、上位器１６からの指令情報および速度検出器１２０からの速度検出信号Ｎに基づき、第１の駆動制御信号ＶＳＰ１を含め、速度を制御するための各種信号である速度制御信号群を生成する。なお、第１の駆動制御信号ＶＳＰ１（以下、単に「駆動制御信号ＶＳＰ１」と呼ぶ）は、モータ１０への駆動電力を調整するための信号である。さらに、速度制御部４０は、指令情報および速度検出信号Ｎを含む制御情報群ＩＮＦおよび駆動制御信号ＶＳＰ１を回生防止手段５０に通知する。このように、速度制御部４０は、速度制御信号群に含まれる駆動制御信号ＶＳＰ１に基づき駆動電力を調整し、モータの速度を制御する。
【００５８】
回生防止手段５０は、指令情報および速度検出信号Ｎを含む制御情報群ＩＮＦに基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する。そして、回生防止手段５０は、判定した結果に応じて回生現象を抑制する回生抑制処理を行う。
【００５９】
本実施の形態では、回生防止手段５０は、指令情報および速度検出信号Ｎに基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する回生発生判定部５１と、回生発生判定部５１の判定結果に応じて、回生抑制処理を行う回生抑制手段５２とを備えている。回生抑制手段５２は、回生発生判定部５１において回生現象が発生し得る制御状態であると判定したとき、回生抑制処理を開始する。また、回生抑制手段５２は、回生発生判定部５１において回生現象が発生しない制御状態になったと判定したとき、回生抑制処理を解除する。
【００６０】
さらに、本実施の形態では、回生抑制手段５２が、駆動制御信号ＶＳＰ１の時間変化率を抑えるような回生抑制処理を行う一例を挙げている。すなわち、速度制御部４０からの駆動制御信号ＶＳＰ１は、回生発生判定部５１の判定結果に応じて回生抑制手段５２により回生抑制処理される。そして、このように回生抑制処理された駆動制御信号である第２の駆動制御信号ＶＳＰ２（以下、単に「駆動制御信号ＶＳＰ２」と呼ぶ）がインバータ駆動部３０に通知される。
【００６１】
進角制御部６０は、インバータ駆動部３０で生成される波形信号ＷＦの位相を制御するための位相進角信号ＰＳを生成し、インバータ駆動部３０に通知する。
【００６２】
インバータ駆動部３０は、回生抑制手段５２からの駆動制御信号ＶＳＰ２、進角制御部６０からの位相進角信号ＰＳおよび位置検出器１２１からの位置検出信号ＣＳに基づき、インバータ２０を駆動制御するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号をインバータ２０に出力する。
【００６３】
このようにして、インバータ２０は、供給された直流電力を、駆動制御信号ＶＳＰ２、位置検出信号ＣＳおよび位相進角信号ＰＳに応じた駆動電圧に変換し、変換した駆動電圧をモータ１０に供給する。また、特に、インバータ２０は、モータ１０に対する制御状態に応じて回生抑制処理された信号である駆動制御信号ＶＳＰ２に従って、駆動電圧に変換することになる。このため、これによって、直流電源１０５に返還される回生エネルギーも抑制される。
【００６４】
次に、モータ駆動装置１００における各部のさらに詳細な構成について説明する。
【００６５】
まず、速度制御部４０は、上位器１６からの速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出器１２０からの速度検出信号Ｎとを比較し、その差に所定の制御ゲインを乗じるような処理を行う。速度制御部４０は、このような処理により生成した信号を駆動制御信号ＶＳＰ１として出力する。ここで、制御ゲインは、入力端子１８を介して上位器１６から通知される切替信号ＨＬに応じて切替えられ、速度制御部４０の内部で設定されるように構成されている。なお、このような制御ゲインを適切に設定することで、モータ１０を安定して速度制御することができる。また、このように、制御ゲインを切替え可能とすることにより、例えば、高速と低速運転とのそれぞれに適した制御ゲインを設定することができる。すなわち、切替信号ＨＬは、例えば“Ｈ”レベルとすることでモータ１０を比較的高速度領域で制御する場合に対応し、“Ｌ”レベルとすることで比較的低速度領域で制御する場合に対応させた信号である。上位器１６は、速度指令信号Ｓｒｅｆがいずれの速度領域に相当する速度指令であるかに応じて、切替信号ＨＬのレベルを設定し、このようにして、モータ１０をより安定して速度制御することができる。
【００６６】
次に、インバータ駆動部３０は、波形生成部３１と、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３２とを有している。波形生成部３１は、位置検出信号ＣＳ、位相進角信号ＰＳおよび駆動制御信号ＶＳＰ２に応じて正弦波状の波形信号ＷＦを生成する。また、パルス幅変調部（ＰＷＭ）３２は、波形信号ＷＦに応じてパルス幅変調された駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを生成する。
【００６７】
駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨは、互いに電気角１２０度の位相差をもち、また、駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬも、互いに電気角１２０度の位相差をもった信号である。また、ＵＨとＵＬとは、図１１で示したような互いにほぼ相補的な関係となる信号であり、また、ＶＨとＶＬ、およびＷＨとＷＬも同様である。このような各駆動信号が、インバータ２０の各スイッチ素子にそれぞれ対応して接続され、それぞれオンまたはオフ動作させる。
【００６８】
波形生成部３１により生成される正弦波状の波形信号ＷＦにおいて、その位相は、位置検出信号ＣＳから通知される位置検出のタイミングを基準として、位相進角信号ＰＳにより通知される位相だけ進んだ位相として設定される。また、その振幅は、駆動制御信号ＶＳＰ２に応じた波高値が設定される。すなわち、波形生成部３１は、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの差分に基づく振幅の波形信号ＷＦを生成する。
【００６９】
また、パルス幅変調部３２は、内部で三角波状のＰＷＭキャリア信号を生成し、波形信号ＷＦをこのＰＷＭキャリア信号と比較することによりパルス幅変調する。パルス幅変調部３２は、このようにして生成した駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬをインバータ２０に供給する。
【００７０】
次に、インバータ２０は、直流電源１０５の正極側電源線路Ｖｐに一方の端子が電気的に接続された正極側のスイッチ素子２１、２３および２５と、負極側電源線路Ｖｎに一方の端子が電気的に接続された負極側のスイッチ素子２２、２４および２６とを備える。また、スイッチ素子２１とスイッチ素子２２との他方の端子どうしが接続され、この接続部からＵ相駆動巻線１１を駆動する駆動電圧Ｕが出力される。また、スイッチ素子２３とスイッチ素子２４、およびスイッチ素子２５とスイッチ素子２６も同様にして、Ｖ相駆動巻線１３を駆動する駆動電圧Ｖ、およびＷ相駆動巻線１５を駆動する駆動電圧Ｗが出力される。さらに、正極側のスイッチ素子２１、２３および２５は、それぞれ駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨにより、オンまたはオフに切替えるよう制御される。負極側のスイッチ素子２２、２４および２６は、それぞれ駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬにより、オンまたはオフに切替えるよう制御される。このような構成により、インバータ２０は、駆動信号に応じて、正極側電圧と負極側電圧との間を交互に変化するパルス状の駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを、それぞれ駆動巻線１１、１３および１５に供給する。
【００７１】
また、各駆動信号は、波形信号ＷＦによりパルス幅変調した信号である。このため、パルス幅変調の原理から、平均値的には、波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となる駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが、それぞれ駆動巻線１１、１３および１５に供給されることになる。
【００７２】
次に、回生防止手段５０は、上述したように回生発生判定部５１と回生抑制手段５２とを備える。図２は、本実施の形態におけるモータ装置１１０の回生防止手段５０の詳細を示す構成図である。以下、図２を参照しながら、回生防止手段５０の詳細な構成について説明する。図２に示すように、回生防止手段５０には、速度制御部４０から制御情報群ＩＮＦが通知される。制御情報群ＩＮＦには、速度指令信号Ｓｒｅｆ、切替信号ＨＬおよび速度検出信号Ｎが含まれる。このような制御情報群ＩＮＦは、回生発生判定部５１に通知される。
【００７３】
回生発生判定部５１は、回生現象が発生し得る制御状態であると判定するため、減速検知部５１１、オーバーシュート検知部５１２、ゲイン切替検知部５１３および判定部５１９を備える。さらに、回生発生判定部５１は、回生現象が発生しない制御状態になったと判定するため、速度到達検知部５１４を備える。
【００７４】
減速検知部５１１は、速度指令信号Ｓｒｅｆにおいて減速の指令、すなわち、高速度指令から低速度指令への変更がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する。
【００７５】
オーバーシュート検知部５１２は、速度指令信号Ｓｒｅｆおよび速度検出信号Ｎにおいて、速度検出信号Ｎの示す速度が速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度よりも高速となるようなオーバーシュートを検知する。オーバーシュート検知部５１２は、このようなオーバーシュートを検知すると、検知したことを示す第２の情報を出力する。
【００７６】
ゲイン切替検知部５１３は、切替信号ＨＬにおいて、制御ゲインの切替えの指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第３の情報を出力する。
【００７７】
判定部５１９は、回生現象が発生し得る制御状態であるかどうかを示す発生判定信号ＫＹを生成し、出力する。判定部５１９は、第１の情報、第２の情報、および第３の情報の少なくともいずれかの情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であるとする発生判定信号ＫＹを、回生抑制手段５２に出力する。
【００７８】
また、速度到達検知部５１４は、速度指令信号Ｓｒｅｆおよび速度検出信号Ｎにおいて、速度検出信号Ｎの示す速度が速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に到達したことを検知する。速度到達検知部５１４は、このようにして速度に到達したことを検知すると、検知したことを示す第４の情報を生成する。さらに、速度到達検知部５１４は、第４の情報に基づき、回生現象が発生しない制御状態になったかどうかを判定する。速度到達検知部５１４は、回生現象が発生しない制御状態になったと判定すると、判定解除信号ＫＹｅを判定部５１９に出力する。判定解除信号ＫＹｅは、回生現象が発生し得る制御状態であるとする発生判定信号ＫＹを解除するような信号である。
【００７９】
このようにして、判定部５１９からは、回生現象が発生し得る制御状態の期間を示すような発生判定信号ＫＹが、回生抑制手段５２に対して出力される。
【００８０】
なお、回生現象が発生し得る制御状態であると判定するため、回生発生判定部５１が、図２に示すように、減速検知部５１１、オーバーシュート検知部５１２およびゲイン切替検知部５１３を備えることが好適である。以下、本実施の形態では、このような構成の一例を挙げて説明するが、減速検知部５１１、オーバーシュート検知部５１２およびゲイン切替検知部５１３の少なくともいずれか１つを備えた構成であってもよい。すなわち、例えば、減速検知部５１１のみの構成で判定したり、減速検知部５１１とオーバーシュート検知部５１２とによる構成で判定したり、減速検知部５１１とゲイン切替検知部５１３とによる構成で判定したりするなど、適宜変更してもよい。
【００８１】
また、回生現象が発生し得る制御状態の期間を示すような発生判定信号ＫＹとして、例えば、判定解除信号ＫＹｅが出力されてから、さらに所定時間を経過した時点までの期間など、回生現象の発生が懸念されるような期間として、適宜変更してもよい。
【００８２】
回生抑制手段５２は、発生判定信号ＫＹにおいて、回生現象が発生し得る制御状態であると通知されると、速度制御部４０からの駆動制御信号ＶＳＰ１の時間変化率を抑えるような回生抑制処理を開始する。逆に、回生抑制手段５２は、発生判定信号ＫＹにおいて、回生現象が発生しない制御状態になったと通知されると、時間変化率を抑えるような回生抑制処理を終了する。このように、回生抑制手段５２は、回生発生判定部５１の判定結果に応じて回生抑制処理した信号である駆動制御信号ＶＳＰ２を出力する。
【００８３】
本実施の形態におけるモータ駆動装置１００、およびこれを備えたモータ装置１１０は以上のように構成される。
【００８４】
このように構成された本実施の形態において、例えば、速度を上げるため、上位器１６から速度指令信号Ｓｒｅｆが増加するよう加速指令される。すると、速度制御部４０において、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの差分に対応した駆動制御信号ＶＳＰ１も増加する。また、この場合、速度指令信号Ｓｒｅｆが増加する方向であるため、回生発生判定部５１は、回生現象が発生し得る制御状態であるとは判定しない。このため、回生抑制手段５２において、回生抑制処理は実行されず、インバータ駆動部３０には、駆動制御信号ＶＳＰ１に等しい駆動制御信号ＶＳＰ２が通知される。さらに、駆動制御信号ＶＳＰ２の増加に伴って、波形生成部３１により生成される正弦波状の波形信号ＷＦの振幅も増加する。その結果、各駆動巻線を駆動する波形信号ＷＦに対応した駆動電圧も大きくなり、モータ１０を加速するように動作する。また、このように加速された速度の情報が、速度検出信号Ｎとして速度制御部４０に通知される。本モータ駆動装置１００は、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとが等しくなるように、このようなフィードバックループ制御を実行する。
【００８５】
また、速度を下げるため、上位器１６から速度指令信号Ｓｒｅｆが減少するよう減速指令されると、回生発生判定部５１は、減速検知部５１１において、回生現象が発生し得る制御状態であると判定する。このため、回生抑制手段５２において、回生抑制処理が実行される。そして、インバータ駆動部３０には、駆動制御信号ＶＳＰ１に対してその時間変化率が抑えられた信号である駆動制御信号ＶＳＰ２が通知される。これにより、例えば、速度指令信号Ｓｒｅｆにより減速指令を行った場合には、上述のような加速指令の場合と比べて、各駆動巻線を駆動する波形信号ＷＦに対応した駆動電圧が緩やかに変化するように制御しながら、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとが等しくなるように、フィードバックループ制御が実行される。また、本モータ駆動装置１００は、このような駆動電圧を緩やかに変化するように制御することで、回生現象を未然に防止している。
【００８６】
以上のように構成された本実施の形態のモータ駆動装置１００、およびこれを備えたモータ装置１１０について、次にその動作を説明する。
【００８７】
図３は、本実施の形態におけるモータ装置１１０の動作説明図である。図４は、本実施の形態におけるモータ装置１１０において、位相進角信号により駆動巻線に印加される正弦波状の電圧の位相が制御される場合の動作説明図である。図５は、本実施の形態におけるモータ装置１１０において、回生現象の抑制動作の一例を示す図である。また、図６は、本実施の形態におけるモータ装置１１０において、回生現象の抑制動作の他の例を示す図である。
【００８８】
まず、図３を参照しながら本モータ駆動装置１００およびモータ装置１１０の動作について説明する。なお、以下、インバータ２０の駆動電圧Ｕに接続されるＵ相駆動巻線１１に対する動作を中心に説明する。
【００８９】
図３において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部３１が生成した信号であり、三角波状の信号ＣＹは、パルス幅変調部３２の内部で生成したＰＷＭキャリア信号である。通常、キャリア信号ＣＹは、モータ１０の回転による電気角周期よりも十分に高い周波数に設定されるが、図３においては説明の便宜上、比較的低い周波数で記している。波形信号ＷＦは、パルス幅変調部３２によりキャリア信号ＣＹと比較される。その比較結果に応じてインバータ２０のスイッチ２１および２２は相補的にオン、オフされる。その結果、図３に示す駆動電圧Ｕがインバータ２０から出力され、巻線１１に印加される。これにより、巻線１１にはＵ相駆動電流Ｉｕが流れるとともに、図３に示すような誘起電圧Ｕｅｍｆが生じる。なお、上述したように、駆動電圧Ｕは、平均値的には、パルス幅変調の原理から波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となる。したがって、巻線１１にはＵ相の波形信号ＷＦと同様の正弦波状の電圧が印加されることになる。
【００９０】
また、Ｖ相駆動巻線１３およびＷ相駆動巻線１５に対しても、Ｕ相駆動巻線１１と同様にして、それぞれインバータ２０からの駆動電圧Ｖおよび駆動電圧Ｗにより正弦波状の電圧が印加される。
【００９１】
ここで、各巻線１１、１３および１５に印加される各駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷは互いに電気角１２０度の位相差を有する。これは、Ｖ相の波形信号ＷＦが、Ｕ相の波形信号ＷＦと互いに電気角１２０度の位相差をもち、Ｗ相の波形信号ＷＦが、Ｕ相およびＶ相の波形信号ＷＦと互いに電気角１２０度ずつ位相差をもつように設定されている。そして、Ｖ相の巻線１３に対しては、このようなＶ相の波形信号ＷＦとキャリア信号ＣＹとの比較結果に応じて、スイッチ２３および２４をオン、オフ動作することで実現される。また、Ｗ相の巻線１５に対しては、このようなＷ相の波形信号ＷＦとキャリア信号ＣＹとの比較結果に応じて、スイッチ２５および２６をオン、オフ動作することで実現される。
【００９２】
以上のようにして、各巻線１１、１３および１５に正弦波状の電圧が印加され、各巻線１１、１３および１５は正弦波状の交番電流にて駆動される。
【００９３】
次に、進角制御部６０による位相制御の動作について、図４を参照しながら説明する。
【００９４】
上述したように、進角制御部６０が出力する位相進角信号ＰＳによって、各巻線１１、１３および１５に印加される正弦波状の電圧の位相が制御される。
【００９５】
進角制御部６０から出力される位相進角信号ＰＳは、インバータ駆動部３０に入力され、波形生成部３１に作用する。まず、波形生成部３１は、位置検出信号ＣＳに基づく位相を基準位相タイミングとし、モータ１０の可動子の位置に応じた波形信号ＷＦ’を生成する。なお、位置検出信号ＣＳは、例えば、可動子に組み込まれたマグネットの磁極位置を検出するような構成のため、駆動巻線が発生する誘起電圧との位相関係は一義的に定まる。すなわち、基準位相タイミングを、図４に示すように、巻線１１に発生する誘起電圧Ｕｅｍｆのゼロクロスタイミングとすることができる。波形生成部３１は、この基準位相タイミングに応じて生成される波形信号ＷＦ’の位相を、位相進角信号ＰＳに応じて進める。さらに、波形生成部３１は、このように位相を進めた波形信号である波形信号ＷＦをパルス幅変調部３２に対して出力する。これにより、Ｕ相の巻線１１には、位相が位相進角信号ＰＳによって制御可能な正弦波状の駆動電圧Ｕを印加することができる。
【００９６】
このような進角制御部６０による位相制御により、モータ１０に対する駆動効率を高めることができる。すなわち、まず、駆動巻線が有するインダクタンス成分によって発生する駆動電圧Ｕの平均値（波形信号ＷＦに相当）に対して、駆動電流Ｉｕの位相遅れを、進角制御部６０の位相進角信号ＰＳにより調整する。次に、駆動巻線の誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの位相差がゼロとなるように、波形信号ＷＦ’から波形信号ＷＦへと位相を進める。このような位相制御を行うことにより、駆動効率を高めることが実現できる。このことは、Ｕ相の巻線１１だけではなく、Ｖ相の巻線１３およびＷ相の巻線１５についても同様である。
【００９７】
一方、上述したように、速度制御部４０の駆動制御信号ＶＳＰ１に基づいて、各巻線１１、１３および１５に印加される正弦波状の電圧の波高値が制御される。次に、このような各巻線に印加する波高値の制御における動作について説明する。なお、ここでも、図４を参照しながらＵ相に関して説明するが、Ｖ相およびＷ相についても同様である。
【００９８】
速度制御部４０から出力される駆動制御信号ＶＳＰ１は、回生抑制手段５２を介し、駆動制御信号ＶＳＰ２として、インバータ駆動部３０に入力される。インバータ駆動部３０において、波形生成部３１が生成する正弦波状の波形信号ＷＦの波高値は、駆動制御信号ＶＳＰ１に基づく駆動制御信号ＶＳＰ２に応じて加減される。パルス幅変調部３２は、波高値が駆動制御信号ＶＳＰ２により加減される波形信号ＷＦによりパルス幅変調を行う。これにより、Ｕ相の巻線１１には、波高値が駆動制御信号ＶＳＰ２によって制御された正弦波状の駆動電圧が印加される。
【００９９】
また速度制御部４０の駆動制御信号ＶＳＰ１は、入力端子１７を介して上位器１６から通知される速度指令信号Ｓｒｅｆとモータ１０の速度検出信号Ｎとの差に対し所定の制御ゲインを乗じるような処理により生成される。
【０１００】
より詳細には、速度指令信号Ｓｒｅｆに対して速度検出信号Ｎが高い場合は、駆動制御信号ＶＳＰ１を減少させ、駆動巻線の駆動電圧を減少させる。これにより、モータ１０は減速され、速度指令信号Ｓｒｅｆが示す速度に近づく。また逆に、速度指令信号Ｓｒｅｆに対して速度検出信号Ｎが低い場合は、駆動制御信号ＶＳＰ１を増加させ、駆動巻線の駆動電圧を増加させる。これにより、モータ１０は加速され、速度指令信号Ｓｒｅｆが示す速度に近づく。このような動作を行うことで、結局、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとが概略同じになるように制御される。このようにして、上位器１６は、速度指令として速度指令信号Ｓｒｅｆをモータ駆動装置１００に通知することで、モータ１０の速度を自在に操作することができる。
【０１０１】
また速度制御部４０が駆動制御信号ＶＳＰ１を出力する際に、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの差に乗じる制御ゲインは、モータ１０の速度制御が安定して行われるように速度制御部４０の内部で設定される。また、制御ゲインは、切替信号ＨＬによって、その設定が切替えられる。すなわち、速度制御を安定して行うための適切な制御ゲインは、モータ１０の制御速度によって変化する。このため、このような制御ゲインを切替可能とすることで、モータ１０の安定化を図ることを可能としている。具体的には、上位器１６からの速度指令信号Ｓｒｅｆによる速度指令が高速度領域であるか低速度領域であるかに応じて、それぞれの速度領域で制御ゲインが適切に設定されるように、上位器１６は、切替信号ＨＬをモータ駆動装置１００に通知する。モータ駆動装置１００は、これを速度制御部４０で受け、速度制御部４０は切替信号ＨＬに応じて制御ゲインを切替え、設定を行う。
【０１０２】
次に、本実施の形態における回生防止手段５０による回生現象を抑制する動作について、図５および図６を参照しながら説明する。
【０１０３】
回生防止手段５０において、回生発生判定部５１は、速度制御部４０からの制御情報群ＩＮＦを受け取り、回生現象が発生し得るモータの制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する。そして、回生発生判定部５１は、発生判定信号ＫＹにより、回生現象が発生し得る制御状態であるかどうかを回生抑制手段５２に通知する。また、回生抑制手段５２は、発生判定信号ＫＹにより回生現象が発生し得る制御状態であると通知されたときから、回生現象が発生しない制御状態になったと通知されるまでの期間において、駆動制御信号ＶＳＰ１の時間変化率を抑えるような回生抑制処理を行う。
【０１０４】
図５は、このような回生現象を抑制するための動作の一例を示している。特に、図５では、速度指令信号Ｓｒｅｆにおいて減速の指令がなされたことが検知され、第１の情報が発信されたときに、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力（“Ｈ”レベル）される様子を示している。そして、図５に示すように、第４の情報により判定解除信号ＫＹｅが出力されて、回生抑制処理を解除（“Ｌ”レベル）する。
【０１０５】
図５において、時刻ａのタイミングで、速度指令信号Ｓｒｅｆによる速度指令が高速度指令から低速度指令に変化する。減速検知部５１１は、この高速度指令から低速度指令への変更がなされたことを検知し、第１の情報を出力する。これにより、回生発生判定部５１から回生抑制手段５２に、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力される。これを受けて、回生抑制手段５２は、回生抑制処理、すなわち、回生現象を抑制する動作に入る。
【０１０６】
図５に示すように、速度指令信号Ｓｒｅｆが高速度指令から低速度指令に変化することで、速度制御部４０は、駆動制御信号ＶＳＰ１を大きく減少させ、モータを減速させようと動作を始める。このときの駆動制御信号ＶＳＰ１の減少は、インバータ２０の出力、つまり駆動巻線の駆動電圧を大きく減少させ、その駆動電圧は駆動巻線に発生する誘起電圧よりも低くなる。したがって、このときの駆動制御信号ＶＳＰ１により駆動巻線に駆動電圧を印加すると、図１２でも示したように回生現象が発生する。
【０１０７】
本実施の形態においては、このような回生現象が発生しないように、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力されている間、回生抑制処理が行われる。
【０１０８】
回生抑制手段５２が行う回生抑制処理は、上述したように時間変化率を抑えるような処理である。すなわち、この回生抑制処理によって、駆動制御信号ＶＳＰ１の大きく減少するような変化が抑えられる。具体的には、回生抑制手段５２は、図５に示すように、駆動制御信号ＶＳＰ１の実際の減少よりも緩やかに減少するような駆動制御信号ＶＳＰ２を生成する。そして、このような駆動制御信号ＶＳＰ２により制御される波形信号ＷＦにより、駆動巻線が駆動される。このとき、駆動制御信号ＶＳＰ２による駆動巻線への駆動電圧は、同駆動巻線に発生する誘起電圧よりも低くならないように設定されている。このため、駆動制御信号ＶＳＰ２は、モータの減速に伴う誘起電圧の減少に応じて緩やかに減少する。このように、駆動制御信号ＶＳＰ１よりも緩やかに減少する駆動制御信号ＶＳＰ２により、駆動巻線が駆動されることになる。このような動作が実行されることで、駆動巻線の駆動電圧が誘起電圧より低くなることがなく、回生現象の発生は防止される。
【０１０９】
時刻ｂのタイミングでモータ１０の減速動作が完了すると、速度検出信号Ｎと速度指令信号Ｓｒｅｆとが示す速度が等しくなる。このため、速度到達検知部５１４が第４の情報を出力し、これによって回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが解除される。回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが解除されることで、駆動制御信号ＶＳＰ１に対して回生抑制処理した駆動制御信号ＶＳＰ２による駆動電圧の制御は解除され、駆動制御信号ＶＳＰ１と等しい駆動制御信号ＶＳＰ２により駆動電圧が制御される通常状態に戻る。
【０１１０】
図６は、このような回生現象を抑制するための動作の他の例を示している。図６では、特に、第３の情報、すなわち切替信号ＨＬにおいて制御ゲインの切替えの指令がなされたことにより、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力（“Ｈ”レベル）され、第４の情報により、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが解除（“Ｌ”レベル）される様子を示している。
【０１１１】
図６において、時刻ａのタイミングで、切替信号ＨＬが変化して制御ゲインが切替えられる。ゲイン切替検知部５１３は、このゲイン切替えがなされたことを検知し、第３の情報を出力する。これにより、回生発生判定部５１から回生抑制手段５２に、回生現象が発生し得るとする発生判定信号ＫＹが出力される。これを受けて、回生抑制手段５２は、回生抑制処理、すなわち、回生現象を抑制する動作に入る。
【０１１２】
図６に示すように、切替信号ＨＬが変化することで、速度制御部４０の内部で設定される制御ゲインが切替えられる。このとき、制御ゲインの切替え直前と直後の駆動制御信号ＶＳＰ１の出力値が異なっているなどの理由から、図６に示すように、時刻ａにて駆動制御信号ＶＳＰ１が大きく減少方向に変化することがある。このように駆動制御信号ＶＳＰ１が大きく減少すると、図５で説明した場合と同様に、回生現象が発生する。
【０１１３】
この回生現象の抑制は、図５で説明したのと同様に、駆動制御信号ＶＳＰ１の大きく減少するような変化を抑えることで行われる。つまり、図６に示すように、駆動制御信号ＶＳＰ１の実際の減少よりも緩やかに減少するような駆動制御信号ＶＳＰ２を生成し、このような駆動制御信号ＶＳＰ２により制御される波形信号ＷＦにより駆動巻線を駆動する。
【０１１４】
また、速度検出信号Ｎの速度が速度指令信号Ｓｒｅｆの速度に対してオーバーシュートした場合、その速度指令に到達させるためには減速する必要がある。このため、回生発生判定部５１において、オーバーシュート検知部５１２がこのようなオーバーシュートを検出し、回生抑制手段５２により上述のような回生抑制処理が行われる。
【０１１５】
以上説明したように、本実施の形態におけるモータ駆動装置１００は、インバータと、速度制御部４０と、回生防止手段５０とを備える。ここで、速度制御部４０は、指令情報および速度検出情報に基づき速度制御信号群を生成し、速度制御信号群に含まれる駆動制御信号ＶＳＰ１に基づき駆動電力を調整し、モータの速度を制御する。また、回生防止手段５０は、指令情報および速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるかどうかを判定し、判定した結果に応じて回生現象を抑制する回生抑制処理を行うことで、回生現象を未然に防止する。
【０１１６】
さらに、本モータ駆動装置１００は、指令情報および速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるかどうかを判定する回生発生判定部５１と、回生発生判定部５１の判定結果に応じて、回生抑制処理を行う回生抑制手段５２とを備える。ここで、回生抑制手段５２は、回生発生判定部５１において回生現象が発生し得る制御状態であると判定したとき回生抑制処理を開始し、回生発生判定部５１において回生現象が発生しない制御状態になったと判定したとき回生抑制処理を解除する。
【０１１７】
このため、本実施の形態におけるモータ駆動装置１００によれば、回生現象が発生し得る状態となった時点から回生現象が発生しない状態となった時点までの期間は、常に回生現象が抑制されることになる。このため、モータ駆動装置１００や直流電源１０５に戻る回生電力の発生を未然に防止でき、モータ１０からモータ駆動装置１００や直流電源１０５への回生エネルギーの返還も抑制される。これにより、例えば直流回路の電圧が異常に上昇するような過電圧の発生などを防止できる。したがって、本モータ駆動装置１００によれば、回生現象による電圧増加を検出する回路、電源装置に回生電力を戻す回路、あるいは回生電力を吸収する電源装置などをモータ周辺に備える必要はなくなる。そして、これによって、本モータ駆動装置１００は、モータ駆動装置の高い信頼性の確保とともに、利便性を向上させることが可能となる。
【０１１８】
さらに、本モータ駆動装置１００は、回生発生判定部５１が、速度検出信号Ｎの示す速度が速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部５１４を有している。そして、第４の情報において検知したことが示されたとき、回生発生判定部５１が、回生現象が発生しない制御状態になったと判定する構成である。
【０１１９】
この構成により、回生現象が発生し得る状態となった時点を、例えば、第１の情報と第２の情報と第３の情報との少なくともいずれかの制御情報で判定し、回生現象が発生しない状態となった時点を、第４の情報である制御情報で判定する。このため、回生現象が発生し得る状態となった時点から回生現象が発生しない状態となった時点までの期間を、精度よく判定することができる。特に、回生現象は、モータを減速させる場合だけで起こるものではなく、逆に、モータを加速したり、モータに加えられる負荷が急変した場合にも、速度の行き過ぎ量であるオーバーシュートを抑制するための制御動作（減速指令）において同様のことが起こる。本モータ駆動装置１００は、このような回生現象が発生し得る各種状態を想定して回生現象が発生し得る状態となった時点を検出するとともに、実際に計測した速度検出信号Ｎに基づき回生現象が発生しない制御状態になったことを検出しているため、回生現象の発生の有無を精度よく判定することができる。
【０１２０】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置１００を備えたモータ装置１１０の構成を含む構成図である。
【０１２１】
図１で示した実施の形態１との比較において、実施の形態２におけるモータ駆動装置１００は、回生防止手段における回生抑制手段を、インバータ駆動部３０のパルス幅変調部２３２としている。従来技術で説明したように、回生現象が発生するのはインバータ２０を構成する各スイッチ素子２１と２２などが相補的にオン、オフすることによる。したがって、これらスイッチ素子を相補的オン、オフさせるのではなく、いずれか一方のスイッチ素子をオフさせている間、他方のスイッチ素子をオン、オフさせる動作を行うことで、回生現象の発生を防ぐことも可能である。
【０１２２】
すなわち、実施の形態２におけるモータ駆動装置１００は、回生防止手段２５０における回生抑制手段をパルス幅変調部２３２としている。そして、本モータ駆動装置１００は、パルス幅変調部２３２からの駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを、実施の形態１とは異なった波形としている。本実施の形態では、このような構成とすることで、回生現象の発生を防止している。
【０１２３】
以下、このように構成された実施の形態２におけるモータ駆動装置１００について説明する。なお、図７において、実施の形態１と同一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。
【０１２４】
図８は、本実施の形態におけるモータ装置１１０の動作説明図であり、本実施の形態のモータ駆動装置１００において、回生現象を抑制する処理を説明するために示した図である。図８を参照しながら、パルス幅変調部２３２からの駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬにより、各スイッチ素子が制御され、これによって回生現象の発生が防止される動作について説明する。なお、以下、Ｕ相について説明するが、Ｖ相およびＷ相も同様である。
【０１２５】
図８において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部３１が生成した信号である。三角波状の信号ＣＹは、パルス幅変調部２３２の内部で生成したＰＷＭキャリア信号である。そして、波形信号ＷＦに対応した駆動電圧Ｕで巻線１１が駆動される。
【０１２６】
また、図８において、パルス幅変調部２３２から出力される駆動信号ＵＨおよびＵＬの波形を示している。すなわち、このような相補的ではない波形の駆動信号がスイッチ２１および２２に供給される。そして、波形信号ＷＦに対応してスイッチ２１がオン、オフ動作する期間、スイッチ２２はオフ状態を維持する。また、逆に、波形信号ＷＦに対応してスイッチ２２がオン、オフ動作する期間、スイッチ２１はオフ状態を維持する。
【０１２７】
図９は、本実施の形態におけるモータ装置１１０において、回生現象の抑制動作の一例を示す図であり、インバータ２０の各スイッチ素子に対するこのような制御により、回生現象が抑制される動作を説明するために示した図である。
【０１２８】
まず、図９に示す期間ａにおいては、スイッチ２１がオンしている。なお、スイッチ２２はオフを維持している。その結果、巻線１１は直流電源１０５の正極側電源線路Ｖｐに接続され、駆動電圧Ｕの瞬時値は正極側電源線路Ｖｐの電圧となる。この期間ａでは、巻線１１の誘起電圧Ｕｅｍｆに対して駆動電圧Ｕが高いため、巻線１１の電流Ｉｕは増加しながら流れていく。その増加量は電圧Ｕから電圧Ｕｅｍｆを差し引いた電圧（図９の期間ａにおいてハッチングを施した部分）に依存するが、駆動電圧Ｕの平均値が誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低い場合、その差分は小さく電流増加も僅かとなる。
【０１２９】
次に、期間ｂにおいては、スイッチ２１がオフする。なおスイッチ２２はオフを維持している。スイッチ２１がオフすることで、スイッチ２２に逆並列接続されたダイオードが導通し、巻線１１は直流電源１０５の負極側電源線路Ｖｎに接続される。そして駆動電圧Ｕの瞬時値は負極側電源線路Ｖｎの電圧となる。
【０１３０】
この期間ｂでは、巻線１１の誘起電圧Ｕｅｍｆに対して駆動電圧Ｕが低いため、巻線１１の電流Ｉｕは減少していく。その減少量は誘起電圧Ｕｅｍｆから駆動電圧Ｕを差し引いたもの（図９の期間ｂにおいてハッチングを施した部分）に依存し、駆動電圧Ｕの平均値が誘起電圧Ｕｅｍｆよりも低い場合、その差分は大きく電流の減少量も大きくなる。
【０１３１】
期間ｂのうち期間ｂ１では、電流Ｉｕはスイッチ２２に逆並列接続されるダイオードを流れて巻線１１に至りつつ減少する。また、電流Ｉｕがゼロにまで減少した以後の期間ｂ２では、スイッチ２２がオフ状態を維持しているため、電流Ｉｕはゼロとなる。
【０１３２】
したがって、図１２で示したような誘起電圧Ｕｅｍｆから電流が供給される向きに電流Ｉｕが流れることはない。なお、この期間ｂ２の間は、電流Ｉｕがゼロであるため、インバータ２０の出力には巻線１１の誘起電圧Ｕｅｍｆそのものが観測される。
【０１３３】
期間ｃにおいては、期間ａのようにスイッチ２１がオンする。なおスイッチ２２がオフ状態を維持している。したがって、期間ａと同様に電流Ｉｕは増加するがその増加量は僅かである。期間ｃでは、電流Ｉｕは、正極側電源線路Ｖｐから正極側のスイッチ２１を介して巻線１１に向けて流れる。
【０１３４】
期間ｄにおいては、期間ｂのようにスイッチ２１がオフする。なおスイッチ２２はオフ状態を維持している。したがって、期間ｂと同様に期間ｄ１までの間は、電流Ｉｕはスイッチ２２に逆並列接続されるダイオードを流れて巻線１１に至りつつ減少する。電流Ｉｕがゼロにまで減少した後の期間ｄ２では、スイッチ２２がオフ状態を維持しているため、電流Ｉｕはゼロとなる。つまり、この期間でも、図１２で示したような誘起電圧Ｕｅｍｆから電流が供給される向きに電流Ｉｕが流れることはない。
【０１３５】
したがって、駆動巻線の誘起電圧から電流が、本来とは逆方向の直流電源１０５に向かって流れる、いわゆる回生現象が発生することはない。また、以上のような動作は、他の巻線１３および１５についても同様である。
【０１３６】
このように、いずれか一方のスイッチ素子をオフさせている間、他方のスイッチ素子をオン、オフさせる動作を行うことで、回生現象の発生を防ぐことも可能である。このような原理を利用し、パルス幅変調部２３２は、回生発生判定部５１からの発生判定信号ＫＹにより回生現象が発生し得る制御状態であることが示される期間、いずれか一方のスイッチ素子をオフ状態とし、他方のスイッチ素子をオン、オフさせる動作を行う。そして、パルス幅変調部２３２は、回生現象が発生しない期間では、一方のスイッチ素子と他方のスイッチ素子とを相補的に駆動するよう動作する。
【０１３７】
すなわち、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、回生抑制手段としてのパルス幅変調部２３２が、インバータ２０の各スイッチ素子のうち一方の極側のみのスイッチ素子を駆動するような回生抑制処理の制御を行うことで、回生現象を抑制している。本実施の形態のモータ駆動装置１００は、このような回生現象を抑制する回生抑制手段を備えた回生防止手段２５０を備えており、これによっても、回生現象を未然に防止している。
【０１３８】
以上説明したように、実施の形態１および２のモータ駆動装置１００を備えたモータ装置１１０においては、駆動巻線１１、１３および１５は正弦波状の交番電流で駆動される。また進角制御部６０の位相進角信号ＰＳによって駆動巻線に発生する誘起電圧とこれに流れる駆動電流との位相差が概略ゼロとなるように調整される。これにより、モータ１０は低トルクリップル、低騒音、低振動な正弦波駆動でかつ高効率駆動される。
【０１３９】
またこれに加えて、速度制御部４０による駆動制御信号ＶＳＰ１の加減動作がモータ駆動装置１００の内部構成要素で実現される。このことで、上位器１６は速度指令信号Ｓｒｅｆによる速度指令をモータ駆動装置１００に出力するだけで、正弦波駆動と高効率駆動の動作が保証されたモータの速度を自在に操作することができる。
【０１４０】
さらに回生防止手段５０あるいは回生防止手段２５０を備える。回生発生判定部５１は、速度制御部４０が検知可能なモータ１０の制御情報群ＩＮＦを利用して、回生現象が発生し得るモータ１０の制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判別する。回生発生判定部５１は、回生現象が発生し得る制御状態である場合は、発生判定信号ＫＹを回生抑制手段５２あるいはパルス幅変調部２３２に出力し、発生しない制御状態である場合はその出力を解除する。本モータ装置１１０は、このように動作することで回生現象の発生を抑制する。本モータ装置１１０は、これにより、直流電源の出力電圧の上昇を未然に防止し、モータ駆動装置、電源装置およびこれを搭載する機器を破損から守ることができる。したがって、本モータ装置１１０は、安全性と信頼性を高めるとともに、回生対応など意識せずにモータ装置を動作させることができるため、利便性を向上させることが可能となる。
【０１４１】
また、インバータ、速度制御部および回生防止手段を含むモータ駆動装置をモータ装置に内蔵または一体化することで、これを搭載する上位機器は、低トルクリップル、低騒音、低振動を実現する正弦波駆動によるモータを容易に、かつ回生現象に気を配ることなく安全に構築することできる。また、モータ駆動装置の一部あるいは全部を集積回路装置として集積化することで、モータ駆動装置を小型化できるため、これにより、より容易に内蔵または一体化できる。その結果、上位機器の設計および制御負担を軽減でき、優れた性能を有する正弦波駆動によるモータの使用拡大、普及を促すという効果も奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
回生現象は、インバータを構成するスイッチ素子を相補的にオン、オフ動作させることに起因するが、このような相補的なオン、オフ動作はモータを低騒音、低振動で駆動するための正弦波駆動を行う際によく用いられる。
【０１４３】
本発明のモータ駆動装置は、インバータと、モータを所望の速度で制御する速度制御部と、速度制御部により検知可能なモータの制御情報群を基に回生抑制を行う回生防止手段とを備え、これらをモータに内蔵または一体化し、回生現象の発生を抑制する。これによって、回生抑制機能がモータ内部で自己完結する。そしてモータおよびモータ駆動装置を搭載する上位機器は、モータの速度指令としての基準信号をモータ駆動装置に出力するのみで、自在に速度制御できる正弦波駆動モータを容易にかつ回生現象に気を配ることなく安全に構築することできる。
【０１４４】
したがって、回生現象に気を配ることなく正弦波駆動による低振動低騒音が要求される空調機器用のファンモータや燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機、冷蔵庫、洗濯機などの家電機器、あるいは、プリンタ、複写機、スキャナー、ファックス、またはこれらの複合機器、また、ハードディスク、光メディア機器などの情報機器などに使用されるモータの駆動に好適である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０，８１０    モータ
１１，８１１    Ｕ相駆動巻線
１３，８１３    Ｖ相駆動巻線
１５，８１５    Ｗ相駆動巻線
１６，８０６    上位器
１７，１８    入力端子
２０，８２０    インバータ
２１，２２，２３，２４，２５，２６，８２１，８２２，８２３，８２４，８２５，８２６    スイッチ素子
３０，８３０    インバータ駆動部
３１，８３１    波形生成部
３２，２３２，８３２    パルス幅変調部
４０，８４０    速度制御部
５０，２５０    回生防止手段
５１    回生発生判定部
５２    回生抑制手段
６０    進角制御部
９１    交流電源
９２    サイリスタ変換器
９３    コンデンサ
９４    インバータ回路
９５    誘導電動機
９８    速度検出器
１００，８００    モータ駆動装置
１０５，８０５    直流電源
１１０    モータ装置
１１５    電源入力端子
１１６    指令情報入力端子
１２０    速度検出器
１２１    位置検出器
５１１    減速検知部
５１２    オーバーシュート検知部
５１３    ゲイン切替検知部
５１４    速度到達検知部
５１９    判定部
９１２    回生判定器
９１３    遅延回路
９１４    速度制御回路
９２０    制御手段
９２１    電流変化率制限回路
９３１    電圧制御回路
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子の速度を検出し速度検出情報として出力する速度検出器を備えたモータを駆動するモータ駆動装置であって、
供給された直流電力を、前記モータを駆動するための駆動電力に変換し、変換した前記駆動電力を前記モータに供給するインバータと、
外部から通知される指令情報および前記速度検出器から通知される前記速度検出情報に基づき速度制御信号群を生成し、生成した前記速度制御信号群に含まれる駆動制御信号に基づき前記駆動電力を調整し、前記モータの速度を制御する速度制御部と、
前記指令情報および前記速度検出情報に基づき、回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定し、判定した結果に応じて前記回生現象を抑制する回生抑制処理を行うことで、前記回生現象を未然に防止するように機能する回生防止手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記回生防止手段は、
前記指令情報および前記速度検出情報に基づき、前記回生現象が発生し得る制御状態であるか発生しない制御状態であるかを判定する回生発生判定部と、
前記回生発生判定部の判定結果に応じて、前記回生抑制処理を行う回生抑制手段とを備え、
前記回生抑制手段は、前記回生発生判定部において回生現象が発生し得る制御状態であると判定したとき前記回生抑制処理を開始し、前記回生発生判定部において回生現象が発生しない制御状態になったと判定したとき前記回生抑制処理を解除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。
【請求項３】
前記指令情報は、前記モータの速度を指令する速度指令情報を含み、
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報において減速の指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する減速検知部を有し、
前記第１の情報において減速の指令がなされたことを検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であると判定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。
【請求項４】
前記指令情報は、前記モータの速度を指令する速度指令情報を含み、
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報において減速の指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する減速検知部と、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に対して高速となるようなオーバーシュートを検知し、検知したことを示す第２の情報を出力するオーバーシュート検知部とを有し、
前記第１の情報と前記第２の情報との少なくともいずれかの情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であると判定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。
【請求項５】
前記指令情報は、前記モータの速度を指令する速度指令情報と、前記速度制御部における制御ゲインを切替えるゲイン切替指令情報とを含み、
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報において減速の指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する減速検知部と、
前記ゲイン切替指令情報において、制御ゲインの切替えの指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第３の情報を出力するゲイン切替検知部とを有し、
前記第１の情報と前記第３の情報との少なくともいずれかの情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であると判定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。
【請求項６】
前記指令情報は、前記モータの速度を指令する速度指令情報と、前記速度制御部における制御ゲインを切替えるゲイン切替指令情報とを含み、
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報において減速の指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第１の情報を出力する減速検知部と、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に対して高速となるようなオーバーシュートを検知し、検知したことを示す第２の情報を出力するオーバーシュート検知部と、
前記ゲイン切替指令情報において、制御ゲインの切替えの指令がなされたことを検知し、検知したことを示す第３の情報を出力するゲイン切替検知部とを有し、
前記第１の情報と前記第２の情報と前記第３の情報とのうちの少なくとも１つの情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生し得る制御状態であると判定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。
【請求項７】
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部を有し、
前記第４の情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生しない制御状態になったと判定することを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部を有し、
前記第４の情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生しない制御状態になったと判定することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部を有し、
前記第４の情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生しない制御状態になったと判定することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記回生発生判定部は、
前記速度指令情報および前記速度検出情報において、前記速度検出情報が示す速度が前記速度指令情報が示す速度に到達したことを検知し、検知したことを示す第４の情報を出力する速度到達検知部を有し、
前記第４の情報において検知したことが示されたとき、回生現象が発生しない制御状態になったと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。
【請求項１１】
前記回生抑制手段は、
前記駆動電力を調整するための前記駆動制御信号の時間変化率を抑えるような回生抑制処理を行うことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】
前記インバータは、直流電力の正極側に接続された複数のスイッチ素子と、負極側に接続された複数のスイッチ素子とを有し、
前記回生抑制手段は、
各スイッチ素子のうち一方の極側のみのスイッチ素子を駆動するような回生抑制処理の制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置を含むことを特徴とする集積回路装置。
【請求項１４】
モータと、
前記モータの可動子の速度を検出する速度検出器と、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、
直流電力が供給される電源入力端子と、
指令情報が通知される指令情報入力端子とを備えたことを特徴とするモータ装置。
【請求項１５】
モータと、
前記モータの可動子の速度を検出する速度検出器と、
請求項１３に記載の集積回路装置と、
直流電力が供給される電源入力端子と、
指令情報が通知される指令情報入力端子とを備えたことを特徴とするモータ装置。
【請求項１６】
前記モータは、可動子と３相の駆動巻線を有し、前記モータ駆動装置により正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１４に記載のモータ装置。
【請求項１７】
前記モータは、可動子と３相の駆動巻線を有し、前記集積回路装置により正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１５に記載のモータ装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008152761.tif 000017
【図２】
2008152761.tif 000018
【図３】
2008152761.tif 000019
【図４】
2008152761.tif 000020
【図５】
2008152761.tif 000021
【図６】
2008152761.tif 000022
【図７】
2008152761.tif 000023
【図８】
2008152761.tif 000024
【図９】
2008152761.tif 000025
【図１０】
2008152761.tif 000026
【図１１】
2008152761.tif 000027
【図１２】
2008152761.tif 000028
【図１３】
2008152761.tif 000029
【図１４】
2008152761.tif 000030
【国際調査報告】
2008152761.tif 000031
2008152761.tif 000032