(57)【要約】【課題】モータ起動時の起動電流を低減できるモータ駆動回路であって、多様なモータに適用可能なモータ起動回路を、基板の製造コスト及び基板の実装スペースを抑制しつつ供給すること。【解決手段】直流電源部からモータへの電源供給が開始され、過電流状態が発生するとともに直流電源回路から制御部及びモータに供給される電源電圧が低下した際に、スイッチ部が直流電源部からモータへの電源供給を遮断することにより、直流電源部の有する過電流保護機能の働きで直流電源部からの電圧出力が停止される前に過電流状態が解消されるとともに制御部に供給される電源電圧が再起動電圧以上の値に維持され、過電流状態が解消された後にスイッチ部が直流電源部からモータへの電源供給を再開する構成とする。【選択図】図１
2014155322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを制御する制御部と、
前記モータへ直流電流を供給する第一の電源電圧と、前記制御部へ駆動電流を供給する第二の電源電圧とを出力する直流電源部と、
前記制御部から出力される電気信号に基づいて前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給及び遮断を制御可能なスイッチ部とを有し、
前記直流電源部は、負荷を検知し、負荷電流が過剰に大きくなる過電流状態が発生すると、所定の停止基準時間だけ前記過電流状態が継続した後に出力が停止される過電流保護機能を有し、
前記制御部は、前記第二の電源電圧が所定の再起動電圧を下回ると再起動される特性を有し、
前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給が開始され、前記過電流状態が発生するとともに前記直流電源部から前記制御部及び前記モータに供給される前記第一の電源電圧及び第二の電源電圧が低下した際に、前記スイッチ部が前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給を遮断することにより、前記停止基準時間の経過によって前記直流電源部からの前記第一の電源電圧及び第二の電源電圧の出力が停止される前に過電流状態が解消されるとともに前記第二の電源電圧が前記再起動電圧以上の値に維持され、
前記過電流状態が解消された後に前記スイッチ部が前記直流電源部から前記モータへの電源供給を再開することを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給開始を基準とした、前記スイッチ部が、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給の遮断及び再開を行う時刻は、前記制御部が記憶していることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
【請求項３】
前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給開始を基準とした、前記スイッチ部が、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給の遮断及び再開を行う時刻は、前記直流電源部、前記モータ、前記制御部、及び前記スイッチ部の特性に基づいて設定されていることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動回路に関し、さらに詳しくは、モータの起動電流を制御可能なモータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータにおいては通常、起動初期に、起動電流（突入電流）と称される定常運転時の定格電流よりも大きな電流が流れる。起動電流を十分に賄える容量を有する直流電源を使用すると、コストの上昇及び電源装置の大型化を招く。
【０００３】
そこで、モータ起動時の起動電流を抑制するための手段として、例えば、定常運転時にモータに電源を供給する通常の駆動回路とは別に、直流電源とモータとの間に抵抗を直列接続した回路を設ける構成が挙げられる。そして、半導体スイッチを使用して、モータの起動初期には、この抵抗が接続された方の回路からモータに電源が供給される一方、モータが定格回転数に達した後には、抵抗を介さず直接直流電源からモータに電源が供給される通常の駆動回路に切り替えられる。
【０００４】
モータの起動電流を抑制するための別の手段として、特許文献１には、モータをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するようにし、モータ起動時には通常制御時と比べてそのＰＷＭの周波数を高くする構成が開示されている。ここでは、モータの起動時にＰＷＭの周波数を高くすることにより、ＰＷＭの１パルス幅が狭くなり、その間に立ち上がる電流値の最大値を低くすることを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８４２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように直流電源とモータとの間に抵抗を直列接続した回路を設ける構成では、モータの起動時にしか使用されない専用の回路を設ける必要があるため、この回路を構築するための基板の製造コスト及び基板の実装スペースが必要となってしまう。また、特許文献１のＰＷＭ制御を使用する方法では、モータの端子間にノイズ対策用コンデンサが設けられている場合には、ＰＷＭ制御を行うと、コンデンサの充放電、特に起動直後の突入電流が、モータの動作に影響を与える。このように、特許文献１の構成は、適用されるモータの種類を選ぶ。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、モータ起動時の起動電流を低減できるモータ駆動回路であって、多様なモータに適用可能なモータ駆動回路を、基板の製造コスト及び基板の実装スペースを抑制しつつ供給することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかるモータ駆動回路は、モータを制御する制御部と、前記モータへ直流電流を供給する第一の電源電圧と、前記制御部へ駆動電流を供給する第二の電源電圧とを出力する直流電源部と、前記制御部から出力される電気信号に基づいて前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給及び遮断を制御可能なスイッチ部とを有し、前記直流電源部は、負荷を検知し、負荷電流が過剰に大きくなる過電流状態が発生すると、所定の停止基準時間だけ前記過電流状態が継続した後に出力が停止される過電流保護機能を有し、前記制御部は、前記第二の電源電圧が所定の再起動電圧を下回ると再起動される特性を有し、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給が開始され、前記過電流状態が発生するとともに前記直流電源部から前記制御部及び前記モータに供給される前記各電源電圧が低下した際に、前記スイッチ部が前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給を遮断することにより、前記停止基準時間の経過によって前記直流電源部からの前記第一の電源電圧の出力が停止される前に過電流状態が解消されるとともに前記第二の電源電圧が前記再起動電圧以上の値に維持され、前記過電流状態が解消された後に前記スイッチ部が前記直流電源部から前記モータへの電源供給を再開することを要旨とする。
【０００９】
ここで、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給開始を基準とした、前記スイッチ部が、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給の遮断及び再開を行う時刻は、前記制御部が記憶していることが好適である。
【００１０】
さらに、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給開始を基準とした、前記スイッチ部が、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給の遮断及び再開を行う時刻は、前記直流電源部、前記モータ、前記制御部、及び前記スイッチ部の特性に基づいて設定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記発明にかかるモータ駆動回路によると、過電流状態が発生すると、一時的に直流電源部からモータへの第一の電源電圧の供給を遮断することで、過電流保護機能の作動によって直流電源部からの第一の電源電圧及び第二の電源電圧の出力が停止されること、及び第二の電源電圧の低下によって制御部の再起動が行われることを回避しながら、過電流状態を解消できるので、直流電源部に過剰な負担をかけることなく、モータを安定に始動させることができる。また、直流電源部からモータへ供給される第一の電源電圧のオン／オフ制御のみによって過電流状態の解消を行うので、制御部の汎用出力ポートにスイッチ部を設けるだけでよく、モータの起動直後のみに使用される専用の電気回路や、ＰＷＭ制御のような特別の制御方法、容量の大きな直流電源部の使用等を必要としない。従って、モータの起動電流の制御のための機構を構築するための基板の実装スペース及び基板の製造コストの増大が抑制される。
【００１２】
ここで、前記スイッチ部が、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給の遮断及び再開を行う時刻を前記制御部が記憶している場合には、スイッチ部による直流電源部からモータへ供給される第一の電源電圧のオン／オフ制御のために、過電流状態における経過時間や制御部に供給される第二の電源電圧を常時モニターしておく必要がない。このため、モータ駆動回路の構成を簡素にすることができ、モータ駆動回路の基板の実装スペース及び基板の製造コストを一層抑制することができる。
【００１３】
さらに、前記スイッチ部が、前記直流電源部から前記モータへの前記第一の電源電圧の供給の遮断及び再開を行う時刻が、前記直流電源部、前記モータ、前記制御部、及び前記スイッチ部の特性に基づいて設定されている場合には、事前に過電流状態における経過時間や制御部に供給される第二の電源電圧を計測しておく必要がなく、計算のみによってこれらの時刻を設定することができる。これにより、モータ駆動回路の設計が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態にかかるモータ駆動回路を示す概略図である。
【図２】上記モータ駆動回路の動作方法を示す時系列図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態にかかるモータ駆動回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
モータ駆動回路１は、（直流）モータ１０の駆動電源を、制御しながら供給する回路であり、電源部２と、制御部３と、スイッチ部４とを含んでなる。電源部２から、モータ１０へ第一の電源電圧Ｖ１が供給されるとともに、制御部３へ第二の電源電圧Ｖ２が供給される。スイッチ部４は、制御部３から出力される電気信号に基づいて、直流電源部２からのモータ駆動電源のオン／オフ（供給／遮断）を制御する。
【００１７】
電源部２は、モータ１０と制御部３の駆動に必要な電圧を有する直流電流を出力でき、これらを駆動するのに必要な電源容量を有する電源ならば、どのようなものであってもよい。図１には、例として、入力部回路２０から入力された交流を第一の電源電圧Ｖ１（例えば１２Ｖ）及び第二の電源電圧Ｖ２（例えば５Ｖ）を有する直流に変換して出力する電源部２の構成を示す。電源部２は、直流（ＤＣ）電源回路２ａと電圧変換回路２ｂとからなる。
【００１８】
入力部回路２０は、入力された商用電源等の交流を変換し、所定の周波数及び電圧を有する交流を電源部２のＤＣ電源回路２ａに出力する。ＤＣ電源回路２ａは、スイッチング電源回路等より構成され、入力部回路２０から入力された交流を第一の電源電圧Ｖ１を有する直流に変換して出力する。ＤＣ電源回路２ａから出力された第一の電源電圧Ｖ１を有する直流の一部は、３端子レギュレータ等より構成される電圧変換回路２ｂに入力される。電圧変換回路２ｂに入力された第一の電源電圧Ｖ１を有する直流は、第二の電源電圧Ｖ２を有する直流に変換して出力される。ＤＣ電源回路２ａから出力された第一の電源電圧を有する直流のうち、電圧変換回路２ｂに入力された分以外の直流は、別のポートから第一の電源電圧Ｖ１のままで出力される。なお、入力部回路２０はアース電位に接地され、ＤＣ電源回路２ａ及び電圧変換回路２ｂは、制御部３及びスイッチ部４とともにグラウンド電位に接地されている。
【００１９】
ＤＣ電源回路２ａは、電源ＩＣを有する。この電源ＩＣは、過電流保護機能を有する。つまり、電源ＩＣは、負荷電流を検知し、負荷電流がＤＣ電源回路２ａの容量以上又はその付近に達する過電流状態が発生した際に、ＤＣ電源回路２ａからの出力を制限する。具体的な過電流保護の形態としては、過電流が所定の停止基準時間だけ継続して検出された後に、出力を停止する。つまり、過電流状態が発生しても、停止基準時間内であれば、過電流状態が維持され、直流電流の供給が続行される。停止基準時間が過電流状態のまま経過すると、ＤＣ電源回路２ａからの第一の電源電圧Ｖ１の出力が停止され、これに伴い、電圧変換回路２ｂからの第二の電源電圧Ｖ２の出力も停止される。所定の停止基準時間の経過は、例えば、過電流検知状態の継続を一定の時間間隔でカウントすることによって、検出することができる。つまり、一定の短い時間間隔ごとに負荷電流を計測し、負荷電流が、過電流状態と認識される所定の電流値（過電流基準電流）を超えていれば、過電流検知カウントのカウント数が増加される。過電流検知カウントは累積され、所定のカウント数（停止基準カウント）に達した時にＤＣ電源回路２ａの出力が停止される。計測時に負荷電流が過電流基準電流を下回っていれば、過電流検知カウントはリセットされる。ここで、負荷電流を計測する時間間隔に停止基準カウントを乗じたものが、停止基準時間である。
【００２０】
なお、電源部２の構成として、交流から第一の電源電圧Ｖ１及び第二の電源電圧Ｖ２を有する２系統の直流への変換を一括して行える一体型のＤＣ電源回路を、ＤＣ電源回路２ａ及び電圧変換回路２ｂの代わりに設ける構成とすることもできる。
【００２１】
ＤＣ電源回路２ａから出力された第一の電源電圧Ｖ１は、モータ１０の入力端子よりモータ１０に入力される。モータ１０の種類及び特性は特に限定されるものではない。図１には図示していないが、モータ１０の入力端子と接地端子の間には、モータ１０の回転への電源電流のノイズの影響を低減するためのコンデンサが接続されていてもよい。また、ＤＣ電源回路２ａから出力された第一の電源電圧Ｖ１は、モータ１０の駆動用として使用するだけではなく、モータ１０と併用される他種の周辺機器の駆動電源としても同時に使用することができる。
【００２２】
電圧変換回路２ｂから出力された第二の電源電圧Ｖ２は、制御部３に駆動用電源として入力される。この第二の電源電圧Ｖ２も、制御部３だけでなく、併用される他の周辺機器の駆動電源としても同時に使用することができる。
【００２３】
制御部３は、少なくとも、モータ１０を制御する機能と、スイッチ部４のオン／オフを制御する制御信号を発する機能を有するものであり、マイクロコンピュータ（マイコン）等によって具現される。制御部３は、例えば５Ｖ直流電圧よりなる制御信号を出力できる出力ポートを有する。このような信号を出力する出力ポートは、マイコンに汎用的に備えられるものである。
【００２４】
制御部３は、入力される駆動電源について、ある定格電圧を有するが（例えば５Ｖ）、入力される電源電圧がこの定格電圧を下回っても、所定の再起動電圧を下回らなければ、運転が継続される。電源電圧がこの再起動電圧を下回ると、制御部３は再起動（リセット）される。
【００２５】
スイッチ部４は、モータ１０の接地端子とグラウンド電位の間に接続されており、制御部３の出力ポートから出力された制御信号を受けてオン／オフされることで、モータ１０への電源供給のオン／オフを制御する。スイッチ部４は、このような機能を果たすものであればいかなるものでもかまわないが、例えば、スイッチ部４として、トランジスタと入力抵抗よりなる構成を示すことができる。つまり、トランジスタのベース端子が、入力抵抗を介して制御部３の出力ポートに接続され、コレクタ端子がモータ１０の接地端子に接続され、エミッタ端子がグラウンド電位に接続される構成とする。スイッチ部４としては、トランジスタを使用する形式の他に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用する形式を例示することができる。
【００２６】
このような構成を有することにより、制御部３から制御信号が出力されない間は、モータ１０の接地端子とグラウンド電位の間が遮断され、モータ１０に第一の電源電圧Ｖ１が印加されず、モータ１０が駆動されない。一方、制御部３から制御信号が出力されている間は、モータの接地端子とグラウンド電位の間が接続され、モータ１０に第一の電源電圧Ｖ１が印加され、モータ１０の回転が駆動される。このように、制御部３はスイッチ部４を介して、モータ１０への電源供給をオン／オフ制御する。
【００２７】
なお、モータ１０には、スイッチ部４がオフ状態とされた瞬間に発生する逆起電力を消費するための還流ダイオード５が接続されている。
【００２８】
モータ駆動回路１は、モータ１０に電源部２から電源を供給し始め、モータ１０が停止している状態から回転を始める起動初期における駆動電源の制御形態に特徴を有する。図２には、具体的な制御法を時系列に沿って説明してある。
【００２９】
停止しているモータに駆動電源を供給し始め、回転数が徐々に上昇する段階においては、定格回転数でのモータの回転に必要な定格電流よりも大きなモータ電流が流れる（起動電流）。図２においては、時間０において、制御部３からスイッチ部４に５Ｖのスイッチ電圧Ｖｓ（スイッチ部４がトランジスタよりなる場合、ベース電圧）が供給され、スイッチ部４がオン状態とされることにより、電源部２からモータ１０への電源供給が開始され、モータ電流Ｉｍが瞬時に立ち上がる。モータ電流Ｉｍのピーク値は、一点鎖線で示した、電源ＩＣによって過電流状態が発生したと判断される過電流基準電流Ｉｏを上回っている。ＤＣ電源回路２ａの電源ＩＣが過電流状態を検出すると、過電流検知カウントＣｏのカウント数が累積し始める。
【００３０】
電源部２からの電圧出力は、時間０より前から継続されており、モータ１０に供給される第一の電源電圧Ｖ１として直流１２Ｖと、制御部３に供給される第二の電源電圧Ｖ２として直流５Ｖの２系統が出力されている。しかし、時間０でモータ１への電源供給が開始されると、ＤＣ電源回路２ａが過電流状態に達して、負荷電流がＤＣ電源回路２ａの容量を上回り、第一の電源電圧Ｖ１が１２Ｖから低下する。これに伴い、電圧変換回路２ｂから出力される第二の電源電圧Ｖ２も５Ｖから低下する。図２において、第二の電源電圧Ｖ２が低下し始めるのが時間０よりも遅いのは、電圧変換回路２ｂを構成する素子の特性によるものである。つまり、第一の電源電圧Ｖ１が所定の出力降下電圧Ｖｄ以下となってはじめて、第二の電源電圧Ｖ２が低下するという特性を電圧変換回路２ｂが有する。電圧変換回路２ｂが３端子レギュレータを主として構成されるものである場合、出力降下電圧Ｖｄは、５Ｖに３端子レギュレータのドロップアウト電圧を加えた値となる。
【００３１】
時間０から時間ｔ１までは、５Ｖのスイッチ電圧Ｖｓが供給され続ける。この間、モータ電流Ｉｍは徐々に減少するが、依然過電流基準電流Ｉｏを上回っており、過電流検知カウントＣｏが累積される。
【００３２】
次に、時間ｔ１において、スイッチ電圧Ｖｓが０Ｖとされ、スイッチ部４がオフ状態とされる。これにより、モータ１０への第一の電源電圧Ｖ１の供給が遮断され、モータ電流Ｉｍが急激に減少を始める。瞬時にスイッチ部４がオフ状態となってモータ電流Ｉｍが急激に落ち込まないのは、スイッチ部４の動作遅延によるものである。
【００３３】
モータ電流Ｉｍが急激に減少することにより、ＤＣ電源回路２ａの負荷が急激に低減され、モータ電流Ｉｍが過電流基準電流Ｉ０を下回った時点（時間ｔａ）で、第一の電源電圧Ｖ１、第二の電源電圧Ｖ２が回復する。これにより、本来５Ｖである制御手段３へ供給される第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒを下回る前に回復されるので、制御手段３が再起動されることはない。
【００３４】
時間ｔ１からモータ電流Ｉｍが減少し始めても、過電流基準電流Ｉｏを上回っている間は、過電流検知カウントＣｏが累積され続ける。しかし、時間ｔａにおいてモータ電流Ｉｍが過電流基準電流Ｉｏを以下となると、過電流検知カウントＣｏがリセットされ、ゼロとなる。よって、過電流検知カウントＣｏが、図中に一点鎖線で示した出力停止カウントＣｓ、つまり電源ＩＣがＤＣ電源回路２ａの出力を停止するカウント値に達することがない。つまり、過電流状態において所定の停止基準時間が経過することがないので、電源ＩＣがＤＣ電源回路２ａの出力を停止させ、第一の電源電圧Ｖ１、第二の電源電圧Ｖ２の出力が停止されることは起こらない。
【００３５】
時間ｔａで過電流状態が解消された直後の時間ｔ２に、制御部３はスイッチ電圧Ｖｓとして５Ｖを出力し始める。時間ｔａから時間ｔ２の間に遅延が生じているのは、制御手段３における不可避的な動作遅延によるものである。
【００３６】
時間ｔ２で５Ｖのスイッチ電圧Ｖｓが供給されると、再びモータ１０への第一の電源電圧Ｖ１の供給が開始され、モータ電流Ｉｍが急激に立ち上がり、過電流基準電流Ｉｏを上回る。これに伴い、過電流検知カウントＣｏの累積が再開される。また、第一の電源電圧Ｖ１、第二の電源電圧Ｖ２が再び低下し始める。
【００３７】
この時、一旦モータ１０への第一の電源電圧Ｖ１の供給が停止された際に、逆起電力の発生によって、モータが停止しているところから電源供給が開始される時間０における場合よりも、モータ電流Ｉｍの立ち上がりのピーク電流は小さくなっている。これに伴い、第一の電源電圧Ｖ１、第二の電源電圧Ｖ２の低下の勾配も、時間０〜ｔａにおける勾配に比べて小さくなっている。
【００３８】
この後、時間ｔ３において再びスイッチ電圧Ｖｓが０Ｖとされ、モータ１０への電源供給が停止される。これにより、時間ｔ１〜ｔａにおける状況と同様に、モータ電流Ｉｍの低減、第一の電源電圧Ｖ１、第二の電源電圧Ｖ２の回復が起こる。これにより、再び過電流検知カウントＣｏが出力停止基準カウントＣｓに達する前に過電流状態が解消されるとともに、第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒに達する前に回復される。
【００３９】
このように、モータ電流が過電流検知カウントＩｏ以下となるまで、スイッチ電圧Ｖｓのオンとオフが繰り返され、モータ１０は定常回転状態に達する。これに伴い、第一の電源電圧Ｖ１、第二の電源電圧Ｖ２がそれぞれ１２Ｖ、５Ｖに安定する。モータ電流が過電流基準電流Ｉｏを下回り、さらに定格電流Ｉｃに達した後は、制御部３はスイッチ電圧Ｖｓとして５Ｖを出力し続ける。なお、図２では、時間ｔ４でスイッチ電圧Ｖｓが５Ｖとされて以降、モータ１０への電源供給が停止されなくても、モータ電流Ｉｍが過電流基準電流Ｉｏを下回るので、スイッチ部４は時間ｔ４以降オン状態に維持される。また、時間ｔ４でスイッチ部４がオン状態とされると、モータ電流Ｉｍが過電流基準電流Ｉｏを上回り、モータ電流Ｉｍが過電流基準電流Ｉｏ以下となる時間ｔ５まで、第一の電源電圧Ｖ１の低下と過電流検知カウントＣｏの累積が進行するが、第一の電源電圧Ｖ１が出力降下電圧Ｖｄを下回ることがないので、第二の電源電圧Ｖ２は低下されない。
【００４０】
上記の時間ｔ１〜ｔ２のように、一定時間だけスイッチ電圧Ｖｓが０Ｖとされ、モータ１０への電源供給が遮断されることで、過電流状態が停止基準時間の経過まで（つまり、過電流検知カウントＣｏが出力停止カウントＣｓに達するまで）継続されて電源出力が停止されること、及び制御部３への供給電圧が再起動電圧Ｖｒを下回るまで低下することを回避しつつ、徐々に過電流状態を緩和し、モータ電流Ｉｍを定格電流Ｉｃに安定させることができる。もし過電流状態が停止基準時間の経過まで継続されて電源出力が停止されると、安定的にモータ１０を始動することができなくなる。また、もし制御部３への供給電圧が再起動電圧Ｖｒを下回るまで低下すると、以降の制御部３によるモータ１０への電源供給の制御が行えなくなる。また、制御部３が他の周辺機器の制御も兼ねる場合には、それらの周辺機器の動作にも影響を与えることになる。
【００４１】
ここで、時間０を基準とした具体的な時間ｔ１の値は、過電流状態が停止基準時間の経過までに解消され、かつ、制御部への供給電圧が再起動電圧Ｖｒ以上の値に維持されるという条件を満たすように定められる。以下に、これらの条件と時間ｔ１の関係についてそれぞれ検討する。
【００４２】
ｔ１でモータ１０への電源供給が遮断されたとしても、モータ電流Ｉｍは即座に急激に落ち込むのではなく、ある有限の傾きをもって減少し、実際にモータ電流Ｉｍが過電流基準電流Ｉｏを下回るのは、時間ｔ１からある程度の時間が経過した時間ｔａにおいてである。よって、過電流状態が停止基準時間の経過までに解消されるという条件を満たすためには、時間０から時間ｔａの間に、過電流検知カウントＣｏが出力停止カウントＣｓに達して電源出力が停止されることがないように、時間ｔａよりも前の時間ｔ１においてモータ１０への電源供給を遮断する必要がある。つまり、モータ１０への電源供給を遮断した後、実際にモータ電流Ｉｍが過電流基準電流Ｉｏ以下となるまでに要する時間を勘案したうえで、過電流検知カウントが出力停止カウントＣｓに達する前に余裕をもってモータ１０への電源供給を遮断する必要がある。
【００４３】
次に、第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒ以上の値に維持されるという条件を満たすためには、第二の電源電圧Ｖ２が５Ｖから低下し始めてから、時間ｔ１においてモータ１０への電源供給が遮断され、時間ｔａにおいて第二の電源電圧Ｖ２が回復し始めるまでの間に、第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒを下回らないことが必要となる。つまり、時間ｔａが、第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒを下回る水準まで低下するよりも前の時間となるように、時間ｔ１を設定する必要がある。
【００４４】
これら２つの条件を満たすように、時間０を基準として具体的な時間ｔ１を定めればよい。出力停止カウントＣｓ及び再起動電圧Ｖｒの具体的な値によって、過電流検知カウントＣｏが出力停止カウントＣｓに達する状況の方が第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒに達する状況よりも起こりやすい場合には、過電流検知カウントＣｏが出力停止カウントＣｓに達しないことを基準として時間ｔ１を規定すればよいし、逆の場合には、第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒに達しないことを基準として時間ｔ１を規定すればよい。図２に示した状況においては、時間ｔａにおいて観測される第二の電源電圧Ｖ２の最低値は、再起動電圧Ｖｒに対して比較的余裕をもって大きな値となっているが、時間ｔａにおいて観測される過電流検知カウントＣｏの最大値は、出力停止カウントＣｓにかなり近い値となっている。つまり図２の状況では、過電流検知カウントＣｏが出力停止カウントＣｓに達しないことを基準として時間ｔ１が規定されている。
【００４５】
時間０から時間ｔ１までの経過時間を短くし、モータ１０への電源供給を行う時間を短くするほど、過電流状態の解消及び第二の電源電圧Ｖ２の回復までに要する時間は短くなり、過電流状態が停止基準時間の経過までに解消され、かつ、制御部へ供給される第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒ以上の値に維持されるという条件が余裕をもって満たされるようになる。しかし、過度に時間０から時間ｔ１までの経過時間を短くすると、その間にモータ１０の回転数が十分に上昇しないので、定格回転数に達するまでに長時間を要し、頻繁にモータ１０への電源供給のオン／オフを繰り返すことになる。すると、モータ１０の回転数が滑らかに上昇されず、モータ１０が安定に始動されない。この意味において、時間０から時間ｔ１までの間隔は、過電流状態が停止基準時間の経過までに解消され、かつ、制御部へ供給される第二の電源電圧Ｖ２が再起動電圧Ｖｒ以上の値に維持されるという条件を満たす範囲内で、長く設定する方がよい。
【００４６】
なお、時間ｔ２は、何らかの基準に基づいて規定されるものではない。上述したように、時間ｔａから時間ｔ２までの経過時間は、制御手段３における動作遅延によるものであるので、時間ｔａにおいて、過電流状態の解消が検出され、第一の電源電圧Ｖ１が１２Ｖに、第二の電源電圧Ｖ２が５Ｖに復帰してから、制御部３にスイッチ電圧Ｖｓを出力させるようにすればよい。
【００４７】
実際のモータ駆動回路において、スイッチ電圧Ｖｓをオンにし、またオフにするタイミングは、実際に制御手段３に入力される第二の電源電圧Ｖ２及び電源ＩＣの過電流検知カウントＣｏを常時モニターしながら、リアルタイムで決定することができる。しかし、これらをモニターするためには、そのための素子や電気回路等が必要となり、モータ駆動回路１の基板の実装スペース及び基板の製造コストが上昇してしまう。その代わりに、あらかじめ制御部３にスイッチ電圧Ｖｓをオン／オフするタイミングを記憶させておき、時間のみをパラメータとしてスイッチ電圧Ｖｓをオン／オフする構成とすることができる。使用するＤＣ電源回路２ａ、電圧変換回路２ｂ、制御部３、モータ１０が同じ特性を有するものであるかぎり、モータ１０への電源供給の開始時（時間０）を基準として同じ時間にスイッチ電圧Ｖｓをオン／オフすれば、モータ電流Ｉｍ及び第一の電源電圧Ｖ１、第二の電源電圧Ｖ２の時間に対する挙動は常に再現されるはずだからである。このようにすると、モータ駆動回路１の基板の実装スペース及び基板の製造コストを削減することができる。
【００４８】
制御手段３に記憶させる具体的なスイッチ電圧Ｖｓをオン／オフする時間は、設計段階の試験で、第一の電源電圧Ｖ１、第二の電源電圧Ｖ２、モータ電流Ｉｍ、及び過電流検知カウントＣｏを考慮しながら決定することができる。次に、スイッチ電圧Ｖｓをオン／オフする時間をいかに計算によって見積もるかを示す。
【００４９】
まず、過電流状態が停止基準時間の経過までに解消されるという第一条件を満たすための時間ｔ１の見積もりを示す。図２において、時間０で立ち上がるモータ電流Ｉｍの尖頭値をＩｍ（０）とし、その後モータ１０の回転数が上昇することで、モータ電流Ｉｍがある傾きｓ１で時間に対して線形に減少するとする。また、モータ１０への電源供給を停止した後、モータ電流Ｉｍが傾きｓ２で減少するとする。この時、過電流状態で停止基準時間が経過しても電源出力の停止が行われないと仮定すると、モータ電流Ｉｍが過電流基準電流Ｉｏまで低下される時間ｔａは、ｔａ＝ｔ１＋（Ｉｍ（０）−ｓ１・ｔ１−Ｉｏ）／ｓ２となる。過電流検知カウントＣｏが累積される時間間隔つまり電源ＩＣが負荷電流を計測する時間間隔をΔｔとすると、停止基準時間はΔｔ・Ｃｓである。時間０から時間ｔａの間に、過電流検知カウントＣｏが出力停止カウントＣｓに達せず、実際に電源出力の停止が行われないための条件は、上記で求められる時間ｔａが、上記停止基準時間Δｔ・Ｃｓよりも早いことである。この関係からｔ１の上限値を求めることができる。なお、各式中で、傾きｓ１、ｓ２および後述する傾きｓ３、ｓ４は、絶対値（正の値）で表すものとする。
【００５０】
実際にそのようにしてｔ１の上限値を見積もるためには、モータ電流Ｉｍの尖頭値Ｉｍ（０）、傾きｓ１及びｓ２を知る必要がある。Ｉｍ（０）は、モータ１０の起動電流の最大値であり、モータの特性として既知である。また、ｓ１は、モータ１０の回転数の上昇速度等に基づき、モータ自体の特性として知ることができる。傾きｓ２も、スイッチ部４の特性に基づいて知ることができる。
【００５１】
次に、制御部３への供給電圧が再起動電圧Ｖｒ以上の値に維持されるという第二条件を満たすための時間ｔ１の見積りを示す。第二の電源電圧Ｖ２の低下の傾きをｓ３、第一の電源電圧Ｖ１の低下の傾きをｓ４とすると、時間ｔａにおける第二の電源電圧Ｖ２（ａ）は、Ｖ２（ａ）＝５Ｖ−ｓ３・（１２Ｖ−Ｖｄ）／ｓ４となる。このＶ２（ａ）が再起動電圧Ｖｒよりも大きくなるように、ｔａの上限値を決定すればよい。上記のように、ｔａとｔ１の間には、ｔａ＝ｔ１＋（Ｉｍ（０）−ｓ１・ｔ１−Ｉｏ）／ｓ２の関係が成り立つので、これに基づき、さらにｔ１の上限値を決定すればよい。ここで、傾きｓ３は、電圧変換回路２ｂの出力端子間の静電容量より見積もることができる。また、出力降下電圧Ｖｄは、電圧変換回路２ｂを構成する３端子レギュレータ等各素子の特性から知ることができ、傾きｓ４は、ＤＣ電源回路２ａの出力端子間の静電容量から知ることができる。
【００５２】
このようにして第一条件及び第二条件を満たすために個別に見積もったｔ１の上限値のうち、小さい方の値を、実際のｔ１の上限値として採用し、その上限値以下の時間ｔ１にスイッチ電圧Ｖｓをオフにすればよい。ｔａの値は、上述のようにｔａ＝ｔ１＋（Ｉｍ（０）−ｓ１・ｔ１−Ｉｏ）／ｓ２として見積もられるので、その時間ｔａにスイッチ電圧Ｖｓを再びオンにすればよい。すると、不可避的な遅延時間経過後の時間ｔ２に、実際にスイッチ部４がオン状態とされる。以降、同様にして、時刻ｔ３等、モータ電流Ｉｍが定格電流Ｉｃに達するまでのスイッチ電圧Ｖｓのオン／オフの時間を順次算出し、制御部３に記憶させればよい。図２では、スイッチ電圧Ｖｓのオン／オフのサイクルが２回繰り返されているが、使用する電源部、モータ等の特性により、何回繰り返してもよい。
【００５３】
以上に説明したように、モータ１０の駆動電源供給のオン／オフ制御によって過電流状態を解消するという方法をとることにより、モータ１０の起動初期にのみ使用される特別な回路や制御方法を用いることなく、定常運転時と同じ回路を使用して、起動初期の過電流状態を解消することができる。また、モータ１０の端子間にノイズ対策用のコンデンサが接続されている場合にも、モータ１０への電源供給のオン／オフを非常に高速で繰り返す場合を除いて、このコンデンサの充放電の影響を受けない。さらに、使用するＤＣ電源回路２ａ、電圧変換回路２ｂ、制御部３、モータ１０の種類や特性が変更されても、スイッチ電圧Ｖｓがオン／オフされる時間を変更するだけでモータ起動初期の電源供給の制御を行うことができるので、種々の電源装置、モータ等に対して、モータ駆動回路１を汎用的に用いることができる。
【００５４】
スイッチ電圧Ｖｓをオン状態及びオフ状態に維持する時間は、複数回のオン／オフ過程の間で同じである必要はない。例えば、図２の例では、ｔ３−ｔ２がｔ１−０と等しくなくても構わない。各オン／オフ時間の長さは、モータ等の特性に応じて、効果的に過電流状態を解消し、安定に定格電流Ｉｃに推移させられるように自由に変化させればよい。この点において、周期的なパルスのオン／オフでしかモータの駆動電源を変調できないＰＭＷ制御に比較して優位である。
【００５５】
このようなモータ駆動回路１は、いかなる装置に使用されるモータにも適用可能であるが、例として、温水洗浄便座に代表される衛生洗浄装置の乾燥ファンモータや脱臭ファンモータを駆動するモータに適用することができる。衛生洗浄装置の制御系統は、限られた空間に設計することが求められるので、設置スペースが小さくて済む上記モータ駆動回路１を使用することが好適である。また、衛生洗浄装置の乾燥ファンモータや脱臭ファンモータは、使用者によって衛生洗浄装置が使用されるたびに停止状態から起動されるものであり、上記のように、起動初期の過電流状態が効果的に解消できることは、衛生洗浄装置の安定的動作及び長期間の性能維持に効果を有する。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１        モータ駆動回路
２        電源部
２ａ      ＤＣ電源回路
２ｂ      電圧変換回路
３        制御部
４        スイッチ部
５        還流ダイオード
１０      モータ
２０      入力部回路
【図１】
2014155322.tif 000003
【図２】
2014155322.tif 000004