(57)【要約】  本発明のモータ駆動装置は、可動子および３相のコイル（３１）を有するモータ（３０）に駆動電圧および駆動電流を供給する通電器（２０）と、モータの駆動速度および可動子の位置を検出し、駆動速度情報と位置情報とを含む信号を速度位置信号ＲＳとして出力する速度位置検出器（４０）と、駆動速度に対する基準信号ＣＬＫを出力する基準信号発生器（１２）と、速度位置信号ＲＳ、基準信号ＣＬＫおよび任意の値を示す設定信号ＰＡを用いて、コイル（３１）に供給する駆動電圧の位相を示す位相信号ＰＳを出力する位相信号生成器（１１）と、位置情報と位相信号ＰＳとを用いて、通電器（２０）への制御信号を出力する波形生成器（１４）とを備え、コイル（３１）へ供給する駆動電圧の位相を駆動速度に比例するように調整し、その比例度合いは設定信号ＰＡにより設定可能とする。
2009538103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を含み、可動子および３相のコイルを有するモータに駆動電圧および駆動電流を供給し、前記モータを駆動する通電器と、
モータの駆動速度および前記可動子の位置を検出し、前記駆動速度に応じた駆動速度情報と前記可動子の位置に応じた位置情報とを含む信号を速度位置信号として出力する速度位置検出器と、
前記駆動速度に対する基準としての基準信号を出力する基準信号発生器と、
前記速度位置検出器の速度位置信号と、前記基準信号発生器の基準信号と、任意の値を示す設定信号とを用いて、前記コイルに供給する前記駆動電圧の位相を示す位相信号を出力する位相信号生成器と、
前記位置速度検出器の速度位置信号に含まれる前記位置情報と前記位相信号生成器の位相信号とを用いて、前記通電器のスイッチング素子への制御信号を出力する波形生成器とを備え、
前記コイルへ供給する駆動電圧の位相を前記駆動速度に比例するように調整し、その比例度合いは前記設定信号により設定可能としたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
可動子および３相のコイルを有する前記モータに、内臓または一体化されたことを特徴とする請求項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、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、プリンタ等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、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正弦波駆動方式で、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば空調機器等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（以下、モータという）が用いられることが多い。
【０００３】
従来、モータの駆動方式としては、モータのコイルに供給する駆動電圧を矩形波状駆動波形とする矩形波駆動方式が広く採用されてきた。しかし近年、モータをより低トルクリップル、低振動および低騒音で駆動することへの要求が高まってきている。この要求に対応する駆動技術として、モータのコイルに供給する駆動電圧を正弦波状駆動波形とする正弦波駆動方式が一般的になりつつある。
【０００４】
モータを正弦波駆動するための技術は、従来、例えば、日本特許第３２３２４６７号公報に記載されている。この従来のモータ駆動装置は、モータの回転位置に応じてメモリー記憶された正弦波状の波形データを順次読み出す。そして、このモータ駆動装置は、この波形データをパルス幅変調して、モータのコイルに電力供給するためのインバータ回路の各スイッチ素子を制御する。このようにして、従来のモータ駆動装置は、モータを正弦波駆動する。
【０００５】
また、他の従来技術として、例えば、日本特許特開２００３−３４８８７４号公報に記載のような技術がある。この従来のモータ駆動装置は、正弦波駆動技術を半導体集積回路により実現し、使用部品点数並びにコストを削減する。
【０００６】
図５は、この種の従来のモータ駆動装置の回路構成図である。また、図６は、図５に示すモータ駆動装置の動作説明図である。
【０００７】
図５において、モータ１３０は、図示しない可動子および３相のコイル１３１を有する。このコイル１３１には、図示しない直流電源から、通電器１２０が有する複数のスイッチング素子を介して、駆動電圧および駆動電流が供給される。
【０００８】
モータ駆動装置は、波形生成器１１４を含む制御器１１０、通電器１２０および速度位置検出器１４０から構成されている。
【０００９】
モータの可動子の位置および速度の各情報は、速度位置検出器１４０により検出され、制御器１１０内の波形生成器１１４に伝えられる。波形生成器１１４は、伝えられた可動子の位置および速度の各情報に基づき、正弦波状の制御信号ＵＧ、ＶＧおよびＷＧを出力する。通電器１２０は、制御信号ＵＧ、ＶＧおよびＷＧを用いて各スイッチング素子をオンまたはオフさせることで、コイル１３１に駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを印加し、駆動電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを供給する。
【００１０】
ここで、制御信号ＵＧ、ＶＧおよびＷＧは、互いに電気角１２０度の位相差をもった信号である。また、通電器１２０内のスイッチング素子をオンまたはオフさせるため、このような制御信号は、３つの信号とは限らず、６つの信号として出力されることもある。また、このような制御信号として、パルス幅変調された信号が用いられる場合が多い。
【００１１】
図６は、Ｕ相のコイルの状態波形、すなわち、速度位置検出器１４０の出力である出力信号ＲＳ、通電器１２０の出力である駆動電圧Ｕ、駆動電流Ｉｕおよびコイルの誘起電圧Ｅｕを示している。
【００１２】
速度位置検出器１４０の出力信号ＲＳが入力された波形生成器１１４は、出力信号ＲＳに含まれる可動子の駆動速度情報および位置情報を用いて、正弦波状の駆動電圧Ｕを出力する。この駆動電圧Ｕ、誘起電圧Ｅｕおよびコイルのインピーダンス成分から決まる駆動電流Ｉｕが通電器１２０から供給される。
【００１３】
ここで、信号ＲＳは、必ずしも駆動電圧Ｕおよび誘起電圧Ｅｕと図示する位相関係である必要はなく、また矩形波形状でなくとも、駆動速度情報および位置情報を含む信号であれば良い。
【００１４】
また図示しないが、Ｖ相およびＷ相の駆動電圧、誘起電圧、駆動電流の関係も同様である。
【００１５】
以上のようにして、モータ１３０は正弦波駆動される。
【００１６】
しかしながら上記した従来のモータ駆動装置は、モータ１３０を高効率で駆動できないという課題を有していた。
【００１７】
モータを高効率で駆動するには、コイルに流れる駆動電流の位相と誘起電圧の位相とを一致させることが必要である。
【００１８】
コイルに流れる駆動電流は、コイルに印加される駆動電圧から誘起電圧を差し引いた電圧を、コイルのインピーダンスで除した値となる。ここでコイルのインピーダンスは、インダクタンス成分を有している。このため、駆動電流の位相は、駆動電圧の位相よりも遅れる。したがって、モータを高効率で駆動するためには、駆動電圧に対する駆動電流の位相遅れを考慮し、誘起電圧の位相と駆動電流の位相が一致するように、駆動電圧の位相を進める必要がある。
【００１９】
図５に示した従来のモータ駆動装置の駆動電圧は正弦波状で、駆動速度により正弦波の周期は変化するが、その位相を進めることができない。その結果、図６に示すように、従来のモータ駆動装置は、例えば誘起電圧Ｅｕと駆動電流Ｉｕとの位相を一致させることができず、モータの駆動効率が低下するという課題を有していた。
【発明の開示】
【００２０】
本発明のモータ駆動装置は、上記課題を解決するために、複数のスイッチング素子を含み、可動子および３相のコイルを有するモータに駆動電圧および駆動電流を供給し、モータを駆動する通電器と、モータの駆動速度および可動子の位置を検出し、駆動速度に応じた駆動速度情報と可動子の位置に応じた位置情報とを含む信号を速度位置信号として出力する速度位置検出器と、駆動速度に対する基準としての基準信号を出力する基準信号発生器と、速度位置検出器の速度位置信号と基準信号発生器の基準信号と任意の値を示す設定信号とを用いて、コイルに供給する駆動電圧の位相を示す位相信号を出力する位相信号生成器と、位置速度検出器の速度位置信号に含まれる位置情報と位相信号生成器の位相信号とを用いて、通電器のスイッチング素子への制御信号を出力する波形生成器とを備え、コイルへ供給する駆動電圧の位相を駆動速度に比例するように調整し、その比例度合いは設定信号により設定可能としている。
【００２１】
本発明のモータ駆動装置によれば、コイルへ供給する駆動電圧の位相を駆動速度に比例するように調整し、その比例度合いは設定信号により設定できるため、様々な仕様のモータを高効率で駆動することが可能である。
【００２２】
また、本発明のモータ駆動装置を、可動子および３相のコイルを有するモータに内蔵または一体化すれば、モータを搭載する上位機器に組み込み易く、正弦波駆動モータによる高効率駆動系を容易に構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の回路構成図であり、図２は図１に示すモータ駆動装置の動作説明図である。図３は空調機器にファンモータとして搭載されたモータの駆動速度毎に最高効率となる位相を測定した図であり、図４は本発明のモータ駆動装置の駆動電圧の位相と駆動速度とを示した図である。
【００２５】
図１において、モータ３０は、図示しない可動子および３相のコイル３１を有する。このコイル３１には、図示しない直流電源から通電器２０が有する複数のスイッチング素子を介して駆動電圧および駆動電流が供給される。
【００２６】
本モータ駆動装置は、位相信号発生器１１、基準信号発生器１２および波形生成器１４とからなる制御器１０、通電器２０および速度位置検出器４０から構成されている。
【００２７】
速度位置検出器４０は、モータ３０の駆動速度および可動子の位置を検出し、駆動速度に応じた駆動速度情報と可動子の位置に応じた位置情報とを含む信号を、速度位置信号ＲＳとして出力する。モータの可動子のこのような位置および速度の各情報は、制御器１０内の位相信号生成器１１および波形生成器１４に伝えられる。
【００２８】
基準信号発生器１２は、駆動速度に対する基準としての基準信号ＣＬＫを生成し、出力する。
【００２９】
位相信号生成器１１は、速度位置検出器４０からの速度位置信号ＲＳの駆動速度情報と、基準信号発生器１２からの駆動速度の基準となる基準信号ＣＬＫと、任意の値として入力される設定信号ＰＡとを用いて、コイル３１に供給する駆動電圧の位相を示す位相信号ＰＳを生成し、出力する。
【００３０】
ここで、位相信号生成器１１の動作は、駆動速度に比例して位相信号ＰＳが変化し、その比例度合いを設定信号ＰＡによって設定できることが重要である。例えば、位相信号生成器１１が、速度位置信号ＲＳの駆動速度情報を基準信号ＣＬＫで位相信号に変換し、その位相信号が設定信号ＰＡによって比例倍された信号を位相信号ＰＳとして出力する動作であるとして差し支えない。また、位相信号生成器１１が、基準信号ＣＬＫを設定信号ＰＡで比例変換し、速度位置信号ＲＳの駆動速度情報を位相信号に変換するような構成であってもよく、様々な変換方法が考えられる。また、任意の値として入力される設定信号ＰＡは、電圧値またはパルス信号などを用いても良い。
【００３１】
波形生成器１４は、速度位置信号ＲＳに含まれる位置情報と位相信号ＰＳとを用いて、通電器２０のスイッチング素子への制御信号を生成し、通電器２０へと出力する。すなわち、波形生成器１４は、位相信号ＰＳと速度位置信号ＲＳに基づき正弦波状の制御信号ＵＧ、ＶＧおよびＷＧを生成し、出力する。通電器２０は、複数のスイッチング素子を有し、制御信号ＵＧ、ＶＧおよびＷＧを用いて各スイッチング素子をオンまたはオフさせることで、コイル３１に駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを印加し、駆動電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを供給する。通電器２０は、このようにしてモータ３０を駆動する。
【００３２】
ここで、制御信号ＵＧ、ＶＧおよびＷＧは、互いに電気角１２０度の位相差をもった信号である。また、通電器２０内のスイッチング素子をオンまたはオフさせるため、このような制御信号は、３つの信号とは限らず、例えば、６つの信号であってもよい。また、このような制御信号として、本モータ駆動装置は、例えば、パルス幅変調された信号を用いる。
【００３３】
図２は、本モータ駆動装置におけるＵ相のコイルの状態波形、すなわち、速度位置検出器４０の出力である速度位置信号ＲＳ、通電器２０の出力である駆動電圧Ｕ、駆動電流Ｉｕおよびコイルの誘起電圧Ｅｕを示している。
【００３４】
位相信号ＰＳと速度位置信号ＲＳが入力された波形生成器１４は、速度位置信号ＲＳに含まれる可動子の駆動速度情報および位置情報を用いて正弦波状の駆動電圧Ｕを生成し、その位相は位相信号ＰＳによって調整される。この駆動電圧Ｕ、誘起電圧Ｅｕおよびコイルのインピーダンス成分から決まる駆動電流Ｉｕが通電器２０から供給される。
【００３５】
ところで、モータを最も高効率で駆動するには、誘起電圧Ｅｕの位相と駆動電流Ｉｕの位相とが合うように、駆動電圧の位相を調整する必要がある。その最適な駆動電圧の位相は、モータの駆動速度が変化すれば変化する。図３は、空調機器にファンモータとして搭載された仕様の異なるモータ１と２を２種類用意し、駆動速度毎に最も高効率となる駆動電圧の位相をそれぞれに測定した図である。駆動速度と最も高効率となる最適な位相とは、略比例倍の関係にあるが、モータの仕様により比例度合いは異なることが分かる。本発明のモータ駆動装置では、この測定結果を考慮し、図４に示すように、駆動速度と位相信号ＰＳは比例関係としている。そして、さらに、その比例度合いは、ＰＡ＝Ｘ１、Ｘ２、またはＸ３と例示しているように、設定信号ＰＡを変化させることで設定できるような構成としている。また、これによって、本モータ駆動装置は、様々な仕様のモータにおいて、最適な位相制御を行うことが可能である。
【００３６】
ここで、速度位置信号ＲＳは、必ずしも駆動電圧Ｕおよび誘起電圧Ｅｕと図示する位相関係である必要はなく、また矩形波形状でなくとも、駆動速度情報および位置情報を含む信号であれば良い。
【００３７】
また図示しないが、Ｖ相およびＷ相の駆動電圧、誘起電圧、駆動電流の関係も同様である。
【００３８】
以上のようにして、モータ３０は、本モータ駆動装置により、最も高効率で正弦波駆動される。
【００３９】
以上、本発明のモータ駆動装置は、モータのコイルへ供給する駆動電圧の位相を駆動速度に比例するように調整し、その比例度合いは設定信号により設定できるような構成としている。
【００４０】
これにより、様々な仕様のモータを高効率で駆動することが可能であり、また、駆動装置をモータに内蔵または一体化することで、モータを搭載する上位機器に組み込み易く、正弦波駆動モータによる高効率駆動系を容易に構築できる。
【００４１】
なお、モータの可動子の速度位置検出には、ブラシレスＤＣモータの場合、ホール効果を利用したホールセンサーを用いる方法や、コイルに発生する誘起電圧あるいは駆動電流を利用する方法などがあるが、いずれかの方法で検出されれば良い。また、駆動電圧の波形は図２に示すような正弦波状の波形に限る必要はなく、結果として各相コイル間に印加される駆動電圧の波形が正弦波形状であれば良い。また、駆動速度の制御は駆動電圧の大きさを制御することで可能なことは言うまでもない。
【００４２】
また、駆動電圧の波形が正弦波状の波形である場合について説明してきたが、位相制御による最高効率でのモータ駆動は、正弦波状の波形での駆動に限ったものではないので、矩形波状の波形での駆動や、略正弦波状の波形での駆動でも本発明は有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、様々な仕様のモータを高効率で駆動できるため、低振動低騒音かつ高効率が要求される空調機器用のファンモータ駆動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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の回路構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の動作説明図
【図３】モータの駆動速度に対して最高効率となる位相の測定結果を示す図
【図４】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の位相制御の動作説明図
【図５】従来のモータ駆動装置における回路構成図
【図６】従来のモータ駆動装置の動作説明図
【符号の説明】
【００４５】
１０    制御器
１１    位相信号発生器
１２    基準信号発生器
１４    波形生成器
２０    通電器
３０    モータ
３１    コイル
４０    速度位置検出器
【図１】
2009538103.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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2009538103.tif 000010
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