(57)【要約】【課題】駆動不能や装置ダウンを有効に回避できるモータ駆動装置を安価に提供する。【解決手段】入力される矩形波のデューティ比に応じてモータ２に電流を供給するモータ駆動回路３と、モータ駆動回路３によりモータに供給される電流を検出して実電流信号として出力する電流検出回路Ｒｓ，５，Ｕ３と、入力される指令値信号Ｓ１と実電流信号Ｓ２とに基づき第１偏差信号Ｓ３を出力する積分回路Ｕ１と、入力される第２偏差信号Ｓ４を所定の三角波Ｓ５と比較して、その大小関係に対応したデューティ比の矩形波Ｓ６を発生し、モータ駆動回路３に対して出力する矩形波発生回路Ｕ２と、積分回路Ｕ１からの第１偏差信号Ｓ３が予め設定された閾値を超えないように制限して、矩形波発生回路Ｕ２に対して第２偏差信号Ｓ４として出力するリミット回路６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するモータ駆動装置であって、
入力される矩形波のデューティ比に応じて前記モータに電流を供給するモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路により前記モータに供給される電流を検出して実電流信号として出力する電流検出回路と、
入力される指令値信号と前記実電流信号とに基づき第１偏差信号を出力する積分回路と、
入力される第２偏差信号を所定の三角波と比較して、その大小関係に対応したデューティ比の矩形波を発生し、前記モータ駆動回路に対して出力する矩形波発生回路と、
前記積分回路からの前記第１偏差信号が予め設定された閾値を超えないように制限して、前記矩形波発生回路に対して前記第２偏差信号として出力するリミット回路と
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記閾値を前記三角波の振幅よりも小さい値に設定した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】
前記閾値を変更する閾値変更回路をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に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、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体を移動するステージ装置等においては、複数のコイルと可動子（磁石）とを近接配置し、コイルの励磁磁界により可動子を動かすムービングマグネット方式のリニアモータが用いられている。このようなリニアモータを駆動するモータ駆動装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
このモータ駆動装置はＰＷＭ駆動の定電流アンプであり、出力段はフルブリッジ回路となっており、スイッチング素子のオン／オフのデューティによって出力電流を制御している。スイッチング素子のオン／オフのデューティは、負荷（コイル）に供給する電流を検出する電流検出用抵抗の両端電圧に基づきフィードバックされる実電流信号（帰還信号）と指令値信号との差（偏差信号）を三角波と比較することにより得られる矩形波のデューティによって決まる。
【０００４】
このようなモータ駆動装置においては、フルブリッジ回路のハイサイドドライバへの電源供給にブートストラップコンデンサを有するブートストラップ回路が用いられる場合があり、これにより電源の小型化・省電力化が図られている。
【０００５】
ところで、高速に往復動作するようなステージ装置においては、負荷に電流を瞬時に流そうとすると、三角波の振幅が上述した偏差信号の最大値よりも小さくなり、ＰＷＭのデューティが１００％となる時間が発生する場合がある。この場合、負荷には駆動電源電圧が最大にかかることになる。このような使用方法は、ＰＷＭのデューティが１００％に近い分、スルーレート（Ｓｌｅｗ  Ｒａｔｅ）を良くするためには有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７１０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＰＷＭのデューティが１００％である状態が継続すると、上述したブートストラップ回路のブートストラップコンデンサの両端電圧が低下し、駆動不能となる場合があるとともに、ゲートドライバの保護回路が作動して装置全体が停止してしまう場合があるという問題がある。
【０００８】
なお、ＰＷＭのデューティが１００％にならないような高電圧電源を用いれば、かかる問題を回避することが可能ではあるが、そのためだけに高価な高電圧電源を用いることになるとともに、回路に用いる素子も限定され、それに応じて高価なものとしなければならず、コストの上昇を招くことになり、妥当でない。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、駆動不能や装置ダウンを有効に回避することができるモータ駆動装置を安価に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】
本発明に係るモータ駆動装置は、モータを駆動するＰＷＭ方式のモータ駆動装置であって、入力される矩形波のデューティ比に応じて前記モータに電流を供給するモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路により前記モータに供給される電流を検出して実電流信号として出力する電流検出回路と、入力される指令値信号と前記実電流信号とに基づき第１偏差信号を出力する積分回路と、入力される第２偏差信号を所定の三角波と比較して、その大小関係に対応したデューティ比の矩形波を発生し、前記モータ駆動回路に対して出力する矩形波発生回路と、前記積分回路からの前記第１偏差信号が予め設定された閾値を超えないように制限して、前記矩形波発生回路に対して前記第２偏差信号として出力するリミット回路とを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リミット回路を備えているので、リミット回路の閾値を矩形波発生回路の三角波の振幅よりも小さい値に設定することにより、ＰＷＭのデューティが１００％に近い状態で駆動しても、駆動不能や装置ダウンを有効に回避することができ、しかも高電圧電源を用いる必要もないので、モータ駆動装置を安価に提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態のモータ駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１のリミット回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態のモータ駆動装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
このモータ駆動装置は、物体を載置して移動するステージ装置等に用いられるリニアモータを駆動するＰＷＭ駆動の定電流アンプである。本実施形態においては、駆動対象としてのリニアモータは、複数のコイルと可動子（磁石）とを近接配置し、コイルの励磁磁界により可動子を動かすムービングマグネット方式のリニアモータである。本実施形態のモータ駆動装置は、高速に往復動作するステージ装置に用いて特に好適である。なお、リニアモータのコイル群に３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の励磁電流をそれぞれ供給するため、図１に示したようなモータ駆動装置が３つ設けられるが、これらは基本的に同一の構成であるため、その１つについて説明する。
【００１５】
図１に示すように、モータ駆動装置１は、入力される矩形波Ｓ６のデューティ比に応じてモータ（負荷）２に電流を供給するモータ駆動回路（フルブリッジ回路３、平滑化回路４）と、モータ駆動回路によりモータに供給される電流を検出して実電流信号Ｓ２として出力する電流検出回路（電流検出用抵抗Ｒｓ、光絶縁アンプ５、差動アンプＵ３）と、入力される指令値信号Ｓ１と実電流信号Ｓ２とに基づき第１偏差信号Ｓ３を出力する積分回路（オペアンプＵ１）と、入力される第２偏差信号Ｓ４を所定の三角波Ｓ５と比較して、その大小関係に対応したデューティ比の矩形波Ｓ６を発生し、モータ駆動回路に対して出力する矩形波発生回路（コンパレータＵ２）と、積分回路からの第１偏差信号Ｓ３が予め設定された閾値を超える場合に該閾値を超える部分を該閾値以下に制限して、矩形波発生回路に対して前記第２偏差信号として出力するリミット回路６とを概略備えて構成されている。
【００１６】
ステージ装置が備える制御装置（不図示）からの指令値信号Ｓ１、及び電流検出回路（電流検出用抵抗Ｒｓ、光絶縁アンプ５、差動アンプＵ３）からフィードバックされる実電流信号（帰還信号）Ｓ２は積分回路を構成するオペアンプＵ１に入力され、指令値信号Ｓ１と実電流信号Ｓ２との差に比例する信号が第１偏差信号Ｓ３として、リミット回路６に供給される。
【００１７】
リミット回路６の詳細は、図２に示されている。リミット回路６は、オペアンプＵ１からの第１偏差信号Ｓ３が予め設定された閾値（上限閾値、下限閾値）を超える場合（上限閾値以上又は下限閾値以下となる場合）に該超える部分を該閾値の範囲内に制限して、コンパレータＵ２に対して第２偏差信号Ｓ４として出力する回路である。リミット回路６に設定される閾値は、コンパレータＵ２に入力される三角波Ｓ５の振幅よりも小さい値に設定される。この閾値は、一例として、三角波の振幅をＡとして、Ａ−０．２Ｖ±０．１Ｖ程度とすることができる。
【００１８】
図２に示すように、オペアンプＵ４の非反転入力端（＋）に図１のオペアンプＵ１の出力端が接続されており、オペアンプＵ４の出力端には抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して図１のコンパレータＵ２の非反転入力端（＋）が接続されている。リミット回路６は、可変抵抗器Ｒ３、オペアンプＵ５、コンデンサＣ１及びダイオードＤ１を有する上限リミット回路と、可変抵抗器Ｒ４、オペアンプＵ６、コンデンサＣ２及びダイオードＤ２を有する下限リミット回路とを備えている。可変抵抗器Ｒ３を調整することにより、上限閾値を変更することができ、可変抵抗器Ｒ４を調整することにより、下限閾値を変更することができるようになっている。
【００１９】
図１に戻り、コンパレータＵ２において、リミット回路６からの第２偏差信号Ｓ４が三角波Ｓ５と比較されて、その大小関係に対応したデューティ比の矩形波Ｓ６が発生され、この矩形波Ｓ６がフルブリッジ回路３に供給される。
【００２０】
コンパレータＵ２には、所定の振幅に設定された三角波Ｓ５が入力されており、コンパレータＵ２は、この三角波Ｓ５の波高値とリミット回路６からの第２偏差信号Ｓ４の大きさを比較し、第２偏差信号Ｓ４の方が大きいときにはＨレベルとなり、第２偏差信号Ｓ４の方が小さいときにはＬレベルとなるパルスとしての矩形波Ｓ６を出力する。
【００２１】
この矩形波Ｓ６は、フルブリッジ回路３に供給される。フルブリッジ回路３は、ゲートドライバ回路、ＭＯＳ−ＦＥＴ等を複数備えるとともに、ハイサイドのＭＯＳ−ＦＥＴのゲート駆動用電圧を得るため、ブートストラップコンデンサを有するブートストラップ回路を備えている。フルブリッジ回路３では入力される矩形波Ｓ６に基づいて、ゲートドライバ回路が駆動され、矩形波Ｓ６がＨレベルのときには正方向の電流を、矩形波Ｓ６がＬレベルのときには負方向の電流を、平滑化回路４を介して、負荷２に供給する。なお、平滑化回路４はＬＣローパスフィルタ及びコンデンサを有し、負荷２に供給するパルス電流を平滑にする回路である。
【００２２】
コンパレータＵ２に入力される第２偏差信号が０（接地電位）のときは、コンパレータＵ２の出力は、Ｈレベルである時間とＬレベルである時間が同じとなる、すなわちデューティ比が５０％となるので、負荷２には電流は供給されない。第２偏差信号Ｓ４がプラスとなると、コンパレータＵ２の出力は、Ｈレベルである時間の方がＬレベルである時間より長くなる（デューティ比が５０％より大きくなる）ので、負荷２には正方向の電流が流れ、その電流値は第２偏差信号Ｓ４の大きさに比例する。第２偏差信号Ｓ４がマイナスとなると、コンパレータＵ２の出力は、Ｈレベルである時間の方がＬレベルである時間より短くなる（デューティ比が５０％より小さくなるので）ので、負荷２には負方向の電流が流れ、その電流値は第２偏差信号Ｓ４の大きさに比例する。
【００２３】
フルブリッジ回路３から平滑化フィルタ４を介して負荷２に供給されている電流は、電流検出用抵抗Ｒｓの両端電圧から検出され、光絶縁アンプ５、差動アンプ（オペアンプＵ３）を介して実電流信号Ｓ２として、積分回路を構成するオペアンプＵ１にフィードバックされる。
【００２４】
本実施形態によると、積分回路を構成するオペアンプＵ１と、三角波と比較するコンパレートＵ２との間にリミット回路６を設け、リミット回路６の閾値を該三角波の振幅よりも僅かに小さい値（例えば、振幅−０．２Ｖ±０．１Ｖ）に設定したので、ＰＷＭのデューティ比が１００％になることが防止される。これにより、最大電力を出力する指令が継続していても、ブートストラップコンデンサの両端電圧が下がってその電圧がゲート駆動回路のＵＶトリップ電圧にならないということが抑制され、ゲートのスイッチングが停止したり、保護回路が作動して装置が停止してしまうことが防止される。しかも、ＰＷＭのデューティ比が１００％にならないようにするために、高価な高電圧電源を用いる必要もなく、回路に用いる素子の制限も少なく安価なものを用いることができ、コストも抑制することができる。
【００２５】
リミット回路６は閾値を正確に設定することができるので、デューティ比が１００％に至ることなく１００％に近い状態で使用することができ、スルーレートもデューティ１００％と遜色のない性能が得られる。また、三角波の振幅を変更（小さく）して周波数特性を変更した場合でも、リミット回路６の閾値を変更調整することで、フレキシブルに対応することができる。
【００２６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００２７】
１…モータ駆動装置、２…負荷（モータ）、３…フルブリッジ回路、４…平滑化回路、５…光絶縁アンプ、６…リミット回路、Ｕ１…オペアンプ（積分回路）、Ｕ２…コンパレータ、Ｒｓ…電流検出用抵抗、Ｒ３，Ｒ４…可変抵抗器、Ｓ１…指令値信号、Ｓ２…実電流信号（帰還信号）、Ｓ３…第１偏差信号、Ｓ４…第２偏差信号、Ｓ５…三角波、Ｓ６…矩形波。
【図１】
2011041356.tif 000003
【図２】
2011041356.tif 000004