(57)【要約】      （修正有）【課題】単一の演算回路で複数のモータを制御することができるモータ装置を提供する。【解決手段】一の演算回路１７０と、複数のモータモジュール１００Ａ、１００Ｂとを備え、複数のモータモジュールの各々は、スイッチング素子群１２０Ａ、１２０Ｂと、少なくとも、スイッチング素子群のスイッチ動作を制御する駆動回路１５２Ａ、１５２Ｂ、及び、演算回路が決定した駆動電圧値に応じた駆動信号を生成して駆動回路に与える信号生成回路１５４Ａ、１５４Ｂを実装した集積回路１５０Ａ、１５０Ｂと、スイッチング素子群により制御された電流が流れる複数のコイル、及び、複数のコイルから生じた磁場により駆動されるロータを有するモータ１１０Ａ、１１０Ｂと、を有する、モータ装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の演算回路と、
複数のモータモジュールと、
を備え、
前記複数のモータモジュールの各々は、
スイッチング素子群と、
少なくとも、前記スイッチング素子群のスイッチ動作を制御する駆動回路、及び、前記演算回路が決定した駆動電圧値に応じた駆動信号を生成して前記駆動回路に与える信号生成回路、を実装した集積回路と、
前記スイッチング素子群により制御された電流が流れる複数のコイル、及び、前記複数のコイルから生じた磁場により駆動されるロータを有するモータと、
を有する、モータ装置。
【請求項２】
前記信号生成回路は、パルス幅変調信号を前記駆動信号として生成し、前記パルス幅変調信号により前記駆動回路の動作タイミングを制御する、
請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記複数のコイルに流れる電流を検出する検出部を更に備える、
請求項１または２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記集積回路は、前記検出部が検出した電流の検出値を増幅する増幅回路を更に集積する請求項３に記載のモータ装置。
【請求項５】
前記集積回路は、前記増幅回路からのアナログ出力をデジタル出力に変換し、前記デジタル出力を前記演算回路に送信するＡＤコンバータを更に集積する請求項４に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記演算回路は、前記検出部が検出した電流の検出値に基づいて前記駆動電圧値を決定する、
請求項３から５のいずれか１項に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子群は、複数の電界効果トランジスタを含む、
請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ装置。
【請求項８】
前記演算回路は、前記複数のモータモジュールの前記集積回路に、前記駆動電圧値を与えることで、複数の前記モータの回転動作を制御する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ装置。
【請求項９】
前記演算回路と複数の前記集積回路とを接続するシリアルバスを更に備える、
請求項８に記載のモータ装置。
【請求項１０】
モータの駆動を制御するための集積回路であって、
演算回路と通信する通信回路と、
スイッチング素子群のスイッチ動作を制御する駆動回路と、
前記演算回路から駆動電圧値を受け取り、前記駆動電圧値に応じた駆動信号を生成して前記駆動回路に与える信号生成回路と、
を集積した集積回路。
【請求項１１】
前記信号生成回路は、パルス幅変調信号を前記駆動信号として生成し、前記パルス幅変調信号により前記駆動回路の動作タイミングを制御する、
請求項１０に記載の集積回路。
【請求項１２】
前記モータは複数のコイルで生じさせた磁場により駆動され、
前記複数のコイルに流れる電流の検出値を増幅する増幅回路が更に集積される請求項１０又は１１に記載の集積回路。
【請求項１３】
前記増幅回路からのアナログ出力をデジタル出力に変換し、前記デジタル出力を前記演算回路に送信するＡＤコンバータが更に集積される請求項１２に記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路及びモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンコーダ等でロータの回転位置を検出し、回転位置に応じ、ＩＣがトランジスタを用いてモータコイルに流す電流を制御し、ロータを回転駆動するブラシレスモータが知られている（例えば、特許文献１及び非特許文献１〜３参照）。
特許文献１  特開２００６−８１２８３号公報
非特許文献１  江崎  雅康、「ブラシレスＤＣモータのベクトル制御技術」、第２版、２０１３年８月１日
非特許文献２  見城  尚志、「小型モータの基礎とマイコン制御」、第９版、１９９３年３月２５日
非特許文献３  長竹  和夫、「家電用モータ・インバータ技術」、初版、２０００年４月２８日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
複数のモータを制御する際に、モータを制御するＩＣを共用できればシステムコストを低減することができる。しかし、モータを制御するためのＩＣの信号処理負担は重く、複数モータの制御を単一のＩＣで処理させると、信号処理資源が不足する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、モータの駆動を制御するための集積回路であって、演算回路と通信する通信回路と、スイッチング素子群のスイッチ動作を制御する駆動回路と、演算回路から駆動電圧値を受け取り、駆動電圧値に応じた駆動信号を生成して駆動回路に与える信号生成回路と、を集積した集積回路を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、一の演算回路と、複数のモータモジュールと、を備え、前記複数のモータモジュールの各々は、スイッチング素子群と、少なくとも、前記スイッチング素子群のスイッチ動作を制御する駆動回路、及び、前記演算回路が決定した駆動電圧値に応じた駆動信号を生成して前記駆動回路に与える信号生成回路、を実装した集積回路と、前記スイッチング素子群により制御された電流が流れる複数のコイル、及び、前記複数のコイルから生じた磁場により駆動されるロータを有するモータと、を有する、モータ装置を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係るモータ装置１０の概略を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係るモータ１１０の通電状態の概略の一例である。
【図３】本実施形態に係るモータ１１０の通電状態の概略の一例である。
【図４】本実施形態に係るモータ１１０の通電状態の概略の一例である。
【図５】本実施形態に係るモータ１１０の通電状態の概略の一例である。
【図６】本実施形態に係るモータ１１０の通電状態の概略の一例である。
【図７】本実施形態に係るモータ１１０の通電状態の概略の一例である。
【図８】本実施形態に係るモータ１１０の矩形波駆動時の電流波形の一例である。
【図９】本実施形態に係るモータ１１０の通電状態の概略の一例である。
【図１０】本実施形態に係るモータ１１０の通電状態の概略の一例である。
【図１１】本実施形態に係るモータ１１０のベクトル制御時の電流波形の一例である。
【図１２】本実施形態の変形例に係るモータ装置２０の概略を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本実施形態に係るモータ装置１０の概略を示すブロック図である。モータ装置１０は、一の演算回路により複数のモータの駆動を制御する。例えば、モータ装置１０は、一の演算回路を複数のモータのそれぞれに対応して設けられる集積回路と協働させて、複数のモータの回転動作を制御する。以下の本実施形態の説明では、モータ装置１０がモータを２個備える場合を例に説明するが、モータの数は２個に限られず、３個以上であってもよい。モータ装置１０は、複数のモータモジュール１００Ａ、１００Ｂと、演算回路１７０と、第１電源部１８０と、第２電源部１９０とを備える。
【００１０】
モータモジュール１００Ａ、１００Ｂは、モータを駆動するための独立したユニット単位であってよい。複数のモータモジュール１００Ａ、１００Ｂは、演算回路１７０の制御の下、それぞれが独立に動作してよい。モータモジュール１００Ａ及び１００Ｂは、同一の構成を採用してよく、少なくとも一部を異なる構成としてもよい。また、モータモジュール１００Ａ、１００Ｂは、少なくとも一部が物理的に分離していてよく、物理的に一体であってもよい。
【００１１】
モータモジュール１００は、モータ１１０、スイッチング素子群１２０、検出部１３６、検出部１４６、及び、集積回路１５０を有してよい。本実施形態の説明においてモータモジュール１００Ａにおける要素の末尾にはＡを付し（例えば、モータ１１０Ａ）、モータモジュール１００Ｂにおける要素の末尾にはＢを付し（例えば、モータ１１０Ｂ）、両者を区別しない場合にはいずれも付さない（例えばモータ１１０）。
【００１２】
モータ１１０は、ブラシレスモータであってよく、例えば、３相ブラシレスモータであってよい。図１において、モータ１１０の各相はｕ、ｖ、ｗで示される。モータ１１０の各相は、スイッチング素子群１２０を介して、第１電源部１８０からの電力を受け取り、回転駆動を行う。モータ１１０の駆動方式の詳細は後述する。
【００１３】
スイッチング素子群１２０は、複数のスイッチング素子１２２〜１４４からなり、モータ１１０の各相に流れる電流を制御する。例えば、スイッチング素子群１２０は、モータ１１０のｖ相に流れる電流を制御するスイッチング素子１２２及びスイッチング素子１２４、モータ１１０のｗ相に流れる電流を制御するスイッチング素子１３２及びスイッチング素子１３４、並びに、モータ１１０のｕ相に流れる電流を制御するスイッチング素子１４２及びスイッチング素子１４４を含んでよい。
【００１４】
スイッチング素子群１２０に含まれるスイッチング素子１２２〜１４４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってよい。例えば、スイッチング素子１２２〜１４４は、ＰＭＯＳ又はＮＭＯＳであってよい。また、各相の電流を制御する複数のスイッチング素子は相補的に配置されてよい。
【００１５】
一例として、スイッチング素子１２２はＰＭＯＳであってよく、スイッチング素子１２４はＮＭＯＳであってよい。スイッチング素子１３２及び１３４、並びに、スイッチング素子１４２及び１４４も同様の構成であってよい。この場合、スイッチング素子１２２〜１４４のゲートは駆動回路１５２に接続されて、スイッチング素子１２２〜１４４が駆動回路１５２により駆動されてよい。
【００１６】
スイッチング素子群１２０のスッチング素子の少なくとも一部は、ＦＥＴに代えて他の構成を採用してもよい。例えば、スッチング素子１２２〜１４４は、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、又は、サイリスタであってよい。
【００１７】
検出部１３６及び検出部１４６（併せて「検出部１３６等」ということがある）は、スイッチング素子群１２０とグラウンドの間に配置され、モータ１１０の各相に流れる電流を検出する。例えば、検出部１３６は、スイッチング素子１３２に対して低電位側のスイッチング素子１３４とグラウンドとの間に配置され、ｗ相に流れる電流を検出する。
【００１８】
検出部１３６等は、シャント抵抗と、当該シャント抵抗の両端で集積回路１５０に配線接続する端子とを含んでよい。これにより、検出部１３６等は、シャント抵抗の両端の電位差を、モータ１１０の各相に流れる電流量情報として集積回路１５０に伝達してよい。シャント抵抗は、一例として数十ミリΩ程度の抵抗であってよい。
【００１９】
本実施形態において、検出部１３６はモータ１１０のｗ相に流れる電流Ｉｗを検出し、検出部１４６はモータ１１０のｕ相に流れる電流Ｉｕを検出する。モータ１１０のｖ相、ｗ相、ｕ相に流れる電流の合計は０であるので、ｖ相に流れる電流Ｉｖは−（Ｉｗ＋Ｉｕ）から演算可能である。従って、モータモジュール１００にｖ相に対応する検出部を省略することができ、これによりシステムコストを低減することができる。これに代えて、モータモジュール１００にｖ相に対応する検出部を設けて、より精密なモータ制御を実現してもよい。
【００２０】
集積回路１５０は、モータ１１０の電流量をモニタし、スイッチング素子群１２０を介してモータ１１０の駆動を制御する。例えば、集積回路１５０は、検出部１３６等から取得したモータ１１０の各相に流れる電流に基づいて演算回路１７０に制御され、スイッチング素子群１２０のスイッチング動作を行うことによりモータ１１０の駆動を制御する。
【００２１】
集積回路１５０は、異なる処理を行う複数機能を実現する回路を集積したＩＣであってよい。例えば、集積回路１５０は、１片のチップに複数回路を集積したモノリシック集積回路、又は、複数のチップに複数回路を集積したハイブリッド集積回路であってよい。例えば、集積回路１５０は、駆動回路１５２、信号生成回路１５４、増幅回路１５６、ＡＤコンバータ１５８、及び、通信回路１６０を集積してよい。
【００２２】
集積回路１５０は、これら回路の一部のみを集積してもよい。例えば、集積回路１５０は、上記回路のうち駆動回路１５２及び信号生成回路１５４のみを集積したものであってよく、増幅回路１５６、ＡＤコンバータ１５８、及び、通信回路１６０の１つ以上を更に集積したものであってよい。集積回路１５０は、任意で他の回路が集積されていてもよい。
【００２３】
駆動回路１５２は、スイッチング素子群１２０のスイッチング素子１２２〜１４４のスイッチ動作を制御するプリドライバであってよい。例えば、駆動回路１５２は、信号生成回路１５４から駆動信号を受け取り、駆動信号に応じて各スイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦの切り替えを実行する。
【００２４】
駆動回路１５２は、複数のスイッチング素子１２２〜１４４に対応した複数の駆動信号を受け取り、これによりスイッチング素子ごとにスイッチのスイッチングを行ってよい。例えば、図示するように駆動回路１５２は、スイッチング素子群１２０の６個のスイッチング素子１２２〜１４４のゲートに対して接続し、信号生成回路１５４から受信した複数の駆動信号に応じて、６個のスイッチング素子１２２〜１４４の駆動を行ってよい。
【００２５】
駆動回路１５２は、６個のスイッチング素子１２２〜１４４に対応して、信号生成回路１５４から３相の駆動信号を受信してよい。例えば、スイッチング素子１２２及び１２４に対応してｖ相の駆動信号を受信し、スイッチング素子１３２及び１３４に対応してｗ相の駆動信号を受信し、スイッチング素子１４２及び１４４に対応してｕ相の駆動信号を受信してよい。
【００２６】
駆動回路１５２は、駆動信号に応じて、各スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御してよい。例えば、駆動回路１５２は、ｖ相について＋レベルの駆動信号を受信したことに応じて、スイッチング素子１２２をＯＮにし、スイッチング素子１２４をＯＦＦにしてよい。ｖ相について０レベルの駆動信号を受信したことに応じて、スイッチング素子１２２及びスイッチング素子１２４をＯＦＦにしてよい。ｖ相について−レベルの駆動信号を受信したことに応じて、スイッチング素子１２２をＯＦＦにし、スイッチング素子１２４をＯＮにしてよい。駆動回路１５２は、ｕ相、ｗ相についても同様の動作を行ってよい。
【００２７】
また、駆動回路１５２は、駆動信号の大きさに応じて、各スイッチング素子のスイッチングの量を制御してよい。例えば、駆動回路１５２は、駆動信号に応じた電圧を各スイッチング素子のゲートに与えてよい。ｖ相について、スイッチング素子１２２及びスイッチング素子１２４のゲートに駆動信号の大きさに応じた電圧を付与してよい。
【００２８】
信号生成回路１５４は、演算回路１７０から駆動電圧値を受け取り、駆動電圧値に応じた駆動信号を生成して駆動回路１５２に与える。例えば、信号生成回路１５４は、駆動電圧値の大きさに応じたパルス幅のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を駆動信号として生成し、ＰＷＭ信号により駆動回路１５２の動作タイミングを制御する。一例として、信号生成回路１５４は、演算回路１７０から３相の駆動電圧値を受け取り、３相の駆動電圧値に対応する３相分のＰＷＭ信号を生成し、これを駆動回路１５２に与える。
【００２９】
信号生成回路１５４は、デジタル信号により指定された数値に対応するＰＷＭ信号を生成する回路であってよい。例えば、信号生成回路１５４は、複数のカウンタ群が設置されたマルチタイミングユニット（ＭＴＵ）であってよい。信号生成回路１５４は、公知の他の回路により実現されてもよい。
【００３０】
増幅回路１５６は、検出部１３６及び検出部１４６が検出した電流の検出値を増幅する。これにより、例えば、増幅回路１５６は、検出部１３６等を構成するシャント抵抗間の電圧値を増幅し、増幅した電圧値をＡＤコンバータ１５８に与える。増幅回路１５６は、任意の公知の回路により実現されてよい。
【００３１】
ＡＤコンバータ１５８は、増幅回路１５６からのアナログ出力をデジタル出力に変換し、当該デジタル出力を演算回路１７０に送信する。ＡＤコンバータ１５８は、任意の公知の回路により実現されてよい。本実施形態によれば、ＡＤコンバータ１５８はモータモジュール１００ごと（すなわちモータ１１０ごと）に設けられる。時分割等によりＡＤコンバータ１５８を複数のモータモジュール１００Ａ、１００Ｂで共用する構成も考えられる。
【００３２】
しかし、本実施形態によれば、共用する場合と比較して、ＡＤコンバータ１５８をモータ１１０及びスイッチング素子群１２０の近くに配置することができる。このため、本実施形態に依れば、モータ１１０−ＡＤコンバータ１５８間のアナログ配線の引き回しを短縮でき、モータ１１０の駆動精度を向上させることができる。なお、共用する形態を排除するものではなく、本実施形態の変形例においてＡＤコンバータ１５８を共用してもよい。
【００３３】
通信回路１６０は、集積回路１５０と演算回路１７０との通信を行うインタフェースである。例えば、モータ装置１０には演算回路１７０と複数の集積回路１５０Ａ、１５０Ｂを接続するシリアルバスが設けられてよい。この場合、通信回路１６０は、演算回路１７０と通信するためのシリアル・インタフェース回路であってよい。これにより、通信回路１６０は、ＡＤコンバータ１５８の出力（すなわち、モータ１１０の各相の電流値）を演算回路１７０に送信し、演算回路１７０から各相の駆動電圧値を受け取り信号生成回路１５４に供給する。
【００３４】
演算回路１７０は、検出部１３６等が検出した電流の検出値に基づいて駆動電圧値を決定する。例えば、演算回路１７０は、集積回路１５０のＡＤコンバータ１５８からモータ１１０の同時刻における各相の電流値を受け取り、当該電流値に基づき駆動電圧値を演算する。演算回路１７０は、このような演算を実行可能な計算回路を含むマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）であってよい。
【００３５】
演算回路１７０は、各相の電流値に基づきモータ１１０のロータの現在の回転位置を推定し、現在の回転位置及び現在の各相の電流値の少なくとも一方に基づき、信号生成回路１５４に与える駆動電圧値を決定してよい。演算回路１７０は、ＰＷＭ  Ｄｕｔｙを駆動電圧値として生成し、ＰＷＭを実行する信号生成回路１５４に与えてよい。演算回路１７０は、矩形波駆動又はベクトル制御に基づいて駆動電圧値を決定してよい。両者の詳細については後述する。
【００３６】
本実施形態において、一の演算回路１７０が、複数のモータモジュール１００Ａ、１００Ｂに対して設けられる。この結果、演算回路１７０は、複数のモータモジュール１００Ａ、１００Ｂの集積回路１５０Ａ、１５０Ｂに、駆動電圧値を与えることで、複数のモータ１１０Ａ、１１０Ｂの回転動作を制御することを可能にする。
【００３７】
第１電源部１８０は、複数のモータモジュール１００Ａ及びモータモジュール１００Ｂに第１電源電圧を供給する。例えば、第１電源部１８０は、複数の集積回路１５０Ａ及び集積回路１５０Ｂを動作させるために第１電源電圧を供給する。また、第１電源部１８０は、スイッチング素子群１２０Ａ及びスイッチング素子群１２０Ｂを介して、モータ１１０Ａ及びモータ１１０Ｂに第１電源電圧を供給する。
【００３８】
図１で示すように一の第１電源部１８０が、複数のモータモジュール１００Ａ及びモータモジュール１００Ｂで共用されてよい。これに代えて、複数のモータモジュール１００Ａ及びモータモジュール１００Ｂに対応して、複数の第１電源部１８０が設けられてもよい。
【００３９】
第２電源部１９０は、演算回路１７０に第２電源電圧を供給する。第２電源部１９０は、単一の演算回路１７０専用に設けられてよい。これに代えて、第２電源部１９０は、第１電源部１８０から第１電源電圧を受け取り、これを電圧変換して第２電源電圧として演算回路１７０に供給してもよい。
【００４０】
本実施形態の変形例において、第１電源部１８０が複数のモータモジュール１００Ａ及びモータモジュール１００Ｂに電源電圧を供給し、第２電源部１９０が演算回路１７０と複数の集積回路１５０Ａ及び集積回路１５０Ｂに電源電圧を供給してもよい。また、別の変形例において単一の電源部がモータ装置１０全体に電源電圧を供給してもよい。
【００４１】
本実施形態に係るモータ装置１０は、矩形波駆動又はベクトル制御を行ってよい。まずは、矩形波制御について説明する。
【００４２】
図２〜７は、本実施形態に係るモータ１１０の矩形波駆動時の通電状態の概略の一例である。モータ１１０の回路及び通電状態は、簡易的に図２〜７のように示される。
【００４３】
図２は、あるタイミングＴ１におけるモータ１１０の通電状態を示す。図示する通り、モータ１１０は、複数のコイル１１２、１１４、１１６、及び、ロータ１１８を有する。図２において、モータ１１０は３相ブラシレスモータであり、３個のコイル１１２〜１１６（併せて「コイル１１２等」ともいう）を有する。ロータ１１８は、永久磁石であってよく、コイル１１２等から生じた磁場により駆動される。
【００４４】
コイル１１２等の各々は、一端でスイッチング素子群１２０を介して第１電源電圧ＶＭ又はグラウンドに接続され、他端で別のコイルに接続される。これにより、コイル１１２等には、スイッチング素子群１２０により制御された電流が流れる。
【００４５】
例えば、コイル１１２は、モータ１１０のｕ相に対応し、スイッチング素子１４２及びスイッチング素子１４４により制御される電流が流れる。コイル１１４は、モータ１１０のｖ相に対応し、スイッチング素子１２２及びスイッチング素子１２４により制御される電流が流れる。コイル１１６は、モータ１１０のｗ相に対応し、スイッチング素子１３２及びスイッチング素子１３４により制御される電流が流れる。
【００４６】
Ｔ１において、スイッチング素子群１２０により、コイル１１６はＶＭに接続されて電流Ｉｗが流れ、コイル１１４はグラウンドに接続されて電流Ｉｖが流れる。コイル１１２は開放されている。この結果、コイル１１４及びコイル１１６のそれぞれから生じた磁界を合成した磁界Ｂ１が生じる。ここで、ロータ１１８は図示する通り磁界Ｂ１に対して垂直に配置されており、ロータ１１８に対して時計回りのトルクＦが生じる。この結果、ロータ１１８は時計回りに回転する。
【００４７】
図３は、タイミングＴ１の直後のタイミングＴ２おけるモータ１１０の通電状態を示す。スイッチング素子群１２０により、コイル１１６はＶＭに接続されて電流Ｉｗが流れ、コイル１１２はグラウンドに接続されて電流Ｉｕが流れる。コイル１１４は開放されている。この結果、コイル１１２及びコイル１１６のそれぞれから生じた磁界を合成した磁界Ｂ２が生じる。ここで、ロータ１１８は図示する通り磁界Ｂ２に対して垂直に配置されており、ロータ１１８に対して時計回りのトルクＦが生じる。この結果、ロータ１１８は更に時計回りに回転する。
【００４８】
図４は、タイミングＴ２の直後のタイミングＴ３おけるモータ１１０の通電状態を示す。スイッチング素子群１２０により、コイル１１４はＶＭに接続されて電流Ｉｖが流れ、コイル１１２はグラウンドに接続されて電流Ｉｕが流れる。コイル１１６は開放されている。この結果、コイル１１２及びコイル１１４のそれぞれから生じた磁界を合成した磁界Ｂ３が生じる。ここで、ロータ１１８は図示する通り磁界Ｂ３に対して垂直に配置されており、ロータ１１８に対して時計回りのトルクＦが生じる。この結果、ロータ１１８は更に時計回りに回転する。
【００４９】
図５は、タイミングＴ３の直後のタイミングＴ４おけるモータ１１０の通電状態を示す。スイッチング素子群１２０により、コイル１１４はＶＭに接続されて電流Ｉｖが流れ、コイル１１６はグラウンドに接続されて電流Ｉｗが流れる。コイル１１２は開放されている。この結果、コイル１１４及びコイル１１６のそれぞれから生じた磁界を合成した磁界Ｂ４が生じる。ここで、ロータ１１８は図示する通り磁界Ｂ４に対して垂直に配置されており、ロータ１１８に対して時計回りのトルクＦが生じる。この結果、ロータ１１８は更に時計回りに回転する。
【００５０】
図６は、タイミングＴ４の直後のタイミングＴ５おけるモータ１１０の通電状態を示す。スイッチング素子群１２０により、コイル１１２はＶＭに接続されて電流Ｉｕが流れ、コイル１１６はグラウンドに接続されて電流Ｉｗが流れる。コイル１１４は開放されている。この結果、コイル１１２及びコイル１１６のそれぞれから生じた磁界を合成した磁界Ｂ５が生じる。ここで、ロータ１１８は図示する通り磁界Ｂ５に対して垂直に配置されており、ロータ１１８に対して時計回りのトルクＦが生じる。この結果、ロータ１１８は更に時計回りに回転する。
【００５１】
図７は、タイミングＴ５の直後のタイミングＴ６おけるモータ１１０の通電状態を示す。スイッチング素子群１２０により、コイル１１２はＶＭに接続されて電流Ｉｕが流れ、コイル１１４はグラウンドに接続されて電流Ｉｖが流れる。コイル１１６は開放されている。この結果、コイル１１２及びコイル１１４のそれぞれから生じた磁界を合成した磁界Ｂ６が生じる。ここで、ロータ１１８は図示する通り磁界Ｂ６に対して垂直に配置されており、ロータ１１８に対して時計回りのトルクＦが生じる。この結果、ロータ１１８は更に時計回りに回転する。
【００５２】
タイミングＴ６の後は、図２に示すタイミングＴ１と同じ状態に戻る。このように、矩形波駆動時において、モータ１１０は、複数のコイル１１２等で生じさせた磁場により、図２〜７に示す６通りの通電状態を順次繰り返すことにより疑似的に磁界を回転させることにより駆動される。
【００５３】
図８は、本実施形態に係るモータ１１０の矩形波駆動時の電流波形の一例を示す。例えば、演算回路１７０は、図８に示す電流波形の駆動電圧値を信号生成回路１５４に与え、これによりスイッチング素子群１２０の各スイッチング素子のスイッチングを制御する。図示するように駆動電圧値は＋、０、−の３値のみであってよい。例えば、ｕ相に対応する電流Ｉｕは最初の期間Ｔ１に０レベルの駆動電圧値が与えられ、Ｔ１に続くＴ２、Ｔ３で−レベルの駆動電圧値が与えられ、Ｔ３に続くＴ４で０レベルの駆動電圧値が与えられ、Ｔ４に続くＴ５、Ｔ６で＋レベルの駆動電圧値が与えられてよい。
【００５４】
矩形波駆動の場合、演算回路１７０は、複数のコイル１１２等に流れる電流の検出値を集積回路１５０から受け取り、これに基づいて３レベルの駆動電圧値を各相ごとに決定してよい。信号生成回路１５４はこのような３レベルの駆動電圧値を受け取ったことに応じて、ＰＷＭをせずに＋、０、−に対応する予め定められた３レベルの電圧値の駆動信号を駆動回路１５２に与えてよい。
【００５５】
次に、ベクトル制御について説明する。図９及び図１０は、本実施形態に係るモータ１１０のベクトル制御時の通電状態の概略の一例である。モータ１１０の回路及び通電状態は、簡易的に図９及び図１０のように示される。
【００５６】
図９は、ベクトル制御を行う場合のあるタイミングＴ１におけるモータ１１０の通電状態を示す。Ｔ１において、スイッチング素子群１２０により、コイル１１２はＶＭに接続されて電流Ｉｕ（１）が流れ、コイル１１４はグラウンドに接続されて電流Ｉｖ（−０．５）が流れ、コイル１１６はグラウンドに接続されて電流Ｉｗ（−０．５）が流れる。電流Ｉｕ（１）、電流Ｉｖ（−０．５）、及び、電流Ｉｗ（−０．５）の合計は０となる。これは、ＶＭからコイル１１２に流入した電流が等しく分割されて、コイル１１４及びコイル１１６を経てグラウンドに流れたことを意味する。
【００５７】
この結果、コイル１１２、コイル１１４及びコイル１１６のそれぞれから生じた磁界を合成した磁界Ｂ１が生じる。ここで、ロータ１１８は図示する通り磁界Ｂ１に対して垂直に配置されており、ロータ１１８に対して時計回りのトルクＦが生じる。この結果、ロータ１１８は時計回りに回転する。
【００５８】
図１０は、タイミングＴ１の直後のタイミングＴ２おけるモータ１１０の通電状態を示す。Ｔ２において、スイッチング素子群１２０により、コイル１１２はＶＭに接続されて電流Ｉｕ（１）が流れ、コイル１１４はグラウンドに接続されて電流Ｉｖ（−０．７）が流れ、コイル１１６はグラウンドに接続されて電流Ｉｗ（−０．３）が流れる。
【００５９】
この結果、コイル１１２、コイル１１４及びコイル１１６のそれぞれから生じた磁界を合成した磁界Ｂ２が生じる。ここで、ロータ１１８は図示する通り磁界Ｂ２に対して垂直に配置されており、ロータ１１８に対して時計回りのトルクＦが生じる。この結果、ロータ１１８は更に時計回りに回転する。
【００６０】
ベクトル制御時には、演算回路１７０がコイル１１２等に流れる電流を調整することにより任意の向き及び大きさの磁界を生じさせることができる。このため、演算回路１７０は、Ｓｉｎ波形状の駆動電圧値により各コイルを駆動することで、常に磁界とロータの向きを直交させておき、矩形波駆動と比較して回転効率を最適化することができる。また、ベクトル制御を行うと駆動電圧値の急激な変化が生じないので、矩形波駆動と比較して、トルクリップルを低減し、モータ１１０の音及び振動も低減することができる。
【００６１】
図１１は、本実施形態に係るモータ１１０のベクトル制御時の電流波形の一例である。例えば、演算回路１７０は、図１１に示す電流波形の駆動電圧値を信号生成回路１５４に与え、これによりスイッチング素子群１２０の各スイッチング素子のスイッチングを制御する。
【００６２】
図示するように演算回路１７０は、ｕ相、ｖ相、ｗ相に対応して、１２０度位相がずれたＳｉｎ波形状の駆動電圧値を生成してよい。この場合、駆動電圧値は連続値となるので、信号生成回路１５４は、ＰＷＭにより駆動電圧値に応じたパルス幅の駆動信号を各相ごとに生成し、駆動回路１５２に与えてよい。
【００６３】
以上説明した通り、本実施形態においては、複数のモータを駆動する場合において従来はモータ毎に設けられていたＩＣから、駆動電圧値を決定する機能を分離して別途の演算回路とした。演算回路１７０の処理は基本的に駆動電圧値の決定のみとなるので、処理負荷が軽減される。
【００６４】
この結果、演算回路１７０は、複数のモータのそれぞれに対する駆動電圧値の演算が可能となる。従って、複数のモータを駆動する場合に、複数のモータが一の演算回路を共用できるので、モータごとに演算回路を設けた場合と比較してシステムコストを低減することができる。
【００６５】
特に、モータ装置１０にモータの回転位置を検出するエンコーダが設けられていない場合、及び／又は、モータ装置１０がベクトル制御を実行する場合、演算回路１７０の処理負担が増加するので上記効果が顕著になる。また、本実施形態によれば、集積回路１５０と演算回路１７０との通信がシリアルバスのみにより行われるのでシステム構成を簡略化することができる。
【００６６】
なお、本実施形態の変形例において、モータ装置１０は磁気式又は光学式等のエンコーダを備えてよい。この場合、演算回路１７０は、モータ１１０の各相の電流値に加え、エンコーダの検出結果に基づいて駆動電圧値を演算してもよい。
【００６７】
また、本実施形態によれば、一つの集積回路１５０に、駆動回路１５２と信号生成回路１５４とが集積される。これにより、駆動回路１５２と信号生成回路１５４との距離が短縮されて両者の間に生じる信号遅延のリスクが低減する。
【００６８】
更に、本実施形態によれば、一つの集積回路１５０に、駆動回路１５２と増幅回路１５６とＡＤコンバータ１５８とが集積される。これにより、集積回路１５０をスイッチング素子群１２０の近傍に配置することでき、駆動回路１５２とスイッチング素子群１２０間のアナログ配線、スイッチング素子群１２０と増幅回路１５６間のアナログ配線、及び、増幅回路１５６とＡＤコンバータ１５８間等のアナログ配線の引き回しを最小にすることができる。この結果、本実施形態によれば、モータ１１０の回転制御の精度を向上させることができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、各モータモジュール１００が単一のモータ１１０を有する形態を説明したが、これに代えて、各モータモジュール１００は複数のモータ１１０を有してもよい。この場合、演算回路１７０は複数のモータ１１０に対して共通の駆動電圧値を決定し、複数のモータ１１０は同期して動作してよい。
【００７０】
また、本実施形態では、モータ１１０が３相で駆動する場合を例に説明したが、これに代えて、モータ１１０は単相、複相又は４相以上で駆動してもよい。特に相数が大きいほど演算回路１７０の処理負担が増加するので、上記説明したモータ装置１０による効果が増大する。
【００７１】
図１２は、本実施形態の変形例に係るモータ装置２０の概略を示すブロック図である。本変形例では、モータ装置２０は、一の演算回路１７０と一のモータモジュール１００を備える。演算回路１７０及びモータモジュール１００の構成は図１等で説明したものと同様であってよい。
【００７２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７３】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７４】
１０  モータ装置、１００  モータモジュール、１１０  モータ、１１２  コイル、１１４  コイル  １１６  コイル、１１８  ロータ、１２０  スイッチング素子群、１２２  スイッチング素子、１２４  スイッチング素子、１３２  スイッチング素子、１３４  スイッチング素子、１３６  検出部、１４２  スイッチング素子、１４４  スイッチング素子、１４６  検出部、１５０  集積回路、１５２  駆動回路、１５４  信号生成回路、１５６  増幅回路、１５８  ＡＤコンバータ、１６０  通信回路、１７０  演算回路、１８０  第１電源部、１９０  第２電源部
【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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