(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ位相信号における極性の時間をカウントする時間カウンタと、
前記時間を保持するレジスタと、
前記時間を任意の区間に分割し、さらに分割されたステップを任意の区間に割り当て、モータ電流位相を補正する任意の区間設定を生成する区間設定回路と、
前記モータ電流位相を示すモータ電流位相信号と前記モータ位相信号とを比較し、前記区間設定を補正する区間補正回路と、
前記時間カウンタと前記区間設定回路とで使用するクロック信号を生成する分周回路と、
モータをＰＷＭ駆動するためのＨブリッジ制御回路とを備え、
前記区間補正回路は、前記区間設定回路で分割されたステップにより設定された各前記任意の区間のステップ数を補正して区間補正信号を生成し、
さらに、
入力されたＰＷＭ信号のデューティーを検出するデューティー検出回路と、検出されたデューティーに重み付けを行う重み付け回路と、
前記区間補正回路で補正した各区間に、前記重み付け回路にて設定されたデューティーに応じてＰＷＭデューティーを設定するデューティー可変回路とを備えるＰＷＭモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＰＷＭモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動電流の高効率化を目的としたＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）モータ駆動回路では、モータの極性に応じて、モータ電流の極性を切換えする場合に、ＰＷＭデューティーを可変し、モータ電流の変動を緩やかに変化させることで、モータの静音化と高効率駆動を行うソフトスイッチング駆動が用いられている。【０００３】
また、モータの極性を示すモータ位相信号の周期をカウントし、カウントした周期に対して、ソフトスイッチング区間を割り当てることで、モータの周期に基づいたソフトスイッチング区間が設定され、モータ電流の極性が切換る際に、スルーレートの傾きを緩慢にするといったように、モータ電流の変動を緩やかに変化させる従来技術が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６６２６４号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたＰＷＭモータ駆動装置は、モータの極性を示すモータ位相の切換り部分で、モータ電流位相の遅れや進みを原因とするマイナストルクが発生し、効率の悪化や静音性を損なうという課題を有している。
【０００６】
上記課題に鑑み、モータの極性の切換り部分で発生するマイナストルクを軽減し、モータを静音かつ、高効率に駆動するＰＷＭモータ駆動装置を提供する。
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るＰＷＭモータ駆動装置は、時間カウンタとレジスタと区間設定回路と区間補正回路と分周回路と制御回路とを有する。時間カウンタは、モータ位相信号における極性の時間をカウントする。レジスタは、時間を保持する。区間設定回路は、時間を任意の区間に分割し、モータ電流位相を補正する任意の区間設定を生成する。区間補正回路は、モータ電流位相を示すモータ電流位相信号とモータ位相信号とを比較し、区間設定を補正する。分周回路は、時間カウンタと区間設定回路とで使用するクロック信号を生成する。Ｈブリッジ制御回路は、モータをＰＷＭ駆動する。
【０００８】
例えば、ＰＷＭモータ駆動装置は、さらに、ＰＷＭデューティーを任意に設定するデューティー割当回路を有してもよい。
【０００９】
例えば、ＰＷＭモータ駆動装置は、さらに、ＰＷＭ信号のデューティーを検出するデューティー検出回路と、区間補正回路で調整した各区間に、デューティー検出回路にて検出されたデューティーに応じてＰＷＭデューティーを任意に設定するデューティー設定回路とを有してもよい。
【００１０】
例えば、ＰＷＭモータ駆動装置は、ＰＷＭ信号のデューティー及び周期を検出するＰＷＭ検出回路と、区間補正回路で調整した各区間に、ＰＷＭ検出回路にて検出されたデューティー及び周期に応じてＰＷＭデューティー及び周期を任意に設定するデューティー／周期設定回路とを有してもよい。
【００１１】
例えば、ＰＷＭモータ駆動装置は、モータ電流位相信号とモータ位相信号とを比較し、区間設定を補正する区間補正回路と、ＰＷＭ信号のデューティーを検出するデューティー検出回路と、検出されたデューティーに重み付けを行う重み付け回路と、区間補正回路で調整した各区間に、重み付け回路にて設定されたデューティーに応じてＰＷＭデューティーを設定するデューティー可変回路とを有してもよい。
【００１２】
本開示に係るＰＷＭモータ駆動装置は、モータの極性の切換り部分で発生するマイナストルクを軽減し、モータを静音かつ、高効率に駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態１に係るＰＷＭモータ駆動装置のブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る区間設定回路の動作を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る動作を示す波形図である。
【図４】図４は、実施の形態１の効果を示す波形図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係るＰＷＭモータ駆動装置のブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態３に係るＰＷＭモータ駆動装置のブロック図である。
【図７】図７は、実施の形態３に係るＰＷＭモータ駆動装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の実施の形態に係るＰＷＭモータ駆動装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものであり、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定するものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るＰＷＭモータ駆動装置を示す図である。図１において、モータ位相信号Ｓ１は、モータの極性を示す。モータ電流位相信号Ｓ２は、モータ電流の極性を示す。時間カウンタＣ１は、モータ位相信号Ｓ１の各極性の時間をカウントする。レジスタＣ２は、時間カウンタＣ１で測定された時間カウント値Ｓ３を保持する。区間設定回路Ｃ３は、レジスタＣ２で保持された時間カウント値Ｓ３を任意のステップに分割し、さらに分割されたステップを任意の区間に割り当て、区間設定信号Ｓ５を出力する。区間補正回路Ｃ４は、モータ電流位相信号Ｓ２とモータ位相信号Ｓ１とを比較し、区間設定回路Ｃ３で設定された区間のステップ数の割当を補正することで区間補正信号Ｓ６を生成する。分周回路Ｃ５は、クロック信号ＣＫ１を分周することで時間カウンタＣ１、及び区間設定回路Ｃ３のクロック信号ＣＫ２及びＣＫ３を生成する。ＰＷＭ区間設定回路Ｃ６は、モータ位相信号Ｓ１とモータ電流位相信号Ｓ２とクロック信号ＣＫ１とを入力とし、区間補正信号Ｓ６を出力する。ＰＷＭ区間設定回路Ｃ６は、時間カウンタＣ１とレジスタＣ２と区間設定回路Ｃ３と区間補正回路Ｃ４と分周回路Ｃ５とを含む。デューティー割当回路Ｃ７は、区間補正回路Ｃ４で補正された各区間にＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）デューティーを割り当て、デューティー割当信号Ｓ７を出力する。Ｈブリッジ制御回路Ｃ８は、モータをＰＷＭ駆動する。
【００１６】
次に、図１に示すＰＷＭモータ駆動装置の動作について説明する。モータが回転すると、ローターの着磁極性をホール素子が検出する。ホール素子が検出した微小信号をコンパレータで２値化されたモータ位相信号Ｓ１が時間カウンタＣ１に入力される。時間カウンタＣ１は、モータ位相信号Ｓ１の論理反転時に、分周回路Ｃ５で生成されたクロック信号ＣＫ２を用いたカウントアップ動作を開始する。モータ位相信号Ｓ１の次の論理反転時に時間カウント値Ｓ３がレジスタＣ２に格納され、時間カウンタＣ１がリセットされて再度ゼロからカウントアップ動作が開始される。そうして時間カウンタＣ１とレジスタＣ２は、モータ極性に応じた時間をカウントし保持する動作を繰り返し行う。
【００１７】
次に図２を用いて区間設定回路Ｃ３の動作を説明する。図２において、区間設定回路Ｃ３は、レジスタ値Ｓ４が入力されると、時間カウント値Ｓ３をカウントするクロック信号ＣＫ２のｎ倍周波数のクロック信号ＣＫ３を用いてカウントアップを開始する。区間設定回路Ｃ３は、ステップカウント値Ｓ８がレジスタ値Ｓ４に達するとステップ１信号を出力し、ステップカウント値が再度ゼロからカウントアップされレジスタ値Ｓ４に達すると次のステップ２信号を出力する。区間設定回路Ｃ３は、この動作を繰り返しながらステップｎ信号までを出力し、モータ位相信号Ｓ１の区間をステップ１からｎまでに分割し、さらに分割されたステップを任意の区間に割り当て、区間設定信号Ｓ５を出力する。
【００１８】
区間補正回路Ｃ４は、区間設定回路Ｃ３で任意に分割されたステップの任意のステップで、モータ位相信号Ｓ１とモータ電流位相信号Ｓ２とを比較し、モータ位相とモータ電流位相の論理との切換りエッジが一致するように区間設定回路Ｃ３で設定された各区間のステップ数を補正することで区間補正信号Ｓ６を生成する。
【００１９】
デューティー割当回路Ｃ７は、補正された区間毎に、モータ電流の増加、保持又は減少を制御するデューティーを割り当て、デューティー割当信号Ｓ７を出力する。
【００２０】
Ｈブリッジ制御回路Ｃ８は、設定されたデューティー割当信号Ｓ７に応じてパワー素子をＰＷＭ駆動することでモータ電流ＩＭを制御する。
【００２１】
図３は、実施の形態１の区間補正回路Ｃ４により補正される前のモータ電流の極性切換え動作を示す図である。図４は、実施の形態１の区間補正回路Ｃ４により補正された後のモータ電流の極性切換え動作を示す図である。
【００２２】
図３において、区間設定回路Ｃ３で設定された区間設定信号Ｓ５に応じて設定されたデューティー割当信号Ｓ７によりＨブリッジ制御回路Ｃ８が制御される。これにより、モータ電流ＩＭが緩やかに変化しているが、モータ位相信号Ｓ１の切換り部分で、モータ電流位相信号Ｓ２が遅れることで、マイナストルクが発生している。
【００２３】
図４において、区間補正回路Ｃ４が、区間補正信号Ｓ６のデューティーが減少している区間ｍのステップ数を４から５に１つ増やすことで、モータ電流位相の遅れが補正される。これにより、図３のモータ位相信号Ｓ１の切換り部分でモータ電流位相信号Ｓ２遅れによるマイナストルクの発生を防止できる。
【００２４】
（実施の形態２）
以下、図面を参照しながら、実施の形態２に係るＰＷＭモータ駆動装置の構成及び動作について、上述した実施の形態（特に、実施の形態１）との相違点を中心に説明する。
【００２５】
図５は、実施の形態２に係るＰＷＭモータ駆動装置を示す図である。図５において、Ｃ１からＣ５、Ｓ１からＳ６、ＣＫ１からＣＫ３は図１と同じである。デューティー検出回路Ｃ９は、ＰＷＭ信号Ｓ９のデューティーをクロック信号ＣＫ１で検出し、デューティー信号Ｓ１０を出力する。デューティー設定回路Ｃ１０は、デューティー信号Ｓ１０と区間補正信号Ｓ６とを受けて出力デューティーを設定する。
【００２６】
次に、図５に示すＰＷＭモータ駆動装置の動作について説明する。まず実施の形態１と同様に、ＰＷＭ区間設定回路Ｃ６は、モータ位相信号Ｓ１とモータ電流位相信号Ｓ２とクロック信号ＣＫ１とを入力とし、区間補正信号Ｓ６を出力する。ＰＷＭ区間設定回路Ｃ６は、時間カウンタＣ１とレジスタＣ２と区間設定回路Ｃ３と区間補正回路Ｃ４と分周回路Ｃ５とを含む。
【００２７】
デューティー検出回路Ｃ９は、ＰＷＭ信号Ｓ９のデューティーをクロック信号ＣＫ１で検出し、デューティー信号Ｓ１０を出力する。
【００２８】
デューティー設定回路Ｃ１０は、補正された区間毎にモータ電流の増加、保持又は減少を制御するＰＷＭデューティーの最大値がデューティー信号Ｓ１０になるように割り当てが行われたデューティー設定信号Ｓ１１を出力する。
【００２９】
Ｈブリッジ制御回路Ｃ８は、設定されたデューティー設定信号Ｓ１１に応じてパワー素子をＰＷＭ駆動することでモータ電流ＩＭを制御する。
【００３０】
ここで、例えば、モータの回転数を変化させたい場合に、モータの回転数が高速になると、モータ位相信号Ｓ１に対して、モータ電流位相信号Ｓ２は、遅れる方向（位相遅れ）に変化する。また、モータの回転数が低速になると、モータ位相信号Ｓ１に対して、モータ電流位相信号Ｓ２は、進む方向（位相進み）に変化する。この問題を解決するために、実施の形態２の構成とすることで、ＰＷＭ信号Ｓ９に基づいて、デューティーを可変可能となるため、上述した位相遅れ及び位相進みといった位相差を自動で補正できる。
【００３１】
（実施の形態３）
以下、図面を参照しながら、実施の形態３に係るＰＷＭモータ駆動装置の構成及び動作について、上述した実施の形態（特に、実施の形態１）との相違点を中心に説明する。
【００３２】
図６は、実施の形態３に係るＰＷＭモータ駆動装置を示す図である。図６において、Ｃ１からＣ６、Ｓ１からＳ６、ＣＫ１からＣＫ３は図１と同じである。ＰＷＭ検出回路Ｃ１１は、ＰＷＭ信号Ｓ９のデューティー及び周期を、クロック信号ＣＫ１を用いて検出し、デューティー信号Ｓ１０と周期信号Ｓ１２とを出力する。デューティー／周期設定回路Ｃ１２は、デューティー信号Ｓ１０と周期信号Ｓ１２と区間補正信号Ｓ６とを受けてＰＷＭ出力デューティーと周期とを設定する。
【００３３】
次に、図６の動作について説明する。まず、実施の形態１と同様に、ＰＷＭ区間設定回路Ｃ６は、モータ位相信号Ｓ１とモータ電流位相信号Ｓ２とクロック信号ＣＫ１とを入力とし、区間補正信号Ｓ６を出力する。ＰＷＭ区間設定回路Ｃ６は、時間カウンタＣ１とレジスタＣ２と区間設定回路Ｃ３と区間補正回路Ｃ４と分周回路Ｃ５とを含む。ＰＷＭ検出回路Ｃ１１は、ＰＷＭ信号Ｓ９のデューティーと周期とをクロック信号ＣＫ１を用いて検出し、デューティー信号Ｓ１０と周期信号Ｓ１２とを出力する。
【００３４】
デューティー／周期設定回路Ｃ１２は、補正された区間毎にモータ電流の増加、保持、又は減少を制御するＰＷＭデューティーの最大値がデューティー信号Ｓ１０と同じになるように、かつ、ＰＷＭ周期が周期信号Ｓ１２で入力された周期と同じになるように割り当てが行われたデューティー／周期設定信号Ｓ１３を出力する。
【００３５】
Ｈブリッジ制御回路Ｃ８は、設定されたデューティー／周期設定信号Ｓ１３に応じてパワー素子をＰＷＭ駆動することでモータ電流ＩＭを制御する。
【００３６】
ここで、例えば、モータの回転数を変化させたい場合に、モータの回転数が高速になると、モータ位相信号Ｓ１に対して、モータ電流位相信号Ｓ２は、遅れる方向（位相遅れ）に変化する。また、モータの回転数が低速になると、モータ位相信号Ｓ１に対して、モータ電流位相信号Ｓ２は、進む方向（位相進み）に変化する。また、ＰＷＭの周期を一定周期に固定してしまうと、モータの回転数が高速になった場合、区間設定回路Ｃ３で設定した区間（一周期）におけるデューティー検出の回数が、モータの回転数が低い場合に比べて少なくなるため、細やかなモータ電流の切換ができないという問題があった。これらの問題を解決するために、実施の形態３の構成とすることで、ＰＷＭ信号Ｓ９に基づいて、デューティーと周期とを可変にできるので、上述した位相遅れ及び位相進みといった位相差に対して、自動で補正を行うことができる。さらに、周期を可変することで、モータの回転数が変化しても、各区間に応じて、デューティー検出の回数を任意に設定することが可能となるため、それぞれの回転数に応じて、最適で、かつ、滑らかなモータ電流の切換を行うことができる。結果的にモータの静音化とＰＷＭ駆動の高効率化を実現できる。
【００３７】
（実施の形態４）
以下、図面を参照しながら、実施の形態４に係るＰＷＭモータ駆動装置の構成及び動作について、上述した実施の形態（特に、実施の形態１）との相違点を中心に説明する。
【００３８】
図７は、実施の形態４に係るＰＷＭモータ駆動装置を示す図である。図７において、Ｃ１からＣ６、Ｓ１からＳ６、ＣＫ１からＣＫ３は図１と同じである。Ｃ９とＳ９からＳ１０は、図３と同じである。重み付け回路Ｃ１３は、デューティー検出回路Ｃ９で検出されたデューティー信号Ｓ１０に重み付けを行い、重み付け信号Ｓ１４を出力する。デューティー可変回路Ｃ１４は、重み付け信号Ｓ１４と区間補正信号Ｓ６とを受けて出力デューティーを設定する。
【００３９】
次に、図７の動作について説明する。まず実施の形態１と同様に、ＰＷＭ区間設定回路Ｃ６は、モータ位相信号Ｓ１とモータ電流位相信号Ｓ２とクロック信号ＣＫ１とを入力とし、区間補正信号Ｓ６を出力する。ＰＷＭ区間設定回路Ｃ６は、時間カウンタＣ１とレジスタＣ２と区間設定回路Ｃ３と区間補正回路Ｃ４と分周回路Ｃ５とを含む。デューティー検出回路Ｃ９は、ＰＷＭ信号Ｓ９のデューティーを、クロック信号ＣＫ１を用いて検出し、デューティー信号Ｓ１０を出力する。
【００４０】
重み付け回路Ｃ１３は、デューティー信号Ｓ１０に対して、重み付けを可変として、重み付け信号Ｓ１４を出力する。デューティー可変回路Ｃ１４は、補正された区間毎にモータ電流の増加、保持又は減少を制御するＰＷＭデューティーの最大値が重み付け信号Ｓ１４となるように割り当てが行われた重み付けデューティー設定信号Ｓ１５を出力する。
【００４１】
Ｈブリッジ制御回路Ｃ８は、設定された重み付けデューティー設定信号Ｓ１５に応じてパワー素子をＰＷＭ駆動することでモータ電流ＩＭを制御する。
【００４２】
以上のように、実施の形態４の構成とすることで、ＰＷＭ信号Ｓ９に基づいて、任意のＰＷＭデューティー設定が可能となる。例えば、入力デューティーに対して、回転数が高い位場合は、重み付け回路Ｃ１３でデューティーの重み付けを小さくすることで、回転数を低くする調整を行うことができる。また、入力デューティーに対して、回転数が低い位場合は、重み付け回路Ｃ１３でデューティーの重み付けを大きくすることで、回転数を高くする調整を行うことができる。このように、入力デューティーに対するモータの回転数の設定のリニアリティーを向上できる。結果的に、安定的にモータの回転数制御を行うことが可能となり、モータの静音化とＰＷＭ駆動の高効率化を実現できる。
【００４３】
（まとめ）
以上、図面を用いて説明して本実施の形態（実施の形態１〜４）に係るＰＷＭモータ駆動装置は、モータの極性を示すモータ位相に応じて、モータ電流位相を自動で調整し、かつ、モータ電流の極性を切換えする場合に、モータ電流の変動を緩やかに変化させることで、モータの極性を切換り部分で発生するマイナストルクを軽減し、モータを静音かつ、高効率に駆動することができる。
【００４４】
以上、本開示の実施の形態に係るＰＷＭモータ駆動装置について説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００４５】
例えば、上記実施の形態に係るＰＷＭモータ駆動装置に含まれる複数の処理部の一部又は全ては集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
【００４６】
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【００４８】
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【００４９】
以上、一つまたは複数の態様に係るＰＷＭモータ駆動装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本開示は、ＰＷＭモータ駆動装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｃ１  時間カウンタ
Ｃ２  レジスタ
Ｃ３  区間設定回路
Ｃ４  区間補正回路
Ｃ５  分周回路
Ｃ６  ＰＷＭ区間設定回路
Ｃ７  デューティー割当回路
Ｃ８  Ｈブリッジ制御回路
Ｃ９  デューティー検出回路
Ｃ１０  デューティー設定回路
Ｃ１１  ＰＷＭ検出回路
Ｃ１２  デューティー／周期設定回路
Ｃ１３  重み付け回路
Ｃ１４  デューティー可変回路
ＩＭ  モータ電流
Ｓ１  モータ位相信号
Ｓ２  モータ電流位相信号
Ｓ３  時間カウント値
Ｓ４  レジスタ値
Ｓ５  区間設定信号
Ｓ６  区間補正信号
Ｓ７  デューティー割当信号
Ｓ８  ステップカウント値
Ｓ９  ＰＷＭ信号
Ｓ１０  デューティー信号
Ｓ１１  デューティー設定信号
Ｓ１２  周期信号
Ｓ１３  デューティー／周期設定信号
Ｓ１４  重み付け信号
Ｓ１５  重み付けデューティー設定信号
ＣＫ１，ＣＫ２，ＣＫ３  クロック信号
【図１】
0006620316.tif 000002
【図２】
0006620316.tif 000003
【図３】
0006620316.tif 000004
【図４】
0006620316.tif 000005
【図５】
0006620316.tif 000006
【図６】
0006620316.tif 000007
【図７】
0006620316.tif 000008