(57)【要約】【課題】モータ負荷の変化に対応可能な高効率かつ低コストのモータ駆動装置を提供する。【解決手段】駆動波形生成部（１０）は、モータ（１００）の各相に流れるべき電流の目標値を生成する。電流値算出部（７０）は、電流検出部（６０）から出力された検出信号及びモータ（１００）の全相についての印加電圧信号に基づいて、各相に流れている電流の値を算出する。修正値算出部（２０）は、モータ（１００）の各相について、目標値と電流値算出部（７０）によって算出された電流値との差分に基づいて修正値を算出する。目標修正部（３０）は、モータ（１００）の各相について、目標値に修正値を加算する。プリドライバ（４０）は、目標修正部（３０）の出力に基づいて、インバータ（５０）のスイッチング動作を制御する。【選択図】図１
2008029077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相ブラシレスＤＣモータの駆動装置であって、
前記モータの各相に流れるべき電流の目標値を生成する駆動波形生成部と、
前記モータの各相について、前記目標値と実際の電流値との差分に基づいて修正値を算出する修正値算出部と、
前記モータの各相について、前記目標値に前記修正値を加算する目標修正部と、
前記モータへの電流の供給及び前記モータの各相の電流の流れを制御するインバータと、
前記目標修正部の出力に基づいて、前記インバータのスイッチング動作を制御するプリドライバとを備えた
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記修正値算出部は、前記モータの各相について、前記目標値と実際の電流値との差分を増幅して前記修正値を算出する
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ駆動装置において、
前記修正値算出部のゲインは可変である
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記モータに供給される電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部から出力された検出信号及び前記モータの全相についての印加電圧信号に基づいて、前記モータの各相に流れている電流の値を算出する電流値算出部とを備え、
前記修正値算出部には、前記実際の電流値として、前記電流値算出部によって算出された電流値が与えられる
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載のモータ駆動装置において、
前記電流値算出部は、
前記検出信号の所定倍をオフセット電圧分だけ正方向にレベルシフトしたものに相当する第１の信号、及び前記オフセット電圧を基準にして前記第１の信号を極性反転したものに相当する第２の信号を生成するレベルシフト部と、
前記モータの全相についての印加電圧信号に基づいて、前記モータの各相について、前記第１及び第２の信号のいずれか一方を当該相に流れている電流に対応する電圧として選択的に保持するサンプル・ホールド部と、
前記モータの全相についての印加電圧信号に基づいて、前記モータの各相について、当該相に係る前記サンプル・ホールド部での保持電圧の時系列的な変化として表される信号について前記サンプル・ホールド部で捕捉不可能な部分を補償する補償部とを有する
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載のモータ駆動装置において、
前記レベルシフト部は、
前記検出信号を増幅する増幅器と、
前記オフセット電圧に前記増幅器の出力信号を加算して前記第１の信号を生成するとともに、前記オフセット電圧から前記増幅器の出力信号を減算して前記第２の信号を生成するレベルシフタとを有する
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項７】
請求項６に記載のモータ駆動装置において、
前記増幅器のゲインは、前記オフセット電圧と前記電流検出部のリミット電圧との比率に相当する値である
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項８】
請求項６に記載のモータ駆動装置において、
前記増幅器のゲインは可変である
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項９】
請求項５に記載のモータ駆動装置において、
前記サンプル・ホールド部は、
前記モータの各相の印加電圧信号と前記モータの中性点電圧とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果について所定の論理演算を行うデコード部と、
前記モータの各相に流れている電流に対応する電圧を保持する電圧保持部と、
前記デコード部の出力に基づいて、前記モータの各相について、前記電圧保持部への前記第１及び第２の信号のそれぞれの供給の有無を切り替えるスイッチ部とを有する
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項１０】
請求項５に記載のモータ駆動装置において、
前記補償部は、
前記モータの各相の印加電圧信号と前記モータの中性点電圧とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果について所定の論理演算を行うデコード部と、
前記モータの各相について、当該相以外の相に係る前記サンプル・ホールド部での保持電圧及び前記オフセット電圧から、当該相に流れている電流に対応する電圧を合成する電圧合成部と、
前記デコード部の出力に基づいて、前記モータの各相について、当該相に係る前記サンプル・ホールド部での保持電圧及び当該相に係る前記電圧合成部での合成電圧のいずれか一方を切り替えて出力するスイッチ部とを有する
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のモータ駆動装置において、
前記電圧合成部は、前記モータの各相について、前記オフセット電圧を前記モータの相数倍したものに相当する電圧から、当該相以外の相に係る前記サンプル・ホールド部での保持電圧を合算したものに相当する電圧を減じて得られる電圧を、当該相に流れている電流に対応する電圧として算出するものである
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項１２】
多相ブラシレスＤＣモータと、
請求項１から１１のいずれか一つに記載のモータ駆動装置とを備えた
ことを特徴とする家電機器。
【請求項１３】
多相ブラシレスＤＣモータと、
請求項１から１１のいずれか一つに記載のモータ駆動装置とを備えた
ことを特徴とする事務機器。
【請求項１４】
多相ブラシレスＤＣモータと、
請求項１から１１のいずれか一つに記載のモータ駆動装置とを備えた
ことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、多相ブラシレスＤＣモータを高効率で駆動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータは、寿命、信頼性、速度制御の容易性などの点で優れている。このため、空調機、洗濯機、冷蔵庫、掃除機などの家電機器、複写機、プリンタなどの事務機器、電動ハイブリッド自転車、ハイブリッド自動車などの移動体などのさまざまな製品の動力源として用いられている。
【０００３】
典型的なブラシレスＤＣモータについて、各相に生じる逆起電力と各相の電流との位相が合っているとき、その出力トルクは最大となる。しかし、実際には、モータ各相にはコイル抵抗及びコイルインダクタンスなどによる１次遅れが存在するため、各相の逆起電力と電流との位相にずれが生じ、最大トルクを得ることができない。そして、この１次遅れはコイル抵抗及びコイルインダクタンスなどによって一意に決まるものであるため、モータ回転数が大きいほど１次遅れに起因するトルク低下が顕著となる。このため、高速回転下で所望のトルクを得るにはモータの駆動電流を増大しなければならなくなり、その結果、消費電力の増大やトルクリップルに起因する騒音及び振動の発生といった問題が生じてしまう。
【０００４】
かかる問題に対して、従来、モータ回転数に応じて各相の電流の位相を進角させるとともに各相の電流の振幅を調整することで、コイル抵抗及びコイルインダクタンスなどによる１次遅れを補償し、各相の逆起電力と電流との位相を合わせるモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５―２７８３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の進角制御方式のモータ駆動装置は、モータ回転数の変化に対しては所期の効果を奏するであろうが、モータ回転数が一定であってモータ負荷が変化する場合には十分な効果を発揮することができない。すなわち、進角制御方式のモータ駆動装置はモータ負荷が変化する場合にはその効率が低下してしまう。例えば、ある回転数下でモータ各相の電流の位相が最適に進角制御されている場合においてモータ負荷が増大すると、モータ駆動装置はトルクを増大させようとしてモータへの供給電流を増大させる。この結果、モータ各相の印加電圧の振幅は増大するが、モータ回転数が一定であることから逆起電力の振幅が変化しないため、モータへの供給電流が増大する前と比べて、その差し引きであるコイル抵抗及びコイルインダクタンスの印加電圧の位相に若干の遅れが生じてしまう。すなわち、モータの回転数に応じてモータ各相の電流を適切に進角制御しているにもかかわらず電流位相にずれが生じ、効率が低下してしまう。
【０００６】
上述したようにブラシレスＤＣモータの応用範囲は多岐に亘っており、モータ負荷が刻々と変化する状況下で所望の回転数を維持し続けなければならない場面は多く存在すると考えられる。したがって、モータ負荷の変動に対応可能な高効率のモータ駆動装置の実現が望まれる。この点において、例えばマイコンなどを用いたｄｑベクトル制御やモータモデルに基づく制御により高効率のモータ駆動装置を実現することができるが、コスト高となるためその利用範囲は限定的である。
【０００７】
上記問題に鑑み、本発明は、モータ負荷の変化に対応可能な高効率かつ低コストのモータ駆動装置を提供することを課題とする。
【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が講じた手段は、多相ブラシレスＤＣモータの駆動装置として、モータの各相に流れるべき電流の目標値を生成する駆動波形生成部と、モータの各相について、目標値と実際の電流値との差分に基づいて修正値を算出する修正値算出部と、モータの各相について、目標値に修正値を加算する目標修正部と、モータへの電流の供給及びモータの各相の電流の流れを制御するインバータと、目標修正部の出力に基づいて、インバータのスイッチング動作を制御するプリドライバとを備えたものとする。
【０００９】
これによると、モータ各相の実際の電流値がフィードバックされ、モータの各相に流れるべき電流として生成された目標値が実際の電流値との差分に応じて修正され、その修正後の目標値に従ってモータ各相への電流の供給が制御される。すなわち、モータ各相の逆起電力と電流との位相が合うようにインバータがフィードバック制御される。したがって、モータの回転数及び負荷のいずれの変化にも対応して最高トルクを得ることができる。
【００１０】
好ましくは、修正値算出部は、モータの各相について、目標値と実際の電流値との差分を増幅して修正値を算出する。より好ましくは、修正値算出部のゲインは可変であるとする。
【００１１】
これによると、上記のフィードバック系のゲインが当該差分の増幅に係るゲインによって決定される。したがって、当該差分の増幅に係るゲインを適宜設定することによって、モータ負荷の変化に対する当該モータ駆動装置の応答速度を所望のものに設定することができる。
【００１２】
また、好ましくは、上記のモータ駆動装置は、モータに供給される電流を検出する電流検出部と、電流検出部から出力された検出信号及びモータの全相についての印加電圧信号に基づいて、モータの各相に流れている電流の値を算出する電流値算出部とを備えているものとする。そして、修正値算出部には、実際の電流値として、電流値算出部によって算出された電流値が与えられるものとする。
【００１３】
これによると、モータ各相の電流を個別に直接的に検出する手段がなくても、電流値算出部によって算出された各相の電流値をフィードバックすることにより、モータ各相の逆起電力と電流との位相が合うようにインバータをフィードバック制御することができる。
【００１４】
具体的には、電流値算出部は、検出信号の所定倍をオフセット電圧分だけ正方向にレベルシフトしたものに相当する第１の信号、及びオフセット電圧を基準にして第１の信号を極性反転したものに相当する第２の信号を生成するレベルシフト部と、モータの全相についての印加電圧信号に基づいて、モータの各相について、第１及び第２の信号のいずれか一方を当該相に流れている電流に対応する電圧として選択的に保持するサンプル・ホールド部と、モータの全相についての印加電圧信号に基づいて、モータの各相について、当該相に係るサンプル・ホールド部での保持電圧の時系列的な変化として表される信号についてサンプル・ホールド部で捕捉不可能な部分を補償する補償部とを有する。
【００１５】
より具体的には、レベルシフト部は、検出信号を増幅する増幅器と、オフセット電圧に増幅器の出力信号を加算して第１の信号を生成するとともに、オフセット電圧から増幅器の出力信号を減算して第２の信号を生成するレベルシフタとを有する。
【００１６】
より具体的には、増幅器のゲインは、オフセット電圧と電流検出部のリミット電圧との比率に相当する値とする。また、増幅器のゲインは可変とする。
【００１７】
また、具体的には、サンプル・ホールド部は、モータの各相の印加電圧信号とモータの中性点電圧とを比較する比較部と、比較部の比較結果について所定の論理演算を行うデコード部と、モータの各相に流れている電流に対応する電圧を保持する電圧保持部と、デコード部の出力に基づいて、モータの各相について、電圧保持部への第１及び第２の信号のそれぞれの供給の有無を切り替えるスイッチ部とを有する。
【００１８】
また、具体的には、補償部は、モータの各相の印加電圧信号とモータの中性点電圧とを比較する比較部と、比較部の比較結果について所定の論理演算を行うデコード部と、モータの各相について、当該相以外の相に係るサンプル・ホールド部での保持電圧及びオフセット電圧から、当該相に流れている電流に対応する電圧を合成する電圧合成部と、デコード部の出力に基づいて、モータの各相について、当該相に係るサンプル・ホールド部での保持電圧及び当該相に係る電圧合成部での合成電圧のいずれか一方を切り替えて出力するスイッチ部とを有する。
【００１９】
より具体的には、電圧合成部は、モータの各相について、オフセット電圧をモータの相数倍したものに相当する電圧から、当該相以外の相に係るサンプル・ホールド部での保持電圧を合算したものに相当する電圧を減じて得られる電圧を、当該相に流れている電流に対応する電圧として算出するものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によると、モータ回転数だけではなくモータ負荷の変化にも対応可能な高効率なモータ駆動装置が実現される。また、マイコンなどの高級な部品を必要としないため、モータ駆動装置の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（モータ駆動装置の実施形態）
図１は、本発明に係るモータ駆動装置の構成を示す。本モータ駆動装置は、駆動波形生成部１０、修正値算出部２０、目標修正部３０、プリドライバ４０、インバータ５０、電流検出部６０、電流値算出部７０を備え、三相ブラシレスＤＣモータ１００を駆動制御する。以下、モータ１００における３つの相を、それぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相として説明する。なお、下記において各種符号の添字ｕ、ｖ及びｗは、それぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相に関するものである。
【００２３】
駆動波形生成部１０は、モータ１００の各相に流れるべき電流の目標値を生成する。具体的には、駆動波形生成部１０は、振幅指令信号Ｖｉ及びモータ１００における図示しないホール素子又はホールＩＣなどのセンサから出力されたモータ可動子の位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗを受け、モータ１００の各相に流れるべき電流の目標値を表す信号Ｖｉｕ、Ｖｉｖ及びＶｉｗを出力する。信号Ｖｉｕ、Ｖｉｖ及びＶｉｗは、それぞれ、所定の分解能でステップ状に変化する、互いに電気角１２０°ずつ位相がずれた略正弦波形の信号である。なお、これら信号の振幅は信号Ｖｉによって決まる。信号Ｖｉは、モータ１００の回転数と目標回転数との誤差に基づいて生成可能である。
【００２４】
修正値算出部２０は、モータ１００の各相に流れるべき電流の目標値と実際に流れている電流の値との差分に基づいて修正値を算出する。具体的には、修正値算出部２０は、差動増幅器２１ｕ、２１ｖ及び２１ｗを備えている。差動増幅器２１ｕは、信号Ｖｉｕと後述する電流値算出部７０から出力された信号Ｖｃｓｕ＊との差分をα倍して信号ΔＶｕを出力する。差動増幅器２１ｖ及び２１ｗについてもこれと同様である。
【００２５】
目標修正部３０は、駆動波形生成部１０によって生成されたモータ１００の各相に流れるべき電流の目標値に修正値算出部２０によって算出された修正値を加算して、モータ１００に流れるべき電流の最終的な目標値を生成する。具体的には、目標修正部３０は、加算器３１ｕ、３１ｖ及び３１ｗを備えている。加算器３１ｕは、信号Ｖｉｕと信号ΔＶｕとを加算して、信号Ｖｉｕ＊を出力する。加算器３１ｖ及び３１ｗについてもこれと同様である。
【００２６】
プリドライバ４０は、信号Ｖｉｕ＊、Ｖｉｖ＊及びＶｉｗ＊に基づいて後述するインバータ５０のスイッチング動作を制御する。具体的には、プリドライバ４０は、信号Ｖｉｕ＊、Ｖｉｖ＊及びＶｉｗ＊を三角波でスライスして得られるＰＷＭ信号ＨＧｕ、ＨＧｖ及びＨＧｗ並びにＰＷＭ制御信号ＬＧｕ、ＬＧｖ及びＬＧｗを出力する。
【００２７】
インバータ５０は、モータ１００への電流の供給及びモータ１００の各相の電流の流れを制御する。具体的には、インバータ５０は、ハイサイドスイッチ５１ｕ、５１ｖ及び５１ｗ、及びこれらに接続されたローサイドスイッチ５２ｕ、５２ｖ及び５２ｗを備えている。ハイサイドスイッチ５１ｕ、５１ｖ及び５１ｗは、電源電圧Ｖｄｄを供給する電源ノード５３に接続されている。一方、ローサイドスイッチ５２ｕ、５２ｖ及び５２ｗは、電流検出部６０を介して又は直接的に基準電圧Ｖｓｓを供給する電源ノード５４に接続されている。ハイサイドスイッチ５１ｕ及びローサイドスイッチ５２ｕは、それぞれ、信号ＨＧｕ及びＬＧｕに従って開閉動作をする。これらスイッチ５１ｕ及び５２ｕの接続点とモータ１００のＵ相とは接続されている。その他のスイッチについてもこれと同様である。
【００２８】
電流検出部６０は、モータ１００に供給される電流を検出し、検出信号Ｖｒを出力する。具体的には、電流検出部６０は、インバータ５０と電源ノード５４との間に接続された抵抗素子である。なお、電流検出部６０の挿入箇所は電源ノード５３とインバータ５０との間であってもよい。
【００２９】
電流値算出部７０は、信号Ｖｒ及びモータ１００のＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれへの印加電圧信号Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいて、モータ１００の各相に流れている電流の値を算出し、信号Ｖｃｓｕ＊、Ｖｃｓｖ＊及びＶｃｓｗ＊を出力する。具体的には、電流値算出部７０は、レベルシフト部７１、サンプル・ホールド部７２及び補償部７３を備えている。レベルシフト部７１は、信号Ｖｒの所定倍をオフセット電圧分だけ正方向にレベルシフトしたものに相当する信号Ｖ１及び当該オフセット電圧を基準にして信号Ｖ１を極性反転したものに相当する信号Ｖ２を生成する。サンプル・ホールド部７２は、信号Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいて、信号Ｖ１及びＶ２のいずれか一方を、モータ１００のＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれに流れている電流に対応する電圧として選択的に保持する。補償部７３は、信号Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいて、サンプル・ホールド部７２での保持電圧の時系列的な変化として表される信号Ｖｃｓｕ、Ｖｃｓｖ及びＶｃｓｗについてサンプル・ホールド部７２で捕捉不可能な部分を補償し、信号Ｖｃｓｕ＊、Ｖｃｓｖ＊及びＶｃｓｗ＊を出力する。
【００３０】
レベルシフト部７１において信号Ｖｒに対応する信号を二つ生成する理由は、信号Ｖｒが同じ値のときでも、モータ１００のある相に流れる電流の向きは、そのときの印加電圧信号Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの状態によって正方向及び負方向のいずれか一方を取り得るからである。したがって、オフセット電圧を基準として信号Ｖｒについて互いに逆極性の信号Ｖ１及びＶ２をあらかじめ生成しておき、印加電圧信号Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに応じて、信号Ｖ１及びＶ２のいずれか一方を選択的にモータ１００のある相に流れる電流として取り扱うことで、当該相に流れる電流についてその向きをも含めて検出することができる。
【００３１】
図２は、レベルシフト部７１及びサンプル・ホールド部７２の内部構成を示す。レベルシフト部７１は、増幅器７１１及びレベルシフタ７１２を備えている。増幅器７１１は、信号ＶｒをゲインＡで増幅する。レベルシフタ７１２は、オフセット電圧Ｖｏｓに増幅器７１１の出力信号を加算して信号Ｖ１を生成するとともに、電圧Ｖｏｓから増幅器７１１の出力信号を減算して信号Ｖ２を生成する。レベルシフト部７１において、信号Ｖｒを増幅したものをさらに電圧Ｖｏｓだけ嵩上げする理由は、信号Ｖｒが負値のときにサンプル・ホールド部７２及び補償部７３において負値アナログ信号を処理しなくてもよくするためである。負値アナログ信号は寄生素子などに起因してノイズが混入しやすいため、レベルシフト部７１から出力される信号Ｖ１及びＶ２はいずれも正領域で変化するように生成することが好ましい。
【００３２】
一般に、モータ１００の過電流保護のために、電流検出部６０には最大電流を規定するリミット電圧Ｖｌが設定される。すなわち、信号Ｖｒの変化範囲は最大でも０±Ｖｌであるから、増幅器７１１のゲインＡの最大値は、オフセット電圧Ｖｏｓとリミット電圧Ｖｌとの比率、すなわち、Ｖｏｓ／Ｖｌで与えられる。この最大ゲインで信号Ｖｒを増幅した場合には、信号Ｖ１及びＶ２の変化範囲はＶｏｓ±Ｖｏｓ、すなわち、０から２Ｖｏｓまでの範囲である。したがって、ゲインＡをＶｏｓ／Ｖｌ以下に設定することで信号Ｖ１及びＶ２の変化範囲は正領域となる。
【００３３】
一方、サンプル・ホールド部７２は、比較部７２１、デコード部７２２、電圧保持部７２３及びスイッチ部７２４を備えている。比較部７２１は、コンパレータ７２１ｕ、７２１ｖ及び７２１ｗを備えている。コンパレータ７２１ｕは、信号Ｖｕとモータ１００の中性点電圧Ｖｎとを比較し、その比較結果として論理信号ｘ１を出力する。例えば、論理信号ｘ１は、信号Ｖｕが電圧Ｖｎよりも大きいときには“Ｈ”となり、それ以外のときには“Ｌ”となる。その他のコンパレータ及び論理信号についてもこれと同様である。
【００３４】
デコード部７２２は、論理信号ｘ１、ｘ２及びｘ３について所定の論理演算を行って、論理信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４、ｙ５及びｙ６を出力する。具体的には、信号ｙ１及びｙ２は互いに論理反転の関係にある。同様に、信号ｙ３及びｙ４並びに信号ｙ５及びｙ６は互いに論理反転の関係にある。所定の論理演算については後述する。
【００３５】
電圧保持部７２３は、モータ１００の各相に流れている電流に対応する電圧を保持する。具体的には、電圧保持部７２３は、容量７２３ｕ、７２３ｖ及び７２３ｗを備えている。これら容量に保持された電圧は、それぞれ、信号Ｖｃｓｕ、Ｖｃｓｖ及びＶｃｓｗとして出力される。
【００３６】
スイッチ部７２４は、論理信号ｙ１〜ｙ６のそれぞれに対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ６を備えている。そして、これらスイッチの開閉動作により、信号Ｖ１及びＶ２のいずれか一方を容量７２３ｕ、７２３ｖ及び７２３ｗに選択的に供給する。ここで、信号ｙ１及びｙ２は互いに論理反転の関係にあるため、スイッチＳＷ１及びＳＷ２は相補的に開閉動作をする。したがって、容量７２３ｕには、信号Ｖ１及びＶ２のいずれか一方が供給される。その他のスイッチについてもこれと同様である。
【００３７】
デコード部７２２では、信号ｙ１及びｙ２については、（ｘ１，ｘ２，ｘ３）＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ）、すなわち、信号ｘ１のみが“Ｈ”のとき、（ｙ１，ｙ２）＝（Ｌ，Ｈ）となるように論理演算が行われる。一方、（ｘ１，ｘ２，ｘ３）＝（Ｌ，Ｈ，Ｈ）、すなわち、信号ｘ１のみが“Ｌ”のとき、（ｙ１，ｙ２）＝（Ｈ，Ｌ）となるように論理演算が行われる。同様に、（ｘ１，ｘ２，ｘ３）＝（Ｌ，Ｈ，Ｌ）のとき、（ｙ３，ｙ４）＝（Ｌ，Ｈ）となり、（ｘ１，ｘ２，ｘ３）＝（Ｈ，Ｌ，Ｈ）のとき、（ｙ３，ｙ４）＝（Ｈ，Ｌ）となり、（ｘ１，ｘ２，ｘ３）＝（Ｌ，Ｌ，Ｈ）のとき、（ｙ５，ｙ６）＝（Ｌ，Ｈ）となり、そして、（ｘ１，ｘ２，ｘ３）＝（Ｈ，Ｈ，Ｌ）のとき、（ｙ５，ｙ６）＝（Ｈ，Ｌ）となるように論理演算が行われる。
【００３８】
例えば、信号ｘ１のみが“Ｈ”のときはモータ１００のＵ相のみが電源ノード５３に接続されており、このとき電流検出部６０で検出される電流はＵ相に正方向に流れている電流である。したがって、スイッチ７２４部においてスイッチＳＷ２が導通し、電圧保持部７２３における容量７２３ｕには信号Ｖｒに対して正極性の信号Ｖ１が保持される。一方、信号ｘ１のみが“Ｌ”のときはモータ１００のＵ相のみが電源ノード５４に接続されており、このとき電流検出部６０で検出される電流はＵ相に負方向に流れている電流である。したがって、スイッチ７２４部においてスイッチＳＷ１が導通し、電圧保持部７２３における容量７２３ｕに、信号Ｖｒに対して負極性の信号Ｖ２が保持される。
【００３９】
図３は、補償部７３の内部構成を示す。補償部７３は、比較部７３１、デコード部７３２、電圧合成部７３３及びスイッチ部７３４を備えている。比較部７３１は、図２に示した比較部７２１と同様の構成である。また、デコード部７３２は、論理信号ｘ１、ｘ２及びｘ３について所定の論理演算を行って、論理信号ｚ１、ｚ２及びｚ３を出力する。これら論理信号ｚ１〜ｚ３は、それぞれ、後述するスイッチ７３４ｕ、７３４ｖ及び７３４ｗのそれぞれの動作を制御するものであり、互いに電気角６０°ずつずれて電気角６０°に相当する時間だけＨｉ又はＬｏとなる。
【００４０】
電圧合成部７３３は、サンプル・ホールド部７２に保持されたモータ１００のいずれか２相に流れている電流に対応する電圧を合成して、別の１相に流れている電流に対応する電圧を生成する。キルヒホッフの第一法則より、モータ１００においてモータ中点に流れ込むＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流の総和はゼロである。したがって、ある相の電流は、他の２相の逆向き電流の総和として与えられる。この事実に基づくと、例えば、Ｕ相に流れている電流に対応する電圧Ｖｃｓｕ’は、Ｖ相及びＷ相のそれぞれに流れている電流に対応する電圧を合成したものの極性を反転したものとして与えられる。ただし、上述したように、信号Ｖｃｓｕ、Ｖｃｓｖ及びＶｃｓｗはいずれもオフセット電圧Ｖｏｓ分だけ嵩上げされているため、ここでは、電圧Ｖｃｓｕ’は、３Ｖｏｓ−（Ｖｃｓｖ＋Ｖｃｓｗ）として与えられる。電圧Ｖｃｓｖ’及びＶｃｓｗ’についてもこれと同様にして与えられる。
【００４１】
スイッチ部７３４は、論理信号ｚ１〜ｚ３のそれぞれに対応するスイッチ７３４ｕ、７３４ｖ及び７３４ｗを備えており、これらスイッチによる切り替え動作により、信号Ｖｃｓｕ＊として信号Ｖｃｓｕ及び信号Ｖｃｓｕ’のいずれか一方を、信号Ｖｃｓｖ＊として信号Ｖｃｓｖ及び信号Ｖｃｓｖ’のいずれか一方を、そして、信号Ｖｃｓｗ＊として信号Ｖｃｓｗ及び信号Ｖｃｓｗ’のいずれか一方を、それぞれ出力する。例えば、信号ｚ１が“Ｈ”のとき、信号Ｖｃｓｕ＊として信号Ｖｃｓｕが出力され、信号ｚ１が“Ｌ”のとき、信号Ｖｃｓｕ＊として信号Ｖｃｓｕ’が出力される。
【００４２】
図４は、電流値算出部７０に関する各種信号の波形を示す。なお、図４は、モータ１００の各相の逆起電力に対して電流の位相が電気角６０°だけ遅れているときのものである。信号Ｖｒは、Ｕ相成分、Ｖ相成分及びＷ相成分が合成されたものであるが、信号Ｖｒからはこれら各相成分は直接的には抽出できない。すなわち、信号Ｖｒからは、モータ１００に流れる電流の総量を知ることができるが、個々の相の電流については直ちに判別することができない。そこで、上述したように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれへの印加電圧信号Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいて信号Ｖｒを解析することで、サンプル・ホールド部７２において、各相についての信号Ｖｃｓｕ、Ｖｃｓｖ及びＶｃｓｗが得られる。しかし、信号Ｖｒの各相成分において、互いに電気角６０°ずつずれて電気角６０°に相当する時間分の情報が欠落しているため、信号Ｖｃｓｕ、Ｖｃｓｖ及びＶｃｓｗには検出不能な部分が含まれている。そこで、この検出不能部分について、上述したように、他の相の情報を用いて補償することにより、モータ１００の各相に流れている電流を示す信号Ｖｃｓｕ＊、Ｖｃｓｖ＊及びＶｃｓｗ＊が得られる。すなわち、電流検出部６０がモータ１００の各相に流れる電流を区別して検出するものでなくとも、その検出信号Ｖｒから各相に流れている電流を検出することができる。
【００４３】
図１に戻り、本モータ駆動装置は、こうして算出されたモータ１００の各相に流れている電流を示す信号Ｖｃｓｕ＊、Ｖｃｓｖ＊及びＶｃｓｗ＊によって、信号Ｖｉｕ＊、Ｖｉｖ＊及びＶｉｗ＊をフィードバック制御する。図５は、本モータ駆動装置のフィードバック系に関するＵ相各種信号の波形を示す。Ｕ相に流れるべき電流と実際に流れている電流との位相がずれているとき、信号Ｖｉｕと信号Ｖｃｓｕ＊との間にはＶｉｕ−Ｖｃｓｕ＊で表される誤差が生じている。フィードバック系はこの誤差をなくすように動作する。具体的には、フィードバック系は、信号Ｖｉｕよりも信号Ｖｃｓｕ＊の方が小さいとき、Ｕ相に流れるべき電流の目標値として算出された信号Ｖｉｕに誤差Ｖｉｕ−Ｖｃｓｕ＊のα倍を付加して信号Ｖｉｕ＊を生成し、この信号Ｖｉｕ＊に基づいてＵ相への電流供給を制御する。なお、αはフィードバック系のゲインに相当する。すなわち、αを大きくすると応答速度は速くなり、αを小さくすると応答速度は遅くなる。αは固定値でもよいし可変でもよい。なお、図５はＵ相について示したものであるが、これ以外の相についても同様である。
【００４４】
図６は、ある回転数下のモータ１００のトルクを増大する際の、特許文献１に記載された進角制御による場合と本発明に係るフィードバック制御による場合との各種信号波形の変化の様子を示す。なお、図６はＵ相について示したものであるが、これ以外の相についても同様である。進角制御では、モータ１００の回転数が一定のときには信号Ｖｉｕをその回転数に応じた所定の位相θだけ進角させることにより、Ｕ相のコイル抵抗及びコイルインダクタンスに印加される電圧、すなわち、信号ＶｉｕからＵ相の逆起電力Ｖｂｕ及び中性点電圧Ｖｎを引いた電圧Ｖｉｕ−Ｖｂｕ−Ｖｎについて、Ｕ相に流れる電流Ｉｕの逆起電力Ｖｂｕからの遅れ時間τに相当する位相θ＊だけ進角させて、逆起電力Ｖｂｕと電流Ｉｕとの位相を合わせている。ここで、モータ負荷が増大すると、信号Ｖｉｕについて進角位相θはそのままで振幅のみが増大する。これにより、Ｕ相のコイル抵抗及びコイルインダクタンスに印加される電圧Ｖｉｕ−Ｖｂｕ−Ｖ）について、振幅が増大するとともに進角位相がθ＊からθ＊’（θ＊＞θ＊’）へと変化してしまう。この結果、電流Ｉｕは、元の状態から、位相差θ＊−θ＊’に相当する時間Δτだけ遅れてしまう。
【００４５】
これに対して、本モータ駆動装置によると、モータ負荷が変動したときには一時的に逆起電力Ｖｂｕと電流Ｉｕとの位相がずれるものの、その後、振幅変化した信号Ｖｉｕと信号Ｖｃｓｕ＊との誤差がなくなるようにフィードバック制御がかかるため、逆起電力Ｖｂｕと電流Ｉｕとの位相はすぐに合うようになる。すなわち、本モータ駆動装置によると、モータ負荷の変動に対応して、モータを高効率に駆動制御することができる。また、マイコンなどの高コストな部品を用いなくてもよいため、本モータ駆動装置は、比較的低コストで実現可能である。
【００４６】
なお、電流値算出部７０は、信号Ｖｒをデジタル信号に変換した上で、デジタル処理により信号Ｖｃｓｕ＊、Ｖｃｓｖ＊及びＶｃｓｗ＊を生成するようにしてもよい。また、モータ１００の各相の電流を個別に検出する手段があれば、その手段によって検出された各相の電流信号を修正値算出部２０に与えればよく、この場合、電流値算出部７０は省略可能である。また、上記説明は三相ブラシレスＤＣモータを前提としてるが、本発明の対象はこれに限られず、それ以上の多相モータについても適用可能である。
【００４７】
（応用製品の例）
図７は、本発明に係るモータ駆動装置を備えた洗濯機の概観を示す。洗濯機特有のモータ駆動として、例えば、洗濯モードでは高トルクかつ低速回転が求められ、脱水モードでは低トルクかつ高速回転が求められるといったことが挙げられる。このように、動作モードに応じてモータの回転数とともに必要なトルクも変化する。また、洗濯モードでは攪拌体２０１によって洗濯物２０２は攪拌されるため、洗濯物２０２の絡み合いなどによってモータ１００にかかる負荷が変化する。したがって、図７に示したように、本発明に係る高効率なモータ駆動装置１０１を設けることで、低消費電力で騒音及び振動の少ない洗濯機が実現される。
【００４８】
なお、本発明に係るモータ駆動装置は、洗濯機以外にも、空調機、冷蔵庫、掃除機などの、モータを備えた家電機器全般に適用可能である。
【００４９】
図８は、本発明に係るモータ駆動装置を備えたプリンタの概観を示す。プリンタではモータ１００の動力は感光ドラム２１１や紙送り機構２１２などの回転駆動に用いられる。プリンタで印字可能な用紙２１３は、上質紙、ＯＨＰ用フォイル、封筒などさまざまであるため、紙送り機構２１２の回転速度が一定であったとしても給紙の種類によってモータ１００にかかる負荷が変化する。したがって、図８に示したように、本発明に係る高効率なモータ駆動装置１０１を設けることで、低消費電力で騒音及び振動の少ないプリンタが実現される。
【００５０】
なお、本発明に係るモータ駆動装置は、プリンタ以外にも、複写機、シュレッダ装置などの、モータを備えた事務機器全般に適用可能である。
【００５１】
図９は、本発明に係るモータ駆動装置を備えた電気自動車の概観図を示す。ハイブリッドカーなどのモータ１００を備えた電気自動車では、一定速度で走行中に道路状況や勾配などによりモータ１００にかかる負荷が変化する。したがって、図９に示したように、本発明に係る高効率なモータ駆動装置１０１を設けることで、低消費電力で騒音及び振動の少ない電気自動車が実現される。
【００５２】
なお、本発明に係るモータ駆動装置は、電気自動車以外にも、電気二輪車、電動アシスト自転車、列車、飛行機など、およそ動力源であるモータを備えた移動体全般に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るモータ駆動装置は、モータ回転数だけではなくモータ負荷の変化にも対応して高効率なモータ駆動が可能であるため、モータ負荷が絶えず変化するような応用製品、例えば、空調機、洗濯機、冷蔵庫、掃除機などの家電機器、複写機、プリンタなどの事務機器、電動ハイブリッド自転車、ハイブリッド自動車などの移動体などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係るモータ駆動装置の構成図である。
【図２】レベルシフト部及びサンプル・ホールド部の内部構成図である。
【図３】補償部の内部構成図である。
【図４】電流値算出部に関する各種信号の波形図である。
【図５】本発明に係るモータ駆動装置のフィードバック系に関するＵ相各種信号の波形図である。
【図６】従来の進角制御及び本発明に関してある回転数下でモータトルクを増大するときの各種信号波形の変化の様子を示す図である。
【図７】本発明に係るモータ駆動装置を備えた洗濯機の構成図である。
【図８】本発明に係るモータ駆動装置を備えたプリンタの概観図である。
【図９】本発明に係るモータ駆動装置を備えた電気自動車の概観図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    駆動波形生成部
２０    修正値算出部
３０    目標修正部
４０    プリドライバ
５０    インバータ
６０    電流検出部
７０    電流値算出部
７１    レベルシフト部
７１１  増幅器
７１２  レベルシフタ
７２    サンプル・ホールド部
７２１  比較部
７２２  デコード部
７２３  電圧保持部
７２４  スイッチ部
７３    補償部
７３１  比較部
７３２  デコード部
７３３  電圧合成部
７３４  スイッチ部
１００  モータ
１０１  モータ駆動装置
【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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