(57)【要約】【課題】電流制限の動作状態時の低振動、低騒音を実現できる小型のモータ駆動装置およびモータ駆動方法等を提供することを目的とする。【解決手段】通電器２０に流れる電流が一定値を超えたことを検知する過電流検出器９１と、外部から入力される出力指令信号Ｓ０と過電流検出器９１の信号によって新たに任意に調整された内部出力指令信号Ｓ１を出力する出力指令調整器７０を有するとともに、過電流検出器９１が過電流を検出したとき、出力指令調整器７０は過電流検出器９１が過電流を検知しなくなるまで任意に調整された内部出力指令信号Ｓ１を出力するようにしたものである。【選択図】図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相の駆動コイルを有するステータと、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータとを備えたモータを駆動するとともに、通電器に流れる電流が一定値を超えたことを検出し、これを検出したとき出力をオフする電流制限動作を行う過電流検出器を有するモータ駆動装置において、前記モータ駆動装置は、外部から入力される出力指令信号と前記過電流検出器の信号によって新たに任意に調整された内部出力指令信号を出力する出力指令調整器を有するとともに、前記過電流検出器が過電流を検出したとき、前記出力指令調整器は前記過電流検出器が過電流を検知しなくなるまで任意に調整された内部出力指令信号を出力することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
３相の駆動コイルを有するステータと、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータとを備えたモータを駆動するモータ駆動装置であって、前記駆動コイルに対して通電を行う通電器と、前記通電器に流れる電流を電圧値に変換する電流検出器と、電流検出結果が一定値を超えたことを検知する過電流検出器と、外部から入力される出力指令信号と前記過電流検出器の信号によって新たに任意に調整された内部出力指令信号を出力する出力指令調整器と、前記ロータの回転位置を検出する磁極検出器と、前記磁極検出器の出力信号と前記出力指令調整器からの信号より、前記ロータが回転するような通電信号を出力する通電信号発生器と、三角波波形を出力する三角波発振器と、前記通電信号発生器の信号と前記三角波波形を比較し、ＰＷＭ信号とする通電信号比較器と、前記過電流検出器の信号により前記ＰＷＭ信号に関係なく前記通電器をオフさせる過電流制限器とを備え、前記過電流検出器が過電流を検出したとき、前記出力指令調整器は前記過電流検出器が過電流を検知しなくなるまで任意に調整された内部出力指令信号を出力することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
各コイル間電圧が略正弦波形状である請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項３のモータ駆動装置と、モータを搭載したことを特徴とする機器。
【請求項５】
３相の駆動コイルを有するステータと、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータとを備えたモータを駆動するモータ駆動方法において、通電器に流れる電流が一定値を超えたことを検知する過電流検出器が過電流を検出したとき、出力指令調整器は外部から入力される出力指令信号と前記過電流検出器の信号に基づき、前記過電流検出器が過電流を検知しなくなるまで任意に調整された内部出力指令信号を出力することを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項６】
任意に調整された内部出力指令信号により、過電流検出器が過電流を検知しなくなる状態が継続したとき、徐々に内部出力指令信号を外部から入力される出力指令信号Ｓ０信号に近づいていくように調整されることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動方法。
【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、空気清浄機または複写機、プリンタその他の情報機器に使用されるブラシレスＤＣモータ等のモータを駆動するためのモータ駆動装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、空調機器または複写機、プリンタその他の情報機器等に用いられる各種駆動用モータは、長寿命、高信頼性、速度制御の容易さ等の長所を活かして、ブラシレスＤＣモータが用いられることが多い。
【０００３】
図１１は、従来のモータ駆動装置の回路構成図であり、図１２は、図１１に示す同装置におけるモータ回転角（電気角）に対する各部の信号波形図で、過電流制限が動作していない低出力時と過電流制限が動作している高出力時の波形を示している。なお、当該図において電圧波形Ｕ、Ｖ、Ｗは、実際はＰＷＭ波形であるが、平均化した波形としている。
【０００４】
また、図１３は図１２に示した過電流制限が動作していない時と動作している時の電圧波形ＵのＰＷＭ波形を示したものである。なお、電圧波形ＶおよびＷについては電圧波形Ｕと同一波形となる。
【０００５】
図１１に示すように、一般的に、ブラシレスＤＣモータ（以下、「モータ」という。）の駆動装置においては、ロータ位置をホール素子等からなる複数個の磁極検出器１８１、１８３および１８５にて検出する。このロータ位置検出信号Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗと出力指令信号Ｓ０から、通電信号発生器１６０が通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０を出力する。
【０００６】
三角波発振器１５０は三角波信号ＣＹ０と、ＣＹ０と同期した矩形波の信号ＣＹ１を出力する。通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０と三角波信号ＣＹ０は、通電信号比較器１４１、１４３および１４５で比較され、ＰＷＭ信号である通電信号Ｕ１、Ｖ１およびＷ１となる。
【０００７】
通電信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、例えば、Ｈｉの時に通電器１２０内のスイッチング素子１２１、１２３および１２５をそれぞれオンさせコイル１１１、１１３および１１５に電源電圧Ｖｄｃを印加し、Ｌｏの時にオフさせる信号である。そして、電流制限が非動作状態では通電信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は過電流制限器１３０を素通りして通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２として通電器１２０に入力される。
【０００８】
過電流検出器１９１は、電流検出器１９２の信号ＣＬ０が所定の値を超えると（図１３におけるＡ部。なお、Ａ部において、点線は電流制限が非動作状態時の波形を示す。）過電流検出信号ＣＬ１を検出状態（例えば、Ｌｏ）とした後（図１３におけるＣ部。）、信号ＣＹ１と同期して非検出状態（例えば、Ｈｉ）に戻す（図１３におけるＢ部。）。
【０００９】
この過電流検出信号が検出状態の時、通電信号Ｕ１、Ｖ１およびＷ１は過電流制限器１３０で強制的にスイッチング素子１２１、１２３および１２５をオフさせる信号に変換され、通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２となる（図１３におけるＤ部。なお、Ｄ部において、点線は電流制限が非動作状態時の波形を示す。）。通電器１２０では、通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２を受けて、電圧Ｕ、ＶおよびＷをコイルに印加する。
【００１０】
このような回路では、モータ出力が増加し、過電流制限が動作した場合、過電流検出信
号が検出状態となり、スイッチング素子１２１、１２３および１２５をオフするため、コイルに流れる電流が抑えられる（図１２の記載において、Ｕ、Ｖ、Ｗはコイルに印加されるＰＷＭ波形を平均化した波形である。点線は途中でスイッチング素子をオフしない場合の電圧波形Ｕ、Ｖ、Ｗを示し、これに対して、実線で示したスイッチング素子をオフした場合の電圧波形が低下しているため、電流が抑えられる。）。
【００１１】
また、コイルに流れる電流を制限する機能としては、電流制限動作として電源電圧自体を低下させるようなものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開昭６３−２８２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、一般に行われているこのような過電流制限動作の場合、図１３に示すようにコイルに印加したい波形を表す信号波形である通電信号Ｕ１に対して、実際に印加される波形を表す信号波形Ｕ２が相違することとなり、この結果、コイルに印加される波形を平均化した波形を示す図１２の電圧波形Ｕ、ＶおよびＷは印加したい波形と異なってしまう。この場合、コイルに流れる電流は、電流制限が非動作状態の場合とは異なるため、騒音や振動が発生することとなる。
【００１３】
また、電源電圧自体を低下させる電流制限動作の場合、電流制限がある程度動作していないと電源電圧は低下しないため、電流は制限値よりある程度大きくなる。また、電源電圧が高圧である場合には、電源電圧をＰＷＭ化するトランジスタが大きくなり、モータに内蔵することが困難となる場合がある。
【００１４】
そこで、本願発明は電流制限の動作状態時の低振動、低騒音を実現できる小型のモータ駆動装置およびモータ駆動方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願発明のモータ駆動装置は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、通電器に流れる電流が一定値を超えたことを検知する過電流検出器と、外部から入力される出力指令信号と前記過電流検出器の信号によって新たに任意に調整された内部出力指令信号を出力する出力指令調整器を有するとともに、前記過電流検出器が過電流を検出したとき、前記出力指令調整器は前記過電流検出器が過電流を検知しなくなるまで任意に調整された内部出力指令信号を出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明のモータ駆動装置および駆動方法によれば、出力をオフする電流制限が定常的に行われることがないため、通電信号波形に歪みが生じることがなく、モータの振動・騒音を低減することができる。
【００１７】
また、通電信号波形に歪みが生じることがないため、モータ駆動時の振動モードが変更することがなく、したがって、モータを搭載した機器の共振系が変わらず、低振動、低騒音の機器とすることができる。
【００１８】
また、低振動であることは回転むらも本質的に少なく、より高精度な制御の実現が可能となり、機器全体の性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本願の請求項１に係る発明は、３相の駆動コイルを有するステータと、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータとを備えたモータを駆動するとともに、通電器に流れる電流
が一定値を超えたことを検出し、これを検出したとき出力をオフする電流制限動作を行う過電流検出器を有するモータ駆動装置において、前記モータ駆動装置は、外部から入力される出力指令信号と前記過電流検出器の信号によって新たに任意に調整された内部出力指令信号を出力する出力指令調整器を有するとともに、前記過電流検出器が過電流を検出したとき、前記出力指令調整器は前記過電流検出器が過電流を検知しなくなるまで任意に調整された前記内部出力指令信号を出力することを特徴とするモータ駆動装置であり、調整された内部出力指令信号に基づきモータ駆動装置内の通電信号を形成することにより、通電器から出力される３相の駆動コイルに印加される電圧の歪みを抑制することが可能で、本来得たい波形状と波高値を比例倍した（小さくした）波形状の電流を印加することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明は、３相の駆動コイルを有するステータと、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータとを備えたモータを駆動するモータ駆動装置であって、前記駆動コイルに対して通電を行う通電器と、前記通電器に流れる電流を電圧値に変換する電流検出器と、電流検出結果が一定値を超えたことを検知する過電流検出器と、外部から入力される出力指令信号と前記過電流検出器の信号によって新たに任意に調整された内部出力指令信号を出力する出力指令調整器と、前記ロータの回転位置を検出する磁極検出器と、前記磁極検出器の出力信号と前記出力指令調整器からの信号より、前記ロータが回転するような通電信号を出力する通電信号発生器と、三角波波形を出力する三角波発振器と、前記通電信号発生器の信号と前記三角波波形を比較し、ＰＷＭ信号とする通電信号比較器と、前記過電流検出器の信号により前記ＰＷＭ信号に関係なく前記通電器をオフさせる過電流制限器とを備え、前記過電流検出器が過電流を検出したとき、前記出力指令調整器は前記過電流検出器が過電流を検知しなくなるまで任意に調整された前記内部出力指令信号を出力することを特徴とするモータ駆動装置であり、調整された内部出力指令信号に基づき通電信号発生器から出力される通電信号を形成することで、通電信号の波高値を比例倍小さくさせることが可能で、この低下した通電信号に基づき通電信号比較機から出力される通電信号の電圧印加時間を短縮させることができる。そして、これにより過電流検出器に入力される電流検出信号を低下させることが可能となり、電流制限が動作しなくなる。したがって、通電器から出力される３相の駆動コイルに印加される電圧の歪みを抑制し、本来得たい波形状と波高値を比例倍した（小さくした）波形状の電流を印加することができる。
【００２１】
請求項３に係る発明は、各コイル間電圧が略正弦波形状である請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置であり、波形の歪みがより顕著に振動、騒音に影響をおよぼす正弦波駆動において、歪みのない本来得たい略正弦波形状と波高値を比例倍した（小さくした）略正弦波形状とすることができる。
【００２２】
請求項４に係る発明は、請求項３のモータ駆動装置と、モータを搭載したことを特徴とする機器であり、モータの電流制限動作時においても機器の共振を防止することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明は、３相の駆動コイルを有するステータと、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータとを備えたモータを駆動するモータ駆動方法において、通電器に流れる電流が一定値を超えたことを検知する過電流検出器が過電流を検出したとき、出力指令調整器は外部から入力される出力指令信号と前記過電流検出器の信号に基づき、前記過電流検出器が過電流を検知しなくなるまで任意に調整された内部出力指令信号を出力することを特徴とするモータ駆動方法であり、調整された内部出力指令信号に基づきモータ駆動装置内の通電信号を形成することにより、通電器から出力される３相の駆動コイルに印加される電圧の歪みを抑制することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明は、任意に調整された内部出力指令信号により、過電流検出器が過
電流を検知しなくなる状態が継続したとき、徐々に内部出力指令信号を外部から入力される出力指令信号Ｓ０信号に近づいていくように調整されることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動方法であり、電流制限動作による一時的な負荷変動により調整されたモータ出力を適正に元の状態に戻すことができる。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の一具体例について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相の駆動コイル１１、１３および１５は、通電器２０に接続されている。
【００２７】
磁極検出器８１、８３および８５は、ホール素子等で構成され、モータの可動子（図示せず。なお、回転運動型のモータではロータ、リニア運動型のモータでは可動子をいい、以下、「ロータ」という。）の各相駆動コイル１１、１３および１５に対する位置を検出する。
【００２８】
出力指令信号Ｓ０、過電流検出信号ＣＬ２およびリセット信号Ｒは出力指令調整器に入力され内部出力指令Ｓ１を出力する。
【００２９】
磁極検出器８１、８３および８５からの信号Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗと、内部出力指令信号Ｓ１を入力された通電信号発生器６０は、通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０を出力する。
【００３０】
三角波発振器５０は三角波形状の信号ＣＹ０と、そのＣＹ０に同期した矩形波形状の信号ＣＹ１を出力する（ＣＹ０とＣＹ１については図１３の当該波形参照。）。このＣＹ０と通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０を通電信号比較器４０で比較し、ＰＷＭ信号である通電信号Ｕ１、Ｖ１およびＷ１とする。
【００３１】
電流検出器９２で、巻線に流れていた電流値を電圧値に変換し、電流検出信号ＣＬ０として過電流検出器９１に入力する。過電流検出器９１では、ＣＬ０が所定の値を超えた場合、過電流検出信号ＣＬ１を検出状態（例えば、Ｌｏ）とし、信号ＣＹ１と同期して非検出状態（たとえばＨｉ）に戻す。
【００３２】
通電信号Ｕ１、Ｖ１およびＷ１は、この過電流検出信号が非検出状態（電流制限が非動作状態）の時には、過電流制限器３０を素通りし、Ｕ２、Ｖ２およびＷ２として出力されるが、検出状態（電流制限が動作状態）の時には、過電流制限器３０で強制的にスイッチング素子２１、２３および２５をオフさせる信号に変換されて通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２となる。
【００３３】
スイッチング素子２１、２３および２５で構成される通電器２０では、通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２を受けて、電圧Ｕ、ＶおよびＷをコイルに印加する。
【００３４】
上記のように構成された実施例の駆動動作について、図１に示す駆動装置の各信号のタイムチャートを示す図２および図３を参照し説明を加える。
【００３５】
図２に示すように、電流制限が非動作状態の時、出力指令調整器は入力されたＳ０をそのままＳ１として出力し、通電信号発生器６０から出力される通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０と同じ形状で波高値が比例倍された電圧がコイルにＵ、ＶおよびＷとして印加される。なお、当該図において電圧波形Ｕ、Ｖ、Ｗは、実際はＰＷＭ波形であるが、平均化した波形としている。
【００３６】
すなわち、通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０と三角波発振器５０から出力された三角波信号ＣＹ０は、通電信号比較器４１、４３および４５で比較され、ＰＷＭ信号である通電信号Ｕ１、Ｖ１およびＷ１となる。
【００３７】
通電信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、例えば、Ｈｉの時に通電器２０内のスイッチング素子２１、２３および２５をそれぞれオンさせコイル１１、１３および１５に電源電圧Ｖｄｃを印加し、Ｌｏの時にオフさせる信号である。そして、電流制限が非動作状態では過電流制限器３０を素通りして通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２として通電器２０に入力され、通電器２０はこれを受けて電圧Ｕ、ＶおよびＷをコイル１１、１３および１５に印加する（図１２および図１３の「低出力時（電流制限：非動作状態）」参照。）。
【００３８】
次に、電流検出器９２の信号ＣＬ０が所定の値を超えた場合、すなわち、電流制限が動作状態となった時について説明すると、かかる場合、過電流検出器９１が検出状態（例えば、Ｌｏ）とされると同時に、出力指令調整器７０で出力指令信号Ｓ０が、電流制限が非動作状態となる内部出力信号Ｓ１まで徐々に調整される（下げられる）。
【００３９】
この結果、図２の高出力時（電流制限：動作状態）に示すように、内部出力指令信号Ｓ１等に基づき通電信号発生器６０から出力される通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０の波高値が、本来のＳ０が入力された場合と比較して小さくなる（当該図において、実線はＳ１のときの波形、点線はＳ０のときの波形を示すものである。）。
【００４０】
なお、この調整された内部出力指令信号Ｓ１は、電流制限の非動作状態が続いた場合、徐々にＳ０信号に近づいていくよう調整される（上げられる）。
【００４１】
ここで、出力指令調整器７０の動作を具体的に説明すると、出力指令調整器７０は、カウンタと分圧器で構成され、カウンタは、ＣＬ２信号によりカウンタが下がり、Ｒ信号により上がるようになっており、そのカウンタの値に合わせて、Ｓ０信号を分圧し、Ｓ１として出力する。この動作を図３に示す。ＣＬ２信号は、ＣＬ１の立下り（電流制限が動作する瞬間、すなわち、検出状態（例えば、Ｌｏ）とした瞬間であって、図１３におけるＣ部参照。）と同期して出力されるパルス信号であり、Ｒ信号は定期的若しくはモータの回転数に比例した周期でまたはその両方で入力されるパルス信号である。
【００４２】
したがって、電流制限動作が続く限り、内部出力指令信号Ｓ１は下げられ、いずれ電流制限は動作しなくなる。そして、電流制限が動作しなくなると、徐々に内部出力指令信号Ｓ１を上げようとするが（図３のＥ部参照。）、そこで電流制限が再度動作すれば、また内部出力指令信号Ｓ１は下げられる（図３のＦ部参照。）。
【００４３】
この機能により、モータの起動時や、外乱によるモータ負荷の増加により電流が増加した場合には、一時的に内部出力指令信号Ｓ１は下げられるが、モータが定常状態になった時や、外乱がなくなった場合には、元に戻る。また、モータ負荷が定常的に大きく、電流が大きくなる場合には、定常的に内部出力指令信号Ｓ１が下げられる。
【００４４】
以上、上記動作をまとめると、電流制限動作時には、本来Ｓ０が入力された場合に出力されるＵ０、Ｖ０およびＷ０より波高値が小さいＵ０、Ｖ０およびＷ０となるため、出力をオフする電流制限動作が定常的に行われることがなく、この結果、従来例のようにＵ、ＶおよびＷに印加される電圧が歪むことはなく、電流波形も本来得たい波形（例えば略正弦波形状）と波高値のみが異なる同様の波形とすることが可能で、低騒音、低振動でモータを駆動できる。
【００４５】
なお、上記はコイルに流れる電流が略正弦波形状となるような通電信号波形で説明した
が、他の通電信号波形でも、本来印加したい電圧波形、得たい電流波形と波高値が比例倍小さくなった同様の波形でモータを駆動できることは同じであり、騒音、振動等の特性に影響を与えない点、有用である。
【００４６】
また、上記モータ駆動回路および駆動方法の適用は、誘導モータ等にも可能である。
【００４７】
また、各種信号処理は、アナログあるいはディジタル回路によるハードウェア処理により実現することも可能である。
【００４８】
さらに、マイコン、ＤＳＰ等ソフトウエア処理を用いて行っても良く、さらに、ＩＣ化あるいはＬＳＩ化してもよい。
【実施例２】
【００４９】
上記実施例に係るモータ駆動装置によるモータ応用機器について図４から図１０に示す。このような機器にはその内部に駆動部を有しており、これを本発明のモータ駆動装置によるモータ３０１から３０８で駆動している。
【００５０】
例えば、図４に示す空調機器では、室内機および室外機のファン、図５に示すガス給湯器では燃焼のために用いる空気送風用のファン、図６に示す空気清浄機では空気吸込用のファン、また、図７に示すプリンタ若しくは図８に示す複写機では、用紙排出用等に用いられる回転部、さらに図９に示すＤＶＤ等その他の光メディア機器若しくは図１０に示すハードディスク機器の記録媒体を回転させている。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
特に、低振動および低騒音が要求される電気機器に搭載されるモータに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例におけるモータ駆動装置の回路構成図
【図２】本発明の実施例におけるモータ駆動装置の動作を説明する図
【図３】本発明の実施例におけるモータ駆動装置の動作の一部を説明する図
【図４】空調機器の構造を示す構成図
【図５】給湯機の構造を示す構成図
【図６】空気清浄機の構造を示す構成図
【図７】プリンタの構造を示す構成図
【図８】複写機の構造を示す構成図
【図９】光メディア機器の構造を示す構成図
【図１０】ハードディスク機器の構造を示す構成図
【図１１】従来技術におけるモータ駆動装置の回路構成図
【図１２】従来技術におけるモータ駆動装置の動作を説明する図
【図１３】従来技術におけるモータ駆動装置の動作の詳細を説明する図
【符号の説明】
【００５３】
１１  Ｕ相コイル
１３  Ｖ相コイル
１５  Ｗ相コイル
２０  通電器
３０  過電流制限器
４０  通電信号比較器
５０  三角波発振器
６０  通電信号発生器
７０  出力指令調整器
８１  Ｕ相磁極検出器
８３  Ｖ相磁極検出器
８５  Ｗ相磁極検出器
９１  過電流検出器
９２  電流検出器
【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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【図１３】
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