(57)【要約】【課題】  小型かつ低コストのモータ駆動装置を提供する。【解決手段】  このモータ駆動装置は、マイクロコンピュータ２、直流電源３、ＩＣ４、ドライバモジュール５およびコンデンサ６，７を備え、リニアモータ１を駆動する。トランジスタＱＵ，ＱＸは、ＰＷＭ信号である制御信号ＧＵ，ＧＸに従ってオン／オフ動作を行なう。ノードＮＣは、直流電源３の直流電圧がコンデンサ６，７によって分圧された電圧レベルにされる。したがって、従来使用していたトランジスタに代わってコンデンサを設け、トランジスタの数を必要最小限数にすることによって、モータ駆動装置の更なる小型化および低コスト化が実現できる。【選択図】        図１
2005151644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相モータを駆動するモータ駆動装置であって、
その第１の電極が直流電圧を受け、その第２の電極が前記単相モータのコイルの一方端子に接続された第１のトランジスタ、
その第１の電極が前記単相モータのコイルの前記一方端子に接続され、その第２の電極が基準電圧を受ける第２のトランジスタ、
その一方端子が前記直流電圧を受け、その他方端子が前記単相モータのコイルの他方端子に接続された第１のコンデンサ、
その一方端子が前記単相モータのコイルの前記他方端子に接続され、その他方端子が前記基準電圧を受ける第２のコンデンサ、および
前記第１および第２のトランジスタを制御して前記単相モータのコイルに交流電圧を印加する制御手段を備える、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記交流電圧の前半期間は、前記第１のトランジスタを断続的にオン／オフさせるとともに、前記第２のトランジスタをオフさせ、
前記交流電圧の後半期間は、前記第１のトランジスタをオフさせるとともに、前記第２のトランジスタを断続的にオン／オフさせる、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はモータ駆動装置に関し、特に、単相モータを駆動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリーピストン型スターリングエンジンを用いた冷凍機では、冷却用モータの駆動電圧を増減することによって、冷却能力が制御される。
【０００３】
図３は、従来のモータ駆動装置の概略構成を示す回路ブロック図である。図３において、このモータ駆動装置は、マイクロコンピュータ２、直流電源３およびドライバモジュール１１を備え、リニアモータ（Ｍ）１を駆動する。
【０００４】
ドライバモジュール１１は、トランジスタＱＵ，ＱＸ，ＱＶ，ＱＹ，ＱＷ，ＱＺ、ダイオードＤＵ，ＤＸ，ＤＶ，ＤＹ，ＤＷ，ＤＺおよびＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）１２，１３を含む。ここで、ドライバモジュールとは、複数のチップ半導体を目的や用途に合わせて配線して１つのパッケージに収めた複合半導体を指す。このように、従来のモータ駆動装置では、専用のＩＣを内蔵したドライバモジュールが用いられることが多い。
【０００５】
直流電源３のプラス端子とマイナス端子との間には、トランジスタＱＵ，ＱＸ、トランジスタＱＶ，ＱＹ、およびトランジスタＱＷ，ＱＺがそれぞれ直列接続される。ダイオードＤＵ，ＤＸ，ＤＶ，ＤＹ，ＤＷ，ＤＺは、それぞれトランジスタＱＵ，ＱＸ，ＱＶ，ＱＹ，ＱＷ，ＱＺのエミッタ電極とコレクタ電極との間に接続される。直流電源３のマイナス端子およびトランジスタＤＷ，ＤＺのゲート電極は、接地電位ＧＮＤのラインに共通接続される。トランジスタＱＵ，ＱＸ，ＱＶ，ＱＹ，ＱＷ，ＱＺには、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やパワートランジスタが用いられる。
【０００６】
リニアモータ１は、その内部コイルの一方端子がトランジスタＱＵとトランジスタＱＸとの間のノードＮＵに接続され、その内部コイルの他方端子がトランジスタＱＶとトランジスタＱＹとの間のノードＮＶに接続される。
【０００７】
なお、トランジスタＱＷ，ＱＺは、そのゲート電極が接地電位ＧＮＤを受けてオフしており、リニアモータ１の制御には用いられない。このように、ドライバモジュール１１がリニアモータ１の制御に用いられないトランジスタＱＷ，ＱＺを有しているのは、三相モータ用のドライバモジュール１１を単相モータであるリニアモータ１の制御に用いているためである。
【０００８】
マイクロコンピュータ２は、トランジスタＱＵ，ＱＸの動作を制御するための制御信号ＣＵ，ＣＸをＩＣ１２に与え、トランジスタＱＶ，ＱＹの動作を制御するための制御信号ＣＶ，ＣＹをＩＣ１３に与える。ＩＣ１２は、制御信号ＣＵ，ＣＸの電圧増幅などの信号処理を行なうことによって、トランジスタＱＵ，ＱＸの仕様に適した制御信号ＧＵ，ＧＸを生成する。ＩＣ１３は、制御信号ＣＶ，ＣＹの電圧増幅などの信号処理を行なうことによって、トランジスタＱＶ，ＱＹの仕様に適した制御信号ＧＶ，ＧＹを生成する。直流電源３には、通常は商用の交流電圧（たとえば、１００Ｖ）を倍電圧整流した直流電圧（たとえば、２８０Ｖ）が用いられる。制御信号ＧＵ，ＧＸ，ＧＶ，ＧＹに従って、トランジスタＱＵ，ＱＸ，ＱＶ，ＱＹがオン／オフ動作を行なうことによって、リニアモータ１のコイルに印加される交流電圧ＶＭが制御される。
【０００９】
図４は、図３に示したモータ駆動装置の動作を説明するためのタイムチャートである。図４において、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭの擬似電圧波形が負側から正側へ変化する、すなわち最初のゼロクロスポイントにおける位相角を０度とする。
【００１０】
位相角０度から位相角１８０度までの期間において、トランジスタＱＵのゲート電極には、トランジスタＱＵを断続的にオン／オフさせる制御信号ＧＵが与えられる。トランジスタＱＸ，ＱＶのゲート電極には、トランジスタＱＸ，ＱＶを連続的にオフさせる制御信号ＧＸ，ＧＶが与えられる。トランジスタＱＹのゲート電極には、トランジスタＱＹを連続的にオンさせる制御信号ＧＹが与えられる。制御信号ＧＵは、交流電圧ＶＭが最大値に近い程パルス幅が大きく、ゼロクロスポイントに近い程パルス幅が小さくなるようにデューティ（チョッピングされた矩形波の１サイクルの時間幅に対するオン時間幅の比率）が制御されたＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号である。したがって、ノードＮＵは直流電源３からの直流電圧（たとえば、２８０Ｖ）をトランジスタＱＵを介して断続的に受け、ノードＮＶは接地電位ＧＮＤのラインからの基準電圧（０Ｖ）をトランジスタＱＹを介して受ける。このため、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭの擬似電圧波形は、位相角０度および位相角１８０度においてゼロクロスポイントを有する正弦波形となる。このように、ノードＮＵからリニアモータ１を介してノードＮＶの方向に電流が流れる場合、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭが正の値をとる。
【００１１】
次に、位相角１８０度から位相角３６０度までの期間において、トランジスタＱＵ，ＱＹのゲート電極には、トランジスタＱＵ，ＱＹを連続的にオフさせる制御信号ＧＵ，ＧＹが与えられる。トランジスタＱＸのゲート電極には、トランジスタＱＸを連続的にオンさせる制御信号ＧＸが与えられる。トランジスタＱＶのゲート電極には、トランジスタＱＶを断続的にオン／オフさせる制御信号ＧＶが与えられる。制御信号ＧＶは、交流電圧ＶＭが最小値に近い程パルス幅が大きく、ゼロクロスポイントに近い程パルス幅が小さくなるようにデューティが制御されたＰＷＭ信号である。したがって、ノードＮＵは接地電位ＧＮＤのラインからの基準電圧（０Ｖ）をトランジスタＱＸを介して受け、ノードＮＶは直流電源３からの直流電圧（たとえば、２８０Ｖ）をトランジスタＱＶを介して断続的に受ける。このため、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭの擬似電圧波形は位相角１８０度および位相角３６０度においてゼロクロスポイントを有する正弦波形となる。このように、ノードＮＶからリニアモータ１を介してノードＮＵの方向に電流が流れる場合、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭが負の値をとる。
【００１２】
以上のように、図３に示したモータ駆動装置は、１つのドライバモジュール１１で構成されるため、複数のドライバモジュール（および単体部品）で設計する場合に比べ、基板面積が小さくてすみ、基板加工のコストが抑えられる。また、動作の信頼性が向上する。さらに、ドライバモジュール１１がＩＣ１２，１３を内蔵している分、ドライバ周辺部品が少なくてすむ。
【００１３】
しかし、トランジスタＱＷ，ＱＺおよびダイオードＤＷ，ＤＺは不要である。その分、基板面積が余分に占領され、部品コストが余分にかかっている。すなわち、６つのトランジスタＱＵ，ＱＸ，ＱＶ，ＱＹ，ＱＷ，ＱＺで構成された三相モータ制御用のドライバモジュール１１は、リニアモータ１などの単相モータを制御する場合には適切ではない。
【００１４】
図５は、従来の他のモータ駆動装置の概略構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図５のモータ駆動装置を参照して、図３のモータ駆動装置と異なる点は、トランジスタＱＷ，ＱＺおよびダイオードＤＷ，ＤＺが削除され、ドライバモジュール内蔵のＩＣ１２，１３が外付けのＩＣ４，３１で置換されている点である。
【００１５】
図５において、このモータ駆動装置は、マイクロコンピュータ２、直流電源３、ＩＣ４，３１およびドライバモジュール５，３２を備え、リニアモータ１を駆動する。ドライバモジュール５は、トランジスタＱＵ，ＱＸおよびダイオードＤＵ，ＤＸを含む。ドライバモジュール３２は、トランジスタＱＶ，ＱＹおよびダイオードＤＶ，ＤＹを含む。このモータ駆動装置の動作を示すタイムチャートは、図４に示したタイムチャートと同様である。
【００１６】
なお、ドライバモジュール５，３２は、図３に示したドライバモジュール１１のように三相モータを制御するためのものではないため、それぞれ外付けのＩＣ４，３１が必要となる。この場合、図３に示したトランジスタＱＷ，ＱＺおよびダイオードＤＷ，ＤＺを設けなくてすむ分、基板面積が低減され、部品コストが低くなる。しかし、各部品間の沿面距離を考慮しなければならないため、基板面積の削減が十分に達成されない。
【００１７】
また、下記の特許文献１には、モータなどの負荷を駆動制御するトランジスタと、該トランジスタを過負荷から保護するためのダイオードとを１つのパッケージに実装することによって、ドライバモジュールの組立工数を少なくし、かつ占有面積を小さくする方法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１３０９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前述のように、従来のモータ駆動装置では、小型化および低コスト化が十分に達成されていない。
【００１９】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型かつ低コストのモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明に係るモータ駆動装置は、単相モータを駆動するモータ駆動装置であって、その第１の電極が直流電圧を受け、その第２の電極が単相モータのコイルの一方端子に接続された第１のトランジスタと、その第１の電極が単相モータのコイルの一方端子に接続され、その第２の電極が基準電圧を受ける第２のトランジスタと、その一方端子が直流電圧を受け、その他方端子が単相モータのコイルの他方端子に接続された第１のコンデンサと、その一方端子が単相モータのコイルの他方端子に接続され、その他方端子が基準電圧を受ける第２のコンデンサと、第１および第２のトランジスタを制御して単相モータのコイルに交流電圧を印加する制御手段とを備えたものである。
【００２１】
好ましくは、制御手段は、交流電圧の前半期間は、第１のトランジスタを断続的にオン／オフさせるとともに、第２のトランジスタをオフさせ、交流電圧の後半期間は、第１のトランジスタをオフさせるとともに、第２のトランジスタを断続的にオン／オフさせる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係るモータ駆動装置では、その第１の電極が直流電圧を受け、その第２の電極が単相モータのコイルの一方端子に接続された第１のトランジスタと、その第１の電極が単相モータのコイルの一方端子に接続され、その第２の電極が基準電圧を受ける第２のトランジスタと、その一方端子が直流電圧を受け、その他方端子が単相モータのコイルの他方端子に接続された第１のコンデンサと、その一方端子が単相モータのコイルの他方端子に接続され、その他方端子が基準電圧を受ける第２のコンデンサと、第１および第２のトランジスタを制御して単相モータのコイルに交流電圧を印加する制御手段とが設けられる。したがって、従来使用していたトランジスタに代わってコンデンサを設け、トランジスタの数を必要最小限にすることによって、モータ駆動装置の更なる小型化および低コスト化が実現できる。
【００２３】
好ましくは、制御手段は、交流電圧の前半期間は、第１のトランジスタを断続的にオン／オフさせるとともに、第２のトランジスタをオフさせ、交流電圧の後半期間は、第１のトランジスタをオフさせるとともに、第２のトランジスタを断続的にオン／オフさせる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、この発明の一実施の形態によるモータ駆動装置の概略構成を示す回路ブロック図である。図１において、このモータ駆動装置は、マイクロコンピュータ２、直流電源３、ＩＣ４、ドライバモジュール５およびコンデンサ６，７を備え、リニアモータ１を駆動する。
【００２５】
ドライバモジュール５は、トランジスタＱＵ，ＱＸ、ダイオードＤＵ，ＤＸを含む。トランジスタＱＵ，ＱＸは、直流電源３のプラス端子とマイナス端子との間に直列接続される。ダイオードＤＵ，ＤＸは、それぞれトランジスタＱＵ，ＱＸのエミッタ電極とコレクタ電極との間に接続される。直流電源３のマイナス端子は、接地電位ＧＮＤのラインに接続される。トランジスタＱＵ，ＱＸには、たとえばＩＧＢＴやパワートランジスタが用いられる。
【００２６】
リニアモータ１は、その内部コイルの一方端子がトランジスタＱＵとトランジスタＱＸとの間のノードＮＵに接続され、その内部コイルの他方端子がコンデンサ６とコンデンサ７との間のノードＮＣに接続される。このリニアモータ１は、単相モータの一例である。
【００２７】
マイクロコンピュータ２は、トランジスタＱＵ，ＱＸの動作を制御するための制御信号ＣＵ，ＣＸをＩＣ４に与える。このマイクロコンピュータ２には、各種センサ（温度センサ、電流センサ、電圧センサなど）から各種データ（冷却部の温度データ、リニアモータ１の電流値、直流電源３の電圧値など）が与えられる。マイクロコンピュータ２は、たとえば、冷却部の温度が高い場合はリニアモータ１の印加電圧を上昇させるように制御し、リニアモータ１の電流値が大きい場合はリニアモータ１の印加電圧を低下させるように制御し、何らかの要因で直流電源３の電圧値が変動した場合はデューティを制御することによって変動した直流電圧値に応じた電流がリニアモータ１に流れるように制御する。
【００２８】
ＩＣ４は、制御信号ＣＵ，ＣＸの電圧増幅などの信号処理を行なうことによって、トランジスタＱＵ，ＱＸの仕様に適した制御信号ＧＵ，ＧＸを生成する。このように、ドライバモジュール５は図３に示したドライバモジュール１１のように三相モータを制御するためのものではないため、外付けのＩＣ４が設けられる。直流電源３には、通常は商用の交流電圧（たとえば、１００Ｖ）を倍電圧整流した直流電圧（たとえば、２８０Ｖ）が用いられる。制御信号ＧＵ，ＧＸに従ってトランジスタＱＵ，ＱＸがオン／オフ動作を行なうことによって、リニアモータ１のコイルに印加される交流電圧ＶＭが制御される。
【００２９】
図２は、図１に示したモータ駆動装置の動作を説明するためのタイムチャートである。図２において、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭの擬似電圧波形が負側から正側へ変化する、すなわち最初のゼロクロスポイントにおける位相角を０度とする。
【００３０】
位相角０度から位相角１８０度までの期間において、トランジスタＱＵのゲート電極には、トランジスタＱＵを断続的にオン／オフさせる制御信号ＧＵが与えられる。トランジスタＱＸのゲート電極には、トランジスタＱＸを連続的にオフさせる制御信号ＧＸが与えられる。制御信号ＧＵは、交流電圧ＶＭが最大値に近い程パルス幅が大きく、ゼロクロスポイントに近い程パルス幅が小さくなるようにデューティが制御されたＰＷＭ信号である。したがって、ノードＮＵは、直流電源３からの直流電圧（たとえば、２８０Ｖ）をトランジスタＱＵを介して断続的に受ける。また、ノードＮＣは、直流電源３の直流電圧（たとえば、２８０Ｖ）がコンデンサ６，７によって分圧された電圧レベル（たとえば、１４０Ｖ）にされる。このため、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭの擬似電圧波形は、位相角０度および位相角１８０度においてゼロクロスポイントを有する正弦波形となる。このように、ノードＮＵからリニアモータ１を介してノードＮＣの方向に電流が流れる場合、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭが正の値をとる。
【００３１】
次に、位相角１８０度から位相角３６０度までの期間において、トランジスタＱＵのゲート電極には、トランジスタＱＵを連続的にオフさせる制御信号ＧＵが与えられる。トランジスタＱＸのゲート電極には、トランジスタＱＸを断続的にオン／オフさせる制御信号ＧＸが与えられる。制御信号ＧＸは交流電圧ＶＭが最小値に近い程パルス幅が大きく、ゼロクロスポイントに近い程パルス幅が小さくなるようにデューティが制御されたＰＷＭ信号である。したがって、ノードＮＵは、接地電位ＧＮＤのラインからの基準電圧（０Ｖ）をトランジスタＱＸを介して断続的に受ける。また、ノードＮＣは、直流電源３の直流電圧（たとえば、２８０Ｖ）がコンデンサ６，７によって分圧された電圧レベル（たとえば、１４０Ｖ）にされる。このため、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭの擬似電圧波形は、位相角１８０度および位相角３６０度においてゼロクロスポイントを有する正弦波形となる。このように、ノードＮＣからリニアモータ１を介してノードＮＵの方向に電流が流れる場合、リニアモータ１に印加される交流電圧ＶＭが負の値をとる。
【００３２】
なお、図１に示したモータ駆動装置では、図５に示した従来のモータ駆動装置のトランジスタＱＶおよびダイオードＤＶがコンデンサ６で置換され、トランジスタＱＹおよびダイオードＤＹがコンデンサ７で置換され、ＩＣ３１が削除されている。この場合、ノードＮＣは直流電源３の直流電圧（たとえば、２８０Ｖ）がコンデンサ６，７によって分圧された電圧レベル（たとえば、１４０Ｖ）にされるため、リニアモータ１に印加される交流電圧の振幅は、図３および図５に示した従来のモータ駆動装置のリニアモータ１に印加される交流電圧の振幅の半分になる。したがって、リニアモータの仕様を印加される交流電圧に対応させた仕様にする必要がある。
【００３３】
この実施の形態では、従来使用していたトランジスタに代わってコンデンサを設け、トランジスタの数を必要最小限にすることによって、モータ駆動装置の更なる小型化および低コスト化が実現できる。
【００３４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の一実施の形態によるモータ駆動装置の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示したモータ駆動装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図３】従来のモータ駆動装置の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図４】図３に示したモータ駆動装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図５】従来の他のモータ駆動装置の概略構成を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  リニアモータ、２  マイクロコンピュータ、３  直流電源、４，１２，１３，３１  ＩＣ、５，１１，３２  ドライバモジュール、６，７  コンデンサ、ＱＵ，ＱＸ，ＱＶ，ＱＹ，ＱＷ，ＱＺ  トランジスタ、ＤＵ，ＤＸ，ＤＶ，ＤＹ，ＤＷ，ＤＺ  ダイオード。
【図１】
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【図２】
2005151644.tif 000004
【図３】
2005151644.tif 000005
【図４】
2005151644.tif 000006
【図５】
2005151644.tif 000007