(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するモータ駆動装置であって、
電源入力部に供給された直流電圧を、前記モータを駆動するための駆動電圧に変換し、変換した前記駆動電圧を前記モータの駆動巻線に供給するインバータと、
外部から通知される速度指令情報と速度を検出する速度検出手段から通知される速度検出情報との速度偏差に基づき、前記駆動電圧を調整するための駆動制御信号を生成し、生成した前記駆動制御信号を出力する速度制御部と、
前記駆動制御信号に応じて前記インバータが出力する前記駆動電圧を調整し、前記モータの速度を制御するインバータ駆動部と、
前記電源入力部の前記直流電圧を測定し、前記直流電圧が所定の電圧値を超えたかどうかを判定する電圧判定部とを備え、
前記電圧判定部が前記所定の電圧値を超えたと判定したとき、解除指示が発行されるまでの所定の期間、前記モータが電気的に開放されるように前記インバータを遮断状態にして前記インバータによる前記モータの駆動を停止するとともに、前記駆動制御信号の状態を保持することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記速度制御部は、前記速度偏差を算出する速度偏差算出部と、前記速度指令情報の示す速度に対して、前記速度検出情報の示す速度が遅いかどうかを判定する速度判定部と、前記速度偏差算出部が算出した前記速度偏差に基づき前記駆動制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
前記速度判定部が、前記速度指令情報の示す速度に対して前記速度検出情報の示す速度が遅いと判定したとき、前記インバータによる前記モータの駆動停止を解除するとともに、前記駆動制御信号の状態保持を解除する前記解除指示を発行することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記電圧判定部は、前記所定の電圧値として、第１の電圧値と前記第１の電圧値よりも小さい第２の電圧値とを有し、直流電圧が前記第１の電圧値を超えたかどうかを判定するとともに、前記直流電圧が前記第２の電圧値以下になったかどうかを判定し、
前記電圧判定部が前記第１の電圧値を超えたと判定したとき、前記インバータによる前記モータの駆動を停止するとともに、前記駆動制御信号の状態を保持し、前記電圧判定部が前記第２の電圧値以下になったと判定したとき、前記インバータによる前記モータの駆動停止を解除するとともに、前記駆動制御信号の状態保持を解除する前記解除指示を発行することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記速度制御部は、前記速度偏差を算出する速度偏差算出部と、前記速度指令情報の示す速度に対して、前記速度検出情報の示す速度が遅いかどうかを判定する速度判定部と、前記速度偏差算出部が算出した前記速度偏差に基づき前記駆動制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
前記電圧判定部は、前記所定の電圧値として、第１の電圧値と前記第１の電圧値よりも小さい第２の電圧値とを有し、直流電圧が前記第１の電圧値を超えたかどうかを判定するとともに、前記直流電圧が前記第２の電圧値以下になったかどうかを判定し、
前記電圧判定部が前記第１の電圧値を超えたと判定したとき、前記インバータによる前記モータの駆動を停止するとともに、前記駆動制御信号の状態を保持し、
前記速度判定部が前記速度指令情報の示す速度に対して前記速度検出情報の示す速度が遅いと判定したとき、または、前記電圧判定部が前記第２の電圧値以下になったと判定したとき、前記インバータによる前記モータの駆動停止を解除するとともに、前記駆動制御信号の状態保持を解除する前記解除指示を発行することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記速度制御部は、前記速度偏差を算出する速度偏差算出部と、前記速度指令情報の示す速度に対して、前記速度検出情報の示す速度が遅いかどうかを判定する速度判定部と、前記速度偏差算出部が算出した前記速度偏差に基づき前記駆動制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
前記電圧判定部は、前記所定の電圧値として、第１の電圧値と前記第１の電圧値よりも小さい第２の電圧値とを有し、直流電圧が前記第１の電圧値を超えたかどうかを判定するとともに、前記直流電圧が前記第２の電圧値以下になったかどうかを判定し、
前記電圧判定部が前記第１の電圧値を超えたと判定したとき、前記インバータによる前記モータの駆動を停止するとともに、前記駆動制御信号の状態を保持し、
前記速度判定部が前記速度指令情報の示す速度に対して前記速度検出情報の示す速度が遅いと判定し、かつ前記電圧判定部が前記第２の電圧値以下になったと判定したとき、前記インバータによる前記モータの駆動停止を解除するとともに、前記駆動制御信号の状態保持を解除する前記解除指示を発行することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記速度制御部は、前記解除指示が発行されたとき、保持した前記駆動制御信号を前記インバータ駆動部に供給し、前記インバータによる前記モータの駆動を再開することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記電圧判定部が前記所定の電圧値を超えたと判定したとき、前記インバータによる前記モータの駆動を停止した後、前記駆動制御信号の状態を保持することを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置を含むことを特徴とする集積回路装置。
【請求項９】
モータと、
前記モータの可動子の速度を検出する速度検出手段と、
請求項１から７までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置、または請求項８に記載の集積回路装置と、
直流電力が供給される電源入力端子と、
速度指令情報を含む指令情報が通知される指令情報入力端子とを備えたことを特徴とするモータ装置。
【請求項１０】
前記モータは可動子と３相の駆動巻線を有し、前記モータ駆動装置または前記集積回路装置により前記駆動巻線が正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項９に記載のモータ装置。
【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、空気清浄機並びに複写機、プリンタなどの情報機器に使用されるブラシレスＤＣモータなどを駆動するのに好適なモータ駆動装置に関する。特に、本発明は、モータ減速時などに生じる回生現象に起因した過電圧から機器を保護する機能を有したモータ駆動装置に関する。さらに、本発明は、このようなモータ駆動装置を含む集積回路装置、およびこのようなモータ駆動装置あるいは集積回路装置をモータに内蔵または一体化したモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、複写機、プリンタなどの情報機器などに用いられる各種駆動用モータは、超寿命、高信頼性、速度制御の容易さなどの長所を活かして、ブラシレスＤＣモータ（ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ＤＣ  Ｍｏｔｏｒ）が用いられることが多い。さらに、近年、モータをより低トルクリップル、低振動および低騒音で駆動することへの要求が高まってきている。このため、この要求に対応する駆動技術として、モータの駆動巻線を正弦波状の駆動波形によって駆動する正弦波駆動方式が一般的になりつつある。
【０００３】
ところで、このような速度制御が可能なモータにおいて、例えば、一定速度での運転状態から速度が低下するように減速した場合、モータが発電機として作用し、本来モータに電力を供給するための電源装置や駆動回路に対して、逆にモータが電力を供給してしまう、いわゆる回生現象が発生することが知られている。すなわち、モータを減速させる際など、モータへの駆動電圧が駆動巻線に生じる誘起電圧よりも低くなるような駆動モードになると、このような回生現象が発生する。また、このような回生現象が発生すると、供給電源の電圧が上昇し、モータ駆動装置やこれを搭載する機器を破壊してしまう恐れがあった。
【０００４】
このため、従来、回生現象に起因する電源電圧の上昇を抑制し、モータ駆動装置やこれを搭載する機器を保護するような技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図５は、このような保護機能を備えた従来のモータ駆動装置のブロック図である。図５において、モータ駆動装置９００には、直流電源９０５から電源入力端子９１５に、所定の直流電圧である直流電力が供給される。モータ駆動装置９００は、供給された直流電力を駆動電力に変換し、変換した駆動電力をモータ９１０に供給する。また、モータ駆動装置９００には、上位器などから速度指令信号Ｓｒｅｆが通知され、モータ９１０の近辺に配置した速度検出手段９１２から速度検出信号ＦＧが通知される。
【０００６】
モータ９１０は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３相の駆動巻線を有し、モータ駆動装置９００は、これらの駆動巻線に対し駆動電力を供給することで、モータ９１０を駆動する。
【０００７】
モータ駆動装置９００は、電圧判定部９５０、インバータ９２０、インバータ駆動部９３０および速度制御部９４０を備えている。電圧判定部９５０は、電源入力端子９１５の電源入力電圧ＶＤＣを測定し、電源入力電圧ＶＤＣが所定の電圧値Ｖ１を超えたかどうかを判定し、判定した結果を示す過電圧検出信号Ｄｅｔをインバータ駆動部９３０に通知する。速度制御部９４０は、速度指令信号Ｓｒｅｆや速度検出信号ＦＧに基づき、速度制御するための駆動制御信号ＶＳＰを生成し、インバータ駆動部９３０に通知する。インバータ駆動部９３０は、モータ９１０を駆動するための波形信号ＷＦを生成する波形生成部９３１、および波形信号ＷＦに応じてパルス幅変調された駆動信号を生成するパルス幅変調部９３２を備えている。波形生成部９３１は、駆動制御信号ＶＳＰに基づき波形信号ＷＦを生成し、パルス幅変調部９３２に供給する。パルス幅変調部９３２は、波形信号ＷＦに応じた駆動信号を生成し、インバータ９２０に供給する。また、パルス幅変調部９３２は、過電圧検出信号Ｄｅｔに応じて、駆動信号の出力を停止する。
【０００８】
インバータ９２０は、モータ９１０の各駆動巻線に対し、正極側電源線路Ｖｐに接続する正極側のスイッチ素子９２１、９２３および９２５と、負極側電源線路Ｖｎに接続する負極側のスイッチ素子９２２、９２４および９２６とを備えている。正極側のスイッチ素子９２１、９２３および９２５には、パルス幅変調部９３２から、互いに電気角１２０度の位相差をもつ正極側への駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨが供給される。また、負極側のスイッチ素子９２２、９２４および９２６にも、パルス幅変調部９３２から、互いに電気角１２０度の位相差をもつ負極側への駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬが供給される。
【０００９】
また、パルス幅変調部９３２は、過電圧検出信号Ｄｅｔにおいて電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えたと通知されたとき、駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬの出力を停止する。すなわち、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えるような過電圧となったとき、スイッチ素子９２１、９２３、９２５、９２２、９２４および９２６はすべてオフ状態となり、インバータ９２０からモータ９１０への駆動電力供給が遮断される。
【００１０】
従来のモータ駆動装置は、以上のような構成により、例えば、モータ９１０の速度を下げる場合、その減速で生じた回生により急激に上昇した電源入力端子９１５の過電圧を検出し、モータ９１０から直流電源９０５側への回生経路を遮断することになる。このようにして、従来のモータ駆動装置は、モータ９１０の発電エネルギーが電圧を供給する直流電源９０５に回生し、インバータ９２０に過電圧がかかり、不安全な状態となるのを回避している。
【００１１】
また、従来、モータ減速時にフリーランモードを取り入れ、モータ減速時におけるモータ駆動部の温度上昇の低減を図るようなモータ駆動装置に関する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。すなわち、このような従来のモータ駆動装置は、モータの速度を減速させるための電流をモータの速度がある一定値に下がるまでモータに流すモードと、モータの速度が一定値まで下がったら、モータに電流を流さないフリーランモードとを併用した構成とし、モータ駆動部の温度上昇の低減を図っている。
【特許文献１】特開２００３−９３７８３号公報
【特許文献２】特開平１１−２３５０６６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、上述した従来例のようにモータへの駆動電力の供給を遮断したり、フリーランモードを設けたりし、モータを電気的に開放状態にすると、モータを所望の速度に制御するためのフィードバックループが開放され、これによって、例えば特許文献１の駆動制御信号ＶＳＰのような速度制御のための信号が最小や最大レベルへと急激に変化する。このため、速度制御のフィードバックループを閉じた時点において、最小や最大レベルとなるような極端な制御信号によって速度制御が再開されることになり、減速制御時の速度変動が激しくなるとともに、所望の速度への収束時間も長くなるという課題があった。
【００１３】
図６は、従来例のこのような課題を説明するために示したタイミングチャートである。図６では、図５で示した従来のモータ駆動装置９００において、モータ９１０を力行状態から減速したときの動作の一例を示している。ここで、図６を参照しながら、従来のモータ駆動装置の減速制御時における動作で生じる上述のような課題について説明する。
【００１４】
図６において、図６（ａ）は、速度指令信号Ｓｒｅｆに対応した指令速度とモータ９１０の実速度を示し、図６（ｂ）は、電源入力端子９１５の電源入力電圧ＶＤＣを示し、図６（ｃ）は、過電圧検出信号Ｄｅｔを示し、図６（ｄ）は、駆動制御信号ＶＳＰを示している。なお、ここでは、駆動制御信号ＶＳＰのレベルが低い場合に低速となり、レベルが高い場合に高速となるような例を挙げている。また、図６（ａ）および（ｄ）において、実線はイナーシャが大きいモータ９１０の場合の時間変化を示し、破線はイナーシャが小さいモータ９１０の場合の時間変化を示している。また、図６において、期間ａは、モータ９１０が所望の速度で定常回転する力行状態の期間を示し、期間ａが終了し期間ｂが開始される時点において、モータ９１０に減速の指令がなされた場合を示している。期間ｂは、減速の指令がなされた後、回生エネルギーが直流電源９０５側へと回生される期間を示している。期間ｃは、インバータ９２０からモータ９１０への駆動電力供給を遮断し、モータ９１０が惰性で回転する期間を示している。
【００１５】
従来のモータ駆動装置９００は、モータ９１０を減速させるため、期間ｂの開始時点において減速する指令がなされると、駆動制御信号ＶＳＰのレベルを低下させるように動作する。これにより、モータ９１０の実速度は、速度指令信号Ｓｒｅｆに対応した指令速度に収束するように減速する。このとき、インバータ９２０から出力される駆動電圧がモータ９１０の駆動巻線に生じる誘起電圧より低くなると、モータ９１０の回転電力が直流電源９０５側に戻る回生モードとなる。これにより、図６（ｂ）に示すように、期間ｂにおいて、電源入力端子９１５の電源入力電圧ＶＤＣが上昇する。電源入力電圧ＶＤＣが上昇し、電圧値Ｖ１に達すると、電圧判定部９５０が、過電圧を検出したとする過電圧検出信号Ｄｅｔを出力し、インバータ９２０によるモータ９１０の駆動が遮断される。
【００１６】
これにより、期間ｃにおいて、モータ９１０は惰性で回転を続けるフリーラン状態となる。このとき、スイッチ素子９２１、９２３、９２５、９２２、９２４および９２６はすべてオフ状態となり、モータ９１０へ駆動が遮断されるため、直流電源９０５側への回生電流の経路も遮断され、電源入力電圧ＶＤＣの上昇も停止する。この後、直流電源９０５に接続される周辺回路などによって回生した電力が消費され、上昇した電源入力電圧ＶＤＣも徐々に低下していく。
【００１７】
一方、この間、モータ９１０は、惰性で減速を続ける。モータ９１０のイナーシャが大きい場合、速度制御部９４０は、駆動制御信号ＶＳＰのレベルを下げて減速させようとするが、駆動制御信号ＶＳＰによる制御が切断されており、モータ９１０の実速度は緩やかに減少する。このため、速度制御部９４０は、モータ９１０の緩やかな速度減少をより速めようと動作し、駆動制御信号ＶＳＰのレベルは、図６（ｄ）で示すような最小レベルにまで急速に低下する。また、逆に、モータ９１０のイナーシャが小さい場合、モータ９１０の実速度が指令速度よりも速い期間は、駆動制御信号ＶＳＰのレベルが低下する。その後、モータ９１０の実速度が指令速度よりも遅くなると、速度制御部９４０は、モータ９１０の速度をより速めようと動作し、駆動制御信号ＶＳＰのレベルは、図６（ｄ）で示すような最大レベルにまで急速に増加する。
【００１８】
このように、インバータ９２０からの駆動を停止し、モータ９１０を電気的に開放状態にすると、駆動制御信号ＶＳＰは最小や最大レベルへと急激に変化することになる。このため、例えば、電源入力端子９１５の電源入力電圧ＶＤＣが安全な電圧まで低下し、モータ９１０の駆動を再開しようとするとき、最小や最大レベルとなった駆動制御信号ＶＳＰにより、モータ９１０の速度制御が再開されることになる。すなわち、従来のモータ駆動装置において、特許文献１のようなモータへの駆動電力の供給遮断や特許文献２のようなフリーランモードの後、モータの駆動を再開しようとするとき、指令速度に対応したレベルとはかけ離れた最小や最大レベルから速度制御の動作が再開されるため、減速制御時の速度変動が激しくなり、また、所望の速度へと収束するまでかなりの時間を要していた。
【００１９】
また、駆動制御信号ＶＳＰが最小レベルとなるようなレベルから速度制御を再開した場合、最小レベルとなった駆動制御信号ＶＳＰにより強く減速するような動作から再開されることになるため、これによって、再度回生現象が発生し、電源入力電圧が上昇するというように、上述したような動作が再度繰り返され、減速時において激しい速度変動が生じ不安定状態となるという課題もあった。
【００２０】
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたもので、モータの減速時における回生現象に起因した過電圧から電源装置や機器を安全に保護するとともに、速やかな速度制御が可能なモータ駆動装置、集積回路装置およびモータ装置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】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明のモータ駆動装置は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、電源入力部に供給された直流電圧を、モータを駆動するための駆動電圧に変換し、変換した駆動電圧をモータの駆動巻線に供給するインバータと、外部から通知される速度指令情報と速度を検出する速度検出手段から通知される速度検出情報との速度偏差に基づき、駆動電圧を調整するための駆動制御信号を生成し、生成した駆動制御信号を出力する速度制御部と、駆動制御信号に応じてインバータが出力する駆動電圧を調整し、モータの速度を制御するインバータ駆動部と、電源入力部の直流電圧を測定し、直流電圧が所定の電圧値を超えたかどうかを判定する電圧判定部とを備え、電圧判定部が所定の電圧値を超えたと判定したとき、解除指示が発行されるまでの所定の期間、モータが電気的に開放されるようにインバータを遮断状態にしてインバータによるモータの駆動を停止するとともに、駆動制御信号の状態を保持する構成である。
【００２２】
このような構成により、解除指示が発行され、インバータによるモータの駆動が再開されると、電圧判定部が所定の電圧値を超えたと判定したときの駆動制御信号のレベルから速度制御が開始されるため、従来例のような極端なレベルの駆動制御信号によって速度制御が再開されることはなく、これによって、減速制御時の速度変動が抑制されるとともに、所望の速度への収束時間も短縮することができる。
【００２３】
また、本発明のモータ駆動装置は、速度制御部が、速度偏差を算出する速度偏差算出部と、速度指令情報の示す速度に対して、速度検出情報の示す速度が遅いかどうかを判定する速度判定部と、速度偏差算出部が算出した速度偏差に基づき駆動制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、速度判定部が、速度指令情報の示す速度に対して速度検出情報の示す速度が遅いと判定したとき、インバータによるモータの駆動停止を解除するとともに、駆動制御信号の状態保持を解除する解除指示を発行する構成である。
【００２４】
また、本発明のモータ駆動装置は、電圧判定部が、所定の電圧値として、第１の電圧値と第１の電圧値よりも小さい第２の電圧値とを有し、直流電圧が第１の電圧値を超えたかどうかを判定するとともに、直流電圧が第２の電圧値以下になったかどうかを判定し、電圧判定部が第１の電圧値を超えたと判定したとき、インバータによるモータの駆動を停止するとともに、駆動制御信号の状態を保持し、電圧判定部が第２の電圧値以下になったと判定したとき、インバータによるモータの駆動停止を解除するとともに、駆動制御信号の状態保持を解除する解除指示を発行する構成であってもよい。
【００２５】
また、本発明のモータ駆動装置は、速度制御部が、速度偏差を算出する速度偏差算出部と、速度指令情報の示す速度に対して、速度検出情報の示す速度が遅いかどうかを判定する速度判定部と、速度偏差算出部が算出した速度偏差に基づき駆動制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、電圧判定部が、所定の電圧値として、第１の電圧値と第１の電圧値よりも小さい第２の電圧値とを有し、直流電圧が第１の電圧値を超えたかどうかを判定するとともに、直流電圧が第２の電圧値以下になったかどうかを判定し、電圧判定部が第１の電圧値を超えたと判定したとき、インバータによるモータの駆動を停止するとともに、駆動制御信号の状態を保持し、速度判定部が速度指令情報の示す速度に対して速度検出情報の示す速度が遅いと判定したとき、または、電圧判定部が第２の電圧値以下になったと判定したとき、インバータによるモータの駆動停止を解除するとともに、駆動制御信号の状態保持を解除する解除指示を発行する構成であってもよい。
【００２６】
また、本発明のモータ駆動装置は、速度制御部は、速度偏差を算出する速度偏差算出部と、速度指令情報の示す速度に対して、速度検出情報の示す速度が遅いかどうかを判定する速度判定部と、速度偏差算出部が算出した速度偏差に基づき駆動制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、電圧判定部が、所定の電圧値として、第１の電圧値と第１の電圧値よりも小さい第２の電圧値とを有し、直流電圧が第１の電圧値を超えたかどうかを判定するとともに、直流電圧が第２の電圧値以下になったかどうかを判定し、電圧判定部が第１の電圧値を超えたと判定したとき、インバータによるモータの駆動を停止するとともに、駆動制御信号の状態を保持し、速度判定部が速度指令情報の示す速度に対して速度検出情報の示す速度が遅いと判定し、かつ電圧判定部が第２の電圧値以下になったと判定したとき、インバータによるモータの駆動停止を解除するとともに、駆動制御信号の状態保持を解除する解除指示を発行する構成であってもよい。
【００２７】
さらに、本発明のモータ駆動装置は、速度制御部が、解除指示が発行されたとき、保持した駆動制御信号をインバータ駆動部に供給し、インバータによるモータの駆動を再開する構成である。
【００２８】
さらに、本発明のモータ駆動装置は、電圧判定部が所定の電圧値を超えたと判定したとき、インバータによるモータの駆動を停止した後、駆動制御信号の状態を保持する構成である。
【００２９】
また、本発明の集積回路装置は、上述したモータ駆動装置を含む構成である。
【００３０】
このような構成により、モータ駆動装置の小型を図ることができ、モータにモータ駆動装置を内蔵あるいは一体化したモータ装置を容易に実現できる。
【００３１】
また、本発明のモータ装置は、モータと、モータの可動子の速度を検出する速度検出手段と、上述したモータ駆動装置または集積回路装置と、直流電力が供給される電源入力端子と、指令情報が通知される指令情報入力端子とを備えた構成である。
【００３２】
このような構成により、回生現象への対応など考慮することなく、電源装置を単にモータに接続するのみで動作させることが可能となるため、上位機器の設計および制御負担を軽減でき、高い信頼性の確保とともに、利便性を向上させたモータ装置を実現できる。
【００３３】
また、本発明のモータ装置は、モータが、可動子と３相の駆動巻線を有し、モータ駆動装置または集積回路装置により正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータとした構成である。
【００３４】
このような構成により、正弦波駆動により低トルクリップル、低騒音および低振動であるとともに、高い信頼性を確保し、利便性を向上させたモータ装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、電圧判定部により電源入力部の電圧が所定の電圧値を超えたと判定されると、インバータによるモータの駆動を停止し、解除指示が発行され、インバータによるモータの駆動が再開されると、電圧判定部が所定の電圧値を超えたと判定したときの駆動制御信号のレベルから速度制御を開始するため、これによって、モータの減速時における回生現象に起因した過電圧から電源装置や機器を安全に保護するとともに、速やかな速度制御が可能なモータ駆動装置、集積回路装置およびモータ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置１００を備えたモータ装置１１０の構成を含むブロック図である。
【００３８】
図１に示すように、モータ装置１１０は、モータ１０と、モータ１０の可動子の速度を検出する速度検出手段１２０と、モータ１０を駆動するモータ駆動装置１００と、外部の直流電源１０５から直流電力が供給される電源入力部としての電源入力端子１１５と、外部のマイクロコンピュータやＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などである上位器から指令情報が通知される指令情報入力端子１１６とを備えている。
【００３９】
モータ駆動装置１００には、モータ１０を回転動作させるため、直流電源１０５から電源入力端子１１５を介して、所定の直流電圧である直流電力が供給される。
【００４０】
また上位器などから、モータ装置１１０の速度などを指令制御するための指令情報がモータ装置１１０の指令情報入力端子１１６に通知される。本実施の形態では、指令情報入力端子１１６に、指令情報として速度指令信号Ｓｒｅｆが入力される。速度指令信号Ｓｒｅｆは、モータ１０の速度を指令する速度指令情報を示す信号である。
【００４１】
速度検出手段１２０は、モータ１０の可動子の速度を検出する手段である。速度検出手段１２０は、ホール効果を利用したホールセンサーを用いる方法や、駆動巻線に発生する誘起電圧あるいは駆動巻線電流を利用する方法などにより実現される。速度検出手段１２０は、検出した可動子の速度に関する情報である速度検出情報を示す速度検出信号ＦＧをモータ駆動装置１００に出力する。
【００４２】
また、モータ１０は、可動子（図示せず）とＵ相の駆動巻線１１、Ｖ相の駆動巻線１３およびＷ相の駆動巻線１５とを有している。各駆動巻線の一端は、モータ駆動装置１００から、それぞれ駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが供給され、各駆動巻線の他端は、互いに中性点で接続されている。
【００４３】
本実施の形態では、このように構成されたモータ装置１１０において、モータ１０が、モータ駆動装置１００により正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータの一例を挙げて説明する。また、モータ駆動装置１００の機能の一部あるいは全部は、１つまたは複数の集積回路装置により実現され、モータ駆動装置１００の機能を実現する回路素子がプリント基板上に形成されるとともに、このようなプリント基板が、モータ１０に内蔵または一体化されたモータ装置１１０であるような一例を挙げる。
【００４４】
また、詳細については以下で説明するが、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、モータ１０を減速したときなどに生じる回生現象に起因した過電圧を検出し、この検出によって直流電源１０５側に返還される回生エネルギーを遮断する機能を有していることを特徴としており、これによって、回生現象に起因した過電圧から直流電源１０５や上位機器などを保護している。このため、図１に示すように、モータ装置１１０の電源側には回生電力に対する回路素子などが必要なく、また、直流電源１０５も返還される回生電力を考慮する必要はなく、単に、直流電源１０５を接続するのみでモータ装置１１０を動作させることができる。
【００４５】
次に、本実施の形態におけるモータ駆動装置１００の構成について説明する。
【００４６】
図１に示すように、モータ駆動装置１００は、直流電力を交流電力に変換するインバータ２０と、モータ１０の速度を制御するための速度制御部４０と、インバータ２０を駆動するためのインバータ駆動部３０と、電源入力端子１１５の電圧が所定の電圧値を超えたかどうかを判定する電圧判定部５０とを備える。
【００４７】
インバータ２０は、直流電源１０５から電源入力端子１１５に供給された直流電圧を、インバータ駆動部３０の制御に応じて、モータ１０を駆動するための交流の駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷに変換し、変換した駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷをモータ１０の駆動巻線１１、１３および１５に供給する。
【００４８】
速度制御部４０は、外部の上位器などから通知される速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出手段１２０から通知される速度検出信号ＦＧとの速度偏差に基づき、モータ１０への駆動電圧を調整するための駆動制御信号ＶＳＰを含めた速度制御信号群を生成する。さらに、速度制御部４０は、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して、速度検出信号ＦＧの示す速度が遅いかどうかを判定し、判定結果を示す信号を出力する。
【００４９】
速度制御部４０は、このような処理を行うため、速度偏差を算出する速度偏差算出部４１と、速度偏差算出部４１が算出した速度偏差に基づき駆動制御信号ＶＳＰを生成する制御信号生成部４２と、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して、速度検出信号ＦＧの示す速度が遅いかどうかを判定する速度判定部４３とを備えている。速度偏差算出部４１が算出した速度偏差は制御信号生成部４２に通知される。また、速度判定部４３は、判定した結果を解除信号Ｄｅｄとしてインバータ駆動部３０および制御信号生成部４２に通知する。また、制御信号生成部４２は、以下で説明する保持指示信号Ｄｓｔに応じて、生成した駆動制御信号ＶＳＰを所定の期間だけ保持する。なお、速度判定部４３を設けず、速度偏差算出部４１が速度偏差に基づき速度の判定を行い、解除信号Ｄｅｄをインバータ駆動部３０および制御信号生成部４２に通知するような構成であってもよい。
【００５０】
インバータ駆動部３０は、速度制御部４０からの駆動制御信号ＶＳＰに応じて、インバータ２０を駆動制御するための駆動信号を生成する。さらに、インバータ駆動部３０は、生成した駆動信号をインバータ２０に供給し、インバータ２０が出力する駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを調整し、モータ１０の速度を制御する。
【００５１】
インバータ駆動部３０は、このような処理を行うため、モータ１０を駆動する駆動信号の交流波形となる波形信号ＷＦを生成する波形生成部３１と、波形信号ＷＦに応じてパルス幅変調された駆動信号を生成するパルス幅変調部３２とを備えている。波形生成部３１は、駆動制御信号ＶＳＰに基づく振幅の波形信号ＷＦを生成し、パルス幅変調部３２に供給する。パルス幅変調部３２は、波形信号ＷＦに応じた駆動信号を生成し、インバータ２０に供給する。また、パルス幅変調部３２は、次に説明する過電圧検出信号Ｄｅｔに応じて、駆動信号の出力を停止する。
【００５２】
電圧判定部５０は、電源入力端子１１５の直流電圧である電源入力電圧ＶＤＣを測定し、電源入力電圧ＶＤＣが所定の電圧値Ｖ１を超えたかどうかを判定する。このような電圧値Ｖ１は、モータ１０から電源入力端子１１５に回生エネルギーが回生され過電圧になったかどうかを検出するために、あらかじめ設定した電圧値である。電圧判定部５０は、このような判定結果を示す過電圧検出信号Ｄｅｔをパルス幅変調部３２に通知するとともに、このような判定結果を示す保持指示信号Ｄｓｔを制御信号生成部４２に通知する。なお、保持指示信号Ｄｓｔは、過電圧検出信号Ｄｅｔと同じタイミング、あるいは過電圧検出信号Ｄｅｔよりも遅れたタイミングの信号であればよい。
【００５３】
パルス幅変調部３２は、電圧判定部５０からの過電圧検出信号Ｄｅｔにより、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えたと通知されると、駆動信号の出力を停止する。これによって、インバータ２０によるモータ１０の駆動も停止され、モータ１０は自走で回転する惰性モードとなる。これとともに、制御信号生成部４２は、電圧判定部５０からの保持指示信号Ｄｓｔにより、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えたと通知されると、生成した駆動制御信号ＶＳＰの保持を開始する。また、速度判定部４３が、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して速度検出信号ＦＧの示す速度が遅いと判定すると、速度判定部４３は、解除を指示する解除信号Ｄｅｄをパルス幅変調部３２および制御信号生成部４２に通知する。パルス幅変調部３２は、このような解除指示の発行に応答して、駆動信号の出力停止を解除して駆動信号の出力を再開し、制御信号生成部４２は、駆動制御信号ＶＳＰの保持を解除して速度偏差に基づく駆動制御信号ＶＳＰの出力を再開する。
【００５４】
このように、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、電圧判定部５０が電圧値Ｖ１を超えたと判定したとき、解除指示が発行されるまでの所定の期間、インバータ２０によるモータ１０の駆動を停止するとともに、駆動制御信号ＶＳＰの状態を保持する。さらに、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、速度判定部４３が、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して速度検出信号ＦＧの示す速度が遅いと判定したとき、解除指示が発行されたとして、インバータ２０によるモータ１０の駆動停止および駆動制御信号ＶＳＰの状態保持を解除する。
【００５５】
次に、モータ駆動装置１００のさらに詳細な構成について説明する。
【００５６】
まず、インバータ駆動部３０において、波形生成部３１は、駆動制御信号ＶＳＰにより調整される波高値の振幅となる正弦波状の波形信号ＷＦを生成する。また、パルス幅変調部３２は、例えば、内部で三角波状のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）キャリア信号を生成し、波形信号ＷＦをこのＰＷＭキャリア信号と比較することによりパルス幅変調する。さらに、パルス幅変調部３２は、このようにパルス幅変調することで、駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを生成する。モータ１０の駆動を行っている場合、駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨは、互いに電気角１２０度の位相差をもち、また、駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬも、互いに電気角１２０度の位相差をもったパルス状の信号である。また、このとき、ＵＨとＵＬとは、一方がオンのとき他方がオフとなるような互いにほぼ相補的な関係となる信号であり、また、ＶＨとＶＬ、およびＷＨとＷＬも同様である。パルス幅変調部３２は、このようにして生成した駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬをインバータ２０に供給する。インバータ２０において、このような各駆動信号は、各スイッチ素子にそれぞれ対応して接続され、それぞれオンまたはオフ動作させる。
【００５７】
次に、インバータ２０は、直流電源１０５の正極側電源線路Ｖｐに一方の端子が電気的に接続される正極側のスイッチ素子２１、２３および２５と、負極側電源線路Ｖｎに一方の端子が電気的に接続される負極側のスイッチ素子２２、２４および２６とを備える。また、スイッチ素子２１とスイッチ素子２２との他方の端子どうしが接続され、この接続部からＵ相の駆動巻線１１を駆動する駆動電圧Ｕが出力される。また、スイッチ素子２３とスイッチ素子２４、およびスイッチ素子２５とスイッチ素子２６も同様にして、Ｖ相の駆動巻線１３を駆動する駆動電圧Ｖ、およびＷ相の駆動巻線１５を駆動する駆動電圧Ｗが出力される。さらに、正極側のスイッチ素子２１、２３および２５は、それぞれ駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨによりオンまたはオフとに切替えるよう制御される。負極側のスイッチ素子２２、２４および２６は、それぞれ駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬにより、オンまたはオフに切替えるよう制御される。このような構成により、インバータ２０は、駆動信号に応じて、正極側電圧と負極側電圧との間を交互に変化するパルス状の駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを、それぞれ駆動巻線１１、１３および１５に供給する。
【００５８】
また、パルス幅変調部３２は、過電圧検出信号Ｄｅｔにおいて電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えたと通知されたとき、解除信号Ｄｅｄにより解除指示が通知されるまでの期間、駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬの出力を停止する。すなわち、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えるような過電圧となったとき、インバータ２０のスイッチ素子２１、２３、２５、２２、２４および２６はすべてオフ状態となり、インバータ２０からモータ１０への駆動電力供給が遮断される。
【００５９】
また、各駆動信号は、波形信号ＷＦによりパルス幅変調した信号である。このため、パルス幅変調の原理から、平均値的には、波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となる駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが、それぞれ駆動巻線１１、１３および１５に供給されることになる。このようにして、モータ１０は正弦波駆動される。本実施の形態のように、モータ１０を正弦波駆動することにより、低トルクリップル、低騒音、低振動のモータ装置１１０を実現できる。
【００６０】
本実施の形態におけるモータ駆動装置１００、およびこれを備えたモータ装置１１０は以上のように構成される。
【００６１】
このような構成により、例えば、速度を上げるため、速度指令信号Ｓｒｅｆが増加するよう加速指令されると、速度制御部４０において、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号ＦＧとの速度偏差、すなわち差分に対応した駆動制御信号ＶＳＰも増加する。さらに、駆動制御信号ＶＳＰの増加に伴って、波形生成部３１により生成される正弦波状の波形信号ＷＦの振幅も増加する。その結果、各駆動巻線を駆動する波形信号ＷＦに対応した駆動電圧も大きくなり、モータ１０を加速するように動作する。また、このように加速された速度の情報が、速度検出信号ＦＧとして速度制御部４０に通知される。モータ駆動装置１００は、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号ＦＧとが等しくなるように、このようなフィードバックループ制御を実行する。
【００６２】
また、速度を下げるため、速度指令信号Ｓｒｅｆが減少するよう減速指令されると、速度制御部４０で生成される駆動制御信号ＶＳＰは減少する。これにより、波形生成部３１で生成される波形信号ＷＦの振幅も減少し、各駆動巻線を駆動する波形信号ＷＦに対応した駆動電圧も小さくなり、モータ１０を減速するように動作する。このとき、波形信号ＷＦに対応した駆動電圧の平均値が、モータ１０の駆動巻線による誘起電圧よりも小さくなると、駆動巻線からスイッチ素子を介して直流電源１０５側に電流が流れ込む期間が生じる。
【００６３】
このように、本来モータを駆動するためには駆動巻線の誘起電圧に向かって電流を供給しなければならないのが、逆に誘起電圧から電流が供給される現象が継続されると、駆動巻線からスイッチ素子またはこれに逆並列接続されるダイオードを介して正側電源線路Ｖｐに向けて回生電流が流れ出す、いわゆる回生現象が発生することになる。
【００６４】
モータ１０の減速時において、このような回生現象が発生するため、正側電源線路Ｖｐに向けて流れ出す電流により、電源入力端子１１５の電源入力電圧ＶＤＣが上昇することになる。
【００６５】
本実施の形態のモータ駆動装置１００は、このような回生現象で上昇した過電圧から直流電源１０５などを保護するため、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えたと判定する過電圧の検出時点から、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して速度検出信号ＦＧの示す速度が遅いと判定する実速度が指令速度以下となる時点までの期間、インバータ２０のすべてのスイッチ素子をオフとすることで、モータ１０の駆動の停止とともに、駆動巻線の誘起電圧による回生電流が直流電源１０５側に流れ込むのを阻止している。さらに、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、モータ１０が自走で回転するこの期間中、制御信号生成部４２が駆動制御信号ＶＳＰの状態を保持する。その後、解除信号Ｄｅｄによる解除指示が発行されると、保持した駆動制御信号ＶＳＰによりモータ１０の速度制御が再開される。このため、再開したときの速度変動が抑制されるとともに、速やかに指令速度へと収束させることができる。
【００６６】
以上のように構成された本実施の形態のモータ駆動装置１００、およびこれを備えたモータ装置１１０について、次にその動作を説明する。
【００６７】
図２は、本実施の形態のモータ駆動装置１００の動作を説明するために示したタイミングチャートである。図２では、モータ駆動装置１００において、モータ１０を力行状態から減速したときの動作の一例を示している。
【００６８】
図２において、図２（ａ）は、速度指令信号Ｓｒｅｆに対応した指令速度とモータ１０の実速度を示し、図２（ｂ）は、電源入力端子１１５の電源入力電圧ＶＤＣを示し、図２（ｃ）は、電圧判定部５０が出力する過電圧検出信号Ｄｅｔを示し、図２（ｄ）は、インバータ２０が出力する駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを示し、図２（ｅ）は、電圧判定部５０が出力する保持指示信号Ｄｓｔを示し、図２（ｆ）は、速度判定部４３が出力する解除信号Ｄｅｄを示し、図２（ｇ）は、制御信号生成部４２が出力する駆動制御信号ＶＳＰを示している。なお、ここでは、駆動制御信号ＶＳＰのレベルが低い場合に低速となり、レベルが高い場合に高速となるような例を挙げている。
【００６９】
また、図２において、期間ａは、モータ１０が所望の速度で定常回転する力行モードの期間を示し、期間ａが終了し期間ｂが開始される時点において、モータ１０が指令速度となるように減速の指令がなされた場合を示している。期間ｂは、減速の指令がなされた後、回生エネルギーが直流電源１０５側へと回生される回生モードの期間を示している。期間ｃは、インバータ２０からモータ１０への駆動電力供給を遮断し、モータ１０が惰性で回転する惰性モードの期間を示している。また、期間ｄは、モータ１０が所望の速度である指令速度へと減速し、定常回転する力行モードの期間を示している。
【００７０】
まず、期間ａにおいては、モータ１０は、速度検出信号ＦＧが示す速度と速度指令信号Ｓｒｅｆが示す速度とが一致するように駆動制御信号ＶＳＰに基づき、モータ１０が駆動されている。このため、モータ１０は、速度指令信号Ｓｒｅｆが示す指令速度に対応した実速度で回転している。すなわち、この期間の駆動制御信号ＶＳＰのレベルは、わずかな増減はあるもののモータ１０の負荷、速度に応じた一定の値である。また、電力の流れはインバータ２０からモータ１０へ供給される力行モードであるため、図２（ｂ）に示すように電源入力電圧ＶＤＣも大きな変動はない。
【００７１】
次に、期間ｂにおいて、まず、速度指令信号Ｓｒｅｆにより期間ａでの速度から減速するように指令がなされ、図２（ａ）に示すように、速度指令信号Ｓｒｅｆに対応した指令速度が急激に低下する。これにより、速度偏差算出部４１が算出する速度偏差は負となり、これに応じて、制御信号生成部４２が生成する駆動制御信号ＶＳＰのレベルは、図２（ｇ）に示すように低下していく。また、駆動制御信号ＶＳＰのレベルの低下に従って、インバータ２０からの駆動電圧も低下し、モータ１０の実速度も低下していく。このとき、インバータ２０からの駆動電圧が駆動巻線に生じる誘起電圧よりも小さくなると、回生モードとなる。すなわち、誘起電圧による電流がインバータ２０を介して直流電源１０５側に流れ込み、これによって、図２（ｂ）に示すように、電源入力電圧ＶＤＣが増加していく。
【００７２】
電源入力電圧ＶＤＣが増加し電圧値Ｖ１を超えると、電圧判定部５０が電圧値Ｖ１を超えたと判定する。これによって、電圧判定部５０は、パルス幅変調部３２に対し、図２（ｃ）に示すような過電圧検出信号Ｄｅｔを通知する。また、電圧判定部５０は、制御信号生成部４２に対し、図２（ｅ）に示すような保持指示信号Ｄｓｔを通知する。なお、図２（ｃ）および（ｅ）では、過電圧検出信号Ｄｅｔや保持指示信号Ｄｓｔがハイレベルとなることで、電源入力電圧ＶＤＣが所定の電圧値Ｖ１を超えたことを示す例を挙げている。
【００７３】
このように、電源入力電圧ＶＤＣが所定の電圧値Ｖ１を超えた時点で、モータ１０が惰性で回転する惰性モードの期間ｃとなる。すなわち、パルス幅変調部３２は、過電圧検出信号Ｄｅｔにより、電源入力電圧ＶＤＣが所定の電圧値Ｖ１を超えたと通知されると、通知された時点において、駆動信号の出力を停止する。これにより、インバータ２０の各スイッチ素子はすべてオフ状態となり、図２（ｄ）に示すように、インバータ２０が遮断状態となり、インバータ２０からモータ１０への駆動電力供給が遮断される。このため、モータ１０は、電気的に開放された状態となり、徐々に速度を落としながら自走で回転する。また、インバータ２０が遮断状態となったため、このとき生じる回生電流の直流電源１０５側への流れ込みも阻止される。これにより、電源入力電圧ＶＤＣの増加が停止するとともに、電源入力端子１１５の電力は、例えば、周辺回路などにより消費され、図２（ｂ）に示すように、電源入力電圧ＶＤＣは徐々に低下していく。
【００７４】
また、モータ１０が惰性で回転する惰性モードとなった時点において、電圧判定部５０から制御信号生成部４２に対し、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えたとする保持指示信号Ｄｓｔが通知される。制御信号生成部４２は、この通知に応答して、駆動制御信号ＶＳＰの生成を停止するとともに、その時点の駆動制御信号ＶＳＰの値の保持を開始する。制御信号生成部４２は、図２（ｇ）に示すように、速度判定部４３から解除信号Ｄｅｄにより解除指示が通知されるまでの期間、駆動制御信号ＶＳＰの保持を継続する。
【００７５】
また、速度判定部４３は、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して、速度検出信号ＦＧの示す速度が遅いかどうかを判定する。期間ｃにおいて、モータ１０は、徐々に速度を落としながら自走で回転するため、モータ１０の実速度が指令速度よりも遅くなった時点において、速度判定部４３は、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して、速度検出信号ＦＧの示す速度が遅くなったと判定する。これにより、速度判定部４３は、パルス幅変調部３２および制御信号生成部４２に対し、図２（ｆ）に示すような解除信号Ｄｅｄを通知する。なお、図２（ｆ）では、解除信号Ｄｅｄがハイレベルとなることで、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して、速度検出信号ＦＧの示す速度が遅くなったことを示す例を挙げている。
【００７６】
このように、速度指令信号Ｓｒｅｆの示す速度に対して、速度検出信号ＦＧの示す速度が遅くなった時点で、モータ１０への速度制御が再開され、力行モードへと復帰した期間ｄとなる。すなわち、図２（ｇ）に示すように、解除信号Ｄｅｄによる解除の発行に応じて、制御信号生成部４２は、保持した駆動制御信号ＶＳＰに基づく駆動制御信号ＶＳＰの生成を開始する。これにより、波形生成部３１は、保持した駆動制御信号ＶＳＰに対応した波形信号ＷＦをパルス幅変調部３２に供給する。一方、パルス幅変調部３２も、解除信号Ｄｅｄによる解除の発行に応じて、駆動信号の出力停止を解除し、駆動信号の出力を再開する。このようにして、パルス幅変調部３２は、惰性モードとなった時点の波形信号ＷＦに応じた駆動信号でインバータ２０の各スイッチ素子の駆動を開始し、このような状態でのインバータ２０からモータ１０への駆動が再開され、モータ１０がフィードバックループ制御により速度制御される状態となる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、惰性モードとなった時点の駆動制御信号ＶＳＰを保持し、保持した駆動制御信号ＶＳＰにより速度制御を再開するため、モータ１０の自走により駆動制御信号ＶＳＰが最小や最大レベルへと変化したことによる影響を防止でき、減速制御時の速度変動を抑制できるとともに、所望の速度への収束時間も短縮できる。また、回生現象による電源入力電圧ＶＤＣの上昇も、あらかじめ設定した電圧値Ｖ１以下に抑えることができるため、モータ１０の減速時などにおける回生現象に起因した過電圧から電源装置や機器を安全に保護できる。
【００７８】
また、特に、このとき、保持した駆動制御信号ＶＳＰに基づくモータ１０への駆動電圧は、モータ１０の駆動巻線による誘起電圧を下回ることはない。このため、回生現象が再度発生することを防止でき、より速やかな速度制御状態への復帰を可能としている。
【００７９】
また、期間ｄでは、上述のようにモータ１０への駆動電圧が誘起電圧を下回ることはないため、直流電源１０５側の電力はモータ１０へと供給され、図２（ｄ）で示すように、回生現象で上昇した電源入力電圧ＶＤＣは、直流電源１０５の電圧近辺となる正常な電圧範囲内へと低下する。また、モータ１０の実速度と指令速度とが等しくなるように、駆動制御信号ＶＳＰも一定の値に収束していく。
【００８０】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置１００を備えたモータ装置１１０の構成を含むブロック図である。
【００８１】
図１で示した実施の形態１との比較において、実施の形態２におけるモータ駆動装置１００は、電圧判定部として、第１の電圧値としての電圧値Ｖ１と第２の電圧値としての電圧値Ｖ２とを有した電圧判定部２５０を備える。また、パルス幅変調部２３２は、電圧判定部２５０からの過電圧検出信号Ｄｅｔ２に応じて駆動信号の出力を停止する。また、制御信号生成部２４２は、電圧判定部２５０からの保持指示信号Ｄｓｔ２に応じて生成した駆動制御信号ＶＳＰを保持する。
【００８２】
以下、このように構成された実施の形態２におけるモータ駆動装置１００およびこれを備えたモータ装置１１０について説明する。なお、図３において、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００８３】
図３に示すように、電圧判定部２５０は、所定の電圧値として、あらかじめ設定された、第１の電圧値としての電圧値Ｖ１と第２の電圧値としての電圧値Ｖ２とを有している。電圧値Ｖ１は、実施の形態１と同様に、モータ１０から直流電源１０５側に回生エネルギーが回生され、電源入力端子１１５の電源入力電圧ＶＤＣが過電圧になったかどうかを判定するための電圧値である。また、電圧値Ｖ２は、回生された回生エネルギーが直流電源１０５の周辺回路などにより消費され、電源入力端子１１５の電圧が安全とするような電圧にまで低下したかどうかを判定するために、あらかじめ設定した電圧値である。電圧判定部２５０は、電源入力端子１１５の直流電圧である電源入力電圧ＶＤＣを測定し、測定した直流電圧が電圧値Ｖ１を超えたかどうかを判定するとともに、測定した直流電圧が電圧値Ｖ２以下になったかどうかを判定する。すなわち、電圧判定部２５０は、電源入力端子１１５の直流電圧の判定においてヒステリシスを有している。電圧判定部２５０は、このような判定を行い、電圧値Ｖ１を超えた時点から電圧値Ｖ２以下になった時点までの期間を示す過電圧検出信号Ｄｅｔ２をパルス幅変調部２３２に通知する。さらに、電圧判定部２５０は、電圧値Ｖ１を超えた時点から電圧値Ｖ２以下になった時点までの期間を示す保持指示信号Ｄｓｔ２を制御信号生成部２４２に通知する。なお、保持指示信号Ｄｓｔ２は、過電圧検出信号Ｄｅｔ２と同じタイミング、あるいは過電圧検出信号Ｄｅｔ２よりも遅れたタイミングの信号であればよい。
【００８４】
パルス幅変調部２３２は、電圧判定部２５０からの過電圧検出信号Ｄｅｔ２に基づき、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えた時点から電圧値Ｖ２以下になった時点までの期間、駆動信号の出力を停止する。これによって、インバータ２０によるモータ１０の駆動も停止され、モータ１０は自走で回転する惰性モードとなる。これとともに、制御信号生成部２４２は、電圧判定部２５０からの保持指示信号Ｄｓｔ２に基づき、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えた時点から電圧値Ｖ２以下になった時点までの期間、生成した駆動制御信号ＶＳＰを保持する。
【００８５】
このように、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、電圧判定部２５０が電圧値Ｖ１を超えたと判定したとき、インバータ２０によるモータ１０の駆動を停止するとともに、制御信号生成部２４２の駆動制御信号ＶＳＰの状態を保持し、電圧判定部２５０が電圧値Ｖ２以下になったと判定したとき、インバータ２０によるモータ１０の駆動停止および駆動制御信号ＶＳＰの状態保持を解除する解除指示を発行する。
【００８６】
本実施の形態におけるモータ駆動装置１００、およびこれを備えたモータ装置１１０は以上のように構成される。
【００８７】
このような構成により、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、回生現象で上昇した過電圧から直流電源１０５などを保護するため、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えたと判定する過電圧の検出時点から、電源入力電圧ＶＤＣが安全な電圧とする電圧値Ｖ２以下になるまでの期間、インバータ２０のすべてのスイッチ素子をオフとすることで、モータ１０の駆動の停止とともに、駆動巻線の誘起電圧による回生電流が直流電源１０５側に流れ込むのを阻止している。さらに、本実施の形態のモータ駆動装置１００も、モータ１０が自走で回転するこの期間中、制御信号生成部２４２が駆動制御信号ＶＳＰの状態を保持する。その後、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ２以下になると、保持した駆動制御信号ＶＳＰによりモータ１０の速度制御が再開される。このため、実施の形態１と同様に、再開したときの速度変動が抑制されるとともに、速やかに指令速度へと収束させることができる。
【００８８】
以上のように構成された本実施の形態のモータ駆動装置１００、およびこれを備えたモータ装置１１０について、次にその動作を説明する。
【００８９】
図４は、本実施の形態のモータ駆動装置１００の動作を説明するために示したタイミングチャートである。図４でも、モータ駆動装置１００において、モータ１０を力行状態から減速したときの動作の一例を示している。
【００９０】
図４において、図４（ａ）は、速度指令信号Ｓｒｅｆに対応した指令速度とモータ１０の実速度を示し、図４（ｂ）は、電源入力端子１１５の電源入力電圧ＶＤＣを示し、図４（ｃ）は、電圧判定部２５０が出力する過電圧検出信号Ｄｅｔ２を示し、図４（ｄ）は、インバータ２０が出力する駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを示し、図４（ｅ）は、電圧判定部２５０が出力する保持指示信号Ｄｓｔ２を示し、図４（ｆ）は、制御信号生成部２４２が出力する駆動制御信号ＶＳＰを示している。なお、ここでは、駆動制御信号ＶＳＰのレベルが低い場合に低速となり、レベルが高い場合に高速となるような例を挙げている。
【００９１】
図４において、図２の場合と同様に、期間ａは、モータ１０が所望の速度で定常回転する力行状態の期間を示し、期間ａが終了し期間ｂが開始される時点において、モータ１０が指令速度となるように減速の指令がなされた場合を示し、期間ｂは、減速の指令がなされた後、回生エネルギーが直流電源１０５側へと回生される回生モードの期間を示している。
【００９２】
さらに、期間ｂにおいて電源入力電圧ＶＤＣが上昇し、電源入力電圧ＶＤＣが所定の電圧値Ｖ１を超えた時点で、モータ１０が惰性で回転する惰性モードの期間ｃとなる。すなわち、パルス幅変調部２３２は、過電圧検出信号Ｄｅｔ２により、電源入力電圧ＶＤＣが所定の電圧値Ｖ１を超えたと通知され、駆動信号の出力を停止する。これにより、インバータ２０の各スイッチ素子はすべてオフ状態となり、インバータ２０からモータ１０への駆動電力供給が遮断される。このため、モータ１０は、電気的に開放された状態となり、徐々に速度を落としながら自走で回転する。また、インバータ２０が遮断状態となったため、このとき生じる回生電流の直流電源１０５側への流れ込みも阻止される。これにより、電源入力電圧ＶＤＣの増加が停止するとともに、電源入力端子１１５側への回生電力は、例えば、周辺回路などにより消費され、電源入力電圧ＶＤＣは徐々に低下していく。
【００９３】
また、惰性モードとなった時点において、電圧判定部２５０は、制御信号生成部２４２に対し、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１を超えたとする保持指示信号Ｄｓｔ２を通知し、制御信号生成部２４２は、この通知に応答して、駆動制御信号ＶＳＰの生成を停止するとともに、その時点の駆動制御信号ＶＳＰの値の保持を開始する。
【００９４】
また、電源入力電圧ＶＤＣが徐々に低下し、電圧値Ｖ２まで低下すると、電圧判定部２５０は、測定した直流電圧が電圧値Ｖ２以下になったと判定し、過電圧検出信号Ｄｅｔ２および保持指示信号Ｄｓｔ２の電圧値Ｖ１を超えたとする通知を解除する。すなわち、図４（ｃ）に示すように、過電圧検出信号Ｄｅｔ２がハイレベルの期間、図４（ｄ）で示すようにインバータ２０を遮断状態にしている。また、図４（ｅ）に示すように、保持指示信号Ｄｓｔ２がハイレベルの期間、制御信号生成部２４２は、駆動制御信号ＶＳＰの値を保持している。さらに、過電圧検出信号Ｄｅｔ２および保持指示信号Ｄｓｔ２の電圧値Ｖ１を超えたとする通知が解除、すなわち、過電圧検出信号Ｄｅｔ２および保持指示信号Ｄｓｔ２においてハイレベルからローレベルへと変化すると、期間ｃにおける惰性モードが解除される。これによって、モータ１０の速度制御が再開される。すなわち、制御信号生成部２４２は、保持した駆動制御信号ＶＳＰに基づく駆動制御信号ＶＳＰの生成を開始し、このような状態でのインバータ２０からモータ１０への駆動が再開され、モータ１０がフィードバックループ制御により速度制御される状態となる。
【００９５】
このとき、モータ１０の速度が指令速度まで十分に低下していないと再び減速動作となり、さらに、駆動電圧が誘起電圧よりも下回っていると、期間ｄで示すように、再度回生現象が発生し、電源入力電圧ＶＤＣが再度上昇するため、上述したような動作を繰り返す。また、モータ１０の速度が十分に低下するとともに、電源入力電圧ＶＤＣが電圧値Ｖ１以下になると、力行モードへと復帰した期間ｆとなる。
【００９６】
このように、本実施の形態のモータ駆動装置１００においても、惰性モードとなった時点の駆動制御信号ＶＳＰを保持し、保持した駆動制御信号ＶＳＰにより速度制御を再開するため、モータ１０の自走により駆動制御信号ＶＳＰが最小や最大レベルへと変化したことによる影響を防止でき、減速制御時の速度変動を抑制できるとともに、所望の速度への収束時間も短縮できる。また、回生現象による電源入力電圧ＶＤＣの上昇も、あらかじめ設定した電圧値Ｖ１以下に抑えることができるため、モータ１０の減速時などにおける回生現象に起因した過電圧から電源装置や機器を安全に保護できる。
【００９７】
以上説明したように、本発明の実施の形態のモータ駆動装置は、電圧判定部が所定の電圧値を超えたと判定したとき、解除指示が発行されるまでの所定の期間、モータが電気的に開放されるようにインバータを遮断状態にしてインバータによるモータの駆動を停止するとともに、駆動制御信号の状態を保持する構成であるため、解除指示が発行され、インバータによるモータの駆動が再開されると、電圧判定部が所定の電圧値を超えたと判定したときの駆動制御信号のレベルから速度制御が開始される。これにより、最小や最大レベルの駆動制御信号によって速度制御が再開されることはなく、減速制御時の速度変動を抑制でき、所望の速度への収束時間も短縮することができる。したがって、本発明の実施の形態のモータ駆動装置によれば、モータの減速時における回生現象に起因した過電圧から電源装置や機器を安全に保護するとともに、速やかな速度制御が可能なモータ駆動装置を提供することができる。
【００９８】
また、上述したような正弦波駆動のモータ駆動装置をモータ装置に内蔵または一体化することで、これを搭載する上位機器は、低トルクリップル、低騒音、低振動を実現する正弦波駆動によるモータを容易に、かつ回生現象に気を配ることなく安全に構築することできる。また、モータ駆動装置の一部あるいは全部を集積回路装置として集積化することで、モータ駆動装置を小型化できるため、これにより、より容易に内蔵または一体化できる。その結果、上位機器の設計および制御負担を軽減でき、優れた性能を有する正弦波駆動によるモータの使用拡大、普及を促すという効果も奏する。
【００９９】
なお、以上の説明では、インバータによるモータの駆動停止と駆動制御信号の状態保持とを解除する条件として、実施の形態１のように、速度判定部が速度指令情報の示す速度に対して速度検出情報の示す速度が遅いと判定したときとする例と、実施の形態２のように、電圧判定部が第２の電圧値以下になったと判定したときとする例を挙げて説明したが、これらを組み合わせた構成としてもよい。
【０１００】
すなわち、実施の形態１のような速度判定部と、実施の形態２のような第１の電圧値と第２の電圧値とを有した電圧判定部とを備え、速度判定部が速度指令情報の示す速度に対して速度検出情報の示す速度が遅いと判定したとき、または、電圧判定部が第２の電圧値以下になったと判定したとき、解除指示を発行するような構成としてもよい。このような構成とすることにより、いずれかの条件が成立したときに、解除指示を発行することになるため、過電圧に対する保護機能は低下するものの、より速やかな力行モードへの復帰が可能となる。
【０１０１】
また、実施の形態１のような速度判定部と、実施の形態２のような第１の電圧値と第２の電圧値とを有した電圧判定部とを備え、速度判定部が速度指令情報の示す速度に対して速度検出情報の示す速度が遅いと判定したとき、かつ電圧判定部が第２の電圧値以下になったと判定したとき、解除指示を発行するような構成としてもよい。このような構成とすることにより、それぞれの条件が成立したときに、解除指示を発行することになるため、力行モードへの復帰は遅くなるものの、過電圧に対する保護機能をより高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のモータ駆動装置やモータ装置によれば、これを搭載する上位機器は、低トルクリップル、低騒音、低振動を実現する正弦波駆動によるモータを容易に、かつ回生現象に気を配ることなく安全に構築することできる。このため、回生現象に気を配ることなく、正弦波駆動による低振動低騒音が要求される空調機器用のファンモータや燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機、冷蔵庫、洗濯機などの家電機器、あるいは、プリンタ、複写機、スキャナー、ファックス、またはこれらの複合機器、また、ハードディスク、光メディア機器などの情報機器などに使用されるモータ装置やその駆動装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置を備えたモータ装置の構成を含むブロック図
【図２】同モータ駆動装置の動作を説明するために示したタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置を備えたモータ装置の構成を含むブロック図
【図４】同モータ駆動装置の動作を説明するために示したタイミングチャート
【図５】従来のモータ駆動装置のブロック図
【図６】従来のモータ駆動装置の動作の一例を示すタイミングチャート
【符号の説明】
【０１０４】
１０，９１０    モータ
１１，１３，１５    駆動巻線
２０，９２０    インバータ
２１，２２，２３，２４，２５，２６，９２１，９２２，９２３，９２４，９２５，９２６    スイッチ素子
３０，９３０    インバータ駆動部
３１，９３１    波形生成部
３２，２３２，９３２    パルス幅変調部
４０，９４０    速度制御部
４１    速度偏差算出部
４２，２４２    制御信号生成部
４３    速度判定部
５０，２５０，９５０    電圧判定部
１００，９００    モータ駆動装置
１０５，９０５    直流電源
１１０    モータ装置
１１５，９１５    電源入力端子
１１６    指令情報入力端子
１２０，９１２    速度検出手段
【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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