(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータマグネットとそれに対向して設けられた駆動コイルとを有するブラシレスモータの駆動装置であって、前記駆動コイルと接続され一方の電源線路間に設けられた複数の駆動素子からなる上側駆動手段と、前記駆動コイルと接続され他方の電源線路間に設けられた複数の駆動素子からなる下側駆動手段と、前記ロータマグネットと駆動コイルとの位置関係を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力信号を基に前記駆動コイルへの通電切換え信号を出力する通電切換え手段と、前記ブラシレスモータの発生トルクを制御するトルク指令信号と、前記トルク指令信号に応じたパルス幅の任意の周波数信号を出力するパルス幅変調手段と、前記通電切換え手段の出力信号と前記パルス幅変調手段の出力信号とに応じて前記上側駆動手段および下側駆動手段のオン／オフを制御するＰＷＭ制御手段と、前記トルク指令信号の減速期間を検出する減速検出手段とを備え、前記ＰＷＭ制御手段は前記上側駆動手段および前記下側駆動手段の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ駆動を可能とし、前記減速検出手段より出力される減速期間検出信号により、前記同期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
モータ回転中に上側駆動手段または下側駆動手段のオン／オフ動作により発生する駆動コイルの回生電流が電源ラインに逆流しないように前記上側駆動手段および前記下側駆動手段のオン／オフ動作を切り換える回生電流制御手段を有する、請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
回生電流制御手段は上側駆動手段および下側駆動手段の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭモードと、片方のみＰＷＭ動作させる片側ＰＷＭモードをもち、前記複数のＰＷＭモードを切り換えるようにした請求項２記載のブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置を使用するモータ。
【請求項５】
請求項４記載のモータを使用した情報機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報機器などの分野に利用されるパルス幅変調（以下、ＰＷＭと称する）駆動方式のブラシレスモータの駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラシレスモータのＰＷＭ駆動方式において、モータ駆動コイルに通電する駆動トランジスタのＰＷＭスイッチング・オフ時に、対となる駆動トランジスタに並列に接続されたダイオードを介して回生電流を流すのではなく、ＰＷＭスイッチング・オフ時に、対となる駆動トランジスタをオンするように制御し電力損失を軽減するいわゆる同期整流型のブラシレスモータの駆動装置としては、特開平５−２１１７８０号公報に記載されたものが知られている。図５に従来の同期整流型ＰＷＭ駆動方式のブラシレスモータの駆動装置の構成を示す。図５において３２０は通電制御回路、３４０は同期整流制御回路、３６０は２相非重畳型クロック、４〜６および７〜９はそれぞれ上側駆動トランジスタおよび下側駆動トランジスタである。１０〜１２および１３〜１５はフライホイルダイオード、３０３および３０４はコンパレータ、ＶＭは電源端子、３０５はＲＣ放電回路、３０２はフリップフロップ、３０１はインバータ、１〜３は駆動コイル、Ｎは駆動コイルの中点、８０は電流検出抵抗である。
【０００３】
次に図５に示す従来のブラシレスモータの駆動装置のＰＷＭ駆動動作を説明する。
【０００４】
付勢された相期間中、１つのノード（例えば、ノードＡ）が上側駆動トランジスタ４〜６の内の１つ（例えば、上側駆動トランジスタ６）により高状態へ駆動される。１つのノード（例えば、ノードＢ）が下側駆動トランジスタ７〜９の内の１つ（例えば、下側駆動トランジスタ８）により低状態へ駆動され、且つ他のノード（例えば、ノードＣ）は上側駆動トランジスタ４および下側駆動トランジスタ７の両方がオフの状態でフローティング状態とされる。次いで、駆動コイルがスイッチング期間中に１つの駆動コイルに電流を維持するコミュテーションシーケンスでスイッチ動作される。
【０００５】
ＰＷＭ期間中、電流が電流検出抵抗８０において検出され、且つコイル１、２、３内に発生可能な最大電流を決定する基準電圧ＶＲＥＦと比較される。電流がＶＲＥＦに到達すると、コンパレータ３０３がその出力を変化させて、フリップフロップ３０２をリセットする。これによりインバータ３０１、２相非重畳型クロック３６０、通電制御回路３２０を介して上側トランジスタ４〜６をスイッチング制御し、全てのノードＡ、Ｂ、Ｃに亘り上側トランジスタ４〜６をシャットオフする。同時に、スイッチ３０６を開放することによりＲＣ放電回路３０５がイネーブル即ち動作可能状態とされ、ＲＣ放電回路３０５は時間遅延を発生し、その期間中は上部トランジスタ４〜６はオフが維持される。ＲＣ放電回路３０５のコンデンサ上の電圧が基準電圧ＶＲＥＦ以下に降下すると、コンパレータ３０４の出力が反転してフリップフロップ３０２をトグル動作し、動作中の相に対応する上側駆動トランジスタを再度ターンオンさせる。この結果、電流がランプアップ、即ち傾斜上に上昇する。この一連のサイクルが繰り返して行われる。
【０００６】
ＡＢ相の例を使用して説明を続ける。まず、オン期間中において、ノードＡおよびＢの間のコイル２および３を介して電流がランプアップし、オン選択されている上側トランジスタ６を流れる。
【０００７】
次いで、ＰＷＭチョップサイクル動作において上部トランジスタ６がシャットオフされると、ノードＡの電位を高状態に保ち、コイル２および３内に電流を維持するために、下側トランジスタ９と並列なフライホイールダイオード１５は、順方向にバイアスせねばならない。また、下部トランジスタ８はノードＢを低状態に保つためオン状態を維持せねばならない。一方、ＰＷＭチョップサイクルが上部トランジスタ６をシャットオフすると、コイル２および３が減衰性の電流源となり且つそれらに格納されているエネルギーが散逸されなければならない。それは活性駆動コイルへの電圧が前記ＰＷＭモードにおいてターンオフされる場合に、活性駆動コイル内のフライバックエネルギーに対し、非整流性接地帰還経路からの下側トランジスタ９への駆動電流の印加により与えられる。すなわち上側トランジスタ６がシャットオフする場合に、下側トランジスタ９がターンオンされると該回路は、あたかもコイル２および３が２つの抵抗を介して短絡されダイオードが存在しないかのような様相を呈する。下側トランジスタ７〜９のスイッチング動作は、以下に説明する如く、通電制御回路３２０により発生する信号と同期して同期整流制御回路３４０により達成される。
【０００８】
図６は、図５の制御回路３００内に設けられる制御回路３００の一部としてモータ駆動回路の１相に対するもののみを示しているが、残りの相に対しても同様の回路が設けられている。制御回路３００は、上側駆動トランジスタ駆動回路および下側駆動トランジスタ駆動回路をライン３８４および３８３の通電切換え信号にしたがって駆動させるように構成された論理回路である。制御回路３００に入力されるその他の信号は図５に示したように、フリップフロップ３０２からの信号である。上側駆動トランジスタおよび下側駆動トランジスタが同時に活性状態とならないことを確保するために、専用的に位相ずれクロック信号である２つの出力信号Ｖ３６１およびＶ３６２をもった２相クロック３６０が設けられている。２相クロック３６０は上側トランジスタをターンオンした時は下側トランジスタをターンオフし、上側トランジスタをターンオフした時は下側トランジスタをターンオンするように動作する（このように、上側トランジスタと下側トランジスタとを両方ＰＷＭ動作させることを以下同期整流型ＰＷＭと称する）。
【０００９】
本従来例は、前記制御回路３００により、同期整流型ＰＷＭ駆動と通常のリニア駆動とを切り換えることを可能としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、同期整流型ＰＷＭ駆動時にモータ回転数変動または負荷変動またはトルク指令の減速指令により、トルク指令に比例したＰＷＭ駆動のパルス幅（デューティー）が減少し、駆動コイルに流れる回生電流が電源に向かって逆流する（以下、負電流と称する）という課題があった。また、前記負電流が流れる際、電源側のインピーダンスによっては電源電圧が上昇し、モータおよびモータ駆動装置または、当該モータを搭載したセットを破壊するという課題があった。また、モータを任意の回転数で制御する場合、ＰＷＭ駆動時はトルク指令に比例したＰＷＭデューティーを変化させ、リニア駆動時はトルク指令に比例してモータ印加電圧を変化させる必要があり、回路構成が複雑になりコストアップ等の様々な弊害が生じるという課題があった。また、リニア駆動時は消費電力が増大するという課題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、低消費電力であり、容易にモータの回転数制御が可能で、且つモータの回転数変動または負荷変動が生じた際の負電流を防止し高性能・高信頼性の実現できるブラシレスモータの駆動装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、駆動コイルと接続され一方の電源線路間に設けられた複数の駆動素子からなる上側駆動手段と、前記駆動コイルと接続され他方の電源線路間に設けられた複数の駆動素子からなる下側駆動手段と、前記ロータマグネットと駆動コイルとの位置関係を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力信号を基に前記駆動コイルへの通電切換え信号を出力する通電切換え手段と、前記ブラシレスモータの発生トルクを制御するトルク指令信号と、前記トルク指令信号に応じたパルス幅の任意の周波数信号を出力するパルス幅変調手段と、前記通電切換え手段の出力信号と前記パルス幅変調手段の出力信号とに応じて前記上側駆動手段および下側駆動手段のオン／オフを制御するＰＷＭ制御手段と、前記トルク指令信号の減速期間を検出する減速検出手段とを備え、前記ＰＷＭ制御手段は前記上側駆動手段および前記下側駆動手段の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ駆動を可能とし、前記減速検出手段より出力される減速期間検出信号により、前記同期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置であり、これにより、低消費電力であり、トルク指令信号に比例したＰＷＭ信号により容易にモータの回転数制御が可能で、且つモータの回転数変動または負荷変動等により駆動コイルにブレーキ電流が流れるタイミングでは同期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにすることで負電流を防止し、負電流が流れることで発生する様々な不具合を解消することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、駆動コイルと接続され一方の電源線路間に設けられた複数の駆動素子からなる上側駆動手段と、前記駆動コイルと接続され他方の電源線路間に設けられた複数の駆動素子からなる下側駆動手段と、前記ロータマグネットと駆動コイルとの位置関係を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力信号を基に前記駆動コイルへの通電切換え信号を出力する通電切換え手段と、前記ブラシレスモータの発生トルクを制御するトルク指令信号と、前記トルク指令信号に応じたパルス幅の任意の周波数信号を出力するパルス幅変調手段と、前記通電切換え手段の出力信号と前記パルス幅変調手段の出力信号とに応じて前記上側駆動手段および下側駆動手段のオン／オフを制御するＰＷＭ制御手段と、前記トルク指令信号の減速期間を検出する減速検出手段とを備え、前記ＰＷＭ制御手段は前記上側駆動手段および前記下側駆動手段の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ駆動を可能とし、前記減速検出手段より出力される減速期間検出信号により、前記同期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置であり、同期整流ＰＷＭ駆動による負電流を防止するという作用を有する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、モータ回転中に上側駆動手段または下側駆動手段のオン／オフ動作により発生する駆動コイルの回生電流が電源ラインに逆流しないように前記上側駆動手段および前記下側駆動手段のオン／オフ動作を切り換える回生電流制御手段を有する、請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置であり、トルク指令信号に比例したＰＷＭ信号によりモータを制御し、ＰＷＭ駆動により発生する回生電流の流れる電流経路を切り換えることにより負電流を防止するという作用を有する。
【００１６】
回生電流の電流経路を切り換えるタイミングとしては、例えばトルク指令の減速を検出したタイミングまたはトルク指令とトルク指令の減速に比例した信号レベルとの比較結果などトルク指令信号に応じたタイミング、またはモータの速度変化またはモータの速度に比例した信号に応じたタイミング、またはモータのスタート／ストップ信号に対する遅延時間に応じたタイミング、または電源電圧の変動または電源電圧の変動に比例した信号に応じたタイミング、または負電流または負電流に比例した信号に応じたタイミングなどが考えられ、それぞれのタイミングやその構成により低消費電力、低コスト、高性能なそれぞれの効果を得ることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、回生電流制御手段は上側駆動手段および下側駆動手段の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭモードと、片方のみＰＷＭ動作させる片側ＰＷＭモードをもち、前記複数のＰＷＭモードを切り換えるようにした請求項２記載のブラシレスモータの駆動装置であり、トルク指令信号に比例したＰＷＭ信号によりモータを制御し、同期整流ＰＷＭモードと片側ＰＷＭモードを切り換えることにより、ＰＷＭ駆動により発生する回生電流の流れる電流経路を切り換え負電流を防止するという作用を有する。
【００１８】
請求項４および請求項５に記載の発明は、本願の駆動装置を使用することにより低消費電力で負電流がもたらす様々な不具合を解消したモータおよび情報機器を得ることができる。
【００１９】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１において１〜３はロータマグネット（図示せず）に対向して設けられた駆動コイルを構成する駆動コイルであり、一方の端子は共通接続されている。４〜６および７〜９は駆動トランジスタである。１０〜１２はフライホイールダイオードであり、前記駆動トランジスタ４〜６にそれぞれ並列に接続されており、同様にフライホイールダイオード１３〜１５は前記駆動トランジスタ７〜９に並列に接続されている。前記駆動トランジスタ４〜６のドレインは共通接続されると共に電源端子ＶＭに接続されており、前記駆動トランジスタ７〜９のソースは共通接続され抵抗８０を介して接地されている。前記駆動コイル１の端子と前記駆動トランジスタ４のソースおよび前記駆動トランジスタ７のドレインは共通接続され、同様に前記駆動コイル２の端子と前記駆動トランジスタ５のソースおよび前記駆動トランジスタ８のドレインは共通接続され、前記駆動コイル３の端子と前記駆動トランジスタ６のソースおよび前記駆動トランジスタ９のドレインは共通接続されている。前記駆動トランジスタ４〜６および前記フライホイールダイオード１０〜１２は本発明の上側駆動手段２００を構成し、前記駆動トランジスタ７〜９および前記フライホイールダイオード１３〜１５は本発明の下側駆動手段２１０を構成している。２０は位置検出手段であり、例えばホール素子等の位置検出素子（図示せず）あるいはモータ駆動コイルに誘起される逆起電圧等によりロータとステータの位置を検出する。前記位置検出手段２０の出力は通電切換え手段３０に入力され、通電切換え手段３０は３相全波駆動の相切換え信号をＰＷＭ制御手段６０に入力している。トルク指令信号はパルス幅変調手段７０および減速検出手段１００に入力され、前記パルス幅変調手段７０は任意のＰＷＭ周波数においてトルク指令信号に応じたパルス幅の信号ＰＷＭ１をＰＷＭ制御手段６０に入力する。減速検出手段１００はトルク指令の減速期間を検出し信号ＤＥＣを前記ＰＷＭ制御手段６０へ入力する。ＰＷＭ制御手段６０の出力は上下駆動手段を構成する駆動トランジスタの各ゲートにそれぞれ接続されている。
【００２１】
ＰＷＭ制御手段６０の具体的構成としては例えば図２に示す回路が考えられる。図２は駆動コイル１に接続された駆動トランジスタ４、７の各ゲートに入力する信号Ｐ１ｕ、Ｐ１ｄについてのみ記載しており、他の駆動コイルに接続された駆動トランジスタのゲート信号も同様な回路で作成でき図示を省略する。図２において、信号Ｓ１ｕおよびＳ１ｄは通電切換え手段３０の出力信号であり信号Ｓ１ｕはＯＲゲート６５に入力され、信号Ｓ１ｄはＡＮＤゲート６３および６６に入力されている。信号ＤＥＣは減速検出手段１００の出力信号でありＡＮＤゲート６４に入力されている。信号ＰＷＭ１はパルス幅変調手段７０の出力信号でありＡＮＤゲート６６に入力されると共にインバータ６１を介して貫通防止回路６２に入力され、前記貫通防止回路６２の出力は前記ＡＮＤゲート６３に入力されている。前記ＡＮＤゲート６３の出力は前記ＯＲゲート６５に入力され、前記ＯＲゲート６５および前記ＡＮＤゲート６６の出力はＰＷＭ制御手段６０の出力を構成しており、前記ＡＮＤゲート６４およびＯＲゲート６６は回生電流制御手段６７を構成している。
【００２２】
以上のように構成されたブラシレスモータの駆動装置について、以下その動作を説明する。図３は本発明の実施例１の動作説明図であり、各部信号のタイミングを表している。
【００２３】
減速検出手段１００の出力信号であるＤＥＣは減速期間中はＬｏｗレベルでそれ以外はＨｉｇｈレベルであるものとする。
【００２４】
まず、信号ＤＥＣがＨｉｇｈすなわち減速期間以外の動作について説明する。図３（ａ）は信号ＤＥＣがＨｉｇｈレベルの時の各部信号のタイミングを表している。パルス幅変調手段７０はトルク指令に応じたパルス幅の信号ＰＷＭ１をＰＷＭ制御手段６０へ出力する。ＰＷＭ制御手段６０は信号ＤＥＣがＨｉｇｈの場合、前記信号ＰＷＭ１と通電切換え手段３０の出力信号Ｓ１ｄのＡＮＤ信号Ｐ１ｄを出力する。前記信号ＰＷＭ１はインバータ６１で反転され貫通防止回路を介してＡＮＤゲート６３により前記信号Ｓ１ｄと論理合成される。前記ＡＮＤゲート６３の出力はＡＮＤゲート６４により信号ＤＥＣと論理合成される。信号ＤＥＣはＨｉｇｈなのでＡＮＤゲート６３の出力はＡＮＤゲート６４を介してＯＲゲート６５に入力される。このように図３（ａ）に示す信号Ｐ１ｕおよび信号Ｐ１ｄを得ることができる。同様に、Ｐ２ｕ、Ｐ２ｄ、Ｐ３ｕ、Ｐ３ｄも得られる。このように得られた信号Ｐ１ｕ〜Ｐ３ｄにより駆動トランジスタがオン／オフ駆動される。ここで前記貫通防止回路６２は対となる上側駆動手段と下側駆動手段が同時にオンすることがないようにパルス幅を調整する働きをする。
【００２５】
図４（ａ）は信号ＤＥＣがＨｉｇｈ時の動作説明図であり、図３（ａ）の期間（Ａ）における駆動コイルに流れる電流を表している。図３（ａ）の期間（Ａ）は電源ＶＭから駆動コイル１、駆動コイル３の順に電流が流れる相切換えのタイミングである。この期間駆動トランジスタ４は常にオン状態であり、駆動トランジスタ６および９は同期整流型ＰＷＭ駆動によるオン／オフ動作をしている。先ず駆動トランジスタ９がオンの場合、駆動トランジスタ６はオフであり駆動コイルには同図Ｉｏｎ１に示す電流が流れる。次に駆動トランジスタ９がオフの時、駆動トランジスタ６がオンし駆動コイルのエネルギーにより回生電流が同図Ｉｏｆｆ１のように前記駆動トランジスタ６を介して流れる。
【００２６】
次に、信号ＤＥＣがＬｏｗすなわち減速期間中の動作を説明する。図３（ｂ）は信号ＤＥＣがＬｏｗレベルの時の各部信号のタイミングを表している。信号ＤＥＣがＬｏｗの場合、ＡＮＤゲート６４の出力は常にＬｏｗとなりその結果、信号Ｓ１ｕがＯＲゲート６５を介してＰ１ｕとして出力される。
【００２７】
図４（ｂ）は信号ＤＥＣがＬｏｗ時の動作説明図であり、図３（ｂ）の期間（Ｂ）における駆動コイルに流れる電流を表している。図３（ｂ）の期間（Ｂ）は電源ＶＭから駆動コイル１、駆動コイル３の順に電流が流れる相切換えのタイミングである。基本的な動作は信号ＤＥＣがＨｉｇｈの時と同様だが、駆動トランジスタ９のオン／オフに伴い駆動トランジスタ６のオン／オフは行われない片側ＰＷＭ駆動モードである。したがって、前記駆動トランジスタ９がＰＷＭ動作のオフの時、回生電流はダイオード１２を介して同図Ｉｏｆｆ２のように流れる。
【００２８】
上記構成により、信号ＤＥＣに応じて回生電流の流れる電流経路を切り換えることができる。すなわち、起動時および定常時は同期整流型ＰＷＭ駆動により極めて低損失な駆動が実現でき、速度制御の引込み時または負荷変動等によるトルク指令の減速時は片側ＰＷＭ駆動に切り換わることでリニア駆動と比較して低損失でありながら電源への負電流を防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、本発明によれば、同期整流型ＰＷＭ駆動時にモータ回転数の変動または負荷変動またはトルク指令の減速指令が生じた際に発生する負電流を防止し、前記負電流が流れる際、電源側のインピーダンスによっては電源電圧が上昇し、モータおよびモータ駆動装置または、当該モータを搭載したセットを破壊するという不具合を解消し、低消費電力であり、容易にモータの回転数制御が可能な高性能・高信頼性にブラシレスモータを駆動するという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるブラシレスモータの駆動装置を示す回路構成図
【図２】本発明の実施例１におけるＰＷＭ制御手段の回路構成図
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例１によるブラシレスモータ駆動装置の動作説明図
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例１における回生電流を示す動作説明図
【図５】従来のブラシレスモータの駆動装置の回路構成図
【図６】従来のブラシレスモータの駆動装置における制御回路の回路構成図
【符号の説明】
１、２、３  駆動コイル
４、５、６、７、８、９  駆動トランジスタ
１０、１１、１２、１３、１４、１５  ダイオード
２０    位置検出手段
３０    通電切換え手段
６０    ＰＷＭ制御手段
６７    回生電流制御手段
７０    パルス幅変調手段
１００  減速検出手段
【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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