(57)【要約】【課題】交流電源の電圧変動の影響によって生じるブラシレスモータへの交流出力の変動を抑えるのに好適なモータ制御装置を提供する。【解決手段】第１及び第２の供給線を含み、第２の供給線がフレームグラウンドに接続された構成の交流電力供給部１０と、全波整流回路１１と、第１及び第２の平滑コンデンサＣ１及びＣ２を直列接続すると共に該接続部を第２の供給線と電気的に接続した構成の、整流入力を平滑化して直流出力を生成する平滑回路１２と、Ｔｒ１〜Ｔｒ６のスイッチング動作によって直流出力を交流出力に変換してこれをブラシレスモータ２００の各電気子巻線に供給するインバータ回路１３と、指令信号に基づきインバータ回路１３の動作を制御する制御信号を生成しこれをインバータ回路１３に供給する制御回路１５と、ホール素子からの位置信号に基づき指令信号を生成しこれを制御回路１５に供給するマイクロコンピュータ１６とを含んで構成される。【選択図】図１
2009254184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータの動作を制御するモータ制御装置であって、
交流電力を供給する２本の供給線を有し、該２本の供給線の一方がフレームグラウンドに電気的に接続された構成の交流電力供給手段と、
順方向に直列接続された２つのダイオードの組を２組含み、該２組のアノード側の端子同士及びカソード側の端子同士を電気的に接続してダイオード・ブリッジ回路を構成すると共に、前記２組のうちの一方の直列接続部を前記一方の供給線に電気的に接続し、他方の直列接続部を前記供給線の他方と電気的に接続し、前記ダイオード・ブリッジ回路によって、前記交流電力供給手段からの交流入力を全波整流する構成の全波整流回路と、
第１の平滑コンデンサ及び第２の平滑コンデンサを含み、前記第１の平滑コンデンサの一方の端子を前記ダイオード・ブリッジ回路のカソード側の接続部に電気的に接続し、前記第２の平滑コンデンサの一方の端子を前記アノード側の接続部に電気的に接続し、前記第１及び第２の平滑コンデンサの他方の端子同士を電気的に接続し、該接続部を前記一方の供給線と電気的に接続し、前記第１及び第２の平滑コンデンサによって、前記全波整流回路からの整流入力を平滑化すると共に倍電圧に昇圧する構成の平滑回路と、
複数のスイッチング素子を含み、前記第１の平滑コンデンサの前記一方の端子からの第１の直流出力と、前記第２の平滑コンデンサの前記一方の端子からの第２の直流出力とを前記スイッチング素子を介して前記ブラシレスモータへ供給すると共に、前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作して前記第１の直流出力と前記第２の直流出力とを交互に切り替えて前記ブラシレスモータに供給する構成のインバータ回路と、
前記ブラシレスモータの回転位置を検出する位置検出手段で検出された回転位置に基づき前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御信号を生成し、該制御信号を前記スイッチング素子に供給する制御手段と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記ブラシレスモータは、第１〜第３の巻線を有する３相のブラシレスモータであり、
前記スイッチング素子は第１〜第６のトランジスタを含み、
前記インバータ回路は、前記第１及び第２のトランジスタを直列接続した構成の第１のハーフ・ブリッジ回路と、前記第３及び第４のトランジスタを直列接続した構成の第２のハーフ・ブリッジ回路と、前記第５及び第６のトランジスタを直列接続した構成の第３のハーフ・ブリッジ回路とを含み、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路を並列接続し、前記第１及び第２のトランジスタの直列接続部を前記第１の巻線の一端に電気的に接続し、前記第３及び第４のトランジスタの直列接続部を前記第２の巻線の一端に電気的に接続し、前記第５及び第６のトランジスタの直列接続部を前記第３の巻線の一端に電気的に接続し、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の高電位側の前記並列接続部を前記第１の平滑コンデンサの前記一方の端子と電気的に接続し、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の低電位側の前記並列接続部を前記第２の平滑コンデンサの前記一方の端子と電気的に接続し、前記第１〜第６のトランジスタの各駆動端子に供給される前記制御信号に基づき、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の高電位側のトランジスタをオンにすることで、前記第１の直流出力を前記第１〜第３の巻線に供給し、オフにすることで前記第１の直流出力の前記第１〜第３の巻線への供給を停止し、前記制御信号に基づき、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の前記低電位側のトランジスタをオンにすることで前記第２の直流出力を前記第１〜第３の巻線に供給し、オフにすることで、前記第２の直流出力の前記第１〜第３の巻線への供給を停止する構成となっていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記制御信号としてＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、該ＰＷＭ信号を前記インバータ回路に供給することによって、前記ブラシレスモータに交互に出力される前記第１の直流出力と前記第２の直流出力とで構成される交流出力のデューティー比を制御するようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第２の平滑コンデンサの前記一方の端子と前記フレームグラウンドとの間に接続されたノイズ抑制用のコンデンサを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
ブラシレスモータの動作を制御するモータ制御装置であって、
交流電力を供給する２本の供給線を有し、該２本の供給線の一方がフレームグラウンドに電気的に接続された構成の交流電力供給手段と、
前記交流電力供給手段からの交流入力を全波整流する構成の全波整流回路と、
第１の平滑コンデンサ及び第２の平滑コンデンサを含み、前記第１の平滑コンデンサと前記第２の平滑コンデンサとを直列接続し、該直列接続部を前記一方の供給線と電気的に接続し、前記第１及び第２の平滑コンデンサによって、前記全波整流回路からの整流入力を平滑化すると共に倍電圧に昇圧する構成の平滑回路と、
複数のスイッチング素子を含み、前記第１の平滑コンデンサからの第１の直流出力と、前記第２の平滑コンデンサからの第２の直流出力とを前記スイッチング素子を介して前記ブラシレスモータへ供給すると共に、前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作して前記第１の直流出力と前記第２の直流出力とを交互に切り替えて前記ブラシレスモータに供給する構成のインバータ回路と、
前記ブラシレスモータの回転位置を検出する位置検出手段で検出された回転位置に基づき前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御信号を生成し、該制御信号を前記スイッチング素子に供給する制御手段と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全波整流回路、平滑回路及びインバータ回路を含んで構成されるブラシレスモータの制御装置に係り、特に、ブラシレスモータの位置決め完了時におけるインバータ回路を構成するスイッチング素子のスイッチング動作によって発生する振動を抑制するのに好適なモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、交流電源からの入力を整流且つ平滑化して直流出力を得て、該直流出力をインバータ回路において交流出力に変換してブラシレスモータに供給するモータ制御装置がある（例えば、特許文献１を参照）。
以下、図４に基づき、従来のモータ制御装置の構成を説明する。
ここで、図４は、従来のモータ制御装置の構成を示す回路図である。また、図５は、ＤＣリンク電圧の分圧の様子を示す図である。また、図６は、電源電圧がインバータの出力電圧以下になるときの電流経路を示す図である。また、図７は、電源電圧がインバータの出力電圧より大きくなるときの電流経路を示す図である。
【０００３】
従来のモータ制御装置は、図４に示すように、ＡＣ電源、整流部、平滑部、インバータ部の４つの構成部を含んで構成されている。
ＡＣ電源は、ＡＣ１００[Ｖ]の交流電源を２つ直列に接続し、その接続部をフレームグラウンド（以下、ＦＧと称す）に接続した構成の交流２００Ｖの電源であり、それぞれの電力供給線が整流部に接続されている。整流部は、ブリッジ接続された４つのダイオードを含んで構成されており、ＡＣ電源からの交流入力を全波整流して出力する。平滑部は、１つの平滑コンデンサを含んで構成され、整流部からの全波整流出力を平滑化して直流出力を生成する。更に、平滑コンデンサの負極側のＤＣリンク基準点ＮとＦＧとの間（Ｎ−ＦＧ間）には、電源ラインからのノイズを抑制する働きを持ったコンデンサ（以下、Ｃ_ＮＦＧと称す）が接続されている。このＣ_ＮＦＧのチャージによってＮ−ＦＧ間電圧（以下、ｖ_ＮＦＧと称す）が発生する。
【０００４】
インバータ部は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのトランジスタを各２つずつ直列接続した構成の３つのハーフ・ブリッジ回路を含んで構成され、平滑部の直流出力をトランジスタのスイッチングによって交流出力に変換して制御対象である３相ブラシレスモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する各巻線に供給する。また、不図示の制御部からのＰＷＭ信号によって、各ハーフ・ブリッジ回路を構成するトランジスタのスイッチング動作を制御することでブラシレスモータの可変速駆動を行う。また、図４の例では、インバータ部の出力（各２つのトランジスタの接続部）は、電気ケーブルを介して３相ブラシレスモータの各相の巻線に電気的に接続されている。
【０００５】
上記構成のモータ制御装置においては、電気ケーブルとＦＧとの間に浮遊静電容量（ストレイキャパシタ）Ｃｓが発生するため、この浮遊静電容量Ｃｓを介して各構成部に電流が流れる。しかし、ＦＧに対する交流電源電圧（ｖ１、ｖ２）と、交流電力の出力部となるインバータ部の各２つのトランジスタの接続部ＯとＦＧとの間（Ｏ−ＦＧ間）の電圧（ｖ_ＯＦＧ）との大きさの関係によって、電流の流れる経路が変化する。
【０００６】
まず、（ａ）ｖ１、ｖ２の絶対値がｖ_ＯＦＧの絶対値以下の大きさ（｜ｖ１｜，｜ｖ２｜≦｜ｖ_ＯＦＧ｜）となるとき、の電流経路を説明する。
この場合に、例えばブラシレスモータの位置決め完了時において、インバータ部の各ハーフ・ブリッジ回路のハイサイド側のトランジスタがスイッチングしたときは、図５に示すように、コンデンサＣ_ＮＦＧと浮遊静電容量Ｃｓとによって、Ｏ−ＦＧ間には、静電容量に応じたＤＣリンク電圧が分圧される。一方、各ハーフ・ブリッジ回路のローサイド側のトランジスタがスイッチングしたときは、コンデンサＣ_ＮＦＧと浮遊静電容量Ｃｓとを介したループが形成される。なお、図４中のＰは、平滑コンデンサの正極側のＤＣリンク点である。また、平滑コンデンサがチャージされると、Ｐ−Ｎ間の電圧は約２８２[Ｖ]となる。
【０００７】
具体的に、｜ｖ１｜、｜ｖ２｜が、｜ｖ_ＯＦＧ｜以下のときに、ハイサイド側がスイッチングしたときに流れる電流の経路は、図６に示すように、「Ｐ→Ｏ→Ｃｓ→ＦＧ→Ｃ_ＮＦＧ→Ｎ（実線）」となる。また、ローサイド側がスイッチングしたときに流れる電流の経路は、「Ｎ→Ｃ_ＮＦＧ→ＦＧ→Ｃｓ→Ｏ→Ｎ（一点鎖線）」となる。
次に、（ｂ）ｖ１、ｖ２の絶対値がｖ_ＯＦＧの絶対値より大きい値となる（｜ｖ１｜，｜ｖ２｜＞｜ｖ_ＯＦＧ｜）とき、の電流経路を説明する。
【０００８】
この場合は、ｖ１、ｖ２が浮遊静電容量Ｃｓに印加されるＤＣリンク電圧の分圧電圧を超えるため、整流部のダイオードが順方向にバイアスされてオン状態となる。これにより、ＦＧに対するＰ点、Ｎ点の電圧がＦＧに対するｖ１、ｖ２と同電位となる。
従って、例えばブラシレスモータの位置決め完了時において、インバータ部の各ハーフ・ブリッジ回路のハイサイド側のトランジスタがスイッチングしたときに流れる電流の経路は、図７に示すように、「Ｐ→Ｏ→Ｃｓ→ＦＧ→Ｃ_ＮＦＧ→Ｎ（細実線）」及び「Ｐ→Ｏ→Ｃｓ→ＦＧ→ｖ１，ｖ２→整流ダイオード→Ｐ（一点鎖線）」となる。
【０００９】
一方、インバータ部の各ハーフ・ブリッジ回路のローサイド側のトランジスタがスイッチングしたときに流れる電流の経路は、図７に示すように、「Ｎ→Ｃ_ＮＦＧ→ＦＧ→Ｃｓ→Ｏ→Ｎ（実線（太））」及び「Ｎ→整流ダイオード→ｖ１，ｖ２→ＦＧ→Ｃｓ→Ｏ→Ｎ（点線）」」となる。
【特許文献１】特開平０９−０７４７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術においては、例えばモータの位置決め完了時において、インバータ回路を構成するスイッチング素子のスイッチング動作によって、ｖ１、ｖ２の絶対値がｖ_ＯＦＧの絶対値より大きい値となるときに、上記したように、交流電源を通る電流経路が形成され、ＦＧに対するＰ点、Ｎ点の電圧がＦＧに対するｖ１、ｖ２と同電位となる。そのため、図８に示すように、ｖ１、ｖ２の絶対値がｖ_ＯＦＧの絶対値より大きい値となる期間において、Ｐ−ＦＧ間電圧、Ｎ−ＦＧ間電圧が交流電圧ｖ１、ｖ２の変動と共に変動し、電源周期の１／２周期毎に山なりの形状となる。ここで、図８は、従来構成のモータ制御装置におけるインバータ回路のスイッチング素子をデューティー比５０[％]で３相を同時にスイッチングしたときのＡＣ電源（ｖ１，ｖ２）の波形と、ｖ_ＯＦＧと、ｖ_ＮＦＧとの関係を示す図である。図８において、横軸は時間[ｍｓ]で、縦軸は電圧[Ｖ]である。図８に示す、ｖ_ＯＦＧの山なり状の変動と相似の電流がブラシレスモータの巻線に流れるため、モータの位置偏差に微少振動が生じてしまい、高精度位置決めの障害となる恐れがあった。
【００１１】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、交流電源の電圧変動の影響によって生じるブラシレスモータへの交流出力の変動を抑えるのに好適なモータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１のモータ制御装置は、ブラシレスモータの動作を制御するモータ制御装置であって、交流電力を供給する２本の供給線を有し、該２本の供給線の一方がフレームグラウンドに電気的に接続された構成の交流電力供給手段と、順方向に直列接続された２つのダイオードの組を２組含み、該２組のアノード側の端子同士及びカソード側の端子同士を電気的に接続してダイオード・ブリッジ回路を構成すると共に、前記２組のうちの一方の直列接続部を前記一方の供給線に電気的に接続し、他方の直列接続部を前記供給線の他方と電気的に接続し、前記ダイオード・ブリッジ回路によって、前記交流電力供給手段からの交流入力を全波整流する構成の全波整流回路と、第１の平滑コンデンサ及び第２の平滑コンデンサを含み、前記第１の平滑コンデンサの一方の端子を前記ダイオード・ブリッジ回路のカソード側の接続部に電気的に接続し、前記第２の平滑コンデンサの一方の端子を前記アノード側の接続部に電気的に接続し、前記第１及び第２の平滑コンデンサの他方の端子同士を電気的に接続し、該接続部を前記一方の供給線と電気的に接続し、前記第１及び第２の平滑コンデンサによって、前記全波整流回路からの整流入力を平滑化すると共に倍電圧に昇圧する構成の平滑回路と、複数のスイッチング素子を含み、前記第１の平滑コンデンサの前記一方の端子からの第１の直流出力と、前記第２の平滑コンデンサの前記一方の端子からの第２の直流出力とを前記スイッチング素子を介して前記ブラシレスモータへ供給すると共に、前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作して前記第１の直流出力と前記第２の直流出力とを交互に切り替えて前記ブラシレスモータに供給する構成のインバータ回路と、前記ブラシレスモータの回転位置を検出する位置検出手段で検出された回転位置に基づき前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御信号を生成し、該制御信号を前記スイッチング素子に供給する制御手段と、を備える。
【００１３】
このような構成であれば、例えば、日本の商用電源などの２本の供給線の一方がフレーム接地された構成の交流電源の該一方の供給線を交流電力供給手段の一方の供給線と電気的に接続し、互いの他方の供給線同士を電気的に接続することで、交流電力が交流電力供給手段の有する供給線を介して全波整流回路に供給される。これにより、全波整流回路において交流電力が全波整流されて平滑回路へと出力される。平滑回路では、第１の平滑コンデンサと、第２の平滑コンデンサとにおいて全波整流回路からの整流入力を平滑化して直流出力を生成する。このとき、第１及び第２の平滑コンデンサの接続部は交流電力供給手段の一方の供給線と接続されており且つ該供給線がフレームグラウンド（ＦＧ）に接続されていることから第１及び第２の平滑コンデンサの接続部はＦＧの電位（例えば、０Ｖで一定）となる。従って、この０Ｖの電位を基準として、第１の平滑コンデンサにチャージされた電荷によるプラスの直流電圧ＶＤ１と、第２の平滑コンデンサにチャージされた電荷によるマイナスの直流電圧−ＶＤ２（｜ｖ１Ｄ｜＝｜−ｖ２Ｄ｜＝ＶＤ）とが発生する。第１及び第２の平滑コンデンサは直列接続されているので、これらの間には各コンデンサの電位の約２倍の電位の電圧（２×ＶＤ）が生じることとなる。つまり、交流電力供給手段と、整流回路と、平滑回路とによって電源電圧を約２倍に昇圧する倍圧回路が構成される。
【００１４】
そして、ＤＣリンクとなる第１の平滑コンデンサの一方の端子からのプラスの直流出力（第１の直流出力）と、ＤＣリンクとなる第２の平滑コンデンサの一方の端子からのマイナスの直流出力（第２の直流出力）とが、インバータ回路に供給される。
インバータ回路は、制御手段からの制御信号に基づいて、各スイッチング素子を適宜スイッチング動作し、第１の直流出力と第２の直流出力とを交互に切り替えてブラシレスモータに供給する。従って、ブラシレスモータには、交互に切り替えられるプラスの直流出力（ＶＤ）及びマイナスの直流出力（−ＶＤ）による交流出力が供給される。
【００１５】
以上より、第１及び第２の平滑コンデンサの接続部（中点）がＦＧ電位で一定となるため、スイッチング素子のスイッチングによる浮遊静電容量Ｃｓ及びＦＧを介した電流が各回路に流れても平滑回路の直流出力（ＤＣリンクの出力）が交流電源の変動の影響を受けない。
これにより、インバータ回路には、電源変動の影響を受けていない直流電圧ＶＤ及び−ＶＤを安定して供給することができるので、従来のＤＣリンク構成と比較して、交流電源の変動によるブラシレスモータの位置偏差の微少振動の発生を抑えることができる。
【００１６】
〔発明２〕  更に、発明２のモータ制御装置は、発明１のモータ制御装置において、前記ブラシレスモータは、第１〜第３の巻線を有する３相のブラシレスモータであり、前記スイッチング素子は第１〜第６のトランジスタを含み、前記インバータ回路は、前記第１及び第２のトランジスタを直列接続した構成の第１のハーフ・ブリッジ回路と、前記第３及び第４のトランジスタを直列接続した構成の第２のハーフ・ブリッジ回路と、前記第５及び第６のトランジスタを直列接続した構成の第３のハーフ・ブリッジ回路とを含み、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路を並列接続し、前記第１及び第２のトランジスタの直列接続部を前記第１の巻線の一端に電気的に接続し、前記第３及び第４のトランジスタの直列接続部を前記第２の巻線の一端に電気的に接続し、前記第５及び第６のトランジスタの直列接続部を前記第３の巻線の一端に電気的に接続し、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の高電位側の前記並列接続部を前記第１の平滑コンデンサの前記一方の端子と電気的に接続し、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の低電位側の前記並列接続部を前記第２の平滑コンデンサの前記一方の端子と電気的に接続し、前記第１〜第６のトランジスタの各駆動端子に供給される前記制御信号に基づき、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の高電位側のトランジスタをオンにすることで、前記第１の直流出力を前記第１〜第３の巻線に供給し、オフにすることで前記第１の直流出力の前記第１〜第３の巻線への供給を停止し、前記制御信号に基づき、前記第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の前記低電位側のトランジスタをオンにすることで前記第２の直流出力を前記第１〜第３の巻線に供給し、オフにすることで、前記第２の直流出力の前記第１〜第３の巻線への供給を停止する構成となっている。
【００１７】
このような構成であれば、第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の高電位側（ハイサイド側）のトランジスタのオン・オフを制御することで、ブラシレスモータに電圧ＶＤの駆動電力を供給するかしないかを制御することができ、第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の低電位側（ローサイド側）のトランジスタのオン・オフを制御することで、ブラシレスモータに電圧−ＶＤの駆動電力を供給するかしないかを制御することができる。
【００１８】
つまり、各ハーフ・ブリッジ回路におけるハイサイド側のトランジスタをオンにしたときは、ローサイド側のトランジスタをオフにし、ハイサイド側のトランジスタをオフにしたときはローサイド側のトランジスタをオンにするスイッチング制御を行うことで、３相ブラシレスモータに供給する３相交流電力を簡易に生成することができる。
【００１９】
〔発明３〕  更に、発明３のモータ制御装置は、発明１又は２のモータ制御装置において、前記制御手段は、前記制御信号としてＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、該ＰＷＭ信号を前記インバータ回路に供給することによって、前記ブラシレスモータに交互に出力される前記第１の直流出力と前記第２の直流出力とで構成される交流出力のデューティー比を制御するようになっている。
【００２０】
このような構成であれば、制御手段において、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御信号としてＰＷＭ信号を生成するようにしたので、このＰＷＭ信号をインバータ回路の第１〜第６のトランジスタの駆動端子に供給することで、各トランジスタのオン時間、オフ時間を簡易に制御することができる。
これにより、ブラシレスモータの可変速駆動制御を容易に行うことができる。
【００２１】
〔発明４〕  更に、発明４のモータ制御装置は、発明１乃至３のいずれか１のモータ制御装置において、前記第２の平滑コンデンサの前記一方の端子と前記フレームグラウンドとの間に接続されたノイズ抑制用のコンデンサを備える。
このような構成であれば、ノイズ抑制用のコンデンサによって電源ラインからのノイズを抑制することができるので、このノイズによる位置偏差の微少振動の発生を抑えることができる。
【００２２】
〔発明５〕  また、上記目的を達成するために、発明５のモータ制御装置は、ブラシレスモータの動作を制御するモータ制御装置であって、
交流電力を供給する２本の供給線を有し、該２本の供給線の一方がフレームグラウンドに電気的に接続された構成の交流電力供給手段と、
前記交流電力供給手段からの交流入力を全波整流する構成の全波整流回路と、
第１の平滑コンデンサ及び第２の平滑コンデンサを含み、前記第１の平滑コンデンサと前記第２の平滑コンデンサとを直列接続し、該直列接続部を前記一方の供給線と電気的に接続し、前記第１及び第２の平滑コンデンサによって、前記全波整流回路からの整流入力を平滑化すると共に倍電圧に昇圧する構成の平滑回路と、
複数のスイッチング素子を含み、前記第１の平滑コンデンサからの第１の直流出力と、前記第２の平滑コンデンサからの第２の直流出力とを前記スイッチング素子を介して前記ブラシレスモータへ供給すると共に、前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作して前記第１の直流出力と前記第２の直流出力とを交互に切り替えて前記ブラシレスモータに供給する構成のインバータ回路と、
前記ブラシレスモータの回転位置を検出する位置検出手段で検出された回転位置に基づき前記インバータ回路の前記スイッチング動作を制御する制御信号を生成し、該制御信号を前記スイッチング素子に供給する制御手段と、を備える。
このような構成であれば、上記発明１と同等の作用及び効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、発明１〜３及び５のモータ制御装置によれば、全波整流回路からの整流入力を平滑すると共に倍圧して直流出力を生成する倍圧回路を構成する、直列接続された第１の平滑コンデンサと第２の平滑コンデンサとの直列接続部をグラウンドに接続された交流電力の供給線と接続し、第１及び第２の平滑コンデンサの直列接続部の電位を定電位（ＦＧの電位）としたので、インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング時に、浮遊静電容量Ｃｓを通って電流が流れても、インバータ回路に供給される直流出力が交流電源の変動による影響を受けないため、電源変動によるブラシレスモータの位置偏差の微少振動の発生を抑えることができるという効果が得られる。
【００２４】
更に、発明４のモータ制御装置によれば、発明１〜３のいずれか１の前記効果に加えて、第２の平滑コンデンサの一方の端子とグラウンドとの間にノイズ抑制用のコンデンサを接続したので、これにより、電源ラインからのノイズを抑制することができ、このノイズによる位置偏差の微少振動の発生を抑えることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図３は、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態を示す図である。
まず、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の構成を図１に基づき説明する。図１は、本実施の形態に係るモータ制御装置１００の構成を示すブロック図である。
モータ制御装置１００は、図１に示すように、ブラシレスモータ２００の動作を制御する装置であって、商用交流電源（ＡＣ１００[Ｖ]）からの交流電力を後段の回路に供給する交流電力供給部１０と、この交流電力供給部１０からの交流入力を全波整流する全波整流回路１１と、この全波整流回路１１からの整流入力を平滑化して直流出力を生成する平滑回路１２と、平滑回路１２で生成された直流出力を交流出力に変換し、この交流出力を電気ケーブル２０を介してブラシレスモータ２００に供給するインバータ回路１３と、マイクロコンピュータ１６（以下、マイコン１６と称す）からの指令信号に基づき、インバータ回路１３の動作を制御する制御信号を生成して、これをインバータ回路１３に供給する制御回路１５と、ブラシレスモータ２００のロータ回転位置を検出するためのホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗからの位置信号に基づき指令信号を生成し、該生成した指令信号を制御回路１５に供給するマイコン１６とを含んで構成される。
【００２６】
交流電力供給部１０は、２本の電力供給線のうちの１本がフレームグラウンド（ＦＧ）に接地された構成の商用交流電源（以下、単に商用電源と称す）の前記２本の電力供給線にそれぞれ電気的に接続される第１の供給線及び第２の供給線を備えている。そして、第１及び第２の供給線のうち、第１の供給線が商用電源の電力を供給する方の電力供給線に電気的に接続され、第２の供給線が商用電源のＦＧに接地された方の電力供給線に電気的に接続されている。
【００２７】
全波整流回路１１は、４つの整流ダイオードを含み、該４つのダイオードの各２つのダイオードが互いに順方向に直列接続され、該直列接続された一方の組のアノードと他方の組のアノードとが電気的に接続され、一方の組のカソードと他方の組のカソードとが電気的に接続されてダイオード・ブリッジ回路を構成している。
更に、ダイオード・ブリッジ回路を構成する一方の組の直列接続部は、交流電力供給部１０の第１の供給線と電気的に接続され、他方の組の直列接続部は、交流電力供給部１０の第２の供給線と電気的に接続された構成となっている。
【００２８】
平滑回路１２は、第１の平滑コンデンサＣ１と第２の平滑コンデンサＣ２とを含み、これらＣ１及びＣ２は電気的に直列接続され、該直列接続部は交流電力供給部１０の第２の供給線と電気的に接続された構成となっている。更に、Ｃ１の直列接続されていない側の端子は、上記ダイオード・ブリッジ回路のカソード側の接続部と電気的に接続されている。以下、この接続部をＤＣリンク点Ｐと称す。更に、Ｃ２の直列接続されていない側の端子は、上記ダイオード・ブリッジ回路のアノード側の接続部と電気的に接続されている。以下、この接続部をＤＣリンク点Ｎと称す。また、ＤＣリンク点Ｎは、電源ラインからのノイズを抑制するためのノイズ抑制用コンデンサＣａを介してＦＧに接続されている。
【００２９】
なお、第１及び第２の平滑コンデンサＣ１、Ｃ２は、ブラシレスモータ２００を安定動作させるのに必要な容量及び耐圧を備えたコンデンサであり、両者は同性能（容量、耐圧などが同じ）のものを用いるようにする。
また、商用電源はＡＣ１００Ｖであり、第１の平滑コンデンサＣ１と第２の平滑コンデンサＣ２との直接接続部は第２の供給線と接続されているため、Ｃ１及びＣ２の接続部（以下、中点Ｍと称す）はＦＧの電位（０[Ｖ]）で一定となる。そのため、Ｃ１にチャージされた電荷によって、ＤＣリンク点Ｐの電位（Ｐ−（Ｃ１）−ＦＧ間電位）は＋１４１[Ｖ]となり、Ｃ２にチャージされた電荷によって、ＤＣリンク点Ｎの電位（Ｎ−（Ｃ２）−ＦＧ間電位）は−１４１[Ｖ]となる。従って、Ｐ−Ｎ間の電圧は２８２[Ｖ]となり、全波整流回路の全波整流出力（１４１[Ｖ]ピーク）は、その２倍の電圧に昇圧される。つまり、交流電力供給部１０、全波整流回路１１及び平滑回路１２によって倍電圧回路１４が構成されている。
【００３０】
インバータ回路１３は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｔｒ１〜Ｔｒ６を備えている。Ｔｒ１とＴｒ２とは直列接続されて第１のハーフ・ブリッジ回路を構成し、Ｔｒ３とＴｒ４とは直列接続されて第２のハーフ・ブリッジ回路を構成し、Ｔｒ５とＴｒ６とは直列接続されて第３のハーフ・ブリッジ回路を構成している。
更に、これら第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路は並列に接続され、Ｔｒ１、Ｔｒ３及びＴｒ５側の並列接続部は、ＤＣリンク点Ｐと接続され、Ｔｒ２、Ｔｒ４及びＴｒ６側の並列接続部は、ＤＣリンク点Ｎと接続されている。
【００３１】
更に、Ｔｒ１とＴｒ２の直列接続部は、電気ケーブル２０を介してブラシレスモータ２００のＵ相の電気子巻線に電気的に接続され、Ｔｒ３とＴｒ４の直列接続部は、電気ケーブル２０を介してブラシレスモータ２００のＶ相の電気子巻線に電気的に接続され、Ｔｒ５とＴｒ６の直列接続部は、電気ケーブル２０を介してブラシレスモータ２００のＷ相の電気子巻線に電気的に接続されている。以下、これら直列接続部を電力出力部Ｏと称し、Ｏ−ＦＧ間の電圧をｖ_ＯＦＧと称す。
【００３２】
制御回路１５は、マイコン１６からの指令信号に基づき、Ｔｒ１〜Ｔｒ６をオン・オフ制御する制御信号を生成し、該生成した制御信号をＴｒ１〜Ｔｒ６の駆動端子であるゲート端子（電極）に供給する。本実施の形態においては、制御信号としてＰＷＭ信号を生成する。
マイコン１６は、ホール素子Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗからの位置信号に基づき、ブラシレスモータ２００に回転動作、停止動作などを行わせるための指令信号を生成し、該生成した指令信号を制御回路１５に供給する。つまり、制御回路１５とマイコン１６とによって、ブラシレスモータ２００のフィードバック制御を行う。
【００３３】
一方、ブラシレスモータ２００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応する電気子巻線を有する３相のブラシレスモータであり、各相に対応したモータロータの位置信号を出力するホール素子Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗを備えている。更に、ブラシレスモータ２００は、電気ケーブル２０を介してモータ制御装置１００のインバータ回路１３と電気的に接続されている。
【００３４】
次に、図２及び図３に基づき、上記構成のモータ制御装置１００の実際の動作を説明する。
ここで、図２は、インバータ回路１３のスイッチング動作時に流れる電流の経路を示す図である。また、図３は、デューティー比５０[％]で３相を同時にスイッチングしたときの交流電源（ＡＣ１００[Ｖ]）の電圧ｖ１の波形と、ｖ_ＯＦＧとの関係を示す図である。
【００３５】
モータ制御装置１００の電源スイッチ（不図示）が押下され、商用電源（ＡＣ１００Ｖ）からの交流電力が、交流電力供給部１０の第１の供給線を介して全波整流回路１１に供給されると、全波整流回路１１のダイオード・ブリッジ回路において、該交流入力が全波整流される。この全波整流された整流電力は、平滑回路１２に入力されそのＣ１及びＣ２をチャージし、これにより平滑化される。具体的に、中点Ｍを基準として、ＤＣリンク点Ｐの電位を＋１４１[Ｖ]の定電位に、ＤＣリンク点Ｎの電位を−１４１[Ｖ]の定電位にする。以下、ＤＣリンク点Ｐの直流出力（＋１４１[Ｖ]）を第１の直流出力と称し、ＤＣリンク点Ｎの直流出力（−１４１[Ｖ]）を第２の直流出力と称す。
【００３６】
ＤＣリンク点Ｐは、第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の高電位側のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５のコレクタと接続されており、ＤＣリンク点Ｎは、第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路の低電位側のトランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６のエミッタと接続されているので、Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５がオンになると、第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路のｖ_ＯＦＧは「＋１４１[Ｖ]」に、Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６がオンになると、第１〜第３のハーフ・ブリッジ回路のｖ_ＯＦＧは「−１４１[Ｖ]」になる。
【００３７】
一方、マイコン１６は、ブラシレスモータ２００のホール素子Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗからの位置信号を受信すると、該受信した位置信号に基づき、ブラシレスモータ２００のロータを回転させると共に所望の回転位置で停止させるための指令信号を生成し、該生成した指令信号を制御回路１５に供給する。
制御回路１５は、マイコン１６からの指令信号が供給されると、該指令信号に基づきＰＷＭ信号を生成し、該生成したＰＷＭ信号をインバータ回路１３のＴｒ１〜Ｔｒ６のゲート端子に供給する。このＰＷＭ信号は、必ず、Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５のいずれかがオンのときは、Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６のうちオンとなったものと直列接続されたものがオフとなるように生成される。
【００３８】
Ｔｒ１〜Ｔｒ６のゲート端子にＰＷＭ信号が供給されると、Ｔｒ１〜Ｔｒ６がオン・オフしてスイッチング動作を行なう。これにより、第１の直流出力と第２の直流出力とが交互に切り替わってブラシレスモータ２００の各相の電気子巻線に供給される。つまり、ブラシレスモータ２００の各電気子巻線には、３相交流信号が供給される。この３相交流信号は速度指令信号としての機能を果たし、ＰＷＭ信号のパルス幅を広くすればするほどモータの回転速度を低速に、狭くすればするほどモータの回転速度を高速にすることができる。
【００３９】
インバータ回路１３からの３相交流信号がブラシレスモータ２００の各相の電気子巻線に供給されると、ロータが供給信号のパルス幅に応じた速度で回転し、３相交流信号の供給を停止することで、ロータの回転が停止する。つまり、ＰＷＭ信号によって３相交流信号を生成し、該３相交流信号によってブラシレスモータ２００を可変速駆動して所望の回転位置まで回転させ、３相交流信号の供給を止めて所望の位置で停止させることで位置決めが完了する。
【００４０】
この位置決めが完了時において、Ｔｒ１〜Ｔｒ６のいずれかがスイッチング動作をすると、電気ケーブ２０とＦＧとの間に発生する浮遊静電容量ＣｓとＦＧとを介してモータ制御装置１００の各回路を電流が流れる。
この電流の経路は、図２に示すように、高電位側のＴｒ１がスイッチング時においては、「Ｐ→Ｏ→Ｃｓ→ＦＧ→Ｍ→Ｃ１→Ｐ（図２中の実線）」となる。このことは、Ｔｒ３及びＴｒ５についても同様となる。
【００４１】
一方、低電位側のＴｒ２がスイッチング時においては、「Ｎ→Ｃ２→ＦＧ→Ｃｓ→Ｏ→Ｎ（図２中の一点鎖線）」となる。このことは、Ｔｒ４及びＴｒ６についても同様となる。
本実施の形態においては、Ｃ１及びＣ２の接続部である中点Ｍの電位が「０[Ｖ]」で一定となっているため、Ｔｒ１がスイッチングしても、上記実線の経路で電流が流れるため、ｖ_ＯＦＧは「＋１４１[Ｖ]」で一定となる。また、Ｔｒ２がスイッチングしても、上記一点鎖線の経路で電流が流れるため、ｖ_ＯＦＧは「−１４１[Ｖ]」で一定となる。つまり、Ｔｒ１、Ｔｒ２のスイッチングによってＣｓを介して電流が流れても、交流電源の変動がＤＣリンク点Ｐ及びＮの電位に影響を与えることがない。
【００４２】
従って、図３に示すように、商用電源の電圧波形と、ｖ_ＯＦＧとの関係は、商用電源の電圧が変化しても、ｖ_ＯＦＧが常に一定の電圧（＋１４１[Ｖ]及び−１４１[Ｖ]）となり、従来技術で見られるような、１／２周期での山なりの形状が生じることはない。
つまり、位置決め完了時のスイッチング動作によるｖ_ＯＦＧの変動が生じないため、これによるブラシレスモータ２００の位置偏差の微少振動が生じることがないので、高精度の位置決めを行うことができる。なお、図３において、横軸は時間[ｍｓ]で、縦軸は電圧[Ｖ]である。
【００４３】
更に、ＤＣリンクＮ点とＦＧとの間に接続されたノイズ抑制用コンデンサＣａによって、電源ラインノイズを抑制することができるので、電源ラインノイズによる位置偏差の微少振動の発生を抑えることができ、より高精度な位置決めを行うことができる。
上記したように、本実施の形態のモータ制御装置１００は、商用電源の交流電力を供給する側の供給線と交流電力供給部１０の第１の供給線とを電気的に接続し、商用電源のＦＧに接続された方の供給線を交流電力供給部１０の第２の供給線と電気的に接続し、平滑回路１２を、第１の平滑コンデンサＣ１及び第２の平滑コンデンサＣ２を直列接続し、且つこの直列接続部と第２の供給線とを電気的に接続した構成となっている。更に、ダイオード・ブリッジ回路の一方の組の直列接続部を第１の供給線に電気的に接続し、他方の組の直列接続部を第２の供給線に電気的に接続し、カソード側の接続部をＣ１の直列接続側とは反対側の端子と電気的に接続し、アノード側の接続部をＣ２の直列接続側とは反対側の端子に電気的に接続した構成となっている。つまり、交流電力供給部１０、全波整流回路１１及び平滑回路１２によって、倍電圧回路を構成した。
【００４４】
これにより、Ｃ１とＣ２との接続部の電位がＦＧの電位で一定となり、例えば位置決め完了時にインバータ回路１３のトランジスタがスイッチング動作をして、浮遊静電容量Ｃｓを介した電流が各回路に流れても、商用電源を通る電流経路が形成されないので、ＤＣリンク点Ｐ及びＮの電位を一定とすることができる。
更に、ＤＣリンク点ＮとＦＧとの間にＣａを接続したので、これにより電源ラインノイズを抑制することができる。
【００４５】
上記実施の形態において、ホール素子Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗは、発明１又は５に記載の位置検出手段に対応し、交流電力供給部１０は、発明１又は５に記載の交流電力供給手段に対応し、全波整流回路１１は、発明１又は５に記載の全波整流回路に対応し、平滑回路１２は、発明１又は５に記載の平滑回路に対応し、インバータ回路１３は、発明１、２、３及び５のいずれか１に記載のインバータ回路に対応し、Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、発明１、２及び５のいずれか１に記載のスイッチング素子に対応し、ノイズ抑制用コンデンサＣａは、発明４に記載のノイズ抑制用のコンデンサに対応し、電気子巻線は、発明２に記載の巻線に対応し、制御回路１５及びマイクロコンピュータ１６は、発明１、３及び５のいずれか１に記載の制御手段に対応する。
【００４６】
なお、上記実施の形態においては、交流電源として１００Ｖの商用電源を例に説明したがこれに限らず、他の電圧に対応する交流電源からの交流電力を供給する構成としてもよい。
また、上記実施の形態においては、ブラシレスモータとして３相ブラシレスモータを例に挙げて説明したが、これに限らず、２相ブラシレスモータなどの他の構成のブラシレスモータに適用する構成としてもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態においては、全波整流回路１１を４つのダイオードをブリッジ接続した構成としたが、これに限らず、全波整流の作用を有する構成であればダイオードを４つ未満、または５つ以上を用いた回路構成としてもよい。
また、上記実施の形態においては、インバータ回路１３を構成するスイッチング素子をＩＧＢＴとしたが、これに限らず、耐圧特性や電流供給能力などのブラシレスモータを駆動するのに必要な性能を満たすものであれば、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴなど、他のトランジスタで構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】モータ制御装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】インバータ回路１３のスイッチング動作時に流れる電流の経路を示す図である。
【図３】デューティー比５０[％]で３相を同時にスイッチングしたときの交流電源（ＡＣ１００[Ｖ]）の電圧波形と、ｖ_ＯＦＧとの関係を示す図である。
【図４】従来のモータ制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】ＤＣリンク電圧の分圧の様子を示す図である。
【図６】電源電圧がインバータの出力電圧以下になるときの電流経路を示す図である。
【図７】電源電圧がインバータの出力電圧より大きくなるときの電流経路を示す図である。
【図８】従来構成のモータ制御装置におけるインバータ回路のスイッチング素子をデューティー比５０[％]で３相を同時にスイッチングしたときのＡＣ電源（ｖ１，ｖ２）の波形と、ｖ_ＯＦＧと、ｖ_ＮＦＧとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００                        モータ制御装置
２００                        ブラシレスモータ
１０                          交流電力供給部
１１                          全波整流回路
１２                          平滑回路
１３                          インバータ回路
１４                          倍電圧回路
１５                          制御回路
１６                          マイクロコンピュータ
２０                          電気ケーブル
Ｃ１                          第１の平滑コンデンサ
Ｃ２                          第２の平滑コンデンサ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６                ＩＧＢＴ
Ｃａ                          ノイズ抑制用コンデンサ
Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ              ホール素子
Ｃｓ                          浮遊静電容量
【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】
2009254184.tif 000009
【図８】
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