(57)【要約】【課題】正弦波駆動方式を利用したモータ駆動装置の回転むらを抑制し、回転速度に応じた最適モータ駆動を行う。【解決手段】複数組のスイッチ素子を有したインバータ２０と、モータ１０を交流駆動するための波形信号ＷＦを生成する波形生成部３１と、波形信号ＷＦによりパルス幅変調されたパルス信号を生成するパルス幅変調部３２と、駆動巻線に発生する誘起電圧の極性を判別する極性判別部３３と、スイッチ素子を相補的にスイッチングする駆動信号を生成する高速駆動モードと極性判別部３３が判定した極性に応じて正極側と負極側とのスイッチ素子の一方をオフとするような駆動信号を生成する低速駆動モードとが選択可能な駆動モード選択部３４とを備える。【選択図】図１
2009044867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子および複数の駆動巻線を有した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の正極側に接続されたスイッチ素子と負極側に接続されたスイッチ素子とを一組として複数組のスイッチ素子を有し、それぞれの前記スイッチ素子のスイッチング動作により、前記直流電圧から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駆動巻線に供給するインバータと、
前記モータを交流駆動するための交流波形に対応した波形信号を生成する波形生成部と、
前記波形信号によりパルス幅変調されたパルス信号を生成するパルス幅変調部と、
前記駆動巻線に発生する誘起電圧の極性を判別する極性判別部と、
前記インバータにおける正極側と負極側とのスイッチ素子を前記パルス幅変調部のパルス信号に基づき相補的にスイッチングするような駆動信号を生成する高速駆動モードと、前記極性判別部が判定した前記極性が正のとき、前記インバータにおける負極側のスイッチ素子をオフにするとともに、正極側を前記パルス幅変調部のパルス信号に基づきスイッチングし、前記極性が負のとき、前記インバータにおける正極側のスイッチ素子をオフとし、負極側を前記パルス幅変調部のパルス信号に基づきスイッチングするような駆動信号を生成する低速駆動モードとが選択可能な駆動モード選択部とを備え、
前記駆動モード選択部で選択された駆動モードにおける駆動信号により、前記インバータの各スイッチ素子をスイッチング制御することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
選択可能な制御ゲインを有し、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を算出し、算出した前記速度偏差に対して、前記制御ゲインに基づく演算処理を施し、前記演算処理により生成した信号を駆動制御信号として前記波形生成部に供給する速度制御部と、
前記駆動巻線に流れる駆動電流と前記駆動巻線に発生する誘起電圧との位相関係を設定するための進角量を位相進角信号として前記波形生成部に供給する進角制御部とを、さらに備え、
前記波形生成部は、前記速度制御部から通知される前記駆動制御信号に応じた波高値、および進角制御部から通知される前記位相進角信号に応じた位相の正弦波状の交流波形である前記波形信号を生成し、
前記駆動モード選択部における駆動モードの選択とともに、前記速度制御部における制御ゲインが選択され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】
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を算出し、算出した前記速度偏差に対して、制御ゲインに基づく演算処理を施し、前記演算処理により生成した信号を駆動制御信号として前記波形生成部に供給する速度制御部と、
前記駆動巻線に流れる駆動電流と前記駆動巻線に発生する誘起電圧との位相関係を設定するための複数の進角量を選択可能なように保持し、選択された前記進角量を示す信号を位相進角信号として出力する進角制御部とを、さらに備え、
前記波形生成部は、前記速度制御部から通知される前記駆動制御信号に応じた波高値、および進角制御部から通知される前記位相進角信号に応じた位相の正弦波状の交流波形である前記波形信号を生成し、
前記駆動モード選択部における駆動モードの選択とともに、前記進角制御部における進角量が選択され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】
選択可能な制御ゲインを有し、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を算出し、算出した前記速度偏差に対して、前記制御ゲインに基づく演算処理を施し、前記演算処理により生成した信号を駆動制御信号として前記波形生成部に供給する速度制御部と、
前記駆動巻線に流れる駆動電流と前記駆動巻線に発生する誘起電圧との位相関係を設定するための複数の進角量を選択可能なように保持し、選択された前記進角量を示す信号を位相進角信号として出力する進角制御部とを、さらに備え、
前記波形生成部は、前記速度制御部から通知される前記駆動制御信号に応じた波高値、および進角制御部から通知される前記位相進角信号に応じた位相の正弦波状の交流波形である前記波形信号を生成し、
前記駆動モード選択部における駆動モードの選択とともに、前記速度制御部における制御ゲイン、および前記進角制御部における進角量が選択され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】
請求項１から４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６】
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、
前記モータの可動子の位置を検出する位置検出手段と、
請求項１から４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５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７】
前記モータは前記可動子と３相の前記駆動巻線を有し、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６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、モータの回転速度に応じて回転むらを抑制するなど、回転速度に応じて最適なモータ駆動を行う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、プリンタ等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パルス幅変調された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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、このような正弦波駆動方式を利用した従来のモータ駆動装置の一構成例を示すブロック図である。
【０００４】
図７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ＶＤＣ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の近辺に配置した位置検出手段９１２から位置検出信号ＣＳ、また速度検出手段９１１から速度検出信号Ｎが通知される。
【０００５】
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。
【０００６】
モータ駆動装置９００は、インバータ９２０、インバータ駆動部９３０、速度制御部９４０および進角制御部９５０を備えている。速度制御部９４０は、速度指令信号Ｓｒｅｆや速度検出信号Ｎ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。進角制御部９５０は、モータ９１０を効率よく制御するための位相進角信号ＰＳ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に応じた波高値、および位相進角信号ＰＳに応じて位相を進めた正弦波状の交流波形である波形信号ＷＦをパルス幅変調部９３２に供給する。パルス幅変調部９３２は、波形信号ＷＦに応じてパルス幅変調された駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬをインバータ９２０に供給する。
【０００７】
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。また、正極側と負極側とのスイッチ素子は、これらの駆動信号により相補的にスイッチングされる。このような構成により、インバータ９２０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、それぞれの駆動巻線に供給する。
【０００８】
また、インバータ９２０に供給される各駆動信号は、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、それぞれの駆動巻線に供給されることになる。
【０００９】
図８は、図７に示した従来のモータ駆動装置９００の波形信号ＷＦに対応した駆動電圧により、モータ９１０が駆動される動作を説明するために示した波形図である。図８において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部９３１が生成した信号であり、このような波形信号ＷＦでパルス幅変調された駆動信号により、インバータ９２０が駆動される。これにより、例えばＵ相の駆動巻線には、図８に示すような駆動電流Ｉｕが流れるとともに、誘起電圧Ｕｅｍｆが生じる。
【００１０】
まず、上述したように、波形信号ＷＦの波高値は駆動制御信号ＶＳＰにより調整される。これにより、駆動巻線には、図８に示すように波高値が駆動制御信号ＶＳＰによって制御された正弦波状の駆動電圧が等価的に印加され、駆動制御信号ＶＳＰに応じた速度制御が実行される。
【００１１】
また、波形信号ＷＦの位相は、進角制御部９５０からの位相進角信号ＰＳにより調整される。すなわち、各駆動巻線に印加される正弦波状の電圧の位相は、位相進角信号ＰＳが示す進角量ｐｓに応じて制御される。このような進角制御を行うため、波形生成部９３１は、位置検出信号ＣＳに基づく位相を基準位相タイミングとし、モータ９１０の可動子の位置に応じた基準波形信号ＷＦ’を生成する。すなわち、基準位相タイミングを、図８に示すように、例えば、Ｕ相の駆動巻線に発生する誘起電圧Ｕｅｍｆのゼロクロスタイミングとすることができる。波形生成部９３１は、この基準位相タイミングに応じて生成される基準波形信号ＷＦ’の位相を、図８に示すように進角量ｐｓに応じて進め、このように位相を進めた波形信号ＷＦをパルス幅変調部９３２に対して出力する。これにより、Ｕ相の駆動巻線には、位相が進角量ｐｓによって制御可能な正弦波状の駆動電圧Ｕを印加することができる。また、駆動巻線が有するインダクタンス成分により、駆動電圧の平均値（波形信号ＷＦに相当）に対する駆動電流Ｉｕの位相遅れが発生する。このような位相遅れを進角制御部９５０の進角量ｐｓにより調整し、駆動巻線の誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの位相差がゼロとなるように、波形信号ＷＦ’から波形信号ＷＦへと位相を進める進角制御により、誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの位相のずれによる駆動効率の低下を改善でき、モータ９１０に対する駆動効率を高めることができる。
【００１２】
以上のようにして、モータ９１０はモータ駆動装置９００により効率よく正弦波駆動され、低トルクリップル、低騒音、低振動のモータ装置を実現できる。
【００１３】
また、このような正弦波駆動方式を利用したモータ駆動装置において、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など、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。このため、駆動巻線を正側電源線路に接続する正側スイッチ手段と、負側電源線路に接続する負側スイッチ手段とを有し、正側および負側スイッチ手段は、制御手段からの制御信号に基づきオン、オフ動作され、制御手段は、電流波形を概略正弦波状とする駆動波形信号を出力する波形生成手段と、巻線の誘起電圧極性を判別する極性判別手段とを備え、巻線の誘起電圧が正のときは正側スイッチ手段をオン、オフ動作し、負のときは負側スイッチ手段をオン、オフ動作して、巻線電流を概略正弦波状とすることで、回生現象を抑制するような技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３２３２４６７号公報
【特許文献２】特開２００６−１９１７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図７に示したような従来のモータ駆動装置の場合、正弦波駆動するための波形となる波形信号ＷＦにおいて、進角制御による位相が適切に設定されないと回転むらが生じ、モータを利用した機器においていわゆるワウ（ＷＯＷ）が生じる可能性があった。
【００１５】
図９は、従来のモータ駆動装置において、進角制御による位相が適切に設定されないときの様子を示した波形図である。すなわち、図９では、図８で示したような進角量ｐｓにより誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの位相差がゼロとなるよりも、さらに位相が進んだ進角量ｐｓ’が設定された場合を示している。これにより、図９に示すように、誘起電圧Ｕｅｍｆに対して駆動電流Ｉｕの位相も図８の場合より進むことになる。これによって、図９の期間Ｔｗで示すように、誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの極性が逆極性となるような期間が生じる。また、このような期間Ｔｗが生じる原因として、位置検出手段９１２の位置検出精度などが挙げられる。特に、波形生成部９３１の構成として１周期前の位置検出信号ＣＳのゼロクロス周期を内挿して基準波形信号ＷＦ’を生成するような構成とした場合、現実的には、回転数の変動、機械精度や着磁精度などによってもこのような期間Ｔｗが生じる。さらに、このような期間Ｔｗは、誘起電圧Ｕｅｍｆの電圧方向と駆動電流Ｉｕが流れる方向とが逆となるため、モータに対して逆トルクが働くことになる。すなわち、このような逆トルクが発生すると、この逆トルクがモータ回転中のトルク変動となってモータの回転精度を悪化させ、ワウのような回転むらが生じることになる。
【００１６】
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、パルス幅変調を利用した正弦波駆動における回転むらを抑制し、回転速度に応じて最適なモータ駆動を行うこと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】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明のモータ駆動装置は、可動子および複数の駆動巻線を有した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の正極側に接続されたスイッチ素子と負極側に接続されたスイッチ素子とを一組として複数組のスイッチ素子を有し、それぞれのスイッチ素子のスイッチング動作により、直流電圧から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駆動巻線に供給するインバータと、モータを交流駆動するための交流波形に対応した波形信号を生成する波形生成部と、波形信号によりパルス幅変調されたパルス信号を生成するパルス幅変調部と、駆動巻線に発生する誘起電圧の極性を判別する極性判別部と、インバータにおける正極側と負極側とのスイッチ素子をパルス幅変調部のパルス信号に基づき相補的にスイッチングするような駆動信号を生成する高速駆動モードと、極性判別部が判定した極性が正のとき、インバータにおける負極側のスイッチ素子をオフにするとともに、正極側をパルス幅変調部のパルス信号に基づきスイッチングし、極性が負のとき、インバータにおける正極側のスイッチ素子をオフとし、負極側をパルス幅変調部のパルス信号に基づきスイッチングするような駆動信号を生成する低速駆動モードとが選択可能な駆動モード選択部とを備え、駆動モード選択部で選択された駆動モードにおける駆動信号により、インバータの各スイッチ素子をスイッチング制御する構成である。
【００１８】
このような構成により、低速動作モードにおいては、極性判別部が判定した誘起電圧の極性に応じて、その極性とは逆のスイッチ素子をオフにするよう動作するため、図９で示した期間Ｔｗのような期間は駆動巻線の駆動電流が流れず、逆トルクの発生を防止できる。すなわち、このような本発明のモータ駆動装置の構成とすることにより、モータ回転の音圧レベルが高くなる高速回転時においては、正極側と負極側とのスイッチ素子を相補的にスイッチングする高速駆動モードとすることで低騒音化を図ることができ、音圧レベルは低くなるが回転精度が要求される低速回転時においては、誘起電圧の極性に応じて正極側と負極側とのスイッチ素子の一方をオフにする低速駆動モードで逆トルクの発生を防止し、回転むらを抑制することができる。
【００１９】
また、本発明のモータ駆動装置は、選択可能な制御ゲインを有し、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を算出し、算出した速度偏差に対して、制御ゲインに基づく演算処理を施し、演算処理により生成した信号を駆動制御信号として波形生成部に供給する速度制御部と、駆動巻線に流れる駆動電流と駆動巻線に発生する誘起電圧との位相関係を設定するための進角量を位相進角信号として波形生成部に供給する進角制御部とを、さらに備え、波形生成部が、速度制御部から通知される駆動制御信号に応じた波高値、および進角制御部から通知される位相進角信号に応じた位相の正弦波状の交流波形である波形信号を生成し、駆動モード選択部における駆動モードの選択とともに、速度制御部における制御ゲインが選択される構成である。
【００２０】
また、本発明のモータ駆動装置は、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を算出し、算出した速度偏差に対して、制御ゲインに基づく演算処理を施し、演算処理により生成した信号を駆動制御信号として波形生成部に供給する速度制御部と、駆動巻線に流れる駆動電流と駆動巻線に発生する誘起電圧との位相関係を設定するための複数の進角量を選択可能なように保持し、選択された進角量を示す信号を位相進角信号として出力する進角制御部とを、さらに備え、波形生成部が、速度制御部から通知される駆動制御信号に応じた波高値、および進角制御部から通知される位相進角信号に応じた位相の正弦波状の交流波形である波形信号を生成し、駆動モード選択部における駆動モードの選択とともに、進角制御部における進角量が選択される構成であってもよい。
【００２１】
また、本発明のモータ駆動装置は、選択可能な制御ゲインを有し、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を算出し、算出した速度偏差に対して、制御ゲインに基づく演算処理を施し、演算処理により生成した信号を駆動制御信号として波形生成部に供給する速度制御部と、駆動巻線に流れる駆動電流と駆動巻線に発生する誘起電圧との位相関係を設定するための複数の進角量を選択可能なように保持し、選択された進角量を示す信号を位相進角信号として出力する進角制御部とを、さらに備え、波形生成部が、速度制御部から通知される駆動制御信号に応じた波高値、および進角制御部から通知される位相進角信号に応じた位相の正弦波状の交流波形である波形信号を生成し、駆動モード選択部における駆動モードの選択とともに、速度制御部における制御ゲイン、および進角制御部における進角量が選択される構成であってもよい。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、モータの可動子の位置を検出する位置検出手段と、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、低速時における回転むらを抑制し、高い信頼性や高効率を確保し、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】
【００２８】
本発明によれば、モータ回転による音圧レベルが高くなる高速回転時においては、高速駆動モードとすることで低騒音化を図れ、回転精度が要求される低速回転時においては、低速駆動モードとすることで回転むらを抑制することができるため、回転速度に応じて最適なモータ駆動を行うこと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】
【００２９】
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。
【００３０】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態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。
【００３１】
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の可動子の位置を検出する位置検出手段１２１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。
【００３２】
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ＶＤＣである直流電力が供給される。
【００３３】
また、例えばモータ装置１１０が搭載される機器に備えられた上位器から、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、および回転速度に応じて最適な制御状態の設定に切替え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、指令情報として、入力端子１７に速度指令信号Ｓｒｅｆが入力され、入力端子１８に切替信号ＨＬ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。また、切替信号ＨＬは、速度指令信号Ｓｒｅｆによるモータ１０の設定速度に応じて、適切に速度制御できるように制御ゲインを切替えるとともに、回転むらを抑制するような駆動モードに切替えるための切替指令情報を示す信号である。本実施の形態では、切替信号ＨＬにより高速および低速の２つの速度に対応させて制御ゲインおよび駆動モードを切替えるような一例を挙げて説明する。
【００３４】
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、例えば、モータ回転数に比例したパルス出力を発生するＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、周波数発生器）機能を利用した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Ｎをモータ駆動装置１００に出力する。また、位置検出手段１２１は、モータ１０の可動子の位置を検出する手段である。位置検出手段１２１は、例えば、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。位置検出手段１２１は、検出した可動子の位置に関する情報である位置検出情報を示す位置検出信号ＣＳをモータ駆動装置１００に出力する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、切替信号ＨＬにより切替えられる駆動モードとして、モータ回転の音圧レベルが高くなる高速回転時においてインバータ２０を駆動する高速駆動モードと、音圧レベルは低くなるが回転精度が要求される低速回転時においてインバータ２０を駆動する低速駆動モードとを設けたことを特徴としている。これによって、高速回転時の低騒音化を図るとともに、低速回転時の回転むらを抑制することが可能な構成としている。
【００３８】
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。
【００３９】
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、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとの速度偏差に対して制御ゲインに基づく演算処理を施し、この演算処理により生成した駆動制御信号ＶＳＰを出力する速度制御部４０と、進角量を示す信号を位相進角信号ＰＳとして出力する進角制御部５０と、モータ１０を交流駆動するための交流波形に対応した波形信号ＷＦを生成する波形生成部３１と、波形信号ＷＦによりパルス幅変調されたパルス信号を生成するパルス幅変調部３２と、駆動巻線に発生する誘起電圧の極性を判別し、判別した極性を極性信号ＰＬとして出力する極性判別部３３と、切替信号ＨＬに応じて、高速駆動モードと低速駆動モードとのいずれかを選択し、選択した駆動モードに対応する駆動信号を出力する駆動モード選択部３４とを備える。
【００４０】
インバータ２０は、モータ１０を駆動するため、直流電源１０５から電源入力端子１１５に供給された直流電圧ＶＤＣを、駆動モード選択部３４からの駆動信号による制御に応じた駆動電圧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。インバータ２０は、このような処理を行うため、電源入力端子１１５に供給された直流電圧ＶＤＣの正極側である正極側電源線路Ｖｐに接続されたスイッチ素子と負極側である負極側電源線路Ｖｎに接続されたスイッチ素子とを一組として複数組のスイッチ素子を有し、それぞれのスイッチ素子のスイッチング動作により、直流電圧ＶＤＣからモータ１０を駆動するための駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷに変換する。
【００４１】
より具体的には、インバータ２０は、図１に示すように、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。このように、インバータ２０は、正極側のスイッチ素子２１と負極側のスイッチ素子２２とを例えば一組とした複数組のスイッチ素子を有する。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スイッチングされる。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スイッチングされる。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、正極側電圧あるいは負極側電圧と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。
【００４２】
速度制御部４０は、外部の上位器から指令情報入力端子１１６を介して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Ｎとの差である速度偏差を演算により算出する。このようにして算出した速度偏差は、モータ１０の指令速度と実速度との偏差に相当する。さらに、速度制御部４０は、切替信号ＨＬにより選択、切替え可能な所定の伝達関数に基づく制御ゲインを有している。速度制御部４０は、算出した速度偏差に対して、制御ゲインに基づく演算処理を施す。この演算処理により生成した信号は、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として出力され、波形生成部３１に供給される。
【００４３】
このように、モータ駆動装置１００は、制御ゲインが切替信号ＨＬに応じて切替えられ、速度制御部４０の内部で設定されるように構成されている。このような制御ゲインを適切に設定することで、モータ１０を安定して速度制御することができる。また、このように、制御ゲインを切替え可能とすることにより、高速と低速運転とのそれぞれに適した制御ゲインを設定することができる。すなわち、切替信号ＨＬは、例えば“Ｈ”レベルとすることでモータ１０を比較的高速度領域で制御する場合に対応し、“Ｌ”レベルとすることで比較的低速度領域で制御する場合に対応させた信号である。モータ駆動装置１００を制御する上位器は、速度指令信号Ｓｒｅｆがいずれの速度領域に相当する速度指令であるかに応じて、切替信号ＨＬのレベルを設定し、このようにして、モータ１０をより安定して速度制御することができる。
【００４４】
進角制御部５０は、波形生成部３１で生成される波形信号ＷＦの位相に対応した進角量を設定するための位相進角信号ＰＳを生成する。すなわち、進角量により、駆動巻線に流れる駆動電流と駆動巻線に発生する誘起電圧との位相関係が設定される。このような進角量を設定可能とすることにより、上述したように、モータ１０の駆動巻線に流れる駆動電流と駆動巻線に発生する誘起電圧との位相関係を適切に設定でき、モータ１０の駆動効率を高めるような制御ができる。
【００４５】
波形生成部３１は、速度制御部４０から通知される駆動制御信号ＶＳＰに応じた波高値、および進角制御部５０から通知される位相進角信号ＰＳに応じた位相の正弦波状の交流波形である波形信号ＷＦを生成する。すなわち、波形生成部３１で生成される波形信号ＷＦは、その位相が、位置検出信号ＣＳから通知される位置検出の時間を基準として、位相進角信号ＰＳにより通知される進角量だけ進んだ位相として設定される。また、その振幅は、駆動制御信号ＶＳＰに応じた波高値が設定される。波形生成部３１で生成されたこのような波形信号ＷＦは、パルス幅変調部３２に通知される。
【００４６】
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、インバータ２０を駆動する駆動信号を生成するためのパルス信号ＵＨ’、ＶＨ’、ＷＨ’、ＵＬ’、ＶＬ’およびＷＬ’を生成する。パルス信号ＵＨ’、ＶＨ’およびＷＨ’は、互いに電気角１２０度の位相差をもち、また、パルス信号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パルス信号ＵＨ’、ＶＨ’、ＷＨ’、ＵＬ’、ＶＬ’およびＷＬ’を駆動モード選択部３４に供給する。
【００４７】
極性判別部３３には、位置検出信号ＣＳが供給され、極性判別部３３は、この信号から誘起電圧の極性を判別し、極性信号ＰＬを出力する。
【００４８】
駆動モード選択部３４は、切替信号ＨＬに応じて、高速駆動モードと低速駆動モードとのいずれかを選択し、選択した駆動モードに対応する駆動信号を、パルス幅変調部３２から通知されるパルス信号を利用して生成する。
【００４９】
駆動モード選択部３４は、切替信号ＨＬが例えば”Ｈ”レベルとなることで高速領域に対応した高速駆動モードとなるとき、パルス幅変調部３２で生成されたパルス信号ＵＨ’、ＶＨ’、ＷＨ’、ＵＬ’、ＶＬ’およびＷＬ’を選択し、このように選択したパルス信号をそれぞれ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬとして出力する。このような構成により、高速駆動モードの場合、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。
【００５０】
また、切替信号ＨＬが例えば”Ｌ”レベルとなることで低速領域に対応した低速駆動モードとなる場合においては、駆動モード選択部３４は、次のような駆動信号を生成する。すなわち、駆動モード選択部３４は、極性信号ＰＬが正極性を示すとき、パルス信号ＵＨ’、ＶＨ’およびＷＨ’を選択し、このように選択したパルス信号をそれぞれ駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨとして出力するとともに、インバータ２０の負極側のスイッチ素子をオフとするような駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを出力する。また、駆動モード選択部３４は、極性信号ＰＬが負極性を示すとき、パルス信号ＵＬ’、ＶＬ’およびＷＬ’を選択し、このように選択したパルス信号をそれぞれ駆動信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬとして出力するとともに、インバータ２０の正極側のスイッチ素子をオフとするような駆動信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨを出力する。駆動モード選択部３４は、このように切替信号ＨＬに応じ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するように各スイッチ素子をスイッチングする。このような構成により、低速駆動モードの場合、インバータ２０は、駆動信号に応じて、誘起電圧が正極性のときには正極側電圧、また誘起電圧が負極性のときには負極側電圧によ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。
【００５１】
また、インバータ２０に供給される各駆動信号は、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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の速度偏差が正の値をもつような信号となり、駆動制御信号ＶＳＰが増加する。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Ｎ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Ｎ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。
【００５４】
また、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、速度指令信号Ｓｒｅｆにより速度切替えの指令が通知されるとともに、この切替える速度が、例えば高速と低速との両速度間の切替えであるような場合、切替信号ＨＬにより、速度制御部４０の制御ゲインとともに、駆動モード選択部３４の駆動モードを、切替える速度に適したように設定することができる。すなわち、切替信号ＨＬにより高速駆動モードが選択されると、インバータ２０の正極側と負極側とのスイッチ素子をパルス幅変調部のパルス信号に基づき相補的にスイッチングするような駆動信号がインバータ２０に供給される。また、切替信号ＨＬにより低速駆動モードが選択されると、極性信号ＰＬが正極性を示すとき、インバータ２０の負極側のスイッチ素子をオフにするとともに、正極側をパルス幅変調部３２のパルス信号に基づきスイッチングし、極性信号ＰＬが負極性を示すとき、インバータ２０の正極側のスイッチ素子をオフとし、負極側をパルス幅変調部３２のパルス信号に基づきスイッチングするような駆動信号がインバータ２０に供給される。このため、低速動作モードにおいては、極性信号ＰＬが示す誘起電圧の極性に応じて、その極性とは逆のスイッチ素子をオフにするよう動作するため、図９で示した期間Ｔｗのような期間は駆動巻線の駆動電流が流れず、逆トルクの発生を防止できる。
【００５５】
このように、駆動モード選択部３４は、高速および低速駆動モードに応じた駆動信号でインバータ２０の各スイッチ素子をスイッチング制御するため、モータ回転の音圧レベルが高くなる高速回転時においては、正極側と負極側とのスイッチ素子を相補的にスイッチングする高速駆動モードにより低騒音化を図ることができ、音圧レベルは低くなるが回転精度が要求される低速回転時においては、誘起電圧の極性に応じて正極側と負極側とのスイッチ素子の一方をオフにする低速駆動モードにより逆トルクの発生を防止し、回転むらを抑制することができる。
【００５６】
次に、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のその動作について説明する。なお、ここでは、モータ１０におけるＵ相の駆動巻線１１に対する動作を中心に説明するが、Ｖ相およびＷ相も同様の処理が行われる。
【００５７】
まず、マイクロコンピュータなどで構成される上位器から指令情報入力端子１１６に、速度指令信号Ｓｒｅｆおよび切替信号ＨＬが通知される。モータ駆動装置１００は速度指令信号Ｓｒｅｆに応じたモータ１０の速度となるように制御するため、速度制御部４０が、速度指令信号Ｓｒｅｆと速度検出信号Ｎとが同じ値となるように、駆動制御信号ＶＳＰを調整する。速度制御部４０は、このような駆動制御信号ＶＳＰを波形生成部３１に通知する。また、進角制御部５０は、モータ１０の駆動効率を高めるため、位相を進めるための位相進角信号ＰＳを波形生成部３１に通知する。波形生成部３１は、速度制御部４０から通知される駆動制御信号ＶＳＰに応じた波高値、および進角制御部５０から通知される位相進角信号ＰＳに応じた位相の正弦波状の交流波形である波形信号ＷＦを生成する。さらに、パルス幅変調部３２は、波形信号ＷＦによりパルス幅変調されたパルス信号ＵＨ’、ＶＨ’、ＷＨ’、ＵＬ’、ＶＬ’およびＷＬ’を生成する。
【００５８】
図２は、本実施の形態のモータ駆動装置１００において、波形信号ＷＦを含め、高速駆動モードにおいてのこれら各波形を示す波形図である。また、切替信号ＨＬにより駆動モード選択部３４が高速駆動モードを選択したとき、Ｕ相に対しては、図２に示すような駆動信号ＵＨおよびＵＬが生成され、駆動電圧Ｕにより駆動巻線１１が駆動される。以下、図２を参照しながら、高速駆動モードにおけるモータ１０の駆動動作について説明する。
【００５９】
図２において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部３１が生成した信号であり、三角波状の信号ＣＹは、パルス幅変調部３２の内部で生成したＰＷＭキャリア信号である。波形信号ＷＦは、パルス幅変調部３２によりキャリア信号ＣＹと比較される。高速駆動モードの場合、その比較結果に応じてインバータ２０のスイッチ素子２１および２２は相補的にオン、オフされる。その結果、図２に示す駆動電圧Ｕがインバータ２０から出力され、駆動巻線１１に印加される。これにより、駆動巻線１１にはＵ相の駆動電流Ｉｕが流れるとともに、誘起電圧Ｕｅｍｆが生じる。駆動電圧Ｕは、瞬時的には直流電源１０５の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電圧であるが、上述したように、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。したがって、駆動巻線１１にはＵ相の波形信号ＷＦと同様の正弦波状の電圧が等価的に印加されることになる。また、相補的にとは、一方のスイッチ素子がオンしている間は他方がオフし、一方のスイッチ素子がオフしている間は他方がオンするように動作することである。
【００６０】
図２には、正極側および負極側のスイッチ素子がこのように相補的にオン、オフされる詳細なタイミングを示している。図２では、スイッチ素子２１をオン、オフする駆動信号ＵＨと、スイッチ素子２２をオン、オフする駆動信号ＵＬとを示している。駆動信号ＵＨおよびＵＬにおいて、Ｈレベルの間がそれぞれのスイッチ素子のオンを意味し、Ｌレベルの間がオフを意味する。また、厳密には、直流電源１０５の短絡を防止するため、図２に示すように、双方のスイッチ素子のオンとオフとが入替わる際に、デッドタイムあるいはオンディレィと呼ばれる時間ｔｄの期間だけ双方のスイッチ素子がともにオフするような一瞬の時間が設けられる。
【００６１】
また、Ｖ相の駆動巻線１３およびＷ相の駆動巻線１５に対しても、Ｕ、ＶおよびＷ相それぞれが互いに電気角１２０度の位相差を保ちながら、Ｕ相の駆動巻線１１と同様にして、インバータ２０から駆動電圧Ｖおよび駆動電圧Ｗによって等価的に正弦波状の電圧が印加される。
【００６２】
以上のようにして、駆動制御信号ＶＳＰに対応した波高値の正弦波電圧が、各相の駆動巻線１１、１３および１５に印加され、これにより、モータ１０は、速度を制御するように各駆動巻線への駆動電力が調整されながら、正弦波駆動される。
【００６３】
また、図８で説明したように、波形信号ＷＦの位相を位相進角信号ＰＳが示す進角量ｐｓにより、駆動巻線の誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの位相差がゼロとなるように調整することにより、モータ１０に対する駆動効率を高めることができる。
【００６４】
次に、図３は、本実施の形態のモータ駆動装置１００において、切替信号ＨＬにより駆動モード選択部３４が低速駆動モードを選択したときの各波形、および駆動モード選択部３４から出力される駆動信号を示す波形図である。なお、以下、Ｕ相について説明するが、Ｖ相およびＷ相も同様である。
【００６５】
図３において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部３１が生成した信号であり、三角波状の信号ＣＹは、パルス幅変調部３２の内部で生成したＰＷＭキャリア信号であり、波形信号ＷＦに対応した駆動電圧Ｕで駆動巻線１１が駆動される。また、上述したように、低速駆動モードのとき、駆動モード選択部３４は、極性信号ＰＬが正極性を示すとき、パルス信号ＵＨ’を選択し、このように選択したパルス信号をそれぞれ駆動信号ＵＨとして出力するとともに、インバータ２０の負極側のスイッチ素子をオフとするような駆動信号ＵＬを出力する。また、駆動モード選択部３４は、極性信号ＰＬが負極性を示すとき、パルス信号ＵＬ’を選択し、このように選択したパルス信号をそれぞれ駆動信号ＵＬとして出力するとともに、インバータ２０の正極側のスイッチ素子をオフとするような駆動信号ＵＨを出力する。
【００６６】
図３では、このようにして駆動モード選択部３４から出力される駆動信号ＵＨおよびＵＬの波形を示している。すなわち、このような相補的ではない波形の駆動信号がスイッチ素子２１および２２に供給され、波形信号ＷＦに対応してスイッチ素子２１がオン、オフ動作する期間、スイッチ素子２２はオフ状態を維持する。また、逆に、波形信号ＷＦに対応してスイッチ素子２２がオン、オフ動作する期間、スイッチ素子２１はオフ状態を維持する。
【００６７】
図４は、本実施の形態のモータ駆動装置１００において、低速駆動モードにおけるこのような動作により、駆動巻線１１に流れる駆動電流Ｉｕの波形図である。図４において、正弦波状の波形信号ＷＦは、波形生成部３１が生成した信号であり、このような波形信号ＷＦに基づきパルス幅変調された駆動信号により、インバータ２０が駆動される。これにより、例えばＵ相の駆動巻線には、図４に示すような駆動電流Ｉｕが流れるとともに、誘起電圧Ｕｅｍｆが生じる。また、図４は、図９に対応させて、位置検出手段１２１の位置検出精度、回転数の変動、機械精度や着磁精度などにより、誘起電圧Ｕｅｍｆの位相と駆動電流Ｉｕの位相とがずれたような場合を示している。すなわち、進角量ｐｓにより誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの位相差がゼロとなるよりも、さらに位相が進んだ進角量ｐｓ’が設定された場合を示している。
【００６８】
低速駆動モードの場合、上述したように、誘起電圧の極性に応じて正極側と負極側とのスイッチ素子の一方をオフにするようなインバータ２０の駆動となるため、図４の期間Ｔｗで示すように、誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの極性が逆極性となるような期間においては、駆動電流Ｉｕはほぼゼロとなる。このため、期間Ｔｗにおいては、駆動巻線の駆動電流が流れず、モータ１０への駆動を停止したような状態となり、図９で説明したような逆トルクは発生しないことになる。
【００６９】
図５は、高速駆動モードと低速駆動モードにおいて、高速回転および低速回転時の騒音を実測した特性を示す図である。なお、図５では各場合の特性比較を示すため、例えば低速回転時における高速駆動モードの騒音特性や高速回転時における低速駆動モードの騒音特性の実測結果も示している。図５に示す各特性図において、横軸は周波数を示し、縦軸はモータ回転の音圧レベルに相当する騒音のレベルを示している。まず、高速回転と低速回転との騒音レベルの比較においては、図５に示すように、高速駆動モードあるいは低速駆動モードにかかわらず高速回転の場合に騒音レベルが高い。また、高速駆動モードと低速駆動モードとの比較においては、図５に示すように、高速回転あるいは低速回転にかかわらず高速駆動モードの場合に騒音レベルが低い。よって、本実施の形態のように、高速回転時には高速駆動モードの構成を選択することが低騒音化に対して有利といえる。すなわち、騒音として認識されやすい高速回転時において、本実施の形態のようにインバータ２０における正極側と負極側とのスイッチ素子それぞれを相補的に駆動する高速駆動モードとすることで、低騒音化に対する効果を発揮できる。
【００７０】
また、図６は、高速駆動モードと低速駆動モードにおいて、高速回転および低速回転時のワウの実測値を示す図である。なお、図６でも各場合の特性比較を示すため、例えば低速回転時における高速駆動モードのワウ特性や高速回転時における低速駆動モードのワウ特性の測定結果も示している。まず、高速回転と低速回転とのワウ特性の比較においては、図６に示すように、高速駆動モードあるいは低速駆動モードにかかわらず低速回転の場合にワウ特性が悪化する。また、高速駆動モードと低速駆動モードとの比較においては、図６に示すように、高速回転あるいは低速回転にかかわらず低速駆動モードの場合にワウ特性がよい。よって、本実施の形態のように、低速回転時には低速駆動モードの構成を選択することがワウに対して有利といえる。すなわち、ワウ特性が悪化しやすい低速回転時において、本実施の形態のように極性判別部３３が判定した極性に応じて正極側と負極側との一方のスイッチ素子をオフとするような低速駆動モードとすることで、ワウに対する効果を発揮でき回転むらを抑制できる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、駆動モード選択部３４において、インバータ２０における正極側と負極側とのスイッチ素子をパルス幅変調部３２のパルス信号に基づき相補的にスイッチングするような駆動信号を生成する高速駆動モードと、極性判別部３３が判定した極性が正のとき、インバータ２０における負極側のスイッチ素子をオフにするとともに、正極側をパルス幅変調部３２のパルス信号に基づきスイッチングし、極性が負のとき、インバータ２０における正極側のスイッチ素子をオフとし、負極側をパルス幅変調部３２のパルス信号に基づきスイッチングするような駆動信号を生成する低速駆動モードとが選択可能であり、駆動モード選択部３４で選択された駆動モードにおける駆動信号により、インバータ２０の各スイッチ素子をスイッチング制御する構成である。このため、モータ回転の音圧レベルが高くなる高速回転時においては、正極側と負極側とのスイッチ素子を相補的にスイッチングする高速駆動モードとすることで低騒音化を図ることができ、音圧レベルは低くなるが回転精度が要求される低速回転時においては、誘起電圧の極性に応じて正極側と負極側とのスイッチ素子の一方をオフにする低速駆動モードで逆トルクの発生を防止し、回転むらを抑制することができる。また、速度制御部４０において、回転速度に応じた制御ゲインが選択可能とし、切替信号ＨＬにより、高速と低速との回転速度に応じて、制御ゲインおよび駆動モードを切替えできるような構成とすることにより、回転速度に応じた速度制御の最適化を図ることができる。したがって、本発明のモータ駆動装置１００によれば、回転速度に応じて最適なモータ駆動を行うことが可能なモータ駆動装置を提供することができる。
【００７２】
また、上述したような正弦波駆動のモータ駆動装置１００をモータ装置１１０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構築することができる。また、モータ駆動装置１００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１００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。
【００７３】
なお、以上の説明では、切替信号ＨＬにより、回転速度に応じて速度制御部４０における制御ゲインと駆動モード選択部３４における駆動モードとを選択できるような構成例を挙げて説明したが、例えば、さらに、進角制御部５０において、回転速度に応じて最適となる複数の進角量を選択可能なように保持し、切替信号ＨＬにより選択された進角量を示す信号を位相進角信号ＰＳとするような構成としてもよい。これにより、回転速度に応じて駆動効率の最適化も図ることができる。また、切替信号ＨＬにより、駆動モード選択部３４における駆動モードと最適な進角量を選択するような構成であってもよい。
【００７４】
また、上述した特許文献２で述べられているように、本実施の形態の低速駆動モードのような構成の場合、回生現象を抑制する効果がある。また、このような回生現象はモータの回転速度を減速したときなどに生じることが知られている。すなわち、低速駆動モードの場合、極性判別部３３が判別した誘起電圧の極性により、スイッチ素子に対してオンオフ動作させる側とオフ状態にする側とが決定される。これにより、駆動巻線の誘起電圧による電流が電源側に向かって流れるような動作を阻止でき、回生現象を抑制できる。このため、本発明によれば、高速駆動モードから低速モードへと切替えたとき、すなわち減速するときに生じる回生現象が抑制できるという効果もあり、モータ駆動装置、モータ装置やこれを搭載する機器の安全性と高い信頼性とを確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
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構築することができる。このため、正弦波駆動による低振動低騒音とともに回転精度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】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態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波形信号ＷＦを含む高速駆動モードの各波形を示す波形図
【図３】同モータ駆動装置の波形信号ＷＦを含む低速駆動モードの各波形を示す波形図
【図４】同モータ駆動装置の低速駆動モードにおける駆動巻線に流れる駆動電流Ｉｕの波形図
【図５】高速駆動モードと低速駆動モードにおいて、高速回転および低速回転時の騒音を実測した特性を示す図
【図６】高速駆動モードと低速駆動モードにおいて、高速回転および低速回転時のワウの実測値を示す図
【図７】正弦波駆動方式を利用した従来のモータ駆動装置の一構成例を示すブロック図
【図８】従来のモータ駆動装置の動作を説明するために示した波形図
【図９】従来のモータ駆動装置の進角制御による位相が適切に設定されないときの様子を示した波形図
【符号の説明】
【００７７】
１０，９１０    モータ
１１，１３，１５    駆動巻線
１７，１８    入力端子
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
３１，９３１    波形生成部
３２，９３２    パルス幅変調部
３３    極性判別部
３４    駆動モード選択部
４０，９４０    速度制御部
５０，９５０    進角制御部
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
１２０，９１１    速度検出手段
１２１，９１２    位置検出手段
９３０    インバータ駆動部
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図５】
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