モータ駆動騒音低減装置およびモータ駆動騒音低減信号の作成方法
【課題】モータの各相巻線に方形波電流を流すと、電流に急激な変化に起因してトルクの変動が大きいので、モータの各相巻線に相切り替え時においても連続して変化する電流を流すが、各相同士が短絡して、本来電流を流さなくてはならないのに、電流が流れないという課題があった。
【解決手段】転流制御信号に基づいて前記電流増加用信号または電流減少用信号を選択出力する選択回路と、この選択回路で選択された電流増加用信号または電流減少用信号を前記スイッチング素子対の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号と合成する信号合成回路を備えたものである。
【解決手段】転流制御信号に基づいて前記電流増加用信号または電流減少用信号を選択出力する選択回路と、この選択回路で選択された電流増加用信号または電流減少用信号を前記スイッチング素子対の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号と合成する信号合成回路を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作により、各相巻線に順次に電流を通電するモータに関するもので、特に各相巻線に対する通電切り替えに起因する駆動騒音の低減を図ったモータ駆動騒音低減装置およびモータ駆動騒音低減信号の作成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２２は３相ブラシレスモータ１０１の駆動回路の１例を示すもので、スイッチング素子としてのトランジスタＱ１，Ｑ２・Ｑ３，Ｑ４・Ｑ５，Ｑ６をそれぞれ電源と接地間に直列に接続し、トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５の一端を電源供給端子に接続し、トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６の一端を電流センス抵抗１０２を介して接地し、トランジスタＱ１，Ｑ２・Ｑ３，Ｑ４・Ｑ５，Ｑ６の各接続点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に星型結線されたモータ１０１の各相巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗの一端を接続している。
【０００３】
図２３は上記各トランジスタに供給印加する駆動信号発生回路を示すもので、１０４は不図示のパルス信号発生回路から出力された１２０゜通電制御信号ＬＥＵ，ＬＥＶ，ＬＥＷ（以下、ＬＥと称する）と１８０゜通電方向決定信号ＩＮＵ，ＩＮＶ，ＩＮＷ（以下、ＩＮと称する）を入力する入力端子、１０５はＰＷＭ波形信号を発生するＰＷＭ波形信号発生器、１０６は上記ＩＮ信号と上記ＰＷＭ波形信号とを合成するＰＷＭ合成器、１０７は上記ＬＥ信号とＰＷＭ合成器１０６から出力されたＩＮ信号を出力する出力端子であり、図２４に示すＬＥ信号およびＰＷＭ波形パターンのＩＮ信号が出力される。この６種類の信号（通電制御信号ＬＥＵ，ＬＥＶ，ＬＥＷおよび通電方向決定信号ＩＮＵ，ＩＮＶ，ＩＮＷ）は、図３１に示す意味を有する。
【０００４】
図２５は上記ＰＷＭ波形パターンのＩＮ信号をモータ駆動回路１０１の接地側トランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６（ローサイド）に印加するとともに、ＰＷＭ波形パターンのＬＥ信号を電源側トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５（ハイサイド）に印加して、モータ１０１の各相巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗに（ａ）〜（ｆ）に示すように６０゜ごとに順次電流を流して駆動する。なお、図２４、図２６において、ｃｏｍ１からｃｏｍ６は１２０゜通電時のタイミングで巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗに流す電流の状態を表し、そのタイミングを図２５に示す。この場合、各相巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗには方形波電流が流れるため、急激なトルク変動が発生し、モータを振動させて騒音を発生することになる。この騒音は筐体の固有振動の整数倍で振動を起こし、可聴帯に発生する。
【０００５】
このようにＰＷＭ駆動は、モータ１０１に印加する電圧をほぼ電源電圧と０Ｖの２通りで切り換え、そのデューティによりモータに流れる電流量を平均的にコントロールするもので、したがって、このＰＷＭ駆動の電流波形は方形電流波形となり、上記の騒音発生の原因となっている。
【０００６】
そこで、図２７に示すように、騒音低減波形信号発生器１０８からデューティ波形パターンの電流増加用信号および電流減少用信号を出力し、この電流増加用信号および電流減少用信号を、転流制御信号としてのＣＯＭＯＵＴ信号に基づいてＩＮＣ／ＤＥＣセレクタ１０９で選択し、図２８に示すＰＷＭ波形パターンのＬＥ信号に信号合成器１１０で合成し、図２９に示す信号をモータ駆動回路１０１のトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５に印加し、各相巻線には図３０に示すような電流を流すことにより、転流制御時における電流変化は連続的な変化となり、急激なトルク変化は生じない。このため、モータに振動として現れる騒音は低減される。
【０００７】
ところが、図２９に示すＩＮ信号をトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑａ６、ＬＥ信号をトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５に単純に加えて、モータ巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗに通電すると、同図に示すＡ〜Ｆの箇所はＰＷＭのタイミングによって各相同士が短絡状態になることがある。
【０００８】
図３１は各相同土が短絡している状態を説明する図であり、ショートブレーキは図３１のトランジスＱ１，Ｑ３，Ｑ５が同時にＯＮ状態になるときである。タイミングはＵ相が電源側トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５をＯＮして、Ｗ相が電流をコントロールするため回生（トランジスタＱ６がＯＦＦ，トランジスタＱ５がＯＮ）しているとき、１２０゜通電タイミングより早くＶ相に電流を流すので、トランジスタＱ３がＯＮする。このとき電源側トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５が同時にＯＮをする。本来Ｖ相に電流を流さなくてはならないのに、接地側のトランジスタＱ２、Ｑ４、０６がすべてＯＦＦしているため、電流が流れない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように従来のモータ駆動装置は、モータの各相巻線に方形波電流を流すため、電流の急激な変化に起因してトルクの変動が大きい。そこで、モータ１０１の各相巻線に相切り替え時においても連続して変化する電流を流すようにしたモータ駆動騒音低減装置は、電流の急激変化に起因した振動発生を低減することはできるが、各相同士が短絡して、本来電流を流さなくてはならないのに、電流を流すことができない。つまり駆動できないという課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、振動発生を低減するとともに各相同土が短絡することのないモータ駆動騒音低減装置および大容量コンデンサ等を必要としないデジタル回路によって実行することのでき、コスト面、製品歩留まりにおいて優れたモータ駆動騒音低減信号の作成方法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】
【００１１】
この発明に係るモータ駆動騒音低減装置は、電源と接地間に２以上のスイッチング素子を直列に接続した複数のスイッチング素子回路と、その各スイッチング素子回路のスイッチング素子直列接続点に各相巻線の一端を接続したモータと、電流増加用信号と電流減少用信号を発生する騒音低減回路と、規定の電気角ごとに極性を変える転流制御信号に基づいて電流増加用信号または電流減少用信号を選択出力する選択回路と、この選択回路で選択された電流増加用信号または電流減少用信号をスイッチング素子対の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号と合成する信号合成回路と、電流制御値に基づいてＰＷＭ波形信号を出力するＰＷＭ波形信号発生器と、このＰＷＭ波形信号をスイッチング素子対の接地側スイッチング素子に供給する通電方向決定信号と合成するＰＷＭ合成器とを備えたものである。
【００１２】
この発明に係るモータ駆動騒音低減装置における騒音低減回路は、電流制御値を格納している電流制御値出力回路と、電気角３０゜の電流変化幅を格納しているバイアス時間カウンタと、電流制御値と電流変化幅から電流増幅率を求める演算回路と、電気角３０゜毎に極性を反転させる転流制御信号とクロック信号および電流増幅率に基づいてデューティ管理値を発生する騒音低減デューティ増減タイミング信号発生器と、転流制御信号とクロック信号とデューティの増減信号および電流制御値に基づいて、電気角３０゜の間で電流変化幅だけ連続的に電流を増加させる電流増加用信号と電気角３０゜の間で電流変化幅だけ連続的に電流を減少させる電流減少用信号を発生する騒音低減波形信号発生器とを備えたものである。
【００１３】
この発明に係るモータ駆動騒音低減装置は、モータの各相巻線の端子電圧と該各相巻線同士を接続した中点電圧とを比較して該モータの回転位置を検出する位置検出手段と、その位置検出手段からの検出信号に基づいて通電中のモータ巻線の通電幅を広める信号を出力するセンサレス駆動演算手段とを備えたものである。
【００１４】
この発明に係るモータ駆動騒音低減信号の作成方法は、モータの回転速度に応じて決定される電流変化幅を電流制御値で除算して電流増加率を求め、基準クロックのカウント数が電流増加率に達するごとにデューティ管理値に１を加算し、基準クロックのカウント数がデューティ管理値に達するまでの間は基準クロックのカウント数が電流増加率の最大値に達したかを判断し、最大値に達した場合には、カウント値および電流減少率を０として電流減少用信号を作成し、基準クロックのカウント数がデューティ管理値に（電流制御値の上限値−電流制御値）を加算した値に達するまでの間は基準クロックのカウント数が電流増加率の最大値に達したかを判断し、最大値に達した場合には、カウント値および電流増加率を０として電流増加用信号を作成し、電源と接地間に直列に接続されたスイッチング素子の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号に電流増加用信号と電流減少用信号を加算するものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、この発明によれば、係るモータ駆動騒音低減装置は、電源と接地間に直列に接続され、その直列接続点にモータの各相の巻線の一端を接続した複数のスイッチング素子対と、電流増加用信号と電流減少用信号を発生騒音低減回路と、規定の電気角ごとに極性を変える転流制御信号に基づいて電流増加用信号または電流減少用信号を選択出力する選択回路と、この選択回路で選択された電流増加用信号または電流減少用信号をスイッチング素子対の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号と合成する信号合成回路と、電流制御値に基づいてＰＷＭ波形信号を出力するＰＷＭ波形信号発生器と、このＰＷＭ波形信号をスイッチング素子対の接地側スイッチング素子に供給する通電方向決定信号と合成するＰＷＭ合成器とを備えるように構成したので、電流は相切り替え時においても連続的に変化するため、トルク変動が少なく、振動発生を低減することができるとともに、各相同土が短絡することもない等の効果がある。
【００１６】
この発明によれば、騒音低減回路は、電流制御値を格納している電流制御値出力回路と、電気角３０゜の電流変化幅を格納しているバイアス時間カウンタと、電流制御値と電流変化幅から電流増幅率を求める演算回路と、電気角３０゜毎に極性を反転させる転流制御信号とクロック信号および電流増幅率に基づいてデューティ管理値を発生する騒音低減デューティ増減タイミング信号発生器と、転流制御信号とクロック信号とデューティの増減信号および電流制御値に基づいて、電気角３０゜の間で電流変化幅だけ連続的に電流を増加させる電流増加用信号と電気角３０゜の間で電流変化幅だけ連続的に電流を減少させる電流減少用信号を発生する騒音低減波形信号発生器とを備えるように構成したので、全てデジタル回路による簡単な構成によって、精度のよい電流増加用信号および電流減少用信号を得ることができるという効果がある。
【００１７】
この発明によれば、モータの各相巻線の端子電圧と該各相巻線同士を接続した中点電圧とを比較して該モータの回転位置を検出する位置検出手段と、その位置検出手段からの検出信号に基づいて通電中のモータ巻線の通電幅を広める信号を出力するセンサレス駆動演算手段とを備えるように構成したので、ホールセンサレス・ブラシレスモータ１であっても、転流制御信号の立ち下がり近傍、つまりロータ位置検出近傍において大きな電流を流すことにより、モータを低速回転させることができるという効果がある。
【００１８】
この発明によれば、モータの回転速度に応じて決定される電流変化幅を電流制御値で除算して電流増加率を求め、基準クロックのカウント数が電流増加率に達するごとにデューティ管理値に１を加算し、基準クロックのカウント数がデューティ管理値に達するまでの間は基準クロックのカウント数が電流増加率の最大値に達したかを判断し、最大値に達した場合には、カウント値および電流減少率を０として電流減少用信号を作成し、基準クロックのカウント数がデューティ管理値に（電流制御値の上限値−電流制御値）を加算した値に達するまでの間は基準クロックのカウント数が電流増加率の最大値に達したかを判断し、最大値に達した場合には、カウント値および電流増加率を０として電流増加用信号を作成し、電源と接地間に直列に接続されたスイッチング素子の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号に電流増加用信号と電流減少用信号を加算するように構成したので、モータのステータ数に依存することなく、モータの回転数、電流制御値に合わせて騒音低減波形信号を、四則演算器、比較器のみで構成されているデジタル回路によって、大容量コンデンサなどを必要としない安価な構成でモータ駆動騒音低減信号を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の駆動騒音低減装置を備えたセンサレモータドライバのシステム全体の構成を示すブロック図である。
【図２】騒音低減回路およびその周辺の構成を示すブロック図である。
【図３】騒音低減制御波形合成前の波形図である。
【図４】騒音低減制御波形合成後の波形図である。
【図５】騒音低減波形信号発生器と周辺波形の関係図である。
【図６】騒音低減波形信号発生器の構成を示すブロック図である。
【図７】騒音低減波形を作成するためのアルゴニズムを説明するフローチャートである。
【図８】図７のアルゴニズムにより求めた値を元にデューティ管理値ｆの値を求めるアルゴニズムを説明するフローチャートである。
【図９】電流増加波形作成のアルゴニズムを説明するフローチャートである。
【図１０】電流減少波形作成のアルゴニズムを説明するフローチャートである。
【図１１】ＰＷＭデューティ５０％のＩＮ信号制御波形に対する電流波形とＰＷＭデューティ５０％から０％に変化させるＬＥ信号制御波形に対する電流波形との関係図である。
【図１２】ＰＷＭデューティ０％から５０％に変化するＬＥ信号制御波形に対する電流波形とＰＷＭデューティ５０％のＩＮ信号制御波形に対する電流波形との関係図である。
【図１３】ＰＷＭデューティ８０％のＩＮ信号制御波形に対する電流波形とＰＷＭデューティ８０％から０％に変化させるＬＥ信号制御波形に対する電流波形との関係図である。
【図１４】ＰＷＭデューティ０％から８０％に変化するＬＥ信号制御波形に対する電流波形とＰＷＭデューティ８０％のＩＮ信号制御波形に対する電流波形との関係図である。
【図１５】モータに供給する騒音低減制御信号の波形図である。
【図１６】モータ巻線に流れる騒音低減電流波形の波形図である。
【図１７】ホールセンサ付きモータの概要図である。
【図１８】ホールセンサレスモータの概要図である。
【図１９】低回転制御対策前の信号波形図である。
【図２０】低回転制御対策後の信号波形図である。
【図２１】低回転制御対策後の信号波形の一部の拡大図である。
【図２２】３相ブラシレスモータの駆動回路図である。
【図２３】３相ブラシレスモータの駆動信号発生回路のブロック図である。
【図２４】３相ブラシレスモータに供給する１２０゜通電制御信号の波形図である。
【図２５】３相ブラシレスモータの各相の巻線に電気角６０゜ごとに通電が切り替わる状態を示す説明図である。
【図２６】３相ブラシレスモータに流れる１２０゜通電電流の波形図である。
【図２７】３相ブラシレスモータの駆動騒音低減信号発生回路のブロック図である。
【図２８】従来の騒音低減信号をＬＥ信号に合成する前のＰＷＭ波形パターン図である。
【図２９】従来の駆動騒音低減回路からの騒音低減信号をＬＥ信号に加えた波形図である。
【図３０】３相ブラシレスモータに流れる電流波形図である。
【図３１】３相ブラシレスモータに生じるブレーキ現象の説明図である。
【図３２】ＬＥ信号，ＩＮ信号に対する各相のスイッチング素子の動作状態を示す関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のモータ駆動騒音低減装置を示す全体の構成図であり、１はホールセンサを用いることなくロータ位置検出を行うホールセンサレスモータ（以下、モータと称する）、２はモータ１の中点配線に対して各相の電位が高いか低いかでロータ位置検出を行う位置検出コンパレータ、３は位置検出マスク回路、４はセンサレス駆動演算回路、５は騒音低減回路、６はセンサレス駆動演算回路４の出力と騒音低減回路５の出力を合成する信号合成回路、７は信号合成回路６の出力を入力とし、トランジスタＱ１，Ｑ２・Ｑ３，Ｑ４・Ｑ５，Ｑ６に駆動信号を出力する出力トランジスタ制御回路である。なお、上記位置検出マスク回路３およびセンサレス駆動演算回路４は、位置検出コンパレータ２から出力された位置検出信号を受けて、モータ1を駆動するための基本波形信号としての通電制御信号ＬＥＵ，ＬＥＶ，ＬＥＷ（以下、ＬＥと称する）と通電方向決定信号ＩＮＵ，ＩＮＶ，ＩＮＷ（以下、ＩＮと称する）発生させる。
【００２１】
図２は上記騒音低減回路５と信号合成回路６の部分の詳細を示すもので、１１は電流制御値ＭＣを格納している電流制御値出力回路、１２は電流制御値出力回路１１から出力された電流制御値ＭＣに基づいてメイン電流を決めるＰＷＭ波形信号を出力するＰＷＭ波形信号発生器、１３は電気角３０゜の時間を基本周期でカウントした値を格納しているバイアス時間カウンタ、１４は電流制御値出力回路１１から出力された電流制御値ＭＣとバイアス時間カウンタ１３の出力値、つまり電流変化幅ａの割り算を演算する割り算器、１５は割り算器１４の出力である電流増幅率ｃと転流制御信号としてのＣＯＭＯＵＴ信号およびクロック信号を入力し、騒音低減波形デューティの増減を行うタイミング信号を発生される騒音低減波形デューティ増減タイミング信号発生器（以下、タイミング信号発生器と称する）、１６は電流制御値出力回路１１の出力である電流制御値ＭＣとタイミング信号とＣＯＭＯＵＴ信号およびクロック信号を入力し、一定周期でパルス幅のかわる電流増加用信号ＩＮＣ（以下、ＩＮＣ信号と称する）と電流減少用信号ＤＥＣ（以下、ＤＥＣ信号と称する）を生成出力する騒音低減波形信号発生器である。この場合、電流減少用信号ＤＥＣには電流制御量の情報を与える必要があるが、電流増加用信号ＩＮＣは０％より増加させるため、電流制御量の情報を与える必要がない。
【００２２】
１７はＣＯＭＯＵＴ信号に基づいてＩＮＣ信号と、ＤＥＣ信号を選択出力するセレクタ、１８は前記センサレス駆動演算回路４で作成された図３に示す騒音低減制御波形合成前の波形信号を入力する入力端子、１９はＬＥ信号とセレクタ１７で選択されてＩＮＣ信号またはＤＥＣ信号を合成する信号合成回路，２０はＩＮ信号とＰＷＭ波形信号発生器１２からのＰＷＭ波形を合成するＰＷＭ合成器、２１は図４に示す騒音低減制御波形合成後の波形信号を出力する出力端子である。
【００２３】
図５は騒音低減波形信号発生器１６とその周辺の信号波形の関係図であり、２２はＣＯＭＯＵＴ信号、２３はクロック信号、２４は電気角３０゜内に１２個のデューティ管理値ｆとして出力されるタイミング信号、２５は電流制御値、２６はＩＮＣ信号、２７はＤＥＣ信号である。
【００２４】
図６は騒音低減波形信号発生器１６を示す構成図であり、２８はカウント値Ｂを格納し、電気角３０゜の間に等間隔に入力されるパルスを教えるカウンタ、２９は０〜電流制御値の上限値ｒまでのカウントを操り返すカウンタであり、途中のカウント値、つまり電流制御値ＭＣをＡとして格納し、電流制御値の上限値ｒまでカウントするたびに“Ｌ”出力を行うカウンタであり、実際回路ではカウンタ２８，２９は１つのカウンタで実現する。３０はカウント値を比較する比較器であり、カウンタ２９のカウント値Ａ＝ｒ−ＭＣ＋Ｂでパルスを出力するパルス出力部３１と、カウントＡ＝カウント値Ｂでパルスを出力するパルス出力部３２に別れる。３３はパルス出力部３１から出力されたパルスの立ち上がりエッジを受け、Ｑの論理を“Ｌ”〜“Ｈ”に変更させ、カウンタ２９のリセット信号によりＱの値を“Ｈ”〜“Ｌ”に戻すコンバータ、３４も論理は異なるが動作の考え方は同じであるコンバータであり、このコンバータ３３，３４からＤＥＣ信号３５とＩＮＣ信号３６が出力される。
【００２５】
次に動作について説明する。図７はこの発明のモータ駆動騒音の低減波形作成方法を説明する基本動作を示すフローチャートであり、スタートすると、カウント値ｋを０とし（ステップＳＴ１）、クロック信号を受信するたびにｋに1を加算し（ステップＳＴ２），電気角３０゜ごとに極性を変えるＣＯＭＯＵＴ信号波形にエッジがあったかを判断し（ステップＳＴ３）、ＮＯであれば、上記のカウント動作を繰り返し、ＹＥＳのときはカウント値ｋを電流変化幅値ａ（モータの回転数によって変化する値）とし（ステップＳＴ４）、カウント値ｅ、デューティ管理値ｆ、カウント値ｋを初期化（ステップＳＴ５）する。そして、カウンタ１３から出力された電流変化幅値ａと電流制御値出力回路１１から出力された電流制御値ＭＣ（上限値ｒの中から予め定める）の割り算を割り算器１４で行い、その割り算結果値、つまり電流増幅率値ｃをタイミング信号発生器１５に出力する。たとえば、電流変化幅値ａ＝１６００パルス、電流制御値ＭＣが８０％＝１２ｆとすると、電流増幅率値ｃ＝１３３パルスとなる。
【００２６】
タイミング信号発生器１５は、図８に示すように、クロック信号を受信するたびにカウント値ｅに１を加算し（ステップＳＴ１１）、カウント値ｅが上記電流増幅率値ｃになったかを判断し（ステップＳＴ１２）、ＮＯであれば、上記のカウント動作を繰り返し、ＹＥＳのときはデューティ管理値ｆに１を加算し（ステップＳＴ１３）、カウント値ｅを０に初期化する（ステップＳＴ１４）。
【００２７】
騒音低減波形信号発生器１６は図９に示すように、クロック信号を受信するたびにカウント値ｓに１を加算し（ステップＳＴ２１）、カウント値ｓ＝デューティ管理値ｆになったかを判断し（ステップＳＴ２２）、ＹＥＳならば、ＩＮＣ信号２６を１としてステップＳＴ２１に戻る（ステップＳＴ２５）。一方、ＮＯであれば、カウント値ｓ≧電流制御値の上限値ｒであるかを判断し（ステップＳＴ２３）、ＮＯであれば、ステップＳＴ２１に戻り、ＹＥＳであれば、カウント値ｓおよびＩＮＣ信号２６を０に初期化する（ステップＳＴ２４）。つまり、電流０から予め定められた電流制御値ＭＣになるまでのアルゴニズムを実行する。
【００２８】
また、騒音低減波形信号発生器１６は図１０に示すように、クロック信号を受信するたびにカウント値ｔに１を加算し（ステップＳＴ３１）、カウント値ｔ＝デューティ管理値ｆ＋（電流制御値の上限値ｒ−電流制御値ＭＣ）になったかを判断し（ステップＳＴ３２）、ＹＥＳならば、ＤＥＣ信号２７を０としてステップＳＴ３１に戻る（ステップＳＴ３５）。一方、ＮＯであれば、カウント値ｔ≧電流制御値の上限値ｒであるかを判断し（ステップＳＴ３３）、ＮＯであれば、ステップＳＴ３１に戻り、ＹＥＳであれば、カウント値ｓを０に初期化するとともにＤＥＣ信号２７を１とし（ステップＳＴ３４）、ステップＳＴ３１に戻る。つまり、予め定められた電流制御値ＭＣから電流０になるまでのアルゴニズムを実行する。
【００２９】
図１１、図１２、図１３、図１４は上記のＬＥ信号とＩＮ信号のＰＷＭの関係についての説明図であり、図１１、図１２はＩＮ信号のＰＷＭ周期は、電気角３０゜の間は一定であるが、図１１はＬＥ信号のＰＷＭデューティを８０％から０％に変化させて電流を連続的に８０％から０％に減少させた場合、図１２はＬＥ信号のＰＷＭデューティを０％から８０％に変化させて電流を連続的に０％から８０％に増加させた場合である。これにより、ＬＥ信号はＰＷＭ周期が電気角３０゜の間で線形的に増減する。上記例のように、電流変化幅値ａ＝１６００パルス、電流制御値ＭＣが８０％＝１２ｆとし、電流増幅率値ｃ＝１３３パルスを得た場合、この電流増幅率値ｃのパルス数をカウントする度にデューティ管理値ｆに１を加算することにより、このデューティ管理値ｆまでのカウント数が変化し、図１１（ｂ）、図１２（ａ）に示すように、ＬＥ信号制御波形はデューティ比が変化し、同図（ａ）’、（ｂ）’に示すように連続的に変化する電流波形が得られる。
【００３０】
そして本アルゴニズムでもＩＮＣ信号２６とＤＥＣ信号２７によって流れるモータ電流値は、線形的な変化をする。本アルゴリズムは線形的な動作を示しているが非線形な動作についても同様のアルゴリズムにて実現可能である。図１３、図１４はＬＥ信号のＰＷＭデューティを８０％から０％、０％から８０％に変化させた場合で、上記図１１、図１２と同様である。
【００３１】
ＩＮＣ／ＤＥＣセレクタ１７は入力されたＣＯＭＯＵＴ信号が“Ｈ”のときはＤＥＣ信号２７、“Ｌ”のときはＩＮＣ信号２６を選択する。ＩＮＣ／ＤＥＣセレクタ１７で選択されたＤＥＣ信号２７とＩＮＣ信号２６は信号合成回路１９で入力端子１８に入力されたＬＥ信号と合成され出力端子２１から前記図４に示すＬＥ信号として出力される。
【００３２】
一方、ＰＷＭ波形信号発生器１２は電流制御値出力回路１１から出力された電流制御値ＭＣに基づいてＰＷＭ波形信号を発生し、このＰＷＭ波形信号はＰＷＭ合成器２０で入力端子１８に入力されたＩＮ信号と合成され出力端子２１から図４に示すＩＮ信号として出力される。
【００３３】
そして、上記図４に示す騒音低減制御波形合成後のＬＥ信号およびＩＮ信号を出力トランジスタ制御回路７に入力し、この出力トランジスタ制御回路７から出力された図１５に示す１２０゜通電制御信号のＩＮ信号およびＬＥ信号によってトランジスタＱ１，Ｑ２・Ｑ３，Ｑ４・Ｑ５，Ｑ６を順次に導通させてモータ１を駆動させる。この場合、モータ巻線１Ｕ，１Ｖ，１Ｗには、図１６に示すような電流が流れるため、電流の急激な変化がなく、トルク変動も低減される。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１によれば、モータのステータ数に依存することなく、モータの回転数、電流制御値に合わせて騒音低減波形信号をモータの各相巻線に流すことにより、電流は相切り替え時においても連続的に変化するため、トルク変動が少なく、振動発生を低減することができるとともに、各相同土が短絡することのない。また、上記騒音低減波形信号を、大容量コンデンサなどを必要としない、四則演算器、比較器のみで構成されているデジタル回路によって作成することができ、コスト面、製品歩留まりにおいて優れたものである。
【００３５】
実施の形態２．
図１はモータとしてホールセンサレス・ブラシレスモータ１を例示しているが、このモータを回転させる原理を説明する。ホールセンサレスでの位置検出の特徴を、ホールセンサ付きモータと比較して図１７、図１８で説明する。図１７はホールセンサ付のモータであり、ロータの位置はホールセンサ３７により検出する。これに対して、図１８はホールセンサレスのモータであり、このモータおけるロータの位置検出は中点配線に対して各相の電位が高いか、低いかによって検出する。この検出は図１に示す位置検出コンパレータ２で行っている。
【００３６】
この位置検出コンパレータ２により、ロータの位置検出をする場合、必ず各相の内２つの相を電源に対して天絡、地絡していなければならない。なぜなら中点電位がコンパレータの判定できる電位以外の電位になるからである。中点電位と各相電位を位置検出コンパレータ２で比較することで電気角６０゜ごとの位置が検出できる。
【００３７】
そして、この実施の形態２における問題点は、位置情報を得るために位置情報の読み取り対象以外となっている２つの相が、電源に対してある一定時間天絡と地絡を行わなければならないと言う点にある。モータを低速回転で回転させるためには該モータに大電流を流してはいけない。しかし位置情報を検出するためにモータに電圧をバイアスしなければならない。
【００３８】
従来の制御波形として高速回転時の波形を図１５のＥ、従来方式の延長で低速回転させた場合のＬＥ信号およびＩＮ信号の波形を図１９に示す。従来方式で低速回転させた場合は図１９に示すようにＩＮ信号のパルス幅が狭くなっている。パルス幅がある限界点より小さくなると、バイアス時間が短くなるので、位置を検出するための上記の条件１を満たさなくなる。
【００３９】
実施の形態２はこれを解決したもので、モータの各相巻線の端子電圧と該各相巻線同士を接続した中点電圧とを比較して該モータの回転位置を検出する位置検出コンパレータ（位置検出手段）２からの検出信号に基づいて、センサレス駆動演算回路４から通電中のモータ巻線の通電幅を広める信号を出力する。このときのＬＥ信号およびＩＮ信号の波形を図２０に、その部分的拡大図を図２１に示す。図から明らかなように、一ヶ所だけ通電幅が大きくなっているところがある。Ｂの部分よりＡの部分のパルス幅が大きくなっている所が特徴である。この制御波形でモータを駆動させることで、モータを低速回転駆動させても位置検出を行うことが可能になる。説明を補足すると、位置を検出する近傍部分だけモータに電圧をバイアスする時間を確保する。
【００４０】
以上のように、実施の形態２によれば、ホールセンサレス・ブラシレスモータ１であっても、ロータ位置検出近傍において大きな電流を流すことにより、モータを低速回転させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１ ホールセンサレスモータ、２ 位置検出コンパレータ、３ 位置検出マスク回路、４ センサレス駆動演算回路、５ 騒音低減回路、６ 信号合成回路、７ 出力トランジスタ制御回路、１１ 電流制御値出力回路、１２ ＰＷＭ波形信号発生器、１３ バイアス時間カウンタ、１４ 割り算器、１５ 騒音低減波形デューティ増減タイミング信号発生器、１６ 騒音低減波形信号発生器、１７ ＩＮＣ／ＤＥＣセレクタ、１８ 入力端子、１９ 信号合成回路、２０ ＰＷＭ合成器、２１ 出力端子、２２ ＣＯＭＯＵＴ信号、２３ クロック信号、２４ タイミング信号、２５ 電流制御値、２６ ＩＮＣ信号、２７ ＤＥＣ信号、２８ カウンタ、２９ カウンタ、３０ 比較器、３１ パルス出力部、３２ パルス出力部、３３ コンバータ、３４ コンバータ、３５ ＤＥＣ信号、３６ ＩＮＣ信号、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６ トランジスタ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作により、各相巻線に順次に電流を通電するモータに関するもので、特に各相巻線に対する通電切り替えに起因する駆動騒音の低減を図ったモータ駆動騒音低減装置およびモータ駆動騒音低減信号の作成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２２は３相ブラシレスモータ１０１の駆動回路の１例を示すもので、スイッチング素子としてのトランジスタＱ１，Ｑ２・Ｑ３，Ｑ４・Ｑ５，Ｑ６をそれぞれ電源と接地間に直列に接続し、トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５の一端を電源供給端子に接続し、トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６の一端を電流センス抵抗１０２を介して接地し、トランジスタＱ１，Ｑ２・Ｑ３，Ｑ４・Ｑ５，Ｑ６の各接続点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に星型結線されたモータ１０１の各相巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗの一端を接続している。
【０００３】
図２３は上記各トランジスタに供給印加する駆動信号発生回路を示すもので、１０４は不図示のパルス信号発生回路から出力された１２０゜通電制御信号ＬＥＵ，ＬＥＶ，ＬＥＷ（以下、ＬＥと称する）と１８０゜通電方向決定信号ＩＮＵ，ＩＮＶ，ＩＮＷ（以下、ＩＮと称する）を入力する入力端子、１０５はＰＷＭ波形信号を発生するＰＷＭ波形信号発生器、１０６は上記ＩＮ信号と上記ＰＷＭ波形信号とを合成するＰＷＭ合成器、１０７は上記ＬＥ信号とＰＷＭ合成器１０６から出力されたＩＮ信号を出力する出力端子であり、図２４に示すＬＥ信号およびＰＷＭ波形パターンのＩＮ信号が出力される。この６種類の信号（通電制御信号ＬＥＵ，ＬＥＶ，ＬＥＷおよび通電方向決定信号ＩＮＵ，ＩＮＶ，ＩＮＷ）は、図３１に示す意味を有する。
【０００４】
図２５は上記ＰＷＭ波形パターンのＩＮ信号をモータ駆動回路１０１の接地側トランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６（ローサイド）に印加するとともに、ＰＷＭ波形パターンのＬＥ信号を電源側トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５（ハイサイド）に印加して、モータ１０１の各相巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗに（ａ）〜（ｆ）に示すように６０゜ごとに順次電流を流して駆動する。なお、図２４、図２６において、ｃｏｍ１からｃｏｍ６は１２０゜通電時のタイミングで巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗに流す電流の状態を表し、そのタイミングを図２５に示す。この場合、各相巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗには方形波電流が流れるため、急激なトルク変動が発生し、モータを振動させて騒音を発生することになる。この騒音は筐体の固有振動の整数倍で振動を起こし、可聴帯に発生する。
【０００５】
このようにＰＷＭ駆動は、モータ１０１に印加する電圧をほぼ電源電圧と０Ｖの２通りで切り換え、そのデューティによりモータに流れる電流量を平均的にコントロールするもので、したがって、このＰＷＭ駆動の電流波形は方形電流波形となり、上記の騒音発生の原因となっている。
【０００６】
そこで、図２７に示すように、騒音低減波形信号発生器１０８からデューティ波形パターンの電流増加用信号および電流減少用信号を出力し、この電流増加用信号および電流減少用信号を、転流制御信号としてのＣＯＭＯＵＴ信号に基づいてＩＮＣ／ＤＥＣセレクタ１０９で選択し、図２８に示すＰＷＭ波形パターンのＬＥ信号に信号合成器１１０で合成し、図２９に示す信号をモータ駆動回路１０１のトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５に印加し、各相巻線には図３０に示すような電流を流すことにより、転流制御時における電流変化は連続的な変化となり、急激なトルク変化は生じない。このため、モータに振動として現れる騒音は低減される。
【０００７】
ところが、図２９に示すＩＮ信号をトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑａ６、ＬＥ信号をトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５に単純に加えて、モータ巻線１０１Ｕ，１０１Ｖ，１０１Ｗに通電すると、同図に示すＡ〜Ｆの箇所はＰＷＭのタイミングによって各相同士が短絡状態になることがある。
【０００８】
図３１は各相同土が短絡している状態を説明する図であり、ショートブレーキは図３１のトランジスＱ１，Ｑ３，Ｑ５が同時にＯＮ状態になるときである。タイミングはＵ相が電源側トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５をＯＮして、Ｗ相が電流をコントロールするため回生（トランジスタＱ６がＯＦＦ，トランジスタＱ５がＯＮ）しているとき、１２０゜通電タイミングより早くＶ相に電流を流すので、トランジスタＱ３がＯＮする。このとき電源側トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５が同時にＯＮをする。本来Ｖ相に電流を流さなくてはならないのに、接地側のトランジスタＱ２、Ｑ４、０６がすべてＯＦＦしているため、電流が流れない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように従来のモータ駆動装置は、モータの各相巻線に方形波電流を流すため、電流の急激な変化に起因してトルクの変動が大きい。そこで、モータ１０１の各相巻線に相切り替え時においても連続して変化する電流を流すようにしたモータ駆動騒音低減装置は、電流の急激変化に起因した振動発生を低減することはできるが、各相同士が短絡して、本来電流を流さなくてはならないのに、電流を流すことができない。つまり駆動できないという課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、振動発生を低減するとともに各相同土が短絡することのないモータ駆動騒音低減装置および大容量コンデンサ等を必要としないデジタル回路によって実行することのでき、コスト面、製品歩留まりにおいて優れたモータ駆動騒音低減信号の作成方法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】
【００１１】
この発明に係るモータ駆動騒音低減装置は、電源と接地間に２以上のスイッチング素子を直列に接続した複数のスイッチング素子回路と、その各スイッチング素子回路のスイッチング素子直列接続点に各相巻線の一端を接続したモータと、電流増加用信号と電流減少用信号を発生する騒音低減回路と、規定の電気角ごとに極性を変える転流制御信号に基づいて電流増加用信号または電流減少用信号を選択出力する選択回路と、この選択回路で選択された電流増加用信号または電流減少用信号をスイッチング素子対の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号と合成する信号合成回路と、電流制御値に基づいてＰＷＭ波形信号を出力するＰＷＭ波形信号発生器と、このＰＷＭ波形信号をスイッチング素子対の接地側スイッチング素子に供給する通電方向決定信号と合成するＰＷＭ合成器とを備えたものである。
【００１２】
この発明に係るモータ駆動騒音低減装置における騒音低減回路は、電流制御値を格納している電流制御値出力回路と、電気角３０゜の電流変化幅を格納しているバイアス時間カウンタと、電流制御値と電流変化幅から電流増幅率を求める演算回路と、電気角３０゜毎に極性を反転させる転流制御信号とクロック信号および電流増幅率に基づいてデューティ管理値を発生する騒音低減デューティ増減タイミング信号発生器と、転流制御信号とクロック信号とデューティの増減信号および電流制御値に基づいて、電気角３０゜の間で電流変化幅だけ連続的に電流を増加させる電流増加用信号と電気角３０゜の間で電流変化幅だけ連続的に電流を減少させる電流減少用信号を発生する騒音低減波形信号発生器とを備えたものである。
【００１３】
この発明に係るモータ駆動騒音低減装置は、モータの各相巻線の端子電圧と該各相巻線同士を接続した中点電圧とを比較して該モータの回転位置を検出する位置検出手段と、その位置検出手段からの検出信号に基づいて通電中のモータ巻線の通電幅を広める信号を出力するセンサレス駆動演算手段とを備えたものである。
【００１４】
この発明に係るモータ駆動騒音低減信号の作成方法は、モータの回転速度に応じて決定される電流変化幅を電流制御値で除算して電流増加率を求め、基準クロックのカウント数が電流増加率に達するごとにデューティ管理値に１を加算し、基準クロックのカウント数がデューティ管理値に達するまでの間は基準クロックのカウント数が電流増加率の最大値に達したかを判断し、最大値に達した場合には、カウント値および電流減少率を０として電流減少用信号を作成し、基準クロックのカウント数がデューティ管理値に（電流制御値の上限値−電流制御値）を加算した値に達するまでの間は基準クロックのカウント数が電流増加率の最大値に達したかを判断し、最大値に達した場合には、カウント値および電流増加率を０として電流増加用信号を作成し、電源と接地間に直列に接続されたスイッチング素子の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号に電流増加用信号と電流減少用信号を加算するものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、この発明によれば、係るモータ駆動騒音低減装置は、電源と接地間に直列に接続され、その直列接続点にモータの各相の巻線の一端を接続した複数のスイッチング素子対と、電流増加用信号と電流減少用信号を発生騒音低減回路と、規定の電気角ごとに極性を変える転流制御信号に基づいて電流増加用信号または電流減少用信号を選択出力する選択回路と、この選択回路で選択された電流増加用信号または電流減少用信号をスイッチング素子対の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号と合成する信号合成回路と、電流制御値に基づいてＰＷＭ波形信号を出力するＰＷＭ波形信号発生器と、このＰＷＭ波形信号をスイッチング素子対の接地側スイッチング素子に供給する通電方向決定信号と合成するＰＷＭ合成器とを備えるように構成したので、電流は相切り替え時においても連続的に変化するため、トルク変動が少なく、振動発生を低減することができるとともに、各相同土が短絡することもない等の効果がある。
【００１６】
この発明によれば、騒音低減回路は、電流制御値を格納している電流制御値出力回路と、電気角３０゜の電流変化幅を格納しているバイアス時間カウンタと、電流制御値と電流変化幅から電流増幅率を求める演算回路と、電気角３０゜毎に極性を反転させる転流制御信号とクロック信号および電流増幅率に基づいてデューティ管理値を発生する騒音低減デューティ増減タイミング信号発生器と、転流制御信号とクロック信号とデューティの増減信号および電流制御値に基づいて、電気角３０゜の間で電流変化幅だけ連続的に電流を増加させる電流増加用信号と電気角３０゜の間で電流変化幅だけ連続的に電流を減少させる電流減少用信号を発生する騒音低減波形信号発生器とを備えるように構成したので、全てデジタル回路による簡単な構成によって、精度のよい電流増加用信号および電流減少用信号を得ることができるという効果がある。
【００１７】
この発明によれば、モータの各相巻線の端子電圧と該各相巻線同士を接続した中点電圧とを比較して該モータの回転位置を検出する位置検出手段と、その位置検出手段からの検出信号に基づいて通電中のモータ巻線の通電幅を広める信号を出力するセンサレス駆動演算手段とを備えるように構成したので、ホールセンサレス・ブラシレスモータ１であっても、転流制御信号の立ち下がり近傍、つまりロータ位置検出近傍において大きな電流を流すことにより、モータを低速回転させることができるという効果がある。
【００１８】
この発明によれば、モータの回転速度に応じて決定される電流変化幅を電流制御値で除算して電流増加率を求め、基準クロックのカウント数が電流増加率に達するごとにデューティ管理値に１を加算し、基準クロックのカウント数がデューティ管理値に達するまでの間は基準クロックのカウント数が電流増加率の最大値に達したかを判断し、最大値に達した場合には、カウント値および電流減少率を０として電流減少用信号を作成し、基準クロックのカウント数がデューティ管理値に（電流制御値の上限値−電流制御値）を加算した値に達するまでの間は基準クロックのカウント数が電流増加率の最大値に達したかを判断し、最大値に達した場合には、カウント値および電流増加率を０として電流増加用信号を作成し、電源と接地間に直列に接続されたスイッチング素子の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号に電流増加用信号と電流減少用信号を加算するように構成したので、モータのステータ数に依存することなく、モータの回転数、電流制御値に合わせて騒音低減波形信号を、四則演算器、比較器のみで構成されているデジタル回路によって、大容量コンデンサなどを必要としない安価な構成でモータ駆動騒音低減信号を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の駆動騒音低減装置を備えたセンサレモータドライバのシステム全体の構成を示すブロック図である。
【図２】騒音低減回路およびその周辺の構成を示すブロック図である。
【図３】騒音低減制御波形合成前の波形図である。
【図４】騒音低減制御波形合成後の波形図である。
【図５】騒音低減波形信号発生器と周辺波形の関係図である。
【図６】騒音低減波形信号発生器の構成を示すブロック図である。
【図７】騒音低減波形を作成するためのアルゴニズムを説明するフローチャートである。
【図８】図７のアルゴニズムにより求めた値を元にデューティ管理値ｆの値を求めるアルゴニズムを説明するフローチャートである。
【図９】電流増加波形作成のアルゴニズムを説明するフローチャートである。
【図１０】電流減少波形作成のアルゴニズムを説明するフローチャートである。
【図１１】ＰＷＭデューティ５０％のＩＮ信号制御波形に対する電流波形とＰＷＭデューティ５０％から０％に変化させるＬＥ信号制御波形に対する電流波形との関係図である。
【図１２】ＰＷＭデューティ０％から５０％に変化するＬＥ信号制御波形に対する電流波形とＰＷＭデューティ５０％のＩＮ信号制御波形に対する電流波形との関係図である。
【図１３】ＰＷＭデューティ８０％のＩＮ信号制御波形に対する電流波形とＰＷＭデューティ８０％から０％に変化させるＬＥ信号制御波形に対する電流波形との関係図である。
【図１４】ＰＷＭデューティ０％から８０％に変化するＬＥ信号制御波形に対する電流波形とＰＷＭデューティ８０％のＩＮ信号制御波形に対する電流波形との関係図である。
【図１５】モータに供給する騒音低減制御信号の波形図である。
【図１６】モータ巻線に流れる騒音低減電流波形の波形図である。
【図１７】ホールセンサ付きモータの概要図である。
【図１８】ホールセンサレスモータの概要図である。
【図１９】低回転制御対策前の信号波形図である。
【図２０】低回転制御対策後の信号波形図である。
【図２１】低回転制御対策後の信号波形の一部の拡大図である。
【図２２】３相ブラシレスモータの駆動回路図である。
【図２３】３相ブラシレスモータの駆動信号発生回路のブロック図である。
【図２４】３相ブラシレスモータに供給する１２０゜通電制御信号の波形図である。
【図２５】３相ブラシレスモータの各相の巻線に電気角６０゜ごとに通電が切り替わる状態を示す説明図である。
【図２６】３相ブラシレスモータに流れる１２０゜通電電流の波形図である。
【図２７】３相ブラシレスモータの駆動騒音低減信号発生回路のブロック図である。
【図２８】従来の騒音低減信号をＬＥ信号に合成する前のＰＷＭ波形パターン図である。
【図２９】従来の駆動騒音低減回路からの騒音低減信号をＬＥ信号に加えた波形図である。
【図３０】３相ブラシレスモータに流れる電流波形図である。
【図３１】３相ブラシレスモータに生じるブレーキ現象の説明図である。
【図３２】ＬＥ信号，ＩＮ信号に対する各相のスイッチング素子の動作状態を示す関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のモータ駆動騒音低減装置を示す全体の構成図であり、１はホールセンサを用いることなくロータ位置検出を行うホールセンサレスモータ（以下、モータと称する）、２はモータ１の中点配線に対して各相の電位が高いか低いかでロータ位置検出を行う位置検出コンパレータ、３は位置検出マスク回路、４はセンサレス駆動演算回路、５は騒音低減回路、６はセンサレス駆動演算回路４の出力と騒音低減回路５の出力を合成する信号合成回路、７は信号合成回路６の出力を入力とし、トランジスタＱ１，Ｑ２・Ｑ３，Ｑ４・Ｑ５，Ｑ６に駆動信号を出力する出力トランジスタ制御回路である。なお、上記位置検出マスク回路３およびセンサレス駆動演算回路４は、位置検出コンパレータ２から出力された位置検出信号を受けて、モータ1を駆動するための基本波形信号としての通電制御信号ＬＥＵ，ＬＥＶ，ＬＥＷ（以下、ＬＥと称する）と通電方向決定信号ＩＮＵ，ＩＮＶ，ＩＮＷ（以下、ＩＮと称する）発生させる。
【００２１】
図２は上記騒音低減回路５と信号合成回路６の部分の詳細を示すもので、１１は電流制御値ＭＣを格納している電流制御値出力回路、１２は電流制御値出力回路１１から出力された電流制御値ＭＣに基づいてメイン電流を決めるＰＷＭ波形信号を出力するＰＷＭ波形信号発生器、１３は電気角３０゜の時間を基本周期でカウントした値を格納しているバイアス時間カウンタ、１４は電流制御値出力回路１１から出力された電流制御値ＭＣとバイアス時間カウンタ１３の出力値、つまり電流変化幅ａの割り算を演算する割り算器、１５は割り算器１４の出力である電流増幅率ｃと転流制御信号としてのＣＯＭＯＵＴ信号およびクロック信号を入力し、騒音低減波形デューティの増減を行うタイミング信号を発生される騒音低減波形デューティ増減タイミング信号発生器（以下、タイミング信号発生器と称する）、１６は電流制御値出力回路１１の出力である電流制御値ＭＣとタイミング信号とＣＯＭＯＵＴ信号およびクロック信号を入力し、一定周期でパルス幅のかわる電流増加用信号ＩＮＣ（以下、ＩＮＣ信号と称する）と電流減少用信号ＤＥＣ（以下、ＤＥＣ信号と称する）を生成出力する騒音低減波形信号発生器である。この場合、電流減少用信号ＤＥＣには電流制御量の情報を与える必要があるが、電流増加用信号ＩＮＣは０％より増加させるため、電流制御量の情報を与える必要がない。
【００２２】
１７はＣＯＭＯＵＴ信号に基づいてＩＮＣ信号と、ＤＥＣ信号を選択出力するセレクタ、１８は前記センサレス駆動演算回路４で作成された図３に示す騒音低減制御波形合成前の波形信号を入力する入力端子、１９はＬＥ信号とセレクタ１７で選択されてＩＮＣ信号またはＤＥＣ信号を合成する信号合成回路，２０はＩＮ信号とＰＷＭ波形信号発生器１２からのＰＷＭ波形を合成するＰＷＭ合成器、２１は図４に示す騒音低減制御波形合成後の波形信号を出力する出力端子である。
【００２３】
図５は騒音低減波形信号発生器１６とその周辺の信号波形の関係図であり、２２はＣＯＭＯＵＴ信号、２３はクロック信号、２４は電気角３０゜内に１２個のデューティ管理値ｆとして出力されるタイミング信号、２５は電流制御値、２６はＩＮＣ信号、２７はＤＥＣ信号である。
【００２４】
図６は騒音低減波形信号発生器１６を示す構成図であり、２８はカウント値Ｂを格納し、電気角３０゜の間に等間隔に入力されるパルスを教えるカウンタ、２９は０〜電流制御値の上限値ｒまでのカウントを操り返すカウンタであり、途中のカウント値、つまり電流制御値ＭＣをＡとして格納し、電流制御値の上限値ｒまでカウントするたびに“Ｌ”出力を行うカウンタであり、実際回路ではカウンタ２８，２９は１つのカウンタで実現する。３０はカウント値を比較する比較器であり、カウンタ２９のカウント値Ａ＝ｒ−ＭＣ＋Ｂでパルスを出力するパルス出力部３１と、カウントＡ＝カウント値Ｂでパルスを出力するパルス出力部３２に別れる。３３はパルス出力部３１から出力されたパルスの立ち上がりエッジを受け、Ｑの論理を“Ｌ”〜“Ｈ”に変更させ、カウンタ２９のリセット信号によりＱの値を“Ｈ”〜“Ｌ”に戻すコンバータ、３４も論理は異なるが動作の考え方は同じであるコンバータであり、このコンバータ３３，３４からＤＥＣ信号３５とＩＮＣ信号３６が出力される。
【００２５】
次に動作について説明する。図７はこの発明のモータ駆動騒音の低減波形作成方法を説明する基本動作を示すフローチャートであり、スタートすると、カウント値ｋを０とし（ステップＳＴ１）、クロック信号を受信するたびにｋに1を加算し（ステップＳＴ２），電気角３０゜ごとに極性を変えるＣＯＭＯＵＴ信号波形にエッジがあったかを判断し（ステップＳＴ３）、ＮＯであれば、上記のカウント動作を繰り返し、ＹＥＳのときはカウント値ｋを電流変化幅値ａ（モータの回転数によって変化する値）とし（ステップＳＴ４）、カウント値ｅ、デューティ管理値ｆ、カウント値ｋを初期化（ステップＳＴ５）する。そして、カウンタ１３から出力された電流変化幅値ａと電流制御値出力回路１１から出力された電流制御値ＭＣ（上限値ｒの中から予め定める）の割り算を割り算器１４で行い、その割り算結果値、つまり電流増幅率値ｃをタイミング信号発生器１５に出力する。たとえば、電流変化幅値ａ＝１６００パルス、電流制御値ＭＣが８０％＝１２ｆとすると、電流増幅率値ｃ＝１３３パルスとなる。
【００２６】
タイミング信号発生器１５は、図８に示すように、クロック信号を受信するたびにカウント値ｅに１を加算し（ステップＳＴ１１）、カウント値ｅが上記電流増幅率値ｃになったかを判断し（ステップＳＴ１２）、ＮＯであれば、上記のカウント動作を繰り返し、ＹＥＳのときはデューティ管理値ｆに１を加算し（ステップＳＴ１３）、カウント値ｅを０に初期化する（ステップＳＴ１４）。
【００２７】
騒音低減波形信号発生器１６は図９に示すように、クロック信号を受信するたびにカウント値ｓに１を加算し（ステップＳＴ２１）、カウント値ｓ＝デューティ管理値ｆになったかを判断し（ステップＳＴ２２）、ＹＥＳならば、ＩＮＣ信号２６を１としてステップＳＴ２１に戻る（ステップＳＴ２５）。一方、ＮＯであれば、カウント値ｓ≧電流制御値の上限値ｒであるかを判断し（ステップＳＴ２３）、ＮＯであれば、ステップＳＴ２１に戻り、ＹＥＳであれば、カウント値ｓおよびＩＮＣ信号２６を０に初期化する（ステップＳＴ２４）。つまり、電流０から予め定められた電流制御値ＭＣになるまでのアルゴニズムを実行する。
【００２８】
また、騒音低減波形信号発生器１６は図１０に示すように、クロック信号を受信するたびにカウント値ｔに１を加算し（ステップＳＴ３１）、カウント値ｔ＝デューティ管理値ｆ＋（電流制御値の上限値ｒ−電流制御値ＭＣ）になったかを判断し（ステップＳＴ３２）、ＹＥＳならば、ＤＥＣ信号２７を０としてステップＳＴ３１に戻る（ステップＳＴ３５）。一方、ＮＯであれば、カウント値ｔ≧電流制御値の上限値ｒであるかを判断し（ステップＳＴ３３）、ＮＯであれば、ステップＳＴ３１に戻り、ＹＥＳであれば、カウント値ｓを０に初期化するとともにＤＥＣ信号２７を１とし（ステップＳＴ３４）、ステップＳＴ３１に戻る。つまり、予め定められた電流制御値ＭＣから電流０になるまでのアルゴニズムを実行する。
【００２９】
図１１、図１２、図１３、図１４は上記のＬＥ信号とＩＮ信号のＰＷＭの関係についての説明図であり、図１１、図１２はＩＮ信号のＰＷＭ周期は、電気角３０゜の間は一定であるが、図１１はＬＥ信号のＰＷＭデューティを８０％から０％に変化させて電流を連続的に８０％から０％に減少させた場合、図１２はＬＥ信号のＰＷＭデューティを０％から８０％に変化させて電流を連続的に０％から８０％に増加させた場合である。これにより、ＬＥ信号はＰＷＭ周期が電気角３０゜の間で線形的に増減する。上記例のように、電流変化幅値ａ＝１６００パルス、電流制御値ＭＣが８０％＝１２ｆとし、電流増幅率値ｃ＝１３３パルスを得た場合、この電流増幅率値ｃのパルス数をカウントする度にデューティ管理値ｆに１を加算することにより、このデューティ管理値ｆまでのカウント数が変化し、図１１（ｂ）、図１２（ａ）に示すように、ＬＥ信号制御波形はデューティ比が変化し、同図（ａ）’、（ｂ）’に示すように連続的に変化する電流波形が得られる。
【００３０】
そして本アルゴニズムでもＩＮＣ信号２６とＤＥＣ信号２７によって流れるモータ電流値は、線形的な変化をする。本アルゴリズムは線形的な動作を示しているが非線形な動作についても同様のアルゴリズムにて実現可能である。図１３、図１４はＬＥ信号のＰＷＭデューティを８０％から０％、０％から８０％に変化させた場合で、上記図１１、図１２と同様である。
【００３１】
ＩＮＣ／ＤＥＣセレクタ１７は入力されたＣＯＭＯＵＴ信号が“Ｈ”のときはＤＥＣ信号２７、“Ｌ”のときはＩＮＣ信号２６を選択する。ＩＮＣ／ＤＥＣセレクタ１７で選択されたＤＥＣ信号２７とＩＮＣ信号２６は信号合成回路１９で入力端子１８に入力されたＬＥ信号と合成され出力端子２１から前記図４に示すＬＥ信号として出力される。
【００３２】
一方、ＰＷＭ波形信号発生器１２は電流制御値出力回路１１から出力された電流制御値ＭＣに基づいてＰＷＭ波形信号を発生し、このＰＷＭ波形信号はＰＷＭ合成器２０で入力端子１８に入力されたＩＮ信号と合成され出力端子２１から図４に示すＩＮ信号として出力される。
【００３３】
そして、上記図４に示す騒音低減制御波形合成後のＬＥ信号およびＩＮ信号を出力トランジスタ制御回路７に入力し、この出力トランジスタ制御回路７から出力された図１５に示す１２０゜通電制御信号のＩＮ信号およびＬＥ信号によってトランジスタＱ１，Ｑ２・Ｑ３，Ｑ４・Ｑ５，Ｑ６を順次に導通させてモータ１を駆動させる。この場合、モータ巻線１Ｕ，１Ｖ，１Ｗには、図１６に示すような電流が流れるため、電流の急激な変化がなく、トルク変動も低減される。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１によれば、モータのステータ数に依存することなく、モータの回転数、電流制御値に合わせて騒音低減波形信号をモータの各相巻線に流すことにより、電流は相切り替え時においても連続的に変化するため、トルク変動が少なく、振動発生を低減することができるとともに、各相同土が短絡することのない。また、上記騒音低減波形信号を、大容量コンデンサなどを必要としない、四則演算器、比較器のみで構成されているデジタル回路によって作成することができ、コスト面、製品歩留まりにおいて優れたものである。
【００３５】
実施の形態２．
図１はモータとしてホールセンサレス・ブラシレスモータ１を例示しているが、このモータを回転させる原理を説明する。ホールセンサレスでの位置検出の特徴を、ホールセンサ付きモータと比較して図１７、図１８で説明する。図１７はホールセンサ付のモータであり、ロータの位置はホールセンサ３７により検出する。これに対して、図１８はホールセンサレスのモータであり、このモータおけるロータの位置検出は中点配線に対して各相の電位が高いか、低いかによって検出する。この検出は図１に示す位置検出コンパレータ２で行っている。
【００３６】
この位置検出コンパレータ２により、ロータの位置検出をする場合、必ず各相の内２つの相を電源に対して天絡、地絡していなければならない。なぜなら中点電位がコンパレータの判定できる電位以外の電位になるからである。中点電位と各相電位を位置検出コンパレータ２で比較することで電気角６０゜ごとの位置が検出できる。
【００３７】
そして、この実施の形態２における問題点は、位置情報を得るために位置情報の読み取り対象以外となっている２つの相が、電源に対してある一定時間天絡と地絡を行わなければならないと言う点にある。モータを低速回転で回転させるためには該モータに大電流を流してはいけない。しかし位置情報を検出するためにモータに電圧をバイアスしなければならない。
【００３８】
従来の制御波形として高速回転時の波形を図１５のＥ、従来方式の延長で低速回転させた場合のＬＥ信号およびＩＮ信号の波形を図１９に示す。従来方式で低速回転させた場合は図１９に示すようにＩＮ信号のパルス幅が狭くなっている。パルス幅がある限界点より小さくなると、バイアス時間が短くなるので、位置を検出するための上記の条件１を満たさなくなる。
【００３９】
実施の形態２はこれを解決したもので、モータの各相巻線の端子電圧と該各相巻線同士を接続した中点電圧とを比較して該モータの回転位置を検出する位置検出コンパレータ（位置検出手段）２からの検出信号に基づいて、センサレス駆動演算回路４から通電中のモータ巻線の通電幅を広める信号を出力する。このときのＬＥ信号およびＩＮ信号の波形を図２０に、その部分的拡大図を図２１に示す。図から明らかなように、一ヶ所だけ通電幅が大きくなっているところがある。Ｂの部分よりＡの部分のパルス幅が大きくなっている所が特徴である。この制御波形でモータを駆動させることで、モータを低速回転駆動させても位置検出を行うことが可能になる。説明を補足すると、位置を検出する近傍部分だけモータに電圧をバイアスする時間を確保する。
【００４０】
以上のように、実施の形態２によれば、ホールセンサレス・ブラシレスモータ１であっても、ロータ位置検出近傍において大きな電流を流すことにより、モータを低速回転させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１ ホールセンサレスモータ、２ 位置検出コンパレータ、３ 位置検出マスク回路、４ センサレス駆動演算回路、５ 騒音低減回路、６ 信号合成回路、７ 出力トランジスタ制御回路、１１ 電流制御値出力回路、１２ ＰＷＭ波形信号発生器、１３ バイアス時間カウンタ、１４ 割り算器、１５ 騒音低減波形デューティ増減タイミング信号発生器、１６ 騒音低減波形信号発生器、１７ ＩＮＣ／ＤＥＣセレクタ、１８ 入力端子、１９ 信号合成回路、２０ ＰＷＭ合成器、２１ 出力端子、２２ ＣＯＭＯＵＴ信号、２３ クロック信号、２４ タイミング信号、２５ 電流制御値、２６ ＩＮＣ信号、２７ ＤＥＣ信号、２８ カウンタ、２９ カウンタ、３０ 比較器、３１ パルス出力部、３２ パルス出力部、３３ コンバータ、３４ コンバータ、３５ ＤＥＣ信号、３６ ＩＮＣ信号、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６ トランジスタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と接地間に２以上のスイッチング素子を直列に接続した複数のスイッチング素子回路と、その各スイッチング素子回路のスイッチング素子直列接続点に各相巻線の一端を接続したモータと、電流増加用信号と電流減少用信号を発生する騒音低減回路と、規定の電気角ごとに極性を変える転流制御信号に基づいて前記電流増加用信号または電流減少用信号を選択出力する選択回路と、この選択回路で選択された電流増加用信号または電流減少用信号を前記スイッチング素子対の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号と合成する信号合成回路と、電流制御値に基づいてＰＷＭ波形信号を出力するＰＷＭ波形信号発生器と、このＰＷＭ波形信号を前記スイッチング素子対の接地側スイッチング素子に供給する通電方向決定信号と合成するＰＷＭ合成器とを備えたモータ駆動騒音低減装置。
【請求項１】
電源と接地間に２以上のスイッチング素子を直列に接続した複数のスイッチング素子回路と、その各スイッチング素子回路のスイッチング素子直列接続点に各相巻線の一端を接続したモータと、電流増加用信号と電流減少用信号を発生する騒音低減回路と、規定の電気角ごとに極性を変える転流制御信号に基づいて前記電流増加用信号または電流減少用信号を選択出力する選択回路と、この選択回路で選択された電流増加用信号または電流減少用信号を前記スイッチング素子対の電源側スイッチング素子に供給する通電制御信号と合成する信号合成回路と、電流制御値に基づいてＰＷＭ波形信号を出力するＰＷＭ波形信号発生器と、このＰＷＭ波形信号を前記スイッチング素子対の接地側スイッチング素子に供給する通電方向決定信号と合成するＰＷＭ合成器とを備えたモータ駆動騒音低減装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１１−１６０６５８（Ｐ２０１１−１６０６５８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６７８５（Ｐ２０１１−１１６７８５）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【分割の表示】特願２００１−２２８１１０（Ｐ２００１−２２８１１０）の分割
【原出願日】平成１３年７月２７日（２００１．７．２７）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【出願人】（３９１０２４５１５）株式会社ルネサスデザイン (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【分割の表示】特願２００１−２２８１１０（Ｐ２００１−２２８１１０）の分割
【原出願日】平成１３年７月２７日（２００１．７．２７）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【出願人】（３９１０２４５１５）株式会社ルネサスデザイン (11)
【Ｆターム（参考）】
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