JP5277671B2

JP5277671B2 - モータ駆動装置

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Publication number: JP5277671B2
Application number: JP2008061772A
Authority: JP
Inventors: 晴之鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2009219288A

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。

従来、モータの電機子巻線コイルに電流を流してモータを動作させるとき、印加電圧指令信号に比例したパルスデューティ比で電源電圧をスイッチングするＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）駆動方式が一般に用いられる。また、スイッチング素子の接地側又は電源側に接続された抵抗の電位差によりモータ電流を検出し、この検出電流をフィードバックして電流制御する駆動方式も提案されている。

しかしながら、印加電圧指令信号が小さくパルス幅が短いと抵抗電位差を検出できる時間が短く、正常な電流検出ができない。これを避けるため、一定幅以下のパルスを制限するのが好ましいが、単にパルス幅を制限したのではモータ電流に歪みが生じてしまうという課題があった。そこで、適宜逆パルス（逆ベクトル）を選択して平均電圧を調整し、電流ひずみを低減するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
再公表特許ＷＯ２００３／０３０３４８号公報

しかしながら、特許文献１に示された方式では、詳細な記述がないが、負の電圧指令信号のときに電圧指令信号の絶対値が小さいときは、時間幅を制限するパルスの極性や逆ベクトルの方向、及びそれらを選択するための誤差積算値の符号関係を逆にする必要があった。したがって、特許文献１に示されたものは、正負の電圧指令信号に対応させるためには回路規模が大きくなるという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、従来よりも小さい回路規模で正負の電圧指令信号に対応させることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明のモータ駆動装置は、モータコイルに駆動パルスを与えて電圧を印加するモータ駆動装置であって、電圧指令信号をパルス幅指令信号に変換する信号変換手段と、前記パルス幅指令信号に応じた駆動パルスを前記モータコイルに出力する駆動パルス出力手段とを備え、前記信号変換手段は、前記電圧指令信号と前記パルス幅指令信号との差を積算して誤差積算値を出力する積算部と、予め定められた基準入力値及び基準出力値に基づき、前記出力除外部の入力値と出力値との関係を示す入出力特性に対し、前記基準入力値を境に前記入出力特性を予め定められたオフセット量だけ前記出力値の絶対値が大きくなるよう正又は負の方向にオフセットさせる出力除外部とを備え、前記出力除外部の出力値に応じたパルス幅指令信号を出力するものである構成を有している。

この構成により、本発明のモータ駆動装置は、予め定められた範囲の出力を誤差積算値から除外することにより、一定幅以下のパルスを制限することができ、正負の電圧指令信号に対して適切なパルス幅指令信号をモータコイルに出力することができる。したがって、本発明のモータ駆動装置は、正負の電圧指令信号に対応させるための別個の回路を必要としないので、従来よりも小さい回路規模で正負の電圧指令信号に対応させることができる。

また、この構成により、本発明のモータ駆動装置は、出力除外部の処理の単純化を図ることができ、さらに回路やプログラム等を簡素化できる。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、前記出力除外部が、前記入力値と前記基準入力値との差が大きくなるに従って前記オフセット量を小さくするものである構成を有している。

この構成により、本発明のモータ駆動装置は、入力値の所定範囲を出力から除外しつつ、大きな電圧指示に対しては入力値と出力値との差を小さくすることができるので、モータコイルに流す電流の歪みを小さくすることができる。

また、この構成により、本発明のモータ駆動装置は、大きな電圧指示に対して出力飽和やオーバフロー等を避けることができる。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、前記駆動パルスがオン状態のときに前記モータコイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した検出電流値と予め定められた電流指令信号値との差に応じて前記電圧指令信号を出力し、前記モータコイルに流れる電流を前記電流指令信号に応じた値に制御する電流制御手段とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明のモータ駆動装置は、電流フィードバックにより、電源電圧変動やスイッチ素子の抵抗のばらつき、あるいはコイル抵抗などの変動があってもモータ電流が変動することなく、目標電流指令信号に応じた電流でモータを駆動することができる。したがって、本発明のモータ駆動装置は、安定でかつ精密なモータ駆動制御を行うことができる。

本発明は、従来よりも小さい回路規模で正負の電圧指令信号に対応させることができるという効果を有するモータ駆動装置を提供することができるものである。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態における構成について説明する。図１は、本実施の形態におけるモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、信号を比較する比較器１１と、比較器１１の出力信号を増幅する誤差増幅器１２と、電圧信号をパルス幅信号に変換するＰＷＭ変換手段２０と、モータをＰＷＭ駆動するＰＷＭ駆動部１３と、スイッチング動作を行うスイッチング素子部１４と、抵抗素子１５と、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器（以下「ＡＤＣ」という。）１６と、信号の極性を切り替える極性切替部１７とを備えている。このモータ駆動装置１０は、例えばマイクロコンピュータで構成される。

比較器１１は、モータコイル１００に流す電流として予め定められた目標電流指令信号Icmdと、後述する極性切替部１７が出力する検出電流値Idetとを比較し、その差を示す差分信号を出力するようになっている。なお、比較器１１は、本発明に係る電流制御手段を構成する。

誤差増幅器１２は、比較器１１が出力した差分信号を増幅し、増幅した差分信号を電圧指令信号VcmdとしてＰＷＭ変換手段２０に出力するようになっている。ここで、電圧指令信号Vcmdは、モータコイル１００に印加すべき電圧に相当する信号である。なお、誤差増幅器１２は、本発明に係る電流制御手段を構成する。

本実施の形態におけるモータ駆動装置１０においては、誤差増幅器１２が電圧指令信号Vcmdを出力することにより、目標電流指令信号Icmdと検出電流値Idetとの差が小さくなるように電流がフィードバック制御されるようになっている。ここで、誤差増幅器１２のゲインを高くすることで、目標電流指令信号Icmdに比例した電流をモータコイル１００に流すことができる。電圧指令信号Vcmdだけでは、モータ電流は電源電圧変動やスイッチング素子部１４の抵抗のばらつき、あるいはコイル抵抗などの変動によって変動してしまうが、電流フィードバックによりこれらの影響を補償することができる。なお、本実施の形態では、電圧指令信号Vcmdをデジタル値として説明するが、アナログ値でもかまわない。

ＰＷＭ変換手段２０は、積算部２１と、非直線変換部２２とを備えている。なお、ＰＷＭ変換手段２０は、本発明に係る信号変換手段を構成する。

積算部２１は、減算器２１ａと、メモリ２１ｂと、加算器２１ｃと、メモリ２１ｄとを備えている。

減算器２１ａは、１サンプル前のＰＷＭ指令信号PWMinを電圧指令信号Vcmdから減算するものであって、電圧指令信号VcmdとＰＷＭ指令信号PWMinとの差を計算するようになっている。

メモリ２１ｂは、１サンプル前のＰＷＭ指令信号PWMin値を記憶するようになっている。例えば、メモリ２１ｂは、ＰＷＭ周期ごとに現在のＰＷＭ指令信号PWMinをサンプリングして更新するようになっている。

加算器２１ｃ及びメモリ２１ｄは、１サンプル（例えばＰＷＭ周期）ごとに減算器２１ａの出力信号を積算して誤差積算値Vintを非直線変換部２２に出力するようになっている。

非直線変換部２２は、入力した誤差積算値Vintから所定範囲を除外するよう非直線変換し、所定範囲を除外したＰＷＭ指令信号PWMinをＰＷＭ駆動部１３に出力するようになっている。このＰＷＭ指令信号PWMinは、モータコイル１００をＰＷＭ駆動するためのパルス幅に相当する信号である。なお、非直線変換部２２は、本発明に係る出力除外部を構成するものであり、その詳細については後述する。

ＰＷＭ駆動部１３は、入力したＰＷＭ指令信号PWMin値に応じたパルス幅でモータコイル１００をスイッチング制御してＰＷＭ駆動できるように、スイッチング素子部１４のオン及びオフを行うパルス（スイッチング信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ）を出力するようになっている。なお、ＰＷＭ駆動部１３は、本発明に係る駆動パルス出力手段及び電流検出手段を構成する。

スイッチング素子部１４は、例えばＦＥＴやトランジスタで構成されるスイッチング素子１４ａ〜１４ｄを備えている。なお、本実施の形態においては、スイッチング素子１４ａ〜１４ｄは、それぞれ、スイッチング信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬがハイレベルのときオンになる論理とする。また、モータコイル１００は、スイッチング素子１４ａと１４ｂとの接続点ａと、スイッチング素子１４ｃと１４ｄとの接続点ｂとの間でＨブリッジ接続されている。

抵抗素子１５は、モータコイル１００に流れる電流に比例した電位差信号Isnsを発生させるためのものである。この抵抗素子１５は、モータコイル１００の接地側のスイッチング素子１４ｂ及び１４ｄにおける接地側端子を結合した点と、接地との間に挿入されている。このため、抵抗素子１５は、ＰＷＭパルスがオンデューティ（OnDuty）のときに電源からモータコイル１００を通って接地側に流れる電流（あるいはその逆方向の電流）を検出することができるようになっている。一方、ＰＷＭパルスがオフデューティ（OffDuty）のときの電流は、抵抗素子１５を通らずモータコイル１００とスイッチング素子部１４で回生するので、抵抗素子１５では検出されない。

ＡＤＣ１６は、電位差信号Isnsをサンプリングしてデジタル値に変換するようになっている。なお、サンプリングタイミングについては後述する。

極性切替部１７は、サンプリングされた電位差信号Isnsの値を極性指示信号invに応じて極性反転し、その信号を比較器１１に出力するようになっている。

なお、抵抗素子１５、ＡＤＣ１６及び極性切替部１７は、本発明に係る電流検出手段を構成する。

次に、本実施の形態におけるＰＷＭ駆動について図２を用いて説明する。

図２に示すように、ＰＷＭ駆動部１３は、一定周期TpwmごとにＰＷＭ指令信号PWMinの絶対値に比例したパルス幅オンデューティでオン、オフするパルスを出力する。

ＰＷＭ指令信号PWMinが正符号のときは、ＵＨとＵＬが相補的に（ＵＬがＵＨの反転となる論理で）ＰＷＭ出力され、ＶＨはローレベル固定、ＶＬはハイレベル固定である。すなわちスイッチング素子１４ｃが常にオフ、スイッチング素子１４ｄが常にオンであり、ＰＷＭがオンのときスイッチング素子１４ａがオンでスイッチング素子１４ｂがオフである。したがって、スイッチング素子１４ａから１４ｄに向かってモータコイル１００に電圧が印加され、電源から接地側に電流が流れる。ＰＷＭがオフのときスイッチング素子１４ａがオフ、スイッチング素子１４ｂ及び１４ｄがオンで、モータコイル１００には回生電流が流れ、接地側には流れない。

一方、ＰＷＭ指令信号PWMinが負符号のときは、ＶＨとＶＬとが相補的に（ＶＬがＶＨの反転となる論理で）ＰＷＭ出力され、ＵＨはローレベル固定、ＵＬはハイレベル固定である。すなわちスイッチング素子１４ｂが常にオンであり、ＰＷＭがオンのときスイッチング素子１４ｃがオンでスイッチング素子１４ｄがオフである。したがって、スイッチング素子１４ｃから１４ｂに向かってモータコイル１００に上記とは反対の電圧が印加され、電源から接地側に電流が流れる。ＰＷＭがオフのときスイッチング素子１４ｃがオフ、スイッチング素子１４ａ及び１４ｂがオンで、モータコイル１００には回生電流が流れ、接地側には流れない。

なお、図２では、ＰＷＭ指令信号PWMinの絶対値が小さくパルス幅が細い場合も記載しているが、所定幅より短いパルスは以降説明するように除外されるので、ＰＷＭ駆動部１３は、実際は細いパルス指令信号を入力しないようになっている。

また、ＰＷＭ駆動部１３は、ＰＷＭ指令信号PWMinが正符号のとき極性指示信号inv＝０を、負符号のとき極性指示信号inv＝１を出力するようになっている。

ＰＷＭ指令信号PWMinが正符号のときは、モータコイル１００に印加される電圧方向は図１に示した接続点ａからｂに向かう方向であるが、ＰＷＭ指令信号PWMinが負符号のときは、前述したようにモータコイル１００に印加される電圧方向が逆（図１では接続点ｂ点からａ点に向かう方向）になる。しかしながら、抵抗素子１５に流れる電流方向はどちらも同じ（図１において電源から接地に向かう方向）なので、ＰＷＭ指令信号PWMinが負のときは、抵抗素子１５に流れる電流の極性を反転すると正しい電流検出極性が得られる。

前述のように、ＰＷＭ指令信号PWMinが負のときは電位差信号IsnsをＡＤＣ１６においてサンプリングした結果を極性切替部１７で反転させ、極性切替部１７が検出電流値Idetを出力する。

また、ＡＤＣ１６のサンプリングタイミングとしては、コイル電流が抵抗素子１５に流れている期間であって、例えば図２に示した波形例の電位差信号Isns波形において白丸で示した点とするのが好ましい。これはＰＷＭパルスのオンデューティの最終部に相当する。このタイミングでＰＷＭ駆動部１３からサンプリング信号smplをＡＤＣ１６に出力すればよい。

また、前述のように、電位差信号IsnsはＰＷＭ指令信号PWMinが負のときでも正方向に現れるが、極性指示信号inv＝１として反転して検出電流値Idetとすることで正しい極性になる。なお、図２では短いＰＷＭパルスを除外していないが、後述するように、実際は非直線変換部２２により所定範囲内のパルスを発生させないようにする。これにより電位差信号Isnsのサンプリングが容易になり、安定した電流検出ができる。

次に、非直線変換部２２について詳細に説明する。

まず、図３に非直線変換部２２の入出力の関係の一例を示す。この例における非直線変換部２２の内部処理のプログラム例をステップｓ１０１〜ｓ１０４として以下に示す。

s101: if (input < mt) then output = input;
s102: else if (input < h) then output = mt;
s103: else if (input < pt) then output = pt;
s104: else output = input;

この例では、非直線変換部２２の入力値（input）が、予め定めたパラメータｍｔより小さい（すなわち負の方向に大きい）、又は予め定めたパラメータｐｔより大きい（すなわち正の方向に大きい）ときは、非直線変換部２２は入力値をそのまま出力（output=input）し、入力値がｍｔからｐｔまでの範囲内のときは予め定めたパラメータｈを境にｍｔ又はｐｔを出力する。すなわち、非直線変換部２２は、ｍｔからｐｔまでの範囲の入力値をｍｔ及びｐｔの２つのレベルに量子化していることになる。なお、前述のｓ１０１〜ｓ１０４、図３においては各パラメータを、ｍｔ＝−２０、ｐｔ＝＋２０、ｈ＝０としている。

次に、電圧指令信号VcmdをＰＷＭ指令信号PWMinに変換する処理を、サンプリング周期ごとに動作するプログラムの形で書くと、例えば以下のようになる。ただし、非直線変換部２２の処理（前述のｓ１０１〜ｓ１０４）において関数ＮＬが、output = NL(input)と定義されているとする。また、メモリ２１ｄ及び２１ｂの出力値を、それぞれ、ｚ１及びｚ２とする。

電圧指令信号VcmdをＰＷＭ指令信号PWMinに変換する処理：
Vint = (Vcmd - z2) + z1
PWMin = NL(Vint)
z1 = Vint
z2 = PWMin

次に、図３に示した入出力の関係で電圧指令信号Vcmdを正弦波で入力したときのＰＷＭ指令信号PWMin、及びモータコイル１００のコイル電流Currentの波形例を図４に示す。また、図４の横軸「８０」から「１２０」までの部分を拡大したものを図５に示す。図４及び図５において、横軸の単位はＰＷＭ周期の番号である。例えば「８０」は８０番目のＰＷＭサイクルを意味する。また、縦軸の単位は振幅が同じになるように任意にしてあるが、実際は適宜係数が加味されて物理量（電圧や電流、あるいはデジタル値やＰＷＭのデューティ比など）になる。

次に、図５のグラフの元となった実データを図６に示す。図６において、ｎは横軸のＰＷＭ周期番号を示す。ｎ番目のＰＷＭサイクルにおけるVint［ｎ］は下式で求まる。

Vint[n] = (Vcmd[n] - PWMin[n-1]) + Vint[n-1]
例えばｎ＝９３のタイミングでは、以下のように計算される。

Vint[93] = (Vcmd[93] - PWMin[92]) + Vint[92]
= (10 - (-20)) + (-7)
= 23
PWMin = NL(23) = 23

図５に示したように、電圧指令信号Vcmdに対してＰＷＭ指令信号PWMinはｍｔ（＝−２０）からｐｔ（＝＋２０）までの範囲が除外されるように変換され、その外側の値が適宜出力されることがわかる。このためＰＷＭパルス幅が所定値以上になり、電流検出が容易になる。また、図示のように、コイル電流Currentは、インダクタンスによる平滑が行われるためなめらかになり、入力電圧指令信号Vcmdの正弦波波形をほぼ維持できている。したがって、この構成における非直線変換部２２により、モータをなめらかに歪みなく動作させることができる。

前述した処理は従来例に比べて条件分岐や信号選択が少なくシンプルであり、回路規模やプログラム規模を小さく抑えられる。また、正負の電圧指令信号Vcmdに対して適切にＰＷＭ指令信号PWMinに変換でき、正常な正負電流を流すことができる。

なお、前述の説明では非直線変換部２２の量子化レベルを２つにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、量子化レベルを１つにしてもよい。

図７は、入力範囲の−２０から＋２０までに対して量子化レベルを−２０のみにした例を示す図である。また、量子化レベルを２つにした場合と同様に、電圧指令信号Vcmdを正弦波で入力したときのＰＷＭ指令信号PWMin及びコイル電流Currentの応答を図８に示す。図８に示すように、量子化レベルが１つの場合において変換されたＰＷＭ指令信号PWMinは、量子化レベルが２つの場合（図５参照）よりも大きく変化しているものの、コイル電流Currentは、ほぼなめらかに歪みもないものとなっている。したがって、この構成における非直線変換部２２により、モータをなめらかに歪みなく動作させることができる。また、非直線変換部２２の量子化レベルを１つにすることにより、より回路を簡素化することができる。

次に、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０の動作について図１及び図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０の動作を示すフローチャートである。

まず、ＰＷＭ変換手段２０は、電圧指令値Vcmdを入力する（ステップＳ１１）。この電圧指令値Vcmdは、誤差増幅器１２が比較器１１からの差分出力を増幅した信号である。

続いて、積算部２１は、入力した電圧指令値Vcmdに基づいて誤差積算値Vintを生成する（ステップＳ１２）。具体的には、積算部２１において、減算器２１ａが、メモリ２１ｂから１サンプル前のＰＷＭ指令信号PWMinを例えば１サンプルごとに入力し、入力したＰＷＭ指令信号PWMinを電圧指令信号Vcmdから減算し、加算器２１ｃに出力する。加算器２１ｃ及びメモリ２１ｄは、例えば１サンプルごとに減算器２１ａの結果を積算して誤差積算値Vintを非直線変換部２２に出力する。

引き続き、非直線変換部２２は、入力した誤差積算値Vintから予め定められた範囲の出力を除外して、ＰＷＭ指令信号PWMinをＰＷＭ駆動部１３に出力する（ステップＳ１３）。例えば、前述したステップｓ１０１〜ｓ１０４により、非直線変換部２２の入力が、パラメータｍｔより小さい、又はパラメータｐｔより大きいときはそのまま出力し、入力がｍｔからｐｔまでの範囲内のときはパラメータｈを境にｍｔ又はｐｔを出力する。

そして、ＰＷＭ駆動部１３は、入力したＰＷＭ指令信号PWMinに応じたスイッチング信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬをスイッチング素子部１４に出力し、モータをＰＷＭ駆動する（ステップＳ１４）。

ここで、抵抗素子１５は、モータコイル１００に流れる電流に比例した電位差信号Isnsを発生してＡＤＣ１６に出力する。ＡＤＣ１６は、電位差信号Isnsと、ＰＷＭ駆動部１３からのサンプリング信号smplとを入力し、サンプリング信号smplに基づいて電位差信号Isnsをデジタル信号に変換して極性切替部１７に出力する。極性切替部１７は、ＰＷＭ駆動部１３からの極性指示信号inv値に応じて、ＡＤＣ１６の出力信号の極性を切り替え、検出電流値Idetとして比較器１１に出力する。

以上のように、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０によれば、積算部２１は、電圧指令信号VcmndとＰＷＭ指令信号PWMinとの差を積算して誤差積算値Vintを出力し、非直線変換部２２は、予め定められた範囲の出力を誤差積算値Vintから除外し、除外した信号をＰＷＭ指令信号PWMinとしてＰＷＭ駆動部１３に出力する構成としたので、予め定められた範囲の出力を誤差積算値Vintから除外することにより、一定幅以下のパルスを制限することができ、ＰＷＭがオンデューティのときの電流検出を容易にかつ正確に行うことができる。

したがって、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、正負の電圧指令信号に対応させるための別個の回路を必要とせず、正負の電圧指令信号に対して適切なＰＷＭ指令信号PWMinをモータコイル１００に出力することができるので、従来よりも小さい回路規模で正負の電圧指令信号に対応させることができる。

また、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、誤差積算により短パルス除外による電圧誤差が補償されるので、モータコイル１００に流れる電流の歪みを小さくすることができる。

また、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、誤差積算結果をそのまま非直線変換することにより条件判断を少なくできるので、従来より簡単な構成で電圧誤差補償を行うことができる。

また、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、電圧指令信号Vcmndの正負符号に応じて構成を変更することなく、電圧誤差補償を行うことができる。

また、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、非直線変換部２２が、所定範囲の入力に対して一定の出力値に変換するよう量子化する構成としたので、より単純な構成で短パルス除外による電圧誤差補償を行うことができる。

また、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、量子化レベル数や境界値の設定もパラメータとして非直線変換部２２に設定できるので、設定を変えるだけで電圧誤差の補償特性を調整でき、低コストで柔軟な電圧誤差補償が可能である。

また、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、非直線変換部２２が、ＰＷＭ駆動パルスのうち短パルスを除外して駆動する構成としたので、電流のサンプリング検出が容易で、精密な電流制御が実現できる。

また、本実施の形態におけるモータ駆動装置１０は、駆動パルスがオン状態のときにモータコイル１００に流れる電流を検出する電流検出手段としてＰＷＭ駆動部１３と、抵抗素子１５と、ＡＤＣ１６と、極性切替部１７とを備え、検出した検出電流値Idetと目標電流指令信号Icmndとの差に応じて電圧指令信号Vcmndを出力し、モータコイル電流を目標電流指令信号Icmndに応じた値に制御する電流制御手段として比較器１１及び誤差増幅器１２を備える構成としたので、電流フィードバックにより、電源電圧変動やスイッチ素子の抵抗のばらつき、あるいはコイル抵抗などの変動があってもモータ電流が変動することなく、目標電流指令信号に応じた電流でモータを駆動することができる。したがって、モータ駆動装置１０は、安定でかつ精密なモータ駆動制御を行うことができる。

（第２の実施の形態）
本発明に係るモータ駆動装置の第２の実施の形態における構成は、第１の実施の形態におけるモータ駆動装置１０に対し、非直線変換部２２の機能が異なるものである。したがって、第１の実施の形態におけるモータ駆動装置１０と同一の符号を付して非直線変換部２２について説明し、重複する説明は省略する。

本実施の形態における非直線変換部２２は、所定範囲の出力を誤差積算値Vintから除外するため、オフセットの切り替えを行うようになっており、図１０を用いて説明する。

図１０は、非直線変換部２２が、入力０を境にオフセットを−２０及び＋２０のいずれかに切り替える場合の入出力特性例を示す図である。図１０に示した例における非直線変換部２２の処理をプログラムで記述すると以下のようになる。

s301: if (input < h) then output = input+c1;
s302: else output = input + c2;

すなわち、非直線変換部２２は、入力所定値ｈを境にオフセットｃ１又はｃ２を入力値に加算する。なお、図１０に示した例では、ｈ＝０、ｃ１＝−２０、ｃ２＝＋２０としている。

これにより、非直線変換部２２は、出力となるＰＷＭ指令信号PWMinにｃ１からｃ２までの値を含まないようにでき、短パルスが生じないようにすることができる。オフセットがｃ１やｃ２に変化しても、ＰＷＭ指令信号PWMinと電圧指令信号Vcmdとの差を積算して非直線変換してＰＷＭ指令信号PWMinとするフィードバックにより、ＰＷＭ指令信号PWMinは電圧指令信号Vcmdとほぼ等しくなりオフセットはキャンセルされる。

次に、図６、図９で説明したのと同じ電圧指令信号Vcmdを正弦波で入力したときの、ＰＷＭ指令信号PWMinとコイル電流の応答例を図１１に示す。ＰＷＭ指令信号PWMinが−２０から＋２０までの範囲を回避するための変化は、図６及び図９に示したものより大きいが、コイル電流は、ほぼなめらかで歪みないものとなっている。したがって、この構成における非直線変換部２２により、モータをなめらかに歪みなく動作させることができる。また、この例では非直線変換部２２の処理を非常に単純化することができるので、さらに回路やプログラムを簡素化できる。

次に、本実施の形態における非直線変換部２２の他の態様について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、他の態様における非直線変換部２２の入出力特性例を示す。

この例では入力０を境にオフセットが切り替わるとともに、最大入力値及び最小入力値（ここでは＋１００及び−１００）では出力と入力が一致するように、傾きを変えている。これにより、所定範囲（ここでは−２０から＋２０まで）を出力から除外しつつ、電圧指示が大きくなるに従って入力値と出力値との差が小さくなってくるので、コイル電流の歪みを小さくできる。また、大きな電圧指示に対して出力飽和やオーバフローを避けることができる。

次に、図１３は、第１の実施の形態で説明したのと同じ電圧指令信号Vcmdを正弦波で入力したときの、ＰＷＭ指令信号PWMinとコイル電流Currentとの応答例を示すものである。ＰＷＭ指令信号PWMinが−２０から＋２０を回避するための変化は、第１の実施の形態（図４や図８に示した特性の場合）よりは大きいが、図１０に示した単純オフセット加算の場合よりは小さい。また、コイル電流Currentは、ほぼなめらかで歪みのないものとなっている。したがって、この構成における非直線変換部２２により、モータをなめらかに歪みなく動作させることができる。

次に、図１２に示した入出力特性が得られる非直線変換部２２の処理例をプログラムの形で示すと次のようになる。

s201: if (input < h) then output = a1 * input + b1;
s202: else output = a2 * input + b2;

この例では、入力所定値ｈを境に、傾きと切片（オフセット）を（ａ１、ｂ１）と（ａ２、ｂ２）とで切り換えている。図１２の特性例では、ｈ＝０、ａ１＝ａ２＝８０／１００、ｂ１＝−２０、ｂ２＝＋２０としている。

以上のように、本実施の形態におけるモータ駆動装置によれば、非直線変換部２２が、所定入力値を境にオフセットを変化させる構成としたので、非直線変換部２２の処理を非常に単純化することができ、さらに回路やプログラムを簡素化することができる。

以上のように、本発明に係るモータ駆動装置は、従来よりも小さい回路規模で正負の電圧指令信号に対応させることができるという効果を有し、モータをＰＷＭ駆動するモータ駆動装置等として有用である。

本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態における構成を示すブロック図本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態におけるＰＷＭ駆動の説明図本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態において、非直線変換部の入出力の関係の一例を示す図本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態において、電圧指令信号Vcmd、ＰＷＭ指令信号PWMin、コイル電流Currentの波形例を示す図本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態において、図４の横軸「８０」から「１２０」までの部分を拡大した図本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態において、図５の実データを示す図本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態において、非直線変換部の量子化レベルを１つにした例を示す図本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態において、非直線変換部の量子化レベルを１つにした場合の、電圧指令信号Vcmd、ＰＷＭ指令信号PWMin、コイル電流Currentの波形例を示す図本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施の形態の動作を示すフローチャート本発明に係るモータ駆動装置の第２の実施の形態において、非直線変換部がオフセットを切り替える場合の入出力特性例を示す図本発明に係るモータ駆動装置の第２の実施の形態において、電圧指令信号Vcmd、ＰＷＭ指令信号PWMin、コイル電流Currentの波形例を示す図本発明に係るモータ駆動装置の第２の実施の形態の他の態様における非直線変換部の入出力特性例を示す図本発明に係るモータ駆動装置の第２の実施の形態の他の態様において、電圧指令信号Vcmd、ＰＷＭ指令信号PWMin、コイル電流Currentの波形例を示す図

符号の説明

１０モータ駆動装置
１１比較器（電流制御手段）
１２誤差増幅器（電流制御手段）
１３ＰＷＭ駆動部（駆動パルス出力手段、電流検出手段）
１４スイッチング素子部
１４ａ〜１４ｄスイッチング素子
１５抵抗素子（電流検出手段）
１６ＡＤＣ（電流検出手段）
１７極性切替部（電流検出手段）
２０ＰＷＭ変換手段（信号変換手段）
２１積算部
２１ａ減算器
２１ｂメモリ
２１ｃ加算器
２１ｄメモリ
２２非直線変換部（出力除外部）
１００モータコイル

Claims

モータコイルに駆動パルスを与えて電圧を印加するモータ駆動装置であって、
電圧指令信号をパルス幅指令信号に変換する信号変換手段と、前記パルス幅指令信号に応じた駆動パルスを前記モータコイルに出力する駆動パルス出力手段とを備え、
前記信号変換手段は、前記電圧指令信号と前記パルス幅指令信号との差を積算して誤差積算値を出力する積算部と、
予め定められた基準入力値及び基準出力値に基づき、前記出力除外部の入力値と出力値との関係を示す入出力特性に対し、前記基準入力値を境に前記入出力特性を予め定められたオフセット量だけ前記出力値の絶対値が大きくなるよう正又は負の方向にオフセットさせる出力除外部とを備え、前記出力除外部の出力値に応じたパルス幅指令信号を出力するものであることを特徴とするモータ駆動装置。
前記出力除外部は、前記入力値と前記基準入力値との差が大きくなるに従って前記オフセット量を小さくするものであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記駆動パルスがオン状態のときに前記モータコイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した検出電流値と予め定められた電流指令信号値との差に応じて前記電圧指令信号を出力し、前記モータコイルに流れる電流を前記電流指令信号に応じた値に制御する電流制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。